Tính toán nhà cao tầng bê tông cốt thép chịu tác động động đất theo tiêu chuẩn TCVN 9386 2012 và UBC 1997 (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI CAO SĨ DŨNG TÍNH TOÁN NHÀ CAO TẦNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU TÁC ĐỘNG ĐỘNG ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN TCVN 9386:2012 VÀ UBC 1997

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

CAO SĨ DŨNG

TÍNH TOÁN NHÀ CAO TẦNG

BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU TÁC ĐỘNG ĐỘNG ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN TCVN 9386:2012 VÀ UBC 1997

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Hà Nội - 2017

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

CAO SĨ DŨNG KHÓA: 2015- 2017

TÍNH TOÁN NHÀ CAO TẦNG

BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU TÁC ĐỘNG ĐỘNG ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN TCVN 9386:2012 VÀ UBC 1997

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng

và công nghiệp

Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CÁN BỘ DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN ĐẠI MINH

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng đào tạo sau đại học, các Thầy Cô giáo trong và ngoài trường Kiến trúc Hà Nội đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi để luận văn được hoàn thành

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến T.S Nguyễn Đại Minh, đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và chỉ dẫn khoa học có giá trị giúp tôi hoàn thành luận văn

Cuối cùng, xin bày tỏ lòng cảm ơn đối với những người thân trong gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn

Mặc dù tác giả đã rất cố gắng để hoàn thiện luận văn, nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp quý báu của quý Thầy Cô và các bạn

Tác giả Luận văn

Cao Sĩ Dũng

Trang 4

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Kết quả nêu trong luận văn là trung thực, các thông tin, số liệu sử dụng trong luận văn được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Tác giả Luận văn

Cao Sĩ Dũng

Trang 5

MỤC LỤC Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các bảng biểu

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

MỞ ĐẦU 1

Đặt vấn đề 1

Tình hình nghiên cứu và sự cần thiết của luận văn 2

Nội dung nghiên cứu của luận văn 2

Giới hạn nghiên cứu 3

Đối tượng nghiên cứu 3

Phương pháp nghiên cứu 3

Cấu trúc luận văn 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG ĐẤT 5

1.1 KHÁI NIỆM VỀ NHÀ CAO TẦNG 5

1.1.1 Một số khái niệm cơ bản về nhà cao tầng 5

1.1.2 Sự cần thiết phải tính toán tải trọng động đất cho nhà cao tầng ở Việt Nam 6

1.2 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG ĐẤT 8

1.2.1 Một số khái niệm cơ bản về động đất 8

1.2.2 Các đặc trưng của chuyển động nền đất 9

1.2.3 Đánh giá độ mạnh của động đất 13

1.2.4 Động đất trên lãnh thổ Việt Nam 20

1.2.5 Các phương pháp tính toán động đất 21

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH THEO TCVN 9386:2012 VÀ UBC 1997 32

2.1 TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT THEO TCVN 9386:2012 32

2.1.1 Một số khái niệm, định nghĩa 32

Trang 6

2.1.2 Phương pháp tính theo tĩnh lực ngang tương đương 44

2.1.3 Phương pháp phổ phản ứng 46

2.1.4 Phương pháp tĩnh phi tuyến (đẩy dần) 49

2.1.5 Phương pháp tích phân theo lịch sử thời gian 51

2.2 TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT THEO UBC 1997 52

2.2.1 Một số khái niệm 52

2.2.2 Phương pháp tính theo tĩnh lực ngang tương đương 56

2.2.3 Phương pháp phổ phản ứng 59

CHƯƠNG 3: VÍ DỤ TÍNH TOÁN CAO TẦNG BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN TCVN 9386:2012 VÀ TIÊU CHUẨN UBC 1997 62

