PHÂN TÍCH KHUNG KHÔNG GIAN CHỊU ĐỘNG ĐẤT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
BÀI TẬP MÔN THIẾT KẾ KHÁNG CHẤN CHO CÔNG TRÌNH

BÀI TẬP 5
PHÂN TÍCH KHUNG KHÔNG GIAN CHỊU ĐỘNG ĐẤT

GVHD: PGS.TS. HỒ ĐỨC DUY

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2019


BÀI TẬP 5
PHÂN TÍCH KHUNG KHÔNG GIAN CHỊU ĐỘNG ĐẤT


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH......................................................................................2
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU....................................................................................4
NỘI DUNG BÀI TẬP......................................................................................................5
1. Phân tích phản ứng của khung khi chịu tác dụng của tải trọng động đất
ELCENTRO theo phương Y.......................................................................................6
1.1.

Phân tích dao động tự do của khung.............................................................6

1.2.

Kết quả phân tích............................................................................................6

1.2.1. Chu kỳ dao động của hệ khung...............................................................6

1.2.2. Chuyển vị của hệ khung...........................................................................7
1.2.3. Nội lực sàn...............................................................................................10
1.2.4. Nội lực khung..........................................................................................13
2.

Phân tích phản ứng của khung có bố trí hệ cô lập dao động...........................17
2.1.

Thông số mô hình hệ cô lập dao động..........................................................17

2.2.

Kết quả phân tích..........................................................................................20

2.2.1. Chu kỳ dao động của hệ khung.............................................................20
2.2.2. Chuyển vị của hệ khung.........................................................................22
2.2.3. Nội lực sàn...............................................................................................24
2.2.4. Nội lực khung..........................................................................................27
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................31

1


DANH MỤC CÁC HÌNH Ả
Hình 1.1. Mặt bằng sàn khung nhà 10 tầng.......................................................................5
Hình 1.2. Dao động mode 1 của hệ khung........................................................................6
Hình 1.3. Mặt bằng sàn tầng 1..........................................................................................7
Hình 1.4. Mặt bằng sàn tầng 10........................................................................................8
Hình 1.5. Chuyển vị nút 88 (tầng 10) và nút 79 (tầng 1)...................................................8
Hình 1.6. Chuyển vị nút 88 ở tầng 10 tại thời diểm t = 5.7s..............................................9

Hình 1.7. Chuyển vị nút 88 ở tầng 10 tại thời diểm t = 6.8s..............................................9
Hình 1.8. Nội lực sàn 6 (tầng 1) và sàn 78 (tầng 10).......................................................10
Hình 1.9. Nội lực sàn tầng 1............................................................................................11
Hình 1.10. Nội lực sàn tầng 10........................................................................................12
Hình 1.11. Moment chân cột 21 (tầng 1) và 30 (tầng 10)................................................13
Hình 1.12. Momen khung trục 3.....................................................................................14
Hình 1.13. Lực cắt khung trục 3......................................................................................15
Hình 1.14. Lực dọc khung trục 3.....................................................................................16
Y

Hình 2.1. Mô hình khung 2D với hệ cô lập dao động.....................................................17
Hình 2.2. Mô hình hệ cô lập dao động trong SAP2000...................................................18
Hình 2.3. Thông số U1....................................................................................................18
Hình 2.4. Thông số U2, U3.............................................................................................19
Hình 2.5. Dao động mode 1 của hệ khung có hệ cô lập dao động...................................20
Hình 2.6. Chuyển vị nút 88 (tầng 10) và nút 79 (tầng 1).................................................22
Hình 2.7. Chuyển vị nút 88 ở tầng 10 tại thời diểm t = 5.7s............................................22
Hình 2.8. Chuyển vị nút 88 ở tầng 10 tại thời diểm t = 6.8s............................................23
Hình 2.9. Nội lực sàn 6 (tầng 1) và sàn 78 (tầng 10) có hệ cô lập dao động...................24
Hình 2.10. Nội lực sàn tầng 1 có hệ cô lập dao động......................................................25
Hình 2.11. Nội lực sàn tầng 10 có hệ cô lập dao động....................................................26
Hình 2.12. Moment chân cột 21 (tầng 1) và 30 (tầng 10) có hệ cô lập dao động............27
2


Hình 2.13. Moment khung trục 3 có hệ cô lập dao động.................................................28
Hình 2.14. Lực cắt khung trục 3 có hệ cô lập dao động..................................................29
Hình 2.15. Lực dọc khung trục 3 có hệ cô lập dao động.................................................30

3

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂ
Bảng 1.1. Chu kỳ dao động và tần số của hệ.....................................................................7
Bảng 2.1. Chu kỳ dao động và tần số của hệ có hệ cô lập dao động................................21

4


NỘI DUNG BÀI TẬP
Cho một khung không gian 10 tầng, chiều cao tầng là 3.5m (tầng 1 là 5m). Vật liệu
3
7
2
BTCT, trọng lượng riêng   25kN/m . Modun đàn hồi E  2.3 �10 kN/m , hệ số

poisson   0.2. Chiều dày sàn 100mm, tiết diện dầm 250x450mm, cột 300x300mm. Xét
tỉ số cản   0.05. Khung chịu tác dụng của tải trọng động đất ELCENTRO.
Phân tích phản ứng của khung khi chịu tác dụng của tải trọng động đất

2.

ELCENTRO theo phương Y
Phân tích phản ứng của khung có bố trí hệ cô lập dao động

5000

5000

1.

6000

6000

6000

6000

Hình 1.1. Mặt bằng sàn khung nhà 10 tầng

1.

Phân tích phản ứng của khung khi chịu tác dụng của tải trọng động đất
ELCENTRO theo phương Y

1.1. Phân tích dao động tự do của khung
5


Các bước mô hình được trình bày như tài liệu tham khảo bài giảng “Thiết kế kháng
chấn cho công trình”, chú ý mesh các ô sàn trong mô hình.
1.2. Kết quả phân tích
1.2.1. Chu kỳ dao động của hệ khung

Hình 1.2. Dao động mode 1 của hệ khung
TABLE: Modal Periods And Frequencies
Perio
OutputCase StepType StepNum
Frequency

d
Text
Text
Unitless
Sec
Cyc/sec
6


MODAL
Mode
1
2.387
0.419
MODAL
Mode
2
2.348
0.426
MODAL
Mode
3
1.928
0.519
MODAL
Mode
4
0.786
1.272
MODAL

Mode
5
0.772
1.296
MODAL
Mode
6
0.634
1.576
MODAL
Mode
7
0.451
2.220
MODAL
Mode
8
0.449
2.227
MODAL
Mode
9
0.369
2.712
MODAL
Mode
10
0.314
3.183
MODAL

Mode
11
0.313
3.191
MODAL
Mode
12
0.257
3.884
Bảng 1.1. Chu kỳ dao động và tần số của hệ
1.2.2. Chuyển vị của hệ khung

Hình 1.3. Mặt bằng sàn tầng 1

7


Hình 1.4. Mặt bằng sàn tầng 10

Hình 1.5. Chuyển vị nút 88 (tầng 10) và nút 79 (tầng 1)

8


Hình 1.6. Chuyển vị nút 88 ở tầng 10 tại thời diểm t = 5.7s

Hình 1.7. Chuyển vị nút 88 ở tầng 10 tại thời diểm t = 6.8s

9

1.2.3. Nội lực sàn

Hình 1.8. Nội lực sàn 6 (tầng 1) và sàn 78 (tầng 10)

10


Hình 1.9. Nội lực sàn tầng 1

11


Hình 1.10. Nội lực sàn tầng 10

12


1.2.4. Nội lực khung

Hình 1.11. Moment chân cột 21 (tầng 1) và 30 (tầng 10)

13


Hình 1.12. Momen khung trục 3

14

Hình 1.13. Lực cắt khung trục 3

15


Hình 1.14. Lực dọc khung trục 3

16


2.

Phân tích phản ứng của khung có bố trí hệ cô lập dao động

2.1. Thông số mô hình hệ cô lập dao động
Phân tích phản ứng của khung khi có bố trí hệ cô lập dao động. Việc cô lập động
đất là việc tách kết cấu ra khỏi chuyển động của nền do động đất. Để phân tán nguồn
năng lượng này, ý tưởng đưa vào một hệ để cô lập nền móng và kết cấu bên trên được đề
xuất. Dựa theo nghiên cứu của bài báo “Modelling of triple friction pendulum bearing in
Sap2000”.

17


Hình 2.1. Mô hình khung 2D với hệ cô lập dao động
Các thông số mô hình tính toán hệ cô lập dao động

18

Hình 2.2. Mô hình hệ cô lập dao động trong SAP2000
Khai báo thông số đều kiện biên theo các phương U1, U2, U3

Hình 2.3. Thông số U1

19


Hình 2.4. Thông số U2, U3

20


2.2. Kết quả phân tích
2.2.1. Chu kỳ dao động của hệ khung

Hình 2.5. Dao động mode 1 của hệ khung có hệ cô lập dao động

TABLE: Modal Periods And Frequencies
21


Perio
OutputCase StepType StepNum
d
Frequency
Text
Text
Unitless
Sec

Cyc/sec
MODAL
Mode
1
3.371
0.297
MODAL
Mode
2
3.346
0.299
MODAL
Mode
3
2.752
0.363
MODAL
Mode
4
0.938
1.066
MODAL
Mode
5
0.914
1.094
MODAL
Mode
6
0.753

1.329
MODAL
Mode
7
0.488
2.049
MODAL
Mode
8
0.486
2.059
MODAL
Mode
9
0.399
2.509
MODAL
Mode
10
0.328
3.051
MODAL
Mode
11
0.327
3.060
MODAL
Mode
12
0.268

3.730
Bảng 2.1. Chu kỳ dao động và tần số của hệ có hệ cô lập dao động

22


2.2.2. Chuyển vị của hệ khung

Hình 2.6. Chuyển vị nút 88 (tầng 10) và nút 79 (tầng 1)

Hình 2.7. Chuyển vị nút 88 ở tầng 10 tại thời diểm t = 5.7s
23