Nghiên cứu hợp lý hoá phản ứng của kết cấu nhà cao tầng chịu tải trọng động đất ở khu vực Hà Nội

1

2
Công trình đợc hoàn thành tại
Viện khoa học công nghệ xây dựng




Ngời hớng dẫn khoa học
1. GS.TSKH. nguyễn đăng bích
2. GS.TS. NGUYễN MạNH YÊN


Phản biện1: PGS.TS Lê Xuân Huỳnh
Phản biện 2: PGS.TS Trần Mạnh Tuân

Phản biện 3: GS.TS Nguyễn Đình Xuyên

Luận án sẽ đợc bảo vệ tại: Hội đồng chấm luận án cấp Nhà nớc, họp tại Viện
Khoa học Công nghệ Xây dựng

Vào hồi 8 giờ 30 phút, ngày 28 tháng 12 năm 2003.










Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Th viện Quốc gia
- Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng








3
Giới thiệu luận án

1.Tính khoa học và thực tiễn của đề tài luận án

Trong 5 năm gần đây, hàng loạt các khu nhà ở, khách sạn, siêu thị nhiều
tầng đã và đang đợc xây dựng ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh và một số địa
phơng khác. Các công trình từ 11 tầng trở lên trong các dự án xây dựng mới
trở thành phổ biến.
Riêng ở Hà Nội, hàng chục dự án nhà ở và hàng trăm ngôi nhà cao tầng
đợc xây dựng ở nhiều địa điểm: Linh Đàm, Định Công, Đại Kim, Kim Liên ở
phía nam Hà Nội, Dịch Vọng, Trung Hoà - Nhân Chính, Mỹ Đình, Bắc Thăng
Long ở phía tây và bắc Hà Nội
Việc xây dựng mới hàng loạt các nhà cao tầng đặt ra cho những nhà thiết
kế, thi công hàng loạt vấn đề mới về tính toán và công nghệ xây dựng phải
nghiên cứu và giải quyết nhằm đảm bảo chất lợng sử dụng lâu dài của công
trình.
Riêng về thiết kế kết cấu, những vấn đề hệ trọng nhất trong xây dựng
công trình cao tầng ở Hà Nội, đòi hỏi các kỹ s thiết kế phải nghiên cứu và giải
quyết những vấn đề chủ yếu sau:
- Chu kỳ dao động cơ bản của công trình phải nằm ngoài vùng chu kỳ có
ảnh hởng mạnh của hiệu ứng khuyếch đại.
- Chu kỳ dao động riêng cơ bản tốt nhất là nằm trong vùng chu kỳ mà hệ
số động đất có giá trị nhỏ để giảm tác động động đất.
- Giải pháp kết cấu để điều khiển chu kỳ dao động cơ bản đến khoảng
biến thiên thích hợp
Luận án Nghiên cứu hợp lý hoá phản ứng của kết cấu nhà cao tầng chịu
tải trọng động đất ở khu vực Hà Nội đặt ra mục tiêu nghiên cứu và góp phần
giải quyết các vấn đề nêu trên trong phạm vi phân tích động kết cấu nhà cao
tầng xây dựng ở khu vực Hà Nội nhằm đáp ứng yêu cầu cần thiết của thực tế
xây dựng ở thủ đô hiện nay.

2. Mục đích và nội dung của luận án

Các công trình cao tầng đã và đang đợc xây dựng ở thủ đô Hà Nội đều
dùng giải pháp khung bê tông cốt thép đợc tăng cờng độ cứng chịu tải ngang
bằng các vách cứng và lõi cứng bê tông cốt thép. Hệ kết cấu đợc đặt hoặc chôn
sâu vào lòng đất dới dạng tầng hầm và các cọc khoan nhồi bê tông cốt thép
đến tận độ sâu tơng đơng với chiều cao nhô trên mặt đất. Công trình thờng
có kích thớc mặt bằng nhỏ hơn chiều cao nhà.
Nh vậy việc chọn sơ đồ tính toán không thể bỏ qua các yếu tố thực tế trong
tính toán kết cấu:
- Tính chất không gian của kết câu: sơ đồ tính không gian.
- Sự làm việc đồng thời giữa kết cấu và nền móng: sơ đồ tính tơng tác
- Phân tích phản ứng động lực của kết cấu chịu tải trọng động đất và tải
trọng gió.

4
- Chơng trình phân tích kết cấu theo phơng pháp phần tử hữu hạn (PTHH)
để thực hiện tính toán trên máy tính điện tử (MTĐT)
Luận án đã chọn đề tài nghiên cứu Nghiên cứu hợp lý hoá phản ứng của kết
cấu nhà cao tầng chịu tải trọng động đất ở khu vực Hà Nội với mục đích tìm
tòi và kiến nghị:
- Khoảng biến thiên thích hợp của chu kỳ dao động riêng đối với nhà cao
tầng xây dựng tại khu vực Hà Nội.
- Một vài giải pháp kết cấu để điều khiển chu kỳ dao động riêng của nhà cao
tầng đến khoảng biến thiên thích hợp nhằm tránh ảnh hởng của hiệu ứng
khuếch đại và giảm tác động động đất.
- Tổng lực cắt tại mặt móng và chuyển vị ngang tại đỉnh công trình có giá trị
hợp lý.
Để thực hiện mục đích đó, luận án đợc nghiên cứu với các nội dung:
- Khảo sát hệ số khuếch đại cờng độ động đất ở vùng trũng Hà Nội, trên cơ
sở đó xác định khoảng biến thiên chu kỳ tơng ứng với vùng có hệ số khuếch

đại lớn nhất (chơng 2).
- Xây dựng đờng cong hệ số động đất cho các loại nền khu vực Hà Nội,
trên cơ sở đó nhận xét về hiệu ứng tắt nhanh phổ gia tốc động đất và khoảng
biến thiên thích hợp của chu kỳ dao động cơ bản (chơng 3).
- Hợp lý hoá phản ứng kết cấu nhà cao tầng chịu tải trọng động đất bằng
cách can thiệp vào giải pháp kết cấu nhằm điều khiển phản ứng công trình đến
trạng thái hợp lý (chơng 4)
Cả 3 nội dung trên đều phục vụ cho mục đích hợp lý hoá đợc phản ứng của
kết cấu nhà cao tầng chịu tải trọng động đất đợc xây dựng ở khu vực Hà Nội.

3. Phơng pháp nghiên cứu

- Dùng phơng pháp giải tích để thiết lập công thức tính hệ số khuếch đại
cờng độ động đất và hệ phơng trình xác định các tham số của đờng cong hệ
số động đất.
- Dùng phơng pháp số để xây dựng các đồ thị và giải các phơng trình siêu
việt trong bài toán hiệu ứng khuếch đại cờng độ động đất và bài toán xây dựng
đờng cong hệ số động đất
- Dùng phơng pháp thử nghiệm số để chọn giải pháp kết cấu hợp lý theo
giả thiết tính tơng tác và không tơng tác giữa kết cấu và nền. Chọn SAP 2000
làm công cụ tính toán thực nghiệm số theo mô hình tính chọn phù hợp với khả
năng của chơng trình.

