BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH

TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT

THEO TCXDVN 375:2006

SVTH: Nguyễn Trần Hiếu - Lớp 49XF

Nguyễn Trung Kiên - Lớp 49XF

Thái Minh Thành - Lớp 49XF

GVHD: Ths. Nguyễn Quốc Cường

Bộ môn Công trình Thép - Gỗ

Hà Nội, 05/2008

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN - 2008 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

1

I. ĐẶT VẤN ĐỀ

Năm 2006, Bộ Xây Dựng ban hành tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006 - Thiết kế côngtrình chịu động đất dựa trên cơ sở chấp nhận TC Eurocode 8 của EU, có bổ sung và thay thếcho phù hợp với điều kiện Việt Nam. Tuy nhiên trong thực tế, việc áp dụng TCXDVN375:2006 gặp phải một số khó khăn sau đây:

1. Hai phương pháp được trình bày trong Tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006 là phương

pháp tĩnh lực ngang tương đương và phương pháp phổ phản ứng dạng dao động. Tuy nhiên

TCXDVN 375:2006 chỉ nêu công thức tính toán tải trọng động đất cho phương pháp tĩnhlực ngang tương đương, còn đối với phương pháp phổ phản ứng dạng dao động thì chưađưa ra công thức cụ thể.

2. Những công thức tính toán trên chỉ phù hợp với những công trình có mặt bằng đơngiản, dao động riêng chỉ đơn giản là dao động trượt thuần tuý theo hai trục của nhà. Đốivới những công trình có bề mặt phức tạp, chiều cao lớn, dao động riêng của công trình có

thể là theo một phương xiên bất kỳ, nếu sử dụng những công thức đó sẽ dẫn đến sai số rấtlớn.

Đề tài thực hiện nhằm mục đích nghiên cứu phương pháp tính toán tải trọng động đấtcho một công trình bất kỳ, từ đó xây dựng một quy trình tính toán tải trọng động đất chuẩn.

Một mảng quan trọng của đề tài đó là nghiên cứu cách tính toán tải trọng động đấttheo TC SNiP II-7-81 của Liên Xô cũ. Phương pháp được trình bày trong TC là phươngpháp tĩnh lực ngang tương đương. Đây là phương pháp phổ biến ở VN trước khi Bộ XD banhành TC về thiết kế công trình chịu động đất, và hiện nay vẫn được các kỹ sư Việt Nam sửdụng rộng rãi. Việc nghiên cứu cách tính toán theo cả hai TC Việt Nam và SNiP giúp ngườiđọc hiểu rõ hơn và có được cái nhìn khái quát về tải trọng động đất.

Hy vọng rằng nội dung của đề tài sẽ trở thành tài liệu tham khảo hữu ích không chỉcho các bạn sinh viên khi làm đồ án tốt nghiệp, mà còn cho các kỹ sư xây dựng trong quátrình làm việc thực tế.

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VI ÊN - 2008 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

2

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VI ÊN - 2008 ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

3


4

II. PHƯƠNG PHÁP PHỔ PHẢN ỨNG1. Những hiểu biết chung

1.1. Các dạng đất nềnBảng II.1.1 - Phân loại đất nền

Loại nền đất Mô tả tính chấtA Đá hoặc các kiến tạo địa chất khác tựa đá, kể cả các đất yếu hơn trên bề mặt

dày không quá 5m

B Đất cát, cuội sỏi rất chặt hoặc đất sét rất cứng có bề dày ít nhất hàng chụcmét, tính chất cơ học tăng dần theo độ sâu

C Đất cát, cuội sỏi chặt, chặt vừa hoặc đất sét cứng có bề dày từ hàng chục tớihàng trăm mét

D Đất bồi rời trạng thái từ xốp đến chặt vừa (có hoặc không xen kẹp vài lớpđất dính) hoặc có đa phần đất dính trạng thái từ mềm đến cứng vừa

E Địa tầng bao gồm các lớp đất trầm tích sông ở trên mặt với bề dày trong

khoảng 5-20m có giá trị tốc độ truyền sóng Sv như 2 loại C hoặc D và bên

dưới là các đất cứng hơn với tốc độ truyền sóng smvS 800

1S 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 10m

2S Địa tầng bao gồm các đất dễ hoá lỏng, đất sét nhạy hoặc các loại đất kháckhông thuộc loại nền A đến E hoặc 1S

1.2. Mức độ tin cậy và hệ số tầm quan trọngTrong thực tế, các công trình xây dựng được chia thành 5 cấp quan trọng tuỳ thuộc

vào khả năng gây nguy hại cho tính mạng con người trong trường hợp chúng bị sụp đổ, vaitrò của công trình đối với an ninh công cộng và bảo vệ trật tự xã hội ngay sau động đất,cũng như hệ quả kinh tế và xã hội mà nó gây ra trong trường hợp bị sụp đổ.

Mỗi mức độ quan trọng được gán một hệ số tầm quan trọng khác nhau. Phụ lục FTiêu chuẩn TCXDVN 375-2006 trình bày các mức độ quan trọng của công trình xây dựng,ứng với mỗi mức độ quan trọng là một hệ số tầm quan trọng riêng.

Bảng II.1.2 - Mức độ quan trọng và hệ số tầm quan trọng

Mức độ quan trọng Ví dụ công trìnhHệ số tầmquan trọng

Đặcbiệt

Công trình có tầmquan trọng đặc biệtkhông được phép hưhỏng

- Đập bê tông cao trên 100m- Nhà máy điện nguyên tử- Các phòng nghiên cứu chứa các nguồnbệnh, vi khuẩn- Nhà cao tầng cao trên 60 tầng- Công trình tháp, trụ cao trên 300m

Thiết kế vớigia tốc lớnnhất có thểxảy ra


5

CấpI

Công trình có tầmquan trọng sống còn

- Trường học, nhà hội họp, trung tâm vănhoá có sức chứa cấp I- Nhà cao tầng từ 20 đến 60 tầng- Công trình tháp, trụ cao từ 200m đến300m

1,25

CấpII

Công trình có tầmquan trọng trongviệc ngăn ngừa hậuquả động đất, nếu bịsụp đổ gây tổn thấtlớn về người và tàisản

- Trường học, nhà hội họp, trung tâm vănhoá,… có sức chứa cấp II- Các hạng mục quan trọng, các thiết bị cógiá trị kinh tế cao- Các công trình quốc phòng an ninh- Nhà cao tầng từ 9 đến 19 tầng.- Công trình tháp trụ cao từ 100m đến200m

1,00

CấpIII

Công trình khôngthuộc 3 mức trên

- Các công trình thường xuyên đông ngườicó sức chứa cấp III- Công trình công nghiệp vừa và nhỏ- Nhà cao tầng từ 4 đến 8 tầng- Tháp trụ cao từ 50m đến 100m

0,75

CấpIV

Các công trình cótầm quan trọng thứyếu đối với sự antoàn sinh mạng conngười

- Các khu nhà tạm, các khu chuồng trại,kho chứa hàng nhỏ,…

Không yêucầu tính toánkháng chấn

1.3. Đỉnh gia tồc nền tham chiếu và gia tốc nền thiết kếNguy cơ động đất trong mỗi vùng được mô tả dưới dạng một tham số là đỉnh gia tốc

nền tham chiếu Rga trên nền loại A. Đỉnh gia tốc nền tham chiếu được trình bày trong phụ

lục H Tiêu chuẩn TCXDVN 375-2006

Gia tốc nền thiết kế ga trên nền loại A được xác định bằng Rga nhân với hệ số tầm

quan trọng 1 (tức là R1. gg aa )

1.4. Phổ phản ứng đàn hồi và phổ thiết kếTính toán tác dụng của động đất theo phổ phản ứng là phương pháp được sử dụng

trong hầu hết các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn hiện đại, trong đó có tiêu chuẩn Eurocode 8của Châu Âu và tiêu chuẩn TCXDVN 375-2006 vừa ban hành tại Việt Nam.

Phổ phản ứng là đường cong quan hệ giữa ứng xử (chuyển dịch, vận tốc, gia tốc) lớnnhất và chu kỳ dao động của hệ một bậc tự do.

Trong Tiêu chuẩn TCXDVN 375-2006, chuyển động động đất tại một điểm chotrước trên bề mặt được biểu diễn bằng phổ phản ứng gia tốc đàn hồi, được gọi tắt là “phổphản ứng đàn hồi”, ký hiệu TSC


6

Hình 1. Dạng của phổ phản ứng đàn hồiTheo quan niệm thiết kế hiện đại, các hệ kết cấu được phép chịu tải trọng động đất

trong miền không đàn hồi (phi tuyến). Để tránh phải thực hiện việc tính toán trực tiếp cáckết cấu không đàn hồi, phổ phản ứng đàn hồi được thay thế bằng phổ thiết kế TSd .

Phổ thiết kế TSd chính là phổ phản ứng đàn hồi được thu nhỏ lại thông qua hệ sốứng xử q. Đối với thành phần nằm ngang của tác động động đất, phổ thiết kế được xác địnhbằng các biểu thức sau:

0 BT T : 2 2,5 2. . .

3 3d gB

TS T a S

T q

B CT T T : 2,5. .d gS T a S

q

C DT T T : 2,5

. .

.

Cg

d

g

Ta S

q TS T

a

4DT T s : 2

.2,5. .

.

C Dg

d

g

T Ta S

q TS T

a

Trong đó: TSd - tung độ của phổ thiết kế

T – chu kỳ dao động của hệ đàn hồi

ga - gia tốc nền thiết kế trên nền loại A

S - hệ số nềnBT - giới hạn dưới của chu kỳ ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng đàn hồi

CT - giới hạn trên của chu kỳ ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng đàn hồi


7

DT - giá trị xác định điểm bắt đầu của phần phản ứng chuyển vị không đổi trong phổphản ứngq - hệ số ứng xử - hệ số ứng với cận dưới của phổ thiết kế theo phương nằm ngang, 2,0

Bảng II.1.3 - Giá trị các tham số mô tả phổ thiết kếLoại nền đất S TB(s) TC(s) TD(s)

A 1,0 0,15 0,4 2,0

B 1,2 0,15 0,5 2,0

C 1,15 0,2 0,6 2,0

D 1,35 0,2 0,8 2,0

E 1,4 0,15 0,5 2,0

1.5. Hệ số ứng xửHệ số ứng xử q xét tới khả năng phân tán năng lượng của kết cấu, biểu thị một cách

gần đúng tỷ số giữa lực động đất mà kết cấu phải chịu nếu phản ứng của nó hoàn toàn đànhồi với độ cản nhớt 5% và lực động đất có thể sử dụng khi thiết kế theo mô hình phân tíchđàn hồi thông thường mà vẫn tiếp tục bảo đảm cho kết cấu một phản ứng thoả mãn các yêucầu đặt ra.

Phương pháp cụ thể xác định q được trình bày trong TCXDVN 375-2006. Tuy nhiênviệc xác định chính xác q khá phức tạp. Bảng dưới đây trình bày giá trị của hệ số ứng xử đốivới kết cấu bê tông cốt thép cho một số dạng sơ đồ kết cấu thường gặp khi thiết kế ở cấp độdẻo trung bình

Chú ý: đối với công trình không đều đặn trên chiều cao, hệ số ứng xử q cần giảmxuống 20%

Bảng II.1.4 - Một số giá trị cơ bản của hệ số ứng xử qđối với các hệ kết cấu đều đặn trên chiều cao

Loại sơ đồ kết cấu Hệ số ứng xử1. Công trình nhà một tầng 3,3q

2. Công trình nhà 1 nhịp, nhiều tầng 6,3q

I. Hệ khung, hệ hỗn hợpkhung vách (sự làm việctương đương hệ khung) 3. Công trình nhiều tầng, nhiều nhịp 9,3q

II. Hệ hỗn hợp tương đươngvách

6,3q

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

8

2. Phương pháp phổ phán ứng dạng dao động2.1. Cơ sở động lực học

EJ= 8

EJ= 8

EJ= 8

EJ= 8

EJ= 8

k,i

Hình 1. Mô hình tính toán hệ kết cấu nhiều bậc tự do chịu tải trọng động

Đối với công trình xây dựng nhiều tầng chịu tải trọng ngang bất kỳ, ta có thể mô hìnhhoá chúng dưới dạng hệ dao động có một số hữu hạn bậc tự do động bằng cách tập trungkhối lượng ở mỗi tầng về trọng tâm các bản sàn. Việc mô hình hóa trên phải dựa trên một sốgiả thiết cơ bản sau:

- Bản sàn được coi là cứng vô cùng trong mặt phẳng của nó- Các bộ phận thẳng đứng như cột không có khối lượng nhưng có tổng độ cứng là r

và biến dạng dọc trục của chúng được xem là không đáng kểNhư vậy mỗi tầng của công trình được mô hình hoá với ba bậc tự do gồm hai chuyển

vị ngang và một chuyển vị xoay. Nếu chỉ tính toán công trình theo sơ đồ khung phẳng, mỗitầng chỉ có một bậc tự do là chuyển vị theo phương ngang.

Đặt ik , - tung độ chuyển vị của bậc tự do thứ k ở dạng dao động chính thứ i của hệ

kết cấu.Theo kết quả của động lực học công trình, ta có lực cắt lớn nhất tác động lên chân

công trình ở dạng dao động thứ i: itdai

i

iaii MS

M

BSP ,*

2

. (1)

Trong đó:aiS - tung độ của phổ đang xét ứng với dạng dao động chính thứ i

n

kikki mB

1,. - hệ số tham gia của dạng dao động chính thứ i


9

n

kikki mM

1

2,

* . - khối lượng tổng quát ở dạng dao động chính thứ i

n

kikk

n

kikk

i

iitd

m

m

M

BM

1

2,

2

1,

*

2

,

.

.

- khối lượng hữu hiệu của công trình ở dạng dao

động chính thứ iBiểu thức phân bố lực cắt tổng cộng lên chiều cao công trình:

in

kikk

ikkik P

m

mF .

.

.

1,

,,

(2)

Từ biểu thức ta có thể viết lại công thức tính lực động đất tác dụng vào tầng thứ k ởdạng dao động thứ i là:

n

kikk

n

kikk

ikkiaik

m

mmSF

1

2,

1,

,,,

.

