Đánh giá khả năng kháng chấn của một số công trình hiện hữu tại thành phố đà nẵng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN NHẬT TRÌNH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KHÁNG CHẤN CỦA MỘT SỐ CÔNG TRÌNH HIỆN HỮU TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình D

Trang 1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN NHẬT TRÌNH

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KHÁNG CHẤN CỦA MỘT SỐ CÔNG TRÌNH HIỆN HỮU TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình

Dân dụng và công nghiệp

Mã số: 60.58.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2018

Trang 2

Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN QUANG HƯNG

Phản biện 1: PGS.TS PHẠM THANH TÙNG

Phản biện 2: TS ĐẶNG CÔNG THUẬT

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 11 tháng 3 năm 2018

Có thể tìm hiểu Luận văn tại:

 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

 Thư viện Khoa Xây dựng dân dụng và Công nghiệp, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Trang 3

2006, nước ta đã ban hành tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn TCXDVN 375:2006 dựa trên tiêu chuẩn Eurocode 8 Hiện nay, tiêu chuẩn này được chuyển đổi thành tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 Do việc tính toán thiết kế công trình với tải trọng động đất thường dẫn đến kết cấu công trình lớn, phát sinh chi phí lớn nên các công trình ở nước ta nói chung, thành phố Đà Nẵng nói riêng, đại đa số chưa quan tâm đến tải trọng động đất

Thời gian gần đây thường xảy ra động đất tại khu vực thủy điện Sông Tranh 2, huyện Bắc Trà My và một số khu vực tại huyện Nam Trà My, tỉnh Quảng Nam (giáp ranh thành phố Đà Nẵng) với cường

độ dao động từ 2 – 4,7richter Do vậy, nguy cơ về động đất xảy ra trên địa bàn thành phố Đà Nẵng là khá lớn

Xuất phát từ lý do trên, thông qua việc khảo sát hồ sơ thiết kế của một số công trình đã được xây dựng tại thành phố Đà Nẵng, đề tài đánh giá khả năng kháng chấn của các công trình này, bao gồm: Cấu tạo, khả năng chịu lực công trình khi động đất xảy ra

2 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá khả năng kháng chấn của một số công trình hiện hữu tại thành phố Đà Nẵng, từ đó đưa ra một số dự đoán cho tình hình xây dựng, sử dụng các công trình hiện nay trên địa bàn thành phố Đà Nẵng trong trường hợp động đất xảy ra

Trang 4

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng: Các công trình có kết cấu bằng bê tông cốt thép

đã được xây dựng tại thành phố Đà Nẵng Các loại công trình gồm Văn phòng làm việc, khách sạn, nhà phố với chiều cao trung bình 3.2 Phạm vi nghiên cứu: Khả năng kháng chấn của công trình

4 Phương pháp nghiên cứu

Căn cứ hồ sơ thiết kế công trình đã được phê duyệt, thi công xây dựng Tính toán bổ sung tải trọng động đất tác dụng lên công trình theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9386:2012 Từ đó, đánh giá khả năng kháng chấn của các công trình đã được xây dựng

5 Bố cục của luận văn

Luận văn gồm phần: Mở đầu, 03 Chương và Kết luận, kiến nghị

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

2 Mục tiêu nghiên cứu

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4 Phương pháp nghiên cứu

5 Bố cục của luận văn

Trang 5

CHƯƠNG 1 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ ĐỘNG ĐẤT VÀ TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT LÊN CÔNG TRÌNH

1.1 Tổng quan về Động đất

1.1.1 Khái niệm

Động đất là sự rung chuyển của mặt đất do kết quả của sự giải phóng năng lượng bất ngờ ở lớp vỏ Trái Đất Động đất xảy ra hằng ngày trên Trái Đất, nhưng hầu hết không đáng chú ý và không gây ra thiệt hại Động đất lớn có thể gây thiệt hại trầm trọng về tài sản và nhân mạng bằng nhiều cách

1.1.2 Nguyên nhân

a) Nguyên nhân nội sinh

b) Nguyên nhân ngoại sinh

c) Nguyên nhân nhân sinh

1.1.3 Các cấp độ động đất

Cấp độ chấn động của một trận động đất là khái niệm dùng để chỉ mức độ rung lắc trên mặt đất gây ra bởi trận động đất ấy, xác định cho một địa điểm cụ thể

a) Thang đo Richter

M = lg(A) - lg(A0)

A: biên độ tối đa đo được bằng địa chấn kế

A0: là một biên độ chuẩn

b) Thang đo MM (Modified Mercalli)

