Ảnh hưởng của biến dạng không đồng điệu đến nội lực của vách trong kết cấu nhà nhiều tầng chịu tải trọng động đất (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN NGỌC THUẦN ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN DẠNG KHÔNG ĐỒNG ĐIỆU ĐẾN NỘI LỰC CỦA VÁCH TRONG KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG CHỊU TẢI T

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

NGUYỄN NGỌC THUẦN

ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN DẠNG KHÔNG ĐỒNG ĐIỆU ĐẾN NỘI LỰC CỦA VÁCH TRONG KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Hà Nội - 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

NGUYỄN NGỌC THUẦN KHÓA: 2015- 2017

ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN DẠNG KHÔNG ĐỒNG ĐIỆU ĐẾN NỘI LỰC CỦA VÁCH TRONG KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG CHỊU

TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT

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

Mã số:60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG

Hà Nội - 2017

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn Khoa đào tạo sau đại học, Khoa xây dựng dân dụng và công nghệp – Trường đại học Kiến trúc Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi

để tác giả hoàn thành luận văn này

Xin đặc biệt cảm ơn PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương - Đại học Kiến Trúc Hà Nội đã động viên, hướng dẫn tận tình cho tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Tác giả xin cảm ơn những đóng góp của ý kiến, xây dựng của các thầy cô và đồng nghiệp trong quá trình tác giả thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Nguyễn Ngọc Thuần

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Giới thiệu sơ lược một số công trình nhà nhiều tầng trên thế

giới

5

Hình 1.5: Mặt đứng Keangnam Landmark Tower Hà Nội 9 Hình 1.6: Mặt bằng tháp A-B Keangnam Landmark Tower Hà Nội 10

Hình 1.11: Một số giải pháp làm tăng độ cứng cho hệ khung 16 Hình 1.12: Phân tích sơ đồ chịu lực hệ khung giằng 16 Hình 1.13: Biến dạng của dàn giằng khi chịu tải ngang 17

Hình 2.2: Phổ phản ứng đàn hồi cho các loại nền đất từ A đến E (độ

cản 5 %)

33

Hình 3.2: Mô hình 3 chiều của công trình trong ETABS 54 Hình 3.3: Biểu đồ lực cắt vách V1 trong mô hình MH1 56 Hình 3.4: Biểu đồ lực cắt vách V2 trong mô hình MH1 59

Hình 3.6: Biểu đồ lực cắt của vách V1 trong mô hình MH2 65

Hình 3.7: Biểu đồ lực cắt vách V2 trong mô hình MH2 68

Hình 3.9: Lực cắt vách V1 trong mô hình MH3 74 Hình 3.10: Lực cắt vách V2 trong mô hình MH3 77

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.3 Giá trị các tham số mô tả phổ phản ứng đàn hồi theo phương

thẳng đứng

33

Bảng 3.3 Thông số đầu vào xác định tải trọng động đất 51

Bảng 3.4: Giá trị lực cắt của vách V1 trong mô hình MH1 55 Bảng 3.5: Tỉ lệ biến đổi lực cắt đáy của vách V1 trên từng tầng trong mô

hình MH1

57

Bảng 3.6: Giá trị lực cắt của V2 trong mô hình MH1 58 Bảng 3.7 Tỉ lệ biến đổi lực cắt đáy của Vách V2 trên các tầng trong mô

hình MH1

60

Bảng 3.8 Lực cắt trong vách V1 trong mô hình MH2 64 Bảng 3.9 Tỉ lệ biến đổi lực cắt đáy của Vách V1 trên các tầng trong mô

hình MH2

66

Bảng 3.10: Lực cắt trong vách V2 trong mô hình MH2 67 Bảng 3.11 Tỉ lệ biến đổi lực cắt đáy của Vách V2 trên các tầng trong mô

hình MH2

69

Bảng 3.13 Tỉ lệ biến đổi lực cắt đáy của Vách V1 trên các tầng trong mô

hình MH3

75

Bảng 3.14 giá trị của lực cắt vách V2 trong mô Hình MH3 76 Bảng 3.14 Tỉ lệ biến đổi lực cắt đáy của Vách V2 trên các tầng trong mô

hình MH3

78

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ: "Ảnh hưởng của biến dạng không đồng điệu đến nội lực của vách trong kết cấu nhà nhiều tầng chịu tải trọng động đất" là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Số liệu nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và kết quả chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nghiên cứu nào

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Ngọc Thuần

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỒNG QUAN VỀ NHÀ NHIỀU TẦNG VÀ TẢI TRỌNG ĐỘNG

ĐẤT 3

1.1 Những đặc điểm cơ bản của nhà nhiều tầng: 3

1.2 Giới thiệu một số công trình nhiều tầng trên thế giới 4

1.3 Một số nhà cao tầng điển hình ở Việt Nam 8

1.4 Sơ đồ hệ kết cấu chịu lực nhà nhiều tầng: 11

1.4.1 Các cấu kiện chịu lực, hệ cấu kiện chịu lực cơ bản: 11

1.4.2 Sơ đồ khung: 11

1.4.3 Sơ đồ giằng: 13

1.4.4 Sơ đồ khung - giằng: 14

1.5 Một số loại tải trọng ngang tác dụng lên công trình: 17

1.5.1 Tải trọng gió: 17

1.5.2 Tải trọng động đất: 20

CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN DẠNG KHÔNG ĐỒNG ĐIỆU ĐẾN ỨNG XỬ CỦA KẾT CẤU VÁCH TRONG HỆ KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 24

2.1 Các phương pháp xác định tải trọng động đất: 24

2.2 Khái niệm biến dạng đồng điệu: 35

2.3 Sự phân bố nội lực trong kết cấu nhà nhiều tầng chịu ảnh hưởng của biến dạng đồng điệu chịu tải trọng động đất: 38

2.3.1 Trường hợp nhà không bị xoắn 38

2.3.2 Trường hợp nhà bị xoắn 39

2.4 Sự phân bố nội lực trong kết cấu nhà nhiều tầng chịu ảnh hưởng của biến dạng không đồng điệu khi chịu tải trọng động đất 42

2.5 Một số phương pháp xác định nội lực trong kết cấu 44

2.5.1 Phương pháp lực 44

2.5.2 Phương pháp chuyển vị: 44

2.5.1 Phương pháp phần tử hữu hạn 45

2.5.2 Một số phần mềm phân tích kết cấu: 45

2.5.3 Phần mềm SAP2000: 46

2.5.4 Phầm mềm SAFE 46

2.5.5 Phần mềm ETABS 9.7.4 47

CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT SỐ ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN DẠNG KHÔNG ĐỒNG ĐIỆU ĐẾN NỘI LỰC CỦA VÁCH KHI CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 49

3.1 Khảo sát ảnh hưởng của biến dạng đồng điệu đến nội lực của vách trong kết cấu nhà nhiều tầng 49

3.1.1 Vật liệu sử dụng 49

3.1.2 Tải trọng 49

3.2 Các trường hợp khảo sát 52

3.2.1 Mô hình MH1 - trường hợp bố trí đồng trục 52

3.2.2 Mô hình MH2 - trường hợp vách bố trí đồng trục thay đổi chiều dài vách 62 3.2.3 Mô hình MH3 - trường hợp bố trí vách không đồng trục 72

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU BTCT Bê tông cốt thép

Eb Mô đun đàn hồi của bê tông

Es Mô đun đàn hồi của thép

MB Mặt bằng

Rb Cường độ chịu nén của bê tông

Rs Cường độ chịu kéo của thép

T Lực cắt tầng

Tdđ Lực cắt trong trường hợp đồng điệu

Tcứng Lực cắt trong trường hợp mô hình sàn tuyệt đối cứng

Tnửa cứng Lực cắt trong trường hợp kể đến độ cứng thực của sàn/nửa cứng TCVN Tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam

1

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài:

Kết cấu bê tông cốt thép nhà nhiều tầng rất phổ biến tại các nước trên thế giới và hiện nay cũng không còn xa lạ ở Việt Nam, việc xây dựng các công trình nhiều tầng giúp giải quyết nhiều vấn đề của xã hội và của các đô thị hiện đại như: nhu cầu về nhà ở, trụ sở cơ quan… đồng thời đáp ứng được những yêu cầu đặt ra của đô thị hiện đại như nhu cầu về hạ tầng kỹ thuật, hạ tầng xã hội, kiến trúc cảnh quan… Hiện nay phần lớn các công trình đều sử dụng kết cấu bê tông cốt thép hoặc

bê tông cốt thép liên hợp do việc thi công và sử dụng có nhiều ưu điểm mà kết cấu khác không có được

Trong các cấu kiện chịu lực của công trình nhiều tầng, cấu kiện đứng dạng vách được sử dụng rất rộng rãi cho kết cấu nhà cao tầng, sự làm việc của kết cấu vách ảnh hưởng rất nhiều đến thẩm mỹ, phân chia không gian kiến trúc của toàn hà cũng như tính bền vững và vận hành của công trình

Nghiên cứu ảnh hưởng của biến dạng không đồng điệu đến sự làm việc của

hệ kết cấu vách nhà nhiều tầng có sơ đồ giằng Các kết quả nghiên cứu được có thể giúp ích một phần cho các đơn vị thiết kế, điều này giúp tối ưu hệ kết cấu bê tông cốt thép nhà nhiều tầng ở Việt Nam

Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Mục đích nghiên cứu: Tìm hiểu về tải trọng động đất và ứng xử của vách khi chịu tải trọng động đất

Đối tượng nghiên cứu: Nội lực trong kết cấu vách của hệ kết cấu nhà nhiều tầng

Phạm vi nghiên cứu: Hệ kết cấu vách công trình nhà nhiều tầng trong các trường hợp biến dạng đồng điệu và không đồng điệu,

Phương pháp nghiên cứu:

- Mặt bằng xác định, ô lưới cột xác định

- Số tầng và chiều cao tầng xác định,

- Sử dụng phần mềm Etabs 9.7.4 để mô phỏng và phân tích sự làm việc của

2

hệ kết cấu nhà cao tầng bằng bê tông cốt thép dưới sự ảnh hưởng của tải trọng động đất Từ đó đưa ra các kết quả là nội lực của các cấu kiện vách So sánh với nội lực của hệ kết cấu biến dạng đồng điệu

- So sánh, phân tích các đại lượng quan tâm, rút ra nhận xét, kết luận

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu luận văn có thể sử dụng làm:

- Tài liệu tham khảo cho sinh viên chuyên ngành xây dựng tại các trường đại học, cao đẳng

- Tài liệu cho đơn vị tư vấn thiết kế xây dựng

Từ kết quả thu được khi khảo sát các mô hình, ta đánh giá được một phần nào sự ảnh hưởng của biến dạng không đồng điệu đến sự làm việc của hệ kết cuầ nhà nhiều tầng bằng bê tông cốt thép có sơ đồ giằng

Đưa ra kiến nghị, lời khuyên cho đơn vị thiết kế nhằm lựa chọn giải pháp tối

ưu nhất về lựa chọn tiết diện vách trong sự phân bố của mặt bằng kết cấu nhà cao tầng

Dự kiến kết quả:

- Có sự thay đổi phân phối lực cắt giữa các vách có kích thước khác nhau trong mặt bằng khi so sánh với công thức phân phối lực cắt của biến dạng đồng điệu -Trong biến dạng không đồng điệu thì các vách nhỏ có xu hướng nhận nhiều lức cắt hơn so vói công thức của biến dạng đồng điệu

- Vách có kích thước lớn và dài nằm về phía ngoài mặt của công trình có xu hướng phân phối lực cắt khác nhiều hơn so với trường hợp nằm phía trong mặt bằng công trình

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

80

KẾT LUẬN Kết luận:

Do việc khảo sát ảnh hưởng của sự không đồng điệu nên mặt bằng lựa chọn khảo sát không phải mặt bằng kết cấu của công trình thực tế Tuy nhiên từ mô hình khảo sát điển hình, luận văn đã đạt được kết quả như sau:

- Biến dạng không đồng điệu có ảnh hưởng đến nội lực của các vách khi chịu tải trọng động đất, sự ảnh hưởng của biến dạng trên đối với vách biên là rõ rệt hơn

so với vách giữa của công trình

- Khi xảy ra biến dạng không đồng điệu lớn thì lực cắt tại chân công trình sẽ chịu ảnh hưởng rõ rệt, điều đó đặt ra yêu cầu khi khảo sát, thiết kế công trình cần lưu ý đến

- Có sự khác biệt trong việc mô hình tính toán với sàn tuyệt đối cứng và sàn nửa cứng

- Ảnh hưởng của biến dạng không đồng điệu đối với các cấu kiện bố trí so le

sẽ ít hơn so với khi bố trí đồng trục

Kiến nghị:

- Trong thiết kế, tính toán cần lưu ý đến trường hợp các kết cấu chịu ảnh hưởng của biến dạng không đồng điệu khi chịu tải trọng động đất, cần lưu ý đến lực cắt tại các tầng dưới công trình (trong khoảng 1/10 chiều cao) nhất là đối với vách biên để có giải pháp thiết kế hợp lý, an toàn đối với kết cấu dưới chân công trình, đặc biệt là ở tầng 1

- Trong việc khảo sát, phân tích kết cấu cần lưu ý đến trường hợp mô hình sàn cứng và nửa cứng khi có biến dạng không đồng điệu; có giải pháp hạn chế sự thay đổi để đảm bảo an toàn cho kết cấu

- Trong thiết kế cần lưu ý đến việc bố trí kết cấu hạn chế sự biến dạng không đồng điệu, việc bố trí kết cấu so le có thể giảm bớt sự không đồng điệu của hệ kết cấu

81

Hướng phát triển luận văn:

Trong khuôn khổ luận văn, luận văn trên chưa nghiên cứu được đầy đủ những vấn đề sau:

- Sự làm việc của kết cấu trong trường hợp biến dạng không đồng điệu trong trường hợp công trình có mặt bằng kết cấu có nhiều hơn 2 loại vách

- Sự làm việc theo đồng thời cả 2 phương của công trình

- Chưa xét đến mô hình trong trường hợp mặt bằng bất đối xứng, mặt bằng chữ L, chữ T và chữ thập

- Việc đánh giá tác động của động đất dựa vào mô hình trên phần mềm Etabs, chưa có số liệu công trình thực tế

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1 Lê Thanh Huấn (2007), Kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép, Nxb Xây dựng

2 Hồ Việt Hùng (2016), ETABS kiến thức sử dụng, Ketcausoft.com

3 Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống (2006), Kết cấu bê tông

cốt thép phần cấu kiện cơ bản, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội

4 Lê Hồng Ngọc (2006), Sức bền vật liệu, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội

5 Ngô Thế Phong (chủ biên), Lý Trần Cường, Phạm Thanh Đạm, Nguyễn Lê Ninh,

Kết cấu bê tông cốt thép – Phần kết cấu nhà cửa, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật,

Hà Nội

6 Võ Bá Tầm, (2012), Nhà cao tầng bê tông cốt thép, Nxb Đại học Quốc gia thành

phố Hồ Chí Minh

7 Lều Thọ Trình, (2001), Cơ học kết cấu, Nxb Khoa học kỹ thuật Hà Nội

8 Tiêu chuẩn quốc gia (2012), TCVN 9386:1995 - Thiết kế công trình chịu động đất

9 Tiêu chuẩn quốc gia (2012), TCVN 5574:1995 - Kết cấu bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế

10 Tiêu chuẩn quốc gia (1995), TCVN 2737 : 1995 - Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế

11 edcons.edu.vn

12 EPHATLand, Hồ sơ chào hàng

Tiếng Anh

13 Bryan Stafford Smith, Alex Coull, Tall building structures - Analysis and Design (1991), John Wiley and Sons

14 W.SULƠ, Kết cấu nhà cao tầng, Nhà xuất bản Xây dựng

15 Council on tall buildings and Urban Habitat Committee 3, Structural system for tall buildings (1995),New York : McGraw-Hill

16 www.skyscrapercenter.com

17 Wikipedia.com