✨Kết Cấu Nhà Bê Tông Cốt Thép Nhiều Tầng

Trong lịch sử phát triển của xã hội loài người, từ rất lâu nhà nhiều tầng đã trở thành một biểu tượng điển hình của nền văn minh và tiến bộ khoa học - kỹ thuật. Cùng với thời gian, vai trò của nhà nhiều tầng càng trở nên quan trọng, góp phần định hình diện mạo một đô thị lý tưởng và xu thế phát triển bền vững trong bối cảnh dân số tăng nhanh và diện tích xây dựng ngày càng bị hạn chế.

Hiện nay, việc thiết kế các công trình xây dựng nhiều tầng, từ quan điểm đến cách thức thực hiện, đã có những thay đổi quan trọng so với trước đây. Điều này đã làm cho các nhà nhiều tầng có khả năng vươn tới những độ cao không tưởng, nhưng an toàn và kinh tế hơn, trong khi biến đổi khí hậu trên thế giới ngày càng trở nên khốc liệt.

Để đổi mới và cập nhật các kiến thức trong chương trình đào tạo kỹ sư ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp, cuốn sách này đề cập tới các vấn đề mới nhất liên quan tới việc thiết kế các nhà nhiều tầng bằng bê tông cốt thép chịu gió bão và động đất. Nội dung cuốn sách gồm 6 chương và phần Phụ lục.

Chương một đề cập tới các khái niệm cơ bản, lý do tồn tại và lịch sử phát triển của nhà nhiều tầng.

Chương hai giới thiệu các hệ kết cấu chịu lực và các nguyên tắc cơ bản trong thiết kế nhà nhiều tầng.

Chương ba đề cập tới các loại tải trọng tác động lên nhà nhiều tầng, quan điểm mới nhất trong thiết kế nhà nhiều tầng chịu động đất và những sự khác nhau cơ bản trong thiết kế công trình chịu gió bão và động đất.

Chương bốn giới thiệu những nội dung liên quan tới việc tính toán nhà nhiều tầng, từ các khái niệm cơ bản về ứng xử và mô hình hóa hệ kết cấu, tới tính toán các hệ kết cấu dưới các tác động ngang. Hiện nay việc tính toán nhà nhiều tầng trong thực tế đã được tự động hóa hoàn toàn, nên những vấn đề phức tạp trên được trình bày một cách hệ thống từ cấp độ đơn giản đến phức tạp nhằm giúp người đọc có thể lĩnh hội và vận dụng một cách dễ dàng.

Chương năm giới thiệu phương pháp thiết kế theo khả năng quy định trong TCVN 9386:2012 nhằm kiểm soát dạng phá hoại và cách thức phá hoại các hệ kết cấu chịu động đất theo quan niệm hiện đại.

Chương ví dụ tính toán giới thiệu cụ thể cách thức xác định các hệ quả tác động động đất cho một hệ kết cấu khung bê tông cốt thép 3 tầng, được thực hiện theo cách gần đúng (thủ công) và theo phần mềm Etabs. Nội dung của ví dụ tính toán này phản ánh một cách hệ thống và đầy đủ các nội dung lý thuyết đã được đề cập tới trong các chương 2, 3, 4 và 5, nhằm giúp người đọc lĩnh hội một cách cụ thể các vấn đề lý thuyết, cũng như phân tích được đầu ra từ các phần mềm tính toán.

Phần Phụ lục gồm 13 phần nhằm giúp người đọc mở rộng kiến thức và có thể vận dụng để thực hiện thiết kế chi tiết các bộ phận kết cấu không thể đề cập tới trong các nội dung cuốn sách do khuôn khổ hạn chế của nó.

Cuốn sách này được dùng làm giáo trình giảng dạy trong đào tạo bậc đại học và tài liệu tham khảo cho các cán bộ giảng dạy cũng như các học viên cao học ngành Xây dựng dân dụng và công nghiệp. Tùy thuộc yêu cầu và kế hoạch giảng dạy, có thể đưa Chương 5 và một số phần trong nội dung Chương 2 và 4 vào phần tham khảo cho sinh viên.

