hướng dẫn tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió

Bộ môn kết cấu công trình - Khoa Xây dựng DD&CN - Trường ĐH Bách Khoa
THÀNH PHẦN TĨNH CỦA TẢI TRỌNG GIÓ
1. Áp lực tiêu chuẩn của tải trọng gió tĩnh tác động vào điểm j (cao độ
j
z
) được xác định
theo công thức:
0
. ( ).
tc
j j j
W W k z c
=
*
0
W
: Áp lực gió tiêu chuẩn lấy theo phân vùng áp lực gió trong TCVN 2737-1995.
(Ví dụ: Đà nẵng thuộc vùng IIB có
0
W
= 95 daN/m
2
).
*
( )
j
k z
: hệ số xét đến sự thay đổi áp lực gió, phụ thuộc địa hình tính toán và độ cao
j
z
của điểm j.

*
j
c
: hệ số khí động, lấy trong TCVN 2737-1995.
Đơn vị của
tc
j
W
là daN/m
2
.
2. Áp lực tính toán:
. .
tt tc
j j
W W
γ β
=
*
γ
: hệ số độ tin cậy (= 1,2).
*
β
: hệ số điều chỉnh theo thời gian sử dụng (lấy ở bảng 6, trang 12 TCXD 229).
3. Tải trọng gió tĩnh tác động vào hệ:
a. Cách 1: Quy áp lực gió về tác dụng thành lực phân bố trên cột.
.
tt tt
j j
q W B

=
b. Cách 2: Quy áp lực gió về tác
dụng thành lực tập trung vào nút.
.
tt tt
j j j
P W S
=
Trang 1
B
Gió đẩy
Gió hút
q
3
đ
q
2
đ
q
1
đ
q
3
h
q
2
h
q
1
h

P
j
đ
S
j
Bộ môn kết cấu công trình - Khoa Xây dựng DD&CN - Trường ĐH Bách Khoa
THÀNH PHẦN ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG GIÓ
* Xây dựng mô hình trên máy tính, khai báo khối lượng dùng để tính tần số và dạng
dao động riêng của hệ = (Trọng lượng Tĩnh tải tiêu chuẩn + 0,5 Hoạt tải tiêu chuẩn) /g.
(g: gia tốc trọng trường)
* Phân tích dao động theo từng phương (xét từng phương riêng biệt).
- Theo phương X: có các tần số dao động riêng
1 2
, , f f
và các chuyển vị dao
động
11 21 1 12 22 2
, , , , , , , ,
n n
y y y y y y
- Theo phương Y: tương tự, cũng có các tần số dao động riêng
1 2
, , f f
và các
chuyển vị dao động
11 21 1 12 22 2
, , , , , , , ,
n n
y y y y y y
* Xét 1 phương nào đó, dùng sơ đồ hệ thanh console để tính tải trọng gió động:

Dạng 1 Dạng 2 Dạng i
Chú ý ký hiệu: j: phần thứ j của công trình (tầng j).
i: dạng dao động thứ i.
* So sánh
1
f
với tần số giới hạn
L
f
(
L
f
tra bảng 2, trang 7 TCXD 229, với kết cấu
bê tông cốt thép có
0,3
δ
=
và kết cấu dạng tháp thép có
0,15
δ
=
):
- Nếu
1 L
f f
>
: công trình có độ cứng lớn, thành phần động của tải trọng gió chỉ
do xung vận tốc gió gây ra.
- Nếu
1 L

f f
≤
: công trình có độ cứng bé, thành phần động của tải trọng gió phải
kể đến tác động của cả xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình, và cần tính với s
dạng dao động đầu tiên có tần số dao động riêng
L
f f
≤
.
Trang 2
1
2
j
n
m
1
m
2
m
j
m
n
y
n1
y
j1
y
n2
y
j2

y
ni
y
ji
Bộ môn kết cấu công trình - Khoa Xây dựng DD&CN - Trường ĐH Bách Khoa
1. Xét trường hợp
1 L
f f
>
:
* Áp lực tiêu chuẩn của tải trọng gió động vào điểm j được xác định theo công thức:
. .
tc tc
pj j j
W W
ζ ν
=
-
tc
j
W
: được xác định như trang 1 (
0
. ( ).
j j
W k z c
=
).
-
j

