Nghiên cứu giải pháp tính toán và cấu tạo cho vách cứng nhà cao tầng bê tông cốt thép liền khối theo một số tiêu chuẩn nước ngoài (tt)

ĐOÀN THẾ ANH KHÓA: 2011-2013 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TÍNH TOÁN VÀ CẤU TẠO CHO VÁCH CỨNG NHÀ CAO TẦNG BTCT LIỀN KHỐI THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN NƯỚC NGOÀI Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công t

Trang 1

ĐOÀN THẾ ANH KHÓA: 2011-2013

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TÍNH TOÁN VÀ CẤU TẠO CHO VÁCH CỨNG NHÀ CAO TẦNG BTCT LIỀN KHỐI

THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN NƯỚC NGOÀI

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:

1 TS VŨ NGỌC ANH

2 TS CAO DUY KHÔI

Hà Nội, năm 2013

Trang 2

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện Luận văn này, tác giả được người hướng dẫn

khoa học là Thầy giáo TS Vũ Ngọc Anh và TS Cao Duy Khôi tận tình giúp

đỡ, hướng dẫn cũng như tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành

Luận văn của mình Qua đây, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các

Thầy!

Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các Thầy cô giáo, các Cán bộ của

khoa Đào tạo Sau đại học, thuộc Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội đã giúp

đỡ, chỉ dẫn trong quá trình học tập và nghiên cứu

Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến những người bạn

đã luôn nhiệt tình giúp đỡ tác giả hoàn thành tốt Luận văn này

Do thời gian thực hiện đề tài không nhiều và trình độ của tác giả có hạn,

mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng trong Luận văn sẽ không tránh khỏi những

sai sót, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô

giáo cùng các bạn đồng nghiệp để Luận văn hoàn thiện hơn

Hà Nội, ngày 28 tháng 10 năm 2013

Đoàn Thế Anh

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ 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 28 tháng 10 năm 2013

Đoàn Thế Anh

Trang 4

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 2

LỜI CAM ĐOAN 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 6

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU LÕI-VÁCH CỨNG TRONG NHÀ CAO TẦNG BTCT TẠI VIỆT NAM 3

1.1 Kết cấu chịu lực của nhà cao tầng 3

1.1.1 Kết cấu chịu lực dạng khung 4

1.1.2 Kết cấu dạng tường-vách 5

1.1.3 Kết cấu dạng khung-vách 6

1.1.4 Kết cấu dạng ống 6

1.2 Vách-lõi cứng trong nhà cao tầng 7

1.2.1 Công năng 7

1.2.2 Bố trí vách-lõi cứng trên mặt bằng 7

1.2.3 Mô hình tính toán 9

1.2.4 Cấu tạo vách cứng 11

1.3 Tải trọng tác dụng lên kết cấu nhà cao tầng 13

1.3.1 Tải trọng thẳng đứng 13

1.3.2 Tải trọng ngang 14

1.4 Thực trạng thiết kế kết cấu lõi-vách cứng nhà cao tầng tại Việt Nam 15 1.4.1 Kết luận phần tổng quan 16

1.4.2 Tính cấp thiết của vấn đề 16

1.4.3 Đề xuất nhiệm vụ nghiên cứu 16

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN VÀ CẤU TẠO VÁCH CỨNG NHÀ CAO TẦNG BTCT LIỀN KHỐI THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN NƯỚC NGOÀI 18

2.1 Một số phương pháp tính toán vách phẳng 18

2.1.1 Phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi 19

2.1.2 Phương pháp giả thiết vùng biên chịu mômen 20

2.1.3 Phương pháp xây dựng biểu đồ tương tác 21

2.2 Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-05 23

2.2.1 Vật liệu sử dụng 23

2.2.2 Tổ hợp tải trọng 23

Trang 5

2.2.3 Tính toán cốt thép dọc và ngang của vách 24

2.2.4 Cấu tạo cốt thép vách 29

2.3 Tiêu chuẩn Anh BS 8110-97 31

2.3.2 Tổ hợp tải trọng 31

2.3.3 Tính toán cốt thép dọc và ngang của vách 32

2.3.4 Cấu tạo cốt thép vách 38

2.4 Ví dụ tính toán 38

2.4.1 Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-05 39

2.4.2 Tiêu chuẩn Anh BS 8110-97 46

2.5 Nhận xét, so sánh kết quả tính toán cốt thép vách 55

CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ GIẢI PHÁP CẤU TẠO VÁCH CỨNG ÁP DỤNG TRONG THIẾT KẾ NHÀ CAO TẦNG TẠI VIỆT NAM 57

3.1 Yêu cầu chung 57

3.2 Đề xuất tính toán vách theo tiêu chuẩn Việt Nam 57

3.2.1 Phương pháp tính toán 57

3.2.3 Tính toán cốt thép dọc 58

3.2.4 Tính toán cốt thép ngang 60

3.3 Ví dụ tính toán 62

3.3.1 Tính toán cốt thép dọc 63

3.3.2 Tính toán cốt thép ngang 69

3.3.3 Nhận xét kết quả tính toán 70

3.4 Đề xuất các giải pháp cấu tạo 74

3.4.1 Bố trí cốt thép dọc 74

3.4.2 Bố trí cốt thép ngang 76

3.4.3 Bố trí cốt đai 77

3.4.4 Giải pháp cấu tạo chống động đất 78

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80

Tài liệu tham khảo 81

Trang 6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

A Diện tích toàn bộ tiết diện ngang của bê tông

A b Diện tích tiết diện của vùng bê tông chịu nén

A bt Diện tích tiết diện của vùng bê tông chịu kéo

A c Diện tích toàn bộ tiết diện ngang vùng bụng của vách

A p , A t Diện tích toàn bộ tiết diện ngang vùng biên phải, biên trái của vách

A s Diện tích cốt thép dọc chịu kéo theo BS 8110-97

A sc Diện tích tiết diện của cốt thép chịu nén

A st Diện tích tiết diện của cốt thép chịu kéo

A v Tiết diện cốt thép chịu cắt trên một đơn vị dài dọc theo phương

chiều cao vách

B p , B t Chiều rộng vùng biên phải, biên trái của vách

BTCT Bê tông cốt thép

c Hình chiếu tiết nghiêng theo TCVN 5574:2012

d Chiều cao hiệu dụng của tiết diện khi tính toán chịu cắt

E s Mô đun đàn hồi của cốt thép

f ’ c Cường độ tiêu chuẩn về nén của bê tông theo ACI 318-05

f cu Cường độ đặc trưng của bê tông theo BS 8110-97

f y Giới hạn chảy của cốt thép

h 0 Chiều cao làm việc của tiết diện

H w Chiều cao của vách

l 0 Chiều cao tính toán của cấu kiện chịu nén

Trang 7

L w Chiều rộng của vách

N b Lực dọc tác dụng lên vùng bụng vách

N c Lực dọc trong bê tông vùng nén

N i Lực dọc tác dụng vào phần tử thứ i

N s Lực dọc trong cốt thép

P gh Khả năng chịu nén giới hạn của tiết diện bê tông

P t , P p Cặp ngẫu lực đặt tại vùng biên của vách

Q b Khả năng chịu cắt của bê tông theo TCVN 5574:2012

q sw Nội lực trong cốt thép ngang trên một đơn vị chiều dài dọc theo

phương chiều cao vách

R b Cường độ tính toán về nén của bê tông

R bt Cường độ tính toán về kéo của bê tông

R s Cường độ tính toán về kéo của cốt thép

R sc Cường độ tính toán về nén của cốt thép

R sw Cường độ tính toán về kéo của cốt thép ngang

t w Chiều dày của vách

V c Khả năng chịu cắt của bê tông theo ACI 318-05

v c Ứng suất cắt thiết kế cho vật liệu bê tông theo BS 8110-97

v ' c Ứng suất chịu cắt của bê tông trên mặt cắt bất kỳ theo BS 8110-97

Trang 8

V s Khả năng chịu cắt của cốt thép theo ACI 318-05

V u Lực cắt theo ACI 318-05

y c Khoảng cách từ trọng tâm bê tông vùng nén đến trục trung hòa

y i Khoảng cách từ tâm phần tử thứ i đến trục chính

y s Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến trục trung hòa

φ Hệ số giảm cường độ của vật liệu khi chịu nén theo ACI 318-05

φb Hệ số giảm cường độ của vật liệu khi chịu kéo theo ACI 318-05

γc Hệ số an toàn của vật liệu bê tông theo BS 8110-97

γm Hệ số tính đến sự khác biệt giữa giá trị thực tế và giá trị thí nghiệm

theo BS 8110-97

γs Hệ số an toàn của vật liệu thép theo BS 8110-97

ϕ Hệ số kể đến ảnh hưởng của uốn dọc

λ Hệ số độ mảnh

μ Hàm lượng cốt thép

μmax Hàm lượng cốt thép tối đa

μmin Hàm lượng cốt thép tối thiều

σsi Ứng suất trong thanh cốt thép thứ i

Trang 9

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Các hệ kết cấu chịu lực hỗn hợp trong nhà cao 4

Hình 1.2 Hệ kết cấu chịu lực dạng khung 5

Hình 1.3 Kết cấu chịu lực dạng tường - vách 6

Hình 1.4 Sơ đồ hệ khung - vách 6

Hình 1.5 Vách đối xứng chỉ về độ cứng 8

Hình 1.6a Vách bố trí đối xứng 9

Hình 1.6b Lõi bố trí chịu uốn theo hai phương 9

Hình 1.6c Lõi bố trí đối xứng 9

Hình 1.7 Mô hình hóa vách cứng 10

Hình 1.8 Phương pháp phần tử hữu hạn 10

Hình 1.9 Xử lý lỗ cửa nhỏ 13

Hình 2.1 Nội lực tác động lên vách 18

Hình 2.2 Minh họa cách chia phần tử 19

Hình 2.3 Mặt cắt và mặt đứng vách 20

Hình 2.4 Trình tự xây dựng biểu đồ tương tác 22

Hình 2.5 Biểu đồ biến dạng, ứng suất theo ACI 26

Hình 2.6 Mặt cắt vách có gia cường vùng biên 30

Hình 2.7 Biểu đồ biến dạng, ứng suất theo BS 35

Hình 2.9 Bố trí cốt thép vách 41

Hình 2.11 Bố trí cốt thép vách 43

Hình 2.12 Biểu đồ tương tác theo ACI 44

Trang 10

Hình 2.13 Biểu đồ tương tác theo ACI 45

Hình 2.15a Bố trí cốt thép vách cho trường hợp 1 và trường hợp 3 48

Hình 2.15b Bố trí cốt thép vách cho trường hợp 2 48

Hình 2.18 Biểu đồ tương tác theo BS 51

Hình 3.1 Biểu đồ biến dạng, ứng suất theo TCVN 60

Hình 3.3a Bố trí cốt thép vách cho trường hợp 1 65

Hình 3.3c Bố trí cốt thép vách cho trường hợp 3 65

Hình 3.6 Biểu đồ tương tác theo TCVN 68

Hình 3.7 Mặt cắt vách có gia cường vùng biên 78

Trang 11

MỞ ĐẦU

• Lý do lựa chọn đề tài:

- Nhu cầu xây dựng nhà cao tầng và nhà siêu cao tầng đang bùng nổ mạnh mẽ ở Việt Nam, đặc biệt ở các khu đô thị lớn như thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh Tuy nhiên giải pháp kết cấu khung BTCT toàn khối không đáp ứng được yêu cầu chịu tải trọng ngang lớn, yêu cầu về chuyển vị nên giải pháp sử dụng kết cấu vách cứng - lõi cững BTCT toàn khối cho các công trình cao tầng và siêu cao tầng là tối ưu

- Hệ kết cấu vách cứng - lõi cứng có những ưu điểm như: Khả năng chịu tải trọng ngang lớn, độ cứng lớn, chuyển vị ngang nhỏ Vách - lõi vừa làm chức năng tường chịu lực lại vừa làm chức năng tường bao che đồng thời làm chức năng giao thông theo phương đứng Vách - lõi cũng có thể chịu tải trọng đứng rất tốt mà tiết diện mỏng lại có thể dùng làm vách ngăn, tiết kiệm diện tích sử dụng

- Việc nghiên cứu về cấu tạo và tính toán hệ kết cấu vách cứng - lõi cứng BTCT toàn khối nói chung đã có nhiều tác giả quan tâm, nghiên cứu và đưa ra chỉ dẫn về cấu tạo, tính toán cho loại kết cấu này Tuy nhiên, tiêu chuẩn thiết kế kết cấu xây dựng của Việt Nam đối với hệ kết cấu vách - lõi BTCT toàn khối chưa được ban hành, gây khó khăn cho các nhà thiết kế và xây dựng khi lựa chọn sử dụng kết cấu này Vì vậy, việc nghiên cứu đề xuất tính toán và giải pháp cấu tạo cho vách cứng nhà cao tầng BTCT liền khối theo một số tiêu chuẩn nước ngoài hoàn toàn có ý nghĩa thực tiễn

• Mục đích nghiên cứu

- Tìm hiểu các tiêu chuẩn tính toán và cấu tạo vách cứng nhà cao tầng theo một số tiêu chuẩn nước ngoài

- Thực hành tính toán vách đặc BTCT tiết diện chữ nhật theo một số tiêu chuẩn nước ngoài

Trang 12

- Nghiên cứu đề xuất tính toán và giải pháp cấu tạo cho vách cứng đặc tiết diện chữ nhật nhà cao tầng BTCT liền khối theo một số tiêu chuẩn nước ngoài

• Đối tượng nghiên cứu

- Vách cứng đặc tiết diện chữ nhật trong kết cấu nhà cao tầng BTCT liền khối

• Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu, tính toán vách đặc (không có lỗ) tiết diện chữ nhật trong kết cấu nhà cao tầng BTCT liền khối theo một số tiêu chuẩn nước ngoài

• Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu các tài liệu, các tiêu chuẩn tính toán vách cứng đặc tiết diện chữ nhật trong kết cấu nhà cao tầng BTCT liền khối

- Nghiên cứu thực nghiệm trên máy tính: Sử dụng phần mềm tính toán

• Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

- Nghiên cứu phương pháp tính toán vách đặc BTCT tiết diện chữ nhật theo tiêu chuẩn Việt Nam

- Góp phần đề xuất tính toán, giải pháp cấu tạo cho vách cứng trong kết cấu nhà cao tầng BTCT liền khối theo tiêu chuẩn Việt Nam

- Là tài liệu tham khảo cho sinh viên, cán bộ nghiên cứu và tham khảo trong công tác thiết kế

Trang 13

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

Trang 14

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

A Kết luận

1 Trong hệ thống Tiêu chuẩn Việt Nam chưa có quy định cụ thể về thiết

kế kết cấu vách cứng BTCT

2 Các phương pháp tính toán vách cứng được xem xét trong luận văn là phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi, phương pháp vùng biên chịu mômen

và phương pháp xây dựng biểu đồ tương tác Bản chất là quy vách cứng về các cấu kiện cơ bản, rồi căn cứ tiêu chuẩn cụ thể để tính toán cốt thép cho các cấu kiện cơ bản đó Do đó, các phương pháp này có thể sử dụng với TCVN khi tính toán vách đặc BTCT

3 So sánh kết quả tính toán cốt thép trên cùng một dữ liệu đầu vào theo

ba tiêu chuẩn ACI 318-05, BS 8110-97 và TCVN 5574-2012 cho thấy, hàm lượng cốt thép dọc và ngang tính theo TCVN nhỏ hơn các Tiêu chuẩn còn lại Ngoài quan điểm khác nhau về hệ số an toàn vật liệu, các tiêu chuẩn nước ngoài có đưa thêm hệ số suy giảm cường độ, làm giảm đáng kể khả năng chịu lực tính toán của cấu kiện Do vách là cấu kiện chịu lực quan trọng, khi TCVN chưa có quy định cụ thể, trước mắt luận văn đề xuất sử dụng thêm hệ

số suy giảm cường độ tham khảo từ tiêu chuẩn nước ngoài để tính toán vách theo TCVN (ϕ = 0.56-0.8)

4 Trên cơ sở tham khảo các Tiêu chuẩn ACI 318, BS 8110-97 và một số tài liệu hướng dẫn thiết kế vách cứng, luận văn đã đề xuất một số hướng dẫn cấu tạo và bố trí cốt thép cho vách cứng tiết diện đặc

B Kiến nghị và phương hướng nghiên cứu tiếp

1 Cần tiếp tục nghiên cứu tính toán vách cứng có lỗ và có lỗ theo tiêu chuẩn Việt Nam, trong đó cần phải nghiên cứu mối quan hệ giữa hệ số ảnh hưởng của uốn dọc ϕ với tỉ lệ chiều cao trên bề dày vách L w /t w

2 Tiếp tục xây dựng hệ thống tiêu chuẩn tính toán và giải pháp cấu tạo cho các cấu kiện của nhà cao tầng tại Việt Nam một cách đồng bộ và theo xu hướng hội nhập Quốc tế

Trang 15

Tài liệu tham khảo

Tiếng Việt

1 Nguyễn Đình Cống (2007), Tính toán thực hành cấu kiện bê tống cốt

thép theo TCXDVN 356:2005, NXB Xây dựng, Hà Nội

2 Lê Thanh Huấn (2009), Kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép, Hà Nội

3 Cao Duy Khôi (2012), Thiết kế kết cấu lõi-vách BTCT, Hà Nội

4 Võ Mạnh Tùng, Nguyễn Tuấn Trung, Một số phương pháp tính cốt

thép cho vách phẳng bê tông cốt thép, Bộ môn Công trình Bê tông cốt thép –

Đại học Xây dựng Hà Nội, Hà Nội

5 Công ty tư vấn Xây dựng dận dụng Việt Nam (2004), Cấu tạo bê tông

cốt thép, Nhà Xuất bản Xây dựng

6 TCVN 2737:1995, Tải trọng tác động – Tiêu chuẩn thiết kế, Bộ Khoa

học Công nghệ

7 TCVN 5574:2012, Kết cấu Bê tông và Bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn

thiết kế, Bộ Khoa học Công nghệ

8 TCVN 9386-1:2012, Thiết kế Công trình chịu động đất – Phần 1, Quy

định chung, tác động động đất và quy định đối với kết cấu nhà, Bộ Khoa học

Công nghệ

Tiếng Anh

9 American Concrete Institue, ACI 381-05, Building Code Requirements For Structural Concrete

10 British Standards Institution, BS8110 (1997), Structural Use of Concrete

11 Structural and Earthquake Engineering Software (1997), ETAB Shear Wall Design Manual

Định dạng
Số trang	15
Dung lượng	1,71 MB