›
›

Giáo trình Kết cấu nhà nhiều tầng - Lê Đức Hiển

pdf 61 trang hapham 1611
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Kết cấu nhà nhiều tầng - Lê Đức Hiển", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_ket_cau_nha_nhieu_tang_le_duc_hien.pdf

Nội dung text: Giáo trình Kết cấu nhà nhiều tầng - Lê Đức Hiển

  1. SÁCH “Kết cấu nhà cao tầng”
  2. Keát caáu nhaø nhieàu taàng CHÖÔNG 1 GIÔÙI THIEÄU CHUNG I. Khaùi nieäm veà nhaø nhieàu taàng1 Nhaø nhieàu taàng, ñöôïc phaân loaïi theo nhieàu tieâu chí khaùc nhau, tuøy thuoäc vaøo ñieàu kieän kinh teá xaõ hoäi cuûa töøng nöôùc. ‰ Theo Uûy ban Quoác teà veà nhaø nhieàu taàng: Nhaø nhieàu taàng laø nhaø maø chieàu cao cuûa noù aûnh höôûng ñeán yù ñoà vaø caùch thöùc thieát keá. Hay noùi caùch khaùc, moät coâng trình xaây döïng ñöôïc xem laø nhieàu taàng taïi moät vuøng vaøo moät thôøi ñieåm naøo ñoù, neáu chieàu cao cuûa noù quyeát ñònh caùc ñieàu kieän thieát keá, thi coâng hoaëc söû duïng khaùc vôùi nhaø thoâng thöôøng; ‰ Theo Taranath: Nhaø nhieàu taàng laø nhaø maø khi tính toaùn baét ñaàu chuyeån töø phaân tích cô hoïc sang phaân tích ñoäng löïc hoïc. Phaân tích cô hoïc bao goàm: phaân phoái löïc hôïp lyù; Phaân tích ñoäng hoïc: phaân tích chuyeån vò, dao ñoäng, oån ñònh. ‰ Trong cuoäc hoäi thaûo quoác teá veà Nhaø nhieàu taàng, ngöôøi ta ñaõ phaân loaïi nhö sau: - Nhaø nhieàu taàng, laø nhaø coù soá taàng: n = 10Æ 12 taàng; - Nhaø cao taàng: n = 25 Æ 30 taàng; - Nhaø choïc trôøi: n > 30 taàng. Hình 1. 1 Phaân loaïi nhaø nhieàu taàng 1 Ñoä cao nhaø ñöôïc tính töø maët ñaát ngoaøi nhaø ñeán dieàm maùi coâng trình, khoâng keå ñoä cao caùc boä phaän nhoâ leân khoûi maùi: beå nöôùc, buoàng thang maùy. Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 1/43
  3. Keát caáu nhaø nhieàu taàng Tuy nhieân, caùc ñònh nghóa treân cuõng chæ laø qui öôùc, thay ñoåi theo ñieàu kieän kinh teá xaõ hoäi cuûa töøng quoác gia. Ví duï: Lieân xoâ cuõ: Nhaø ôû 10 taàng trôû leân, caùc nhaø khaùc 7 taàng; Hoa kyø: Nhaø treân 7 taàng hoaëc cao hôn 22m; Coäng hoøa Phaùp: Nhaø ôû cao treân 50m, loaïi nhaø khaùc treân 28m; Vöông quoác Anh: Nhaø coù chieàu cao töø 24.3 trôû leân; Nhaät Baûn: Nhaø 11 taàng vaø cao töø 31m trôû leân, II. Moät soá coâng trình nhieàu taàng tieâu bieåu: 2.1 Treân theá giôùi: Hình 1. 2 Petronas Twin Tower Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 2/43
  4. Keát caáu nhaø nhieàu taàng 2.2 ÔÛ Vieät Nam Hình 1. 3 Saigon Trade Center –33taàng Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 3/43
  5. Keát caáu nhaø nhieàu taàng CHÖÔNG 2 TAÛI TROÏNG TAÙC ÑOÄNG LEÂN NHAØ NHIEÀU TAÀNG Taûi troïng taùc duïng leân nhaø nhieàu taàng coù nguoàn goác ñòa vaät lyù (troïng löïc, khí haäu vaø ñòa chaán) hoaëc nhaân taïo (taûi troïng söû duïng) I. Taûi troïng thaúng ñöùng Taûi troïng thaúng ñöùng taùc duïng leân coâng trình nhaø thöôøng goàm hai loaïi: tónh taûi (troïng löôïng baûn thaân cuûa coâng trình) vaø hoaït taûi (taûi troïng söû duïng). Trong nhaø nhieàu taàng, khaû naêng xuaát hieän ñoàng thôøi taûi troïng söû duïng ôû taát caû caùc taàng seõ giaûm khi soá taàng taêng leân. Vì vaäy, haàu heát caùc tieâu chuaån ñeàu ñöa ra heä soá giaûm taûi. Theo TCVN 2737 -1995, heä soá giaûm taûi ñöôïc qui ñònh: a) Khi tính daàm chính, daàm phuï, baûn saøn: taûi troïng toaøn phaàn ñöôïc pheùp giaûm nhö sau: 2 − Khi dieän tích saøn A ≥ A1 = 9m , thì: 6.0 ψA1 =4.0 + (2. 1) A/A1 2 − Khi dieän tích saøn A ≥ A2 = 36m , thì: 5.0 ψA2 =5.0 + AA/ 2 (2. 2) b) Khi xaùc ñònh löïc doïc ñeå tính coät, töôøng, moùng: taûi troïng toaøn phaàn ñöôïc pheùp giaûm nhö sau: − Ñoái vôùi caùc phoøng neâu ôû muïc 1, 2, 3, 4, 5 (baûng 3, theo TCVN 2737 -1995): ψA1 − 4.0 ψn1 =4.0 + n (2. 3) − Ñoái vôùi caùc phoøng neâu ôû muïc 6, 7, 8, 10, 12, 14 (baûng 3, theo TCVN 2737 - 1995): ψA2 − 5.0 ψn2 =5.0 + (2. 4) n (vôùi n –soá saøn ôû phía treân tieát dieän ñang xeùt). Tuy nhieân, hoaït taûi thöôøng khoâng lôùn hôn troïng löôïng baûn thaân (baèng 15 -20%) neân khi thieân veà an toaøn coù theå khoâng xeùt ñeán heä soá giaûm taûi. Trong tính toaùn khung nhieàu taàng, nhieàu nhòp nhaát laø heä khung khoâng gian coøn cho pheùp khoâng xeùt ñeán caùc tröôøng hôïp baát lôïi cuûa hoaït taûi treân caùc saøn. Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 4/43
  6. Keát caáu nhaø nhieàu taàng II. Taûi troïng ngang (gioù) Taùc duïng cuûa gioù leân coâng trình laø taùc duïng ñoäng, noù phuï thuoäc vaøo caùc yeáu toá cuûa moâi tröôøng xung quanh nhö ñòa hình vaø hình daïng cuûa maûnh ñaát xaây döïng, ñoä meàm vaø ñaëc ñieåm maët ñöùng cuûa coâng trình vaø söï boá trí cuûa caùc coâng trình laân caän. Sau ñaây, ta haõy phaân tích moät soá ñaëc tröng cuûa taûi gioù: vaän toác gioù, höôùng gioù: − Vaän toác gioù: thoâng thöôøng vaän toác gioù taêng theo chieàu cao, möùc ñoä taêng cuûa gioù phuï thuoäc vaøo ñaëc ñieåm beà maët ñaát. Caøng gaàn maët ñaát, do aûnh höôøng cuûa ma saùt neân gioù taét daàn Caùc ñoái töôïng xung quanh aûnh höôûng raát lôùn ñeán chieàu cao ñaït vaän toác cöïc ñaïi cuûa gioù. − Aùp löïc gioù: aùp löïc gioù ñöôïc gaây ra bôûi hai yeáu toá –vaän toác trung bình vaø vaän toác gioù giaät. Vaän toác trung bình xem nhö laø giaù trò trung bình cuûa vaän toác tónh trong thôøi gian daøi vaø do ñoù aùp löïc tónh cuõng laø aùp löïc trung bình vaø noù gaây ra ñoä voõng tónh cho coâng trình. Gioù giaät cuûa aùp löïc ñoäng gaây ra taùc duïng ñoäng laøm taêng theâm chuyeån vò. Coøn ñoái vôùi coâng trình meàm giaù trò chuyeån vò coù theå lôùn hôn. − Gioù quaån: khi luoàng khí gaëp chöôùng ngaïi, noù phaûi ñi voøng qua beân vaø taïo thaønh doøng khí coù vaän toác lôùn. Vaän toác gioù taêng theo khoái löôïng khí ñi qua. Khi ñoù xuaát hieän gioù quaån Khi luoàng gioù chuyeån ñoäng vöôït qua khe heïp giöõa hai nhaø nhieàu taàng seõ xuaát hieän gioù quaån. Vaän toác gioù vuøng khe heïp naøy coù vaän toác lôùn hôn vaän toác gioù ñeán (hieäu öùng Venturi). − Söï caûm thuï cuûa con ngöôøi veà taùc ñoäng cuûa gioù: söï caûm thuï cuûa con ngöôøi veà taûi troïng gioù caû trong vaø ngoaøi coâg trình laø yeáu toá quan troïng caàn xeùt ñeán khi thieát keá nhaø nhieàu taàng. Nhöõng dao ñoäng maïnh cuûa voû ngoaøi, maëc duø keát caáu chòu löïc coù theå chòu ñöôïc nhöng caàn phaûi giaûm ñeán trò soá chuyeån vò giôùi haïn cho pheùp ñoái vôùi con ngöôøi. Taûi troïng gioù theo tieâu chuaån xaây döïng (TCVN 2737 -1995) Taûi troïng gioù goàm hai thaønh phaàn: thaønh phaàn tónh vaø thaønh phaàn ñoäng. Theo TCVN 2737 -1995, khi tính toaùn nhaø döôùi 40m (xaây döïng ôû ñòa hình daïng A vaø B), thaønh phaàn ñoäng cuûa taûi gioù khoâng caàn tính ñeán. ‰ Giaù trò tieâu chuaån thaønh phaàn gioù tónh ñöôïc tính theo coâng thöùc: W= W0 × k× c (2. 5) Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 5/43
  7. Keát caáu nhaø nhieàu taàng Trong ñoù: W0 –giaù trò aùp löïc gioù, laáy theo baûn ñoà phaân vuøng; k –heä soá aùp löïc gioù thay ñoåi theo ñoä cao; c –heä soá khí ñoäng. ‰ Giaù trò tieâu chuaån cuûa thaønh phaàn ñoäng cuûa taûi gioù taùc duïng leân nhaø nhieàu taàng, Wp ôû cao ñoä Z, tính theo coâng thöùc (2.6): WW= ×ξ ×ν p (2. 6) Trong ñoù, W –giaù trò tieâu chuaån cuûa thaønh phaàn tónh taïi cao ñoä tính toaùn; ξ -heä soá aùp löïc ñoäng cuûa taûi gioù; ν -heä soá töôïng quan khoâng gian aùp löïc ñoäng cuûa taûi troïng gioù. Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 6/43
  8. Keát caáu nhaø nhieàu taàng Trình töï caùc böôùc tính toaùn xaùc ñònh thaønh phaàn ñoäng cuûa taûi troïng gioù ‰ Xaùc ñònh xem coâng trình coù thuoäc phaïm vi phaûi tính thaønh phaàn ñoäng hay khoâng. ‰ Thieát laäp sô ñoà tính ñoäng löïc − Sô ñoà tính toaùn ñöôïc choïn laø heä thanh console coù höõu haïn ñieåm taäp trung khoái löôïng − Chia coâng trình thaønh n phaàn sao cho moãi phaàn coù ñoä cöùng vaø aùp löïc gioù leân beà maët coâng trình coù theå coi nhö khoâng ñoåi − Vò trí caùc ñieåm taäp trung khoái löôïng ñöôïc ñaët taïi cao trình troïng taâm cuûa caùc keát caáu truyeàn taûi troïng ngang cuûa coâng trình (saøn nhaø) − Giaù trò khoái löôïng taäp trung taïi caùc cao trình baèng toång caùc giaù trò khoái löôïng cuûa keát caáu chòu löïc, bao che, Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 7/43
