- Lấy số liệu đã cĩ ở chương 3 ta cĩ :
Bảng 5.4 : Tĩnh tải của từng ơ sàn (khơng tính KL sàn).
Tên ơ
sàn
Kích thước
Cơng năng ơ sàn
Tĩnh tải tiêu chuẩn gtc l1 l2 (m) (m) (kN/m2) S1 4 4.25 Văn phịng 1.19 S2 8 4.5 Văn phịng 1.19 S3 8 2.7 Hành lang 1.19 S4 4.65 6.3 Hành lang 1.19 S5 3.3 6.3 Hành lang 1.19 S6 8 5.8 Nhà vệ sinh 1.29 S7 8 5.8 Văn phịng 1.19 S8 2.35 8.5 Ban cơng 1.29 2.2.Hoạt tải :
- Lấy số liệu đã cĩ ở chương 3 ta cĩ :
Bảng 5.5 : Hoạt tải của từng ơ sàn
Tên ơ sàn
Kích thước
Cơng năng ơ sàn
Hoạt tải tiêu chuẩn Ptc Hoạt tải tính tốn Ptt l1 l2 (m) (m) (kN/m2) (kN/m2) S1 4 4.25 Văn phịng 2 2.4 S2 8 4.5 Văn phịng 2 2.4
Tên ơ sàn
Kích thước
Cơng năng ơ sàn
Hoạt tải tiêu chuẩn Ptc Hoạt tải tính tốn Ptt l1 l2 (m) (m) (kN/m2) (kN/m2) S3 8 2.7 Hành lang 3 2.4 S4 4.65 6.3 Hành lang 3 3.6 S5 3.3 6.3 Hành lang 3 3.6 S6 8 5.8 Nhà vệ sinh 2 2.4 S7 8 5.8 Văn phịng 2 2.4 S8 2.35 8.5 Ban cơng 2 2.4 2.3.Tải tường :
Bảng 5.6 - Tải trọng tường xây trên dầm
Loại tường Tải trọng tiêu chuẩn Hệ số vượt tải Chiều cao tầng Chiều cao dầm Chiều cao tường Tải trọng tiêu chuẩn (kN/m2) n (m) (m) (m) (kN/m) Tường 100 1.8 1.1 4 0.6 3.4 6.73 3.4 0.6 2.8 5.54 Tường 200 3.3 1.1 4 0.6 3.4 12.34 3.4 0.6 2.8 10.16
Bảng 5.7 : Tải trọng do tường truyền lên sàn( tường 100)
Tên ơ sàn
Kích thước
Ssà
n
(m
2 ) Tải trọng tường phân bố đều trên sàn l1 l2 Stư ịn g ( m 2 ) gtc ng gtctường (m) (m) (kN/m2) (kN/m2) S1 4 4.25 17.00 - 1.8 1.1 - S2 8 4.5 36.00 - 1.8 1.1 - S3 8 2.7 21.60 9.18 1.8 1.1 0.765 S4 4.65 6.3 29.295 21.42 1.8 1.1 1.316 S5 3.3 6.3 20.79 - 1.8 1.1 - S6 8 5.8 46.40 19.72 1.8 1.1 0.765 S7 8 5.8 46.40 - 1.8 1.1 - S8 2.35 8.5 19.975 - 1.8 1.1 -
TRƯƠNG HỒNG MẠNH – 16149072 47
3. Mơ hình cơng trình :
Hình 5.1 : Mơ hình cơng trình trên phần mềm Etabs. 4. Xác định tần số dao động riêng :
4.1.Bài tốn động :
trình dẫn đến sự thay đổi về ứng xử của cơng trình. Vì vậy kết quả phân tích các giá trị cần biết của kết cấu về nội lực và chuyển vị là những giá trị cĩ hàm theo biến thời gian. - Vì kết cấu cĩ khối lượng nên khi chuyển động cĩ gia tốc sẽ phát sinh lực quán tính. Do
đĩ phải kể đến lực quán tính trong phương trình tính tốn.
4.2.Các giả thuyết khi tính tốn bài tốn động :
- Sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của nĩ.
- Khối lượng tồn bộ của một tầng được tập trung tại một điểm và đặt tại cao trình sàn. - Sơ đồ tính được chọn là hệ thanh cơng xơn cĩ hữu hạn điểm tập trung khối lượng.
