Thiết kế và các quy định cấu tạo cho khung có hệ giằng lệch tâm

(1)P Khung có hệ giằng lệch tâm phải được thiết kế sao cho các cấu kiện hoặc các đoạn nối kháng chấn có khả năng tiêu tán năng lượng bằng sự hình thành cơ chế lực cắt dẻo và/hoặc cơ chế lực uốn dẻo.

(2)P Hệ kết cấu phải được thiết kế sao cho toàn bộ các đoạn nối kháng chấn có ứng xử tiêu tán năng lượng như nhau.

CHÚ THÍCH: Các quy định trên nhằm đảm bảo rằng, biến dạng dẻo (bao gồm cả ảnh hưởng của biến cứng trong các khớp dẻo hoặc ô bụng chịu cắt) sẽ xảy ra trong các đoạn nối kháng chắn trước khi có bất kỳ sự chảy dẻo hoặc phá hoại ở các vị trí khác.

(3) Các đoạn nối kháng chấn có thể là những thành phần nằm ngang hoặc thẳng đứng (xem Hình 6.4).

6.8.2. Các đoạn nối kháng chấn

(1) Bản bụng của đoạn nối kháng chấn phải là bản đơn mà không được gia cường bằng bản ốp ở hai bên và không có lỗ hay bị xuyên thủng.

(2) Các đoạn nối kháng chấn được phân làm 3 loại theo cơ chế phát triển dẻo:

- Đoạn nối kháng chấn ngắn, là đoạn nối kháng chấn tiêu tán năng lượng chủ yếu bằng chảy dẻo do cắt;

- Đoạn nối kháng chấn dài, là đoạn nối kháng chấn tiêu tán năng lượng chủ yếu bằng chảy dẻo chịu uốn;

- Đoạn nối kháng chấn trung bình, là đoạn nối kháng chấn tiêu tán năng lượng mà cơ chế dẻo liên quan đến cả mômen uốn và lực cắt.

(3) Đối với tiết diện chữ I, các thông số sau đây được sử dụng để xác định khả năng chịu lực thiết kế và các giới hạn của phân loại:

Mp,link = fy.b.tf.(d - tf)	(6.13)
	(6.14)

Hình 6.13 - Các ký hiệu đối với tiết diện nối chữ I

(4) Nếu N_Ed/N_pl,Rd ≤ 0,15, khả năng chịu lực thiết kế của đoạn nối kháng chấn phải thỏa mãn cả 2 điều kiện sau ở hai đầu:

(5) Nếu N_Ed/N_Rd > 0,15, phải thỏa mãn (6.15) và (6.16) với các giá trị V_p,link, M_p,link được thay bằng giá trị triết giảm V_p,link,r ,M_p,link,r. Trong đó V_p,link,r ,M_p,link,r được xác định như sau:

	(6.17)
	(6.18)

trong đó:

A là diện tích tiết diện nguyên của đoạn nối kháng chấn.

hoặc

(6.20)

khi R ≥ 0,3.

(7) Để đạt được ứng xử tiêu tán năng lượng tổng thể của kết cấu, cần kiểm tra các giá trị _i (định nghĩa trong 6.8.3(1)) không được sai khác quá 25 % so với giá trị  nhỏ nhất.

(8) Trong những trường hợp mà mômen ở hai đầu đoạn nối kháng chấn bằng nhau (xem Hình 6.14a), đoạn nối kháng chấn có thể được phân loại theo chiều dài e. Đối với tiết diện chữ I được phân loại như sau:

- đoạn nối kháng chấn ngắn: - đoạn nối kháng chấn dài: - đoạn nối kháng chấn trung bình:

e < es = 1,6 Mp,link/ Vp,link e > eL = 3,0 Mp,link/ Vp,link es < e < eL

(6.21) (6.22) (6.23)

(9) Khi thiết kế chỉ có 1 khớp dẻo có khả năng hình thành tại 1 đầu của đoạn nối kháng chấn (xem Hình 6.14b), giá trị của chiều dài e cho từng loại đoạn nối kháng chấn. Đối với tiết diện chữ I được phân loại như sau:

- đoạn nối kháng chấn ngắn: - đoạn nối kháng chấn dài: - đoạn nối kháng chấn trung bình:

e < es = 0,8(1 + ) Mp,link/ Vp,link e > eL = 1,5(1 + ) Mp,link/ Vp,link es < e < eL

(6.24) (6.25) (6.26)

trong đó:  là tỷ số giữa mômen uốn nhỏ hơn M_Ed,A tại 1 đầu của đoạn nối kháng chấn và mômen uốn lớn hơn M_Ed,B tại 1 đầu có khả năng hình thành khớp dẻo, cả 2 giá trị mômen này đều lấy giá trị tuyệt đối.

a) đoạn nối kháng chấn có momen ở hai đầu bằng nhau

b) đoạn nối kháng chấn có momen ở hai đầu khác nhau

Hình 6.14 - Đoạn nối kháng chấn có momen ở hai đầu

(10) Góc xoay _p giữa đoạn nối kháng chấn và các cấu kiện khác (xem 6.6.4(3)) cần phù hợp với biến dạng tổng thể. Độ lớn của góc xoay này không được vượt quá các giá trị sau:

(12) Các đoạn nối kháng chấn ngắn cần có các sườn gia cường trung gian của bản bụng như sau:

a) Đoạn nối kháng chấn cần có các sườn gia cường trung gian của bản bụng đặt cách nhau không quá (30t_w - d/5) khi góc xoay của cấu kiện nối là 0,08 radian hoặc (52t_w - d/5) khi góc xoay của cấu kiện là 0,02 radian hoặc nhỏ hơn. Với các giá trị giữa 0,08 radian và 0,02 radian thì nội suy tuyến tính;

b) Đoạn nối kháng chấn dài cần có 1 sườn gia cường trung gian của bản bụng đặt với khoảng cách bằng 1,5 lần b, tính từ mỗi đầu của đoạn nối kháng chấn nơi có thể hình thành khớp dẻo;

c) Đoạn nối kháng chấn trung bình cần có các sườn gia cường trung gian của bản bụng thỏa mãn các yêu cầu trong mục a) và b) ở trên;

d) Không cần sử dụng sườn gia cường trung gian của bản bụng trong các đoạn nối kháng chấn có chiều dài lớn hơn 5M_p/V_p;

e) Sườn gia cường trung gian của bản bụng cần có chiều dài bằng chiều cao bản bụng. Đối với các đoạn nối kháng chấn có chiều cao tiết diện dưới 600 mm chỉ cần sườn gia cường một phía bản bụng của đoạn nối kháng chấn. Chiều dày sườn gia cường này không được nhỏ hơn t_w và nhỏ nhất phải bằng 10 mm và chiều rộng không được nhỏ hơn (b/2) - t_w. Đối với các đoạn nối kháng chấn có chiều cao tiết diện từ 600 mm trở lên, cần dùng sườn gia cường như trên cho cả 2 mặt bản bụng.

(13) Đường hàn góc liên kết sườn gia cường với bản bụng của đoạn nối kháng chấn phải có cường độ đủ lớn để chịu được một lực bằng _ovf_yA_st, trong đó A_st là diện tích tiết diện sườn gia cường. Cường độ thiết kế của đường hàn góc nối sườn gia cường với bản cánh phải đủ chịu được lực _ovA_stf_y/4.

(14) Các gối đỡ bên phải có ở cả cánh trên và cánh dưới ở hai đầu của đoạn nối kháng chấn. Các gối đỡ bên ở hai đầu đoạn nối kháng chấn phải có khả năng chịu lực dọc trục thiết kế đủ lớn để tiếp nhận lực bằng 6 % khả năng chịu lực dọc trục danh nghĩa của bản cánh, bằng f_ybt_f.

(15) Trong các dầm có đoạn nối kháng chấn, khả năng chịu mất ổn định do cắt của ô bản bụng bên ngoài của đoạn nối kháng chấn cần được kiểm tra theo Chương 5 của EN1993-1-5:2004.

(1) Các cấu kiện không có đoạn nối kháng chấn, như cột và các thanh chéo (khi sử dụng đoạn nối kháng chấn ngang trong dầm) và dầm (khi sử dụng đoạn nối kháng chấn thẳng đứng), cần được kiểm tra chịu nén với tổ hợp bất lợi nhất của lực dọc và mômen uốn:

_ov là hệ số gia tăng cường độ (xem 6.1.3(2) và 6.2(3))

 là hệ số, lấy giá trị nhỏ nhất trong số các giá trị sau:

_i = 1,5V_p,link,i/V_Ed,i của tất cả các đoạn nối kháng chấn ngắn;

_i = 1,5M_p,link,i/M_Ed,i của tất cả các đoạn nối kháng chấn trung bình và đoạn nối kháng chấn dài; trong đó:

V_Ed,i, M_Ed,i là giá trị thiết kế của lực cắt và mômen uốn trong đoạn nối kháng chấn thứ i;

V_p,link,i, M_p,link,i là lực cắt và độ bền dẻo thiết kế khi uốn của đoạn nối kháng chấn thứ i như trong 6.8.2(3).

