ẢNH HƯỞNG của PHƯƠNG PHÁP mô PHỎNG đến kết QUẢ PHÂN TÍCH NHÀ CAO TẦNG bb7d29ca

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ***************  TRẦN VĂN THANH THIỆN ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG ĐẾN KẾT QUẢ PHÂN TÍCH NHÀ CAO TẦNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP ĐÀ NẴNG 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ***************  TRẦN VĂN THANH THIỆN ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG ĐẾN KẾT QUẢ PHÂN TÍCH NHÀ CAO TẦNG Chuyên ngành: Kỹ thuật 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 & CÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG ĐÀ NẴNG 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết Luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Trần Văn Thanh Thiện ii LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài “Ảnh hưởng phương pháp mơ đến kết phân tích nhà cao tầng” thực với kiến thức thu thập suốt trình học tập trường kết hợp với kinh nghiệm công việc thực tiễn Bên cạnh nổ lực, cố gắng thân giúp đỡ, động viên thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp gia đình suốt trình học tập thực luận văn Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô khoa Xây dựng dân dụng công nghiệp, người cho kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt trình học tập công tác Xin gửi lời cảm ơn đến học viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp khóa 32, người bạn đồng hành giúp đỡ suốt q trình học tập Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Trần Quang Hưng, người tận tình hướng dẫn, hỗ trợ tơi suốt q trình thực luận văn Cuối cùng, tơi xin cảm ơn gia đình động viên tạo điều kiện tốt cho tinh thần thời gian năm tháng học tập trường Luận văn hồn thành khơng thể tránh thiếu sót hạn chế Rất mong nhận đóng góp q thầy cơ, bạn bè đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Tác giả luận văn Trần Văn Thanh Thiện iii ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG ĐẾN KẾT QUẢ PHÂN TÍCH NHÀ CAO TẦNG Học viên: Trần Văn Thanh Thiện Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 60.58.02.08 Khóa: 32 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt Đối với nhà có chiều cao lớn, có yêu cầu kiến trúc đặc biệt kích thước cấu kiện tương đối lớn, chẳng hạn tiết diện cột có thể lên đến hàng mét, bề dày dầm hay sàn chuyển có thể lên đến vài mét Trong đó, phương pháp mô truyền thống thường coi cấu kiện đối tượng khơng kích thước, cụ thể cột thường coi cấu kiện thanh, sàn mơ phần tử vách mỏng dày Việc mô có thể dẫn đến ứng xử nhà sai lệch nhiều so với thực tế Việc mô chi tiết, sát với thực tế biểu diễn kích thước cấu kiện mơ hình nhằm đánh giá khác biệt việc mô so với phương pháp truyền thống, đưa số thông số chuyển vị, chu kì dao động riêng nội lực tính tốn theo phương án khác Từ khóa – Mơ phỏng; Cấu kiện khơng kích thước; Dầm lớn THE INFLUENCE OF THE METHOD FROM SIMULATION TO RESULTS - ANALYSIS OF HIGH BUILDING Fullname of learner : Tran Van Thanh Thien Major: The civil and industrial construction techniques Code: 60.58.02.08 - Course: 32 Polytechnic University - Da Nang University Summary For high building, with special architectural requirements, the size of the structures is relatively large, such as the column section can be up to meters, the beam thickness or transfer floor can be up to few meters In the traditional simulation method, these elements are often referred to as non-dimensional objects Particularly, columns are often referred to as bar elements ,Such simulations can lead to erroneous behavior in the building Detailed simulation, close to reality and representation of the dimensions of the components in the model to evaluate the difference of this simulation compared to conventional methods, yields some parameters such as displacement , the cycle of individual vibration and internal force when calculating the different options Keywords - Simulation; Non-dimensioned constructions; Large beams iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TỜ TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH vii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Bố cục Luận văn Chương TỔNG QUAN VÀ CÁC HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC NHÀ CAO TẦNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ CAO TẦNG 1.1.1 Khái niệm nhà cao tầng 1.1.2 Lịch sử phát triển 1.1.3 Phân loại nhà cao tầng 10 1.2 CÁC HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC NHÀ CAO TẦNG 11 1.2.1 Hệ khung chịu lực 12 1.2.2 Hệ tường chịu lực 13 1.2.3 Hệ lõi chịu lực 14 1.2.4 Hệ hộp chịu lực 15 1.2.5 Hệ hỗn hợp: Khung –Tường (Vách) chịu lực .17 1.2.6 Hệ Khung-Lõi chịu lực 18 1.2.7 Hệ Khung - Hộp chịu lực 19 1.2.8 Hệ Hộp - Tường chịu lực 19 1.2.9 Hệ Hộp - Lõi chịu lực 19 1.2.10 Hệ Tường - Lõi chịu lực 20 1.2.11 Hệ Khung – Vách - Lõi 20 Chương CƠ SỞ MƠ PHỎNG TÍNH TỐN KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KẾT QUẢ PHÂN TÍCH 21 2.1 TẢI TRỌNG ĐỨNG 21 v 2.2 TẢI TRỌNG GIÓ TĨNH VÀ ĐỘNG 22 2.2.1 Gió tĩnh 22 2.2.2 Gió động 24 2.2.3 Tổ hợp nội lực (tải trọng) tải trọng gió 26 2.3 TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 26 2.3.1 Khái niệm chung động đất 26 2.3.2 Phản ứng cơng trình tác dụng động đất 28 2.3.3 Các phương pháp xác định tải trọng động đất 28 2.4 TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG 30 2.4.1 Giả thiết tính tốn 30 2.4.2 Ảnh hưởng kết cấu sàn đến làm việc hệ chịu lực thẳng đứng 31 2.4.3 Sơ đồ tính tốn 33 2.4.4 Các phương pháp tính tốn 35 Chương MỘT SỐ KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG 38 3.1 CÁC MƠ HÌNH TÍNH TỐN 38 3.1.1 Tổng quan lựa chọn sơ đồ khảo sát mô 38 3.1.2 Các trường hợp tính tốn 40 3.2 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG THƠNG QUA MỘT SỐ MƠ HÌNH KẾT CẤU CỤ THỂ 41 3.2.1 Trường hợp 1: (TH1) Cơng trình tầng 41 3.2.1.1 Mô MP1 41 3.2.1.2 Mô MP2 45 3.2.1.3 Mô MP3 48 3.2.2 Trường hợp 2: (TH2) Cơng trình cao 15 tầng 52 3.2.1.1 Mô MP1 53 3.2.1.2 Mô MP2 59 3.2.1.3 Mô MP3 63 3.2.3 Trường hợp 3: (TH3) Công trình thực tế 68 3.2.3.1 Tính tốn theo mơ hình MP2 68 3.2.3.2 Tính tốn mơ theo mơ hình MP3 74 KẾT LUẬN 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 vi DANH MỤC BẢNG Số hiệu Bảng 1.1 Bảng 3.1: Bảng 3.3: Bảng 3.4: Bảng 3.5: Bảng 3.6: Bảng 3.7: Bảng 3.8: Bảng 3.9: Bảng 3.10 Bảng 3.11: Bảng 3.12: Bảng 3.13: Bảng 3.14: Bảng 3.15: Bảng 3.16: Bảng 3.17: Bảng 3.18: Bảng 3.19: Bảng 3.20: Bảng 3.21: Bảng 3.22: Bảng 3.23 Bảng 3.24: Bảng 3.25: Bảng 3.26: Bảng 3.27: Bảng 3.28: Bảng 3.29: Bảng 3.30: Bảng 3.31 Bảng 3.32 Bảng 3.33: Tên bảng Một số cơng trình nhà cao tầng Việt Nam Bảng kết chuyển vị ngang nút 25 Bảng kết chu kỳ dao động Bảng kết chuyển vị ngang nút 25 Bảng kết nội lực dầm B40 Bảng kết chu kỳ dao động Bảng kết chuyển vị ngang nút 25 Bảng kết nội lực dầm B40 Bảng kết chu kỳ dao động Bảng so sánh kết chuyển vị ngang nút 25 Bảng so sánh kết chu kỳ dao động Bảng so sánh kết Mômen Bảng so sánh kết Lực cắt Bảng kết chuyển vị ngang nút Bảng kết nội lực dầm B24 Bảng kết chu kỳ dao động riêng Bảng kết chuyển vị ngang nút Bảng kết nội lực dầm B24 Bảng kết chu kỳ dao động riêng cơng trình Bảng kết chuyển vị ngang nút Bảng kết nội lực dầm B24 Bảng kết chu kỳ dao động riêng cơng trình Bảng so sánh kết chuyển vị ngang nút Bảng so sánh kết chu kỳ dao động Bảng so sánh kết Mômen dầm B24 Bảng so sánh kết Lực cắt dầm B24 Bảng kết chuyển vị ngang nút 33 Bảng kết nội lực dầm B106 Bảng kết chu kỳ dao động riêng cơng trình Bảng kết chuyển vị ngang nút 33 Bảng kết nội lực dầm B106 Bảng kết chu kỳ dao động riêng cơng trình Bảng so sánh kết chu kỳ dao động Trang 43 44 