So sánh sự làm việc của sàn phẳng trong nhà nhiều tầng có vách cứng khi có và không có tham gia chịu tải trọng ngang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - – & — - TRẦN VŨ KHƯƠNG SO SÁNH SỰ LÀM VIỆC CỦA SÀN PHẲNG TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG CÓ VÁCH CỨNG KHI CÓ VÀ KHƠNG CĨ THAM GIA CHỊU TẢI TRỌNG NGANG Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD&CN Mã số: 60.58.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2016 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trương Hồi Chính Phản biện 1: PGS.TS.Nguyễn Minh Long Phản biện 2: TS.Đặng Công Thuật Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 09 tháng 01 năm 2016 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Kết cấu sàn phẳng BTCT có ưu điểm như: đảm bảo vẽ mỹ quan, thơng gió - chiếu sáng dễ dàng, chiều cao thông thủy sàn phẳng tốt so với sàn có dầm, chiều cao tầng nhà giảm không sử dụng dầm (tăng số tầng lên đáng kể so với cơng trình cao tầng sử dụng kết cấu sàn có dầm, có chiều cao xây dựng),… Tuy nhiên, giả thuyết tính tốn thiết kế sàn phẳng thường quan niệm sàn chịu tải trọng đứng, xét đến làm việc sàn chịu tải trọng ngang Do đó, mục tiêu luận văn Học viên nghiên lý thuyết tính tốn kết hợp với ví dụ tính tốn số liệu cụ thể để: “So sánh làm việc sàn phẳng nhà nhiều tầng có vách cứng có khơng có tham gia chịu tải trọng ngang” Mục đích nghiên cứu Tính tốn, so sánh làm việc sàn phẳng bê tông cốt thép nhà nhiều tầng có vách cứng có khơng có tham gia chịu tải trọng ngang Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Sàn phẳng bê tơng cốt thép nhà nhiều tầng có vách cứng, sàn có khơng có tham gia chịu tải trọng ngang 3.2 Phạm vi nghiên cứu: - Tải trọng ngang xét tải trọng gió - Nghiên cứu tiêu chuẩn thiết kế hành Việt Nam, Mỹ dẫn tính tốn kết cấu sàn phẳng 2 Phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu lý thuyết tính tốn kết hợp với ví dụ tính tốn số (sử dụng phần mềm Safe để mơ hình tính tốn), để kiểm chứng lại lý thuyết tính tốn Cấu trúc luận văn Nội dung luận văn gồm 03 chương: Mở đầu Chương 1: Tổng quan sàn phẳng bê tông cốt thép Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn thiết kế sàn phẳng bê tơng cốt thép Chương 3: Ví dụ tính toán Kết luận kiến nghị CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1 SƠ LƯỢC VỀ KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG BÊ TÔNG CỐ THÉP 1.1.1 Khái niệm nhà nhiều tầng 1.1.2 Hệ kết cấu chịu lực nhà nhiều tầng a Các cấu kiện chịu lực b Các hệ kết cấu chịu lực 1.2 SƠ LƯỢC VỀ KẾT CẤU SÀN VÀ VÁCH CỨNG TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG 1.2.1 Sơ lược kết cấu sàn 1.2.2 Khái niệm vách cứng, lõi cứng a Định nghĩa b Ưu điểm vách cứng hay lõi cứng c Nhược điểm vách cứng hay lõi cứng 1.3 TỔNG QUAN VỀ SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP (TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM) 1.3.1 Tổng quan sàn phẳng Sàn phẳng gồm có kê trực tiếp lên cột Đầu cột làm loe thành mũ cột để liên kết với cột chắn, đảm bảo cường độ chống đâm thủng bản, đồng thời làm giảm nhịp tính tốn làm mômen phân cách đặn theo bề rộng Dùng sàn phẳng giảm chiều cao kết cấu, việc làm ván khuôn đơn giản dễ bố trí cốt thép Sàn khơng dầm có mặt phẳng nên việc chiếu sáng thơng gió tốt sàn có dầm Ngồi việc ngăn chia phòng mặt sàn linh hoạt thích hợp với tường ngăn di động v.v 1.3.2 Tình hình nghiên cứu giới Ngày nay, người ta xây dựng phương pháp tính số mạnh để giải tốn mơi trường liên tục Các phương pháp tính kể đến như: phương pháp sai phân hữu hạn, phương pháp phần tử biên, lý thuyết tương đương lượng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) Hình 1.8: Cơng trình Walnut Condos sử dụng sàn phẳng (13 tầng) (Ảnh tác giả sưu tầm) 1.3.3 Tình hình nghiên cứu Việt Nam Ở Việt Nam, việc ứng dụng sàn phẳng cơng trình cao tầng sử dụng phổ biến có nhiều ưu điểm như: tăng tương đối chiều cao thông tầng, trần phẳng tạo không gian đẹp, linh hoạt, độ bền cơng trình cao, thi cơng nhanh 5 Hình 1.9: Hình 1.9: Ảnh tác giả sưu tầm minh họa cơng trình sử dụng sàn phẳng 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Qua nội dung nghiên cứu Chương 1, ta nhận thấy ngày sàn phẳng sử dụng phổ biến nhiều cơng trình nhà nhiều tầng nước ta nước giới, có nhiều ưu điểm như: thi cơng nhanh, chiều cao cơng trình tăng chiều cao tầng giảm, mặt sàn phẳng nên thuận lợi cho thơng gió, chiếu sáng bố trí linh hoạt vách ngăn,… Tuy nhiên, cơng tác tính tốn thiết kế sàn phẳng nước ta quan tâm đến việc sàn tham gia chịu tải trọng ngang Chính vậy, luận văn tác giả xin giới thiệu số phương pháp tính tốn sàn phẳng nhà nhiều tầng tham gia chịu tải trọng ngang có xét tới ảnh hưởng vách cứng Nội dung phương pháp tính tốn cụ thể trình bày Chương 6 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN THIẾT KẾ SÀN PHẲNG BÊ TÔNG CỐT THÉP 2.1 SỰ LÀM VIỆC CỦA SÀN TRONG KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG CHỊU TẢI TRỌNG NGANG 2.2 CÁC MƠ HÌNH PHÂN TÍCH NỘI LỰC SÀN CHỊU TẢI TRỌNG NGANG 2.2.1 Mơ hình tính phân phối tải trọng ngang 2.2.2 Các giả thiết tính toán 2.3 PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH): phương pháp tổng quát hữu hiệu cho lời giải số nhiều lớp toán kỹ thuật khác Từ việc phân tích trạng thái ứng suất, biến dạng kết cấu khí, chi tiết tơ, máy bay, tàu thuỷ, khung nhà cao tầng, dầm cầu, v.v., đến toán lý thuyết trường như: lý thuyết truyền nhiệt, học chất lỏng, thủy đàn hồi, khí đàn hồi, điện - từ trường v.v 2.4 QUAN NIỆM MƠ HÌNH TÍNH TỐN 2.4.1 Sự làm việc sàn kết cấu nhà nhiều tầng chịu tải trọng ngang 2.4.2 Các mơ hình phân tích nội lực sàn chịu tải trọng ngang a Mơ hình dầm tương đương b Mơ hình dầm tương đương hiệu chỉnh c Mơ hình phần tử hữu hạn 2.5 KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỐNG CẮT CỦA SÀN 2.6 KIỂM TRA ĐỘ VÕNG SÀN 2.6.1 Độ võng ngắn hạn 2.6.2 Độ võng dài hạn 2.6.3 Độ võng tổng cộng 2.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG Qua nội dung nghiên cứu Chương 2, để phân tích làm việc sàn phẳng nhà nhiều tầng chịu tải trọng ngang có 03 mơ hình để ta phân tích là: Mơ hình dầm tương đương, Mơ hình dầm tương đương hiệu chỉnh Mơ hình phần tử hữu hạn Trong 03 mơ hình nêu trên, ngày nhờ phát triển vượt bậc khoa học công nghệ, đặc biệt khoa học máy tính nên mơ hình phần tử hữu hạn hỗ trợ cách mạnh mẽ, tính tốn thiết kế, phân tích làm việc kết cấu với mơ hình phần tử hữu hạn phần mềm sử dụng rộng rãi cho kết xác Phương pháp phần tử hữu hạn giúp người kỹ sư mơ hình hóa kết tương đối xác với mơ hình thực tế, mơ hình kết cấu siêu tĩnh phức tạp Thiết kế sàn phương pháp phần tử hữu hạn giúp ta dễ dàng xác định nội lực, khả chịu cắt hay xác định độ võng sàn thay đổi thông số đầu vào môt cách dễ dàng,… cho ta kết tính tốn đáng tin cậy Tiếp theo Chương – Ví dụ tính tốn, tác giả trình bày ứng dụng mơ hình phần tữ hữu hạn, mơ hình sàn phẳng phần mềm Safe để phân tích làm việc sàn 8 CHƯƠNG VÍ DỤ TÍNH TỐN 3.1 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ MẶT BẰNG TÍNH TỐN Cơng trình nhà nhiều tầng có mặt với kích thước 16,5mx23m, mặt tầng điển hình bố trí hình 3.1, chiều cao tầng 3,4m, cơng trình cao 12 tầng Sàn, vách, lõi cột sử dụng bê tông cấp độ bền B30 Thông số kích thước, tiết diện sau: - Sàn khơng dầm (sàn phẳng) dày 300mm; - Vách dày 550mm, lõi dày 400mm Vách, lõi không thay đổi tiết diện từ lên - Cột có kích thước 800x800mm - Hình 3.1: Mặt tầng điển hình § Trường hợp 1: Sàn chịu tải trọng đứng - Sàn chịu tác dụng hoạt tải phân bố q1 = 0,4 kN/m2 - Trọng lượng thân kết cấu § Trường hợp 2: Sàn chịu tải trọng ngang Sàn chịu tác dụng tải gió theo phương X (như hình 3.40) theo phương Y (như hình 3.34), với: - Mặt đón gió chịu tải phân bố đều: q2 = 10 kN/m; - Mặt khuất gió chịu tải phân bố đều: q3 = kN/m 3.2 XÂY DỰNG VÀ PHÂN TÍCH MƠ HÌNH BẰNG MỀM SAFE 3.2.1 Trường hợp 1: Sàn chịu tải trọng đứng Hình 3.4: Giá trị lực dọc dải sàn song song với trục X trục Y (giá trí bé) 10 Hình 3.5: Biểu đồ mômen dải sàn song song với trục Y (KNm) Hình 3.6: Biểu đồ mơmen dải sàn song song với trục X (KNm) 11 Hình 3.7: Biểu đồ lực dọc dải sàn song song với trục Y (KN) Hình 3.8: Biểu đồ lực dọc dải sàn song song với trục X (KNm) 12 Hình 3.9: Mặt bố trí cốt thép lớp theo hai phương sàn Hình 3.10: Mặt bố trí cốt thép lớp theo hai phương sàn 13 Hình 3.15: Biểu đồ bao vật liệu theo phương X sàn Hình 3.16: Biểu đồ bao vật liệu theo phương Y sàn 14 3.2.2 Trường hợp 2: Sàn chịu tải trọng ngang a Mặt tầng điển hình chịu tải trọng ngang theo phương Y Hình 3.17: Mặt sàn chịu tải trọng ngang theo phương Y Hình 3.20: Biểu đồ lực dọc dải sàn song song với trục Y tải trọng ngang tác dụng theo phương Y (KN) 15 Hình 3.21: Biểu đồ lực dọc dải sàn song song với trục X tải trọng ngang tác dụng theo phương Y (KN) Hình 3.23: Giá trị lực cắt dải sàn song song với trục X trục Y tải trọng ngang tác dụng theo phương Y (giá trị bé) 16 Hình 3.24: Giá trị momen dải sàn song song với trục X trục Y tải trọng ngang tác dụng theo phương Y (giá trị bé) b Mặt tầng điển hình chịu tải trọng ngang theo phương X Hình 3.25: Mặt sàn tầng chịu tải trọng ngang theo phương X 17 Hình 3.26: Biểu đồ lực dọc dải sàn song song với trục Y tải trọng ngang tác dụng theo phương X (KN) Hình 3.27: Biểu đồ lực dọc dải sàn song song với trục X tải trọng ngang tác dụng theo phương X (KN) 18 Hình 3.29: Giá trị lực cắt dải sàn song song với trục X trục Y tải trọng ngang tác dụng theo phương X (giá trị bé) Hình 3.30: Giá trị momen dải sàn song song với trục X trục Y tải trọng ngang tác dụng theo phương X (giá trị bé) 19 c Kết thiết kế cốt thép sàn trường hợp sàn chịu tải trọng ngang Hình 3.33: Mặt bố trí cốt thép theo hai phương sàn Hình 3.34: Mặt bố trí cốt thép theo hai phương sàn 20 Hình 3.35: Biểu đồ bao vật liệu theo phương Y sàn Hình 3.36: Biểu đồ bao vật liệu theo phương X sàn 21 3.3 Kết luận chương Qua kết phân tích nội lực sàn phẳng bê tơng cốt thép (sàn không dầm) hai trường hợp nêu trên, ta nhận thấy: * Đối với trường hợp 1: Sàn chịu tải trọng đứng + Giá trị mômen, lực cắt dãy sàn lớn, giá trị lực dọc dãy sàn bé + Khi chịu tải trọng đứng, sàn làm nhiệm vụ tiếp nhận phân phối tải trọng đến cấu kiện chịu lực theo phương đứng * Đối với trường hợp 2: Sàn chịu tải trọng ngang - Giá trị lực dọc dãy sàn lớn; giá trị mơmen lực cắt dãy sàn bé - Khi sàn tham gia chịu tải trọng ngang, tiết diện giao sàn vách xuất ứng suất tập trung dẫn đến biểu đồ nội lực (lực dọc) vị trí xung quanh vách có bước nhảy hình 3.35 hình 3.42 Nói cách khác, sàn chịu tải trọng ngang có kể đến ảnh hưởng vách cứng phần sàn xung quanh vách chịu phản lực từ vách lên sàn (với giá trị định) tạo bước nhảy biểu đồ nội lực (lực dọc) 22 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ § Kết luận: Khi tính tốn thiết kế sàn phẳng bê tơng cốt thép cho nhà nhiều tầng, ta quan niệm sàn chịu tải trọng đứng vách, lõi chịu tải trọng ngang chưa đầy đủ Để đảm bảo sàn làm việc an toàn, thiết kế cốt thép cho sàn ta phải xét làm việc sàn hai trường hợp sàn vừa chịu tải trọng đứng vừa chịu tải trọng ngang § Kiến nghị: Khi tính tốn thiết kế sàn phẳng cho nhà nhiều tầng có xét đến ảnh hưởng vách cứng (lõi cứng) ta cần xét đến làm việc sàn tham gia chịu tải trọng ngang, trường hợp giá trị lực dọc sàn lớn Khi đó, tiết diện giao sàn vách cứng (lõi cứng) xuất ứng suất tập trung; Vì cần lưu ý việc tính tốn, lựa chọn bố trí cốt thép chịu lực cốt thép tăng cường vị trí cho hợp lý, đảm bảo khả chịu lực an tồn thi cơng dễ dàng § Hướng phát triển đề tài: Qua nội dung nghiên cứu luận văn nêu trên, Học viên xin đề xuất hướng phát triển đề tài để nghiên cứu là: “Nghiên cứu làm việc sàn phẳng bê tông ứng lực trước nhà nhiều tầng có ảnh hưởng vách cứng (có xét đến biến dạng trượt vách) sàn tham gia chịu tải trọng ngang đồng thời gồm tải trọng động đất tải gió.” ... So sánh làm việc sàn phẳng nhà nhiều tầng có vách cứng có khơng có tham gia chịu tải trọng ngang Mục đích nghiên cứu Tính tốn, so sánh làm việc sàn phẳng bê tơng cốt thép nhà nhiều tầng có vách. .. vách cứng có khơng có tham gia chịu tải trọng ngang Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Sàn phẳng bê tông cốt thép nhà nhiều tầng có vách cứng, sàn có khơng có tham gia chịu tải. .. “Nghiên cứu làm việc sàn phẳng bê tông ứng lực trước nhà nhiều tầng có ảnh hưởng vách cứng (có xét đến biến dạng trượt vách) sàn tham gia chịu tải trọng ngang đồng thời gồm tải trọng động đất tải gió.”