CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG TRỤC 5 VÀ B
5.4 TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH CHỊU ĐỘNG ĐẤT THEO PP PHỔ PHẢN ỨNG48
- Đối với những công trình nhà cao tầng, trong thiết kế xây dựng nhà thầu ngoài việc tính toán tải trọng của bản thân công trình (tải trọng đứng), còn phải tính toán hai loại tải trọng nữa vô cùng quan trọng là tải trọng của gió bão và tải trọng động đất (tải trọng ngang).
- Đây được xem như là một trong những yêu cầu bắt buộc không thể thiếu và là yêu cầu quan trọng nhất khi thiết kế các công trình cao tầng. Do đó, bất kỳ công trình xây dựng nào nằm ở vùng có phân vùng tác động gió thì phải tính toán tải trọng gió, phân vùng về động đất phải tính toán tải trọng động đất.
- Tính toán lực động đất theo tiêu chuẩn TCXDVN 9386-2012 “Thiết kế công trình chịu động đất”.
Tính toán tải trọng động đất
- Vị trí công trình và đặc trưng nền đất dưới chân công trình
- Công trình nằm tại trung tâm khu đô thị mới Võ Nguyễn Giáp, P Khuê Mỹ, Q Ngũ Hành Sơn, Đà Nẵng, Việt Nam, theo Phụ lục H “Bảng phân vùng gia tốc nền theo địa danh hành chính” của TCVN 9386-2012:
- Đỉnh gia tốc nền agR được xác định như sau:
Bảng 5.7. Đỉnh gia tốc nền của công trình
ĐỊA DANH Tọa độ
Gia tốc nền agR
Kinh độ Vĩ độ
Quận Ngũ Hành Sơn 108.260126 16.001666 0.0674
Căn cứ vào thang MSK-64 ( phụ lục I của TCVN 9386-2012) có cấp động đất là cấp VII
Hình 5.2. Bảng chuyển đổi từ đỉnh gia tốc nền thiết kế sang cấp động đất từ thang MSK-64 (Lấy từ phụ lục I TCVN 9386-2012)
Gia tốc đỉnh đất nền thiết kế:
- Gia tốc đỉnh đất nền thiết kế ag ứng với trạng thái giới hạn cực hạn xác định như sau (thông qua gia tốc trọng trường g):
-
g 2
gR I g
a a γ 0.0856 1.25 0.107 a 0.107 9.81 = 1.05(m / s )
g
- Với:
Độ cản nhớt ξ = 5%.
Hệ số tầm quan trọng γI = 1.25- Theo phụ lục E của TCVN 9386-2012 với công trình thuộc cấp I (công trình cao 20 tầng)
- Vậy theo TCVN 9386-2012 thì: a 1.05g (m / s ) > 0.08gg 2 , ta cần áp dụng các giải pháp kháng chấn cho công trình.
Phân loại đất nền công trình:
- Nhận dạng điều kiện đất nền theo tác động động đất.
- Căn cứ vào mặt cắt địa tầng, các số liệu khảo sát địa chất tại khu vực xây dựng và điều kiện đất nền theo tác động động đất trong quy định tại điều 3.1.2 của TCVN 9386 – 2012 nhận dạng nền đất tại khu vực xây dựng công trình này như sau:
- Theo bảng 3.1 “Các loại nền đất” của TCVN 9386-2012 thì loại đất nền của công trình thuộc loại B.
- Theo bảng 3.2 “Giá trị các tham số mô tả các phổ phản ứng đàn hồi” của TCVN 9386-2012:
Bảng 5.8. Giá trị tham số mô tả các phổ phản ứng đàn hồi
Loại nền đất S TB (s) TC (s) TD (s)
A 1 0.15 0.4 2
B 1.2 0.15 0.5 2
C 1.15 0.2 0.6 2
D 1.35 0.2 0.8 2
E 1.4 0.15 0.5 2
- Trong đó:
S là hệ số nền.
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.
Xác định cấp độ, loại công trình.
- Theo Phụ lục E “Phân cấp, phân loại công trình xây dựng” của TCVN 9386-2012 thì công trình thuộc nhà chung cư có chiều cao công trình 20 tầng được xếp vào công trình cấp I
Xác định mức độ và hệ số tầm quan trọng
- Ứng với công trình cấp I như trên, theo Phụ lục E “Mức độ và hệ số tầm quan trọng”
của TCVN 9386-2012 thì hệ số tầm quan trọng γI = 1.25.
- Xác định hệ số ứng xử q của kết cấu đối với tác động động đất theo phương nằm ngang:
- Giá trị giới hạn trên của hệ số ứng xử q để tính đến khả năng làm tiêu tán năng lượng, phải được tính cho từng phương khi thiết kế như sau:
q q k 1.5 o w Trong đó:
qo là giá trị cơ bản của hệ số ứng xử, phụ thuộc vào loại kết cấu và tính đều đặn của nó theo mặt đứng.
kw là hệ số phản ánh dạng phá hoại phổ biến trong hệ kết cấu có tường chịu lực.
- Lựa chọn hệ kết cấu chịu lực của công trình là: Khung nhiều tầng, nhiều nhịp hoặc hệ kết cấu hỗn hợp tương đương khung. Từ hệ kết cấu trên xác định được tỷ số:
α 1.3 α
1 u Trong đó:
α1 là giá trị để nhân vào giá trị thiết kế của tác động động đất theo phương nằm ngang để trong mọi cấu kiện của kết cấu sẽ đạt giới hạn độ bền chịu uốn trước tiên, trong khi tất cả các tác động khác vẫn không đổi.
αu là giá trị để nhân vào giá trị thiết kế của tác động đất theo phương nằm ngang sẽ làm cho khớp dẻo hình thành trong một loạt tiết diện đủ để dẫn đến sự mất ổn định tổng thể kết cấu, trong khi tất cả các giá trị thiết kế của các tác động khác vẫn không đổi. Hệ số αu có thể thu được từ phân tích phi tuyến tính tổng thể.
Xét đến tính đều đặn theo mặt đứng của công trình là: Đều đặn theo mặt đứng, giá trị cơ bản của hệ số ứng xử qo, phụ thuộc vào loại kết cấu và tính đều đặn của nó theo mặt đứng lấy trong bảng 5.1 “Giá trị cơ bản của hệ số ứng xử qo cho hệ có sự đều đặn theo mặt đứng” của TCVN 9386-2012.
Xét đến tính dẻo của kết cấu công trình thuộc dạng: Cấp dẻo kết cấu trung bình.
- Loại kết cấu công trình thuộc loại: Hệ khung, hệ hỗn hợp, hệ tường kép.Tra bảng 5.1, trang 77 với hệ kết cấu trên, có: o u
1
q 3 . 3 1.3 3.9α
α - Với hệ kết cấu như trên, có: kw = 1
- Hệ số ứng xử q với tác động theo phương ngang của công trình: q = qokw = 3.9 × 1 = 3.9
Tính toán động đất theo phương pháp phổ thiết kế dùng cho phân tích đàn hồi - Theo TCXDVN 9386-2012: với các thành phần nằm ngang của tác động động đất,
phổ thiết kế Sd(T) được xác định theo các công thức như sau:
B d g
B
2 T 2.5 2
0 T T : S T a S
3 T q 3
B C d g 2.5
T T T :S T a S
q
g c
C D d
T a S 2.5
q T
T T T : S T
-
g C 2 D
D d
g
T T
a S 2.5
T T : S T q T
a
- Trong đó:
Sd(T): phổ phản ứng thiết kế.
T: là chu kì dao động của hệ tuyến tính một bậc tự do.
ag: là gia tốc nền thiết kế trên nền loại B (ag = γI×agR).
TB: là giới hạn dưới của chu kì, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc:
TB=0.15
TC: là giới hạn trên của chu kì, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc:
TC=0.5
TD: là giá trị xác định điểm bắt đầu của phần phản ứng dịch chuyển không đổi trong phổ phản ứng: TD=2
S: là hệ số nền: S = 1.2 q: hệ số ứng xử
β: hệ số ứng với cận dưới của phổ thiết kế theo phương nằm ngang, β = 0.2.
- Xây dựng phổ phản ứng thiết kế dùng trong phân tích đàn hồi theo phương ngang:
Bảng 5.9. Phổ phản ứng thiết kế dùng trong phân tích đàn hồi theo phương ngang 0 ≤ T ≤ TB
TB<T.TC (0.15<0.5T) TC<T.TD
TD < T (2<T)
0 ≤ T ≤ 0.15 (0.5<2T)
T Sd T Sd T Sd T Sd
0.000 0.84 0.150 0.807 0.6 0.673 2.1 0.21
0.025 0.834 0.200 0.807 0.7 0.577 2.2 0.21
0.050 0.829 0.250 0.807 0.9 0.449 2.4 0.21
0.075 0.824 0.300 0.807 1 0.404 2.5 0.21
0.100 0.818 0.350 0.807 1.1 0.367 2.6 0.21
0.125 0.813 0.400 0.807 1.2 0.336 2.7 0.21
0.150 0.807 0.450 0.807 1.5 0.269 3 0.21
0.500 0.807 1.6 0.252 3.1 0.21
1.7 0.237 3.2 0.21
1.8 0.224 3.3 0.21
1.9 0.212 3.5 0.21
2 0.21 3.8 0.21
4 0.21