Tính toán kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép có tầng cứng chịu tác động của động đất theo TCXDVN 3752006

LVTS39 Tính toán kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép có tầng cứng chịu tác động của động đất theo TCXDVN 3752006 LVTS39 Tính toán kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép có tầng cứng chịu tác động của động đất theo TCXDVN 3752006 Hãng sản xuất : Unknown

-

nguyễn tất tâm khóa: 2007 - 2010 Lớp: ch2007x

tính toán kết cấu nhμ cao tầng bê tông cốt thép Có TầNG CứNG chịu TáC Động của

động đất theo tcxdvn 375 - 2006

luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

M∙ số: 60.58.20

người hướng dẫn khoa học:

p g s Ts n g u y ễ n t iế n c h ư ơ n g g

Hà nội - 2010

Trong quá trình thực hiện Luận văn này, tác giả được người hướng dẫn khoa

học là Thầy giáo PGS TS Nguyễn Tiến Chương tận tình giúp đỡ, hướng dẫn cũng như tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành Luận văn của mình Qua đây, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy!

Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các Thầy cô giáo, các Cán bộ của khoa

Đào tạo Sau đại học, thuộc Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội đã giúp đỡ, chỉ dẫn

trong quá trình học tập và nghiên cứu

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Gia đình đã động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tác giả học tập, nghiên cứu

Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến những người bạn đã luôn nhiệt tình giúp đỡ tác giả hoàn thành tốt Luận văn này

Do thời gian thực hiện đề tài không nhiều và trình độ của tác giả có hạn, mặc

dù đã hết sức cố gắng nhưng trong Luận văn sẽ không tránh khỏi những sai sót, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo cùng các bạn

đồng nghiệp để Luận văn hoàn thiện hơn

Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2010

Tác giả Luận văn

Nguyễn Tất Tâm

Tên tôi là: Nguyễn Tất Tâm

Sinh ngày: 01 - 01 - 1979

Nơi sinh: Thạch Linh, Thạch Hà, Hà Tĩnh

Nơi công tác: Khoa Xây dựng, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

Tôi xin cam đoan Luận văn tốt nghiệp Cao học ngành Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp với đề tài: " Tính toán kết cấu Nhà cao tầng Bê tông cốt thép

có tầng cứng chịu tác động của Động đất theo tcxdvn 375 - 2006" là Luận văn

do cá nhân tôi thực hiện Các kết quả tính toán các Mô hình tuân thủ Tiêu chuẩn Xây dựng hiện hành Kết quả tính toán này không sao chép bất kỳ tài liệu nào khác

Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2010

Người cam đoan

Nguyễn Tất Tâm

Mục lục

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Trang Mục lục 1

Mở đầu 4

Chương 1 Kết cấu Nhà cao tầng bê tông cốt thép và một số giải pháp hạn chế chuyển vị ngang 7

1.1 Lịch sử phát triển nhà cao tầng 7

1.1.1 Nguyên nhân xuất hiện Nhà cao tầng 7

1.1.2 Định nghĩa và Phân loại Nhà cao tầng 7

1.1.3 Lịch sử phát triển nhà cao tầng 8

1.2 Các hệ kết cấu chịu lực và sơ đồ làm việc của Nhà cao tầng Nguyên tắc bố trí kết cấu chịu tải trọng ngang 9

1.2.1 Các hệ kết cấu chịu lực của Nhà cao tầng 9

1.2.2 Sơ đồ làm việc của Nhà cao tầng 10

1.2.3 Nguyên tắc bố trí kết cấu chịu tải trọng ngang 11

1.3 Các hệ kết cấu chịu lực cơ bản 12

1.3.1 Hệ khung chịu lực (I) 12

1.3.2 Hệ tường chịu lực (II) 14

1.3.3 Hệ lõi chịu lực (III) 15

1.3.4 Hệ hộp chịu lực (IV) 17

1.4 Các hệ kết cấu chịu lực hỗn hợp 19

1.4.1 Hệ khung - giằng 19

1.4.2 Hệ khung - vách 21

1.4.3 Hệ khung - lõi 22

1.4.4 Hệ khung - vách - lõi 22

1.4.5 Hệ hộp - lõi 23

1.5 Các hệ kết cấu đặc biệt 23

1.5.1 Kết cấu có hệ dầm truyền 23

1.5.2 Kết cấu có tầng cứng và các ví dụ 25

Chương 2 ảnh hưởng của tầng cứng đến khả năng chịu tải trọng ngang của kết cấu Nhà cao tầng bê tông cốt thép ví dụ tính toán 29

2.1 Sự làm việc của kết cấu nhà cao tầng có tầng cứng 29

2.1.1 Kết cấu Nhà cao tầng có tầng cứng 29

2.1.2 Kết cấu Nhà cao tầng có 1 tầng cứng ở đỉnh (x = 0; z = L) 30

2.1.3 Kết cấu Nhà cao tầng có 1 tầng cứng cách đỉnh 0,25.L (x = 0,25.L; z = 0,75.L) 31

2.1.4 Kết cấu Nhà cao tầng có 1 tầng cứng cách đỉnh 0,5.L (x = 0,5.L; z = 0,5.L) 33

2.1.5 Kết cấu Nhà cao tầng có 1 tầng cứng cách đỉnh 0,75L (x = 0,75.L; z = 0,25.L) 34

2.1.6 Tính toán vị trí tối ưu cho tầng cứng trong Nhà cao tầng có 1 tầng cứng35 2.1.7 Tính toán vị trí tối ưu cho các tầng cứng trong Nhà cao tầng có 2 tầng cứng 38

2.2 Ví dụ về công trình đã xây dựng 43

2.3 Ví dụ tính toán 44

2.3.1 Mô tả 44

2.3.2 Tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình 44

2.3.3 Các trường hợp tính toán 45

2.3.4 Kết quả tính toán 46

2.4 Nhận xét 53

Chương 3 Kết cấu Nhà cao tầng bê tông cốt thép có tầng cứng chịu tác động động đất Các ví dụ tính toán 54

