Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường làng nghề dệt lụa vạn phúc hà đông (tt)

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ THU HIỂN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CỨNG KHUNG
ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA NHÀ CAO TẦNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội – Năm 2011


2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ THU HIỂN
KHÓA CH-2009

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CỨNG KHUNG
ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA NHÀ CAO TẦNG

NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP
MÃ SỐ: 60.58.20

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. VƯƠNG NGỌC LƯU

Hà Nội – Năm 2011


3

LỜI CẢM ƠN
Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn tới các Thầy giáo, Cơ giáo đã tận tình giảng
dạy trong quá trình học tập tại trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội; cảm ơn các
Thầy, Cô giáo khoa đào tạo Sau đại học đã tận tình giúp đỡ tạo điều kiện cho
tôi và các học viên lớp CH09X trong quá trình học tập và làm luận văn tốt
nghiệp.
Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn tới gia đình, bạn bè, những người thân,
những đồng nghiệp đã quan tâm, động viên, khích lệ tơi trong suốt thời gian
học tập và hồn thành luận văn.
Đặc biệt, tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn chân thành tới thầy giáo đã hướng
dẫn và giúp đỡ tơi thực hiện và hồn thành luận văn thạc sĩ là PGS.TS. Vương
Ngọc Lưu, Phó hiệu trưởng trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Quá trình thực hiện luận văn diễn ra trong một thời gian ngắn, mặc dù
bản thân tôi đã rất cố gắng song không thể tránh khỏi những thiếu sót, tơi rất
mong được sự quan tâm góp ý của đông đảo các Thầy Cô giáo, các bạn đồng
nghiệp để tơi có thể hồn thiện hơn về kiến thức và có các bước nghiên cứu
bổ sung phát triển.

Tơi xin chân thành cảm ơn./.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Thị Thu Hiển


4

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ là cơng trình nghiên cứu khoa học
độc lập của tơi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là
trung thực và có nguồn gốc rõ ràng.

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Thị Thu Hiển


5

MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các bảng, biểu
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
PHẦN MỞ ĐẦU: ............................................................................................ 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG......................3
1.1. Khái niệm nhà cao tầng............................................................................. 3
1.1.1. Định nghĩa, đặc điểm thiết kế kết cấu nhà cao tầng .............................. 3

1.2. Phân loại ................................................................................................... 5
1.2.1. Theo mục đích sử dụng...........................................................................5
1.2.2. Theo chiều cao........................................................................................ 5
1.2.3. Theo hình dạng ...................................................................................... 5
1.2.4. Theo vật liệu cơ bản được dùng để thi công kết cấu chịu lực................ 5
1.2.5. Theo sơ đồ kết cấu ................................................................................. 6
1.3. Những đặc điểm cơ bản của nhà cao tầng................................................. 6
1.4. Một số cơng trình nhà cao tầng trên thế giới và trong nước..................... 6
1.4.1. Sự phát triển nhà cao tầng trên thế giới.................................................. 6
1.4.2 Sự phát triển nhà cao tầng ở Việt Nam................................................... 8
1.4.3. Một số cơng trình nhà cao tầng tiêu biểu trên thế giới........................... 9
a. Tháp Buji Dubai............................................................................... 10
b. Tịa nhà Taipei 101 (Đài Loan)....................................................... .11
c. Tháp đơi Petronas Twin Tower, Malaysia[24]................................ .12


6

d. Tòa nhà Jinmao Building................................................................. 13
1.2. Đặc điểm về tải trọng đối với nhà cao tầng............................................. 15
1.2.1. Tải trọng thường xuyên........................................................................ 15
1.2.2. Tải trọng tạm thời................................................................................. 16
1.2.3. Tải trọng lắp ghép................................................................................. 17
1.2.4. Tải trọng gió......................................................................................... 18
1.2.5. Tải trọng động đất................................................................................ 24
1.3. Các hệ kết cấu chịu lực của nhà cao tầng................................................ 25
1.3.1. Các hệ kết cấu chịu lực phát triển theo phương đứng.......................... 25
a. Hệ khung chịu lực ........................................................................... 25
b. Hệ vách chịu lực............................................................................... 26
c. Hệ lõi chịu lực.................................................................................. 28

