Chương 4 TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG Dựa theo tính chất chịu lực và cách cấu tạo của các hệ kết cầu khung nhiều tầng, người ta phân biệt theo hai hệ chủ yếu: hệ khung cứng và hệ khung giẳng. Hệ khung cửng: các cấu kiện chịu lực chủ yếu là cột và dầm được liên kết cứng với nhau tạo thành một hệ khung phẳng hoặc khung không gian. Hệ khung cứng có khả năng tiếp thu tai trong ngang va tải trọng đứng tác dụng vào ngôi nhà. Các bản sàn cũng tham gia vào chịu tải trọng ngang và góp phần vào việc phân phối tải trọng ngang vào các khung có độ cứng khác nhau, thường dùng bê tông cốt thép đổ toàn khối.
Hệ khung - giằng: là một kết cấu hỗn hợp bao gồm một hoặc nhiều kết cấu hệ thanh (khung cứng hoặc khung khớp) vàkết cấu hệ vách, lõi. được liên kết với nhau bằng các sàn cứng. Điểm khác biệt cơ bản của hệ khung - giằng so với khung cứng là các cấu kiện khung (ct - dim) chi chju tải trọng đứng hoặc nêu có chỉ chịu một phần nhỏ tải trọng ngang. Trong quá trình tính toán hệ khung - giẳng người ta còn chia thành hai sơ đồ: SƠ ĐÒ GIẢNG: khi khung chỉ chịu tải đứng tương ứng với diện truyền tải có toàn bộ tải ngang do vách, lõi chịu.
Trong sơ đồ này tất cả các nút khung đều có cầu tạo khớp hoặc tất cả các cột đều có độ cứng chống uốn vô cùng bé, trong sơ đồ này các cấu kiện thẳng đứng chịu lực có biến dạng đồng điệu. SƠ ĐÒ KHUNG - GIẢNG: khi khung cùng tham gia chịu tải đứng và tải ngang cùng với các kết cấu chịu lực cơ bản khác. Khung có liên kết cứng tại các nút, trong sơ đỗ này các cấu kiện thẳng đứng chịu lực có biến dạng không đồng điệu. Các cấu kiện chịu tải có biến dạng đồng điệu khi chúng có cùng một qui luật biến dạng: các cầu kiện có biển dạng là những đường cong đồng đạng.
ry Ƒ————_ Khung Sơ đồ giằng Sơ đồ khung - giang Hình 4.1 Trung tâm đào lạo xây dựng VIETCONS, 148 CHUONG 4 Đối với sơ đồ giằng: Độ cứng của nhà: B= xB. 7 Đối với sơ đồ khung - giằng: Độ cứng của nhà: B= B,+3)B, trong đó: Bụ - độ cứng của vách Bk - độ cứng của khung, Vách Tài trọng ngang chủ yếu tác động trực tiếp vào. <A kết cấu sàn rồi truyền vào kết cấu đứng cột, vách, lõi. và xuống móng.
Đối với nhà cao tầng, nội lực trong các kết cấu sinh ra chủ yếu do tải trọng ngang, (gió, động đấo, nên kết cấu đứng có vai trò quyết định bảo đảm ôn định tổng thể, độ nghiêng, độ.uốn Sản của toàn bộ ngôi nhà. Các kết cấu đứng làm việc như một thanh conson, ngàm vào móng và có độ cứng khá lớn và được bố trí liên tục suốt chiều cao nhà. Kết cấu sàn phải có độ cứng lớn trong mặt phẳng nằm ngang (sàn tuyệt đối cứng), phải được tính toán và cấu tạo sao cho sàn không bị biến dạng trong mặt Sản phẳng nằm ngang (nếu sàn không có chuyển vị xoay) và truyền được toàn bộ tải trọng ngang vào các kết cấu đứng.2 CAC GIA THIET CO BAN Cé nhiều tác giả nghiên cứu và đề xuất các phương pháp tính toán nhà cao tầng cơ bản là: Phương pháp SIGALOV: phương pháp này chủ yếu chuyển từ hệ không gian sang hệ phẳng từng phương để tính toán, do đó cách tính đơn giản, nhanh nhưng không tính được khi nhà có bố trí lõi. Phường pháp KHANDZI: tính phức tạp hơn, tính được nhà có bổ trí hệ chịu lực không gian (các lõi cứng kín, hở.), tuy nhiên không xét đến hiện tượng xoắn của kết cầu.
