HƯỚNG DẨN TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC ĐẤT - THEO TCXDVN 375

HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN LỰC ĐỘNG ĐẤT THEO
TCXDVN 375:2006
1. Xác định giá trị tỷ số a
gR
/g:
Căn cứ vào bản phân vùng gia tốc nền chu kỳ lặp lại 500 năm cho
nền loại A lãnh thổ Việt Nam cho trong phụ lục H (TCXDVN
375:2006), hoặc căn cứ vào phân vùng gia tốc nền theo địa danh
hành chính phụ lục I (cũng của tiêu chuẩn này) để xác định tỷ số
a
gR
/g

 a
gR
: đỉnh gia tốc nền tham chiếu ở địa điểm xây dựng công
trình,
 g: gia tốc trọng trường.
Lưu ý: tỷ số a
gR
/g

và phổ thiết kế 


 không thứ nguyên
2. Nhận dạng điều kiện đất nền theo tác động động đất:
Có 7 loại nền đất theo TCXDVN 375:2006, bao gồm
A,B,C,D,E,S
1
,S

2
(điều 3.1.2 TCXDVN 375:2006). Căn cứ vào mặt
cắt địa tầng và các số liệu khảo sát địa chất công trình tại khu
vực xây dựng và điều kiện đất nền theo tác động động đất quy
định trong điều 3.1.2 của TCXDVN 375:2006, để nhận dạng nền
đất phục vụ việc tính toán kháng chấn.
Lưu ý: Đối với nhà cao tầng, có sử dụng móng cọc để truyền tải
trọng từ kết cấu bên trên qua lớp đất yếu xuống lớp đất có khả
năng chịu lực tốt hơn, khi xét đến sự tham gia của cọc vào phân
loại đất nền qua tác động động đất cần có các nghiên cứu riêng
hoặc lấy ý kiến chuyên gia hay tham khảo các tài liệu chuyên
ngành về lĩnh vực này.
3. Mức độ và hệ số tầm quan trọng:
Mức độ quan trọng được đặc trưng bởi hệ số tầm quan trọng γ
l
.
Các định nghĩa về mức độ và hệ số tầm quan trọng cho trong Phụ
lục F.
γ
I
=1.25, 1, 0.75 ứng với công trình loại I, II, III.
4. Xác định gia tốc đỉnh đất nền thiết kế:
Gia tốc đỉnh đất nền thiết kế a
g
ứng với trạng thái cực hạn xác
định như sau:








Lưu ý: TCXDVN 375:2006 quy định
 Động đất mạnh 

, phải tính toán với cấu tạo kháng
chấn;
 Động đất yếu 

, chỉ cần áp dụng các giải
pháp kháng chấn đã được giảm nhẹ;
 Động đất rất yếu 

, không cần thiết kế kháng chấn.
5. Xác định hệ số ứng xử q của kết cấu bê tông cốt thép:
Hệ khung hoặc hệ khung tương đương (hỗn hợp khung – vách),
có thể xác định gần đúng như sau (cấp dẻo trung bình):
 q=3.3 - nhà một tầng;
 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.
Hệ vách cứng hoặc vách cứng có lỗ:
 q=3.6 - hệ kết cấu hỗn hợp tương đương vách cứng, hoặc
hệ vách cứng có lỗ (hệ tường có dầm liên kết);
 q=3k
w
- hệ tường/ vách cứng chỉ có hai tường/ vách cứng
(không phải là vách cứng có lỗ);
 q=3.1k

w
- các hệ vách cứng không phải là vách cứng có lỗ.
Trong đó:
 
















 h
wi
- chiều cao tường thứ i, l
wi
- độ dài tường thứ i
6. Xác định chu kì dao động riêng cơ bản (T) của công trình:
 Đối với nhà và công trình có chiều cao không lớn hơn 40m:


(s)

 C=0.085: khung thép không gian chịu mômen;
 C=0.075: khung bê tông không gian chịu mômen và khung
thép có giằng lệch tâm;
 C=0.050: các kết cấu khác.
 H: chiều cao công trình, tính bằng m, từ mặt móng hoặc đỉnh
phần cứng phía dưới.
 Có thể sử dụng các chương trình máy tính và mô hình phần tử
hữu hạn để xác định chu kỳ dao động riêng của công trình.
 Cũng có thể sử dụng biểu thức sau: 


 d - chuyển vị ngang đàn hồi tại đỉnh công trình, tính bằng m,
do các lực trong trường tác dung theo phương ngang gây ra.
7. Phổ thiết kế không thứ nguyên dùng cho phân tích đàn hồi:
Phổ thiết kế trong quy trình này là đại lượng không thứ nguyên
(phổ thiết kế không thứ nguyên), ký hiệu là 


 và 









 Với 


 - phổ thiết kế sử dụng trong TCXDVN 375:2006
Đối với các thành phần nằm ngang của tác động động đất, phổ
thiết kế không thứ nguyên 





được xác định bằng các biểu thức
sau:









































































































Trong đó
 S, T
B
,T
C
, T
D
xác định theo bảng 1

 T- chu kì dao động của hệ;
 β=0.2 - hệ số ứng với cận dưới của phổ thiết kế theo
phương ngang.
Bảng 1: Giá trị của các tham số S, T
B
, T
C
, T
D

Loại đất
nền
S
T
B
(s)
T
C
(s)
T
D
(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
8. Điều kiện áp dụng mô hình phẳng khi tính toán:
a) Có thể thực hiện tính toán đàn hồi tuyến tính bằng cách sử
dụng 2 mô hình phẳng, mỗi mô hình cho 1 phương ngang
chính trên mặt bằng đối với nhà và công trình tuân theo điều
kiện về tính đều đặn trên mặt bằng (xem 4.2.3.2 TCXDVN
375:2006)
b) Khi không thỏa mãn được các tiêu chí về tính đều đặn trong
mặt bằng theo 4.2.3.2, phụ thuộc vào mức độ quan trọng của
công trình, có thể thực hiện phân tích đàn hồi tuyến tính bằng
cách sử dụng 2 mô hình phẳng, một mô hình cho mỗi phương
ngang chính, miễn là thỏa mãn tất cả các điều kiện về tính đều
đặn đặc biệt sau:
(1) Nhà và công trình có các tường ngăn và tường bao che

tương đối cứng và được phân bố hợp lý.
(2) Chiều cao nhà và công trình không vượt quá 10m
(3) Độ cứng trong mặt phẳng của các sàn tầng phải đủ lớn so
với độ cứng ngang của các cấu kiện thẳng đứng để có thể
giả thiết sàn làm việc như tấm cứng.
(4) Các tâm cững ngang và tâm khối lượng của các tầng, mỗi
loại đều phải gần như nằm trên một đường thẳng đứng
tương ứng và trong hai phương ngang phân tích, thỏa
mãn các điều kiện






 








 



Với
 l

s
- bán kính quán tính;
 r
x
, r
y
- bán kính xoắn;
 e
ox
, e
oy
- độ lệch tâm ngẫu nhiên (xem định
nghĩa trong điều 4.2.3.2(6).
Lưu ý: Giá trị của hệ số tầm quan trọng γ
l
, cho phép đơn giản
hóa phân tích theo điều 4.3.3.1(8) cho ở Phụ lục F, phần 1.
c) Nhà và công trình thỏa mãn tất cả các điều kiện từ (1) đến (3)
của mục b nêu trên nhưng không thỏa mãn (4), có thể thực
hiện phân tích đàn hồi tuyến tính bằng cách sử dụng 2 mô hình
phẳng, một mô hình cho mỗi phương ngang chính. Trong
trường hợp này, tất cả các hệ quả tác động xác định từ những
phân tích này cần nhân thêm với 1.25.
Ghi chú: Đối với nhà và công trình không tuân thủ các tiêu chí
nêu trong a và b nên trên cũng có thể được phân tích bằng mô
hình không gian. Khi sử dụng mô hình không gian, tác động động
đất thiết kế phải được đặt dọc theo tất cả phương ngang cần thiết
(xét theo cách bố trí kết cấu của nhà và công trình) và các
phương vuông góc với chúng. Đối với nhà và các công trình có
các cấu kiện chịu lực bố trí theo hai phương vuông góc, hai

phương này được xem là hai phương cần thiết.
9. Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương:
a) Điều kiện áp dụng: Phương pháp này có thể áp dụng cho các
nhà mà phản ứng của nó không chịu ảnh hưởng đáng kể bởi
các dạng dao động bậc cao hơn dao động cơ bản trong mỗi
hướng chính (xem 4.3.3.2.1 (1)).
Cụ thể: công trình đáp ứng được cả hai điều kiện sau (xem
4.3.3.2.1 (2)):
(1) Có chu kỳ dao động cơ bản T
1
theo hai hướng chính nhỏ
hơn các giá trị sau:




s
T
T
c
0,2
4
1

T
C
- cho trong bảng 1.
(2) Thỏa mãn các tiêu chí về tính đều đặn theo chiều cao cho
trong điều 4.2.3.3.

b) Xác định lực cắt đáy (xem 4.3.3.2.2 - TCXDVN 375:2006):
Theo mỗi phương ngang được phân tích, lực cắt đáy động đất F
b

được xác định theo:










Trong đó:
 






- Tung độ phổ thiết kế không thứ nguyên (xem mục
2.7) tại chu kỳ T
1

 T
1
- Chu kỳ dao động cơ bản của công trình do chuyển động

ngang theo hướng đang xét
 W - Tổng trọng lượng của công trình ở trên móng hoặc ở
trên đỉnh của phần cứng phía dưới, tính toán thep mục
2.12(b) (Tĩnh tải lấy toàn bộ, hoạt tải lấy 50%) ;
 λ – Hệ số điều chỉnh lấy như sau: λ =0.85 nếu T
1
≤2T
c
với
công trình có trên hai tầng hoặc λ =1 với các trường hợp
khác.
c) Phân bố lực động đất theo phương nằm 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 F
i
đặt tại cao
trình tập trung của trọng lượng W
i
tính bằng


jj
ii
bi
Wz
Wz
FF
.
.
.

Trong đó:
 F
i
- Lực động đất tác dụng tại tầng thứ i;
 z
i
, z
j
- Độ cao của trọng lượng Wi và Wj so với điểm đặt lực
cắt đáy động đất (tại mặt móng hoặc đỉnh của phần cứng
phía dưới).

10. Phương pháp phân tích phổ phản ứng
Phương pháp phân tích phổ phản ứng là phương pháp động lực
học kết cấu sử dụng phổ phản ứng của tất cả các dạng dao động
ảnh hưởng đến phản ứng tổng thể của kết cấu. Phổ phản ứng của
các dạng dao động được xây dựng dựa trên tọa độ của các đường
cong phổ phản ứng thích hợp với các chu kỳ dao động riêng tương
ứng.
a) Điều kiện áp dụng:
Phương pháp phân tích phổ phản ứng là pp có thể áp dụng cho tất
cả các loại nhà (xem 4.3.3.1 (3b) - TCXDVN 375:2006).
Phương pháp phân tích phổ phản ứng cần áp dụng cho nhà không
thỏa mãn điều kiện để áp dụng phương pháp phân tích tĩnh lực
ngang tương đương (xem điều 2.9 (mục a)).
b) Số dạng dao động cần xét đến trong phương pháp phổ phản ứng:
(1) Phải xét đến phản ứng của tất cả các dạng dao động góp
phần đáng kể vào phản ứng tổng thể của công trình. Điều này có
thể được thỏa mãn nếu đạt được một trong hai điều kiện sau:

Tổng các trọng lượng hữu hiệu của các dạng dao động (mode) được
xét chiếm ít nhất 90% tổng trọng lượng của kết cấu.
Tất cả các dạng dao động (mode) có trọng lượng hữu hiệu lớn hơn
5% của trọng lượng đều được xét đến.
Ghi chú:
Trọng lượng hữu hiệu (theo phương X trên mặt bằng) W
X
tương ứng
với dạng dao động thứ i được xác định sao cho lực cắt đáy F
bi
tác
động theo phương tác động của lực động đất có thể biểu diễn dưới
dạng 










, trong đó 







là phổ thiết kế không thứ nguyên
ứng với chu kỳ dao động riêng thứ i. Có thể chứng minh rằng tổng
các trọng lượng hữu hiệu đối với tất cả các dạng dao động và với
một hướng cho trước bằng tổng trọng lượng kết cấu.
(2) Nếu điều kiện (1) nên trên không thỏa mãn (nếu trong nhà
và công trình mà các dạng dao động xoắn góp phần đáng kể) thì số
lượng tối thiểu các dạng dao động k cần được xét đến trong tính
toán khi phân tích không gian cần thỏa mãn cả 2 điều kiện sau:


 và 


Trong đó:
 k - số dạng dao động cần được xét đến trong tính toán;
 n - số tầng ở trên móng hoặc đỉnh của phần cứng phía dưới;
 T
k
- chu kỳ dao động riêng tương ứng với dạng dao động k.
c) Quy trình tính toán:
(1) Xác định các chu kỳ và dạng dao động riêng cần thiết của công
trình (mục b(2)).
(2) Xác định phổ thiết kế không thứ nguyên 






của công trình

tương ứng với từng dạng dao động theo phương X trên mặt
bằng nhà.
(3) Xác định tổng lực cắt tại chân công trình tương ứng với dạng
dao động i theo phương X: 


































 n - tổng số bậc tự do (số tầng) xét đến theo phương X.
 X
i,j
- giá trị chuyển vị theo phương X trên mặt bằng tại điểm đặt
trọng lượng thứ j của dạng dao động thứ i;
 W
j
- trọng lượng tập trung tại tầng thứ j của công trình
(4) Phân phối tải trọng ngang lên các cao trình tầng của tổng lực
cắt tại chân công trình tương ứng với dạng dao động thứ i theo
phương X như sau:


















 


- lực ngang tác dụng lên tầng thứ j theo phương X ứng với
dạng dao động riêng thứ i
 W
j
và W
l
- trọng lượng tập trung tại tầng thứ j và i của công
trình;
 X
i,j
và X
i,l
- giá trị chuyển vị theo phương X tại điểm đặt trọng
lượng thứ j và l của dạng dao động thứ i.


(5) Tổ hợp các dang dao động cần xét:
Số dạng dao động cần xét là k (xem mục b(2)).
phản ứng ở hai dạng dao động j và l được xem là phụ thuộc lẫn
nhau (ngược lại được xem là độc lập) nếu các chu kỳ Tj và Tl thỏa
mãn điều kiện sau: 








Khi các dạng dao động đang xét thỏa mãn điều kiện về độc lập
tuyến tính như trên thì giá trị lớn nhất E
E
(nội lực, chuyển vị) của hệ
quả tác động động đất có thể lấy bằng:












Trong đó:
 E
E
- hệ quả của tác động động đất đang xét (nội lực, chuyển vị
…);
 E
i

- giá trị của hệ quả tác động của động đất này do dạng dao
động riêng thứ i gây ra.
 k - số dạng dao động cần xét.
 Trong trường hợp phản ứng của hai dạng dao động i và j là không
độc lập với nhau theo điều kiện (2.18) thì giá trị lớn nhất của tác
động dao động E
E
sẽ lấy bằng:















 Với 





































 Trong đó 




; 



là hệ số cản nhớt, lấy bằng 5%.
11. Tổ hợp đặc biệt có tác động động đất (Xem 3.2.4 -
TCXDVN375:2006):
a) Giá trị thiết kế E
d
của các hệ quả tác động (bao gồm: Nội lực,
chuyển vị, góc xoay …) do động đất gây ra được xác định theo
công thức:






 











 G
k,j
- giá trị đặc trưng của tĩnh tải;
 Q
k,i
- giá trị đặc trưng của hoạt tải;
 A
ed
- tác động động đất.
 ψ
E,i
- hệ số tổ hợp tải trọng đối với tác động thay đổi thứ i (xem
mục d).
b) Các hiệu ứng quán tính của tác động động đất thiết kế phải được
xác định có xét đến các khối lượng liên quan tới tất cả các lực
trọng trường xuất hiện trong tổ hợp tải trọng sau:












- hệ số tổ hợp tải trọng đối với tác động thay đổi thứ i (xem mục d)
Bảng 2: Giá trị ψ2,i theo loại tải trọng
Tác động
ψ
2,i

Loại A: Khu vực nhà ở gia đình
0.3
Loại B: Khu vực văn phòng
0.3
Loại C: Khu vực hội họp
0.6
Loại D: Khu vực mua bán
0.6
Loại E: Khu vực Kho lưu trữ
0.8
Loại F: Khu vực giao thông, trọng lương xe ≤30kN
0.6
Loại G: Khu vực giao thông, 30kN≤trọng lương xe ≤160kN
0.3
Loại H: Mái
0.0
c) Các hệ số tổ hợp 

xét đến khả năng tác động thay đổi Qk,i
không xuất hiện trên toàn bộ công trình trong thời gian xảy ra
động đất, được xác định theo biểu thức sau:






Bảng 3: Giá trị φ để tính toán 


Loại tác động thay đổi
Tầng
φ
Các loại từ A-C
Mái
Các tầng được sử dụng đồng thời
Các tầng được sử dụng độc lập
1
0.8
0.5
Các loại từ D-F và kho
lưu trữ

1