d. Hệ kết cấu ống.................................................................................. 29
e. Hệ kết cấu hỗn hợp........................................................................... 30
1.3.2. Các hệ kết cấu chịu lực phát triển theo phương ngang........................ 34
a. Hệ sàn sườn...................................................................................... 34
b. Hệ sàn nhiều sườn............................................................................ 34
c. Hệ sàn không dầm............................................................................ 35
1.4. Lõi cứng trong kết cấu nhà cao tầng....................................................... 37
1.4.1. Vai trò của lõi cứng.............................................................................. 37
1.4.2. Vị trí của lõi cứng................................................................................. 38
1.5. Các sơ đồ làm việc của nhà cao tầng....................................................... 38


7

CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU KHUNG
BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG NHÀ CAO TẦNG................................ 39
2.1. Cấu tạo khung BTCT.............................................................................. 39
2.1.1. Cấu tạo dầm.......................................................................................... 39
2.1.2. Cấu tạo cột............................................................................................ 40
2.1.3. Cấu tạo nút khung................................................................................. 41
2.2. Sự làm việc của khung............................................................................. 43
2.2.1. Khái niệm về độ dẻo của kết cấu; độ dẻo của kết cấu khung BTCT. .. 43
2.2.2. Nội lực và chuyển vị của khung khi chịu tải trọng đứng và tải trọng
ngang.............................................................................................................. 47
2.2.3. Phân tích nội lực trong nút khung........................................................ 48
2.3. Các giải pháp làm giảm nội lực và chuyển vị của khung trong nhà cao
tầng................................................................................................................. 49
2.3.1 Giảm nội lực và chuyển vị của khung trong nhà cao tầng bằng các sơ đồ
kết cấu thích hợp............................................................................................ 49
2.3.2 Giảm nội lực và chuyển vị của khung trong nhà cao tầng bằng giải pháp

lựa chọn hình dáng hiệu quả của cơng trình................................................... 50
2.3.3 Giảm nội lực và chuyển vị của khung trong nhà cao tầng bằng giải pháp
gây ứng lực phụ theo phương thẳng đứng cho hệ kết cấu.............................. 52
2.3.4 Giảm nội lực và chuyển vị của khung trong nhà cao tầng bằng thiết bị
tiêu tán năng lượng......................................................................................... 53
a. Thiết bị tiêu tán năng lượng bị động TMD...................................... 53
b. Thiết bị tiêu tán năng lượng chủ động (AMD)................................ 53


8

c. Một số giải pháp tiêu tán năng lượng khác...................................... 56
CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG CỦA KHUNG ĐẾN
NỘI LỰC VÀ CHUYỂN VỊ CỦA NHÀ CAO TẦNG BẰNG CÁC PHẦN
MỀM PHÂN TÍCH KẾT CẤU...................................................................... 57
3.1. Trường hợp nhà có mặt bằng hình vng............................................... 58
3.2. Trường hợp nhà có mặt bằng hình chữ nhật............................................ 72
3.3. Tổng hợp kết quả so sánh........................................................................ 86
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP.................... 88
1. Kết luận...................................................................................................... 88
1.1. Vai trò và sự làm việc của khung trong kết cấu nhà cao tầng có hệ khung
chịu lực........................................................................................................... 88
1.2. Các kết quả tính tốn cụ thể.................................................................... 88
2. Kiến nghị.................................................................................................... 89
3. Hướng nghiên cứu tiếp tục......................................................................... 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


