CHƯƠNG 3 TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG

CHƯƠNG 3 TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG 19 1. HOẠT TẢI GIAI ĐOẠN LIÊN HỢP Eucode phân loại công trình theo mục đích sử dụng để xác định hoạt tải sàn. Cụ thể đối với công trình chung cư dùng cho mục đích làm khu tái định cư, tải trọng phân bố đều được xác định là 1,5 – 2 kN/m 2 đối với sàn, 2 – 4 kN/m 2 đối với cầu thang, 2,5 – 4 kN/m 2 đối với ban công. Do công trình được xây dựng tại Việt Nam, nên giá trị hoạt tải sẽ được gán theo TCVN 2737-1995 ứng với từng loại công trình. Bảng 3.1. Giá trị hoạt tải trên sàn , cầu thang và ban công trong công trình dân dụng Loại công trình Tải phân bố đều q k (kN/m 2 ) Tải tập trung Q k (kN/m 2 ) A – Nhà dân dụng Sàn 1,5 – 2 2 – 3 Cầu thang 2 – 4 2 – 4 Ban công 2,5 – 4 2 – 3 B – Văn phòng 2 – 3 1,5 – 4,5 C – Khu vực đông người (loại trừ những khu vực được định nghĩa là các loại A, B, D) Khu vực có bàn (vd : trường học, quán café, nhà hàng… ) 2 – 3 3 – 4 Khu vực có ghế gắn cứng (vd : phòng họp, rạp hát, nhà thờ, phòng chờ…) 3 – 4 2,5 – 7 (4) Khu vực người có thể di chuyển không có chướng ngại vật (vd : bảo tàng, phòng triển lãm, khu vực công cộng trong khách sạn, bệnh viện, ga xe lửa…) 3 – 5 4 – 7 Khu vực thể dục thể thao (vd : sảnh khiêu vũ, phòng thể dục, sân khấu thi đấu…) 4,5 – 5 3,5 – 7 Khu vực tập trung đông người (vd : sảnh hòa nhạc, nhà thi đấu thể thao, mái hiên nơi nhà ga xe lửa …) 5 – 7,5 3,5 – 4,5 D – Khu vực mua sắm Cửa hàng bán lẻ 4 – 5 3,5 – 7 (4) Trung tâm thương mại 4 – 5 3,5 – 7 Ghi chú : giá trị hoạt tải gạch dưới là giá trị khuyên dùng của Eurocode. 2. HOẠT TẢI GIAI ĐOẠN THI CÔNG Eurocode đưa ra tải trọng 1.5 kN/m 2 trong phạm vi diện tích bất kì 33m để kể dến tác động của tải trọng thi công và trọng lượng dư ra của bê tông. Phần diện tích còn lại chịu tác động của tải trọng có giá trị 0.75 kN/m 2 .Chi tiết xem chương tính toán sàn. 3. TẢI GIÓ Xác định theo tiêu chuẩn Eurocode 1: Actions on structures. Part 1-4: Wind actions. TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG 20 3.1. Vận tốc gió cơ bản v b = c dir × c season × v b,0 Với : v b :vận tốc gió cơ bản. v b,0 : giá trị cơ sở của vận tốc gió cơ bản. c dir : hệ số ảnh hưởng của hướng gió. Theo đề nghị của Eurocode lấy c dir = 1 c season : hệ số ảnh hưởng của mùa. Theo đề nghị của Eurocode lấy c season = 1 Khu vực thành phố HCM, lấy vận tốc gió cơ bản là v bo = 130 km/h hay 36m/s. Vậy : v b = 36 × 1 ×1 =36 m/s. 3.2. Vận tốc gió trung bình theo độ cao v m (z) = c r (z).c o (z).v b Với : v m (z): vận tốc gió trung bình theo độ cao. c o (z): hệ số dốc của địa hình. Nếu địa hình bằng phẳng lấy c o (z) = 1,0. c r (z): hệ số nhám của địa hình. Công thức xác định hệ số nhám địa hình 0 ( ) .ln rr z c z k z     với z min ≤ z < z max min ()() rr zc z c với z ≤ z min Trong đó : z 0 là thông số phụ thuộc dạng địa hình lấy theo bảng 3.2 Đối với TP.HCM lấy thiên về an toàn là địa hình III. Khi đó: z o = 0.3 m. z min = 5 m. z max = 200m. k r : hệ số địa hình tính theo công thức sau: 0,07 0,07 0 0, 0,3 0,19. 0,19. 0,2154 0,05 II r z z k          z 0,II = 0,05 m nghĩa là z o ở địa hình II. Bảng 3.2. Loại đia hình và thông số địa hình Địa hình Mô tả z o (m) z min (m) 0 Vùng biển hoặc gần bờ biển 0.003 1 I Vùng hồ hoặc vùng bằng phẳng hầu như không có vật cản 0.01 1 II Vùng có thực vật thấp và các vật cản có khoảng cách lớn hơn 20 lần chiều cao của nó. 0.05 2 III Vùng có các vật cản có khoảng cách nhỏ hơn 20 lần chiều cao của nó. 0.3 5 IV Vùng có ít nhất 15% bề mặt là các công trình có chiều 1 10 TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG 21 cao trung bình trên 15m Minh họa dạng địa hình 0 Vùng biển hoặc gần bờ biển I Vùng hồ hoặc vùng bằng phẳng hầu như không có vật cản II Vùng có thực vật thấp và các vật cản có khoảng cách lớn hơn 20 lần chiều cao của nó. III Vùng có các vật cản có khoảng cách nhỏ hơn 20 lần chiều cao của nó. TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG 22 IV Vùng có ít nhất 15% bề mặt là các công trình có chiều cao trung bình trên 15m 3.3. Cường độ hỗn loạn Cường độ hỗn loạn I v (z) tại độ cao z được định nghĩa là tỉ số giữa độ lệch tiêu chuẩn và vận tốc gió trung bình: 0 0 () () ( ).ln v I v m k Iz vz z cz z      với z min ≤ z < z max min ()() vv IzIz với z < z min Trong đó k i là hệ số hỗn loạn. Giá trị của k i theo đề nghị của Eurocode k i = 1.0 c o (z) là hệ số dốc của địa hình. Với địa hình bằng phẳng lấy c o (z) =1.0 3.4. Áp lực gió theo độ cao Áp lực gió ở độ cao z được xác định theo công thức sau: 2 1 ( ) 1 7. ( ) . . . ( ) 2 p v m q z I z v z     Trong đó : ρ : mật độ không khí, theo đề nghị của Eurocode lấy ρ = 1,25 kg/m 3 Bảng 3.3. Áp lực gió ứng với cao độ các tầng. Tầng z (m) I v (z) v m (z) (m/s) q p (z) (kN/m 2 ) MAI 50.7 0.19 39.78 2.304 SANTHUONG 46.2 0.2 39.06 2.289 LAU14 43.2 0.2 38.54 2.228 LAU13 40.2 0.2 37.98 2.164 LAU12 37.2 0.21 37.38 2.157 LAU11 34.2 0.21 36.72 2.082 LAU10 31.2 0.22 36.01 2.059 LAU9 28.2 0.22 35.23 1.970 LAU8 25.2 0.23 34.36 1.926 LAU7 22.2 0.23 33.37 1.816 LAU6 19.2 0.24 32.25 1.742 LAU5 16.2 0.25 30.93 1.644 TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG 23 LAU4 13.2 0.26 29.34 1.517 LAU3 10.2 0.28 27.34 1.383 LAU2 7.2 0.31 24.64 1.203 LAU1 4.2 0.36 21.82 1.047 TRET 0 0.36 21.82 1.047 3.5. Áp lực gió tĩnh 3.5.1. Áp lực gió lên mặt ngoài w e = q p (z e ) × c pe Trong đó: q p (z e ) : áp lực gió ở cao độ z e ; z e : cao độ tính toán của áp lực gió lên mặt ngoài; c pe : hệ số áp lực ngoài. 3.5.2. Áp lực gió lên mặt trong w i = q p (z i ) × c pi Trong đó: q p (z i ): áp lực gió ở cao độ z i ; z i : cao độ tính toán của áp lực gió lên mặt trong; c pi : hệ số áp lực trong. 3.5.3. Cao độ tính toán áp lực ngoài z e Cao độ tính toán áp lực ngoài z e phụ thuộc kích thước mặt đón gió.Phương pháp xác định thể hiện ở hình sau: Hình 3.1. Xác định cao độ tính toán TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG 24 Ở đây, ta tính toán tải gió ứng với từng cao độ sàn và gán trực tiếp vào sàn. Do đó kích thước mặt chịu tải ở từng cao độ sàn là b × h với b là bề rộng nhà, h là chiều cao tầng. Ta thấy h << b. Do đó ta tính toán với z e xác định như ở minh họa thứ nhất. Để đơn giản lấy z e chính tại cao độ các sàn. 3.5.4. Cao độ tính toán áp lực trong z i Theo điều 7.2.9(7), Eurocode 1991-1-4, cho phép lấy cao độ tính toán áp lực trong z i bằng cao độ tính toán áp lực ngoài z e . 3.5.5. Hệ số áp lực ngoài Hệ số áp lực ngoài c pe phụ thuộc vào diện tích của diện chịu tải.  Nếu diện tích chịu tải > 10m 2 , giá trị của c pe là c pe,10  Nếu diện tích chịu tải < 1m 2 , giá trị của c pe là c pe,1 Nếu diện tích chịu tải nằm trong khoảng từ 1 đến 10 m 2 , giá trị của c pe nội suy theo công thức : ,1 ,1 ,10 10 ( )log pe pe pe pe c c c c A   Hình 3.2. Đồ thị xác định c pe Các diện chịu tải tính toán trong luận văn này đều có diện tích >>10m 2 . Do đó lấy c pe = c pe,10 Trị số của c pe,1 và c pe,10 phụ thuộc vào khu vực ảnh hưởng của tải gió. Khi một công trình chịu tải gió, thì xuất hiện các khu vực ảnh hưởng A, B, C, D, E thể hiện như hình 3.3 Ta không xét ảnh hưởng cục bộ của tải gió đối với các bộ phận công trình như tường biên, dầm biên. Do vậy đối với gió tác dụng theo một chiều nào đó, chẳng hạn như gió X, gió Y, ta chỉ xét hai khu vực D, E là đủ. Đó là vì theo chiều vuông góc với hướng gió, xét về tổng thể công trình là đã lực tác dụng đã tự cân bằng với nhau. Các trị số c pe,1 và c pe,10 thể hiện ở bảng 3.4 TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG 25 Hình 3.3. Vùng chịu tải gió Bảng 3.4. Hệ số áp lực ngoài Vùng A B C D E h/d c pe,10 c pe,1 c pe,10 c pe,1 c pe,10 c pe,1 c pe,10 c pe,1 c pe,10 c pe,1 5 -1,2 -1,4 -0,8 -1,1 -0,5 +0,8 +1 -0,7 1 -1,2 -1,4 -0,8 -1,1 -0,5 +0,8 +1 -0,5 ≤0,25 -1,2 -1,4 -0,8 -1,1 -0,5 +0,8 +1 -0,3 3.5.6. Hệ số áp lực trong Hệ số áp lực trong phụ thuộc vào hệ số mở của bề mặt chịu tải μ 0 pe Area of openings where c is negative or Area of all openings     TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG 26 Hình 3.4 bên dưới dùng để xác định hệ số c pi , dựa vào tỉ số h/d, độ mở μ, và hướng gió θ. Tuy nhiên, rất khó có thể xác định được hệ số mở . Trong trường hợp này, Eurocode cho phép c pi có thể lấy là +0,2 và -0,3, thiên về an toàn. Hình 3.4. Hệ số áp lực trong 3.5.7. Lực gió tĩnh tại từng mức sàn tầng Gió theo phương trục X ( ) ( ) ( ) (0,7 0,3 0,2 0,3) ( ) 1,5 ( ) x pe pi p x px px F z c c q z b h q z b h q z b h                  Gió theo phương trục Y ( ) ( ) ( ) (0,7 0,3 0,2 0,3) ( ) 1,5 ( ) y pe pi p y py py F z c c q z b h q z b h q z b h                  Với: b x , b y lần lượt là chiều rộng nhà theo phương x, y ứng với cao độ z (z ở đây là cao độ mỗi sàn) h là chiều cao tầng. TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG 27 Bảng 3.5. Lực gió tĩnh tác dụng tại cao độ các sàn Tầng z (m) q p (z) (kN/m 2 ) h (m) b x (m) b y (m) F tĩnh,X (kN) F tĩnh,Y (kN) MAI 50.7 2.304 4.5 27 48 419.98 746.64 SANTHUONG 46.2 2.289 3 27 48 278.06 494.32 LAU14 43.2 2.228 3 27 48 270.70 481.25 LAU13 40.2 2.164 3 27 48 262.89 467.36 LAU12 37.2 2.157 3 27 48 262.08 465.92 LAU11 34.2 2.082 3 27 48 252.91 449.61 LAU10 31.2 2.059 3 27 48 250.11 444.65 LAU9 28.2 1.970 3 27 48 239.40 425.59 LAU8 25.2 1.926 3 27 48 233.99 415.99 LAU7 22.2 1.816 3 27 48 220.70 392.36 LAU6 19.2 1.742 3 27 48 211.67 376.29 LAU5 16.2 1.644 3 27 48 199.78 355.16 LAU4 13.2 1.517 3 27 48 184.34 327.72 LAU3 10.2 1.383 3 27 48 168.01 298.69 LAU2 7.2 1.203 3 27 48 146.15 259.82 LAU1 4.2 1.047 3 27 48 127.26 226.25 TRET 0 1.047 4.2 27 48 178.17 316.75 3.6. Hệ số kết cấu C S C D 3.6.1. Khái niệm Hệ số kết cấu c s c d tính tới ảnh hưởng của tính chất tác dụng không đồng thời của tải gió lên bề mặt kết cấu, và tác động của sự dao động công trình do hiện tượng cộng hưởng. Hệ số kết cấu c s c d có thể phân chia ra thành hai hệ số: hệ số kích thước c s và hệ số động c d . Ta có thể tính hệ số kết cấu như là một thông số duy nhất hoặc chia ra như trên. Hệ số kết cấu c s c d phụ thuộc vào kích thước b × h của công trình. Để đơn giản hóa vấn đề, ta lấy chiều cao nhà bằng đúng chiều cao tầng nhà, còn bề rộng của nhà theo hai trục xem là không đổi. Bề rộng này lấy sao cho diện tích bề mặt đón gió là không đổi. Khi đó thì bề rộng theo hai trục là: - b x = 40 m - b y = 65 m 3.6.2. Tỷ lệ chiều dài hỗn loạn () t t z L z L z      với z ≥ z min min ( ) ( )L z L z với z < z min Trong đó : z t = 200 (m): cao độ tham chiếu. L t = 300 (m): chiều dài tham chiếu. 