Tài liệu Tính tóan gió động doc

Kết cấu
A. chọn phương án kết cấu
I. Chọn phương án của hệ kết cấu chịu lực
Do công trình có nhịp lớn 9m theo cả hai phương và
theo yêu cầu về kiến trúc nên chọn giải pháp hệ sàn
phẳng ứng lực trước . Ưu điểm của sàn phẳng ứng lực
trước là hạn chế việc xuất hiện vết nứt tức là làm tăng
độ cứng của kết cấu , giảm độ võng vì vậy vượt được các
khẩu độ lớn . Hơn nữa ,việc sử dụng bêtông và thép
cường độ cao trong cấu kiện bêtông ứng lực trước cho
phép cấu kiện có thể mảnh và nhẹ hơn nên sẽ giảm bớt
được tải trọng thiết kế . Tuy nhiên khi sử dụng hệ sàn
phẳng bêtông ứng lực trước thì khả năng chịu tải trọng
ngang của khung là không đáng kể . Vậy cần có hệ lõi,
vách chịu tải trọng ngang . Kết hợp lồng thang máy tạo
thành hệ khung lõi ,việc kết hợp này phát huy được ưu
điểm của hai loại kết cấu , đó là khả năng tạo không
gian lớn và khả năng chịu tải trọng ngang , tải trọng
động tốt của lõi cứng . Về mặt độ cứng của công trình
cũng được đảm bảo .
Vậy ta có hệ khung lõi kết hợp và sàn phẳng ứng lực
trước .Tải trọng đứng của nhà do sàn ứng lực trước và
hệ lõi , khung chịu phần tải trọng đứng tương ứng với
diện chịu tích truyền tải của nó. Còn tải trọng ngang
của nhà thì do hệ lõi chịu.
II. Chọn sơ bộ kích thước tiết diện
1. Chiều dày sàn
Sàn bêtông ứng lực trước liên tục
40
1
45

1
40
1
45
1
→ h
b
= ( ÷ ) . l = ( ÷ ). 9000
h
b
= 225 ÷ 200 mm
Chọn h
b
= 220 mm.
2. Kích thước tiết diện cột :
Xét cột giữa là cột có khả năng chịu tải lớn nhất :




1
MÆt b»ng sµn
4
5
0
0
2950
9
0
0

0










Diện tích tiết diện cột được xác định sơ bộ theo công
thức :
Rn
N
F
b
= K .

Trong đó :
F
b
: Diện tích tiết diện ngang của cột
R
n
: Cường độ chịu nén tính toán của bêtông
MBT 350 → R
2
n
= 155 kG/m

K : hệ số an toàn = 1,2
N : lực nén lớn nhất có thể xuất hiện trong
cột , N = S . n . q
2
95,2
2
) = 53,78 m S = 9 . ( 4,5 +
q : Tải trọng sơ bộ tính toán trung bình
trên 1 m
2
2
sàn = 1,3 T/ m
n = 17 tầng
→ N = 53,78 . 1,3 . 17 = 1188,538 T
155
1000.538,1188
2
→ F
b
= 1,2 . = 9201,58 cm (BT M350).
2
cho tất cả các cột .
Chọn F = 100 x 100 = 10000 cm
• Kiểm tra điều kiện ổn định của cột :
b
lo
= λ = 30
λ =
ob
Với sàn bêtông đổ toàn khối → l

o
= 0,7 . l = 0,7 .
320 = 224 cm
Cột hình vuông → b = 100 cm
100
224
= 2,24 < 30 → thoả mãn
→ λ =
3. Kích thước lõi :

2
20
t
h
20
3200
t ≥
= = 160 mm
Chọn t = 300 mm .
4. Kích thước dầm biên :
8
1
12
1
8
1
12
1
h = (
). l = ( ). 9000 = 1125

÷ ÷ ÷
750
mm
Chọn h = 800 mm
b = 250 mm
B. Thiết kế cột , dầm khung biên trục 1
I. Xác định tải trọng lên hệ kết cấu
1. Tĩnh tải
• Tải trọng sàn :
 Sàn tầng 1 15 :
÷
Tải
trọng
tính
toán
(kg/m
Tải trọng
tiêu
chuẩn
(kg/m
Loại g
Dầy
(m)

3
Tải
trọng

(kg/m
TT

n

)

