Bài tập lớn chuyên đề kết cấu

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 và quy mô công trình : SV lựa chọn 1 công trình dân dụng có
chiều cao H > 40 m, hoặc nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhòp có ( L > 36 m, tỷ số
H / L > 1,5 ) đã có trong thực tế hoặc chưa xây dựng, có BV thiết kế.
2- Bản vẽ kiến trúc : Sao chép lại 1 số bản vẽ, hình vẽ kiến trúc cần thiết
(MB - MĐ - MC) có tính đặc trưng và bố cục lại hình vẽ sao cho vừa đủ các
yếu tố để mô tả các nét chính của kiến trúc công trình. ( Bản vẽ khổ A4 )
2- Thuyết minh một số yếu tố sau đây về công trình :
• Đòa điểm xây dựng
• Đặc điểm kiến trúc công trình :
+ Giải pháp và kích thước mặt bằng công trình
+ Chức năng của ngôi nhà, mỗi tầng nhà
+ Chức năng của phòng , mỗi diện tích sử dụng của công trình
+ Giải pháp mặt đứng kiến trúc công trình
• Các giải pháp kỹ thuật công trình :
+ Giải pháp kết cấu thân nhà được chọn
+ Giải pháp kết cấu nền móng được chọn
+ Giải pháp thông thoáng và chiếu sáng
+ Giải pháp về cấp điện và máy lạnh – nước cho công trình
+ Giải pháp về cấp - thoát nước và phòng hoả cho công trình
+ Các giải pháp kỹ thuật khác nếu 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 và đòa chất thuỷ văn khu vực xây dựng
II- TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

1- Lựa chọn phương án : đề xuất một số giải pháp kết cấu chòu lực , so
sánh ưu nhược điểm để lựa chọn ra phương án kết cấu hợp lý.
2- Xác lập phương án KC thân nhà : Vò trí các đà , cột , vách, lõi, hộp,. . .
.vv, cần thiết và hệ thống giằng.
3- Lựa chọn vật liệu dùng cho công trình : Tên VL, các chỉ tiêu cơ lý, . . .
4- Đặc điểm chòu lực của hệ thống kết cấu : Ứng xử của công trình dưới
tác dụng của các loại tải trọng và tác động lên công trình.
SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 1


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 bộ chọn tiết diện : Đà dọc, đà ngang, cột phụ, cột chính , vách cứng,
sàn , mái , vì kèo, . . . ., vv.
7- Các giả thiết dùng trong tính toán:
8- Phương pháp và công cụ tính toán :
9- Các tiêu chuẩn – quy phạm được áp dụng :
III- TÍNH TOÁN DAO ĐỘNG RIÊNG CỦA CÔNG TRÌNH

+ Xác đònh tọa độ khối tâm mỗi tầng
+ Lựa chọn phần mềm sử dụng.
+ Nhập sơ đồ hình học kết cấu.
+ Đònh nghóa về: VL, TD, TT sẽ sử dụng.
+ Gán các thông số về: VL, TD, TT và liên kết tựa cho KC.
+ Khai báo các điều kiện biên của bài toán
+ Giải bài toán xác đònh tần số dao động riêng
+ Xuất các kết quả: tần số và biên độ dao động riêng
IV- XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ TÁC ĐỘNG LÊN CÔNG TRÌNH :

1- Xét tác dụng của gió lên công trình theo từng phương X, Y
2- Xác đònh thành phần tónh của gió theo từng phương X, Y
3- Xác đònh thành phần động của gió theo PP thực hành :
+ Xác đònh tần số giới hạn fL của công trình.
+ Lựa chọn các dạng dao động cần xem xét
+ Xác đònh thành phần động của gió theo từng phương X, Y
4- Kết quả tải trọng gió tác động lên công trình theo từng 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 ở độ cao đỉnh nhà

SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 2


BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU

TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH
1.1 MỞ ĐẦU
Thành phố Hồ Chí Minh, với vai trò là trung tâm kinh tế, khoa học, kỹ thuật lớn
nhất nước với nhiều cơ quan đầu ngành, sân bay, bến cảng... đang từng bước xây
dựng cơ sở hạ tầng. Kinh tế phát triển gắn liền với việc thu hút nguồn lao động từ
khắp nơi trên cả nước. Dân số ngày càng tăng làm nhu cầu về nhà ở tăng lên
nhanh chóng. Tuy nhiên q đất thành phố ngày càng thu hẹp dần và giá đất ngày
càng tăng. Điều này gây nhiều khó khăn trong việc ổn đònh cuộc sống của người
dân hiện nay. Vì vậy trong những năm gần đây sự xuất hiện các chung cư cao tầng
ngày càng nhiều nhằm đáp ứng nhu cầu nhà ở do dân số ngày càng tăng. Chung

cư Hoàng Gia- Bình Thạnh được thiết kế nhằm đáp ứng nhu cầu nhà ở tại các
quận nội thành của TPHCM.
1.2 ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG
Công trình được xây dựng tại phường 2, quận Bình Thạnh, là một trong những vò trí
trung tâm của thành phố, thuận tiện đối với người ở và đi lại, làm việc, mua sắm
và các dòch vụ khác.
1.3 ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU TẠI TP. HỒ CHÍ MINH
Khí hậu TP Hồ Chí Minh là khí hậu nhiệt đới gió mùa được chia thành 2 mùa:
1.3.1 Mùa nắng: Từ tháng 12 đến tháng 4 có:
- Nhiệt độ cao nhất: 400C;
- Nhiệt độ trung bình : 320C;
- Nhiệt độ thấp nhất : 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 5 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 nhất : 31 mm (tháng 11);
- Lượng mưa cao nhất : 680 mm (tháng 9);
- Độ ẩm tương đối trung bình : 77,67%;
- Độ ẩm tương đối thấp nhất : 74%;
- Độ ẩm tương đối cao nhất: 84%;
- Lượng bốc hơi trung bình: 28 mm/ngày;
- Lượng bốc hơi thấp nhất: 6,5 mm/ngày.

1.3.3 Hướng gió
SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 3

BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU
- Hướng gió chủ yếu là Đông Nam và Tây nam với vận tốc trung bình 2,5 m/s, thổi
mạnh nhất vào mùa mưa. Ngoài ra còn có gió Đông Bắc thổi nhẹ (tháng 12-1).
- TP. Hồ Chí Minh nằm trong khu vực ít chòu ảnh hưởng của gió bão, chòu ảnh
hưởng của gió mùa và áp thấp nhiệt đới.
1.4 GIẢI PHÁP MẶT BẰNG VÀ PHÂN KHU CHỨC NĂNG
- Tòa nhà gồm 15 tầng và một hầm với những đặc điểm sau :
+ Mỗi tầng điển hình cao 2.9 m, riêng tầng trệt cao 3.6m, tầng hầm cao 3m;
+ Mặt bằng hình chữ nhật 51 x 20.5 m, được thiết kế dạng hình khối, xung
quanh công trình có vườn hoa tạo cảnh;
+ Tổng chiều cao công trình 47.6 m kể cả tầng hầm .
- Chức năng của các tầng như sau:
+ Tầng hầm:
Tầng hầm làm nơi để xe cho cả toà nhà. Bên cạnh đó tầng hầm cũng là nới
chứa các hệ thống kỹ thuật cho toà nhà chung cư như máy biến áp, máy
phát điện, bể nước ngầm.
+ Tầng trệt:
Nới sảnh đi lại, các quày giao dòch buôn bán tạp hoá. Tầng trệt có phòng
giữ trẻ, nhà mẫu giáo.
+ Tầng 2 -15:
Bao gồm các căn hộ là nơi ở và sinh hoạt của các hộ gia đình.
+ Tầng mái:
Gồm các phòng kỹ thuật ( cơ, điện, nước thông thoáng...) và 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 bằng hệ thống cửa ở mỗi phòng, còn sử dụng hệ
thống thông gió nhân tạo bằng máy điều hòa, quạt ở các tầng theo các Gain

lạnh về khu xử lý trung tâm.
- Chiếu sáng:
Ngoài hệ thống đèn chiếu sáng ở các phòng và hành lang, khối nhà còn
được chiếu sáng từ hệ thống lấy sáng bên ngoài (các ô cửa). Kết hợp chiếu
sáng tự nhiên và 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 cả các trang thiết bò trong tòa nhà có thể hoạt
động được trong tình huống mạng lưới điện thành phố bò cắt đột xuất. Điện
năng phải bảo đảm cho hệ thống thang máy, hệ thống lạnh có thể hoạt động
liên tục.
• + Máy điện dự phòng 250KVA được đặt ở tầng ngầm, để giảm bớt tiếng ồn và rung động
không ảnh hưởng đến sinh hoạt.
• + Hệ thống cấp điện chính đi trong các hộp kỹ thuật đặt ngầm trong tường . Hệ thống
ngắt điện tự động từ 1A đến 50A bố trí theo tầng và khu vực và bảo đảm an
toàn khi có sự cố xảy ra.
SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 4


BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU
- Hệ thống cấp thoát nước:
• + Nguồn nước được lấy từ hệ thống cấp nước thành phố dẫn vào hồ nước ở tầng hầm qua
hệ thống bơm, bơm lên bể nước tầng mái nhằm đáp ứng nhu cầu nước cho
sinh hoạt ở các tầng.
• + Nước thải từ các tầng được tập trung về khu xử lý và bể tự hoại đặt ở tầng hầm.
• + Các đường ống đứng qua các tầng đều được bọc gain, đi ngầm trong các hộp kỹ thuật.
- Di chuyển và phòng hỏa hoạn:
• + Tòa nhà gồm 2 cầu thang bộ 2 thang máy chính phục vụ bảo đảm thoát người khi hỏa
hoạn.
• + Tại mỗi tầng đều có đặt hệ thống báo cháy, các thiết bò chữa cháy.

• + Dọc theo các cầu thang bộ đều có hệ thống ống vòi rồng cứu hỏa.
• + Ngoài ra tòa nhà còn được đặt hệ thống chống sét.

SƠ BỘ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

Hình 9.8: Trụ đòa chất và các kích thước chọn sơ bộ

HỆ CHỊU LỰC VÀ GIẢI PHÁP KẾT CẤU
2.1 PHÂN TÍCH HỆ CHỊU LỰC CÔNG TRÌNH
Hệ chòu lực của nhà nhiều tầng là bộ phận chủ yếu của công trình nhận các loại tải
trọng truyền chúng xuống nền đất. Hệ chòu lực của công trình Chung cư Hoàng Gia
– Bình Thạnh được tạo thành từ các cấu kiện khung, vách cứng và móng như sau:
SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 5


BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU
• - Hệ khung chòu lực:
Được tạo thành từ các thanh đứng ( cột ) và ngang ( sàn phẳng...) liên kết
cứng tại chỗ giao nhau của chúng, các khung phẳng liên kết với nhau tạo
thành khối khung không gian chòu tải trọng thẳng đứng của công trình.
• - Hệ tường cứng chòu lực (vách cứng):
+ Vách cứng là cấu kiện không thể thiếu trong kết cấu nhà cao tầng hiện
nay. Nó là cấu kiện thẳng đứng có thể chòu được các tải trọng ngang và
đứng. Đặc biệt là các tải trọng ngang xuất hiện trong các công trình nhà cao
tầng với những lực ngang tác động rất lớn.
+ Công trình được tính với tải trọng ngang là gió động do đó phần tải ngang
tác dụng vào công trình rất lớn. Bên cạnh hệ khung chòu lực ta còn phải bố
trí hệ thống vách cứng để tăng độ cứng và chòu lực ngang này của công
trình . Vì lực gió động là lực khối tác động hỗn hợp theo cả 2 phương do đó
cần bố trí vách cứng theo cả 2 phương của công trình và có độ cứng bằng