Hình 5.2 : Sơ đồ tính tốn động học với n khối lượng tập trung.
Ta dùng phần mềm Etabs để xác định các dạng dao động riêng, chu kỳ và tần số dao động của cơng trình.
4.3.Tính tốn các dạng dao động riêng :
4.3.1. Khai báo sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng ngang :
TRƯƠNG HỒNG MẠNH – 16149072 49
4.3.2. Khai báo hệ số chiết giảm khối lượng (khai báo mass source) :
- Theo Mục 3.2.4 - TCXD 229:1999, khi kể đến các khối lượng chất tạm thời trên cơng trình trong việc tính tốn động lực tải trọng giĩ, cần đưa vào hệ số chiết giảm khối lượng.
- Theo Bảng 1 - TCXD 229:1999, đối với các cơng trình dân dụng, hệ số chiết giảm khối lượng chất tạm thời trên cơng trình lấy bằng 0.5.
Khối lượng tham gia dao động: 100% (DL+SDL+WL) + 50%(LL1+LL2)
Hình 5.4 : Khai báo thành phần khối lượng tham gia dao động (mass source). 4.3.3. Các dạng dao động thường xảy ra đối với cơng trình nhà cao tầng :
Hình 5.5 : Các dạng dao động cơ bản. 4.3.4. Khảo sát 12 mode dao động đầu tiên :
Mode Chu kỳ Tần số UX UY RZ (s) (Hz) % % % 1 1.334 0.749 15.061 37.155 14.359 2 1.303 0.768 49.977 17.620 0.107 3 1.196 0.836 3.158 11.506 53.117 4 0.324 3.091 14.755 0.333 1.586 5 0.302 3.315 1.895 7.315 8.470 6 0.275 3.640 0.199 11.115 7.000 7 0.143 6.999 5.737 0.040 0.321 8 0.131 7.652 0.274 2.588 3.581 9 0.119 8.419 0.034 3.809 2.512 10 0.085 11.819 2.997 0.010 0.102 11 0.078 12.873 0.045 1.730 1.479 12 0.071 14.074 0.008 1.370 1.673
TRƯƠNG HỒNG MẠNH – 16149072 51
Hình 5.6 : Dao động của mode 1.
Hình 5.8 : Dao động của mode 3. 4.3.6. Đánh giá chu kỳ dao động riêng của cơng trình :
- Theo kết quả của Bảng 5.8 ta thấy mode 1 cơng trình dao động theo phương Y, mode 2 cơng trình dao động theo phương X và mode 3 là dao động xoắn. Qua đĩ thấy mơ hình khá tốt.
- Kiểm tra kết quả phân tích của mơ hình. Cĩ một số cơng thức tính chu kỳ dao động riêng của cơng trình :
Bảng 5.9 : Một số cơng thức tính chu kỳ dao động riêng.
STT Tài liệu Cơng thức Áp dụng
MonoGraph on Planning and Design of Tall Building-
1
Structural design of Tall Steel Building - American Society of C.E, 1979 và Thiết kế và thi
T1 0.06 0.1 N T1 0.06 0.115
0.9 1.5
cơng kết cấu nhà cao tầng - NXB xây dựng -1996
Tall building Structure
T1 = 15/10 = 1.5(s)
Analysis and Design – Quebec; 2 Glassgow, Scotland, January,
TRƯƠNG HỒNG MẠNH – 16149072 53
STT Tài liệu Cơng thức Áp dụng
1991 của Bryan Stafford Smith and Alex Coull – Montreal
3 Cơng thức theo kinh nghiệm
theo 0.09N T1 0.12N 1.35 T1(s) 1.8
Chú thích: N = 15 là số tầng của cơng trình.
Nhận xét :
- Ta thấy kết quả phân tích của mơ hình chênh lệch khơng nhiều với các cơng thức này chênh lệch khơng nhiều, từ đĩ thấy kết quả tính tốn là cĩ thể tin cậy.
- Để đảm bảo tính chính xác và hợp lý của mơ hình, việc so sánh cần phải được kiểm tra một số điều kiện như: chuyển vị đỉnh cơng trình; chuyển vị tương đối giữa các tầng; kiểm tra phản lực chân cột giữa mơ hình và tính tay; kiểm tra hàm lượng cốt thép trong cột và dầm cĩ hợp lý chưa ….
5. Tính tốn tải trọng giĩ : 5.1.Tính tốn giĩ tĩnh :
- Theo Mục 6.3 - Tiêu chuẩn TCVN 2737:1995, giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng giĩ W ở độ cao Z so với mốc chuẩn xác định theo cơng thức:
𝑊 = 𝑊0× 𝑘𝑗(𝑧) × 𝑐 Trong đĩ :
𝑊0: giá trị của áp lực giĩ lấy theo bảng đồ phân vùng Phụ lục E và Điều 6.
Ta cĩ cơng trình ở quận Bình Thạnh, thành phố Hồ Chí Minh là ở vùng II.A ⇒ 𝑊0 = 83𝑑𝑎𝑁/𝑚2
k : hệ số tính đến sự thay đổi áp lực giĩ theo độ cao, lấy theo Bảng 5. Vị trí xây dựng cơng trình tương đối trống trải nên thuộc dạng địa hình B.
c : hệ số khí động lấy theo Bảng 6.
Ta cĩ: {𝑐𝑐𝑑 = 0.8 𝑘 = 0.6
- Tải trọng giĩ tác dụng phân bố đều lên bề mặt đĩn giĩ của cơng trình. Vì cơng trình khơng đối xứng nên ta nên quy thành các lực phân bố đều lên các dầm.
STT Tầng H (m) Zj (m) 𝑾𝟎 (kN/m2) kj c Wxjd (kN/m) Wxjk (kN/m) 𝒄𝒅 𝒄𝒌 1 Tầng 1 4 0.0 0.83 0.000 0.8 0.6 0.000 0.000 2 Tầng 2 3.4 4.0 0.83 0.816 0.8 0.6 2.005 1.504 3 Tầng 3 3.4 7.4 0.83 0.938 0.8 0.6 2.118 1.588 4 Tầng 4 3.4 10.8 0.83 1.013 0.8 0.6 2.287 1.715 5 Tầng 5 3.4 14.2 0.83 1.067 0.8 0.6 2.409 1.807 6 Tầng 6 3.4 17.6 0.83 1.106 0.8 0.6 2.497 1.873 7 Tầng 7 3.4 21.0 0.83 1.139 0.8 0.6 2.571 1.929 8 Tầng 8 3.4 24.4 0.83 1.169 0.8 0.6 2.639 1.979 9 Tầng 9 3.4 27.8 0.83 1.200 0.8 0.6 2.709 2.032 10 Tầng 10 3.4 31.2 0.83 1.227 0.8 0.6 2.770 2.078 11 Tầng 11 3.4 34.6 0.83 1.247 0.8 0.6 2.815 2.111 12 Tầng 12 3.4 38.0 0.83 1.268 0.8 0.6 2.863 2.147 13 Tầng 13 3.4 41.4 0.83 1.288 0.8 0.6 2.908 2.181 14 Tầng 13A 3.4 44.8 0.83 1.309 0.8 0.6 2.955 2.216 15 Mái 1.2 48.2 0.83 1.329 0.8 0.6 2.559 1.919 TỔNG 49.4 5.2.Thành phần động của giĩ :
- Thành phần động của tải trọng giĩ tác động lên công trình là lực do xung của vận tốc gió và lực quán tính của công trình gây ra. Giá trị của lực này được xác định trên cơ sở thành phần tĩnh của tải trọng gió nhân với các hệ số có kể đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình.
- Theo mục 1.2 TCXD 229:1999 thì công trình có chiều cao > 40m thì khi tính phải
kể đến thành động của tải trọng gió. Ở đây công trình có chiều cao 49.4 > 40m do đó phải kể đến thành phần động của tải trọng gió.
TRƯƠNG HỒNG MẠNH – 16149072 55 - Theo mục 6.14.1 TCVN 2737:1995, cơng trình bê tơng cốt thép cĩ δ = 0.3 và cơng
trình nằm ở vùng giĩ IIA tra Bảng 9TCVN 2737:1995
⇒ 𝑓𝐿 = 1.3
- Theo mục 3.5.1.2TCXD 229:1999:
+ Nếu f1 > fL (tần số giới hạn) thì thành phần động của tải trọng gió chỉ kể đến tác
dụng của xung vận tốc gió.
+ Nếu f1 < fL thì phải kể thêm lực quán tính.
