CHƯƠNG 5 MÔ HÌNH, TẢI TRỌNG, NỘI LỰC VÀ TỔ HỢP NỘI LỰC TRONG KHUNG KHÔNG GIAN

GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành SVTH: Lê Lương Bảo Nghi ¾ Tiết diện dầm thép: - Nếu xem nút khung là nút cứng khi mô hình hoá và giải bằng phương pháp đàn hồi, do xem nút là tuyệt đối cứng

Trang 1

GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành SVTH: Lê Lương Bảo Nghi

¾ Tiết diện dầm thép:

- Nếu xem nút khung là nút cứng khi mô hình hoá và giải bằng phương pháp đàn hồi, do xem nút là tuyệt đối cứng nên sẽ xuất hiện momen âm tại nút liên kết

với cột vì thế hầu như momen dương trong dầm khung có được sau khi giải nội lực khung (đã có tính tải trọng gió) thường bé hơn 0,75 lần momen dương có được khi ta xem dầm khung đó là một dầm đơn giản và truyền tải từ sàn hay từ dầm phụ gác lên dầm khung đó

- Vì vậy để chọn tiết diện dầm khung ta sẽ tiến hành tính toán momen trong dầm khi xem là dầm đơn giản với tải trọng (tổng tĩnh tải và hoạt tải sử dụng) từ sàn hay dầm phụ truyền vào Sau đó dùng chương trình CSSCB(Choose Steel for Simply Composie Beam do chính tác giả viết) để chọn ra dầm thép có khả năng chịu momen dương lớn hơn 0,75 lần momen dương tính được ở trên

- Sơ đồ bố trí, tiết diện dầm cột: Xem trên bản vẽ KC2,KC3,KC4

¾ Tiết diện cột thép:

- Sử dụng loại cột composite bê tông bao bọc một phần ( bê tông lèn vào các

cánh) có bề rộng cánh thép bằng chiều cao (Hình 5.1)

b

Hình 5.1 Cột liên hợp bao bọc một phần

Trang 2

- Chọn cho tất cả các cột một loại tiết diện nào đó Mô hình hoá công trình, đặt tĩnh tải và hoạt tải sử dụng lên công trình (sẽ nói rõ hơn ở các phần sau) Sau đó giải mô hình và lấy ra lực nén dọc P trong các cột với tổ hợp (1.35*tĩnh tải +1.5*hoạt tải) nhằm để chọn sơ bộ tiết diện cột

- Chọn thép hình cho các cột có diện tích tiết diện Aa sao cho:

Aa≥ (1.2~1.5)P/(fy/γa)

fy: giới hạn chảy của thép

γa: hệ số an toàn của thép

Hệ số 1.2~1.5 tính đến tải trọng gió, mất ổn định khi chịu nén, momen uốn trong cột

- Sơ đồ bố trí, tiết diện cột:

Trang 3

C1 C2

C3 C4

C3 C5

C6 C7

C8 C9

C1

C2 C3

C4 C3

C5 C3

C5 C6

C7 C8

C9

C10

C10 C10

Hình 5.2 Sơ đồ vị trí cột

Trang 4

Trang 5

¾ Lưu ý:

- Đối với công trình thuộc loại lắp ráp như kết cấu Composite hay kết cấu thép thì để tiện cho thi công và mô đun hoá, không nên chọn quá nhiều tiết diện dầm, không nên chọn quá nhiều tiết diện cột thép trong một tầng, không nên thay đổi tiết diện quá nhiều lần đối với một cột Đồng thời không nên thay đổi tiết diện cột quá đột ngột dẫn đến thay độ cứng một cách đột ngột

II SƠ ĐỒ TÍNH VÀ MÔ HÌNH HOÁ

- Lõi cứng bê tông cốt thép chịu tải trọng ngang là chủ yếu

=>Các yếu tố trên tạo thành hệ kết cấu hỗn hợp khung, lõi cứng chịu cả tải trọng đứng và tải trọng ngang

- Cũng có các chức năng tương tự SAP như :

+ Phân tích tĩnh học và động lực học

+ Khai báo tải trọng thay đổi theo thời gian

+ Phân tích P – delta

+ Nhiều loại liên kết ràng buộc

+ Nhiều cách tổ hợp nội lực

+ Khả năng giải các bài toán lớn không hạn chế số ẩn số, giải thuật ổn định và hiệu quả cao

