1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THU HIỂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CỨNG KHUNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA NHÀ CAO TẦNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội – Năm 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THU HIỂN KHÓA CH-2009 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CỨNG KHUNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA NHÀ CAO TẦNG NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP MÃ SỐ: 60.58.20 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS VƯƠNG NGỌC LƯU Hà Nội – Năm 2011 LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn tới Thầy giáo, Cơ giáo tận tình giảng dạy trình học tập trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội; cảm ơn Thầy, Cô giáo khoa đào tạo Sau đại học tận tình giúp đỡ tạo điều kiện cho học viên lớp CH09X trình học tập làm luận văn tốt nghiệp Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn tới gia đình, bạn bè, người thân, đồng nghiệp quan tâm, động viên, khích lệ tơi suốt thời gian học tập hoàn thành luận văn Đặc biệt, tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn giúp đỡ thực hoàn thành luận văn thạc sĩ PGS.TS Vương Ngọc Lưu, Phó hiệu trưởng trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Quá trình thực luận văn diễn thời gian ngắn, thân cố gắng song tránh khỏi thiếu sót, tơi mong quan tâm góp ý đơng đảo Thầy Cơ giáo, bạn đồng nghiệp để tơi hồn thiện kiến thức có bước nghiên cứu bổ sung phát triển Tôi xin chân thành cảm ơn./ TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Thị Thu Hiển LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Thị Thu Hiển MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng, biểu Danh mục hình vẽ, đồ thị PHẦN MỞ ĐẦU: CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG 1.1 Khái niệm nhà cao tầng 1.1.1 Định nghĩa, đặc điểm thiết kế kết cấu nhà cao tầng 1.2 Phân loại 1.2.1 Theo mục đích sử dụng 1.2.2 Theo chiều cao 1.2.3 Theo hình dạng 1.2.4 Theo vật liệu dùng để thi công kết cấu chịu lực 1.2.5 Theo sơ đồ kết cấu 1.3 Những đặc điểm nhà cao tầng 1.4 Một số cơng trình nhà cao tầng giới nước 1.4.1 Sự phát triển nhà cao tầng giới 1.4.2 Sự phát triển nhà cao tầng Việt Nam 1.4.3 Một số công trình nhà cao tầng tiêu biểu giới a Tháp Buji Dubai 10 b Tòa nhà Taipei 101 (Đài Loan) .11 c Tháp đôi Petronas Twin Tower, Malaysia[24] 12 d Tòa nhà Jinmao Building 13 1.2 Đặc điểm tải trọng nhà cao tầng 15 1.2.1 Tải trọng thường xuyên 15 1.2.2 Tải trọng tạm thời 16 1.2.3 Tải trọng lắp ghép 17 1.2.4 Tải trọng gió 18 1.2.5 Tải trọng động đất 24 1.3 Các hệ kết cấu chịu lực nhà cao tầng 25 1.3.1 Các hệ kết cấu chịu lực phát triển theo phương đứng 25 a Hệ khung chịu lực 25 b Hệ vách chịu lực 26 c Hệ lõi chịu lực 28 d Hệ kết cấu ống 29 e Hệ kết cấu hỗn hợp 30 1.3.2 Các hệ kết cấu chịu lực phát triển theo phương ngang 34 a Hệ sàn sườn 34 b Hệ sàn nhiều sườn 34 c Hệ sàn không dầm 35 1.4 Lõi cứng kết cấu nhà cao tầng 37 1.4.1 Vai trò lõi cứng 37 1.4.2 Vị trí lõi cứng 38 1.5 Các sơ đồ làm việc nhà cao tầng 38 CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG NHÀ CAO TẦNG 39 2.1 Cấu tạo khung BTCT 39 2.1.1 Cấu tạo dầm 39 2.1.2 Cấu tạo cột 40 2.1.3 Cấu tạo nút khung 41 2.2 Sự làm việc khung 43 2.2.1 Khái niệm độ dẻo kết cấu; độ dẻo kết cấu khung BTCT 43 2.2.2 Nội lực chuyển vị khung chịu tải trọng đứng tải trọng ngang 47 2.2.3 Phân tích nội lực nút khung 48 2.3 Các giải pháp làm giảm nội lực chuyển vị khung nhà cao tầng 49 2.3.1 Giảm nội lực chuyển vị khung nhà cao tầng sơ đồ kết cấu thích hợp 49 2.3.2 Giảm nội lực chuyển vị khung nhà cao tầng giải pháp lựa chọn hình dáng hiệu cơng trình 50 2.3.3 Giảm nội lực chuyển vị khung nhà cao tầng giải pháp gây ứng lực phụ theo phương thẳng đứng cho hệ kết cấu 52 2.3.4 Giảm nội lực chuyển vị khung nhà cao tầng thiết bị tiêu tán lượng 53 a Thiết bị tiêu tán lượng bị động TMD 53 b Thiết bị tiêu tán lượng chủ động (AMD) 53 c Một số giải pháp tiêu tán lượng khác 56 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG CỦA KHUNG ĐẾN NỘI LỰC VÀ CHUYỂN VỊ CỦA NHÀ CAO TẦNG BẰNG CÁC PHẦN MỀM PHÂN TÍCH KẾT CẤU 57 3.1 Trường hợp nhà có mặt hình vng 58 3.2 Trường hợp nhà có mặt hình chữ nhật 72 3.3 Tổng hợp kết so sánh 86 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP 88 Kết luận 88 1.1 Vai trò làm việc khung kết cấu nhà cao tầng có hệ khung chịu lực 88 1.2 Các kết tính tốn cụ thể 88 Kiến nghị 89 Hướng nghiên cứu tiếp tục 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU Số hiệu bảng Tên bảng, biểu Trang Bảng 3.1 Chuyển vị đỉnh cơng trình theo phương án 60 Bảng 3.2 Chu kỳ dao động riêng theo phương án 61 Bảng 3.3 Chuyển vị đỉnh công trình theo phương án 63 Bảng 3.4 Chu kỳ dao động riêng theo phương án 64 Bảng 3.5 Chuyển vị đỉnh cơng trình theo phương án 66 Bảng 3.6 Chu kỳ dao động riêng theo phương án 67 Bảng 3.7 Chuyển vị đỉnh cơng trình theo phương án 69 Bảng 3.8 Chu kỳ dao động riêng theo phương án 70 Bảng3.9 Tổng hợp kết tính tốn trường hợp nhà có mặt hình vng 71 Bảng 3.10 Chuyển vị đỉnh cơng trình theo phương án 74 Bảng 3.11 Chu kỳ dao động riêng theo phương án 75 Bảng 3.12 Chuyển vị đỉnh công trình theo phương án 77 Bảng 3.13 Chu kỳ dao động riêng theo phương án 78 Bảng 3.14 Chuyển vị đỉnh cơng trình theo phương án 80 Bảng 3.15 Chu kỳ dao động riêng theo phương án 81 Bảng 3.16 Chuyển vị đỉnh cơng trình theo phương án 83 Bảng 3.17 Chu kỳ dao động riêng theo phương án 84 Bảng 3.18 Bảng 3.19 Tổng hợp kết tính tốn trường hợp nhà có mặt hình chữ nhật Tổng hợp kết so sánh nhà có mặt hình vng nhà có mặt hình chữ nhật 85 87 10 DANH MỤC CÁC HÌNH MINH HỌA Số hiệu hình Tên hình Trang Hình 1.1 Tịa nhà Keangnam Hanoi Landmark Tower 70 tầng Hình 1.2 Tháp Buji Dubai 10 Hình 1.3 Taipei 101 (Đài Loan) 11 Hình 1.4 Tịa tháp đơi Petronas Twin Tower 12 Hình 1.5 Tịa nhà Jinmao Building 14 Hình 1.6 Tồ thị Torronto Canada 22 Hình 1.7 Khách sạn Cẩm Giang Thượng Hải 23 Hình 1.8 Tịa nhà Búp Sen TP HCM 23 Hình 1.9 Một số hình dạng khung chịu lực 25 Hình 1.10 Một số hình dạng vách chịu lực 27 Hình 1.11 Một số hình dạng lõi chịu lực 28 Hình 1.12 Một số hình dạng hệ khung – vách chịu lực 31 Hình 1.13 Sơ đồ giằng sơ đồ khung giằng 38 Hình3 Mặt nhà hình vng 59 Hình3 Mặt nhà hình chữ nhật 73 11 PHẦN MỞ ĐẦU * Lý chọn đề tài: Trong năm gần đây, với phát triển kinh tế thị trường, nhiều khách sạn, văn phòng, chung cư nhiều tầng xây dựng Đầu tiên dự án xây dựng cơng trình cao 20-30 tầng liên doanh với nước triển khai thành phố lớn Hà Nội, Thành Phố Hồ Chí Minh như: Hà Nội Tower 26 tầng, Vietcombank 32 tầng, Trung tâm thương mại Lavico 33 tầng, gần tòa cao ốc Bitexco 68 tầng, Keangnam Hanoi Landmark Tower 70 tầng Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, công nghệ tiên tiến giới dần du nhập áp dụng nước ta Hiện nay, khách sạn, chung cư, văn phòng cao tầng xây dựng tỉnh thành phố nước Trong nhà cao tầng có kết cấu khung chịu lực độ cứng khung khung biên có ảnh hưởng đến làm việc nhà Tăng cường độ cứng khung có khung biên (tăng tiết diện cột, dầm bố trí cột biên có khoảng cách ngắn) làm tăng độ cứng nhà làm giảm nội lực kết cấu đứng giảm chuyển vị cơng trình Từ vấn đề trên, chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng độ cứng khung đến làm việc nhà cao tầng” để nghiên cứu * Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu thay nội lực kết cấu đứng chuyển vị nhà cao tầng thay i cng ca khung, đặc biệt khung biªn * Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Nhà cao tầng có kết cấu khung chịu lực Bê tông cốt thép * Nội dung nghiên cứu: - Tổng quan kết cấu nhà cao tầng 12 - Vai trò khung làm việc nhà cao tầng - Ảnh hưởng việc thay đổi độ cứng khung đến nội lực chuyển vị nhà - Khảo sát ví dụ tính tốn - Rút nhận xét nêu kiến nghị cần thiết cho việc áp dụng kết nghiên cứu vào thực tế * Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn đề tài: Đưa nhìn chung vai trò kết cấu khung làm việc nhà cao tầng Đề tài phù hợp với yêu cầu thực tế việc thiết kế nhà cao tầng THƠNG 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 103 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP Kết luận 1.1 Vai trò làm việc khung kết cấu nhà cao tầng có hệ khung chịu lực Kết cấu khung bê tông cốt thép sử dụng rộng rãi có nhiều cơng trình địi hỏi khơng gian lớn, nhịp lớn Kết cấu khung cho phép biến đổi linh hoạt khơng gian sử dụng tường ngăn phịng tường tự mang phá để mở rộng khơng gian mà khơng ảnh hưởng đến độ bền vững nhà Kêt cấu khung tạo nên cột dầm liên kết với mắt cứng khớp, chúng với sàn mái tạo nên kết cấu khơng gian có độ cứng lớn[1] Đối với nhà nhiều tầng dùng khung bê tông cốt thép chịu tải trọng ngang tải trọng thẳng đứng nút khung thường nút cứng, cột liên kết cứng (ngàm) với móng Thơng thường, ngơi nhà, bên cạnh khung cịn có tường đầu hồi, tường khu vệ sinh, ô cầu thang cấu kiện có khả chịu tải trọng ngang lớn Trong tính tốn cần phải chia tải trọng cho khung tường Đối với nhà nhiều tầng mà khung chịu tải trọng thẳng đứng tải trọng ngang vách cứng lõi cứng chịu khung cấu tạo với nhiều nút khớp xà ngang làm giống cho tầng[1] 1.2 Các kết tính tốn cụ thể Phương án 1: Kết cấu bố trí bình thường - Trường hợp nhà có mặt hình vng chuyển vị đỉnh cơng trình nhỏ chuyển vị giới hạn cho phép 17,42% - Trường hợp nhà có mặt hình chữ nhật chuyển vị đỉnh cơng trình lớn chuyển vị giới hạn cho phép 3% 104 Phương án 2: Điều chỉnh tăng tiết diện cột khung - Trường hợp nhà có mặt hình vng chuyển vị đỉnh cơng trình giảm từ đến 15,87% - Trường hợp nhà có mặt hình chữ nhật chuyển vị đỉnh cơng trình giảm từ đến 17,05% Phương án 3: Tăng độ cứng khung biên cách tăng tiết diện dầm biên - Trường hợp nhà có mặt hình vng chuyển vị đỉnh cơng trình giảm từ đến 11,9% - Trường hợp nhà có mặt hình vng chuyển vị đỉnh cơng trình giảm từ đến 12,5% Phương án 4: Tăng độ cứng khung biên cách bố trí thêm cột vào khung biên - Trường hợp nhà có mặt hình vng chuyển vị đỉnh cơng trình giảm từ đến 23,85% - Trường hợp nhà có mặt hình vng chuyển vị đỉnh cơng trình giảm từ đến 24,26% Kiến nghị Phương án phương án mang lại hiệu việc tăng độ cứng khung, giảm chuyển vị đỉnh nhà cao tầng Tuy nhiên cần xem xét phương án kiến trúc để đưa định cụ thể Nên sử dụng phương án phương án kiến trúc cơng trình có yêu cầu nghiệm ngặt Có thể kết hợp phương án với điều kiện cụ thể thực tế 105 Hướng nghiên cứu tiếp tục - Nghiên cứu phạm vi ảnh hưởng độ cứng khung đến làm việc nhà cao tầng chiều cao nhà tăng - Nghiên cứu ảnh hưởng khung đến làm việc nhà cao tầng dùng khung lắp ghép, khung biên bố trí thêm xiên 106 Tài liệu tham khảo [1] Ngô Thế Phong, Lý Trần Cường, Trịnh Kim Đạm, Nguyễn Lê Ninh (1994) Kết cấu bê tông cốt thép(Phần cấu kiện nhà cửa), NXB KH&KT, Hà Nội 1996 [2] Wsullo (1976), Kết cấu nhà cao tầng (Phạm Ngọc Khánh, Lê Mạnh Lân, Trần Trọng Chi dịch từ tiếng Nga), NXB Xây dựng, Hà Nội 1995 [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] Vương Ngọc Lưu, Một số giải pháp hạn chế chuyển vị ngang nhà cao tầng, (tuyển tập công trình khoa học khoa Xây dựng trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội), 2006 [5] Triệu Tây An nhóm tác giả (1996), Hỏi đáp Thiết kế thi công nhà cao tầng (tập I), NXB Xây dựng, Hà Nội 1996 [6] Đồn Trung Kiên (2007), Tìm hiểu giải pháp hạn chế chuyển vị ngang nhà cao tầng – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Thư viện trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội [7] Đỗ Trường Giang (2001), Một số giải pháp kết cấu cho khung bê tông cốt thép chịu tải trọng động đất – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Thư viện trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội [8] TCXD 198:1997, Nhà cao tầng – Thiết kế cấu tạo bê tơng cốt thép tồn khối, NXB Xây dựng, Hà Nội 1999 [9] TCVN 2737-1995, Tải trọng tác động – Tiêu chuẩn thiết kế, NXB Xây dựng, Hà Nội 1995 [10] Chỉ dẫn tính tốn thành phần động tải trọng gió theo TCVN 27371995, NXB Xây dựng, Hà Nội 1999 [11] Tiêu chuẩn 375-2006, Thiết kế cơng trình chịu động đất 107 [12] Nguyễn Đông Anh, Phạm Xuân Khang, Nguyễn Ngọc Long, Vũ Mạnh Lăng, Đỗ Anh Cường, Lã Đức Việt, Phần tích kết cấu có lắp thiết bị tiêu tán lượng, Báo cáo hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ “sự cố hư hỏng cơng trình xây dựng” [13] Tiêu chuẩn 356 :2005, Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép [14] Nguyễn Khánh Hùng, Trần Trung Kiên, Nguyễn Ngọc Phúc, Thiết kế kết cấu nhà cao tầng Etabs 9.0.4, NXB Thống kê [15] Ngô Minh Đức, Hướng dẫn sử dụng Etabs, Phần mềm chuyên dụng tính tốn nhà cao tầng, NXB Xây dựng, Hà Nội 2010 ... cứng nhà làm giảm nội lực kết cấu đứng giảm chuyển vị cơng trình Từ vấn đề trên, chọn đề tài ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng độ cứng khung đến làm việc nhà cao tầng” để nghiên cứu * Mục đích nghiên cứu: Nghiên. .. thực tế 105 Hướng nghiên cứu tiếp tục - Nghiên cứu phạm vi ảnh hưởng độ cứng khung đến làm việc nhà cao tầng chiều cao nhà tăng - Nghiên cứu ảnh hưởng khung đến làm việc nhà cao tầng dùng khung... dụng kết nghiên cứu vào thực tế * Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn đề tài: Đưa nhìn chung vai trị kết cấu khung làm việc nhà cao tầng Đề tài phù hợp với yêu cầu thực tế việc thiết kế nhà cao tầng