.... (3a)

Hay còn có thể viết dưới dạng khác là:

*,,, ...i

iikkiaik M

BmSF (3b)

2.2. Số dạng dao động cần được xét tới trong tính toánTheo Tiêu chuẩn TCXDVN 375-2006, số dạng dao động được xét tới phải thoả mãn

một trong hai điều kiện: Tổng các khối lượng hữu hiệu của các dạng dao động được xét chiếm ít nhất

90% tổng khối lượng kết cấu Tất các các dạng dao động có khối lượng hữu hiệu lớn hơn 5% của tổng khối

lượng toàn phần của hệ kết cấu

Hai điều kiện trên được diễn giải thành công thức như sau:

N

i

n

kk

N

i i

iitd m

M

BM

1 11*

2

, 9,0

n

kk

i

iitd m

M

BM

1*

2

, 05,0

Trong thực tế, 3 dạng dao động đầu tiên ảnh hưởng lớn nhất tới phản ứng toàn phầncủa hệ kết cấu. Vì thế, khi tính toán, người ta thường chỉ quan tâm đến 3 dạng dao độngchính đầu tiên của công trình. Chỉ trong trường hợp các kết cấu có độ mảnh cao (tháp,trụ,…) mới phải xét tới 5 dạng dao động đầu tiên.


10

2.3. Tổ hợp các phản ứng lớn nhất của các dạng dao động chínhViệc tổ hợp các phản ứng của các dạng dao động chính thường được thực hiện theo

phương pháp căn bậc hai của tổng bình phương.Cụ thể đối với công trình nhà cao tầng, sau khi tính được lực động đất tác động vào

từng mức sàn theo 3 dạng dao động riêng đầu tiên là 1,kF ; 2,kF ; 3,kF ta phải tổ hợp cả 3 giá

trị trên để xác định lực động đất tác dụng vào từng mức sàn:2

3,2

2,21, kkkk FFFF

3. Phương pháp phổ phản ứng trong hệ kết cấu không gian3.1. Công thức tính lực động đất theo chuyển vị ngang

Khi tính toán hệ kết cấu không gian, hệ trục toạ độ Oxyz thường được đặt như sau:trục z theo phương thẳng đứng, trục z và trục y trên mặt bằng theo các trục định vị vuônggóc với nhau. Thông thường lấy trục x theo phương dọc nhà và trục y theo phương ngangnhà.

Trong đa số các trường hợp, dao động riêng của hệ kết cấu chỉ là dao động trượtthuần tuý theo 2 phương dọc nhà và ngang nhà. Tuy nhiên có một số trường hợp, do tính bấtđối xứng về hình học cũng như về độ cứng của hệ mà phương chuyển vị ngang trong cácdao động riêng của hệ không trùng với hai trục x và y.

k,i

x

y

x

y

Hình 2. Dạng chuyển vị ngang của hệ kết cấu

Xét trường hợp tổng quát, phương chuyển vị ngang trong các dao động riêng củacông trình không trùng với hai trục x, y. Đặt chuyển vị ngang của trọng tâm phần thứ k củacông trình ứng với dạng dao động riêng thứ i là ik , . Ta có:

2,

2,, ikikik yx (4)

Trong đó ikik yx ,, , là toạ độ trọng tâm của phần thứ k trong hệ trục toạ độ Oxyz ở

dạng dao động riêng thứ i.


11

Do đó các công thức (3a) và (3b) tính lực động đất đã trình bày ở trên được viết lạinhư sau:

n

kikikk

n

kikikk

ikikkiaik

yxm

yxmyxmSF

1

2,

2,

1

2,

2,

2,

2,,,

.

.... (5a)

hoặc*

2,

2,,, ...

i

iikikkiaik M

ByxmSF (5b)

Trong đó:

n

kikikki yxmB

1

2,

2,.

n

kikikki yxmM

1

2,

2,

* ).(

3.2. Các thành phần của lực động đất theo hệ trục toạ độ Oxyz

x

y

Fk,iFk,i

Fk,i(x)

(y)

Hình 3. Các thành phần của lực động đấtLực động đất trong hệ kết cấu không gian được xác định gồm 2 thành phần )(

,xikF và

)(,yikF theo trục x và trục y cụ thể như sau:

*,,)(

, ...i

iikkia

xik M

BxmSF (6)

*,,)(

, ...i

iikkia

yik M

BymSF (7)

3.3. Tổ hợp nội lực các thành phần ngang của tác động động đấtTrước hết cần xác định một cách độc lập nội lực (hoặc chuyển vị) của kết cấu đối với

từng thành phần theo trục x và y của tác động động đất. Sau đó nội lực lớn nhất của tácđộng động đất có thể được xác định theo phương pháp căn bậc hai của tổng bình phương.

Ta có: 2)(

2)(max yDDxDDDD NNN

Trong đó: DDN - nội lực (mômen,lưc cắt,lực dọc) trong hệ kết cấu do tác động độngđất gây ra

Tuy nhiên phương pháp trên quá thiên về an toàn. Trong thực tế, lực động đất tácđộng theo hai phương ngang vuông góc với nhau không phải lúc nào cũng cùng pha với


12

nhau. Vì vậy trong Tiêu chuẩn TCXDVN 375-2006 cho phép sử dụng một phương án tổhợp khác trong đó lấy 100% nội lực do lực động đất theo 1 phương gây ra cùng với 30%nội lực do lực động đất theo phương vuông góc. Cụ thể như sau:

D(y))(DD .3,0 DxDD NNN

)()(.3,0 yDDxDDDD NNN

Chú ý: Ở đây dấu (+) được hiểu là “tổ hợp với”

4. Quy trình xác định lực động đất cho hệ kết cấu không gian theoTCXDVN 375-2006

Bước 1. Xác định các tần số dao động riêng iT của công trình và các thành phầnchuyển vị ngang của các tầng sàn nhà ứng với mỗi tần số dao động riêng iT .

Thông thường với các công trình dân dụng và công nghiệp, cần xác định 3 dạng daođộng riêng đầu tiên của hệ. Đối với kết cấu tháp, trụ cần xác định 5 dạng dao động riêng đầutiên.

Bước 2. Xác định tung độ phổ gia tốc thiết kế )( id TS với hệ số cản nhớt %5h ứngvới từng tần số dao động riêng iT

Kết quả tính toán được trình bày trong bảng có dạng như sau:

Dạng dao độngriêng thứ nhất

Dạng dao độngtiêng thứ 2

Dạng dao độngriêng thứ 3

...1 T ...2 T ...3 T

...1 TSd ...)( 2 TSd ...)( 3 TSd

Thứtự cáctầng

Caotrìnhcácmứcsàn kh

Khốilượng

tập trungtại các

mức sàn km

1,kx 1,ky ,1k

2 21 1x y

2,kx ,2ky ,2k

2 22 2x y

3,kx 3,ky ,3k

2 23 3x y

1 1h 1m

2 2h 2m

3 3h 3m

… … …n nh km

Hệ số tham gia dao động1B

n

kkkk yxm

1

21,

21,.

2B

n

kkkk yxm

1

22,

22,.

3B

n

kkkk yxm

1

23,

23,.

Khối lượng tổng quát*

1M

n

kkkk yxm

1

21,

21, ).(

*2M

n

kkkk yxm

1

22,

22, ).(

*3M

n

kkkk yxm

1

23,

23, ).(

Khối lượng hữu hiệu *1

21

1, M

BM td

*2

22

2, M

BM td

*3

23

3, M

BM td


13

Bước 3. Xác định lực động đất )( xkF và )( y

kF

Sử dụng các công thức (6) và (7) để xác định lực động đất theo hai trục x và y. Kếtquả tính toán được diễn giải trong bảng sau:

Bảng xác định )( xkF

Dạng dao động riêng thứ (i) Dạng 1 Dạng 2 Dạng 3Hệ số tham gia dao động 1B 2B 3B

Khối lượng tổng quát *1M *

2M *3M

Thứtự

cáctầng


Khối lượngtập trung tạicác mức sàn

km

1,kx ( ),1x

kF 2,kx ( ),2x

kF 3,kx )(3,x

kF

23,

2)(2,

2

1,)( x

kx

kx

kx

k FFFF

1 1h 1m

2 2h 2m

3 3h 3m

… … …n nh km

Bảng xác định )( ykF

Dạng dao động riêng thứ (i) Dạng 1 Dạng 2 Dạng 3Hệ số tham gia dao động 1B 2B 3B

Khối lượng tổng quát *1M *

2M *3M

Thứtự cáctầng


Khốilượng tậptrung tạicác mứcsàn km

1,ky )(1,y

kF 2,ky )(3,y

kF 3,ky )(3,y

kF

23,

2)(2,

2

1,)( y

ky

ky

ky

k FFFF

1 1h 1m

2 2h 2m

3 3h 3m

… … …n nh km

Bước 4. Tính toán nội lực của hệ kết cấu do từng thành phần động đất gây ra mộtcách độc lập.

Bước 5. Tổ hợp nội lực do các thành phần tác động động đất gây ra theo phươngpháp đã trình bày ở phần trên.


14

5. Ví dụ tính toánSố tầng: 22 tầngĐịa điểm xây dựng: Đại học Xây Dựng, Quận Hai Bà Trưng, Hà Nội

8000

6300

6300

8000 3500 8000

4500

6300

6300

11500 8000 6300 6300 4500 6300 6300

1150

0

49200

4920

0

8000

3500

8000

D1

VACH

D2 D1

D1 D1

D1 D1

D1 D1

D1 D1 D1 D1 D1 D1

D1 D1 D1 D1

D1D1 D1 D1 D1

D1D1D1D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D2

D2

D2

D2

D2

D2

D2

D2

D2

D2

D2

D2

D2

D2

D2

VACH

VACH

VAC

HVA

CH

VAC

H

Hình 4. Mặt bằng kết cấu công trình

Hình 5. Phối cảnh công trình


15

Chiều cao tầng:- Tầng trệt: 4m- Tầng còn lại: 3.3mSàn dày 15cm (coi sàn là tuyệt đối cứng)Vách cứng dày 30 cmDầm chính: 70x30 cmDầm phụ: 40x30 cmCột: 120x120 cm

Tải trọng: Tĩnh tải

- Trọng lượng bản thân các cấu kiện- Lớp cấu tạo sàn 150 daN/m2

- Tải trọng tường ngăn qui đổi: 300 daN/m2 tác dụng lên toàn bộ các sàn tầng- Tường quy đổi tác dụng lên:

+ Dầm biên có tải tường là: 1400 daN/m+ Dầm bên trong có tải tường là: 800 daN/m

Hoạt tải tính toán- Sàn: 250 daN/m2

- Mái: 90 daN/m2

YÊU CẦU: Xác định tải trọng động đất.

Bước 1. Xác định tần số dao động riêng Ti , chuyển vị ngang tại mức sàn ứng với cáctần số dao động riêng khác nhau.

Bằng chương trình phân tích kết cấu Etabs v8.5.0 ta thu được 3 dạng dao động riêngđầu tiên của công trình là:

Dạng dao động Chu kỳ T (s) Tần số if (Hz)

Dạng dao động riêng thứ 1 2,987 0,335



Giá trị các chuyển vị ngang ứng với dạng dao động riêng thứ 1

Dạng dao động riêng đầu tiên

)(335,01 Hzf TầngCao trình

H(m)

Khối lượng(daN)

1jx (m) 1jy (m) 1ju (m)

1 4.0 261646 -0.0003 -0.0003 0.0004

2 7.3 257845 -0.0007 -0.0007 0.0010

3 10.6 257845 -0.0013 -0.0013 0.0018

4 13.9 257845 -0.0020 -0.0020 0.0028

5 17.2 257845 -0.0027 -0.0027 0.0038


16

6 20.5 257845 -0.0035 -0.0035 0.0049

7 23.8 257845 -0.0043 -0.0043 0.0061

8 27.1 257845 -0.0052 -0.0052 0.0074

9 30.4 257845 -0.0060 -0.0060 0.0085

10 33.7 257845 -0.0068 -0.0068 0.0096

11 37.0 257845 -0.0076 -0.0076 0.0107

12 40.3 257845 -0.0084 -0.0084 0.0119

13 43.6 257845 -0.0092 -0.0092 0.0130

14 46.9 257845 -0.0099 -0.0099 0.0140

15 50.2 257845 -0.0106 -0.0106 0.0150

16 53.5 257845 -0.0113 -0.0113 0.0160

17 56.8 257845 -0.0119 -0.0119 0.0168

18 60.1 257845 -0.0124 -0.0124 0.0175

19 63.4 257845 -0.0130 -0.0129 0.0183

20 66.7 257845 -0.0134 -0.0134 0.0190

21 70.0 257845 -0.0139 -0.0139 0.0197

22 73.3 239926 -0.0143 -0.0143 0.0202


Dạng dao động riêng thứ 2)(19,12 Hzf Tầng

Cao trìnhH (m)


2jx (m) 2jy (m) 2ju (m)

1 4.0 261646 0.0010 0.0010 0.0014

2 7.3 257845 0.0026 0.0026 0.0037

3 10.6 257845 0.0045 0.0045 0.0064

4 13.9 257845 0.0065 0.0065 0.0092

5 17.2 257845 0.0083 0.0083 0.0117

6 20.5 257845 0.0099 0.0099 0.0140

7 23.8 257845 0.0112 0.0112 0.0158

8 27.1 257845 0.0120 0.0120 0.0170

9 30.4 257845 0.0124 0.0124 0.0175

10 33.7 257845 0.0122 0.0122 0.0173

11 37.0 257845 0.0114 0.0114 0.0161

12 40.3 257845 0.0102 0.0102 0.0144

13 43.6 257845 0.0084 0.0084 0.0119

14 46.9 257845 0.0063 0.0063 0.0089

15 50.2 257845 0.0038 0.0038 0.0054

16 53.5 257845 0.0011 0.0011 0.0016

17 56.8 257845 -0.0018 -0.0018 -0.0025


17

18 60.1 257845 -0.0047 -0.0047 -0.0066

19 63.4 257845 -0.0076 -0.0076 -0.0107

20 66.7 257845 -0.0104 -0.0104 -0.0147

21 70.0 257845 -0.0131 -0.0130 -0.0185

22 73.3 239926 -0.0154 -0.0154 -0.0218


Dạng dao động riêng thứ 3)(49,23 Hzf Tầng

Cao trìnhH (m)


3jx (m) 3jy (m) 3ju (m)

1 4.0 261646 -0.0023 -0.0023 -0.00332 7.3 257845 -0.0055 -0.0055 -0.00783 10.6 257845 -0.0086 -0.0086 -0.01224 13.9 257845 -0.0111 -0.0111 -0.01575 17.2 257845 -0.0126 -0.0126 -0.01786 20.5 257845 -0.0128 -0.0128 -0.01817 23.8 257845 -0.0116 -0.0116 -0.01648 27.1 257845 -0.0092 -0.0092 -0.01309 30.4 257845 -0.0057 -0.0057 -0.008110 33.7 257845 -0.0016 -0.0016 -0.002311 37.0 257845 0.0026 0.0026 0.003712 40.3 257845 0.0065 0.0065 0.009213 43.6 257845 0.0095 0.0095 0.013414 46.9 257845 0.0113 0.0113 0.016015 50.2 257845 0.0117 0.0117 0.016516 53.5 257845 0.0106 0.0105 0.014917 56.8 257845 0.0080 0.0080 0.011318 60.1 257845 0.0042 0.0042 0.005919 63.4 257845 -0.0003 -0.0003 -0.000420 66.7 257845 -0.0053 -0.0053 -0.007521 70.0 257845 -0.0104 -0.0104 -0.014722 73.3 239926 -0.0150 -0.0150 -0.0212

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VI ÊN ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

18

Bước 2. Xác định tung độ phổ gia tốc thiết kế )( id TS với hệ số cản nhớt %5h ứng với từng tần số dao động ri êng iT

Dạng dao động riêng thứ nhất Dạng dao động tiêng thứ 2 Dạng dao động riêng thứ 3)(335,01 HzT )(19,12 HzT )(49,23 HzT

1880,01 TSd 7743,02 TSd 8133,03 TSd

Thứ tựcáctầng

Cao trìnhcác mứcsàn m

Khốilượng tậptrung tạicác mức

sàn

daN mxk 1, myk 1,

,1k

2 21 1x y

mxk 2, myk 2,

,2k

2 22 2x y

mxk 3, myk 3,

,3k

2 23 3x y

1 4.0 261646 -0.0003 -0.0003 0.0004 0.0010 0.0010 0.0014 -0.0023 -0.0023 -0.00332 7.3 257845 -0.0007 -0.0007 0.0010 0.0026 0.0026 0.0037 -0.0055 -0.0055 -0.00783 10.6 257845 -0.0013 -0.0013 0.0018 0.0045 0.0045 0.0064 -0.0086 -0.0086 -0.01224 13.9 257845 -0.0020 -0.0020 0.0028 0.0065 0.0065 0.0092 -0.0111 -0.0111 -0.01575 17.2 257845 -0.0027 -0.0027 0.0038 0.0083 0.0083 0.0117 -0.0126 -0.0126 -0.01786 20.5 257845 -0.0035 -0.0035 0.0049 0.0099 0.0099 0.0140 -0.0128 -0.0128 -0.01817 23.8 257845 -0.0043 -0.0043 0.0061 0.0112 0.0112 0.0158 -0.0116 -0.0116 -0.01648 27.1 257845 -0.0052 -0.0052 0.0074 0.0120 0.0120 0.0170 -0.0092 -0.0092 -0.01309 30.4 257845 -0.0060 -0.0060 0.0085 0.0124 0.0124 0.0175 -0.0057 -0.0057 -0.0081

10 33.7 257845 -0.0068 -0.0068 0.0096 0.0122 0.0122 0.0173 -0.0016 -0.0016 -0.002311 37.0 257845 -0.0076 -0.0076 0.0107 0.0114 0.0114 0.0161 0.0026 0.0026 0.003712 40.3 257845 -0.0084 -0.0084 0.0119 0.0102 0.0102 0.0144 0.0065 0.0065 0.009213 43.6 257845 -0.0092 -0.0092 0.0130 0.0084 0.0084 0.0119 0.0095 0.0095 0.013414 46.9 257845 -0.0099 -0.0099 0.0140 0.0063 0.0063 0.0089 0.0113 0.0113 0.016015 50.2 257845 -0.0106 -0.0106 0.0150 0.0038 0.0038 0.0054 0.0117 0.0117 0.016516 53.5 257845 -0.0113 -0.0113 0.0160 0.0011 0.0011 0.0016 0.0106 0.0105 0.014917 56.8 257845 -0.0119 -0.0119 0.0168 -0.0018 -0.0018 -0.0025 0.0080 0.0080 0.011318 60.1 257845 -0.0124 -0.0124 0.0175 -0.0047 -0.0047 -0.0066 0.0042 0.0042 0.005919 63.4 257845 -0.0130 -0.0129 0.0183 -0.0076 -0.0076 -0.0107 -0.0003 -0.0003 -0.0004


19

20 66.7 257845 -0.0134 -0.0134 0.0190 -0.0104 -0.0104 -0.0147 -0.0053 -0.0053 -0.007521 70.0 257845 -0.0139 -0.0139 0.0197 -0.0131 -0.0130 -0.0185 -0.0104 -0.0104 -0.014722 73.3 239926 -0.0143 -0.0143 0.0202 -0.0154 -0.0154 -0.0218 -0.0150 -0.0150 -0.0212

Hệ số tham gia dao động .iB daN m 61137.2065 25501.6333 17007.6933

Khối lượng tổng quát

* 2.iM daN m 892.5187 903.1538 903.5552

Khối lượng hữu hiệu ,td iM daN 4187876.1989 720069.2396 320137.2002

Tỷ lệ

n

kk

itd

m

M

1

,0.740106395 0.12725492 0.05657655

0.867361315

0.923937865

Ta thấy

n

kk

iitd mM

1

3

1, .9,0

Vậy cần tính toán tải trọng động đất với 3 dạng dao động ri êng đầu tiên


20

Bước 3. Xác định lực động đất )( xkF và )( y

kF

* Lực động đất )( xkF

Dạng dao động riêng thứ (i) Dạng 1 Dạng 2 Dạng 3Hệ số tham gia dao động

.iB daN m 61137.2065 25501.6333 17007.6933

Khối lượng tổng quát

* 2.iM daN m 892.5187 903.1538 903.5552

Thứtự

cáctầng


Khốilượng tậptrung tạicác mức

sàn daN

mxk 1, ( ),1x

k daNF mxk 2, ( ),2x

k daNF mxk 3, ( ),3x

k daNF

23,

2)(2,

2

1,)( x

kx

kx

kx

k FFFF

daN

1 4.0 261646 -0.0003 -1010.65 0.0010 5720.166 -0.0023 -9212.7 10891.082 7.3 257845 -0.0007 -2323.91 0.0026 14656.38 -0.0055 -21710.3 26297.313 10.6 257845 -0.0013 -4315.84 0.0045 25366.8 -0.0086 -33947.1 425974 13.9 257845 -0.0020 -6639.76 0.0065 36640.94 -0.0111 -43815.4 57501.65 17.2 257845 -0.0027 -8963.67 0.0083 46787.66 -0.0126 -49736.4 68870.476 20.5 257845 -0.0035 -11619.6 0.0099 55806.97 -0.0128 -50525.9 76172.87 23.8 257845 -0.0043 -14275.5 0.0112 63135.16 -0.0116 -45789.1 79287.38 27.1 257845 -0.0052 -17263.4 0.0120 67644.81 -0.0092 -36315.5 78693.449 30.4 257845 -0.0060 -19919.3 0.0124 69899.64 -0.0057 -22499.8 76085.33

