Diese Präsentation wurde erfolgreich gemeldet.
Wir verwenden Ihre LinkedIn Profilangaben und Informationen zu Ihren Aktivitäten, um Anzeigen zu personalisieren und Ihnen relevantere Inhalte anzuzeigen. Sie können Ihre Anzeigeneinstellungen jederzeit ändern.

Thuyết Kế Động Đât

Thuyết Kế Động Đât

Ähnliche Bücher

Kostenlos mit einer 30-tägigen Testversion von Scribd

Alle anzeigen

Ähnliche Hörbücher

Kostenlos mit einer 30-tägigen Testversion von Scribd

Alle anzeigen
  • Als Erste(r) kommentieren

Thuyết Kế Động Đât

  1. 1. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 1 SSỔỔ TTAAYY TTHHIIẾẾTT KKẾẾ KKẾẾTT CCẤẤUU BBÊÊ TTÔÔNNGG CCỐỐTT TTHHÉÉPP CCHHỊỊUU ĐĐỘỘNNGG ĐĐẤẤTT TTHHEEOO TTCCVVNN 337755--22000066 MỤC LỤC 1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN ..........................................................................................................................3 1.1. Những nguyên tắc chỉ đạo trong thiết kế cơ sở ................................................................... 3 1.2. Gia tốc nền thiết kế.............................................................................................................. 4 1.3. Cấp động đất ....................................................................................................................... 7 1.4. Các loại đất nền................................................................................................................... 9 1.5. Biểu diễn cơ bản của tác động động đất ........................................................................... 11 2. TÍNH TOÁN VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT..........................................................................11 2.1. Các phương pháp mô phỏng tải trọng động đất ................................................................ 11 2.1.1. Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương .......................................................................11 2.1.2. Phổ thiết kế dùng cho phân tích đàn hồi ...........................................................................12 2.2. Tổ hợp các thành phần động đất (mục 4.3.3.5.) ................................................................ 18 2.2.1. Tổ hợp các phản ứng dạng dao động................................................................................18 2.2.2. Các thành phần nằm ngang của tải trọng động đất (mục 4.3.3.5.1) ..................................18 2.2.3. Các thành phần nằm đứng của tải trọng động đất (mục 4.3.3.5.2)....................................19 2.3. Tổ hợp tải trọng, nội lực và chuyển vị................................................................................ 20 2.3.1. Xác định nội lực.................................................................................................................20 2.3.2. Tổ hợp tải trọng, nội lực và chuyển vị................................................................................20 3. MÔ PHỎNG TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT TRONG ETABS ...................................................................24 3.1. Phương pháp lực ngang tương đương.............................................................................. 24 3.2. Phương pháp phổ phản ứng ............................................................................................. 26 3.2.1. Tải gia tốc..........................................................................................................................26 3.2.2. Hệ trục tọa độ địa phương của tải gia tốc..........................................................................26 3.2.3. Đường cong phổ phản ứng ...............................................................................................26 3.2.4. Trình tự khai báo ...............................................................................................................27 3.3. Phương pháp phân tích động lực học kết cấu theo lịch sử thời gian................................. 32 3.3.1. Cơ sở lý thuyết ..................................................................................................................32 3.3.2. Trình tự phân tích..............................................................................................................33 3.3.3. Phương pháp tích phân dạng dao động (modal integration)..............................................34 3.3.4. Trình tự khai báo ...............................................................................................................35 3.4. Phân tích kết quả từ các phương pháp mô phỏng động đất.............................................. 38 3.4.1. Kết quả phân tích phổ phản ứng .......................................................................................38 3.4.2. Kết quả phân tích lịch sử - thời gian ..................................................................................38 3.5. Ví dụ tính toán ................................................................................................................... 39 3.6. Kết luận chung................................................................................................................... 41 4. CẤU TẠO KHÁNG CHẤN.................................................................................................................42
  2. 2. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 2 4.1. Cấp dẻo kết cấu ................................................................................................................ 42 4.2. Cấu tạo kháng chấn của các cấu kiện theo cấp dẻo.......................................................... 43 4.2.1. Các tham số cấu tạo đối với dầm ......................................................................................46 4.2.2. Các tham số cấu tạo đối với cột ........................................................................................49 4.2.3. Các tham số cấu tạo đối với nút dầm và cột......................................................................52 4.2.4. Các tham số cấu tạo đối với tường cứng...........................................................................56 4.3. Cấu tạo kháng chấn của các cấu kiện theo cấp chống động đất ....................................... 61 4.3.1. Bảng phân loại các cấp chống động đất............................................................................61 4.3.2. Quy định bố trí cấu tạo đối với dầm...................................................................................63 4.3.3. Quy định bố trí cấu tạo đối với cột.....................................................................................66 4.3.4. Quy định bố trí cấu tạo đối với tường cứng (vách cứng)....................................................69 4.3.5. Quy định bố trí cấu tạo đối với lanh tô (gác qua lỗ cửa vách cứng)...................................75 4.3.6. Quy định bố trí cấu tạo đối với giằng móng và bản móng..................................................76
  3. 3. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 3 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 xứng và siêu tĩnh: tính đồng đều trong mặt bằng được đặc trưng bởi sự phân bố đều các cấu kiện chịu lực, cho phép truyền trực 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 bố trí suốt chiều cao của nhà, nếu trong trường 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 rộng của khe lún và khe phòng chống động đất cần được xem xét căn cứ vào chuyển vị của đỉnh công trình do chuyển dịch móng sinh ra. Chiều rộng tối thiểu của khe lún và khe kháng chấn được tính theo min 1 2 20d V V mm   trong đó 1V và 2V là chuyển vị ngang cực đại theo phương vuông góc với khe của hai bộ phận công trình hai bên khe, tại đỉnh của khối kề 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 như tấm cứng: các sàn (kể cả mái) đóng một vai trò rất quan trọng trong sự làm việc tổng thể của kết cấu chịu động đất.
