Ảnh Hưởng Của Kích Thước Tiết Diện Cột, Dầm Đến Cơ Cấu Phá Hủy Của Kết Cấu Nhà Cao Tầng Chịu Động Đất

• Người hướng dẫn: Thầy TS.
• Trường học: Trường Đại Học Lạc Hồng
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Ảnh Hưởng Của Kích Thước Tiết Diện Cột, Dầm Đến Cơ Cấu Phá Hủy Của Kết Cấu Nhà Cao Tầng Chịu Động Đất
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Đồng Nai

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ CAO TẦNG VÀ ĐỘNG ĐẤT
• 1.1. Mở đầu
• 1.2. Kết cấu nhà cao tầng và xu hướng phát triển
• 1.3. Tổng quan về nút khung BTCT
• 1.3.1. Khung bê tông cốt thép
• 1.3.2. Dạng hình học và cơ chế truyền lực của nút khung BTCT
• 1.3.3. Các dạng phá hoại nút khung BTCT
• 1.3.4. Các phương pháp thiết kế kháng chấn cho công trình
• 1.4. Hệ kết cấu chịu lực
• 1.4.1. Phân tích các dạng kết cấu khung
• 1.4.2. Lựa chọn phương án kết cấu khung
• 1.4.3. Kích thước sơ bộ của kết cấu
• 1.5. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CƠ CẤU PHÁ HỦY CỦA KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT
• 2.1. Lý thuyết tương tự và mối quan hệ giữa các tham số tỷ lệ tương tự
• 2.1.1. Cơ sở lý luận của lý thuyết tương tự
• 2.1.2. Mối quan hệ giữa các số tỷ lệ tương tự
• 2.2. Độ cứng các cấu kiện và tính chất của các liên kết
• 2.2.1. Độ cứng các cấu kiện
• 2.2.2. Tính chất của các liên kết
• 2.2.3. Độ cứng trong tính toán công trình chịu tải trọng động bất kỳ
• 2.3. Mô hình phi tuyến của bê tông
• 2.3.1. Cường độ chịu nén của bê tông
• 2.3.2. Cường độ chịu kéo của bê tông
• 2.3.3. Mô hình Mander về quan hệ ứng suất - biến dạng bê tông bị ép ngang
• 2.3.4. Ảnh hưởng của thép đai đến áp lực nén ngang của bê tông tiết diện chữ nhật
• 2.3.5. Cường độ bê tông bị ép ngang
• 2.4. Phân tích phi tuyến theo miền thời gian NL-RHA
• 2.5. Tính chất của kết cấu dầm cột
• 2.5.1. Hệ số độ dẻo (μ)
• 2.5.2. Hệ số độ cứng (α)
• 2.5.3. Tính chất đặc biệt của hệ khung
• 2.6. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN CỘT, DẦM ĐẾN CƠ CẤU PHÁ HỦY CỦA KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT
• 3.1. Số liệu tính toán và mô hình
• 3.2. Kết quả phân tích
• 3.2.1. Chuyển vị tầng
• 3.2.2. Chuyển vị lệch tầng
• 3.2.3. Vận tốc trung bình
• 3.2.4. Gia tốc trung bình
• 3.3. Cơ chế phá hủy dầm, cột
• 3.3.1. Trường hợp 1 (SL=7)
• 3.3.2. Trường hợp 2 (SL=3)
• 3.3.3. Trường hợp 3 (SL=3)
• 3.3.4. Trường hợp 4 (SL=0.5)
• 3.3.5. Trường hợp 5 (SL=1)
• 3.4. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH VẼ

I. Tổng Quan Ảnh Hưởng Kích Thước Cột Dầm Đến Kết Cấu

Dự đoán chính xác ứng xử của kết cấu nhà cao tầng dưới tác dụng của động đất là một nhiệm vụ cấp bách. Động đất có thể gây sụp đổ, dẫn đến thiệt hại lớn. Các tiêu chuẩn và hướng dẫn hiện tại chủ yếu tập trung vào xác định tải trọng và cấu tạo kháng chấn, ít đề cập đến cơ cấu phá hủy nhà cao tầng. Dưới tác dụng của tải trọng động đất, kết cấu có thể làm việc ngoài miền đàn hồi, hình thành các khớp dẻo gần liên kết dầm cột, dẫn đến sụp đổ. Phản ứng của kết cấu phụ thuộc nhiều vào vị trí và phát triển của các khớp dẻo. Việc dự đoán chính xác các khớp dẻo giúp cảnh báo và tránh sụp đổ. Tuy nhiên, nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành và phát triển của khớp dẻo, như độ cứng cột dầm, quy mô, dạng kết cấu và vật liệu. Luận văn này nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước tiết diện cột dầm đến ứng xử của kết cấu chịu tải động đất.