Trang

Lời nói đầu

3

Chương 1. Khái niệm về nhà nhiều tầng   1.1. Định nghĩa nhà nhiều tầng

5

1.2. Lý do của việc xây dựng nhà nhiều tầng

7

1.3. Phân loại nhà nhiều tầng

9

1.3.1. Theo mục đích sử dụng

10

1.3.2. Theo hình dạng

10

1.3.3. Theo loại vật liệu cơ bản được sử dụng để thi công                       hệ kết cấu chịu lực

10

1.3.4. Theo chiều cao của nhà

10

1.4. Lịch sử phát triển nhà nhiều tầng

12

Chương 2. Các hệ kết cấu chịu lực và các nguyên tắc                      thiết kế cơ bản của nhà nhiều tầng   2.1. Các hệ kết cấu chịu lực của nhà nhiều tầng

17

2.1.1. Các yêu cầu cơ bản

17

2.1.2. Các hệ kết cấu thẳng đứng chịu lực

18

2.1.3. Hệ kết cấu nằm ngang chịu lực:                      sàn giữa các tầng và mái

47

2.1.4. Phân loại các hệ kết cấu btct theo TCVN 9386:2012

52

2.2 Các nguyên tắc cơ bản trong thiết kế nhà nhiều tầng

55

2.2.1. Tính đơn giản của kết cấu

55

2.2.2. Tính đều đặn, đối xứng và siêu tĩnh

57

2.2.3. Có độ bền và độ cứng theo hai phương

60

2.2.4. Độ bền và độ cứng chống xoắn

60

2.2.5. Sàn mỗi tầng có độ cứng thích hợp trong mặt phẳng

62

2.2.6. Nền móng thích hợp

63

2.2.7. Các trường hợp cần tránh trong thiết kế

66

2.3. Lựa chọn hệ kết cấu chịu lực cho nhà nhiều tầng

67

2.4. Lựa chọn loại vật liệu cho các hệ kết cấu chịu lực

70

Chương 3. Tải trọng tác động lên nhà nhiều tầng   3.1. Giới thiệu chung

73

3.2. Tải trọng thẳng đứng

74

3.3. Tải trọng gió

77

3.3.1. Giới thiệu chung

77

3.3.2. Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió

78

3.3.3. Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của áp lực gió

79

3.3.4. Giá trị tính toán của tải trọng gió

85

3.3.5. Tổ hợp các hệ quả tác động do thành phần                       tĩnh và động của gió gây ra

86

3.4. Tác động động đất

86

3.4.1. Một số khái niệm cơ bản

86

3.4.2. Tác động động đất lên các công trình xây dựng

95

3.5. Sự khác nhau trong thiết kế nhà nhiều tầng               chịu gió và động đất

109

3.5.1. Bản chất của tác động gió và động đất

109

3.5.2. Các yêu cầu thiết kế công trình chịu gió và động đất

112

3.5.3. Phương pháp thiết kế các công trình                      chịu gió và động đất

113

Chương 4. Tính toán nhà nhiều tầng   4.1. Giới thiệu chung

116

4.2. Một số khái niệm cơ bản về sự làm việc của nhà nhiều tầng             dưới tác động của tải trọng ngang

119

4.2.1. Khái niệm về độ cứng                      của các cấu kiện và kết cấu chịu lực

119

4.2.2. Phản ứng tĩnh của hệ kết cấu giả không gian                      nhiều tầng chịu tác động ngang

124

4.3. Mô hình hóa các hệ kết cấu nhà nhiều tầng

136

4.3.1. Mô hình hóa kết cấu

136

4.3.2. Mức độ rời rạc hóa kết cấu

139

4.3.3. Một số các quy định cụ thể khi tính toán                      các hệ kết cấu chịu động dất

140

4.3.4. Mô hình hóa các hệ kết cấu bê tông cốt thép dùng                      trong phân tích tuyến tính

142

4.4. Tính toán các hệ kết cấu nhà nhiều tầng

157

4.4.1. Các phương pháp và khuynh hướng mới                      trong tính toán các hệ kết cấu nhà nhiều tầng

157

4.4.2. Các phương pháp tính toán tuyến tính các hệ kết cấu                       nhiều tầng chịu động đất

159

4.4.3. Tổ hợp nội lực theo TCVN 9386:2012

179

4.4.4. Tính toán các hệ quả do xoắn ngẫu nhiên

183

4.4.5. Tính toán hiệu ứng bậc hai (hiệu ứng P - Δ)

188

4.4.6  Kiểm tra trạng thái hạn chế hư hỏng

191

Chương 5. Phương pháp thiết kế theo khả năng                      các kết cấu nhiều tầng chịu động đất   5.1. Nguyên lý phương pháp thiết kế theo khả năng

