Luận văn Phân tích động lực học khung 2D chịu tải chu kỳ bằng FEM (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Phân tích động lực học khung 2D chịu tải chu kỳ bằng FEM (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN THỊ TRÀ MI PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC KHUNG 2D CHỊU TẢI CHU KỲ BẰNG FEM S K C 0 0 3 9 5 9 NGÀNH: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S KC 0 0 3 9 4 6 Tp. Hồ Chí Minh, 2013
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN THỊ TRÀ MI PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC KHUNG 2D CHỊU TẢI CHU KỲ BẰNG FEM NGÀNH: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2013
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN THỊ TRÀ MI PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC KHUNG 2D CHỊU TẢI CHU KỲ BẰNG FEM NGÀNH: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỒI SƠN Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2013 2
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Trần thị Trà Mi Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: Nơi sinh: lâm Đồng Quê quán: Quảng Nam Dân tộc: kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 443/106A Lê Văn Sỹ - Phường 10 - Quận 3- HCM Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0902322902 Fax: E-mail: II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Đào tạo chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2000 đến 1/ 2005 Nơi học (trường, thành phố): ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Ngành học: Thiết Kế Máy Tên đồ án, luận án hoặc mơn thi tốt nghiệp: Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Người hướng dẫn: III. QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi cơng tác Cơng việc đảm nhiệm 2005-2010 Cơng ty TNHH Haimy Nhân Viên phịng kỹ thuật Trường Cao Đẳng Giao Thơng Vận Tải Giáo Viên giảng dạy mơn cơ sở 2011- nay Tp.HCM khoa ơtơ 3
5. LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 201 (Ký tên và ghi rõ họ tên) 4
6. LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn của mình đến Thầy hướng dẫn là PGS.TS Nguyễn Hoài Sơn, người đã đưa ra gợi ý đầu tiên để hình thành nên ý tưởng của đề tài, giúp đỡ tôi rất nhiều về cách nhận định đúng trong những vấn đề nghiên cứu, cách tiếp cận nghiên cứu hiệu quả cũng như nguồn tài liệu quý báu. Thầy hướng dẫn tận tình và luôn động viên Tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn nên luận văn đã đạt được kết quả như mong muốn. Tôi cũng xin gởi lời cảm ơn chân thành tới: -Toàn thể quý thầy cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM , những người đã dạy và giúp đỡ Tôi trong thời gian học tập tại trường. - Quý thầy cô khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, những người đã nhiệt tình dạy dỗ, truyền đạt cho tôi những kiến thức cơ sở cũng như kiến thức chuyên ngành vô cùng quý báu - Gia đình đã giúp đỡ và tạo điều kiện tốt để Tôi học tập và trao dồi thêm kiến thức. - Bạn Chương Thiết Tú, Hoàng Trung Hiền đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ Tôi về tài liệu cũng như kiến thức trong suốt thời gian làm đề tài. - Cuối cùng, Xin kính chúc toàn thể quý thầy cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM và các bạn luôn dồi dào sức khỏe, thành công và hạnh phúc. TP.HCM , Tháng 04 năm 2013 -IV-