6098.0)3.0ln(05.067.0)ln(05.067.0  o z  [...]... 0.8 23 1 73. 02 LAU5 184 .34 32 7.72 0.8 53 0.810 157.29 LAU4 168.01 298.69 0. 835 0.791 140.21 LAU3 Fđộng,Y (kN) 662.24 435 .57 422.86 409.40 405.57 38 9.87 38 2.78 36 4.58 35 3.28 33 0.98 31 3.92 292.44 265.56 236 .34 31 TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LAU2 LAU1 TRET 146.15 127.26 178.17 259.82 226.25 31 6.75 0.807 0.772 0.772 0.7 63 0.729 0.729 117.91 98.26 137 .56 198 .36 164.88 230 .84 4 TỔ HỢP TẢI TRỌNG Các trường hợp tải. .. 3. 334 5.927 0.255 0.154 0. 136 0.082 MAI SANTHUONG 6 .37 6 0.145 3. 395 6. 036 0.251 0.152 0. 135 0.082 6.462 0.1 43 3.441 6.118 0.248 0.150 0. 134 0.081 LAU14 6.557 0.141 3. 492 6.208 0.245 0.148 0. 133 0.080 LAU 13 6.662 0. 139 3. 548 6 .30 7 0.242 0.146 0. 132 0.080 LAU12 6.782 0. 137 3. 612 6.421 0. 239 0.144 0. 131 0.079 LAU11 6.916 0. 134 3. 6 83 6.547 0. 235 0.141 0.129 0.078 LAU10 7.069 0. 131 3. 764 6.692 0. 230 0. 138 ... cs (Y) cd (X) cd (Y) 0.8 73 0.860 1.059 1. 032 0.867 0.8 53 1.061 1. 033 0.865 0.851 1.061 1. 033 0.8 63 0.848 1.061 1. 033 0.857 0.842 1.0 63 1. 034 0.854 0. 839 1.0 63 1. 034 0.848 0. 832 1.064 1. 035 0.844 0.828 1.064 1. 035 0. 836 0.820 1.065 1. 035 0. 831 0.815 1.065 1. 035 0.8 23 0.806 1.066 1. 035 0.8 13 0.795 1.066 1. 035 0.801 0.7 83 1.065 1. 035 0.784 0.765 1.065 1. 034 0.759 0.740 1.062 1. 032 0.729 0.709 1.059 1.028... Tầng MAI SANTHUONG LAU14 LAU 13 LAU12 LAU11 LAU10 LAU9 LAU8 LAU7 LAU6 LAU5 LAU4 LAU3 LAU2 LAU1 TRET z (m) 50.7 46.2 43. 2 40.2 37 .2 34 .2 31 .2 28.2 25.2 22.2 19.2 16.2 13. 2 10.2 7.2 4.2 0 L(z) (m) 129.92 122.76 117. 83 112.77 107.56 102.19 96.62 90.85 84. 83 78.52 71.86 64.79 57.18 48.86 39 .51 31 .64 31 .64 fL(z,n) 3. 487 3. 356 3. 265 3. 171 3. 0 73 2.972 2.865 2.754 2. 636 2.5 13 2 .37 9 2. 237 2.081 1.908 1.712 1.548... 1 ,35 TT + 1 ,35 HT + 1 ,35 GIOX 7 1 ,35 TT + 1 ,35 HT - 1 ,35 GIOX 8 1 ,35 TT + 1 ,35 HT + 1 ,35 GIOY 9 1 ,35 TT + 1 ,35 HT - 1 ,35 GIOY 10 1 ,35 TT + 1,05(GIOX + GIOY) 11 1 ,35 TT + 1,05(GIOX - GIOY) 12 1 ,35 TT + 1,05(- GIOX + GIOY) 13 1 ,35 TT + 1,05(- GIOX - GIOY) 14 1 ,35 TT + 1 ,35 HT + 0,945(GIOX + GIOY) 15 1 ,35 TT + 1 ,35 HT + 0,945(GIOX - GIOY) 16 1 ,35 TT + 1 ,35 HT + 0,945(- GIOX + GIOY) 17 1 ,35 TT + 1 ,35 HT + 0,945(- GIOX - GIOY) Trong... gồm: TH tải TINHTAI HOANTHIEN HOATTAI GIOX GIOY Bảng 3. 11: Các trường hợp tải Nguồn Loại tải Tĩnh tải DEAD Tĩnh tải lớp hoàn thiện sàn SUPPER DEAD Hoạt tải LIVE Tải gió theo phương X WIND Tải gió theo phương X WIND Hệ số vượt tải 1 .35 1 .35 1.5 1 1 Các tổ hợp nội lực theo Eurocode 1: 1 1 ,35 TT + 1.5HT 2 1 ,35 TT+ 1,5GIOX 3 1 ,35 TT - 1,5GIOX 4 1 ,35 TT + 1,5GIOY 5 1 ,35 TT – 1,5GIOY 6 1 ,35 TT + 1 ,35 HT + 1 ,35 GIOX... 0.8 53 0. 835 0.807 0.772 0.772 cscd (Y) 0.887 0.881 0.879 0.876 0.870 0.867 0.861 0.857 0.849 0.844 0. 834 0.8 23 0.810 0.791 0.7 63 0.729 0.729 3. 7 Bảng kết quả tải trọng gió Sau đây là bảng tổng hợp tải trọng gió, giá trị Fđộng là giá trị được gán vào chương trình ETAB Bảng 3. 10 Kết quả tải gió tác dụng vào từng sàn Ftĩnh,X Ftĩnh,Y Fđộng,X Tầng cscd (X) cscd (Y) (kN) (kN) (kN) 419.98 746.64 0.925 0.887 38 8.50... toàn bộ bề mặt chịu tác động cs  1  7.I v ( z ) B 2 1  7.I v ( z ) 3. 6.10 Hệ số động Hệ số động kể đến sự tăng tác động của gió lên công trình do dao động cộng hưởng của công trình với tác động của gió 30 TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG cd  Tầng MAI SANTHUONG LAU14 LAU 13 LAU12 LAU11 LAU10 LAU9 LAU8 LAU7 LAU6 LAU5 LAU4 LAU3 LAU2 LAU1 TRET 1  2.k p I v ( z ) B 2  R 2 1  7.I v ( z ) B 2 Bảng 3. 9 Hệ số kết cấu...TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG 3. 6 .3 Tần số dao động không thứ nguyên f L ( z , n)  n.L( z ) vm ( z ) n là tần số dao động riêng thứ nhất của công trình, tức là n = n 1 Dùng ETAB để tìm tần số dao động của công trình Kết quả ta được chu kì dao động thử nhất của công trình là 2.93s, tức tần số dao động riêng của công trình là 0 .3 Hz 3. 6.4 Hàm mật độ phổ không thứ nguyên... 2 f L ( z, n))5 /3 Hình 3. 5 Đồ thị hàm mật độ phổ không thứ nguyên 3. 6.5 Hệ số nền Hệ số nền B2 cho phép thể hiện sự thiếu liên tục của áp lực gió tác dụng vào bề mặt công trình 1 B2  0, 63 bh 1  0,9    L( z )  Trong đó : b, h là chiều rộng và chiều cao công trình L(ze) là tỷ lệ chiều dài hỗn loạn tại độ cao tham khảo Bảng 3. 6 Hệ số nền theo 2 phương X và Y 28 TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG Tầng MAI SANTHUONG . 25.2 0. 23 34 .36 1.926 LAU7 22.2 0. 23 33 .37 1.816 LAU6 19.2 0.24 32 .25 1.742 LAU5 16.2 0.25 30 . 93 1.644 TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG 23 LAU4 13. 2 0.26 29 .34 1.517 LAU3 10.2. 35 3.28 LAU7 220.70 39 2 .36 0.885 0.844 195 .37 33 0.98 LAU6 211.67 37 6.29 0.876 0. 834 185.52 31 3.92 LAU5 199.78 35 5.16 0.866 0.8 23 1 73. 02 292.44 LAU4 184 .34 32 7.72 0.8 53. 1. 1 ,35 TT + 1.5HT 2. 1 ,35 TT+ 1,5GIOX 3. 1 ,35 TT - 1,5GIOX 4. 1 ,35 TT + 1,5GIOY 5. 1 ,35 TT – 1,5GIOY 6. 1 ,35 TT + 1 ,35 HT + 1 ,35 GIOX 7. 1 ,35 TT + 1 ,35 HT - 1 ,35 GIOX 8. 1 ,35 TT + 1 ,35 HT + 1 ,35 GIOY