46 46 47 49 49 50 50 50 51 51 57 58 59 61 61 62 64 65 65 66 66 67 67 72 73 73 75 76 76 77 vii DANH MỤC HÌNH Số hiệu Tên hình Trang Hình 1.1 Các tịa nhà cao tầng tiếng Mỹ Hình 1.2 Nhà cao tầng Chicago Hình 1.3 Nhà cao tầng New York Hình 1.4 Chiều cao tịa nhà tiếng giới Hình 1.5 Sơ đồ hệ khung chịu lực 12 Hình 1.6 Sơ đồ hệ tường chịu lực 13 Hình 1.7 Hình dạng vách cứng 14 Hình 1.8 Các hệ lõi chịu lực 15 Hình 1.9 Các hệ hộp chịu lực 16 Hình 1.10 Hệ hỗn hợp Khung – Tường (Vách) chịu lực 17 Hình 1.11 Sơ đồ giằng 18 Hình 1.12 Sơ đồ khung – giằng 18 Hình 1.13 Hệ khung – lõi chịu lực 19 Hình 2.1 Tải trọng gió lực tập trung tác động lên trọng tâm sàn tầng 23 Hình 2.2 a) Khung; b) Vách (lõi); c) Sơ đồ biên dạng hệ thống qua liên kết (giằng) đặt mức sàn 32 Hình 2.3 a) Sơ đồ kết cấu chịu tải trọng ngang; b, c) Sơ đồ liên kết tải trọng thành phần 32 Hình 2.4 a) Mặt kết cấu hệ khung - vách; b) Sơ đồ tính tốn theo phương trục y c) Sơ đổ tính tốn theo phương trục x 33 Hình 2.5 Hệ khung - vách - lỗi nhà có mặt gây khúc cần tính tốn theo sơ đổ khơng gian 34 Hình 2.6 Các sơ đồ tính tốn 35 Hình 3.1 Liên kết dầm cột theo Mơ MP1 39 Hình 3.2 Liên kết dầm cột theo Mơ MP2 39 Hình 3.3 Liên kết dầm cột theo Mơ MP3 40 Hình 3.4 Mặt khai báo mơ hình 42 Hình 3.5 Mặt đứng khai báo mơ hình 42 Hình 3.6 Mặt khơng gian khai báo mơ hình 43 Hình 3.7 Mặt khai báo mơ hình 45 viii Hình 3.8 Mặt đứng khai báo mơ hình 45 Hình 3.9 Mặt khơng gian khai báo mơ hình 46 Hình 3.10 Mặt khai báo mơ hình 48 Hình 3.11 Mặt đứng khai báo mơ hình 48 Hình 3.12 Mặt khơng gian khai báo mơ hình 49 Hình 3.13 Biểu đồ so sánh kết chuyển vị ngang nút 25 - Đơn vị: cm 51 Hình 3.14 Mặt 53 Hình 3.15 Mặt đứng tổng thể cơng trình 54 Hình 3.16 Mặt khơng gian tổng thể cơng trình 55 Hình 3.17 Mặt khai báo mơ hình MP1 56 Hình 3.18 Mặt đứng khai báo mơ hình MP1 56 Hình 3.19 Mặt khơng gian khai báo mơ hình MP1 57 Hình 3.20 Mặt 59 Hình 3.21 Mặt đứng khai báo mơ hình Dầm 60 Hình 3.22 Mặt khơng gian khai báo mơ hình 60 Hình 3.23 Mặt khai báo mơ hình 63 Hình 3.24 Mặt đứng khai báo mơ hình 63 Hình 3.25 Mặt khơng gian khai báo mơ hình 64 Hình 3.26 Biểu đồ so sánh kết chuyển vị - Đơn vị: cm 67 Hình 3.27 Mặt kiến trúc tầng điển hình 69 Hình 3.28 Mặt khai báo mơ hình dầm tầng 69 Hình 3.29 Mơ hình 3D Etabs 70 Hình 3.30 Mặt đứng trục X5 khai báo mơ hình dầm tầng 71 Hình 3.31 Mặt khai báo mơ hình 74 Hình 3.32 Mặt đứng khai báo mơ hình tầng trục X6 74 26 Trong đó:  - tính tốn dạng dao động thứ 1, lấy =1, dạng dao động cịn lại lấy =1; Sj - diện tích đón gió phần thứ j cơng trình (m2) 2.2.2.3 Giá trị tính tốn thành phần động tải trọng gió tính theo cơng thức W tt  W     (2.11) Trong đó: W – giá trị tiêu chuẩn thành phần động tải trọng gió áp lực gió  = 1,2 – hệ số tin cậy; β – hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian sử dụng giả định cơng trình Thực tế tính tốn thường chọn β=1 2.2.3 Tổ hợp nội lực (tải trọng) tải trọng gió Nội lực chuyển vị gây thành phần tĩnh động tải trọng gió xác định sau: X  X t  ( X id )2 (2.12) Trong đó: X – mô men uốn (xoắn), lực dọc, lực cắt chuyển vị; Xt - mô men uốn (xoắn), lực dọc, lực cắt chuyển vị thành phần tĩnh tải trọng gió gây ra; Xid - mô men uốn (xoắn), lực dọc, lực cắt chuyển vị thành phần động tải trọng gió dao động dạng thứ i gây ra; s – số dạng dao động tính tốn 2.3 TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 2.3.1 Khái niệm chung động đất Động đất địa chấn rung động tự nhiên vỏ trái đất có phương hướng cường độ thay đổi theo thời gian Trong thời gian động đất, chuyển động đất làm phát sinh lực qn tính phận cơng trình Bởi động đất không ảnh hưởng trực tiếp tới móng cơng trình mà cịn gây dao động, biến dạng kết cấu thân nhà dẫn tới nứt nẻ, hư hỏng, phá hoại cục tồn ngơi nhà Động đất tượng rung động đột ngột mạnh vỏ Trái đất dịch