3.1 Các phương pháp tính toán tác động của động đất 54

3.1.1 Phân loại theo tính chất tác động động đất lên công trình 54

3.1.2 Phân loại theo các đặc tính làm việc của Hệ kết cấu chịu lực của công

trình xây dựng 54

3.2 Phương pháp Tĩnh lực ngang tương đương 54

3.3 Phương pháp Phổ phản ứng 55

3.4 Tiêu chuẩn TCXDVN 375: 2006 55

3.4.1 Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương 58

3.4.2 Phương pháp Phân tích phổ phản ứng dạng dao động 59

3.4.3 Tổ hợp các hệ quả của các thành phần tác động động đất 59

3.5 Tính toán Kết cấu Nhà cao tầng Bê tông cốt thép có tầng cứng chịu tác động động đất 60

3.5.1 Tính toán mô hình MH9 chịu động đất theo TCXDVN 375: 2006 61

3.5.2 Các kết quả tính toán và các Bảng so sánh 64

3.6 Tính toán vị trí tối ưu của tầng cứng thứ hai khi tầng cứng thứ nhất bố trí cố định tại đỉnh công trình 83

3.6.1 Các mô hình tính toán 83

3.6.2 Kết quả tính toán 84

Kết luận và kiến nghị 87

Tài liệu tham khảo 88

Phụ lục PL1 đến PL15

Mở đầu

• Lý do chọn đề tài

Bước sang thế kỷ 21, việc đô thị hoá và xây dựng nhà cao tầng đang là vấn đề

thời sự nóng bỏng của nước ta Khi thiết kế những công trình cao tầng, ngoài các

loại tải trọng thông thường, đòi hỏi người làm công tác tư vấn thiết kế phải xem xét

đang làm công tác nghiên cứu và giảng dạy, tôi chọn nghiên cứu đề tài mà cho đến

nay mới chỉ được xem xét chủ yếu qua bài toán tải trọng tĩnh, còn bài toán tải trọng

động thì các nghiên cứu còn hạn chế Ngoài ra, các nghiên cứu về vị trí tối ưu của

tầng cứng để chuyển vị đỉnh công trình khi chịu động đất là nhỏ nhất cũng chưa đầy

đủ

Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam TCXDVN 375 - 2006 đề ra phương pháp tính

toán công trình chịu động đất theo Phổ phản ứng, qua đề tài của mình tôi muốn tìm hiểu các kết cấu Nhà cao tầng có tầng cứng khi chịu tác động động đất và tìm hiểu

vị trí tối ưu của tầng cứng

• Mục đích của đề tài

- Tìm hiểu các dạng kết cấu Nhà cao tầng, các phương pháp hạn chế chuyển

vị ngang khi chịu tải gió bão, động đất

- Tìm hiểu vị trí tối ưu của tầng cứng trong Nhà cao tầng có một tầng cứng,

có hai tầng cứng khi chịu tải trọng ngang tĩnh

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết kháng chấn, các phương pháp xác định tải trọng

động đất tác động lên kết cấu công trình Dựa theo Tiêu chuẩn TCXDVN 375-2006

về thiết kế công trình động đất và các tài liệu, Tiêu chuẩn nước ngoài liên quan để

tìm hiểu phương pháp Phổ phản ứng áp dụng trong thiết kế

- Xem xét ảnh hưởng của tầng cứng đến công trình khi chịu tác động động

đất

- Đề xuất vị trí tối ưu của tầng cứng trong Nhà cao tầng có tầng cứng khi

chịu tác động của động đất

- Tập hợp các kết quả tính toán, từ đó đánh giá được ảnh hưởng của vị trí

tầng cứng đến nhà cao tầng khi chịu tác động động đất

• Đối tượng nghiên cứu

• Phạm vi nghiên cứu

- Các công trình nhà cao tầng, kết cấu khung bê tông cốt thép chịu lực có

tầng cứng

- Vị trí tối ưu của tầng cứng trong nhà cao tầng có một tầng cứng, nhà cao

tầng có hai tầng cứng chịu tải trọng ngang tĩnh

- Phương pháp phổ phản ứng trong tính toán nhà cao tầng chịu tác động động

đất

- Vị trí tối ưu của tầng cứng trong nhà cao tầng có một tầng cứng, nhà cao

tầng có hai tầng cứng chịu tác động động đất

- Phân tích, tính toán các dạng dao động riêng, chu kỳ, biên độ và tải trọng

động đất tác động lên Nhà cao tầng có tầng cứng bằng phương pháp phần tử hữu hạn

- So sánh, tổng hợp và rút ra nhận xét, kết luận

• ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

- ý nghĩa khoa học: Bài toán tìm vị trí tối ưu của các tầng cứng trong nhà cao

tầng khi chịu tải trọng ngang tĩnh (tải gió) và Bài toán tìm vị trí tối ưu của các tầng

cứng trong nhà cao tầng khi chịu tải trọng ngang động (động đất) là các bài toán

khác nhau Bài toán tìm vị trí tối ưu của tầng cứng khi chịu tải trọng ngang tĩnh thì

đơn giản hơn, có thể tính toán bằng thủ công (nếu chấp nhận một số giả thiết tính

toán), hoặc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn Còn Bài toán tìm vị trí tối ưu của

tầng cứng trong nhà cao tầng khi chịu tải trọng động đất thì phức tạp hơn nhiều, chủ yếu phải sử dụng phần mềm máy tính và phải tính toán qua nhiều trường hợp Vậy

nếu kết quả tính theo Bài toán tĩnh mà áp dụng được cho Bài toán động thì sẽ rất

thuận lợi cho các công trình khi tính toán vị trí tối ưu của tầng cứng

- ý nghĩa thực tiễn: Biện pháp hạn chế chuyển vị ngang của Nhà cao tầng khi

chịu tải trọng ngang là một biện pháp hữu hiệu, an toàn, ít tốn kém; các tầng được

bố trí thêm hệ kết cấu tăng cứng (vách, dàn, ) có thể kết hợp làm tầng Kỹ thuật

cho tòa nhà Việc tìm vị trí tối ưu để giảm tối thiểu chuyển vị ngang khi tải trọng

gió, động đất tác động lên công trình nhằm tăng vai trò của các tầng cứng; giúp các

Kỹ sư kết cấu, Kiến trúc sư có định hướng trong bố trí tầng cứng (tầng kỹ thuật) cho

các công trình nhà cao tầng Ngoài ra, xét ý nghĩa thời sự thì trong những năm gần

