Nghiên cứu tính toán vách liên hợp trong kết cấu nhà cao tầng (tt)

Sự kháng cắt của tấm thép trong vách liên hợp chịu cắt và vách thép chịu kéo dưới tác dụng của trường ứng lực [10] Hình 2.4.. Do vậy dù lựa chọn vật liệu cho kết cấu chịu lực là bê tôn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

VŨ THÁI HOÀNG

KHÓA 2014 – 2016 LỚP CH14X2

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÁCH LIÊN HỢP TRONG

KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD &CN

MÃ SỐ: 60.58.02.08

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

PGS TS ĐOÀN THỊ TUYẾT NGỌC

HÀ NỘI - 2016

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên cho phép tác giả bày tỏ tình cảm biết ơn đến các thầy cô giáo trong Khoa Sau đại học, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội đã dạy đỗ, giúp đỡ và chỉ dẫn tác giả hoàn thành chương trình cao học

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Tiểu ban đánh giá đề cương và kiểm tra tiến độ, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội đã có những ý kiến đóng góp quý báu cho bản thảo luận văn của tác giả Đặc biệt, tác giả xin chân thành cảm ơn PGS TS Đoàn Thị Tuyết Ngọc đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi, cũng như cung cấp tài liệu và động viên tác giả trong quá trình hoàn thiện luận văn

Tác giả xin trân trọng cảm ơn ban lãnh đạo nhà trường, các cán bộ của Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, bạn bè và đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập và hoàn thành khóa học

Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2016

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Vũ Thái Hoàng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng

Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2016

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Vũ Thái Hoàng

DANH MỤC HÌNH VẼ

Số hiệu hình Tên hình

Hình 1.1 Bố trí lưới cột trong nhà cao tầng [6]

Hình 1.3 Các giải pháp tổ hợp lưới dầm [6]

Hình 1.4 Các phương án sàn cho nhà mặt bằng vuông có lõi cứng giữa [6] Hình 1.5 Bố trí hệ dàn giằng theo phương đứng [6]

Hình 1.7 Các dạng tiết diện cột liên hợp thép bêtông [5]

Hình 1.8 Kết cấu sàn liên hợp sử dụng tấm tôn sóng [5]

Hình 1.9 Một số dạng liên hợp của vách trong kết cấu nhà cao tầng [5]

Hình 2.2 Thành phần chính của vách liên hợp chịu cắt điển hình [10]

Hình 2.3

Sự kháng cắt của tấm thép trong vách liên hợp chịu cắt và vách thép

chịu kéo dưới tác dụng của trường ứng lực [10]

Hình 2.4 Kháng cắt theo trường lực nén trên đường chéo của tấm bê tông [10] Hình 2.5 Kết cấu thép điển hình với vách cắt liên hợp [10]

Hình 2.6 Hình ảnh của tường cắt liên hợp truyền thống và sáng tạo [10]

Hình 2.7

Vách liên hợp sau khi khi qui đổi phần bê tông thành các sườn dọc và

ngang [10]

Hình 2.8 Liên kết của bản thép với dầm và cột biên [10]

Hình 2.9 Lực kéo trong chốt của vách liên hợp [10]

Hình 3.3 Khai báo kích thước tiết diện cột

Hình 3.4 Khai báo kích thước tiết diện dầm

Hình 3.6 Khai báo trường hợp tải trọng động đất

DANH MỤC BẢNG, BIỂU

Số hiệu bảng biểu Tên bảng, biểu

Bảng 1.1 Các đặc trưng cơ học của bê tông theo Eurocode 4 [6] Bảng 1.2 Hệ số đặc tính riêng của bê tông γc [6]

Bảng 1.3 Thép thanh dùng cho kết cấu bê tông cốt thép theo TCXDVN

365:2005 Bảng 1.4 Các đặng trưng cơ bản cho bê tông thép AISC

Bảng 3.1 Phân phối tải trọng động đất theo phương ngang lên các tầng

( phương pháp lực tĩnh ngang tương đương)

MỤC LỤC Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các hình vẽ

Danh mục các bảng, biểu

MỞ ĐẦU

* Lý do chọn đề tài 1

* Mục đích nghiên cứu 2

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

* Phương pháp nghiên cứu 2

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

* Cấu trúc luận văn 2

* Hình ảnh minh họa 3

NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG DÙNG TRONG NHÀ CAO TẦNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 4

1.1 Khái niệm về kết cấu nhà cao tầng 4

1.1.1 Đặc điểm nhà cao tầng 4

1.1.2 Tổ hợp kết cấu chịu lực nhà cao tầng 7

1.1.3.Tình hình ứng dụng kết cấu nhà cao tầng trên thế giới và ở Việt Nam .13

1.2 Giải pháp kết cấu liên hợp thép bê tông cho nhà nhiều tầng ở Việt Nam 17

1.2.1 Giải pháp cấu tạo cấu kiện cho kết cấu liên hợp 18

1.2.1.a Cột liên hợp dùng trong nhà cao tầng 18

1.2.1.b Sàn liên hợp dùng trong nhà cao tầng 18

1.2.1.c Hệ vách lõi liên hợp 19

1.2.2 Tính ưu việt của kết cấu liên hợp 20

1.2.3 Vật liệu sử dụng cho kết cấu liên hợp ( tiêu chuẩn Eurocode ) 21

1.2.4 Vật liệu sử dụng cho kết cấu liên hợp (tiêu chuẩn AISC) 26

1.3 Quá trình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp trên thế giới 27

1.4 Quá trình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp tại Việt Nam 29

CHƯƠNG 2 CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN VÁCH LIÊN HỢP 33

2.1 Cấu tạo vách liên hợp 33

2.2 Ưu điểm của vách liên hợp 33

2.3 Các thành phần chính của một bức vách liên hợp 34

2.4 Hệ thống kết cấu sử dụng vách liên hợp 39

2.5 Nguyên lý làm việc của kết vách liên hợp 40

2.5.1 Tải trọng động đất cho vách liên hợp 41

2.5.2 Các dạng phá hoại chính của vách liên hợp 45

2.6 Quy định khi thiết kế vách liên hợp chịu cắt 47

2.7 Khả năng chống lại mô men lật của vách liên hợp 50

2.8 Nguyên tắc thiết kế liên kết của thép tấm với dầm biên và cột biên 50

2.9 Nguyên tắc thiết kế chốt chịu cắt 52

2.10 Nguyên tắc thiết kế dầm biên, cột biên 53

CHƯƠNG 3 : VÍ DỤ TÍNH TOÁN CẤU TẠO VÁCH LIÊN HỢP 54

3.1 Ví dụ tính toán 54

3.2 Kiểm tra khả năng chịu lực của phần vách thép 64

3.2.1 Kiểm tra khả năng chịu kéo của tấm vách thép do trường ứng lực gây nên 64

3.2.2 Kiểm tra khả năng chịu nén của vách thép khi chịu nén dọc 64

3.2.3 Kiểm tra khả năng chịu cắt của chốt neo 65

3.2.4.Kiểm tra cấu tạo của vách bê tông 67

3.2.5 Kiểm tra sự phá hoại của liên kết giữa tấm vách thép với cột và dầm

biên 67

3.2.6 Kiểm tra cột biên và dầm biên ở hai bên vách liên hợp 68

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

Kết Luận 72

Kiến nghị 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU

* Lý do chọn đề tài

- Hiện nay kết cấu nhà cao tầng được sử dụng phổ biến trên thế giới và ở Việt Nam Hệ thống kết cấu chịu lực của nó rất đa dạng Kết cấu khung chủ yếu chỉ chịu tải trọng đứng, các kết cấu cứng như vách lõi chịu một phần tải trọng đứng và chủ yếu chịu tải trọng ngang như động đất, gió động Tùy theo yêu cầu của công trình mà chủ đầu tư cân nhắc, lựa chọn kết cấu là vật liệu bê tông, thép hoặc liên hợp Hiện nay do tính ưu việt của hệ liên hợp mà các kỹ sư thiết kế thường chọn hệ chịu lực cho nhà cao tầng là hệ này Theo thống kê đã cho thấy về phương diện hiệu quả kinh tế kỹ thuật, chi phí vật liệu dùng để chịu tác động của tải trọng ngang tăng với tốc độ nhanh hơn nhiều so với chi phí vật liệu dùng để chịu tải trọng đứng khi tăng số tầng nhà Do vậy dù lựa chọn vật liệu cho kết cấu chịu lực là bê tông hay thép, kết cấu vách lõi cũng nên lựa chọn dùng vách lõi liên hợp là tốt nhất