1.1. Mục Tiêu Nghiên Cứu Cơ Cấu Phá Hủy Kết Cấu

Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu ứng dụng lý thuyết tính toán động đất của công trình để phân tích cơ cấu phá hủy của hệ kết cấu nhà cao tầng chịu tải trọng động đất, trong đó có xét đến tỉ lệ kích thước tiết diện cột, dầm. Từ đó, phân tích đánh giá kết quả và rút ra nhận xét. Đối tượng nghiên cứu là khung chịu lực nhà cao tầng. Phạm vi nghiên cứu là phân tích cơ cấu phá hủy của kết cấu nhà cao tầng chịu động đất.

1.2. Phương Pháp Luận Phân Tích Kết Cấu Chịu Động Đất

Luận văn sử dụng cơ sở tính toán theo lý thuyết thiết kế theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu công trình khi chịu tác động của tải trọng động đất và phần mềm thương mại Etabs để phân tích cơ cấu phá hủy của kết cấu nhà cao tầng chịu động đất có xét đến tỉ lệ kích thước tiết diện cột, dầm. Đề tài giúp hiểu rõ ứng xử của kết cấu nhà cao tầng chịu tải trọng động đất, xa hơn là giúp hạn chế sự sụp đổ của kết cấu dưới tác động của động đất gây thiệt hại lớn về người và tài sản. Nội dung luận văn cũng là tài liệu tham khảo hữu ích cho các kỹ sư thiết kế kết cấu, sinh viên và học viên.

II. Thách Thức Thiết Kế Cột Dầm Chịu Tải Trọng Động Đất

Nghiên cứu ứng xử cơ học và dự báo sự thay đổi nội lực trong kết cấu công trình đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết bài toán độ bền, độ ổn định, đặc biệt khi công trình chịu tải trọng động đất. Trong lĩnh vực kết cấu nhà cao tầng, một số phương pháp được sử dụng để phân tích, nghiên cứu và tính toán định lượng sự thay đổi nội lực, chuyển vị của kết cấu. Phương pháp sử dụng mô hình tương đương có ưu điểm là tính toán đơn giản và áp dụng được cho nhiều loại công trình. Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây chưa đề cập nhiều đến ảnh hưởng của kích thước hình học đến sự thay đổi nội lực, đặc biệt khi mô hình chịu tải trọng động đất. Để phản ánh chính xác ứng xử của nguyên hình, các tham số của mô hình tương đương như kích thước hình học, chủng loại vật liệu phải được tính toán và lựa chọn phù hợp.

2.1. Tầm Quan Trọng Của Mô Hình Tương Đương Trong Tính Toán

Các mô hình tương đương thường được thiết kế với kích thước hình học và quy mô nhỏ hơn so với nguyên hình, nhưng luôn dựa trên nguyên tắc mô phỏng chính xác dạng liên kết, chủng loại vật liệu, trạng thái làm việc và kết cấu của công trình. Trong kỹ thuật mô hình hóa, các tham số tỷ lệ tương tự được tạo thành bởi tỷ số những đại lượng của các biến số tương ứng giữa nguyên hình và mô hình. Gọi (s) là tỷ số giữa đại lượng nguyên hình (N) trên đại lượng mô hình (M), phương trình (1.1) thể hiện mối liên hệ giữa các đại lượng của mô hình và nguyên hình.

2.2. Ảnh Hưởng Của Kích Thước Hình Học Đến Nội Lực

Để làm rõ ảnh hưởng của kích thước hình học tới sự thay đổi các thành phần nội lực trong khung nhà nhiều tầng chịu tải trọng động đất, luận văn sử dụng nguyên lý của mô hình tương đương xây dựng mô hình để nghiên cứu sự thay đổi của thành phần nội lực ứng với những giá trị cụ thể của kích thước hình học của kết cấu khung nhà nhiều tầng. Hai cấu kiện chịu lực chính của kết cấu khung nhà nhiều tầng bê tông cốt thép là dầm và cột được xem xét.

III. Cách Phân Tích Cơ Chế Phá Hủy Dầm Cột Nhà Cao Tầng

Kết cấu nhà cao tầng bắt đầu thịnh hành tại Mỹ từ những năm 60-70 của thế kỷ trước. Loại hình kết cấu phổ biến ban đầu là khung và khung-vách. Hệ kết cấu khung làm bằng thép hoặc bê tông cốt thép, có ưu điểm vượt trội so với kết cấu khối xây. Kết cấu đơn giản, hình thành bởi các cột và dầm liên tục với các nút chịu mô men, có đặc điểm là tương đối nhẹ giúp giảm ảnh hưởng của động đất lên công trình. Đồng thời khả năng hấp thụ năng lượng tốt cho phép kết cấu có ứng xử dẻo dưới tác động của động đất, hạn chế các phá hoại mang tính “dòn” và “phát triển”.

3.1. Ưu Điểm Của Kết Cấu Khung Chịu Lực

Mặc dù vậy, kết cấu khung cũng có hạn chế khi sử dụng cho các công trình cần không gian rộng như văn phòng hay trung tâm thương mại, do tương đối nhiều cột. Hệ kết cấu này thích hợp cho công trình dưới 25 tầng, với công trình cao hơn hệ kết cấu khung tỏ ra không kinh tế. Kết cấu khung-vách là sự kết hợp giữa hai loại hình kết cấu vách và khung cùng chịu tải trọng ngang. Hệ kết cấu này có ưu điểm so với kết cấu khung bởi tương tác giữa hai hình thái biến dạng dạng cắt (của khung) và biến dạng dạng uốn (của vách) làm tăng độ cứng của hệ.

3.2. Kết Cấu Lõi Và Ứng Dụng Trong Nhà Cao Tầng

Kết cấu lõi thường được cấu thành bởi các vách thang máy và thang bộ. Do là kết cấu không gian, nên hệ lõi có thể chịu được tải trọng đứng, lực cắt, mô men và xoắn theo hai phương. Hình dạng của lõi phụ thuộc vào yêu cầu bố trí mặt bằng kiến trúc hoặc kỹ thuật, có thể thay đổi từ lõi đơn tới nhiều lõi. Hệ khung sàn bao quanh lõi có thể là kết cấu bê tông đổ tại chỗ, bê tông đúc sẵn hoặc sàn thép. Hạn chế lớn nhất của hệ kết cấu này là kích thước của lõi thường bị giới hạn, do đó hiệu quả chịu lực ngang và tính truyền lực của sàn sẽ không cao khi kết cấu làm việc như một công son. Hệ kết cấu này phù hợp nhất với công trình cao khoảng 40 tầng.

IV. Phương Pháp Thiết Kế Kết Cấu Nhà Cao Tầng Kháng Chấn

Giai đoạn những năm 1970-1980 là giai đoạn kết cấu ống được áp dụng nhiều. Các tòa nhà như Aon Center (Chicago) 83 tầng cao 346m, Willis Tower (Chicago) 108 tầng cao 442m và World Trade Center (New York) 110 tầng cao 417m là những công trình tiêu biểu. Hệ kết cấu ống ban đầu được cấu tạo bởi cách bố trí nhiều cột và dầm sát nhau. Sau đó hệ kết cấu này biến thể với sự xuất hiện của nhiều kiểu giằng chéo, bố trí vượt nhiều tầng theo chiều cao, tạo thành hệ giàn tại mặt ngoài công trình. Sự làm việc hiệu quả của hệ kết cấu này thể hiện ở chỗ phát huy tối đa khoảng cách cột biên xung quanh nhà.

4.1. Ưu Nhược Điểm Của Kết Cấu Ống

Tuy nhiên chuyển vị ngang của tòa nhà có thể lớn phụ thuộc vào hình dạng của ống. Xét về khía cạnh kinh tế hệ kết cấu này nên áp dụng với nhà cao trên 40 tầng. Tuy nhiên, hệ kết cấu này gặp phải hiện tượng trễ cắt (shear lag), là vấn đề cần phải chú ý khi thiết kế vì nó làm tăng ứng suất của cột và dầm tại các khu vực các góc nhà.

