TỔNG HỢP CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN NHÀ CAO TẦNG

CHUYÊN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG

TÓM TẮT BÀI GIẢNG

Ngành: Xây dựng dân dụng và công nghiệp g y ï g ï g g g äp

Hệ đào tạo: Không chính quy

K T C U NHÀ CAO T NG

THỜI LƯỢNG: 20 TIẾT

1 KHOA XÂY DỰNG, TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

NGUY N H U ANH TU N

Bài 3: NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN THIẾT KẾ

−Mác Bêtông ≥ 300 (BTCT thường), ≥ 350 (BTCT ứng lực trước.)

−Dùng thép cường độ cao, có thể dùng thép hình trong kết cấu hỗn hợp thép−BTCT

-Trọng lượng kết cấu ảnh hưởng đến tải trọng động đất

2.Hình dạng công trình

a/Mặt bằng

−đơn giản, nên đối xứng, tránh dùng MB trải dài hoặc có các cánh mảnh

MB hình chữ nhật: thỏa L/B ≤ 6 (với cấp phòng chống động đất ≤

−MB hình chư nhật: thoa L/B ≤ 6 (vơi cap phong chong động đat ≤

Mặt bằng

3

Mặt bằng

4

Mặt bằng

5

Mặt bằng

6

b/Hình dạng theo

phương đứng

−đều hoặc thay đồi đều,

giảm kích thước dần lên

phía trên

−Theo chiều cao, không

nên thay đổi vị trí trọng y ị ï g

tâm và tâm cứng của

mặt bằng các tầng

- Tránh mở rộng ở tầngTranh mơ rộng ơ tang

trên hoặc nhô ra cục bộ

quá nhiều (nguy hiểm

khi động đất)

7

khi động đat)

c/Chiều cao nhà

3.Chọn hệ kết cấu chịu lực

đoi vơi nha cao

tầng, hệ chịu lực

bằng BTCT:

8

Yêu cầu không gian kiến trúc

Chọn hệ kết cấu chịu lực

Yeu cau khong gian kien truc

−Nhà ở (chung cư ), khách sạn không yêu cầu không gian lớn → tường

(vách) cứng chịu lực.

−Nhà có chức năng hành chính và công cộng (văn phòng, dịch vu …) cần Nha co chưc nang hanh chính va cong cộng (van phong, dịch vụ …) can

không gian linh hoạt, các phòng lớn không có vách ngăn → cấu khung;

khung kết hợp vách cứng, lõi cứng.

MB ù hì h d i h

9

Mặt bằng chạy dài → khung, khung+vách MBcó hình dạng giao nhau→ khung + lõi cứng

4 Bố trí khe lún, khe co giãn, khe kháng chấn

Giảm ảnh hưởng của nhiệt độ và co ngót của BT: -Tăng thép tai nơi nhay

Giam anh hương cua nhiệt độ va co ngot cua BT: -Tang thep tại nơi nhạy cảm với nhiệt độ: sàn mái, sàn tầng dưới cùng, tường đầu hồi, vv

Khe lún :do lệch tầng lớn do địa chất thay đổi phức tap

Khe lun :do lệch tang lơn, do địa chat thay đoi phưc tạp …

Có thể không cần khe lún nếu :

-Công trình tựa trên nền cọc chống vào đá; hoặc bằng các biệng ï ï g ë g äpháp khác chứng minh được độ lún công trình không đáng kể

•-Việc tính lún có độ tin cậy cao thể hiện độ chênh lún giữa cácbộ phận nằm trong giới han cho phép

• -Thi công phần cao tầng trước, phần thấp tầng sau, có tínhmức độ chệnh lệch lún hai khối đề khi làm xong thì độ lún haikhối xấp xỉ nhau Phải chừa một mach bêtông giữa hai khối để

10

khoi xap xỉ nhau Phai chưa một mạch betong giưa hai khoi đeđổ sau khi độ lún hai khối đã ổn định

Khe kháng chấn

Nhà có “cánh” dạng chữ L, T, U, H, Y … thường hay bị hư hỏng hoặc bị đổ khi gặp động đất mạnh ⇒ bố trí khe kháng chấn tách rời phần cánh ra khỏi công trình Các khe kháng chấn phải đủ rộng để khi dao động các phần

của công trình đã được tách ra không va đập vào nhau

-Nên điều chỉnh mặt bằng, dùng các biện pháp thi công và cấu tạo để

giảm số lượng khe(co giãn, lún, kháng chấn).

