CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ KHUNG
4.2.2. Tải trọng động đất
Bảng 4.3 - Tần số và chu kì khi phân tích động đất Case
Modal Modal Modal
4
Modal Modal
Động đất được xem như là một trong những yêu cầu bắt buộc không thể thiếu và là yêu cầu quan trọng nhất khi thiết kế các công trình cao tầng. Do đó, bất kỳ công trình xây dựng nào nằm ở phân vùng về động đất phải tính toán tải trọng động đất.
Tính toán lực động đất theo tiêu chuẩn TCVN 9386 : 2012 (Thiết kế công trình chịu động đất).
Theo TCVN 9386 : 2012, có 2 phương pháp tính toán tải trọng động đất là phương pháp tĩnh lực ngang tương đương và phương pháp phân tích phổ dao động.
Với chu kì T1(x) = 1.6. Thỏa mãn yêu cầu phương pháp tĩnh lực ngang tương đương:
(điều 4.3.3.2 TCVN 9386 : 2012)
Nên trong đồ án này tải trọng động đất sẽ được tính toán theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương (điều 4.3.3.3 TCVN 9386 : 2012).
Việc tính toán tải trọng động đất được thực hiện theo TCVN 9386 : 2012 và sự trợ giúp của phần mềm ETABS.
Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương.
Lực cắt đáy
Theo mỗi phương nằm ngang được phân tích, lực cắt đáy động đất Fb phải được xác định theo biểu thức sau: Fb = Sd (T1) . m.
Trong đó:
Sd (T1) là tung độ của phổ thiết kế tại chu kỳ T1.
T1 là chu kỳ dao động cơ bản của nhà do chuyển động ngang theo phương đang xét.
m là tổng khối lượng của nhà ở trên móng hoặc ở trên đỉnh của phần cứng phía dưới
là Hệ số hiệu chỉnh, lấy như sau: = 0,85 nếu T1 ≤ 2. Tc với nhà có trên 2 tầng hoặc = 1,0 với các trường hợp khác.
Phân bố lực động đất nằm ngang
Các dạng dao động cơ bản theo các phương nằm ngang được xét của nhà có thể được xác
định bằng các phương pháp động lực học công trình hoặc có thể lấy gần đúng bằng các chuyển vị ngang tăng tuyến tính dọc theo chiều cao của nhà.
Tác động động đất phải được xác định bằng cách đặt các lực ngang Fi vào tất cả các tầng ở hai mô hình phẳng.
F F . si .mi
i bs j .m j
Trong đó:
Fb là lực cắt đáy do động đất tính theo
si, sj lần lượt là chuyển vị của các khối lượng mi, mj trong dạng dao động cơ bản 4 5
mi, mj là khối lượng của các tầng
Khi dạng dao động cơ bản được lấy gần đúng bằng các chuyển vị nằm ngang tăng tuyến tính dọc theo chiều cao thì lực ngang Fi tính bằng:
F F
i
Trong đó:
zi; zj là độ cao của các khối lượng mi, mj so với điểm đặt tác động động đất (mặt móng hoặc đỉnh của phần cứng phía dưới).
Lực nằm ngang Fi xác định theo điều này phải được phân bố cho hệ kết cấu chịu tải ngang với giả thiết sàn cứng trong mặt phẳng của chúng.
4.2.2.1. Thông số công trình
Đặc trưng đất nền công trình
Công trình xây dựng ở Thị Xã Dĩ An, Tỉnh Bình Dương theo Phụ lục H (Bảng phân vùng gia tốc nền theo địa danh hành chính) của TCVN 9386 : 2012 thì đỉnh gia tốc nền agR được xác định như sau:
Kinh độ: 106.769498 Đ Vĩ độ: 106.769498 B
Gia tốc đỉnh: agR = 0.0663g
Cấp động đất được xác định theo thang MSK-64, phụ lục I của TCVN 9386-2012 công trình có cấp động đất là cấp VII.
Bảng 4.7 – Thang phân chia cấp động đất Thang MSK – 64
Cấp động đất V VI VII VIII
IX X
Phân loại công trình
Theo Phụ lục F “Phân cấp, phân loại công trình xây dựng”, TCVN 9386-2012 thì công trình được xếp vào công trình cấp I.
Ứng với công trình cấp I như trên, theo Phụ lục E “Mức độ và hệ số tầm quan trọng”, TCVN 9386-2012 thì hệ số tầm quan trọng γI = 1.25.
