Đồ án tính sàn ứng suất trước

Ch­¬ng v: TÝNH to¸n SµN TÇNG §IÓN H×NH 5.1: §Ò xuÊt ph­¬ng ¸n kÕt cÊu sµn : C«ng tr×nh cã b­íc cét kh¸ lín ( 10,811,1 m), ta cã thÓ ®Ò xuÊt mét vµi ph­¬ng ¸n kÕt cÊu sµn thÝch hîp víi nhÞp nµy lµ:+ Sµn BTCT cã hÖ dÇm chÝnh, phô (sµn s­ên toµn khèi)+ HÖ sµn « cê+ Sµn ph¼ng BTCT øng lùc tr­íc kh«ng dÇm+ Sµn BTCT øng lùc tr­íc lµm viÖc hai ph­¬ng trªn dÇm Trªn c¬ së ph©n tÝch ­u nh­îc ®iÓm cña tõng lo¹i ph­¬ng ¸n kÕt cÊu sµn ®Ó lùa chän ra mét d¹ng kÕt cÊu phï hîp nhÊt vÒ kinh tÕ, kü thuËt, phï hîp víi kh¶ n¨ng thiÕt kÕ vµ thi c«ng cña c«ng tr×nh. 5.1.1: Ph­¬ng ¸n sµn s­ên toµn khèI BTCT :CÊu t¹o hÖ kÕt cÊu sµn bao gåm hÖ dÇm chÝnh phô vµ b¶n sµn. ¦u ®iÓm: Lý thuyÕn tÝnh to¸n vµ kinh nghiÖm tÝnh to¸n kh¸ hoµn thiÖn, thi c«ng ®¬n gi¶n, ®­îc sö dông phæ biÕn ë n­íc ta víi c«ng nghÖ thi c«ng phong phó nªn thuËn tiÖn cho viÖc lùa chän ph­¬ng tiÖn thi c«ng. ChÊt l­îng ®¶m b¶o do ®· cã nhiÒu kinh nghiÖm thiÕt kÕ vµ thi c«ng tr­íc ®©y. Nh­îc ®iÓm: ChiÒu cao dÇm vµ ®é vâng cña b¶n sµn rÊt lín khi v­ît khÈu ®é lín, hÖ dÇm phô bè trÝ nhá lÎ víi nh÷ng c«ng tr×nh kh«ng cã hÖ thèng cét gi÷a, dÉn ®Õn chiÒu cao th«ng thuû mçi tÇng thÊp hoÆc ph¶i n©ng cao chiÒu cao tÇng kh«ng cã lîi cho kÕt cÊu khi chÞu t¶i träng ngang. Kh«ng gian kiÕn tróc bè trÝ nhá lÎ, khã tËn dông. Qu¸ tr×nh thi c«ng chi phÝ thêi gian vµ vËt liÖu lín cho c«ng t¸c l¾p dùng v¸n khu«n. 5.1.2 : Ph­¬ng ¸n sµn « cê BTCT :CÊu t¹o hÖ kÕt cÊu sµn bao gåm hÖ dÇm vu«ng gãc víi nhau theo hai ph­¬ng, chia b¶n sµn thµnh c¸c « b¶n kª bèn c¹nh cã nhÞp bÐ, theo yªu cÇu cÊu t¹o kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c dÇm vµo kho¶ng 3 m. C¸c dÇm chÝnh cã thÓ lµm ë d¹ng dÇm bÑt ®Ó tiÕt kiÖm kh«ng gian sö dông trong phßng. ¦u ®iÓm : Tr¸nh ®­îc cã qu¸ nhiÒu cét bªn trong nªn tiÕt kiÖm ®­îc kh«ng gian sö dông vµ cã kiÕn tróc ®Ñp , thÝch hîp víi c¸c c«ng tr×nh yªu cÇu thÈm mü cao vµ kh«ng gian sö dông lín nh­ héi tr­êng, c©u l¹c bé. Kh¶ n¨ng chÞu lùc tèt, thuËn tiÖn cho bè trÝ mÆt b»ng. Nh­îc ®iÓm: Kh«ng tiÕt kiÖm, thi c«ng phøc t¹p. MÆt kh¸c, khi mÆt b»ng sµn qu¸ réng cÇn ph¶i bè trÝ thªm c¸c dÇm chÝnh. V× vËy, nã còng kh«ng tr¸nh ®­îc nh÷ng h¹n chÕ do chiÒu cao dÇm chÝnh ph¶i lín ®Ó gi¶m ®é vâng. ViÖc kÕt hîp sö dông dÇm chÝnh d¹ng dÇm bÑt ®Ó gi¶m chiÒu cao dÇm cã thÓ ®­îc thùc hiÖn nh­ng chi phÝ còng sÏ t¨ng cao v× kÝch th­íc dÇm rÊt lín. 5.1.3 : Ph­¬ng ¸n sµn kh«ng dÇm øng lùc tr­íc :CÊu t¹o hÖ kÕt cÊu sµn bao gåm c¸c b¶n kª trùc tiÕp lªn cét (cã mò cét hoÆc kh«ng) ¦u ®iÓm:ChiÒu cao kÕt cÊu nhá nªn gi¶m ®­îc chiÒu cao c«ng tr×nhTiÕt kiÖm ®­îc kh«ng gian sö dôngDÔ ph©n chia kh«ng gianTiÕn ®é thi c«ng sµn ¦LT (6 7 ngµy1 tÇng1000m2 sµn) nhanh h¬n so víi thi c«ng sµn BTCT th­êng.Do cã thiÕt kÕ ®iÓn h×nh kh«ng cã dÇm gi÷a sµn nªn c«ng t¸c thi c«ng ghÐp v¸n khu«n còng dÔ dµng vµ thuËn tiÖn tõ tÇng nµy sang tÇng kh¸c do v¸n khu«n ®­îc tæ hîp thµnh nh÷ng m¶ng lín, kh«ng bÞ chia c¾t, do ®ã l­îng tiªu hao vËt t­ gi¶m ®¸ng kÓ, n¨ng suÊt lao ®éng ®­îc n©ng cao.Khi bªt«ng ®¹t c­êng ®é nhÊt ®Þnh, thÐp øng lùc tr­íc ®­îc kÐo c¨ng vµ nã sÏ chÞu toµn bé t¶i träng b¶n th©n cña kÕt cÊu mµ kh«ng cÇn chê bªt«ng ®¹t c­êng ®é 28 ngµy. V× vËy thêi gian th¸o dì cèt pha sÏ ®­îc rót ng¾n, t¨ng kh¶ n¨ng lu©n chuyÓn vµ t¹o ®iÒu kiÖn cho c«ng viÖc tiÕp theo ®­îc tiÕn hµnh sím h¬n.Do sµn ph¼ng nªn bè trÝ c¸c hÖ thèng kü thuËt nh­ ®iÒu hoµ trung t©m, cung cÊp n­íc, cøu ho¶, th«ng tin liªn l¹c ®­îc c¶i tiÕn vµ ®em l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ cao. Nh­îc ®iÓm:TÝnh to¸n t­¬ng ®èi phøc t¹p, m« h×nh tÝnh mang tÝnh quy ­íc cao, ®ßi hái nhiÒu kinh nghiÖm v× ph¶i thiÕt kÕ theo tiªu chuÈn n­íc ngoµi.Thi c«ng phøc t¹p ®ßi hái qu¸ tr×nh gi¸m s¸t chÊt l­îng nghiªm ngÆt.ThiÕt bÞ vµ m¸y mãc thi c«ng chuyªn dïng, ®ßi hái thî tay nghÒ cao. Gi¸ c¶ ®¾t vµ nh÷ng bÊt æn khã l­êng tr­íc ®­îc trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ, thi c«ng vµ sö dông. 5.1.4 : Ph­¬ng ¸n sµn øng lùc tr­íc hai ph­¬ng trªn dÇm :CÊu t¹o hÖ kÕt cÊu sµn t­¬ng tù nh­ sµn ph¼ng nh­ng gi÷a c¸c ®Çu cét cã thÓ ®­îc bè trÝ thªm hÖ dÇm, lµm t¨ng ®é æn ®Þnh cho sµn. Ph­¬ng ¸n nµy còng mang c¸c ­u nh­îc ®iÓm chung cña viÖc dïng sµn BTCT øng lùc tr­íc. So víi sµn ph¼ng trªn cét, ph­¬ng ¸n nµy cã m« h×nh tÝnh to¸n quen thuéc vµ tin cËy h¬n, tuy nhiªn ph¶i chi phÝ vËt liÖu cho viÖc thi c«ng hÖ dÇm ®æ toµn khèi víi sµn. 1.1.4 : Lùa chän ph­¬ng ¸n kÕt cÊu sµn : §Æc ®iÓm cô thÓ cña c«ng tr×nh+ B­íc cét lín (11,1m) ,yªu cÇu kh«ng gian sö dông lµ v¨n phßng lµm viÖc vµ cho thuª. + CÇn linh ho¹t trong viÖc bè trÝ ng¨n chia kh«ng gian lµm viÖc. + ChiÒu cao cña tÇng còng t­¬ng ®èi lín Trªn c¬ së ph©n tÝch c¸c ph­¬ng ¸n kÕt cÊu sµn, ®¨c ®iÓm cña c«ng tr×nh, cïng víi mong muèn ®­îc häc hái thªm quy tr×nh thiÕt kÕ sµn BTCT øng lùc tr­íc, em ®Ò xuÊt sö dông 2 ph­¬ng ¸n: sµn ph¼ng bª t«ng øng lùc tr­íc c¨ng sau cho c¸c tÇng tõ tÇng 1 ®Õn tÇng 16 vµ ph­¬ng ¸n sµn s­ên toµn khèi còng cho c¸c tÇng trªn. Tính toán sàn ứng suất trước

Ch ơng I : hệ kết cấu chịu lực và ph ơng pháp tính kết cấu

i cơ sở để tính toán kết cấu công trình

- 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 đợc 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 phơng án hệ kết cấu chịu lực có thể áp dụng cho công trình

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 nh tờng ngăn, thang máy, thang bộ đợc bối trí lõi cứng kín hoặc hở Nh 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 u hoá các cấu kiện, giảm bớt kích thớc cột, dầm, đáp ứng đợc yêu cầu của kiến trúc Hai hệ thống khung và lõi

đợc liên kết với nhau qua hệ kết cấu sàn Trong trờng hợp này hệ sàn liền khối có ý nghĩa lớn

2.3 Hệ kết cấu khung cứng

Đợc 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 Nhợc điểm của hệ khung cứng là có độ cứng chống uốn nhỏ, nhng u điểm là chống xoắn tơng 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 nh 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 phơng pháp tính toán hệ kết cấu

3.1 Sơ đồ tính

Sơ đồ tính là hình ảnh đơn giản hoá của công trình, đợc 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, đ có những thay đổi quan trọng trong cách nhìn nhận phã ơng pháp tính toán công trình Khuynh hớng đặc thù hoá và đơn giản hoá các trờng hợp riêng lẻ đợc thay thế bằng khuynh hớng tổng quát hoá Đồng thời khối lợng tính toán số học không còn là một trở ngại nữa Các phơng 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 lợng bản thân kết cấu và các hoạt tải tác dụng lên sàn, mái

- Tải trọng tác dụng lên sàn, kể cả tải trọng các tờng ngăn (dày 110mm), thiết bị, tờng 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 tờng xây trên dầm (110, 220, 330 mm) coi nh phân bố đều trên dầm Với các tờng có lỗ cửa thì tải phân bố trên tờng đợc 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 đợc tính toán qui về tác dụng tập trung tại các mức sàn Tải trọng gió tĩnh

đợc quy về lực phân bố trên dầm biên công trình

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

- áp lực đất lên tờng tầng hầm tính toán quy đổi thành tải trọng ngang phân bố đều trên tờng tầng hầm, tính toán dựa vào đặc điểm, tính chất của loại đất đắp, chiều cao tờng và hoạt tải của ngời 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 trờng 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 đợc quy định trong TCVN 2737-1995 Các tổ hợp tải trọng đợc 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 chơng trình tính kết cấu Etabs v9.5 Đây là một chơng trình tính toán kết cấu nhà cao tầng rất mạnh hiện nay và đợc ứng dụng khá rộng r i để tính toán KCãcông trình Chơng trình này tính toán dựa trên cơ sở của phơng pháp phần tử hữu hạn, sơ đồ đàn hồi Lấy kết quả nội lực và chuyển vị ứng với từng phơng án tổ hợp tải trọng

3.4 Tính toán và cấu tạo cốt thép

Sử dụng chơng trình tự lập bảng tính MS EXCEL Chơng trình này có u điểm là tính toán đơn giản, dễ dàng kiểm soát kết quả và thuận tiện khi sử dụng

IV xác định sơ bộ kích thớc kết cấu công trình

1.Chọn kích thớc sàn.

Thiết kế sàn tầng điển hình theo 2 phơng án:

Phơng án sàn sờn toàn khối:

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

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

ms – số sàn phía trên tiết diện đang xét

q – tải trọng tơng đơng tính trên mỗi mét vuông mặt sàn trong đó gồm tải trọng thờng xuyên và tải trọng tạm thời trên bản sàn, trọng lợng 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 – Cờng 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

k= ữ : chịu nén đúng tâm

5,12,1

k= ữ : chịu nén lệch tâm

Cột B-2 :

.8,1 77,762

Kiểm tra điều kiện cột về độ mảnh

Kích thớc cột phải đảm bảo điều kiện ổn định Độ mảnh λđợc hạn chế nh sau:

l b

λ= = = <λ

Vậy cột đ chọn đảm bảo điều kiện ổn định.ã

⇒ Vậy cột đ chọn đảm bảo điều kiện ổn định.ã

Kiểm tra điều kiện cột về độ mảnh

Kích thớc cột phải đảm bảo điều kiện ổn định Độ mảnh λđợc hạn chế nh sau:

l b

λ= = = <λ

Vậy cột đ chọn đảm bảo điều kiện ổn định.ã

⇒ Vậy cột đ chọn đảm bảo điều kiện ổn định.ã

1H201

mm150

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

Tĩnh tải tác dụng lên sàn mái

TÜnh t¶i c¸c líp sµn cÇu thang:

TÜnh t¶i t¸c dông lªn b¶n thang bé

2 Trọng lợng tờng ngăn và tờng bao che

Tờng bao chu vi nhà dày 220, tờng nhà vệ sinh và tờng nội bộ trong các phòng dày 110 đợc xây bằng gạch rỗng có γ = 15 kN/m3

Trọng lợng tờng ngăn trên dầm tính cho tải trọng tác dụng lên 1 m dài tờng

Chiều cao tờng đợc xác định : ht = H – hd

Trong đó :

ht : Chiều cao của tờng

H : chiều cao của tầng nhà

hd : chiều cao dầm trên tờng tơng ứng

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

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

sổ ) Kết quả tính toán khối lợng( kN/m) trên các loại dầm đợc thể hiện qua bảng 4 2.1 Trọng lợng tờng ngăn và tờng bao che tầng hầm

2.2 Trọng lợng tờng ngăn và tờng bao che tầng 1

STT Vật liệu Chiều dày

4 Têng g¹ch 0.11 41.28 4.2 15 1.1 6.93 7.62 286 314.67

Träng lîng têng ng¨n vµ têng bao che tÇng 2

STT liÖuVËt ChiÒu dµy (m) L (m) (m)H γ (kN/m3

Träng lîng têng ng¨n vµ têng bao che tÇng 3÷15

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

Träng lîng têng ng¨n vµ têng bao che tÇng m¸i

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

ht : ChiÒu cao cña cét

H : ChiÒu cao cña tÇng nhµ

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 đợc xác định theo công thức

tc d,h

n - hệ số vợt 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 đợc xác định theo công thức

Phía gió đẩy : tc

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

Phía gió đẩy : tt

d

q = tt 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 dới mức sàn đó Riêng sàn tầng 16 (mái) có diện truyền tải của một nửa tầng dới nó và tờng 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 hởng của lực quán tính sinh ra do khối lợng 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 đợc đánh giá qua tơng 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 1995)

2737-Với công trình đang tính toán ta xác định đợc: 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 lợng bản thân của cấu kiện Ta tiến hành tính toán phần khối lợng phụ thêm cho từng tầng để nhập vào gồm có:

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

• Khối lợng các lớp trát, bêtông chống thấm, khối lợng tờng xây …

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

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

2.1.2.2 Tính toán khối l ợng các tầng tham gia dao động

Khối lợng các tầng có thể đợc tính dựa trên tĩnh tải và hoạt tải đứng tiêu chuẩn (đ xác định ởãphần trên) theo công thức Mj =Gtcj +0,5.Pjtc Tuy nhiên sau khi nhập các tải trọng nói trên vào mô hình Etabs v9.5 ta có thể xuất ra bảng khối lợng các tầng tham gia dao động nh sau :

2.1.2.3 Tải trọng gió động tác dụng theo ph ơng X

Ta chọn đợc 3 dạng dao động riêng cơ bản theo phơng X nh 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 phơng 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 hởng 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

ε =

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 đờng cong 1 (δ = 0,3) Tra biểu đồ ta đợc : ξ =1 1,75

• Mj: khối lợng 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

ζ - Hệ số áp lực động của tải trọng gió ở độ cao z ứng với phần thứ j của công trình (tra bảng 8 trong TCVN 2737-1995)

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

ν - hệ số tơng quan không gian áp lực động của tải trọng gió đợc 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 j

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

- 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 phơng X (yji1)

Tầng Diaphragm Mode S (m) Z (m) yji1

1 3.13E-05 24.413 24252.16 7.63E-04 2.37E-05 1.11E+01

2 7.79E-05 33.987 24690.54 2.65E-03 1.50E-04 1.11E+01

3 9.73E-05 33.783 23924.12 3.29E-03 2.27E-04 1.11E+01

4 1.10E-04 35.04 23924.12 3.85E-03 2.89E-04 1.11E+01

5 1.20E-04 33.492 23924.12 4.02E-03 3.45E-04 1.11E+01

6 1.30E-04 33.956 23924.12 4.41E-03 4.04E-04 1.11E+01

7 1.40E-04 36.677 23924.12 5.13E-03 4.69E-04 1.11E+01

8 1.50E-04 37.197 23924.12 5.58E-03 5.38E-04 1.11E+01

9 1.50E-04 37.696 23924.12 5.65E-03 5.38E-04 1.11E+01

10 1.50E-04 37.87 23924.12 5.68E-03 5.38E-04 1.11E+01

11 1.50E-04 37.968 23924.12 5.70E-03 5.38E-04 1.11E+01

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

13 1.50E-04 38.849 23924.12 5.83E-03 5.38E-04 1.11E+01

14 1.50E-04 39.012 23924.12 5.85E-03 5.38E-04 1.11E+01

15 1.50E-04 39.433 23924.12 5.91E-03 5.38E-04 1.11E+01

16 1.50E-04 30.788 23599.43 4.62E-03 5.31E-04 1.11E+01

7.47E-02

6.74E-03

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

Từ giá trị đ tính Mã j, ξi, ψi, yji ta xác định gía trị tính toán thành phần động của gió:

1 24252.16 1.75 1.11E+01 3.13E-05 1.47E+01 1.76E+01

2 24690.54 1.75 1.11E+01 7.79E-05 3.73E+01 4.48E+01

3 23924.12 1.75 1.11E+01 9.73E-05 4.51E+01 5.42E+01

4 23924.12 1.75 1.11E+01 1.10E-04 5.10E+01 6.12E+01

5 23924.12 1.75 1.11E+01 1.20E-04 5.57E+01 6.68E+01

6 23924.12 1.75 1.11E+01 1.30E-04 6.03E+01 7.23E+01

7 23924.12 1.75 1.11E+01 1.40E-04 6.49E+01 7.79E+01

8 23924.12 1.75 1.11E+01 1.50E-04 6.96E+01 8.35E+01

9 23924.12 1.75 1.11E+01 1.50E-04 6.96E+01 8.35E+01

10 23924.12 1.75 1.11E+01 1.50E-04 6.96E+01 8.35E+01

11 23924.12 1.75 1.11E+01 1.50E-04 6.96E+01 8.35E+01

12 23924.12 1.75 1.11E+01 1.50E-04 6.96E+01 8.35E+01

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

14 23924.12 1.75 1.11E+01 1.50E-04 6.96E+01 8.35E+01

15 23924.12 1.75 1.11E+01 1.50E-04 6.96E+01 8.35E+01

16 23599.43 1.75 1.11E+01 1.50E-04 6.86E+01 8.23E+01

2.1.2.4 Tải trọng gió động tác dụng theo ph ơng Y

Ta chọn đợc 3 dạng dao động riêng cơ bản theo phơng Y nh 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 phơng 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 hởng 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

ε =

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

• 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 tơng quan không gian áp lực động của tải trọng gió đợc 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 j

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)

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

Từ giá trị đ tính Mã j, ξi, ψi, yji ta xác định gía trị tính toán thành phần động của gió:

p( ji) j i i ji

2.2 Tải trọng động đất

2.2.1 Khái niệm

Động đất là hiện tợng rung động đột ngột mạnh của vỏ trái đất do sự dịch chuyển các mảng thạch quyển hoặc các đứt g y trong vỏ trái đất và đã ợc truyền qua những khoảng cách lớn dới 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 g y sâu Nhã ng cũng có loại động đất do ngoại lực nh

sự trợt lở đất đá với khối lợng lớn hoặc sự mất cân bằng trọng lực ở những nơi có hồ chứa nớc lớn và sâu nhân tạo Nơi phát sinh dịch chuyển của động đất đợc gọi là chấn tiêu hoặc lò động đất Nối tâm trái đất với chấn tiêu qua lên mặt đất, đờng này gặp mặt đất tại nơi đợc gọi là chấn tâm Khoảng cách

từ chấn tâm đến chấn tiêu đợc 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) đợc gọi là tiêu cự ∆, khoảng cách từ chấn tâm đến

trạm quan sát gọi là tâm cự D Cờng độ động đất ở mặt đất xác định theo thang động đất hoặc bằng

đại lợng manhitut (magnitude )

Động đất trên thế giới thờng tập trung ở hai đới: đới vòng quanh Thái Bình Dơng và đới Địa Trung Hải qua Himalaya vòng xuống Malaixia Hai đới này cũng là nơi tập trung nhiều núi lửa đ tắt vàã

đang hoạt động Động đất ở Chilê 1960 là động đất mạnh nhất ( 8,9 độ Richter) có năng lợng lớn gấp trăm lần năng lợng quả bom nguyên tử đ nổ ở Hirosima Tại Việt nam, động đất chủ yếu tập trung ởãphía 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 lợng gây ra động đất nh hang động bị xập, các mảnh thiên thạch va vào trái đất, các vụ thử bom hạt nhân ngầm dới đất, nhng nguyên nhân cơ bản là sự chuyển động tơng hỗ không ngừng của các khối vật chất nằm sâu trong lòng đất để thiết lập một thế cân bằng mới , thờng đợc gọi là vận động kiến tạo Động đất xảy ra do hậu quả của vận động kiến tạo đợc 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 đợc tạo chủ yếu là các quần thể đá giàu nguyên tố Si và Mg nên gọi tắt là Sima còn bên trên nó đợc 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 dới các lục địa Tuy bao trùm toàn bộ vỏ trái đất nhng 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 Dới thạch quyển là lớp dung nham lỏng, dẻo ở nhiệt độ cao Thực tế này làm cho các mảng có sự chuyển dịch tơng 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 dơng, Bắc Mỹ, Nam Mỹ, Phi, Nam Cực, Philippin, Cocos, Caribê và Nazca Các mảng lớn lại đợc phân chia thành các mảng nhỏ qua các vết

đứt g y nông hơn.ã

Có 5 dạng chuyển động tơng đối giữa các mảng khi động đất là các mảng tách xa nhau ra, các mảng dũi ngầm xuống sâu, các mảng trờn lên nhau, các mảng va vào nhau, các mảng rúc đồng quy vào nhau Trong 5 loại này, các chuyển động dũi và trờn tạo động đất mạnh hơn cả

2.2.2.Các phơng pháp xác định tải động đất

- Phơng pháp động lực: xác định trực tiếp trạng thái ứng suất - biến dạng các kết cấu chịu tải từ các gia tốc do ghi đợc chuyển động của nền đất khi động đất xảy ra Việc xác định còn cần đến các phần mềm chuyên dụng

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

ảo có hiệu ứng tơng đơng nên còn gọi là phơng pháp tải trọng ngang thay thế Việc xác định tải động

đất theo phơng pháp này tơng đối đơn giản và đ đã ợc sử dụng vào thiết kế các công trình trong và ngoài nớc, 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 đợc tính toán theo tiêu chuẩn TCXDVN 375: 2006

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

1 2 1

L L

0,20

0,20 L

+ ≤

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

động đất tác dụng lên công trình

Công trình đợc 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 nh sau:

g = Q L S (T)j ji d i Trong đó :

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

Q = ∑ + ∑ψGj E,i.Pk j

G

∑ là tổng tĩnh tải, P là hoạt tải sử dụng j

E,i 2i

toàn công trình trong thời gian xảy ra động đất

2i

ψ với nhà thuộc loại văn phòng là 0,3

Hệ số ϕ cho các tầng đợc sử dụng đồng thời là 0,8

và trọng lợng của bậc tự do j cho trong bảng 19 sau :

a 2,5 T T.S

T T : S T

a.gβ

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 vách) tơng đơng khung

(khung-b/ Xác định số dạng dao động cần tính toán theo mỗi ph ơng

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 đợc thực hiện nếu thoả m n đã ợc một trong hai điều kiện sau:

+ Tổng khối lợng hữu hiệu của các dạng dao động đợc xét chiếm ít nhất 90% tổng khối lợng của kết cấu

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

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

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

+) Trọng lợng hữu hiệu của các dao động theo phơng X:

,1( )

x

W kN W x,3(kN) W x,4(kN) W x,6(kN) W x,7(kN) W x,9(kN) W x,10(kN) W x,12(kN)276783.5 61327.36 49769.46 65458 18785.82 10287.764 10425.8 5460.2

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

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

• Theo phơng X :

Vậy S Td( )2 = 0,0206.

Đối với dạng dao động theo phơng X:

Ta có: Fx,i = S_d(T ).W , Với: i x i,

2 , 1

,

2 , , 1

.

n

x i j

x i n

i j x i j

X W

Q : Trọng lợng tập trung tại tầng thứ j của công trình.

Tác động động đất phải đợc xác định bằng cách đặt các lực ngang Fi vào tất cả các tầng:

,

, , 1

Dạng dao động thứ 1

j x

Dạng dao động thứ 6

j x

tầng Qy(kN) y (m) 2, j Qy.y 2, j Qy 2

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

thỏa m n điều kiện : ã Tj ≤ 0,9.Tk Căn cứ vào bảng các dạng dao động theo X và Y đợc 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

E (Eji F ) – hệ quả động đất tác động lên tầng j do dạng dao động riêng thứ i gây ra.ji

Lập bảng tính lực động đất (tiêu chuẩn) lớn nhất theo các phơng :