Phân tích ảnh hưởng của độ cứng liên kết dầm – vách cứng đến ứng xử của kết cấu nhà cao tầng luận văn thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

7 Độ cứng của dầm B695 giao với vách trong các trường hợp liên kết của tiêu chuẩn TCVN .... 8 Độ cứng của dầm B4 giao với vách trong các trường hợp liên kết của tiêu chuẩn TCVN .... 9 So

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

- -

NGUYỄN THANH CHIẾN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CỨNG LIÊN KẾT DẦM – VÁCH CỨNG ĐẾN ỨNG XỬ CỦA KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

MÃ SỐ : 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trang 2

2

LỜI CAM ĐOAN

Học viên cam kết đã tự nghiên cứu và thực hiện đề tài này, bằng kinh nghiệm làm việc thực tiễn và kiến thức chuyên môn đào tạo trong quá trình học Đại học và chương trình cao học tại Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải, nghành Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp, khóa 24.1, dưới sự quan tâm, hướng dẫn trực tiếp

của thầy PGS.TS Nguyễn Xuân Huy Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được

trích dẫn nguồn rõ ràng và có độ chính xác cao trong phạm vi hiểu biết của học viên Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, học viên xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Tp Hồ Chí Minh ngày tháng năm 2018

Học viên

Nguyễn Thanh Chiến

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức quý giá trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và rèn luyện ở Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn giảng viên hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Xuân

Huy đã định hướng, tận tình, chu đáo hướng dẫn và tạo mọi điều kiện để tôi thực hiện

luận văn này

Trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp, mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng do trình độ có hạn, nội dung đề tài còn quá mới mẻ nên rất khó tránh khỏi những sai sót trong quá trình tiếp nhận kiến thức Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự thông cảm, chỉ dẫn, giúp đỡ của các thầy

Tôi xin chân thành cảm ơn !

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018

Học viên

Nguyễn Thanh Chiến

Trang 4

4

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: Tổng quan về các dạng liên kết 11

1.1 Giới thiệu chung 11

1.2 Các liên kết được sử dụng trong sơ đồ tính 11

1.2.1 Liên kết khớp 11

1.2.2 Liên kết ngàm 15

1.2.3 Liên kết cứng 17

1.3 Phương pháp xác định độ cứng của liên kết 19

1.3.1 Độ cứng và cách xác định độ cứng chống uốn 19

1.3.2 Vùng cứng ( Rigid Zone) 20

1.3.3 Tính toán độ cứng khi xuất hiện vết nứt 22

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG LIÊN KẾT DẦM – VÁCH CỨNG 25 2.1 Giới thiệu về mô hình 25

2.1.1 Giải pháp kết cấu 29

2.1.2 Tính toán tải trọng 30

2.2 Xác định độ cứng liên kết dầm - vách 32

2.2.1 Theo tiêu chuẩn ACI 318 -2014 32

2.2.2 Theo tiêu chuẩn TCVN 5574 - 2012 33

2.2.3 Tính toán độ cứng của công trình 14 tầng 37

2.2.4 Tính toán độ cứng của công trình 20 tầng 42

2.2.5 Đánh giá kết quả khảo sát độ cứng theo hai tiêu chuẩn ACI và TCVN 49 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CỨNG LIÊN KẾT DẦM - VÁCH 83 3.1 Đặt vấn đề 83

3.2 Công trình: Garmuden Garden 24 tầng nổi và 1 tầng hầm 84

3.3 Đánh giá độ cứng theo các liên kết giữa hai tiêu chuẩn ACI và TCVN 89

3.3.1 Theo tiêu chuẩn ACI 89

3.3.2 Theo tiêu chuẩn TCVN 91

3.3.3 Đánh giá độ cứng tính theo 2 tiêu chuẩn ACI và TCVN 94

Trang 5

3.4 Phân tích kết quả 96

3.4.1 Khảo sát tần số dao động 96

3.4.2 Khảo sát chuyển vị 98

3.4.3 Khảo sát Momen tại vị trí liên kết Dầm – Vách 107

KẾT LUẬN 113

KIẾN NGHỊ 114

TÀI LIỆU THAM KHẢO 115

Trang 6

Danh sách bảng biểu

Hình 2 1 Mặt bằng kết cấu công trình 26

Hình 2 2 Viễn thông Tân Phong, 14 tầng nổi, cao 47.35 m (đỉnh mái) 27

Hình 2 4 Ba dạng dao động cơ bản 32

Hình 2 5 Biểu đồ so sánh tần số khi thay đổi độ cứng theo tiêu chuẩn ACI và TCVN 49

