21/11/2014
Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 19
CÁC H THNG KT CU CHU
TI TRNG NGANG
BÀI 3
M! đu
Chọn giải pháp kết cấu hợp lý cho nhà cao tầng:
•Với tải trọng đứng: ngoài việc dùng vật liệu nhẹ thì khó có cách nào khác để
giảm ảnh hưởng của tải trọng đứng.
•Với tải trọng ngang: có thể giảm ảnh hưởng của tải trọng ngang bằng cách áp
dụng một số nguyên lý khi bố trí kết cấu:
Để chịu tốt moment lật do tải ngang, bố trí các cấu kiện thẳng đứng càng
xa tâm hình học của công trình càng tốt.
Lợi dụng các cấu kiện chịu moment lật đó để chịu tải trọng đứng luôn
Giảm thiểu khả năng xuất hiện lực kéo dọc trục trong các cấu kiện BTCT
khi chịu tải ngang
Liên kết các cấu kiện đứng để tận dụng tối đa khả năng chịu tải ngang của
các khung biên theo chu vi công trình.
Ví dụ, kết cấu ống (Tube structures) gồm có các cột đặt gần nhau theo
chu vi nhà, liên kết với nhau bởi các dầm có chiều cao lớn, gần như
đáp ứng các các nguyên lý trên.
21/11/2014
Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 20
M! đu
Gợi ý lựa chọn hệ thống kết cấu cho nhà cao tầng BTCT
H SÀN PH"NG VÀ C#T
•Sàn phẳng hai phương được đỡ bởi cột, không có dầm, chiều cao nhà thường
không quá 10 tầng để bảo đảm chuyển vị ngang, ít được dùng trong vùng chịu
động đất mạnh.
•Ứng xử của sàn phẳng khi chịu tải ngang:
Phân phối tải ngang đến các cấu kiện đứng, tỷ lệ với độ cứng của chúng.
Hạn chế chuyển vị dọc trục và góc xoay của cột và tường. Lúc này sàn
làm việc như dầm bẹp bản rộng.
Tương thích biến dạng giữa sàn và
tường khi chịu tải trọng ngang. Khó
cấu tạo cốt thép sàn khi có tập trung
ứng suất lớn.
21/11/2014
Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 21
Flat plate Flat slab with drop panels
Two-way waffle system
H SÀN PH"NG VÀ C#T
Phương pháp khung tương đương:
Thay sàn bằng hệ dầm hai phương.
Tiêu chuẩn ACI cho phép lấy chiều rộng hiệu
quả (effective width) wcủa dầm tương đương
bằng ½(w1 + w2) cho cả tải đứng và tải ngang.
Các kỹ sư đề nghị lấy w = ¼ (w1 + w2) khi tính
khung-sàn chịu tải trọng ngang thì an toàn hơn.
w1w2
Khi giải khung, cần xem xét ảnh hưởng của
vết nứt trong sàn, sự tập trung và phân bố cốt
thép trong bề rộng dải sàn,vv… đến độ cứng
của các cấu kiện. Tuy nhiên, việc tính chính
xác sự suy giảm độ cứng là vấn đề khó khăn.
Việc chỉ kể ¼ bề rộng dải sàn vào độ cứng của
dầm tương đương thường là chấp nhận được.
H SÀN PH"NG VÀ C#T
21/11/2014
Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 22
Với nhà cao hơn 10 tầng có thể dùng hệ sàn phẳng được đỡ bởi vách cứng và
cột. Các vách cứng có thể có dạng phẳng, hở , kín hoặc kết hợp giữa các dạng
đó. Vách phẳng sẽ làm việc tương tự như thanh công-xon mảnh, vách hở thì có
ứng xử phức tạp hơn.
Trong hầu hết các công trình căn hộ và khách sạn cao tầng thì phần tải trọng
ngang được chịu bởi hệ khung (sàn-cột) chỉ bằng khoảng 10-20% phần tải trọng
ngang được chịu bởi hệ vách cứng.
H SÀN PH"NG, VÁCH C$NG và C#T
H KHUNG C$NG
•Hệ khung cứng gồm cột liên kết cứng với dầm theo cả hai phương, chịu toàn
bộ tải trọng đứng và tải trọng ngang. So với hệ vách cứng, hệ khung nói
chung là không cứng bằng, nhưng có độ dẻo cao hơn và do đó mức độ bị phá
hoại do động đất có thể ít hơn.
•Hệ khung có ưu điểm về mặt kiến trúc là thuận tiện bố trí không gian bên
trong nhà cũng như các ô trống ở mặt ngoài nhà, vì không có các tường cứng
chịu lực.
•Hệ khung cứng thuần túy có thể dùng cho nhà cao đến 25 tầng. Khi khung
được kết hợp với vách cứng để tăng độ cứng ngang và giảm chuyển vị thì
nhà có thể cao đến 50 tầng.
•Độ cứng ngang của khung phụ thuộc vào khả năng chống uốn của dầm, cột
và nút khung; và cả độ cứng dọc trục của cột khi khung có chiều cao lớn.
•Với công trình có yêu cầu kháng chấn, cần đặt cốt đai ngang với khoảng cách
nhỏ trong vùng nút khung_ là vùng chịu lực cắt lớn, để khống chế vết nứt
nghiêng và sự tách bóc bê tông, cũng như để tăng độ dẻo cho khung.
21/11/2014
Draft 01- Nguyen Huu Anh Tuan 23
H KHUNG C$NG
Nội lực và biến dạng trong khung cứng
H KHUNG C$NG
Đặc trưng biến dạng của khung
Do liên kết giữa dầm và cột là cứng, khung sẽ không thể có chuyển vị ngang
nếu không có sự uốn của dầm và cột. Do đó, độ cứng ngang của khung phụ
thuộc phần lớn vào độ cứng chống uốn của các cấu kiện, và phụ thuộc một ít
vào độ cứng dọc trục (kéo/nén) của cột. Để đơn giản, ta hãy so sánh:
- Một cây cột công-xon: chuyển vi ngang của cột chủ yếu là do biến dạng
uốn, chỉ một phần nhỏ của chuyển vị ngang là do biến dạng cắt. Trong
tính toán, thậm chí có thể bỏ qua biến dạng cắt, trừ khi cột khá ngắn.
- Một khung cứng: cả hai thành phần biến dạng do uốn (cantilever bending
component) và do cắt (frame racking component) đều quan trọng.
Với khung không quá cao, chuyển vị ngang do hiệu ứng uốn thường không
vượt quá 10%–20% chuyển vị do hiệu ứng cắt. Do đó biểu đồ biến dạng
tổng thể của khung thường sẽ gần giống với biểu đồ biến dạng cắt.