Thiết kế khung kháng chấn theo tiêu chuẩn Châu ÂU

Thiết kế khung kháng chấn nhà cao tầng theo tiêu chuẩn Châu Âu là tài liệu hướng dẫn chi tiết các bước cụ thể để thiết kế đúng theo các tiêu chuẩn từ Eurocode 0 tới Eurocode 8. Với tiết diện, vật liệu, tải trọng, tổ hợp tải trọng, nguyên lý tính toán, thiết kế đều tuân thủ tuyệt đối theo tiêu chuẩn Châu Âu. Tài liệu sẽ trích dẫn tiêu chuẩn, so sánh cách tính, kết quả so với Tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành, từ đó rút ra kết luận về phạm vi áp dụng khi tính toán hợp lý.

CHƯƠNG 8 - CHUYÊN ĐỀ:

THIẾT KẾ KHUNG KHÁNG CHẤN THEO

TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU VÀ THIẾT KẾ NÚT KHUNG KHÁNG CHẤN

8.1 Đặt Vấn Đề

- Thiết kế công trình chống động đất theo chỉ dẫn của tiêu chuẩn TCVN 9386:2012

là thiết kế theo tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 8, trong đó việc tính toán được yêu cầu tuân theo Eurocode 2 có những điểm khác biệt trong tính toán so với tiêu chuẩn Việt Nam Vì vậy nếu áp dụng các yêu cầu của TCVN 9386:2012 mà tính toán các trạng thái giới hạn theo Tiêu chuẩn Việt Nam là không đồng bộ

- Vì lý do đó đề xuất phương pháp tính toán, thiết kế công trình theo đúng như chỉ dẫn của TCVN 9386:2012 và tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 2 cho việc kiểm tra các trạng thái giới hạn nhằm đảm bảo tính đồng bộ khi tính toán và đảm bảo sự chính xác khi thiết kế

8.2 Nhiệm Vụ

- Tính toán thiết kế cụ thể điển hình cho khung trục D tại một số vị trí cấu kiện

- Tính toán cụ thể cho từng cấu kiện sẽ được diễn giải chi tiết và so sánh với phương án thiết kế trong chương 7, nhằm thấy được sự khác nhau trong quá trình tính toán thiết kế 1 cấu kiện có tính đến yếu tố kháng chấn và một cấu kiện thông thường

- khi thiết kế cho mỗi cấu kiện sẽ tiến hành so sánh phương thức và kết quả tính toán giữa Tiêu chuẩn Châu Âu và Tiêu chuẩn Việt Nam nhằm thấy được sự điểm giống và khác nhau giữa 2 tiêu chuẩn, đồng thời đánh giá được sự phù hợp của mỗi tiêu chuẩn trong những tình huống thiết kế cụ thể

8.3 Các Lưu Ý Khi Tính Toán

- Quá trình tính toán dựa trên chỉ dẫn của tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 – Thiết kế công trình chịu động đất Đây là tiêu chuẩn được biên soạn trên cơ sở chấp nhập tiêu chuẩn Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance có bổ sung hoặc thay thế các phần mang tính đặc thù của Việt Nam

- Các yêu cầu và đặc trưng về vật liệu, tiết diện cấu kiện hay phương pháp tính toán và tải trọng phải được lấy phù hợp theo tiêu chuẩn Eurocode EN 1992-1-1

- Công trình được thiết kế với các cấu kiện trong trường hợp cấp dẻo trung bình

Lập bảng so sánh cách quy cách xác định cường độ chịu nén tính toán của bê tông giữa 2 tiêu chuẩn:

Bảng 8 1: So sánh quy cách xác định cường độ chịu nén giữa 2 tiêu chuẩn

Nội dung so sánh TCVN 5574:2012 EN 1992 – Eurocode 2 Đặc trưng vật liệu và

ký hiệu

Cấp độ bền, từ B3.5 đến B80 (Mác từ M50 đến M1000)

+ Hệ số biến động 

+ Cường độ trung bình của mẫu thử tiêu chuẩn f cm + Xác xuất đảm bảo 95%

Xác định cấp độ bền

(1 1.64 )

m

B=B −  Với  =0.135

+ f ck( )t = f cm( ) 8t − MPa khi

3 t 28 ngày

+ f ck( )t = f ck với t =28 ngày Xác định cường độ

chịu nén tiêu chuẩn

/

cd cc ck c

f = f  với + c =1.5 với tổ hợp cơ bản + c =1.2với tổ hợp đặc biệt + cc =1

Mẫu thử tiêu chuẩn

Mẫu vuông, cạnh 150 mm + Mẫu trụ, đường kính 150

mm, cao 300 mm

+ Mẫu vuông, cạnh 150 mm

Từ bảng so sánh trên, ta rút ra một số kết luận:

- Cách xác định cường độ tiêu chuẩn, cường độ tính toán trong 2 tiêu chuẩn là có

sự khác nhau do đó để tính toán theo TCVN 9386:2012 ta phải tuân theo các đặc trưng của EN 1992 – Eurocode 2

- Thông số để xác định cấp bền chịu nén của 2 tiêu chuẩn gần như giống nhau, và cấp bền chịu nén của 2 tiêu chuẩn đều dựa vào cường độ trung bình của các mẫu thử

- Theo EN 1992, có thể quy đổi gần đúng cường độ nén trung bình f cm của mẫu trụ sang mẫu vuông cạnh 150 mm theo hệ số tỷ lệ giữa cấp bền tương ứng ví dụ: với

bê tông C16/20 có hệ số chuyển đổi tương ứng 20/16 = 1.25

- Dựa vào các đặc trưng về vật liệu trong TCVN (Bảng A1) và EN 1992 (Bảng 3.1) ta thấy các giá trị mô đun đàn hồi, hệ số dãn nở nhiệt, hệ số poison… là xấp xỉ nhau

- Theo như các nhận xét trên, kèm theo sự so sánh tương quan giữa các giá trị đặc trưng vật liệu bê tông cho trong bảng A1 – TCVN 5574:2012 và bảng 3.1 EN 1992 Eurocode 2 Ta có tương đương về cấp bền của bê tông giữa 2 tiêu chuẩn như dưới

Bảng 8 2: Bảng tương đương cấp độ bền bê tông giữa 2 tiêu chuẩn

❖ Bê tông chọn B35 theo TCVN tương đương với C30/37 theo EN 1992:

✓ Cường độ đặc trưng của mẫu trụ: f ck =30 (MPa)

✓ Cường độ đặc trưng của mấu lập phương: f ck cube, = 37 (MPa)

✓ Giá trị trung bình cường độ chịu nén của bê tông: f cm =38 (MPa)

✓ Giá trị cường độ chịu nén thiết kế của bê tông: f cd =cc f ck /c

Trong đó: cc =1 là hệ số xét đến ảnh hưởng dài hạn của tải trọng khi nén

c =1.5đối với bê tông, là hệ số an toàn về vật liệu Lấy theo bảng 2.1

En Eurocode 1992-1-1

Vậy ta có f cd =20 (MPa)

✓ Giá trị cường độ chịu kéo thiết kế của bê tông: f ctd =ct f ctk,0.05 /c

Trong đó: ct =1 là hệ số xét đến ảnh hưởng dài hạn của tải trọng khi kéo

f ckt,0.05 = 2 (MPa)

Vậy ta có f ctd =1.34 (MPa)

✓ Mô đun đàn hồi của bê tông: E c =1.05E cm

Trong đó, E cm =32000 (MPa) là mô đun đàn hồi trung bình các mẫu nén

Vậy E c=33600 (MPa)

✓ Hệ số poison  =0.2

Bảng 8 3Bảng xác định quy cách cốt thép giữa 2 tiêu chuẩn

Theo EN 1992 - Eurocode 2 Theo TCVN 5574:2012

loại giới hạn chảy

fyk (Mpa) dạng loại chảy Rgiới hạn sn

(Mpa)

Giới hạn bền Rsu

❖ Cốt thép CIII/AIII có có các đặc trưng phù hợp với yêu cầu về cốt thép theo tiêu

chuẩn TCVN 9382:2012 khi thiết kế kết cấu theo cấp dẻo trung bình Các đặc trưng

tính toán của cốt thép như sau:

✓ Giới hạn chảy của cốt thép

Theo tiêu chuẩn Việt Nam, giới hạn chảy của cốt thép chính là cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của cốt thép R sn đã cho trong bảng trước đó tương đương với f yk trong Tiêu chuẩn Châu Âu

 f yk =R sn = 390 (MPa)

✓ Cường độ tính toán của cốt thép là tỷ số giữa giới hạn chảy của cốt thép f yk và hệ

số riêng  s

Ta lấy: s =1.15 cho cốt thép loại CIII khi tính toán theo TTGHI

s =1 khi tính toán theo TTGHII

Vậy cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép theo TTGHI

y yk s

f = f  = MPa có thể lấy giá trị tính toán theo R s =356 (MPa)

✓ Mô đun đàn hồi của thép E s =200 000 (MPa)

8.5 Tiết Diện Cấu Kiện

+ h w: là chiều cao dầm đang xét

+ b c: là cạnh lớn nhất của tiết diện ngang cột vuông góc với trục dầm

- Kích thước tiết diện dầm có thể chọn theo như chương 3, tuy nhiên phải đảm bảo

yêu cầu về thiết kế kháng chấn như trên

- Kich thước tiết diện ngang của cột kháng chấn không được nhỏ hơn 1/10 khoảng cách giữa điểm uốn và các đầu mút của cột

Sơ bộ tiết diện cột được tính toán tương tự như trong chương 3: Tiết diện sơ bộ và vật liệu tuy nhiên có xét thêm sự thỏa mãn với yêu cầu thiết kế kháng chấn

- Theo đó, ta có bảng chọn tiết diện dầm cột như sau:

- Tiết diện vách và lõi được lựa chọn như trong chương 3, đảm bảo bề dày vách

theo yêu cầu kháng chấn

0 0.15; / 20 ( )

Trong đó: h s là chiều cao thông thủy nhà, tính bằng mét

Theo đó, ta chọn vách có chiều dày 0.4m, không đổi từ móng tới mái

8.6 Tải Trọng Và Tác Động

- Cấu tạo sàn, vị trí trên mặt bằng kiến trúc không thay đổi Do đó các giá trị tĩnh tải, hoạt tải sàn được lấy như thiết kế khung chưa xét tới kháng chấn Giá trị và các

bước tính toán được trình bày chi tiết trong chương 4: Tải trọng và tác động

- Trong phần này, có 3 vấn đề cần lưu ý tính toán phù hợp với yêu cầu kháng chấn của công trình và phù hợp với tiêu chuẩn Châu Âu

❖ Thứ nhất: Tính toán tác động của động đất theo phương pháp thích hợp tại các chỉ

dẫn theo TCVN 9386:2012 cũng như trong EN – 1998 Eurocode 8

❖ Thứ hai: Tính toán tải gió tác động lên công trình phù hợp với Tiêu chuẩn Châu

Âu và phân vùng gió trên lãnh thổ Việt Nam Phương pháp tính toán tải gió được lấy theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 1991 Eurocode 1: Actions on structures

❖ Thứ ba: Tổ hợp tải trọng theo chỉ dẫn của tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 và theo các

chỉ dẫn chung của EN 1990 Eurocode 0, EN 1991: Eurocode 1

- Ta lần lượt đi tới giải quyết từng vấn đề được nhắc tới:

8.6.1 Tính Toán Tác Động Của Động Đất

8.6.1.1 Xác Định Mức Độ Thiết Kế Kháng Chấn Cho Công Trình

- Công trình thuộc loại công trình nhà ở, chung cư Tra phụ lục E TCVN 9386:2012 với mức độ quan trọng của công trình thuộc mức II, hệ số tầm quan trọng 1

+ a gR/ g : là gia tốc nền tham chiếu quy đổi theo gia tốc trọng trường, tra được theo phụ lục H

a  m s = Động đất rất yếu, không cần thiết kế kháng chấn

- Với công trình Khu Tái Định Cư Bình Khánh cần tính toán và cấu tạo kháng chấn

đầy đủ

8.6.1.2 Xác Định Hệ Số Ứng Xử Của Kết Cấu:

Là hệ số xét đến khả năng tiêu tán năng lượng của kết cấu

- Theo mục 5.2.2.2 TCVN 9386:2012 ta có công thức xác định hệ số ứng xử của kết cấu theo phương nằm ngang như sau:

0 w 1.5

q=q k Trong đó: q0: là giá trị cơ bản của hệ số ứng xử, phụ thuộc vào loại kết cấu và tính đều đặn của mặt đứng Tra bảng 5.1 TCVN 9386:2012 cho hệ có sự đều đặn theo mặt đứng kết cấu:

Bảng 8 6: Giá trị cơ bản của hệ số ứng xử cho hệ có sự đều đặn theo mặt đứng

- Công trình đang xét có kết cấu thuộc hệ khung, hệ hỗn hợp do đó q0 =3 u l 1 1

- Vậy ta có hệ số ứng xử cho kết cấu công trình: q=3( u / 1) kw = 3 1.3 1 3.9 =

8.6.1.3 Các Phương Pháp Tính Toán Tác Động Của Động Đất

Có 2 phương pháp phổ biến để tính toán tải trọng động đất là: Phương pháp lực tĩnh ngang tương đương và phương pháp phân tích phổ phản ứng

- Phương pháp lực tĩnh ngang tương đương là phương pháp trong đó lực quán tính

do động đất sinh ra tác động lên công trình theo phương nằm ngang được thay bằng các lực tĩnh ngang Lực tĩnh do tác động của động đất đặt tập trung tại chân công trình được gọi là lực cắt dáy, lực này được phân phối trở lại trên chiều cao công trình tại các vị trí có khối lượng tập trung, thường là cao trình bản sàn

+ Theo TCVN 375:2006 mục 4.3.3.2: để tính theo phương pháp lực tĩnh ngang tương đương Cần thỏa 2 yêu cầu sau:

và khối lượng của tất cả các kết cấu thẳng đứng chịu tải cần giữ nguyên không đổi hoặc thay đổi giảm dần, không thay đổi đột ngột từ chân đến đỉnh công trình

 Ta nhận thấy, công trình Khu Tái Định Cư Bình Khánh không thỏa ngay từ điều kiện đầu và kết cấu cột thay đổi 3 tầng 1 lần nên không thích hợp để tính toán theo phương pháp này

- Với phương pháp phân tích phổ phản ứng ta xét các dạng dao động có đóng góp đáng kể vào dao động tổng thể của nhà Do vậy, ta dùng phương pháp này để tính toán tác động động đất lên công trình

8.6.1.4 Trình Tự Tính Toán Theo Phương Pháp Phổ Phản Ứng

a Xác định chu kỳ dao động bằng phần mềm etabs

- Theo mục 3.2.4 và mục 4.2.4 TCVN 9386:2012 khi phân tích dao động để xét tới tác động động đất ta có hệ số tổ hợp tải trọng với tác động thay đổi thứ i và sự tác động đồng thời của hoạt tải được cho:

1

" "

k j E i k i j

+ G k j, : Là giá trị đặc trưng của tính tải

+ Q k i, : Là giá trị đặc trưng của hoạt tải

+ E i, : Các giá trị tổ hợp dùng để tính toán hệ quả của tác động động đất, và được xác định theo: E i, =2,i

b Tính tung độ của phổ thiết kế tại chu kỳ T iX Y, : S T d( iX,Y)

- Nền đất khu vực thiết kế quận 2 thuộc loại đất cát, sét Có SPT khá nhỏ nên thuộc loại đất nền D Tra bảng 3.2 TCVN 9386:2012, ta được các thông số đất nền kèm theo

Bảng 8 10: Thông số đất nền loại D

Loại đất S TB(S) TC(S) TD(S)

C g

C D g

- Xét dạng dao động thứ nhất theo phương x: chu kỳ T = 2.419 (s) > TD vậy tính

c Tính khối lượng hữu hiệu M T j( ) dạng dao động thứ i theo phương x, y

- Công thức xác định khối lượng hữu hiệu:

ij, , 1

,

2

ij, , 1

n

xy j xy j

i xy n

xy j xy j

( )

ij xy j xy j

i xy i xy n

ij xy j xy j

Bảng 8 11: Thông số tính toán chung

**) Tính Toán Theo Phương Pháp Phân Tích Phổ Phản Ứng

Sd(T) = 0.1987 Sd(T) = 0.2947

Fix = 8139.1 kN Fiy = 11298 kN

Bảng 8 12: Kết quả tính tác động của động đất theo phương pháp phổ phản ứng

Bảng tính động đất theo phương pháp phân tích phổ phản ứng

Thông số chung tính toán theo phương x tính toán theo phương y

8.6.2 Tính Toán Tải Gió Tác Động Vào Công Trình

- Việc tính toán tác động của tải gió tác động vào công trình cần có một số lưu ý như sau:

❖ Giá trị áp lực gió giữa 2 tiêu chuẩn có sự khác nhau về phương pháp lấy giá trị

Theo mục 6, tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737:1995 quy định việc lấy tải gió ứng với vận tốc gió ở độ cao 10 (m) so với mốc chuẩn, lấy trung bình khoảng 3 giây, bị vượt 1 lần trong 20 năm, ứng với dạng địa hình B (địa hình vùng ngoại ô thành phố, vật cản thưa thớt cao không quá 10 (m))

Theo mục 1.6.1 – EN 1991 Eurocode 1 quy định việc lấy tải gió ứng với vận tốc gió ở độ cao 10 (m) so với mốc chuẩn, lấy trung bình trong khoảng 10 phút, bị vượt

1 lần trong 50 năm ứng với địa hình dạng II (tương đương dạng địa hình B theo TCVN 2737)

Vậy ta có thể thấy, các số liệu về áp lực gió trong TCVN 2737 khi đưa vào thiết

kế theo TCVN 9386:2012 cần chuyển đổi lại cho phù hợp với thời gian lấy trung bình và chu kỳ lặp

Theo các kết quả nghiên cứu “Soát xét tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 Tải trọng

và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế” đã được nghiệm thu ở Hội đồng Khoa học cấp

sơ sở và cấp bộ, thì việc chuyển đổi áp lực gió theo thời gian và chu kỳ lấy gió theo tiêu chuẩn Việt Nam sang áp lực gió theo thời gian và chu kỳ theo tiêu chuẩn Châu

Âu có thể áp dụng theo công thức:

W là áp lực gió ứng với thời gian lấy trung bình 3 giây và có chu kỳ lặp

20 năm theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737:1995

Từ công thức chuyển đổi áp lực gió tiêu chuẩn trên, ta lập được bảng tương đương

áp lực gió theo 2 tiêu chuẩn như sau:

Bảng 8 13: Chuyển đổi áp lực gió giữa TCVN 2737: 1995 và EN 1991 Eurocode 1

❖ Quy trình tính toán gió phải tính toán theo chỉ dẫn trong EN 1991 – Eurocode 1

Theo mục 5.3 – EN 1991 tải gió tác động vào công trình có thể được tính theo một trong hai cách như sau:

✓ Cách 1: tính toán lực gió dựa vào các hệ số lực

- Tải trọng gió tác dụng vào kết cấu hoặc một bộ phận kết cấu khi tính toán theo phương pháp sử dụng các hệ số lực được xác định theo công thức sau:

( ) A

w s d f p e ref

F =C C C q z  Hoặc tính toán trên cơ sở tổng hợp các thành phần lực theo công thức:

+ C C s d : là hệ số phụ thuộc và đặc điểm kết cấu

+ C f : là hệ số áp lực cho toàn bộ kết cấu hoặc các bộ phận kết cấu

+ A ref : là diện tích tham chiếu của kết cấu hoặc các bộ phận kết cấu

+ q p( ) :z e là giá trị áp lực gió tại độ cao ứng với chiều cao tham chiếu z e + z e: là chiều cao tham chiếu cho áp lực bên ngoài

+ W e: là áp lực bên ngoài lên bề mặt kết cấu ở độ cao z e

+ W i: là áp lực bên trong lên bề mặt kết cấu ở độ cao z e

+ C fr: là hệ số ma sát

+ A fr: là diện tích bề mặt ngoài song song với hướng gió

Các hiệu ứng của lực ma sát do gió lên bề mặt có thể không cần xét tới khi tổng diện tích của tất cả các mặt song song với hướng gió nhỏ hơn hoặc bằng 1/4 tổng diện tích tất cả các bề mặt bên ngoài vuông góc với hướng gió

- Với công trình trong luận văn này, sinh viên chọn cách 1 để tính toán tải trọng gió tác động lên công trình

8.6.2.1 Trình Tự Tính Toán Tải Trọng Gió Theo Eurocode 1 – Dựa vào các hệ số lực

- Theo điều (2) mục 1.1 Eurocode 1 Phạm vi áp dụng tiêu chuẩn này là cho những công trình dân dụng có chiều cao dưới 200 (m) và các công trình cầu 1 nhịp có nằm

ở độ cao trên 200 (m)

- Chỉ xét ảnh hưởng dạng đầu tiên của dao động khi tính gió, các dạng dao động khác có ảnh hưởng không đáng kể

- Công thức xác định tải gió theo phương pháp sử dụng hệ số lực:

Trình tự tính toán tải trọng gió như sau:

a Xác định các thông số dao động của công trình:

- Các thông số dao động được lấy từ việc mô phỏng công trình bằng phần mềm etabs với khối lượng dao động xét là: Mass source = TT + 0.5HT

- Các thông số dao động cần thiết bao gồm:

+ Chu kỳ và tần số dao động

b Xác định hệ số lực gió C f cho công trình

(tham khảo mục 7.6 – Eurocode 1)

- Hệ số lực của các bộ phận kết cấu có tiết diện chữ nhật được xác định theo công thức sau:

,0

C =C    Trong đó:

+ C f,0:: là hệ số lực với tiết diện chữ nhật sắc cạnh, giá trị được tra theo biểu

đồ hình 7.32 – mục 7.6 Eurocode 1, dựa vào tỷ số d/b (chiều sâu/ chiều rộng đón gió)

Hình 8 2: Biểu đồ xác định hệ số lực ban đầu

+  là hệ số kể đến sự giảm lực tác dụng do góc được bo tròn Với tiết r :mặt bằng chữ nhật sắc cạnh ta lấy r =1

+  hệ số xét đến độ mảnh của kết cấu xác định bằng đồ thị hình 7.36 – :Eurocode 1 - thông qua giá trị độ mảnh 

Hình 8 3: Bảng tra hệ số độ mảnh thông qua độ mảnh công trình

Giá trị độ mảnh  được xác định theo chỉ dẫn cho trong bảng 7.16 – Eurocode 1 theo hình dạng và kích thước công trình

c Xác định hệ số phụ thuộc dạng kết cấu C C s d

Tham khảo mục 6 – Eurocode 1

- Các hệ số C C s d được đưa vào để tính toán tác động của tải trọng gió có kể đến ảnh hưởng của thành phần động do sự chuyển động của kết cấu

- Các yếu tố cấu trúc C C s d có thể tách thành một yếu tố kích thước C s và một yếu

Hình 8 4: Mô hình gió và chiều cao tham chiếu theo Eurocode 1

o b h, là chiều rộng và chiều cao của kết cấu theo phương đón gió

o L z( )e là tỷ lệ chiều dài độ rối ở độ cao tham chiếu z e, được xác định theo biểu thức sau:

L z =L z với z e z min

0

200 ( )

300 ( )0.67 0.05ln( )

t t

(1 10.2 ( , ))

L L

f là tần số ứng với dạng đầu tiên của công trình

+ I z v( )e là hàm giá trị bất ổn định, xét tại độ cao tham chiếu z e Được xác định theo biểu thức:

z là chiều cao tối đa xét z max =200 ( )m

d Xác định áp lực gió tại độ cao tham chiếu q z p( )e

Tham khảo mục 4.5 – Eurocode 1

- Áp lực gió tại độ cao tham chiếu z e được xác định theo công thức:

2

1

q z = + I z    v z =C z q

Trong đó:

+ q p là áp lực gió tiêu chuẩn, lấy theo bảng quy đổi (Bảng 8.13) q p =W0

+ C z e( )e là hệ số mở rộng tại độ cao tham chiếu, xác định theo công thức:

0.07 0 ,

0.19

r

o II

z k

z

 

=  

  với z0,II =0.05 ( )m

e Xác điện đón gió tại độ cao tính A ref

- Các tầng điển hình có diện đón gió trính theo:

ref t

A = h b :

8.6.2.2 Kết Quả Tính Tải Gió Cho Công Trình

a Thông số dao động của công trình

- Từ file etabs lập sẵn, ta có giá trị tần số dao động của công trình như sau

Bảng 8 14: Giá trị tần số dao động riêng cần tính toán

Modes Chu kỳ Dạng dao động tần số

- Xét theo phương x: =min(0.7 62.6 / 25.1; 70)  = 1.75

Tra biểu đồ hình 7.36 EC1 với hệ số = 1 ta được:  =0.64

- Xét theo phương y: =min(0.7 62.6 / 59.6, 70)  = 0.735

Tra biể đồ với  = 1 ta được:  =0.62

Vậy, giá trị hệ số lực được lấy:

m e r e r e b

v z =C z C z v + C r0( )z e lấy bằng 1 nếu không có yêu cầu đặc biệt nào

+  là vận tốc gió cơ bản phụ thuộc vào vùng áp lực gió, tra theo tài liệu b

“Soát xét tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế” đã được nghiệm thu ở Hội đồng Khoa học cấp sơ sở và cấp bộ ta được giá trị v b =28.14 (m s/ ) đối với địa hình IIA

Vậy ta có áp lực gió tại cao độ tham chiếu là:

2( ) 3.255 0.5 1.628 ( / )

p e

e Xác định diện đón gió tham chiếu:

- Theo Eurocode 1, diện đón gió tham chiếu xác định bằng công thức A ref = b l

với l là chiều cao công trình tính từ mặt đất

- ở đây, ta gắn gió vào tâm cứng của mỗi sàn, do đó diện đón gió được xác định cho từng sàn tầng thay vì cho cả công trình

f kết quả lực gió quy về cho từng tầng

- từ các tính toán trên, và dựa vào công thức xác định lực gió ta có được bảng kết quả lực gió cho từng tầng như bên dưới

Bảng 8 15: Kết quả tính gió theo tiêu chuẩn Châu Âu

cao độ qp(ze) Aref Fwx qp(ze) Aref Fwy

) (m2) (kN) Mái 62.6 1.61 0.84 1.628 36.6 80 1.44 0.82 1.628 101.3 195

8.6.3 Tổ Hợp Tải Trọng

Tổ hợp tải trọng cơ bản tuân theo chỉ dẫn mục 6.5.3 - Eurocode 0

- Eurocode định nghĩa, tải trọng là tác động, tổ hợp tải trọng chính là tổ hợp các tác động cần tính toán

- Để thuận tiện cho việc tổ hợp tải theo tiêu chuẩn Châu Âu, ta ký hiệu tải trọng như sau:

Bảng 8 16: Ký hiệu tải trọng sử dụng để tổ hợp

❖ Nguyên tắc tổ hợp cơ bản.(tình huống thiết kế lâu dài và tạm thời)

- Dạng tổng quát theo EN 1990 thiết kế cho tình huống này như sau:

d Sd g j k j p q k i k i

E = E  G  P  Q  Q với j 1;i 1 Trong đó:

+ Sd : hệ số mô hình không chắc chắn, thường lấy Sd =1

+ Các hệ số  và  là các hệ số tổ hợp lấy theo phụ lục A – Eurocode 0 + G: là giá trị đặc trưng cho tĩnh tải

+ P: là giá trị xét tới tải do ứng suất trước, lấy bằng 0 nếu kết cấu không có ứng suất trước

+ Q k,1 là giá trị hoạt tải đầu tiên

+ Q k i, : là các giá trị hoạt tải tiếp theo

- Theo đó, biểu thức xác định các tổ hợp tải trọng theo tiêu chuẩn được xét tới như sau:

Edx Edy Edx Edy

++Trong đó: dấu “+” có nghĩa là “tổ hợp với”

- Khi có tải trọng động đất thì không tổ hợp thêm tải trọng gió

DY (6)

BaoI tổ hợp bao bao tất cả các tổ lợp tư C1 đến C29

theo TTGHII - sử dụng tải tiêu chuẩn

BaoIIa tổ hợp bao toàn phần C26+C28+C29+C32+C33

8.7 Mô Hình và Nội Lực

- Khung được mô hình lại vào etabs với các giá trị về vật liệu, tiết diện, tải trọng

và tổi hợp tải trọng như đã trình bày trong phần trên

Hình 8 5: Mô hình công trình trong etabs

Hình 8 7: Biểu đồ bao mô men

khung trục D

Hình 8 6: Biểu đồ bao lực cắt

khung trục D

Hình 8 8: Biểu đồ bao lực dọc khung trục D

8.8 Kiểm Tra Chuyển Vị Ngang Tương Đối Giữa Các Tầng

Tham khảo mục 4.3.4 và mục 4.4.3.2 TCVN 9386:2012 – Thiết kế công trình chịu động đất

- Theo đó, nếu thực hiện phân tích phi tuyến thì các chuyển vị gây ra bởi tác động động đất thiết kế phải được tính toán dựa trên cơ sở biến dạng đàn hồi của kết cấu bằng biểu thức đơn giản sau:

s d c

d =q d Trong đó:

+ d s: là chuyển vị của một điểm trên hệ kết cấu gây ra bởi tác động động đất thiết kế

+ q d là hệ số ứng xử của chuyển vị, nếu không có chỉ định khác ta lấy giá trị q d = =q 3.9

+ d c là chuyển vị cùng điểm đó của kết cấu được xác định theo phân tích tuyến tính dựa trên phổ phản ứng thiết kế (giá trị được phân tích theo Etabs)

- Chuyển vị ngang tương đối giữa các tầng :

, j , 1

r s s j

d =d −d − Trong đó:

+ d r: là chuyển vị ngang tương đối giữa các tầng

+ v: là hệ số chiết giảm, lấy bằng giá trị kiến nghị trong tiêu chuẩn v =0.4 + h t : là chiều cao tầng

+ Bộ phận phi kết cấu của nhà ví dụ: tường chắn mái, tường đầu hồi, cột ăng ten, tường bao, tường ngăn, lan can…

- Theo đó ta có bảng kiểm tra chuyển vị ngang giữa các tầng như sau:

Bảng 8 19: Kết quả kiểm tra chuyển vị tương đối giữa các tầng

Kiểm tra Sàn tầng

8.9 Thiết Kế Dầm Khung Trục D

- Để an toàn và đơn giản về mặt tình toán, ta bỏ qua khả năng chịu nén của bản cánh mà tính toán trực tiếp theo tiết diện chữ nhật là kích thước tiết diện dầm đã chọn

- Nội lực tính toán dầm được lấy từ tổ hợp Bao

- Chỉ dẫn tính toán tuân theo mục 3.1.7 và mục 6.1 EN 1992-1-1 Eurocode 2

- Chỉ tính toán cho trường hợp đặt cốt đơn

 Vậy tính toán dầm là tính toán cho cấu kiện chữ nhật đặt cốt đơn

8.9.1 Lý Thuyết Tính Toán Cốt Dọc

8.9.1.1 Sơ đồ ứng suất theo tiết diện cốt đơn

Hình 8 9: Sơ đồ ứng suất tiết diện cốt đơn theo Eurocode 2

- Với bê tông cấp bền nhỏ hơn C50/C60 thì ta lấy =0.8

- Trong vùng nén, bến dạng của thớ ngoài cùng tiết diện đạt đến biến dạng giới hạn cu =0.0035 (0.35%)

8.9.1.3 Bài toán tính cốt thép

Trình tự tính toán cốt thép như sau:

✓ Chọn a là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu lực tới bề mặt chịu kéo của tiết diện bê tông, từ đó ta tính được chiều cao làm việc hiệu quả của tiết diện:d= −h a

✓ Tính giá trị K:

2

ck

M K

bd f

=

Nếu K 0.167 phải tăng kích thước tiết diện cấu kiện hoặc đặt thêm cốt thép vùng nén (bố trí cốt kép)

M A

f z

=

✓ Chọn cốt thép, kiểm tra điều kiện hàm lượng và tiến hành bố trí thép vào tiết diện

8.9.1.4 Tính toán điển hình cho dầm B25

- Tính toán điển hình cho vị trí gối 1 có:

8.9.2 Tính Toán Cốt Ngang Cho Dầm

8.9.2.1 Trình Tự Tính Toán Cốt Đai

Tham khảo EN 1992-1-1 mục 6.2 Eurocode 2

✓ Bước 1: Xác định khả năng chịu cắt của bê tông không cốt đai:

Theo công thức (6.2), mục 6.2.2 - EC2 khả năng chịu cắt tối thiểu của bê tông:

+ cp: là ứng suất trong bê tông do lực dọc N Ed gây ra Với cấu kiện chịu uốn ta có cp= 0

+ k =1 0.15 là hệ số xét tới ảnh hưởng của lực dọc

 Nếu thỏa điều kiện trên thì ta chỉ cần bố trí cốt đai theo cấu tạo

 Nếu không thỏa ta phải tính toán cốt đai chịu cắt

✓ Bước 2: Kiểm tra điều kiện bê tông không bị nén vỡ dưới ứng suất nén chính

Theo công thức (6.9), mục 6.2.3 – EC2 ta có điều kiện:

,

Ed Rd max

V V

1 ,

cd w

Rd max

f b z V

+ Theo EC2, giới hạn góc nghiêng  là từ 0

+ z là khoảng cách giữa hợp lực vùng nén và vùng kéo Lấy z=0.9d

 Nếu điều kiện trên không thỏa ta phải tăng kích thước tiết diện hoặc câp độ bền của bê tông

 Nếu điều kiện trên đã thỏa ta tiến hành tính toán bố trí cốt đai cho tiết diện

✓ Bước 3: chọn đường kính, số nhánh cốt đai cần thiết và xác định bước cốt đai yêu

- Bước cốt đai chọn: S=min S( tt,S ct)

- Bước cốt đai chọn không được nhỏ hơn 80 (mm) để đảm bảo yêu cầu đổ bê tông

- Bước cốt đai bố trí dày trong phạm vi vùng tới hạn gần gối l cr , lấy theo mục 5.4.3.1.2 TCVN 9386:2012 l cr =h Cốt đai đầu tiên đặt cách mút dầm không quá 50 (mm)

8.9.2.2 Tính Toán Điển Hình Cho Dầm B25-Khung Trục D

- Xét dầm B25 – Khung trục D, tầng trệt có các thông số như sau:

Bảng 8 20: Thông số tính toán dầm B25 – Tầng trệt

(kN) b(m) h(m) (m) (m) B25 378.74 0.3 0.8 0.75 0.7

✓ Bước 1: Xác định khả năng chịu cắt của bê tông không cốt đai:

Ta có, V Ed V Rd c min, = cần tính cốt đai chịu lực cắt

✓ Bước 2: Xác định khả năng không bị nén vỡ dưới ứng suất nén chính của bê tông

Ta có V Ed V Rd max, = tiết diện bê tông đã đủ khả năng chống nén vỡ

✓ Bước 3: chọn cốt đai đường kính 10, số nhánh cốt đai n =2

Bước cốt đai tính toán:

00.9 750 500 79 2 (45 )

102 ( )378.74 1000

 Chọn cốt đai 8 200a bố trí trong khoảng giữa nhịp dầm

❖ Kết quả tính cốt đai cho dầm khung trục D được trình bày trong phụ lục E: Kết quả thiết kế khung kháng chấn theo tiêu chuẩn Châu Âu

8.9.3 So sánh quy cách thiết kế dầm giữa Eurocode và TCVN

Bảng 8 21: So sánh thiết kế dầm giữa Eurocode và TCVN

Thông số

so sánh

Thiết kế theo tiêu chuẩn Châu Âu

Thiết kế theo Tiêu chuẩn Việt Nam Dầm điển

s

s

R bh A

+ Xác định khả năng chịu cắt của

bê tông không cốt đai:

cả các yêu cầu về cấu tạo

+ Kiểm tra khả năng chống nén vỡ của dầm dưới tác dụng của ứng suất Nén chính

- Cả 2 tiêu chuẩn đều có phương thức xác định phương trình cân bằng giống nhau nhưng quy định về giá trị vùng bê tông và các hệ số kèm theo là khác nhau

- Về mặt tính toán, cả 2 phương pháp đều có trình tự và phương thức tính toán tương đồng nhau tuy nhiên có một số chỉ dẫn xác định khác nhau, một số công thức bên tiêu chuẩn Châu Âu xác định khá phức tạp như việc xác định giá trị z để tính cốt thép Tuy nhiên công thức xác định cốt thép lại đơn giản hơn so với tiêu chuẩn Việt Nam

- Ta có thể thấy sự tương tự nhau trong các bước tính toán của cả 2 tiêu chuẩn, tuy

có một vài hệ số và trình tự có sự khác biệt do quy định và ký hiệu của từng quốc gia

8.9.4 Kiểm Tra Dầm Theo TTGHII

Tham khảo chương 7- EN 1992-1-1 Eurocode 2

Theo giả thiết ban đầu bỏ qua khả năng chịu kéo của bê tông vì bê tông vùng kéo luôn có vết nứt khi làm việc bình thường Ta tính toán dầm bê tông cốt thép theo TTGHII bao gồm các công việc sau:

- Kiểm tra sự hình thành khe nứt

- Khống chế bề rộng vết nứt và cấu tạo chống nứt

- Khống chế độ võng

8.9.4.1 Kiểm tra sự hình thành khe nứt

Điều kiện để vết nứt không hình thành trong vùng chịu kéo là:

cr

M M

Trong đó:

+ M là mô men tính toán tại tiết diện xét

+ M cr là mô men kháng nứt tính theo công thức

0.3 ( )

k max

Trong đó:

+ w k: là bề rộng khe nứt tính toán, ta xét 2 bề rộng khe nứt

o Bề rông khe nứt do tải trọng tác dụng dài hạn

o Bề rông khe nứt do tải trọng tác dụng ngắn hạn

+ w max: là bề rông khe nứt lớn nhất cho phép, phụ thuộc vào từng loại công trình

❖ Bề rộng khe nứt thẳng góc