AISC Design Guide 11 (DG11) là một cẩm nang thiết kế chuyên sâu, cung cấp các phương pháp thực hành để đánh giá và kiểm soát rung động của các hệ kết cấu khung thép (bao gồm cả sàn) do hoạt động của con người gây ra. Mục tiêu chính của DG11 là giúp các kỹ sư thiết kế kết cấu thép có thể tạo ra các công trình mang lại sự thoải mái cho người sử dụng và chức năng ổn định cho các thiết bị, máy móc nhạy cảm.

DG11 nhấn mạnh rằng thiết kế chống rung động không chỉ là vấn đề an toàn mà còn là vấn đề tiện nghi và khả năng phục vụ của công trình, đặc biệt trong các tòa nhà hiện đại có nhịp lớn, sàn nhẹ và độ cứng giảm.

Những điểm cốt lõi mà DG11 2016 đề cập bao gồm:

• Giới thiệu về Rung động do con người:

  • Giải thích các loại hoạt động của con người gây ra rung động (đi bộ, chạy, nhảy, hoạt động thể dục, nhịp điệu) và các đặc tính của lực kích thích tương ứng (tần số, biên độ).

  • Mô tả các phản ứng của con người với rung động (cảm giác khó chịu, lo lắng, ảnh hưởng đến khả năng tập trung hoặc thực hiện các hoạt động cụ thể).

• Các tiêu chí chấp nhận rung động (Vibration Acceptance Criteria):

  • Đề xuất các tiêu chí chấp nhận dựa trên gia tốc đỉnh (peak acceleration) hoặc hệ số đáp ứng (response factor), thường được biểu thị dưới dạng "tỷ lệ gia tốc" so với gia tốc trọng trường (g).

  • Phân loại các không gian sử dụng (ví dụ: văn phòng thông thường, văn phòng nhạy cảm, phòng mổ, nhà ở, trung tâm mua sắm, nhà hàng, phòng tập thể dục) và đưa ra các giới hạn gia tốc khác nhau cho từng loại để đảm bảo tiện nghi và chức năng.

  • Thảo luận về các tiêu chí cho thiết bị nhạy cảm.

• Các thông số động lực học của hệ thống sàn:

  • Tần số tự nhiên (Natural Frequency): Hướng dẫn tính toán tần số tự nhiên của các chế độ dao động cục bộ (local modes) của sàn (dầm đơn, hệ dầm-sàn) và các chế độ dao động tổng thể (global modes). DG11 thường tập trung vào các chế độ dao động cơ bản của nhịp dầm và panel sàn.

  • Khối lượng hiệu quả (Effective Mass): Phương pháp xác định khối lượng hiệu quả tham gia vào dao động cho từng chế độ.

  • Hệ số giảm chấn (Damping Ratio): Cung cấp các giá trị hệ số giảm chấn điển hình cho các loại hệ thống sàn (có hoặc không có vách ngăn, trần giả, v.v.), nhấn mạnh tầm quan trọng của giảm chấn trong việc kiểm soát biên độ rung động.

• Mô hình hóa và phân tích rung động:

  • Phương pháp phân tích đơn giản hóa (Simplified Analysis Method): DG11 nổi tiếng với phương pháp tính toán nhanh, đơn giản, phù hợp cho giai đoạn thiết kế sơ bộ hoặc cho các sàn thông thường. Phương pháp này thường bao gồm:

    • Tính toán tần số tự nhiên của các dầm chính, dầm phụ và panel sàn.

    • Tính toán gia tốc đáp ứng đỉnh của sàn dưới tải trọng đi bộ (thường sử dụng mô hình lực hài đơn giản).

    • Kiểm tra đáp ứng gia tốc với các tiêu chí chấp nhận.

  • Phương pháp phân tích nâng cao (Advanced Analysis Methods): Đề cập đến việc sử dụng mô hình phần tử hữu hạn (FEM) và các phân tích động lực học phức tạp hơn cho các trường hợp đặc biệt hoặc khi cần độ chính xác cao hơn.

  • Xử lý các loại tải trọng khác: Hướng dẫn phân tích rung động do các hoạt động như chạy, nhảy, khiêu vũ hoặc máy móc.

• Thiết kế để kiểm soát rung động:

  • Tăng độ cứng: Tăng chiều cao dầm, tăng momen quán tính của dầm và sàn, giảm nhịp.

  • Tăng khối lượng: Tăng khối lượng bản thân của sàn (ví dụ: tăng chiều dày tấm bê tông, sử dụng bê tông nặng).

  • Tăng độ giảm chấn: Mặc dù khó điều chỉnh trong thiết kế ban đầu, DG11 thảo luận về các yếu tố có thể tăng giảm chấn (như vách ngăn, trần giả, kết nối có ma sát).

  • Thay đổi bố trí kết cấu: Điều chỉnh vị trí cột, dầm, hoặc thêm dầm phụ để thay đổi tần số tự nhiên và phân bố khối lượng.

  • Sử dụng sàn liên hợp: Tận dụng hiệu quả liên hợp giữa thép và bê tông để tăng độ cứng và khối lượng.

  • Giải pháp cho dầm lưới/dầm có lỗ (Cellular/Fabricated Beams): Cân nhắc đặc biệt khi thiết kế các loại dầm này.

• Các ví dụ thiết kế: Cung cấp nhiều ví dụ minh họa chi tiết về các bước tính toán và kiểm tra rung động cho các loại hệ thống sàn thép khác nhau, giúp người đọc áp dụng lý thuyết vào thực tế.

• Các cân nhắc thi công và điều chỉnh: Đề cập đến các vấn đề có thể phát sinh trong quá trình thi công và các biện pháp điều chỉnh nếu sàn bị rung động quá mức sau khi hoàn thành.

AISC Design Guide 11, 2016 là một tài liệu thực hành cực kỳ hữu ích và là nguồn tài liệu tham khảo chính cho các kỹ sư kết cấu tại Bắc Mỹ và nhiều nơi khác trên thế giới khi thiết kế các hệ thống sàn thép và liên hợp để kiểm soát rung động.

Các bạn có thể liên hệ trực tiếp Fanpage (https://www.facebook.com/VietConsEducation) của trung tâm để đặt câu hỏi. Chúng tôi sẽ giải đáp thêm cho bạn.

Quét mã QR 

>>> Xem thêm: Lịch khai giảng các khóa học siêu hot tại Vietcons Education!