Chương 2 tải trọng tác động lên kết cấu nhà nhiều tầng

Thông thường trong tính toán, các tải trọng được chia thành các nhóm tải trong: 1 Tải trọng thẳng đứng; 2 Tải trọng gió; 3 Tải trọng động đất; 4 Các loại tác động khác.Tải trọng theo phư

TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG LÊN NHÀ NHIỀU

TẦNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI – KHOA CÔNG TRÌNH

BM XÂY DỰNG DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP

CHƯƠNG 2

Theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995, tải trọng được phân thành:

- Tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời (dài hạn, ngăn hạn và đặc biệt) tủy theo thời gian tác dụng của chúng.

- Tải trọng thường xuyên (tiêu chuẩn hoặc tính toán)

là các tải trọng tác dụng không biến đổi trong quá trình xây dưng và sử dụng công trình.

- Tải trọng tạm thời là các tải trọng có thể không có trong một giai đoạn nào đó của quá trình xây dựng

và sử dụng.

2.1 CÁC LOẠI TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG

Thông thường trong tính toán, các tải trọng được chia thành các nhóm tải trong: (1) Tải trọng thẳng đứng; (2) Tải trọng gió; (3) Tải trọng động đất; (4) Các loại tác động khác.

Tải trọng theo phương đứng

Tĩnh tải :Hoạt tải :+ Hoạt tải sàn :

Hệ số giảm tải theo diện tích phòng :

Hệ số giảm tải theo tầng :

2.1 CÁC LOẠI TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG

Tải trọng gió :

Thành phần tĩnh :Thành phần động :

Tác động của động đất :

- Tác động theo phương ngang :

- Tác động theo phương thẳng đứng :

Các loại tác động khác :

- Tải trọng thi công

- Tác dụng của sự thay đổi nhiệt độ ;

- Biến dạng không đàn hồi của các cấu kiện ;

- Lún lệch

2.1 CÁC LOẠI TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG

Tải đứng được chia thành: (1) Tĩnh tải và (2) Hoạt Tải

- Tĩnh tải tác động lên kết cấu NNT thường là trọng

lượng của CT, trọng lượng của các thiết bị gắn cố địnhtrên công trình

- Hoạt tải đứng tác dụng lên kết cấu NNT thường bao

gồm hoạt tải sử dụng và hoạt tải thi công tác động lênsàn nhà và mái nhà

- Hoạt tải được xác định theo tiêu chuẩn thiết hoặc căn

cứ theo thực tế sử dụng

- Với hoạt tải phân bố trên sàn theo Tiêu chuẩn TCVN

2.2 TẢI TRỌNG ĐỨNG

Hệ số giảm hoạt tải:

Khi tính dầm chính, dầm phụ, bản sàn, cột và móng, tảitrọng toàn phần trên sàn được giảm với hệ số:

Đối với phòng ngủ, phòng ăn, phòng khách, bếp, văn

phòng, phòng thí nghiệm (và các phòng tương tự) có diệntích A > A1 = 9m2 :

Hệ số giảm hoạt tải:

Khi tính dầm chính, dầm phụ, bản sàn, cột và móng, tảitrọng toàn phần trên sàn được giảm với hệ số:

Đối với các phòng đọc sách, nhà hàng, phòng họp, phòng đợi, phòng khán giả, sân khấu, kho, phòng học, xưởng, ban công lôgia có A > A2 = 36m2:

Hệ số giảm hoạt tải:

Khi tính lực dọc để tính cột, tường và móng chịu tải từ 2 sàn trở lên, tải trọng toàn phần trên sàn được giảm với hệ số:

Đối với phòng ngủ, phòng ăn, phòng khách, bếp, văn

phòng, phòng thí nghiệm (và các phòng tương tự) :

2.2 TẢI TRỌNG ĐỨNG

A1 n1

ψ - 0,4

ψ =0,4+

n

Hệ số giảm hoạt tải:

Khi tính lực dọc để tính cột, tường và móng chịu tải từ 2sàn trở lên, tải trọng toàn phần trên sàn được giảm với hệsố:

Đối với các phòng đọc sách, nhà hàng, phòng họp, phòngđợi, phòng khán giả, sân khấu, kho, phòng học, xưởng,ban công lôgia:

2.2 TẢI TRỌNG ĐỨNG

A2 n2

ψ -0,5

ψ =0,5+

n

Tải gió có thể quy về 3

thành phần: (1) Tải trọng

tác động theo hướng gió;

(2) Tải trọng tác động theo

phương vuông góc hướng

gió; (3) mômen xoắn theo

phương đứng

2.3 TẢI TRỌNG GIÓ

Thành phần tải trọng tác động số (2) và (3) chỉ được quantâm trong một số trường hợp đặc biệt, ví dụ h/b>10-mảnh

- Theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995, tải trọng gió

(TP dọc theo hướng gió) gồm 2 TP tĩnh và động.

- Khi NNT cao dưới 40m và nhà công nghiệp một

tầng cao dưới 36m với tỷ số giữa chiều cao và nhịp nhỏ hơn 1,5 được xây dựng ở dịa hình A và

B thì không cần xét tới TP động của gió.

2.3 TẢI TRỌNG GIÓ

Thành phần động của tải gió: NNT có chiều cao lớn hơn

2.3 TẢI TRỌNG GIÓ

2.3 TẢI TRỌNG GIÓ

2.3 TẢI TRỌNG GIÓ

Thành phần động của tải gió:

m - khối luợng CT ở độ cao z

yk - dịch chuyển ngang của trọng tâm phần thứ k ứng với dạng dao động riêng thứ nhất

Thành phần động của tải trọng gió:

2.3 TẢI TRỌNG GIÓ

Tổ hợp nội lực và chuyển vị do thành phần tĩnh và

động của tải trọng gió:

2.3 TẢI TRỌNG GIể

Theo TCXD 229-1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió Phụ lục B, mục B.3:

2.3 TẢI TRỌNG GIÓ

Theo TCXD 229-1999:

2.3 TẢI TRỌNG GIÓ

2.4.1 Phân loại và lựa chọn phương pháp tính.

Phân loại theo tính chất tác động:

Các phương pháp tính toán tĩnh:

• PP phân tích tĩnh lực ngang tương đương;

• PP tĩnh phi tuyến (PP đẩy dần push-over)

Các phương pháp tính toán động:

2.4 TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT

2.4.1 Phân loại và lựa chon phương pháp tính

 Phân loại theo đặc tính làm việc của hệ kết cấu của công trình xây dựng:

Các phương pháp tính toán đàn hồi tuyến tính:

• PP phân tích tĩnh lực ngang tương đương;

• Phương pháp phổ phản ứng;

Các phương pháp tính toán phi tuyến:

• PP tĩnh phi tuyến (PP đẩy dần push-over);

• Phân tích phi tuyến theo lịch sử thời gian

2.4.1 Phân loại và lựa chon phương pháp tính

• PP phân tích tĩnh lực ngang tương đương được

áp dụng cho các nhà mà phản ứng của nókhông chịu ảnh hưởng đáng kể bởi các daođộng bậc cao hơn dạng dao động cơ bản trongmỗi phương chính

• Hai yêu cầu để thỏa mãn điều kiện này:

• Chu kỳ dao động cơ bản T1 phải nhỏ

2.4.1 Phân loại và lựa chon phương pháp tính

• Chu kỳ dao động cơ bản T1 phải nhỏ:

• TC là giới hạn trên của chu kỳ

1

2.4.1 Phân loại và lựa chon phương pháp tính

• Tính đều đặn theo mặt đứng:

• Kết cấu chịu tải trọng ngang phải liên tục từmóng tới mái của nhà hoặc tới đỉnh của vùnggiật cấp

• Cả độ cứng ngang lẫn khối lượng của các tầngriêng rẽ phải giữ nguyên không đổi hoặc giảm

từ từ

Các tiêu chí về tính đều đặn của nhà có giật cấp

2.4.1 Phân loại và lựa chon phương pháp tính

Phương pháp phổ phản ứng dao động được ápcho nhà không thỏa mãn những điều kiện đãnêu khi ứng dụng PP phân tích tĩnh lực ngangtương đương

Phương pháp này phải xét tới phản ứng của tất

cả các dạng dao động ảnh hưởng đáng kể vàophản ứng tổng thể của nhà

2.4.1 Phân loại và lựa chon phương pháp tính

Số lượng tối thiểu các dạng dao động k đượcxét trong tính toán phân tích không gian cầnthỏa mãn hai điều kiện:

• k là số dạng giao động được xét tới

• n là số tầng ở trên móng

• Tk là chu kỳ dao động của dạng thứ k

s T

n

2.4.1 Phân loại và lựa chon phương pháp tính

Các phương pháp phi tuyến: có thể xét tới độbền của các cấu kiện chịu lực và ứng xử sauđàn hồi của chúng

Ở mức cấu kiện, tối thiểu phải sử dụng quan hệlực – biến dạng hai đoạn thẳng

Có thể giả thiết độ cứng sau giai đoạn chảy dẻo

có độ đốc bằng không

2.4.2 Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương

Phần lớn các công trình xây dựng được tínhtoán chịu tác động động đất với các tĩnh lựcngang tương tương

Đây là phương pháp thông dụng trong tính toáncác công trình xây dựng trong các vùng có độngđất và được quy định trong tất cả các tiêuchuẩn thiết kế kháng chấn

PP này chỉ xét dạng dao động đầu tiên theo 2phương

2.4.2 Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương

 Điều kiện áp dụng:

Độ cản nhớt lấy bằng 5%

2.4.2 Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương

2.4.2 Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương

Xác định lực cắt đáy

Fb = Sd (T1) m 

• Sd (T1) là tung độ của phổ thiết kế tại chu kỳ T1;

• T1 là chu kỳ dao động cơ bản của nhà dochuyển động ngang theo phương đang xét;

• m là tổng khối lượng của nhà ở trên

•  là hệ số hiệu chỉnh, lấy như sau:

2.4.2 Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương

Xác định chu kỳ dao động cơ bản T1:

Đối với nhà có chiều cao không lớn hơn 40 m,giá trị T1 (tính bằng giây) có thể tính gần đúngtheo biểu thức sau: T1 = Ct H 3/4

Ct = 0,085 đối với khung thép không gian chịumômen;

Ct = 0,075 đối với khung bêtông không gian chịumômen và khung thép có giằng lệch tâm;

Ct = 0,050 đối với các kết cấu khác;

H là chiều cao nhà, tính bằng mét, từ mặt mónghoặc đỉnh của phần cứng phía dưới

2.4.2 Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương

Xác định tung độ của phổ thiết kế tại T1:

2.4.2 Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương

Xác định tung độ của phổ thiết kế tại T1:

•  là hệ số ứng với cận dưới của phổ thiết kếtheo phương nằm ngang,  = 0,2

• Đối với thành phần thẳng đứng q=1,5 cho mọiloại kết cấu

• Theo phương ngang q được xác định phụ thuộcvào hệ kết cấu, với BTCT:

q = q0 kw ≥ 1,5

2.4.2 Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương

• Xác định hệ số ứng xử q

• Hệ khung hoặc hệ kết cấu hỗn hợp tương

đương khung: - nhà một tầng: u/1 = 1,1;

nhiều tầng, một nhịp:  

2.4.2 Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương

• Xác định hệ số ứng xử

- Hệ số kw phản ánh dạng phá hoại thường gặptrong hệ kết cấu có tường và được lấy như sau:

- 1,00 với hệ khung và hệ kết cấu hỗn hợp tươngđương khung;

- (1 + 0)/3 ≤ 1, nhưng không nhỏ hơn 0,5 cho hệtường, hệ kết cấu hỗn hợp tương đương tường

và kết cấu dễ xoắn

trong đó: 0 là tỷ số kích thước các tường trong

hệ kết cấu

2.4.2 Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương

 Tính khối lượng của một tầng

trong đó:

• Gi là tải thường xuyên (tĩnh tải) tầng thứ i;

• Qi là tải thay đổi (hoạt tải) tầng thứ i;

•  hệ số tổ hợp xét tới khả năng tác động của

i i E i

m    ,

2.4.2 Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương

2.4.2 Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương

i

i b

i

m s

m

s F

F

.

2.4.2 Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương

i

i b

i

m z

m

z F

F

.

2.4.2 Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương

 Phân bố lực động đất nằm ngang

Wx Fx

<=>

Ft

2.4.2 Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương

 Các bước tính toán theo PP này:

• Bước 1: xác định T1;

• Bước 2: xác định điều kiện áp dụng;

• Bước 3: xác định tung độ của phổ thiết kế Sd(T)

• Bước 4: xác định lực cắt đáy Fb;

• Bước 5: phân phối lực cắt đáy cho các tầng

2.5 CÁC TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG KHÁC

• Trong các trường hợp riêng, kết cấu nhà nhiều tầngđược tính toán chịu các tải trọng và tác động khácnhư tải do thi công, tải do thiết bị, do nhiệt độ, từbiến và co ngót của vật liệu bê tông, do biến dạngnền, tải trọng song, nổ…

• Các tải trọng và tác động này cần được xác địnhtheo các tài liệu chuyên ngành