Dựa trên các cơ sở, tiêu chuẩn, tính toán và thiết lập mô hình sơ bộ. Phân tích giao động công trình và các yếu tố liên quan để lựa chọn hệ kết cấu khung, hệ kết cấu dầm, sàn hợp lý, phù hợp nhất. Tài liệu đi sâu phân tích rõ ràng, đầy đủ, có dẫn chứng cho mỗi lựa chọn.
CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ LỰA CHỌN HỆ KẾT CẤU Chương 5: PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ LỰA CHỌN HỆ KẾT CẤU HỢP LÝ 5.1 Phương Án Sàn Dầm Các bước mơ hình tính tốn sau: Đơn vị tính: kN , m Vật liệu sử dụng: Bê tông B35: bt = 25 kN / m3 , = 0.2 , Eb = 3.45 107 kN / m2 Tiết diện chọn sơ bộ: Đã chọn chương tiết diện sơ 3.1 Sàn: Dày 0.13 m với tất sàn 3.2 Dầm cột: Tiết diện dâm cột chọn sơ theo diện truyền tải chương 3: Sơ Bộ Tiết Diện Cấu Kiện Và thống kê bảng phía Bảng 1: Thống kế tiết diện cột etabs TẦNG cột C1 C2 3.3 Hầm - 3-5 6-8 - 11 12 - 14 15 - Mái tiết diện tiết diện tiết diện tiết diện tiết diện tiết diện Cx(m) Cy(m) Cx(m) Cy(m) Cx(m) Cy(m) Cx(m) Cy(m) Cx(m) Cy(m) Cx(m) Cy(m) 0.5 0.5 0.9 0.5 0.8 0.45 0.8 0.4 0.8 0.4 0.8 0.7 1.4 0.7 1.3 0.7 1.2 0.6 1.2 0.6 1.1 0.6 Vách cứng – Lõi cứng Tất vách cơng trình lấy có bề dày 0.4 m, khơng đổi tiết diện từ móng tới mái Hình 1: Kích thước chi tiết lõi cứng SVTH: Đoàn Văn Hiển - 81101155 GVHD:P.Gs-Ts Nguyễn Minh Long 34 CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ LỰA CHỌN HỆ KẾT CẤU Hình 2: Phân chia bố trí hệ dầm cho mặt sàn SVTH: Đồn Văn Hiển - 81101155 GVHD: TS Nguyễn Minh Long 35 CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ LỰA CHỌN HỆ KẾT CẤU Chất tải lên kết cấu: 4.1 Tĩnh tải hồn thiện sàn: - Đã tính chương tải trọng tác động Các sàn có tĩnh tải hoàn thiện gồm sàn thường sàn vệ sinh lấy trung bình theo diện đặt tải 4.2 Tĩnh tải tường chất dọc dầm - Đã tính chương tải trọng tác động, tải tường chất theo dải phân bố chiều dài dầm Tải tường chất theo mặt kiến trúc nhà 4.3 Tĩnh tải tường sàn - Chất thành dải phân bố theo mặt kiến trúc, khai báo dầm ảo để chất tải Giá trị tính chương tải trọng tác động 4.4 Hoạt tải sàn - Chất theo chức sử dụng ô sàn Bao gồm chất loại hoạt tải chất cho tầng trệt, tầng điển hình hoạt tải sửa chữa tầng mái - Các sàn có nhiều chức sử dụng khác chất tải với giá trị trung bình tính theo diện truyền tải chất theo loại hoạt tải lớn để đảm bảo an tồn Chia ảo sàn Đặt tên vách chia ảo vách - Chú ý: Chia thật cho phần vách chân cơng trình để gắn liên kết cho phần vách phía chân cơng trình Tạo liên kết Auto Line Constraint Mục đích: - Lưới chia ảo sàn với nhau, vách với hay ô sàn vách khơng trùng dẫn tới nội lực tải trọng không truyền qua lưới chia - Việc tạo Auto Line Constraint giúp giải