Kết Cấu Nhà Cao Tầng Ts. Lương Văn Hải

1. 1
KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
- NHỮNG KHÁI NIỆM MỞ ĐẦU
KHOA XAÂY DÖÏNG, TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA TP.HCM
TS. LÖÔNG VAÊN HAÛI

2. 2
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) .

3. 3
Maët baèng

4. 4
Maët baèng

5. 5
Maët baèng

6. 6
Maët baèng

7. 7
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).

8. 8
c/Chieàu cao nhaø
3.Choïn heä keát caáu chòu löïc
Theo Taranath B.S,
ñoái vôùi nhaø cao
taàng, heä chòu löïc
baèng BTCT:
Structural
Analysis & design
of Tall Buildings
– Bungale S.
Taranath – Mc
Graw Hill, 1988

9. 9
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.
Choïn heä keát caáu chòu löïc
Maët baèng chaïy daøi → khung, khung+vaùch
MBcoù hình daïng giao nhau
→ khung + loõi cöùng

10. 10
Giaûm aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä vaø co ngoùt cuûa BT: -Taêng theùp taïi nôi nhaïy caûm
vôùi nhieät ñoä: saøn maùi, saøn taàng döôùi cuøng, töôøng ñaàu hoài, vv
4. Boá trí khe luùn, khe co giaõn, khe khaùng chaán
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.

11. 11
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
Khe khaùng chaán
-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.

12. 12
a/ Theo phöông ngang
¾Ñoä cöùng vaø cöôøng ñoä Æ 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.
¾Heä thoáng chòu löïc ngang chính Æ boá trí theo caû hai phöông.
¾Caùc 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.
¾Khoaûng caùch caùc vaùch cöùng: theo quy ñònh
b/ Theo phöông ñöùng
¾Traùnh 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% .
¾Trong 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 .
5. Phaân boá ñoä cöùng vaø cöôøng ñoä
Ñoä cöùng choáng löïc ngang cuûa moät taàng nhaø
K = (GwAw + 0,12GcAc)/H

13. 13
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
taêng ñoä cöùng taàng döôùi

14. 14
“ COÄT KHOÛE- DAÀM YEÁU”
khi phaù hoïai, caùc khôùp deûo phaûi
ñöôïc hình thaønh trong daàm tröôùc
khi hình thaønh trong caùc coät.
Keát caáu khung

15. 15
7. Boá trí vaùch cöùng
¾Ít nhaát coù 3 vaùch cöùng trong moät ñôn nguyeân, truïc 3 vaùch khoâng ñöôïc gaëp
nhau taïi moät ñieåm
¾Ñoái xöùng (ñoä cöùng vaø hình hoïc); taâm cöùng truøng vôùi taâm khoái löôïng
¾ Chieàu daøy vaùch ≥150 mm vaø ≥ 1/20 chieàu cao taàng nhaø
¾ Sô boä xaùc ñònh dieän tích vaùch :
Fvaùch = 1,5 /100 dieän tích moät saøn taàng
¾ Khoâng neân choïn vaùch
coù khaû naêng chòu taûi lôùn
nhöng soá löôïng ít; maø
neân phaân ñeàu ra treân
maët baèng
¾ Gia coá loã cöûa vaùch

16. 16
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 Æ nhieät ñoä, co ngoùt Æ 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

17. 17
Baøi 4.
KHAÙI NIEÄM VEÀ ÑOÄNG LÖÏC HOÏC KEÁT CAÁU

18. nhaø cao taàng 18
1.Caùc daïng
taûi troïng ñoäng
ñieån hình

19. 19
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

20. 20
3. HEÄ MOÄT BAÄC TÖÏ DO (SDOF)

21. 21
HỆ SDOF – DAO ĐỘNG TỰ DO
DAO ĐỘNG TỰ DO KHÔNG CẢN
)
sin(
B
)
cos(
A
)
( t
t
t
u n
n ω
ω +
=
m
k
n =
ω
n
t
t
u
u
u
u
u
u
ω
B
A
o
o
o
o
=
→
=
=
→
=
=
=
0
0
)
sin(
C
)
( θ
ω +
= t
t
u n
(s)
T
n
n
ω
π
=
2
(Hz)
T
f n
n
n
π
=
=
2
1 ω
(rad/s)
A và B được xác định theo điều kiện ban đầu
Có thể viết lại thành
- tần số vòng tự nhiên
Khối lượng m được đưa
khỏi vị trí cân bằng rồi thả
cho nó dao động tự do.
Phương trình chuyển động: 0
=
+ u
k
u
m
Nghiệm của p/trình:
)
sin(
)
cos(
)
( o
o t
u
t
u
t
u n
n
n ω
ω
ω
+
=
k
m
)
(t
u
C
sin
C
cos
)
(
C o
o
o
o
u
u
u
u n
n =
=
+
= θ
ω
θ
ω
2
2
Chu kỳ tự nhiên Tần số tự nhiên
o
u
o
u
n
T
u
t
C

22. 22

23. 23

24. 24
4

25. 25

26. 26

27. 27

28. 28
5. Phöông phaùp choàng chaát daïng dao ñoäng

29. 29

30. 30

31. 31
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
q
EJg
H
f i
i 2
2
2π
α
=
fi _ taàn soá dao ñoäng rieâng thöù i (Hz)
q _ troïng löôïng ñôn vò daøi theo chieàu cao nhaø (kN/m)
EJ _ ñoä cöùng choáng uoán (kNm2)
g _gia toác troïng tröôøng (m/s2)
H _chieàu cao nhaø (m)
hj _chieàu cao cuûa ñieåm khoái löôïng thöù j (m)

