Tng quan chiu cao nhà vi các công trình lân cnMt nhà 14 t ng có th không c xem là cao t ng mt thành ph vi nhiu nhà chc tri nh Chicago hay Hongkong, nhng nó c xem là cao vùng ngoi ô hay ni thành c a mt thành ph Vit Nam.
8/09/2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM TS NGUYỄN HỮU ANH TUẤN KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG 30 TIẾT – PHẦN CƠ BẢN Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 8/09/2016 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH • • • • • • • • • • • • • Bungale S Taranath (2010) Reinforced Concrete Design of Tall Buildings, CRC Press Bungale S Taranath (1998) Steel, Concrete and Composite Design of Tall Buildings, McGraw-Hill Lê Thanh Huấn (2007) Kết cấu nhà cao tầng BTCT, NXB Xây Dựng Nguyễn Lê Ninh (2007) Động đất thiết kế công trình chịu động đất, NXB Xây Dựng Triệu Tây An (1996) Hỏi-đáp thiết kế thi công kết cấu nhà cao tầng, NXB Xây Dựng TCVN 2737:1995 Tải trọng tác động TCXD 229:1999 Chỉ dẫn tính toán thành phần động tải trọng gió TCXD 375:2006 Thiết kế công trình chịu động đất TCXD 198:1997 Nhà cao tầng-Thiết kế kết cấu BTCT toàn khối Wolfgang Schueller (1986), High-Rise Building Structures, Krieger Pub Co Mir M Ali & Kyoung Sun Moon (2007) Structural Developments in Tall Buildings: Curent Trends and Future Prospects, Architectural Science Review, Vol 50.3 Anil K Chopra (1995) Dynamic of Structures – A Primer, Earthquake Engineering Research Institute Cement and Concrete Association of Australia (2003) Guide to Long-Span Concrete Floors Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 8/09/2016 Bài Tổng quan Bài Các hệ kết cấu sàn BTCT (ôn tập) Bài Các hệ kết cấu chịu tải trọng ngang Bài Khái niệm động lực học kết cấu nhà nhiều tầng Bài Tải trọng tác động Tải trọng gió Bài Tác động động đất Bài Các phương pháp tính toán gần kết cấu nhà nhiều tầng Bài Tính toán cấu tạo phận chịu lực BTCT Bài Một số chủ đề đặc biệt Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 8/09/2016 BÀI TỔNG QUAN Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 8/09/2016 Định nghĩa, quy ước NCT Không có quy định chiều cao, số tầng gọi cao tầng! Tương quan chiều cao nhà với công trình lân cận Một nhà 14 tầng không xem cao tầng thành phố với nhiều nhà chọc trời Chicago hay Hongkong, xem cao vùng ngoại nội thành thành phố Việt Nam Tỷ lệ Có nhiều công trình không cao lại mảnh để có hình dáng nhà cao tầng Ngược lại, có nhiều công trình có mặt phần đế rộng, không giống “nhà cao tầng” chúng có chiều cao lớn Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 8/09/2016 Định nghĩa, quy ước NCT Công nghệ liên quan đến chiều cao Nếu tòa nhà cần “công nghệ “ đặc biệt chiều cao nó, ví dụ hệ thống vận chuyển đặc biệt theo phương đứng, hay hệ giằng chống tải trọng gió; xem nhà cao tầng Mặc dù cách phân loại nhà dựa theo chiều cao không thích hợp lắm, ta xem nhà từ 14 tầng (50 m) trở lên cao tầng Ngoài nhà siêu cao (supertall) nhà cao 300m, nhà cực cao (megatall) nhà cao 600m [theo Ủy ban nhà cao tầng quốc tế CTBUH] Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 8/09/2016 Định nghĩa, quy ước NCT Có quan niệm cho nhà xem cao việc thiết kế kết cấu phải chuyển từ phân tích tĩnh học sang phân tích động lực học Ở phương diện thiết kế kết cấu, xem công trình cao tải trọng ngang, đặc biệt chuyển vị lệch tầng, có ảnh hưởng đến việc phân tích thiết kế kết cấu Hoặc tòa nhà đuợc xem cao tầng chiều cao định điều kiện thiết kế, thi công sử dụng khác với nhà thông thường Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 8/09/2016 Yêu cầu thiết kế kết cấu NCT • • • • • • • Yếu tố quan trọng: tải trọng ngang Hạn chế chuyển vị ngang Nếu chuyển vị ngang lớn tăng nội lực độ lệch tâm trọng lượng; hư hỏng phận phi kết cấu; khó bố trí thiết bị; người có cảm giác khó chịu hoảng sợ Yêu cầu chống động đất: không hư hại động đất nhẹ; hư hại phận không quan trọng động đất vừa; hư hại không sụp đổ động đất mạnh kết cấu cần có độ dẻo khả tiêu tán lượng động đất Giảm nhẹ trọng lượng thân giảm tải trọng xuống móng; giảm tải động đất kinh tế, an toàn Thường nhạy cảm với độ lún lệch móng kết cấu vốn có độ siêu tĩnh cao quan tâm tương tác kết cấu thượng tầng –nền đất Khả chịu lửa cao, dễ thoát hiểm Yêu cầu độ bền, tuổi thọ cao Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 8/09/2016 Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 8/09/2016 Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 10 8/09/2016 Ví dụ tính toán Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan Portal method 191 8/09/2016 Ví dụ tính toán Cantilever method NHẬN XÉT: Hai phương pháp gần cho kết khác nhau, khác với kết phân tích khung phần mềm Kết giải khung cho thấy có sai lệch vị trí giả thiết điểm không moment, đặc biệt tầng tầng cùng; giả thiết phân phối lực cắt cột, vv… Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 192 8/09/2016 Tính độ cứng chuyển vị ngang khung Chuyển vị tương đối tầng so với tầng kết biến dạng uốn biến dạng cắt Thành phần biến dạng uốn biến dạng dọc trục cột gây Thành phần biến dạng cắt xoay nút khung, gây moment uốn dầm cột Với khung có tỷ số chiều cao chiều rộng nhỏ thành phần chuyển vị ngang biến dạng dọc trục cột bỏ qua Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 193 8/09/2016 Xem gần Tầng điển hình Tải ngang tích lũy Một tầng điển hình tách riêng Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 194 8/09/2016 Tính độ cứng chuyển vị ngang khung Chuyển vị xoay cột Giả thiết lực cắt cột tầng xét Khi dầm xem cứng tuyệt đối theo phương ngang, chuyển vị ngang đầu cột tính công-xon có chiều dài h/2 ℎ ଷ ∆ଵ ܸ ൌ 3ܫܧ Kể tới tất cột tầng, ta Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan ܸℎଷ ∆ଵ ൌ 12ܫ ∑ ܧ 195 8/09/2016 Tính độ cứng chuyển vị ngang khung Chuyển vị xoay dầm Lúc cột xem cứng tuyệt đối, đầu dầm có góc xoay θ, gây moment nội lực 12EIθ/L đầu Tổng moment nội lực dầm tầng xét 12EθΣ(Ibi/Li) với Ibi Li moment quán tính uốn nhịp dầm thứ i Moment ngoại lực lực ngang V Vh Từ điều kiện cân moment nội ngoại lực, quan hệ hình học ∆2=θh, ta tính độ lệch ngang tầng nhà ܸℎଶ ∆ଶ ൌ 12ܫ ∑ ܧ ⁄ܮ Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 196 8/09/2016 Tính độ cứng chuyển vị ngang khung Chuyển vị tổng biến dạng cắt khung tầng ܸℎଶ ∆௦ = ∆ଵ +∆ଶ = 12 ℎ ∑ ܫܧ ộ௧ + ∑ ܫܧ/ܮ ௗầ Lưu ý ∆S chuyển vị lệch tầng xét, chưa phải chuyển vị tuyệt đối tầng Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 197 8/09/2016 Ví dụ tính chuyển vị ngang khung Lấy khung 30 tầng xét phần trước làm ví dụ Chuyển vị biến dạng uốn xem nhà công-xon Trục trung hòa trùng với trục đối xứng khung Số liệu tính toán: a1 = ft2; a2 = ft2 ; d1 = 53 ft; d2 = 13 ft Tải ngang xem phân bố w =12/13= 0.9231 k/ft Moment quán tính uốn khung trục trung hòa: ܫൌ ܽଵ ݀ଵଶ + ܽଶ ݀ଶଶ = 24 500 ft4 (211.46 m4) Chuyển vị đỉnh nhà hiệu ứng công-xon: ݈ݓସ ∆௧ = = 0.0245 ft (7.5 mm) 8ܫܧ Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 198 8/09/2016 Ví dụ tính chuyển vị ngang khung Chuyển vị biến dạng cắt cột xoay ΣIc = × (0.33 + 0.5) = 1.66 ft4 Dùng giá trị trung bình lực cắt tích lũy cột V=210 kip, h = 13ft ܸℎଷ ∆ଵ = = 0.0056 ft/tầng (1.70 mm/tầng) 12ܫ ∑ ܧ Chuyển vị biến dạng cắt dầm xoay Với tất dầm tầng: ΣI/L = 0.5/40 + 0.5/26 + 0.5/40 = 0.0442 ft Dùng giá trị trung bình lực cắt tích lũy cột V=210 kip, h = 13ft Chuyển vị tổng ܸℎଶ ∆ଶ = 12 ܫ ∑ ܧ⁄ܮ = 0.016 ft/tầng (4.87 mm/tầng) Chuyển vị tổng biến dạng cắt ∆s = ∆1 + ∆2 = 0.0216 ft/tầng (6.58 mm/tầng) Chuyển vị đỉnh nhà biến dạng cắt: 30∆s = 0.648 ft (197.5 mm) Chuyển vị tổng đỉnh nhà biến dạng uốn cắt = 0.673 ft ( 205 mm) Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 199 8/09/2016 Ví dụ tính chuyển vị ngang - So sánh ảnh hưởng biến dạng uốn biến dạng cắt đến chuyển vị nhà? - Hình bên trình bày kết tính chuyển vị phương pháp tính tay đơn giản phần mềm phân tích kết cấu Cho nhận xét? Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 200 8/09/2016 Tính chuyển vị PP cột tương đương Khung đơn giản hóa cột tương đương có moment quán tính uốn Ie diện tích chịu cắt Av, đại diện cho biến dạng uốn cắt khung ܫ ൌ ܣ ݔଶ ܣ௩ = ܣ௩ ൌ Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan Ai, xi _diện tích tiết diện ngang khoảng cách đến trục trung hòa cột i 12 ܩℎ 1 + ∑()ܫܧộ௧ ∑(ܫܧ/)ܮௗầ 30 1 ℎ + ∑ ܫộ௧ ∑(ܫ/)ܮௗầ Giả thiết G = 0.4E Ecột=Edầm= E 201 8/09/2016 Tính chuyển vị PP cột tương đương Xc (4 + + + 6) Xc = 4×30 + 6×50 + 6×90 Xc = 48ft (14.63 m) Khung Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan Cột tương đương 202 8/09/2016 Vùng cứng nút khung Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm cho thấy việc tính toán xem nút khung cứng tuyệt đối lấy chiều dài cấu kiện từ mép gối tới mép gối, cho độ cứng lớn thực tế; thực tế có biến dạng xảy vùng “cứng” Các phần mềm phân tích kết cấu cho phép dùng hệ số giảm độ cứng cho vùng nút (khi định nghĩa lengths of rigid offsets) Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 203 8/09/2016 Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 204 8/09/2016 BÀI MỘT SỐ YÊU CẦU CẤU TẠO BTCT NHÀ CAO TẦNG [ Nhóm sinh viên tự tìm hiểu thuyết trình trước lớp ] Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 205 [...]... chiều cao tầng Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 18 8/09/2016 Bố trí kết cấu Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 19 8/09/2016 Bố trí kết cấu Phân bố độ cứng và cường độ theo phương đứng • Tránh thay đổi độ cứng đột ngột Độ cứng của kết cấu ở tầng trên phải không nhỏ hơn 70% độ cứng của kết cấu ở tầng dưới kề với nó Nếu 3 tầng giảm độ cứng liên tục thì tổng mức giảm không vượt quá 50% • Trong trường hợp độ cứng kết. .. Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 15 8/09/2016 Bố trí kết cấu Công trình Mexico City: một tầng nhà bị phá hoại hoàn toàn khi hai khối nhà, có chiều cao và đặc trưng động lực học khác nhau, va đập vào nhau Sự chuyển động của nền đất gây nên những dao động khác nhau giữa các khối công trình, tại những nơi có sự gián đọan kết cấu Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 16 8/09/2016 Bố trí kết cấu Bậc siêu tĩnh, cách... Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 13 8/09/2016 Bố trí kết cấu Bố trí mặt đứng • Đều hoặc thay đổi đều, giảm dần kích thước dần lên phía trên • Tránh mở rộng tầng trên hoặc nhô ra cục bộ bất lợi khi động đất • Không nên thay đổi trọng tâm và tâm cứng theo tầng nhà