ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ XÂY DỰNG K.2005-2010

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chương I : hệ kết cấu chịu lực và phương pháp tính kết cấu

- Căn cứ vào giải pháp kiến trúc và hồ sơ kiến trúc

- Căn cứ vào TCVN 2737-1995 - tải trọng và tác động

- Căn cứ vào các tiêu chuẩn, chỉ dẫn và tài liệu được ban hành

- Căn cứ vào cấu tạo bêtông cốt thép và các vật liệu

II hệ kết cấu chịu lực

Nhà có 1 tầng hầm và 16 tầng nổi, trong đó có 1 tầng áp mái Do đó có 3 phương án hệ kết cấu

chịu lực có thể áp dụng cho công trình

2.1 Hệ kết cấu vách và lõi cứng

Hệ kết cấu vách cứng có thể được bố trí thành hệ thống theo một phương, hai phương hoặc liên

kết lại thành hệ không gian gọi là lõi cứng Loại kết cấu này có khả năng chịu lực ngang tốt nên

thường được sử dụng cho các công trình có chiều cao trên 20 tầng Tuy nhiên, hệ thống vách cứng

trong công trình là sự cản trở để tạo ra không gian rộng

2.2 Hệ kết cấu khung vách và lõi cứng kết hợp

Cho phép bố trí hệ khung 1 cách linh hoạt Tại các vị trí như tường ngăn, thang máy, thang bộ

được bối trí lõi cứng kín hoặc hở Như vậy hệ khung sẽ chịu tải trọng thẳng đứng theo diện truyền tải

Có thể chịu 1 phần hay không chịu tải trọng ngang Sự phân rõ chức năng này tạo điều kiện để tối ưu

hoá các cấu kiện, giảm bớt kích thước cột, dầm, đáp ứng được yêu cầu của kiến trúc Hai hệ thống

khung và lõi được liên kết với nhau qua hệ kết cấu sàn Trong trường hợp này hệ sàn liền khối có ý

nghĩa lớn

2.3 Hệ kết cấu khung cứng

Được tạo thành bằng các thanh đứng và thanh ngang liên kết tại nút là liên kết cứng Các khung

phẳng liên kết với các thanh dọc thành khung không gian Nhược điểm của hệ khung cứng là có độ

cứng chống uốn nhỏ, nhưng ưu điểm là chống xoắn tương đối tốt Vì vậy khung thuần túy chỉ dùng khi

chiều cao không quá 40m Trên thực tế việc lựa chọn khung cứng thuần túy là ít gặp vì công trình luôn

có các bộ phận như khu thang máy, thang bộ có thể bố trí vách và lõi cứng

Kết luận: Dựa vào đặc điểm của công trình có mặt bằng không đều đặn, chiều cao lớn ta sử

dụng hệ kết cấu khung và lõi cứng

III phương pháp tính toán hệ kết cấu

3.1 Sơ đồ tính

Sơ đồ tính là hình ảnh đơn giản hoá của công trình, được lập ra chủ yếu nhằm hiện thực hoá

khả năng tính toán các kết cấu phức tạp Trong giai đoạn hiện nay, nhờ sự phát triển mạnh mẽ của

máy tính điện tử, đã có những thay đổi quan trọng trong cách nhìn nhận phương pháp tính toán công

trình Khuynh hướng đặc thù hoá và đơn giản hoá các trường hợp riêng lẻ được thay thế bằng khuynh

hướng tổng quát hoá Đồng thời khối lượng tính toán số học không còn là một trở ngại nữa Các

phương pháp mới có thể dùng các sơ đồ tính sát với thực tế hơn, có thể xét tới sự làm việc phức tạp

của kết cấu với các mối quan hệ phụ thuộc khác nhau trong không gian

Qua đánh giá đặc điểm của công trình, em xin chọn sơ đồ tính là sơ đồ không gian Sự làm việc

của vật liệu trong giai đoạn đàn hồi, tuân theo định luật Hooke Xây dựng mô hình, tính toán tải trọng

(gió động, động đất) và tính toán nội lực với sự hỗ trợ của phần mềm phân tích kết cấu Etabs v9.5

3.2 Tải trọng và tổ hợp tải trọng

3.2.1 Tải trọng đứng

- Gồm trọng lượng bản thân kết cấu và các hoạt tải tác dụng lên sàn, mái

- Tải trọng tác dụng lên sàn, kể cả tải trọng các tường ngăn (dày 110mm), thiết bị, tường nhà vệ

sinh, thiết bị vệ sinh, … đều qui về tải phân bố đều trên diện tích ô sàn

- Tải trọng tác dụng lên dầm do tường xây trên dầm (110, 220, 330 mm) coi như phân bố đều trên

dầm Với các tường có lỗ cửa thì tải phân bố trên tường được nhân với hệ số 0,75

3.2.2 Tải trọng ngang

- Gồm tải trọng gió tĩnh và gió động, theo Tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737-1995 Do

chiều cao công trình là H=56,9 m > 40m nên căn cứ Tiêu chuẩn ta phải tính thành phần động của tải

trọng gió Tải trọng gió động được tính toán qui về tác dụng tập trung tại các mức sàn Tải trọng gió

tĩnh được quy về lực phân bố trên dầm biên công trình

- Tải trọng động đất được tính toán thành lực tập trung quy về mức tầng, theo TCXDVN 375-2006

- áp lực đất lên tường tầng hầm tính toán quy đổi thành tải trọng ngang phân bố đều trên tường

tầng hầm, tính toán dựa vào đặc điểm, tính chất của loại đất đắp, chiều cao tường và hoạt tải của

người và xe cộ bên ngoài công trính

3.2.3 Tổ hợp tải trọng

Việc tổ hợp tải trọng để xác định tất cả các trường hợp chất tải có thể xảy ra (đồng thời hay không

đồng thời) gây nguy hiểm cho kết cấu Tổ hợp tải trọng là tổ hợp của các tải trọng cơ bản (tĩnh tải, hoạt

tải, tải trọng gió, động đất ) kèm theo các hệ số tổ hợp được quy định trong TCVN 2737-1995 Các tổ

hợp tải trọng được trình bày cụ thể ở phần Xác định tải trọng lên công trình

3.3 Nội lực và chuyển vị

Để xác định nội lực và chuyển vị, sử dụng chương trình tính kết cấu Etabs v9.5 Đây là một

chương trình tính toán kết cấu nhà cao tầng rất mạnh hiện nay và được ứng dụng khá rộng rãi để tính

toán KC công trình Chương trình này tính toán dựa trên cơ sở của phương pháp phần tử hữu hạn, sơ

đồ đàn hồi Lấy kết quả nội lực và chuyển vị ứng với từng phương án tổ hợp tải trọng

3.4 Tính toán và cấu tạo cốt thép

Sử dụng chương trình tự lập bảng tính MS EXCEL Chương trình này có ưu điểm là tính toán

đơn giản, dễ dàng kiểm soát kết quả và thuận tiện khi sử dụng

IV xác định sơ bộ kích thước kết cấu công trình

1.Chọn kích thước sàn

Thiết kế sàn tầng điển hình theo 2 phương án:

Phương án sàn sườn toàn khối:

Chọn tính toán cho ô bản có kích thước lớn và nguy hiểm nhất của các tầng) :

Vậy khi tính toán ô bản ta xem như bản làm việc theo 1 phương Để tính bản ta căn cứ vào liên

kết các phía của ô bản Tra các hệ số tương ứng với loại ô bản, ta sẽ xác định được mômen uốn tại

các vị trí giữa nhịp và gối của ô bản Các hệ số được tra trong Sổ tay kết cấu công trình (PGS TS Vũ

Chọn sơ bộ kính thước dầm biên bao xung quanh công trình là b.h=400.900 đối với nhịp 11.1m

và10.8 và 400.700 đối với nhịp 8.1m để phục vụ cho việc neo cáp ứng lực trước

Dầm sàn đỡ bản cầu thang có kính thước b.h=220.300

Chọn sơ bộ kích thước cột :

Ta có công thức xác định tiết diện sơ bộ cột :

bR

N.k

N=

fs – diện tích mặt sàn truyền tải trọng lên cột đang xét

ms – số sàn phía trên tiết diện đang xét

q – tải trọng tương đương tính trên mỗi mét vuông mặt sàn trong đó gồm tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời trên bản sàn, trọng lượng dầm, cột đem tính ra phân bố đều

trên sàn Để đơn giản cho tính toán và theo kinh nghiệm ta tính N bằng cách ta cho tải trọng

phân bố đều lên sàn là q =8 (kN/m2)

Rb – Cường độ chịu nén của vật liệu làm cột Bêtông cột có cấp bền B25, có Rbn =14,5( )MPa

k: Hệ số

1,19,0

5,12,1

Kiểm tra điều kiện cột về độ mảnh

Kích thước cột phải đảm bảo điều kiện ổn định Độ mảnh λđược hạn chế như sau:

0

0b

lλ

l b

λ= = = <λ

Vậy cột đã chọn đảm bảo điều kiện ổn định

⇒ Vậy cột đã chọn đảm bảo điều kiện ổn định

Kiểm tra điều kiện cột về độ mảnh

Kích thước cột phải đảm bảo điều kiện ổn định Độ mảnh λđược hạn chế như sau:

0

0b

lλ

λ= = = <λ

Vậy cột đã chọn đảm bảo điều kiện ổn định

⇒ Vậy cột đã chọn đảm bảo điều kiện ổn định

mm2254500.20

1H201

mm150t

Ta chọn δ =400mm

Chọn chiều dày vách đ−ợc xác định theo công thức sau:

1 tĩnh tải phân bố đều trên một đơn vị diện tích sàn

Tĩnh tải tác dụng lên sàn mái

TÜnh t¶i sµn khu vÖ sinh SW

TÜnh t¶i c¸c líp sµn cÇu thang:

TÜnh t¶i t¸c dông lªn b¶n thang bé

Tổng tải trọng 2.58 2.96

2 Trọng lượng tường ngăn và tường bao che

Tường bao chu vi nhà dày 220, tường nhà vệ sinh và tường nội bộ trong các phòng dày 110 được

xây bằng gạch rỗng có γ = 15 kN/m3

Trọng lượng tường ngăn trên dầm tính cho tải trọng tác dụng lên 1 m dài tường

Chiều cao tường được xác định : ht = H – hd

Trong đó :

ht : Chiều cao của tường

H : chiều cao của tầng nhà

hd : chiều cao dầm trên tường tương ứng

Và mỗi bức tường cộng thêm 3cm vữa trát ( 2 bên ): có γ = 18kN/m3)

Ngoài ra khi tính trọng lượng tường 1 cách gần đúng ta coi tường xây đặc( không trừ đi lỗ cửa và các

cửa sổ ) Kết quả tính toán khối lượng( kN/m) trên các loại dầm được thể hiện qua bảng 4

2.1 Trọng lượng tường ngăn và tường bao che tầng hầm

STT Vật liệu Chiều dày (m) L (m) (m) H γ (kN/m3) n (kN/m) gtc (kN/m) Ggtt tc (KN) G tt (KN)

2.2 Trọng lượng tường ngăn và tường bao che tầng 1

STT Vật liệu Chiều dày

Trọng lượng tường ngăn và tường bao che tầng 2

STT liệu Vật Chiều dày (m) L (m) (m) H γ (kN/m3) n (kN/m) gtc (kN/m) gtt (KN) Qtc Qtt (KN)

Träng l−îng t−êng ng¨n vµ t−êng bao che tÇng 3÷15

STT liÖu VËt ChiÒu dµy (m) (m) L (m) H γ (kN/m3) n gtc

tt (kN/m) Qtc (KN) Qtt (KN)

Träng l−îng t−êng ng¨n vµ t−êng bao che tÇng m¸i

STT VËt liÖu dµy (m) ChiÒu L (m) H (m) γ (kN/m3) n (kN/m) gtc (kN/m) gtt G tc (KN) G tt (KN)

Trọng l−ợng cột:

Chiều cao cột đ−ợc xác định : ht = H – hb

Trong đó :

ht : Chiều cao của cột

H : Chiều cao của tầng nhà

Căn cứ vào diện tích của từng loại ô sàn ta có bảng thống kê hoạt tải các tầng nh− sau (Trong đó

có kể đến sự giảm tải của các ô sàn có đủ điều kiện theo điều 4.3.4.1 và 4.3.4.2 trong TCVN 2737 –

- Các ô sàn có đủ điều kiện để giảm tải thì tính toán với hoạt tải ở cột (10) và (11) Các ô sàn

cùng loại nhưng không đủ điều kiện giảm tải thì tính toán với hoạt tải ở cột (3),(5)

- Bể nước mái cao 1,5m đặt trên cos sàn tầng tum 1 m Hoạt tải nước trên bể lấy khi bể đầy:

q = 1000.1,5 = 15 (kN/m ) 2

II xác định tải trọng ngang tác dụng lên công trình

2.1 Tải trọng gió

Căn cứ vào vị trí xây dựng công trình: Quận Cầu Giấy – TP Hà Nội

Căn cứ vào Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737- 1995 về tải trọng và tác động

Ta có: Địa điểm xây dựng thuộc vùng II-B, có W0=0,95 kN/m2

Công trình có độ cao từ cốt 0.00 đến đỉnh mái tum là 56,9m (không kể phần dàn mái đặt ở độ cao

2,5m so với sàn mái) nên ngoài phần tĩnh của gió cần phải xét đến phần động của tải trọng gió

2.1.1 Tải trọng gió tĩnh

• Giá trị tiêu chuẩn của gió phân bố đều trên diện tích được xác định theo công thức

tc d,h

n - hệ số vượt tải lấy n=1,2 lấy theo TCVN 2737 -95

W0=0,95 kN/m2 - giá trị của áp lực gió tiêu chuẩn lấy theo bản đồ phân vùng gió K- hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao lấy theo bảng 5 TCVN 2737-95

C - hệ số khí động lấy theo bảng 6 TCVN 2737-95

Cđ= +0,8 phía đón gió

Ch= - 0,6 phía khuất gió

• Giá trị tiêu chuẩn của gió phân bố theo chiều dài được xác định theo công thức

Phía gió đẩy : tc

• Giá trị tính toán của gió phân bố theo chiều dài được xác định theo công thức

Phía gió đẩy : tt

d

d

W h (kN/m) iPhía gió hút : tt

h

q = tt h

- ở cột (4) : Z0 là cao trình cos sàn tầng j so với cos mặt đất Z0 dùng để tra bảng xác định

hệ số K ở cột (6)

- ở cột (5) : là diện truyền tải trọng gió vào 1 mức sàn, lấy bằng trung bình cộng chiều cao

tầng trên và dưới mức sàn đó Riêng sàn tầng 16 (mái) có diện truyền tải của một nửa

tầng dưới nó và tường xây bao xung quanh nhà cao 1m

2.1.2 Tải trọng gió động

Cơ sở tính toán

Bản chất của thành phần động có 2 thành phần:'' xung của vận tốc gió'' và ''lực quán tính của

công trình'' gây ra Các thành phần này làm tăng thêm tác dụng của tải trọng gió lên công trình do

dao động, xét đến ảnh hưởng của lực quán tính sinh ra do khối lượng tập trung của công trình khi dao

động bởi các xung của luồng gió

• Tuỳ mức độ nhạy cảm của công trình đối với tác dụng động lực của tải trọng gió mà thành phần

động của tải trọng gió chỉ cần kể đến tác động do thành phần xung của vận tốc gió hoặc với cả lực

quán tính của công trình

• Mức độ nhạy cảm được đánh giá qua tương quan giữa giá trị cấc tần số dao động riêng cơ bản của

công trình, đặc biệt là tần số dao động riêng thứ nhất, với tần số giới hạn fL (bảng - 2 TCVN

2737-1995)

Với công trình đang tính toán ta xác định được: fL = 1,3 (Hz) và δ = 0,3

2.1.2.1 Xác định chu kì, tần số dao động riêng của công trình

Việc xác định giá trị tiêu chuẩn thành phần động của áp lực gió phụ thuộc vào tần số dao động

của công trình

Tiến hành giải bài toán dao động riêng: mô hình kết cấu trong Etabs version 9.5 sẽ tự động

tính toán khối lượng bản thân của cấu kiện Ta tiến hành tính toán phần khối lượng phụ thêm cho từng

tầng để nhập vào gồm có:

• Hoạt tải đứng với hệ số chiết giảm 0,5

• Khối lượng các lớp trát, bêtông chống thấm, khối lượng tường xây …

Ta có bảng kết quả tính toán dao động của công trình như sau :

Bảng 7 : Tính toán dao động công trình theo các phương

2.1.2.2 Tính toán khối lượng các tầng tham gia dao động

Khối lượng các tầng có thể được tính dựa trên tĩnh tải và hoạt tải đứng tiêu chuẩn (đã xác định

M =G +0,5.P Tuy nhiên sau khi nhập các tải trọng nói trên vào mô

hình Etabs v9.5 ta có thể xuất ra bảng khối lượng các tầng tham gia dao động như sau :

2.1.2.3 Tải trọng gió động tác dụng theo phương X

Ta chọn được 3 dạng dao động riêng cơ bản theo phương X như sau:

• Dạng dao động riêng 1: Mode 1 với  =



=



1 1

0,4862,054

1,6960,589

3,480,287

Vì tần số dao dộng cơ bản theo phương X : f1 < fL =1,3(Hz)< f4< f7 theo TCVN 2737-1995 việc

xác định thành phần động của tải trọng gió cần xét đến ảnh hưởng của dạng dao động cơ bản 1 Ta

tính toán với dạng dao động thứ nhất, ứng với mode 1 với  =



=



1 1

0,4862,054

γ

Trong đó: γ - hệ số tin cậy của tải trọng gió, lấy bằng 1,2

W0 - giá trị của áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng gió

Hệ số động lực ξi tra ở biểu đồ quan hệ với εi (Điều 6.13.2 TCVN 2737-1995) ứng với đường

cong 1 (δ = 0,3) Tra biểu đồ ta được : ξ1 =1,75

• Mj: khối lượng tập trung của phần công trình thứ j,

• yji - dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng dao

động thứ i, không thứ nguyên (Xác định giựa vào chuyển vị ngang của dạng dao

Dj, hj - Bề rộng và chiều cao của mặt đón gió ứng với phần thứ j

ν - hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió được xác

định phụ thuộc vào tham số ρ,χ và dạng dao động (Tra bảng 10 trong TCVN 2737-1995)

W

2

(kN / m )

tc jW2

Dựa vào bề mặt đón gió của công trình,hình dạng công trình, tra bảng 11-TCVN 2737-95 lấy

