Đang tải... (xem toàn văn)
Một bài tập lớn môn học Chuyên đề kết cấu, lĩnh vực : Xác định tải trọng gió đối với công trình cao > 40 tầng. Tài liệu giúp ích cho Sinh viên ngành kỹ thuật bậc Đại học chuẩn bị làm đồ án tốt nghiệp. Các em sẽ hiểu rõ hơn về tác động của tải trọng gió đối với nhà cao tầng, các trình tự tính toán từ dao động riêng đến giá trị tải trọng,…
BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIĨ TÁC ĐỘNG LÊN CHUNG CƯ HỒNG GIA – BÌNH THẠNH I- TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH : 1- Nguồn quy mô công trình : SV lựa chọn công trình dân dụng có chiều cao H > 40 m, nhà công nghiệp tầng nhòp có ( L > 36 m, tỷ số H / L > 1,5 ) có thực tế chưa xây dựng, có BV thiết kế 2- Bản vẽ kiến trúc : Sao chép lại số vẽ, hình vẽ kiến trúc cần thiết (MB - MĐ - MC) có tính đặc trưng bố cục lại hình vẽ cho vừa đủ yếu tố để mô tả nét kiến trúc công trình ( Bản vẽ khổ A4 ) 2- Thuyết minh số yếu tố sau công trình : • Đòa điểm xây dựng • Đặc điểm kiến trúc công trình : + Giải pháp kích thước mặt công trình + Chức nhà, tầng nhà + Chức phòng , diện tích sử dụng công trình + Giải pháp mặt đứng kiến trúc công trình • Các giải pháp kỹ thuật công trình : + Giải pháp kết cấu thân nhà chọn + Giải pháp kết cấu móng chọn + Giải pháp thông thoáng chiếu sáng + Giải pháp cấp điện máy lạnh – nước cho công trình + Giải pháp cấp - thoát nước phòng hoả cho công trình + Các giải pháp kỹ thuật khác có • Đặc điểm khí hậu khu vực xây dựng : Nắng, mưa, gió, bão, nhiệt độ, độ ẩm, hàm lượng muối, , vv • Đặc điểm đòa chất công trình đòa chất thuỷ văn khu vực xây dựng II- TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH 1- Lựa chọn phương án : đề xuất số giải pháp kết cấu chòu lực , so sánh ưu nhược điểm để lựa chọn phương án kết cấu hợp lý 2- Xác lập phương án KC thân nhà : Vò trí đà , cột , vách, lõi, hộp, .vv, cần thiết hệ thống giằng 3- Lựa chọn vật liệu dùng cho công trình : Tên VL, tiêu lý, 4- Đặc điểm chòu lực hệ thống kết cấu : Ứng xử công trình tác dụng loại tải trọng tác động lên công trình SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU 5- Xác lập sơ đồ tính toán hệ kết cấu : SĐ phẳng , không gian , liên kết, có vách, có sàn, ,vv 6- Sơ chọn tiết diện : Đà dọc, đà ngang, cột phụ, cột , vách cứng, sàn , mái , kèo, , vv 7- Các giả thiết dùng tính toán: 8- Phương pháp công cụ tính toán : 9- Các tiêu chuẩn – quy phạm áp dụng : III- TÍNH TOÁN DAO ĐỘNG RIÊNG CỦA CÔNG TRÌNH + Xác đònh tọa độ khối tâm tầng + Lựa chọn phần mềm sử dụng + Nhập sơ đồ hình học kết cấu + Đònh nghóa về: VL, TD, TT sử dụng + Gán thông số về: VL, TD, TT liên kết tựa cho KC + Khai báo điều kiện biên toán + Giải toán xác đònh tần số dao động riêng + Xuất kết quả: tần số biên độ dao động riêng IV- XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ TÁC ĐỘNG LÊN CÔNG TRÌNH : 1- Xét tác dụng gió lên công trình theo phương X, Y 2- Xác đònh thành phần tónh gió theo phương X, Y 3- Xác đònh thành phần động gió theo PP thực hành : + Xác đònh tần số giới hạn fL công trình + Lựa chọn dạng dao động cần xem xét + Xác đònh thành phần động gió theo phương X, Y 4- Kết tải trọng gió tác động lên công trình theo phương X, Y V- KIỂM TRA TỔNG THỂ CÔNG TRÌNH DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA GIÓ: 1- Kiểm tra ổn đònh chống lật công trình 2- Kiểm tra ổn đònh chống trượt công trình 3- Kiểm tra chuyển vò ngang độ cao đỉnh nhà SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH 1.1 MỞ ĐẦU Thành