Đánh giá ứng xử kết cấu nhà cao tầng chịu động đất theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương, phổ phản ứng và lịch sử thời gian

Nhằm hiểu rõ hơn về cách tính toán, khác biệt trong ứng xử của kết cấu dưới tải trọng động đất được tính theo ba phương pháp này, từ đó rút ra được phương pháp tối ưu theo từng tiêu chí

-

HUỲNH THẾ DƯƠNG

ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT THEO PHƯƠNG PHÁP

TĨNH LỰC NGANG TƯƠNG ĐƯƠNG,

PHỔ PHẢN ỨNG VÀ LỊCH SỬ THỜI GIAN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Đà Nẵng – Năm 2020

DUT.LRCC

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -

HUỲNH THẾ DƯƠNG

ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT THEO PHƯƠNG PHÁP TĨNH LỰC NGANG TƯƠNG ĐƯƠNG,

PHỔ PHẢN ỨNG VÀ LỊCH SỬ THỜI GIAN

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn ký và ghi rõ họ tên

Huỳnh Thế Dương

DUT.LRCC

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài: 1

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: 2

6 Bố cục đề tài 2

7 Tổng quan tài liệu nghiên cứu: 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU CÔNG TRÌNH CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 4

1.1 KHÁI QUÁT CHUNG VÉ ĐỘNG ĐẮT 4

1.1.1 Định nghĩa 4

1.1.2 Nguyên nhân 4

1.1.3 Đặc điểm 4

1.1.4 Sóng địa chấn và sự truyền sóng 4

1.1.5 Cường độ động đất 5

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KÉT CẤU NHÀ CAO TẦNG CHỊU TẠI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 7

1.2.1 Phương pháp tĩnh 7

1.2.2 Phương pháp động lực học 7

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN NHÀ CAO TẦNG CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 8

2.1 GIẢ THUYẾT TÍNH TOÁN 8

2.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 8

2.3 SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN 9

2.3.1 Sơ đồ phẳng tính toán theo hai chiều 9

2.3.2 Sơ đồ tính toán không gian 9

DUT.LRCC

2.4 Các bước tính toán 10

2.5 XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG 10

2.5.1 Tĩnh tải 10

2.5.2 Hoạt tải 10

2.5.3 Tải trọng động đất 11

2.6 TỔ HỢP TẢI TRỌNG 23

2.6.1 Tổ hợp tải trọng cơ bản 23

2.6.2 Tổ hợp tải trọng đặc biệt 24

2.7 KIỂM TRA CHUYỂN VỊ 27

2.7.1 Chuyển vị đỉnh 28

2.7.2 Chuyển vị lệch tầng 29

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA CÔNG TRÌNH DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 31

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 31

3.2 SỐ LIỆU PHÂN TÍCH 37

3.2.1 Vật liệu 37

3.2.2 Tải trọng 37

3.3 CÁC TRƯỜNG HỢP PHÂN TÍCH 38

3.3.1 Trường hợp 1 38

3.3.2 Trường hợp 2 38

3.3.3 Trường hợp 3 38

3.4 PHÂN TÍCH ĐỘNG ĐẤT TÁC ĐỘNG LÊN CÔNG TRÌNH BẰNG PHẢN MỀM ETABS 39

3.4.1 Công trình 1 39

3.4.2 Công trình 2 83

3.5 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH PHÙ HỢP CÔNG TRÌNH 107

KẾT LUẬN 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO)

DUT.LRCC

TÓM TẮT LUẬN VĂN ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT THEO PHƯƠNG PHÁP TĨNH LỰC NGANG TƯƠNG ĐƯƠNG, PHỔ PHẢN

ỨNG VÀ LỊCH SỬ THỜI GIAN

Học viên: Huỳnh Thế Dương

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Công trình thứ nhất: Phương pháp phổ cho kết quả thấp nhất cao nhất là phương pháp lịch sử thời gian Và nằm ở mức trung bình là phương pháp tĩnh ngang tương đương

Công trình thứ hai: Phương pháp tĩnh ngang tương đương không thể áp dụng vì không thể khống chế kết cấu để đảm bảo điều kiện đầu vào Kết quả thu được thì 2 phương pháp phổ phản ứng và lịch sử thời gian là tương đồng, có sự khác biệt về giá trị nhưng sai số nhỏ

Từ khóa: Tải động đất, ứng xử, tĩnh ngang tương đương, phổ phản ứng, lịch sử thời gian

SUMMARY OF THESIS

RESEARCH, EVALUATION OF THE BEHAVIOR OF HIGH-RISE BUILDINGS UNDER THE IMPACT OF EARTHQUAKE LOAD IS CALCULATED BY EQUIVALENT HORIZONTAL STATIC, REACTION SPECTRUM AND TIME

HISTORY

The research, evaluation and comparison of the behavior of high-rise buildings under the impact of earthquake load is calculated by three different methods: equivalent horizontal static, reaction spectrum and time history The dissertation is carried out on two structural models: the first building has the core frame structure, uniformly in height, the second is a structure with large columns, wall systems and associated beams Links, uneven according to height Results:

The first construction: The spectral method with the lowest highest results is the time history method And on average is the equivalent horizontal static method

The second construction: Equivalent horizontal static method cannot be applied because structure cannot be controlled to ensure input conditions The results obtained are two methods of reaction spectrum and time history are similar, with differences in value but small errors

Keywords: Earthquake load, behavior, horizontal static equivalent, spectrum method, time history

DUT.LRCC

DANH MỤC BẢNG

Số hiệu

1.1 Thang cường độ động đất theo đặc trưng của song 6

2.3 Chuyển vị giới hạn theo phương ngang fu theo yêu cầu cấu tạo 29

3.3 Tải sàn bổ sung cho sàn phòng ăn, khách, ngủ, vệ sinh 37

3.6 Tải trọng động đất tính theo phương pháp tĩnh ngang tương

3.16 Giá trị Drift do tải động đất gây ra – Phổ phản ứng 1033.17 Giá trị Drift do tải động đất gây ra – Phổ phản ứng 104

DUT.LRCC

3-37 Momen vách WG3 – WH3 Biểu đồ 3-38 Lực cắt vách WG3 95

DUT.LRCC

Số hiệu biểu

– WH3 3-39 Lực cắt vách WG4 – WH4 Biểu đồ 3-40 Momen vách WG4

DUT.LRCC

3.12 Kết hợp giữa phổ mục tiêu và lịch sử thời gain theo phương X 443.13 Kết hợp giữa phổ mục tiêu và lịch sử thời gain theo phương Y 44

3.16 Nhập tỉ lệ chuyển đổi vào tải trọng động đất lịch sử thời gian 463.17 Biểu đồ momen dầm khung trục 1 theo phương pháp tĩnh ngang