Phương pháp DROZDOV: phương pháp này tính toán phức tạp nhất, tổng quát nhất. Tat cả các phương pháp trên đều dựa vào các giả thiết cơ bản sau: ~ H@ chịu lực đứng phải được bố trí đơn điệu theo chiều cao nhà (vị trí, độ cứng của các vách cứng không thay đổi đột ngột theo chiều cao nhà. ~ Ngôi nhà làm việc như một thanh conson có độ cứng uốn tương đương độ cứng của các hệ kết cầu hợp thành. ~_ Xem bản sản là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng.
-__Biển dạng đọc trục của sàn, dằm không đăng kể. -_ Đường cong uốn của mọi vách cứng đều tương tự nhau về hình dạng (đồng điệu). -_ Biến dạng trượt trong các vách cứng do lực cắt gây ra không lớn so với biến đạng do uốn. ~_ Độ cứng chống xoắn của các lõi cứng không khép kín nhỏ đến mức có thể bỏ qua.
- Đối với các lõi cứng khép kín, độ cứng chống xoắn cưỡng bức nhỏ so với độ cứng Tang tàn dào šĐŠB lự;@@Ercows lp/antaw.vietoons arg TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHÀ GAO TẦNG 149 Các bước tính toán: Căn cứ vào giải pháp kiến trúc và bố trí mặt bằng, các kết cấu chịu lực có thể tính toán theo các bước sau đây: tiến hành ~_ Chọn mô hình tính toán. -_ Xác định các loại tải trọng. -_ Xác định các đặc trưng hình học và độ cứng của kết cấu. ~_ Phân phối tải trọng ngang vào các hệ chịu lực.
~_ Xác định nội lực, chuyển vị trong từng hệ cấu kiện. -_ Kiểm tra các điều kiện; độ bền, chuyển vị và các đặc trưng động, -_ Kiểm tra ổn định cục bộ, ổn định tổng thể công trình.3 TINH TOAN HE CHIU LUC THEO Sd ĐỒ GIẰNG (PHƯƠNG PHÁP KHANDZI) THEO [9], [10] Các kết cấu đứng chịu tải của công trình liên kết với nhau bằng các ang tạo thành một hệ không gian. Nhưng việc tính toán có thể đưa về dạngkết cấu sản nằm nếu tiến hành được việc phân phối tải trọng ngang theo độ cứng tương đối củabàimỗitoán. phẳng chịu tải.1 Xác định chuyển vị cña mỗi vách cứng trên mặt bằng nhà: [9], [10] M XoOYo - trục chính tâm Đối với hệ trục XOY thì: “Tọa độ điểm O bắt kỳ là of § “Tọa độ của trọng tâm vách cứng thứ ¡bất kỳ là Ìh Dưới tác động của tải trọng ngang theo phương y: qy cách điểm O một đoạn ex (hinh 42), tại điểm O bắt kỳ trên mặt bằng, nhà sẽ bị xoay quanh trục thẳng đúng một góc ¢ vA chuyển dịch một khoảng là u và v theo phương trục X và Y.
Theo giả thiết, mọi vách cứng đều được liên kết với nhau bởi các sản vi của chúng được xác định bởi các chuyển vị của điểm O. cứng nên chuyển Trung tâm đào tạo xây dựng VIETDONS ‘tpn vietcons arg 150 HƯƠNG 4 Chuyển vị tại tâm uốn của một hệ vách cứng thứ ¡ nào đó sẽ là: ~(b,—b,)tg@ (4.1 Tâm uốn tá Định nghĩa: Tâm uốn là một điểm trên mặt bằng nhà, nếu hợp lực của tải trọng ngang đi qua tâm uốn sẽ không gây ra góc xoay trên mặt bằng nhà ( = 0), nghĩa là nhà không bị xoăn. Đối với nhà có các hệ vách cứng có tiết diện hở hoặc kín, các trục chính không song song với các trục X và trục Y. Công thức tổng quát xác định tọa độ tâm uốn: 8g = ASD Sti — Day bi) ~ Any (Da 1yấi =2 1ub,) (44) by = A,CL Iii — Days — Aug (Di)Jaids — DoF) (43) R A,= i, J,TT (46) trong đó: (4.7) i Jy A„= 1,1, TJ, 69 Cie Jx, Jy và Jy lan lượt là mô men quán tính của nhà.
Định nghĩa “mô men quán tính của ngôi nhà”: Nô men quán tính theo truc Js Jy và mô men quán tính ly tim Jy cha ngôi nhà là tong mo men quan tinh cha tắt cä các vách cứng. Do đó: Ke= Das =1 =1 (49) Mô men quán tính xoắn của ngôi nhà Jw xác định theo: Jo = Ldn@ A)? +L Fu(O, -b,)? -2QIyi(@i =a,)(b,=b,)+ 1, 4-10) 4.2 Phân phối tải trọng vào các vách cứng thứ ¡.1 Khi tải trọng tác dụng theo phương Y { Dưới tác động của tải trọng ngang theo phương y: qy cách điểm O một đoạn c‹ (H. Tải trọng truyền vào vách cứng thứ ¡ sẽ phân phối theo tỷ lệ với độ cứng và các chuyển vị en.quén tinh của các vách cứng tương ứng). TÍNH TOÁN KẾT Au NHA cao TANG 151 Tai trong truyền vào các vách cứng thứ ¡ do qy gây ra được xác định theo: ‹) Su =4y [A Tai —Adụ +6 [Ty =&,)~1(bị =b)]/1,} (4.12) My=40,Koi (413) 3) ĐỂ đơn giản cách ghỉ và tính toán theo các công thức trên ta đặt: .14) di Kyi =A =Á vi (4.15) ng Kyi = Ady Agi (4.16) Kya = Aydgi AgJy: .17) Kg = ii) “Illy bo) ane) 1% 5) Koy = Dl — =b,) đi 6) Các hệ số K.
trén gọi là hệ số phân phối tải trọng vào các vách cứng thứ i. Chỉ số thứ nhất viết dưới hệ số K,„.; Kựy; Kựu¿ Ky„ ứng với hướng ngoại lực, trong 7) tác kệ số K„„; Kạ„, ứng với ảnh hưởng xoắn trên mặt bằng ngôi nhà. Chỉ số thứ hai trong các hệ số trên ứng với hướng tác động của tải trọng vào vách cứng thứ. 8) Néu tinh chính xác thì: Doi = DKy = (4.20) DKwi = DKyi =D Koi = Koy =0 420 432.2 Phân phối tải trọng vào các vách cứng thứ¡ có xét tới ảnh hưởng uốn đọc Cần phải xét tới ảnh hưởng của uốn dọc và uốn.
ngang đồng thời, một cách gần đúng có thể dùng các hệ số. '\„›r1y,rt„, để hiệu chỉnh tải trọng truyền vào các vách cứng được xác 9) định theo các công thức thuộc chương 6. Tóm ‘ 10) - Khi tải trọng tác dụng theo phương Ý(q;) cách điểm O một đoạn c (H.3) thì tải | trọng này được phân phối cho từng vách cứng thứ ¡ xác định theo: ' xi = Ay RygiNy +0 KoxiMo) (4.22) Fyi = Vy Kyiny +0, Koyitlo) (4.23) Mj =ay0,KoxMo (4.24) Trung tâm đào lạo xây dựng VIETCONS, 182 .3 Khi tai trọng tác dụng theo phương X cy - Khi tải trọng tác dụng theo phương x, qx cách điểm O một đoạn.5), tải trọng này được phân phối cho từng vách cứng thứ ¡ xác định theo: đu =q,(uunyT=eyKuuna) (4.25) qự =q,Œ„yn,T=eyKuynu) (426) Mj =~, Kaji (427) 4. Khi xét tải trọng tác dụng theo hai phương Khi xét tải trọng tác dụng theo hai phương qx Y va qy (H.6): ta tiến hành tính toán cho từng tải trọng.
qx và qy riêng, sau đó dùng phương pháp tổ hợp.5 Xác định tâm uốn cho các trường hợp đặc biệt: 1) Khi các trục chính song song với trục nhà, có b, Jy = DJyyi = 0 (4.28) thi tam uốn xác định theo: aan| (4.32) 433) 1 2) Khi các trục chính của các tường cứng song song với trục nhà, có các J„„ị = 0 (4.34) thì tâm uốn xác định theo: .33) tro TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG.36 Y ey thảo) dat) 4 đ tải Hệ số phân phôi tải trọng: da) =0 (4.