CHƯƠNG 3 TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG

HOẠT TẢI GIAI ĐOẠN THI CÔNG Eurocode đưa ra tải trọng 1.5 kN/m2 trong phạm vi diện tích bất kì 33m để kể dến tác động của tải trọng thi công và trọng lượng dư ra của bê tông.. Phần di

CHƯƠNG 3

TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG

1 HOẠT TẢI GIAI ĐOẠN LIÊN HỢP

Eucode phân loại công trình theo mục đích sử dụng để xác định hoạt tải sàn Cụ thể đối với công trình chung cư dùng cho mục đích làm khu tái định cư, tải trọng phân

bố đều được xác định là 1,5 – 2 kN/m2

đối với sàn, 2 – 4 kN/m2 đối với cầu thang, 2,5 – 4 kN/m2

đối với ban công Do công trình được xây dựng tại Việt Nam, nên giá trị hoạt tải sẽ được gán theo TCVN 2737-1995 ứng với từng loại công trình

Bảng 3.1 Giá trị hoạt tải trên sàn , cầu thang và ban công trong công trình dân

dụng

Loại công trình

Tải phân bố đều qk (kN/m 2 )

Tải tập trung Q k (kN/m 2 )

A – Nhà dân dụng

C – Khu vực đông người (loại trừ những khu vực

được định nghĩa là các loại A, B, D)

Khu vực có bàn (vd : trường học, quán café, nhà

Khu vực có ghế gắn cứng (vd : phòng họp, rạp

Khu vực người có thể di chuyển không có chướng

ngại vật (vd : bảo tàng, phòng triển lãm, khu vực

công cộng trong khách sạn, bệnh viện, ga xe

lửa…)

Khu vực thể dục thể thao (vd : sảnh khiêu vũ,

phòng thể dục, sân khấu thi đấu…) 4,5 – 5 3,5 – 7 Khu vực tập trung đông người (vd : sảnh hòa

nhạc, nhà thi đấu thể thao, mái hiên nơi nhà ga xe

lửa …)

5 – 7,5 3,5 – 4,5

D – Khu vực mua sắm

Ghi chú : giá trị hoạt tải gạch dưới là giá trị khuyên dùng của Eurocode

2 HOẠT TẢI GIAI ĐOẠN THI CÔNG

Eurocode đưa ra tải trọng 1.5 kN/m2

trong phạm vi diện tích bất kì 33m để kể dến tác động của tải trọng thi công và trọng lượng dư ra của bê tông Phần diện tích còn lại chịu tác động của tải trọng có giá trị 0.75 kN/m2.Chi tiết xem chương tính toán sàn

3 TẢI GIÓ

Xác định theo tiêu chuẩn Eurocode 1: Actions on structures Part 1-4: Wind actions

3.1 Vận tốc gió cơ bản

v b = c dir × c season × v b,0

Với :

vb :vận tốc gió cơ bản

vb,0 : giá trị cơ sở của vận tốc gió cơ bản

cdir : hệ số ảnh hưởng của hướng gió

Theo đề nghị của Eurocode lấy cdir = 1

cseason : hệ số ảnh hưởng của mùa

Theo đề nghị của Eurocode lấy cseason = 1

Khu vực thành phố HCM, lấy vận tốc gió cơ bản là vbo = 130 km/h hay 36m/s

Vậy : v b = 36 × 1 ×1 =36 m/s

3.2 Vận tốc gió trung bình theo độ cao

v m (z) = c r (z).c o (z).v b

Với :

vm(z): vận tốc gió trung bình theo độ cao

co(z): hệ số dốc của địa hình Nếu địa hình bằng phẳng lấy co(z) = 1,0

cr(z): hệ số nhám của địa hình

Công thức xác định hệ số nhám địa hình

0

( ) ln

r r

z

c z k

z

 

 

 

min

min Trong đó :

z0 là thông số phụ thuộc dạng địa hình lấy theo bảng 3.2

Đối với TP.HCM lấy thiên về an toàn là địa hình III Khi đó:

zo= 0.3 m

zmin = 5 m

zmax = 200m

kr : hệ số địa hình tính theo công thức sau:

0,07 0,07 0

0,

0,3

0, 05

II

r

z z



z0,II = 0,05 m nghĩa là zo ở địa hình II

Bảng 3.2 Loại đia hình và thông số địa hình

I Vùng hồ hoặc vùng bằng phẳng hầu như không có vật

II Vùng có thực vật thấp và các vật cản có khoảng cách

lớn hơn 20 lần chiều cao của nó 0.05 2

III Vùng có các vật cản có khoảng cách nhỏ hơn 20 lần

IV Vùng có ít nhất 15% bề mặt là các công trình có chiều 1 10

cao trung bình trên 15m

Minh họa dạng địa hình

0 Vùng biển hoặc gần bờ biển

I

Vùng hồ hoặc vùng bằng phẳng hầu như không có vật cản

II

Vùng có thực vật thấp và các vật cản có khoảng cách lớn hơn 20 lần chiều cao của nó

III

Vùng có các vật cản có khoảng cách nhỏ hơn 20 lần chiều cao của nó

IV

Vùng có ít nhất 15% bề mặt là các công trình có chiều cao trung bình trên 15m

3.3 Cường độ hỗn loạn

Cường độ hỗn loạn Iv(z) tại độ cao z được định nghĩa là tỉ số giữa độ lệch tiêu chuẩn và vận tốc gió trung bình:

0

0

( )

( )

( ).ln

v

m

k

I z

c z

z



 

 

 

min

Trong đó ki là hệ số hỗn loạn

Giá trị của ki theo đề nghị của Eurocode ki = 1.0

co(z) là hệ số dốc của địa hình Với địa hình bằng phẳng lấy co(z) =1.0

3.4 Áp lực gió theo độ cao

Áp lực gió ở độ cao z được xác định theo công thức sau:

2 1 ( ) 1 7 ( ) ( )

2

q z   I z  v z

Trong đó :

ρ : mật độ không khí, theo đề nghị của Eurocode lấy ρ = 1,25 kg/m3

Bảng 3.3 Áp lực gió ứng với cao độ các tầng

Tầng z (m) I v (z) v m (z) (m/s) q p (z) (kN/m 2 )

LAU4 13.2 0.26 29.34 1.517

3.5 Áp lực gió tĩnh

3.5.1 Áp lực gió lên mặt ngoài

w e = q p (z e ) × c pe

Trong đó:

qp(ze) : áp lực gió ở cao độ ze;

ze : cao độ tính toán của áp lực gió lên mặt ngoài;

cpe : hệ số áp lực ngoài

3.5.2 Áp lực gió lên mặt trong

w i = q p (z i ) × c pi

Trong đó:

qp(zi): áp lực gió ở cao độ zi;

zi : cao độ tính toán của áp lực gió lên mặt trong;

cpi: hệ số áp lực trong

3.5.3 Cao độ tính toán áp lực ngoài z e

Cao độ tính toán áp lực ngoài ze phụ thuộc kích thước mặt đón gió.Phương

pháp xác định thể hiện ở hình sau:

Hình 3.1 Xác định cao độ tính toán

Ở đây, ta tính toán tải gió ứng với từng cao độ sàn và gán trực tiếp vào sàn Do

đó kích thước mặt chịu tải ở từng cao độ sàn là b × h với b là bề rộng nhà, h là chiều cao tầng Ta thấy h << b Do đó ta tính toán với ze xác định như ở minh họa thứ nhất

Để đơn giản lấy ze chính tại cao độ các sàn

3.5.4 Cao độ tính toán áp lực trong zi

Theo điều 7.2.9(7), Eurocode 1991-1-4, cho phép lấy cao độ tính toán áp lực trong zi bằng cao độ tính toán áp lực ngoài ze

3.5.5 Hệ số áp lực ngoài

Hệ số áp lực ngoài cpe phụ thuộc vào diện tích của diện chịu tải

 Nếu diện tích chịu tải > 10m2, giá trị của cpe là cpe,10

 Nếu diện tích chịu tải < 1m2, giá trị của cpe là cpe,1

Nếu diện tích chịu tải nằm trong khoảng từ 1 đến 10 m2

, giá trị của cpe nội suy theo công thức :

,1 ( ,1 ,10) log10

pe pe pe pe

Hình 3.2 Đồ thị xác định c pe

Các diện chịu tải tính toán trong luận văn này đều có diện tích >>10m2 Do đó lấy cpe = cpe,10

Trị số của cpe,1 và cpe,10 phụ thuộc vào khu vực ảnh hưởng của tải gió Khi một công trình chịu tải gió, thì xuất hiện các khu vực ảnh hưởng A, B, C, D, E thể hiện như hình 3.3

Ta không xét ảnh hưởng cục bộ của tải gió đối với các bộ phận công trình như tường biên, dầm biên Do vậy đối với gió tác dụng theo một chiều nào đó, chẳng hạn như gió X, gió Y, ta chỉ xét hai khu vực D, E là đủ Đó là vì theo chiều vuông góc với hướng gió, xét về tổng thể công trình là đã lực tác dụng đã tự cân bằng với nhau

Các trị số cpe,1 và cpe,10 thể hiện ở bảng 3.4

Hình 3.3 Vùng chịu tải gió Bảng 3.4 Hệ số áp lực ngoài

h/d cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1

≤0,25 -1,2 -1,4 -0,8 -1,1 -0,5 +0,8 +1 -0,3

3.5.6 Hệ số áp lực trong

Hệ số áp lực trong phụ thuộc vào hệ số mở của bề mặt chịu tải μ

pe

Area of openings where c is negative or

Area of all openings

 



Hình 3.4 bên dưới dùng để xác định hệ số cpi , dựa vào tỉ số h/d, độ mở μ, và hướng gió θ Tuy nhiên, rất khó có thể xác định được hệ số mở  Trong trường hợp này, Eurocode cho phép cpi có thể lấy là +0,2 và -0,3, thiên về an toàn

Hình 3.4 Hệ số áp lực trong

3.5.7 Lực gió tĩnh tại từng mức sàn tầng

Gió theo phương trục X

(0,7 0,3 0, 2 0,3) ( ) 1,5 ( )

x pe pi p x

p x

p x

F z c c q z b h

q z b h

q z b h

Gió theo phương trục Y

(0,7 0,3 0, 2 0,3) ( ) 1,5 ( )

y pe pi p y

p y

p y

F z c c q z b h

q z b h

q z b h

Với:

bx, by lần lượt là chiều rộng nhà theo phương x, y ứng với cao độ z (z ở đây là cao độ mỗi sàn)

h là chiều cao tầng

Bảng 3.5 Lực gió tĩnh tác dụng tại cao độ các sàn

Tầng z (m) qp(z)

(kN/m 2 )

h (m)

bx (m)

by (m)

Ftĩnh,X (kN)

Ftĩnh,Y (kN)

SANTHUONG 46.2 2.289 3 27 48 278.06 494.32

LAU14 43.2 2.228 3 27 48 270.70 481.25

LAU13 40.2 2.164 3 27 48 262.89 467.36

LAU12 37.2 2.157 3 27 48 262.08 465.92

LAU11 34.2 2.082 3 27 48 252.91 449.61

LAU10 31.2 2.059 3 27 48 250.11 444.65

LAU9 28.2 1.970 3 27 48 239.40 425.59

LAU8 25.2 1.926 3 27 48 233.99 415.99

LAU7 22.2 1.816 3 27 48 220.70 392.36

LAU6 19.2 1.742 3 27 48 211.67 376.29

LAU5 16.2 1.644 3 27 48 199.78 355.16

LAU4 13.2 1.517 3 27 48 184.34 327.72

LAU3 10.2 1.383 3 27 48 168.01 298.69

3.6 Hệ số kết cấu CSCD

3.6.1 Khái niệm

Hệ số kết cấu cscd tính tới ảnh hưởng của tính chất tác dụng không đồng thời của tải gió lên bề mặt kết cấu, và tác động của sự dao động công trình do hiện tượng cộng hưởng

Hệ số kết cấu cscd có thể phân chia ra thành hai hệ số: hệ số kích thước cs và hệ

số động cd Ta có thể tính hệ số kết cấu như là một thông số duy nhất hoặc chia ra như trên

Hệ số kết cấu cscd phụ thuộc vào kích thước b × h của công trình

Để đơn giản hóa vấn đề, ta lấy chiều cao nhà bằng đúng chiều cao tầng nhà, còn

bề rộng của nhà theo hai trục xem là không đổi Bề rộng này lấy sao cho diện tích bề mặt đón gió là không đổi Khi đó thì bề rộng theo hai trục là:

- bx = 40 m

- by= 65 m

3.6.2 Tỷ lệ chiều dài hỗn loạn

( ) t

t

z

L z L

z



 

 

 

 với z ≥ zmin

min

L z L z với z < zmin Trong đó :

zt = 200 (m): cao độ tham chiếu

Lt = 300 (m): chiều dài tham chiếu

6098 0 ) 3 0 ln(

05 0 67 0 ) ln(

05

0

67



3.6.3 Tần số dao động không thứ nguyên

( ) ( , )

( )

L

m

n L z

f z n

v z



n là tần số dao động riêng thứ nhất của công trình, tức là n = n1

Dùng ETAB để tìm tần số dao động của công trình Kết quả ta được chu kì dao động thử nhất của công trình là 2.93s, tức tần số dao động riêng của công trình là 0.3

Hz

3.6.4 Hàm mật độ phổ không thứ nguyên

( , ) 6,8 ( , ) ( , )

(1 10, 2 ( , ))

L

n S z n f z n

S z n

f z n





Hình 3.5 Đồ thị hàm mật độ phổ không thứ nguyên

3.6.5 Hệ số nền

Hệ số nền B2 cho phép thể hiện sự thiếu liên tục của áp lực gió tác dụng vào bề mặt công trình

2

0,63 1

1 0,9

( )

B

b h

L z



Trong đó :

b, h là chiều rộng và chiều cao công trình

L(ze) là tỷ lệ chiều dài hỗn loạn tại độ cao tham khảo

Bảng 3.6 Hệ số nền theo 2 phương X và Y

Tầng z (m) L(z) (m) f L (z,n) S L (z,n) B 2 (X) B 2 (Y)

SANTHUONG 46.2 122.76 3.356 0.060 0.597 0.560

LAU14 43.2 117.83 3.265 0.061 0.591 0.554

LAU13 40.2 112.77 3.171 0.062 0.584 0.547

LAU12 37.2 107.56 3.073 0.064 0.577 0.540

LAU11 34.2 102.19 2.972 0.065 0.569 0.532

LAU10 31.2 96.62 2.865 0.066 0.560 0.523

LAU9 28.2 90.85 2.754 0.068 0.551 0.513

LAU8 25.2 84.83 2.636 0.070 0.540 0.502

LAU7 22.2 78.52 2.513 0.072 0.528 0.490

LAU6 19.2 71.86 2.379 0.074 0.514 0.476

LAU5 16.2 64.79 2.237 0.077 0.498 0.460

LAU4 13.2 57.18 2.081 0.081 0.478 0.441

LAU3 10.2 48.86 1.908 0.085 0.453 0.416

LAU2 7.2 39.51 1.712 0.090 0.421 0.384

LAU1 4.2 31.64 1.548 0.096 0.387 0.352

3.6.6 Hệ số cộng hưởng

2 2

1 ( , ) ( ) ( )

R  S z n R  R 





Trong đó :

δ là độ giảm lôga

SL(z,n) là hàm mật độ phổ không thứ nguyên

Rh, Rb là hàm dẫn khí động

Nếu bỏ qua sự cản khí động thì  = s với s là hệ số cản của công trình Với công trình liên hợp thì s = 0.08

Bảng 3.7 Độ giảm lôga

Dạng kết cấu Hệ số cản của công trình s

Công thức xác định hàm dẫn khí động Rh, Rb

2.

2

2

h

h

h h

 



R h = 1 khi η h = 0 Với

1

4,6

( , ) ( )

h L

h

f z n

L z

 

2.

2

2

b

b

b b

 



R b = 1 khi η b = 0 Với

1

4,6

( , ) ( )

b L

b

f z n

L z

 

Bảng 3.8 Hệ số cộng hưởng R 2

Tầng ηh Rh ηb (X) ηb (Y) Rb (X) Rb (Y) R 2

(X) R 2 (Y) MAI 6.260 0.147 3.334 5.927 0.255 0.154 0.136 0.082

SANTHUONG 6.376 0.145 3.395 6.036 0.251 0.152 0.135 0.082

LAU14 6.462 0.143 3.441 6.118 0.248 0.150 0.134 0.081

LAU13 6.557 0.141 3.492 6.208 0.245 0.148 0.133 0.080

LAU12 6.662 0.139 3.548 6.307 0.242 0.146 0.132 0.080

LAU11 6.782 0.137 3.612 6.421 0.239 0.144 0.131 0.079

LAU10 6.916 0.134 3.683 6.547 0.235 0.141 0.129 0.078

LAU9 7.069 0.131 3.764 6.692 0.230 0.138 0.127 0.076

LAU8 7.248 0.128 3.860 6.862 0.226 0.135 0.125 0.075

LAU7 7.463 0.125 3.974 7.065 0.220 0.132 0.122 0.073

LAU6 7.722 0.121 4.112 7.311 0.214 0.127 0.119 0.071

LAU5 8.052 0.116 4.288 7.623 0.206 0.123 0.114 0.068

LAU4 8.488 0.111 4.520 8.036 0.197 0.117 0.108 0.064

LAU3 9.109 0.104 4.851 8.624 0.185 0.109 0.100 0.059

LAU2 10.107 0.094 5.382 9.569 0.169 0.099 0.088 0.052

LAU1 11.413 0.084 6.078 10.805 0.151 0.088 0.075 0.044

TRET 11.413 0.084 6.078 10.805 0.151 0.088 0.075 0.044

3.6.7 Tần số up-crossing

2

1 2R 2 0,08

n

B R

  



3.6.8 Hệ số k p

2.ln

2.ln( )

p

v T

Trong đó:

ν là tần số up-crossing

T là thời gian trung bình của vận tốc gió trung bình, T=600 giây

3.6.9 Hệ số kích thước

Hệ số kích thước kể đến sự giảm bớt tác động của gió do sự xuất hiện không

đồng thời của áp lực gió trên toàn bộ bề mặt chịu tác động

2

1 7 ( )

1 7 ( )

v s

v

I z B c

I z







3.6.10 Hệ số động

Hệ số động kể đến sự tăng tác động của gió lên công trình do dao động cộng hưởng của công trình với tác động của gió

2 2

2

1 2 ( )

1 7 ( )

p v d

v

k I z B R c

I z B





Bảng 3.9 Hệ số kết cấu C s C d

Tầng cs (X) cs (Y) cd (X) cd (Y) cscd (X) cscd (Y)

SANTHUONG 0.867 0.853 1.061 1.033 0.920 0.881

LAU14 0.865 0.851 1.061 1.033 0.918 0.879

LAU13 0.863 0.848 1.061 1.033 0.915 0.876

LAU12 0.857 0.842 1.063 1.034 0.911 0.870

LAU11 0.854 0.839 1.063 1.034 0.907 0.867

LAU10 0.848 0.832 1.064 1.035 0.902 0.861

LAU9 0.844 0.828 1.064 1.035 0.898 0.857

LAU8 0.836 0.820 1.065 1.035 0.891 0.849

LAU7 0.831 0.815 1.065 1.035 0.885 0.844

LAU6 0.823 0.806 1.066 1.035 0.876 0.834

LAU5 0.813 0.795 1.066 1.035 0.866 0.823

LAU4 0.801 0.783 1.065 1.035 0.853 0.810

LAU3 0.784 0.765 1.065 1.034 0.835 0.791

LAU2 0.759 0.740 1.062 1.032 0.807 0.763

LAU1 0.729 0.709 1.059 1.028 0.772 0.729

TRET 0.729 0.709 1.059 1.028 0.772 0.729

3.7 Bảng kết quả tải trọng gió

Sau đây là bảng tổng hợp tải trọng gió, giá trị Fđộng là giá trị được gán vào

chương trình ETAB

Bảng 3.10 Kết quả tải gió tác dụng vào từng sàn

Tầng F tĩnh,X

(kN)

F tĩnh,Y (kN) cscd (X) cscd (Y)

F động,X (kN)

F động,Y (kN)

SANTHUONG 278.06 494.32 0.920 0.881 255.86 435.57

LAU14 270.70 481.25 0.918 0.879 248.45 422.86

LAU13 262.89 467.36 0.915 0.876 240.60 409.40

LAU12 262.08 465.92 0.911 0.870 238.64 405.57

LAU11 252.91 449.61 0.907 0.867 229.46 389.87

LAU10 250.11 444.65 0.902 0.861 225.56 382.78

LAU9 239.40 425.59 0.898 0.857 214.89 364.58

LAU8 233.99 415.99 0.891 0.849 208.48 353.28

LAU7 220.70 392.36 0.885 0.844 195.37 330.98

LAU6 211.67 376.29 0.876 0.834 185.52 313.92

LAU5 199.78 355.16 0.866 0.823 173.02 292.44

LAU4 184.34 327.72 0.853 0.810 157.29 265.56

LAU3 168.01 298.69 0.835 0.791 140.21 236.34

LAU2 146.15 259.82 0.807 0.763 117.91 198.36

LAU1 127.26 226.25 0.772 0.729 98.26 164.88

TRET 178.17 316.75 0.772 0.729 137.56 230.84

4 TỔ HỢP TẢI TRỌNG

Các trường hợp tải bao gồm:

Bảng 3.11: Các trường hợp tải

HOANTHIEN Tĩnh tải lớp hoàn thiện sàn SUPPER DEAD 1.35

Các tổ hợp nội lực theo Eurocode 1:

1 1,35TT + 1.5HT

2 1,35TT+ 1,5GIOX

3 1,35TT - 1,5GIOX

4 1,35TT + 1,5GIOY

5 1,35TT – 1,5GIOY

6 1,35TT + 1,35HT + 1,35GIOX

7 1,35TT + 1,35HT - 1,35GIOX

8 1,35TT + 1,35HT + 1,35GIOY

9 1,35TT + 1,35HT - 1,35GIOY

10 1,35TT + 1,05(GIOX + GIOY)

11 1,35TT + 1,05(GIOX - GIOY)

12 1,35TT + 1,05(- GIOX + GIOY)

13 1,35TT + 1,05(- GIOX - GIOY)

14 1,35TT + 1,35HT + 0,945(GIOX + GIOY)

15 1,35TT + 1,35HT + 0,945(GIOX - GIOY)

16 1,35TT + 1,35HT + 0,945(- GIOX + GIOY)

17 1,35TT + 1,35HT + 0,945(- GIOX - GIOY)

Trong đó: hệ số 1,05 = 1,5.0,7; hệ số 0,945 = 1,5.0,7.0,9

Theo một số tác giả thì việc thêm các trường hợp cách tầng, cách nhịp không làm tăng đáng kể nội lực trong hệ kết cấu Do đó, ta bỏ qua các trường hợp cách tầng, cách nhịp