Tiểu luận kết cấu xây dựng và xu thế phát triển

12 10 0
  • Loading ...
1/12 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 09/07/2018, 09:33

Đất nước ta đang trong thời kỳ đổi mới, các công trình xây dựng có vai trò quan trọng trong việc làm thay đổi bộ mặt của các đô thị và phản ánh phần nào sự nghiệp phát triển kinh tế xã hội. Sự đa dạng hóa của nền kinh tế thị trường đang mở ra những khả năng mới cho sự phát triển của kiến trúc, vừa tạo ra những cơ hội mới và cũng là những sức ép cho sự sáng tạo của các kiến trúc sư và kỹ sư xây dựng. Nhu cầu xây dựng nhà cao tầng và nhà siêu cao tầng đang bùng nổ mạnh mẽ ở Việt Nam, đặc biệt là đô thị lớn. Khi sử dụng các giải pháp kết cấu bê tông cốt thép thông thường, công trình nhà cao tầng đòi hỏi kích thước các cấu kiện kết cấu có thể rất lớn, tốn kém, giảm không gian sử dụng và giảm tính thẩm mỹ. Các công trình cao tầng phải đặc biệt và tạo được sự hấp dẫn bên ngoài, đồng thời phải tạo được những không gian đặc biệt, tiện nghi và thuận lợi cho việc sử dụng bên trong. Để đáp ứng được những tiêu chí này, các kiến trúc sư đều muốn có những công trình cao hơn, những không gian sử dụng rộng lớn hơn và công trình có hình dáng đặc biệt hơn. Dưới góc độ kĩ thuật, thì ngày nay việc thiết kế nhà cao tầng đã có những thay đổi, để giảm tải trọng thường xuyên và để tạo ra những giải pháp không gian lớn người ta đã đưa vào những dầm nhịp lớn, những tấm ngăn bên trong không chịu lực và có thể di chuyển được, những kết cấu bao che không chịu lực. Tất cả những biện pháp này đã làm giảm thực sự độ cứng của ngôi nhà. Lúc này độ cứng ngang của công trình trở thành yếu tố quan trọng hơn độ bền khi tính toán thiết kế cho nhà cao tầng. Tải trọng ngang đối với thiết kế nhà cao tầng đã trở thành vấn đề quan trọng hơn. Vì những lí do trên nên việc nghiên cứu ứng dụng hệ kết cấu Outrigger là cần thiết trong thực tiễn. Tiểu luận: Kết cấu xây dựng xu phát triển GVHD: PGS TS Phạm Thanh Tùng MỤC LỤC PHẦN I: MỞ ĐẦU PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ KẾT CẤU TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG 1.1 Các loại kết cấu nhà nhiều tầng .3 1.1.1 Hệ kết cấu bên 1.1.2 Hệ kết cấu bên .4 CHƯƠNG 2: HỆ KẾT CẤU OUTRIGGER TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG 2.1 Giới thiệu hệ kết cấu Outrigger 2.2 Phân loại hệ kết cấu Outrigger 2.2.1 Hệ kết cấu Outrigger thông thường .6 2.2.2 Hệ kết cấu Outrigger ảo 2.3 Tầng cứng hệ kết cấu Outrigger 2.4 Vị trí tối ưu hệ kết cấu Outrigger nhà nhiều tầng 2.5 Vai trò hệ kết cấu Outrigger làm việc kết cấu nhà nhiều tầng 10 PHẦN III: KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO 12 HVTH: Lưu Quang Phương – MSHV: 1705068 Lớp: KTHN1705 Tiểu luận: Kết cấu xây dựng xu phát triển GVHD: PGS TS Phạm Thanh Tùng PHẦN I: MỞ ĐẦU Đất nước ta thời kỳ đổi mới, cơng trình xây dựng có vai trò quan trọng việc làm thay đổi mặt đô thị phản ánh phần nghiệp phát triển kinh tế - xã hội Sự đa dạng hóa kinh tế thị trường mở khả cho phát triển kiến trúc, vừa tạo hội sức ép cho sáng tạo kiến trúc sư kỹ sư xây dựng Nhu cầu xây dựng nhà cao tầng nhà siêu cao tầng bùng nổ mạnh mẽ Việt Nam, đặc biệt đô thị lớn Khi sử dụng giải pháp kết cấu bê tông cốt thép thơng thường, cơng trình nhà cao tầng đòi hỏi kích thước cấu kiện kết cấu lớn, tốn kém, giảm khơng gian sử dụng giảm tính thẩm mỹ Các cơng trình cao tầng phải đặc biệt tạo hấp dẫn bên ngoài, đồng thời phải tạo không gian đặc biệt, tiện nghi thuận lợi cho việc sử dụng bên Để đáp ứng tiêu chí này, kiến trúc sư muốn có cơng trình cao hơn, khơng gian sử dụng rộng lớn cơng trình có hình dáng đặc biệt Dưới góc độ kĩ thuật, ngày việc thiết kế nhà cao tầng có thay đổi, để giảm tải trọng thường xuyên để tạo giải pháp không gian lớn người ta đưa vào dầm nhịp lớn, ngăn bên khơng chịu lực di chuyển được, kết cấu bao che không chịu lực Tất biện pháp làm giảm thực độ cứng nhà Lúc độ cứng ngang cơng trình trở thành yếu tố quan trọng độ bền tính tốn thiết kế cho nhà cao tầng Tải trọng ngang thiết kế nhà cao tầng trở thành vấn đề quan trọng Vì lí nên việc nghiên cứu ứng dụng hệ kết cấu Outrigger cần thiết thực tiễn HVTH: Lưu Quang Phương – MSHV: 1705068 Lớp: KTHN1705 Tiểu luận: Kết cấu xây dựng xu phát triển GVHD: PGS TS Phạm Thanh Tùng PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ KẾT CẤU TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG 1.1 Các loại kết cấu nhà nhiều tầng Hệ kết cấu tòa nhà cao tầng chia thành hai nhóm chính: Kết cấu bên kết cấu bên Phân loại dựa phân bố phần tử hệ kết cấu chịu tải ngang lên nhà Một hệ phân loại kết cấu bên phần hệ chịu tải ngang nằm bên tòa nhà Tương tự vậy, phần chịu tải ngang nằm đường bao ngồi tồ nhà hệ phân loại kết cấu bên ngồi 1.1.1 Hệ kết cấu bên Trong nhóm này, hai loại hệ chịu tải ngang khung chịu lực vách Một hệ quan trọng khác loại kết cấu cốt lõi hỗ trợ Outrigger, sử dụng rộng rãi cho tòa nhà siêu cao tầng Khung chịu lực bao gồm phần tử ngang dọc liên kết cứng với mặt phẳng Khung chịu tải chủ yếu thông qua độ cứng chống uốn phần tử Năng lực chịu tải trọng thẳng đứng kết cấu khung tuý lớn, lực chịu tải trọng ngang tương đối yếu, độ cứng phía mặt bên kém, chuyển vị nằm ngang tương đối lớn Kết cấu vách hệ kết cấu chịu lực cấu thành tường chịu lực sàn nhà Trong hệ này, tường chịu lực thay dầm, cột khung để chịu tải trọng đứng tải trọng ngang Do tường chịu lực nhà cao tầng việc phải chịu lực nén thẳng đứng tải trọng thẳng ứng gây ra, phải chịu lực trượt momen tải trọng ngang sinh ra, ta gọi kết cấu tường chống trượt Khi hệ kết cấu khung, người ta lại bố trí số vách hình thành hệ kết cấu khác Đó hệ kết cấu khung - vách có tác động cộng khung vách Do kết cấu khung - vách có ưu điểm kết cấu khung vách nên nhanh chóng áp dụng rộng rãi việc xây dựng cơng trình cơng cộng khách sạn, nhà xưởng, kho tàng So với kết cấu khung tuý, hệ kết cấu tăng HVTH: Lưu Quang Phương – MSHV: 1705068 Lớp: KTHN1705 Tiểu luận: Kết cấu xây dựng xu phát triển