Nghiên cứu tính toán vách bê tông cốt thép nhà cao tầng (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI --- TRƯƠNG TRẦN CHI KHÓA: 2013-2015 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÁCH BTCT NHÀ CAO TẦNG Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng cô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

TRƯƠNG TRẦN CHI KHÓA: 2013-2015

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÁCH BTCT

NHÀ CAO TẦNG

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình

dân dụng và công nghiệp

Mã số : 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS VŨ THANH THỦY

HÀ NỘI - 2015

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tác giả xin trân trọng cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo và các cán bộ khoa Đào tạo Sau đại học trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội đã giúp đỡ, chỉ dẫn tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Và đặc biệt tác giả xin có lời cảm ơn rất đặc biệt đến cô TS VŨ THANH THỦY đã truyền đạt cho tác giả những kiến thức quí báu của mình giúp cho tác giả hoàn thiện kiến thức cũng như hoàn thành luận văn này Qua đây, tác giả muốn kính gửi lời cảm ơn chân thành đến cô

Do thời gian nghiên cứu và thực hiện không nhiều và trình độ tác giả

có hạn, mặc dù đã hết sức cố gắng hoàn thành và hoàn thiện nhưng trong luận văn sẽ không thể tránh khỏi những sai sót, tác giả rất mong được những ý kiến đóng góp của các thầy cô cùng các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Trân Trọng

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Tác giả luận văn

Trương Trần Chi

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ này là 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

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Tác giả

Trương Trần Chi

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các bảng, biểu

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài: 01

Mục đích nghiên cứu của đề tài: 01

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 01

Phương pháp nghiên cứu: 02

Nội dung nghiên cứu: 02

Cấu trúc của luận văn: 02

NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA VÁCH CỨNG BTCT NHÀ CAO TẦNG 1.1 Các hệ kết cấu chịu lực của nhà cao tầng 03

1.1.1 Khái niệm về nhà cao tầng và phạm vi áp dụng 03

1.1.2 Các hệ kết cấu chịu lực nhà cao tầng 04

1.1.3 Các xu hướng sử dụng các hệ kết cấu chịu lực trong nhà cao tầng 16

1.2 Sự làm việc của Kết cấu vách cứng BTCT nhà cao tầng 20

1.2.1 Phạm vi áp dụng kết cấu vách cứng trong nhà cao tầng 20

1.2.2 Ưu-Khuyết điểm kết cấu vách chịu lực 22

1.3 Một số nguyên tắc cấu tạo vách cứng 24

1.3.1 Bố trí vách trên mặt bằng và cấu tạo tiết diện 24

1.3.2 Cấu tạo cốt thép 32

1.4 Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu BTCT 37

1.4.1 Theo TCVN 5574-2012 37

1.4.2 Theo tiêu chuẩn ACI318-08 38

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÁCH BTCT NHÀ CAO TẦNG

2.1 Nhiệm vụ tính toán vách BTCT nhà cao tầng 44

2.2 Phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi 2.2.1 Giả thiết cơ bản 44

2.2.2 Mô hình tính toán 45

2.2.3 Qui trình tính toán 45

2.3 Phương pháp vùng biên chịu moment 2.3.1 Giả thiết cơ bản 48

2.3.2 Mô hình tính toán 48

2.3.3 Qui trình tính toán 48

2.4 Kiểm tra khả năng chịu lực cho vách bằng cách thiết lập biểu đồ tương tác 54

2.4.1 Khái niệm 54

2.4.2 Các giả thiết cơ bản 54

2.4.3 Thiết lập biểu đồ tương tác 56

2.4.4 Qui trình tính toán 57

2.4.5 Biểu đồ ứng suất biến dạng và các công thức cơ bản 58

2.4.6 Xây dựng biểu đồ ứng suất biến dạng và thiết lập các công thức cho vách có tiết diện chữ nhật cốt thép đặt đều 59

2.4.7 Xây dựng biểu đồ ứng suất biến dạng và thiết lập các công thức cho vách có tiết diện chữ nhật cốt thép đặt không đều 69

2.4.8 Xây dựng biểu đồ ứng suất biến dạng và thiết lập các công thức cho vách có tiết diện chữ nhật cốt thép đặt đều 77

CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN

3.1 Đặt đầu bài 86

3.2 Ví dụ 1: Tính toán vách có tiết diện hình chữ nhật 86

3.2.1 Tính toán theo phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi 86

3.2.2 Tính toán theo phương pháp giả thiết vùng biên chịu môment

91

3.2.3 Kiểm tra bằng biểu đồ tương tác 96

3.3 VD2: Tính toán vách có tiết diện hình chữ I 105

3.3.1 Tính toán theo phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi 105

3.3.2 Tính toán theo phương pháp giả thiết vùng biên chịu môment

110

3.3.3 Kiểm tra bằng biểu đồ tương tác 116

3.4 So sánh kết quả 122

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MINH HỌA

Hình

1.16b

Hình ảnh và sơ đồ kết cấu có khung ghép

Hình 1.17 Sơ đồ phân loại kết cấu nhà cao tầng

Hình 1.18 Các hệ kết cấu bố trí bên trong nhà

Hình 1.19 Các hệ kết cấu bố trí bên ngoài nhà

Hình 1.20 Các hệ kết cấu bố trí bên ngoài nhà

Hình 1.21 Phân phối chiều cao tầng kết cấu BTCT

Hình 1.22 Tương tác lực cắt khung-vách

Hình 1.23 Lực cắt biến dạng trong một tường chịu cắt

Hình 1.24 Giảm thiểu độ lệch tâm trên mặt bằng

Hình 1.25 Giảm mô men uốn và lực cắt trong mặt phẳng sàn Hình 1.26 Vách có tiết diện tăng cường ở biên

Hình 1.27 Xử lý lỗ mở nhỏ

Hình 1.28 Bố trí thép trong vách cứng có biên tăng cường

Hình 1.29 Bố trí thép có biên tự do

Hình 1.30 Bố trí thép trong vách có lỗ

Hình 1.31 Neo thép ngang trong vách cứng

Hình 1.32 Mẫu thí nghiệm cường độ chịu nén

Hình 1.33 Đường cong ứng suất biến dạng cho bê tông chịu nén Hình 1.34 Đường cong ứng suất-biến dạng của cốt thép

Hình 2.1 a) Sơ đồ tác dụng b) Phân chia trên tiết diện

c) Ứng suất do lực dọc N d) Ứng suất do Moment M Hình 2.2 Mặt cắt ngang một vách cứng đơn và phần tử biên Hình 2.3 Mặt cắt dọc một vách cứng đơn và phần tử biên Hình 2.4 Mặt cắt và mặt đứng vách

Hình 2.5 Biểu đồ phân bố ứng suất trong bê-tông, biểu đồ biến

dạng, quan hệ ứng suất biến dạng của cốt thép theo tiêu chuẩn ACI318

Hình 2.6 Biểu đồ phân bố ứng suất biến dạng cho bê-tông chịu nén Hình 2.7 Biểu đồ tương tác theo ACI

Hình 2.8 Biểu đồ tương tác theo năm điểm chính theo ACI

Hình 2.9 Biểu đồ ứng suất – biến dạng trường hợp tổng quát

Hình 2.10 Biểu đồ tương tác theo ACI-318-08 cho trường hợp hình

chữ nhật đặt thép đều suốt chiều dài vách Hình 2.11 Biểu đồ tương tác theo ACI-318-08 cho trường hợp hình

chữ nhật đặt thép không đều suốt chiều dài vách Hình 2.12 Biểu đồ tương tác theo ACI-318-08 cho trường hợp hình

chữ I

DANH MỤC BẢNG

Bàng 1.1 Chiều cao lớn nhất thích hợp công trình cốt thép toàn khối

(m)

Bàng 1.2 Khoảng cách giữa hai vách cứng liến kề

Bàng 1.3 Giới hạn tỷ số H/B

Bàng 1.4 Cường độ và mô đun đàn hồi của bê tông

Bàng 1.5 Phân loại thép và cường độ thép

Aw = twLw diện tích tiết diện ngang toàn bộ vách cứng

Rb Cường độ tính toán của bê-tông Khi tính toán cấu kiện

chịu nén cần chú ý hệ số điều kiện làm việc

Rs ; Rsc Cường độ tính toán về nén/kéo của cốt thép

As Diện tích cốt thép dọc của phần tử

Ab Diện tích bê tông

 ≤1 Hệ số giảm khả năng chịu lực do ảnh hưởng của uốn dọc,

gọi tắt là hệ số uốn dọc

Hi Chiều cao tầng

 Hệ số phụ thuộc vào sơ đồ biến dạng của cấu kiện khi bị

mất ổn định, tức phụ thuộc vào liên kết của cấu kiện

c =0.7 Hệ số giảm độ bền khi nén

b =0,9 Hệ số giảm độ bền kéo

f ’c cường độ chịu nén đặc trưng của bê-tông, xác định theo

mẫu trụ (kích thước đường kính x chiều cao mẫu

=150x300mm)

f ‘y Cường độ chảy của thép

Ac=Aw Diện tích bê-tông

As Diện tích toàn bộ cốt thép dọc

AB Diện tích của vùng phần tử biên

 Hàm lượng théptrong bê tông

 =0,8 Hệ số độ bền thiết kế trường hợp đai thường

 =0,7 Hệ số độ bền thiết kế trường hợp đai xoắn

Abc Diện tích bê tông vùng nén, có chiều cao là 0,85x

A’S1 Diện tích cốt thép vùng nén có ứng suất đạt tới f’y(Có biến

dạng ≥ 0.2%)

AS1 Diện tích cốt thép vùng kéo có ứng suất đạt tới fy (Có biến

dạng ≥ 0.2%) A’S2 Diện tích cốt thép vùng nén có ứng suất đạt tới ’s<f‘y (Có

biến dạng < 0.2%)

AS2 Diện tích cốt thép vùng kéo có ứng suất đạt tới s<fy (Có

biến dạng < 0.2%) A’S3 Diện tích cốt thép chịu nén có biến dạng

,0

L W

L1,L2

L3,L4

Chiều dài một bên cánh chữ I

i Độ mảnh của cấu kiện thứ i

lo Chiều dài tính toán vách

 hệ số phụ thuộc vào sơ đồ biến dạng của cấu kiện khi bị

mất ổn định

- Nguyên nhân chủ yếu quyết định sự phát triển xây dựng nhà cao tầng hiện nay do:

+ Các tỉnh có nhu cầu nâng cấp lên thành phố và đặc biệt thủ đô và thành phố Hồ Chí Minh tăng trưởng nhanh về kinh tế, thu hút nhiều lao động nên cần phát triển các chung cư, văn phòng cho thuê nhằm đáp ứng nhu cầu

về nơi ở và nơi làm việc

+ Diện tích không mở rộng thêm mà tập trung vào các trung tâm có sẵn

và giá đất tăng rất cao

+ Cùng với hòa nhập vào thế giới, áp dụng các khoa học kỹ thuật xây dựng phát triển nhanh chóng, chúng ta có đủ năng lực để thiết kế và thi công

- Hiện nay, quan niệm về nhà cao tầng ở các nước khác nhau, tùy thuộc vào: sự phát triển kinh tế, khoa học kỹ thuật, xã hội, điều kiện khí hậu, tình trạng đất nền, v.v

Mục đích nghiên cứu của đề tài:

- Nghiên cứu, tìm hiểu và xây dựng qui trình tính toán vách cứng BTCT nhà cao tầng

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Khả năng chịu lực của vách BTCT nhà cao tầng

2

Phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu lý thuyết tính toán BTCT

Nội dung nghiên cứu:

- Nghiên cứu, tìm hiểu sự làm việc của vách cứng BTCT trong kết cấu nhà cao tầng

- Nghiên cứu tìm hiểu khả năng chịu lực của vách cứng BTCT

Cấu trúc của luận văn: Đề tài được chia làm 3 phần:

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

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

+ Phân bố ứng suất đàn hồi

+ Vùng biên chịu moment

+ Kiểm tra bằng biểu đồ ứng tương tác

Và tính toán thép theo hai tiêu chuẩn: TCVN 5574:2012 và tiêu chuẩn ACI318-08

- Xây dựng sơ đồ ứng suất biến dạng của vách khi coi vách làm việc như cấu kiện chịu nén lệch tâm và thiết lập các công thức tính toán

- Xây dựng qui trình thiết lập biểu đồ tương tác theo tiêu chuẩn ACI Kết quả kiểm tra bằng biểu đồ ứng tương tác cho ta thấy chính xác các giá trị của kết quả tính toán theo danh nghĩa và theo thiết kế, từ đó ta có thể đưa ra các phương án tối ưu về tiết kiệm và an toàn

2 Kiến nghị

- Cần tiếp tục nghiên cứu thêm tính toán vách cứng có lỗ và cốt đai chịu cắt theo tiêu chuẩn Việt Nam và các tiêu chuẩn nước ngoài để so sánh sau đó đưa ra giải pháp tối ưu về tiết kiệm và an toàn

- Cần nghiên cứu thêm phương pháp kiểm tra bằng biểu đồ tương tác theo TCVN thì sẽ sát với thực tế và điều kiện của nước ta hơn

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

1 Đoàn Thế Anh Nghiên cứu giải pháp tính toán và cấu tạo cho vách cứng nhà cao tầng BTCT liền khối theo một số tiêu chuẩn nước ngoài, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội (2013)

2 Công Ty Tư Vấn Xây Dựng Dân Dụng Việt Nam (VNCC) - Bộ Xây Dựng Cấu tạo Bê tông Cốt Thép Nhà Xuất Bản Xây Dựng Hà Nội –(2004)

3 Nguyễn Tiến Chương, Trịnh Thị Hoa Sự Tham Gia Của Khung Thứ Cấp Trong Khung Ghép Nhà Cao Tầng Chịu Động Đất Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2013 ISBN 978-604-82-0066-4.(2013) ( http://hoithaokhcn.wru.edu.vn/Portals/7/TB2_07.pdf

4 Khoa Xây Dựng, Chuyên Đề: Quy Trình Tính Toán Và Thiết Kế Nhà Cao Tầng Trường Đại Học Xây Dựng Miền Trung.(2012) (

http://khoaxaydung.muce.edu.vn/fckeditor/editor/filemanager/connectors/asp/image/Nha%20cao%20tang.pdf )

5 Nguyễn Trung Hòa Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép Theo Quy Phạm Hoa

%20lam_bui%20thien-r.pdf )

9 Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống Kết Cấu Bêtông Cốt Thép-Phần Cấu Kiện Cơ Bản Nhà Xuất Bản Khoa Học và

Kỹ Thuật Hà Nội (2006)

10 Ngô Thế Phong, Lý Trần Cường, Trịnh Kim Đạm, Nguyễn Lê Ninh Kết Cấu Bêtông Cốt Thép-Phần Kết Cấu Nhà Cửa Nhà Xuất Bản Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội (1996)

11 Võ Bá Tầm Nhà Cao Tầng Bê Tông Cốt Thép Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TP.HCM (2012)

12 Nguyễn Tấn Trung, ThS.Võ Mạnh Tùng Một Số Phương Pháp Tính Cốt Thép Cho Vách Phẳng Bê Tông Cốt Thép, Bộ Môn Công Trình BTCT - Đại Học Xây Dựng ( http://123doc.org/document/768239-vach-phang-be-tong-cot-thep.htm )

13 Trần Mạnh Tuân Tính Toán Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép Theo Tiêu Chuẩn ACI318-2002 Nhà Xuất Bản Xây Dựng (2010)

14 Phạm Xuân Tùng Tính Toán Vách Cứng Theo Tiêu Chuẩn Mỹ

ACI318M-08 Bộ Môn Kỹ Thuật Xây Dựng

(http://ntu.edu.vn/Portals/74/TaiLieu/Hoi%20thao%20cap%20BM%20KTXD%202013/9.%20BCKHBM%202013%20-

18 TCVN 2737:1995 Tải Trọng Và Tác Động-Tiêu Chuẩn Thiết Kế

19 TCVN 229:1999 Hướng Dẫn Tính Toán Thành Phần Động Của Tải Trọng Gió Theo TCVN 2737-1995

20 Wolfgang Schueller Người dịch: Phạm Ngọc Khánh, Lê Mạnh Lân, Trần Trọng Chi Kết Cấu Nhà Cao Tầng Nhà Xuất Bản Xây Dựng,

Hà Nội (2008)

Tiếng Anh

21 Bungale S.Taranath Reinforced Concrete Design Of Tall Buildings CRC Press is an imprint of Taylor & Francis Group, an Informa business (2010)

22 Building Code Requirements For Structural Concrete (ACI 318M-08) And Commentary American Concrete Institute (2008)

23 Mir M.Ali and Kyoung Sun Moon Structural Developments In Tall Buildings Current Trends And Future Prospects Architectural Science Review Volume 50.3,pp 205-223 2007 University of Sydney (2007)