SĐ khung giằng, cả vách/giằng và khung cùng chịu tải trọng ngang 3.3 PHÂN PHỐI TẢI TRỌNG NGANG LÊN CÁC KẾT CẤU TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG Phân phối tải trọng ngang lên NNT sẽ phân theo sơ đồ
Trang 1TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG
Hà Nội, 04/2021
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI – KHOA CÔNG TRÌNH
BM XÂY DỰNG DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP
CHƯƠNG 3
Trang 23.1 Khái quát về tính toán kết cấu nhà nhiều tầng
3.2 Các mô hình tính toán sơ bộ kết cấu nhà
Trang 3Đặc điểm chính trong TKKC NNT:
-Tải trọng ngang là yếu tố quan trọng;
- Yêu cầu hạn chế chuyển vị ngang;
- Yêu cầu thiết kế chống động đất;
- Chú ý giảm nhẹ trọng lượng bản thân;
- Khả năng chịu lửa cao;
- Tuổi thọ cao.
3.1 KHÁI QUÁT VỀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU NNT
Trang 4Tính toán nội lực và chuyển vị:
- Dựa theo các phương pháp cổ điển của cơ học kết cấu
như phương pháp lực, phương pháp chuyển vị …
- Hoặc sử dụng các phần mềm máy tính được xây dựng
theo phương pháp phần tử hữu hạn.
3.1 KHÁI QUÁT VỀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU NNT
Trang 5Tính toán cấu kiện của NNT:
- Theo TTGH: TTGH1 liên quan tới yêu cầu về ổn định và
cường độ; TTGH2 liên quan tới chuyển vị, dao động,
độ võng và nứt.
- Tính toán động lực là điểm khác của tính toán kết cấu
NNT so với nhà thông thường.
- Tác dụng động của tải trọng được đặc trưng bởi chu kỳ
dao động của công trình.
3.1 KHÁI QUÁT VỀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU NNT
Trang 6- Sơ đồ tính toán: Thường đơn giản hóa để giảm nhẹ
việc tính toán nhưng vẫn phải phản ánh đúng sự làm việc thực tế của các cấu kiện.
- Phân loại: Có thể phân loại các sơ đồ tính toán nhà
nhiều tầng theo nhiều cách khác nhau Sau đây là một
số cách phân loại chủ yếu.
3.2 CÁC SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN KẾT CẤU NNT
Trang 7Có thể phân loại các sơ đồ tính toán NNT theo nhiều cách khác nhau:
• Theo tính chất làm việc không gian có:
- Sơ đồ tính toán một chiều
- Sơ đồ tính toán hai chiều.
- Sơ đồ tính toán ba chiều.
• Theo tính chất của ẩn số có:
- Sơ đồ tính toán rời rạc
- Sơ đồ tính toán rời rạc - liên tục
- Sơ đồ tính toán liên tục
3.2 CÁC SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN KẾT CẤU NNT
Trang 8a SĐ giằng: vách/giằng chịu toàn bộ TT ngang, khung chịu
tải trọng đứng
b SĐ khung giằng, cả vách/giằng và khung cùng chịu tải
trọng ngang
3.3 PHÂN PHỐI TẢI TRỌNG NGANG LÊN CÁC
KẾT CẤU TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG
Phân phối tải trọng ngang lên NNT sẽ phân theo sơ đồ làm việc của chúng, có 2 sơ đồ làm việc cơ bản sau:
Trang 93.3 PHÂN PHỐI TẢI TRỌNG NGANG LÊN CÁC
KẾT CẤU TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG
- Hệ kết cấu trong thực tế luôn làm việc không gian, tuy nhiên trong tính toán có thể quy về phẳng nếu tiến hành được việc phân phối tải trọng ngang theo độ cứng tương đối của các cấu kiện chịu tải;
- Khi phân phối tải trọng ngang giả thiết sàn là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của chúng-để biến dạng ngang tại các mức sàn là như nhau;
- Để phân phối tải trọng ngang cần phải xác định trước hai khái niệm: độ cứng tương đối theo tầng và độ cứng tổng thể.
Trang 103.3 PHÂN PHỐI TẢI TRỌNG NGANG LÊN CÁC
KẾT CẤU TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG
Độ cứng tương đối theo tầng (giữa hai tầng kế tiếp nhau j,
k) của một cấu kiện thẳng đứng chịu tải i là tỷ số giữa lực cắt tầng Tjki và chuyển vị ngang tương đối Djk, i= nki – nji.