chuyển mãnh thạch đứt gãy vỏ Trái đất truyền qua 27 khoảng cách lớn dạng dao động đàn hồi - Sóng địa chấn sóng đàn hồi vật lý hình thành việc giải phóng lượng từ điểm phát lượng động đất gọi chấn tiêu Có năm dạng chuyển động bản: - Chuyển động phân ly: hai mảnh gần tách dần ra; - Chuyển động dũi ngầm: mảnh nọ dũi xuống mảnh kia; - Chuyển động trường: mảnh nỏ trường lên mảnh kia; - Chuyển động va chạm đàn hồi: hai mảnh kể va vào sau đó trở lại vị trí ban đầu; - Chuyển động rút đồng quy: hai mảnh gần rút xuống lớp nhung nham lỏng phía Cường độ động đất: để đánh giá cường độ động đất người ta dựa vào hậu nó nhà cơng trình lượng gây trận động đất Các thang sau nhiều nước sử dụng: Thang Mercalli cải tiến: nhà địa chấn học Mercallỉ đã đề xuất, có 12 cấp Cấp từ I đến IV động đất yếu; Cấp V đến VI đã tác động đến giác quan người, có chút thiệt hại; Cấp VII làm người chạy khỏi nhà, hư hỏng nhẹ; Cấp VIII làm hư hỏng hàng loạt cơng trình; Cấp IX X làm đổ hầu hết nhà; Cấp XI gây thiệt hại phạm vi lớn; Cấp XII mang tính hủy diệt kèm theo thay đổi địa hình nơi có động đất Thang MKS-64: thang cường độ động đất MSK - 64 ba nhà khoa học Medvedev, Sponhauer Karnic đề xuất năm 1964 Thang gồm 12 cấp, sử dụng rộng rãi Nga, nước thuộc khối SNG, số nước Đơng Âu, Việt Nam,… Ngồi việc đánh giá phân loại tác động động đất lên người, mơi trường cơng trình xây dựng thang cường độ động đất trước đó (nhưng chi tiết cụ thể hơn), cường độ động đất theo thang MSK - 64 đánh giá qua hàm chuyển vị lắc chuẩn hình cầu mô tả chuyển động địa chấn Từ cấp đến cấp động đất nhẹ không gây ảnh hưởng lớn đến nhà cơng trình; từ cấp đến cấp động đất mạnh cần xét đến thiết kế nhà, cơng trình; từ cấp 10 đến cấp 12 động đất có mức hủy diệt 28 Thang Richter: thang đo cường độ động đất cách đánh giá gần lượng giải phóng chấn tiêu Độ lớn M (magninude) trận động đất logarit thập phân biên độ cực đại A (µm) ghi tại điểm cách chấn tâm D=100km máy đo địa chấn có chu kỳ dao động riêng T =0,8s M  log A (2.13) Quan hệ lượng E (egi) giải phóng chấn tiêu với magnitude xác định theo biểu thức: log E  9,9  1,9M  0,024M (2.14) Về mặt lý thuyết thang M, Richter bắt đầu số không có giới hạn Nhưng người ta chưa đo trận động đất có M đạt đến Thang lượng Richter có bậc đánh số từ đến độ Richter 2.3.2 Phản ứng cơng trình tác dụng động đất Dưới tác dụng động đất, móng cơng trình (được giả thiết khối tuyệt đối cứng) chịu di chuyển tịnh tiến ngang x0(t) với đất Kết quả, tại thời điểm, khối lượng mk thực chuyển vị tương đối xk(t) so với móng Chuyển vị tuyệt đối khối lượng mk (x0(t)+ xk(t)) Lực quán tính tác dụng lên khối lượng mk bằng: F qt  m [x (t )  x (t )] (2.15) Lực quán tính gọi lực động đất tác dụng lên cơng trình tại điểm tập trung khối lượng m 2.3.3 Các phương pháp xác định tải trọng động đất Việc xác định tải trọng động đất (lực quán tính) tác dụng lên cơng trình cách xác việc làm khó khăn phụ thuộc nhiều vào tính chất chuyển động địa chấn, tính chất động học cơng trình đặc trưng lý đất Hiện tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn nước sử dụng hai phương pháp xác định tải trọng động đất sau đây: - Phương pháp động lực: xác định trực tiếp trạng thái ứng suất - biến dạng kết cấu chịu tải từ gia tốc ghi chuyển động đất động đất xảy - Phương pháp lực tĩnh: thay lực động đất thực tác dụng lên cơng trình 29 lực tĩnh ảo có hiệu ứng tương đương nên gọi phương pháp tải trọng ngang thay Việc xác định tải trọng động đất theo phương pháp tương đối đơn giản đã sử dụng vào thiết kế cơng trình nhà cửa từ trước đến Theo TCVN 9386-2012 ta có phương pháp phân tích sau đây: Phương pháp phân tích đàn hồi tuyến tính: - Phương pháp “phân tích phổ phản ứng dạng dao động”; - Phương pháp “phân tích tĩnh lực ngang tương đương” Phương pháp phi tuyến: - Phương pháp tĩnh phi