3.1 VÍ DỤ TÍNH TOÁN 62

3.1.1 Ví dụ 1: Tính toán động đất nhà 15 tầng 64

3.2 BIỂU ĐỒ MÔ MEN, LỰC CẮT 65

3.2.1 Biểu đồ phân bố lực tầng, lực cắt, mô men - Nhà 15 tầng 65

3.2.2 Biểu đồ phân bố lực cắt, mô men - Nhà 25 tầng 66

3.2.6 Nhận xét biểu đồ 70

3.3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

KẾT LUẬN 71

KIẾN NGHỊ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Trang 7

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Một số công trình nhà cao tầng đã được ở nước ta hiện nay 5

Bảng 1.5 Đặc trưng cấp cường độ động đất theo thang MSK – 64 18

Bảng 2.2 Giá trị giới hạn trên của hệ số ứng xử q cho hệ kết cấu thông

Bảng 2.3 Giá trị của các tham số S, TB, TC, TD, TE và TF 43

Trang 8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.2 Bản đồ phân vùng gia tốc nền trên lãnh thổ Việt Nam Chu kỳ

Hình 1.3

Dao động của hệ 1 bậc tự do dưới tác dụng của gia tốc nền

) (

0 t

Hình 1.4 Đồ thị minh họa về phổ phản ứng gia tốc của kết cấu 25

Hình 2.3: Biểu đồ quan hệ giữa lực cắt đáy và chuyển vị đỉnh 50

Hình 3.2 Nhà 15 tầng: biểu đồ phân bố lực động đất lên các tầng theo

Hình 3.3 Nhà 15 tầng: biểu đồ phân bố lực cắt tại các tầng (theo PP

Hình 3.4 Nhà 15 tầng: biểu đồ phân bố lực mô men tại các tầng (theo

Hình 3.5 Nhà 25 tầng: biểu đồ phân bố lực cắt tại các tầng theo PP phổ 66

Hình 3.6 Nhà 25 tầng: biểu đồ phân bố mô men tại các tầng theo PP

Trang 9

Hình 3.12 Nhà 55 tầng: biểu đồ phân bố lực mô men tại các tầng theo

Trang 10

Đặt vấn đề

Động đất là tác động tự nhiên ảnh hưởng lớn đến công trình xây dựng và các kết cấu hạ tầng kỹ thuật v.v Đây là một trong những thiên tai để lại hậu quả nặng

nề về con người lẫn kinh tế ở nhiều nước trên thế giới Đối với các khu vực đô thị lớn đông dân, động đất lớn sinh ra sẽ gây thiệt hại nhiều về người, tài sản và cơ sở

hạ tầng kỹ thuật Quá trình phát triển của xã hội, trong các thập niên gần đây, ở nước ta ngày càng có nhiều công trình cao tầng xây dựng với quy mô và tầm quan trọng lớn Vì vậy, việc tính toán thiết kế cho các công trình chịu tác động động đất

là cần thiết

Theo quyết định số 09/2005/QĐ-BXD [1] ngày 07 tháng 4 năm 2005 của Bộ Xây dựng [1], việc thiết kế chịu động đất cho các công trình xây dựng ở Việt Nam

có thể thực hiện theo tiêu chuẩn nước ngoài Trước năm 2006, thiết kế kháng chấn thường được sử dụng ở nước ta là tiêu chuẩn SNIP II-7-81* [3] của Liên Xô (cũ) hay Liên bang Nga ngày nay, tiêu chuẩn UBC 1997 [4] tuy được thay thế bằng tiêu chuẩn IBC 2006 (ASCE7-05) [5] của Hoa Kỳ nhưng vẫn được dùng để tính toán cho một số nhà cao tầng ở nước ta như Keangnam Ha Noi Landmark Tower, Lotte Center Ha Noi, The One Ở nước ta hiện nay tải trọng động được thiết kế theo là tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006 [6] nay đổi thành tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 [6] được chuyển dịch trên cơ sở tiêu chuẩn EN 1998-1:2005 [7] Tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 là tiêu chuẩn chính thống của nước ta áp dụng trên phạm vi cả nước về thiết kế kết cấu chịu động đất