phố Hồ Chí Minh, với vai trò trung tâm kinh tế, khoa học, kỹ thuật lớn nước với nhiều quan đầu ngành, sân bay, bến cảng bước xây dựng sở hạ tầng Kinh tế phát triển gắn liền với việc thu hút nguồn lao động từ khắp nơi nước Dân số ngày tăng làm nhu cầu nhà tăng lên nhanh chóng Tuy nhiên q đất thành phố ngày thu hẹp dần giá đất ngày tăng Điều gây nhiều khó khăn việc ổn đònh sống người dân Vì năm gần xuất chung cư cao tầng ngày nhiều nhằm đáp ứng nhu cầu nhà dân số ngày tăng Chung cư Hoàng Gia- Bình Thạnh thiết kế nhằm đáp ứng nhu cầu nhà quận nội thành TPHCM 1.2 ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG Công trình xây dựng phường 2, quận Bình Thạnh, vò trí trung tâm thành phố, thuận tiện người lại, làm việc, mua sắm dòch vụ khác 1.3 ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU TẠI TP HỒ CHÍ MINH Khí hậu TP Hồ Chí Minh khí hậu nhiệt đới gió mùa chia thành mùa: 1.3.1 Mùa nắng: Từ tháng 12 đến tháng có: - Nhiệt độ cao nhất: 400C; - Nhiệt độ trung bình : 320C; - Nhiệt độ thấp : 180C; - Lượng mưa thấp nhất: 0,1 mm; - Lượng mưa cao nhất: 300 mm; - Độ ẩm tương đối trung bình: 85,5% 1.3.2 Mùa mưa: Từ tháng đến tháng 11 có: - Nhiệt độ cao nhất: 360C; - Nhiệt độ trung bình: 280C; - Nhiệt độ thấp nhất: 230C; - Lượng mưa trung bình: 274,4 mm; - Lượng mưa thấp : 31 mm (tháng 11); - Lượng mưa cao : 680 mm (tháng 9); - Độ ẩm tương đối trung bình : 77,67%; - Độ ẩm tương đối thấp : 74%; - Độ ẩm tương đối cao nhất: 84%; - Lượng bốc trung bình: 28 mm/ngày; - Lượng bốc thấp nhất: 6,5 mm/ngày 1.3.3 Hướng gió SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU - Hướng gió chủ yếu Đông Nam Tây nam với vận tốc trung bình 2,5 m/s, thổi mạnh vào mùa mưa Ngoài có gió Đông Bắc thổi nhẹ (tháng 12-1) - TP Hồ Chí Minh nằm khu vực chòu ảnh hưởng gió bão, chòu ảnh hưởng gió mùa áp thấp nhiệt đới 1.4 GIẢI PHÁP MẶT BẰNG VÀ PHÂN KHU CHỨC NĂNG - Tòa nhà gồm 15 tầng hầm với đặc điểm sau : + Mỗi tầng điển hình cao 2.9 m, riêng tầng cao 3.6m, tầng hầm cao 3m; + Mặt hình chữ nhật 51 x 20.5 m, thiết kế dạng hình khối, xung quanh công trình có vườn hoa tạo cảnh; + Tổng chiều cao công trình 47.6 m kể tầng hầm - Chức tầng sau: + Tầng hầm: Tầng hầm làm nơi để xe cho nhà Bên cạnh tầng hầm nới chứa hệ thống kỹ thuật cho nhà chung cư máy biến áp, máy phát điện, bể nước ngầm + Tầng trệt: Nới sảnh lại, quày giao dòch buôn bán tạp hoá Tầng có phòng giữ trẻ, nhà mẫu giáo + Tầng -15: Bao gồm hộ nơi sinh hoạt hộ gia đình + Tầng mái: Gồm phòng kỹ thuật ( cơ, điện, nước thông thoáng ) nghỉ ngơi Có hồ nước mái cung cấp nước cho toàn tòa nhà 1.5 CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT - Thông thoáng: Ngoài việc thông thoáng hệ thống cửa phòng, sử dụng hệ thống thông gió nhân tạo máy điều hòa, quạt tầng theo Gain lạnh khu xử lý trung tâm - Chiếu sáng: Ngoài hệ thống đèn chiếu sáng phòng hành lang, khối nhà chiếu sáng từ hệ thống lấy sáng bên (các ô cửa) Kết hợp chiếu sáng tự nhiên chiếu sáng nhân tạo để lấy sáng tối đa - Hệ thống điện: • + Hệ thống điện sử dụng trực tiếp hệ thống điện thành phố, có bổ sung hệ thống điện dự phòng, nhằm đảo bảo cho tất trang thiết bò tòa nhà hoạt động tình mạng lưới điện thành phố bò cắt đột xuất Điện phải bảo đảm cho hệ thống thang máy, hệ thống lạnh hoạt động liên tục • + Máy điện dự phòng 250KVA đặt tầng ngầm, để giảm bớt tiếng ồn rung động không ảnh hưởng đến sinh hoạt • + Hệ thống cấp điện hộp kỹ thuật đặt ngầm tường Hệ thống ngắt điện tự động từ 1A đến 50A bố trí theo tầng khu vực bảo đảm an toàn có cố xảy SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU - Hệ thống cấp thoát nước: • + Nguồn nước lấy từ hệ thống cấp nước thành phố dẫn vào hồ nước tầng hầm qua hệ thống bơm, bơm lên bể nước tầng mái nhằm đáp ứng nhu cầu nước cho sinh hoạt tầng • + Nước thải từ tầng tập trung khu xử lý bể tự hoại đặt tầng hầm • + Các đường ống đứng qua tầng bọc gain, ngầm hộp kỹ thuật - Di chuyển phòng hỏa hoạn: • + Tòa nhà gồm cầu thang thang máy phục vụ bảo đảm thoát người hỏa hoạn • + Tại tầng có đặt hệ thống báo cháy, thiết bò chữa cháy • + Dọc theo cầu thang có hệ thống ống vòi rồng cứu hỏa • + Ngoài tòa nhà đặt hệ thống chống sét. SƠ BỘ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Hình 9.8: Trụ đòa chất kích thước chọn sơ HỆ CHỊU LỰC VÀ GIẢI PHÁP KẾT CẤU 2.1 PHÂN TÍCH HỆ CHỊU LỰC CÔNG TRÌNH Hệ chòu lực nhà nhiều tầng phận chủ yếu công trình nhận loại tải trọng truyền chúng xuống đất Hệ chòu lực công trình Chung cư Hoàng Gia – Bình Thạnh tạo thành từ cấu kiện khung, vách cứng móng sau: SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU • - Hệ khung chòu lực: Được tạo thành từ đứng ( cột ) ngang ( sàn phẳng ) liên kết cứng chỗ giao chúng, khung phẳng liên kết với tạo thành khối khung không gian chòu tải trọng thẳng đứng công trình • - Hệ tường cứng chòu lực (vách cứng): + Vách cứng cấu kiện thiếu kết cấu nhà cao tầng Nó cấu kiện thẳng đứng chòu tải trọng ngang đứng Đặc biệt tải trọng ngang xuất công trình nhà cao tầng với lực ngang tác động lớn + Công trình tính với tải trọng ngang gió động phần tải ngang tác dụng vào công trình lớn Bên cạnh hệ khung chòu lực ta phải bố trí hệ thống vách cứng để tăng độ cứng chòu lực ngang công trình Vì lực gió động lực khối tác động hỗn hợp theo phương cần bố trí vách cứng theo phương công trình có độ cứng + Sự ổn đònh công trình nhờ vách cứng ngang dọc Như vách cứng hiểu theo nghóa tường thiết kế chòu tải trọng ngang + Với mặt hình chữ nhật có diện tích A x B = 20.5m x 51 m, tỉ số B/A = 2,49 bên cạnh việc bố trí hệ tường cứng ngang dọc theo chu vi thang máy tạo hệ lõi trung tâm chòu lực đầu hồi, bố trí hệ tường cứng để đảm bảo độ cứng công trình + Bản sàn xem tuyệt đối cứng mặt phằng chúng Có tác dụng tham gia vào việc tiếp thu truyền tải trọng vào tường cứng truyền xuống móng + Thường nhà cao tầng tác động tải trọng ngang xem ngàm móng - Hệ thống móng: Hệ thống móng gánh đỡ toàn tải trọng đứng ngang công trình để truyền xuống đất Vì vậy, móng phải ổn đònh phần kết cầu bên ổn đònh Với công trình cao tầng chòu tải trọng động đất giải pháp tốt sử dụng móng cọc 2.2 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NỘI LỰC Trong năm gần đây, với phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin, ta có nhiều chương trình tính toán khác nhau, với quan niệm tính toán sơ đồ tính khác Trong nội dung Bài tập em sử dụng phần mềm ETABS để xác đònh nội lực hệ kết cấu Do ETABS phần mềm phân tích thiết kế kết cấu chuyên cho Nhà Cao Tầng nên việc đưa số liệu xử lý số liệu đơn giản nhanh so với phần mềm khác 2.2.1•Các giả thiết tính toán nhà nhiều tầng sử dụng ETABS • - Sàn tuyệt đối cứng mặt phẳng liên kết với phần tử khung hay vách cứng cao trình sàn gối tựa vách hay khung để tiếp thu ngoại lực tác động ( lực động đất) Không kể biến dạng cong (ngoài mặt phẳng sàn) lên SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU phần tử Bỏ qua ảnh hưởng độ cứng uốn sàn tầng đến sàn tầng kế bên; • - Mọi thành phần hệ chòu lực tầng có chuyển vò ngang nhau; • - Các cột (vách cứng) ngàm chân cột (chân vách cứng); • - Khi tải trọng ngang tác dụng tải trọng tác dụng sẽû truyền vào công trình dạng lực phân bố cột gió động lực tập trung tác dụng nút giao cột sàn Các lực truyền sang sàn từ truyền sang vách, cột; • - Biến dạng dọc trục sàn, dầm xem không đáng kể 2.2.2 Quan niệm phần mềm cho cấu kiện làm việc với giả thiết Khi sử dụng phần mềm ETABS Cần ý đến quan niệm cấu kiện phần mềm để cấu kiện làm việc với quan niệm thực đưa vào mô hình - Quan niệm thanh: kích thước phương nhỏ nhiều so với phương lại; - Quan niệm tấm, bản, vách: kích thước phương lớn nhiều so với phương lại; - Quan niệm điểm: phương có kích thùc gần nhau, có kích thước bé; - Khi ta chia mòn cấu kiện kết xác Do phần tử hữu hạn truyền lực qua điểm liên kết phần tử với 2.2.3 Trình tự giải toán phần mềm ETABS Xác đònh tất nhóm đặc trưng vật liệu Nhập mô hình công trình, khai báo tiết diện kích thước hình học cấu kiện, phần tử mô hình ; Xác đònh tải trọng tác dụng: - Tảûi đứng: gồm tónh tải, hoạt tải sàn đặt lên sàn; - Tải ngang: tìm chu kỳ dạng dao động Xác đònh lực gió động tác dụng lên công trình lên tầng công trình Nhập gió động lực tập trung tác dụng nút giao cột sàn tầng; Kiểm tra mô hình trình nhập tải ; Chạy chương trình ETABS. TÍNH TOÁN SÀN SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU Hình 3.1: Mặt sàn tầng điển hình 3.2 TÍNH TOÁN SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH 3.2.1 Sơ chọn kích thước sàn cột (1) Chiều dày sàn - Chiều dày sàn chọn theo điều kiện đảm bảo độ cứng nó, sơ chọn theo công thức sau: hb = = 0.228 0.25 (mm) ld = 8m nhòp cạnh dài ô - Ở ô tính có kích thước lớn 8x6.5 m Vậy chọn chiều dày hb = 0.24m (2) Kích thước tiết diện cột - Chọn kích thước tiết diện cột theo diện truyền tải tải trọng đứng: Trong đó: + η = 1.1 - 1.5: hệ số kể đến độ lệch tâm; + Rn = 130 daN/cm2 ( Bêtong M300); + Nmax: tải tập trung diện tích tải sàn truyền vào cột Đối với công trình cao tầng sàn không dầm không cần giảm tiết diện lên cao mà cần giảm hàm lượng thép cột - Các cột A 1,D1, A ,D7 có tiết diện chòu tải: F = 5.5x4.75 = 26.125 m2 - Các cột A2, A3 ,A5, A6 ,D2 ,D3 ,D5 ,D6 có tiết diện chòu tải: F = 8x4.75 = 38 m2 - Cột B2 ,B3 ,B4 , B5, B6, C2, C3, C4, C5, C6 tiết diện chòu tải là: F = 4.5x5.5 = 24.75 m2 - Chòu tải phân bố gần : qtt = 1464 daN/m2 Bảng sơ chọn tiết diện cột sau: Tầng 15 11 Trệt Ptt F (daN/m ) (m2 ) 1464.4 1464.4 1464.4 1464.4 N (daN) 55 55 55 55 Fchọn (cm2 ) 3025 3025 3025 3025 η N Rn Fc b h (daN) (daN/cm2) (cm2 ) (cm) (cm) 55647 1.2 130 513.666 65 65 278236 1.2 130 2568.33 65 65 556472 1.2 130 5136.66 65 65 Fchọn (cm2 ) 4225 4225 4225 η 26.13 38257 1.3 26.13 191287 1.3 26.13 382575 1.3 26.13 535604 1.3 Rn (daN/cm2) Fc (cm2 ) 130 130 130 130 382.575 1912.87 3825.75 5356.04 b h (cm) (cm) 55 55 55 55 Bảng 3.6: Tiết diện cột A1, D1, A7, D7 Tầng 15 11 Ptt (daN/m2) 1464.4 1464.4 1464.4 F (m2 ) 38 38 38 SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU Trệt Hầm Tầng 15 11 Trệt Hầm 1464.4 1464.4 38 779061 1.2 130 7191.33 65 65 38 834708 1.2 130 7705 65 65 Bảng 3.7: Tiết diện cột A2, A3, A5, A6, D2, D3, D5, D6 Ptt F (daN/m ) (m2 ) 1464.4 1464.4 1464.4 1464.4 1464.4 24.75 24.45 24.75 24.75 24.75 N (daN) η Rn (daN/cm2) Fc (cm2 ) 36244 181220 362439 507415 543659 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 130 130 130 130 130 306.679 1533.4 3066.79 4293.51 4600.19 b h (cm) (cm) 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 4225 4225 Fchọn (cm2 ) 3025 3025 3025 3025 3025 Bảng 3.8: Tiết diện cột B2, B3, B4, B5, B6, C2, C3,C4, C5, C6 3.2.2 Sơ đồ phương pháp tính (1) Sơ đồ tính Hình 3.3: Sơ đồ tính sàn phẳng 1(2) Phương pháp tính Bản sàn tính theo phương pháp khung tương đương: - Đặc điểm kết cấu khung không gian chiều chia thành khung phẳng đường trục trùng với đường trục cột, theo chiều dọc lẫn chiều ngang Mỗi khung chiều bao gồm cột dầm kéo liên tục qua cột Dầm dầm bao gồm phần sàn giới hạn đường tim ô liền kề với đường trục cột kết cấu dầm mủ cột (nếu có) Sau tính giá trò nội lực khung tương đương đem phân phối cho dãy đầu cột dãy nhòp theo tỉ lệ đònh Khi tính toán khung tương đương sàn cột tính toán riêng rẽ Khi cột giả thiết ngàm đầu đầu Khi tính SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU toán khung tương đương cần phải xác đònh độ cứng phận hợp thành khung cột dầm Chiều rộng dầm ngang lấy tổng số hai nhòp kề bên cạnh vuông gốc với phương dầm - Về tính chất làm việc thực phần kề với cột có chuyển vò gốc với cột nút khung (xem khung phẳng) Phần xa cột có gốc xoay nhỏ chúng phải làm việc với cột thông qua biến dạng xoắn Vì để kết giải xác phải tiến hành điều chỉnh giảm bớt độ cứng cột bề rộng sàn tham gia vào khung - Cách điều chỉnh độ cứng cột tương đương Kec tính theo công thức sau: Cột tương đương gồm: + Cột cột sàn; + Cấu kiện chòu xoắn gắn với cột (bản sàn) Kec = đó: + Kec : độ cứng uốn cột tương đương; + : tổng độ cứng uốn thực cột phía cột phía dưới; + Kt : độ cứng xoắn cấu kiện chòu xoắn gắn với cột * Tính Kt: Kt = Trong đó: + Es = E= 2.9x105 daN/cm2: modun đàn hồi sàn(Betong M300); + c2: kích thước cột; + l2: nhòp ngang mặt bên trục cột; + C: số liên quan đến độ cứng xoắn sàn C: tính sở chia mặt cắt ngang cấu kiện chòu xoắn thành hình chữ nhật theo hướng cực đại C công thức 14.7 [12] sau : C= Trong đó: - x: chiều rộng hình chữ nhật; - y: chiều dài hình chữ nhật 3.2.3 Tính toán nội lực Tính cho sàn điển hình tầng có mặt bàng hình vẽ số liệu tính toán sau: (1) Tải trọng - Phòng ngủ ,sinh hoạt : q1 = g + p = 1464.4 daN/m2; - Sàn vệ sinh ,ban công : q2 = g + p = 1090 daN/m2; - Sàn hành lang : q3 = g + p = 1124 daN/m2 SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 10 BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU theo phương X Y công trình sau: Hình 4.8: Sơ đồ dạng dao động công trình SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 21 BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU Hình 4.9: Dạng dao động theo phương Ycủa công trình Hình 4.10: Dạng dao động theo phương X công trình SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 22 BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU Hình 4.11: Dạng dao động theo phương Ycủa công trình Hình 4.12: Dạng dao động theo phương X công trình SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 23 BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU Hình 4.13: Dạng dao động theo phương Ycủa công trình SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 24 BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU Hình 4.14: Dạng dao động theo phương X công trình Dạng dao động Phương X Chu kì T(s) Tần số f(Hz) Phương Y Chu kì T(s) Tần số f(Hz) 1.2770 0.783 1.3057 0.766 0.2999 3.335 0.3178 3.147 0.1328 7.533 0.1438 6.956 Bảng 4.2: Bảng giá trò chu kì tần số dao động dạng dao động Theo tài liệu nghiên cứu, khảo sát động lực học công trình, cụ thể Hội nghò khoa học toàn quốc lần thứ Sự cố hư hỏng công trình Xây dựng khoảng biến thiên chu kì dao động riêng Ti thông thường là: T1 = (0.06 – 0.1) n; T2 = (1/5 – 1/3) T1; T3 = (1/7 – 1/5)T1 đó: n – số tầng công trình (n = 15 tầng) Từ công thức suy ra: T1 = (0.06 – 0.1) 15 = ( 0.9 – 1.5 ); T2 = (1/5 – 1/3) T1 = ( 0.18 - 0.5 ); T3 = (1/7 – 1/5)T1 = ( 0.129 – 0.3) So sánh nhận thấy chu kì dao động ETABS xuất chu kì tính công thức thực nghiệm tương đương Do cách bố trí hệ chòu lực hợp lí 4.5 TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG GIÓ TÁC ĐỘNG VÀO CÔNG TRÌNH 4.5.1 Xác đònh thành phần tónh tải trọng gió Theo TCVN 2737-1990 giá trò tiêu chuẩn thành phần tónh của áp lực gió W j điểm j ứng với độ cao Zj so với móc chuẩn cốt 0.00 công thức tính sau: đó: + W0: Giá trò áp lực gió tiêu chuẩn Công trình xây dựng TP Hồ Chí Minh thuộc vùng IIA Theo TCVN 2737-1990 có được: W0 = 83 (daN/m2); + k(zj) : Hệ số tính đến thay đổi áp lực gió theo độ cao , đòa hình – Cao trình lấy từ cốt 0.00 (Tra bảng TCVN 2737-1990 trang 13 ); + C : Hệ số khí động : Cđ = 0.8 (phía đón gió); Ch = 0.6 (phía khuất gió) + Hệ số tin cậy n = 1.2 (giả đònh công trình dùng 50 năm) Kết tính toán Wj bảng sau: SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 25 BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU Bảng 4.8: Thành phần tónh tải trọng gió 4.5.2 Xác đònh thành phần động tải trọng gió - Tùy mức độ nhạy cảm công trình tác dụng động lực tải trọng gió mà thành phần động tải trọng gió cần kể đến tác động thành phần xung vận tốc gió với lực quán tính công trình Mức độ nhạy cảm đánh giá qua tương quan giá trò tần số dao động riêng công trình, đặc biệt tần số dao động riệng thứ với tần số giới hạn f L ứng với gió vùng II độ giảm loga dao động δ= 0.3 tra bảng TCVN 2737-1990 fL = 1.3 - Do f1X = 0.783 f1Y = 0.766 < fL = 1.3 thành phần động tải trọng gió phải kể đến tác dụng xung vận tốc gió lực quán tính công trình - Quan niệm sơ đồ tính xem công trình consol ngàm vào mặt móng công trình có 16 điểm tập trung khối lượng ( xét từ cao trình cốt 0,00, không xét đến tầng hầm xét tải trọng gió) - Theo điều 4.4 TCVN 2737-1990 công trình có tần số dao động riêng thứ s, thỏa bất đẳng thức: fs < fL < fs+1 cần tính toán thành phần động tải trọng gió với s dao động Theo quan niệm tính toán dựa kết tần số tính công trình cần tính thành phần động tải trọng gió với dạng dao động riêng thứ theo phương X phương Y (fX = 0.783, fY = 0.766) - Giá trò tiêu chuẩn thành phần động tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j (có cao độ z ) ứng với dạng dao riêng thứ i xác đònh theo công thức (4.3) [3]: Trong đó: SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 26 BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU + Mj : khối lượng tập trung phần công trình thứ j; + : hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i; + yji : dòch chuyển ngang tỉ đối trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng dao động thứ i; + : hệ số xác đònh cách chia công trình thành n phần, phạm vi phần tải trọng gió coi không đổi a Xác đònh yji Biên độ dao động trọng trâm phần thứ j ứng với dao động riêng thứ i Đối với công trình tính với dao động riêng thứ giá trò y ji tính b Tính Mj - Để tính Mj dùng chương trình tính ETABS mô hình không gian giải toán với tónh tải hoạt tải chất đầy tầng - Khai báo ETABS để lấy giá trò Mj bước sau: + Khai báo hệ số chiết giảm (tương tự trên): Define - Mass source… + Đònh nghóa tên khối lượng tập trung: Define – Diaphragms…` + Chọn sàn gắn khối lượng tập trung: Assign - Shell/Area - Diaphragms Hình 4.10: Khai báo gắn khối lượng cho sàn c Xác đònh ξi Theo điều 4.5 TCVN 2737-1990 giá trò ξj phụ thuộc vào thông số εi độ giảm loga dao động δ = 0.3 tra đồ thò hình TCVN 2737-1990: εi = Trong đó: + γ = 1.2, W0 = 830 N/m2; Dạng Phương X + fI : tần số dao động riêng thứ i (Hz) Phương Y SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 27 BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU dao động Tần số Tần số εi ξi εi fi(Hz) fi(Hz) 0.783 0.0429 1.5 0.766 0.0438 Bảng 4.9: Bảng giá trò hệ số ξi ξi 1.5 d.Xác đònh hệ số Ψ Hệ số Ψ1 xác đònh công thức : Vớiù: - WFj: Giá trò tiêu chuẩn thành phần động tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j công trình, ứng với dạng dao động khác kể đến ảnh hưởng xung vân tốc gió, xác đònh theo công thức: Trong đó: + Wj : giá trò tiêu chuẩn thnhà phần tónh gió; + Sj: diện tích đón gió ứng với phần thứ j; + ζj: Hệ số áp lực động tải trọng gió, độ cao z ứng với phần thứ j công trình, không thứ nguyên (Tra bảng TCVN 2737-1990); + υ: Hệ số tương quan không gian áp lực động tải trọng gió ứng với dạng dao động khác công trình, không thứ nguyên Được xác đònh phụ thuộc vào tham số ρ, χ dạng dao động Xác đònh theo bảng 4, TCVN 2737-1990 Dạng dao động Phương X ρ = 0.4L 8.2 χ=H 44 Phương Y υ 0.775 ρ=D 51 χ=H 44 Υ 0.645 Bảng 4.10: Bảng giá trò hệ số υ - Mj: khối lượng tập trung phần công trình thứ j, cách tính trên; - yji : biên độdao động công trình thứ j ứng với dạng dao động thứ i Kết tính ψi thành phần động tải trọng gió trình bày bảng bên SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 28 BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU Bảng 4.11: Kết tính hệ số ψi theo phương X Bảng 4.12: Thành phần động tải trọng gió theo phương X với dao động SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 29 BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU Bảng 4.13: Kết tính hệ số ψi theo phương Y Bảng 4.14: Thành phần động tải trọng gió theo phương Y với dao động SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 30 BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU TÍNH TOÁN KHUNG CHỊU LỰC Hình 5.1: Mặt khung vách tính toán công trình 5.1 HỆ CHỊU LỰC CHÍNH CỦA CÔNG TRÌNH 5.1.1 Sàn Chiều dày sàn hs = 24 cm 5.1.2 Cột Sơ chọn kích thước cột: - Cột biên A2, A3, A4, A5, A6, D2, D3, D4, D5, D6: bxh = 65x65 cm - Cột A1, A7, D1, D7 B2, B4, B6, C2, C4, C6: bxh = 55x55 cm Cột có tiết diện không thay đổi, thay đổi hàm lượng thép cột tầng lần 5.1.3 Vách cứng Chiều dày vách cứng chọn 25 cm 5.2 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH Các giá trò tải trọng (giá trò tính toán) tác dụng lên công trình xác đònh sau: 5.2.1 Tónh tải a Trọng lượng phần bê tông cốt thép kết cấu(TLBT) Do chương trình dự tính b.Trọng lượng lớp hoàn thiện tường xây (HTHIENTUONG) Được tính tương tự phần sàn Giá trò phụ thuộc vào vò trí công phòng SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 31 BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU 5.2.2 Hoạt tải Xác đònh tương tự phần I chương với giá trò sau: - Hoạt tải phân bố ô sàn phòng ỏ:240 daN/m 2; - Hoạt tải phân bố ô sàn vệ sinh ban công: 240 daN/m 2; - Hoạt tải phân bố ô sàn hành lang: 360 daN/m 2; - Hoạt tải phân bố sàn mái: 195 da/m2 5.2.3 Tải trọng gió - Tải trọng gió tác dụng lên công trình gồm thành phần tónh thành phần động xác đònh phần 6.5.3 chương (hệ số độ tin cậy gió tónh gió động lấy n=1.2) - Trong mô hình khung không gian giải ETABS, cách xử lý tải trọng gió sau: + Gió tónh: lực phân bố gián lên cột tầng theo phương + Gió động: - ỨÙng với mode dao động (công trình xét đến dạng dao động gồm mode xác đònh chương 4) xác đònh lực gió động theo phương cho tầng Lực quy đổi theo lực tập trung tác dụng lên nút công trình(nút điểm giao sàn cột mô hình khung không gian ETABS) theo phương X phương Y; - Lực gió động ứng với mode tác dụng vào công trình gây nội lực tương ứng Giá trò nội lực gió: gồm gió động theo mode gió tónh tổ hợp với theo tinh thần công thức 4.13 TCXD 299:1999 + Nội lực chuyển vò gây thành phần tónh động tải trọng gió xác đònh sau: X = Xt + Trong đó: - X: momen uốn(xoắn), lực cắt, lực dọc chuyển vò; - Xt : momen uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc chuyển vò thành phần tónh trọng gió gây ra; - Xid : momen uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc chuyển vò thành phần động tải trọng gió gây công trình dao động dạng thứ i; - S: số dạng dao động tính toán + Do công trình tính toán với dạng dao động nên: X = Xt + Xđ - Cách khai báo trường hợp ETABS: Define – Static Load Cases … SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 32 BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU Hình 5.2: Đònh nghóa trường hợp tải trọng 5.2.4 Tải trọng hồ nước Với tải trọng hồ nước xem hoạt tải phân bố đáy hồ với giá trò sau: gn = n.γ.h = 1*1000*2 = 2000 daN/m2 5.3 TÍNH TOÁN NỘI LỰC KHUNG TRỤC – VÁCH P17, P18 Hình 5.3: Mặt công công trình 5.3.1 Các trường hợp tải trọng tác động lên công trình TT: gồm TLBT + HTHIENTUONG; HT1: hoạt tải chất đầy tầng chẵn; HT2: hoạt tải chất đầy tầng lẻ; GTX: tải trọng gió tónh tác động theo phương X; GTXX: tải trọng gió tónh tác động theo phương (-X); GTY: tải trọng gió tónh tác động theo phương Y; GTYY: tải trọng gió tónh tác động theo phương (-Y); GDX: tải trọng gió động tác động theo phương X; GDXX: tải trọng gió động tác động theo phương (-X); 10 GDY: tải trọng gió động tác động theo phương Y; 11 GDYY: tải trọng gió động tác động theo phương (-Y) Ghi chú: Công trình tính gió động với dạng dao động SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 33 BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU 5.3.2 Các trường hợp tổ hợp nội lực: - Cách khai báo trường hợp tổ hợp ETABS: Define – Load Combinations … Hình 5.4: Khai báo trường hợp tổ hợp TỔ HP GIOX GIOXX GIOY GIOYY COMB1 COMB2 COMB3 COMB4 COMB5 COMB6 COMB7 COMB8 COMB9 COMB10 COMB11 COMB12 COMB13 COMB14 COMB15 COMB16 COMB17 COMB18 COMB19 CẤU TRÚC GTX + GĐY GTXX + GĐXX GTY + GĐY GTYY + GĐYY TT + HT1 TT + HT2 TT + HT1 + HT2 TT + GIOX TT + GIOXX TT + GIOY TT + GIOYY TT + 0.9HT1 + 0.9GIOX TT + 0.9HT1 + 0.9GIOXX TT + 0.9HT1 + 0.9GIOY TT + 0.9HT1 + 0.9GIOYY TT + 0.9HT2 + 0.9GIOX TT + 0.9HT2 + 0.9GIOXX TT + 0.9HT2 + 0.9GIOY TT + 0.9HT2 + 0.9GIOYY TT + 0.9(HT1 + HT2) + 0.9GIOX TT + 0.9(HT1 + HT2) + 0.9GIOXX TT + 0.9(HT1 + HT2) + 0.9GIOY TT + 0.9(HT1 + HT2) + 0.9GIOYY Bảng 5.1: Cấu trúc trường hợp tổ hợp SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 34 BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU 5.3.3 Tính toán nội lực cho cột trục – vách P17, P18 - Mô hình không gian giải toán đàn hồi theo phương pháp phần tử hữu hạn chạy phần mềm ETABS - Tiến hành gán trường hợp tải trọng tổ hợp vào mô hình không gian, phân tích giải toán SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 35