thuyet minh do an tot nghiep xay dung (Tai Trong )

Tùy trường hợp tính toán mà có thể đơn giản quy về tải phân bố tập trung ( tính khung ) hoặc phân bố chiều dài trên các dầm ảo ( tính sàn ). Bảng giá trị tải trọng tường quy về tải trọng phân bố chiều dài và phân bố diện tích tính cho tầng điển hình, chiều cao tường : 3.3 – 0.6 = 2.7 (m), với 0.6 là chiều cao gồm sàn dày 0.3m và trần kỹ thuật dày 0.3m.

CHƯƠNG 3

TẢI TRỌNG

I. TỔNG QUAN

- Kết cấu nhà cao tầng theo TCVN được tính toán với các thành phần tải trọng – tác động chính sau :

 Tải trọng thẳng đứng : tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời tác dụng lên sàn, lên dầm

 Tải trọng ngang ( gió ) : thành phần gió tĩnh và gió động nếu có

 Tải trọng động đất ( nếu có yêu cầu tính toán )

- Bên cạnh đó, khi có yêu cầu cụ thể, cần phải tính toán kiểm tra với các trường hợp sau :

 Do ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ

 Do ảnh hưởng của hiện tượng từ biến

 Do phát sinh trong quá trình thi công

 Do áp lực nước ngầm và đất

- Các giá trị tiêu chuẩn, hệ số độ tin cậy tải trọng và tải trọng tính toán của các thành phần tải trọng lấy theo TCVN 2737-1995 và được tính toán cụ thể trong mục này

II. TẢI TRỌNG LÊN SÀN

 Tổng quát :

- Chiều dày bản BTCT :

 Giá trị tiêu chuẩn : Gtc

s = δ*2.5 (T/m2)

 Giá trị tính toán : Gtt

s = 1.1*δ*2.5 (T/m2)

- Các lớp hoàn thiện :

 Giá trị tiêu chuẩn : Gtc

ht =

*

i i

δ γ

∑

(T/m2)

 Giá trị tính toán : Gtt

ht =

* *

i i i

n δ γ

∑

(T/m2)

 Giá trị tiêu chuẩn : Gtc

s = 0.75 (T/m2)

 Giá trị tính toán : Gtt

s = 0.825 (T/m2)

- Sàn tầng điển hình ( Sàn tầng 2 đến tầng 11 ), sàn trệt, sàn TTTM tầng 1, sàn sân thượng : S30, có tĩnh tải các lớp hoàn thiện :

TT Lớp Chiều dày (m) (kG/mγ 3)

Gtc i (kG/m2) n

Gtt i (kG/m2)

Tải trọng bản thân phân bố đều trên sàn : Gs = ∑Gsi 842 940

- Riêng tải trọng hoàn thiện :

Gtc : 92 (kG/m2) → 0.092 ( T/m2)

Gtt

ht : 116 (kG/m2) → 0.12 ( T/m2)

- Tải trọng tường xây, vách ngăn trên dầm biên được gán thành tải phân bố trên dầm Trong công trình, tường đặt trực tiếp lên sàn

 Xét tường trực tiếp trên sàn :

- Tường bên trong công trình phân bố trên sàn gồm :

 Tường bao : T200, gạch xây dày 200mm với lớp cấu tạo là 2 lớp vữa

 Tường ngăn, vách ngăn : T100, gạch xây dày 100mm với lớp cấu tạo là 2 lớp vữa

- Tổng chiều dài các loại tường ( lấy tròn ) :

 Tường T200 : 100m

 Tường T100 : 300m

- Giá trị tải trọng tường trực tiếp trên sàn :

 Tùy trường hợp tính toán mà có thể đơn giản quy về tải phân bố tập trung ( tính khung ) hoặc phân bố chiều dài trên các dầm ảo ( tính sàn )

- Bảng giá trị tải trọng tường quy về tải trọng phân bố chiều dài và phân bố diện tích tính cho tầng điển hình, chiều cao tường : 3.3 – 0.6 = 2.7 (m), với 0.6 là chiều cao gồm sàn dày 0.3m và trần kỹ thuật dày 0.3m

 G = δi *h*γi ( kG/m ) : tải trọng 1m chiều dài lớp cấu tạo

Gi ( kG/m ) : tải trọng 1m chiều dài tường

t =

* 25.5*54

t

G l

( kG/m2) : tải trọng tường quy về phân bố đều trên sàn

Cấu tạo δ

(m)

γ (kG/m3) n

Gi (kG/m)

δ (m)

γ (kG/m3) n

Gi (kG/m) Vữa trát 0.02 1800 1.3 126 0.02 1800 1.3 126 Tường gạch

xây 0.10 1800 1.1 535 0.20 1800 1.1 1070 Vữa trát 0.02 1800 1.3 126 0.02 1800 1.3 126

Gti Gt100 = 787 (kG/m) Gt200 = 1322 (kG/m)

G’

t100 = 171 (kG/m2) G’t200 = 96 (kG/m2) Chọn Gt100 = 0.8 (T/m)

G’ t100 = 0.2 (T/m2)

Gt200 = 1.3 (T/m)

G’ t200 = 0.1 (T/m2)

- Tải trọng tường trên sàn phân bố đều : G’t = 0.3 (T/m2)

- Tải trọng tường khi tính toán sàn : phân bố chiều dài :

 Gt100 = 0.8 (T/m)

 Gt200 = 1.3 (T/m)

- Bảng giá trị hoạt tải lấy theo công năng sử dụng theo TCVN 2737 – 1995 :

Công năng kG/mPtc 2 n kG/mPtt 2 Hành lang, sảnh, cầu thang 300 1.2 360 Phòng khách, phòng ngủ, phòng ăn, phòng vệ sinh 150 1.3 195

Mái bằng có sử dụng 150 1.3 195

III. TẢI TRỌNG LÊN DẦM

- Dầm trong công trình là dầm biên, dầm đỡ tường bao theo chu vi sàn, tiết diện D4080 : 40*80 (cm)

- Tải trọng 1m chiều dài dầm :

 Gd = 0.8*0.4*2500*1.1 = 880 (kG/m)

 Chọn : Gd = 0.9 (T/m)

Tường trên dầm là tường T200

- Bảng giá trị tải trọng tường trên dầm cho các tầng có chiều cao tầng khác nhau – tường trên dầm khai báo phân bố chiều dài cho mọi trường hợp tính toán

 Gi = δi *h*γi ( kG/m ) : tải trọng 1m chiều dài lớp cấu tạo

Gi ( kG/m ) : tải trọng 1m chiều dài tường

Cấu tạo (m)δ (kG/mγ 3) n (m)h Gti

(kG/m) (T/m)Chọn Vữa trát 0.02 1800 1.3 1 490 0.5 Mái Tường gạch xây 0.20 1800 1.1 2.5 1224 1.25 11-2 Vữa trát 0.02 1800 1.3 4 1960 2.0 1

3 1470 1.5 Trệt

IV. ĐẶC TRƯNG ĐỘNG HỌC CÔNG TRÌNH

- Bài toán động và bài toán tĩnh khác nhau ở 2 điểm chủ yếu :

 Thứ nhất : tải trọng động thay đổi theo thời gian về độ lớn, phương chiều và cả điểm đặt lên công trình Kéo theo là sự thay đổi ứng xử của công trình, cụ thể là trong nội lực kết cấu Như vậy kết quả phân tích các giá trị cần biết của kết cấu về nội lực, chuyển vị phải

là những giá trị có hàm theo biến thời gian

 Thứ hai : do kết cấu có khối lượng, khi chuyển động có gia tốc thì phát sinh lực quán tính Phải kể đến lực quán tính này trong các phương trình tính toán Và do đó có thể thấy, khối lượng công trình là một yếu tố có ảnh hưởng lớn đến tính chất động học của công trình

- Ta chấp nhận các giả thiết sau :

 Dầm, sàn cứng vô cùng trong mặt phẳng của nó

 Toàn bộ khối lượng từng tầng tập trung về cao trình sàn

 Chuyển vị thẳng đứng của kết cấu là bé so với chuyển vị ngang

- Khi đó, toàn bộ công trình sẽ có mô hình đơn giản là một thành công xôn mang trên nó n khối lượng tập trung ( n : sống tầng, cũng là số bậc tự do )

- Ta thiết lập được phương trình vi phân thể hiện dao động của hệ trong đó thể hiện mối quan hệ giữa ma trận khối lượng, ma trận độ cứng và ma trận cản với các giá trị gia tốc, vận tốc, chuyển vị của hệ và lực tác động vào công trình

- Khi bỏ qua giá trị của ma trận cản, ta được phương trình vi phân thuần nhất không cản, dùng để xác định tần số và dạng dao động riêng của bản thân hệ

- Giải phương trình vi phân thuần nhất cho ta các giá trị về chu kỳ T (s) và tần số f (Hz) của công trình khi chịu tải trọng động

