SO SÁNH ĐỘ CỨNG CỦA KHUNG NHÀ CAO TẦNG BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ KHUNG BẰNG KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

1. Tính cấp thiết của đề tài

Sử dụng kết cấu bêtông cốt thép (BTCT) thông thường với nhà cao từ 30 tầng trở lên thường nặng nề, khó hợp lý về mặt chịu lực và cấu tạo kiến trúc. Người ta đã đưa ra các hướng giải quyết chính sau:

– Dùng kết cấu thép thay thế cho kết cấu BTCT thông thường;

– Dùng kết cấu liên hợp thép – bêtông;

Kết cấu liên hợp thép – bêtông có những ưu điểm nổi bật sau:

– Khả năng chịu lực của vật liệu tăng, giảm kích thước của cấu kiện.

– Tăng độ cứng của kết cấu.

– Khả năng biến dạng lớn hơn kết cấu BTCT.

– Khả năng chống ăn mòn của thép được tăng cường.

– Khả năng chịu lửa tốt.

– Có thể dễ dàng dùng phương pháp thi công hiện đại, giảm thời gian thi công sớm đưa công trình vào sử dụng.

– Có thể tạo kết cấu ứng lực trước trong khi thi công, tăng hiệu quả sử dụng vật liệu, nhất là vật liệu cường độ cao.

– Kết cấu liên hợp thép – bêtông có thể đạt hiệu quả kinh tế cao.

2. Mục tiêu nghiên cứu.

1. – Mục tiêu nghiên cứu: so sánh độ cứng của khung nhà cao tầng BTCT và khung bằng kết cấu liên hợp thép bê tông trong cùng một nhà cao tầng có cùng kích thước, cùng chịu tải trọng như nhau.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Lý luận đưa ra phương pháp chuyển đổi độ cứng tương đương của khung BTCT bằng kết cấu liên hợp Thép – Bê tông.

– Tính toán và so sánh một khung bằng BTCT và một khung bằng kết cấu liên hợp Thép-bê tông chịu lực như nhau.

– Đưa ra kết luận và kiến nghị trong thiết kế nhà cao tầng, ta nên quan tâm lựa chọn kết cấu liên hợp thép – bê tông làm kết cấu chịu lực chính, đặc biệt với công trình cao trên 30 tầng.

4. Phương pháp nghiên cứu

– Dựa trên nền tảng cơ sở lý thuyết đã được kiểm chứng của các tác giả đi trước (kết cấu BTCT, kết cấu thép và kết cấu LH-TBT); lý thuyết kết hợp áp dụng tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép (EC3) và lý thuyết kết hợp tiêu chuẩn thiết kế kết cấu liên hợp (EC4);

– Áp dụng tính toán minh họa bằng các ví dụ số trên công trình giả định và từ đó tổng hợp so sánh phân tích và đánh giá kết quả.

5. Một số công trình tiêu biểu sử dụng kết cấu liên hợp

Tại Hà Nội đang thi công dự án Tòa nhà văn phòng Hud Tower đường Lê Văn Lương (Hà Nội) sử dụng cột liên hợp thép – bê tông.

Tại thành phố Hồ Chí Minh đã xây dựng toà nhà Diamond Plaza, ngoài ra còn một số công trình khác như tháp tài chính Bitexco (cao 300m, gồm 68 tầng).

6. Bố cục luận văn

Gồm mở đầu, nội dung chính và kết luận.

Chương 1: Sơ đồ kết cấu chịu lực của nhà cao tầng

Chương 2: Cấu tạo các cấu kiện chịu lực liên hợp bằng thép – bêtông

Chương 3: Cách chuyển đổi độ cứng khung ngang bằng kết cấu liên hợp thép – bêtông

Chương 4: So sánh độ cứng của khung bằng btct và khung bằng kết cấu liên hợp thép – bêtông tương đương về khả năng chịu lực

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1

SƠ ĐỒ KẾT CẤU CHỊU LỰC CỦA NHÀ CAO TẦNG

1.1. HỆ KẾT CẤU KHUNG

Kết cấu khung được tạo thành từ các phần tử thanh liên kết với nhau tại nút, các thanh nằm ngang được gọi là dầm, các thanh thẳng đứng được gọi là cột. Tại các nút có thể có liên kết cứng, nửa cứng hoặc liên kết khớp. Dưới tác dụng của tải trọng, các thanh cột và dầm của khung vừa chịu uốn, cắt vừa chịu nén hoặc kéo

1.2. CÁC DẠNG SƠ ĐỒ KẾT CẤU CHỊU LỰC CỦA NHÀ CAO TẦNG

Hệ khung chịu lực là một loại kết cấu chịu lực truyền thống. Hệ khung chịu lực thường có độ cứng ngang bé, khả năng chịu tải ngang không lớn. Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, trong nhà cao tầng, hệ khung chịu lực thường dùng kết hợp với các hệ chịu lực khác (như vách, lõi…) để phù hợp và mang lại hiệu quả cao hơn.

