Nghiên cứu mức độ đáp ứng kháng chấn của một số công trình hiện hữu tại thành phố Quảng Ngãi
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (935.99 KB, 33 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------
TRẦN ANH CẨN
NGHIÊN CỨU MỨC ĐỘ ĐÁP ỨNG KHÁNG CHẤN
CỦA MỘT SỐ CÔNG TRÌNH HIỆN HỮU
TẠI THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI
Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình DD&CN
Mã số: 60.58.02.08
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP
Đà Nẵng - Năm 2018
Công trình đƣợc hoàn thành tại
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. TRẦN QUANG HƢNG
Phản biện 1: PGS. TS. Phan Thanh Tùng
Phản biện 2: TS. Đặng Công Thuật
Luận văn đã đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng
và công nghiệp họp tại Trƣờng Đại học Bách Khoa vào ngày 11
tháng 3 năm 2018.
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trƣờng Đại học Bách khoa
- Thƣ viện Khoa Kỹ thuật xây dựng công trình Dân dụng & Công
nghiệp, Trƣờng Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng.
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Động đất là một trong những thảm họa thiên nhiên gây ra
hậu quả khá lớn cho con ngƣời. Chỉ trong vài phút đồng hồ cả một
thành phố có thể bị sụp đổ, cả một khu vực có thể bị sụt lún và đôi
khi có thể có sóng thần. Động đất lớn có thể gây thiệt hại lớn về tài
sản và nhân mạng.
Trong thiết kế xây dựng công trình, động đất là dạng tải
trọng đặc biệt. Nƣớc ta từ năm 2006 ban hành tiêu chuẩn thiết kế
kháng chấn dựa trên tiêu chuẩn Eurocode 8 (TCXDVN 375:2006).
Đến nay, tiêu chuẩn này đƣợc chuyển đổi thành tiêu chuẩn TCVN
9386:2012. Thực tế hiện nay việc quy định có hay không thiết kế
kháng chấn cho từng loại công trình vẫn chƣa đƣợc nhắc đến.
Ngoài ra, theo quy định của tiêu chuẩn TCVN 9386:2012,
động đất đƣợc chia thành ba trƣờng hợp (theo giá trị gia tốc nền thiết
kế ag = I x agR):
- Động đất mạnh ag ≥ 0,08g, phải tính toán và cấu tạo kháng
chấn;
- Động đất yếu 0,04g ≤ ag < 0,08g, chỉ cần áp dụng các giải
pháp kháng chấn đã đƣợc giảm nhẹ;
- Động đất rất yếu ag < 0,04g, không cần thiết kế kháng chấn.
Gia tốc nền thiết kế trên lãnh thổ Việt Nam đa số nằm trong
phạm vi ag < 0,08g, một số ít vùng miền có giá trị ag ≥ 0,08g. Do việc
tính toán thiết kế công trình với tải trọng động đất thƣờng dẫn đến
kết cấu công trình lớn, từ đó phát sinh chi phí lớn. Do vậy, các công
trình nhà cửa ở nƣớc ta nói chung, thành phố Quảng Ngãi nói riêng
thiết kế trƣớc 2006 hay sau này, đại đa số chƣa quan tâm đến tải
trọng động đất (trừ các nhà cao tầng).
Trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi chƣa ghi nhận trƣờng
hợp động đất nào xảy ra. Thời gian gần đây thƣờng xảy ra động đất
tại khu vực thủy điện Sông Tranh 2, huyện Bắc Trà My và một số
khu vực tại huyện Nam Trà My, tỉnh Quảng Nam (giáp ranh Quảng
Ngãi) với cƣờng độ dao động từ 2 – 4,7 độ richter. Theo phụ lục H,
2
Tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 thì trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi
có gia tốc nền 0,0824g. Do vậy, nguy cơ về động đất xảy ra trên địa
bàn thành phố là khá lớn.
Xuất phát từ lý do trên, thông qua việc khảo sát hồ sơ thiết
kế của một số công trình đã đƣợc xây dựng tại thành phố Quảng
Ngãi, đề tài tập trung đánh giá lại khả năng kháng chấn của các công
trình này, bao gồm: Cấu tạo kháng chấn, mức độ kháng chấn so với
tiêu chuẩn và khả năng chịu lực tối đa trong trƣờng hợp động đất xảy
ra.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Đánh giá mức độ đáp ứng kháng chấn của một số công trình
hiện hữu tại thành phố Quảng Ngãi, từ đó đƣa ra một số dự đoán cho
tình hình xây dựng, sử dụng các công trình hiện nay trên địa bàn
thành phố trong trƣờng hợp động đất xảy ra.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
+ Đối tƣợng: Một số công trình có kết cấu bằng bê tông cốt thép
đã đƣợc xây dựng tại thành phố Quảng Ngãi. Các loại công trình trụ
sở nhà làm việc với chiều cao trung bình.
+ Phạm vi nghiên cứu: Khả năng kháng chấn của công trình.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Căn cứ theo hồ sơ thiết kế của một số công trình tại thành
phố Quảng Ngãi đã đƣợc phê duyệt, thi công xây dựng. Từ đó mô
phỏng lại hệ kết cấu bằng một số phần mềm tính toán (Etabs,
Sap2000…). Tính toán lại với tải trọng động đất tác dụng lên công
trình theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9386:2012. Từ đó, đánh giá
mức độ đáp ứng kháng chấn của các công trình đã đƣợc xây dựng
trên địa bàn.
5. Bố cục của luận văn
Luận văn gồm phần: Mở đầu, 03 Chƣơng và phần Kết luận,
kiến nghị
3
CHƢƠNG 1. MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ ĐỘNG ĐẤT
VÀ TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT LÊN CÔNG TRÌNH
1.1. Tổng quan về Động đất
1.1.1. Khái niệm
1.1.2. Nguyên nhân
Có nhiều nguyên nhân xảy ra Động đất:
1.1.2.1. Nguyên nhân nội sinh
1.1.2.2. Nguyên nhân ngoại sinh:
1.1.2.3. Nguyên nhân nhân sinh:
1.1.3. Các cấp độ động đất
1.1.3.1. Thang đo Richter
1.1.3.2. Thang đo MM (Modified Mercalli)
1.1.4. Động đất tại thành phố Quảng Ngãi
1.2. Tác động của Động đất lên công trình
1.2.1. Ảnh hƣởng của Động đất đến công trình, tài sản và con
ngƣời
1.2.1.1. Các dạng tác động:
1.2.1.2. Tổn thất đối với con người
1.2.2. Ứng xử của kết cấu khung BTCT khi chịu tải trọng động
đất
1.2.1.1. Khung BTCT
1.2.2.2. Sàn và tường xây
1.2.2.3. Nội lực của công trình khi chịu tải trọng động đất
CHƢƠNG 2. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHỊU
TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT VÀ THỰC TRẠNG MỘT SỐ CÔNG
TRÌNH ĐÃ THI CÔNG XÂY DỰNG TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH
PHỐ QUẢNG NGÃI
2.1. Tính toán tải trọng động đất
2.1.1. Biểu diễn tổng quát của tác động động đất
2.1.2. Phổ thiết kế không thứ nguyên dùng cho phân tích đàn hồi
4
Đối với các thành phần nằm ngang của tác động động đất,
phổ thiết kế không thứ nguyên
S d (T ) đƣợc xác định bằng các công
thức sau:
2 T 2,5 2
.S . .(
)
g
3 TB q 3
a
2.5
TB T TC : S d (T ) g .S .
g
q
0 T TB : S d (T )
ag
(2.1)
(2.2)
ag 2,5 TC
.
.S .
q T
g
TC T TD : S d (T )
ag
g
(2.3)
ag 2,5 TC .TD
.
.S .
q T 2
g
TD T : S d (T )
ag
g
(2.4)
Trong đó:
S, TB, TC, và TD xác định theo bảng 2.1
T – Chu kỳ dao động của hệ
β = 0,2 (hệ số ứng với cận dƣới của phổ thiết kế theo phƣơng
ngang)
Bảng 2.1 - Giá trị của các tham số S, TB, TC, và TD
(Nguồn: Bảng 3.2, 3.2.2.2 – TCVN 9386:2012)
Loại nền
S
TB (s)
TC (s)
TD (s)
đất
A
1,0
0,15
0,4
2,0
B
1,2
0,15
0,5
2,0
C
1,15
0,20
0,6
2,0
D
1,35
0,20
0,8
2,0
E
1,4
0,15
0,5
2,0
5
2.1.3. Các phƣơng pháp tính toán tải trọng động đất
2.1.3.1. Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương
2.1.3.2. Phương pháp phân tích phổ phản ứng
Phƣơng pháp phân tích phổ phản ứng dao động là phƣơng
pháp động lực học kết cấu sử dụng phổ phản ứng động lực của tất cả
các dạng dao động ảnh hƣởng đến phản ứng tổng thể của kết cấu.
Phổ phản ứng của các dạng dao động đƣợc xác định dựa trên tọa độ
của các đƣờng cong phổ phản ứng thích hợp với các chu kỳ dao động
riêng tƣơng ứng.
a. Điều kiện áp dụng
Phƣơng pháp phân tích phổ phản ứng là phƣơng pháp có thể
áp dụng cho tất cả các loại nhà (theo 4.3.3.1 (3b) TCVN 9386:2012)
b. Số dạng dao động cần xét đến
+ Phải xét đến phản ứng của tất cả các dao động góp phần
đáng kể vào phản ứng tổng thể của công trình. Điều này có thể đƣợc
thỏa mãn nếu đạt đƣợc một trong hai điều kiện sau:
- Tổng trọng lƣợng hữu hiệu của các dạng dao động (mode)
đƣợc xét chiếm ít nhất 90% tổng trọng lƣợng kết cấu.
- Tất cả các dạng dao động (mode) có trọng lƣợng hữu hiệu
lớn hơn 5% của tổng trọng lƣợng đều đƣợc xét đến.
Trọng lƣợng hữu hiệu W tƣơng ứng với dạng dao động thứ i,
đƣợc xác định sao cho lực cắt đáy Fbi, tác động theo phƣơng tác động
của lực động đất có thể biểu diễn dƣới dạng
trong đó
Fbi S d (T1 ).W ,
S d (T1 ) là phổ thiết kế không thứ nguyên ứng với chu kỳ
dao động riêng thứ i.
+ Nếu điều kiện (a) không thỏa mãn (dao động xoắn góp
phần đáng kể) thì số lƣợng tối thiểu các dao động k (các mode k) cần
đƣợc xét đến trong tính toán khi phân tích không gian cần thỏa mãn
cả 2 điều kiện sau:
k 3 n
(2.8)
6
Và Tk 0, 2s
(2.9)
Trong đó:
k: Số dạng dao động cần đƣợc xét đến trong tính toán.
n: Số tầng ở trên móng hoặc đỉnh của phần cứng phía dƣới.
Tk: Chu kỳ dao động riêng tƣơng ứng với dạng dao động k.
c. Quy trình tính toán
+ Xác định các chu kỳ và dạng dao động riêng của nhà.
+ Xác định phổ thiết kế không thứ nguyên
S d (T1 ) của nhà
ứng với từng dạng dao động theo các công thức từ (2.1) đến (2.4)
mục 2.1.2.
+ Xác định tổng lực cắt tại chân công trình tƣơng ứng với
dạng dao động thứ i theo phƣơng X theo công thức sau:
FX ,i S d (T1 ).WX ,i
(2.10)
Trong đó:
FX ,i : Lực cắt đáy dạng dao động thứ I, xét theo
phƣơng X (phƣơng Y tƣơng tự);
WX ,i : Trọng lƣợng hữu hiệu (theo phƣơng X trên
mặt bằng, phƣơng Y tƣơng tự) tƣơng ứng với dạng dao động
thứ i, xác định theo công thức sau:
WX ,i
n
X i , j .W j
j 1
n
X i2, j .Wj
2
(2.11
)
j 1
Trong đó:
n: Tổng bậc tự do (số tầng) xét theo phƣơng X (phƣơng Y
tƣơng tự)
7
Xi,j: Chuyển vị theo phƣơng X trên mặt bằng tại điểm đặt
trọng lƣợng thứ j của dạng dao động thứ i;
Wj: Trọng lƣợng tập trung tại tầng thứ j của công trình
+ Phân phối tải trọng ngang lên các cao trình tầng của tổng
lực cắt tại chân công trình tƣơng ứng với dạng dao động thứ i theo
phƣơng X, nhƣ sau:
FXj ,i FX ,i
X i , j .W j
(2.12
n
X
j 1
i ,l
.W j
)
Trong đó:
FjX,i: Lực ngang tác dụng lên tầng thứ j theo phƣơng X ứng
với dạng dao động riêng thứ i;
Wj , Wj: Trọng lƣợng tập trung tại tầng thứ i, j của công
trình;
Xi,j , Xi,l: Chuyển vị theo phƣơng X tại điểm đặt trọng lƣợng
thứ j và l của dạng dao động thứ i;
+ Tổ hợp các dạng dao động cần xét (k)
- Phản ứng ở hai dạng dao động i và j (kể cả các dạng dao
động tịnh tiến và xoắn) có thể xem là độc lập với nhau, nếu các chu
kỳ Ti và Tj thỏa mãn điều kiện sau:
Tj ≤ 0,9 . Ti
(2.13)
- Khi các dạng dao động đang xét độc lập tuyến tính thì giá
trị lớn nhất EE (nội lực, chuyển vị) của hệ quả tác động động đất có
thể lấy bằng:
EE
k
E
i 1
2
i
(2.14)
Trong đó:
EE là hệ quả tác động động đất đang xét (lực, chuyển vị, v.v…);
EEi là giá trị của hệ quả tác động động đất này do dạng dao động thứ
i gây ra.
8
- Trong trƣờng hợp phản ứng của hai dạng dao động i và j
không độc lập với nhau theo điều kiện (2.13) thì giá trị lớn nhất của
tác động động đất EE
EE
k
k
r
i 1 j 1
i, j
Ei E j
(2.15)
Trong đó, ri,j xác định nhƣ sau:
ri , j
1
2 2
Trong đó:
8 i j i j . 3/2
4i j 1 2 4 i2 j2 2
(2.16)
T j / Ti
i , j : hệ số cản nhớt lấy bằng 0,05 (5%)
2.2. Thiết kế công trình chịu động đất
2.2.1. Những nguyên tắc cơ bản
2.2.1.1. Tính đơn giản về kết cấu
2.2.1.2. Tính đồng đều, đối xứng và siêu tĩnh của kết cấu
2.2.1.3. Kết cấu có độ cứng và độ bền theo 02 phương
2.2.1.4. Kết cấu có độ cứng và độ bền chống xoắn
2.2.1.5. Sàn tầng có ứng xử như tấm cứng
2.2.1.6. Nhà có móng thích hợp
2.2.2. Tiêu chí về tính đều đặn của kết cấu
2.2.2.1. Tiêu chí về tính đều đặn trong mặt bằng
2.2.2.2. Tiêu chí về tính đều đặn trong mặt đứng
2.2.3. Chọn cấu hình kết cấu hợp lý
2.3.1. Yêu cầu về vật liệu và kích thƣớc
2.3.1.1. Yêu cầu về vật liệu
2.3.1.2. Yêu cầu về kích thước hình học
2.3.2. Kiểm tra và yêu cầu về cấu tạo
2.3.2.1. Dầm
2.3.2.2. Cột
2.3.2.3. Nút dầm - cột
9
2.3.2.4. Móng
2.4. Thực trạng một số công trình đã đƣợc thi công xây dựng
trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi
2.4.1. Tổng quan
Thành phố Quảng Ngãi đƣợc thành lập năm 2005, sau 10
năm phát triển đến năm 2015 thành phố công nhận đạt chuẩn đô thị
loại II. Hiện nay cơ sở hạ tầng của thành phố đƣợc đầu tƣ mạnh mẽ,
hệ thống giao thông đƣợc chú trọng nâng cấp, hệ thống dịch vụ công
ích nhƣ Trƣờng học, Bệnh viện … ngày càng đầu tƣ phát triển.
Trên thực tế, trong 10 năm gần đây, khu vực thành phố
Quảng Ngãi chƣa xảy ra động đất. Nên hầu hết các công trình đều
chƣa quan tâm đến tính toán, cấu tạo kháng chấn (trừ các công trình
cao tầng).
Trong phạm vi của luận văn, tác giả lựa chọn 03 công trình
xây dựng hiện đang sử dụng. Dựa trên hồ sơ thiết kế đã đƣợc thẩm
định, thi công
2.4.2. Công trình khảo sát, đánh giá kháng chấn
2.4.2.1. UBND xã Tịnh An (03 tầng)
2.4.2.2.Trụ sở làm việc phòng PC64 Công an tỉnh Quảng Ngãi (03
tầng)
2.4.2.3 Công trình Nhà hiệu bộ trường THCS Trần Phú (02 tầng)
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KHÁNG CHẤN MỘT SỐ
CÔNG TRÌNH HIỆN HỮU
3.1 Tải trọng tác dụng
3.1.1 Tĩnh tải sàn
3.1.2 Hoạt tải tác dụng
3.1.3 Xác định các đặc trƣng dao động của công trình
Trong phạm vi Luận văn tác giả tính toán các công trình theo
phƣơng pháp phân tích phổ phản ứng tại điểm 2.1.3.2 và kiểm tra
khả năng chịu lực của công trình khi động đất xảy ra. Gồm các bƣớc:
+ Lập mô hình kết cấu trong Etaps 9.7.4
+ Khai báo đặc trưng hình học (tiết diện, vật liệu…..) cho mô hình
10
+ Chất tải cho mô hình, gồm tỉnh tải (TT) và hoạt tải (HT)
+ Khai báo khối lượng tham gia dao động gồm TT+ 0,24 HT
3.2 Kiểm tra kháng chấn các công trình
3.2.1 UBND xã Tịnh An – Thành phố Quảng Ngãi
3.2.1.1 Kiểm tra về cấu tạo
Cấu
Tiêu chuẩn
Công trình hiện hữu khảo sát
Kết
kiện
luận
Bố trí thép vùng
Dầm nén ≥ ½ thép
Phù
hợp
vùng kéo
Đƣờng cốt đai
không đƣợc nhỏ
hơn Ø6
Cốt đai đầu tiên
không đặt quá
50mm
Cột
Đƣờng cốt đai
không đƣợc nhỏ
hơn Ø6
S=min(bo/ 2; 175;
8bbl )
=
min(
250/2;175;144)
Móng Dầm,
giằng
móng phải tối
thiểu nhà 3 tầng:
bwmin = 0.25m,
hwmin = 0.4m
Cốt đai sử dụng Ø6, Ø8
100
Cốt đai sử dụng Ø6, Ø8
100
b =0.2m; h=0.3m
3.2.1.1.Tính toán tải trọng động đất
Phù
hợp
Không
phù
hợp
Phù
hợp
Phù
hợp
Không
phù
hợp
11
a. Thông số tính toán:
- Địa điểm xây dựng: xã Tịnh An, thành phố Quảng Ngãi
- Gia tốc nền: agR = 0,0824g;
- Hệ số tầm quan trọng: γ1 = 1;
- Loại nền đất thiết kế: B
- Hệ số ứng xử: Do một số điều kiện về cấu tạo hệ kết cấu
của công trình không thỏa mãn nên theo mục 2.2.2 của Tiêu chuẩn
TCVN 9386-2012 nên lấy q = 1,5.
- Gia tốc nền thiết kế: ag = γ1.agR = 0,0824g.
b. Phân tích dao động công trình
Sử dụng phần mềm Etabs 9.7.4 để mô hình hóa công trình.
Khai báo khối lƣợng tham gia dao động Mass source = TT + 0,24HT.
Kết quả phân tích 3 dạng dao động đầu tiên (phân tích từng phƣơng):
THEO PHƢƠNG OX
THEO PHƢƠNG OY
Mode
T(s)
f(1/s)
Mode
T(s)
f(1/s)
1
1.739
0.575
1
1
1.245
0.803 1
2
0.591
1.693
0
2
0.401
2.493 0
3
0.392
2.552
0
3
0.242
4.134 0
c. Trọng lượng hữu hiệu các mode dao động
Xác định trọng lượng hữu hiệu theo công thức:
WX ,i
n
X i , j .W j
j 1
2
n
X
j 1
2
i, j
.W j
* Phƣơng OX :
STT
Tầng
Wj
3
(kN)
Story2 301.1
Story3 291.1
4
96.9
2
Story4
CHUYỂN VỊ CÁC MODE PHƢƠNG OX
Mode 1
0.021
Mode 2
-0.040
Mode 3
0.030
0.014
0.031
0.041
-0.040
-0.033
-0.034
12
TRỌNG LƢỢNG HỮU HIỆU 3 MODE DAO ĐỘNG ĐẦU
TIÊN
Mode
1
2
3
Wi,j(kN)
642.824
105.065
0.098
Nhận xét: Trọng lƣợng hữu hiệu mode dao động đầu tiên
93,28% > 90% tổng trọng lƣợng công trình ( 642.824/689.1=93.28).
Do vậy ta chỉ cần tính tải trọng động đất cho 01 mode đầu tiên.
STT
2
3
4
Tầng
Wj
(kN)
Story2 301.1
Story3 291.1
CHUYỂN VỊ CÁC MODE PHƢƠNG OY
Mode 1
0.022
Mode 2
0.043
Mode 3
0.038
0.024
-0.033
0.027
0.045
-0.047
Story4 96.9
0.030
TRỌNG LƢỢNG HỮU HIỆU 3 MODE DAO ĐỘNG
ĐẦU TIÊN
Mode
1
2
3
Wi,j(kN)
645.775
104.776
0.082
Nhận xét: Trọng lƣợng hữu hiệu mode dao động đầu tiên
93,7% > 90% tổng trọng lƣợng công trình ( 645.775/689.1=93.7). Do
vậy ta chỉ cần tính tải trọng động đất cho 01 mode đầu tiên.
e. Phân phối lực động đất lên cao trình các sàn tầng
Tính toán lực cắt đáy theo công thức 2.10:
FX ,i S d (T1 ).WX ,i
Phân phối lực cắt đáy lên cao trình các sàn tầng theo công
thức 2.12
FXj ,i FX ,i
X i , j .W j
n
X
j 1
i ,l
.W j
13
Kết quả
BẢNG PHÂN PHỐI LỰC
CẮT ĐÁY LÊN CAO
TRÌNH TẦNG
Chu kì dao động
T1 =
Phổ thiết kế
Trọng lƣợng hữu
hiệu
Sd(T)
=
Wi,i
=
Lực cắt đáy
FX,i
PHƢƠNG OX
PHƢƠNG OY
Mode 1
Mode 1
1.739
1.245
0.047
0.066
642.824
645.775
30.598
42.749
PHÂN PHỐI LỰC CẮT ĐÁY LÊN CAO TRÌNH TẦNG
STT
Tầng
2
Story2
3
Story3
Wj
(kN)
301.
1
291.
1
96.9
PHƢƠNG OX
PHƢƠNG OY
Mode 1
Mode 1
9.891
13.818
14.342
20.038
4
Story4
9.891
8.893
3.2.1.2 Tính toán kiểm tra kết cấu
a. Khai báo tải trọng
Khai báo vào phần mềm Etabs 9.7.4 các trƣờng hợp tải trọng:
+ TT : Tĩnh tải
+ HT : Hoạt tải
+ DDX : Động đất theo phƣơng OX ở dạng dao động đầu tiên
+ DDY : Động đất theo phƣơng OY ở dạng dao động đầu tiên
+ DD: SRSS(DDX+DDY)
b. Tổ hợp tải trọng
+ TH1: TT+0.3HT+SRSS(DD)
+ TH2: TT+SRSS(DD)
14
3.2.2.3 Kết quả nội lực khi có tham gia của tải trọng động đất
a. Biểu đồ Moment (TH1) đơn vị KN.m
b. Biểu đồ lực cắt (TH1)
15
c. Biểu đồ lực dọc (TH1)
3.2.2.4. Kiểm tra khả năng chịu lực của dầm
Do số lƣợng cấu kiện của công trình lớn, nên tác giả lựa chọn
một khung ngang điển hình chịu lực chính để kiểm tra, so sánh. Đối
với công trình này, tác giả chọn khung K4 trục 5 (khung giữa nhà có
sảnh đón) để tính toán, kiểm tra. Mặt cắt hiện trạng dầm B44.
Vì dầm B44 liên kết với cột trong bề rộng cánh b 'f tính bc + 8 hf
theo mục 2.3.2.1. Với công trình này, và tại khung trục E, chọn b 'f =
100cm.
Kiểm tra tiết diện giữa dầm, momen lớn nhất do động đất
gây ra tính đƣợc từ Etabs 9.7.4: M = 42,95 kN.m
Thép bố trí: 2Ø18,2Ø16 Ast = 9,11 cm2
16
b = 20 cm
a
h = 40cm
5, 09.(3 0,9) 4, 02.(3 1,8 3 0,8)
5,86cm
9,11
h0 = h – a = 40 – 5,86 = 34,14 cm
Vật liệu cấu tạo dầm B15 có RBt =8,5; α = 0,85 và thép AII có, Rs =
280MPa
R
1
Rs
sc ,u
(1
)
1,1
0,85 0, 008.8,5
0, 650
280
0,85 0, 008.8,5
1
.(1
)
400
1,1
M f Rb .b'f .h'f .(h0 0,5.h'f ) 8,5.100.10.(34,14 0,5.10) /103 247, 690MPa
M<Mf => Trục trung hòa qua cánh
Rs As
280.9,11
0, 44 R
Rbbh0 8,5.20.34,14
m (1 0,5 ) 0, 44.(1 0,5.0, 44) 0,343
M gh m Rbbh02 0,343.8,5.20.34,142 /103 67,96kN .m
So sánh: M = 42,95 < Mgh = 67,96 => Dầm đảm bảo k hả
năng chịu lực
Tính toán kiểm tra tƣơng tự cho các đoạn dầm còn lại, ta có bảng
tổng hợp sau:
17
KIỂM TRA THÉP DẦM
Cấp bền BT:
B15
M
Đoạn Tiết
Tầng
dầm diện (kN.m)
0
2
B72 0.5L
L
Rb = 8.5
Eb = 23,000
h
bf '
hf '
(cm)
(cm)
(cm)
(cm)
B44 0.5L
As TT
a
ho
(cm 2 )
(cm)
(cm)
Trên
3Ø18 + 2Ø20 13.92
Mpa
ξ
αm
Mgh
0.650
0.439
Kết luận
(kN.m)
20
4.00
36.0
0.57
0.409
90.08
Đảm bảo
-24.70
20
100
Dƣới
2Ø18
5.09
4.00
36.0
0.21
0.188
41.33
Đảm bảo
42.92
20
100
Trên
3Ø18
7.63
4.00
36.0
0.31
0.265
58.37
Đảm bảo
42.95
20
100
Dƣới 2Ø16 + 2Ø18
9.11
4.00
36.0
0.38
0.305
67.15
Đảm bảo
-48.97
20
100
Trên
3Ø18 + 2Ø20 13.92
4.00
36.0
0.57
0.409
90.08
Đảm bảo
-17.32
20
100
Dƣới
2Ø18
5.09
4.00
36.0
0.21
0.188
41.33
Đảm bảo
-27.71
20
100
Trên
4Ø18
10.18
4.00
36.0
0.42
0.331
72.99
Đảm bảo
-24.47
20
100
Dƣới
2Ø18
5.09
4.00
36.0
0.21
0.188
41.33
Đảm bảo
27.71
20
100
Trên
2Ø18
5.09
4.00
36.0
0.21
0.188
41.33
Đảm bảo
39.41
20
100
Dƣới 2Ø16 + 2Ø18
9.11
4.00
36.0
0.38
0.305
67.15
Đảm bảo
-43.22
20
100
Trên
4Ø18
6.03
4.00
36.0
0.25
0.218
47.93
Đảm bảo
-44.14
20
100
Dƣới
2Ø18
5.09
4.00
36.0
0.21
0.188
41.33
Đảm bảo
-17.52
20
100
Trên
3Ø16
6.03
4.00
36.0
0.25
0.218
47.93
Đảm bảo
-18.24
20
100
Dƣới
2Ø18
5.09
4.00
36.0
0.21
0.188
41.33
Đảm bảo
18.25
20
100
Trên
2Ø16
4.02
4.00
36.0
0.17
0.152
33.46
Đảm bảo
18.33
20
100
Dƣới
2Ø18
5.09
4.00
36.0
0.21
0.188
41.33
Đảm bảo
-22.08
20
100
Trên
2Ø16
4.02
4.00
36.0
0.17
0.152
33.46
Đảm bảo
-21.79
20
Dƣới
2Ø18
5.09
4.00
36.0
0.21
0.188
41.33
Đảm bảo
40
40
40
100
40
10
10
40
L
10
10
40
40
10
10
40
L
4
Cốt
thép
ξR=
αR =
Mpa
-45.49
B44 0.5L
0
AII Rs=Rsc=280
Es=
210,000
Mpa
b
0
3
Mpa C.thép:
10
10
40
10
100
3.2.2.5. Kiểm tra khả năng chịu lực của cột
Xuất nội lực từ Etaps tiến hành kiểm tra khả năng chịu lực của cột tại khung trục E ta có bảng
18
BẢNG KIỂM TRA THÉP CỘT
Tên
Tổ hợp
(mm)
Quy về bài toán
lệch tâm phẳng
tương đương
Trường hơp
tính toán
Cột
Tải trọng
(m)
(kN)
(kN.m)
(kN.m)
(mm)
(mm)
(mm)
STORY4
C9
TH1 MAX
0.0
-107.97
-15.36
-0.11
3900
200
STORY4
C9
TH1 MAX
1.8
-104.36
-5.48
-0.25
3900
200
300
40
Theo phương Y
300
40
Theo phương Y
STORY4
C9
TH1 MAX
3.5
-101.30
12.84
-0.16
3900
200
300
40
STORY4
C9
TH1 MIN
0.0
-107.57
-13.80
-0.35
3900
200
300
STORY4
C9
TH1 MIN
1.8
-104.51
-5.59
-0.26
3900
200
STORY4
C9
TH1 MIN
3.5
-101.44
12.49
-0.40
3900
STORY3
C9
TH1 MAX
0.0
-248.91
-12.65
3.39
STORY3
C9
TH1 MAX
1.8
-245.85
-3.07
STORY3
C9
TH1 MAX
3.5
-242.79
STORY3
C9
TH1 MIN
0.0
STORY3
C9
TH1 MIN
STORY3
C9
STORY2
Tầng
Ví trí
P
My = M22 Mx = M33
ltt
Cy = t2
Cx = t3
a
Ast
m
Kiểm tra
2
(cm )
(%)
LTL
9.66
1.61
Đảm bảo
LTL
2.40
0.40
Đảm bảo
Theo phương Y
LTL
6.98
1.16
Đảm bảo
40
Theo phương Y
LTL
7.94
1.32
Đảm bảo
300
40
Theo phương Y
LTL
2.40
0.40
Đảm bảo
200
300
40
Theo phương Y
LTL
6.61
1.10
Đảm bảo
3900
200
300
40
Theo phương Y
LTB
9.66
1.61
Đảm bảo
1.21
3900
200
300
40
Theo phương Y
LTRB
2.40
0.40
Đảm bảo
11.39
-0.30
3900
200
300
40
Theo phương Y
LTB
6.89
1.15
Đảm bảo
-249.53
-9.36
2.67
3900
200
300
40
Theo phương Y
LTB
4.50
0.75
Đảm bảo
1.8
-246.46
-3.12
1.18
3900
200
300
40
Theo phương Y
LTRB
2.40
0.40
Đảm bảo
TH1 MIN
3.5
-243.40
10.28
-0.98
3900
200
300
40
Theo phương Y
LTB
5.32
0.89
Đảm bảo
C9
TH1 MAX
0.0
-399.85
-6.98
1.09
3900
200
300
40
Theo phương Y
LTRB
14.08
2.35
Đảm bảo
STORY2
C9
TH1 MAX
1.8
-396.79
2.76
-0.94
3900
200
300
40
Theo phương Y
LTRB
4.92
0.82
Đảm bảo
STORY2
C9
TH1 MAX
3.5
-393.73
8.03
-2.07
3900
200
300
40
Theo phương Y
LTB
13.38
2.23
Đảm bảo
STORY2
C9
TH1 MIN
0.0
-400.69
-9.20
-0.12
3900
200
300
40
Theo phương Y
LTB
16.56
2.76
Đảm bảo
STORY2
C9
TH1 MIN
1.8
-397.63
2.59
-1.10
3900
200
300
40
Theo phương Y
LTRB
4.85
0.81
Đảm bảo
STORY2
C9
TH1 MIN
3.5
-394.56
8.98
-2.97
3900
200
350
40
Theo phương Y
LTB
9.40
1.34
Đảm bảo
STORY1
C9
TH1 MAX
0.0
-481.22
0.05
-1.16
3900
200
350
40
Theo phương Y
LTRB
6.75
0.96
Đảm bảo
STORY1
C9
TH1 MAX
0.6
-480.26
2.25
0.33
3900
200
350
40
Theo phương Y
LTRB
6.69
0.96
Đảm bảo
STORY1
C9
TH1 MAX
1.1
-479.30
4.45
1.90
3900
200
350
40
Theo phương Y
LTRB
8.19
1.17
Đảm bảo
STORY1
C9
TH1 MIN
0.0
-482.58
-1.43
-1.77
3900
200
350
40
Theo phương Y
LTRB
6.84
0.98
Đảm bảo
STORY1
C9
TH1 MIN
0.6
-481.62
1.31
0.06
3900
200
350
40
Theo phương Y
LTRB
0.00
0.00
Đảm bảo
STORY1
C9
TH1 MIN
1.1
-480.66
4.06
0.06
3900
200
350
40
Theo phương Y
LTRB
7.73
1.10
Đảm bảo
19
3.2.2.6. Kiểm tra chuyển vị đỉnh
Chuyển vị đỉnh lớn nhất do động đất gây ra xuất từ Etabs
9.7.4: Δ=1,31cm=0,0131m
Ta có: Δ/H=0,0131/12.95=0.001 ≤ [f] =1/500=0,002 nhƣ
vậy công trình đảm bảo chuyển vị.
Kết luận: Khi có động đất xảy ra công trình đảm bảo khả
năng chịu lực không gây bị sụp đổ.
3.3.2 Trụ sở làm việc phòng PC 46 công an tỉnh Quảng Ngãi
3.3.2.1 Kiểm tra về cấu tạo
Cấu kiện
Tiêu chuẩn
Công trình hiện
Kết luận
hữu khảo sát
þ6a150
Bố trí thép vùng nén ≥
8
2þ18
1
Dầm
Phù hợp
½ thép vùng kéo
3
7
2
Cột
Móng
Đƣờng cốt đai không
đƣợc nhỏ hơn Ø6
Cốt đai đầu tiên không
đặt quá 50mm
Đƣờng cốt đai không
đƣợc nhỏ hơn Ø6
S=min(bo/ 2; 175; 8bbl )
= min( 200/2;175;144)
Dầm, giằng móng phải
tối thiểu nhà 3 tầng:
bwmin = 0.25m, hwmin =
0.4m
3.3.2.2.Tính toán tải trọng động đất
a. Thông số tính toán:
2þ18
2þ12
2þ18
Cốt đai sử dụng
Ø6
Phù hợp
100
Không phù hợp
Cốt đai sử dụng
Ø6
Phù hợp
100
Phù hợp
b =0.2m; h=0.3m
Không phù hợp
20
- Địa điểm xây dựng: số 509 Quang Trung, thành phố Quảng
Ngãi
- Gia tốc nền: agR = 0,0824g;
- Hệ số tầm quan trọng: γ1 = 1;
- Loại nền đất thiết kế: B
- Hệ số ứng xử: Do một số điều kiện về cấu tạo hệ kết cấu
của công trình không thỏa mãn nên theo mục 2.2.2 của Tiêu chuẩn
TCVN 9386-2012 nên lấy q = 1,5
b. Phân tích dao động công trình
Kết quả phân tích 3 dạng dao động đầu tiên (phân tích từng phƣơng):
THEO PHƢƠNG OX
THEO PHƢƠNG OY
Mode
T(s)
f(1/s)
Mode
T(s)
f(1/s)
1
1.335
0.749
1
1
0.989
1.011 1
2
0.445
2.247
0
2
0.333
3.003 0
3
3
0.316
3.165
0
c. Trọng lượng hữu hiệu các mode dao động
0.300
3.333 0
* Phƣơng OX :
STT
Tầng
Wj
3
(kN)
Story2 99.082
Story3 98.133
4
Story4 25.606
2
CHUYỂN VỊ CÁC MODE PHƢƠNG
OX
Mode 1
Mode 2
Mode 3
0.0397
-0.0692
0.0287
0.0642
0.01
-0.0501
0.0732
0.0845
0.0705
TRỌNG LƢỢNG HỮU HIỆU 3 MODE DAO ĐỘNG ĐẦU
TIÊN
Mode
1
2
3
Wi,j(kN)
210.085
20.784
0.157
21
Nhận xét: Trọng lƣợng hữu hiệu mode dao động đầu tiên
94,284% > 90% tổng trọng lƣợng công trình. Do vậy ta chỉ cần tính
tải trọng động đất cho 01 mode đầu tiên.
CHUYỂN VỊ CÁC MODE PHƢƠNG
Wj
OY
STT Tầng
Mode 1
Mode 2
Mode 3
(kN)
0.0389
0.0676
2
Story2 99.082
-0.0168
Story3 98.133
Story4 25.606
3
4
0.0644
-0.0079
0.074
-0.0789
0.0085
0.0196
TRỌNG LƢỢNG HỮU HIỆU 3 MODE DAO ĐỘNG ĐẦU
TIÊN
Mode
1
2
3
Wi,j(kN)
208.936
24.629
2.4048
Nhận xét: Trọng lƣợng hữu hiệu mode dao động đầu tiên
93,769% > 90% tổng trọng lƣợng công trình. Do vậy ta chỉ cần tính
tải trọng động đất cho 01 mode đầu tiên.
d. Phân phối lực động đất lên cao trình các sàn tầng
Kết quả
BẢNG PHÂN PHỐI LỰC
PHƢƠNG OX
PHƢƠNG OY
CẮT ĐÁY LÊN CAO
Mode 1
Mode 1
TRÌNH TẦNG
Chu kì dao động
T1 =
Phổ thiết kế
Trọng lƣợng hữu
hiệu
Sd(T)
=
Wi,i
=
Lực cắt đáy
FX,i
1.335
0.989
0.062
0.083
210.086
208.936
12.965
17.414
PHÂN PHỐI LỰC CẮT ĐÁY LÊN CAO TRÌNH TẦNG
STT
Tầng
Wj
(kN)
PHƢƠNG OX
PHƢƠNG OY
Mode 1
Mode 1
22
2
Story2
3
Story3
4
Story4
301.
1
291.
1
96.9
4.212
5.561
6.746
9.119
2.007
2.734
3.3.2.3. Tính toán kiểm tra kết cấu
3.3.2.4. Kiểm tra khả năng chịu lực của dầm
Đối với công trình này, tác giả chọn khung trục 4 ( khung giữa nhà)
để tính toán, kiểm tra. Mặt cắt hiện trạng dầm B39
1
3
7
2
þ6a150
2þ20
2þ20
8
1
7
2þ12
5
2þ20
2
2-2
þ6a200
2þ20
2þ12
8
1
4
2þ20
7
2þ20
2
3-3
Kiểm tra tính toán tƣơng tự ta có kết quả
þ6a150
2þ20
2þ20
2þ12
2þ20
4-4
8
23
KIỂM TRA THÉP DẦM
Cấp bền
BT:
Tần
g
Đoạn dầm
B15
Tiết
diện
M
b
(kN.m
)
(cm)
-32.87
20
B39
0.5
L
-40.25
20
53.08
20
53.61
20
-35.07
20
0.5
L
L
Eb =
23,000
Mpa
h
(cm)
bf'
(cm)
-41.49
20
-28.76
20
20
56.01
20
100
100
20
-36.82
20
100
100
AsTT
Rs=Rsc=
280
Mpa
ξR=
0.650
Es=
210,000
Mpa
αR=
0.439
a
ho
Mgh
ξ
2
(cm )
(cm)
(cm)
αm
(kN.m)
Kết
luận
Trên
4Ø20
12.57
4.00
46.0
0.41
0.328
118.09
Đảm bảo
Dƣới
2Ø20
6.28
4.00
46.0
0.21
0.186
66.75
Đảm bảo
Trên
2Ø20
6.28
4.00
46.0
0.21
0.186
66.75
Đảm bảo
Dƣới
4Ø20
12.57
4.00
46.0
0.41
0.328
118.09
Đảm bảo
Trên
4Ø20
12.57
4.00
46.0
0.41
0.328
118.09
Đảm bảo
Dƣới
2Ø20
6.28
4.00
46.0
0.21
0.186
66.75
Đảm bảo
Trên
4Ø20
12.57
4.00
46.0
0.41
0.328
118.09
Đảm bảo
Dƣới
2Ø20
6.28
4.00
46.0
0.21
0.186
66.75
Đảm bảo
Trên
2Ø20
6.28
4.00
46.0
0.21
0.186
66.75
Đảm bảo
Dƣới
4Ø20
12.57
4.00
46.0
0.41
0.328
118.09
Đảm bảo
Trên
4Ø20
12.57
4.00
46.0
0.41
0.328
118.09
Đảm bảo
10
100
100
10
100
100
10
100
50
AII
10
50
56.50
(cm)
Cốt
thép
C.thép:
10
50
-33.41
hf'
100
50
0
B39
Mpa
50
L
3
8.5
50
0
2
Rb =
100
10