Thang đo MM (Modified Mercalli) còn gọi là “thang Mercalli (hiệu chỉnh)” được áp dụng tại Mỹ Thang đo này có 12 cấp theo thứ

tự từ thấp tới cao, được biểu diễn bằng các số La Mã

c) Thang đo MSK (Medvedev-Sponheuer-Karnik)

Được áp dụng tại Đông Âu và Liên Xô cũ vào trước thập niên

1990 Hiện nay, thang đo này vẫn đang được sử dụng rộng rãi tại Ấn

Trang 6

Độ, Israel, Nga, cộng đồng các quốc gia độc lập (SNG) và Việt Nam… Thang MSK khá giống thang MM, cũng có 12 cấp độ, ghi bằng chữ số La Mã

1.1.4 Động đất tại thành phố Đà Nẵng

Trên địa bàn thành phố Đà Nẵng chưa ghi nhận trường hợp động đất nào xảy ra Tuy nhiên, thời gian gần đây thường xảy ra động đất tại khu vực thủy điện Sông Tranh 2, huyện Bắc Trà My và một số khu vực tại huyện Nam Trà My, tỉnh Quảng Nam (giáp ranh thành phố Đà Nẵng) với cường độ dao động từ 2 – 4,7richter Nguy

cơ về động đất xảy ra trên địa bàn thành phố là hiện hữu

1.2 Tác động của Động đất lên công trình

Mức độ thiệt hại do động đất gây ra phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ sâu của tâm động đất, độ mạnh của các chấn động địa chấn được ghi và đo bằng độ Richter

1.2.1 Ảnh hưởng của Động đất đến công trình, tài sản và con người

a) Các dạng tác động

b) Tổn thất đối với con người

1.2.2 Ứng xử của kết cấu khung BTCT khi chịu tải trọng động đất

a) Khung BTCT

b) Sàn và tường xây

c) Nội lực của công trình

Trang 7

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT VÀ THỰC TRẠNG MỘT SỐ CÔNG TRÌNH ĐÃ THI CÔNG XÂY DỰNG

TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

2.1 Tính toán tải trọng động đất

2.1.1 Biểu diễn tổng quát của tác động động đất

2.1.2 Phổ thiết kế không thứ nguyên dùng cho phân tích đàn hồi

Đối với các thành phần nằm ngang của tác động động đất, phổ thiết kế không thứ nguyên S T d ( ) xác định bằng các công thức sau:

g d B

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

ag: Gia tốc nền thiết kế trên nền loại A;

TB: Giới hạn dưới của chu kỳ;

TC: Giới hạn trên của chu kỳ;

TD: Giá trị xác định điểm bắt đầu của phần phản ứng dịch chuyển không đổi trong phổ phản ứng;

β = 0,2 (hệ số ứng với cận dưới của phổ thiết kế)

Trang 8

Bảng 2.1 - Giá trị của các tham số S, TB, TC, và TD

2.1.3 Các phương pháp tính toán tải trọng động đất

2.1.3.1 Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương 2.1.3.2 Phương pháp phân tích phổ phản ứng

a) Điều kiện áp dụng

Phương pháp phân tích phổ phản ứng là phương pháp có thể áp dụng cho tất cả các loại nhà (theo 4.3.3.1 (3b) TCVN 9386:2012) b) Số dạng dao động cần xét đến

i) Phải xét đến phản ứng của tất cả các dao động góp phần đáng

kể vào phản ứng tổng thể của công trình Điều này có thể được thỏa mãn nếu đạt được một trong hai điều kiện sau:

- Tổng trọng lượng hữu hiệu của các dạng dao động (mode) được xét chiếm ít nhất 90% tổng trọng lượng kết cấu

- Tất cả các dạng dao động (mode) có trọng lượng hữu hiệu lớn hơn 5% của tổng trọng lượng đều được xét đến

Trọng lượng hữu hiệu W tương ứng với dạng dao động thứ i, được xác định sao cho lực cắt đáy Fbi tác động theo phương tác động của lực động đất có thể biểu diễn dưới dạng FbiS Td( ).W1 (S Td( )1 là phổ thiết kế không thứ nguyên ứng với chu kỳ dao động riêng thứ i) ii) Nếu điều kiện (i) không thỏa mãn (dao động xoắn góp phần đáng kể) thì số lượng tối thiểu các dao động k cần được xét đến trong tính toán khi phân tích không gian cần thỏa mãn cả 2 điều kiện sau:

Trang 9

2 , 1

.W W

.W

n

i j j j

X X

,

, , ,

.W F

.W

X i

i j j j

X i n

i l j

X F X



Trang 10

Trong đó:

Fj

X,i: Lực ngang tác dụng lên tầng thứ j theo phương X ứng với dạng dao động riêng thứ i;

Wj , Wj: Trọng lượng tập trung tại tầng thứ i, j của công trình;

Xi,j , Xi,l: Chuyển vị theo phương X tại điểm đặt trọng lượng thứ

Trang 11

2.2 Thiết kế công trình chịu động đất

2.2.1 Những nguyên tắc cơ bản

2.2.1.1 Tính đơn giản về kết cấu

2.2.1.2 Tính đồng đều, đối xứng và siêu tĩnh của kết cấu 2.2.1.3 Kết cấu có độ cứng và độ bền theo 02 phương

2.2.1.4 Kết cấu có độ cứng và độ bền chống xoắn

2.2.1.5 Sàn tầng có ứng xử như tấm cứng

2.2.1.6 Nhà có móng thích hợp

2.2.2 Tiêu chí về tính đều đặn của kết cấu

2.2.2.1 Tiêu chí về tính đều đặn trong mặt bằng

2.2.2.2 Tiêu chí về tính đều đặn trong mặt đứng

2.2.3 Chọn cấu hình kết cấu hợp lý

2.3 Một số yêu cầu cấu tạo

Trong phạm vi luận văn, tác giả trình bày các yêu cầu kích thước và cấu tạo cho trường hợp cấp dẻo kết cấu trung bình

2.3.1 Yêu cầu về vật liệu và kích thước

2.3.1.1 Yêu cầu về vật liệu

2.3.1.2 Yêu cầu về kích thước hình học

a) Dầm

b) Cột

c) Tường có tính dẻo kết cấu

d) Đối với dầm đỡ các kết cấu thẳng đứng không liên tục

2.3.2 Yêu cầu về cấu tạo

2.3.2.1 Dầm

a) Khả năng chịu uốn và chịu cắt

b) Cấu tạo dầm kháng chấn chính để đảm bảo độ dẻo kết cấu cục bộ

Trang 12

a) Hồ sơ thiết kế (xem phần Phụ lục 1)

b) Địa điểm xây dựng công trình

c) Đánh giá sơ bộ về động đất tại vị trí xây dựng công trình 2.4.2.2 Khách sạn Thanh Hoa (8 tầng)

c) Đánh giá sơ bộ về động đất tại vị trí xây dựng công trình 2.4.3 Công trình dạng Văn phòng làm việc

2.4.3.1 Trụ sở thành đoàn thành phố Đà Nẵng (04 tầng) a) Hồ sơ thiết kế (xem phần Phụ lục 1)

c) Đánh giá sơ bộ về động đất tại vị trí xây dựng công trình 2.4.3.2 UBND phường Hòa Khánh Bắc (02 tầng)

c) Đánh giá sơ bộ về động đất tại vị trí xây dựng công trình

Trang 13

2.4.4 Công trình dạng Nhà dân dụng

2.4.4.1 Nhà Ông Cường (2,5 tầng)

c) Đánh giá sơ bộ về động đất tại vị trí xây dựng công trình 2.4.4.2 Nhà Bà Hằng (2,5 tầng)

c) Đánh giá sơ bộ về động đất tại vị trí xây dựng công trình 2.4.5 Tổng quan sơ bộ khả năng kháng chấn của các công trình

Theo phụ lục H, Tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 thì các vùng miền trên địa bàn thành phố Đà Nẵng có gia tốc nền agR = 0,0544g – 0,1006g

Theo thang MSK-64 thì tại thành phố Đà Nẵng (bỏ qua huyện Hoàng Sa) có thể xảy ra động đất cấp VII, tương ứng từ 5 – 5,9 độ richter

Nhìn chung, các công trình được thiết kế, xây dựng với kích thước cơ bản đáp ứng được yêu cầu kích thước tối thiểu quy định tại tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 về thiết kế công trình chống động đất Tuy nhiên, đa số các công trình đều thiết kế có phần cổ móng, điều này dễ gây tập trung ứng suất khi động đất xảy ra, gây nguy hiểm, đứt gãy tại vị trí cổ móng Bên cạnh đó, các công trình không được thiết kế, cấu tạo cốt đai tại nút dầm – cột, điều này làm giảm khả năng phân tán năng lượng khi động đất xảy ra