10 33.7 257845 -0.0068 -22575.2 0.0122 68772.23 -0.0016 -6315.73 72657.7311 37.0 257845 -0.0076 -25231.1 0.0114 64262.57 0.0026 10263.07 69796.9612 40.3 257845 -0.0084 -27887 0.0102 57498.09 0.0065 25657.67 68862.413 43.6 257845 -0.0092 -30542.9 0.0084 47351.37 0.0095 37499.67 67684.89


21

14 46.9 257845 -0.0099 -32866.8 0.0063 35513.53 0.0113 44604.87 65810.5715 50.2 257845 -0.0106 -35190.7 0.0038 21420.86 0.0117 46183.8 61888.4716 53.5 257845 -0.0113 -37514.6 0.0011 6200.774 0.0106 41841.73 56537.8417 56.8 257845 -0.0119 -39506.5 -0.0018 -10146.7 0.0080 31578.67 51584.2618 60.1 257845 -0.0124 -41166.5 -0.0047 -26494.2 0.0042 16578.8 51686.3619 63.4 257845 -0.0130 -43158.4 -0.0076 -42841.7 -0.0003 -1184.2 60823.2220 66.7 257845 -0.0134 -44486.4 -0.0104 -58625.5 -0.0053 -20920.9 76509.2821 70.0 257845 -0.0139 -46146.3 -0.0131 -73845.6 -0.0104 -41052.3 96270.1522 73.3 239926 -0.0143 -44175 -0.0154 -80777.9 -0.0150 -55095.2 107293.9

Do tính chất đối xứng của bài toán nên các giá tr ị )( xkF thu được ở bảng trên cũng chính là các giá trị )( y

kF cần tìm.


22

III. QUAN NIỆM THIẾT KẾ THEO SNiP II-7-81Trước đây, nước ta chưa có tiêu chuẩn xây dựng trong vùng có động đất, nên tải

trọng động đất được tính theo Tiêu chuẩn SNiP II-7-81 của Liên Xô. Các kỹ sư Việt Namhiện nay hầu như quen với cách tính toán tải trọng động đất theo phương pháp tĩnh lựcngang tương đương của SNiP, vì thế khi chuyển sang tính theo phương pháp phổ phản ứngcủa TCXDVN 375:2006 còn nhiều bỡ ngỡ. Để giúp người đọc có một hình dung khái quát,phần dưới đây xin trình bày một cách ngắn gọn về phương pháp tĩnh lực ngang tương đươngcủa SNiP, bên cạnh đó là sự so sánh giữa hai phương pháp.

1. Công thức xác định lực động đất theo SNiP II-7-81Về cơ bản, phương pháp tĩnh lực ngang tương đương theo SNiP cũng mô hình hoá

công trình thành dạng thanh công xôn có độ cứng tương đương với độ cứng theo phươngngang của hệ kết cấu, và có khối lượng tập trung tại các mức sàn.

Khi đó, lực động đất tại trọng tâm khối lượng của phần thứ k của công trình ứng vớidạng dao động riêng thứ i được xác định theo công thức:

kikik QCF .,,

trong đó:kQ - Trọng lượng phần thứ k của công trình

ikC , - Hệ số xác định theo công thức sau

ikiCik KKKKC ,21, .....

trong đó:1K - Hệ số xét tới mức độ hư hỏng cho phép của công trình

(lấy theo bảng III.1.3.1)

2K - Hệ số xét tới các giải pháp kết cấu (lấy theo bảng III.1.3.2)

CK - Hệ số lấy theo bảng III.1.3.3

K - Hệ số xác định theo bảng III.1.3.4

i - Hệ số động lực ứng với dạng dao động riêng thứ i của công trình

ik , - Hệ số phân phối tải trọng động đất theo chiều cao công trình

1.1. Hệ số động lựcHệ số động lưc được xác định theo công thức

dT

a

ii 8,0

Trong đó a và d phụ thuộc vào loại đất đá, được lấy theo bảng sau:

Bảng III.1.1.1 - Thông số a và d theo các loại nền đất

Loại đất Đặc tính của nền a d

I Đá cứng chưa phong hoá và phong hoá yếu 1,0 3,0

II Nền đá đã bị phong hoá mạnh và phân hoá 1,1 2,7

III Cát, sét, các loại khác 1,5 2,0


23

1.2. Hệ số phân phối tải trọng động đất theo chiều cao

n

kikk

n

kikk

ikik

yQ

yQy

1

2,

1,

,,

.

..

trong đó:iky , - Chuyển vị ngang tại trọng tâm của phần thứ k ứng với dạng dao động riêng

thứ i của công trình

kQ - Trọng lượng của phần thứ k của công trình

1.3. Một số bảng tra cần thiếtBảng III.1.3.1 - Hệ số 1K

Hư hỏng cho phép của nhà và công trình 1K

1. Không cho phép công trình có biến dạng dư và hư hỏng cục bộ (vỡ lở,nứt nẻ, …)

1

2. Cho phép các kết cấu của nhà và công trình có biến dạng dư, nứt, hưhỏng các cấu kiện riêng lẻ, …, gây khó khăn cho sử dụng bình thường,nhưng vẫn đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị máy móc (nhà ở,công trình công cộng, nhà xưởng sản xuất, các công trình giao thôngthuỷ lợi, các hệ thống năng lượng và cấp nước, trạm và hệ thống cứuhoả, v.v…)

0,25

3. Cho phép các kết cấu của nhà và công trình có biến dạng dư khá lớn, nứt,hư hỏng các cấu kiện riêng lẻ, bị chuyển dịch, …, tạm thời phải tạmngưng việc sử dụng bình thường, nhưng vẫn đảm bảo an toàn cho conngười (nhà dùng trong nông nghiệp, nhà sản xuất một tầng không đặt cácthiết bị quý hiếm).

0,12

Bảng III.1.3.2 - Hệ số 2K

Các giải pháp kết cấu 2K

1. Nhà khung, nhà khối lớn có kết cấu vững trắc và số tầng n > 5 1 + 0,1(n - 5)

2. Nhà lắp ghép BTCT tấm lớn hay nhà có tường BTCT đổ tại chỗvà số tầng n ≤ 5

0,9

3. Như mục 2, với số tầng n > 5 0,9 + 0,075(n - 5)


24

4. Nhà có kết cấu chịu lực là khung BTCT ở một vài tầng dưới, cáctầng trên là tường, vách cứng hay khung có chèn, khi các tầngdưới không có chèn hoặc có chèn nhưng ít ảnh hưởng đến độcứng của khung

1,5

5. Nhà có tường chịu lực bằng gạch đá, xây thủ công, không cóphụ gia tăng độ kết dính 1,3

6. Nhà khung một tầng có chiều cao đến mặt dưới của dầm haycánh dưới của dàn không lớn hơn 8 m và nhịp không vượt quá18 m

0,8

7. Các nhà nông nghiệp có các cột xây dựng trên nền đất loại III(cát, sét, …) 1,0

8. Nhà và công trình không nằm trong các mục từ 1 đến 7 1,0

Chú ý: a. K2 ≤ 1,5

b. K2 được phép xác định rõ thêm bằng thực nghiệm

Bảng III.1.3.3 - Hệ số CK

Cấp động đất 7 8 9

Hệ số CK 0,1 0,2 0,4

Bảng III.1.3.4 - Hệ số K

Đặc điểm kết cấu K

1. Công trình cao kích thước mặt bằng không lớn (tháp, trụ, ống khói,thang máy đứng riêng biệt và các công trình tương tự)

1,5

2. Nhà khung, các tường chèn không ảnh hưởng đến biến dạng của khung,khi tỷ số giữa chiều cao h của cột với kích thước ngang theo phươngtính lực động đất b lớn hơn hoặc bằng 25

1,5

3. Như mục 2, nhưng h/b ≤ 15 1,0

4. Nhà và công trình không nêu trong các mục từ 1 đến 3 1,0

Chú ý: a. Khi 15 < h/b < 25 hệ số K? lấy theo phép nội suyb. Khi chiều cao h của các tầng khác nhau, K lấy theo giá trị trung bình của

các tỷ số h/b


25

1.4. Tương quan giữa các tham số trong hai công thức tính toán tải trọng động đất

trong hai tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006 và SNiP II-7-81Tiêu chuẩn SNiP II-7-81 TCXDVN 375:2006

Công thức tínhlực động đất tácdụng vào từng

tầng

kikiCik QKKKKF ...... ,21,

n

kikk

n

kikk

ikik

yQ

yQy

1

2,

1,

,,

.

..

n

kikk

n

kikk

ikkiaik

m

mmSF

1

2,

1,

,,,

.

....

Tầm quan trọngcủa công trình

Thể hiện qua hệ số 1KThể hiện qua hệ số tầm quan

trọng 1

Hệ số nền đất Thể hiện qua hệ số động iThể hiện qua hệ số S trong côngthức xác định phổ phản ứng của

công trình

Hệ số làm việcThể hiện qua mức độ hư hỏng cho

pháp của công trình 1KThể hiện qua hệ số ứng xử q

Gia tốc nền Thể hiện qua hệ số CK

Tung độ củaphổ thiết kế

Thể hiện qua hệ số động iThể hiện qua )(TSd - phổ thiết

kế của công trình

Giải phápkết cấu

Thể hiện qua hệ số K phụ thuộcvào loại kết cấu công trình

Thể hiện qua hệ số ứng xử q

2. Công thức xác định lực động đất theo SNiP II-7-81 với hệ kết cấu không gianLập luận tương tự như phần trên, ta cũng có: lực động đất trong hệ kết cấu không

gian được xác định gồm hai thành phần theo trục x và trục y như sau:

ikikix

Cxik xKKKKF ,

0,

)(21

)(, ......

ikikiy

Cyik yKKKKF ,

0,

)(21

)(, ......

với các hệ số được xác định lại như sau

n

kikk

n

kikk

ik

Q

Q

1

2,

1,

0,

.

.

)( xK , )( yK - Hệ số được xác định theo bảng III.1.3.4 với kích thước b là cạnh củatiết diện cột song song với trục x khi xác định )( xK , song song với trục y khi xác định )( yK

3. Số dạng dao động cần xét tới khi tính toán tải trọng động đất theo SNiPKhi tính toán tải trọng động đất bằng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương theo

SniP II-7-81, số dạng dao động riêng đầu tiên cần được xét tới- s =1 khi sT 4,01 (chỉ tính với dạng dao động riêng đầu tiên)

- s = 3 khi sT 4,01 (tính với 3 dạng dao động riêng đầu tiên)


26

4. Ví dụ tính toánSố tầng: 22 tầngĐịa điểm xây dựng: Đại học Xây Dựng, Quận Hai Bà Trưng, Hà Nội

8000

6300

6300

8000 3500 8000

4500

6300

6300

11500 8000 6300 6300 4500 6300 6300

1150

0

49200

4920

0

8000

3500

8000

D1

VACH

D2 D1

D1 D1

D1 D1

D1 D1

D1 D1 D1 D1 D1 D1

D1 D1 D1 D1

D1D1 D1 D1 D1

D1D1D1D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D1

D2

D2

D2

D2

D2

D2

D2

D2

D2

D2

D2

D2

D2

D2

D2

VACH

VACH

VAC

HVA

CH

VAC

H

Các dữ liệu khác của bài toán lấy như ví dụ tính toán phía trên

4.1. Các thông số cần thiếta. Hệ số K1

Với công trình dạng 2 (cho phép xuất hiện các vết nứt) 1 0,25K

b. Hệ số K2

Hệ kết cấu chịu lực của nhà là khung chịu lực kết hợp với vách 2 1,5K

c. Hệ số KC

Công trình được tính toán với động đất cấp 7 0,1CK

d. Hệ số 1K

e. Hệ số động lực i

Với nền đất là cát (hoặc sét)1,5

2

a

d


27

Tần số dao động riêng của công trình được xác định bằng chương trình phân tích kếtcấu Etabs v.8.5.0

Dạng dao độngriêng thứ nhất



Tần số if Hz 0,335 1,190 2,490

Chu kỳ

1i

i

T sf

2,987 0,840 0,402

dT

a

ii 8,0 0,8 1,785 2

4.2. Tính toán lực động đất

Hệ số phân phối lực động đất theo chiều cao ứng với các dạng dao động riêng

n

kikk

n

kikk

ikik

yQ

yQy

1

2,

1,

,,

.

..

)(335,01 Hzf )(19,12 Hzf )(49,23 Hzf

,k i 68.5 28.236 18.823

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VI ÊN Đ ẠI HỌC XÂY DỰNG

28

Bảng giá trị lực động đất theo ph ương x (phương y hoàn toàn tương tự)

Thứtự

cáctầng


Trọng lượngtập trung tạicác mức sàn

daN

1x m 1F daN 2x m 2F daN 3x m 3F daN2 2 3

1 2 3F F F F

daN

1 4.0 2566750 -0.0003 -1582.39 0.0010 4851.28 -0.0023 -8334.19 9772.2882 7.3 2529462 -0.0007 -3638.61 0.0026 12430.09 -0.0055 -19640.1 23526.133 10.6 2529462 -0.0013 -6757.42 0.0045 21513.62 -0.0086 -30709.9 38099.844 13.9 2529462 -0.0020 -10396 0.0065 31075.23 -0.0111 -39637.2 51428.175 17.2 2529462 -0.0027 -14034.6 0.0083 39680.67 -0.0126 -44993.6 61611.296 20.5 2529462 -0.0035 -18193.1 0.0099 47329.96 -0.0128 -45707.8 68266.497 23.8 2529462 -0.0043 -22351.5 0.0112 53545.01 -0.0116 -41422.7 71291.628 27.1 2529462 -0.0052 -27029.7 0.0120 57369.65 -0.0092 -32852.5 71422.449 30.4 2529462 -0.0060 -31188.1 0.0124 59281.97 -0.0057 -20354.2 70009.61

10 33.7 2529462 -0.0068 -35346.5 0.0122 58325.81 -0.0016 -5713.47 68439.1711 37.0 2529462 -0.0076 -39504.9 0.0114 54501.17 0.0026 9284.394 67950.1112 40.3 2529462 -0.0084 -43663.3 0.0102 48764.2 0.0065 23210.99 69449.1513 43.6 2529462 -0.0092 -47821.8 0.0084 40158.75 0.0095 33923.75 71066.6414 46.9 2529462 -0.0099 -51460.4 0.0063 30119.07 0.0113 40351.4 71996.9715 50.2 2529462 -0.0106 -55099 0.0038 18167.06 0.0117 41779.77 71494.6816 53.5 2529462 -0.0113 -58737.6 0.0011 5258.884 0.0106 37851.76 70075.0817 56.8 2529462 -0.0119 -61856.4 -0.0018 -8605.45 0.0080 28567.37 68675.7818 60.1 2529462 -0.0124 -64455.4 -0.0047 -22469.8 0.0042 14997.87 69887.9619 63.4 2529462 -0.0130 -67574.2 -0.0076 -36334.1 -0.0003 -1071.28 76730.6420 66.7 2529462 -0.0134 -69653.4 -0.0104 -49720.4 -0.0053 -18925.9 87646.4721 70.0 2529462 -0.0139 -72252.4 -0.0131 -62628.5 -0.0104 -37137.6 102576.522 73.3 2353677 -0.0143 -69166 -0.0154 -68507.8 -0.0150 -49841.4 109368.3

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VI ÊN Đ ẠI HỌC XÂY DỰNG

29

5. So sánh kết quả nhận được theo TCVN 375-2006 và SNiP II-7-81

Giá trị lực động đất theo 2 tiêu chuẩn (Đơn vị daN)

Tầng H (m) TCVN 375-2006 SniP II-7-81

1 4.0 10891.08 9772.292 7.3 26297.31 23526.133 10.6 42597.00 38099.844 13.9 57501.60 51428.175 17.2 68870.47 61611.296 20.5 76172.80 68266.497 23.8 79287.30 71291.628 27.1 78693.44 71422.449 30.4 76085.33 70009.61

10 33.7 72657.73 68439.1711 37.0 69796.96 67950.1112 40.3 68862.40 69449.1513 43.6 67684.89 71066.6414 46.9 65810.57 71996.9715 50.2 61888.47 71494.6816 53.5 56537.84 70075.0817 56.8 51584.26 68675.7818 60.1 51686.36 69887.9619 63.4 60823.22 76730.6420 66.7 76509.28 87646.4721 70.0 96270.15 102576.5522 73.3 107293.91 109368.27

Biểu đồ tương quan giá trị tải trọng động đất theo hai tiêuchuẩn TCXDVN 375:2006 và SNiP II-7-81

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

0.00 50.00 100.00 150.00

Giá trị tải trọng (T)

Chi

ều c

ao tầ

ng (m

)

TCXDVN 375:2006SNiP II-7-81


30

IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Giá trị của tải trọng động đất phụ thuộc vào khối lượng của bản thân công trình cũngnhư chuyển vị trong các dao động riêng.

Những công trình có hình dáng đơn giản, dao động riêng của công trình thường chỉ làdạng dao động trượt thuần tuý. Với những công trình này, khi tính toán tải trọng động đất,có thể tính với sơ đồ khung phẳng theo hai phương yếu nhất của nhà.

Những công trình có hình dáng phức tạp, dao động riêng của công trình không chỉ lànhững dao động trượt thuần tuý nữa. Khi đó việc tính theo sơ đồ khung phẳng là không hợplý, không phản ánh đúng sự làm việc của kết cấu. Đối với dạng công trình này, cần tiếnhành phân tích động trên sơ đồ không gian (bằng các chương trình tính toán kết cấu thôngdụng hiên nay như SAP2000, ETABS, STAAD PRO,…) để có thể hiểu rõ được sự làmviệc, từ đó có thể tính toán một cách chính xác.

Theo TCVN 2737:1995, “tổ hợp tải trọng đặc biệt do tác động của động đất khôngtính đến tải trọng gió”. Vì thế sau khi xác định xong giá trị các loại tải trọng cần so sánhgiữa tải trọng gió và tải trọng động đất về độ lớn. Để đảm bảo an toàn cần phải lấy tải trọngnào có giá trị lớn hơn đưa vào tổ hợp và tính toán cấu kiện. Thông thường tải trọng động đấtlớn hơn tải trọng gió.

Ngoài ra người kỹ sư khi thiết kế công trình chịu động đất cũng không nên quên mộtnguyên tắc cơ bản đó là “cột khoẻ - dầm yếu”. Nguyên tắc trên sẽ đảm bảo dầm xuất hiệnkhớp dẻo trước cột và có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo đảm an toàn tính mạng chonhững người sử dụng công trình.

Hiện nay trên thế giới tồn tại nhiều Tiêu chuẩn tính toán động đất. Một số Tiêu chuẩntiêu biểu có thể kể ra ở đây như: Tiêu chuẩn UBC97 của Hoa Kỳ, Eurocode 8 của Cộngđồng Châu Âu, tiêu chuẩn của Trung Quốc hoặc tiêu chuẩn của Nga. Việt Nam hiện nay đãban hành tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất TCXDVN 375:2006 trên cơ sở chấpnhận Eurocode 8 của EU, có bổ sung hoặc thay thế các phần mang tính đặc thù Việt Nam.Ngoài ra một tiêu chuẩn vẫn được sử dụng phổ biến ở Việt Nam từ trước khi ban hànhTCXDVN 375:2006, đó là TC SNiP của Liên Xô.

Từ việc nghiên cứu cách tính toán tải trọng động đất theo cả hai tiêu chuẩn, ta nhậnthấy rằng: mặc dù quan niệm thiết kế khác nhau nhưng công thức xác định tải trọng độngđất theo cả hai tiêu chuẩn đều dựa trên những tham số như:

Gia tốc nền Dạng nền đất Tầm quan trọng của công trình Dao động riêng của công trình Giải pháp kết cấu…

Cụ thể hơn nữa, qua biểu đồ tương quan giữa giá trị tải trọng động đất tính theo haiphương pháp, ta nhận thấy: lực động đất tác động lên từng tầng có sự khác nhau nhưng xétmột cách tổng quát, giá trị tải trọng động đất xác định theo hai tiêu chuẩn là tương đối gầnnhau.


31

Ngoài ra người đọc cũng cần nhớ rằng tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006 không chỉ cócông thức tính toán đơn thuần, mà còn bao gồm những nguyên tắc bắt buộc trong cấu tạocác hệ kết cấu chịu lực của công trình. Những tính toán phía trên chỉ đúng khi tuân thủ chặtchẽ những quy định này. Điều này đảm bảo cho kết cấu có khả năng làm việc trong vùngdẻo khi chịu tác động động đất. Nếu người kỹ sư tuân thủ đúng theo những yêu cầu đượcnêu trong tiêu chuẩn thì kết cấu sẽ có khả năng làm việc tốt hơn khi chịu động đất.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Lê Ninh. Động đất và thiết kế công trình chịu động đất. NXB Xây Dựng, 2007.

2. Phạm Văn Tư. Xác định thành phần động của tải trọng gió và tải trọng động đất trong hệ

kết cấu không gian. Báo cáo sinh hoạt học thuật - Bộ môn Công trình Thép - Gỗ, Trường

Đại Học Xây Dựng.

3. TCVN 2737-1997. Tải trọng và tác động.

4. TCXD 198-1997. Nhà cao tầng - Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối.

5. TCXDVN 375:2006. Thiết kế công trình chịu động đất.

6. Eurocode 8. Design of Structures for Earthquake Resistance (EN 1998-1:2004)

Documents

BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN