Chương 15 phân tích & thiết kế vách cứng btct chống động đất

  • 22 trang
  • file .pdf
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT
CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
15.1 VÁCH CHỊU LỰC (VÁCH CỨNG)
15.1.1 Khái quát
Định nghĩa: vách BTCT là cấu kiện kiểu “sàn đứng”, chỉ chịu các lực tác dụng trong mặt
phẳng vách (in-plane loads), chiều rộng vách tối thiểu bằng 6 lần chiều dày (L w ≥ 6t w )
và 1/3 lần chiều cao (L w ≥ H w /3).
Vách cứng thường được dùng để chống lực ngang trong công trình nhà cao tầng BTCT.
Tên không chính xác: vách chịu cắt: (Shear walls) vì có thể dẫn đến các lầm lẫn như sau:
 Kiểu phá hoại chính là phá hoại cắt !!!
 Cường độ chịu lực vách là cường độ chống cắt !!!
 Thiết kế vách đầu tiên kiểm tra khả năng chống cắt !!!
 Phân phối lực có thể dựa trên độ cứng tương đối !!!
 Tên chính xác nên là vách chịu lực (Structural walls).
a)- Vách cứng dạng phẳng b)- Vách cứng dạng hộp
Nên tránh bố trí vách cứng bất thường (irregularity) cả theo chiều cao công trình và mặt
bằng nhằm tránh tác động xoắn lớn lên tổng thể công trình như các ví dụ dưới đây:
a)- Công trình dạng không đều theo phương đứng (vertical irregularity)
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace
b)- Công trình dạng không đều theo mặt bằng: phương án thiết kế không tốt
c)- Công trình dạng đều theo mặt bằng: phương án thiết kế tốt
15.1.2 Phân loại vách cứng theo chiều cao
Vách cứng thường được phân loại theo kích thước hình học như sau:
a. Vách cao - Flexural walls ( H w /L w  2: thiết kế chống uốn là ưu tiên do tỷ số M/V
lớn)
b. Vách thấp - Squat walls (0,33 < H w /L w < 1-2: thiết kế chống cắt là ưu tiên do M/V
nhỏ)
c. Vách đôi có dầm nối - Coupled walls
d. Vách khoét lỗ - Punched walls
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace
a)- Vách cao b)- Vách thấp c)- Vách đôi d)- Vách khoét lỗ
15.1.3 Phân loại vách cứng theo công năng
Vách cứng cũng được phân loại theo vị trí và công năng trong công trình. Ba chức năng thông
dụng của vách cứng BTCT là:
a. Hệ kết cấu vách chịu lực
phương đứng - Bearing
walls: vách chịu gần như
toàn bộ tải trọng đứng.
Thường gặp trong công trình
nhà ở vì vách được sử dụng
như các tường ngăn các căn
hộ.
b. Hệ kết cấu khung - giằng
(hệ khung + vách cứng) -
Frame walls, dual system:
vách cứng chủ yếu chịu tải
trọng ngang và một phần tải
trọng đứng, hệ khung chịu
phần lớn tải trọng đứng.
c. Hệ kết cấu lõi cứng - Core
walls: vách cứng bao quanh
hệ thống thang máy vận
chuyển đứng.
15.1.4 Ứng xử hệ khung-giằng (Frame-Wall Interaction)
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace
VÁCH KHUNG KHUNG + VÁCH
Biến dạng cắt
Biến Biến
Điểm phân chia
dạng dạng
uốn/cắt
uốn cắt
Biến dạng uốn
a)- Chuyển vị ngang b)- Mômen uốn c)- Lực cắt
Biến dạng khung
- Biến dạng cắt chiếm ưu thế.
- Khả năng chịu tải ngang là do độ cứng các nút khung.
Biến dạng vách cứng
- Cơ bản là biến dạng uốn.
- Biến dạng cắt hầu như không đáng kể.
- Chỉ có ở trường hợp vách rất thấp (0,33 < H w /L w < 1) thì kiểu phá hủy là biến dạng
cắt.
- Vách ứng xử như một công xôn dài (slender cantilever)
Các nhận xét then chốt
 Nhìn chung vách cứng trong hệ kết cấu nhà cao tầng chịu chủ yếu bị biến dạng uốn
 Các giả thuyết bỏ qua sự chịu tải trọng ngang của khung có thể dẫn đến kết quả sai sót lớn
 Hệ kết cấu liên hợp khung + vách (khung giằng) dẫn đến phương án thiết kế kinh tế hơn
 Vách cứng nên được thiết kế vách cứng chống cả lực dọc + lực gây uốn + lực cắt
 Sơ đồ bố trí mặt bằng các vách cứng là rất quan trọng cả cho các tải trọng đứng và ngang
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace
Kết luận
Hệ khung - giằng (frame wall) như
hình bên là hệ chịu lực hiệu quả và
được ưa thích trong thiết kế công trình
chống động đất ở Mỹ và Nhật vì nó
cung cấp một mức độ siêu tĩnh cao.
Một ưu điểm của hệ khung-giằng là
vách cứng dùng để ngăn cản dạng
“dầm yếu” hình thành trong khung
BTCT, điều này có nghĩa là về mặt lý
thuyết có thể nới lỏng yêu cầu khung
BTCT là “cột cứng-dầm yếu” (xem
hình a bên dưới), do đó người kỹ sư
thiết kế có thể tự do hơn để lựa chọn
kích thước dầm và cột.
Hệ khung-giằng được sử dụng phổ
biến trong nhà thấp tầng và nhà cao
trung bình (H < 75m) có vách cứng bố
trí ở trung tâm (core wall). Vách cao
BTCT (H w /L w > 2) thiết kế dẻo vừa có
thể tạo thành khớp dẻo uốn tại đáy
móng với ứng xử dẻo gần bằng hệ
khung BTCT thiết kế dẻo cao.
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace
15.2 TÍNH TOÁN LỰC ĐỘNG ĐẤT CHO VÁCH CỨNG
15.2.1 Nguyên tắc tính toán của phương pháp tuyến tính tĩnh theo UBC-94
Phương pháp tuyến tính tĩnh theo UBC-94 có thể áp dụng cho hệ khung BTCT và hệ
khung/vách BTCT ở khu vực động đất yếu  vừa (tương tự vùng 1-2 theo tiêu chuẩn
Mỹ) cho các công trình có chiều cao H < 70m.
Các bước chính tính động đất của vách cứng BTCT theo phương pháp tuyến tính tĩnh
UBC-94 tương tự như tính khung BTCT ở phần 14.3.1 (chương 14) được liệt kê như sau:
1. Dùng phương pháp tính tay, phát triển các kích thước sơ bộ của dầm, cột, vách cứng;
tính toán tải trọng đứng W i (tĩnh tải + hoạt tải) tác dụng tại các tầng sàn.
2. Phát triển mô hình tính toán của khung + vách nhà với các kích thước sơ bộ ở bước 1.
3. Phân tích mô hình bước 2 để tìm các tần số riêng và các mode dao động riêng, có thể
tính dao động riêng theo phương pháp PTHH hay công thức kinh nghiệm (15-3).
4. Tính lực cắt đáy móng thiết kế (V base ) bằng cách dùng chu kỳ riêng thứ nhất (T) tính
được từ bước 3 như sau:
ZIC
Vbase  W (15-1)
R
Trong đó:
n
W - toàn bộ tải trọng đứng tác dụng lên công trình: W   Wi
i 1
Z - hệ số khu vực động đất của Mỹ:
Vùng Đ.Đất khu vực 1 khu vực 2 khu vực 3 khu vực 4
Tính chất ĐĐ yếu ĐĐ vừa ĐĐ mạnh ĐĐ rất mạnh
Hệ số ĐĐ Z = 0.075 0.15  0.2 0.3 0.4
Theo FEMA 356, nếu phổ đàn hồi (phần 13.3.3 chương 13) thỏa mản cả hai điều kiện:
(1)
S e (T = T B ) < 0,167g và S e (T = 1s) < 0,067g  động đất yếu
(2)
0,167g < S e (T = T B ) < 0,5g và 0,067g < S e (T = 1s) < 0,2g  động đất vừa
(3)
S e (T = T B ) > 0,5g và S e (T = 1s) > 0,2g  động đất mạnh
I - hệ số công trình: I = 1,0 (bình thường)  I = 1,25 (quan trọng)
1.25
C - hệ số vận tốc động đất: C  S  2.75 (15-2)
T2 / 3
S - hệ số phụ thuộc loại đất nền công trình:
S = 1,0 (nền đá)  S = 1,2  S = 1,5  S = 2,0 (nền sét mềm).
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace
T - chu kỳ riêng thứ nhất của dao động công trình tính bởi (15-3a) hay (15-3b):
T  C t H3 / 4 (15-3a)
C t = 0,03 (hệ khung BTCT); C t = 0,02 (hệ khung/vách BTCT)
T  Ct H x (15-3b)
C t = 0,016; x = 0,9 (hệ khung BTCT); C t = 0,02; x = 0,75 (hệ khung/ vách
BTCT)
n
H - chiều cao công trình (tính bằng feet): H   h i (h i - chiều cao tầng thứ i)
i 1
R - hệ số giảm cường độ lực cắt đáy móng:
Phân loại hệ khung/vách Điều kiện áp dụng R
Vách cứng BTCT thường vùng 1 (ĐĐ yếu) 3,0
+ khung BTCT thường
Vách cứng BTCT thường vùng 2 (ĐĐ vừa) 5,0
+ khung BTCT trung gian
Vách cứng BTCT đặc biệt vùng 3-4 (ĐĐ mạnh  rất mạnh) 6,0
+ khung BTCT đặc biệt
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace
GHI CHÚ
Ordinary reinforced concrete structural wall - Vách cứng BTCT thông
thường đổ tại chổ, thoả mản ACI 318 từ Chương 1 đến 18, áp dụng thích
hợp cho động đất vừa (vùng 2).
Special reinforced concrete structural wall - Vách cứng BTCT đặc biệt
thoả mản từ Chương 1 đến Chương 18 của ACI 318, thêm các điều khoản
từ 21.2 và 21.7 nếu đổ tại chổ; hoặc thêm các điều khoản từ 21.2 và 21.8
nếu đúc sẳn, áp dụng thích hợp cho động đất mạnh (vùng 3-4).
Ordinary moment reinforced frame (OMRF) - Khung BTCT thông
thường đúc sẳn hay đổ tại chổ, thoả mản ACI 318 từ Chương 1 đến 18,
áp dụng thích hợp cho động đất yếu (vùng 1).
Intermediate moment reinforced frame (IMRF) - Khung BTCT trung
gian đổ tại chổ, thoả mản từ Chương 1 đến Chương 18, và các điều khoản
21.2.2.3 và 21.12, áp dụng thích hợp cho động đất trung bình (vùng 2).
Special moment reinforced frame (SMRF) - Khung BTCT đặc biệt thoả
mản từ Chương 1 đến Chương 18 của ACI 318, thêm các điều khoản từ
21.1 đến 21.5 nếu đổ tại chổ; hoặc thêm các điều khoản từ 21.1 đến 21.6
nếu đúc sẳn, áp dụng thích hợp cho động đất mạnh (vùng 3-4).
5. S - Phân phối lực cắt đáy móng trên toàn bộ chiều cao nhà theo sơ đồ sau đây:
w4
Ft F4
w3 h4
F3
w2 h3
tầng thứ i F2
H
w1 h2
Hi F1
h1
V base
Phân phối lực cắt đáy móng tính theo công thức (15-4) như sau:
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace
n
Vbase  Ft   Fi (15-4a)
i 1
Trong đó:
0.07TVbase  0.25Vbase khi T  0.7s
F t - lực tập trung tại đĩnh: Ft   (15-4b)
0 khi T  0.7s
(Vbase  Ft )Wi Hi
F i - lực tập trung tại tầng thứ i: Fi  (15-4c)
n
 WjH j
j1
H i , H j - cao độ tính từ mặt đất đến tầng thứ i, j
W i , W j - tải trọng đứng của tầng thứ i, j
Phân phối lực cắt đáy móng có thể tính cách khác theo công thức (15-5) như sau:
n
Vbase   Fi (15-5a)
i 1
Trong đó:
Wi Hik
F i - lực tập trung tại tầng thứ i: Fi  Vbase (15-5b)
n k
 WjH j
j1
1 khi T  0.5s
k (15-5c)
2 khi T  2.5s
H i , H j - cao độ tính từ mặt đất đến tầng thứ i, j
W i , W j - tải trọng đứng của tầng thứ i, j
6. Xác lập các tổ hợp tải trọng trong khung/vách chịu lực gồm các tải trọng ngang F i và
các tải trọng đứng W i (có nhân hệ số tải trọng), tính nội lực thiết kế (M, Q, N) trong
tất cả các thành phần kết cấu bằng cơ học kết cấu (dùng SAP2000, FEAP,...).
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace
Wi
Fi
Ví dụ theo ACI 318-05, cần xét bảy tổ hợp tải trọng sau đây:
U - tải trọng tính toán (có HS vượt tải)
D - tĩnh tải
L - hoạt tải
F - tải trọng do chất lỏng bể chứa
T - tải trọng do nhiệt độ, co ngót ...
H - áp lực ngang của đất, nước ngầm
L r - hoạt tải mái
S - hoạt tải tuyết rơi
R - hoạt tải nước mưa
W - hoạt tải gió
E - tải trọng động đất
7. Kiểm tra độ trôi dạt (drift),  M , do chuyển vị max không đàn hồi, D M , trong
khung/vách, tính D M bằng cách nhân các chuyển vị đàn hồi (elastic displacement), D s
, với hệ số khuyếch đại chuyển vị (displacement amplification factor), C d = 0,7R :
0,025h s khi T  0,7s
 M  0,7 R (D s , i  Ds , i 1 )   (15-6)
0,020 h s khi T  0,7s
Nếu khung/vách quá “mềm” không thoả (15-6), chọn lại kích thước khung/vách và lập
lại từ bước 2.
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace
D s,4
Wi h s4
Fi
D s,3
h s3
D s,2
h s2
D s,1
h s1
8. Dùng nội lực bước 6, thiết kế bố trí thép các thành phần dầm, cột, vách theo ACI 318.
15.2.2 Ví dụ tính toán theo phương pháp tuyến tính tĩnh theo UBC-94
Phân phối lực cắt đáy móng do động đất lên toàn bộ chiều cao H = 43.2 m của khung ngang công
trình (12 tầng, 2 nhịp), giả thuyết động đất vừa (Z = 0.2), hệ số đất nền S = 1.5 (nền sét cứng).
5 kN/m2
5 kN/m2 3.6 m
7.5 m 30 m 43.2 m
2
5 kN/m 3.6 m
3.6 m
15 m 15 m
Tải trọng đứng (tĩnh tải + hoạt tải) tác dụng trên mỗi tầng sàn:
W i = 15m  30m  5 kN/m2 = 2250 kN ( i = 1...12 )
12
Tổng tải trọng đứng tác dụng lên công trình: W   Wi  12  2250 = 27000 kN
i 1
ZIC
Công thức tính lực cắt đáy móng theo tiêu chuẩn UBC-94: Vbase  W
R
Trong đó chọn:
Z = 0.2 (vùng động đất vừa)
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace
I = 1.25 (công trình quan trọng)
R = 6.0 (vách + khung BTCT dẻo vừa)
3/ 4
 43.2 
T  C t H 3 / 4  0.02    = 0.83 s
 0.3 
1.25 1.25
C S  1.5  2.12 < 2.75  chọn: C = 2.12
T2 / 3 (0.83) 2 / 3
0.2  1.25  2.12
 Vbase   27000 = 2385 kN
6.0
12
Phân phối lực cắt đáy móng trên toàn bộ chiều cao khung nhà: Vbase  Ft   Fi
i 1
Trong đó:
F t - lực tập trung tại đĩnh: Ft  0.07TVbase  0.25Vbase (do T = 0.83 s > 0,7 s)
 Ft  0.07  0.83  2385 = 140 kN < 0,25  2385 = 595 kN
(Vbase  Ft )Wi H i
F i - lực tập trung tại tầng thứ i: Fi  12
 WjH j
j1
Tầng WiHi Fi Tầng WiHi Fi
thứ (kNm) (kN) thứ (kNm) (kN)
tầng 1 8100 29 tầng 7 56700 201
tầng 2 16200 58 tầng 8 64800 230
tầng 3 24300 86 tầng 9 72900 259
tầng 4 32400 115 tầng 10 81000 288
tầng 5 40500 144 tầng 11 89100 317
tầng 6 48600 173 tầng 12 97200 345
Ghi chú: V base - F t = 2385 - 140 = 2245 kN ; W j H j = 631800 kNm
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace
140 kN 345 kN tầng 12
317 kN tầng 11
288 kN tầng 10
259 kN tầng 9
230 kN tầng 8
201 kN tầng 7
173 kN tầng 6
H = 43.2 m
144 kN tầng 5
115 kN tầng 4
86 kN tầng 3
58 kN tầng 2
29 kN tầng 1
2385 kN
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace
15.2.3 Nguyên tắc tính toán của phương pháp lực ngang tương đương (TCXDVN 356-2006)
Phương pháp lực ngang tương đương theo TCXDVN 356-2006 có thể áp dụng cho hệ
khung BTCT và hệ khung/vách BTCT ở khu vực động đất yếu  vừa cho các công trình
có chiều cao H < 70m và ảnh hưởng xoắn không đáng kể.
Các bước chính tính động đất của vách cứng BTCT theo phương pháp lực ngang tương
đương, dựa trên TCXDVN 356-2006, tương tự như tính khung BTCT ở phần 14.3.1
(chương 14) có thể được liệt kê như sau:
1. Dùng phương pháp tính tay, thiết lập các kích thước sơ bộ của dầm, cột và vách cứng;
tính các tải trọng đứng m i (tĩnh tải+hoạt tải) tại các tầng (phần 13.5.1 của chương
13):
m i  G k ,i   E ,i Q k ,i (15-7)
2. Sử dụng các kích thước ở bước 1 để lập mô hình tính toán (2D hay 3D) của hệ khung-
giằng (khung+vách) theo yêu cầu kháng chấn phù hợp, có thể tham khảo bảng sau
đây:
Lựa chọn hệ khung-giằng BTCT Điều kiện áp dụng q
Vách cứng thường + khung dầm-cột dẻo thấp động đất yếu (1) ≥ 1,5
Vách cứng thường + khung dầm-cột dẻo vừa động đất vừa (2) ≥ 3,0
Vách cứng dẻo cao + khung dầm-cột dẻo cao động đất mạnh (3) ≥ 4,5
Theo FEMA 356, nếu phổ đàn hồi (phần 13.3.3 chương 13) thỏa mản cả hai điều kiện:
(1)
S e (T = T B ) < 0,167g và S e (T = 1s) < 0,067g  động đất yếu
(2)
0,167g < S e (T = T B ) < 0,5g và 0,067g < S e (T = 1s) < 0,2g  động đất vừa
(3)
S e (T = T B ) > 0,5g và S e (T = 1s) > 0,2g  động đất mạnh
3. Phân tích mô hình bước 2 để tìm các tần số riêng và các mode dao động riêng, có thể
tính dao động riêng theo phương pháp PTHH hay công thức kinh nghiệm (15-3).
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace
s 3,1 s 3,2 s 3,3
s 2,3
s 2,2
s 2,1
s 1,1
s 1,2 s 1,3
mode 1 mode 2 mode 3
4. Tham khảo phần 13.5.1 của chương 13 trong giáo trình này để tính lực cắt đáy móng
thiết kế (F b ) bằng cách dùng chu kỳ riêng thứ nhất (T 1 ) tính được từ bước 3 như sau:
Fb  Sd (T1 , )M (15-8)
trong đó:
S d (T 1 , ) Tung độ của phổ thiết kế tại chu kỳ T 1 ;
T 1 Chu kỳ dao động cơ bản do chuyển động ngang theo phương đang xét;
 Hệ số hiệu chỉnh;  = 0,85 nếu T 1  2T C với nhà > 2 tầng;  = 1,0 với TH khác.
n
M Tổng tải trọng đứng tác dụng lên công trình: M   mi
i 1
5. Phân phối lực cắt đáy móng trên toàn bộ chiều cao nhà (theo 13.5.1 của chương 13):
sm Zm
Fi  n i i  Fb (15-9) hay Fi  n i i  Fb (15-10)
 s jm j
j 1
 Z jm j
j 1
trong đó:
Fi Lực ngang tác dụng tại tầng thứ i
si , sj Chuyển vị của các khối lượng m i , m j trong dạng dao động cơ bản (mode 1)
Zi , Zj Cao độ tính từ mặt đất đến tầng thứ i, j
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace
m4
F4
chuyển vị mode m3
s j (Z j ) h4
F3
m2
h3
tầng thứ 2 F2 H
m1 h2
Z2
F1
h1
Fb
6. Thiết lập các tổ hợp tải trọng đặc biệt trong khung nhà, bao gồm các tải trọng ngang
do động đất F i và các tổ hợp khả dĩ của tải trọng đứng M j , để tính tóan các nội lực
thiết kế (M, Q, N) trong tất cả các thành phần kết cấu khung-giằng bằng các phương
pháp cơ học kết cấu thông thường (SAP2000, FEAP,...).
Mj
Fi
Ví dụ theo TCXDVN 375-2006, cần xét tổ hợp đặc biệt sau đây:
n n
THDB   Fi   M j (15-11)
i 1 j 1
F i - lực ngang phân theo tầng thứ i do tác động của động đất
M j - tải trọng đứng phân theo tầng thứ j, tính bằng: M j  G k , j   2, jQ k , j (15-12)
G k,j , Q k,j - tĩnh tải và họat tải tính toán của tầng thứ j
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Tham khảo: A. Whittaker + J.W. Wallace
 2,j - hệ số tổ hợp tải trọng đối với họat tải tầng thứ j (tham khảo 13.5.1, chương 13)
7. Kiểm tra độ trôi dạt (drift),  M , theo Eurocode 8 bằng chính chênh lệch giữa hai
chuyển vị tầng, D s,i và D s,i-1 , tính với phổ gia tốc thiết kế S d (T, ) ở phần 13.3.4 của
chương 13:  M  Ds , i  Ds ,i 1  [  M ] . Nếu khung/vách quá “mềm” không thoả yêu
cầu của Eurocode 8, chọn lại kích thước khung/vách và lập lại từ bước 2.
D s,4
Mj h s4
Fi
D s,3
h s3
D s,2
h s2
D s,1
h s1
8. Dùng nội lực (M, Q, N) tính trong bước 6, thiết kế và bố trí cốt thép (tùy thuộc vào
giá trị q đã sử dụng) các thành phần dầm, cột, vách theo TCXDVN 375-2006.
Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT