Lưu ý khi thiết kế nhà cao tầng chống động đất

Một số vấn đề cần ý sử dụng tiêu chuẩn TCXDVN 375: Thiết kế công trình chịu động đất – Tiêu chuẩn thiết kế Đặt vấn đề Các tiêu chuẩn, tiêu chuẩn thiết kế, sử dụng thường liên quan đến số tiêu chuẩn khác Nếu tiêu chuẩn liên quan thuộc hệ thống với tiêu chuẩn sử dụng, tính đồng tiêu chuẩn thường đảm bảo Còn tiêu chuẩn thuộc hệ thống khác nhau, sử dụng, cần xem xét thận trọng để đảm bảo kết áp dụng tiêu chuẩn đắn Hiện nay, tiêu chuẩn thiết kế chủ yếu Việt Nam, tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép (BTCT), kết cấu thép, kết cấu gạch đá, tiêu chuẩn tải trọng tác động…được biên soạn theo hệ thống tiêu chuẩn Nga Riêng tiêu chuẩn TCXDVN 375: thiết kế công trình chịu động đất (dưới viết tắt TCXDVN 375) [4], biên soạn theo hệ thống tiêu chuẩn Châu Âu Trong tiêu chuẩn này, nội dung liên quan đến phân vùng gia tốc lãnh thổ Việt Nam, mức độ quan trọng hệ số tầm quan trọng, nghiên cứu, biên soạn cho phù hợp với điều kiện Việt Nam, nội dung lại chủ yếu chuyển dịch theo tinh thần EN 1998 [11] Vì vậy, áp dụng TCXDVN 375 cần hiểu vận dụng nguyên tắc, yêu cầu thiết kế, giải pháp cấu tạo đặc biệt thông số đầu vào để tính toán, thiết kế Dưới đây, số vấn đề cần ý về: phạm vi áp dụng tiêu chuẩn; cách sử dụng vật liệu; sử dụng số liệu tải trọng gió tổ hợp tải trọng tính toán, thiết kế theo tiêu chuẩn TCXDVN 375 Về phạm vi áp dụng tiêu chuẩn Xét góc độ đối tượng công trình, tiêu chuẩn TCXDVN 375 dùng để tính toán, thiết kế cho nhà công trình chịu động đất Tuy nhiên, công trình đặc biệt nhà máy điện hạt nhân, công trình khơi, đập lớn… không thuộc phạm vi quy định tiêu chuẩn [4] Ngoài ra, với công trình có đặc thù riêng công trình tháp, trụ, cầu, cống, ống khói, silô, cột ăng ten, cột truyền tải, nhà khung dùng sàn không dầm BTCT,… cần phải có yêu cầu bổ sung Các yêu cầu quy định tiêu chuẩn chuyên ngành Xét góc độ để đảm bảo tính hệ thống, sử dụng tiêu chuẩn TCXDVN 375 mức: i) sử dụng nội dung liên quan đến phân vùng gia tốc lãnh thổ Việt Nam, phân cấp mức độ quan trọng hệ số tầm quan trọng công trình; ii)như nội dung (i) kết hợp với tham khảo số giải pháp cấu tạo TCXDVN 375; iii) áp dụng toàn bộ, tức tính toán, thiết kế theo TCXDVN 375 Mức (i), cho phép người thiết kế sử dụng kết hợp với hệ thống tiêu chuẩn mà Luật Xây dựng Việt Nam cho phép, miễn tiêu chuẩn áp dụng có tính đồng Mức (ii), sử dụng mức (i), song giải pháp cấu tạo cần phải xem xét có phù hợp với quan điểm thiết kế tiêu chuẩn áp dụng không, chẳng hạn quan điểm thiết kế tiêu tán lượng hay quan điểm thiết kế giới hạn đàn hồi; cấp độ dẻo thiết kế kết cấu thấp, trung bình hay cao… Mức (iii), phải sử dụng đồng với c� bền với từ C16 trở lên kết cấu BTCT từ C20 đến C40 kết cấu liên hợp thép – bê tông Vấn đề đặt cấp độ bền tương đương với cấp độ bền tiêu chuẩn hành Việt Nam [3] Để làm rõ vấn đề này, so sánh sơ đồ xác định cường độ chịu nén tính toán hai tiêu chuẩn TCXDVN 356 EN 1992 [3,8] Từ bảng ta nhận thấy: - Cấp độ bền tiêu chuẩn dựa vào cường độ trung bình mẫu thí nghiệm Thông số khách quan cách xác định tiêu chuẩn giống mẫu thí nghiệm lấy quy cách Như vậy, để quy đổi cấp độ bền bê tông lấy theo TCXDVN 356 sang cấp độ bền bê tông lấy theo TCXDVN 375 cần phải xét tương đương hai mặt, mặt mẫu thử giá trị cường độ trung bình mẫu thí nghiệm xấp xỉ - Cách xác định cường độ, tiêu chuẩn, cường độ tính toán TCXDVN 356 EN 1992 có khác Do đó, thông số đặc trưng vật liệu bê tông đưa vào thiết kế theo tiêu chuẩn TCXDVN 375 phải lấy theo quy định EN 1992 Tuy nhiên, tiêu chuẩn có số thông số như: mô đun đàn hồi, hệ số dãn nở nhiệt, hệ số Poát xông… xấp xỉ [3,8] Từ giá trị cho bảng 3.1 [8], ta quy đổi gần giá trị fcm mẫu trụ mẫu vuông có cạnh 15cm theo hệ số tỷ lệ cấp độ bền tương ứng, ví dụ với C16/20 có hệ số chuyển đổi 20/16 = 1,25 Dựa vào số liệu bảng A.1 TCXDVN 356[3] bảng 3.1 EN 1992 [8] ta có tương đương cấp độ bền bê tông TCXDVN 356 EN 1992, ví dụ: C16 tương đương với B20 (hoặc M250); C20 tương đương với B25 (hoặc M350)… Kết tương đương cấp độ bền bê tông TCXDVN 356 EN 1992, cho bảng 3.2 Thép cốt dùng bê tông Theo TCXDVN 375, thép cốt chịu lực dùng bê tông thép gai, có giới hạn chảy đặc trưng fyk nằm khoảng 400 ÷600 N/mm2 Trong vùng tới hạn, thiết kế với cấp dẻo trung bình phải dùng thép cốt có độ dẻo dai thuộc nhóm B C; thiết kế với cấp dẻo cao dùng thép cốt có độ dẻo dai thuộc nhóm C; vùng có ứng suất lớn, phận kết cấu không tiêu tán lượng, phải dùng thép cốt thuộc nhóm B C [4] Để xét xem loại thép TCXDVN 356 có tính đáp ứng yêu cầu này, ta so sánh tiêu liên quan thép cốt hai tiêu chuẩn [3,8] Theo EN 1992 [8], thép cốt dùng bê tông có loại S220, S400 S500 Còn theo TCXDVN 356 [3], có nhóm thép cốt CI,A-I; CII, A-II; CIII, A-III CIV, A-IV Ngoài sử dụng loại thép cốt có cường độ cao khác Dưới đây, so sánh loại thép nêu Dựa vào [3,8], ta lập bảng để so sánh quy cách loại thép cốt này, xem bảng Bảng Độ dẻo dai thép theo tiêu chuẩn EN1992 Loại Các đặc tính A B C Giới hạn đàn hồi fyk (f0,2k) N/mm2 400 - 600 ≥ 1,05 ≥ 1,08 ≥ 1,15 Giá trị tối thiểu k = (fu/fy)k Biến dạng tương kéo đứt εuk(%) ≥ 2,5 ≥ 5,0 Bảng Quy định sử dụng thép kết cấu TCXDVN 375 Cấp dẻo Phạm vi Hệ số ứng xử Loại tiết diện kết cấu áp dụng q thiết kế Vùng động đất Loại1,2,3 q≤ 1,5 yếu DLC thấp Loại 1,2 1,5 < q ≤ DCM (trung Vùng động đất Loại 1,hoặc 2< q ≤ bình) từ trung bình trở lên DCH (cao) q>4 Loại < 1,35 ≥ 7,5 Tiêu chuẩn áp dụng Theo EN 1993, EN 1994 Theo TCXDVN 375 kết hợp với EN 1993, EN 1994 Từ bảng bảng ta nhận thấy, thép cốt chịu lực thiết kế theo TCXDVN 375 sử dụng nhóm cốt thép CIII, A-III CIV, A-IV Tuy nhiên, xét độ dẻo dai vùng tới hạn, thiết kế với cấp dẻo trung bình, nhóm CIII, A-III CIV, A-IV thoả mãn, thiết kế với cấp dẻo cao dùng nhóm thép cốt CIV, A-IV 3.3 Thép kết cấu Thép kết cấu dùng thép liên hợp thép – bê tông Trong TCXDVN 375, đặc trưng vật liệu thép kết cấu phải lấy phù hợp với quy định EN 1993 EN 1994 [9,10] Về phương pháp thiết kế, điểm khác biệt hai tiêu chuẩn [9,10] so với tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép Việt Nam [2] là: tính toán thiết kế, EN 1993 EN 1994 xét với loại tiết diện (loại 1,2,3 4), tuỳ theo khả phát triển biến dạng dẻo tiết diện cấu kiện thép Còn tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép Việt Nam [2] xét cho loại tiết diện tính toán, tương ứng với loại EN 1993 Các quy định sử dụng thép kết cấu TCXDVN 375 tổng hợp bảng Theo [9,10], loại tiết diện thiết kế thép kết cấu quan niệm sau: Loại 1: Tiết diện có khả phát triển mô men bền dẻo (do mô men uốn dương âm) với khả đủ để hình thành khớp dẻo; Loại 2: Tiết diện có khả phát triển mô men bền dẻo, với khả xoay hạn chế; Loại 4: tượng cong vênh cục vùng nén dầm thép (bản bụng cách), ứng suất thớ chịu tải lớn vượt giới hạn đàn hồi tính toán fy/γa tiết diện loại 3, nhỏ giá trị tiết diện loại Như vậy, sử dụng thép kết cấu, điều kiện thị trường có nhiều chủng loại thép sản xuất theo tiêu chuẩn khác nhau, cần phải xác định loại thép sử dụng thuộc loại tiết diện để vận dụng cho phù hợp Đồng thời, việc tính toán phải tiến hành theo quy định tiêu chuẩn Eurocosde TCXDVN 375 Về đặc trưng vật liệu thép, theo EN 1993 có loại mác thép thông dụng S235, S275 S355 Còn theo TCXDVN 338, có loại thép cacbon cán nóng thường dùng là: CCT34, CCT 38, CCT42 CCT52 Ngoài ra, kết cấu thép kết cấu liên hợp sử dụng loại thép hợp kim khác Dưới đây, so sánh số loại mác thép thông dụng Kết so sánh số đặc trưng học số mác thép hai tiêu chuẩn TCXDVN 338 EN 1993, cho bảng Bảng So sánh số đặc trưng học số mác thép hai tiêu chuẩn EN 1993 TCXDVN 338 Mác thép Độ dày (mm) fy (N/mm2) fu (N/mm2) Min (fu /fy) CCT34 ≤ 100 220 ÷ 200 340 ÷ 440 1,54 S235 ≤ 40 235 360 1,53 CCT38 ≤ 100 240 ÷ 220 380 ÷ 490 1,58 S275 ≤ 40 275 430 1,56 CCT42 ≤ 100 270 ÷ 250 420 ÷540 1,55 S355 ≤ 40 355 510 1,44 CCT52 ≤100 360 ÷ 350 520 ÷ 620 1,44 Theo bảng ta nhận thấy, thiết kế theo TCXDVN 375, sử dụng thép cán nóng theo tiêu chuẩn Việt Nam phải dùng thép có mác từ CCT38 trở lên Về tải trọng Căn vào tiêu chuẩn [1,6,7], điểm cần ý thiết kế theo TCXDVN 375 tổ hợp tải trọng cần phải tiến hành theo quy định chung EN 1990, EN 1991 quy định riêng tải trọng nêu tiêu chuẩn EN 1992, EN 1993 TCXDVN 375 Về số liệu để xác định loại tải trọng như: hoạt tải, áp lực vận tốc gió, nhiệt độ, gia tốc hay cấp động đất,… phải lấy theo tiêu chuẩn TCXDVN 2737 TCXDVN 375 [1,4] Tuy nhiên, cần ý rằng: số liệu áp lực gió cho [1] ứng với vận tốc gió độ cao 10m so với mốc chuẩn, lấy trung bình khoảng thời gian giây, bị vượt lần 20 năm, ứng với địa hình dạng B (địa hình vùng ngoại ô thành phố, có vật cản thưa thớt cao không 10 m) vận tốc gió quy định EN 1991 vận tốc gió độ cao 10m so với mốc chuẩn, lấy trung bình khoảng thời gian 10 phút, bị vượt lần 50 năm, ứng với địa hình dạng II [7] (tương đương với dạng địa hình B quy định [1] Như vậy, số liệu áp lực gió TCXDVN 2737 đưa vào thiết kế theo TCXDVN 375, cần chuyển đổi lại cho phù hợp với thời gian lấy trung bình chu kỳ lặp Theo kết nghiên cứu “Soát xét tiêu chuẩn TCVN 2737 : 1995 Tải trọng tác động – Tiêu chuẩn thiết kế” [5] nghiệm thu Hội đồng Khoa học cấp sở cấp bộ, việc chuyển đổi áp lực tương ứng với vận tốc gió có thời gian lấy trung bình giây có chu kỳ lặp 20 năm sang áp lực gió tương ứng với vận tốc gió có thời gian lấy trung bình 10 phút có chu kỳ lặp 50 năm, áp dụng công thức: W 10 = 0,602 W Trong đó: W W 10 áp lực gió ứng với thời gian lấy trung bình giây có chu kỳ lặp 20 năm; áp lực gió ứng với thời gian lấy trung bình 10 phút có chu kỳ lặp 50 năm; Từ công thức (1) ta lập bảng chuyển đổi áp lực gió TCVN 2737 EN 1991 Bảng Chuyển đổi áp lực gió TCVN 2737 EN 1991 Vùng áp lực đồ I II III IV V W daN/m2 65 95 125 155 185 10 W daN/m2 39,1 57,2 75,2 93,3 111,4 Kết luận • Về phạm vi sử dụng, sử dụng tiêu chuẩn TCXDVN 375, theo ba mức: mức (i) sử dụng nội dung liên quan đến phân vùng gia tốc lãnh thổ Việt Nam; phân cấp mức độ quan trọng hệ thống tầm quan trọng; mức (ii), giống nội dung (i) kết hợp với tham khảo số giải pháp cấu tạo TCXDVN 375; mức (iii) áp dụng toàn bộ, tức tính toán, thiết kế theo TCXDVN 375 • Về vật liệu, sử dụng vật liệu sản xuất theo tiêu chuẩn Việt Nam, cần phải lựa chọn chủng loại vật liệu quy đổi thông số đặc trưng lý chúng cho phù hợp với quy định Eurocosde Khi tính toán, thiết kế phải sử dụng tiêu chuẩn phù hợp với hệ thống Eurocosde Việc quy đổi tương đương loại vật liệu: bê tông, thép cốt dùng bê tông thép kết cấu tham khảo kết nghiên cứu nêu báo • Tổ hợp tải trọng phải thực theo quy định chung EN 1990; EN 1991 quy định riêng tiêu chuẩn thiết kế EN 1992; EN 1993; EN 1994 TCXDVN 375 Riêng áp lực gió cần phải chuyển đổi cho phù hợp với thời gian lấy trung bình vận tốc gió 10 phút chu kỳ lặp 50 năm Tài liệu tham khảo TCVN 2737: 1995 Tải trọng tác động-Tiêu chuẩn thiết kế, NXBGD TCXDVN 338: 2005 Kết cấu thép-Tiêu chuẩn thiết kế,NXBGD TCXDVN 356: 2005 Kết cấu bê tông BTCT - Tiêu chuẩn thiết kế, NXBGD TCXDVN 375: 2005 Thiết kế công trình chịu động đất -Tiêu chuẩn thiết kế, NXBGD Dự thảo TCVN 2737: 2006 Tải trọng tác động -Tiêu chuẩn thiết kế Eurocode 0: Basis of Structural Design Eurocode 1: Action on Structures Eurocode 2: Design of Concrete structures Eurocode 3: Design of Steel structures 10 Eurocode 4: Design of Composit steel and concrete structures 11 Eurocode 8: Design of Structures for Earthquake resistance Nguồn: T/C Xây dựng, số 2-2007 ... trọng tác động- Tiêu chuẩn thiết kế, NXBGD TCXDVN 338: 2005 Kết cấu thép-Tiêu chuẩn thiết kế, NXBGD TCXDVN 356: 2005 Kết cấu bê tông BTCT - Tiêu chuẩn thiết kế, NXBGD TCXDVN 375: 2005 Thiết kế công... dụng thép kết cấu TCXDVN 375 Cấp dẻo Phạm vi Hệ số ứng xử Loại tiết diện kết cấu áp dụng q thiết kế Vùng động đất Loại1,2,3 q≤ 1,5 yếu DLC thấp Loại 1,2 1,5 < q ≤ DCM (trung Vùng động đất Loại... kết cấu phải lấy phù hợp với quy định EN 1993 EN 1994 [9,10] Về phương pháp thiết kế, điểm khác biệt hai tiêu chuẩn [9,10] so với tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép Việt Nam [2] là: tính toán thiết