intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Phân tích hiệu quả của hệ outrigger và belt wall trong nhà cao tầng

Chia sẻ: ViJakarta2711 ViJakarta2711 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST
Báo xấu
47
lượt xem 4
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết nghiên cứu chuyển vị ngang tại đỉnh và mômen của vách tại móng bằng cách phân tích một số mô hình công trình 40 tầng bằng bê tông cốt thép có bố trí hệ outrigger và belt wall hoặc không có.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Phân tích hiệu quả của hệ outrigger và belt wall trong nhà cao tầng

  1. Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013 76 PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CỦA HỆ OUTRIGGER VÀ BELT WALL TRONG NHÀ CAO TẦNG (ANALYSIS THE EFFECTS OF OUTRIGGER AND BELT WALL SYSTEM FOR HIGH-RISE BUILDINGS ) KS. Võ Văn Nam Bộ môn Kết cấu, Khoa Xây dựng, trường Đại học Xây dựng Miền Trung Tóm tắt: Hệ outrigger và belt wall được dùng phổ biến như một trong những hệ kết cấu để điều khiển hiệu quả độ lệch quá mức do các tải trọng ngang như tải trọng gió, tải trọng động đất…Trong trường hợp nhà cao tầng, tải trọng ngang càng trở nên nguy hiểm nhiều hơn. Trong báo cáo này nghiên cứu chuyển vị ngang tại đỉnh và mômen của vách tại móng bằng cách phân tích một số mô hình công trình 40 tầng bằng bê tông cốt thép có bố trí hệ outrigger và belt wall hoặc không có. Abstract: The outrigger and belt wall system is commonly used as one of the structural systems to effectively control the excessive drift due to lateral loads such as wind, earthquake load… In case of high-rise buildings, lateral loads become much more dangerous. This paper studies the deflection at the top, and the moment in core at basement by analysising some 40storey models with the outrigger and belt wall system or not. Keywords: Outriggers, belt wall, high-rise buildings, wind load, earthquake load, optimum outrigger location, deflection. 1. Mở đầu: Cơ chế làm việc của hệ này tương đối đơn giản, khi công trình chịu tải trọng Hiện nay, việc đô thị hóa phát triển ngang, cụ thể là tải trọng gió và động đất, hệ mạnh dẫn đến các công trình xây dựng ngày thống này giúp cản trở chuyển vị xoay của càng nhiều. Các công trình nhà cao tầng trở lõi, lúc này mômen của tòa nhà và chuyển vị thành lựa chọn đặc biệt; nó thể hiện được ưu tại đỉnh công trình sẽ nhỏ hơn trường hợp điểm về tiết kiệm diện tích giữa lòng thành khi công trình chỉ bố trí lõi cứng trung tâm phố chật hẹp và thể hiện nét thẩm mỹ, hiện đại của sự phát triển của đô thị. Với nhu cầu ngày càng nhiều, số lượng và chiều cao công trình không ngừng tăng mạnh; một yêu cầu đặt ra là làm sao cho các kết cấu nhà cao tầng đứng vững dưới tác dụng của các tác động bên ngoài như động đất, gió,…; đặc biệt là kết cấu công trình có chiều cao lớn, công trình siêu cao tầng. Đáp ứng các yêu cầu thực tế, nhiều phương án kết cấu được Hình 1, 2 đưa ra và trong phạm vi báo cáo này, tôi xin 2. Nội dung giới thiệu hệ “outrigger and belt wall”. Trong bài báo này chúng ta sẽ xét 4 Hệ outrigger và belt wall là một hệ trường hợp bố trí hệ outrigger và belt wall thống giúp công trình chống lại tải trọng tại 4 vị trí tiêu biểu theo chiều cao của công ngang mà trong đó các cột biên được liên kết trình; như vậy chúng ta có tương ứng 4 mô với vách lõi trung tâm qua những belt wall và outrigger rất cứng. hình tính toán.
  2. Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013 77 Để đơn giản cho việc phân tích tính P: lực dọc trong cột toán chúng ta chấp nhận 2 giả thiết như sau: A: diện tích tiết diện ngang của cột - Sơ đồ tính công trình được mô hình E: mođun đàn hồi của vật liệu dạng thanh console với một đầu tự do và d: là khoảng cách giữa hai trục cột biện đối một đầu ngầm tại mặt móng công trình; diện nhau; L: chiều cao của cột biên tính từ - Xem như tải trọng ngang của công mặt ngàm tới vị trí đặt outrigger trình (ở đây ta xét tải trọng gió) coi như - Dùng khái niệm K để chỉ độ cứng của phân bố đều theo chiều cao công trình. kết cấu khi bị xoay, ta nhận thấy độ cứng K liên quan đến 2 hàng cột tương đương đối diện nhau qua vách cứng trung tâm. Ta thay 2 hàng cột này bằng 2 gối tựa lò xo có độ cứng tương đương K1 , K 2 với K1  K 2  EA . Xét góc xoay 1 đơn vị L   1, lúc đó hàng cột số 1 chịu kéo và số 2 chịu nén ta có độ cứng chống xoay tại O: Hình 3 A' A O O' B P B' K1 K2 P   Hình 4 Xét quan hệ giữa góc xoay của vách cứng trung tâm với lực dọc cột biên: - Gọi d/2 là khoảng cách giữa trục vách Hình 5 cứng trung tâm và trục cột biên. Giả sử vách 2.1. Trường hợp 1: hệ outrigger và belt cứng trung tâm xoay một góc  thì ta có cột wall tại đỉnh công trình Center axial of core Outrigger biên ở khu vực kéo và nén biến dạng dọc trục một lượng là: d C    2 W Central External z=L columns L d core wall - Nếu   1 đơn vị thì  C  thì lực 2 dọc tương ứng trong cột biên lúc này là: EA d P L 2 Hình 6
  3. Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013 78 Gọi: z: khoảng cách mặt ngàm của công trình đến vị trí đặt hệ outrigger theo chiều cao tòa nhà. Trường hợp này ta có z  L ;  w : góc xoay của thanh console tại vị trí z  L do tải trọng ngang phân bố đều W gây ra; Với sơ đồ tính là thanh console chịu tải trọng phân bố đều ta có góc xoay tại đỉnh WL3 công trình là:  w  6 EI  S : góc xoay do mômen kháng uốn trên Hình 7 thanh console (ngược chiều với góc xoay do 2.2. Trường hợp 2: hệ outrigger và belt tải trọng ngang gây ra). wall tại vị trí 0,75L  L : góc xoay cuối cùng của thanh console Center axial of core tại vị trí z=L. ta có: w  S   L Outrigger Belt wall 3 WL M 1L M 1    6 EI EI K1 W External 3 columns WL /6 EI L z=0,75L  M1  Central 1 / K1  L / EI core wall Kết quả mômen thu được tại vách lõi trung tâm: M f 1  M load  M1 Kết quả chuyển vị tại đỉnh của tòa nhà Hình 8 thu được  f 1 theo tính toán của nguyên lý Phương trình đường đàn hồi cho cộng tác dụng: chuyển vị y tại khoảng cách x tính từ đỉnh của console: WL4 M1L2 L2  WL2  W  f 1  load  1     M1  y  x 4  4 L3 x  3L4  8EI 2EI 2EI  4  24 EI Kết quả tính toán được thể hiện trên Hình 7 Ta xét góc xoay tại đỉnh do tải trọng (a, b, c): ngang gây ra: dy W 3 3 y'   dx 6EI  x L  W  1 3 3  y ' z  0,75L  y ' x  0,25L   L L  6EI  43  3  63 WL    64  EI Gọi M 2 , K 2 lần lượt là mômen chống xoay, và độ cứng do hệ outrigger và belt wall gây ra ở trường hợp 2, M 2 sẽ tạo ra góc xoay ngược với góc xoay do tải trọng gây ra
  4. Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013 79 tại (z=0,75l). Khi đó, ta có cân bằng góc xoay: 3  63  WL M 2 M 2  3       L  64  6EI K2 EI  4  Ta nhận thấy độ cứng của hai dãy cột biên tương ứng đối diện nhau qua vách lõi trung tâm, mà độ cứng của cột tỷ lệ nghịch với chiều cao của công trình nên ta có: K1 z2  K 2 z1 z1 L 4 Hình 9  K2  K1  K1  K1 z2 3L / 4 3 2.3. Trường hợp 3: hệ outrigger và belt wall tại vị trí z=0,5L Center axial of core Như vậy ta xác định được M 2 :  WL3 /6EI 63/64  WL3 /6EI  M2   1,313  1,313M1 Outrigger External 1/ K1 L/ EI  3/4  1/ K1 L/ EI  W columns L Xác định các chuyển vị  f 2 : z=0,5L Central core wall Belt wall f2   load   2 WL4 15 M 2 2 WL4 15  1,313M 1  2   L    L Hình 10 8 EI 32 EI 8 EI 32  EI  Tương tự, ta có phương trình xác định L2  WL2  các góc xoay do tải trọng và mômen chống    1, 23M 1  xoay gây ra: 2 EI  4  7 WL3 M 3  L  M 3    48 EI EI  2  K3 Kết quả mômen trong trường hợp 2: Với M 3 , K3 là mômen và độ cứng M f 2  M load  M 2  M load  1,313M1 tương ứng tại vị trí z=0,5L Kết quả tính toán được thể hiện trên hình vẽ sau: Ta nhận thấy độ cứng của 2 dãy cột biên tương ứng đối diện nhau qua vách lõi trung tâm, mà độ cứng của cột tỷ lệ nghịch với chiều cao của công trình nên ta có: K1 z3  K3 z1 z1 L  K3  K1  K1  2 K1 z3 L/2 7  WL3 / 6 EI   M3    4  1 / K1  L / EI  Như vậy: M3  1,75M1
  5. Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013 80 Kết quả mômen thu được tại chân vách K1 z4 lõi trung tâm:  K4 z1 M f 3  M load  M 3  M load  1,75M1 z1 L Các chuyển vị tương ứng trong trường  K4  K1  K1  4 K1 z4 L/4 hợp 3 là: WL4 3 37  WL3 / 6 EI  f3   M 3 L2  M4    8EI 8 64  1 / K 4  L / EI  L2  WL2  Như vậy:    1,31M1  M4  2,3M1 2EI  4  Kết quả mômen tại chân vách lõi trung Kết quả thu được như sau: Deflection Moment tâm: with outrigger due to outrigger M f 4  M load  M 4  M load  2,3M1 M3 Các chuyển vị tương ứng trong trường Moment in core hợp 4 là: Deflection without without outrigger outrigger W L4 7 M 4 Mload  f 4   L2 8E I 32 EI Moment in core L2  W L2  with    M 1  outrigger 2E I  4  Mf =Mload-1,75M1 Kết quả của trường hợp 4 thể hiện trên hình (a) (b) (c) 13 (a, b, c): 2.4. Trường hợp 4: hệ outrigger và belt wall tại vị trí z=0,25L Center axial of core Central W core wall L Belt wall Outrigger External columns z=0,25L Hình 12 Tương tự, ta có phương trình xác định các góc xoay do tải trọng và mômen chống xoay gây ra: 37 WL3 M 4 L M 4   64 6 EI 4 EI K 4 Với M 4 , K 4 là mômen và độ cứng tương ứng tại vị trí z=0,5L Hình 13 Ta nhận thấy độ cứng của 2 dãy cột 3. Vị trí tối ưu: biên tương ứng đối diện nhau qua vách lõi Đối với nhà cao tầng thì chuyển vị đỉnh trung tâm, mà độ cứng của cột tỷ lệ nghịch là thành phần quan trọng nhất, nó ảnh hưởng với chiều cao của công trình nên ta có: đến tâm lý người sử dụng và là tiêu chí đánh
  6. Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013 81 Center axial of core giá độ cứng của kết cấu. Như vậy, chúng ta sẽ đi tìm vị trí đặt tầng cứng dọc theo chiều x=0,455L cao công trình để có chuyển vị tối ưu nhất. Outrigger Như đã phân tích tính toán ở trường Belt wall W hợp 2 ta có: External columns L Central Góc xoay tại đỉnh console do tải trọng z=0,545L core wall gây ra: W 3 w  EI  x  L3  Góc xoay do mômen chống xoay gây Hình 14 ra cho console: 4. Những ví dụ tính toán M Nghiên cứu này sẽ đi vào khảo sát một số mô L  x  L  x hình của tòa nhà 40 tầng bêtông cốt thép trong EI trường hợp bố trí vách cứng hoặc không bố trí. Phương trình quan hệ góc xoay: Phân tích và so sánh các giá trị chuyển vị tại  w   L  s đỉnh, mômen của vách lõi trung tâm. W M M  6 EI  x3  L3   x  L  x   x EI Kx a. Mặt bằng bố trí tầng cứng Như vậy ta có chuyển vị tại đỉnh do mômen M x gây ra: Mx (L  x)(L  x) W  x  L   L  x L  x 3 3 top   2EI 6EI  L  x / EI 1/ Kx  Không có