9

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU
Số hiệu
bảng

Tên bảng, biểu

Trang

Bảng 3.1

Chuyển vị đỉnh cơng trình theo phương án 1

60

Bảng 3.2

Chu kỳ dao động riêng cơ bản theo phương án 1

61

Bảng 3.3

Chuyển vị đỉnh cơng trình theo phương án 2

63

Bảng 3.4

Chu kỳ dao động riêng cơ bản theo phương án 2

64

Bảng 3.5

Chuyển vị đỉnh cơng trình theo phương án 3

66

Bảng 3.6

Chu kỳ dao động riêng cơ bản theo phương án 3

67

Bảng 3.7

Chuyển vị đỉnh cơng trình theo phương án 4

69

Bảng 3.8

Chu kỳ dao động riêng cơ bản theo phương án 4

70

Bảng3.9

Tổng hợp kết quả tính tốn trường hợp nhà có mặt

bằng hình vng

71

Bảng 3.10

Chuyển vị đỉnh cơng trình theo phương án 1

74

Bảng 3.11

Chu kỳ dao động riêng cơ bản theo phương án 1

75

Bảng 3.12

Chuyển vị đỉnh cơng trình theo phương án 2

77

Bảng 3.13

Chu kỳ dao động riêng cơ bản theo phương án 2

78

Bảng 3.14

Chuyển vị đỉnh cơng trình theo phương án 3

80

Bảng 3.15

Chu kỳ dao động riêng cơ bản theo phương án 3

81

Bảng 3.16

Chuyển vị đỉnh cơng trình theo phương án 4

83

Bảng 3.17

Chu kỳ dao động riêng cơ bản theo phương án 4

84

Bảng 3.18
Bảng 3.19

Tổng hợp kết quả tính tốn trường hợp nhà có mặt
bằng hình chữ nhật
Tổng hợp kết quả so sánh nhà có mặt bằng hình
vng và nhà có mặt bằng hình chữ nhật.

85
87


10

DANH MỤC CÁC HÌNH MINH HỌA
Số hiệu hình

Tên hình

Trang

Hình 1.1

Tịa nhà Keangnam Hanoi Landmark Tower 70
tầng

9

Hình 1.2

Tháp Buji Dubai

10

Hình 1.3

Taipei 101 (Đài Loan)

11

Hình 1.4

Tịa tháp đơi Petronas Twin Tower

12

Hình 1.5

Tịa nhà Jinmao Building

14

Hình 1.6

Tồ thị chính Torronto ở Canada

22

Hình 1.7

Khách sạn Cẩm Giang ở Thượng Hải

23

Hình 1.8

Tịa nhà Búp Sen TP HCM

23

Hình 1.9

Một số hình dạng khung chịu lực

25

Hình 1.10

Một số hình dạng vách chịu lực

27

Hình 1.11

Một số hình dạng lõi chịu lực

28

Hình 1.12

Một số hình dạng của hệ khung – vách chịu lực

31

Hình 1.13

Sơ đồ giằng và sơ đồ khung giằng

38

Hình3. 1

Mặt bằng nhà hình vng

59

Hình3. 2

Mặt bằng nhà hình chữ nhật

73


11

PHẦN MỞ ĐẦU
* Lý do chọn đề tài:
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nền kinh tế thị
trường, nhiều khách sạn, văn phòng, chung cư nhiều tầng đã được xây dựng.
Đầu tiên là những dự án xây dựng cơng trình cao 20-30 tầng liên doanh với
nước ngoài được triển khai tại các thành phố lớn như Hà Nội, Thành Phố Hồ
Chí Minh như: Hà Nội Tower 26 tầng, Vietcombank 32 tầng, Trung tâm
thương mại Lavico 33 tầng, gần đây là tòa cao ốc Bitexco 68 tầng, Keangnam
Hanoi Landmark Tower 70 tầng. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ
thuật, các công nghệ tiên tiến trên thế giới đang dần được du nhập và áp dụng
ở nước ta. Hiện nay, các khách sạn, chung cư, văn phịng cao tầng đó và đang
được xây dựng tại các tỉnh và thành phố trong cả nước.
Trong nhà cao tầng có kết cấu khung chịu lực thì độ cứng của khung

nhất là các khung biên có ảnh hưởng đến sự làm việc của nhà. Tăng cường độ
cứng của khung trong đó có khung biên (tăng tiết diện cột, dầm cũng như bố
trí các cột ở biên có khoảng cách ngắn) sẽ làm tăng độ cứng của nhà do đó
làm giảm nội lực trong các kết cấu đứng và giảm chuyển vị của cơng trình.
Từ những vấn đề trên, tơi đã chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng độ
cứng của khung đến sự làm việc của nhà cao tầng” để nghiên cứu.
* Mục đích nghiên cứu:
Nghiên cứu sự thay nội lực trong các kết cấu đứng và chuyển vị của
nhà cao tng khi thay i cng ca khung, đặc biệt là khung biên.
* i tng v phm vi nghiờn cu:
Nh cao tầng có kết cấu khung chịu lực bằng Bê tông cốt thép.
* Nội dung nghiên cứu:
- Tổng quan về kết cấu nhà cao tầng


