ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KHÁNG CHẤN CỦA MỘT SỐ CƠNG TRÌNH HIỆN HỮU TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Thông qua việc khảo sát các hồ sơ thiết kế, đề tài tập trung đánh giá khả năng kháng chấn của một số công trình hiện hữu đã được xây dựng tại thành phố Đà Nẵng bao gồm: cấu tạo kháng chấ

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2018

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2018

LỜI CẢM ƠN

Với những kiến thức tích lũy được trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu chương trình cao học tại Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng, cùng với sự quan tâm, giúp đỡ tận tình của Ban Giám Hiệu nhà trường, quý thầy cô, tôi đã hoàn thành luận văn thạc sĩ của mình

Với lòng biết ơn và trân trọng, tôi chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu nhà trường, lãnh đạo Khoa Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp đã hỗ trợ, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập cũng như nghiên cứu, thực hiện hoàn thành luận văn này

Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Trần Quang Hưng đã quan tâm, giúp đỡ và tận tình hướng dẫn, giúp cho tôi hoàn thành tốt luận văn thạc sĩ

Do thời gian có hạn và điều kiện nghiên cứu còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả mong nhận được các góp ý để hoàn thiện nội dung

Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn và kính chúc quý thầy cô luôn mạnh khỏe, hạnh phúc Kính chúc Trường Đại học Bách khoa đạt nhiều thành công hơn nữa trong thời gian đến

Đà Nẵng, ngày 11 tháng 3 năm 2018

Tác giả luận văn

Nguyễn Nhật Trình

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của tôi

Các số liệu, kết quả tính toán nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác./

Đà Nẵng, ngày 11 tháng 3 năm 2018

Tác giả luận văn

Nguyễn Nhật Trình

MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Bố cục của luận văn 2

CHƯƠNG 1 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ ĐỘNG ĐẤT VÀ TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT LÊN CÔNG TRÌNH 3

1.1 Tổng quan về Động đất 3

1.1.1 Khái niệm 3

1.1.2 Nguyên nhân 3

a) Nguyên nhân nội sinh 3

b) Nguyên nhân ngoại sinh 4

c) Nguyên nhân nhân sinh 4

1.1.3 Các cấp độ động đất 4

a) Thang đo Richter 4

b) Thang đo MM (Modified Mercalli) 5

c) Thang đo MSK (Medvedev-Sponheuer-Karnik) 6

1.1.4 Động đất tại thành phố Đà Nẵng 7

1.2 Tác động của Động đất lên công trình 8

1.2.1 Ảnh hưởng của Động đất đến công trình, tài sản và con người 8

a) Các dạng tác động 8

b) Tổn thất đối với con người 8

1.2.2 Ứng xử của kết cấu khung BTCT khi chịu tải trọng động đất 9

a) Khung BTCT 9

b) Sàn và tường xây 9

c) Nội lực của công trình 10

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 12

2.1 Tính toán tải trọng động đất 12

2.1.1 Biểu diễn tổng quát của tác động động đất 12

2.1.2 Phổ thiết kế không thứ nguyên dùng cho phân tích đàn hồi 12

2.1.3 Các phương pháp tính toán tải trọng động đất 13

2.1.3.1 Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương 13

2.1.3.2 Phương pháp phân tích phổ phản ứng 14

2.2 Thiết kế công trình chịu động đất 17

2.2.1 Những nguyên tắc cơ bản 17

2.2.1.1 Tính đơn giản về kết cấu 17

2.2.1.2 Tính đồng đều, đối xứng và siêu tĩnh của kết cấu 17

2.2.1.3 Kết cấu có độ cứng và độ bền theo 02 phương 17

2.2.1.4 Kết cấu có độ cứng và độ bền chống xoắn 18

2.2.1.5 Sàn tầng có ứng xử như tấm cứng 18

2.2.1.6 Nhà có móng thích hợp 18

2.2.2 Tiêu chí về tính đều đặn của kết cấu 18

2.2.2.1 Tiêu chí về tính đều đặn trong mặt bằng 18

2.2.2.2 Tiêu chí về tính đều đặn trong mặt đứng 19

2.2.3 Chọn cấu hình kết cấu hợp lý 20

2.3 Một số yêu cầu cấu tạo 23

2.3.1 Yêu cầu về vật liệu và kích thước 23

2.3.1.1 Yêu cầu về vật liệu 23

2.3.1.2 Yêu cầu về kích thước hình học 23

2.3.2 Yêu cầu về cấu tạo 24

2.3.2.1 Dầm 24

2.3.2.2 Cột 26

2.3.2.3 Nút dầm - cột 28

2.3.2.4 Móng 28

2.4 Thực trạng một số công trình đã được thi công xây dựng trên địa bàn thành phố Đà Nẵng 28

2.4.1 Tổng quan 28

2.4.2 Công trình dạng Khách sạn 29

2.4.2.1 Khách sạn Phú Mỹ Xuân (8 tầng) 29

2.4.2.2 Khách sạn Thanh Hoa (8 tầng) 29

2.4.3 Công trình dạng Văn phòng làm việc 29

2.4.3.1 Trụ sở thành đoàn thành phố Đà Nẵng (04 tầng) 29

2.4.3.2 UBND phường Hòa Khánh Bắc (02 tầng) 29

2.4.4 Công trình dạng Nhà dân dụng 30

2.4.4.1 Nhà Ông Cường (2,5 tầng) 30

2.4.4.2 Nhà Bà Hằng (2,5 tầng) 30

2.4.5 Tổng quan sơ bộ khả năng kháng chấn của các công trình 30

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KHÁNG CHẤN CỦA CÁC

CÔNG TRÌNH HIỆN HỮU 32

3.1 Khách sạn Phú Mỹ Xuân (08 tầng) 32

3.1.1 Đánh giá sự phù hợp bố trí hệ kết cấu tổng thể 32

a) Tính đều đặn trong mặt bằng 32

b) Tính đều đặn trong mặt đứng 32

3.1.2 Đánh giá sự phù hợp cấu tạo kết cấu 32

a) Vật liệu 32

b) Kích thước hình học 32

c) Cấu tạo 33

3.1.3 Đánh giá độ bền kết cấu 35

a) Thông số tính toán 35

b) Phân tích dao động công trình 35

c) Trọng lượng hữu hiệu các mode dao động 36

d) Phân phối lực động đất lên cao trình các sàn tầng 38

e) Tính toán kiểm tra kết cấu 38

f) Tổ hợp tải trọng 39

g) Tính toán, kiểm tra điều kiện bền kết cấu 39

h) Kiểm tra độ cứng kết cấu 48

3.2 Các công trình còn lại 50

3.3 Tổng hợp kết quả 50

3.3.1 Tổng hợp kết quả kiểm tra sự phù hợp bố trí hệ kết cấu tổng thể 50

3.3.2 Tổng hợp kết quả kiểm tra sự phù hợp cấu tạo kết cấu 51

3.3.3 Tổng hợp kết quả kiểm tra độ bền kết cấu 52

3.3.4 Tổng hợp kết quả kiểm tra độ cứng kết cấu 52

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO) PHỤ LỤC 1 55

Một số bản vẽ cơ bản (Kiến trúc, Kết cấu) của các công trình dùng tính toán, khảo sát của Luận Văn 55

1 Khách sạn Phú Mỹ Xuân (8 tầng) 55

1.1 Hồ sơ thiết kế kiến trúc (cơ bản) 55

1.2 Hồ sơ thiết kế kiến cấu (cơ bản) 58

2 Khách sạn Thanh Hoa (8 tầng) 63

2.1 Hồ sơ thiết kế kiến trúc (cơ bản) 63

2.2 Hồ sơ thiết kế kiến cấu (cơ bản) 65

3 Trụ sở thành đoàn thành phố Đà Nẵng (04 tầng) 69

3.1 Hồ sơ thiết kế kiến trúc (cơ bản) 69

3.2 Hồ sơ thiết kế kiến cấu (cơ bản) 72

4 UBND phường Hòa Khánh Bắc (02 tầng) 78

4.1 Hồ sơ thiết kế kiến trúc (cơ bản) 78

4.2 Hồ sơ thiết kế kiến cấu (cơ bản) 80

5 Nhà Ông Cường (2,5 tầng) 83

5.1 Hồ sơ thiết kế kiến trúc (cơ bản) 83

5.2 Hồ sơ thiết kế kiến cấu (cơ bản) 85

6 Nhà Bà Hằng (2,5 tầng) 90

6.1 Hồ sơ thiết kế kiến trúc (cơ bản) 90

6.2 Hồ sơ thiết kế kiến cấu (cơ bản) 92

PHỤ LỤC 2 97

Kết quả tính toán, kiểm tra 05 công trình còn lại 97

1 Khách sạn Thanh Hoa (08 tầng) 97

1.1 Đánh giá sự phù hợp bố trí hệ kết cấu tổng thể 97

1.1.1 Tính đều đặn trong mặt bằng 97

1.1.2 Tính đều đặn trong mặt đứng 97

1.2 Đánh giá sự phù hợp cấu tạo kết cấu 97

1.2.1 Vật liệu 97

1.2.2 Kích thước hình học 97

1.2.3 Cấu tạo 97

1.3.Đánh giá độ bền kết cấu 98

1.3.1 Tải trọng động đất 98

1.3.2 Kiểm tra kết cấu 99

2 Trụ sở Thành Đoàn thành phố Đà Nẵng (04 tầng) 103

2.1 Đánh giá sự phù hợp bố trí hệ kết cấu tổng thể 103

2.1.1 Tính đều đặn trong mặt bằng 103

2.1.2 Tính đều đặn trong mặt đứng 103

2.2 Đánh giá sự phù hợp cấu tạo kết cấu 103

2.2.1 Vật liệu 103

2.2.2 Kích thước hình học 104

2.2.3 Cấu tạo 104

2.3 Đánh giá độ bền kết cấu 105

2.3.1 Tải trọng động đất 105

2.3.2 Tính toán kiểm tra kết cấu 106

3 UBND phường Hòa Khánh Bắc (02 tầng) 111

3.1 Đánh giá sự phù hợp bố trí hệ kết cấu tổng thể 111

3.1.1 Tính đều đặn trong mặt bằng 111

3.1.2 Tính đều đặn trong mặt đứng 111

3.2 Đánh giá sự phù hợp cấu tạo kết cấu 111

3.2.1 Vật liệu 111

3.2.2 Kích thước hình học 112

3.2.3 Cấu tạo 112

3.3 Đánh giá độ bền kết cấu 113

3.3.1 Tải trọng động đất 113

3.3.2 Tính toán kiểm tra kết cấu 114

4 Nhà Ông Cường (2,5 tầng) 118

4.1 Đánh giá sự phù hợp bố trí hệ kết cấu tổng thể 118

4.1.1 Tính đều đặn trong mặt bằng 118

4.1.2 Tính đều đặn trong mặt đứng 118

4.2 Đánh giá sự phù hợp cấu tạo kết cấu 118

4.2.1 Vật liệu 118

4.2.2 Kích thước hình học 118

4.2.3 Cấu tạo 119

4.3 Đánh giá độ bền kết cấu 120

4.3.1 Tải trọng động đất 120

4.3.2 Tính toán kiểm tra kết cấu 120

5 Nhà Bà Hằng (2,5 tầng) 123

5.1 Đánh giá sự phù hợp bố trí hệ kết cấu tổng thể 123

5.1.1 Tính đều đặn trong mặt bằng 123

5.1.2 Tính đều đặn trong mặt đứng 123

5.2 Đánh giá sự phù hợp cấu tạo kết cấu 123

5.2.1 Vật liệu 123

5.2.2 Kích thước hình học 123

5.2.3 Cấu tạo 124

5.3 Đánh giá độ bền kết cấu 125

5.3.1 Tải trọng động đất 125

5.3.2 Tính toán kiểm tra kết cấu 126

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

Tóm tắt – Nước ta đã ban hành tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn TCVN 9386:2012 dựa trên tiêu chuẩn Eurocode 8 Các công trình nhà cửa ở nước ta nói chung, thiết kế trước năm 2006 hay sau này, đại đa số là chưa quan tâm đến tải trọng động đất (trừ các nhà cao tầng) Thông qua việc khảo sát các hồ sơ thiết kế, đề tài tập trung đánh giá khả năng kháng chấn của một số công trình hiện hữu đã được xây dựng tại thành phố Đà Nẵng bao gồm: cấu tạo kháng chấn và khả năng chịu lực của công trình khi động đất xảy ra Kết quả cho thấy hầu hết các công trình đều không đạt các tiêu chí về cấu tạo kháng chấn và không đảm bảo khả năng chịu lực khi có động đất xảy ra

Từ khóa – Động đất; Thiết kế kháng chấn; Khả năng kháng chấn; Cấu tạo kháng chấn, Nhà

bê tông cốt thép

EARTHQUAKE RESISTANCE EVALUATION OF SOME EXISTING

BUILDINGS IN DA NANG CITY Abstract – In Vietnam, seismic analysis and design of building is mentioned by TCVN 9386:

2012 standard, which is translated from Eurocode 8 with adaptations In general, a lot of buildings designed before 2006 or later are designed without earthquake load (except for tall buildings) By examining the design documnents of some existing buildings in Danang city, this study focused on assessing the structural resistance under earthquake load including: Structural Earthquake requirement and the bearing capacity of building when earthquake happens Results show that most of buildings do not guarantee Structural Earthquake requirement and the bearing capacity of building when earthquake happens

Key words – Earthquake load; Seismic design; Earthquake resistance; Structural Earthquake requirement, Reinforced concrete building

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu

CHƯƠNG 1

CHƯƠNG 2

CHƯƠNG 3

CHƯƠNG 2

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

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

Nước ta nằm trong vùng địa tầng ít có sự biến động của lớp vỏ Trái Đất, do vậy động đất ở nước ta xảy ra rất ít Một số nước thường xuyên xảy ra động đất với cường

độ lớn như: Philippin, Nhật Bản, Mexico, … Trước đây, nước ta từng ghi nhận 2 trận động đất rất lớn là động đất Điện Biên (năm 1935) với cường độ 6,75 độ Richter xảy

ra trên đới đứt gẫy sông Mã Trận lớn thứ hai là động đất Tuần Giáo (năm 1983), với cường độ 6,8 độ Richter, xảy ra trên đới đứt gẫy Sơn La Tuy nhiên, cùng với tốc độ

đô thị hóa, gây ảnh hưởng đến sự ổn định của lớp vỏ Trái Đất, dẫn đến động đất xảy ra ngày càng nhiều trong những năm gần đây Theo ghi nhận của Viện Vật lý địa cầu, tính đến nay, sau mười năm kể từ khi thành lập, trung tâm báo tin động đất và cảnh báo sóng thần thuộc Viện Vật lý địa cầu đã phát hiện và báo tin khoảng 400 trận động đất trên toàn lãnh thổ và thềm lục địa Việt Nam Các trận động đất này có độ lớn dao động trong khoảng từ 0,7 đến 4,7 độ theo thang mômen (gần tương đương từ 0,7-4,7

độ richter) Đến nay, trận động đất lớn nhất từng ghi nhận xảy ra tại Sơn La, với cường

độ đạt 6,8 độ richter

Trong lĩnh vực thiết kế xây dựng công trình, động đất là dạng tải trọng đặc biệt

Do có nguy cơ lớn bị ảnh hưởng bởi động đất nên từ năm 2006, nước ta đã ra tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn dựa trên tiêu chuẩn Eurocode 8 (TCXDVN 375:2006) Hiện nay, tiêu chuẩn này được chuyển đổi thành tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 Tuy vậy, việc quy định có hay không thiết kế kháng chấn cho từng loại công trình vẫn chưa được nhắc đến

Ngoài ra, theo quy định của tiêu chuẩn TCVN 9386:2012, động đất được chia thành ba trường hợp (theo giá trị gia tốc nền thiết kế ag = I x agR):

được giảm nhẹ;

trọng động đất thường dẫn đến kết cấu công trình lớn, từ đó phát sinh chi phí lớn Do vậy, các công trình nhà cửa ở nước ta nói chung, thành phố Đà Nẵng nói riêng thiết kế trước 2006 hay sau này, đại đa số chưa quan tâm đến tải trọng động đất (trừ các nhà cao tầng)

Trên địa bàn thành phố Đà Nẵng chưa ghi nhận trường hợp động đất nào xảy ra 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 – 4,7 Richter Bên cạnh đó, theo phụ lục H, Tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 thì các vùng miền trên địa bàn thành phố Đà Nẵng có gia tốc nền từ 0,0544g đến 0,1006g, tương ứng với động đất từ cấp VI đến cấp VII (theo thang MSK-64), hoặc tương ứng cường độ từ 5 – 5,9 độ richter Do vậy, nguy cơ về động đất xảy ra trên địa bàn thành phố 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 tập trung đánh giá lại khả năng kháng chấn của các công trình này, bao gồm: Cấu tạo kháng chấn và khả năng chịu lực công trình trong trường hợp 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

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Đối tượng: Một số 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

4 Phương pháp nghiên cứu

Căn cứ hồ sơ thiết kế của một số công trình tại thành phố Đà Nẵng đã được phê duyệt, thi công xây dựng Mô phỏng lại hệ kết cấu bằng phần mềm tính toán Etabs 9.7.4 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 phần 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

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

Động đất xảy ra thường do các nguyên nhân:

a) Nguyên nhân nội sinh

- Động đất do sụp lở các hang động ngầm dưới mặt đất và động đất do các vụ trượt lở đất đá tự nhiên với khối lượng lớn (loại động đất này thường chỉ làm rung chuyển một vùng hẹp và chiếm khoảng 3% tổng số trận động đất thế giới)

- Động đất do núi lửa, chủ yếu liên quan với các hoạt động phun nổ của núi lửa (loại động đất này không mạnh lắm –chiếm khoảng 7%)

- Động đất kiến tạo (chiếm 90%) liên quan với hoạt động của các đứt gãy kiến tạo, đặc biệt là các đứt gãy ở rìa các mảng thạch quyển, vận động kiến tạo ở các đới hút chìm; liên quan đến hoạt động macma xâm nhập vào vỏ trái đất làm phá vỡ trạng thái cân bằng áp lực có trước của đá vây quanh làm đá phát sinh ứng suất và khi bị đứt

vỡ thì xảy ra động đất; liên quan đến sự biến đổi tướng đá từ dạng tinh thể này sang dạng tinh thể khác gây co rút và dãn nở thể tích đá làm biến đổi lớn về thể tích cũng gây ra động đất

Hình 1.1 Những tòa nhà đổ nát sau một trận động đất (tham khảo internet)

b) Nguyên nhân ngoại sinh

Do thiên thạch va chạm vào trái đất, các vụ trượt lở đất đá với khối lượng lớn c) Nguyên nhân nhân sinh

Động đất xảy ra do hoạt động làm thay đổi ứng suất đá gần bề mặt, đặc biệt là các vụ thử hạt nhân, nổ nhân tạo dưới lòng đất hoặc tác động của áp suất cột nước của các hồ chứa nước, hồ thủy điện

1.1.3 Các cấp độ động đất

Cấp độ chấn động (hay có thể gọi là chấn độ – seismic intensity) 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

Mỗi trận động đất chỉ có một giá trị cường độ duy nhất, trong khi mức độ ảnh hưởng đặc trưng bởi giá trị cấp độ (hay chấn độ) lại khác nhau cho mỗi địa điểm nhất định trong khu vực chịu ảnh hưởng của trận động đất đó Giá trị này thay đổi tùy thuộc vào khoảng cách tới tâm chấn, cấu tạo địa chất và đặc điểm địa hình của từng địa điểm Chấn độ (intensity) tại mỗi địa điểm được xác định dựa trên giá trị gia tốc cực đại của đất nền tại khu vực đó ghi nhận được trong trận động đất

Hiện nay trên thế giới có nhiều thang đo khác nhau để xác định chấn

độ (hay cấp động đất) Thông thường sử dụng các thang đo sau:

a) Thang đo Richter

Thang đo này được Charles Francis Richter đề xuất vào năm 1935 Đầu tiên nó được sử dụng để sắp xếp các số đo về cơn động đất địa phương tại California Thang

