So sánh kết quả phân tích nội lực kết cấu khung không gian nhà cao tầng theo TCVN 2737:1995 và TCVN 2737:2020

Chia sẻ: Bigates Bigates | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

65
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong bài viết này, các tác giả dựa vào các công thức viện dẫn trong 02 tiêu chuẩn trên để áp dụng cho việc phân tích nội lực của kết cấu khung không gian nhà cao tầng để từ đó có những khuyến nghị phù hợp cho việc tham khảo trong công tác thiết kế trong thời gian tới đây.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: So sánh kết quả phân tích nội lực kết cấu khung không gian nhà cao tầng theo TCVN 2737:1995 và TCVN 2737:2020

SO SÁNH KẾT QUẢ PHÂN TÍCH NỘI LỰC KẾT CẤU KHUNG KHÔNG GIAN NHÀ CAO TẦNG THEO TCVN 2737:1995 VÀ TCVN 2737:2020 Trần Ngọc Tuấn, Phan Lê Tuấn, Trần Trung Tiến, Phạm Đoàn Đăng Khoa, Đoàn Tiến Dũng Khoa Xây dựng, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh GVHD: TS. Nguyễn Văn Giang TÓM TẮT Khi thiết kế phải tính đến các tải trọng phát sinh trong quá trình xây dựng, sử dụng và khai thác công trình. Việc áp dụng tính toán các tải trọng tác động lên công trình đã được quy định trong các tiêu chuẩn – Tiêu chuẩn thiết kế do Viện Khoa học Công nghệ xây dựng biên soạn, Bộ Xây dựng đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn đo lường chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố. Phiên bản TCVN 2737:1995 có nhiều thiếu sót do thời hạn ban hành đã cách đây hơn 15 năm. Do vậy, việc ban hành một tiêu chuẩn thiết kế mới là TCVN 2737:2020 là rất phù hợp và cấp thiết cho công tác thiết kế hoặc giảng dạy trong các trường đại học có chuyên ngành xây dựng hiện nay. Trong bài báo này, các tác giả dựa vào các công thức viện dẫn trong 02 tiêu chuẩn trên để áp dụng cho việc phân tích nội lực của kết cấu khung không gian nhà cao tầng để từ đó có những khuyến nghị phù hợp cho việc tham khảo trong công tác thiết kế trong thời gian tới đây. Từ khóa: tải trọng, tổ hợp tải trọng, nội lực tính toán, kết cấu nhà cao tầng, phân tích kết cấu. 1 GIỚI THIỆU Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế (Loads and Actions norm for design). Sự khác biệt giữa hai bộ tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 và TCVN 2737:2020 có thể tóm tắt như sau: 1.1 Điểm giống nhau về phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn này quy định tải trọng và tác động dùng để thiết kế các kết cấu xây dựng, nền móng nhà và công trình. Các tải trọng và tác động do giao thông đường sắt, đường bộ, do sóng biển, do dòng chảy, do bốc xếp hàng hóa, do động đất, do dông lốc, do nhiệt độ, do thành phần động lực của thiết bị sản xuất và phương tiện giao th ng… gây ra không quy định trong tiêu chuẩn này được lấy theo các tiêu chuẩn khác tương ứng do Nhà nước ban hành 821