  9. Keát caáu nhaø nhieàu taàng − Ñoä cöùng cuûa console laáy baèng ñoä cöùng töông ñöông cuûa coâng trình, sao cho chuyeån vò cuûa ñænh coâng trình vaø console laø nhö nhau khi chuøng chòu moät taûi ngang ôû ñænh ‰ Xaùc ñònh giaù trò tieâu chuaån thaønh phaàn ñoäng cuûa taûi troïng gioù, khi chæ keå ñeán aûnh höôûng xung cuûa vaän toác gioù. − Xaùc ñònh heä soá aùp löïc ñoäng vaø heä soá töông quan khoâng gian − Xaùc ñònh giaù trò tieâu chuaån thaønh phaàn ñoäng cuûa taûi troïng gioù, khi chæ keå ñeán aûnh höôûng xung cuûa vaän toác gioù ‰ Xaùc ñònh giaù trò tieâu chuaån vaø tính toaùn cuûa thaønh phaàn ñoäng cuûa taûi troïng gioù leân caùc phaàn tính toaùn cuûa coâng trình. Bao goàm: − Xaùc ñònh taàn soá vaø daïng dao ñoäng. Xaùc ñònh taàn soá dao ñoäng thöù nhaát f1 cuûa coâng trình. So saùnh taàn soá f1 vôùi taàn soá giôùi haïn fL. Khi f1 > f L , thaønh phaàn ñoäng cuûa taûi troïng gioù chæ caàn keå ñeán taùc duïng cuûa xung vaän toác gioù. Ngöôïc laïi, khi f1 ≤ f L , thaønh phaàn ñoäng cuûa taûi gioù phaûi keå ñeán taùc duïng cuûa xung vaän toác gioù vaø löïc quaùn tính cuûa coâng trình. − Xaùc ñònh giaù trò tính toaùn cuûa thaønh phaàn ñoäng taûi troïng gioù ‰ Toå hôïp noäi löïc vaø chuyeån vò cuûa coâng trình do thaønh phaàn tónh vaø ñoäng cuûa taûi troïng gioù gaây ra. Xaùc ñònh thaønh phaàn ñoäng cuûa taûi troïng gioù theo TCVN 2737 -1995 ‰ Tuøy vaøo möùc ñoä nhaïy caûm cuûa coâng trình ñoái vôùi taùc duïng ñoäng löïc cuûa taûi troïng gioù maø thaønh phaàn ñoäng cuûa taûi troïng gioù chæ caàn keå ñeán taùc ñoäng do thaønh phaàn xung cuûa vaän toác gío hoaëc caû löïc quaùn tính cuûa coâng trình. ‰ Möùc ñoä nhaïy caûm ñöôïc ñaùnh giaù thoâng qua töông quan giöõa taàn soá dao ñoäng rieâng cô baûn (ñaëc bieät laø taàn soá rieâng thöù nhaát) vaø taàn soá giôùi haïn fL: fL (Hz) Vuøng aùp löïc gioù Coâng trình BTCT vaø gaïch Coâng trình daïng thaùp truï ñaù I. 1.1 3.4 II. 1.3 4.1 III. 1.6 5.0 IV. 1.7 5.6 V. 1.9 5.9 − Khi f1 > f L , thaønh phaàn ñoäng cuûa taûi troïng gioù chæ caàn keå ñeán taùc duïng cuûa xung vaän toác gioù. Giaù trò tieâu chuaån thaønh phaàn ñoäng cuûa aùp löïc gioù (Wpj) ñöôïc tính theo coâng thöùc: WW= ζ ν pj j j 1 (2. 7) Trong ñoù: Wj –giaù trò tieâu chuaån thaønh phaàn tónh cuûa aùp löïc gioù taùc duïng leân phaàn thöù j cuûa coâng trình; ζj -heä soá aùp löïc ñoäng ôû ñoä cao öùng vôùi phaàn thöù j cuûa coâng trình; ν1 -heä soá töông quan khoâng gian öùng vôùi daïng dao ñoäng thöù nhaát cuûa coâng trình. Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 8/43
  10. Keát caáu nhaø nhieàu taàng − Khi f1 ≤ f L , thaønh phaàn ñoäng cuûa taûi gioù phaûi keå ñeán taùc duïng cuûa xung vaän toác gioù vaø löïc quaùn tính cuûa coâng trình. Khi ñoù, soá daïng dao ñoäng ñaàu tieân caàn tính toaùn (s) xaùc ñònh theo bieåu thöùc: f< f< f s L s+1 (2. 8) − Giaù trò tieâu chuaån thaønh phaàn ñoäng cuûa taûi gioù taùc duïng leân phaàn thöù j cuûa coâng trình öùng vôùi daïng dao ñoäng thöù I (i= 1 s): WM= × ξ × ψ y p() ji j i i ji (2. 9) Trong ñoù: Wp(ji) –löïc, Mj –khoái löôïng taäp trung cuûa phaàn coâng trình thöù j (T) ξj –heä soá ñoäng löïc öùng vôùi daïng dao ñoäng thöù I, phuï thuoäc vaøo thoâng soá εi vaø ñoä giaûm loga cuûa dao ñoäng: γ ×W ε = 0 i 940 f i (2. 10) Vôùi γ -heä soá ñoä tin caäy cuûa taûi troïng gioù, baèng 1.2; fi –taàn soá dao ñoäng rieâng thöù i. yji –dòch chuyeån ngang tyû ñoái cuûa troïng taâm phaàn coâng trình thöù j, öùng vôùi dao ñoäng rieâng thöù I, khoâng thöù nguyeân; ψI –heä soá ñöôïc xaùc ñònh baèng caùch chia coâng trình thaønh n phaàn, trong phaïm vi moãi taàng coù theå coi taûi gioù khoâng ñoåi: n ∑ yji× W Fj j= 1 Ψi = n (2. 11) 2 ∑ yji × M j j= 1 Vôùi WFj –giaù trò tieâu chuaån thaønh phaàn ñoäng cuûa taûi gioù taùc duïng leân phaàn thöù j cuûa coâng trình, öùng vôùi caùc daïng dao ñoäng khaùc nhau cuûa coâng trình khi chæ keá ñeán aûnh höôûng cuûa xung vaän toác gioù, coù thöù nguyeân laø löïc, xaùc ñònh theo coâng thöùc: WWSFj= j× ζ i i × ν , (2. 12) vôùi Sj –dieän tích ñoùn gioù phaàn thöù j cuûa coâng trình; Ñoái vôùi nhaø coù maët baèng ñoái xöùng, ñoä cöùng, khoái löôïng vaø beà maët ñoùn gioù khoâng ñoåi theo chieàu cao, coù f1 ≤ f L , cho pheùp xaùc ñònh thaønh phaàn ñoäng cuûa taûi troïng gioù theo coâng thöùc: z W =4.1 × × ξ ×W (2. 13) fz H pH Vôùi WpH –giaù trò tieâu chuaån thaønh phaàn ñoäng cuûa aùp löïc gioù ôû ñoä cao H cuûa ñænh coâng trình. Chuù yù: 1- Thaønh phaàn ñoäng cuûa taûi troïng gioù phuï thuoäc vaøo chu kyø dao ñoäng rieâng T cuûa ngoâi nhaø. Tuy nhieân vieäc xaùc ñònh chính xaùc giaù trò cuûa T khoâng phaûi luùc naøo cuõng caàn thieát bôûi ñoä chính xaùc naøy ít aûnh höôûng ñeán thaønh phaàn ñoäng cuûa taûi troïng gioù. Theo kinh nghieäm thieát keá caùc coâng trình ôû nöôùc ngoaøi cho pheùp tính theo caùc coâng thöùc gaàn ñuùng sau: Coâng thöùc (1): T = 0.064 × n (n –soá taàng nhaø) (2. 14) Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 9/43
  11. Keát caáu nhaø nhieàu taàng H Coâng thöùc (2): T = 0.09 (2. 15) D (H –chieàu cao tính töø ñeá ñeán ñænh nhaø, tính baèng m; D –beà roäng maët ñoùn gioù, m) Coâng thöùc (3): T = 0.021× H Vôùi T –chu kyø dao ñoäng rieâng cuûa ngoâi nhaø, tính baèng sec; H –chieàu cao tính töø ñeá ñeán ñænh nhaø, tính baèng m; 2- Töông töï nhö caùch xaùc ñònh taûi troïng gioù tónh theo bieåu ñoà hình thang, caùc giaù trò thaønh phaàn ñoäng cuûa aùp löïc gioù ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: qp = W 1 + ξ × k.c Taïi ñònh nhaø: 0 ( ) ; qp = 0.65 × W × c Taïi ñeá nhaø: 0 Vôùi W0 –aùp löïc gioù tieâu chuaån, laáy theo baûng phaân vuøng aùp löïc gioù; k –heä soá aùp löïc gioù taêng theo chieàu cao; c –heä soá khí ñoäng; ξ -heä soá aùp löïc ñoäng taïi ñænh nhaø; Taïi ñieåm baát kyø treân chieàu cao ngoâi nhaø, aùp löïc gioù ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: ⎛ a −1 ⎞ qx= q p ×⎜1 + × X ⎟, X –toaï ñoä tính töø ñænh nhaø ⎝ H ⎠ Ví duï aùp duïng: Xaùc ñònh taûi troïng gioù cho coâng trình sau. III. Taûi troïng ñoäng ñaát (theo chæ daãn ñieàu 3.1.3 TCXD 198 -1997) Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 10/43
  12. Keát caáu nhaø nhieàu taàng CHÖÔNG 3 CAÙC DAÏNG KEÁT CAÁU CHÒU LÖÏC VAØ SÔ ÑOÀ LAØM VIEÄC I. Caùc daïng keát caáu chòu löïc 1.1 Caùc heä keát caáu chòu löïc cô baûn Heä keát caáu chòu löïc Nhaø nhieàu taàng laø boä phaän chuû yeáu tieáp nhaän taûi troïng ñöùng, ngang truyeàn xuoáng moùng. Nhìn chung, heä chòu löïc ñöôïc caàu taïo töø caùc daïng keát caáu sau: − Heä keát caáu khung chòu löïc (caáu kieän daïng thanh: daàm, coät); − Heä töôøng, vaùch chòu löïc; − Heä keát caáu khoâng gian: loõi cöùng, löôùi, oáng, Töø caùc thaønh phaàn keát caáu chính neâu treân, tuøy thuoäc vaøo caùc giaûi phaùp kieán truùc, khi chuùng ñöôïc lieân keát vôùi nhau theo yeâu caàu caáu taïo nhaát ñònh seõ taïo thaønh caù heä chòu löïc khaùc nhau theo sô ñoà sau: Sau ñaây laø söï laøm vieäc cuûa moät soá heä keát caáu treân ‰ Heä khung chòu löïc (I): heä naøy ñöôïc taïo thaønh töø caùc coät, daàm lieân keát vôùi nhau theo hai phöông taïo thaønh heä khung khoâng gian. Treân maët baèng, heä khung coù theå coù daïng chöõ nhaät, troøn, hoaëc ña giaùc Trong Nhaø nhieàu taàng, taùc duïng cuûa taûi troïng ngang lôùn. Ñeå taêng ñoä cöùng ngang cuûa khung, ñoàng thôøi coù theå phaân phoái ñeàu noäi löïc trong coät, boá trí theâm caùc thanh xieân taïi moät soá nhòp treân toaøn boä chieàu cao hoaëc taïi moät soá taàng. Taùc duïng cuûa heä thanh xieân (daïng daøn) laøm cho khung laøm vieäc nhö vaùch cöùng thaúng ñöùng; Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 11/43
  13. Keát caáu nhaø nhieàu taàng Hình 3.1: Nhaø coù heä khung chòu löïc Neáu thieát keá theâm caùc daøn ngang (ôû taàng treân cuøng hoaëc moät soá taàng trung gian) lieân keát daøn ñöùng vôùi caùc boä phaän coøn laïi cuûa khung thì hieäu quaû chòu taûi ngang cuûa khung taêng ñaùng keå. Döôùi taùc duïng cuûa taûi troïng ngang, caùc daøn ngang seõ ñoùng vai troø phaân phoái löïc doïc giöõa caùc coät khung, caûn trôû chuyeån vò xoay vaø laøm giaûm moâ-men ôû phaàn döôùi cuûa khung. Heä khung chòu löïc thuaàn tuùy, coù ñoä cöùng uoán thaáp theo phuông ngang neân bò haïn cheá söû duïng trong nhaø coù chieàu cao treân 40m. Trong kieán truùc nhaø nhieàu taàng, luoân coù nhöõng boä phaän nhö thang maùy, thang boä, töôøng ngaên hoaëc keát caáu bao che lieân tuïc theo chieàu cao neân keát caáu khung chòu löïc thuaàn tuùy thöïc teá khoâng toàn taïi. Saøn caùc taàng trong nhaø khungcoù vai troø quan troïng trong vieäc truyeàn taûi troïng ngang. Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 12/43
  14. Keát caáu nhaø nhieàu taàng ‰ Heä töôøng chòu löïc (II): ôû heä keát caáu naøy caùc caáu kieän thaúng ñöùng chòu löïc ñöùng vaø ngang cuûa nhaø laø caùc taám töôøng phaúng, thaúng ñöùng –vaùch cöùng. Taûi troïng ngang ñöôïc truyeàn ñeán caùc vaùch cöùng thoâng qua keát caáu saøn, ñöôïc xem laø tuyeät ñoái cöùng trong maët phaúng cuûa chuùng. Caùc vaùch cöùng laøm vieäc nhö nhöõng console ñöùng, coù chieàu cao tieát dieän lôùn. Khaû naêng chòu taûi cuûa vaùch cöùng phuï thuoäc raát lôùn veà hình daïng tieát dieän ngang vaø vò trí boá trí chuùng treân maët baèng. Ngoaøi ra, trong thöïc teá caùc vaùch cöùng thöôøng bò giaûm yeáu do coù söï xuaát hieän caùc loã cöûa. Hình 3.2: Heä töôøng chòu löïc ‰ Heä loõi chòu löïc (III): Loõi coù daïng voû hoäp roãng, tieát dieän kín hoaëc hôû, nhaän caùc loaïi taûi troïngtaùc ñoäng leân coâng trình vaø truyeàn xuoáng moùng. Trong Nhaø nhieàu taàng, loõi cöùng thöôøng ñöôïc boá trí keát hôïp vôùi vò trí thang maùy. Hình daïng, soá löôïng, vò trí boá trí caùc loõi cöùng chòu löïc treân maët baèng raát ña daïng. − Nhaø loõi troøn, vuoâng, chöõ nhaät, (daïng kín hoaëc hôû); − Nhaø coù moät hay nhieàu loõi; − Loõi naèm trong nhaø, theo chu vi hoaëc ngoaøi nhaø. Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 13/43