4.2. Xu Hướng Xây Dựng Nhà Cao Tầng Hiện Nay

Từ những năm 2000 trở lại đây xu hướng xây dựng nhà cao tầng đã lan sang các nước châu Á như Nhật Bản, Hồng Kông, Hàn Quốc, Singapore, Trung Quốc và Trung Đông. Các hệ kết cấu phức tạp như hệ siêu khung, giàn không gian, bó lõi được áp dụng cho những công trình có chiều cao lớn. Điển hình là tòa tháp Burj Khalifa Dubai, sử dụng hệ kết cấu bó lõi kết hợp đai biên đã cho phép công trình đạt tới chiều cao 828m (160 tầng), hiện nay là công trình nhà cao nhất thế giới.

V. Vật Liệu Xây Dựng Tiên Tiến Cho Nhà Cao Tầng

Bên cạnh sự phát triển về chiều cao và tính phức tạp của loại hình kết cấu, các công trình cao tầng và siêu cao tầng còn là nơi mà các vật liệu mới và công nghệ tiên tiến được triển khai áp dụng, xuất phát từ những đòi hỏi cao về kỹ thuật cần phải xử lý trong thiết kế và thi công xây lắp. Cường độ bê tông khoảng 34 Mpa đã được xem là cao vào những năm 1950, tới năm 1960 đạt 41Mpa đến 52 Mpa. Những năm 1970, bê tông 62 Mpa được sử dụng cho công trình Water Tower Palace ở Chicago và tới năm 1989 công trình Quảng trường Công đoàn tại Seattle sử dụng bê tông có cường độ 131 Mpa. Hiện nay cường độ bê tông đúc tại hiện trường có thể đạt tới 138 Mpa.

5.1. Sự Phát Triển Của Bê Tông Cường Độ Cao

Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, sử dụng vật liệu và giải pháp đặc biệt, cường độ bê tông có thể đạt 800 Mpa. Bên cạnh đó, bê tông còn được phát triển theo hướng tính năng cao (high performance concrete) với mục đích cụ thể như cường độ cao, phát triển cường độ sớm, tăng mô-đun đàn hồi, tăng độ bền và kéo dài thời thời gian ninh kết… nhằm đáp ứng nhu cầu thực tiễn.

5.2. Ứng Dụng Kết Cấu Thép Và Vật Liệu Composite

Kết cấu thép đóng vai trò quan trọng, tạo nên sự phát triển rõ nét đối với nhà cao tầng sử dụng loại vật liệu này. Bắt đầu từ năm 1856 (Taranath), điển hình như tháp Eiffel (300m) được xây dựng năm 1889, tòa nhà Flatiron (87m) ở Chicago năm 1902 và Chryler Building (319m) ở Manhatan năm 1929. Các tòa nhà sử dụng kết cấu thép còn đánh dấu những bước tiến về chiều cao như Empire State Building cao 381m năm 1931 và World Trade Tower cao 412m năm 1972. Vật liệu composite bắt đầu được sử dụng từ năm 1969 cho một công trình cao 20 tầng bằng việc dùng hỗn hợp kết cấu thép-bê tông cho cột và dầm.

VI. Kết Luận Tối Ưu Kích Thước Cột Dầm Chống Động Đất

Việc nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước tiết diện cột, dầm đến cơ cấu phá hủy của kết cấu nhà cao tầng chịu động đất là vô cùng quan trọng. Kết quả nghiên cứu giúp các kỹ sư thiết kế có thể đưa ra các quyết định chính xác hơn về kích thước cột dầm, từ đó nâng cao khả năng chịu lực và độ an toàn của công trình khi xảy ra động đất. Đồng thời, việc áp dụng các vật liệu xây dựng tiên tiến và công nghệ thi công hiện đại cũng góp phần quan trọng vào việc xây dựng những công trình nhà cao tầng an toàn và bền vững.

6.1. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Cơ Cấu Phá Hủy

Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn sâu sắc về cơ cấu phá hủy của kết cấu nhà cao tầng dưới tác động của động đất, giúp các nhà thiết kế hiểu rõ hơn về cách thức mà kết cấu phản ứng và phá hủy. Điều này cho phép họ thiết kế các công trình có khả năng chống chịu tốt hơn với động đất.

6.2. Ứng Dụng Thực Tiễn Và Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo

Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng vào thực tế thiết kế và xây dựng nhà cao tầng, đặc biệt là ở các khu vực có nguy cơ động đất cao. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các phương pháp tính toán và mô phỏng chính xác hơn về cơ cấu phá hủy, cũng như nghiên cứu các biện pháp gia cường kết cấu hiệu quả.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của các công trình nhà cao tầng, việc dự đoán chính xác ứng xử của kết cấu dưới tác động của động đất trở thành nhiệm vụ cấp thiết nhằm giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản. Theo ước tính, các công trình cao tầng chịu tải trọng động đất có thể hình thành các khớp dẻo tại vị trí liên kết dầm - cột, dẫn đến cơ cấu phá hủy phức tạp. Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước tiết diện cột và dầm đến cơ cấu phá hủy của kết cấu nhà cao tầng chịu động đất, với phạm vi khảo sát trên kết cấu 20 tầng tại Đồng Nai trong năm 2021. Mục tiêu chính là phân tích sự thay đổi nội lực, chuyển vị và vị trí hình thành khớp dẻo khi thay đổi tỉ lệ độ cứng dầm với cột, từ đó đưa ra nhận xét và đề xuất giải pháp thiết kế phù hợp. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao độ an toàn và hiệu quả thiết kế kết cấu nhà cao tầng, đồng thời cung cấp tài liệu tham khảo hữu ích cho kỹ sư và học viên trong lĩnh vực kỹ thuật xây dựng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên lý thuyết tương tự vật lý để xây dựng mô hình tính toán kết cấu nhà cao tầng chịu tải trọng động đất. Lý thuyết này cho phép thiết lập các tham số tỷ lệ tương tự giữa mô hình và nguyên hình, đảm bảo tính chính xác trong việc suy diễn kết quả từ mô hình sang công trình thực tế. Hai lý thuyết trọng tâm được áp dụng gồm:

• Lý thuyết tương tự vật lý: Xác định mối quan hệ giữa các tham số hình học, vật liệu và tải trọng trong mô hình và nguyên hình, đảm bảo các định luật vật lý được bảo toàn.
• Mô hình phi tuyến của bê tông: Sử dụng mô hình Mander để mô tả quan hệ ứng suất - biến dạng của bê tông bị ép ngang, phản ánh chính xác tính chất dẻo và khả năng chịu lực của bê tông trong điều kiện động đất.

Các khái niệm chính bao gồm: tỉ lệ độ cứng dầm/cột (SL), khớp dẻo, cơ cấu phá hủy, mô hình tính toán nhiều bậc tự do động, và phân tích phi tuyến theo lịch sử thời gian (NL-RHA).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các số liệu tính toán mô phỏng trên phần mềm Etabs, áp dụng tiêu chuẩn thiết kế kết cấu chịu động đất hiện hành. Mô hình kết cấu 20 tầng được xây dựng với 5 trường hợp tỉ lệ độ cứng dầm/cột khác nhau (SL = 0.5, 1.0, 3.0, 3.3, 7.0) để khảo sát ảnh hưởng kích thước tiết diện. Phương pháp phân tích bao gồm:

• Phân tích phi tuyến theo lịch sử thời gian (NL-RHA) để mô phỏng ứng xử thực tế của kết cấu dưới tải trọng động đất.
• Đánh giá chuyển vị tầng, chuyển vị lệch tầng, vận tốc và gia tốc trung bình theo hai phương X và Y.
• Xác định vị trí và cơ chế hình thành khớp dẻo trên dầm và cột.
• Cỡ mẫu nghiên cứu là một mô hình kết cấu 20 tầng, lựa chọn dựa trên quy mô phổ biến của nhà cao tầng tại khu vực nghiên cứu.
• Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2021, bao gồm giai đoạn xây dựng mô hình, phân tích số liệu và tổng hợp kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của tỉ lệ độ cứng dầm/cột đến chuyển vị tầng: Khi SL tăng từ 0.5 đến 7.0, chuyển vị tầng theo phương X giảm khoảng 25%, cho thấy độ cứng dầm lớn hơn giúp giảm biến dạng ngang của kết cấu. Tương tự, chuyển vị lệch tầng giảm khoảng 18% khi SL tăng từ 1.0 đến 3.0.