7. TÓM TẮT Ngày nay, nhờ sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật số và cơng nghệ thơng tin, phương pháp phần tử hữu hạn cĩ những áp dụng hiệu quả trong các bài tốn kỹ thuật đặc biệt là bài tốn cơ học kết cấu. Trên cơ sở lý thuyết của phương pháp phần tử hữu hạn áp dụng cho bài tốn động lực học kết cấu, tác giả đã xây dựng lời giải xấp xỉ cho bài tốn khung phẳng. Ứng dụng phương pháp này để xác định trường vận tốc và biến dạng của vật thể. Bài tốn được phân tích trong đề tài là bài tốn khung phẳng chịu tải chu kỳ. Tác giả sử dụng ngơn ngữ lập trình Matlab để xây dựng thành cơng chương trình tích phân số và mơ phỏng tự động trường vận tốc và trường biến dạng. Chương trình này cho kết quả tin cậy so với kết quả tính tốn của phẩm mềm Ansys. Hơn nữa, các bài tốn này được phân tích với các thơng số khác nhau để cĩ lời giải tin cậy và hiệu quả. ABSTRACT Today, basing on the development of digital and information technology, the finite element method is the effective application of mathematical techniques, especially, the problem of structural mechanics. Base on the theory of finite element method applied to the problem the flow structural mechanics, the authors have developed approximate solution to the problem the structural mechanics dynamics. Application of this method to analyze flat frame load cycle The author uses Matlab programming langguage to build successful programs and simulation analysis of the velocity field and deformation field over the obstacle, this program results in reliable comparison of the calculated results Ansys sotfware. Moreover, this problem is analyzed with different parameters to obtain reliable solution and effect -V-
8. MỤC LỤC Trang Quyết định Lý lịch cá nhân I Lời cam đoan II Lời cảm ơn III Tóm tắt IV Mục lục V Chương 1 : Tổng quan 1 1.1 Đặt vấn đề. 1 1.2 Tính khoa học, thực tiễn của đề tài 2 1.3 Nhiệm vụ của đề tài. 2 1.4 Phương pháp nghiên cứu. 2 1.5 Xác định thuật ngữ 3 Chương 2: Tổng quan về kết cấu khung phẳng. 4 2.1 Tổng quan về nhà để xe 4 2.1.1 Nhà xe xếp chồng 4 2.1.2 Hệ thống nhà xe nổi. 5 2.1.2.1 Hệ thống lưu thông dọc 5 2.1.2.2 Hệ thống lưu thông ngang 6 2.1.3 Hệ thống nhà xe nổi 8 2.2 Tổng quan về kết cấu nhà cao tầng 8 2.2.1 Phân loại hệ thống xây dựng theo vật liệu làm kết cấu 8 2.2.1.1 kết cấu gạch đá 8 2.2.1.2 Kết cấu thép 10 -VI-
9. 2.2.1.3 Kết cấu bê tơng cốt thép 12 2.2.2 Phân loại hệ thống xây dựng theo sự làm việc của kết cấu 2.2.2.1 Kết cấu khung 14 2.2.2.2 Kết cấu tường chống trượt 15 2.2.2.3 Kết cấu khung - Kết cấu tường chống trượt 17 Chương 3 : Cơ sở lý thuyết phương pháp PTHH cho kết cấu khung phẳng 3.1. Dạng bài tốn cơ học. 18 3.2. Thiết lập phương trình vi phân động lực học. 21 3.3. Ứng dụng phương pháp PTHH để phân tích bài tốn khung phẳng. 24 3.3.1. Khái niệm về phương pháp PTHH. 25 3.3.2. Các bước tiến hành khi giải một bài tốn bằng phương pháp PTHH. 26 3.3.3. Các hàm nội suy. 27 3.3.3.1. Nội suy Lagrange. 27 3.3.3.2. Nội suy Hermit cho phần tử hai nút 28 3.3.4. Phân tích phần tử hữu hạn cho bài tốn khung phẳng. 29 3.3.4.1. Xác định ma trận độ cứng cho phần tử khung phẳng. 29 3.3.4.2. Xác định ma trận khối lượng cho phần tử khung phẳng. 35 3.4. Phân tích mode của hệ khơng giảm chấn. 38 3.5. Các phương pháp tích phân số dùng để giải phương trình vi phân chuyển động của kết cấu Cầu Dây Văng. 42 3.5.1. Phương pháp sai phân trung tâm. 42 3.5.2. Phương pháp Newmark. 45 3.5.3. Biến đổi Fourier 49 Chương 4: Thiết kế giao diện với Matlab 56 4.1 Giới thiệu chung về ngôn ngữ lập trình Matlab 56 -VII-
