Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 13 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
13
Dung lượng
316 KB
Nội dung
Error: Reference source not found - Error: Reference source not found CHƯƠNG TẢI TRỌNG Tải trọng tác dụng lên nhà cao tầng khác với tải trọng tác dụng lên nhà thấp tầng chỗ (a) cộng dồn tải trọng sinh nội lực lớn, (b) tải trọng gió có ảnh hưởng đáng kể (c) hiệu ứng động có vai trò đáng kể Việc cộng tĩnh tải tác dụng từ số lượng tầng lớn nhà cao tầng dẫn đến nội lực cột lớn hẳn so với nhà thấp tầng Lực gió tác dụng lên nhà cao tầng khơng ảnh hưởng diện tích chắn gió lớn mà cường độ lớn ứng với độ cao lớn cánh tay đòn mơ men với móng lớn nhà thấp tầng Trong tải trọng gió có ảnh hưởng khơng đáng kể đến việc thiết kế kết cấu nhà thấp tầng tải trọng gió nhà cao tầng lại có ảnh hưởng khống chế đến việc bố trí thiết kế kết cấu Trong trường hợp đặc biệt với kết cấu mảnh mềm, chuyển động kết cấu nhà chịu tác động gió cần phải xem xét xác định lực gió (tương tác gió cơng trình) Trong vùng có động đất, lực qn tính gây lắc đất thể vượt lực gió và, vậy, có ảnh hưởng khống chế đến cách bố trí, thiết kế kết cấu giá thành cơng trình Do lực tác dụng lực qn tính nên đáp ứng động kết cấu nhà có ảnh hưởng lớn đến lực có hiệu tác dụng lên kết cấu Ngoại trừ tĩnh tải, lực tác dụng lên kết cấu nhà xác định cách thật xác Trong hoạt tải lớn ước tính thích hợp từ các khảo sát thực tế gió động đất chất lực ngẫu nhiên, khó để xác định từ kiện q khứ khó để dự đốn xác cho tương lai Việc áp dụng lý thuyết xác suất giúp hợp lý hoá số phương pháp xác định tải trọng gió động đất Rất khó để thảo luận tổng quát phương pháp xác định tải trọng Tiêu chuẩn khác lại sử dụng phương pháp khác Mặc dù phương pháp hợp lý chúng có xu hướng thể dạng kinh nghiệm Do đó, chương này, số phương pháp thể cách logic Tiêu chuẩn đại xem xét chi tiết để minh hoạ triết lý xu hướng thời 3.1 TRỌNG LỰC Trong diện tích ảnh hưởng theo trọng lực tác dụng lên dầm sàn nhà cao tầng không khác so với nhà thấp tầng lực cộng dồn từ tầng lên cột tường nhà nhiều tầng lại lớn nhiều Trong nhà thấp tầng, tĩnh tải tính tốn từ kích thước cấu kiện với khối lượng thể tích vật liệu Điều dẫn đến số sai số nhỏ sai khác kích thước thật với kích thước thiết kế khối lượng thể tích vật liệu thật với giá trị giả định Kết cấu bê tông Hoạt tải mô tả cường độ tải trọng sàn phân bố tương ứng với chiếm dụng hay sử dụng không gian Trong số tình định, nhà đỗ xe, văn phòng, nhà máy, sàn cần xem xét chịu tải trọng tập trung đặc biệt Độ lớn hoạt tải quy định Tiêu chuẩn xác định dựa phối hợp kinh nghiệm kết khảo sát thực tế Sự khác cường độ hoạt tải Tiêu chuẩn thiết kế nước khác (một số nêu Bảng 1) thiếu trí có đủ sở để nêu câu hỏi độ xác chúng Các thí nghiệm khả chịu lực cho thấy giá trị tiêu chuẩn, vốn coi thiên an tồn, nhỏ giá trị thực tế số tình Nên sử dụng kiểu hoạt tải phân bố lên nhịp lân cận nhịp thay để tính tốn nội lực lớn đồng thời phải xét đến hệ số chiết giảm hoạt tải cho để tính đến khả thấp việc tồn kết cấu hay các khu vực lớn chất tải đồng thời Bảng 3.1 Cường độ hoạt tải Mỹ (ANSI Anh (CP-CH.V Nhật A58.1-1972) PT.1:1967) Standard) (AIJ Việt (CTVN) kPa kPa kPa kPa Văn phòng 2,4 2,5 2,9 2,0 Hành lang 3,8 2,5 Sảnh 4,8 2,5 2,9 2,9 Chung cư 1,9 1,5 1,8 1,5 Khách sạn 1,9 2,0 1,8 2,0 Hành lang 3,8 1,8 2,9 Gian công cộng 4,8 3,5 2,0 Nam Nhà văn phòng 2,9 Nhà 3.1.1 2,0 Các phương pháp chiết giảm hoạt tải Triết lý việc chiết giảm hoạt tải là, có số thời gian đời kết cấu số diện tích nhỏ bị chất tải đến mức độ cao toàn khu vực lớn hay tập hợp khu vực cấu kiện đỡ chúng bị chất tải đồng thời đến mức cao Kết là, thiết kế cấu kiện dầm cột đỡ diện tích phân phối định với tải trọng nhỏ đáng kể so với toàn tải trọng Các phương pháp chiết giảm hoạt tải khác nhau, nói chung, cho phép thiết kế dầm, cột tường với hoạt tải chiết giảm tỷ lệ với phần diện tích dồn lực tăng lên Giới hạn chiết giảm cần phải quy định để đảm bảo biên an toàn Ba ví dụ sau phương pháp chiết giảm hoạt tải sử dụng để minh hoạ triết lý áp dụng: Error: Reference source not found - Error: Reference source not found Tỷ lệ phần trăm đơn giản xác định để chiết giảm để giới hạn độ lớn Ví dụ, thiết kế với 100% hoạt tải với cấu kiện chống đỡ mái, với 85% cấu kiện cần đỡ sàn tầng giảm dần 5% cho tầng thấp 50% Một cơng thức tính tốn diện tích dồn lực sử dụng cho phép xác định chi tiết chiết giảm hoạt tải Ví dụ, cấu kiện đỡ thiết kế với hoạt tải sở nhân với hệ số 0,3 +10 A với A diện tích dồn lực tính theo foot vng Một cơng thức chí phức tạp cho phép xác định hệ số chiết giảm lớn thông qua tỷ lệ tĩnh tải/hoạt tải Ví dụ, quy đinh rằng, tỷ lệ phần trăm chiết giảm lớn không vượt 100( D + L ) 4,33L đó, D cường độ tĩnh tải L cường độ hoạt tải Giới hạn cụ thể đảm bảo rằng, toàn hoạt tải chất lên tồn diện tích dồn lực ứng suất cấu kiện không đạt đến đến giới hạn chảy 3.1.2 Tải trọng va chạm trọng lực Tải trọng va chạm xảy dạng hoạt tải trường hợp thang máy gia tốc hướng lên hay dừng lại đường xuống Người ta thường sử dụng mức tăng tải đến 100% so với tĩnh tải để thiết kế kết cấu đỡ [3.1] 3.1.3 Tải trọng thi công Tải trọng thi công thường coi tải trọng nguy hiểm mà kết cấu nhà phải chịu Chắc chắn có nhiều hư hỏng cơng trình xảy q trình thi cơng q trình sử dụng chúng quy định lập cho tải trọng thi công thiết kế nhà cao tầng Tuy nhiên, cơng trình nhà có kết cấu đặc biệt thiếu quy định tải trọng thi cơng dẫn đến tăng tổng chi phí cho cơng trình thống người thiết kế nhà thầu việc xây dựng điều khoản quy định mong muốn Thông thường, tải trọng thi công trọng lượng ván khuôn sàn sàn đúc tổng cộng lại, hai lần tĩnh tải sàn Tải trọng đỡ chống truyền xuống ba hay bốn sàn thi công từ trước Hiện nay, với chu kỳ thi cơng ngày chí ngày tầng đặc biệt với công nghệ bơm bê tông sử dụng nhiều chất lỏng hơn, vấn đề tải trọng trở nên nghiêm trọng sàn đúc nhanh, thay cho việc tham gia chịu lực lại cần phải tiếp tục chống đỡ Các cần cẩu leo dạng tải trọng thi công khác Chúng chống đỡ cách kết nối chúng với số tầng và, có thể, chống xuống tầng thấp 3.2 TẢI TRỌNG GIÓ Tải trọng ngang gió động đất yếu tố quan trọng phân biệt việc thiết kế nhà cao tầng với nhà thấp trung tầng Đối với nhà cao đến khoảng 10 tầng với tỷ lệ thông Kết cấu bê tơng thường, việc thiết kế bị ảnh hưởng tải trọng gió Tuy nhiên, từ chiều cao trở lên, việc tăng kích thước cấu kiện việc bố trí kết cấu để chịu tải trọng gió yếu tố ảnh hưởng đến giá thành giá tiếp tục tăng với việc tăng chiều cao Với tiến kiến trúc, việc tăng cường độ vật liệu tiến phân tích kết cấu, kết cấu nhà cao tầng trở nên hiệu hơn, nhẹ dễ có chuyển vị hay biến dạng lớn tác dụng tải trọng gió Điều thúc đẩy nghiên cứu giúp cung cấp hiểu biết tốt chất tải trọng gió phát triển phương pháp xác định tải trọng Sự phát triển tập trung vào kỹ thuật thí nghiệm lý thuyết để xác định tăng lên tải trọng gió vấn đề gió giật tương tác động kết cấu với lực giật Phần tổng kết sau số phương pháp tính tốn trực quan nêu tiêu chuẩn thiết kế, bao gồm phương pháp tương đối tiên tiến việc xem xét tải trọng giật tập trung vào vấn đề Phương pháp phương pháp tĩnh, xem xét kết cấu nhà vật thể cứng đứng gió Các phương pháp tĩnh thích hợp cho kết cấu nhà cao tầng có chiều cao, độ mảnh hay độ nhạy dao động gió không lớn Các phương pháp động mô tả sau áp dụng cho nhà ngoại lệ, cao, mảnh nhạy với dao động Đây nhà định nghĩa, ví dụ Tiêu chuẩn thiết kế nhà (Uniform Building Code [3.2]), nhà có độ cao lớn 123 m (400 ft) hay nhà có chiều cao lớn lần chiều rộng hay nhà nhạy dao động gió Ngồi ra, cơng trình ngoại lệ định nghĩa theo phương pháp chi tiết dựa tần số dao động riêng sức cản kết cấu quan hệ cấu tạo chiều cao chúng [3.3] Các phương pháp giải thích cách tương đối chi tiết để truyền đạt triết lý chúng Để có thơng tin đầy đủ đủ để sử dụng phương pháp này, người đọc cần tham khảo Tiêu chuẩn cụ thể 3.2.1 Phương pháp tĩnh đơn giản Phương pháp Tiêu chuẩn Uniform Building Code 1988 Phương pháp đại diện cho phương pháp tĩnh xác định tải trọng gió có xét đến hiệu ứng gió giật áp lực cực lớn cục bề mặt công trình Phương pháp xét đến khác có tính địa phương khu vực trống ngoại ô với khu vực trung tâm thành phố cho phép cơng trình đặc biệt quan trọng bệnh viện, trạm cứu hoả trạm công an an toàn tiếp tục sử dụng sau có bão cực lớn xảy Áp lực gió thiết kế tính tốn từ cơng thức sau: p =C eC qqsI Trong đó, C e hệ số xét đến hiệu ứng kết hợp chiều cao, phơi bày gió giật định nghĩa bảng 3.2 C q hệ số cho phép xét đến áp lực cao có tính cục cấu kiện tường mái so với áp lực trung bình sử dụng thiết kế kết cấu tồn Ví dụ, hệ số C q = 1,4 áp Error: Reference source not found - Error: Reference source not found dụng để xác định áp lực gió theo phương pháp diện tích chiếu cho kết cấu cao 40 ft (12 m) Trong đó, giá trị 2,0 cho tường góc qs áp lực gió dồn nén Giá trị đo ứng với vận tốc gió sở tối thiểu với tần suất 50 năm độ cao 30 ft Hệ số tầm quan trọng I 1,15 cho cơng trình sót lại sau thảm hoạ 1,0 cho cơng trình khác Bảng 3.2 Hệ số xét đến hiệu ứng kết hợp chiều cao, phơi bày gió giật Cao độ so với đất Độ phơi C a Độ phơi B a 0–6m 1,2 0,7 – 12 m 1,3 0,8 12 – 18 m 1,5 1,0 18 – 30 m 1,6 1,1 30 – 48 m 1,8 1,3 48 – 65 m 1,9 1,4 65 – 95 m 2,1 1,6 95 – 130 m 2,2 1,8 Ghi chú: Hệ số C áp dụng cho cơng trình nằm khu vực địa hình phẳng; Hệ số khu vực có địa hình đồi núi 3.2.2 B áp dụng cho Phương pháp động Nếu kết cấu mảnh cao nằm khu vực chịu gió đặc biệt, tải trọng gió tác dụng lên cơng trình tăng lên tương tác động chuyển động cơng trình giật gió Nếu điều kiện tài cho phép, phương pháp tốt để xác định lực gió thí nghiệm hầm gió Trong đó, tính chất quan trọng cơng trình bề mặt địa hình mơ hình hố Đối với cơng trình khơng đặc biệt để thực thí nghiệm hầm gió phương pháp đơn giản khơng thích hợp nên áp dụng phương pháp động Phương pháp thí nghiệm hầm gió phương pháp động tóm tắt sau đây: Phương pháp thí nghiệm hầm gió Thí nghiệm hầm gió để xác định lực gió phương pháp dòng ổn định để xác định áp lực hay lực gió phân bố tác dụng lên cơng trình Các hệ số áp lực hay lực gió xác định phương pháp này, sau đó, sử dụng để tính tốn tải trọng tác dụng lên tồn cơng trình phương pháp đơn giản mô tả Phương pháp thích hợp cho kết cấu nhà có chuyển động khơng đáng kể đó, có ảnh hưởng nhỏ đến tải trọng gió Nếu độ mảnh hay độ mềm cơng trình lớn đến mức đáp ứng chúng với lượng gió giật có ảnh hưởng đáng kể đến tải trọng gió có hiệu thí nghiệm hầm gió phải thực với phương pháp động Trong trường hợp này, tính chất đàn hồi kết cấu Kết cấu bê tông phân bố khối lượng công trình đặc trưng quan trọng gió cần phải mơ hình hố Các mơ hình nhà sử dụng thí nghiệm hầm gió xây dựng với tỷ lệ thay đổi khoảng 1/100 đến 1/1000 phụ thuộc vào kích thước cơng trình hầm gió, tỷ lệ phổ biến 1/400 Các nhà cao tầng thường có ứng xử uốn cắt kết hợp, đó, chuyển vị ngang kết hợp biến dạng uốn phần thẳng phần Điều thể cách gần thí nghiệm hầm gió mơ hình cứng có móng đàn hồi Trong mơ hình này, khơng cần thiết phải thể phân bố khối lượng mà cần thể phân bố mơ men qn tính móng Các mơ hình phức tạp sử dụng cần phải xét thêm số dạng dao động khác xoắn Các mơ hình chứa khối lượng tập trung, lò xo mềm, thiết kế để mơ thuộc tính độ cứng khối lượng kết cấu Áp lực gió đo thiết bị ghi gắn bề mặt mơ hình Sau đó, thiết bị đo xác định giá trị trung bình, bậc hai trung bình bình phương áp lực lớn Các đặc trưng gió cần phải tạo thí nghiệm hầm gió đường bao theo phương đứng tốc độ gió ngang, cường độ gió rối hàm mật độ phổ lượng Lớp biên đặc biệt hầm gió thiết kế để tạo đặc trưng Một số hầm gió sử dụng mặt cắt làm việc dài đó, lớp biên xây dựng cách tự nhiên thô ráp Mặt cắt làm việc hầm gió có diện tích tối đa khoảng ft2 chúng làm việc với áp lực khơng khí Mơ hình phân tích chi tiết Thí nghiệm hầm gió thí nghiệm đặc biệt, phức tạp tốn tiền thực dự án đắt tiền Cho cơng trình nhà phức tạp khơng thể áp dụng phương pháp tính tốn đơn giản mà không sử dụng phương pháp thí nghiệm hầm gió, người ta xây dựng phương pháp tính tốn động lực học gió [3.5, 3.6] Phương pháp mô tả dựa công trình tiên phong Davenport đưa vào Tiêu chuẩn Quốc gia thiết kế nhà Canada NBCC [3.7, 3.8] Áp lực hay lực hút bên ngồi p lên bề mặt cơng trình xác định từ công thức sở: p = qC eC gC q Trong đó, hệ số phơi gió C e xác định dựa đường bao theo phương đứng tốc độ gió Đại lượng thay đổi theo độ ráp địa hình xung quanh Có ba dạng phơi gió xem xét sau: địa hình mở thơng thường, có cản trở, địa hình có cản trở phần ngoại ơ, thành phố, khu vực có cối địa hình có nhiều cản trở có nhiều nhà cao tầng xây dựng tập trung có 50% số nhà có nhiều tầng Các cơng thức tính tốn giá trị C e cung cấp Tiêu chuẩn thiết kế ứng với dạng phơi gió nêu Error: Reference source not found - Error: Reference source not found Hệ số gió giật C g tỷ số hiệu ứng tải trọng lớn với hiệu ứng tải trọng trung bình Giá trị kể đến hiệu ứng thay đổi mức độ giật khác hiệu ứng làm phóng đại tải trọng tượng cộng hưởng với dao động kết cấu C g cung cấp Tiêu chuẩn thiết kế dạng công thức biểu đồ Các công cụ này, dễ sử dụng lại phức tạp để nêu Hệ số C p hệ số áp lực ngồi, lấy trung bình diện tích xem xét Giá trị hệ số chịu ảnh hưởng hình dạng cơng trình, hướng gió đường bao tốc độ gió thường xác định dựa thí nghiệm hầm gió với mơ hình tỷ lệ nhỏ Các chi tiết phương pháp nêu Tiêu chuẩn Thiết kế nhà Canada Phương pháp tương tự Simiu cho cung cấp giá trị tải trọng gió thiên an toàn nhỏ đáng kể giá trị cho Tiêu chuẩn Thiết kế nhà Canada Có nhiều vấn đề cần tiếp tục kiểm chứng phương pháp tính tải trọng động cần đơn giản hoá 3.3 TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT Tải trọng động đất lực quán tính khối lượng cơng trình tác động rung móng sinh động đất Việc thiết kế sức kháng chống động đất tập trung chủ yếu vào lực quán tính tịnh tiến ngang thành phần theo phương đứng quay Một số lực động đất nguy hiểm khác tồn lực phát sinh trượt đất, lún sụt, đứt gãy hoạt động móng cơng trình hoá lỏng đất tác động rung Những nhiễu loạn dù có tính địa phương có ảnh hưởng đến tính kinh tế việc thiết kế động đất Khi động đất xảy ra, cường độ chúng có quan hệ tỷ lệ nghịch với tần suất xuất Các trận động đất lớn xảy ra, trận trung bình xảy nhiều động đất nhỏ hay có Mặc dù thiết kế cơng trình chịu trận động đất lớn với hư hỏng khơng đáng kể chi phí cho việc cao Do đó, triết lý tổng quát cho việc thiết kế chịu động đất cho cơng trình nhà dựa nguyên tắc sau: Chịu trận động đất nhỏ mà không bị hư hỏng Chịu trận động đất vừa mà phận chịu lực không bị hư hỏng, chấp nhận phận khơng chịu lực bị hư hỏng Chịu trận động đất trung bình với hư hỏng xảy phận chịu lực khơng chịu lực cơng trình không bị sụp đổ Một số hiệu chỉnh thực nguyên tắc để đảm bảo rằng, số cơng trình định với chức quan trọng tiếp tục hoạt động có trận động đất lớn xảy Kết cấu bê tông Độ lớn tải trọng động đất kết đáp ứng động cơng trình nhà với rung lắc đất Để ước tính tải trọng động đất, sử dụng hai phương pháp có xét đến tính chất đất ghi động đất xảy khu vực Phương pháp thứ nhất, gọi phương pháp lực ngang tương đương, sử dụng phương pháp đơn giản để tính tốn chu kỳ móng kết cấu gia tốc hay vận tốc đất lớn với số tham số quan trọng khác để xác định lực ngang lớn móng Lực ngang tương đương này, sau phân bố theo chiều cao cơng trình theo cách định để thực phân tích tĩnh kết cấu Lực thiết kế sử dụng phân tích tĩnh tương đương nhỏ lực thực tế tác động lên cơng trình tác động động đất tương ứng Các hiệu chỉnh để sử dụng lực thiết kế nhỏ bao gồm khả sức kháng kết cấu mức tải trọng làm việc lớn hơn, giảm chấn phận kết cấu giảm lực tác động tính dẻo kết cấu cấu kiện làm việc giới hạn đàn hồi Phương pháp đơn giản, sử dụng nhanh chóng khun dùng cho cơng trình khơng q cao có cấu tạo kết cấu khơng q đặc biệt Phương pháp sử dụng có hiệu cho thiết kế sơ cho nhà cao tầng hay nhà có cấu tạo kết cấu phức tạp sau đó, phân tích phương pháp thích hợp Phương pháp thứ hai, chi tiết hơn, phương pháp phân tích hình thái đó, chu kỳ hình thái kết cấu phân tích kết hợp với phổ thiết kế động đất để xác định đáp ứng hình thái lớn Các giá trị này, sau đó, kết hợp để tìm giá trị đáp ứng lớn Phương pháp tính tốn phức tạp dài so với phương pháp lực ngang tương đương xác xét ứng xử phi tuyến kết cấu Cả hai phương pháp trình bày chi tiết phần sau: 3.3.1 Phương pháp lực ngang tương đương Ở Mỹ có số phương pháp Tiêu chuẩn thiết kế giống số khía cạnh khác cách chúng mô tả động đất khu vực hiệu ứng lên kết cấu Phương pháp lực ngang tương đương Tiêu chuẩn Uniform Building Code (UCB) trao đổi kỹ Tiêu chuẩn dựa Tiêu chuẩn thiết kế động đất Hiệp hội kỹ sư kết cấu xây dựng California Xác định lực cắt nhỏ móng Tiêu chuẩn UBC xác định rằng, kết cấu phải thiết kế để chịu lực ngang tổng cộng nhỏ lực cắt sinh ra, V Lực giả định tác dụng cách độc lập theo hướng vng góc với trục nhà V xác định theo công thức sau: V = ZIC W Rw Trong đó, C= 1,25S T 2/3 Error: Reference source not found - Error: Reference source not found Lực cắt móng theo phương trình cung cấp tải trọng động dất thiết kế cho kết cấu cho trước với giả thiết là, kết cấu có biến dạng phi đàn hồi xảy động đất Các hệ số công thức xét đến ảnh hưởng mức độ động đất khu vực, tĩnh tải, dạng kết cấu, khả triệt tiêu lượng mà không bị phá hoại, đáp ứng kết cấu, tương tác kết cấu với đất tầm quan trọng kết cấu Hệ số khu vực Z , tương ứng mặt số với gia tốc đất có hiệu lớn (EPA – effective Peak acceleration) khu vực Hệ số xác định theo đồ động đất Với ý nghĩa EPA, sử dụng để điều chỉnh phổ đáp ứng cung cấp qua hệ số C cơng thức Nghĩa là, tích C Z thể phổ đáp ứng gia tốc với xác suất 10% có gia tốc lớn khoảng thời gian 50 năm Hệ số tầm quan trọng I liên quan đến số người nhà chịu nguy trực tiếp vai trò cơng trình đảm bảo an toàn cứu chữa dân cư sau sau động đất xảy Hệ số C thể đáp ứng cơng trình cụ thể với phổ gia tốc động đất Đường cong cung cấp phương trình phổ đáp ứng gia tốc nhiều dạng đơn giản hoá chuẩn hoá với gia tốc lớn Đây phương trình chu kỳ dao động kết cấu T hệ số thực địa S Hệ số S đưa vào để hiệu chỉnh dạng đáp ứng đất UCB phân chia đặc trưng đất thành loại hệ số thực địa gán cho loại phụ thuộc vào dạng đất chiều dày chúng Giá trị lớn cho phép C = 2,75 kết cấu điều kiện đất sử dụng để cung cấp tải trọng động đất sơ cho dự án thiết kế nơi chưa thể thực nghiên cứu điều kiện địa chất chu kỳ dao động kết cấu Ngoài ra, để đảm bảo rằng, lực cắt nhỏ móng 3% trọng lượng thân cơng trình sử dụng vùng động đất 4, với giá trị tỷ lệ vùng động đất thấp, người ta quy định giá trị giới hạn thấp C Rw = 0,075 Hệ số kết cấu Rw thước đo khả kết cấu chịu biến dạng phi tuyến lặp mà không bị đổ Giá trị nằm mẫu số cơng thức tính lực cắt móng Như lực động đất tính tốn giảm kết cấu có khả biến dạng phi tuyến lớn Độ lớn Rw phụ thuộc vào tính dẻo dạng vật liệu kết cấu, khả hư hỏng hệ thống chịu lực thẳng đứng, mức độ dư thừa kết cấu cho phép số hư hỏng cục xảy mà khơng gây sụp đổ tồn hệ thống và, trường hợp kết cấu kép, khả kết cấu phụ làm ổn định nhà kết cấu chịu hư hỏng lớn Hệ số W thông thường tổng tĩnh tải nhà Độ lớn V công thức cung cấp tổng lực cắt ngang móng, lực cần phân bố chiều cao kết cấu cho phân tích tĩnh tương đương Phân phối tổng lực cắt móng Sau xác định độ lớn tổng lực cắt móng, để thực q trình phân tích, cần phải đặt lực cắt móng thành lực ngang có hiệu lên tầng nhà Để định phân bố lực ngang, cần xem xét yếu tố sau: Kết cấu bê tông Tải trọng có hiệu tầng tích khối lượng gán cho tầng với gia tốc ngang Gia tốc lớn tầng kết cấu dạng dao động (thứ nhất) tỷ lệ với chuyển vị ngang dạng dao động Dạng dao động (thứ nhất) kết cấu thông thường, gồm tường chịu cắt khung gần tuyến tính kể từ móng Sự phân bố hợp lý tổng lực cắt móng V tồn chiều cao tương ứng với phân bố tuyến tính gia tốc có dạng Fx =V wxhx n å wh i i i =1 Ở đây, wi , wx phần khối lượng W gán cho tầng tương ứng i , x nhằm mục đích tính tốn Đối với kết cấu có khối lượng phân bố theo chiều cao, phân bố lực ngang cso từ phương trình có dạng hình tam giác có giá trị lớn đỉnh cơng trình Sự phân bố dạng coi hợp lý cho kết cấu tương đối cứng, Ở dạng kết cấu này, có dạng dao động (thứ nhất) đóng vai trò quan trọng Ở kết cấu có độ mảnh có chu kỳ dao động lớn, dạng dao động bậc cao lại có ảnh hưởng lớn, gây đóng góp đáng kể đến lực qn tính ngang tác dụng gần đỉnh kết cấu Độ lớn hiệu ứng có quan hệ với chu kỳ dao động kết cấu Điều phản ánh Tiêu chuẩn UCB Tiêu chuẩn khác cách đưa phần tổng tải trọng thành lực ngang tập trung Ft đặt lên đỉnh kết cấu Phần lại của lực ngang phân bố theo chiều cao kết cấu thành dạng tam giác ngược Mô men xoắn tầng mơ tả UCB tích lực cắt đặt lên tầng với độ lệch tâm từ độ lệch tâm khối lượng tính tốn tầng với độ lệch tâm tính đến tâm cứng tầng độ lệch tâm ngẫu nhiên 5% kích thước mặt nhà tính theo hướng vng góc với hướng lực tác dụng Nếu kết cấu có tính bất thường chịu xoắn, độ lệch tâm ngẫu nhiên cần tính tăng lên thơng qua hệ số phóng đại phản ánh độ dịch tầng lớn với giá trị trung bình độ dịch tầng hai đầu kết cấu Các tài liệu giải thích thơng tin cần thiết cho kỹ sư thiết kế để áp dụng phương pháp thiết kế dựa phương pháp tĩnh tương đương cung cấp khuyến nghị dự thảo Hiệp hội kỹ sư kết cấu xây dựng Bang California năm 1988 Hội đồng Công nghệ ứng dụng (Applied Technology Council) đưa báo cáo năm 1978 in lại vào năm 1984, Tiêu chuẩn dự thảo để xây dựng quy định thiết kế động đất cho cơng trình nhà, áp dụng cho cơng trình nhà phủ tồn nước Mỹ Tiêu chuẩn đưa khuyến nghị tương tự phương pháp lực ngang tương đương Tiêu chuẩn 10 Error: Reference source not found - Error: Reference source not found 3.3.2 Phương pháp phân tích hình thái Dạng phân tích tải trọng tĩnh tương đương áp dụng thích hợp cho hầu hết kết cấu nhà cao tầng Tuy nhiên, kết cấu có cấu kiện chịu lực ngang hay phân bố khối lượng theo phương đứng khơng đồng đều, ví dụ cơng trình có cấu tạo bên khác nhiều tầng hay kết cấu có khoảng “thò thụt”, cần thiết phải thực phân tích có xét đến đặc trưng động lực học cơng trình Thông thường, trường hợp này, phương pháp phân tích hình thái thích hợp Một giải thích chi tiết lý thuyết q trình phân tích hình thái cung cấp chương 17 tài liệu khác Tóm tắt là, phương pháp này, mơ hình nhà với khối lượng tập trung có bậc tự theo phương ngang tầng phân tích để xác định dạng tần số dao động Sau đó, kết sử dụng kết hợp với phổ đáp ứng động đất thiết kế với lực cản hình thái để xác định đáp ứng lớn kết cấu từ hiệu ứng tổ hợp dạng dao động Các cơng trình nhà mà khối lượng tầng lệch so với tâm kháng bị xoắn gây dao động xoắn đáng kể phối hợp dạng dao động ngang dao động xoắn Phương pháp hình thái áp dụng cho cơng trình nhà cách bổ sung thêm vào mơ hình nhà bậc tự thứ 3, bậc tự quay tầng Phương pháp phân tích hình thái, theo nghĩa, áp dụng cho kết cấu đàn hồi tuyến tính Kết là, kết tính tốn đáp ứng kết cấu nhà ước tính gần cơng trình nhà thiết kế để có biến dạng phi tuyến đáng kể trận động đất trung bình Các kết xác đáp ứng số cơng trình nhà có từ phân tích hình thái với việc sử dụng phổ đáp ứng thiết kế hiệu chỉnh cho kết cấu đàn hồi phi tuyến 3.4 TỔ HỢP TẢI TRỌNG Các phương pháp tổ hợp tải trọng hiệu ứng chúng thiết kế cấu kiện thay đổi theo Tiêu chuẩn triết lý thiết kế Việc tổ hợp tĩnh tải hoạt tải với việc chiết giảm hoạt tải cho phép xét đến thực tế khơng phải tất diện tích chịu lực chất đầy tải xét đến việc chất tải theo mẫu để có hiệu ứng nguy hiểm giới thiệu Các phương pháp tổ hợp tải trọng hai tiêu chuẩn Bắc Mỹ, Uniform Building Code (UBC) National Building Code Canada (NBCC) tham chiếu để đại diện cho Tiêu chuẩn thiết kế nhà 3.4.1 Thiết kế theo ứng suất làm việc Các Tiêu chuẩn UBC NBCC giả thiết rằng, tải trọng gió tải trọng động đất không tác dụng đồng thời UBC xét đến khơng có khả tải trọng tĩnh tải cực hạn tải trọng gió hay động đất tác động đồng thời cách cho phép tăng ứng suất cho 11 Kết cấu bê tông phép lên 1/3 Điều tương đương với việc giảm 25% tổng tác dụng tĩnh tải gió động đất Phương pháp NBCC xét đến khơng có khả tải trọng tác dụng động thời cách sử dụng hệ số chiết giảm tải trọng tổ hợp thay cho việc tăng ứng suất cho phép 3.4.2 Thiết kế theo trạng thái giới hạn Trong thiết kế theo trạng thái giới hạn, phù hợp toàn nhà cấu kiện chúng kiểm tra theo tải trọng nhân hệ số để thoả mãn trạng thái giới hạn Tiêu chuẩn UBC yêu cầu cường độ kết cấu phải có khả chịu tác động có từ tổ hợp tĩnh tải hoạt tải nhân hệ số, đó, hệ số tải trọng xét đến thay đổi tải trọng cấu trúc tải trọng Nếu xét đến tải trọng gió động đất, phải sử dụng hệ số chiết giảm cho tổ hợp tải trọng nhân hệ số để xét đến xác suất thấp việc xảy đồng thời giá trị lớn tải trọng gió động đất với hoạt tải Trong Tiêu chuẩn NBCC, cần phải sử dụng hệ số cho tổ hợp tải trọng thiết kế theo trạng thái giới hạn: hệ số tải trọng để xét đến biến thiên tải trọng; hệ số tổ hợp tải trọng, áp dụng cho tải trọng tĩnh tải, để xét đến xác suất thấp việc giá trị tải trọng lớn xảy đồng thời; hệ số tầm quan trọng cho phép giảm thiểu hậu nghiêm trọng hư hỏng xảy Trong hai Tiêu chuẩn UBC NBCC, yêu cầu cường độ thoả mãn cách đảm bảo rằng, sức kháng nhân hệ số cấu kiện không nhỏ hiệu ứng tải trọng gây tải trọng nhân hệ số 3.5 TỔNG KẾT Tải trọng nhà cao tầng khác với nhà thấp tầng chỗ việc cộng dồn theo chiều cao làm cho ảnh hưởng tải trọng lượng thân tải trọng ngang trở nên lớn Trong kết cấu nhà mảnh mềm, việc tính tốn động lực học quan trọng Lực thẳng đứng bao gồm tĩnh tải, tải trọng dự đốn tương đối xác hoạt tải với độ lớn dự đốn dựa phương pháp xác suất khảo sát thực địa với độ xác thấp Xác suất thấp việc tất phần sàn tựa lên dầm cột đồng thời chất đầy hoạt tải xét đến thông qua hệ số chiết giảm tải trọng cho dầm cột theo công thức khác Rất nhiều trường hợp cần phải xem xét đến hiệu ứng tải trọng thi công Tải trọng gió đóng vai trò quan trọng cơng trình nhà có chiều cao lớn 10 tầng tăng dần theo việc tăng chiều cao Đối với công trình nhà khơng q cao q mảnh, tải trọng gió xác định theo phương pháp tĩnh Các phương pháp tĩnh đại áp dụng để xác định tải trọng gió xét đến vùng quốc gia nơi cơng trình 12 Error: Reference source not found - Error: Reference source not found xây dựng, phơi gió vị trí cụ thể, hiệu ứng gió giật tầm quan trọng vai trò cơng trình nhà sau bão lớn xảy Đối với cơng trình đặc biệt cao, mảnh mềm, việc sử dụng thí nghiệm hầm gió để xác định tải trọng gió khuyến nghị Đối với cơng trình nhà khơng thật rơi vào nhóm cần phải thực thí nghiệm hầm gió hay cơng trình thuộc vào nhóm điều kiện tài khơng cho phép để thực thí nghiệm sử dụng phương pháp phân tích động lực học gió Tải trọng động đất kết đáp ứng động cơng trình với lắc đất Khi xác định tải trọng cần xét đến đặc tính kết cấu ghi động đất vùng Đối với cơng trình nhà khơng q cao có cấu trúc thơng thường, nên sử dụng phương pháp tương đương tĩnh Trong phương pháp này, tải trọng xác định sở chu kỳ dao động kết cấu, tĩnh tải kết cấu gia tốc hay vận tốc đất hệ số xét đến điều kiện địa chất, dạng kết cấu tầm quan trọng Phương pháp cung cấp lực ngang lớn mặt móng Lực này, sau phân bố lên kết cấu theo chiều cao để thực phân tích tĩnh Nếu kết cấu đặc biệt cao có phân bố khối lượng bất thường nên sử dụng phương pháp phân tích hình thái để xác định lực động đất Các dạng tần số dao động tính tốn sử dụng kết hợp với phổ đáp ứng thiết kế hệ số cản để xác định đáp ứng động lớn Phương pháp phân tích hình thái sử dụng để phân tích dao động xoắn cơng trình nhà Các phương pháp tổ hợp lực thay đổi theo Tiêu chuẩn phương pháp thiết kế Trong tĩnh tải coi tác dụng thường xuyên lên kết cấu hoạt tải lại xem xét khác Xác suất việc hoạt tải chất tải đầy đủ với tải trọng gió, động đất nhiệt độ mức cao thấp việc tất tải trọng tác động đồng thời lại thấp Điều phản ánh Tiêu chuẩn thiết kế thông qua hệ số chiết giảm tổ hợp dạng tải trọng khác Tải trọng gió động đất giả thiết không tác động đồng thời 13