Đánh giá ứng xử kết cấu nhà cao tầng chịu động đất theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương, phổ phản ứng và lịch sử thời gian
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (16.29 MB, 141 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------
HUỲNH THẾ DƯƠNG
C
C
ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
CHỊU ĐỘNG ĐẤT THEO PHƯƠNG PHÁP
TĨNH LỰC NGANG TƯƠNG ĐƯƠNG,
PHỔ PHẢN ỨNG VÀ LỊCH SỬ THỜI GIAN
R
L
T.
DU
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP
Đà Nẵng – Năm 2020
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------
HUỲNH THẾ DƯƠNG
C
C
ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
CHỊU ĐỘNG ĐẤT THEO PHƯƠNG PHÁP
TĨNH LỰC NGANG TƯƠNG ĐƯƠNG,
PHỔ PHẢN ỨNG VÀ LỊCH SỬ THỜI GIAN
R
L
T.
DU
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và cơng nghiệp
Mã số: 8580201
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Người hướng dẫn khoa học: TS. PHẠM MỸ
Đà Nẵng – Năm 2020
LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ
cơng trình nào khác
Tác giả luận văn ký và ghi rõ họ tên
Huỳnh Thế Dương
C
C
DU
R
L
T.
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài: ........................................................................................ 1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: .................................................................. 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: .............................................................. 2
4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: ................................................... 2
6. Bố cục đề tài ................................................................................................ 2
7. Tổng quan tài liệu nghiên cứu: .................................................................... 3
C
C
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU CƠNG TRÌNH CHỊU TẢI
TRỌNG ĐỘNG ĐẤT ............................................................................................... 4
R
L
T.
1.1. KHÁI QUÁT CHUNG VÉ ĐỘNG ĐẮT ............................................................ 4
DU
1.1.1. Định nghĩa................................................................................................ 4
1.1.2. Nguyên nhân ............................................................................................ 4
1.1.3. Đặc điểm .................................................................................................. 4
1.1.4. Sóng địa chấn và sự truyền sóng ............................................................. 4
1.1.5. Cường độ động đất................................................................................... 5
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN KÉT CẤU NHÀ CAO TẦNG CHỊU TẠI
TRỌNG ĐỘNG ĐẤT ................................................................................................. 7
1.2.1. Phương pháp tĩnh ..................................................................................... 7
1.2.2. Phương pháp động lực học ...................................................................... 7
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN NHÀ CAO TẦNG CHỊU
TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT ....................................................... 8
2.1. GIẢ THUYẾT TÍNH TỐN .............................................................................. 8
2.2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN .......................................................................... 8
2.3. SƠ ĐỒ TÍNH TỐN........................................................................................... 9
2.3.1. Sơ đồ phẳng tính tốn theo hai chiều ....................................................... 9
2.3.2. Sơ đồ tính tốn khơng gian ...................................................................... 9
2.4. Các bước tính tốn ............................................................................................. 10
2.5. XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ................................................................................. 10
2.5.1. Tĩnh tải ................................................................................................... 10
2.5.2. Hoạt tải ................................................................................................... 10
2.5.3. Tải trọng động đất .................................................................................. 11
2.6. TỔ HỢP TẢI TRỌNG ...................................................................................... 23
2.6.1. Tổ hợp tải trọng cơ bản. ......................................................................... 23
2.6.2. Tổ hợp tải trọng đặc biệt. ....................................................................... 24
2.7. KIỂM TRA CHUYỂN VỊ ................................................................................. 27
2.7.1. Chuyển vị đỉnh ....................................................................................... 28
C
C
2.7.2. Chuyển vị lệch tầng ............................................................................... 29
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA CƠNG TRÌNH DƯỚI TÁC ĐỘNG
CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT ........................................................................... 31
R
L
T.
3.1. GIỚI THIỆU CHUNG ...................................................................................... 31
DU
3.2. SỐ LIỆU PHÂN TÍCH ...................................................................................... 37
3.2.1. Vật liệu ................................................................................................... 37
3.2.2. Tải trọng ................................................................................................. 37
3.3. CÁC TRƯỜNG HỢP PHÂN TÍCH .................................................................. 38
3.3.1. Trường hợp 1 ......................................................................................... 38
3.3.2. Trường hợp 2 ......................................................................................... 38
3.3.3. Trường hợp 3 ......................................................................................... 38
3.4. PHÂN TÍCH ĐỘNG ĐẤT TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH BẰNG PHẢN
MỀM ETABS. .......................................................................................................... 39
3.4.1. Cơng trình 1 ........................................................................................... 39
3.4.2. Cơng trình 2 ........................................................................................... 83
3.5. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH PHÙ HỢP CƠNG TRÌNH ................. 107
KẾT LUẬN ........................................................................................................... 109
TÀI LIỆU THAM KHẢO
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO)
TÓM TẮT LUẬN VĂN
ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG CHỊU ĐỘNG ĐẤT
THEO PHƯƠNG PHÁP TĨNH LỰC NGANG TƯƠNG ĐƯƠNG, PHỔ PHẢN
ỨNG VÀ LỊCH SỬ THỜI GIAN
Học viên: Huỳnh Thế Dương
Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng và cơng nghiệp
Mã số: 8580201
Khóa K36, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng
Tóm tắt
Đề tài nghiên cứu, đánh giá, so sánh ứng xử của kết cấu nhà cao tầng dưới tác động của tải
trọng động đất được tính theo ba phương pháp khác nhau: tĩnh ngang tương đương, phổ phản ứng
và lịch sử thời gian. Luận văn được thực hiên trên hai mơ hình kết cấu: cơng trình thứ nhất có kết
cấu hệ khung lõi, đồng đều theo chiều cao, cơng trình thứ hai là cơng trình có kết cấu gồm các cột
lớn, hệ thống vách và dầm liên kết, không đồng đều theo chiều cao. Kết quả thu được:
C
C
R
L
.
