ớ các nhà chịu ứng suất phát sinh thêm do thay đổi nhiệt độ hoặc lún không đều thì số bậc siêu tĩnh nên thấp. Nhng ngợc lại khi chịu tải trọng địa chấn thì số bậc siêu tĩnh phải cao để tránh cho toàn bộ công trình bị sụp đổ khi 1 bộ phận nào đó bị phá hoại trớc.
2. Cách thức phá hoại
Thông thờng thiết kế sao cho khớp dẻo xuất hiện trớc hết ở dầm sau đó mới đến ở cột.
- Cột bị phá hoại nghĩa là toàn bộ nhà bị đổ.
- Trong kết cấu có cột yếu, biến dạng dẻo sẽ tập trung tại 1 tầng nào đó, nên cần có 1 hệ số dẻo tơng đối lớn.
- Sự phá hoại cắt và uốn ở cột bao giờ cũng lớn hơn ở dầm do ở các cột có thành phần lực dọc lớn.
3. Kết cấu mềm hoặc cứng
Kết cấu mềm ví dụ kết cấu thép thờng thích hợp cho các địa điểm có dao động nền với chu kỳ ngắn. Tuy vậy kết cấu mềm thờng có chuyển vị ngang lớn lại dễ gây h hỏng cho các bộ phận không chịu tải. Xét về mặt này kết cấu cứng lại thích hợp hơn. Thực tế khó đánh giá đợc kết cấu nào u thế hơn.
4.Sự xuất hiện các khớp dẻo
Trờng hợp cho phép xét đến sự xuất hiện của các khớp dẻo thì cần thiết kế sao cho các khớp dẻo xuất hiện ở dầm trớc sau đó mới đến cột. Bởi vì:
Khi cột bị phá hoại thì khả năng toàn nhà bị phá huỷ là rất lớn, còn dầm chỉ ảnh hởng trong 1 phạm vi nhỏ.
Trong công trình có cột yếu, biến dạng sẽ có xu thế tập trung ở 1 số tầng nào đó. Mức độ nguy hiểm sẽ tăng lên.
Sự phá hoại do cắt và do uốn ở cột thờng lớn hơn ở dầm vì ở cột còn tác dụng của thành phần lực dọc lớn
Chơng 2
2.1. Tải trọng thờng xuyên
Xét tải trọng trọng trờng tác dụng lên ngôi nhà có thể chia thành 2 loại. Tải trọng tĩnh và tải trọng động.
Tải trọng tĩnh là tải trọng thờng xuyên. Tải trọng động là tạm thời và thay đổi theo thời gian.
Tải trọng thờng xuyên là các lực tĩnh, đó là trọng lợng của các kết cấu và các cấu kiện của ngôi nhà. Các lực này bao gồm trọng lợng của các kết cấu thẳng đứng, các kết cấu sàn và mái, các vật trang trí trên trần, những vách ngăn, những vật trang trí ở mặt chính, các nhà kho.. Tổng trọng lợng của phần này là tải trọng thờng xuyên đối với ngôi nhà.
2.2. Tải trọng tạm thời
Tải trọng tạm thời khác về bản chất đối với tải trọng thờng xuyên: chúng thay đổi và không biết trớc. Tải trọng tạm thời không những thay đổi theo thời gian mà còn thay đổi cả điểm đặt. Sự thay đổi này có thể ngắn, có thể dài nên thực tế ta không biết trớc đợc nh tải trọng tĩnh.
Tải trọng do các thiết bị gây ra gọi là tải trọng sử dụng; tải trọng này bao gồm: trọng lợng ngời, đồ gỗ, các bức ngăn di động, tủ bảo vệ, tủ sách, tủ tài liệu, sách vở...và tất cả các tải trọng bán cố định hoặc tạm thời khác không nằm trong danh mục của tải trọng thờng xuyên.
