Nghiên cứu xác định bằng thực nghiệm một số đặc trưng về biến dạng công trình nhà cao tầng (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN NGỌC TRUNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH BẰNG THỰC NGHIỆM MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG VỀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG LUẬN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

NGUYỄN NGỌC TRUNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH BẰNG THỰC NGHIỆM MỘT SỐ

ĐẶC TRƯNG VỀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH

NHÀ CAO TẦNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ

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 TRUNG KHÓA: 2015 – 2017

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH BẰNG THỰC NGHIỆM MỘT SỐ

ĐẶC TRƯNG VỀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH

NHÀ CAO TẦNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD & CN

Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SỸ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS TS PHẠM MINH HÀ

TS TRẦN THANH TÙNG

Hà Nội – 2017

LỜI CẢM ƠN

Sau quá trình nghiên cứu và học tập tại trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, dưới sự giảng dạy, chỉ bảo, giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo, ban chủ nhiệm khoa sau đại học, sự nỗ lực của bản thân, tôi đã hoàn thành bản luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu xác định bằng thực nghiệm một số đặc trưng về biến dạng công trình nhà cao tầng”

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô trong ban lãnh đạo nhà trường, lãnh đạo khoa Sau đại học, tập thể các thầy cô giáo, cán bộ công nhân viên của trường Đại học Kiến trúc Hà Nội và các đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành quá trình học tập và nghiên cứu

Đặc biệt tôi xin cảm ơn thầy giáo, PGS TS Phạm Minh Hà và TS Trần Thanh Tùng, hai thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo để tôi hoàn thành luận văn này

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn với đề tài “Nghiên cứu xác định bằng thực nghiệm một số đặc trưng về biến dạng công trình nhà cao tầng” là của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực, không sao chép, trùng lặp với các luận văn đã được bảo vệ

Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận văn

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các bảng biểu

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

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 3

NỘI DUNG CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ CAO TẦNG 4

1.1 Các khái niệm về nhà cao tầng 4

1.2 Phân loại nhà cao tầng 6

1.2.1 Theo mục đích sử dụng 6

1.2.2 Theo hình dạng 7

1.2.3 Theo vật liệu sử dụng cho hệ kết cấu chịu lực 7

1.3 Nhà cao tầng trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay 7

1.3.1 Sự phát triển nhà cao tầng trên thế giới 7

1.3.2 Sự phát triển nhà cao tầng ở Việt Nam 9

1.4 Một số công trình nhà cao tầng tiêu biểu 9

1.4.1 Công trình tiêu biểu trên thế giới 9

1.4.2 Công trình tiêu biểu tại Việt Nam 12

1.5 Đặc điểm về kết cấu chịu lực của nhà cao tầng 14

1.5.1 Đặc điểm sử dụng vật liệu 14

1.5.2 Các hệ kết cấu chịu lực của nhà cao tầng 14

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH CHO NHÀ CAO TẦNG 18

2.1 Xác định biến dạng công trình nhà cao tầng bằng lý thuyết 18

2.1.1 Phương pháp phần tử hữu hạn 18

2.1.2 Các biến dạng của nút trong phần mềm Etabs 26

2.2 Xác định biến dạng công trình nhà cao tầng bằng thực nghiệm 33

2.2.1 Các khái niệm chung 33

2.2.2 Nhiệm vụ của thực nghiệm công trình 34

2.2.3 Tiến hành thực nghiệm và xác định các tham số 36

2.2.4 Các dụng cụ đo chuyển vị và biến dạng trong thí nghiệm công trình 38

2.2.5 Giới thiệu về bộ thiết bị thí nghiệm đồng bộ BDI 58

2.2.6 Xử lý kết quả thí nghiệm 69

2.2.7 Đánh giá trạng thái của công trình trên cơ sở kết quả thực nghiệm 69

CHƯƠNG 3 XÁC ĐỊNH BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH CHO NHÀ CAO TẦNG BẰNG THỰC NGHIỆM 72

3.1 Quy mô xây dựng và các thông số chính của công trình 72

3.1.1 Giải pháp kết cấu 73

3.1.2 Vật liệu 74

3.1.3 Tiêu chuẩn thiết kế 75

3.1.4 Tải trọng và tác dụng 76

3.1.5 Tổ hợp tải trọng 77

3.2 Kết quả tính toán thông qua phần mềm Etabs 77

3.2.1 Phương pháp tính toán 77

3.2.2 Phụ lục tính toán 78

3.3 Kết quả thí nghiệm hiện trường sử dụng thiết bị BDI STS4 78

3.3.1 Các giai đoạn thực hiện thí nghiệm 78

3.3.2 Kết quả thí nghiệm 83

3.3.3 Đánh giá kết quả thí nghiệm 86

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87

Kết luận 87

Kiến nghị 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

 Ứng suất tiếp trên phương z

u Thành phần chuyển vị trên phương trục x

v Thành phần chuyển vị trên phương trục y

w Thành phần chuyển vị trên phương trục z

P Lực P trên phương trục z

E Mô đun đàn hồi của vật liệu kết cấu

l

 Giá trị thay đổi vị trí tương đối giữa hai điểm

 Điện trở suất của dây dẫn

L Chiều dài dây dẫn

A Diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu

bảng, biểu Tên bảng, biểu

Bảng 1.1 Phân cấp nhà cao tầng theo quy mô kết cấu

Bảng 1.2 Các công trình có chiều cao lớn nhất thế giới tính đến năm 2016 Bảng 1.3 Các công trình có chiều cao lớn nhất Việt Nam tính đến năm 2016

Bảng 2.2 Mô tả các hệ thống (System States and Descriptions)

Bảng 2.3 Thiết lập các kết nối với trạm cơ sở

Bảng 2.4 Thu thập dữ liệu (Node Connection Icon)

Bảng 2.5 Quản lý/xem lại dữ liệu đã thu thập (Test Panel Buttons and

Descriptions)

Bảng 3.2 Bảng trọng lượng riêng của vật liệu

Bảng 3.3 Bảng trọng lượng riêng của vật liệu

Bảng 3.4 Bảng tổ hợp tải trọng tính toán nhằm phục vụ so sánh thực nghiệm

Bảng 3.5 Kết quả đo biến dạng xoay tại một số vị trí ở tầng 35, tầng mái và

tầng tum

Bảng 3.6 Kết quả đo biến dạng thẳng của cột tại một số vị trí ở tầng 35, tầng

mái và tầng tum

Hình 1.8 Sơ đồ tổ hợp các hệ chịu lực nhà cao tầng

Hình 1.9 Sơ đồ gây ứng lực trước trong hệ kết cấu khung - vách lắp ghép

Hình 1.12 Các giải pháp lõi - ống, ống trong ống

Hình 2.1 Mô hình phần tử hữu hạn mái cong và tháp làm lạnh Hình 2.2 Vật thể biến dạng ba chiều bất kì

Hình 2.8 Hướng dẫn nhập tải trọng tập trung tại nút

Hình 2.15 Đồng hồ đo võng kế

Hình 2.17 Lắp đặt võng kế trên kết cấu cần đo chuyển vị Hình 2.18 Lắp đặt võng kế cố định bên ngoài

Hình 2.20a Sơ đồ cấu tạo của Indicator cơ học

Hình 2.20b Sơ đồ cấu tạo của Indicator điên tử

Hình 2.33 Sơ đồ máy đo biến dạng với nhiều điểm đo Hình 2.34 Đo biến dạng bằng Indicator kết hợp thanh chống

Hình 2.40 Màn hình STS4 – Live khi khởi chạy

Hình 3.1 Phối cảnh công trình nhà tổ hợp

Hình 3.6 Kết nối trạm cơ sở với máy tính cá nhân bằng kết nối wifi Hình 3.7 Các thông số của các đầu đo liên kết với STS4 Node số 02 Hình 3.8 Dữ liệu về biến dạng xoay thay đổi theo thời gian của 2 đầu đo Hình 3.9 Dữ liệu về biến dạng thẳng thay đổi theo thời gian của 2 đầu đo

MỞ ĐẦU

* Lý do chọn đề tài

Việc xây dựng những ngôi nhà cao tầng trên thế giới hiện nay đang diễn ra mạnh mẽ, hàng loạt các công trình cao tầng với những chiều cao kỷ lục đã và đang được xây dựng Ở Việt Nam, những năm gần đây cùng với sự tăng trưởng nhanh chóng về kinh tế, rất nhiều nhà cao tầng đã và đang được xây dựng Tuy nhiên chiều cao và số tầng của các công trình này còn rất hạn chế Trong tương lai không xa việc xây dựng những ngôi nhà với chiều cao và số tầng rất lớn ở nước ta chắc chắn

sẽ diễn ra, điều này là phù hợp với nhu cầu của xã hội và điều kiện kinh tế, khoa học kỹ thuật của đất nước đặc biệt là trong bối cảnh đất nước ta đang có sự giao lưu, hội nhập, hợp tác mạnh mẽ về kinh tế, khoa học kỹ thuật với nhiều quốc gia trên thế giới

Đối với công trình nhà cao tầng có chiều cao và số tầng lớn đặc biệt là các công trình có độ mảnh lớn, ngoài việc đảm bảo cho công trình có đủ cường độ để chịu được các tải trọng tác động lên đặc biệt là tải trọng gió và động đất thì một vấn

đề cần phải rất được chú ý đó là các biến dạng của công trình trước các tải trọng và tác động này Đây là một nội dung mà trong tính toán thiết kế các công trình có chiều cao và số tầng không lớn chúng thường được bỏ qua hoặc xem xét không kỹ

vì thường thỏa mãn khi công trình thiết kế để đảm bảo điều kiện về cường độ Nhưng với các công trình cao tầng thì đây lại là một trong những nội dung cần quan tâm hàng đầu, nó sẽ quyết định đến giới hạn chiều cao của ngôi nhà, cũng như khả năng đáp ứng các yêu cầu của ngôi nhà đối với người sử dụng trong tương lai

Nhằm nắm bắt và tiếp cận những kiến thức về loại hình công trình nhà cao tầng và các giải pháp đã, đang và có thể sẽ được sử dụng trong tương lai, tác giả đã lựa chọn đề tài này để thực hiện trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp

2

* Mục đích nghiên cứu

Trước đây bằng việc tính toán thiết kế xây dựng công trình, đặc biệt trong thiết kế công trình, người cán bộ kỹ thuật xây dựng thông qua các phần mềm: etabs, sap để tính toán và kiểm tra một số đặc trưng về biến dạng của công trình nhằm kiểm soát và đánh giá chất lượng công trình Nhưng tất cả vẫn chỉ là tính toán bằng máy móc, còn thực tế công trình biến dạng như thế nào thì đấy lại là một câu hỏi được đặt ra

Thông qua việc thực hiện đề tài này, tìm hiểu một phương pháp bằng thực nghiệm để xác định một số đặc trưng về biến dạng của công trình nhà cao tầng

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng tập trung chủ yếu là nghiên cứu về nhà cao tầng Phạm vi của đề tài là nghiên cứu một số đặc trưng về biến dạng công trình nhà cao tầng đặc biệt là biến dạng thẳng và xoay đối với các nút của công trình

* Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu bằng lý thuyết về kết hợp với một số phương pháp khảo sát bằng thực nghiệm trên công trình, có được những số liệu đo đạc và trạng thái thực tế qua quá trình tiến hành khảo sát đối tượng, sau khi xử lý các thông tin đó hoàn toàn có thể đưa ra những kết luận về chất lượng của công trình đó: biến dạng thẳng, biến dạng xoay, chuyển vị, độ ổn định…v.v

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành trên những đối tượng cụ thể với các điều kiện thực tế, các công trình xây mới, sửa chữa cải tạo đều phải có sự đánh giá kiểm định bằng thực nghiệm trước và sau quá trình thiết kế và khai thác, nhằm đưa ra các biện pháp giải quyết đối với từng trường hợp cụ thể sau: + Khả năng làm việc thực tế của một kết cấu công trình mới xây dựng xong

sẽ được phản ánh trong công việc đánh giá chất lượng chúng qua kết quả kiểm định trực tiếp trên công trình Kết quả kiểm định này là một tài liệu quan trọng nhằm

mục đích so sánh, đối chiếu với kết quả tính toán dựa trên lý thuyết, phần mềm để đưa ra kết luận

+ Công tác xác định và đánh giá khả năng chịu lực cũng được tiến hành đối với những kết cấu công trình đã được khai thác quá lâu năm, hết niên hạn sử dụng

và chất lượng đã bị giảm yếu, đối với các công trình có yêu cầu sử chữa cải tạo, cũng như các công trình khi đưa vào khai thác với tải trọng sử dụng lớn hơn hay không phù hợp với nhiệm vụ thiết kế xây dựng ban đầu

+ Đặc biệt quan trọng và không thể thiếu được công việc xác định, đánh giá trạng thái làm việc và khả năng chịu lực còn lại của các kết cấu công trình bị những

sự cố tác động như: thiên tai (gió bão, động đất…), chiến tranh tàn phá, hỏa hạn và sai sót trong quá trình thiết kế thi công gây nên những khuyết tật kỹ thuật tồn tại trong kết cấu công trình

Mục đích của công việc kiểm định khả năng chịu lực của kết cấu công trình

có sự cố về chất lượng là phát hiện và đánh giá mức độ hư hỏng và độ bền vững theo thời gian của chúng để từ đó có thể nêu được những nhận xét khẳng định khả năng tồn tại, hủy bỏ từng bộ phận của kết cấu hay toàn bộ công trình, đồng thời để nghiên cứu thiết kế tìm ra các biện pháp gia cường, sửa chữa, phục hồi công trình cũng như đưa ra cảnh báo

* Cấu trúc luận văn

NỘI DUNG

Ngoài phần MỞ ĐẦU VÀ KẾT LUẬN, luận văn có phần NỘI DUNG bao gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về nhà cao tầng

Chương 2: Phương pháp xác định biến dạng công trình cho nhà cao tầng Chương 3: Xác định biến dạng công trình cho nhà cao tầng bằng thực nghiệm.

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

Nhà cao tầng là một công trình được xây dựng phổ biến Một trong các đặc trưng của nhà cao tầng là biến dạng, chuyển vị ngang lớn do đó trong tính toán nhà cao tầng cần phải quan tâm đến vấn đề này

Xác định biến dạng, chuyển vị nhà cao tầng có nhiều phương pháp trong đó phương pháp xác định bằng thực nghiệm là phương pháp tương đối mới ở Việt Nam, nó được dùng phổ biến trên thế giới Phương pháp này được dùng nhiều trong giao thông, cầu, nhà cao tầng, các công trình có kích thước và chiều cao lớn… Phương pháp xác định bằng thực nghiệm cho phép xác định ở bất kỳ thời điểm nào với bất kỳ loại tải trọng nào Do đó có thể áp dụng với các kết cấu hiện hữu rất hiệu quả hoặc dùng để quan trắc kết cấu trong quá trình làm việc của nó

Kết quả xác định biến dạng bằng thực nghiệm cho thấy số liệu đo đạc nhỏ hơn bằng tính toán theo lý thuyết là đáng kể Do vậy nên điều này cần thiết phải áp dụng nghiên cứu phương pháp này cùng với thiết kế

Qua thí nghiệm, tại luận văn này đã đưa ra các số liệu thực tế về biến dạng thẳng và biến dạng góc của các nút kết cấu dưới tác dụng của tải trọng gió

ta trong lý thuyết và cả trong kinh nghiệm thực tế

Để việc nghiên cứu bằng thực nghiệm không còn bó hẹp trong phạm vi những người làm công tác nghiên cứu khoa học đòi hỏi cần phải đầu tư nghiên cứu

91

cả về công nghệ và điều kiện ứng dụng bởi đây mà là một phần nhu cầu mang tính thực tế và phổ cập đối với các kỹ sư xây dựng, trên nền tảng của kỹ thuật thí nghiệm và đo lường hiện đại, để có thể phân tích đầy đủ khả năng làm việc, đánh giá độ bền, độ cứng, độ ổn định và tuổi thọ của kết cấu công trình

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Đoàn Trung Kiên (2007), “Tìm hiểu các giải pháp hạn chế chuyển vị ngang nhà

cao tầng”, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Thư viện trường Đại học Kiến Trúc Hà

Nội

2 Lê Thanh Huấn (2007), “Kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép”, Nhà xuất bản

xây dựng, Hà Nội 2007

3 Nguyễn Bá Kế, Nguyễn Tiến Chương, Nguyễn Đăng Bích (2004), “Thiết kế nhà

cao tầng”, Bài giảng tập huấn KHCN sau đại học

4 Trần Anh Bình (2007), “Ứng dụng Etabs trong tính toán thiết kế nhà cao tầng”,

Tin học Xây Dựng – ĐHXD HN

5 Võ Như Cầu (2005), “ Tính kết cấu theo phương pháp phần tử hữu hạn ”, Nhà

xuất bạn xây dựng, Hà Nội 2005

6 Võ Văn Thảo (2001), “Phương pháp khảo sát – nghiên cứu thực nghiệm công

trình”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

7 TCVN 229-1999, “Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo

Trọng lượng riêng

kN m/ 3

Tải trọng tiêu chuẩn

kN m/ 2

1 Tải trọng bản thân Sàn BTCT 200 24.5 4.90

2 Tĩnh tải phụ thêm

Lớp gạch lát Lớp vữa lót Trần thạch cao

10

40

20.0 20.0

0.20 0.80 0.25 Tổng tải phụ thêm 1.25

2 Khu sảnh, hành lang

Trường hợp tải Mô tả

Chiều dày (mm)

Trọng lượng riêng

kN m/ 3

Tải trọng tiêu chuẩn

kN m/ 2

1 Tải trọng bản thân Sàn BTCT 200 24.5 4.90

2 Tĩnh tải phụ thêm

Lớp gạch lát Lớp vữa lót Đường ống M&E Trần thạch cao

10

40

20.0 20.0

0.20 0.80 0.25 0.25 Tổng tải phụ thêm 1.50

3 Khu vực siêu thị, cửa hàng

Trường hợp tải Mô tả

Chiều dày (mm)

Trọng lượng riêng

 3

/

kN m

Tải trọng tiêu chuẩn

10

40

20.0 20.0

0.20 0.80 0.25 0.25 2.00

Trọng lượng riêng

 3

/

kN m

Tải trọng tiêu chuẩn

10

40

20.0 20.0

0.20 0.80 0.25 0.25 2.00

Tổng tải phụ thêm 3.50

5 Khu vực gara

Trường hợp tải Mô tả

Chiều dày (mm)

Trọng lượng riêng

 3

/

kN m

Tải trọng tiêu chuẩn

50 20.0 1.00

0.25 Tổng tải phụ thêm 1.25

6 Khu vực sàn kỹ thuật

Trường hợp tải Mô tả

Chiều dày (mm)

Trọng lượng riêng

 3

/

kN m

Tải trọng tiêu chuẩn

10

40

20.0 20.0

0.20 0.80 0.25 0.25 Tổng tải phụ thêm 1.50

7 Khu vực thang bộ

Trường hợp tải Mô tả

Chiều dày (mm)

Trọng lượng riêng

 3

/

kN m

Tải trọng tiêu chuẩn

0.40 0.80 1.20 0.30 Tổng tải phụ thêm 2.70

8 Tường gạch 110 gạch đặc

Mô tả

Chiều dày (mm)

Trọng lượng riêng

 3

/

kN m

Tải trọng tiêu chuẩn

 2

/

kN m

Tường gạch Vữa trát

9 Tường gạch 220 gạch đặc

Mô tả

Chiều dày (mm)

Trọng lượng riêng

 3

/

kN m

Tải trọng tiêu chuẩn

 2

/

kN m

Tường gạch Vữa trát

10 Tường gạch nhẹ 110 gạch rỗng

Mô tả

Chiều dày (mm)

Trọng lượng riêng

 3

/

kN m

Tải trọng tiêu chuẩn

 2

/

kN m

Tường gạch Vữa trát

11 Tường gạch nhẹ 220 gạch rỗng

Mô tả

Chiều dày (mm)

Trọng lượng riêng

 3

/

kN m

Tải trọng tiêu chuẩn

 2

/

kN m

Tường gạch Vữa xây, trát