194

5.2. Thiết kế theo khả năng các kết cấu bê tông cốt thép               theo TCVN 9386:2012

198

5.3. Xác định các hệ quả tác động thiết kế khi thiết kế               theo khả năng

200

5.3.1. Tổng quát

200

5.3.2. Khung chịu mômen

201

5.3.3. Tường dẻo chịu lực

207

Ví dụ tính toán   Phần một. Xác định các đặc tính tĩnh và động của hệ kết cấu

215

V.1. Xác định các đặc tính hình học và vật lý

215

V.2. Kiểm tra bán kính xoắn của tầng                    so với bán kính khối lượng sàn

217

V.3. Xác định chu kỳ dao động cơ bản của nhà

218

Phần hai. Xác định các tác động động đất ngang                        và các hệ quả tác động lên hệ kết cấu

229

V.4. Xác định gia tốc nền thiết kế và hệ số ứng xử q

229

V.5. Xác định các tác động động đất ngang lên công trình                    theo phương pháp gần đúng

229

V.6. Xác định các hệ quả tác động động đất ngang                    theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương

230

V.7. Xác định và kiểm tra các hiệu ứng bậc hai                    thông qua hệ số nhạy cảm q

234

V.8. Xác định các hệ quả tác động động đất ngang ở cột

235

V.9. Tổ hợp các hệ quả tác động                    trong các cột C1, C2, C3 và C4

245

V.10. Kiểm tra chỉ số lực dọc ở các cột khung

249

V.11. Xác định mômen uốn thiết kế trong các dầm

249

V.12. Xác định các hệ quả tác động lên công trình                      sử dụng phần mềm tính toán ETABS

259

Phần ba. Xác định các hệ quả tác động thiết kế theo khả năng                      cho các cấu kiện chịu lực của khung

315

V.13. Xác định cốt thép dọc và khả năng chịu uốn                      cho các dầm

315

V.14. Xác định lực cắt thiết kế theo khả năng                      của dầm B1 khung KE

322

V.15. Xác định các lực thiết kế theo khả năng                      ở các cột C1, C2, C3 và C4

323

Phần phụ lục   Phụ lục A. Phân loại theo chức năng sử dụng                          quy định trong NF EN 1991-1-1                          và NF P06-111-1:2003 [30][34][35]

333

Phụ lục B. Phổ phản ứng gia tốc đàn hồi                          theo phương ngang (TCVN 9386:2012) [36]

334

Phụ lục C. Phân loại cấp quan trọng của công trình                          theo EN 1998-1-1:2004 [30]

335

Phụ lục D. Các giá trị cơ bản của hệ số ứng xử q                          đối với các hệ kết cấu BTCT có cấp dẻo                          trung bình (DCM) [11]

336

Phụ lục E. Độ cứng hiệu dụng của các cấu kiện                          bê tông cốt thép

337

Phụ lục F. Bề rộng hiệu dụng của cánh dầm chữ T và L                         theo EN 1992-1-1:2004 [30]

339

Phụ lục G. Các bước cơ bản để rời rạc hóa khung                          bằng các phần tử hữu hạn [2]

341

Phụ lục H. Các tiêu chí về tính đều đặn của công trình                          theo TCVN 9386:2012 [36]

342

Phụ lục I. Bề rộng hiệu dụng của bản sàn kề dầm khung                         dùng để xác định cốt thép dầm bổ sung                         theo TCVN 9386:2012 [36]

347

Phụ lục K. Khả năng chịu uốn của dầm và cột                          tại các khớp dẻo

348

Phụ lục L. Các đặc trưng cơ lý của bê tông và cốt thép                         theo EN 1992-1-1:2004 [30]

352

Phụ lục M. Tính toán sơ bộ các khung bê tông cốt thép                           chịu động đất

354

Phụ lục N. Tính toán cốt thép dọc  cho cột                           theo EN 1992-1-1:2004

357