II. Phần nâng cao
2. Hệ số hình dáng Lki
Trong đó: Φki Là tung độ của dạng dao động riêng thứ i của bậc tự do mk của công trình 3. Phổ gia tốc thiết kế
Đối với các thành phần nằm ngang của tác động động đất, phổ thiết kế Sd(T) đ−ợc xác định bằng các biểu thức sau: 2 2,5 2 0 : ( ) . . 3 3 B d g B T T T S T a S T q ≤ ≤ = + − 1 2 1 . n k ki k ki n ki k ki k m L m = = Φ = Φ Φ ∑ ∑
2,5 : ( ) . . B C d g T T T S T a S q ≤ ≤ = ( ) ≥ ⋅ ⋅ = ≤ ≤ g C g d D C a T T q S a T S T T T . 5 , 2 . : β ( ) ≥ ⋅ ⋅ = ≤ g D C g d D a T T T q S a T S T T . . 5 , 2 . : 2 β
ứng với mỗi dạng dao động sẽ có chu kì dao động Ti khác nhau do đó có các giá trị phổ gia tốc thiết kế Sd(Ti) khác nhau.
Việc xác định xem cần tính với bao nhiêu dạng dao động riêng cần thoả mdn 1 trong 2 yêu cầu sau:
- Tổng khối l−ợng hữu hiệu của các dạng dao động đ−ợc xét chiếm ít nhất 90% tổng khối l−ợng hữu hiệu của kết cấu.
- Tất cả các dạng dao động có khối l−ợng hữu hiệu lớn hơn 5% tổng khối l−ợng đ−ợc xét đến.
Xem lại mục 6 bài Tính tần số và dạng dao động riêng Trong đó:
ag :Gia tốc nền thiết kế trên nền loại A (ag = γI. agR); agR là giá trị gia tốc đỉnh đ−ợc cho trong phụ lục I của tiêu chuẩn theo bảng phân vùng gia tốc nền theo địa danh hành chính ( tra bảng VD Quận Ba Đình agR = 0,0976g) Với g là gia tốc trọng tr−ờng. γI là hệ số độ tin cậy ( tra theo phụ lục F trang 225 TCXDVN 375-2006)
TB Giới hạn d−ới của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc; TC 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;
Bảng 3.2. Giá trị của các tham số mô tả các phổ phản ứng đàn hồi
Loại nền đất S TB(s) TC(s) TD(s)
B 1,2 0,15 0,5 2,0 C 1,15 0,20 0,6 2,0 D 1,35 0,20 0,8 2,0 E 1,4 0,15 0,5 2,0 Bảng 3.1. Các loại nền đất Các tham số Loại Mô tả vs,30(m.s) NSPT (Nhát.30cm) cu (Pa) A Đá hoặc các kiến tạo địa chất khác tựa đá, kể
cả các đất yếu hơn trên bề mặt với bề dày lớn nhất là 5m.
>800 - -
B Đất cát, cuội sỏi rất chặt hoặc đất sét rất cứng có bề dày ít nhất hàng chục mét, tính chất cơ học tăng dần theo độ sâu.
360-800 >50 >250
C Đất cát, cuội sỏi chặt, chặt vừa hoặc đất sét cứng có bề dày lớn từ hàng chục tới hàng trăm mét.
180-360 15-50 70 - 250 D Đất rời trạng thái từ xốp đến chặt vừa (có hoặc
không xen kẹp vài lớp đất dính) hoặc có đa phần đất dính trạng thái từ mềm đến cứng vừa.
<180 <15 <70
E Địa tầng bao gồm lớp đất trầm tích sông ở trên mặt với bề dày trong khoảng 5-20m có giá trị tốc độ truyền sóng nh− loại C, D và bên d−ới là các đất cứng hơn với tốc độ truyền sóng vs > 800m.s.
S1 Địa tầng bao gồm hoặc chứa một lớp đất sét mềm.bùn (bụi) tính dẻo cao (PI> 40) và độ ẩm cao, có chiều dày ít nhất là 10m.
