Tài liệu Tính tóan gió động doc

Kết cấu A. chọn phương án kết cấu I. Chọn phương án của hệ kết cấu chịu lực Do công trình có nhịp lớn 9m theo cả hai phương và theo yêu cầu về kiến trúc nên chọn giải pháp hệ sàn phẳng ứng lực trước . Ưu điểm của sàn phẳng ứng lực trước là hạn chế việc xuất hiện vết nứt tức là làm tăng độ cứng của kết cấu , giảm độ võng vì vậy vượt được các khẩu độ lớn . Hơn nữa ,việc sử dụng bêtông và thép cường độ cao trong cấu kiện bêtông ứng lực trước cho phép cấu kiện có thể mảnh và nhẹ hơn nên sẽ giảm bớt được tải trọng thiết kế . Tuy nhiên khi sử dụng hệ sàn phẳng bêtông ứng lực trước thì khả năng chịu tải trọng ngang của khung là không đáng kể . Vậy cần có hệ lõi, vách chịu tải trọng ngang . Kết hợp lồng thang máy tạo thành hệ khung lõi ,việc kết hợp này phát huy được ưu điểm của hai loại kết cấu , đó là khả năng tạo không gian lớn và khả năng chịu tải trọng ngang , tải trọng động tốt của lõi cứng . Về mặt độ cứng của công trình cũng được đảm bảo . Vậy ta có hệ khung lõi kết hợp và sàn phẳng ứng lực trước .Tải trọng đứng của nhà do sàn ứng lực trước và hệ lõi , khung chịu phần tải trọng đứng tương ứng với diện chịu tích truyền tải của nó. Còn tải trọng ngang của nhà thì do hệ lõi chịu. II. Chọn sơ bộ kích thước tiết diện 1. Chiều dày sàn Sàn bêtông ứng lực trước liên tục 40 1 45 1 40 1 45 1 → h b = ( ÷ ) . l = ( ÷ ). 9000 h b = 225 ÷ 200 mm Chọn h b = 220 mm. 2. Kích thước tiết diện cột : Xét cột giữa là cột có khả năng chịu tải lớn nhất : 1 MÆt b»ng sµn 4 5 0 0 2950 9 0 0 0 Diện tích tiết diện cột được xác định sơ bộ theo công thức : Rn N F b = K . Trong đó : F b : Diện tích tiết diện ngang của cột R n : Cường độ chịu nén tính toán của bêtông MBT 350 → R 2 n = 155 kG/m K : hệ số an toàn = 1,2 N : lực nén lớn nhất có thể xuất hiện trong cột , N = S . n . q 2 95,2 2 ) = 53,78 m S = 9 . ( 4,5 + q : Tải trọng sơ bộ tính toán trung bình trên 1 m 2 2 sàn = 1,3 T/ m n = 17 tầng → N = 53,78 . 1,3 . 17 = 1188,538 T 155 1000.538,1188 2 → F b = 1,2 . = 9201,58 cm (BT M350). 2 cho tất cả các cột . Chọn F = 100 x 100 = 10000 cm • Kiểm tra điều kiện ổn định của cột : b lo = λ = 30 λ = ob Với sàn bêtông đổ toàn khối → l o = 0,7 . l = 0,7 . 320 = 224 cm Cột hình vuông → b = 100 cm 100 224 = 2,24 < 30 → thoả mãn → λ = 3. Kích thước lõi : 2 20 t h 20 3200 t ≥ = = 160 mm Chọn t = 300 mm . 4. Kích thước dầm biên : 8 1 12 1 8 1 12 1 h = ( ). l = ( ). 