- Với các nhà cao tầng từ trước tới nay, thường được chọn hệ thống vách lõi là kết cấu bê tông hoặc kết cấu thép Tuy nhiên khi chịu tải trọng ngang lớn đặc biệt là tải trọng động đất, các vách lõi này thường chiếm diện tích khá lớn trên mặt bằng, điều này ảnh hưởng đến không gian sử dụng của nhà Mặt khác khi chịu tải trọng lật, đổi chiều kết cấu dễ hư hỏng, nứt khó có thể sửa chữa, ảnh hưởng tới toàn bộ hệ thống kết cấu chịu lực của tòa nhà Khi áp dụng hệ thống vách lõi liên hợp cần phải biết hệ thống vách lõi có cấu tạo như thế nào,

vị trí đặt ở đâu trên mặt bằng nhà, dùng cho nhà bao nhiêu tầng là phù hợp Sự làm việc của nó khi chịu tải trọng động đất và gió đứng ra sao Đó là các vấn đề

mà các sinh viên, ký sư xây dựng cần phải biết Với lý do đó đề tài của em

nghiên cứu về: "Nghiên cứu tính toán vách liên hợp trong kết cấu nhà cao

tầng" Đề tài đáp ứng được với các nhu cầu cấp thiết hiện nay

* Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu cấu tạo vách liên hợp

- Sự làm việc tổng thể của kết cấu vách liên hợp trong kết cấu nhà cao tầng

- Các công thức tính toán vách liên hợp theo tiêu chuẩn AISC

- Dùng ví dụ tính toán để minh họa và từ đó rút ra các kết luận và kiến nghị

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Vách liên hợp trong kết cấu nhà cao tầng

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu cấu tạo và phương pháp tính toán vách liên hợp theo tiêu chuẩn AISC 1997

* Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở cấu tạo vách liên hợp theo AISC

- Tính toán công trình cụ thể để có kết luận so sánh về kết cấu khi dùng vách liên hợp

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Đề tài - Dùng cho các nghiên cứu về vách liên hợp trong nhà cao tầng

- Dùng cho các kỹ sư và sinh viên ngành xây dựng trong quá trình tính toán thực tế

* Cấu trúc luận văn

Cấu trúc luận văn được chia làm ba chương chính và các phần mở đầu, kết luận, kiến nghị và tài liệu tham khảo:

Chương I : Tổng quan chung

Chương II : Cấu tạo và tính toán vách liên hợp

Chương III : Ví dụ áp dụng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG DÙNG TRONG NHÀ CAO TẦNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

1.1 Khái niệm về kết cấu nhà cao tầng

1.2 Giải pháp kết cấu liên hợp thép bê tông cho nhà nhiều tầng ở Việt Nam 1.3 Quá trình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp trên thế giới

1.4 Quá trình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp tại Việt Nam

CHƯƠNG 2 CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN VÁCH LIÊN HỢP

2.1 Cấu tạo vách liên hợp

2.2 Ưu nhược điểm của vách liên hợp

2.3 Các thành phần chính của một bức vách liên hợp

2.4 Hệ thống kết cấu sử dụng vách liên hợp

2.5 Nguyên lý làm việc của kết vách liên hợp

2.6 Quy định khi thiết kế vách liên hợp chịu cắt

2.7 Khả năng chống lại mô men lật của vách liên hợp

2.8 Nguyên tắc thiết kế liên kết của thép tấm với dầm biên và cột biên

2.9 Nguyên tắc thiết kế chốt chịu cắt

2.10 Nguyên tắc thiết kế dầm biên, cột biên

CHƯƠNG 3 : VÍ DỤ TÍNH TOÁN CẤU TẠO VÁCH LIÊN HỢP

3.1 Ví dụ tính toán

3.2 Kiểm tra khả năng chịu lực của phần vách thép

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

* Hình ảnh minh họa

THÔNG BÁO

Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui

lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện

– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận: Qua nghiên cứu sự làm việc và tính toán vách liên hợp trong

kết cấu nhà cao tầng nhận thấy rằng:

- Vách liên hợp làm bằng thép, bê tông cốt thép dùng có hiệu quả trong kết cấu nhà cao tầng và siêu cao tầng do vách có độ cứng lớn, trọng lượng nhỏ, chế tạo thuận tiện cho công tác thi công và bố trí không gian kiến trúc bên trong nhà

- Vách có khả năng chịu cắt cao dưới tác động của lực động đất Khi chịu tải trong ngạng phần vách thép tiếp nhận ứng suất kéo sịnh bởi trường ứng suất, phần vách vê tông ngoài chịu cắt, chịu kéo chống lại mô men gây lật còn có tác dụng ngăn cản sự uốn dọc của vách thép, tăng độ cứng cho vách

- Vách thép có chiều dày nhỏ nhất là 8mm, vách bê tông có chiều dày nhỏ nhất là 10,2cm khi đặt ở 1 bên và 20,4cm khi đặt 2 bên, cốt thép đặt trong

bê tông có hàm lượng không được ít hơn 0,25%

- Cột biên và dầm biên cấu tạo hai bên vách ngoài chịu tải trọng của tòa nhà, còn cùng tham gia chịu lực với vách, là điểm neo cho vùng chịu kéo của vách bê tông và vách thép khi chịu nén theo phương đường chéo

- Các chốt neo liên kết vách thép với vách bê tông có tác dụng chịu cắt

do lực cắt tầng gây ra và chịu kéo do sự mất ổn định cục bộ của vách thép

- Liên kết vách liên hợp với cột và dầm biên bằng bu lông và đường hàn, liên kết chịu lực cắt tầng

Kiến nghị: Trong vách liên hợp có đề xuất cấu tạo vách liên hợp cải

tiến, loại vách này có ưu điểm hơn so với vách liên hợp thông thường do vậy cần nghiên cứu cấu tạo và tính toán loại vách này

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt:

1 TCVN 2737-1995: Tải trọng và tác động– Tiêu chuẩn thiết kế, NXB Xây Dựng, Hà Nội

2 TCVN 9386-2012: Thiết kế công trình chịu động đất, NXB Xây Dựng,

Hà Nội

3 TCVN 5575-2012: Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép, NXB Xây Dựng, Hà Nội

4 TCVN 5574-2012: Tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép, NXB Xây Dựng, Hà Nội

5 Phạm Văn Hội, “Kết cấu liên hợp thép bêtông dùng trong nhà cao tầng ” NXB KHKT, Hà Nội, 2006

6 Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn Tư, Lưu Văn Trường

(1998), Kết cấu thép 2 - Công trình dân dụng và công nghiệp, Nhà xuất

bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội

7 Phạm Văn Các- Nguyễn Lê Ninh "Tính toán và cấu tạo kháng chấn các công trình nhiều tầng" Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 1994

8 PGS.TS Nguyễn Quang Viên, "Kết cấu thép nhà dân dụng và công nghiệp," Nhà Xuất bản khoa học và kỹ thuật

Tiếng Anh:

9 Eurocode 4 Design of composite steel and concrete structures: Part 1 -1: General rules and rules for buildings, UK, 2005

10 Abolhassan Astaneh-Asl, Ph.D., P.E., Professor Seismic Behavior and Design of composite Steel Plate Shear Walls;

11 AISC (1997), Seismic Provisions for Structural Steel Buildings, American Institute

12 AISC (1999), Load and Resistance Factor Design Specification, American Institute

13 ICC, (2000), "The International Building Code, IBC-2000," International Code Council, Falls Church, VA