Khi tính toán nhà cao tầng việc phân tích dao động của công trình có ý nghĩa rất quan trọng. Sau khi tích dao động công trình từ đó xác định được chu kỳ dao động, tầng số dao động... Trong đó chu kỳ dao động là yếu tố chính để xác định được độ cứng không gian hợp lý cho công trình.
Để phân tích dao động của công trình ETOWN 3 trong đồ án này sử dụng phần mềm ETABS Nonlinear 9.0.4 để mô hình khung không gian và giải bài toán đàn hồi theo phương pháp phần tử hữu hạn.
Các bước khai báo và phân tích kết quả bằng phần mềm như sau:
a. Khai báo đoặc trưng vật liệu:
Vật liệu sử dụng là Bêtông M300 để thiết kế cho toàn bộ kết cấu khung không gian bao gồm sàn, dầm, cột và lõi cứng của công trình.
Define/ Material Properties/ Conc – Modify/Show material
b. Khai báo đặc trưng tiết diện
Cột và dầm chọn sơ bộ tiết diện như chương 2 Define – Frame section - Add rectangular
Chiều dày bản sàn đã chọn ở Chương 2 là 10 cm.
Define - Wall/Slabs/Deck Sections… - Add New Slab
Chiều dày của vách cứng chọn sơ bộ là 30 cm.
Define - Wall/Slabs/Deck Sections… - Add New Wall
Moõ hỡnh toồng theồ khung khoõng gian
Hỡnh 5.4: Moõ hỡnh toồng theồ khung khoõng gian
c.Khai báo tải trọng
Khai báo các trường hợp tải gây ảnh hưởng đến dao động riêng cua công trình.
Define – Static Load Cases…
Khai báo hệ số chiếc giảm khối lượng
Theo [3], tải trọng để tính dao động công trình gồm tĩnh tải chất đầy (trọng lượng bản thân và các lớp cấu tạo), 50% hoạt tải chất đầy.
Define – Mass source…
d. Khai báo dạng dao động công trình
Số dạng doa dộng mà máy xuất ra khi phân tích xong (Number of Modes).
Analyze - Set Analysis Options - Dynamic Analysis - Set Dynamic Parameters - Number of Modes – chọn 12 / Save / Run.
e. Kết quả phân tích dao động
Trong qua trình khai báo và giải dao động nhiều lần cho nhiều phương án bố trí vách cứng khác nhau sv đã rút ra đươc nhận xét sau:
Khi xem kết quả phân tích dao động cần phân biêt rõ cách xác dạng hình dạng dao động của công trình trên mô hình dao động với số mode dao động do máy xuất ra . Mỗi mode dao động có mỗi chu kỳ, tầng số dao động đặc trưng riêng khác nhau ở các thời điểm khác nhau nên công trình có thể có vô số mode dao động.
Đối với hình dạng dao động của công trình ta thường xét dến 3 dạng dao dộng cơ bản chuỷ yeỏu sau ủaõy.
Nếu ta bố trí vách cứng trong công trình hợp lý ( độ cứng theo 2 phương công trình) thì chu kỳ ở dạng dao động cơ bản 1 thường là lớn nhất còn chu kỳ các dạng dao động khác thường rất bé không đáng kể.
Đối với trường hợp bố trí vách cứng có độ cứng theo hai phương của công trình chưa hợp lý lắm ( độ cứng theo 2 phương khác nhau nhiều) thì chu kỳ ở dạng dao động cơ bản 1 theo 2 phương chêng lệch nhau khá lớn và luôn luôn nhỏ hơn chu kỳ của dạng dao động 3, có nghĩa là ta phải di tính xoắn cho công trình.
Bảng 5.3 : Chu kỳ của 3 dạng dao động
Mode Period Frequence UX UY UZ RX RY RZ 1 2.264 0.442 67.284 0.001 0.000 0.001 99.225 0.000 2 2.107 0.475 0.001 64.194 0.000 98.380 0.001 0.003 3 1.657 0.603 0.000 0.002 0.000 0.002 0.000 70.910 4 0.743 1.346 16.541 0.000 0.000 0.000 0.566 0.000 5 0.639 1.565 0.000 17.611 0.000 1.297 0.000 0.040 6 0.618 1.617 0.000 0.060 0.000 0.005 0.000 12.273 7 0.472 2.118 5.241 0.000 0.000 0.000 0.165 0.000 8 0.306 3.273 0.000 0.006 0.000 0.000 0.000 5.015 9 0.291 3.436 0.000 6.362 0.000 0.243 0.000 0.005 10 0.270 3.697 2.524 0.000 0.000 0.000 0.020 0.000 11 0.199 5.025 0.000 0.002 0.000 0.000 0.000 2.753 12 0.182 5.486 1.459 0.000 0.000 0.000 0.012 0.000 Tính toán và kiểm tra các dạng dao động riêng của công trình
Độ cứng của công trình quyết định cho phần tiếp thu tải trọng ngang và độ võng của công trình. Trong thiết kế cần phải đảm bảo ổn định cho công trình dưới tác động của tải trọng gió gây ra.
Nếu EI bé, chu kỳ dao động T lớn, không đảm bảo ổn định. Ngược lại, EI lớn thì chu kỳ T sẽ bé, điều này dẫn đến công trình ổn định nhưng lãng phí. Do đó, chu kỳ dao động phải hợp lý để thoả mãn cà hai nhu cầu ổn định công trình và kinh tế.
Khi sử dụng phần mềm tính toán kết cấu, cần lưu ý thứ tự tần số dao động riêng ứng với dạng dao động riêng [14]. Do đó từ số liệu và hình ảnh dao động của công trình xuất ra từ chương trình ETABS ta chọn ra chu kỳ và tần số của 3 dạng dao động đầu tiên nhử sau:
Chu kỳ dao động riêng của nhà có thể tính theo công thức sau:
T= n n – số tầng nhà, n= 23
- hệ số phụ thuộc vào kết cấu của nhà và dạng nền chọn = 0.064 Như vậy theo tính toán chu kỳ của công trình là T= 0.064 x 23 = 1.472 sec Ngoài ra theo công thức của Taniguchi ( Nhật Bản) như sau:
T = (0.07 ~ 0.1)n
T1 = (0.07 ~ 0.1)23 = 1.61 ~ 2.3 sec Chu kỳ dao động theo phương X có là:
Mode Period (T) Frequence (f)
1 2.26428 0.44164
Chu kỳ dao động theo phương Y có là:
Mode Period (T) Frequence (f)
2 2.10665 0.47469
Vậy chu kỳ dao động do chương trình xuất ra so với công thức thực nghiệm là tương đương nhau. Do đó kết quả này là chấp nhận được.