GVHD: PGS TS Phạm Thanh Tùng cường khả chịu tải trọng ngang, nâng độ cứng ngang nhà, trì ưu điểm linh hoạt bố cục mặt 1.1.2 Hệ kết cấu bên Một kết cấu bên ngồi điển hình ống, định nghĩa hệ kết cấu khơng gian sử dụng tồn chu vi cơng trình để chịu tải ngang Có nhiều cơng trình vượt 50 tầng sử dụng kết cấu dạng ống hình thức biến đổi khác Dạng ống có vài loại phụ thuộc vào khả kết cấu mà chúng cho chiều cao khác Ống giằng biến thể ống khung lần áp dụng 100 tầng - John Hancock Trung tâm năm 1970 Chicago Hệ bundled tube bó ống riêng lẻ liên kết với để làm việc thể Sears Tower – 110 tầng hoàn thành vào năm 1974 hệ bundled tube đầu tiên, hệ gồm ống khung thép nối với đến móng, số khác kết thúc mức khác dọc theo chiều cao nhà Một loại kết cấu bên hệ diagrid (hệ xiên) Hệ diagrid so sánh với hệ kết cấu phổ biến kết cấu Outrigger Cơ cấu diagrid cung cấp độ cứng chống uốn cắt Như vậy, không giống kết cấu Outrigger, kết cấu diagrid cao khơng cần lõi có độ cứng chống cắt cắt chịu diagrid nằm chu vi, với tòa nhà siêu cao tầng với hệ diagrid tăng cường gia cố cách tham gia cốt lõi, tạo hệ thống tương tự ống ống Các loại hệ chịu tải ngang nhóm kết cấu bên ngồi có hệ dàn khơng gian – space truss, hệ siêu khung – super frames hệ sườn – exoskeleton HVTH: Lưu Quang Phương – MSHV: 1705068 Lớp: KTHN1705 Tiểu luận: Kết cấu xây dựng xu phát triển GVHD: PGS TS Phạm Thanh Tùng CHƯƠNG 2: HỆ KẾT CẤU OUTRIGGER TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG 2.1 Giới thiệu hệ kết cấu Outrigger Hệ kết cấu Outrigger trước sử dụng thuyền thuyền buồm để giúp chống lại lực gió buồm, làm cho cột buồm cao mảnh ổn định mạnh mẽ Cột buồm có vai trò hệ lõi cơng trình, ngang có vai trò hệ Outrigger dây neo giống hệ cột Việc sử dụng hệ kết cấu Outrigger nhà cao tầng để kiểm soát chuyển vị đỉnh bắt đầu khoảng thập kỷ trước Tòa nhà sử dụng hệ kết cấu Outrigger Place Victoria Building Montreal Canada xây dựng năm thiết kế Nervi and Moretti Nó sử dụng Fazlur Khan nhà First Wisconsin Center - 42 tầng năm 1973 Milwaukee, Wisconsin Ngày hệ kết cấu Outrigger hệ kết cấu quan trọng sử dụng ngày nhiều nhà nhiều tầng Ứng dụng lớn hệ kết cấu nhà chọc trời đại Jin Mao Building Thượng Hải Taipei 101 Tower Đài Bắc Sở dĩ hệ kết cấu Outrigger ngày sử dụng nhiều ưu điểm mà mang lại Với tồ nhà khoảng 30 – 70 tầng, lõi giằng thép tường lõi bê tông cốt thép thường hiệu cho việc chống lại tải ngang Trong lõi bê tông cốt thép, phần tử tường bị dư nơi lực kéo lớn phát triển dễ dàng hủy bỏ hiệu vốn có bê tơng việc chịu nén Tương tự vậy, lõi thép, chỗ nối hàn nối bu lơng q mức làm giảm đáng kể dễ dàng lắp đặt chế tạo Hệ kết cấu Outrigger làm giảm bớt vấn đề Một số ưu điểm khác hệ lõi Outrigger khoảng cách cột bên ngồi dễ dàng đáp ứng yêu cầu thẩm mỹ chức năng, hệ khung bao ngồi tòa nhà bao gồm khung dầm cột đơn giản mà không cần liên kết loại khung cứng Cho tòa nhà siêu cao tầng, kết nối Outrigger với cột bên mở hệ mặt tiền linh hoạt, thẩm mỹ kiến trúc từ khắc phục