Thuyết minh tính toán khung nhà cao tầng

CHƯƠNG 1
TÍNH KHUNG KHÔNG GIAN
1.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
1.1.1 Các phương pháp tính toán xác định nội lực
Hiện nay trên thế giới có ba trường phái tính toán hệ chịu lực nhà nhiều tầng thể
hiện theo ba mô hình sau:
 Mô hình liên tục thuần túy: Giải trực tiếp phương trình vi phân bậc cao, chủ yếu
là dựa vào lí thuyết vỏ, xem toàn bộ hệ chịu lực là hệ chịu lực siêu tĩnh. Khi giải
quyết theo mô hình này, không thể giải quyết được hệ có nhiều ẩn.
 Mô hình rời rạc: (Phương pháp phần tử hữu hạn) Rời rạc hóa toàn bộ hệ chịu lực
của nhà nhiều tầng, tại những liên kết xác lập những điều kiện tương thích về lực
và chuyển vị. Khi sử dụng mô hình này cùng với sự trợ giúp của máy tính có thể
giải quyết được tất cả các bài toán.
 Mô hình rời rạc – liên tục: Từng hệ chịu lực được xem là rời rạc, nhưng các hệ
chịu lực này sẽ liên kết lại với nhau thông qua các liên kết trượt xem là phân bố
liên tục theo chiều cao. Khi giả quyết bài toán này thường chuyển hệ phương
trình vi phân thành hệ phương trình tuyến tính bằng phương pháp sai phân. Từ đó
giải các ma trận và tìm nội lực.
Trong các phương pháp kể trên, phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng khá
phổ biến do nhiều ưu điểm của nó cùng với sự hỗ trợ đăc lực của một số phần
mềm tính toán dựa trên phương pháp tính này. Trong phạm vi của Đồ án tốt
nghiệp này, em chọn mô hình thứ hai (phương pháp phần tử hữu hạn) cùng với
sự trợ giúp của phần mềm ETABS để tính toán xác định nội lực của hệ kết cấu.
1.1.2 Các giả thuyết tính toán
 Sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của nó, nghĩa là tất cả các kết cấu đứng tại
mỗi tầng có chuyển vị bằng nhau nếu sàn không có chuyển vị do xoắn.
 Mọi thành phần hệ chịu lực trên từng tầng đều có chuyển vị ngang như nhau.
 Cột và vách cứng được ngàm ở chân cột và chân vách cứng ngay mặt đài móng.
 Biến dạng dọc trục của sàn và dầm xem như không đáng kể, khi đó tải trọng
ngang sẽ được phân phối đều lên các hệ chịu lực.
1.1.3 Trình tự giải quyết bài toán thiết kế bằng phần mềm Etabs

 Chọn sơ bộ tiết diện của các cấu kiện cột, vách, dầm, sàn.
 Thống kê tải trọng tác dụng lên hệ dầm , sàn. Tĩnh tải bao gồm trọng lượng bản
thân kết cấu, tải hoàn thiện, tải tường, hoạt tải sàn,...
 Dùng phẩn mềm ETABS dựng mô hình tính toán và nhập các tải trọng kể trên.
 Chạy mô hình, phân tích dao động với khối lượng tham gia dao động gồm 100%
TT và 50% HT, tìm tần số dao động riêng và dùng các thông số liên quan để tính
phần động của tải gió.
 Tính toán tải trọng gió bao gồm thành phần động và thành phần tĩnh.
 Nhập tải trọng gió vào mô hình và tổ hợp các trường hợp tải trọng để tìm trường
hợp bất lợi nhất.



 Xuất nội lực từ các tổ hợp như tổ hợp bao nội lực cho việc tính thép dầm , các

cặp nội lực nguy hiểm cho tính thép cột, vách.
 Thiết kế và bố trí cốt thép. Kiểm tra lại điều kiện về bố trí cốt thép µmin<µ<µmax ,
các điều kiện về biến dạng, chuyển vị. Nếu không thỏa, quay lại chọn sơ bộ lại
tiết diện và tính toán lại các bước như trên.
1.2 GIẢI PHÁP KẾT CẤU
1.2.1 Chọn hệ kết cấu chịu lực
1.2.1.1 Kết cấu chịu lực theo phương đứng
 Có thể phân làm hai nhóm chính:
+ Nhóm 1: Hệ kết cấu chỉ gồm một loại cấu kiện chịu lực độc lập như
khung, vách, lõi…
+ Nhóm 2: Hệ gồm hai hoặc ba loại cấu kiện chịu lực trở lên
Kết cấu khung + vách
Kết cấu khung + lõi
Kết cấu khung + vách + lõi….
 Tùy thuộc vào các điều kiện cụ thể của công trình, công năng sử dụng, chiều cao

nhà, độ lớn của tải trọng ngang,… mà lựa chọn hệ kết cấu thích hợp.
 Hệ kết cấu khung + vách được xem là giải pháp tối ưu cho công trình này. Đặc
điểm công trình có mặt bằng không đối xứng, bước nhịp và chiều cao tầng lớn,
bố trí khung linh hoạt, việc bố trí thêm một số vách tại vị tri góc giúp giảm xoắn
đáng kể cho công trình. Bên cạnh đó chiều cao công trình trên 40m, việc sử sụng
hệ khung + vách sẽ giúp chịu tải trọng ngang rất tốt.
1.2.1.2 Kết cấu chịu lực theo phương ngang
 Kết hợp với kết cấu chịu lực thẳng đứng gồm cột, vách; kết cấu chịu lực theo
phương gồm có sàn và các dầm.
 Sàn ngoài chức năng tiếp nhận tải trọng sử dụng và truyền tải sang các dầm rồi
truyền cho các kết cấu thẳng đứng (cột, vách), sàn còn được xem là các vách
cứng nằm ngang nối với các vách cứng thẳng đứng thành một hệ không gian duy
nhất. Sàn có vai trò phân phối tải trọng cho các kết cấu thẳng đứng.
 Kết cấu sàn sườn toàn khối có bản dầm được xem là giải pháp thích hợp cho
công trình này. Kết cấu sàn sẽ mỏng tiết kiệm được vật liệu; sàn liên kết toàn
khối với hệ dầm trực giao sẽ giúp tăng độ cứng trong mặt phẳng sàn.

1.2.2 Vật liệu sử dụng:
1.2.2.1 Bê tông




Sử dụng bê tông cấp độ bền B25 cho các kết cấu dầm sàn, cột , vách, hệ số điều
γb =1
kiện làm việc
.Các thông số tính toán của BT B25:

Bảng 5.1: thông số tính toán của bê tông
1.2.2.2 Cốt thép

Ø < 10

Ø ≥ 10

Cốt thép
dùng thép AI; cốt thép
dùng thép AII.
Các thông số tính toán của cốt thép được trình bày trong bảng sau:
Nhóm thép

Rs ( MPa )

Rsc ( Mpa )

Rsw ( Mpa )

Es ( Mpa )

AI

225

225

175

210000

AII

280

225

280

210000

Bảng

5.2 : Các thông số tính toán của cốt thép
1.2.3 Chọn kích thước tiết diện:
1.2.3.1 Chọn tiết diện cột
Diện tích sơ bộ tiết diện cột được xác định theo công thức:
Ac = bc × hc =

k ∑ in=i 1 Ai qsan i

γ b Rb

=

∑N

i

γ b Rb

Trong đó:

k = (0,8 ÷ 1, 4)




ni
Ai

: hệ số xét đến ảnh hưởng của tải trọng ngang

: tổng số sàn nằm trên cột
(m2 ) : diện tích truyền tải từ sàn vào cột tầng thứ i.

qsan i = (0,8 ÷ 1, 4) (


T
)
m2

tải trọng toàn phần phân bố trên sàn( bao gồm trọng
lượng toàn bộ kết cấu dầm, sàn, tường, vách ngăn, thiết bị và hoạt tải sử

qsan i = 1, 2(
dụng) sô bộ lấy:




γ b , Rb

T
)
m2

: hệ số điều kiện làm việc và cường độ chịu nén tính toán của bêtông


Xác định sơ bộ tiết diện cho cột C1 trục 3-C có diện truyền tải lớn nhất:

Hình 5.1: Diện tích truyền tải từ sàn vào cột
Diện tích cột C1 trục 3-C cần thiết tại tầng trệt (cột bên dưới sàn tầng trệt)là:

10 × 57,225 × 1, 2
F =(
) × (0,8 ÷ 1, 4) = (0,379 ÷ 0,663) ( m 2 )
1 × 1450
Chọn kích thước sơ bộ cột C1 trục 3-C tầng trệt là:

b × h = 700 × 700mm

F = 0,7 × 0,7 = 0, 49(m 2 )
Có
Kết quả tính và chọn sơ bộ tiết diện các cột còn lại được trình bày trong bảng sau:
(Lưu ý cách gọi tên cột để thống nhất với cách gọi trong phần mềm Etabs: cột tầng
trệt là cột bên dưới sàn trệt)



 Bảng chọn sơ bộ tiết diện cột:

TIẾT DIỆN CHỌN SƠ BỘ (đvị mm)



Cột (C)





Trệt-Lầu
2

10,11,12,
13,14



700x700

2,3,24,
25,26,28



600x700

1,4,5,6



700x700

16,17,18,
21,22,23



300x300



9



600x600



20



500x500



400x400











7,8,115,1
9,

27,29
30,31



Lầu3Lầu 4

5

Lầu



6

L



ầu 7

L



Sân
thượng



ầu 8

M



ái 2



600x60
0



600x 
600x 
50 
50 
600
600
0x500
0x500

500x5 
40
00
0x400



500x70
0



500x 
500x 
50 
50 
700
600
0x600
0x500

500x5 
40
00
0x400



600x60
0



600x 
600x 
50 
50 
600
600
0x500
0x500

500x5 
40
00
0x400



300x30
0



300x 
300x 
30 
30 
300
300
0x300
0x300

300x3
00





600x60
0



600x 
600x 
50 
50 
600
600

0x500
0x500

500x5
00





500x50
0



500x 
500x 
50 
50 
500
500
0x500
0x500

500x5
00





400x40
0



400x 
400x 
40 
40 
400
400
0x400
0x400

400x4 
40
00
0x400





Lầu



Bảng 5.3: Chọn sơ bộ tiết diện cột






Hình 5.2: Mặt bằng lưới cột


1.2.3.2 Chọn tiết diện vách
 Chiều dày của vách chọn không nhỏ hơn 150mm và không nhỏ hơn 1/20 chiều

cao tầng. Với chiều cao tầng cao nhất là 4700mm thì chiều dày của vách cũng
không nhỏ hơn 235mm.
 Sơ bộ chọn chiều dày vách là 300mm, tiết diện không thay đổi theo chiều cao.
T





ên
vách
V



1
V



2



Chữ V



Chữ V

V





3
V



4
V



5



Loại
vách

Chữ V



Chữ V



30



0
30



0

Vách
phẳng



Bề

rộng
(mm)

Chiều dài
phương X
(mm)
3250



1900



3250



3200



2350



0
30



0
30



0

Chiều dài
phương Y
(mm)



30







1200



1800



2800



2000

Bảng 5.4: Kích thước vách



1.2.3.3 Chọn tiết diện dầm, sàn
 Được trình bày trong chương 2.

1.3 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG
1.3.1 Tĩnh tải sàn, tường
1.3.1.1 Tĩnh tải các lớp hoàn thiện sàn
 Sàn văn phòng làm việc
Các lớp
cấu tạo



Chi
ều dày
(mm)



Gạch
bóng kiến



Vữa lót





10



30

Trần
thạch cao






TL
riêng
(daN/m3)



20



00
18



00




Hệ



số
vượt tải

Trị tiêu
chuẩn
(daN/m2)



Trị tính
toán
(daN/m2)



1,1



20,0



22,0



1,3



54,0



70,2



1,2



20,0



24,0



94,0



116,2

Tổng tĩnh tải

 Bảng 5.5: Tĩnh tải sàn làm việc
 Sàn hành lang




Các lớp



Chi



TL



Hệ



Trị tiêu



Trị tính


ều dày
(mm)

cấu tạo
Gạch
bóng kiến



Vữa lót



riêng
(daN/m3)



10



30

Trần kim
loại



số
vượt tải

200



0
180



0




toán
(daN/m2)



1,1



20,0



22,0



1,3



54,0



70,2



1,2



10,0



12,0



84,0



104,2

Tổng tĩnh tải



chuẩn
(daN/m2)

 Bảng 5.6: Tĩnh tải sàn hành lang


 Sàn phòng vệ sinh

Các lớp
cấu tạo



Chi
ều dày
(mm)

Gạch
Ceramic



Vữa lót





10



30

Trần
thạch cao





TL
riêng
(daN/m3)



Thiết bị
kĩ thuật





0
180



0








Trị tiêu

chuẩn
(daN/m2)



Trị tính
toán
(daN/m2)



1,1



20,0



22,0



1,3



54,0



70,2



1,2



20,0



24,0



1,2



20,0



24,0



114,0

Tổng tĩnh tải





số
vượt tải

200



Hệ



140,2

 Bảng 5.7: Tĩnh tải sàn phòng vệ sinh
 Sàn chiếu tới thang




Các lớp
cấu tạo
Gạch
màu

Chi
ều dày
(mm)





10



Vữa lót



30



Vữa trát



10



TL

riêng
(daN/m3)



200



0
180



0
180



0

Tổng tĩnh tải



Hệ

số
vượt tải



Trị tiêu
chuẩn
(daN/m2)



Trị tính
toán
(daN/m2)



1,1



20,0



22,0



1,3



54,0



70,2



1,3



18,0



23,4



92,0



115,6

 Bảng 5.8: Tĩnh tải bản thang chiếu tới
 Sàn ban công



Các lớp
cấu tạo



Chi
ều dày
(mm)



Gạch
Ceramic



Vữa lót





10



30

TL
riêng
(daN/m3)



200



0
180



0



Hệ

số
vượt tải

Trị tiêu
chuẩn
(daN/m2)



Trị tính
toán
(daN/m2)



1,1



20,0



22,0



1,3



54,0



70,2



74,0



92,2

Tổng tĩnh tải





 Bảng 5.9: Tĩnh tải ban công
 Sàn mái

Chi
ều dày
(mm)





Các lớp
cấu tạo



Vữa lót



30



Vữa trát



10

TL
riêng
(daN/m3)



180



0
180



0



Hệ

số
vượt tải

Trị tiêu
chuẩn
(daN/m2)



Trị tính
toán
(daN/m2)



1,3



54,0



70,2



1,3



18,0



23,4



72,0



93,6

Tổng tĩnh tải





 Bảng 5.10: Tĩnh tải sàn mái




 Nhà để xe



Các lớp
cấu tạo



Vữa tạo
dốc

Chi
ều dày
(mm)





30

TL
riêng
(daN/m3)



180



0



Hệ



số
vượt tải


1,3

Trị tiêu
chuẩn
(daN/m2)



54,0



Trị tính
toán
(daN/m2)



70,2

 Bảng 5.11: Tĩnh tải sàn nhà để xe
 Sàn hầm

Các lớp
cấu tạo



Gạch
Ceramic





Vữa lót

Chi
ều dày
(mm)





10



30



TL
riêng
(daN/m3)



200



0
180



0

Tổng tĩnh tải



Hệ

số
vượt tải



Trị tiêu
chuẩn
(daN/m2)

Trị tính
toán
(daN/m2)



1,1



20,0



22,0



1,3



54,0



70,2



72,0



93,6

 Bảng 5.12: Tĩnh tải sàn tầng hầm






 Sàn tôn nền

C



hiều
dày
(mm)

Các lớp cấu tạo



0

Các lớp cấu tạo sàn
văn phòng



5



Lớp tôn nền





TL
riêng
(daN/m3)





H

ệ số
vượt
tải









Tổng tĩnh tải



Trị
tiêu chuẩn
(daN/m2)


118,6



94



212,6



Trị
tính toán
(daN/m2)




130,
35



116,
2



246,
55

 Bảng 5.13: Tĩnh tải lớp tôn nền

1.3.1.2 Tải tường
 Tải tường xây trên dầm, tường ngăn trên sàn, tường chống thấm

gt = n × γ t × δ t × ht


 Trong đó:


δt

: là bề dày tường

γ t = 1800(daN / m3 )


: trọng lượng riêng của tường
 n : hệ số vượt tải lấy bằng 1,1




ht = H − hd

: chiều cao tường. Chiều cao tường bằng chiều cao tầng trừ đi
chiều cao dầm ở phía trên nó nên ta phân biệt chiều cao tường theo dầm ở phía
trên.
Bảng tải trọng tường (daN/m)

Chiề
u cao
tầng (m)







3,6

T
T 
T
ường ường
ường
100
200
300




Loại tường



Dầm 300



Dầm 400



Dầm 500



Dầm 600



53,4


6




267,2


1



6 
1

13,8 227,6





1 
1
188
782



Tườ
ng ngăn
100 cao
1,4m



277,







2

Tườ
ng ngăn
200 cao
1,4m

554,
4




Dầm chiều

nghỉ




Tường trên
sàn



Dầm 300



Dầm 400



Dầm 500



Dầm 600

3,9



Dầm chiều

nghỉ




Tường trên
sàn



Dầm 300



Dầm 400



Dầm 500



Dầm 600

4,7



Dầm chiều

nghỉ




4,4

Tường trên
sàn



Dầm 500



Dầm 600



Dầm chiều

nghỉ


Sân
thượng







54,4
93
7

12,8


6






5











6 
1

93
386

6 
1

73,2 346,4



1 
1
306,8 960,2









6

13,8



7 
1

52,4 504,8




8

31,6







1

584



7 
1

72,2 544,4



7 
1 
2
52,4 504,8 435,4








51,4

7

12,8
8






8 
1

31,6 663,2






Tường trên
sàn



Dầm 400



1 
2
623,6 257,2




72,2

7



9 
1

10,8 821,6


386

1 








Dầm 500





Dầm 600



Tường trên
sàn



Tường
quanh mái 1 cao
1500



Tường
quanh sân
thượng cao 1500





Tầng mái
cao 4m







1



134,6
1



306,8
1



544,4






5 
1
94
188
5



94



Bảng 5.14: Bảng tải trọng tường

1.3.1.3 Tải trọng cầu thang bộ. thang máy
 Khi tính toán hai vế có nội lực gần như nhau, ta chọn nội lực của vế lớn hơn để
tính toán
 Khi mô hình cũng như vậy, để việc mô hình được đơn giản ta cũng lấy nội lực
vế lớn hơn để gán chung cho cả hai vế:
+ Phản lực dầm chiếu nghỉ: 5846,4 (daN)
+ Phản lực bản thang chiếu tới: 3065,8(daN/m)
 Cầu thang xoắn lấy sơ bộ tải bằng thang chữ U như sau:
+ Phản lực bản thang tại dầm chân thang lấy bằng 2 lần phản lực bản thang
chiếu nghỉ thang chữ U: 5472,8 (daN/m)
+ Phản lực bản thang tại dầm chiếu tới lấy gần đúng bằng 2 lần phản lực
bản thang chiếu tới chữ U : 6131,7(daN/m)
 Thang máy: Lấy sơ bộ tải trong là: 5000(daN)
1.3.1.4 Tải trọng bể nước mái
 Lực dọc từ chân cột truyền xuống hệ khung:


N=12781(daN)

1.3.2 Hoạt tải sàn
 Hoạt tải sàn tác dụng lên công trình:

Chức năng phòng



 n



pttsàn (daN/m2)



Văn phòng làm
việc

 200

 1,2

 240



Sảnh, hành lang

 300

 1,2

 360

Phòng vệ sinh

 200

 1,2

 240

Sàn ban công, sân
thượng

 200

 1,2

 240

Văn phòng làm

 200

 1,2

 240







ptc
(daN/m2)



việc





Phòng họp

 400

 1,2

 480

Mái bằng không
sử dụng

 75

 1,3

 97,5

Nhà để xe

 500

 1,2

 600

Phòng kĩ thuật

 750

 1,2

 900







Bảng 5.15: Bảng hoạt tải sàn




1.3.3 Các đặc trưng động học của công trình
1.3.3.1 Cơ sở lí thuyết của bài toán phân tích đặc trưng động lực học
 Xem công trình là thanh công son có hữu hạn khối lượng tập trung.
 Xét hệ gồm một thanh công son có n điểm tập trung khối lượng có khối lượng

tương ứng M1,M2,...Mn, phương trình vi phân tổng quát dao động của hệ khi bỏ
qua khối lượng thanh:

&+ [C ]U&+ [K ]U = W '( τ)
[M ]U&


+
+

(1)

Trong đó:

[ M] , [ C] , [ K ]
&&
U&
,U ,U

: là ma trận khối lượng, cản, độ cứng của hệ.

: vector gia tốc, vận tốc, dịch chuyển của các toạ độ xác định bậc tự
do của hệ.

W '( τ)

: véc tơ lực kích động đặt tại các toạ độ tương ứng.

+

 Tần số và dạng dao động riêng của hệ được xác định từ phương trình vi phân

thuần nhất không có cản (bỏ qua hệ số cản C):

&+ [K ]U = 0
[M ]U&

(2)



U = [ y ] sin(wt − a)     

(3)


 Từ đó có:

([K ] − ω2[M ])[ y ] = 0

(4)


 Hình 5.3: Sơ đồ tính thanh consol có hữu hạn khối lượng tập trung
 Trong đó:




m1

M=

m2
..
mn



k11
k
K = 21
...
kn1

k12 ... k1n
k22 ... k2n
... .. ...
kn2 ... knn



k ij =

là ma trận khối lượng.

là ma trận độ cứng.

1
δij

 Với
 Điều kiện tồn tại dao động là phương trình tồn tại nghiệm không tầm thường:
 y <> 0 do đó phải thoả mãn điều kiện:

([K ] − ω2 [M ]) = 0


(5)

 Có nghiệm không tầm thường, do đó phải thoả mãn điều kiện:

δ11m1ωi2 − 1
δ12m2ωi 2
δ21m1ωi2
δ22m2ω2 − 1
D(ωi2 ) =
...
...
2
δn1m1ωi
δn2m2ωi 2

...
δ1nmnωi 2
...
δ2nmnω2
=0
...
...
... δnnmnωi 2 − 1



(6)

 Trong đó:

δ ij
+
+

ωi

: Chuyển vị tại điểm j do lực đơn vị đặt tại điểm i gây ra.
: Tần số vòng của dao động riêng (Rad/s).

 Phương trình (6) là phương trình đặt trưng, từ phương trình trên có thể xác định

n giá trị thực, dương của

ωi

. Thay các giá trị
Ti =

2π
ωi

ωi

vào phương trình (4) sẽ xác định

được các dạng dao động riêng.
 Với n > 3, việc giải bài toán trên trở nên cực kỳ phức tạp, khi đó tần số và dạng
dao động được xác định bằng cách giải trên máy tính hoặc bằng các phương pháp
gần đúng hoặc công thức thực nghiệm (phương pháp Năng Lượng RayLây,
phương pháp Bunop - Galookin, phương pháp thay thế khối lượng, phương pháp
khối lượng tương đương, phương pháp đúng dần, phương pháp sai phân). Một



trong những chương trình máy tính hổ trợ tính toán tần số và dạng dao động theo
đúng lý thuyết được trình bày ở trên là ETABS V9.7.1 TÍNH TOÁN CÁC DẠNG
DAO ĐỘNG RIÊNG.
1.3.3.2 Tính toán các dạng dao động và tần số dao động riêng
 Như đã trình bày ở trên để tính được tần số giao động riêng cần xác định ma
trận độ cứng K và ma trận khối lượng m.
 Do đó để ETABS có thể tính được tần số dao động cần khai báo tĩnh tải và hoạt
tải tác dụng lên công trình. Thông qua tải trọng (hoạt tải và tĩnh tải) Etabs tính khối
lượng và thông qua tiết diện dầm, sàn, cột Etabs tự động tính độ cứng K.
 Theo tiêu chuẩn theo TCXD 229:1999 , khối lượng phân tích bài toán động lực
học lấy với hệ số như sau: 1,0 TT + 0,5 HT.

Ghi chú: TT là tĩnh tải, HT là hoạt tải
 Theo TCVN 2737:1995 việc phân tích bài toán dao động công trình được tiến
hành độc lập theo 2 phương và bỏ qua dao động xoắn của công trình. Sử dụng
sự hỗ trợ của phần mềm Etabs V9.7.1 để phân tích dao động của công trình.
 Để đơ giản tính toán, ta chỉ tính toán khảo sát chu kì dao động và dạng dao
động cho 12 mode dao động riêng đầu tiên (tương ứng với 3 nhóm dao động cơ
bản đầu tiên theo các phương X, Y và quay quanh trục Z).





Hình 5.4: Các dạng dao động cơ bản

1.3.3.3 Hình dạng các dao động chính của công trình






Hình 5.5: Mode 1 (Thuộc dạng dao động 1-Ngang theo phương X)











Hình 5.6: Mode 2 (Thuộc dạng dao động 1- Ngang theo phương Y)







Hình 5.7: Mode 3 (Thuộc dạng dao động Xoắn)





1.3.4 Tính toán tải trọng gió
 Theo mục 2 TCXD 229:1999 thì tải trọng gió gồm 2 thành phần: thành phần






tĩnh và thành phần động.
Giá trị và phương tính toán thành phần tĩnh tải trong gió được xác định theo các
điều khoản ghi trong tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737:1995.
Thành phần động tải trọng gió tác động lên công trình là lực do xung của vận
tốc gió và lực quán tính của công trình gây ra. Giá trị của lực này được xác định
trên cơ sở thành phần tĩnh của tải trọng gió nhân với các hệ số có kể đến ảnh
hưởng của xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình.
Theo mục 1.2 TC 229:1999 thì công trình có chiều cao > 40m thì khi tính phải
kể đến thành động của tải trọng gió.
Áp dụng cho đồ án tốt nghiệp, công trình có chiều cao 46,25m tính từ mặt đất
tự nhiên, do đó phải kể đến cả thành phần tĩnh và thành phần động của tải trọng
gió.

1.3.4.1 Thành phần tĩnh của tải trọng gió
1.3.4.1.1 Công thức tính toá



Wj = W0k(zj )c
 Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió:



Trong đó:
+ W0 : là giá trị áp lực gió tiêu chuẩn, công trình tại thành phố Sóc Trăng
tỉnh Sóc Trăng thuộc vùng áp lực gió II-A, giá trị áp lực gió tiêu chuẩn
w0 = 83(daN / m2 )

kz = 1,844(

.

z 0,28
)
400

: là hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ
cao và dạng điạ hình, công trình trong thành phố bị che chắn mạnh,
thuộc dạng địa C.
c = cd + ch
+
: Hệ số khí động.
cd = +0,8


Phía đón gió:
ck = −0,6

Phía khuất gió:
 Lực gió tĩnh quy từ phân bố đều về lực tập trung đặt tại tâm sàn tầng thứ j:
W = nWh
b
j j j
+




Trong đó:
+ Hệ số tin cậy của tải trọng gió: n=1,2
+ Chiều cao mặt đón gió ứng với tầng thứ j:
h + hj −1
hj = j
2


bj
+

là chiều rộng đón gió của tầng thứ j

Từ lầu trệt đến sân thượng:
L = 22,8m
∗ Chiều rộng nhà đó gió X:

D = 50,7m
∗ Chiều rộng nhà đón gió Y:

Chiều rộng mặt đón gió của mái 2:
L = 12,4m
∗ Chiều rộng nhà đó gió X:
D = 10,3m
∗ Chiều rộng nhà đón gió Y:
 Điểm đặt lực gió tĩnh lên từng tầng. Mô hình tính toán là khung không gian có
sàn (khung sàn- kết hợp), gió tĩnh có thể đưa về lực phân bố đặt lên hệ dầm
biên, hoặc đưa về lực tập trung đặt tại tâm sàn. Cách thứ nhất khó thực hiện
được với trường hợp sàn không dầm, công trình có mặt bằng phức tạp, mặt đón





gió không liên tục, làm cho khối lượng khi báo tải trọng lớn và dễ nhầm lẫn.
Cách thứ 2 đưa tải trọng gió tĩnh về lực tập trung về đặt tại tâm sàn, đây là
phương pháp đơn giản, khá thông dụng. Phương pháp này chấp nhận giả thuyết
sàn tuyệt đối cứng, sàn đóng vai trò như vách cứng nằm ngang phân phối đều
tải trọng lên hệ dầm, cột, vách.





1.3.4.1.2 Kết quả tính toán tải trọng gió tĩnh



Tầng



z(m)

MÁI 2



46,25



42,25

SÂN
THƯỢNG







LẦU 8



37,55



LẦU 7



33,65



LẦU 6



29,75



LẦU 5



25,85



LẦU 4



21,95



LẦU 3



18,05



LẦU 2



14,15



LẦU 1



9,75

hj



(m)
3,



95
4,



3
4,



3
3,



9
3,



9
3,



9
3,



9
3,



9
4,



15
4,



15

W0
(daN/m2)





kz



83



1,0079



83



0,9827



83



0,9508



83



0,9220



83



0,8908



83



0,8564



83



0,8181



83



0,7745



83



0,7234



83



0,6518



c



1

,4
1



,4
1



,4
1



,4
1



,4
1



,4
1



,4
1



,4
1



,4
1



,4

Wj
(daN/m2)




117,12



114,19



110,48



107,14



103,51



99,51



95,06





WXj
(daN)



WYj
(daN)



6883,69 

5717,91



13434,0 
3

29873,0
4



12997,6 
7

28902,7
2



11432,1 
2

25421,4
2



11044,5 
3

24559,5
5



10618,4 
2

23612,0
1



10143,1 
4

22555,1
5

89,99



9602,51



21352,9
4



84,06



9544,79



21224,5
9



75,74



8599,55



19122,6

8






LỬNG



5,85



TRỆT



1,95



HẦM



-1,65

3,



9
3,



9


0

1





83



0,5649



83



0,4153



83



0,0000 



Bảng 5.16: Tải trọng gió tĩnh

,4
1



,4
0



65,64



7004,46



48,26



5149,68



0,00



0,00



15575,7
0



11451,2
7


0,00

1.3.4.2 Thành phần động của tải trọng gió
 Thành phần động của tải trọng gió được xác định dựa theo tiêu chuẩn TCVN
229 -1999.
 Thành phần động của tải trọng gió được xác định theo các phương tương ứng
với phương tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió. Trong tiêu chuẩn chỉ kể
đến thành phần gió dọc theo phương X và phương Y bỏ qua thành phần gió
ngang và momen xoắn.
 Ta có giá trị giới hạn của tần số dao động riêng f L ứng với áp lực gió II và của
δ = 0.3

ứng với công trình bêtông cốt thép:

fL=1,3

 Vị trí đặt lực gió tại tâm khối lượng mỗi tầng.
1.3.4.2.1 Công thức tính toán
 Khi tần số dao động cơ bản f1 lớn hơn giá trị giới hạn của tần số dao động riêng:
 f1 > fL , thì thành phần động của tải trọng gió chỉ cần kể đến xung của vận tốc

WPj

gió. Khi đó giá trị tiêu chuẩn thành phần động của áp lực gió
phần thứ j của công trình được xác định theo công thức:
WPj = Wjζ jυ

tác dụng lên




Trong đó:
+ Wj : Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió (phân bố trên
diện tích)
ζj
+
là hệ số áp lực lực động của tải trọng gió ứng với cao độ tầng thứ j,
phụ thuộc vào dạng đại hình. Với dạng địa hình C ta có:

z
ζ j = 0,684( )−0,14
10

υ

: là hệ số tương quan không gian áp lực động khi xét tương quan xung
vận tốc gió ứng với các dạng dao động khác nhau của công trình theo
υ
chiều cao và bề rộng đón gió phụ thuộc vào ρ và χ. Giá trị của ứng với

+

các dạng dao động thứ 2 và 3 lấy

m)
0,





5



10 

20 

40 

80



0,



0,

0,

0,

0,

1

95



5



10



.

Hệ số ν1 khi χ (m)



ρ(



υ =1

92
0,













0,



65
0,

0,



56
0,



73
0,

0,



35
0

67
0,



8
0,

0

76
0,



84
0,



83
0,



87

0,



88
0,



89




16 



54
0,



0,


85


20



40



80



16
0

84
0,



72

72
0,



53

53




52

56
0,



5

47

Bảng 5.17: Bảng nội suy hệ số

44
0,



0,



51
0,



48
0,



0,



57
0,



59
0,



63
0,



61
0,



67

0,



63
0,



0,



63

7

51
0,



0,



61
0,



53
0,



68
0,



64
0,



73
0,



71
0,



76
0,



77
0,



78
0,



0,



8

81

0,



44

38

υ

Các tham số ρ và χ

Mặt phẳng tọa độ cơ
bản song song với bề mặt tính 
tính toán


P



χ



D



H



0.


H



L




Zox






Zoy



4L



Xoy








D

Hệ tọa độ khi xác định tương quan không gian áp lực động:




 Hình 5.8: Hệ tọa độ xác định hệ số tương quan không gian

υ

 Chú ý: Đối với công trình có bề mặt đón gió không phải là hình chữ nhật thì H

lấy bằng chiều cao công trình còn D lấy bằng kích thước tương ứng tại trọng
tâm hình chiều của bề mặt đón gió lên các mặt phẳng thẳng đứng, vuông góc
cới phương luồng gió.
 Khi tần số dao động cơ bản f1 nhỏ hơn giá trị giới hạn của tần số dao động
riêng: f1 < fL , thì thành phần động của tải trọng gió phải kể đến tác dụng của cả



xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình. Số dạng dao động cần tính
toán:

Khi có: fs với s dạng dao động đầu tiên.
 Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên tầng thứ j ứng
WP ( ji ) = M jξψ
y
i i ji

với dạng dao động thứ i:


Trong đó:
Mj
+
+

là khối lượng tập trung của tầng thứ j
ξi là hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i phụ thuộc vào thông số
εi và độ giảm lô ga của dao động:

εi =

γ W0
940 fi







Với:
∗ W0 : là giá trị tiêu chuẩn của áp lực gió (N/m2)
∗ γ=1,2 là hệ số độ tin cậy tải trọng
fi
∗
là tần số dao động riêng thứ i
 Có

εi

dựa vào đồ thị để xác định hệ số động lực:



Hình 5.9: Đồ thị xác định hệ số động lực ξi

Tra theo đường cong 1 áp dụng cho công trình Bê tông cốt thép
và gạch đá có δ = 0,3.


+

yji : Dịch chuyển ngang tỉ đối của của trọng tâm phần công trình thứ j
ứng với dạng dao động i

