Trong thiết kế công trình xây dựng tại các vùng có nguy cơ động đất, việc đảm bảo an toàn cho người và tài sản không chỉ phụ thuộc vào khả năng chịu lực của vật liệu, mà còn phụ thuộc vào tư duy cấu hình kết cấu và nguyên tắc kháng chấn ngay từ giai đoạn đầu của thiết kế. Tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 đã nêu rõ các nguyên tắc cơ bản làm nền tảng cho việc thiết kế kết cấu có khả năng chống chịu tốt trước tác động động đất.

1. Thiết kế kháng chấn phải được cân nhắc ngay thiết kế cơ sở

Việc xét đến nguy cơ động đất cần được đưa vào giai đoạn đầu của thiết kế kiến trúc và kết cấu, nhằm tạo ra một hệ kết cấu hợp lý, có khả năng kháng chấn tốt mà vẫn kiểm soát được chi phí đầu tư.

2. Các nguyên tắc cơ bản trong thiết kế kháng chấn

2.1. Tính đơn giản về kết cấu

• Kết cấu đơn giản có đường truyền lực rõ ràng và trực tiếp.

• Giúp dễ mô hình hóa, phân tích và giảm tính bất định trong dự đoán ứng xử động đất.

Kết cấu càng đơn giản → Dự đoán hành vi kháng chấn càng chính xác.

2.2. Tính đều đặn, đối xứng và siêu tĩnh

• Đều đặn theo mặt bằng: Cấu kiện chịu lực phân bố đều giúp truyền lực quán tính nhanh, trực tiếp.

• Đều đặn theo phương đứng: Giảm tập trung ứng suất hoặc yêu cầu độ dẻo cao.

• Đối xứng: Hạn chế xoắn không mong muốn trong kết cấu.

• Tăng bậc siêu tĩnh: Phân phối lại nội lực và tiêu tán năng lượng hiệu quả.

Có thể chia công trình thành các đơn nguyên độc lập bằng khe kháng chấn, với điều kiện chống va chạm khi dao động.

2.3. Khả năng chịu lực và độ cứng theo hai phương

• Động đất tác động theo hai phương vuông góc.

• Cần bố trí hệ chịu lực (khung, vách...) theo cả hai phương để đảm bảo cân bằng về độ cứng và khả năng chịu lực.

2.4. Khả năng chống xoắn

• Đảm bảo độ cứng chống xoắn hợp lý để hạn chế chuyển động xoắn và phân bố ứng suất không đều.

• Bố trí cấu kiện kháng chấn gần chu vi công trình giúp tăng hiệu quả chống xoắn.

2.5. Ứng xử sàn như tấm cứng

• Sàn và mái đóng vai trò như tấm cứng nằm ngang, truyền lực quán tính đến hệ kết cấu đứng.

• Quan trọng trong các công trình không đều, kéo dài, có lỗ mở lớn hoặc kết cấu hỗn hợp.

• Sàn cần có độ cứng trong mặt phẳng và liên kết hiệu quả với hệ chịu lực đứng.

2.6. Móng phải phù hợp với kết cấu kháng chấn

• Móng và liên kết với kết cấu bên trên phải đảm bảo phân phối lực động đất đồng đều.

• Với kết cấu tường rời rạc: nên dùng móng kiểu hộp hoặc nhiều ngăn.

• Với móng đơn hoặc móng cọc: cần có dầm giằng hai phương theo TCVN 9386-5:2012, mục 5.4.1.2.

3. Tổng kết

Thiết kế kháng chấn không chỉ là tăng tiết diện hay chọn vật liệu tốt mà còn là một tư duy hệ thống, bao gồm lựa chọn sơ đồ kết cấu, mô hình truyền lực, chi tiết sàn, móng và liên kết. Việc tuân thủ các nguyên tắc trên sẽ giúp công trình đáp ứng yêu cầu an toàn động đất và tối ưu chi phí – hiệu quả sử dụng.

Tham khảo kiến nghị các cấu hình thiết kế kháng chấn dưới đây: