Đang tải... (xem toàn văn)
CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG CƠ BẢN VÀ DỄ HIỂU NHẤT. ĐƯỢC CÔ ĐỌNG SÀN LỌC KĨ LƯỠNG HÌNH THỨC THỂ HIỆN DỄ HIỀU CÓ THỂ DÙNG ĐỂ TRÌNH CHIẾU VÀ GIẢNG BÀI. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG CƠ BẢN VÀ DỄ HIỂU NHẤT. ĐƯỢC CÔ ĐỌNG SÀN LỌC KĨ LƯỠNG HÌNH THỨC THỂ HIỆN DỄ HIỀU CÓ THỂ DÙNG ĐỂ TRÌNH CHIẾU VÀ GIẢNG BÀI
CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD) NHÓM 11 Trang 1 PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ VÁCH CỨNG I- Khái niệm vách cứng (shear wall) Vách, lõi hay còn có tên là tường chịu cắt, tường chịu trượt, tường chống trượt. Vách là cấu kiện chịu lực đứng có chiều dài ≥ 4 lần chiều dày theo (BS 8110-1997, Điều 1.3.4.1) Kết cấu vách là hệ kết cấu chịu lực cấu thành bởi những bức tường chịu lực và sàn nhà. Trong hệ này, tường chịu lực thay thế dầm, cột trong khung để chịu các tải trọng đứng và tải trọng ngang. Do tường chịu lực của nhà cao tầng ngoài việc phải chịu lực nén thẳng đứng do tải trọng thẳng đứng gây ra, còn phải chịu lực trượt và mômen do tải trọng ngang sinh ra, cho nên ta mới gọi là kết cấu vách. Mặt bằng bố trí vách của công trình II- Ưu, nhược điểm: 1. Ưu điểm: Kết cấu vách so với kết cấu khung thì có khả năng chịu tải trọng ngang lớn hơn, độ cứng lớn và chuyển vị ngang nhỏ, do đó, tác dụng của chính của vách, lõi là để tăng độ cứng(dùng để giảm chuyển vị ngang ngang), tăng khả năng chịu tải ngang trong nhà cao tầng. Tải trọng gió và tải trọng động đất là hai loại tải trọng ngang chính mà vách phải chịu. CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD) NHÓM 11 Trang 2 Vách, lõi vừa làm chức năng tường chịu lực, lại vừa làm chức năng tường ngăn che. Hệ này phù hợp với nhà cao tầng có nhiều bức tường như khách sạn, nhà ở Vách, lõi cũng có thể chịu tải đứng rất tốt (mà tiết diện mỏng lại có thể dùng làm vách ngăn, tiết kiệm diện tích để sử dụng). Bố trí vách xen kẽ khung sẽ có lợi hơn nhiều so với bố trí lõi (do sự tương tác không đồng điệu). Tại Việt Nam đã có tác giả khảo sát, tính toán với nhà cao tầng, kết quả cho thấy tải trọng đứng có tác dụng làm giảm chuyển vị xoay, chuyển vị ngang do tải trọng gây ra. Khi sử dụng kết cấu dự ứng lực sẽ làm giảm chuyển vị xoay một cách đáng kể, giúp tăng độ cứng, chống xoắn của lõi cứng và độ cứng chống xoắn của tòa nhà. Từ đó, đã kiến nghị, khi thiết kế nhà nhiều tầng cần cấu tạo cốt thép liên kết sàn và lõi cứng để giảm ứng suất tập trung cục bộ, làm tăng khả năng làm việc tương hỗ giữa sàn và lõi cứng, tăng khả năng chịu lực ngang của nhà nhiều tầng. Khi thiết kế cũng phải có phương án tính đến kết cấu lõi cứng dự ứng lực để tăng lực thẳng đứng mà không tăng lực quán tính sẽ giảm chuyển vị xoay, chuyển vị ngang của công trình do tải trọng ngang gây ra. Ngoài ra, nên sử dụng ứng lực trước kết cấu lõi cứng để tăng độ cứng chống uốn và xoắn cho cả toà nhà; giúp hiện tượng nứt cấu kiện xảy ra chậm hơn, làm giảm khả năng cốt thép bị ăn mòn. 2. Nhược điểm Nhà có kết cấu vách do có nhiều tường chịu lực nên không linh hoạt bằng kết cấu khung. Một trong những bện pháp để cải thiện tình trạng đó là mở rộng khoảng cách của tường chịu lực, sử dụng bước gian lớn. Ví dụ như bước gian của nhà ở từ 2,4 đến 4,2 m phát triển lên đến 4,8 – 7,2 m. Tường ngăn giữa các căn hộ vẫn dùng tường chịu lực. Trong nội bộ căn hộ, sử dụng vách năng nhẹ để ngăn che giữa các phòng sử dụng. Khách sạn có khoảng cách giữa các phòng khách từ 3,3 m đến 4 m phát triển lên đến 6,6 - 9,0 m, cứ hai gian một ta đặt một bức tường chịu lực và một bức vách ngăn nhẹ. Biện pháp thứ hai để cải thiện tình trạng không linh hoạt nói trên là giảm bớt các bức tường dọc bên trong dùng để chịu lực, để tăng thêm tính linh hoạt trên phương chiều sâu lòng nhà. Để giải quyết đòi hỏi phải có những không gian lớn làm phòng ăn, phòng hội nghị, sảnh tiếp dân bố trí tại tầng dưới của nhà cao tầng kết cấu vách, người ta cũng có thể sử dụng kết cấu khung ở phần tầng dưới còn các tầng tiêu chuẩn bên trên thì sử dụng kết cấu vách. Ở những vùng có động đất, không cho phép sử dụng kết cấu vách có khung đỡ bên duới dạng ‘chân gà nói trên, mà phải kéo dài một bộ phận vách xuống tận đất để tạo thành hệ ống khép kín như một hệ kết cấu vách tựa trên khung có dạng chân voi. III- Lịch sử phát triển kết cấu vách Từ giữa những năm 60 lại đây, ở Trung Quốc và một số nước Đông Nam Á, kết cấu vách bê tông cốt thép phát triển rất mạnh để xây dựng nhà cao tầng và dần dần trở thành chủ thể của kết cấu nhà ở cao tầng. Để xây dựng khách sạn cao tầng, người ta cũng sử dụng loại kết cấu này rất nhiều. CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD) NHÓM 11 Trang 3 mật độ sử dụng vách cứng trong nhà cao tầng qua các năm CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD) NHÓM 11 Trang 4 PHẦN II- MÔ HÌNH HÓA VÁCH CỨNG A. CÁC TÙY CHỌN CHO VIỆC MÔ HÌNH HÓA VÁCH CỨNG: I. Tổng quan về mô hình hóa vách cứng bằng phần tử 2D Vách được đưa ra là phần tử 2D biến dạng trong mặt phẳng. Phương thức mesh thật có thể được sử dụng để liên kết vùng cứng tổng thể và sự biến dạng của vách. Phương thức mesh giả thường sử dụng để thể hiện sự uốn trong mặt phẳng. Phần tử shell tổng quát hay phần tử màng Membrane có thể được sử dụng để mô hình vách. II- Một số cách mô hình vách: 1. Khái quát về phần tử màng được sử dụng trong mô hình vách a. Tổng quan: Phần tử màng Incomplete Đặc tính: Nút: 4 nút Biến dạng: 2 biến dạng, 2 chuyển dịch thẳng Kích thước: phần tử 2 chiều Hình dạng: thông thường và dị thường Thuộc tính: Môđun đàn hồi E và hệ số Poission ratio (v), chiều dày vách t Lưu ý: Phần tử màng Incomplete không liên kết hoàn toàn với dầm, chuyển vị xoay của dầm và đoạn mút bị “cô lập Phần tử màng Complete: Đặc tính: Nút: 4 nút Biến dạng: 3 biến dạng, 2 chuyển dịch thẳng và 1 chuyển dịch xoay Kích thước: 2D Hình dáng: thông thường và dị thường Thuộc tính: Môđun đàn hồi E, hệ số Poission (v), chiều dày vách t Mem brane U1 Node 1 R3 U2 U1 Node 3 R3 U2 U1 Node 4 R3 U2 U1 Node 2 U2 3 2 1 CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD) NHÓM 11 Trang 5 b. Sử dụng phần tử màng cho việc mô hình: Sử dụng phần tử màng Incomplete: Được sử dụng đối với các phần tử phức tạp, độ chính xác cao hơn trong việc xác định sự phân bố ứng suất và cho phép dễ dàng mô hình lỗ cửa (openings). Việc chỉ dùng màng Incomplete Việc sử dụng dầm và cột được yêu cầu (không có sự liên tục moment trong dầm) ( cố đầy đủ sự liên tục moment trong dầm và cột) Sử dụng phần tử màng Complete: Được sử dụng đối với các phần tử phức tạp, độ chính xác cao hơn trong việc xác định sự phân bố ứng suất và cho phép dễ dàng mô hình lỗ cửa (openings). Việc chỉ dùng màng Complete Việc sử dụng dầm, cột không yêu cầu (sự liên tục moment trong dầm được cung cấp một cách tự động) CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD) NHÓM 11 Trang 6 c. Liên kết giữa tường và sàn: Trong mesh nói chung trong sàn nên làm cho tương xứng với mesh trong vách để tạo nên sự liên kết. Một vài phần mềm tạo liên kết một cách tự động bằng việc sử dụng constrainst (sự ép buộc) hay các phần tử “Zipper” (“khóa”) 2. Khái quát về việc sử dụng phần tử dàn trong mô hình vách: a. Tổng quan ứng xử của vách có thể xấp xỉ gần đúng bởi mô hình dàn. Các phần tử đứng chịu sự uốn dọc trục Các phần tử chéo chịu sự cản cắt Mô hình dàn đặt bắt nguồn từ khái niệm “Strut-tie” Mô hình này biểu thị bởi trạng thái “Cracked” của vách nơi mà tất cả các lực kéo được chịu bởi nút thắt (ties) và lực nén bởi bêtông. b. Xây dựng mô hình dàn: Để mục đích phân tích, giả sử cách bố trí các thanh dàn chính dựa trên bề rộng tường và cao độ của sàn. Các kích thước cấu kiện ban đầu có thể được ước lượng là “t 2t” cho các cấu kiện chính dọc trục, và “t t” cho các cấu kiện chéo. Sử dụng các phần tử khung để mô hình dàn. Không cần thiết sử dụng phần tử dàn. Các thanh chéo đơn nhìn chung là đủ cho mô hình nhưng các thanh chéo kép có thể được sử dụng để hiểu dễ dàng về các kết quả. Các dầm sàn và các tấm đan có thể liên kết trực tiếp với phần tử dàn. CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD) NHÓM 11 Trang 7 3. Khái quát về việc sử dụng dầm-cột để mô hình vách: Phần tử phẳng 4 nút không thể hiện chính xác sự uốn tuyến tính, bởi vì lực cắt phân bố đều được giả định trong công thức tính toán nhưng sự phân bố ứng suất cắt thức sự là một đường cong bậc hai. Bởi vì triết lí cơ bản của việc thiết kế kết cấu được dựa vào tiết diện bị phá vỡ nên không thể sử dụng một cách trực tiếp các kết quả phần tử đàn hồi cho thiết kế. Mô hình đơn giản (dầm-cột) có thể biểu thị ứng xử này của kết cấu. Các kết quả đó có thể sử dụng một cách trực tiếp cho thiết kế các cấu kiện bêtông. 3 D O F p e r r ig i d z o n e R i g i d Z o n e s B e a m s C o l u m n s A : S h e a r W a l l w i t h L i n e L o a d s B : F i n i t e E l e m e n t M o d e l C : D e f i n e B e a m s & C o l u m n s D : B e a m - C o l u m n M o d e l CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD) NHÓM 11 Trang 8 So sánh mô hình vách bằng phần tử shell và mô hình bằng phần tử dầm Mô hình vách bằng phần tử shell Mô hình vách bằng phần tử dàn và phần tử dầm. CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD) NHÓM 11 Trang 9 A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4 II- Mô hình vách cứng trong Etabs: 1. Mesh vách và truyền tải trọng: a. Tổng quan: Mesh và đặt tên cho vách thích hợp là chìa khóa cho việc mô hình và thiết kế vách chính xác. Mesh không tự động thích hợp cho tường vách (chỉ dùng thủ công) Tải trọng chỉ được chuyển tới vách ở các điểm góc của đối tượng diện tích mà chúng hợp thành vách. Nhìn chung, các kiểu phần tử màng hoặc phần tử shell nên được sử dụng cho mô hình vách. b. Mesh vách: Piers và Spandrels mơi mà các biến dạng uốn là đáng chú ý (độ mảnh của Piers và Spandrels), cần phải mesh Piers và Spandrels thành nhiều phần tử nhỏ. Nếu tỉ số hình dạng của 1 pier hoặc spandrel của 1 phần tử vách dưới 3 đến 1, cần xem xét mesh điều kiện của phần tử để đủ thể hiện biến dạng uốn. CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD) NHÓM 11 Trang 10 c. Đặt tên vùng pier: Tên pier được phân ra cho đối tượng vùng theo pguwowng đứng (vách) và đối tượng đường theo phương dứng (cột) Đối tượng được liên kết ở cùng 1 cao độ tầng và cùng 1 tên pier được xem như là 1 bộ phận của cùng 1 vách. Phải ấn định 1 phần tử pier 1 tên trước khi bạn có thể xuất hiện nội lực cho phần tử hoặc trước khi bạn có thể thiết kế phần tử. Một cột vách đơn không thể kéo dài qua nhiều tầng. Nội lực cột vách được xuất ra ở trên và dưới phần tử cột vách. Thiết kế cột vách chỉ thể hiện ở vị trí xác định ở đầu và cuối phần tử cột vách. Ví dụ đặt tên pier Bình luận chung về trường hợp d: Tất cả đối tượng vùng đặt tên là P1 Thiết kế được biểu diễn qua toàn bộ vách ở mỗi cao độ tầng. Nội lực vách sẽ được cung cấp cho toàn bộ vách ở mỗi cao độ tầng. Phối hợp cốt thép được trình bày ở trên và dưới mỗi tầng. [...]... CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD) PHẦN V- VÍ DỤ TÍNH TOÁN I- Đề bài Cho vách có tiết diện như hình vẽ chịu lực N= 1000t; mô men trong mặt phẳng My = 1050 kNm; lực cắt tính toán Qx = 300t tính toán và bố trí cốt thép cho tường tiêu chuẩn áp dụng ACI-318 Bê tông có f’c = 300MPa Thép AIII, fy = 400MPa II- Bài làm 1 Tính toán cốt dọc a Tính theo phương pháp 1: Chia vách. .. dầm-cột để mô hình vách: 7 II- Mô hình vách cứng trong Etabs: 9 1 Mesh vách và truyền tải trọng: 9 b Mesh vách: 9 c Đặt tên vùng pier: 10 d Đặt tên vùng Spandrel: 11 NHÓM 11 Trang 29 CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD) PHẦN 3-MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG I- Tính toán cốt dọc: ... TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD) PHẦN VI- BỐ TRÍ VÁCH CỨNG - ẢNH HƯỞNG SỰ PHÂN BỐ NỘI LỰC TRONG VÁCH I- Các dạng bố trí vách cứng cần tránh và cách sửa chữa NHÓM 11 Trang 27 CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD) II- Một số chú ý về bố trí vách cứng: Đối với mặt bằng hình chữ nhật nên bố trí từ 3 vách cứng trở lên theo cả 2 phương Vách theo phương ngang cần bố trí đều đặn,... NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD) Phương pháp này thực chất coi vách là một cấu kiện chịu nén lệch tâm và cốt thép phân bố trên toàn tiết diện vách được kể đến trong khả năng chịu lực của vách Việc thiết lập biểu đồ tương tác đòi hỏi khối lượng tính toán lớn Để giám bớt khối lượng tính toán, ta có thể sử dụng biểu đồ tương tác gần đúng II- Tính toán cốt thép ngang cho vách. .. của dầm vách được xuất ra ở bên trái và bên phải của phần tử dầm vách Thiết kế dầm vách chỉ biểu diễn tại vị trí xác định ở bên trái hoặc bên phải phần tử dầm vách Các dầm vách nhiều nhịp không thể được ấn định như một đối tượng vùng đơn Ví dụ về cách đặt tên spandrel PHẦN III- MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG NHÓM 11 Trang 11 CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD)... Trang 28 CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD) MỤC LỤC PHẦN 1-TỔNG QUAN VỀ VÁCH CỨNG I- Khái niệm vách cứng (shear wall) 1 Ưu, nhược điểm: 1 II1 Ưu điểm: 1 2 Nhược điểm 2 III- Lịch sử phát triển kết cấu vách 2 PHẦN 2-MÔ HÌNH HÓA VÁCH CỨNG A CÁC TÙY CHỌN CHO VIỆC MÔ HÌNH HÓA VÁCH CỨNG: 4... CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD) Nếu vách diện tích ngăn cản phá hoại giòn xảy ra, cần phải tăng tiết diện Theo quy trình như trên tính được Vc = 329.59t; Vs = 23.35t từ đố tính được diện tích cốt thép ngang yêu cầu là As = 0.754 cm2, với khoảng cách s= 25 cm do dó, bố trí 210@250 NHÓM 11 Trang 26 CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD)... dày vách: 19 Bố trí cốt thép trong vách: 19 NHÓM 11 Trang 30 CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD) 1 Trường hợp vách không có lỗ cửa: 19 2 Trường hợp vách có lỗ cửa: 20 III- Một số yêu cầu cấu tạo khác: 21 PHẦN 5-VÍ DỤ TÍNH TOÁN Đề bài 22 I- II- Bài làm 22 1 Tính toán. .. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD) PHẦN IV-CẤU TẠO VÁCH CỨNG I- Yêu cầu về chiều dày vách: Bề dày tối thiểu của vách cứng nằm trong phạm vi 12-14cm do điều kiện thi công ở hiện trường bắt buộc Các tiêu chuẩn kháng chấn hiện nay đều quy định bề dày của vách là 15cm Tiêu chuẩn kháng chấn PS-69 của Pháp quy định bề dày tối thiểu của vách, trong đó ht là chiều cao tự do của tầng nhà Chiều dày vách ngoài... CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD) Mặt cắt bố trí thép: b Phương pháp 2: thực hiện tính theo tiêu chuẩn ACI-318 Giả thiết chiều dài vùng biên như hình vẽ: Tính toán kiểm tra vùng biên Lực kéo trong vùng biên: Pl = 127.39t; lực nén trong vùng biên: Pr = 499.98t Diện tích cốt thép chịu kéo tính được As =37.70 cm2, hàm lượng 1.77%; diện tích cốt thép chịu nén tính được . spandrel PHẦN III- MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD) NHÓM 11 Trang 12 I- Tính toán cốt dọc: 1. Phương pháp phân. CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD) NHÓM 11 Trang 1 PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ VÁCH CỨNG I- Khái niệm vách cứng (shear wall) Vách, lõi hay còn có. CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG (THANHVNLD) NHÓM 11 Trang 19 PHẦN IV-CẤU TẠO VÁCH CỨNG I- Yêu cầu về chiều dày vách: Bề dày tối thiểu của vách cứng nằm trong