Tuy nhiên, đối với các công trình cao tầng có chu kỳ dao động riêng cơ bản lớn hơn 4s, việc lựa chọn tiêu chuẩn và tính toán tác động động đất lên công trình hiện nay còn gặp nhiều khó khăn Tiêu chuẩn SNIP II7-81* của Nga áp dụng cho công trình cao dưới 75m, đối với các công trình có chiều cao lớn hơn 75m thì tính toán rất phức tạp Tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 áp dụng cho các công trình có chu

kỳ dao động cơ bản < 4s, còn trên 4s thì phải xây dựng phổ chuyển vị Tiêu chuẩn

Trang 11

2

chuẩn TCVN 9386:2012 và tiêu chuẩn UBC 1997 được lựa chọn do có thể tính toán cho công trình có chu kỳ dao động lên đến 10s (nhà từ 60 đến 100 tầng) Tiêu chuẩn UBC 1997 được biên soạn và áp dụng ở Mỹ nên có những đặc trưng khác với Việt Nam, đặc biệt là số liệu đầu vào để xác định tải trọng động đất Tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 sử dụng đầu vào là đỉnh gia tốc nền tham chiếu chu kỳ lặp 500 năm trên nền loại A Chính vì thế, mục tiêu của luận văn này là việc tính toán nhà cao tầng chịu động đất theo TCVN 9386:2012 và UBC 1997 như thế nào khi áp dụng đầu vào động đất là đỉnh gia tốc nền tham chiếu agR của Việt Nam Mục tiêu này có ý nghĩa thực tiễn khi thiết kế các kết cấu cao tầng có chu kỳ dao động riêng cơ bản lớn hơn 4s (cao hơn 40 tầng)

Tình hình nghiên cứu và sự cần thiết của luận văn

Việc tính toán tác động của tải trọng động đất lên nhà cao tầng là quan trọng nhằm đảm bảo an toàn cho công trình Song tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9386:2012 cho công trình có chu kỳ dao động cơ bản lớn hơn 4s còn ít áp dụng Trước đây hầu hết các quy trình tính toán đang được áp dụng đều do các kỹ

sư tự tìm hiểu và nghiên cứu trong các tiêu chuẩn nước ngoài như tiêu chuẩn Hoa

Kỳ UBC 1997 Do đó việc tính toán nhà cao tầng chịu động đất theo TCVN 9386:2012 và tiêu chuẩn UBC 1997 như thế nào và số liệu đầu vào lấy theo TCVN 9386:2012 hay QCVN 02:2009/BXD [2] ra sao là hết sức cần thiết

Mục đích nghiên cứu của đề tài

Mục đích của đề tài là nghiên cứu, tính toán tác động (lực) động đất theo tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 và tiêu chuẩn UBC 1997 cho một số công trình bê tông cốt thép (BTCT) cụ thể có chu kỳ dao động lớn hơn 4s (trên 40 tầng), từ đó rút ra những nhận xét và kiến nghị khi tính toán động đất theo TCVN 9386:2012 và tiêu chuẩn UBC 1997 đối với nhà và công trình xây dựng ở Việt Nam trong trường hợp cần thiết phải áp dụng tiêu chuẩn này

Nội dung nghiên cứu của luận văn

Nội dung nghiên cứu của luận văn bao gồm:

Trang 12

+ Số liệu đầu vào của hai tiêu chuẩn;

+ Vùng động đất;

+ Một số loại nền cơ bản;

+ Hệ số tầm quan trọng (I);

+ Hệ số ứng xử (q);

+ Hệ số giảm cường độ (R);

+ Phổ phản ứng

- Xây dựng phổ đàn hồi cho công trình có chu kỳ dao động cơ bản > 4s thông qua phổ chuyển vị theo tiêu chuẩn TCVN 9386:2012

- Xây dựng phổ thiết kế theo tiêu chuẩn UBC 1997

- Cách phân bố lực động đất theo chiều cao và giới hạn của phương pháp lực tĩnh ngang tương đương

- Tính toán các ví dụ;

- Các kết luận và kiến nghị

Giới hạn nghiên cứu

Luận văn nghiên cứu phương pháp tính toán tải trọng động đất theo phương ngang đối với kết cấu nhà cao tầng theo tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 & tiêu chuẩn UBC 1997

Đối tượng nghiên cứu

- Kết cấu nhà cao tầng chịu tác động động đất

Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết để hiểu rõ bản chất của phương pháp tính động đất theo TCVN 9386:2012 & tiêu chuẩn UBC 1997, từ đó có thể áp dụng vào thiết kế công trình

- Thu thập các thông tin, số liệu về tính toán nhà cao tầng hiện nay

- Nghiên cứu lý thuyết bằng mô hình số, phương pháp phần tử hữu hạn

- Áp dụng tính toán một số công trình cụ thể

Trang 13

4

Cấu trúc luận văn

Trên cơ sở mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu, ngoài phần mở đầu, phần kết luận và tài liệu tham khảo, luận văn sẽ được bố trí thành 3 chương Cụ thể như sau:

Chương I: Tổng quan về động đất và sự cần thiết phải tính toán động đất trong nhà cao tầng ở nước ta

Chương II: Các phương pháp tính toán công trình chịu động đất theo TCVN 9386:2012 & UBC 1997

Chương III: Tính toán nhà cao tầng chịu tải trọng động đất bằng phương pháp phổ phản ứng TCVN 9386:2012 và tiêu chuẩn UBC 1997

Kết luận & kiến nghị

Trang 14

lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện

– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội

Email: digilib.hau@gmail.com

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

Trang 15

71

Với nhà 25 tầng nhìn chung biểu đồ phân bố lực cắt và mô men biến đổi theo chiều cao, giá trị này không tuyến tính Giá trị lực động đất tính theo TCVN 9386:2012 nhỏ hơn không nhiều so với UBC 1997 với hệ số vùng tính trực tiếp từ gia tốc nền

Nhà 35 tầng và 55 tầng giá trị lực cắt ở khoảng 1/3-2/3 chiều cao công trình giá trị lực cắt tính theo UBC 1997 (hệ số vùng tính trực tiếp từ gia tốc nền) lớn hơn

so với TCVN 9386:2012, đoạn còn lại thì tính theo TCVN 9386:2012 là lớn hơn

Mô men đoạn từ chân công trình đến 1/2 chiều cao công trình thì tính theo TCVN 9386:2012 nhỏ hơn tính theo UBC 1997 (tính hệ số vùng tính thẳng từ gia tốc nền) Biểu đồ lực cắt nhà 45 tầng, giá trị lực cắt và mô men phân bố lên các tầng theo TCVN 9386:2012 là nhỏ hơn

3.3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

KẾT LUẬN

Luận văn đã trình bày cơ sở lý thuyết và cách xác định phổ chuyển vị đàn hồi

SDe(T) bằng cách biến đổi trực tiếp phổ phản ứng gia tốc đàn hồi Se(T) cho các kết cấu có chu kỳ dao động cơ bản lớn T > 4s theo TCVN 9386:2012

Tiêu chuẩn UBC 1997 là tiêu chuẩn của Mỹ áp dụng tính toán cho các công trình có chu kỳ giao động lên đến 10s (tương đương nhà 100 tầng) và được sử dụng trên nhiều quốc gia trên thế giới Song tiêu chuẩn UBC 1997 được biên soạn và áp dụng ở Mỹ nên có những đặc trưng khác với Việt Nam, đặc biệt là đầu vào để xác định tải trọng động đất do phân vùng theo các vùng ứng với các trị số gia tốc nền tham chiếu là 0,075g, 0,15g, 0,20g, 0,30g và 0,40g Trong khi phân vùng động đất ở Việt Nam lấy trực tiếp là agR, ví dụ agR = 0,1097g Do đó việc sử dụng UBC 1997 trong tính toán nhà cao tầng chịu tác động động đất có thể thực hiện với các số liệu đầu vào là của Việt Nam

