Ảnh hưởng của biến dạng không đồng điệu đến nội lực của vách trong kết cấu nhà nhiều tầng chịu tải trọng động đất (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG NGUYỄN NGỌC THUẦN– KHÓA 2015- 2017 CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN NGỌC THUẦN ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN DẠNG KHÔNG ĐỒNG ĐIỆU ĐẾN NỘI LỰC CỦA VÁCH TRONG KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Hà Nội - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI - NGUYỄN NGỌC THUẦN KHÓA: 2015- 2017 ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN DẠNG KHÔNG ĐỒNG ĐIỆU ĐẾN NỘI LỰC CỦA VÁCH TRONG KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã số:60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG Hà Nội - 2017 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn Khoa đào tạo sau đại học, Khoa xây dựng dân dụng công nghệp – Trường đại học Kiến trúc Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn Xin đặc biệt cảm ơn PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương - Đại học Kiến Trúc Hà Nội động viên, hướng dẫn tận tình cho tác giả suốt thời gian thực luận văn Tác giả xin cảm ơn đóng góp ý kiến, xây dựng thầy cô đồng nghiệp trình tác giả thực luận văn Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Nguyễn Ngọc Thuần DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình Hình 1.1: Nội dung Trang Giới thiệu sơ lược số cơng trình nhà nhiều tầng giới Hình 1.2: Tịa nhà South Wacker Hình 1.3: Mặt Tịa nhà South Wacker Hình 1.4: Keangnam Landmark Tower Hà Nội Hình 1.5: Mặt đứng Keangnam Landmark Tower Hà Nội Hình 1.6: Mặt tháp A-B Keangnam Landmark Tower Hà Nội 10 Hình 1.7: Sơ đồ khung chịu lực 12 Hình 1.8: Chuyển vị ngang khung 13 Hình 1.9: Hệ kết cấu kiểu vách ngang 14 Hình 1.10: Sơ đồ phân tích khung - giằng 15 Hình 1.11: Một số giải pháp làm tăng độ cứng cho hệ khung 16 Hình 1.12: Phân tích sơ đồ chịu lực hệ khung giằng 16 Hình 1.13: Biến dạng dàn giằng chịu tải ngang 17 Hình 2.1: Dạng phổ phản ứng đàn hồi 32 Hình 2.2: Phổ phản ứng đàn hồi cho loại đất từ A đến E (độ 33 cản %) Hình 2.3: Trục tọa độ trường hợp bị xoắn 40 Hình 3.1: Mặt mơ hình MH1 53 Hình 3.2: Mơ hình chiều cơng trình ETABS 54 Hình 3.3: Biểu đồ lực cắt vách V1 mơ hình MH1 56 Hình 3.4: Biểu đồ lực cắt vách V2 mơ hình MH1 59 Hình 3.5: Mặt mơ hình MH2 63 Hình 3.6: Biểu đồ lực cắt vách V1 mơ hình MH2 65 Hình 3.7: Biểu đồ lực cắt vách V2 mơ hình MH2 68 Hình 3.8: Mặt mơ hình MH3 72 Hình 3.9: Lực cắt vách V1 mơ hình MH3 74 Hình 3.10: Lực cắt vách V2 mơ hình MH3 77 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Nội dung Trang Bảng 2.1 Các loại đất 31 Bảng 2.3 Giá trị tham số mô tả phổ phản ứng đàn hồi theo phương 33 thẳng đứng Bảng 3.1 Trọng lượng riêng lớp sàn 50 Bảng 3.2 Trọng lượng riêng tường xây 220 50 Bảng 3.3 Thông số đầu vào xác định tải trọng động đất 51 Giá trị phổ phản ứng đàn hồi 51 Bảng 3.4: Giá trị lực cắt vách V1 mơ hình MH1 55 Bảng 3.5: Tỉ lệ biến đổi lực cắt đáy vách V1 tầng mơ 57 hình MH1 Bảng 3.6: Giá trị lực cắt V2 mơ hình MH1 58 Bảng 3.7 Tỉ lệ biến đổi lực cắt đáy Vách V2 tầng mô 60 hình MH1 Bảng 3.8 Lực cắt vách V1 mơ hình MH2 64 Bảng 3.9 Tỉ lệ biến