Tải trọng động đất

Một phần của tài liệu (Đồ án hcmute) nhà văn hóa (Trang 36 - 42)

CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ HỆ KHUNG

3. Xác định tải trọng

3.3. Tải trọng động đất

Những yêu cầu cơ bản

Kết cấu trong vùng có động đất phải được thiết kế và thi công sao cho thõa mãn những yêu cầu sau đây. Mỗi yêu cầu phải có độ tin cậy thích hợp (theo điều 2.1 TCXD 9386:2012):

- Yêu cầu không sụp đổ: kết cấu phải được thiết kế và thi công để chịu được tác động động đất thiết kế mà không bị sụp đổ cục bộ hay sụp đổ toàn phần, đồng phải giữ được tính toàn vẹn của kết cấu và còn một phần khả năng chịu tải trọng sau khi động đất xảy ra.

- Yêu cầu hạn chế hư hỏng: công trình phải được thiết kế và thi công để chịu được tác động động đất có xác suất xảy ra lớn hơn so với tác động động đất thiết kế, mà không gây hư hại và những hạn chế sử dụng kèm theo vì những chi phí khắc phục có thể lớn hơn có thể lớn hơn một cách bất hợp lý so với giá thành bản thân kết cấu.

Các loại đất nền

Các loại đất nền A, B, C, D, E và S1, S2 được mô tả bằng các mặt cắt địa tầng, các tham số cho trong bảng 3.1 và điều 3.1.2. TCVN 9386:2012.

Do ta chôn đài móng vào lớp đất số 2 (CL-GC) có độ dày 4 m mà NSPT 12 nên đất thuộc loại D.

Mức độ tin cậy và hệ số tầm quan trọng

Theo phụ lục E, TCXD 9386:2012, mỗi cấp công trình có hệ số tầm quan trọng và mức độ quan trọng khác nhau. Ta trình bày tóm tắt theo bảng 3.8 bên dưới.

Bảng 4-8. Bảng tóm tắt hệ số tầm quan trọng tùy thuộc cấp công trình

Mức độ quan trọng Công trình Hệ số tầm quan trọng

Đặc biệt Trên 60 tầng Thiết kế với gia tốc lớn nhất có thể xảy ra

I Từ 20 đến 60 tầng 1.25

II Từ 9 đến 20 tầng 1

III Từ 4 đến 8 tầng 0.75

IV Không quá 3 tầng Không yêu cầu tính toán

Đỉnh gia tốc nền tham chiếu và gia tốc nền thiết kế

Nguy cơ động đất trong mỗi vùng được mô tả dưới dạng một tham số là đỉnh gia tốc nền tham chiếu agR. Đỉnh gia tốc nền tham chiếu agR được trình bày trong phụ lục H TCVN 9638:2012.

Công trình thuộc quận 3, thành phố Hồ Chí Minh, tra bảng, agR 0.0843 (m s/ 2). Gia tốc nền thiết kế trên nền loại A: ag agR  1 0.08430.0843 (m s/ 2)

Hệ số ứng xử q

Hệ số ứng xử q biểu thị một cách gần đúng tỷ số giữa lực động đất mà kết cấu sẽ phải chịu nếu phản ứng của nó là hoàn toàn đàn hồi với tỷ số cản nhớt 5% và lực động đất có thể sử dụng khi thiết kế theo mô hình phân tích đàn hồi thông thường và vẫn tiếp tục bảo đảm cho kết cấu một phản ứng thõa mãn các yêu cầu đặt ra.

Giá trị giới hạn trên của hệ số ứng xử q để tính đến khả năng làm tiêu tốn năng lượng, phải tính đến cho từng phương khi thiết kế như sau:

w 1.5

qq ko  Trong đó:

qo : là giá trị cơ bản của hệ số ứng xử, phụ thuộc vào loại hệ kết cấu và tính đều đặn của nó theo mặt đứng

kw : là hệ số phản ánh phá hoại phổ biến trong hệ kết cấu có tường

Giá trị cơ bản của hệ số ứng xử qo được tra trong bảng 5.1 TCVN 9386:2012, đối với hệ khung và bằng 3 u / 1 .

Đối với khung nhiều tầng, nhiều nhịp, hệ số  u / 1 1.3. Hệ số kw 1 đối với hệ khung

Vậy giá trị q3.9.

Xác định chu kì dao động cơ bản của công trình

Ta xác định chu kì dao động cơ bản theo mục 3.2.4 TCVN 9386:2012.

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

G   Q

 

Trong đó:

,

Gk j

 : trọng lượng bản thân

, ,

E iQk i

 : hoạt tải dài hạn

,

E i

 : 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 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:

, 2,

E i i

 

Các giá trị 2,i tra trong bảng 3.4 TCVN 9386:2012, đối với nhà loại B (khu vực văn phòng) và lấy bằng 0.3.

Giá trị  tra trong bảng 4.2 TCVN 9386:2012, đối với nhà loại B (khu vực văn phòng), các tầng được sử dụng đồng thời, và lấy bằng 0.8.

Vậy khối lượng mỗi tầng tham gia dao động được tính như sau: 100% tĩnh tải và 24% hoạt tải.

Phương pháp tính toán

Theo mục 4.3.3.2 TCVN 9386:2012, ta có:

1

4 4 0.8 3.2 ( ) 2.2 2 ( )

TC s

T s

  

  

Không phù hợp với phương pháp tĩnh lực ngang tương đương. Do đó, ta áp dụng phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động để tính toán động đất.

Phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động Theo mục 4.3.3.3 TCVN 9386:2012.

Phải xét tới phản ứng của tất cả các dạng dao động góp phần đáng kể vào phản ứng tổng thể của nhà:

- 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.

Quá trình tính toán như sau:

- Đối với các thành phần nằm ngang của tác động động đất, phổ thiết kế Sd(T) được xác định bằng các biểu thức sau:

2 2, 5 2

0 : ( ) . . .

3 3

B d g

B

T T S T a S T

T q

  

       

 

 

: ( ) . .2, 5

B C d g

T T T S T a S

   q

. .2, 5. : ( )

.

C g

C D d

g

a S T

q T T T T S T

a



  



2

. . .2, 5. : ( )

.

C D

g

D d

g

a S T T

q T T T S T

a



 



Trong đó:

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

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

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

S: hệ số nền;

d( )

S T : phổ thiết kế;

q là hệ số ứng xử;

: là hệ số ứng với cận dưới của phổ thiết kế theo phương nằm ngang,  = 0,2.

Theo bảng 3.2 TCVN 9386:2012, ta có giá trị của các tham số mô tả các phổ phản ứng đàn hồi được trình bày trong bảng 4-9 dưới:

Bảng 4-9. Thông số đất nền tính động đất

Loại đất nền S TB (s) TC (s) TD (s)

D 1.35 0.2 0.8 2

- Xác định tổng lực cắt đáy tại chân công trình tương ứng với dạng dao động thứ i:

d( )Wi i

FS T Trong đó:

Wi : trọng lượng hữu hiệu tương ứng với dạng dao động thứ i, xác định theo công thức:

2 , 1

2 , 1

W W

W

n

i j j j

i n

i j j j

U U

 

 

 

 

Trong biểu thức trên:

n: tổng số tầng theo mỗi phương;

,

Ui j : giá trị chuyển nhượng theo mỗi phương trên mặt bằng tại điểm đặt trọng lượng thứ j của dao động thứ i;

W : trọng lượng tập trung tại tầng thứ j của công trình.

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

,

, ,

, 1

i j i

j i X i n

i j i i

F F U M

U M

 

Trong đó:

,

Fj i : lực ngang tác dụng lên tầng thứ j theo phương ứng với dạng dao động riêng thứ i;

Mi : khối lượng tập trung tại tầng thứ i của công trình;

,

Ui j : giá trị chuyển vị theo mỗi phương trên mặt bằng tại điểm đặt trọng lượng thứ j của dao động thứ i.

- Khi tất cả các dạng dao động cần thiết được xem là độc lập với nhau, thì giá trị lớn nhất EE của hệ quả tác động động đất có thể lấy bằng:

2

E Ei

E  E Trong đó:

EE : hệ quả tác động động đất đang xét (lực, chuyển vị, …);

Ei

E : giá trị của hệ quả tác động động đất này do dạng dao động thứ i gây ra.

Bảng kết quả trọng lượng hiện hữu được trình bày ở bảng 4-10, 4-11.

Bảng 4-10. Kết quả tổng hợp trọng lượng hiện hữu của các MODE dao động PHƯƠNG X

Mode Period Wj (kN.s2/m) Tổng W (kN.s2/m) Phần trăm (%)

MODE 1 2.209932 20414.88 29969.2086 68.119508

MODE 5 0.512235 5680.289 29969.2086 18.953749

MODE 9 0.23261 1968.633 29969.2086 6.5688514

MODE 10 0.226306 718.5025 29969.2086 2.3974691

Tổng 96.04

Bảng 4-11. Kết quả tổng hợp trọng lượng hiện hữu của các MODE dao động (tiếp theo) PHƯƠNG Y

Mode Period Wj (kN.s2/m) Tổng W (kN.s2/m) Phần trăm (%)

MODE 2 2.129954 19632.59 29969.2086 65.509199

MODE 6 0.461509 5672.974 29969.2086 18.929341

PHƯƠNG Y

Mode Period Wj (kN.s2/m) Tổng W (kN.s2/m) Phần trăm (%)

MODE 11 0.193469 2056.124 29969.2086 6.8607876

Tổng 91.3

Nhận thấy tổng các khối lượng hữu hiệu của các dạng dao động theo 2 phương X và Y được xét chiếm it hơn 90 % tổng khối lượng của kết cấu. Ta xét tất cả các dạng dao động có khối lượng hữu hiệu lớn hơn 5 % của tổng khối lượng.

Số dạng dao động theo phương X có 3 MODE: 1, 5, 9.

Số dạng dao động theo phương X có 3 MODE: 2, 6, 11.

Số liệu tính toán gió động được trình bày trong bẳng 4-12 và 3-13 bên dưới.

Bảng 4-12. Bảng tính gió động theo phương X

Tầng ji

F (kN)

MODE 1 MODE 5 MODE 9

SANTHUONG 52.987 -79.183 43.409

STORY16 51.643 -64.019 28.377

STORY15 48.667 -43.812 9.976

STORY14 45.270 -24.600 -8.423

STORY13 41.822 -5.282 -23.208

STORY12 38.374 13.233 -32.776

STORY11 34.912 30.065 -36.561

STORY10 31.402 44.270 -34.485

STORY9 28.475 55.851 -27.092

STORY8 24.916 63.830 -15.936

STORY7 21.357 68.263 -2.125

STORY6 17.919 69.621 12.836

STORY5 15.036 67.410 26.390

STORY4 12.029 62.017 36.623

STORY3 9.022 53.029 43.086

STORY2 6.628 43.221 43.703

STORY1 4.242 31.695 38.526

TRET 2.610 22.425 30.964

HAM 0.607 6.353 10.333

Bảng 4-13. Bảng tính gió động theo phương Y

Tầng ji

F (kN)

MODE 2 MODE 6 MODE 11

SANTHUONG 57.596 -81.150 44.449

STORY16 56.003 -63.793 27.557

STORY15 51.999 -43.067 7.793

STORY14 48.171 -22.455 -10.418

STORY13 44.289 -1.731 -25.051

STORY12 40.404 16.478 -34.522

STORY11 36.505 33.901 -38.272

STORY10 32.554 47.870 -35.171

STORY9 28.592 58.388 -26.281

STORY8 24.589 66.231 -12.615

STORY7 21.158 69.717 3.154

STORY6 17.848 69.315 19.051

STORY5 14.494 66.265 32.506

STORY4 11.015 59.196 41.565

STORY3 8.117 49.478 45.295

STORY2 5.808 38.946 42.708

STORY1 3.505 27.595 34.898

TRET 1.887 18.210 26.013

HAM 0.585 4.461 7.533

Một phần của tài liệu (Đồ án hcmute) nhà văn hóa (Trang 36 - 42)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(117 trang)