I. Ưu điểm địa chấn cốt lõi của kết cấu thép
Các thành phần chính của kết cấu thép sử dụng dầm H{1}}cán nóng, cột hộp hàn, ống tròn và dầm thép. Hưởng lợi từ các đặc tính vốn có của thép bao gồm độ dẻo tốt, trọng lượng nhẹ-và cường độ cao, kết cấu thép thể hiện những lợi thế địa chấn nổi bật so với kết cấu bê tông:
Trọng lượng bản thân{0}}nhẹ
Tổng tải trọng xây dựng thấp. Tác động địa chấn (lực cắt địa chấn) tỷ lệ thuận với-trọng lượng bản thân. Trong những điều kiện giống nhau, kết cấu thép chịu lực động đất thấp hơn đáng kể so với kết cấu bê tông cốt thép.
Độ dẻo tuyệt vời của thép
Thép là vật liệu đàn hồi lý tưởng. Nó có thể bước vào giai đoạn dẻo dưới những trận động đất mạnh để hấp thụ năng lượng địa chấn và hiếm khi xảy ra sự cố giòn mà không có cảnh báo.
Lắp ráp công nghiệp & khớp điều khiển
Các linh kiện được chế tạo sẵn tại nhà máy và lắp ráp tại chỗ. Các mối nối cột-dầm được thiết kế phù hợp có thể hiện thực hóa triết lý “khớp khỏe, cốt yếu” và “cột mạnh, dầm yếu” để hình thành cơ chế tiêu tán năng lượng.
Khả năng biến dạng kết cấu mạnh mẽ
Cho phép có một lượng biến dạng liên tầng nhất định với lượng biến dạng dự trữ đủ lớn, do đó khả năng sụp đổ tổng thể tức thời là không thể.
Khả năng phục hồi sau động đất-cao
Hầu hết-thiệt hại sau trận động đất đều tập trung vào các bộ phận tiêu tán năng lượng-đặt trước chẳng hạn như đầu dầm và thanh giằng. Việc sửa chữa và thay thế các bộ phận ít khó khăn hơn so với kết cấu bê tông.
Kịch bản áp dụng: Nhà máy, chuồng gia cầm, nhà kho, tòa nhà văn phòng nhiều-tầng, kết cấu thép khung cổng PEB nhịp lớn{1}}.
II. Đặc điểm địa chấn của hệ thống kết cấu chính (Thường gặp trong kỹ thuật)
1. Kết cấu thép khung cổng nhẹ (Được sử dụng rộng rãi cho nhà và kho gia cầm)
Hình thức kết cấu: Cột khung cứng tiết diện-H{1}}có thể thay đổi + dầm côn; chân cột có bản lề hoặc cứng nhắc; xà gồ mái và tường + tấm sandwich cách nhiệt ✅ Ưu điểm: Trọng lượng bản thân cực nhẹ nên hiệu quả địa chấn thấp; cấu hình đơn giản và chi phí tiết kiệm ⚠️ Điểm yếu chính về địa chấn
Chân cột bản lề được sử dụng ở hầu hết các công trình có khả năng chịu mô men uốn ngang do động đất yếu; các sơ đồ bản lề thuần túy phải được sử dụng thận trọng ở những vùng có cường độ địa chấn cao.
Sự thay đổi độ cứng đột ngột ở các đầu dầm tiết diện-có thể thay đổi có xu hướng gây mất ổn định cục bộ khi có động đất.
Hệ thống giằng (giằng chéo) đóng vai trò là tuyến phòng thủ địa chấn đầu tiên. Thiếu giằng hoặc khoảng cách quá lớn dễ dẫn đến độ cứng bên không đủ.
Các tấm sandwich bao vây hầu hết là các bộ phận không-chịu tải-và không thể hoạt động như các bức tường địa chấn để chống lại các lực ngang.
Độ ổn định kém-ngoài{1}}mặt phẳng. Phải lắp đặt xà gồ và giằng đầu gối hoàn chỉnh để ngăn chặn sự mất ổn định cục bộ của mặt bích dầm.
Cường độ địa chấn áp dụng: Vùng 6 và Vùng 7 thông thường. Cần gia cố đặc biệt trên chân cột và các giằng cứng ngang bổ sung cho Vùng 8 và các vùng có cường độ địa chấn cao hơn; chân cột cứng sẽ được sử dụng khi cần thiết.
2. Cấu trúc khung thép (Nhà máy nhiều{1}}tầng và tòa nhà tổng hợp)
Cột tiết diện-H-đồng nhất + Dầm tiết diện H-có liên kết dầm-cột cứng. Nguyên tắc thiết kế chịu động đất cần tuân thủ: cột mạnh dầm yếu, mối nối mạnh bộ phận yếu, neo mạnh bộ phận yếu Đường truyền lực địa chấn: Tấm sàn → Dầm thép → Cột thép → Móng Bản lề nhựa ở đầu dầm có thể tiêu tán năng lượng địa chấn, khiến nó trở thành một trong những hệ thống có hiệu suất địa chấn toàn diện tối ưu.
3. Khung giằng đồng tâm / Khung giằng lệch tâm
Hệ giằng chéo đồng tâm: Độ cứng cao, thích hợp với các trận động đất vừa và nhỏ. Tuy nhiên, các thanh giằng dễ bị oằn khi bị nén trong động đất với khả năng tiêu tán năng lượng hạn chế.
Khung giằng lệch tâm: Được trang bị dầm liên kết. Năng lượng địa chấn được hấp thụ bằng cách tạo ra các chùm liên kết, được khuyến nghị sử dụng cho các vùng có cường độ địa chấn cao.
III. Các dạng hư hỏng do địa chấn điển hình của kết cấu thép
Mất ổn định và gãy giằng (phổ biến nhất ở các nhà máy nhẹ)
Tỷ lệ độ mảnh quá mức của các giằng ngang gây ra hiện tượng oằn nén dưới tác dụng của tải trọng động đất theo chu kỳ, làm mất độ cứng ngang và tăng mạnh chuyển vị ngang của công trình.
Dầm-cột bị hỏng
Rách giòn các mối hàn thường xuyên xảy ra ở các mối hàn sớm. Các mã hiện tại yêu cầu hàn rãnh ở mặt bích cuối dầm-, tab chạy-, kiểm tra siêu âm mối hàn hoặc các phần dầm giảm xương chó để dịch chuyển bản lề nhựa ra ngoài.
Lỗi chân cột
Khả năng chịu lực nâng và cắt của chân cột có bản lề không đủ; bu lông neo không đủ và bản đế quá mỏng dẫn đến việc nâng và trượt chân cột khi có động đất, trực tiếp gây ra hiện tượng lật đổ các khung cứng.
Trình tự thiệt hại do động đất điển hình đối với nhà và kho chứa khung cổng: Chân cột bị hỏng > Hệ giằng bị hỏng > Mất ổn định uốn của các cấu kiện.
Sự mất ổn định cục bộ của các thành phần
Tỷ lệ chiều rộng-độ dày quá mức của dầm và mặt bích cột/tấm bản bụng gây ra hiện tượng mất ổn định cục bộ sau khi chuyển sang trạng thái dẻo và mất khả năng chịu lực.
Thảm họa thứ cấp của hệ thống bao vây
Tháo rời các đầu nối của tấm sandwich và tấm tường, làm rơi các bộ phận phi cấu trúc. Tuy không trực tiếp gây ra sập đổ kết cấu chính nhưng lại mang đến những rủi ro về an toàn.
IV. Nguyên tắc kiểm soát chính cho thiết kế địa chấn (Theo Bộ luật GB 50011 về thiết kế địa chấn của tòa nhà)
1. Thiết kế ý tưởng (Ưu tiên cao hơn tính toán số)
Áp dụng bố trí mặt phẳng và độ cao thường xuyên càng xa càng tốt để tránh thay đổi độ cứng đột ngột và độ lệch tâm khối. Mặt phẳng lồi-lõm và sàn so le sẽ gây ra hiệu ứng xoắn và làm trầm trọng thêm thiệt hại do địa chấn.
Bố trí các hệ thống chịu lực ngang và dọc -theo phương ngang và liên tục (hệ giằng/khung).
Làm rõ tuyến phòng chống địa chấn: ưu tiên các cấu kiện phụ ( giằng, dầm) để tiêu tán năng lượng và ngăn chặn các cột khung bị lún trước.
2. Giới hạn chi tiết chính
Tỷ lệ thanh mảnh: Kiểm soát chặt chẽ tỷ lệ thanh mảnh của hệ giằng chống chấn để tránh hiện tượng oằn sớm.
Tỷ lệ độ dày-chiều rộng tấm: Giới hạn tỷ lệ chiều rộng-độ dày của mặt bích và bản bụng của dầm và cột thép để đảm bảo sự phát triển dẻo mà không mất ổn định cục bộ.
Yêu cầu chung: Đối với cấp độ địa chấn cao, các mối hàn góc-một mặt bị cấm chịu lực địa chấn lớn.
Chân cột: Đối với cường độ địa chấn Vùng 7 trở lên, tối ưu hóa chân cột cho khung cổng; chân cột cứng được khuyến khích cho các tòa nhà quan trọng.
3. Những điểm chính của tính toán và phân tích
Các phương pháp tính toán địa chấn: Phương pháp cắt nền tương đương/phương pháp phổ phản ứng; phân tích lịch sử thời gian{0}}sẽ được bổ sung cho các tòa nhà không đồng đều. Giới hạn góc lệch giữa các câu chuyện được kiểm soát:
Tòa nhà khung cổng nhẹ: Mã giới hạn 1/60
Khung thép nhiều{0}}tầng: Khoảng 1/250 tùy thuộc vào cấp độ địa chấn
Sự dịch chuyển quá mức cho thấy độ cứng ngang không đủ, đòi hỏi các thanh giằng tăng cường và các tiết diện cấu kiện được mở rộng. Hiệu ứng ghép xoắn phải được xét đến khi tâm khối không trùng với tâm cứng. Xem xét tĩnh tải: Các tấm sandwich bao vây, thiết bị và trần treo của kết cấu thép đều phải được đưa vào tính toán khối lượng để đánh giá lực động đất.
V. Đề xuất địa chấn đặc biệt cho chuồng gia cầm khung cổng / Chuồng gà thép (Các kịch bản kinh doanh phù hợp)
Những giải thích chính kết hợp các đặc tính kỹ thuật của chuồng gia cầm bằng thép đúc sẵn:
Hệ thống giằng không thể đơn giản hóa một cách tùy tiện
Các giằng ngang mái và giằng cột phải được bố trí thành một bộ hoàn chỉnh và không được bỏ sót để tiết kiệm thép. Hệ giằng sử dụng ống thép Q235B/Q355B hoặc thép góc.
Chân cột là vùng địa chấn yếu
Chân cột bản lề đáp ứng yêu cầu cho Zone 6 và Zone 7 trong các công trình thông thường. Đối với vùng có động đất vùng 8: tăng số lượng bu lông neo, làm dày bản đế, đặt chốt cắt và sử dụng chân cột cứng nếu có điều kiện.
Gia cố độc lập cho thiết bị thông gió, giá đỡ tấm làm mát và vòng bi quạt
Quạt và tấm làm mát là những khối bổ sung tạo ra thêm lực ngang khi có động đất để ngăn các đầu nối làm rách các tấm tường.
Kiểm soát tỷ lệ khung hình của tòa nhà và tránh các cấu trúc quá dài
Các khe co giãn chịu động đất được khuyến khích sử dụng cho các tòa nhà có chiều dài lớn để giảm ứng suất nhiệt và giảm thiểu tác động xoắn do địa chấn.
Lựa chọn vật liệu
Q355B được khuyên dùng cho các bộ phận chính có độ bền va đập đủ tiêu chuẩn. Nghiêm cấm các phần thép có thành mỏng-kém chất lượng. Các mối hàn quan trọng phải đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất ở nhiệt độ thấp và tải trọng động.