Đồ án Thiết kế Chung cư sinh tiến 20 tầng tính toán động đất

àng trệt: Gồm hệ thống các cửa hàng, phòng kỹ thuật, siêu thị ... - Các tầng từ tầng 4 đến 18: Dùng làm căn hộ ở, văn phòng.... - Tầng mái: Dùng làm nơi bố trí và sửa chữa hệ thang máy kết hợp với bể nước mái. Tóm lại, chức năng chính của công trình dùng làm siêu thị, văn phòng, căn hộ…. 2. GIẢI PHÁP KẾT CẤU CHO CÔNG TRÌNH 2.1. Các qui phạm và tiêu chuẩn để làm cơ sở cho việc thiết kế * Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép TCVN 356 –2005. * Tiêu chuẩn thiết kế tải trọng và tác động TCVN 2737 - 1995. * Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình TCVN 45 - 1978. * Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc TCVN 205 - 1998. * Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế và thi công nhà cao tầng TCXD 1998 – 1997 * Nhà cao tầng – tiêu chuẩn thiết kế 195 – 1997 2.2. Giải pháp kết cấu cho công trình 2.2.1. Phân tích khái quát hệ chịu lực về NHÀ CAO TẦNG nói chung. Hệ chịu lực của nhà cao tầng là bộ phận chủ yếu của công trình nhận các loại tải trọng truyền chúng xuống móng và nền đất. Hệ chịu lực của công trình nhà cao tầng nói chung được tạo thành từ các cấu kiện chịu lực chính là sàn, khung và vách cứng. • Hệ tường cứng chịu lực (Vách cứng): Cấu tạo chủ yếu trong hệ kết cấu công trình chịu tải trọng ngang: gió, động đất. Bố trí hệ tường cứng ngang và dọc theo chu vi thang máy tạo hệ lõi cùng chịu lực và chu vi công trình để có độ cứng chống xoắn tốt . Vách cứng là cấu kiện không thể thiếu trong kết cấu nhà cao tầng hiện nay. Nó là cấu kiện thẳng đứng có thể chịu được các tải trọng ngang và đứng. Đặc biệt là các tải trọng ngang xuất hiện trong các công trình nhà cao tầng với những lực ngang tác động rất lớn. Sự ổn định của công trình nhờ các vách cứng ngang và dọc. Như vậy vách cứng được hiểu theo nghĩa là các tấm tường được thiết kế chịu tải trọng ngang. Bản sàn được xem như là tuyệt đối cứng trong mặt phằng của chúng. Có tác dụng tham gia vào việc tiếp thu và truyền tải trọng vào các tường cứng và truyền xuống móng. Thường nhà cao tầng dưới tác động của tải trọng ngang được xem như một thanh ngàm ở móng Đồi với công trình chịu tải động đất: do lực động đất là lực khối tác động vào trọng tâm công trình theo phương ngang là chủ yếu nên bố trí vách cứng sao cho độ cứng theo 2 phương xấp xĩ bằng nhau và cấu tạo thêm hệ khung chịu tải đứng là hợp lý nhất Hệ khung chịu lực : Được tạo thành từ các thanh đứng ( cột ) và ngang ( Dầm, sàn ...) liên kết cứng tại chỗ giao nhau của chúng, các khung phẳng liên kết với nhau tạo thành khối khung không gian . • 2.2.2. Kết cấu cho công trình chung cư Sinh Tiến chịu tải động đât Do công trình là dạng nhà cao tầng, có bước cột lớn, đồng thời để đảm bảo vẻ mỹ quan cho các căn hộ nên giải pháp kết cấu chính của công trình được chọn như sau : Kết cấu móng dùng hệ móng cọc nhồi đài băng hay bè, cọc có d=800mm Kết cấu sàn các tầng là sàn dầm BTCT dày 18 cm. Kết cấu theo phương thẳng đứng hệ thống vách cứng và các cột vách, tạo hệ lưới đỡ bản sàn không dầm và được nằm ẩn tại các góc căn hộ. Các hệ thống vách cứng và cột vách được ngàm vào hệ đài. Công trình có mặt bằng hình chữ nhật : A x B = 35,2 x 42 m, tỉ số B/A = 1,19 Chiều cao nhà tính từ mặt móng H = 69.9 m do đó ngoài tải đứng khá lớn, tải trọng ngang tác dụng lên công trình cũng rất lớn và ảnh hưởng nhiều đến độ bền và độ ổn định của ngôi nhà. Từ đó ta thấy ngoài hệ khung chịu lực ta còn phải bố trí thêm hệ vách cứng để chịu tải trọng ngang. • Tải trọng ngang (chủ yếu xét tới do động đất ) do hệ vách cứng chịu. Xét động đất tác dụng theo nhiều phương khác nhau nhưng ta chỉ xét theo 2 phương chính của cong trình là đủ và do một số yêu cầu khi cấu tạo vách cứng ta bố trí vách cứng theo cả hai phương dọc và ngang công trình. 3. CÁC SỐ LIỆU THIẾT KẾ 3.1. Cường độ tính toán của vật liệu 3.1.1. Bê tông cọc và móng * Mác 300 : Rn = 130 kG / cm2 Eb = 290.000 kG / cm2 3.1.2. Bê tông các cấu kiện khác * Mác 300 : Rn = 130 kG / cm2 Eb = 290.000 kG / cm2 3.1.3. Cốt thép 3.1.3.1. Cốt thép A-III Dùng cho vách và khung BTCT và móng, có đường kính >= 10 mm : Ra = Ra' = 3650 kG / cm2 Ea = 2.100.000 kG / cm2 3.1.3.2. Cốt thép A-II Dùng cho khung và hệ sàn BTCT và móng , có đường kính < 10 mm : Ra = Ra' = 2300 kG / cm2 Ea = 2.100.000 kG / cm2 3.2. Tỉnh tải tác động lên công trình 3.2.1. Trọng lượng riêng của vật liệu và hệ số vượt tải TT Vật liệu Đơn vị tính Trọng lượng riêng Hệ số vượt tải 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Bê tông cốt thép Vữa XM trát , ốp , lát Gạch ốp , lát Đất đầm nện chặt Tường xây gạch thẻ Tường xây gạch ống Bê tông sỏi nhám nhà xe Bê tông lót móng Lớp chống thấm Đường ống thiết bị kỹ thuật T/m3 T/m3 T/m3 T/m3 T/m3 T/m3 T/m3 T/m3 T/m2 T/m2 2.50 1.80 2.00 2.00 2.00 1.80 2.00 2.00 0.02 0.50 1.1 1.2 1.1 1.2 1.2 1.2 1.1 1.2 1.2 1.3 Tỉnh tải tác dụng lên từng loại sàn CẤU TẠO SÀN VĂN PHÒNG : d : Bề dày mỗi lớp vâït liệu g : Bề dày mỗi lớp vâït liệu n : Hệ số vượt tải Lớp Cấu tạo Chiều dày (mm) Hệ số vượt tải g (Kg/m3) Tải trọng tính toán gtt (Kg/m2) Gạch Ceramic 12 1.1 2000 26.4 Vữa lót 35 1.2 1800 75.6 Bản BTCT 180 1.1 2500 495.0 Vữa trát trần 15 1.2 1800 32.4 Đường ống,thbị 60 Cộng 242 689.4 CẤU TẠO SÀN ĐẬU XE, SÀN HẦM Lớp Cấu tạo Chiều dày (Mm) Hệ số vượt tải g (Kg/m3 Tải trọng tính toán gtt (Kg/m2) Vữa lót tạo dốc 50 1.2 1800 108 Bản BTCT 200 1.1 2500 550 Vữa trát trần 1 1.2 1800 21.6 Đường ống,thbị 70 Cộng 251 749.6 CẤU TẠO SÀN VỆ SINH VÀ BAN CÔNG : Lớp Cấu tạo Chiều dày (mcm) Hệ số vượt tải g (Kg/m3 Tải trọng tính toán gtt (Kg/m2) Gạch lót 15 1.1 1800 29.7 Vữa lót tạo dốc 20 1.2 1800 43.2 Lớp chống thấm 10 1.3 2000 26.0 Xà bần 250 1.1 1800 495 Bản BTCT 180 1.1 2500 412.5 Vữa trát trần 15 1.2 1800 32.4 Đường ống, thbị 100 Cộng 490 1138.8 CẤU TẠO SÀN MÁI : Lớp Cấu tạo Chiều dày (mm) Hệ số Vượt tải g (Kg/m3) Tải trọng tính toán Gtt (kG/m2) Gạch Ceramic 8 1.1 2000 17.6 Vữa lót tạo dốc 20 1.2 1800 43.2 Lớp chống thấm 10 1.3 2000 26.0 Bản BTCT 180 1.1 2500 412.5 Vữa trát trần 15 1.2 1800 32.4 Đường ống,thbị 70 Cộng 233 601.7 • Ghi chú :Tính tải trọng tường truyền lên các dầm biên : . Trọng lượng riêng của tường : 1800 [ Kg/m3] . Tường ngoài đặt trên dầm dày : 200mm . . Tường trong đặt trên sàn dày 100mm . Tải tường phân bố đều lên dầm: 1440 [ Kg/m ] . Hệ số vượt tải : 1,1 . Tải tính toán do tường phân bố đều lên dầm biên : 1584 [Kg/m]. (KG/cm2) Trong đó :  :trọng lượng riêng của tường (1800KG/m3) bt : bề rông tường (100mm) Ht : chiều cao tường (m) s : diện tích ô sàn (m2) Hệ số vượt tải n=1,1 lt : tổng chiều dài tường trên mỗi ô sàn (m). Đối với ô sàn 1,2,4 chiều dài tường được lấy theo 2 phương, còn sàn 3,5 lấy theo phương cạnh ngắn Các lọai họat tải sử dụng cho công trình : lấy theo TCVN 2737-1995 TT Loại hoạt tải Đơn vị tính Tải trọng tiêu chuẩn Hệ số vượt tải 1 2 3 4 5 6 7 Khu vực phòng ở Sân thượng, sảnh, cầu thang Nước (hồ nước máí) Khu vực Garage Khu vực phòng khách Khu vực văn phòng Khu vực mái Kg/m2 Kg/m2 Kg/m3 Kg/m2 Kg/m2 Kg/cm2 Kg/cm2 150 300 1000 500 200 200 150 1.3 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.3 Khi tính toán hoạt tải cho các sàn tầng, từ tầng 5 trở lên tầng mái có thể lấy 50% hoạt tải quy định để tính toán Theo TCVN về thiết kế Nhà Cao Tầng thì từ tầng 5 trở đi không được phép đưa ban công ra ngoài, chỉ được phép đưa ban công trong hay làm logia 3.4. Tải trọng ngang 3.4.1. Gió: Ở đây không xét đến. Do tính toán thiết kế cho công trình chịu tải Động đất. Khả năng nguy hiểm rất cao và năng lượng rất lớn so với tải gió gây ra. Aùp lực đất Tính tường chắn xung quanh công trình mà ta đưa chúng về cho vách và các cột biên chịu. Sau khi đào hố móng tầng hầm, ở xung quanh tường chắn được đổ cát. Như vậy áp lực chủ động của đất tác dụng vào tường chắn với các chỉ tiêu cơ lí được lấy theo chỉ tiêu cơ lí của lớp cát. Sơ đồ tính: KH KH Kq Trong đó: q: Hoạt tải sử dụng và Tĩnh tải, q = 1,6 T/m2. K: Hệ số áp lực chủ động 3.4.3. Động đất: xem bảng tính toán ở phần sau. 4. CÁC CƠ SỞ TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH 4.1. Quan niệm tính để đưa vào mô hình 4.2. Tính toán trên máy tính 4.2.1. Sử dụng chương trình ETAB 8.5.0 Do ETAB là phần mềm phân tích thiết kế kết cấu chuyên cho Nhà Cao Tầng nên việc đưa số liệu và xử lý số liệu đơn giản và nhanh hơn so với các phần mềm khác Để phân tích Động cho hệ công trình: các dạng và giá trị dao động, kiểm tra các dạng ứng xử của công trình khi chịu tải Động đất. So sánh với SAP 9.0.9. 4.2.2. Sử dụng chương trình SAP 9.0.9 Dùng SAP để xuất nội lực của hệ kết cấu để tính toán thiết kế theo TCVN. Do ETAB không cho xuất nội lực của phần tử tấm nên dùng SAP xuất kết quả, và có sự so sánh nội lực trên máy giữa SAP và ETAB không khác nhau nhiều. 4.3. Nhập dữ liệu vào máy 4.3.1. Đưa công trình lên mô hình Căn cứ vào bản vẽ kiến trúc, đơn giản hoá và quan niệm các cấu kiện rồi đưa mô hình ETAB và SAP 4.3.2. Kích thước tiết diện cho các cấu kiện Do hệ chịu lực của nhà là hệ kết cấu siêu tĩnh nên nội lực trong khung không những phụ thuộc vào sơ đồ kết cấu, tải trọng mà còn phụ thuộc vào độ cứng của các cấu kiện .Do đó cần phải xác định sơ bộ kích thước tiết diện. a. Chọn chiều dày sàn: - Dùng ô sàn lớn nhất: S16 kích thước 9m x 9m để tính. - Chiều dày sàn được chọn phụ thuộc vào nhịp và tải trọng tác dụng, có thể sơ bộ xác định chiều dày sàn theo công thức sơ bộ như sau: hs = l1 Trong đó: + l1 = là chiều dài cạnh ngắn của ô sàn: l1 = 9.000 m. hs =mm Ta chọn sàn dày 180mm: hs = 180 mm. b. Chọn tiết diện dầm: Tất cả các hệ dầm ta chọn cùng hd Dầm chính: hd = l hd = 800 = (5067) (cm) Chọn hd= 60cm bdầm= (0,250,5) hd Chọn bd = 30 cm cho dầm biên và hệ dầm trong bd=25cm c. Chọn sợ bộ tiết diện cột Fc = Trong đó: q: tải trọng/1m2 sàn: q= 1.1 T/m2 (Tính từ bản tính khối lượng sàn tầng nhưng có bỏ đi phần trọng lượng bản thân của vách cứng và lấy giá trị trung bình ) S: diện tích chịu tải của cột Rn = 130 kG/cm2 = 1300 T/m2. Do cột chịu nén đổ bê tông theo phương thẳng đứng, mổi lớp đổ dày trên 1,5m nên theo TCVN thì hệ số điều kiện làm việc lấy 0.85 khi tính toán cường độ trên. k= 1,21,5 ( Tuỳ thuộc vào vị trí cột ) Bảng sơ bộ chọn Tiết Diên Cột TRỤC C: TẦNG Ftr.tải ( m2 ) q ( Kg/m2 ) N ( kG ) ß F tt (cm2 ) b ( cm ) x h ( cm ) Fc chọn (cm2 ) MAI 40.92 1100 45012 1.2 415 50 x 50 2500 18 40.92 1100 45012 1.2 831 50 x 50 2500 17 40.92 1100 45012 1.2 1246 50 x 50 2500 16 40.92 1100 45012 1.2 1662 50 x 50 2500 15 40.92 1100 45012 1.2 2077 60 x 60 3600 14 40.92 1100 45012 1.2 2493 60 x 60 3600 13 40.92 1100 45012 1.2 2908 60 x 60 3600 12 40.92 1100 45012 1.2 3324 60 x 60 3600 11 40.92 1100 45012 1.2 3739 60 x 60 3600 10 40.92 1100 45012 1.2 4155 60 x 60 3600 9 40.92 1100 45012 1.2 4570 70 x 70 4900 8 