1.2 Sự khác nhau TCVN 2737:1995 TCVN 2737:2020 2.3 Phân loại tải trọng: kh ng đề cập tải trọng sự cố: 4 mục khác TCVN2737:1995 Tải trọng xảy ra trong thời gian ngắn nhưng có độ lớn Mục 3.1.7 đáng kể, hầu như kh ng xảy ra trong suốt thời gian sử dụng công trình (tuổi thọ thiết kế). Tải trọng sự cố Tải trọng sự cố (A) (accidental loads) còn gọi là tải trọng đặc biệt; Mục 3.1.8 2.4 Tổ hợp tải trọng: đề cập đến tổ hợp cơ bản và tổ Tổ hợp tải trọng (load combinations) hợp đặc biệt. Khi tính tổ hợp tải trọng hay nội nực phải nhân với các hệ số tổ hợp là 0,9 hoặc 1,0 Tổ hợp (tổng) của các hệ quả do tải trọng gây ra. Không xét hệ số kể đến tầm quan trọng của công trình khi tính tải trọng gió, gắn với mức độ quan trọng Mục 3.1.9 của công trình, liên quan trực tiếp đến những hậu quả Hệ số tầm quan trọng khi tính tải do việc hư hỏng hay phá hoại công trình gây ra. trọng gió IW (an importance factor for h ng đề cập đến vận tốc gió:Vận tốc gió cơ bản V0 wind loading IW) là vận tốc gió ở độ cao 10 m so với mặt đất (vận tốc Mục 3.1.14 gió giật 3 giây (vận tốc gió lấy trung bình trong khoảng Vận tốc gió cơ bản V0 (basic wind thời gian 3 giây) bị vượt trung bình một lần trong velocity) khoảng thời gian 20 năm) tương ứng với địa hình dạng B, tính bằng mét trên giây. 2 VÍ DỤ MINH HỌA 2.1 Mô hình tính toán trong ETABS 2018 Hình 1. Mô hình kết cấu của khung không gian nhà cao tầng 822
2.2 Tải trọng theo TCVN 2737-1995 Bảng 1. Các thông số đặc trưng tiết diện kết cấu khung không gian Cấu A. Tiết diện (mm) B. Tải trọng kiện 1. Sàn Dày 100 1. Trọng lượng các lớp cấu tạo và hoàn thiện tác 2 dụng lên sàn hầm: 1.9 (kN/m ) 2. Dầm Dầm ch nh 300×700 2. Trọng lượng các lớp cấu tạo và hoàn thiện tác 2 dụng lên sàn tầng 1-8: 1.7 (kN/m ) Dầm phụ 200×500 3. Trọng lượng các lớp cấu tạo và hoàn thiện tác 2 dụng lên sàn mái: 2.4 (kN/m ) Cột góc Hầm ÷ 2F 400x600 4. Hoạt tải t nh toán sàn tầng điển hình: 2.4 2 (b x h) (kN/m ) 2 3F ÷ 5F 350×550 5. Tải trọng tường xây trên sàn: 2.96 (kN/m ) 6F ÷ 8F 300×500 6. Tải trọng tường xây phân bố đều trên dầm 1F: 3. Cột Tường dày 100: 7.1 (kN/m) Tường dày 200: 13.1 (kN/m) Cột biên Hầm ÷ 2F 450x700 7. Tải trọng tường xây phân bố đều trên dầm (b x h) 2F~8F: Tường dày 100: 6.5 (kN/m) Tường dày 200: 11.1 (kN/m) 3F ÷ 5F 400x650 8. Tải trọng tường xây phân bố đều trên dầm mái : Cột biên 5.94 (kN/m) (b x h) 6F ÷ 8F 350x600 9. Tải trọng do cầu thang: 46.73 (kN/m) 2 Cột giữa Hầm ÷ 2F 550×800 10. Tải trọng do bể nước mái: 694.76 (kN/m ) (b x h) 3. Cột 3F ÷ 5F 500×750 11. Trọng lượng tường xây phân bố đều trên dầm: 12.7 (kN/m) 6F ÷ 8F 450×750 12. Tải trọng gió được xác định theo TCVN 2737:1995, địa điểm xây dựng thuộc vùng gió II–A (W 0 = 83 daN/m²) 2.3 Tải trọng theo TCVN 2737:2020 − Đối với TCVN 2737:2020, khi nhập tải vào phần mềm tính toán sẽ nhập tải tiêu chuẩn.  Vì ở TCVN 2737:2020 đã kèm theo hệ số vượt tải nội lực xuất ra sẽ là tải tính toán. 2.4 Tải trọng gió theo TCVN 2737-2020 Tải trọng gió tính toán tại cao trình mỗi tầng: 823
(1) Bảng 2. Tải trọng gió tính toán tại cao t nh mỗi tầng W0 Wtt hi Bx Vx By Vy Tầng ki c n Gf Iw 2 2 (kN/m ) (kN/m ) (m) (m) (kN) (m) (kN) Mái 1,29 1,4 0,83 1,2 0,86 1 1,55 4 9 55,81 9 55,81 Sàn sân thượng 1,26 1,4 0,83 1,2 0,86 1 1,51 3,75 26 147,17 44 249,06 Sàn tầng 8 1,23 1,4 0,83 1,2 0,86 1 1,47 3,5 26 133,78 44 226,4 Sàn tầng 7 1,19 1,4 0,83 1,2 0,86 1 1,43 3,5 26 129,8 44 219,67 Sàn tầng 6 1,15 1,4 0,83 1,2 0,86 1 1,38 3,5 26 125,31 44 212,06 Sàn tầng 5 1,1 1,4 0,83 1,2 0,86 1 1,32 3,5 26 120,11 44 203,26 Sàn tầng 4 1,04 1,4 0,83 1,2 0,86 1 1,25 3,5 26 113,9 44 192,75 Sàn tầng 3 0,97 1,4 0,83 1,2 0,86 1 1,17 3,5 26 106,07 44 179,51 Sàn tầng 2 0,87 1,4 0,83 1,2 0,86 1 1,05 3,75 26 101,98 44 172,58 Sàn tầng 1 0,87 1,4 0,83 1,2 0,86 1 1,04 3,2 26 86,8 44 146,9 3 PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ GIỮA TCVN 2737:1995 VÀ TCVN 2737:2020 3.1 Tổ hợp tải trọng TỔ HỢP TẢI TRỌNG THEO TCVN 2737:2020 TỔ HỢP TẢI TRỌNG THEO TCVN 2737:1995 Cb1 1,35 x TT TT TLBT+Tường+Hoàn Thiện+Cầu thang+Bể nước mái Cb2 1,35 x TT + 1,5 x HT Cb1 TT + HTCD Cb19 TT + 0.9(HT2+GIOXX) Cb3 1,35 x TT + 1,5 x HT + 0,9 x GIOX Cb2 TT + HT1 Cb20 TT + 0.9(HT2+GIOY) Cb4 1,35 x TT + 1,5 x HT - 0,9 x GIOX Cb3 TT + HT2 Cb21 TT + 0.9(HT2+GIOYY) Cb5 1,35 x TT + 1,5 x HT + 0,9 x GIOY Cb4 TT + HT3 Cb22 TT + 0.9(HT3+GIOX) Cb6 1,35 x TT + 1,5 x HT - 0,9 x GIOY Cb5 TT + HT4 Cb23 TT + 0.9(HT3+GIOXX) Cb7 1,35 x TT + 1,05 x HT + 1,5 x GIOX Cb6 TT + GIOX Cb24 TT + 0.9(HT3+GIOY) Cb8 1,35 x TT + 1,05 x HT - 1,5 x GIOX Cb7 TT + GIOXX Cb25 TT + 0.9(HT3+GIOYY) Cb9 1,35 x TT + 1,05 x HT + 1,5 x GIOY Cb8 TT + GIOY Cb26 TT + 0.9(HT4+GIOX) Cb10 1,35 x TT + 1,05 x HT - 1,5 x GIOY Cb9 TT + GIOYY Cb27 TT + 0.9(HT4+GIOXX) Cb11 1,35 x TT + 1,5 x GIOX Cb10 TT + 0.9(HTCD+GIOX) Cb28 TT + 0.9(HT4+GIOY) Cb12 1,35 x TT - 1,5 x GIOX Cb11 TT + 0.9(HTCD+GIOXX) Cb29 TT + 0.9(HT4+GIOYY) Cb13 1,35 x TT + 1,5 x GIOY Cb12 TT + 0.9(HTCD+GIOY) BAO (Cb1,Cb2,...Cb29) Cb14 1,35 x TT - 1,5 x GIOY Cb13 TT + 0.9(HTCD+GIOYY) Cb15 TT + 1,5 x GIOX Cb14 TT + 0.9(HT1+GIOX) Cb16 TT - 1,5 x GIOX Cb15 TT + 0.9(HT1+GIOXX) Cb17 TT + 1,5 x GIOY Cb16 TT + 0.9(HT1+GIOY) Cb18 TT - 1,5 x GIOY Cb17 TT + 0.9(HT1+GIOYY) BAO (Cb1,Cb2,...Cb18) Cb18 TT + 0.9(HT2+GIOX) 824
Đối với TCVN 2737:2020 chỉ cần nhập vào phần mềm 19 trường hợp, còn đối với TCVN 2737:1995 thì ta phải nhập 30 trường hợp. 3.2 Về tải trọng gió Vị trí tải gió tác dụng TCVN 2737:1995 TCVN 27372020 Chênh lệch % Mái 62,5 55,81 11,99 Sàn sân thượng 165,3 147,17 12,32 Sàn tầng 8 150,9 133,78 12,80 Sàn tầng 7 147 129,8 13,25 Sàn tầng 6 142,7 125,31 13,88 Sàn tầng 5 137,6 120,11 14,56 Sàn tầng 4 131,5 113,9 15,45 Sàn tầng 3 123,7 106,07 16,62 Sàn tầng 2 120,8 101,98 18,45 Sàn tầng 1 93,4 86,8 7,60 3.3 So sánh nội lực tính toán 3.3.1 Lực dọc (kN) TCVN 2737:1995 TCVN 2737:2020 Hình 1. Lực dọc cột biên giữa 2 tiêu chuẩn Hình 2. Lực dọc cột giữa giữa 2 tiêu chuẩn chênh lệch khoảng 20% chênh lệch: 20,7% 825
3.2.2 Momen (kN.m) TCVN 2737:1995 TCVN 2737:2020 Hình 3. Momen cột biên giữa 2 tiêu chuẩn Hình 4. Momen cột giữa giữa 2 tiêu chuẩn chênh lệch trên 25% chênh lệch trên 30% 3.3.3 Lực cắt (kN) TCVN 2737:1995 TCVN 2737:2020 Hình 5. Lực cắt cột biên giữa 2 tiêu chuẩn Hình 6. Lực cắt cột giữa giữa 2 tiêu chuẩn chênh lệch trên 25% chênh lệch khoảng 30% 826
4 KẾT LUẬN Như vậy kết quả so sánh giữa TCVN 2737:1995 và TCVN 2737:2020 như sau: − Về tải trọng tính toán: tĩnh tải chênh lệch trên 25%, còn hoạt tải chênh lệch trên 20%. − Tải trọng gió tăng từ 10% cho đến 20% đối với tầng bên trên. Riêng ở mặt đất, tải trọng gió thay đổi rất ít, chỉ từ 1% đến 2%. − Về nội lực tính toán:  Momen ở chân cột biên tăng trên 25%, còn đối với cột giữa trên 30%.  Lực dọc tại cột biên tăng 20%, còn cột giữa khoảng 20,7%.  Lực cắt ở cột biên tăng trên 25%, cột giữa tăng khoảng 30%. − Từ nghiên cứu trên, các tác giả kiến nghị nhà nước sớm ban hành các tiêu chuẩn về thiết kế kết cấu bê tông cốt thép, thiết kế kết cấu thép và các tiêu chuẩn khác cho phù hợp với tiêu chuẩn về tải trọng và tác động mới TCVN2737:2020 nhằm giúp cho sinh viên các ngành kỹ thuật công trình làm quen, vận dụng tính toán các nội dung của đồ án tốt nghiệp, hoặc có thể áp dụng vào các công việc chuyên môn thiết kế tại các cơ quan, đơn vị công tác sau khi tốt nghiệp. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống (2001). Kết cấu bê tông cốt thép. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. [2] Trịnh Kim Đạm, Lê Bá Huế (2006). Khung bê tông cốt thép. NXB. Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. [3] Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCVN 5574:2018. Kết cấu bê tông cốt thép tiêu chuẩn thiết kế. NXB. Xây dựng, Hà Nội. [4] Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCVN 2737:1995. Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế. NXB. Xây dựng, Hà Nội. [5] https://luatvietnam.vn/xay-dung/tieu-chuan-quoc-gia-tcvn-2737-2020-tai-trong-va-tac- dong-tieu-chuan-thiet-ke-196050-d3.html [6] Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXD 198:1997. Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối. NXB. Xây dựng, Hà Nội. [7] Etabs Structural Analysis Professional (2019). Phần mềm phân tích kết cấu nâng cao. 827