Cĩ 𝑓1 = 0.836 < 𝑓𝐿 = 1.3 nên tính tốn giĩ động theo mục 4.3 đến 4.8 TCXD 229:1999.
- Ta cĩ 𝑓3 = 0.836 < 𝑓𝐿 = 1.3 < 𝑓4 = 3.091. Tuy nhiên Mode 3 là dao động xoắn, khối lượng tham gia vào dao động theo 2 phương X và Y nhỏ, nên theo tiêu chuẩn ta khơng tính giĩ động cho mode này.
- Ta tính giĩ động ứng với 2 dao động đầu tiên theo phương X và phương Y. - Các cơng thức xác định giĩ động theo TCXD 229:1999.
Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng giĩ tác dụng lên phần thứ j (cĩ cao độ z) đối với dạng dao động thứ i được xác định theo cơng thức (4.3) mục 4.5TCXD 229:1999:
Wp( ji) M jii yji
Trong đĩ :
Mj : Khối lượng tập trung của phần cơng trình thứ j.
ξ𝑖 : Hệ số động lực đối với dạng dao động thứ I, khơng thứ nguyên phụ thuộc vào thơng số δ và độ giảm lơga của dao động : 𝜀𝑖 =√𝛾𝑊0
940𝑓𝑖
Với :
o γ : hệ số độ tin vậy của tải trọng giĩ, lấy γ = 1.2.
o W0 : giá trị của áp lực giĩ (N/m2)
Hình 5.9 : Đồ thị xác định hệ số động lực 𝛏 (Hình 2 TCXD 229:1999)
yji : dịch chuyển ngang tỷ đối của trọng tâm phần cơng trình thứ j ứng với dạng dao động riêng thứ I (khơng thứ nguyên).
Ψ𝑖 : hệ số được xác định bằng cách chia cơng trình thành n phần, trong phạm vi mỗi phần tải trọng giĩ cĩ thể coi như khơng đổi :
𝛹𝑖 =∑ 𝑦𝑗𝑖𝑊𝐹𝑗 𝑛 𝑗=1 ∑𝑛 𝑦𝑗𝑖2 𝑗=1 𝑀𝑗 Với :
𝑊𝐹𝑗 : giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng giĩ tác dụng lên phần thứ j của cơng trình, ứng với các dạng dao động khác nhau khi chỉ kể đến ảnh hưởng của xung vận tốc giĩ, được xác định theo cơng thức : 𝑊𝐹𝑗 = 𝑊𝑗𝜁𝑗𝑆𝑗𝑣
Trong đĩ :
o 𝑊𝑗 : giá trị tiêu chuẩn phần tĩnh của áp lực giĩ.
o 𝜁 : hệ số áp lực động của tải giĩ ở độ cao ứng với thành phần thứ j của cơng trình, tra theo Bảng 3 TCXD 229:1999.
o 𝑆𝑗 : diện tích đĩn giĩ của phần j của cơng trình (m2)
o v : hệ số tương quan khơng gian áp lực động của tải trọng giĩ ứng với các dạng dao động khác nhau của cơng trình, khơng thứ nguyên. Phụ thuộc vào ρ và 𝜒 , xác định thơng qua Bảng 4, Bảng 5 và Hình 1 - TCXD 229:1999.
TRƯƠNG HỒNG MẠNH – 16149072 57
o
Hình 5.10 : Hệ toạ độ khi xác định hệ số tương quan khơng gian v.
Trong đĩ :
- H : là chiều cao của cơng trình (m).
- D : là bề rộng bề mặt đĩn giĩ của cơng trình (m).
Dạng dao động ρ χ
Phương X 26 49.4 0,712
Phương Y 50.35 49.4 0,641
Bảng 5.11 : Bảng giá trị thành phần động của tải trọng giĩ theo phương X(mode 1 )
Tên Tầng Chiều cao từng tầng (m) Khối lượng tầng M kN.s²/m Kích Thước Nhà
Theo Phương Cao độ zj
(m) Giá trị tính tốn "Thành phần động của tải trọng giĩ " Gán vào sàn theo phương X WPX (kN) Gán vào sàn theo phương Y WPY (kN) X (m) Y (m) Tầng mái 3.4 1189.61 50.35 26.00 48.20 52.64 87.92 Tầng 13A 3.40 1244.60 50.35 26.00 44.80 101.60 170.12 Tầng 13 3.40 1244.60 50.35 26.00 41.40 94.11 154.29 Tầng 12 3.40 1245.37 50.35 26.00 38.00 85.61 140.53 Tầng 11 3.40 1246.32 50.35 26.00 34.60 77.11 124.79 Tầng 10 3.40 1246.32 50.35 26.00 31.20 68.54 108.95 Tầng 9 3.40 1246.32 50.35 26.00 27.80 59.97 95.08 Tầng 8 3.40 1247.09 50.35 26.00 24.40 51.44 79.28 Tầng 7 3.40 1248.04 50.35 26.00 21.00 41.82 65.46 Tầng 6 3.40 1248.99 50.35 26.00 17.60 33.27 51.61 Tầng 5 3.40 1250.11 50.35 26.00 14.20 25.78 37.75 Tầng 4 3.40 1255.14 50.35 26.00 10.80 18.33 27.93 Tầng 3 3.40 1261.03 50.35 26.00 7.40 11.92 18.04 Tầng 2 4.00 1276.85 50.35 26.00 4.00 7.16 8.83
- Theo TCVN 9386:2012 – thiết kế cơng trình chịu động đất.
- Để phân tích và tính tốn động đất cĩ 2 nhĩm phương pháp lớn: phương pháp phân tích đàn hồi tuyến tính và phương pháp phân tích phi tuyến. Ở đây áp dụng phương pháp phân tích đàn hồi tuyến tính cho cơng trình gồm 2 phương pháp (Mục 4.3.3.1 – TCVN 9386-2012) :
+ Phương pháp “phân tích phổ phản ứng dao động” (Mục 4.3.3.3 – TCVN 9386- 2012).
+ Phương pháp “phân tích tĩnh lực ngang tương đương” (Mục 4.3.3.2 – TCVN 9386- 2012).
6.1.Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương :
- Đây là phương pháp tính tốn tác động của động đất đơn giản nhất vì yếu tố ứng xử động học của cơng trình khơng được kể đến một cách đầy đủ trong tính tốn.
- Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương khơng áp dụng cho các cơng trình cĩ hình dạng khơng đều đặn hoặc cĩ sự phân bố khối lượng và độ cứng khơng đồng đều trong mặt bằng cũng như chiều cao. (Mục 4.2.3.3 – TCVN 9386-2012)
- Điều kiện áp dụng : Phương pháp này cĩ thể áp dụng nếu nhà và cơng trình đáp ứng được cả 2 điều kiện sau :
+ Cĩ chu kì dao động T1 theo 2 hướng chính nhỏ hơn các giá trị sau : c 1 4T T 2s
+ Thỏa mãn những tiêu chí đều đặn theo chiều cao
6.2.Phương pháp phổ phản ứng :
- Đây là một phương pháp dự đốn phản ứng lớn nhất của hệ chịu tác động động đất dựa trên số liệu các trận động đất xảy ra trước đĩ.
- Phương pháp phân tích phổ phản ứng là phương pháp cĩ thể áp dụng cho tất cả các loại nhà.
- Số dạng dao động cần xét đến : phải xét đến phản ứng của tất cả các dao động gĩp phần đáng kể vào phản ứng tổng thể của cơng trình. Như vậy phải đáp ứng một trong hai điều kiện sau:
+ Tổng các trọng lượng hữu hiệu của các dạng dao động (mode) được xét chiếm ít nhất 90% tổng trọng lượng kết cấu.
TRƯƠNG HỒNG MẠNH – 16149072 59 + Tất cả dạng dao động (mode) cĩ trọng lượng hữu hiệu lớn hơn 5% của tổng trọng
lượng đều được xét đến.
6.3.Tính phổ thiết kế của động đất :
Trong đồ án này, sử dụng phương pháp phổ thiết kế để tính động đất vì nĩ cĩ độ chính xác cao hơn và sử dụng được cho mọi loại cơng trình.
6.3.1. Trình tự tính tốn :
Bước 1: Xác định loại đất nền.
Cĩ 7 loại đất nền: A, B, C, D, E, S1, S2
Bước 2: Xác định tỉ số agR/g.
agR: đỉnh gia tốc nền tham chiếu phụ thuộc địa điểm xây dựng cơng trình g: gia tốc trọng trường g = 9.81 m/s2
Bước 3: Xác định hệ số tầm quan trọng γ1 .