3.42 Biểu đồ lực cắt vách WG2, WG3, WG4 WG5 (tt) 93

DUT.LRCC

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Trong lịch sử tồn tại và phát triển, nhân loại phải đương đầu với các tai họa thiên nhiên như lũ lụt, hạn hán, bảo tố, động đất, núi lửa, sóng thần Trong đó động đất là một thảm họa thiên nhiên có khả năng phá hủy vô cùng khủng khiếp, có thể phá hủy một thành phố, một khu vực có thể bị sụt lún hoàn toàn Gây ra những hệ lụy to lớn cho con người và ảnh hưởng đến sự phát triển xã hội

Để bảo vệ sinh mạng của mình và các tài sản vật chất xả hội, con người đã có rất nhiều nỗ lực trong việc nghiên cứu phòng chống động đất Tuy đã có những bước tiến rất ngoạn mục trong lĩnh vực này nhưng cho đến nay con người vẫn không ngăn được những thảm họa do động đất gây ra

Các trận động đất xảy ra trong những năm gần đây tại Nhật Bản (1995), Thổ Nhĩ Kỳ (1999), HyLạp (1999), Đài Loan (1999), Ấn Độ (2001), Apganistan (2002), Iran (2004), Inđônêsia (2004), Haiti (2010), Chile (2010), Trung Quốc (2010), Inđônêsia (2010)… đã chứng minh điều đó Cho đến nay việc dự đoán thời gian và địa điểm diễn ra động đất chỉ là tương đối chính xác đối với nền khoa học và kĩ thuật đương đại Vì vậy mà con người cần có những biện pháp phòng ngừa nhằm giảm thiểu thiệt hại về con người, tài sản và những hệ lụy tất yếu do động đất gây

ra

Với trình độ khoa học- công nghệ hiện nay, con người chưa có khả năng dự báo một cách chính xác động đất sẽ xảy ra lúc nào, ở đâu, con người chưa có biện pháp phòng chống động đất chủ động như phòng chống bão hay lũ lụt Trong hoàn cảnh đó con người ngoài việc phải nghiên cứu các phương pháp nhằm hoàn thiện hơn nữa khả năng dự báo về động đất, chúng ta cũng phải tiếp tục nghiên cứu các phương pháp tính toán xây dựng các kết cấu công trình chịu tác dụng của động đất

Vì vậy mà công trình kháng chấn, công trình chịu động đất là một trong những giải pháp hàng đầu nhằm hạn chế, giảm thiểu thiệt hại của động đất gây ra cho con người, xã hội

Công trình kháng chấn, công trình chịu động đất là công trình được thiết kế với tải trọng động đất Tải trọng động đất hiện nay được tính toán theo 3 phương pháp: Tĩnh lực ngang tương đương, phổ phản ứng và lịch sử thời gian Nhằm hiểu

rõ hơn về cách tính toán, khác biệt trong ứng xử của kết cấu dưới tải trọng động đất được tính theo ba phương pháp này, từ đó rút ra được phương pháp tối ưu theo từng tiêu chí để áp dụng vào thực tế

DUT.LRCC

Do đó việc tiến hành nghiên cứu đề tài “Đánh giá ứng xử kết cấu nhà cao tầng chịu động đất theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương, phổ phản ứng và lịch sử thời gian” là cần thiết

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

Phân tích, so sánh và đánh giá ứng xử của kết cấu nhà cao tầng dưới tác dụng của tải trọng “động đất” tính theo 3 phương pháp:

- Tĩnh lực ngang tương đương

- Phổ phản ứng

- Lịch sử thời gian

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu, phân tích, so sánh ứng xử của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng động đất tính theo 3 phương pháp khác nhau

- Phạm vi nghiên cứu: Ứng xử của kết cấu nhà cao tầng dưới tác động của tải trọng động đất

4 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp thực nghiệm với các kết cấu giả định sử dụng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn để phân tích mô hình và rút ra kết luận

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

Nghiên cứu ứng xử của nhà cao tầng dưới tác động của tải trọng động đất khác nhau như thế nào theo 3 phương pháp tính của tải trọng động đất tĩnh ngang tương đương, phổ phản ứng, và lịch sử thời gian có ý nghĩa khoa học và thực tiễn Kết quả nghiên cứu luận văn có thể sử dụng:

Tài liệu tham khảo cho sinh viên chuyên ngành xây dựng tại các trường Đại học và Cao đẳng

Tài liệu tham khảo cho các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật xây dựng

6 Bố cục đề tài

Mở đầu:

1 Lý do chọn đề tài

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

DUT.LRCC

4 Phương pháp nghiên cứu

Chương 1: Tổng quan về công trình kháng chấn

Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế công trình kháng chấn

Chương 3: Phân tích khả năng ứng xử của kết cấu dưới tác động của tải trọng động đất So sánh sự khác nhau giữa 3 phương pháp tính

Kết luận và kiến nghị

1 Kết luận

2 Kiến nghị

7 Tổng quan tài liệu nghiên cứu:

Động đất và phân tích công trình chịu tác động cảu động đất là một chủ đề được nhiều tác giả trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu Kết quả nghiên cứu động đất được thực hiện trong các công trình nghiên cứu của tác giả nước ngoài

như: “Dynamics of structure: Theory and Applications to Earthquake Engineering – Anil K.Chopra (1995); “Earthquake-resistant concrete structures - Penelis, G.G and Kappos, A.J (1997)” Bên cạnh đó mỗi nước đều ban hành các Tiêu chuân tính động đất riêng xuất phát từ chiến lược phát triên kinh tế xã hội cũng như cơ sở vật chất kỹ thuật trong nước

Tại Việt Nam, nghiên cứu động đất được Viện Vật lý địa cầu thuộc Trung tâm khoa học tự nhiên và công nghệ Quốc gia tiền hành Hệ thống các thông số cơ bản của động đất, mục lục động đất ở Việt Nam, quy luật cơ bản vẻ tính động đất đã

được nghiên cứu và khái quát trong các công trình: “Nghiên cứu dự báo động đất

và dao động nền ở Việt Nam”; “Động đất trên lãnh thô Liệt Nam — Nguyễn Đình Xuyên năm 1985' Năm 2006, Bộ Xây dựng ban hành Tiêu chuẩn thiết kế động đất TCXDVN 375:2006 trên cơ sở chấp nhận Eurocode 8

DUT.LRCC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU CÔNG TRÌNH

CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 1.1 KHÁI QUÁT CHUNG VÉ ĐỘNG ĐẮT

1.1.1 Định nghĩa

Động đất là một sự rung chuyên hay chuyển động lung lay của mặt đất do sự lan tỏa năng lượng từ một điểm nhất định năm sâu trong lòng đất Động đất thường là kết qua sự chuyên động của các phay (geologic fault) hay những bộ phận đứt gãy trên vỏ của Trái đất hoặc các hành tỉnh cầu tạo chủ yếu từ chất răn như đất đá,

