Giáo trình Kết cấu nhà cao tầng bêtông cốt thép: Phần 2

Nối tiếp phần 1, phần 2 của "Giáo trình Kết cấu nhà cao tầng bêtông cốt thép" gồm các chương còn lại với nội dung về: tính toán kết cấu nhà cao tầng; kiểm tra sự làm việc của nhà cao tầng; nguyên tắc kiểm tra bền và cấu tạo kết cấu chịu lực;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Kết cấu nhà cao tầng bêtông cốt thép: Phần 2 Chương 4 TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG 4.1. Khái niệm chung 4.1.1. Giả thiết tính toán Tính toán kết cấu nhà cao tầng là việc xác định trạng thái ứng suất - biến dạng trong từng hệ, từng bộ phận cho đến từng cấu kiện chịu lực dƣới tác động của mọi loại tải trọng. Ớ đây chúng ta chủ yếu xét đến phản ứng của hệ kết cấu thẳng đứng khung, vách, lõi dƣới tác động của các loại tải trọng ngang. Hầu nhƣ trong các loại nhà cao đến 30 tầng đều kết hợp sử dụng cả 3 hệ chịu lực khung - vách - lõi. Việc lựa chọn hệ chịu lực và giả thiết tính toán làm sao vừa phù hợp với thực tế bố trí, cấu tạo các kết cấu chịu lực còn phải thoả mãn điều kiện về sự cùng làm việc của các hệ kết cấu có hình dạng, kích thƣớc, độ cứng khác nhau. Mỗi giả thiết thƣờng chỉ phù hợp với từng mô hình tírih toán, không có giả thiết chung cho mọi sơ đồ tính toán. Giả thiết nào phản ánh đƣợc mối quan hệ truyền lực giữa các hộ với nhau thông qua giải pháp thiết kế, cấu tạo cụ thể trong cồng nghệ xây lắp sẽ đƣợc xem là phù hợp và cho ta những kết quả đáng tin cây. Cũng cần phân biệt giữa độ chính xác trong sơ đồ kết cấu với độ chính xác trong mô hình toán học, hai vấn để này không phải luôn thống nhất. Tuy nhiên có thể nêu một số giả thiết thƣờng đuợc sử dụng trong tính toán nhà cao tầng sau đây: Giả thiết ngôi nhà làm việc nhƣ một thanh cồng xon có độ cứng uốn tƣơng đƣơng độ cứng của các hệ kết cấu hợp thành. Giả thiết này đơn giản nhƣng không hoàn toàn phản ánh đúng thực tế chịu lực của cả hệ. Giả thiết này thuận tiện cho việc xác định các đặc trƣng động của công trình. Giả thiết mỗi hệ kết cấu chỉ có thể tiếp thu một phần tải trọng ngang tỷ lệ với độ cứng uốn (xoắn) của chúng, nhƣng đƣợc liên kết chặt chẽ với các hệ khác qua các thanh giằng liên kết khớp hai đầu. Độ cứng của các thanh giằng có giá trị lớn để có thể xem nhƣ không bị biến dạng co hoặc dãn dài. Các giằng ngang này chính là mô hình của hệ kết cấu dầm sàn có độ cứng lớn vô cùng trong mặt phẳng nằm ngang. Giả thiết về các hệ chịu lực cùng có một dạng đuờng cong uốn. Giả thiết này chỉ thích hợp cho các nhà chỉ có một hệ khung hoặc vách hoặc lõi. Còn đối với nhà hộ khung - vách - lõi thì đƣờng cong uốn của mỗi hệ khác nhau, trong cùng một sơ đồ tính toán. 4.1.2. Ảnh hưởng của kết cấu sàn đến sự làm việc của các hệ chịu lực thẳng đứng Với giả thiết sàn cứng tuyệt đối trong mặt phẳng, chỉ là sự tƣơng đối. Trong thực tế xây dựng kết cấu sàn nhà có nhiều loại: Sàn bê tông đổ liền khối, sàn bê tông lắp ghép, sàn bê tông thép, sàn nhiều lớp từ các vật liệu khác nhau. Mỗi loại sàn đều có liên kết cấu tạo riêng nhƣng không phải lúc nào cũng có khả năng làm việc nhƣ một -108- kết cấu liền khối, không chỉ có các chuyển vị thẳng hoặc xoay mà khổng có biến dạng góc. Với kết cấu sàn có dầm bê tông đổ liền khối dùng giả thiết sàn cứng tuyệt đối là phù hợp. Trong nhà cao tầng thƣờng dùng các lƣới cột kích thƣớc lớn từ 6 đến l0m, nhƣng chiều cao tầng lại hạn chế đến mức có thể. Sự trái ngƣợc này thƣờng đuợc giải quyết bằng việc ứng dụng các kết cấu sàn không dầm hay gọi là sàn phẳng. Bản sàn đƣợc kê trực tiếp lên các đầu cột, tƣờng, vách, lõi và thƣờng dùng bê tông ứng lực trƣớc để tăng khả năng chống uốn, võng, và nứt. Đã có những nghiên cứu chứng tỏ, ứng với các giá trị độ cứng nhất định của sàn phẳng cần phải xét tới biến dạng của sàn trong tính toán. Vai trò của sàn cứng đặc biệt quan trọng khi nhà có hệ khung vách hoặc khung - lõi. Ví dụ trong hệ khung - vách, nhà sẽ có đƣờng cong uốn nhƣ trên (hình 4.1c). Đƣờng cong uốn của hệ khung có dạng trên hình (4.la) tại chân ngàm có lực cắt và góc nghiêng lớn nhất. Ngƣợc lại, tƣờng cứng hoặc lõi cứng có đƣờng cong uốn nhƣ thanh công xon, và góc nghiêng lớn nhất lại ở vị trí đỉnh tƣờng. Song để đạt đƣợc sự đồng điệu trong biến dạng uốn cho toàn hệ thì trong các liên kết sẽ xuất hiện những phản ứng, nội lực khác nhau về giá trị và vị trí (hình 4.1c). Kích thƣớc chiều dài các mũi tên chỉ độ lớn của các phản lực. Và nhờ vai trò của hệ giằng ngang mà hệ khung dƣờng nhƣ đẩy ngang hệ vách cứng ở phía trên và co nó lại ở phía dƣới. Kết quả lực cắt sinh ra do tải trọng ngang đƣợc hệ khung tiếp thu phần lớn ở phía trên còn vách, lõi tiếp thu phần còn lại ở phía dƣới. Hình 4. 1. a) Khung; b) Vách (lõi); c) Sơ đồ biên dạng của hệ thống qua các liên kết (giằng) đặt ở các mức sàn. Trong các ngôi nhà lõi hoặc hộp thì không những độ cứng của sàn mà khi có các tầng cứng (dạng dàn hoặc dầm kiểu Virendel có chiều cao bằng chiều cao tầng) ảnh hƣởng rõ rệt đến đƣờng cong uốn và các giá trị và dạng biểu đồ mômen uốn. -109- Hình 4. 2. a) Sơ đồ kết cấu chịu tải trọng ngang; b, c) Sơ đồ liên kết và tải trọng thành phần. Trong trƣờng hợp tổng quát, khi chấp nhận những giả thiết nêu trên thì mọi bộ phận kết cấu bố trí rời rạc trong công trình đều cùng chịu lực và tuân theo một quy luật nhất định trong một hệ kết cấu thống nhất, kể cả trƣờng hợp các vách, lõi, khung bị giảm yếu ở những tầng dƣới (hình 4.2). Trong sơ đồ này, tải trọng ngang tác động vào công trình có thể đƣợc xem nhƣ tổng các thành phần tải trọng do các kết cấu đơn vị tiếp nhận tƣơng ứng với độ cứng uốn của chúng. 4.1.3. Sơ đồ tính toán Căn cứ vào những giả thiết tính toán có thể phân chia thành các sơ đồ tính toán theo nhiều cách khác nhau: Sơ đồ phẳng tính toán theo hai chiều Công trình đƣợc mô hình hoá dƣới dạng những kết cấu phẳng theo hai phƣơng mặt bằng chịu tác động của tải trọng trong mặt phẳng của chúng. Giữa các hệ đƣợc giằng với nhau bởi các dãy liên kết khớp hai đầu và ở ngang mức sàn các tầng (hình 4.3). Hình 4. 3. a) Mặt bằng kết cấu hệ khung - vách; b) Sơ đồ tính toán theo phƣơng trục y c) Sơ đổ tính ...