1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI - VŨ THÁI HOÀNG KHÓA 2014 – 2016 LỚP CH14X2 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÁCH LIÊN HỢP TRONG KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD &CN MÃ SỐ: 60.58.02.08 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS TS ĐOÀN THỊ TUYẾT NGỌC HÀ NỘI - 2016 LỜI CẢM ƠN Lời cho phép tác giả bày tỏ tình cảm biết ơn đến thầy cô giáo Khoa Sau đại học, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội dạy đỗ, giúp đỡ dẫn tác giả hoàn thành chương trình cao học Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Tiểu ban đánh giá đề cương kiểm tra tiến độ, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội có ý kiến đóng góp quý báu cho thảo luận văn tác giả Đặc biệt, tác giả xin chân thành cảm ơn PGS TS Đoàn Thị Tuyết Ngọc tận tình giúp đỡ, trực tiếp hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu động viên tác giả trình hoàn thiện luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn ban lãnh đạo nhà trường, cán Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, bạn bè đồng nghiệp tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trình học tập hoàn thành khóa học Hà Nội, ngày 30 tháng năm 2016 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Vũ Thái Hoàng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ công trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng Hà Nội, ngày 30 tháng năm 2016 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Vũ Thái Hoàng DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu hình Tên hình Hình 1.1 Bố trí lưới cột nhà cao tầng [6] Hình 1.2 Mặt bố trí hệ giằng [6] Hình 1.3 Các giải pháp tổ hợp lưới dầm [6] Hình 1.4 Các phương án sàn cho nhà mặt vuông có lõi cứng [6] Hình 1.5 Bố trí hệ dàn giằng theo phương đứng [6] Hình 1.6 Các phương pháp liên kết gối [8] Hình 1.7 Các dạng tiết diện cột liên hợp thép bêtông [5] Hình 1.8 Kết cấu sàn liên hợp sử dụng tôn sóng [5] Hình 1.9 Một số dạng liên hợp vách kết cấu nhà cao tầng [5] Hình 2.1 Các dạng vách liên hợp [10] Hình 2.2 Thành phần vách liên hợp chịu cắt điển hình [10] Sự kháng cắt thép vách liên hợp chịu cắt vách thép Hình 2.3 chịu kéo tác dụng trường ứng lực [10] Hình 2.4 Kháng cắt theo trường lực nén đường chéo bê tông [10] Hình 2.5 Kết cấu thép điển hình với vách cắt liên hợp [10] Hình 2.6 Hình ảnh tường cắt liên hợp truyền thống sáng tạo [10] Vách liên hợp sau khi qui đổi phần bê tông thành sườn dọc Hình 2.7 ngang [10] Hình 2.8 Liên kết thép với dầm cột biên [10] Hình 2.9 Lực kéo chốt vách liên hợp [10] Hình 3.1 Mô hình etab cao tầng Hình 3.2 Mặt công trình Hình 3.3 Khai báo kích thước tiết diện cột Hình 3.4 Khai báo kích thước tiết diện dầm Hình 3.5 Khai báo phổ phản ứng Hình 3.6 Khai báo trường hợp tải trọng động đất Hình 3.7 Tổ hợp tải trọng động đất DANH MỤC BẢNG, BIỂU Số hiệu bảng biểu Tên bảng, biểu Bảng 1.1 Các đặc trưng học bê tông theo Eurocode [6] Bảng 1.2 Hệ số đặc tính riêng bê tông γc [6] Bảng 1.3 Bảng 1.4 Bảng 3.1 Thép dùng cho kết cấu bê tông cốt thép theo TCXDVN 365:2005 Các đặng trưng cho bê tông thép AISC Phân phối tải trọng động đất theo phương ngang lên tầng ( phương pháp lực tĩnh ngang tương đương) MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục hình vẽ Danh mục bảng, biểu MỞ ĐẦU * Lý chọn đề tài * Mục đích nghiên cứu * Đối tượng phạm vi nghiên cứu * Phương pháp nghiên cứu * Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài * Cấu trúc luận văn * Hình ảnh minh họa NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG DÙNG TRONG NHÀ CAO TẦNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1 Khái niệm kết cấu nhà cao tầng 1.1.1 Đặc điểm nhà cao tầng 1.1.2 Tổ hợp kết cấu chịu lực nhà cao tầng 1.1.3.Tình hình ứng dụng kết cấu nhà cao tầng giới Việt Nam 13 1.2 Giải pháp kết cấu liên hợp thép bê tông cho nhà nhiều tầng Việt Nam .17 1.2.1 Giải pháp cấu tạo cấu kiện cho kết cấu liên hợp 18 1.2.1.a Cột liên hợp dùng nhà cao tầng 18 1.2.1.b Sàn liên hợp dùng nhà cao tầng 18 1.2.1.c Hệ vách lõi liên hợp 19 1.2.2 Tính ưu việt kết cấu liên hợp 20 1.2.3 Vật liệu sử dụng cho kết cấu liên hợp ( tiêu chuẩn Eurocode ) 21 1.2.4 Vật liệu sử dụng cho kết cấu liên hợp (tiêu chuẩn AISC) 26 1.3 Quá trình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp giới 27 1.4 Quá trình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp Việt Nam 29 CHƯƠNG CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN VÁCH LIÊN HỢP .33 2.1 Cấu tạo vách liên hợp 33 2.2 Ưu điểm vách liên hợp 33 2.3 Các thành phần vách liên hợp 34 2.4 Hệ thống kết cấu sử dụng vách liên hợp 39 2.5 Nguyên lý làm việc kết vách liên hợp .40 2.5.1 Tải trọng động đất cho vách liên hợp 41 2.5.2 Các dạng phá hoại vách liên hợp .45 2.6 Quy định thiết kế vách liên hợp chịu cắt 47 2.7 Khả chống lại mô men lật vách liên hợp 50 2.8 Nguyên tắc thiết kế liên kết thép với dầm biên cột biên 50 2.9 Nguyên tắc thiết kế chốt chịu cắt 52 2.10 Nguyên tắc thiết kế dầm biên, cột biên 53 CHƯƠNG : VÍ DỤ TÍNH TOÁN CẤU TẠO VÁCH LIÊN HỢP 54 3.1 Ví dụ tính toán 54 3.2 Kiểm tra khả chịu lực phần vách thép 64 3.2.1 Kiểm tra khả chịu kéo vách thép trường ứng lực gây nên 64 3.2.2 Kiểm tra khả chịu nén vách thép chịu nén dọc 64 3.2.3 Kiểm tra khả chịu cắt chốt neo 65 3.2.4.Kiểm tra cấu tạo vách bê tông 67 3.2.5 Kiểm tra phá hoại liên kết vách thép với cột dầm biên 67 3.2.6 Kiểm tra cột biên dầm biên hai bên vách liên hợp 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 Kết Luận 72 Kiến nghị 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC MỞ ĐẦU * Lý chọn đề tài - Hiện kết cấu nhà cao tầng sử dụng phổ biến giới Việt Nam Hệ thống kết cấu chịu lực đa dạng Kết cấu khung chủ yếu chịu tải trọng đứng, kết cấu cứng vách lõi chịu phần tải trọng đứng chủ yếu chịu tải trọng ngang động đất, gió động Tùy theo yêu cầu công trình mà chủ đầu tư cân nhắc, lựa chọn kết cấu vật liệu bê tông, thép liên hợp Hiện tính ưu việt hệ liên hợp mà kỹ sư thiết kế thường chọn hệ chịu lực cho nhà cao tầng hệ Theo thống kê cho thấy phương diện hiệu kinh tế kỹ thuật, chi phí vật liệu dùng để chịu tác động tải trọng ngang tăng với tốc độ nhanh nhiều so với chi phí vật liệu dùng để chịu tải trọng đứng tăng số tầng nhà Do dù lựa chọn vật liệu cho kết cấu chịu lực bê tông hay thép, kết cấu vách lõi nên lựa chọn dùng vách lõi liên hợp tốt - Với nhà cao tầng từ trước tới nay, thường chọn hệ thống vách lõi kết cấu bê tông kết cấu thép Tuy nhiên chịu tải trọng ngang lớn đặc biệt tải trọng động đất, vách lõi thường chiếm diện tích lớn mặt bằng, điều ảnh hưởng đến không gian sử dụng nhà Mặt khác chịu tải trọng lật, đổi chiều kết cấu dễ hư hỏng, nứt khó sửa chữa, ảnh hưởng tới toàn hệ thống kết cấu chịu lực tòa nhà Khi áp dụng hệ thống vách lõi liên hợp cần phải biết hệ thống vách lõi có cấu tạo nào, vị trí đặt đâu mặt nhà, dùng cho nhà tầng phù hợp Sự làm việc chịu tải trọng động đất gió đứng Đó vấn đề mà sinh viên, ký sư xây dựng cần phải biết Với lý đề tài em nghiên cứu về: "Nghiên cứu tính toán vách liên hợp kết cấu nhà cao tầng" Đề tài đáp ứng với nhu cầu cấp thiết 2 * Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu cấu tạo vách liên hợp - Sự làm việc tổng thể kết cấu vách liên hợp kết cấu nhà cao tầng - Các công thức tính toán vách liên hợp theo tiêu chuẩn AISC - Dùng ví dụ tính toán để minh họa từ rút kết luận kiến nghị * Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Vách liên hợp kết cấu nhà cao tầng - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu cấu tạo phương pháp tính toán vách liên hợp theo tiêu chuẩn AISC 1997 * Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu sở cấu tạo vách liên hợp theo AISC - Tính toán công trình cụ thể để có kết luận so sánh kết cấu dùng vách liên hợp * Ý nghĩa khoa học thực tiễn Đề tài - Dùng cho nghiên cứu vách liên hợp nhà cao tầng - Dùng cho kỹ sư sinh viên ngành xây dựng trình tính toán thực tế * Cấu trúc luận văn Cấu trúc luận văn chia làm ba chương phần mở đầu, kết luận, kiến nghị tài liệu tham khảo: Chương I : Tổng quan chung Chương II : Cấu tạo tính toán vách liên hợp Chương III : Ví dụ áp dụng CHƯƠNG TỔNG QUAN KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG DÙNG TRONG NHÀ CAO TẦNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1 Khái niệm kết cấu nhà cao tầng 1.2 Giải pháp kết cấu liên hợp thép bê tông cho nhà nhiều tầng Việt Nam 1.3 Quá trình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp giới 1.4 Quá trình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp Việt Nam CHƯƠNG CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN VÁCH LIÊN HỢP 2.1 Cấu tạo vách liên hợp 2.2 Ưu nhược điểm vách liên hợp 2.3 Các thành phần vách liên hợp 2.4 Hệ thống kết cấu sử dụng vách liên hợp 2.5 Nguyên lý làm việc kết vách liên hợp 2.6 Quy định thiết kế vách liên hợp chịu cắt 2.7 Khả chống lại mô men lật vách liên hợp 2.8 Nguyên tắc thiết kế liên kết thép với dầm biên cột biên 2.9 Nguyên tắc thiết kế chốt chịu cắt 2.10 Nguyên tắc thiết kế dầm biên, cột biên CHƯƠNG : VÍ DỤ TÍNH TOÁN CẤU TẠO VÁCH LIÊN HỢP 3.1 Ví dụ tính toán 3.2 Kiểm tra khả chịu lực phần vách thép KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ * Hình ảnh minh họa THÔNG BÁO Để xem phần văn 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 Email: digilib.hau@gmail.com TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Qua nghiên cứu làm việc tính toán vách liên hợp kết cấu nhà cao tầng nhận thấy rằng: - Vách liên hợp làm thép, bê tông cốt thép dùng có hiệu kết cấu nhà cao tầng siêu cao tầng vách có độ cứng lớn, trọng lượng nhỏ, chế tạo thuận tiện cho công tác thi công bố trí không gian kiến trúc bên nhà - Vách có khả chịu cắt cao tác động lực động đất Khi chịu tải ngạng phần vách thép tiếp nhận ứng suất kéo sịnh trường ứng suất, phần vách vê tông chịu cắt, chịu kéo chống lại mô men gây lật có tác dụng ngăn cản uốn dọc vách thép, tăng độ cứng cho vách - Vách thép có chiều dày nhỏ 8mm, vách bê tông có chiều dày nhỏ 10,2cm đặt bên 20,4cm đặt bên, cốt thép đặt bê tông có hàm lượng không 0,25% - Cột biên dầm biên cấu tạo hai bên vách chịu tải trọng tòa nhà, tham gia chịu lực với vách, điểm neo cho vùng chịu kéo vách bê tông vách thép chịu nén theo phương đường chéo - Các chốt neo liên kết vách thép với vách bê tông có tác dụng chịu cắt lực cắt tầng gây chịu kéo ổn định cục vách thép - Liên kết vách liên hợp với cột dầm biên bu lông đường hàn, liên kết chịu lực cắt tầng Kiến nghị: Trong vách liên hợp có đề xuất cấu tạo vách liên hợp cải tiến, loại vách có ưu điểm so với vách liên hợp thông thường cần nghiên cứu cấu tạo tính toán loại vách 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: TCVN 2737-1995: Tải trọng tác động– Tiêu chuẩn thiết kế, NXB Xây Dựng, Hà Nội TCVN 9386-2012: Thiết kế công trình chịu động đất, NXB Xây Dựng, Hà Nội TCVN 5575-2012: Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép, NXB Xây Dựng, Hà Nội TCVN 5574-2012: Tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép, NXB Xây Dựng, Hà Nội Phạm Văn Hội, “Kết cấu liên hợp thép bêtông dùng nhà cao tầng ” NXB KHKT, Hà Nội, 2006 Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn Tư, Lưu Văn Trường (1998), Kết cấu thép - Công trình dân dụng công nghiệp, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Phạm Văn Các- Nguyễn Lê Ninh "Tính toán cấu tạo kháng chấn công trình nhiều tầng" Nhà xuất khoa học kỹ thuật 1994 PGS.TS Nguyễn Quang Viên, "Kết cấu thép nhà dân dụng công nghiệp," Nhà Xuất khoa học kỹ thuật Tiếng Anh: Eurocode Design of composite steel and concrete structures: Part -1: General rules and rules for buildings, UK, 2005 10 Abolhassan Astaneh-Asl, Ph.D., P.E., Professor Seismic Behavior and Design of composite Steel Plate Shear Walls; 74 11 AISC (1997), Seismic Provisions for Structural Steel Buildings, American Institute 12 AISC (1999), Load and Resistance Factor Design Specification, American Institute 13 ICC, (2000), "The International Building International Code Council, Falls Church, VA Code, IBC-2000," ... liên hợp kết cấu nhà cao tầng" Đề tài đáp ứng với nhu cầu cấp thiết 2 * Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu cấu tạo vách liên hợp - Sự làm việc tổng thể kết cấu vách liên hợp kết cấu nhà cao tầng. .. trình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp giới 1.4 Quá trình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp Việt Nam CHƯƠNG CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN VÁCH LIÊN HỢP 2.1 Cấu tạo vách liên hợp 2.2 Ưu nhược điểm vách. .. cao tầng - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu cấu tạo phương pháp tính toán vách liên hợp theo tiêu chuẩn AISC 1997 * Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu sở cấu tạo vách liên hợp theo AISC - Tính toán