đo Richter là một thang lôgarit với đơn vị là độ Richter Độ Richter tương ứng với lôgarit thập phân của biên độ những sóng địa chấn đo ở 100 km cách chấn tâm của

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

Theo thang Richter, biên độ của một trận động đất có độ Richter 6 mạnh bằng

10 lần biên độ của một trận động đất có độ Richter 5 Năng lượng được phát ra bởi trận động đất có độ Richter 6 bằng khoảng 31 lần năng lượng của trận động đất có độ Richter 5

4,0-4,9 Nhẹ Rung chuyển đồ vật trong nhà Thiệt hại khá nghiêm trọng

Có thể gây thiệt hại nặng cho những kiến trúc không theo tiêu chuẩn phòng ngừa địa chấn Thiệt hại nhẹ cho những kiến trúc xây cất đúng tiêu chuẩn

180 km bán kính

lớn trong chu vi bán kính hàng trăm km

mạnh

Khả năng tàn phá ngoài sức tưởng tượng trong phạm vi hàng nghìn km vuông

Bảng 1.1 Thang đo Richter 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:

II Yếu Một vài người có thể cảm nhận được khi họ đang nằm nghỉ hoặc ở trên tòa nhà cao tầng III Nhẹ Một vài người có thể cảm nhận được nếu đang ở trong nhà; ngược lại, họ sẽ không thấy gì nếu đang ở bên ngoài

đang ngủ Cửa bị đóng sập lại, bình hoa bị rơi vỡ

hỏng, nhà cửa với kết cấu yếu dễ dàng bị hư hại

VII Rất mạnh Trở ngại trong việc di chuyển, thậm chí ngay cả khi đang trong xe hơi, rất nguy hiểm đối với nhà cửa VIII Có sức phá hoại Phá hủy các ngôi nhà có nền yếu và một số công trình cầu cống

IX Uy hiếp Khá nguy hiểm đối với nhà cao tầng, phá hủy các công trình

Bảng 1.2 Thang đo MM (Modified Mercalli)

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 Độ, Israel, Nga, cộng đồng các quốc gia độc lập (SNG) và Việt Nam… Thang MSK khá giống thang

Người ở trong nhà cảm nhận được, người ở bên ngoài nếu chú

ý có thể nhận ra Một số người sợ hãi và chạy ra khỏi nhà Nhiều người đang ngủ tỉnh dậy Có thể nhận thấy sự rung động hay đu đưa mạnh của toàn bộ nhà cửa, phòng ốc hay đồ nội thất Các đồ vật treo đu đưa đáng kể Thiệt hại nhẹ đối với các công trình xây dựng có kết cấu yếu

VI Mạnh

Người ở trong nhà cảm nhận được, người ở bên ngoài nếu chú

ý có thể nhận ra Một số người sợ hãi và chạy ra khỏi nhà Nhiều người đang ngủ tỉnh dậy Có thể nhận thấy sự rung động hay đu đưa mạnh của toàn bộ nhà cửa, phòng ốc hay đồ nội thất Các đồ vật treo đu đưa đáng kể Thiệt hại nhẹ đối với các công trình xây dựng có kết cấu yếu, vôi vữa hư hại dễ nhận ra

Phần lớn mọi người đều sợ hãi và cố chạy ra khỏi nhà Đồ nội thất dịch chuyển và có thể bị lật nhào Đồ vật bị rơi đổ Nước bắn tung tóe ra khỏi vật chứa Thiệt hại nghiêm trọng đối với nhà cửa cũ, các ống khói xây bằng vôi vữa sụp đổ Có các vụ

lở đất nhỏ

VIII Gây thiệt hại

Nhiều người khó đứng vững, ngay cả khi ở bên ngoài nhà Đồ nội thất có thể bị lật nhào Có thể nhìn thấy các con sóng chạy trên đất rất mềm Các công trình xây dựng cũ bị sụp đổ một phần hay chịu thiệt hại đáng kể Các vết nứt lớn và các khe nứt toác ra, đá lở xuống

Hoảng loạn Người đi đứng không vững Các công trình không

đủ chuẩn sụp đổ Thiệt hại thực sự đối với các công trình xây dựng có kết cấu tốt Các đường ống ngầm nứt gãy Mặt đất nứt toác, lở đất trên diện rộng

Bảng 1.3 Thang đo MSK (Medvedev-Sponheuer-Karnik) 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 – 4,7 Richter

Theo phụ lục H, Tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 thì các vùng miền trên địa bàn thành phố Đà Nẵng có gia tốc nền từ 0,0544g đến 0,1006g, tương ứng với động đất từ cấp VI đến cấp VII (theo thang MSK-64), hoặc tương ứng cường độ từ 5 – 5,9 độ richter Do vậy, 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; cường độ của sóng địa chấn tác động vào các địa tầng của khu vực bị động đất được đánh giá theo 10 độ của thang độ Mercalli cải tiến Đồng thời chúng còn phụ thuộc khoảng cách từ điểm trung tâm đến các nơi, cấu trúc các địa tầng vùng bị động đất, các kiến trúc được xây dựng trên vùng đất bị động đất như nhà, công trình, cầu cống, đường, đập, cột điện, sân bay, sân vận động, hải cảng Ngoài ra, mức độ thiệt hại do động đất cũng phụ thuộc vào yếu tố địa dư như vùng đồi núi, vùng đồng bằng, vùng có

hồ sông lớn, vùng ven biển, đô thị, thành phố, mật độ tập trung của người dân cư trú;

sự chuẩn bị sẵn sàng của cộng đồng người dân trong công tác phòng chống thiên tai động đất

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

a) Các dạng tác động

Gồm tác động nguyên phát và tác động thứ phát

- Tác động nguyên phát của động đất do sự chuyển động mạnh của đất và hậu quả tức thì là các vết nứt gãy, các vết sụt lở nền đất, móng tường, sườn đồi núi, đê đập, nền và cột các công trình, những khoảng sụt lớn nứt gãy, các khối đất đá nền di chuyển

có kích thước từ 10 đến 15 mét theo chiều bằng ngang và sự sụp theo chiều dọc sâu có thể từ vài mét đến vài chục mét Trong tác động nguyên phát, ngoài chấn động của động đất gây ra còn có hiện tượng lỏng hóa các cấu tạo đất cát ẩm bị rời rã ra làm cho các kiến trúc nặng bị lún sâu vào lòng đất Tác động nguyên phát của các sóng địa chấn và những rung chuyển được lan truyền từ tâm động đất ra các phía gây ra các tác động cộng hưởng làm tăng lực tàn phá của động đất đối với những công trình kiến trúc

- Tác động thứ phát của động đất sẽ gây một số ảnh hưởng như sập lở đất đá làm thiệt hại về cơ sở vật chất và con người, tạo nên lũ lụt ở các vùng có hồ chứa nước lớn; tác động của động đất cũng làm cho các đập nước dâng cao mức nước, tràn nước,

vỡ đập chắn hồ chứa nước Đồng thời có thể gây cháy ở những đô thị, tại khu dân cư

có thể phát sinh các đám cháy do chập điện, vỡ ống dẫn khí đốt; cháy các kho nhiên liệu, các loại vật liệu dễ cháy Ngoài ra, sóng thần cũng có thể xảy ra do sóng chấn động ở nền đáy biển của khu vực có động đất tạo nên sự chuyển động các sóng biển lớn trên mặt biển với đỉnh sóng cao tới 30 mét và di chuyển với vận tốc 50 km/giờ khi tràn vào vùng ven biển gây lụt lội, phá hoại và cuốn trôi đi các công trình, cơ sở vật chất, người cũng như những loại động vật

b) Tổn thất đối với con người

Động đất có thể gây nên các trường hợp tử vong, chấn thương đa dạng và nhiều tổn thương kết hợp khác cho con người Nguyên nhân:

- Do sập nhà, đất đá hoặc vật cứng rơi đè làm vỡ sọ, ngực, bụng, dập nát chi, chảy máu trong, chảy máu ngoài, ngã từ trên cao xuống

- Do bị ngạt thở vì đất cát vùi kín, hít thở nhiều bụi, khói khí các vụ cháy, thành ngực bị chèn ép…

Ngoài các trường hợp tử vong, con người cũng có thể bị chấn thương đa dạng với nhiều tổn thương kết hợp: do bị va đập, rách xước, tổn thương vùng đầu, chấn thương chi trên, hội chứng đè ép chi thể kéo dài, nhiễm trùng vết thương, hoại thư… 1.2.2 Ứng xử của kết cấu khung BTCT khi chịu tải trọng động đất

a) Khung BTCT

Khung BTCT là kết cấu chính chịu tải trọng động đất Chấn động do động đất làm phát sinh ra lực quán tính cho công trình, lực này tỉ lệ với khối lượng Đối với một công trình dân dụng thì khối lượng tập trung ở cao trình của sàn nên lực quán tính phát sinh và phát triển chủ yếu là tại cao trình sàn Những lực này truyền qua dầm, sàn xuống tường, cột và cuối cùng xuống móng để truyền tải trọng vào nền đất Lực ngang do động đất gây ra tăng dần theo độ giảm chiều cao công trình, tại đỉnh thì lực ngang do động đất gây ra là cực tiểu còn tại chân cột, tường tầng trệt thì cực đại

Hình 1.2 Nội lực do lực ngang gây ra tăng dần xuống chân cột, tường b) Sàn và tường xây

Trong nhà nhiều tầng có thể dùng hệ dầm - sàn hay hệ sàn không dầm Với hệ dầm-sàn nếu dầm bị uốn do tải trọng thẳng đứng thì những tấm sàn cũng sẽ uốn chung với dầm Khi dầm dịch chuyển cùng với cột theo phương ngang sàn kéo theo dầm cùng chuyển động với nó Trong hầu hết mọi công trình thì biến dạng hình học của sàn không đáng kể theo phương ngang, vì ứng xử của sàn được xem là một tấm cứng tuyệt đối theo phương ngang

(a) dịch chuyển theo phương đứng

(b) dịch chuyển theo phương ngang Hình 1.3 Sàn và dầm bị uốn chung theo phương đứng và dịch chuyển kéo theo

cột theo phương ngang Dưới tác động của lực ngang thì cột dịch chuyển theo phương lực tác dụng, trong khi tường xây có khuynh hướng chống lại sự dịch chuyển này bởi vì chúng có trọng lượng lớn và bề dày tường lớn cho nên tường chịu tác dụng những lực ngang khá lớn Bên cạnh đó khối xây là loại vật liệu dòn nên dễ phát sinh vết nứt và phá hoại

Hình 1.4 Sự làm việc chung giữa tường và cột

Độ cứng của tấm tường có thể được tăng cường bằng mác vữa, các lớp hồ no vữa, có thể làm giảm khoảng hở giữa chúng với khung nhà Tuy vậy nếu một tấm tường được thiết kế không hợp lý về chiều cao và chiều dài so với bề dày của nó có thể dẫn đến sự sụp đổ ngoài mặt phằng tường gây ra nguy hiểm Hơn nữa, việc đặt tường không hợp lý có thể gây ra hiện tượng xoắn và giảm yếu khung giống như hiện tượng “cột ngắn”

c) Nội lực của công trình

Dưới tác dụng của tải trọng trọng lực thẳng đứng (Tĩnh tải và hoạt tải sử dụng) làm cho dầm bị uốn và gây ra sự căng thớ tại các vị trí khác nhau Thông thường thì dầm bị căng thớ dưới tại giữa dầm và căng thớ trên tại 2 đầu dầm Trong khi đó tải trọng động đất tác động theo phương ngang làm cho dầm, cột căng thớ ngược lại so với tải trọng thẳng đứng tức là mômen uốn do tải trọng động đất sinh

ra ngược lại so với momen do tải trọng thẳng đứng gây ra cho công trình đặc biệt

tại 2 đầu của dầm Độ lớn của momen do động đất gây ra có thể lớn hơn momen do trọng lực gây nên dẫn đến đầu dầm bị căng thớ chịu nén khi xảy ra động đất

Để an toàn cho công trình thì cột phải được thiết kế khỏe hơn dầm và liên kết dầm cột nên là liên kết cứng để khi có động đất thì sự phá hoại bắt đầu ở dầm trước Khi dầm được thiết kế có nhiều tính dẻo ngôi nhà có thể biến dạng lớn và khi phá hoại dầm đạt đến trạng thái dẻo trước cột Sự phá hoại của dầm sẽ chỉ làm công trình hư hại tại một số tầng cụ thể mà không làm phá hoại, sập toàn bộ công trình

và có thể sửa chữa được sau đó Còn nếu thiết kế cột yếu hơn dầm thì cột sẽ chịu phá hoại cục bộ tại 2 đầu cột Sự phá hoại cục bộ ở cột có thể dẫn đến sự sập đổ của toàn bộ công trình cho dù sàn dầm, cột tầng trên không bị phá hoại

Hình 1.6 Hiệu ứng của 02 phương án thiết kế

Khớp dẻo

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

- 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”

- Dạng của phổ phản ứng đàn hồi được lấy như nhau đối với hai mức tác động động đất với yêu cầu không sụp đổ (trạng thái cực hạn - tác động động đất thiết kế) và đối với yêu cầu hạn chế hư hỏng

- Tác động động đất theo phương nằm ngang được mô tả bằng hai 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 vùng nguồn và độ lớn động đất phát sinh từ chúng

- Ở những nơi chịu ảnh hưởng động đất phát sinh từ các nguồn rất khác nhau, khả năng sử dụng nhiều hơn một dạng phổ phản ứng phải được xem xét để có thể thể hiện đúng tác động động đất thiết kế Trong những trường hợp như vậy, thông thường

hình

- Có thể biểu diễn chuyển động động đất theo hàm của thời gian

- Đối với một số loại công trình, có thể xét sự biến thiên của chuyển động nền đất trong không gian cũng như theo thời gian

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

g d

2,5 : ( )

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

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

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

a) Điều kiện áp dụng

Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương có thể áp dụng cho các nhà

và công trình mà phản ứng của nó không chịu ảnh hưởng đáng kể bởi các dạng dao động bậc cao hơn dạng dao động cơ bản trong mỗi phương chính Cụ thể phải thỏa mãn cả hai điều kiện sau:







 s

T

0 , 2

4 1

+) Thỏa mãn những tiêu chí về tính đều đặn theo mặt đứng (Theo điểm 2.2.2.2) b) Xác định lực cắt đáy

xác định theo biểu thức sau:

Fb = S Td( ).W.1  (2.5) Trong đó:

1

( )

d

S T : Tung độ của phổ thiết kế không thứ nguyên tại chu kỳ T1;

xét;

W: Tổng khối lượng của nhà và công trình ở trên móng hoặc ở trên đỉnh của phần cứng phía dưới;

: Hệ số hiệu chỉnh, lấy như sau:

mi, mj: Khối lượng của các tầng

ii) Khi dạng dao động cơ bản được lấy gần đúng bằng các chuyển vị ngang tăng tuyến tính dọc theo chiều cao của nhà, lực ngang Fi (đặt tại cao trình tập trung của

.W W

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

dưới dạng Fbi S Td( ).W1 , trong đó S T là phổ thiết kế không thứ nguyên ứng với d( )1chu kỳ dao động riêng thứ i

ii) Nếu điều kiện (a) không thỏa mãn (dao động xoắn góp phần đáng kể) thì số lượng tối thiểu các dao động k (các mode k) cần được xét đến trong tính toán khi phân tích không gian cần thỏa mãn cả 2 điều kiện sau:

3

Trong đó:

k: Số dạng dao động cần được xét đến trong tính toán

n: Số tầng ở trên móng hoặc đỉnh của phần cứng phía dưới

c) Quy trình tính toán

Bước 1: Xác định các chu kỳ và dạng dao động riêng của nhà

dạng dao động theo các công thức từ (2.1) đến (2.4) mục 2.1.2

Bước 3: Xác định tổng lực cắt tại chân công trình tương ứng với dạng dao động thứ i theo phương X theo công thức sau:

phương Y tương tự) tương ứng với dạng dao động thứ i, xác định theo công thức sau:

2 , 1 ,

2 , 1

.W W

.W

n

i j j j

X i n

i j j j

X X

n: Tổng bậc tự do (số tầng) xét theo phương X (phương Y tương tự)

dạng dao động thứ i;

Bước 4: Phân phối tải trọng ngang lên các cao trình tầng của tổng lực cắt tại chân công trình tương ứng với dạng dao động thứ i theo phương X, như sau:

,

, , , 1

.WF

.W

X i

i j j j

X i n

i l j j

XF

dao động thứ i;

Bước 5: Tổ hợp các dạng dao động cần xét (k)

- Phản ứng ở hai dạng dao động i và j (kể cả các dạng dao động tịnh tiến và

lực, chuyển vị) của hệ quả tác động động đất có thể lấy bằng:

2 1

gây ra

- Trong trường hợp phản ứng của hai dạng dao động i và j không độc lập với

2.2.1.1 Tính đơn giản về kết cấu

Tính đơn giản về kết cấu đặc trưng bởi các đường truyền lực động đất trực tiếp

và rõ ràng, là một mục tiêu quan trọng vì sự mô hình hóa, sự phân tích, xác định kích thước, cấu tạo và cách thi công công trình càng đơn giản thì càng đỡ thiếu tin cậy Vì thế việc dự đoán ứng xử kháng chấn càng tin cậy

2.2.1.2 Tính đồng đều, đối xứng và siêu tĩnh của kết cấu

- Tính đồng đều trong mặt bằng 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 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

- Tính đồng đều theo mặt đứng của công trình cũng quan trọng, vì nó có xu hướng loại trừ sự xuất hiện của các vùng nhạy cảm, tại đó sự tập trung ứng suất hoặc yêu cầu có độ dẻo kết cấu lớn có thể sớm gây nên sự sụp đổ

- Mối quan hệ chặt chẽ giữa sự phân bố khối lượng và sự phân bố độ bền và độ cứng sẽ loại trừ được sự lệch tâm lớn giữa khối lượng và độ cứng

- Nếu kết cấu của ngôi nhà đối xứng hoặc gần đối xứng, phương pháp thích hợp nhất để đạt tính đồng đều là bố trí các cấu kiện đối xứng và phân bố chúng đồng đều trong mặt bằng

- Sử dụng các cấu kiện chịu lực được phân bố đều đặn sẽ làm tăng bậc siêu tĩnh, cho phép phân bố lại nội lực một cách có lợi hơn và tiêu tán năng lượng dàn trải trên toàn bộ công trình

2.2.1.3 Kết cấu có độ cứng và độ bền theo 02 phương

- Chuyển động động đất theo phương ngang diễn ra theo hai phương vuông góc

vì thế kết cấu công trình phải có khả năng chịu được các tác động ngang theo bất kỳ phương nào

- Các cấu kiện chịu lực cần bố trí theo hai phương vuông góc nhau trong mặt bằng, để bảo đảm các đặc trưng về độ cứng và độ bền tương tự nhau theo cả hai phương chính

- Việc lựa chọn các đặc trưng độ cứng của công trình, trong khi tìm cách giảm thiểu các hệ quả của tác động động đất (có tính đến các đặc trưng cụ thể của động đất

tại địa điểm xây dựng) cũng cần hạn chế sự phát triển các chuyển vị quá lớn có thể dẫn tới sự mất ổn định do những hiệu ứng bậc hai hoặc do các hư hỏng nghiêm trọng 2.2.1.4 Kết cấu có độ cứng và độ bền chống xoắn

Ngoài độ cứng và độ bền theo phương ngang, kết cấu nhà cần có độ cứng và độ bền chống xoắn phù hợp nhằm hạn chế sự phát triển của những chuyển vị xoắn có xu hướng gây ra các ứng suất không đều trong các cấu kiện chịu lực khác nhau Nhằm mục đích đó, việc bố trí các cấu kiện kháng chấn chính gần với chu vi của nhà là rất có lợi

2.2.1.5 Sàn tầng có ứng xử như tấm cứng

- Trong ngôi nhà, các sàn (kể cả sàn mái) đóng một vai trò rất quan trọng trong

sự làm việc tổng thể của kết cấu chịu động đất 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 Tác động của sàn như tấm cứng có tác dụng đặc biệt trong trường hợp hệ kết cấu thẳng đứng là phức tạp và không đều đặn, hoặc trong trường hợp sử dụng đồng thời các hệ kết cấu có các đặc trưng biến dạng theo phương ngang khác nhau

- Các hệ sàn và mái cần có độ bền và độ cứng trong mặt phẳng, có sự liên kết hiệu quả với các hệ kết cấu thẳng đứng Đặc biệt cần quan tâm đến các trường hợp có cấu hình rời rạc hoặc kéo rất dài trong mặt phẳng và trường hợp có những lỗ mở lớn trên sàn, đặc biệt khi các lỗ mở này nằm gần với các cấu kiện thẳng đứng chính làm giảm hiệu quả của mối nối giữa kết cấu theo phương ngang và phương đứng

- Các tấm cứng cần có đủ độ cứng trong mặt phẳng để phân bố các lực quán tính ngang tới hệ kết cấu thẳng đứng chịu tải phù hợp với giả thiết tính toán, đặc biệt khi có những thay đổi đáng kể về độ cứng hoặc có phần nhô ra thụt vào của cấu kiện thẳng đứng phía trên và phía dưới tấm cứng

- Đối với nhà và công trình có những cấu kiện móng độc lập (móng đơn hoặc móng cọc), nên dùng bản giằng móng hoặc dầm giằng móng liên kết các cấu kiện này theo hai hướng chính tuân thủ các quy định tại điều 5.4.1.2 TCVN 9386:2012

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

- Về độ cứng ngang và sự phân bố khối lượng, nhà phải gần đối xứng trong mặt bằng theo hai trục vuông góc

- Mỗi sàn phải được giới hạn bằng một đa giác lồi Nếu trong mặt bằng có các chỗ lõm (góc lõm vào hoặc các hốc), tính đều đặn trong mặt bằng vẫn được xem là thỏa mãn nếu các chỗ lõm đó không ảnh hưởng tới độ cứng trong mặt bằng của sàn và với mỗi chỗ lõm, diện tích giữa biên ngoài của sàn và đa giác lồi bao quanh sàn không vượt quá 5 % diện tích sàn

- Độ cứng trong mặt phẳng của sàn phải khá lớn so với độ cứng ngang của các cấu kiện thẳng đứng chịu lực, để biến dạng của sàn ít ảnh hưởng tới sự phân bố lực giữa các cấu kiện thẳng đứng chịu lực

trong đó Lmax và Lmin là kích thước lớn nhất và bé nhất của mặt bằng nhà theo hai phương vuông góc

bán kính xoắn r phải thỏa mãn 2 điều kiện dưới đây, các điều kiện này viết cho phương y:

Trong đó:

với hướng tính toán đang xét;

(“bán kính xoắn");

Đối với mỗi tầng riêng lẻ của nhà cho phép xác định tâm độ cứng ngang và bán kính xoắn trên cơ sở các momen quán tính của các mặt cắt ngang của cấu kiện thẳng đứng, bỏ qua ảnh hưởng của các cấu kiện dầm:

 . 

x

.

y cs

2.2.2.2 Tiêu chí về tính đều đặn trong mặt đứng

- Tất cả các hệ kết cấu chịu tải trọng ngang như lõi, tường hoặc khung, phải liên tục từ móng tới mái của nhà hoặc tới đỉnh của vùng có giật cấp của nhà nếu có giật cấp tại các độ cao khác nhau

- Cả độ cứng ngang lẫn khối lượng của các tầng riêng rẽ phải giữ nguyên không đổi hoặc giảm từ từ, không thay đổi đột ngột từ móng tới đỉnh nhà đang xét

- Trong các nhà khung, tỷ số giữa độ bền thực tế và độ bền yêu cầu theo tính toán của tầng không được thay đổi một cách không cân xứng giữa các tầng liền kề

a) b) giật cấp nằm trên mức 0,15 x H

1 3  0 , 50

L L

L L

1 2

1  L L L

Hình 2.1 - Các tiêu chí về tính đều đặn của nhà có giật cấp

- Khi có giật cấp thì áp dụng các quy định bổ sung sau:

+ Đối với các giật cấp liên tiếp mà vẫn giữ được tính đối xứng trục, sự giật cấp tại bất kỳ tầng nào cũng không được lớn hơn 20 % kích thước của mặt bằng kề dưới theo hướng giật cấp (Hình 2.1.a và 2.1.b);

- Đối với giật cấp một lần nằm trong phần thấp hơn 15 % chiều cao H của hệ kết cấu chính kể từ móng, kích thước chỗ lùi vào không được lớn hơn 50 % kích thước mặt bằng ngay phía dưới (Hình 2.1.c) Trong trường hợp này, kết cấu của vùng đáy trong phạm vi hình chiếu đứng của các tầng phía trên cần được thiết kế để chịu được ít nhất 75 % các lực cắt ngang có thể sinh ra ở vùng này trong một công trình tương tự nhưng có đáy không mở rộng

- Nếu các giật cấp không giữ được tính đối xứng, tổng kích thước của các giật cấp ở mỗi mặt tại tất cả các tầng không được lớn hơn 30 % kích thước mặt bằng tầng trệt hoặc mặt bằng trên đỉnh của phần cứng phía dưới và kích thước của mỗi giật cấp không được lớn hơn 10 % kích thước mặt bằng liền dưới (Hình 2.1.d)

2.2.3 Chọn cấu hình kết cấu hợp lý

Cấu hình kết cấu là một trong những yếu tố quyết định, là nhân tố có ảnh hưởng mạnh đến sự làm việc kháng chấn của kết cấu Cấu hình kết cấu tồi có thể dẫn đến tình trạng tập trung ứng suất nghiêm trọng

Một số cấu hình kết cấu nên dùng

TT Không nên dùng Nên dùng

1

Khe kháng chấn:   d,1 k 1 d,2 k 2d,1

TT Không nên dùng Nên dùng

(khác nhau về chu kỳ dao động)

TT Không nên dùng Nên dùng

2.3 Một số yêu cầu cấu tạo

Đối với kết cấu bêtông được thiết kế chịu động đất, tùy theo khả năng tiêu tán năng lượng trễ của chúng, được phân thành hai cấp dẻo kết cấu: trung bình và 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

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

- Bêtông có cấp độ bền thấp hơn so với C16/20 không được sử dụng trong các cấu kiện kháng chấn chính

- Ngoại trừ cốt đai kín và đai móc, chỉ có thép thanh có gờ mới được sử dụng làm cốt trong vùng tới hạn của cấu kiện kháng chấn chính

- Trong vùng tới hạn của cấu kiện kháng chấn chính, phải sử dụng cốt thép thuộc loại B hoặc C trong EN 1992-1-1:2004, Bảng C.1

2.3.1.2 Yêu cầu về kích thước hình học

a) Dầm

- Khoảng cách giữa các trục đi qua trọng tâm của dầm và cột cần được hạn chế

góc với trục dọc dầm

ngang của cột vuông góc với trục dọc dầm

b) Cột

Kích thước tiết diện ngang của cột kháng chấn chính không nên nhỏ hơn 1/10 của khoảng cách lớn nhất giữa điểm uốn và các đầu mút của cột, đối với trường hợp uốn trong phạm vi mặt phẳng song song với kích thước cột

c) Tường có tính dẻo kết cấu

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

- Tường chịu lực không được tựa lên dầm hoặc bản sàn

- Đối với dầm kháng chấn chính đỡ cột không kéo dài xuống quá dầm:

+ Không được có độ lệch tâm nào của trục cột so với trục của dầm;

+ Dầm phải được tựa trên ít nhất là hai gối đỡ trực tiếp (tường hoặc cột)

2.3.2 Yêu cầu về cấu tạo

2.3.2.1 Dầm

a) Khả năng chịu uốn và chịu cắt

- Cốt thép trên của các tiết diện đầu mút của dầm kháng chấn chính có tiết diện hình chữ T hoặc chữ L cần được bố trí chủ yếu trong phạm vi chiều rộng phần bụng Chỉ một phần trong số cốt thép này có thể đặt bên ngoài phạm vi chiều rộng phần bụng

i) Với dầm kháng chấn chính liên kết với các cột biên: chiều rộng hữu hiệu của

có một dầm khác có cùng chiều cao cắt ngang nó (Hình 2.2a)

ii) Với dầm kháng chấn chính liên kết với các cột trong, các chiều rộng nêu trên

Hình 2.3- Chiều rộng hữu hiệu của bản cánh dầm liên kết với cột tạo thành khung b) Cấu tạo dầm kháng chấn chính để đảm bảo độ dẻo kết cấu cục bộ

cao của dầm) tính từ tiết diện ngang đầu mút dầm liên kết vào nút dầm - cột, hoặc từ

cả hai phía của bất kỳ tiết diện ngang nào có khả năng chảy dẻo trong tình huống thiết

kế chịu động đất, được coi là vùng tới hạn

- Trong các dầm kháng chấn chính đỡ các cấu kiện thẳng đứng không liên tục,

được chống đỡ được xem là vùng tới hạn

- Tại vùng nén, cần bố trí thêm không dưới một nửa lượng cốt thép đã bố trí tại vùng kéo, ngoài những số lượng cốt thép chịu nén cần thiết khi kiểm tra trạng thái cực hạn của dầm trong tình huống thiết kế chịu động đất

yd

cd d

chiều rộng của cánh chịu nén của dầm) Nếu như vùng kéo bao gồm cả bản sàn, thì lượng cốt thép sàn song song với dầm trong phạm vi chiều rộng hữu hiệu của bản cánh

- Dọc theo toàn bộ chiều dài của dầm kháng chấn chính, hàm lượng cốt thép

min

- Trong phạm vi các vùng tới hạn của dầm kháng chấn chính, bố trí cốt đai thỏa mãn những điều kiện sau đây:

+ Khoảng cách cốt đai không được vượt quá:

Trong đó:

+ Cốt đai đầu tiên cách tiết diện mút dầm không quá 50 mm

Hình 2.4 Cốt thép ngang trong vùng tới hạn của dầm

được vượt quá 0,65

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

- Phải bố trí ít nhất một thanh trung gian giữa các thanh thép ở góc dọc theo mỗi mặt cột để bảo đảm tính toàn vẹn của nút dầm-cột

chấn chính được xem là các vùng tới hạn

Trong đó:

lcl : Chiều dài thông thủy của cột

một vùng tới hạn và phải đặt cốt thép theo quy định

- Trên toàn bộ tiết diện ngang, bố trí hàm lượng cốt đai để đảm bảo hạn chế

theo điều kiện sau:

035 , 0

30

0 ,  



b

bc

d sy d

Trong đó:

hạn chế biến dạng được tính theo biểu thức sau:

d : Lực dọc thiết kế qui đổi (d = NEd/Ac fcd);

b0 : Chiều rộng của lõi có cốt đai hạn chế biến dạng;

+) Với các tiết diện ngang hình tròn có cốt đai và đường kính của lõi có cốt đai

2 0

+) Khoảng cách s giữa các vòng đai:

Trong đó:

+) Khoảng cách giữa các thanh cốt thép dọc cạnh nhau được cố định bằng cốt đai kín và đai móc không được vượt quá 200 mm

- Ít nhất một thanh cốt thép trung gian (giữa các thanh ở góc cột) thẳng đứng phải được bố trí ở mỗi phía của nút dầm kháng chấn chính với cột

2.3.2.4 Móng

- Không 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 Mặt dưới của dầm giằng hoặc của bản móng phải thấp hơn mặt trên của đế móng hoặc của đài cọc

- Dầm giằng và dầm giằng móng cần có chiều rộng tiết diện ngang ít nhất là

m cho những loại nhà có từ 4 tầng trở lên không kể tầng hầm

- Bản móng được bố trí phù hợp để liên kết theo phương nằm ngang các bản

tmin = 0,2 m và s,min = 0,2 %

- Trong dầm giằng và dầm giằng móng, dọc theo toàn bộ chiều dài của chúng,

2.4 Thực trạng một số công trình đã được thi công xây dựng trên địa bàn thành phố Đà Nẵng

2.4.1 Tổng quan

Từ năm 1997, khi trở thành thành phố trực thuộc trung ương, thành phố Đà Nẵng đã có nhiều thay đổi theo hướng tích cực Trong 20 năm qua, Đà Nẵng đã liên tục thay đổi gương mặt của mình, trở thành đầu tàu của miền Trung Trong nhiều năm liền, Đà Nẵng là thành phố có chỉ số năng lực cạnh tranh (PCI) đứng đầu cả nước

Cơ sở hạ tầng của thành phố được đầu tư mạnh mẽ Đời sống dân cư được cải thiện Những công trình liên tục được xây dựng trên toàn thành phố, trong đó có rất nhiều công trình cao tầng, tạo bộ mặt khang trang cho thành phố đáng sống nhất cả nước: Khách sạn, cao ốc, chung cư, văn phòng cho thuê, …

Trên thực tế, trong 50 năm gần đây, khu vực thành phố Đà Nẵng chưa xảy ra động đất Hầu hết các công trình đều chưa quan tâm đến tính toán, cấu tạo kháng chấn (trừ các nhà cao tầng được xây dựng trong giai đoạn 10 năm trở lại đây)