-Khe co giãn và khe kháng chấn không cần xuyên qua móng, trừ trường hơp trùng với khe lún.

11

hợp trung vơi khe lun.

5 Phân bố độ cứng và cường độ

Độ cứng chống lực ngang của một tầng nhà

K = (G w A w + 0,12G c A c )/H

a/ Theo phương ngang

ÜĐộ cứng và cường độ g g å bố trí đều đặn và đối xứng trên mặt bằng Tâm g g cứng nên trùng hoặc gần trùng với tâm khối lượng để giảm thiểu biến dạng xoắn do tải trọng ngang.

ÜHệ thống chịu lực ngang chính å bố trí theo cả hai phương.

ÜCác vách cứng theo phương dọc không không nên bố trí chỉ ở một đầu nhà mà nên bố trí ở khu vực giữa nhà hoặc cả ở giữa nhà và hai đầu nhà ÜKhoảng cách các vách cứng: theo quy định

b/ Theo phương đứng

ÜTránh thay đổi độ cứng đột ngột Độ cứng có thể được giảm dần lên phía trên, tuy nhiên độ cứng của kết cấu ở tầng trên phải không nhỏ hơn 70% đ ä ứ û k át á ở t à dưới k à ới ù N á 3 t à i û đ ä

70% độ cưng của ket cau ở tang dươi ke vơi no Neu 3 tang giảm độ cứng liên tục thì tổng mức giảm không vượt quá 50%

ÜTrong trường hợp độ cứng kết cấu bị thay đổi đột ngột, ví dụ như dùng hệ khung ở các tầng dưới và hệ khung vách ở các tầng trên thì cần có

12

hệ khung ơ cac tang dươi va hệ khung−vach ơ cac tang tren thì can co các giải pháp kỹ thuật đặc biệt

6 Bố trí kết cấu khung chịu lực

-Khung đối xứng, độ siêu tĩnh cao

-Các nhịp gần bằng nhau

-Tránh hẫng cột, thông tầng,

công-son (động đất phương đứng)

-Nếu tầng dưới không chèn gach

13

-Neu tang dươi khong chen gạch

mà tầng trên chèn gạch thì phải

tăng độ cứng tầng dưới

“ CỘT KHỎE- DẦM YẾU”

khi phá họai, các khớp dẻo phải được hình thành trong dầm trước khi hình thành trong các cột.

Kết cấu khung

14

7 Bố trí vách cứng

Ü Không nên chọn vách

có khả năng chịu tải lớn

nhưng số lượng ít; mà

à

Í

nên phân đều ra trên

mặt bằng

Ü Gia cố lỗ cửa vách

ÜÍt nhất có 3 vách cứng trong một đơn nguyên, trục 3 vách không được gặp

nhau tại một điểm

ÜĐối xứng (độ cứng và hình học); tâm cứng trùng với tâm khối lượng

Chi à d ø ù h 150 ø 1/20 hi à t à h ø

Ü Chiều dày vách ≥150 mm và ≥ 1/20 chiều cao tầng nhà

Ü Sơ bộ xác định diện tích vách :

F vách = 1,5 /100 diện tích một sàn tầng

15

Vách cứng trong kết cấu khung-vách cứng

1.Vách cứng theo phương ngang: đều đặn, đối xứng tại vi trí gần đầu hồi,

ô thang máy, …

2.Vách cứng theo phương dọc: ở khỏang giữa đơn nguyên Khi nhà dài, không nên tập trung vách dọc ở hai đầu å nhiệt độ, co ngót å bố trí mạch thi công ï g

3.Vách cứng phương dọc nên bố trí thành nhóm: chữ L, T,

4.Vách chạy suốt chiều cao nhà; có thể giảm dần (không đột ngột) chiều dày vách

Vách trong kết cấu Vách cứng

1.Bố trí vách theo hai chiều hay nhiều chiều, nên vuông góc với nhau

2 Có thể chia vách cứng dài thành nhiều đoan độc lập nối với nhau

2.Co the chia vach cưng dai thanh nhieu đọan độc lập, noi vơi nhau

bằng dầm hoặc sàn tầng

3 Lỗ vách cứng phải đều đặn từ trên xuống dưới, không lệch

16

Bài 4.