  4. 4. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 4 Chúng làm việc như những tấm cứng ngang, tiếp nhận và truyền các lực quán tính sang hệ kết cấu thẳng đứng và bảo đảm cho các hệ thống 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 với 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 kiện kháng chấn chính phụ: một số cấu kiện như 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 trọng của trọng lực khi chịu những chuyển vị gây ra bởi các điều kiện thiết kế chịu động đất bất lợi nhất. Khi thiết kế các bộ phận này cần xét tới những hiệu ứng bậc hai (hiệu ứng P  ). Độ cứng ngang của tất 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 min 4maxL L    , trong đó maxL và minL lần lượt là kích thước lớn nhất và bé nhất của mặt bằng nhà theo hai phương vuông góc (liên quan hệ số ứng xử q).  Giới hạn tỷ số chiều cao trên chiều rộng 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, đỉnh gia tốc nền tham chiếu gRa được xác định bằng các đường đẳng trị (xem phụ lục H). Theo tiêu chuẩn TCXDVN 375 – 2006, các trường hợp động đất được chia thành ba cấp tùy thuộc vào gia tốc nền thiết kế g I gRa a theo kiến nghị của tiêu chuẩn EN1998 – 1:2004 như sau
  5. 5. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 5  Động đất mạnh:  0.08ga g phải tính toán và cấu tạo kháng chấn theo TCVN 375-2006.  Động đất yếu:  0.04 0.08gg a g chỉ cần áp dụng các giải pháp kháng chấn đã được giảm nhẹ, cấu tạo theo TCXD 198-1997.  Động đất rất yếu:  0.04ga g không cần thiết kế kháng chấn. trong đó hệ số tầm quan trọng I được xác định theo phụ lục F Møc ®é quan träng C«ng tr×nh HÖ sè tÇm quan träng I §Æc biÖt C«ng tr×nh cã tÇm quan träng ®Æc biÖt, kh«ng cho phÐp h− háng do ®éng ®Êt - §Ëp bªt«ng chÞu ¸p chiÒu cao >100m; - Nhμ m¸y ®iÖn cã nguån nguyªn tö; - Nhμ ®Ó nghiªn cøu s¶n xuÊt thö c¸c chÕ phÈm sinh vËt kÞch ®éc, c¸c lo¹i vi khuÈn, mÇm bÖnh thiªn nhiªn vμ nh©n t¹o (chuét dÞch, dÞch t¶, th−¬ng hμn .v.v ); - C«ng tr×nh cét, th¸p cao h¬n 300 m; - Nhμ cao tÇng cao h¬n 60 tÇng. ThiÕt kÕ víi gia tèc lín nhÊt cã thÓ x¶y ra 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 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, 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; - C«ng tr×nh môc II-9.a, II-9.b; c«ng tr×nh môc V- 1.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, II- 5.b, môc II-5.c ph©n lo¹i cÊp I, II; - Nhμ cao tÇng cao tõ 20 tÇng ®Õn 60 tÇng, c«ng tr×nh d¹ng th¸p cao tõ 200 m ®Õn 300 m. 1,25 II 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 - 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, I- 2.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, thμnh phè, c¸c c«ng tr×nh träng yÕu cña c¸c tØnh, thμnh 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; - C¸c h¹ng môc quan träng, l¾p ®Æt c¸c thiÕt bÞ cã 1,00
  6. 6. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 6 Møc ®é quan träng C«ng tr×nh HÖ sè tÇm quan träng I vÒ ng−êi vμ tμi s¶n gi¸ trÞ kinh tÕ cao cña c¸c nhμ 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; - C¸c 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. III C«ng tr×nh kh«ng thuéc møc ®é ®Æc biÖt vμ møc ®é I, II, IV - Nhμ ë môc I-1, nhμ lμm viÖc môc I-2.®, nhμ triÓn l·m, nhμ v¨n ho¸, c©u l¹c bé, nhμ biÓu diÔn, nhμ 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 m2 ; - 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. 0,75 IV C«ng tr×nh cã tÇm quan träng thø yÕu ®èi víi sù an toμn sinh m¹ng con ng−êi - Nhμ t¹m : cao kh«ng qu¸ 3 tÇng; - Tr¹i ch¨n nu«i gia sóc 1 tÇng; - Kho chøa hμng ho¸ diÖn tÝch sö dông kh«ng qu¸ 1000 m2 - 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¸. Kh«ng yªu cÇu tÝnh to¸n kh¸ng chÊn Ghi chó: C«ng tr×nh øng víi môc cã m· sè kÌm theo xem chi tiÕt trong Phô lôc G.
  7. 7. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 7 1.3. Cấp động đất Từ gia tốc nền thiết kế ga , tra bảng để xác định cấp động đất (phụ lục K) Thang MSK-64 Thang MM Cấp động đất Đỉnh gia tốc nền (a)g Cấp động đất Đỉnh gia tốc 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 (rất nhẹ). Trong những trường hợp riêng lẻ, chỉ có người nào đang ở trạng thái yên tĩnh mới cảm thấy được. Cấp 3: Động đất yếu. Ít người nhận biết được động đất. Chấn động y như tạo ra bởi một ôtô vận tải nhẹ chạy qua.
  8. 8. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 8 Cấp 4: Động đất nhận thấy rõ. Nhiều người nhận biết động đất, cửa kính có thể kêu lạch cạch. Cấp 5: Thức tỉnh. Nhiều người ngủ bị tỉnh giấc, đồ vật treo đu đưa. Cấp 6: Đa số người cảm thấy động đất, nhà cửa bị rung nhẹ, lớp vữa bị rạn. Cấp 7: Hư hại nhà cửa. Đa số người sợ hãi, nhiều người khó đứng vững, nứt lớp vữa, tường bị rạn nứt. Cấp 8: Phá hoại nhà cửa; Tường nhà bị nứt lớn, mái hiên và ống khói bị rơi. Cấp 9: Hư hại hoàn toàn nhà cửa; nền đất có thể bị nứt rộng 10 cm. Cấp 10: Phá hoại hoàn toàn nhà cửa. Nhiều nhà bị sụp đổ, nền đất có thể bị nứt rộng đến 1 mét. Cấp 11: Động đất gây thảm họa. Nhà, cầu, đập nước và đường sắt bị hư hại nặng, mặt đất bị biến dạng, vết nứt rộng, 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.
  9. 9. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 9 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 vs,30(m/s) NSPT (nhát/30cm) cu (Pa) A Đá hoặc các kiến tạo địa chất khác tựa đá, kể cả các đất yếu hơn trên bề mặt với bề dày lớn nhất là 5m. 800 - - B Đất cát, cuội sỏi rất chặt hoặc đất sét rất cứng có bề dày ít nhất hàng chục mét, tính chất cơ học tăng dần theo độ sâu. 360-800 50 250 C Đất cát, cuội sỏi chặt, chặt vừa hoặc đất sét cứng có bề dày lớn từ hàng chục tới hàng trăm mét. 180-360 15-50 70 - 250 D Đất rời trạng thái từ xốp đến chặt vừa (có hoặc không xen kẹp vài lớp đất dính) hoặc có đa phần đất dính trạng 180 15 70
  10. 10. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 10 Các tham số Loại Mô tả vs,30(m/s) NSPT (nhát/30cm) cu (Pa) thái từ mềm đến cứng vừa. E Địa tầng bao gồm lớp đất trầm tích sông ở trên mặt với bề dày trong khoảng 5-20m có giá trị tốc độ truyền sóng như loại C, D và bên dưới là các đất cứng hơn với tốc độ truyền sóng vs  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.  100 (tham khảo) - 10- 20 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. Nền đất cần phân loại theo giá trị của vận tốc sóng cắt trung bình ,30s (m/s) nếu có giá trị này. Nếu không, có thể dùng giá trị NSPT. Vận tốc sóng cắt trung bình, ,30s được tính toán theo biểu thức sau ,30 1 30 s N i i i h     trong đó ;i ih v lần lượt là chiều dày (m) và vận tốc sóng cắt (tại mức biến dạng bằng 10-5 hoặc thấp hơn) của lớp thứ i trong tổng số N lớp tồn tại trong 30m đất trên bề mặt. Đối với các địa điểm có điều kiện nền đất thuộc một trong hai loại nền đặc biệt S1 và S2 cần phải có nghiên cứu đặc biệt 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.
