Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế khung kháng chấn nhà cao tầng theo tiêu chuẩn Châu Âu là tài liệu hướng dẫn chi tiết các bước cụ thể để thiết kế đúng theo các tiêu chuẩn từ Eurocode 0 tới Eurocode 8. Với tiết diện, vật liệu, tải trọng, tổ hợp tải trọng, nguyên lý tính toán, thiết kế đều tuân thủ tuyệt đối theo tiêu chuẩn Châu Âu. Tài liệu sẽ trích dẫn tiêu chuẩn, so sánh cách tính, kết quả so với Tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành, từ đó rút ra kết luận về phạm vi áp dụng khi tính toán hợp lý.
CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ KHUNG KHÁNG CHẤN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU CHƯƠNG - CHUYÊN ĐỀ: THIẾT KẾ KHUNG KHÁNG CHẤN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU VÀ THIẾT KẾ NÚT KHUNG KHÁNG CHẤN 8.1 Đặt Vấn Đề - Thiết kế cơng trình chống động đất theo dẫn tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 thiết kế theo tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 8, việc tính tốn u cầu tn theo Eurocode có điểm khác biệt tính tốn so với tiêu chuẩn Việt Nam Vì áp dụng yêu cầu TCVN 9386:2012 mà tính tốn trạng thái giới hạn theo Tiêu chuẩn Việt Nam không đồng - Vì lý đề xuất phương pháp tính tốn, thiết kế cơng trình theo dẫn TCVN 9386:2012 tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode cho việc kiểm tra trạng thái giới hạn nhằm đảm bảo tính đồng tính tốn đảm bảo xác thiết kế 8.2 Nhiệm Vụ - Tính tốn thiết kế cụ thể điển hình cho khung trục D số vị trí cấu kiện - Tính tốn cụ thể cho cấu kiện diễn giải chi tiết so sánh với phương án thiết kế chương 7, nhằm thấy khác q trình tính tốn thiết kế cấu kiện có tính đến yếu tố kháng chấn cấu kiện thông thường - thiết kế cho cấu kiện tiến hành so sánh phương thức kết tính tốn Tiêu chuẩn Châu Âu Tiêu chuẩn Việt Nam nhằm thấy điểm giống khác tiêu chuẩn, đồng thời đánh giá phù hợp tiêu chuẩn tình thiết kế cụ thể 8.3 Các Lưu Ý Khi Tính Tốn - Q trình tính toán dựa dẫn tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 – Thiết kế cơng trình chịu động đất Đây tiêu chuẩn biên soạn sở chấp nhập tiêu chuẩn Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance có bổ sung thay phần mang tính đặc thù Việt Nam - Các yêu cầu đặc trưng vật liệu, tiết diện cấu kiện hay phương pháp tính tốn tải trọng phải lấy phù hợp theo tiêu chuẩn Eurocode EN 1992-1-1 - Công trình thiết kế với cấu kiện trường hợp cấp dẻo trung bình 8.4 Vật Liệu Sử Dụng 8.4.1 Bê tông Theo mục 5.4.4.1 TCVN 9386:2012, không chọn bê tơng có cấp độ bền thấp C16/C20 Vậy vấn đề đặt cấp độ bền bê tông theo EN 1992 cấp độ bền theo TCVN có tương quan với Các cấp bền bê tông theo TCVN tương đương với cấp bền theo EN 1992 Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 111 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ KHUNG KHÁNG CHẤN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU Lập bảng so sánh cách quy cách xác định cường độ chịu nén tính tốn bê tơng tiêu chuẩn: Bảng 1: So sánh quy cách xác định cường độ chịu nén tiêu chuẩn Nội dung so sánh TCVN 5574:2012 EN 1992 – Eurocode Đặc trưng vật liệu Cấp độ bền, từ B3.5 đến B80 Cấp độ bền từ C8 đến C105 ký hiệu (Mác từ M50 đến M1000) + Cường độ trung bình + Cường độ trung bình mẫu thử tiêu chuẩn f cm Thông số để xác định mẫu thử tiêu chuẩn Bm cấp độ bền chịu nén + Xác xuất đảm bảo 95% + Hệ số biến động B = Bm (1 − 1.64 ) + Xác xuất đảm bảo 95% Xác định cấp độ bền Với = 0.135 t 28 ngày + fck (t ) = fck với t = 28 ngày Xác định cường độ chịu nén tiêu chuẩn Rbn = (0.77 − 0.001B) B f ck không nhỏ 0.72 Rb = Rbn / bc với bc lấy: fcd = cc fck / c với Xác định cường độ chịu nén tính tốn + fck (t ) = fcm (t ) − 8MPa + Theo TTGHI bc = 1.3 + c = 1.5 với tổ hợp + Theo TTGHII bc = + c = 1.2 với tổ hợp đặc biệt + cc = Mẫu vuông, cạnh 150 