Trang 6

+ Thiết kế tiết diện rất đa dạng, có thể thiết kế tiết diện theo ý muốn bằng cách tự tay vẽ ra, đặc biệt có thể sử dụng nhiều loại vật liệu trên cùng tiết diện (tiết diện Composite) và có thể thiết kế được sàn composite sử dụng các tấm thép sóng

+ Có thể gán tải tập trung từ các từ tải trọng bản thân, tải trọng tác dụng hay gán vào điểm bất kỳ

+ Khi phân tích tần số riêng ngoài việc xuất ra tần số còn xuất ra các chuyển vị tương đối của các tầng trong mỗi Mode dao động, và khối lượng tập trung trong mỗi tầng khi ta khai báo sàn tuyệt đối cứng Điều này rất tiện lợi cho tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCVN

+ Xuất các kết quả thành các bảng cơ sở dữ liệu (Data Base Tables) trên Microsoft Access Kết quả xuất ra của một phần tử, ngoài ra các nội lực còn kèm theo tầng, loại phần tử, số hiệu của phần tử , loại tổ hợp Vì vậy rất thuận tiện để quản lý các nội lực xuất ra, tìm giá trị cực trị của nội lực, đồng thời dễ dàng biết được ví trí của phần tử trong công trình

+ Có thể xuất được nội lực một phần tử, một số phần tử hoặc một nhóm phần tử mà ta lựa chọn trên mô hình

- Định nghĩa một số đối tượng trong ETABS:

+ Beam: là các phần tử thanh trong mặt phẳng nằm ngang (mặt phẳng XOY)

+ Column: là phần tử thanh có trục thẳng đứng song song với trục Z

+ Brace: là các phần tử thanh bất kỳ không thuộc loại phần tử Beam và Column

+ Floor: là phần tử tấm vỏ nằm trong mặt phẳng nằm ngang XOY

+ Wall: là phần tử tấm vỏ nằm trong mặt phẳng thẳng đứng XOZ hoặc YOZ

+ Ramp: là phần tử tấm vỏ nằm trong mặt phẳng bất kỳ nhưng không thuộc hai loại phần tử Floor, Wall

Trang 7

- Định nghĩa một tầng Story trong ETABS: (hình 5.2) một story n bao gồm tất

cả các phần tử Beam, Floor trong mặt bằng sàn tầng n đó và tất cả các phần tử Column, Brace, Wall, Ramp, nằm dưới mặt bằng sàn tầng n nhưng trên mặt bằng sàn tầng n-1

Tầng n Tầng n+1

Tầng n-1

Beam, Floor Column, Brace, Wall, Ramp

Hình 5.2

Trang 8

Trang 9

Hình 5.3: Mô hình Sunwah Tower trên ETABS

Trang 10

III TẢI TRỌNG

1 TĨNH TẢI ( theo Eurocode 1)

*) Vì khi tạo mô hình, ETABS sẽ tự động tính trọng lượng bản thân của các cấu kiện nên phần tĩnh tải nhập lên mô hình chỉ kể đến trọng lượng các lớp vật liệu hoàn thiện sàn (vữa lót, trát, gạch …), tĩnh tải cầu thang truyền lên, trọng lượng tường biên, kính v.v…

¾ Cấu tạo sàn văn phòng, sàn trệt:

dày(m)

γ (kN/m3) chuẩn (kN/mTĩnh tải tiêu 2)

1 Tường ngăn (xem như phân bố đều) 1.0

4 Bản BTCT

Chiều cao bản trên tấm thép

Chiều cao tấm thép

Chiều cao qui đổi

0.065 0.055 0.095 25 2.375

Tổng trọng lượng không kể bản

¾ Cấu tạo sàn đậu xe và ram xe

dày(m)

1 Lớp Sika tráng mặt 0.01 20 0.2

3 Bản BTCT

0.105 0.055 0.135 25 2.875

Trang 11

¾ Cấu tạo sàn vệ sinh, sàn mái

dày(m)

1 Tường ngăn (xem như phân bố đều) 1.0

5 Bản BTCT

0.055 0.065 0.095 25 2.375

¾ Bảng tóm tắt tĩnh tải tác dụng lên mô hình:

xe (kN/m2)

Sàn mái (kN/m2)

Sàn vệ sinh (kN/m2)

Cầu thang (kN/m)

Tường biên+

kính (kN/m)

Nắp hồ chứa nước (kN/m2)

Đáy hồ, trọng lượng nứớc (kN/m2)

Sàn đậu

xe, ram xe(kN/m2)

Sàn mái (kN/m2)

Sàn vệ sinh (kN/m2)

Cầu thang (kN/m)

Nắp hồ chứa nước

(kN/m2)

3 TẢI TRỌNG GIÓ ( theo TCVN 2737-1995)

¾ Dùng TCVN 2737-1995 để xác định giá trị tiêu chuẩn tác động lên công trình

¾ Do công trình có chiều cao H = 83.5 m > 40m nên tải trọng gió được xét đến cả

hai thành phần gió tĩnh và gió động

Trang 12

¾ Aùp lực gió trong một tầng xem như không đổi và được dồn thành lực phân bố trên đơn vị chiều dài (bằng cách nhân áp lực gió trên đơn vị diện tích với chiều cao tầng) tác dụng lên sàn của tầng đó (cụ thể cho tác dụng lên các dầm biên)

5-c : Hệ số khí động

Bảng tính toán thành phần tĩnh của gió

Tầng Cao độ z(m) Hệ số áp lựuc theo độ cao

Trang 13

b) Thành phần động

Sau khi mô hình hóa, gán tuyệt đối cứng cho các sàn và gán khối lượng tập trung từ tải trọng bản thân và tĩnh tải (Define Mass Source From Self and Specified Mass and Loads),phân tích tần số riêng được các kết quả sau:

¾ Tần số dao động riêng

ETABS v8.5.0 File:SUN WAH Units:KN-m

M O D A L P E R I O D S A N D F R E Q U E N C I E S

MODE PERIOD FREQUENCY CIRCULAR FREQ

NUMBER (TIME) (CYCLES/TIME) (RADIANS/TIME)

¾ Khối lượng tập trung (T), toạ độ trọng tâm khối lượng tập trung(m), tọa độ tâm cứng(m)

ETABS v8.5.0 File:SUN WAH Units:KN-m

C E N T E R S O F C U M U L A T I V E M A S S & C E N T E R S O F R I G I D I T Y

STORY DIAPHRAGM / -CENTER OF MASS -// CENTER OF RIGIDITY /

LEVEL NAME MASS ORDINATE-X ORDINATE-Y ORDINATE-X ORDINATE-Y

Trang 14

Diaphragm Mode UX UY Mode UX UY Mode UX UY

T01 1 -3.42E-04 4.52E-06 2 -1.65E-06 -4.01E-04 3 -1.10E-04 7.60E-05 T02 1 -7.06E-04 -1.84E-05 2 2.61E-06 -8.97E-04 3 -5.37E-05 -1.49E-04 T03 1 -1.01E-03 -1.82E-05 2 4.08E-06 -1.26E-03 3 -2.09E-05 -1.25E-04 T04 1 -1.35E-03 -4.23E-05 2 1.56E-05 -1.67E-03 3 2.31E-04 -5.47E-04 T05 1 -1.77E-03 -6.18E-06 2 7.55E-06 -2.08E-03 3 -3.30E-05 2.49E-04 T06 1 -2.23E-03 -2.13E-05 2 1.11E-05 -2.56E-03 3 -2.62E-05 2.55E-05 T07 1 -2.73E-03 -2.48E-05 2 1.57E-05 -3.06E-03 3 -2.35E-06 3.94E-05 T08 1 -3.25E-03 -2.83E-05 2 2.07E-05 -3.57E-03 3 2.60E-05 5.55E-05 T09 1 -3.80E-03 -3.18E-05 2 2.61E-05 -4.10E-03 3 5.70E-05 7.41E-05 T10 1 -4.37E-03 -3.52E-05 2 3.16E-05 -4.63E-03 3 8.97E-05 9.54E-05 T11 1 -4.94E-03 -3.86E-05 2 3.73E-05 -5.17E-03 3 1.24E-04 1.18E-04 T12 1 -5.53E-03 -4.20E-05 2 4.31E-05 -5.71E-03 3 1.59E-04 1.43E-04 T13 1 -6.13E-03 -4.53E-05 2 4.90E-05 -6.25E-03 3 1.94E-04 1.70E-04 T14 1 -6.72E-03 -4.86E-05 2 5.49E-05 -6.78E-03 3 2.30E-04 1.96E-04 T15 1 -7.32E-03 -5.18E-05 2 6.09E-05 -7.30E-03 3 2.66E-04 2.22E-04 T16 1 -7.91E-03 -5.49E-05 2 6.68E-05 -7.82E-03 3 3.02E-04 2.52E-04 T17 1 -8.50E-03 -5.78E-05 2 7.27E-05 -8.32E-03 3 3.38E-04 2.84E-04 T18 1 -9.09E-03 -5.99E-05 2 7.85E-05 -8.81E-03 3 3.73E-04 3.42E-04 T19 1 -1.02E-02 -6.58E-05 2 9.02E-05 -9.77E-03 3 4.49E-04 3.98E-04 TMAI 1 -1.10E-02 -5.43E-05 2 9.71E-05 -1.04E-02 3 4.86E-04 9.26E-04 THONC 1 -3.42E-04 4.52E-06 2 -1.65E-06 -4.01E-04 3 -1.10E-04 7.60E-05

¾ Xác định hệ sô động lực ξi ứng với 3 dạng dao động đầu tiên

f1 = 0.228 Hz, ε1 =

1

940

*940

830

*2

1 = , tra bảng được ξ1 = 1.543

f2 = 0.253 Hz, ε2 =

2

940

*940

830

*2

f3 = 0.309Hz, ε3 =

3

940

*940

830

*2

¾ Xác định hệ số νi: hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió ứng với các dạng dao động khác nhau của công trình

Trang 15

- Khi bề mặt đón gió song song với zox:

ρ = D = 51.8 m

χ = H = 83.5 m

tra bảng 10-TCVN 2737-1995 được υ1Y = 0.607

- Khi bề mặt đón gió song song với zoy:

ρ = 0.47L= 0.4*29.4 = 11.76 m

χ = H = 83.5 m

tra bảng 10-TCVN 2737-1995 được υ1X = 0.702

- Đối với các dạng dao động còn lại νi =1

¾ Nếu xem mỗi tầng là phần thứ j của công trình, khối lượng tập trung dồn về sàn là khối lượng tập trung Mj của phần thứ j, ta có giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j với dạng dao động thứ i được xác định theo công thức :

Wp(ji) = Mjξiψiyji

Mj, ξI, yji đã xác định ở trên

ψi – hệ số được xác định bằng cách chia công trình thành n phần, trong phạm vi phần tải trọng gió có thể coi như không đổi:

j ji

n j

Fj ji

M y

W y

1 2 1

WFj: giá trị tiêu chuẩn của thành phần động của tải gió tác dụng lên lên phần thứ j của công trình, ứng với các dạng dao động khác nhau khi chỉ kể đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió:

D L=2

X Y

D=51.8m

Trang 16

đón gió theo phương Y+ và phương Y- là như nhau nên ta chỉ tính chung tải trọng cho cả 2 trường hợp

Trang 17

BẢNG TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG GIÓ ĐỘNG – MODE1

Tầng z(m) Mj(T)h i (m) Bể rộng đón gió Bj (m) khi gió

thổi theo

Wj chưa nhân hskđ c (kN/m 2 )

n

j Fj ji

M y

W y

1 2

1 Gía trị tiêu chuẩn thành

phần động tải trọng gió

dầm biên (kN/m)

HN 88 371 2 7.8 7.8 8.8 1.008 1.543 0.702 0.607 0.505 7.801 7.801 7.611-1.10E-02 -5.43E-05 -5.313 -5.343 -1175.354 32.047 32.226 35.084 4.109 4.132 3.987

Trang 18

Wj chưa x hskđ c (kN/m 2 ) ξ 3 υ 2 ζj

n

j Fj ji

M y

W y

1 2

1 ) giá trị tiêu chuẩn thành

dầm biên (kN/m)

HN 88 371 2 7.8 7.8 8.8 1.008 1.514 1.000 1.000 0.505 11.11 11.11 12.54 9.71E-05 -1.04E-02 880.993 886.102 -13.542 46.205 46.473 75.795 5.924 5.958 8.613

Trang 19

Wj chưa x hskđ c (kN/m 2 ) ξ 2 υ 3 ζj

n

j Fj ji

M y

W y

1 2

1 ) giá trị tiêu chuẩn thành

dầm biên (kN/m)

HN 88 371 2 7.8 7.8 8.8 1.008 1.457 1.000 1.000 0.505 11.11 11.11 12.54 4.86E-04 9.26E-04 163.568 164.611 177.974 41.338 41.602 85.648 5.300 5.334 9.733

Trang 20

IV TỔ HỢP NỘI LỰC

1 GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI TỔ HỢP NỘI LỰC TRONG ETABS

Trong ETABS có 4 cách tổ hợp nội lực: ADD, ABS, SRSS, ENVE

Gọi X là kết quả nội lực sau khi tổ hợp

Gọi Y1, Y2,……, Yn lần lượt là các nội lực trong tổ hợp Y1, Y2,……, Yn có thể là nội lực do các trường hợp tải gây ra, hoặc cũng có thể là kết quả của một tổ hợp nội lực

max[X], max[Y1], max[Y2],………, max[Yn] là giá trị lớn nhất của các nội lực

Y1, Y2,……, Yn có thể mang dấu dương hay âm

min[X], min[Y1], min[Y2],………, min[Yn] là giá trị bé nhất của các nội lực Y1,

Y2,……, Yn có thể mang dấu dương hay âm

nếu Yi là nội lực do trường hợp tải i gây ra thì max[Yi]=min [Yi]

ADD: (addtive)

max[X ]= max[Y1]+ max[Y2] +………+ max[Yn] có thể mang dấu dương hay âm

min [X ]= min[Y1]+ min[Y2] +………+ min[Yn] có thể mang dấu dương hay âm

ABS: (absolute)

max[X] = max{max[Y1] ; min[Y1]}+ max{max[Y2] ; min[Y2]}+…………

+ max{max[Yn] ; min[Yn]} luôn mang dấu dương

min [X ]= -max[X] luôn mang dấu âm

SRSS: (square root of the sum of the squares)

(max{max[Y1] ; min[Y1]} )2+((max{max[Y2] ; min[Y2]} )2+………+ (max{max[Yn] ; min[Yn]} )2

luôn mang dấu dương

min[X] = - max[X] luôn mang dấu âm

Trang 21

2 TỔ HỢP NỘI LỰC CỦA TẢI TRỌNG GIÓ

¾ Theo TCVN 2737 nội lực gây ra do thành phần tĩnh và động của tải trọng gió được xác định theo công thức sau:

X = Xt + ∑s

i

d i

X )2( (9) Trong đó:

X – là môment uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc

Xt – là môment uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc do thành phần tĩnh của tải trọng gió gây ra;

Y- lần lượt là kết quả tổ hợp nội lực do thành phần động tải trọng gió theo các phương X+, X-, Y+, Y-

Ta có cách tổ hợp trong ETABS như sau:

dấu Vì thế việc dùng phương pháp tổ hợp SRSS là hợp lý

b) Tổ hợp nội lực do thành phần động của gió với nội lực do thành phần tĩnh của gió

Gọi Wt

X+, Wt X-, Wt Y+, Wt Y- lần lượt là nội lực do thành phần tĩnh tải trọng gió theo các phương X+, X-, Y+, Y-

Gọi WX+, WX-, WY+, WY- lần lượt là kết quả tổ hợp nội lực do thành phần tĩnh và động của tải trọng gió theo các phương X+, X-, Y+, Y-

Y+

X+

Trang 22

3 TỔ HỢP NỘI LỰC CỦA TẤT CẢ TẢI TRỌNG

Ta sẽ dùng phương pháp đơn giản theo Eurocode 1 để tổ hợp tải trọng

- Khi tính tải chỉ tổ hợp với một hoạt tải

j i

ki

kj Q G

* Nhận xét: kết quả nội lực khi tổ hợp tuyến tính các tải trọng lại (nhân hệ số rồi

cộng đại số lại với nhau) rồi mới giải nội lực sẽ có bằng với nội lực khi giải nội lực

với từng tải rồi tổ hợp tuyến tính nội lực lại

¾ Các trường hợp tổ hợp nội lực và hệ số tổ hợp

Nội lực do tải trọng gió tiêu

chuẩn STT Nội lực tĩnh tải tiêu chuẩn G

Định dạng
Số trang	25
Dung lượng	513,73 KB