So Tay Thiet Ke Dong Dat

Lương Văn Hải & Tr ần Minh Thi

SỔ T TA Y T THIẾT K KẾ K KẾT C CẤU B BÊ T TÔNG C CỐT T T H ÉP CHỊU ĐỘNG ĐẤT T THEO T TCVN 3 3 75 - 20 06 MỤC LỤC 1.

2.

KHÁI NIỆM CƠ BẢN ............ .......................... ........................... ........................... ............................. ............................ .......................... ........................... ............................3 ..............3 1.1.

Những nguyên t ắc chỉ đạ ........................................ ............................ ........................... ............. 3 ỉ đạo trong thi ết kế cơ sở ..........................

1.2.

Gia tốc nền thiết kế ........................... ......................................... ........................... ........................... ............................ ............................ ........................... ............... 4

1.3.

Cấp động đất ........................... ......................................... ........................... ........................... ............................ ............................ ........................... ....................... .......... 7

1.4.

Các loại đất nền................................ n.............................................. ........................... ........................... ............................ ............................ ........................... ............... 9

1.5.

Biểu diễn cơ bản của tác động động đất ........................... ......................................... ............................ ........................... .................... ....... 11

TÍNH TOÁN VÀ T Ổ HỢP TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT.................................... T.................................................. .......................... ........................11 ............11 2.1. 2.1.1.

Phươ ng ng pháp t ĩ ĩ nh nh l ự ực ngang t ươ ươ ng ng đươ ng ng .......................... ........................................ ........................... .......................... ..................11 .....11

2.1.2.

Phổ thi ết k ế dùng cho phân tích đ àn àn hồi ......................... ....................................... ........................... ........................... .......................12 .........12

2.2.

T ổ hợ p các phản ứ ng ng d ạng dao động........................ ng...................................... ........................... ........................... ............................ ...............18 .18

2.2.2.

Các thành ph ần nằm ngang c ủa t ải tr ọng động đất (mục 4.3.3.5.1) ......................... ..................................18 .........18

2.2.3.

Các thành ph ần nằm đứ ng ng c ủa t ải tr ọng động đất (mục 4.3.3.5.2)........................ 4.3.3.5.2)....................................19 ............19

Tổ hợp tải tr ọng, nội lực và chuyển vị ............................ ......................................... ........................... ............................ ......................... ........... 20

2.3.1.

Xác đị nh nh nội l ự c ........................... ........................... ............................ ........................... ........................... ...............20 .20 ực.............................. ............................................

2.3.2.

T ổ hợ p t ải tr ọng, nội l ự ....................................... ........................... ............................ ...........................20 .............20 ực và chuy ển v ị ..........................

MÔ PHỎNG TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT TRONG TRONG ETABS ETABS ............. ........................... ........................... ........................... ...........................2 .............244 3.1.

Phương pháp l ực ngang tương đương................... ng................................. ............................ ........................... ........................... .................. .... 24

3.2.

Phương pháp ph ổ phản ứng ........................... ......................................... ............................ ........................... ........................... ......................... ........... 26

3.2.1.

T ải gia t ốc.............................. c............................................ ........................... ........................... ............................ ........................... ........................... ........................26 ..........26

3.2.2.

H ệ tr ục t ọa độ đị a phươ ng ng c ủa t ải gia t ốc ........................... ......................................... ........................... ........................... ....................26 ......26

3.2.3.

Đườ ng ng cong phổ phản ứ ng ng .......................... ....................................... ........................... ........................... ........................... .......................... ...............26 ...26

3.2.4.

Trình t ự ự khai báo .......................... ....................................... ........................... ............................ ........................... ........................... ........................... .................27 ....27

3.3.

Phương pháp phân tích động lực học kết cấu theo lịch sử thời gian........................ gian................................. ......... 32

3.3.1.

C ơ ơ s sở lý lý thuy ết ........................... ........................................ ........................... ........................... ........................... ............................ ........................... ...................32 ......32

3.3.2.

Trình t ự ự phân tích..................................... tích.................................................. ........................... ........................... .......................... ........................... ....................33 ......33

3.3.3.

Phươ ng ng pháp tích phân d ạng dao động (modal integration)................... integration)................................ ...........................34 ..............34

3.3.4.

Trình t ự ự khai báo .......................... ....................................... ........................... ............................ ........................... ........................... ........................... .................35 ....35

3.4.

4.

Tổ hợp các thành ph ần động đất (mục 4.3.3.5.) 4.3.3.5.) .......................... ....................................... ........................... ......................... ........... 18

2.2.1.

2.3.

3.

Các phương pháp mô ph ỏng tải tr ọng động đất ............................ ......................................... ........................... ....................... ......... 11

Phân tích k ết quả từ các phương pháp mô ph ỏng động đất ............................ ......................................... .................. ..... 38

3.4.1.

K ết quả phân tích phổ phản ứ ng ng .......................... ........................................ ............................ ........................... ........................... ....................38 ......38

3.4.2.

K ết quả phân tích l ị ch ch sử - thờ i gian ........................... ........................................ ........................... ........................... .......................... ...............38 ..38

3.5.

Ví dụ tính toán .......................... ........................................ ........................... .......................... ........................... ........................... ........................... ...................... ........ 39

3.6.

Kết luận chung................. chung.............................. ........................... ........................... ........................... ........................... ........................... ........................... ................. .... 41

CẤU TẠO KHÁNG CHẤN....................................... N..................................................... ........................... ........................... ............................ ........................... ...................42 ......42 1

Lương Văn Hải & Tr ần Minh Thi 4.1.

Cấp dẻo kết cấu .......................... ........................................ ............................ ............................ ........................... ........................... ............................ ................. ... 42

4.2.

Cấu tạo kháng chấn của các cấu kiện theo c ấp dẻo................................. o.............................................. ......................... ............ 43

4.2.1.

Các tham s ố c ấu t ạo đối v ớ ......................................... ............................ ........................... ........................... ..................46 ....46 ới d ầm ...........................

4.2.2.

Các tham s ố c ấu t ạo đối v ớ ới c ột ............................ ......................................... ........................... ........................... ........................... ....................49 ......49

4.2.3.

Các tham s ố c ấu t ạo đối v ớ t............................................... ........................... .......................52 .........52 ới nút d ầm và c ột..................................

4.2.4.

Các tham s ố c ấu t ạo đối v ớ ới t ườ ườ ng ng c ứ ứng................................... n g................................................ .......................... ...........................56 ..............56

4.3.

Cấu tạo kháng chấn của các cấu kiện theo c ấp chống động đất ........................... ....................................... ............ 61

4.3.1.

Bảng phân loại các c ấ p chống động đất............................... t............................................ ........................... ............................ ..................61 ....61

4.3.2.

Quy đị nh nh bố trí c ấu t ạo đối v ớ ới d ầm.................................... m.................................................. .......................... ........................... .....................63 ......63

4.3.3.

Quy đị nh nh bố trí c ấu t ạo đối v ớ ........................................ ............................ ........................... ........................... ..................66 ....66 ới c ột ..........................

4.3.4.

Quy đị nh nh bố trí c ấu t ạo đối v ớ ng c ứ n n .......................69 ..........69 ới t ườ ườ ng ứng g (vách c ứ ứng)............................. g)..........................................

4.3.5.

Quy đị nh nh bố trí c ấu t ạo đối v ớ ới lanh tô (gác qua l ỗ c ử ử a vách c ứ ứng)...................................75 n g)...................................75

4.3.6.

Quy đị nh nh bố trí c ấu t ạo đối v ớ móng...................................... .........................76 ............76 ới gi ằng móng và b ản móng.........................

2


1.

KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1. Những nguyên tắc chỉ đạo trong thiết kế cơ sở



Tính đơn giản về kết cấu



Tính đều đặn, đối x ứng và siêu t ĩ nh: tính đồng đều trong mặt b ằng được ĩ nh: đặc tr ưng bởi sự phân bố đều các cấu kiện chịu lực, cho phép truy ền tr ực tiếp và nhanh chóng các lực quán tính sinh ra bởi những khối lương phân bố trong công trình. Nếu cần, tính đồng đều có thể tạo ra bằng cách chia nhỏ công trình thành các đơn nguyên độc lập về mặt động lực nhờ các khe kháng chấn

Các khe co giãn, khe kháng chấn và khe lún cần tuân thủ theo các nguyên tắc sau

 Các khe co giãn, khe kháng chấn và khe lún nên bố trí trùng nhau.  Khe phòng chống động đất nên được b ố trí suốt chiều cao của nhà, nếu trong tr ườ ường hợp không cần có khe lún thì không nên cắt qua móng mà nên dùng giải pháp gia cố thêm móng tại vị trí khe động đất.  Khi công trình được thiết kế chống động đất thì các khe co giãn và khe lún phải tuân theo yêu cầu của khe phòng chống động đất  Độ r ộng của khe lún và khe phòng chống động đất cần được xem xét căn cứ vào chuyển vị của đỉ nh nh công trình do chuyển dịch móng sinh ra. Chiều r ộng tối thiểu của khe lún và khe kháng chấn được tính theo d min

 V1  V2  20mm

trong đó V 1 và V 2 là chuyển v ị ngang cực đại theo phương vuông góc với khe của hai bộ ph ận công trình hai bên khe, tại đỉ nh nh c ủa kh ối k ề khe có chiều cao nhỏ hơn hai khối.



Có độ cứng và độ bền theo cả hai phương



Có độ cứng và độ bền chống xoắn



Sàn tầng có ứng xử nh ư t ấm cứng: các sàn (k ể c ả mái) đóng một vai trò r ất quan tr ọng trong sự làm việc tổng thể của kết cấu chịu động đất. 3


Chúng làm việc nh ư nh ững tấm c ứng ngang, tiếp nh ận và truyền các lực quán tính sang hệ k ết c ấu th ẳng đứng và bảo đảm cho các hệ th ống này cùng nhau làm việc khi chịu tác động động đất theo phương ngang. Chú ý đến các lỗ mở lớn trên sàn, nằm gần v ới các cấu kiện thẳng chính, làm giảm hiệu quả của mối nối giữa các kết cấu theo phương ngang và đứng.



Có móng thích hợp



Các cấu ki ện kháng chấn chính phụ: m ột s ố c ấu ki ện nh ư dầm và cột có thể chọn là cấu kiện kháng chấn phụ, không tham gia vào hệ kết cấu kháng chấn của công trình. Cường độ và độ cứng kháng chấn của những cấu kiện này có thể bỏ qua. Chúng không cần thiết phải tuân thủ những yêu cầu từ chương 5 đến chương 9. Tuy nhiên, các cấu kiện này cùng với các mối liên kết của chúng phải được thiết kế và cấu tạo để chịu được tải tr ọng của tr ọng lực khi chịu những chuyển vị gây ra bởi các điều kiện thiết kế ch ịu động đất bất lợi nh ất. Khi thiết k ế các bộ ph ận này cần xét tới nh ững hiệu ứng b ậc hai (hiệu ứng P   ). Độ cứng ngang của t ất cả cấu kiện kháng chấn phụ không được vượt quá 15% độ cứng ngang của tất cả các cấu kiện kháng chấn chính.



Độ mảnh của mặt bằng nhà và công trình phải  

Lmax Lmin

 4 , trong đó

lần l ượt là kích thước lớn nh ất và bé nhất của m ặt bằng nhà theo hai phương vuông góc (liên quan hệ số ứng xử q).

Lmax và Lmin



Giới hạn tỷ số chiều cao trên chiều r ộng nhà (bảng 2.1 – TCXD198-1997)

1.2. Gia tốc nền thiết kế Theo bản đồ phân vùng gia tốc nền lãnh thổ Việt Nam, đỉ nh gia tốc nền tham chiếu a gR được xác định bằng các đường đẳng tr ị (xem phụ lục H). Theo tiêu chuẩn TCXDVN 375 – 2006, các tr ường hợp động đất được chia thành ba cấp tùy thuộc vào gia tốc nền thiết kế a g   I agR theo kiến nghị của tiêu chuẩn EN1998 – 1:2004 như sau

4


Động đất mạnh:

ag  0.08g ph ải

tính toán và cấu t ạo kháng chấn theo

TCVN 375-2006.

Động đất yếu:

0.04g  ag  0.08g chỉ cần áp dụng các giải pháp

kháng chấn đã được giảm nhẹ, c ấu t ạo theo TCXD 198-1997 .

Động đất r ất yếu:

ag  0.04g không

cần thiết kế kháng chấn.

trong đó hệ số tầm quan tr ọng  I được xác định theo phụ lục F Møc ®é quan träng

C«ng tr×nh

§Æc C«ng tr×nh §Ëp bªt«ng chÞu ¸p chiÒu cao >100m; biÖt cã tÇm quan Nhμ m¸y ®iÖn cã nguån nguyªn tö; träng ®Æc Nhμ ®Ó nghiªn cøu s¶n xuÊt thö çc chÕ phÈm biÖt, kh«ng sinh vËt kÞch ®éc, çc lo¹i vi khuÈn, mÇm bÖnh thiªn cho phÐp h − nhiªn vμ nh©n t¹o (chuét dÞch, dÞch t¶, th − ¬ng hμn háng do .v.v ); ®éng ®Êt C«ng tr×nh cét, th¸p cao h¬n 300 m; I

C«ng tr×nh cã tÇm quan träng sèng cßn víi viÖc b¶o vÖ céng ®ång, chøc n¨ng kh«ng ® − îc gi¸n ®o¹n trong qu¸ tr×nh x¶y ra ®éng ®Êt

C«ng tr×nh cã tÇm quan träng trong viÖc ng¨n ngõa hËu qu¶ ®éng ®Êt, nÕu bÞ sôp ®æ g©y tæn thÊt lín

ThiÕt kÕ víi gia tèc lín nhÊt cã thÓ x¶y ra

Nhμc ao tÇng cao h¬n 60 tÇng.

-

C«ng tr×nh th− êng xuyªn ®«ng ng − êi cã hÖ sè sö dông cao: c«ng tr×nh môc I-2.a, I-2.b, I-2.d, I-2.h, I2.k, I-2.l, I-2.m cã sè tÇng, nhÞp, diÖn tÝch sö dông hoÆc søc chøa ph©n lo¹i cÊp I;

-

C«ng tr×nh mμ chøc n¨ng kh«ng ® − îc gi¸n ®o¹n sau ®éng ®Êt: C«ng tr×nh c«ng céng I-2.c diÖn tÝch sö dông ph©n lo¹i cÊp I;

1,25

-

C«ng tr×nh môc II-9.a, II-9.b; c«ng tr×nh môc V1.a, V-1.b ph©n lo¹i cÊp I; Kho chøa hoÆc tuyÕn èng cã liªn quan ®Õn chÊt ®éc h¹i, chÊt dÔ ch¸y, dÔ næ: c«ng tr×nh môc II-5.a, II5.b, môc II-5.c ph©n lo¹i cÊp I, II; -

II

HÖ sè tÇm quan träng

Nhμ cao tÇng cao tõ 20 tÇng ®Õn 60 tÇng , c«ng tr×nh d¹ng th¸p cao tõ 200 m ®Õn 300 m.

-

C«ng tr×nh th− êng xuyªn ®«ng ng − êi, cã hÖ sè sö dông cao: c«ng tr×nh môc I-2.a, I-2.b, I-2.d, I-2.h, I-2.k, I2.l, I-2.m cã nhÞp, diÖn tÝch sö dông hoÆc søc chøa ph©n lo¹i cÊp II; Trô së hμnh chÝnh c¬ quan cÊp tØnh, th μnh phè, çc c«ng tr×nh träng yÕu cña çc tØnh, th μnh phè ®ãng vai trß ®Çu mèi nh − : C«ng tr×nh môc I-2.®, I-2.g, I-2.h cã nhÞp, diÖn tÝch sö dông ph©n lo¹i cÊp I, II; Çc h¹ng môc quan träng, l¾p ®Æt çc thiÕt bÞ cã 5

1,00

I


Møc ®é quan träng

C«ng tr×nh

vÒ ng− êi vμ tμi s¶n

gi¸ trÞ kinh tÕ cao cña çc nh μ m¸y thuéc c«ng tr×nh c«ng nghiÖp môc II-1 ®Õn II-4, tõ II-6 ®Õn II-8; tõ II-10 ®Õn II-12, c«ng tr×nh n¨ng l − îng môc II-9.a, II-9.b; c«ng tr×nh giao th«ng III-3, III-5; c«ng tr×nh thuû lîi IV-2; c«ng tr×nh hÇm III-4; c«ng tr×nh cÊp tho¸t n − íc V-1 tÊt c¶ thuéc ph©n lo¹i cÊp I, II; -

III

C«ng tr×nh kh«ng thuéc møc ®é ®Æc biÖt vμ møc ®é I, II, IV

C«ng tr×nh cã tÇm quan träng thø yÕu ®èi víi sù an toμn sinh m¹ng con ng− êi

Ghi chó:

Çc c«ng tr×nh quèc phßng, an ninh; Nhμ cao tÇng cao tõ 9 tÇng ®Õn 19 tÇng , c«ng tr×nh d¹ng th¸p cao tõ 100 m ®Õn 200 m.

-

Nhμ ë môc I-1, nh μ l μm viÖc môc I-2.®, nhμ triÓn l·m, nhμ v¨n ho¸, c©u l¹c bé, nh μ biÓu diÔn, nh μ h¸t, r¹p chiÕu bãng, r¹p xiÕc ph©n lo¹i cÊp III; C«ng tr×nh c«ng nghiÖp môc II-1 ®Õn II-4, tõ II-6 ®Õn II-8; tõ II-10 ®Õn II-12 ph©n lo¹i cÊp III diÖn tÝch sö dông tõ 1000 m2® Õn 5000 m 2; -

IV

HÖ sè tÇm quan träng

Nhμ cao tõ 4 tÇng ®Õn 8 tÇng , c«ng tr×nh d¹ng th¸p cao tõ 50 m ®Õn 100 m;

-

T− êng cao h¬n 10 m.

-

Nhμt ¹m : cao kh«ng qu¸ 3 tÇng; Tr¹i ch¨n nu«i gia sóc 1 tÇng;

-

0,75

Kho chøa hμng ho¸ diÖn tÝch sö dông kh«ng qu¸ 1000 m2

Kh«ng yªu cÇu tÝnh to¸n kh¸ng chÊn

-

X− ëng söa ch÷a, c«ng tr×nh c«ng nghiÖp phô trî; thø tù môc II-1 ®Õn II-4, tõ II-6 ®Õn II-8; tõ II-10 ®Õn II-12 ph©n lo¹i cÊp IV; C«ng tr×nh mμ sù h − háng do ®éng ®Êt Ýt g©y thiÖt h¹i vÒ ng− êi vμ thiÕt bÞ quý gi¸. C«ng tr×nh øng víi môc cã m· sè kÌm theo xem chi tiÕt trong Phô lôc G.

6

I


1.3. Cấp động đất Từ gia tốc nền thiết kế a g , tra bảng để xác định cấp động đất (phụ lục K) Thang MSK-64 C ấ p động đất

Thang MM

Đỉ nh gia t ốc nền

C ấ p động đất

(a)g

Đỉ nh gia t ốc nền (a)g

V

0,012 - 0,03

V

0,03 - 0,04

VI

> 0,03 - 0,06

VI

0,06 - 0,07

VII

> 0,06 - 0,12

VII

0,10 - 0,15

VIII

> 0,12 -0,24

VIII

0,25 - 0,30

IX

> 0,24 - 0,48

IX

0,50 - 0,55

X

> 0,48

X

> 0,60

Cấp 1: Động đất không cảm thấy, chỉ có máy mới ghi nhận được. Cấp 2: Động đất ít cảm thấy (r ất nhẹ). Trong những tr ường hợp riêng lẻ, chỉ có người nào đang ở tr ạng thái yên t ĩ nh mới cảm thấy được. Cấp 3: Động đất yếu. Ít người nhận bi ết được động đất. Chấn động y như t ạo ra bởi một ôtô vận tải nhẹ chạy qua. 7


Cấp 4: Động đất nhận thấy rõ. Nhiều người nhận biết động đất, cửa kính có thể kêu lạch cạch. Cấp 5: Thức tỉ nh. Nhiều người ngủ bị tỉ nh giấc, đồ vật treo đu đưa. Cấp 6: Đa số người cảm thấy động đất, nhà cửa bị rung nhẹ, lớp vữa bị r ạn. Cấp 7: Hư hại nhà cửa. Đa số người sợ hãi, nhiều người khó đứng vững, nứt lớp vữa, tường bị r ạn nứt. Cấp 8: Phá hoại nhà cửa; Tường nhà bị nứt lớn, mái hiên và ống khói bị r ơi. Cấp 9: Hư hại hoàn toàn nhà cửa; nền đất có thể bị nứt r ộng 10 cm. Cấp 10: Phá hoại hoàn toàn nhà cửa. Nhiều nhà bị sụp đổ, nền đất có thể bị nứt r ộng đến 1 mét. Cấp 11: Động đất gây thảm h ọa. Nhà, cầu, đập nước và đường s ắt bị hư h ại nặng, mặt đất bị biến dạng, vết nứt r ộng, sụp đổ lớn ở núi. Cấp 12: Thay đổi địa hình. Phá huỷ mọi công trình ở trên và dưới mặt đất, thay đổi địa hình trên diện tích lớn, thay đổi cả dòng sông, nhìn thấy mặt đất nổi sóng.

8


1.4. Các loại đất nền Các loại đất nền được tra theo bảng sau (bảng 3.1/trang 26) Các tham số Loại

Mô tả

v s,30(m/s)

N SPT

cu

(nhát/30cm) (Pa)

A

Đá ho ặc các kiến tạo đị a ch ất khác tựa đá, kể cả các đấ t yếu hơn trên bề m ặt với b ề dày l ớn nh ất là 5m.

800

-

-

B

Đất cát, cuội sỏi r ất chặt ho ặc đất sét r ất cứng có bề dày ít nh ất hàng chục mét, tính chất cơ học tăng dần theo độ sâu.

360-800

50

250

C

Đất cát, cuội sỏi ch ặ t, chặt vừa hoặc đất sét cứng có bề dày lớn từ hàng chục tới hàng tr ăm mét.

180-360

15-50

D

Đất r ời tr ạng thái từ xốp đến chặt vừa (có hoặc không xen kẹp vài lớp đất dính) hoặc có đa phần đất dính tr ạng

180

15

9

70 250

70


Các tham số Loại

Mô tả

v s,30(m/s)

N SPT

cu

(nhát/30cm) (Pa)

thái từ mềm đến cứng vừa.

E

Địa tầng bao gồm lớp đất tr ầm tích sông ở trên mặt với bề dày trong khoảng 5-20m có giá tr ị tốc độ truyền sóng như loại C, D và bên dưới là các đất cứng hơn với t ốc độ truyền sóng v s  800m/s.

S1

Địa tầng bao gồm hoặc chứa một lớp đất sét mềm/bùn (bụi) tính dẻo cao (PI 40) và độ ẩm cao, có chiều dày ít nhất là 10m.

S2

Địa tầng bao gồm các đất dễ hoá lỏng, đất sét nhạy hoặc các đất khác với các đất trong các loại nền A-E hoặc S1.

 100 (tham khảo)

-

1020

Nền đất cần phân loại theo giá tr ị của vận tốc sóng cắt trung bình  s ,30 (m/s) nếu có giá tr ị này. Nếu không, có thể dùng giá tr ị N SPT. Vận tốc sóng cắt trung bình,  s ,30 được tính toán theo biểu thức sau  s ,30



30 hi

N

 i 1

i

trong đó hi ; vi lần

lượt là chiều dày (m) và vận tốc sóng cắt (tại mức biến dạng

bằng 10-5 hoặc thấp hơn) c ủa lớp thứ i trong tổng số N lớp t ồn t ại trong 30m đất trên bề mặt.

Đối với các địa điểm có điều kiện nền đất thuộc một trong hai loại nền đặc bi ệt S1 và S2 c ần ph ải có nghiên cứu đặc bi ệt để xác định tác động động đất. Đối với những loại đất này, đặc biệt là đối với nền S2, cần phải xem xét khả năng phá hủy nền khi chịu tác động động đất. 10


1.5. Biểu diễn cơ bản của tác động động đất Trong phạm vi tiêu chuẩn, chuyển động động đất t ại m ột điểm cho tr ước trên bề m ặt được bi ểu di ễn b ằng phổ ph ản ứng gia tốc đàn h ồi, g ọi t ắt là phổ phản ứng đàn hồi. Tác động động đất theo phương nằm ngang mô tả bằng 2 thành phần vuông góc được xem là độc lập và biểu diễn bằng cùng một phổ phản ứng.

Đối với ba thành phần của tác động động đất, có thể chấp nhận một hoặc nhiều dạng khác nhau của ph ổ phản ứng, phụ thuộc vào các nguồn và độ lớn động đất phát sinh từ chúng. Đối với các công trình quan tr ọng  I  1 c ần xét các hiệu ứng khuếch đại đại hình (xem phụ lục tham khảo A, phần 2).

2.

TÍNH TOÁN VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT

2.1. Các phương pháp mô phỏng tải tr ọng động đất Tải tr ọng động đất có thể mô phỏng thành nhiều ph ương pháp khác nhau, nhưng hiện nay có hai phương pháp đang được sử dụng r ộng rãi: lực ngang tương đương và phổ thiết kế 2.1.1. Phươ ng pháp t ĩ nh l ực ngang t ươ ng đươ ng

Tải tr ọng động đất được quy đổi thành lực ngang tương đương khi kết cấu đáp ứng hai điều kiện sau



Có chu kỳ dao động cơ bản theo hai hướng chính nhỏ hơn các giá tr ị sau

4T C T 1    2 s 

Thỏa mãn những tiêu chí về tính đều đặn mặt đứng Theo mỗi phương nằm ngang được phân tích, lực cắt đáy động đất Fb

 Sd T1  m

trong đó Sd  T 1  :

tung độ của phổ thiết kế tại chu kỳ T 1

T 1

là chu kỳ dao động cơ bản của nhà do chuyển động ngang theo

phương đang xét 11


là tổng khối lượng của nhà ở trên móng hoặc ở trên đỉ nh của phần cứng phía dưới m



là hệ số hiệu chỉ nh lấy như sau   0.85 nếu T1  2T C với nhà có

trên 2 tầng hoặc   1 với các tr ường hợp khác Tác động động đất phải được xác định bằng cách đặt các lực ngang F i vào tất cả các tầng ở hai mô hình phẳng Fi

 F b

si mi

 s m j

j

trong đó F i

là lực ngang tác dụng tại tầng thứ i

F b

là lực cắt đáy do động đất tính theo Fb  Sd  T1  m

si ; s j

lần lượt là chuyển vị của khối lượng mi ; m j trong dao động cơ bản

xuất từ Etabs mi ; m j

là khối lượng của các tầng xuất từ Etabs.

Khi dạng dao động cơ bản được lấy gần đúng bằng các chuyển vị nằm ngang tăng theo tuyến tính dọc theo chiều cao Fi

 F b



i

mi j

mj

trong đó zi ; z j

là độ cao của khối lượng mi ; m j so với điểm đặt tác động động đất

(mặt móng hoặc đỉ nh móng của phần cứng phía dưới). Sau khi có được lực cắt tại từng tầng, nhập các lực này vào mô hình trong phần mềm ETABS tại tâm khối lượng của sàn cứng. Tiến hành tổ hợp “tải động đất” và các loại tải tr ọng khác với hệ số tổ hợp theo tiêu chuẩn. 2.1.2. Phổ thi ết k ế dùng cho phân tích đ àn hồi

Đây là một phương pháp dự đoán phản ứng lớn nhất của hệ chịu tác động động đất dựa vào số liệu của các tr ận động đất xảy ra tr ước đó. Phương pháp này cần được áp dụng cho nhà không thỏa mãn những điều kiện nêu trong 2.1.1 khi ứng dụng phương pháp phân tích t ĩ nh lực ngang tương đương. 12


Phải xét tới phản ứng của tất cả các dạng dao động góp phần đáng kể vào phản ứng tổng thể của nhà. Các yêu cầu này có thể thỏa mãn nếu đạt được một trong hai điều kiện sau



Tổng các khối l ượng h ữu hi ệu của các dạng dao động được xét chiếm ít nhất 90% tổng khối lượng của kết cấu.



Tất cả các dạng dao động có khối l ượng hữu hiệu lớn hơn 5% của tổng khối lượng đều được xét đến.

Ghi chú: Xác định tỉ số khối lượng tham gia như hình vẽ (SumUX và sum UY) Nếu các yêu cầu trên không thỏa mãn (ví dụ trong nhà và công trình mà các dao động xoắn góp phần đáng kể) thì số lượng tối thiểu các dạng dao động k được xét trong tính toán khi phân tích không gian cần thỏa mãn hai điều kiện sau k

3

n và Tk  0.2 s

trong đó k

là số dao động được xét tới trong tính toán

n

là số tầng ở trên móng và hoặc đỉ nh của phần cứng phía dưới

T k

là chu kỳ dao động của dạng thứ k

Khả năng kháng chấn của hệ kết cấu trong miền phi tuyến thường cho phép thiết kế kết cấu với các lực động đất bé hơn so với các lực ứng với phản ứng đàn hồi tuyến tính.

Để tránh với phân tích tr ực tiếp các kết cấu không đàn hồi, người ta kể đến khả năng tiêu tán năng lượng chủ yếu thông qua ứng xử dẻo của các cấu kiện của nó bằng cách phân tích đàn hồi dựa trên phổ phản ứng được chiết giảm từ phổ phản ứng đàn hồi, vì thế phổ này được gọi là phổ thiết kế. Sự chiết giảm này được thực hiện bằng cách đưa vào hệ số ứng xử q .

13


Đối với các thành phần nằm ngang của tác động động đất, phổ thiết kế S d (T ) được xác định bằng các biểu thức sau 0T

TC

S d (T )

 2 T  2,5 2   T B : Sd (T )  ag .S.      ; 3 T q 3  B  

T B

2,5

 T  TC : Sd (T )  ag .S.

;

q

 a .S  2,5  TC .T D  g q T 2 T D  T : S d T     .a g 

 a .S . 2.5 . T C  g q T ;  T  TD : Sd  T     .a g 

Phổ thiết kế;

T

Chu kỳ dao động của hệ tuyến tính một bậc tự do;

a g

Gia tốc nền thiết kế trên nền loại A a g   1a gR

 1

Hệ số tầm quan tr ọng được cho trong phụ lục F, TCVN 375:2006;

a gR

Đỉ nh gia tốc nền, cho trong phụ lục I TCVN 375:2006;



Hệ số điều chỉ nh độ cản với giá tr ị tham chiếu   1 (độ cản nhớt 5%);

q

Hệ số ứng xử q  q0 k w  1.5 trong đ ó q0 là hệ số ứng xử cơ bản phụ

thuộc vào loại kết cấu và tính đều đặn theo mặt đứng theo mục 4.2.3.3

Lo¹i kÕt cÊu

CÊp dÎo kÕt cÊu trung b×nh

CÊp dÎo kÕt cÊu cao

3,0 u/1

4,5 u/1

HÖ kh«ng thuéc hÖ t − êng kÐp

3,0

4,0 u/1

HÖ dÔ xo¾n

2,0

3,0

HÖ con l¾c ng − îc

1,5

2,0

HÖ khung, hÖ hçn hîp, hÖ t − êng kÐp

Và với loại nhà không đều đặn theo mặt đứng theo mục 4.2.3.1 (7), giá tr ị q0 cần được giảm xuống 20%.

HÖ khung hoÆc hÖ kÕt cÊu hçn hîp t− ¬ng ®− ¬ng khung

/

u

Nhμmét tÇng

1.1

Khung nhiÒu tÇng, mét nhÞp

1.2

Khung nhiÒu tÇng, nhiÒu nhÞp hoÆc kÕt cÊu hçn hîp t − ¬ng ® −¬ ng khung

1.3

14

1


HÖ t− êng hoÆc hÖ kÕt cÊu hçn hîp t− ¬ng ®− ¬ng víi t− êng

/

u

HÖ t − êng chØ cã hai t− êng kh«ng ph¶i l μ t − êng kÐp theo tõng ph − ¬ng ngang

1.0

Çc hÖ t− êng kh«ng ph¶i l μ t − êng kÐp

1.1

HÖ kÕt cÊu hçn hîp t − ¬ng ® −¬ ng t− êng, hoÆc hÖ t− êng kÐp

1.2

1

Hệ số k w phản ánh dạng phá hoại thường gặp trong kết cấu có vách

Loại kết cấu

k w

HÖ khung vμ hÖ kÕt cÊu hçn hîp t − ¬ng ® −¬ ng khung HÖ t− êng, hÖ kÕt cÊu hçn hîp t − ¬ng ® −¬ ng t− êng vμ kÕt cÊu dÔ xo¾n

1.0 0.5  (1   0 ) / 3  1

trong đó  0 là tỷ số kích thước các vách trong hệ kết cấu  0  

hwi

 l

, với hwi là

wi

chiều cao vách thứ i ; và l wi là độ dài của vách thứ i 

Hệ số ứng với cận dưới của phổ thiết kế theo phương nằm ngang,

  0.2 T B

Giới hạn dưới của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng

gia tốc; T C

Giới hạn trên của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng

gia tốc; T D

Giá tr ị xác định điểm bắt đầu của phần phản ứng dịch chuyển không

đổi trong phổ ph ản ứng; S

Hệ số nền; Loại nền đất

S

T B (s)