4. Độ tin cậy của kết quả đạt đợc

Những căn cứ để đánh giá độ tin cậy của kết quả:
- Các tài liệu, số liệu về động đất và cấu tạo địa chất đợc lấy từ các cơ quan
có thẩm quyền và tài liệu đợc công bố chính thức {4, 12, 13}.
- Các kết quả trong luận án đã đợc lần lợt báo cáo tại các hội nghị khoa
học trong và ngoài nớc và đăng trên các tuyển tập của Hội nghị {2, 5} hoặc

các tạp chí chuyên ngành {6, 7}.

5
- Chơng trình SAP 2000 có độ tin cậy cao và đợc dùng khá phổ biến trên
thế giới và ở nớc ta.
- Đồ thị biểu diễn kết quả phù hợp với qui luật vật lý của bài toán cơ học, tức
là phù hợp về mặt định tính của kết cấu.

5. Những kết quả chính đạt đợc của luận án

- Xây dựng đợc đồ thị hệ số khuếch đại cờng độ động đất với các đặc
trng cơ lý của vùng trũng Hà Nội, đã khảo sát ảnh hởng của độ dày lớp trong
mặt cắt cấu tạo nền đất Hà Nội đến hệ số khuếch đại. Dựa trên kết quả nghiên
cứu hiệu ứng khuếch đại cờng độ động đất, đã kiến nghị nhà và công trình xây
dựng ở vùng trũng Hà Nội nên có chu kỳ dao động cơ bản lơn hơn 1,5s.
- Đã thiết lập đợc phơng pháp và các bớc tiến hành để xây dựng đờng
cong hệ số động đất khi biết phổ phản ứng gia tốc, đã xây dựng đợc đờng
cong hệ số động đất cho 17 loại nền khu vực Hà Nội.
- Đã chứng tỏ rằng ở khu vực Hà Nội tồn tại hiệu ứng tắt nhanh phổ phản
ứng gia tốc động đất, trên cơ sở đó đã kiến nghị nhà và công trình xây dựng ở
khu vực Hà Nội nên thiết kế sao cho có chu kỳ dao động riêng cơ bản lớn hơn
1,5s.
- Xây dựng đợc mô hình tính tơng tác công trình nền chịu tải trọng động
đất phù hợp với chơng trình phân tích kết cấu thông dụng mà vẫn phản ánh
đợc điều kiện làm việc thực tế của kết cấu. Bằng cách thực nghiệm tính toán
trên các số liệu thay đổi đợc giả thiết trớc theo một thuật toán thống nhất
(thuật toán PTHH), đã tìm đợc qui luật biến đổi về mặt định tính cũng nh
định lợng của phản ứng công trình chịu các tác động động đất để chọn lựa
đợc giải pháp hợp lý.
- Đã đề xuất giải pháp kết cấu dùng tầng cứng thêm vào nhà cao tầng để

điều khiển chu kỳ dao động riêng của nhà cao tầng đến khoảng biến thiên thích
hợp, qua đó điểu khiển phản ứng của công trình chịu tải trọng động đất. Cờng
độ vật liệu và kích thớc móng cũng đợc xem là những yếu tố có ảnh hởng
đến đối xử kháng chấn của công trình.
- Tính toán theo mô hình tính toán không gian, tơng tác giữa kết cấu và nền
cho kết quả phù hợp với bản chất vật lý của công trình hơn so với mô hình tính
không tơng tác và mô hình tính tơng tác phẳng. Kết quả tính toán chu kỳ
dao động riêng và lực cắt đáy phù hợp với công thức thực nghiệm cho trong
{75}.

6. Cấu trúc của luận án

Luận án chính gồm 4 chơng và phần mở đầu, kết luận, một danh mục tài
liệu tham khảo gồm 103 tài liệu trong đó có 7 tài liệu do tác giả viết và tham gia
viết có liên quan đến nội dung luận án. Luận án dầy 102 trang A4 gồm hình vẽ
và đồ thị, bảng và các biểu thức giải tích. Phần phụ lục dầy 138 trang A4 trình
bầy các kết quả tính toán bằng số phục vụ cho các chơng 2, 3 và 4.

6

Nội dung chính của luận án

Chơng 1

Về các vấn đề liên quan đến hợp lý hoá phản ứng công
trình chịu tải trong động đất

Nghiên cứu hợp lý hoá phản ứng công trình chịu tải trọng động đất có liên
quan đến các lĩnh vực: lý thuyết sóng, địa vật lý, động lực học công trình, sự
tơng tác kết cấuDới đây trình bày tóm lợc các vấn đề liên quan đến nội

dung luận án.

1.1 Vấn đề khuếch đại cờng độ động đất đối với các vùng trầm tích

1.1.1 Cấu trúc nghiệm của phơng trình sóng một chiều {101}

Ta xét trờng hợp đơn giản nhất của sự truyền sóng, đó là sóng phẳng.
Chuyển động sóng đợc đặc trng bằng vectơ dịch chuyển u(u
1
,u
2
,u
3), chỉ
khác
là các thành phần u
1
với i=1, 2, 3 là hàm chỉ của biến z và t.
Giả thiết rằng lực cắt khối bằng không và nguyên nhân gây nên chuyển
động sóng trong miền vô hạn là điều kiện đầu. Phơng trình dịch chuyển đối
với bài toán một chiều đợc xét có dạng:
2
3
2
2
3
2
2
2
2
2

2
2
2
1
2
2
1
2
,,)2(
t
u
z
u
t
u
z
u
t
u
z
u


=




=

=


+
ààà
(1.1)
Thông thờng gọi dịch chuyển u
1
là sóng dọc đàn hồi, dịch chuyển u
2
, u
3

là sóng ngang đàn hồi. Gọi tên sóng dọc có nghĩa là hớng truyền sóng trùng
với hớng dịch chuyển. Gọi tên sóng ngang có nghĩa là hớng truyền sóng
vuông góc với hớng dịch chuyển.
,expexp),(
1
12
1
111

++














=
C
z
tjA
C
z
tjAtzu

()
,expexp,
2
22
2
212














++

=
C
z
tjA
C
z
tjAtzu


()

++














=
2
32
1
313
expexp,
C
z
tjA
C
z
tjAtzu

(1.8)

Trong (1.8),
1
u
là sóng dọc,
2
u
,
3
u là sóng ngang. Trong địa chấn gọi sóng
dọc là sóng P (primary wave), sóng ngang là sóng S (secondary wave).