Trang 14

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KHÁNG CHẤN CỦA CÁC CÔNG TRÌNH HIỆN HỮU Trong phạm vi Luận văn, tác giả tính toán, đánh giá 06 công trình (Đã giới thiệu sơ lược tại Chương 2, mục 2.4.1) Với mỗi công trình, tác giả tính toán tải trọng động đất theo phương pháp phổ phản ứng và kiểm tra khả năng chịu lực cho 01 khung điển hình khi có động đất xảy ra về: Bố trí hệ kết cấu tổng thể, cấu tạo hệ kết cấu, độ cứng, độ bền

b) Tính đều đặn trong mặt đứng

Công trình được thiết kế đảm bảo các tiêu chí đều đặn trong mặt đứng được trình bày tại mục 2.2.2.2, Luận văn và theo quy định tại điểm 4.2.3.3, tiêu chuẩn TCVN 9386-2012

3.1.2 Đánh giá sự phù hợp cấu tạo kết cấu

a) Vật liệu

- Công trình sử dụng bêtông cấp độ bền B22,5 (M300) cho khung chính có Rb= 13MPa < 13,3MPa (C16/20) => Không đảm bảo yêu cầu tối thiểu (Đã kể đến hệ số tin cậy vật liệu γM=1,5)

- Công trình sử dụng thép thanh có gờ, nhóm thép AII làm cốt chịu lực cho khung chịu lực chính, Rs = 280MPa, giới hạn chảy 300MPa<400MPa => Không đảm bảo yêu cầu tối thiểu

Trang 15

b) Kích thước hình học

Cấu

kiện Yêu cầu theo tiêu chuẩn

Cấu tạo của công trình đã thi công Đánh giá

Cấu

kiện Yêu cầu theo tiêu chuẩn

Cấu tạo của công trình đã thi công

Đánh giá

Dầm

Bố trí thép tại vùng nén ≥

(4)  ≤ max = 0,0314  = 0,0209 Phù hợp (5)  ≥ min = 0,00175  = 0,0157 Phù hợp (6) dbw ≥ 6 dbw = 8 Phù hợp (7) sbw ≤ smin = 87,5 mm sbw = 100 phù hợp Không

Cột

(8) 0,01 ≤ 1 ≤ 0,04 1 = 0,0287 Phù hợp

, 0

b b

Trang 16

(11) s ≤ smin = 100 mm sbw = 100 Phù hợp (12) ld ≤ 200 ld = 85 Phù hợp Nút

- Gia tốc nền thiết kế: ag = γ1.agR = 0,1006g > 0,08g nên công trình thuộc dạng cần phải tính toán và cấu tạo kháng chấn

b) Phân tích dao động công trình

- Sử dụng phần mềm Etabs 9.7.4 để mô hình hóa công trình

- Khai báo khối lượng tham gia dao động theo tiêu chuẩn

Mass source = TT + E,i.HT

E,i: Xác định theo quy định tại mục 3.2.4 và 4.2.4, TCVN 9386-2012

E,i =  2,i = 0,8.0,3 = 0,24

Trang 17

Hình 3.1 Mô hình Khách sạn Phú Mỹ Xuân

Kết quả phân tích 6 dạng dao động đầu tiên:

2 , 1

.W W

.W

n

i j j j

X i n

i j j j

X X

TT Tầng Wj CHUYỂN VỊ CÁC MODE PHƯƠNG OX

(kN) Mode 1 Mode 2 Mode 3 Mode 4 Mode 5 Mode 6

Trang 18

7 Story7 1884.2 0.0340 -0.0127 -0.0190 0.0331 -0.0128 -0.0155

8 Story8 1529.4 0.0364 -0.0326 0.0151 0.009 -0.0316 0.033

9 Story9 810.5 0.0379 -0.0467 0.0510 -0.0524 0.045 -0.0285 TRỌNG LƯỢNG HỮU HIỆU 6 MODE DAO ĐỘNG ĐẦU TIÊN

TT Tầng Wj CHUYỂN VỊ CÁC MODE PHƯƠNG OY

(kN) Mode 1 Mode 2 Mode 3 Mode 4 Mode 5 Mode 6

Trang 19

d) Phân phối lực động đất lên cao trình các sàn tầng

Tính toán lực cắt đáy theo công thức 2.10: FX i, S Td( ).W1 X i,Phân phối lực cắt đáy theo công thức 2.12:

,

, , , 1

.W F

.W

X i

i j j j

X i n

i l j j

X F X

Bảng 3.3 Tải trọng động đất các mode dao động

e) Tính toán kiểm tra kết cấu

Các loại tải trọng khai báo vào mô hình

+ TT : Tĩnh tải

+ HT : Hoạt tải

Trang 20

+ DDX1 : Động đất theo phương OX ở dạng dao động thứ 1 + DDX2 : Động đất theo phương OX ở dạng dao động thứ 2 + DDY1 : Động đất theo phương OY ở dạng dao động thứ 1 + DDY2 : Động đất theo phương OY ở dạng dao động thứ 2 f) Tổ hợp tải trọng

