CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ KHUNG
4.2. Tải trọng tác dụng vào khung
4.2.2. Tải trọng động đất
Theo TCVN 9386 : 20 2, có 2 phương pháp tính toán tải trọng động đất là phương pháp t nh lực ngang tương đương và phương pháp phân tích phổ dao động.
Với chu kì T1 = 2.688. Không thỏa mãn yêu cầu phương pháp t nh lực ngang tương đương: 1 4TC 2.4s
T 2s (theo điều 4.3.3.2, TCVN 9386 : 2012)
Nên trong đồ án này tải trọng động đất sẽ được tính toán theo phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động (theo điều 4.3.3.3 TCVN 9386 : 2012). Việc tính toán tải trọng động đất được thực hiện theo TCVN 9386 : 2012 và sự trợ giúp của phần mềm ETABS.
4.2.2.1.Phổ phản ứng thiết kế theo phương ngang
- Xác định loại đất nền: dựa vào hồ sơ địa chất xây dựng, tất cả đều có chỉ số NSPT vào khoảng 15-50 → Đất nền thuộc loại C (theo Điều 3.1.2, Bảng 3.1, TCVN 9386 – 2012: Thiết kế công trình chịu động đất).
- Xác định agR: gia tốc nền ứng với vị trí xây dựng công trình tại huyện Thuận An, tỉnh Bình Dương
2
agR 0.0812 g 0.0812 9.81 0.7966 (m/s ) - Xác định hệ số tầm quan trọng
Hệ số tầm quan trọng 1 1.25 (Tra bảng F, G trong TCVN 9386:2012 ứng với công trình nhà chung cư từ 20 – 60 tầng).
- Xác định gia tốc nền đất thiết kế
2 2
g gR 1
a a 0.7966 1.25 0.9957 (m/s ) 0.08 g 0.7848 (m/s )
→ Phải thiết kế kháng chấn
- Xác định hệ số ứng xử q của kết cấu bê tông cốt thép
Hệ số ứng xử q là hệ số kể đến khả năng có thể tiêu tán năng lượng (tính dẻo) của kết cấu, đối với hệ kết cấu hỗn hợp có vách cứng lấy q = 3.6
Bảng 4.8: Giá trị tham số mô tả phổ phản ứng đàn hồi Loại nền đất S TB (s) TC (s) TD (s)
C 1.15 0.2 0.6 2
- Phổ phản ứng đàn hồi Sd (T) của công trình được xác định qua các biểu thức sau:
46
B d g
B
B C d g
C
C D d g g
C D
D d g 2 g
2 T 2.5 2 0 T T : S (T) a S -
3 T q 3
T T T : S (T) a S 2.5 q
T
T T T : S (T) = Max a S 2.5 ; β a
q T
T T
T T : S (T) = Max a S 2.5 ; β a
q T
Trong đó:
T: Chu kì dao động của hệ tuyến tính một bậc tự do.
Sd (T): Phổ phản ứng thiết kế đàn hồi theo phương nằm ngang.
ag: Gia tốc nền thiết kế trên nền loại A (ag agR 1).
TB: Giới hạn dưới của chu kì, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc TC: Giới hạn trên của chu kì, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc TD: Giá trị xác định điểm bắt đầu của phần dịch chuyển không đổi trong phổ phản ứng.
S: Hệ số nền.
: Hệ số ứng với cận dưới của phổ thiết kế theo phương ngang, = 0.2.
q: Hệ số ứng xử.
Bảng 4.9: Giá trị phổ phản ứng thiết kế theo phương ngang
STT T Sd STT T Sd STT T Sd STT T Sd
1 0.000 0.763 51 1.275 0.345 101 2.525 0.199 151 3.775 0.199 2 0.025 0.760 52 1.300 0.339 102 2.550 0.199 152 3.800 0.199 3 0.050 0.756 53 1.325 0.332 103 2.575 0.199 153 3.825 0.199 4 0.075 0.752 54 1.350 0.326 104 2.600 0.199 154 3.850 0.199 5 0.100 0.749 55 1.375 0.320 105 2.625 0.199 155 3.875 0.199 6 0.125 0.745 56 1.400 0.315 106 2.650 0.199 156 3.900 0.199 7 0.150 0.741 57 1.425 0.309 107 2.675 0.199 157 3.925 0.199 8 0.175 0.738 58 1.450 0.304 108 2.700 0.199 158 3.950 0.199 9 0.200 0.734 59 1.475 0.299 109 2.725 0.199 159 3.975 0.199 10 0.225 0.734 60 1.500 0.294 110 2.750 0.199 160 4.000 0.199 11 0.250 0.734 61 1.525 0.289 111 2.775 0.199 161
12 0.275 0.734 62 1.550 0.284 112 2.800 0.199 162 13 0.300 0.734 63 1.575 0.280 113 2.825 0.199 163 14 0.325 0.734 64 1.600 0.275 114 2.850 0.199 164 15 0.350 0.734 65 1.625 0.271 115 2.875 0.199 165
47
STT T Sd STT T Sd STT T Sd STT T Sd
16 0.375 0.734 66 1.650 0.267 116 2.900 0.199 166 17 0.400 0.734 67 1.675 0.263 117 2.925 0.199 167 18 0.425 0.734 68 1.700 0.259 118 2.950 0.199 168 19 0.450 0.734 69 1.725 0.255 119 2.975 0.199 169 20 0.475 0.734 70 1.750 0.252 120 3.000 0.199 170 21 0.500 0.734 71 1.775 0.248 121 3.025 0.199 171 22 0.525 0.734 72 1.800 0.245 122 3.050 0.199 172 23 0.550 0.734 73 1.825 0.241 123 3.075 0.199 173 24 0.575 0.734 74 1.850 0.238 124 3.100 0.199 174 25 0.600 0.734 75 1.875 0.235 125 3.125 0.199 175 26 0.625 0.705 76 1.900 0.232 126 3.150 0.199 176 27 0.650 0.678 77 1.925 0.229 127 3.175 0.199 177 28 0.675 0.652 78 1.950 0.226 128 3.200 0.199 178 29 0.700 0.629 79 1.975 0.223 129 3.225 0.199 179 30 0.725 0.607 80 2.000 0.220 130 3.250 0.199 180 31 0.750 0.587 81 2.025 0.215 131 3.275 0.199 181 32 0.775 0.568 82 2.050 0.210 132 3.300 0.199 182 33 0.800 0.551 83 2.075 0.205 133 3.325 0.199 183 34 0.825 0.534 84 2.100 0.200 134 3.350 0.199 184 35 0.850 0.518 85 2.125 0.199 135 3.375 0.199 185 36 0.875 0.503 86 2.150 0.199 136 3.400 0.199 186 37 0.900 0.489 87 2.175 0.199 137 3.425 0.199 187 38 0.925 0.476 88 2.200 0.199 138 3.450 0.199 188 39 0.950 0.464 89 2.225 0.199 139 3.475 0.199 189 40 0.975 0.452 90 2.250 0.199 140 3.500 0.199 190 41 1.000 0.440 91 2.275 0.199 141 3.525 0.199 191 42 1.025 0.430 92 2.300 0.199 142 3.550 0.199 192 43 1.050 0.419 93 2.325 0.199 143 3.575 0.199 193 44 1.075 0.410 94 2.350 0.199 144 3.600 0.199 194 45 1.100 0.400 95 2.375 0.199 145 3.625 0.199 195 46 1.125 0.391 96 2.400 0.199 146 3.650 0.199 196 47 1.150 0.383 97 2.425 0.199 147 3.675 0.199 197 48 1.175 0.375 98 2.450 0.199 148 3.700 0.199 198 49 1.200 0.367 99 2.475 0.199 149 3.725 0.199 199 50 1.225 0.360 100 2.500 0.199 150 3.750 0.199 200
48 Hình 4.2: Biểu đồ phổ phản ứng thiết kế theo phương ngang
4.2.2.2. Phổ phản ứng thiết kế theo phương đứng
Theo điều Điều 4.3.3.5.2, TCVN 9386 – 20 2, “Thiết kế công trình chịu động đất”, thành phần đứng của tải trọng động đất chỉ cần xem xét khiavg 0.25g. Công trình nằm ở quận Thuận An, tỉnh Bình Dương với:
2 2
avg 0.9957 (m/s ) < 0.25 9.81 2.452 (m/s )
Nên không cần x t đến thành phần đứng của tải động đất. Do đó, không cần xây dựng phổ phản ứng theo phương đứng.
4.2.2.3. Tổ hợp tải trọng động đất
Nhận thấy với mỗi phương dao động, các chu kì liền sau đều nhỏ hơn 0.9 lần chu kì liền trước, do đó các dạng dao động riêng này có thể xem là độc lập tuyến tính với nhau. Khi đó tổ hợp tải trọng động đất được xác định theo phương pháp căn bậc hai của tổng bình phương:
k 2 i i 1
E E
Trong đó:
+ E: Hệ quả của tác động động đất đang x t (nội lực, chuyển vị…)
+ Ei: Giá trị của hệ quả tác động động đất do dạng dao động riêng thứ i gây ra.
+ k: Số dạng dao động cần x t
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
0 1 2 3 4 5
49 Số dạng dao động cần x t đến trong phương pháp phổ phản ứng là số dạng dao động góp phần đáng kể vào phản ứng tổng thể của công trình . Điều này có thể được thoả mãn nếu đạt được một trong hai điều kiện sau:
+ Tổng các trọng lượng hữu hiệu của các dạng dao động được xem x t chiếm ít nhất 90% tổng trọng lượng của kết cấu.
+ Tất cả các dạng dao động có trọng lượng hữu hiệu lớn hơn 5% của tổng trọng lượng đều được x t đến.
Nói chung nếu dùng kết quả xác định như trên để tổ hợp các hệ quả do các tải trọng khác gây ra, ta sẽ được giá trị phản ứng quá thiên về an toàn. Vì thực tế động đất tác động theo hai phương ngang vuông góc với nhau không phải lúc nào cũng cùng pha nhau, cho ph p sử dụng tổ hợp sau:
E Edx Edy
E Edx Edy
E E 0.3E
E E 0.3E
(Theo điều 4.3.3.5. , TCVN 9386 – 20 2: Thiết kế công trình chịu động đất) Bảng 4.10: Các trường hợp tải trọng
Kí hiệu Loại Thành phần Ý ngh a
TT DEAD - T nh tải
HT LIVE - Hoạt tải (n = 1.2)
WTX WIND - Gió t nh theo phương X
WTY WIND - Gió t nh theo phương Y
WDX WIND - Gió động theo phương X dạng 1
WDY WIND - Gió động theo phương Y dạng 1
WX ADD WTX, WDX Gió theo phương X
WY ADD WTY, WDY Gió theo phương Y
QX Response
Spectrum - Động đất theo phương X
QY Response
Spectrum - Động đất theo phương Y
Tham khảo điều 3.7.6.3, tiêu chuẩn ACI 3 8M – 08 khi hoạt tải không vượt quá 75% t nh tải và theo sách “Tính toán tiết diện cột Bê tông cốt th p” của GS. TS.
Nguyễn Đình Cống thì trong những nhà nhiều tầng có t nh tải khá lớn so với hoạt tải (g > 2p với g và p là t nh tải và hoạt tải) và có chiều cao khá lớn (>40m) thì moment trong dầm và cột do hoạt tải gây ra là khá b so với moment do t nh tải và tải trọng gió gây ra. Lúc này có thể tính gần đúng bằng cách bỏ qua các trường hợp xếp hoạt tải đứng cách tầng cách nhịp mà gộp toàn bộ hoạt tải và t nh tải sàn để tính toán.
50 Bảng 4.11: Các tổ hợp tải trọng
Kí hiệu Loại Thành phần Ý ngh a
COMB1 ADD TT + HT
Tổ hợp cơ bản 1
" "T nh tải + "1" Hoạt tải"
COMB2 ADD TT + WX
COMB3 ADD TT - WX
COMB4 ADD TT + WY
COMB5 ADD TT - WY
COMB6 ADD TT + 0.9*HT + 0.9*WX Tổ hợp cơ bản 2
" "T nh tải + "0.9" Các hoạt tải làm tăng nội lực"
COMB7 ADD TT + 0.9*HT - 0.9*WX
COMB8 ADD TT + 0.9*HT + 0.9*WY
COMB9 ADD TT + 0.9*HT - 0.9*WY
COMB10 ADD TT + 0.9*HT + 0.63*QX + 0.63*QY
Tổ hợp đặc biệt COMB11 ADD TT + 0.9*HT + 0.63*QX - 0.63*QY
COMB12 ADD TT + 0.9*HT - 0.63*QX + 0.63*QY COMB13 ADD TT + 0.9*HT + 0.63*QX + 0.63*QY
COMB14 ADD TT + QX
COMB15 ADD TT + 0.3*HT + QX
COMB16 ADD TT + QY
COMB17 ADD TT + 0.3*HT + QY
COMBAO ENVE COMB , COMB2,… COMB17 Tổ hợp bao
Khi kể đến tác động của động đất thì ngoài hệ số tham gia của dao động của hoạt tải là 0.3 đối với khu vực nhà ở gia đình thì cần nhân thêm hệ số 0.8 khi các tầng được sử dụng đồng thời (Theo điều 3.2.4 và 4.2.4, TCVN 9386:20 2).
k, j E,i k,i
G " " Q với E,i 2,i Bảng 4.12: Các giá trị 2,i đối với nhà
Tác động i
Tải trọng đặt lên nhà, loại
Loại A: Khu vực nhà ở, gia đình 0.3
Loại B: Khu vực văn phòng 0.3
Loại C: Khu vực hội họp 0.6
Loại D: Khu vực mua bán 0.6
Loại E: Khu vực kho lưu trữ 0.8
Loại F: Khu vực giao thông, trọng lượng xe ≤ 30 kN 0.6 Loại G: Khu vực giao thông, 30 kN ≤ trọng lượng xe ≤ 60 kN 0.3
Loại H: Mái 0
51 Bảng 4.13: Giá trị của để tính toán E,i
Loại tác động thay đổi Tầng
Các loại từ A - C*
Mái 1.0
Các tầng được sử dụng đồng thời 0.8 Các tầng được sử dụng độc lập 0.5
Các loại từ D-F* và kho lưu trữ 1.0
* Các loại tác động thay đổi được định ngh a trong Bảng 3.4.