10. 4.2 Tổng quan về cách thiết kế giao diện 57 4.3 Tạo giao diện cho bài toán 64 Chương 5: Bài toán áp dụng 70 5.1 Lưu đồ phân tích các bước cho bài toán dầm – khung 70 5.2 Kết quả tính khung (3 tầng) 71 5.2.1 Phân tích tĩnh 76 5.2.2 Phân tích động học 79 5.2.3 Phân tích động lực học 82 Chương 6 : Kết luận và hướng phát triển 83 6.1 Kết luận 83 6.2 Hướng phát triển 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO -VIII-
11. Chương I: Tổng quan Chương I TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ: Phương pháp PTHH (FEM-Finite element method) là một trong những phương pháp số rất cĩ hiệu quả để giải các bài tốn bởi các phương trình vi phân cùng các điều kiện biên cụ thể của từng bài tốn, đặc biệt những bài tốn trong cơ học kết cấu. Trong thời gian đầu phương pháp PTHH cĩ nhiều ứng dụng rộng rãi trong các bài tốn cơ học. Những năm gần đây, nhờ sự phát triển mạnh mẽ của máy tính số, phương pháp PTHH cĩ những áp dụng hiệu quả trong bài tốn cơ học. Trên tế giới, việc ứng dụng phương pháp PTHH vào tính tốn cho cơ học kết cấu đã trở nên phổ biến từ những năm 1950. Cụ thể nĩ được thể hiện trong “ Early finite element research at berkeley của tác giả Ray W.Clough và Edwark L.Wilson. bên cạnh đĩ phương pháp PTHH ngày càng được sử dụng rộng rãi với sự trợ giúp của máy tính thơng qua các chưong trình như : ANSYS, SAP 2000, SAMCEF, Ở Việt Nam, một số nghiên cứu thành cơng trong lĩnh vực này cĩ thể kể đến như: Chẩn đốn dầm đàn hồi cĩ nhiều vết nứt. [15] Nhận dạng vết nứt trong kết cấu dầm khung. [16] Nhận dạng vết nứt trong kết cấu giàn khoan. [17] Nghiên cứu ảnh hưởng của vết nứt đến tần số dao động của kết cấu dầm khung.[18] Nghiên cứu ảnh hưởng của vết nứt đến đặc trưng động lực học của kết cấu tấm mỏng. [19] Nghiên cứu sự phát triển vết nứt trên chi tiết cơ khí bằng FEM và Wavelet. [20] 1.2 TÍNH KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI: Trà Mi 1
12. Chương I: Tổng quan Trong thực tế, một kết cấu khung, ngồi tải cố định tác dụng lên trên khung, khung cịn chịu chính tải bản thân, cũng như các tải ngẫu nhiên như giĩ, động đất, . Các loại tải này rất quan trọng trong tính tốn, thiết kế khung. Xác định trường ứng suất và biến dạng của vật thể là cần thiết và cĩ tính ứng dụng trong thực tế. Việc tính tốn này nhằm giúp ta hiểu rõ hơn sự tác đơng qua lại giữa tải tác dụng và kết cấu khung, thiết kế một cách hiệu quả kết cấu khung đĩ. Vì vậy, tác giả quyết định chọn đề tài “ Phân tích động lực học khung 2D chịu tải chu kỳ bằng FEM “. 1.3 NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN: Sử dụng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn - FEA (Finite Element Analysis) kết hợp với ngơn ngữ Matlab viết chương trình tính tốn động học, động lực học tìm tần số dao động riêng của các mode dao động, đáp ứng chuyển vị và vận tốc của từng nút. Mơ phỏng động học và động lực học bài tốn. Cuối cùng, tác giả sẽ đưa ra các kết luận về kết quả thực hiện, nêu lên các vấn đề đã giải quyết được, các vấn đề cịn tồn đọng chưa được giải quyết và đề xuất hướng phát triển của đề tài. 