mm Mẫu thử tiêu chuẩn + Mẫu trụ, đường kính 150 mm, cao 300 mm + Mẫu vuông, cạnh 150 mm Từ bảng so sánh trên, ta rút số kết luận: - Cách xác định cường độ tiêu chuẩn, cường độ tính tốn tiêu chuẩn có khác để tính tốn theo TCVN 9386:2012 ta phải tuân theo đặc trưng EN 1992 – Eurocode - Thông số để xác định cấp bền chịu nén tiêu chuẩn gần giống nhau, cấp bền chịu nén tiêu chuẩn dựa vào cường độ trung bình mẫu thử - Theo EN 1992, quy đổi gần cường độ nén trung bình f cm mẫu trụ sang mẫu vuông cạnh 150 mm theo hệ số tỷ lệ cấp bền tương ứng ví dụ: với bê tơng C16/20 có hệ số chuyển đổi tương ứng 20/16 = 1.25 - Dựa vào đặc trưng vật liệu TCVN (Bảng A1) EN 1992 (Bảng 3.1) ta thấy giá trị mô đun đàn hồi, hệ số dãn nở nhiệt, hệ số poison… xấp xỉ - Theo nhận xét trên, kèm theo so sánh tương quan giá trị đặc trưng vật liệu bê tông cho bảng A1 – TCVN 5574:2012 bảng 3.1 EN 1992 Eurocode Ta có tương đương cấp bền bê tông tiêu chuẩn Bảng 2: Bảng tương đương cấp độ bền bê tông tiêu chuẩn Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 112 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ KHUNG KHÁNG CHẤN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU Theo EN 1992 - Eurocode mẫu trụ fcm (Mpa) mẫu lập phương Theo TCVN 5574:2012 Mác chịu nén Bcm (Mpa) mẫu lập phương C16/20 C20/25 C25/30 C30/37 C35/45 24 28 33 38 43 30 35 39.6 46.8 55.3 B20 B25 B30 B35 B40 M250 M350 M400 M450 M500 25.69 32.11 38.53 44.95 51.37 ❖ Bê tông chọn B35 theo TCVN tương đương với C30/37 theo EN 1992: ✓ Cường độ đặc trưng mẫu trụ: fck = 30 (MPa) ✓ Cường độ đặc trưng mấu lập phương: f ck , cube = 37 ( MPa) ✓ Giá trị trung bình cường độ chịu nén bê tông: fcm = 38 (MPa) ✓ Giá trị cường độ chịu nén thiết kế bê tông: fcd = cc fck / c Trong đó: cc = hệ số xét đến ảnh hưởng dài hạn tải trọng nén c = 1.5 bê tơng, hệ số an tồn vật liệu Lấy theo bảng 2.1 En Eurocode 1992-1-1 Vậy ta có fcd = 20 (MPa) ✓ Giá trị cường độ chịu kéo thiết kế bê tông: f ctd = ct f ctk ,0.05 / c Trong đó: ct = hệ số xét đến ảnh hưởng dài hạn tải trọng kéo f ckt ,0.05 = ( MPa) Vậy ta có fctd = 1.34 ( MPa) ✓ Mô đun đàn hồi bê tơng: Ec = 1.05Ecm Trong đó, Ecm = 32000 (MPa) mơ đun đàn hồi trung bình mẫu nén Vậy Ec = 33600 (MPa) ✓ Hệ số poison = 0.2 Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 113 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ KHUNG KHÁNG CHẤN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU 8.4.2 Cốt Thép Theo TCVN 9386:2012 cốt thép dùng bê tông phải thiết kế cấp dẻo trung bình phải cốt thép loại B loại C Dựa vào đặc trưng cốt thép theo EN 1992 theo TCVN 5574:2012 Ta có đặc trưng quy cách cốt thép tiêu chuẩn sau: Bảng 3Bảng xác định quy cách cốt thép tiêu chuẩn Theo EN 1992 - Eurocode Theo TCVN 5574:2012 giới hạn Giới hạn giới hạn chảy Tỉ số loại dạng loại chảy Rsn bền Rsu fyk (Mpa) Rsu/Rsn (Mpa) (Mpa) CI/AI 235 380 1.62 S220 220 Trơn CII/AII 300 500 1.67 S400 400 Gai CIII/AIII 390 600 1.54 S500 500 Gai CIV/AIV 590 900 1.53 dạng Trơn Gai Gai Gai ❖ Cốt thép CIII/AIII có có đặc trưng phù hợp với yêu cầu cốt thép theo tiêu chuẩn TCVN 9382:2012 thiết kế kết cấu theo cấp dẻo trung bình Các đặc trưng tính tốn cốt thép sau: ✓ Giới hạn chảy cốt thép Theo tiêu chuẩn Việt Nam, giới hạn chảy cốt thép cường độ chịu kéo tiêu chuẩn cốt thép Rsn cho bảng trước tương đương với f yk Tiêu chuẩn Châu Âu f yk = Rsn = 390 ( MPa) ✓ Cường độ tính toán cốt thép tỷ số giới hạn chảy cốt thép f yk hệ số riêng s Ta lấy: s = 1.15 cho cốt thép loại CIII tính tốn theo TTGHI s = tính tốn theo TTGHII Vậy cường độ chịu kéo tính tốn cốt thép theo TTGHI f y = f yk / s = 320 ( MPa) lấy giá trị tính tốn theo Rs = 356 (MPa) ✓ Mô đun đàn hồi thép Es = 200 000 (MPa) Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 114 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ KHUNG KHÁNG CHẤN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU 8.5 Tiết Diện Cấu Kiện 8.5.1 Sàn - Bề dày sàn chọn chương 3: Tiết diện sơ vật liệu Sàn dày hs = 130 (mm) 8.5.2 Dầm Cột Hình 1: Mặt bố trí hệ dầm cột vách Theo mục 5.4.1.2.1 – TCVN 9386:2012 ta lấy bề rộng dầm cho: b w bc + hw ; 2bc Trong đó: + bw : bề rộng dầm xét - + hw : chiều cao dầm xét + bc : cạnh lớn tiết diện ngang cột vng góc với trục dầm - Kích thước tiết diện dầm chọn theo chương 3, nhiên phải đảm bảo yêu cầu thiết kế kháng chấn - Kich thước tiết diện ngang cột kháng chấn không nhỏ 1/10 khoảng cách điểm uốn đầu mút cột Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 115 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ KHUNG KHÁNG CHẤN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU Sơ tiết diện cột tính tốn tương tự chương 3: Tiết diện sơ vật liệu nhiên có xét thêm thỏa mãn với yêu cầu thiết kế kháng chấn - Theo đó, ta có bảng chọn tiết diện dầm cột sau: Bảng 4: Tiết diện dầm chọn Nhịp Tiết diện chọn Loại Dầm dầm L(m) b(m) h(m) B1 6.4 0.3 0.6 B2 0.3 0.7 B3 0.3 0.8 B4 phụ 0.3 0.6 B5 phụ 0.3 0.7 B6 phụ 6.4 0.3 0.5 B7 5.5 0.3 0.5 B8 3.5 0.3 0.4 B9 6.3 0.3 0.6 B10 9.8 0.3 0.8 B11 phụ 6.3 0.25 0.5 Bảng 5: Tiết diện cột chọn TẦNG cột C1 C2 Hầm - 3-5 6-8 - 11 12 - 14 15 - Mái tiết diện tiết diện tiết diện tiết diện tiết diện tiết diện Cx(m) Cy(m) Cx(m) Cy(m) Cx(m) Cy(m) Cx(m) Cy(m) Cx(m) Cy(m) Cx(m) Cy(m) 0.5 0.5 0.9 0.5 0.8 0.45 0.8 0.4 0.8 0.4 0.8 0.7 1.4 0.7 1.3 0.7 1.2 0.6 1.2 0.6 1.1 0.6 8.5.3 Vách Cứng – Lõi Cứng - Tiết diện vách lõi lựa chọn chương 3, đảm bảo bề dày vách theo yêu cầu kháng chấn bw0 max 0.15; hs / 20 (m) Trong đó: hs chiều cao thơng thủy nhà, tính mét Theo đó, ta chọn vách có chiều dày 0.4m, khơng đổi từ móng tới mái 8.6 Tải Trọng Và Tác Động - Cấu tạo sàn, vị trí mặt kiến trúc khơng thay đổi Do giá trị tĩnh tải, hoạt tải sàn lấy thiết kế khung chưa xét tới kháng chấn Giá trị bước tính tốn trình bày chi tiết chương 4: Tải trọng tác động - Trong phần này, có vấn đề cần lưu ý tính tốn phù hợp với u cầu kháng chấn cơng trình phù hợp với tiêu chuẩn Châu Âu ❖ Thứ nhất: Tính tốn tác động động đất theo phương pháp thích hợp dẫn theo TCVN 9386:2012 EN – 1998 Eurocode ❖ Thứ hai: Tính tốn tải gió tác động lên cơng trình phù hợp với Tiêu chuẩn Châu Âu phân vùng gió lãnh thổ Việt Nam Phương pháp tính tốn tải gió lấy theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 1991 Eurocode 1: Actions on structures Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 116 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ KHUNG KHÁNG CHẤN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU ❖ Thứ ba: Tổ hợp tải trọng theo dẫn tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 theo dẫn chung EN 1990 Eurocode 0, EN 1991: Eurocode - Ta tới giải vấn đề nhắc tới: 8.6.1 Tính Tốn Tác Động Của Động Đất 8.6.1.1 Xác Định Mức Độ Thiết Kế Kháng Chấn Cho Công Trình - Cơng trình thuộc loại cơng trình nhà ở, chung cư Tra phụ lục E TCVN 9386:2012 với mức độ quan trọng cơng trình thuộc mức II, hệ số tầm quan trọng I = - Công trình xây dựng quận – Thành Phố Hồ Chí Minh, tra Phụ lục H – TCVN 9386:2012 Bảng phân vùng gia tốc ta gia tốc tham chiếu nền: agR / g = 0.0856 == agR = 0.8397 == ag = agR I = 0.8397 (m / s ) Trong đó: + agR / g : gia tốc tham chiếu quy đổi theo gia tốc trọng trường, tra theo phụ lục H + g : gia tốc trọng trường, g = 9.81 (m / s ) + agR : gia tốc tham chiếu + a g : gia tốc thiết kế - Theo mục 3.2.1 TCVN 9386:2012 ta có: + ag 0.78 (m / s ) = Động đất mạnh, cần tính tốn cấu tạo kháng chấn + 0.39 (m / s2 ) ag 0.78 (m / s ) = Động đất yếu, giảm nhẹ biện pháp kháng chấn + ag 0.39 (m / s ) = Động đất yếu, không cần thiết kế kháng chấn - Với cơng trình Khu Tái Định Cư Bình Khánh cần tính tốn cấu tạo kháng chấn đầy đủ 8.6.1.2 Xác Định Hệ Số Ứng Xử Của Kết Cấu: Là hệ số xét đến khả tiêu tán lượng kết cấu - Theo mục 5.2.2.2 TCVN 9386:2012 ta có cơng thức xác định hệ số ứng xử kết cấu theo phương nằm ngang sau: q = q0 kw 1.5 Trong đó: q0 : giá trị hệ số ứng xử, phụ thuộc vào loại kết cấu tính đặn mặt đứng Tra bảng 5.1 TCVN 9386:2012 cho hệ có đặn theo mặt đứng kết cấu: Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 117 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ KHUNG KHÁNG CHẤN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU Bảng 6: Giá trị hệ số ứng xử cho hệ có đặn theo mặt đứng - Cơng trình xét có kết cấu thuộc hệ khung, hệ hỗn hợp q0 = 3u l1 u / 1 Xác định cách sử dụng giá trị xấp xỉ nêu tiêu chuẩn, phụ thuộc loại kết cấu: Kết cấu cơng trình thuộc hệ khung, hỗn hợp tương đương khung Xét với công trình nhiều tầng, nhiều nhịp ta có u / 1 = 1.3 + k w : Là hệ số phản ánh dạng thường gặp hệ kết cấu có tường lấy với hệ khung kết cấu hỗn hợp tương đương khung - Vậy ta có hệ số ứng xử cho kết cấu cơng trình: q = 3(u / 1 ) k w = 1.3 1 = 3.9 8.6.1.3 Các Phương Pháp Tính Tốn Tác Động Của Động Đất Có phương pháp phổ biến để tính tốn tải trọng động đất là: Phương pháp lực tĩnh ngang tương đương phương pháp phân tích phổ phản ứng - Phương pháp lực tĩnh ngang tương đương phương pháp lực qn tính động đất sinh tác động lên cơng trình theo phương nằm ngang thay lực tĩnh ngang Lực tĩnh tác động động đất đặt tập trung chân cơng trình gọi lực cắt dáy, lực phân phối trở lại chiều cao cơng trình vị trí có khối lượng tập trung, thường cao trình sàn + Theo TCVN 375:2006 mục 4.3.3.2: để tính theo phương pháp lực tĩnh ngang tương đương Cần thỏa yêu cầu sau: 4T (1) T1 c 2.0s (2) Tất kết cấu thẳng đứng chịu tải trọng ngang lõi, tường khung chịu tải cần phải liên tục từ móng tới đỉnh cơng trình Trị số độ cứng ngang khối lượng tất kết cấu thẳng đứng chịu tải cần giữ nguyên không đổi thay đổi giảm dần, không thay đổi đột ngột từ chân đến đỉnh cơng trình Ta nhận thấy, cơng trình Khu Tái Định Cư Bình Khánh không thỏa từ điều kiện đầu kết cấu cột thay đổi tầng lần nên khơng thích hợp để tính tốn theo phương pháp - Với phương pháp phân tích phổ phản ứng ta xét dạng dao động có đóng góp đáng kể vào dao động tổng thể nhà Do vậy, ta dùng phương pháp để tính tốn tác động động đất lên cơng trình Biên Soạn: Đồn Văn Hiển 118 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ KHUNG KHÁNG CHẤN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU 8.6.1.4 Trình Tự Tính Tốn Theo Phương Pháp Phổ Phản Ứng a Xác định chu kỳ dao động phần mềm etabs - Theo mục 3.2.4 mục 4.2.4 TCVN 9386:2012 phân tích dao động để xét tới tác động động đất ta có hệ số tổ hợp tải trọng với tác động thay đổi thứ i tác động đồng thời hoạt tải cho: Gk , j "+ " E ,iQk ,i j 1 Trong đó: + Gk , j : Là giá trị đặc trưng tính tải + Qk ,i : Là giá trị đặc trưng hoạt tải + E ,i : Các giá trị tổ hợp dùng để tính tốn hệ tác động động đất, xác định theo: E ,i = 2,i Bảng 7: Giá trị i Bảng 8: Giá trị - Cơng trình Khu Tái Định Cư Bình Khánh thuộc loại A, tầng xét làm việc đồng thời Hệ số xét khối lượng dao động Etabs sau: Mass source = DEAD + 0.3x0.8LIVE = DEAD + 0.24Live Bảng 9: Kết dao động tính động đất Modes Chu kỳ Dạng dao động ghi 2.419 2.122 1.973 thứ theo phương x xoắn thứ theo phương y tính khơng tính tính Biên Soạn: Đồn Văn Hiển 119 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ KHUNG KHÁNG CHẤN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU b Tính tung độ phổ thiết kế chu kỳ TiX ,Y : S d (TiX,Y ) - Nền đất khu vực thiết kế quận thuộc loại đất cát, sét Có SPT nhỏ nên thuộc loại đất D Tra bảng 3.2 TCVN 9386:2012, ta thông số đất kèm theo Bảng 10: Thông số đất loại D Loại S TB(S) TC(S) TD(S) đất D 1.35 0.2 0.8 - Trong đó: + S: Là hệ số + TB ( S ) : giới hạn chu kỳ ứng với đoạn nằm ngang phổ phản ứng gia tốc + TC ( S ) : giới hạn chu kỳ ứng với đoạn nằm ngang phổi phản ứng đàn hồi + TD ( S ) : giá trị xác định điểm bắt đầu phần phản ứng chuyển vị không đổi phổ phản ứng - Tung độ phổ thiết kế xét tới thành phần ngang động đất tính tốn sau: T 2,5 T TB : Sd (T ) = ag S + − TB q 2,5 TB T TC : Sd (T ) = ag S q 2,5 TC = ag S q T TC T TD : Sd (T ) a g 2,5 TC TD = ag S q T TD T : Sd (T ) a g + Với = 0.2 hệ số ứng với cận phổ thiết kế theo phương nằm ngang ag = 0.1679 - Xét dạng dao động thứ theo phương x: chu kỳ T = 2.419 (s) > TD tính theo công thức ta S D (T1 X ) = 0.1987 (m / s ) - Xét dạng dao động thứ theo phương y: chu kỳ T = 1.973 (s), tính theo cơng thức ta S D (T1Y ) = 0.2947 (m / s ) c Tính khối lượng hữu hiệu M j (T ) dạng dao động thứ i theo phương x, y - Công thức xác định khối lượng hữu hiệu: Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 120 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ KHUNG KHÁNG CHẤN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU Hình 19: Vách cần tính tốn 8.11.1 Tính Tốn Cốt Thép Dọc Cho Vách - Các thơng số tính vách P2: + Chiều dài vách:L = 9.8m + Bề dày Vách tw = 0.4 (m) + Chiều cao tầng h = 3.4 (m) + Nội lực tính tốn: ta xét cặt nội lực sau Cặp nội lực N(kN) Cặp 1: Nmax , M tu -30284 Cặp 2: M max , Ntu M(kNm) -8932 34298 -37890 Tính tốn cho cặp 2: ✓ Bước 1: Giả thiết chiều dài vùng biên chịu mômen Btr = B ph = 0.3L = 2.94 (m) ✓ Bước 2: Xác định lực kéo nén vùng biên vùng + Diện tích tiết diện ngang vách: A = tw L = 0.4 9.8 = 3.92 (m2 ) + Diện tích tiết diện vùng biên: Ab = Btw = 2.94 0.4 = 1.176 (m ) - Xét biên bên trái: Ptr = P M 8932 −37890 Ab − = 1.176 − = 8203 (kN ) A L − 0.5Btr − 0.5Bph 3.92 9.8 − 0.5 1.96 − 0.5 1.96 Lực nén - Xét biên bên phải: Pph = P M 8932 −37890 Ab + = 1.176 + = −2844 (kN ) A L − 0.5Btr − 0.5Bph 3.92 9.8 − 0.5 1.96 − 0.5 1.96 Lực kéo - Xét vùng giữa: Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 174 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ KHUNG KHÁNG CHẤN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU Pgiua = P( A − Ab ) / A = 8932(3.92 − 1.176) / 3.92 = 3573 (kN ) Lực nén ❖ Bước 3: Xác định diện tích cốt thép cần thiết cho vùng theo cấu kiện kéo, nén tâm - Xét biên bên phải: Tính tốn cấu kiện chịu kéo tâm Asi = - Ni 2844 1000 = = 7792 (mm2 ) = 6625 (mm2 / m) fy 365 Xét biên bên trái: Tính tốn cấu kiện chịu nén tâm Ni Asi = − f cd Ab fy Xác định độ mảnh vách: = 0.7h 0.7 3.4 = = 20 14 0.288tw 0.288 0.4 = 1.028 − 0.0000288 − 0.0016 = 1.028 − 0.0000288 202 − 0.0016 20 = 0.98 Vậy ta có: −8203 − 19500 1.176 0.98 Asi = 106 = −41568 (mm2 ) 365000 Tương tự tính tốn phần vách As − giua = −52730 (mm2 ) ❖ Bước 4: chọn, bố trí kiểm tra hàm lượng cốt thép hợp lý Dựa vào TCVN 9386:2012, chọn cốt thép bố trí cho vách sau: Vùng biên chọn: 22a100 có As = 7603 (mm2 / m) - Hàm lượng cốt thép 1m chiều dài vách: = - As 7603 100% = 100% = 1.9 (%) 1000 tw 1000 400 Vùng chọn: 22a 200 có As = 3142 (mm2 / m) Hàm lượng cốt thép 1m chiều dài vách: = As 3142 100% = 100% = 0.78 (%) 1000 tw 1000 400 ❖ Tính tốn tương tự cho vị trí cặp nội lực khác, ta có kết tính thép dọc cho vách P2 trình bày Phụ Lục E: Kết thiết kế khung kháng chấn theo tiêu chuẩn Châu Âu 8.11.2 Tính Tốn Cốt Thép Ngang Cho Vách - Cốt thép ngang cho vách có ngun tắc tính tốn tương tự cốt thép ngang cho cột - Bước cốt đai vách lấy theo dẫn mục 5.4.3.5 – TCVN 9386:2012 theo đó, bước cốt đai kín đai móc vách theo chiều đứng lấy không lớn giá trị s = min(100, 8dbL ) (mm) Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 175 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ KHUNG KHÁNG CHẤN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 176 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ NÚT KHUNG KHÁNG CHẤN 8.12 Thiết Kế - Cấu Tạo Nút Khung Kháng Chấn 8.12.1 Giới Thiệu Chung - Trong thiết kế khung bê tông cốt thép chống động đất, tất phần tử khung thuộc cấu kiện kháng chấn (Dầm, Cột, Nút khung) cần thiết kế cấu tạo cốt thép cho chúng kháng chấn theo kiểu ứng xử dẻo, phần tử khơng ứng xử dẻo phải thiết kế cho ứng xử đàn hồi động đất xảy - Việc thiết kế kết cấu nhằm chịu tác động nguy hiểm từ động đất mà không gây hư hỏng cho kết cấu xem khơng kinh tế, vậy, vấn đề cường độ khả hấp thụ lượng thường ràng buộc khía cạnh kinh tế - Khi thiết kế cấu tạo nên cho hệ khung bê tơng cốt thép có bậc siêu tĩnh cao để có nhiều khớp dẻo hấp thụ lượng động đất tốt cấu phá hủy hệ khung xảy - Trong thiết kế hệ khung kháng chấn, nguyên lý “Strong colum – weak beam” sử dụng rộng dãi, theo tượng chảy dẻo xảy trước tiên dầm vị trí liên kết dầm cột Kiểu phá hoại giúp cho trình tiêu tán lượng trở nên hợp lý đặn - Theo đó, việc thiết kế cấu tạo nút khung hợp lý cần thiết tính tốn thiết kế kháng chấn cho cơng trình 8.12.2 Nhiệm Vụ Thiết Kế - Trong giới hạn luận văn này, sinh viên tiến hành thiết kế cho nút khung điển hình bao gồm nút nhà (interior), nút biên (exterior) nút góc nhà (corner) thuộc tầng điển hình cơng trình - Hình 20: Các nút khung xét đến Các vấn đề thiết kế nút khung bao gồm: + Xác định khả kháng cắt nút: o Xác định lực cắt nút o Xác định lượng cốt đai ngang cốt đai dọc cần thiết cho nút o Xác định cường độ kháng cắt nút + Bố trí cấu tạo neo cốt thép nút nhằm đảm bảo điều kiện kháng nở hông nút làm việc hiểu bê tông cốt thép Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 177 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ NÚT KHUNG KHÁNG CHẤN 8.12.3 Nút Giữa Nhà (Interior) 8.12.3.1 Xác Định Khả Năng Kháng Cắt Của Nút a Lực cắt nút - Lực cắt nút xác định công thức: V j = C1 + T2 − V ' = ( f s As )1 + ( f s As )2 − V ' ' Trong đó: + f s : ứng suất kéo cốt thép, chịu tác động động đất ta lấy giá trị f s = f y + As diện tích cốt thép chịu kéo dầm + ( fs As )1 : tích số giới ứng suất diện tích cốt thép bên dầm thứ nút + ( f s As )2 : tích số ứng suất diện tích cốt thép bên dầm thứ hai nút + V ' lực cắt cột vị trí phía nút phía nút (lực cắt tính tốn chân cột đỉnh cột lấy giá trị thông qua phần mềm etabs) Hình 21: Xác định lực cắt nút b Xác định khả kháng cắt nút - Điều kiện kháng cắt nút xác định theo công thức: V j Vu = Vn = fc' b j h Trong đó: + = 0.85 hệ số giảm cường độ nút khung + : giá trị phụ thuộc vào vị trí nút, lấy theo bảng sau: Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 178 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ NÚT KHUNG KHÁNG CHẤN Bảng 29: Xác định giá trị Với nút khung lấy = 20 + f c' cường độ chịu nén bê tơng theo ACI lấy quy đổi sang tiêu chuẩn Việt Nam theo công thức: f c' = R150 /1.2 với R150 mác bê tông mẫu lập phương cạnh 150 (mm) theo tiêu chuẩn Việt Nam Có thể lấy f ck theo tiêu chuẩn Châu Âu + b j : bề rộng hiểu nút + h : chiều sâu hiệu nút c Xác định diện tích cốt đai ngang cốt đai dọc cần thiết cho nút - Diện tích cốt đai ngang cho nút xác định công thức: avh = ( Cs + T ) s ' lv f y Trong đó: + Cs : lực dọc lớp cốt thép chịu nén Cs = As f s o As : diện tích lớp cốt thép chịu nén o f s : ứng suất cốt thép chịu nén, lấy f s = f y + T : lực dọc lớp cốt thép chịu kéo: T = As f s o As : diên tích lớp cốt thép chịu kéo o f s : ứng suất cốt thép chịu kéo, lấy f s = f y + s ' bước cốt đai theo phương ngang, ta chọn trước tính tốn diện tích u cầu cho hợp lý + lv : chiều cao làm việc nút khung theo phương đứng - Diện tích cốt đai dọc cho nút xác định theo diện tích cốt đai ngang: avv = s avh s' Trong đó: + s : bước cốt đai dọc 8.12.4 Tính tốn cho nút điển hình - Sinh viên tiết hành tính tốn