Luận Văn Tính Toán Tải Trọng Gió Theo Các Tiêu Chuẩn Khác Nhau.pdf
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.17 MB, 70 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH
----------
BÀI BÁO
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
ĐỀ TÀI:
TÍNH TỐN TẢI TRỌNG GIĨ THEO CÁC
TIÊU CHUẨN KHÁC NHAU
ĐỖ ĐỨC TÍN
TRẦN ĐÌNH LỢI
BIÊN HỒ, THÁNG 12 NĂM 2012
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA KỸ THUẬT CƠNG TRÌNH
----------
BÀI BÁO
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
ĐỀ TÀI:
TÍNH TỐN TẢI TRỌNG GIĨ THEO CÁC
TIÊU CHUẨN KHÁC NHAU
Sinh viên thực hiện: ĐỖ ĐỨC TÍN
TRẦN ĐÌNH LỢI
Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Quốc Thơng
BIÊN HỒ, 12/ 2012
-1-
PHẦN MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Việt Nam đang trong thời kỳ hội nhập thế giới, nền kinh tế mở gắn liền với sự
phát triển của khoa học kỹ thuật, nhu cầu phát triển nhà ở, khách sạn, chung cư…tăng
cao. Nhà cao tầng phát triển khắp các tỉnh, thành phố trong cả nước làm cho bộ mặt đô
thị ngày càng đổi mới không ngừng. Việc phát triển nhà cao tầng là một tất yếu hiện
nay để đáp ứng nhu cầu nhà ở do dân số tăng cao, diện tích đất xây dựng thiếu trầm
trọng và giá đất xây dựng tăng cao.
Khi thiết kế nhà cao tầng bên cạnh việc thiết kế kiến trúc người kỹ sư cần lưu ý
việc thiết kế kết cấu cho cơng trình, nó giữ vai trò quyết định đến khả năng chịu lực,
bền vững và ổn định cho cơng trình. Một trong những vấn đề mà người thiết kế cần
quan tâm đó là việc xác định tải trọng ngang ( tải trọng gió tĩnh + gió động, động đất )
là yếu tố quyết định đến nội lực và chuyển vị của cơng trình.
Đó là lý do để chúng tơi chọn đề tài “Tính tốn tải trọng gió theo các tiêu chuẩn
khác nhau”
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
- Khảo sát sự ảnh hưởng của tải trọng ngang, đặc biệt là tải trọng gió tác động vào
nhà cao tầng.
- Trình bày cách tính tốn tải trọng gió theo ba tiêu chuẩn để thấy được phương
pháp tổ hợp tải trọng gió khác nhau như thế nào?
- So sánh và đánh giá cách ứng xử của kết cấu dưới tác động của tải trọng gió
thơng qua diện tích cốt thép.
3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp giải tích, phương pháp so sánh.
4. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Đối tượng nghiên cứu: Tải trọng gió ( thành phần tĩnh và động ) tác động vào
cơng trình nhà cao tầng ở Việt Nam.
-2-
- Phạm vi nghiên cứu:
+ Thời gian nghiên cứu: tháng 07 đến tháng 11 năm 2012.
+ Không gian nghiên cứu: Cơng ty TNHH ĐT & XD Trường Thành Phát.
5. TÍNH KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài này được thực hiện bởi kiến thức của nhiều môn học của ngành xây dựng
như:
- Lý thuyết về tải trọng gió theo TCVN 2737: 1995 , TCXD 229: 1999 và các TC
nước ngoài như: Tiêu chuẩn Anh BS 6399 Part 2: 1995, Tiêu chuẩn Mỹ ASCE7-98 )
để đưa các cơng thức tính tốn phù hợp với nội dung đề tài.
- Sử dụng phần mềm Etabs để dựng mơ hình giải nội lực tính cốt thép.
6. CẤU TRÚC ĐỀ TÀI
Ngồi phần mở đầu, đề tài nghiên cứu gồm 5 chương:
- Chương 1: Cơ sở lý thuyết về tải trọng gió
- Chương 2: Tính tốn tải trọng gió theo TCVN 2737 – 1995 và chỉ dẫn tính
tốn thành phần động của tải trọng gió theo TCXD 229: 1999
- Chương 3: Tính tốn tải trọng gió theo TC Anh
- Chương 4: Tính tốn tải trọng gió theo TC Mỹ
- Chương 5: So sánh và đánh giá kết quả tính tốn tải trọng gió
-3-
PHẦN NỘI DUNG
Chƣơng 1: Cơ sở lý thuyết về tải trọng gió
1.1 Khái niệm về tải trọng gió
Tải trọng gió tác động lên cơng trình là lực đẩy ngang của gió tác động vào cơng
trình. [10]
Hình 1.1 Một số hình ảnh về tải trọng gió
-4-
1.2 Một số ngun tắc cơ bản để tính tốn gió theo TCVN 2737-1995
Tải trọng gió gồm hai thành phần: thành phần tĩnh và thành phần động. Giá trị và
phương tính tốn của thành phần tĩnh tải trọng gió được xác định theo các điều khoản
ghi trong tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2337 : 1995.
Thành phần động của tải trọng gió được xác định theo các phương tương ứng với
phương tính tốn thành phần tĩnh của tải trọng gió.
Thành phần động của tải trọng gió tác động lên cơng trình là lực do xung vận tốc
gió và lực qn tính của cơng trình gây ra. Giá trị của lực này được xác định trên cơ sở
thành phần tĩnh của tải trọng gió nhân với hệ số có kể đến ảnh hưởng của xung vận tốc
gió và lực qn tính của cơng trình.
Việc tính tốn cơng trình chịu tác dụng động lực của tải trọng gió 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.
1.3 Dao động cơng trình
1.3.1 Khái niệm về dao động cơng trình [9]
Thông thường, người ta gọi chuyển động qua lại nhiều lần của vật thể ở gần vị trí cân
bằng của nó là dao động. Đây là một dạng chuyển động tồn tại rất phổ biến trong giới
tự nhiên.
Dao động cũng thường gặp trong kỹ thuật cơng trình, ví dụ xe cộ qua cầu khiến cho
cầu dao động, ngôi nhà chịu tác động của gió cũng sinh ra dao động.
Bất kỳ một kết cấu cơng trình nào cũng có thể sinh ra dao động dưới ảnh hưởng của
một loại nhân tố tác động nào đó.
Dao động của kết cấu có thể phân ra 2 loại: dao động tự do (còn gọi là dao động riêng)
và dao động cưỡng bức.
-5-
Dao động riêng (tức dao động tự do) là: khi kết cấu chịu tác động của một loại nhiễu
động nào đó mà sinh ra dao động rồi khi khơng cịn ngoại lực nữa mà chỉ dao động
dưới tác động của lực hồi phục đàn hồi của bản thân hệ mà thôi.
Dao động cưỡng bức là chỉ dao động của kết cấu sinh ra do tác động được duy trì của
một lực cưỡng bức bên ngoài biến thiên theo một quy luật nhất định.
1.3.2 Tần số dao động riêng
Tần số dao động riêng là số lần dao động hoàn chỉnh trong một giây khơng kể đến lực
tác động bên ngồi hệ.
1.3.3 Dạng dao động ( ứng với các tần số dao dộng riêng )
Khảo sát dao động uốn của dầm theo mơ hình hệ khơng liên tục (hệ có n bậc tự do).
Dao động uốn của dầm (còn gọi là dao dộng ngang tức là dao động theo phương vng
góc với trục dầm) do các khối lượng tập trung ở một số điểm nút (đưa khối lượng dầm
về một số điểm tập trung) mi (i = 1÷ n) => sẽ có n tọa độ suy rộng (tương ứng sẽ là n
dịch chuyển theo phương vng góc với trục dầm hay n chuyển vị thẳng đứng)
Hình 1.2 Mơ hình dao động uốn của dầm có n bậc tự do
1.3.3.1 Thiết lập phƣơng trình vi phân mơ tả dao động riêng theo phƣơng
pháp lực
Xét dao động ngang. Để đơn giản, giả sử nghiên cứu trường hợp n = 2 (Hệ có 2 bậc tự
do)
-6-
Hình 1.3 Mơ hình dao động uốn của dầm có 2 bậc tự do
Khi hệ dao động thì tại mỗi khối lượng thứ i (mi) chỉ có lực qn tính mi yi tác dụng.
Lúc này chuyển vị của các khối lượng sẽ là:
y1 m1 y111 m2 y212
y2 m1 y1 21 m2 y2 22
(1.1)
(ta lấy dấu trừ vì lực qn tính ngược chiều của chuyển vị)
Trong đó: ij là chuyển dịch của khối lượng mi gây ra bởi lực bằng đơn vị ( Pk=1 ) tác
dụng tại khối lượng mj theo phương trục Oy.
Nếu biểu diễn (1.1) dưới dạng ma trận thì (1.1) trở thành:
y1
11 12 m1 0 y1
21 22 0 m2 y2
y2
(1.2)
Phần chứng minh ma trận (1.2) bên trên:
Hay
Y C.M .Y
Y C.M .Y
Với:
y
Y 1
y2
y
Y 1
y2
y1
11m1 12 0 11 0 12 m2 y1
21m1 22 0 21 0 22 m2 y2
y2
(1.2.1)
y1
11m1 12 m2 y1
21m1 22 m2 y2
y2
(1.2.2)
(1.3)
(1.4)
-7-
C 11 12 được gọi là ma trận mềm của hệ;
21 22
m 0
M 1
được gọi là ma trận khối lượng của hệ;
0 m2
Nhân trái phương trình (1.4) cho K C 1 (Ma trận K được gọi là ma trận độ cứng và
K C 1 đã được chứng minh trong môn cơ học kết cấu).
(1.4) KY C 1.C.MY 0
MY KY 0
(1.5)
1.3.3.2 Thiết lập phƣơng trình tần số để xác định các tần số dao động
riêng và các dạng dao động riêng của hệ
Nghiệm y1 , y2 của hệ có thể viết dưới dạng dao động điều hòa như sau:
y1 A1 sin t
y A
1 1 sin t
y2 A2 sin t y2 A2
2
A
y1
y1 A1 sin t
2 1
sin t
2
y
A
y
A
sin
t
2
2
2
2
Hay (1.7) có dạng Y 2 .Y
(1.6)
(1.7)
(1.8)
Thay (1.8) vào (1.5) ta có:
KY 2 .MY 0
( K 2 M )Y 0
(1.9)
Hay viết dưới dạng bình thường:
k11 k12
m 0 y1 0
2 1
0 m2 y2 0
k21 k22
k
k
m 0 A1
0
11 12 2 1
sin t
0
0 m2 A2
k21 k22
Đặt: 2
(1.10)
-8-
k
k
m 0 A1
0
11 12 1
sin t
0
0 m2 A2
k21 k22
k m1
k12
A1
0
11
sin t
k22 m2 A2
0
k21
(1.11)
Để tồn tại dao động thì sin t 0
k m1
11
k21
A1 0
k22 m2 A2 0
k12
(1.12)
A 0
A2 0
Để không tồn tại nghiệm tầm thường, 1 , thì ta cần điều kiện
k m1
det 11
k21
0
k22 m2
k12
(1.13)
Phương trình (1.13) được gọi là phương trình tần số hay phương trình đặc trưng
Khai triển (1.13), ta có:
(k11 m1 )(k22 m2 ) k21k12 0
m1m2 2 (k11m2 k22 m1 ) k11k22 k21k12 0
(1.14)
Đây là phương trình bậc hai với hai nghiệm là 1 và 2 (đối với hệ dao động tuyến tính
thì ta ln tìm được nghiệm thực và dương).
Hệ có hai bậc tự do thì sẽ tồn tại 2 dạng dao động
y1 A1
sin 1t
y2 A2 1
Hay
và
y1 A1
sin 2t
y2 A2 1
y11 A11 sin 1t
y21 A21 sin 1t
(Dạng dao động riêng thứ 1)
y12 A12 sin 2t
y22 A22 sin 2t
(Dạng dao động riêng thứ 2)
Khái quát hóa: hệ có n bậc tự do thì có n dạng dao động riêng.
-9-
Chƣơng 2: Tính tốn tải trọng gió theo TCVN 2737 – 1995 và Chỉ dẫn tính tốn
thành phần động của tải trọng gió theo TCXD 229: 1999
2.1 Tính tốn thành phần gió tĩnh
Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió W ở độ cao Z so với mốc chuẩn
được xác định theo cơng thức:
W = W0 × k × c
(2.1)
Trong đó:
+ W0: giá trị của áp lực gió theo bản đồ phân vùng lấy theo bảng 2.1
+ k: hệ số tính đến sự thay đổi cảu áp lực gió theo độ cao lấy theo bảng 2.2
+ c: hệ số khí động
+ Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1,2
Bảng 2.1 Giá trị áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt Nam
Vùng áp lực gió
Sự ảnh hưởng của
trên bản đồ
bão
Áp lực gió W0 ( daN/m2 )
65
( Vùng núi, đồi, đồng bằng
I-A
Không
và các thung lũng )
55
( Các vùng còn lại)
II - A
Yếu
83
II - B
Khá mạnh
95
III - A
Yếu
110
III - B
Mạnh
125
IV - B
Rất mạnh
155
V-B
Rất mạnh
185
-10-
Ghi chú:
+ Khu vực I-A : gồm các tỉnh vùng rừng núi phía Bắc như: Cao Bằng, Hà Giang, Lai
Châu, Lạng Sơn, Lào Cai, Sơn La, Tuyên Quang, Yên Bái; các tỉnh vùng cao nguyên
Trung Bộ như: Kon Tum, Gia Lai, Đắc Lắc, Lâm Đồng, Đồng Nai; các tỉnh phía Tây
Nam Bộ như: An Giang, Đồng Tháp…
+ Khu vực II-A: gồm thành phố Hồ Chí Minh, Khánh Hịa và các tỉnh miền Đông Nam
Bộ như: Bà Rịa – Vũng Tàu, Long An, Bến Tre, Tiền Giang, Sóc Trăng, Trà Vinh,
Vĩnh Long, Cần Thơ, Bạc Liêu, Cà Mau…
+ Khu vực II-B: gồm thành phố Hà Nội, các tỉnh Bắc Giang, Bắc Ninh, Hà Tây và một
số vùng phụ cận Hà Nội như: Hải Dương, Hưng n, Hịa Bình, Vĩnh Phúc, Phú
Thọ…và một số tỉnh vùng đồng bằng miền Trung như: Quảng Trị, Thừa – Thiên Huế,
Quảng Nam, Đà Nẵng, Quảng Ngãi…
+ Khu vực III-B: gồm một số vùng của các tỉnh Bắc Bộ như: Hải Dương, Hưng Yên,
Nam Định, Hà Nam, Ninh Bình, vùng đồng bằng Thanh Hóa, một số vùng ven biển
của Quảng Ninh và các tỉnh miền Trung như: Nghệ An, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa
– Thiên Huế, Quảng Nam, Đà Nẵng, Quảng Ngãi, Phú Yên…
+ Khu vực IV-B: gồm các tỉnh Thái Bình, Hải Phịng và một số vùng ven biển Bắc Bộ
và Trung Bộ như: Nam Định, Hà Nam, Ninh Bình, Thanh Hóa, Hà Tĩnh…
+ Khu vực V-B: là các khu vực ở ngoài hải đảo như: Trường Sa, Hoàng Sa…
+ Đối với vùng ảnh hưởng của bão được đánh giá là yếu, giá trị của áp lực gió W 0
được giảm đi 10 daN/m2 đối với vùng I-A , 12 daN/m2 đối với vùng II-A và 15 daN/m2
đối với vùng III-A .
+ Cơng trình ở vùng núi và hải đảo có cùng độ cao, cùng dạng địa hình và ở sát cạnh
các trạm quan trắc khí tượng có trong bảng trên thì giá trị áp lực gió tính tốn được lấy
theo trị số độc lập của trạm đó.
+ Nhà và cơng trình xây dựng ở vùng có địa hình phức tạp ( hẻm núi, giữa hai dãy núi
song song, các cửa đèo…) giá trị của áp lực gió W0 phải lấy theo số liệu của Tổng cục
-11-
Khí tượng Thủy văn hoặc kết quả khảo sát hiện trường xây dựng. Khi đó giá trị của áp
lực gió W0 được tính theo cơng thức:
W0 = 0,0613 × V02 ( daN/m2 )
(2.2)
Trong đó: V0 (m/s) là vận tốc gió ở độ 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 ) tương ứng với
dạng địa hình B.
Bảng 2.2 Hệ số k kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình
Độ cao Z ( m )
Dạng địa hình
A
B
C
3
1,00
0,80
0,47
5
1,07
0,88
0,54
10
1,18
1,00
0,66
15
1,24
1,08
0,74
20
1,29
1,13
0,80
30
1,37
1,22
0,89
40
1,43
1,28
0,97
50
1,47
1,34
1,03
60
1,51
1,38
1,08
80
1,57
1,45
1,18
100
1,62
1,51
1,25
150
1,72
1,63
1,40
200
1,79
1,71
1,52
250
1,84
1,78
1,62
300
1,84
1,84
1,70
350
1,84
1,84
1,78
≥ 400
1,84
1,84
1,84
-12-
Ghi chú:
+ Đối với độ cao trung gian cho phép xác định giá trị k bằng các nội suy tuyến tính các
giá trị trong bảng 2.2
+ Khi xác định tải trọng gió cho một cơng trình, đối với các hướng gió khác nhau có
thể có dạng địa hình khác nhau.
+ Dạng địa hình A: là địa hình trống trải, khơng có hoặc có rất ít vật cản cao khơng q
1,5m ( bờ biển thống, mặt sơng, hồ lớn, đồng muối, cánh đồng khơng có cây cao…)
+ Dạng địa hình B: là địa hình tương đối trống trải, có một số vật cản thưa thớt cao
không quá 10m ( vùng ngoại ô ít nhà, thị trấn, làng mạc, rừng thưa hoặc rừng non,
vùng trồng cây thưa…)
+ Dạng địa hình C: là địa hình bị che chắn mạnh, có nhiều vật cản sát nhau cao từ 10m
trở lên ( trong thành phố, vùng rừng rậm…)
+ Cơng trình được xem là thuộc dạng địa hình nào nếu tính chất của dạng địa hình đó
khơng thay đổi trong khoảng cách 30h khi h ≤ 60m và 2km khi h > 60m tính từ mặt
đón gió của cơng trình, h là chiều cao cơng trình.
2.2 Tính tốn thành phần động
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 nghiệp một tầng một
nhịp có độ cao trên 36 mét và tỉ số độ cao trên nhịp lớn hơn 1,5.
2.2.1 Trình tự các bƣớc tính gió động
- Tính gió động khi chiều cao cơng trình H > 40m.
- Thiết lập sơ đồ tính gió động.
- Mơ hình tính gió động là thanh conson, có n điểm tập trung khối lượng M tại các cao
trình sàn tầng.
- Chia cơng trình thành n phần sao cho mỗi phần có vùng áp lực gió lên bề mặt cơng
trình có thể coi như không thay đổi.
-13-
- Vị trí tập trung các khối lượng m tại tâm khối lượng của từng sàn.
- Khối lượng tiêu chuẩn của từng sàn m được tính tốn từ các tải trọng bao gồm: toàn
bộ tĩnh tải và 50% hoạt tải.
- Độ cứng của thanh conson lấy bằng độ cứng tương đương của cơng trình thật.
Có thể xác định độ cứng tương đương của thanh conson trên cơ sở tính tốn sao cho
chuyển vị ở đỉnh thanh conson và đỉnh công trình thật bằng nhau khi tác dụng ở đỉnh
thanh conson và đỉnh cơng trình thật bằng một lực ngang bằng nhau.
- Xác định các tần số dao động riêng của cơng trình, xếp theo thứ tự tăng dần và các
dạng dao động riêng ứng với các tần số dao động riêng tương ứng.
- So sánh tần số dao động thứ 1 ( f1 ) với tần số giới hạn fL (theo TCXD 229 -1999)
- Nếu f1 > fL thì giá trị tiêu chuẩn của thành phần động của gió lên các phần tính tốn
của cơng trình xác định theo điều 4.2 của TCXD 229-1999
- Nếu f1 < fL thì giá trị tiêu chuẩn của thành phần động của gió lên các phần tính tốn
của cơng trình xác định theo điều 4.3 của TCXD 229-1999. Lúc này phải kể đến ảnh
hưởng của cả xung vận tốc gió và lực qn tính của cơng trình.
- Xác định giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió tác động lên cơng trình.
- Xác định giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác động lên cơng trình.
2.2.2 Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 27371995
Tùy vào mức độ nhạy cảm của công 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 dao động riêng
cơ bản của công trình, đặc biệt là tần số dao đơng riêng thứ nhất, với tần số giới hạn fL
cho trong bảng 2.3 các giá trị cho trong bảng này lấy theo TCVN 2737-1995.
-14-
Bảng 2.3: Giá trị giới hạn của tần số dao động riêng fL
fL (Hz)
Vùng áp lực gió
0,3
0,15
I
1,1
3,4
II
1,3
4,1
III
1,6
5,0
IV
1,7
5,6
V
1,9
5,9
Chú thích: là độ giảm loga dao động của kết cấu, phụ thuộc vào dạng kết cấu và vật
liệu chịu lực chính của cơng trình.
- Đối với cơng trình bê tơng cốt thép và gạch đá, cơng trình khung thép có kết cấu bao
che 0,3 .
- Đối với tháp, trụ, ống khói bằng thép, thiết bị dạng cốt thép có bệ bằng bê tơng cốt
thép 0,15 .
2.2.2.1 Đối với cơng trình có f1 > fL: tần số dao động cơ bản f1 ( Hz) lớn
hơn giá trị giới hạn của tần số dao động riêng fL thì thành phần động của tải trọng
gió chỉ cần kể đến xung vận tốc gió
Khi đó giá trị tiêu chuẩn thành phần động của áp lực gió W pj tác dụng lên phần thứ j
của cơng trình được xác định theo:
Wpj W j . j . W0 .kzj .c. j .
Trong đó:
( daN/m2 , KN/m2 )
(2.3)
-15-
+ W pj : áp lực, đơn vị tính tốn là ( daN/m2 ) hoặc ( KN/m2 ) tùy theo đơn vị tính
tốn của W0
+ j : hệ số áp lực động của tải trọng gió, ở độ cao ứng với phần thứ j của cơng
trình, khơng thứ ngun, lấy theo bảng 2.4
+ c = 1,4
+ k(zj) lấy theo bảng 2.2
Bảng 2.4: Hệ số áp lực động j
Chiều cao z ( m )
Hệ số áp lực động j đối với các dạng địa hình
A
B
C
5
0,318
0,517
0,754
10
0,303
0,486
0,684
20
0,289
0,457
0,621
40
0,275
0,429
0,563
60
0,267
0,414
0,532
80
0,262
0,403
0,511
100
0,258
0,395
0,496
150
0,251
0,381
0,468
200
0,246
0,371
0,450
250
0,242
0,364
0,436
300
0,239
0,358
0,425
350
0,236
0,353
0,416
480
0,231
0,343
0,398
- hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió ứng với các dạng dao
động khác nhau của cơng trình, khơng thứ ngun: được lấy bằng 1 . Nếu bề mặt
đón gió cơng trình có dạng chữ nhật hướng song song với trục cơ bản trong hình 2.1 thì
các giá trị của lấy theo bảng 2.5, trong đó tham số và xác định theo bảng 2.6,
giá trị của ứng với dạng dao động thứ 2 và thứ 3 là 2 3 1 .
-16-
Hình 2.1: Hệ tọa độ khi xác định hệ số tương quan không gian
Bảng 2.5: Hệ số tương quan không gian 1 khi xét tương quan xung vận tốc gió theo
chiều cao và bề mặt đón gió, phụ thuộc vào và
(m)
Hệ số 1 khi bằng (m)
5
10
20
40
80
160
350
0,1
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
0,73
0,68
0,61
0,51
40
0,72
0,72
0,70
0,67
0,63
0,57
0,48
80
0,63
0,63
0,61
0,59
0,56
0,51
0,44
160
0,53
0,53
0,52
0,50
0,47
0,44
0,38
Bảng 2.6: Các tham số và
Mặt phẳng tọa độ cơ bản song
song với bề mặt tính toán
XOZ
D
H
YOZ
0,4L
H
XOY
D
L
-17-
Lực gió động tác động lên phần thứ j của cơng trình:
Wpj Wpj .S j
(daN hoặc KN )
Trong đó: S j là diện tích đón gió ở phần thứ j của cơng trình ( m2 )
(2.4)
Chú thích: Đối với cơng trình có bề mặt đón gió khơng phải là hình chữ nhật thì H lấy
bằng chiều cao cơng trình, cịn D và L lấy bằng kích thước tương ứng tại trọng tâm
hình chiếu của bề mặt đón gió lên các mặt thẳng đứng, vng góc với phương luồng
gió.
2.2.2.2 Đối với cơng trình có f1 < fL: tần số dao động cơ bản f1 ( Hz) nhỏ
hơn giá trị giới hạn của tần số dao động riêng fL thì thành phần động của tải trọng
gió phải kể đến tác dụng của xung vận tốc gió và lực qn tính của cơng trình
Khi đó số dạng dao động cần tính tốn và giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải
trọng gió Wp ( ji ) tác dụng lên phần thứ j của cơng trình ứng với dạng dao động thứ i
được xác định theo:
- Khi có tần số dao động riêng cơ bản thứ s thỏa mãn f s f L f s 1 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 ( lực gió động ) tác dụng lên phần
thứ j của cơng trình ứng với dạng dao động thứ i, được xác định theo:
Wp ( ji ) M j . j . i . y ji
(daN) hoặc ( KN )
(2.5)
Trong đó:
Wp ( ji ) : Lực, đơn vị tính tốn thường lấy là daN hoặc KN tùy theo đơn vị tính
tốn WFj trong cơng thức tính hệ số i .
M j : Khối lượng tập trung của phần cơng trình thứ j, (Tấn)
j : Hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i, không thứ nguyên phụ thuộc
vào thông số i và độ giảm lôga của dao động:
-18-
i
.W0
(2.6)
940. fi
: hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, =1,2
f i : tần số dao động riêng thứ i ( Hz)
2
W0 : giá trị của áp lực gió (N/m )
Hình 2.2: Đồ thị xác định hệ số động lực
Chú thích:
+ Đường cong 1: sử dụng cho các cơng trình BTCT và gạch đá kể cả cơng trình bằng
khung thép có kết cấu bao che ( 0,3 ).
+ Đường cong 2: sử dụng cho các cơng trình tháp, trụ tháp, ống khói, các thiết bị dạng
cột BTCT ( 0,15 ).
+ y ji : dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần cơng trình thứ j ứng với dạng dao
động riêng thứ i, không thứ nguyên.
+ i : hệ số được xác định bằng cách chia cơng trình thành n phần, trong phạm vi mỗi
phần tải trọng gió có thể coi như không thay đổi:
n
i
y
ji
y
2
ji
j 1
n
j 1
.WFj
(2.7)
.M j
-19-
Trong đó:
WFj là giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j của
cơng trình, ứng với các dạng dao động khác nhau khi chỉ kể đến ảnh hưởng của xung
vận tốc gió, có thứ nguyên là lực, xác định theo:
WFj W j . j .S j .
( daN hoặc KN )
(2.8)
Trong đó:
+ : khi tính tốn đối với dạng dao động thứ 1, lấy = 1 , với các dạng dao động còn
lại lấy =1.
+ S j : diện tích đón gió ở phần thứ j của cơng trình (m2)
- Khi nhà có mặt bằng đối xứng có f1 < fL thì ảnh hưởng của dao động thứ 1 đến giá trị
thành phần động của tải trọng gió là chủ yếu. Khi đó có thể xác định giá trị tiêu chuẩn
của thành phần động ( lực gió động ) của tải gió theo:
WP ( ji ) M1
1 1 y j1
(2.9)
Trong đó:
Wp ( ji ) : lực, có đơn vị tính tốn phù hợp với đơn vị tính toán của WFj .
y j1 : dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần thứ j ứng với dạng dao động riêng
thứ 1.
- Đối với nhà nhiều tầng có mặt bằng đối xứng, độ cứng, khối lượng và bề rộng mặt
đón gió khơng đổi theo chiều cao, có f1 < fL cho phép xác định giá trị tiêu chuẩn của
thành phần động của tải gió ở độ cao z theo:
W fz 1, 4
Z
WpH
H
(2.10)
Trong đó:
Wfz : áp lực, có đơn vị tính tốn phù hợp với đơn vị tính toán của WpH
WpH : giá trị tiêu chuẩn của thành phần động của áp lực gió ở độ cao H của đỉnh cơng
trình, xác định theo: WpH WH H W0 kzH c H ( daN/ m2 )
(2.11)
-20-
2.2.3 Giá trị tính tốn thành phần động của tải trọng gió
Được xác định theo cơng thức:
W tt W . .
(2.12)
Trong đó:
+ W tt : là giá trị tính tốn thành phần động của tải trọng gió
+ W : là giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió hoặc áp lực gió
+ : là hệ số độ tin cậy đối với tải trọng gió, lấy bằng 1,2
+ : là hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian sử dụng giả định của cơng trình,
xác định theo bảng 2.7. Các giá trị cho trong bảng này lấy theo TCVN 2737-1995
Bảng 2.7: Hệ số
Thời gian sử dụng giả định
Hệ số điều chỉnh tải trọng gió
5
10
20
0,61
0,72
0,83
30
0,91
40
50
0,96
1
2.2.4 Tổ hợp nội lực của tải trọng gió ( gió tĩnh + gió động )
Nội lực và chuyển vị gây ra do thành phần tĩnh và động của tải trọng gió được xác định
như sau:
X Xt
s
(X
i 1
d 2
i
)
(2.13)
Trong đó: + X: moment uốn (xoắn), lực dọc, lực cắt hoặc chuyển vị.
+ Xt : moment uốn (xoắn), lực dọc, lực cắt hoặc chuyển vị do thành phần tĩnh
của tải trọng gió gây ra.
+ Xdi: moment uốn (xoắn), lực dọc, lực cắt hoặc chuyển vị do thành phần
động của tải trọng gió gây ra.
+ S: số dạng dao động tính tốn.
2.2.5 Tổ hợp tải trọng và nội lực ( Tĩnh tải, Hoạt tải, Tải trọng gió )
2.2.5.1 Tổ hợp tải trọng
-21-
Để tính tốn cho cấu kiện chịu uốn như dầm ta có 89 tổ hợp:
Các trường hợp chất tải trọng
1. Tĩnh tải chất đầy lên tất cả các tầng
2. Hoạt tải sàn tầng chẵn
3. Hoạt tải sàn tầng lẻ
4. Hoạt tải sàn nhịp chẵn
5. Hoạt tải sàn nhịp lẻ
(Theo trục X )
(Theo trục X )
-22-
6. Hoạt tải sàn nhịp chẵn
7. Hoạt tải sàn nhịp lẻ
(Theo trục Y)
(Theo trục Y )
8. Gió theo phương X
10. Gió theo phương -X
9. Gió theo phương -Y
11. Gió theo phương Y
-23-
Tổ hợp cơ bản 1:
TH 1: 1+2
TH 10: 1+11
TH 2: 1+3
TH 11: 1+2+3
TH 3: 1+4
TH 12: 1+4+5
TH 4: 1+5
TH 13: 1+6+7
TH 5: 1+6
TH 14: 1+(8+9)cos45 0
TH 6: 1+7
TH 15: 1+(9+10)cos45 0
TH 7: 1+8
TH 16: 1+(10+11)cos45 0
TH 8: 1+9
TH 17: 1+(11+8)cos45 0
TH 9: 1+10
Tổ hợp cơ bản 2:
TH 18: 1+ (2+8)
TH 31: 1 3 (9 10) cos 450
TH 19: 1+(2+9)
TH 32: 1 3 (10 11) cos 450
TH 20: 1+(2+10)
TH 33: 1 3 (11 8) cos 450
TH 21: 1+(2+11)
TH 22: 1 2 (8 9) cos 450
TH 34: 1+ (4+8)
TH 35: 1+(4+9)
TH 23: 1 2 (9 10) cos 45
TH 36: 1+(4+10)
TH 24: 1 2 (10 11) cos 450
TH 37: 1+(4+11)
TH 25: 1 2 (11 8) cos 450
TH 38: 1 4 (8 9) cos 450
TH 26: 1+ (3+8)
TH 39: 1 4 (9 10) cos 450
0
TH 27: 1+(3+9)
TH 28: 1+(3+10)
TH 29: 1+(3+11)
TH 30: 1 3 (8 9) cos 450
TH 40: 1 4 (10 11) cos 450
TH 41: 1 4 (11 8) cos 450
TH 42: 1+ (5+8)
TH 43: 1+(5+9)
