Thạc Sĩ Ảnh hưởng của dầm chuyển đến sự làm việc của kết cấu nhà cao tầng

LUẬN VĂN THẠC SỸ KÝ THUẬT
NĂM 2012

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN .
MỤC LỤC
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU .
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .
Trang
MỞ ĐẦU 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ CAO TẦNG 14
1.1 Khái niệm chung về nhà cao tầng 14
1.2 Phân loại nhà cao tầng 15
1.3 Các hệ chịu lực cơ bản của nhà cao tầng 15
1.3.1 Hệ khung chịu lực 15
1.3.2 Hệ tường chịu lực 17
1.3.3 Hệ lõi chịu lực 19
1.3.4 Hệ hộp chịu lực 20
1.4 Các hệ chịu lực hỗn hợp 21
1.4.1 Hệ khung – tường chịu lực 21
1.4.2 Hệ khung – lõi chịu lực 22
1.4.3 Hệ khung – hộp chịu lực 23
1.4.4 Hệ hộp - tường chịu lực 23
1.4.5 Hệ hộp – lõi chịu lực 23
1.5 Các hệ chịu lực đặc biệt 23
1.5.1 Hệ kết cấu có tầng cứng 23
1.5.2 Hệ kết cấu có hệ giằng liên tầng 25
1.5.3 Hệ kết cấu có hệ khung ghép 26
1.5.4 Hệ kết cấu có hệ thống dầm chuyển 26
1.6 Tình hình phát triển nhà cao tầng và nhà cao tầng có hệ thống dầm chuyển trong và ngoài nước 28
1.6.1 Tình hình phát triển nhà cao tầng trên thế giới 28
1.6.2 Tình hình phát triển nhà cao tầng tại Việt Nam 31
1.6.3 Tình hình phát triển nhà cao tầng có hệ thống dầm chuyển 32
1.7 Tổng quan về dầm chuyển 35
1.7.1 Khái niệm về dầm chuyển 35
1.7.2 Phân loại dầm chuyển 36
1.7.3 Phân tích trạng thái làm việc của dầm chuyển 37

CHƯƠNG 2: NGUYÊN TẮC, PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN NHÀ CAO TẦNG VÀ MÔ HÌNH HÓA NHÀ CAO TẦNG CÓ DẦM CHUYỂN

2.1 Các loại tải trọng tác dụng lên nhà cao tầng 39
2.1.1 Khái niệm chung về tải trọng 39
2.1.2 Phân loại tải trọng 39
2.1.3 Cách xác định tải trọng 40
2.2 Sơ đồ tính toán nhà cao tầng 44
2.2.1 Phân loại theo tính chất làm việc không gian 44
2.2.2 Phân loại theo tính chất của ẩn số 45
2.3 Các phương pháp tính toán nhà cao tầng 46
2.3.1 Phương pháp cơ học kết cấu 46
2.3.2 Phương pháp sai phân hữu hạn 47
2.3.3 Phương pháp phần tử hữu hạn 52
2.3.4 Kết luận 63
2.4 Các nguyên tắc tính toán nhà cao tầng 63
2.4.1 Kiểm tra độ cứng tổng thể 63
2.4.2 Kiểm tra dao động của công trình 64
2.5 Mô hình hóa nhà cao tầng có hệ thống dầm chuyển 64
2.5.1 Các phần mềm tính toán nhà cao tầng 65
2.5.2 Mô hình hóa nhà cao tầng có hệ thống dầm chuyển 66

CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA DẦM CHUYỂN ĐỐI VỚI SỰ LÀM VIỆC CỦA HỆ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG

3.1 Lựa chọn sơ đồ khảo sát 70
3.2 Lựa chọn sơ bộ kích thước tiết diện 73
3.3 Tải trọng tác dụng lên công trình 73
3.4 Kết quả tính toán và nhận xét 75
3.4.1 Trường hợp dầm chuyển đỡ cột 75
3.4.2 Trường hợp dầm chuyển đỡ cột kết hợp với vách chạy suốt 86
3.4.3 Trường hợp dầm chuyển đỡ vách 98
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 111
TÀI LIỆU THAM KHẢO 114

Lý do chọn đề tài
Bước sang thế kỷ 21, nền kinh tế ngày càng phát triển mạnh, tốc độ đô thị hóa tăng nhanh, dân số ngày càng đông dẫn đến nhu cầu về nhà ở, trụ sở làm việc và các công trình công cộng trở thành vấn đề bức xúc cho các đô thị trên thế giới
Giải pháp xây dựng các nhà cao tầng là biện pháp hữu hiệu nhất để giải quyết các vấn đề về tăng dân số cũng như các nhu cầu khác của các đô thị. Trong nhiều năm trở lại đây, hàng loạt các công trình nhà cao tầng với quy mô và chiều cao lớn đã được đưa vào xây dựng và sử dụng tại Việt Nam như các công trình thuộc khu đô thị mới Trung Hòa – Nhân Chính, khu đô thị Linh Đàm, khu đô thị Mỹ Đình, . đặc biệt là công trình cao nhất Việt Nam hiện nay – tòa nhà Keangnam cao 70 tầng tại đường Phạm Hùng – Hà Nội. Trên thế giới, nhà cao tầng cũng phát triển từ rất sớm với tốc độ rất nhanh. Hiện nay công trình cao nhất thế giới là tòa nhà Burj Kharifa ở Dubai thuộc các tiểu vương quốc ả rập thống nhất hoàn thành năm 2010 có chiều cao lên đến 868m với 168 tầng. Tùy theo công năng và mục đích sử dụng, mỗi công trình có thể áp dụng các loại hệ kết cấu khác nhau cho phù hợp.
Dầm là một bộ phận kết cấu, có vai trò nhất định khi tham gia làm việc cùng hệ kết cấu công trình nhà cao tầng. Mỗi loại hệ dầm có khả năng thích ứng riêng của nó với từng thể loại công trình khác nhau. Với xu hướng phát triển của các công trình đa chức năng hiện nay: Khối đế thường có chiều cao, nhịp lớn đáp ứng các không gian lớn như nhà hàng, siêu thị, ; các tầng điển hình thường được chia theo các khối căn hộ nên nhiều khi cũng cần phải thay đổi cả loại hình tiết diện cho các kết cấu đứng. Để giải quyết được yêu cầu này dầm chuyển là một trong những loại hình kết cấu khá thích hợp.
Nhiệm vụ của Thiết kế là cần tính toán sao cho công trình vừa có khả năng thích ứng về yêu cầu sử dụng, vừa có khả năng đảm bảo về chịu lực dưới tác động của các loại tải trọng khác nhau, trong đó tải trọng ngang có một ảnh hưởng khá lớn. Tuy nhiên, các nghiên cứu hiện nay chủ yếu nghiên cứu tính toán dầm chuyển đơn lẻ mà ít nghiên cứu nó trong sự làm việc chung của hệ kết cấu công trình.
Để có bức tranh đầy đủ hơn về sự làm việc của công trình khi có dầm chuyển cũng như của hệ dầm chuyển trong nhà cao tầng phù hợp với các tiêu chuẩn của Việt Nam hiện hành, đề tài chọn hướng nghiên cứu với nội dung cụ thể là: “ảnh hưởng của dầm chuyển đối với sự làm việc của hệ kết cấu nhà cao tầng”.
 Mục đích nghiên cứu
- Thu thập và nghiên cứu tổng quan về nhà cao tầng.
- Tìm hiểu đặc điểm của các dạng hệ kết cấu công trình đặc biệt là hệ kết cấu có dầm chuyển.
- Phân tích cách mô hình hóa nhà cao tầng có hệ thống dầm chuyển
- Xem xét ảnh hưởng của dầm chuyển đến hệ kết cấu nhà cao tầng khi chịu tải trọng tĩnh
- Tìm hiểu vị trí tối ưu của dầm chuyển trong hệ kết cấu nhà cao tầng, đề xuất vị trí tối ưu của dầm chuyển.
- Tập hợp các kết quả tính toán, từ đó đánh giá được sự làm việc của hệ kết cấu, chuyển vị của công trình khi nhà cao tầng có hệ thống dầm chuyển đỡ các hệ kết cấu khác nhau chịu tải trọng tĩnh.
 Đối tượng nghiên cứu
- Hồ sơ thiết kế các nhà cao tầng bê tông cốt thép có hệ thống dầm chuyển trong và ngoài nước. Nguyên cứu các công trình đã xây dựng và đang trong giai đoạn thiết kế
- Mô hình hóa các phương án nhà cao tầng có hệ thống dầm chuyển bằng phương pháp phần tử hữu hạn, qua đó tìm được vị trí tối ưu của công trình nhà cao tầng chịu tải trọng ngang
 Phạm vi nghiên cứu
- Các công trình nhà cao tầng bê tông cốt thép có hệ thống dầm chuyển chịu tải trọng ngang tĩnh
- Vị trí tối ưu của dầm chuyển trong hệ kết cấu nhà cao tầng chịu tải trọng ngang tĩnh
 Phương pháp nghiên cứu
- Phân tích, tính toán các dạng dao động riêng, chu kỳ, biên độ dao động, chuyển vị công trình, nội lực trong các cấu kiện bằng phương pháp phần tử hữu hạn.
- So sánh, tổng hợp và rút ra các nhận xét, kết luận
 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1- ý nghĩa khoa học của đề tài:
- Trong nguyên tắc cấu tạo công trình, việc bố trí hẫng tầng là không nên. Tuy nhiên trong trường hợp cần tạo không gian lớn ở các tầng dưới và bắt buộc phải bố trí như vậy, việc sử dụng dầm chuyển là giải pháp hợp lý.
- Trong công trình nhà cao tầng, việc bố trí hẫng tầng sẽ làm giảm yếu độ cứng của công trình đặc biệt là khi chịu tải trọng ngang. Do đó việc tìm ra vị trí tối ưu của dầm chuyển sao cho độ giảm yếu về độ cứng của công trình không lớn, vẫn đảm bảo công năng sử dụng và khả năng chịu lực của công trình khi chịu tải trọng ngang.
2- ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
- Hiện nay nhu cầu của xã hội về sự tiện ích trong các công trình nhà cao tầng là rất lớn. Để đáp ứng các nhu cầu đó đồng thời tận dụng hiệu quả không gian của nhà cao tầng, người ta thường kết hợp nhiều công năng sử dụng khác nhau vào trong công trình nhà cao tầng.
- Thông thường khối đế công trình được bố trí các công năng sử dụng như siêu thị, nhà hàng, . kết hợp với các căn hộ hoặc trụ sở làm việc ở bên trên. Sự thay đổi về hệ kết cấu bên trên và bên dưới đòi hỏi các cấu kiện tại đó phải thay đổi để đáp ứng khả năng chịu lực cho toàn công trình.
- Hiện nay ở Việt Nam đã có một số công trình sử dụng hệ thống dầm chuyển trong hệ kết cấu của công trình. Đề tài sẽ phân tích hoàn thiện hơn về ảnh hưởng của dầm chuyển đến hệ kết cấu nhà cao tầng cũng như sự phiền hà mà kết cấu này mang lại.