6.8.4. Liên kết của các đoạn nối kháng chấn

(1) Nếu kết cấu được thiết kế để tiêu tán năng lượng trong các đoạn nối kháng chấn thì liên kết giữa các đoạn nối kháng chấn hoặc giữa các cấu kiện có đoạn nối kháng chấn phải thiết kế chịu được hệ quả tác động E_d. Giá trị E_d được xác định như sau:

Ed ≥ Ed,G + 1,1oviEd,E

(6.31)

trong đó:

E_d,G là hệ quả tác động trong liên kết, ảnh hưởng này được gây ra bởi các loại tải trọng không phải tác động động đất trong tổ hợp tải trọng khi thiết kế chống động đất;

E_d,E là hệ quả tác động trong liên kết gây ra bởi tải trọng động đất thiết kế;

_ov là hệ số gia tăng cường độ (xem 6.1.3(2) và 6.2(3))

_i là hệ số gia tăng cường độ cho các liên kết được tính theo 6.8.3.

(2) Trong trường hợp các liên kết có dạng nửa cứng và/hoặc có độ bền riêng, sự tiêu tán năng lượng có thể giả thiết là chỉ được phát sinh từ bản thân các liên kết. Giả thiết này có thể chấp nhận được nếu tất cả các điều kiện sau đều được thỏa mãn:

a) Các liên kết phải có khả năng xoay đủ lớn phù hợp với biến dạng tổng thể;

b) Các cấu kiện gắn với liên kết vẫn là ổn định trong trạng thái cực hạn;

c) Có xét ảnh hưởng của biến dạng liên kết đến độ trượt tổng thể.

(3) Khi liên kết có độ bền riêng được sử dụng cho đoạn nối kháng chấn thì việc thiết kế theo khả năng chịu lực và tiêu tán năng lượng của các cấu kiện khác trong kết cấu phải được xuất phát từ độ bền dẻo của các đoạn nối kháng chấn.

(1) Đối với kết cấu kiểu con lắc ngược (như định nghĩa trong 6.3.1d), cột phải được kiểm tra chịu nén với tổ hợp bất lợi nhất của lực dọc và các mômen uốn.

(2) Khi kiểm tra, N_Ed, M_Ed, V_Ed được xác định theo 6.6.3.

(3) Độ mảnh không thứ nguyên của cột phải được giới hạn là ≤ 1,5.

(4) Hệ số độ nhạy  của chuyển vị ngang tương đối (nêu trong 4.4.2.2) nên lấy ≤ 0.2.

6.10. Các quy định thiết kế đối với kết cấu thép có lõi bêtông hoặc vách bêtông và đối với khung chịu mômen kết hợp với hệ giằng đúng tâm hoặc tường chèn

6.10.1. Kết cấu có lõi bêtông hoặc vách bêtông

(1)P Cấu kiện thép cần được kiểm tra theo Chương 6 của tiêu chuẩn này và EN 1993. Cấu kiện bêtông được thiết kế theo Chương 5 của tiêu chuẩn này.

(2)P Cấu kiện liên hợp thép - bêtông cần được kiểm tra theo Chương 7 của tiêu chuẩn này.

6.10.2. Khung chịu mômen kết hợp với hệ giằng đúng tâm

(1) Kết cấu kết hợp giữa khung chịu mômen và khung có hệ giằng làm việc trong cùng hướng phải sử dụng cùng một hệ số riêng q. Lực ngang phải được phân phối giữa các khung khác nhau theo độ cứng đàn hồi của chúng.

(2) Khung chịu mômen và khung có giằng cần tuân theo 6.6, 6.7 và 6.8.

6.10.3. Khung chịu mômen kết hợp với tường chèn

(1)P Khung chịu mômen có tường chèn bêtông cốt thép liên kết chắc chắn vào kết cấu thép được thiết kế theo Chương 7 của tiêu chuẩn này.

(2)P Khung chịu mômen có tường chèn không được liên kết chắc chắn với khung thép tại mặt trên cùng và mặt bên thì cần được thiết kế như kết cấu thép.

(3) Khung chịu mômen có tường chèn tiếp giáp với khung thép nhưng không được liên kết chắc chắn thì phải thỏa mãn các quy định sau:

a) Tường chèn cần được phân bố đều theo mặt đứng nhằm không làm tăng độ dẻo kết cấu cục bộ trong các cấu kiện khung. Nếu điều này không đảm bảo thì công trình cần được xem như có hình dạng không đều theo mặt đứng;

b) Cần xét đến sự tương tác của tường chèn trong khung, cần tính đến các nội lực trong các dầm và trong các cột do tác động của các thanh giằng chéo trong tường chèn gây ra. Có thể sử dụng các quy định trong 5.9 để làm việc này.

c) Khung thép cần kiểm tra theo các quy định trong mục này, còn tường chèn khối xây hoặc bêtông cốt thép được thiết kế theo Chương 5 hoặc Chương 9 của tiêu chuẩn này.

6.11. Quản lý thiết kế và thi công

(1)P Việc quản lý thiết kế và thi công phải đảm bảo công trình được xây dựng đúng như thiết kế.

(2) Với mục đích này, ngoài các điều khoản trong EN 1993 cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

a) Bản vẽ chế tạo và lắp dựng cần chỉ dẫn rõ các chi tiết liên kết, kích thước, chất lượng bulông và mối hàn cũng như mác thép của cấu kiện. Trên bản vẽ cần ghi chú giá trị ứng suất chảy lớn nhất cho phép fy,max của thép dùng trong các vùng tiêu tán năng lượng;

b) Tham số vật liệu cần kiểm tra phù hợp với 6.2;

c) Việc kiểm soát độ xiết chặt của bulông và chất lượng mối hàn cần tuân theo các quy định trong EN 1090;

d) Trong suốt quá trình thi công cần đảm bảo ứng suất chảy của thép sử dụng thực tế không vượt quá 10 % f_y,max được ghi chú trong bản vẽ cho các vùng tiêu tán năng lượng.

(3)P Khi một trong các điều kiện trên không thỏa mãn, cần điều chỉnh hoặc sửa chữa nhằm đáp ứng các yêu cầu trong Phần 1 của tiêu chuẩn này và đảm bảo tính an toàn cho công trình.

7. Những quy định cụ thể cho kết cấu liên hợp thép - bê tông

7.1. Tổng quát

(1)P Khi thiết kế nhà liên hợp thép - bêtông cần áp dụng EN 1994-1-1:2004 và các quy định bổ sung dưới đây.

(2) Ngoại trừ các quy định được điều chỉnh trong chương này thì vẫn áp dụng các quy định trong Chương 5 và Chương 6 của tiêu chuẩn này.

7.1.2. Các quan niệm thiết kế

(1)P Nhà liên hợp thép - bêtông chịu động đất phải được thiết kế theo một trong ba quan niệm sau:

a) Kết cấu có khả năng tiêu tán năng lượng thấp (quan niệm a);

b) Kết cấu có khả năng tiêu tán năng lượng mà vùng tiêu tán năng lượng ở phần kết cấu liên hợp (quan niệm b);

c) Kết cấu có khả năng tiêu tán năng lượng mà vùng tiêu tán năng lượng ở phần kết cấu thép (quan niệm c).

(3) Theo quan niệm a, khả năng chịu lực của cấu kiện và của các liên kết cần được tính toán theo EN 1993 và EN 1994 mà không cần bổ sung thêm các yêu cầu khác. Đối với những nhà không được cách chấn đáy (xem Chương 10) việc thiết kế theo quan niệm a được khuyến nghị chỉ dùng cho trường hợp động đất yếu (xem 3.2.1(4)).

(4) Theo quan niệm b) và c), khả năng chịu lực của kết cấu (trong các vùng tiêu tán năng lượng) dưới tác dụng của tải trọng động đất phải tính đến sự làm việc ngoài giới hạn đàn hồi. Đối với kết cấu có khả năng tiêu tán năng lượng, khi sử dụng phổ thiết kế nêu trong 3.2.2.5, giá trị của hệ số ứng xử q được lấy lớn hơn giá trị giới hạn trên cho trong Bảng 7.1, phụ thuộc vào cấp dẻo kết cấu và dạng kết cấu (xem 7.3). Khi chọn quan niệm b) hoặc c) để thiết kế thì phải tuân theo các yêu cầu từ 7.2 đến 7.12.

(5)P Theo quan niệm c), kết cấu không được tận dụng sự làm việc liên hợp của thép - bêtông trong vùng tiêu tán năng lượng. Để áp dụng quan niệm c) phải tuân thủ chặt chẽ các biện pháp nhằm ngăn cản sự tham gia của bêtông vào độ bền của vùng tiêu tán năng lượng. Cũng theo quan niệm này, đối với kết cấu liên hợp thép - bêtông, khi chịu tải trọng động đất thì thiết kế theo các quy định trong Chương 6, khi không chịu tải trọng động đất thì thiết kế theo EN 1994-1-1:2004. Các biện pháp ngăn ngừa sự tham gia của phần bêtông được nêu trong 7.7.5.

(6)P Các quy định thiết kế cho kết cấu liên hợp có khả năng tiêu tán năng lượng (theo quan niệm b), là nhằm phát triển cơ chế dẻo cục bộ (vùng tiêu tán năng lượng) và của cơ chế dẻo tổng thể sao cho dưới tác động của động đất, khả năng tiêu tán năng lượng càng nhiều càng tốt. Tùy theo loại cấu kiện hoặc dạng kết cấu được xem xét trong chương này, những quy định bảo đảm đạt được mục đích thiết kế chung được cho trong 7.5 đến 7.11 có tham khảo những tiêu chí riêng. Những tiêu chí này nhằm phát triển ứng xử cơ học tổng thể mà những điều khoản thiết kế có thể đưa ra cho nó.

(7)P Khi thiết kế theo quan niệm b, kết cấu phải thuộc cấp dẻo kết cấu DCM hoặc DCH. Các cấp độ dẻo kết cấu này tương ứng với sự tăng khả năng tiêu tán năng lượng của kết cấu theo cơ chế dẻo. Mỗi cấu kiện thuộc một cấp dẻo kết cấu nhất định phải thỏa mãn các yêu cầu riêng về một hay nhiều phương diện sau đây: lớp tiết diện thép, khả năng xoay của liên kết và các chi tiết cấu tạo.

7.1.3. Kiểm tra độ an toàn

(1)P Áp dụng 5.2.4(1)P và 6.1.3(1 )P.

(2) Áp dụng 5.2.4(2)p.

(3) Áp dụng 5.2.4(3)P.

(4) Khi kiểm tra khả năng chịu lực có liên quan tới cấu kiện thép, áp dụng 6.1.3(2).

7.2. Vật liệu

7.2.1. Bêtông

(1) Trong các vùng tiêu tán năng lượng, cấp độ bền của bêtông không thấp hơn C20/25. Nếu cấp độ bền của bêtông cao hơn C40/50 thì việc thiết kế không thuộc phạm vi của Tiêu chuẩn này.

7.2.2. Cốt thép trong bêtông

(1)P Đối với kết cấu thuộc cấp dẻo kết cấu trung bình DCM, cốt thép được xét để tính độ bền dẻo trong vùng tiêu tán năng lượng phải thuộc loại B hoặc C (theo Bảng C.1 trong EN 1992-1-1:2004). Đối với kết cấu thuộc cấp dẻo kết cấu cao DCH, cốt thép được xét để tính độ bền dẻo trong vùng tiêu tán năng lượng phải thuộc loại C.

(2)P Cốt thép thuộc loại B hoặc C phải được sử dụng cho các vùng có ứng suất lớn của kết cấu không tiêu tán năng lượng. Yêu cầu này áp dụng cho cả thép thanh và lưới thép hàn.

(3)P Ngoại trừ thép đai, chỉ dùng các thanh thép gai làm cốt trong vùng có ứng suất lớn.

(4) Lưới thép hàn không thỏa mãn các yêu cầu về độ bền dẻo (1)P của điều này thì không nên sử dụng trong vùng tiêu tán năng lượng. Nếu vẫn sử dụng lưới thép hàn đó thì phải đặt các cốt thép dẻo thêm vào lưới thép hàn và khả năng chịu lực của các cốt này được tính đến khi phân tích khả năng chịu lực của kết cấu.