1.1.2 Sóng ngang điều hoà trong môi trờng phân lớp {78}

Sóng ngang truyền thẳng đứng theo hớng trục z đi qua môi trờng phân
lớp sẽ chỉ gây ra dịch chuyển ngang u=u(z, t) (1.9)

7
Dịch chuyển này thoả mãn phơng trình sóng:
,
2
3
2
2
2
2
t
x
u
v

z
u
t
u



+


=


à
(1.10)
ứng suất và dịch chuyển phải liên tục tại mặt tiếp xúc giữa các lớp, ta có:

,)1(
2
1
)1(
2
1
1
mmmm
hjk
mm
hjk
mmm
eFeEE ++=

+



,)1(
2
1
)1(
2
1
1
mmmm
hjk
mm
hjk
mmm
eFeEF ++=
+

(1.21)
Bắt đầu từ lớp mặt, áp dụng liên tiếp công thức (1.12) thì dẫn đến quan hệ
giữa biên độ lớp m và biên độ lớp trên mặt:

11
)(,)( FfFEeE
mmmm


== (1.24)
trong đó:

)(),(


mm
fe gọi là hàm truyền.
Một hàm truyền khác dễ dàng thu đợc từ
)(),(


mm
fe
đó là hàm truyền
mn
A
,
bằng tỉ số dịch chuyển ở đỉnh lớp n và lớp m:

)()(
)()(
)0(
)0(
)(
,




mn
mm
n

m
mn
fe
fe
zu
zu
A
+
+
=
=
=
=
(1.25)
Dựa vào hàm truyền (1.25) khi biết dịch chuyển ở đỉnh lớp n có thể xác
định đợc dịch chuyển ở đỉnh lớp m.

1.1.3 Nhận xét

- Hiệu ứng khuếch đại cờng độ động đất làm gia tăng sự nguy hiểm và
huỷ hoại công trình của các trận động đất xảy ra, nghiên cứu hiện tợng này để
xác định đợc hệ số khuếch đại cờng độ động đất sẽ giúp cho việc dự báo
cờng độ động đất đối với vùng trũng Hà Nội chính xác hơn, thiết kế nhà và
công trình có chu kỳ dao động riêng thích hợp hơn để ngừa tránh đợc tối đa
ảnh hởng của hiệu ứng khuếch đại.
- Nghiên cứu hiệu ứng khuếch đại cờng độ động đất với vùng trũng Hà
Nội phải xem xét cờng độ động đất đối với 2 trờng hợp:
+ Môi trờng đợc xét có một lớp đặt trên bán không gian đàn hồi.
+ Môi trờng đợc xét có ba lớp đặt trên không gian đàn hồi.
Dựa vào cờng độ động đất đã đợc xem xét trong hai trờng hợp nói

trên có thể xác định cờng độ động đất trong trờng hợp nào lớn hơn bằng so
sánh tỉ số, tức là tìm đợc hệ số khuếch đại.

1.2 Vấn đề xây dựng đờng cong hệ số động hay phổ thiết kế đàn
hồi.

1.2.1 Gia tốc hiệu dụng

Theo AFPS 90-1990 {36}, gia tốc hiệu dụng của chuyển
động động đất là giá trị thu đợc bằng cách lấy tung độ trung bình trong vùng
biên độ lớn nhất của phổ phản ứng gia tốc với hệ số cản 5% chia cho 2,5. Gia
tốc hiệu dụng thay cho gia tốc lớn nhất của đất nền khi nghiên cứu phổ thiết kế,

8
nhìn chung gia tốc hiệu dụng rất gần với gia tốc lớn nhất của đất nền, sai khác
chỉ vài phần trăm, song gia tốc hiệu dụng là tung độ trong vùng biên độ lớn
nhất của phổ phản ứng nên nó là đại lợng đợc chuẩn hoá và mang ý nghĩa vật
lý rõ ràng hơn.

1.2.2 Phổ thiết kế đàn hồi và phổ phản ứng gia tốc

Theo AFPS 90- 1990{36}, diện tích của phổ phản ứng gia tốc với hệ số
cản 5% phải ít nhất bằng diện tích tơng ứng của phổ thiết kế đàn hồi, không có
tung độ nào của phổ phản ứng gia tốc nhỏ hơn quá 5% so với tung độ tơng ứng
của phổ thiết kế đàn hồi.

1.2.3 Nhận xét

- Dựa vào khái niệm gia tốc hiệu dụng, có thể tìm đợc gia tốc hiệu dụng
và chu kỳ đặc trng

CB
TT , (xem hình 1.2) từ phổ phản ứng gia tốc đã biết.
- Dựa vào nguyên tắc tơng đơng về diện tích tơng ứng giữa phổ phản
ứng gia tốc và phổ thiết kế đàn hồi có thể tìm đợc dạng đờng cong của phổ
thiết kế đàn hồi và các tham số còn lại.

1.3 Vấn đề tính toán động đất có kể đến sự làm việc đồng thời giữa
nền công trình.

1.3.1 Một số nghiên cứu về sự làm việc tơng tác nền công trình
chịu tác động của tải trọng tĩnh.

1.3.2 Một số nghiên cứu về sự làm việc tơng tác nền công trình
dới tác dụng của tải trọng đất.

1.3.3 Tơng tác nền công trình trong các tiêu chuẩn động đất

Trong tính toán theo phổ phản ứng NEHRP công nhận rằng chỉ nên xem
xét bài toán tơng tác đối với dạng dao động cơ bản của kết cấu. Phơng pháp
NEHRP đợc mô tả dới đây.
Lực ngang do động đất tại đáy công trình,

V , đợc tính toán bằng hiệu số
giữa phản lực
V của kết cấu khi đáy móng là ngàm và lợng V

do tơng tác
nền công trình,

,

05,0
____
4,0
__
__
VVWCCV
s
s
=




















=

(1.26)
__
,TT - chu kỳ dao động cơ bản của kết cấu khi liên kết ngàm và liên kết khớp tại
móng của công trình.
__
T
có thể đợc tính toán nh sau:

9

,11
2
1
2
__

+








+=

k
hk
k
k
TT
y
y
(1.28)

1.4 Vấn đề hợp lý hoá phản ứng nhà cao tầng bằng việc thiết kế nhà
cao tầng có chu kỳ dao động riêng thích hợp

Lựa chọn chu kỳ dao động cơ bản thích hợp là một vấn đề quan trọng
trong thiết kế nhà cao tầng. Chúng ta đều biết chu kỳ dao động cơ bản của kết
cấu dài hay ngắn đều trực tiếp quan hệ đến tính hợp lý của việc thiết kế kết cấu.
Trớc hết, chu kỳ cơ bản phải khác biệt rõ rệt với chu kỳ đặc trng của nền đất
để tránh hiện tợng cộng hởng. Chu kỳ ngắn quá sẽ dẫn đến khuyếch đại hiệu

ứng động đất làm hao phí thêm nhiều vật liệu cần thiết cho kết cấu thân làm
tăng giá thành công trình, mặt khác tải trọng trọng lợng bản thân kết cấu làm
tăng sức chịu tải đối với móng cọc ở vùng đất yếu rất bất lợi. Chu kỳ dài quá
vừa làm cho nội lực do động đất của công trình nhỏ đi, hạ thấp tính an toàn của
kết cấu, vừa có thể làm cho chuyển vị tơng đối giữa các tầng và đỉnh của công
trình quá lớn, ảnh hởng đến hoạt động bình thờng trong sử dụng kết cấu.

1.5 Những kết luận rút ra cho nội dung luận án

- Dựa vào việc xác định gia tốc hiệu dụng và nguyên tắc tơng đơng về
diện tích tơng ứng giữa phổ phản ứng gia tốc và phổ thiết kế đàn hồi, có thể
xây dựng đợc đờng cong hệ số động đất cho các loại nền ở khu vực Hà Nội
khi biết các phổ phản ứng gia tốc tơng ứng.
- Qua tính toán thực nghiệm bài toán tơng tác công trình nền, có thể
chọn đợc giải pháp kết cấu để điều khiển chu kỳ dao động riêng đến giá trị
thích hợp nhằm hợp lý hoá phản ứng công trình nhà cao tầng chịu tác động
động đất xây dựng ở khu vực Hà Nội.

Chơng 2
Hiệu ứng khuếch đại cờng độ động đất ở vùng trũng
Hà Nội

2.1 Giới thiệu

Hiệu ứng khuếch đại cờng độ động đất ở những bể trầm tích tồn tại
những lớp trầm tích bở rời có chiều dày lớn đã đợc đặc biệt chú ý sau động đất
Mexico năm 1985. Trong điều kiện bình thờng với cờng độ 8,1 độ Richter và
khoảng cách 300km so với thành phố Mexico thì gia tốc đất nền ở đây không
đợc vợt qua 0,1g, song thực tế gia tốc đất nền đo đợc ở Mexico đã đạt đến
0,4g. Khuếch đại cờng độ động đất cũng thấy ở Đài Loan trong trận động đất

Chi-chi 1999. Trong điều kiện bình thờng với độ mạnh 7,3 độ Richter và ở
khoảng cách 200km so với Đài Bắc, thì cấp động đất ở Đài Bắc không vợt quá
cấp 6, song dao động động đất ở đây thuộc loại chu kỳ dài và cờng độ động
đất đạt đến cấp 8.

10
Hiện tợng này còn thấy ở vùng trũng Hà Nội trong trận động đất Tuần
Giáo 1983. Trong điều kiện bình thờng với độ mạnh 6,7 độ Richter và ở xa
200km so với Hà Nội, thì cấp động đất ở Hà Nội chỉ là cấp 4, song thực tế xảy
ra là cấp 6 (thang MSK).

2.1.1Hiệu ứng khuếch đại cờng độ động đất khi không tính đến hấp
thụ năng lợng

2.2.1 Mặt cắt địa chất mô hình môi trờng tính toán

Xét tính chất cơ lý của các lớp đất trầm tích có thể chia nền ở khu vực
vùng trũng Hà Nội thành 3 lớp, lớp trên là lớp trầm tích đệ tứ bở rời bao gồm
lớp cuội sỏi, các trầm tích Q; lớp giữa là lớp trầm tích đệ tam và lớp dới là lớp
Neogen; dới Neogen là đá cứng với tuổi trớc Cenozoic. Đặc trng cơ lý cấu
tạo của các lớp đất xem hình 2.1.

ở đây p
i,
,

C
i
(i= 0, 1, 2, 3) là mật độ và vận tốc truyền sóng ngang trong
lớp đất thứ i.
Theo số liệu địa vật lý, mật độ và tốc độ truyền sóng ngang địa chấn
trong nửa không gian và các lớp là {4}:

3
0
80,2 cmg=

, smC 4000
0
= ,

=
0
H ,

3

1
40,2 mg=

, smC 2700
1
= , mH 1500
1
= ,

3
2
00,2 mg=

, smC 1700
2
= , mH 200
2
=
,

3
3
88,1 mg=

, smC 800
3
= , mH 40
3
=
.

2.2.2 Phơng trình mô tả, biểu thức nghiệm và dịch chuyển ngang
của phần tử môi trờng.

Trong toạ độ với gốc ở ranh giới giữa nửa không gian và lớp 1, trục z
hớng thẳng đứng lên trên ( Hình 2.1), sự truyền sóng ngang theo phơng thẳng

11
đứng gây nên chỉ dịch chuyển ngang
i
W dịch chuyển này thoả mãn phơng
trình sóng:

2
2
2
2
2
z
W
C
t
W
i
i
i


=

, (2.1)

Khi sóng từ nửa không gian tràn tới các lớp, thì ở mặt phân cách giữa các
lớp xảy ra hiện tợng phản xạ và khúc xạ sóng. Kết quả là trong các lớp có sự
giao thoa các sóng đó và biểu thức dịch chuyển ngang trong lớp thứ i có dạng:

21 iii
WWW += . (2.2)
Chỉ số i= 0, 1, 2, 3 để chỉ sóng trong nửa không gian, trong lớp thứ nhất,
lớp thứ hai, lớp thứ ba. Chỉ số 1, 2 trong
21
,
ii
WW
chỉ dịch chuyển ngang do sóng
gây ra khúc xạ qua giới hạn dới và sóng phản xạ qua giới hạn trên của lớp.

2.2.3 Tỉ số dịch chuyển giữa hai điểm trên mặt đất và trên biên của
nửa không gian đối với môi trờng hai lớp, một lớp.

- Đối với mô trờng hai lớp
Tỉ số dịch chuyển
02
W giữa hai điểm trên mặt đất và trên biên của nửa
không gian có thể suy ra từ (2.16) và (2.2.) khi cho
0
3
=
H :

22
1100
02
4
jqP
CC
W
+
=


, (2.21)

- Đối với môi trờng một lớp

3
3
33
3
3
00
00
01
sincos
2
C
H
jC
C

H
PC
PC
W

+
=
(2.26)
2.2.4 Đồ thị của hệ số khuếch đại trong bài toán A

- Công thức tính toán:
Hệ số khuếch đại
13
W
ở đây đợc hiểu là tỉ số dịch chuyển giữa hai điểm
trên mặt đất của môi trờng có ba lớp và môi trờng có lớp 3 đặt trên bán không
gian đàn hồi. Với cách hiểu nh vậy thì dựa vào công thức (2.20) và (2.26), hệ
số khuếch đại
13
W có thể tìm đợc theo công thức:
3
2
3
2
3
3
2
2
3
2

3
3
3
2
0
2
2
02211
01
03
13
sincos4
qp
C
H
C
C
H
CCC
W
W
W
+
+
==

, (2.27)
trong đó
33
, qp

tính theo công thức (2.16)
Sự phụ thuộc của
13
W vào chu kỳ đặc trng tính theo (2.27) đợc cho trên đồ thị
Hình 2.





12
















- Nhận xét đồ thị:
+ Hệ số khuếch đại của môi trờng ba lớp đối với môi trờng một lớp dao động
xung quanh giá trị 2.0. Hệ số khuếch đại có giá trị lớn nằm trong khoảng 0,40s

0,95s có giá trị trung bình và cực đại bằng 2,0 và 3,26.
+ Hệ số khuếch đại của môi trờng ba lớp đối với môi trờng hai lớp dao động
xung quanh giá trị 1,0. Hệ số khuếch đại có giá trị lớn nằm trong khoảng 0,76s
1,32s có giá trị trung bình và cực đại bằng 1,0 và 1,57. Trong trờng hợp này
hệ số khuếch đại biểu hiện không rõ rệt.
+ Trong thiết kế xây dựng nhà và công trình, nên lựa chọn giá trị chu kỳ dao
động cơ bản một cách tối u để tránh ảnh hởng của hiệu ứng khuếch đại cờng
độ động đất tại địa điểm xây dựng. Với vùng trũng Hà Nội, nhà và công trình
nên có chu kỳ dao động cơ bản trong khoảng 1s 2s. Trong khoảng này hệ số
khuếch đại nằm trong khoảng 1,0 1,6.

2.25 ảnh hởng của độ dày lớp đến hệ số khuếch đại

Để khảo sát ảnh hởng của độ dày lớp đất đến hệ số khuếch đại, ta khảo
sát sự truyền sóng ngang trong môi trờng ba lớp đặt trên bán không gian đàn
hồi có độ dày khác nhau, đó là nền đất II-A-2 thuộc khu vực Hà Nội . ở đây chỉ
dẫn ra chỉ tiêu cơ lý của nền đất II-A-2:
3
0
50,2 cmg=

, smC 1500
0
= ,

=
0
H ,

3

1
07,2 mg=

, smC 385
1
= , mH 30
1
= ,

3
2
88,2 mg=

, smC 170
2
= , mH 30
2
=
,

3
3
88,1 mg=

, smC 150
3
= , mH 5
3
=
.

Dựa vào công thức (2.27) ta vẽ đợc đồ thị
13
W của các loại nền nói trên.
Đồ thị hệ số khuếch đại của nền đất II-A-2 cho trên Hình 2.


13














-Nhận xét đồ thị:
+ Hệ số khuếch đại của môi trờng ba lớp đối với môi trờng một lớp trong
nền đất II-A-2 bằng 10,32 lớn hơn hệ số khuếch đại trong nền đất I-A-2 bằng
6,34 hệ số khuếch đại nằm trong khoảng 1,0
ữ
1,6 khi T>1,69s đối với nền đất
II-A-2 và khi T>1,32s đối với nền đất I-A-2
+Nguyên nhân hệ số khuếch đại trong nền đất II-A-2 lớn hơn trong nền đất
I-A-2. Điều này chứng tỏ độ dày của các lớp trong nền đất có ảnh hởng nhạy

cảm đến hệ số khuếch đại.
T(s)
2.3.1 Hiệu ứng khuếch đại cờng độ động đất khi tính đến hấp thụ năng
lợng

- Nhận xét đồ thị:
+ Khi tính đến hấp thụ năng lợng với

= km0003,0 , hệ số khuếch đại không
giảm, với hệ số hấp thụ

= km0003,0 hệ số khuếch đại giảm không đáng kể, giá
trị cực đại giảm từ 3,26 xuống 2,66. Nh vậy tính đến hệ số hấp thụ thì hệ số
khuếch đại giảm không đáng kể.
- Đồ thị
13
W khi tính đến hấp thụ năng lợng với cách xem vận tốc phức
có dạng (2.29) thì đồng dạng với đồ thị
13
W khi không tính đến hấp thụ năng
lợng.
- Với cách đặt và giải bài toán B, hoàn toàn có thể tìm lời giải trong trờng
hợp không dùng đến hai giả thiết đơn giản hoá (2.32) và (2.39), kho đó cần biết
hệ số hấp thụ
1

trong lớp i với i=1, 2, 3.

2.3 Kết luận

- Đã thành lập đợc công thức giải tích để tính hệ số khuếch đại của môi
trờng ba lớp đối với môi trờng một lớp và hai lớp trong hai trờng hợp không
tính đến và có tính đến hấp thụ năng lợng.

14
- áp dụng công thức giải tích thành lập đợc, đã tìm đợc hệ số khuếch đại
với các đặc trng cơ lý của vùng trũng Hà Nội, đã khảo sát ảnh hởng của độ
dày lớp trong nền đất đến hệ số khuếch đại.
- Chu kỳ dao động riêng cơ bản của nhà và công trình khi thiết kế cần chọn
tối u để tránh ảnh hởng của hiệu ứng khuếch đại cờng độ động đất. Dựa vào
kết quả nghiên cứu thể hiện trên đồ thị hệ số khuếch đại Hình 2.4, 2.6, 2.7, kiến
nghị nhà và công trình xây dựng ở vùng trũng Hà Nội phải có chu kỳ dao động
cơ bản nằm ngoài vùng chu kỳ 0,5s
ữ
1,5s.


15
Chơng 3
Xây dựng đờng cong hệ số động đất cho các loại nền
khu vực hà nội

3.1 Giới thiệu

Đờng cong hệ số động đất suy ra từ phổ phản ứng của chuyển
động động đất đợc sử dụng để xác định tác động động đất trong các tiêu chuẩn
kháng chấn hiện đại. Phổ phản ứng của chuyển động động đất là một công cụ
cơ bản của kỹ thuật kháng chấn và đợc dùng rất rộng rãi trong nghiên cứu và
thực hành. Nó là đồ thị phản ứng max của dao động một bậc tự do trong chuyển
động động đất. Đồ thị này là hàm của chu kỳ và hệ số cản của kết cấu. Vì vậy,

khi xét đến tác động động đất lên kết cấu, phổ phản ứng cho một biểu diễn tốt
về khả năng gây h hỏng cho kết cấu của chuyển động động đất.

- Dạng đờng cong hệ số động đất đợc chọn (xem Hình 3.1) để xây
dựng đờng cong hệ số động đất cho ác loại nền khu vực Hà Nội có bốn khúc
nh đờng cong hệ số động đất trong bốn tiêu chuẩn nói trên.















3.3.2 Phơng pháp và các bớc tiến hành xây dựng đờng cong hệ số
động đất.
3.3.2.1 Xác định
__
S ,
n
a
Xác định
__

S
theo phơng pháp trung bình bình phơng

()

=
=
a
i
i
TS
n
S
1
2
__
1
, (3.12)
trong đó:
()
i
TS - tung độ phổ phản ứng gia tốc tại chu kỳ
1
T ,
__
S
-trung bình bình phơng của tung độ phổ phản ứng gia tốc.


16

Vấn đề là chọn ra một tập hợp các giá trị
(
)
i
TS i=1, 2,n ứng với tắt dần
5% để tính trung bình bình phơng sao cho:

n
aSa =
__
max
4,0 , (3.13)
trong đó:
max
a - gia tốc lớn nhất của băng gia tốc cho trong Phụ lục B.2,
n
a
- gia tốc nền hiệu dụng.
Trong thực hành tập hợp các giá trị
(
)
I
TS
đợc chọn đánh dấu bằng gạch chân.

3.3.2.2 Xác định
cB
TT ,
Khi đã chọn ra đợc một tập hợp các giá trị
(

)
I
TS
, i=1, 2,n làm thoả
mãn hệ thức (3.13) thì
cB
TT ,
xác định bằng cách:

nCB
TTTT == ,
1
(3.14)
Kết quả tính toán
CBn
TTaS ,,,
__
đối với 17 loại nền khu vực Hà Nội cho trong Phụ
lục B.2.

3.3.2.3 Xác định
yT
D
,,


Sau khi tính đợc
CBn
TTa ,, một phần đờng cong hệ số động đất đã
đợc xác định. Vẽ ra dạng đờng cong hệ số động đất với một phần đã biết để

xác định tiếp những phần còn lại.
















- Tính diện tích phần gạch chéo trên Hình 3.2
Đặt
CD
aTT = để xác định
D
T cần xác định a.
Diện tích phần gạch chéo trên Hình 3.2 tính theo công thức:

()
nCB
aTaTS

+
+
+=

1
1
1
2
1
4,0
1
1
, (3.15)
trong đó


,,a
là các tham số cần xác định.
- Tính diện tích tơng ứng trên phổ phản ứng với cản 5% đã đợc số hoá

17
Diện tích này tính theo công thức:

()( )
iii
n
i
TTTSS =
+
=

1
1
2
, (3.16)
trong đó:
Cn
aTT =
+1
.
Xác định các tham số


,,a dựa trên nguyên tắc diện tích
21
, SS
phải
tơng đơng. Trên nguyên tắc này ta thiết lập đợc hệ phơng trình:
()

()





=
=








+
+
+
+
=



Cn
n
i
iinCB
aTT
TTSaTaT

1
1
1
1
1
1
1
2
1
4,0




(3.17)
Hệ phơng trình (3.17) là hệ phơng trình siêu việt dùng để xác định các tham
số


,,a
- Giải hệ phơng trình (3.17)
Hệ (3.17) là hệ 2 phơng trình 3 ẩn, nên hệ phơng trình giải đợc khi cho
trớc 1 ẩn.Trờng hợp cho trớc

: giá trị

biến thiên trong khoảng
132

,

trong trờng hợp này cho trớc
1
=

, khi đó hệ phơng trình (3.17) có dạng:
()





=
=






+
+
+
+
=


Cn
n
i
iinCB

aTT
TTSanaTT
1
1
1
1
2
1
4,0



, (3.18)
- Trờng hợp cho trớc

: giá trị

biến thiên trong khoảng 5,22

,
trong trờng hợp này cho trớc
2
=

, khi đó hệ phơng trình (3.17) có dạng:
()
()

=
=








++
+
=



Cn
n
i
iinCB
aTT
TTSaTaT
1
1
1
1
21
1

1
75,04,0


(3.19)
Với mỗi loại nền, sử dụng hệ phơng trình nào trong số hệ phơng trình
(3.18), (3.19) và giải chúng ra sao xem Phụ lục B.3

3.3.2.4 Xác định
E
T,


Sau khi tính đợc


,,,,,
DCBn
TTTa phần quan trọng của đờng cong hệ số
động đất đã đợc xác định. Vẽ ra dạng đờng cong hệ số động đất với phần
quan trọng đã biết để xác định tiếp phần còn lại.

18




- Tính phần gạch chéo trên Hình 3.9
Diện tích phần gạch chéo trên Hình 3.9 tính theo công thức:

()
nD
D
C
aTb
T
T
S




1
1
1
1
3

=

, (3.20)
trong đó
b,

là các tham số cần xác định.
- Tính diện tích tơng ứng trên phổ phản ứng với cản 5% đã đợc số hoá
Diện tích này tính theo công thức:

()( )
iii
m
ni
TTTSS =
+
+=

1
1

4
, (3.21)
trong đó
DmDn
nTTTT ==
++ 11
, , nếu
(
)
ni
aTS 2,0
<
thì
(
)
ni
aTS 2,0
=
.
Xác định các tham số
b,

dựa trên nguyên tắc diện tích
43
, SS
phải tơng
đơng. Trên nguyên tắc này ta thiết lập đợc hệ phơng trình:

()
()

=









+
+=


ii
m
ni
nD
D
C
TTSaTb
T
T
1
1

1
1
1
1




(3.22)
trong đó: nếu
()
ni
aTS 2,0< thì
(
)
nI
aTS 2,0
=
.
Với mỗi loại nền, việc giải hệ phơng trình (3.22) tìm đợc

,b . Kết
quả tính toán

,b cho trong Phụ lục B.4. Dới đây là kết quả tính toán các tham
số
E
T,

đối với nền đất I-A-1, chu kỳ lặp 1000 năm, tắt dần 5%.

Giá trị các tham số của đờng cong hệ số động đất đối với 17 loại nền
khu vực Hà Nội cho trong Bảng 3.5
Bảng 3.5 Giá trị tham số của đờng cong hệ số động đất đối
với 17 dạng nền đất khu vực Hà Nội.

Dạng nền đất
B
T
C
T
D
T
E
T
n
a






I-A-1 0,35 0,75 1,50 4,5 0,243 2,0 0,90 2,73
I-A-2 0,35 0,75 1,50 4,0 0,256 1,93 1,00 2,70
I-B-1 0,40 0,80 1,80 5,0 0,220 2,00 1,00 2,83
I-B-2 0,35 0,75 1,50 4,5 0,247 2,00 0,88 2,80
I-C-3 0,35 0,75 1,50 4,0 0,237 2,00 1,00 2,68
I-C-2 0,35 0,75 1,50 4,0 0,228 1,95 0,88 2,62
I-C-3 0,35 0,75 1,80 5,0 0,237 2,00 1,00 2,83
II-A-1 0,35 0,75 1,80 5,0 0,323 2,00 1,00 2,88

II-A-2 0,20 0,60 1,50 4,0 0,289 2,21 1,00 2,88
II-C 0,20 0,60 1,50 4,5 0,303 2,38 1,00 2,80
III-A-1 0,35 0,75 1,65 5,0 0,243 1,99 1,00 2,86
III-B-1 0,35 0,75 1,50 4,0 0,248 1,92 1,00 2,66
III-B-2 0,35 0,75 1,50 4,0 0,244 2,00 0,89 2,98
III-C-1 0,35 0,75 1,65 4,5 0,226 2,00 1,00 2,53
III-C-2 0,35 0,75 1,50 4,0 0,210 2,00 0,90 2,74
III-C-3 0,35 0,75 1,50 4,0 0,280 1,96 1,00 2,87
III-C-4 0,35 0,75 1,50 4,0 0,285 1,91 1,00 2,79


19
3.4 Kết luận

- Đã thiết lập đợc phơng pháp và các bớc tiến hành để xây dựng
đờng cong hệ số động đất khi biết phổ phản ứng gia tốc.
- áp dụng phơng pháp và các bớc tiến hành vừa thiết lập, đã xây
dựng đợc đờng cong hệ số động đất cho 17 loại nền khu vực Hà Nội.
- Kết quả tính toán các tham số đờng cong hệ số động đất của 17 loại
nền khu vực Hà Nội cho thấy phần lớn
2=
C
D
T
T
, đó là hiệu ứng tắt nhanh phổ
phản ứng gia tốc động đất khu vực Hà Nội. Hiệu ứng này đợc phát biểu lần
đầu tiên nhờ việc tính toán các tham số đờng cong hệ số động đất.
- Đã kiến nghị nhà và công trình xây dựng ở khu vực Hà Nội nên thiết
kế sao cho có chu kỳ dao động riêng cơ bản lớn hơn 1,5s.

Chơng 4
Hợp lý hoá phản ứng công trình nhà cao tầng chịu tải
trọng động đất bằng giải pháp kết cấu có tính đến sự
thay đổi vật liệu

4.1 Mục đích bài toán và mô hình tính toán

Trong chơng này đề cập đến việc nghiên cứu hợp lý hoá phản ứng
kháng chấn công trình bằng giải pháp kết cấu thông qua thay đổi một số yếu tố
trong sơ đồ tính của công trình nhà cao tầng
- Bố trí tầng cứng ở độ cao có lợi nhất về mặt kháng chấn
- Thay đổi chiều dày đài móng
- Thay đổi mác bê tông
Nghiên cứu qui luật thay đổi phản ứng kết cấu qua các đại lợng
- Chuyển vị ngang tại đỉnh công trình
- Gia tốc tại đáy móng để suy ra tổng lực cắt tại đáy móng
- Chu kỳ dao động cơ bản
Thực hiện tính toán thực nghiệm với hai sơ đồ tính không gian:
- Sơ đồ tính không tơng tác giữa kết cấu và nền
- Sơ đồ tính tơng tác giữa kết cấu và nền
Bằng máy tính điện tử có công suất, tốc độ lớn và chơng trình phân tích kết
cấu theo phơng pháp PTHH tiến hành tính toán với hàng trăm trờng hợp thay
đổi số liệu khảo sát, phân tích kết quả đạt đợc, lập bảng vẽ các đồ thị biến
thiên của các đại lợng nghiên cứu. Từ các kết quả này có thể chọn lựa giá trị
hợp lý của phản ứng của kết cấu.

4.1.1 Giới thiệu công trình đợc để tính toán thực nghiệm bằng số

Luận án chọn công trình nhà chung c 21 tầng đợc xây dựng tại 27

Huỳnh Thúc Kháng Hà nội là công trình hội tụ khá đầy đủ các đặc điểm chung
về kết cấu của nhà cao tầng đang đợc xây dựng ở thủ đô.

20
Cho đến thời điểm này, đây cũng là một trong các công trình có chiều
cao lớn nhất tại Hà nội do chúng ta tự thiết kế và thi công theo các tiêu chuẩn
của Việt Nam.
Việc tính toán dựa trên số liệu của bản thiết kế kỹ thuật của công trình đã
đợc thẩm định và đang đợc thi công.

4.1.2 Mô hình tính toán thực nghiệm theo phơng pháp PTHH mô
hình chuyển vị .

- Mô hình không tơng tác (Hình 4.10)
- Mô hình tơng tác (Hình 4.11)

4.1.2.2 Tải trọng tính toán
- Tải trọng tĩnh: Tĩnh tải, hoạt tải tác dụng vào kết cấu theo TCVN 2737
1995.
- Tải trọng động đất: lấy các giản đồ gia tốc trên nền đá gốc ở cao độ
75 m để tính cho sơ đồ có kể đến tơng tác và lấy các giản đồ gia tốc ở mặt đáy


21
móng ở cao độ 4,5 m để tính cho sơ đồ không kể đến tơng tác. Đã dùng phần
mềm chuyên dụng shake 91 và IBI-103L (S1) để nội suy giản đồ gia tốc ở tầng
đá gốc 75 m lên độ cao 4,5 m.
- Băng gia tốc đợc chọn để tính công trình cho trong hình 4.8 và 4.9

4.1.2.3 Các trờng hợp tính toán thử nghiệm bằng số

22
Cả hai sơ đồ tính không tơng tác và tơng tá đều thực hiện với các trờng hợp
thay đổi thông số tính toán:
- Thay đổi vị trí tầng cứng lần lợt từ tầng 1 đến tầng 21.
- Thay đổi chiều dày móng 2m, 3m
- Thay đổi mác bê tông M300, 350, 400

4.2 Kết quả tính toán

Kết quả tính toán đợc phân tích, so sánh đợc tập hợp trong 50 bảng và
54 đồ thị giới thiệu đầy đủ trong chơng 4, phụ lục C1 và C2 của luận án.
Trong tóm tắt giới thiệu một vài trờng hợp minh hoạ: Bảng 4.5, 4.7 và
các đồ thị so sánh trên Hình 4.12, 4.13 và 4.17, 4.18
So sánh kết quả các trờng hợp không tơng tác, móng 2m, thay đổi mác
bêtông.

Bảng 4.5. Tầng cứng đặt tại cao độ 11m,

Chu kỳ dao động cơ bản (s)

Phơng án kết cấu, vật liệu
Chuyển vị
max ở đỉnh (m)
T1 T2 T3
Móng dày 2m Bê tông mác 300 0,1431 2,23257 1,84724 1,22624
Móng dày 2m Bê tông mác 350 0,1456 2,15935 1,78666 1,18602
Móng dày 2m Bê tông mác 400 0,1474 2,09289 1,73167 1,14952
Móng dày 3m Bê tông mác 300 0,1431 2,23257 1,84724 1,22624
Móng dày 3m Bê tông mác 350 0,1456 2,15935 1,78666 1,18602
So sánh kết quả các trờng hợp tơng tác, mong 2m, thay đổi mác bêtông

Bảng 4.7. Đặt tầng cứng ở cao độ 11m

Chu kỳ dao động cơ bản Chuyển vị

Max ở đỉnh
Gia tốc tại
đáy móng
T1 T2 T3

Phơng án kết cấu,
Vật liệu
(m) (m/s
2
) (s) (s) (s)
Móng dày 2m BT M300 0,0471 1,459 2,36941 2,01091 1,22719

23
Móng dày 2m BT M350 0,0451 1,451 2,2998 1,95547 1,18699
Móng dày 2m BTM400 0,0483 1,447 2,23689 1,9055 1,15051
Móng dày 3m BTM300 0,0475 1,489 2,36916 2,01074 1,22686
Móng dày 3m BTM350 0,0457 1,475 2,29979 1,95572 1,18668
Móng dày 3m BTM400 0,0441 1,465 2,23711 1,90617 1,15021

4.3 Kết quả tính toán công trình nhà cao tầng chịu tải trọng động đất
ứng với các giải pháp kết cấu và vật liệu khác nhau Bài toán tơng tác
4.4 So sánh các kết quả tính toán

4.5 Nhận xét


Các nhận xét chính đợc rút ra qua kết quả tính toán thực nghiệm số:
4.5.1 Trờng hợp sơ đồ tính không tơng tác

Kết quả tính toán không phụ thuộc hoặc phụ thuộc rất nhỏ vào sự thay
đổi của chiều dày móng và mác bê tông.

4.5.2 Trờng hợp sơ đồ tính tơng tác

Kết quả tính toán thay đổi phụ thuộc rõ rệt với vị trí đặt tầng cứng và thay
đổi giá trị của mác bê tông và chiều dày móng.
Qua các bảng so sánh và đồ thị biến thiên đã rút ra đợc các nhận xét, kết
quả chính:
- Có thể thấy rằng tầng 9 đặt tầng cứng thì phản ứng của công trình thể
hiện qua 3 đại lợng nghiên cứu có giá trị hợp lý nhất;
+ Chu kỳ dao động: T
1
=2,34s
+ Gia tốc tại mặt móng: a=1,428kgm/s

2

+ Chuyển vị tại đỉnh:
cm
x
47,4= ,

24
Đây không phải là trị số max, min của mỗi loại đại lợng mà là giá trị
hợp lý đồng thời xảy ra dới tác động động đất của một trờng hợp.
- Các kết quả thể hiện trong các bảng và đồ thị đều phù hợp về mặt định
tính với qui luật vật lý của kết cấu chịu động đất.
- So sánh với công thức thực nghiệm đã đợc dùng trong một số qui
phạm ở nớc ngoài (công thức 1.26 và 1.28) kết quả cũng phù hợp về qui luật

4.6 Kết luận

Những đóng góp trong chơng 4 gồm:

- Xây dựng mô hình tính tơng tác giữa kết cấu nền chịu tải trọng động
đất phù hợp với chơng trình phân tích kết cấu chung, thông dụng và thực hiện
tính toán trên máy tính điện tử. Với mô hình tính này có thể đa đợc tất cả các
số liệu mô tả các tính chất cơ, lý, hình học và cấu tạo của công trình và nền đất.
- Dùng tầng cứng thêm vào nhà cao tầng để điều khiển phản ứng của
công trình trong tính toán với tải trọng động đất để tìm đợc phơng án hợp lý
của kết cấu, vật liệu và kích thớc móng là một ý nghĩa mới và phù hợp với
cách tính toán hiện tại có sự hỗ trợ của MTĐT.
- Dùng cách thực nghiệm tính toán và các số liệu thay đổi đợc chọn giả
thiết trớc, thực hiện tính toán nhiều lần theo một thuật toán thống nhất (thuật
toán phần tử hữu hạn) đã tìm ra đợc qui luật biến đổi về mặt định tính cũng

nh định lợng của các đại lợng phản ứng công trình với tải trọng động đất.
Tính toán theo mô hình tính toán không gian, tơng tác giữa kết cấu và nền cho
kết quả phù hợp với tính chất vật lý của công trình rõ ràng hơn so với mô hình
tính không tơng tác và mô hình tính tơng tác phẳng.
- Theo công thức thực nghiệm {75} cho thấy chu kỳ dao động riêng trong
sơ đồ tính tơng tác lớn hơn chu kỳ dao động riêng tính theo sơ đồ không tơng
tác, thì các kết quả tính thực nghiệm thu đợc đều cho giá trị phù hợp theo qui
luật đó.
Nh vậy có thể kết luận các kết quả tính thực nghiệm theo mô hình tính
toán giả thiết trong chơng này hoàn toàn phù hợp với qui luật của các công
thức thực nghiệm đã đợc dùng trong tính toán thực tế {75}

Kết luận

Từ các kết quả nghiên cứu của luận án có thể rút ra các kết luận chính
nh sau:
- Xây dựng đợc đồ thị hệ số khuếch đại cờng độ động đất với các đặc
trng cơ lý của vùng trũng Hà Nội, đã khảo sát ảnh hởng của độ dày lớp trong
mặt cắt cấu tạo nền đất Hà Nội đến hệ số khuếch đại. Dựa trên kết quả nghiên
cứu hiệu ứng khuếch đại cờng độ động đất đã kiến nghị nhà và công trình xây
dựng ở vùng trũng Hà Nội phải có chu kỳ dao động cơ bản nằm ngoài vùng chu
kỳ 0,5s
ữ1,5s.

25
- Đã thiết lập đợc phơng pháp và các bớc tiến hành để xây dựng
đờng cong hệ số động đất khi biết phổ phản ứng gia tốc, đã xây dựng đợc
đờng cong hệ số động đất cho 17 loại nền khu vực Hà Nội.
- Đã chứng tỏ rằng ở khu vực Hà Nội tồn tại hiệu ứng tắt nhanh phổ phản
ứng gia tốc động đất, trên cơ sở đó đã kiến nghị nhà và công trình xây dựng ở

khu vực Hà Nội nên thiết kế sao cho có chu kỳ dao động riêng cơ bản lớn hơn
1,5s.
- Xây dựng đợc một mô hình tính tơng tác công trình nền chịu tải
trọng đất phù hợp với chơng trình phân tích kết cấu thông dụng. Với mô hình
tính này có thể đa đợc tất cả các số liệu mô tả các tính chất cơ lý, hình học và
cấu tạo của công trình và nền đất. Bằng cách thực nghiệm tính toán trên các số
liệu thay đổi đợc giả thiết trớc theo một thuật toán thống nhất (thuật toán
phần tử hữu hạn), đã tìm ra đợc qui luật biến đổi về mặt định tính cũng nh
định lợng của phản ứng công trình với tải trọng động đất.
- Đã đề xuất giải pháp kết cấu dùng tầng cứng thêm vào nhà cao tầng để
điều khiển chu kỳ dao động riêng đến giá trị thích hợp, đồng thời điều khiển
phản ứng của công trình chịu tải trọng động đất. Cờng độ vật liệu và kích
thớc móng cũng đợc xem là yếu tố có ảnh hởng đến đối xử kháng chấn của
công trình.
- Tính toán theo mô hình tính toán không gian, tơng tác giữa kết cấu và nền
cho kết quả phù hợp với bản chất vật lý của công trình hơn so với mô hình tính
không tơng tác và mô hình tính tơng tác phẳng. Kết quả tính toán chu kỳ
dao động riêng và lực cắt đáy phù hợp với công thức gần đúng cho trong {75}.