Nghiên cứu bố trí khung vách hợp lý để hạn chế chuyển vị ngang nhà cao tầng bê tông cốt thép

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGUYỄN VĂN QUANG NGHIÊN CỨU BỐ TRÍ KHUNG - VÁCH HỢP LÝ ĐỂ HẠN CHẾ CHUYỂN VỊ NGANG NHÀ CAO TẦNG BÊ TÔNG CỐT THÉP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Đà Nẵng – Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGUYỄN VĂN QUANG NGHIÊN CỨU BỐ TRÍ KHUNG - VÁCH HỢP LÝ ĐỂ HẠN CHẾ CHUYỂN VỊ NGANG NHÀ CAO TẦNG BÊ TÔNG CỐT THÉP Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS NGUYỄN QUANG TÙNG Đà Nẵng – Năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Đà Nẵng, ngày tháng năm 2018 Nguyễn Văn Quang ii NGHIÊN CỨU BỐ TRÍ KHUNG - VÁCH HỢP LÝ ĐỂ HẠN CHẾ CHUYỂN VỊ NGANG NHÀ CAO TẦNG BÊ TÔNG CỐT THÉP Học viên: Nguyễn Văn Quang Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD&CN Mã số: ………Khóa: K32 - ĐN Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt - Đối với việc thiết kế kết cấu nhà cao tầng, toán hạn chế chuyển vị ngang cơng trình ln đóng vai trị quan trọng nhằm đảm bảo độ bền làm việc bình thường cơng trình Bài báo đề xuất phương án hạn chế chuyển vị ngang cơng trình từ việc phân bổ độ cứng khung-vách cách hợp lý, tạo tương tác lý tưởng hai phận chịu lực cơng trình Từ thể tích bê tơng định, phân bổ độ cứng khung-vách thực thông qua việc lựa chọn tiết diện hợp lý cho dầm cột, bố trí hệ vách cứng vị trí để đảm bảo có lợi cho cơng trình Nghiên cứu cho thấy cần phải có tương quan độ cứng định dầm cột đảm bảo hạn chế chuyển vị ngang cơng trình Tại chiều cao định, cắt bỏ vách cứng nhằm tiết kiệm vật liệu góp phần hạn chế chuyển vị ngang cơng trình Các kết phân tích sơ từ cơng thức giải thích phân tích số phần mềm phần tử hữu hạn Từ khóa - Chuyển vị ngang, phân bổ độ cứng, cắt vách cứng, phần tử hữu hạn STUDYING AND ARRANGEMENT OF FRAME AND PARTITION TO LIMIT HOROZONTAL TRANSPOSITION OF ARMORED CONCRETE BUILDINGS Abstract - For the concept of high-rise buildings, the problem of decreasing the horizontal displacement plays an important role to ensure the resistance of the building This paper proposes a solution to decrease the horizontal displacement from the distribution of frame-wall rigidity, creating the most ideal interaction between the two main bearing components of the building From a certain volume of concrete, the distribution of the frame-wall rigidity is realized by choosing the appropriate cross section for the beam and column, as well as the position of the shear wall Research shows that a good correlation between the beam and the column stiffness contribute to decrease the horizontal displacement of the building At a certain height, it is possible to remove the shear wall to save material and also to limit the horizontal displacement of the building The results were analyzed using the analytical solution and the finite element method Key words - Horizontal displacement, distribution of the rigidity, remove the shear wall, finite element method iii MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC HÌNH ẢNH vi MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nội dung thực Bố cục đề tài CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ NHÀ CAO TẦNG BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1 Kết cấu nhà cao tầng xu hướng phát triển 1.1.1 Hệ kết cấu nhà cao tầng 1.1.2 Sự làm việc hệ kết cấu 1.1.3 Xu hướng phát triển nhà cao tầng 1.2 Ảnh hưởng chuyền vị ngang đến làm việc cơng trình 11 1.3 Các phương pháp hạn chế chuyển vị ngang cơng trình 12 1.3.1 Bố trí Outrigger 12 1.4 Phân phối bố trí độ cứng khung - vách hợp lý (tăng độ cứng cho thân công trình) 15 1.5 Kết luận chương 16 CHƢƠNG CHUYỂN VỊ NGANG CỦA CƠNG TRÌNH CĨ SƠ ĐỒ KHUNG – GIẰNG DƢỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG NGANG 17 2.1 Sự làm việc cơng trình cao tầng có sơ đồ khung – giằng 17 2.1.1 Kết cấu khung – giằng 17 2.2 Tải trọng ngang tác dụng lên nhà nhiều tầng 19 2.2.1 Tải trọng gió 19 2.2.2 Tải trọng động đất 22 2.3 Sự tương tác hệ kết cấu khung - vách chịu tải trọng ngang 27 2.4 Phương pháp tính toán gần cho hệ khung - vách chịu tải trọng ngang 29 2.5 Đề xuất phương án hạn chế chuyển vị ngang nhà cao tầng 33 2.5.1 Giảm tác dụng tải trọng ngang lên cơng trình 33 iv 2.5.2 Tăng mơ men qn tính vách cứng 33 2.5.3 Thay đổi tỷ số độ cứng  H 34 2.6 Cắt vách cứng tầng cao bố trí độ cứng khung tầng 34 2.7 Tăng lực tương tác đỉnh cơng trình QH 35 2.8 Kết luận chương 35 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU HẠN CHẾ CHUYỂN VỊ NGANG CƠNG TRÌNH BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN PHỐI ĐỘ CỨNG KHUNG - VÁCH 36 3.1 Mơ hình phân tích 36 3.1.1 Chọn sơ tiết diện dầm, cột, vách cứng .37 3.1.2 Lựa chọn kích thước tiết diện khung hợp lý 39 3.1.3 Xác định cao độ hạn chế thể tích vách cứng 41 3.1.4 Phân tích chuyển vị ngang cơng trình phương pháp phần tử hữu hạn 42 3.2 Kết luận 59 KẾT LUẬN 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GİẢ QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao) v DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1: Thống kê số cơng trình cao tầng Việt Nam 10 2.1: Giá trị hệ số ứng xử q0 cho hệ có đặn theo mặt đứng 26 3.1: Bảng tổng hợp thể tích bê tơng 39 3.2: Sự biến thiên chuyển vị ngang đỉnh y(H) 41 3.3: Tổng hợp chu kỳ T(s) chuyển vị ngang yH (mm) 45 3.4: Tải trọng gió động khối lượng cơng trình 45 3.5: Tải trọng gió động khối lượng cơng trình 46 3.6: Tải trọng gió - Trường hợp 47 3.7: Tải trọng gió - Trường hợp 48 3.8: Tải trọng gió - Trường hợp 49 3.9: Tải trọng gió - Trường hợp 50 3.10: Tải trọng động đất - Trường hợp 51 3.11: Tải trọng động đất - Trường hợp 53 3.12: Tải trọng động đất - Trường hợp 55 3.13: Tải trọng động đất - Trường hợp 57 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1: Sự tương tác khung tường cứng 1.2: Hệ kết cấu bên 1.3: Hệ kết cấu bên 1.4: Hệ kết cấu khung - vách 1.5: Tải trọng sơ đồ chịu lực nhà 11 1.6: Chuyển vị nằm ngang nhà 12 1.7: Outtrigger Belt wall 13 1.8: Thực tế đa dạng hệ kết cấu 14 1.9: Outtrigger phát huy hiệu khác bố trí cao độ 14 1.10: Sự tương tác khung – vách 15 2.1: Hệ kết cấu khung giằng 17 2.2 Sơ đồ tính tốn gió động cơng trình 19 2.3: (a) Vách chịu tải trọng ngang phân bố đều; (b) Khung chịu tải trọng ngang; (c) Sự tương tác khung - vách 28 2.4: Hình dạng chuyển vị ngang, momen, lực cắt điển hình kết cấu khung - vách chịu tải trọng ngang 29 2.5: (a) Kết cấu khung - vách phẳng; (b) Phân tích liên tục cho kết cấu khung - vách; (c) Sơ đồ tự cho khung vách 30 2.6: Hình dạng chuyển vị ngang, momen, lực cắt điển hình kết cấu khung - vách chịu tải trọng ngang 34 3.1: Hệ kết cấu khung giằng 36 3.2: Diện tích chịu tải cột 38 3.3: Biểu đồ quan hệ yH   H 40 3.4: Mặt khung giằng (cột 800x800) 42 3.5: Mặt khung giằng (cột 750x750) 43 3.6: Mặt tầng 1-13(vị trí chuẩn bị cắt vách) 43 3.7: Mặt tầng 14 - 20 (vị trí cắt vách tăng tiết diện dầm) 44 3.8: Mơ hình 3D cơng trình cắt vách 44 3.9: Chuyển vị ngang yz(mm) mức sàn cơng trình 59 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài 1.1 Đặt vấn đề Trong bối cảnh nay, với bùng nổ dân số, diện tích xây dựng lại có hạn, việc lựa chọn giải pháp nhà cao tầng xu tất yếu Ngày nhiều nhà cao tầng mọc lên thành phố lớn giới nước Mặt khác với tiến không ngừng khoa học cơng nghệ, cơng trình xây dựng giới nói chung Việt Nam nói riêng phát triển với cấp tiến chiều cao độ phức tạp Tại Việt Nam phát triển mạnh mẽ kinh tế xã hội dẫn đến số thành phố lớn dân số tập trung ngày đông đúc, nhu cầu nhà ở, văn phòng làm việc, trung tâm thương mại, khách sạn, … tăng lên đánh kể, quỹ đất xây dựng lại thiếu trầm trọng Ngoài ra, để thuận lợi cho quan hệ cơng tác, việc bố trí nhiều văn phịng cơng ty gần yếu tố thúc phát triển kinh tế, giảm chi phí vận hành … Điều thúc đẩy hình thành phát triển nhà cao tầng Đặc trưng chủ yếu nhà cao tầng số tầng nhiều, độ cao lớn, trọng lượng nặng, chịu tác động tải trọng ngang Khi chiều cao cơng trình tăng mức độ phức tạp tính tốn thiết kế gia tăng theo Đặc biệt việc xác định phản ứng cơng trình trước yếu tố tác động điều kiện bên ngồi tải trọng gió, động đất, … Đối với nhà cao tàng, việc chọn phương án kết cấu đủ đảm bảo khả chịu lực cho cơng trình, vấn đề thường phải đối diện thiết kế nhà cao tầng giải pháp để hạn chế chuyển vị ngang Chuyển vị ngang cơng trình lớn khơng gây cảm giác khó chịu cho người sử dụng mà cịn làm hư hỏng hạng mục phụ kính, lan can Trung tâm Hành - TP Đà Nẵng Int.Commerce Centre – Hong Kong Tòa nhà Bitexco – TP HCM World Financial Center – Shanghai Hình 1: Một số nhà cao tầng ... nhà Bitexco – TP HCM World Financial Center – Shanghai Hình 1: Một số nhà cao tầng 1.2 Thực trạng nghiên cứu việc hạn chế chuyển vị ngang nhà cao tầng Hạn chế chuyển vị ngang công trình nhà cao. .. tài, cần nghiên cứu tính tốn hệ kết cấu bên trong, kết hợp làm việc hệ khung - vách, cách bố trí khung vách cho hợp lý nhằm giảm chuyển vị ngang nhà cao tầng Để tính tốn vấn đề cần nghiên cứu làm... cứng hệ khung vách cơng trình bê tông cốt thép - Nghiên cứu ảnh hưởng hệ khung hệ vách đến chuyển vị tổng thể công trình 4 - Đưa nhận định sơ việc bố trí hệ khung- vách nhằm hạn chế chuyển vị đỉnh