T C (s)

T D (s)

A

1.0

0.15

0.4

2.0

B

1.2

0.15

0.5

2.0

15


C

1.15

0.20

0.6

2.0

D

1.35

0.20

0.8

2.0

E

1.4

0.15

0.5

2.0

Thông thường, người ta chỉ đo giá tr ị cực đại của chuyển vị. Vì vậy, chỉ thu được phổ phản ứng chuyển vị “thật”. Từ “thật” ở đây để phân biệt với từ “giả” của phổ phản ứng vận tốc “giả” và phổ phản ứng gia tốc “giả”. Vì 2 loại phổ này được suy ra từ ph ổ ph ản ứng chuyển v ị trên cơ s ở dao động c ủa h ệ một bậc tự do. Phương trình dao động có dạng: u  u0 sin  t Giá tr ị phổ vận tốc được suy từ phổ chuyển vị: Sv   S d Giá tr ị phổ gia tốc được suy từ phổ chuyển vị: S a   S v

Đối với thành phần thẳng đứng của tác động động đất. phổ thiết kế được xác định theo công thức của phổ ngang; trong đó gia tốc nền thiết kế theo phương ngang a g được thay bằng avg  0.9ag ; S  1 ; q  1.5 ; các giá tr ị khác lấy theo bảng sau avg / a g

T B (s)

16

T C (s)

T D (s)


0.90

0.05

0.15

1.0

Các bước thực hiện tính toán theo phương pháp phổ Bước 1: Xác định chu kỳ và tần số dao động của mỗi mode dao động Bước 2: Xác định phản ứng ứng với mỗi dạng dao động Xác định giá tr ị phổ thiết kế gia tốc Se(T n ) của mode n ứng với chu kỳ dao động T n Phản ứng lớn nhất của mode n : y (T n )max 

Se(T n )  n2

Chuyển vị lớn nhất c ủa kết c ấu ứng với mode n : un  y (T n )max  n ; với  n là mode Shape thứ n . Có chuyển vị của từng điểm, áp dụng các công thức của phần tử hữu hạn cho bài toán t ĩ nh thông thường, sẽ có được nội lực của phần tử. Bước 3: Tổ hợp phản ứng từ các mode Phương pháp SRSS (Square Root Of The Sum Of The Squares)

Đây là phương pháp căn bậc 2 tổng bình phương các ứng xử của các mode để có được ứng xử của kết cấu trong một phương. E E

 E



2 Ei

Phương pháp CQC (Complete Quadratic Combination) Gọi E En và E Em là nội lực được tính toán ứng với mode n và mode m . Nội lực cực đại sẽ được xác định theo dạng biểu thức có dạng tổng kép sau: E E



 E n

 nm E En

En

m

Tổng kép thực hiện trên toàn bộ các mode được khảo sát.  nm là hệ số liên kết giữa mode n và mode m , phụ thuộc vào tỷ số cản và vào tần số riêng.  nm

với r 

 n  m



8 (1  r )r 3 / 2 (1  r 2 ) 2  4 2 r (1  r ) 2

. Các hệ số đều dương và nhỏ hơn hoặc bằng 1.

Bước 4: Tổ hợp phản ứng từ các phương khác nhau 17


E

 E02  E902  E z 2

trong đó E 0 và E 90 là các đáp ứng do tác động theo hai phương ngang vuông góc nhau, và E z là đáp ứng do tác động theo phương thẳng đứng.

2.2. Tổ hợp các thành phần động đất (mục 4.3.3.5.) 2.2.1. T ổ hợ p các phản ứ ng d ạng dao động

Phản ứng ở hai dạng dao động i và j (kể cả các dạng dao động tịnh tiến và xoắn) có thể xem là độc lập với nhau. nếu các chu kỳ T i và T j thỏa mãn T j

 0.9T i

Khi tất c ả các dạng dao động c ần thiết được xem là độc l ập v ới nhau thì giá tr ị lớn nhất E E của hệ quả tác động động đất có thể lấy bằng E E



 E

2 Ei

trong đó E E

hệ quả tác động động đất đang xét (lực. chuyển vị.…)

E Ei

giá tr ị của hệ quả tác động động đất này do dạng dao động thứ i gây ra.

2.2.2. Các thành phần nằm ngang c ủa t ải tr ọng động đất (mục 4.3.3.5.1)

Nói chung, các thành phần n ằm ngang của tác động động đất ph ải được xem là tác động đồng thời Việc tổ hợp các thành phần nằm ngang của tác động động đất có thể thực hiện như sau (1) Phản ứng kết cấu đối với mỗi thành phần phải được xác định riêng r ẽ bằng cách sử dụng những quy tắc tổ hợp đối với các phản ứng dạng dao động theo 2.6.7.1 (xem mục 4.3.3.3.2- TCVN 375-2006) (2) Giá tr ị lớn nhất của mỗi hệ quả tác động lên kết cấu do hai thành phần nằm ngang của tác động động đất, có thể xác định bằng căn bậc hai của tổng bình phương các giá tr ị của hệ quả tác động do mỗi thành phần nằm ngang gây ra (3) Quy tắc (2) ở trên nói chung cho kết quả thiên về an toàn của các giá tr ị có thể có của các hệ quả tác động khác đồng thời với giá tr ị lớn nhất thu được nh ư trong (2). Có thể s ử d ụng các mô hình chính xác 18


hơn để xác định các giá tr ị có thể có đồng thời từ nhiều hệ quả tác động do hai thành phần nằm ngang của tác động động đất gây ra Nếu (1) và (2) không dùng được, các hệ qu ả tác động do tổ hợp của các thành phần nằm của tải tr ọng động đất có thể được xác định

 0.3E Edy 0.3 E Edx  E Edy

E Edx

trong đó E Edx bi ểu

nằm ngang

th ị các hệ qu ả tác động do đặt tác động động đất d ọc theo tr ục được chọn của kết cấu;

E Edy biểu

thị các hệ quả tác động do đặt tác động động đất dọc theo tr ục nằm ngang y vuông góc của kết cấu; 2.2.3. Các thành phần nằm đứ ng c ủa t ải tr ọng động đất (mục 4.3.3.5.2)

Nếu avg  0.25 g  2.5 (m/s2) thì thành phần thẳng đứng của tác động động đất cần được xét trong các tr ường hợp sau

 Các bộ phận kết cấu nằm ngang hoặc gần như ngang có nhịp L  20 m  Các bộ phận kết cấu dạng console nằm ngang hoặc gần như ngang dài hơn 5m  Các thành phần kết cấu ứng lực tr ước nằm ngang hoặc gần như ngang  Các dầm đỡ cột (Transfer beam)  Các kết cấu có cách chấn đáy Chỉ tính toán thành phần đứng của tải động đất với các cấu kiện như trên và các cấu kiện đỡ hoặc liên quan tr ực tiếp với chúng. Nếu các thành phần n ằm ngang xét đến cho các cấu kiện này thì có thể sử dụng ba tổ hợp sau

 0.3EEdy  0.3 E Edz 0.3 E Edx  EEdy  0.3 E Edz 0.3 E Edx  0.3EEdy  E Edz

E Edx

E Edz biểu

thị hệ quả tác động do tác động động đất theo phương đứng.

Ghi chú về nhập giảm độ cứng chống uốn và chống cắt của cấu kiện bị nứt tại mục 4.3.1 (6) (7) trang 46 TCVN375-2006 19


(6) Trong nhà bêtông, nhà thép-bêtông liên hợp và nhà xây, độ cứng của cấu kiện chịu tải nói chung cần được đánh giá có xét đến hệ quả của vết n ứt. Độ cứng này cần tương ứng với sự bắt đầu chảy dẻo cốt thép. (7) Tr ừ phi thực hiện sự phân tích chính xác hơn đối với các cấu kiện bị nứt, các đặc tr ưng về độ cứng chống cắt và độ cứng chống uốn đàn hồi của các cấu ki ện bêtông và khối xây có thể l ấy b ằng m ột n ửa (50%) độ c ứng tương ứng của các cấu kiện không bị nứt. (xem xét khi có yêu cầu).

2.3. Tổ hợp tải tr ọng, nội lực và chuyển vị 2.3.1. Xác đị nh nội l ực

Có hai loại s ơ đồ để tính toán nội l ực là sơ đồ đàn h ồi và sơ đồ d ẻo ph ụ thuộc vào việc người thiết k ế cho phép vật li ệu làm việc trong miền nào. (điều khiển sơ đồ này bằng ứng dụng Frame End length offsets – v ừng cứng tại nút khung trong ETABS). Với kết cấu t ĩ nh định, chỉ được dùng sơ đồ đàn hồi bởi vì khi vật liệu trong kết cấu vượt qua giai đoạn đàn hồi (đến giai đoạn chảy dẻo) kết cấu bị phá hủy. Với kết cấu này sử dụng các phương pháp lực, phương pháp chuyển vị hoặc phương pháp PTHH để tìm nội lực. Với kết cấu siêu t ĩ nh, có thể tính theo sơ đồ đàn hồi hoặc sơ đồ dẻo. Nếu dùng sơ đồ dẻo, kết cấu thiết kế sẽ làm việc trong miền dẻo nhưng vẫn không bị phá hủy. Để tìm nội l ực khi dùng sơ đồ d ẻo có thể s ử d ụng phương pháp tr ạng thái tới hạn ho ặc phương pháp PTHH. Sử dụng s ơ đồ đàn hồi t ức là cho kết cấu làm việc trong miền đàn hồi, do đó sẽ an toàn hơn nhưng không kinh tế bằng khi cho kết cấu làm việc trong miền dẻo. Cần chú ý bê tông cốt thép là vật li ệu đàn h ồi-dẻo và không đồng nhất. Do đó các công thức của cả hai sơ đồ đều chỉ mang tính gần đúng. Đối với sơ đồ dẻo, r ất khó khăn khi đánh giá mức độ dẻo của kết cấu và khi xuất hiện biến dạng dẻo k ết cấu s ẽ phân phối lại nội lực như th ế nào. Do vậy hiện nay chỉ áp d ụng sơ đồ dẻo đối với cấu kiện dầm, còn nội l ực và biến dạng của kết cấu nhà cao tầng được tính toán theo phương pháp đàn hồi (mục 2.6.2 – TCXD198-1997) 2.3.2. T ổ hợ p t ải tr ọng, nội l ực và chuy ển v ị

Đối v ới t ĩ nh t ải, đây là loại t ải th ường xuyên tác dụng lên kết c ấu do đó nó luôn gây ra nội l ực. Đối với hoạt tải, có thể xuất hiện hoặc không và thậm 20


chí có thể đổi chiều tác dụng (tải tr ọng gió). Ngay cả với hoạt tải do đồ đạc gây ra cũng có thể có hoặc không, có thể xuất hiện ở chỗ này hoặc ở chỗ khác. Do đó khi thiết kế phải tổ hợp nội lực để tìm ra giá tr ị bất lợi cho kết cấu: S

