IV. Cơng trỡnh cú tầm quan trọng thứ yếu ủối với sự an toăn sinh mạng con người, khơng
NGUYEĐN TAĨC THIấT Kấ VÀ MOĐ HèNH TÍNH TỐN KấT CÂU NHÀ CAO TAĂNG BEĐTOĐNG CễT THẫP TOÀN KHễ
CÂU NHÀ CAO TAĂNG BEĐTOĐNG CễT THẫP TỒN KHễI 3.1. Quy trỡnh thiờt kờ
- Chún giại phỏp kiờn trỳc - Chún vt liu
- Chún hỡnh dỏng nhà theo maịt baỉng và theo phương đứng - Chún giại phỏp h kờt cõu chịu lực
- Bụ trớ khe co giĩn, khe lỳn và khe khỏng chõn - Tớnh toỏn kờt cõu.
3.2. Caực nguyeđn taĩc cơ bạn trong thiờt kờ 3.2.1. Lựa chún h kờt cõu (giại phỏp kiờn trỳc)
Neđn chún giại phỏp kờt cõu và cõu tỏo kiờn trỳc sao cho cỏc giỏ trị tại trúng (tại trúng bạn thađn, tại trúng sử dỳng, tại trúng giú và tại trúng đng đõt) là nhỏ nhõt và tụt nhõt là giạm theo chieău cao cụa cođng trỡnh.
3.2.1.1 . Lựa chún h kờt cõu theo chieău cao nhà
Vic chún h kờt cõu hợp lý phỳ thuc vào chieău cao, cỏc đieău kin địa chõt thuỷ vn, bạn đoă phađn vựng đng đõt.
Cú theơ chún h kờt cõu hợp ly ựtheo chieău cao nhà như hướng dăn sau (tham khạo):
- dưới 20 taăng: kờt cãu khung - 20 - 36 taăng: vỏch cứng
- 37 – 49 taăng: khung + vỏch cứng - 50 – 59 taăng: khung + loừi
- 60 – 70 taăng: loừi trong loừi.
Đeơ đạm bạo đ cứng, hỏn chờ chuyeơn vị ngang, tng oơn định toơng theơ, caăn hỏn chờ chieău cao và đ mạnh (tư l chieău cao / chieău rng cođng trỡnh) theo bạng 3.1.
Bạng 3.1. Chieău cao tụi đa H (m) và tỷ sụ tụi đa H/B
Trường hợp cú đng đõt cõp H kờt cõu Trường hợp khođng cú đng đõt 6 và 7 8 9 Nhaứ khung chịu lực Max H (m) Max H/B 60 5 55-60 5 45 4 25 2 Nhà vỏch và khung õng Max H Max H/B 130 5 120 -130 5 100 4 50 3 Nhà vỏch Max H 140 120 -140 120 60
Kờt cõu nhà cao taăng Max H/B 5 6 5 4 Nhà ụng và nhà ụng trong õng Max H Max H/B 180 6 150 -180 6 120 5 70 4
3.2.1.2 Bụ trớ maịt baỉng kờt cõu
Mụi quan h giữa giại phỏp kiờn trỳc và kờt cõu nhà phại được xem xột mt cỏch khoa húc tređn cơ sở so sỏnh cỏc phương ỏn, theo cỏc quy phỏm và chư dăn kỹ thut.
Sơ đoă maịt baỉng nhà phại đơn giạn, gún, cú ớt nhõt mt trỳc đụi xứng và cú đ cứng chụng xoaĩn lớn.
− Đơn giạn: cỏc dỏng maịt baỉng đụi xứng (vuođng, chữ nht, trũn) được ưu tieđn sử dỳng. Những nhà cú “cỏnh” (dỏng L, T, U,…) thường bị hư hỏng, sỳp đoơ khi gaịp đng đõt mỏnh. Trong trường hợp này caăn bụ trớ cỏc khe khỏng chõn đeơ tỏch rời phaăn cỏnh ra khođng bị va đp nhau.
− Gún: trỏnh dựng cỏc maịt baỉng trại dài hoaịc cú cỏnh mỏng vỡ phại chịu tại trúng ngang phức tỏp do sự lch pha dao đng. Đụi với lối nhaứ naứy caăn phại bụ trớ khe khỏng chõn;
− Cú đ cứng chụng xoaĩn lớn: đeơ trỏnh biờn dỏng xoaĩn, tađm cứng cụa nhà phại trựng với trúng tađm hỡnh húc cụa nhà và naỉm tređn đường tỏc dỳng cụa hợp lực tại trúng ngang. Đieău kin này được thỏa mĩn khi cođng trỡnh được thiờt kờ đụi xứng trong bụ cỳc maịt baỉng lăn h kờt cõu chịu tại ngang. Khi tađm cứng khođng trựng với trúng tađm, sẽ sinh ra biờn dỏng xoaĩn.
− Theo TCXD -198: 1997, đụi với nhà cú maịt baỉng chữ nht, tỷ sụ chieău dài (L) và chieău rng (B) phại thỏa:
L/B ≤ 6, với cođng trỡnh cú cõp phũng chụng đng đõt ≤ 7; L/B ≤ 5, với cođng trỡnh cú cõp phũng chụng đng đõt 8 và 9.
Trong nhà nhieău taăng, thường cú taăng haăm neđn vic bụ trớ cỏc khe biờn dỏng –nhõt là khe lỳn gađy nhieău phức tỏp cho kỹ thut chụng thõm. Giữa khụi nhà cao taăng và thõp taăng cú theơ khođng bụ trớ khe lỳn mà chư cú khe co giĩn từ maịt múng trở leđn mt khi đĩ ỏp dỳng cỏc bin phỏp sau:
− Sử dỳng cúc chụng vào taăng đỏ, hoaịc taăng cui sỏi với đ sađu thớch hợp đoăng thời chứng minh được sự cheđnh lỳn naỉm trong phỏm vi cho pheựp;
− Tiờn hành thi cođng phaăn cao trước, phaăn thõp taăng sau.
Khi gaịp những maịt baỉng kiờn trỳc phức tỏp, cú sự cheđnh taăng thỡ neđn phađn chia thành những khụi nhỏ, kờt hợp với vic bụ trớ cỏc khe nhit, khe lỳn, hoaịc khe khỏng chõn (bạng 3.2), và thường kờt hợp cỏc lối khe biờn dỏng làm mt.
bạng 3.2. Caực giại phaựp phađn chia maịt baỉng
1. B L B L B K L Khe k ha ựn g c ha õn 2. B L B L B L B L B L 3. L C<B/4 B L C>B/4 B L C>B/4 B Dựng khe khỏng chõn K tỏch nhà thành cỏc đơn nguyeđn nhỏ, đc lp và đụi xứng
Khe khỏng chõn phại được bụ trớ suụt chieău cao cođng trỡnh và cú theơ khođng kộo tới múng. Khe biờn dỏng cũn được xỏc định tređn cơ sở chuyeơn vị lớn nhõt ở taăng mỏi cođng trỡnh do cỏc toơ hợp tại trúng bõt lợi gađy ra:
Dmin = u1 + u2 + 20mm (u1, u2 – chuyeơn vị ngang lớn nhõt cụa 2 khụi keă nhau).
Cođng trỡnh naỉm trong vựng đng đõt thỡ beă rng khe lỳn, khe co giĩn phại lớn hơn beă rng tụi thieơu cụa khe khỏng chõn theo bạng 3.3.
Bạng 3.3. Beă rng tụi thieơu cụa khe khỏng chõn (mm)
Cõp đng đõt (theo MSK 64) H kờt cõu
6 7 8 9
Khung 4H + 10 5H - 5 7H -35 10H - 80
Kờt cõu nhà cao taăng
Vỏch - lừi 2,8H + 7 3,5 H -3 5H -25 7H - 55
(H – đ cao mỏi cụa đơn nguyeđn thõp hơn trong cỏc đơn nguyeđn keă nhau, tớnh baỉng mm)
.
3.2.1.2. Bõ trớ kờt cõu theo phương thẳng đứng
Theo phương đứng, nhà phại đơn điu và lieđn tỳc, cađn đụi
− Đơn điu và lieđn tỳc: hỡnh dỏng nhà nhieău taăng neđn lựa chún dỏng đeău hoaịc thay đoơi đeău, giạm daăn kớch thước leđn phớa tređn nhaỉm giạm hu quạ bõt lợi cụa tỏc đng đng đõt. Khi hỡnh dỏng nhà khođng lieđn tỳc, bieđn đ dao đng sẽ lớn ở mt sụ taăng. Lỳc này phại thiờt kờ cỏc vỏch cứng lớn tỏi cỏc vựng chuyeơn tiờp đeơ truyeăn tại trúng từ phaăn này sang phaăn khỏc cụa cođng trỡnh.
− Cađn đụi: khi cođng trỡnh cú tỷ sụ chieău cao tređn beă rng (H/B) lớn, khi chịu tại ngang sẽ cú chuyeơn vị ngang lớn. Lực dúc trong ct bieđn do tại ngang lớn dăn đờn lực nộn tỏc đng xuụng múng lớn.
− Khođng neđn đaịt cỏc tại trúng sử dỳng lớn leđn cỏc taăng cao Theo TCXD -198: 1997, tỷ sụ giới hỏn B/H như sau:
Lối kờt cõu Khođng khỏng chõn Khỏng chõn, cãp ≤ 7 Khỏng chõn, cãp 8 Khỏng chõn, cõp 9 Khung 5 5 4 2 Khung vaựch 5 5 4 3 Tường 6 6 5 4 Oõng 6 7 5 4
Tređn maịt caĩt thẳng đứng, cođng trỡnh được thiờt kờ đụi xứng (đụi xứng khụi lượng và đ cứng) theo chư dăn ở bạng sau.
N eđn c ho ùn H B H B N eđn tr aựn h H >B/4 B H >0.1B B
G ia ỷi p ha ựp kh aĩc p hu ùc H B H <0.1B B
3.2.2. Giại phỏp h kờt cõu chịu lực
Trong thiờt kờ và xađy dựng nhà nhieău taăng, vic chún lựa giại phỏp kờt cõu hợp lý phỳ thuc chieău cao cođng trỡnh.
Neđn chún h kờt cõu cú cỏc b phn kờt cõu rừ ràng, mỏch lỏc sao cho cỏc lối tại trúng truyeăn xuụng múng mt cỏch nhanh nhõt.
H kờt cõu chịu tại bao goăm cỏc b phn chớnh như khung, vỏch, lừi caăn được bụ trớ đụi xứng theo hai trỳc tređn maịt baỉng sao cho đ lch giữa tađmcứng và tađm khụi lượng là nhỏ nhõt. Trong trường hợp khođng bụ trớ đụi xứng được caăn cú giại phỏp chụng xoaĩn cho cođng trỡnh.
3.2.3. Bụ trớ khe nhit, khe lỳn và khe khỏng chõn
Nguyeđn taĩc bụ trớ cỏc khe co giĩn, khe lỳn và khe khỏng chõn là đieău chưnh kớch thước maịt baỉng. Dựng cỏc bin phỏp cõu tỏo và kỹ thut nhaỉm giạm tụi đa sụ lượng khe vỡ giạm sụ lượng khe là giạm tại trúng và sụ đieơm caăn xử lý phức tỏp;
Trong cỏc trường hợp sau đađy phại caĩt nhà và cođng trỡnh ra những phaăn rieđng bit (đơn nguyeđn) baỉng cỏc khe co giĩn, khỏng chõn:
- Nhà cú kớch thước maịt baỉng lớn (> 40m);
- Nhà và cođng trỡnh cú hỡnh dỏng maịt baỉng phức tỏp;
- Cỏc phaăn nụi giữa cỏc nhà cođng trỡnh cú đ cao cheđnh lch cao từ 5m trở leđn hoaịc moụt taăng
Cỏc khe khỏng chõn và co giĩn phại caĩt nhà theo tồn b chieău cao nhưng khođng nhõt thiờt đi qua múng (trừ khi trựng với khe lỳn);
Chieău rng tụi thieơu cụa khe khỏng chõn cú theơ xỏc định theo cođng thức:
mm20 20 V V
Dmin = 1+ 2 +
với V1, V2 –chuyeơn vị cực đỏi theo phương ngang cụa hai khụi kờt cõu keă nhau dưới tỏc dỳng cụa tại trúng đng ủãt.
3.2.4. Đ cứng và cường đ – lựa chún giại phỏp sơ đoă khung chịu lực
Neđn trỏnh sự thay đoơi đt ngt cụa sự phađn bụ đ cứng và cường đ theo chieău cao nhà. Nờu cođng trỡnh cú mt taăng meăm, cỏc biờn dỏng lớn cú khuynh hướng tp trung ở taăng đú và d gađy ra sỳp đoơ tồn b cođng trỡnh. Trường hợp này thường gaịp ở cỏc nhà được thiờ kờ với hai chức nng: taăng trt –h khung (đạm bạo cú maịt baỉng thoỏng, phỳc vỳ cho khođng gian lớn); cỏc taăng tređn –h vỏch cứng. Đeơ khaĩc phỳc, tng đ cứng taăng meăm baỉng cỏch tng tiờt din ct hoaịc bụ trớ cỏc vỏch cứng ở l cửa;
Kờt cõu nhà cao taăng
Khođng neđn thiẽt kẽ khung thođng taăng và khung cú nhịp khỏc nhau. Nờu trong cựng mt taăng, vừa cú ct ngaĩn và ct dài, lực caĩt sẽ tp trung ở ct ngaĩn nhieău hơn (do đ cứng lớn hơn). Đieău này cũng sẽ xạy ra tương tự như đụi với daăm ngaĩn. Nờu phại thiờt kờ cỏc nhịp khỏc nhau, neđn chún đ cứng giữa cỏc nhịp daăm tương ứng với khaơu đ cụa chuựng.
H.3.1 L1 L2 L3 L1 L2 L3 L1 L2 L3
Khi thiẽt kờ nhà khung, neđn chún kờt cõu khung đụi xứng và cú đ sieđu túnh cao. Nờu là khung nhieău nhịp neđn chún chieău dài nhịp gaăn baỉng nhau. Khođng neđn thiờt kờ khung cú nhịp quỏ khỏc nhau. Nờu phại thiờt kờ nhịp khỏc nhau neđn chún đ cứng giữa cỏc nhịp tỷ l với khaơu đ cụa chỳng.
h.3.2 L1 L2 L3 L1 L2 L3 L1 L2 L3
Neđn chún sơ đoă khung sao cho tại trúng được truyeăn trực tiờp và nhanh nhõt xuụng múng, trỏnh sử dỳng sơ đoă khung hăng ct ở taăng dưới. Nờu baĩt buc phại hăng như vy, phại cú giại phỏp cõu tỏo đeơ đạm bạo nhn và truyeăn tại trúng từ ct taăng tređn mt cỏch an tồn
Khung beđ tođng cụt thộp nhà nhieău taăng , nờu cú xađy chốn gỏch, trước hờt phại chốn ở cỏc taăng dưới. Trong trường hợp phại xađy chốn cỏc taăng tređn mà taăng dưới khođng được xađy chốn thỡ phại cõu tỏo taăng dưới sao cho cú đ cứng lớn hơn;
H.3.4 L1 L2 L3 L1 L2 L3
Neđn traựnh thiẽt kẽ console (keơ cạ console daăm vaứ saứn). Trong trường hợp caăn cú console phại hỏn chờ đ vươn đờn mức tụi thieơu và tớnh toỏn kieơm tra với tại trúng đng đõt thẳng đứng.
Tư l đ cứng daăm và ct
Khi thiờt kờ khung, neđn chún tỷ l đ cứng daăm – ct và giữa cỏc đốn daăm với nhau sao cho khi phỏ hối, cỏc khớp dẹo sẽ hỡnh thành trong cỏc daăm sớm hơn trong ct (ct khỏe –daăm yờu). Bởi vỡ:
Ct bị phỏ hối nghúa là tồn b cođng trỡnh sỳp đoơ trong khi chưa huy đng hờt khạ nng chịu tại cụa cỏc b phn khỏc. Maịt khỏc, trong kờt cõu cú ct yờu, biờn dỏng dẹo sẽ tp trung tỏi mt taăng nào đú. Do vy, caăn phại cú mt h sụ đ dẹo tương đụi lớn. Cỏc khớp dẹo sẽ hỡnh thành trong cỏc daăm sớm hơn trong ct – đieău này sẽ đỏt được nờu toơng mođ-ment cho phộp cụa cỏc ct qui tỳ tỏi mi nỳt khung lớn hơn toơng cỏc mođ- men cho phộp cụa cỏc daăm tỏi nỳt đú.
H.3.5 L1 L2 L3 L1 L2 L3
Kờt cõu nhà cao taăng
Khi thiờt kờ cỏc cođng trỡnh sử dỳng vỏch và lừi cứng làm kờt cõu chịu tại trúng ngang, phại bõ trớ ớt nhõt 3 vỏch cứng trong cựng mt đơn nguyeđn. Trỳc cụa ba vaựch này khođng được gaịp nhau tỏi mt đieơm.
Neđn thiờt kờ cỏc vỏch giụng nhau veă đ cứng (và cạ veă kớch thước hỡnh húc) và bụ trớ sao cho tađm cứng cụa h trựng với tađm khụi lượng cụa chỳng
Đ cứng cụa cỏc vỏch chiờm phaăn lớn tỷ trúng đ cứng cụa tồn nhà. Vỡ vy, cỏc vỏch neđn cú chieău cao chỏy suụt từ múng leđn mỏi và cú đ cứng khođng đoơi tređn tồn b chieău cao cụa noự.
3.3. Caực giạ thiờt tớnh toỏn
Mi giạ thiờt thường chư phự hợp với mt mođ hỡnh tớnh toỏn nào đú mà khođng phự hợp chung cho múi mođ hỡnh. Sau đađy là mt sụ giạ thiờt thường được sử dỳng:
Giạ thiẽt 1. Toaứ nhaứ laứm vic như mt thanh consol cú đ cứng tương đương với đ
cứng toơng theơ cụa tồn kờt cõu. Giạ thiờt này đơn giạn nhưng khođng phạn ỏnh đỳng thực tờ chịu lực cụa cạ h và chư được dựng cho vic xỏc định cỏc đaịc trưng đng lực húc cụa cođng trỡnh. Theo giạ thiờt này, mođ hỡnh tớnh toỏn được xađy dựng là mt h hữu hỏn bc tự do, cú khụi lượng tp trung đaịt tỏi cao trỡnh cỏc taăng. Với mt h như vy, ỏp dỳng kờt quạ cụa bài toỏn dao đng, sẽ tỡm được cỏc dỏng dao đng, taăn sụ dao đng ở moời dỏng.
Giạ thiẽt 2. Sàn cú đ cứng tuyt đụi trong maịt phẳng cụa nú và bỏ qua thành phaăn
chuyeơn vị thẳng đứng cụa cỏc ct. Giạ thiờt này cho phộp giạm sụ aơn sụ cụa bài toỏn mt cỏch đỏng keơ. Khi dựng mođ hỡnh 3 chieău, tỏi mi cao trỡnh sàn sẽ chư cũn 3 bc tự do (chuyeơn vị ngang theo hai phương vuođng gúc ux, uy và chuyeơn vị xoay quanh trỳc thẳng đứng θz); như vy sẽ chư cũn lỏi 3n dỏng dao đng chớnh (n – sụ taăng nhà). Giạ thiờt sàn cứng tuyt đụi phự hợp nhõt với cođng trỡnh nhà cú h sàn – daăm, kờt cõu lieăn khõi.
3.4. Cỏc mođ hỡnh tớnh toỏn gaăn đỳng
Theo cỏc giạ thiờt cụa phương phỏp gaăn đỳng, kờt cõu cú theơ được tớnh toỏn với cỏc sơ đoă sau:
- Sơ đoă tớnh hai chieău: cođng trỡnh được mođ hỡnh hoỏ dưới dỏng mt khung phẳng (là
kờt cõu cú tõt cạ cỏc trỳc thanh naỉm trong cựng mt maịt phẳng, đoăng thời cỏc tại trúng tỏc dỳng trong maịt phẳng đú). Theo giạ thiờt này, mi h kờt cõu chư tiờp thu mt phaăn tại trúng ngang thođng qua cỏc thanh giaỉng cú lieđn kờt khớp hai đaău (h.3.7). Lx Lx Lx Lx Lx Lx Lx L y L y L y DAĂM CT VÁCH - - NỬA KHUNG TRÚC
1,2& 7,8 NỬA KHUNG VÁCH TRÚC 3,4& 5,6
VÁCH 01 02 03 25 24 23
H.3.7. a) Maịt baỉng kẽt cõu; b) Mođ hỡnh kờt cõu phẳng theo phương x.
Kờt cõu nhà cao taăng
Sơ đoă phẳng tređn đađy được dựng chụ yờu cho h kờt cõu khung – vỏch phẳng, cú maịt baỉng đơn giạn. Trong trường hợp vỏch hỡnh chữ L, H, T,… , thieđn veă an tồn văn cú theơ chư xột tới mt cỏnh cụa vỏch theo phương trựng với maịt phẳng cụa khung đang xột. Dựng sơ đoă phẳng giạm được đỏng keơ khụi lượng tớnh toaựn.
- Sơ đoă tớnh khođng gian: Mođ hỡnh goăm tõt cạ cỏc khung – vỏch khođng gian, chịu tỏc
đng bõt kỳ. Thường sử dỳng cho cỏc nhà cú maịt baỉng phức tỏp. Khụi lượng tớnh toỏn lớn, nhưng kờt quạ sẽ cho mt trỏng thỏi ni lực - biờn dỏng đaăy đụ cụa từng cõu kin trong tồn kờt cõu. Vỡ vy, sử dỳng mođ hỡnh khođng gian được tớnh toỏn với sự h trợ cụa mỏy tớnh và cỏc phaăn meăm mỏnh được lp tređn cơ sở phương phỏp phaăn tử hữu hỏn cú theơ được coi là “phương phỏp tớnh chớnh xỏc”.
3.5. Cỏc bước tớnh toỏn
Cn cứ vào giại phỏp kiờn trỳc và bụ trớ maịt baỉng cỏc kờt cõu chịu lực, vic tớnh toỏn