Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: Profs. A. Whittaker
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Chương 13: KHÁI QUÁT: PHÂN TÍCH
&
THIẾT KẾ CHỐNG ĐỘNG ĐẤT

13.1 GIỚI THIỆU
Thực hành phân tích và thiết kế chống các ảnh hưởng của động đất có những khác biệt
đáng kể so với trường hợp công trình chịu tải bình thường, như tải trọng bản thân và tải
trọng gió. Bảng dưới đây liệt kê một số khác biệt chính:
Lực kích thích bình thường Lực kích thích động đất
Thường là tải trọng tĩnh Luôn là tải trọng động
Tải trọng không đổi theo thời gian
hay thường xảy ra
Tải động đất hiếm (50-100 năm/lần) hoặc rất
hiếm xảy ra (2500 năm/lần)
Cường độ và hướng tác dụng được
biết trước
Cường độ và hướng tác dụng thường không
biết trước
Lực tác dụng kiểu đơn vòng lặp Lực tác dụng kiểu đa vòng lặp
Tải tác dụng trực tiếp vào khung KC Tải tác dụng gián tiếp bởi sự di chuyển móng
Các tiêu chuẩn thực hành thiết kế chống động đất đã ban hành ở Mỹ từ đầu thập niên
1930, Nhật ban hành các qui định đầu tiên về thiết kế chống động đất vào thập niên 1890.
Phương trình cơ bản thiết kế chống động đất
của Uniform Building Code (UBC) năm
1927, cho công trình nhà, đơn giản là:
V = CW (13-1)
với V là lực cắt đáy móng thiết kế , C là hệ số động đất, W là trọng lượng nhà.
Tiêu chuẩn Việt nam mới nhất về thiết kế công trình chịu động đất là TCXDVN 375-
2006 dựa trên nền tảng của Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance và

gắn kết với các trận động đất lớn.
Đơn vị Richter. Tần suất xuất hiện
hàng năm của động đất phân nhóm
theo đại lượng cường độ chấn động
(M) như xem Bảng 1 dưới đây.

Chương
13:
KHÁI QUÁT: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: Profs. A. Whittaker
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh
Chương 13:

 Cấp động đất là đại lượng đo lường dao động động đất tại vị trí cần xem xét, và phụ
thuộc vào cường độ chấn động (M), khoảng cách từ vị trí đến tâm chấn và đường đứt
gãy, điều kiện địa hình địa chất của vị trí đó, ... (xem minh họa ở Hình 1 dưới đây).
Đơn vị theo thang đo MMI (Mỹ: 12 cấp) hay thang đo EMS cải tiến từ MSK (Châu
Âu, VN - từ cấp I đến cấp XII) , trong khi đó thang đo JSI của Nhật chỉ có 7 cấp.
Một số hình ảnh về tác động của động đất trên kết cấu BTCT trên thế giới:

a)- Động đất Bhuj (Ấn độ) năm 2001
KHÁI QUÁT: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: Profs. A. Whittaker
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh

b)- Động đất San Fernando (Mỹ) năm 1971


hồi-tuyến tính với một hay nhiều tỷ số cản nhớt (damping ratio). Tỷ số cản nhớt điển
hình cho kết cấu BTCT là  = 5%. (Các phổ điển hình của các đáp ứng gia tốc, vận tốc,
chuyển vị được trình bày ở hình vẽ trang sau.
> 0,8 g
< 0,8 g

Phổ gia tốc (spectral-acceleration

-

S
a
) và phổ chuyển vị (spectral displacement

-

S
d
) liên
hệ nhau qua chu kỳ dao động (T) theo phương trình sau:
d
2
a
S)
T
2
(S


(13-2)


”
Nhiều thông tin về các phổ đáp ứng cho thiết kế công trình sẳn có trong hướng dẫn
FEMA 356 (Mỹ), TCXDVN 375-2006 (Việt nam) và các tài liệu liên quan khác.
Chương
13:
KHÁI QUÁT: PHÂN TÍCH & THIẾT KẾ CHỐNG ĐỘNG ĐẤT
Cao học: Xây Dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Bài giảng: Profs. A. Whittaker
Môn học: Phân Tích Ứng Xử & Thiết Kế Kết Cấu BTCT Biên dịch: PhD Hồ Hữu Chỉnh a)- Phổ gia tốc đỉnh theo chu kỳ b)- Phổ chuyển vị đỉnh theo chu kỳ

- Lực lò xo xác định bằng công thức:
a
SMF  (13-3)
- Chuyển vị đỉnh xác định bằng công thức:
k
F
S
d
= (13-4)
- Phối hợp (13-3) và (13-4) ta trở lại (13-2) :
d
2
a
S)
T
2
(S

= 0,02
.

Thiết kế “giảm chấn” (design for seismic control): nghiên cứu các thiết bị giảm chấn công trình
(dampers) và các thuật toán điều khiển (algorithm) nhằm làm giảm cường độ lực động đất tác
động lên hệ kết cấu. Mục tiêu của nhóm phương pháp này là chủ động làm giảm tất cả các đáp
ứng của hệ kết cấu bao gồm gia tốc, vận tốc và chuyển vị các tầng sàn, do đó hầu như có thể

giảm thiểu mọi hư hỏng của công trình và ngăn ngừa công trình sụp đổ
. Tỷ số cản nhớt


của
kết cấu có giảm chấn có giá trị lớn hơn, ví dụ kết cấu có hệ cản bán chủ động có thể điều khiển
để

> 0,5
.
kM2
c
ξ =
k
M
π2T
undamped
=
k M
c
ground
undamped

a
gR
Cấp động đất Cấp động đất
V 0,012 - 0,03 V 0,03 - 0,04
VI > 0,03 - 0,06 VI 0,06 - 0,07
VII > 0,06 - 0,12 VII 0,10 - 0,15
VIII > 0,12 -0,24 VIII 0,25 - 0,30
IX > 0,24 - 0,48 IX 0,50 - 0,55
X > 0,48 X > 0,60
BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG GIA TỐC PHÍA NAM VIỆT NAM

3