tuyến; - Phương pháp phi tuyến theo thời gian Phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động: xác định chu kỳ dao động cho dạng dao động hệ kết cấu Tiếp đó từ phổ phản ứng động đất cho trước, xác định phổ gia tốc cực đại ứng với chu kỳ dao động hệ số cản tới hạn dao động Trên sở này, kỹ thuật phân tích dạng, xác định phản ứng lớn hệ kết cấu dạng dao động Phản ứng tồn phần hệ kết cấu xác định theo phương pháp tổ hợp thống kê phản ứng lớn dạng dao động Ưu điểm phương pháp phổ phản ứng tính tốn nhanh, đơn giản cho kết tính tốn với độ xác có thể chấp nhận Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương: phương pháp đó lực quán tính động đất sinh tác động lên cơng trình theo phương ngang thay tĩnh lực ngang tương đương Lực ngang có tên lực cắt đáy lực cắt chân cơng trình, phân phối trở lại chiều cao cơng trình tại vị trí có khối lượng tâp trung, thường cao trình sàn Phương pháp phân tích có thể áp dụng cho nhà mà phản ứng nó không chịu ảnh hưởng đáng kể dạng dao động bậc cao dạng dao động phương Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương khơng áp dụng cho cơng trình có hình dạng không đặn có phân bố khối lượng độ cứng không mặt chiều cao Phương pháp tĩnh phi tuyến (đẩy dần): thực điều kiện lực trọng trường không đổi tải trọng nằm ngang tăng cách đơn điệu Phương pháp có 30 thể áp dụng để kiểm tra tính kết cấu nhà hữu nhà thiết kế với mục đích sau: - Để kiểm tra đánh giá lại tỷ số vượt cường độ u/1; - Để xác định cấu dẻo dự kiến phân bố hư hỏng; - Để đánh giá tính kết cấu nhà hữu cải tạo theo mục tiêu tiêu chuẩn liên quan; - Sử dụng phương pháp thiết kế thay cho phương pháp phân tích đàn hồi-tuyến tính có sử dụng hệ số ứng xử q Phương pháp phi tuyến theo thời gian: phản ứng phụ thuộc thời gian kết cấu có thể xác định cách phân tích theo lịch sử thời gian phương trình vi phân chuyển động nó, sử dụng giản đồ gia tốc biểu thị chuyển động 2.4 TÍNH TỐN KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG 2.4.1 Giả thiết tính tốn Tính tốn kết cấu nhà cao tầng việc xác định trạng thái ứng suất - biến dạng hệ, phận cấu kiện chịu lực tác động mọi loại tải trọng Ớ chủ yếu xét đến phản ứng hệ kết cấu thẳng đứng khung, vách, lõi tác động loại tải trọng ngang Hầu loại nhà cao đến 30 tầng kết hợp sử dụng hệ chịu lực khung - vách - lõi Việc lựa chọn hệ chịu lực giả thiết tính toán vừa phù hợp với thực tế bố trí, cấu tạo kết cấu chịu lực cịn phải thoả mãn điều kiện làm việc hệ kết cấu có hình dạng, kích thước, độ cứng khác Mỗi giả thiết thường phù hợp với mơ hình tính tốn, khơng có giả thiết chung cho mọi sơ đồ tính tốn Giả thiết phản ánh mối quan hệ truyền lực hộ với thông qua giải pháp thiết kế, cấu tạo cụ thể cồng nghệ xây lắp xem phù hợp cho ta kết đáng tin Cũng cần phân biệt độ xác sơ đồ kết cấu với độ xác mơ hình tốn học, hai vấn để khơng phải thống Tuy nhiên có thể nêu số giả thiết thường đuợc sử dụng tính tốn nhà cao tầng sau đây: Giả thiết nhà làm việc công xon có độ cứng uốn tương đương độ cứng hệ kết cấu hợp thành Giả thiết đơn giản khơng hồn tồn phản ánh thực tế chịu lực hệ Giả thiết thuận tiện cho việc 31 xác định đặc trưng động cơng trình Giả thiết hệ kết cấu có thể tiếp thu phần tải trọng ngang tỷ lệ với độ cứng uốn (xoắn) chúng, liên kết chặt chẽ với hệ khác qua giằng liên kết khớp hai đầu Độ cứng giằng có giá trị lớn để có thể xem không bị biến dạng co dãn dài Các giằng ngang mơ hình hệ kết cấu dầm sàn có độ cứng lớn vô mặt phẳng nằm ngang Giả thiết hệ chịu lực có dạng đuờng cong uốn Giả thiết thích hợp cho nhà có hệ khung vách lõi Còn nhà hộ khung - vách - lõi đường cong uốn hệ khác nhau, sơ đồ tính tốn 2.4.2 Ảnh hưởng kết cấu sàn đến làm việc hệ chịu lực thẳng đứng Với giả thiết sàn cứng tuyệt đối mặt phẳng, tương đối Trong thực tế xây dựng kết cấu sàn nhà có nhiều loại: Sàn