- Xác định chu kỳ và dạng dao động riêng của công trình nhờ vào phần mềm ETABS

3. TÍNH TOÁN ĐẶC TRƯNG ĐỘNG HỌC CÔNG TRÌNH

- Là bước lập mô hình công trình vào phần mềm và xác định các dạng dao động riêng của hệ

MÔ HÌNH KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

- Một số lưu ý khi giải bài toán tìm đặc trưng dao động của hệ kết cấu trong mô hình ETABS :

 Gán Diaphragm ( màng cứng ) cho tất cả các sàn

 Khi khai báo Mass Source ( khai báo các khối lượng tham gia dao động ), cần nhân hệ số vào hoạt tải: 0.5, quy định bởi TCXDVN cho nhà cao tầng Tĩnh tải khai báo toàn bộ

- Bảng giá trị tải trọng nhập vào mô hình tính toán

 Tải trọng bản thân cấu kiện BTCT phần mềm tự tính dựa vào tiết diện, kích thước khai báo trong mô hình và vật liệu BTCT với hệ số SWM = 1.1

Tải trọng

Hoàn thiện

Tường

Hoạt tải

Tường bao 200 (TT) (T/m)

Dạng Chu kỳ

s

Tần số

1 1.464 0.683024 0.000 69.456 0.000 69.456

2 1.391 0.718748 0.115 0.000 0.115 69.456

3 1.005 0.994722 66.439 0.000 66.554 69.456

4 0.393 2.545255 0.017 0.000 66.571 69.456

5 0.376 2.661408 0.000 13.126 66.571 82.581

6 0.227 4.398853 17.284 0.000 83.855 82.581

7 0.188 5.320536 0.002 0.000 83.857 82.581

8 0.165 6.049058 0.000 4.746 83.857 87.327

9 0.115 8.729126 0.008 0.000 83.865 87.327

10 0.101 9.939864 5.152 0.000 89.016 87.327

11 0.097 10.33058 0.000 2.915 89.016 90.242

12 0.081 12.364 0.004 0.000 89.020 90.242

- Ux, Uy : tỷ lệ phần trăm khối lượng công trình dao động theo phương X, phương Y

- Theo kinh nghiệm : tỷ lệ giữa chu kỳ dao động dạng I (1,2,3 ) và dạng 2 (4,5,6) : 3 : 1, giữa dạng I (1,2,3 ) và dạng III (7,8,9) là 5 : 1

- Chu kỳ dao động riêng lớn nhất của hệ ở Mode1 nằm trong khoảng (0.09 ÷ 0.1 )*n với n

là số tầng nhà ( kinh nghiệm ) Khi kể đến tác dụng của khối xây chèn giữa các cấu kiện ( tường, vách ) con số này có thể lấy ( 0.13 ÷ 0.14 )*n

- Căn cứ các số liệu trên, ta nhận định kết quả phân tích trên là đáng tin cậy Cấu kiện chịu lực theo phương đứng được bố trí hợp lý

- Có nhiều cách để xác định số mode dao động cần lấy tính toán, ở đây, sv dựa vào điều kiện về tần số dao động giới hạn fL để so sánh và lựa chọn

- Các mode dao động chính theo phương X :

 Mode3 : fx1 = 0.995 (Hz)

 Mode6 : fx2 = 4.399 (Hz)

 Mode10 : fx3 = 9.940 (Hz)

- Các mode dao động chính theo phương Y :

 Mode1 : fy1 = 0.683 (Hz)

V. TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG GIÓ

Nội dung tính toán tải trọng gió gồm những phần chính sau :

- Tính toán thành phần gió tĩnh

- Tính toán thành phần gió động

- Vị trí tác động của gió lên công trình là các mặt bao che công trình Từ đó sẽ phân phối vào khung và các cấu kiện chịu lực khác Có 4 quan niệm chính khi gán gió tác dụng vào công trình :

 Quy gió về tải phân bố chiều dài trên cột Phụ thuộc vào diện tích tường mà cột chịu ảnh hưởng mà tải trọng gió được phân bố nhiều hay ít

 Quy gió về tải phân bố chiều dài trên các dầm Cũng phụ thuộc vào diện tích tường chắn gió bên trên và bên dưới dầm đó nhiều hay ít mà giá trị gió lên dầm lớn hay bé

 Quy gió về phân bố chiều dài cho cả cột và dầm Lúc này quan niệm tính toán như 1 sàn dầm dựng đứng với hệ dầm đỡ sàn là cột và dầm khung Truyền tải dạng tam giác và hình thang nếu tỉ lệ chiều dài và cột không lớn hơn 2 ( bản 2 phương )

 Quy gió về 1 giá trị tập trung và gán vào tâm mặt đón gió trên sàn Tâm này trong thực tế gần trùng với tâm khối lượng

- Theo quan niệm tính toán của mình, sv gán gió thành giá trị tập trung vào tâm khối lượng của công trình

Theo TCVN 2737 – 1995 tải trọng và tác động

- Giá trị tiêu chuẩn thành phần gió tĩnh phân bố diện tích trên mặt đón gió:

Wtc

i = W0*ki*c (daN/m2)

- Trong đó :

i : giá trị tiêu chuẩn tải trọng gió tại vị trí thứ I ( tầng thứ i ), (kG/m2)

 W0 = 0.0613*V02 (daN/m2) : giá trị áp lực gió lấy theo bảng phân vùng áp lực gió theo khu vực hành chính, xác định theo bảng 4 mục 6 TCVN 2737 - 1995 W0 được xác định

từ vận tốc gió đo được theo số liệu quan trắc ở độ cao 10m so với mốc chuẩn và được nói rõ trong mục 6.4 TCVN 2737 – 1995

Vị trí công trình tại huyện Dĩ An, Bình Dương, vùng áp lực gió là I.A tương ứng với W0 = 55 daN/m2

 ki : hệ số kể đến sự thay đổi độ lớn áp lực gió theo chiều cao và phụ thuộc dạng địa hình tại tầng thứ i Với công trình xây dựng ở địa hình tương đối trống trải : địa hình B, ta nội suy các giá trị k theo cao độ từ bảng 5 mục 6 TCVN 2737 - 1995

 c : hệ số khí động, lấy theo bảng 6 TCVN 2737 - 1995 Hệ số này phụ thuộc hình dạng mặt đón gió của công trình.Với mặt đón gió của công trình là các mặt phẳng thẳng đứng : c = +0.8 với mặt đón gió và c = - 0.6 mặt khuất gió

- Giá trị tính toán thành phần gió tĩnh phân bố trên diện tích mặt đón gió :

Wtt

i = n*Wtc

i (daN/m2)

 n : hệ số độ tin cậy tải trọng gió : 1.2

- Giá trị tính toán thành phần gió tĩnh phân bố tập trung vào mỗi tầng có thể tính toán gần đúng :

Ptt

i = n*W0*ki*c*Fi (daN/m2)

- Trong đó :

 c : hệ số khí động tổng hợp : c = 0.8 + 0.6 = 1.4

 ki : hệ số theo độ cao tại cao độ tầng thứ i

 Fi : diện tích mặt đón gió tầng thứ i: diện tích ½ chiều cao tầng trên và ½ chiều cao tầng dưới của sàn thứ i

i tính theo phương x và phương y : Ptt

xi và Ptt

yi, giá trị n, W0, ki và c không đổi Fi thay đổi

- Tính toán tải trọng gió tập trung lên mỗi sàn Giá trị tính toán theo bảng :

Tải gió phân bố đều Wtt

i Tải gió tập trung Ptt

xi,Ptt yi Tầng

Cao

độ

W0 kG/m2

Wtc i kG/m2 n Wtti

kG/m2

Fxi Ptt

xi Fyi Ptt

yi

7 25.10 1.18 1.4 55 91 1.2 109 84.15 9.14 178.20 19.36

- Theo TCVN 229 :1999, đối với công trình có chiều cao trên 40m phải kể đến tác động của thành phần động của gió

- Thành phần gió động gồm thành phần xung vận tốc và thành phần gây lực quán tính cho công trình Tùy vào mức độ nhạy cảm – được thể hiện qua giá trị tần số dao động f của các dạng dao động, mà ta tính toán thành phần gió động có kể đến lực quán tính hay không

- Theo lý thuyết, quan tâm đến các dạng dao động riêng thứ 1 đến dạng dao động riêng thứ

i với i là dạng dao động có fi thỏa điều kiện : fi < fL < fi+1 để tính toán

- Với tần số dao động giới hạn được cho trong bảng :

Tần số dao động riêng giới hạn fL Vùng áp

lực gió

Kết cấu BTCT, gạch đá, khung thép, kết cấu có bao che ( δ = 0.3)

Kết cấu tháp trụ, cột thép có chân đế bằng BTCT (δ = 0.15 )

- Với công trình xây dựng ở vùng áp lực gió I.A, kết cấu BTCT : fL = 1.1

- Vậy, đầu tiên ta phân loại các dạng dao động chính theo phương X ( có các giá trị fxi )và theo phương Y ( có các giá trị fyi ), sau đó chọn số mode cần tính trong mỗi loại theo lý thuyết dựa vào fL

- Theo phương X :

 fx1 = 0.995 (Hz)

 fx2 = 4.399 (Hz)

 fx3 = 9.940 (Hz)

→ fx1 < fL < fx2, vậy theo phương X chỉ cần xác định thành phần gió động cho mode dao động đầu tiên

- Theo phương Y :

 fy1 = 0.683 (Hz)

 fy2 = 2.662 (Hz)

 fy3 = 6.049 (Hz)

→ fy1 < fL < fy2, vậy theo phương Y chỉ cần xác định thành phần gió động cho mode dao động đầu tiên

- Số mode dao động lựa chọn tính toán là : theo phương X, Mode3 : fx1 = 0.933 (Hz) Theo phương Y : Mode1 : fy1 = 0.718 (Hz)

- Ta xét gió động theo 2 phương cho 2 mode dao động này

- Trường hợp công trình có mặt bằng đối xứng, có f1 < fL và f1 < fL < f2 với f2 là tần số da động riêng thứ 2 của công trình, giá trị tiêu chuẩn thành phần động của gió đượ xác định theo công thức :

Wp = M*ξ*ψ*y*β

- Trong đó :

 M : khối lượng tập trung của phần công trình thứ i

 ξ: hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i, không thứ nguyên phục lục 6.13.2

- Xác định các giá trị thành phần :

 M : Lấy kết quả xuất ra từ bảng Center Mass Rigidity của ETABS ta được khối lượng từng tầng được thể hiện trong bảng khối lượng và tâm khối lượng trong phần kết quả dao dộng riêng ở phần trước

 ξ: hệ số động lực được xác định dựa vào đồ thị 2 mục 6, phụ thuộc vào thông số ε và độ giảm lôga của dao động Công trình BTCT có δ = 0.3 sử dụng đường cong số 1 trong đồ

thị Thông số ε =

0

1

* 940*

W f

γ

, với γ : hệ số độ tin cậy tải trọng gió : 1.2 W0 : giá trị áp lực gió : 550 (N/m2), → ε = 0.0381

Kết quả xác định ξi từ đồ thị như sau , hoặc xác định theo công thức sau : ξi = 6.6454ε3 – 23.62ε2 + 9.5458ε + 1.1766 = 1.506

 ψ: hệ số được xác định bằng cách chia công trình thành n phần, trong phạm vi mỗi phần

tải trọng gió xem như không thay đổi Hệ số ψi xác định theo công thức : ψi =

1

2

1

n

ji Fj j

n

ji j j

y W

y M

=

=

∑

∑

, với WFj là giá trị tiêu chuẩn thành phần gió động tác dụng lên phần thứ j của công trình, ứng với các dạng dao động khác nhau chỉ kể đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió, tính theo công thức : WFj = WjςjSjν, trong đó ςj :

 ςj : Hệ số áp lực động của tải trọng gió ở độ cao z ứng với phần thứ j của công trình Phụ thuộc vào dạng

địa hình và

chiều cao z

(Tra bảng 3

TCXD 229 –

1999) :

 Sj : diện tích đĩn giĩ của phần j của cơng trình.

 υ :Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió được xác định theo

bảng 4 TC 229:1999 phụ thuộc vào vào tham số : ρvà χ

,

D

ρ =

&χ =H

D : Chiều dài của mặt đĩn giĩ ứng với phần thứ j;

H : Chiều cao của mặt đĩn giĩ ứng với phần thứ j;

L : Chiều rộng của mặt đĩn giĩ ứng với phần thứ j

Theo mặt đón gió zox : D = ρ = 54m, H = χ = 44.6m Theo mặt đón gió zoy: D = ρ = 25.5m, H = χ = 44.6m

 ξi : là hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i, phụ thuộc vào thơng số i

ε

và độ giảm loga của dao động i

δ

(Đường cong 1 ứng với i

δ

=0.3) Trong đĩ:

o i

i

W 940f

γ

ε =

γ=1.2 là hệ số tin cậy của tải trọng giĩ

o

W

: tính bằng đơn vị

2

N / m

i

f

: là tần số dao động riêng thứ i