9000 = 1125 ÷ ÷ ÷ 750 mm Chọn h = 800 mm b = 250 mm B. Thiết kế cột , dầm khung biên trục 1 I. Xác định tải trọng lên hệ kết cấu 1. Tĩnh tải • Tải trọng sàn :  Sàn tầng 1 15 : ÷ Tải trọng tính toán (kg/m Tải trọng tiêu chuẩn (kg/m Loại g Dầy (m) 3 Tải trọng (kg/m TT n ) 2 ) 2 ) 1 TLBT sàn 0,22 2500 550 1,1 605 Các lớp trát 2 0,03 1800 54 1,2 64,8 3 Gạch lát 0,01 1600 16 1,1 17,6 4 Tổng 620 687,4  Sàn tầng mái : Tải trọng tiêu chuẩn (kg/m Tải trọng tính toán (kg/m g Dầy (m) 3 (kg/m TT Loại tải trọng n ) 2 2 ) ) 1 TLBT sàn 0,22 2500 550 1,1 605 2 lớp gạch lá nem 2 0,04 72 1,1 79,2 1800 Gạch rỗng chống nóng 3 0,2 1200 240 1,1 264 4 Các lớp trát 0,03 1800 54 1,2 64,8 5 Tổng 916 1013 3 • Tải trọng tường :  Trên 1 ô bản sàn 9 x 9 m : Tải trọng tính toán (kg/m Tải trọng g Loại Dài (m) Rộng (m) tiêu chuẩn (kg/m 3 Cao (m) (kg/m n tải trọng ) 2 ) 2 ) 3,2 – 0,22 Tường 220 (cả lớp trát ) 0,5x 18 0,25 = 2,98 1200 9.9 8046 =99,33 1,1 109,27 Tường 110 (cả lớp trát ) 9.9 86,10057 20,0 9 0,14 2,98 1200 1,1 136,59 =124,17 Tổng 223,5 245,86  Trên dầm biên : Tải trọng Tải trọng g tiêu chuẩn (kg/m) Rộng (m) 3 (kg/m Số tầng Cao (m) n tính toán (kg/m) ) 3,2 – 0,8 Tầng 1,3 15 0,25 1800 1080 1,1 1188 ÷ =2,4 Tầng mái 0,25 1,25 1800 562,5 1,1 618,75 Tầng 1, 3 15 lấy hệ số cửa = 0,75 ÷ → Tải trọng tiêu chuẩn = 0,75 . 1080 = 810 kg/m Tải trọng tính toán = 0,75 . 1188 = 891 kg/m • Vách kính dày 10 mm = 3000 kg/m . 0,01 m . ( 3 – 0,8 ) m . 1,1 = 72,6 kg/m 3 • Bể nước = 12,1 m . 9 m . 1 m . 1000 kg/m 3 . 1,1 = 119,79 kg 2. Hoạt tải : Tải trọng Tải trọng tính toán Số tầng n tiêu chuẩn (kg/m) (kg/m) 4 Sàn tầng 1- 15 150 1,3 195 Sàn tầng mái 75 1,3 97,5 (không sử dụng) 3. Tải trọng gió : Công trình có độ cao 55,1 m . Theo TCVN 2737-95 , H > 40 m → phải tính đến thành phần gió động . • Thành phần gió tĩnh : Tải trọng ngang tác dụng vào 1 mức sàn là : W t = n . Wo . C t . K . h ( kg/m ) t Trong đó : n : hệ số tin cậy của tải trọng gió = 1,2 W o : áp lực gió tiêu chuẩn , tại TP Hồ Chí Minh = 83 kg/m 2 C t : hệ số khí động = C h + C đ = 0,6 + 0,8 = 1,4 K : hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình ( dạng C )  Tầng 1 : W t = 418, 32 . K ( kg/m ) (1.2 x 83 x 1.4 x 3 = 418.32)  Tầng 2 : W t = 432,264 . K(kg/m) (1.2 x 83 x 1.4 x 3.1 = 432.264)  Tầng 3 ÷ 16 : W t = 446,208 . K ( kg/m ) (1.2 x 83 x 1.4 x 3.2 = 446,208) Quy W về các nút khung : nút khung biên = W 1 / 2 nút khung giữa = W 1 W 1 = W . a = W . 9 ( kg ) 2 a W 1 / 2 = W . = W . 4,5 ( kg ) 5 Độ cao Z K W (m) (kg/m 2 ) W t W 1 W 1 / 2 (kg/m) (kg) (kg) 1867,38 0 3,75 0,496 69,162 207,487 933,690 2264,19 9 6,75 0,582 81,154 251,578 113,099 2645,65 6 9,95 0,659 91,863 293,962 132,828 2852,87 5 1426,43 8 13,15 0,710 99,058 316,986 16,35 0,756 105,44 5 3036,80 2 1518,40 1 337,422 19,55 0,795 110,79 9 3191,01 2 1595,50 6 354,557 22,75 0,825 115,01 0 3312,29 1 1656,14 6 368,032 25,95 0,854 119,02 6 3427,94 8 1713,97 4 380,883 29,15 0,882 123,02 8 3543,20 4 1771,60 2 393,689 32,35 0,909 126,72 3 3649,62 4 1824,81 2 405,514 35,55 0,934 130,29 3 3752,43 1 1876,21 5 416,937 38,75 0,960 133,86 2 3855,23 7 1927,61 9 428,360 41,95 0,982 136,88 8 3942,38 2 1971,19 1 438,042 45,15 1,001 139,56 5 4019,48 6 2009,74 3 446,610 48,35 1,020 142,24 3 4096,59 1 2048,29 6 455,177 51,55 1,038 144,73 9 4168,47 5 2084,23 8 463,164 • Thành phần gió động : Đưa toàn nhà thành sơ đồ không gian ngàm tại móng vào chương trình SAP 2000 để tìm ra các dạng dao động, tần số và chuyển vị . Để xác định dao động ta phải đặt khối lượng tập trung tại các nút như sau : 6  Tính khối lượng tổng cộng của tất cả các tĩnh tải còn lại : m = w / g Tầng 1 : 10 5501654 ++ 2 - Sàn : m = = 62 kg/m 10 2500 3 - Cột : m = 18 . kg/m . 1m . 1 m . 2,78 m = 12510 kg. 10 2500 3 - Dầm : m = 2 . ( 27 + 36 + 4,33 ) . kg/m . 0,8 m . 0,25 m = 6733 kg 10 2500 3 - Vách , lõi : m = 2 . kg/m . 0,3 m . 12,1 m . 3 m + 10 2500 3 + 2 . . 0,25 m . 12,1 m . 3 m + 4 . kg/m 10 2500 3 . 0,3m . 3 m . 2,61m kg/m = 12331,5 kg 10 5,223 2 - Tường ngăn : m = = 22,35 kg/m 10 1080 - Tường bao : m = = 108 kg/m → Σ m = ( 62 + 22,35 ) . ( 27 . 36 – 53,43 – 2 . 12,1 . 2,61 ) + 108 . 9 + 12510 +12331,5 + 6733 = 104700,16 kg . Tầng 2 : 10 5501654 ++ 2 - Sàn : m = = 62 kg/m 10 2500 3 - Cột : m = 18 . kg/m . 1 m . 1 m . 2,78 m = 12510 kg. 10 2500 3 - Dầm : m = 2 . ( 27+36 +9 ) m . kg/m . 0,8 m . 0,25 m = 7200 kg. 10 2500 3 - Vách , lõi : m = 2 . kg/m . 0,3 m . 12,1 m . 3 m 10 2500 3 + 2 . . 0,25 m . 12,1 m . 3 m + 4 . kg/m 10 2500 3 . 0,3 m . 3 m . 2,61 m = 12331,5 kg kg/m 7 10 5,223 2 - Tường ngăn : m = = 22,35 kg/m 10 66 - Vách kính : m = = 6,6 kg/m → Σ m = ( 62 + 22,35 ) . ( 27 . 36 – 9 . 9 – 2 . 12,1 . 2,61 ) + 6,6 . 9 + 12510 + 7200 + 12331,5 = 101929,04 kg Tầng 3 15 : ÷ 10 5501654 ++ 2 - Sàn : m = = 62 kg/m 10 2500 3 - Cột : m = 18 . kg/m . 