vấn đề Nó tạo liên kết lưới chia để nội lực tải trọng truyền từ phần tử sang phần tử theo thực tế làm việc Gắn liên kết ngàm cho chân cột vách cơng trình Khái báo khối lượng tính dao động: Mass Source = Dead + 0.5Live cho trường hợp tính gió động 10 Khái báo bậc tự tính tốn 11 Giải phân tích kết thu 11.1 Kết chạy lần 1: SVTH: Đoàn Văn Hiển - 81101155 GVHD:P.Gs-Ts Nguyễn Minh Long 36 CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ LỰA CHỌN HỆ KẾT CẤU Hình 3: Mơ hình etabs phương án sàn dầm lần SVTH: Đoàn Văn Hiển - 81101155 GVHD:P.Gs-Ts Nguyễn Minh Long 37 CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ LỰA CHỌN HỆ KẾT CẤU Bảng 2: Kết dao động lần chạy etabs thứ cho sàn dầm Mode Period UX UY UZ SumUX SumUY SumUZ RX 2.883 70.752 0.005 70.8 0.0 0.0 2.185 0.213 0.470 71.0 0.5 0.7 2.027 0.000 65.455 71.0 65.9 97.3 0.772 14.522 0.000 85.5 65.9 0.0 0.535 0.101 0.007 85.6 65.9 0.0 0.426 0.000 19.272 85.6 85.2 1.7 0.348 5.824 0.002 91.4 85.2 0.0 0.234 0.022 0.000 91.4 85.2 0.0 0.202 2.951 0.000 94.4 85.2 0.0 10 0.177 0.000 6.648 94.4 91.9 0.3 11 0.138 0.239 0.001 94.6 91.9 0.0 12 0.134 1.444 0.000 96.1 91.9 0.0 RY 99.0 0.4 0.0 0.3 0.0 0.0 0.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 - Module dạng dao động thứ theo phương x – Có chu kỳ dao động là: T = 2.883 (s) - Modes dạng dao động xoắn - Modes dạng dao động thứ theo phương y – có chu kỳ dao động là: T = 2.027 (s) ❖ Nhận xét: - Modes có chu kỳ dao động lớn, không phù hợp với số công thức đưa chu kỳ hợp lý cho dạng dao động thứ nhất: + Công thức 1: T = n ( s ) với n số tầng, tính tầng hầm cơng trình 10 có n = 19 T = 1.9 (s) + Công thức 2: T = H D ( s) Trong đó: : Là hệ số phụ thuộc dạng kết cấu, với kết cấu khung giằng = 0.091 o H: Là Chiều cao cơng trình, H = 66.5 (m) o D: Là bề rộng đón gió theo phương dao động xét, với phương đón gió phương y D = 59.8 (m) T = 1.012 (s) + Cơng thức 3: T = GH đó: G hệ số lấy 0.025 với cơng trình bê tơng cốt thép H chiều cao cơng trình tính feet (1 feet = 0.31m ta có H = 66.5 m = 218.11 feet) T = 1.419 (s) - Cơng trình có dao động dạng xoắn module thứ Các module có tầm quan trọng giảm dần nhứng module đầu có tầm quan trọng lớn đến kết cấu cơng trình SVTH: Đồn Văn Hiển - 81101155 GVHD:P.Gs-Ts Nguyễn Minh Long 38 RZ 0.3 67.8 0.4 0.1 16.8 0.0 0.0 6.4 0.0 0.0 2.4 0.6 CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ LỰA CHỌN HỆ KẾT CẤU Việc module xuất dao động dạng xoắn nguy hiểm, nhiên giới hạn luận văn tạm thời chấp nhận Kết luận: Hệ kết cấu cơng trình yếu, cần có số biện pháp tăng độ cứng cơng trình như: Tăng Mác bê tông, tăng tiết diện cột vách, giảm chiều cao tầng nhà - Nhận thấy việc giảm chiều cao tầng nhà không chiều cao tầng nhà có 3.4 (m), chiều cao tiết diện dầm lớn dẫn tới không đủ chiều cao thông thủy cho nhà Mac bê tông lấy tới B35 nên việc tăng mác bê tơng khơng nên - Do đó, ta tiến hành tăng tiết diện cột bố trí thêm vách cứng chịu lực số vị trí cần thiết Vị trí tiết diện vách điều chỉnh hợp lý qua nhiều lần để có hệ kết cấu hợp lý Chú ý hợp lý mặt kiến trúc bố trí thêm vách - Ta tiến hành thêm số hệ vách hình bên Bề dày vách lấy 0.4 (m), không thay đổi tiết diện từ móng tới mái - Tiết diện vị trí bố trí thêm vách thể hình SVTH: Đồn Văn Hiển - 81101155 GVHD:P.Gs-Ts Nguyễn Minh Long 39 CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ LỰA CHỌN HỆ KẾT CẤU Hình 4: Bố trí vách - cột tầng hầm SVTH: Đồn Văn Hiển - 81101155 GVHD:P.Gs-Ts Nguyễn Minh Long 40 CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ LỰA CHỌN HỆ KẾT CẤU Tiến hành lập mơ hình phân tích kết thu Hình 5: Mơ hình etabs phương án sàn dầm lần 11.2 Phân tích kết thay đổi tiết diện cột thêm vách cứng Bảng 3: Kết dao động lần chạy thứ – phương án sàn dầm Mode Period UX UY UZ SumUX SumUY SumUZ RX RY RZ 2.518 70.54 0.00 70.54 0.00 0.00 98.88 0.29 2.146 0.26 0.37 70.81 0.38 0.54 0.41 68.02 1.994 0.00 65.70 70.81 66.08 97.46 0.00 0.35 0.668 14.81 0.00 85.62 66.08 0.00 0.35 0.09 0.530 0.05 0.01 85.66 66.08 0.00 0.00 16.74 0.421 0.00 19.27 85.66 85.35 1.67 0.00 0.01 0.301 5.80 0.00 91.46 85.35 0.00 0.27 0.05 0.233 0.04 0.00 91.50 85.35 0.00 0.00 6.27 0.176 0.05 6.49 91.55 91.84 0.25 0.00 0.00 10 0.176 2.82 0.11 94.37 91.95 0.00 0.04 0.03 11 0.137 0.04 0.00 94.41 91.95 0.00 0.00 2.99 12 0.118 1.61 0.00 96.01 91.95 0.00 0.02 0.01 - Module dạng dao động thứ theo phương x, có chu kỳ dao động là: SVTH: Đồn Văn Hiển - 81101155 GVHD:P.Gs-Ts Nguyễn Minh Long 41 CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ LỰA CHỌN HỆ KẾT CẤU T = 2.518 (s) - Module dạng dao động xoắn - Module dạng dao động thứ theo phương y, có chu kỳ dao động là: T = 1.994 (s) ❖ Nhận xét: - Dạng dao động thứ theo phương x (modes 1) có chu kỳ dao lớn, nhiên yêu cầu kiến trúc khó bố trí thêm hệ thống vách giới hạn luận văn chấp nhận - Dạng dao động thứ theo phương y (modes 3) có chu kỳ dao động tương đối hợp lý - Vẫn xuất xoắn modes thứ SVTH: Đoàn Văn Hiển - 81101155 GVHD:P.Gs-Ts Nguyễn Minh Long 42 CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ LỰA CHỌN HỆ KẾT CẤU 5.2 Phương Án Sàn Phẳng - Sàn phẳng sàn khơng có dầm, sàn dựa trực tiếp cột Dùng sàn phẳng giảm chiều cao kết cấu, việc làm ván khuôn đơn giản dễ dàng bố trí cốt thép Sàn phẳng có 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 Có thể bố trí thêm mũ cột để chịu moment âm đầu cột, tăng cường khả chịu cắt, chịu xuyên thủng sàn Đối với phương án này, ta thực với hệ khung kết cấu với phương án sàn dầm Với mục đích để so sánh đánh giá thông số dao động phương án Từ chọn phương án kết cấu hợp lý cho cơng trình Các bước mơ hình tính tốn sau: Đơn vị tính: kN , m Vật liệu sử dụng: Bê tông B35: bt = 25 kN / m3 , = 0.2 , Eb = 3.45 107 kN / m2 Tiết diện chọn sơ bộ: Cơ sở để chọn kích thước tiết diện sơ cho cấu kiện yếu tố tải trọng, nhịp tính tốn, điều kiện biên, hàm lượng thép, giải pháp kiến trúc điều kiện thi công 3.1 Sàn: Được chọn sơ 1/35 đến 1/40 chiều dài nhịp tính tốn Nhịp tính tốn lớn 9m, ta chọn sàn có bề dày 0.22 (m) 3.2 Mũ cột hay đầu cột Bản đầu cột phải có bề dày tăng thêm 1/4 chiều dày ô bề rộng dải nên phải không nhỏ 1/3 khoảng cách hai trục cột (hai trục đầu cột trùng với trục cột) 3.3 Cột – vách Tiết diện cột vách được chọn phương án sàn dầm Vách lõi cứng có bề dày 400 mm khơng đổi từ móng tới mái Cột chọn bảng 5.1 3.4 Dầm bo Hệ thống dầm bao phía ngồi mặt sàn, chọn theo công thức kinh nghiệm hệ dầm sàn: 1 1 1 hd = Ld ; bd = hd 15 3 2 Tải trọng tác dụng 4.1 Tĩnh tải sàn Trọng lượng thân kết cấu gắn tính sẵn phần mềm Safe Etabs Các lớp tĩnh tải hoàn thiện lấy chương tải trọng tác động SVTH: Đoàn Văn Hiển - 81101155 GVHD:P.Gs-Ts Nguyễn Minh Long 43 CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ LỰA CHỌN HỆ KẾT CẤU 4.2 Tĩnh tải tường Bao gồm phần tường chất dọc dầm tường chất sàn - Tường chất dọc dầm khai báo gắn trực dải dầm - Tường chất sàn gắn theo dải thông qua hệ dầm ảo 4.3 Hoạt tải sàn Phân bố sàn tùy thuộc vào chức có sàn Được chất tương tự hệ sàn – dầm Các bước lại thực hệ sàn dầm Chia ảo sàn Đặt tên vách chia ảo vách Tạo liên kết Auto Line Constraints Gắn ngàm cho chân cột vách Khai báo khối lượng dao động 10 Khai báo bậc tự 11 Giải phân tich toán Hình 6: Mơ hình etabs phương án sàn phẳng SVTH: Đoàn Văn Hiển - 81101155 GVHD:P.Gs-Ts Nguyễn Minh Long 44 CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ LỰA CHỌN HỆ KẾT CẤU 11.1 Kết chạy lần Bảng 4: Kết dao động lần – phương án sàn phẳng Mode Period UX UY UZ SumUX SumUY SumUZ RX RY 2.941 69.839 0.008 69.84 0.01 0.0 97.8 2.198 1.044 0.539 70.88 0.55 0.8 1.5 2.060 0.000 65.069 70.88 65.62 97.0 0.0 0.782 14.656 0.000 85.54 65.62 0.0 0.3 0.535 0.118 0.008 85.66 65.62 0.0 0.0 0.426 0.000 19.745 85.66 85.37 1.8 0.0 0.352 5.821 0.002 91.48 85.37 0.0 0.3 0.235 0.016 0.000 91.49 85.37 0.0 0.0 0.205 2.947 0.000 94.44 85.37 0.0 0.0 10 0.178 0.000 6.576 94.44 91.95 0.3 0.0 11 0.140 0.281 0.001 94.72 91.95 0.0 0.0 12 0.136 1.390 0.000 96.11 91.95 0.0 0.0 - Modes dạng dao động thứ theo