Đang tải... (xem toàn văn)
LVTS39 Tính toán kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép có tầng cứng chịu tác động của động đất theo TCXDVN 3752006 LVTS39 Tính toán kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép có tầng cứng chịu tác động của động đất theo TCXDVN 3752006 Hãng sản xuất : Unknown
Bộ giáo dục và đào tạo Bộ xây dựng Trờng đại học kiến trúc H nội nguyễn tất tâm tính toán kết cấu nh cao tầng bê tông cốt thép Có TầNG CứNG chịu TáC Động của động đất theo tcxdvn 375 - 2006 luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Hà nội - 2010 Bộ giáo dục và đào tạo Bộ xây dựng Trờng đại học kiến trúc H nội nguyễn tất tâm khóa: 2007 - 2010. Lớp: ch2007x tính toán kết cấu nh cao tầng bê tông cốt thép Có TầNG CứNG chịu TáC Động của động đất theo tcxdvn 375 - 2006 luận văn thạc sĩ Chuyên ngành: Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp M số: 60.58.20 ngời hớng dẫn khoa học: p p g g s s . . T T s s . . n n g g u u y y ễ ễ n n t t i i ế ế n n c c h h ơ ơ n n g g Hà nội - 2010 lời cảm ơn Trong quá trình thực hiện Luận văn này, tác giả đợc ngời hớng dẫn khoa học là Thầy giáo PGS. TS. Nguyễn Tiến Chơng tận tình giúp đỡ, hớng dẫn cũng nh 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 Thầy! Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các Thầy cô giáo, các Cán bộ của khoa Đào tạo Sau đại học, thuộc Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội đã giúp đỡ, chỉ dẫn trong quá trình học tập và nghiên cứu. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Gia đình đã động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tác giả học tập, nghiên cứu. Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến những ngời 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 nhng trong Luận văn sẽ không tránh khỏi những sai sót, tác giả rất mong nhận đợc những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo cùng các bạn đồng nghiệp để Luận văn hoàn thiện hơn. Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2010 Tác giả Luận văn Nguyễn Tất Tâm lời cam đoan Tên tôi là: Nguyễn Tất Tâm Sinh ngày: 01 - 01 - 1979 Nơi sinh: Thạch Linh, Thạch Hà, Hà Tĩnh Nơi công tác: Khoa Xây dựng, Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội Tôi xin cam đoan Luận văn tốt nghiệp Cao học ngành Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp với đề tài: " Tính toán kết cấu Nhà cao tầng Bê tông cốt thép có tầng cứng chịu tác động của Động đất theo tcxdvn 375 - 2006" là Luận văn do cá nhân tôi thực hiện. Các kết quả tính toán các Mô hình tuân thủ Tiêu chuẩn Xây dựng hiện hành. Kết quả tính toán này không sao chép bất kỳ tài liệu nào khác. Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2010 Ngời cam đoan Nguyễn Tất Tâm 1 Mục lục Lời cảm ơn Lời cam đoan Trang Mục lục 1 Mở đầu 4 Chơng 1. Kết cấu Nhà cao tầng bê tông cốt thép và một số giải pháp hạn chế chuyển vị ngang 7 1.1. Lịch sử phát triển nhà cao tầng 7 1.1.1. Nguyên nhân xuất hiện Nhà cao tầng 7 1.1.2. Định nghĩa và Phân loại Nhà cao tầng 7 1.1.3. Lịch sử phát triển nhà cao tầng 8 1.2. Các hệ kết cấu chịu lực và sơ đồ làm việc của Nhà cao tầng. Nguyên tắc bố trí kết cấu chịu tải trọng ngang 9 1.2.1. Các hệ kết cấu chịu lực của Nhà cao tầng 9 1.2.2. Sơ đồ làm việc của Nhà cao tầng 10 1.2.3. Nguyên tắc bố trí kết cấu chịu tải trọng ngang 11 1.3. Các hệ kết cấu chịu lực cơ bản 12 1.3.1. Hệ khung chịu lực (I) 12 1.3.2. Hệ tờng chịu lực (II) 14 1.3.3. Hệ lõi chịu lực (III) 15 1.3.4. Hệ hộp chịu lực (IV) 17 1.4. Các hệ kết cấu chịu lực hỗn hợp 19 1.4.1. Hệ khung - giằng 19 1.4.2. Hệ khung - vách 21 1.4.3. Hệ khung - lõi 22 1.4.4. Hệ khung - vách - lõi 22 1.4.5. Hệ hộp - lõi 23 2 1.5. Các hệ kết cấu đặc biệt 23 1.5.1. Kết cấu có hệ dầm truyền 23 1.5.2. Kết cấu có tầng cứng và các ví dụ 25 Chơng 2. ảnh hởng của tầng cứng đến khả năng chịu tải trọng ngang của kết cấu Nhà cao tầng bê tông cốt thép. ví dụ tính toán 29 2.1. Sự làm việc của kết cấu nhà cao tầng có tầng cứng 29 2.1.1. Kết cấu Nhà cao tầng có tầng cứng 29 2.1.2. Kết cấu Nhà cao tầng có 1 tầng cứng ở đỉnh (x = 0; z = L) 30 2.1.3. Kết cấu Nhà cao tầng có 1 tầng cứng cách đỉnh 0,25.L (x = 0,25.L; z = 0,75.L) 31 2.1.4. Kết cấu Nhà cao tầng có 1 tầng cứng cách đỉnh 0,5.L (x = 0,5.L; z = 0,5.L) 33 2.1.5. Kết cấu Nhà cao tầng có 1 tầng cứng cách đỉnh 0,75L (x = 0,75.L; z = 0,25.L) 34 2.1.6. Tính toán vị trí tối u cho tầng cứng trong Nhà cao tầng có 1 tầng cứng35 2.1.7. Tính toán vị trí tối u cho các tầng cứng trong Nhà cao tầng có 2 tầng cứng 38 2.2. Ví dụ về công trình đã xây dựng 43 2.3. Ví dụ tính toán 44 2.3.1. Mô tả 44 2.3.2. Tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình 44 2.3.3. Các trờng hợp tính toán 45 2.3.4. Kết quả tính toán 46 2.4. Nhận xét 53 Chơng 3. Kết cấu Nhà cao tầng bê tông cốt thép có tầng cứng chịu tác động động đất. Các ví dụ tính toán 54 3.1. Các phơng pháp tính toán tác động của động đất 54 3.1.1. Phân loại theo tính chất tác động động đất lên công trình 54 3 3.1.2. Phân loại theo các đặc tính làm việc của Hệ kết cấu chịu lực của công trình xây dựng 54 3.2. Phơng pháp Tĩnh lực ngang tơng đơng 54 3.3. Phơng pháp Phổ phản ứng 55 3.4. Tiêu chuẩn TCXDVN 375: 2006 55 3.4.1. Phơng pháp phân tích tĩnh lực ngang tơng đơng 58 3.4.2. Phơng pháp Phân tích phổ phản ứng dạng dao động 59 3.4.3. Tổ hợp các hệ quả của các thành phần tác động động đất 59 3.5. Tính toán Kết cấu Nhà cao tầng Bê tông cốt thép có tầng cứng chịu tác động động đất 60 3.5.1. Tính toán mô hình MH9 chịu động đất theo TCXDVN 375: 2006 61 3.5.2. Các kết quả tính toán và các Bảng so sánh 64 3.6. Tính toán vị trí tối u của tầng cứng thứ hai khi tầng cứng thứ nhất bố trí cố định tại đỉnh công trình 83 3.6.1. Các mô hình tính toán 83 3.6.2. Kết quả tính toán 84 Kết luận và kiến nghị 87 Tài liệu tham khảo 88 Phụ lục PL1 đến PL15 4 Mở đầu Lý do chọn đề tài Bớc sang thế kỷ 21, việc đô thị hoá và xây dựng nhà cao tầng đang là vấn đề thời sự nóng bỏng của nớc ta. Khi thiết kế những công trình cao tầng, ngoài các loại tải trọng thông thờng, đòi hỏi ngời làm công tác t vấn thiết kế phải xem xét kỹ lỡng đến sự tác động của động đất lên công trình. Động đất thực sự là một thảm hoạ của thiên nhiên đối với sự sống của con ngời trên trái đất, tuy nhiên không phải tất cả các công trình đều bị phá huỷ sau động đất mà ta vẫn có thể nghiên cứu, xây dựng đợc những công trình có khả năng chống động đất ở những cấp độ nào đó. Để tăng độ cứng khi chịu tải trọng ngang cho công trình, các nhà cao tầng thờng đợc bố trí thêm tầng cứng (có thể kết hợp làm tầng kỹ thuật). Là một ngời đang làm công tác nghiên cứu và giảng dạy, tôi chọn nghiên cứu đề tài mà cho đến nay mới chỉ đợc xem xét chủ yếu qua bài toán tải trọng tĩnh, còn bài toán tải trọng động thì các nghiên cứu còn hạn chế. Ngoài ra, các nghiên cứu về vị trí tối u của tầng cứng để chuyển vị đỉnh công trình khi chịu động đất là nhỏ nhất cũng cha đầy đủ. Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam TCXDVN 375 - 2006 đề ra phơng pháp tính toán công trình chịu động đất theo Phổ phản ứng, qua đề tài của mình tôi muốn tìm hiểu các kết cấu Nhà cao tầng có tầng cứng khi chịu tác động động đất và tìm hiểu vị trí tối u của tầng cứng. Mục đích của đề tài - Tìm hiểu các dạng kết cấu Nhà cao tầng, các phơng pháp hạn chế chuyển vị ngang khi chịu tải gió bão, động đất. - Tìm hiểu vị trí tối u của tầng cứng trong Nhà cao tầng có một tầng cứng, có hai tầng cứng khi chịu tải trọng ngang tĩnh. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết kháng chấn, các phơng pháp xác định tải trọng động đất tác động lên kết cấu công trình. Dựa theo Tiêu chuẩn TCXDVN 375-2006 về thiết kế công trình động đất và các tài liệu, Tiêu chuẩn nớc ngoài liên quan để tìm hiểu ph ơng pháp Phổ phản ứng áp dụng trong thiết kế. 5 - Xem xét ảnh hởng của tầng cứng đến công trình khi chịu tác động động đất. - Đề xuất vị trí tối u của tầng cứng trong Nhà cao tầng có tầng cứng khi chịu tác động của động đất. - Tập hợp các kết quả tính toán, từ đó đánh giá đợc ảnh hởng của vị trí tầng cứng đến nhà cao tầng khi chịu tác động động đất. Đối tợng nghiên cứu - Hồ sơ thiết kế các công trình nhà cao tầng Bê tông cốt thép có tầng cứng, đợc xây dựng trong và ngoài nớc. Nghiên cứu các công trình đã xây dựng và đang thiết kế. - Mô hình hóa các dạng kết cấu nhà cao tầng bằng phơng pháp phần tử hữu hạn xác định vị trí tối u của tầng cứng cho công trình có tầng cứng chịu tải trọng ngang tĩnh và động đất. Phạm vi nghiên cứu - Các công trình nhà cao tầng, kết cấu khung bê tông cốt thép chịu lực có tầng cứng. - Vị trí tối u của tầng cứng trong nhà cao tầng có một tầng cứng, nhà cao tầng có hai tầng cứng chịu tải trọng ngang tĩnh. - Phơng pháp phổ phản ứng trong tính toán nhà cao tầng chịu tác động động đất. - Vị trí tối u của tầng cứng trong nhà cao tầng có một tầng cứng, nhà cao tầng có hai tầng cứng chịu tác động động đất. Phơng pháp nghiên cứu - Tìm hiểu lý thuyết tính toán tác động của động đất lên công trình theo các phơng pháp khác nhau. - Tìm hiểu lý thuyết tính toán tác động của động đất theo Phổ phản ứng trong TCXDVN 375 - 2006. - Phân tích, tính toán các dạng dao động riêng, chu kỳ, biên độ và tải trọng động đất tác động lên Nhà cao tầng có tầng cứng bằng phơng pháp phần tử hữu hạn. 6 - So sánh, tổng hợp và rút ra nhận xét, kết luận. ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài - ý nghĩa khoa học: Bài toán tìm vị trí tối u của các tầng cứng trong nhà cao tầng khi chịu tải trọng ngang tĩnh (tải gió) và Bài toán tìm vị trí tối u của các tầng cứng trong nhà cao tầng khi chịu tải trọng ngang động (động đất) là các bài toán khác nhau. Bài toán tìm vị trí tối u của tầng cứng khi chịu tải trọng ngang tĩnh thì đơn giản hơn, có thể tính toán bằng thủ công (nếu chấp nhận một số giả thiết tính toán), hoặc sử dụng phơng pháp phần tử hữu hạn. Còn Bài toán tìm vị trí tối u của tầng cứng trong nhà cao tầng khi chịu tải trọng động đất thì phức tạp hơn nhiều, chủ yếu phải sử dụng phần mềm máy tính và phải tính toán qua nhiều trờng hợp. Vậy nếu kết quả tính theo Bài toán tĩnh mà áp dụng đợc cho Bài toán động thì sẽ rất thuận lợi cho các công trình khi tính toán vị trí tối u của tầng cứng. - ý nghĩa thực tiễn: Biện pháp hạn chế chuyển vị ngang của Nhà cao tầng khi chịu tải trọng ngang là một biện pháp hữu hiệu, an toàn, ít tốn kém; các tầng đợc bố trí thêm hệ kết cấu tăng cứng (vách, dàn, ) có thể kết hợp làm tầng Kỹ thuật cho tòa nhà. Việc tìm vị trí tối u để giảm tối thiểu chuyển vị ngang khi tải trọng gió, động đất tác động lên công trình nhằm tăng vai trò của các tầng cứng; giúp các Kỹ s kết cấu, Kiến trúc s có định hớng trong bố trí tầng cứng (tầng kỹ thuật) cho các công trình nhà cao tầng. Ngoài ra, xét ý nghĩa thời sự thì trong những năm gần đây tại Việt Nam xuất hiện nhiều công trình nhà cao tầng, một số công trình có chiều cao đến 345m 70 tầng (Keangnam Hanoi Landmark Tower); 262,5 m 68 tầng (Trung tâm tài chính Bitexco); 195 m 65 tầng (Hanoi City Complex), các tổ hợp chung c 70 tầng (Khu đô thị An Khánh), có sử dụng tầng cứng để hạn chế chuyển vị đỉnh cho thấy ý nghĩa rất thực tiễn của đề tài. [...]... tầng cứng đến khả năng chịu tải trọng ngang của kết cấu Nhà cao tầng Bê Tông Cốt Thép ví dụ tính toán 2.1 Sự làm việc của kết cấu nhà cao tầng có tầng cứng 2.1.1 Kết cấu Nhà cao tầng có tầng cứng [22] Xét một kết cấu Nhà cao tầng có 1 tầng cứng ở đỉnh chịu tác dụng của tải trọng gió trên suốt chiều cao công trình Độ cứng của kết cấu chịu tải trọng đứng và ngang đợc coi là không đổi trên suốt chiều cao. .. lực: - Nhà cao tầng bằng bê tông cốt thép - Nhà cao tầng bằng thép - Nhà cao tầng có kết cấu tổ hợp bằng Bê tông cốt thép và thép Các nớc trên thế giới tùy theo sự phát triển Nhà cao tầng của mình mà có cách phân loại khác nhau Hiện nay ở nớc ta đang có xu hớng theo sự phân loại của ủy ban Nhà cao tầng Quốc tế Về mặt kết cấu, một công trình đợc định nghĩa là cao tầng khi độ bền vững và chuyển vị của nó... tầng cứng trong NCT thờng là 1, 2 hoặc 3 tầng - Nếu bố trí 1 tầng cứng: đặt tại cao độ sát mái - Nếu bố trí 2 tầng cứng: 1 tầng đặt tại cao độ sát mái, 1 tầng ở giữa chiều cao nhà Hình 1.18 Sơ đồ kết cấu NCT có tầng cứng [1] 26 - Nếu bố trí 3 tầng cứng: 1 tầng đặt tại cao độ sát mái, 1 tầng cách mái 1/3 chiều cao nhà và tầng còn lại cách mái 2/3 chiều cao nhà Tại vị trí tầng cứng, độ cứng của kết cấu. .. nhất - Nhà dạng thanh: mặt bằng chữ nhật, trong đó có nhiều đơn vị giao thông theo phơng thẳng đứng Phân loại theo chiều cao nhà: - Nhà cao tầng loại 1: 09 16 tầng (cao nhất 50m) 8 - Nhà cao tầng loại 2: 17 25 tầng (cao nhất 75m) - Nhà cao tầng loại 3: 26 40 tầng (cao nhất 100m) - Nhà cao tầng loại 4: 40 tầng trở lên (nhà siêu cao tầng) Phân loại theo vật liệu cơ bản dùng để thi công kết cấu chịu. .. 262,5m (68 tầng) , Hanoi City Complex 195m (65 tầng) Sự phát triển của nhà cao tầng tạo điều kiện cho sự phát triển các hệ kết cấu chịu lực đặc biệt là các hệ kết cấu chịu tải trọng ngang 1.2 Các hệ kết cấu chịu lực và sơ đồ làm việc của Nhà cao tầng [10] Nguyên tắc bố trí kết cấu chịu tải trọng ngang 1.2.1 Các hệ kết cấu chịu lực của Nhà cao tầng Các cấu kiện chịu lực cơ bản bao gồm: - Cấu kiện dạng... hiện của Văn hóa Việt Nam Mặt bằng các tầng có hình Oval và không có tầng nào giống nhau Giải pháp kết cấu của công trình: sử dụng hệ kết cấu hộp lõi BTCT có bố trí 01 tầng cứng, tầng cứng đợc tạo thành từ hai tầng nhà, ở vị trí các tầng 29 và 30 Tầng cứng là dạng hệ thanh dàn liên kết lõi với các cột biên, ở hai mặt nhà tại cột biên có bổ sung 04 vách cứng để liên kết với các thanh dàn và tăng độ cứng. .. lợng các hệ kết cấu chịu lực của Nhà cao tầng là rất lớn Sau đây ta chỉ giới thiệu các hệ kết cấu phổ biến nhất hiện nay cho các công trình xây dựng 1.2.2 Sơ đồ làm việc của Nhà cao tầng Sơ đồ làm việc của Nhà cao tầng có hai sơ đồ chính, bao gồm: Sơ đồ giằng: khung chỉ chịu tải trọng đứng còn toàn bộ tải trọng ngang do vách cứng chịu Nút khung có thể cấu tạo khớp hoặc độ cứng chống uốn của cột bé vô... ứng lực cắt rất lớn Vì vậy, để chịu mômen xoắn thờng cấu tạo các kết cấu cứng ở biên và các kết cấu có khả năng kháng xoắn lớn nh các kết cấu có dạng không gian kín, kết cấu hộpNgoài ra còn có thể tăng khả năng chịu xoắn tổng thể của cả công trình bằng cách liên kết hệ kết cấu biên theo phơng đứng thành khối không gian 1.3 Các hệ kết cấu chịu lực cơ bản [10] 1.3.1 Hệ khung chịu lực (I) Hệ này đợc tạo... trọng ngang có thể dới dạng gió bão hoặc động đất Mặc dù cha có sự thống nhất chung nào về định nghĩa Nhà cao tầng nhng có một ranh giới đợc đa số các Kỹ s kết cấu chấp nhận, đó là từ nhà thấp tầng sang Nhà cao tầng có sự chuyển tiếp từ phân tích tĩnh học sang phân tích động học khi nhà chịu tải gió, động đất, tức là vấn đề dao động và ổn định nói chung Thách thức đối với các Kỹ s kết cấu hiện nay... cao nhà 2.1.2 Kết cấu Nhà cao tầng có 1 tầng cứng ở đỉnh (x = 0; z = L) [22] Sơ đồ tính toán trờng hợp này đợc trình bày ở hình 2.2 Góc xoay của lõi cứng khi vị trí tầng cứng tại đỉnh công trình: w s = L w (2.1), trong đó: - góc xoay của công trình dới tác dụng của tải trọng ngang phân bố đều W, tính theo radian; s - góc xoay của tầng cứng (đầu cuối của thanh consol), đợc coi nh liên kết đàn hồi (spring) . tầng bê tông cốt thép. ví dụ tính toán 29 2.1. Sự làm việc của kết cấu nhà cao tầng có tầng cứng 29 2.1.1. Kết cấu Nhà cao tầng có tầng cứng 29 2.1.2. Kết cấu Nhà cao tầng có 1 tầng cứng. phản ứng trong tính toán nhà cao tầng chịu tác động động đất. - Vị trí tối u của tầng cứng trong nhà cao tầng có một tầng cứng, nhà cao tầng có hai tầng cứng chịu tác động động đất. Phơng. Các công trình nhà cao tầng, kết cấu khung bê tông cốt thép chịu lực có tầng cứng. - Vị trí tối u của tầng cứng trong nhà cao tầng có một tầng cứng, nhà cao tầng có hai tầng cứng chịu tải trọng