Tài liệu Nghiên cứu tính toán vách bê tông cốt thép nhà cao tầng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI -------TRƯƠNG TRẦN CHI NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÁCH BTCT NHÀ CAO TẦNG. LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN HÀ NỘI - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI -------TRƯƠNG TRẦN CHI KHÓA: 2013-2015 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÁCH BTCT NHÀ CAO TẦNG Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp. Mã số : 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. VŨ THANH THỦY. HÀ NỘI - 2015 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tác giả xin trân trọng cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo và các cán bộ khoa Đào tạo Sau đại học trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội đã giúp đỡ, chỉ dẫn tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Và đặc biệt tác giả xin có lời cảm ơn rất đặc biệt đến cô TS. VŨ THANH THỦY đã truyền đạt cho tác giả những kiến thức quí báu của mình giúp cho tác giả hoàn thiện kiến thức cũng như hoàn thành luận văn này. Qua đây, tác giả muốn kính gửi lời cảm ơn chân thành đến cô. Do thời gian nghiên cứu và thực hiện không nhiều và trình độ tác giả có hạn, mặc dù đã hết sức cố gắng hoàn thành và hoàn thiện nhưng trong luận văn sẽ không thể tránh khỏi những sai sót, tác giả rất mong được những ý kiến đóng góp của các thầy cô cùng các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn. Trân Trọng Hà Nội, ngày ..... tháng ..... năm 2015 Tác giả luận văn Trương Trần Chi LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ này là độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng. Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả Trương Trần Chi MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt. Danh mục các bảng, biểu Danh mục các hình vẽ, đồ thị. MỞ ĐẦU. Lý do chọn đề tài: .................................................................................... 01 Mục đích nghiên cứu của đề tài: ............................................................ 01 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: ........................................................ 01 Phương pháp nghiên cứu: ...................................................................... 02 Nội dung nghiên cứu: .................................................................... 02 Cấu trúc của luận văn: ........................................................................... 02 NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ LÀM VIỆC CỦA VÁCH CỨNG BTCT NHÀ CAO TẦNG 1.1. Các hệ kết cấu chịu lực của nhà cao tầng ...................................... 03 1.1.1. Khái niệm về nhà cao tầng và phạm vi áp dụng.......................... 03 1.1.2. Các hệ kết cấu chịu lực nhà cao tầng .......................................... 04 1.1.3. Các xu hướng sử dụng các hệ kết cấu chịu lực trong nhà cao tầng........................................................................................... 16 1.2. Sự làm việc của Kết cấu vách cứng BTCT nhà cao tầng............... 20 1.2.1. Phạm vi áp dụng kết cấu vách cứng trong nhà cao tầng.............. 20 1.2.2. Ưu-Khuyết điểm kết cấu vách chịu lực ..................................... 22 1.3. Một số nguyên tắc cấu tạo vách cứng.............................................. 24 1.3.1 Bố trí vách trên mặt bằng và cấu tạo tiết diện ............................. 24 1.3.2 Cấu tạo cốt thép ............................................................................ 32 1.4. Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu BTCT............................................... 37 1.4.1 Theo TCVN 5574-2012 .............................................................. 37 1.4.2 Theo tiêu chuẩn ACI318-08 ......................................................... 38 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÁCH BTCT NHÀ CAO TẦNG................... 2.1. Nhiệm vụ tính toán vách BTCT nhà cao tầng ............................. 44 2.2. Phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi 2.2.1. Giả thiết cơ bản ........................................................................... 44 2.2.2. Mô hình tính toán ......................................................................... 45 2.2.3. Qui trình tính toán......................................................................... 45 2.3. Phương pháp vùng biên chịu moment 2.3.1. Giả thiết cơ bản ........................................................................... 48 2.3.2. Mô hình tính toán ......................................................................... 48 2.3.3. Qui trình tính toán......................................................................... 48 2.4. Kiểm tra khả năng chịu lực cho vách bằng cách thiết lập biểu đồ tương tác ................................................................................... 54 2.4.1. Khái niệm .................................................................................... 54 2.4.2. Các giả thiết cơ bản ...................................................................... 54 2.4.3. Thiết lập biểu đồ tương tác .......................................................... 56 2.4.4. Qui trình tính toán ....................................................................... 57 2.4.5. Biểu đồ ứng suất biến dạng và các công thức cơ bản .................. 58 2.4.6. Xây dựng biểu đồ ứng suất biến dạng và thiết lập các công thức cho vách có tiết diện chữ nhật cốt thép đặt đều .................................. 59 2.4.7. Xây dựng biểu đồ ứng suất biến dạng và thiết lập các công thức cho vách có tiết diện chữ nhật cốt thép đặt không đều ....................... 69 2.4.8. Xây dựng biểu đồ ứng suất biến dạng và thiết lập các công thức cho vách có tiết diện chữ nhật cốt thép đặt đều .................................. 77 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN ........................................................ 3.1. Đặt đầu bài ...................................................................................... 86 3.2. Ví dụ 1: Tính toán vách có tiết diện hình chữ nhật ...................... 86 3.2.1. Tính toán theo phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi ........... 86 3.2.2. Tính toán theo phương pháp giả thiết vùng biên chịu môment .. ...............................................................................................................91 3.2.3. Kiểm tra bằng biểu đồ tương tác.............................................. 96 3.3. VD2: Tính toán vách có tiết diện hình chữ I .............................. 105 3.3.1. Tính toán theo phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi......... 105 3.3.2. Tính toán theo phương pháp giả thiết vùng biên chịu môment .. ............................................................................................................110 3.3.3. Kiểm tra bằng biểu đồ tương tác............................................ 116 3.4. So sánh kết quả ................................................................................122 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận. .............................................................................................. 123 2. Kiến nghị ............................................................................................ 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Số hiệu Cụm từ viết tắt Bảng,biểu BTCT Bê tông cốt thép TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MINH HỌA Số hiệu Tên hình hình Hình 1.1 Sơ đồ lựa chọn kết cấu theo số tầng. Hình 1.2 Mặt bằng kết cấu khung Hình 1.3 Sơ đồ kết cấu khung giằng. Hình 1.4 Mặt đứng vách. Hình 1.5 Mặt bằng vách Hình 1.6 Hình dạng kết cấu lõi. Hình 1.7 Công trình kết cấu lõi. Hình 1.8 Hình kết cấu ống. Hình 1.9 Hệ khung vách cứng. Hình 1.10 Hình ảnh kết cấu có tầng chuyển đổi. Hình 1.11 Hình ảnh kết cấu ống lõi. Hình 1.12 Hình ảnh kết cấu ống lõi. Hình 1.13 Mặt bằng kết cấu ống-bó. Hình 1.14 Sơ đồ kết cấu có tầng cứng. Hình 1.15 Hình 1.16a Biểu đồ mômen trong vách khi có và không có tầng cứng Hình ảnh khung ghép, khung sơ cấp và khung thứ cấp Hình Hình ảnh và sơ đồ kết cấu có khung ghép 1.16b Hình 1.17 Sơ đồ phân loại kết cấu nhà cao tầng Hình 1.18 Các hệ kết cấu bố trí bên trong nhà Hình 1.19 Các hệ kết cấu bố trí bên ngoài nhà Hình 1.20 Các hệ kết cấu bố trí bên ngoài nhà Hình 1.21 Phân phối chiều cao tầng kết cấu BTCT. Hình 1.22 Tương tác lực cắt khung-vách. Hình 1.23 Lực cắt biến dạng trong một tường chịu cắt Hình 1.24 Giảm thiểu độ lệch tâm trên mặt bằng. Hình 1.25 Giảm mô men uốn và lực cắt trong mặt phẳng sàn. Hình 1.26 Vách có tiết diện tăng cường ở biên. Hình 1.27 Xử lý lỗ mở nhỏ. Hình 1.28 Bố trí thép trong vách cứng có biên tăng cường Hình 1.29 Bố trí thép có biên tự do. Hình 1.30 Bố trí thép trong vách có lỗ Hình 1.31 Neo thép ngang trong vách cứng Hình 1.32 Mẫu thí nghiệm cường độ chịu nén. Hình 1.33 Đường cong ứng suất biến dạng cho bê tông chịu nén Hình 1.34 Đường cong ứng suất-biến dạng của cốt thép. Hình 2.1 a) Sơ đồ tác dụng b) Phân chia trên tiết diện c) Ứng suất do lực dọc N d) Ứng suất do Moment M Hình 2.2 Mặt cắt ngang một vách cứng đơn và phần tử biên Hình 2.3 Mặt cắt dọc một vách cứng đơn và phần tử biên. Hình 2.4 Mặt cắt và mặt đứng vách. Hình 2.5 Biểu đồ phân bố ứng suất trong bê-tông, biểu đồ biến dạng, quan hệ ứng suất biến dạng của cốt thép theo tiêu chuẩn ACI318. Hình 2.6 Biểu đồ phân bố ứng suất biến dạng cho bê-tông chịu nén. Hình 2.7 Biểu đồ tương tác theo ACI. Hình 2.8 Biểu đồ tương tác theo năm điểm chính theo ACI. Hình 2.9 Biểu đồ ứng suất – biến dạng trường hợp tổng quát Hình 2.10 Biểu đồ tương tác theo ACI-318-08 cho trường hợp hình chữ nhật đặt thép đều suốt chiều dài vách Hình 2.11 Biểu đồ tương tác theo ACI-318-08 cho trường hợp hình chữ nhật đặt thép không đều suốt chiều dài vách Hình 2.12 Biểu đồ tương tác theo ACI-318-08 cho trường hợp hình chữ I DANH MỤC BẢNG Viết tắt Bàng 1.1 Tên Bảng, biểu Chiều cao lớn nhất thích hợp công trình cốt thép toàn khối (m). Bàng 1.2 Khoảng cách giữa hai vách cứng liến kề Bàng 1.3 Giới hạn tỷ số H/B Bàng 1.4 Cường độ và mô đun đàn hồi của bê tông Bàng 1.5 Phân loại thép và cường độ thép DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU N Lực dọc thiết kế tác dụng lên vách Ni Lực dọc phần tử thứ i. M Momen thiết kế tác dụng lên vách Lw Chiều dài vách yi Khoảng cách trọng tâm tiết diện đến trọng tâm phần tử thứ i Li Chiều dài vách phần tử thứ i tw Bề dày vách Ac = Litw Diện tích bê-tông phần tử thứ i Aw = twLw diện tích tiết diện ngang toàn bộ vách cứng. Rb Cường độ tính toán của bê-tông. Khi tính toán cấu kiện chịu nén cần chú ý hệ số điều kiện làm việc Rs ; Rsc Cường độ tính toán về nén/kéo của cốt thép . As Diện tích cốt thép dọc của phần tử. Ab Diện tích bê tông  ≤1 Hệ số giảm khả năng chịu lực do ảnh hưởng của uốn dọc, gọi tắt là hệ số uốn dọc. Hi Chiều cao tầng.  Hệ số phụ thuộc vào sơ đồ biến dạng của cấu kiện khi bị mất ổn định, tức phụ thuộc vào liên kết của cấu kiện. c =0.7 Hệ số giảm độ bền khi nén  b =0,9 Hệ số giảm độ bền kéo f ’c cường độ chịu nén đặc trưng của bê-tông, xác định theo mẫu trụ (kích thước đường kính x chiều cao mẫu =150x300mm) f ‘y Ac=Aw As Cường độ chảy của thép. Diện tích bê-tông Diện tích toàn bộ cốt thép dọc. AB Diện tích của vùng phần tử biên.  Hàm lượng théptrong bê tông  =0,8 Hệ số độ bền thiết kế trường hợp đai thường.  =0,7 Hệ số độ bền thiết kế trường hợp đai xoắn. Abc Diện tích bê tông vùng nén, có chiều cao là 0,85x A’S1 Diện tích cốt thép vùng nén có ứng suất đạt tới f’y(Có biến dạng ≥ 0.2%) AS1 Diện tích cốt thép vùng kéo có ứng suất đạt tới fy (Có biến dạng ≥ 0.2%) A’S2 Diện tích cốt thép vùng nén có ứng suất đạt tới ’s - Xem thêm -