1.2.1. Hệ sườn chịu lực dạng khung

1.2.2. Hệ giằng

1.2.3. Hệ hỗn hợp tương tác khung- giằng

1.2.4. Khung có dầm rỗng (giàn) bố trí so le

1.2.5. Hệ giằng và hệ vành đai tầng

1.2.6. Hệ lõi (bằng bêtông cốt thép hoặc bằng kết cấu kim loại)

1.2.7. Hệ ống

1.2.8. Khung dạng ống bó lại với nhau

1.2.9. Hệ hỗn hợp

CHƯƠNG 2

CẤU TẠO CÁC CẤU KIỆN CHỊU LỰC LIÊN HỢP

BẰNG THÉP – BÊTÔNG

2.1. SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊTÔNG

2.1.1. Cấu tạo và yêu cầu chung của sàn liên hợp

Sàn liên hợp gồm tấm tôn hình dập nguội và tấm đan bằng bêtông cốt thép đổ liền.

2.1.2. Liên kết giữa thép và bêtông trong sàn

Khi chịu tác dụng của tải trọng ngoài, tấm sàn bị biến dạng uốn và sinh ra ứng suất trượt tại bề mặt giữa thép và bêtông.

2.2. DẦM LIÊN HỢP THÉP – BÊTÔNG

2.2.1. Cấu tạo dầm liên hợp thép – bêtông

Dầm liên hợp được tổ hợp từ các thành phần: 1 – dầm thép cán nóng hoặc dầm thép tổ hợp hàn, 2- cốt thép thanh ( gọi là cốt mềm), 3- phần bêtông, 4- chốt liên kết phần bêtông và dầm thép.

2.2.2. Phân loại tiết diện ngang.

Khi tiết diện dầm I chịu nén, cánh hoặc bụng dầm có thể bị oằn cục bộ ảnh hưởng đến khả năng chịu nén của các thành phần tiết diện dầm I như bản cánh, bụng

2.2.3. Liên kết bản sàn với dầm

Theo tiêu chuẩn Eurocode 4, có hai loại liên kết:

a. Liên kết dẻo

b. Liên kết không dẻo

2.2.4. Phân tích đàn hồi dầm liên tục liên hợp

Phân tích đàn hồi có thể sử dụng cho tất cả các dầm liên tục liên hợp, không phụ thuộc loại tiết diện.Trong EC4 có hai dạng phân tích đàn hồi

a. Phân tích không nứt

b. Phân tích nứt

2.2.5. Phân tích đàn hồi dẻo (cứng dẻo) dầm liên tục liên hợp

Phương pháp phân tích đàn dẻo dựa trên giả thiết rằng vùng chảy dẻo tập trung tại một vài tiết diện có mômen lớn hình thành khớp dẻo.

2.2.6. Ổn định tổng thể của dầm liên hợp

Trong dầm liên hợp, khi làm việc các cánh trên của dầm thép được giữ khỏi oằn do được liên kết với bản sàn bêtông cốt thép, tuy nhiên cần thoả mãn điều kiện là các liên kết được thiết kế phù hợp và khoảng cách giữa hai mép của bản sàn (của các ô) không quá nhỏ.

2.3. CỘT LIÊN HỢP THÉP – BÊTÔNG

Cột liên hợp thép – bêtông là cấu kiện gồm: 1-thép cán nóng hoặc thép tổ hợp (gọi là cốt cứng), 2-phần bêtông, 3-phần cốt thép thanh (gọi là cốt mềm).Cột có tiết diện đa dạng: hình tròn, hình chữ nhật, hình vuông hoặc hình đa giác.

2.4. MỐI NỐI LIÊN HỢP

2.4.1. Phân loại mối nối

a. Theo độ cứng của mối nối

b. Theo phần tử liên kết

2.4.2. Sự làm việc chịu trượt tại chỗ liên kết cột với dầm

Nội lực truyền đến từ liên kết được phân phối giữa các phần thép và bêtông của cột liên hợp.

2.4.3. Nguyên tắc chung thiết kế mối nối

– Khả năng chịu lực của mối nối được xác định trên cơ sở khả năng chịu lực của từng chi tiết cấu tạo nên mối nối.

– Thiết kế đảm bảo khả năng chịu lực của cột lớn hơn của dầm tức là các khớp dẻo hình thành ở dầm, bên cạnh các mối nối.

– Phần tiết diện thép của dầm liên hợp tính toán theo quá trình thi công.

– Trong trường hợp ta sử dụng mối nối đơn giản (khớp), toàn bộ mối nối thuộc phần tiết diện thép, bằng thép góc liên kết ở bụng và, hoặc các bản thép tựa đơn giản liên kết ở cánh dưới dầm.

– Với mối nối truyền mômen (cứng hoặc nửa cứng), kích thước tiết diện thép được tính toán khi thi công và mối nối nói chung là khớp đơn giản trong quá trình này

CHƯƠNG 3

CÁCH CHUYỂN ĐỔI ĐỘ CỨNG CỦA KHUNG NGANG BẰNG KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP – BÊTÔNG

3.1. ĐỘ CỨNG CỦA CÁC CẤU KIỆN LIÊN HỢP THÉP-BÊTÔNG

Trong Euro Code 4, tiết diện liên hợp thép – bêtông được thay bằng tiết diện thuần tuý thép tương đương để tính mômen quán tính.

3.1.1. Độ cứng của sàn liên hợp thép – bêtông

a. Trường hợp vùng bêtông chịu kéo bị nứt

b. Trường hợp bỏ qua sự nứt của bêtông vùng chịu kéo

3.1.2. Độ cứng của dầm liên hợp thép – bêtông E_aI

Dầm liên hợp thép – bêtông được thay bằng tiết diện dầm thép tương đương, tại vị trí chịu mômen dương, bản cánh bêtông với diện tích A_c được thay thế bằng bản cánh tưởng tượng bằng thép có diện tích A_c /n’’ và có cùng chiều cao như bản cánh bêtông.

a. Khi phần bêtông chịu kéo trong tiết diện sàn liên hợp xem như là không bị nứt trong vùng mômen dương.

b. Khi có kể đến sự nứt của phần bêtông chịu kéo ở vùng mômen dương, trong tiết diện sàn liên hợp. Bỏ qua phần bêtông chịu kéo.

3.1.3. Độ cứng của cột liên hợp thép – bêtông

Độ cứng của cột liên hợp thép – bêtông E_cI_c được xác định như sau:

a. Với tải trọng ngắn hạn

b. Với tải trọng dài hạn

Trong công thức (3.20) thay bằng

3.2. ĐỘ CỨNG CỦA KHUNG NGANG BẰNG KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP – BÊTÔNG

3.2.1. Tính trực tiếp độ cứng tương đương của khung phẳng

3.2.2. Tính gián tiếp độ cứng tương đương của khung phẳng

Bước 1 – Tính chuyển vị của đỉnh khung

Bước 2 – Sau đó ta quy khung cần tính chuyển vị thành vách cứng tương đương có cùng độ cứng và cùng độ cao, có sơ đồ tính là conxon ngàm với móng.

Độ cứng của khung (vách cứng tương đương) tính theo công thức sau:

3.2.3. Phương pháp thực hành tính gần đúng chuyển vị của khung

Sau đây nêu phương pháp thực hành tính gần đúng chuyển vị của khung với độ chính xác đáp ứng được yêu cầu tính toán thực tế do giáo sư E. Xigalôv đề xuất.

CHƯƠNG 4

SO SÁNH ĐỘ CỨNG CỦA KHUNG BẰNG BTCT VÀ KHUNG BẰNG KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG TƯƠNG ĐƯƠNG VỀ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC

4.1. VÍ DỤ TÍNH TOÁN ĐỘ CỨNG MỘT KHUNG BẰNG KẾT CẤU BTCT VÀ MỘT KHUNG BẰNG KẾT CẤU THÉP TƯƠNG ĐƯƠNG VỀ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC

Cho công trình nhà làm việc 20 tầng có mặt bằng kết cấu như hình

Hình 4.1: Mặt bằng sàn tầng điển hình.

Chiều cao tầng h_t = 3.6m. Yêu cầu: thiết kế và tính độ cứng của khung điển hình của nhà trong các trường hợp:

a) Khung bằng kết cấu BTCT;

b) Khung bằng kết cấu thép tương đương về khả năng chịu lực.

c) Khung bằng kết cấu liên hợp thép – bê tông tương đương về khả năng chịu lực.

4.1.1. Thiết kế khung bằng kết cấu BTCT.

a. Vật liệu đầu vào: Dùng bê tông có cấp độ bền B25; thép kết cấu S275; cốt thép nhóm A_I (Ø < 10); cốt thép nhóm A_II (Ø ≥ 10).

b. Một số tiêu chuẩn áp dụng

TCVN 2737-1995 ; TCVN 5574:2012;TCVN 198:1997; QCVN 02-2009 BXD Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng

c. Sơ bộ chọn kích thước tiết diện

– Chọn sơ bộ chiều dày bản sàn h_b = 160mm.

Việc chọn chiều dày sàn như trên đã đảm bảo điều kiện cấu tạo: h_b ≥ h_min = 6 (cm) đối với sàn nhà dân dụng.

– Chọn sơ bộ kích thước dầm: chọn kích thước là 400x700mm.

– Chọn sơ bộ kích thước cột

d. Các trường hợp tải trọng

* Tĩnh tải : TT − Trọng lượng bản thân được khai báo tự động trong chương trình tính kết cấu (chọn selfweight = 1.1)

* Hoạt tải: Hoạt tải sử dụng – HT: Công trình văn phòng lấy giá trị hoạt tải P=0.24T/m²

* HT do tải trọng gió: GXT, GXP là tải trọng gió trái và gió phải ứng phương X. GYT, GYP là tải trọng gió trái và gió phải ứng phương Y.

e. Tính toán thép cột

Kết quả tính toán thép cột cho trong phụ lục

Bảng 4.5: Bảng kết quả tính toán

4.1.2. Thiết kế khung bằng kết cấu thép tương đương về khả năng chịu lực.

a. Thiết kế cột thép

Sử dụng phương phảp chuyển đổi tiết diện giữa hai vật liệu tương đương sao cho đủ khả năng chịu nội lực lấy từ kết quả tính toán khung bằng kết cấu thép.

Công thức chuyển đổi tiết diện thép tương đương giữa hai vật liệu bê tông và thép:

Chọn cột thép tròn kích thước trong bảng :

Bảng 4.6: Tiết diện cột thép

Hình 4.2: Tiết diện cột thép tròn

b. Tổ hợp nội lực tính toán cho cột thép rỗng.

c. Kiểm tra khả năng chịu lực

– Xác định chiều dài tính toán

– Xác định độ lệch tâm và tiết diện cột

Độ lệch tâm:

– Các đặc trung tiết diện

Ta cóvàđều nhỏ hơn độ mảnh giới hạn [] = 120

Độ lệch tâm tương đối m và độ lệch tâm tính đổi me

– Kiểm tra bền

Cột chịu nén uốn được kiểm tra bền theo công thức:

– Kiểm tra ổn định tổng thể

Ổn định tổng thể của cột theo phương X, Y được kiểm tra theo công thức:

Với và m_ex ,tra bảng D11, Phụ lục D của TCXDVN 338: 2005 ta có hệ số

Ta có bảng kết quả kiểm tra thể hiện trọng bảng phụ lục.

d. So sánh chuyển vị hai khung BTCT, khung bằng kết cấu thép

Kết quả tính toán chuyển vị hai khung BTCT và khung bằng kết cấu thép sau khi chạy bằng phần mềm tính toán Etab

Bảng 4.8: Chuyển vị khung bằng BTCT và khung bằng KC Thép

Nhận xét: qua bảng so sánh độ cứng nhận thấy chuyển vị của khung KC thép lớn hơn so với khung bằng BTCT.

Tiếp tục ta tính toán thiết kế khung bằng kết cấu liên hợp thép – bê tông tương đương về khả năng chịu lực

4.2. THIẾT KẾ KHUNG BẰNG KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP – BÊTÔNG TƯƠNG ĐƯƠNG VỀ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC

Trên cơ sở kết quả nội lực của khung bằng kết cấu thép, ta thiết kế khung bằng kết cấu liên hợp thép – bêtông có khả năng chịu lực tương đương.

4.2.1. Thiết kế cột liên hợp thép – bêtông

a. Thông số tính toán

b. Kích thước hình học

Tính toán và quy đổi tiết diện thép trong cột liên hợp theo phương pháp đúng dần với hai lần tính

Bảng 4.11: Chọn tiết diện cột liên hợp

Hình 4.3: Tiết diện cột tròn liên hợp thép – bê tông

c. Đặc trưng hình học các cột:

– Diện tích cột liên hợp: A_cột = 3,14.D²/4

– Diện tích thép kết cấu: A_a = A_cột-3,14.(D-2t)²/4

– Diện tích cốt thép thanh: A_s = 19,63 c(m²)

– Mô men chống uốn của thép kết cấu: I_a = 3,14.(D⁴/64 – d⁴/64)

– Mô men chống uốn của cốt thép: I_s=A_s.y²

Với y là khoảng cách từ cốt thép tới tâm cột y = D/2-t-u_s

– Mô men chống uốn của bê tông : I_c = 3,14.d⁴/64 – I_s

– Cặp nội lực nguy hiểm để tính toán cho cột (xuất từ Etab)

Cột 1: N_sd = 1300,9 (T); M_sd = 12,9 (T.m)

Cột 2: N_sd = 908.3 (T); M_sd= 23,3 (T.m)

Cột 3: N_sd = 501,5 (T); M_sd= 13,1 (T.m)

Quá trình tính toán qua Excel được thể hiện qua bảng tính:

Bảng 4.12: Bảng kết quả tính toán đặc trưng hình học cột liên hợp

Tính toán bằng phần mềm Etab có kết quả chuyển vị sau

Bảng 4.13: Kết quả chuyển vị khung liên hợp

4.2.2. Kiểm tra khả năng làm việc cột liên hợp tròn rỗng nhồi bê tông

a. Kiểm tra tổng thể theo hai phương

* Kiểm tra tổng thể theo hai phương uốn

Tiết diện cột là không đổi có hai trục đối xứng trên suốt chiều dài cột

– Khả năng chịu nén tối đa của tiết diện:

Trong đó

_Ma : hệ số an toàn của thép kết cấu; lấy _Ma = 1,1.

_c : hệ số an toàn của bê tông; lấy_Ma = 1,5.

_s : hệ số an toàn của cốt thép; lấy _s = 1,15.

Cột C1: N_pl.Rd = 13746,3 kN

Cột C2: N_pl.Rd = 10286,8 kN

Cột C3: N_pl.Rd = 6327,3 kN

– Tỷ số phân phối cốt thép:

Cột C1: δ = 0,607 = 0,2÷0,9

Cột C2: δ = 0,713 = 0,2÷0,9

Cột C3: δ = 0,705 = 0,2÷0,9

Nhận xét: cả ba cột đều thỏa mãn điều kiện tỷ số phân phối thép

– Diện tích cốt thép dọc: A_s = 19.63 cm²

Cột C1: 0,3%.A_c =16,22cm²< A_s < 4% A_c =216,31cm²

Cột C2: 0,3%.A_c =8,48 cm²< A_s < 4% A_c =113,04 cm²

Cột C3: 0,3%.A_c =4,77 cm²< A_s < 4% A_c =63,59 cm²

Vậy diện tích cốt thép dọc cả ba cột được dùng trong tính toán.

* Kiểm tra theo phương chính (trục khoẻ hơn)

– Độ cứng đàn hồi của tiết diện liên hợp

(EI)_c = E_aI_a + 0,8 E_cdI_c + E_sI_s

Cột C1: (EI)_c = 997622,9 (kN/m²)

Cột C2: (EI)_c = 376628,58 (kN/m²)

Cột C3: (EI)_c = 129665,89 (kN/m²)

– Lực tới hạn Euler của tiết diện:

Cột C1: Ncr = 1443925,18 (kN)

Cột C2: Ncr = 545119,30 (kN)

Cột C3: Ncr = 187673,97 (kN)

– N_pl,R là lực dọc giới hạn dẻo của cột khi hệ số an toàn γ_α, γ_c, γ_s =1

Cột C1: N_pl.R =17108,15 (kN)

Cột C2: N_pl.R =12319,90 (kN)

Cột C3: N_pl.R =7530,93 (kN)

– Giá trị giới hạn của độ mảnh quy đổi theo phương trục chính:

Cột C1

Cột C2

Cột C3

Ta nhận thấy độ mảnh < 2

b. Kiểm tra khả năng ổn định cục bộ của thép hình:

Sự có mặt của lớp bê tông sẽ ngăn cản hiện tượng mất ổn định cục bộ của các bản thép. Điều này được đảm bảo khi thỏa mãn các điều kiện sau:

Đối với cột rỗng tròn;

Với trong đó f_y là giới hạn đàn hồi của thép.

Cột C1:

Cột C2:

Cột C3:

c. Kiểm tra khả năng chịu lực của cột liên hợp

Cột được coi là đủ khả năng chịu lực khi:

N_Sd ≤ χ.N_pl.Rd;

M_Sd ≤ 0,9μ.M_pl.Rd;

A. Áp dụng tính toán cho cột 1 với cặp nội lực nguy hiểm:

N_sd = 1300,9 (T) = 13009 (kN)

M_sd = 12,9 (T.m) = 129 (kN.m)

a. Xác định đường cong quan hệ M-N (đường cong khả năng chịu lực giới hạn của tiết diện

Hình 4.4: Đường cong quan hệ M-N

• Điểm A: khả năng chịu nén: N_A = N_pl.Rd = 13746,3 (kN); M_A= 0

• Điểm B: khả năng chịu uốn: N_B = 0; M_B= M_pl.Rd

• Điểm C: khả năng chịu uốn như B nhưng có lực nén

N_C = N_pm.Rd; M_C= M_pl.Rd

• Điểm D: mômen uốn giới hạn lớn nhất

N_D = 0,5N_pm.Rd

M_D= M_max.Rd – giá trị này lớn nhất khi trục trung hòa đi qua trọng tâm cột

Xác định các giá trị:

+ N_pm.Rd : khả năng chịu nén của phần bê tông trong cột

α = 1 đối với cột rỗng nhồi bê tông

+ M_pl.Rd = M_max.Rd – M_n.Rd

Xác định M_max.Rd

W_pa, W_ps, W_pc : là các mô đun chống uốn dẻo của lõi thép, cốt thép thanh, bê tông tương ứng điểm đang xét

Xác định M_n.Rd

Trong đó W_pan, W_psn, W_pcn : lần lượt là mô men kháng uốn của lõi thép, cốt thép và bê tông trong phần tiết diện 2h_n đối với trục chính.

– Xác định W_pan, W_psn và W_pcn

W_psn=0 (vì không có cốt thép trong phần tiết diện 2h_n.

M_n.Rd = 129,98 (kN.m)

M_pl.Rd = M_max.Rd – M_n.Rd = 2127,87 – 129,98=1997,90 (kN.m)

• Điểm E: có khả năng chịu uốn và chịu nén

b. Kiểm tra khả năng chịu lực:

Với α =0,21 cột rỗng nhồi bê tông

;

Kết quả tính toán cụ thể thể hiện trong bảng tính.

Kiểm tra điều kiện bền:

N_sd =13009 (kN) < χ.N_pl.Rd = 13722,4 (kN)

M_sd =129 (kN.) < 0,9μM_pl.Rd = 0,9.0,164.1997,9 = 294,084 (kNm)

Kiểm tra điều kiện bền thỏa mãn, cột 1 đủ khả năng chịu lực

B. Tương tự ta tính toán cho cột 2 và cột 3

Kết quả tính toán thể hiện qua bảng tính:

Bảng 4.14 : Bảng tính các thông số kiểm tra bền cột

Kiểm tra điều kiện bền:

Bảng 4.15: Bảng kiểm tra điều kiện bền mỗi cột

Hình 4.5: Biểu đồ tương tác M-N

Nhận xét: Kiểm tra điều kiện bền thỏa mãn, cột đủ khả năng chịu lực.

4.3. SO SÁNH ĐỘ CỨNG CỦA BA KHUNG KHUNG BẰNG BTCT, KHUNG BẰNG KẾT CẤU THÉP, KHUNG BẰNG LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

4.3.1. Tính độ cứng của khung

a. Khung bằng bê tông cốt thép

* Tính chuyển vị của đỉnh khung : y = 0,115 m

Độ cứng của khung xác định như sau:

* Tỷ số giữa chuyển vị phương ngang ở đỉnh khung và chiều cao nhà:

Kiểm tra tỷ số nhỏ hơn giới hạn cho phép.

b. Khung bằng kết cấu thép

* Tính chuyển vị của đỉnh khung : y = 0,160 m

Độ cứng của khung xác định như sau:

* Tỷ số giữa chuyển vị phương ngang ở đỉnh khung và chiều cao nhà:

Kiểm tra tỷ số lớn hơn giới hạn cho phép.

c. Khung bằng liên hợp thép-bê tông

* Tính chuyển vị của đỉnh khung ta có y = 0,108 m

Độ cứng của khung xác định như sau:

* Tỷ số giữa chuyển vị phương ngang ở đỉnh khung và chiều cao nhà:

Kiểm tra tỷ số nhỏ hơn giới hạn cho phép.

4.3.2. So sánh độ cứng, chuyển vị khung bằng BTCT, khung bằng kết cấu thép, khung bằng liên hợp Thép – bê tông

Hình 4.6: Đồ thị so sánh độ cứng giữa ba khung.

Hình 4.7: Đồ thị so sánh chuyển vị giữa ba khung theo hai phương

Nhận xét:

Từ kết quả tính toán ở trên cho ta thấy: khi cùng chịu tải trọng tác dụng như nhau tương đương về khả năng chịu lực.

– Độ cứng của khung bằng kết cấu liên hợp thép – bêtông lớn hơn độ cứng của khung bằng kết cấu thép và khung bằng bê tông cốt thép.

– Biến dạng (chuyển vị) của đỉnh khung bằng kết cấu liên hợp thép – bêtông nhỏ hơn so với chuyển vị của khung bằng kết cấu thép và khung bằng kết cấu bê tông cốt thép.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

– Luận văn đã nêu ra cách tính độ cứng tương đương của cấu kiện liên hợp thép – bêtông, độ cứng tương đương của khung ngang phẳng bằng kết cấu liên hợp thép – bêtông.

– Trong nhà cao tầng, khi cùng chịu tải trọng như nhau, cùng loại thép:

+ Độ cứng của khung bằng kết cấu liên hợp thép – bêtông lớn hơn đáng kể so với khung thép.

+ Độ cứng của khung bằng kết cấu liên hợp thép – bêtông có tăng tuy không nhiều nhưng tiết diện cột nhỏ hơn so với khung BTCT.

+ Biến dạng (chuyển vị) của đỉnh khung kết cấu liên hợp thép – bêtông nhỏ hơn so với biến dạng (chuyển vị) của khung bằng kết cấu thép và khung bằng BTCT. Do đó khung bằng kết cấu liên hợp thép – bêtông có khả năng chịu tải trọng ngang tốt hơn khung thép và khung BTCT.

Kiến nghị

– Qua nghiên cứu cho thấy rõ khung bằng kết cấu liên hợp thép – bêtông độ cứng toàn khung lớn hơn, biến dạng nhỏ hơn đáng kể so với khung bằng kết cấu thép và khung bằng BTCT khi chịu cùng tải trọng, cùng kích thước khung. Vậy trong thiết kế kết cấu nhà cao tầng, ta nên quan tâm lựa chọn kết cấu liên hợp thép – bêtông làm kết cấu chịu lực chính, đặc biệt với công trình cao trên 20 tầng.

– Do thời gian và năng lực có hạn nên luận văn mới giải quyết một số vấn đề cụ thể chưa mang tính tổng quát và còn một số nội dung chưa đề cập đến, đó là:

+ Nghiên cứu sự làm việc kết hợp của khung với vách, lõi…bằng kết cấu liên hợp thép – bêtông.

+ Sự làm việc của khung với nhiều dạng tiết diện khác nhau của các cấu kiện (cột thép nhồi bêtông, cột thép hình chữ thập bọc bêtông…).

+ Nghiên cứu độ cứng khung liên hợp với nút khung là nút nửa cứng.

– Cần có tiêu chuẩn về tính toán kết cấu liên hợp thép – bêtông của Việt Nam để có cơ sở tính toán chuẩn và đồng bộ với các tiêu chuẩn: tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737-95, tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép TCXDVN 338:2005, tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bêtông cốt thép TCXDVN 356:2005…

LIỆN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LUAN VAN KY THUAT\LUAN VAN 2014\LUAN VAN KY THUAT\PHAM ANH TUAN