Độ lớn của tải trọng đợc đa ra dới dạng phân bố đều tơng đơng và tải trọng tập trung. Tải trọng phân bố đều tơng đơng đặc trng cho điều kiện thay đổi thực của tải trọng sử dụng. Tài liệu nghiên cứu những giá trị thực của tải trọng sử dụng đối với nhà làm việc chỉ ra rằng: tải trọng lớn nhất chừng 200KG/m2, trong đó tải trọng tính toán kiến nghị là 400KG/m2. Theo kết quả nghiên cứu tải trọng đối với nhà ở thì sau 10 năm, cờng độ lớn nhất của tải trọng cỡ 130KG/m2, trong khi đó trong tính toán lấy 200KG/m2.
Tải tập trung đặc trng cho những lực đơn vị truyền vào những vị trí nhỏ ví dụ nh bậc cầu thang, lối đi, gara ôtô, và truyền vào những vị trí khác khi lực tập trung lớn.
Mặc dù đã chỉ ra rằng các kiến nghị về tải trọng thờng lớn hơn, song trong tính toán luôn luôn chứa đựng yếu tố không xác định đợc.
2.3. Tải trọng lắp ghép
Các kết cấu chịu lực thờng đợc tính đối với tải trọng thờng xuyên và tải trọng tạm thời. Tuy nhiên trong quá trình xây dựng ngôi nhà có cấu kiện của kết cấu có thể phải chịu tải trọng lớn hơn tải trọng tính toán. Những tải trọng này gọi là tải trọng lắp ghép và là thành phần quan trọng sẽ đợc tính toán trong thiết kế.
Việc tập trung những thiết bị và những sản phẩm nặng trên những diện tích không lớn của công trình. Điều đó dẫn tới tải trọng tập trung lớn hơn nhiều so với tải trọng đã tính toán thiết kế và có thể dẫn đến hậu quả phá huỷ kết cấu của ngôi nhà. Việc thảo dỡ ván khuôn khi bê tông cha đạt đến cờng độ tính toán. Khí đó nếu tải trọng truyền đến cấu kiện chịu lực mà vợt quá khả năng chịu lực của nó có thể dẫn tới sự phá huỷ.
Khi thiết kế dầm cần phải tính toán tải trọng lắp ghép vì dầm đợc xem nh làm việc liên hợp với sàn bê tông cốt thép. nhng trong lúc xây dựng không có 1 liên kết tạm thời nào cả. Do đó dầm phải đợc kiểm tra điều kiện chịu tải trọng lắp ghép khi làm việc không có sàn.
2.4. Tải trọng gió
Tác dụng của gió lên ngôi nhà là tác dụng động, nó phụ thuộc vào các yếu tố của môi trờng xung quanh nh địa hình và hình dạng của mảnh đất xây dựng, độ mềm và đặc điểm mặt đứng của ngôi nhà, sự bố trí của các ngôi nhà xung quanh.
Những yếu tố nh vận tốc, hớng, và đặc trng của gió quyết định đến tác động của nó lên ngôi nhà.
Vận tốc gió: đặc trng động của gió đợc thể hiện qua vận tốc gió trung bình
không thay đổi của gió và vận tốc thay đổi của những cơn gió giật (Hình 2.1). Do đó, tải trọng gió chứa 2 thành phần tĩnh và động.
Hình 2.1 Đồ thị vận tốc gió theo thời gian t, tại 1 thời điểm t : Vt = V+V’.
Thông thờng vận tốc gió tăng theo chiều cao. Mức độ tăng của nó phụ thuộc vào đặc điểm bề mặt mặt đất, càng gần mặt đất do ảnh hởng của ma sát nên gió bị tắt dần.
Hình 2.2 Vận tốc gió tăng theo chiều cao. P’- áp lực gió tức thời; P- áp lực gió, tại 1 thời điểm t : Pt = P+P’.
Thành phần tĩnh thực chất là xem tác dụng của gió lên công trình cứng (coi nh không dao động). Thành phần động thực chất là tính đến phần tăng thêm của tải trọng gió lên công trình có dao động, xét đến ảnh hởng của lực quán tính sinh ra do khối l- ợng bản thân công trình khi dao động bởi các xung của luồng gió.
Hớng gió: Chuyển vị của ngôi nhà quyết định bởi hớng gió. Khi luồng không
khí chuyển qua theo 1 phơng nhất định và đập vào bề mặt của ngôi nhà sẽ gây ra lực trợt. Lực này xuất hiện dới dạng áp lực gió, nó tăng lên khi vận tốc gió hoặc bề mặt hứng gió tăng lên.
Nếu nh tác động của gió không phải hoàn toàn trên một mặt thẳng đứng của ngôi nhà thì sẽ gây biến dạng của công trình theo 2 phơng. Phơng ban đầu của tải trọng gió có thể phân tích thành 2 thành phần gây ra áp lực lên 2 mặt.
Uốn theo 2 phơng có thể dẫn tới cả tác động dơng và tác động âm lên ngôi nhà. áp lực gió lớn nhất khi gió thổi vuông góc với bề mặt ngôi nhà. Khi luồng gió đập mạnh vào ngôi nhà nghiêng 1 góc khác 900 thì 1 phần đáng kể của áp lực gió bị triệt tiêu.
Khi tải trọng gió gây cho nhà biến dạng theo 2 phơng vuông góc với nhau thì trong các kết cấu chịu lực sẽ xuất hiện thêm ứng suất trợt và xoắn, còn khi tác động chỉ gây chuyển vị theo 1 phơng thì ứng uất này sẽ không có.
Hình 2.4. Phân phối áp lực gió đẩy và hút
áp lực gió: tác dụng lên công trình theo hớng vuông góc có thể phân thành 3
vùng (hình 2.4). áp lực gió gây ra bởi 2 yếu tố- vận tốc trung bình và vận tốc gió giật (mạch động của áp lực động). Vì vận tốc trung bình xem nh là giá trị trung bình của vận tốc tĩnh trong một thời kỳ dài và do đó áp lực tĩnh cũng là áp lực trung bình nó sẽ gây ra độ võng tĩnh của ngôi nhà. áp lực động sẽ gây ra tác dụng động làm tăng thêm chuyển vị của ngôi nhà. Tải trọng ngẫu nhiên xuất hiện khi gió giật gây ra dao động của ngôi nhà thiên về phơng song song với hớng gió.
Gió quẩn: Khi luồng không khí gặp chớng ngại, chẳng hạn nh ngôi nhà, thì nó
phải đi vòng ra bên và tạo thành dòng khí có vận tốc cao. Vận tốc gió tăng theo khối lợng khí đi qua diện tích không đổi trong cùng 1 thời gian, khi đó xuất hiện gió quẩn.
Gió quẩn khi dòng khí chuyển động vợt qua khe hẹp giữa 2 nhà cao tầng. Vận tốc gió trong khe hẹp này lớn hơn vận tốc gió đến và tạo ra những dòng xoáy. Những dòng xoáy là những dòng khí có vận tốc lớn gây ra chảy xoáy trôn ốc và hút những tia khí gần vào nhà. Khi mà chu kỳ của dòng xoáy quanh gần nhà gần bằng chu kỳ dao động riêng của ngôi nhà thì công trình sẽ bị dao động. Khi đó chuyển vị xuất hiện th- ờng vuông góc với hớng gió (hình 2.5).
Hình 2.5- Dòng xoáy tạo ra của gió.
Theo TCVN2737-1995 thành phần tĩnh của tải trọng gió phải đợc kể đến ở mọi công trình. Thành phần động đợc kể đến với các công trình, thiết bị dạng cột, các nhà có chiều cao trên 40m (hoặc nhà công nghiệp 1 tầng 1 nhịp cao trên 36m và tỷ số độ cao trên nhịp H/L>1,5).