Trang 113.3 PHÂN PHỐI TẢI TRỌNG NGANG LÊN CÁC
KẾT CẤU TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG
Độ cứng tổng thể của một cấu kiện thẳng đứng chịu tải i
được định nghĩa như là lực ngang cần thiết để gây ra ở đỉnh của cấu kiện đó (hoặc 0,8H) một chuyển vị ngang bằng đơn
vị, nghĩa là:
i
i i
T R
NNT có các vách cứng và lõi cứng có cùng chiều cao và cùng cách liên kết với bản sàn nên độ cứng mỗi cấu kiện tỷ lệ với
độ cứng chống uốn (EI) hoặc mô men quán tính I.
Do đó độ cứng chống uốn EI sẽ được coi như là độ cứng tổng thể của cấu kiện khi phân phấn tải trọng ngang của nhà có sơ
đồ giằng.
Trang 123.3 PHÂN PHỐI TẢI TRỌNG NGANG LÊN CÁC
KẾT CẤU TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG
- Theo sức bền vật liệu có thể xác định được trọng tâm (Gi), tâm cứng (Ai), hệ trục quán tính chính (Gixy) Giả thiết lực cắt không gây ra biến dạng trượt trong các cột tường để biến dạng của cột-vách tại các mức sàn là đồng điệu.
- Tổng quát, lực ngang T(z) sẽ gây cho công trình hai thành phần chuyển vị ngang Vx và Vy và một chuyển vị xoay q ở cao trình z.
Tâm cứng của công trình: là điểm mà hợp lực của tải trọng
ngang đi qua đó chỉ gây cho công trình các chuyển vị thẳng, còn chuyển vị xoay bằng không.
Trang 13Phân tải cho nhà có các vách cứng đặc:
- Mỗi vách có độ cứng trong mặt phẳng EI x và EI y
3.3 PHÂN PHỐI TẢI TRỌNG NGANG LÊN CÁC
KẾT CẤU TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG
Trang 14- Xác định vị trí tâm cứng:
- Nếu Vị trí đặt các tải trọng ngoài vị trí tâm cứng, khi
chuyển về tâm cứng ta được lực ngang và mô men xoắn:
Ty và Mt = aTy (a là khoảng cách từ điểm đặt lực đến tâm cứng), từ đó xác định được các lực ngang phân phối lên các vách/ giằng:
3.3 PHÂN PHỐI TẢI TRỌNG NGANG LÊN CÁC
KẾT CẤU TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG
Trang 15Trong đó:
rxi : khoảng cách từ vách theo trục Y đến tâm cứng
ryi: khoảng cách từ vách theo trục X đến tâm cứng
EKt: Độ cứng chống xoắn của kết cấu giằng bằng tổng của các bình phương khoảng cách của vách tới tâm cứng nhân với độ cứng của vách
3.3 PHÂN PHỐI TẢI TRỌNG NGANG LÊN CÁC
KẾT CẤU TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG
Trang 16- Nhà có sơ đồ khung giằng: là loại kết hợp chịu tải trọng
ngang của KC giằng và KC khung Do có sự làm việc khôngđồng điệu của hai kết cấu mà giữa chúng có sự tương tác
Sự TT này làm tăng độ cứng của ngôi nhà theo phươngngang, giảm chuyển vị ngang, giảm mô men uốn trongtường, giảm lực cắt vào khung
- KC khung - giằng/vách vừa làm việc chịu uốn vừa chịu cắt
Phần chịu uốn là đặc trưng của vách, phần chịu cắt là đặctrưng của KC khung
- Độ cứng chống uốn của vách là EI
- Độ cứng chống cắt của khung là GA/k
3.3 PHÂN PHỐI TẢI TRỌNG NGANG LÊN CÁC
KẾT CẤU TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG
Trang 17Nhà có sơ đồ khung giằng: Có biến dạng không
đồng điệu, có 2 quan niệm phân phối tải trọng ngang cho loại nhà này:
- Cách 1: Thay khung bằng một vách cứng đặc
tương đương, sau đó tính như phân trước;
- Cách 2: Xem khung như một thanh công xon
chịu cắt-độ cứng chống uốn của khung vô cùng lớn.
3.3 PHÂN PHỐI TẢI TRỌNG NGANG LÊN CÁC
KẾT CẤU TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG
Trang 18Nhà có sơ đồ khung chịu lực: việc phân phối tải
trọng ngang được thực hiện ở tại cao trình mỗi tầng.