1.1.2 Nguyên nhân

Động đất hay địa chấn là sự rung chuyển trên bề mặt Trái Đất do kết quả của sự

cũng xảy ra ở các hành tinh có cấu tạo với lớp vỏ ngoài rắn như Trái Đất

Theo nghĩa rộng thì động đất dùng để chỉ các rung chuyển của mặt đất mà tạo ra sóng

địa chấn Chúng được gây ra bởi các nguyên nhân:

− Do vận động kiến tạo của các mảng kiến tạo trong vỏ Trái Đất, dẫn đến các hoạt động đứt gãy và hoặc phun trào núi lửa ở các đới hút chìm

− Thiên thạch va chạm vào Trái Đất, các vụ trượt lở đất đá với khối lượng lớn

− Hoạt động của con người gồm cả gây rung động không chủ ý và các kích động

có chủ ý trong khảo sát hoặc trong khai thác hay xây dựng, đặc biệt là các

vụ thử hạt nhân dưới lòng đất

1.1.3 Đặc điểm

Động đất diễn ra hàng ngày trên Trái Đất Chúng có thể có sự rung động rất nhỏ

để có thể cảm nhận cho tới đủ khả năng để phá hủy hoàn toàn các thành phố Hầu hết các trận động đất đều nhỏ và không gây thiệt hại

Tác động trực tiếp của trận động đất là rung cuộn mặt đất (Ground roll), thường gây ra nhiều thiệt hại nhất Các rung động này có biên độ lớn, vượt giới hạn đàn hồi của môi trường đất đá hay công trình và gây nứt vỡ Tác động thứ cấp của động đất là kích động lở đất, lở tuyết, sóng thần, nước triều giả, vỡ đê Sau cùng là hỏa hoạn do các hệ thống cung cấp năng lượng (điện, ga) bị phá hủy

1.1.4 Sóng địa chấn và sự truyền sóng

Các nhà địa chấn phân chia ra bốn loại sóng địa chấn, được xếp thành 2 nhóm:

hai loại gọi là sóng khối (Body waves) và hai loại gọi là sóng bề mặt (Surface waves)

DUT.LRCC

Sóng khối phát xuất từ chấn tiêu và lan truyền ra khắp các lớp của Trái Đất Tại chấn tâm thì sóng khối lan đến bề mặt sẽ tạo ra sóng mặt Bốn sóng này có vận tốc lan truyền khác nhau, và tại trạm quan sát địa chấn ghi nhận được theo thứ tự đi đến như sau:

• Sóng P: Sóng sơ cấp (Primary wave) hay sóng dọc (Longitudinal wave)

• Sóng S: Sóng thứ cấp (Secondary wave) hay sóng ngang (Shear wave)

• Sóng Love: Một dạng sóng mặt ngang phân cực ngang

• Sóng Rayleigh: còn gọi là rung cuộn mặt đất (Ground roll)

Tùy theo tình trạng ghi nhận sóng của trạm, nhà địa chấn tính ra cường độ, khoảng cách và độ sâu chấn tiêu với mức chính xác thô Kết hợp số liệu của nhiều trạm quan sát địa chấn sẽ xác định được cường độ và tọa độ vụ động đất chính xác hơn

1.1.5 Cường độ động đất

Cường độ động đất là thê hiện mức độ tàn phá mà động đất có thể gây ra ở một khu vực nào đó Giá trị thông số này đạt giá trị cực đại ở chấn tâm rồi giảm đân theo khoảng cách chân tâm, và phụ thuộc vào điểm quan sát

Thang cường độ động đất (hay cấp động đất) phụ thuộc vào khả năng nhận thức của con người vẻ mức độ phá hoại công trình xây dựng do động đất gảy ra Năm 1878, thang cường độ động đất được Rossi thành lập Năm 1904, Cancani đã đưa ra một thang độ có định lượng cụ thể trên cơ sở gia tốc nên (acceleration) do chân động gây

ra

Năm 1931, hai nhà địa chấn học H.O.Wood và F Neumann xây đựng Thang

Mercalli hiệu chỉnh (Modifñed Mercalii Scale) phân chia cường độ chân động thành

Thang Richter (hay còn gọi là thang độ lớn địa phương) Theo định nghĩa của

Richter, độ lớn M của một trận động đất được xác định như sau:

0

DUT.LRCC

Trong đó:

A : Biên độ max của trận động đất đang xét đo địa chắn kẻ

A0:Biên đô max của trân đông đất chuân có cùng chấn tâm

Bảng 1.1 Thang cường độ động đất theo đặc trưng của song

nhỏ 3.0-3.9 cảm nhận được nhưng ít khi gây thiệt hại khoảng 49.000 lần/năm

(160 lần/ngày) nhẹ 4.0-4.9 rung chuyển đồ vật trong nhà Thiệt hại

trung

bình 5.0-5.9

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

khoảng 800 lần/năm

mạnh 6.0-6.9 Có sức tiêu hủy mạnh trong những vùng

đông dân trong chu vi 180 km bán kính khoảng 120 lần/năm rất

mạnh 7.0-7.9

có sức tàn phá nghiêm trọng trên những diện tích to lớn khoảng 18 lần/năm

cực

mạnh 8.0-8.9

có sức tàn phá vô cùng nghiêm trọng trên những diện tích to lớn trong chu

9.0-9.9 Khả năng tàn phá ngoài sức tưởng tượng

trong phạm vi hàng nghìn km2 khoảng 1 lần/20 năm

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KÉT CẤU NHÀ CAO TẦNG CHỊU TẠI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT

1.2.1 Phương pháp tĩnh

Tải trọng động đất tác dụng lên công trình nhà thông qua dịch chuyển của nền đất và được biểu diễn thông qua lực quán tính trên từng tầng sàn nhà Dưới tác dụng của tải trọng động đất, kết cấu nhà dịch chuyển liên tục sang phải, sang trái và biến đổi theo từng giây

Tải trọng động đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm độ lớn và đặc điểm phát sinh chấn động, khoảng cách từ công trình xây dựng đến tâm chấn hay vết đứt gãy, đặc trưng của nền đất, đặc trưng của hệ kết cấu chịu lực ngang (cường độ, độ cứng, khả năng biến dạng dẻo, khả năng hấp thụ năng lượng)

Trong thực hành thiết kế kết cấu để đơn giản hoá, tải trọng động đất được quy đổi thành tải trọng tĩnh tương đương (equivalent static lateral forces) tác dụng ở các mức tầng sàn của nhà

Nhiệm vụ cơ bản của bài toán động lực học công trình là xác định chuyển vị và nội lực trong kết cấu công trình khi công trình chịu tác dụng của tải trọng thay đổi theo thời gian: Trên cơ sở đó, sẽ xác định được các biến dạng và ứng suất cực đại để tính toán kiểm tra các công trình thực, đồng thời lựa chọn kích thước kết cấu hợp lý đảm bảo biến dạng và ứng suất nhỏ để thiết kế các công trình mới, tránh hiện tượng cộng hưởng