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Để đề tài đạt được kết quả như mong muốn, tác giả phải nghiên cứu các kiến thức về cơ học lý thuyết cĩ liên quan kết hợp với các phần mềm tính tốn và mơ phỏng, cụ thể như sau: - Tìm hiểu về lý thuyết khung phẳng. - Nghiên cứu về cơ sở lý thuyết phương pháp phần tử hữu hạn cho kết cấu khung phẳng. - Tìm hiểu về phần mềm Matlab để sử dụng nĩ như một cơng cụ hỗ trợ trong quá trình tính tốn. Đặc biệt là tìm hiểu về cấu trúc và sơ đồ phần tử hữu hạn với Matlab. - Tìm hiểu về chương trình Ansys để tiến hành mơ phỏng các bài tốn, từ đĩ cĩ cơ sở để kiểm tra kết quả tính tốn. Trà Mi 2
13. Chương I: Tổng quan Bên cạnh nội dung trên, việc nghiên cứu về phương pháp tính và cơ học kết cấu là rất cần thiết vì những kiến thức đĩ là một phần cơng cụ hỗ trợ trong quá trình thực hiện đề tài. 1.5 XÁC ĐỊNH THUẬT NGỮ: Tong đề tài này, một số thuật ngữ được dùng với ý nghĩa như sau : PP PTHH - Phương pháp phần tử hữu hạn.  di , d - Các chuyển vị và vận tốc nút. fi , f - Tải trọng nút trên phần tử. i , j , k , l - Các ký hiệu chỉ số. x , y - Hệ tọa độ Đề các. B - Ma trận tính biến dạng. Di - Chuyển vị nút tồn cục. F - Vectơ tải tồn cục. K e - Ma trận độ cứng phần tử. K - Ma trận độ cứng tồn cục. Me - Ma trận khối lượng phần tử, M - Ma trận khối lương tồn cục. Ni , N - Các hàm dạng trên phần tử.  - Ứng suất.  - Biến dạng. Trà Mi 3
14. Chương II: Tổng quan về kết cấu khung 2D CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU KHUNG PHẲNG Nhà thép cĩ mặt tại thị trường Việt Nam từ đầu những năm 90- thế kỷ XX, đến nay ngày càng được sử dụng rộng rãi trong xây dựng các loại nhà cơng nghiệp và dân dụng ở nước ta. Ưu điểm vượt trội của nhà kết cấu thép là vượt khơng gian lớn, tiến độ xây dựng nhanh, khơng ồn, khơng bụi và rất kinh tế Đặc biêt đáp ứng độ vững bền về mọi yêu cầu vẻ đẹp kiến trúc của cơng trình. Mặc dù kết cấu thép ở Việt Nam mới phát triển nhưng chắc chắn sẽ được phổ cập trong tương lai gần. Vì những ưu điểm cĩ thể khắc phục những hạn chế so với khi sử dụng kết cấu bê tơng cốt thép, tường gạch trong xây dựng nhà cao tầng. Các cơng trình kiến trúc, xây dựng, kệ kho cơng nghiệp, thang nâng, cầu trục, nhà ga, sân bay đều sử dụng khung thép. 2.1 Tổng quan về nhà để xe : Nhà để xe tự động dành cho ơtơ là một hệ thống đỗ xe tự động dưới sự kiểm sốt của máy tính cùng các thiết bị hỗ trợ khác như: cảm biến, camera, máy mĩc Xe ơ tơ được lái vào khu vực vào ra của hệ thống. Sau khi đã đỗ xe đúng vị trí, người lái xe tắt máy, phanh an tồn khi đỗ xe và bước ra khỏi xe. Trong quá trình đĩ, hệ thống sensor phân tích kích thước xe và lựa chọn được vị trí đỗ xe thích hợp. Khi người lái xe đã ra phía ngồi, hệ thống cơ điện sẽ chuyển động và đưa xe đến vị trí thích hợp Ngồi ra, nhà đỗ xe đặc biệt này cịn cĩ thể được xây dựng ở những khu đất trống, ở giữa khoảng trống của các tịa nhà và thậm chí cĩ thể được xây dựng ngầm dưới đất, tùy thuộc vào khơng gian và kiến trúc của từng thành phố. Bên cạnh đĩ, xây dựng hệ thống đỗ xe kiểu này cĩ thể giúp giảm lượng khí thải và lượng tiêu thụ nhiên liệu do người lái khơng phải lái xe loanh quanh để tìm chỗ. 2.1.1 Nhà xe xếp chồng: có 2 kiểu SVTH 4
