›
›

Giáo trình Kết cấu nhà cao tầng

pdf 121 trang huongle 6852
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Kết cấu nhà cao tầng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_ket_cau_nha_cao_tang.pdf

Nội dung text: Giáo trình Kết cấu nhà cao tầng

  1. KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG NHỮNG KHÁI NiỆM CƠ BẢN 1
  2. Baøi 1. TOÅNG QUAN ÑÒNH NGHÓA NHAØ CAO TAÀNG Moät toøa nhaø ñuôïc Uûy ban nhaø cao taàng quoác teá xem laø cao taàng neáu Phaân loïai theo soá taàng vaø chieàu cao : chieàu cao cuûa noù Loaïi I : 9 – 16 taàng (chieàu cao nhaø H 40 taàng, cao > 100m) khaùc vôùi caùc ngoâi nhaø thoâng thöôøng. Theo vaät lieäu xaây döïng : BTCT, theùp, lieân hôïp BTCT+ theùp Theo sô ñoà keát caáu: khung, töôøng (vaùch), hoäp, khung-töôøng keát hôïp, vv 2
  3. TOÅNG QUAN Yeâu caàu ñoái vôùi thieát keá keát caáu nhaø cao taàng: Yeáu toá quan troïng: Taûi troïng ngang Haïn cheá chuyeån vò ngang. Neáu chuyeån vò ngang lôùn taêng noäi löïc do ñoä leäch taâm cuûa troïng löôïng; hö hoûng caùc boä phaän phi keát caáu; khoù boá trí thieát bò; ngöôøi coù caûm giaùc khoù chòu vaø hoaûng sôï Yeâu caàu choáng ñoäng ñaát: khoâng hö haïi khi ñoäng ñaát nheï; hö haïi caùc boä phaän khoâng quan troïng khi ñoäng ñaát vöøa; coù theå hö haïi nhöng khoâng suïp ñoå khi ñoäng ñaát maïnh keát caáu caàn coù ñoä deûo vaø khaû naêng tieâu taùn naêng löôïng ñoäng ñaát Giaûm nheï troïng löôïng baûn thaân giaûm taûi troïng xuoáng moùng; giaûm taûi ñoäng ñaát kinh teá, an toaøn Thöôøng nhaïy caûm vôùi ñoä luùn leäch cuûa moùng vì keát caáu voán coù ñoä sieâu tónh cao quan taâm töông taùc keát caáu thöôïng taàng –neàn ñaát Khaû naêng chòu löûa cao, deã thoaùt hieåm Yeâu caàu ñoä beàn, tuoåi thoï cao 3
  4. TOÅNG QUAN 4
  5. Baøi 2. HEÄ KEÁT CAÁU CHÒU LÖÏC CAÙC HEÄ KEÁT CAÁU CÔ BAÛN • Heä khung: Daàm-coät; chòu taûi ñöùng+ ngang • Heä töôøng chòu löïc (vaùch cöùng): töôøng chòu troïng ñöùng + ngang; ngaên phoøng • Heä loõi: daïng voû hoäp roãng gheùp bôûi töôøng vaùch, khoâng gian beân trong taän duïng laøm thang boä, thang maùy, heä thoáng kyõ thuaät, • Heä oáng: coät daøy ñaëc treân toaøn boä chu vi nhaø,lieân keát nhôø heä daàm ngang CAÙC HEÄ KEÁT CAÁU HOÃN HÔÏP • Heä khung-giaèng, heä khung-vaùch • Heä oáng-loõi • Heä oáng toå hôïp (boù oáng) • Vv, 5
  6. HEÄ KEÁT CAÁU CHÒU LÖÏC Structural Analysis & design of Tall Buildings – Bungale S. Taranath – Mc Graw Hill, 1988 Taranath B.S, ñoái vôùi nhaø cao taàng, heä chòu löïc baèng BTCT: Heä chòu löïc Soá taàng toái ña Saøn phaúng (khoâng daàm) vaø coät 10 Saøn phaúng vaø vaùch cöùng 15 Saøn phaúng, vaùch cöùng vaø coät 20 Khung cöùng (coù daàm) 25 Heä oáng môû roäng theo chu vi 30 Khung cöùng vôùi daàm môû roäng vaùch 30 Coù loõi cöùng chòu löïc (vaø coät) 40 Heä khung vaø vaùch cöùng 50 Heä khung vaø vaùch cöùng, daàm coù vaùch 60 Heä oáng theo chu vi kheùp kín 70 Heä oáng theo chu vi vaø loõi cöùng 80 (WTC) Heä oáng cheùo theo chu vi, loõi cöùng 90 Heä boù oáng (theo chu vi vaø loõi) 120 (thöôøng laø theùp) 6
  7. HEÄ KEÁT CAÁU CHÒU LÖÏC 7 Credit : Dr.Hal S. Iyengar (1972)
  8. HEÄ KEÁT CAÁU CHÒU LÖÏC Credit : Dr.Hal S. Iyengar (1972) 8
  9. 1. HEÄ KHUNG CÖÙNG Shear frame systems 9
  10. HEÄ KHUNG CÖÙNG Nuùt khung (cöùng, nöûa cöùng) chòu ñöôïc moment Boá trí khoâng gian, noäi thaát linh hoaït Nhòp 6-9 m 10
  11. HEÄ KHUNG CÖÙNG 11
  12. 2. HEÄ KHUNG -GIAÈNG Shear truss (shear wall) and frame systems Caùc heä thoáng giaèng . Khu thang boä, thang maùy, WC, ñieàu hoøa, kyõ thuaät thöôøng taäp trung thaønh loõi (services cores). . Keát caáu töôøng cuûa khu naøy coù theå thieát keá thaønh keát caáu giöõ oån ñònh ngang cho coâng trình:  vaùch, loõi cöùng BTCT toaøn khoái ñoä cöùng cao, thi coâng chaäm  Khung theùp coù thanh giaèng:  ñoái xöùng thöôøng duøng, lieân keát ñôn giaûn  khoâng ñoái xöùng caàn khaû naêng choáng uoán 12
  13. HEÄ KHUNG – GIAÈNG Caùc heä thoáng giaèng . Khu thang boä, thang maùy, WC, ñieàu hoøa, kyõ thuaät thöôøng taäp trung thaønh loõi (services cores). . Keát caáu töôøng cuûa khu naøy coù theå thieát keá thaønh giöõ oån ñònh ngang cho ctrình:  vaùch, loõi cöùng BTCT toaøn khoái ñoä cöùng cao, thi coâng chaäm  Khung theùp coù thanh giaèng:  ñoái xöùng thöôøng duøng, lieân keát ñôn giaûn  khoâng ñoái xöùng caàn khaû naêng choáng uoán 13
  14.  Caùc heä thoáng giaèng ñeàu thoâng qua saøn _ nhö vaùch cöùng naèm ngang _ ñeå truyeàn löïc ngang.  HT giaèng: phaûi baûo ñaûm oån ñònh hai phöông, keå caû xoaén caùch boá trí hôïp lyù! Vôùi nhaø daøi khoâng coù khe co giaõn nhieät ñoä traùnh boá trí töôøng doïc hai ñaàu (ngaên caûn bieán daïng do nhieät sinh noäi löïc lôùn) Heä thoáng khung coù giaèng: kinh teá nhaát cho nhaø coù chieàu cao trung bình 14
  15. 3. LOÕI CÖÙNG + DAØN BIEÂN Frame, vertical truss, belt and outrigger truss 19
  16. OÁNG -keát hôïp loõi vaø khung -Coät bieân daøy ñaëc + daàm cao giöõa caùc cöûa soå heä hoäp coù ñuïc loã - Outrigger Frames'moment: loõi cöùng giaûm nhieàu nhôø caùc daøn ngang 21
  17. 4. OÁNG (HOÄP) Framed tube 22
  18. 5. HEÄ CHÒU LÖÏC CHEÙO Diagonalized Tube 24
  19. 6. HEÄ BOÙ OÁNG Bundled Tube, Modular Tube system 25
  20. 7. KEÁT CAÁU HOÃN HÔÏP THEÙP-BEÂTOÂNG Mixed Steel-Concrete system 26
  21. Saøn theùp –BT hoãn hôïp Baûn saøn: BTCT toøan khoái Taám BT ñuùc saün (daøy 40÷50mm) laøm coppha, lôùp BT toaøn khoái phuû leân treân 27 Taám deck baèng theùp + baûn BTCT
  22. . BT maët treân: ñuùc taïi choã treân taám deck baèng theùp [⇔ coppha + coát theùp] . CT ñaët theâm trong BT: choáng nöùt; luùc hoûa hoaïn, taám deck khoâng chòu löïc . Thi coâng nhanh phoå bieán. Neáu nhòp < 3.5m coù theå boû caây choáng taïm 28
  23. Soá taàng caøng cao, BTCT thuaàn tuyù raát naëng, xöû lyù moùng phöùc taïp, toán keùm. Do vaäy, keát caáu theùp seõ laø heä chòu löïc thay theá. Keát caáu theùp laïi chòu löûa keùm, caàn ñöôïc baûo veä baèng beâ toâng, do vaäy xuaát hieän beâ toâng coát cöùng. Saøn theùp oàn, rung, ñoä cöùng keùm, chi phí baûo trì, cao, caàn ñöôïc “oáp” beâ toâng, xuaát hieän saøn BTCT lieân hôïp. Vaø keát caáu beâ toâng coát cöùng, saøn lieân hôïp, goïi chung laø keát caáu lieân hôïp. Nhaø cao taàng, coù khaåu ñoä lôùn, ñeå deã boá trí, kieán truùc neân duøng daàm BTCT DUL thì vaãn naëng. Daàm theùp vaø saøn lieân hôïp seõ laø phöông aùn toái öu. Khaåu ñoä coù khi vöôït ñeán 20m. Moät soá tröôøng hôïp khaùc, heä daàm theùp coøn ñöôïc thay theá baèng heä daøn theùp, hay söû duïng daàm beâ toâng coát cöùng (daàm lieân hôïp). 30
  24. 8. KEÁT CAÁU NHAØ CAO TAÀNG ÔÛ VIEÄT NAM -Cao ≤ 35 taàng; ≤ 2 taàng haàm. -Thöôøng duøng moùng coïc (BTCT ñuùc saün : eùp, ñoùng; khoan nhoài, barrete) -Thöôøng duøng kc BTCT. Cöôøng ñoä beâtoâng 25-40 MPa; giôùi haïn chaûy cuûa theùp 240-420 MPa; 32
  25. Baøi 3. NHÖÕNG NGUYEÂN TAÉC CÔ BAÛN THIEÁT KEÁ KEÁT CAÁU NHAØ CAO TAÀNG BTCT TOAØN KHOÁI 1.Vaät lieäu −Cöôøng ñoä chòu löïc, ñoä beàn moûi, tính bieán daïng, khaû naêng choáng chaùy. −Maùc Beâtoâng ≥ 300 (BTCT thöôøng), ≥ 350 (BTCT öùng löïc tröôùc.) −Duøng theùp cöôøng ñoä cao, coù theå duøng theùp hình trong keát caáu hoãn hôïp theùp−BTCT. -Troïng löôïng keát caáu aûnh höôûng ñeán taûi troïng ñoäng ñaát 2.Hình daïng coâng trình a/Maët baèng −ñôn giaûn, neân ñoái xöùng, traùnh duøng MB traûi daøi hoaëc coù caùc caùnh maûnh. −MB hình chöõ nhaät: thoûa L/B ≤ 6 (vôùi caáp phoøng choáng ñoäng ñaát ≤ 7). −MB goàm phaàn chính vaø caùc caùnh nhoû: tyû soá chieàu daøi caùnh vaø chieàu roäng caùnh neân thoûa l/b ≤ 2 (vôùi caáp phoøng choáng ñoäng ñaát ≤ 7) . 34
  26. Maët baèng 35
  27. Maët baèng 36
  28. Maët baèng 37
  29. Maët baèng 38
  30. b/Hình daïng theo phöông ñöùng −ñeàu hoaëc thay ñoài ñeàu, giaûm kích thöôùc daàn leân phía treân. −Theo chieàu cao, khoâng neân thay ñoåi vò trí troïng taâm vaø taâm cöùng cuûa maët baèng caùc taàng. - Traùnh môû roäng ôû taàng treân hoaëc nhoâ ra cuïc boä quaù nhieàu (nguy hieåm khi ñoäng ñaát). 39
  31. c/Chieàu cao nhaø 3.Choïn heä keát caáu chòu löïc Structural Analysis & design of Tall Buildings – Bungale S. Taranath – Mc Graw Hill, 1988 Theo Taranath B.S, ñoái vôùi nhaø cao taàng, heä chòu löïc baèng BTCT: 40
  32. Choïn heä keát caáu chòu löïc Yeâu caàu khoâng gian kieán truùc −Nhaø ôû (chung cö ), khaùch saïn khoâng yeâu caàu khoâng gian lôùn → töôøng (vaùch) cöùng chòu löïc. −Nhaø coù chöùc naêng haønh chính vaø coâng coäng (vaên phoøng, dòch vuï ) caàn khoâng gian linh hoaït, caùc phoøng lôùn khoâng coù vaùch ngaên → caáu khung; khung keát hôïp vaùch cöùng, loõi cöùng. MBcoù hình daïng giao nhau Maët baèng chaïy daøi → khung, khung+vaùch → khung + loõi cöùng 41
  33. 4. Boá trí khe luùn, khe co giaõn, khe khaùng chaán Giaûm aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä vaø co ngoùt cuûa beâtoâng: -Taêng theùp taïi nôi nhaïy caûm vôùi nhieät ñoä: saøn maùi, saøn taàng döôùi cuøng, töôøng ñaàu hoài, vv Khe luùn:do leäch taàng lôùn, do ñòa chaát thay ñoåi phöùc taïp Coù theå khoâng caàn khe luùn neáu: -Coâng trình töïa treân neàn coïc choáng vaøo ñaù; hoaëc baèng caùc bieän phaùp khaùc chöùng minh ñöôïc ñoä luùn coâng trình khoâng ñaùng keå. •-Vieäc tính luùn coù ñoä tin caäy cao theå hieän ñoä cheânh luùn giöõa caùc boä phaän naèm trong giôùi haïn cho pheùp. • -Thi coâng phaàn cao taàng tröôùc, phaàn thaáp taàng sau, coù tính möùc ñoä cheänh leäch luùn hai khoái ñeà khi laøm xong thì ñoä luùn hai khoái xaáp xæ nhau. Phaûi chöøa moät maïch beâtoâng giöõa hai khoái ñeå ñoå sau khi ñoä luùn hai khoái ñaõ oån ñònh. 42
  34. Khe khaùng chaán Nhaø coù “caùnh” daïng chöõ L, T, U, H, Y thöôøng hay bò hö hoûng hoaëc bò ñoå khi gaëp ñoäng ñaát maïnh ⇒ boá trí khe khaùng chaán taùch rôøi phaàn caùnh ra khoûi coâng trình. Caùc khe khaùng chaán phaûi ñuû roäng ñeå khi dao ñoäng caùc phaàn cuûa coâng trình ñaõ ñöôïc taùch ra khoâng va ñaäp vaøo nhau -Neân ñieàu chænh maët baèng, duøng caùc bieän phaùp thi coâng vaø caáu taïo ñeå giaûm soá löôïng khe(co giaõn, luùn, khaùng chaán). -Khe co giaõn vaø khe khaùng chaán khoâng caàn xuyeân qua moùng, tröø tröôøng hôïp truøng vôùi khe luùn. 43
  35. Ví duï coâng trình Mexico City, moät taàng nhaø bò phaù hoaïi hoaøn toaøn khi hai toøa nhaø, coù chieàu cao vaø ñaëc tröng ñoäng löïc hoïc khaùc nhau, va ñaäp vaøo nhau. Söï chuyeån ñoäng cuûa neàn ñaát gaây neân nhöõng dao ñoäng khaùc nhau giöõa caùc khoái coâng trình, taïi nhöõng nôi coù söï giaùn ñoïan keát caáu. 44
  36. 5. Phaân boá ñoä cöùng vaø cöôøng ñoä Ñoä cöùng choáng löïc ngang cuûa moät taàng nhaø K = (GwAw + 0,12GcAc)/H a/ Theo phöông ngang Ñoä cöùng vaø cöôøng ñoä boá trí ñeàu ñaën vaø ñoái xöùng treân maët baèng. Taâm cöùng neân truøng hoaëc gaàn truøng vôùi taâm khoái löôïng ñeå giaûm thieåu bieán daïng xoaén do taûi troïng ngang. Heä thoáng chòu löïc ngang chính boá trí theo caû hai phöông. Caùc vaùch cöùng theo phöông doïc khoâng khoâng neân boá trí chæ ôû moät ñaàu nhaø maø neân boá trí ôû khu vöïc giöõa nhaø hoaëc caû ôû giöõa nhaø vaø hai ñaàu nhaø. Khoaûng caùch caùc vaùch cöùng : theo quy ñònh b/ Theo phöông ñöùng Traùnh thay ñoåi ñoä cöùng ñoät ngoät. Ñoä cöùng coù theå ñöôïc giaûm daàn leân phía treân, tuy nhieân ñoä cöùng cuûa keát caáu ôû taàng treân phaûi khoâng nhoû hôn 70% ñoä cöùng cuûa keát caáu ôû taàng döôùi keà vôùi noù. Neáu 3 taàng giaûm ñoä cöùng lieân tuïc thì toång möùc giaûm khoâng vöôït quaù 50% . Trong tröôøng hôïp ñoä cöùng keát caáu bò thay ñoåi ñoät ngoät, ví duï nhö duøng heä khung ôû caùc taàng döôùi vaø heä khung−vaùch ôû caùc taàng treân thì caàn coù caùc giaûi phaùp kyõ thuaät ñaëc bieät . 45
  37. 6. Boá trí keát caáu khung chòu löïc -Khung ñoái xöùng, ñoä sieâu tónh cao -Caùc nhòp gaàn baèng nhau -Traùnh haãng coät, thoâng taàng, coâng-son (ñoäng ñaát phöông ñöùng) -Neáu taàng döôùi khoâng cheøn gaïch maø taàng treân cheøn gaïch thì phaûi 46 taêng ñoä cöùng taàng döôùi
  38. “ COÄT KHOÛE- DAÀM YEÁU” Keát caáu khung khi phaù hoïai, caùc khôùp deûo phaûi ñöôïc hình thaønh trong daàm tröôùc khi hình thaønh trong caùc coät. 47
  39. 7. Boá trí vaùch cöùng  Khoâng neân choïn vaùch coù khaû naêng chòu taûi lôùn nhöng soá löôïng ít; maø neân phaân ñeàu ra treân maët baèng  Gia coá loã cöûa vaùch Ít nhaát coù 3 vaùch cöùng trong moät ñôn nguyeân, truïc 3 vaùch khoâng ñöôïc gaëp nhau taïi moät ñieåm Ñoái xöùng (ñoä cöùng vaø hình hoïc); taâm cöùng truøng vôùi taâm khoái löôïng  Chieàu daøy vaùch ≥150 mm vaø ≥ 1/20 chieàu cao taàng nhaø  Sô boä xaùc ñònh dieän tích vaùch : 49 Fvaùch = 1,5 /100 dieän tích moät saøn taàng
  40. Vaùch cöùng trong keát caáu khung-vaùch cöùng 1.Vaùch cöùng theo phöông ngang: ñeàu ñaën, ñoái xöùng taïi vi trí gaàn ñaàu hoài, oâ thang maùy, 2.Vaùch cöùng theo phöông doïc: ôû khoûang giöõa ñôn nguyeân. Khi nhaø daøi, khoâng neân taäp trung vaùch doïc ôû hai ñaàu nhieät ñoä, co ngoùt boá trí maïch thi coâng 3.Vaùch cöùng phöông doïc neân boá trí thaønh nhoùm: chöõ L, T, 4.Vaùch chaïy suoát chieàu cao nhaø; coù theå giaûm daàn (khoâng ñoät ngoät) chieàu daøy vaùch Vaùch trong keát caáu Vaùch cöùng 1.Boá trí vaùch theo hai chieàu hay nhieàu chieàu, neân vuoâng goùc vôùi nhau 2.Coù theå chia vaùch cöùng daøi thaønh nhieàu ñoïan ñoäc laäp, noái vôùi nhau baèng daàm hoaëc saøn taàng 3. Loã vaùch cöùng phaûi ñeàu ñaën töø treân xuoáng döôùi, khoâng leäch 50
  41. Baøi 4. KHAÙI NIEÄM VEÀ ÑOÄNG LÖÏC HOÏC KEÁT CAÁU 51
  42. 1.Caùc daïng taûi troïng ñoäng ñieån hình nhaø cao taàng 52
  43. Soá thaønh phaàn chuyeån vò caàn xem xeùt ñeå ñaïi dieän cho taùc ñoäng cuûa moïi löïc quaùn tính chuû yeáu cuûa keát caáu goïi laø soá baäc töï do (ñoäng löïc hoïc). dynamic degrees of freedom 2. Baäc töï do 53
  44. 3. HEÄ MOÄT BAÄC TÖÏ DO (SDOF) 54
  45. Ví dụ kết cấu được lý tưởng hoá thành hệ SDOF 2 5 3 6 Khối lượng hệ SDF lúc này là m, là khối lượng của thanh ngang. 1 4 Độ cứng của hệ được xác định Theo quan điểm dựa theo định nghĩa: tĩnh học, kết cấu ở hình bên có 6 bậc u = 1 tự do. 2 3 k 1 24EI = Nếu bỏ qua biến k 3 dạng dọc trục, hệ L chỉ còn lại 3 bậc tự do. 1 12EI 6EI rigid beam 1 m L3 L2 Nếu thanh dầm ngang cứng và nặng hơn nhiều so với cột, hệ có 6EI 12EI thể đơn giản hoá thành massless L2 L3 hệ 1BTD. 55
  46. HỆ SDOF – DAO ĐỘNG TỰ DO uo u(t) = uo cos(ωnt) + sin(ωnt) ωn DAO ĐỘNG TỰ DO KHÔNG CẢN Có thể viết lại thành u(t) = Csin(ωnt +θ ) u(t) Khối lượng m được đưa k u ω u m C = u2 + (u ω )2 cosθ = o n sinθ = o khỏi vị trí cân bằng rồi thả o o n C C cho nó dao động tự do. u  + = Phương trình chuyển động: m u k u 0 u&o Nghiệm của p/trình:u(t) = Acos(ω t) + Bsin(ω t) C n n uo t ωn = k m (rad/s) - tần số vòng tự nhiên Tn A và B được xác định theo điều kiện ban đầu Chu kỳ tự nhiên Tần số tự nhiên u = u → u = A t =0 o o 2π 1 ω T = (s) f = = n (Hz) u = u → u = Bω n ω n 2π t =0 o o n n Tn 56
  47. 5. Phöông phaùp choàng chaát daïng dao ñoäng 63
  48. Baøi 6. XAÙC ÑÒNH CAÙC ÑAËC TRÖNG ÑOÄNG LÖÏC HOÏC (chu kyø & daïng dao ñoäng töï nhieân) 1. Theo TCXD 229:1999 [ chæ daãn tính toanù thaønh phaàn ñoäng cuûa taûi troïng gioù ] Aùp duïng cho coâng trình coù sô ñoà tính laø thanh coâng-xon coù khoái löôïng phaân boá ñeàu (m), ngaøm ôû ñaùy a.Neáu ñoä cöùng khoâng ñoåi theo chieàu cao fi _ taàn soá dao ñoäng rieâng thöù i (Hz) 2 q _ troïng löôïng ñôn vò daøi theo chieàu cao nhaø (kN/m) αi EJg f = 2 i 2πH 2 q EJ _ ñoä cöùng choáng uoán (kNm ) g _gia toác troïng tröôøng (m/s2) H _chieàu cao nhaø (m) hj _chieàu cao cuûa ñieåm khoái löôïng thöù j (m) 66
  49. Theo TCXD 229:1999 Tung ñoä cuûa ba mode h ξ * = j shape ñaàu tieân j H * * * * Yji = sinαiξ j − shαiξ j − Bi (cosαiξ j − chαiξ j ) b.Neáu coâng trình coù tieát dieän thay ñoåi theo chieàu cao g _ gia toác troïng tröôøng (m/s2) 1 gyH yH, yj _ chuyeån vò ngang ôû ñænh vaø ôû troïng taâm ñoïan f1 = n 2π 2 thöù j cuûa coâng trình, do löïc ngang P = 1kN ∑ Pj y j j=1 ñaët ôû ñænh coâng trình gaây ra. P _ troïng löôïng cuûa ñoïan coâng trình thöù j (kN) j 67
  50. 2. Theo taøi lieäu Trung Quoác PP taûi troïng ngang giaû T1 = 1.7α 0 ∆ ∆ (m) _ chuyeån vò ñænh nhaø khi laáy troïng löôïng Gj caùc taàng laøm löïc ngang taäp trung taïi caùc möùc saøn α0 _ heä soá giaûm chu kyø khi xeùt aûnh höôûng cuûa töôøng gaïch cheøn Theo daïng keát caáu vaø soá taàng N 69
  51. Kinh nghieäm ( ñeå kieåm tra keát quaû) Caùc mode tieáp theo: T2 = (1/5 ÷1/3)T1 ; T3 = (1/7 ÷1/5)T1 Daïng dao ñoäng:  daïng 1: khoâng coù ñieåm khoâng ôû treân daïng 2 : ñieåm khoâng ôû treân vaøo khoaûng cao ñoä (0.72 ÷ 0.78)H daïng 3 : ñieåm khoâng ôû treân vaøo khoaûng cao ñoä (0.85 ÷ 0.9)H vaø ñieåm khoâng ôû döôùi vaøo khoaûng cao ñoä (0.42 ÷ 0.5)H 3. Theo TCXDVN 375:2006 [Thieát keá coâng trình chòu ñoäng ñaát] 3/4 Nhaø cao H< 40m : T1 = Ct H T1 = 2 d d- chuyeån vò ñaøn hoài taïi ñænh nhaø (m), do caùc löïc troïng tröôøng taùc duïng theo phöông ngang gaây ra. 70
  52. TCXDVN 375:2006 2 0.075   Vôùi keát caáu coù vaùch cöùng, C = lwi t Ac = ∑ Ai ×0.2 +  coù theå laáy Ct nhö sau Ac  H  2 Ac _ toång dieän tích höõu hieäu caùc vaùch cöùng ôû taàng ñaàu tieân, [m ] Ai _ dieän tích tieát dieän ngang höõu hieäu vaùch cöùng thöù i theo höôùng ñang xeùt ôû taàng ñaàu tieân, [m2] lwi _ chieàu daøi vaùch cöùng ôû taàng ñaàu tieân theo höôùng song song löïc taùc ñoäng, [m], vôùi lwi/H ≤ 0.9 4. Myõ (ANSI, UBC) n 2 ∑Wiδi 0.05H T = 2π i=1 T = n δ D g∑ Fi i i=1 H, D _ chieàu cao nhaø, kích thöôùc maët δi _ chuyeån vò taïi cao trình i (coù troïng löôïng Wi) baèng nhaø theo do boä löïc ngang baát kyø ΣFi taùc duïng.Söï phaân phöông ñang xeùt phoái cuûa Fi coù theå theo hình daïng cuûa ñöôøng (tính baèng feet) ñaøn hoài. g _gia toác troïng tröôøng. 71
  53. 3. Phaân tích baèng phaàn meàm phaàn töû höõu haïn 72
  54. Phaân tích baèng phaàn meàm phaàn töû höõu haïn 73
  55. Mode shape Phaân tích baèng phaàn meàm phaàn töû höõu haïn 74
  56. Baøi 7. TAÛI TROÏNG VAØ TAÙC ÑOÄNG 1.Taûi troïng gioù Taùc ñoäng cuûa gioù leân coâng trình phuï thuoäc hai nhoùm thoâng soá: Caùc thoâng soá cuûa khoâng khí: toác ñoä, aùp löïc, nhieät ñoä, söï bieán ñoäng theo thôøi gian Caùc thoâng soá cuûa vaät caûn: hình daïng, kích thöôùc, ñoä nhaùm cuûa beà maët, höôùng cuûa vaät caûn so vôùi chieàu gioù vaø caùc vaät caûn keá caän. Taûi troïng gioù goàm hai thaønh phaàn (hieäu öùng) tónh vaø ñoäng Theo TCVN 2737-1995 vaø TCXD 229:1999 Thaønh phaàn ñoäng cuûa taûi troïng gioù : .Caàn xeùt khi nhaø nhieàu taàng cao H > 40m .Thaønh phaàn ñoäng ñöôïc xaùc ñònh theo phöông töông öùng vôùi thaønh phaàn tónh .Do xung cuûa vaän toác gioù vaø löïc quaùn tính cuûa coâng trình.(Gioù tónh × heä soá) .Tính gioù ñoäng vaø phaûn öùng coâng trình do gioù ñoäng öùng vôùi töøng daïng dao ñoäng .Sô ñoà tính: thanh coâng-xon coù höõu haïn ñieåm taäp trung khoái löôïng .Coù theå keå khoái löôïng chaát taïm thôøi treân coâng trình, vôùi heä soá chieát giaûm 75
  57. a. Gioù tónh Giaù trò tieâu chuaån thaønh phaàn tónh cuûa aùp löïc gioù Wj = W0 k(zj) c Wj taïi ñieåm j öùng vôùi ñoä cao zj so vôùi moác chuaån Heä soá khí ñoäng c, neáu goäp chung phía ñoùn gioù vaø phía khuaát gioù, c = 0,8 + 0,6 = 1,4 76
  58. 2m  z  t =  j  kt (z j ) 1,844 g   zt  77
  59. .Xaùc ñònh caùc taàn soá vaø daïng dao ñoäng .Neáu f < f (taàn soá giôùi haïn) thì phaûi keå ñeán taùc duïng b. Gioù ñoäng 1 L cuûa caû xung vaän toác gioù vaø löïc quaùn tính cuûa coâng trình. .Caàn tính toaùn vôùi s daïng dao ñoäng ñaàu tieân, thoûa ñieàu kieän fs < fL < fs+1 δ= 0.3 : BTCT, gaïch ñaù, khung theùp coù keát caáu bao che δ =0.15 : thaùp truï, oáng khoùi theùp, coät theùp coù beä baèng BTCT Neáu chæ keå aûnh höôûng cuûa xung vaän toác gioù WFj = Wj ζjν Sj WFj _ giaù trò tieâu chuaån thaønh phaàn ñoäng cuûa taûi troïng gioù W _ gioù tónh taùc duïng leân phaàn thöù j cuûa coâng trình, öùng vôùi daïng j dao ñoäng khaùc nhau, khi chæ keå xung vaän toác gioù S _ dieän tích ñoùn gioù cuûa phaàn j cuûa coâng trình (m2) j 78
  60. ν _ heä soá töông quan khoâng gian aùp löïc ñoäng cuûa taûi troïng gioù Vôùi daïng dao doäng 1, xaùc ñònh ν1 theo baûng trang sau. Vôùi daïng dao doäng thöù 2 vaø thöù 3, laáy ν2 = ν2 = 1. 79
  61. Giaù trò tieâu chuaån thaønh phaàn ñoäng cuûa taûi troïng gioù Vôùi phaàn thöù j cuûa coâng trình (khoái luôïng Mj) vaø daïng dao Wp(ji) = Mj ξi ψi yji ñoäng rieâng thöù i : ξi _heä soá ñoäng löïc (khoâng thöù nguyeân) öùng vôùi daïng dao ñoäng i, phuï thuoäc thoâng soá εi (khoâng thöù nguyeân) vaø ñoä giaûm loâga cuûa dao ñoäng. 2 W0 coù thöù nguyeân N/m fi _ taàn soá dao ñoäng rieâng thöù i (Hz) 1,2W0 ε i = 940 f i 81
  62. n ∑ y jiWFj ψ _ heä soá ñöôïc xaùc = i ψ = j 1 ñònh baèng caùch chia coâng i n 2 trình thaønh n phaàn ∑ y ji M j j=1 yji _ Dòch chuyeån ngang tyû ñoái cuûa troïng taâm phaàn thöù j öùng vôùi daïng dao ñoäng rieâng thöù i, khoâng thöù nguyeân Coâng thöùc ñôn giaûn nhaát Vôùi nhaø nhieàu taàng coù maët baèng ñoái xöùng, ñoä cöùng, khoái löôïng vaø beà roäng maët ñoùn gioù khoâng ñoåi theo chieàu cao, coù f1<fL cho pheùp tính aùp löïc gioù ñoäng nhö sau: z W =1.4 ξ ν ζ W Fz H 1 1 j j ξ1 vaø ν1 _ xaùc ñònh vôùi daïng dao ñoäng cô baûn (mode 1) ζj vaø Wj _ xaùc ñònh taïi ñænh nhaø (z = H) 82
  63. c. Aùp löïc (hoaëc löïc) gioù tính toaùn Wtt = Wtc γ β γ =1.2 (heä soá ñoä tin caäy) d. Ñaùp öùng do taûi troïng gioù s t d 2 X _ do thaønh phaàn tónh = + t X X ∑ (X i ) X i _ do thaønh phaàn ñoäng ôû mode thöù i i=1 d 83
  64. 2.Khaùi nieäm veà ñoäng ñaát Ñoäng ñaát laø hieän töôïng rung ñoäng maïnh ñoät ngoät cuûa voû traùi ñaát do nhieàu nguyeân nhaân gaây ra: chuyeån ñoäng tröôït töông ñoái cuûa caùc khoái ñaù, caùc hang ñoäng bò saäp, caùc maûnh thieân thaïch va vaøo traùi ñaát, caùc vuï thöû bom haït nhaân phoå bieán nhaát laø ñoäng ñaát do chuyeån ñoäng tröôït töông ñoái cuûa caùc khoái ñaù. 84
  65. Mercalli-Cancani-Sieberg's (MCS) scale Mercalli-Cancani-Sieberg's 12-graded scale has come into general use in Europe. Besides the description of the occurrences (the effects on the buildings from the 6th grade) there are measurable acceleration-intervals, which are given in mms-2 assigned to each degree. 85
  66. Medvegyev-Sponhauer-Karnik (MSK) scale In the socialist countries, the MSK-64 scale was accepted. The individual grades' - which number are also 12 - characterisation is extended to the phenomena of nature, to the buildings and to the senses and the environment of people. Strongest earthquake in Hungary until now, had the grade of 8-9. 86
  67. 5-6 ñoä Richter 1-2 ñoä Richter 3-4 ñoä Richter 7-8 ñoä Richter 87
  68. phöông phaùp taûi troïng tónh töông ñöông 3.Tính toaùn taùc ñoäng phöông phaùp phaân tích phoå phaûn öùng ñoäng ñaát phöông phaùp phaân tích ñoäng löïc hoïc theo lòch söû thôøi gian a. PP taûi troïng tónh töông ñöông a1. PP phaân phoái löïc caét ñaùy Nhaø cao döôùi 40m, phaân phoái khoái löôïng vaø ñoä cöùng töông ñoái ñeàu theo caùc taàng Giaù trò tieâu chuaån cuûa Base shear FEk = α1 Geq n Troïng löôïng hieäu duïng Geq = 0.85∑GE i=1 GE _ troïng löôïng ñaïi dieän taäp trung taïi saøn taàng i Nhaø daân duïng: GE = Tónh taûi + 0.5 Hoïat taûi saøn Heä soá ñoäng ñaát α1 phuï thuoäc chu kyø dao ñoäng rieâng T cuûa nhaø, chu kyø dao ñoäng ñaëc tröng Tg cuûa vuøng ñaát, daïng ñoäng ñaát 89
  69. PP phaân phoái löïc caét ñaùy Xaùc ñònh heä soá ñoäng ñaát α1 90
  70. PP phaân phoái löïc caét ñaùy Taûi troïng ñoäng ñaát Fi taäp trung taïi saøn thöù i (coù cao ñoä Hi) G H = i i − δ Fi n FEk (1 n ) ∑Gi H i i=1 T1 _chu kyø dao ñoäng cô baûn cuûa nhaø Neáu T1 < 1.4Tg thì laáy δn = 0 Neáu T1 ≥ 1.4Tg thì laáy δn theo baûng δn _ heä soá boå sung taùc ñoäng ngang cuûa ñoäng ñaát phuï theâm ôû ñænh nhaø Löïc ngang phuï theâm taïi ñænh nhaø ∆Fn = δn FEK 91
  71. a2. PP toå hôïp caùc daïng dao ñoäng ñeå tìm löïc ngang tónh töông ñöông Nhaø cao treân 40m, phaân phoái khoái löôïng vaø ñoä cöùng phaân boá khoâng ñeàu theo caùc taàng Giaù trò tieâu chuaån F cuûa taûi troïng ñoäng ñaát ij F = α γ χ G taïi khoái löôïng i öùng vôùi daïng dao ñoäng j : ij j j ij i αj _ laáy theo baûng nhö pp phaân phoái löïc caét ñaùy χij _ dòch chuyeån ngang töông ñoái cuûa khoái löôïng i trong daïng dao ñoäng j n ∑ χ jiGi γ = i=1 γj _ heä soá tham gia cuûa daïng dao ñoäng thöù j j m 2 ∑ χ jiGi j=1 m Phaûn öùng cuûa keát caáu 2 S = ∑ S j j=1 Sj _ phaûn öùng cuûa keát caáu do ñoäng ñaát öùng vôùi daïng dao ñoäng thöù i Thöôøng laáy m =3; neáu coâng trình khaù cao, ñoä cöùng khoâng ñeàu thì m = 5 6 92
  72. Trong tröôøng hôïp ñoä cöùng töông ñoái bình thöôøng : - Ñoäng ñaát 7 ñoä, ñaát loïai II: FEk = (0.015 ÷ 0.03) Geq Kinh - Ñoäng ñaát 8 ñoä, ñaát loïai II: FEk = (0.03 ÷ 0.06) Geq nghieäm - Löïc ñoäng ñaát cuûa daïng dao ñoäng 1 lôùn hôn löïc ñoäng ñaát cuûa daïng 2; löïc ñoäng ñaát cuûa daïng 2 lôùn hôn löïc ñoäng ñaát cuûa daïng 3. a3. Taùc ñoäng ñoäng ñaát theo phöông ñöùng toång troïng löôïng hieäu duïng G laáy Toång FEvk = αv max Geq eq baèng 75% toång troïng löôïng ñaïi dieän αv max = 0.65 αmax cuûa keát caáu G H F = i i F Taàng thöù i vi n Evk ∑Gi H i i=1 Caàn xeùt taûi ñoäng ñaát thaúng ñöùng caû hai chieàu: höôùng xuoáng vaø höôùng leân (laøm taêng hoaëc giaûm taùc duïng thaúng ñöùng cuûa troïng löôïng baûn thaân keát caáu) Khi ñoäng ñaát caáp 9: caàn xeùt toå hôïp baát lôïi cuûa taùc ñoäng ngang vaø taùc ñoäng thaúng ñöùng cuûa ñoäng ñaát. 93
  73. b. PP phaân tích phoå phaûn öùng coù theå aùp duïng cho coâng trình khoâng ñeàu ñaën, khoâng ñoái xöùng, nhöng phaûi coøn öùng xöû ñaøn hoài. Böôùc 1: Xaùc ñònh phaûn öùng öùng vôùi moãi daïng dao ñoäng (modal response) ñaùp öùng lôùn nhaát cuûa mode thöù n laø: Sa (ωn ) y(Tn ) max = 2 ωn chuyeån vò lôùn nhaát cuûa keát caáu öùng vôùi mode n φn laø mode shape thöù n. Coù chuyeån vò, suy ra noäi löïc nhö u = y(T ) φ 94 baøi toaùn tónh thoâng thöôøng. n n max n
  74. PP phaân tích phoå phaûn öùng Böôùc 2. Toå hôïp phaûn öùng töø caùc mode (modal combination) caàn keát hôïp caùc phaûn öùng do töøng mode ñeå coù ñöôïc phaûn öùng cöïc ñaïi cuûa keát caáu phöông phaùp CQC 8ξ2 (1+ r)r 3 / 2 ρ = (Complete Quadratic nm 2 2 2 2 1− r + 4ξ r(1+ r) Combination) ( ) r = ωn / ωm laø tyû soá taàn soá rieâng cuûa mode n vaø m. F = ∑∑f n ρnm f m Caùc heä soá r ñeàu döông vaø nhoû hôn hoaëc baèng 1.0 n m fn laø noäi löïc öùng vôùi mode n Böôùc 3. Toå hôïp phaûn öùng töø caùc phöông khaùc nhau 2 2 2 F0, F90 laø caùc ñaùp öùng do taùc ñoäng theo hai phöông F = F0 + F90 + F max z ngang vuoâng goùc nhau, vaø Fz laø ñaùp öùng do taùc ñoäng theo phöông thaúng ñöùng coâng trình phaûi ñöôïc thieát keá ñeå coù khaû naêng khaùng chaán theo moïi phöông laø nhö nhau 95
  75. c. PP phaân tích ñoäng löïc hoïc theo lòch söû thôøi gian 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 -0.5 Gia nen (m/s2) toc -1 -1.5 -2 -2.5 -3 Lòch söû thôøi gian caùc thaønh phaàn naêng löôïng 0 10 20 30 40 50 60 Thoi gian t (s) Gia toác neàn ñoäng ñaát Northridge 96
  76. Phuï luïc 97
  77. TÍNH TOAÙN KEÁT CAÁU 98
  78. CHUYEÅN VÒ TÖÔNG ÑOÁI GIÖÕA CAÙC TAÀNG NHAØ 99
  79. CHUYEÅN VÒ ÑÆNH NHAØ 100
  80. Baøi 8. THIEÁT KEÁ TIEÁT DIEÄN VAØ CAÁU TAÏO BEÂTOÂNG COÁT THEÙP 101
  81. TRAÏNG THAÙI GIÔÙI HAÏN I S _noäi löïc tính toaùn trong toå hôïp baát lôïi S ≤ Su / γ0 Su _ noäi löïc giôùi haïn 1. COÄT N µN = Ac fcn Ac _ dieän tích tieát dieän coät fcn _ cöôøng ñoä chòu neùn tính toaùn cuûa beâtoâng 102
  82. CAÁU TAÏO COÁT THEÙP COÄT 103
  83. CAÁU TAÏO COÁT THEÙP COÄT 104
  84. CAÁU TAÏO COÁT THEÙP COÄT NUÙT KHUNG 105
  85. CAÙCH LAÁY LÖÏC CAÉT TÍNH TOAÙN ÑEÅ KIEÅM TRA KHAÛ NAÊNG CHÒU CAÉT CUÛA COÄT * Keát caáu thoâng thöôøng : laáy V theo toå hôïp noäi löïc M t + M p * Choáng ñoäng ñaát caáp 1: V = 1.1 u u γ 0 H 0 M t + M p * Choáng ñoäng ñaát caáp 2: V = 1.1 H 0 M t + M p * Choáng ñoäng ñaát caáp 3, 4: V = H 0 t p Mu , Mu _ khaû naêng chòu moment uoán ôû tieát dieän ñaàu treân vaø ñaàu döôùi cuûa coät Mt, Mp _ moment uoán ôû tieát dieän ñaàu treân vaø ñaàu döôùi cuûa coät, (laáy töø toå hôïp noäi löïc) H0 _ chieàu cao thoâng thuûy cuûa ñoaïn coät 106
  86. THIEÁT KEÁ TIEÁT DIEÄN VAØ CAÁU TAÏO BEÂTOÂNG COÁT THEÙP Tieát dieän: h = (1/12 ÷1/8)l ; h ¼ l 2. DAÀM ≤ thoâng thuûy bdaàm ≥ {1/4 hdaàm ; ½ bcoät ; 250mm} * Keát caáu thoâng thöôøng : laáy V theo toå hôïp noäi löïc M t + M p * Choáng ñoäng ñaát caáp 1: u u V = 1.05 +V0 lt CAÙCH LAÁY LÖÏC CAÉT TÍNH TOAÙN M t + M p ÑEÅ KIEÅM TRA * Choáng ñoäng ñaát caáp 2: V = 1.05 +V0 KHAÛ NAÊNG CHÒU l t CAÉT CUÛA DAÀM M t + M p * Choáng ñoäng ñaát caáp 3, 4: V = +V0 lt t p Mu , Mu _ khaû naêng chòu uoán ôû tieát dieän ñaàu traùi vaø ñaàu phaûi cuûa daàm. Mt, Mp _ moment uoán ôû tieát dieän ñaàu traùi vaø ñaàu phaûi cuûa daàm, ( laáy töø toå hôïp noäi löïc). V0 _ löïc caét tính toaùn khi xem daàm laø daàm ñôn giaûn chòu taûi ñöùng 107
  87. THIEÁT KEÁ TIEÁT DIEÄN VAØ CAÁU TAÏO COÁT THEÙP DAÀM Haïn cheá chieàu cao vuøng neùn x khi tính khaû naêng chòu uoán *keát caáu thoâng thöôøng: x ≤ α0h0 (khoâng phaân phoái laïi noäi löïc do bieán daïng deûo); x ≤ 0.7α0h0 (ñieàu chænh giaûm moment uoán do bieán daïng deûo) *choáng ñoäng ñaát: x ≤ 0.25h0 (caáp 1); x ≤ 0.35h0 (caáp 2, 3) Ñoïan neo thaúng cuûa coát doïc khi choáng ñoäng ñaát lneo = la + 10φ (caáp 1); lneo = la + 5φ (caáp 2) Taïi vuøng goái, choáng ñoäng ñaát: A’s ≥ 0.5As (caáp 1); A’s ≥ 0.3As (caáp 2,3) As, A’s _dieän tích coát theùp vuøng neùn, vuøng keùo. 108
  88. THIEÁT KEÁ TIEÁT DIEÄN VAØ CAÁU TAÏO COÁT THEÙP DAÀM 109
  89. THIEÁT KEÁ TIEÁT DIEÄN VAØ CAÁU TAÏO COÁT THEÙP VAÙCH CÖÙNG 3. VAÙCH CÖÙNG 111
  90. THIEÁT KEÁ TIEÁT DIEÄN VAØ CAÁU TAÏO COÁT THEÙP VAÙCH CÖÙNG 112
  91. THIEÁT KEÁ TIEÁT DIEÄN VAØ CAÁU TAÏO COÁT THEÙP VAÙCH CÖÙNG 113
  92. THIEÁT KEÁ TIEÁT DIEÄN VAØ CAÁU TAÏO COÁT THEÙP VAÙCH CÖÙNG 114
  93. CAÁU TAÏO COÁT THEÙP VAÙCH CÖÙNG 116
  94. CAÁU TAÏO COÁT THEÙP VAÙCH CÖÙNG 117
  95. THIEÁT KEÁ TIEÁT DIEÄN VAØ CAÁU TAÏO COÁT THEÙP VAÙCH CÖÙNG LANH TOÂ 119
  96. THIEÁT KEÁ TIEÁT DIEÄN VAØ CAÁU TAÏO COÁT THEÙP VAÙCH CÖÙNG LANH TOÂ 120