1 m . 1 m . 2,98 m = 13410 kg. 10 2500 3 - Dầm : m = 2 . ( 27+36 ) m . kg/m . 0,8 m . 0,25 m = 6300 kg. 10 2500 3 - Vách , lõi : m = 2 . kg/m . 0,3m . 12,1m . 3,2 m + 2 . 10 2500 3 . kg/m 10 2500 3 0,25 m . 12,1m . 3,2 m + 4 . kg/m . 0,3m . 3,2 m . 2,61m = 13153,6 kg 10 5,223 2 - Tường ngăn : m = = 22,35 kg/m 10 1080 - Tường bao : m = = 108 kg/m → Σ m = ( 62 + 22,35 ) . ( 27 . 36 – 2. 12,1 . 2,61 )+ 108 . 9 +13410 +6300 + 13153,6 = 110496,08 kg Tầng mái : 10 5424072550 +++ 2 = 91,6 kg/m - Sàn : m = 10 2500 3 - Dầm : m = 2 . ( 27+36 ) m . kg/m . 0,8 m . 0,25 m = 6300 kg. 10 5,562 - Tường bao : m = = 56,25 kg/m → Σ m = 91,6 . 27 . 36 + 56,25 . 9 + 6300 = 95841,45 kg 10 9,108 - Bể nước : m = = 10,89 T  Số nút chính của từng tầng : 34 nút 8 → Khối lượng tập trung tại mỗi nút của từng tầng là : 34 16,104700 - Tầng 1 = = 3079,16 kg 34 04,101929 - Tầng 2 = = 2998 kg 34 08,110496 - Tầng 3 15 = = 3249,88 kg ÷ 34 45,95841 - Tầng mái = = 2818,87 kg Khối lượng tại nút do bể nước ( 16 nút chính ) = 16 1000.89,10 = 680,625 kg  Giá trị thành phần động của tải trọng gió W p ở độ cao Z được xác định như sau: W p = 1,2 . m . ξ .ψ . y (kg/m 2 ) Trong đó : m : khối lượng của phần công trình mà trọng tâm có độ cao Z ξ : hệ số động lực y : dịch chuyển ngang của công trình ở độ cao Z ứng với dạng dao động ri êng thứ nhất . ψ : hệ số được xác định bằng cách chia công trình thành r phần , trong phạm vi mỗi phần tải trọng gió không đổi . ∑ ∑ = = r k kk r k pkk My Wy 1 2 1 . . y = với M k – khối lượng phần thứ k của công trình y k – dịch chuyển ngang của trọng tâm phần thứ k ứng với dạng dao động riêng thứ nhất . W pk – thành phần động phân bố đều của tải trọng gió ở phần thứ k của công trình , xác định theo công thức : W 2 = W. ζ . ν ( kg/m ) pk 9 W – giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió ở độ cao tính toán ζ - hệ số áp lực động của tải trọng gió ở độ cao Z ( tra bảng ). ν - hệ số tương quan áp lực động của tải trọng gió ( tra bảng ) .  Tính gió động theo phương Y : Kết quả tính toán 3 dạng dao động đầu tiên theo chương trình SAP2000 là: T 1 = 1,7935 s f 1 = 0,55 s -1 T 2 = 0,453 s f 2 = 2,206 s -1 T 3 = 0,199 s f 3 = 5,019 s -1 Với công trình bêtông cốt thép có δ = 0,3 do đó tần số giới hạn f L = 1,3 Hz Ta có : f 1 = 0,55 < f L = 1,3 < f 2 = 2,206 → Tính toán thành phần gió động theo phương Y với 1 dạng dao động đầu tiên . Dạng dao động thứ : 1 Phương tính toán ( X, Y ) : Y Tần số dao động f = 0,55 Hz 1 .940 . f Wo γ 55,0.940 830.2,1 = = 0,061 Thông số e = Hệ số động lực x tra bảng phụ thuộc e và độ giảm loga của dao động ( δ = 0,3) tra bảng → x = 1,6 Hệ số tương quan không gian áp lực động n tra bảng phụ thuộc ρ và χ Với gió Y → ρ = b = 36 m , χ = h = 51,55 m . → n = 0,6698 Hệ số y : Cao độ (m) y 2 2 y M y.W p 2,2887E -09 0,00023 96 0,00167 1 3,75 10 [...]... f2 = 5,04 → Tính toán thành phần gió động theo phương X với 1 dạng dao động đầu tiên Dạng dao động thứ : 1 Phương tính toán ( X, Y ) : X Tần số dao động f = 1,13 Hz Thông số e = γ Wo 940 f1 = 1, 2 830 940 1,13 = 0,0297 Hệ số động lực x tra bảng phụ thuộc e và độ giảm loga của dao động ( δ = 0,3) tra bảng → x = 1,4 Hệ số tương quan không gian áp lực động n tra bảng phụ thuộc ρ và χ Với gió X → ρ =... 72,32 9 82,10 3 91,91 7 101,8 58 111,6 52 121,4 46 125,8 22 16 Quy tải trọng gió về các nút khung theo phương X : II Tính toán và tổ hợp nội lực 1 Tính toán nội lực Sơ đồ để tính toán nội lực là sơ đồ khung không gian ngàm tại móng - Sàn , vách lõi được quan niệm là các phần tử tấm - Cột , dầm là các phần tử thanh Tải trọng tính toán để xác định nội lực gồm : - Trường hợp tĩnh tải Cao độ (m) Wt1 (kg)... Vật liệu Bêtông mác 350 → Rn = 155 kg/cm2 , Rk = 11 kG/cm2 Thép dọc AII → Ra = Ra’ = 2800 kg/cm2 ⇒ αo = 0,55 ; Ao = 0,399 Thép đai AI 2 Tính cốt dọc Từ bảng tổ hợp chọn ra 3 cặp nội lực để tính toán : M x max , Mytư , Ntư My max , Mxtư , Ntư Nmax , Mxtư , Mytư Tính cột biên ( phần tử 1) : Cặ p 1 2 My ( N ( T Mx (Tm) Tm) ) 27,720 10,313 745,3 40 19,596 751,7 18 17,678 03 26,648 11,196 803,3 67 3 • Tính. .. 912,3 T→ đảm bảo khả năng IV Thiết kế dầm – khung trục 1 1 Chọn cặp nội lực tính toán Từ bảng tổ hợp chọn ra 3 cặp nội lực để tính toán : Mmax , Qtư Mmin , Qtư Qmax , Mtư 2 Tính dầm biên – tầng 1 Tính với 3 tiết diện : Mặt cắt I-I II-II IIIIII Tiết diện 25x80 25x80 25x80 M (kgm) Q (kg) -31154 14566 -31400 -16195 -992 16609 25 Tính cốt dọc : • Mặt cắt I-I : M = -31154 kgm , Q = -16195 kg Chọn a = 4 cm... 2674,3 60 2866,3 47 3058,5 02 3251,2 21 3437,9 43 3617,5 29 3797,1 16 17 3896,0 81 - Trường hợp hoạt tải chất đều trên các nhịp - Tải trọng gió tĩnh và gió động theo các phương X , - X , Y , -Y Sử dụng chương trình SAP 2000 để giải nội lực Kết quả nội lực tính toán xem phần phụ lục 2 Tổ hợp nội lực Sau khi xác định đầy đủ các giá trị tải trọng bằng máy tiến hành tổ hợp nội lực nhằm tìm ra nội lực... cốt thép : μ = Fa 19,64 100% = 100% = 1,03% b.ho 25.76 Tính cốt đai : Tính với Q max = 16609 kg = 16,61 (T) Kiểm tra các điều kiện : Q ≤ Ko Rn b ho = 0,35 155 25 75 = 101718,75 kg = 101,7 (T) → không cần tăng kích thước tiết diện Q ≤ K1 Rk b ho = 0,6 11 25 75 = 12375 kg = 12,375 (T) 26 → Q = 16,61(T) > 12,375 (T) → phải tính cốt đai Tính Utt : Chọn cốt đai n = 2 , φ8 , AI Utt 8.Rk b.ho2... 1,538E06 1,769E06 8 0,097323 0 0,119512 6 0,143600 7 0,169898 8 0,188797 3 0,988709 4 6 0,049507 0 0,055051 8 0,061414 8 0,067470 1 0,072967 6 0,521603 6 0,5216036 = 0,5276 0,9887094 15 Bảng tính tải trọng gió động : Caođ Tần ộ g (m) 1 3,75 2 6,75 3 9,95 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 13,1 5 16,3 5 19,5 5 22,7 5 25,9 5 29,1 5 32,3 5 35,5 5 38,7 5 41,9 5 45,1 5 48,3 5 51,5 5 Wt (kg/m 2 ) 69,16 2 81,15... 1 1 1 1 + − 1172,5 1120,5 1757,8 = 850 T T < Ntd = 850 T→ đảm bảo khả năng • Tính với cặp 2 M y 19,596.100 M x 17,678.100 = = 17,678 < = = 19,596 h 100 b 100 h ⇒ Tính với M ′ = M y + β M x y b 7 751703 7 N = 1 – β = 1 – = 0,679 6 100.100.273 6 b.h f cu Xét 1 M ′ = 19,596 + 0,679 .17,678 = 31,6 ( Tm ) y 1 Dùng M ′y và N tính cốt thép đối xứng Fa = Fa’ - Độ lệch tâm : 2cm ⎧ ⎩1 / 25.h = 4cm eng =... 1757,8 = 858,3 T Vậy N = 751,703 T < Ntd = 858,3 T→ đảm bảo khả năng chịu lực • Tính với cặp 3 : M y 11,196.100 M x 26,648.100 = = 26,648 > = = 11,196 h 100 b 100 h ′ ⇒ Tính với M x = M x + β M y b 7 803367 N 7 = 1 – β = 1 – = 0,656 6 100.100.273 6 b.h f cu Xét 1 ′ M x = 26,648 + 0,656 .11,196 = 34 ( Tm ) 1 ′ Dùng M x và N tính cốt thép đối xứng Fa = Fa’ - Độ lệch tâm : 2cm ⎧ ⎩1 / 25.h = 4cm eng =... 3942,3 1971,1 362,9 3266,1 1633,0 82 91 06 57 78 4019,4 2009,7 390,8 3517,4 1758,7 86 43 22 00 00 4096,5 2048,2 418,7 3768,6 1884,3 91 96 38 43 21 4168,4 2084,2 428,0 3852,5 1926,2 75 38 66 92 96 Tính gió động theo phương X : Sử dụng chương trình SAP 2000 tìm được kết T1 = 0,8844 s -1 1,13 s T2 = 0,198 s 5,04 s-1 Wt1 + 2 Wd1 2 Wt1+Wđ1 (kg) 2000,8 45 2534,4 53 3151,5 97 3595,6 12 4041,1 46 4473,9 21 . 2,206 → Tính toán thành phần gió động theo phương Y với 1 dạng dao động đầu tiên . Dạng dao động thứ : 1 Phương tính toán ( X, Y ) : Y Tần số dao động f. 5,04 → Tính toán thành phần gió động theo phương X với 1 dạng dao động đầu tiên . Dạng dao động thứ : 1 Phương tính toán ( X, Y ) : X Tần số dao động f