< 100 (tham khảo)
- 10-
S2 Địa tầng bao gồm các đất dễ hoá lỏng, đất sét nhạy hoặc các đất khác với các đất trong các loại nền A-E hoặc S1.
Nền đất cần đ−ợc phân loại theo giá trị của vận tốc sóng cắt trung bình vs,30(m/s) nếu có giá trị này. Nếu không, có thể dùng giá trị N .
Vận tốc sóng cắt trung bình, vs,30 đ−ợc tính toán theo biểu thức sau: ∑ = = N i i i s h 1 30 , 30 ν ν Trong đó:
hi, vi chiều dày (m) và vận tốc sóng cắt (tại mức biến dạng cắt bằng 10-5 hoặc thấp hơn) của lớp thứ i trong tổng số N lớp tồn tại trong 30m đất trên bề mặt.
Đối với các địa điểm có điều kiện nền đất thuộc một trong hai loại nền đặc biệt S1 và S2 cần phải có nghiên cứu đặc biệt để xác định tác động động đất. Đối với những loại nền này, đặc biệt là đối với nền S2, cần phải xem xét khả năng phá huỷ nền khi chịu tác động động đất.
Xác định hệ số ứng xử q
Giá trị giới hạn trên của hệ số ứng xử q, nêu trong mục 3.2.2.5(3) để tính đến khả năng làm tiêu tán năng l−ợng, phải đ−ợc tính cho từng ph−ơng khi thiết kế nh− sau:
5 1
0k ,
q
q = w≥
q0 : giá trị cơ bản của hệ số ứng xử, phụ thuộc vào loại hệ kết cấu và tính đều đặn của nó theo mặt đứng.
kw : hệ số phản ánh dạng phá hoại phổ biến trong hệ kết cấu có t−ờng
Bảng 5.1. Giá trị cơ bản của hệ số ứng xử, q0, cho hệ có sự đều đặn theo mặt đứng
Loại kết cấu Cấp dẻo kết cấu trung bình Cấp dẻo kết cấu cao Hệ khung, hệ hỗn hợp, hệ t−ờng kép 3,0 αu.α1 4,5 αu.α1 Hệ không thuộc hệ t−ờng kép 3,0 4,0 αu.α1 Hệ dễ xoắn 2,0 3,0 Hệ con lắc ng−ợc 1,5 2,0
+ Cấp dẻo kết cấu trung bình: Bê tông ≥ B20; thép CIII + Cấp dẻo kết cấu cao: Bê tông ≥ B25; thép CIII
Hệ khung
Hệ kết cấu mà trong đó các khung không gian chịu cả tải trọng ngang lẫn tải trọng thẳng đứng mà khả năng chịu cắt của chúng tại chân đế nhà v−ợt quá 65% tổng khả năng chịu lực cắt của toàn bộ hệ kết cấu.
Hệ hỗn hợp
Hệ kết cấu mà trong đó khung không gian chịu chủ yếu các tải trọng thẳng đứng khả năng chịu tải trọng ngang đ−ợc phân bố một phần cho hệ khung và một phần cho các t−ờng chịu lực, t−ờng kép hoặc không phải t−ờng kép.
Hệ hỗn hợp t−ơng đ−ơng khung
Hệ kết cấu hỗn hợp mà trong đó khả năng chịu cắt của hệ thống khung tại chân đế nhà lớn hơn 50% tổng khả năng chịu cắt của toàn bộ hệ kết cấu.
Hệ hỗn hợp t−ơng đ−ơng t−ờng
Hệ kết cấu hỗn hợp mà trong đó khả năng chịu cắt của hệ t−ờng tại chân đế của nhà lớn hơn 50% tổng khả năng chịu cắt của toàn bộ hệ kết cấu.
Hệ kết cấu dễ xoắn
Hệ kết cấu hỗn hợp hoặc hệ t−ờng không có độ cứng chịu xoắn tối thiểu Hệ con lắc ng−ợc ( Nhà công nghiệp 1 tầng)
Hệ kết cấu mà trong đó ít nhất 50% khối l−ợng nằm ở 1.3 chiều cao phía trên của kết cấu, hoặc trong đó sự tiêu tán năng l−ợng xẩy ra chủ yếu tại chân đế của cấu kiện riêng lẻ. a) Hệ khung hoặc hệ kết cấu hỗn hợp t−ơng đ−ơng khung:
− nhà một tầng: αu.α1 =1,1;
− khung nhiều tầng, một nhịp: αu.α1=1,2;
− khung nhiều tầng, nhiều nhịp hoặc kết cấu hỗn hợp t−ơng đ−ơng khung : αu.α1 =1,3; b) hệ t−ờng hoặc hệ kết cấu hỗn hợp t−ơng đ−ơng với t−ờng.
− hệ t−ờng chỉ có hai t−ờng không phải là t−ờng kép theo từng ph−ơng ngang: αu.α1=1,0; − các hệ t−ờng không phải là t−ờng kép: αu.α1=1,1;
− hệ kết cấu hỗn hợp t−ơng đ−ơng t−ờng, hoặc hệ t−ờng kép: αu.α1=1,2.
Với loại nhà không có tính đều đặn trong mặt bằng khi không tính toán đ−ợc giá trị của
αu.α1 có thể sử dụng giá trị xấp xỉ của nó bằng trị số trung bình của 1,0 và của các giá tri vừa tính.
Giá trị tối đa của αu.α1 đ−ợc sử dụng trong thiết kế có thể lấy bằng 1,5
Hệ số kw phản ánh dạng phá hoại th−ờng gặp trong hệ kết cấu có t−ờng và đ−ợc lấy nh− sau: − 1,00 với hệ khung và hệ kết cấu hỗn hợp t−ơng đ−ơng khung;
− (1+α0).3 ≤ 1, nh−ng không nhỏ hơn 0,5 cho hệ t−ờng, hệ kết cấu hỗn hợp t−ơng đ−ơng t−ờng và kết cấu dễ xoắn.
Trong đó: α0 là tỷ số kích th−ớc các t−ờng trong hệ kết cấu.
Nếu các tỷ số cạnh hwi lwi của tất cả các t−ờng thứ i của một hệ kết cấu không khác nhau một cách đáng kể, thì α0 có thể đ−ợc xác định từ biểu thức sau đây:
∑ ∑ = hwi lwi 0 α Trong đó: hwi chiều cao t−ờng thứ i; lwi độ dài của t−ờng thứ i. Hệ số β =0,2
Hệ số ββββ : Hệ số ứng với cận d−ới của phổ thiết kế theo ph−ơng nằm ngang, ββββ =0,2 4. Khai báo ph−ơng án tải trọng động đất
- Ta coi lực của mỗi dạng dao động riêng là 1 ph−ơng án tải VD: DDX1, DDX2, DDX3, DDY1, DDY2, DDY3
Nhập vào các giá trị FX, FY, MZ và toạ độ điểm đặt lực t−ơng ứng ( lấy theo toạ độ tâm khối l−ợng tại mức tầng) hoặc chọn Apply at Center of Mass: tự động gán vào tâm khối l−ợng với hệ số lệch tâm.
- Định nghĩa ph−ơng án tổ hợp động đất:
DDX = SRSS ( DDX1, DDX2, DDX3 ...) DDY = SRSS ( DDY1, DDY2, DDY3 ...) - Tổ hợp tải trọng động đất với các tải trọng khác:
, 2, , 1 1 " " " " " " d d k j E i k i j i E G P A Q ≥ ≥ =∑ + + + ∑Ψ Trong đó: G: Tĩnh tải tác dụng AE : Tác động của tải trọng động đất Q: Hoạt tải tác dụng P: Loại tải trọng khác
VD: Tĩnh tải + 0,3 Hoạt tải + Động đất X + 0,3 Động đất Y
Phương phỏp 1: Tải trọng động đất được tớnh toỏn tựđộng hoàn toàn trong Etabs
Do TCXDVN 375-2006 được biờn dịch từ EuroCode 8, nờn ta cú thể sử dụng phương phỏp khai bỏo tải trọng động đất theo tiờu chuẩn EuroCode 8 để Etabs tớnh toỏn tải trọng động đất một cỏch tựđộng hoàn toàn (cỏc phiờn bản cũ như 9.2 khụng sử dụng được phương phỏp này).
