Bài nghiên cứu, chọn lọc của sinh viên.............................................................................................................................................................................................................................................
Thiết kế chống động đất cho cơng trình MỤC LỤC I THẾ NÀO LÀ ĐỘNG ĐẤT VÀ RUNG LẮC NỀN a) Tại động đất lại xảy b) Động đất xảy c) Cấp cường độ động đất d) Đặc điểm rung chấn e) Tương quan địa chất động đất II CƠNG TRÌNH KHÁNG LẠI LỰC DO TÁC ĐỘNG TRÊN NHƯ THẾ NÀO ? Có loại lực tác động vào cơng trình xảy động đất? Giải pháp kháng lực xảy động đất cho cơng trình a) Giảm chấn: b) Độ dẻo: 10 c Độ bền 10 d Độ cứng 11 e Độ xoắn 11 f Nhận xét 12 III THIẾT KẾ ĐỘNG ĐẤT VÀ KIẾN TRÚC (Seismic design and architecture) 13 Tổng quát: 13 Tích hợp cấu trúc kiến trúc chống địa chấn: 14 Cấu trúc chống trọng lực (Gravity resisting structure): 15 Hệ thống ngang dọc (Horizontal and vertical systems) 17 Cấu trúc địa chấn hệ thống học (Seismic structure and mechanical systems): 18 Cần kết cấu đủ? 18 a Building weight (trọng lượng xây dựng) : 19 b Building height (chiều cao cơng trình) 19 c Seismic zone (khu vực địa chấn): 20 d Soil conditions (điều kiện địa chất) 20 e Kết cấu đặc biệt 20 f Kiến trúc đương đại vùng địa chấn 21 Thiết kế chống động đất cho cơng trình IV HỆ KẾT CẤU CHỐNG ĐỘNG ĐẤT THEO PHƯƠNG NGANG VÀ PHƯƠNG ĐỨNG: 23 Hệ kết cấu theo phương đứng: 23 a Giới thiệu: 23 b Tầng mềm 23 c Cột ngắn 28 d Các tường không liên tục không thiết lập: 31 e Những tòa nhà vị trí nghiêng: 34 KẾT CẤU CHỐNG ĐỘNG ĐẤT THEO PHƯƠNG NGANG: 35 a Vách: 35 b Lõi chịu lực: 37 c Hệ khung chịu lực 38 d Dầm nối (Bond beams): 39 V CÁC KĨ THUẬT MỚI TRONG THIẾT ĐỘNG ĐẤT: 40 KỸ THUẬT MỚI LÀ GÌ: 40 Các giải pháp kĩ thuật mới: 40 a Cách ly địa chấn: 40 b Bộ giảm chấn 44 c Cấu hình cấu đổi mới: 46 d Phương pháp thiết kế kết cấu: 47 THÀNH VIÊN NHÓM Lê Đức Phú 197KI31953 Nguyễn Quốc Việt 197KI13625 Hoàng Đức Tuấn 197KI32035 Phan Thị Hồng Sinh 197KI31977 Phạm Quang Tiến 197KI32009 Nguyễn Hoàng Trang 197KI32014 Võ Hoàng Vũ 197KI23472 Lê Giáp Hoàng Minh 197KI23397 Thiết kế chống động đất cho công trình I THẾ NÀO LÀ ĐỘNG ĐẤT VÀ RUNG LẮC NỀN: Thế động đất: Động đất rung động mặt đất, tạo dịch chuyển đột ngột khối địa chất lòng đất, vụ nổ núi lửa, vụ trượt lở đất, sụp đổ hang động… Thế rung lắc nền: Rung lắc mvột thuật ngữ sử dụng để mô tả rung chuyển mặt đất trận động đất Mặt đất rung chuyển sóng sóng bề mặt Như cách tổng quát, mức độ nghiêm trọng rung chuyển mặt đất tăng lên cường độ tăng giảm khoảng cách từ lỗi gây tăng lên a) Tại động đất lại xảy Một ví dụ so sánh bán kính 6400km trái đất với độ dày vỏ trứng mỏng cách đáng kinh ngạc Độ sâu lớp vỏ lục địa trung bình 35km, độ sâu lớp vỏ đại dương 7km So sánh tượng tự lớp vỏ trái đất vỏ bị nứt với vỏ trứng gà mái ví dụ tương quan hai vật thể, truyền tải thực tế lớp bên ngồi mỏng tương đối giòn bao phủ chất (lỏng) – (đá nóng chảy) Các dịng đối lưu lớp phủ trơn trượt trái đất, cung cấp lượng lớn lượng nhiệt tỏa từ lõi trái đất, tạo lực đủ lớn để di chuyển lục địa Các mảng kiến tạo trái đất giống mảnh vỡ vỏ trứng nứt nẻ trơi lịng trắng lịng đỏ trứng lỏng Chúng di chuyển cách va với khoảng 50mm năm Các mảng kiến tạo trượt qua theo chiều ngang Trong mảng khác, chẳng hạn mảng đại dương đẩy vào mảng lục địa, mảng đại dương mỏng uốn cong trượt mảng lục địa nâng lên trình gọi hút chìm (Hình 1,2) Do độ nhám bề mặt cạnh mảng kiến tạo, kết hợp với áp lực lớn liên quan, chuyển động trượt trượt tiềm tạo lực ma sát đủ lớn để khóa bề mặt tiếp xúc Thay trượt qua nhau, đá khu vực ranh giới mảng (giả sử dọc theo đường đứt gãy) hấp thụ lực nén cắt ngày lớn đột ngột vỡ (Hình 1.3) Trong q trình vỡ, tất lượng tích lũy khối đá giải phóng chuyển động dội đột ngột - trận động đất Sự hút chìm - Trong địa chất học, hút chìm trình diễn ranh giới hội tụ, mà theo mảng chuyển động xuống bên mảng khác chìm vào manti trái Đất hội tụ mảng Thiết kế chống động đất cho cơng trình Một lực ngang giao diện bề mặt ( Hình 1.4 b ) Nếu áp suất ban đầu thấp, chúng trượt qua mà không bị gãy Tăng áp lực lực ngang làm biến dạng da bề mặt Khi lực trượt vượt ma sát ngón ngón tay, ngón tay búng qua ngón tay đập vào cổ tay biến dạng dồn nén chuyển thành động (Hình 1.4 (c) Bề mặt dọc theo lớp vỏ trái đất bị nứt vỡ động đất gây Trong nhiều trận động đất, tượng đứt gãy ( tượng địa chất liên quan tới trình kiến tạo vỏ Trái Đất Đứt gãy chia làm nhiều loại: Đứt gãy thuận, đứt gãy nghịch, đứt gãy ngang Thông thường đứt gãy thường xảy nơi có điều kiện địa chất khơng ổn định ) nhìn thấy mặt đất Một số kết hợp dịch chuyển ngang dọc đo lường được, thường tính mét (Hình 1.5) Chiều dài đứt gãy có liên quan đến cường độ động đất (được xác định phần sau) Ví dụ, chiều dài đứt gãy từ trận động đất mạnh độ richter từ 10–15km, dài 100–200km cho kiện có cường độ độ richter Kích thước thẳng đứng bề mặt đứt gãy góp phần vào tổng diện tích bị vỡ Điểm khu vực bề mặt đứt gãy coi trung tâm giải phóng lượng hay gọi tiêu điểm phép chiếu lên đến bề mặt trái đất, khoảng cách gọi độ sâu tiêu cự , xác định tâm chấn ( Hình 1.6 ) Độ dài độ sâu tiêu cự cho biết khả thiệt hại trận động đất Độ sâu tiêu cự trận động đất gây thiệt hại sâu vài trăm km Mặc dù có lẽ khơng tạo rung lắc mặt đất nghiêm trọng, trận động đất sâu ảnh hưởng đến khu vực rộng lớn Ngược lại, trận động đất nông tập trung lượng chúng vào khu vực tâm chấn Chúng thường tàn khốc trận động đất sâu hơn, nơi xảy gần khu vực xây dựng Độ sâu tiêu cự lớn đáng kể việc xây dựng tịa nhà bị tổn thương nhiều Thiết kế chống động đất cho công trình b) Động đất xảy Chuyển động tương đối mảng kiến tạo chiếm hầu hết trận động đất ảnh hưởng đến lục địa đất liền Bảy mươi phần trăm trận động đất xảy xung quanh chu vi mảng Thái Bình Dương, 20 phần trăm dọc theo rìa phía nam mảng Á-Âu qua Địa Trung Hải đến dãy Hy Mã Lạp Sơn 10% lại Mỗi năm có khoảng 200 trường hợp độ richter, 20 trường hợp độ richter trận động đất mạnh độ richter dự kiến Vị trí chúng thực tế phần lớn xảy xung quanh mảng Thái Bình Dương, thời gian chúng diễn khơng thể đốn trước c) Cấp cường độ động đất Cường độ trận động đất xác định Thang đo Richter liên quan đến hàm logarit với lượng lượng giải phóng Sự gia tăng bước cường độ tương ứng với mức tăng lượng xấp xỉ 30 lần hai bước, lượng gấp chín trăm lần 10 Trận động đất lớn ghi nhận cường độ 9,5 độ richter trận động đất lớn Chile năm 1960, Khoảng cách địa điểm từ tâm chấn khoảng cách tâm chấn (xem Hình 1.6) điều kiện địa chất khu vực, ảnh hưởng đến cường độ rung lắc địa điểm cụ thể Một trận động đất thường gây rung lắc mặt đất nghiêm trọng tâm chấn Khi khoảng cách tâm chấn làm tăng lượng sóng địa chấn đến vị trí xa xơi biểu thị cường độ rung lắc, giảm dần Đất mềm làm tăng thời gian rung lắc so với đá làm tăng cường độ Thiết kế chống động đất cho cơng trình Một khác biệt khác cấp động đất cường độ là, cường độ tính từ ghi địa chấn, cường độ có phần chủ quan Giá trị cường độ phản ánh cách người trải qua rung lắc mức độ thiệt hại gây CÓ LOẠI THANG ĐO: "Thang đo Richter" "một loại thang để xác định sức tàn phá động đất (địa chấn)" Thang đo Richter để xác định sức tàn phá động đất • Cường độ từ trở xuống: thường khơng cảm nhận, ghi lại theo cách tương tự Nó thường khơng gây thiệt hại đáng ý • Cường độ từ đến 6: hiển thị Nó gây thiệt hại nhỏ • Cường độ đến 7: Chúng gây thiệt hại nghiêm trọng cho tồn thành phố • Cường độ đến 8: Sát thương quan trọng nhiều Nó tàn phá khu vực 150km • Động đất độ gây tổn thất vật chất đáng kể khu vực vài km Nhưng khơng có kỷ lục mức độ lớn nước ta Cường độ tới 10 11 12 Bảng tóm tắt thang đo cường độ Mercalli (MMI) Mô tả Không cảm thấy, t.h đặc biệt Cảm nhận chút, không gây thiệt hại Gần người cảm nhận được, bát đĩa bị đỗ vỡ đồ vật bị đổ ngã, gây vết nứt nhỏ bề mặt tường Cảm nhận rõ ràng Một vài đồ nội thất nặng bị di dịch, vài mảng tường đổ vỡ, ống khói xập Khơng bị bị chịu tác động q nặng nề tịa nhà có thiết kế chống động đất tốt gây thiệt hại đáng kể lên tòa nhà kết cấu kém, vài ống khói xập Tùy thuộc vào chất lượng tịa nhà thiết kế chống động đất , vùng bị ảnh hưởng có bị tác nhẹ sập đổ phần, ống khói, đài, bia tưởng niệm, tường đổ vỡ Một vài cơng trình xây dựng chất lượng tốt gỗ bị phá hủy với C.t xây gạch vữa c.t kết cấu sắt Cịn cơng trình kết cấu chủ yếu gạch vữa đứng đươc Hầu hết cơng trình bị tác động bị phá hủy hoàn toàn Việt nam sử dụng thang đo richter Thiết kế chống động đất cho cơng trình d) Đặc điểm rung chấn Có ba đặc điểm quan trọng rung lắc mặt đất • Giá trị gia tốc mặt đất cực đại • Thời gian rung lắc mạnh • Hàm lượng tần số rung lắc Gia tốc mặt đất cực đại ghi nhận trận động đất gây thiệt hại nằm khoảng từ 0,2g đến 1,0g g gia tốc trọng lực Thời gian rung lắc mạnh tương quan với cường độ động đất loại đất Thời lượng tăng theo độ lớn Đối với trận động đất mạnh độ richter, dự kiến có khoảng 12 giây rung lắc mạnh, thời gian trận động đất mạnh độ richter tăng lên 30 giây Nếu vị trí bao phủ đất thay đá, thời gian rung lắc mạnh tăng gấp đôi e) Tương quan địa chất động đất Ảnh hưởng đất việc giảm tần suất rung lắc mặt đất đo chu kỳ giây tăng thời gian mức độ nghiêm trọng đề cập Điều kiện đất đai địa phương, đặc biệt lớp đất mềm sâu tìm thấy thung lũng sông gần cửa sông, khuếch đại đáng kể rung lắc James Jackson, giáo sư địa vật lý Đại học Cambridge, Anh, cho biết Mexico City xây dựng đất sâu, mềm phần đáy hồ nước Ơng nói lớp đất thay nâng đỡ thành phố lại làm khuếch đại ảnh hưởng trận động đất Những rung chấn hay sóng địa chấn từ phần đá cứng bên khuếch đại đất trầm tích phía trên, khiến mặt đất kết cấu xây dựng bề mặt rung lắc lâu với cường độ mạnh “Nó giống nhà xây lớp thạch mà phần đáy chao đảo", AP dẫn lời ơng Jackson nói Thiết kế chống động đất cho cơng trình II CƠNG TRÌNH KHÁNG LẠI LỰC DO TÁC ĐỘNG TRÊN NHƯ THẾ NÀO ? Có loại lực tác động vào cơng trình xảy động đất? • Lực kéo căng • Lực nén • Lực xoắn • Biến dạng dẻo nén bẽ gãy Giải pháp kháng lực xảy động đất cho cơng trình a Giảm chấn: Do chấn động lan truyền đất nên phương pháp hay để hạn chế tác động động đất tách rời hẳn cơng trình khỏi đất Giảm chấn, chủ yếu gây ma sát bên yếu tố xây dựng, làm cho biên độ rung động bị phân rã Mức độ giảm chấn tòa nhà phụ thuộc vào vật liệu cấu trúc chống địa chấn vật liệu chi tiết xây dựng khác Ví dụ: hoạt động thường ngày người diễn tác động vào cơng trình,kết cấu giảm chấn Đối với cơng trình tịa nhà, kỹ sư kết cấu cho phép diện tính toán họ Thiết kế chống động đất cho cơng trình b Độ dẻo: Khi vật liệu dễ gãy không dễ uốn thủy tinh bê tơng bị kéo căng, chụp vào việc đạt đến giới hạn đàn hồi Mặt khác, vật liệu dẻo giống thép, đạt đến giới hạn đàn hồi sau biến dạng dẻo Độ dẻo có ảnh hưởng lớn đến cường độ gia tốc lực địa chấn mà tòa nhà thiết kế Tùy thuộc vào mức độ dẻo, cấu trúc sở hữu lực địa chấn thiết kế giảm xuống khoảng phần sáu cấu trúc không dẻo tương đương Độ dẻo cấu trúc mong muốn đạt cấu trúc chống địa chấn Nếu cường độ rung lắc động đất vượt cường độ thành phần dễ gãy - dầm cột - thành phần bị vỡ đột ngột, dẫn đến sụp đổ tịa nhà Nhưng thành phần dễ uốn, vật liệu mang lại suất, thể tính chất độ dẻo lên đến độ lệch tương đối lớn Trong trình bị biến dạng dẻo, thành phần dễ uốn hấp thụ lượng địa chấn mà không dẫn đến việc tòa nhà trải qua gia tốc tăng lên Độ dẻo phía trước làm tăng mức độ giảm sóc tịa nhà c Độ bền Cấu trúc thượng tầng tòa nhà đòi hỏi kết cấu đủ khỏe để chống lại lực làm uốn cong lực cắt gây lực địa chấn, hệ thống tảng có khả ngăn chặn lật trượt Hãy xem xét tòa nhà hiển thị (Hình 2.12) Hai tường cắt chống lại lực quán tính hai phương dọc ngang chuyển chúng đến móng Các tường phải chịu lực uốn cong lực cắt mà chúng phải thiết kế để đáp ứng yêu cầu yêu cầu thiết kế địa chấn Các hành động uốn cắt, tăng dần từ mái nhà để lực tác động tối đa chúng tường, chống lại móng chuyển xuống đất 10 Thiết kế chống động đất cho công trình a.Mặt đứng tường khơng liên tục b tang cường kết cấu phần tầng b tang cường kết cấu phần tầng 9.19 Tường không liên tục giải pháp nó, địa điểm kết cấu vùng có kết cấu linh hoạt 9.20 đường dẫn lực hệ thóng tường giằng Hình 9.19 cho thấy gián đoạn tường cực đoan Một thâm nhập lớn làm suy yếu khu vực căng thẳng tường tạo tầng mềm khơng mong muốn Trí tuệ kỹ thuật truyền thống tư vấn cho phương pháp tiếp cận nêu trước đây, chẳng hạn thiết kế tường khơng có cấu trúc, với cơng cụ phân tích thiết kế 3D tinh vi có sẵn cho kỹ sư kết cấu đương đại, thiết kế cẩn thận đạt hiệu suất địa chấn thỏa đáng Khi tiếp cận thiết kế phần tử có gián đoạn này, điều quan trọng người thiết kế trước tiên phải xác định chế tải dễ uốn (Hình 9.19 (b) (c) ), sau sử dụng phương pháp Thiết kế lực mô tả Chương 3, đảm bảo hành vi dễ uốn đáng tin cậy Một cách tiếp cận thiết kế lề nhựa tầng chi tiết tường cột không gắn kết phù hợp với tường tăng cường để tránh thiệt hại sớm Một cách tiếp cận khác cho phần tầng tường desig-nated khu vực cầu chì Điều có nghĩa phần tầng tường phía tầng mạnh cầu chì nên thiệt hại xảy khu vực đặc biệt chi tiết - Trong ví dụ cực đoan tường so le ( Hình 9.20 ), nguyên tắc tương tự áp dụng Sau phân tích máy tính để kiểm tra đường dẫn lực gián tiếp, vùng cầu chì phải xác định chi tiết để chấp nhận thiệt hại trước yếu tố cấu trúc khác đường dẫn lực bị ảnh hưởng Do bất thường phức tạp cấu trúc nó, khó khăn việc áp dụng nguyên tắc Thiết kế Công suất, tất làm tăng chi phí xây dựng, hệ thống khơng khuyến khích 33 Thiết kế chống động đất cho cơng trình b e Những tịa nhà vị trí nghiêng: Tường tạo phẳng Địa hình xéo Xây tạo phẳng địa hình xéo Tránh tạo cột ngắn giải pháp hình 9.10 Xây dựng trang web dốc nâng lên với tham chiếu đến việc tránh cột ngắn (Hình 9.8 (b) ) Các tùy chọn cấu trúc cho nhà thiết kế tổng hợp Hình 9.23 Trong hai lựa chọn đầu tiên, mặt đất dự bị giữ lại, tảng xây dựng mạnh mẽ cứng hình thành cấu trúc giữ có tường bao quanh Ngồi ra, giải pháp Hình 9.23 (c) áp dụng để cung cấp cấu hình tịa nhà thơng thường c.su dụng cột cọc móng đất xéo 9.23 giải pháp kết cấu cho khung momen địa hình xéo 34 Thiết kế chống động đất cho cơng trình KẾT CẤU CHỐNG ĐỘNG ĐẤT THEO PHƯƠNG NGANG: a Vách: Vách tương tự dầm thép (Hình 4.4) Vì liên kết thép cung cấp cường độ uốn ,ứng suất kéo cánh dầm thép nén cánh dầm thép Giống liên kết thép dầm, vách biên phải liên tục dọc theo chiều dài vách Vách thép gỗ yêu cầu cung cấp phận biên dàn cụ thể để chịu mômen uốn gây căng nén Trong vách bê tơng, tác động xử lí cách bổ sung cốt thép ngang dọc theo cạnh vách Tuy nhiên, vách bê tơng nặng u cầu phận biên dàn cụ thể dạng hai dầm dọc Chúng khơng cung cấp vị trí để đáp ứng cốt thép gia cường mà ngăn chặn cạnh nén vách bị biến dạng Việc cung cấp cường độ chống cắt vách dễ cung cấp Vì mạng lưới dầm thép chịu lực cắt, mặt phẳng ngang vách Trong trường hợp vách mỏng (được xây dựng từ thạch cao ván ép), dầm mà cố định cung cấp ổn định ngồi mặt phẳng để ngăn bị biến dạng ứng suất cắt Lực cắt tối đa xảy tường chịu lực ,cụ thể yếu tố thẳng đứng vách chịu lực mà vách chuyển lực cắt vào Đầu nối mạnh yêu cầu điểm nối Trong bê tông cốt thép, lực truyền xảy thông qua bê tông cốt thép giằng yếu tố ngang dọc tương trợ lẫn Việc cung cấp cường độ chống cắt cho vách thường dễ cung cấp Vì mạng lưới dầm thép chịu lực cắt, mặt phẳng ngang vách Trong trường hợp vách mỏng (được xây dựng từ thạch cao ván ép), dầm bè mà cố định cung cấp ổn định ngồi mặt phẳng để ngăn bị biến dạng ứng suất cắt Lực cắt tối đa xảy tường chịu lực , cụ thể yếu tố thẳng đứng vách chịu lực mà vách chuyển lực cắt vào Đầu nối mạnh yêu cầu điểm nối Trong bê tông cốt thép, lực truyền xảy thông qua bê tông cốt thép giằng yếu tố ngang dọc lại với Cũng giống tòa nhà bao gồm dầm trọng lực hỗ trợ đơn giản liên tục, vách liên tục thường gặp phải Hình 4.5 cho thấy vách liên tục trải dài ba giá đỡ theo hướng Theo hướng khác, vách hỗ trợ đơn giản hai tường chịu cắt Như thảo luận trước đây, vách mơ hình hóa dầm liên tục với mơmen uốn điển hình sơ đồ lực cắt Do đó, 35 Thiết kế chống động đất cho cơng trình biên dàn vách liên tục trải qua lực căng nén đồng thời mặt cắt khác dọc theo chiều dài Tính vật liệu vách (diaphragm materiality) Việc lựa chọn tính vật liệu vách phụ thuộc vào độ vách cường độ lực quán tính cần chống lại Trong trần nhà vách mái kéo dài 3m hỗ trợ lực quán tính khung gỗ nhẹ, vách mái sân vận động thể thao kéo dài 100m hỗ trợ tường bê tông nặng cao Trường hợp mái sàn tòa nhà bê tông cốt thép, chúng với dầm nào, hoạt động vách Một sàn đúc chỗ thường thích hợp làm vách miễn kỹ sư kết cấu kiểm tra độ bền cho lực cắt moomen uốn Trong trường hợp sử dụng sàn đúc sẵn, thiết bị đúc sẵn phải kết nối chặt chẽ để chúng hoạt động để tạo thành vách nguyên khối hiệu Thông thường phủ bê tông cốt thép cung cấp phương pháp kết nối thuận tiện đạt bề mặt sàn nhẵn phẳng (Hình 4.6) Thơng thường, lớp có độ dày từ 65mm đến 100mm, chứa thép chạy theo hai hướng đúc bề mặt đơn vị bê tông đúc sẵn gia cơng có chủ ý để đạt liên kết chặt chẽ bê tông tươi cứng Vách trọng lượng nhẹ bao gồm sản phẩm gỗ ván ép ,ván dăm giằng chéo gỗ (Hình 4.7) Trong xây dựng thép nhẹ, giống tịa nhà cơng nghiệp tầng Hình 4.8 , vách thường có dạng khung giàn chéo ngang Vách bao gồm hai kèo ngang Chúng chống lại lực y phương ngang chuyển chúng sang khung nẹp chéo dọc Lưu ý vách chống lại truyền lực hướng x Bố cục vách Hình 4.9 phù hợp với hướng Thay dàn đầu tịa nhà, sử dụng tổng cộng ba bốn giàn Điều cho phép giảm kích thước phận giàn Nếu có giàn tạo thành vách hướng x, kích thước phận lớn phận chống lại lực Nếu vấn đề, giảm bớt phần cách tăng chiều cao giàn từ đến hai độ Các phận 36 Thiết kế chống động đất cho cơng trình cấu trúc xà gồ chạy theo hướng x cần phải liên tục kết nối mạnh mẽ với kèo ngang để truyền lực qn tính vào chúng Xà gồ mái nhân đôi để thực chức Tính liên tục độ bền phận yêu cầu theo hướng y để tạo thành hợp giàn kèo (truss chords) Bước cuối thiết kế vách liên quan đến việc kết hợp yêu cầu cần thiết hai sơ đồ trước (Hình 4.10) Hai số nhiều cấu hình vách minh họa Lúc lực qn tính theo phương có đường dẫn lực xác định Dựa vào mức độ lực qn tính mà vách chéo bao gồm sức căng giằng sức căng giằng nén Mặc dù nẹp căng yêu cầu gấp đôi số phận đường chéo, chúng có tiết diện nhỏ nhiều so với thiết kế thiết kế để chống lại nén Giằng vách căng hữu dụng kết nối lớp kính trọng lượng nhẹ bổ sung vào cấu trúc nặng mạnh (Hình 4.11 ) Ở đây, mái nhà giằng, thiết kế cho gió lực địa chấn kéo dài theo chiều rộng mái che Vì khơng có giằng dọc tường cuối bổ sung, vách mái cần phải congxôn theo chiều ngang từ vách mái b Lõi chịu lực: Kiến trúc sư tạo khoảng rỗng bên vách cho nhiều mục đích Lý phổ biến cung cấp lưu thông dọc cho cầu thang thang máy Các lõi chịu lực lớn nên đặt nơi chúng không gây nguy hiểm cho khả vách để chuyển lực sang cấu trúc thẳng đứng để ổn định tịa nhà Đường dẫn lực địa chấn khơng làm gián đoạn Do đó, lõi chịu lực nằm tốt khu vực có mơmen uốn thấp ứng suất cắt hình dạng mơmen uốn sơ đồ lực cắt (Hình 4.14) Khoảng lõi Hình 4.14 (a) cắt qua giàn Điều giống cắt rãnh dầm chữ I thép – thảm họa Tuy nhiên, việc lựa chọn vị trí khoét lõi chấp nhận mặt cấu trúc cạnh dầm liên tục kết hợp thông qua xâm nhập để khơi phục tính liên tục 37 Thiết kế chống động đất cho cơng trình giàn vách (Hình 4.14 b) Một xâm nhập khác hình thành thể Hình 4.14 (c) Vị trí trùng với vị trí lực cắt tối đa (Hình 4.3) Vì có khu vực hẹp vách kết nối vào cố cắt tường cấu trúc xảy khu vực suy yếu Độ dài lõi cần phải giảm bớt vách dày lên gia cố mạnh nhiều khu vực Trong Hình 4.14 (d) xâm nhập mạng lưới cách xa tạo an toàn cho giàn hoạt động căng nén khu vực mà lực cắt c Hệ khung chịu lực Các vách thảo luận trước gọi vách đơn giản Chúng chống lại lực quán tính từ khối lượng chúng yếu tố dầm tường gắn liền với chúng Các vách truyền chống lại lực tương tự chúng chuyển lực ngang từ hệ thống giằng dọc sang hệ thống giằng dọc khác bù theo chiều ngang bên Vách chuyển thường bị căng nặng nhiều so với vách đơn giản cần phải tăng cường mạnh đáng kể khơng thể đáp ứng trận động đất lớn Trong tòa nhà hiển thị Hình 4.15 (a), lực hướng y bị chống lại tường kết cấu đầu Một tường tầng khơng liên tục Nó khơng tiếp tục trực tiếp từ mái nhà đến móng Do đó, lực ngang tường phải truyền qua sàn tầng hoạt động vách chuyển vào tường thụt vào tầng Các lực tác động lên vách chuyển thể Hình 4.15(c).Nếu sàn bê tơng cốt thép, cần thêm cốt thép cần thêm độ dày Trong tòa nhà này, vách chuyển truyền tất lực cắt ngang từ tường phía đến tường bên Vì vách khơng có khả chống lại momen lật ngược từ tường phía trên, nên hai cột, cột đầu tường, yêu cầu để chống lại lực căng lực nén từ momen ổn định tường (Hình 4.15 (d) Nếu cột không chấp nhận mặt kiến trúc, lựa chọn khác cung cấp d kháng chấn đặt sâu đất.(Chương 9) Do đường dẫn lực trực tiếp nên có khả dẫn đến thiệt hại địa chấn gia tăng, vách chuyển cấu trúc thẳng đứng liên quan cần phải thiết kế cẩn thận Các quy trình Thiết kế Cơng suất phải tn theo để ngăn chặn chế 38 Thiết kế chống động đất cho cơng trình hỏng hóc khơng mong muốn Mặc dù nhà thiết kế thích tránh chuyển vách, chúng tránh khỏi gây biến chứng thiết kế đáng kể (Hình 4.16) d Dầm nối (Bond beams): Dầm nối yếu tố cấu trúc ngang, thường tìm thấy phần đỉnh cụm tường xây Trong trường hợp khơng có dầm nối sàn mái, dầm nối kéo dài theo chiều ngang đường yếu tố giằng dọc tường cắt Mặc dù nhà thiết kế sử dụng dầm nối thường xuyên xây dựng khối xây, nguyên tắc tương tự áp dụng cho tất loại cơng trình vật liệu xây dựng Trong trường hợp khoảng cách tường giằng đòi hỏi dầm ngang tương đối sâu rộng, giàn phù hợp với tất loại cơng trình vật liệu xây dựng Hãy tưởng tượng thiết kế hình dạng hình hộp Hình 4.17 (a) Nếu muốn có mái nhà suốt ngăn cản vách nẹp thơng thường, dầm nối giải pháp để tạo vách mái linh hoạt cách hiệu Một giải pháp khác đúc hẫng tường theo chiều dọc từ móng chúng tường tường dày có gân sâu trung tâm từ đến 5m, khơng chấp nhận mặt kiến trúc (Hình 4.17 (b) Nếu dầm nối chọn, độ dày thành phải đủ để kéo dài theo chiều dọc dầm nối cấp mái móng Các dầm nối sau thiết kế để chống lại nửa lực mặt phẳng tường chuyển chúng đến hai tường song song với hướng lực địa chấn Nhờ trải dài theo chiều ngang thay chiều dọc, hướng dầm nối khơng bình thường Nó giống lấy dầm cân đối bình thường xoay 90 độ để hoạt động theo chiều ngang Mối quan hệ dầm với tường thay đổi Hình 4.17 (c) 39 Thiết kế chống động đất cho cơng trình V CÁC KĨ THUẬT MỚI TRONG THIẾT ĐỘNG ĐẤT: KỸ THUẬT MỚI LÀ GÌ: “ Mới “ thuật ngữ tương đối So với khoảng thời gian lịch sử kiến trúc, toàn ngành kỹ thuật động đất Phương pháp thiết kế cho phép kỹ sư kết cấu thiết kế cấu trúc chống sụp đổ CÁC GIẢI PHÁP KĨ THUẬT MỚI: a CÁCH LY ĐỊA CHẤN: Khái niệm cách ly địa chấn - thường gọi cách ly chân cột - qua trăm năm tuổi Bằng sáng chế nộp vào năm 1909 bác sĩ người Anh đề xuất bột talc làm phương tiện cách ly tường chịu tải khỏi móng chúng Trong trận động đất, tịa nhà gần đứng yên tảng nó, tùy thuộc vào lượng sóng động đất, di chuyển dội đến qua lại với mặt đất Lăn ổ bi phù hợp với chuyển động tương đối cấu trúc thượng tầng mặt đất Cách ly dọc không cần thiết đưa hiệu suất nói chung tuyệt vời tòa nhà đến rung lắc dọc Mặc dù hấp dẫn mặt khái niệm với ấn tượng, hạn chế hồ sơ theo dõi, cách ly địa chấn chắn giải pháp cho tất địa chấn Những cân nhắc sau hạn chế khả áp dụng nó: 40 Thiết kế chống động đất cho cơng trình Các tịa nhà linh hoạt, thường cao mười tầng với thiên nhiên khoảng thời gian rung lớn 1,0 giây không hưởng lợi đầy đủ từ 'sự thay đổi chu kỳ' sang từ 2,0 đến 3,0 giây Các vị trí bảo vệ đất mềm sâu có thời gian rung động tự nhiên dài riêng chúng mà hệ thống biệt lập với tự nhiên tương tự thời kỳ cộng hưởng Khoảng cách phân tách ngang tương đối rộng phép tương đối chuyển động kiến trúc thượng tầng móng theo thứ tự 400 mm đại diện cho việc nghiêm trọng diện tích sàn sử dụng cho tịa nhà khu thị chật hẹp Chi phí tịa nhà bị lập địa chấn nói chung vài nhiều phần trăm so với tòa nhà sở cố định Nhưng, Ron Mayes ra, khách hàng định chống lại bảo hiểm động đất, thu nhập từ phí bảo hiểm hàng năm tiết kiệm đầu tư hồn trả chi phí cách ly vòng ba đến bảy năm Khi trận động đất gây thiệt hại xảy chi phí gián đoạn kinh doanh bảo hiểm 'sẽ áp đảo xem xét chi phí đầu tiên, đặc biệt nội dung tịa nhà có giá trị đáng kể Một số quy tắc có thái độ bảo thủ điều Họ giới hạn lợi tiềm làm giảm nhiệt tình nhà thiết kế số xem xét quy trình phân tích thử nghiệm phức tạp May mắn thay, tình hình cải thiện Một tịa nhà bị cô lập địa chấn yêu cầu cấu trúc thẳng đứng cắt tường khung khoảnh khắc Giống tịa nhà khác, lực lượng gió cần phải chống lại bị cô lập, lực địa chấn đòi hỏi đường dẫn lực lượng đầy đủ Tuy nhiên, thiệt hại đáng kể mong đợi đến cấu trúc dễ uốn tòa nhà sở cố định trận động đất cấp thiết kế, cấu trúc tòa nhà biệt lập thường cịn khơng bị hư hại Cách ly địa chấn cho phép tòa nhà có cấu hình thường khơng chấp nhận với mức tối thiểu tuyệt đối cấu trúc dọc để thực đầy đủ 41 Thiết kế chống động đất cho cơng trình Tính linh hoạt theo chiều ngang khả tập trung địa chấn hệ thống cách ly thường đạt cách trượt cắt loại chế Khả bập bênh kiểm soát cấu trúc mảnh mai sử dụng số cấu trúc, bao gồm tòa nhà Một loạt thành phần cấu trúc đặc biệt tạo điều kiện thuận lợi cho Bộ phận Vòng bi cao su chì, với thép bên để hạn chế độ lệch dọc gây lực từ cột tường mà chúng hỗ trợ, phổ biến (Hình 14.3) Như đỉnh ổ trục bị dịch chuyển sang bên tính đàn hồi ổ trục cao su cung cấp lực phục hồi đàn hồi Giảm xóc cung cấp phích cắm chì bên (Pb) cách giảm xóc khác thiết bị Đôi cao su xây dựng với vốn có đặc tính giảm xóc cao Bộ giảm chấn lắc ma sát, giống thứ sử dụng Sân bay Quốc tế San Francisco, yêu cầu khơng gian dọc (Hình 14.4 14.5) Cọc tiêu cong nhẹ nhàng, khiến cột phía trượt xuống phía sau điểm thấp nhất, cung cấp chế tập trung Hai tòa nhà New Zealand thành lập đống dài ngăn cách với môi trường xung quanh mặt đất để đạt thời gian tự nhiên dài cần thiết cho lập địa chấn (Hình 14.6) Một kỹ sư kết cấu nên thảo luận lợi Nhược điểm hệ thống cách ly với kiến trúc sư trước kết thúc lựa chọn thực 42 Thiết kế chống động đất cho cơng trình Khi thiết kế tịa nhà biệt lập địa chấn, kiến trúc sư phải cộng tác với kỹ sư kết cấu số thiết kế độc đáo Quyết định Cơ vị trí mặt phẳng cách ly Các cách ly nên đặt không gian thu thập thơng tin mức sàn thấp chúng đặt mặt đất đúc hẫng cột sàn (Hình 14.7 14.8) Nếu cấu hình chọn, 'hào nước' để phù hợp với khoảng cách tách rộng yêu cầu với vỏ bọc phù hợp Nắp đậy hào thiết kế để cung cấp không đáng kể hạn chế chuyển động tương đối qua dọc theo khoảng cách ( Hình 14.9 ) Cho mặt phẳng cách ly cao thách thức thiết kế liên quan đến việc chi tiết hóa số yếu tố kiến trúc thẳng đứng, ốp vượt qua mặt phẳng cách ly, phép chuyển động ngang mà không bị hạn chế hư hỏng 43 Thiết kế chống động đất cho cơng trình b BỘ GIẢM CHẤN Bộ giảm chấn thực chức tương tự tòa nhà giảm xóc làm xe giới Chúng hấp thụ lượng rung hệ thống, giảm tăng tốc di chuyển để cung cấp chuyến mượt mà Bộ giảm chấn gọi chung tản nhiệt lượng Chúng biến đổi động lượng thành nhiệt, làm giảm độ trôi ngang tịa nhà (và làm giảm thiệt hại ), cho phép nhà thiết kế định thành phần cấu trúc mảnh mai Vai trò giảm chấn cách ly địa chấn nơi chúng có thường sử dụng đề cập Nhưng giảm chấn đặt khuôn khổ cấu trúc thượng tầng; có lẽ xiêng khung khung cấu kiện chí có để hấp thụ lượng giảm trôi dạt tầng Hình dạng, vật liệu phương pháp hấp thụ lượng khác số giảm chấn (Hình 14.16) Trong van điều tiết nhớt cổ điển, giống đơi tìm thấy phịng thí nghiệm vật lý đại học, piston có lỗ cưỡng qua xi lanh chứa đầy chất lỏng ( hình 14.170 ) 44 Thiết kế chống động đất cho cơng trình Nẹp bị hạn chế vênh thiết bị cấu trúc khác tiêu tán lượng ( Hình 14.19 14.20 ) Nó bao gồm loại thép bên thành phần có khả chống lại lực căng lực nén chức bảo vệ cấu trúc - mang lại hấp thụ lượng Một bên ống khoảng cách đầy vữa thành phần bên ngồi bên ngăn khơng cho thành phần bên bị vênh, đảm bảo độ dẻo cao hiệu suất đáng tin cậy Tùy thuộc vào sức mạnh nẹp chống vênh, coi van điều tiết, mạnh, thành phần chéo khung nẹp Thiết kế nẹp chống vênh hạn chế khóa ngăn ngừa hội chúng bị vênh giảm thiểu thiệt hại chúng biến dạng vào phạm vi nhựa Chúng thích hợp để đồng tâm khung thép nẹp có đường chéo dễ bị vênh Chúng giải pháp thay cho khung nẹp lệch tâm có thiết bị bảo vệ bị hỏng khó sửa chữa sau trận động đất lớn 45 Thiết kế chống động đất cho cơng trình c CẤU HÌNH CƠ CẤU ĐỔI MỚI: Nghiên cứu ngành công nghiệp bê tông đúc sẵn tài trợ Mỹ phát triển hệ thống tránh thiệt hại cho bê tơng đúc sẵn tường chịu cắt (Hình 14.21 14.22) Hai yếu tố thiết yếu hệ thống tác động phận lò xo tiêu tán lượng cách dễ dàng thay thiết bị bảo vệ không bị hư hại Tạo cáp đơn khơng dính kết gân sau căng thẳng, cho phép chuyển động quay tương đối thành phần dầm cột, lò xo chúng trở lại vị trí ban đầu, trung tâm hai hệ thống Sau làm biến dạng, sợi đàn hồi kéo trở lại hình dạng ban đầu Tiêu tán lượng cung cấp thép nhẹ phận dễ uốn bị biến dạng chịu cắt, khoảng trống cấu kiện thẳng đứng lên tường chịu cắt, kéo dài căng cấu kiện chịu nén dầm khung mơmen Các phân tích sơ cho thấy Tấm mái bê tông bị cách ly địa chấn thiết kế để rung động lệch pha với cấu trúc nhiều tầng bên có khả giảm lượng cấu trúc địa chấn dọc Các nhà nghiên cứu khác đề xuất cố tình đưa gián đoạn vào tịa nhà sau kết nối phần khác cách hấp thụ lượng để thiết bị làm giảm lực địa chấn (Hình 14.24) 46 Thiết kế chống động đất cho cơng trình d PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU: Hai cách tiếp cận để thiết kế kết cấu thu thập động lực nghề kỹ thuật kết cấu Trong số hai, thiết kế dựa sở dịch chuyển ' có ý nghĩa kiến trúc sư có cung cấp sở hợp lý để đạt mức hiệu suất chấp nhận trận động đất thiết kế Thay kỹ sư kết cấu bắt đầu thiết kế địa chấn cách tính tốn độ cứng tự nhiên thời gian tịa nhà sau xác định lực quán tính, thiết kế sở dịch chuyển bắt đầu cách định dịch chuyển tối đa chấp nhận sau xác định lực mà điều kiện gây Thiết kế dựa sở dịch chuyển cuối thay phương pháp thiết kế dựa lực lượng Các tùy chọn thiết kế chống địa chấn tăng lên với phát triển giới thiệu vật liệu xây dựng Trong năm gần đây, vật liệu composite gia cố sợi vào kỹ thuật địa chấn thống Sợi carbon, mạnh khoảng mười lần so với nhẹ thép có tiết diện, kết hợp với nhựa tổng hợp ứng dụng cấu trúc Do chi phí cao vật liệu tổng hợp, chúng sử dụng cách tiết kiệm chủ yếu để nâng cấp địa chấn Chúng sử dụng để hạn chế cột gia cố cách bọc chu vi băng bó, để chống lại lực căng chéo không gia cố tường xây ( Hình 14.25 ) Hợp kim nhớ hình dạng có tiềm cải thiện hiệu giảm chấn Có khả thuộc tính cho phép chúng kéo dài nén hấp thụ lượng, trở vị trí ban đầu chúng, khai thác để cải thiện khả tiêu tán lượng Thép khác loại sợi ngắn thêm vào bê tông cho phép giảm cấu trúc quy mô thành viên; đời tự nén siêu bê tông cường độ cao Nhiều số phát triển mở rộng lựa chọn cấu trúc nâng cao kiến trúc tăng độ mảnh mai cấu trúc 47