Nghiên cứu sự làm việc của kết cấu khung hỗn hợp thép bê tông cốt thép trong công trình công nghiệp (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI TRẦN HỮU HIẾU NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU KHUNG HỖN HỢP THÉP – BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG CÔNG TRÌNH CÔNG NGHIỆP

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

TRẦN HỮU HIẾU

NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU KHUNG

HỖN HỢP THÉP – BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG CÔNG TRÌNH CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Hà Nội - 2016

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI -

TRẦN HỮU HIẾU KHÓA 2014-2016

NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU KHUNG HỖN

HỢP THÉP – BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG

CÔNG TRÌNH CÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình và DD & CN

Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 TS VŨ HOÀNG HIỆP

2 TS DƯƠNG QUANG HÙNG

Hà Nội – năm 2016

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Trước tôi xin bày tỏ tình cảm biết ơn chân thành tới tất cả các thầy cô giáo trong khoa Sau đại học – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội vì những giúp đỡ và chỉ dẫn hữu ích trong quá trình học tập cũng như khi tiến hành làm luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS.Vũ Hoàng Hiệp và thầy giáo

TS Dương Quang Hùng đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp hướng dẫn và đưa ra nhiều ý kiến quý báu, cũng như tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp nhiều tài liệu và đông viên tác giả trong quá trình hoàn thành luận văn

Tôi xin trân trọng cảm ơn các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong qua trình học tập và nghiên cứu

Tác giả luận văn

Trần Hữu Hiếu

Trang 4

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sỹ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng

Tác giả luận văn

Trần Hữu Hiếu

Trang 5

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các bảng, biểu

Danh mục các hình vẽ đồ thị

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài 1

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2

Phương pháp nghiên cứu 2

Nội dung nghiên cứu của đề tài 2

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

NỘI DUNG CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU KHUNG HỖN HỢP THÉP – BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG CÔNG TRÌNH CÔNG NGHIỆP 1.1 Các dạng kết hợp khung thép và bê tông cốt thép 3

1.1.1 Dạng kết hợp theo phương ngang 3

1.1.2 Dạng kết hợp theo phương đứng 6

1.1.3 Kết cấu hỗn hợp cột bê tông và dầm, dàn thép 9

1.2 Lý do sử dụng kết cấu khung hỗn hợp 11

1.3 Đặc điểm vật liệu và liên kết [8] 11

1.3.1 Đặc điểm vật liệu 11

1.3.2 Dạng liên kết khung hỗn hợp thép – bê tông cốt thép [18] 24

1.4 Tiêu chuẩn thiết kế [9],[10] 32

1.5 Một số vấn đề tồn tại khi thiết kế kết cấu khung hỗn hợp 33

CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH KẾT CẤU KHUNG HỖN HỢP THÉP - BÊ TÔNG CỐT THÉP

Trang 6

2.1 Sơ đồ kết cấu khung hỗn hợp theo phương ngang 34

2.2 Sơ đồ kết cấu dầm thép - cột bê tông cốt thép [18] 37

2.3 Sơ đồ kết cấu khung hỗn hợp theo phương đứng [18] 40

2.4 Liên kết và độ cứng liên kết 42

2.4.1 Liên kết giữa dầm thép - cột thép 42

2.4.2 Liên kết chân cột thép với cột bê tông hoặc với móng BTCT 49

2.5 Độ cứng cấu kiện BTCT 59

2.5.1 Cơ sở tính toán 59

2.5.2 Khảo sát giá trị độ cứng cấu kiện bê tông cốt thép đưa vào phân tích kết cấu 66 2.6 Phân tích kết cấu hỗn hợp 71

CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT NỘI LỰC VÀ CHUYỂN VỊ KẾT CẤU 75

KHUNG HỖN HỢP 75

3.1 Khảo sát kết cấu khung hỗn hợp theo phương ngang 75

3.1.1 Quan niệm sơ đồ tính thông thường, bỏ qua cột biên BTCT 79

3.1.2 Sơ đồ tính đề xuất, độ cứng đề xuất 81

3.1.3 So sánh kết quả tính toán giữa các sơ đồ tính toán 87

3.2 Khảo sát kết cấu khung hỗn hợp theo phương đứng 88

3.2.1 Quan niệm sơ đồ tính, độ cứng thông thường 94

3.2.2 Sơ đồ tính toán với liên kết đàn hồi, độ cứng của cấu kiện bê tông cốt thép đề xuất 99

3.2.3 So sánh kết quả tính toán giữa hai sơ đồ tính toán 102

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 7

DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Dạng kết hợp khung hỗn hợp theo phương ngang

Hình 1.2 Xưởng may khu công nghiệp Quảng Nam

Hình 1.3 Khán đài sân vận động Hoài Đức

Hình 1.4 Dạng kết hợp theo phương đứng

Hình 1.5 Nhà máy Yamaha II khu công nghiệp Nội Bài

Hình 1.6 Nhà máy Yamaha II khu công nghiệp Nội Bài

Hình 1.7 Dạng kết hợp theo phương ngang

Hình 1.8a Trung tâm hội nghị Mường La

Hình 1.8b Liên kết dầm thép và cột bê tông

Hình 1.9 Các kiểu mẫu thử kéo bê tông

Hình 1.10 Đồ thị ứng suất biến dạng của mẫu thử lăng trụ chịu nén

Hình 1.11a Đồ thị ứng suất – biến dạng (σ – ε)

Hình 1.11b Đồ thị biến dạng – thời gian (σ – ε)