40.92 1100 45012 1.2 4986 70 x 70 4900 7 40.92 1100 45012 1.2 5401 70 x 70 4900 6 40.92 1100 45012 1.2 5817 80 x 80 6400 5 40.92 1100 45012 1.2 6232 80 x 80 6400 4 40.92 1100 45012 1.2 6648 80 x 80 6400 3 40.92 1100 45012 1.2 7063 90 x 90 8100 2 40.92 1100 45012 1.2 7479 90 x 90 8100 1 40.92 1100 45012 1.2 7894 90 x 90 8100 HAM 40.92 1100 0 1.2 7894 90 x 90 8100 Bảng sơ bộ chọn Tiết Diên Cột TRỤC E: TẦNG Ftr.tải ( m2 ) q ( Kg/m2 ) N ( kG ) ß F tt (cm2 ) b ( cm ) x h ( cm ) Fc chọn (cm2 ) MAI 18.6 1100 20460 1.25 231 50 x 50 2500 18 18.6 1100 20460 1.25 463 50 x 50 2500 17 18.6 1100 20460 1.25 694 50 x 50 2500 16 18.6 1100 20460 1.25 926 50 x 50 2500 15 18.6 1100 20460 1.25 1157 60 x 50 3000 14 18.6 1100 20460 1.25 1389 60 x 50 3000 13 18.6 1100 20460 1.25 1620 60 x 50 3000 12 18.6 1100 20460 1.25 1852 70 x 50 3500 11 18.6 1100 20460 1.25 2083 70 x 50 3500 10 18.6 1100 20460 1.25 2314 70 x 50 3500 9 18.6 1100 20460 1.25 2546 80 x 50 4000 8 18.6 1100 20460 1.25 2777 80 x 50 4000 7 18.6 1100 20460 1.25 3009 80 x 50 4000 6 18.6 1100 20460 1.25 3240 90 x 50 4500 5 18.6 1100 20460 1.25 3472 90 x 50 4500 4 18.6 1100 20460 1.25 3703 90 x 50 4500 3 18.6 1100 20460 1.25 3935 100 x 50 5000 2 18.6 1100 20460 1.25 4166 100 x 50 5000 1 18.6 1100 20460 1.25 4398 100 x 50 5000 HAM 18.6 1100 0 1.25 4398 100 x 50 5000 Hệ vách - lõi cứng : Do cấu tạo chống động đất và quy phạm chưa quy định rõ về việc giảm chiều dày vách trong cấu tạo cho phép, nên tính kích thướt vách giữ nguyên từ dưới lên trên. Hệ lõi cầu thang máy : • . Tầng hầm - Tầng mái = 40 cm. Vách cứng trục theo chu vi công trình: • . Tầng hầm - Tầng mái = 30 cm. Hệ vách cứng bố trí trong: . Tầng hầm – Tầng mái = 25 cm. 4.3.3. Các trường hợp tải trọng tác động: 4.3.3.a. Tỉnh tải: 1. Tải trọng bản thân các cấu kiện 4.3.3.b. Hoạt tải: 2. Hoạt tải sử dụng cho các loại phòng và tầng 4.3.3.c. Động đất Động đất theo chiều dương X ứng với dạng dao động cơ bản 1 Động đất theo chiều dương X ứng với dạng dao động cơ bản 2 Động đất theo chiều dương X ứng với dạng dao động cơ bản 3 Động đất theo chiều âm X ứng với dạng dao động cơ bản 1 Động đất theo chiều âm X ứng với dạng dao động cơ bản 2 Động đất theo chiều âm X ứng với dạng dao động cơ bản 3 Động đất theo chiều dương Y ứng với dạng dao động cơ bản 1 Động đất theo chiều dương Y ứng với dạng dao động cơ bản 2 Động đất theo chiều dương Y ứng với dạng dao động cơ bản 3 Động đất theo chiều âm Y ứng với dạng dao động cơ bản 1 Động đất theo chiều âm Y ứng với dạng dao động cơ bản 2 Động đất theo chiều âm Y ứng với dạng dao động cơ bản 3 Ưùng với các trường hợp tải động đất tác dụng cùng phương: ta tổ hợp chúng lại theo phương pháp SSRS: 3. Động đất theo chiều dương trục Y-Y 4. Động đất theo chiều âm trục Y-Y 5. Động đất theo chiều dương trục X-X 6. Động đất theo chiều âm trục X-X 4.3.3.d. Aùp lực đất 7. Aùp lực đất theo phương Y-Y 8. Aùp lực đất theo phương X-X 4.3.4. Các trường hợp Tổ Hợp Tải Trọng 1. 