  15. Keát caáu nhaø nhieàu taàng Hình 3.3: Heä loõi chòu löïc ‰ Heä hoäp chòu löïc (IV): Caùc baûn saøn ñöôïc goái vaøo caùc keát caáu chòu taûi naèm theo chu vi coâng trình maø khoâng caàn goái vaøo vaøo keát caáu chòu taûi beân trong. Vôùi daïng keát caáu naøy, seõ taïo ra moät khoâng gian lôùn beân trong nhaø. Tuøy theo caùch toå hôïp, caùc keát caáu chòu löïc coù theå chia theo hai nhoùm: − Nhoùm thöù nhaát: chæ goàm moät loaïi caáu kieän chòu löïc ñoäc laäp nhö khung, töôøng, vaùch, loõi chòu löïc; − Nhoùm thöù hai: laø caùc heä chòu löïc ñöôïc toå hôïp töø hai, ba loaïi caáu kieän cô baûn trôû leân. Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 14/43
  16. Keát caáu nhaø nhieàu taàng 1.2 Caùc heä keát caáu hoãn hôïp Caùc heä keát caáu hoãn hôïp ñöôïc taïo thaønh töø söï keát hôïp giöõa caùc heä keát caáu cô baûn treân: ‰ Heä khung –vaùch: keát caáu khung –vaùch thöôøng ñöôïc söû duïng hôn caû vì heä naøy phuø hôïp vôùi haàu heát caùc giaûi phaùp kieán truùc cuûa nhaø nhieàu taàng. Heä keát caáu naøy taïo ñieàu kieän öùng duïng linh hoaït caùc coâng ngheä XD khaùc nhau nhö vöøa coù theå laép gheùp, vöøa ñoå taïi choã.; ‰ Heä khung –loõi chòu löïc; ‰ Heä khung –hoäp chòu löïc; ‰ Heä hoäp –loõi chòu löïc; ‰ Heä khung –hoäp –töôøng chòu löïc II. Sô ñoà laøm vieäc cuûa caùc daïng keát caáu chòu löïc Trong heä keát caáu hoãn hôïp, tuyø thuoäc vaø söï hieän dieän cuûa keát caáu khung maø ngöôøi ta chia sô ñoà laøm vieäc cuûa keát caáu daïng sô ñoà giaèng hoaëc sô ñoà khung giaèng. 2.1 Sô ñoà giaèng Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 15/43
  17. Keát caáu nhaø nhieàu taàng Khi khung chæ chòu ñöôïc phaàn taûi troïng thaúng ñöùng töông öùng vôùi dieän tích truyeàn taûi ñeán noù. Toaøn boä taûi troïng ngang vaø moät phaàn taûi troïng thaúng ñöùng seõ do caùc keát caáu chòu taûi cô baûn (loõi cöùng, vaùch cöùng, ) khaùc chòu. Trong sô ñoà naøy, caùc nuùt khung ñeàu coù caáu taïo nuùt khôùp hoaëc tieát dieän coät coù moâ-men khaùng uoán nhoû. Theo caùch quan nieäm naøy, taát caû caùc heä chòu löïc cô baûn vaø hoãn hôïp taïo thaønh töø caùc töôøng, loõi, thuoäc sô ñoà giaèng. Hình : Sô ñoà giaèng Khung B (chæ coù khaû naêng chòu taûi ñöùng) ñöôïc xem laø bò giaèng bôûi khung A (coù khaû naêng chòu taûi ngang) Hình : Sô ñoà khung giaèng Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 16/43
  18. Keát caáu nhaø nhieàu taàng 2.2 Sô ñoà khung giaèng Khi khung cuøng tham gia chòu taûi troïng thaúng ñöùng vaø ngang vôùi heä keát caáu khaùc. Trong tröôøng hôïp naøy, caùc nuùt khung lieân keát cöùng. Nhö vaäy, theo caùch hieåu naøy, heä khung chòu löïc ñöôïc xeáp vaøo sô ñoà keát caáu khung giaèng. Coù theå phaân loïai sô ñoà giaèng vaø sô ñoà theo chuyeån vò hoaëc ñoä cöùng nhö sau: ⎛ Δ A ⎞ ⎜1− ⎟ ≥ 0.8 : khung giaèng ⎝ Δ B ⎠ hoaëc KA ≥ 5K B : 2.3 Choïn sô ñoà keát caáu Qua nghieân cöùu cho thaáy raèng, ngöôøi ta thöôøng söû duïng nhöõng sô ñoà sau: − Khung chòu löïc: Khung chòu löïc ngang yeáu. Nhaø nhieàu taàng chòu taûi ngang lôùn, neân haïn cheá söû duïng sô ñoà khung chòu taûi ngang. − Töôøng chòu löïc: chòu taûi ngang lôùn, nhöng haïn cheá khoâng gian söû duïng; − Töôøng chòu löïc keát hôïp vôùi khung: töôøng chòu löïc ngang, khung chòu löïc ñöùng Æ hôïp lyù trong sô ñoà keát caáu vaø boá trí kieán truùc. Vì vaäy, ñaây laø daïng keát caáu thöôøng söû duïng nhaát trong Nhaø nhieàu taàng. Heä thoáng vaùch cöùng thöôøng ñöôïc taïo ra taïi khu vöïc caàu thang boä, caàu thang maùy, khu veä sinh chung hoaëc töôøng bieân lieân tuïc nhieàu taàng. Heä thoáng khung ñöôïc boá trí khu vöïc coøn laïi. Hai heä thoáng khung vaø vaùch cöùng ñöôïc lieân keát vôùi nhau thoâng qua heä thoáng saøn. Trong tröôøng hôïp naøy, heä keát caáu caáu saøn toaøn khoái coù yù nghóa raát lôùn trong vieäc truyeàn taûi troïng ngang cho vaùch cöùng. Trong thieát keá vaø xaây döïng nhaø nhieàu taàng, vieäc löïa choïn heä keát caáu hôïp lyù phuï thuoäc vaøo nhieàu yeáu toá nhö: chieàu cao, ñieàu kieän ñòa chaát thuûy vaên, baûn ñoà phaân vuøng ñoäng ñaát vaø caùc giaûi phaùp kieán truùc coâng trình. ‰ Coù theå choïn löïa keát caáu hôïp lyù heä keát caáu chòu löïc theo soá taàng treân ñoà thò sau: Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 17/43
  19. Keát caáu nhaø nhieàu taàng Hình : Sô ñoà löïa choïn heä keát caáu theo soá taàng Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 18/43
  20. Keát caáu nhaø nhieàu taàng ‰ Ngoaøi ra, ñeå ñaûm baûo ñoä cöùng, haïn cheá chuyeån vò ngang vaø traùnh maát oån ñònh toång theå, caàn haïn cheá chieàu cao vaø ñoä maûnh (tyû leä chieàu cao treân beà roäng coâng trình) theo chæ daãn sau: Baûng :Chieàu cao toái ña H(m) vaø tyû soá giôùi haïn giöõa chieàu cao vaø chieàu roäng (H/B) Heä keát caáu Tröôøng hôïp Tröôøng hôïp coù ñoäng ñaát caáp khoâng coù ñoäng ñaát 6 vaø 7 8 9 Nhaø khung Max H (m) 60 55-60 45 25 chòu löïc Max H/B 5 5 4 2 Nhaø vaùch vaø Max H 130 120 -130 100 50 khung oáng Max H/B 5 5 4 3 Nhaø vaùch Max H 140 120 -140 120 60 Max H/B 5 6 5 4 Nhaø oáng vaø Max H 180 150 -180 120 70 nhaø oáng Max H/B 6 6 5 4 trong oáng Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 19/43
  21. Keát caáu nhaø nhieàu taàng III. Töôøng cöùng chòu löïc (shear wall) 3.1 Phaïm vi aùp duïng Töôøng cöùng chòu löïc (caét) thöôøng ñöôïc boá trí trong nhaø nhieàu taàng, duøng ñeå chòu toaøn boä hay phaàn lôùn taûi troïng ngang (gioù, ñoäng ñaát). Töôøng chòu caét laøm vieäc nhö keát caáu console ngaøm vaøo moùng, chòu taùc duïng cuûa löïc doïc, löïc caét vaø moâ-men uoán. Khi tyû leä chieàu cao/chieàu daøi töôøng nhoû, aûnh höôûng cuûa noäi löïc caét trong töôøng laø ñaùng keå vaø caàn phaûi löu yù trong thieát keá. Chieàu cao cuûa töôøng bò khoáng cheá bôûi yeâu caàu veà uoán (moâ-men, bieán daïng ngang). Theo nhieàu taøi lieäu, phaïm vi söû duïng 3.2 Caùch boá trí töôøng cöùng Vieäc boá trí vò trí cuûa töôøng cöùng treân maët baèng raát quan troïng vì noù aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán vieäc phaân boá taûi troïng ngang leân keát caáu. Theo kinh nghieäm, khi boá trí caàn chuù yù ñeán caùc ñaëc ñieåm sau: − Töôøng cöùng ñöôïc boá trí ôû caùc vaùch ngaên: caùch naøy gaây laõng phí toán nhieàu vaät lieäu cho töôøng vaø chi phí veà neàn moùng; − Thöôøng taäp trung ôû giöõa, taïo thaønh vôùi caàu thang taïo thaønh loõi, chòu taûi troïng ngang khaù toát; − Vôùi coâng trình coù maët baèng hình vuoâng, neân boá trí töôøng theo hai phöông vuoâng goùc nhau. − Vôùi coâng trình coù maët baèng chaïy daøi, ngoaøi vieäc taäp trung töôøng ôû giöõa coøn phaûi boá trí ôû hai ñaàu hoài ñeå haïn cheá ñoä voõng ngang. − Phaûi boá trí ít nhaát ba vaùch treân moät ñôn nguyeân, truïc ba vaùch naøy khoâng gaëp nhau taïi moät ñieåm; − Neân thieát keá caùc vaùch gioáng nhau (veà ñoä cöùng vaø hình hoïc) vaø boá trí sao cho taâm cöùng cuûa heä truøng vôùi taâm khoái löôïng cuûa noù; − Khoâng neân choïn caùc vaùch coù khaû naêng chòu taûi lôùn nhöng soá löôïng ít maø choïn nhieàu vaùch coù soá löôïng chòu taûi töông ñöông vaø ph6n boá ñeàu treân maët baèng. 3.3 Choïn chieàu daøy töôøng − Toång dieän tích maët caét ngang cuûa vaùch cöùng (loõi cöùng) coù theå xaùc ñònh theo coâng thöùc: Fvl= f vl× F st Trong ñoù: Fst –dieän tích saøn töøng taàng; fvl = 0.015 − Töøng vaùch neân coù chieàu cao chaïy suoát töø moùng ñeán maùi vaø coù ñoä cöùng khoâng ñoåi treân toaøn boä chieàu cao cuûa noù; − Ñoä daøy toái thieåu cuûa vaùch, qui phaïm caùc nöôùc khaùc nhau qui ñònh khaùc nhau nhöng nhìn chung khoâng nhoû hôn 100mm. Chaúng haïn: Theo TCXD 198 -1997 cuûa Vieät Nam: Beà daøy thaønh vaùch (b), choïn khoâng nhoû hôn 150mm vaø 1/20 chieàu cao taàng. Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 20/43
  22. Keát caáu nhaø nhieàu taàng Theo ACI 318-02 (muïc 14.5.3), Beà daøy thaønh vaùch (b), choïn khoâng nhoû hôn 100mm vaø 1/25 chieàu cao taàng. 3.4 Caáu taïo coát theùp cho vaùch (loõi) cöùng (muïc 3.4.2 TCXD 198 -1997) − Coát theùp phaûi ñöôïc ñaët hai lôùp löôùi. Ñöôøng kính coát theùp (ñöùng vaø ngang) choïn khoâng nhoû hôn 10mm vaø khoâng lôùn hôn 0.1b. Hai lôùp theùp phaûi ñöôïc lieân keát vôùi nhau bôûi caùc moùc ñai (maät ñoä 4 moùc/ m2); − Haøm löôïng coát theùp thaúng ñöùng toái thieåu (μmin) vaø toái ña (μmax): Ñoái vôùi khu vöïc ñoäng ñaát yeáu, μ min = 0.4% Ñoái vôùi khu vöïc ñoäng ñaát trung bình vaø maïnh, μmin = 0.6% Vaø trong hai tröôøng hôïp treân, μ max = 3.5% − Khoaûng caùch coát theùp (ñöùng vaø ngang), choïn ≤ 200 (khi b ≤ 300) vaø choïn ≤ 2b/3 (khi b > 300); − Chieàu daøi noái buoäc coát theùp laáy baèng 1.5lbo (vuøng ñoäng ñaát yeáu) vaø 2.0lbo (vuøng ñoäng ñaát trung bình maïnh). Trong ñoù, lbo –chieàu daøi noái tieâu chuaån trong vuøng khoâng coù ñoäng ñaát (töùc lneo); − Caàn coù bieän phaùp taêng cöôøng tieát dieän ôû khu vöïc bieân cuûa vaùch cöùng (xem hình 3.12) Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 21/43
  23. Keát caáu nhaø nhieàu taàng CHÖÔNG 4 NHÖÕNG NGUYEÂN TAÉC CÔ BAÛN TRONG THIEÁT KEÁ KEÁT CAÁU NHAØ NHIEÀU TAÀNG BAÈNG BEÂ TOÂNG COÁT THEÙP TOAØN KHOÁI I. Löïa choïn vaät lieäu (nguyeân taéc thöù nhaát) Troïng löôïng coâng trình coù aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán ñoä lôùn cuûa taïi troïng thöôøng xuyeân maø coøn coù aûnh höôûng raát lôùn ñeán caùc taùc ñoäng khaùc leân coâng trình (gioù vaø ñoäng ñaát). Vì vaäy, söû duïng vaät lieäu nheï, cöôøng ñoä cao laø nguyeân taéc thöù nhaát khi thieát keá nhaø nhieàu taàng. − Vaät lieäu laøm keát caáu phaûi ñaûm baûo coù tính naêng cao veà: cöôøng ñoä chòu löïc, ñoä beàn moûi, tính bieán daïng vaø choáng chaùy toát; − Beâ toâng duøng trong keát caáu chòu löïc Nhaø nhieàu taàng neân coù Mac 300 trôû leân (ñoái vôùi beâ toâng coát theùp thöôøng) vaø Mac 350 (ñoái vôùi beâ toâng coát theùp öùng löïc tröôùc); − Theùp neân duøng loaïi coù cöôøng ñoä cao. II. Hình daïng coâng trình (giaûi phaùp kieán truùc –nguyeân taéc thöù hai) Khi thieát keá vaø xaây döïng nhaø nhieàu taàng, neân choïn giaûi phaùp keát caáu vaø caáu taïo kieán truùc sao cho caùc giaù trò taûi troïng (taûi troïng baûn thaân, taûi troïng söû duïng, caùc taùc ñoäng do gioù vaø ñoäng ñaát) laø nhoû nhaát vaø toát nhaát laø giaûm theo chieàu cao cuûa coâng trình. 2.1 Hình daïng maët baèng nhaø Sô ñoà maët baèng nhaø phaûi ñôn giaûn, goïn vaø coù ñoä cöùng choáng xoaén lôùn − Ñôn giaûn, Caùc daïng maët baèng ñoái xöùng (vuoâng, chöõ nhaät, troøn) ñöôïc öu tieân söû duïng. Nhöõng nhaø coù “caùnh” (daïng L, T, U, ) thöôøng bò hö hoûng, suïp ñoå khi gaëp ñoäng ñaát maïnh. Trong tröôøng hôïp naøy caàn boá trí caùc khe khaùng chaán ñeå taùch rôøi phaàn caùnh ra khoâng bò va ñaäp nhau. − Goïn, traùnh duøng caùc maët baèng traûi daøi hoaëc coù caùnh moûng vì phaûi chòu taûi troïng ngang phöùc taïp do söï leäch pha dao ñoäng. Ñoái vôùi loaïi nhaø naøy caàn phaûi boá trí khe khaùng chaán; − Coù ñoä cöùng choáng xoaén lôùn, ñeå traùnh bieán daïng xoaén, taâm cöùng cuûa nhaø phaûi truøng vôùi troïng taâm hình hoïc cuûa nhaø vaø naèm treân ñöôøng taùc duïng cuûa hôïp löïc taûi troïng ngang. Ñieàu kieän naøy ñöôïc thoûa maõn khi coâng trình ñöôïc thieát keá ñoái xöùng trong boá cuïc maët baèng laãn heä keát caáu chòu taûi ngang. Khi taâm cöùng khoâng truøng vôùi troïng taâm, seõ sinh ra bieán daïng xoaén lôùn. − Theo TCXD -198: 1997, ñoái vôùi nhaø coù maët baèng chöõ nhaät, tyû soá chieàu daøi (L) vaø chieàu roäng (B) phaûi thoûa: L/B ≤ 6, vôùi coâng trình coù caáp phoøng choáng ñoäng ñaát ≤ 7; L/B ≤ 5, vôùi coâng trình coù caáp phoøng choáng ñoäng ñaát 8 vaø 9 Æ Maët baèng coâng trình neân boá trí ñoái xöùng ít nhaát theo hai truïc chính nhö chæ daãn ôû baûng 1 Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 22/43
  24. Keát caáu nhaø nhieàu taàng STT Neân choïn Neân traùnh Giaûi phaùp khaéc phuïc 1. L K L L B chaán khaùng Khe B B 2. L L L B B B L L B B 3. C B/4 C>B/4 L L L B B B Duøng khe khaùng chaán K taùch nhaø thaønh caùc ñôn nguyeân nhoû, ñoäc laäp vaø ñoái xöùng Trong nhaø nhieàu taàng, thöôøng coù taàng haàm neân vieäc boá trí caùc khe bieán daïng –nhaát laø khe luùn gaây nhieàu phöùc taïp cho kyõ thuaät choáng thaám. Giöõa khoái nhaø cao taàng vaø thaáp taàng coù theå khoâng boá trí khe luùn maø chæ coù khe co giaõn töø maët moùng trôû leân moät khi ñaõ aùp duïng caùc bieän phaùp sau: − Söû duïng coïc choáng vaøo taàng ñaù, hoaëc taàng cuoäi soûi vôùi ñoä saâu thích hôïp ñoàng thôøi chöùng minh ñöôïc söï cheânh luùn naèm trong phaïm vi cho pheùp; − Tieán haønh thi coâng phaàn cao tröôùc, phaàn thaáp taàng sau. 2.2 Hình daïng phöông ñöùng nhaø Theo phöông ñöùng, nhaø phaûi ñôn ñieäu vaø lieân tuïc, caân ñoái − Ñôn ñieäu vaø lieân tuïc, hình daïng nhaø nhieàu taàng neân löïa choïn daïng ñeàu hoaëc thay ñoåi ñeàu, giaûm daàn kích thöôùc leân phía treân nhaèm giaûm haäu quaû Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 23/43
  25. Keát caáu nhaø nhieàu taàng baát lôïi cuûa taùc ñoäng ñoäng ñaát. Khi hình daïng nhaø khoâng lieân tuïc, bieân ñoä dao ñoäng seõ lôùn ôû moät soá taàng. Luùc naøy phaûi thieát keá caùc vaùch cöùng lôùn taïi caùc vuøng chuyeån tieáp ñeå truyeàn taûi troïng töø phaàn naøy sang phaàn khaùc cuûa coâng trình. − Caân ñoái, khi coâng trình coù tyû soá chieàu cao treân beà roäng (H/B) lôùn, khi chòu taûi ngang seõ coù chuyeån vò ngang lôùn. Löïc doïc trong coät bieân do taûi ngang lôùn daãn ñeán löïc neùn taùc ñoäng xuoáng moùng lôùn. − Khoâng neân ñaët caùc taûi troïng söû duïng lôùn leân caùc taàng cao Theo TCXD -198: 1997, tyû soá giôùi haïn B/H nhö sau: Loaïi keát caáu Khoâng khaùng Khaùng chaán, Khaùng chaán, Khaùng chaán, chaán caáp ≤ 7 caáp 8 caáp 9 Khung 5 5 4 2 Khung vaùch 5 5 4 3 Töôøng 6 6 5 4 Oáng 6 7 5 4 Treân maët caét thaúng ñöùng, coâng trình ñöôïc thieát keá ñoái xöùng (ñoái xöùng khoái löôïng vaø ñoä cöùng) theo chæ daãn baûng 2 Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 24/43
  26. Keát caáu nhaø nhieàu taàng H H Neân choïn B B >B/4 H H Neân traùnh >0.1B B B <0.1B H H B B Giaûi phaùp khaéc phuïc III. Giaûi phaùp heä keát caáu chòu löïc (nguyeân taéc thöù ba) Trong thieát keá vaø xaây döïng nhaø nhieàu taàng, vieäc choïn löïa giaûi phaùp keát caáu hôïp lyù phuï thuoäc chieàu cao coâng trình. Neân choïn heä keát caáu coù caùc boä phaän keát caáu roõ raøng, maïch laïc sao cho caùc loaïi taûi troïng truyeàn xuoáng moùng moät caùch nhanh nhaát. Heä keát caáu chòu taûi bao goàm caùc boä phaän chính nhö khung, vaùch, loõi caàn ñöôïc boá trí ñoái xöùng theo hai truïc treân maët baèng sao cho ñoä leäch giöõa taâmcöùng vaø taâm khoái löôïng laø nhoû nhaát. Trong tröôøng hôïp khoâng boá trí ñoái xöùng ñöôïc caàn coù giaûi phaùp choáng xoaén cho coâng trình. Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 25/43
  27. Keát caáu nhaø nhieàu taàng IV. Löïa choïn vaø boá trí khe co giaõn, khe luùn vaø khe khaùng chaán (nguyeân taéc thöù tö) Nguyeân taéc boá trí caùc khe co giaõn, khe luùn vaø khe khaùng chaán laø ñieàu chænh kích thöôùc maët baèng. Duøng caùc bieän phaùp caáu taïo vaø kyõ thuaät nhaèm giaûm toái ña soá löôïng khe vì giaûm soá löôïng khe laø giaûm taûi troïng vaø soá ñieåm caàn xöû lyù phöùc taïp; Trong caùc tröôøng hôïp sau ñaây phaûi caét nhaø vaø coâng trình ra nhöõng phaàn rieâng bieät (ñôn nguyeân) baèng caùc khe co giaõn, khaùng chaán: ‰ Nhaø coù kích thöôùc maët baèng lôùn (> 40m); ‰ Nhaø vaø coâng trình coù hình daïng maët baèng phöùc taïp; ‰ Caùc phaàn noái giöõa caùc nhaø coâng trình coù ñoä cao cheânh leäch cao töø 5m trôû leân hoaëc moät taàng Caùc khe khaùng chaán vaø co giaõn phaûi caét nhaø theo toaøn boä chieàu cao nhöng khoâng nhaát thieát ñi qua moùng (tröø khi truøng vôùi khe luùn); Chieàu roäng toái thieåu cuûa khe khaùng chaán coù theå xaùc ñònh theo coâng thöùc: Dmin = V1 + V 2 + 20mm Vôùi V1, V2 –chuyeån vò cöïc ñaïi theo phöông ngang cuûa hai khoái keát caáu keà nhau döôùi taùc duïng cuûa taûi troïng ñoäng ñaát. V. Ñoä cöùng vaø cöôøng ñoä –löïa choïn giaûi phaùp sô ñoà khung chòu löïc (nguyeân taéc thöù naêm) − Neân traùnh söï thay ñoåi ñoät ngoät cuûa söï phaân boá ñoä cöùng vaø cöôøng ñoä theo chieàu cao nhaø. Neáu coâng trình coù moät taàng meàm, caùc bieán daïng lôùn coù khuynh höôùng taäp trung ôû taàng ñoù vaø deã gaây ra suïp ñoå toaøn boä coâng trình. Tröôøng hôïp naøy thöôøng gaëp ôû caùc nhaø ñöôïc thieá keá vôùi hai chöùc naêng: taàng treät –heä khung (ñaûm baûo coù maët baèng thoaùng, phuïc vuï cho khoâng gian lôùn); caùc taàng treân –heä vaùch cöùng. Ñeå khaéc phuïc, taêng ñoä cöùng taàng meàm baèng caùch taêng tieát dieän coät hoaëc boá trí caùc vaùch cöùng ôû loã cöûa; − Khoâng neân thieát keá khung thoâng taàng vaø khung coù nhòp khaùc nhau. Neáu trong cuøng moät taàng, vöøa coù coät ngaén vaø coät daøi, löïc caét seõ taäp trung ôû coät ngaén nhieàu hôn (do ñoä cöùng lôùn hôn). Ñieàu naøy cuõng seõ xaûy ra töông töï nhö ñoái vôùi daàm ngaén. Neáu phaûi thieát keá caùc nhòp khaùc nhau, neân choïn ñoä cöùng giöõa caùc nhòp daàm töông öùng vôùi khaåu ñoä cuûa chuùng. L1 L2 L3 L1 L2 L3 L1 L2 L3 Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 26/43