nhau.
+ Sự ổn đònh của công trình nhờ các vách cứng ngang và dọc. Như vậy vách
cứng được hiểu theo nghóa là các tấm tường được thiết kế chòu tải trọng
ngang.
+ Với mặt bằng hình chữ nhật có diện tích là A x B = 20.5m x 51 m, tỉ số
B/A = 2,49 thì bên cạnh việc bố trí hệ tường cứng ngang và dọc theo chu vi
thang máy tạo hệ lõi là trung tâm chòu lực 2 đầu hồi, còn bố trí hệ tường
cứng ở giữa để đảm bảo độ cứng của công trình.
+ Bản sàn được xem như là tuyệt đối cứng trong mặt phằng của chúng. Có
tác dụng tham gia vào việc tiếp thu và truyền tải trọng vào các tường cứng
và truyền xuống móng.
+ Thường nhà cao tầng dưới tác động của tải trọng ngang được xem như
một thanh ngàm ở móng
- Hệ thống móng:
Hệ thống móng sẽ gánh đỡ toàn bộ tải trọng đứng và ngang của công trình
để truyền xuống đất. Vì vậy, móng phải ổn đònh thì phần kết cầu bên trên
mới ổn đònh. Với công trình cao tầng chòu tải trọng động đất thì giải pháp
tốt nhất là sử dụng móng cọc.
2.2 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NỘI LỰC
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông
tin, ta có rất nhiều chương trình tính toán khác nhau, với các quan niệm tính toán
và sơ đồ tính khác nhau. Trong nội dung của Bài tập này em sử dụng phần mềm
ETABS để xác đònh nội lực của hệ kết cấu. 
Do ETABS là phần mềm phân tích thiết kế kết cấu chuyên cho Nhà Cao Tầng nên
việc đưa số liệu và xử lý số liệu đơn giản và nhanh hơn so với các phần mềm khác.
2.2.1•Các giả thiết khi tính toán nhà nhiều tầng được sử dụng trong ETABS
• - Sàn là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của nó và liên kết với các phần tử khung hay
vách cứng ở cao trình sàn là gối tựa của vách hay khung để tiếp thu ngoại lực tác
động ( lực động đất). Không kể biến dạng cong (ngoài mặt phẳng sàn) lên các
SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 6

BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU
phần tử. Bỏ qua sự ảnh hưởng độ cứng uốn của sàn tầng này đến các sàn tầng kế
bên;
• - Mọi thành phần hệ chòu lực trên từng tầng đều có chuyển vò ngang như nhau;
• - Các cột (vách cứng) đều được ngàm ở chân cột (chân vách cứng);
• - Khi tải trọng ngang tác dụng thì tải trọng tác dụng này sẽû truyền vào công trình dưới
dạng lực phân bố đều trên các cột và đối với gió động là những lực tập trung tác
dụng ngay tại nút giao giữa cột và sàn. Các lực này truyền sang sàn và từ đó
truyền sang vách, cột;
• - Biến dạng dọc trục của sàn, của dầm xem như là không đáng kể.
2.2.2 Quan niệm phần mềm cho từng cấu kiện làm việc đúng với giả thiết
Khi sử dụng các phần mềm ETABS. Cần chú ý đến quan niệm từng cấu kiện của
phần mềm để cấu kiện làm việc đúng với quan niệm thực khi đưa vào mô hình.
- Quan niệm thanh: khi kích thước 2 phương nhỏ hơn rất nhiều so với phương còn lại;
- Quan niệm tấm, bản, vách: khi kích thước 2 phương lớn hơn rất nhiều so với phương
còn lại;
- Quan niệm điểm: khi 3 phương có kích thùc gần như nhau, và có kích thước rất bé;
- Khi ta chia càng mòn các cấu kiện thì kết quả sẽ càng chính xác. Do phần tử hữu
hạn truyền lực nhau qua các điểm liên kết của các phần tử với nhau.
2.2.3 Trình tự giải toán của phần mềm ETABS
1. Xác đònh tất cả các nhóm đặc trưng vật liệu. Nhập mô hình công trình, khai báo tiết
diện kích thước hình học của các cấu kiện, các phần tử trong mô hình ;
2. Xác đònh tải trọng tác dụng:
- Tảûi đứng: gồm tónh tải, hoạt tải sàn được đặt lên các sàn;
- Tải ngang: tìm chu kỳ của các dạng dao động. Xác đònh lực gió động tác dụng lên
công trình và lên từng tầng của công trình. Nhập gió động là những lực tập trung
tác dụng ở nút giao giữa cột và sàn từng tầng;
3. Kiểm tra mô hình và quá trình nhập tải ;