Hình 1.12 Trạng thái ứng suất biến dạng của dầm sau khi xuất hiện

vết nứt

Hình 1.13 Sơ đồ để xác định độ cong của trục dầm

Hình 1.14 Biểu đồ kéo của kim loại

Hình 1.15 Mô hình cơ cấu của liên kết chân cột thép

Hình 1.16 Cấu tạo liên kết chân cột

Hình 1.17 Biểu đồ mô men góc quay khi thiết kế nút

Hình 2.1 Khung thép nhà công nghiệp

Trang 8

Hình 2.2 Kết cấu khung hỗn hợp theo phương ngang

Hình 2.3 Khung thép kết hợp cột chèn tường

Hình 2.4 Chi tiết liên kết cột bê tông và cột thép

Hình 2.5 Kết cấu dầm thép – cột BTCT

Hình 2.6 Sơ đồ tính toán kết cấu dạng dầm thép – cột BTCT

Hình 2.7 Phân loại mô hình theo nút

Hình 2.8 Cấu tạo liên kết và mối quan hệ mô men - góc xoay tương

ứng

Hình 2.9 Kết cấu khung hỗn hợp theo phương đứng

Hình 2.10 Sơ đồ tính kết cấu khung hỗn hợp theo phương đứng

Hình 2.11 Chi tiết các chân cột, liên kết với hai đến bốn bulông neo

Hình 2.12 Đường đặc tính quan hệ giữa mô men và góc xoay theo

EC3

Hình 2.13 Phân loại liên kết dựa trên quan hệ m và  của EC3

Hình 2.14 Sơ đồ hình học các liên kết có cùng tiết diện dầm cột

Hình 2.15 Neo bu lông bằng bản đế

Hình 2.16 Mô hình chân cột

Hình 2.17 Cánh tay đòn để ước lượng sơ bộ độ cứng chống uốn

Hình 2.18 Phân loại độ cứng gối tựa theo độ cứng chống uốn

Hình 2.19 Khung hỗn hợp dạng kết hợp theo phương ngang

Hình 2.20 Sơ đồ phần tử khung

Hình 2.21 Tải trọng bản thân

Hình 2.22 Hoạt tải sử dụng

Trang 9

Hình 2.23 Hệ số khí động

Hình 2.24 Mô Hình hóa khung hỗn hợp dạng kết cấu theo phương

ngang

Hình 2.25 Mô biểu đồ mô men khung

Hình 2.26 Cấu tạo một số liên kết chân cột thường gặp

Hình 3.1 Mặt bằng Kiến trúc

Hình 3.2 Mặt cắt Kiến trúc

Hình 3.3 Mặt bằng kết cấu

Hình 3.4 Sơ đồ tải trọng gió tác động vào công trình

Hình 3.5 Sơ đồ tiết diện dầm cột của khung thép thông thường

Hình 3.6 Biểu đồ mô men

Hình 3.7 Biểu đồ lực dọc

Hình 3.8 Biểu đồ lực cắt

Hình 3.9 Sơ đồ chuyển vị nút khung

Hình 3.10 Sơ đồ tiết diện

Hình 3.11 Biểu đồ mô men khung

Hình 3.12 Sơ đồ phần tử thanh

Hình 3.13 Biểu đồ mô men khung

Hình 3.14 Biểu đồ lực dọc khung

Hình 3.15 Biểu đồ lực cắt khung

Hình 3.16 Sơ đồ chuyển vị nút của khung

Hình 3.17 Biểu đồ mô men

Hình 3.18 Biểu đồ lực dọc

Trang 10

Hình 3.19 Biểu đồ lực cắt

Hình 3.20 Biểu đồ chuyển vị

Hình 3.21

Hình 3.14

Mặt bằng kết cấu tầng 2

Hình 3.22 Mặt bằng kết cấu khung

Hình 3.23 Sơ đồ tiết diện kết cấu khung hỗn hợp theo phương đứng

Hình 3.24 Sơ đồ tĩnh tải tác động vào khung

Hình 3.25 Sơ đồ hoạt tải tác động vào khung

Hình 3.26 Sơ đồ tải trọng gió tác động vào khung

Hình 3.27 Sơ đồ phần tử khung

Hình 3.31 Biểu đồ chuyển vị của hệ

Trang 11

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU

Số hiệu

Bảng 1.1

Cường độ tiêu chuẩn của bê tông nặng R bn , R btn và cường độ tính toán của bê tông nặng khi tính theo trạng thái giới hạn

thứ hai R b,ser , R bt,ser (MPa)

Bảng 1.2 Cường độ tiêu chuẩn của bê tông nặng R b , R bt và cường độ

tính toán khi tính theo trạng thái giới hạn thứ nhất (MPa)

Bảng 1.3 Mô đun đàn hồi của một số loại cốt thép

Bảng 2.1 Phân loại theo độ cứng tương đối của liên kết

Bảng 2.2 Các đặc trưng cơ bản của liên kết đàn hồi

Bảng 2.3 Kết quả nội lực dầm, cột

Bảng 2.4 Độ cứng ban đầu của liên kết

Bảng 2.5 Đánh giá liên kết chân cột

Bảng 2.6 Mô men quán tính hiệu dụng của các cấu kiện theo tiêu

chuẩn ACI 318 - 05

Bảng 2.7

Mô men quán tính hiệu dụng của các cấu kiện theo

NZS 3101

Bảng 2.8

CSA-A2.3-04

Bảng 2.9

SP52 – 103 – 207

Bảng 2.10 Bảng tính độ cứng cấu kiện

Bảng 3.1 Bảng tổng hợp nội lực và chuyển vị của khung hỗn hợp

Trang 12

Bảng 3.4 So sánh đánh giá kết quả nội lực và chuyển vị của khung

hỗn hợp

Bảng 3.8 So sánh đánh giá kết quả nội lực và chuyển vị của khung

hỗn hợp

Trang 13

1

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, nền kinh tế Việt Nam đã có những bước phát triển mạnh mẽ Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đã tạo điều kiện cho ngành xây dựng trong nước phát triển nhanh, các công trình xây dựng ngày càng được thiết kế với quy mô ngày một lớn, hình thức, công năng, vật liệu phong phú, đa dạng, đòi hỏi nội dung thiết kế kết cấu phải áp dụng được những tiến bộ khoa học, công nghệ để vừa đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, vừa phải

hạ chi phí xây dựng

Ngày nay, Công trình xây dựng trong công nghiệp sử dụng nhà thép tiền chế phổ biến Ứng dụng của nhà thép tiền chế rất đa dạng, từ nhà để xe đến những nhà chứa máy bay với khẩu độ hơn 100m không cột giữa, các trung tâm thương mại, kho tàng, nhà xưởng luôn đảm bảo đáp ứng về mặt Kiến trúc cũng như công năng sử dụng Việc mô hình tính hóa để tính toán hệ kết cấu sử dụng khung thép tiền chế thường chỉ kể đến sự làm việc độc lập của khung mà chưa kể xem xét đến sự làm việc đồng thời của hệ khung và các kết cấu thứ cấp khác như cột chèn tường, kết cấu bao che, chưa tiết kiệm được thiết kế, giảm vật liệu sử dụng và chi phí đầu tư xây dựng

Ngoài ra, các hình thức kết cấu khung thép và bê tông cốt thép (BTCT) hỗn hợp khác như: Dầm thép, cột bê tông cốt thép; Một số tầng sử dụng khung BTCT liên kết với một số tầng khung thép để kết hợp ưu điểm kết cấu, thỏa mãn các điều kiện sử dụng cũng được dùng trong các công trình công nghiệp Kết cấu hỗn hợp dạng này cũng có những đặc thù vật liệu, liên kết giữa các cấu kiện cần được xem xét mức độ ảnh hưởng đến kết quả phân tích kết cấu

Do đó, việc tìm hiểu, nghiên cứu sự làm việc đồng thời của một số dạng kết cấu khung thép và bê tông cốt thép hỗn hợp sử dụng trong nhà công

Trang 14

2

nghiệp có tính thực tiễn hiện nay tại Việt Nam và trên thế giới, cũng phục vụ trực tiếp cho công việc chuyên môn của học viên nói riêng, là tài liệu tham khảo cho công tác thiết kế nói chung

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Tìm hiểu sơ đồ tính toán kết cấu khung hỗn hợp thép - bê tông cốt thép trong công trình công nghiệp;

Giải quyết bài toán sự làm việc đồng thời giữa cột bê tông và khung thép; Xem xét ảnh hưởng đặc trưng vật liệu và liên kết giữa hai loại kết cấu đến kết quả phân tích

So sánh kết quả nhận được với kết quả tính toán của hệ kết cấu hỗn hợp

độ có độ cứng đề xuất với hệ kết cấu hỗn hợp có độ cứng thông thường

Từ những kết quả thu được kết hợp với công trình đã nghiên cứu ở Việt Nam, bước đầu đưa ra những nhận xét về sự làm việc khung hỗn hợp thép -

bê tông cốt thép trong nhà công nghiệp

Phương pháp nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu nêu trên cần sử dụng tổ hợp các phương pháp nghiên cứu sau: Phương pháp thu thập tài liệu, nghiên cứu lý thuyết; Phương pháp phân tích; Phương pháp khảo sát số, so sánh

Nội dung nghiên cứu của đề tài

“Nghiên cứu về sự làm việc của kết cấu khung hỗn hợp thép – bê tông cốt thép trong công trình công nghiệp”

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu được của đề tài cung cấp cho các kỹ sư các số liệu phù hợp về sự suy giảm độ cứng cấu kiện và độ cứng liên kết để áp dụng trong tính toán kết cấu khung hỗn hợp thép – bê tông cốt thép trong công trình công nghiệp

