Phân tích ảnh hưởng của sàn tầng hầm trong kết cấu nhà cao tầng khi chịu tải trọng ngang

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM -[ \ NGUYỄN QUANG HUY PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA SÀN TẦNG HẦM TRONG KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG KHI CHỊU TẢI TRỌNG NGANG CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP MÃ SỐ NGÀNH : 605820 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HCM, 09 – 2010 TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TPHCM PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -Tp.HCM, ngày 25 tháng 01 năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Quang Huy Phái: Nam Ngày – tháng - năm sinh: 16 - 12 - 1983 Nơi sinh: Bình Định Chun ngành: XÂY DỰNG DÂN DỤNG &CƠNG NGHIỆP MSHV: 02108487 I- TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA SÀN TẦNG HẦM TRONG KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG CHỊU TẢI TRỌNG NGANG II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : 1- NHIỆM VỤ : Luận văn phân tích ảnh hưởng sàn tầng hầm kết cấu nhà cao tầng chịu tải trọng ngang 2- NỘI DUNG : • Ðýa sõ ðồ kết cấu thýờng gặp nhà cao tầng Việt Nam • Phân tích ảnh hýởng sàn tầng hầm tãng số lýợng sàn tầng hầm theo phýõng ðứng • Phân tích ảnh hýởng sàn tầng hầm diện tích sàn tầng hầm ðýợc mở rộng theo phýõng ngang • Phân tích ảnh hýởng sàn tầng hầm chiều dày sàn tầng thay ðổi (ðộ cứng sàn thay ðổi) • Rút nhận xét kết luận Nêu lên định hướng cho việc thiết kế sàn tầng hầm III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 25/01/2010 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 15/07/2010 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Ts Nguyễn Sỹ Lâm BM QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH Ts Nguyễn Sỹ Lâm PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN SỸ LÂM CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT : PGS-TS ĐỖ KIẾN QUỐC CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT : TS LƯƠNG VĂN HẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐƯỢC BẢO VỆ TẠI HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 25 tháng năm 2010 LỜI CẢM ƠN Sau tháng thực hiện, luận văn thạc sĩ hồn thành Đây khơng q trình làm việc nghiêm túc thân mà hướng dẫn động viên giúp đỡ nhiều người Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Sỹ Lâm, thầy hướng dẫn thực luận văn Với hướng dẫn khoa học, tận tình lời phê bình thẳng thắn giúp tơi có kiến thức quý báu phương pháp luận làm tảng cho việc học tập, làm việc sau Xin cảm ơn quý thầy cô ngành xây dựng dân dụng công nghiệp tận tâm truyền đạt kiến thức bổ ích suốt năm học tập Lời cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè hỗ trợ tơi tinh thần vật chất, động viên thời gian qua để giúp hoàn thành luận văn TP HCM, ngày 15 tháng năm 2010 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Hiện nhiều nhà cao tầng Việt Nam xây dựng với tầng hầm bên Tuy nhiên, cịn nhiều vấn đề cơng tác thiết kế nhà cao tầng có tầng hầm chưa giải cách hợp lý : lập sơ đồ tính, việc thiết kế sàn tầng hầm chịu tải trọng ngang…Với việc mơ kết cấu có kể đến tương tác cọc- đất nền- đài cọc tương tác tường vây đất nền, luận văn khảo sát sơ đồ kết cấu thường gặp chịu tải trọng động đất để xem xét ứng xử kết cấu độ cứng tầng hầm thay đổi Sự ảnh hưởng độ cứng tầng hầm lên kết cấu khảo sát trường hợp: tăng số lượng sàn tầng hầm theo phương đứng, tăng số nhịp tầng hầm theo phương ngang thay đổi chiều dày sàn tầng hầm Kết khảo sát cho thấy ảnh hưởng tầng hầm lên kết cấu giảm số lượng tầng hầm tăng lên theo phương đứng, điều xảy tương tự số nhịp tăng theo phương ngang tăng chiều dày sàn tầng có ảnh hưởng đáng kể nhiều so với việc tăng chiều sàn tầng hầm bên Đồng thời kết khảo sát cần có lưu ý đặt biệt thiết tính tốn sàn tầng kết cấu nhà cao tầng có tầng hầm cơng trình chịu tải trọng ngang _ MỤC LỤC _ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT LUẬN VĂN CHƯƠNG : TỔNG QUAN VÀ SỰ CẦN THIẾT PHẢI NGHIÊN CỨU 1.1 – Sơ lược tình hình xây dựng nhà cao tầng có tầng hầm nước…… 1.2 – Các quan điểm thiết kế công trình nhà cao tầng có tầng hầm………… 1.3 – Sự làm việc sàn tầng hầm chịu tải trọng động đất………………… 1.3.1 - Ứng xử sàn đất tự nhiên kết cấu nhà cao tầng … 1.3.2 - Sự làm việc sàn tầng hầm chịu tải trọng ngang …………………9 1.4 – Các nghiên cứu nhà khoa học thực hiện…………………… 12 1.5 – Nhiệm vụ luận văn……………………………………………………… 18 CHƯƠNG : TƯƠNG TÁC GIỮA KẾT CẤU VÀ ĐẤT NỀN 2.1 – Tương tác cọc, đài cọc đất nền……………………………………….21 2.2.1 - Phân tích quan điểm thiết kế kết cấu nay………………… …21 2.2.3 - Sự tương tác cọc, đài cọc đất nền…………………………… 22 2.2 – Tương tác tầng hầm đất xung quanh…………………………… 26 2.2.1 - Mô hình Winkler……………………………………………………… 27 2.2.2 - Các mơ hình hệ số theo phương ngang…………………………… 29 2.2.3 - Phương pháp tính hệ số theo phương ngang………………….…….30 2.3 – Kết luận …………………………………………………………………….…33     CHƯƠNG : MƠ HÌNH PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TỐN CÁC ĐIỀU KIỆN BIÊN CHO MƠ HÌNH 3.1 – Phần mềm dùng để phân tích kết cấu…………………………………………34 3.2 – Các sơ đồ kết cấu dùng để khảo sát …………… ……………………… 39 3.3 – Các thông số đầu vào kết cấu……….……………………………….… 42 3.3.1 - Cấu tạo địa chất cơng trình……………………………………….…… 42 3.3.2 - Các loại tải trọng đưa vào kết cấu để phân tích……………………… 43 3.4 – Tính tốn điều kiện biên mơ hình khảo sát …………………… …44 3.4.1 – Tính tốn hệ số theo phương ngang tác dụng lên tường vây…… 44 3.4.2 - Xác định độ cứng lò xo đàn hồi theo phương cọc……….……….45 CHƯƠNG : KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA TẦNG HẦM KHI CHỊU TẢI TRỌNG NGANG 4.1 – Khi số lượng tầng hầm tăng theo phương đứng…………………….… 47 4.1.1 – Chuyển vị ngang ………………………………………………… ……47 4.1.2 – Chu kỳ dao động tự nhiên ……………………………………… …… 50 4.1.3 – Moment uốn cột ………………………………………………… 53 4.1.4 – Lực cắt cột ………………………………………………… ……56 4.1.5 – Lực kéo sàn tầng …………………………………………… 59 4.2 – Khi mặt tầng hầm thay đổi theo phương ngang………………… 62 4.2.1 – Chuyển vị ngang ……………………………………………………… 62 4.2.2 – Chu kỳ dao động tự nhiên ……………………………………………….65 4.2.3 – Moment uốn cột ……………………………………………… …68 4.2.4 – Lực cắt cột …………………………………………………… ….70 4.2.5 – Lực kéo sàn tầng ………………………………………………72     4.3 – Khi sàn tầng hầm thay đổi chiều dày……………………………………… 77 4.3.1 – Chuyển vị ngang …………………………………………………… .…77 4.3.2 – Chu kỳ dao động tự nhiên ……………………………………… … …80 4.3.3 – Moment uốn cột …………………………………………….…… 82 4.3.4 – Lực cắt cột ………………………………………………….…… 84 4.3.5 – Lực kéo sàn tầng ………………………………………………86 CHƯƠNG : NHẬN XÉT CHUNG VÀ KẾT LUẬN 5.1 – Nhận xét chung………………………………………………………………89 5.2 – Kết luận………………………………………………………………………90 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHẦN PHỤ LỤC     DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 – Mơ hình sàn tầng hầm điển hình Hình 1.2 – Các quan niện phân tích kết cấu với cơng trình có tầng hầm Hình 1.3 – Tường vây quanh tầng hầm xem gối tựa Hình 1.4 – Sơ đồ truyền lực sàn tầng hầm chịu tải ngang Hình 1.5 – Các mơ hình sàn tầng hầm nghiên cứu Ali A Almasmoun Hình 1.6 – Biểu đồ so sánh moment lực cắt nghiên cứu Ali A.Almasmoun Hình 1.7 – Thu gọn mơ hình chiều thành chiều nghiên cứu H.S Kim Hình 1.8 – So sánh phân bố lực cắt mơ hình giả thuyết H.S Kim Hình 1.9 – Mơ hình nghiên cứu Babak Rajaee Rad and Perry Adebar Hình 1.10 – Sơ đồ tầng hầm mở rộng theo phương đứng Hình 1.11 – Sơ đồ tầng hầm mở rộng theo phương ngang Hình 2.1 – Biểu đồ tương quan áp lực độ lún đất Hình 2.2 – Mơ hình tổng quát tương tác cọc đất lị xo Hình 2.3 – Mơ hình cọc đài cọc sử dụng luận văn Hình 2.4 – Mơ hình tương tác tường tầng hầm đất xung quanh Hình 2.5 – Mơ hình dầm đàn hồi Winkler Hình 2.6 – Biến dạng thực tế đất Hình 2.7 – Các mơ hình tính tốn hệ số theo phương ngang Hình 3.1 – Các dạng phần tử sàn Sap 2000 Hình 3.2 – Các thành phần nội lực phần tử vỏ Hình 3 – Sơ đồ : Kết cấu khung chịu lực Hình – Sơ đồ Kết cấu khung - lõi cứng chịu lực Hình 3.5 – Sơ đồ Kết cấu vách cứng chịu lực Hình 3.6 – Sơ đồ Kết cấu khung bên có dầm đỡ vách cứng bên chịu lực Hình 3.7 – Biểu đồ kết thí nghiệm nén tĩnh cọc trường Hình 3.8 – Biểu đồ phổ phản ứng thiết kế Hình 4.1 – Biểu đồ so sánh chuyển vị ngang kết cấu khung chịu lực Hình 4.2 – Biểu đồ so sánh chuyển vị ngang kết cấu khung – lõi cứng chịu lực     Hình 4.3 – Biểu đồ chuyển vị ngang kết cấu vách cứng chịu lực Hình 4.4 – Biểu đồ chuyển vị ngang kết cấu khung bên có dầm đỡ vách cứng bên chịu lực Hình 4.5 – Biểu đồ so sánh chu kỳ dao động kết cấu khung chịu lực Hình 4.6 – Biểu đồ so sánh chu kỳ dao động kết cấu khung – lõi cứng chịu lực Hình 4.7 – Biểu đồ so sánh chu kỳ dao động kết cấu vách cứng chịu lực Hình 4.8 – Biểu đồ so sánh chu kỳ dao động kết cấu khung tầng có dầm đỡ vách cứng bên chịu lực Hình 4.9 – Biểu đồ moment uốn cột mode (kết cấu khung chịu lực) Hình 4.10– Biểu đồ moment uốn cột mode (kết cấu khung – lõi cứng chịu lực) Hình 4.11 – Biểu đồ lực cắt cột mode (kết cấu khung chịu lực) Hình 4.12 – Biểu đồ lực cắt cột mode (kết cấu khung – lõi cứng chịu lực) Hình 4.13 – Biểu đồ lực kéo sàn kết cấu SD1B-1 Hình 4.14 – Biểu đồ lực kéo sàn kết cấu SD2B-1 Hình 4.15 – Biểu đồ lực kéo sàn kết cấu SD3B-1 Hình 4.16 – Biểu đồ lực kéo sàn kết cấu SD4B-1 Hình 4.17 – Biểu đồ so sánh chuyển vị ngang kết cấu khung chịu lực Hình 4.18 – Biểu đồ so sánh chuyển vị ngang kết cấu khung – lõi cứng chịu lực Hình 4.19 – Biểu đồ so sánh chuyển vị ngang kết cấu vách cứng chịu lực Hình 4.20– Biểu đồ chuyển vị ngang kết cấu khung bên có dầm đỡ vách cứng bên chịu lực Hình 4.21– Biểu đồ so sánh chu kỳ dao động kết cấu khung chịu lực Hình 4.22 – Biểu đồ so sánh chu kỳ dao động kết cấu khung – lõi cứng chịu lực Hình 4.23 – Biểu đồ so sánh chu kỳ dao động kết cấu vách cứng chịu lực Hình 4.24– Biểu đồ so sánh chu kỳ dao động kết cấu khung tầng có dầm đỡ vách cứng bên chịu lực Hình 4.25 – Biểu đồ moment uốn cột mode (kết cấu khung chịu lực) Hình 4.26 – Biểu đồ moment uốn cột mode (kết cấu khung – lõi cứng chịu lực) Hình 4.27 – Biểu đồ lực cắt cột mode (kết cấu khung chịu lực)     Phụ lục                                                          22       2.2.Kết cấu SD2B     2.2.Kết cấu SD2C       Phụ lục                                                          23       Sơ đồ 3.1-Kết cấu SD3A   3.2-Kết cấu SD3B       Phụ lục                                                          24       3.3-Kết cấu SD3C   Sơ đồ 4.1-Kết cấu SD4A       Phụ lục                                                          25       4.2-Kết cấu SD4B     4.3-Kết cấu SD4C       Phụ lục                                                          26       PHỤ LỤC 10 : LỰC KÉO TRONG SÀN TRỆT CỦA CÁC SƠ ĐỒ KHẢO SÁT KHI TĂNG SỐ LƯỢNG TẦNG HẦM THEO PHƯƠNG ĐỨNG Sơ đồ 1.1-Kết cấu SD1B-250   1.2-Kết cấu SD1B-350            Phụ lục                                                          27       1.3-Kết cấu SD1B-500            1.4-Kết cấu SD1B-T350          Phụ lục                                                          28       1.5-Kết cấu SD1B-T500     Sơ đồ 2.1-Kết cấu SD2B-250       Phụ lục                                                          29       2.2-Kết cấu SD2B-350   2.3-Kết cấu SD2B-T350       Phụ lục                                                          30       2.4-Kết cấu SD2B-500   2.5-Kết cấu SD2B-T500       Phụ lục                                                          31       Sơ đồ 3.1-Kết cấu SD3B-250   3.2-Kết cấu SD3B-350       Phụ lục                                                          32       3.3-Kết cấu SD3B-T350   3.4-Kết cấu SD3B-500   3.4-Kết cấu SD3B-T500       Phụ lục                                                          33           Sơ đồ 4.1-Kết cấu SD4B-250           Phụ lục                                                          34       4.2-Kết cấu SD4B-350 4.3-Kết cấu SD4B-500               Phụ lục                                                          35       4.4-Kết cấu SD4B-T350   4.4-Kết cấu SD4B-T500           Phụ lục                                                          36           ... TÀI: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA SÀN TẦNG HẦM TRONG KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG CHỊU TẢI TRỌNG NGANG II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : 1- NHIỆM VỤ : Luận văn phân tích ảnh hưởng sàn tầng hầm kết cấu nhà cao tầng chịu. .. toán, đặt biệt sàn tầng hầm Việc đánh giá thấp ảnh hưởng tải trọng ngang lên kết kết cấu sàn tầng hầm dẫn đến việc hư hỏng kết cấu Trong phân tích động đất kết cấu nhà cao tầng có tầng hầm, việc xác... trình nhà cao tầng có tầng hầm? ??……… 1.3 – Sự làm việc sàn tầng hầm chịu tải trọng động đất………………… 1.3.1 - Ứng xử sàn đất tự nhiên kết cấu nhà cao tầng … 1.3.2 - Sự làm việc sàn tầng hầm chịu tải trọng