ứng dụng phần mềm etabs trong tính toán thiết kế kết cấu II. Phần nâng cao:
13. Thiết kế BTCT cho lõi vách
14. Tính tần số và dạng dao động riêng.
15. Tính toán phần động của tải trọng gió và gán chi tiết lên công trình. 16. Tính toán tải trọng động đất tác dụng lên công trình.
17. Phân tích ảnh h−ởng của biến dạng P delta tác động lên công trình. 18. Phân tích kể đến giai đoạn thi công.
19. Phân tích có mô hình cả móng, cọc vào sơ đồ kết cấu. II. Phần nâng cao Bài 13 : tính thép cho lõi vách 1. Đặt tên cho lõi vách
Chọn vách, vào Assign > Shell Area > Pier label với vách đứng hoặc Spandrel label với vách ngang là lanh tô cửa.
2. Chọn tiêu chuẩn thiết kế
Vào Options . Preferences .... Shear Wall Design
3. Điều chỉnh các hệ số về c−ờng độ vật liệu Xem phần Etabs cơ bản Xem phần Etabs cơ bản
4. Chọn tổ hợp dùng để thiết kế
Vào Design. Shear Wall Design. Select Design Combo . Chọn các tổ hợp đ−a vào thiết kế 5. Gán mô hình tính toán cho vách cột ( Pier)
- Chọn các vách Pier
- Vào Design . Shear Wall Design . Assign Pier Section for Checking 6. Thực hiện tính toán thiết kế
Vào Dessign . Shear Wall Design . Start Dessign . Check of Structure 7. Xem báo cáo kết quả phân tích
Vào Dessign . Shear Wall Design . Display Dessign Info... + Pier Longiudinal Reinforcing:
Thép dọc lớn nhất cho vách ở 2 biên trái và phải
+ Spandrel Longiudinal Reinforcing: Thép cho vách ngang ( lanh tô)
Bài 14: Tính tần số và dạng dao động riêng
Muốn phân tích động lực cho công trình cần phải có khối l−ợng tập trung tại mức tầng đặt tại tâm khối l−ợng của mỗi tầng.
1. Khai báo tấm sàn là tuyệt đối cứng theo ph−ơng ngang - Chọn tấm sàn - Chọn tấm sàn
- Vào Assign . Shell. Area. Diaphragms 2. Khai báo khối l−ợng tập trung tại mức tầng
- Vào Define . Mass source
+ From Self and Specified Mass: Máy tự dồn lấy từ khối l−ợng bản thân kết cấu và ng−ời sử dụng bổ sung thêm tại các vị trí khác ( hoạt tải, tải t−ờng xây ...)
+ From Loads: Lấy từ các ph−ơng án tải. Tĩnh tải lấy 100%, Hoạt tải phụ thuộc vào ph−ơng án xác định dao động để tính gió động hay động đất ( tham khảo tiêu chuẩn)
+ From Self and Specified Mass and Loads: Hỗn hợp 2 ph−ơng án trên - Cách bổ sung khối l−ợng:
+ Khối l−ợng tập trung tại nút: Chọn nút . Vào Assign . Joint .Additional Point Mass
+ Khối l−ợng phân bố đều trên thanh: Chọn thanh. Vào Assign . Frame.Line. Additional Line Mass.
+ Khối l−ợng phân bố đều trên tấm: Chọn tấm. Vào Assign . Shell. Area. Additional Area Mass.
3. Xác định tâm cứng và tâm khối l−ợng - Chọn kiểu phân tích 3D - Chọn kiểu phân tích 3D
- Chạy ch−ơng trình
+ Cách 1: Vào Display. Show Table. Chọn Building Output
> Diaphragm: tên tấm sàn tuyệt đối cứng.
> Mass X, Y: Khối l−ợng theo ph−ơng X, Y tại mức tầng
> XCM, YCM: X Center Mass, Y Center Mass là toạ độ tâm cứng theo hệ toạ độ tổng thể > CumMassX, Y: Tổng khối l−ợng tại mức tầng từ trên xuống
> XCR, YCR: X, Y Center Rigidity là toạ độ tâm cứng. + Cách 2: Vào File. Print Table . Summary Report
4. Xác định tần số chu kì dao động riêng Vào File. Print Table . Summary Report Vào File. Print Table . Summary Report
- Period: Chu kì dao động T (s)
- Prequency: Tần số dao động f = 1. T - Circular Freq: Tần số góc ω ( Rad.s)
5. Xác định chuyển vị tại tâm khối l−ợng - Dùng để tính tải gió động và động đất. - Dùng để tính tải gió động và động đất.
- Vào Display. Show Table. Chọn Modal Infomation. Building Modes
6. Xác định tỉ lệ khối l−ợng tham gia vào dạng dao động
- Dùng để xác định xem cần tính với bao nhiêu dạng dao động
7. Quan sát và phán đoán độ chính xác của kết quả tính tần số và dạng dao động riêng + Chu kì dao động thứ nhất T1 = ( 0,01 ữ 0,035). H. 3,28084 + Chu kì dao động thứ nhất T1 = ( 0,01 ữ 0,035). H. 3,28084
Với H là tổng chiều cao nhà
+ T2 = ( 1.5 ữ 1.3) T1; T3 = ( 1.7 ữ 1.5) T1 + Dạng dao động thứ nhất: Không có điểm đổi dấu
+ Dạng dao động thứ hai: Đổi dấu 1 lần tại ( 0,72 ữ 0,78) H
+ Dạng dao động thứ ba: Đổi dấu 2 lần tại ( 0,85 ữ 0,9) H và ( 0,42 ữ0,5)H
Bài 15: Tính tải trọng gió động tác dụng lên công trình Tham khảo: TCVN 2737 -1995 và TCXD 229 - 1999
1. Xác định khối l−ợng tập trung tại mức tầng
- Khối l−ợng th−ờng xuyên ( Tĩnh tải): Lấy toàn bộ - Khối l−ợng tạm thời
Dạng khối l−ợng Hệ số chiết giảm
Bụi chất đống trên mái 0,5
Các vật liệu trên Silô, bể chứa, kho 1,0
Th− viện, nhà hàng, hồ sơ 0,8 Ng−ời, đồ dạc trên sàn phân bố
đều CT dân dụng khác 0,5
2. Xác định số dạng dao động cần tính
Cần tính với k dạng dao động thoả mqn fk < fL
fL Vùng gió Kết cấu BTCT δ =0,3 Kết cấu thép δ =0,15 I 1,1 3,4 II 1,3 4,1 III 1,6 5,0 IV 1,7 5,6 V 1,9 5,9
3. Xác định giá trị thành phần động của tải trọng gió
3.1. Xác định giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió
Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j ( tầng thứ j) có độ cao t−ơng ứng với dạng dao động riêng thứ i xác định theo công thức:
Wp(ji) = Mj. ξi. ψi. Φji Trong đó :
Mj: Khối l−ợng tập trung của phần công trình thứ j ( Khối l−ợng tầng thứ j) Φji: Dịch chuyển ngang của tầng thứ j ở dạng dao động thứ i
. ξi: Hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i
ψi: Hệ số xác định bằng cách chia công trình làm n phần, mỗi phần coi nh− tải trọng gió có giá trị không đổi.
1 2 1 ( . ) ( . ) n ji Fj j i n ji j j W M ψ = = Φ = Φ ∑ ∑ WFj = Wtc. ζi. Dj.hj. ν = Tj. ζi. ν
ζi: Hệ số áp lực động của tải trọng gió ở độ cao z ứng với tầng thứ j.
ν : Hệ số t−ơng quan không gian áp lực động của tải trọng gió ở độ cao z ứng với tầng thứ j, phụ thuộc tham số ρ và χ
ξi: Hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i xác định thông qua việc nội suy dựa trên đồ thị sau ξ
Trong đó ε = 0 940 i
nW
f Với Wo lấy theo đơn vị N.m2 3.2. Xác định giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió
W tt
p(ji) = Wp(ji).n.β
n: Hệ số độ tin cậy lấy bằng 1,2 4. Gán tải trọng gió động vào mô hình
- Ta coi lực của mỗi dạng dao động riêng là 1 ph−ơng án tải ( định nghĩa ở mục Define. Load Cases chọn kiểu Win- User Define). Ví dụ GDX1, GDX2, GDX3, GDY1, GDY2, GDY3...
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 có thể làm nh− sau
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 GDX = SRSS ( GDX1, GDX2, GDX3 ...) GDY = SRSS ( GDY1, GDY2, GDY3 ...) - Tổ hợp đặc biệt 1 Ví dụ : DB1 = Tĩnh tải + 0,9 Hoạt tải + 0,9GDX - Tổ hợp đặc biệt 2 Ví dụ : DB2 = Tĩnh tải + 0,9 Hoạt tải - 0,9GDX
- Tổ hợp đặc biệt 3 Ví dụ : DB3 = Tĩnh tải + 0,9 Hoạt tải + 0,9GDY - Tổ hợp đặc biệt 4 Ví dụ : DB4 = Tĩnh tải + 0,9 Hoạt tải - 0,9GDY
Bài 16: Tính toán tải trọng động đất tác dụng lên công trình Tham khảo: TCXDVN 375-2006; Động đất và thiết kế công trình chịu động đất- Nguyễn Lê Ninh.
Vùng có động đất mạnh ag ≥ 0,08g Phải tính toán và cấu tạo kháng chấn Vùng có động đất yếu 0,04g ≤ ag < 0,08g Chỉ cần cấu tạo kháng chấn Vùng có động đất rất yếu ag < 0,04g Không cần thiết kế kháng chấn
Phần h−ớng dẫn sau đây chỉ đề cập đến việc xác đinh tải trọng động đất theo ph−ơng ngang Có 2 ph−ơng pháp tính toán động đất
- Ph−ơng pháp tĩnh lực ngang t−ơng đ−ơng ( Chỉ tính với dạng dao động đầu tiên) khi thoả mqn cả 2 điều kiện 1 4. 2, 0 C T T s ≤
- Ph−ơng pháp phổ phản ứng: Tính cho các dạng dao động
Lực quán tính lớn nhất do chuyển động địa chấn gây ra tác dụng lên bậc tự do thứ k ở dạng dao động thứ i đ−ợc xác định theo công thức sau
1. Xác định khối l−ợng mk
Khối l−ợng của bậc tự do mk xác định nh− sau: mk = Qk
g
Qk là trọng l−ợng của bậc tự do thứ k; g là gia tốc trọng tr−ờng Qk = ΣGk,j +ΣψE,i.Pk,i
Σ Gk,j là tổng trọng l−ợng của tĩnh tải Pk,i là trọng l−ợng của hoạt tải sử dụng
Hệ số tổ hợp ψE,i xét đến khả năng là tác động thay đổi Pk,i không xuất hiện trên toàn bộ công trình trong thời gian xảy ra động đất. Các hệ số này còn xét đến sự tham gia hạn chế của khối l−ợng vào chuyển động của kết cấu do mối liên kết không cứng giữa chúng.
ψE,i = ψ2,i . ϕ ( ). .
ki d i k ki
Bảng 3.4: Các giá trị ψψψψ2,i đối với nhà
Tác động
2
Ψ
Tải trọng đặt lên nhà, loại
Loại A: Khu vực nhà ở, gia đình 0,3
Loại B: Khu vực văn phòng 0,3
Loại C: Khu vực hội họp 0,6
Loại D: Khu vực mua bán 0,6
Loại E: Khu vực kho l−u trữ 0,8
Loại F: Khu vực giao thông, trọng l−ợng xe ≤ 30kN 0,6 Loại G: Khu vực giao thông, 30kN≤ trọng l−ợng xe ≤ 160kN 0,3
Loại H: Mái 0
Bảng 4.2. Giá trị của ϕϕϕϕ để tính toán ψψψψEi
Loại tác động thay đổi Tầng ϕ
Các loại từ A-C* Mái Các tầng đ−ợc sử dụng đồng thời Các tầng đ−ợc sử dụng độc lập 1,0 0,8 0,5
Các loại từ D-F* và kho l−u trữ 1,0
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