H=56,9 m là chiều cao nhà, DA-C =19,2 D1-6 = 43,2 m là các kích thước tương ứng của nhà theo

phương vuông góc và song song với phương luồng gió; bề mặt tính toán định hướng song song với

mặt phẳng toạ độ cơ bản ZOY , ta có:

ρ = 0,4.DA-C = 7,68 m ; χ = H = 56,9 m

Tra bảng 10 trong TCVN 2737 - 1995 có: ν = 0,7525

hướng gió động phương X

Ghi chú :

- ở cột (2) : Z0 là cao trình cos sàn tầng j so với cos mặt đất Z0 dùng để tra bảng xác định

hệ số ζ ở cột (3) (Tra bảng 8 trong TCVN 2737-1995 với địa hình B)

- ở cột (7) : Bề rộng công trình ở mức sàn tầng j

Dịch chuyển ngang tỉ đối theo phương X (yji1)

(yij = S/chiều cao Z tại tầng tương ứng được tính từ mặt ngàm công trình Với S được lấy từ kết

quả chuyển vị của Etabs (kí hiệu trong Etabs là UX).Chiều cao tầng hầm là 3,2m Z =Z0+ 3,2 )

ji

12 1.50E-04 38.472 23924.12 5.77E-03 5.38E-04 1.11E+01

b Xác định thành phần động của tải trọng gió theo phương X

Từ giá trị đã tính Mj, ξi, ψi, yji ta xác định gía trị tính toán thành phần động của gió:

β: hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian (Bảng12 -TCVN 2737 - 1995) Giả định

công trình sử dụng trong 50 năm, β lấy bằng 1,0

13 23924.12 1.75 1.11E+01 1.50E-04 6.96E+01 8.35E+01

2.1.2.4 Tải trọng gió động tác dụng theo phương Y

Ta chọn được 3 dạng dao động riêng cơ bản theo phương Y như sau:

• Dạng dao động riêng 1: Mode 2 với  =



=



2 2

0,5291,89

1,8520,539

3,840,26

Vì tần số dao dộng cơ bản theo phương Y : f2 < fL = 1,3 (Hz) < f5 < f8 , theo TCVN 2737-1995 việc

xác định thành phần động của tải trọng gió chỉ cần xét đến ảnh hưởng của dạng dao động cơ bản 1

Ta tính toán với dạng dao động thứ 1, ứng với mode 2 với  =



=



2 2

0,5291,89

γ

Trong đó: γ - hệ số tin cậy của tải trọng gió, lấy bằng 1,2

W0 - giá trị của áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng gió

Hệ số động lực ξi tra ở biểu đồ quan hệ với εi (Điều 6.13.2 TCVN 2737-1995) ứng với đường

cong 1 (δ = 0,3) Tra biểu đồ ta được : ξ =1,7

b Xác định ψi

ψi: hệ số được xác định theo công thức :

• Mj: khối lượng tập trung của phần công trình thứ j,

• yji - dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng dao

động thứ i, không thứ nguyên (Xác định giựa vào chuyển vị ngang của dạng dao

Dj, hj - Bề rộng và chiều cao của mặt đón gió ứng với phần thứ j

ν - hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió được xác

định phụ thuộc vào tham số ρ,χ và dạng dao động (Tra bảng 10 trong TCVN 2737-1995)

W

2

(kN / m )

tc jW2

Mái -0.65 -0.65 0,00

Dựa vào bề mặt đón gió của công trình,hình dạng công trình, tra bảng 11-TCVN 2737-95 lấy

H=56,9 m là chiều cao nhà, DA-C =19.2 m, D1-6 = 43.2 m là các kích thước tương ứng của nhà theo

phương vuông góc và song song với phương luồng gió; bề mặt tính toán định hướng song song với

Ghi chú :

- ở cột (2) : Z0 là cao trình cos sàn tầng j so với cos mặt đất Z0 dùng để tra bảng xác định

hệ số ζ ở cột (3) (Tra bảng 8 trong TCVN 2737-1995 với địa hình B)

(yij = S/chiều cao Z tại tầng tương ứng được tính từ mặt ngàm công trình Với S được lấy từ kết

quả chuyển vị của Etabs (Kí hiệu trong Etabs là UY).Chiều cao tầng hầm là 3,2m Z =Z0+ 3,2 )

ji

11 1.50E-04 73.053 23924.12 1.10E-02 5.38E-04 2.13E+01

b Xác định thành phần động của tải trọng gió theo phương Y

Từ giá trị đã tính Mj, ξi, ψi, yji ta xác định gía trị tính toán thành phần động của gió:

β: hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian (Bảng12 -TCVN 2737 - 1995) Giả định

công trình sử dụng trong 50 năm, β lấy bằng 1,0

13 23924.12 1.7 2.13E+01 1.50E-04 1.34E+02 1.61E+02

2.2 Tải trọng động đất

2.2.1 Khái niệm

Động đất là hiện tượng rung động đột ngột mạnh của vỏ trái đất do sự dịch chuyển các mảng

thạch quyển hoặc các đứt gãy trong vỏ trái đất và được truyền qua những khoảng cách lớn dưới các

dạng dao động đàn hồi Động đất chủ yếu liên quan với nội lực kiến tạo Đại đa số động đất xảy ra ở

đới hút chìm các mảng thạch quyển hoặc ở dọc các đứt gãy sâu Nhưng cũng có loại động đất do

ngoại lực như sự trượt lở đất đá với khối lượng lớn hoặc sự mất cân bằng trọng lực ở những nơi có hồ

chứa nước lớn và sâu nhân tạo Nơi phát sinh dịch chuyển của động đất được gọi là chấn tiêu hoặc lò

động đất Nối tâm trái đất với chấn tiêu qua lên mặt đất, đường này gặp mặt đất tại nơi được gọi là

chấn tâm Khoảng cách từ chấn tâm đến chấn tiêu được gọi là độ sâu chấn tiêu, ký hiệu là H Khoảng

cách từ chấn tiêu đến trạm quan sát (trạm đặt máy hay chân công trình) được gọi là tiêu cự ∆, khoảng

cách từ chấn tâm đến trạm quan sát gọi là tâm cự D Cường độ động đất ở mặt đất xác định theo

thang động đất hoặc bằng đại lượng manhitut (magnitude )

Động đất trên thế giới thường tập trung ở hai đới: đới vòng quanh Thái Bình Dương và đới Địa

Trung Hải qua Himalaya vòng xuống Malaixia Hai đới này cũng là nơi tập trung nhiều núi lửa đã tắt và

đang hoạt động Động đất ở Chilê 1960 là động đất mạnh nhất ( 8,9 độ Richter) có năng lượng lớn gấp

trăm lần năng lượng quả bom nguyên tử đã nổ ở Hirosima Tại Việt nam, động đất chủ yếu tập trung ở

phía trũng Hà Nội, dọc theo sông Hồng, sông Chảy, sông Đà, sông Cả, ven biển Nam Trung bộ Động

đất ở Điện Biên Phủ (1-11-1935) đạt tới 6,75 độ Richter, cấp 8-9 thang động đất, độ sâu chấn tiêu là

25 km Động đất ở Tuần Giáo (Lai Châu), xảy ra ngày 24-6-1989 đạt 6,7 độ Richter, cấp 8-9 , độ sâu

chấn tiêu là 23 Km

Nhiều nguyên nhân của sự phát sinh ra khối năng lượng gây ra động đất như hang động bị

xập, các mảnh thiên thạch va vào trái đất, các vụ thử bom hạt nhân ngầm dưới đất, nhưng nguyên

nhân cơ bản là sự chuyển động tương hỗ không ngừng của các khối vật chất nằm sâu trong lòng đất

để thiết lập một thế cân bằng mới , thường được gọi là vận động kiến tạo Động đất xảy ra do hậu quả

của vận động kiến tạo được gọi là động đất kiến tạo Theo thống kê, 95% các trận động đất trên thế

giới có liên quan trực tiếp đến vận động kiến tạo

Theo thuyết kiến tạo vỏ trái đất, thạch quyển là lớp cứng được tạo chủ yếu là các quần thể đá

giàu nguyên tố Si và Mg nên gọi tắt là Sima còn bên trên nó được gắn các lục địa rải rác do các quần

thể đá giàu chất Si và Al nên gọi tắt là Sial tạo nên Bề dày thạch quyển khoảng 70 km ở biển và 140

km dưới các lục địa Tuy bao trùm toàn bộ vỏ trái đất nhưng thạch quyển không phải là lớp có bề dày

đồng đều mà có dạng kiến trúc phân mảng bởi các vết đứt sâu xuyên thủng Dưới thạch quyển là lớp

dung nham lỏng, dẻo ở nhiệt độ cao Thực tế này làm cho các mảng có sự chuyển dịch tương đối với

nhau và dĩ nhiên những lục địa bám trên mình nó cũng dịch chuyển theo (thuyết lục địa trôi nổi) Ngày

nay tồn tại 11 vĩ mảng mang tên á Âu, ấn úc, Thái bình dương, Bắc Mỹ, Nam Mỹ, Phi, Nam Cực,

Philippin, Cocos, Caribê và Nazca Các mảng lớn lại được phân chia thành các mảng nhỏ qua các vết

đứt gãy nông hơn

Có 5 dạng chuyển động tương đối giữa các mảng khi động đất là các mảng tách xa nhau ra,

các mảng dũi ngầm xuống sâu, các mảng trườn lên nhau, các mảng va vào nhau, các mảng rúc đồng

quy vào nhau Trong 5 loại này, các chuyển động dũi và trườn tạo động đất mạnh hơn cả

2.2.2.Các phương pháp xác định tải động đất

- Phương pháp động lực: xác định trực tiếp trạng thái ứng suất - biến dạng các kết cấu chịu tải từ

các gia tốc do ghi được chuyển động của nền đất khi động đất xảy ra Việc xác định còn cần đến các

phần mềm chuyên dụng

- Phương pháp tĩnh lực: thay thế các lực động đất thực tác dụng lên công trình bằng các lực tĩnh

ảo có hiệu ứng tương đương nên còn gọi là phương pháp tải trọng ngang thay thế Việc xác định tải

động đất theo phương pháp này tương đối đơn giản và đã được sử dụng vào thiết kế các công trình

trong và ngoài nước, trong đó có tiêu chuẩn của CHLB Nga và của Hoa Kỳ

2.2.3 Tính toán tải động đất tác dụng lên công trình

Tải động đất được tính toán theo tiêu chuẩn TCXDVN 375: 2006

Vì công trình không thỏa mãn những tiêu chí về tính đều đặn theo chiều cao trong điều 4.2.3.3

1 2 1

L L

0,20

0,20L

+ ≤

Do vậy ta lựa chọn phương pháp “Phân tích phổ phản ứng dạng dao động” để xác định tải trọng

động đất tác dụng lên công trình

Công trình được xây dựng ở quận Cầu Giấy – Thành phố Hà Nội, nền đất công trình thuộc loại

C, có các giá trị của phổ phản ứng mô tả đàn hồi như sau:

S = 1,2; TB(s) = 0,15; TC(s) = 0,5; TD(s) = 2,0

Hệ số gia tốc nền đo được tại quận Cầu Giấy – Thành phố Hà Nội (Theo phụ lục I ):

a = 0,1032.g (m/s2)

Gia tốc đỉnh đất nền thiết kế ag = γI.agR, với γI = 1 là hệ số tầm quan trọng với công trình có

mức độ quan trọng số II Vậy ag =1.agR =0,1032g(m/s2)

g = Q L S (T ) j ji d i Trong đó :

• Q : Trọng l−ợng của bậc tự do j, xác định theo TCXDVN 375 – 2006 nh− sau : j

ψ với nhà thuộc loại văn phòng là 0,3

Hệ số ϕ cho các tầng đ−ợc sử dụng đồng thời là 0,8

=> ψ = ϕ ψE,i 2i = 0,3.0,8 = 0,24

Vậy Q = j ∑Gj+∑ψE,i.Pk = ∑Gj+0,24 P∑ k

• M =j Qj

g : Trọng l−ợng tập trung của bậc tự do j đ−ợc xuất ra từ kết quả chạy ETABS V.9.5 với

việc khai báo tải trọng tham gia dao động ( Mass source) bao gồm ∑Gj+0,24 P∑ k Kết quả khối

l−ợng và trọng l−ợng của bậc tự do j cho trong bảng 19 sau :

T : Chu kì dao động dạng thứ i của hệ

S ,T , B T , C T xác định theo bảng 3.2 TCXDVN 375 – 2006 với đất nền loại C nh− bảng 20 : D

T : Giới hạn trên của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc

TD : Giá trị xác định điểm bắt đầu của phần phản ứng dịch chuyển không đổi trong phổ phản

ứng

S : Hệ số nền

q = 3,9 :Hệ số ứng xử ( Đối với nhà nhiều tầng, nhiều nhịp hoặc kết cấu hỗn hợp

(khung-vách) tương đương khung

b/ Xác định số dạng dao động cần tính toán theo mỗi phương

Ta phải xét tới phản ứng của tất cả các dạng dao động góp phần đáng kể vào phản ứng tổng

thể của nhà Điều này được thực hiện nếu thoả mãn được một trong hai điều kiện sau:

+ Tổng khối lượng hữu hiệu của các dạng dao động được xét chiếm ít nhất 90% tổng khối lượng của

kết cấu

+ Tất cả các dạng dao động có khối lượng hữu hiệu lớn hơn 5% của tổng khối lượng đều được xét đến

Bảng 21 : Xác định tỉ lệ phần trăm trọng lượng tham gia vào các dao động

Theo bảng trên và điều kiện để xác định số dao động cần tính ta có:

+) Trọng lượng hữu hiệu của các dao động theo phương X:

Đối với phương X có 4 dao động có trọng lượng hữu hiệu lớn hơn 5% và tổng của chúng lớn hơn

90% : ứng với các dao động 1, 3, 4 và 6 (mode1,mode3,mode4 và mode6)

,1 ( ) ,3 ( ) ,4 ( ) ,6 ( ) 453338, 36( ) 90%

Đối với phương Y có dao động 2 ( mode2) có trọng lượng hữu hiệu >90%W y

Như vậy ta cần tính toán tải trọng động đất cho các dạng dao động sau :

X W

Q : Trọng l−ợng tập trung tại tầng thứ j của công trình

Tác động động đất phải đ−ợc xác định bằng cách đặt các lực ngang Fi vào tất cả các

Phản ứng ở 2 dạng j và k đ−ợc xét đến có thế xem là độc lập với nhau, nếu các chu kì Tj và Tk

thỏa mãn điều kiện : Tj ≤ 0,9.Tk Căn cứ vào bảng các dạng dao động theo X và Y đ−ợc tính toán thì

ta có thể coi các dạng dao động đó là độc lập với nhau Khi đó giá trị lớn nhất của hệ quả động đất ( ở

đây là lực động đất ) có thể lấy bằng :

k 2

Tường tầng hầm chủ yếu làm nhiệm vụ chắn đất Việc xác định áp lực đất lên tường tầng hầm

hiện nay có hai trường hợp : Không xét đến độ cứng của tường và có xét đến độ cứng của tường ở

đây trình bày việc tính toán áp lực đất lên tường tầng hầm trong trường hợp không xét đến độ cứng

của tường, coi tường là tuyệt đối cứng Lúc này chỉ xét tới áp lực đất ở trạng thái giới hạn, đó là áp lực

đất chủ động áp lực đất phân bố theo quy luật tuyến tính có dạng hình tam giác

Mực nước ngầm xuất hiện dưới chân tường tầng hầm Lớp đất đắp gây áp lực lên tường là loại đất

có dung trọng tự nhiên γ= 20 kN/m Trên mặt đất lấy hoạt tải do xe cộ và người đi lại là q = 20 3

kN/m Khi tính toán ta quy đổi thành lớp đất tương đương có chiều cao 2 h = td = =

γ

q 20

1

Tường tầng hầm cao H = 2,9m , cos mặt đất tự nhiên bên ngoài nhà là -2.0m t

Công thức xác định hợp lực của áp lực đất lên tường tầng hầm :

Để đơn giản và thuận lợi cho việc vào mô hình kết cấu, ta quy tải trọng phân bố không đều do áp

lực đất tác dụng lên 1 phần của tường tầng hầm (cao H = 1,2m) thành tải trọng ngang phân bố đều tác

dụng lên toàn bộ tường tầng hầm (cao H = 3,2m) t

2 TH2 = TT + GX1 (Tĩnh và Động) (gió cùng chiều dương với trục X)

3 TH3 = TT + GX2 (Tĩnh và Động) (gió ngược chiều dương với trục X)

4 TH4 = TT + GY1 (Tĩnh và Động) (gió cùng chiều dương với trục Y)

5 TH5 = TT + GY2 (Tĩnh và Động) (gió ngược chiều dương với trục Y)

(Trong đó tĩnh tải đã kể thêm phần áp lực đất lên tường tầng hầm)

Chương iii : kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình và ổn định chống lật

I kiểm tra chuyển vị đỉnh

Các tải trọng tiêu chuẩn đã xác định được nhập vào mô hình công trình trên Etabs Ta lấy kết

quả chuyển vị của tầng trên cùng (Diaphragm 17) theo 2 phương như bảng sau :

Bảng 36 Trong đó: S ,x S là chuyển vị ngang của tâm Diaphragm 16 theo 2 phương X và Y y

X

SyH

Y

SyH

=

Với H = 66,8 (m) : Độ cao tầng 17 (mái) so với mặt móng

Điều kiện kiểm tra :

X X

Y Y

750HS

o Mômen chống lật quanh trục X và Y do tĩnh tải và hoạt tải đứng (khối lượng tầng xác định bằng cách xuất kết quả tự dồn từ Etabs trong trường hợp khai báo Mass Source gồm 0,9.Tĩnh tải + 0,5.Hoạt tải) Cánh tay đòn lần lượt là tọa độ theo phương y (YCM) và toạ độ theo phương X (XCM) của tâm khối lượng các tầng

Bảng 37 : khối lượng các tầng và toạ độ tâm khối lượng

Xét công trình chịu tác dụng của tải gió tĩnh và động ngược chiều với phương Y (Gây lật quanh

trục A-A) và ngược chiều với phương X (gây lật quanh trục 1-1)

Tầng q đtt

(kG / m)

tt h

q (kG / m)

tt

(m)

tt j,X,Y

Bang 39 : Tải trọng gió tĩnh và động trên từng mức tầng

Tầng

tt j,X,Y

W(T)

tt pj,YW(T)

tt pj,XW(T)

tt j,Y

P(T)

tt j,X

P(T)