 S g   S ij

trong đó S g là nội lực do t ĩ nh tải gây ra (luôn không đổi), S ij là nội lực do tr ường h ợp th ứ i c ủa ho ạt t ải th ứ j gây ra (thay đổi c ả v ề tr ị s ố và dấu), còn  là hệ s ố t ổ h ợp, trong đó   1 khi chỉ l ấy 1 hoạt t ải và   0.9 khi lấy t ừ hai hoạt tải tr ở lên. Một d ạng khác để tìm nội lực nguy hiểm trong các cấu kiện là tổ hợp t ải tr ọng. Theo cách này thì không tính nội lực từng tr ường hợp tải r ồi lựa chọn để cộng tác dụng mà tiến hành tổ h ợp tr ước các loại t ải tr ọng, sau đó tính nội lực với tải tr ọng tổ hợp này. Tổ hợp tải tr ọng và tổ hợp nội lực sẽ giống nhau khi kết cấu làm việc tuyến tính (nguyên lý cộng tác dụng) và sẽ khác nhau khi kết cấu làm việc phi tuyến. Trong thực hành, thường dùng tổ hợp t ải tr ọng vì nó đơn gi ản, d ễ làm, dễ hình dung, sai số không đáng kể. Theo TCXD2737-1995, có hai tổ hợp tải tr ọng sau:

 Tổ hợp cơ bản: T ĩ nh tải DL (mục 2.3.3), hoạt tải dài hạn LL(mục 2.3.4) và ngắn hạn(mục 2.3.3) W  Tổ hợp đặc bi ệt: T ĩ nh t ải, hoạt t ải dài hạn và ngắn h ạn có thể x ảy ra một trong các tải tr ọng đặc biệt (mục 2.3.6) E Ghi chú: Trong quá trình gán tải tr ọng gió vào mô hình, cần tách ra hai thành phần t ĩ nh Wt và động Wd. Sau đó, tổ hợp lại gió theo công thức sau W = W t + Wd Theo TCXD2737-1995 và TCVN375-2006, T ĩ nh tải + Hoạt tải T ĩ nh tải + Gió T ĩ nh tải + 0.9 Hoạt tải + 0.9 Gió T ĩ nh tải + động đất T ĩ nh tải + động đất + 2,i x Hoạt tải (Mục 3.2.4 (TCVN375-2006)) Các giá tr ị 2,i cho trong Bảng 3.4 trang 36 (TCVN375-2006)

21


Bảng 3.4: Các giá tr ị  2,i đối với nhà Tác động

2

Tải tr ọng đặt lên nhà, loại Loại A: Khu vực nhà ở, gia đình Loại B: Khu vực văn phòng Loại C: Khu vực hội họp Loại D: Khu vực mua bán Loại E: Khu vực kho lưu tr ữ Loại F: Khu vực giao thông, tr ọng lượng xe 30kN Loại G: Khu vực giao thông 30kN; tr ọng lượng xe 160kN Loại H: Mái

0,3 0,3 0,6 0,6 0,8 0,6 0,3 0

Đây là bảng tổ hợp triển khai cho thiết kế công trình nhà ở và văn phòng Tên tổ hợp

Tổ hợp

COMBO1

ADD

COMBO2 COMBO3 COMBO4 COMBO5 COMBO6

COMBO7

COMBO8

ADD ADD ADD ADD ADD

ADD

ADD

Thành phần Hệ số tổ hợp

Nội dung tính toán - ki ểm tra Tính bền

DL

1

LL

1

DL

1

WX

1

DL

1

WX

-1

DL

1

WY

1

DL

1

WY

-1

DL

1

LL

0.9

WX

0.9

DL

1

LL

0.9

WY

0.9

DL

1

LL

0.9

Tính bền Tính bền Tính bền Tính bền Tính bền

Tính bền

Tính bền

22


Tên tổ hợp COMBO9

COMBO10 COMBO11 COMBO12 COMBO13 COMBO14

COMBO15

COMBO16

COMBO17

Tổ hợp ADD

ADD ADD ADD ADD ADD

ADD

ADD

ADD

Thành phần Hệ số tổ hợp WX

-0.9

DL

1

LL

0.9

WY

-0.9

DL

1

EY

1

DL

1

EX

1

DL

1

EY

-1

DL

1

EX

-1

DL

1

LL

0.3

EY

1

EX

0.3

DL

1

LL

0.3

EX

1

EY

0.3

DL

1

LL

0.3

EY

-1

EX

-0.3

DL

1

LL

0.3

EX

-1

EY

-0.3

Nội dung tính toán - ki ểm tra Tính bền

Tính bền Tính bền Tính bền Tính bền Tính bền

Tính bền

Tính bền

Tính bền

ENVE1

ENVE

ENVE(COMBO1 + ... + COMBO17)

COMBO18

ADD

DL

0.909

LL

0.833 23

Kiểm tra độ võng theo phương thẳng đứng của dầm, sàn


Tên tổ hợp

Tổ hợp

COMBO19

ADD

COMBO20 COMBO21 COMBO22 ENVE2

3.

ADD ADD ADD ENVE

Thành phần Hệ số tổ hợp DL

0.909

WY

0.833

DL

0.909

WX

0.833

DL

0.909

WY

-0.833

DL

0.909

WX

-0.833

Nội dung tính toán - ki ểm tra Chuyển vị do gió theo phương Y Chuyển vị do gió theo phương X Chuyển vị do gió theo phương Y Chuyển vị do gió theo phương X

ENVE (COMBO18 + ... + COMBO22)

MÔ PHỎNG TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT TRONG ETABS

3.1. Phương pháp lực ngang tương đương Bước 1: Khai báo t ải tr ọng như sau

Bước 2: Gán tải tr ọng như sau

24


25


3.2. Phương pháp phổ phản ứng 3.2.1. T ải gia t ốc

Tải gia tốc được dùng để mô tả chuyển động c ủa đất n ền và được dùng để tính tải tr ọng cho công trình trong phương pháp phổ ph ản ứng và phương pháp lịch sử – thời gian. Khi định ngh ĩ a tải gia tốc, chương trình sẽ tự động tính toán cho cả 3 phương phụ thuộc vào độ lớn của gia tốc nền.

Để có được tải gia tốc theo 3 phương, phải có khối lượng tương ứng theo 3 phương mx , my , mz để tạo ra lực quán tính. Không thể tạo ra tải gia tốc hướng tâm mà chỉ có thể tạo ra tải gia tốc thẳng vì đang dùng hệ t ọa độ th ẳng vuông góc chứ không dùng hệ t ọa độ tr ụ hoặc hệ tọa độ cầu. Tải gia tốc có thể tạo ra với tất cả các loại phần tử tr ừ loại phần tử Asolid. Trong hệ tọa độ địa phương của phương pháp phổ phản ứng phương pháp lịch sử – thời gian, tải gia tốc có chiều dọc theo chiều dương của tr ục 1,2,3 thuộc U1, U2, U3.

3.2.2. H ệ tr ục t ọa độ đị a phươ ng c ủa t ải gia t ốc

Mỗi phổ phản ứng có một hệ tọa độ địa phương của riêng nó, được dùng để xác định phương của lực do gia tốc n ền gây ra. Hệ tr ục tọa độ địa ph ương này biểu di ễn bởi 3 tr ục 1,2 và 3. Được xác định d ựa theo hệ tr ục t ọa độ tổng thể X,Y và Z.

3.2.3. Đườ ng cong phổ phản ứ ng 26


Đường cong phổ theo mỗi phương được thiết lập từ các hàm có sẵn trong Etabs hoặc t ừ hàm do người thiết k ế xây dựng. Nếu d ải chu kỳ c ủa ph ổ phản ứng không được định ngh ĩ a đủ cho dải chu kỳ dao động các mode của kết cấu, đường phổ phản ứng sẽ tự động được mở r ộng cho những chu kỳ chưa được định ngh ĩ a. Gia tốc ứng v ới nh ững chu kỳ đó là hằng số và có giá tr ị bằng với gia tốc tại điểm được định ngh ĩ a gần đó nhất. 3.2.4. Trình t ự khai báo

Bước 1: Khai báo khối lượng Chú ý khi khai báo nguồn tạo khối lượng (Mass Source)

 From Shelf: khối lượng được tính từ khối lượng riêng  From Load: khối lượng được tính từ tr ọng lượng riêng  From Speccified Mass: khối lượng được nhập tr ực tiếp vào kết cấu. Nếu không chọn đúng cách có thể sẽ gây dư hoặc thiếu khối lượng cho công trình, ảnh hưởng đến giá tr ị chu kỳ dao động làm người thiết kế d ễ lầm tưởng công trình đã thiếu hoặc đủ độ cứng. Bước 2: Khai báo số mode cần để phân tích dao động. Mỗi mode có một sự đóng góp khác nhau vào dao động theo phương đang xét. TCXDVN 375:2006 quy định



Tổng các khối l ượng h ữu hi ệu của các dạng dao động được xét chiếm ít nhất 90% tổng khối lượng của kết cấu.



Tất cả các dạng dao động có khối l ượng hữu hiệu lớn hơn 5% của tổng khối lượng đều được xét đến.

Bước 3: Định ngh ĩ a hàm phổ phản ứng. Xây dựng được 5 đường phổ phản ứng ứng với 5 loại đất nền theo TCXDVN 375:2006. Chu kỳ 0 < T < 4s được xây dựng theo phổ gia tốc, chu kỳ 4 < T <10s được xây dựng theo phổ chuyển vị. 27


Chuẩn bị file .txt

Khai báo phổ thiết kế

Tạo PHỔ NGANG và ĐỨNG từ file .txt (add spectrum from file)

28


29


Bước 4: Định ngh ĩ a tr ường hợp tải

30


Định ngh ĩ a phương pháp tổ hợp phản ứng từ các mode (Modal Combination) Sự tổ hợp các dạng dao động theo một phương nhất định được thực hiện bằng các phương pháp sau: • Phương pháp CQC (Complete Quadratic Combination) • Phương pháp SRSS (Square Root of the Sum Squares). • Phương pháp tổng tuyệt đối (Absolute Sum Method) Phương pháp an toàn nhất để xác định chuyển vị hay nội lực cực đại trong kết cấu là lấy t ổng giá tr ị tuy ệt đối các ứng xử của t ừng mode. Phương pháp này giả thiết r ằng các giá tr ị phản ứng của tất cả các mode xảy ra tại cùng một thời điểm. Điều này thường không phù hợp với thực tế và cho kết quả quá lớn.

Định ngh ĩ a phương pháp tổ hợp phản ứng từ các phương (Directional Combination) • Phương pháp SRSS (Square Root of the Sum Squares). • Phương pháp tổng tuyệt đối (Absolute Sum Method). Hệ số giảm chấn damping có thể lấy 0.05 với bêtông và 0.03 đối với thép Bước 5: Tính nội lực Phần mềm phân tích dao động thành các mode dao động và tính toán tần số dao động tự nhiên n và hàm dạng  n . Giá tr ị gia tốc dùng cho mỗi mode trong mỗi phương sẽ được nội suy từ đường phổ phản ứng đã định ngh ĩ a theo phương đó ứng với chu kỳ dao động riêng và hệ số giảm chấn của mode đó. Khi có được giá tr ị gia tốc gi ả ứng v ới m ỗi mode, phần m ềm s ẽ tính được chuyển vị của từng bậc tự do, kết hợp với điều kiện biên và khối lượng mà đã khai báo cho từng phần t ử, ph ần m ềm s ẽ tính được n ội l ực c ủa t ừng phần t ử theo các công thức của phần tử hữu hạn. Các bước trên được tính toán độc lập cho từng mode dao động theo một phương. Sau đó, phần mềm tự động tổ hợp nội lực, ứng suất và chuyển vị từ các mode theo phương pháp mà đã định ngh ĩ a để được giá tr ị tổng thể trong kết cấu của một phương (Modal Combination). Để được giá tr ị ứng xử của kết cấu trong không gian, phần mềm sẽ tự động tổ hợp từ các phương khác nhau (Directional Combination).

31


Phản lực và mômen tại móng luôn tuân theo hệ tr ục tọa độ địa phương của phổ phản ứng. Bước 6. Tổ hợp nội lực với các tr ường hợp tải khác.

Định ngh ĩ a các tổ hợp tải tr ọng, xem tr ường hợp tải động đất như một tr ường hợp tải. Hệ số tổ hợp phải tuân theo TCXDVN 375:2006. 3.3. Phương pháp phân tích động lực học kết cấu theo lịch sử thời gian Phương pháp cộng tác dụng (lực ngang tương đương) hoặc phương pháp phổ được nêu ở ph ần tr ước r ất h ữu d ụng cho phân tích đ àn h ồi c ủa k ết c ấu. Nó không tr ực tiếp áp dụng được cho việc phân tích không đàn hồi bởi vì nguyên tắc cơ bản của cộng tác dụng không còn phù hợp nữa. Hơn nữa, sự phân tích khó tránh khỏi sai số vốn có của phương pháp cộng tác dụng mô hình. Xét cho cùng, phương pháp tổ hợp ứng xử của kết cấu từ các dạng dao động khác nhau là một kỹ thuật có xác suất chính xác nhất định. Và trong một số tr ường hợp, có thể tạo ra những kết quả miêu tả không tr ọn vẹn ứng xử thực sự của kết cấu. Phương pháp phân tích lịch sử thời gian khắc phục hai nhược điểm này. Nhưng nó đòi hỏi một khối lượng tính toán lớn. Nó không đơn thuần là một công cụ để phân tích trong thiết kế của công trình. Nó có thể cho biết ứng xử thực tế của công trình trong từng thời điểm xảy ra động đất. Phương pháp này dựa vào tích phân từng bước mà phạm vi thời gian thì được xác định trong lượng số gia nhỏ  t và trong mỗi khoảng thời gian, kết quả của phương trình được giải tr ước đó được dùng như thông số đầu vào cho bước tiếp theo. Phương pháp này thích hợp cho cả phân tích đàn hồi tuyến tính và không đàn hồi tuyến tính. Vì nó mô tả được sự thay đổi độ cứng của kết cấu do sự hình thành khớp dẻo. Độ cứng của kết cấu sẽ được tính toán lại sau mỗi bước tính toán dựa vào kết quả của bước tr ước đó. 3.3.1. C ơ sở lý thuy ết

Có thể lý tưởng hóa công trình N t ầng thành hệ có khối l ượng t ập trung đặt tại mỗi tầng. Phương trình chuyển động chủ đạo của hệ N tầng (t )  Cu (t )  Ku (t )  m x ugx (t )  my ugy ( t)  mz ugz ( t) mu

Phương trình này không thể giải tr ực tiếp được. Phương trình dao động cho dạng dao động thứ n của công trình nhiều tầng đã được lý tưởng hóa L 2 Yn  2 nnYn   n Yn   n ug (t ) ; trong đó Ln  M n

N

 m  j

j 1

32

jn

N

2 và M n   m  j jn j 1


Đây chỉ là phương trình dao động của hệ một bậc tự do với tần số dao động tự nhiên  n và hệ số giảm chấn  n được kích thích ở bậc (degree)

Ln n

bởi gia tốc nền u g (t ) . Giải phương trình trên được nghiệm Yn (t )  

Ln

1

M n  nD

t

 u ( ) exp   (t   )sin  g

n

n

nD

(t   ) d v ớ i nD



1   n2

0

Sự đóng góp của mode n vào chuyển vị u jn (t ) tại tầng thứ j u jn (t )  Yn (t ) jn với j  1,2,..., N

Biến dạng của tầng trên so với tầng dưới

 jn (t )  u jn (t )  u j 1,n (t ) Lực ngang tác dụng tại từng tầng của mode n f n (t )  Kun (t ) hay f n (t )  K nYn (t ) hay f n (t )  mn2 nYn (t )

Lực ngang tác dụng tại tầng thứ j của mode n f jn (t )  m jn2 jnYn (t )

Lực cắt tại móng và mômen được tính V0 n (t ) 

N

f

jn

(t ) và

0n

(t ) 

j 1

N

h f j

jn

(t )

j 1

Trong mỗi bước thời gian, ứng xử tổng thể của kết cấu được xác định bằng cách kết hợp ứng xử của tất cả các mode dao động r (t ) 

N

 r (t ) n

n 1

3.3.2. Trình t ự phân tích

Máy tính sẽ mô hình hóa kết cấu và lập ra phương trình dao động của mỗi dạng dao động (mode). Có thể xác lập h ệ số cảm ứng v ới mỗi dạng dao động. Sự biến thiên của gia tốc trong toàn bộ quá trình động đất sẽ được chia ra từng bước thời gian nhỏ để phân tích. Độ lớn của bước thời gian này được xác lập bởi người thiết kế. Trong mỗi bước thời gian, gia tốc xem như thay đổi tuyến tính. 33


Máy tính sẽ tích phân từng bước phương trình dao động trong từng bước thời gian. Kết quả của bước tr ước sẽ là điều kiện ban đầu của bước kế tiếp. Bước tích phân này có thể diễn ra theo 2 cách sau

 Nếu tích phân tr ực tiếp phương trình dao động tổng thể thì gọi là phương pháp tích phân tr ực tiếp (Direct Integration), chỉ có ở Sap2000.  Nếu tích phân phương trình dao động của các dạng dao động thì gọi là phương pháp tích phân dạng dao động (Modal Integration). Etabs chỉ dùng cách tích phân này vì nó cho ra kết quả khá chính xác với nhà cao tầng. Trong mỗi bước thời gian, ứng xử của kết cấu sẽ được tính toán trong tất cả các phần tử. Sau đó sẽ được cộng lại để được ứng xử tổng thể của kết cấu cho đến thời điểm đó. Đây không phải là ứng xử riêng của kết cấu trong bước thời gian đó, vì sau mỗi bước thời gian thì giá tr ị ứng xử đều được lưu lại và lấy đó làm giá tr ị đầu vào cho bước kế tiếp. Cách kết hợp này loại tr ừ hoàn toàn được cách tổ hợp theo xác suất của phương pháp tổ hợp từ các dạng dao động trong phổ phản ứng.

Ứng xử c ủa kết c ấu v ới mỗi băng gia tốc sẽ khác nhau. Để có được giá tr ị thiết kế cho kết cấu, phải chạy mô hình với r ất nhiều băng gia tốc khác nhau. Ở điều kiện của Việt Nam không có điều kiện ghi lại được tất cả các tr ận động đất đã xảy ra. Ngoài ra, có thể tham khảo các băng gia tốc ghi lại được từ các tr ận động đất xảy ra trên thế giới trong dữ liệu phần mềm Etabs hoặc trên mạng Internet. 3.3.3. Phươ ng pháp tích phân d ạng dao động (modal integration)

Phương pháp dựa trên nguyên lý cộng tác dụng mô hình là một ph ương pháp mang lại hiệu quả cao và chính xác cho phân tích lịch sử thời gian. Phương pháp này cũng phân tích dựa trên các mode dao động nhưng khác phương pháp phân tích trong phổ phản ứng ở chỗ: nó thực hiện việc tích phân khép kín đồng thời cho tất cả các mode dao động được xét trong từng bước thời gian. Và tiến hành kết hợp ứng xử của kết cấu lại ngay khi chúng được tính toán xong để cho ứng xử tổng thể của kết cấu cho đến thời điểm đó Thừa nhận r ằng trong mỗi b ước th ời gian, gia tốc thay đổi tuyến tính. Và nếu bước thời gian xuất ra nhỏ hơn bước thời gian đầu vào thì giá tr ị gia tốc ở

34


giữa hai điểm thời gian đầu vào sẽ được nội suy tuyến tính. Thường lấy bước của thời gian xuất ra khoảng 1/10 chu kỳ của mode cao nhất (1/25 – 1/50s). 3.3.4. Trình t ự khai báo

Bước 1: Định ngh ĩ a hàm thời gian (Time history functions)

35


Chọn Browse… và chỉ đường dẫn đến thư mục chứa file hàm thời gian. Chọn View File để xem hình thức trình bày của File phục vụ cho việc khai báo. Nếu File có dạng giá tr ị và thời gian tương ứng thì chọn Time and Function Values. Nếu File có dạng giá tr ị đo cách nhau một khoảng thời gian nhất định thì chọn Values at Equal Intervals of . Và nhập b ước th ời gian đọc được từ file dữ liệu. Xem kỹ file dữ liệu và khai báo 2 thông số quan tr ọng sau:

Header Lines to Skip: số dòng đầu tiên chú thích cho bảng dữ liệu. Number of Points per Line: số “cột dữ liệu” yêu cầu máy đọc. Cột dữ liệu ở đây là số cột nếu bảng cho ở dạng giá tr ị cách nhau khoảng thời gian nhất định; Số cột dữ liệu là số cặp cột bao gồm một cột thời gian và một cột giá tr ị nếu bảng cho ở dạng thời gian và giá tr ị. Display Graph để xem giản đồ của giá tr ị. Bước 2: Định ngh ĩ a tr ường hợp phân tích

36


Nếu trong bảng giá tr ị gia tốc tính theo cm/s2 mà muốn tính theo m/s2 thì nhân hệ số chuyển đổi 0,01 vào Scale Factor. Tổng thời gian mà chương trình sẽ phân tích và xuất ra kết quả bằng tích của bước thời gian (Output (Output time step size) size) và số bước thời gian phân tích (Number of output time steps). steps). Start from Previous History: History: Điều kiện ban đầu của bước tích phân đầu tiên. Có thể để tr ống hoặc chọn một tr ườ ường hợp phân tích đã được định ngh ĩ a 37


tr ướ ước đó. Nhờ đó có thể tác động nhiều băng gia tốc lần lượt để tham khảo kết quả. Bước 3: 3: Bước thời gian Trong mỗi bước thời gian, gia tốc xem như thay đổi tuyến tính và giá tr ị gia tốc được nội suy từ hai điểm. Kết quả ứng xử của kết cấu sẽ được tính toán ở cu ối m ỗi b ước và lấy đó làm điều ki ện ban đầu cho bước tích phân kế tiếp. Tại mỗi bước thời gian của giá tr ị đầu vào (input time) ứng xử của kết cấu chỉ được tính toán chứ không được lưu lại. Chương trình chỉ lưu lại ứng xử của kết c ấu sau mỗi b ước th ời gian của giá tr ị đầu ra (output time). Vì v ậy, có thể biết được ứng xử của kết cấu sau mỗi bước thời gian mà đã định ngh ĩ a. a.