Trong phương phỏp này, chỳng ta phải khai bỏo giỏ trị của đỉnh gia tốc nền, loại đất nền, hệ số ứng xử của kết cấu
Cỏc bước tiến hành:
Lựa chọn tiờu chuẩn EuroCode 8 cho việc tớnh toỏn tải trọng động đất
Trong form trờn.
- Mục Direction and Eccentricity dựng để khai bỏo phương của lực và độ lệch tõm ngẫu nhiờn. Vớ dụ trong trường hợp tải trong động đất theo phương X, ta chọn X Dir + Eccen Y với ý nghĩa rằng tải trọng theo phương X, và kểđến độ lệch tõm ngẫu nhiờn. Giỏ trị của độ lệch tõm được khai trong: Ecc. Ratio, giỏ trị này ỏp dụng chung cho tất cả cỏc tầng. Đối với trường hợp độ lệch tõm giữa cỏc tầng là khỏc nhau, ta khai bỏo trong phần Override Diaph. Eccen.
- Mục Time Period dựng để khai bỏo chu kỳ dao động của hệ kết cấu. Lựa chọn Approxomate
ỏp dụng cho trường hợp tớnh toỏn gần đỳng chu kỳ dao động, giỏ trị khai bỏo là chiều cao của cụng trỡnh. Lựa chọn Program Calc cú nghĩa là Etabs sẽ tớnh toỏn chu kỳ dao động của kết cấu. Lựa chọn User Defined dựng cho trường hợp người dựng nhập trực tiếp giỏ trị chu kỳ dao động của kết cấu.
- Mục Story Range dựng để khai bỏo cỏc tầng sẽ chịu tải trọng động đất
- Mục Parameters dựng để khai bỏo cỏc tham số liờn quan đến việc xỏc định tải trọng động đất.
Ground Acceleration, ag là giỏ trị của gia tốc nền, đó được bao gồm hệ số tầm quan trọng của cụng trỡnh. Spectrum Type là dạng của phổ phản ứng gia tốc, tựy thuộc vào vận tốc súng mặt mà sử dụng dạng phổ nào (quy định trong EuroCode 8). Qua so sỏnh mục 3.2.2.2 trong tiờu chuẩn EuroCode 8 và mục 3.2.2.2 trong tiờu chuẩn TCXDVN 375-2006, Spectrum Type cú giỏ trị là 1 là phự hợp với tiờu chuẩn Việt Nam. Group Type là dạng của nền đất, phụ thuộc vào chỉ số SPT
trung bỡnh ở 30m đầu tiờn để xỏc định loại nền đất. Lower Bound Facor, Beta là chỉ số cận dưới của phổ.
Phương phỏp 2: Tải trọng động đất được tớnh toỏn tựđộng 1 phần trong Etabs
Trong phương phỏp này, bạn phải tớnh toỏn cỏc giỏ trị của phổ phản ứng gia tốc và lưu vào 1 file *.txt, nội dung của file này như sau
Bạn khai bỏo phổ phản ứng gia tốc trong Etabs theo cỏc bước sau đõy.
Vào menu Define > Response Spectrum Functions, cửa sốDefine Response Spectrum Functions sẽ xuất hiện
Trong mục Choose Function Type to Add, chọn Spectrum from File. Click Add New Function, cửa sổ Response Spectrum Function Definition sẽ xuất hiện
Sau khi chọn file. click Display Graphđể chọn Etabs đọc và biếu diễn phổ phản ứng gia tốc
Bạn cú thể chọn Convert to User Definedđể Etabs chộp dữ liệu từ file này vào file *.EDB Chỳng ta đó khai bỏo xong phổ phản ứng gia tốc, nhiệm vụ tiếp theo là khai bỏo trường hợp tải
trong động đất.
Vào menu Define > Response Spectrum Case, cửa sốDefine Response Spectra sẽ xuất hiện.
Click Add New Spectrum, cửa sổResponse Spectrum Case Data sẽ xuất hiện
Factor với giỏ trị phụ thuộc vào đơn vịđang sử dụng. Lưu ý rằng đơn vị mặc định của phổ phản ứng gia tốc là m/s2, nờn nếu đang dựng đơn vị mm, bạn phải nhập giỏ trị 1000 vào ụ Scale Factor. Tiếp tục khai bỏo cho cỏc phương khỏc, và từđõy bạn cú thểđưa tải trọng vào tổ hợp như cỏc trường hợp tải trọng khai bỏo thụng thường.
Phương phỏp 3: Người dựng tự tớnh toỏn tải trọng động đất và khai bỏo vào Etabs như cỏc tải trọng thụng thường
Trong phương phỏp này, người dựng phải tớnh toỏn giỏ trị của tải trọng động đất và gỏn cho cỏc tầng (thụng qua Diaphragms).
Giỏ trị của tải trọng động đất được xỏc định theo tiờu chuẩn TCXDVN 375-2006. Tựy thuộc vào mức độ của cụng trỡnh, giỏ trị tải trọng động đất cú thể xỏc định theo phương phỏp tĩnh lực ngang tương đương (mục 4.3.3.2) hoặc phương phỏp phõn tớch phổ phản ứng dạng dao động (mục 4.3.3.3).
Với phương phỏp phõn tớch phổ phản ứng dạng dao động, tải trọng tỏc động lờn tầng thứ k trong dạng dao động thứ i của cụng trỡnh được xỏc định theo cụng thức sau:
Cách làm này đ−ợc trình bày cụ thể qua các b−ớc tính toán và gán cụ thể ở các mục từ 1 đến 4.
Để hiểu rõ lí thuyết và kĩ năng tính toán tải trọng động đất và tác động của nó lên công trình, thuận tiện cho ng−ời thẩm định, thẩm tra kết cấu cũng nh− phù hợp với TCXDVN 375-2006 ng−ời thiết kế nên sử dụng cách 3 và lập bảng Excel tính toán tải trọng động đất.
5. Các yêu cầu về cấu tạo kháng chấn theo TCXDVN 375 -2006
- Các nhà thuộc cấp dẻo thấp chỉ đ−ợc xây dựng trong vùng có động đất yếu ( ag < 0,08g) - Về mặt bản chất, hệ số ứng xử q là xét đến ứng xử phi tuyến của kết cấu ( ngoài giai đoạn đàn hồi) do đó khi tính toán với kết cấu có cấp dẻo nào thì phải có các quy định về cấu tạo t−ơng ứng với cấp dẻo ấy.
5.1.Kết cấu BTCT có cấp dẻo trung bình a. Vật liệu
- Trong vùng tới hạn của cấu kiện kháng chấn chính phải sử dụng cốt thép thanh có gờ ( trừ cốt đai) nhóm CIII
b. Kích th−ớc tiết diện
- Bề rộng dầm b ≤ min( 2bc; bc + hw)
Trong đó: bc là cạnh cột vuông góc với trục dầm ( bề rộng cột tại mặt vuông góc trục dầm); hw là chiều cao dầm.
- Kích th−ớc tiết diện ngang của cột ≥ 1.10 chiều cao tầng - Độ lệch tâm giữa trục cột và trục dầm ≤ bc .4
- Chiều dày Vách BTCT ≥ Max( 20cm; hs.20) Với hs là chiều cao thông thuỷ tầng nhà - Vách BTCT không đ−ợc tựa lên sàn hoặc dầm đỡ.
c. Cấu tạo thép cốt dầm
- Vùng tới hạn của dầm đ−ợc quy định nh− sau:
- Trong vùng tới hạn, tại vị vùng nén của tiết diện cần bố trí thêm 50% l−ợng cốt thép bố trí