  11. 11. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 11 1.5. Biểu diễn cơ bản của tác động động đất Trong phạm vi tiêu chuẩn, chuyển động động đất tại một điểm cho trước trên bề mặt được biểu diễn bằng phổ phản ứng gia tốc đàn hồi, gọi tắt 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 phổ phản ứng, phụ thuộc vào các nguồn và độ lớn động đất phát sinh từ chúng. Đối với các công trình quan trọng 1I  cần 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 trọng động đất Tải trọng động đất có thể mô phỏng thành nhiều phương pháp khác nhau, nhưng hiện nay có hai phương pháp đang được sử dụng rộng rãi: lực ngang tương đương và phổ thiết kế 2.1.1. Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương Tải trọng 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 trị sau 1 4 2 CT T 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  1b dF S T m trong đó  1dS T : tung độ của phổ thiết kế tại chu kỳ 1T 1T là chu kỳ dao động cơ bản của nhà do chuyển động ngang theo phương đang xét
  12. 12. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 12 m là tổng khối lượng của nhà ở trên móng hoặc ở trên đỉnh của phần cứng phía dưới  là hệ số hiệu chỉnh lấy như sau 0.85  nếu 1 2 CT T với nhà có trên 2 tầng hoặc 1  với các trường hợp khác Tác động động đất phải được xác định bằng cách đặt các lực ngang iF vào tất cả các tầng ở hai mô hình phẳng i i i b j j s m F F s m   trong đó iF là lực ngang tác dụng tại tầng thứ i bF là lực cắt đáy do động đất tính theo  1b dF S T m ;i js s lần lượt là chuyển vị của khối lượng ;i jm m trong dao động cơ bản xuất từ Etabs ;i jm m 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 i i i b j j z m F F z m   trong đó ;i jz z là độ cao của khối lượng ;i jm m so với điểm đặt tác động động đất (mặt móng hoặc đỉnh 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 trọng khác với hệ số tổ hợp theo tiêu chuẩn. 2.1.2. Phổ thiết kế dùng cho phân tích đàn 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 trận động đất xảy ra trước 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 tĩnh lực ngang tương đương.
  13. 13. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 13 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 lượng hữu hiệu 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 lượng 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 3k n và 0.2kT s trong đó k là số dao động được xét tới trong tính toán n là số tầng ở trên móng và hoặc đỉnh của phần cứng phía dưới kT 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 trực 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 .
  14. 14. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 14 Đối với các thành phần nằm ngang của tác động động đất, phổ thiết kế ( )dS T được xác định bằng các biểu thức sau 2 2,5 2 0 : ( ) . . 3 3 B d g B T T T S T a S T q              ; 2,5 : ( ) . .B C d gT T T S T a S q    ;   2.5 . . . : . C g C D d g T a S q TT T T S T a       ;   2 .2,5 . : . C D g D d g T T a S q TT T S T a        ( )dS T Phổ thiết kế; T Chu kỳ dao động của hệ tuyến tính một bậc tự do; ga Gia tốc nền thiết kế trên nền loại A 1g gR a a 1  Hệ số tầm quan trọng được cho trong phụ lục F, TCVN 375:2006; gR a Đỉnh gia tốc nền, cho trong phụ lục I TCVN 375:2006;  Hệ số điều chỉnh độ cản với giá trị tham chiếu 1  (độ cản nhớt 5%); q Hệ số ứng xử 0 1.5wq q k  trong đó 0q 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 HÖ khung, hÖ hçn hîp, hÖ t−êng kÐp 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 Và với loại nhà không đều đặn theo mặt đứng theo mục 4.2.3.1 (7), giá trị 0q cần được giảm xuống 20%. HÖ khung hoÆc hÖ kÕt cÊu hçn hîp t−¬ng ®−¬ng khung u/1 Nhμ mét 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
  15. 15. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 15 HÖ t−êng hoÆc hÖ kÕt cÊu hçn hîp t−¬ng ®−¬ng víi t−êng u/1 HÖ t−êng chØ cã hai t−êng kh«ng ph¶i lμ t−êng kÐp theo tõng ph−¬ng ngang 1.0 C¸c hÖ t−êng kh«ng ph¶i lμ t−êng kÐp 1.1 HÖ kÕt cÊu hçn hîp t−¬ng ®−¬ng t−êng, hoÆc hÖ t−êng kÐp 1.2 Hệ số wk phản ánh dạng phá hoại thường gặp trong kết cấu có vách Loại kết cấu wk HÖ khung vμ hÖ kÕt cÊu hçn hîp t−¬ng ®−¬ng khung 1.0 HÖ t−êng, hÖ kÕt cÊu hçn hîp t−¬ng ®−¬ng t−êng vμ kÕt cÊu dÔ xo¾n 00.5 (1 )/3 1   trong đó 0 là tỷ số kích thước các vách trong hệ kết cấu 0 wi wi h l     , với wih là chiều cao vách thứ i ; và wil là độ dài của vách thứ i  Hệ số ứng với cận dưới của phổ thiết kế theo phương nằm ngang, 0.2  BT Giới hạn dưới của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc; CT Giới hạn trên của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc; DT Giá trị xác định điểm bắt đầu của phần phản ứng dịch chuyển không đổi trong phổ phản ứng; S Hệ số nền; Loại nền đất S BT (s) CT (s) DT (s) A 1.0 0.15 0.4 2.0 B 1.2 0.15 0.5 2.0
  16. 16. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 16 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 trị 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 phổ phản ứng chuyển vị trên cơ sở dao động của hệ một bậc tự do. Phương trình dao động có dạng: 0 sinu u t Giá trị phổ vận tốc được suy từ phổ chuyển vị: v dS S Giá trị phổ gia tốc được suy từ phổ chuyển vị: a vS S 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 ga được thay bằng 0.9vg ga a ; 1S  ; 1.5q  ; các giá trị khác lấy theo bảng sau gvg aa / BT (s) CT (s) DT (s)
  17. 17. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 17 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 trị phổ thiết kế gia tốc ( )nSe T của mode n ứng với chu kỳ dao động nT Phản ứng lớn nhất của mode n : 2 ( ) ( ) n n max n Se T y T   Chuyển vị lớn nhất của kết cấu ứng với mode n: max( )n n nu y T  ; 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 tĩnh 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. 2 E EiE E  Phương pháp CQC (Complete Quadratic Combination) Gọi EnE và EmE 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 En nm En n m E E E  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. 3/ 2 2 2 2 2 8 (1 ) (1 ) 4 (1 ) nm r r r r r         với n m r    . Các hệ số đều dương và nhỏ hơn hoặc bằng 1. Bước 4: Tổ hợp phản ứng từ các phương khác nhau
  18. 18. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 18 2 2 2 0 90 zE E E E   trong đó 0E và 90E là các đáp ứng do tác động theo hai phương ngang vuông góc nhau, và zE 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. Tổ hợp các phản ứng dạng 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 iT và jT thỏa mãn 0.9j iT T Khi tất cả các dạng dao động cần thiết được xem là độc lập với nhau thì giá trị lớn nhất EE của hệ quả tác động động đất có thể lấy bằng 2 E EiE E  trong đó EE hệ quả tác động động đất đang xét (lực. chuyển vị.…) EiE giá trị của hệ quả tác động động đất này do dạng dao động thứ i gây ra. 2.2.2. Các thành phần nằm ngang của tải trọng động đất (mục 4.3.3.5.1) Nói chung, các thành phần nằm ngang của tác động động đất phải 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 rẽ 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 trị 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 trị 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 trị có thể có của các hệ quả tác động khác đồng thời với giá trị lớn nhất thu được như trong (2). Có thể sử dụng các mô hình chính xác
  19. 19. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 19 hơn để xác định các giá trị 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 quả tác động do tổ hợp của các thành phần nằm của tải trọng động đất có thể được xác định 0.3 0.3 Edx Edy Edx Edy E E E E   trong đó EdxE biểu thị các hệ quả tác động do đặt tác động động đất dọc theo trục nằm ngang x được chọn của kết cấu; EdyE biểu thị các hệ quả tác động do đặt tác động động đất dọc theo trục nằm ngang y vuông góc của kết cấu; 2.2.3. Các thành phần nằm đứng của tải trọng động đất (mục 4.3.3.5.2) Nếu 0.25 2.5vga g  (m/s2 ) thì thành phần thẳng đứng của tác động động đất cần được xét trong các trường hợp sau Các bộ phận kết cấu nằm ngang hoặc gần như ngang có nhịp 20L  m Các bộ phận kết cấu dạng console nằm ngang hoặc gần như ngang dài hơn 5m Các thành phần kết cấu ứng lực trước 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 trực tiếp với chúng. Nếu các thành phần nằm ngang xét đến cho các cấu kiện này thì có thể sử dụng ba tổ hợp sau 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 Edx Edy Edz Edx Edy Edz Edx Edy Edz E E E E E E E E E       EdzE 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
  20. 20. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 20 (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 nứt. Độ cứng này cần tương ứng với sự bắt đầu chảy dẻo cốt thép. (7) Trừ phi thực hiện sự phân tích chính xác hơn đối với các cấu kiện bị nứt, các đặc trưng về độ cứng chống cắt và độ cứng chống uốn đàn hồi của các cấu kiện bêtông và khối xây có thể lấy bằng một nửa (50%) độ cứng tương ứng của các cấu kiện không bị nứt. (xem xét khi có yêu cầu). 2.3. Tổ hợp tải trọng, nội lực và chuyển vị 2.3.1. Xác định nội lực Có hai loại sơ đồ để tính toán nội lực là sơ đồ đàn hồi và sơ đồ dẻo phụ thuộc vào việc người thiết kế cho phép vật liệu làm việc trong miền nào. (điều khiển sơ đồ này bằng ứng dụng Frame End length offsets – vừng cứng tại nút khung trong ETABS). Với kết cấu tĩnh 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 tĩnh, 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 lực khi dùng sơ đồ dẻo có thể sử dụng phương pháp trạng thái tới hạn hoặc phương pháp PTHH. Sử dụng sơ đồ đàn hồi tức 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 liệu đàn hồi-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, rất khó khăn khi đánh giá mức độ dẻo của kết cấu và khi xuất hiện biến dạng dẻo kết cấu sẽ phân phối lại nội lực như thế nào. Do vậy hiện nay chỉ áp dụng sơ đồ dẻo đối với cấu kiện dầm, còn nội lực 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. Tổ hợp tải trọng, nội lực và chuyển vị Đối với tĩnh tải, đây là loại tải thường xuyên tác dụng lên kết cấu do đó nó luôn gây ra nội lực. Đối với hoạt tải, có thể xuất hiện hoặc không và thậm
  21. 21. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 21 chí có thể đổi chiều tác dụng (tải trọng 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 trị bất lợi cho kết cấu: g ijS S S  trong đó gS là nội lực do tĩnh tải gây ra (luôn không đổi), ijS là nội lực do trường hợp thứ i của hoạt tải thứ j gây ra (thay đổi cả về trị số và dấu), còn  là hệ số tổ hợp, trong đó 1  khi chỉ lấy 1 hoạt tải và 0.9  khi lấy từ hai hoạt tải trở lên. Một dạng khác để tìm nội lực nguy hiểm trong các cấu kiện là tổ hợp tải trọng. Theo cách này thì không tính nội lực từng trường hợp tải rồi lựa chọn để cộng tác dụng mà tiến hành tổ hợp trước các loại tải trọng, sau đó tính nội lực với tải trọng tổ hợp này. Tổ hợp tải trọng 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 tải trọng vì nó đơn giản, dễ làm, dễ hình dung, sai số không đáng kể. Theo TCXD2737-1995, có hai tổ hợp tải trọng sau: Tổ hợp cơ bản: Tĩnh 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 biệt: Tĩnh tải, hoạt tải dài hạn và ngắn hạn có thể xảy ra một trong các tải trọng đặc biệt (mục 2.3.6) E Ghi chú: Trong quá trình gán tải trọng gió vào mô hình, cần tách ra hai thành phần tĩnh Wt và động Wd. Sau đó, tổ hợp lại gió theo công thức sau W = Wt + Wd Theo TCXD2737-1995 và TCVN375-2006, Tĩnh tải + Hoạt tải Tĩnh tải + Gió Tĩnh tải + 0.9 Hoạt tải + 0.9 Gió Tĩnh tải + động đất Tĩnh tải + động đất + 2,i x Hoạt tải (Mục 3.2.4 (TCVN375-2006)) Các giá trị 2,i cho trong Bảng 3.4 trang 36 (TCVN375-2006)
