Sổ tay thiết kê động đất BTCT,Thép

thiết kê tính toán động đât btct ,thép theo TCXD VNthiết kê tính toán động đât btct ,thép theo TCXD VNthiết kê tính toán động đât btct ,thép theo TCXD VNthiết kê tính toán động đât btct ,thép theo TCXD VNthiết kê tính toán động đât btct ,thép theo TCXD VNthiết kê tính toán động đât btct ,thép theo TCXD VN

SỔ TAY THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

CHỊU ĐỘNG ĐẤT THEO TCVN 375-2006

MỤC LỤC

1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN 3

1.1 Những nguyên tắc chỉ đạo trong thiết kế cơ sở 3

1.2 Gia tốc nền thiết kế 4

1.3 Cấp động đất 7

1.4 Các loại đất nền 9

1.5 Biểu diễn cơ bản của tác động động đất 11

2 TÍNH TOÁN VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 11

2.1 Các phương pháp mô phỏng tải trọng động đất 11

2.1.1 Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương 11

2.1.2 Phổ thiết kế dùng cho phân tích đàn hồi 12

2.2 Tổ hợp các thành phần động đất (mục 4.3.3.5.) 18

2.2.1 Tổ hợp các phản ứng dạng dao động 18

2.2.2 Các thành phần nằm ngang của tải trọng động đất (mục 4.3.3.5.1) 18

2.2.3 Các thành phần nằm đứng của tải trọng động đất (mục 4.3.3.5.2) 19

2.3 Tổ hợp tải trọng, nội lực và chuyển vị 20

2.3.1 Xác định nội lực 20

2.3.2 Tổ hợp tải trọng, nội lực và chuyển vị 20

3 MÔ PHỎNG TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT TRONG ETABS 24

3.1 Phương pháp lực ngang tương đương 24

3.2 Phương pháp phổ phản ứng 26

3.2.1 Tải gia tốc 26

3.2.2 Hệ trục tọa độ địa phương của tải gia tốc 26

3.2.3 Đường cong phổ phản ứng 26

3.2.4 Trình tự khai báo 27

3.3 Phương pháp phân tích động lực học kết cấu theo lịch sử thời gian 32

3.3.1 Cơ sở lý thuyết 32

3.3.2 Trình tự phân tích 33

3.3.3 Phương pháp tích phân dạng dao động (modal integration) 34

3.3.4 Trình tự khai báo 35

3.4 Phân tích kết quả từ các phương pháp mô phỏng động đất 38

3.4.1 Kết quả phân tích phổ phản ứng 38

3.4.2 Kết quả phân tích lịch sử - thời gian 38

3.5 Ví dụ tính toán 39

3.6 Kết luận chung 41

4 CẤU TẠO KHÁNG CHẤN 42

4.1 Cấp dẻo kết cấu 42

4.2 Cấu tạo kháng chấn của các cấu kiện theo cấp dẻo 43

4.2.1 Các tham số cấu tạo đối với dầm 46

4.2.2 Các tham số cấu tạo đối với cột 49

4.2.3 Các tham số cấu tạo đối với nút dầm và cột 52

4.2.4 Các tham số cấu tạo đối với tường cứng 56

4.3 Cấu tạo kháng chấn của các cấu kiện theo cấp chống động đất 61

4.3.1 Bảng phân loại các cấp chống động đất 61

4.3.2 Quy định bố trí cấu tạo đối với dầm 63

4.3.3 Quy định bố trí cấu tạo đối với cột 66

4.3.4 Quy định bố trí cấu tạo đối với tường cứng (vách cứng) 69

4.3.5 Quy định bố trí cấu tạo đối với lanh tô (gác qua lỗ cửa vách cứng) 75

4.3.6 Quy định bố trí cấu tạo đối với giằng móng và bản móng 76

1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1 Những nguyên tắc chỉ đạo trong thiết kế cơ sở

 Tính đơn giản về kết cấu

 Tính đều đặn, đối xứng và siêu tĩnh: tính đồng đều trong mặt bằng được đặc trưng bởi sự phân bố đều các cấu kiện chịu lực, cho phép truyền trực tiếp và nhanh chóng các lực quán tính sinh ra bởi những khối lương phân

bố trong công trình Nếu cần, tính đồng đều có thể tạo ra bằng cách chia nhỏ công trình thành các đơn nguyên độc lập về mặt động lực nhờ các khe kháng chấn

Các khe co giãn, khe kháng chấn và khe lún cần tuân thủ theo các nguyên tắc sau

 Các khe co giãn, khe kháng chấn và khe lún nên bố trí trùng nhau

 Khe phòng chống động đất nên được bố trí suốt chiều cao của nhà, nếu trong trường hợp không cần có khe lún thì không nên cắt qua móng mà nên dùng giải pháp gia cố thêm móng tại vị trí khe động đất

 Khi công trình được thiết kế chống động đất thì các khe co giãn và khe lún phải tuân theo yêu cầu của khe phòng chống động đất

 Độ rộng của khe lún và khe phòng chống động đất cần được xem xét căn

cứ vào chuyển vị của đỉnh công trình do chuyển dịch móng sinh ra Chiều rộng tối thiểu của khe lún và khe kháng chấn được tính theo

d  V V  mm

trong đó V và 1 V là chuyển vị ngang cực đại theo phương vuông góc với khe 2

của hai bộ phận công trình hai bên khe, tại đỉnh của khối kề khe có chiều cao nhỏ hơn hai khối

 Có độ cứng và độ bền theo cả hai phương

 Có độ cứng và độ bền chống xoắn

 Sàn tầng có ứng xử như tấm cứng: các sàn (kể cả mái) đóng một vai trò rất quan trọng trong sự làm việc tổng thể của kết cấu chịu động đất

Chúng làm việc như những tấm cứng ngang, tiếp nhận và truyền các lực quán tính sang hệ kết cấu thẳng đứng và bảo đảm cho các hệ thống này cùng nhau làm việc khi chịu tác động động đất theo phương ngang Chú

ý đến các lỗ mở lớn trên sàn, nằm gần với các cấu kiện thẳng chính, làm giảm hiệu quả của mối nối giữa các kết cấu theo phương ngang và đứng

 Có móng thích hợp

 Các cấu kiện kháng chấn chính phụ: một số cấu kiện như dầm và cột có thể chọn là cấu kiện kháng chấn phụ, không tham gia vào hệ kết cấu kháng chấn của công trình Cường độ và độ cứng kháng chấn của những cấu kiện này có thể bỏ qua Chúng không cần thiết phải tuân thủ những yêu cầu từ chương 5 đến chương 9 Tuy nhiên, các cấu kiện này cùng với các mối liên kết của chúng phải được thiết kế và cấu tạo để chịu được tải trọng của trọng lực khi chịu những chuyển vị gây ra bởi các điều kiện thiết kế chịu động đất bất lợi nhất Khi thiết kế các bộ phận này cần xét tới những hiệu ứng bậc hai (hiệu ứng P ) Độ cứng ngang của tất

cả cấu kiện kháng chấn phụ không được vượt quá 15% độ cứng ngang của tất cả các cấu kiện kháng chấn chính

 Độ mảnh của mặt bằng nhà và công trình phải

min

4

max

L L

 Động đất mạnh: a g  0.08g phải tớnh toỏn và cấu tạo khỏng chấn theo TCVN 375-2006

 Động đất yếu: 0.04g a g  0.08gchỉ cần ỏp dụng cỏc giải phỏp

khỏng chấn đó được giảm nhẹ, cấu tạo theo TCXD 198-1997

 Động đất rất yếu: a g  0.04g khụng cần thiết kế khỏng chấn

trong đú hệ số tầm quan trọng I được xỏc định theo phụ lục F

Mức độ quan

trọng Công trình

Hệ số tầm quan trọng  I

- Đập bêtông chịu áp chiều cao >100m;

- Nhμ máy điện có nguồn nguyên tử;

- Nhμ để nghiên cứu sản xuất thử các chế phẩm sinh vật kịch độc, các loại vi khuẩn, mầm bệnh thiên nhiên vμ nhân tạo (chuột dịch, dịch tả, thương hμn v.v );

- Công trình cột, tháp cao hơn 300 m;

- Nhμ cao tầng cao hơn 60 tầng

Thiết kế với gia tốc lớn nhất có thể xảy ra

- Công trình mμ chức năng không được gián đoạn sau động đất: Công trình công cộng I-2.c diện tích sử dụng phân loại cấp I;

- Công trình mục II-9.a, II-9.b; công trình mục 1.a, V-1.b phân loại cấp I;

V Kho chứa hoặc tuyến ống có liên quan đến chất

độc hại, chất dễ cháy, dễ nổ: công trình mục 5.a, 5.b, mục II-5.c phân loại cấp I, II;

II Nhμ cao tầng cao từ 20 tầng đến 60 tầng , công trình dạng tháp cao từ 200 m đến 300 m

- Trụ sở hμnh chính cơ quan cấp tỉnh, thμnh phố, các công trình trọng yếu của các tỉnh, thμnh phố đóng vai trò đầu mối như: Công trình mục I-2.đ, I-2.g, I-2.h có nhịp, diện tích sử dụng phân loại cấp I, II;

- Các hạng mục quan trọng, lắp đặt các thiết bị có

1,00

Mức độ quan

trọng Công trình

Hệ số tầm quan trọng  I

thuộc phân loại cấp I, II;

- Các công trình quốc phòng, an ninh;

- Nhμ cao tầng cao từ 9 tầng đến 19 tầng , công trình dạng tháp cao từ 100 m đến 200 m

- Công trình công nghiệp mục II-1 đến II-4, từ II-6 đến II-8; từ II-10 đến II-12 phân loại cấp III diện tích sử dụng

từ 1000 m 2 đến 5000 m 2 ;

- Nhμ cao từ 4 tầng đến 8 tầng , công trình dạng tháp cao từ 50 m đến 100 m;

- Trại chăn nuôi gia súc 1 tầng;

- Kho chứa hμng hoá diện tích sử dụng không quá

1000 m 2

- Xưởng sửa chữa, công trình công nghiệp phụ trợ; thứ

tự mục II-1 đến II-4, từ II-6 đến II-8; từ II-10 đến II-12 phân loại cấp IV;

- Công trình mμ sự hư hỏng do động đất ít gây thiệt hại về người vμ thiết bị quý giá

Không yêu cầu tính toán kháng chấn

Ghi chú: Công trình ứng với mục có mã số kèm theo xem chi tiết trong Phụ lục G

Cấp 1: Động đất không cảm thấy, chỉ có máy mới ghi nhận được

Cấp 2: Động đất ít cảm thấy (rất nhẹ) Trong những trường hợp riêng lẻ, chỉ

có người nào đang ở trạng thái yên tĩnh mới cảm thấy được

Cấp 3: Động đất yếu Ít người nhận biết được động đất Chấn động y như tạo

ra bởi một ôtô vận tải nhẹ chạy qua

Cấp 4: Động đất nhận thấy rõ Nhiều người nhận biết động đất, cửa kính có thể kêu lạch cạch

Cấp 5: Thức tỉnh Nhiều người ngủ bị tỉnh giấc, đồ vật treo đu đưa

Cấp 6: Đa số người cảm thấy động đất, nhà cửa bị rung nhẹ, lớp vữa bị rạn Cấp 7: Hư hại nhà cửa Đa số người sợ hãi, nhiều người khó đứng vững, nứt lớp vữa, tường bị rạn nứt

Cấp 8: Phá hoại nhà cửa; Tường nhà bị nứt lớn, mái hiên và ống khói bị rơi Cấp 9: Hư hại hoàn toàn nhà cửa; nền đất có thể bị nứt rộng 10 cm

Cấp 10: Phá hoại hoàn toàn nhà cửa Nhiều nhà bị sụp đổ, nền đất có thể bị nứt rộng đến 1 mét

Cấp 11: Động đất gây thảm họa Nhà, cầu, đập nước và đường sắt bị hư hại nặng, mặt đất bị biến dạng, vết nứt rộng, sụp đổ lớn ở núi

Cấp 12: Thay đổi địa hình Phá huỷ mọi công trình ở trên và dưới mặt đất, thay đổi địa hình trên diện tích lớn, thay đổi cả dòng sông, nhìn thấy mặt đất nổi sóng

A

Đá hoặc các kiến tạo địa chất khác

tựa đá, kể cả các đất yếu hơn trên

E

Địa tầng bao gồm lớp đất trầm tích

sông ở trên mặt với bề dày trong

khoảng 5-20m có giá trị tốc độ truyền

sóng như loại C, D và bên dưới là các

đất cứng hơn với tốc độ truyền sóng v s

 800m/s

S1

Địa tầng bao gồm hoặc chứa một lớp

đất sét mềm/bùn (bụi) tính dẻo cao

(PI 40) và độ ẩm cao, có chiều dày ít

nhất là 10m

 100 (tham khảo)

10-20

S2

Địa tầng bao gồm các đất dễ hoá lỏng,

đất sét nhạy hoặc các đất khác với

các đất trong các loại nền A-E hoặc

S1

Nền đất cần phân loại theo giá trị của vận tốc sóng cắt trung bình

,30

s

 (m/s) nếu có giá trị này Nếu không, có thể dùng giá trị NSPT

Vận tốc sóng cắt trung bình, s,30 được tính toán theo biểu thức sau

Đối với các địa điểm có điều kiện nền đất thuộc một trong hai loại nền

đặc biệt S1 và S2 cần phải có nghiên cứu đặc biệt để xác định tác động động

đất Đối với những loại đất này, đặc biệt là đối với nền S2, cần phải xem xét khả năng phá hủy nền khi chịu tác động động đất

1.5 Biểu diễn cơ bản của tác động động đất

Trong phạm vi tiêu chuẩn, chuyển động động đất tại một điểm cho trước trên bề mặt được biểu diễn bằng phổ phản ứng gia tốc đàn hồi, gọi tắt là phổ phản ứng đàn hồi

Tác động động đất theo phương nằm ngang mô tả bằng 2 thành phần vuông 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 nguồn và độ lớn động đất phát sinh từ chúng

Đối với các công trình quan trọng I  cần xét các hiệu ứng khuếch đại 1

đại hình (xem phụ lục tham khảo A, phần 2)

2 TÍNH TOÁN VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT

2.1 Các phương pháp mô phỏng tải trọng động đất

Tải trọng động đất có thể mô phỏng thành nhiều phương pháp khác nhau, nhưng hiện nay có hai phương pháp đang được sử dụng rộng rãi: lực ngang tương đương và phổ thiết kế

2.1.1 Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương

Tải trọng động đất được quy đổi thành lực ngang tương đương khi kết cấu đáp ứng hai điều kiện sau

 Có chu kỳ dao động cơ bản theo hai hướng chính nhỏ hơn các giá trị sau

1

42

C

T T

s



 



 Thỏa mãn những tiêu chí về tính đều đặn mặt đứng

Theo mỗi phương nằm ngang được phân tích, lực cắt đáy động đất

m là tổng khối lượng của nhà ở trên móng hoặc ở trên đỉnh của phần cứng phía dưới

 là hệ số hiệu chỉnh lấy như sau  0.85 nếu T1 2T C với nhà có trên 2 tầng hoặc   với các trường hợp khác 1

Tác động động đất phải được xác định bằng cách đặt các lực ngang F i

vào tất cả các tầng ở hai mô hình phẳng

m m là khối lượng của các tầng xuất từ Etabs

Khi dạng dao động cơ bản được lấy gần đúng bằng các chuyển vị nằm ngang tăng theo tuyến tính dọc theo chiều cao

z z là độ cao của khối lượng ;m m so với điểm đặt tác động động đất i j

(mặt móng hoặc đỉnh móng của phần cứng phía dưới)

Sau khi có được lực cắt tại từng tầng, nhập các lực này vào mô hình trong phần mềm ETABS tại tâm khối lượng của sàn cứng Tiến hành tổ hợp

“tải động đất” và các loại tải trọng khác với hệ số tổ hợp theo tiêu chuẩn

2.1.2 Phổ thiết kế dùng cho phân tích đàn hồi

Đây là một phương pháp dự đoán phản ứng lớn nhất của hệ chịu tác động động đất dựa vào số liệu của các trận động đất xảy ra trước đó

Phương pháp này cần được áp dụng cho nhà không thỏa mãn những

điều kiện nêu trong 2.1.1 khi ứng dụng phương pháp phân tích tĩnh lực ngang

tương đương

Phải xét tới phản ứng của tất cả các dạng dao động góp phần đáng kể vào phản ứng tổng thể của nhà Các yêu cầu này có thể thỏa mãn nếu đạt được một trong hai điều kiện sau

 Tổng các 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

Ghi chú: Xác định tỉ số khối lượng tham gia như hình vẽ (SumUX và sum UY)

Nếu các yêu cầu trên không thỏa mãn (ví dụ trong nhà và công trình mà các dao động xoắn góp phần đáng kể) thì số lượng tối thiểu các dạng dao

động k được xét trong tính toán khi phân tích không gian cần thỏa mãn hai

điều kiện sau

3

k  n và T k 0.2s

trong đó

k là số dao động được xét tới trong tính toán

n là số tầng ở trên móng và hoặc đỉnh của phần cứng phía dưới

k

T là chu kỳ dao động của dạng thứ k

Khả năng kháng chấn của hệ kết cấu trong miền phi tuyến thường cho phép thiết kế kết cấu với các lực động đất bé hơn so với các lực ứng với phản ứng đàn hồi tuyến tính

Để tránh với phân tích trực tiếp các kết cấu không đàn hồi, người ta kể đến khả năng tiêu tán năng lượng chủ yếu thông qua ứng xử dẻo của các cấu kiện của nó bằng cách phân tích đàn hồi dựa trên phổ phản ứng được chiết giảm từ phổ phản ứng đàn hồi, vì thế phổ này được gọi là phổ thiết kế Sự

chiết giảm này được thực hiện bằng cách đưa vào hệ số ứng xử q

Đối với các thành phần nằm ngang của tác động động đất, phổ thiết kế

C g

C D g

Đỉnh gia tốc nền, cho trong phụ lục I TCVN 375:2006;

 Hệ số điều chỉnh độ cản với giá trị tham chiếu   (độ cản nhớt 5%); 1

q Hệ số ứng xử q  q k0 w1.5 trong đó q là hệ số ứng xử cơ bản phụ 0

thuộc vào loại kết cấu và tính đều đặn theo mặt đứng theo mục 4.2.3.3

Lo¹i kÕt cÊu CÊp dÎo kÕt cÊu

trung b×nh

CÊp dÎo kÕt cÊu cao

q cần được giảm xuống 20%

HÖ khung hoÆc hÖ kÕt cÊu hçn hîp t−¬ng ®−¬ng khung u / 1

HÖ t−êng hoÆc hÖ kÕt cÊu hçn hîp t−¬ng ®−¬ng víi t−êng u / 1

HÖ t−êng chØ cã hai t−êng kh«ng ph¶i lμ t−êng kÐp theo tõng ph−¬ng

ngang

1.0

HÖ kÕt cÊu hçn hîp t−¬ng ®−¬ng t−êng, hoÆc hÖ t−êng kÐp 1.2

Hệ sốk phản ánh dạng phá hoại thường gặp trong kết cấu có vách w

HÖ khung vμ hÖ kÕt cÊu hçn hîp t−¬ng ®−¬ng khung 1.0

HÖ t−êng, hÖ kÕt cÊu hçn hîp t−¬ng ®−¬ng t−êng vμ kÕt

cÊu dÔ xo¾n

 

 , với h là wi

chiều cao vách thứ i ; và l là độ dài của vách thứ i wi

 Hệ số ứng với cận dưới của phổ thiết kế theo phương nằm ngang, 0.2

Giá trị phổ vận tốc được suy từ phổ chuyển vị: S v S d

Giá trị phổ gia tốc được suy từ phổ chuyển vị: S a S v

Đối với thành phần thẳng đứng của tác động động đất phổ thiết kế được xác định theo công thức của phổ ngang; trong đó gia tốc nền thiết kế theo phương ngang a được thay bằng g a vg 0.9a g; S  ; 1 q1.5; các giá trị khác lấy theo bảng sau

g

vg a

a / T B (s) T (s) C T (s) D

0.90 0.05 0.15 1.0

Các bước thực hiện tính toán theo phương pháp phổ

Bước 1: Xác định chu kỳ và tần số dao động của mỗi mode dao động

Bước 2: Xác định phản ứng ứng với mỗi dạng dao động

Xác định giá trị phổ thiết kế gia tốc Se T của mode n ứng với chu kỳ ( )ndao động T n

Phương pháp SRSS (Square Root Of The Sum Of The Squares)

Đây là phương pháp căn bậc 2 tổng bình phương các ứng xử của các mode để có được ứng xử của kết cấu trong một phương

2

E  E

Phương pháp CQC (Complete Quadratic Combination)

Gọi E và En E Em là nội lực được tính toán ứng với mode n và mode m

Nội lực cực đại sẽ được xác định theo dạng biểu thức có dạng tổng kép sau:

E  E  E

Tổng kép thực hiện trên toàn bộ các mode được khảo sát.nmlà hệ số

liên kết giữa mode n và mode m , phụ thuộc vào tỷ số cản và vào tần số riêng

3 / 2

8 (1 )(1 ) 4 (1 )

 . Các hệ số đều dương và nhỏ hơn hoặc bằng 1

Bước 4: Tổ hợp phản ứng từ các phương khác nhau

Phản ứng ở hai dạng dao động i và j (kể cả các dạng dao động tịnh tiến

và xoắn) có thể xem là độc lập với nhau nếu các chu kỳ T và i T thỏa mãn j

E giá trị của hệ quả tác động động đất này do dạng dao động thứ i gây ra

2.2.2 Các thành phần nằm ngang của tải trọng động đất (mục 4.3.3.5.1)

Nói chung, các thành phần nằm ngang của tác động động đất phải được xem là tác động đồng thời

Việc tổ hợp các thành phần nằm ngang của tác động động đất có thể thực hiện như sau

(1) Phản ứng kết cấu đối với mỗi thành phần phải được xác định riêng

rẽ bằng cách sử dụng những quy tắc tổ hợp đối với các phản ứng dạng dao động theo 2.6.7.1 (xem mục 4.3.3.3.2- TCVN 375-2006) (2) Giá trị lớn nhất của mỗi hệ quả tác động lên kết cấu do hai thành phần nằm ngang của tác động động đất, có thể xác định bằng căn bậc hai của tổng bình phương các giá trị của hệ quả tác động do mỗi thành phần nằm ngang gây ra

(3) Quy tắc (2) ở trên nói chung cho kết quả thiên về an toàn của các giá trị có thể có của các hệ quả tác động khác đồng thời với giá trị lớn nhất thu được như trong (2) Có thể sử dụng các mô hình chính xác

hơn để xác định các giá trị có thể có đồng thời từ nhiều hệ quả tác động do hai thành phần nằm ngang của tác động động đất gây ra Nếu (1) và (2) không dùng được, các hệ quả tác động do tổ hợp của các thành phần nằm của tải trọng động đất có thể được xác định

0.30.3

Edx

E biểu thị các hệ quả tác động do đặt tác động động đất dọc theo trục

nằm ngang x được chọn của kết cấu;

Edy

E biểu thị các hệ quả tác động do đặt tác động động đất dọc theo trục

nằm ngang y vuông góc của kết cấu;

2.2.3 Các thành phần nằm đứng của tải trọng động đất (mục 4.3.3.5.2)

Nếu a vg 0.25g 2.5 (m/s2) thì thành phần thẳng đứng của tác động động đất cần được xét trong các trường hợp sau

 Các bộ phận kết cấu nằm ngang hoặc gần như ngang có nhịp L20m

 Các bộ phận kết cấu dạng console nằm ngang hoặc gần như ngang dài hơn 5m

 Các thành phần kết cấu ứng lực trước nằm ngang hoặc gần như ngang

 Các dầm đỡ cột (Transfer beam)

 Các kết cấu có cách chấn đáy

Chỉ tính toán thành phần đứng của tải động đất với các cấu kiện như trên

và các cấu kiện đỡ hoặc liên quan trực tiếp với chúng

Nếu các thành phần nằm ngang xét đến cho các cấu kiện này thì có thể

sử dụng ba tổ hợp sau

0.3 0.3

0.3 0.3

E biểu thị hệ quả tác động do tác động động đất theo phương đứng

Ghi chú về nhập giảm độ cứng chống uốn và chống cắt của cấu kiện bị nứt tại mục 4.3.1 (6) (7) trang 46 TCVN375-2006

(6) Trong nhà bêtông, nhà thép-bêtông liên hợp và nhà xây, độ cứng của cấu kiện chịu tải nói chung cần được đánh giá có xét đến hệ quả của vết nứt

Độ cứng này cần tương ứng với sự bắt đầu chảy dẻo cốt thép

(7) Trừ phi thực hiện sự phân tích chính xác hơn đối với các cấu kiện bị nứt, các đặc trưng về độ cứng chống cắt và độ cứng chống uốn đàn hồi của các cấu kiện bêtông và khối xây có thể lấy bằng một nửa (50%) độ cứng tương ứng của các cấu kiện không bị nứt (xem xét khi có yêu cầu)

2.3 Tổ hợp tải trọng, nội lực và chuyển vị

2.3.1 Xác định nội lực

Có hai loại sơ đồ để tính toán nội lực là sơ đồ đàn hồi và sơ đồ dẻo phụ thuộc vào việc người thiết kế cho phép vật liệu làm việc trong miền nào (điều khiển sơ đồ này bằng ứng dụng FrameEnd length offsets – vừng cứng tại nút khung trong ETABS)

Với kết cấu tĩnh định, chỉ được dùng sơ đồ đàn hồi bởi vì khi vật liệu trong kết cấu vượt qua giai đoạn đàn hồi (đến giai đoạn chảy dẻo) kết cấu bị phá hủy Với kết cấu này sử dụng các phương pháp lực, phương pháp chuyển vị hoặc phương pháp PTHH để tìm nội lực

Với kết cấu siêu tĩnh, có thể tính theo sơ đồ đàn hồi hoặc sơ đồ dẻo Nếu dùng sơ đồ dẻo, kết cấu thiết kế sẽ làm việc trong miền dẻo nhưng vẫn không bị phá hủy Để tìm nội lực khi dùng sơ đồ dẻo có thể sử dụng phương pháp trạng thái tới hạn hoặc phương pháp PTHH Sử dụng sơ đồ đàn hồi tức

là cho kết cấu làm việc trong miền đàn hồi, do đó sẽ an toàn hơn nhưng không kinh tế bằng khi cho kết cấu làm việc trong miền dẻo

Cần chú ý bê tông cốt thép là vật liệu đàn hồi-dẻo và không đồng nhất

Do đó các công thức của cả hai sơ đồ đều chỉ mang tính gần đúng Đối với sơ

đồ dẻo, rất khó khăn khi đánh giá mức độ dẻo của kết cấu và khi xuất hiện biến dạng dẻo kết cấu sẽ phân phối lại nội lực như thế nào Do vậy hiện nay chỉ áp dụng sơ đồ dẻo đối với cấu kiện dầm, còn nội lực và biến dạng của kết cấu nhà cao tầng được tính toán theo phương pháp đàn hồi (mục 2.6.2 – TCXD198-1997)

2.3.2 Tổ hợp tải trọng, nội lực và chuyển vị

Đối với tĩnh tải, đây là loại tải thường xuyên tác dụng lên kết cấu do đó

nó luôn gây ra nội lực Đối với hoạt tải, có thể xuất hiện hoặc không và thậm

chí có thể đổi chiều tác dụng (tải trọng gió) Ngay cả với hoạt tải do đồ đạc gây ra cũng có thể có hoặc không, có thể xuất hiện ở chỗ này hoặc ở chỗ khác Do đó khi thiết kế phải tổ hợp nội lực để tìm ra giá trị bất lợi cho kết cấu:

dễ hình dung, sai số không đáng kể

Theo TCXD2737-1995, có hai tổ hợp tải trọng sau:

 Tổ hợp cơ bản: Tĩnh tải DL (mục 2.3.3), hoạt tải dài hạn LL(mục 2.3.4) và ngắn hạn(mục 2.3.3) W

 Tổ hợp đặc biệt: Tĩnh tải, hoạt tải dài hạn và ngắn hạn có thể xảy ra một trong các tải trọng đặc biệt (mục 2.3.6) E

Ghi chú: Trong quá trình gán tải trọng gió vào mô hình, cần tách ra hai thành phần tĩnh Wt và động Wd Sau đó, tổ hợp lại gió theo công thức sau

W = Wt + Wd Theo TCXD2737-1995 và TCVN375-2006,

 Tĩnh tải + Hoạt tải

 Tĩnh tải + Gió

 Tĩnh tải + 0.9 Hoạt tải + 0.9 Gió

 Tĩnh tải + động đất

 Tĩnh tải + động đất + 2,i x Hoạt tải (Mục 3.2.4 (TCVN375-2006))

Các giá trị 2,i cho trong Bảng 3.4 trang 36 (TCVN375-2006)

Bảng 3.4: Các giá trị  đối với nhà 2,i

Tải trọng đặt lên nhà, loại Loại A: Khu vực nhà ở, gia đình 0,3

Loại C: Khu vực hội họp 0,6

Loại E: Khu vực kho lưu trữ 0,8 Loại F: Khu vực giao thông, trọng lượng xe 30kN 0,6

Loại G: Khu vực giao thông 30kN; trọng lượng xe 160kN 0,3

Đây là bảng tổ hợp triển khai cho thiết kế công trình nhà ở và văn phòng

Tên tổ hợp Tổ hợp Thành phần Hệ số tổ hợp Nội dung tính toán - kiểm tra

DL 1 COMBO1 ADD

LL 1

Tính bền

DL 1 COMBO2 ADD

WX 1

Tính bền

DL 1 COMBO3 ADD

WX -1

Tính bền

DL 1 COMBO4 ADD

WY 1

Tính bền

DL 1 COMBO5 ADD

WY -1

Tính bền

DL 1

LL 0.9 COMBO6 ADD

WX 0.9

Tính bền

DL 1

LL 0.9 COMBO7 ADD

WY 0.9

Tính bền

DL 1 COMBO8 ADD

LL 0.9

Tính bền

Tên tổ hợp Tổ hợp Thành phần Hệ số tổ hợp Nội dung tính toán - kiểm tra

WX -0.9

DL 1

LL 0.9 COMBO9 ADD

WY -0.9

Tính bền

DL 1 COMBO10 ADD

EY 1

Tính bền

DL 1 COMBO11 ADD

EX 1

Tính bền

DL 1 COMBO12 ADD

EY -1

Tính bền

DL 1 COMBO13 ADD

EY -0.3

Tính bền

ENVE1 ENVE ENVE(COMBO1 + + COMBO17)

DL 0.909 COMBO18 ADD

LL 0.833

Kiểm tra độ võng theo phương thẳng đứng của dầm, sàn

Tên tổ hợp Tổ hợp Thành phần Hệ số tổ hợp Nội dung tính toán - kiểm tra

DL 0.909 COMBO19 ADD

WY 0.833

Chuyển vị do gió theo phương Y

DL 0.909 COMBO20 ADD

WX 0.833

Chuyển vị do gió theo phương X

DL 0.909 COMBO21 ADD

WY -0.833

Chuyển vị do gió theo phương Y

DL 0.909 COMBO22 ADD

WX -0.833

Chuyển vị do gió theo phương X

ENVE2 ENVE ENVE (COMBO18 + + COMBO22)

3 MÔ PHỎNG TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT TRONG ETABS

3.1 Phương pháp lực ngang tương đương

Bước 1 : Khai báo tải trọng như sau

Bước 2 : Gán tải trọng như sau

3.2 Phương pháp phổ phản ứng

3.2.1 Tải gia tốc

Tải gia tốc được dùng để mô tả chuyển động của đất nền và được dùng

để tính tải trọng cho công trình trong phương pháp phổ phản ứng và phương pháp lịch sử – thời gian

Khi định nghĩa tải gia tốc, chương trình sẽ tự động tính toán cho cả 3 phương phụ thuộc vào độ lớn của gia tốc nền

Để có được tải gia tốc theo 3 phương, phải có khối lượng tương ứng theo 3 phương mx , my , mz để tạo ra lực quán tính

Không thể tạo ra tải gia tốc hướng tâm mà chỉ có thể tạo ra tải gia tốc thẳng vì đang dùng hệ tọa độ thẳng vuông góc chứ không dùng hệ tọa độ trụ hoặc hệ tọa độ cầu

Tải gia tốc có thể tạo ra với tất cả các loại phần tử trừ loại phần tử Asolid Trong hệ tọa độ địa phương của phương pháp phổ phản ứng phương pháp lịch sử – thời gian, tải gia tốc có chiều dọc theo chiều dương của trục 1,2,3 thuộc U1, U2, U3

3.2.2 Hệ trục tọa độ địa phương của tải gia tốc

Mỗi phổ phản ứng có một hệ tọa độ địa phương của riêng nó, được dùng

để xác định phương của lực do gia tốc nền gây ra Hệ trục tọa độ địa phương này biểu diễn bởi 3 trục 1,2 và 3 Được xác định dựa theo hệ trục tọa độ tổng thể X,Y và Z

3.2.3 Đường cong phổ phản ứng

Đường cong phổ theo mỗi phương được thiết lập từ các hàm có sẵn trong Etabs hoặc từ hàm do người thiết kế xây dựng Nếu dải chu kỳ của phổ phản ứng không được định nghĩa đủ cho dải chu kỳ dao động các mode của kết cấu, đường phổ phản ứng sẽ tự động được mở rộng cho những chu kỳ chưa được định nghĩa Gia tốc ứng với những chu kỳ đó là hằng số và có giá trị bằng với gia tốc tại điểm được định nghĩa gần đó nhất

3.2.4 Trình tự khai báo

Bước 1: Khai báo khối lượng

Chú ý khi khai báo nguồn tạo khối lượng (Mass Source)

 From Shelf: khối lượng được tính từ khối lượng riêng

 From Load: khối lượng được tính từ trọng lượng riêng

 From Speccified Mass: khối lượng được nhập trực tiếp vào kết cấu Nếu không chọn đúng cách có thể sẽ gây dư hoặc thiếu khối lượng cho công trình, ảnh hưởng đến giá trị chu kỳ dao động làm người thiết kế dễ lầm tưởng công trình đã thiếu hoặc đủ độ cứng

Bước 2: Khai báo số mode cần để phân tích dao động

Mỗi mode có một sự đóng góp khác nhau vào dao động theo phương đang xét TCXDVN 375:2006 quy định

 Tổng các 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

Chuẩn bị file txt

Khai báo phổ thiết kế

Tạo PHỔ NGANG và ĐỨNG từ file txt (add spectrum from file)

Bước 4: Định nghĩa trường hợp tải

Định nghĩa phương pháp tổ hợp phản ứng từ các mode (Modal Combination)

Sự tổ hợp các dạng dao động theo một phương nhất định được thực hiện bằng các phương pháp sau:

• Phương pháp CQC (Complete Quadratic Combination)

• Phương pháp SRSS (Square Root of the Sum Squares)

• Phương pháp tổng tuyệt đối (Absolute Sum Method)

Phương pháp an toàn nhất để xác định chuyển vị hay nội lực cực đại trong kết cấu là lấy tổng giá trị tuyệt đối các ứng xử của từng mode Phương pháp này giả thiết rằng các giá trị phản ứng của tất cả các mode xảy ra tại cùng một thời điểm Điều này thường không phù hợp với thực tế và cho kết quả quá lớn

Định nghĩa phương pháp tổ hợp phản ứng từ các phương (Directional Combination)

• Phương pháp SRSS (Square Root of the Sum Squares)

• Phương pháp tổng tuyệt đối (Absolute Sum Method)

Hệ số giảm chấn damping có thể lấy 0.05 với bêtông và 0.03 đối với thép

Bước 5: Tính nội lực

Phần mềm phân tích dao động thành các mode dao động và tính toán tần

số dao động tự nhiên n và hàm dạngn Giá trị gia tốc dùng cho mỗi mode trong mỗi phương sẽ được nội suy từ đường phổ phản ứng đã định nghĩa theo phương đó ứng với chu kỳ dao động riêng và hệ số giảm chấn của mode

đó Khi có được giá trị gia tốc giả ứng với mỗi mode, phần mềm sẽ tính được chuyển vị của từng bậc tự do, kết hợp với điều kiện biên và khối lượng mà đã khai báo cho từng phần tử, phần mềm sẽ tính được nội lực của từng phần tử theo các công thức của phần tử hữu hạn Các bước trên được tính toán độc lập cho từng mode dao động theo một phương Sau đó, phần mềm tự động tổ hợp nội lực, ứng suất và chuyển vị từ các mode theo phương pháp mà đã định nghĩa để được giá trị tổng thể trong kết cấu của một phương (Modal Combination) Để được giá trị ứng xử của kết cấu trong không gian, phần mềm sẽ tự động tổ hợp từ các phương khác nhau (Directional Combination)

Phản lực và mômen tại móng luôn tuân theo hệ trục tọa độ địa phương của phổ phản ứng

Bước 6 Tổ hợp nội lực với các trường hợp tải khác

Định nghĩa các tổ hợp tải trọng, xem trường hợp tải động đất như một trường hợp tải Hệ số tổ hợp phải tuân theo TCXDVN 375:2006

3.3 Phương pháp phân tích động lực học kết cấu theo lịch sử thời gian

Phương pháp cộng tác dụng (lực ngang tương đương) hoặc phương pháp phổ được nêu ở phần trước rất hữu dụng cho phân tích đàn hồi của kết cấu Nó không trực tiếp áp dụng được cho việc phân tích không đàn hồi bởi vì nguyên tắc cơ bản của cộng tác dụng không còn phù hợp nữa Hơn nữa, sự phân tích khó tránh khỏi sai số vốn có của phương pháp cộng tác dụng mô hình Xét cho cùng, phương pháp tổ hợp ứng xử của kết cấu từ các dạng dao động khác nhau là một kỹ thuật có xác suất chính xác nhất định Và trong một

số trường hợp, có thể tạo ra những kết quả miêu tả không trọn vẹn ứng xử thực sự của kết cấu Phương pháp phân tích lịch sử thời gian khắc phục hai nhược điểm này Nhưng nó đòi hỏi một khối lượng tính toán lớn Nó không đơn thuần là một công cụ để phân tích trong thiết kế của công trình Nó có thể cho biết ứng xử thực tế của công trình trong từng thời điểm xảy ra động đất Phương pháp này dựa vào tích phân từng bước mà phạm vi thời gian thì được xác định trong lượng số gia nhỏ t và trong mỗi khoảng thời gian, kết quả của phương trình được giải trước đó được dùng như thông số đầu vào

cho bước tiếp theo Phương pháp này thích hợp cho cả phân tích đàn hồi tuyến tính và không đàn hồi tuyến tính Vì nó mô tả được sự thay đổi độ cứng của kết cấu do sự hình thành khớp dẻo Độ cứng của kết cấu sẽ được tính toán lại sau mỗi bước tính toán dựa vào kết quả của bước trước đó

Phương trình này không thể giải trực tiếp được Phương trình dao động

cho dạng dao động thứ n của công trình nhiều tầng đã được lý tưởng hóa

Đây chỉ là phương trình dao động của hệ một bậc tự do với tần số dao động tự nhiênn và hệ số giảm chấn n được kích thích ở bậc (degree) n

n

L M

ra từng bước thời gian nhỏ để phân tích Độ lớn của bước thời gian này được xác lập bởi người thiết kế Trong mỗi bước thời gian, gia tốc xem như thay đổi tuyến tính

Máy tính sẽ tích phân từng bước phương trình dao động trong từng bước thời gian Kết quả của bước trước sẽ là điều kiện ban đầu của bước kế tiếp Bước tích phân này có thể diễn ra theo 2 cách sau

 Nếu tích phân trực tiếp phương trình dao động tổng thể thì gọi là phương pháp tích phân trực tiếp (Direct Integration), chỉ có ở Sap2000

 Nếu tích phân phương trình dao động của các dạng dao động thì gọi là phương pháp tích phân dạng dao động (Modal Integration) Etabs chỉ dùng cách tích phân này vì nó cho ra kết quả khá chính xác với nhà cao tầng

Trong mỗi bước thời gian, ứng xử của kết cấu sẽ được tính toán trong tất

cả các phần tử Sau đó sẽ được cộng lại để được ứng xử tổng thể của kết cấu cho đến thời điểm đó Đây không phải là ứng xử riêng của kết cấu trong bước thời gian đó, vì sau mỗi bước thời gian thì giá trị ứng xử đều được lưu lại và lấy đó làm giá trị đầu vào cho bước kế tiếp Cách kết hợp này loại trừ hoàn toàn được cách tổ hợp theo xác suất của phương pháp tổ hợp từ các dạng dao động trong phổ phản ứng