điển hình cho nút khung thuộc sàn tầng 10 hình bên dưới, nút khung khác thiết kế cấu tạo tương tự Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 179 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ NÚT KHUNG KHÁNG CHẤN Hình 22: Vị trí nút khung điển hình – sàn tầng 10 Hình 23: Kích thước nút khung điển hình tính tốn Tiến hành tính tốn điển hình cho mặt cắt B – B a Xác định lực cắt nút - Ở ta xét lực cắt nút theo phương ngang - Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 180 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ NÚT KHUNG KHÁNG CHẤN Hình 24: Xác định lực cắt nút khung nhà V j = C1 + T2 − V ' = ( f s As )1 + ( f s As )2 − V ' ' Trong đó: + V ' = 113.64 (kN ) lực cắt tính tốn chân cột + f s = f y = 390 ( MPa) + Cốt thép lớp gối dầm D1: As = 1256 (mm ) (giả sử bố trí 4 20 ) + Cốt thép lớp gối dầm D2: As = 1256 (mm ) Vậy lực cắt nút theo phương ngang là: V j = 390000 1256 10−6 + 390000 1256 10−6 − 113.64 = 866.04 (kN ) b Xác định khả kháng cắt nút V j Vu = Vn = fc' b j h Trong đó: + = 0.85 + = 20 + f c' = 30 ( MPa) + b j = b + x = 1.2 (m) theo dẫn hình + h = 0.6 (m) theo dẫn hình Vậy ta có khả kháng cắt nút là: Vu = 0.85 20 30000 1.2 0.6 = 3543 (kN ) Vj = 866.04 (kN ) Vậy nút thỏa mãn điều kiện khả kháng cắt Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 181 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ NÚT KHUNG KHÁNG CHẤN Hình 25: Xác định kích thước nút c Tính tốn diện tích cốt đai yêu cầu cho nút ❖ Diện tích cốt đai ngang: avh = ( Cs + T ) s ' lv f y Trong đó: + Lấy Cs = T = As f y = 1256 10−6 390000 = 490 (kN ) + lv kích thước nút theo phương đứng lv = hd − 2a = 700 − 50 = 600 (mm) + s ' bươc cốt đai, chọn tối đa (in) = 102 (mm) chọn s ' = 100 (mm) Hình 26: Xác định diện tích cốt đai Vậy diên tích cốt đai: avh = - 490 0.1 106 = 419 (mm ) 0.6 390000 Đường kính cốt đai yêu cầu: lv d 4avh s ' = d = = 6.68 (mm) Ta có: Asw = avh = n s' nlv Vậy ta chọn đường kính cốt đai Cốt đai ngang bố trí nút 8a100 Biên Soạn: Đồn Văn Hiển 182 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ NÚT KHUNG KHÁNG CHẤN ❖ Diện tích cốt đai dọc yêu cầu: avv = s avh s' Chọn s =100 (mm), ta có cốt đai dọc 8a100 bố trí nút 8.12.5 Nút Biên (Exterior) Hình 27: Vị trí nút biên sàn tầng 10 Hình 28: Nút biên điển hình a Lực cắt nút Xét mặt cắt A-A Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 183 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ NÚT KHUNG KHÁNG CHẤN - Hình 29: Mặt cắt nút biên điển hình – Mặt cắt A-A Cân nút ta lực cắt nút là: V j = T − V = f s As − V Trong đó: + As = 1256 (mm ) ( 4 20 ) + f s = f y = 390 ( MPa) + V = 397.2 (kN ) lực cắt chân cột Vậy, V j = 390000 1256 10−6 − 397.2 = 92.64 (kN ) b Khả kháng cắt nút: V j Vu = Vn = fc' b j h Hình 30: Xác định kích thước nút biên Trong đó: + = 0.85 + = 15 nút biên + b j = b + x = 0.6 (m) + h = 1.2 (m) Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 184 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ NÚT KHUNG KHÁNG CHẤN Vậy, Vu = 0.85 15 30000 0.6 1.2 = 1326 (kN ) V j = 92.4 (kN ) Vậy nút thỏa điều kiện khả kháng cắt c Tính toán cốt đai ngang cốt đai dọc yêu cầu ❖ Diện tích cốt đai ngang yêu cầu avh = Ts ' lv f y Chọn bước cốt đai s ' = 100 (mm) avh = As f y s ' lv f y = 1256 10−6 390000 0.1 = 180 (mm ) (0.8 − 0.5) 390000 Tính đường kính cốt đai yêu cầu tương tự phần tính nút nhà ta cốt đai bố trí cho nút biên: 8a100 ❖ Cốt đai dọc yêu cầu: Chọn bước cốt đai dọc s = 100 (mm) Ta có cốt đai bố dọc bố trí cho nút biên là: 8a100 Mặt cắt B-B tính tốn nút khung 8.12.6 Nút Góc Nhà (Corner) Việc tính tốn nút dọc nhà tương tự tính tốn nút biên theo phương Hình 31: Vị trí nút góc nhà tính tốn – Tầng 10 Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 185 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ NÚT KHUNG KHÁNG CHẤN Hình 32: Nút khung điển hình tính tốn a Xác định lực cắt nút khung V j = T − V = f s As − V Trong đó: + As = 1256 (mm ) ứng với 4 20 + V = 341.7 (kN ) V j = 390000 1256 10−6 − 341.7 = 148.14 (kN ) b Xác định khả kháng cắt nút V j Vu = Vn = fc' b j h Hình 33: Xác định kích thước nút khung góc nhà = 0.85, = 12, b j = b = 0.3 (m), h = 0.8 (m) Ta có: V j = 0.85 12 30000 0.3 0.8 = 1766 (kN ) Vj = 148.44 (kN ) Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 186 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ NÚT KHUNG KHÁNG CHẤN Vậy nút thỏa điều kiện khả kháng cắt c Xác định lượng cốt đai yêu cầu ❖ Cốt đai theo phương ngang avh = As f y s ' Ts ' 1256 390 0.1 = = = 179 (mm ) lv f y (hd − 2a) f y (0.8 − 0.05) 390 Chọn cốt đai 8a100 ❖ Cốt đai dọc avv = avh = 179 (mm ) Chọn cốt đai 8a100 8.12.7 Cấu tạo, neo, nối cốt thép nút Được trình bày vẽ chuyên đề Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 187 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ NÚT KHUNG KHÁNG CHẤN 8.13 Tài Liệu Tham Khảo: 8.13.1 Tiêu Chuẩn: ❖ TCVN 9386:2012 – Thiết kế công trình chống động đất ❖ EN 1991-1-4 – Eurocode – Actions on structure – part 1-4: Wind actions ❖ EN 1992-1-1 – Eurocode – Design of concrete structures – part 1-1: General rules and rules for buildings 8.13.2 Tài Liệu Tiếng Việt ❖ Hướng dẫn thiết kế nhà cao tầng bê tông cốt thép chịu động đất theo TCXD 375:2006 – Bộ xây dựng, viện khoa học công nghệ xây dựng ❖ Đánh giá cường độ theo cấp bền mác bê tông – Các tiêu chuẩn – Ts Nguyễn Đại Minh – Viện KHCN xây dựng ❖ Giáo trình kết cấu bê tơng cốt thép nâng cao – P.GS-Ts Nguyễn Minh Long ❖ Hướng dẫn biểu đồ tương tác cột theo Eurocode – P.Gs-Ts Nguyễn Minh Long ❖ Bải giảng kết cấu bê tông cốt thép nâng cao P.Gs-Ts Nguyễn Minh Long ❖ Bài giảng kết cấu bê tông cốt thép – P.Gs-Ts Nguyễn Minh Long ❖ Bài giảng kết cấu bê tông cốt thép – Ts Hồ Đức Duy ❖ Kết cấu bê tông cốt thép – cấu kiện – Gs Phan Quang Minh ❖ Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn Châu Âu – Gs Phan Quang Minh ❖ So sánh kết tính kết cấu bê tơng cốt thép theo tiêu chuẩn nước ngồi tiêu chuẩn Việt Nam – Ts Phạm Toàn Đức – Tạp chí khoa học cơng nghệ hàng hải – số 31 – 8/2012 ❖ Luận văn Thạc Sỹ, Đại Học Đà Nẵng – Tính dầm bê tơng cốt thép theo tiêu chuẩn thiết kế - Võ Công Trứ - (2013) ❖ Luận văn Thạc Sỹ, Đại Học Đà Nẵng – khống chế bề rộng vết nứt dầm theo tiêu chuẩn thiết kế - Đặng Văn Trung – (2013) ❖ Luận văn Thạc Sỹ - Nguyễn Mạnh Cường – Tính tốn tải trọng gió lên nhà cao tầng theo Eurocode (02/2011) – Đại Học Kiến Trúc Hà Nội 8.13.3 Tài Liệu Tiếng Anh ❖ Eurocode 2: Background & Application Design of concerte buildings – Worked examples – JRC Scientific and policy reports – Eurocode Commission - 2014 ❖ Eurocode 2: Design of concerte structure EN 1992-1-1 – J.C Walraven (22 February 2008) ❖ How to design concrete strctures using Eurocode – Gillian Bond, Issy Harvey, Kenvin Smith – Media and Design Asociates Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 188 ... THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU 8.9.3 So sánh quy cách thiết kế dầm Eurocode TCVN Bảng 21: So sánh thiết kế dầm Eurocode TCVN Thông số Thiết kế theo Thiết kế theo so sánh tiêu chuẩn Châu Âu Tiêu chuẩn. .. Kết tính cốt đai cho dầm khung trục D trình bày phụ lục E: Kết thiết kế khung kháng chấn theo tiêu chuẩn Châu Âu Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 146 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ KHUNG KHÁNG CHẤN THEO. .. KHUNG KHÁNG CHẤN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU Hình 8: Biểu đồ bao lực dọc khung trục D Biên Soạn: Đoàn Văn Hiển 139 CHƯƠNG 8: CHUYÊN ĐỀ - THIẾT KẾ KHUNG KHÁNG CHẤN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU 8.8 Kiểm