+ THBAO = ENVE (COMB1, COMB2, COMB3)

g) Tính toán, kiểm tra điều kiện bền kết cấu

Sử dụng phần mềm Etabs 9.7.4 để phân tích, xác định nội lực, tính toán kiểm tra kết cấu theo tiêu chuẩn TCVN 5574 – 2012 g.1) KIỂM TRA CỘT

Sử dụng phần mềm CSICOL V9.0 để kiểm tra khả năng chịu lực của cột khi có động đất xảy ra

- Tính toán kiểm tra điển hình cho cột tầng 2, cột trục C63 Tiết diện: bxh = 70x25 cm2

Trang 21

Hình 3.6 Biểu đồ tương tác cột tầng 2, cột trục C63 Nội lực cột tính được từ Etabs 9.7.4:

Trang 22

Kết quả: Cột không đảm bảo khả năng chịu lực

Hình 3.7 Kết quả kiểm tra cột tầng 2, cột trục C63

Trang 23

Tính toán tương tự cho các tầng còn lại của cột C63 – Khung trục 3 và cột C64-Khung trục 3 Ta có kết quả tổng hợp sau:

Trang 24

g.2) KIỂM TRA DẦM

Tính toán kiểm tra cho dầm 3.D1 tầng 2 (bxh = 40x35 cm2)

Khi tiết diện chịu momen dương (cánh nằm trong vùng nén) thì

ta xét thêm khả năng chịu lực của cánh

Kiểm tra tiết diện giữa dầm, dầm B113, tầng 2: M = 130,26 kN.m Thép bố trí: 6Ø20, Ast = 18,85 (cm2) Tiết diện: b = 40 cm, h = 35cm, b'f = 140cm

Vật liệu: B225 (M300), AII có Rb = 13 MPa, Rs = 280 MPa

4.12,56.(3 1) 2.6, 28.(3 2 3 1)

5,67( )18,85

s s

R b

Tính toán tương tự cho các đoạn dầm còn lại, ta có bảng tổng hợp sau:

Trang 25

Bảng 3.5: Kết quả kiểm tra dầm khung trục 3 Cấp bền BT: B22.5 R b = 13.0 Mpa C.thép: AII R s =R sc = 280 Mpa ξ R = 0.609

E b = 28,500 Mpa E s = 210,000 Mpa α R = 0.423 Tầng Đoạn dầm diện Tiết M b h bf hf thép Cốt As

ξ α m

M gh

Kết luận (kN.m) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm 2 ) (cm) (cm) (kN.m)

2 A-B

0 -235.36 40 35 40 10 Trên 8Ø20 25.13 6.50 28.5 0.39 0.312 131.74 Không đảm bảo 171.46 40 140 Dưới 4Ø20 12.57 4.00 31.0 0.19 0.175 87.27 Không đảm bảo

0.5L 32.95 40 35 140 10 Trên 4Ø20 12.57 4.00 31.0 0.19 0.175 87.27 Đảm bảo 130.26 40 140 Dưới 6Ø20 18.85 5.67 29.3 0.29 0.248 110.94 Không đảm bảo

L -233.45 40 35 40 10 Trên 8Ø20 25.13 6.50 28.5 0.39 0.312 131.74 Không đảm bảo 170.06 40 140 Dưới 4Ø20 12.57 4.00 31.0 0.19 0.175 87.27 Không đảm bảo

3 A-B

0.5L 44.92 40 35 140 10 Trên 4Ø20 12.57 4.00 31.0 0.19 0.175 87.27 Đảm bảo 135.08 40 140 Dưới 6Ø20 18.85 5.67 29.3 0.29 0.248 110.94 Không đảm bảo

4 A-B

0.5L 41.35 40 35 140 10 Trên 4Ø20 12.57 4.00 31.0 0.19 0.175 87.27 Đảm bảo 105.34 40 140 Dưới 6Ø20 18.85 5.67 29.3 0.29 0.248 110.94 Đảm bảo

5 A-B

0 -160.47 40 35 40 10 Trên 8Ø20 25.13 6.50 28.5 0.39 0.312 131.74 Không đảm bảo 83.02 40 140 Dưới 4Ø20 12.57 4.00 31.0 0.19 0.175 87.27 Đảm bảo

0.5L 45.48 40 35 140 10 Trên 4Ø20 12.57 4.00 31.0 0.19 0.175 87.27 Đảm bảo 86.75 40 140 Dưới 6Ø20 18.85 5.67 29.3 0.29 0.248 110.94 Đảm bảo

Định dạng
Số trang	34
Dung lượng	1,23 MB