THƯ VIỆN KETCAUSOFT

I. Xác định các thông số cơ bản

1. Xác định đỉnh gia tốc nền tham chiếu: a_gR, tra bảng phụ lục I. Chú ý rằng bảng tra này đã được quy đổi theo gia tốc trọng trường g, a_gR bằng giá trị tra bảng nhân với g, ví dụ đối với địa điểm thành phố Hồ Chí Minh - quận 4, có đỉnh gia tốc nền tham chiếu là 0,0847*g.
2. Xác định hệ số tầm quan trọng, γ_I, tra bảng phụ lục F và G. Ví dụ với nhà cao từ 20 tầng đến 60 tầng có mức độ quan trọng là I, hệ số tầm quan trọng là γ_I = 1,25
3. Xác định gia tốc nền thiết kế, a_g = a_gR*γ_I; theo mục 3.2.1 của tiêu chuẩn: nếu a_g < 0,08*g - trường hợp động đất yếu - thì có thể sử dụng các quy trình thiết kế chịu động đất được giảm nhẹ hoặc đơn giản hóa cho một số loại, dạng kết cấu; nếu a_g < 0,04*g - trường hợp động đất rất yếu - thì không cần phải tuân theo những điều khoản của tiêu chuẩn. Theo [2] thì việc thiết kế kháng chấn cho các công trình xây dựng theo các quy định đề cập tới trong nội dung của tiêu chuẩn chỉ thực hiện chủ yếu cho các công trình xây dựng trong các vùng động đất mạnh có gia tốc nền a_g > 0,08*g.
4. Xác định loại kết cấu, đối với kết cấu bê tông cốt thép xác định theo mục 5.1.2. Loại kết cấu của công trình có ảnh hưởng đến việc xác định hệ số ứng xử sẽ được đề cập ở mục 5. Một số trường hợp cần xác định bằng cách so sánh lực cắt (phản lực ngang tại liên kết với móng) mà các cấu kiện (các cột và các vách) sẽ gánh khi chịu lực ngang giả thiết.
5. Xác định hệ số ứng xử q, đối với kết cấu bê tông cốt thép xác định theo mục 5.2.2.2, ví dụ hệ khung, nhiều tầng, nhiều nhịp, cấp độ dẻo trung bình (DCM) có: q = 3,0*1,3 = 3,9. Hệ số ứng xử q có thể khác nhau theo hai phương chính tùy thuộc hệ kết cấu.
6. Xác định loại nền đất, theo mục 3.2.1, có thể sử dụng giá trị trung bình của chỉ số SPT của các lớp đất trong chiều sâu 30m. Loại nền đất có vai trò xác định các tham số mô tả phổ phản ứng gia tốc sẽ được nêu ở mục 7.
7. Xác định các tham số mô tả phổ phản ứng gia tốc S, T_B, T_C, T_D, theo bảng 3.2 - mục 3.2.2.2.

II. Xác định khối lượng tham gia dao động

Khối lượng tham gia dao động ảnh hưởng đến chu kỳ, dạng dao động, và tải trọng động đất tác dụng lên công trình.
Khối lượng tham gia dao động được xác định theo các mục 3.2.4 và 4.2.4, phụ thuộc vào tĩnh tải, hoạt tải và loại hoạt tải. Ví dụ công trình có các loại phòng như văn phòng (HTVP) và phòng họp (HTPH), thì công thức xác định khối lượng tham gia dao động sẽ bằng: TT + 0,5*0,3*HTVP + 0,5*0,6*HTPH (sử dụng hệ số 0,5 do các tầng sử dụng độc lập, không phụ thuộc lẫn nhau).

III. Xác định chu kỳ và dạng của các dạng dao động

Trong một số trường hợp, tiêu chuẩn cho phép sử dụng công thức gần đúng để xác định chu kỳ và dạng dao động (xem mục 4.3.3.2.2)
Khi công trình thỏa mãn tính đều đặn trong mặt bằng, có thể phân tích dao động bằng hai mô hình phẳng theo hai phương chính.

IV. Xác định phổ phản ứng gia tốc thiết kế

Giá trị của phổ phản ứng gia tốc thiết kế của một hệ kết cấu S_d(T_i), xác định theo mục 3.2.2.5.(4), phụ thuộc vào chu kỳ dao động riêng của hệ, hệ số ứng xử của kết cấu, gia tốc nền thiết kế, và loại nền đất.

V. Xác định tải trọng động đất

Khi công trình thỏa mãn các điều kiện cho trong mục 4.3.3.2.1.(2), có thể sử dụng phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương, trong mọi trường hợp có thể sử dụng phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động.
Nguyên tắc chung để xác định tải trọng động đất là xác định lực cắt đáy F_b ứng với mỗi dạng dao động và phân phối lên các tầng dưới dạng tải trọng ngang dựa vào dạng của các dạng dao động: F_i = F_b*(m_i.y_i)/∑(m_j.y_j), trong đó m_i và y_i lần lượt là khối lượng và tung độ của dạng dao động của tầng thứ i.

V.1. Phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương (mục 4.3.3.2)

Điều kiện áp dụng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương:

1. Chu kỳ dao động cơ bản T₁ theo hai hướng chính nhỏ hơn các giá trị sau: 4.T_C và 2 giây; với T_C là thông số xác định dạng của phổ phản ứng gia tốc
2. Thỏa mãn tính đều đặn theo mặt đứng

Lực cắt đáy được xác định theo công thức:

F_b = S_d(T₁).m.λ

Trong đó: m là tổng khối lượng của công trình; λ là hệ số điều chỉnh, xét đến khối lượng hữu hiệu của dạng dao động cơ bản đầu tiên, khi T₁ < 2T_C và nhà có trên 2 tầng thì λ = 0,85; các trường hợp khác λ = 1.

V.2. Phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động

Xác định số dạng dao động cần xét đến theo mục 4.3.3.3.1. Có thể xác định theo điều kiện tổng khối lượng hữu hiệu của các dạng dao động được xét chiếm ít nhất 90% tổng khối lượng của kết cấu. Khối lượng hữu hiệu của công trình ứng với dạng dao động thứ i được xác định theo công thức

M_td,i = (∑m_j.y_j)²/(∑m_j.y_j²)

Lực cắt đáy ứng với dạng dao động thứ i được xác định theo công thức: Fb = M_td,i.S_d(T_i)
Khi các dạng dao động được xem là độc lập (T_j < 0,9*T_i), giá trị lớn nhất E_E của hệ quả tác động động đất có thể lấy bằng: E_E = √(∑E_Ei²), trong đó E_Ei là giá trị của hệ quả tác động động đất do dạng dao động thứ i gây ra.

VI. Tổ hợp các hệ quả của các thành phần tác động động đất

Các thành phần nằm ngang (thành phần theo phương X và thành phần theo phương Y) của tác động động đất phải được xem là tác động đồng thời. Các hệ quả tác động do tổ hợp các thành phần nằm ngang của tác động động đất có thể xác định bằng cách sử dụng hai tổ hợp sau:

1. E_Edx + 0,3*E_Edy
2. 0,3*E_Edx + E_Edy

Trong đó, E_Edx và E_Edy là các hệ quả tác động do đặt tác động động đất dọc theo trục X và trục Y.

VII. Tổ hợp tác động động đất với các tác động khác

Tổ hợp nội lực có tải trọng động đất đối với trường hợp không có ứng suất trước được xác định theo công thức:

TH = TT + k.HT + ĐĐ

Trong đó k là hệ số tổ hợp của hoạt tải, xác định theo bảng 3.4 của tiêu chuẩn, ví dụ đối với hoạt tải khu vực văn phòng thì k = 0,3; hoạt tải của khu vực hội họp là k = 0,6.

VIII. Tính toán chuyển vị

Chuyển vị của một điểm của hệ kết cấu gây ra bởi tác động động đất thiết kế d_s được xác định dựa trên chuyển vị của cùng điểm đó của hệ kết cấu được xác định bằng phân tích tuyến tính d_c:

d_s = q_d*d_c

Trong đó q_d là hệ số ứng xử chuyển vị, giả thiết bằng hệ số ứng xử q trừ khi có các quy định khác.

File ví dụ

File excel ví dụ tính toán tải trọng động đất theo 2 phương pháp nêu trong mục V: download

Tài liệu tham khảo

[1]. TCXDVN 9386:2012. Thiết kế công trình chịu động đất.
[2]. Nguyễn Lê Ninh. Động đất và thiết kế công trình chịu động đất. Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội, 2009.