Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo tiêu chuẩn 2737:1995.

ÊU CHN

XÂY DỰNG

TCXD 229 : 1999

si dẫn tính tốn thành phần động của tải trọng gió
eo tiêu chuần TCVN

tidance for determination

2737 : 1995,

of dynamic

component

of the wind loads

under

VN 2737 : 1995
Pham

vi ap dung

Chi dan nay dung để tính tốn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên các
kết cấu, nền móng, nhà và cơng trình theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động
TCVN

2737

: 1995 [1].

Thành phần động của tải trọng gió phải được kể đến khi tính tốn các cơng trình
tháp, trụ, ống khói, cột điện, thiết bị dạng cột, hành lang băng tải, các giàn giá lộ
thiên... các nhà nhiều tầng cao hơn 40 mét, các khung ngang nhà cơng nghiện

tang một nhịp có độ cao trến 36 mét và tỉ số độ cao trên nhịp lớn hơn 1,5.

một

Đối với các cơng trình cao và kết cấu mềm (ống khói, tru, tháp,...) cịn phải tiến hành
kiểm tra mất ổn định khí động. Việc kiểm tra có thể tham khảo phần phụ lục C của
chỉ dẫn này.
Đối với các cơng trình đặc thù thuộc các ngành

: giao thơng, thủy lợi, điện lực, bưu

điện... cần chú ý đến các yêu cầu tính tốn riêng cho phù hợp với đặc tính của từng
loại cơng trình.

Ngun tắc cơ bản
Tai trong gid gdm hai thành phần : thành phần tĩnh và thành phần động. Giá trị và
phương tính tốn của thành phần tính tải trọng gió được xác định theo các điều khoản
ghi trong tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN
Thành

phần

động của

2737 : 1995 [1].

tải trọng gió được xác định theo

phương tính tốn thành phần tĩnh của tải trọng gió.

các phương

tương ứng với

Thành phần động của tải trọng gió tác động lên cơng trình là lực do xung của vận
tốc gió và lực qn tính của cơng trình gảy ra. Giá trị của lực này được xác định trên

cơ sở thành phần tĩnh của tải trọng gió nhân với các hệ số có kể đến ảnh hưởng của
xung vận tốc gió và lực qn tính của cơng trình.
1

Việc tính tốn cơng trình chịu tác dụng động lực của tải trọng giá bao gồm : Xác định
thành phần động của tải trọng gió và phản ứng của cơng trình do thành phần động
của tải trọng gió gây ra ứng với từng dạng dao động.
Số hiệu của các công thức, các điều, mục, bảng biểu hoặc hình vẽ... được diễn giải
hoặc

quy định vận dụng trong nội dung của các điều,

mục

hoặc

các

phụ

lục ; nếu

5


TCXD

229

: 1999

không ghi cụ thể các tài liệu kèm theo thì được hiểu là cơng thức, điều, mục, bảng
biểu hoặc hình vẽ của chỉ dẫn này
3.

Trình tự các bước tính tốn xác định thành phần động của tải trọng gió

3.1.

Xác định xem cơng trình có thuộc phạm vì phải tính thành phần động và phải kiểm

3.2.

Thiết lập sơ đồ tính tốn động lực

tra mất ổn định khí động theo các điều 1.2 và 1.3 trong chỉ dẫn.

321

Sơ đề tính tốn được chọn là hệ thanh cơng xơn có hữu bạn điểm
lượng, xem phụ lục A, hình A.1.

tập trung khối

3.2.2.

Chia cơng trình thành n phan sao cho mỗi phần có độ cứng và áp lực gió lên bể

3.2.3.

Vị trí của các điểm tập trung khối lượng đặt tương ứng với cao trình trọng tâm của

mặt cơng trình có thể coi như không đổi.

các kết cấu truyền tải trọng ngang của công trình (sàn nhà, mặt bằng bố trí giằng
ngang, sàn thao tác), hoặc trọng tâm của các kết cấu, các thiết bị cố định, các vật.
liệu chứa thường xuyên (nước trong các bầu đài của các tháp nước...).

8.2.4.

Giá trị khối lượng tập trung ở các mức trong sơ đồ tính tốn bằng tổng giá trị các
khối lượng của kết cấu chịu lực, kết cấu bao che, trang trí, khối lượng của các thiết
bị cố định (máy cái, môtơ, thùng chứa. đường ống...), các vật liệu chứa (chất lông,
vật liệu rời...) và các khối lượng khác. Việc tính tốn, tổ hợp các khối lượng tập
trung này phải tuân theo các quy định của TCVN 2737 : 1995 và các tiêu chuẩn có
lên quan khác.

Khi kế đến các khối lương chất tạm thời trên cơng trình trong việc tính tốn động
luc tai trọng gió, cần đưa vào hệ số chiết giam khối lượng.
Bảng

1 - Hệ số chiết giảm đối với một số dạng

khối lượng chất tạm thời trên cơng trình

-

Dạng

"

|

khối lượng

Hệ số chiết

giảm

khối lượng

. Bui chất đống trên mái

0.5

¡ Các vật liệu chứa chất trong kho, silô, bunke, bể chứa

1,0

| Người, đồ đạc trên sàn | Thư viện và các nhà chứa hàng. chứa hề sơ

0,8

¡jnh tương đương PhÂ" | Các cơng trình đân dung khác

0,5

! Cầu trục và cấu treo các | [ó móc cứng
ae

0,3

bố

đều

vat nang

3.2.5.

3.3.
3.3.1.
6

Co méc mém

—

0,0

Độ cứng của thanh cơng xón lấy bằng độ cing tương đương của cơng trình. Có thể

xác định độ cứng tương đương uên cơ sở tính tốn sao cho sự chun dịch ở định
của cơng trình thực và ở định của thenh cơng xơn là bằng nhau khi tác dụng tại
đỉnh cơng trình và đính thanh công xôn cùng một lực ngang.

Xác định giá rrị tiêu chuẩn thành phản tính của áp lực gió lên các phản của cơng trình
Xác định áp lực gió tiêu chuẩn theo điều 4.11.

|


TCXD

229 : 1999

3.3.2.

Xác định hệ số độ cao k(zj) đối với từng phần thứj của cơng trình theo bảng 7,
trong đó mốc chuẩn để tính độ cao xác định theo phụ lục A, mục A.2:3.

3.3.3.

Xác

định hệ số khí động c đối với từng phần của cơng trình theo- bảng 6 của

TCVN

3.3.4.
3.4.

2737 : 1995.

.

Xác định giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió lên các phần cơng trình,
xác định theo điều 4.10.

.

Xác định giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên các phần
tính tốn của cơng trình, khi chỉ kể đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió.

3.4.1.

Xác định hệ số áp lực động và hệ số tương quan không gian đối với các phần tính
tốn của cơng trình theo bảng 3, bảng 4 va bang 5.

3.4.2.

Xác định giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên các phần tính
tốn của cơng trình, khi chỉ kể đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió theo điều 4.2.

3ð.

Xác định giá trị tiêu chuẩn và giá tị tính tốn của thành phần động tải trọng gió lên
các phần tính tốn của cơng trình.
Xác định tần số và đạng dao động

3.5.1.
3.5.1L1.

Xác định tần số dao động thứ nhất f, (Hz) của cơng trình. Có thể vận dụng các

3.5.1.2.

So sánh tần số f, với tần số giới hạn f, trong bảng 2. Nếu f, > f, thì giá trị tiêu
chuẩn thành phần động của tải trọng gió lên các phần cơng trình được xác định
theo điều 4.2. Nếu tần số f, < f, thi giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải

công thức trong phụ lục B, các điều từ B.1 đến B.3.

trọng gió được xác định theo điểu từ 4.3 đến 4.8.

3.5.2.
3.6.
4,

4.1.

Xác định giá trị tính tốn thành phản động của tải trọng gió lên các phần tính tốn
của cơng trình theo điều 4.9.
Tổ hợp nội lực và chuyển vị của cơng trình do thành phần tĩnh và động của tải trọng
gió gây ra theo điều 4.12.

Xác định thành phần động của tải trọng gió theo TCVN

2737:

1995,

-—-

-

Tùy mức độ nhạy cảm của cơng trình đối với tác dụng động lực của tải trọng gió mà
thành phần động của tải trọng gió chỉ cần kể tác động do thành phần xung của vận
tốc gió hoặc cả với lực qn tính của cơng trình.

Mức độ nhạy cảm được đánh giá qua tương quan giữa giá trị các tần số đao động riêng cơ
bản của cơng trình, đặc biệt là tần số dao động riêng thứ nhất, với tần số giới hạn f, cho
trong bảng 2. Các giá trị cho trong bảng này lấy theo TCVN 2737 : 1995.
Bảng 2 ~ Giá trị giới hạn của tần số dao động riêng f,„

ane

Vừng

4

6

áp

lực gió

I

ị

|

1T

V

Tos

f, (Hz)

11

Ị

1,3

m

Iv

|

L6
|

17

1,9

52

015

3,4
41

5,0

5,6

5,9

|


TC XD 229 : 1999

Chủ thích : õ — Là dộ giảm loge dao dòng của kết cổu, phụ thuộc uờo dạng kết cầu va uột liệu

chịu lực chỉnh của cơng trình. Theo TCVN 2787 : 1995, cóc giú trị của ð cho trong bảng 2 tương
ung vdi dang cong trinh ghỉ trong phần chủ thích của hình 2

4.2.

Đối với cơng trình và các bộ phận kết cấu có tần số dao động cơ bản f, (H2) lớn hơn

giá trị giới hạn của tấn số đao động riêng f, quy định trong điều 4.1, thành phần động
của tải trọng gió chỉ cần kế đến tác dụng của xung vận tốc gió. Khi đó giá trị tiêu
chuẩn thành phần động của áp lực gió W,„ tác dụng lên phần thứj của cơng trình
được xác định theo cơng thức :

WụBi = Wjft

(4)

Trong đó :
W,, - 4p luc, don vi tinh toan là daN/m? hoặc kN/m? thy theo don vi tinh todn cia W;

;

W, - là giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió, tác dụng lên phần thứj của
cơng trình, xác định theo điều 4.10 ;

§ - là hệ số áp lực động của tải trọng gid, ở độ cao ứng với.phần thứj của cơng trình,
khơng

thứ ngun.

Các giá trị của ẹ lấy theo TCVN

2737

: 1995 và được

trong bảng 3.

cho

-

y - hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió ứng với các dang dao
động khác nhau của cơng trình, khơng thứ ngun. Trong cơng thức (4.1),
được

lấy bằng v,. Nếu bề mặt đón gió của cơng trình có dạng chữ nhật định hướng

song song với các trục cơ bản trong hình | thi cdc gid trị của v, lấy theo bằng 4,
trong đó các tham số ø và z xác định theo bảng 5, giá trị của z ứng với dạng dao

động thứ 2 và thứ ä là ?;
TCVN 2787 : 1995.

= 1. Các giá trị trong bảng 4 và bảng ð lấy theo

Bang 3 - Hệ số áp lực động ÿ

Chiều cao z (m)

Hệ số áp lực động ` đối với ede dang dia hình.

|

<5
10

A

|

0,318
0,303

20

|

0,289

60

|

40

80.
100

150

200
250

300
350
> 480

|

0,275

|

|

|

|

|
|
|

0,267

B

0,517
0,486
j

|

0,429

0,621

0,262

0,403

|

0,258

0.395

|

0.246
0,242

0.239
0,236
0,231

0,754
0,684

0,457

0,414

. 0,251

c

0,381

0,371
0,364

0,358
0,353
0,348

0,563

|

0,496

|

0,480
0.436

|
|

0,511

—
|
|

0,532

0,468

0,425
0,416
0,398

|


TCXD

229 : 1999

Hình 1 : Hệ toa dộ khi xác định hệ số tương quan khơng gian v.