32. 32
Tung ñoä cuûa ba mode
shape ñaàu tieân
Theo TCXD 229:1999
( )
*
*
*
*
cos
sin j
i
j
i
i
j
i
j
i
ji ch
B
sh
Y ξ
α
ξ
α
ξ
α
ξ
α −
−
−
=
H
hj
j =
*
ξ
b.Neáu coâng trình coù tieát dieän thay ñoåi theo chieàu cao
∑
=
= n
j
j
j
H
y
P
gy
f
1
2
1
2
1
π
g _ gia toác troïng tröôøng (m/s2)
yH, yj _ chuyeån vò ngang ôû ñænh vaø ôû troïng taâm ñoïan
thöù j cuûa coâng trình, do löïc ngang P = 1kN
ñaët ôû ñænh coâng trình gaây ra.
Pj _ troïng löôïng cuûa ñoïan coâng trình thöù j (kN)

33. 33

34. 34
2. Theo taøi lieäu Trung Quoác
Δ
= 0
1 7
.
1 α
T
PP taûi troïng ngang giaû
Δ (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

35. 35
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:
¾ daïng 1: khoâng coù ñieåm khoâng ôû treân
¾daïng 2 : ñieåm khoâng ôû treân vaøo khoaûng cao ñoä (0.72 ÷ 0.78)H
¾daïng 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]
Nhaø cao H 40m : T1 = Ct H3/4
d
T 2
1 =
d- chuyeån vò ñaøn hoài taïi
ñænh nhaø (m), do caùc löïc
troïng tröôøng taùc duïng theo
phöông ngang gaây ra.

36. 36
c
t
A
C
075
.
0
= ∑ ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
×
=
2
2
.
0
H
l
A
A wi
i
c
Vôùi keát caáu coù vaùch cöùng,
coù theå laáy Ct nhö sau
Ac _ toång dieän tích höõu hieäu caùc vaùch cöùng ôû taàng ñaàu tieân, [m2 ]
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
TCXDVN 375:2006
4. Myõ (ANSI, UBC)
D
H
T
05
.
0
=
H, D _ chieàu cao
nhaø, kích thöôùc maët
baèng nhaø theo
phöông ñang xeùt
(tính baèng feet)
∑
∑
=
=
= n
i
i
i
n
i
i
i
F
g
W
T
1
1
2
2
δ
δ
π
δi _ chuyeån vò taïi cao trình i (coù troïng löôïng Wi)
do boä löïc ngang baát kyø ΣFi taùc duïng.Söï phaân
phoái cuûa Fi coù theå theo hình daïng cuûa ñöôøng
ñaøn hoài.
g _gia toác troïng tröôøng.

37. 37
3. Phaân tích baèng phaàn meàm phaàn töû höõu haïn

38. 38
Phaân tích baèng phaàn meàm phaàn töû höõu haïn

39. 39
Phaân tích baèng phaàn meàm phaàn töû höõu haïn
Mode shape

40. 40
Baøi 7.
TAÛI TROÏNG VAØ TAÙC ÑOÄNG
1.Taûi troïng gioù
Taùc ñoäng cuûa gioù leân coâng trình phuï thuoäc hai nhoùm thoâng soá:
¾Caùc thoâng soá cuûa khoâng khí: toác ñoä, aùp löïc, nhieät ñoä, söï bieán ñoäng
theo thôøi gian
¾Caùc 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 :
ƒCaàn xeùt khi nhaø nhieàu taàng cao H 40m
ƒThaønh phaàn ñoäng ñöôïc xaùc ñònh theo phöông töông öùng vôùi thaønh phaàn tónh
ƒDo xung cuûa vaän toác gioù vaø löïc quaùn tính cuûa coâng trình.(Gioù tónh × heä soá)
ƒTính gioù ñoäng vaø phaûn öùng coâng trình do gioù ñoäng öùng vôùi töøng daïng dao ñoäng
ƒSô ñoà tính: thanh coâng-xon coù höõu haïn ñieåm taäp trung khoái löôïng
ƒCoù theå keå khoái löôïng chaát taïm thôøi treân coâng trình, vôùi heä soá chieát giaûm

41. 41
a. Gioù tónh
Giaù trò tieâu chuaån thaønh phaàn tónh cuûa aùp löïc gioù
Wj taïi ñieåm j öùng vôùi ñoä cao zj so vôùi moác chuaån
Wj = W0 k(zj) c
Heä soá khí ñoäng c, neáu goäp chung phía ñoùn gioù vaø phía khuaát gioù, c = 0,8 + 0,6 = 1,4

42. 42
t
m
g
t
j
j
t
z
z
z
k
2
844
,
1
)
( ⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=

43. 43
b. Gioù ñoäng
ƒXaùc ñònh caùc taàn soá vaø daïng dao ñoäng
ƒNeáu f1 fL (taàn soá giôùi haïn) thì phaûi keå ñeán taùc duïng
cuûa caû xung vaän toác gioù vaø löïc quaùn tính cuûa coâng trình.
ƒCaàn 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
WFj _ giaù trò tieâu chuaån thaønh phaàn ñoäng cuûa taûi troïng
gioù
taùc duïng leân phaàn thöù j cuûa coâng trình, öùng vôùi
daïng
dao ñoäng khaùc nhau, khi chæ keå xung vaän toác gioù
Neáu chæ keå aûnh höôûng cuûa xung vaän toác gioù
WFj = Wj ζjν Sj
Sj _ dieän tích ñoùn gioù cuûa phaàn j cuûa coâng trình (m2)
Wj _ gioù tónh
Tải bản FULL (86 trang): bit.ly/2N6ppu0
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

44. 44
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.
Neáu chæ keå aûnh höôûng cuûa xung vaän toác gioù
Tải bản FULL (86 trang): bit.ly/2N6ppu0
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

45. 45
4057857