đây tại Việt Nam xuất hiện nhiều công trình nhà cao tầng, một số công trình có chiều cao đến 345m – 70 tầng (Keangnam Hanoi Landmark Tower); 262,5 m – 68

tầng (Trung tâm tài chính Bitexco); 195 m – 65 tầng (Hanoi City Complex), các tổ

hợp chung cư 70 tầng (Khu đô thị An Khánh), có sử dụng tầng cứng để hạn chế

chuyển vị đỉnh cho thấy ý nghĩa rất thực tiễn của đề tài

Chương 1

Kết cấu Nhà cao tầng bê tông cốt thép và một số giải pháp

hạn chế chuyển vị ngang

1.1 Lịch sử phát triển nhà cao tầng

1.1.1 Nguyên nhân xuất hiện Nhà cao tầng [5]

Sự phát triển mạnh mẽ về kinh tế, xã hội dẫn đến tại một số đô thị trên thế giới

dân số ngày càng đông đúc, nhu cầu về nhà ở, văn phòng làm việc, trung tâm thương mại, khách sạn, tăng lên đáng kể, trong khi quỹ đất xây dựng lại thiếu trầm trọng

làm giá đất tăng lên Ngoài ra, để thuận lợi cho quan hệ công tác, việc bố trí nhiều

văn phòng công ty gần nhau cũng là yếu tố thúc đẩy phát triển kinh tế, giảm chi phí vận hành Điều này đã thúc đẩy sự hình thành và phát triển của Nhà cao tầng

1.1.2 Định nghĩa và Phân loại Nhà cao tầng

Định nghĩa [10]: Theo ủy ban Nhà cao tầng Quốc tế: “Ngôi nhà mà chiều cao

của nó là yếu tố quyết định các điều kiện thiết kế, thi công hoặc sử dụng khác với các ngôi nhà thông thường được gọi là Nhà cao tầng” Có thể định nghĩa theo cách khác: “Nhà cao tầng là một nhà mà chiều cao của nó ảnh hưởng tới ý đồ và cách

- Nhà tháp: mặt bằng hình tròn, tam giác, vuông, đa giác đều cạnh, trong đó

giao thông theo phương đứng tập trung vào một khu vực duy nhất

- Nhà dạng thanh: mặt bằng chữ nhật, trong đó có nhiều đơn vị giao thông theo phương thẳng đứng

Phân loại theo chiều cao nhà:

- Nhà cao tầng loại 1: 09 – 16 tầng (cao nhất 50m)

- Nhà cao tầng loại 2: 17 – 25 tầng (cao nhất 75m)

- Nhà cao tầng loại 3: 26 – 40 tầng (cao nhất 100m)

- Nhà cao tầng loại 4: 40 tầng trở lên (nhà siêu cao tầng)

Phân loại theo vật liệu cơ bản dùng để thi công kết cấu chịu lực:

- Nhà cao tầng bằng bê tông cốt thép

- Nhà cao tầng bằng thép

- Nhà cao tầng có kết cấu tổ hợp bằng Bê tông cốt thép và thép

Các nước trên thế giới tùy theo sự phát triển Nhà cao tầng của mình mà có cách

phân loại khác nhau Hiện nay ở nước ta đang có xu hướng theo sự phân loại của ủy

ban Nhà cao tầng Quốc tế

Về mặt kết cấu, một công trình được định nghĩa là cao tầng khi độ bền vững và chuyển vị của nó do tải trọng ngang quyết định Tải trọng ngang có thể dưới dạng

gió bão hoặc động đất Mặc dù chưa có sự thống nhất chung nào về định nghĩa Nhà cao tầng nhưng có một ranh giới được đa số các Kỹ sư kết cấu chấp nhận, đó là từ

nhà thấp tầng sang Nhà cao tầng có sự chuyển tiếp từ phân tích tĩnh học sang phân tích động học khi nhà chịu tải gió, động đất, tức là vấn đề dao động và ổn định nói chung

Thách thức đối với các Kỹ sư kết cấu hiện nay là các công trình Nhà cao tầng

ngày càng cao hơn, nhẹ hơn và mảnh hơn so với các Nhà cao tầng trong quá khứ

Các nghiên cứu trên thế giới cũng khẳng định xu hướng này trong tương lai, thông

qua các kết quả so sánh cho thấy các công trình có độ mảnh cao đồng thời cũng

mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn

1.1.3 Lịch sử phát triển nhà cao tầng

Từ đầu thế kỉ XX, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật (như công nghệ

vật liệu, công nghệ chế tạo máy ) đã đưa thế giới vào một cuộc chạy đua xây dựng các công trình chọc trời Do vậy Nhà cao tầng xuất hiện và trở thành biểu tượng cho

sự phồn thịnh và phát triển mà điển hình là sự phát triển ở Mỹ: năm 1913 cao ốc

Woolworth xuất hiện (chiều cao 241m); năm 1930 cao ốc Crystler trở thành công

trình cao nhất với chiều cao 319m nhưng chỉ sau vài tháng đã bị đánh bại bởi State Emprire Building cao 344m (102 tầng) Kỷ lục này chỉ giữ được đến khi World

Trade Center ra đời cao 381m (110 tầng) ở Châu á xu hướng phát triển này cũng

bắt đầu từ những năm 70 mà điển hình là Bank of China Tower – HongKong cao 269m (70 tầng); Jin Mao Tower ShangHai cao 421m (86 tầng); Petronas Tower Malaysia cao 450m (95 tầng) …

ở Việt Nam trong những năm gần đây số lượng nhà có số tầng từ 20 trở lên

tăng rất nhanh: SaiGon Plaza 33 tầng, Hanoi Tower 25 tầng, Vetcombank Tower 22 tầng, Khách sạn Melia 22 tầng, KĐT Trung Hòa 34 tầng, Chung cư Sông Đà ở Km10 Nguyễn Trãi 34 tầng; Keangnam Hanoi Landmark Tower 345m (70 tầng), Trung tâm tài chính Bitexco 262,5m (68 tầng), Hanoi City Complex 195m (65 tầng)

Sự phát triển của nhà cao tầng tạo điều kiện cho sự phát triển các hệ kết cấu chịu lực đặc biệt là các hệ kết cấu chịu tải trọng ngang

1.2 Các hệ kết cấu chịu lực và sơ đồ làm việc của Nhà cao tầng [10] Nguyên tắc bố trí kết cấu chịu tải trọng ngang

1.2.1 Các hệ kết cấu chịu lực của Nhà cao tầng

Các cấu kiện chịu lực cơ bản bao gồm:

- Cấu kiện dạng thanh: cột, dầm

- Cấu kiện dạng phẳng: tấm đặc hoặc tấm có lỗ

- Hệ lưới thanh dạng dàn phẳng: tấm sàn phẳng hoặc có sườn

- Cấu kiện không gian: lõi cứng, lưới hộp được tạo thành bằng cách liên kết

các cấu kiện phẳng hoặc các thanh lại với nhau

Các hệ kết cấu chịu lực:

Khái niệm: hệ kết cấu chịu lực của nhà nhiều tầng là bộ phận chủ yếu của công trình nhận các tải trọng và truyền xuống đất nền, chúng tạo thành từ một hay nhiều loại cấu kiện cơ bản ở trên

Các hệ kết cấu chịu lực được chia thành 2 nhóm:

- Nhóm các hệ cơ bản: hệ khung (I), hệ tường (II), hệ lõi (III), hệ hộp (IV)

- Nhóm các hệ hỗn hợp tạo thành từ sự kết hợp hai hay nhiều hệ cơ bản trên

Hình 1.1 Các hệ hỗn hợp trong Nhà cao tầng [10]

Một số dạng thường gặp của Hệ hỗn hợp: Hệ khung - tường (I-II); Hệ khung –

lõi (I-III); Hệ khung – hộp (I-IV); Hệ hộp – lõi (III-IV); Hệ tường – hộp (II-IV),

Như vậy, về mặt lý thuyết số lượng các hệ kết cấu chịu lực của Nhà cao tầng là rất lớn Sau đây ta chỉ giới thiệu các hệ kết cấu phổ biến nhất hiện nay cho các công trình xây dựng

1.2.2 Sơ đồ làm việc của Nhà cao tầng

Sơ đồ làm việc của Nhà cao tầng có hai sơ đồ chính, bao gồm:

Sơ đồ giằng: khung chỉ chịu tải trọng đứng còn toàn bộ tải trọng ngang do vách cứng chịu Nút khung có thể cấu tạo khớp hoặc độ cứng chống uốn của cột bé vô

cùng

Sơ đồ khung - giằng: hệ khung chịu cả tải trọng đứng và ngang, nút khung phải

là nút cứng

Nhận thấy: tất cả các hệ chịu lực cơ bản và hỗn hợp tạo thành từ các tường, lõi

và hộp chịu lực đều thuộc sơ đồ giằng Hệ khung chịu lực được xếp vào sơ đồ khung

- giằng

Hình 1.2 Các sơ đồ làm việc của Nhà cao tầng [10]

a) Sơ đồ giằng b) Sơ đồ khung - giằng

1.2.3 Nguyên tắc bố trí kết cấu chịu tải trọng ngang [4]

Dưới tác dụng của tải trọng ngang trong công trình có thể xuất hiện ba dạng

nội lực chính: mômen uốn, lực cắt ngang, mômen xoắn (xuất hiện khi tải trọng ngang đặt lệch với tâm cứng của công trình)

Do sự bố trí của hệ kết cấu, đặc biệt là bố trí trên mặt bằng, mà các nội lực này

được phân phối cho các kết cấu thành phần khác nhau Chính vì vậy việc bố trí kết cấu trên mặt bằng sao cho phù hợp là hết sức quan trọng

Để có thể bố trí một cách hợp lý, trước hết phải thấy được ảnh hưởng của các

nội lực lên các kết cấu:

Đối với mômen uốn: các kết cấu vuông góc với mặt phẳng uốn và cách xa trục

uốn có xu hướng chịu tải trọng lớn, nhất là các kết cấu ở biên Ngoài ra các kết cấu

nằm trong mặt phẳng uốn có mômen quán tính lớn cũng có tác dụng chống uốn theo phương đó tốt Bởi vậy, để tăng khả năng chống uốn do tải trong ngang gây ra, nên

bố trí các kết cấu có tiết diện ngang lớn ra càng ra gần biên vuông góc với mặt phẳng uốn càng tốt và bố trí một số kết cấu có kích thước theo phương mặt phẳng uốn được kéo dài Đồng thời liên kết các hệ kết cấu biên thành một hệ liên tục để có

độ cứng chống uốn tổng thể cao

Đối với lực cắt ngang: các kết cấu có diện tích tiết diện ngang lớn, kết cấu càng

nằm ở tâm công trình có khả năng phải tiếp nhận tải trọng lớn Các kết cấu có dạng

dải sẽ phát sinh ứng suất tập lớn ở giữa dải Do đó, khi công trình phải chịu lực cắt

lớn thường cấu tạo các kết cấu dạng tổ hợp để có tiết diện ngang lớn, các kết cấu

dạng dải theo phương của tải trọng ngang Bên cạnh đó theo phương mặt phẳng thẳng đứng cấu tạo các hệ liên kết để tăng khả năng chịu cắt

Đối với mômen xoắn: trước hết cần bố trí sao cho xuất hiện mômen xoắn càng

nhỏ càng tốt Muốn vậy trên mặt bằng, các kết cấu thành phần cần phải bố trí sao

cho càng đối xứng càng tốt, tâm cứng của toàn bộ hệ kết cấu càng gần với tâm khối

lượng, và điểm đặt của hợp lực tải trọng ngang Trên suốt chiều cao công trình cần

hạn chế sự thay đổi độ cứng cục bộ để hạn chế sự phát sinh các mômen xoắn phụ

giữa các phần của công trình Mômen xoắn tác dụng vào hệ kết cấu sẽ được phân

thành những cặp ứng lực cắt ngược chiều trong các kết cấu thành phần Trong trường hợp này các kết cấu biên thường tiếp nhận ứng lực cắt rất lớn Vì vậy, để chịu mômen xoắn thường cấu tạo các kết cấu cứng ở biên và các kết cấu có khả năng

kháng xoắn lớn như các kết cấu có dạng không gian kín, kết cấu hộp…Ngoài ra còn

có thể tăng khả năng chịu xoắn tổng thể của cả công trình bằng cách liên kết hệ kết cấu biên theo phương đứng thành khối không gian

1.3 Các hệ kết cấu chịu lực cơ bản [10]

1.3.1 Hệ khung chịu lực (I)

Hệ này được tạo thành từ các thanh thẳng đứng (cột) và ngang (dầm) liên kết

cứng tại các chỗ giao nhau giữa chúng (nút) ở nhà khung, các khung phẳng lại liên

kết với nhau qua các thanh ngang tạo thành khối khung không gian có mặt bằng

hình vuông, chữ nhật, tròn, đa giác (Hình 1.3) Khoảng cách giữa các cột thường từ 4-8m, khoảng cách giữa các dầm bằng chiều cao tầng (2,8-4m)

Hình 1.3 Nhà có Hệ khung chịu lực [10]

Hệ kết cấu khung sử dụng hiệu quả cho công trình có không gian lớn, bố trí

nội thất linh hoạt, phù hợp với nhiều loại công trình Tuy nhiên Hệ khung có khả

năng chịu cắt theo phương ngang kém, ngoài ra hệ thống dầm thường có chiều cao lớn nên ảnh hưởng đến không gian sử dụng và làm tăng độ cao của công trình

Hình 1.4 Tháp Bảo tàng The Museum Tower, Los Angeles [22]

(a) Tổng thể công trình; (b) Hệ kết cấu chịu lực

Chiều cao nhà thích hợp cho Kết cấu BTCT là không quá 30 tầng Nếu trong

vùng có động đất từ cấp 8 trở lên thì chiều cao khung phải giảm xuống Chiều cao

tối đa của ngôi nhà còn phụ thuộc vào số bước cột, độ lớn các bước, tỷ lệ chiều cao

và chiều rộng nhà

Hình 1.4 mô tả công trình “The Museum Tower” ở Los Angeles cao 73m (22

tầng) sử dụng kết cấu bê tông cốt thép với hệ kết cấu chịu lực là hệ khung không

gian bước cột 3,96m chiều cao tầng 2,7m

1.3.2 Hệ tường chịu lực (II)

Là một hệ tấm tường phẳng vừa làm nhiệm vụ chịu tải trọng đứng, vừa là hệ

thống chịu tải trọng ngang và là tường ngăn giữa các phòng Căn cứ vào cách bố trí các tấm tường chịu tải trọng thẳng đứng chia làm 3 sơ đồ:

- Tường dọc chịu lực

- Tường ngang chịu lực

- Tường dọc và ngang cùng chịu lực

Hình 1.5 Hệ tường chịu lực [10]

Trong các nhà mà tường chịu lực chỉ đặt theo một phương, sự ổn định của công trình theo phương vuông góc được đảm bảo nhờ các vách cứng Như vậy, vách cứng

được hiểu theo nghĩa là các tấm tường thiết kế để chịu tải trọng ngang Trong thực

tế, đối với nhà cao tầng, tải trọng ngang bao giờ cũng chiếm ưu thế nên các tấm

tường chịu lực được thiết kế để vừa chịu tải trọng ngang vừa chịu tải trọng đứng Các tấm tường được làm bằng BTCT có khả năng chịu cắt và chịu uốn tốt nên được gọi

là vách cứng

Để đảm bảo độ cứng không gian cho công trình nên bố trí vách cứng theo cả

hai phương dọc và ngang nhà Số lượng vách theo mỗi phương xác định theo khả

năng chịu tải trọng theo phương đó Ngoài ra, vách cứng cũng nên bố trí sao cho

công trình không bị xoắn khi chịu tải trọng ngang

Tải trọng ngang được truyền đến các tấm tường chịu tải thông qua hệ các bản sàn được xem là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của chúng Do đó các vách cứng làm việc như những dầm công xon có chiều cao tiết diện lớn Khả năng chịu tải của các vách cứng phụ thuộc nhiều vào hình dáng và kích thước tiết diện ngang của nó Các vách cứng thường bị giảm yếu do có các lỗ cửa, số lượng, vị trí, kích thước lỗ

cửa ảnh hưởng quyết định đến khả năng làm việc của chúng

- Các vách cứng đổ tại chỗ có tính liền khối tốt, độ cứng theo phương ngang

- Hệ vách cứng có trọng lượng lớn, độ cứng kết cấu lớn nên tải trọng động đất

tác động lên công trình có giá trị lớn Đây là đặc điểm bất lợi cho công trình thiết kế chịu động đất

- Hệ kết cấu này thích hợp cho các công trình mà có không gian bị ngăn chia

bên trong như nhà ở, khách sạn, bệnh viện … và cho các công trình có chiều cao

dưới 40 tầng

1.3.3 Hệ lõi chịu lực (III)

Lõi có dạng vỏ hộp rỗng tiết diện kín hoặc hở, chịu tải trọng đứng và ngang tác dụng lên công trình và truyền xuống đất nền Lõi có thể xem là sự kết hợp của nhiều tấm tường theo các phương khác nhau Trong lõi có thể bố trí hệ thống kỹ thuật,

thang bộ, thang máy Sau đây là một số cách bố trí thông dụng

- Nhà lõi tròn, vuông, chữ nhật, tam giác… (kín hoặc hở)

Hình 1.6 Hình dạng các Vách cứng [10]

Các đặc điểm cơ bản của Hệ tường chịu lực:

- Nhà có một lõi hoặc hai lõi

- Lõi nằm trong nhà hoặc theo chu vi nhà hoặc có một phần nằm ngoài

Hình 1.7 Hệ lõi chịu lực [10]

Trường hợp nhà có nhiều lõi cứng thì chúng được đặt xa nhau và các sàn được tựa lên hệ thống dầm lớn liên kết với các lõi Các lõi cứng được bố trí trên mặt bằng

Hình 1.8 Tháp Miglin - Beiler, Chicago [22]

nhà sao cho tâm cứng của công trình trùng với trọng tâm của nó để tránh bị xoắn khi dao động

Lõi cứng làm việc như một consol lớn ngàm vào mặt móng công trình, lõi có

tiết diện kín, hở hoàn toàn hoặc nửa hở, tuy nhiên thực tế lõi cứng thường có tiết

diện hở hoặc nửa hở

Đây là hệ kết cấu được sử dụng khá phổ biến, có thể sử dụng cho những công trình có số tầng lên đến 60-70 tầng

Hình 1.8 mô tả công trình “The Miglin-Beiler Tower” ở Chicago (Hoa Kỳ) có

phần kết cấu thân không kể tháp thép ở trên cao 443,2m sử dụng hệ kết cấu lõi chịu lực, trong đó ở giữa công trình đặt một lõi bê tông cốt thép chịu lực chính có bề dày giảm dần từ 0,91m đến 0,46m, ngoài ra xung quanh được bố trí thêm một số cột

thép rỗng nhồi bê tông và một số dàn thép ở biên để tăng độ cứng tổng thể

1.3.4 Hệ hộp chịu lực (IV)

Xuất phát từ sự phát triển của vật liệu bê tông cốt thép, nhiều công trình có

chiều cao lớn đã được xây dựng Sau một thời gian thực tế đã chứng minh rằng với

những công trình quá cao (trên 30 tầng) thì việc sử dụng hệ kết cấu khung là không kinh tế do kích thước của dầm và cột quá lớn ảnh hưởng nhiều đến không gian sử

dụng, kết cấu móng Nếu sử dụng các hệ vách, lõi ở bên trong công trình thì thường công trình không đủ độ cứng, độ ổn định tổng thể cần thiết Từ đó hệ kết cấu hộp xuất hiện nhằm đáp ứng yêu cầu đặt ra cho công trình siêu cao tầng

Hệ kết cấu gồm các cột đặt dày đặc trên toàn bộ chu vi công trình được liên kết với nhau nhờ hệ thống dầm ngang gọi là kết cấu hộp (còn gọi là kết cấu ống)

Hệ hộp chịu tất cả tải trọng đứng và tải trọng ngang Các bản sàn được gối lên các kết cấu chịu tải nằm trong mặt phẳng tường ngoài mà không cần các kết cấu

trung gian khác bên trong Khi các cột đặt thưa nhau thì kết cấu làm việc theo sơ đồ khung, khi các cột đặt kề nhau và hệ dầm có độ cứng lớn thì dưới tác dụng của tải trọng ngang kết cấu làm việc như một consol Trong thực tế, khoảng cách giữa các

cột biên đặt theo một mức độ cho phép cho nên kết cấu ống, thực chất nằm trung

gian giữa sơ đồ biến dạng consol và sơ đồ khung

Các giải pháp kết cấu cho vỏ hộp:

- Dùng các lưới ô vuông tạo thành từ các cột đặt cách nhau ở khoảng cách bé

với các dầm ngang có chiều cao lớn Hệ kết cấu này rất phù hợp với bản chất toàn

khối của kết cấu bê tông cốt thép Tuỳ thuộc vào chiều cao và kích thước mặt bằng

công trình mà khoảng cách giữa các cột có thể từ 1,5m đến 4,5m, chiều cao của dầm

từ 0,6 đến 1,2m Dùng cho nhà cao từ 40-60 tầng

- Dùng lưới không gian với các thanh chéo: tạo thành lưới ô vuông từ cột và

dầm, tạo thành ô lưới quả trám có hoặc không có thanh ngang Dùng cho nhà có

chiều cao cực lớn trên 80 tầng Tác dụng của thanh chéo: làm tăng độ cứng ngang và

chống xoắn của công trình, khắc phục tính biến dạng của dầm ngang Các thanh chéo không chỉ tạo ra một hệ giàn phẳng mà còn hoạt động tương hỗ với các giàn

trong mặt phẳng vuông góc tạo thành hình chữ X giữa các cột góc trên mặt đứng

ới những công trình cao chọc trời dạng tháp (Tower)

Hình 1.10 mô tả công trình “JinMao Tower” ở Thượng Hải cao 421m (87 tầng)

sử dụng hệ kết cấu hộp giàn không gian, trong đó giữa nhà bố trí một lõi bê tông cốt

thép bề dày giảm dần từ 0,84m đến 0,46m, và một hệ giàn thép bao bên ngoài công trình liên kết các hệ cột ở biên

Hình 1.9 Hệ hộp chịu lực [10]

Nhìn chung hệ hộp là hệ kết cấu được sử dụng chính v

Để tăng độ cứng ngang của khung, có thể bố trí thêm các thanh xiên tại một số

nhịp trên suốt chiều cao của nó Phần kết cấu dạng dàn được tạo thành sẽ làm việc

như một vách cứng thẳng đứng, cột và dầm làm việc như các phần tử chịu uốn còn

các thanh giằng chịu lực theo phương dọc trục

Sự tham gia chịu lực của hệ giằng chéo không chỉ làm giảm momen, lực cắt

trong cột mà còn làm tăng độ cứng theo phương ngang của công trình một cách

đáng kể Nhược điểm của hệ kết cấu khung – giằng là sự cản trở của hệ giằng chéo

đến công năng sử dụng của ngôi nhà, xét về chịu lực thì hệ giằng có dạng chữ X là

hệ quả nhất; tuy nhiên trong thực tế có thể dùng một số loại giằng khác mặc dù

không hệ quả bằng hệ chữ X, nh−ng −u điểm của những hệ này là trên các ô đặt giằng có thể mở cửa sổ, cửa đi

Hình 1.11 Một số dạng giằng xiên trong NCT [7]

Nếu thiết kế thêm các dàn ngang ở tầng trên cùng hoặc tầng trung gian liên kết các bộ phận khung còn lại với các dàn đứng này thì hiệu qủa chịu tải trọng của hệ sẽ tăng thêm đến 30%

Hình 1.12 Nhà có Vách cứng dạng dàn [10]

Dưới tác dụng của tải trọng ngang, các dàn ngang sẽ đóng vai trò phân phối lực dọc giữa các cột khung, cản trở chuyển vị xoay của cả hệ và làm giảm mômen uốn ở phần dưới khung

1.4.2 Hệ khung – vách

Kết cấu khung có độ cứng chống uốn tốt nhưng độ cứng chống cắt kém, còn kết cấu vách có độ cứng chống cắt tốt nhưng độ cứng chống uốn kém Khi chịu tải trọng ngang khung có xu hướng chịu biến dạng do cắt còn vách cứng có xu hướng chịu biến dạng do uốn nên hai hệ này sẽ bổ sung cho nhau khi chịu uốn cắt đồng thời, do vậy:

- Các vách cứng thường được bố trí thành các dạng tổ hợp chữ C, I để tăng khả năng chống uốn

- Kéo dài các vách theo phương mặt phẳng uốn

- Bố trí các vách phẳng sao cho tâm cứng của hệ vách trùng với tâm đặt tải trọng và hạn chế bố trí nhiều hơn 3 vách đồng quy (vì giảm khả năng chống xoắn)

- Đưa các khung và một số vách phẳng ra biên để chịu lực cắt và mômen xoắn

Hình 1.13 Mặt bằng tầng điển hình của công trình có hệ KC khung - vách [22]

1.4.3 Hệ khung – lõi

Trong hệ kết hợp này khi tải trọng ngang tác dụng hầu nh− đ−ợc truyền vào hệ lõi cứng còn hệ khung chỉ chủ yếu chịu phần tải trọng đứng trong phạm vi của nó,

do vậy khi bố trí hệ kết cấu cần chú ý:

- Bố trí tâm cứng của hệ lõi càng gần với tâm đặt tải trọng càng tốt để hạn chế gây mômen xoắn

- Bố trí chu vi của hệ lõi càng lớn càng tốt để tăng khả năng ổn định tổng thể

- Đ−a các hệ khung ra chu vi để tận dụng khả năng chịu uốn tốt của khung và hình thành nên hệ khối không gian để tăng độ cứng tổng thể cả chịu uốn và chịu xoắn của công trình

1.4.4 Hệ khung – vách – lõi

Đây là một hệ kết hợp khá phổ biến và hiệu quả cao trong kết cấu NCT

khung - vách - lõi [22]

Khi bố trí hệ kết cấu khung – vách – lõi cần chú ý:

- Bố trí các hệ lõi đối xứng ở tâm nhà để tăng khả năng chịu uốn

Hình 1.14 Mặt bằng tầng điển hình của công trình sử dụng hệ kết cấu

- Bố trí các vách phẳng kết hợp với hệ khung phẳng ở biên để vừa chịu uốn vừa

chịu cắt đồng thời tăng khả năng chống xoắn

1.4.5 Hệ hộp – lõi

Hệ hỗn hợp này được sử dụng ở những công trình có chiều cao lớn, mặt bằng

rộng Khi đó hệ lõi được bố trí ở giữa nhà để chịu tải trọng đứng và một phần mômen uốn và lực cắt còn hệ hộp đóng vai trò chính để chịu uốn, cắt, xoắn do tải

trọng ngang gây ra Hình 1.15 mô tả công trình sử dụng hệ kết cấu hộp - lõi không

gian có liên kết theo phương đường chéo (bằng cách chèn cứng khoảng trống giữa

cột và dầm của hệ hộp biên theo phương đường chéo)

a) Mặt đứng

Hình 1.15 Công trình sử dụng hệ kết hợp hộp – lõi [22]

1.5 Các hệ kết cấu đặc biệt [7]

1.5.1 Kết cấu có hệ dầm truyền

Trong một số trường hợp trong các tầng dưới của NCT các cột phải được bố trí

thưa để tạo không gian rộng, các tầng trên thì lưới cột được bố trí dày để giảm chiều cao dầm hoặc sử dụng kết cấu tường chịu lực Như vậy giữa tầng dưới (có lưới cột

thưa) và tầng trên (có lưới cột dày) cần bố trí các dầm có độ cứng lớn để truyền tải

b) Mặt bằng

từ các cột, tường của các tầng trên xuống các cột tầng dưới Các dầm này được gọi

dầm truyền để chịu được biến dạng xoay lớn

ợc xây dựng tại Hồng Kông

(Nguồn: Structure Magazine of NCSEA, June 2009)

Hình 1.16 Một công trình Bê tông cốt thép có dầm truyền đư

Hình 1.17 Sơ đồ kết cấu có dầm truyền trong NCT [7]

a) Cột 2 nhánh, nhà ở (Berlin, Đức); b) Cột 3 nhánh, nhà ở (Berlin, Đức); c) Dầm truyền

dạng KC dàn (San Fransico)

1.5.2 Kết cấu có tầng cứng và các ví dụ

Trong kết cấu hộp - lõi, mặc dù cả hộp và lõi đều được xem là kết cấu chịu tải trong ngang, song các dầm sàn có độ cứng bé trong khi khoảng cách từ lõi đến hộp lớn nên thực chất phần lớn tải ngang do lõi gánh chịu Hiện tượng này làm cho kết cấu hộp ngoài làm việc không hiệu quả Để khắc phục hiện tượng này, tại một số tầng ta tạo ra các dầm ngang hoặc các dàn có độ cứng lớn nối lõi cứng với các hộp ngoài

Dưới tác dụng của tải trọng ngang, lõi cứng bị uốn làm cho các dầm này bị

chuyển vị theo phương thẳng đứng và tác dụng lên các cột của hộp ngoài các lực theo phương thẳng đứng, mặc dù các cột có độ cứng chống uốn nhỏ song độ cứng dọc trục lớn nên đã cản trở sự chuyển vị của các dầm cứng và kết quả là chống lại sự chuyển vị ngang của cả công trình

Trong thực tế các dầm cứng này được bố trí tại các tầng kỹ thuật và có chiều cao bằng cả tầng nhà nên người ta gọi là tầng cứng (viết tắt theo Tiếng Anh là OTR

- Outrigger) Số tầng cứng trong NCT thường là 1, 2 hoặc 3 tầng

- Nếu bố trí 1 tầng cứng: đặt tại cao độ sát mái

- Nếu bố trí 2 tầng cứng: 1 tầng đặt tại cao độ sát mái, 1 tầng ở giữa chiều cao nhà

Hình 1.18 Sơ đồ kết cấu NCT có tầng cứng [1]

- Nếu bố trí 3 tầng cứng: 1 tầng đặt tại cao độ sát mái, 1 tầng cách mái 1/3

chiều cao nhà và tầng còn lại cách mái 2/3 chiều cao nhà

Tại vị trí tầng cứng, độ cứng của kết cấu bị thay đổi đột ngột Dưới tác dụng của tải trọng ngang, nội lực trong lõi cứng, trong dầm, trong cột thay đổi có quy luật phức tạp và nhiều khi thay đổi dạng bước nhảy làm cho công tác thiết kế, cấu tạo gặp khó khăn Đặc biệt, momen uốn trong các cột tại vị trí liên kết với tầng cứng có giá trị lớn nên dễ gây phá hủy tại vị trí này khi xảy ra động đất

Dao động của hệ kết cấu có tầng cứng thường là phức tạp nên việc tính toán

động lực của hệ này phải được tiến hành theo sơ đồ không gian và không nên sử dụng các mô hình đơn giản như đối với các hệ kết cấu cơ bản

Trên Hình 1.19 a), b), c) là hình ảnh biểu đồ momen trong lõi cứng của các hệ kết cấu hộp – lõi lần lượt khi không có tầng cứng, có 1 tầng cứng và có 2 tầng cứng Khi có 1 tầng cứng thì momen tại chân lõi giảm đi nhưng ở phần trên thì lại bị đổi dấu; Khi có 2 tầng cứng thì ngoài sự giảm ở chân lõi, momen ở phần trên bị đổi dấu còn có bước nhảy ở tầng cứng ở giữa

Hình 1.19 Biểu đồ momen trong lõi cứng khi có và không có tầng cứng [5]

Hình 1.20 Phối cảnh dự án “ Trung tâm tài chính Bitexco” tại TP Hồ Chí Minh

(Nguồn: Structure Magazine of NCSEA, June 2009)

20 mô tả công trình “Trung tâm tài chính Bitexco” ở TP Hồ Chí Minh, 5m (68 tầng) Trên sân th−ợng tòa nhà có sân đỗ

