Giáo trình Phân tích ứng xử và thiết kế kết cấu bê tông cốt thép - Chương 15: Phân tích và thiết kế vách cứng bê tông cốt thép chống động đất

Nội dung text: Giáo trình Phân tích ứng xử và thiết kế kết cấu bê tông cốt thép - Chương 15: Phân tích và thiết kế vách cứng bê tông cốt thép chống động đất

1. 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 (Lw ≥ 6tw) và 1/3 lần chiều cao (Lw ≥ Hw/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 tươ ng 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
2. 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 ( Hw/Lw 2: thiết kế chống uốn là ưu tiên do tỷ số M/V lớn) b. Vách thấp - Squat walls (0,33 < Hw/Lw < 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
3. 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
4. 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 < Hw/Lw < 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
5. 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 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
6. 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 0,5g và Se(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) T 3/2 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
7. 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): 4/3 TCH t (15-3a) Ct = 0,03 (hệ khung BTCT); Ct = 0,02 (hệ khung/vách BTCT) x TCH t (15-3b) Ct = 0,016; x = 0,9 (hệ khung BTCT); Ct = 0,02; x = 0,75 (hệ khung/ vách BTCT) n H - chiều cao công t rình (tính bằng feet): H  hi (hi - 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
8. 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). Intermediat e 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 Vbase 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
9. 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 VFFbase t  i (15-4a) i 1 Trong đó: 0.07TVbase 0.25Vbase khi T 0.7s Ft - lực tập trung tại đĩnh: Ft (15-4b) 0 khi T 0.7s (V F )W H F base t i i Fi - lực tập trung tại tầng thứ i: i n (15-4c)  WHj j j 1 Hi , Hj - cao độ tính từ mặt đất đến tầng thứ i, j Wi , Wj - 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 VFbase  i (15-5a) i 1 Trong đó: k WHi i Fi - lực tập trung tại tầng thứ i: Fi Vbase (15-5b) n k  WHj j j 1 1 khi T 0.5s k (15-5c) 2 khi T 2.5s Hi , Hj - cao độ tính từ mặt đất đến tầng thứ i, j Wi , Wj - 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 Fi và các tải trọng đứng Wi (có nhân hệ số tải trọng), tính niếội lực th t 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
10. 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 h ợp 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 Lr - 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 d ạt (drift), M , do chuyển vị max không đàn hồi, DM , trong khung/vách, tính DM bằng cách nhân các chuyển vị đàn hồi (elastic displacement), Ds , với hệ số khuyếch đại chuyển vị (displacement am plification f actor), Cd = 0,7R : ,0 025hs khi T s7,0 M ,0 7R(Ds,i D s,i 1 ) (15-6) ,0 020hs khi T 7,0 s Nếu khung/vách qu á “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
11. 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 Ds,4 Wi hs4 Fi Ds,3 hs3 Ds,2 hs2 Ds,1 hs1 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 2 5 kN/m 3.6 m 7.5 m 30 m 43.2 m 5 kN/m2 3.6 m 3.6 m 15 m 15 m Tải trọng đứng (tĩnh tải + hoạt tải) tác dụng trên mỗi tầng sàn: 2 Wi = 15m 30m 5 kN/m = 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: V W base R Trong đó chọn: Z = 0.2 (vùng động đất vừa) Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
12. 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) 4/3 4/3 43.2 T Ct H 0.02 = 0.83 s 3.0 1.25 1.25 C S 5.1 2.12 0 ,7 s) Ft 0.07 0.83 2385 = 140 kN < 0,25 2385 = 595 kN (V F)WH F base t i i Fi - lực tập trung tại tầng thứ i: i 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 tầ ng 11 89100 317 tầng 6 48600 173 tầng 12 97200 345 Ghi chú: Vbase - Ft = 2385 - 140 = 2245 kN ; WjH j = 631800 kNm Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
13. 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 tầng 6 173 kN 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
14. 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 0,5g và Se(T = 1s) > 0,2g  động đất mạnh 3. Phân tích mô hình bước 2 để tìm các t ần số riêng và các mode d a o 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
15. 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 s3,2 s3,3 s3,1 s2,3 s2,2 s2,1 s1,1 s1,2 s1,3 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 (Fb) bằng cách dùng chu kỳ riêng thứ nhất (T1) tính được từ bước 3 như sau: Fb S d (T1, )M (15-8) trong đó: Sd (T1 , ) Tung độ của phổ thiết kế tại chu kỳ T1; T1 Chu kỳ dao động cơ bản do chuyển động ngang theo phương đang xét;  Hệ số hiệu chỉnh;  = 0,85 nếu T1 2TC 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 n hà (theo 13.5.1 của chương 13): si m i Zi m i Fi n Fb (15-9) hay Fi n Fb (15-10) s jm j  Zj m j j 1 j 1 trong đó: Fi Lực ngang tác dụng tại tầng thứ i si , sj Chuyển vị của các khối lượng mi , mj 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
16. 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 m 3 h sj(Zj) 4 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 Fi và các tổ hợp khả dĩ của tải tr ọng đứng Mj , 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 FMi  j (15-11) i 1 j 1 Fi - lực ngang phân theo tầng thứ i do tác động của động đất Mj - tải trọng đứng phân theo tầng thứ j, tính bằng: MGQj k, j  2, j k, j (15-12) Gk,j , Qk,j - tĩnh tải và họat tải tính toán của tầng thứ j Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
17. 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, Ds,i và Ds,i-1 , tính với phổ gia tốc thiết kế Sd (T, ) ở phần 13.3.4 của chương 13: M DD[] s,i s,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. Ds,4 Mj hs4 Fi Ds,3 hs3 Ds,2 hs2 Ds,1 hs1 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
18. 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 15.3 THỰC HÀNH THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT THEO ACI 318-05 Các bàn luận dưới đây trình bày các vấn đề cơ bản trong thiết kế vách cứng BTCT theo tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-05 có các điều kiện sau đây: . Vách cao - flexural walls (Hw/Lw 2: thiết kế chống lực dọc + lực uốn + lực cắt) . Nhà cao trung bình - moderate height building (H = 20-75 m). . Vách cứng thông thường đổ tại chổ: thoả mản ACI 318 từ Chương 1 đến 18, áp dụng thích hợp cho động đất vừa: FEMA 356: 0,167g (2tw2 , lw /5) b)- Hàm lượng thép thép cấu tạo tối thiểu: s1 s1 s1 t Đường kính thép cấu tạo: ,  w Av Av 10 s2 A v 0,0015 (14.3.2) l s2 tw s 1 s2 Ah t 0,0025 (14.3.3) tw s 2 c)- Bước bố trí cốt thép cấu tạo: Ah Av s (3 t , 450mm) (14.3.5) tw2 1 w tw s2 (3 tw , 450mm) (14.3.5) lw2 lw trong đó: Hw - chiều cao vách cứng hs - chiều cao mỗi tầng sàn nhà lw , lw2 - chiều dài vách cứng và phần tử biên tw , tw2 - chiều rộng vách cứng và phần tử biên Av - thép cấu tạo theo phương đứng, bước thép s1  hàm lượng thép phương đứng l Ah - thép cấu tạo theo phương ngang, bước thép s2  hàm lượng thép phương ngang t Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
19. 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 15.3.2 Phân bố thép dọc chịu uốn Thép dọc chịu uốn+nén trong vách cao BTCT có thể được bố trí theo các cách như sau: - Bố trí thép dọc phân tán đều trên toàn bộ tiết diện ngang vách cứng. - Đặt dày thép dọc tính toán (thép As đường kính  > 16mm và có hàm lượng tt thỏa mản chương 7, chương 10 của ACI 318-05) ở hai phần tử biên tại hai đầu vách ( 0.1Lw) và bố trí thép dọc cấu tạo (thép Av hàm lượng xấp xĩ min = 0.15% như phần 15.3.1) ở phần giữa vách ( 0.8Lw): nhằm cải thiện độ dẻo và tăng khả năng chống uốn của vách. Ơ hai đầu vách phải bố trí thép đai kín thỏa mản chương 7, chương 10 của ACI 318-05, để tăng hiệu quả ép ngang (confined concrete) như hình bên dưới: Cách 1 Cách 2 Cách 3 tt min tt 0.1Lw 0.8Lw 0.1Lw Ví dụ 1: Mômen chống uốn tăng 25% khi bố trí thép dọc vách phẳng phương án 2 có cùng hàm lượng thép vách cứng 1% với phương án 1. PA1: Bố trí thép đều nhau PA2: Bố trí thép dày ở 2 đầu Mmax= 475 Mmax= 380 Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
20. 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 Trường hợp vách BTCT dạng hộp, có thể đặt dày thép ở các góc và phân tán ở phần giữa vách nhằm cải thiện độ dẻo và tăng khả năng chống uốn. VíU dụ 2:U Mômen chống uốn tăng 16% khi bố trí thép dọc vách hộp phương án 2 có cùng hàm lượng thép vách cứng 1% với phương án 1. PA1: Bố trí thép đều nhau PA2: Bố trí thép dày ở các góc Mmax = 16500 Mmax = 19200 Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
21. 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 15.3.3 Tính toán thép dọc chịu uốn Để tính thép dọc chịu uốn+nén của vách cao BTCT (chủ yếu thép tính toán ARsR ở hai đầu vách), áp dụng chương 10 (10.2→10.3, 10.10→10.14, 10.17) và chương 14 (14.2→14.3) của ACI 318-05 kết hợp sử dụng đường cong tương tác (interaction curves Pn-Mn): - Hầu như vách phẳng được tính như kết cấu chịu nén một phương. - Nội lực tính toán (P,M) tại các mặt cắt ngang phải nẳm trong đường cong tương tác (PRnR, MRnR): P = PRn Ryêu cầu M MRnR - Hầu như vách hộp được tính như kết cấu chịu nén hai phương. P = PRn yêu cầu MRxR MRnxR ; MRyR MRnyR MRyR = MRny yêu cầu P PRnR ; MRxR MRnxR Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
22. 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 15.3.4 Tính toán thép chống cắt Áp dụng phần 11.10 của ACI 318-05, các bước chính thiU ết kế chống cắt U vách cao BTCT như sau: 1. Kiểm tra cường độ chống cắt lớn nhất cho phép: Pu 5 V f ' t d (11.10.3) Mu n,max 6 c w w Vu ĐơU n vị U : [VRnR] = N ; [f’RcR] = MPa ; [tRwR], [dRwR] = mm với d w 0.8lw (11.10.4) s1 s1 s1 YêuU cầu:U Vn,max Vu (Eq. 11-1) s2 Hệ số giảm cường độ chU ống cắt:U  = 0.75 2. Tính cường độ chống cắt của bê tông: s2 1 Pud w s2 Vc f 'c t wd w (Eq. 11-29) 4 4lw dấu - khi PRuR là kéo, dấu + khi PRuR là nén Av Ah 3. Xác định thép chịu cắt theo phương ngang (ARv R, sR2R): R R R R a/- Nếu Vu 0.5Vc bố trí (Av , s2) theo cấu tạo tRw R b/- Nếu Vu 0.5Vc tính toán (ARv R, sR2R) như sau: lw Do: Vu Vn (Eq. 11-1)  Vu (Vn Vs ) (Eq. 11-2) A vf yd w A v Vu Vc  Vu Vc (Eq. 11-31) (*) s2 s2 f yd w Từ cặp (ARv R, sR2R) tính được từ phương trình (*): A v YêuU cầu:U h 0.0025 (11.10.9.2) t w s2 lw / 5 YêuU cầu:U (11.10.9.3) s 2 3t w 450mm A h 4. Kiểm tra thép chịu cắt theo phương đứng (ARh R, sR1R): n t w s1 h 0.0025 0.5(2.5 w )( 0.0025) n h lw / 3 lw YêuU cầu:U (11.10.9.4) (11.10.9.5) n 0.0025 s1 3t w n h 450mm Chương 15: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ VÁCH CỨNG BTCT CHỐNG ĐỘNG ĐẤT