(Luận văn thạc sĩ) đánh giá phương pháp phổ phản ứng trong tính toán tải trọng động đất lên nhà nhiều tầng có kết cấu không đều đặn và dễ xoắn

TÓM TẮT LUẬN VĂN ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP PHỔ PHẢN ỨNG TRONG TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT LÊN NHÀ NHIỀU TẦNG CÓ KẾT CẤU KHÔNG ĐỀU ĐẶN VÀ DỄ XOẮN Học viên: Nguyễn Thị Thuận Chuyên ngành: Kỹ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN THỊ THUẬN

ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP PHỔ PHẢN ỨNG TRONG TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT LÊN NHÀ NHIỀU TẦNG CÓ KẾT CẤU KHÔNG ĐỀU ĐẶN VÀ DỄ XOẮN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Đà Nẵng, năm 2021

DUT.LRCC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN THỊ THUẬN

ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP PHỔ PHẢN ỨNG TRONG TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT LÊN NHÀ NHIỀU TẦNG CÓ KẾT CẤU KHÔNG ĐỀU ĐẶN VÀ DỄ XOẮN

Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết 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

Nguyễn Thị Thuận

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 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI: 2

5 BỐ CỤC ĐỀ TÀI 2

6 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU: 3

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

1.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ 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 10

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

2.5.2.2 Các phương pháp tính toán công trình chịu tải trọng động đất 12

2.6 Tổ hợp tải trọng 20

2.6.1 Tổ hợp tải trọng cơ bản 20

2.6.2 Tổ hợp tải trọng đặc biệt 20

2.6.2.2 Tổ hợp các hệ quả của các thành phần tác động động đất 22

2.7 Kiểm tra chuyển vị 24

2.7.1.1 Chuyển vị đỉnh 25

2.7.1.2 Chuyển vị lệch tầng 25

DUT.LRCC

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA CÔNG TRÌNH DƯỚI TÁC ĐỘNG

CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 32

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 32

3.2 Số liệu phân tích 34

3.2.1 Vật liệu 34

3.2.2 Tải trọng 34

3.3 Các trường hợp phân tích 35

3.3.1 Trường hợp 1 35

3.3.2 Trường hợp 2 35

3.4 PHÂN TÍCH ĐỘNG ĐẤT TÁC ĐỘNG LÊN CÔNG TRÌNH BẰNG PHẢN MỀM ETABS 35

3.4.1 Công trình 35

3.4.1.1 Mô hình công trình bằng phần mềm etabs 35

3.4.1.2 Khai báo tải trọng động đất 38

3.4.1.3 Phân tích mô hình 38

KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI

KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ

DUT.LRCC

TÓM TẮT LUẬN VĂN ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP PHỔ PHẢN ỨNG TRONG TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT LÊN NHÀ NHIỀU TẦNG CÓ KẾT CẤU KHÔNG ĐỀU

ĐẶN VÀ DỄ XOẮN

Học viên: Nguyễn Thị Thuận

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

Công trình được mô phỏng có kết cấu cao tầng (13 tầng) không đều đặn và dễ xoắn

Nội dung so sánh giữa 2 phương án phổ phản ứng và lịch sử thời gian dựa trên số liệu chạy

mô hình Etabs lấy kết quả của chuyển vị đỉnh và chuyển vị lệch tầng

• Kết quả cho thấy chuyển vị đỉnh theo lịch sử thời gian Max(Ux)=10.953mm, Max(Uy)= 12.59mm, theo phổ phản ứng Max(Ux)=10.471mm, Max(Uy)= 15.06mm

• Kết quả cho thấy chuyển vị đỉnh theo lịch sử thời Min(Ux)=6.975mm, Min(Uy)= 11.821mm, theo phổ phản ứng Min(Ux)=8.922mm, Min(Uy)= 14.534mm

Từ khóa: Tải động đất, phổ phản ứng, phương pháp lịch sử thời gian, gia tốc nền, hệ dễ xoắn

SUMMARY OF THESIS

ASSESSMENT OF RESPONSE SPECTRUM METHOD IN EVALUATING TORSIONALLY FLEXIBLE TALL BUILDING STRUCTURES BEHAVIOUR

SUBJECTED TO EARTHQUAKE LOAD

Research, evaluation and comparison of the behavior of asymmetric high-rise buildings under the impact of earthquake load is calculated according to the reaction spectrum specified

in the standard Re-check the accuracy of the method based on comparison with the direct analysis model of house reactions under the impact of time history analysis

The structure is simulated to have a high-rise structure (13 floors) that is irregular and easy

to twist

The content of the comparison between 2 reactive spectra and time history plans is based on data running the Etabs model to get results of vertex displacement and stratification

•The results show that the peak displacement according to the history of time Max (Ux)

= 10.953mm, Max (Uy) = 12.59mm, according to the reaction spectrum Max (Ux) = 10.471mm, Max (Uy) = 15.06mm

• The results show that the peak displacement according to the history of Min (Ux) = 6.975mm, Min (Uy) = 11,821mm, according to the reaction spectrum Min (Ux) = 8.922mm, Min (Uy) = 14.534mm

Keywords: Earthquake load, reaction spectrum, time history method, background acceleration, easy to twist system

DUT.LRCC

DANH MỤC BẢNG

Số hiệu bảng Tên bảng Trang

Bảng 1.1 Thang cường độ động đất theo đặc trưng của sóng 6 Bảng 2.1 Các giá trị 2,i đối với nhà cao tầng 22

Bảng 3.2 Tải sàn bổ sung cho sàn phòng ăn, khách, ngủ, vệ

Bảng 3.4 Chuyển vị đỉnh do động đất – Phổ phản ứng 43 Bảng 3.5 Chuyển vị đỉnh do động đất – Lịch sử thời gian 44 Bảng 3.6 Chuyển vị lệch tầng do động đất – phổ phản ứng 47 Bảng 3.7 Chuyển vị lệch tầng do động đất – lịch sử thời gian 48

DUT.LRCC

Hình 3.6 Giá trị phổ phản ứng tại Hải Châu – TP Đà Nẵng 39

Hình 3.10 Kết hợp giữa phổ mục tiêu và lịch sử thời gian theo

DUT.LRCC

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học công nghệ, các công trình xây dựng trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang phát triển với cấp tiến về chiều cao cũng như về độ phức tạp Đặc trưng chủ yếu của nhà cao tầng là số tầng nhiều, độ cao lớn, trọng lượng nặng, chịu tác động của tải trọng ngang Khi chiều cao của công trình càng tăng thì mức độ phức tạp khi tính toán thiết kế cũng gia tăng theo Đặc biệt là việc xác định phản ứng của công trình trước các yếu tố tác động của điều kiện bên ngoài như tải trọng do gió, động đất, …

Khi thiết kế công trình cao tầng, người thiết kế ưu tiên chọn các mặt bằng kết cấu

có tính đối xứng Vì khi tính toán công trình chịu các tải trọng động, chỉ cần một số dạng dao động cơ bản có thể phản ảnh hết phản ứng công trình

Thực tế đối với một số công trình nhà cao tầng do yêu cầu về kiến trúc, các kỹ sư kết cấu khó có thể bố trí thỏa mãn tiêu chí trên, mặt bằng không đối xứng dẫn đến tâm cứng không trùng với tâm khối lượng, khi chịu lực ngang nhà sẽ có thêm chuyển vị xoắn Như vậy các dạng dao động khi tính toán công trình chịu tải trọng động đất sẽ xét đến dao động xoắn

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

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 những thảm họa động đất đã từng diễn ra trên thể giới cho chúng ta thấy rằng sức tàn phá vô cùng khủng khiếp của động đất và việc chủ động phòng ngừa động đất

là điều cần thiết 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

DUT.LRCC

trọng động đất Chúng ta sẽ tính toán tải trọng động đất theo phương pháp phổ phản ứng

và kiểm tra chính xác lại phương pháp trên bằng mô hình phân tích trực tiếp phản ứng nhà dưới tác động cảu gia tốc nền theo thời gian Do đó việc tiến hành nghiên cứu đề tài

“Đánh giá phương pháp phổ phản ứng trong tính toán tải trọng động đất lên nhà

nhiều tầng có kết cấu không đều đặn và dễ xoắn” là cần thiết

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

- Tính toán tải động đất theo phương pháp phổ phản ứng quy định trong tiêu

chuẩn, nhưng phân tích dao động riêng của nhà với mô hình không gian và có

kể đến dao động xoắn

- Kiểm tra lại tính chính xác của phương pháp trên dựa vào việc so sánh với mô hình phân tích trực tiếp phản ứng nhà dưới tác động của gia tốc nền thay đổi theo thời gian (Time history analysis)

- Đề xuất phương pháp tính toán hợp lý cho nhà có mặt bằng không đều đặn, xoắn nhiều và nguy hiểm

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu, phân tích, tính toán ứng xử của kết cấu dưới tác động của tại động đất theo phương pháp phổ phản ứng, đề xuất phương án hợp lý

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

4 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 theo phương pháp tính phổ phản ứng và kiểm tra chính xác lại phương pháp trên bằng mô hình phân tích trực tiếp phản ứng nhà dưới tác động cảu gia tốc nền theo thời gian 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 đẳngTài liệu tham khảo cho các

kỹ sư, cán bộ kỹ thuật xây dựng

5 Bố cục đề tài

Mở đầu:

1 Lý do chọn đề tài

DUT.LRCC

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

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 theo phương pháp phổ phản ứng và kiểm tra theo theo phương pháp lịch sử thời gian Kết luận và kiến nghị

1 Kết luận

2 Kiến nghị

6 Tổng quan tài liệu nghiên cứu:

Động đất và phân tích công trình chịu tác động của 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 chuẩn 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 tiến 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 VỀ CÔNG TRÌNH CHỊU TẢI

1.1.2 Nguyên nhân

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

giải phóng năng lượng bất ngờ ở lớp vỏ Trái Đất và phát sinh ra Sóng địa chấn Nó 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 yếu và các kích động có chủ yếu 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

DUT.LRCC

loại gọi là sóng khối (Body waves) và hai loại gọi là sóng bề mặt (Surface waves) 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 về mức độ phá hoại công trình xây dựng do động đất gây 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 chấn động thành 12

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 sóng

Nhỏ 3.0 - 3.9 Cảm nhận được nhưng ít khi gây thiệt

hại

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 Ngoại

lệ >10

Hủy diệt mọi thứ, không gì có thể trụ vững trên diện tích cả lục địa Cực hiếm (không rõ) DUT.LRCC

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

1.2.2 Phương pháp động lực học

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

DUT.LRCC

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 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

DUT.LRCC

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

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

DUT.LRCC

 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 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

DUT.LRCC

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

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

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

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

DUT.LRCC

- 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:

 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:

DUT.LRCC

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

 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

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 ngang 1.0

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

DUT.LRCC

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

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

phổ phản ứng chuyển vị “thật” Từ “thật” ở đây để phân biệt với từ “giả” của phổ phản ứng vận tốc “giả” và phổ phản ứng gia tốc “giả” Vì 2 loại phổ này được suy ra từ phổ phản ứng chuyển vị trên cơ sở dao động của hệ một bậc tự do

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

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

b 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

DUT.LRCC

tầng Phương trình chuyển động chủ đạo của hệ N tầng

x gx y gv z gz

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

N n

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)

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

DUT.LRCC

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)

Tải trọng tạm thời dài hạn và tải trọng tạm thời ngắn hạn nhân với hệ số = 0,9; 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

DUT.LRCC

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:

k, j E,i k,i

Trong đó:

 E,i là hệ số tổ hợp tải trọng đối với tác động thay đổi thứ i

 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

DUT.LRCC

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

Loại tác động thay đổi Tầng 

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

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:

 Các kết cấu có cách chấn đáy

Việc phân tích để xác định các hệ quả của thành phần thẳng đứng của tác động động đất có thể dựa trên mô hình không đầy đủ của kết cấu, bao gồm các cấu kiện chịu tác dụng của thành phần động đất thẳng đứng và có xét tới độ cứng của các cấu kiện liền

k

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:

Edx Edy Edz

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:

ví dụ tháp đỡ ăng ten vô tuyến không được có chuyển vị quá lớn dẫn đến chất lượng

DUT.LRCC

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

2.7.1.2 Chuyển vị lệch tầng

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

DUT.LRCC

không sụp đổ” mà các chuyển vị ngang tương đối giữa các tầng được giới hạn

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:

 dr là chuyển vị ngang thiết kế tương đối giữa các tầng; được xác định như

là hiệu của các chuyển vị ngang trung bình ds tại trần và sàn của tầng đang xét h là chiều cao tầng

  là hệ số chiết giảm xét đến chu kỳ lặp thấp hơn của tác động động đất liên

quan đến yêu cầu hạn chế hư hỏng

Giá trị của hệ số chiết giảm  cũng có thể phụ thuộc vào mức độ quan trọng của

nhà Việc sử dụng hệ số này chính là ngầm giả thiết rằng phổ phản ứng đàn hồi của tác động động đất mà theo đó phải thỏa mãn “yêu cầu hạn chế hư hỏng” có cùng dạng với phổ phản ứng đàn hồi của tác động động đất thiết kế ứng với “yêu cầu không sụp đổ"

CHÚ THÍCH: Các giá trị khác nhau của  phụ thuộc vào các nguy cơ động đất

và vào mức độ quan trọng của công trình khuyến nghị như sau:  = 0.4 cho các mức độ

quan trọng I và II và  = 0.5 cho các mức độ quan trọng III và IV

DUT.LRCC

2.8 Theo phương pháp phổ phản ứng:

2.8.1 Mặt bằng không đều đặn

(5) P Nhà được xếp loại là có hình dạng đều đặn trong mặt bằng phải thỏa mãn điều

kiện Độ mảnh  = Lmax/Lmin của mặt bằng nhà và công trình không được lớn hơn 4,

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

Theo công trìnhTa có: Lmax =32,4m, Lmin =2,625m, nên  = Lmax/Lmin =32,4/2,625 =

12,343 >4 không thỏa mãn điều kiện đều đặn nên mặt mặt bằng không đều đặn

Hình 2.1 Mặt bằng công trình 2.8.2 Mặt bằng dễ xoắn:

(6) Tại mỗi tầng và đối với mỗi hướng tính toán x và y, độ lệch tâm kết cấu e0

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

phương y:

DUT.LRCC