ợc thiết kế hình búp sen đang nở, biểu hiện của Văn hóa Việt

ông có tầng nào giống nhau

ết cấu của công trình: sử dụng hệ kết cấu hộp – lõi BTC

ng cứng đ−ợc tạo thành từ hai tầng nhà,

h dàn liên kết lõi với các cột biên, ở hai mặt nhà tại cột

ch cứng để liên kết với các thanh dàn và tăng độ cứng cho tầng

a thanh dàn (rộng 1,0m) vào lõi cứng (dày 0,4m) đ−

ợc tải trọng ngang vào lõi

Hình 1.21 Mặt bằng bố trí tầng cứng công trình “ Trung tâm tài chính Bitexco”

(Nguồn: Structure Magazine of NCSEA, June 2009)

Hình 1.22 Mặt đứng tầng cứng công trình “ Trung tâm tài chính Bitexco”

(Nguồn: Structure Magazine of NCSEA, June 2009)

Chương 2

ảnh hưởng của tầng cứng đến khả năng chịu tải trọng

ngang của kết cấu Nhà cao tầng Bê Tông Cốt Thép

Mặc dù kết cấu có các dầm biên liên kết và giằng các cột biên lại với nhau, tuy

nhiên có thể coi ảnh hưởng của các cột biên này được thay thế bởi hai cột tương

đương tại hai đầu của tầng cứng Lúc này các cột biên sẽ chịu kéo hay nén tùy theo chiều tác dụng của tải trọng Có thể quan niệm tầng cứng như một liên kết đàn hồi

có độ cứng được xác định từ điều kiện chuyển vị đơn vị của lõi cứng

Hình 2.1 Sơ đồ làm việc của NCT có 1 tầng cứng [22]

Coi khoảng cách từ tâm của lõi cứng đến cột biên là

A – diện tích tiết diện cột biên;

E – mô đun đàn hồi của vật liệu;

d – khoảng cách giữa các cột biên;

θ - góc xoay của tầng cứng (đầu cuối của thanh consol), được coi như liên

kết đàn hồi (spring) tại z = L, tính theo radian; Dấu “ – “ thể hiện góc xoay của tầng

cứng có hướng ngược lại với góc xoay của công trình khi chịu tải trọng ngang

L

θ - góc xoay thực tế của tầng cứng tại đỉnh, tính theo radian

Với kết cấu công trình dạng con sol, có momen quán tính I không đổi, momen

đàn hồi E không đổi chịu tác dụng của tải trọng ngang phân bố đều W thì ta có:

3 6

K L EI

=+ (2.5);

dx = EI − (2.8)

Độ dốc của consol tại vị trí có tầng cứng (có liên kết đàn hồi): thay x = 0,25.L

EI ư EI =K (2.14)

Ký hiệu M3 và là momen và độ cứng của liên kết đàn hồi tại x = 0,5.L và z

= 0,5.L của công trình, với lưu ý rằng 1

Chuyển vị của công trình tại vị trí có tầng cứng:

EIì ư EI =K (2.18)

Ký hiệu M4 và là momen và độ cứng của liên kết đàn hồi tại x = 0,75.L và

z = 0,25.L của công trình, với lưu ý rằng 1

4 2 4

Giá trị là độ cứng của liên kết đàn hồi tại đỉnh công trình ứng với trường

hợp x = 0 và L có thể xác định như sau: cho một góc xoay đơn vị tác dụng vào

nh, góc xoay sẽ làm cho các cột biên ở hai phía ứng xử khác nhau, một vùng chịu nén và vùng kia chịu kéo Độ lớn của lực nén và lực kéo

phụ thuộc vào khoảng cách từ các cột biên đến tâm cứng Đem nhân các lực trong

d ta sẽ có giá trị độ cứng Như vậy, nếu

1

K

z =

lõi cứng tại đỉnh công trì

các cột biên với cánh tay đòn K1 p1 có thứ

nguyên là Tấn (T), cánh tay đòn thứ nguyên là mét (m) thì ta có đơn vị của là Tm

Độ cứng của các lò xo theo phương vuông góc được tính toán tương tự

2.1.6 Tính toán vị trí tối ưu cho tầng cứng trong NCT có 1 tầng cứng [22]

Qua 4 ví dụ tính toán từ mục 1.1 đến mục 1.5, tác giả nhận thấy: độ cứng và

chuyển vị ngang tại đỉnh công trình phụ thuộc vào vị trí của tầng cứng Khi tầng

cứng thay đổi vị trí thì chuyển vị ngang đỉnh nhà thay đổi theo

Từ các kết quả tính toán (2.6), (2.12), (2.16) và (2.19) cho ta cách nhìn định

tính trong bốn trường hợp tính toán, khi tầng cứng ở đỉnh công trình và khi tầng cứng cách đỉnh nhà 0,75.L thì chuyển vị đỉnh là bằng nhau Khi tầng cứng ở cách

đỉnh 0,25.L thì chuyển vị đỉnh có giá trị nhỏ hơn hai trường hợp trên, nhưng khi tầng cứng cách đỉnh 0,5.L thì chuyển vị đỉnh là nhỏ nhất trong bốn trường hợp tính toán Vậy tầng cứng nằm ở trí nào thì chuyển vị đỉnh công trình là nhỏ nhất? Ta sẽ tìm vị trí này thông qua một số giả thiết tính toán sau:

- Tiết diện các cột biên và mô men quán tính của lõi cứng không thay đổi

dọc theo chiều cao công trình

- Các tầng cứng được coi có độ cứng chống uốn vô cùng lớn và chỉ gây ra lực

dọc trong cột

- Khả năng chống chuyển vị ngang của kết cấu chỉ xét với lõi cứng chống

uốn và các cột biên chịu biến dạng dọc trục (kéo hoặc nén)

- Lõi cứng được xem là ngàm cứng vào móng

- Bỏ qua sự xoay của lõi cứng do biến dạng trượt do lực cắt gây ra

- Tải trọng ngang tác dụng lên công trình coi là không đổi theo chiều cao

- Kết cấu được coi là đàn hồi tuyến tính

Hình 2.6 mô tả sơ đồ tính vị trí tối ưu của tầng cứng cho NCT có 1 tầng cứng Xét một kết cấu nhà cao tầng BTCT có 01 tầng cứng bố trí cách đỉnh công

trình đoạn x Tương tự các trường hợp trên, dùng phương pháp góc xoay theo công

thức (2.1), xác định momen Mx tại vị trí có tầng cứng Từ giá trị Mx tìm được, tính

chuyển vị đỉnh của lõi áp dụng bài toán tìm chuyển vị cực tiểu tại đỉnh ta sẽ tính

được giá trị x tương ứng vị trí tối ưu của tầng cứng Trình tự tính toán như sau:

Góc xoay tại đỉnh của công trình tầng cứng tại vị trí x, chịu tải trọng ngang