Đề xuất cách tính tải trọng gió theo TCVN 2737-1995 cho công trình có hình dạng phức tạp

Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018

Kỷ yếu khoa học

ĐỀ XUẤT CÁCH TÍNH TẢI TRỌNG GIĨ THEO TCVN 2737-1995 CHO
CƠNG TRÌNH CĨ HÌNH DẠNG PHỨC TẠP
Đặng Sĩ Khiêm*, Nguyễn Việt Khánh, Lê Ích Trọng
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
*Tác giả liên lạc:
TĨM TẮT
Bài báo mơ tả phương pháp xác định hệ số áp lực gió lên các cơng trình có hình
dạng phức tạp. Mơ phỏng hầm gió bằng Robot Structural Analysis Professional
và Flow Design cũng như phân tích dựa trên TCVN 2737-1995, EN 1991-1-4 và
ASCE 7-05 được thực hiện trên một số cơng trình có hình dạng phức tạp điển
hình. Kết quả của thí nghiệm hầm gió cho cơng trình “MR&S” đã được sử dụng
để xác minh kết quả phân tích này. Bên cạnh đó, việc mơ phỏng hầm gió sử dụng
các phần mềm thương mại để xác định hệ số áp lực gió cho cơng trình có hình
dạng phức tạp là khả thi và hiệu quả.
Từ khóa: Hệ số áp lực gió, hệ số khí động; mơ phỏng áp lực gió; mơ phỏng thí
nghiệm hầm gió; ống thổi khí động.
AN APPROACH IN DETERMINATION OF WIND LOAD FOR
IRREGULAR SHAPED BUILDING ACCORDING TO VIETNAMESE
STANDARD 2737-1995
Dang Si Khiem*, Nguyen Viet Khanh, Le Ich Trong
Ho Chi Minh City University of Technology and Education
*Corresponding Author:
ABSTRACT
The article described an approach in determination of the pressure coefficient on
irregular shaped buildings. The wind tunnel simulation on Robot Structural
Analysis Professional and Flow Design software as well as analytical method
according to TCVN 2737-1995, EN 1991-1-4 and ASCE 7-05 are performed in

several of typical irregular shaped buildings. The results of wind tunnel for
“MR&S” project were used for verifying it. Therefore, the use of wind tunnel
simulation on commercial software to determine the wind pressure coefficient for
irregular shaped buildings is perfectly useful.
Keywords: Pressure coefficient, wind load simulation, wind tunnel, wind tunnel
simulation experiment.
TỔNG QUAN
Trong nhiều năm qua, thực tế cho thấy
các cơng trình nhà cao tầng địi hỏi độ
tin cậy ngày càng cao đối với quy trình
tính tóa n và thiết kế tải trọng gió. Việc
lựa chọn hệ số khí động ảnh hưởng rất
lớn đến tải trọng gió tác động lên nhà
cao tầng, đặc biệt là cơng trình có hình
dạng phức tạp. Để tính tóa n hệ số này,
người ta sử dụng phương pháp chiếu

vng góc theo TCVN 2737-1995.
Thế nhưng, liệu việc áp dụng TCVN
2737-1995 cho các cơng trình có hình
dạng phức tạp có hiệu quả và khả thi,
trong khi hệ số khí động dường như
phụ thuộc vào sự khuếch đại gió tại bề
mặt cơng trình.
Xuất phát từ những u cầu thực tế và
kế thừa các kết quả đạt được của các
nhà nghiên cứu trong nước và trên thế

588

Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018

giới, các tác giả nghiên cứu đề xuất
một giải pháp mới “sử dụng phần mềm
để mô phỏng tải trọng gió qua mơ hình
ống thổi khí động” để xác định hệ số
áp lực gió. Bằng cách xây dựng mơ
hình tính gió sử dụng phần mềm Robot
Structural Analysis Professional và
Flow Design. Tải trọng gió được mơ
phỏng qua mơ hình ống thổi khí động
trên phần mềm sẽ được thể hiện, từ đó
mơ hình có thể dự báo được đối tượng
chính là tải trọng gió cho cơng trình.
Phương pháp này có thể dự báo được
độ chính xác của TCVN 2737-1995 về
tải trọng gió tác động lên cơng trình
nhà cao tầng có hình dạng phức tạp.
Kết quả thu được từ nghiên cứu là cơ
sở để áp dụng thiết kế tải trọng gió cho
dự án thực tế “MR&S”.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp giải tích: Các tác giả sử
dụng cách thức tính tóa n được đề cập
đến trong TCVN 2737-1995, ASCE 705, EN 1991-1-4 để xác định giá trị áp
lực gió cho các cơng trình có hình dạng
đơn giản và phức tạp.
Phương pháp số: Sử dụng phần mềm

Kỷ yếu khoa học

Robot Structural Analysis Professional
(RSAP) và Flow Design (FD) để mơ
phỏng các dịng khí đặc trưng cho
cường độ gió của vùng địa hình được
xét tác dụng lên cơng trình.
Ngồi ra, các tác giả cịn kiểm chứng
và đối chiếu áp lực gió tác dụng vào bề
mặt cơng trình giữa mơ phỏng phần
mềm với thực tiễn, từ đó đưa ra cách
tính hệ số khí động c và đề xuất thơng
qua cơng trình thực tế “MR&S”.
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Áp lực gió tác dụng lên cơng trình có
hình dạng đơn giản
Cơng trình được mơ hình và thực hiện
q trình mơ phỏng thí nghiệm dựa
trên phần mềm Robot Structural
Analysis Professional với cùng kích
thước tỷ lệ thực, profile vận tốc gió,
vận tốc gió cơ sở, độ cao gradient địa
hình v.v.
Giá trị áp lực gió thu được tương đồng
với kết quả tính tóa n giải tích theo
TCVN 2737-1995 và EN 1991-1-4
(Hình 1). Cho thấy độ tin cậy từ phần
mềm so với tính tóa n giải tích theo tiêu
chuẩn quy định.

Hình 1. Giá trị áp lực gió theo tiêu chuẩn và phần mềm cho cơng trình có hình
dạng đơn giản
589


Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018

Áp lực gió tác dụng lên cơng trình có
hình dạng phức tạp
Các tác giả đề xuất một cơng trình có
hình dạng phức tạp về mặt bằng, mặt
đứng và tiến hành mơ phỏng số dựa
trên phần mềm RSAP (hình chữ H).
Giá trị hệ số áp lực gió được xử lý và
đề xuất cho các cơng trình có hình dạng

Kỷ yếu khoa học

khác nhau.
Cơng trình có dạng chữ H (cùng kích
thước đón gió với cơng trình có hình
dạng đơn giản 30x30x36m) làm ví dụ
tính tóa n đặc trưng cho cơng trình có
hình dạng phức tạp, giá trị áp lực gió
được thể hiện ở Hình 2.

Hình 25. Giá trị áp lực gió tính theo tiêu chuẩn và phần mềm cho cơng trình
dạng chữ H
Giá trị áp lực tính tóa n theo tiêu chuẩn và đề xuất hệ số áp lực gió cho một vài
cho cơng trình dạng chữ H được thực cơng trình có hình dạng điển hình.

hiện dựa trên phương pháp hình chiếu Áp lực gió tác dụng lên cơng trình dự
vng góc mặt đón gió.
án“MR&S” kết hợp thí nghiệm ống
Kết quả phân tích cho thấy giá trị áp thổi khí động
lực gió khi tính tóa n bằng phần mềm Kết quả phân tích cho thấy tính tóa n
RSAP cho cơng trình có hình dạng theo ba tiêu chuẩn có sự sai lệch, đặc
phức tạp lớn hơn so với phương pháp biệt khi kể đến yếu tố địa hình và sự
tính tóa n giải tích thơng thường. thay đổi giá trị áp lực gió theo độ cao.
Những vùng góc cạnh chịu ứng suất Điều này cho thấy sự bất cập khi áp
cục bộ có áp lực lớn. Từ đây có thể dụng phương pháp giải tích để tính tóa
thấy được khi tính tóa n giá trị áp lực n cho các cơng trình có hình dạng phức
gió theo phương pháp giải tích khơng tạp.
đảm bảo được độ an tồn.
Các giá trị hệ số áp lực gió thu được
Từ những đánh giá trên, các tác giả tiến bằng phần mềm Flow Desgin ở Hình 6
hành mơ phỏng một số cơng trình có được xác định bằng cách ghi nhận qua
hình dạng phức tạp khác nhau về mặt 10 lần đo và được xác định thông qua
đứng và mặt bằng, mô phỏng hầm gió giá trị trung bình. Giá trị chỉ được ghi
bằng phần mềm RSAP nhằm xác định nhận khi dòng khí chạy ổn định và
giá trị áp lực gió cho các mặt khác nhau được thể hiện ở biểu đồ biến thiên hệ
590


Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018

số áp lực gió theo thời gian qua các
mặt. Kết quả thí nghiệm cho thấy hệ số
áp lực gió thu được từ thí nghiệm bằng
ống thổi khí động và mơ phỏng số bằng
phần mềm RSAP có sự sai lệch. Sự sai

lệch này chủ yếu do phần mềm RSAP
không mơ phỏng được hình dạng địa
hình trong q trình tính tóa n gắn áp
lực. Giá trị hệ số áp lực gió được tính
tóa n bằng phần mềm RSAP có vùng
phân bố và những điểm gây ứng suất
cục bộ lên các bề mặt chính diện tương
đối giống với thí nghiệm ống thổi khí
động.
KẾT LUẬN
Sử dụng TCVN 2737-1995 để xác định
tải trọng gió là thiên về hướng an tồn
khi quy về trung bình trên bề mặt đón
gió. Khi hình dạng cơng trình thay đổi,
tại các vị trí dịng rối khơng khí bị
khuếch đại cục bộ dưới các ảnh hưởng
chắn khí của sự thay đổi hình dáng bất

Kỷ yếu khoa học

thường (hình chữ H, chữ U, chữ C,...),
thì phân vùng áp lực gió tại đó lớn hơn
nhiều so với giá trị trung bình.
Sử dụng phần mềm Robot Structural
Analysis Professional và Flow Design
để mô phỏng tính tóa n cho cơng trình
nhà cao tầng có hình dạng phức tạp cho
thấy tính khả thi và hiệu quả, hệ số áp
lực gió cho cơng trình nhà cao tầng có
hình dạng phức tạp là dự báo được.

Bên cạnh đó, sử dụng phần mềm số để
tính tóa n tải trọng gió cho thấy một
cách tổng quát ảnh hưởng của gió lên
cơng trình thơng qua biểu đồ màu và áp
lực cục bộ được thể hiện, cùng với đó
là sự thuận tiện trong việc lưu trữ số
liệu và sử dụng lại sau này.
Hạn chế của bài báo là mới xét đến
công trình có độ cao dưới 40 m, chưa
xét đến ảnh hưởng từ gió động và hệ số
áp lực gió lên các mặt nhà công nghiệp
thấp tầng, vẫn đề cần được giải quyết
trong các nghiên cứu về sau.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
EN 1991-1-4 (2005). Wind actions for EN 1991-Erocode 1, actions on structures.
MARTIN AND CHOCK. Topographic wind speed-up and directionality factors
for use in the city and county of Honolulu Building Code, USA.
PETER IRVIN, ROY DENOON AND DAVID SCOTT. Wind tunnel testing of
High-Rise Buildings.
VŨ THÀNH TRUNG VÀ NGUYỄN QUỲNH HOA (2013). Đánh giá Profile
vận tốc gió theo tiêu chuẩn của một số nước. Tạp chí Khoa học và Cơng
nghệ Xây dựng số 2/2013.

591