2
)

2
)

1

TLBT sàn

0,22

2500

550

1,1 605

Các lớp
trát

2

0,03

1800

54

1,2 64,8

3

Gạch lát

0,01

1600

16

1,1 17,6

4

Tổng





620

687,4


 Sàn tầng mái :

Tải
trọng
tiêu
chuẩn
(kg/m
Tải
trọng
tính
toán
(kg/m
g
Dầy
(m)

3
(kg/m
TT

Loại tải trọng

n

)

2 2

)

)
1

TLBT sàn

0,22 2500

550

1,1

605

2 lớp gạch lá
nem

2

0,04 72

1,1

79,2

1800

Gạch rỗng chống
nóng

3

0,2

1200

240

1,1

264

4

Các lớp trát

0,03 1800

54

1,2

64,8

5

Tổng

916



1013



3
• Tải trọng tường :
 Trên 1 ô bản sàn 9 x 9 m :

Tải
trọng
tính
toán
(kg/m
Tải trọng
g
Loại Dài
(m)

Rộng
(m)

tiêu
chuẩn

(kg/m
3
Cao (m) (kg/m n

tải trọng
)

2
)

2
)
3,2 –
0,22
Tường 220
(cả lớp
trát )

0,5x
18
0,25
= 2,98
1200

9.9
8046
=99,33
1,1

109,27

Tường 110
(cả lớp
trát )

9.9
86,10057

20,0
9

0,14 2,98

1200

1,1

136,59

=124,17

Tổng

223,5



245,86


 Trên dầm biên :

Tải
trọng
Tải trọng
g
tiêu
chuẩn
(kg/m)

Rộng
(m)

3
(kg/m
Số tầng

Cao (m) n

tính
toán
(kg/m)

)

3,2 –
0,8
Tầng
1,3 15

0,25

1800

1080

1,1

1188

÷
=2,4

Tầng mái 0,25

1,25

1800

562,5

1,1

618,75


Tầng 1, 3 15 lấy hệ số cửa = 0,75
÷
→ Tải trọng tiêu chuẩn = 0,75 . 1080 = 810 kg/m
Tải trọng tính toán = 0,75 . 1188 = 891 kg/m
• Vách kính dày 10 mm = 3000 kg/m . 0,01 m . ( 3 – 0,8
) m . 1,1 = 72,6 kg/m
3
• Bể nước = 12,1 m . 9 m . 1 m . 1000 kg/m
3
. 1,1 =
119,79 kg
2. Hoạt tải :

Tải
trọng
Tải trọng
tính
toán
Số tầng n

tiêu
chuẩn
(kg/m)

(kg/m)

4
Sàn tầng 1-
15

150

1,3 195

Sàn tầng mái
75

1,3 97,5

(không sử
dụng)


3. Tải trọng gió :
Công trình có độ cao 55,1 m .
Theo TCVN 2737-95 , H > 40 m → phải tính đến thành
phần gió động .
• Thành phần gió tĩnh :
Tải trọng ngang tác dụng vào 1 mức sàn là :
W
t
= n . Wo . C
t
. K . h ( kg/m )
t

Trong đó :
n : hệ số tin cậy của tải trọng gió = 1,2
W
o
: áp lực gió tiêu chuẩn , tại TP Hồ Chí Minh
= 83 kg/m
2

C
t
: hệ số khí động = C
h
+ C
đ
= 0,6 + 0,8 =
1,4
K : hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo
độ cao và dạng địa hình
( dạng C )
 Tầng 1 : W
t
= 418, 32 . K ( kg/m ) (1.2 x 83 x 1.4 x
3 = 418.32)
 Tầng 2 : W
t
= 432,264 . K(kg/m) (1.2 x 83 x 1.4 x 3.1
= 432.264)
 Tầng 3
÷
16 : W

t
= 446,208 . K ( kg/m ) (1.2 x 83 x 1.4
x 3.2 = 446,208)
Quy W về các nút khung : nút khung biên = W
1
/ 2
nút khung
giữa = W
1
W
1
= W . a = W . 9 ( kg )
2
a
W
1
/ 2 = W . = W . 4,5 ( kg )