Dưới tác dụng của tải trọng thay đổi theo thời gian hệ kết cấu sẽ dao động và dao động đó được biểu thị dưới dạng chuyển vị của kết cấu Do đó khi phân tích và giải quyết bài toán động lực học công trình sẽ cho phép xác định được sự thay đổi của chuyển vị theo thời gian ứng với quá trình thay đổi của tải trọng động

Các tham số khác như nội lực, ứng suất, biến dạng… các giá trị đều được xác định sau khi có sự phân bố chuyển vị của kết cấu Tất cả các tham số đó đều là các hàm thay đổi theo thời gian phù hợp với tác dụng động bên ngoài

DUT.LRCC

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN NHÀ CAO TẦNG CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 2.1 GIẢ THUYẾT TÍNH TOÁN

Tính toán kết cấu nhà cao tầng là việc xác định trạng thái ứng suất – biến dạng trong từng hệ, từng bộ phận cho đến từng cấu kiện chịu lực dưới tác động của mọi loại tải trọng Ở đây chúng ta chủ yếu xét đến phản ứng của hệ kết cấu thẳng đứng khung, vách, lõi dưới tác động của tải trọng ngang Một số giả thiết thường được sử dụng trong tính toán nhà cao tầng:

− Giả thiết ngôi nhà làm việc như một thanh công xon có độ cứng uốn tương đương độ cứng của các hệ kết cấu hợp thành

− Giả thiết mỗi hệ kết cấu chỉ có thể tiếp thu một phần tải trọng ngang tỷ

lệ với độ cứng uốn (xoắn) của chúng, nhưng được liên kết chặt chẽ với các hệ khác qua các thanh giằng liên kết khớp hai đầu

− Giả thiết về các hệ chịu lực cùng có một dạng đường cong uốn

2.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

Phương pháp phân tích chính là phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (PPPTHH) là một phương pháp đặc biệt có hiệu quả để tìm dạng gần đúng của một hàm chưa biết trong miền xác định của nó

Phương pháp phần tử hữu hạn ra đời từ thực tiễn phân tích kết cấu, sau đó được phát triển một cách chặt chẽ và tổng quát như phương pháp biến phân hay số dư có trọng số để giải quyết các bài toán vật lý khác nhau Tuy nhiên khác với phương pháp biến phân số dư có trọng số cổ điển, phương pháp phần tử hữu hạn không tìm dạng xấp xỉ của hàm trong toàn miền xác định mà chỉ trong từng miền con (phần tử) thuộc miền xác định đó

Do vậy phương pháp phần tử hữu hạn rất thích hợp với các bài toán vật lý và kỹ thuật nhất là đối với bài toán kết cấu, trong đó hàm cần tìm được xác định trên những miền phức tạp bao gồm nhiều miền nhỏ có tính chất khác nhau

Trong phương pháp phần tử hữu hạn miền tính toán được thay thế bởi một số hữu hạn các miền con gọi là phần tử, và các phần tử xem như chỉ được kết nối với nhau qua một số điểm xác định trên biên của nó gọi là điểm nút Trong phạm vi mỗi phần tử đại lượng cần tìm được lấy xấp xỉ theo dạng phân bố xác định nào đó, chẳng hạn đối với bài toán kết cấu đại lượng cần tìm là chuyển vị hay ứng suất nhưng nó cũng có thể được xấp xỉ hóa bằng một dạng phân bố xác định nào đó Các hệ số của hàm xấp xỉ được gọi là các thông số hay các tọa độ tổng quát Tuy nhiên các thông số

DUT.LRCC

này lại được biểu diễn qua trị số của hàm và có thể cả trị số đạo hàm của nó tại các điểm nút của phần tử

Như vậy các hệ số của hàm xấp xỉ có ý nghĩa vật lý xác định, do vậy nó rất dễ thỏa mãn điều kiện biên của bài toán, đây cũng là ưu điểm nổi bật của phương pháp phần tử hữu hạn so với các phương pháp xấp xỉ khác Tùy theo ý nghĩa của hàm xấp xỉ trong bài toán kết cấu người ta chia làm ba mô hình sau:

− Mô hình tương thích: biểu diễn dạng phân bố của chuyển vị trong phần tử, ẩn

số là các chuyển vị và đạo hàm của nó được xác định từ hệ phương trình thành lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Lagrange hoặc định dừng của thế năng toàn phần

− Mô hình cân bằng: biểu diễn một cách gần đúng dạng gần đúng của ứng suất hoặc nội lực trong phần tử Ẩn số là các lực tại nút và được xác định từ hệ phương trình thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Castigliano hoặc định lý dừng của năng lượng bù toàn phần

− Mô hình hỗn hợp: biểu diễn gần đúng dạng phân bố của cả chuyển vị và ứng suất trong phần tử Coi chuyển vị và ứng suất là hai yếu tố độc lập riêng biệt, các ẩn số được xác định từ hệ phương trình thành lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Reisner – He linge

Trong ba mô hình trên thì mô hình tương thích được sử dụng rộng rãi hơn cả, hai

mô hình còn lại chỉ sử dụng có hiệu quả trong một số bài toán Mô hình tương thích được sử dụng để phân tích và thành lập phương trình tính toán hệ thanh theo phương pháp phần tử hữu hạn

2.3 SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN

Căn cứ vào các giả thiết tính toán có thể phân chia thành các sơ đồ tính theo nhiều cách khác nhau

2.3.1 Sơ đồ phẳng tính toán theo hai chiều

Công trình được mô hình hóa dưới dạng những kết cấu phẳng theo hai phương mặt bằng chịu tác động của tải trọng trong mặt phẳng của chúng Giữa các hệ được giằng với nhau bởi các dãy liên kết khớp hai đầu và ở ngang mức sàn các tầng

2.3.2 Sơ đồ tính toán không gian

Công trình được mô hình như một hệ khung và tấm không gian chịu tác động đồng thời của ngoại lực theo phương bất kỳ

DUT.LRCC

2.4 Các bước tính toán

− Chọn sơ đồ tính toán

− Xác định các loại tải trọng

− Xác định các đặc trưng hình học và độ cứng của kết cấu

− Phân phối tải trọng ngang vào các hệ chịu lực

− Xác định nội lực, chuyển vị trong từng hệ, từng cấu kiện

− Kiểm tra các điều kiện bền, chuyển vị và các đặc trưng động

− Kiểm tra ổn định cục bộ và ổn định tổng thể công trình

− Tải trọng tạm thời dài hạn gồm có:

+ Khối lượng vách tạm thời, khối lượng phần đất và bê tông đệm dưới thiết

bị

+ Khối lượng các thiết bị cố định như thang máy…

+ Tác dụng của biến dạng nền không kèm theo sự thay đổi cấu trúc đất

+ Tác dụng do sự thay đổi độ ẩm, co ngót và từ biến của vật liệu

− Tải trọng tạm thời ngắn hạn gồm có:

+ Khối lượng người, vật liệu sửa chữa, phụ kiện, dụng cụ và đồ gá lắp trong phạm vi phục vụ và sửa chữa thiết bị

DUT.LRCC

+ Tải trọng do thiết bị sinh ra trong các giai đoạn khởi động, đóng máy, chuyển tiếp và thử máy kể cả khi thay đổi vị trí hoặc thay thế thiết bị

+ Tải trọng lên sàn nhà ở được nêu ở cột 4 Bảng 3 của TCVN 2737-1995

Do khi số tầng nhà càng tăng lên, xác suất xuất hiện đồng thời tải trọng sử dụng

ở tất cả các tầng càng giảm, nên khi thiết kế các kết cấu thẳng đứng của nhà cao tầng người ta sử dụng hệ số giảm tải Trong TCVN 2737:1995 hệ số giảm tải được quy định như sau:

− Khi tính dầm chính, dầm phụ, bản sàn: tải trọng toàn phần được phép giảm như sau:

+ Khi diện tích sàn 𝐴 ≤ 𝐴1 = 9𝑚2: 1

1 A

0.60.4

0.50.5

A n

0.40.4

A n

0.50.5

n

 −

= +

Trong đó: n là số sàn ở phía trên tiết diện đang xét

Tuy nhiên hoạt tải thường không lớn so với tải trọng bản thân (15%-20%) nên khi thiên về an toàn có thể không xét đến các hệ số giảm tải trong tính toán khung nhiều tầng nhiều nhịp, nhất là hệ khung không gian còn cho phép không xét đến các phương án chất tải bất lợi (hoạt tải) trên các sàn

2.5.3 Tải trọng động đất

Trong phạm nghiên cứu, chuyển động động đất tại một điểm cho trước trên bề mặt được biểu diễn bằng phổ phản ứng gia tốc đàn hồi, được 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

DUT.LRCC

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

CHÚ THÍCH: Khi lựa chọn hình dạng phù hợp cho phổ phản ứng, cần lưu ý tới

độ lớn của những trận động đất góp phần lớn nhất trong việc đánh giá nguy cơ động đất theo phương pháp xác suất mà không thiên về giới hạn trên an toàn (ví dụ trận động đất cực đại có thể xảy ra) được xác định nhằm mục đích này

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 giá trị của ag cho từng loại phổ phản ứng và từng trận động đất sẽ khác nhau

Đối với các công trình quan trọng (l >1) cần xét các hiệu ứng khuếch đại địa 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

Các phương pháp tính toán công trình chịu tải trọng động đất

a Phương pháp tĩnh ngang tương đương

Phương pháp phân tích này có thể áp dụng cho các nhà 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

− Điều kiện áp dụng phương pháp này là chu kỳ dao động cơ bản T1 theo hai hướng chính nhỏ hơn các giá trị sau:

C 1

với TC là thông số xác định dạng của phổ phản ứng gia tốc

Thỏa mãn tính đều đặn theo mặt đứng

− Theo mỗi phương nằm ngang được phân tích, lực cắt đáy được xác định theo công thức:

DUT.LRCC

Trong đó:

• m: là tổng khối lượng của công trình;

• λ là hệ số điều chỉnh lấy như sau λ = 0.85 nếu T1≤2TC với nhà có trên 2 tầng hoặc λ = 1 với các trường hợp khác

− Để xác định chu kỳ dao động cơ bản T1 của nhà, có thể sử dụng các biểu thức của các phương pháp động lực học công trình (ví dụ phương pháp Rayleigh) Đối với nhà có chiều cao không lớn hơn 40 m, giá trị T1 (tính bằng giây) có thể tính gần đúng theo biểu thức sau:

3/4

Trong đó:

• Ct = 0.085 đối với khung thép không gian chịu mômen;

• Ct = 0.075 đối với khung bêtông không gian chịu mômen và khung thép

có giằng lệch tâm;

• Ct = 0.050 đối với các kết cấu khác;

• H là chiều cao nhà, tính bằng m, từ mặt móng hoặc đỉnh của phần cứng

lwi là chiều dài của tường chịu cắt ở tầng đầu tiên theo hướng song song với các

lực tác động, tính bằng mét, với điều kiện: lwi /H không được vượt quá 0,9

Một cách khác có thể xác định T1 (s) theo biểu thức sau:

1

Trong đó:

DUT.LRCC

d là chuyển vị ngang đàn hồi tại đỉnh nhà, tính bằng mét, do các lực trọng trường tác dụng theo phương ngang gây ra.

− Tác động động đất phải được xác định bằng cách đặt các lực ngang Fi vào tất

• mi, mj là khối lượng của các tầng

− Khi dạng dao động cơ bản lấy gần đúng bằng các chuyển vị nằm ngang tang theo tuyến tính dọc theo chiều cao

+ Đối với hệ khung hoặc hệ khung tương đương (hỗn hợp khung – vách),

có thể xác định gần đúng hệ số ứng xử q như sau (cấp dẻo trung bình):

• q = 3.3 – nhà một tầng

• q = 3.6 – nhà nhiều tầng, khung một nhịp

• q = 3.9 – nhà nhiều tầng, khung nhiều nhịp hoặc kết cấu hỗn hợp tương đương khung

+ Đối với hệ vách cứng hoặc vách cứng có lỗ:

• q = 3.6 - Hệ kết cấu hỗn hợp tương đương vách cứng, hoặc hệ vách cứng

có lỗ (hệ tường có dầm liên kết);

DUT.LRCC

• q = 3.0*kw - hệ tường vách cứng chỉ có hai tường /vách cứng (không phải là vách cứng có lỗ);

• q = 3.1*kw – các hệ vách cứng không phải là vách cứng có lỗ;

Xác định lực cắt đáy:

i X,i S ( )Wd T X,i

− FX,I ; FY,i: Là lực cắt đáy tại chân công trình tương ứng với dạng dao động thứ i theo phương X, phương Y

− Sd(Ti): Tung độ của phổ thiết kế tại chu kỳ Ti

− WX,I ; WY,i: Trọng lượng hữu hiệu theo phương X, phương Y trên mặt bằng tương ứng với dạng dao động thứ i, xác định theo công thức sau:

2 n

ji j

j 1 X,i n

2

ji j

j 1

X WW

ji j

j 1 Y,i n

2

ji j

j 1

Y WW

− n: Tổng số bậc tự do (số tầng của công trình)xét đến theo phương OX và OY

− Xji ; Yji: Giá trị chuyển vị theo phương X, Y trên mặt bằng tại điểm đặt trọng lượng thứ j (tâm cứng) của dạng dao đông thứ i của công trình

− Wj : Trọng lượng tập trung tại tầng thứ j của công trình

Phân phối lực cắt đáy cho các tầng

Phân phối lực cắt đáy cho các tầng theo công thức với dạng dao động thứ i theo các phương X, Y như sau:

DUT.LRCC

ji j j

- Tổng các khối lượng hữu hiệu của các dạng dao động được xét chiếm ít nhất 90% tổng khối lượng của kết cấu;

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

CHÚ THÍCH: Khối lượng hữu hiệu mk ứng với dạng dao động k, được xác định sao cho lực cắt đáy Fbk, tác động theo phương tác động của lực động đất, có thể biểu thị dưới dạng Fbk =Sd(Tk)mk

Có thể chứng minh rằng tổng các khối lượng hữu hiệu (đối với tất cả các dạng dao động và đối với một hướng cho trước) là bằng khối lượng kết cấu Khi sử dụng mô hình không gian, những điều kiện trên cần được kiểm tra cho mỗi phương cần thiết

Nếu các yêu cầu quy định trong không thể thỏa mãn (ví dụ trong nhà và công trình mà các dao động xoắn góp phần đáng kể) thì số lượng tối thiểu các dạng dao

động k được xét trong tính toán khi phân tích không gian cần thỏa mãn cả hai điều

kiện sau:

DUT.LRCC

• k là số dạng dao động được xét tới trong tính toán;

• n là số tầng ở trên móng hoặc đỉnh của phần cứng phía dưới;

• Tk là chu kỳ dao động của dạng thứ k

Khả năng kháng chấn của hệ kết cấu trong miền phi tuyến thường cho phép thiết

kế kết cấu với các lực động đất bé hơn so với các lực ứng với phản ứng đàn hồi tuyến tính

Để tránh với phân tích trực tiếp các kết cấu không đàn hồi, người ta kể đến khả năng tiêu tán năng lượng chủ yếu thông qua ứng xử dẻo của các cấu kiện của nó bằng cách phân tích đàn hồi dựa trên phổ phản ứng được chiết giảm từ phổ phản ứng đàn hồi, vì thế phổ này được gọi là phổ thiết kế Sự chiết giảm này được thực hiện bằng cách đưa vào hệ số ứng xử q

✓ Với thành phần nằm ngang của tác động động đất

Với các thành phần nằm ngang của tác động động đất, phổ phản ứng đàn hồi Se(T)

được xác định bằng các công thức sau:

Thành phần thẳng đứng của tác động động đất phải được thể hiện bằng phổ phản

ứng đàn hồi, Sve(T), được xác định bằng cách sử dụng các biểu thức

DUT.LRCC

• T là chu kỳ dao động của hệ tuyến tính một bậc tự do;

• ag là gia tốc nền thiết kế trên nền loại A (ag = l.agR);

• l hệ số tầm quan trọng được cho trong phụ lục F, TCVN 375:2006

• agR đỉnh gia tốc nèn, cho trong phụ lục I TCVN 375:2006

• TB là giới hạn dưới của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc;

• TC là giới hạn trên của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc;

• TD là giá trị xác định điểm bắt đầu của phần phản ứng dịch chuyển không đổi trong phổ phản ứng;

•  là hệ số điều chỉnh độ cản với giá trị tham chiếu  = 1 đối với độ cản nhớt 5 %

DUT.LRCC

• Sd(T) là phổ thiết kế;

• q là hệ số ứng xử; q = q k0 w  1.5trong đó q0 là hệ số ứng xử cơ bản phụ thuộc vào loại kết cấu và tính đều đặn theo mặt đứng

Loại kết cấu Cấp dẻo kết cấu

trung bình Cấp dẻo kết cấu cao

Hệ khung, hệ hỗn hợp, hệ tường kẹp 3.0 αu/α1 4.5 αu/α1

Khung nhiều tầng, nhiều nhịp hoặc kết cấu hôn hợp tương đương khung 1.3

Hệ tường hoặc hệ kết cấu hỗn hợp tương đương tường αu/α1

Hệ tường chỉ có hai tường không phải là tường kép theo từng phương

Hệ kết cấu hôn hợp tương đương tường, hoặc hệ tường kép 1.2

Hệ số kw phản ánh dạng phá hoại thường gặp trong kết cấu có vách

Hệ khung hoặc hệ kết cấu hỗn hợp tương đương khung 1.0

Hệ tường, hệ kết cấu hỗn hợp tương đương tường và kết cấu dễ

 =

 , với hwi là chiều cao vách thứ i ; và lwi là độ dài của vách thứ i

DUT.LRCC

▪ là hệ số ứng với cận dưới của phổ thiết kế theo phương nằm ngang,  = 0.2

Phương trình dao động có dạng: u = u sin t0 

Giá trị phổ vận tốc được suy từ phổ chuyển vị: Sv =  Sd

Giá trị phổ gia tốc được suy từ phổ chuyển vị: Sa =  Sv

DUT.LRCC

Đối với thành phần thẳng đứng của tác động động đất phổ thiết kế được xác định theo công thức của phổ ngang; trong đó gia tốc nền thiết kế theo phương ngang ag được thay bằng avg= 0.9 ; S =1; q =1.5; các giá trị khác lấy theo bảng sau

vg g

c Phương pháp phân tích động đất theo lịch sử thời gian

Phương pháp cộng tác dụng (lực ngang tương đương) hoặc phương pháp phổ được nêu ở phần trước rất hữu dụng cho phân tích đàn hồi của kết cấu Nó không trực tiếp áp dụng được cho việc phân tích không đàn hồi bởi vì nguyên tắc cơ bản của cộng tác dụng không còn phù hợp nữa Hơn nữa, sự phân tích khó tránh khỏi sai số vốn có của phương pháp cộng tác dụng mô hình Xét cho cùng, phương pháp tổ hợp ứng xử của kết cấu từ các dạng dao động khác nhau là một kỹ thuật có xác suất chính xác nhất định Và trong một số trường hợp, có thể tạo ra những kết quả miêu tả không trọn vẹn ứng xử thực sự của kết cấu Phương pháp phân tích lịch sử thời gian khắc phục hai nhược điểm này Nhưng nó đòi hỏi một khối lượng tính toán lớn Nó không đơn thuần

là một công cụ để phân tích trong thiết kế của công trình Nó có thể cho biết ứng xử thực tế của công trình trong từng thời điểm xảy ra động đất Phương pháp này dựa vào tích phân từng bước mà phạm vi thời gian thì được xác định trong lượng số gia nhỏ t

và trong mỗi khoảng thời gian, kết quả của phương trình được giải trước đó được dùng như thông số đầu vào cho bước tiếp theo Phương pháp này thích hợp cho cả phân tích đàn hồi tuyến tính và không đàn hồi tuyến tính Vì nó mô tả được sự thay đổi độ cứng của kết cấu do sự hình thành khớp dẻo Độ cứng của kết cấu sẽ được tính toán lại sau mỗi bước tính toán dựa vào kết quả của bước trước đó

Có thể lý tưởng hóa công trình N tầng thành hệ có khối lượng tập trung đặt tại mỗi tầng Phương trình chuyển động chủ đạo của hệ N tầng

x gx y gv z gz

mu(t) Cu(t)+ +Ku(t)=m u (t)+m u (t)+m u (t) (2-29) Phương trình này không thể giải trực tiếp được Phương trình dao động cho dạng dao động thứ n của công trình nhiều tầng đã được lý tưởng hóa

Đây chỉ là phương trình dao động của hệ một bậc tự do với tần số dao động tự nhiên nvà hệ số giảm chấn nđược kích thích ở bậc (degree) n

Trong mỗi bước thời gian, ứng xử tổng thể của kết cấu được xác định

bằng cách kết hợp ứng xử của tất cả các mode dao động

để phân tích Độ lớn của bước thời gian này được xác lập bởi người thiết kế Trong mỗi bước thời gian, gia tốc xem như thay đổi tuyến tính

Máy tính sẽ tích phân từng bước phương trình dao động trong từng bước thời gian Kết quả của bước trước sẽ là điều kiện ban đầu của bước kế tiếp Bước tích phân này có thể diễn ra theo 2 cách sau

Nếu tích phân trực tiếp phương trình dao động tổng thể thì gọi là phương

pháp tích phân trực tiếp (Direct Integration)

DUT.LRCC

Nếu tích phân phương trình dao động của các dạng dao động thì gọi là phương pháp tích phân dạng dao động (Modal Integration) Etabs chỉ dùng cách tích phân này

vì nó cho ra kết quả khá chính xác với nhà cao tầng

Trong mỗi bước thời gian, ứng xử của kết cấu sẽ được tính toán trong tất cả các phần tử Sau đó sẽ được cộng lại để được ứng xử tổng thể của kết cấu cho đến thời điểm đó Đây không phải là ứng xử riêng của kết cấu trong bước thời gian đó, vì sau mỗi bước thời gian thì giá trị ứng xử đều được lưu lại và lấy đó làm giá trị đầu vào cho bước kế tiếp Cách kết hợp này loại trừ hoàn toàn được cách tổ hợp theo xác suất của phương pháp tổ hợp từ các dạng dao động trong phổ phản ứng

Ứng xử của kết cấu với mỗi băng gia tốc sẽ khác nhau Để có được giá trị thiết kế cho kết cấu, phải chạy mô hình với rất nhiều băng gia tốc khác nhau Ở điều kiện của Việt Nam không có điều kiện ghi lại được tất cả các trận động đất đã xảy ra

Ngoài ra, có thể tham khảo các băng gia tốc ghi lại được từ các trận động đất xảy

ra trên thế giới trong dữ liệu phần mềm Etabs

Phương pháp tích phân dạng dao động (modal integration)

Phương pháp dựa trên nguyên lý cộng tác dụng mô hình là một phương pháp mang lại hiệu quả cao và chính xác cho phân tích lịch sử thời gian Phương pháp này cũng phân tích dựa trên các mode dao động nhưng khác phương pháp phân tích trong phổ phản ứng ở chỗ: nó thực hiện việc tích phân khép kín đồng thời cho tất cả các mode dao động được xét trong từng bước thời gian Và tiến hành kết hợp ứng xử của kết cấu lại ngay khi chúng được tính toán xong để cho ứng xử tổng thể của kết cấu cho đến thời điểm đó

Thừa nhận rằng trong mỗi bước thời gian, gia tốc thay đổi tuyến tính Và nếu bước thời gian xuất ra nhỏ hơn bước thời gian đầu vào thì giá trị gia tốc ở 35 giữa hai điểm thời gian đầu vào sẽ được nội suy tuyến tính Thường lấy bước của thời gian xuất

ra khoảng 1/10 chu kỳ của mode cao nhất (1/25 – 1/50s)

Khi có thể phân tích ảnh hưởng riêng biệt của từng tải trọng tạm thời ngắn hạn lên nội lực, chuyển vị trong của kết cấu và nền móng thì tải trọng có ảnh hưởng lớn nhất không giảm, tải trọng thứ hai nhân với hệ số 0.8; các tải trọng còn lại nhân với hệ số 0.6

2.6.2 Tổ hợp tải trọng đặc biệt

− Tổ hợp tải trọng đặc biệt do tác động động đất không tính đến tải trọng gió

− Tổ hợp tải trọng đặc biệt có một tải trọng tạm thời thì giá trị của tải trọng tạm thời được lấy toàn bộ

− Tổ hợp tải trọng đặc biệt có hai tải trọng tạm thời trở lên, giá trị tải trọng đặc biệt được lấy không giảm, giá trị tính toán của tải trọng tạm thời hoặc nội lực tương ứng của chúng được nhân với hệ số tổ hợp như sau: tải trọng tạm thời dài hạn nhân với

hệ số 1=0.95, tải trọng tạm thời ngắn hạn nhân với hệ số 2=0.8 trừ những trường hợp đã được nói rõ trong tiêu chuẩn thiết kế các công trình trong vùng động đất hoặc các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu và nền móng khác

Theo (TCVN 9386 : 2012, 2012)(Các mục, bảng sau đây được trích lọc trong tiêu chuẩn) Mục 3.2.4 Các tổ hợp tác động động đất với các tác động khác Giá trị thiết kế Ed của các hệ quả tác động do động đất gây ra phải được xác định theo công thức:

− Q: Tải trọng tạm thời ( hoạt tải)

− 2,i: Hệ số tổ hợp cho giá trị được coi là lâu dài của tác động thay đổi i

Các hiệu ứng quán tính của tác động động đất thiết kế phải được xác định có xét đến các khối lượng liên quan tới tất cả các lực trọng trường xuất hiện trong tổ hợp tải trọng sau:

− Các hệ số tổ hợp E,i xét đến khả năng là tác động thay đổi Qk,i không xuất hiện trên toàn bộ công trình trong thời gian xảy ra động đất Các hệ số này còn xét đến sự tham gia hạn chế của khối lượng vào chuyển động của kết cấu

do mối liên kết không cứng giữa chúng

− Các giá trị 2,i cho trong Bảng 2.1

Bảng 2.1 Các giá trị 2,i đối với nhà

Tải trọng đặt lên nhà, loại

Loại F: Khu vực giao thông, trọng lượng xe ≤ 30 kN 0,6

Loại G: Khu vực giao thông, 30 kN ≤ trọng lượng xe ≤ 160 kN 0,3

Các hệ số tổ hợp của tác động thay đổi

− Các hệ số tổ hợp 2,i (đối với giá trị tựa lâu dài của tác động thay đổi qi) dùng

để thiết kế nhà được cho trong Bảng 2.1

− Các hệ số tổ hợp E,i dùng để tính toán các hệ quả của tác động động đất phải được xác định theo biểu thức sau:

E,i 2,i

Các giá trị  cho trong Bảng 2.2

Bảng 2.2 Giá trị của  để tính toán Ei

Các loại từ A - C* Mái

Các tầng được sử dụng đồng thời Các tầng được sử dụng độc lập

1.0 0.8 0.5 Các loại từ D-F* và kho lưu

trữ

1.0

* Các loại tác động thay đổi được định nghĩa trong Bảng 3.4

DUT.LRCC

2.6.2.1 Tổ hợp các hệ quả của các thành phần tác động động đất

a Các thành phần nằm ngang của tác động động đất

Nói chung, các thành phần nằm ngang của tác động động đất phải được xem là tác động đồng thời.Việc tổ hợp các thành phần nằm ngang của tác động động đất có thể thực hiện như sau:

− Phản ứng kết cấu đối với mỗi thành phần phải được xác định riêng rẽ bằng cách sử dụng những quy tắc tổ hợp đối với các phản ứng dạng dao động

− Giá trị lớn nhất của mỗi hệ quả tác động lên kết cấu do hai thành phần nằm ngang của tác động động đất, có thể xác định bằng căn bậc hai của tổng bình phương các giá trị của hệ quả tác động do mỗi thành phần nằm ngang gây ra Quy tắc ở trên nói chung cho kết quả thiên về an toàn của các giá trị có thể có của các hệ quả tác động khác đồng thời với giá trị lớn nhất thu được như trong Có thể

sử dụng các mô hình chính xác hơn để xác định các giá trị có thể có đồng thời từ nhiều

hệ quả tác động do hai thành phần nằm ngang của tác động động đất gây ra

Nếu không dùng điều này, các hệ quả tác động do tổ hợp các thành phần nằm ngang của tác động động đất có thể xác định bằng cách sử dụng cả hai tổ hợp sau:

− EEdx là biểu thị các hệ quả tác động do đặt tác động động đất dọc theo trục

nằm ngang x được chọn của kết cấu;

− EEdy là biểu thị các hệ quả tác động do đặt tác động động đất dọc theo trục

nằm ngang y vuông góc của kết cấu

DUT.LRCC

Cần đưa vào tính toán các hệ quả của thành phần thẳng đứng chỉ đối với các cấu kiện đang xét và các cấu kiện đỡ hoặc cấu kiện kết cấu liên quan trực tiếp với chúng Nếu các thành phần nằm ngang của tác động động đất cũng được xét đến cho các cấu kiện này, có thể áp dụng những quy định mở rộng cho 3 thành phần tác động động đất Nói cách khác, có thể sử dụng tất cả ba tổ hợp sau để tính toán các hệ quả tác động:

2.7 KIỂM TRA CHUYỂN VỊ

Một trong các yếu tố quan trọng nhất cần kiểm tra và xét đến đối với công trình nhà cao tầng chính là chuyển vị bao gồm:

Các cấu kiện (kết cấu) không chỉ cần thỏa mãn điều kiện bền mà còn cần phải thỏa mãn điều kiện sử dụng, các điều kiện sử dụng được đặt ra nhằm thỏa mãn khả năng sử dụng bình thường của công trình - đáp ứng được yêu cầu về công năng và công nghệ, về mặt công năng - còn người cần cảm thấy thoải mái khi sử dụng công trình, về mặt công nghệ, ví dụ độ võng hoặc chuyển vị, hoặc gia tốc khi dao động của công trình không vượt quá mức cho phép làm ảnh hưởng đến hoạt động của thiết bị -

ví dụ tháp đỡ ăng ten vô tuyến không được có chuyển vị quá lớn dẫn đến chất lượng thu pháp sóng kém v.v

Đối với công trình

− Chuyển vị lớn nhất tại đỉnh công trình được hạn chế vì mục đích đảm bảo tính thoải mái khi sinh hoạt của con người ở trên các tầng cao

− Chuyển vị lệch tầng được hạn chế vì mục đích tránh làm hư hỏng các vật liệu kiến trúc (ví dụ có vách kính chèn giữa các cột, nếu chuyển vị lệch tầng quá lớn

sẽ làm ép vỡ các vách kính này)

Ngoài ra, chuyển vị đỉnh hoặc chuyển vị lệch tầng quá lớn cũng gây mất ổn định cho công trình, nếu công trình đứng thẳng, thì các cấu kiện chỉ chịu lực dọc, nếu công trình có chuyển vị ngang và chuyển vị lệch tầng, thì dẫn đến phát sinh môt men thứ cấp trong các cấu kiện đây gọi là hiệu ứng P-Delta

Điều kiện kiểm tra chuyển vị được đề cập tới trong:

• qd là hệ số ứng xử chuyển vị, giả thiết bằng q trừ phi có quy định khác;

• dc là chuyển vị của cùng điểm đó của hệ kết cấu được xác định bằng phân tích

tuyến tính dựa trên phổ phản ứng thiết kế

Giá trị của ds không nhất thiết phải lớn hơn giá trị xác định từ phổ đàn hồi

CHÚ THÍCH: Nói chung qd lớn hơn q nếu chu kỳ cơ bản của kết cấu nhỏ hơn Tc

DUT.LRCC

TCVN 5574:2018 mục lục M4: Độ võng và chuyển vị giới hạn: có quy định chuyển vị giới hạn của công trình như sau:

Bảng 2.3 Chuyển vị giới hạn theo phương ngang fu theo yêu cầu cấu tạo

Nhà, tường và tường ngăn

Liên kết giữa tường, tường ngăn với khung nhà

Chuyển vị giới hạn

fu

a) Tường và tường ngăn bằng gạch, bằng bê

tông thạch cao, bằng panen bê tông cốt thép Cứng hs/500 b) Tường (ốp đá tự nhiên) làm từ gạch ceramic Cứng hs/700

Yêu cầu “hạn chế hư hỏng" được xem là thỏa mãn, nếu dưới tác động động đất

có một xác suất xảy ra lớn hơn so với tác động động đất thiết kế tương ứng với “yêu cầu không sụp đổ” mà các chuyển vị ngang tương đối giữa các tầng được giới hạn Được quy định tại mục 4.4.3 hạn chế hư hỏng TCVN9382-2012

Việc kiểm tra bổ sung về hạn chế hư hỏng có thể được yêu cầu trong trường hợp nhà có tầm quan trọng đối với việc bảo vệ dân sự hoặc chứa những thiết bị có độ nhạy lớn

Hạn chế chuyển vị ngang tương đối giữa các tầngcần tuân thủ các hạn chế sau:

− Đối với các nhà có bộ phận phi kết cấu bằng vật liệu giòn được gắn vào kết cấu: