Kiến trúc công trình, động đất
Kiến trúc - công trình - động đất PGs Lê Kiều Trờng Đại học Kiến trúc Hà nội Khái niệm: Động đất , tợng rung động đột ngột mạnh vỏ trái đất dịch chuyển mảng thạch đứt gãy vỏ trái đất đợc truyền qua khoảng cách lớn dới dạng dao động đàn hồi Động đất chủ yếu liên quan với nội lực kiến tạo Đại đa số động đất xảy đới hút chìm mảng thạch dọc đứt gãy sâu Nhng có loại động đất ngoại lực nh trợt lở đất đá với khối lợng lớn cân trọng lực nơi có hồ chứa nớc lớn sâu nhân tạo Nơi phát sinh dịch chuyển động đất đợc gọi chấn tiêu lò động đất Nối tâm trái đất với chấn tiêu qua lên mặt đất, đờng gặp mặt đất nơi đợc gọi chấn tâm Khoảng cách từ chấn tâm đến chấn tiêu đợc gọi độ sâu chấn tiêu, ký hiệu H Khoảng cách từ chấn tiêu đến trạm quan sát ( trạm đặt máy hay chân công trình ) đợc gọi tiêu cự , khoảng cách từ chấn tâm đến trạm quan sát gọi tâm cự D Cờng độ động đất mặt đất xác định theo thang động đất đại lợng manhitut ( magnitude ) Động đất giới thờng tập trung hai đới: đới vòng quanh Thái Bình Dơng đới Địa Trung Hải qua Himalaya vòng xuống Malaixia Hai đới nơi tập trung nhiều núi lửa tắt hoạt động Động đất Chilê 1960 động đất mạnh ( 8,9 độ Richter) có lợng lớn gấp trăm lần lợng bom nguyên tử nổ Hirosima Tại Việt nam, động đất chủ yếu tập trung phía trũng Hà nội, dọc theo sông Hồng, sông Chảy, sông Đà, sông Cả, ven biển Nam Trung Động đất Điện Biên Phủ (1-11-1935) đạt tới 6,75 độ Richter, cấp 89 thang động đất, độ sâu chấn tiêu 25 km Động đất Tuần giáo ( Lai Châu) , xảy ngày 24-6-1989 đạt 6,7 độ Richter, cấp 8-9 , độ sâu chấn tiêu 23 Km Nhiều nguyên nhân phát sinh khối lợng gây động đất nh hang động bị xập, mảnh thiên thạch va vào trái đất, vụ thử bom hạt nhân ngầm dới đất, nhng nguyên nhân chuyển động tơng hỗ không ngừng khối vật chất nằm sâu lòng đất để thiết lập cân , thờng đợc gọi vận động kiến tạo Động đất xảy hậu vận động kiến tạo đợc gọi động đất kiến tạo Theo thống kê, 95% trận động đất giới có liên quan trực tiếp đến vận động kiến tạo Theo thuyết kiến tạo vỏ trái đất, thạch lớp cứng đợc tạo chủ yếu quần thể đá giàu nguyên tố Si Mg nên gọi tắt Sima bên đợc gắn lục địa rải rác quần thể đá giàu chất Si Al nên gọi tắt Sial tạo nên Bề dày thạch khoảng 70 km biển 140 km dới lục địa Tuy bao trùm toàn vỏ trái đất nhng thạch lớp có bề dày đồng mà có dạng kiến trúc phân mảng vết đứt sâu xuyên thủng Dới thạch lớp dung nham lỏng, dẻo nhiệt độ cao Thực tế làm cho mảng có chuyển dịch tơng dĩ nhiên lục địa bám dịch chuyển theo ( thuyết lục địa trôi nổi) Ngày tồn 11 vĩ mảng mang tên : Âu , ấn úc, Thái bình dơng, Bắc Mỹ, Nam Mỹ, Phi, Nam Cực, Philippin, Cocos, Caribê, Nazca Các mảng lớn lại đợc phân chia thành mảng nhỏ qua vết đứt gãy nông Có năm dạng chuyển động tơng đối mảng động đất : mảng tách xa ra, mảng dũi ngầm xuống sâu , mảng trờn lên nhau, mảng va vào nhau, mảng rúc đồng qui vào Trong loại này, chuyển động dũi trờn tạo động đất mạnh Thí dụ trận động đất Kobê, Nhật , tháng Giêng năm 1995 đợc mô tả chuyển động mảng theo hình kèm Khi xảy động đất, trình chuyển động trợt tơng đối khối vật chất không vận động học đơn giản mà có tích luỹ biến dạng kèm chuyển hoá lợng, lợng từ trạng thái sang trạng thái khác dẫn đến tích tụ lợng vùng xung yếu định lòng đất Khi lợng tích tụ đến giới hạn , không cân với môi trờng chung quanh nên thoát dới dạng chuyển sang động gây động đất Các điểm tích tụ lợng , điểm chấn tiêu, nằm sâu lòng đất từ km đến 70km Trận động đất Tuần giáo ( 1983) có độ sâu H = 32 km Một số trận động đất khác H = 70 km ~ 300 km Các trận động đất mạnh thờng độ sâu 30 km ~ 100 km Đánh giá cờng độ động đất : Có thể dựa vào hậu nó, lợng gây trận động đất Trong vòng 200 năm qua giới đề nghị khoảng 50 loại thang phân cấp đo cờng độ động đất Các thang sau đợc nhiều nớc sử dụng : Thang Mercalli cải tiến: Năm 1902 G Mercalli ( Giuseppe Mercalli , ngời ý, 1850-1914 ) đề thang đo cờng độ động đất 12 cấp Năm 1931 Wood Newmann bổ sung nhiều điều cho thang 12 cấp thang đợc mang tên MM Thang MM đánh giá độ mạnh động đất dựa vào hậu tác động lên ngời, đồ vật công trình xây dựng Thang chia thành 12 cấp, từ cấp I đến IV động đất yếu, từ cấp V đến VI tác động đến giác quan ngời, đánh thức ngời ngủ, đèn treo trần nhà lay động, nhà cửa rung nhẹ có chút thiệt hại Động đất cấp VII làm cho ngời phải bỏ chạy khỏi nhà, h hỏng từ nhẹ đến vừa với nhà bình thờng làm hỏng nặng nhà mà khâu thiết kế thi công Một số ống khói bị đổ Cấp VIII làm h hỏng hàng loạt công trình, nhà đợc thiết kế thi công tốt.Panen sàn rời khỏi dầm đỡ Gọi động đất cấp IX cấp X động đất làm đổ hầu hết nhà Động đất cấp XI gây thiệt hại phạm vi lớn Cấp XII mang tính huỷ diệt kèm theo thay đổi địa hình nơi có động đất Thang MKS-64 : Thang MSK-64 năm 1964 đợc Medvedev Sponheuer Karnic đề xuất để đánh giá động đất ảnh hởng đến công trình xây dựng Cờng độ động đất đợc đánh giá qua hàm số chuyển dời cực đại lắc tiêu chuẩn có chu kỳ dao động riêng T = 0,25 s Thang KSK-64 có 12 cấp quan hệ cấp MSK-64 với phổ biên độ lắc tiêu chuẩn nh bảng sau: MSK-64 Phổ biên độ (mm) 0,5~1,0 1,1~2,0 2,1~4,0 4,1~8,0 8,1~16,0 10 16,1~32,0 Thang Richter: Thay cho việc đánh giá cờng độ động đất thông qua hậu nó, năm 1935 , Richter, kỹ s địa chấn ngời Hoa kỳ( Charle Francis Richter , 1900-1985 ) đa thang đo cờng độ động đất cách đánh giá gần lợng đợc giải phóng chấn tiêu Ông đa định nghĩa , độ lớn M ( Magnitude ) trận động đất logarit thập phân biên độ cực đại A ( àm ) ghi đợc điểm cách chấn tâm D = 100 km máy đo địa chấn có chu kỳ dao động riêng T = 0,8 sec M = log A Quan hệ lợng E ( ergi) đợc giải phóng chấn tiêu với magnitude đợc xác định theo công thức: Log E = 9,9 + 1,9 M - 0,024 M2 Tính toán theo công thức này, thu đợc : M E 6,5 7,5 8,6 0,08x1020 2,5x1020 14,1x1020 80x1020 46x1020 2000x1020 20000x102 Về mặt lý thuyết , thang M giới hạn trên, nhng thực tế cha đo đợc trận động đất có M đạt đến Trận động đất mạnh Columbia ( 30-11-1906 ) Sanricum, Nhật ( 2-31933) đạt tới 8,9 Độ sâu chấn tiêu ảnh hởng lớn tơng quan thang M thang MM Trận động đất có thang M=8 nhng sâu H>100 km ảnh hởng rộng nhng hậu lại không đáng kể Có trận động đất Maroc M = 5,75 nhng H = km gây cờng độ động đất tới cấp XI vùng chấn tâm Thang lợng Richter có bậc đánh số từ đến độ Richter Giữa thang Mercalli cải tiến thang Richter có quan hệ nh sau: Thang Richter M Thang Mercalli cải tiến MM I~II III IV~V VI~VII VII~VIII IX~X XI Năm 1981, Viện Kiến trúc Nhật thiết lập mối quan hệ thang MM , MSK-64 đặt thang đo động đất JMA Nhật mà thang gồm cấp với gia tốc cực đại đất W, cm/s nh bảng sau: MM I II III IV VI VII VIII IX X XI XII V MSK I II I III IV V VI VII VIII IX X XI XII 64 JMA Wcm/s 0,5 II III IV 10 20 V 50 VI 100 VII 200 500 1000 Các nớc thờng dùng song song hai thang thang Mercalli cải tiến thang lợng Richter nên hay thấy nói trận động đất mạnh cấp có độ Richter Mạnh cấp , hay đợc hiểu theo cấp thang Mercalli cải tiến độ Richter theo thang Richter 3.Những trận động đất từ đầu năm 2001 cập nhật đến ngày 9-032001: Theo thống kê Trung tâm thông tin quốc gia động đất Hoa kỳ, trận động đất xảy gây tác hại cho công trình từ đầu năm 2001 ghi đợc nh dới đây: Ngày Giờ 2001/01/01 06:57:04 Vĩ độ Kinh độ Độ sâu Độ Địa điểm 6,907 Bắc 126,613 33 km mạnh 7,4 Mindanao Đông 2001/01/09 16:49:28 2001/01/10 16:02:43 2001/01/13 17:33:30 2001/01/26 03:16:40 2001/02/13 19:28:31 2001/02/19 22:52:30 14,898 167,154 Nam Đông 57,019 153,398 Bắc Tây 13,063 88,787 Bắc Tây 23,326 70,317 Bắc Đông 4,618 102,937 Nam Đông 21,4 Bắc 120,8 Philippines 111 km 7,0 Đảo Vanuatu 33 km 6,8 Alaska 39 km 7,6 TrungMỹ 22 km 6,9 ấn độ 36 km 7,3 Indonexia 12 km 5,3 Vietnam Đông 2001/02/24 07:23:48 1,46 126,3 33 km 2001/03/07 08:29:19 Bắc 0,30Bắc Đông 97,57Đông 33 km 7,0 Bắc 5,1 BiểnMoluca Sumatra Indonêxia 2001/03/07 08:47:28 62:74 Bắc 148,35Tây 33,0 km 3,0 Alaska 2001/03/07 11:19:10 23,18Nam 66,75 Tây 33,0 km 4,4 Achentina 2001/03/07 11:34:06 20,01 Bắc 33,0 km 4,3 Đảo 143,81 Đ Mariana 2001/03/07 11:51:28 27,91 Bắc 102,73Đ 33,0 km 4,4 Trungquốc 2001/03/07 17:12:24 35,05 Bắc 84,81Tây 6,7 km 3,2 Hoa kỳ 2001/03/07 18:10:57 7,26Nam 12,97Tây 10,0 km 5,6 Đảo atxăg 2001/03/07 18:22:55 20,02Nam 178,35Tây 560,9 km 4,5 Đảo Fiji 2001/03/07 23:46:04 24,15Nam 179,72Tây 400,0 km 4,3 Đảo Fiji N 2001/03/08 01:38:15 8,70Nam 118,3 km 5,1 Indonexia 2001/03/08 06:06:42 53,39Nam 160,09Đ 84,8 km 4,4 Kamchatka 2001/03/08 07:19:55 6,37Nam 114,5 km 5,1 Đảo Banda 2001/03/08 11:37:24 29,87Nam 178,13Tây 33,0 km 5,2 NiuZilên 2001/03/08 14:53:18 35,29Bắc 99,49Đông 33,0 km 4,3 TQuốc 2001/03/08 15:28:44 30,26Nam 178,32Tây 300,0 km 4,7 NiuZilên 2001/03/08 20:50:34 36,55Bắc 70,97Đông 148,6 km 5,1 Apganistan 2001/03/08 21:11:25 5,24Nam 102,28Đ 33,0 km 5,9 Indonexia 2001/03/09 01:07:09 32,51Bắc 69,48Đông 33,0 km 5,4 Pakistăng 2001/03/09 02:52:05 14,04Bắc 144,90 Đ 122,1 km 4,6 Mariana 2001/03/09 02:56:59 6,31Nam 130,15 Đ 200,0 km 5,2 Đảo Banda 2001/03/09 07:10:22 64,48Bắc 130,94Tây 10,0 km 4,9 Canada 123,87Đ 130,71Đ Chú thích cho bảng: Giờ GMT Toạ độ theo Greenwich Vào hồi 22h52 ngày 19-02-2001 địa bàn tỉnh Lai Châu xảy trận động đất gây nên nhiều đợt chấn động ngắn kéo dài đến sáng ngày 20-02-2001 Theo báo cáo Trung tâm Địa chấn, trận động đất lúc 22h52 mạnh 5,3 độ Richter, sau lúc 1h24 ngày 20-02-2001 chấn động mạnh 3,8 độ Richter, lúc 2h04 ngày 20-02-2001 chấn động mạnh 4,3 độ Richter sau số đợt chấn động khác với cờng độ nhẹ Tâm động đất cách thị xã Điện Biên Phủ 20 km phía Tây toạ độ 21,4 vĩ độ Bắc; 120,8 độ kinh Đông, độ sâu 12 km Do chấn tâm cách thị xã Điện Biên khoảng 20 km nên tác động không mạnh Nhà cửa h hỏng chút nhà xập Về thiết kế kết cấu nhà làm Điện Biên phải rút kinh nghiệm hầu nh nhà làm kiểu khung bê tông cốt thép Chỉ có vài nhà làm kiểu khung không hoàn chỉnh phần lớn nhà tờng gạch chịu lực đợc xây với mác vữa thấp Nớc ta hầu hết trận động đất ghi lại đợc chấn tâm nằm tập trung phía Bắc, dọc theo vết đứt gãy địa chất vùng sông Chảy, sông Hồng, sông Hồng , sông Đà , sông Mã , sông Cả Theo số liệu mà tập Quy chuẩn Xây dựng Việt nam ( tập III ) cung cấp vùng dự báo chấn động cực đại độ MSK-64, nghĩa tơng đơng độ 5~6 Richter Những năm qua ghi đợc nớc ta cực đại 6,75 độ Richter nhng phần lớn vào thời điểm động đất, vùng có ảnh hởng động đất mật độ nhà tha thớt nên thiệt hại không đáng kể Tại ấn độ vừa qua, trận động đất tháng 22 tháng Giêng năm 2001chỉ có 6,8 độ Richter mà đổ hàng trăm ngàn nhà làm chết khoảng 20.000 ngời , làm bị thơng nặng đến 20.000 ngời Nếu với độ sâu chấn tiêu chừng 30 km, đô thị cách chấn tâm 20 km