Chương 1. Nhận xét - Hệ khung-vách bố trí đối xứng như 2A có khả năng chịu tải trọng ngang lớn hơn nhiều so với hệ thuần khung ở trường hợp một. - Trường hợp 2E có khoảng cách từ tâm uốn đến tâm hình học (c=4.00m) lớn hơn trường hợp 2C (c=2.67m) nhưng chuyển vị đỉnh nhỏ hơn. Sở dĩ như vậy là do với cách bố trí vách cứng ở trường hợp 2E công trình có độ cứng chống xoắn (=670.1011) lớn hơn trường hợp 2C (=381.1011) nên chuyển vị xoay ở 2E nhỏ hơn 2C.
Qua đó càng khẳng định góc xoắn tỉ lệ thuận với khoảng cách giữa tâm uốn và tâm hình học và tỉ lệ nghịch với độ cứng chống xoắn của công trình. - Chuyển vị thẳng tăng tỉ lệ thuận với chuyển vị xoay.5: Mối liên hệ giữa chuyển vị thẳng và chuyển vị xoay của các hệ khung-vách Trườnghợp 2A 2B 2E 2F 2C 2D 2G θ (rad) 0,00122 0,0016 0,00203 0,002665 0,00308 0,003088 0,0046 f (cm) 6,1 8,60 9,05 10,55 11,61 13,3 18,15 Khi chuyển vị xoay tăng thì công trình chịu xoắn nhiều và chuyển vị thẳng tăng. Qua đó có thể thấy hiện tượng xoắn ảnh hưởng nhiều đến chuyển vị, ổn định công trình. Với cùng số lượng vách cứng (2A, 2E, 2B, 2F, 2C) thì chuyển vị đỉnh ở trường hợp 2A là nhỏ nhất.
Kết luận Trong nghiên cứu của Bùi Thiên Lam (2008) đã phân tích các kết cấu rằng, hệ khung-vách kết hợp có khả năng chịu tải trọng ngang lớn. Việc đánh giá đúng tương tác khung-vách có thể làm cho việc thiết kế kinh tế hơn và khi thiết kế công trình dạng khung- vách cần đặc biệt chú ý đến việc bố trí vách cứng trên mặt bằng nhằm giảm ảnh hưởng của hiện tượng xoắn đến sự làm việc của công trình. Còn đối với việc hệ thống vách cứng và giải pháp mặt bằng kiến trúc cần được kết hợp chặt chẽ và hợp lí. Hệ thống các vách cứng cần được bố trí đều trên mặt bằng công trình, không nên lệch về một phía, nên bố trí đối xứng cả về độ cứng và hình học.
Trang 11 Chương 1. Tổng quan Bố trí mặt bằng công trình được xem là tối ưu khi đường tác động của tổng hợp lực gió đi qua tâm uốn công trình tại tầng đang xét. Những công trình có mặt bằng không đối xứng thì các điều kiện trên thường không thoả mãn, nên cần bố trí hệ thống vách cứng sao cho khoảng cách giữa tâm uốn và tâm hình học ngôi nhà là nhỏ nhất, đồng thời có độ cứng chống xoắn lớn nhất. Hệ kết cấu vách cứng có thể được bố trí thành hệ thống theo một phương, hai phương hoặc liên kết lại thành các hệ không gian gọi là lõi cứng.
Đặc điểm quan trọng của loại kết cấu này là khả năng chịu lực ngang tốt nên thường được sử dụng cho các công trình có chiều cao trên 20 tầng. Tuy nhiên độ cứng theo phương ngang của các vách cứng tỏ ra là hiệu quả ở những độ cao nhất định, khi chiều cao công trình lớn thì bản thân vách cứng phải có kích thước đủ lớn, mà điều đó thì khó có thể thực hiện được. Ngoài ra, hệ thống vách cứng trong công trình là sự cản trở để tạo ra các không gian rộng. Trong thực tế hệ kết cấu vách cứng thường được sử dụng có hiệu quả cho các công trình nhà ở, khách sạn với độ cao không qúa lớn.