Căn cứ Bảng 3.1 “Các loại nền đất”, TCVN 9386-2012 thì loại đất nền của công
46
Căn cứ Bảng 3.2 “Giá trị của các tham số mô tả các phổ phản ứng đàn hồi”, TCVN 9386-2012.
Suy ra: S = 1.15; TB = 0.2s; TC = 0.6s; TD = 2.0s
Bảng 5.8 – Bảng giá trị các tham số mô tả phổ phản ứng đàn hồi Loại đất nền
A B C D E
Phổ thiết kế
Gia tốc nền thiết kế ag a gR γI 0.06639.811.25 0.813(m / s2 ) Hệ số tầm quan trọng γI = 1.25 với công trình thuộc cấp I.
Độ cản nhớt= 5%.
Động đất yếu, 0.04g ag 0.0663g 0.08g , chỉ cần áp dụng các biện pháp cấu tạo kháng chấn.
Hệ số ứng xử q đối với các tác động động đất theo phương nằm ngang
Theo mục 5.2.2.2 TCVN 9386-2012, giá trị giới hạn trên của hệ số ứng xử q để tính đến khả năng tiêu tán năng lượng, phải được tính cho từng phương khi thiết kế như sau:
q qokw1.5
q0 - giá trị cơ bản của hệ số ứng xử, phụ thuộc vào loại 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 tường chịu lực.
Bảng 5. 9 - Giá trị cơ bản của hệ số ứng xử q0 cho hệ có sự đều đặn theo mặt đứng Loại kết cấu
Hệ khung, hệ hỗn hợp, hệ tường kép Hệ không thuộc hệ tường kép Hệ dễ xoắn
Hệ con lắc ngược
Hệ kết cấu chịu lực của công trình là: Khung nhiều tầng, nhiều nhịp, hệ kết cấu hỗn hợp tương đương khung. Từ hệ kết cấu trên xác định được:
kw = 1 đối với hệ khung và hệ kết cấu hỗn hợp tương đương khung.
47
αu1.3
tỷ số: α1
α1 - giá trị để nhân vào giá trị thiết kế của tác động động đất theo phương nằm ngang để trong mọi cấu kiện của kết cấu sẽ đạt giới hạn độ bền chịu uốn trước tiên, trong khi tất cả các tác động khác vẫn không đổi.
αu - giá trị để nhân vào giá trị thiết kế của tác động đất theo phương nằm ngang sẽ làm cho khớp dẻo hình thành trong một loạt tiết diện đủ để dẫn đến sự mất ổn định tổng thể kết cấu, trong khi tất cả các giá trị thiết kế của các tác động khác vẫn không đổi. Hệ số αu có thể thu được từ phân tích phi tuyến tính tổng thể.
Hệ số ứng xử q với tác động theo phương ngang của công trình:
q q0 kw 3
u kw 31.31
31
Tuy nhiên nhà có sự phức tạp và xét tổng thể không đều đặn theo mặt đứng nên q0 giảm xuống 20% , suy ra q0 = 3.12.
4.2.2.2. Khối lượng tham gia dao động trong
Theo điều (2P) mục 3.2.4 và 4.2.4, tiêu chuẩn 9386-2012. Hệ số tham gia vào dao động của hoạt tải là 0.3 (khu vực nhà ở gia đình) nhân với hệ số 0.8 (các tầng được sử dụng đồng thời)
Vậy khai báo Mass Source trong mô hình là TT+0.24HT. 4.2.2.3. Tổ hợp tải
Vì giới hạn đồ án là phân tích theo giai đoạn đàn hồi tuyến tính, do đó giá trị tải trọng tỉ lệ với giá trị nội lực gây ra. Vì vậy để đơn giản trong tính toán, tổ hợp nội lực được thay bằng tổ hợp tải trọng. Kết quả vẫn đảm bảo trong trường hợp phân tích trong giai đoạn đàn hồi.
Bảng 4.4 – Các loại tải trọng(Load Pattens)
Load Type
DL DEAD
SDL SUPER DEAD
WL SUPER DEAD
LL LIVE
WX WIND LOAD
WY WIND LOAD
DDX SEISMIC
DDY SEISMIC
\
44
Tên tổ hợp
Comb01 Comb02 Comb03 Comb04 Comb05 Comb06 Comb07 Comb08 Comb09 Comb10
Comb11
Comb12
45
CombENVE - - - Comb14 Comb15 Comb16
Comb17
WIND DRIFT
-