Bang 4 ¬ Hệ số tương quan không gian vị khi xét tương quan xung vận tốc
gió theo chiều cao và bẽ rộng đón gió, phụ thuộc vào p va x

Hệ số v, khi z bằng (m)

/(m)

i

01

5

10

20

40

80

160

350

|

0,95

0,92

0,88

0,83

0,76

0,67

0,56

5

|

0,89

0,87

0,84

0,80

0,73

0,65

0,54

10

|

0,85

0,84

0,81

0,77

0,71

0,64

0,53

20.

|

0,80

0,78

0,76

0.78

0,68

0,61

0,51

40

|

|

0.72

0/79

80

0,63

0,63

160

0,53

0,58

`

0,70
|

|

0,61
0,52

4

0,67

0.63

0,57

0,48

0,59

0,56

0,51

0.44

0,50

0,47

0,44

0,38

|

Bang 5 ~ Các tham s6 p va x
Mặt phẳng

toạ độ cơ bản song song

với bể mặt tính tốn

-

|

£

oF

ZOx

D

Ho

zoy

9,4U

H

xoy

D

L

Chú thích : Đối i cơng trình có bề mặt đóa gió khơng phải là hình chữ nhật thì H lấy bàng

chiều cao cơng trình cịn D L lấy bằng kích thước lương ting tai trọng tâm hình chiếu của bề
mặt đón gió lên các một phẳng thẳng dúng, ung góc i phương luồng gió.

Đối với cơng trình và các bộ phân kết cấu có tấn số dao động cơ bản f, (Hz) nhỏ
hơn giá trị giới hạn của tần số dao động riêng f„ quy định trong điều 4.1 thì thành
phần động của tải trọng gió phải kể đến tác dụng của cả xung vận tốc gió và lực qn
tính của cơng trình. Khí đó, số dạng dao động cần tính tốn và giá trị tiêu chuẩn
thành phần động của tải trọng gió W uy ác dụng lên phần thứj của cơng trình ứng
với dạng dao dộng thứ ¡ được xác định theo các điều từ 4.4 đến 4.8.
Các

cơng trình hoặc

mãn bất đẳng thức :

bộ

phận
f
kết cấu có tần số dao
<£,

động riêng cơ bản thứ s, thỏa
(4.2)


TCXD

229

: 1999

thì cần tính tốn thành phần động của tải trọng gió với s dạng dao động đầu tiên.
Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứj ứng với
dạng dao động thứ ¡ được xác định theo công thức :

Way = M, Sa5

(4.3)

Trong đó :
Wag

- lực, đơn vị tính tốn thường lấy là daN hoặc kN tùy theo đơn vị tính tốn của

W,, trong cơng thức tính hệ số , ;

M, - khối lượng tập trung của phan cơng trình thứj, (1) ;
š,-

hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ ¡, không thứ nguyên, phụ thuộc vào

thông số £, và độ giảm lôga của dao động :

° cà "Sa0f

44
(44)

Trong do :

y - hé sé dé tin cay cha tai trong gid, ldy bang 1,2 ;

W, - giá tri eta ap luc gid (N’m*) ;
f,~ tan sé dao dong riéng thi i (H2).
|

3

Ị

|

|

0,05

6.10

0135

0,20

Hình 2 : Đồ thị xúc đình hệ số dịng lúc š

Ghủ thích :
J) Duong cong 1 - Su dung cho các cơng trình bê tơng cốt thép và gạch đó hệ cả các cơng trình

bằng khung thép có kết cẩu bao che (5 = 0,3).

2) Dưỡng cong 2 - Si dung cho cúc cơng trình tháp, trụ thép, ống khối, cúc thiết bỉ dạng cơt có
b¿ bằng bêlơng cốt thép (ð

= 0,15).

Sir

dịch chuyển ngang ti đối của trọng tâm phản cơng trình thứj ứng với dạng đao
động riêng thứ ¡, không thứ nguyên ;.

-,-

hệ số được xác định bằng cách chỉa cơng trình thành n phần, trong phạm vì mỗi
phần tải trọng gió có thể coi như là khơng đổi :
=

10

yy Wi,

(4.5)


TCXD

229 : 1999

Trong do :
Wẹ, Fy - giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phan thứj
của cơng trình, ứng với các dạng dao động khác nhau khi chỉ kế đến ảnh hưởng
của xung vận tốc gió, có thứ nguyên là lực, xác định theo cơng thức :

Wa = W, 6S

—

(48

Trong đó :
W;, ế, có nghĩa như trong cơng thức (4.1) ;
»-

có ý nghĩa như trong cơng thức (4.1). Khi tính tốn đối với dạng dao động thứ

nhất, z lấy bang v,, con đối với các dạng đao động còn lại, » lấy bằng 1. Các giá
trị của v, được xác định như ở điều

42;

.

S - diện tích đón gió của phầnj của cơng trình (m?) ;
Chủ thích : Cơng thức (4.6) tương ung với công thúc 8 trong TCVN

thêm uối Š¡ để chuyển kết quả tính từ áp lúc thành lực.
46.

2737 : 1995 nhưng duoc nhan

Nhà có mặt bằng đối xứng, có f, < f,, thì ảnh hưởng của dạng dao động thứ nhất đến
giá trị thành phần động của tải trọng gió là chủ yếu. Khi đó có thể xác định giá trị
tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió theo cơng thức :
Wau

= M$, Yi yy

(4.7)

Trong đó :
Wi

- lực, có đơn vị tính tốn phù hợp với đơn vị tính tốn của Wi, khi tính hệ số y, ;

M,, §j, , - có ý nghĩa giống như trong cơng thức (4.3) nhưng với ¡ = !;
y„ - là dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phan thứj ứng với dạng dao động riêng
thứ nhất. Cho phép lấyYy bằng dịch chuyển đo tải trọng ngang phân bố đều đặt
he
Mt

tĩnh gây ra.

—

Đối với nhà nhiều tầng có mặt bằng đối xứng, đơ cứng, khối lượng và bể rộng mặt
đón gió khơng đổi theo chiều cao, có ƒ, < f cho phép xác định giá trị tiêu chuẩn
thành phần động của áp lực gió ở độ cao z theo cơng thức :
Zz,

Wa Zz = Lái Ê Wạu
Trong do :

(4.8)
:

Wr, - áp lực, có đơn vị tính tốn phù hợp với đơn vị tính tốn của Wau

;

£ - hệ số động lực ứng với dạng dao động cơ bản của cơng trình ;
Wo

- giá trị tiêu chuẩn thành phần động của áp lực gió ở độ cao H của đỉnh cong
trình, xác định theo cơng thức (4.).

Đối với cơng trình hoặc các bộ phân kết cấu mà sơ đồ tính tốn có dạng một bậc tự

đo và có f¡ < f\, giá trị tiêu chuẩn thành phẩn động của áp lực gió được xác định
theo công thức :

W,= W££y

(49)

11


TCXD

229 : 1999

Trong đó :

W„, W - giá trị tiêu chuẩn thành phần động và thành phần tỉnh của áp lực gió ứng

với độ cao tính tốn, có thứ ngun là lực trên diện tích ;

£ - là hệ số áp lực động của tải trọng gió, khơng thứ ngun ;
£ ,v- là hệ số động lực và hệ số tương quan không gian áp lực động ứng với dang
dao động cơ bản, khơng thử ngun.
4.9,

Giá trị tính tốn thành phần động của tải trọng hoặc áp lực gió được xác định theo

công thức :

W"

= Wy6

(4.10)

Trong do :
WU - là giá trị tính tốn của tải trọng gió hoặc áp lực gió ;
W

- là giá trị tiêu chuẩn%eủa

tải trọng gió hoặc áp lực gió, được xác định theo

cơng thức (4.1), (4.3), (4.7), (48),

(4.9);

các

y - là hệ số độ tin cậy đối với tải trọng gió, y lấy bằng 1,2

8 - là hệ số điểu chỉnh tải trọng gió theo thời gian sử dụng giả định của cơng trình,
xác định theo bảng 6. Các giá trị cho trong bảng này lấy theo TCVN 2737 : 1995.
Bảng6 : Hệ sốổ

Thời gian sử dụng giả định
_ Hệ số điều chỉnh tải trọng gió

|

s

|

10

20

|

30

0,61

|

07

0.83

|

0,91

|

096

|. 1,00

4.10. Giá trị tiêu chuẩn thành phần tinh của áp lực gió W, tại điểmj ứng với độ cao z, so
với mốc chuẩn xác định theo công thức [1] :

W, = W,k)e

Trong dó :
W,-

(4.11)
.

-

có thử nguyên là lực trên diện tích, tùy theo đơn vị tính tốn của W,

;

W, - giá trị của áp lực gió tiêu chuẩn lấy theo phân vùng áp lực gió trong TCVN

2737 : 1995 ;
c - hệ số khí động lấy theo bảng 6 trong TCVN 2737: 1995, không thứ nguyên;
k(z) - hệ số, không thứ nguyên, tính đến sự thay đổi của áp lực gió: k (Œ) phụ thuộc
vào độ cao 3 mốc chuẩn để tính độ cao và dạng địa hình tính tốn. Các giá trị

của, kíz,) lấy theo TCVN 2737: 1995, được cho trong bảng 7. Cách xác định mốc

chuẩn đề tính độ cao xem phụ lục Á, mục A.2.3.

12

|


TCXD

229 : 1999

Bảng 7 : Hệ số kíZ) kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình

Dang dia hinh
Độ

cao

|

A

z (m)

3
5
10
lỗ

`

20
30
40
50
60
80
100
150
200
250
300
350
> 400

100,
1,07
118

0,80
0,88
1,00

1.29
1,37
1.43
147
151
1,67
1,62
172
1,79
1,84
1.84
1,84
1/8

113
1,22
1,28
1,34
1,38
145
Lõi
1,63
1,71
1,78
1,84
1,84
1,84

1,24

|

-—

-

B
`

\

|

1,08

C

0,47
„0/84
0,66
0,74

|

—

|
.

0,80

0,89
0,97
1,03
1,08
118
1,35
1,40
1,82
1,62
1,70
1,78
1,84

|
!

Chủ thích :
1) Đốt uới dé cao trung gian, cho phep vóc định giá kízj bồng cách nội suy tuyến tính theo bảng 7.

3) Khi xác định tối trọng gió cho một cơng trình, đối nói cúc hướng gió khác nhau, có thể có các
dạng địa hình khúc nhau.

LL.

Giá trị của áp lực gió W, được xác định từ vận tốc gió v„ đã được xử lí trên cơ sở số

liệu quan trắc vận tốc gid 6 dé cao 10m so với mốc chuẩn (vận tốc trung bình trong

khoảng thời gian 3 giây, bị vượt trung bình một lần trong 20 năm) ứng với địa hình
dạng B, (độ nhám bề mặt z„ = 0,005). Giá trị áp lực gió tiêu chuẩn W, theo bản đồ

phân vùng áp lực gió trong TCVN 2737 : 1995, cho trong bảng 8.

Đối với vùng ảnh hưởng của bão được đánh gia là yếu, giá trị của áp lực gió W, được
giảm đi 10daN/m2 đối với vùng
T- A, 12daN/m2 đối với vùng II-A và 15daN/m? đối với

ving III-A.

Bảng 8 - Giá trí áp lực gio tiéu chudn W,
Vùng áp lực gió
W,, (daN/m?)

|

I
65

1
95

|
\

II
125

IV

v

]

185

185

|

Déi vdi vung I, giá trị của áp lực gió W, lấy theo bảng 8 được áp dụng để thiết kế
nhà và cơng trình xây dựng ở vùng núi đồi, vùng đồng bằng và các thung lũng.
Những nơi có địa hình phức tạp thêm núi. giữa hai dãy núi song song, các cửa đẻo...),

giá trị của áp lực gió W, phải lấy theo sơ liệu của Tổng cục Khí tương thủy văn hoặc

13


TCXD

229 : 1999

kết quả khảo sát hiện trường xây dựng đã được xử lí có kể đến kinh nghiệm sử dun;
cơng trình. Khi đó, giá trị của áp lực gió W, xác định theo công thức :

W, = 0,0613 vi

(4.12

Clui thich : Trong cong thite (4.12), r,, duoc tink bang mis, con W, tink bing daNim?.
Nhà và công

và ở sát cạnh
thì giá trị áp
trị số độc
TCVN 2737
4.12,

trình xây đựng ở vùng núi và hải
các trạm quan trắc khí tượng cho
lực gió tính tốn với thời gian sử
lập của các trạm này (xem
: 1995).

đảo có cùng độ
trong phụ lục
dụng giả định
bảng F, và

cao,
F cha
khác
F;¿

cùng dang dia hin!
TCVN 2787 : 199%
nhau được lấy thec
phụ luc F trom

Nội lực và chuyển vị gây ra do thành phần tĩnh và động của tải trọng gió được xác
định như sau :

X= x4

doy

(4.13

Trong đó :

X - là mômen uốn (xoắn), lưc cất, lực dọc, hoặc chuyển vị ;
X' - là mômen uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc hoặc chuyển vị do thành phần tĩnh củ:
tai trong gid gay ra ;

Xe - là mômen uốn (xoấn), lực cắt, lực dọc hoặc chuyển vị do thành phần động củe
tải trọng gió gây ra khi dao động ở dạng thứ¡ :
s - số dạng dao động tính tốn.

14


TCXD

Phu

229 ; 1999

luc A

(Tham khảo)
Thiết lập các công thức tỉnh tốn thành phần động của tải trọng gió

A.1. — Phản ứng của cơng trình và thành phần động của tài trọng gió :
Phương trình ví phản tổng qt mơ tả dao động của thanh
cơng xơn có hữu hạn bậc tự do, khi bỏ qua trong lượng

của thanh:
Trong đó
[MI),

_

[M] U +{C]U + [K]U = Win

[C1, [K] - là ma

(AL

trận khối lương, ma

ˆ

TC

|

trân cản, và ma

trận đô cứng của hệ
U, U, U - là véc tơ gia tốc. vận tốc và địch chuyển của
những tọa đô xác định

:

bậc tự do của hệ

W'(ø) - là véc tơ lực kích động đặt tại các tọa độ tương ứng.

Dùng phép biến đổi :

u = [¢]p

Phương

trình

(A.1),

với những điều

kiện

: (M]

(AD

là ma

|

trận

đường cheo : [C] và [K] là các ma trận đôi xứng xác định

dương thi
Với y,
thứi:

pi

là

+
tỉ

co

ẻ hệ phương trình ví phân độc lập =W,

lệ cản

của

kết

|

tA3)

cấu

ứng

với

đang

dao

|

Ị

!

động

Hình A.1 : Sơ dồ tính tốn dộng

lục tải trọng gió lên cơng trình

€

4 >

5,

OMe, ~ 2x

Trong do : 6, ~ Độ giảm loga cla dang dao dong thu i.
Đối với quá trình ngẫu nhiên đừng và hệ động lực tuyến tính khơng đổi theo thời gian thì từ
(A.3), ứng với mỗi phương trình. ta có :

ma

Ta

PB} = 5 ƒ IHqø)l2ty
(6) de

(A.4)

—"

.

[H(ø)l?

1

=—————————n

{A.5)

wt ~2 (1 - 2y?) ow? tat

B, - là giá trị trung bình bình phương hiểu theo nghĩa xác suất của phản ứng P,.
®,,, (@) ~ là mát độ phổ của hâm tương quan tai trong. Theo | 6], ®„„ (ø) được xác định theo
cơng thức :

Pu)

a

= 2

a

LOL,

k#eii=l

WW SSS, (@)

(A.6)

.

Trong đó :

,, ®, ~ la dich chuyén ngang ti doi ứng với đạng dao động chuẩn thứ ¡ tại điểm k và diémj ;

W,, W, — là giá trí tiêu chuẩn thánh phần tỉnh của tải trọng gió đặt tại điểm k va j ;
Šy,ỗi — là hệ số áp lực động của văn tốc giỏ. ứng với cao trình điểm

k và

j,


TCXD

229 : 1999

S, (w) — là mật độ phổ tương hỗ của xung đọc vận tốc gió ở điểm

cơng thức thực nghiệm của Davenport [6] ;
1200£5⁄2

lø, -2,)

k và j, được xác định theo

lxy —xị

5) = sa xema °P[(~ Taoe ) ~ (Bar))
Tu

(a7)

(A.5) suy ra:

1H Ge)|? = ————_——______
“ )
wi} (ef — 201 — 272)
€* €? + et)
Trong đó

A.B
(a8)

:

ee

* 72008 *

AS

= 13000,

(a9)

Từ (A.4), (A.6), (A.7) và (A.8) ta có :
_
Pp? =

1

8m mẾ vế£2 OW,
‘

L

+.

WS,

5

6 | Tae

za

de

-20 aes

Rhi không xét tương quan giữa các điểm k vàj. ta có¡
lz - a]

Khi dé ta cd:

_

lxy ~xị

*%P|” Tạpc — sọ. | =1
Pp at1,2

«

2172

—

-

cg

=

-

Fro af (295% “8)" 35 : q+e2 [=9 q ~ ti phán +]

Đặt

fhe

+

El
3 de

¿ (1+£93 [es -20-

Petes]

A0

(A.11)
(A.12)

é, ~ phụ thuộc vào £; tức là phụ thuộc vào tần số đao động riêng của cơng trình va cản của
kết cấu,

gọi là hệ số động

é trong TCVN

>

Ta có :

PẬ =

1

@

j=)

lực. Dựa

vào (A.12), lập được

®W 5)" £

đồ thị xác định

hệ số động

lực

(A.13)

= 7 = owPo geBogs
= Pew

Suy ra:

Hay :
Trong

2737 : 1995.

đó

=
P=

i
a
Ty (24

5
P=

i
2 (2999)

w,6,)

:

a?
ớ

(A.14)
°

(A.1ã)
tị— là hệ số tương quan

khơng gian của xung đọc vận tốc gió

Cơng thức (A.15) là cơ sở để thiết lập cơng thức tính hệ sổ tương quan không gian của TCVN

2787 : 1995 trong mặt phẳng đớn gió.
từ (A.2) ta có chuyển vị tại điểmj :

us SF a,?,
v=]

16

(4.16)


TCXD

Trong

đố

229 : 1999

:

(A17)

Với M, ~ khối lượng ở điểmj ;

_

„— dịch chuyển ngang tỉ đối tại diểmj ở dạng dao động thứ ¡ ;
Từ (A.1L4), (A.16) và (A.L7) ta có chuyển
tải trọng gió gây ra là :

vị của cơng trÌnh tại điểmj do thành phần động của

= va 3 ey
¡=9Ệ

Trong đó :

„

(A.18)

-

Mỹ — chuyện

thd i:

vị tại điểmj do thành phản động của tải trọng gió gây ra trong dang dao động

w=

1

TEM

(A.19)

#ĩ

(A20)

Theo định

luật II Niutơn,

ta có lực qn tính tác dụng lên điểm

tập trung khối lượng M, , ing

với đạng dao động thứ ¡ là :

Suy ra :
Công

thức

(A.21)

WwW.

= M, tu = Mu, or

Wi

= Mi

> Y,

—

là cơng thức để xác đính thành

lực của gió ứng với từng dạng dao đơng.
cao

phần

động của

:

(A.21)

tải trọng do tác dụng

Hệ

số độ

Hệ

số tính dén su thay ddi cua Ap luc gid theo dé cao k được xác định

động

k

thiên vận tốc gid theo độ cao là hàm số mũ :

trên cơ sở mơ

V0 = VỆ 2 ¬

tả biến

(A32

Trong đó :

2Ệ — là độ cao của địa hình dang t mà ở đơ vân tốc giớ khơng cịn chịu ảnh hưởng của mat
đệm,

còn gọi là độ cao gradient

;

V, (2), VE ~ la van téc gid 6 dO cao z và độ cao gradient của địa hình dang t ;
m, - là số mũ tương ứng với dia hinh dang t.

Các giá trị sÿ, mụ, ứng với t = A, B. Ở theo Tow

1

poe

BRGY H82 tôi

| THU

TM

ihe Al,
17


TCXD

229 : 1999

Bảng A.1

: Độ cáo Gradient và hệ số m,

Dang dia hình

z‡ (m)

m,

A
B

250

300

0,070
0,090

c

|

400

|

0,140

|

Từ cơng tức (A.22) và các giá trị thực nghiệm cho trong bảng A.1, có thể thiết lập được công
thức xác định hệ số độ cao ứng với địa hình đạng t

Z\ 2m,
k, (2) ==1,1,844 (3)—

Từ

cơng

thức

(A.23),

ta có

TCVN 2737 : 1995
A22

bảng

giá

trị

(A.23

hệ số

thay

đổi

áp

lực gid

theo

d6

cao

trong

Các dạng địa hình :
Theo

TCVN

2737

: 1995 có 3 dang địa hình sau

:

~ Địa hình đạng A là địa `hÌnh trồng trải. khơng có hoặc có rat it vat can cao khơng q 1.5m
(bờ biến thống,

mặt sơng,

hồ lớn, đồng muối,

cánh đồng

khơng có cây cao...).

~ Địa hình dạng B là địa hình tương dối trống trải, có một số vât càn thưa thớt cao khéng qué 10m
(vùng ngoai ô ít nhà, thị trấn, làng mạc, rừng thưa hoặc rừng non, vùng trồng cây thưa...).

— Địa hình dạng C là địa hình bị che chắn mạnh, có nhiều vật cản khác nhau cao từ 10m tré
lên (trong thành

phố, ving

Công trình được xem

ring ram...)

là thuốc dang địa hình nào nếu tính chất cia dang địa hình đó khơng

thay đổi trong khoảng cách 30H khi H < 60 mét và 2km khi H > 60m tính từ mặt đớn gió
của cơng trình. H là chiều cao của cơng trình

Nhi xác dinh hê số k trong bảng 7. nêu mật đât xung quanh nhà khơng bang phẳng thì mốc
chuẩn để tính độ cao z được xác định như sau :

a) Trường hợp mật đất có độ độc nhỏ so với phương nằm ngang : ¡ < 0,3; độ cao z dược kể
từ mật

đất đạt nhà

và cơng trình tới điểm

cần xét.

b) Trường hợp mặt đất có độ đốc 0,3 < ¡ < 2, độ cao z được kể từ cao trình quy ước zo thấp
hơn mật đất thực tới đến điểm cần xét.
Mật cao trình quy ước z¿ được xác định theo hình A.2.
12,

Hinh A.2: Cao trink so khi 0,3 Bên trái điểm A ;

Zo = 2)

Bên phải điểm D :

Zo = 22

Trén doan BC :
Trên doạn AB và CD

zo = H(2-i)/1,7.

: Xác định z, bằng phương pháp nội suy tuyến tinh.

e) Trường hợp mặt đất có độ đốc ¡ > 2 mặt cao trình quy ước z„ để tính độ cao z thấp hơn
màt

18

đất thực được xác định

theo hình A.3.

23 )


TCXD

Hình A.3:
Bên

trái điểm

C

Bén phai diém
Trén doan

D
CD

i%

229 : 1999

Cao trình so khi i = 2
=a

: 2 = 22
: Xéc dinh zo bang phương pháp nội suy tuyến tinh.

Hệ số áp lực động của tải trong gid ¢ :
Ấp lực giớ tác dụng lên cơng trình ở độ cao z :
WŒ,

Trong đó

?) =WŒ)

+ W'{z, f)

(A.24)

:

WG,7- là áp lực của gió tác dụng lên cơng trình theo phương tác động của gió ;
WŒ@)

.

~ là áp lực de thành

phần

trung bình

W(z) = 0.0613v2(z)

của vân tốc gió, xác định

theo cơng thức

:

W'(z, 7) - la ap lực do thành phần xung của vận tốc gió gây ra ở cùng độ cao z, dược xác đỉnh

theo công thức :

W'(2,0) = 2W(2)

V2.0
¥@

4A.25)

Trong đó :
V(z) ~ là thành phần trung bình của vận tốc giớ ở độ cao 2;
V'{z, 7) - là thành phần

xung của vận

tốc giố ở cùng độ cao z.

Mức độ ảnh hưởng của thành phần xung của vận tốc giớ lên cơng trình được đặc trưng bởi
cường đơ rốt của dịng gió Y uy

`

_y`(z)

=

v7)

Vời một dạng địa hình xác định, ta có :

v(z)

(A26)

Trong đó :
(4) - là cường độ rối của dịng gió ;

80) ~ là trung bình bình phương thành phần xung dọc vận tốc gió ở độ cao z ;
viz) ¬ là giá trị thành phần trung bình vận tốc gió ở độ cao z.

Công thức (A.26) được lấp dựa trên giả thiết :
- Thành phần xung của vận tốc gid. trong khảo sát này được giả thiết bằng tích của một ham
ngẫu nhiên theo thời gian và một hàm theo tọa độ không gian (tọa độ 2).

V2.0 = Spo OO

(A27)

5œ =1

(A.28)

~ Trung bình bình phương của hàm œ (Ø) bằng don vi.

Từ (A.26), (A.26) và (A.27) ta 06 :
W*(zs, = 2Wiz) 77 (eel)
Theo Davenfort [6), cường độ dịng rối xác định theo cơng thức :
Tạ) —
740) = 3.480n)12(

(4.29)
(A.303
19

TCXD

229 : 1999

'Trong đó :
t = A, B, C - là các dạng địa hình, xác định theo điều A.2.2 ;
1, — là độ nhám

mặt đệm của địa hình đạng t ;

z ~ là độ cao tính tốn
m, - là số mũ
Theo

;

ứng với đìa bỉnh dạng t.

Davenfort

[6], hệ số áp lực động của tải trọng giớ được xác định

&@)

= 2a,%@)

theo cơng

thức

:

(A.31)

Trong đó : a, 1a hé sé.

Trong TCVN 2737 : 1995, ứng với thời gian lấy trung bình vận téc gid 18 3 giây, hệ số áp lực

động xác định theo công thức

:

Zy

EA@) = 9,303( TH)

~0.07

tp(2) = 0,486( 7) 0.09
.

2

fo @) = 0,684 (75)

Trong đó:

(A.39)

0/14

`

ø = 1,895

Ta = 0,002 ; tg = 0,005 ; re = 0,01

Từ (A.32) ta thiết lập được bàng hệ số áp lực động£ trong TCVN 2737 : 1996.
A.4.

Hệ số tương quan

không

.

gian v.

Te (4.10) suy ra Tụ được tính theo cơng thức :

=

pes

1

—*
£11⁄3 Jiey de
——r——

"'..

J ate

Trong đó :

3let-20 ~3z#2

a

la-al

J(£) = š 2ePpq Dj, Wy W585) exp( “TTg0z
kej=l

~

(A.38)

+]

—

lay —xl

or)

(A.34)

Xét cơng trình có khối lượng phân bố đều và độ cứng không thay đổi theo chiều cao. Dang
chuẩn của dao động riêng thứ nhất giả thiết có dang :

(2)

,2

= í(®

Từ (A.23) suy ra :

W@) = L844 WN
W (2)

(g)™

Wah a (9)

wo) = wn

(3)

(A301

Từ (A.30) và (A.81) ta cơ :
:
a
tớ) = 2agy (2) = 2 « 248.4 (2)? (Fy)
os

Hy em)

By

£2) = 2x 3,45e, (r)'° (Tạ) " íf®

q0) =
20

9 (nÌ”

™

(A36)


TCXD

Trong đó

229 : 1999

:

W@), WŒD

~ áp lực tiêu chuẩn do thành phần trung bình của vận tốc gió gây ra tại cao trình
zvàN,

&(Œ) ; 6Œ) ~ hệ số áp lực đơng của địa hình dạng t ở đơ cao z và HH;

m t
~ số mũ ứng với địa hỉnh dang t lấy theo mục A.2.1.
Thay (A.35) và (A.36) vào (A.34) ta cố :
1111

`

J@ [Wong
GD DH] Sf f Lom" sh * exp (~E lps
;

Trong đó :

=

ziP

Hy
= Ti

1x
Hpk

Ela al) eB gp, dad

eo.

(sn
(A.38)

THÍ ~ là chiều cao của cơng trình (m) ;
D - là bế rộng bề mặt don gid cha cơng trình (m).
Tỳ

J)

(A.37)

=

suy ra :

.

cry GH)H)DHeshsh (34) jive

2W

+

0 AY exo (£18 Bil) aan

(A.39)

x
Khi

không xét đến ảnh

hưởng tương quan

giữa các điểm

em (Ệ|# 8|) =

k vàj ta có :

Tương ứng khi đó, từ (A.39) suy ra :

J,

ae
211
2Wan han Dee] Sf

Jy =

Wow bay
Sa) DHE
DH £ shsh oe
ýzy

`

x

Từ (A.1U, ta có

ne

*°

0

Từ

1

PR=

(A.15),

'Ì*

(A.33),

Bị

—n

(A.40)

V3 y de

aay

(m, D

82.08 4 ae ite 2c ~ Đà £? rộ +]

a,

Hay

port hpi
+ ag ag,

| os

®,

-

Jy

(A.39), (A.40)

và (A42)

z

ee

{il

x sh (3)

a+

.

-

(A42)

ta có :

EY_ “aza m.raz | |̓ mem

a

co

(m, +1) g (m,
+ 1)

P

exp (Ela Bil) 4848 | x
~Êla-

c1 de

[e “20 -2/Ded tei]

(a9)

Nếu bỏ qua ảnh hưởng của tham số £¡, mụ, ễ, và tỉ lệ căn y¡ của kết cấu trong cơng thức (A.43),

a

thì hệ số tương quan không gian vị chỉ phu thuộc vào các tham sổ P, 7 la kích thước đặc trưng
ở các bề mặt của cơng trình trên đố lấy tương quan khơng gian áp lực động của tải trọng giơ.
Từ công thức (À.43), ta xác định được bảng giá trị của hệ v, trong TCVN 2737 : 1995
Hệ

số động

lực £ :

Công thức (A.12) là ca sở để thiết lập đổ thị xác đỉnh hè số động lực š, trong TCVN

2737 : 1995,

trong dé £, phu thuộc vào thông số e; và cản của kết cấu, tức là phụ thuộc vào tần số í, và độ
giảm lôga của dao động ð

21


TCXD

229 : 1999

Phụ

lục B

(Tham khảo)
Xác

định

các đặc trưng

động lực

Xác dịnh tần số và dạng dao động của hệ kết cấu dạng thanh
bạn khối lượng tập trung :

cơng xơn

có hứu

Xét hệ gồm một thanh cơng xơn, có n điểm tập trung khối
lượng, hÌnh B.I. Phương trình vi phản tổng qt mơ tả dao
động của hệ khi bỏ qua trọng lượng của thanh có dang (A.1).
"Tần số và dạng dao động riêng được xác đình từ phương trình

vị phân

thuần

.

Đặt

nhất

khơng cố cản

:

MÙ + KU =0
U =ysin

(œf - &)

®.D
:

_

82)

Tit (B.1) va (B.2) ta có :
[K - a? MJ y = 0

(B.3)

Trong do :

Mì

~

Mạ

M=
Mạ
Ky

Ke

Ky

Ky,

kay

kạ;

kon

kn

kyo

Kan

Hình B.1:

1

"

Ky = 3,

Vou

Điều kiện tổn tại dao động : y = Ô, suy ra:
K~u?M=0ˆ

Hay :

5y,M,o? -1
Dw

=

khối lượng tập rung

51) M, 0?

59, My w?

59M, 02-1...

|

:

5a, M, w?

Sag My w?

ốm MaøŸ

nơ
we

=0

Ogg Myo? -1

M, — là khối lượng tập trung ở điểm thứj 5
ðj ~ là chuyển vị tại điểmj do lực đơn vị đặt tại diểm ¡ gây ra ;

22

riêng (Rad/s)}

(B.4)

Sig
M, 0?

Trong đơ :

œ, - là tấn số vịng của dao động

Sơ dỗ tính tốn hệ

thanh cơng xơn có hữu han

(B.5)


TCXD

229 : 1999

Phương trình (B.õ) gọi là phương trình đặc trưng. Từ (B.5) cố thể xác định được n giá trị thực,

dương của ø, Thay các giả trị w, tìm được vào phương trình (B.3) sẽ xác đỉnh được các đạng

dao động riêng. Khi số điểm tập trung khối lượng n > 4, phương trình (B5) chỉ có thể tìm
được

nghiêm

gân đúng

và

phải

thơng qua một

khối lượng

tính tốn

lớn và phức

tạp. Khi đó

tấn số và dạng dao động được xác định bảng cách giải trên máy tính nhờ các chương trình

chun
Dưới

dụng hốc bảng các công thức gần

đây là một số công thức để xác định

đúng hay các công thức

thực nghiệm.

tần số và dạng dao động riêng.

B.1.1. Cơng trình có sơ đổ tính tốn là thanh cơng xơn có một khối lượng tap trung.
- Phương trinh đãc trưng có dạng

6,;M,o2-1 = 0

.

~ Tần số đao đơng riêng xác định từ cơng thức

B6)

®®

»

1

‘= on
7 ar
Thứ

ngun

VMs,

của ø là Rad/s, còn thứ nguyên

88
của f là 1/s hay Hz.

“Trường hợp cơng trình có đơ cứng EJ khơng đổi và liên kết ngàm ở móng :
6

Tê

=

EG

(B.9)

với H là chiều cao cóng trỉnh (m)

Thay (B.9) vào (B.8) ta ed tấn số dao đơng riêng :
3

Ee

48.19)

MP
3.1.2

Cơng trình có sơ đồ tính tốn là thành cơng xón có hai khối lượng tập trung.
— Phương trình đặc trưng có đạng :

5,,Myo2-1
Sy, M, a? 3
Hay :
- Tan

542M, 02
bx Myo? »_,| - 1 =0

2a1 7 ON By FM 52)
i

2.
+My My yy 522 — 5D)
= 0

s6 dao dong riéng xác định từ cơng thức

Trong đó :

.

(BAD
(8.19)

:

,
Ax YAP
ot, =

(B.13)

2 _ ATVA'=4B
la” —Tyun

(8.14)

 = Miỗn + Mụốy;
B = MM, (6), 4,2 ~ 57)

(B.35)

- Cac dạng dao động riêng xác định được từ phương trình :

(đổi MỊ ø? — 1) yn tổi; MẸ Ø2 vjy = Ô
Trong do : w, - được xác dink tu (B.13)
vị — chọn trước bằng một giá trí nào đố. thường lấy y¡¡

(B.16)
=

Cơng trình có sơ đổ tính tốn là thanh cơng xơn có ba khối lượng tập trung.

23

TCXD

229 : 1999

- Phương trình đặc trưng có đạng :
ðn MiàỆ—1

ðạ; Mỹ sỹ
* 165) M, of
1

:

hay

%

Trong đó :

c

jt

ej

5).M, 0?

5y3 M3 a7

Boy Mya7 1

657 My wy

ấy M; oŸ
533 Myo? —1

=0

(B.17)

D

t+at+E=0

(B.18)

-

#i

C = - (My db, +My
53 +My 553)
D = M, My (5,1 522 ~ 5f2) +My My (6,1 533 ~ 5j3) + Mz My (5z2 5g — 535)
E = My My My (55) 35 + 52y Sts + 553 5} ~ 94) 530 533 ~ 2512 549 523)

'Từ phương trình (B.18) sẽ xác định dược 3 nghiệm thực dương ứng với 3 tần số dao động riêng.
- Các dang dao động riêng xác dinh được từ hệ phương trình :

—

x Myo

:

= 1) Tối NgöỆ

22

48,3 Mg of

ve

i2
3) TT tấu Ms

542M, of + Cx Maa?

Jis

=0

vo

(8.19

i3
VV =0

Trong đố : y,, chon trước bằng một giá trị nào đó, thường lấy y¡ = 1
B.1.4.

Cơng trình có sơ đồ tính tốn là thanh cơng xơn có n khổi lượng tập trung.
- Trường

hợp

n > 4, có thể xác định
1

TEs

tần số đao động riêng từ bất đẳng thức
2

<ø?< ——

kép

Gnls-0

B,

{1+

:

(B.20)

g-~-}

Khi xác đỉnh tấn số đao động riêng thứ nhất (¡ = 1), gid tri By), By, lay bang :

a

By = 2M; 5;

(B. 22)

a

a

By = DMPa + $
fel

2M, My Oj

j=L k=]

Khi xác định tấn s6 dao dong riéng thu bai (i = 2), gid tri By), Bạ; lấy bằng :
By = By -S

1

,

(B.22)

OF

By

= By

- Cac đạng dao động

1

- of

riêng xác định

(6), My @? -— 1) +6), Mw?
TT

2

đại MỊ đi + Bag Myo

>

từ hệ phương trỉnh

2 Ÿï2

my Mg tệ +. # (ốn~g ng

Tạ

Jil

+

Mụ ¡uỷ

Trong đó : y¡ thường lấy bằng đơn vị.

24

Yin

+... 46), Mo? —

Yn.

DT

:

Fan Maw

;Ÿin

=

= 0

:

(B23)
anYin S- 0
"Ta