ζ
: hệ số áp lực động của tải trọng gió, lấy ở bảng
3, trang 8 TCXD 229, phụ thuộc dạng địa hình và độ cao
j
z
.
-
ν
: hệ số tương quan không gian của công trình, tra
ở bảng 4, trang 9 TCXD 229 với
;B H
ρ χ
= =
.
* Áp lực tính toán:
. .
tt tc
pj pj
W W
γ β
=
,
γ β
được xác định giống gió tĩnh.
* Tải trọng gió động tác động vào hệ: dạng phân bố vào cột hoặc tập trung vào nút.
Đối với nhà nhiều tầng, để đơn giản thường dùng cách đặt lực gió tập trung vào
nút.(Do đó ta cần phải đi xác định thành phần gió động tác dụng vào nút).
Để xác định tải trọng gió động, ta có thể lập bảng như sau:
(1): Áp lực gió tiêu chuẩn, xác định theo phân vùng gió trong TCVN 2737-1995.
(3): Hệ số điều chỉnh theo thời gian sử dụng (lấy ở bảng 6, trang 12 TCXD 229).

(4): Hệ số tương quan không gian của công trình, tra ở bảng 4, trang 9 TCXD 229
với
;B H
ρ χ
= =
.
(5): Tên các nút nằm ở mặt đón hoặc hút gió của công trình.
(6): Cao độ của nút.
(7): Hệ số xét đến sự thay đổi áp lực gió, phụ thuộc dạng địa hình và cao độ của nút.
Trong Excel (với Add in Gio dong.xla) có thể dùng hàm số k(Dạng đh, cao độ).
Dạng địa hình nhập = 1, 2, 3 với địa hình tương ứng là A, B, C.
(8): Hệ số khí động, tra trong TCVN 2737-1995.
(9): Diện tích xung quanh nút.
(10): Xác định theo công thức:
0
. ( ).
j j
W k z c
(11): Xác định theo công thức:
. . .
tc
j j
W S
γ β
(12): Hệ số áp lực động của tải trọng gió, lấy ở bảng 3, trang 8 TCXD 229, phụ thuộc
dạng địa hình và độ cao .
Trong Excel (với Add in Gio dong.xla) có thể dùng hàm số ALD(Dạng đh, cao độ).
(13): Xác định theo công thức:
. .
tc

j j
W
ζ ν
(14): Xác định theo công thức:
. . .
tc
pj j
W S
γ β
2. Xét trường hợp
1 L
f f
≤
: cần xét s dạng dao động có tần số dao động riêng
L
f f
≤
.
Giá trị tiêu chuẩn của tải trọng gió động vào tầng j ở dạng dao động i được xác định
theo công thức:
( )
. . .
p ji j i i ji
W M y
ξ ψ
=
(Sau khi xác định được tải trọng tác động vào từng tầng(W
p(ji)
) , ta sẽ phân phối tải
trọng vào các nút trong tầng theo tỷ lệ khối lượng của nút)

-
j
M
: khối lượng tầng j, bằng tổng khối lượng các nút trong tầng.
-
ji
y
: chuyển vị dao động của tầng j trong dạng dao động thứ i.
Trang 3
Hướng gió
H
B
Bộ môn kết cấu công trình - Khoa Xây dựng DD&CN - Trường ĐH Bách Khoa
(Trong phần mềm Sap2000, ta có thể xuất được kết quả khối lượng tập trung vào các
nút và các chuyển vị dao động của các nút trong các dạng dao động)
-
i
ξ
: hệ số động lực ứng với dạng dao động i, tra đồ thị hình 2 - trang 10 TCXD
229, phụ thuộc
i
ε
.
0
940.
i
i
W
f
γ

ε
=
+
γ
: hệ số độ tin cậy (= 1,2).
+
0
W
: Áp lực gió tiêu chuẩn, xác định theo phân vùng gió trong TCVN
2737-1995. Đơn vị N/m
2
.
+
i
f
: tần số dao động riêng của dạng dao động thứ i.
-
i
ψ
được xác định theo công thức sau:
1
2
1
.
.
n
ji Fj
j
i
n

ji j
j
y W
y M
ψ
=
=
=
∑
∑
Fj
W
được xác định theo công thức
. . .
tc
Fj j j j
W W S
ζ ν
=
.
Trong đó: Giá trị
, ,
tc
j j j
W S
ζ
được xác định giống trang 3.