đổi lực cắt đáy Vách V1 tầng mơ 66 hình MH2 Bảng 3.10: Lực cắt vách V2 mơ hình MH2 67 Bảng 3.11 69 Tỉ lệ biến đổi lực cắt đáy Vách V2 tầng mơ hình MH2 Bảng 3.12 Bảng 3.13 Bảng 3.14 Bảng 3.14 Lực cắt vách V1 mô hình MH3 Tỉ lệ biến đổi lực cắt đáy Vách V1 tầng mơ hình MH3 giá trị lực cắt vách V2 mơ Hình MH3 Tỉ lệ biến đổi lực cắt đáy Vách V2 tầng mơ hình MH3 73 75 76 78 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ: "Ảnh hưởng biến dạng không đồng điệu đến nội lực vách kết cấu nhà nhiều tầng chịu tải trọng động đất" cơng trình nghiên cứu riêng Số liệu nghiên cứu luận văn trung thực kết chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Ngọc Thuần MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỒNG QUAN VỀ NHÀ NHIỀU TẦNG VÀ TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 1.1 Những đặc điểm nhà nhiều tầng: 1.2 Giới thiệu số cơng trình nhiều tầng giới 1.3 Một số nhà cao tầng điển hình Việt Nam 1.4 Sơ đồ hệ kết cấu chịu lực nhà nhiều tầng: 11 1.4.1 Các cấu kiện chịu lực, hệ cấu kiện chịu lực bản: 11 1.4.2 Sơ đồ khung: 11 1.4.3 Sơ đồ giằng: 13 1.4.4 Sơ đồ khung - giằng: 14 1.5 Một số loại tải trọng ngang tác dụng lên công trình: 17 1.5.1 Tải trọng gió: 17 1.5.2 Tải trọng động đất: 20 CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN DẠNG KHÔNG ĐỒNG ĐIỆU ĐẾN ỨNG XỬ CỦA KẾT CẤU VÁCH TRONG HỆ KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 24 2.1 Các phương pháp xác định tải trọng động đất: 24 2.2 Khái niệm biến dạng đồng điệu: 35 2.3 Sự phân bố nội lực kết cấu nhà nhiều tầng chịu ảnh hưởng biến dạng đồng điệu chịu tải trọng động đất: 38 2.3.1 Trường hợp nhà không bị xoắn 38 2.3.2 Trường hợp nhà bị xoắn 39 2.4 Sự phân bố nội lực kết cấu nhà nhiều tầng chịu ảnh hưởng biến dạng không đồng điệu chịu tải trọng động đất 42 2.5 Một số phương pháp xác định nội lực kết cấu 44 2.5.1 Phương pháp lực 44 2.5.2 Phương pháp chuyển vị: 44 2.5.1 Phương pháp phần tử hữu hạn 45 2.5.2 Một số phần mềm phân tích kết cấu: 45 2.5.3 Phần mềm SAP2000: 46 2.5.4 Phầm mềm SAFE 46 2.5.5 Phần mềm ETABS 9.7.4 47 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT SỐ ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN DẠNG KHÔNG ĐỒNG ĐIỆU ĐẾN NỘI LỰC CỦA VÁCH KHI CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 49 3.1 Khảo sát ảnh hưởng biến dạng đồng điệu đến nội lực vách kết cấu nhà nhiều tầng 49 3.1.1 Vật liệu sử dụng 49 3.1.2 Tải trọng 49 3.2 Các trường hợp khảo sát 52 3.2.1 Mơ hình MH1 - trường hợp bố trí đồng trục 52 3.2.2 Mơ hình MH2 - trường hợp vách bố trí đồng trục thay đổi chiều dài vách 62 3.2.3 Mơ hình MH3 - trường hợp bố trí vách không đồng trục 72 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU BTCT Bê tông cốt thép Eb Mô đun đàn hồi bê tông Es Mô đun đàn hồi thép MB Mặt Rb Cường độ chịu nén bê tông Rs Cường độ chịu kéo thép T Lực cắt tầng Tdđ Lực cắt trường hợp đồng điệu Tcứng Lực cắt trường hợp mơ hình sàn tuyệt đối cứng Tnửa cứng Lực cắt trường hợp kể đến độ cứng thực sàn/nửa cứng TCVN Tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Kết cấu bê tông cốt thép nhà nhiều tầng phổ biến nước giới khơng cịn xa lạ Việt Nam, việc xây dựng cơng trình nhiều tầng giúp giải nhiều vấn đề xã hội đô thị đại như: nhu cầu nhà ở, trụ sở quan… đồng thời đáp ứng yêu cầu đặt đô thị đại nhu cầu hạ tầng kỹ thuật, hạ tầng xã hội, kiến trúc cảnh quan… Hiện phần lớn cơng trình sử dụng kết cấu bê tông cốt thép bê tông cốt thép liên hợp việc thi cơng sử dụng có nhiều ưu điểm mà kết cấu khác khơng có Trong cấu kiện chịu lực cơng trình nhiều tầng, cấu kiện đứng dạng vách sử dụng rộng rãi cho kết cấu nhà cao tầng, làm việc kết cấu vách ảnh hưởng nhiều đến thẩm mỹ, phân chia khơng gian kiến trúc tồn hà tính bền vững vận hành cơng trình Nghiên cứu ảnh hưởng biến dạng không đồng điệu đến làm việc hệ kết cấu vách nhà nhiều tầng có sơ đồ giằng Các kết nghiên cứu giúp ích phần cho đơn vị thiết kế, điều giúp tối ưu hệ kết cấu bê tông cốt thép nhà nhiều tầng Việt Nam Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu: Mục đích nghiên cứu: Tìm hiểu tải trọng động đất ứng xử vách chịu tải trọng động đất Đối tượng nghiên cứu: Nội lực kết cấu vách hệ kết cấu nhà nhiều tầng Phạm vi nghiên cứu: Hệ kết cấu vách cơng trình nhà nhiều tầng trường hợp biến dạng đồng điệu không đồng điệu, Phương pháp nghiên cứu: - Mặt xác định, ô lưới cột xác định - Số tầng chiều cao tầng xác định, - Sử dụng phần mềm Etabs 9.7.4 để mô phân tích làm việc hệ kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép ảnh hưởng tải trọng động đất Từ đưa kết nội lực cấu kiện vách So sánh với nội lực hệ kết cấu biến dạng đồng điệu - So sánh, phân tích đại lượng quan tâm, rút nhận xét, kết luận Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Kết nghiên cứu luận văn sử dụng làm: - Tài liệu tham khảo cho sinh viên chuyên ngành xây dựng trường đại học, cao đẳng - Tài liệu cho đơn vị tư vấn thiết kế xây dựng Từ kết thu khảo sát mơ hình, ta đánh giá phần ảnh hưởng biến dạng không đồng điệu đến làm việc hệ kết cuầ nhà nhiều tầng bê tơng cốt thép có sơ đồ giằng Đưa kiến nghị, lời khuyên cho đơn vị thiết kế nhằm lựa chọn giải pháp tối ưu lựa chọn tiết diện vách phân bố mặt kết cấu nhà cao tầng Dự kiến kết quả: - Có thay đổi phân phối lực cắt vách có kích thước khác mặt so sánh với công thức phân phối lực cắt biến dạng đồng điệu -Trong biến dạng không đồng điệu vách nhỏ có xu hướng nhận nhiều lức cắt so vói cơng thức biến dạng đồng điệu - Vách có kích thước lớn dài nằm phía ngồi mặt cơng trình có xu hướng phân phối lực cắt khác nhiều so với trường hợp nằm phía mặt cơng trình THƠNG BÁO Để xem phần văn tài liệu này, vui lịng liên hệ với Trung Tâm Thơng 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 80 KẾT LUẬN Kết luận: Do việc khảo sát ảnh hưởng không đồng điệu nên mặt lựa chọn khảo sát mặt kết cấu cơng trình thực tế Tuy nhiên từ mơ hình khảo sát điển hình, luận văn đạt kết sau: - Biến dạng không đồng điệu có ảnh hưởng đến nội lực vách chịu tải trọng động đất, ảnh hưởng biến dạng vách biên rõ rệt so với vách cơng trình - Khi xảy biến dạng khơng đồng điệu lớn lực cắt chân cơng trình chịu ảnh hưởng rõ rệt, điều đặt yêu cầu khảo sát, thiết kế cơng trình cần lưu ý đến - Có khác biệt việc mơ hình tính tốn với sàn tuyệt đối cứng sàn nửa cứng - Ảnh hưởng biến dạng không đồng điệu cấu kiện bố trí so le so với bố trí đồng trục Kiến nghị: - Trong thiết kế, tính tốn cần lưu ý đến trường hợp kết cấu chịu ảnh hưởng biến dạng không đồng điệu chịu tải trọng động đất, cần lưu ý đến lực cắt tầng cơng trình (trong khoảng 1/10 chiều cao) vách biên để có giải pháp thiết kế hợp lý, an tồn kết cấu chân cơng trình, đặc biệt tầng - Trong việc khảo sát, phân tích kết cấu cần lưu ý đến trường hợp mơ hình sàn cứng nửa cứng có biến dạng khơng đồng điệu; có giải pháp hạn chế thay đổi để đảm bảo an toàn cho kết cấu - Trong thiết kế cần lưu ý đến việc bố trí kết cấu hạn chế biến dạng khơng đồng điệu, việc bố trí kết cấu so le giảm bớt không đồng điệu hệ kết cấu 81 Hướng phát triển luận văn: Trong khuôn khổ luận văn, luận văn chưa nghiên cứu đầy đủ vấn đề sau: - Sự làm việc kết cấu trường hợp biến dạng không đồng điệu trường hợp cơng trình có mặt kết cấu có nhiều loại vách - Sự làm việc theo đồng thời phương cơng trình - Chưa xét đến mơ hình trường hợp mặt bất đối xứng, mặt chữ L, chữ T chữ thập - Việc đánh giá tác động động đất dựa vào mơ hình phần mềm Etabs, chưa có số liệu cơng trình thực tế TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Lê Thanh Huấn (2007), Kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép, Nxb Xây dựng Hồ Việt Hùng (2016), ETABS kiến thức sử dụng, Ketcausoft.com Phan Quang Minh, Ngơ Thế Phong, Nguyễn Đình Cống (2006), Kết cấu bê tông cốt thép phần cấu kiện bản, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Lê Hồng Ngọc (2006), Sức bền vật liệu, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Ngô Thế Phong (chủ biên), Lý Trần Cường, Phạm Thanh Đạm, Nguyễn Lê Ninh, Kết cấu bê tông cốt thép – Phần kết cấu nhà cửa, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Võ Bá Tầm, (2012), Nhà cao tầng bê tông cốt thép, Nxb Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh Lều Thọ Trình, (2001), Cơ học kết cấu, Nxb Khoa học kỹ thuật Hà Nội Tiêu chuẩn quốc gia (2012), TCVN 9386:1995 - Thiết kế cơng trình chịu động đất Tiêu chuẩn quốc gia (2012), TCVN 5574:1995 - Kết cấu bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế 10 Tiêu chuẩn quốc gia (1995), TCVN 2737 : 1995 - Tải trọng tác động - Tiêu chuẩn thiết kế 11 edcons.edu.vn 12 EPHATLand, Hồ sơ chào hàng Tiếng Anh 13 Bryan Stafford Smith, Alex Coull, Tall building structures - Analysis and Design (1991), John Wiley and Sons 14 W.SULƠ, Kết cấu nhà cao tầng, Nhà xuất Xây dựng 15 Council on tall buildings and Urban Habitat Committee 3, Structural system for tall buildings (1995), New York : McGraw-Hill 16 www.skyscrapercenter.com 17 Wikipedia.com ... phân bố nội lực kết cấu nhà nhiều tầng chịu ảnh hưởng biến dạng không đồng điệu chịu tải trọng động đất 42 2.5 Một số phương pháp xác định nội lực kết cấu 44 2.5.1 Phương pháp lực ... CỦA BIẾN DẠNG KHÔNG ĐỒNG ĐIỆU ĐẾN NỘI LỰC CỦA VÁCH KHI CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 49 3.1 Khảo sát ảnh hưởng biến dạng đồng điệu đến nội lực vách kết cấu nhà nhiều tầng 49 3.1.1 Vật liệu... hiểu tải trọng động đất ứng xử vách chịu tải trọng động đất Đối tượng nghiên cứu: Nội lực kết cấu vách hệ kết cấu nhà nhiều tầng Phạm vi nghiên cứu: Hệ kết cấu vách cơng trình nhà nhiều tầng trường