tầng cứng Có tầng cứng W  x3  L3   L  x L  x b. Mặt đứng bố trí tầng cứng  6EI  L  x / EI   L  x / LK1  W  x3  L3   L  x W  x4  Lx3  xL3  L4    6EI 1/ EI 1/ LK1  6EI 1/ EI 1/ LK1  top đạt cực trị khi  '  0  4x 3  3Lx 2  L3  Không có tầng cứng Tầng cứng tại z=L W  4x  3Lx  L  3 2 3   0   4x3  3Lx2  L3   0 6EI 1/ EI 1/ LK1  Phương trình này có nghiệm x  0, 455 L Như vậy, khi chúng ta bố trí tầng cứng với khoảng cách x = 0,445L tính từ đỉnh của console thì sẽ được chuyển vị đỉnh là nhỏ nhất. Tầng cứng tại z=0.75L Tầng cứng tại z=0.5L
  7. Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013 82 + Tải trọng ngang không phải là dạng phân bố đều theo chiều cao nhà mà nó biến đổi theo dạng hình thang hoặc tam giác; trước đây dùng thể hiện tải trọng gió và gần đây là tải trọng động đất. + Thực tế công trình chịu tác dụng của nhiều loại tải trọng, nhưng phạm vi nghiên cứu này ta chỉ xét đến tác động của tải trọng gió. Tầng cứng tại z=0.25L - Sau khi nghiên cứu các trường hợp bố trí tầng cứng chúng ta có thể kết luận như c. Kết quả sau: vị trí tầng cứng tại đỉnh chỉ giảm 29,31% chuyển vị ngang của đỉnh, trong khi đó tầng cứng ở vị trí gần giữa chiều cao tòa nhà (z=0,545L) chuyển vị ngang của đỉnh giảm đến 36,42%. Như vậy, vị trí tốt nhất đặt tầng cứng là gần vị trí giữa chiều cao tòa nhà. - Về vị trí bố trí tầng cứng cũng là một vấn đề quan tâm vì nó còn liên quan đến kiến Biểu đồ so sánh giá trị mômen vách lõi trúc, bố trí không gian trong tòa nhà; vì thế, trung tâm giữa kiến trúc sư và kỹ sư kết cấu cần hợp tác với nhau để lựa chọn giải pháp tốt nhất.  Phạm vi mở rộng của đề tài: - Phạm vi 1: Ta có thể mở rộng nghiên cứu tính toán trường hợp đặt nhiều tầng cứng theo chiều cao công trình: Đối với trường hợp này thì ta có thể xác định giá trị mômen cuối cùng sau khi bố trí tầng cứng bằng phương pháp cộng tác Biểu đồ so sánh chuyển vị ngang dụng các trường hợp riêng rẽ. của công trình M f  M load   M i 5. Nhận xét - Kết luận Kết quả được thể hiện trên hình vẽ - Trong tính toán, một số giả định cần (Hình 16) thiết để đơn giản hóa vấn đề tính toán bằng Vấn đề quan trọng nhất là chuyển vị đỉnh, tay. Tuy nhiên, trong tính toán công trình vậy vị trí tầng cứng nằm ở vị trí nào là thích thực tế, nhiều giả định hiếm khi thỏa mãn, hợp nhất. Để có được kết quả tốt nhất trong trường hợp này là sử dụng phương pháp tính cụ thể là: từng trường hợp bố trí tầng cứng và vẽ biểu đồ so sánh để tìm vị trí tốt nhất.
  8. Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013 83 Hình 15 Hình 16 -Phạm vi 2: Nghiên cứu phương án bố trí tầng cứng trong nhà cao tầng Kết cấu thép với hệ outrigger và belt wall là hệ dàn. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bungale S. Taranath. 2010. Reinforced concrete design of tall buildings, New York, Lon Don, CRC Press. [2] Bungale S. Taranath. 1998. Analysis and Design of Tall Buildings, New York, McGraw- Hill Book Company. [3] Po Seng Kian, Frits Torang Siahaan. 2001. The use of outrigger and belt truss system for high-rise concrete, National University of Singapore. [4] S. Fawzia and T. Fatima. Deflection. 2010. Control in Composite Building by Using Belt Truss and Outriggers Systems, World Academy of Science. [5] TCXDVN 2737-1995 - Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế. [6] TCXDVN 198 - 1997 - Tiêu chuẩn thiết kế nhà cao tầng và bê tông cốt thép toàn.
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2