4. Chạy chương trình ETABS.

TÍNH TOÁN SÀN

SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 7


BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU
Hình 3.1: Mặt bằng sàn tầng điển hình
3.2 TÍNH TOÁN SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
3.2.1 Sơ bộ chọn kích thước sàn và cột
(1) Chiều dày sàn
- Chiều dày sàn được chọn theo điều kiện đảm bảo độ cứng của nó, có thể sơ bộ
chọn theo công thức sau:
hb =
= 0.228 -- 0.25 (mm)
ld = 8m nhòp cạnh dài của ô bản.
- Ở đây ô bản được tính có kích thước lớn nhất là 8x6.5 m. Vậy chọn chiều dày bản
hb = 0.24m.
(2) Kích thước tiết diện cột
- Chọn kích thước tiết diện cột theo diện truyền tải của 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 do diện tích tải sàn truyền vào cột.

Đối với công trình cao tầng sàn không dầm không cần giảm tiết diện khi lên
cao mà chỉ cần giảm hàm lượng thép trong cột.
- Các cột A 1,D1, A 7 ,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 đều gần đúng là : qtt = 1464 daN/m2.
Bảng sơ bộ chọn tiết diện cột như sau:
Tầng

15
11
6
Trệt

Ptt
F
2
(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
6

Ptt
(daN/m2)
1464.4
1464.4
1464.4

F
(m2 )
38
38
38

SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 8


BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU
Trệt

Hầm
Tầng

15
11
6
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
2
(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 và phương pháp tính
(1) Sơ đồ tính

Hình 3.3: Sơ đồ tính sàn phẳng
1(2) Phương pháp tính
Bản sàn được tính theo phương pháp khung tương đương:
- Đặc điểm kết cấu khung không gian 3 chiều được chia thành các khung phẳng và
các đường trục trùng với đường trục các cột, theo các chiều dọc lẫn chiều ngang.
Mỗi khung 2 chiều bao gồm cột và bản dầm kéo liên tục qua các cột. Dầm hoặc
bản dầm bao gồm một phần bản sàn được giới hạn bởi các đường tim của các ô
bản liền kề với đường trục cột và kết cấu dầm hoặc mủ cột (nếu có). Sau khi tính
được giá trò nội lực trong khung tương đương rồi đem phân phối cho dãy đầu cột và
dãy giữa nhòp theo tỉ lệ nhất đònh. Khi tính toán khung tương đương sàn và cột được
tính toán riêng rẽ. Khi đó cột được giả thiết ngàm ở đầu trên và đầu dưới. Khi tính
SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 9

BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU
toán khung tương đương cần phải xác đònh độ cứng của các bộ phận hợp thành
khung như cột và bản dầm.
Chiều rộng dầm ngang lấy bằng nữa tổng số hai nhòp bản kề bên cạnh vuông gốc
với phương dầm.
- Về tính chất làm việc thực ra chỉ một phần bản kề với cột có cùng chuyển vò gốc
với cột ở nút khung (xem là khung phẳng). Phần bản ở xa cột có gốc xoay nhỏ hơn
và chúng phải cùng làm việc với cột thông qua biến dạng xoắn của bản. Vì vậy để
kết quả giải được chính xác hơn thì phải tiến hành điều chỉnh giảm bớt độ cứng của
cột hoặc bề rộng của bản sàn tham gia vào khung.
- Cách điều chỉnh độ cứng của cột tương đương Kec tính theo công thức sau:
Cột tương đương gồm:
+ Cột trên và cột dưới sàn;
+ Cấu kiện chòu xoắn gắn với cột (bản sàn).

Kec =

trong đó:
+ Kec : độ cứng uốn của cột tương đương;
+
: tổng độ cứng uốn thực của cột phía trên và cột phía dưới;
+ Kt : độ cứng xoắn của cấu kiện chòu xoắn gắn với cột.
* Tính Kt:

Kt =
Trong đó:
+ Es = E= 2.9x105 daN/cm2: modun
đàn hồi của sàn(Betong
M300);
+ c2: kích thước của cột;

+ l2: nhòp ngang trên mỗi mặt bên của trục cột;
+ C: hằng số liên quan đến độ cứng xoắn của bản sàn .
C: được tính trên cơ sở chia mặt cắt ngang của cấu kiện chòu xoắn thành các
hình chữ nhật theo hướng cực đại C công thức 14.7 của [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 3 có mặt bàng như hình vẽ và các số liệu tính toán như 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
Do sự chênh lệch tải trọng giữa sàn vệ sinh và hành lang không lớn nên thiên về
an toàn lấy : q2 = q3 =q3 = 1124 daN/m2.
Hình 3.7: Tỉ lệ phân phối momen

(3) Mặt bằng tiết diện truyền tải và độ cứng cột tương đương

Hình 3.8: Mặt bằng tiết diện truyền tải

*Sơ đồ khung tương đương dùng để tính toán và tải trọng tác dụng
- Tải trọng: khung chòu tác dụng của tải trọng phân bố đều: Q = b.q
trong đó:
+ q: tải trọng phân bố đều trên sàn phụ thuộc vào công năng của phòng:

. Phòng ngủ ,sinh hoạt: q1 = g + p = 1464.4 daN/m2;
. Sàn vệ sinh, ban công, hành lang: q3 = g + p = 1124 daN/m2.
Ghi chú: với những khung chòu phần lớn tải trọng sàn q 1, và 1 phần
tải trọng q3 thiên về an toàn lấy khung ấy chòu tải phân bố đều q1.
+ b: bề rộng (sàn) khung tính toán.
SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 11


BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU
Khung
trục
1
2

* Sơ đồ tính
- Khung trục 1 :

Nhòp

q
b
Q
2
(daN/m )
(m)
(daN/m)
A--B
1464.4
5.5
8054.2

A--B
1464.4
8
11715.2
B--C
1124
8
8992
3
A--B
1464.4
8
11715.2
B--C
1124
8
8992
A
Consol
1124
4.75
5339
1 --> 7
1464.4
4.75
6955.9
B
Consol
1464.4
3.25

4759.3
1--2--3
1464.4
5.5
8054.2
3--4--5
1464.4
5.5
8054.2
Bảng 3.16: Bảng giá trò tải trọng tác dụng lên khung

Hình 3.10: Sơ đồ tính khung trục 1
- Khung trục 2:

SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 12


BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU
Hình 3.11: Sơ đồ tính khung trục 2
-Khung trục 3: nhòp trục A,B

Hình 3.12: Sơ đồ tính khung trục 3

- Khung trục 3’: nhòp trục B,C

Hình 3.13: Sơ đồ tính khung trục 3’
- Khung trục A:

SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 13

BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU

Hình 3.14: Sơ đồ tính khung trục A
- Khung trục B: nhòp trục 1,2,3

Hình 3.15: Sơ đồ tính khung trục B (nhòp trục 1, 2, 3)
- Khung trục B: nhòp trục 3,4,5

Hình 3.16: Sơ đồ tính khung trục B (nhòp trục 3, 4, 5)
SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 14


BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU

TÍNH TOÁN CÁC DẠNG DAO ĐỘNG
VÀ TẢI TRỌNG GIÓ TÁC ĐỘNG VÀO CÔNG
TRÌNH

1 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN
- Xác đònh các chu kỳ và tần số dao động của công trình bằng chương trình ETABS 9.04.
- Kiểm tra lại chu kỳ dao động do chương trình xuất ra.
- Xác đònh các dạng dao động riêng.
- Xác đònh thành phần tónh của tải trọng gió.
- Xác đònh thành phần động của tải trọng gió.
2 TÍNH TOÁN DAO ĐỘNG CÔNG TRÌNH
- Khi tính toán thiết kế nhà cao tầng, cần phải đặc biệt quan tâm đến tải trọng
ngang (gió, động đất) tác động vào công trình.
- Để xác đònh thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên công trình, cũng như
phản ứng của công trình thì cần phải xác đònh tần số dao động của công trình.Vì

vậy, việc xác đònh chính xác tần số dao động riêng của công trình là hết sức cần
thiết.
- Để phân tích và tính toán dao động của công trình ( xác đònh các giá trò chu kỳ
dao động riêng tần số dao động riêng, chuyển vò, ...) có thể dùng các công thức
hoặc sử dụng các phần mềm phân tích kết cấu, trong bài tập này sử dụng chương
trình ETABS Version 9.04 mô hình khung không gian và giải bài toán đàn hồi theo
phương pháp phần tử hữu hạn .
Các bước tiến hành mô hình khung không gian và tính toán dao động công trình
trong ETABS Version 9.04 như sau:
2.1 Khai báo đặc trưng vật liệu
Sử dụng bê tông M#300 cho kết cấu khung và vách cứng của công trình. Khai báo
đặc trưng vật liệu trong ETABS, đơn vò T-m: Define – Material Properties – Chọn
CONC –Modify/Show material
SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 15


BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU

Hình 4.1 : Khai báo đặc trưng vật liệu.
2.2 Khai báo tiết diện phần tử cột và dầm
Cột và dầm trong công trình được mô hình trong ETABS bằng phần tử thanh.
Khai báo: Define – Frame Section – Add Rectangular …
- Dầm gồm có dầm thang và dầm hồ nước mái với kích thước đã được tiùnh toán
như chương trên.
- Cột công trình đã được chọn sơ bộ như phần trên với kích thước tiết diện như sau:
+ Cột 4 góc công trình A1, D1, A7, D7: bxh = 550x550 mm;
+ Cột biên A2,A3, A4, A5, A6, D2, D3, D4, D5, D6: bxh = 650x650 mm;
+ Cột giữa B2, B3, B4, B5, B6, C2, C3, C4, C5, C6: bxh = 550x550 mm.
Tiết diện cột giữ nguyên cho tất cả các tầng, chỉ cần thay đổi hàm lượng thép trong cột.

Hình 4.2 : Khai báo tiết diện cột và dầm
4.2.3 Khai báo tiết diện vách cứng và sàn
- Chiều dày vách cứng không <150mm và không < 1/20 chiều cao tầng (h = 2.9m). Chọn
chiều dày vách (Wall ) là 250mm.
- Chiều dày sàn (Slab) là 240mm.
Khai báo: Define – Wall/Slab/Deck Section – Chọn Slab – Modify/Show Section…..
SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 16


BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU

Bảng 4.3: Khai báo tiết diện vách cứng và sàn.
4.2.4 Mô hình tổng thể khung không gian

SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 17


BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU

Hình 4.4: Mô hình tổng thể công trình trong ETABS.

Hình 4.5: Mô hình mặt bằng tầng điển hình trong ETABS.
SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 18


BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU
4.2.5 Khai báo hệ số chiết giảm khối lượng khi tính toán dao động công trình :
Hệ số giảm khối lượng lấy 0.5 đối với tải trọng tạm thời sàn: Define/ Mass Source

Ghi chú:

+ TLBT: tải trọng phần BTCT do chương trình
tự tính, lấy 100% giá trò;
+ TT: tải trọng các lớp hoàn
thiện và tải trọng tường qui đổi
thành tải phân bố đều trên sàn
giá trò phụ thuộc vào vò trí sàn
lấy 100% giá trò;
+ HT: tải trọng tạm thời phân
bố đều trên sàn giá trò tùy
thuộc vào công năng của vò trí
sàn, lấy 50% giá trò. Thành
phần gồm: hoạt tải chất đầy
tầng lẽ HT2, hoạt tải chất đầy
tầng chẵn HT1.

Hình 4.6: Khai báo hệ số chiết giảm khối lượng.
4.2.6 Khai báo số dạng dao động trước khi phân tích
- Khai báo: Analyse – Set Analysis Option – Set Dynamic Parameters ….
- Nhân xét: 1 dạng dao động gồm 3 mode sơ bộ xét 3 dạng dao động Chọn số
mode dao động là 9 ( Number of Models).

SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 19


BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU

Hình 4.7: Khai báo số dạng dao động trước khi phân tích.
4.2.7 Kết quả phân tích dao động
Kết quả phân tích dao động của công trình do chương trình xuất ra như sau:
Mode

1
2
3
4
5
6
7
8
9

Period
(Time)
1.3057
1.27702
1.11419
0.31781
0.29989
0.2539
0.14377
0.13275
0.11223

UX

UY

-0.002105 -39.2632
-39.32388 0.002107
0.078372 -0.00668
-0.000295 -19.3712

18.95079 -0.00026
-0.028797 0.001598
0.000104 -11.2944
11.79573 0.000049
-0.006258
-0.0028

UZ Frequency
(1/Time)
0
0.76587
0
0.78307
0
0.89752
0
3.14657
0
3.33456
0
3.93853
0
6.9557
0
7.53284
0
8.91019

Bảng 4.1: Bảng giá trò chu kì và tần số dao động.
4.3 KIỂM TRA CHU KỲ , TẦN SỐ CỦA CÁC DẠNG DAO ĐỘNG VÀ ĐỘ CỨNG

CỦA VÁCH THEO 2 PHƯƠNG .
4.3.1 Kiểm tra chu kỳ, tần số của 3 dạng dao động đầu tiên
Từ kết quả xuất ra từ chương trình tính toán cùng với hình dạng của dao động công
trình so sánh với 3 dạng dao đông đầu tiên xác đònh được sơ đồ 3 dạng dao động
SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 20


BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU
theo phương X và Y của công trình như sau:

Hình 4.8: Sơ đồ 3 dạng dao động đầu tiên của công trình.

SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 21


BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU
Hình 4.9: Dạng dao động 1 theo phương Ycủa công trình.

Hình 4.10: Dạng dao động 1 theo phương X của công trình.

SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 22


BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU
Hình 4.11: Dạng dao động 2 theo phương Ycủa công trình.

Hình 4.12: Dạng dao động 2 theo phương X của công trình.

SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 23

BÀI TẬP LỚN CHUN ĐỀ KẾT CÂU

Hình 4.13: Dạng dao động 3 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 3 theo phương X của 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
1.2770

0.783
1.3057
0.766
2
0.2999
3.335
0.3178
3.147
3
0.1328
7.533
0.1438
6.956
Bảng 4.2: Bảng giá trò chu kì và tần số dao động 3 dạng dao động đầu tiên.
Theo những tài liệu nghiên cứu, khảo sát về động lực học công trình, cụ thể là Hội nghò
khoa học toàn quốc lần thứ 2 về Sự cố và hư hỏng công trình Xây dựng thì khoảng biến
thiên của 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
trong đó: n – số tầng công trình (n = 15 tầng).
Từ công thức trên 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 do ETABS xuất ra và chu kì tính được do công thức
thực nghiệm là tương đương nhau. Do vậy cách bố trí hệ chòu lực như trên là hợp lí.
4.5 TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG GIÓ TÁC ĐỘNG VÀO CÔNG TRÌNH
4.5.1 Xác đònh thành phần tónh của tải trọng gió
Theo TCVN 2737-1990 giá trò tiêu chuẩn thành phần tónh của của áp lực gió W j tại

điểm j ứng với độ cao Zj so với móc chuẩn là cốt 0.00 công thức tính như sau:
trong đó:
+ W0: Giá trò áp lực gió tiêu chuẩn. Công trình xây dựng ở TP Hồ Chí Minh
thuộc vùng IIA. Theo TCVN 2737-1990 có được: W0 = 83 (daN/m2);
+ k(zj) : Hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao , đòa hình – Cao
trình lấy từ cốt 0.00. (Tra bảng 7 của 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 quả tính toán Wj như bảng sau:

SVTH: NGUYỄN HỒ TRÍ DŨNG – LỚP X03A3 Trang 25