1+2 2. 1+3 3. 1+4 4. 1+7 5. 1+0,9(2+3) 6. 1+0,9(2+4) 7. 1+0,9(2+7) 8. 1+0,85(2+3+7) 9. 1+0,85(2+4+7) 10 . 1+5 11. 1+6 12. 1+8 13. 1+0,9(2+5) 14. 1+0,9(2+6) 15. 1+0,9(2+8) 16. 1+0,85(2+5+8) 17. 1+0,85(2+6+8) 18. 1+0,9(2+7+8) 19. 1+0,85(2+3+5) 20. 1+0,85(2+3+6) 21. 1+0,9(2+4+5) 22. 1+0,9(2+4+6) 23. 1+0,85(2+3+5+7+8) 24. 1+0,85(2+3+6+7+8) 25. 1+0,85(2+4+5+7+8) 26. 1+0,85(2+4+6+7+8) 27. 1+3+5 28. 1+4+6 29. BAO 4.4. Quan niệm tính toán và phương pháp PTHH của các chương trình ETAB và SAP 4.4.1. Phương pháp xác định NỘI LỰC Hiện nay trên thế giới có ba trường phái tính toán hệ chịu lực nhà nhiều tầng thể hiện theo ba mô hình như sau : Mô hình liên tục thuần túy: Giải trực tiếp phương trình vi phân bậc cao, chủ yếu là dựa vào lý thuyết vỏ, xem toàn bộ hệ chịu lực là hệ chịu lực siêu tĩnh. Khi giải quyết theo mô hình này, không thể giải quyết được hệ có nhiều ẩn. Đó chính là giới hạn của mô hình này. • Mô hình rời rạc: ( Phương pháp phần tử hữu hạn ) Rời rạc hoá toàn bộ hệ chịu lực của nhà nhiều tầng, tại những liên kết xác lập những điều kiện tương thích về lực và chuyển vị. Khi sử dụng mô hình này cùng với sự trợ giúp của máy tính có thể giải quyết được cả các bài toán. Hiện nay ta có các phần mềm trợ giúp cho việc giải quyết các bài toán kết cấu như STAAD III, Feap, Xetabs95, FBTW, SAP86, SAP90, SAP2000... Mô hình Rời rạc - Liên tục: ( Phương pháp siêu khối ) Từng hệ chịu lực được xem là Rời rạc , nhưng các hệ chịu lực này sẽ liên kết lại với nhau thông qua các liên kết trượt xem là liên tục phân bố liên tục theo chiều cao. Khi giải quyết bài toán này ta thường chuyển hệ phương trình vi phân thành hệ phương trình tuyến tính bằng phương pháp sai phân. Từ đó giải các ma trận và tìm nội lực . Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn (PPPTHH) : Trong phương pháp phần tử hữu hạn vật thể thực liên tục được thay thế bằng một số hữu hạn các phần tử rời rạc có hình dạng đơn giản, có kích thước càng nhỏ càng tốt nhưng hữu hạn, chúng được nối với nhau bằng một số điểm quy định được gọi là nút. Các vật thể này vẫn được giữ nguyên là các vật thể liên tục trong phạm vi của mỗi phần tử, nhưng có hình dạng đơn giản và kích thước bé nên cho phép nghiên cứu dễ dàng hơn dựa trên cơ sở quy luật về sự phân bố chuyển vị và nội lực (chẳng hạn các quan hệ được xác lập trong lý thuyết đàn hồi). Các đặc trưng cơ bản của mỗi phần tử được xác định và mô tả dưới dạng các ma trận độ cứng ( hoặc ma trận độ mềm) của phần tử. Các ma trận này được dùng để ghép các phần tử lại thành một mô hình rời rạc hóa của kết cấu thực cũng dưới dạng một ma trận độ cứng (hoặc ma trận độ mềm) của cả kết cấu. Các tác động ngoài gây ra nội lực và chuyển vị của kết cấu được quy đổi về các thành các ứng lực tại các nút và được mô tả trong ma trận tải trọng nút tương đương. Các ẩn số cần tìm là các chuyển vị nút (hoặc nội lực) tại các điểm nút được xác định trong ma trận chuyển vị nút (hoặc ma trận nội lực nút). Các ma trận độ cứng, ma trận tải trọng nút và ma trận chuyển vị nút được liên hệ với nhau trong phương trình cân bằng theo quy luật tuyến tính hay phi tuyến tùy theo ứng xử thật của kết cấu. Sau khi giải hệ phương trình tìm được các ẩn số, người ta có thể tiếp tục xác định được các trường ứng suất, biến dạng của kết cấu theo các quy luật đã được nghiên cứu trong cơ học. Sau đây là thuật toán tổng quát của phương pháp PTHH Rời rạc hóa kết cấu thực thành thành một lưới các phần tử chọn trước cho phù hợp với hình dạng hình học của kết cấu và yêu cầu chính xác của bài toán. Xác định các ma trận cơ bản cho từng phần tử (ma trận độ cứng, ma trận tải trọng nút, ma trận chuyển vị nút...) theo trục tọa độ riêng của phần tử. Ghép các ma trận cơ bản cùng loại thành ma trận kết cấu theo trục tọa độ chung của cả kết cấu. Dựa vào điều kiện biên và ma trận độ cứng của kết cấu để khử dạng suy biến của nó. Giải hệ phương trình để xác định ma trận chuyển vị nút cả kết cấu. Từ chuyển vị nút tìm được, xác định nội lực cho từng phần tử. Vẽ biểu đồ nội lực cho kết cấu. Thật toán tổng quát trên được sử dụng cho hầu hết các bài toán phân tích kết cấu : phân tích tĩnh, phân tích động và tính toán ổn định kết cấu. 4.4.2. Phân tích tĩnh kết cấu đàn hồi tuyến tính Phương trình cân bằng có dạng: [ K ] {u} = {P} (1.1) Trong đó: [K] – ma trận độ cứng của kết cấu được ghép lại từ các ma trận độ cứng của các phần tử hữu hạn. {u} – ma trận chuyển vị nút của kết cấu được rời rạc hóa. {P} – ma trận các tải trọng nút tương dương của kết cấu rời rạc hóa. 4.4.3. Phân tích động kết cấu đàn hồi tuyến tính Phương trình cân bằng có dạng: {M] {} + [c]{} + [K]{u} = {P} (1.2) Trong đó [M] – ma trận khối lượng tập trung từ các ma trận khối lượng của các phần tử [c] – ma trận các hệ số cản làm hao tốn năng lượng và dao động sẽ tắt dần {P} – ma trận các tải trọng kích thước, thường là các lực có chu kỳ phụ thuộc vào thời gian. Trường hợp dao động riêng của kết cấu không xét đến ảnh hưởng của lực kích thích và lực cản của môi trường phương trình (1.2 ) được viết lại tương ứng như sau [ M ] { } + [ K ] { u} = { 0 } . (1.3) Giả thiết dao động có dạng tuần hoàn: { u } = { uo } coswt . (1.4) Trong đo:ù {uo } là ma trận chuyển vị tại thời điểm t = 0. w - tần số riêng của dao động. Từ (1.3) và (1.4) ta rút ra được dạng đặc trưng xác định tần số riêng w. [ K ] - w2 [ M ] {uo } = { 0 } (1.5) vì { uo } khác không nên :det | [ K ] - w2 [ M ] | = 0 (1.6) Khai triển định thức (1.6) để xác định các tần số riêng wi tương ứng với các dạng dao động riêng của kết cấu. Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển và thuận lợi của máy vi tính, ta có rất nhiều chương trình tính toán khác nhau, với các quan niệm tính toán và sơ đồ tính khác nhau. Trong nội dung của Luận án tốt nghiệp này em chọn mô hình thứ ba ( Mô hình rời rạc và liên tục ) với sự trợ giúp của phần mềm ETAB và SAP2000 để xác định dao động và nội lực của hệ kết cấu 4.4.4. Các giả thuyết khi tính toán cho mô hình NHÀ CAO TẦNG • Sàn là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của nó (mặt phẳng ngang) và liên kết ngàm với các phần tử khung hay vách cứng ở cao trình sàn. Không kể biến dạng cong (ngoài mặt phẳng sàn) lên các phần tử ( thực tế không cho phép sàn có biến dạng cong). Bỏ qua sự ảnh hưởng độ cứng uốn của sàn tầng này đến các sàn tầng kế bên. • Mọi thành phần hệ chịu lực trên từng tầng đều có chuyển vị ngang như nhau. • Các cột và vách cứng đều được ngàm ở chân cột và chân vách cứng ngay mặt đài móng. • Khi tải trọng ngang tác dụng thì tải trọng tác dụng này sẽû truyền vào công trình dưới dạng lực phân bố trên các sàn ( vị trí tâm cứng của từng tầng ) vì có sàn nên các lực này truyền sang sàn và từ đó truyền sang vách. • Biến dạng dọc trục của sàn, của dầm xem như là không đáng kể. 4.4.5. Quan niệm của phần mềm cho từng cấu kiện làm việc đúng với giả thuyết. Khi sử dụng các phần mềm PTHH, SAP, ETABS. Cần chú ý đến quan niệm từng cấu kiện của phần mềm để cấu kiện làm việc đúng với quan niệm thực khi đưa vào mô hình. + Quan niệm thanh: khi kích thước 2 phương nhỏ hơn rất nhiều so với phương còn lại + Quan niệm tấm, bản, vách: khi kích thước 2 phương lớn hơn rất nhiều so với phương còn lại + Quan niệm solid: khi 3 phương có kích thuớc gần như nhau, và có kích thướt so với các phần tử khác + Quan niệm điểm: khi 3 phương có kích thuớc gần như nhau, và có kích thướt rất bé. Khi ta chia càng mịn các cấu kiện thì kết quả sẽ càng chính xác. Do phần tử hữu hạn truyền lực nhau qua các điểm liên kết của các phần tử với nhau. Nếu ta chia các cấu kiện ra nhưng không đúng với quan niệm của phần mềm thì các cấu kiện đó sẽ có độ cứng tăng đột ngột và làm việc sai với chức năng của chúng trong quan niệm tính từ đó dẫn đến các kết quả tính của cả hệ kết cấu sẽ thay đổi. 4.5. Kết quả tính toán từ phần mềm 4.5.1. Dao động của cô