Ứng xử của kết cấu với mỗi băng gia tốc sẽ khác nhau Để có được giá trị thiết kế cho kết cấu, phải chạy mô hình với rất nhiều băng gia tốc khác nhau Ở điều kiện của Việt Nam không có điều kiện ghi lại được tất cả các trận động đất đã xảy ra

Ngoài ra, có thể tham khảo các băng gia tốc ghi lại được từ các trận động đất xảy ra trên thế giới trong dữ liệu phần mềm Etabs hoặc trên mạng Internet

3.3.3 Phương pháp tích phân dạng dao động (modal integration)

Phương pháp dựa trên nguyên lý cộng tác dụng mô hình là một phương pháp mang lại hiệu quả cao và chính xác cho phân tích lịch sử thời gian Phương pháp này cũng phân tích dựa trên các mode dao động nhưng khác phương pháp phân tích trong phổ phản ứng ở chỗ: nó thực hiện việc tích phân khép kín đồng thời cho tất cả các mode dao động được xét trong từng bước thời gian Và tiến hành kết hợp ứng xử của kết cấu lại ngay khi chúng được tính toán xong để cho ứng xử tổng thể của kết cấu cho đến thời điểm đó Thừa nhận rằng trong mỗi bước thời gian, gia tốc thay đổi tuyến tính Và nếu bước thời gian xuất ra nhỏ hơn bước thời gian đầu vào thì giá trị gia tốc ở

giữa hai điểm thời gian đầu vào sẽ được nội suy tuyến tính Thường lấy bước của thời gian xuất ra khoảng 1/10 chu kỳ của mode cao nhất (1/25 – 1/50s)

3.3.4 Trình tự khai báo

Bước 1: Định nghĩa hàm thời gian (Time history functions)

Chọn Browse… và chỉ đường dẫn đến thư mục chứa file hàm thời gian Chọn View File để xem hình thức trình bày của File phục vụ cho việc

khai báo

Nếu File có dạng giá trị và thời gian tương ứng thì chọn Time and Function Values Nếu File có dạng giá trị đo cách nhau một khoảng thời gian nhất định thì chọn Values at Equal Intervals of Và nhập bước thời gian đọc

được từ file dữ liệu

Xem kỹ file dữ liệu và khai báo 2 thông số quan trọng sau:

Header Lines to Skip: số dòng đầu tiên chú thích cho bảng dữ liệu Number of Points per Line: số “cột dữ liệu” yêu cầu máy đọc Cột dữ

liệu ở đây là số cột nếu bảng cho ở dạng giá trị cách nhau khoảng thời gian nhất định; Số cột dữ liệu là số cặp cột bao gồm một cột thời gian và một cột giá trị nếu bảng cho ở dạng thời gian và giá trị

Display Graph để xem giản đồ của giá trị

Bước 2: Định nghĩa trường hợp phân tích

Nếu trong bảng giá trị gia tốc tính theo cm/s2 mà muốn tính theo m/s2 thì nhân hệ số chuyển đổi 0,01 vào Scale Factor

Tổng thời gian mà chương trình sẽ phân tích và xuất ra kết quả bằng tích của bước thời gian (Output time step size) và số bước thời gian phân tích (Number of output time steps)

Start from Previous History: Điều kiện ban đầu của bước tích phân đầu tiên Có thể để trống hoặc chọn một trường hợp phân tích đã được định nghĩa

trước đó Nhờ đó có thể tác động nhiều băng gia tốc lần lượt để tham khảo kết quả

Bước 3: Bước thời gian

Trong mỗi bước thời gian, gia tốc xem như thay đổi tuyến tính và giá trị gia tốc được nội suy từ hai điểm Kết quả ứng xử của kết cấu sẽ được tính toán ở cuối mỗi bước và lấy đó làm điều kiện ban đầu cho bước tích phân kế tiếp Tại mỗi bước thời gian của giá trị đầu vào (input time) ứng xử của kết cấu chỉ được tính toán chứ không được lưu lại Chương trình chỉ lưu lại ứng xử của kết cấu sau mỗi bước thời gian của giá trị đầu ra (output time) Vì vậy, có thể biết được ứng xử của kết cấu sau mỗi bước thời gian mà đã định nghĩa

Để đạt được sự đồng nhất và có kết quả chính xác, một lời khuyên được đưa ra là nên chọn bước thời gian xuất ra bằng với bước thời gian của dữ liệu đầu vào

Bước 4: Định nghĩa tổ hợp với các trường hợp tải khác

Xem phân tích theo lịch sử thời gian như là một trường hợp tải trọng, thực hiện tổ hợp “tải trọng” này với các tải trọng khác như tĩnh tải, hoạt tải…

3.4 Phân tích kết quả từ các phương pháp mô phỏng động đất

3.4.1 Kết quả phân tích phổ phản ứng

Có thể xem các thành phần nội lực giống như trường hợp tải tĩnh Chú ý rằng giá trị đó là dự đoán ứng xử lớn nhất của kết cấu chứ không phải là giá trị thật sự khi xảy ra động đất

Một lưu ý rất quan trọng, đó là giá trị của phổ phản ứng luôn dương Nếu định nghĩa một phổ phản ứng theo phương X, phần mềm sẽ tự động tác động lên công trình theo hướng X và hướng –X Vì vậy nên nội lực một phần tử luôn có 2 giá trị, mỗi giá trị đại diện cho một hướng tác động Không thể thiết lập để phần mềm chỉ xuất ra giá trị theo một hướng tác động nào đó Vì vậy, giá trị nội lực của phương pháp phổ phản ứng thường lớn hơn giá trị ứng xử thật của kết cấu

Nếu tổ hợp với các trường hợp tải khác (ví dụ tĩnh tải), giá trị tổ hợp được sẽ là “tĩnh tải + X” và “tĩnh tải – X” Khi đó sẽ cho hai kết quả của tổ hợp

và không biết lấy kết quả nào là thực tế nhất và nguy hiểm nhất Để an toàn, người thiết kế thường lấy cả hai giá trị nội lực để tính toán

3.4.2 Kết quả phân tích lịch sử - thời gian