CHƯƠNG I GIỚI THIEU Trong quá trình thiết kế các công trình chéng động đất hay tác dung của tải gid, hình khối công trình thường đóng góp một vai trò quan trọng đến khả năng chịu lực của công trình. Giải pháp đưa ra thường là sử dụng các hình khối đối xứng trục như hình vuông, chữ nhật hay hình tròn. vì có khả năng chịu động đất tốt hơn các hình khác. Tuy vậy, do yêu cau kiến trúc và điều kiện mặt bằng nên giải pháp này không phải lúc nào cũng được đáp ứng.
Quá trình đô thị hóa khiến cho tài nguyên đất bằng phăng dành cho xây dựng ngày một khan hiếm. Đặc điểm canh tác, phong tục tập quán sinh sống lâu đời của dân cư ở vùng đổi núi và việc khai thác vẽ đẹp cảnh quan phục vụ du lịch ở những địa phương có đôi núi men theo bờ biến vốn rat pho biến ở nước ta là những nguyên nhân chính tạo nên những ngôi nhà dựa trên những sườn đổi dốc. Nhưng việc nghiên cứu khả năng chống động đất cho những loại hình công trình nảy thì ít được đề cập nghiên cuu. Qua các nghên cứu [1-4] đối với công trình trên nền đất dốc, có sự phản ứng khác biệt so với công trình được xây dựng trên nên dat phăng.
Theo đó,nội lực phân bố không đều từ dưới lên trên, xuất hiện sự xoắn trong kết cau ngay ở những mode dao động cơ bản do tính không đối xứng của công trình. Dé tài này với mục đích là nghiên cứu phản ứng khi xảy ra động đất của những công trình dạng đặc biệt này và tiền hành điều khiển phản ứng của kết cau băng các hệ cản, từ đó rút ra những khuyến cáo khi thiết kế các công trình dạng này. CHƯƠNG II TONG QUAN NGHIÊN CỨU 2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Trên thế giới đã có những công trình nghiên cứu dạng nhà trên sườn dốc tuy nhiên sô lượng các bai báo không nhiêu có thê kê dén dưới day.
Gade [2] Nghiên cứu những công trình ở sườn dốc, theo dõi phản ứng các công trình này trong trận động đất tại Sikkim và ngày 18 tháng 9 năm 2011. Sau quá trình nghiên cứu phân tích bài báo rút ra có sự phản ứng khác lạ của công trình trên sườn dốc. Khi so sánh với công trình trên nền đất phăng có sự khác biệt lớn giữa các tần số dao động cơ bản, chuyển vị ngang tương đối giữa các tầng, lực cắt ở các cột và sự hình thành các khớp dẻo. Những tầng ở ngay trên cao độ mặt đường thường dễ bị phá hoại hơn khi xảy ra động đất.
Nghiên cứu cũng được chứng minh hợp lý bằng thực tế trong trận động đất tại Sikkim. Những công trình trên sườn dốc thường có hình dạng kết câu đặc biệt dựa vào địa hình, không liên tục và bất đối xứng cả về phương dọc lẫn phương ngang. Khi bị tác động bởi tải theo phương ngang thì công trình dễ xảy ra hiện tượng xoăn, hơn nữa các cột ngăn ở phía trên thì càng nguy hiém boi lực cat. Sau khi phân tích, bai báo đã trích dẫn các hình ảnh thực tế từ trận động đất Sikkim, Ấn Độ ngày 18 tháng 9 năm 2011.
Qua quá trình quan sát, công trình bê tông cốt thép kiểu S-I bị sụp một cách khác thường. Các cột ở tầng thứ 6 bị sụp hoàn toàn còn các bộ phận ở các tang khác đều nguyên vẹn (Hình 1).Tang thứ 6 bị sụp của tòa nhà trong trận động dat Sikkim 18-9-2011 Kết luận của Y. Gade cho thay dạng phá hoại đặc biệt của kiểu công trình trên sườn dốc và đặc biệt khác với những kiểu nhà được xây trên nên đất phăng. Khi chịu tải phương ngang, kết câu dễ bị xoắn, những cột nào càng ngăn thì phải chịu lực cắt càng lớn.
Tại những vi trí mà độ cứng thay đổi luôn tập trung nguy hiểm. Từ so sánh với thực tế công trình 10 tầng trong trận động đất Sikkim nhận thấy những phân tích ở trên là khá phù hợp với phản ứng kết cầu dạng này trong thực tế. Nalawade[1] Nghiên cứu 24 công trình bê tông cốt thép tại khu vực đổi núi vùng đông bắc An Độ với ba hình dạng co bản cao 15. Minh chứng qua các trận động đất (Kangra (1905), Bihar- Nepal (1934 & 1980), Assam (1950), Tokachi-Oki-Japan (1968), Uttarkashi-India (1991)), những ngôi nhà như thé nay đã bi phá hủy nghiêm trọng.
Nguyên nhan được phân tích là tam cứng không trùng tâm khối lượng nên gây ra xoắn công trình. Từ đó bài báo này rút ra lời khuyên sử dụng kiểu dáng nhà như thế nào là tốt nhất. Ba kiểu nhà như trên (Hình 2, Hình 3, Hình 4) sau: 70m , 70m , 70m, T + † + 3. C > Length3 @7m 7, a (STEP 4) (STEPS) Height Height hơn rÊR 7@35m 8 @ 35m G.L Length 3 @ 7m Cc D Length 3 @ 7m C D Length 3 @ 7m C D (STEP 6) (STEP 7) (STEP 8) i H ‘ 4 Height — H pee 11 @ 3.L Length 3 @ 7m Cc D Length 3 @ 7m là D Lenath 3 @ 7m c D (STEP 9) (STEP 10) (STEP 11) Hình 2.
Kiéu 1- STEP (step back buildings) 4-11 tang. Tum, 70m, 7m, 70m, 7m ia aie’ Fae NT a @. kn À 335m ñ 35m C Ain Higis@isn =o itm, lạnh 5m Sm E F (STPSET 4) (STPSET 5) el alt & I y + T4 40 1% 4 t test? Ø 13m i mares A ` k. c lanh @ Am © E b i Lag Ø2 ° kL lœ.
FG G i H Sướng cm? kowyssbid ca os | i | a | La 2 13 4. | BA h Fi làtd# WO ASN b Hi 11 © 35m , lan erm ” , 4 Logs @ † r Lawn lem # Gh G 5 hị GL _—— x "¡iH= "Ee K = @sawtrna K + Sram reer iy Hinh 3. Kiéu 2- STPSET (step back set back buildings) 4-11 tang. ee —“~—? | ism 3m —— > — = _ tL TD F q.
3m a _ ỉ T _—+ ¢ 34 D _ Boe } j In 4 B A B C DE F (SET 4) (SETS) 5m Ea «| a. 4 R b ‡ + 4 h b k F € iit Lawh6o mm Lah? @mn aT am IxSm ‡ ‡ 4 lam «| ca. a | | Lie ` 4 b ¿è F t tt ' a pew C 0ñ & £ & h j Laws - Yn Lay? G2 ar s19 + nm. 4 pl a bô & F GCG Ht } Ok A 8 D Fk F G HT KO Lawh om Lena om rip Hinh 4.
Kiéu 3-SET (set back buildings) 4-11 tang. Building Size of Column Size of Beam Configuration Step Back | for STEP 4&STEP5 230 mm x 500 mm Buildings STEP6&STEP7 230 mm x650 mm 230 mm x 500 mm STEP8&STEP9 300 mm x650 mm STEP 10 & STEP 11 300 mm x 850 mm Step Back and STPSET 4to STPSET 11 Set Back building 230 mm x 500 mm 230 mm x 500 mm Set Back building SET 4to SET 11 230 mm x 500 mm. 230 mm x 500 mm Bảng 1. Kích thước hình học các kiểu nhà.
Các giả thiết tính toán đặt ra như sau: Vật liệu là đồng nhất và đăng hướng dàn hồi: module đàn hồi 25000N/mmF; hệ số Poisson 0.2; bỏ qua ảnh hưởng P-A, sự co ngót, từ biến. Sử dung SI: 1893(1)-2002 với ving Zone (IID thu được các kết quả với môi kiêu công trình như sau. - Kiểu I- STEP (step back buildings): Theo phương dọc, chuyển vi tăng dan cùng với chiều cao, nhà càng nhiêu tang thì chu kỳ càng lớn, càng về phía phải thì lực cắt càng tăng dan, những cột bên phải chỉ chịu lực cắt khoảng từ 5-7% so với những cột bên trái. Theo phương ngang, ảnh hưởng của hình khối trở nên rõ hơn.
Momen xoăn tăng dan từ 4kNm đến 61kNm. Chu kỳ dao động theo thương này cũng lớn hơn phương dọc. - Kiéu 2- STPSET (step back set back buildings): Theo phương dọc, chu ky dao động thay đối từ 0.499s khi tính theo pho phan ứng và 0.143s khi sử dụng phương pháp phân tích tĩnh. Lực cắt ở các tầng ít chênh lệch nhau trên cùng một trục.
Lực cat lớn nhất tập trung ở cột ngoài cùng bên trái từ 86-103kKN. Những cột ngoài cùng bên phải chịu ít lực cắt nhất; Theo phương ngang, lực cat theo phương nay bé hơn, chu kỳ không phụ thuộc nhiều vào số tầng của tòa nhà. Khi thiết kế kiểu nhà này cần chú ý đến tải tác dụng theo phương dọc vì chuyển vị phương này khá lớn, gấp 3.8-4 lần phương ngang. - Kiéu 3-SET (step back set back buildings): Theo phương dọc, chu kỳ thay đổi 0.857s theo phương pháp phổ phản ứng và 0.2083s theo IS:1893(I)- 2002, lực cat ở ngoài cùng bên trái và ngoài cùng bên phải là bé nhất; Theo phương ngang, theo IS:1893(1)-2002 không có sự thay đổi chu kỳ giữa 8 tòa nhà này.
Chuyển vị đỉnh theo phương ngang gấp 3.5 lần chuyền vị đỉnh theo phương dọc. Sau khi phân tích ba kiểu nhà trên B. Nalawade đã tiến hành so sánh như sau. Kiểu 1- STEP có lực cắt không đồng đều và momen xoăn lớn hon so với kiểu 2- STPSET do bị lệch tâm cứng.
Kiểu 2 lực cắt chân cột và độ cứng theo phương ngang lại lớn hơn so với kiểu 3 —SET. Nalawade đưa ra những kết luận sau: - Những công trình xây kiểu | thì dé bị phá hoại nhất. Moment xoăn công trình kiểu | lớn hơn kiểu 2 vì vậy kiểu 2 có khả năng chịu động đất tốt hơn. - _ Ở công trình kiểu | và kiểu 3, những cột ngắn thường chịu momen lớn nhất.
7 - Tuy công trình kiểu 3 ít bị phá hoại nhất nhưng cần phải có mặt bang tốt, không phù hợp với vùng đất dốc hoặc phải tốn kinh phí san lap mặt băng. Vì vậy lựa chọn kiểu 2 để xây dựng là phù hợp với thực tế. Ngoài ra còn có một số bài báo khác nói về dạng công trình trên sườn dốc như của S. Paul[4] nghiên cứu về một phương pháp đơn giản để tính cho những nhà trên sườn đốc, ưu điểm của bài báo này là xây dựng ma trận độ cứng và ma trận khối lượng, với nha hai nhịp trở lên.
Tuy vay vẫn chưa nêu nỗi bật sự khác biệt của công trình dạng sườn dốc so với công trình bình thường khác.Liu[3] Phân tích cho công trình gỗ trên nền dốc. Tso[5]sử dụng phương pháp đây dan dé phân tích kết cấu có độ cứng thay đối theo chiều cao. Phương pháp nay có thé áp dụng ngay cả với kết cau bị xoăn, chỉ phân tích phi tuyến với một số phan tử can thiết được tính toán qua chuyền vị, cải thiện kết quả tính toán cho dạng nhà có độ cứng thay đối.