ν
ứng với dạng dao động thứ 1 (

1
ν
) được xác định như ở trang 3

ν
ứng với dạng dao động thứ 2, 3, … (
2 3
, ,
ν ν
) = 1.
a. Xác định tải trọng gió động vào tầng j ở dạng dao động i:
Ta có thể lập bảng như sau:
(1)
W
0
=
(daN/m
2
)
(5) f
i
=
(2) γ = 1.2 (6)
ε
i
=
(3) β = (7)
ξ
i
=

(4) ν = (20)
ψ
i
=
Cao độ K.lượng C.vị d.động Hệ số HS khí động DT đón/hút gió Áp lực gió tĩnh Hệ số ALĐ
z
j
M
j
y
ji
k(z
j
) c
j
S
j
W
j
tc
ζ
j
(m) (kg)
(m
2
) (daN/m
2
)
(daN ) (daN ) (daN )
(8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (21) (22)

1
2
n
y
ji
2
.M
j
W
p(ji)
tc
W
p(ji)
tt
Thông tin chung:
Tầng
W
Fj
y
ji
.W
Fj
(1): Áp lực gió tiêu chuẩn, xác định theo phân vùng gió trong TCVN 2737-1995.
(3): Hệ số điều chỉnh theo thời gian sử dụng (lấy ở bảng 6, trang 12 TCXD 229).
(4): Hệ số tương quan không gian của công trình.
Dạng dao động thứ 1,
1
ν
tra ở bảng 4, trang 9 TCXD 229 với
;B H

ρ χ
= =
.
Các dạng dao động khác,
1 2
, ,
ν ν
lấy = 1.
(5): Tần số dao động riêng của dạng dao động thứ i.
(6):
0
940.
i
i
W
f
γ
ε
=
, chú ý
0
W
trong công thức này có đơn vị là N/m
2
.
Trang 4
Bộ môn kết cấu công trình - Khoa Xây dựng DD&CN - Trường ĐH Bách Khoa
(7): Hệ số động lực ứng với dạng dao động i, tra đồ thị hình 2 - trang 10 TCXD
229.
(8): Tên các tầng.

(9): Cao độ của tầng.
(10): Khối lượng của cả tầng (xuất kết quả khối lượng các nút từ Sap, cộng khối
lượng các nút trong 1 tầng

khối lượng tầng).
(11): Chuyển vị dao động của tầng j trong dạng dao động thứ i (xuất kết quả từ
Sap)
(12): Hệ số xét đến sự thay đổi áp lực gió, phụ thuộc dạng địa hình và cao độ của
nút.
Trong Excel (với Add in Gio dong.xla) có thể dùng hàm số k(Dạng đh, cao
độ).
Dạng địa hình nhập = 1, 2, 3 với địa hình tương ứng là A, B, C.
(13): Tổng hệ số khí động của hai mặt đẩy và hút, tra trong TCVN 2737-1995.
(14): Diện tích đón (hoặc hút) gió của tầng đang xét.
(15): Xác định theo công thức:
0
. ( ).
j j
W k z c
(16): Hệ số áp lực động của tải trọng gió, lấy ở bảng 3, trang 8 TCXD 229, phụ
thuộc dạng địa hình và độ cao .
Trong Excel (với Add in Gio dong.xla) có thể dùng hàm số ALD(Dạng đh,
cao độ).
(17): Xác định theo công thức:
. . .
tc
j j j
W S
ζ ν
(18): Từ giá trị

.
ji Fj
y W
ta xác định được
1
.
n
ji Fj
j
y W
=
∑
(19): Từ giá trị
2
.
ji j
y M
ta xác định được
2
1
.
n
ji j
j
y M
=
∑
(20): Xác định theo công thức
1
2

1
.
.
n
ji Fj
j
i
n
ji j
j
y W
y M
ψ
=
=
=
∑
∑
(21): Xác định theo công thức
. . .
j i i ji
M y
ξ ψ
(22): Xác định theo công thức
( )
. .
tc
p ji
W
γ β

b. Xác định tải trọng gió động vào các nút ở dạng dao động i:
Phân phối tải trọng
( )
tt
p ji
W
vào các nút trong tầng theo tỷ lệ khối lượng.
Tải trọng tác động vào nút được xác định theo công thức:
( )
j
tt
p ji
j
m
W
M
⋅
Ta có thể lập bảng như sau:
Trang 5
Bộ môn kết cấu công trình - Khoa Xây dựng DD&CN - Trường ĐH Bách Khoa
Tải trọng gió động vào tầng K.lượng nút K.lượng tầng
W
p(ji)
tt
m
j
M
j
(daN ) (m) (kg) (kg) (daN )
(1) (2) (3) (4) (5) (6)

2
n
Tầng
Nút
Tải trọng gió
động vào nút
1
Trang 6