Hình 2 6 Biểu đồ so sánh chuyển vị ngang Ux khi thay đổi độ cứng theo tiêu chuẩn ACI và TCVN 51

Hình 2 7 Biểu đồ so sánh chuyển vị ngang Uy khi thay đổi độ cứng theo tiêu chuẩn ACI và TCVN 53

Hình 2 8 Biểu đồ so sánh góc xoay Rz khi thay đổi độ cứng theo tiêu chuẩn ACI và TCVN 55

Hình 2 9 Biểu đồ so sánh Momen khi thay đổi độ cứng theo tiêu chuẩn ACI và TCVN 60

Bảng 3 1 Tổng hợp Mác bê tông dùng cho các cấu kiện 86

Bảng 3 2 Tổng hợp kích thước sơ bộ cho mô hình Garmuden Garden 87

Bảng 3 3 Bảng tổng hợp tĩnh tải sàn 87

Bảng 3 4 Bảng tổng hợp tĩnh tải tường 88

Trang 7

Bảng 3 5 Độ cứng của dầm B695 giao với vách trong các trường hợp liên kết của tiêu chuẩn ACI 90 Bảng 3 6 Độ cứng của dầm B442 giao với vách trong các trường hợp liên kết của tiêu chuẩn ACI 91 Bảng 3 7 Độ cứng của dầm B695 giao với vách trong các trường hợp liên kết của tiêu chuẩn TCVN 92 Bảng 3 8 Độ cứng của dầm B4 giao với vách trong các trường hợp liên kết của tiêu chuẩn TCVN 93 Bảng 3 9 So sánh độ cứng tại vị trí giao giữa vách và dầm B695 theo các liên kết giữa hai tiêu chuẩn ACI và TCVN 94 Bảng 3 10 So sánh độ cứng tại vị trí giao giữa vách và dầm B442 theo các liên kết giữa hai tiêu chuẩn ACI và TCVN 95 Bảng 3 11 Bảng so sánh chuyển vị ngang Ux của các tầng giữa 2 tiêu chuẩn ACI và TCVN 99 Bảng 3 12 Bảng so sánh chuyển vị ngang Uy của các tầng giữa 2 tiêu chuẩn ACI và TCVN 101 Bảng 3 13 Bảng so sánh chuyển vị xoay Rz của các tầng giữa 2 tiêu chuẩn ACI và TCVN 103 Bảng 3 14 Bảng nhận xét tổng hợp các loại chuyển vị giữa 2 tiêu chuẩn ACI và TCVN 104 Bảng 3 15 Momen tại vị trí liên kết tại dầm B695 theo từng cao độ với các trường hợp liên kết cứng của hai tiêu chuẩn ACI và TCVN 108 Bảng 3 16 Momen tại vị trí liên kết tại dầm B442 theo từng cao độ với các trường hợp liên kết cứng của hai tiêu chuẩn ACI và TCVN 110

Trang 8

Danh sách hình vẽ

Hình 1 1 liên kết chân cột thép với móng bê tông 12

Hình 1 2 Liên kết chân cột bê tông với móng bê tông 12

Hình 1 3 Liên kết khớp giữa cột và dầm 13

Hình 1 4 Liên kết khớp để nối các dầm cầu với kết cấu bê tông 13

Hình 1 5 Liên kết dầm với cột vách lõi là khớp hoàn toàn trong sơ đồ giằng của kết cấu nhà cao tầng 13

Hình 1 6 Liên kết cột – cột và dầm – cột 14

Hình 1 7 Liên kết dầm - vách 14

Hình 1 8 Liên kết ngàm với chân cột thép 15

Hình 1 9 Liên kết ngàm với cột bê tông đổ tại chỗ 16

Hình 1 10 Liên kết ngàm với cột bê tông lắp ghép 16

Hình 1 11 Liên kết cứng với bê tông toàn khối 17

Hình 1 12 Liên kết cứng với bê tông lắp ghép 18

Hình 1 13 Liên kết cứng tại các nút giao của kết cấu thép 19

Hình 1 14 Biến dạng dọc trục và biến dạng uốn của cấu kiện dưới tác dụng của các trường hợp tải trọng 20

Hình 1 15 Sự làm việc và cơ chế phá hoại của nút khung 20

Hình 1 16 Vùng cứng 21

Hình 1 17 Moment quán tính chóng uốn I của cấu kiện bê tông cốt thép 23

Hình 2 4 Ba dạng dao động cơ bản 32

Trang 9

Hình 2 9 Biểu đồ so sánh Momen khi thay đổi độ cứng theo tiêu chuẩn ACI và

TCVN 60

Hình 3 2 Mô phỏng 3D hệ kết cấu công trình 85

Hình 3 3 Dự án Garmuden Garden, 24 tầng nổi, cao 78.5 m (đỉnh mái) 86

Trang 10

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

- Nhà nhiều tầng là nhà mà chiều cao của nó quyết định các điều kiện thiết kế, thi công hoặc sử dụng khác với nhà thông thường

- Một trong các nhiệm vụ quan trọng khi thiết kế nhà cao tầng là việc giới hạn chuyển

vị ngang của công trình Để đảm bảo độ cứng và hạn chế chuyển vị đồng thời đảm bảo không gian linh hoạt cho nhà cao tầng thì hệ kết cấu được sử dụng rộng rãi cho công trình nhà cao tầng là hệ kết cấu khung – vách cứng hay hệ kết cấu khung – lõi

- Tuy nhiên, độ cứng của vách cứng theo cả phương đứng và phương ngang lớn hơn

độ cứng của cột trong khung rất nhiều Vì vậy, với các dầm có một đầu liên kết với cột một đầu liên kết với vách thườg có nội lực phức tạp

- Moment uốn trong dầm tại vị trí liến kết với cột thường nhỏ hơn rất nhiều lần so với tại vị trí liên kết với vách do đó tại vị trí liên kết giữa dầm với vách yêu cầu lượng thép rất lớn Điều này làm khó thi công và phải đảm bảo chất lượng bê tông tại vị trí nối

- Để giải quyết các vấn đề trên, một số giải pháp được đề xuất như thay đổi dạng liên kết, phân tích kết cấu có xét đến sự suy giảm độ cứng của liên kết… tuy nhiên các giải pháp này sẽ ảnh hưởng đến ứng xử tổng thể của nhà

Vì vậy, nghiên cứu lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của độ cứng liên kết

dầm – vách cứng đến ứng xử của kết cấu nhà cao tầng” để xem xét ứng xử của

công trình khi có xét đến độ cứng liên kết

II Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Xác định được ảnh hưởng của độ cứng liên kết dầm – vách cứng đến ứng xử của hệ kết cấu nhà cao tầng

III Đối tượng nghiên cứu

Liên kết dầm – vách cứng trong kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép

IV Phạm vị nghiên cứu

Các công trình sử dụng trong nghiên cứu có chiều cao tầng trong khoảng từ 10 đến

30 tầng, chịu các tác động của tải trọng cơ bản

V Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết và mô hình mô phỏng được sử dụng để đưa ra kết quả của nghiên cứu

VI Kết cấu của luận văn:

Chương 1: Tổng quan về các dạng liên kết

Chương 2: Xây dựng mô hình xác định độ cứng liên kết dầm- vách cứng

Chương 3: Khảo sát ảnh hưởng của độ cứng liên kết dầm- vách cứng

Kết luận và kiến nghị

Trang 11

TỔNG QUAN VỀ CÁC DẠNG LIÊN KẾT 1.1 Giới thiệu chung

Chương này giới thiệu về khái niệm các dạng liên kết được sử dụng trong mô hình tính và khái niệm vùng cứng trong kết cấu dầm vách Sau đó, tìm hiểu cách xác định

độ cứng của liên kết đàn hồi, quá trình hình thành khớp dẻo, từ đó nghiên cứu đến sự ảnh hưởng của độ cứng cấu tạo liên kết đến kết cấu dầm sàn tại vùng tiếp giáp với lõi cứng trong kết cấu nhà cao tầng

1.2 Các liên kết được sử dụng trong sơ đồ tính

1.2.1 Liên kết khớp

Khái niệm

Có 2 loại khớp: khớp di động và khớp cố định

- Khớp di động là loại liên kết cho phép thanh quay chung quanh một khớp và

có thể di động theo một phương nào đó Liên kết hạn chế sự di chuyển của thanh theo phương vuông góc với phương di động, vì vậy theo phương này liên kết sẽ phát sinh một phản lực làm cản trở sự di động của thanh

- Khớp cố định là loại liên kết chỉ cho phép thanh quay chung quanh một khớp,

còn hạn chế mọi di chuyển thẳng khác của thanh Vì vậy tại liên kết đó sẽ xuất hiện một phản lực có phương bất kỳ, phản lực này được chia ra 2 thành phần: thành phần nằm ngang và thành phần thẳng đứng

Ưu nhược điểm

Đơn giản trong tính toán

Do Moment tại liên kết khớp bằng 0 nên độ cứng của liên kết không cần lớn, do đó có thể giảm được hàm lượng thép và tiết kiệm vật liệu hơn

Khó khăn trong việc chế tạo thực tiễn đối với kết cấu bê tông toàn khối

Tuy M = 0 tại vị trí liên kết nhưng ở vị trí khác momen tại tăng gây khó khăn cho việc lựa chọn tiết diện phù hợp

Các vị trí và công trình sử dụng liên kết khớp

Trong cấu kiện nhà công nghiệp lắp ghép dạng khung phẳng có:

Liên kết chân cột vào móng :

Trang 12

- M=0 nên giảm kích thước đế móng, tuy nhiên sẽ phát sinh moment đầu cột và nhịp đà lớn làm tăng kích thuớc cấu kiện và cấu kiện trở nên nặng hơn Mặt khác khớp ở chân cột làm giảm bậc siêu tĩnh của khung nên hạn chế được lún không đều của gối tựa do co ngót và từ biến của bê tông

→ Sử dụng ở nơi có nền đất yếu

Với chân cột là liên kết khớp với móng :

Hình 1 1 liên kết chân cột thép với móng bê tông (bulông được neo trực tiếp bat vào bản đế)

Hình 1 2 Liên kết chân cột bê tông với móng bê tông

Liên kết khớp tại đỉnh cột:

Đơn giản trong lắp ráp nhưng xà ngang lại chịu mômen uốn giữa nhịp lớn

Nhà công nghiệp lắp ghép thiết kế nút cột với dầm mái (dàn mái) là nút khớp để giảm phân bố mômen lên đầu cột dẫn đến giảm kích thước tiết diện cột, tiết kiệm về kinh tế

Trang 13

Hình 1 3 Liên kết khớp giữa cột và dầm

Hình 1 4 Liên kết khớp để nối các dầm cầu với kết cấu bê tông

Hình 1 5 Liên kết dầm với cột vách lõi là khớp hoàn toàn trong sơ đồ giằng của kết

cấu nhà cao tầng

Trang 14

Hình 1 6 Liên kết cột – cột và dầm – cột

Hình 1 7 Liên kết dầm - vách

Trang 15

Ưu, nhược điểm

Giúp ngăn cản chuyển vị xoay hoàn toàn của bộ phận kết cấu nên hạn chế biến dạng

và tăng tính an toàn tuyệt đối

Khó chế tạo ra cấu kiện có liên kết ngàm khi yêu cầu về tính đảm bảo không xoay và cứng tuyệt đối

Tiết diện lớn, tốn vật liệu

Các vị trí được coi là liên kết ngàm trong tính toán trong công trình và sơ đồ tính

Liên kết chân cột và móng là liên kết ngàm có độ cứng của móng rất lớn so với độ cứng của cột để đảm bảo vị trí không xoay ở vị trí chân cột

Trong kết cấu thép, với chân cột là liên kết ngàm vào móng, bulong neo được bắt chặt vào các chi tiết đỡ, dầm đề hoặc sườn rất bé và các bulong neo được chọn có ứng suất kéo lớn nhất luôn luôn nhỏ hơn cường độ tính toán nên góc xoay của chân cột được xem là không có

Hình 1 8 Liên kết ngàm với chân cột thép

Trang 16

Hình 1 9 Liên kết ngàm với cột bê tông đổ tại chỗ

Hình 1 10 Liên kết ngàm với cột bê tông lắp ghép

Trang 17

- Một điểm trong kết cấu khung đƣợc gọi là nút cứng khi mà tất cả các đầu thanh tại

đó luôn có cùng chuyển vị và góc xoay

Khái niệm nút cứng phù hợp với thực tiễn

Dễ chế tạo với kết cấu bê tông toàn khối

Trong khung bê tông liên kết cứng, khi tăng độ cứng của cấu kiến, giúp phân phối lại moment trong dầm cột, truyền tải trọng ngang từ dầm vào cột, đảm bảo cấu kiện phát huy hết khả năng làm việc của chúng

Kết cấu lắp ghép tạo nút cứng khó hơn so với kết cấu đổ tại chỗ

Khó xét tới độ cứng trong tính toán

Xảy ra hiện tƣợng suy giảm độ cứng trong kết cấu theo thời gian gây nứt hƣ hại cho kết cấu

Các vị trí được coi là liên kết cứng trong tính toán trong công trình và sơ đồ tính

Liên kết cứng với kết cấu bê tông:

Hình 1 11 Liên kết cứng với bê tông toàn khối

Trang 18

Hình 1 12 Liên kết cứng với bê tông lắp ghép

Liên kết cứng với kết cấu thép

Trang 19

Hình 1 13 Liên kết cứng tại các nút giao của kết cấu thép

1.3 Phương pháp xác định độ cứng của liên kết

1.3.1 Độ cứng và cách xác định độ cứng chống uốn

Độ cứng là khả năng chống lại biến dạng của một cấu kiện, bộ phận kết cấu hoặc kết cấu dưới tác dụng của ngoại lực Giá trị độ cứng biểu diễn mối quan hệ giữa tải trọng và biến dạng Độ cứng thay đổi trong quá trình làm việc của cấu kiện hoặc kết cấu dưới tác dụng của cấu kiện hoặc kết cấu dưới tác dụng của tải trọng

Ở đây chúng ta đang xét đến liên kết dầm sàn với vách cứng nên chúng ta sẽ tìm hiểu kĩ về bản chất và tính toán của độ cứng chống uốn

Độ cứng chống uốn là khả năng chống lại biến dạng uốn của một cấu kiện dưới tác dụng của moment uốn Biến dạng uốn của một cấu kiện được đặc trưng bởi độ cong của trục cấu kiện Độ cong của cấu kiện có moment quán tính tiết diện I chịu tác dụng của mômen M được xác định như sau:

Trang 20

Hình 1 14 Biến dạng dọc trục và biến dạng uốn của cấu kiện dưới tác dụng của các

trường hợp tải trọng

1.3.2 Vùng cứng ( Rigid Zone)

Các giao điểm giữa dầm và cột trong kết cấu bê tông cốt thép được gọi là các nút khung Đây là một vùng có độ uốn cong lớn nhưng phải chịu ứng suất lớn Giao điểm này tạo ra 1 vùng có độ cứng vô cùng so với cấu kiện quy tụ vào nó Vùng này gọi là vùng cứng

Hình 1 15 Sự làm việc và cơ chế phá hoại của nút khung

Trang 21

Hình 1 16 Vùng cứng Vùng cứng có ảnh hưởng khá rõ đối với nội lực và biến dạng của các cấu kiện gắn với nút Đó là khi tính toán nếu ta trừ đi phần giao giữa dầm với cột thì sẽ làm giảm chiều dài tính toán ảnh hưởng đến kết quả nội lực xuất ra ở mép dầm, còn nếu ta xét thêm cả chiều dài vùng cứng là khoảng cách từ tâm nút khung đến mép cột (hoặc dầm) thì làm nôi lực sẽ khác so với trường hợp trên

Tùy theo từng cấu kiện giao nhau sẽ có một hệ số độ cứng K riêng (Rigid zone factor) Trong Etabs hoặc SAP khai báo này có ý nghĩa trong việc tính toán nội lực tại khu vực nút cứng Được xác định bằng phần trăm độ cứng, nếu khai báo k = 0 có nghĩa là nút không cứng, khai báo là 1 có nghĩa nút cứng tuyệt đối Vì vậy để thay đổi

độ cứng của nút cứng chỉ cần thay đổi k sau khi tính toán lại và xem xét ảnh hưởng của nó

Mô hình thích hợp của khung bê tông cốt thép là cho thiết kế trong các trạng thái giới hạn sử dụng cũng như ở các trạng thái giới hạn cường độ Theo lý thuyết cũng như thí nghiệm, có thể thấy ảnh hưởng của độ dẻo có thể chiếm 20% tổng lượng dàn chuyển của cấu trúc Các mô hình tính chỉ sử dụng các phần tử thanh và lò xo

Trang 22

xoay được để xem xét tính linh hoạt chung trong phân tích tuyến tính của các công trình xây dựng

1.3.3 Tính toán độ cứng khi xuất hiện vết nứt

Ở các công trình nhà cao tầng tại các vị trí liên kết giữa dầm cột với vách lõi, Momen lớn, dẫn tới hàm lượng cốt thép yêu cầu lớn, khi có khó có thể đặt được cốt thép, kể cả trường hợp đặt cốt kép, dẫn tới việc kết cấu bị phá hoại giòn hoặc phải tăng tiết diện kết cấu mà yêu cầu kiến trục không cho thép Vì vậy người ta thường nghiên cứu cách giảm lượng thép ấy bằng cách giảm Momen thông qua việc thay đổi độ cứng tiết diện phần tử tại vị trí cần giảm Momen

Khớp dẻo- Sự hình thành và đặc điểm cấu tạo

Đối với cấu kiện chịu uốn, khi tải trọng ngoài gây ra Momen uốn tại một tiết diện vượt quá khả năng chịu momen lớn nhất của cấu kiện đó thì tiết diện không sụp

đổ ngay mà bắt đầu sự xoay ở một giá trị Momen hầu như không đổi Tiết diện này hình thành khớp dẻo Hay nói cách khác khớp dẻo xảy ra khi có sự truyền tải trọng và

sự phân phối lại momen tại tiết diện có Momen lớn nhất cho đến khi cấu kiện sụp đổ

Sự phân phối lại momen giúp:

Giảm giá trị tuyệt đối của Momen lớn nhất thường là Momen âm ở gối và làm tăng Momen chưa đạt đến giới hạn chảy

Tránh lượng cốt thép quá nhiều trong vùng Momen âm gần nút khung, gây khó khăn cho việc bố trí và thi công

Tận dụng được khả năng chịu Mômen tại tiết diện gần sát với cột

Sau khi khớp dẻo xuất hiện cánh tay đòn nội lực Z coi như không đổi khi tải trọng tăng Momen tại khớp dẻo được xác định bằng công thức:

=cons

M R A Z t

Mặt cắt bê tông cốt thép quy đổi khi tiết diện bị nứt

Kết cấu bê tông cốt thép và khối xây, đặc trưng tiết diện phụ thuộc vào cấp độ tải trọng Khi tải trọng tăng- ứng suất tại thớ chịu kéo vượt qua cường độ chịu kéo của vật liệu, vết nứt xuất hiện làm diện tích phần bê tông tại vị trí đó bị giảm yếu và I tăng Tính toán lại I theo mặt cắt quy đổi:

Trang 23

Hình 1 17 Moment quán tính chóng uốn I của cấu kiện bê tông cốt thép

Xác định độ cứng khi thay đổi hàm lượng cốt thép dựa vào phương pháp mặt cắt tính đổi ACI 318-2014

Môment quán tính của mặt cắt đã nứt tính đổi theo chiều cao vùng BT chịu nén được xác định theo công thước:

E n E



c: chiều cao vùng bê tông chịu nén khi diện tích cốt thép đã quy đổi

thành diện tích bê tông tương đương Sau khi tính được lượng thép

As với độ cứng ban đầu tính lại c bằng cách giải hệ phương :

21

2bc n A c nA d s  s 

d: Chiều cao có hiệu của mặt cắt- Khoảng cách từ mép chịu nén đến

trọng tâm cốt chịu kéo

Độ cong của mặt cắt xác định theo độ cứng của mặt cắt tính đổi tính theo cấu

kiện chịu uốn: c cr

M

E I

 

→ Độ cứng mặt cắt đã nứt là: EI cr

Trang 24

Tuy nhiên, do TCVN không tính được trực tiếp chiều cao vùng bê tông chịu nén x như ACI nên để xác định độ cứng khi tiết diện bị nứt thì phải thông qua nhiều thông số và các bước trung gian để tính toán và tìm được chiều cao tương đối của vùng chịu nén inhư:

Hệ số của cánh và cốt thép chịu nénfi(xác định theo công thức 5.41 theo sách

“Tính toán thực hành cấu kiện BTCT- Nguyễn Đình Cống) thông qua hệ số đàn hồi dẻo i

Hệ số xét đến biến dạng không đều si< 1 thông qua ảnh hưởng của lưc tác dụng N và hệ số liên quan đến quá trình mở rộng khe nứt m

Từ đó mới xác định độ cứng B=EI thông qua công thức:

0 i

h Z B

→ Qua đó ta có thể thấy về bản chất là như nhau nhưng do việc tính toán độ

cứng theo TCVN là quá phức tạp và mất nhiều thời gian

Trang 25

XÂY DỰNG MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG LIÊN KẾT DẦM

– VÁCH CỨNG 1.4 Giới thiệu về mô hình

Ở chương 1 đã trình bày các khái niệm về các loại liên kết dùng để mô hình hóa kết cấu (liên kết khớp, liên kết ngàm và liên kết cứng)

Nội dung chương 2 sẽ trình bày các nghiên cứu và tính toán độ cứng của các liên kết trên dựa theo 2 tiêu chuẩn:

- TCVN 5574 – 2012 : Kết cấu bêtông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế

- ACI 318 – 2014 : Building Code Requirement for Structural Concrete

và so sánh kết quả giữa hai tiêu chuẩn này đối với công trình được giả định sẵn, thay đổi số tầng

Dùng phần mềm ETABS để thực hiện mô hình hóa và phân tích các kết cấu công trình giả định, quy mô như sau:

Giả định 1: công trình có 14 tầng nổi và 2 tầng hầm

Giả định 2: công trình có 20 tầng nổi và 2 tầng hầm

Mỗi mô hình kết cấu sẽ khảo sát sự thay đổi của dao động, chuyển vị và mômen tại nút giao dầm – vách trong các trường hợp:

Liên kết khớp

Liên kết cứng với độ cứng do mô hình tính (K)

Liên kết cứng với độ cứng khi hàm lượng thép giảm 10% (K1)

Liên kết cứng với độ cứng khi hàm lượng thép giảm 20% (K2)

Từ đó xét được tương quan ảnh hưởng của độ cứng và ứng xử của kết cấu thay đổi như thế nào khi nâng tầng của một công trình, nhằm làm cơ sở để đánh giá khi khảo sát 1 công trình thực tế cụ thể

Mặt bằng và chiều cao công trình cũng như thiết kế hệ kết cấu là những yếu tố ảnh hưởng đến kết quả của nghiên cứu Do vậy để kết quả gần đúng với lý thuyết tính toán, nghiên cứu chọn công trình có mặt bằng đơn giản, hình chữ nhật

Theo Ủy ban Nhà cao tầng Quốc tế về phân loại nhà cao tầng theo chiều cao gồm có 4 loại sau:

Loại I: từ 9 đến 16 tầng (chiều cao nhà H < 50m)

Loại II: từ 17 đến 25 tầng (chiều cao nhà H = 50 – 70m)

Loại III: từ 26 đến 40 tầng (chiều cao nhà H = 75 – 100m)

Loại IV: siêu cao tầng > 40 tầng (chiều cao nhà H > 100m)

Trang 26

Xét ảnh hưởng của độ cứng đến kết cấu với 4 trường hợp:

Mô hình hóa kết cấu công trình giả định như sau để khảo sát:

Công trình Nhà làm việc Viễn thông Tân Phong, Quận 7

Mặt bằng có dạng hình chữ nhật: 52.9 x 34.3 m2

Hình 2 1 Mặt bằng kết cấu công trình Chiều cao tầng:

Tầng 1 và tầng 2 cao 4.00 m, tầng 3 cao 4.30 m;

Tầng trên cùng cao 3.55 m;

Tầng điển hình cao 3.50 m

Trang 27

Hình 2 2 Viễn thông Tân Phong, 14 tầng nổi, cao 47.35 m (đỉnh mái)

Trang 28

Hình 2 3 Viễn thông Tân Phong, 20 tầng nổi, cao 68.35 m (đỉnh mái)

Trang 30

Bảng 2 3 Tổng hợp kích thước sơ bộ cho mô hình 20 tầng nổi

Hệ số vượt tải

Trọng lượng riêng

Tải trọng tiêu chuẩn

Tải trọng tính toán

Hệ số vượt tải

Trọng lượng riêng

Tải trọng tiêu chuẩn

Tải trọng tính toán

Trang 31

Xét mô hình tính toán là khung không gian có sàn (khung – sàn kết hợp)

- Tải trọng gió là lực tập trung tác dụng lên trọng tâm sàn mỗi tầng

Tổng gió đẩy và gió hút: cường độ tính toán tải trọng gió:

W=W0.k.(c+c’).n.h.B (daN) Trong đó: + Wo – giá trị áp lực gió tiêu chuẩn lấy theo bản đồ phân vùng

+ k – hệ số xét đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao + n – hệ số tin cậy

+ c, c’ – hệ số khí động phụ thuộc vào hình dáng công trình + h,B – bề rộng đón gió của tầng đang xét

Trang 32

ξi : Hệ số động lực, phụ thuộc thông số

ψi : Hệ số phụ thuộc vào biến dạng công trình Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j của CT

(kN) Trong đó: Wj: giá trị của tải trọng gió tĩnh tác dụng vào tầng thứ j

ζj: Hệ số tương quan của tải trọng gió phụ thuộc vào dạng địa hình và chiều cao công trình

