3.2.7.1. Các trường hợp tải trọng
Theo sách “Tính toán tiết diện cột Bê tông cốt thép” của GS.TS.Nguyễn Đình Cống [18]: “trong những nhà nhiều tầng có tĩnh tải khá lớn so với hoạt tải (g >2p với g và p là tĩnh tải và hoạt tải) và có chiều cao nhà khá lớn (>40m) thì moment trong dầm và cột do hoạt tải đứng gây ra là khá bé so với moment do tĩnh tải và tải trọng gió gây ra. Lúc này có thể tính gần đúng bằng cách bỏ qua các trường hợp xếp hoạt tải đứng cách tầng, cách nhịp mà gộp toàn bộ hoạt tải sàn và tính tải sàn để tính”. Ngoài ra Điều 13.7.6.3 Tiêu chuẩn ACI 318M-08 [29]
13.7.6.2- When the unfactored live load is variable but does not exceed three- quarters of the unfactored dead load, or the nature of live load is such that all panels will be loaded simultaneously , it shall be permitted to assume that maximum factored moments occur at all sections with full factored live load on entire slab system.
Lược dịch thì trong trường hợp hoạt tải lớn hơn 75% tĩnh tải thì mới xét đến các trường hợp chất tải, trong trường hợp ngược lại thì chất đầy hoạt tải.
Từ đó ta có:
25 Tra theo Điều 4.3.3.5.1,TCVN 9386 – 2012: Thiết kế công trình chịu động đất. [5]
Bảng 3.21 - Bảng các trường hợp tải trọng
TT Ký hiệu Loại Ý nghĩa
1 TT DEAD Tĩnh tải
2 HT LIVE Hoạt tải
3 GTX WIND Gió tĩnh theo phương X
4 GTY WIND Gió tĩnh theo phương Y
5 GDX WIND Gió động theo phương X
6 GDY WIND Gió động theo phương Y
7 DDX1 QUAKE Động đất ứng với dạng dao động riêng thứ 1 phương X 8 DDX2 QUAKE Động đất ứng với dạng dao động riêng thứ 2 phương X 9 DDX3 QUAKE Động đất ứng với dạng dao động riêng thứ 3 phương X 10 DDY1 QUAKE Động đất ứng với dạng dao động riêng thứ 1 phương Y 11 DDY2 QUAKE Động đất ứng với dạng dao động riêng thứ 2 phương Y 12 DDY3 QUAKE Động đất ứng với dạng dao động riêng thứ 3 phương Y Bảng 3.22 - Bảng khai báo các tổ hợp trung gian
TT Ký hiệu Loại Thành phần Ý nghĩa
9 GX ADD GTX,GDX Gió theo phương X
10 GY ADD GTY,GDY Gió theo phương Y
13 DDX SRSS DDX1,DDX2,DDX3… Động đất theo phương X 14 DDY SRSS DDY1,DDY2,DDY3… Động đất theo phương Y 3.2.7.2. Tổ hợp nội lực
Tổ hợp cơ bản
Tổ hợp cơ bản 1: 1,0.Tĩnh Tải + 1,0.Hoạt Tải TH1: Tĩnh tải + Hoạt tải
TH2: Tĩnh tải + Gió X trái
TH4: Tĩnh tải + Gió Y trái.
TH5: Tĩnh tải + Gió Y phải
Tổ hợp cơ bản 2: 1,0.Tĩnh Tải + 0,9 Tổng các hoạt tải tạm thời làm tăng nội lực cấu kiện
TH6: Tĩnh tải + 0,9( Hoạt tải + Gió X trái) TH7: Tĩnh tải + 0,9( Hoạt tải + Gió X phải) TH8: Tĩnh tải + 0,9( Hoạt tải + Gió Y trái) TH9: Tĩnh tải + 0,9( Hoạt tải + Gió Y phải) 3.2.7.3. Tổ hợp đặc biệt
Theo TCVN 2737-1995 [2]:
Tổ hợp tải trọng đặc biệt do tác động động đất không tính đến tải trọng gió.
Tổ hợp tải trọng đặc biệt có một tải trọng tạm thời thì giá trị của tải trọng tạm thời được lấy toàn bộ.26
Tổ hợp tải trọng đặc biệt có có hai tải trọng tạm thời trở lên, giá trị tải trọng đặc biệt được lấy không giảm, giá trị tính toán của tải trọng tạm thời hoặc nội lực tương ứng của chúng được nhân với hệ số tổ hợp như sau: tải trọng tạm thời dài hạn nhân với hệ số
1 0,95
, tải trọng tạm thời ngắn hạn nhân với, 1 0,8 trừ những trường hợp đã được nói rõ trong tiêu chuẩn thiết kế các công trình vùng động đất hoặc các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu và nền móng khác.27
Theo cách hiểu thứ nhất chỉ có một tải trọng tạm thời ta có các tổ hợp tải trọng đặc biệt sau:
26 Tra theo Điều 2.4.2, TCVN 2737–1995: Tải trọng và tác động–Tiêu chuẩn thiết kế.[2]
27 Tra theo Điều 2.4.5, TCVN 2737–1995: Tải trọng và tác động–Tiêu chuẩn thiết kế. [2]
TH10: Tĩnh tải + Hoạt tải + DDX + 0,3.DDY.( tác động động đất theo phương X) TH11: Tĩnh tải + Hoạt tải + 0,3.DDX + DDY.( tác động động đất theo phương Y) Theo cách hiểu thứ 2 có nhiều tải trọng tạm thời ta có các tổ hợp đặc biệt sau:
TH10: Tĩnh tải + 0,95.HTNH + 0,8.HTDH + DDX + 0,3.DDY.
( tác động động đất theo phương X)
TH11: Tĩnh tải + 0,95.HTNH + 0,8.HTDH + 0,3.DDX + DDY.
( tác động động đất theo phương Y)
Theo TCVN 9386 – 2012: Thiết kế công trình chịu động đất. [5]:
Giá trị thiết kế Ed của các hệ quả tác động do động đất gây ra phải được xác định theo công thức:
d k, j Ed 2,i k,i
j 1 i 1
E G " "P" "A " " Q
3.1128
Trong đó:
Dấu “+” là “tổ hợp với”
G - Tĩnh tải
P - Tải trọng thiết kế ứng suất trước ( với kết cấu không dự ứng lực P = 0).
Ed
A - Tải trọng động đất.
Q - Tải trọng tạm thời ( hoạt tải).
2,i- Hệ số tổ hợp cho giá trị được coi là lâu dài của tác động thay đổi i.
Các hiệu ứng quán tính của tác động động đất thiết kế phải được xác định có xét đến các khối lượng liên quan tới tất cả các lực trọng trường xuất hiện trong tổ hợp tải trọng sau:
k, j 2,i k,i
j 1 i 1
G " " Q
3.12
28 Tra theo Điều 3.2.4, TCVN 9386 – 2012: Thiết kế công trình chịu động đất.[5]
2,i - Hệ số tổ hợp tải trọng đối với tác động thay đổi thứ i29
Các hệ số tổ hợp 2,i xét đến khả năng là tác động thay đổi Qk,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 lượng vào chuyển động của kết cấu do mối liên kết không cứng giữa chúng.
Bảng 3.23 - Các giá trị 2,i đối với nhà
Tác động 2,i
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 lưu trữ 0,8
Loại F: Khu vực giao thông, trọng lượng xe ≤ 30kN 0,6 Loại G: Khu vực giao thông, 30kN < trọng lượng xe ≤ 160kN 0,3
Loại H: Mái 0
Bảng 3.24 - Giá trị của để tính toán 2,i
Loai tác động thay đổi Tầng
Các loại từ A C*
Mái 1,0
Các tầng sử dụng đồng thời 0,8 Các tầng sử dụng độc lập 0,5 Các loại từ D F* và kho lưu trữ
Để đơn giản tính toán, thiên về an toàn tất cả các hoạt tải ta chọn hệ số tổ hợp 2,i 0,6
29 Tra theo Điều 4.2.4, TCVN 9386 – 2012: Thiết kế công trình chịu động đất.[5]
Các hệ quả của tác động động đất do các thành phần nằm ngang của tác động động đất có thể xác định bằng cách sử dụng cả hai tổ hợp:
DDX + 0,3.DDY.( tác động động đất theo phương X) 0,3.DDX + DDY.( tác động động đất theo phương Y) Vậy ta có các tổ hợp đặc biệt sau:
TH10: Tĩnh tải + 0,6.Hoạt tải + DDX + 0,3.DDY.( tác động động đất theo phương X) TH11: Tĩnh tải + 0,6.Hoạt tải + 0,3.DDX + DDY.( tác động động đất theo phương Y) 3.2.7.4. Kết luận
Như phân tích phía trên theo Điều 2.4.5 [2] Tổ hợp tải trọng đặc biệt có có hai tải trọng tạm thời trở lên, giá trị tải trọng đặc biệt được lấy không giảm, giá trị tính toán của tải trọng tạm thời hoặc nội lực tương ứng của chúng được nhân với hệ số tổ hợp như sau:
tải trọng tạm thời dài hạn nhân với hệ số 1 0,95, tải trọng tạm thời ngắn hạn nhân với, 1 0,8 trừ những trường hợp đã được nói rõ trong tiêu chuẩn thiết kế các công trình vùng động đất hoặc các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu và nền móng khác.
Vậy ta phải sử dụng tổ hợp tải trong theo TCVN 9386 – 2012: Thiết kế công trình chịu động đất.[5]
Công trình là chung cư, như đã phân tích ở trên thiên về an toàn trong trường hợp tổ hợp có động đất thì hệ số hoạt tải bằng 0,6
Bảng 3.25 - Bảng tổ hợp tải trọng
TT TÊN TỔ HỢP CẤU TRÚC TỔ HỢP
1 COMB1 TT + HT + PT-Final
2 COMB2 TT + GX + PT-Final
3 COMB3 TT + GY + PT-Final
4 COMB4 TT – GX + PT-Final
5 COMB5 TT – GY + PT-Final
6 COMB6 TT + 0,9(HT+GX) + PT-Final
7 COMB7 TT + 0,9(HT+GY) + PT-Final
8 COMB8 TT + 0,9(HT-GX) + PT-Final
9 COMB9 TT + 0,9(HT-GY) + PT-Final
10 COMB10 TT + 0,6HT+DDX + PT-Final
11 COMB11 TT + 0,6HT+DDY + PT-Final
12 COMB12 TT + 0,6HT-DDX + PT-Final
13 COMB13 TT + 0,6HT+DDY + PT-Final
14 BAO ENVE(COMB1, COMB2,…COMB13)
3.2.7.5. Tính toán với sự trợ giúp của máy tính
Phần này trình bày cách sử dụng chương trình Etabs để khai báo tải trọng động đất theo phương pháp phổ phản ứng.
Định nghĩa phổ gia tốc nền
Trong phương pháp này, tính toán các giá trị của phổ phản ứng gia tốc như trình bày ở trên và lưu vào 1 file *.txt, nội dung của file này như sau:
Hình 3.13 – Giá trị phổ phản ứng ngang sau khi tính toán Khai báo phổ phản ứng gia tốc trong Etabs theo các bước sau đây:
Vào menu Define Response Spectrum Functions, cửa số Define Response Spectrum Functions sẽ xuất hiện
Trong mục Choose Function Type to Add, chọn Spectrum from File. Click Add New Function, cửa sổ Response Spectrum Function Definition sẽ xuất hiện
Trong mục Values are, chọn Period vs Value, click Browe để chọn file.
Định nghĩa trường hợp tải trọng động đất
Vào menu Define Response Spectrum Case, cửa số Define Response Spectra sẽ xuất hiện.
Click Add New Spectrum, cửa sổ Response Spectrum Case Data sẽ xuất hiện
Spectrum Case Name (tên trường hợp tải) – DDX, DDY;
Damping (hệ số hãm) – 0,05; + Modal Combination (tổ hợp dạng) – CQC;
Directional Combination (tổ hợp hướng) – SRSS;
Input Response Spectra (chỉ định hàm gia tốc nền): PHONGANG ( cho U1 và U2 vì không xét đến gia tốc theo phương đứng)
Eccentricity (độ lêch tâm gây nên xoắn) – Ecc.Ratio (All Diaph): 0,05