- Tâm cứng được xác định như phần trước-nhà
sơ đồ giằng (TH các vách cứng đặc);
- Trị số tải trọng ngang tác động lên khung cứng
thứ i tại mức sàn được xác định theo công thức phần nhà sơ đồ khung giảng có vách cứng đặc, nhưng thay độ cứng chống uốn EIi bằng độ cứng tương đương theo tầng Rjk,i.
3.3 PHÂN PHỐI TẢI TRỌNG NGANG LÊN CÁC
KẾT CẤU TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG
Trang 19Bố trí trên mặt bằng cần gọn gàng, có dạng đa giác lồi, cân đối, đối xứng, hạn chế mặt bằng có góc lõm hoặc có cánh mảnh.
Giới hạn kích thước MB nhà:
3.4 CÁC YÊU CẦU CẤU TẠO
Cấp động đất
VIII,IX ≤ 5 ≤ 4 ≤ 1,5
Trang 203.4 CÁC YÊU CẦU CẤU TẠO
Trang 223.4 CÁC YÊU CẦU CẤU TẠO
Trang 23Chọn MB nhà nên đc TK sao cho AL gió tương đối nhỏ, xem xét ảnh hưởng của công trình lân cận
TK MB chú ý đến giảm thiểu hiệu ứng xoắn khi chịu tác dụng động TSDĐ xoắn ≥ 1.1 f1.
Điều chỉnh hình dạng MB, cấu tạo, tính toán và thi công hợp
lý => tránh đặt khe lún, khe co dãn và khe chống động đất.
Chú ý khoảng cách khe co dãn khi chưa tính toán tin cậy để hạn chế ảnh hưởng co ngót BT do nhiệt độ.
3.4 CÁC YÊU CẦU CẤU TẠO
Trang 24Khoảng cách các khe co dãn, khe chống ĐĐ:
3.4 CÁC YÊU CẦU CẤU TẠO
thi công
Khoảng cách lớn nhất
Khung
Khung – Vách cứng
Đổ tại chỗ 50 Lắp ghép 70
Khung 4H+10 5H-5 7H-35 10H-80 Khung – vách
cứng
3,5H+9 4,2H-4 6H-30 8,5H-68 Vách cứng 2,8H+7 3,5H-3 5H-25 7H-55
Trang 25Các trường hợp sau phải bố trí khe co giãn, kháng chấn:
- Nhà có kích thước MB lớn
- Hình dạng MB phức tạp
- Các phần nối giữa các nhà CT có độ cao chênh lệch >5m Các khe này phải cắt nhà theo toàn bộ độ cao, không nhất thiết cắt móng (trừ khi trùng khe lún)
Chiều rộng cần thiết khe kháng chấn:
Dmin = V1 + V2 + 20mm
3.4 CÁC YÊU CẦU CẤU TẠO
Trang 26- Hạn chế TK cột ngắn, dầm ngắn Vì cột ngắn dầm
ngắn dễ bị phá hoại cắt-phá hoại đột ngột;
- Bậc siêu tĩnh: nhà chịu thay đổi nhiệt độ hoặc lún
không đều thì số bậc siêu tĩnh nên thấp Nhưng ngược lại, khi chịu tải ngang số bậc siêu tĩnh phải cao để tránh CT không bị đổ khi có một bộ phận nào đó bị phá hoại trước;
- Cách thức phá hoại: Thiết kế theo nguyên lý “Cột
khỏe dầm yếu” – sao cho dầm phá loại trước, sau mới đến cột.
3.4 CÁC YÊU CẦU CẤU TẠO
Trang 27Vật liệu cho NNT cần phải:
- Có tỷ lệ giữa cường độ và trọng lượng càng lớn
càn tốt (giảm tải trọng gió động và động đất);
- Tính biến dạng cao: là một yêu cầu trong tiêu
chuẩn TK kháng chấn mới;
- Tính thoái biến thấp-tăng tuổi thọ công trình;
- Tính liền khối cao;
- Giá thành hợp lý.
3.4 CÁC YÊU CẦU CẤU TẠO
Trang 28Các nguyên tắc cơ bản cấu tạo KC chịu lực:
- KC phải có độ dẻo và khả năng phân tán NL lớn;
- Dầm phải bị biến dạng dẻo trước cột;
- Phá hoại uốn phải xảy ra trước phá hoại cắt;
- Các nút phải khỏe hơn các thanh (cột và dầm)
quy tụ vào nó
3.4 CÁC YÊU CẦU CẤU TẠO
Trang 29Cấu tạo dầm:
3.4 CÁC YÊU CẦU CẤU TẠO
Trang 30Cấu tạo
- Tiết diện cột nên chọn sao cho tỉ số giữa chiều cao thôngthuỷ của tầng và chiều cao tiết diện cột không lớn quá 25
- Chiều rộng tối thiểu của tiết diện dầm không chọn nhỏ hơn220mm và tối đa không lớn hơn chiều rộng cột cộng với 1,5lần chiều cao tiết diện
- Chiều cao tối thiểu của tiết diện dầm không nhỏ hơn 300mm
Tỉ số giữa chiều cao và chiều rộng của tiết diện không lớn hơn3
3.4 CÁC YÊU CẦU CẤU TẠO
Trang 31Cấu tạo
- Đường hàn nối cốt thép phải được tính toán kiểm tra với tảitrọng động Trong trường hợp không tính toán kiểm tra, có thểdùng nối buộc với chiều dài đoạn nối bằng 2 lần chiều dài neotối thiểu cho trường hợp không có động đất
3.4 CÁC YÊU CẦU CẤU TẠO
Trang 32Cấu tạo
của dầm) của dầm kể từ mép cột phải đặt các đai dày hơn khuvực giữa dầm Khoảng cách giữa các đai không lớn hơn giá trịtính toán theo yêu cầu chịu lực cắt nhưng đồng thời phải ≤
mọi trường hợp khoảng cách này cũng không vượt quá150mm
- Tại khu vực giữa dầm (ngoài phạm vi nói trên), khoảng cách
cốt thép dọc đồng thời không vượt quá 300mm
3.4 CÁC YÊU CẦU CẤU TẠO
Trang 33Cấu tạo
- Các nút khung, các nút liên kết các cột vách và dầm nối ở cácvách cứng hay lõi cứng là những vị trí tập trung nội lực lớn,nên ngoài việc bố trí các cốt thép chịu lực theo tính toán, cầnđặt thêm cốt đai gia cường Các cốt đai này cần đảm bảo sựliên kết của cột và dầm chống lại sự gia tăng lực cắt một cáchđột ngột tại nút và tăng cường sự bền vững của nút chống lạinhững nội lực xuất hiện trong tiết diện nghiêng mà trong tínhtoán thiết diện chưa định lượng được
3.4 CÁC YÊU CẦU CẤU TẠO
Trang 34Cấu tạo
- Độ lệch tâm trục dầm - trục cột tại nút khung được hạn chế
để đảm bảo truyền hiệu quả mô men có chu kỳ từ dầm khángchấn chính sang cột Khoảng cách giữa trục đi qua trọng tâm
- Bề rộng của dầm kháng chấn chính: bw min {bc + hw ; 2bc};
- Trong vùng tới hạn của dầm kháng chấn chính, cốt đai :đường kính không nhỏ hơn 6mm; Khoảng cách cốt đai khôngđược vượt quá s = min {hw/4; 24 dbw; 225; 8dbL}
dbw - đường kính cốt đai,
Cốt đai đầu tiên bố trí cách mép cột không quá 50mm
3.4 CÁC YÊU CẦU CẤU TẠO
Trang 36Cấu tạo
hơn 0,01 và không vượt quá 0,04 Trong các tiết diện ngangcần bố trí cốt thép đối xứng ( = ’).
- Phải bố trí ít nhất một thanh trung gian giữa các thanh thép
ở góc dọc theo cột để đảm bảo tính toàn diện của nút dầmcột
thép phù hợp Khi không có thông tin chính xác hơn, chiều dài
vùng tới hạn xác định theo công thức: lcr = max {h c ; l cl /6; 0,45}
của cột
3.4 CÁC YÊU CẦU CẤU TẠO
Trang 37s = min {b0/2; 175; 8dbL}
- Khoảng cách giữa hai thép dọc cạnh nhau, được cố định bằngcốt thép đai kín hoặc móc không được vượt quá 200mm
3.4 CÁC YÊU CẦU CẤU TẠO
Trang 38Cấu tạo
3.4 CÁC YÊU CẦU CẤU TẠO
Trang 39Cấu tạo
3.4 CÁC YÊU CẦU CẤU TẠO
Trang 40Cấu tạo
3.4 CÁC YÊU CẦU CẤU TẠO