phương x, có chu kỳ dao đơng T = 2.941 (s) - Module dạng dao động xoắn quanh trục z - Module dạng dao động thứ theo phương y, có chu kỳ dao động là: T = 2.060 (s) 11.2 Bố trí thêm hệ vách phương án sàn dầm SVTH: Đoàn Văn Hiển - 81101155 GVHD:P.Gs-Ts Nguyễn Minh Long 45 RZ 1.0 66.7 0.5 0.2 17.2 0.0 0.0 6.3 0.0 0.0 2.3 0.7 CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ LỰA CHỌN HỆ KẾT CẤU Hệ vách bố trí thêm vào mặt bên phương án sàn dầm để so sánh dao động phương án cách khách quan Hình 7: Mơ hình etabs phương án sàn phẳng lần SVTH: Đoàn Văn Hiển - 81101155 GVHD:P.Gs-Ts Nguyễn Minh Long 46 CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ LỰA CHỌN HỆ KẾT CẤU 11.3 Kết dao động Bảng 5: Kết dao động lần – phương án sàn phẳng Mode Period UX UY UZ SumUX SumUY SumUZ RX RY RZ 2.514 70.001 0.004 70.00 0.00 0.01 98.11 0.81 2.180 0.823 0.317 70.82 0.32 0.46 1.20 67.17 2.018 0.000 65.443 70.82 65.76 97.42 0.00 0.30 0.669 14.959 0.000 85.78 65.76 0.00 0.36 0.10 0.533 0.038 0.006 85.82 65.77 0.00 0.00 17.27 0.421 0.000 19.726 85.82 85.50 1.80 0.00 0.01 0.303 5.747 0.000 91.57 85.50 0.00 0.26 0.04 0.235 0.027 0.000 91.59 85.50 0.00 0.00 6.22 0.178 2.769 0.186 94.36 85.68 0.01 0.03 0.02 10 0.177 0.084 6.342 94.45 92.02 0.24 0.00 0.00 11 0.139 0.028 0.001 94.47 92.02 0.00 0.00 2.94 12 0.120 1.594 0.000 96.07 92.02 0.00 0.02 0.01 - Modes dạng dao động thứ theo phương x, có chu kỳ dao đơng T = 2.514 (s) - Module dạng dao động xoắn quanh trục z - Module dạng dao động thứ theo phương y, có chu kỳ dao động là: T = 2.018 (s) SVTH: Đoàn Văn Hiển - 81101155 GVHD:P.Gs-Ts Nguyễn Minh Long 47 CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ LỰA CHỌN HỆ KẾT CẤU 5.3 So Sánh Phương Án Kết Cấu Sàn - - - - - - - - - Bảng 6: So sánh ưu nhược điểm phương án sàn Phương Án Sàn Dầm Ưu Điểm Khuyết Điểm Hệ sàn dầm kết hợp tốt với hệ - Việc chia hệ dầm khiến chiều cao khung giằng, tạo thành hệ khung thông thủy tầng nhà bị hạn chế bê tông cốt thép quen thuộc Bề dày sàn mỏng, kết cấu nhẹ hơn, - Hệ dầm ngang dọc khiến mặt trần tốn khối lượng bê tơng cốt thép cơng trình xấu, cần có biện pháp đóng trần che chắn Việc chia nhỏ ô sàn hệ dầm giúp đảm bảo điều kiện võng nứt theo trạng thái giới hạn Phương Án Sàn Phẳng – bố trí mũ cột Hệ sàn phẳng giúp tạo thêm chiều - Nhịp kết cấu lớn dẫn đến chiều cao thông thủy cho tầng nhà, tạo dày sàn lớn (220 mm), kết cấu thông thoáng mặt kiến trúc nặng, tăng tải đứng cơng trình Hệ sàn phẳng cho mặt trần phía dẫn tới cần thiết phải tăng tiết diện đẹp, không cần thiết phải cột để đủ khả chịu lực đóng trần che chắn - Nhịp lớn khó thỏa điều kiện Thi công cốp pha dễ dàng, linh võng nứt hoạt hệ tường phân chia - Phức tạp việc tính tốn bố cơng trình trí thêm đầu cột, đầu vách Bảng 7: So sánh dao động phương án sàn So sánh dao động phương án sàn Lần chạy thứ Sàn dầm Sàn phẳng Modes dạng dao động thứ - Modes dạng dao động thứ theo phương x, chu kỳ dao động T theo phương x, chu kỳ dao động T = 2.83 (s) = 2.941 (s) Modes dao động dạng xoắn - Modes dao động dạng xoắn quanh trục z quanh trục z Modes dạng dao động thứ - Modes dạng dao động thứ theo phương y, chu kỳ dao động T theo phương y, chu kỳ dao động T = 2.027 (s) = 2.060 (s) Lần chạy thứ (bố trí thêm hệ vách) Modes dạng dao động thứ - Modes dạng dao động thứ theo phương x, chu kỳ dao động T theo phương x, chu kỳ dao động T = 2.518 (s) = 2.514 (s) SVTH: Đoàn Văn Hiển - 81101155 GVHD:P.Gs-Ts Nguyễn Minh Long 48 CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ LỰA CHỌN HỆ KẾT CẤU - Modes dao động dạng xoắn quanh trục z Modes dạng dao động thứ theo phương y, chu kỳ dao động T = 1.994 (s) Modes dao động dạng xoắn quanh trục z Modes dạng dao động thứ theo phương y, chu kỳ dao động T = 2.018 (s) 5.4 Kết Luận Lựa Chọn Phương Án Hợp Lý Theo phân tích lập trên, phương án sàn phẳng có ưu điểm mặt kiến trúc mặt dao động lại phương án tốt Chu kỳ dao động phương án sàn phẳng lớn gần phương án sàn dầm, sàn phẳng lại có bề dày gấp nhiều lần phương án sàn dầm, dẫn tới trọng lượng thân sàn tăng, gây nặng cho hệ kết cấu cơng trình, làm tăng moment dầm cột khó thỏa mặt chịu lực đáp ứng yêu cầu võng nứt theo TTGHII Vậy Phương Án Sàn Dầm phương án tốt chọn trường hợp Những q trình tính tốn sau dựa phương án 5.5 Tài Liệu Tham Khảo ❖ Ứng dụng etabs thiết kế nhà cao tầng (Extended 3D Anlysis Of Building Systems) – Ks Gv Trần Anh Bình – BM Tin Học Xây Dựng ĐH Xây Dựng Hà Nội ❖ Kết cấu bê tông cốt thép phần cấu kiện – PGs TS Phan Quang Minh ❖ Giáo trình Kết cấu bê tơng cơt thép – TS Nguyễn Minh Long SVTH: Đồn Văn Hiển - 81101155 GVHD:P.Gs-Ts Nguyễn Minh Long 49 ... 5: PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ LỰA CHỌN HỆ KẾT CẤU 5.3 So Sánh Phương Án Kết Cấu Sàn - - - - - - - - - Bảng 6: So sánh ưu nhược điểm phương án sàn Phương Án Sàn Dầm Ưu Điểm Khuyết Điểm Hệ sàn dầm kết. .. xuyên thủng sàn Đối với phương án này, ta thực với hệ khung kết cấu với phương án sàn dầm Với mục đích để so sánh đánh giá thông số dao động phương án Từ chọn phương án kết cấu hợp lý cho cơng trình... 5: PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ LỰA CHỌN HỆ KẾT CẤU Hình 4: Bố trí vách - cột tầng hầm SVTH: Đồn Văn Hiển - 81101155 GVHD:P.Gs-Ts Nguyễn Minh Long 40 CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH DAO ĐỘNG VÀ LỰA CHỌN HỆ KẾT CẤU