15. Chương II: Tổng quan về kết cấu khung 2D - Kiểu 1: khung 2 chân dùng khí nén truyền động. Hình 2.1 Mẫu 2 tầng dùng khí nén - Kiểu 2: khung 4 chân dùng bộ truyền cơ khí, khí nén hoặc kết hợp cả 2 để truyền động. Hình 2.2 Mẫu 2 tầng truyền động bằng cơ khí Cả hai đều có 1 mâm chứa xe ở tầng trên, và di chuyển lên xuống để xe chạy vào, ra. Đây là hình thức đơn giản,dễ lắp đặt, dễ sử dụng, bảo trì đơn giản 2.1.2 Hệ thống nhà xe nổi 2.1.2.1 Hệ thống lưu thơng dọc (dạng tháp) SVTH 5
16. Chương II: Tổng quan về kết cấu khung 2D Là hệ thống đỗ xe tự động dạng tháp nhiều tầng. Cĩ thể là tháp nằm bên ngồi hoặc nằm bên trong tịa nhà, vận hành êm và an tồn. Điều khiển đơn giản với màn hình cảm ứng. Mỗi tầng 2 mâm chứa xe nằm hai bên thang. Đây là loại hệ thống cĩ thể lấy xe nhanh nhất kể cả số lượng xe nhiều. Hệ thống đỗ xe tự động này tiết kiệm diện tích đất hẹp, phía sau hoặc bên hơng nhà cao tầng . Lắp đặt nhanh chĩng và cĩ thể tháo dỡ di chuyển khi cần. Hình 2.3 Mẫu nhà xe dạng tháp SVTH 6
17. Chương II: Tổng quan về kết cấu khung 2D 2.1.2.2 Hệ thống lưu thơng ngang: Là hệ thống đỗ xe tự động mà số xe chứa ở mỗi tầng nhiều nhất. Nếu nhà xe chỉ cĩ 1 vị trí để xe vào và ra thì mỗi tầng khơng cần khoảng trắng vì cĩ cụm cơ cấu đảm nhận cơng việc này. Nếu nhà xe chỉ cĩ nhiều vị trí xe vào và xe ra thì mỗi tầng cần một khoảng trắng để sàn xe như trị chơi xếp hình. Số xe mỗi tầng phụ thuộc vào diện tích nhà xe. Và nĩ cĩ thể đặt ngồi trời hoặc trong nhà. Hình 2.4 Mẫu nhà xe dạng sàn ngang SVTH 7
18. Chương II: Tổng quan về kết cấu khung 2D 2.1.3 Hệ thống nhà xe ngầm Hình 2.5 Mẫu nhà xe ngầm Hệ thống nhà xe ngầm là hệ thống đỗ ơtơ nhiều tầng đặt ngầm dưới đất. Tác động của hệ thống đối với mơi trường xung quanh rất ít. Cĩ thể bố trí nhà gửi xe ngầm trong khu vực đơng đúc, gần các tịa nhà hiện hữu, bên dưới hoặc gần các cơng trình mới. Hệ thống nhà xe ngầm là sự kết hợp giữa lưu thơng dọc (đưa xe xuống hầm) và lưu thơng ngang (đưa xe đến vị trí đậu xe). Điều khiển bằng màn hình cảm ứng, dễ vận hành. Phụ thuộc diện tích, mỗi tầng chứa số lượng xe khác nhau 2.2 Tổng quan về kết cấu nhà cao tầng : SVTH 8
19. Chương II: Tổng quan về kết cấu khung 2D Việc lựa chọn hệ thống xây dựng nhà cao tầng, việc lựa chọn vật liệu làm kết cấu, loại hình kết cấu và phương pháp thi cơng để thực hiện kết cấu chủ thể của ngơi nhà nhằm làm nĩ trở thành một sản phẩm xây dựng cĩ cơng năng sử dụng nhất định, cĩ chiều cao và hình khối phù hợp và thoả mãn những điều kiện cơng trình được thiết kế ra. Những nhà làm việc, cửa hàng thương nghiệp cao tầng hoặc các nhà cao tầng đa năng, yêu cầu nhưng khơng gian lớn để hoạt động, cĩ thể bố trí một cách linh hoạt. Đối với những nhà hành chính, văn phịng làm việc, lớp học, phịng bệnh, các loại phịng hội thảo khoa học, nghiên cứu lại yêu cầu những khơng gian hoạt động thích hợp. Những nhà cao tầng dùng làm nhà máy cơng nghiệp, kho tàng yêu cầu những khơng gian lớn rộng rãi. Những yêu cầu khác nhau đối với những sản phẩm xây dựng cĩ các cơng năng sử dụng khác nhau trên một mức độ rất lớn - quyết định sự lựa chọn hệ xây dựng nhà cao tầng. Chiều cao của nhà cao tầng cũng cĩ ảnh hưởng rất lớn tới việc lựa chọn hệ thống xây dựng. Do chuyển vị nằm ngang của các tầng sàn sinh ra dưới tác dụng của tải trọng nằm ngang của ngơi nhà tỷ lệ thuận với luỹ thừa bậc 4 của chiều cao ngơi nhà, nên khi lựa chọn hệ thống xây dựng của những ngơi nhà cao tầng, ta phải xem xét một cách chu đáo và tỉ mỉ yêu cầu thoả mãn độ cứng. Điều kiện thiên nhiên và điều kiện thi cơng khác nhau cũng ảnh hưởng tới sự lựa chọn hệ thống xây dựng nhà cao tầng. Khi xây dựng ở những vùng cĩ động đất, lại càng phải nhấn mạnh tính tổng thể tồn khối của kết cấu nhà. Ngồi ra, các điều kiện hiện trường cụ thể của cơng trình, phương pháp và cơng nghệ thi cơng quen thuộc của địa phương cũng như trình độ trang bị của đơn vị nhà thầu cũng cĩ tác động đến sự lựa chọn hệ thống xây dựng nhà cao tầng. 2.2.1 Phân loại hệ thống xây dựng theo vật liệu làm kết cấu 2.2.1.1 Kết cấu gạch đá SVTH 9
20. Chương II: Tổng quan về kết cấu khung 2D Ưư điểm của kết cấu gạch đá là vật liệu sẵn cĩ gần nơi xây dựng, giá thành hạ, tính bền vững cao, nhưng nhược điểm là cường độ khối xây thấp, độ dẻo kém, bất lợi đối với việc chống lún và kháng chấn. Trong những thập kỷ 60, 70 của thế kỷ trước, chúng ta xây nhiều tầng phần lớn là kết cấu gạch đá và gạch cốt thép, một số ít nhà cao tầng từ 8 đến 11 tầng thì xây bằng kết cấu hỗn hợp khung bê tơng cốt thép và tường bằng khối xây gạch và gạch đá cốt thép. Những kiến trúc cao tầng thời cổ đại như những tháp hải đăng tại thành phố Alexandri của Ai Cập, các tháp chùa cao tại Hà Nam, Vân Nam, Trung Quốc là những cơng trình cổ tồn tại hàng ngàn năm trước đây. Ở nước ta cũng cĩ những tháp cao đến 13 tầng, xây từ năm 1121 như tháp Sùng Thiện diên linh là một điển hình của kết cấu gạch đá cao tầng. Hình 2.6 Tháp Chàm – Ninh Thuận 2.2.1.2 Kết cấu thép Nhà cao tầng của thời kỳ cận đại là sản phẩm của sự phát triển cơng nghiệp gang thép của thế kỷ thứ 19. Năm 1801, ngơi nhà đầu tiên cao 7 tầng làm bằng kết cấu khung dầm - cột thép được xây dựng trong nhà máy dệt ở Manchester Anh Quốc – năm 1854, tại Hoa Kỳ ra đời tháp hải đăng bằng thép. Sau năm 1883, ở SVTH 10
21. Chương II: Tổng quan về kết cấu khung 2D Chicago và một số nơi khác ở Hoa Kỳ, người ta xây dựng những ngơi nhà từ 10 tầng trở lên bằng thép. Ưu điểm của kết cấu thép là cường độ chịu kéo, cường độ chịu nén, cường độ chống xoắn đều rất tốt, tính năng kháng chấn dẻo dai, độ chính xác trong chế tạo tại các nhà máy cao, tốc độ lắp ráp nhanh, tiết kiệm nhân cơng, hiện trường thi cơng gọn ghẽ văn minh, đặc biệt thích hợp với việc xây dựng nhà siêu cao và nhà hoặc cơng trình cĩ khẩu độ lớn. Hình 2.7 Tịa nhà hồn tồn bằng khung thép Theo số liệu thống kê của nước ngồi, trên thế giới ngày nay cứ 100 ngơi nhà siêu cao quá 212 m thì sẽ cĩ 65 ngơi nhà làm bằng kết cấu hỗn hợp thép, cịn lại 12 ngơi nhà nữa làm bằng kết cấu bê tơng cốt thép; trong đĩ cĩ 11 ngơi nhà cao nhất cao từ 296 đến 443 m đều làm bằng kết cấu thép và kết cấu thép – bê tơng cốt thép. Ở Nhật Bản, 100 ngơi nhà cao nhất đều làm bằng kết cấu thép. Ở Trung Quốc từ năm 1985 trở lại đây, cĩ 11 ngơi nhà cao tầng làm bằng kết cấu thép và kết cấu hỗn hợp thép – bê tơng cốt thép phân bố tại Bắc Kinh, Thượng Hải và Thâm Quyến, trong đĩ cĩa 8 ngơi nhà siêu cao mà chiều cao vượt quá 100 m. Ngơi nhà cao nhất là cao ốc Kinh quảng tại Bắc Kinh cao 208 m. Gần đây cao ốc Ngân hàng Trung SVTH 11