Ảnh hưởng của tầng cứng đến ứng xử động kết cấu nhà nhiều tầng chịu tải trọng ngang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ------

BÙI MINH TRIẾT

ẢNH HƯỞNG CỦA TẦNG CỨNG ĐẾN

ỨNG XỬ ĐỘNG KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG

CHỊU TẢI TRỌNG NGANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Thành Phố Hồ Chí Minh, năm 2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ------

BÙI MINH TRIẾT

ẢNH HƯỞNG CỦA TẦNG CỨNG ĐẾN

ỨNG XỬ ĐỘNG KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG

CHỊU TẢI TRỌNG NGANG

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng

Mã số chuyên ngành : 8 58 02 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG

Người hướng dẫn khoa học:

TS. Bùi Văn Hồng Lĩnh

Thành Phố Hồ Chí Minh, năm 2022

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan rằng luận văn “Ảnh hưởng của tầng cứng đến ứng xử động

kết cấu nhà nhiều tầng chịu tải trọng ngang” là bài nghiên cứu của chính tôi.

Ngoại trừ những tài liệu tham khảo được trích dẫn trong luận văn này, tôi

cam đoan rằng toàn phần hay những phần nhỏ của luận văn này chưa từng được

công bố hoặc được sử dụng để nhận bằng cấp ở những nơi khác.

Không có sản phẩm/nghiên cứu nào của người khác được sử dụng trong luận

văn này mà không được trích dẫn theo đúng quy định.

Luận văn này chưa bao giờ được nộp để nhận bất kỳ bằng cấp nào tại các

trường đại học hoặc cơ sở đào tạo khác.

TP. Hồ Chí Minh, Năm 2022

Bùi Minh Triết

ii

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin cảm ơn chân thành đến TS. Bùi Văn Hồng Lĩnh, người

thầy hướng dẫn Luận văn này; Thầy đã tận tâm hướng dẫn, động viên và tạo điều

kiện tốt để tôi thực hiện Luận văn; Những tài liệu tham khảo và kiến thức do Thầy

cung cấp giúp tôi nhận định đúng đắn trong việc nghiên cứu.

Bên cạnh đó, tôi cũng gửi lời cảm ơn quý Thầy Cô giảng dạy lớp Cao học

ngành Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại Mở Thành phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt

cho tôi nhiều kiến thức quý giá trong chuyên ngành; đồng thời tôi cũng cảm ơn các

bạn cùng khóa học đã đồng hành cùng tôi trải qua chương trình đào tạo này.

Cuối cùng, tôi xin ghi nhận sự giúp đỡ của gia đình đã luôn bên cạnh động

viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian học tập vừa qua.

Xin chân thành cảm ơn!

TP. Hồ Chí Minh, Năm 2022

Bùi Minh Triết

iii

TÓM TẮT

Mục tiêu của bài báo này là nghiên cứu ảnh hưởng của tầng cứng trong kết

cấu nhà nhiều tầng lên ứng xử động lực học của kết cấu chịu tác dụng của gia tốc

nền động đất. Kết cấu khung, vách nhà nhiều tầng với số tầng được chọn là 30, 35

và 40 tầng với tầng cứng được lắp đầy bằng các dạng tường được mô hình hóa bằng

phương pháp phần tử hữu hạn. Bài toán phân tích ứng xử động lực học kết cấu chịu

gia tốc nền động đất trong miền thời gian được giải với sự hổ trợ của phần mềm

SAP2000. Thông số để mô tả độ lớn của ứng xử động lực học kết cấu gồm có giá trị

lớn nhất của chuyển vị đỉnh, mô men và lực cắt trong cột được suy ra. Kết quả số

cho thấy rằng tầng cứng có ảnh hưởng đáng kể lên ứng xử động lực học với số

lượng tầng cứng khá nhạy đến kết quả.

iv

ABSTRACT

The objective of this paper is to study the influence of outtrigger in multi￾storey building structures on dynamic responses of structures under ground

acceleration of earthquakes. The selected structure from the multi-storey building

with 30, 35 and 40 floors with outtrigger based on vertical walls is modeled by

finite element method. The dynamic problems of the multi-storey building

structures to ground acceleration is analyzed in time domain solved with the support

of SAP2000 software. The descriptive parameters of the dynamic response of

system include the values of peak displacement, bending moment, and shear force

in the column to be derived. The numerical results show that the outtrigger has a

significant effect on the dynamic responses of the this structures.

v

MỤC LỤC

Lời cam đoan ......................................................................................................i

Lời cảm ơn .................................................................................................... ii

Tóm tắt ................................................................................................... iii

Abstract ....................................................................................................iv

Mục lục .....................................................................................................v

Danh mục các chữ viết tắt .................................................................................ix

Danh mục bảng biểu và hình vẽ.........................................................................x

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU .............................................................................1

1.1 Đặt vấn đề ............................................................................................1

1.2 Mục tiêu của luận văn..........................................................................5

1.3 Cấu trúc của luận văn ..........................................................................5

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN............................................................................6

2.1 Mở đầu.................................................................................................6

2.2 Kết cấu nhà cao tầng ...........................................................................7

2.3 Nghiên cứu tầng cứng tròng nhà cao tầng chịu tải trọng ngang........11

2.4 Nghiên cứu về kết cấu nhà cao tầng dưới tác động gia tốc nền động

đất........................................................................................................18

2.5 Nhận xét.............................................................................................21

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT..............................................................22

3.1 Giới thiệu ...........................................................................................22

3.2 Mô hình kết cấu nhà cao tầng có tầng cứng .....................................22

3.3 Phương trình chuyển động.................................................................23

3.4 Phương Pháp phần tử hữu hạn...........................................................26

3.5 Tải trọng động đất..............................................................................28

3.5 Nhận xét.............................................................................................30

vi

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ SỐ..........................................................................31

4.1 Giới thiệu ...........................................................................................31

4.2 Mô hình kết cấu, tầng cứng, tải động đất...........................................31

4.3 Sự hiệu quả của tầng cứng.................................................................39

4.4 Vị trí tầng cứng ..................................................................................51

4.5 Độ cứng của tầng cứng ......................................................................63

4.4 Kết luận..............................................................................................68

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.............................69

5.1 Kết luận..............................................................................................69

5.2 Hướng phát triển ................................................................................70

Tài liệu tham khảo.............................................................................................71

Bài báo công bố..................................................................................................74

vii

MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

TPHCM : Thành Phố Hồ Chí Minh

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

Ký hiệu

m

: Khối lượng

k : Độ cứng của

d c : Hệ số cản của

M : Khối lượng của kết cấu một bậc tự do

k : Độ cứng của kết cấu một bậc tự do

c : Độ cản của kết cấu một bậc tự do

 : Tần số riêng của hệ kết cấu

d : Tần số của hệ cản khối lượng

ωg : Tần số riêng của ngoại lực

u : Vectơ gia tốc của các bậc tự do

u : Vectơ vận tốc của các bậc tự do

u : Vectơ chuyển vị của các bậc tự do

r : Vectơ đơn vị

M : Ma trận khối lượng khi kết cấu không gắn hệ cản

C : Ma trận cản khi kết cấu không gắn hệ cản

K : Ma trận độ cứng khi kết cấu không gắn hệ cản

M : Ma trận khối lượng khi