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 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÁCH BTCT NHÀ CAO TẦNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN HÀ NỘI - 2015 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 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 thầy cô giáo cán khoa Đào tạo Sau đại học trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội giúp đỡ, dẫn tác giả suốt trình học tập nghiên cứu Và đặc biệt tác giả xin có lời cảm ơn đặc biệt đến cô TS VŨ THANH THỦY truyền đạt cho tác giả kiến thức quí báu giúp cho tác giả hoàn thiện kiến thức hoàn thành luận văn Qua đây, tác giả muốn kính gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Do thời gian nghiên cứu thực không nhiều trình độ tác giả có hạn, cố gắng hoàn thành hoàn thiện luận văn tránh khỏi sai sót, tác giả mong ý kiến đóng góp thầy cô bạn đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện 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 độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực 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 ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng, biểu Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: 01 Mục đích nghiên cứu đề tài: 01 Đối tượng phạm vi nghiên cứu: 01 Phương pháp nghiên cứu: 02 Nội dung nghiên cứu: 02 Cấu trúc 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 nhà cao tầng 03 1.1.1 Khái niệm nhà cao tầng 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 hệ kết cấu chịu lực nhà cao tầng 16 1.2 Sự làm việc Kết cấu vách cứng BTCT nhà cao tầng 20 1.2.1 Phạm vi áp dụng kết cấu vách cứng 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 mặt cấu tạo tiết diện 24 1.3.2 Cấu tạo cốt thép 32 1.4 Các tiêu lý 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 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 48 2.3.2 Mô hình tính toán 48 2.3.3 Qui trình tính toán 48 2.4 Kiểm tra khả chịu lực cho vách cách thiết lập biểu đồ tương tác 54 2.4.1 Khái niệm 54 2.4.2 Các giả thiết 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 công thức 58 2.4.6 Xây dựng biểu đồ ứng suất biến dạng thiết lập công thức cho vách có tiết diện chữ nhật cốt thép đặt 59 2.4.7 Xây dựng biểu đồ ứng suất biến dạng thiết lập công thức cho vách có tiết diện chữ nhật cốt thép đặt không 69 2.4.8 Xây dựng biểu đồ ứng suất biến dạng thiết lập công thức cho vách có tiết diện chữ nhật cốt thép đặt 77 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN 3.1 Đặt đầu 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 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 biểu đồ tương tác 116 3.4 So sánh kết 122 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 123 Kiến nghị 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Số hiệu Cụm từ viết tắt Bảng,biểu BTCT Bê tông cốt thép TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MINH HỌA Số hiệu Tên hình hình Hình 1.1 Sơ đồ lựa chọn kết cấu theo số tầng Hình 1.2 Mặt kết cấu khung Hình 1.3 Sơ đồ kết cấu khung giằng Hình 1.4 Mặt đứng vách Hình 1.5 Mặt vách Hình 1.6 Hình dạng kết cấu lõi Hình 1.7 Công trình kết cấu lõi Hình 1.8 Hình kết cấu ống Hình 1.9 Hệ khung vách cứng Hình 1.10 Hình ảnh kết cấu có tầng chuyển đổi Hình 1.11 Hình ảnh kết cấu ống lõi Hình 1.12 Hình ảnh kết cấu ống lõi Hình 1.13 Mặt kết cấu ống-bó Hình 1.14 Sơ đồ kết cấu có tầng cứng Hình 1.15 Hình 1.16a Biểu đồ mômen vách có tầng cứng Hình ảnh khung ghép, khung sơ cấp khung thứ cấp Hình Hình ảnh sơ đồ kết cấu có khung ghép 1.16b Hình 1.17 Sơ đồ phân loại kết cấu nhà cao tầng Hình 1.18 Các hệ kết cấu bố trí bên nhà Hình 1.19 Các hệ kết cấu bố trí bên nhà Hình 1.20 Các hệ kết cấu bố trí bên 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 tường chịu cắt Hình 1.24 Giảm thiểu độ lệch tâm mặt Hình 1.25 Giảm mô men uốn lực cắt mặt phẳng sàn Hình 1.26 Vách có tiết diện tăng cường biên Hình 1.27 Xử lý lỗ mở nhỏ Hình 1.28 Bố trí thép vách cứng có biên tăng cường Hình 1.29 Bố trí thép có biên tự Hình 1.30 Bố trí thép vách có lỗ Hình 1.31 Neo thép ngang 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 cốt thép Hình 2.1 a) Sơ đồ tác dụng b) Phân chia tiết diện c) Ứng suất lực dọc N d) Ứng suất Moment M Hình 2.2 Mặt cắt ngang vách cứng đơn phần tử biên Hình 2.3 Mặt cắt dọc vách cứng đơn phần tử biên Hình 2.4 Mặt cắt mặt đứng vách Hình 2.5 Biểu đồ phân bố ứng suất bê-tông, biểu đồ biến dạng, quan hệ ứng suất biến dạng 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 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 suốt chiều dài vách Hình 2.11 Biểu đồ tương tác theo ACI-318-08 cho trường hợp hình chữ nhật đặt thép không suốt chiều dài vách Hình 2.12 Biểu đồ tương tác theo ACI-318-08 cho trường hợp hình chữ I DANH MỤC BẢNG Viết tắt Bàng 1.1 Tên Bảng, biểu Chiều cao lớn thích hợp công trình cốt thép toàn khối (m) Bàng 1.2 Khoảng cách hai vách cứng liến kề Bàng 1.3 Giới hạn tỷ số H/B Bàng 1.4 Cường độ mô đun đàn hồi bê tông Bàng 1.5 Phân loại thép cường độ thép DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU N Lực dọc thiết kế tác dụng lên vách Ni Lực dọc phần tử thứ i M Momen thiết kế tác dụng lên vách Lw Chiều dài vách yi Khoảng cách trọng tâm tiết diện đến trọng tâm phần tử thứ i Li Chiều dài vách phần tử thứ i tw Bề dày vách Ac = Litw Diện tích bê-tông phần tử thứ i Aw = twLw diện tích tiết diện ngang toàn vách cứng Rb Cường độ tính toán bê-tông Khi tính toán cấu kiện chịu nén cần ý hệ số điều kiện làm việc Rs ; Rsc Cường độ tính toán nén/kéo cốt thép As Diện tích cốt thép dọc phần tử Ab Diện tích bê tông  ≤1 Hệ số giảm khả chịu lực ảnh hưởng uốn dọc, gọi tắt hệ số uốn dọc Hi Chiều cao tầng  Hệ số phụ thuộc vào sơ đồ biến dạng cấu kiện bị ổn định, tức phụ thuộc vào liên kết cấu kiện c =0.7 Hệ số giảm độ bền nén  b =0,9 Hệ số giảm độ bền kéo f ’c cường độ chịu nén đặc trưng bê-tông, xác định theo mẫu trụ (kích thước đường kính x chiều cao mẫu =150x300mm) f ‘y Ac=Aw As Cường độ chảy thép Diện tích bê-tông Diện tích toàn cốt thép dọc AB Diện tích 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 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