ii
DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN

VỊ PHỐI HỢP CHÍNH

TT Họ và tên Đơn vị công tác và Nội dung Email
lĩnh vực chuyên môn nghiên cứu cụ
thể được giao

1 ThS. Lê Chí Khoa KTXD – Trường Chủ nhiệm

Phát Đại học SPKT – 48 Cao

Thắng – TP Đà Nẵng

2 ThS. Khoa KTXD – Trường Thành viên

Trương Đại học SPKT – 48 Cao

Hoàng Lộc Thắng – TP Đà Nẵng

iii

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .................................................................................................................1
1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ............................................................1
2. Lý do chọn đề tài ........................................................................................2
3. Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................2
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...............................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.....................................................2

6. Cấu trúc đề tài .............................................................................................2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DẦM MĨNG TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG
KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT................3
1.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐỘNG ĐẤT...........................................................3

1.1.1. Định nghĩa, nguyên nhân và đặc điểm..............................................................3
1.1.2. Sóng địa chấn và sự truyền sóng.......................................................................5
1.1.3. Cường độ động đất............................................................................................6
1.1.4. Đặc tính của chuyển động nền trong động đất [4]............................................9
1.2. ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT ĐỐI VỚI CÁC CÔNG TRÌNH XÂY
DỰNG............................................................................................................. 11
1.2.1. Tác động của động đất lên cơng trình [4, 16]..................................................11
1.2.2. Ứng xử của kết cấu khung BTCT khi chịu động đất.......................................12
1.3. TỔNG QUAN VỀ TÍNH TỐN DẦM MĨNG...............................................14
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN DẦM MÓNG TRONG NHÀ
NHIỀU TẦNG CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT..............................................15
2.1. PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG CỦA HỆ CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA TẢI
TRỌNG ĐỘNG ĐẤT.....................................................................................15
2.1.1. Mơ hình bài toán động.....................................................................................15
2.1.2. Hệ một bậc tự do chịu tác động của tải trọng động đất...................................15
2.1.3. Hệ nhiều bậc tự do (MDOF) chịu tác động của động đất...............................17
2.2. MƠ HÌNH VÀ TÍNH TỐN DẦM MĨNG TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG
KẾT CẤU MÓNG CỌC CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT...........................23
2.2.1. Cơ sở lý thuyết tính tốn dầm móng trên nền đàn hồi theo mơ hình Winkler 23
2.2.2. Mơ hình tính tốn dầm móng trong nhà nhiều tầng kết cấu bê tông cốt thép

móng cọc.........................................................................................................27
2.2.3. Mơ hình hóa dầm móng...................................................................................29
2.3. NHẬN XÉT CHƯƠNG 2.................................................................................30

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN DẦM MĨNG TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG KẾT
CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT.......................31

iv

3.1. GIỚI THIỆU CHUNG......................................................................................31
3.1.1. Số liệu phân tích..............................................................................................32
3.1.2. Các trường hợp phân tích................................................................................35

3.2. PHÂN TÍCH ĐỘNG ĐẤT TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH BẰNG PHẦN
MỀM ETABS v9.2.0.......................................................................................36
3.2.1. Mơ hình kết cấu [14].......................................................................................36
3.2.2. Định nghĩa, khai báo (Define) các thuộc tính của hệ [14]..............................36
3.2.3. Gán (Assign) các thuộc tính cho hệ kết cấu [14]............................................39
3.2.4. Phân tích và xem kết quả phân tích động đất..................................................43

3.3. TỔNG HỢP KẾT QUẢ TÍNH TỐN.............................................................45
3.3.1. Tổ hợp chuyển vị (theo phương X).................................................................45
3.3.2. Tổ hợp nội lực dầm móng...............................................................................45
3.3.3. Nhận xét:.........................................................................................................46

KẾT LUẬN ...........................................................................................................48
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................49
MINH CHỨNG SẢN PHẨM ĐỀ TÀI....................................................................50

v

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: Tĩnh tải do các lớp cấu tạo sàn..........................................................................32

Bảng 3.2: Vị trí xây dựng cơng trình và gia tốc đỉnh........................................................32
Bảng 3.3: Loại nền đất dưới đáy cơng trình......................................................................33
Bảng 3.4: Phổ phản ứng đàn hồi đất nền loại B tại Quận Hải Châu - ĐN.....................33
Bảng 3.5: Chuyển vị (mm) với các trường hợp phân tích.................................................45
Bảng 3.6: Lực dọc (kN) dầm móng lớn nhất với các trường hợp phân tích..........................45
Bảng 3.7: Momen M33 (kN.m) dầm móng với các trường hợp phân tích...........................45
Bảng 3.7: Momen M22 (kN.m) dầm móng với các trường hợp phân tích...........................46
Bảng 3.7: Momen M22 (kN.m) dầm móng nhà 8 tầng với các tiết diện dầm móng................46

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Cấu tạo Trái đất....................................................................................................3
Hình 1.2: Hướng và các loại dịch của của các phay (geologic fault).................................4
Hình 1.3: Minh họa hình thức chuyển động sóng dọc (sóng P).........................................5
Hình 1.4: Minh họa hình thức chuyển động sóng ngang (sóng S)....................................6
Hình 1.5:Minh họa hình thức chuyển động sóng LOVE (sóng Q)....................................6
Hình 1.6: Minh họa hình thức chuyển động sóng Rayleigh (sóng R)................................6
Hình 1.7: Gia tốc đồ của trận động đất Elcentro (19/5/1940).............................................9
Hình 1.8: Hậu quả của động đất tác dụng lên các cơng trình xây dựng.........................11
Hình 1.9: Ảnh hưởng của động đất tác dụng lên cơng trình............................................12
Hình 1.10: Ảnh hưởng của động đất theo chiều cao cơng trình.....................................13
Hình 1.11: Sự đổi chiều của momen do động đất gây ra..................................................13
Hình 2.1: Mơ hình hố bài tốn động................................................................................15
Hình 2.2: Hệ một bậc tự do chịu tác dụng của động đất...................................................16
Hình 2.3: Biểu đồ quan hệ giữa tần số dao động và hệ số cản Rayleigh.........................21
Hình 2.3: Sơ đồ tính dầm trên nền đàn hồi theo mơ hình Winkler..................................24
Hình 2.3: Biểu đồ dầm trên nền đàn hồi chịu lực phân bố q............................................26
Hình 2.3: Mơ hình cọc trong đài móng là các phần tử thanh..........................................27

Hình 2.3: Mơ hình cọc trong đài là các gối đàn hồi phương Z........................................28
Hình 2.3: Mơ hình cọc trong đài là các gối đàn hồi phương ngang................................28
Hình 2.3: Mơ hình cọc là một gối đàn hồi và bỏ qua mơ tả đài cọc.................................29
Hình 2.3: Mơ hình hóa dầm móng.....................................................................................29
Hình 2.3: Mơ hình tính tốn móng cọc và dầm móng.......................................................30
Hình 3.1: Mặt bằng kết cấu tầng 1.....................................................................................31
Hình 3.2: Mặt bằng kết cấu điển hình tầng 2-8.................................................................31
Hình 3.4: Mơ hình kết cấu cơng trình................................................................................36
Hình 3.5: Khai báo vật liệu BTCT (Bê tơng B25)..............................................................36
Hình 3.6: Khai báo tiết diện sàn, dầm, cột.........................................................................37
Hình 3.7: Khai báo sàn tuyệt đối cứng cho mỗi tầng........................................................37
Hình 3.8: Khai báo trường hợp tải trọng tĩnh...................................................................37
Hình 3.9: Khai báo khối lượng tham gia dao động...........................................................38
Hình 3.10: Phổ phản ứng đàn hồi nền đất loại B (cơng trình tại Q. Hải Châu – Đà
Nẵng)....................................................................................................................................38
Hình 3.11: Khai báo trường hợp phân tích động đất........................................................39
Hình 3.12: Kết quả gán liên kết đàn hồi vào móng và dầm móng....................................39
Hình 3.12: Kết quả gán tiết diện sàn, vách, dầm, cột tầng 2-mái.....................................40
Hình 3.13: Kết quả gán sàn tuyệt đối cứng cho mỗi tầng.................................................40
Hình 3.14: Kết quả gán tĩnh tải tác dụng lên sàn..............................................................41
Hình 3.15: Kết quả gán hoạt tải tác dụng lên sàn.............................................................41
Hình 3.16: Kết quả gán tĩnh tải tường tác dụng lên dầm..................................................42
Hình 3.17: Chia tự động phần tử sàn, vách.......................................................................42

vii

Hình 3.18: Chia tự động phần tử dầm tại vị trí đã chia phần tử sàn, vách......................43
Hình 3.19: Kết quả chuyển vị khung K2 với các trường hợp phân tích...........................43
Hình 3.19: Kết quả chuyển vị tầng 1 (dầm móng) với các trường hợp phân tích............44
Hình 3.20: Kết quả nội lực dầm móng trường hợp khơng xét đến động đất....................44

Hình 3.21: Kết quả nội lực dầm móng trường hợp có xét đến động đất phương DX..........44

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG viii
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Thông tin chung:

- Tên đề tài: Lựa chọn tiết diện dầm móng hợp lý cho nhà nhiều tầng kết cấu bê
tông cốt thép chịu tải trọng động đất.

- Mã số: T2018-06-109

- Chủ nhiệm: ThS. Lê Chí Phát.

- Thành viên tham gia: ThS. Trương Hồng Lộc.

- Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng.

- Thời gian thực hiện: Tháng 05/2018 đến tháng 04/2019

2. Mục tiêu:

- Xây dựng mơ hình tính tốn dầm móng cho nhà nhiều tầng kết cấu BTCT
móng cọc chịu tải trọng động đất.

- Đề xuất tiết diện dầm móng hợp lý cho nhà nhiều tầng kết cấu BTCT móng

cọc chịu tải trọng động đất.

3. Tính mới và sáng tạo: Số liệu nghiên cứu và khảo sát là hồn tồn mới chưa
được cơng bố trong bất kỳ cơng trình nghiên cứu khoa học nào cho đến thời điểm
hiện tại.

4. Tóm tắt kết quả nghiên cứu: Nội dung của đề tài sẽ góp phần làm rõ ảnh hưởng
của tải trọng động đất đến sự làm việc của kết cấu dầm móng trong nhà nhiều tầng;
từ đó làm cơ sở cho việc lựa chọn tiết diện dầm móng hợp lý.

5. Tên sản phẩm: Báo cáo tổng kết đề tài & 01 bài báo đăng trên Kỷ yếu Hội thảo
quốc gia CITA2018.

6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp
dụng: Đề tài có thể chuyển giao kết quả cho các tổ chức, cá nhân tại các đơn vị tư
vấn thiết kế có quan tâm đến tính tốn cơng trình xây dựng chịu tải trọng động đất,
… và sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các sinh viên chuyên ngành Xây dựng
Dân dụng tại các trường Đại học, Cao đẳng trong cả nước, …

7. Hình ảnh, sơ đồ minh họa chính

ix
Hình 1: Mơ hình kết cấu cơng trình

a) Trường hợp khơng xét tải trọng động đất b) Trường hợp có xét tải trọng động đất
Hình 2: Kết quả chuyển vị khung K2 với các trường hợp phân tích

Hội đồng KH&ĐT đơn vị Ngày 03 tháng 05 năm 2019
(ký, họ và tên) Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ và tên)


XÁC NHẬN CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

x

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information:

Project title: Selecting a foundation beam section for multi-storey reinforced
concrete structures subjected to earthquake load

Code number: T2018-06-109.

Coordinator: Le Chi Phat

Duration: from 05/2018 to 04/2019.

2. Objective(s):

- Building a model for calculating foundation beams for multi-
story buildings with reinforced concrete structures of pile
foundation subject to earthquake load.

- Proposing foundation beams section for multi-story buildings
with reinforced concrete structure of pile foundation subject to
earthquake load.

3. Creativeness and innovativeness: Research data and is completely
new survey has not been published in any scientific research until

the present time.

4. Research results: The content of the project will contribute to
clarify the impact of earthquake load on the work of foundation
beam structure in multi-story buildings; From there, it is the basis
for selecting a foundation beam section.

5. Products: Report on the topic and 01 article published in the
Proceedings of CITA2018 National Workshop.

6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: The topic
can transfer the results to organizations and individuals in the design consultants
interested in building computational load Earthquake, ... and used as a reference for
the students majoring in Civil Engineering at the University, colleges in the country,
...

1

MỞ ĐẦU

1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

Việc tính tốn dầm móng đã được nhiều tác giả trên thế giới quan tâm nghiên
cứu. Tuy nhiên các nghiên cứu hiện tại chủ yếu tập trung về vấn đề mơ hình và
phương pháp tính tốn dầm móng. Có thể kể đến cơng trình nghiên cứu của các tác
giả như sau: B. Y. Ting and E. F. Mockry, Beams on elastic foundation finite
element. J. Strucr; HETENYI, M. Beams on elastic foundation; M. A. Adin, D. Z.
Yankclcvsky and M. Eiscnbergcr, Analysis of beams on bi-moduli elastic
foundation;


Tại nước ta, việc tính tốn dầm móng ở nước ta chưa có Tiêu chuẩn, tài liệu
hướng dẫn cụ thể. Đặc biệt đối với cơng trình chịu tải trọng ngang nói chung và tải
trọng động đất nói riêng thì việc tính tốn dầm móng cịn gặp nhiều khó khăn. Đã
có một số tài liệu của các tác giả ngoài nước viết về nội dung này; tuy nhiên do sự
khác nhau về Tiêu chuẩn thiết kế, yếu tố nền đất, … nên việc áp dụng các nội dung
này vào trong tính tốn trong điều kiện nước ta hiện nay cịn chưa đồng bộ và chủ
yếu dựa trên kinh nghiệm của người thiết kế. Do đó đây là lĩnh vực nhận được
nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học.

Có thể kể đến một số cơng trình nghiên cứu có liên quan đến việc mơ hình và
tính tốn dầm móng chịu tải trọng động đất ở nước ta như sau: Bộ Xây dựng (1996),
TCVN 2737-1995 Tải trọng và tác động (soát xét lần 2); Tiêu chuẩn Quốc gia
(2012), TCVN 9386:2012 Thiết kế cơng trình chịu động đất; Nguyễn Lê Ninh
(2007), Động đất và thiết kế cơng trình chịu động đất, NXB Xây dựng;Viện KHCN
Xây dựng (2009), Hướng dẫn thiết kế nhà cao tầng bằng bêtông cốt thép chịu động
đất theo Tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006; Phạm Hồng Anh, Nguyễn Thành Ln
(2014), Tính dầm trên nền Winkler theo phương pháp chuyển vị; Nguyễn Đơng Chí
(2017), Tính tốn dầm trên nền đàn hồi; Vũ Cơng Ngữ (2006), Móng cọc – Phân
tích và thiết kế.

2. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Dầm móng là một bộ phận rất quan trọng trong cơng trình xây dựng nói
chung và nhà nhiều tầng nói riêng. Hiện nay việc mơ hình và tính tốn dầm móng
cịn nhiều quan niệm khác nhau và chưa có tài liệu cũng như Tiêu chuẩn hướng dẫn
cụ thể. Đặc biệt đối với kết cấu nhà nhiều tầng chịu tải trọng động đất thì việc mơ
hình và tính tốn cịn gặp nhiều khó khăn. Do đó việc lựa chọn đề tài “Lựa chọn
tiết diện dầm móng hợp lý cho nhà nhiều tầng kết cấu Bê tông cốt thép chịu tải

2


trọng động đất” là vấn đề rất cần thiết và có ý nghĩa khoa học, thực tiễn. Nội dung
của đề tài sẽ góp phần xây dựng sơ đồ tính và chọn tiết diện dầm móng hợp lý cho
nhà nhiều tầng, móng cọc kết cấu Bê tơng cốt thép có xét đến tải trọng động đất;

3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Xây dựng mơ hình tính tốn dầm móng cho nhà nhiều tầng kết cấu BTCT
móng cọc chịu tải trọng động đất.

- Đề xuất tiết diện dầm móng hợp lý cho nhà nhiều tầng kết cấu BTCT móng
cọc chịu tải trọng động đất.

4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu: dầm móng Bê tơng cốt thép trong nhà nhiều tầng,
móng cọc chịu tải trọng động đất.

Phạm vi nghiên cứu: Xét dầm móng nhà nhiều tầng, móng cọc với điều
kiện địa chất trên địa bàn Thành phố Đà Nẵng.

5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể sử dụng làm: Tài liệu tham khảo cho
sinh viên chuyên ngành Xây dựng tại các trường Đại học, cao đẳng và các kỹ sư,
cán bộ kỹ thuật Xây dựng.

6. CẤU TRÚC ĐỀ TÀI

Đề tài gồm những nội dung chính như sau:

Mở đầu
Chương 1: Tổng quan dầm móng trong nhà nhiều tầng kết cấu bê tông cốt
thép chịu tải trọng động đất.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn dầm móng trong nhà nhiều tầng chịu tải
trọng động đất
Chương 3: Tính tốn dầm móng trong nhà nhiều tầng kết cấu bê tông cốt
thép chịu tải trọng động đất
Kết luận
Tài liệu tham khảo

3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DẦM MÓNG TRONG NHÀ
NHIỀU TẦNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU TẢI
TRỌNG ĐỘNG ĐẤT

1.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐỘNG ĐẤT
1.1.1. Định nghĩa, nguyên nhân và đặc điểm
a. Định nghĩa

Trái đất của chúng ta là một hành tinh khơng ổn định, có đường kính khoảng
12.756 km được bao bọc bởi lớp vỏ cứng không liền nhau gồm 9 mảng lục địa lớn
và 6 mảng lục địa nhỏ. Diện tích các mảng lục địa chỉ chiếm khoảng ¼ diện tích bề
mặt trái đất và ¾ diện tích cịn lại là đại dương mênh mơng. Lớp vỏ ngồi của trái
đất có chiều dày từ 5-35 km. Càng vào sâu thì nhiệt độ càng tăng, các chất cũng
càng mềm nhão và chuyển sang thể lỏng. Đây là điều kiện cho các mảng lục địa
khơng liên kết đó chuyển dịch gây rạn nứt làm dung nham phun trào ra ngoài hoặc
các mảng trượt lên nhau tạo nên các nếp gấp hình thành các rặng núi hoặc sự
chuyển mình gây ra hiện tượng động đất [3, 4, 6, 16].


Hình 1.1: Cấu tạo Trái đất
Động đất là một sự rung chuyển hay chuyển động lung lay của mặt đất do sự
lan tỏa năng lượng từ một điểm nhất định nằm sâu trong lòng đất. Động đất thường
là kết quả sự chuyển động của các phay (geologic fault) hay những bộ phận đứt gãy

4
trên vỏ của Trái đất hoặc các hành tinh cấu tạo chủ yếu từ chất rắn như đất đá, …
[4, 16].
b. Nguyên nhân

Có rất nhiều nguyên nhân xảy ra động đất như vận động phun trào núi lửa;
các trượt lở đất đá khối lượng lớn; hoạt động đứt gãy; thiên thạch va chạm vào Trái
đất; hoạt động làm thay đổi ứng suất đá gần bề mặt hoặc áp suất chất lỏng, các vụ
thử hạt nhân dưới lòng đất, … nhưng nguyên nhân cơ bản là sự chuyển động tương
hỗ không ngừng của các khối vật chất nằm sâu trong lòng đất để thiết lập một thế
cân bằng mới được gọi là vận động kiến tạo và động đất là hậu quả từ những vận
động kiến tạo đó [3, 4].

Hình 1.2: Hướng và các loại dịch của của các phay (geologic fault)

c. Đặc điểm
Động đất xảy ra hằng ngày trên trái đất, nhưng hầu hết không đáng chú ý và

không gây ra thiệt hại. Trong rất nhiều trường hợp, có rất nhiều trận động đất nhỏ
hơn xảy ra trước hay sau lần động đất chính, những trận này được gọi là dư chấn.
Trung tâm của các chuyển động địa chấn, nơi phát ra năng lượng về mặt lý thuyết,
được quy về một điểm gọi là chấn tiêu. Hình chiếu của chấn tiêu lên bề mặt trái đất
gọi là chấn tâm. Khoảng cách từ chấn tiêu đến chấn tâm gọi là độ sâu chấn tiêu.
Khoảng cách từ chấn tiêu đến điểm quan trắc gọi là khoảng cách chấn tiêu (tiêu cự)
và từ chấn tâm đến điểm quan trắc gọi là khoảng cách chấn tâm (tâm cự).[3, 4]


5
1.1.2. Sóng địa chấn và sự truyền sóng

Năng lượng giải phóng từ chấn tiêu lan truyền tới bề mặt trái đất dưới dạng
sóng. Có hai dạng sóng địa chấn: sóng truyền từ chấn tiêu qua nền đá cứng ra môi
trường bao quanh được gọi chung là sóng khối, cịn loại chỉ lan truyền trong vùng
sát mặt đất nên được gọi là sóng mặt.

Khi động đất xảy ra có bốn loại sóng địa chấn được tạo ra cùng lúc, tuy
nhiên chúng có vận tốc khác nhau và có thể ghi nhận được theo thứ tự đi đến trạm
thu như sau:

1. Sóng dọc: là sóng truyền đi nhờ sự thay đổi thể tích vật chất, gây ra biến
dạng kéo nén trong lịng đất. Sóng dọc đến các điểm quan trắc trước nên cịn gọi là
sóng sơ cấp (Primary wave) kí hiệu là P. Chuyển động của nó tương tự như là
chuyển động của sóng âm trong chất lỏng. Sóng P có vận tốc truyền nhanh nhất và
có thể truyền qua cả ba mơi trường: rắn, lỏng, khí.

Hình 1.3: Minh họa hình thức chuyển động sóng dọc (sóng P)
2. Sóng ngang: là sóng hướng chuyển động của các hạt vật chất vng góc
với hướng đi của sóng. Các sóng này gây ra hiện tượng xoắn và cắt mà khơng làm
thay đổi thể tích của mơ trường truyền sóng. Vì vậy, sóng này cịn có tên là sóng
cắt. Ở tại các điểm quan trắc, sóng ngang đến sau sóng dọc nên cịn gọi là sóng thứ
cấp (Secondary wave), ký hiệu là S. Ở mặt đất các sóng S có thể gây ra các chuyển
động theo phương đứng lẫn ngang.

Hình 1.4: Minh họa hình thức chuyển động sóng ngang (sóng S)

6

3. Sóng Love hoặc sóng Q: Chuyển động của loại này về cơ bản là tương tự
như của sóng S nhưng khơng có thành phần thẳng đứng. Nó làm cho các phần tử vật
chất chuyển động trong mặt phẳng nằm ngang song song với mặt đất, vng góc
với hướng truyền sóng. Các sóng này chỉ gây ra ứng suất cắt.

Hình 1.5:Minh họa hình thức chuyển động sóng LOVE (sóng Q)
4. Sóng Rayleigh hoặc sóng R: Đây là loại sóng làm cho các phần tử chuyển
động theo một quỹ đạo hình ellipse trong mặt phẳng thẳng đứng song song với
phương truyền sóng. Chuyển động này tương tự như là chuyển động của sóng biển,
có thể gây ra nén hoặc kéo và cắt trong nền đất.

Hình 1.6: Minh họa hình thức chuyển động sóng Rayleigh (sóng R)
1.1.3. Cường độ động đất

a. Định nghĩa [4]
Cường độ động đất là thể hiện mức độ tàn phá mà động đất có thể gây ra ở

một khu vực nào đó. Giá trị thơng số này đạt giá trị cực đại ở chấn tâm rồi giảm dần
theo khoảng cách chấn tâm, và phụ thuộc vào điểm quan sát. Cường độ động đất
được đánh giá bằng cách so sánh hậu quả tàn phá quan sát được, đặc biệt là hậu quả
phá hủy cơng trình xây dựng, được mơ tả theo cấp độ chuẩn gọi là Thang cường độ.
b. Thang cường độ động đất [4]

Thang cường độ động đất (hay cấp động đất) phụ thuộc vào khả năng nhận
thức của con người về mức độ phá hoại cơng trình xây dựng do động đất gây ra.

Năm 1878, thang cường độ động đất được Rossi thành lập. Mười năm sau
được nhà địa chấn học Mercalli soát xét lại và đến năm 1904, Cancani đã đưa ra

7


một thang độ có định lượng cụ thể trên cơ sở gia tốc nền (acceleration) do chấn
động gây ra. Thang cường độ do Mercalli thành lập, được Sieberg công bố năm
1923 và là cơ sở để hai nhà địa chấn học H.O.Wood và F.Neumann xây dựng Thang
Mercalli hiệu chỉnh (Modified Mercalli Scale) công bố năm 1931. Năm 1956, thang
cường độ lại được Richter hiệu chỉnh chút ít thành thang cường độ chính thức áp
dụng rộng rãi ngày nay với khoảng gia tốc cực đại được hiệu chỉnh. Thang
Modified Mercalli phân chia cường độ chấn động thành 12 cấp dựa trên cơ sở tác
động của động đất lên con người, công trình, đồ vật, súc vật và biến dạng mặt đất.

Các nước Châu Âu thường sử dụng thang cường độ MSK-64 do ba nhà khoa
học Medvedev, Sponhahure và Karnic đề xuất năm 1964, là thang cường độ được
UNESCO kiến nghị. Thang cường độ MSK-64 được xây dựng dựa trên tập hợp các
biểu hiện của tác động động đất lên con người và ngoại cảnh, lên cơng trình các loại
và lên hiện tượng tự nhiên. Theo thang MSK-64 có 12 cấp động đất như sau:

Cấp I – Động đất khơng cảm thấy, chỉ có máy mới ghi nhận được.

Cấp II – Động đất ít cảm thấy (rất nhẹ). Trong những trường hợp riêng lẻ,
chỉ có người nào đang ở trạng thái yên tĩnh mới cảm thấy được.

Cấp III – Động đất yếu. Ít người nhận biết được động đất. Chấn động y như
tạo ra bởi một ôtô vận tải nhẹ chạy qua.

Cấp IV – Động đất nhận thấy rõ. Nhiều người nhận biết động đất, cửa kính
có thể kêu lạch cạch.

Cấp V – Thức tỉnh. Nhiều người ngủ bị tỉnh giấc, đồ vật treo đu đưa.

Cấp VI – Sợ hãi. Đa số người cảm thấy động đất, nhà cửa bị hư hại nhẹ.


Cấp VII – Hư hại nhà cửa. Đa số người sợ hãi, nhiều người khó đứng vững,
nứt lớp vữa, tường bị rạn nứt.

Cấp VIII – Phá hoại nhà cửa. Sợ hãi và khủng khiếp, ngay người lái ô tô
cũng lo ngại, tường nhà bị nứt lớn, mái hiên và ống khói bị rơi.

Cấp IX – Hư hại hoàn toàn nhà cửa. Khủng khiếp hoàn toàn, một số nhà bị
sụp đổ, tường, mái, trần bị sập, nền đất có thể bị nứt rộng 10 cm.

Cấp X – Phá hoại hoàn toàn nhà cửa. Nhiều nhà bị sụp đổ, nền đất có thể bị
nứt rộng đến 1 mét.

Cấp XI – Thảm họa. Nhà xây tốt, cầu, đập nước và đường sắt bị hư hại nặng,
mặt đất bị biến dạng, vết nứt rộng, sụp đổ lớn ỏ núi.

8

Cấp XII – Thay đổi địa hình. Phá huỷ mọi cơng trình ở trên và dưới mặt đất,
thay đổi địa hình trên diện tích lớn, thay đổi cả dịng sơng, …

c. Thang độ lớn động đất [4]

* Thang Richter hay còn gọi là thang độ lớn địa phương

Dựa vào thang cấp động đất theo cường độ động đất chúng ta chỉ có thể xác
định mức độ tác động của động đất lên bề mặt trái đất, mà chưa cho thơng tin gì về
sức mạnh hay đúng hơn là năng lượng mà trận động đất phát ra và truyền vào môi
trường xung quanh vùng chấn tiêu dưới dạng sóng đàn hồi. Chính vì thế để nghiên
cứu đặc trưng của từng trận động đất và nhất là khi phải so sánh các trận động đất

xảy ra ở các vùng khác nhau, vào năm 1935 nhà địa chấn C.F.Richter (Mỹ) đã đưa
ra khái niệm chấn cấp. Chấn cấp là một thông số đo đạc của một trận động đất và nó
đặc trưng cho độ lớn của động đất xét về năng lượng, còn gọi là độ Richter, ký hiệu
bằng M. Ngày nay các nhà địa chấn sử dụng thang độ Richter để phân hạng động
đất về độ lớn.

Theo định nghĩa của Richter, độ lớn M của một trận động đất là logarit cơ số
10 của biên độ lớn nhất của dao động nền đất đo bằng micron (một phần ngàn
milimet) trên băng ghi của máy đo chuẩn đặt cách chấn tâm 100 km. Trên thực tế
điều kiện đặt trạm cách chấn tâm 100 km khơng thể thoả mãn vì chúng ta chưa biết
động đất xảy ra tại đâu nên độ lớn động đất được xác định:

M = logA - logA0 (1.1)

(1.1)
Trong đó:
- M: Độ lớn động đất theo thang độ richter.
- A : Biên độ lớn nhất của trận động đất đang xét do địa chấn kế.
- A0: Biên độ lớn nhất của trận động đất chuẩn có cùng chấn tâm.
* Thang cường độ động đất theo đặc trưng của sóng
Thang độ Richter M đo biên độ phổ chuyển động nền đất với tần số dao động
từ 1 đến 5 Hz và khơng phân biệt được các loại sóng khác nhau. Do đó, người ta
cịn dùng các thang độ lớn sau đây: thang độ lớn sóng mặt MS, thang độ lớn sóng
khối MB, thang độ lớn momen MW.

9

Thang độ lớn sóng mặt MS thường được dùng đối với các trận động đất nơng
(có độ sâu chấn tiêu nhỏ hơn 70 km) và cách xa chấn tâm (trên 2000 km) có cường
độ từ trung bình đến lớn.


Thang độ lớn sóng khối MB thường được dùng đối với các trận động đất có
độ sâu chấn tiêu lớn.

Thang độ lớn moment MW thường được dùng đối với các trận động đất có
quy mơ rất lớn.
1.1.4. Đặc tính của chuyển động nền trong động đất [4]

Khi động đất xảy ra, chuyển động của đất được thể hiện bằng lịch sử thời
gian hoặc biểu đồ động đất dưới dạng gia tốc, vận tốc hay chuyển vị của một điểm
nhất trong trận động đất. Biểu đồ lịch sử thời gian bao gồm các thông tin đầy đủ về
sự dịch chuyển của đất theo ba phương x, y, z.

Gia tốc thường được đo bằng gia tốc kế biên độ lớn, còn vận tốc và chuyển
vị thường được xác định bằng phương pháp tích phân liên tiếp gia tốc ghi được. Các
gia tốc được ghi tại các vị trí mà có cùng khoảng cách so với chấn tâm thì có thể
khác nhau về thời gian, cường độ, tần số vì cịn tuỳ thuộc vào tính chất của đất.

Hình 1.7: Gia tốc đồ của trận động đất Elcentro (19/5/1940)
(Nguồn: />
Như vậy, nhìn từ quan điểm của kết cấu cơng trình thì các thơng số quan
trọng nhất ảnh hưởng đến cường độ động đất bao gồm: gia tốc đỉnh của nền đất
(Peak Ground Acceleration-PGA), sự duy trì tần số và thời gian kéo dài của rung
động mạnh.

10

a. Gia tốc đỉnh (PGA)

Gia tốc đỉnh là gia tốc cực đại, phản ảnh độ mạnh của sự dịch chuyển nền

đất, cũng chính là thể hiện cường độ của động đất. Đỉnh gia tốc nền theo phương
ngang thường được quan tâm hơn theo phương đứng do khả năng chịu tải trọng
đứng của cơng trình đủ an tồn để chịu thêm tải trọng động đất theo phương đứng.

Hiện nay, người ta thường dùng gia tốc đỉnh hơn là vận tốc đỉnh và chuyển
vị đỉnh vì nó có thể đo trực tiếp được, trong khi hai thơng số trên phải qua tính tốn
tích phân bổ sung. Hơn nữa, gia tốc đỉnh có liên quan trực tiếp đến tải trọng động
đất, đặc biệt là các cơng trình có độ cứng lớn.

b. Nội dung tần số

Nội dung tần số là số lần gia tốc bằng không trong mỗi giây. Rõ ràng khi tần
số của lực kích thích bằng với tần số của dao động riêng của kết cấu (cộng hưởng),
dao động của kết cấu tăng lên nhiều lần và hiệu ứng giảm chấn có thể trở nên không
đáng kể. Mặc dù chuyển động của đất nền không bao giờ là dạng hình sin (nghĩa là
dao động khơng phải tuần hồn), thế nhưng thường vẫn có một chu kỳ có ảnh
hưởng lớn đến phản ứng của kết cấu.

c. Thời gian kéo dài của rung động mạnh

Thời gian kéo dài của rung động mạnh là khoảng thời gian giữa đỉnh đầu và
đỉnh cuối, và giá trị này vượt qua một giá trị đủ lớn cho trước (nghĩa là khoảng thời
gian kéo dài của rung động mạnh). Cách định nghĩa này còn gọi là phương pháp
trực tiếp để xác định khoảng thời gian kéo dài của rung động mạnh.

Năm 1978, R.Dobry, I.Idriss & E.Ng định nghĩa đó là thời gian cần thiết để

tích luỹ từ 5% - 95% năng lượng của gia tốc đồ biểu diễn qua số đo cường độ Aria:

 2 t (1.2)


I A  a (t)dt

g0

Trong đó: t là khoảng thời gian diễn ra động đất.

Khoảng thời gian rung động mạnh của nền đất còn được hiểu là là khoảng
thời gian cần để giải phóng năng lượng biến dạng tích lũy của đứt gãy. Khoảng thời
gian này tỉ lệ thuận với độ lớn của động đất. Khi khoảng thời gian này càng dài thì
năng lượng ảnh hưởng đến kết cấu càng lớn.

11

1.2. ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT ĐỐI VỚI CÁC CƠNG TRÌNH
XÂY DỰNG

Động đất gây ra hậu quả to lớn đối với các cơng trình xây dựng nói chung và
cơng trình nhà cao tầng nói riêng. Khi động đất xảy ra, nhà cao tầng bị sụp đổ
không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến con người trong cơng trình mà cịn ảnh hưởng
đến con người và cơng trình của cả khu vực lân cận.

a) Phá hoại tòa nhà do trận động đất b) Phá hoại toà nhà do trận động đất
Izmit tại Turkey vào 17/8/1999 Michoacan tại Mexico vào 19/9/1985

c) Phá hoại tòa nhà do trận động đất d) Phá hoại toà nhà do trận động đất

Loma Prieta tại California vào Northridge tại California vào 17/1/1994

17/10/1989


Hình 1.8: Hậu quả của động đất tác dụng lên các cơng trình xây dựng

(Nguồn: EECR, University of California Berkeley)

1.2.1. Tác động của động đất lên cơng trình [4, 16]

Động đất gây ra sự dịch chuyển của nền đất, vì vậy cơng trình được xây
dựng trên nền đất phải chịu sự dịch chuyển theo móng của nó. Mặc dù móng dịch
chuyển theo sự dịch chuyển của nền đất nhưng phần mái của ngơi nhà có khuynh
hướng đứng yên tại vị trí gốc ban đầu của nó. Do tường và cột liên kết phần móng
với phần mái cơng trình nên khi móng dịch chuyển sẽ kéo theo sự dịch chuyển của