Ngoài ra, luận văn đã làm các ví dụ tính toán động đất theo TCVN 9386:2012

và theo UBC 1997 đối với các nhà cao tầng sử dụng mô hình thanh conson, có tính đều đặn theo chiều cao với số tầng 15, 25, 35, 45 và 55 tầng đã được thực hiện theo

Trang 16

trình bày trong mục 3.2.6

Qua các ví dụ tính toán trên cho thấy kết quả tính toán lực động đất theo tiêu chuẩn UBC 1997 nếu theo hệ số vùng (hệ số Z) lớn hơn so với TCVN 9386:2012, thực chất là lấy trị số gia tốc nền lớn hơn (làm tròn)

KIẾN NGHỊ

Đối với nhà dưới 20 tầng khi tính toán động đất ta dùng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương để tính Do phương pháp này đơn giản dễ kiểm soát và cho kết quả tính thiên về an toàn

Luận văn này đã trình bày việc tính toán nhà cao tầng, có chu kỳ dao động cơ bản T > 4s, chịu động đất theo TCVN 9386:2012 thông qua việc xây dựng phổ chuyển vị căn cứ phụ lục A TCVN 9386:2012, sau đó chuyển lại phổ gia tốc Để tiện cho việc tính tonhs thiết kế sau này, có thể thiết lập vùng phổ gia tốc cho các công trình cao lên đến 100 tầng

Trang 17

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Bộ Xây dựng, (2005), Quyết định số 09/2005/QĐ-BXD, ngày 07 tháng 4 năm

2005 của Bộ trưởng Bộ Xây dựng về việc ban hành “quy chế áp dụng tiêu chuẩn xây dựng nước ngoài trong hoạt động xây dựng ở Việt Nam”

2 Bộ Xây dựng, (2009), QCVN 02:2009/BXD, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng

3 Bộ Xây dựng, (2006), TCVN 9386:2012, Thiết kế kết cấu chịu động đất, Nhà

xuất bản xây dựng Hà Nội

4 Bộ Xây dựng, (1997), TCXD 198:1997, Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối, Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội

5 Bộ Xây dựng, (2004), TCXDVN 323:2004, Nhà ở cao tầng – tiêu chuẩn thiết kế,

Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội

6 Nguyễn Đại Minh, (2008), Phương pháp phổ phản ứng nhiều dạng dao động và tính toán nhà cao tầng chịu động đất theo TCXDVN 375:2006, Viện KHCN

Xây dựng, Hà Nội

7 Nguyễn Lê Ninh, (2001), Cơ sở lý thuyết tính toán công trình chịu động đất,

Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 242 trang

8 Nguyễn Lê Ninh, (2007), Động đất và thiết kế công trình chịu động đất, Nhà

xuất bản xây dựng Hà Nội, 513 trang

9 Viện KHCN Xây dựng, (2008), Hướng dẫn thiết kế nhà cao tầng bằng bê tông cốt thép chịu động đất theo tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006, Nhà xuất bản xây

dựng Hà Nội

10 ASCE/SEI 7-05, (2006), Minimum design loads for buildings and other structures, published by American Society of Civil Engineers, Virginia, USA,

338 p

11 UBC:1997, Uniform Building Code, Vol 2 International Conference of

Building Officials, Whittier, CA, USA

12 BS EN 1998-1:2004, (Eurocode 8) (2005), Design of structures for earthquake resistance British Standard institution, April, UK, 229 p

Định dạng
Số trang	18
Dung lượng	471,55 KB