  22. 22. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 22 Bảng 3.4: Các giá trị 2,i đối với nhà Tác động 2 Tải trọng đặt lên nhà, loại Loại A: Khu vực nhà ở, gia đình 0,3 Loại B: Khu vực văn phòng 0,3 Loại C: Khu vực hội họp 0,6 Loại D: Khu vực mua bán 0,6 Loại E: Khu vực kho lưu trữ 0,8 Loại F: Khu vực giao thông, trọng lượng xe 30kN 0,6 Loại G: Khu vực giao thông 30kN; trọng lượng xe 160kN 0,3 Loại H: Mái 0 Đây là bảng tổ hợp triển khai cho thiết kế công trình nhà ở và văn phòng Tên tổ hợp Tổ hợp Thành phần Hệ số tổ hợp Nội dung tính toán - kiểm tra DL 1COMBO1 ADD LL 1 Tính bền DL 1COMBO2 ADD WX 1 Tính bền DL 1COMBO3 ADD WX -1 Tính bền DL 1COMBO4 ADD WY 1 Tính bền DL 1COMBO5 ADD WY -1 Tính bền DL 1 LL 0.9 COMBO6 ADD WX 0.9 Tính bền DL 1 LL 0.9 COMBO7 ADD WY 0.9 Tính bền DL 1COMBO8 ADD LL 0.9 Tính bền
  23. 23. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 23 Tên tổ hợp Tổ hợp Thành phần Hệ số tổ hợp Nội dung tính toán - kiểm tra WX -0.9 DL 1 LL 0.9 COMBO9 ADD WY -0.9 Tính bền DL 1COMBO10 ADD EY 1 Tính bền DL 1COMBO11 ADD EX 1 Tính bền DL 1COMBO12 ADD EY -1 Tính bền DL 1COMBO13 ADD EX -1 Tính bền DL 1 LL 0.3 EY 1 COMBO14 ADD EX 0.3 Tính bền DL 1 LL 0.3 EX 1 COMBO15 ADD EY 0.3 Tính bền DL 1 LL 0.3 EY -1 COMBO16 ADD EX -0.3 Tính bền DL 1 LL 0.3 EX -1 COMBO17 ADD EY -0.3 Tính bền ENVE1 ENVE ENVE(COMBO1 + ... + COMBO17) DL 0.909COMBO18 ADD LL 0.833 Kiểm tra độ võng theo phương thẳng đứng của dầm, sàn
  24. 24. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 24 Tên tổ hợp Tổ hợp Thành phần Hệ số tổ hợp Nội dung tính toán - kiểm tra DL 0.909COMBO19 ADD WY 0.833 Chuyển vị do gió theo phương Y DL 0.909COMBO20 ADD WX 0.833 Chuyển vị do gió theo phương X DL 0.909COMBO21 ADD WY -0.833 Chuyển vị do gió theo phương Y DL 0.909COMBO22 ADD WX -0.833 Chuyển vị do gió theo phương X ENVE2 ENVE ENVE (COMBO18 + ... + COMBO22) 3. MÔ PHỎNG TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT TRONG ETABS 3.1. Phương pháp lực ngang tương đương Bước 1: Khai báo tải trọng như sau Bước 2: Gán tải trọng như sau
  25. 25. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 25
  26. 26. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 26 3.2. Phương pháp phổ phản ứng 3.2.1. Tải gia tốc Tải gia tốc được dùng để mô tả chuyển động của đất nền và được dùng để tính tải trọng cho công trình trong phương pháp phổ phản ứng và phương pháp lịch sử – thời gian. Khi định nghĩa 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 tọa độ thẳng vuông góc chứ không dùng hệ tọa độ trụ hoặc hệ tọa độ cầu. Tải gia tốc có thể tạo ra với tất cả các loại phần tử trừ 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 trục 1,2,3 thuộc U1, U2, U3. 3.2.2. Hệ trục tọa độ địa phương của tải gia tốc 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 nền gây ra. Hệ trục tọa độ địa phương này biểu diễn bởi 3 trục 1,2 và 3. Được xác định dựa theo hệ trục tọa độ tổng thể X,Y và Z. 3.2.3. Đường cong phổ phản ứng
  27. 27. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 27 Đường cong phổ theo mỗi phương được thiết lập từ các hàm có sẵn trong Etabs hoặc từ hàm do người thiết kế xây dựng. Nếu dải chu kỳ của phổ phản ứng không được định nghĩa đủ cho dải chu kỳ dao động các mode của kết cấu, đường phổ phản ứng sẽ tự động được mở rộng cho những chu kỳ chưa được định nghĩa. Gia tốc ứng với những chu kỳ đó là hằng số và có giá trị bằng với gia tốc tại điểm được định nghĩa gần đó nhất. 3.2.4. Trình tự 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 trọng lượng riêng From Speccified Mass: khối lượng được nhập trực 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 trị chu kỳ dao động làm người thiết kế dễ 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 lượng hữu hiệu 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 lượng hữu hiệu lớn hơn 5% của tổng khối lượng đều được xét đến. Bước 3: Định nghĩa 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.
  28. 28. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 28 Chuẩn bị file .txt Khai báo phổ thiết kế Tạo PHỔ NGANG và ĐỨNG từ file .txt (add spectrum from file)
  29. 29. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 29
  30. 30. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 30 Bước 4: Định nghĩa trường hợp tải
  31. 31. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 31 Định nghĩa 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 tổng giá trị tuyệt đối các ứng xử của từng mode. Phương pháp này giả thiết rằng các giá trị 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 nghĩa 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 trị gia tốc dùng cho mỗi mode trong mỗi phương sẽ được nội suy từ đường phổ phản ứng đã định nghĩa theo phương đó ứng với chu kỳ dao động riêng và hệ số giảm chấn của mode đó. Khi có được giá trị gia tốc giả ứng với mỗi mode, phần mềm sẽ 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 tử, phần mềm sẽ tính được nội lực của từng phần tử 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 nghĩa để được giá trị tổng thể trong kết cấu của một phương (Modal Combination). Để được giá trị ứng xử của kết cấu trong không gian, phần mềm sẽ tự động tổ hợp từ các phương khác nhau (Directional Combination).
  32. 32. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 32 Phản lực và mômen tại móng luôn tuân theo hệ trục tọa độ địa phương của phổ phản ứng. Bước 6. Tổ hợp nội lực với các trường hợp tải khác. Định nghĩa các tổ hợp tải trọng, xem trường hợp tải động đất như một trường 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 phần trước rất hữu dụng cho phân tích đàn hồi của kết cấu. Nó không trực 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 trường hợp, có thể tạo ra những kết quả miêu tả không trọn 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 trước 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 trước đó. 3.3.1. Cơ sở lý thuyết Có thể lý tưởng hóa công trình N tầng thành hệ có khối lượng tập trung đặt tại mỗi tầng. Phương trình chuyển động chủ đạo của hệ N tầng ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )x gx y gy z gzmu t Cu t Ku t m u t m u t m u t         Phương trình này không thể giải trực tiếp được. Phương trình dao động cho dạng dao động thứ n của công trình nhiều tầng đã được lý tưởng hóa 2 2 ( )n n n n n n n g n L Y Y Y u t M         ; trong đó 1 N n j jn j L m     và 2 1 N n j jn j M m    
  33. 33. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 33 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) n n L M bởi gia tốc nền ( )gu t . Giải phương trình trên được nghiệm     0 1 ( ) ( )exp ( ) sin ( ) t n n g n n nD n nD L Y t u t t d M              với 2 1nD n   Sự đóng góp của mode n vào chuyển vị ( )jnu t tại tầng thứ j ( ) ( )jn n jnu t Y t  với 1,2,...,j N Biến dạng của tầng trên so với tầng dưới 1,( ) ( ) ( )jn jn j nt u t u t   Lực ngang tác dụng tại từng tầng của mode n ( ) ( )n nf t Ku t hay ( ) ( )n n nf t K Y t hay 2 ( ) ( )n n n nf t m Y t  Lực ngang tác dụng tại tầng thứ j của mode n 2 ( ) ( )jn j n jn nf t m Y t  Lực cắt tại móng và mômen được tính 0 1 ( ) ( ) N n jn j V t f t    và 0 1 ( ) ( ) N n j jn j M t h f t    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 1 ( ) ( ) N n n r t r t    3.3.2. Trình tự 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 hệ số cảm ứng với 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.
  34. 34. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 34 Máy tính sẽ tích phân từng bước phương trình dao động trong từng bước thời gian. Kết quả của bước trước 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 trực tiếp phương trình dao động tổng thể thì gọi là phương pháp tích phân trực 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 trị ứng xử đều được lưu lại và lấy đó làm giá trị đầu vào cho bước kế tiếp. Cách kết hợp này loại trừ 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 của kết cấu với mỗi băng gia tốc sẽ khác nhau. Để có được giá trị thiết kế cho kết cấu, phải chạy mô hình với rất nhiều băng gia tốc khác nhau. Ở điều kiện của Việt Nam không có điều kiện ghi lại được tất cả các trận động đất đã xảy ra. Ngoài ra, có thể tham khảo các băng gia tốc ghi lại được từ các trận động đất xảy ra trên thế giới trong dữ liệu phần mềm Etabs hoặc trên mạng Internet. 3.3.3. Phương pháp tích phân dạng dao động (modal integration) Phương pháp dựa trên nguyên lý cộng tác dụng mô hình là một phương 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 rằng trong mỗi bước thời gian, gia tốc thay đổi tuyến tính. Và nếu bước thời gian xuất ra nhỏ hơn bước thời gian đầu vào thì giá trị gia tốc ở
  35. 35. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 35 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 tự khai báo Bước 1: Định nghĩa hàm thời gian (Time history functions)
  36. 36. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 36 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 trị và thời gian tương ứng thì chọn Time and Function Values. Nếu File có dạng giá trị đo cách nhau một khoảng thời gian nhất định thì chọn Values at Equal Intervals of. Và nhập bước thời gian đọc được từ file dữ liệu. Xem kỹ file dữ liệu và khai báo 2 thông số quan trọng 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 trị 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 trị nếu bảng cho ở dạng thời gian và giá trị. Display Graph để xem giản đồ của giá trị. Bước 2: Định nghĩa trường hợp phân tích
  37. 37. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 37 Nếu trong bảng giá trị 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 time step size) và số bước thời gian phân tích (Number of output time steps). Start from Previous History: Điều kiện ban đầu của bước tích phân đầu tiên. Có thể để trống hoặc chọn một trường hợp phân tích đã được định nghĩa
  38. 38. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 38 trước đó. Nhờ đó có thể tác động nhiều băng gia tốc lần lượt để tham khảo kết quả. Bước 3: Bước thời gian Trong mỗi bước thời gian, gia tốc xem như thay đổi tuyến tính và giá trị gia tốc được nội suy từ hai điểm. Kết quả ứng xử của kết cấu sẽ được tính toán ở cuối mỗi bước và lấy đó làm điều kiện ban đầu cho bước tích phân kế tiếp. Tại mỗi bước thời gian của giá trị 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 cấu sau mỗi bước thời gian của giá trị đầu ra (output time). Vì vậy, có thể biết được ứng xử của kết cấu sau mỗi bước thời gian mà đã định nghĩa. Để đạt được sự đồng nhất và có kết quả chính xác, một lời khuyên được đưa ra là nên chọn bước thời gian xuất ra bằng với bước thời gian của dữ liệu đầu vào. Bước 4: Định nghĩa tổ hợp với các trường hợp tải khác Xem phân tích theo lịch sử thời gian như là một trường hợp tải trọng, thực hiện tổ hợp “tải trọng” này với các tải trọng khác như tĩnh tải, hoạt tải… 3.4. Phân tích kết quả từ các phương pháp mô phỏng động đất 3.4.1. Kết quả phân tích phổ phản ứng Có thể xem các thành phần nội lực giống như trường hợp tải tĩnh. Chú ý rằng giá trị đó là dự đoán ứng xử lớn nhất của kết cấu chứ không phải là giá trị thật sự khi xảy ra động đất. Một lưu ý rất quan trọng, đó là giá trị của phổ phản ứng luôn dương. Nếu định nghĩa một phổ phản ứng theo phương X, phần mềm sẽ tự động tác động lên công trình theo hướng X và hướng –X. Vì vậy nên nội lực một phần tử luôn có 2 giá trị, mỗi giá trị đại diện cho một hướng tác động. Không thể thiết lập để phần mềm chỉ xuất ra giá trị theo một hướng tác động nào đó. Vì vậy, giá trị nội lực của phương pháp phổ phản ứng thường lớn hơn giá trị ứng xử thật của kết cấu. Nếu tổ hợp với các trường hợp tải khác (ví dụ tĩnh tải), giá trị tổ hợp được sẽ là “tĩnh tải + X” và “tĩnh tải – X”. Khi đó sẽ cho hai kết quả của tổ hợp và không biết lấy kết quả nào là thực tế nhất và nguy hiểm nhất. Để an toàn, người thiết kế thường lấy cả hai giá trị nội lực để tính toán. 3.4.2. Kết quả phân tích lịch sử - thời gian
  39. 39. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 39 Đây là lịch sử ứng xử theo thời gian của kết cấu (chuyển vị, biến dạng, ứng suất, nội lực) được thể hiện dưới dạng bảng biểu hoặc đồ thị. Cho phép người sử dụng thấy được tường tận ứng xử của kết cấu trong thời gian xảy ra động đất. Có thể xem ứng xử của kết cấu cho đến thời điểm muốn xem. Thời gian đó phải nằm trong khoảng thời gian đã định nghĩa. Chú ý, ứng xử này của kết cấu chỉ là ứng xử đối với một băng gia tốc, muốn có giá trị 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 đỉnh đất nền tham chiếu tại địa điểm xây dựng (TP Hồ Chí Minh) có aGr = 0.0848g (cấp VII theo thang MSK – 64). Giá trị trọng lượng các tầng được thể hiện trong bảng dưới. So sánh tính toán lực động đất tác dụng lên công trình theo TCXDVN 375:2006 bằng 3 phương pháp: phân tích tĩnh lực ngang tương đương; phân tích phổ phản ứng tính bằng tay và tính bằng phần mềm Etabs.
  40. 40. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 40
  41. 41. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 41 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 trọng ngang tương đương, phổ phản ứng, lịch sử – thời gian. Kết quả tính toán trên một số mô hình theo phương pháp phổ phản ứng, cho thấy rằng 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 trọng gia tốc.
  42. 42. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 42 Khi dùng phần mềm để tính toán theo phương pháp này, sự phân bố tải trọng cho các tầng sẽ chính xác hơn vì chuyển vị 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 tĩnh lực ngang tương đương và khó có thể kiểm soát đối với các công trình có hình dạng kết cấu đặc biệt vì không thể kiểm soát và điều chỉnh được kết quả tính toán ở mỗi bước. Khi xem kết quả, 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 chỉnh 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 trận động đất xảy ra trước đó. Có thể phối hợp 3 phương pháp trên để có được giá trị 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 trận 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 phản ứng của 5 loại đất nền. Có thể thấy rằng phương pháp phổ phản ứng kết hợp phương pháp phân tích tĩnh 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 trận động đất đã xảy ra trong lịch sử thì phương pháp phân tích theo lịch sử thời gian lại rất hữu hiệu cho việc tính toán. 4. CẤU TẠO KHÁNG CHẤN Hiện nay, tiêu chuẩn TCVN375-2006 không có cấu tạo rõ ràng cho từng cấp động đất theo thang MSK. Ngoài ra, TCVN375-2006 cũng chỉ có hướng dẫn tính toán và cấu tạo theo cấp dẻo của công trình. Và TCXD198-1997 quy định cấu tạo kháng chấn đối với một số cấu kiện. 4.1. Cấp dẻo kết cấu Loại kết cấu bêtông chịu động đất phải được thiết kế đảm bảo khả năng làm tiêu tán năng lượng và sự làm việc có độ dẻo kết cấu tổng thể. Sự làm việc có độ dẻo kết cấu tổng thể được bảo đảm nếu độ dẻo kết cấu đủ để làm cho phần lớn khối lượng của kết cấu được truyền sang các bộ phận khác và vị
  43. 43. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 43 trí khác của tất cả các tầng. Để đạt được mục đích này, dạng phá hoại dẻo (ví dụ như uốn) cần xảy ra trước 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 trễ của chúng, được phân thành hai cấp dẻo kết cấu: cấp dẻo kết cấu trung bình và cấp dẻo kết cấu cao. Cả hai cấp dẻo kết 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 trễ khi chịu tải trọng 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 trị khác nhau cho mỗi cấp (xem 5.2.2.2). 4.2. Cấu tạo kháng chấn của các cấu kiện theo cấp dẻo
  44. 44. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 44
  45. 45. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 45
  46. 46. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 46 4.2.1. Các tham số cấu tạo đối với dầm
  47. 47. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 47
  48. 48. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 48
  49. 49. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 49 4.2.2. Các tham số cấu tạo đối với cột
  50. 50. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 50
  51. 51. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 51
  52. 52. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 52 4.2.3. Các tham số cấu tạo đối với nút dầm và cột
  53. 53. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 53
  54. 54. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 54
  55. 55. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 55
  56. 56. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 56 4.2.4. Các tham số cấu tạo đối với tường cứng
  57. 57. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 57
  58. 58. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 58
  59. 59. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 59
  60. 60. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 60
  61. 61. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 61 4.3. Cấu tạo kháng chấn của các cấu kiện theo cấp chống động đất 4.3.1. Bảng phân loại các cấp chống động đất Mức độ quan trọng Công trình Hệ số tầm quan trọng I Đặc biệt Công trình có tầm quan trọng đặc biệt, không cho phép hư hỏng do động đất - Đập bêtông chịu áp chiều cao >100m; - Nhà máy điện có nguồn nguyên tử; - Nhà để nghiên cứu sản xuất thử các chế phẩm sinh vật kịch độc, các loại vi khuẩn, mầm bệnh thiên nhiên và nhân tạo (chuột dịch, dịch tả, thương hàn .v.v…); - Công trình cột, tháp cao hơn 300 m; - Nhà cao tầng cao hơn 60 tầng. Thiết kế với gia tốc lớn nhất có thể xảy ra I Công trình có tầm quan trọng sống còn với việc bảo vệ cộng đồng, chức năng không được gián đoạn trong quá trình xảy ra động đất - Công trình thường xuyên đông người có hệ số sử dụng cao: công trình mục I-2.a, I-2.b, I-2.d, I-2.h, I-2.k, I-2.l, I-2.m có số tầng, nhịp, diện tích sử dụng hoặc sức chứa phân loại cấp I; - Công trình mà chức năng không được gián đoạn sau động đất: Công trình công cộng I-2.c diện tích sử dụng phân loại cấp I; - Công trình mục II-9.a, II-9.b; công trình mục V- 1.a, V-1.b phân loại cấp I; - Kho chứa hoặc tuyến ống có liên quan đến chất độc hại, chất dễ cháy, dễ nổ: công trình mục II-5.a, II- 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. 1,25 II Công trình có tầm quan trọng trong việc ngăn ngừa hậu quả động đất, nếu bị sụp đổ gây tổn thất lớn về người và tài sản - Công trình thường xuyên đông người, có hệ số sử dụng cao: công trình mục I-2.a, I-2.b, I-2.d, I-2.h, I-2.k, I-2.l, I-2.m có nhịp, diện tích sử dụng hoặc sức chứa phân loại cấp II; - Trụ sở hành chính cơ quan cấp tỉnh, thành phố, các công trình trọng yếu của các tỉnh, thành phố đóng vai trò đầu mối như: Công trình mục I-2.đ, I-2.g, I-2.h có nhịp, diện tích sử dụng phân loại cấp I, II; - Các hạng mục quan trọng, lắp đặt các thiết bị có giá trị kinh tế cao của các nhà máy thuộc công trình 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 thuỷ lợi IV-2; công trình hầm III-4; công trình cấp thoát nước V-1 tất cả 1,00
  62. 62. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 62 Mức độ quan trọng Công trình Hệ số tầm quan trọng I thuộc phân loại cấp I, II; - Các công trình quốc phòng, an ninh; - Nhà cao tầng cao từ 9 tầng đến 19 tầng, công trình dạng tháp cao từ 100 m đến 200 m. III Công trình không thuộc mức độ đặc biệt và mức độ I, II, IV - 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, rạp chiếu bóng, rạp 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. 0,75 IV Công trình có tầm quan trọng thứ yếu đối với sự an toàn sinh mạng con người - Nhà tạm : cao không quá 3 tầng; - Trại chăn nuôi gia súc 1 tầng; - Kho chứa hàng hoá diện tích sử dụng không quá 1000 m2 - Xưởng sửa chữa, công trình công nghiệp phụ trợ; 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. Không yêu cầu tính toán kháng chấn GHI CHÚ: Công trình ứng với mục có mã số kèm theo xem chi tiết trong Phụ lục G. Nhận xét: Công trình cao từ 20 tầng đến 60 tầng thuộc cấp chống động đất 1
  63. 63. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 63 4.3.2. Quy định bố trí cấu tạo đối với dầm Chiều rộng tối thiểu của tiết diện dầm không chọn nhỏ hơn 220 mm và tối đa không lớn hơn chiều rộng 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 rộng của tiết diện không lớn hơn 3.
  64. 64. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 64 Trong phạm vi chiều dài dh3 ( dh 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 trị tính toán theo yêu cầu chịu lực cắt nhưng đồng thời phải ≤ 0,25 dh và không lớn hơn 8 lần đường kính cốt thép dọc. Trong mọi trường hợp khoảng cách này cũng không vượt quá 150mm. Tại khu vực giữa dầm (ngoài phạm vi nói trên), khoảng cách gữa các đai chọn ≤ 0,5 dh và không lớn hơn 12 lần đường kính cốt thép dọc đồng thời không vượt quá 300mm.
  65. 65. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 65
  66. 66. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 66 4.3.3. Quy định bố trí cấu tạo đối với cột 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 rộng 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 với động đất mạnh ≥ 10mm). Cốt đai cột 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 ≥ chiều cao tiết diện cột và ≥ 1/6 chiều cao thông thuỷ của 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 ≤ cạnh nhỏ (thường là chiều rộng) 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
  67. 67. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 67 với động đất mạnh và trung bình) hàm lượng cốt thép tối thiểu với trường hợp không có động đất.
  68. 68. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 68
  69. 69. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 69 4.3.4. Quy định bố trí cấu tạo đối với tường cứng (vách cứng) Khi thiết kế các công trình sử dụng vách và lõi cứng chịu tải trọng 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 cũng như kích thước hình học) và bố trí sao cho tâm cứng của hệ trùng với tâm khối lượng của nó. Trong trường hợp chỉ đối xứng về độ cứng (độ cứng trong giai đoạn đàn hồi) mà không đối xứng về kích thước hình học (hình 3.10) thì khi vật liệu làm việc ở giai đoạn dẻo dưới tác động lớn như động đất vẫn có thể dẫn đến sự thay đổi độ cứng. Điều này sẽ gây ra biến dạng và chuyển vị khác nhau trong các vách khác nhau. Hệ quả là sự đối xứng về độ cứng bị phá vỡ và phát sinh ra các tác động xoắn rất nguy hiểm đối với công trình.
  70. 70. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 70 Không nên chọn các vách có khả năng chịu tải lớn nhưng số lượng ít mà nên chọn nhiều vách nhỏ có khả năng chịu tải tương 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: stvlvl FfF  với stF - Diện tích sàn từng tầng; vlf = 0,015 Từng vách nên có chiều cao chạy suốt từ móng đến mái và có độ cứng 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 chịu tải của vách và phải có biện pháp cấu tạo tăng cường 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 hơn 0,1b. Hai lớp lưới thép này phải được liên kết với nhau bằng các móc đai hình chữ s với mật độ 4 móc/m2 . Hàm lượng cốt thép thẳng đứng chọn  0,40% (đối với 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 với động đất yếu 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 với động đất yếu) và  0,40% (đối với động đất trung bình và mạnh).
  71. 71. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 71 Chiều dài nối buộc của cốt thép lấy bằng 1,5 bol (đối với động đất yếu) và 2,0 bol (đối với động đất trung bình và mạnh), với bol là chiều dài neo tiêu chuẩn đối với trường hợp không có động đất. Các điểm nối thép phải đặt so le. Trong trường hợp vách có lỗ mở nhỏ (b1 và e  500mm - xem hình 3.11), phải đặt tăng cường ít nhất 122 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 cấu 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 cấu 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 tường với nhau phải bố trí các đai liên kết như hướng dẫn ở hình 3.16.
  72. 72. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 72
  73. 73. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 73
  74. 74. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 74
  75. 75. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 75 4.3.5. Quy định bố trí cấu tạo đối với lanh tô (gác qua lỗ cửa vách cứng)
  76. 76. Lương Văn Hải & Trần Minh Thi 76 4.3.6. Quy định bố trí cấu tạo đối với giằng móng và bản móng Phải tránh không nên để một đoạn cổ cột giữa mặt trên của bản móng hoặc của đài cọc và mặt dưới của dầm giằng hoặc của bản móng. Để đạt được điều này, mặt dưới của dầm giằng hoặc của bản móng phải thấp hơn mặt trên của đế móng hoặc của đài cọc nói trên. Dầm giằng và dầm giằng móng cần có chiều rộng tiết diện ngang ít nhất là bw,min và chiều cao tiết diện ngang ít nhất là hw,min. GHI CHÚ: Các giá trị kiến nghị là : bw,min =0,25m và hw,min = 0,4m cho loại nhà cao tới 3 tầng, hoặc hw,min = 0,5m cho những loại nhà có từ 4 tầng trở lên không kể tầng hầm. Bản móng được bố trí phù hợp với những yêu cầu trong EN 1998- 5:2004, 5.4.1.2(2) để liên kết theo phương nằm ngang các bản móng đơn hoặc đài cọc, cần có độ dày tối thiểu tmin và hàm lượng cốt thép tối thiểu là s,min ở mặt trên và mặt dưới của chúng. GHI CHÚ: Các giá trị kiến nghị là : tmin =0,2m và s,min = 0,2%. Trong dầm giằng và dầm giằng móng, dọc theo toàn bộ chiều dài của chúng, cần có hàm lượng cốt thép dọc ít nhất là b,min ở cả mặt và đáy. GHI CHÚ: Giá trị kiến nghị là : b,min = 0,4%.

×