CHƯƠNG 3: TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG
3.4 TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
Tổ hợp dùng để tính toán động đất: COMB2=1TT + 0.24HT Trong đó: 0.24= 0.8 x 0.3 ( E,i 2,i)
E,i: là hệ số tổ hợp tải trọng đối với tác động thay đổi.
2,i: là hệ số phụ thuộc vào loại tải trọng đặt lên nhà theo bảng 3.4 TCVN 9386- 2012.
: là hệ số phụ thuộc vào loại tác động thay đổi theo bảng 4.2 TCVN 9386-2012.
3.4.2. Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương
Đây là phương pháp tính toán tác động của động đất đơn giản nhất vì yếu tố ứng xử động học của công trình không được kể đến một cách đầy đủ trong tính toán.
Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương không áp dụng cho các công trình có hình dạng không đều đặn hoặc có sự phân bố khối lượng và độ cứng không đồng đều trong mặt bằng cũng như chiều cao theo quy định cụ thể trong TCVN 9386-2012.
3.4.2.1. Điều kiện áp dụng
Phương pháp này có thể áp dụng nếu nhà và công trình đáp ứng được cả 2 điều kiện sau:
Có chu kì dao động T1 theo 2 hướng chính nhỏ hơn các giá trị sau: T14T2sc
Thỏa mãn những tiêu chí đều đặn theo chiều cao theo Mục 4.2.3.3 TCVN 9386:2012.
3.4.2.2. Xác định lực cắt đáy
Theo mỗi hướng ngang được phân tích, lực cắt đáy động đất Fb được xác định:
b d 1
F S (T ) W (5-9)
Trong đó: S (T ) : là tung độ của phổ thiết kế không thứ nguyên tại chu kì Td 1 1. T1: là chu kì dao động cơ bản của nhà và công trình do chuyển động ngang theo hướng đang xét.
W: là tổng trọng lượng của nhà và công trình trên móng hoặc trên đỉnh
Nếu T1 ≤ 2Tc với nhà và công trình trên 2 tầng: 0.85 . Đối với các trường hợp khác: 1 .
3.4.2.3. Phân bố lực động đất theo phương ngang
Khi dạng dao động cơ bản được lấy gần đúng bằng các chuyển vị ngang tăng tuyến tính dọc theo chiều cao, lực ngang Fi (đặt tại cao trình tập trung của trọng lượng Wi) tính bằng:
i i
i b
j j
F F z W
z W
(5-10)
Trong đó: zi và zj là độ cao của trọng lượng Wi và Wj so với điểm đặt lực cắt đáy động đất Fb (tại mặt móng hoặc đỉnh của phần cứng phía dưới).
3.4.3. Trình tự tính toán
Xác định agR
Nguy cơ động đất được mô tả dưới dạng một tham số là đỉnh gia tốc nền tham chiếu agR trên nền loại A. Đỉnh gia tốc nền tham chiếu agR trên nền loại A được lấy từ bản đồ phân vùng gia tốc nền lãnh thổ Việt Nam trong Phụ lục H “TCVN 9386-2012”.
Công trình thuộc Quận Phú Nhuận, TP.HCM, trong Phụ lục H “TCVN 9386-2012”
đỉnh gia tốc nền agR= 0.0844g = 0.828
Nhận dạng điều kiện đất nền theo tác động của động đất:
Có 7 loại đất nền phân loại theo Mục 3.1.2 và Mục 3.2.2.2 TCVN 9386-2012.
Kết hợp với số liệu cao trình mũi cọc dự tính đặt tại lớp đất thứ 5 có chỉ số NSPT= 42 ( 15 < 42 < 50 ). Do đó ta nhận thấy công trình có nền đất loại C.
Tra bảng ta có các thông số thiết kế động đất như sau:
S= 1.15; TB= 0.2s; TC= 0.6s; TD= 2s
Hệ số tầm quan trọng
Mức độ tầm quan trọng được đặc trưng bởi hệ số tầm quan trọng γ1.
Các định nghĩa về mức độ tầm quan trọng (γ1 = 1.25, 1.00, 0.75) (Phụ lục E – TCVN 9386-2012) tương ứng với công trình loại I, II, III (Phụ lục F – TCVN 9386-2012).
Công trình thuộc công trình nhà cao tầng có số tầng là 17 tầng và có mức độ quan trọng loại II, nên hệ số tầm quan trọng lúc này được lấy γ1 = 1.
Gia tốc đỉnh nền thiết kế
Gia tốc đất nền thiết kế ag ứng với trạng thái cực hạn xác định như sau: ag a .gR 1 Theo quy định của TCVN 9386 – 2012 Thiết kế công trình chịu động đất:
Ta có: ag= 0.0844g > 0.08g => Phải tính toán với cấu tạo kháng chấn
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.
=> Chọn q = 3.9
Phân tích dao động, tìm chu kì, tần số, khối lượng tham gia dao động của các dạng dao động
Đối với phương pháp tĩnh lực ngang tương đương, (H<40m): có thể xác định bằng công thức gần đúng.
Nếu nhà có H > 40m, hoặc dùng phương pháp phổ phản ứng: dùng phần mềm hỗ trợ.
Xây dựng phổ thiết kế dùng cho phân tích đàn hồi - Phổ thiết kế đàn hồi theo phương thẳng đứng.
Nếu avg > 0.25g thì cần xét đến thành phần thẳng đứng của tác động động đất.
Theo mục 3.2.2.3 TCVN 9386-2012
Ta có: avg a 0.9 0.0844 0.9 g 0.076g 0.25gg => Không cần xét - Phổ thiết kế đàn hồi theo phương nằm ngang.
Đối với thành phần nằm ngang của tác động động đất, phổ thiết kế không thứ nguyên Sd(T) được xác định như sau:
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 . ; .a
q T
T .T T T : S T max a .S. 2.5 . ; .a
q T
(5-11)
Trong đó:
Sd(T): là phổ phản ứng đàn hồi.
T: là chu kì dao động của hệ tuyến tính một bậc tự do.
ag: là gia tốc nền thiết kế.
S: là hệ số nền.
TB: là giới hạn dưới của chu kì ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc.
TC: là giới hạn trên của chu kì ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc.
TD: là giá trị xác định điểm bắt đầu của phản ứng dịch chuyển không đổi trong phổ.
β = 0.2: hệ số ứng với cận dưới phổ thiết kế theo phương nằm ngang.
q: hệ số ứng xử.
- Đối với thành phần thẳng đứng của tác động động đất, phổ thiết kế cho bởi các biểu thức trên với gia tốc nền thiết kế ag theo phương nằm ngang được thay bằng giá trị avg, S được lấy bằng 1, hệ số ứng xử q lấy bằng 1.5 cho mọi loại vật liệu và hệ kết
Do các bộ phận kết cấu nằm ngang có nhịp nhỏ hơn 20m, các thành phần kết cấu dạng côngxôn nằm ngang nhỏ hơn 5m, kết cấu không có ứng lực trước nên không cần kể đến thành phần thẳng đứng của tác động động đất.
Hình 3.6: Phổ động đất theo phương ngang ( TC EuroCode8-2004) 3.4.4. Kết luận
Bảng 5.9: Phần trăm khối lượng các mode tham giao động
Mode Period Tần số UX UY UZ RX RY RZ
1 1.850957 0.54026 135.1478 65.10106 0 -2907.89 5142.879 -13.6262 2 1.762823 0.56727 64.03243 -137.702 0 6139.802 2436.688 7.282995 3 1.64035 0.60962 -0.52859 -0.76446 0 33.78992 -20.6958 -2529.52 4 0.477997 2.09206 -0.42065 -0.54484 0 4.906568 -1.41952 1065.06 5 0.459587 2.17586 -11.846 -71.6115 0 566.3394 -49.7396 -9.15765 6 0.412159 2.42624 -76.2639 11.62564 0 -94.3285 -264.913 -4.90767 Sau khi loại bỏ các mode bị xoắn sinh viên chọn các mode tính toán như sau:
+ Phương X: Mode 1 + Phương Y: Mode 2
3.4.5. Kết quả
Bảng 3.10: Kết quả tính toán lực ngang phương X – Mode 1
Hình 3.4: Biểu đồ phân phối lực ngang theo phương
Bảng 3.11: Kết quả tính toán lực ngang phương Y – Mode 2
Hình 3.5: Biểu đồ phân phối lực ngang theo phương Y
0.000 100.000 200.000 300.000 400.000 500.000 600.000 700.000 800.000 900.000
Phương X
Mode 1
0.000 100.000 200.000 300.000 400.000 500.000 600.000 700.000 800.000 900.000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Phương Y
Mode 2