T
DU
Cơng trình thứ nhất: Phương pháp phổ cho kết quả thấp nhất cao nhất là phương pháp lịch sử thời
gian. Và nằm ở mức trung bình là phương pháp tĩnh ngang tương đương
Cơng trình thứ hai: Phương pháp tĩnh ngang tương đương không thể áp dụng vì khơng thể khống
chế kết cấu để đảm bảo điều kiện đầu vào. Kết quả thu được thì 2 phương pháp phổ phản ứng và
lịch sử thời gian là tương đồng, có sự khác biệt về giá trị nhưng sai số nhỏ.
Từ khóa: Tải động đất, ứng xử, tĩnh ngang tương đương, phổ phản ứng, lịch sử thời gian
SUMMARY OF THESIS
RESEARCH, EVALUATION OF THE BEHAVIOR OF HIGH-RISE BUILDINGS
UNDER THE IMPACT OF EARTHQUAKE LOAD IS CALCULATED BY
EQUIVALENT HORIZONTAL STATIC, REACTION SPECTRUM AND TIME
HISTORY
The research, evaluation and comparison of the behavior of high-rise buildings under the
impact of earthquake load is calculated by three different methods: equivalent horizontal static,
reaction spectrum and time history. The dissertation is carried out on two structural models: the
first building has the core frame structure, uniformly in height, the second is a structure with large
columns, wall systems and associated beams. Links, uneven according to height. Results:
The first construction: The spectral method with the lowest highest results is the time history
method. And on average is the equivalent horizontal static method
The second construction: Equivalent horizontal static method cannot be applied because structure
cannot be controlled to ensure input conditions. The results obtained are two methods of reaction
spectrum and time history are similar, with differences in value but small errors.
Keywords: Earthquake load, behavior, horizontal static equivalent, spectrum method, time history
DANH MỤC BẢNG
Số hiệu
bảng
1.1
2.1
2.2
2.3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.1
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
Tên bảng
Trang
Thang cường độ động đất theo đặc trưng của song
Các giá trị 2,i đối với nhà cao tầng
Giá trị của để tính tốn
Chuyển vị giới hạn theo phương ngang fu theo yêu cầu cấu tạo
Thơng số cơng trình 1
Bảng thơng số cao tầng cơng trình 2
Tải sàn bổ sung cho sàn phịng ăn, khách, ngủ, vệ sinh
Tải bổ sung cho sàn hành lang
Chu kì và tần số của cơng trình 1
Tải trọng động đất tính theo phương pháp tĩnh ngang tương
đương
Chuyển vị đỉnh do động đất – Tĩnh ngang tương đương
Chuyển vị đỉnh do động đất – Phổ phản ứng
Chuyển vị đỉnh do động đất – Lịch sử thời gian
Chuyển vị lệch tầng do động đất – Tĩnh ngang tương đương
Chuyển vị lệch tầng do động đất – phổ phản ứng
Chuyển vị lệch tầng do động đất – lịch sử thời gian
Tần số và chu kì của cơng trình
Chuyển vị đỉnh – Phổ phản ứng
Chuyển vị đỉnh – lịch sử thời gian
Giá trị Drift do tải động đất gây ra – Phổ phản ứng
Giá trị Drift do tải động đất gây ra – Phổ phản ứng
C
C
DU
R
L
T.
6
25
25
29
33
36
37
38
40
40
72
73
74
77
78
79
84
98
99
103
104
DANH MỤC BIỂU ĐỒ
Số hiệu biểu
đồ
3-1
3-2
3-3
3-4
3-5
3-6
3-7
3-8
3-9
3-10
3-11
3-12
3-13
3-14
3-15
3-16
3-17
3-18
3-19
3-20
3-21
3-22
3-23
3-24
3-25
3-26
3-27
3-28
3-29
3-30
3-31
3-32
3-33
3-34
3-35
3-37
Tên biểu đồ
Momen cột C2
Lực cắt cột C2
Momen cột C21
Lực cắt cột C21
Momen cột C20
Lực cắt cột C20
Lực nén chân cột C19
Momen cột C19
Lực nén chân cột C5
Momen cột C5
Moment nhịp dầm B13
Lực cắt nhịp dầm B13
Moment gối dầm B13
Lực cắt gối dầm B13
Momnent nhịp dầm B31
Lực cắt tại nhịp dầm B31
Moment tại gối dầm B31
Lực cắt tại gối dầm B31
Moment nhịp dầm B32
Lực cắt nhịp dầm B32
Moment gối dầm B32
Lực cắt tại gối dầm B32
Momen nhịp dầm B18
Lực cắt gối dầm B18
Momen gối dấm B18
Lực cắt đâm B18
Biểu đồ tương quan của giá trị chuyển vị (MaxUx)
Biểu đồ tương quan của giá trị chuyển vị (MaxUy)
Biểu đồ tương quan của giá trị chuyển vị (MinUx)
Biểu đồ tương quan của giá trị chuyển vị (MinUx)
Giá trị Drift do tải động đất (max) tại phương Ux
Giá trị Drift do tải động đất (max) tại phương Uy
Giá trị Drift do tải động đất (min) tại phương UX
Giá trị Drift do tải động đất (min) tại phương UY
Momen vách WG2 – WH2 Biểu đồ 3-36 Lực cắt vách WG2
– WH2
Momen vách WG3 – WH3 Biểu đồ 3-38 Lực cắt vách WG3
C
C
DU
R
L
T.
Trang
59
59
60
60
61
61
62
62
63
63
64
64
65
65
66
66
67
67
68
68
69
69
70
70
71
71
75
75
76
76
80
80
81
81
94
95
Số hiệu biểu
đồ
3-39
3-41
3-43
3-44
3-45
3-46
3-47
3-48
3-49
Tên biểu đồ
Trang
– WH3
Lực cắt vách WG4 – WH4 Biểu đồ 3-40 Momen vách WG4
– WH4
Momen vách WG5 – WH5 Biểu đồ 3-42 Moment vách
WG5– WH5
Chuyển vị đỉnh do động đất (max)
Chuyển vị đỉnh do động đất (min) theo phương X
Chuyển vị đỉnh do động đất (min) theo phương Y
Giá trị drift Max phương X
Giá trị drift Max phương Y
Giá trị drift Min phương X
Giá trị drift Min phương Y
C
C
DU
R
L
T.
96
97
101
102
102
105
105
106
106
DANH MỤC HÌNH
Số hiệu
hình
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.1
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
3.18
3.19
3.20
3.21
3.22
3.23
3.24
3.25
3.26
3.27
3.28
3.29
3.30
3.31
3.32
3.33
Tên hình
Trang
Mặt bằng tầng điển hình cơng trình 1
Mơ hình tổng thể 3D của cơng trình 1
Mặt bằng tầng điển hình cơng trình 2
Mơ hình 3D tổng thể cơng trình 2
Mơ hình cơng trình 1 trên phần mềm Etabs
Kích thước và vị trí dầm tại sàn điển hình
Khai báo tải động đất theo phương X
Khai báo tải động đất theo phương Y
Giá trị phổ phản ứng tại Thanh Xuân – Hà Nội
Chuyển động ngang của nền đất theo phương X
Chuyển động ngang của nền đất theo phương Y
Kết hợp giữa phổ mục tiêu và lịch sử thời gain theo phương X
Kết hợp giữa phổ mục tiêu và lịch sử thời gain theo phương Y
Khai báo tải động đất lịch sử thời gian
Ứng xử cơ bản của kết cấu
Nhập tỉ lệ chuyển đổi vào tải trọng động đất lịch sử thời gian
Biểu đồ momen dầm khung trục 1 theo phương pháp tĩnh ngang
tương đương
Biểu đồ Momen khung trục 1 theo phương pháp tĩnh ngang tương
đương (tt)
Biểu đồ lực cắt khung trục 1 theo phương pháp tĩnh ngang tương
đương
Biểu đồ lực cắt khung trục 1 theo phương pháp tĩnh ngang tương
đương (tt)
Biểu đồ Moment khung trục 1 theo phương pháp phổ phản ứng
Biểu đồ momen khung trục 1 theo phương pháp phổ phản ứng (tt)
Biểu đồ lực cắt khung trục 1 theo phương pháp phổ phản ứng
Biểu đồ lực cắt khung trục 1 theo phương pháp phổ phản ứng (tt)
Biểu đồ Moment khung trục 1 theo phương pháp lịch sử thời gian
Biểu đồ Moment khung trục 1 theo phương pháp lịch sử thời gian
(tt)
Biểu đồ lực cắt khung trục 1 theo phương pháp lịch sử thời gan
Biểu đồ lực cắt khung trục 1 theo phương pháp lịch sử thời gan (tt)
Mơ hình cơng trình 2
Mặt bằng tầng điển hình
Biểu đồ momen vách trục H
Biểu đồ momen vách WG2, WG3, WG4, WG5
Biểu đồ momen vách WG2, WG3, WG4, WG5 (tt)
31
32
34
35
39
39
41
42
42
43
43
44
44
45
45
46
C
C
DU
R
L
T.
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
83
83
85
86
87
Số hiệu
hình
3.34
3.35
3.36
3.37
3.38
3.39
3.40
3.41
3.42
Tên hình
Trang
Biểu đồ lực cắt vách trục H: WH2, WH3, WH4, WH5
Biểu đồ lực cắt trục G: WG2, WG3, WG4, WG5
Biểu đồ lực cắt trục G: WG2, WG3, WG4, WG5 (tt)
Biểu đồ momen trục H: WH2, WH3, WH4, WH5
Biểu đồ momen vách trục G: WG2, WG3, WG4, WG5
Biểu đồ momen vách trục G: WG2, WG3, WG4, WG5 (tt)
Biểu đồ lực cắt vách WH2, WH3, WH4. WH5
Biểu đồ lực cắt vách WG2, WG3, WG4. WG5
Biểu đồ lực cắt vách WG2, WG3, WG4. WG5 (tt)
C
C
DU
R
L
T.
87
88
89
89
90
91
91
92
93
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Trong lịch sử tồn tại và phát triển, nhân loại phải đương đầu với các tai họa
thiên nhiên như lũ lụt, hạn hán, bảo tố, động đất, núi lửa, sóng thần. Trong đó động
đất là một thảm họa thiên nhiên có khả năng phá hủy vơ cùng khủng khiếp, có thể
phá hủy một thành phố, một khu vực có thể bị sụt lún hồn toàn. Gây ra những hệ
lụy to lớn cho con người và ảnh hưởng đến sự phát triển xã hội.
Để bảo vệ sinh mạng của mình và các tài sản vật chất xả hội, con người đã có
rất nhiều nỗ lực trong việc nghiên cứu phòng chống động đất. Tuy đã có những
bước tiến rất ngoạn mục trong lĩnh vực này nhưng cho đến nay con người vẫn
không ngăn được những thảm họa do động đất gây ra.
Các trận động đất xảy ra trong những năm gần đây tại Nhật Bản (1995), Thổ
Nhĩ Kỳ (1999), HyLạp (1999), Đài Loan (1999), Ấn Độ (2001), Apganistan (2002),
Iran (2004), Inđônêsia (2004), Haiti (2010), Chile (2010), Trung Quốc (2010),
Inđơnêsia (2010)…. đã chứng minh điều đó. Cho đến nay việc dự đoán thời gian và
địa điểm diễn ra động đất chỉ là tương đối chính xác đối với nền khoa học và kĩ
thuật đương đại. Vì vậy mà con người cần có những biện pháp phịng ngừa nhằm
giảm thiểu thiệt hại về con người, tài sản và những hệ lụy tất yếu do động đất gây
ra.
C
C
R
L
T.
DU
Với trình độ khoa học- cơng nghệ hiện nay, con người chưa có khả năng dự
báo một cách chính xác động đất sẽ xảy ra lúc nào, ở đâu, con người chưa có biện
pháp phịng chống động đất chủ động như phịng chống bão hay lũ lụt. Trong hồn
cảnh đó con người ngoài việc phải nghiên cứu các phương pháp nhằm hoàn thiện
hơn nữa khả năng dự báo về động đất, chúng ta cũng phải tiếp tục nghiên cứu các
phương pháp tính tốn xây dựng các kết cấu cơng trình chịu tác dụng của động đất.
Vì vậy mà cơng trình kháng chấn, cơng trình chịu động đất là một trong những giải
pháp hàng đầu nhằm hạn chế, giảm thiểu thiệt hại của động đất gây ra cho con
người, xã hội.
Cơng trình kháng chấn, cơng trình chịu động đất là cơng trình được thiết kế
với tải trọng động đất. Tải trọng động đất hiện nay được tính tốn theo 3 phương
pháp: Tĩnh lực ngang tương đương, phổ phản ứng và lịch sử thời gian. Nhằm hiểu
rõ hơn về cách tính tốn, khác biệt trong ứng xử của kết cấu dưới tải trọng động đất
được tính theo ba phương pháp này, từ đó rút ra được phương pháp tối ưu theo từng
tiêu chí để áp dụng vào thực tế.
2
Do đó việc tiến hành nghiên cứu đề tài “Đánh giá ứng xử kết cấu nhà cao
tầng chịu động đất theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương, phổ phản
ứng và lịch sử thời gian” là cần thiết.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
Phân tích, so sánh và đánh giá ứng xử của kết cấu nhà cao tầng dưới tác dụng
của tải trọng “động đất” tính theo 3 phương pháp:
- Tĩnh lực ngang tương đương
- Phổ phản ứng
- Lịch sử thời gian
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu, phân tích, so sánh ứng xử của kết cấu
dưới tác dụng của tải trọng động đất tính theo 3 phương pháp khác nhau.
C
C
R
L
T.
- Phạm vi nghiên cứu: Ứng xử của kết cấu nhà cao tầng dưới tác động của tải
trọng động đất
DU
4. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng phương pháp thực nghiệm với các kết cấu giả định sử dụng phương
pháp phân tích phần tử hữu hạn để phân tích mơ hình và rút ra kết luận
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
Nghiên cứu ứng xử của nhà cao tầng dưới tác động của tải trọng động đất khác
nhau như thế nào theo 3 phương pháp tính của tải trọng động đất tĩnh ngang tương
đương, phổ phản ứng, và lịch sử thời gian có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Kết quả
nghiên cứu luận văn có thể sử dụng:
Tài liệu tham khảo cho sinh viên chuyên ngành xây dựng tại các trường Đại
học và Cao đẳng
Tài liệu tham khảo cho các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật xây dựng
6. Bố cục đề tài
Mở đầu:
1. Lý do chọn đề tài
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3
4. Phương pháp nghiên cứu
Chương 1: Tổng quan về công trình kháng chấn
Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn thiết kế cơng trình kháng chấn
Chương 3: Phân tích khả năng ứng xử của kết cấu dưới tác động của tải trọng
động đất. So sánh sự khác nhau giữa 3 phương pháp tính
Kết luận và kiến nghị
1. Kết luận.
2. Kiến nghị.
7. Tổng quan tài liệu nghiên cứu:
Động đất và phân tích cơng trình chịu tác động cảu động đất là một chủ đề
được nhiều tác giả trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu
động đất được thực hiện trong các cơng trình nghiên cứu của tác giả nước ngoài
như: “Dynamics of structure: Theory and Applications to Earthquake Engineering
– Anil K.Chopra (1995); “Earthquake-resistant concrete structures - Penelis, G.G.
and Kappos, A.J (1997)”. Bên cạnh đó mỗi nước đều ban hành các Tiêu chuân tính
động đất riêng xuất phát từ chiến lược phát triên kinh tế xã hội cũng như cơ sở vật
chất kỹ thuật trong nước
C
C
R
L
T.
DU
Tại Việt Nam, nghiên cứu động đất được Viện Vật lý địa cầu thuộc Trung tâm
khoa học tự nhiên và công nghệ Quốc gia tiền hành. Hệ thống các thông số cơ bản
của động đất, mục lục động đất ở Việt Nam, quy luật cơ bản vẻ tính động đất đã
được nghiên cứu và khái qt trong các cơng trình: “Nghiên cứu dự báo động đất
và dao động nền ở Việt Nam”; “Động đất trên lãnh thơ Liệt Nam — Nguyễn Đình
Xun năm 1985'. Năm 2006, Bộ Xây dựng ban hành Tiêu chuẩn thiết kế động đất
TCXDVN 375:2006 trên cơ sở chấp nhận Eurocode 8.
4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU CƠNG TRÌNH
CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
1.1. KHÁI QUÁT CHUNG VÉ ĐỘNG ĐẮT
1.1.1. Định nghĩa
Động đất là một sự rung chuyên hay chuyển động lung lay của mặt đất do sự lan
tỏa năng lượng từ một điểm nhất định năm sâu trong lòng đất. Động đất thường là kết
qua sự chuyên động của các phay (geologic fault) hay những bộ phận đứt gãy trên vỏ
của Trái đất hoặc các hành tỉnh cầu tạo chủ yếu từ chất răn như đất đá, ...
1.1.2. Nguyên nhân
Động đất hay địa chấn là sự rung chuyển trên bề mặt Trái Đất do kết quả của sự
giải phóng năng lượng bất ngờ ở lớp vỏ Trái Đất và phát sinh ra Sóng địa chấn. Nó
cũng xảy ra ở các hành tinh có cấu tạo với lớp vỏ ngồi rắn như Trái Đất.
C
C
Theo nghĩa rộng thì động đất dùng để chỉ các rung chuyển của mặt đất mà tạo ra sóng
địa chấn. Chúng được gây ra bởi các nguyên nhân:
R
L
T.
− Do vận động kiến tạo của các mảng kiến tạo trong vỏ Trái Đất, dẫn đến các
hoạt động đứt gãy và hoặc phun trào núi lửa ở các đới hút chìm.
DU
− Thiên thạch va chạm vào Trái Đất, các vụ trượt lở đất đá với khối lượng lớn.
− Hoạt động của con người gồm cả gây rung động không chủ ý và các kích động
có chủ ý trong khảo sát hoặc trong khai thác hay xây dựng, đặc biệt là các
vụ thử hạt nhân dưới lòng đất
1.1.3. Đặc điểm
Động đất diễn ra hàng ngày trên Trái Đất. Chúng có thể có sự rung động rất nhỏ
để có thể cảm nhận cho tới đủ khả năng để phá hủy hoàn toàn các thành phố. Hầu hết
các trận động đất đều nhỏ và không gây thiệt hại.
Tác động trực tiếp của trận động đất là rung cuộn mặt đất (Ground roll), thường
gây ra nhiều thiệt hại nhất. Các rung động này có biên độ lớn, vượt giới hạn đàn hồi
của môi trường đất đá hay cơng trình và gây nứt vỡ. Tác động thứ cấp của động đất là
kích động lở đất, lở tuyết, sóng thần, nước triều giả, vỡ đê. Sau cùng là hỏa hoạn do các hệ
thống cung cấp năng lượng (điện, ga) bị phá hủy.
1.1.4. Sóng địa chấn và sự truyền sóng
Các nhà địa chấn phân chia ra bốn loại sóng địa chấn, được xếp thành 2 nhóm:
hai loại gọi là sóng khối (Body waves) và hai loại gọi là sóng bề mặt (Surface waves).
5
Sóng khối phát xuất từ chấn tiêu và lan truyền ra khắp các lớp của Trái Đất.
Tại chấn tâm thì sóng khối lan đến bề mặt sẽ tạo ra sóng mặt. Bốn sóng này có vận tốc
lan truyền khác nhau, và tại trạm quan sát địa chấn ghi nhận được theo thứ tự đi đến
như sau:
•
Sóng P: Sóng sơ cấp (Primary wave) hay sóng dọc (Longitudinal wave).
•
Sóng S: Sóng thứ cấp (Secondary wave) hay sóng ngang (Shear wave).
•
Sóng Love: Một dạng sóng mặt ngang phân cực ngang.
•
Sóng Rayleigh: cịn gọi là rung cuộn mặt đất (Ground roll)
Tùy theo tình trạng ghi nhận sóng của trạm, nhà địa chấn tính ra cường độ,
khoảng cách và độ sâu chấn tiêu với mức chính xác thơ. Kết hợp số liệu của
nhiều trạm quan sát địa chấn sẽ xác định được cường độ và tọa độ vụ động đất chính
xác hơn.
C
C
1.1.5. Cường độ động đất
R
L
T.
Cường độ động đất là thê hiện mức độ tàn phá mà động đất có thể gây ra ở một
khu vực nào đó. Giá trị thơng số này đạt giá trị cực đại ở chấn tâm rồi giảm đân theo
khoảng cách chân tâm, và phụ thuộc vào điểm quan sát
DU
Thang cường độ động đất (hay cấp động đất) phụ thuộc vào khả năng nhận thức
của con người vẻ mức độ phá hoại cơng trình xây dựng do động đất gảy ra. Năm 1878,
thang cường độ động đất được Rossi thành lập. Năm 1904, Cancani đã đưa ra một
thang độ có định lượng cụ thể trên cơ sở gia tốc nên (acceleration) do chân động gây
ra.
Năm 1931, hai nhà địa chấn học H.O.Wood và F Neumann xây đựng Thang
Mercalli hiệu chỉnh (Modifñed Mercalii Scale) phân chia cường độ chân động thành
12 cấp.
Năm 1956, Richter hiệu chính khoảng gia tốc cực đại của Thang Mercalli hiệu
chinh thanh thang cường độ chính thúc áp dụng rộng rãi ngày nay.
Năm 1964, ba nhà khoa học Medvedev, Sponhahure và Karmic để xuất thang
MSK-61, đây là thang cường độ được UNESCO kiến nghị và được sử dụng rộng rãi
tại các nước Châu Âu.
Thang Richter (hay còn gọi là thang độ lớn địa phương) Theo định nghĩa của
Richter, độ lớn M của một trận động đất được xác định như sau:
M = log A − log A0
(1-1)
6
Trong đó:
A : Biên độ max của trận động đất đang xét đo địa chắn kẻ.
A0:Biên đô max của trân đơng đất chn có cùng chấn tâm.
Bảng 1.1 Thang cường độ động đất theo đặc trưng của song
Mô
tả
Độ
Richter
Tác hại
Tần số xảy ra
không
đáng < 2.0
kể
động đất thật nhỏ, không cảm nhận được
khoảng 8.000 lần/ngày
(1 lần 10 giây)
thật
nhỏ
2.0-2.9
thường không cảm nhận nhưng đo được
khoảng 1.000 lần/ngày
(1 lần 1,2 phút)
nhỏ
3.0-3.9
cảm nhận được nhưng ít khi gây thiệt hại
khoảng 49.000 lần/năm
(160 lần/ngày)
nhẹ
4.0-4.9
rung chuyển đồ vật trong nhà. Thiệt hại
khá nghiêm trọng.
khoảng 6.200 lần/năm
trung
bình
5.0-5.9
có thể gây thiệt hại nặng cho những kiến
trúc không theo tiêu chuẩn phòng ngừa
địa chấn. Thiệt hại nhẹ cho những kiến
trúc xây cất đúng tiêu chuẩn.
khoảng 800 lần/năm
mạnh
6.0-6.9
Có sức tiêu hủy mạnh trong những vùng
đông dân trong chu vi 180 km bán kính.
khoảng 120 lần/năm
rất
mạnh
7.0-7.9
có sức tàn phá nghiêm trọng trên
những diện tích to lớn.
khoảng 18 lần/năm
cực
mạnh
8.0-8.9
có sức tàn phá vơ cùng nghiêm trọng
trên những diện tích to lớn trong chu
vi bán kính hàng trăm km.
khoảng 1 lần/năm
cực
kỳ
mạnh
9.0-9.9
Khả năng tàn phá ngồi sức tưởng tượng
trong phạm vi hàng nghìn km2
khoảng 1 lần/20 năm
ngoại
lệ
>10
Hủy diệt mọi thứ, khơng gì có thể trụ
vững trên diện tích cả lục địa
cực hiếm (khơng rõ)
C
C
R
L
T.
DU
7
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN KÉT CẤU NHÀ CAO TẦNG CHỊU
TẠI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
1.2.1. Phương pháp tĩnh
Tải trọng động đất tác dụng lên cơng trình nhà thơng qua dịch chuyển của nền
đất và được biểu diễn thông qua lực quán tính trên từng tầng sàn nhà. Dưới tác dụng
của tải trọng động đất, kết cấu nhà dịch chuyển liên tục sang phải, sang trái và biến đổi
theo từng giây.
Tải trọng động đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm độ lớn và đặc điểm phát
sinh chấn động, khoảng cách từ cơng trình xây dựng đến tâm chấn hay vết đứt gãy, đặc
trưng của nền đất, đặc trưng của hệ kết cấu chịu lực ngang (cường độ, độ cứng, khả
năng biến dạng dẻo, khả năng hấp thụ năng lượng).
Trong thực hành thiết kế kết cấu để đơn giản hoá, tải trọng động đất được quy
đổi thành tải trọng tĩnh tương đương (equivalent static lateral forces) tác dụng ở các
mức tầng sàn của nhà
C
C
R
L
T.
1.2.2. Phương pháp động lực học
Nhiệm vụ cơ bản của bài tốn động lực học cơng trình là xác định chuyển vị và
nội lực trong kết cấu cơng trình khi cơng trình chịu tác dụng của tải trọng thay đổi theo
thời gian: Trên cơ sở đó, sẽ xác định được các biến dạng và ứng suất cực đại để tính
tốn kiểm tra các cơng trình thực, đồng thời lựa chọn kích thước kết cấu hợp lý đảm
bảo biến dạng và ứng suất nhỏ để thiết kế các cơng trình mới, tránh hiện tượng cộng
hưởng.
DU
Dưới tác dụng của tải trọng thay đổi theo thời gian hệ kết cấu sẽ dao động và dao
động đó được biểu thị dưới dạng chuyển vị của kết cấu. Do đó khi phân tích và giải
quyết bài tốn động lực học cơng trình sẽ cho phép xác định được sự thay đổi của
chuyển vị theo thời gian ứng với quá trình thay đổi của tải trọng động.
Các tham số khác như nội lực, ứng suất, biến dạng… các giá trị đều được xác
định sau khi có sự phân bố chuyển vị của kết cấu. Tất cả các tham số đó đều là các
hàm thay đổi theo thời gian phù hợp với tác dụng động bên ngoài.
8
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN NHÀ CAO
TẦNG CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
2.1. GIẢ THUYẾT TÍNH TỐN
Tính tốn kết cấu nhà cao tầng là việc xác định trạng thái ứng suất – biến dạng
trong từng hệ, từng bộ phận cho đến từng cấu kiện chịu lực dưới tác động của mọi loại
tải trọng. Ở đây chúng ta chủ yếu xét đến phản ứng của hệ kết cấu thẳng đứng khung,
vách, lõi dưới tác động của tải trọng ngang. Một số giả thiết thường được sử dụng
trong tính tốn nhà cao tầng:
− Giả thiết ngơi nhà làm việc như một thanh cơng xon có độ cứng uốn tương
đương độ cứng của các hệ kết cấu hợp thành.
− Giả thiết mỗi hệ kết cấu chỉ có thể tiếp thu một phần tải trọng ngang tỷ
lệ với độ cứng uốn (xoắn) của chúng, nhưng được liên kết chặt chẽ với các hệ
khác qua các thanh giằng liên kết khớp hai đầu.
C
C
R
L
T.
− Giả thiết về các hệ chịu lực cùng có một dạng đường cong uốn.
2.2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN
DU
Phương pháp phân tích chính là phương pháp phân tích phần tử hữu hạn
(PPPTHH) là một phương pháp đặc biệt có hiệu quả để tìm dạng gần đúng của một
hàm chưa biết trong miền xác định của nó.
Phương pháp phần tử hữu hạn ra đời từ thực tiễn phân tích kết cấu, sau đó được
phát triển một cách chặt chẽ và tổng quát như phương pháp biến phân hay số dư có
trọng số để giải quyết các bài tốn vật lý khác nhau. Tuy nhiên khác với phương pháp
biến phân số dư có trọng số cổ điển, phương pháp phần tử hữu hạn khơng tìm dạng
xấp xỉ của hàm trong toàn miền xác định mà chỉ trong từng miền con (phần tử) thuộc
miền xác định đó.
Do vậy phương pháp phần tử hữu hạn rất thích hợp với các bài tốn vật lý và kỹ
thuật nhất là đối với bài toán kết cấu, trong đó hàm cần tìm được xác định trên những
miền phức tạp bao gồm nhiều miền nhỏ có tính chất khác nhau.
Trong phương pháp phần tử hữu hạn miền tính tốn được thay thế bởi một số
hữu hạn các miền con gọi là phần tử, và các phần tử xem như chỉ được kết nối với
nhau qua một số điểm xác định trên biên của nó gọi là điểm nút. Trong phạm vi mỗi
phần tử đại lượng cần tìm được lấy xấp xỉ theo dạng phân bố xác định nào đó, chẳng
hạn đối với bài tốn kết cấu đại lượng cần tìm là chuyển vị hay ứng suất nhưng nó
cũng có thể được xấp xỉ hóa bằng một dạng phân bố xác định nào đó. Các hệ số của
hàm xấp xỉ được gọi là các thông số hay các tọa độ tổng quát. Tuy nhiên các thông số
9
này lại được biểu diễn qua trị số của hàm và có thể cả trị số đạo hàm của nó tại các
điểm nút của phần tử.
Như vậy các hệ số của hàm xấp xỉ có ý nghĩa vật lý xác định, do vậy nó rất dễ
thỏa mãn điều kiện biên của bài toán, đây cũng là ưu điểm nổi bật của phương pháp
phần tử hữu hạn so với các phương pháp xấp xỉ khác. Tùy theo ý nghĩa của hàm xấp xỉ
trong bài toán kết cấu người ta chia làm ba mơ hình sau:
− Mơ hình tương thích: biểu diễn dạng phân bố của chuyển vị trong phần tử, ẩn
số là các chuyển vị và đạo hàm của nó được xác định từ hệ phương trình thành
lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Lagrange hoặc định dừng của thế năng tồn
phần
− Mơ hình cân bằng: biểu diễn một cách gần đúng dạng gần đúng của ứng suất
hoặc nội lực trong phần tử. Ẩn số là các lực tại nút và được xác định từ hệ
phương trình thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Castigliano hoặc định lý
dừng của năng lượng bù tồn phần.
C
C
R
L
T.
− Mơ hình hỗn hợp: biểu diễn gần đúng dạng phân bố của cả chuyển vị và ứng
suất trong phần tử. Coi chuyển vị và ứng suất là hai yếu tố độc lập riêng biệt,
các ẩn số được xác định từ hệ phương trình thành lập trên cơ sở nguyên lý biến
phân Reisner – He linge.
Trong ba mơ hình trên thì mơ hình tương thích được sử dụng rộng rãi hơn cả, hai
mơ hình cịn lại chỉ sử dụng có hiệu quả trong một số bài tốn. Mơ hình tương thích
được sử dụng để phân tích và thành lập phương trình tính tốn hệ thanh theo phương
pháp phần tử hữu hạn.
DU
2.3. SƠ ĐỒ TÍNH TỐN
Căn cứ vào các giả thiết tính tốn có thể phân chia thành các sơ đồ tính theo
nhiều cách khác nhau
2.3.1. Sơ đồ phẳng tính toán theo hai chiều
Cơng trình được mơ hình hóa dưới dạng những kết cấu phẳng theo hai phương
mặt bằng chịu tác động của tải trọng trong mặt phẳng của chúng. Giữa các hệ được
giằng với nhau bởi các dãy liên kết khớp hai đầu và ở ngang mức sàn các tầng.
2.3.2. Sơ đồ tính toán khơng gian
Cơng trình được mơ hình như một hệ khung và tấm không gian chịu tác động
đồng thời của ngoại lực theo phương bất kỳ
10
2.4. Các bước tính toán
− Chọn sơ đồ tính tốn.
− Xác định các loại tải trọng.
− Xác định các đặc trưng hình học và độ cứng của kết cấu.
− Phân phối tải trọng ngang vào các hệ chịu lực.
− Xác định nội lực, chuyển vị trong từng hệ, từng cấu kiện.
− Kiểm tra các điều kiện bền, chuyển vị và các đặc trưng động.
− Kiểm tra ổn định cục bộ và ổn định tổng thể cơng trình.
2.5. XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG
2.5.1. Tĩnh tải
Tĩnh tải là tải trọng tác dụng không biến đổi trong q trình xây dựng và sử dụng
cơng trình:
C
C
− Trọng lượng bản thân kết cấu kết cấu bê tơng của cơng trình như dầm, sàn,
vách, cột.
R
L
T.
− Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo, kết cấu bao che như các lớp vữa lót, vữa
trát, gạch, hệ thống kỹ thuật và tường….
DU
− Hệ số vượt tải của tĩnh tải thay đổi từ 1.1 – 1.3 tùy theo loại vật liệu sử dụng và
phương pháp thi công.
2.5.2. Hoạt tải
Hoạt tải là các tải trọng tạm thời có thể có trong một giai đoạn nào đó trong q
trình xây dựng và sử dụng cơng trình. Tải trọng tạm thời phân làm hai loại: tải trọng
tạm thời dài hạn và tạm thời ngắn hạn.
− Tải trọng tạm thời dài hạn gồm có:
+ Khối lượng vách tạm thời, khối lượng phần đất và bê tông đệm dưới thiết
bị.
+ Khối lượng các thiết bị cố định như thang máy….
+ Tác dụng của biến dạng nền không kèm theo sự thay đổi cấu trúc đất.
+ Tác dụng do sự thay đổi độ ẩm, co ngót và từ biến của vật liệu.
− Tải trọng tạm thời ngắn hạn gồm có:
+ Khối lượng người, vật liệu sửa chữa, phụ kiện, dụng cụ và đồ gá lắp trong
phạm vi phục vụ và sửa chữa thiết bị.
11
+ Tải trọng do thiết bị sinh ra trong các giai đoạn khởi động, đóng máy,
chuyển tiếp và thử máy kể cả khi thay đổi vị trí hoặc thay thế thiết bị.
+ Tải trọng lên sàn nhà ở được nêu ở cột 4 Bảng 3 của TCVN 2737-1995.
Do khi số tầng nhà càng tăng lên, xác suất xuất hiện đồng thời tải trọng sử dụng
ở tất cả các tầng càng giảm, nên khi thiết kế các kết cấu thẳng đứng của nhà cao tầng
người ta sử dụng hệ số giảm tải. Trong TCVN 2737:1995 hệ số giảm tải được quy
định như sau:
− Khi tính dầm chính, dầm phụ, bản sàn: tải trọng toàn phần được phép
giảm như sau:
+ Khi diện tích sàn 𝐴 ≤ 𝐴1 = 9𝑚2 :
A = 0.4 +
0.6
A / A1
(2-1)
+ Khi diện tích sàn 𝐴 ≥ 𝐴2 =
36𝑚2 :
A = 0.5 +
0.5
A / A2
(2-2)
1
C
C
2
− Khi xác định lực dọc để tính cột, tường, móng: tải trọng tồn phần được
phép giảm như sau:
+
R
L
T.
Đối với các phịng nêu tại mục 1, 2, 3, 4, 5 (bảng 3, TCVN2737:1995)
DU
n = 0.4 +
A − 0.4
1
(2-3)
n
+
Đối với các phòng nêu tại mục 6, 7, 10, 12, 14 (bảng 3,
TCVN2737:1995)
A − 0.5
n = 0.5 +
(2-4)
n
Trong đó: n là số sàn ở phía trên tiết diện đang xét
1
2
2
Tuy nhiên hoạt tải thường không lớn so với tải trọng bản thân (15%-20%) nên
khi thiên về an tồn có thể khơng xét đến các hệ số giảm tải trong tính tốn khung
nhiều tầng nhiều nhịp, nhất là hệ khung khơng gian cịn cho phép khơng xét đến các
phương án chất tải bất lợi (hoạt tải) trên các sàn.
2.5.3. Tải trọng động đất
Trong phạm nghiên cứu, chuyển động động đất tại một điểm cho trước trên bề
mặt được biểu diễn bằng phổ phản ứng gia tốc đàn hồi, được gọi tắt là ‘‘phổ phản ứng
đàn hồi”.
Dạng của phổ phản ứng đàn hồi được lấy như nhau đối với hai mức tác động
động đất với yêu cầu không sụp đổ (trạng thái cực hạn - tác động động đất thiết kế) và
đối với yêu cầu hạn chế hư hỏng.
12
Tác động động đất theo phương nằm ngang được mô tả bằng hai thành phần
vng góc được xem là độc lập và biểu diễn bằng cùng một phổ phản ứng.
Đối với ba thành phần của tác động động đất, có thể chấp nhận một hoặc nhiều
dạng khác nhau của phổ phản ứng, phụ thuộc vào các vùng nguồn và độ lớn động đất
phát sinh từ chúng
CHÚ THÍCH: Khi lựa chọn hình dạng phù hợp cho phổ phản ứng, cần lưu ý tới
độ lớn của những trận động đất góp phần lớn nhất trong việc đánh giá nguy cơ động
đất theo phương pháp xác suất mà không thiên về giới hạn trên an tồn (ví dụ trận
động đất cực đại có thể xảy ra) được xác định nhằm mục đích này.
Ở những nơi chịu ảnh hưởng động đất phát sinh từ các nguồn rất khác nhau, khả
năng sử dụng nhiều hơn một dạng phổ phản ứng phải được xem xét để có thể thể hiện
đúng tác động động đất thiết kế. Trong những trường hợp như vậy, thông thường giá
trị của ag cho từng loại phổ phản ứng và từng trận động đất sẽ khác nhau.
C
C
Đối với các cơng trình quan trọng (l >1) cần xét các hiệu ứng khuếch đại địa
R
L
T.
hình.
Có thể biểu diễn chuyển động động đất theo hàm của thời gian
DU
Đối với một số loại cơng trình, có thể xét sự biến thiên của chuyển động nền đất
trong khơng gian cũng như theo thời gian.
Các phương pháp tính toán cơng trình chịu tải trọng động đất
a. Phương pháp tĩnh ngang tương đương
Phương pháp phân tích này có thể áp dụng cho các nhà mà phản ứng của nó
khơng chịu ảnh hưởng đáng kể bởi các dạng dao động bậc cao hơn dạng dao động cơ
bản trong mỗi phương chính
− Điều kiện áp dụng phương pháp này là chu kỳ dao động cơ bản T1 theo hai
hướng chính nhỏ hơn các giá trị sau:
4T
T1 C
2s
với TC là thông số xác định dạng của phổ phản ứng gia tốc
Thỏa mãn tính đều đặn theo mặt đứng
− Theo mỗi phương nằm ngang được phân tích, lực cắt đáy được xác định theo
công thức:
Fb = Sd (T1 ).m.
(2-5)
13
Trong đó:
•
Sd (T1 ) : tung độ của phổ thiết kế tại chu kì T1
•
m: là tổng khối lượng của cơng trình;
•
λ là hệ số điều chỉnh lấy như sau λ = 0.85 nếu T1≤2TC với nhà có trên 2
tầng hoặc λ = 1 với các trường hợp khác.
−
Để xác định chu kỳ dao động cơ bản T1 của nhà, có thể sử dụng các biểu
thức của các phương pháp động lực học cơng trình (ví dụ phương pháp Rayleigh). Đối
với nhà có chiều cao khơng lớn hơn 40 m, giá trị T1 (tính bằng giây) có thể tính gần
đúng theo biểu thức sau:
T1 = Ct .H3/4
Trong đó:
(2-6)
C
C
• Ct = 0.085 đối với khung thép khơng gian chịu mơmen;
• Ct = 0.075 đối với khung bêtông không gian chịu mômen và khung thép
có giằng lệch tâm;
• Ct = 0.050 đối với các kết cấu khác;
• H là chiều cao nhà, tính bằng m, từ mặt móng hoặc đỉnh của phần cứng
phía dưới.
Đối với các kết cấu có tường chịu cắt bằng bêtông hoặc khối xây, giá trị Ct trong
biểu thức có thể lấy bằng:
R
L
T.
DU
Ct = 0.0075 A c
(2-7)
2
A c = Ai .( 0.2 + ( lwi / H ) )
Ac là tổng diện tích hữu hiệu của các tường chịu cắt trong tầng đầu tiên của nhà,
tính bằng mét vng;
Ai là diện tích tiết diện ngang hữu hiệu của tường chịu cắt i theo hướng đang xét
trong tầng đầu tiên của nhà, tính bằng mét vng.
lwi là chiều dài của tường chịu cắt ở tầng đầu tiên theo hướng song song với các
lực tác động, tính bằng mét, với điều kiện: lwi /H không được vượt quá 0,9.
Một cách khác có thể xác định T1 (s) theo biểu thức sau:
T1 = 2 d
Trong đó:
(2-8)
14
d là chuyển vị ngang đàn hồi tại đỉnh nhà, tính bằng mét, do các lực trọng trường
tác dụng theo phương ngang gây ra.
− Tác động động đất phải được xác định bằng cách đặt các lực ngang Fi vào tất
cả các tầng ở hai mơ hình phẳng
Fi = Fb .
s j .mi
s .m
j
(2-9)
j
Trong đó:
•
Fi là lực ngang tác dụng tại tầng thứ i;
•
Fb là lực cắt đáy do động đất
•
si, sj lần lượt là chuyển vị của các khối lượng mi, mj trong dạng dao
động cơ bản;
•
C
C
mi, mj là khối lượng của các tầng
R
L
T.
− Khi dạng dao động cơ bản lấy gần đúng bằng các chuyển vị nằm ngang tang
theo tuyến tính dọc theo chiều cao
DU
Fi = Fb .
Trong đó:
z j .mi
z .m
j
(2-10)
j
•
zi; zj là độ cao của các khối lượng mi, mj so với điểm đặt tác động động
đất (mặt móng hoặc đỉnh của phần cứng phía dưới).
Lực nằm ngang xác định theo điều này phải được phân bố cho hệ kết cấu chịu tải
ngang với giả thiết sàn cứng trong mặt phẳng của chúng
− Xác định hệ số ứng xử q của kết cấu.
+ Đối với hệ khung hoặc hệ khung tương đương (hỗn hợp khung – vách),
có thể xác định gần đúng hệ số ứng xử q 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.
+ Đối với 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);