5

Độ cao
Z
K W
(m)
(kg/m
2

)
W
t
W
1
W
1
/ 2
(kg/m) (kg) (kg)
1867,38
0
3,75 0,496 69,162 207,487 933,690
2264,19
9
6,75 0,582 81,154 251,578 113,099
2645,65
6
9,95 0,659 91,863 293,962 132,828
2852,87
5
1426,43
8
13,15 0,710 99,058 316,986
16,35 0,756
105,44
5
3036,80
2
1518,40
1

337,422
19,55 0,795
110,79
9
3191,01
2
1595,50
6
354,557
22,75 0,825
115,01
0
3312,29
1
1656,14
6
368,032
25,95 0,854
119,02
6
3427,94
8
1713,97
4
380,883
29,15 0,882
123,02
8
3543,20
4

1771,60
2
393,689
32,35 0,909
126,72
3
3649,62
4
1824,81
2
405,514
35,55 0,934
130,29
3
3752,43
1
1876,21
5
416,937
38,75 0,960
133,86
2
3855,23
7
1927,61
9
428,360
41,95 0,982
136,88
8

3942,38
2
1971,19
1
438,042
45,15 1,001
139,56
5
4019,48
6
2009,74
3
446,610
48,35 1,020
142,24
3
4096,59
1
2048,29
6
455,177
51,55 1,038
144,73
9
4168,47
5
2084,23
8
463,164

• Thành phần gió động :
Đưa toàn nhà thành sơ đồ không gian ngàm tại móng vào
chương trình SAP 2000 để tìm ra các dạng dao động, tần
số và chuyển vị .
Để xác định dao động ta phải đặt khối lượng tập trung
tại các nút như sau :

6
 Tính khối lượng tổng cộng của tất cả các tĩnh tải còn
lại : m = w / g
Tầng 1 :
10
5501654
++
2
- Sàn : m =
= 62 kg/m
10
2500
3
- Cột : m = 18 . kg/m . 1m . 1 m . 2,78 m
= 12510 kg.
10
2500
3
- Dầm : m = 2 . ( 27 + 36 + 4,33 ) .
kg/m .
0,8 m . 0,25 m = 6733 kg
10
2500

3
- Vách , lõi : m = 2 .
kg/m . 0,3 m .
12,1 m . 3 m +
10
2500
3
+ 2 .
. 0,25 m . 12,1 m . 3 m + 4 . kg/m
10
2500
3
. 0,3m . 3 m . 2,61m kg/m
= 12331,5 kg
10
5,223
2
- Tường ngăn : m =
= 22,35 kg/m
10
1080
- Tường bao : m = = 108 kg/m

→ Σ m = ( 62 + 22,35 ) . ( 27 . 36 – 53,43 – 2 .
12,1 . 2,61 ) + 108 . 9 + 12510
+12331,5 + 6733 = 104700,16 kg .

Tầng 2 :
10
5501654

++
2
- Sàn : m =
= 62 kg/m
10
2500
3
- Cột : m = 18 . kg/m . 1 m . 1 m .
2,78 m = 12510 kg.
10
2500
3
- Dầm : m = 2 . ( 27+36 +9 ) m .
kg/m .
0,8 m . 0,25 m = 7200 kg.
10
2500
3
- Vách , lõi : m = 2 .
kg/m . 0,3 m .
12,1 m . 3 m
10
2500
3
+ 2 .
. 0,25 m . 12,1 m . 3 m + 4 . kg/m
10
2500
3
. 0,3 m . 3 m . 2,61 m = 12331,5 kg kg/m

7
10
5,223
2
- Tường ngăn : m =
= 22,35 kg/m
10
66
- Vách kính : m = = 6,6 kg/m
→ Σ m = ( 62 + 22,35 ) . ( 27 . 36 – 9 . 9 – 2 . 12,1
. 2,61 ) + 6,6 . 9 + 12510 +
7200 + 12331,5 = 101929,04 kg
Tầng 3 15 :
÷
10
5501654
++
2
- Sàn : m =
= 62 kg/m
10
2500
3
- Cột : m = 18 . kg/m . 1 m . 1 m . 2,98
m = 13410 kg.
10
2500
3

- Dầm : m = 2 . ( 27+36 ) m .
kg/m . 0,8
m . 0,25 m = 6300 kg.
10
2500
3
- Vách , lõi : m = 2 .
kg/m . 0,3m .
12,1m . 3,2 m + 2 .
10
2500
3
. kg/m
10
2500
3
0,25 m . 12,1m . 3,2 m + 4 .
kg/m .
0,3m . 3,2 m . 2,61m
= 13153,6 kg
10
5,223
2
- Tường ngăn : m =
= 22,35 kg/m
10
1080

- Tường bao : m = = 108 kg/m
→ Σ m = ( 62 + 22,35 ) . ( 27 . 36 – 2. 12,1 . 2,61

)+ 108 . 9 +13410 +6300 + 13153,6 = 110496,08 kg
Tầng mái :
10
5424072550
+++
2
= 91,6 kg/m
- Sàn : m =

10
2500
3
- Dầm : m = 2 . ( 27+36 ) m . kg/m . 0,8 m .
0,25 m = 6300 kg.
10
5,562
- Tường bao : m =
= 56,25 kg/m
→ Σ m = 91,6 . 27 . 36 + 56,25 . 9 + 6300 = 95841,45
kg
10
9,108
- Bể nước : m =
= 10,89 T
 Số nút chính của từng tầng : 34 nút

8
→ Khối lượng tập trung tại mỗi nút của từng tầng là
:
34

16,104700
- Tầng 1 =
= 3079,16 kg
34
04,101929
- Tầng 2 =
= 2998 kg
34
08,110496
- Tầng 3
15 = = 3249,88 kg
÷
34
45,95841
- Tầng mái =
= 2818,87 kg
Khối lượng tại nút do bể nước ( 16 nút chính ) =
16
1000.89,10
= 680,625 kg
 Giá trị thành phần động của tải trọng gió W
p
ở độ
cao Z được xác định
như sau: W
p
= 1,2 . m . ξ .ψ . y
(kg/m
2
)

Trong đó :
m : khối lượng của phần công trình mà trọng tâm có
độ cao Z
ξ : hệ số động lực
y : dịch chuyển ngang của công trình ở độ cao Z
ứng với dạng dao động ri
êng
thứ nhất .
ψ : hệ số được xác định bằng cách chia công trình
thành r phần , trong phạm vi mỗi phần tải trọng
gió không đổi .
∑
∑
=
=
r
k
kk
r
k
pkk
My
Wy
1
2
1
.
.

y =

với M
k
– khối lượng phần thứ k của công trình
y
k
– dịch chuyển ngang của trọng tâm
phần thứ k ứng với dạng dao động riêng thứ
nhất .
W
pk
– thành phần động phân bố đều của tải
trọng gió ở phần thứ k của công trình , xác
định theo công thức : W
2
= W. ζ . ν ( kg/m )
pk

9
W – giá trị tiêu chuẩn thành phần
tĩnh của tải trọng gió ở độ cao
tính toán
ζ - hệ số áp lực động của tải trọng gió ở độ
cao Z ( tra bảng ).
ν - hệ số tương quan áp lực động của tải trọng
gió ( tra bảng ) .
 Tính gió động theo phương Y :
Kết quả tính toán 3 dạng dao động đầu tiên theo chương
trình SAP2000 là:
T
1

= 1,7935 s f
1
=
0,55 s
-1

T
2
= 0,453 s f
2
=
2,206 s
-1
T
3
= 0,199 s f
3
=
5,019 s
-1

Với công trình bêtông cốt thép có δ = 0,3 do đó tần số
giới hạn f
L
= 1,3 Hz
Ta có : f
1
= 0,55 < f
L
= 1,3 < f

2
= 2,206
→ Tính toán thành phần gió động theo phương Y với 1
dạng dao động đầu tiên .
Dạng dao động thứ : 1
Phương tính toán ( X, Y ) : Y
Tần số dao động f = 0,55 Hz
1
.940
.
f
Wo
γ
55,0.940
830.2,1
= = 0,061
Thông số e =
Hệ số động lực x tra bảng phụ thuộc e và độ giảm loga
của dao động ( δ = 0,3)
tra bảng → x = 1,6
Hệ số tương quan không gian áp lực động n tra bảng phụ
thuộc ρ và χ
Với gió Y → ρ = b = 36 m , χ = h = 51,55 m .
→ n = 0,6698
Hệ số y :
Cao độ
(m)
y
2 2
y M y.W

p
2,2887E
-09
0,00023
96
0,00167
1
3,75

10