Lưu ý khi thiết kế nhà cao tầng chống động đất

Một số vấn đề cần chú ý khi sử dụng tiêu chuẩn TCXDVN 375: Thiết kế công trình
chịu động đất – Tiêu chuẩn thiết kế
1. Đặt vấn đề
Các tiêu chuẩn, nhất là các tiêu chuẩn thiết kế, khi sử dụng thường liên quan đến một số tiêu chuẩn
khác. Nếu các tiêu chuẩn liên quan cùng thuộc một hệ thống với tiêu chuẩn đang sử dụng, thì tính
đồng bộ giữa các tiêu chuẩn thường được đảm bảo. Còn nếu các tiêu chuẩn thuộc các hệ thống khác
nhau, thì khi sử dụng, cần xem xét thận trọng để đảm bảo kết quả áp dụng tiêu chuẩn là đúng đắn.
Hiện nay, các tiêu chuẩn thiết kế chủ yếu của Việt Nam, như tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt
thép (BTCT), kết cấu thép, kết cấu gạch đá, tiêu chuẩn tải trọng và tác động…được biên soạn theo
hệ thống tiêu chuẩn Nga. Riêng tiêu chuẩn TCXDVN 375: thiết kế công trình chịu động đất (dưới
đây viết tắt là TCXDVN 375) [4], được biên soạn theo hệ thống tiêu chuẩn Châu Âu. Trong tiêu
chuẩn này, ngoài các nội dung liên quan đến phân vùng gia tốc nền lãnh thổ Việt Nam, mức độ quan
trọng và hệ số tầm quan trọng, đã được nghiên cứu, biên soạn cho phù hợp với điều kiện Việt Nam,
thì các nội dung còn lại chủ yếu là được chuyển dịch theo đúng tinh thần của EN 1998 [11]. Vì vậy,
khi áp dụng TCXDVN 375 cần hiểu và vận dụng đúng các nguyên tắc, yêu cầu thiết kế, giải pháp
cấu tạo và đặc biệt là các thông số đầu vào để tính toán, thiết kế. Dưới đây, là một số vấn đề cần chú
ý về: phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn; cách sử dụng vật liệu; sử dụng số liệu tải trọng gió và tổ hợp
tải trọng khi tính toán, thiết kế theo tiêu chuẩn TCXDVN 375.
2. Về phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn
Xét dưới góc độ đối tượng công trình, tiêu chuẩn TCXDVN 375 dùng để tính toán, thiết kế cho nhà
và công trình chịu động đất. Tuy nhiên, các công trình đặc biệt như nhà máy điện hạt nhân, các công
trình ngoài khơi, các đập lớn… không thuộc phạm vi quy định của tiêu chuẩn nay [4]. Ngoài ra, với
các công trình có đặc thù riêng như công trình tháp, trụ, cầu, cống, ống khói, silô, cột ăng ten, cột
truyền tải, nhà khung dùng sàn không dầm bằng BTCT,… cũng cần phải có các yêu cầu bổ sung.
Các yêu cầu này được quy định trong các tiêu chuẩn chuyên ngành.
Xét dưới góc độ để đảm bảo tính hệ thống, thì có thể sử dụng tiêu chuẩn TCXDVN 375 ở 3 mức: i)
chỉ sử dụng các nội dung liên quan đến phân vùng gia tốc nền lãnh thổ Việt Nam, phân cấp mức độ
quan trọng và hệ số tầm quan trọng của công trình; ii)như nội dung (i) kết hợp với tham khảo một số
giải pháp cấu tạo trong TCXDVN 375; iii) áp dụng toàn bộ, tức là tính toán, thiết kế theo TCXDVN 375.

Mức (i), cho phép người thiết kế có thể sử dụng kết hợp với bất kỳ một hệ thống tiêu chuẩn nào mà

Luật Xây dựng Việt Nam cho phép, miễn là các tiêu chuẩn cùng được áp dụng đó là có tính đồng bộ.

Mức (ii), sử dụng cũng như mức (i), song các giải pháp cấu tạo cần phải xem xét có phù hợp với
quan điểm thiết kế trong tiêu chuẩn được áp dụng không, chẳng hạn như quan điểm thiết kế tiêu tán
năng lượng hay quan điểm thiết kế trong giới hạn đàn hồi; cấp độ dẻo thiết kế của kết cấu là thấp,
trung bình hay cao…
Mức (iii), phải sử dụng đồng bộ cùng với c� bền với từ C16 trở lên đối với kết cấu BTCT và từ C20
đến C40 đối với kết cấu liên hợp thép – bê tông. Vấn đề đặt ra là các cấp độ bền này tương đương
với cấp độ bền nào trong tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam [3]. Để làm rõ vấn đề này, chúng ta so
sánh sơ đồ xác định cường độ chịu nén tính toán trong hai tiêu chuẩn TCXDVN 356 và EN 1992 [3,8].

Từ bảng 1 ta nhận thấy:
- Cấp độ bền của cả 2 tiêu chuẩn đều dựa vào cường độ trung bình của các mẫu thí nghiệm. Thông
số này là khách quan và cách xác định nó trong cả 2 tiêu chuẩn là giống nhau nếu mẫu thí nghiệm
lấy cùng một quy cách. Như vậy, để quy đổi cấp độ bền của bê tông lấy theo TCXDVN 356 sang
cấp độ bền bê tông lấy theo TCXDVN 375 cần phải xét tương đương trên hai mặt, đó là trên cùng
một mặt bằng mẫu thử và giá trị cường độ trung bình của các mẫu thí nghiệm là xấp xỉ bằng nhau.
- Cách xác định cường độ, tiêu chuẩn, cường độ tính toán trong TCXDVN 356 và EN 1992 là có sự
khác nhau. Do đó, các thông số về đặc trưng vật liệu của bê tông khi đưa vào thiết kế theo tiêu
chuẩn TCXDVN 375 phải lấy theo quy định của EN 1992. Tuy nhiên, ở 2 tiêu chuẩn này cũng có
một số thông số như: mô đun đàn hồi, hệ số dãn nở nhiệt, hệ số Poát xông… là xấp xỉ nhau [3,8].
Từ các giá trị cho trong bảng 3.1 của [8], ta có thể quy đổi gần đúng các giá trị fcm của mẫu trụ ra
mẫu vuông có cạnh 15cm theo hệ số tỷ lệ giữa các cấp độ bền tương ứng, ví dụ với C16/20 có hệ số
chuyển đổi là 20/16 = 1,25. Dựa vào các số liệu trong bảng A.1 của TCXDVN 356[3] và trong bảng
3.1 của EN 1992 [8] ta có tương đương về cấp độ bền của bê tông giữa TCXDVN 356 và EN 1992,
ví dụ: C16 tương đương với B20 (hoặc M250); C20 tương đương với B25 (hoặc M350)… Kết quả
tương đương về cấp độ bền của bê tông giữa TCXDVN 356 và EN 1992, cho trong bảng 2.
3.2 Thép cốt dùng trong bê tông
Theo TCXDVN 375, thép cốt chịu lực dùng trong bê tông là thép gai, có giới hạn chảy đặc trưng fyk
nằm trong khoảng 400 ÷600 N/mm2. Trong các vùng tới hạn, khi thiết kế với cấp dẻo trung bình thì

phải dùng thép cốt có độ dẻo dai thuộc nhóm B hoặc C; khi thiết kế với cấp dẻo cao thì dùng thép
cốt có độ dẻo dai thuộc nhóm C; đối với các vùng có ứng suất lớn, của bộ phận kết cấu không tiêu
tán năng lượng, phải dùng thép cốt thuộc nhóm B hoặc C [4]. Để xét xem loại thép nào trong
TCXDVN 356 có tính năng đáp ứng được yêu cầu này, ta so sánh các chỉ tiêu liên quan của thép cốt
trong hai tiêu chuẩn [3,8].
Theo EN 1992 [8], thép cốt dùng trong bê tông có 3 loại là S220, S400 và S500. Còn theo
TCXDVN 356 [3], có 4 nhóm thép cốt là CI,A-I; CII, A-II; CIII, A-III và CIV, A-IV. Ngoài ra cũng
có thể sử dụng các loại thép cốt có cường độ cao khác. Dưới đây, chúng tôi chỉ so sánh các loại thép
cơ bản đã nêu ở trên.
Dựa vào [3,8], ta lập được bảng để so sánh quy cách của các loại thép cốt này, xem bảng 3 và 4.
Bảng 4. Độ dẻo dai của thép theo tiêu chuẩn EN1992
Loại
Các đặc tính
A
B
C
Giới hạn đàn hồi fyk (f0,2k) N/mm2
400 - 600
≥ 1,05
≥ 1,08
≥ 1,15


Giá trị tối thiểu k = (fu/fy)k
Biến dạng tương đôi khi kéo đứt εuk(%)

≥ 2,5

≥ 5,0

Bảng 5. Quy định về sử dụng thép kết cấu trong TCXDVN 375
Cấp dẻo
Phạm vi
Hệ số ứng xử
Loại tiết diện
kết cấu
áp dụng
q
thiết kế
Vùng động đất
Loại1,2,3
q≤ 1,5
yếu
DLC thấp
hoặc 4
Loại 1,2
1,5 < q ≤ 2
hoặc 3
DCM (trung
Vùng động đất
Loại 1,hoặc 2
2< q ≤ 4
bình)
từ trung bình
trở lên
DCH (cao)
q>4
Loại 1

< 1,35

≥ 7,5
Tiêu chuẩn áp
dụng
Theo EN 1993,
EN 1994
Theo TCXDVN
375 kết hợp với
EN 1993, EN
1994

Từ bảng 3 và bảng 4 ta nhận thấy, thép cốt chịu lực thiết kế theo TCXDVN 375 có thể sử dụng
nhóm cốt thép CIII, A-III và CIV, A-IV. Tuy nhiên, xét về độ dẻo dai thì trong các vùng tới hạn, khi
thiết kế với cấp dẻo trung bình, các nhóm CIII, A-III và CIV, A-IV vẫn thoả mãn, nhưng khi thiết kế
với cấp dẻo cao thì chỉ được dùng nhóm thép cốt CIV, A-IV.
3.3 Thép kết cấu
Thép kết cấu được dùng trong thép hoặc liên hợp thép – bê tông. Trong TCXDVN 375, các đặc
trưng vật liệu của thép kết cấu phải lấy phù hợp với các quy định trong EN 1993 và EN 1994 [9,10].
Về phương pháp thiết kế, điểm khác biệt cơ bản trong hai tiêu chuẩn [9,10] so với tiêu chuẩn thiết
kế kết cấu thép của Việt Nam [2] là: trong tính toán thiết kế, EN 1993 và EN 1994 xét với 4 loại tiết
diện (loại 1,2,3 và 4), tuỳ theo khả năng phát triển biến dạng dẻo của tiết diện cấu kiện thép. Còn
tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép của Việt Nam [2] chỉ xét cho một loại tiết diện tính toán, tương ứng
với loại 1 trong EN 1993. Các quy định chính về sử dụng thép kết cấu trong TCXDVN 375 được
tổng hợp trong bảng 5.
Theo [9,10], các loại tiết diện thiết kế của thép kết cấu được quan niệm như sau:
Loại 1: Tiết diện có khả năng phát triển mô men bền dẻo (do mô men uốn dương hoặc âm) với khả
năng đủ để hình thành khớp dẻo;
Loại 2: Tiết diện cũng có khả năng phát triển mô men bền dẻo, nhưng với khả năng xoay hạn chế;
Loại 3 hoặc 4: khi do hiện tượng cong vênh cục bộ trong vùng nén của dầm thép (bản bụng hoặc bản
cách), ứng suất của những thớ chịu tải lớn không thể vượt quá giới hạn đàn hồi tính toán fy/γa đối với
tiết diện loại 3, hoặc nhỏ hơn giá trị này đối với tiết diện loại 4.

Như vậy, khi sử dụng thép kết cấu, nhất là trong điều kiện trên thị trường hiện nay có rất nhiều
chủng loại thép sản xuất theo các tiêu chuẩn khác nhau, thì cần phải xác định được loại thép sử dụng
thuộc loại tiết diện nào để vận dụng cho phù hợp. Đồng thời, việc tính toán phải được tiến hành theo
quy định của các tiêu chuẩn Eurocosde và TCXDVN 375.
Về các đặc trưng vật liệu thép, theo EN 1993 có 3 loại mác thép thông dụng là S235, S275 và S355.
Còn theo TCXDVN 338, có 4 loại thép cacbon cán nóng thường dùng là: CCT34, CCT 38, CCT42
và CCT52. Ngoài ra, kết cấu thép và kết cấu liên hợp có thể sử dụng các loại thép hợp kim khác.
Dưới đây, chúng tôi chỉ so sánh một số loại mác thép thông dụng. Kết quả so sánh một số đặc trưng
cơ học của một số mác thép trong hai tiêu chuẩn TCXDVN 338 và EN 1993, cho trong bảng 6.


Bảng 6. So sánh một số đặc trưng cơ học của một số mác thép trong hai tiêu chuẩn EN 1993 và
TCXDVN 338
Mác thép
Độ dày (mm)
fy (N/mm2)
fu (N/mm2)
Min (fu /fy)
CCT34
≤ 100
220 ÷ 200
340 ÷ 440
1,54
S235
≤ 40
235
360
1,53
CCT38
≤ 100

240 ÷ 220
380 ÷ 490
1,58
S275
≤ 40
275
430
1,56
CCT42
≤ 100
270 ÷ 250
420 ÷540
1,55
S355
≤ 40
355
510
1,44
CCT52
≤100
360 ÷ 350
520 ÷ 620
1,44
Theo bảng 6 ta nhận thấy, khi thiết kế theo TCXDVN 375, nếu sử dụng thép cán nóng theo tiêu
chuẩn Việt Nam thì phải dùng thép có mác từ CCT38 trở lên.
4. Về tải trọng
Căn cứ vào các tiêu chuẩn [1,6,7], thì điểm căn bản cần chú ý khi thiết kế theo TCXDVN 375 là tổ
hợp tải trọng cần phải tiến hành theo các quy định chung trong EN 1990, EN 1991 và các quy định
riêng về tải trọng nêu trong các tiêu chuẩn EN 1992, EN 1993 và TCXDVN 375. Về số liệu để xác
định các loại tải trọng như: hoạt tải, áp lực hoặc vận tốc gió, nhiệt độ, gia tốc nền hay cấp động

đất,… thì phải lấy theo tiêu chuẩn TCXDVN 2737 và TCXDVN 375 [1,4].
Tuy nhiên, cần chú ý rằng: số liệu áp lực gió cho trong [1] là ứng với vận tốc gió ở độ cao 10m so
với mốc chuẩn, lấy trung bình trong khoảng thời gian 3 giây, bị vượt một lần trong 20 năm, ứng với
địa hình dạng B (địa hình vùng ngoại ô thành phố, có vật cản thưa thớt cao không quá 10 m). trong
khi đó vận tốc gió quy định trong EN 1991 là vận tốc gió ở độ cao 10m so với mốc chuẩn, lấy trung
bình trong khoảng thời gian 10 phút, bị vượt một lần trong 50 năm, ứng với địa hình dạng II [7]
(tương đương với dạng địa hình B quy định trong [1]. Như vậy, các số liệu áp lực gió trong
TCXDVN 2737 khi đưa vào thiết kế theo TCXDVN 375, cần chuyển đổi lại cho phù hợp với thời
gian lấy trung bình và chu kỳ lặp. Theo các kết quả nghiên cứu “Soát xét tiêu chuẩn TCVN 2737 :
1995 Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế” [5] đã được nghiệm thu ở Hội đồng Khoa học cấp
cơ sở và cấp bộ, thì việc chuyển đổi áp lực tương ứng với vận tốc gió có thời gian lấy trung bình
trong 3 giây và có chu kỳ lặp 20 năm sang áp lực gió tương ứng với vận tốc gió có thời gian lấy
trung bình trong 10 phút và có chu kỳ lặp 50 năm, có thể áp dụng công thức:
W

10
0

= 0,602 W

3
0

Trong đó:
W
W

3
0
10

là áp lực gió ứng với thời gian lấy trung bình trong 3 giây và có chu kỳ lặp 20 năm;
là áp lực gió ứng với thời gian lấy trung bình trong 10 phút và có chu kỳ lặp 50 năm;

0

Từ công thức (1) ta lập được bảng chuyển đổi áp lực gió giữa TCVN 2737 và EN 1991.
Bảng 7. Chuyển đổi áp lực gió giữa TCVN 2737 và EN 1991
Vùng áp lực trên bản đồ
I
II
III
IV
V
3

W daN/m2
0

65

95

125

155

185

10

W daN/m2

39,1

57,2

75,2

93,3

111,4

0

5. Kết luận
• Về phạm vi sử dụng, có thể sử dụng tiêu chuẩn TCXDVN 375, theo ba mức: mức (i) chỉ sử dụng
các nội dung liên quan đến phân vùng gia tốc nền trên lãnh thổ Việt Nam; phân cấp mức độ quan
trọng và hệ thống tầm quan trọng; mức (ii), giống nội dung (i) nhưng kết hợp với tham khảo một số
giải pháp cấu tạo trong TCXDVN 375; mức (iii) áp dụng toàn bộ, tức là tính toán, thiết kế theo
TCXDVN 375.
• Về vật liệu, khi sử dụng các vật liệu sản xuất theo tiêu chuẩn Việt Nam, cần phải lựa chọn chủng
loại vật liệu và quy đổi các thông số đặc trưng cơ lý của chúng cho phù hợp với các quy định của
Eurocosde. Khi tính toán, thiết kế phải sử dụng các tiêu chuẩn phù hợp với hệ thống Eurocosde.
Việc quy đổi tương đương các loại vật liệu: bê tông, thép cốt dùng trong bê tông và thép kết cấu có
thể tham khảo các kết quả nghiên cứu nêu trong bài báo này.
• Tổ hợp tải trọng phải thực hiện theo quy định chung của EN 1990; EN 1991 và các quy định riêng
trong các tiêu chuẩn thiết kế EN 1992; EN 1993; EN 1994 và TCXDVN 375. Riêng áp lực gió cần
phải chuyển đổi cho phù hợp với thời gian lấy trung bình vận tốc gió là 10 phút và chu kỳ lặp là 50

năm.
Tài liệu tham khảo
1. TCVN 2737: 1995 Tải trọng và tác động-Tiêu chuẩn thiết kế, NXBGD
2. TCXDVN 338: 2005 Kết cấu thép-Tiêu chuẩn thiết kế,NXBGD
3. TCXDVN 356: 2005 Kết cấu bê tông và BTCT - Tiêu chuẩn thiết kế, NXBGD
4. TCXDVN 375: 2005 Thiết kế công trình chịu động đất -Tiêu chuẩn thiết kế, NXBGD
5. Dự thảo TCVN 2737: 2006 Tải trọng và tác động -Tiêu chuẩn thiết kế
6. Eurocode 0: Basis of Structural Design
7. Eurocode 1: Action on Structures
8. Eurocode 2: Design of Concrete structures
9. Eurocode 3: Design of Steel structures
10. Eurocode 4: Design of Composit steel and concrete structures.
11. Eurocode 8: Design of Structures for Earthquake resistance.
Nguồn: T/C Xây dựng, số 2-2007