νi: hệ số phụ thuộc vào hình dạng công trình Vậy ta tính gió động tác động theo 2 phương vuông góc với bề mặt của công trình Với công trình bê tông cốt thép, vùng gió II-C, giá trị giới hạn của tần số giao động riêng là: fL=1.3 Số mode đầu tiên để tính gió động phụ thuộc vào từng loại công trình

c: Mô đung đàn hồi của bê tông

Icr: Moment quán tính của mặt cắt đã nứt tính đổi theo chiều cao vùng

bê tông chịu nén

Với: c là nghiệm của phương trình

Trang 33

f’c: Cường độ chịu nén dọc trục của bê tông

γc: Khối lượng riêng của bê tông d: Chiều cao có hiệu của mặt cắt c: Chiều cao vùng bê tông chịu nén

As: Diện tích cốt thép chịu kéo n: Hệ số quy đổi

Độ cứng nút giao dầm – vách được tính cho 3 trường hợp:

Mô hình ban đầu tính (K)

Hàm lượng thép giảm 10% (K1)

Hàm lượng thép giảm 20% (K2)

Liên kết khớp, giải phóng moment tại cái nút giao dầm – vách

1.5.2 Theo tiêu chuẩn TCVN 5574 - 2012

Theo mục 7.4.3 Xác định độ cong của cấu kiện bê tông cốt thép trên các đoạn có vết nứt trong vùng chịu kéo – TCXDVN 356 – 2005, dựa vào công thức xác định độ cong cấu kiện (163), ta có thể xác định được độ cứng chống uốn theo công thức:

0

h Z B

Đối với bê tông nặng, bê tông hạt nhỏ, bê tông nhẹ cấp cao hơn B7.5: 0.9;

Đối vói bê tông nhẹ, bê tông rỗng và bê tông tổ ong cấp B7.5 và thấp hơn: 0.7; Đối với kết cấu chịu tác động của tải trọng lắp, không phụ thuộc loại và cấp bê tông: 1;

 - chiều cao tương đối vùng chịu nén của bê tông

 - hệ số đặc trưng trạng thái đàn – dẻo của bê tông vùng chịu nén, lấy theo Bảng

34

Trang 34

Giá trị  đƣợc tính theo công thức:

0

1.5 1

Đối với bê tông nặng và bê tông nhẹ: 1.8

Đối với bê tông hạt nhỏ: 1.6

Đối với bê tông rỗng và bê tông tổ ong: 1.4

N



Trang 35

f f b

f

h h

Đối với cấu kiện nén lệch tâm, giá trị Z cần được lấy không lớn hơn 0.97e s tot,

Đối với cấu kiện tiết diện chữ nhật hoặc chữ T có cánh trong vùng chịu kéo, thay '

f

h bằng 2a’ hoặc '

0

f

h  tương ứng khi có hoặc không có cốt thép S’;

Các tiết diện có cánh nằm trong vùng chịu nén, khi

'

0

f h h

  được tính toán như đối

với tiết diện chữ nhật có bề rộng '

f b

Hệ số sđối với cấu kiện làm từ bê tông nặng, bê tông hạt nhỏ, bê tông nhẹ và kết cấu hai lớp có ứng lực trước làm từ bê tông tổ ong và bê tông nặng được xác định theo công thức:

2

1 1.25

Nhưng không lớn hơn 1, trong đó lấy e s tot, /h0  1.2 /ls

Đối với cấu kiện chịu uốn không ứng lực trước, số hạng cuối cùng ở vế phải cho phép lấy bằng không

ls

  hệ số xét ảnh hưởng tác dụng dài hạn của tải trọng, lấy theo bảng 35

m

  theo công thức:

Trang 36

bt ser pl m

M momen do ứng lực P đối với trục dùng để xác định Mr Lấy dấu + khi Mrp và

Mr ngược chiều nhau, lấy dấu – khi Mrp và Mr cùng chiều Với bê tông cốt thép thường

Trang 37

1.5.3 Tính toán độ cứng của công trình 14 tầng

a) Theo tiêu chuẩn ACI

Trang 38

HVTH: Nguyễn Thanh Chiến 38

Trang 40

HVTH: Nguyễn Thanh Chiến 40

c) Đánh giá độ cứng tính theo 2 tiêu chuẩn ACI và TCVN

- Giao giữa vách và dầm B213

Tầng

Thép ban đầu - Ko Giảm 10% thép - K1 Giảm 20% thép - K2

Tiêu đề	Phân tích ảnh hưởng của độ cứng liên kết dầm – vách cứng đến ứng xử của kết cấu nhà cao tầng luận văn thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Tác giả	Nguyễn Thanh Chiến
Người hướng dẫn	PGS.TS Nguyễn Xuân Huy
Trường học	Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
Chuyên ngành	Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Thể loại	Luận Văn Thạc Sĩ
Năm xuất bản	2018
Thành phố	Tp.Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	131
Dung lượng	3 MB