2. Vị trí hình thành khớp dẻo thay đổi theo SL: Ở SL = 3, khớp dẻo chủ yếu hình thành trên dầm trước cột, trong khi tại SL = 0.5, khớp dẻo xuất hiện đồng thời trên cả dầm và cột. Điều này cho thấy tỉ lệ độ cứng ảnh hưởng trực tiếp đến cơ chế phá hủy và vị trí tập trung ứng suất lớn.

3. Nội lực và gia tốc trung bình: Gia tốc trung bình tại đỉnh công trình giảm khoảng 15% khi SL tăng từ 1.0 lên 3.3, phản ánh sự cải thiện khả năng hấp thụ năng lượng động đất của kết cấu khi tăng độ cứng dầm.

4. Chu kỳ dao động riêng và độ cứng: Chu kỳ dao động riêng giảm từ khoảng 2.5 giây xuống còn 1.8 giây khi SL tăng từ 0.5 lên 7.0, minh chứng cho mối quan hệ nghịch đảo giữa độ cứng và chu kỳ dao động, ảnh hưởng đến khả năng cộng hưởng của công trình.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các phát hiện trên là do sự phân bố độ cứng giữa dầm và cột ảnh hưởng đến khả năng truyền lực và biến dạng của kết cấu. Khi dầm cứng hơn, kết cấu có xu hướng làm việc theo cơ chế uốn, giảm chuyển vị ngang và gia tốc, đồng thời khớp dẻo tập trung trên dầm, hạn chế phá hoại cột. Ngược lại, khi cột cứng hơn, cơ chế phá hủy chuyển sang dạng cắt với khớp dẻo hình thành trên cột, làm tăng nguy cơ sụp đổ tầng mềm.

So sánh với các nghiên cứu trong và ngoài nước, kết quả phù hợp với lý thuyết về ảnh hưởng tỉ lệ độ cứng đến cơ cấu phá hủy, đồng thời bổ sung thêm số liệu cụ thể về chuyển vị, gia tốc và vị trí khớp dẻo trong kết cấu 20 tầng. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ chuyển vị tầng theo SL, bảng so sánh gia tốc trung bình và sơ đồ vị trí khớp dẻo để minh họa rõ ràng hơn.

Ý nghĩa của kết quả là giúp kỹ sư thiết kế lựa chọn kích thước tiết diện phù hợp để kiểm soát cơ cấu phá hủy, nâng cao độ an toàn và khả năng chịu động đất của nhà cao tầng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường độ cứng dầm tương ứng với cột: Đề xuất điều chỉnh tỉ lệ độ cứng dầm/cột trong khoảng 1.5 đến 3.0 nhằm tối ưu hóa cơ cấu phá hủy, giảm chuyển vị lệch tầng và gia tốc đỉnh công trình. Thời gian thực hiện trong giai đoạn thiết kế kết cấu, chủ thể là kỹ sư thiết kế kết cấu.

2. Áp dụng phân tích phi tuyến theo lịch sử thời gian trong thiết kế: Khuyến nghị sử dụng phương pháp NL-RHA để đánh giá chính xác ứng xử kết cấu dưới tải trọng động đất, giúp dự báo vị trí khớp dẻo và cơ chế phá hủy. Thời gian áp dụng trong quá trình thiết kế và kiểm định, chủ thể là các đơn vị tư vấn thiết kế và kiểm định.

3. Tăng cường kiểm tra và bố trí cốt thép tại vùng nút khung: Đề xuất tăng hàm lượng cốt thép ngang và cải thiện cấu tạo neo trong vùng nút để nâng cao khả năng kháng cắt, hạn chế phá hoại vùng nút. Thời gian thực hiện trong thi công và kiểm tra chất lượng, chủ thể là nhà thầu thi công và giám sát.

4. Phát triển hệ thống cản động đất bị động: Khuyến khích ứng dụng các hệ thống cản như con lắc, cản nhớt tại vị trí liên kết dầm - cột để giảm chuyển vị ngang và tăng độ cứng tổng thể. Thời gian triển khai trong giai đoạn thiết kế và thi công, chủ thể là chủ đầu tư và kỹ sư thiết kế.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế kết cấu: Nghiên cứu cung cấp số liệu và phương pháp phân tích chi tiết giúp tối ưu hóa kích thước tiết diện và lựa chọn hệ kết cấu phù hợp với tải trọng động đất.

2. Nhà thầu thi công và giám sát: Thông tin về cơ cấu phá hủy và vị trí khớp dẻo hỗ trợ kiểm soát chất lượng thi công, đặc biệt trong việc bố trí cốt thép và cấu tạo nút khung.

3. Sinh viên và học viên ngành kỹ thuật xây dựng: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết tương tự, mô hình phi tuyến bê tông và phương pháp phân tích kết cấu chịu động đất.

4. Chuyên gia nghiên cứu và phát triển vật liệu xây dựng: Kết quả nghiên cứu về mô hình ứng xử bê tông bị ép ngang và ảnh hưởng của thép đai cung cấp cơ sở khoa học cho việc phát triển vật liệu mới và công nghệ thi công.

Câu hỏi thường gặp

1. Tỉ lệ độ cứng dầm/cột ảnh hưởng thế nào đến cơ cấu phá hủy?
   Tỉ lệ này quyết định vị trí hình thành khớp dẻo: SL cao (khoảng 3) khớp dẻo hình thành trên dầm, SL thấp (0.5) khớp dẻo xuất hiện đồng thời trên dầm và cột, ảnh hưởng đến cơ chế phá hủy và độ an toàn của kết cấu.

2. Phân tích phi tuyến theo lịch sử thời gian (NL-RHA) có ưu điểm gì?
   NL-RHA mô phỏng chính xác ứng xử ngoài miền đàn hồi của kết cấu dưới tải trọng động đất thực tế, giúp dự báo vị trí khớp dẻo và cơ cấu phá hủy, vượt trội hơn phương pháp tĩnh lực ngang tương đương.

3. Làm thế nào để giảm chuyển vị lệch tầng trong nhà cao tầng?
   Tăng tỉ lệ độ cứng dầm/cột trong khoảng 1.5-3.0, bố trí cốt thép hợp lý tại vùng nút khung và sử dụng hệ thống cản động đất bị động giúp giảm chuyển vị lệch tầng hiệu quả.

4. Mô hình Mander về bê tông bị ép ngang có ý nghĩa gì?
   Mô hình này mô tả quan hệ ứng suất - biến dạng của bê tông khi chịu áp lực ngang, phản ánh khả năng tăng độ dẻo và chịu lực của bê tông, rất quan trọng trong thiết kế kết cấu chịu động đất.

5. Chu kỳ dao động riêng của kết cấu ảnh hưởng thế nào đến thiết kế?
   Chu kỳ dao động riêng giảm khi độ cứng tăng, giúp tránh hiện tượng cộng hưởng với tải trọng động đất, từ đó nâng cao độ an toàn và hiệu quả làm việc của kết cấu.

Kết luận

• Ứng xử của kết cấu nhà cao tầng chịu động đất phụ thuộc mạnh mẽ vào tỉ lệ độ cứng dầm/cột, ảnh hưởng đến chuyển vị, gia tốc và vị trí khớp dẻo.
• Tỉ lệ độ cứng dầm/cột khoảng 1.5-3.0 được khuyến nghị để tối ưu cơ cấu phá hủy và giảm thiểu biến dạng nguy hiểm.
• Phân tích phi tuyến theo lịch sử thời gian (NL-RHA) là công cụ hiệu quả để dự báo chính xác cơ cấu phá hủy và vị trí khớp dẻo.
• Việc tăng cường cấu tạo cốt thép vùng nút khung và ứng dụng hệ thống cản động đất bị động góp phần nâng cao độ an toàn kết cấu.
• Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và số liệu thực tiễn cho thiết kế, thi công và nghiên cứu phát triển kết cấu nhà cao tầng chịu động đất trong giai đoạn tiếp theo.

Hành động tiếp theo: Áp dụng kết quả nghiên cứu vào thiết kế thực tế, triển khai các giải pháp khuyến nghị và tiếp tục nghiên cứu mở rộng về ảnh hưởng của vật liệu mới và công nghệ thi công tiên tiến.