CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ HỆ KHUNG
4.3. Tính toán tải trọng
4.3.2. Tải trọng động đất
- Tính toán động đất theo tiêu chuẩn TCVN 9386 - 2012
- Theo TCVN 9368 - 2012 có 2 phương pháp tính toán tải trọng động đất là phương pháp tĩnh lực ngang và phương pháp phân tích phổ dao động.
- Với chu kỳ T3( x ) 1.208s, T1( y) 1.767s thỏa mãn yêu cầu phương pháp tĩnh lực ngang tương đương 1 4TC 2s
T 2s
(điều 4.3.3.2 TCVN 9368 - 2012)
- Hệ số Mass Source trong ETABS dùng để tính toán động đất là TT + 0.24HT
Xác định agR
+ Nguy cơ động đất được mô tả dưới dạng một tham số là đỉnh gia tốc nền tham chiếu agR được lấy từ bản đồ phân vùng gia tốc nền lãnh thổ Việt Nam trong phụ lục G TCVN 9386 - 2012.
+ Công trình thuộc quận 7, TP. HCM nên đỉnh gia tốc nền agR 0.0846g
Nhận dạng điều kiện đất nền theo tác động của động đất
+ Công trình xây dựng ở quận 7, TP. HCM nên thông số đất nền tính động đất như sau
Loại đất nền S T (s) B T (s) C T (s) D
D 1.35 0.2 0.8 2
44 Trong đó:
TB (s) là giới hạn dưới của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc
TC (s) là giới hạn trên của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc
TD (s) là giá trị xác định điểm bắt đầu của phần phản ứng dịch chuyển không đổi trong phổ phản ứng
Mức độ và hệ số tầm quan trọng
+ Công trình thuộc công trình nhà cao tầng có số tầng là 16 nên theo TCXD 9368 - 2012, công trình có mức độ quan trọng loại II, nên hệ số tầm quan trọng tra phụ lục E được lấy 1 1
Gia tốc đỉnh nền đất thiết kế
+ Gia tốc đỉnh đất nền thiết kế ag ứng với trạng thái giới hạn cực hạn xác định:
g 1 gR
0.04g0.39a a 1 0.08460.08460.08g0.78 Theo TCVN 9368 - 2012 đây là trường hợp động đất yếu, chỉ cần áp dụng các giải pháp kháng chấn đã được giảm nhẹ.
Xác định hệ số ứng xử q của kết cấu bê tông cốt thép
+ Hệ hỗn hợp khung - vách BTCT thì lấy q = 3.9 cho nhà nhiều tầng, khung nhiều nhịp
Phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động:
+ Xác định chu kỳ và dạng dao động riêng của nhà.
+ Xác định các khối lượng hữu hiệu tham gia dao động của kết cấu và số lượng các dạng dao động cần xét đến để xác định tải trọng động đất:
n 2
ij j j 1
i n
2 ij j j 1
m m
m
Trong đó:
- n : số tầng nhà
- mj: khối lượng tại tầng thứ j
- nij: giá trị chuyển vị tầng thứ j tương ứng với dao động thứ i
45 Số dao dộng của kết cấu cần xét đến khi xác định tải trọng động đất phải là một trong 2 trường hợp sau:
Trường hợp 1: Số dao động k cần xét đến thỏa mãn 1 trong 2 điều kiện:
+ Tổng khối lượng hữu hiệu của các dao động được xét đến có giá trị lớn hơn 90% tổng khối lượng của kết cấu.
+ Tất cả các dạng dao động có khối lượng hữu hiệu lớn hơn 5% tổng khối lượng của kết cấu đều được xét tới.
Trường hợp 2: Số dao động k cần thiết xét đến đồng thời thỏa mãn 2 điều kiện:
k3 n và Tk 0.2s Trong đó:
+ k: Số dao động được xét tới trong tính toán.
+ n: Số tầng ở trên móng hoặc đỉnh của phần cứng phía dưới.
+Tk: chu kỳ dao động của dạng thứ k.
+ Xác định lực cắt đáy:
Theo mỗi phương ngang được phân tích, lực cắt đáy động đất F phải b được xác định theo biểu thức sau:
b d 1
F S T m và
ij j
ij bi n
ij j j 1
F F m
m
Trong đó:
+ Sd T1 là tung độ của phổ thiết kế tại chu kỳ T 1
+ T là chu kỳ dao động cơ bản của nhà do chuyển động ngang theo 1 phương đang xét
+ m là tổng khổi lượng của nhà ở trên móng hoặc ở trên đỉnh của phần cứng phía dưới
+ là hệ số hiệu chỉnh, lấy như sau:
0.85nếu T12Tc với nhà có trên 2 tầng hoặc 1, 0 với các trường hợp khác.
+ Tính phổ thiết kế không thứ nguyên S (T ) d 1
46 Mode 1: Chu kỳ T11.767 s
Mode 3: Chu kỳ T11.208 s
g
B d
B
a 2 T 2.5 2
0 T T : S (T) S
g 3 T q 3
g
B C d
a 2.5
T T T : S (T) S
g q
g c
C D d
g
a 2.5 T
g S q T
T T T : S (T)
a g
g C D
2
D d
g
a 2.5 T T
g S q T
T T : S (T)
a g
Bảng 4.6: Bảng thống kê phổ thiết kế Sd
Mode Chu kỳ T Sd T1
1 1.607943 0.1658
2 1.561055 0.1658
3 1.185205 0.1658
4 0.495214 0.7174730
5 0.376479 0.7174730
6 0.297703 0.7174730
7 0.260599 0.7174730
8 0.170293 0.0736465
9 0.15974 0.0738010
10 0.140244 0.0740865
11 0.108163 0.0745562
12 0.106385 0.0745823
Xác định khối lượng hữu hiệu tham gia dao động
- Sau khi phân tích hệ kết cấu dao động tự do, ta thấy những mode shop phần đáng kể vào phản ứng tổng thể của công trình:
Theo phương X:
Theo phương Y:
47 Bảng 4.7: Khối lượng hữu hiệu tham gia dao động MODE 1 phương Y
STORY Khối lượng Phương Y
Ký hiệu mj UY =ij (ijmi) (ij2mj)
Đơn vị Tấn
STORY17 1385.3425 -0.0107 -14.82 0.1586
STORY16 1444.2623 -0.01 -14.44 0.1444
STORY15 1443.7663 -0.0092 -13.28 0.1222 STORY14 1443.7663 -0.0085 -12.27 0.1043 STORY13 1477.3387 -0.0077 -11.38 0.0876 STORY12 1514.7827 -0.0069 -10.45 0.0721 STORY11 1514.7827 -0.0061 -9.24 0.0564 STORY10 1514.7827 -0.0053 -8.03 0.0426 STORY 9 1549.3132 -0.0046 -7.13 0.0328 STORY 8 1586.0229 -0.0038 -6.03 0.0229 STORY 7 1586.0229 -0.0031 -4.92 0.0152 STORY 6 1586.0229 -0.0024 -3.81 0.0091
STORY 5 1626.763 -0.0018 -2.93 0.0053
STORY 4 1669.3463 -0.0013 -2.71 0.0028 STORY 3 1384.1215 -0.0008 -1.11 0.0009
STORY 2 1397.841 -0.0004 -0.56 0.0002
STORY 1 1364.6132 -0.0001 -0.14 0.0000
Tổng 25488.89 - -122.69 0.8774
Bình phương 15053.95
Khối lượng hữu hiệu tham gia dao động 17156.48 67.31%
- Ta làm tương tự cho các mode còn lại, ta có bảng tổng hợp sau Bảng 4.8: Bảng tổng hơn khối lượng hữu hiệu tham gia các dao động
Khối lượng hữu hiệu theo phương (Tấn)
Phần trăm khối lượng tham gia phương (%)
Kí hiệu mXi mYi %X %Y
Mode X Y X Y
48
1 17156.48 67.31
3 17574.9 68.95
5 4671.65 18.33
6 4642.34 18.21
8 1442.60 5.66
10 1265.14 4.96
12 526.07 2.06
Tổng phần % KL tham gia dao động
(Các mode có tham gia) 92.12 93.36 - Tính toán lực cắt đáy:
Bảng 4.9: Bảng tính lực cắt đáy
Mode 1 3 5 6 8 10 12
Fb xi (kN) - 2913.92 - 3330.75 - 93.73 - Fb yi (kN) 2844.54 - 3351078 - 106.24 - 39.23 - Phần phối lực cắt đáy lên các tầng
ij j
ij bi n
ij j j 1
F F m
m
Bảng 4.10: Phân phối lực cắt đáy phương Y lên các tầng ở Mode 1
STORY Fb yi (kN)
mj
(Tấn) UX = ij (ijmi) ij j
ij j
m m
(kN) Fx1 STORY17 2844.54 1385.3425 -0.0107 -14.82 0.121 343.59 STORY16 2844.54 1444.2623 -0.01 -14.44 0.118 334.78 STORY15 2844.54 1443.7663 -0.0092 -13.28 0.108 307.89 STORY14 2844.54 1443.7663 -0.0085 -12.27 0.100 284.47 STORY13 2844.54 1477.3387 -0.0077 -11.38 0.093 263.84 STORY12 2844.54 1514.7827 -0.0069 -10.45 0.085 242.28 STORY11 2844.54 1514.7827 -0.0061 -9.24 0.075 214.23 STORY10 2844.54 1514.7827 -0.0053 -8.03 0.065 186.17 STORY9 2844.54 1549.3132 -0.0046 -7.13 0.058 165.31 STORY8 2844.54 1586.0229 -0.0038 -6.03 0.049 139.80 STORY7 2844.54 1586.0229 -0.0031 -4.92 0.040 114.07 STORY6 2844.54 1586.0229 -0.0024 -3.81 0.031 88.33
49 STORY5 2844.54 1626.763 -0.0018 -2.93 0.024 67.93 STORY4 2844.54 1669.3463 -0.0013 -2.71 0.022 62.83 STORY3 2844.54 1384.1215 -0.0008 -1.11 0.009 25.74 STORY2 2844.54 1397.841 -0.0004 -0.56 0.004 12.98 STORY1 2844.54 1364.6132 -0.0001 -0.14 0.001 3.24
Tổng -122.69 - -