nhược điểm hệ ống kín Ngồi ra, hệ thống Outrigger có tiềm cho chiều lớn lên đến 150 tầng nhiều HVTH: Lưu Quang Phương – MSHV: 1705068 Lớp: KTHN1705 Tiểu luận: Kết cấu xây dựng xu phát triển GVHD: PGS TS Phạm Thanh Tùng 2.2 Phân loại hệ kết cấu Outrigger Có thể phân thành loại Outrigger sử dụng nhà nhiều tầng Một hệ Outrigger thông thường, hai hệ Outrigger “ảo” đề xuất Brian Stafford Smith Hệ Outrigger “ảo” thay đổi cải thiện vấn đề hạn chế hệ Outrigger truyền thống 2.2.1 Hệ kết cấu Outrigger thông thường Hệ kết cấu Outrigger thông thường nối trực tiếp hệ lõi với hệ cột cơng trình Với kết cấu tổng quát, số lượng hệ dầm bố trí tuỳ theo chiều cao cơng trình, thay đổi từ đến nhiều 2.2.2 Hệ kết cấu Outrigger ảo Nair (1998) nghiên cứu việc sử dụng đai kèo tầng hầm có vai trò hệ kết cấu Outrigger ảo kết cấu công trình Momen lật truyền từ hệ lõi tới hệ cột không cần kết nối trực hệ kết cấu Outrigger lõi Sự tách rời loại bỏ số vấn đề với việc sử dụng Outrigger yêu cầu chịu lực hệ dầm, chiếm không gian sử dụng Hệ kết cấu sử dụng sàn cứng để truyền momen lõi tới hệ dàn cặp ngẫu lực ngang, chuyển thành cặp ngẫu lực thẳng đứng cột 2.3 Tầng cứng hệ kết cấu Outrigger Tầng cứng nhà cao tầng thông thường thiết kế hệ dầm ngang, cứng (thường gọi dầm cứng) hay tầng cứng kết nối lõi với tường cột phía ngồi (Hình 2.1) Theo đó, lõi thường bố trí cột dầm cứng phát triển hướng để liên kết lõi cột HVTH: Lưu Quang Phương – MSHV: 1705068 Lớp: KTHN1705 Tiểu luận: Kết cấu xây dựng xu phát triển GVHD: PGS TS Phạm Thanh Tùng Hình 2.1: Hệ kết cấu bố trí tầng cứng Khi có tải trọng ngang tác dụng vào cơng trình, cột liên kết với tầng cứng ngăn cản góc xoay lõi làm giảm đáng kể chuyển vị ngang đỉnh lõi so với trường hợp lõi đứng tự Nguyên lý làm việc hệ thống sử dụng lõi để chịu hầu hết tải trọng ngang, đồng thời phân khả chịu cắt theo phương đứng từ lõi cột ngồi thơng qua cánh đòn tầng cứng Những dầm cứng phát triển dàn đai biên (belt truss) cho phép cột biên tham gia vào chịu momen lật Do đó, tải trọng ngang tác động lên cơng trình, tầng cứng, cột biên kết hợp với đai biên ngăn cản góc xoay làm giảm chuyển vị theo phương ngang kết cấu Hệ tầng cứng nhà cao tầng làm tăng độ cứng cơng trình so với hệ kết cấu khơng dùng tầng cứng Tầng cứng đóng vai trò quan trọng việc kết nối lõi cột chịu lực Hệ thống có tác dụng hạn chế khác việc co ngắn lại cột ngồi lõi tác động mơi trường lực dọc gây HVTH: Lưu Quang Phương – MSHV: 1705068 Lớp: KTHN1705 Tiểu luận: Kết cấu xây dựng xu phát triển GVHD: PGS TS Phạm Thanh Tùng Hình 2.2: Sự làm việc tầng cứng nhà cao tầng tác động tải trọng ngang (a) Tầng cứng nhà cao tầng, (b) Phản ứng cơng trình, (c) Mơ men lõi (Smith Salim [4]) Cơ chế làm việc rằng, làm việc hệ kết cấu phụ thuộc vào số lượng tầng cứng đai biên (belt truss) Vì vậy, vị trí tầng cứng bố trí nhà cao tầng ảnh hưởng lớn đến làm việc tổng thể tòa nhà Ngồi ra, giá trị việc làm giảm chuyển vị momen lõi phụ thuộc vào quan hệ tương đối độ cứng lõi cột tính theo phương đứng trọng tâm lõi (Smith Salim [4]) 2.4 Vị trí tối ưu hệ kết cấu Outrigger nhà nhiều tầng Outtrigger bố trí vị trí khác có tác dụng hạn chế chuyển vị ngang khác Hình 2.3 ví dụ trường hợp bố trí Outtriger với cao độ khác cho cơng trình Các tính tốn cho thấy trường hợp bố trí Outtrigger, vị trí tối ưu để hạn chế chuyển vị vị trí có cao độ xấp xỉ 1/2 chiều cao cơng trình HVTH: Lưu Quang Phương – MSHV: 1705068 Lớp: KTHN1705 Tiểu luận: Kết cấu xây dựng xu phát triển GVHD: PGS TS Phạm Thanh Tùng Hình 2.3: Outtrigger phát huy hiệu khác bố trí cao độ khác Đối với nhà siêu cao tầng có nhiều hệ Outrigger Hình 2.4 vị trí tối ưu bố trí Outtrigger cho cơng trình Hình 2.4: Vị trí tối ưu ứng với số lượng Outtrigger HVTH: Lưu Quang Phương – MSHV: 1705068 Lớp: KTHN1705 Tiểu luận: Kết cấu xây dựng xu phát triển GVHD: PGS TS Phạm Thanh Tùng 2.5 Vai trò hệ kết cấu Outrigger làm việc kết cấu nhà nhiều tầng Hệ kết cấu Outrigger kết nối lõi cột chịu lực, cơng trình có một vài lõi cứng, sử dụng nhiều dải cứng ngang mức độ làm việc đồng thời lõi cứng với cột ngồi cao Khi có dải cứng ngang ngơi nhà làm việc kết cấu chỉnh thể mang lại nhiều hiệu sau: - Giảm mômen lõi - Giảm chuyển vị đỉnh - Phân phối tải trọng ngang HVTH: Lưu Quang Phương – MSHV: 1705068 Lớp: KTHN1705 10 Tiểu luận: Kết cấu xây dựng xu phát triển GVHD: PGS TS Phạm Thanh Tùng PHẦN III: KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ Trong thiết kế nhà cao tầng việc sử dụng hệ kết cấu thông thường khung, vách, lõi,… hệ kết hợp để tăng độ cứng, giảm chuyển vị ngang cho cơng trình hệ kết cấu Outrigger coi giải pháp kết cấu mang lại hiệu cao việc giảm chuyển vị ngang tăng khả chống uốn cơng trình nhà cao tầng HVTH: Lưu Quang Phương – MSHV: 1705068 Lớp: KTHN1705 11 Tiểu luận: Kết cấu xây dựng xu phát triển GVHD: PGS TS Phạm Thanh Tùng TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS TS Phạm Văn Hội, “Kết cấu liên hợp thép bêtông dùng nhà cao tầng” NXB KHKT, Hà Nội, 2006 PGS TS Phạm Thanh Tùng, “Giáo trình Kết cấu Xây dựng xu phát triển” HVTH: Lưu Quang Phương – MSHV: 1705068 Lớp: KTHN1705 12 ... 1705068 Lớp: KTHN1705 Tiểu luận: Kết cấu xây dựng xu phát triển GVHD: PGS TS Phạm Thanh Tùng 2.5 Vai trò hệ kết cấu Outrigger làm việc kết cấu nhà nhiều tầng Hệ kết cấu Outrigger kết nối lõi cột chịu... Lớp: KTHN1705 10 Tiểu luận: Kết cấu xây dựng xu phát triển GVHD: PGS TS Phạm Thanh Tùng PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trong thiết kế nhà cao tầng ngồi việc sử dụng hệ kết cấu thơng thường khung,... KTHN1705 Tiểu luận: Kết cấu xây dựng xu phát triển GVHD: PGS TS Phạm Thanh Tùng cường khả chịu tải trọng ngang, nâng độ cứng ngang nhà, trì ưu điểm linh hoạt bố cục mặt 1.1.2 Hệ kết cấu bên Một kết cấu
- Xem thêm -

Xem thêm: Tiểu luận kết cấu xây dựng và xu thế phát triển, Tiểu luận kết cấu xây dựng và xu thế phát triển

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Nhận lời giải ngay chưa đến 10 phút Đăng bài tập ngay