Để đạt được sự đồng nhất và có kết qu ả chính xác, một l ời khuyên được đưa ra là nên chọn bước thời gian xuất ra bằng với bước thời gian của dữ liệu đầu vào. Bước 4: 4: Định ngh ĩ a tổ hợp với các tr ườ ường hợp tải khác Xem phân tích theo lịch sử thời gian như là một tr ườ ường hợp tải tr ọng, thực hiện tổ hợp “tải tr ọng” này với các tải tr ọng khác như t ĩ nh tải, hoạt tải… ĩ nh

3.4. Phân tích kết quả từ các phương pháp mô phỏng động đất 3.4.1. K ết quả phân tích phổ phản ứ ng ng

Có thể xem các thành phần n ội l ực gi ống như tr ườ nh. Chú ý ường h ợp t ải t ĩ ĩ nh. r ằng giá tr ị đó là dự đoán ứng x ử lớn nh ất của k ết cấu chứ không phải là giá tr ị thật sự khi xảy ra động đất. Một lưu ý r ất quan tr ọng, đó là giá tr ị c ủa phổ phản ứng luôn dương. Nếu ng tác tác động định ngh ĩ a một ph ổ phản ứng theo phương X, phần mềm sẽ tự động lên công trình theo h ướng X và hướng –X. Vì vậy nên nội lực một phần tử luôn có 2 giá tr ị, mỗi giá tr ị đại diện cho một h ướng tác động. Không thể t thi hiết lập để ph ần m ềm chỉ xuất ra giá tr ị theo một hướng tác động nào đó. Vì vậy, giá tr ị n ội lực c ủa ph p hương pháp phổ phản ứng thường l ớn h ơn giá tr ị ứng x ử thật của kết cấu. Nếu tổ hợp với các tr ườ nh tải), giá tr ị tổ hợp ường hợp tải khác (ví dụ t ĩ ĩ nh nh t ải + X” và “t ĩ nh tải – X”. Khi đó sẽ cho hai kết qu ả của tổ hợp được sẽ là “t ĩ ĩ nh ĩ nh và không biết l ấy k ết qu ả nào là thực t ế nh ất và nguy hiểm nhất. Để an toàn, người thiết kế thường lấy cả hai giá tr ị nội lực để tính toán. 3.4.2. K ết quả phân tích l ch sử - thờ i gian ị ch 38


Đây là lịch sử ứng xử theo thời gian của kết cấu (chuyển vị, biến dạng, t hị. Cho phép ứng suất, nội lực) được thể hiện d ưới dạng bảng biểu ho ặc đồ th người sử dụng thấy được tường tận ứng xử của kết cấu trong thời gian xảy ra động đất. Có thể xem ứng x ử c ủa k ết c ấu cho đến th ời điểm mu ốn xem. Thời gian a. đó phải nằm trong khoảng thời gian đã định ngh ĩ a. Chú ý, ứng xử này của kết cấu chỉ là ứng xử đối với một băng gia tốc, muốn có giá tr ị thiết kế, phải tính với nhiều băng gia tốc khác nhau.

3.5. Ví dụ tính toán Một công trình bằng bêtông cốt thép 18 tầng, 1 tầng hầm cao 62,9m. Nền móng cọc khoan nhồi tựa trên nền loại C theo TCXDVN 375:2006. Gia tốc nh đất nền tham chiếu tại địa điểm xây dựng (TP Hồ Chí Minh) có a Gr = đỉ nh 0.0848g (cấp VII theo thang MSK – 64). Giá tr ị tr ọng lượng các tầng được th ể hiện trong bảng dưới. So sánh tính toán l ực động đất tác dụng lên công trình theo TCXDVN 375:2006 bằng 3 phương pháp: phân tích t ĩ nh lực ngang tương ĩ nh đương; phân tích phổ phản ứng tính bằng tay và tính bằng phần mềm Etabs.

39


40


3.6. Kết luận chung Thông qua 3 phương pháp tính công trình chịu động đất, có thể rút ra một số nhận xét sau. Sự chính xác của 3 phương pháp tăng dần từ phương pháp tải tr ọng ngang tương đương, phổ phản ứng, lịch sử – thời gian. Kết qu ả tính toán trên một s ố mô hình theo phương pháp phổ ph ản ứng, cho thấy r ằng

 Phương pháp này không còn chính xác với những dạng nhà có hình dáng bất kỳ vì kết quả tính toán không thể hiện sự khác biệt của hình dạng nhà.  Phương pháp này không thể tính toán được sự phân bố không đều của khối lượng trên sàn. Vì khi có sự phân bố không đều khối lượng trên sàn sẽ sinh ra mômen xoắn cho kết cấu khi chịu tải tr ọng gia tốc.

41


 Khi dùng phần m ềm để tính toán theo phương pháp này, sự phân bố t ải tr ọng cho các tầng s ẽ chính xác hơn vì chuyển v ị được tính toán cụ thể cho mỗi tầng. Dựa trên kết quả tính toán một số mô hình, nhìn chung, kết quả nội lực lớn hơn phương pháp phân tích t ĩ nh lực ngang tương đương và khó có thể kiểm soát đối với các công trình có hình d ạng kết cấu đặc biệt vì không thể kiểm soát và điều ch ỉ nh được k ết quả tính toán ở m ỗi bước. Khi xem kết qu ả, nên xem kết quả lực cắt tại mỗi tầng, gia tốc nội suy từ mỗi mode, nội lực một số phần tử đại diện cho tầng đó để có thể điều chỉ nh cho phù hợp. Như đã trình bày ở trên, kết quả của phương pháp phổ phản ứng chỉ mang tính chất tham khảo cho thiết kế vì đây là một phương pháp dự đoán phản ứng lớn nhất của hệ chịu tác động động đất dựa vào số liệu của các tr ận động đất xảy ra tr ước đó. Có thể phối hợp 3 phương pháp trên để có được giá tr ị phù hợp cho thiết kế. Tóm lại, trong điều kiện của nước ta hiện nay chưa thể có được đầy đủ các băng gia tốc của các tr ận động đất đã xảy ra trong lịch sử, nhưng TCXDVN 375 :2006 đã cung cấp gia tốc nền của tất cả các khu vực trong cả nước và đề tài đã xây dựng đường phổ ph ản ứng của 5 loại đất nền. Có thể thấy r ằng phương pháp phổ phản ứng kết hợp phương pháp phân tích t ĩ nh lực ngang tương đương là những phương pháp đáng tin cậy và phù hợp với điều kiện của nước ta hiện nay. Tuy nhiên, trong tương lai, khi các chúng ta đã có được đầy đủ các băng gia tốc của các tr ận động đất đã xảy ra trong lịch sử thì phương pháp phân tích theo lịch sử thời gian lại r ất hữu hiệu cho việc tính toán.

4.

CẤU TẠO KHÁNG CHẤN Hi ện nay, tiêu chuẩn TCVN375-2006 không có c ấu t ạo rõ ràng cho t ừn g

c ấ p động đất theo thang MSK. Ngoài ra, TCVN375-2006 c ũng chỉ có hướ ng d ẫn tính toán và c ấu t ạo theo c ấ p d ẻo c ủa công trình. Và TCXD198-1997 quy

đị nh c ấu t ạo kháng chấn đối v ới một số c ấu ki ện.

4.1. Cấp dẻo kết cấu Loại k ết cấu bêtông chịu động đất phải được thiết k ế đảm b ảo khả n ăng làm tiêu tán năng lượng và sự làm việc có độ dẻo kết cấu tổng thể. Sự làm việc có độ d ẻo k ết c ấu tổng thể được bảo đảm n ếu độ d ẻo k ết c ấu đủ để làm cho phần lớn khối lượng của kết cấu được truyền sang các bộ phận khác và vị 42


trí khác của tất cả các tầng. Để đạt được mục đích này, dạng phá hoại dẻo (ví dụ như uốn) cần xảy ra tr ước dạng phá hoại giòn (ví dụ như, cắt) với độ tin cậy đủ lớn. Kết cấu bêtông được thiết kế tuỳ theo khả năng tiêu tán năng lượng tr ễ của chúng, được phân thành hai cấp d ẻo k ết c ấu: c ấp d ẻo k ết c ấu trung bình và cấp d ẻo kết c ấu cao. Cả hai cấp d ẻo k ết cấu này tương ứng với nhà được thiết kế, chỉ định kích thước và cấu tạo theo những điều khoản kháng chấn cụ thể, cho phép kết cấu phát triển các cơ cấu ổn định cùng với sự làm tiêu tán lớn năng lượng tr ễ khi chịu tải tr ọng có chu kỳ, mà không xảy ra phá hoại giòn.

Để có được độ dẻo kết cấu thích hợp trong các cấp dẻo kết cấu trung bình và cao, những điều khoản cụ thể cho tất cả các kết cấu chịu lực phải được thoả mãn cho mỗi cấp (xem 5.4-5.6). Tương ứng với các cấp dẻo kết cấu khác nhau trong hai cấp này, hệ số ứng xử q được lấy các giá tr ị khác nhau cho mỗi cấp (xem 5.2.2.2). 4.2. Cấu tạo kháng chấn của các cấu kiện theo cấp dẻo

43


44


45


4.2.1. Các tham số c ấu t ạo đối v ớ i d ầm

46


47


48


4.2.2. Các tham số c ấu t ạo đối v ớ i c ột

49


50


51


4.2.3. Các tham số c ấu t ạo đối v ớ i nút d ầm và c ột

52


53


54


55


4.2.4. Các tham số c ấu t ạo đối v ớ i t ườ ng c ứn g

56


57


58


59


60


4.3. Cấu tạo kháng chấn của các cấu kiện theo cấp chống động đất 4.3.1. Bảng phân loại các c ấ p chống động đất Mức độ quan tr ọng

Công trình

Đặc Công trình Đập bêtông ch ịu áp chiều cao >100m; biệt có tầm quan Nhà máy điện có nguồn nguyên tử; tr ọng đặc - Nhà để nghiên cứu sản xuất thử các chế phẩm biệt, không sinh vật kịch độc, các loại vi khuẩn, m ầm b ệnh thiên cho phép h ư nhiên và nhân t ạo (chuột dịch, dịch tả, thương hàn hỏng do .v.v…); động đất Công trình cột, tháp cao hơn 300 m; Nhà cao tầng cao hơn 60 tầng. I Công trình Công trình thường xuyên đông người có hệ số có tầm quan sử dụng cao: công trình m ục I-2.a, I-2.b, I-2.d, I-2.h, tr ọng sống I-2.k, I-2.l, I-2.m có s ố tầng, nhịp, diện tích sử dụng còn với việc hoặc sức chứa phân lo ại cấp I; bảo vệ cộng Công trình mà chức n ăng không được gián đoạn đồng, chức sau động đất: Công trình công cộng I-2.c diện tích sử năng không dụng phân loại cấp I; được gián Công trình mục II-9.a, II-9.b; công trình m ục Vđoạn trong 1.a, V-1.b phân lo ại cấp I; quá trình Kho chứa hoặc tuyến ống có liên quan đến chất xảy ra động độc hại, chất dễ cháy, dễ nổ: công trình mục II-5.a, IIđất 5.b, mục II-5.c phân loại cấp I, II; Nhà cao tầng cao từ 20 tầng đến 60 tầng, công trình dạng tháp cao từ 200 m đến 300 m. II Công trình Công trình thường xuyên đông người, có hệ số sử có tầm quan dụng cao: công trình m ục I-2.a, I-2.b, I-2.d, I-2.h, I-2.k, tr ọng trong I-2.l, I-2.m có nhịp, diện tích sử dụng hoặc sức chứa việc ngăn phân loại cấp II; ngừa hậu Tr ụ sở hành chính cơ quan cấp tỉ nh, thành phố, quả động các công trình tr ọng yếu của các tỉ nh, thành phố đóng đất, nếu bị vai trò đầu mối như: Công trình mục I-2.đ, I-2.g, I-2.h có sụp đổ gây nhịp, diện tích sử dụng phân loại cấp I, II; tổn thất lớn Các hạng mục quan tr ọng, lắp đặt các thiết bị có về người và giá tr ị kinh tế cao của các nhà máy thuộc công trình tài sản công nghiệp mục II-1 đến II-4, từ II-6 đến II-8; từ II-10 đến II-12, công trình năng lượng mục II-9.a, II-9.b; công trình giao thông III-3, III-5; công trình thu ỷ lợi IV-2; công trình hầm III-4; công trình cấp thoát nước V-1 tất cả 61

Hệ số tầm quan tr ọng I Thiết kế với gia tốc lớn nhất có thể xảy ra

1,25

1,00


Mức độ quan tr ọng

Công trình

Hệ số tầm quan tr ọng I

thuộc phân loại cấp I, II; Các công trình quốc phòng, an ninh; -

III

Công trình không thuộc mức độ đặc biệt và mức độ I, II, IV

-

IV

Công trình có tầm quan tr ọng thứ yếu đối với sự an toàn sinh mạng con người

-

Nhà cao tầng cao từ 9 tầng đến 19 tầng, công trình dạng tháp cao từ 100 m đến 200 m.

Nhà ở mục I-1, nhà làm việc mục I-2.đ, nhà triển lãm, nhà văn hoá, câu lạc bộ, nhà biểu diễn, nhà hát, r ạp chiếu bóng, r ạp xiếc phân loại cấp III; Công trình công nghiệp mục II-1 đến II-4, từ II-6 đến II-8; từ II-10 đến II-12 phân loại cấp III diện tích sử dụng từ 1000 m2 đến 5000 m2; Nhà cao từ 4 tầng đến 8 tầng, công trình dạng tháp cao từ 50 m đến 100 m; Tường cao hơn 10 m. Nhà tạm : cao không quá 3 tầng;

-

Tr ại chăn nuôi gia súc 1 tầng; Kho chứa hàng hoá di ện tích sử dụng không quá 1000 m2

-

Xưởng sửa chữa, công trình công nghiệp phụ tr ợ; thứ tự mục II-1 đến II-4, từ II-6 đến II-8; từ II-10 đến II-12 phân loại cấp IV;

-

Công trình mà sự hư hỏng do động đất ít gây thiệt hại về người và thiết bị quý giá.

0,75

Không yêu cầu tính toán kháng chấn

GHI CHÚ: Công trình ứng với mục có mã s ố kèm theo xem chi ti ết trong Phụ lục G.

Nhận xét: Công trình cao t ừ 20 t ầng đến 60 t ầng thuộc c ấ p chống động đất 1

62


4.3.2. Quy đị nh bố trí c ấu t ạo đối v ớ i d ầm

Chiều r ộng tối thiểu của tiết diện dầm không chọn nhỏ hơn 220 mm và tối đa không lớn hơn chiều r ộng cột cộng với 1,5 lần chiều cao tiết diện (hình 3.6). Chiều cao tối thiểu của tiết diện không nhỏ hơn 300 mm. Tỉ số giữa chiều cao và chiều r ộng của tiết diện không lớn hơn 3.

63


Trong phạm vi chiều dài 3hd ( hd là chiều cao tiết diện bê tông của dầm) của dầm kể từ mép cột phải đặt các đai dầy hơn khu vực giưã dầm. Khoản cách giữa các đai không lớn hơn giá tr ị tính toán theo yêu cầu chịu lực cắt nhưng đồng thời phải ≤ 0,25 hd và không lớn hơn 8 lần đường kính cốt thép dọc. Trong mọi tr ường hợp khoảng cách này cũng không vượt quá 150mm. Tại khu vực giữa d ầm (ngoài phạm vi nói trên), khoảng cách gữa các đai chọn ≤ 0,5 hd và không lớn hơn 12 lần đường kính cốt thép dọc đồng thời không vượt quá 300mm.

64


65


4.3.3. Quy đị nh bố trí c ấu t ạo đối v ớ i c ột

Tiết diện cột nên chọn sao cho tỉ số giữa chiều cao thông thuỷ của tầng và của chiều cao tiết diện cột không lớn hơn 25. Chiều r ộng tối thiểu của tiết diện không nhỏ hơn 220 mm.

Đường kính cốt thép đai không nhỏ hơn 1/4 lần đường kính cốt thép dọc và phải ≥ 8mm (riêng đối v ới động đất m ạnh ≥ 10mm). Cốt đai c ột phải bố trí liên tục qua nút khung với mật độ như của vùng nút

Trong phạm vi vùng nút khung từ điểm cách mép dưới của dầm một khoảng l1 (l1 ≥ chi ều cao tiết diện c ột và ≥ 1/6 chiều cao thông thuỷ c ủa tầng,

đồng thời ≥ 450mm) phải bố trí cốt đai dày hơn. Khoảng cách đai trong vùng này không lớn hơn 6 lần đường kính cốt thép dọc và cùng không lớn hơn 100mm. Tại các vùng còn lại, khoảng cách đai chọn ≤ c ạnh nhỏ (th ường là chiều r ộng) của tiết diện và đồng thời ≤ 6 lần (đối với động đất mạnh) hoặc 12 lần (đối với động đất yếu và trung bình) đường kính cốt thép dọc. Nên sử dung đai thép kín. Tại các vùng nút khung nhất thiết phải sử dụng

đai kín cho cả cột và dầm. Hàm lượng cốt thép tối đa max không lớn hơn 2,5%. Hàm lượng cốt thép tối thiểu min nên lấy bằng 1,2 lần (đối với động đất yếu) và bằng 1,5 lần (đối 66


với động đất mạnh và trung bình) hàm lượng cốt thép tối thiểu với tr ường hợp không có động đất.

67


68


4.3.4. Quy đị nh bố trí c ấu t ạo đối v ớ i t ườ ng c ứn g (vách c ứn g)

Khi thiết kế các công trình sử dụng vách và lõi cứng chịu tải tr ọng ngang, phải bố trí ít nhất 3 vách cứng này không được gặp nhau tại một điểm. Nên thiết kê các vách giống nhau (về độ cứng c ũng như kích thước hình học) và bố trí sao cho tâm cứng của hệ trùng với tâm khối lượng của nó. Trong tr ường h ợp chỉ đối x ứng về độ c ứng ( độ c ứng trong giai đoạn đàn h ồi) mà không đối xứng về kích thước hình học (hình 3.10) thì khi vật liệu làm việc

ở giai đoạn d ẻo dưới tác động lớn như động đất vẫn có thể dẫn đến sự thay đổi độ cứng. Điều này sẽ gây ra biến d ạng và chuyển v ị khác nhau trong các vách khác nhau. Hệ qu ả là sự đối x ứng v ề độ c ứng b ị phá vỡ và phát sinh ra các tác động xoắn r ất nguy hiểm đối với công trình.

69


Không nên chọn các vách có khả năng chịu tải lớn nhưng số lượng ít mà nên chọn nhiều vách nhỏ có khả n ăng chịu t ải t ương đương và phân đều các vách trên mặt công trình. Không nên chọn khoảng cách giữa các vách và từ các vách đến biên quá lớn. Tổng diện tích mặt cắt của các vách (và lõi) cứng có thể xác định theo công thức: F vl



f vl F st

với F st - Diện tích sàn từng tầng; f vl = 0,015 Từng vách nên có chiều cao chạy su ốt t ừ móng đến mái và có độ c ứng không đổi trên toàn bộ chiều cao của nó. Các lỗ (cửa) trên các vách không được làm ảnh hưởng đáng kể đến sự làm việc ch ịu t ải c ủa vách và phải có biện pháp cấu t ạo t ăng c ường cho vùng xung quanh lỗ.

Độ dày của thành vách (b) chọn không nhỏ hơn 150mm và không nhỏ hơn 1/20 chiều cao tầng. Phải đặt hai lớp lưới thép. Đường kính cốt thép (kể cả cốt thép thẳng

đứng và cốt thép nằm ngang) không nhỏ hơn 10mm và không nhỏ h ơn 0,1b. Hai lớp l ưới thép này phải được liên kết v ới nhau bằng các móc đai hình chữ s với mật độ 4 móc/m2. Hàm lượng c ốt thép thẳng đứng chọn  0,40% (đối v ới động đất yếu) và

 0,60 % (đối với động đất trung bình và mạnh) nhưng không lớn hơn 3,5%. Khoảng cách giữa các cốt thép chọn  200mm (nếu b 300mm) và  2b/3 (nếu b > 300mm). Riêng đối v ới động đất y ếu các cốt thép nằm ngang có thể cách nhau tới 250mm. Cốt thép nằm ngang chọn không ít hơn 1/3 lượng cốt thép dọc với hàm lượng  0,25% (đối v ới động đất yếu) và  0,40% (đối với động đất trung bình và mạnh).

70


Chiều dài nối buộc của cốt thép lấy bằng 1,5 l bo (đối với động đất yếu) và 2,0 l bo (đối với động đất trung bình và mạnh), với l bo là chiều dài neo tiêu chuẩn

đối với tr ường hợp không có động đất. Các điểm nối thép phải đặt so le. Trong tr ường hợp vách có lỗ mở nhỏ (b1 và e  500mm - xem hình 3.11), phải đặt tăng cường ít nhất 2 12 ở mỗi biên và mỗi góc lỗ mở. Nếu vách có lỗ mở lớn, nên chọn giải pháp tăng độ dày thành vách quanh lỗ và cấu tạo thành vách dưới dạng các dầm bao. Cần có biện pháp tăng cường tiết diện ở khu vực biên các vách cứng (hình 3.12). Các vách đặc biệt có biên tăng cường được c ấu tạo theo hướng dẫn ở hình 3.13. Nếu các biên vách không được tăng cường tiết diện, cấu tạo thép của vách đặc có thể thực hiện theo chỉ dẫn ở hình 3.14.

Đối với các vách có lỗ khi thiết kế phải c ấu tạo thêm thép ở khu vực biên của các cột, vách cũng như cho các dầm lanh tô của vách (hình 3.15). Tại các góc liên kết giữa các bức t ường v ới nhau phải b ố trí các đai liên kết như hướng dẫn ở hình 3.16.

71


72


73


74


4.3.5. Quy đị nh bố trí c ấu t ạo đối v ớ i lanh tô (gác qua l ỗ c ửa vách c ứn g)

75

So Tay Thiet Ke Dong Dat

Recommend Documents