tham khảo số kinh nghiệm tổng kết kinh nghiệm cấu tạo chi tiết nhà sau sơ kết trận động đất lớn nh Osaka ( 17 tháng Giêng năm 1995; 7,2 độ Richter ): (i) Nhà khung bê tông cốt thép chịu lực kháng chấn tốt nhà tờng gạch chịu lực (ii) Nhà khung bê tông cốt thép, nút khung nên bố trí thép đai nút khung , đai phân bố theo chiều cột khung, việc tránh đợc nứt nút khung tốt Khoảng cách đai 50 mm , đai (iii) Giữa tờng chèn khung cần bố trí thép râu cắm từ cột khung để câu với tờng mà khoảng cách râu không lớn hàng gạch Nối hai cốt râu hai đầu tờng thép chạy theo chiều dài tờng Đờng kính thép râu Mạch chứa râu thép phải xây vữa xi măng vôi #100 Nên đặt râu thép đặt cốt thép cột, để ép vào mặt cốp-pha, sau rỡ cốp-pha cậy cho thép bung để cắm vào lớp tờng xây chèn Nếu quên khoan lỗ sâu 100 mm vào cột khung rối nhét thép vào sau nhng nhớ lấp lỗ chèn vữa có xi măng trơng nở ( sikagrout ) (iv) Với nhà tờng gạch chịu lực phải xây vữa có xi măng chất lợng vữa không nhỏ #25 Cần đảm bảo độ câu hàng gạch Không xây ba hàng dọc đến hàng ngang nên xây theo kiểu chữ công (v) Trong tờng nên có hai hàng giằng cao trình bậu cửa sổ, cao trình lanh tô cửa Giằng bê tông cốt thép #200 có cốt dọc đai nối cốt dọc Cốt thép đặt giằng Nhiều công trình h hỏng xuất lực cắt lớn dầm cột khung Những phá hoại loại thờng xảy phần cột sát mức sàn Lý chi tiết quanh nút khung cha đủ độ cứng Với cột , ta thấy cha có cấu tạo chống với lực cắt vùng gần chân cột Cần thiết kế lới ốp quanh chân cột Những thép dọc âm qua gối cột dầm , nên uốn móc 135o 10 Nhà nhiều tầng bị động đất hay dập nát cột tầng tầng sát tầng khối nhà bị xoắn Lý tầng thờng phải làm thoáng cho phòng đón tiếp, garage nên không bố trí sờn gia cờng cột Cũng hay thấy cột bị dập sát chân tầng giảm độ cứng theo chiều cao nhà Những vị trí vừa nêu , chân cột cần gia cờng chống xoắn Để kháng chấn tốt, nên dùng cốt thép vằn ( thép gai, thép gờ) Kobê cho thấy nhiều nhà mà kết cấu dùng thép trơn thờng bị phá hỏng H hỏng thờng xuất lực cắt lớn dầm cột khung Vị trí nơi phá hoại thờng xảy phần cột sát mức sàn Nên làm lới thép nhỏ ốp quanh chân cột , cột tăng độ cứng nhiều Thép dọc chịu mômen âm dù cốt vằn nên uốn móc 135 o, mà nhiều tiêu chuẩn cho với thép vằn không cần uốn móc Trong chờ đợi qui định tạm thời Bộ Xây dựng ban hành, có số khuyến nghị nh không làm tăng chi phí xây dựng bao nh nhng đảm bảo kháng chấn đến độ Richter./ LK 11 12 [...]...Nhà nhiều tầng bị động đất hay dập nát cột ở tầng trệt và tầng trên sát tầng trệt vì cả khối nhà bị xoắn Lý do là tầng trệt thờng phải làm thoáng cho phòng đón tiếp, garage nên không bố trí sờn gia cờng cột Cũng hay thấy