Bài giảng kết cấu thép phần nhà cao tầng

1 Bộ môn Công trình Thép - gỗ 1 KẾT CẤU THÉP NHÀ CAO TẦNG Hà Nội, 2013 Giảng viên: Ths. Hàn Ngọc Đức Bộ môn Công trình Thép - gỗ NỘI DUNG CƠ BẢN  Chương I: Đại cương về nhà cao tầng  Chương II: Tổ hợp hệ kết cấu chịu lực trong nhà cao tầng  Chương III: Một số nguyên lý cơ bản trong thiết kế KC nhà cao tầng  Chương IV: Tải trọng tác dụng  Chương V: Phân tích và tổ hợp nội lực  Chương VI: Cấu tạo và tính toán các cấu kiện chịu lực cơ bản  Chương VII: Cấu tạo và tính toán các liên kết cơ bản 2 2 Bộ môn Công trình Thép - gỗ CHƯƠNG I. ĐẠI CƯƠNG VỀ NHÀ CAO TẦNG 1.1. Định nghĩa và phân loại  Một công trình xây dựng được xem là cao tầng ở tại một vùng hoặc một thời kỳ nào đó nếu chiều cao của nó quyết định các điều kiện thiết kế, thi công hoặc sử dụng khác với các ngôi nhà thông thường khác.  Phân loại theo chiều cao: - Nhóm I, bao gồm những nhà có 9 - 16 tầng (cao dưới 50 m) - Nhóm II, bao gồm những nhà có 17 - 25 tầng (cao dưới 75 m) - Nhóm III, bao gồm những nhà có 26 - 40 tầng (cao dưới 100 m) - Nhóm IV, là những nhà “siêu cao tầng”, số tầng nhiều trên 40 (cao trên 100 m)  Phân loại theo kết cấu chịu lực: - Nhà có kết cấu chịu lực chính là hệ thanh (khung, giằng) - Nhà có kết cấu chịu lực chính là các tấm tường, vách - Nhà có kết cấu chịu lực chính là hệ kết hợp: tường, khung, lõi cứng cùng tồn tại và làm việc 3 Bộ môn Công trình Thép - gỗ CHƯƠNG I. ĐẠI CƯƠNG VỀ NHÀ CAO TẦNG 1.2. Các đặc điểm cơ bản của nhà cao tầng  Do công trình có chiều cao lớn, tác dụng của các tải trọng ngang (do gió, do động đất), của các tải trọng lệch, của biến thiên nhiệt độ là rất đáng kể  Sự phân bố độ cứng dọc theo chiều cao nhà ảnh hưởng đến dao động bản thân, ảnh hưởng đến tác dụng của các tải trọng, đến nội lực, chuyển vị của hệ kết cấu  Số lượng tầng nhiều, được phân bố trên một diện tích mặt bằng nhỏ nên trọng lượng bản thân và tải trọng sử dụng thường rất lớn, dẫn đến các vấn đề cần giải quyết về nền và móng  Rất nhạy cảm với độ lún lệch của móng  Điều kiện thi công phức tạp, quy trình thi công cần phải nghiêm ngặt và yêu cầu độ chính xác cao  Các yêu cầu sử dụng như vệ sinh môi trường, thông gió, cấp thoát nước, giao thông chủ yếu là theo phương thẳng đứng; ảnh hưởng của chiều cao đến sức khoẻ, tâm lý của người sử dụng trong các nhà cao tầng đều khác xa so với các công trình khác 4 3 Bộ môn Công trình Thép - gỗ CHƯƠNG I. ĐẠI CƯƠNG VỀ NHÀ CAO TẦNG 1.3. Những thành tựu về nhà cao tầng trên thế giới và ở Việt Nam  Trên thế giới, các công trình cao tầng tập trung chủ yếu ở Chấu Á và Mỹ (Ả rập, Trung Quốc, Đài Loan, Hồng Kông, Malaysia, )  Ở Việt Nam, các công trình cao tầng được xây dựng sau năm 1995 và phát triển rất nhanh trong những năm gần đây, tập trung chủ yếu ở Hà Nội và TP Hồ Chí Minh 5 Bộ môn Công trình Thép - gỗ 6 Các công trình cao tầng tiêu biểu trên thế giới 4 Bộ môn Công trình Thép - gỗ 7 Các công trình cao tầng tiêu biểu trên thế giới Bộ môn Công trình Thép - gỗ 8 Các công trình cao tầng tiêu biểu trên thế giới 5 Bộ môn Công trình Thép - gỗ 9 Tòa nhà Buji Khalifa cao 828m ở Dubai Bộ môn Công trình Thép - gỗ 10 Tòa tháp đôi Petronas, Malaysia cao 452m, với chiếc cầu ở độ cao 170m 6 Bộ môn Công trình Thép - gỗ 11 Trung tâm thương mại thế giới, Mỹ cao 417m (tính cả ăng ten 526m) Bộ môn Công trình Thép - gỗ 12 Tổ hợp Keangnam 70 tầng (Hà Nội) 7 Bộ môn Công trình Thép - gỗ 13 Tòa nhà Bitexco 68 tầng (TP HCM) Bộ môn Công trình Thép - gỗ 14 Tòa nhà Viettinbank 68 tầng (Hà Nội) 8 Bộ môn Công trình Thép - gỗ 15 Tòa nhà 169 Nguyễn Ngọc Vũ (Hà Nội) Bộ môn Công trình Thép - gỗ CHƯƠNG II. TỔ HỢP HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC TRONG NHÀ CAO TẦNG 2.1. Các cấu kiện và hệ kết cấu chịu lực cơ bản  Các cấu kiện chịu lực cơ bản: - Cấu kiện dạng thanh: cột, dầm, thanh chống. - Cấu kiện dạng tấm phẳng: vách cứng dạng tường (tấm tường bêtông cốt thép đặc hoặc có lỗ), vách dạng giàn tạo thành từ các cột và dầm khung kết hợp với các thanh xiên, các tấm sàn phẳng hoặc tấm sàn sườn. - Cấu kiện không gian: lõi, hoặc hộp tạo thành từ các tấm tường hoặc hệ lưới thanh không gian được ghép lại từ các giàn phẳng. 16 9 Bộ môn Công trình Thép - gỗ CHƯƠNG II. TỔ HỢP HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC TRONG NHÀ CAO TẦNG 2.1. Các cấu kiện và hệ kết cấu chịu lực cơ bản  Các hệ kết cấu chịu lực cơ bản: - Hệ kết cấu chỉ bao gồm một loại cấu kiện chịu lực cơ bản: hệ thanh (I), hệ vách cứng (II), hệ lõi (III), hệ hộp (IV) - Hệ kết cấu được tổ hợp từ hai hoặc nhiều loại cấu kiện chịu lực cơ bản: hệ khung-vách, khung-lõi, khung-hộp, hệ vách-lõi, hệ lõi-hộp  Các sơ đồ kết cấu chịu lực cơ bản: - Sơ đồ khung - Sơ đồ giằng - Sơ đồ khung - giằng 17 Bộ môn Công trình Thép - gỗ CHƯƠNG II. TỔ HỢP HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC TRONG NHÀ CAO TẦNG 2.2. Sơ đồ khung chịu lực  Sơ đồ gồm khung ngang và dọc liên kết với nhau tạo thành một khung không gian  Khung và các cấu kiện cần đủ cứng để truyền mọi tải trọng (cả tải trọng đứng và tải trọng ngang) xuống móng  Các nút khung cấu tạo nút cứng để bảo đảm độ cứng tổng thể cho công trình 18 a- dạng phổ thông b- dạng hộp theo chu vi c- dạng hộp nhiều ngăn 1- cột, 2- dầm, 3- sàn cứng, 4- chuyển vị ngang, 5- vách thành hộp ngoài, 6- vách thành hộp trong 10 Bộ môn Công trình Thép - gỗ CHƯƠNG II. TỔ HỢP HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC TRONG NHÀ CAO TẦNG 2.2. Sơ đồ khung chịu lực  Chuyển vị ngang của một khung có nút cứng gồm hai thành phần: - Chuyển vị ngang do uốn tổng thể khung, giống như chuyển vị của một thanh côngxon thẳng đứng (hình b), tỷ lệ này chiếm khoảng 20%. - Chuyển vị ngang do biến dạng uốn các thanh thành phần (hình c), chiếm tỷ lệ khoảng 80% (trong đó do biến dạng dầm khoảng 65%, do biến dạng cột khoảng 15%) 19 Bộ môn Công trình Thép - gỗ CHƯƠNG II. TỔ HỢP HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC TRONG NHÀ CAO TẦNG 2.3. Sơ đồ giằng chịu lực  Hệ hỗn hợp bao gồm các kết cấu cứng theo phương thẳng đứng (vách, lõi, hộp) và các cột hai đầu khớp, liên kết với nhau bởi các tấm sàn tầng  Kết cấu cột có độ cứng chống uốn bé nên không có khả năng chịu tải trọng ngang  Tải trọng ngang tác dụng trực tiếp vào hệ thống các sàn cứng rồi truyền vào hệ thống kết cấu cứng theo phương thẳng đứng để truyền xuống móng 20 a- hệ vách cứng chịu lực b- hệ lõi cứng chịu lực c- hệ hộp cứng chịu lực [...]... trỡnh kt cu thộp Dạng kết cấu Phân loại cấp dẻo kết cấu DCM DCH 5 u a) Khung chịu mômen 4 b) Khung với hệ giằng đúng tâm: giằng chéo chữ X giằng chữ V, tam giác chồng 4 2 c) Khung với hệ giằng lệch tâm 4 5 u d) Kết cấu kiểu con lắc ngược 2 2 u e) Kết cấu có lõi, vách BTCT 1 4 2,5 1 1 ( theo quy định cho K .cấu BTCT) f) Khung chịu mômen kết hợp với hệ giằng đúng tâm 4 g) Khung chịu mômen kết hợp với tường... ng t c dựng thit k kt cu theo mụ hỡnh phõn tớch n hi quy c Quan nim thit k, cu do kt cu v gii hn trờn ca h s ng x Quan niệm thiết kế Kết cấu có khả năng tiêu tán năng lượng thấp Kết cấu có khả năng tiêu tán năng lượng Cấp dẻo kết cấu DCL (thấp) DCM (trung bình) DCH (cao) Phạm vi giá trị của hệ số ứng xử 1,5 2 4 ; và không vượt quá giá trị giới hạn cho trong bảng 3.8 Lấy theo giá trị giới hạn trong... K NH CAO TNG 3.3 Nguyờn tc t hp kt cu theo phng ng Nh cú dng thon dn v chiu cao s cho hiu qu cao v phõn phi khi lng dao ng, gim ỏng k cỏc tỏc dng ca ti trng ngang Trong nh cao tng bng thộp, ging ng thng l cỏc gin phng hoc t hp to thnh gin khụng gian m thanh cỏnh ca gin chớnh l cỏc ct khung Cỏc gin ngang thng t tng nh hoc cỏc tng k thut a- s thng dựng; b,c- s dựng cho cụng trỡnh cú chiu cao ln... không xen kẹp vài lớp đất dính mềm); hoặc có đa phần là đất dính trạng thái từ mềm đến cứng vừa Địa tầng gồm các lớp đất trầm tích sông ở trên mặt, dày (5-20)m, tốc độ truyền sóng như loại C, loại D, bên dưới là các lớp cứng hơn, có vs >800m/s Địa tầng bao gồm hoặc có chưa 1 lớp đất sét mềm/bùn dày ít nhất 10m, với chỉ số dẻo cao (PI.10) và độ ẩm lớn Địa tầng bao gồm các lớp đất dễ hóa lỏng, đất sét... Trong ú: : h s mch ng, ly theo bng 8 TCVN 2737-1995 Giỏ tr ca c xỏc nh tng t h s k ca thnh phn tnh tuy nhiờn ngc vi k khi chiu cao tng thỡ li gim : h s tng quan khụng gian ỏp lc ng, ly theo bng 10 TCVN 2737-1995 Vi cựng mt b rng b, khi chiu cao h tng, gim; hoc l cựng mt chiu cao h, khi chiu rng b tng, gim Trờn mi b mt ngoi ca nh u chu tỏc ng ca thnh phn ng do s mch ng ca giú 53 B mụn Cụng trỡnh Thộp... 13 B mụn Cụng trỡnh Thộp - g CHNG II T HP H KT CU CHU LC TRONG NH CAO TNG 2.4 S khung - ging chu lc Gii phỏp tng cng cho khung ngang: - Tng cng thờm cỏc gin ngang tng nh nh hoc thờm mt vi tng trung gian na, ng thi liờn kt cỏc ct khung vi cỏc gin ny - B trớ thờm cỏc gin ngang, dc to thnh cỏc di cng, di ny thng cú chiu cao bng chiu cao ca mt tng nh 27 B mụn Cụng trỡnh Thộp - g 28 14 B mụn Cụng trỡnh... Thộp - g CHNG III NGUYấN Lí C BN TRONG THIT K NH CAO TNG 3.1 Cỏc nguyờn lý c bn Nguyờn lý v hỡnh khi cụng trỡnh: cõn i, n diu v liờn tc, m bo tớnh ng iu v dao ng trong mt khi cụng trỡnh Nguyờn lý v cng ca cụng trỡnh: khụng thay i t ngt cng trờn dc chiu cao v theo phng ngang nh Nguyờn lý v bc siờu tnh ca cụng trỡnh: nh nhiu tng nờn thit k vi bc siờu tnh cao Nguyờn lý v s xut hin ca cỏc khp do: trng... NH CAO TNG 2.3 S ging chu lc H vỏch chu lc mt s bc (hoc nhp) ca cỏc ct, b sung thờm cỏc thanh chng xiờn trờn sut chiu cao nh to thnh nhng gin phng thng ng gi l gin ging Cỏc gin ging ny chu phn ti trng ng tng ng vi din tớch sn m mi vỏch, gin phi (bỡnh ng nh cỏc ct khp), ng thi phi chu ton b ti trng ngang tỏc dng lờn cụng trỡnh 21 B mụn Cụng trỡnh Thộp - g CHNG II T HP H KT CU CHU LC TRONG NH CAO. .. biờn khụng ln hn 12m Cụng trỡnh cú cng chng xon ln Cụng trỡnh cú cng chng xon nh 41 B mụn Cụng trỡnh Thộp - g CHNG III NGUYấN Lí C BN TRONG THIT K NH CAO TNG 3.2 Nguyờn tc b trớ kt cu trờn mt bng 3.2.3 La chn h kt cu sn Sn sn (sn ph thụng) kt hp dm cao, dm bt Sn ụ c Sn khụng dm - Sn nm - Sn ng lc trc - Sn búng Sn liờn hp thộp - bờ tụng 42 21 B mụn Cụng trỡnh Thộp - g H dm sn ph thụng 43 B mụn Cụng... - g 33 B mụn Cụng trỡnh Thộp - g 34 17 B mụn Cụng trỡnh Thộp - g 35 B mụn Cụng trỡnh Thộp - g CHNG III NGUYấN Lí C BN TRONG THIT K NH CAO TNG 3.1 Cỏc nguyờn lý c bn Nguyờn lý v vt liu xõy dng: 36 18 B mụn Cụng trỡnh Thộp - g CHNG III NGUYấN Lí C BN TRONG THIT K NH CAO TNG 3.1 Cỏc nguyờn lý c bn Nguyờn lý v hỡnh dỏng mt bng cụng trỡnh: n gin, gn, i xng v cú cng chng xon tt - Cụng trỡnh cú mt bng . theo chiều cao: - Nhóm I, bao gồm những nhà có 9 - 16 tầng (cao dưới 50 m) - Nhóm II, bao gồm những nhà có 17 - 25 tầng (cao dưới 75 m) - Nhóm III, bao gồm những nhà có 26 - 40 tầng (cao dưới 100. Khalifa cao 828m ở Dubai Bộ môn Công trình Thép - gỗ 10 Tòa tháp đôi Petronas, Malaysia cao 452m, với chiếc cầu ở độ cao 170m 6 Bộ môn Công trình Thép - gỗ 11 Trung tâm thương mại thế giới, Mỹ cao. NHÀ CAO TẦNG Hà Nội, 2013 Giảng viên: Ths. Hàn Ngọc Đức Bộ môn Công trình Thép - gỗ NỘI DUNG CƠ BẢN  Chương I: Đại cương về nhà cao tầng  Chương II: Tổ hợp hệ kết cấu chịu lực trong nhà cao