bê tông đổ liền khối, sàn bê tông lắp ghép, sàn bê tông thép, sàn nhiều lớp từ vật liệu khác Mỗi loại sàn có liên kết cấu tạo riêng lúc có khả làm việc kết cấu liền khối, không có chuyển vị thẳng xoay mà khổng có biến dạng góc Với kết cấu sàn có dầm bê tông đổ liền khối dùng giả thiết sàn cứng tuyệt đối phù hợp Trong nhà cao tầng thường dùng lưới cột kích thước lớn từ đến l0m, chiều cao tầng lại hạn chế đến mức có thể Sự trái ngược thường đuợc giải việc ứng dụng kết cấu sàn không dầm hay gọi sàn phẳng Bản sàn kê trực tiếp lên đầu cột, tường, vách, lõi thường dùng bê tông ứng lực trước để tăng khả chống uốn, võng, nứt Đã có nghiên cứu chứng tỏ, ứng với giá trị độ cứng định sàn phẳng cần phải xét tới biến dạng sàn tính tốn Vai trò sàn cứng đặc biệt quan trọng nhà có hệ khung vách khung lõi Ví dụ hệ khung - vách, nhà có đường cong uốn (hình 2.3c) Đường cong uốn hệ khung có dạng hình (2.3a) tại chân ngàm có lực cắt góc nghiêng lớn Ngược lại, tường cứng lõi cứng có đường cong uốn công xon, góc nghiêng lớn lại vị trí đỉnh tường Song để đạt đồng điệu biến dạng uốn cho tồn hệ liên kết xuất 32 phản ứng, nội lực khác giá trị vị trí (hình 2.3c) Kích thước chiều dài mũi tên độ lớn phản lực Và nhờ vai trò hệ giằng ngang mà hệ khung dường đẩy ngang hệ vách cứng phía co nó lại phía Kết lực cắt sinh tải trọng ngang hệ khung tiếp thu phần lớn phía cịn vách, lõi tiếp thu phần cịn lại phía Hình 2.2 a) Khung; b) Vách (lõi); c) Sơ đồ biên dạng hệ thống qua liên kết (giằng) đặt mức sàn Trong ngơi nhà lõi hộp khơng độ cứng sàn mà có tầng cứng ảnh hưởng rõ rệt đến đường cong uốn giá trị dạng biểu đồ mơmen uốn Hình 2.3 a) Sơ đồ kết cấu chịu tải trọng ngang; b, c) Sơ đồ liên kết tải trọng thành phần 33 Trong trường hợp tổng quát, chấp nhận giả thiết nêu mọi phận kết cấu bố trí rời rạc cơng trình chịu lực tuân theo quy luật định hệ kết cấu thống nhất, kể trường hợp vách, lõi, khung bị giảm yếu tầng Trong sơ đồ này, tải trọng ngang tác động vào công trình có thể xem tổng thành phần tải trọng kết cấu đơn vị tiếp nhận tương ứng với độ cứng uốn chúng 2.4.3 Sơ đồ tính tốn Căn vào giả thiết tính tốn có thể phân chia thành sơ đồ tính tốn theo nhiều cách khác nhau: Sơ đồ phẳng tính tốn theo hai chiều Hình 2.4 a) Mặt kết cấu hệ khung - vách; b) Sơ đồ tính tốn theo phương trục y c) Sơ đổ tính tốn theo phương trục x Cơng trình mơ hình hố dạng kết cấu phẳng theo hai phương mặt chịu tác động tải trọng mặt phẳng chúng Giữa hệ giằng với dãy liên kết khớp hai đầu ngang mức sàn tầng Các sơ đồ tính tốn dùng phổ biến cho hệ kết cấu khung - vách phẳng Trong trường hợp dùng vách hình chữ L, H, T, v.v thiên an toàn 34 có thể xét tới cánh vách theo hai phương mặt phẳng khung xét Đôi hệ khung - vách - lõi với tổng độ cứng lõi nhỏ tổng độ cứng vách khung, có thể sử dụng sơ đồ tính tốn theo phương Sơ đồ tính tốn khơng gian Cơng trình mơ hệ khung không gian chịu tác động đồng thời ngoại lực theo phương 1) Khung phẳng; 2) Vách cứng liên tục; 3) Vách liền khung; 4) Lõi kết hợp với vách dọc, ngang Hình 2.5 Hệ khung - vách - lỗi ngơi nhà có mặt gây khúc cần tính tốn theo sơ đổ khơng gian Sơ đồ tính tốn ba chiều thường sử dụng cho tính tốn nhà có mặt phức tạp Dùng sơ đồ để tính tốn có thể cho ta hình ảnh trạng thái ứng suất biến dạng hệ kết cấu với liên kết theo chiều Tuy nhiên địi hỏi khối lượng tính tốn lớn, số tầng lớn Theo giả thiết liên kết quan niệm khả tiếp thu tải trọng ngang hệ, hệ chịu lực khác có thể ba sơ đồ tính tốn sơ đồ khung, sơ đồ khung - giằng sơ đồ giằng 35 Trong sơ đồ khung - giằng ta quan niệm chịu tải trọng ngang cấc hộ tuân theo quy luật tỷ lệ thuận với độ cứng hệ theo phương tác động tải trọng Hình 2.6 Các sơ đồ tính tốn Trong thực tế hệ vách, lõi thiếu khung phẳng thiên an toàn ta có thể bỏ qua phần tải trọng ngang hệ khung tiếp thu nên ta gọi sơ đồ giằng Như hệ lõi, hộp tính tốn hệ giằng 2.4.4 Các phương pháp tính tốn Dựa theo sơ đồ tính tốn có thể sử dụng nhiều phương pháp khác học kết cấu toán học để xác định nội lực chuyển vị hệ cấu kiện kết cấu chịu lực Các phương pháp học kết cấu phương pháp lực, phương pháp chuyển vị, phương pháp lực - chuyển vị sử dụng có hiệu cho kết tin cậy cho trường hợp cụ thể Các phương pháp biến phân, sai phân hữu hạn để giải hệ phương trình vi phân bậc cao sử dụng để giải sơ đồ giằng, khung giằng phức tạp Trong số phương pháp tính tốn nhà cao tầng, phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) sử dụng rộng rãi hầu hết phần mềm chương trình tính tốn thực máy tính xuất phát từ phương pháp Các kết cấu nhà chia thành phần tử nhỏ dạng hay bản, số phần tử có thể hàng nghìn tuỳ theo số tầng nhà Do số lượng ẩn số nội lực chuyển vị tăng theo lần số phần tử Nhờ có máy tính, khối lượng tính tốn số học khơng cịn vấn đề trở ngại nữa, việc giải phương 36 tình đại số tuyến tính bậc cao giải nhanh chóng xác Những phần mềm mạnh cho phép sâu nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng hệ kết cấu phức tạp với sơ đồ tính tốn khơng gian phù hợp với làm việc thực cơng trình Tuy nhiên kết tốn phụ thuộc vào kỹ người sử dụng chương trình, nên kết nhận từ máy phải kiểm tra theo điều kiện: Cân lực Tính liên tục chuyển vị Sự phù hợp với tiêu chuẩn quy phạm thiết kế hành Các bước tính tốn Căn vào giải pháp kiến trúc bố trí mặt kết cấu chịu lực có thể tiến hành tính tốn theo bước sau đây: Chọn sơ đồ tính tốn Xác định loại tải trọng Xác định đặc trưng hình học độ cứng kết cấu Phân phối tải trọng ngang vào hệ chịu lực Xác định nội lực, chuyển vị hệ cấu kiện Kiểm tra điều kiện bền, chuyển vị đặc trưng động Kiểm tra ổn định cục ổn định tổng thể cơng trình 2.5 MƠ HÌNH TÍNH TỐN CHÍNH TRONG ETABS 2.5.1 Tổng quan Etabs a Hệ tọa độ: sử dụng hệ tọa độ Decard trụ b Nút: điểm liên kết phần tử, tại đó gán chuyển vị cưỡng gán điều kiện biên; điểm xác định điều kiện biên; điểm gán lực tập trung; điểm gán khối lượng tập trung Tất loại tải trọng khối lượng gán cho phần tử quy đổi tải trọng tập trung tại nút c Liên kết: chuyển vị điểm theo phương đó cố định trước, điểm đó bị ràng buộc liên kết d Tải trọng tổ hợp tải trọng: - Tải trọng gồm có tải trọng tĩnh, tải trọng động tải trọng thay đổi theo thời gian 37 - Tổ hợp tải trọng bao gồm tổ hợp người dung từ định nghĩa tổ hợp tải trọng tự động theo tiêu chuẩn có sẵn chương trình cung cấp - Có loại tổ hợp tải trọng như: + ADD: tổ hợp theo phương pháp cộng thành phần tổ hợp + ENVE: tổ hợp bao nội lực + SRSS: bậc hai tổng bình phương trường hợp tải +ABS: tổng trị tuyệt đối trường hợp tải e Bài tốn phân tích bao gồm: - Phân tích Linear: tốn phân tích tuyến tính - Phân tích Nonlinear: tốn phân tích phí tuyến 2.5.2 Kết cấu hệ a Khái niệm phần tử thanh: phần tử có kích thước chiều lớn nhiều kích thước hai chiều cịn lại gọi phần tử Phần tử Etabs đoạn thẳng nối hai điểm đầu cuối b.Ứng dụng: thường dung để mơ hình hóa dầm, cột c Điểm chèn (Insertion point): mặc định, trục phần tử chạy dọc theo trục trung hòa tiết diện Do vậy, tại giao điểm dầm mái cột, dầm mái bị nhô lên Etabs cho phép chỉnh lại giao điểm chức Insertion Point Chức giúp thiết lập mơ hình cách xác d Điểm giao: phần tử mô tả đường trục nối hai nút Một điều đặt tại điểm giao phần tử Frame (như dầm cột), phần tiết diện tại điểm giao bị chồng lên Etabs cung cấp chức End Offsets cho phép ta định nghĩa lại đoạn tiết diện bị chồng lên 2.5.3 Kết cấu hệ vách a Khái niệm: vách loại kết cấu vỏ dạng tường bê tông, vách (wall) Etabs Tải FULL (101 trang): bit.ly/2Ywib4t Dự phịng: fb.com/KhoTaiLieuAZ b Ứng dụng: thường dùng để mơ tả kết cấu tường bê tông, dầm lớn c Phân loại : có hai dạng là: Pier Spander Pier vách chịu lực cịn Spander vách giằng ngang Theo tính chất chịu lực có: - Membrane: phần tử màng, chịu kéo nén mặt phẳng, mô men theo phương pháp tuyến có thể bỏ qua - Plate: phần tử tấm, chịu uốn chịu cắt - Shell: phần tử vỏ, chịu uốn mặt phẳng, kéo nén mặt phẳng Là tổng hợp hai phần tử Membrane Plate 38 Chương MỘT SỐ KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG 3.1 CÁC MÔ HÌNH TÍNH TỐN 3.1.1 Tổng quan lựa chọn sơ đồ khảo sát mô Các phận chịu lực hệ kết cấu nhà cao tầng dựng bê tông cốt thép phần tử phẳng Các phần tử liên kết với tạo thành hệ kết cấu không gian để chịu tải trọng theo phương đứng phương ngang tác động lên cơng trình Việc lựa chọn sơ đồ kết cấu phải tiến hành từ giai đoạn thiết kế kiến trúc dựa đặc điểm hệ kết cấu chịu lực yêu cầu điều kiện sử dụng không gian kiến trúc Đối với nhà cao tầng nay, việc phối hợp chức làm việc khác cho nhà cao tầng văn phòng làm việc, khu thương mại, nhà để xe bên kết hợp với hộ bên trở nên phổ biến Các không gian bên ln địi hỏi khơng gian lớn, đó hộ cần không gian hẹp Điều dẫn đến xuất dầm chuyển Các dầm xem có hai đầu nút Việc lựa chọn phương pháp mô ảnh hưởng nó đến kết phân tích nhà cao tầng mục đích nghiên cứu Để khảo sát ảnh hưởng phương pháp mô đến làm việc hệ kết cấu, luận văn đưa sơ đồ kết cấu theo trường hợp mô khác để so sánh đây: Tải FULL (101 trang): bit.ly/2Ywib4t Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ a Phương pháp Mô (MP1): Mô liên kết dầm cột phần tử khơng kích thước, liên kết hai phần tử theo tim trục dầm, trục cột hình 3.1 bên dưới: 39 Khơng gian 3D Mặt Mặt đứng Hình 3.1 Liên kết dầm cột theo Mô MP1 b Phương pháp Mô (MP2): Mô liên kết dầm cột phần tử có kích thước, có kể đến dầm cột lệch tim trục hình 3.2 bên dưới: Khơng gian 3D Mặt Mặt đứng Hình 3.2 Liên kết dầm cột theo Mô MP2 c Phương pháp Mô (MP3): Mô liên kết dầm cột ,trong đó cột phần tử hai đầu nút, dầm phần tử vách hình 3.3 bên Mô thường sử dụng cho dầm có chiều cao lớn, thường gặp dạng dầm chuyển 40 Không gian 3D Mặt Mặt đứng Hình 3.3 Liên kết dầm cột theo Mơ MP3 3.1.2 Các trường hợp tính tốn Luận văn tiến hành tính tốn phân tích theo mơ cho cơng trình cụ thể, từ đó đưa nhận xét đánh giá ảnh hưởng mơ khác lên kết phân tích xét mặt chuyển vị, dao động nội lực Cơ sở để lựa chọn kiểu phân tích cơng trình phân tích tính tốn: - Các kiểu chọn để phân tích dựa khả mơ hình hóa kết cấu thực chương trình Etabs tính thực tiễn việc áp dụng mơ hình đó - Chiều cao cơng trình: lựa chọn cơng trình có chiều cao đặc trưng khác để khảo sát ảnh hưởng mơ hình theo chiều cao - Dạng kết cấu cơng trình: chọn dạng kết cấu chịu lực thông thường hay sử dụng thực tế để đánh giá - Vị trí đặt tầng cứng: chọn theo cơng sử dụng cơng trình thực tế, thường đặt tầng từ tầng đến tầng Kịch tính tốn cho trường hợp sau: - TH1: Tính tốn cho cơng trình giả định cao tầng, dầm chuyển đặt tầng theo mô MP1, MP2 MP3 So sánh đánh giá kết tính tốn - TH2: Tính tốn cho cơng trình giả định cao 15 tầng dầm chuyển đặt tầng theo mô MP1, MP2 MP3 So sánh đánh giá kết tính tốn - TH3: Tính tốn cho cơng trình thực tế cao 37 tầng dầm chuyển đặt tầng theo mô MP2 MP3 So sánh đánh giá kết tính tốn bb7d29ca ... kết hệ chịu lực nhà cao tầng phân tích ảnh hưởng phương pháp mơ Kết luận kiến nghị Chương TỔNG QUAN VÀ CÁC HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC NHÀ CAO TẦNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ CAO TẦNG 1.1.1 Khái niệm nhà cao. .. theo phương thẳng đứng - Phân loại theo chiều cao nhà Ủy ban nhà cao tầng Quốc tế: Nhà cao tầng loại I: 09 - 16 tầng (cao 50m); Nhà cao tầng loại II: 17 - 25 tầng (cao 50m-75m); Nhà cao tầng. .. hưởng đến kết phân tích Chương trình bày giả thiết, sơ đồ phương pháp tính tốn nhà cao tầng yếu tố ảnh hưởng đến kết phân tích Chương 3: Một số kết phân tích ảnh hưởng phương pháp mơ Chương trình