12

- Vai trò của khung trong sự làm việc của nhà cao tầng
- Ảnh hưởng của việc thay đổi độ cứng khung đến nội lực và chuyển vị
của nhà.
- Khảo sát bằng các ví dụ tính tốn.
- Rút ra các nhận xét và nêu các kiến nghị cần thiết cho việc áp dụng
kết quả nghiên cứu vào thực tế.
* Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài:
Đưa ra được cái nhìn chung về vai trị của kết cấu khung đối với sự làm
việc của nhà cao tầng.
Đề tài phù hợp với yêu cầu thực tế trong việc thiết kế nhà cao tầng.


THƠNG BÁO

Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui
lịng liên hệ với Trung Tâm Thơng tin Thư viện
– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội.
Email:

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN


103

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP
1. Kết luận.
1.1. Vai trò và sự làm việc của khung trong kết cấu nhà cao tầng có hệ khung
chịu lực.
Kết cấu khung bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi vì có nhiều cơng
trình địi hỏi khơng gian lớn, nhịp lớn. Kết cấu khung cho phép biến đổi linh
hoạt không gian sử dụng vì tường ngăn các phịng chỉ là tường tự mang có thể
phá đi để mở rộng khơng gian mà khơng ảnh hưởng gì đến độ bền vững của
ngôi nhà. Kêt cấu khung được tạo nên bởi cột và dầm liên kết với nhau bằng
mắt cứng hoặc khớp, chúng cùng với sàn và mái tạo nên một kết cấu khơng
gian có độ cứng lớn[1].
Đối với nhà nhiều tầng dùng khung bê tông cốt thép chịu cả tải trọng
ngang và tải trọng thẳng đứng thì nút khung thường là nút cứng, cột liên kết
cứng (ngàm) với móng. Thơng thường, trong một ngơi nhà, bên cạnh các
khung cịn có các tường đầu hồi, tường khu vệ sinh, ô cầu thang là các cấu
kiện có khả năng chịu tải trọng ngang rất lớn. Trong tính tốn cần phải chia
tải trọng cho khung và các tấm tường đó. Đối với nhà nhiều tầng mà khung
chỉ chịu tải trọng thẳng đứng còn tải trọng ngang do các vách cứng và lõi

cứng chịu thì khung có thể được cấu tạo với nhiều nút khớp và các xà ngang
có thể làm giống nhau cho các tầng[1].
1.2. Các kết quả tính tốn cụ thể.
Phương án 1: Kết cấu được bố trí bình thường.
- Trường hợp nhà có mặt bằng hình vng chuyển vị ở đỉnh của cơng
trình nhỏ hơn chuyển vị giới hạn cho phép 17,42%.
- Trường hợp nhà có mặt bằng hình chữ nhật chuyển vị ở đỉnh của cơng
trình lớn hơn chuyển vị giới hạn cho phép 3%.


104

Phương án 2: Điều chỉnh tăng tiết diện các cột khung.
- Trường hợp nhà có mặt bằng hình vng chuyển vị ở đỉnh của cơng trình
giảm từ 0 đến 15,87%.
- Trường hợp nhà có mặt bằng hình chữ nhật chuyển vị ở đỉnh của cơng trình
giảm từ 0 đến 17,05%.
Phương án 3: Tăng độ cứng khung biên bằng cách tăng tiết diện dầm
biên.
- Trường hợp nhà có mặt bằng hình vng chuyển vị ở đỉnh của cơng trình
giảm từ 0 đến 11,9%.
- Trường hợp nhà có mặt bằng hình vng chuyển vị ở đỉnh của cơng trình
giảm từ 0 đến 12,5%.
Phương án 4: Tăng độ cứng khung biên bằng cách bố trí thêm các cột
vào khung biên.
- Trường hợp nhà có mặt bằng hình vng chuyển vị ở đỉnh của cơng trình
giảm từ 0 đến 23,85%.
- Trường hợp nhà có mặt bằng hình vng chuyển vị ở đỉnh của cơng trình
giảm từ 0 đến 24,26%.
2. Kiến nghị.