  28. Keát caáu nhaø nhieàu taàng − Khi thieát keá nhaø khung, neân choïn keát caáu khung ñoái xöùng vaø coù ñoä sieâu tónh cao. Neáu laø khung nhieàu nhòp neân choïn chieàu daøi nhòp gaàn baèng nhau. Khoâng neân thieát keá khung coù nhòp quaù khaùc nhau. Neáu phaûi thieát keá nhòp khaùc nhau neân choïn ñoä cöùng giöõa caùc nhòp tyû leä vôùi khaåu ñoä cuûa chuùng. L1 L2 L3 L1 L2 L3 L1 L2 L3 − Neân choïn sô ñoà khung sao cho taûi troïng ñöôïc truyeàn tröïc tieáp vaø nhanh nhaát xuoáng moùng, traùnh söû duïng sô ñoà khung haãng coät ôû taàng döôùi. Neáu baét buoäc phaûi haãng nhö vaäy, phaûi coù giaûi phaùp caáu taïo ñeå ñaûm baûo nhaän vaø truyeàn taûi troïng töø coät taàng treân moät caùch an toaøn L1 L2 L3 L1 L2 L3 − Khung beâ toâng coát theùp nhaø nhieàu taàng , neáu coù xaây cheøn gaïch, tröôùc heát phaûi cheøn ôû caùc taàng döôùi. Trong tröôøng hôïp phaûi xaây cheøn caùc taàng treân maø taàng döôùi khoâng ñöôïc xaây cheøn thì phaûi caáu taïo taàng döôùi sao cho coù ñoä cöùng lôùn hôn; L1 L2 L3 L1 L2 L3 Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 27/43
  29. Keát caáu nhaø nhieàu taàng − Neân traùnh thieát keá console (keå caû console daàm vaø saøn). Trong tröôøng hôïp caàn coù console phaûi haïn cheá ñoä vöôn ñeán möùc toái thieåu vaø tính toaùn kieåm tra vôùi taûi troïng ñoäng ñaát thaúng ñöùng; Caùch thöùc phaù hoaïi − Khi thieát keá khung, neân choïn tyû leä ñoä cöùng daàm –coät vaø giöõa caùc ñoaïn daàm vôùi nhau sao cho khi phaù hoaïi, caùc khôùp deûo seõ hình thaønh trong caùc daàm sôùm hôn trong coät (coät khoûe –daàm yeáu). Bôûi vì: Coät bò phaù hoaïi nghóa laø toaøn boä coâng trình suïp ñoå trong khi chöa huy ñoäng heát khaû naêng chòu taûi cuûa caùc boä phaän khaùc. Maët khaùc, trong keát caáu coù coät yeáu, bieán daïng deûo seõ taäp trung taïi moät taàng naøo ñoù. Do vaäy, caàn phaûi coù moät heä soá ñoä deûo töông ñoái lôùn. Caùc khôùp deûo seõ hình thaønh trong caùc daàm sôùm hôn trong coät –ñieàu naøy seõ ñaït ñöôïc neáu toång moâ-ment cho pheùp cuûa caùc coät qui tuï taïi moãi nuùt khung lôùn hôn toång caùc moâ-men cho pheùp cuûa caùc daàm taïi nuùt ñoù. L1 L2 L3 L1 L2 L3 VI. Löïa choïn vaø boá trí caùc vaùch vaø loõi cöùng (nguyeân taéc thöù saùu) − Khi thieát keá caùc coâng trình söû duïng vaùch vaø loõi cöùng laøm keát caáu chòu taûi troïng ngang, phaûi boá trí ít nhaát 3 vaùch cöùng trong cuøng moät ñôn nguyeân. Truïc cuûa ba vaùch naøy khoâng ñöôïc gaëp nhau taïi moät ñieåm; − Neân thieát keá caùc vaùch gioáng nhau veà ñoä cöùng (vaø caû veà kích thöôùc hình hoïc) vaø boá trí sao cho taâm cöùng cuûa heä truøng vôùi taâm khoái löôïng cuûa chuùng − Ñoä cöùng cuûa caùc vaùch chieám phaàn lôùn tyû troïng ñoä cöùng cuûa toaøn nhaø. vì vaäy, caùc vaùch neân coù chieàu cao chaïy suoát töø moùng leân maùi vaø coù ñoä cöùng khoâng ñoåi treân toaøn boä chieàu cao cuûa noù. Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 28/43
  30. Keát caáu nhaø nhieàu taàng CHÖÔNG 5 TÍNH TOAÙN KEÁT CAÁU NHAØ NHIEÀU TAÀNG I. Caùc khaùi nieäm chung 2.1 Giaû thieát tính toaùn Tính toaùn keát caáu nhaø nhieàu taàng laø vieäc xaùc ñònh traïng thaùi öùng suaát –bieán daïng trong töøng heä keát caáu, töøng boä phaän keát caáu cho ñeán töøng caáu kieän chòu löïc döôùi taùc ñoäng cuûa moïi loaïi taûi troïng taùc duïng leân coâng trình. Ôû ñaây chuû yeáu xeùt ñeán phaûn öùng cuûa heä keát caáu thaúng ñöùng (khung, vaùch loõi) döôùi taùc duïng cuûa caùc loaïi taûi troïng ngang; Haàu nhö trong caùc loaïi nhaø cao ñeán 30 taàng ñeàu keát hôïp söû duïng cuûa ba heä keát caáu khung, vaùch, loõi chòu löïc. Vieäc löïa choïn vaø giaû thieát sô ñoà tính khoâng nhöõng phaûi phuø hôïp vôùi thöïc teá boá trí, caáu taïo cuûa caùc caáu kieän chòu löïc maø coøn phaûi thoûa maõn ñieàu kieän veà söï cuøng laøm vieäc cuûa caùc heä keát caáu –voán khaùc nhau veà hình daïng, kích thöôùc hình hoïc, ñoä cöùng. Moïi giaû thieát thöôøng chæ phuø hôïp vôùi töøng moâ hình tính toaùn vaø khoâng coù giaû thieát chung cho moïi sô ñoà tính toaùn. Giaû thieát naøo phaûn aùnh ñöôïc moái quan heä truyeàn löïc giöõa caùc heä vôùi nhau thoâng qua caùc giaûi phaùp thieát keá, caáu taïo seõ ñöôïc xem laø phuø hôïp vaø cho keát quaû ñaùng tín caäy. Thöôøng duøng caùc giaû thieát sau: ‰ Sô ñoà tính toaùn moät chieàu: coâng trình ñöôïc moâ hình hoùa döôùi daïng moät thanh console thaúng ñöùng. Ñoä cöùng cuûa noù ñöôïc xaùc ñònh töø ñieàu kieän choáng uoán, tröôït vaø xoaén cuûa coâng trình. Giaû thieát naøy töông ñoái ñôn giaûn nhöng khoâng phaûn aùnh ñuùng thöïc teá chòu löïc cuûa caû heä. Giaû thieát naøy thuaän tieän cho cho vieäc xaùc ñònh caùc ñaëc tröng ñoäng hoïc cuûa coâng trình. ‰ Sô ñoà tính toaùn hai chieàu: coâng trình ñöôïc moâ hình hoaù döùôùi daïng moät keát caáu phaúng vôùi ngoaïi löïc naèm trong maët phaúng ñoù. Theo giaû thieát naøy, moãi heä keát caáu chæ tieáp thu moät phaàn taûi troïng ngang thoâng qua caùc thanh giaèng coù lieân keát khôùp hai ñaàu. Caùc thanh giaèng ngang naøy chính laø moâ hình cuûa heä keát caáu daàm saøn. Sô ñoà naøy ñöôïc duøng roäng raõi nhaát vì töông ñoái ñôn giaûn laïi xeùt ñeán taùc ñoäng töông hoã giöõa caùc caáu kieän thaúng ñöùng. ‰ Sô ñoà tính toaùn 3 chieàu: coâng trình xem nhö moät heä (thanh, vaùch) khoâng gian, chòu taùc ñoäng cuûa heä löïc khoâng gian. Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 29/43
  31. Keát caáu nhaø nhieàu taàng Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 30/43
  32. Keát caáu nhaø nhieàu taàng Ly Ly VAÙCH DAÀM Ly COÄT Lx Lx Lx Lx Lx Lx Lx 25 24 23 VAÙCH 03 02 01 - - NÖÛA KHUNG TRUÏC NÖÛA KHUNG VAÙCH 1,2& 7,8 TRUÏC 3,4& 5,6 2.2 Caùc phöông phaùp tính toaùn Treân cô sôû caùc sô ñoà tính toaùn, chuùng ta coù theå choïn löïa nhieàu pp khaùc nhau trong CHKC vaø trong toaùn hoïc ñeå xaùc ñònh noäi löïc vaø chuyeån vò trong heä vaø trong töøng caáu kieän chòu löïc; Caùc phöông phaùp trong CHKC nhö: PP löïc, chuyeån vò, PP löïc –chuyeån vò vaãn ñöôïc söû duïng coù hieäu quaø cho töøng tröôøng hôïp cuï theå. Caùc PP vi phaân, bieán phaân ñeå Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 31/43
  33. Keát caáu nhaø nhieàu taàng giaûi caùc heä phöông trình baäc cao coøn ñöôïc söû duïng ñeå giaûi caùc sô ñoà giaèng, khung giaèng. Trong soá caùc PP tính toaùn nhaø nhieàu taàng hieän nay, PP. PTHH ñöôïc söû duïng roäng raõi hôn caû vì haàu heát caùc phaàn meàm tính toaùn ñeàu söû duïng PP naøy. 2.3 Caùc böôùc tính toaùn ‰ Choïn sô ñoà tính toaùn; ‰ Xaùc ñònh caùc loaïi taûi troïng; ‰ Xaùc ñònh caùc ñaëc tröng hình hoïc vaø ñoä cöùng keát caáu; ‰ Phaân phoái taûi troïng ngang vaøo caùc heä keát caáu chòu löïc; ‰ Xaùc ñònh noäi löïc, chuyeån vò trong töøng caáu kieän; ‰ Kieåm tra ñieàu kieän beàn, chuyeån vò vaø caùc ñaëc tröng ñoäng; ‰ Kieåm tra oån ñònh cuïc boä, toång theå coâng trình. II. Tính toaùn heä chòu löïc theo sô ñoà phaúng 2.1 Heä khung –vaùch Trong nhaø nhieàu taàng, heä chòu löïc khung vaùch thöôøng ñöôïc boá trí song song vôùi nhau theo moät hay hai phöông treân maët baèng neân coù theå duøng sô ñoà khung giaèng ñeå tính toaùn cho toaøn heä Tuøy theo caáu taïo cuûa vaùch cöùng, coù theå coù caùc sô ñoà sau: − Khung –vaùch ñaëc (h. a) − Khung –vaùch ñaëc vaø vaùch lieàn khung (h. b) − Khung –vaùch coù loã cöûa (h. c) Tröôùc khi tính toaùn caû heä, ta xem xeùt söï laøm vieäc ñoäc laäp cuûa heä khung nhieàu taàng nhieàu nhòp döôùi taùc duïng cuûa taûi troïng ngang Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 32/43
  34. Keát caáu nhaø nhieàu taàng a/ Chuyeån vò ngang cuûa khung nhaø nhieàu taàng Khi tính toaùn chuyeån vò ngang cuûa cuûa khung nhaø nhieàu taàng döôùi taùc duïng cuûa taûi troïng ngang coù theå xem moät caùch gaàn ñuùng raèng goùc xoay cuûa caùc nuùt treân cuøng moät moät xaø ngang laø baèng nhau. Nhö vaäy, coù theå ñôn giaûn hoùa sô ñoà tính chuyeån vò cuûa khung nhö sau: rn n l sn r1 i l si rk k l sk r2 2 l s2 r1 1 l s1 1 2 3 a a a lp b Goïi si laø toång ñoä cöùng ñôn vò cuûa caùc coät taàng thöù I; ri –toång ñoä cöùng ñôn vò cuûa caùc xaø ngang cuûa taàng thöù i; lp –giaù trò trung bình caùc nhòp cuûa xaø ngang; li –chieàu cao taàng thöù I vaø n –soá taàng cuûa khung. Trong sô ñoà treân, chuyeån vò ngang do P = 1 ñöôïc tính: 1 δ =[s + r ]; (5. 1) 11 12 1 1 2 1 ⎡ lk ⎤ δkk =⎢sk + r k + ⎥; (5. 2) 12 ⎣ 4.rk ⎦ lk .l k+ 1 δ=δ=δki ik k,k+ 1 = =δkn =δ+kk (5. 3) 48.rk Trong ñoù, k l2 S = i k ∑ s 1 i ; (5. 4) 2 2 l1 (l1+ l 2 ) R1 = ; R 2 = ; (5. 5) 4.r1 + 0.33.s1 4.r1 + 0.33.s1 2 ()lk− 1+ l k Vaø RRk= k− 1 + ; k = 3, 4, 5 (5. 6) 4.rk− 1 Trong caùc coâng thöùc treân, soá haïng sk bieåu thò aûnh höôûng ñoä cöùng cuûa coät ñeán chuyeån vò cuûa khung; coøn rk bieåu thò aûnh höôûng ñoä cöùng cuûa xaø ngang Chuyeån vò ngang cuûa khung ôû taàng thöù k do taûi troïng ngang ñaët ôû taát caû caùc taàng: y= δ k1 .P 1+ δ k2 .P 2 + + δ kn .P n (5. 7) Khi soá taàng n≥ 6 , coù theå tính chuyeån vò ngang theo coâng thöùc sau: k y= ∑ Qi .c i i= 1 ; i≤ k (5. 8) Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 33/43
  35. Keát caáu nhaø nhieàu taàng n Trong ñoù, QPk = ∑ i , i≥ k (5. 9) i= k ci –ñoä leäch cuûa taàng do löïc ñôn vò taùc duïng theo phöông ngang ñoái vôùi khung nhaø nhieàu taàng, coù keát caáu ñeàu ñaën vôùi ñoä cöùng ñôn vò s vaø r gioáng nhau ôû taát caû caùc taàng coù theå ñöôïc xaùc ñònh: l2 ⎡1 1⎤ c = ×⎢ + ⎥ 12 ⎣s r ⎦ (5. 10) A.c Goïi A laø ñoä cöùng choáng tröôït cuûa khung (töùc löïc gaây neân goùc leäch ϕ = = 1), l l A = Ta coù: c (5. 11) 12 Suy ra, A = ; (5. 12) l×( s−1 + r − 1 ) Khi soá taàng n≥ 6 , coù theå tính chuyeån vò ngang cuûa khung ñöôïc bieåu dieãn baèng phöông trình vi phaân sau: A.M B.yIV − A. ν2 .y '' −0 −p() x = 0 (5. 13) B0 Trong ñoù, BB= ∑ j -toång ñoä cöùng choáng uoán cuûa coät; B0B –ñoä cöùng choáng uoán cuûa khung khi chæ keå ñeán hai coät bieân. F .b 2 BE.= t ; (5. 14) 0 b F 1+ t Fp Ft Fp b F× b 2 Tröôøng hôïp khung ñoái xöùng, FFF= = , ta coù: BE.= t p 0 b 2 B ν2 =1 + B 0 ; (5. 15) M0 –moâ-men ngoaïi löïc ôû ñoä cao x; B Ñaët ω = B.y vaø m = , ta coù phöông trình: A.ν 2 ν2 −1 m2 .ω IV − ω '' − .M− m2 .p() x = 0 (5. 16) ν 2 0 Nghieäm cuûa phöông trình (3.20) coù daïng: ω = C1+ C 2 .m.ϕ + C3 .chϕ + C4 .shϕ + C0 Vôùi Ci –caùc haèng soá tích phaân; C0 –nghieäm rieâng, phuï thuoäc vaøo daïng taûi troïng; x ϕ = , toïa ñoä khoâng thöù nguyeân. m Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 34/43
  36. Keát caáu nhaø nhieàu taàng − Ñoái vôùi nhöõng khung thoâng thöôøng, coù theå boû qua soá haïng thöù nhaát cuûa B (3.17) vaø ν2 = 1, vì ≈ 0 . Khi ñoù, (3.17) coù daïng: B0 A.M A.y'' +0 +p() x = 0 (5. 17) B0 − Caùc ñieàu kieän bieân, + y() 0= 0; vaø A.y'() 0= Q0 ( 0) + Khi taûi troïng phaân boá ñeàu, p(x) = p, suy ra: 2 M0 = − 0.5p() H − x Giaûi phöông trình vi phaân (3.23), vôùi caùc ñieàu kieän bieân ôû treân, ta ñöôïc chuyeån vò ngang cuûa khung nhö sau: 2 4 4 pH 2 pH ⎛ 2 4 3 ξ ⎞ y =()2 ξ − ξ +⎜2 ξ − ξ + ⎟ (5. 18) 2A 8B0 ⎝ 3 3 ⎠ Ôû ñaây, x ξ = -toïa ñoä khoâng thöù nguyeân; (5. 19) H H –chieàu cao tính toaùn cuûa ngoâi nhaø, n HH= × . (5. 20) 0 n− 0.5 H0 –khoaûng caùch töø maët treân cuûa moùng ñeán truïc cuûa xaø ngang treân cuøng; − Taïi ñænh khung, ξ = 1, chuyeån vò ngang: 2 4 2 2 pH pH pH ⎡ λ p ⎤ y = + =⎢1 + ⎥ (5. 21) 2A 8B0 2A ⎣⎢ 4 ⎦⎥ Vôùi, λ p -ñaëc tröng ñoä cöùng cuûa khung, coù xeùt ñeán aûnh höôûng cuûa löïc doïc trong coät, A λp = H (5. 22) B0 Keát quaû nghieân cöùu cho thaáy, khi λp ≤ 0.7 , coù theå boû qua aûnh höôûng cuûa löïc doïc trong coät vaø trong tính toaùn laáy, ν2 = 1 Ví duï tính toaùn 2.2 Heä khung –vaùch (ñaëc) Xeùt tröôøng hôïp heä vaùch ñaëc giaèng vôùi khung theo sô ñoà khung giaèng. Töø giaû thieát saøn coù ñoä cöøng voâ cuøng trong maët phaúng, khung vaø vaùch coù cuøng chuyeån vò ngang, neân ñoä cöùng cuûa heä ñöôïc vieát nhö sau: BBB=∑ j + v (5. 23) Vôùi ∑ B j , toång ñoä cöùng coät khung; Bv -toång ñoä cöùng cuûa vaùch cöùng; Khi toång ñoä cöùng coät khung quaù nhoû so vôùi toång ñoä cöùng vaùch coù theå xem BB= v , nhö vaäy heä coù ñöôøng cong uoán tuaân theo phöông trình: ν2 −1 m2 .ω IV − ω '' − .M− m2 .p() x = 0 (5. 24) ν 2 0 Vaø lôøi giaûi coù daïng: Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 35/43
  37. Keát caáu nhaø nhieàu taàng ω =C1 + C 2 .m. ϕ + C3 .chϕ + C4 .shϕ + C0 Ñieàu kieän bieân: ω 0= 0 + () ; // chuyeån vò taïi chaân ngaøm + ω'() 0 = 0 ; //goùc xoay + − ω'''() 0 = Q0 () 0 ; //löïc caét + ω''()λ = 0 . //moâ-men taïi ñænh Ñeå tìm lôøi giaûi rieâng C0, xeùt tröôøng hôïp taûi troïng ngang phaân boá ñeàu theo chieàu cao p(x) = p, ta coù moâ-men uoán vaø löïc caét: 2 2 2 M0 = − 0.5pH( 1 − ξ) vaø Q0 = pH( 1 − ξ) (5. 25) Suy ra: p.s4 .ϕ 2 p.s4 .λ 4( ν 2 − 1) ⎡ξ 2ξ 3ξ 4 ⎤ C0 = − 2 + 2 × ⎢ − + ⎥ 2.ν 2.ν ⎣ 2 3 12 ⎦ Töø caùc ñieàu kieän bieân, ta xaùc ñònh ñöôïc caùc haèng soá tích phaân, Ci. Thay vaøo bieåu thöùc xaùc ñònh ω, ta ñöôïc: p.s 4 ⎡ ϕ2 λ4( ν 2 −1) ⎛ ξ 2ξ 3ξ 4 ⎞⎤ ω = λϕ − + χ.ch ϕ − χ .sh ϕ − χ + × ⎜ − + ⎟ (5. 26) 2 ⎢ ⎜ ⎟⎥ ν ⎣ 2 2⎝ 2 3 12 ⎠⎦ − Taïi ñænh cuûa heä, ϕ = 1 vaø ξ = 1, ñoä voõng taïi ñænh heä: p.H 4 ⎡ 2(χ − 1) λ2( ν 2 −1)⎤ f = 2 2 ×⎢1 − 2 + ⎥ (5. 27) 2ν λ B ⎣ λ 4 ⎦ Khi xaùc ñònh noäi löïc trong heä, ta söû duïng quan heä: dx= s.dϕ = Hd ξ vaø λ.s= H − Moâ-men uoán trong vaùch: Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 36/43
  38. Keát caáu nhaø nhieàu taàng 2 pH⎡ 1 2 1 ⎤ M''= −ω = 1− ξ ν2 −1 − 1− χ .ch ϕ + λ .sh ϕ (5. 28) v 2 ⎢ ()()2 ()⎥ ν ⎣2 λ ⎦ − Löïc caét trong trong vaùch: pH ⎡ χ ⎤ Q= M' = 1− ξ ν2 − 1 + ch ϕ − shϕ (5. 29) v 2 ()() ⎥ ν ⎣⎢ λ ⎦ − Löïc caét trong coät khung: pH ⎡ χ ⎤ QQQ= − = 1− ξ − ch ϕ + shϕ (5. 30) p 0 2 () ⎥ ν ⎣⎢ λ ⎦ − Löïc doïc trong caùc coät bieân cuûa khung xaùc ñònh töø phöông trình caân baèng moâ-men: MM− pH ⎡1 2 1 ⎤ N = 0 = − 1− ξ + 1− χ .ch ϕ − λ .sh ϕ (5. 31) 2 () 2 ()⎥ b b.ν ⎣⎢2 λ ⎦ Moâ-men uoán, löïc caét cuûa heä ñöôïc caét cuûa heä ñöôïc phaân phoái, vaøo caùc vaùch tyû leä vôùi ñoä cöùng cuûa chuùng Bieåu ñoà noäi löïc vaø chuyeån vò cuûa heä ñöôïc theå hieän nhö hình sau: 2.3 Tính toaùn heä khung –vaùch lieàn khung Z0 L0 L0 Z0 Z0 L0 Z0 L0 L0 Z0 Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 37/43
  39. Keát caáu nhaø nhieàu taàng − Ñaây laø daïng keát caáu coù sô ñoà hoãn hôïp vì trong cuøng moät truïc vöøa coù vaùch cöùng vaø vöøa coù khung Ñoái vôùi caùc vaùch lieàn khung, ta chæ caàn xaùc ñònh toång ñoä cöùng cuûa heä cho töøng tröôøng hôïp cuï theå roài tieán haønh tính toaùn töông töï nhö heä vaùch ñaëc Toång ñoä cöùng cuûa heä trong tröôøng hôïp chung ñöôïc xaùc ñònh: BBB= k+ vk , hoaëc BB≈ vk (5. 32) Vôùi Bvk –toång ñoä cöùng cuûa vaùch lieàn khung. Ñoä cöùng uoán cuûa vaùch lieàn khung bao goàm ñoä cöùng cuûa vaùch vaø phaàn khung. Ñeå xaùc ñònh ñoä cöùng uoán cuûa phaàn khung thuoäc vaùch ta phaûi xeùt ñeán caùc bieán daïng ñaøn hoài cuûa caùc nuùt lieân keát giöõa vaùch vaø daàm. Ñoä cöùng naøy goïi laø ñoä cöùng tröôït, xaùc ñònh theo coâng thöùc: 3id () 1+ η0[ i d ( 1+ η0)+ 6i c ( 1+ 2η0 )] A vk = (5. 33) l() id+ 3i c Trong ñoù, id –ñoä cöùng töông ñoái cuûa daàm khung lieàn vaùch (ñoä cöùng treân 1m daøi cuûa daàm khung trong 1 taàng); ic –ñoä cöùng töông ñoái cuûa coät khung lieàn vaùch; Z0 η0 = (5. 34) ld L –chieàu cao taàng Tröôøng hôïp khung lieàn vaùch hai phía ñoä cöùng Avk taêng leân gaáp ñoâi. Neáu khung ôû giöõa hai vaùch ñoä cöùng tröôït cuõng ñöôïc nhaân ñoâi nhöng giaù trò ic nhaân 0.5. Ñoä cöùng cuûa heä khung vaùch coù vaùch lieàn khung baèng toång ñoä cöùng caùc khung vaø vaùch lieàn khung: 12 A = + A (5. 35) l() s−1+ r − 1 vk Trong khung nhaø nhieàu taàng coù λ p < 7.0 , löïc doïc trong coät ít aûnh höôûng ñeán keát caáu. Tröôøng hôïp naøy laáy ν2 = 1, noäi löïc vaø chuyeån vò heä khung vaãn ñöôïc xaùc ñònh nhö keát caáu khung vaùch ñaëc Toång löïc caét cuûa heä ñöôïc phaân phoái vaøo coät khung (Q khung ) vaø cho vaùch cöùng hoãn hôïp (Q vk ) tyû leä vôùi ñoä cöùng tröôït cuûa chuùng: ⎡()AA− vk ⎤ ⎡A vk ⎤ QQkhung = × ⎢ ⎥ , vaø QQvk = × ⎢ ⎥ (5. 36) ⎣ A ⎦ ⎣ A ⎦ Moâ-men taïi ñaàu muùt cuûa xaø ngang lieàn vaùch phuï thuoäc vaøo Qd vaø xaùc ñònh nhö sau: ⎡ i ⎤ 3i 1+ η 6 + ⎛ d ⎞ d ()0 ⎢ ⎜ i ⎟⎥ ⎣ ⎝ c ⎠⎦ Qd M = × (5. 37) d ⎛i ⎞ A 3 + ⎜ d ⎟ ⎝ i c ⎠ vaø taïi truïc coät: 18i() 1+ η Q M = d 0 × d (5. 38) c ⎛i ⎞ A 3 + ⎜ d ⎟ ⎝ i c ⎠ Moâ-men uoán cuûa coät khung lieàn vaùch laáy baèng moät nöûa moâ-men ñaàu muùt xaø ngang lieàn keà. Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 38/43
  40. Keát caáu nhaø nhieàu taàng 2.4 Tính toaùn noäi löïc ñoái vôùi nhaø coù sô ñoà vaùch cöùng vaø loã cuûa Trong thöïc teá thöôøng hay gaëp caùc vaùch cöùng coù loã cöûa. Trong tröôøng hôïp naøy caùc coät töôøng thöôøng coù moâ-men quaùn tính lôùn hôn nhieàu caùc lanh toâ. Tuøy thuoäc vaøo tyû leä kích thöôùc caùc loã cöûa maø nhöõng vaùch cöùng coù moät daõy loã cöûa thöôøng coù ba kieåu bieán daïng ñaëc tröng ñöôïc theå hieän nhö hình 6.25 Veà maët toaùn hoïc, coù theå phaân bieät ba kieåu bieán daïng treân thoâng qua heä soá lieàn khoái α (6.89): Vieäc tính toaùn phaân phoái taûi troïng ngang cho caùc vaùch cöùng khaùc nhau trong tröôøng hôïp naøy ñöôïc thöïc hieän nhö vaùch cöùng ñaëc nhöng thay moâ-men quaùn tính Ii baèng moâ- men quaùn tính töông ñöông Itñ,i. Trong heä vaùch cöùng coù loã cöûa: coät seõ laø caùc vaùch cöùng thaønh phaàn, coù s >>r Ñoä cöùng choáng tröôït cuûa heä khung: 12 12 12r A = ≈ = (5. 39) l×() s−1 + r − 1 ()rl −1 l Vôùi r = toång ñoä cöùng lanh cöûa trong phaïm vi 1 taàng Neáu chæ coù moät daûi lanh toâ cöûa: B γ× 3 i = lt , (5. 40) lt .a k 2 L .h 3 ⎛ h ⎞ a vôùi lt lt ; ⎜ lt ⎟ vaø () BElt= b × k= 1 + 2.4⎜ ⎟ γ = > 1 5. 41 12 ⎝ a 0 ⎠ a 0 Sau khi coù A suy ra ω, y, M, N, Q. Ví duï Ly A B B 18.0m A Ly=9.0m Lx=7.0m Lx Lx Lx Lx Lx Lx Lx 56.0m Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 39/43
  41. Keát caáu nhaø nhieàu taàng Khung keát hôïp vôùi töôøng cöùng Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 40/43
  42. Keát caáu nhaø nhieàu taàng Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 41/43
  43. Keát caáu nhaø nhieàu taàng Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 42/43
  44. Keát caáu nhaø nhieàu taàng Taøi lieäu tham khaûo chính 1. Ngoâ Theá Phong, Lyù Traàn Cöôøng, Trònh Kim Ñaïm, Nguyeãn Leâ Ninh. Keát caáu Beâ toâng coát theùp, phaàn keát caáu nhaø cöûa –Nhaø xuaát baûn KHKT, 1998; 2. Nguyeãn Vaên Hieäp –Baøi giaûng keát caáu beâ toâng coát theùp 3, Ñaïi hoïc baùch khoa Tp.HCM; 3. Mai Haø San –Nhaø Cao Taàng chòu taùc ñoäng cuûa taûi troïng ngang gioù baõo vaø ñoäng ñaát. 4. TCXD 198 -1997, Nhaø cao taàng –Thieát keá vaø caáu taïo beâ toâng coát theùp toaøn khoái; 5. Taûi troïng vaø taùc ñoäng –TCVN 2737-1995; 6. TCXD 229:1999 –Chæ daãn tính toaùn thaønh phaàn ñoäng cuûa taûi troïng gioù theo TCVN 2737-1995; 7. W. Sullô –Keát caáu nhaø cao taàng –Baûn dòch; 8. Athur Nilson –Design of Concrete Structure -1997 Giaûng vieân: Th.S Leâ Ñöùc Hieån Trang 43/43
  45. Tinh toan tai trong gio tac dung len Nha Nhieu tang CLIENT SINH VIEN PROJECT CONG TRINH 20TANG JOB No VD-01 CALCULATION BY ThS. LE DUC HIEN CHECKED BY APPROVED BY OBJECT XAC DINH TAI TRONG GIO THEO TCVN 2737-95& 229-99 kg - AÙp löïc gioù tieâu chuaån (Vuøng IIA) W0:= 83 2 Heä soá vöôït taûi: γ := 1.2 m - Chieàu cao coâng trình H66m:= zmin:= 0.001m zmax:= H n20:= (Soá taàng) zmax− zmin z:= zmin, zmin + zmax (Chieàu cao taàng) n 1. AÙp löïc gioù tónh, Wj(z): Heä soá k (ñòa hình C) vaø heä soá khí ñoäng c: 0.2793 z kC( z ):= 0.3459⋅ 0.279 m c:= 0.8+ 0.6 c= 1.4 Wj( z ):= W0⋅ kC() z ⋅c 2. AÙp löïc gioù ñoäng, Wfz(z): - Chu kì dao ñoäng rieâng cuûa ngoâi nhaø ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc gaàn ñuùng T:= 0.021⋅ H T= 1.386 m T:= 1.386sec - Taàn soá dao ñoäng rieâng cô baûn f1 1 f1 := T f1= 0.722 Hz - Giaù trò tôùi haïn cuûa taàn soá dao ñoäng rieâng, fL (Vuøng II, Baûng 2) fL:= 1.3Hz Do f1< fL = 1 neân giaù trò tieâu chuaån thaønh phaàn ñoäng, Wfz, cuûa taûi troïng gioù ñöôïc xaùc ñònh theo ñieãu 4.7(TCXD 229-99) z Wfz:= 1.4⋅ξ⋅ ⋅WpH H Trong ñoù: + ξ- Heä soá ñoäng löïc öùng vôùi daïng dao ñoäng cô baûn cuûa coâng trình (töùc öùng vôùi taàn soá f1), xaùc ñònh theo Hình 2, ñieàu 4.5 − 1 0.5 γ⋅W0 ⎛ kg s ⎞ ε1 := ⋅⎜ ε1= 0.015 940⋅ f1 ⎝ m ⎠ 02/12/2006 1
  46. Tinh toan tai trong gio tac dung len Nha Nhieu tang Tra bieåu ñoà 2, ta ñöôïc: ξ := 1.22 + WpH - giaù trò tieâu chuaån thaønh phaàn ñoäng cuûa aùp löïc gioù ôû ñoä cao H cuûa ñænh coâng trình, xaùc ñònh theo coâng thöùc (4.1) WpH:= Wj() H ⋅νζjH()⋅ν Trong ñoù: +υ -Heä soá töông quan aùp löïc ñoäng, laáy theo baûng 4& 5: ν := 0.705 +ζH- Heä soá aùp löïc ñoäng ôû ñoä cao H cuûa coâng trình, tính theo baûng 3 (ñòa hình C) − 0.14 0.14 ζjz( ):= 0.944⋅ z ⋅()m ζjH( )= 0.525 kg Suy ra, WpH:= Wj() H ⋅νζjH()⋅ WpH= 47.949 2 m z Cuoái cuøng, Wfz( z ):= 1.4⋅ξ⋅ ⋅WpH H 3. Toång AÙp löïc gioù tónh& ñoäng, Wt(z): Wfz() z Ñaët α()z := Wj() z Wt( z ):= Wj() z ⋅() 1+ α()z z = kC() z = ζjz()= Wj() z = Wfz() z = α()z = Wt() z = 1·10 -3 m 0.05 0 2.483 5.838 kg 1.241·10 -3 kg 2.126·10 -4 5.839 kg m 3.301 0.483 0.799 56.106 2 4.096 2 0.073 60.202 2 m m m 6.601 0.586 0.725 68.088 8.191 0.12 76.279 9.901 0.656 0.685 76.251 12.286 0.161 88.537 13.201 0.711 0.658 82.63 16.38 0.198 99.011 16.501 0.757 0.638 87.944 20.475 0.233 108.419 19.801 0.796 0.621 92.538 24.57 0.266 117.108 23.101 0.831 0.608 96.609 28.665 0.297 125.274 26.401 0.863 0.597 100.28 32.76 0.327 133.039 29.701 0.892 0.587 103.633 36.854 0.356 140.488 33 0.918 0.579 106.728 40.949 0.384 147.677 36.3 0.943 0.571 109.607 45.044 0.411 154.651 39.6 0.966 0.564 112.304 49.139 0.438 161.442 42.9 0.988 0.558 114.843 53.234 0.464 168.076 46.2 1.009 0.552 117.244 57.328 0.489 174.573 49.5 1.029 0.547 119.525 61.423 0.514 180.949 52.8 1.047 0.542 121.7 65.518 0.538 187.217 56.1 1.065 0.537 123.778 69.613 0.562 193.39 59.4 1.082 0.533 125.77 73.707 0.586 199.477 62.7 1.099 0.529 127.683 77.802 0.609 205.485 66 1.115 0.525 129.526 81.897 0.632 211.423 02/12/2006 2
  47. Tinh toan tai trong gio tac dung len Nha Nhieu tang 4. Tính aùp löïc gioù tính toaùn phaân boá ñeàu töông ñöông: + Beà roäng coâng trình, B: B56m:= + Moâ men taïi chaân coâng trình, M0: H ⌠ 7 1 M0:= B⋅γ⋅⎮ Wt()z z ⋅ dz M0= 2.463× 10 kg m ⌡ 0 + Taûi löïc gioù phaân boá ñeàu töông ñöông, p 2M0⋅ 4 kg pz():= ptt:= p() 0 = ⎛1.131× 10 ⎞ 2 ⎜ 1 H ⎝ m ⎠ + Löïc caét taïi chaân coâng trình, Q0 H ⌠ 5 0 Q0 := ⎮ pz()dz Q0= 3.746× 10 kg m ⌡ 0 Tai trong gio tinh va dong Tai phan bo deu tuong duong 70 70 60 60 50 50 z 40 40 z z z 30 30 20 20 10 10 0 11.29 11.3 11.31 0 50 100 150 200 250 pz() Wj( z ), Wfz() z , Wj( z )+ Wfz() z 3 10 02/12/2006 3
  48. Ví duï 2. Cho coâng trình coù maët baèng keát caáu nhö hình veõ: Ly 18.0m Ly=9.0m Lx=7.0m Lx Lx Lx Lx Lx Lx Lx 56.0m Caùc döõ kieän: + Maët baèng, chieàu cao: Lx:= 56m Ly:= 18m H66m:= ht:= 3.3m Ly Y := 2 + Tieát dieän, soá löôïng coät: bc:= 80cm hc:= 80cm nc:= 18 + Tieát dieän, soá löôïng Daàm hd:= 55cm bd:= 30cm nd:= 12 (Soá löôïng daàm) lb:= 9m (Nhòp khung trung bình) + Tieát dieän, soá löôïng vaùch t20cm:= Lv:= 1800cm nv:= 3 kg + Vaät lieäu: Eb:= 290.000 2 cm + Taûi trong ngang tính toaùn phaân boá ñeàu töông ñöông taùc duïng leân coâng trình T p:= 11.31 m 1- Xaùc ñònh caùc ñaïi löôïng cuûa keát caáu + Moâ -men quaùn tính coät: 3 hc 4 Ic:= bc⋅ Ic= 0.034 m 12 + Moâ -men quaùn tính cuûa vaùch cöùng ñaëc 3 Lv 4 Iv:= t⋅ Iv= 97.2 m 12 + Toång ñoä cöùng choáng uoán cuûa moåi heä chòu löïc ñoái vôùi truïc ñi qua troïng taâm rieâng cuûa töøng heä: 8 2 B:= Eb⋅() 3Iv+ 18Ic B= 8.474× 10 kgm + Moâ -men quaùn tính ñoái vôùi troïng taâm cuûa heä: 2 4 I0:= 6Ic+ 3Iv + 12() Ic+ bc⋅ hc⋅Y I0= 914.294m + Toång ñoä cöùng choáng uoán cuûa moãi heä chòu löïc ñoái vôùi troïng taâm cuûa toaøn heä:
  49. 9 2 B0:= Eb⋅ I0 B0= 2.651× 10 kgm + Heä soá ñoä cöùng υ: B ν := 1 + ν = 1.149 B0 + Toång ñoä cöùng ñôn vò s cuûa caùc coät khung trong 01 taàng Eb⋅ Ic 5 snc:= ⋅ s= 5.399× 10 kgm ht + Toång ñoä cöùng ñôn vò r cuûa caùc daàm trong 01 taàng 3 hd Eb⋅ bd⋅ 12 4 rnd:= ⋅ r= 1.608× 10 kgm lb + Ñoä cöùng choáng tröôït cuûa khung 12 4 A := A= 5.679× 10 kg ⎛ 1 1 ⎞ ht⋅⎜ + ⎟ ⎝ s r ⎠ + Heä soá s: B s := s= 106.337m 2 A⋅ν + Ñaëc tröng choáng uoán khi x = H H λ := λ = 0.621 s + Heä soá χ ()1 + λ ⋅sinh()λ χ := χ = 1.176 cosh()λ 2 - Xaùc ñònh noäi löïc vaø chuyeån vò trong heä + Moâ -men trong toaøn boä heä vaùch cöùng ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: zmin:= 0m zmax:= H n20:= (Soá taàng) zmax− zmin z:= zmin, zmin + zmax n z z ξ()z := φ()z := H s - Vaùch 2 pH⋅ ⎡ 1 2 2 1 ⎤ − 3 Mv()ξφ, := ⋅⎢ ⋅ν()1 − ξ ⋅()− 1 − ⋅()1 −λχ ⋅cosh()φ + ⋅sinh()φ ⎥ ⋅10 2 2 ν ⎣ 2 λ ⎦ pH⋅ ⎡ 2 χ ⎤ Qv()ξφ, := ⋅⎢()1 − ξ ⋅()ν − 1 + cosh()φ − ⋅sinh()φ ⎥ 2 λ ν ⎣ ⎦ - Khung
  50. pH⋅ ⎛ χ ⎞ Qk()ξφ, := ⎜1 − ξ + ⋅sinh()φ − cosh()φ ⎟ 2 λ ν ⎝ ⎠ 2 pH⋅ ⎡ 1 2 1 ⎤ Nk()ξφ, := ⋅⎢ ⋅()1 − ξ + ⋅()1 −λχ ⋅cosh()φ − ⋅sinh()φ ⎥ 2 2 ()2lb⋅ ⋅ν ⎣ 2 λ ⎦ + Chuyeån vò cuûa heä keá caáu 4 ⎡ 2 4 ⎛ 2 3 4 ⎞⎤ ps⋅ φ λ 2 ξ ξ ξ y()ξφ, := ⋅⎢λφ⋅ −χ+λ⋅cosh()φ −χ⋅sinh()φ − + ⋅()ν − 1 ⋅⎜ − + ⎟⎥ ⋅10 2 B⋅ν ⎣ 2 2 ⎝ 2 3 12⎠⎦ 100 100 87.5 87.5 75 75 62.5 62.5 z 50 z 50 37.5 37.5 25 25 12.5 12.5 0 0 10 2 6 14 22 30 200 0 200 400 600 800 Mv()ξ ()z , φ ()z Qv()ξ ()z , φ ()z 100 100 87.5 87.5 75 75 62.5 62.5 z 50 z 50 37.5 37.5 25 25 12.5 12.5 0 0 0 8 16 24 32 40 0 0.6 1.2 1.8 2.4 3 Qk()ξ ()z , φ ()z y()ξ ()z , φ ()z 100 87.5 75 62.5 z 50 37.5 25 12.5 0 6000 4400 2800 1200 400 2000 Nk()ξ ()z , φ ()z
  51. z = ξ()z = φ()z = Mv()ξ()z , φ()z = Qv()ξ()z , φ()z Qk= ()ξ()z , φ()z Nk= ()ξ()z , φ()z y()=ξ()z , φ()z 0 m 0 0 23.069 kgm 746.46 T 0 T 86.926 T 0 m 3.3 0.05 0.031 20.675 2 704.413 4.724 -120.961 0.014 2 s A s A 6.6 0.1 0.062 18.419 662.879 8.935 -329.865 0.055 9.9 0.15 0.093 16.299 621.827 12.664 -539.897 0.12 13.2 0.2 0.124 14.314 581.225 15.943 -751.171 0.205 16.5 0.25 0.155 12.463 541.044 18.801 -963.808 0.309 19.8 0.3 0.186 10.743 501.254 21.268 -1.178·10 3 0.429 23.1 0.35 0.217 9.154 461.824 23.375 -1.394·10 3 0.563 26.4 0.4 0.248 7.695 422.726 25.15 -1.611·10 3 0.709 29.7 0.45 0.279 6.364 383.931 26.622 -1.831·10 3 0.864 33 0.5 0.31 5.16 345.41 27.82 -2.052·10 3 1.028 36.3 0.55 0.341 4.084 307.134 28.773 -2.276·10 3 1.198 39.6 0.6 0.372 3.133 269.076 29.508 -2.502·10 3 1.374 42.9 0.65 0.403 2.308 231.208 30.053 -2.731·10 3 1.553 46.2 0.7 0.434 1.607 193.501 30.437 -2.962·10 3 1.736 49.5 0.75 0.466 1.03 155.928 30.687 -3.196·10 3 1.92 52.8 0.8 0.497 0.578 118.462 30.83 -3.434·10 3 2.106 56.1 0.85 0.528 0.248 81.075 30.894 -3.675·10 3 2.293 59.4 0.9 0.559 0.042 43.74 30.906 -3.919·10 3 2.48 62.7 0.95 0.59 -0.04 6.43 30.893 -4.168·10 3 2.667 66 1 0.621 -1.076·10 -14 -30.883 30.883 -4.42·10 3 2.855
  52. Ví duï 2. Cho coâng trình coù maët baèng keát caáu nhö hình veõ: y Ly A 9.0m 2.5m 7.25m B 3m B 18.0m x A 3m Ly=9.0m 7.25m 2.5m 9.0m Lx=7.0m Lx Lx Lx Lx Lx Lx Lx 56.0m Caùc döõ kieän: + Maët baèng, chieàu cao: Lx:= 56m Ly:= 18m H66m:= ht:= 3.3m Ly Y := A:= 2.5m B3m:= 2 + Tieát dieän, soá löôïng coät: bc:= 80cm hc:= 80cm nc:= 15 + Tieát dieän, soá löôïng Daàm hd:= 55cm bd:= 30cm nd:= 12 (Soá löôïng daàm) lb:= 9m (Nhòp khung trung bình) + Tieát dieän, soá löôïng vaùch ñaëc t20cm:= Lv:= 1800cm nv:= 2 + Tieát dieän, soá löôïng vaùch coù loã cöûa t20cm:= nvl:= 2 Lv1:= Y− A − B Lv1= 3.5 m Lv1 Y01:= Y − Y01= 7.25 m 2 Lv2:= B+ B Lv2= 6 m Y02:= 0 + Chieàu cao vaø lanh toâ cöûa: hlt:= 1.2m alt:= 2.5m kg + Vaät lieäu: Eb:= 290.000 2 cm + Taûi trong ngang tính toaùn phaân boá ñeàu töông ñöông taùc duïng leân coâng trình T p:= 11.31 m 1- Xaùc ñònh caùc ñaïi löôïng cuûa keát caáu + Moâ -men quaùn tính coät: 3 hc 4 Ic:= bc⋅ Ic= 0.034 m 12 + Moâ -men quaùn tính cuûa vaùch cöùng ñaëc
  53. 3 Lv 4 Iv:= t⋅ Iv= 97.2 m 12 + Moâ men quaùn tính cuûa vaùch coù loã cöûa: ⎡ 3 ⎤ 3 ⎢ ()Lv1 2⎥ Lv2 4 Ivl:= 2⋅⎢ t⋅ + t⋅() Lv1 ⋅Y01 ⎥ + t⋅ Ivl= 78.617 m ⎣ 12 ⎦ 12 * + Toång ñoä cöùng choáng uoán cuûa moåi heä chòu löïc ñoái vôùi truïc ñi qua troïng taâm rieâng cuûa töøng heä: 9 2 BEb2Iv:= ⋅()⋅ + 2⋅ Ivl + 15⋅ Ic B= 1.021× 10 kgm + Moâ men quaùn tính ñoái vôùi troïng taâm cuûa heä: 2 4 I0:= 5⋅ Ic + 2Iv⋅ + 2⋅ Ivl + 10⋅() Ic+ bc⋅ hc⋅Y I0= 870.545m + Toång ñoä cöùng choáng uoán cuûa moãi heä chòu löïc ñoái vôùi troïng taâm cuûa toaøn heä: 9 2 B0:= Eb⋅ I0 B0= 2.525× 10 kgm + Heä soá ñoä cöùng υ: B ν := 1 + ν = 1.185 B0 Xeùt vaùch cöùng coù loã cöûa: 3 ⎛ Y01⎞ γ := ⎜ ⎟ γ = 24.389 ⎝ alt ⎠ 2 ⎛ hlt ⎞ k:= 1+ 2.4⋅⎜ ⎟ k= 1.553 ⎝ alt ⎠ + Ñoä cöùng cuûa lanh toâ: ⎛ 3 ⎞ ⎜ hlt ⎟ 4 2 Blt:= Eb⋅⎜ t⋅ ⎟ Blt= 8.352× 10 kgm ⎝ 12 ⎠ + Ñoä cöùng ñôn vò cuûa lanh toâ Blt⋅γ 5 ilt := ilt= 1.809× 10 kgm Y01⋅ k + Toång Ñoä cöùng ñôn vò cuûa lanh toâ (04 lanh toâ/taàng) 5 r:= 4⋅ ilt r= 7.237× 10 kgm + Ñoä cöùng choáng tröôït cuûa lanh toâ: 12⋅ r 6 Alt := Alt= 2.632× 10 kg ht + Heä soá s2: B s2 := s2= 16.622 m 2 Alt⋅ν + Ñaëc tröng choáng uoán khi x = H
  54. H λ := λ = 3.971 s2 + Heä soá χ ()1 + λ ⋅sinh()λ χ := χ = 4.005 cosh()λ 2 - Xaùc ñònh noäi löïc vaø chuyeån vò trong heä + Moâ -men trong toaøn boä heä vaùch cöùng ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: zmin:= 0m zmax:= H n20:= (Soá taàng) zmax− zmin z:= zmin, zmin + zmax n z z ξ()z := φ()z := H s2 - Vaùch 2 pH⋅ ⎡ 1 2 2 1 ⎤ − 3 Mv()ξφ, := ⋅⎢ ⋅ν()1 − ξ ⋅()− 1 − ⋅()1 −λχ ⋅cosh()φ + ⋅sinh()φ ⎥ ⋅10 2 2 ν ⎣ 2 λ ⎦ pH⋅ ⎡ 2 χ ⎤ Qv()ξφ, := ⋅⎢()1 − ξ ⋅()ν − 1 + cosh()φ − ⋅sinh()φ ⎥ 2 λ ν ⎣ ⎦ Moâ men vaø löïc caét phaân boá vaøo vaùch cöùng theo tyû leä ñoä cöùng Iv Trong 01 vaùch cöùng ñaëc: Mv1()Mvξφ, := ()ξφ, ⋅ 2⋅() Iv+ Ivl Iv Qv1()Qvξφ, := ()ξφ, ⋅ 2⋅() Iv+ Ivl Ivl Trong 01 vaùch cöùng coù loã cöûa: Mvl()Mvξφ, := ()ξφ, ⋅ 2⋅() Iv+ Ivl Ivl Qvl()Qvξφ, := ()ξφ, ⋅ 2⋅() Iv+ Ivl - Khung pH⋅ ⎛ χ ⎞ Qk()ξφ, := ⎜1 − ξ + ⋅sinh()φ − cosh()φ ⎟ 2 λ ν ⎝ ⎠ 2 pH⋅ ⎡ 1 2 1 ⎤ Nk()ξφ, := ⋅⎢ ⋅()1 − ξ + ⋅()1 −λχ ⋅cosh()φ − ⋅sinh()φ ⎥ 2 2 ()2lb⋅ ⋅ν ⎣ 2 λ ⎦ + Chuyeån vò cuûa heä keát caáu (cm): 4 ⎡ 2 4 ⎛ 2 3 4 ⎞⎤ ps2⋅ φ λ 2 ξ ξ ξ 2 y()ξφ, := ⋅⎢λφ⋅ −χ+λ⋅cosh()φ −χ⋅sinh()φ − + ⋅()ν − 1 ⋅⎜ − + ⎟⎥ ⋅10 2 B⋅ν ⎣ 2 2 ⎝ 2 3 12⎠⎦
  55. 70 61.25 52.5 43.75 z z 35 z 26.25 17.5 8.75 0 50 10 70 130 190 250 Qv1(ξ ()z , φ ()z ), Qvl()ξ ()z , φ ()z , Qk()ξ ()z , φ ()z 80 70 60 50 z 40 z 30 20 10 0 0.5 0.4 1.3 2.2 3.1 4 Mv1(ξ ()z , φ ()z ), Mvl()ξ ()z , φ ()z
  56. 80 70 60 50 z 40 30 20 10 0 4 4 4 3 .10 2.3 .10 1.6 .10 9000 2000 5000 Nk()ξ ()z , φ ()z 80 70 60 50 z 40 30 20 10 0 0 0.24 0.48 0.72 0.96 1.2 y()ξ ()z , φ ()z
  57. Ví duï 3. Cho coâng trình coù maët baèng keát caáu nhö hình veõ: Ly 11.0m 16.0m Ly=8.0m 5.0m Lx=8.0m Lx Lx Lx Lx Lx Lx Lx 56.0m Caùc döõ kieän: + Maët baèng, chieàu cao: Lx:= 64m Ly:= 16m H:= 57.6m ht:= 3.6m Ly Y := 2 + Tieát dieän, soá löôïng coät: bc:= 60cm hc:= 60cm nc:= 15 + Tieát dieän, soá löôïng Daàm hd:= 80cm bd:= 40cm nd:= 8 (Soá löôïng daàm) lb:= 8m (Nhòp khung trung bình) + Tieát dieän, soá löôïng vaùch t18cm:= Lv:= 1600cm nv:= 2 + Tieát dieän, soá löôïng vaùch -khung t1:= 18cm Lv1:= 1100cm nv1:= 3 kg + Vaät lieäu: Eb:= 240000 2 cm + Taûi trong ngang tính toaùn phaân boá ñeàu töông ñöông taùc duïng leân coâng trình T p:= 9.778 m 1- Xaùc ñònh caùc ñaïi löôïng cuûa keát caáu 1.1 Xaùc ñònh B: Ñoä cöùng heä ñoái vôùi truïc ñi qua troïng taâm cuûa töøng caáu kieän + Moâ -men quaùn tính coät: 3 hc 4 Ic:= bc⋅ Ic= 0.011 m 12 + Moâ -men quaùn tính cuûa vaùch cöùng ñaëc 3 3 Lv Lv1 4 Iv:= t⋅ Iv1:= t1⋅ Iv= 61.44 m 12 12 + Toång ñoä cöùng choáng uoán cuûa moåi heä chòu löïc ñoái vôùi truïc ñi qua troïng taâm rieâng cuûa töøng heä: 11 2 B:= Eb⋅() nvIv+ nv1⋅ Iv1 + ncIc B= 4.39× 10 kgm 1.2 Xaùc ñònh B0: Ñoä cöùng heä ñoái vôùi truïc ñi qua troïng taâm cuûa caû heä: + Do heä khoâng ñoái xöùng, ta xaùc ñònh troïng taâm cuûa heä (theo phöông yi): Fnchc:= (⋅ ⋅bc )+ () nv1⋅ t1⋅Lv1 + ()nv⋅ t⋅Lv
  58. ⎛ Lv1 ⎞ nv1⋅ bc⋅hc⋅Y − nv1⋅ t1⋅Lv1⋅⎜Y − ⎟ ⎝ 2 ⎠ yC := yC= − 0.363 m F yC1:= 2.5m+ yC + Moâ -men quaùn tính ñoái vôùi troïng taâm cuûa heä: ⎡ 2⎤ ⎡ 2⎤ ⎡ 2⎤ I0c:= 7⎣ Ic+ bc⋅ hc⋅()YyC− ⎦ + 4Icbchc⋅⎣ + ⋅ ⋅()yC ⎦ + 4Ic⎣ + bchc⋅ ⋅()YyC+ ⎦ 2 ⎡ 2⎤ I0:= I0c+ nv() Iv+ Lv⋅ t⋅yC + nv1⎣ Iv1+ t1⋅ Lv1⋅()yC1 ⎦ 4 I0= 471.247m + Toång ñoä cöùng choáng uoán cuûa moãi heä chòu löïc ñoái vôùi troïng taâm cuûa toaøn heä: 12 2 B0:= Eb⋅ I0 B0= 1.131× 10 kgm 1.3 Heä soá ñoä cöùng υ: B ν := 1 + ν = 1.178 B0 1.4 Xaùc ñònh ñoä cöùng choáng tröôït cuûa heä A (khung thuaàn tuùy -A1 vaø khung vaùch -A2): a) - Khung thuaàn tuùy + Toång ñoä cöùng ñôn vò s cuûa caùc coät khung thuaàn tuùy trong 01 taàng Eb⋅ Ic 7 s12:= ⋅ s= 8.64× 10 kgm ht + Toång ñoä cöùng ñôn vò r cuûa caùc daàm trong 01 taàng 3 hd Eb⋅ bd⋅ 12 7 rnd:= ⋅ r= 4.096× 10 kgm lb + Ñoä cöùng choáng tröôït cuûa khung thuaàn tuùy A1 12 7 A1 := A1= 9.262× 10 kg ⎛ 1 1 ⎞ ht⋅⎜ + ⎟ ⎝ s r ⎠ b) - Khung hoãn hôïp Daàm trong khung hoãn hôïp bd_hh:= 18cm hd_hh:= 35cm Ld_hh:= 5m 3 hd_hh Moâmen quaùn tính daàm khung: Id_hh:= bd_hh⋅ 12 id -ñoä cöùng ñôn vò daàm, coät trong khung hoãn hôïp Eb⋅ Id_hh 5 id := id= 3.087× 10 kgm Ld_hh
  59. nv1⋅ Eb⋅Ic 7 ic := ic= 2.16× 10 kgm ht Lv1 Z0 := 5.5m 2 11.0m yC1 Z0 yC η0 := η0= 1.1 Ld_hh 5.5m x - 3id⋅ ⋅()1 + η0 ⋅[]id⋅() 1 + η0 + 6ic⋅ ()12+ ⋅η0 A2 := ht⋅() id+ 3⋅ ic 6 A2= 3.446× 10 kg y Vaäy: 7 AA1A2:= + A= 9.607× 10 kg 1.5 Xaùc ñònh heä soá s2, λ vaø χ: + Heä soá s2: B s2 := s2= 57.377 m 2 A⋅ν + Ñaëc tröng choáng uoán khi x = H H λ := λ = 1.004 s2 + Heä soá χ ()1 + λ ⋅sinh()λ χ := χ = 1.412 cosh()λ 2 - Xaùc ñònh noäi löïc vaø chuyeån vò trong heä + Moâ -men trong toaøn boä heä vaùch cöùng ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: zmin:= 0m zmax:= H n16:= (Soá taàng) zmax− zmin z:= zmin, zmin + zmax n z z ξ()z := φ()z := H s2 - Vaùch lieàn khung 2 pH⋅ ⎡ 1 2 2 1 ⎤ − 3 Mv()ξφ, := ⋅⎢ ⋅ν()1 − ξ ⋅()− 1 − ⋅()1 −λχ ⋅cosh()φ + ⋅sinh()φ ⎥ ⋅10 2 2 ν ⎣ 2 λ ⎦ pH⋅ ⎡ 2 χ ⎤ Qv()ξφ, := ⋅⎢()1 − ξ ⋅()ν − 1 + cosh()φ − ⋅sinh()φ ⎥ 2 λ ν ⎣ ⎦ - Khung
  60. pH⋅ ⎛ χ ⎞ Qk()ξφ, := ⎜1 − ξ + ⋅sinh()φ − cosh()φ ⎟ 2 λ ν ⎝ ⎠ 2 pH⋅ ⎡ 1 2 1 ⎤ Nk()ξφ, := ⋅⎢ ⋅()1 − ξ + ⋅()1 −λχ ⋅cosh()φ − ⋅sinh()φ ⎥ 2 2 ()2lb⋅ ⋅ν ⎣ 2 λ ⎦ + Chuyeån vò cuûa heä keát caáu (cm): 4 ⎡ 2 4 ⎛ 2 3 4 ⎞⎤ ps2⋅ φ λ 2 ξ ξ ξ 2 y()ξφ, := ⋅⎢λφ⋅ −χ+λ⋅cosh()φ −χ⋅sinh()φ − + ⋅()ν − 1 ⋅⎜ − + ⎟⎥ ⋅10 2 B⋅ν ⎣ 2 2 ⎝ 2 3 12⎠⎦ 60 60 52.5 52.5 45 45 37.5 37.5 z 30 z 30 22.5 22.5 15 15 7.5 7.5 0 0 5 13 71115 200 40 120 280 440 600 Mv()ξ ()z , φ ()z Qv()ξ ()z , φ ()z 60 60 52.5 52.5 45 45 37.5 37.5 z 30 z 30 22.5 22.5 15 15 7.5 7.5 0 0 4 0 1224364860 06.10 0.00120.00180.0024 0.003 Qk()ξ ()z , φ ()z y()ξ ()z , φ ()z 60 52.5 45 37.5 z 30 22.5 15 7.5 0 4000 3000 2000 1000 0 1000 Nk()ξ ()z , φ ()z
  61. z = ξ()z = φ()z = Mv()ξ()z , φ()z = Qv()ξ()z , φ()z Qk= ()ξ()z , φ()zNk=()ξ()z , φ()z y()=ξ()z , φ()z = 0 m 0 0 14.097 kgm 563.213 T 0 T 132.71 T 0 m -5 3.6 0.063 0.063 12.151 2 518.332 9.68 -51.099 1.983·10 2 s A s A 7.2 0.125 0.125 10.363 474.911 17.9 -237.639 7.556·10 -5 10.8 0.188 0.188 8.73 432.817 24.793 -427.318 1.619·10 -4 14.4 0.25 0.251 7.246 391.924 30.486 -620.581 2.741·10 -4 18 0.313 0.314 5.907 352.109 35.1 -817.907 4.077·10 -4 21.6 0.375 0.376 4.709 313.254 38.754 -1.02·10 3 5.588·10 -4 25.2 0.438 0.439 3.65 275.246 41.562 -1.227·10 3 7.238·10 -4 28.8 0.5 0.502 2.727 237.972 43.635 -1.44·10 3 8.996·10 -4 32.4 0.563 0.565 1.936 201.325 45.081 -1.659·10 3 1.083·10 -3 36 0.625 0.627 1.277 165.2 46.005 -1.885·10 3 1.273·10 -3 39.6 0.688 0.69 0.746 129.492 46.512 -2.119·10 3 1.467·10 -3 43.2 0.75 0.753 0.344 94.101 46.702 -2.362·10 3 1.662·10 -3 46.8 0.813 0.816 0.068 58.925 46.677 -2.614·10 3 1.859·10 -3 50.4 0.875 0.878 -0.081 23.866 46.536 -2.877·10 3 2.056·10 -3 54 0.938 0.941 -0.103 -11.178 46.379 -3.151·10 3 2.253·10 -3 57.6 1 1.004 5.149·10 -15 -46.304 46.304 -3.437·10 3 2.449·10 -3