Trang 15

THÔNG BÁO

Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui

lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội

Email: digilib.hau@gmail.com

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

Trang 16

104

KẾT LUẬN

1 Kết hợp khung kết cấu thép - BTCT mang lại những hiệu quả trong các công trình công nghiệp, vừa linh hoạt trong việc đáp ứng không gian, công năng sử dụng khác nhau, vừa tận dụng ưu điểm mỗi loại vật liệu, tối ưu tiến độ thi công và có thể là một giải pháp hạ giá thành công trình

2 Khi phân tích hệ kết cấu khung hỗn hợp trong nhà công nghiệp, quan niệm tính đơn giản hóa bỏ qua sự làm việc tổng thể của một trong hai thành phần khung làm tốn kém vật liệu sử dụng và có thể gây ra hư hỏng cục bộ, cần hạn chế sử dụng các giả thiết đơn giản hóa khi công cụ phân tích kết cấu

đã phát triển

3 Hai vấn đề liên quan trực tiếp đến kết quả phân tích kết cấu được nghiên cứu trong đề tài là độ cứng cấu kiện và độ cứng liên kết các thanh cho thấy:

+) Các cột bê tông cốt thép trong một số khung nhà công nghiệp hỗn hợp có thể lấy hệ số suy giảm độ cứng là 0,6 để phân tích

+) Độ cứng liên kết chân cột thép với khung bê tông cốt thép có thể tính toán theo các công thức phát triển từ Tiêu chuẩn châu Âu EC3

+) Nút khung thép có thể phân loại theo cấu tạo liên kết để đưa độ cứng trong khoảng thích hợp vào phân tích kết cấu, sau đó thiết kế các liên kết

và kiểm tra lại là phù hợp với các thiết kế thực hành

4 Với việc sử dụng sơ đồ tổng thể kết hợp hai loại khung, các thông số đầu vào được nghiên cứu trong đề tài có thể gây chênh lệch đáng kể mô men trong các phần tử khung so với các sơ đồ đơn giản hóa, trong ví dụ khảo sát lên đến hơn 25%, điều đó chứng tỏ việc xem xét kỹ lưỡng sự làm việc chung giữa hai loại khung sử vật liệu thép và bê tông cốt thép là cần thiết

Trang 17

105

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1 Vũ Quốc Anh, Chu Thị Hoàng Anh (2012), Xác định hệ số chiều dài tính

toán cho cột trong khung thép có xét đến sự đàn hồi của khung thép,

Trường đại học Kiến trúc;

2 Vũ Quốc anh, Tính toán và thiết kế khung thép liên kết đàn hồi, Nhà xuất

bản xây dựng

3 Đỗ Tiến Đông, Chu Quốc Thắng ( 2006), Khảo sát khung phẳng nửa cứng

với liên kết chân cột nửa cứng, Tạp chí KH&CN tập 9 số 1;

4 Bùi Bảo Hiệp, Nghiên cứu sự làm việc của khung thép trên mái các công

trình bê tông cốt thép

5 Nguyễn Tiến Hùng, Nguyễn Tiến Chương, Tính toán khung thép có liên kết

nửa cứng theo mô hình đàn – dẻo, Viện KHCN xây dựng;

6 Nguyễn Tiến Hùng, Nguyễn Tiến Chương, Tính toán khung thép có liên kết

nửa cứng phi tuyến chịu tải đứng và tải trọng ngang thay đổi, Trường đại

học Kiến trúc Hà Nội;

7 Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn Tư, Lưu Văn Tường, Kết

cấu thép, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật;

8 Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống (2013), Kết cấu bê

tông cốt thép – Phần cấu kiện cơ bản, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật,

Hà Nội;

9 TCVN 5574:2012 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – tiêu chuẩn thiết kế;

10 TCVN 5575:2012 Kết cấu thép – tiêu chuẩn thiết kế;

11 Nguyễn Quang Viên (9/2007), Ổn định của cột vát trong khung thép nhà

tiền chế, Tạp chí khoa học công nghệ xậy dựng số 01;

Định dạng
Số trang	19
Dung lượng	497,74 KB