Phương án 4 là phương án mang lại hiệu quả nhất trong việc tăng độ
cứng của khung, giảm chuyển vị ở đỉnh của nhà cao tầng. Tuy nhiên cần xem
xét phương án kiến trúc để đưa ra quyết định cụ thể.
Nên sử dụng phương án 2 và phương án 3 khi kiến trúc công trình có
u cầu nghiệm ngặt.
Có thể kết hợp một trong các phương án này với nhau trong các điều
kiện cụ thể thực tế.


105

3. Hướng nghiên cứu tiếp tục.
- Nghiên cứu phạm vi ảnh hưởng của độ cứng khung đến sự làm việc
của nhà cao tầng khi chiều cao nhà tăng.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của khung đến sự làm việc của nhà cao tầng
khi dùng khung lắp ghép, khi khung ở biên bố trí thêm các thanh xiên.


106

Tài liệu tham khảo
[1]. Ngô Thế Phong, Lý Trần Cường, Trịnh Kim Đạm, Nguyễn Lê Ninh
(1994) Kết cấu bê tông cốt thép(Phần cấu kiện nhà cửa), NXB KH&KT, Hà
Nội 1996
[2]. Wsullo (1976), Kết cấu nhà cao tầng (Phạm Ngọc Khánh, Lê Mạnh Lân,
Trần Trọng Chi dịch từ bản tiếng Nga), NXB Xây dựng, Hà Nội 1995.
[3] Nguyễn Bá Kế, Nguyễn Tiến Chương, Nguyễn Đăng Bích (2004), Thiết
kế nhà cao tầng (Bài giảng tập huấn KHCN sau đại học).
[4] Vương Ngọc Lưu, Một số giải pháp hạn chế chuyển vị ngang nhà cao
tầng, (tuyển tập cơng trình khoa học khoa Xây dựng trường Đại học Kiến

Trúc Hà Nội), 2006.
[5]. Triệu Tây An và nhóm tác giả (1996), Hỏi đáp Thiết kế và thi công nhà
cao tầng (tập I), NXB Xây dựng, Hà Nội 1996.
[6]. Đồn Trung Kiên (2007), Tìm hiểu các giải pháp hạn chế chuyển vị
ngang nhà cao tầng – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Thư viện trường Đại học
Kiến Trúc Hà Nội.
[7] Đỗ Trường Giang (2001), Một số giải pháp kết cấu cho khung bê tông cốt
thép chịu tải trọng động đất – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Thư viện trường Đại
học Kiến Trúc Hà Nội.
[8] TCXD 198:1997, Nhà cao tầng – Thiết kế cấu tạo bê tơng cốt thép tồn
khối, NXB Xây dựng, Hà Nội 1999.
[9] TCVN 2737-1995, Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế, NXB Xây
dựng, Hà Nội 1995.
[10] Chỉ dẫn tính tốn thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 27371995, NXB Xây dựng, Hà Nội 1999.
[11] Tiêu chuẩn 375-2006, Thiết kế cơng trình chịu động đất


107

[12]. Nguyễn Đông Anh, Phạm Xuân Khang, Nguyễn Ngọc Long, Vũ Mạnh
Lăng, Đỗ Anh Cường, Lã Đức Việt, Phần tích kết cấu có lắp các thiết bị tiêu
tán năng lượng, Báo cáo tại hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ 3 “sự cố và
hư hỏng cơng trình xây dựng”.
[13] Tiêu chuẩn 356 :2005, Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép.
[14] Nguyễn Khánh Hùng, Trần Trung Kiên, Nguyễn Ngọc Phúc, Thiết kế kết
cấu nhà cao tầng bằng Etabs 9.0.4, NXB Thống kê.
[15] Ngô Minh Đức, Hướng dẫn sử dụng Etabs, Phần mềm chun dụng tính
tốn nhà cao tầng, NXB Xây dựng, Hà Nội 2010