KHÁI NIỆM VỀ ĐỘNG LỰC HỌC KẾT CẤU

17

Số thành phần chuyển vị cần

So thanh phan chuyen vị can xem xét để đại diện cho tác động của mọi lực quán tính chủ yếu của kết cấu goi là

chu yeu cua ket cau gọi la số bậc tự do (động lực học) dynamic degrees of freedom

2 Bậc tự do

19

3 HỆ MỘT BẬC TỰ DO (SDOF)

20

H SDOF – DAO NG T DO

) sin(

) cos(

C ) (t = ω t + θ

Có th vi t l i thành

) ( )

( )

n n

) (

cos )

(

u

) sin(

B ) cos(

A )

A và B đ c xác đ nh theo đi u ki n ban đ u

Chu k t nhiên T n s t nhiên

22

24

5 Phương pháp chồng chất dạng dao động

28

[ chỉ dẫn tính toanù thành phần động của tải trong gió ]

Aùp dụng cho công trình có sơ đồ tính là thanh công-xon có khối lượng phân bố đều (m), ngàm ở đáy

a.Nếu độ cứng không đổi theo chiều cao

f à á d đ ä i â h ù i (H )

EJg

2α

=

fi _ tần số dao động riêng thứ i (Hz)

q _ trọng lượng đơn vị dài theo chiều cao nhà (kN/m)

EJ _ độ cứng chống uốn (kNm2)

q H

2 π g _gia tốc trọng trường (m/s2)

H _chiều cao nhà (m)

hj chiều cao của điểm khối lương thứ j (m)

31

j _c eu cao cua đ e o ượ g ư j ( )

Tung độ của ba mode

H

y P

gy f

π yH, yj _ chuyển vị ngang ở đỉnh và ở trọng tâm đọan thứ j của công trình, do lực ngang P = 1kN

đặt ở đỉnh công trình gây ra

32

Pj _ trọng lượng của đọan công trình thứ j (kN)

33

2 Theo tài liệu Trung Quốc

Δ

T

PP tải trọng ngang giả

Δ (m) _ chuyển vị đỉnh nhà khi lấy trọng lượng Gj các tầng làm lực ngang

tập trung tai các mức sàn

α0 _ hệ số giảm chu kỳ khi xét ảnh hưởng của tường gạch chèn

Theo dạng kết cấu và số tầng N

34

Kinh nghiệm ( để kiểm tra kết quả)

Các mode tiếp theo: T2 = (1/5 ÷1/3)T1 ; T3 = (1/7 ÷1/5)T1

Dạng dao động:

Ü dạng 1: không có điểm không ở trên

Üdang 2 : điểm không ở trên vào khoảng cao độ (0 72 ÷ 0 78)H

Üdạng 2 : điem khong ơ tren vao khoang cao độ (0.72 ÷ 0.78)H

Üdạng 3 : điểm không ở trên vào khoảng cao độ (0.85 ÷ 0.9)H và

điểm không ở dưới vào khoảng cao độ (0.42 ÷ 0.5)H

3 Theo TCXDVN 375:2006 [Thiết kế công trình chịu động đất]

35

075 0

0

H

l A

i c

Với kết cấu có vách cứng,

Ac _ tổng diện tích hữu hiệu các vách cứng ở tầng đầu tiên, [m 2 ]

Ai _ diện tích tiết diện ngang hữu hiệu vách cứng thứ i

theo hướng đang xét ở tầng đầu tiên [m 2 ]

theo hương đang xet ơ tang đau tien, [m ]

lwi _ chiều dài vách cứng ở tầng đầu tiên theo hướng song song

lực tác động, [m], với lwi/H ≤ 0.9

4 Mỹ (ANSI, UBC)

F g

1

δπ

nhà, kích thước

mặt bằng nhà theo

phương đang xét

è

đàn hồi

36

g _gia tốc trọng trường.

3 Phân tích bằng phần mềm phần tử hữu hạn

37

Phân tích bằng phần mềm phần tử hữu hạn

38

Phân tích bằng phần mềm phần tử hữu hạn Mode shape

39

Bài 7.

TẢI TRONG VÀ TÁC ĐỘNG 1.Tải trọng gió

Tác động của gió lên công trình phụ thuộc hai nhóm thông số:

ÜCác thông số của không khí: tốc độ, áp lực, nhiệt độ, sự biến động

th th øi i

theo thời gian

ÜCác thông số của vật cản: hình dạng, kích thước, độ nhám của bề

mặt, hướng của vật cản so với chiều gió và các vật cản kế cận

Tải trọng gió gồm hai thành phần (hiệu ứng) tĩnh và động

Theo TCVN 2737-1995 và TCXD 229:1999

Thành phần động của tải trọng gió :

̇Cần xét khi nhà nhiều tầng cao H > 40m

̇Thành phần động được xác định theo phương tương ứng với thành phần tĩnhp g p g g g p

̇Do xung của vận tốc gió và lực quán tính của công trình.(Gió tĩnh × hệ số)

̇Tính gió động và phản ứng công trình do gió động ứng với từng dạng dao động

̇Sơ đồ tính: thanh công-xon có hữu han điểm tập trung khối lương

40

Sơ đo tính: thanh cong xon co hưu hạn điem tập trung khoi lượng

̇Có thể kể khối lượng chất tạm thời trên công trình, với hệ số chiết giảm

a Gió tĩnh

Gi ù ị i â h å h ø h h à ĩ h û ù l i ù

Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió

W j tại điểm j ứng với độ cao z j so với mốc chuẩn W j = W 0 k(z j ) c

41

Hệ số khí động c, nếu gộp chung phía đón gió và phía khuất gió, c = 0,8 + 0,6 = 1,4

m

g t

j j

t

z

z z

k

2

844,1)

( = ⎜⎜⎝⎛ ⎟⎟⎠⎞

42

b Gió động

̇Xác định các tần số và dạng dao động

̇Nếu f1 < fL (tần số giới hạn) thì phải kể đến tác dụng

b Gio động

của cả xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình

̇Cần tính toán với s dạng dao động đầu tiên, thỏa điều kiện fss < fLL < fs+1s+1

δ= 0.3 : BTCT, gạch đá, khung thép

có kết cấu bao che

δ 0 15 : tháp tru ống khói thép

δ =0.15 : thap trụ, ong khoi thep,

cột thép có bệ bằng BTCT

W Fj _ giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió

Nếu chỉ kể ảnh hưởng của xung vận tốc gió

dao động khac nhau, khi chỉ ke xung vận toc gio

S j _ diện tích đón gió của phần j của công trình (m 2 )

Nếu chỉ kể ảnh hưởng của xung vận tốc gió

ν _ hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió

Với dang dao dộng 1 xác định ν theo bảng trang sau

44

Vơi dạng dao dộng 1, xac định ν1 theo bang trang sau.

Với dạng dao dộng thứ 2 và thứ 3, lấy ν2 = ν2 = 1.

45

Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió

Với phần thứ j của công

trình (khối luợng Mj) và

dạng dao động riêng thứ i : Wp(ji) = Mj ξi ψi yji

ξi _hệ số động lực (không thứ nguyên) ứng với dạng dao động i, phụ thuộc

thông số εi (không thứ nguyên) và độ giảm lôga của dao động

ψi hệ số đươc xác ∑

j i

M y

1 2

1ψ

y ji _ Dịch chuyển ngang tỷ đối của trọng tâm phần thứ j ứng với dạng dao động riêng thứ i, không thứ nguyên

Công thức đơn giản nhất

Với nhà nhiều tầng có mặt bằng đối xứng, độ cứng, khối lương và bề ơ a eu a g co ặ ba g đo ư g, độ cư g, o ượ g a be rộng mặt đón gió không đổi theo chiều cao, có f 1 <f L cho phép tính áp lực gió động như sau:

z

j j

H

z

W = 1 4 ξ1ν1ζ

ξ1 và ν1 _ xác định với dạng dao động cơ bản (mode 1)

ζj và W j _ xác định tại đỉnh nhà (z = H)

47

c Aùp lực (hoặc lực) gió tính toán

Wtt = Wtc γ β γ β γ =1.2 (hệ số độ tin cậy)

d Đáp ứng do tải trong

( )

∑s d

t

X X

t

X X

2 Khái niệm về động đất

Động đất là hiện tượng rung động mạnh đột ngột của vỏ trái đất do nhiều nguyên ä g ä g y nhân gây ra: chuyển động trượt tương đối của các khối đá, các hang động bị sập, các mảnh thiên thạch va vào trái đất, các vụ thử bom hạt nhân phổ biến nhất là động đất do chuyển động trượt tương đối của các khối đá.

49

Medvegyev-Sponhauer-Karnik (MSK) scale

I h i li i h MSK 64 l d Th i di id l d hi h

In the socialist countries, the MSK-64 scale was accepted The individual grades' - which number are also 12 - characterisation is extended to the phenomena of nature, to the buildings and to the senses and the environment of people Strongest earthquake in Hungary until now had the grade of 8-9

Hungary until now, had the grade of 8 9.

50

1-2 độ Richter 3-4 độ Richter 5-6 độ Richter

51

7-8 độ Richter

52

3.Tính toán tác động Üphương pháp tải trọng tĩnh tương đương

Üphương pháp phân tích phổ phản ứng

ä g động đất ÜÜphương phap phan tích pho phan ưngphương pháp phân tích động lực học theo

lịch sử thời gian

a PP tải trọng tĩnh tương đương

a1 PP phân phối lưc cắt đáy

Nhà cao dưới 40m, phân phối khối lượng và độ cứng tương đối đều theo các tầng

1

Trọng lượng hiệu dụng

G E _ trọng lượng đại diện tập trung tại sàn tầng i Nhà dân dung: G Tĩnh tải + 0 5 Hoat tải sàn

Nha dan dụng: G E = Tĩnh tai + 0.5 Họat tai san

Hệ số động đất α1 phụ thuộc chu kỳ dao động riêng T của nhà, chu kỳ dao động đặc trưng Tg của vùng đất, dang động đất

53 chu ky dao động đặc trưng Tg cua vung đat, dạng động đat

PP phân phối lực cắt ù

đáy

Xác định hệ số động đất αg 11

54

PP phân phối lực cắt ù

Tải trọng động đất Fi tập trung tại sàn thứ i (có cao độ Hi)

đáy

) 1

Ek n

i i

H G

H G

∑

=

T 1 _chu kỳ dao động cơ bản của nhà

Nếu T 1 < 1.4T g thì lấy δn = 0

Nếu T 1 ≥ 1.4T g thì lấy δn theo bảng

δn n _ hệ số bổ sung tác động ngang của động đất phụ thêm ở đỉnh nhà _ ä g ä g g g ä g p ï

Lực ngang phụ thêm tại đỉnh nhà ΔF n = δ n F EK

55

a2 PP tổ hợp các dạng dao động để tìm lực ngang tĩnh tương đương ïp ï g ä g ï g g g g

Nhà cao trên 40m, phân phối khối lượng và độ cứng phân bố không đều theo các tầng

Giá trị tiêu chuẩn Fij của tải trọng động đất tại khối lượng i ứng với dạng dao động j :

khong đeu theo cac tang

F ij = α j γj χij G i

G

2 1

χ γ

1

Phan ưng cua ket cau

Sj phản ứng của kết cấu do động đất ứng với dang dao động thứ i

56

Sj _ phan ưng cua ket cau do động đat ưng vơi dạng dao động thư i

Thường lấy m =3; nếu công trình khá cao, độ cứng không đều thì m = 5÷ 6

Trong trường hợp độ cứng tương đối bình thường :

- Động đất 7 độ, đất lọai II : FEk = (0.015 ÷ 0.03) Geq

Kinh

nghiệm

q

- Động đất 8 độ, đất lọai II : FEk = (0.03 ÷ 0.06) Geq

- Lực động đất của dạng dao động 1 lớn hơn lực động đất của dạng 2; lực động đất của dạng 2 lớn hơn lực động đất của dạng 3

a3 Tác động động đất theo phương đứng

Evk n

i i

H G

H G F

∑

=1

Cần xét tải động đất thẳng đứng cả hai chiều: hướng xuống và hướng lên ä g g g g g g (làm tăng hoặc giảm tác dụng thẳng đứng của trọng lượng bản thân kết cấu) Khi động đất cấp 9: cần xét tổ hợp bất lợi của tác động ngang và tác động

thẳng đứng của động đất

57 thang đưng cua động đat.

b PP phân tích phổ phản ứng

có thể áp dụng cho công trình không đều đặn, không đối xứng, nhưng phải còn ứng xử đàn hồi

nhưng phai con ưng xư đan hoi

Bước 1: Xác định phản ứng ứng với mỗi dạng dao động (modal response)

) (

S ω

đáp ứng lớn nhất của mode thứ n là:

2 n

n a max

n

) ( S )

T ( y

ω

ω

=

chuyển vị lớn nhất của kết cấu ứng với mode n

φ là mode shape thứ n

58

un = y(Tn)max φn

chuyen vị lơn nhat cua ket cau ưng vơi mode n

Có chuyển vị, suy ra nội lực như

bài toán tĩnh thông thường.