Kết cấu nhà cao tầng cần tính toán thiết kế với các tổ hợp tải trọng thẳng đứng, tải trọng gió, tải trọng động đất. Ngoài ra phải kiểm tra ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ, ảnh hưởng của từ biến, tác động của nước ngầm, của đất và các tải trọng phát sinh trong quá trình thi công. Nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn Dựa theo quan sát nghiên cứu của các nhà khoa học trên và sự làm việc của vách cứng trong nhà cao tầng, cho thấy vách cứng đóng vai trò rất quan trọng và chủ yếu chịu tải trọng ngang khi có lực tác dụng lên công trình. Đồng thời các ứng xử kết cấu chịu lực của nhà cao tầng như chuyển vị ngang, chu kỳ dao động tự nhiên, moment uốn trong cột, phản lực trong cột, ứng suất và nội lực trong sàn rất quan trọng và ảnh hưởng nhiều đến việc thiết kế.
Học viên đã hình thành ý tưởng cho luận văn nhằm khảo sát sự ảnh hưởng vách cứng với hy vọng rút ra được cái nhìn tổng quan từ nhiều phía. Đồng thời nhấn mạnh việc bố trí và thiết kế vách cứng trên mặt bằng, từ đó định hướng cho công tác lựa chọn phương án thiết kế vách cứng trong từng trường hợp mặt bằng cụ thể là tối ưu nhất. Trang 12 Chương 1. Nhiệm vụ luận văn Luận văn gồm có nội dung cụ thể sau: 1.
Trình bày sự làm việc của vách cứng và việc bố trí vách trên mặt bằng sao cho việc lựa chọn vách hợp lí và tối ưu nhất khi thiết kế công trình. Khả năng chịu lực phụ thuộc vào hình dạng của vách thông dụng khi bố trí trên mặt bằng công trình và các lý thuyết tính toán vách cứng. Để khảo sát ảnh hưởng của vách cứng thì học viên sẽ xây dựng 5 mô hình để tính toán và so sánh kết quả nhằm lựa chọn phương án tối ưu nhất. Các ứng xử quan trọng của kết cấu nhà cao tầng cũng được trình bày như chuyển vị ngang trên đỉnh, chu kỳ dao động tự nhiên, moment uốn và phản lực trong cột, ứng suất và nội lực trong sàn… 1.
Phương pháp nghiên cứu Cụ thể luận văn này tìm hiểu dựa trên các cơ sở lý thuyết tính toán vách cứng, kết hợp với việc phân tích và lựa chọn các thông số đầu vào chính xác để đưa vào mô hình trong phần mềm ETABS v9.1 có sẵn theo phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng một cách tối ưu nhất về kết cấu công trình so với thực tế. Sau đó khảo sát, phân tích và so sánh các kết quả trong mô hình bằng các biểu đồ và đưa ra kết luận. Luận văn này được chia làm 5 chương: Chương 1: TỔNG QUAN Chương 2: CÁC LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG Chương 3: CÁC DỮ LIỆU PHÂN TÍCH KẾT CẤU Chương 4: CÁC VÍ DỤ TÍNH TOÁN Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU Trang 13 Chương 2. Các lý thuyết tính toán vách cứng CHƯƠNG 2: CÁC LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG 2.
Các dạng vách cứng thông dụng Khả năng chịu lực của các vách cứng phụ thuộc rất nhiều vào hình dạng tiết diện ngang của vách (Lâm Công Dự, 2005).1 thể hiện các dạng tiết diện vách thường được dùng trong nhà cao tầng (hình dạng Z, U, L, E, T, I) nhằm mục đích gia tăng độ cứng chống uốn cho công trình. Trong đó, các kết cấu sàn được giả thiết tuyệt đối cứng trong mặt phẳng nằm ngang và có tác dụng truyền tải trọng đứng và tải trọng ngang đến các vách và cột chịu lực.2 cho thấy các dạng vách cứng có khoét lỗ cửa và thường được dùng trong các kết cấu lõi thang máy.1: Các tiết diện vách đứng dạng đặc Hình 2.2: Các tiết diện vách đứng dạng có lỗ cửa Trang 14 Chương 2. Các lý thuyết tính toán vách cứng Hình 2.3: Các tiết diện vách đứng dạng phức tạp Trong nhà cao tầng, các cấu kiện theo phương thẳng đứng (cột, vách cứng) thường chịu lực là một trong các dạng sau: - Cấu kiện chịu nén lệch tâm phẳng. - Cấu kiện chịu nén lệch tâm xiên.
- Cấu kiện chịu lực phức tạp là tổ hợp các dạng chịu lực như uốn xiên, xoắn và nén, lệch tâm xiên và xoắn…. Cách tính toán thông thường qui đổi tiết diện tương đương về độ cứng chống uốn theo 2 phương vuông góc xx và yy dựa vào moment tác dụng theo từng phương. Tiết diện thực được qui đổi thành 2 tiết diện đối xứng theo phương tác dụng của từng moment. Đây là tiêu chí quan trọng trong giải pháp kết cấu bởi đạt được yêu cầu này có thể tránh được những bất lợi do biến dạng xoắn mà trong tính toán và cấu tạo thường không dễ khắc phục được.
Đối với dạng tiết diện phức tạp (Hình 2.3) thường được chuyển sang hệ chịu lực đơn giản và tính toán theo từng phương tác dụng của moment như cấu kiện chịu nén lệch tâm có tiết diện chữ nhật. Trang 15 Chương 2. Các lý thuyết tính toán vách cứng 2. Các lý thuyết tính toán vách cứng Việc tính toán cốt thép dọc cho vách có thể sử dụng nhiều phương pháp, thông thường 3 phương pháp sau được sử dụng trong thiết kế nhà cao tầng: - Phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi.
- Phương pháp giả thiết vùng biên chịu moment. - Phương pháp xây dựng biểu đồ tương tác. Phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi a. Mô hình Phương pháp này chia vách thành những phần tử nhỏ chịu kéo hoặc nén đúng tâm, và xem như ứng suất phân bố đều trong mọi phần tử.
Sau đó thực hiện việc tính toán cốt thép cho từng phần tử. Các giả thiết cơ bản bao gồm: - Vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi. - Ứng suất kéo chỉ do cốt thép chịu, ứng suất nén do cả bê tông và cốt thép chịu. Các bước tính toán - Bước 1: xác định trục chính và moment quán tính chính trung tâm.
- Bước 2: chia vách thành những phần tử nhỏ (Hình 2.4: Minh họa cách chia phần tử nhỏ - Bước 3: xác định lực tác dụng vào mỗi phần tử do lực dọc N và moment trong mặt phẳng Mx gây ra: N Mx Ni = ± yi (2.1) n Σ yi 2 - Bước 4: tính diện tích cốt thép chịu kéo hoặc nén. Trang 16 Chương 2. Các lý thuyết tính toán vách cứng - Bước 5: kiểm tra hàm lượng cốt thép. Nếu Asc < 0 thì đặt cốt thép chịu nén theo cấu tạo.
Nhận xét: Phương pháp này đơn giản, có thể áp dụng để tính toán không chỉ đối với vách phẳng. Tuy nhiên, giả thiết cốt thép chịu nén và chịu kéo đều đạt tới giới hạn chảy trên toàn tiết diện vách là chưa chính xác. Chỉ tại những phần tử biên hai đầu vách thì cốt thép có thể đạt đến giới hạn chảy, còn ở phần tử giữa vách thì cốt thép chưa đạt đến giới hạn chảy. Phương pháp giả thiết vùng biên chịu moment • Phương pháp tính toán Phương pháp này cho rằng cốt thép đặt trong vùng biên ở hai đầu vách được thiết kế để chịu toàn bộ moment.
Lực dọc trục được giả thiết là phân bố đều trên toàn bộ chiều dài của vách. Các giả thiết cơ bản bao gồm: - Ứng suất kéo chỉ do cốt thép chịu. - Ứng suất nén do cả bê tông và cốt thép chịu.
