1- Trường hợp thay đổi cách mô hình hóa dầm chuyển
Xét 2 cách mô hình hóa dầm chuyển: Gán dầm chuyển như phần tử thanh và gán dầm chuyển như phần tử tấm
Bảng 3.13: Bảng kết quả chuyển vị ngang của nút 28 - Đơn vị: cm Tầng Không có dầm chuyển Vị trí của dầm chuyển Dầm chuyển ở tầng 1 có dạng Dầm chuyển ở tầng 2 có dạng Dầm chuyển ở tầng 3 có dạng Phần tử thanh Phần tử tấm Phần tử thanh Phần tử tấm Phần tử thanh Phần tử tấm Mặt đất 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 Tầng 1 0.004 0.061 0.057 0.172 0.183 0.247 0.252 Tầng 2 0.026 0.112 0.105 0.385 0.403 0.659 0.681 Tầng 3 0.055 0.123 0.118 0.444 0.456 0.939 0.973 Tầng 4 0.080 0.145 0.143 0.448 0.462 0.993 1.019 Tầng 5 0.109 0.172 0.172 0.469 0.487 0.999 1.026 Tầng 6 0.137 0.201 0.201 0.494 0.513 1.022 1.052 Tầng 7 0.165 0.229 0.231 0.520 0.540 1.043 1.075 Tầng 8 0.193 0.258 0.260 0.545 0.567 1.067 1.100 Tầng 9 0.220 0.285 0.288 0.571 0.594 1.090 1.125 Tầng 10 0.247 0.312 0.316 0.595 0.619 1.112 1.149 Tầng 11 0.272 0.338 0.342 0.619 0.644 1.134 1.172 Tầng 12 0.296 0.362 0.368 0.641 0.668 1.155 1.194 Tầng 13 0.319 0.385 0.392 0.663 0.690 1.175 1.215 Tầng 14 0.341 0.407 0.415 0.683 0.711 1.194 1.235 Tầng 15 0.361 0.429 0.437 0.702 0.732 1.212 1.255
Hình 3.19: Chuyển vị ngang của công trình tại nút 28 trong trường hợp dầm chuyển ở tầng 1
Hình 3.20: Chuyển vị ngang của công trình tại nút 28 trong trường hợp dầm chuyển ở tầng 2
Hình 3.21: Chuyển vị ngang của công trình tại nút 28 trong trường hợp dầm chuyển ở tầng 3
Bảng 3.14: Bảng kết quả chu kỳ dao động riêng của công trình - Đơn vị: s Dạng dao
động riêng Vị trí dầm chuyển
Cách mô hình hóa dầm chuyển Phần tử thanh Phần tử tấm Thứ nhất Không có 0,62 Tầng 1 0,68 0,68 Tầng 2 0,93 0,94 Tầng 3 1,27 1,29 Thứ hai Không có 0,16 Tầng 1 0,22 0,21 Tầng 2 0,29 0,29 Tầng 3 0,30 0,30
Bảng 3.15: Bảng kết quả nội lực trong cột dọc theo điểm 28 - Đơn vị: Tm
Vị trí dầm chuyển Nội lực Cách mô hình hóa dầm chuyển Phần tử thanh Phần tử tấm Tầng 1 M 121,01 130,81 N 478,19 440,38 Tầng 2 M 129,85 90,76 N 489,25 445,85 Tầng 3 M 142,12 100,08 N 483,05 454,49 b) Nhận xét Căn cứ vào bảng 3.13, 3.14, 3.15 và hình vẽ 3.19, 3.20, 3.21 có các nhận xét như sau:
- Khi công trình có xuất hiện dầm chuyển, chuyển vị của công trình và tần số dao động có sự chênh lệch rất lớn so với khi hệ là thuần vách. Tỷ số
giữa chuyển vị đỉnh khi dầm chuyển đặt tại tầng 1 và hệ thuần vách là 1,5 lần, khi đặt tại tầng 2 thì tỷ số này là 2 và khi ở tầng 3 là 4. Nguyên nhân là do bậc siêu tĩnh cũng như độ cứng tổng thể bị giảm đi nhiều so với hệ thuần vách đặc biệt là khi dầm chuyển càng di chuyển lên cao thì càng giảm nhanh.
- So với trường hợp không có dầm chuyển, chuyển vị tương đối giữa các tầng tăng lên khi công trình có bố trí dầm chuyển. Chuyển vị tương đối giữa các tầng tăng lên nhanh khi dầm chuyển càng đặt ở trên cao. Khi không có dầm chuyển, chuyển vị tương đối giữa tầng 2 và tầng 1 (y) là 0,02(cm). Trường hợp xuất hiện dầm chuyển: dầm chuyển ở tầng 1 thì y = 0,05 (tăng 2,5 lần); dầm chuyển ở tầng 2 thì y = 0,25 (tăng 12,5 lần); dầm chuyển ở tầng 3 thìy = 0,41 (tăng 20,5 lần)
- Chuyển vị của các tầng bên dưới dầm chuyển giữa 2 phương án mô hình hóa dầm chuyển là gần như nhau. Giá trị chuyển vị của các tầng này tăng nhanh khi vị trí của dầm chuyển di chuyển dần lên trên. Độ chênh lệch chuyển vị giữa 2 phương án chỉ thay đổi đối với các tầng từ tầng chứa dầm chuyển trở lên. Mức độ chênh lệch dao động trong khoảng từ 0,05 đến 0,08(cm) và phương án mô hình hóa bằng phần tử thanh có chuyển vị lớn hơn.
- Xét về nội lực trong cột, lực dọc trong trường hợp mô hình hóa thành phần tử tấm sẽ tăng lên so với trường hợp phần tử thanh. Mômen lớn nhất trong cột cũng lớn hơn nhiều khi mô hình hóa là phần tử tấm.
Như vậy khi có dầm chuyển trong công trình thì chuyển vị đỉnh, chuyển vị tương đối giữa các tầng, tần số dao động sẽ tăng lên nhiều so với trường hợp không có dầm chuyển. Việc mô hình hóa dầm chuyển bằng phần tử dạng tấm cũng có lợi hơn so với phần tử dạng thanh
2- Trường hợp thay đổi cách liên kết dầm chuyển với cột
Xét 2 trường hợp: Dầm chuyển liên kết ngàm và liên kết khớp với cột
Bảng 3.16: Bảng kết quả chuyển vị ngang của nút 28 - Đơn vị: cm Tầng Vị trí của dầm chuyển Dầm chuyển ở tầng 1 có liên kết Dầm chuyển ở tầng 2 có liên kết Dầm chuyển ở tầng 3 có liên kết Ngàm Khớp Ngàm Khớp Ngàm Khớp Mặt đất 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 Tầng 1 0.061 0.061 0.172 0.172 0.247 0.247 Tầng 2 0.112 0.112 0.385 0.385 0.659 0.662 Tầng 3 0.123 0.123 0.444 0.445 0.939 0.947 Tầng 4 0.145 0.146 0.448 0.449 0.993 1.000 Tầng 5 0.172 0.173 0.469 0.470 0.999 1.007 Tầng 6 0.201 0.201 0.494 0.494 1.022 1.029 Tầng 7 0.229 0.230 0.520 0.520 1.043 1.050 Tầng 8 0.258 0.258 0.545 0.546 1.067 1.074 Tầng 9 0.285 0.285 0.571 0.571 1.090 1.097 Tầng 10 0.312 0.312 0.595 0.596 1.112 1.120 Tầng 11 0.338 0.338 0.619 0.620 1.134 1.142 Tầng 12 0.362 0.362 0.641 0.642 1.155 1.162 Tầng 13 0.385 0.385 0.663 0.663 1.175 1.182 Tầng 14 0.407 0.408 0.683 0.683 1.194 1.201 Tầng 15 0.429 0.429 0.702 0.703 1.212 1.219
Hình 3.22: Chuyển vị ngang của công trình tại nút 28 trong trường hợp dầm chuyển ở tầng 1
Hình 3.23: Chuyển vị ngang của công trình tại nút 28 trong trường hợp dầm chuyển ở tầng 2
Hình 3.24: Chuyển vị ngang của công trình tại nút 28 trong trường hợp dầm chuyển ở tầng 3
Bảng 3.17: Bảng kết quả nội lực trong cột dọc theo điểm 28 - Đơn vị: Tm
Vị trí dầm chuyển Nội lực Cách liên kết dầm chuyển với cột
Ngàm Khớp Tầng 1 M 121,01 120,71 N 478,19 478,20 Tầng 2 M 129,85 129,28 N 489,25 489,29 Tầng 3 M 142,12 136,97 N 483,05 482,91
Bảng 3.18: Bảng kết quả chu kỳ dao động riêng của công trình - Đơn vị: s Dạng dao
động riêng Vị trí dầm chuyển
Cách mô hình hóa dầm chuyển Phần tử thanh Phần tử tấm Thứ nhất Không có 0,62 Tầng 1 0,68 0,68 Tầng 2 0,93 0,93 Tầng 3 1,27 1,28 Thứ hai Không có 0,16 Tầng 1 0,22 0,22 Tầng 2 0,29 0,29 Tầng 3 0,30 0,30 b) Nhận xét Căn cứ vào bảng 3.16, 3.17, 3.18 và các hình vẽ 3.20, 3.21, 3.22 có các nhận xét như sau:
- Đối với trường hợp dầm chuyển đỡ vách, cách thức liên kết giữa dầm chuyển với cột không ảnh hưởng nhiều đến chuyển vị, nội lực lớn nhất trong cột cũng như chu kỳ dao động của công trình
Kết luận và kiến nghị (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết luận
1. Để đáp ứng nhu cầu về không gian sử dụng của công trình, việc bố trí dầm chuyển đã gây ra những ảnh hưởng lớn đến sự làm việc của công trình, cụ thể như sau:
- Chuyển vị đỉnh của công trình khi có dầm chuyển đã thay đổi nhiều đặc biệt là khi vị trí đặt của dầm chuyển càng lên cao. Đối với trường hợp dầm đỡ hệ khung, khi dầm đặt tại tầng 1, chuyển vị tăng lên khoảng 5%, tầng 2 là 8,5% và tầng 3 là 18,5%. Trường hợp dầm đỡ hệ vách, khi dầm đặt tại tầng 1, chuyển vị tăng lên gấp khoảng 1,5 lần, tầng 2 là khoảng 3 lần và tầng 3 là xấp xỉ 4 lần so với trường hợp không có dầm chuyển. Riêng trường hợp dầm đỡ cột kết hợp vách chạy suốt, chuyển vị đỉnh lại giảm khoảng 5 đến 10%, lúc này dầm chuyển đóng vai trò giống như tầng cứng.
- Chuyển vị ngang tương đối giữa các tầng tăng lên khi có sự xuất hiện dầm chuyển đặc biệt đối với các tầng phía bên dưới của dầm chuyển và khi vị trí của dầm di chuyển lên trên thì mức độ chênh lệch càng lớn. Xét chuyển vị ngang tương đối giữa tầng 2 và tầng 1:
+) Đối với trường hợp dầm đỡ hệ khung, khi dầm đặt tại tầng 1, chuyển vị tương đối tăng lên 1,11 lần, tầng 2 là 1,5 lần và tầng 3 là 2 lần;
+) Đối với trường hợp dầm đỡ hệ cột kết hợp vách chạy suốt, khi dầm đặt tại tầng 1, chuyển vị tương đối tăng lên khoảng 1,01 lần, tầng 2 là 1,01 lần và tầng 3 là 1,48 lần;
+) Đối với trường hợp dầm đỡ hệ vách, khi dầm đặt tại tầng 1, chuyển vị tương đối tăng lên khoảng 2,5 lần, tầng 2 là 12,5 lần và tầng 3 là 20,5 lần
- Nội lực lớn nhất trong các cột cũng tăng lên đáng kể. Lực dọc tăng lên so với khi không có dầm chuyển từ 1,5 đến 2 lần. Mômen lớn nhất trong cột cũng tăng lên từ 4 đến 9 lần đặc biệt là tại vị trí liên kết với dầm chuyển.
- Dao động của công trình khi có dầm chuyển cũng tăng lên so với khi không có dầm chuyển ít nhất là 2% và tăng dần khi vị trí của dầm di chuyển lên cao. Dao động bị ảnh hưởng nhiều nhất là đối với trường hợp dầm chuyển đỡ hệ vách và ảnh hưởng ít đối với trường hợp dầm chuyển đỡ cột kết hợp vách chạy suốt.
2. Cách thức mô hình hóa dầm chuyển trong phần mềm tính toán là rất quan trọng. Với trạng thái làm việc của dầm đã phân tích trong chương 1 và kết quả tính toán tác giả kiến nghị sử dụng mô hình phần tử tấm cho dầm chuyển.
3. Do mômen trong cột tại vị trí tiếp giáp với dầm chuyển là rất lớn nên để giảm được mômen này có thể thay đổi cách thức liên kết của dầm với cột. Theo kết quả nghiên cứu việc thay đổi này có hiệu quả đối với trường hợp dầm chuyển đỡ cột và dầm đỡ cột kết hợp với vách chạy suốt. Mômen lớn nhất trong cột khi liên kết là khớp sẽ giảm được khoảng 2 lần so với liên kết là ngàm. Mặc dù vậy, với liên kết là khớp chuyển vị và chu kỳ dao động lại tăng lên so với khi liên kết là ngàm. Chuyển vị sẽ tăng từ 2,5% đến 4% đối với trường hợp dầm chuyển đỡ cột và từ 0,5% đến 1% đối với dầm đỡ cột kết hợp vách chạy suốt. Chu kỳ dao động của trường hợp liên kết khớp có tăng lên nhưng không đáng kể. Riêng đối với trường hợp dầm chuyển đỡ hệ vách, việc thay đổi liên kết giữa dầm chuyển và cột không có ảnh hưởng gì đến chuyển vị đỉnh, nội lực cũng như chu kỳ dao động của công trình.
4. Theo kết quả nghiên cứu, vị trí tối ưu cho dầm chuyển trong nhà cao tầng là được đặt tại tầng 2. Đây là vị trí có sự thay đổi chuyển vị, nội lực, chu kỳ dao động hợp lý so với khi không có dầm chuyển.
Kiến nghị
Nghiên cứu của luận văn mới chỉ đề cập đến ảnh hưởng của dầm chuyển tới sự làm việc của hệ kết cấu nhà cao tầng khi chịu các tải trọng tĩnh.
Sự làm việc của nhà cao tầng khi chịu các tải trọng động là một vấn đề phức tạp đặc biệt là khi có thêm dầm chuyển. Do đó cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của dầm chuyển đến sự làm việc của hệ kết cấu nhà cao tầng khi chịu các tải trọng động như thành phần động của tải gió hay tải trọng động đất.
Đồng thời trong luận văn mới chỉ xét ảnh hưởng trong một khung phẳng mà chưa xét đến sự làm việc khung không gian đối với hệ kết cấu nhà cao tầng này. Như vậy cần nghiên cứu thêm vấn đề này trong các đề tài tiếp theo.
Tài liệu tham khảo Tiếng Việt
[1]. Triệu Tây An và nhóm tác giả (1996), Hỏi đáp thiết kế và thi công kết cấu nhà cao tầng (tập 1),NXB Xây Dựng, Hà Nội, trang 25-34
[2]. Nguyễn Xuân Bảo, Nguyễn Năng Anh (1985), Phương pháp sai phân hữu hạn và ứng dụng giải các bài toán kết cấu, NXB Nông Nghiệp, Hà Nội [3]. GS.TSKH Võ Như Cầu (2005), Tính kết cấu theo phương pháp phần tử hữu hạn, NXB Xây Dựng, Hà Nội
[4]. Nguyễn Mạnh Cường (2004), Xây dựng quy trình thiết kế và thi công dầm truyền bê tông ứng lực trước căng sau trong nhà cao tầng, luận văn thạc sỹ kỹ thuật, trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, trang 20-37
[5]. Vũ Văn Đạt (2008), Hệ kết cấu khung đỡ vách trong nhà cao tầng, luận văn thạc sỹ kỹ thuật, trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, trang 8-19
[6]. PGS.TS Lê Thanh Huấn (2007), Kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép, NXB Xây Dựng, Hà Nội, trang 27 – 42
[7]. Nguyễn Bá Kế (chủ biên – 2009), Nguyễn Tiến Chương, Móng nhà cao tầng –Kinh nghiệm nước ngoài, NXB Xây Dựng, Hà Nội, trang 20-32 [8]. Nguyễn Đăng Khoa (2010), “Tính toán dầm chuyển bê tông cốt thép ứng lực trước trong nhà nhiều tầng”,luận văn thạc sỹ kỹ thuật, trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, trang 28-30
[9]. Bùi Trần Lê (1999), Tính toán dầm đỡ vách cứng trong nhà cao tầng,
luận văn thạc sỹ kỹ thuật, trường Đại học Xây Dựng Hà Nội, trang 7-22
[10]. Ngô Thế Phong, Lý Trần Cường, Trịnh Kim Đạm, Nguyễn Lê Ninh (2006), Kết cấu bê tông cốt thép (Phần kết cấu nhà cửa), NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, trang 197-226
[11]. W.Sullơ (1995), Kết cấu nhà cao tầng, NXB Xây Dựng, Hà Nội, trang 15, 128-133
[12]. Trần ích Thịnh, Ngô Như Khoa (2007), Phương pháp phần tử hữu hạn,
NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội
[13]. PGS.TS Nguyễn Viết Trung (2000), Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép hiện đại theo tiêu chuẩn ACI,NXB Giao thông vận tải, Hà Nội, trang 876-885 [14]. Nguyễn Hữu Việt (1999), “ảnh hưởng của độ cứng sàn đối với kết cấu khung nhà cao tầng”, luận văn thạc sỹ kỹ thuật, trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, trang 42-49 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[15]. Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam: TCVN 2737:1995, Tải trọng và tác động –Tiêu chuẩn thiết kế, NXB Xây Dựng, Hà Nội
[16]. Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam: TCVN 356:2005, Kết cấu bê tông và cốt thép –Tiêu chuẩn thiết kế, NXB Xây Dựng, Hà Nội
[17]. Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam: TCXD 198:1997, Kết cấu bê nhà cao tầng – Hướng dẫn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối, NXB Xây Dựng, Hà Nội
Tiếng Anh
[18]. Ove Arup & Partners (1984), The design of deep beams in reinforced concrete,Nhà xuất bản CIRIA, trang 37-38
[19]. Ong Jiun Dar (2007), Analysis and design of shear wall – Transfer beam structure,University Technology of Malaysia, trang 1-2
[20]. Professor F.K.Kong (2002),Reinforced concrete deep beams, published in the United State of America, New York 10003, trang 18-20