Luận văn thạc sĩ xây dựng Tính toán tải trọng gió lên nhà cao tầng theo tiêu chuẩn EUROCODE

1
LỜI CẢM ƠN
Sau hơn hai năm theo học tại lớp Cao học chuyên ngành Xây dựng Dân dụng và
Công nghiệp – Khoa Sau Đại học – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, tôi đã được
phân công làm luận văn tốt nghiệp với đề tài:
“Tính Toán Tải trọng gió lên nhà Cao tầng theo Tiêu chuẩn EUROCODE”
Đối với một kỹ sư thiết kế, việc tìm hiểu vận dụng tiêu chuẩn vào tính toán là
một việc rất khó khăn, đặc biệt là vận dụng và nghiên cứu tiêu chuẩn nước ngoài. Tuy
nhiên, trong suốt thời gian thực hiện luận văn, tôi đã luôn nhận được sự giúp đỡ,
quan tâm và chỉ bảo tận tình của các thầy (cô) giáo, các chuyên gia của Viện Khoa học
Công nghệ Xây dựng, các bạn bè đồng nghiệp. Vì vậy tôi đã có tinh thần và kiến thức
để hoàn thành tốt và đúng thời hạn luận văn của mình.
Có được kết quả này, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn
chính PGS.TS Lê Thanh Huấn - người đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian
thực hiện luận văn, đồng thời tôi cũng xin chân thành cảm ơn Khoa Sau đại học Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng - Bộ Xây
dựng cùng các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến trong quá trình
thực hiện luận văn này.
Do năng lực và thời gian nghiên cứu có hạn nên luận văn không thể tránh khỏi
sai sót, tác giả mong muốn nhận được sự góp ý, chỉ bảo của thầy cô và đồng nghiệp để
luận văn được hoàn thiện hơn.

Hà Nội, ngày 10 tháng 03 năm 2011
Tác giả luận văn
Nguyễn Mạnh Cường


2
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
LỜI CAM ĐOAN
Kính gửi: Khoa sau đại học Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.

Tên tôi là: Nguyễn Mạnh Cường, là học viên lớp cao học chuyên ngành
Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp khóa 2008-2011 của Khoa Sau Đại học trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Tôi được Khoa sau đại học – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội cho phép
làm luận văn tốt nghiệp dưới sự hướng dẫn chính của PGS.TS. Lê thanh Huấn
với đề tài:
"Tính toán tải trọng gió lên nhà cao tầng theo tiêu chuẩn EUROCODE"
Tôi xin cam đoan toàn bộ nội trong trong luận này là do tôi làm và hoàn
toàn không có sự sao chép. Nếu sai tôi xin chịu sự xử lý theo qui chế đào tạo của
nhà trường.
Hà Nội, ngày 10 tháng 02 năm 2011
Người viết cam đoan

Nguyễn Mạnh Cường


3
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................1
Do năng lực và thời gian nghiên cứu có hạn nên luận văn không thể tránh khỏi
sai sót, tác giả mong muốn nhận được sự góp ý, chỉ bảo của thầy cô và đồng
nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn...............................................................1
Nguyễn Mạnh Cường............................................................................................1
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM...............................................2
LỜI CAM ĐOAN..................................................................................................2
Nguyễn Mạnh Cường............................................................................................2
MỤC LỤC.............................................................................................................3
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.........................................................................8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ..............................................................12
MỞ ĐẦU...............................................................................................................1
* Đặt vấn đề...........................................................................................................1

* Mục đích nghiên cứu..........................................................................................2
* Đối tượng nghiên cứu.........................................................................................2
* Nội dung nghiên cứu..........................................................................................2
CHƯƠNG 1: GIÓ, TẢI TRỌNG GIÓ, MỘT SỐ TIÊU CHUẨN VỀ TÍNH
TOÁN TẢI TRỌNG GIÓ.....................................................................................4
1.1.Tổng quan về gió [4,6,7].................................................................................4
1.1.1.Khái niệm, nguyên nhân hình thành, phân loại............................................4
Bảng 1.1: Số bão và áp thấp nhiệt đới trung bình trên biển Đông trong thời kỳ
1928 đến 1944 và 1947 đến 1980 (Nguồn bảng 2 chương II [6]).........................6
1.1.2.Tính chất, đặc điểm của gió..........................................................................7
1.2.Tác động của gió vào công trình và các biện pháp giảm thiểu.......................8
1.2.1.Tác động của gió vào công trình [4,5]..........................................................8
1.2.2.Các biện pháp giảm thiểu tác động của gió vào công trình [5]....................9
Hình 1.1: Lợi dụng địa hình để giảm bớt tác hại gió, làm thay đổi tốc độ và
hướng gió [5].......................................................................................................10
Hình 1.2: Trồng cây và rào giậu để giảm bớt tốc độ gió [5]...............................10
Hình 1.3: Hình dáng công trình đơn giản để bớt cản gió [5]..............................11
Hình 1.4: Mái nghiêng 30o – 45o để giảm bớt tốc mái do áp lực âm [5]...........11
Hình 1.5: Mái hiên rời giảm sự chìa ra của mái [5]............................................11
Hình 1.6: Kích thước các lỗ cửa ở các tường đối diện xấp xỉ bằng nhau [5]......12
Hình 1.7: Đảm bảo cánh cửa đóng vừa lỗ cửa [5]...............................................12
1.3.Một số hệ thống tiêu chuẩn về tính toán tải trọng do gió..............................14
1.3.1.Tiêu chuẩn Việt Nam [2]............................................................................14


4
Bảng 1.2: Áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực gió lãnh thổ Việt Nam
(Nguồn bảng 4 [2])..............................................................................................15
Hình 1.8: Bản đồ phân vùng áp lực gió lãnh thổ Việt Nam................................15
1.3.2.Tiêu chuẩn Trung Quốc [14]......................................................................19

1.3.3.Tiêu chuẩn Anh [10]...................................................................................20
1.4. Tiêu chuẩn EUROCODE [12]......................................................................22
1.1.Tổng quan về tiêu chuẩn EUROCODE.........................................................22
1.2.Tóm lược EN 1991-1-4.................................................................................23
1.3.Các đề tài đã nghiên cứu ứng dụng tiêu chuẩn vào Việt Nam......................24
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG DO GIÓ VÀO NHÀ CAO TẦNG
THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE..................................................................25
2.1.Các tính huống thiết kế đặc biệt [12]............................................................25
2.2.Mô hình hoá các tác động của gió.................................................................25
2.2.1.Tính chất của gió [12]................................................................................25
2.2.2.Đặc trưng tác động của gió [12].................................................................25
2.2.3.Giá trị đặc trưng [12]..................................................................................26
2.2.4.Các mô hình [12]........................................................................................26
2.3.Vận tốc và áp lực gió.....................................................................................26
2.3.1.Cơ sở tính toán [12]....................................................................................26
2.3.2.Giá trị vận tốc gió cơ bản [12]....................................................................26
Bảng 2.1: Giá trị vận tốc gió tính trung bình trong 3 giây với chu kỳ lặp 20 năm
theo bản đồ phân vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt Nam..................................27
Hình 2.1: Đồ thị chuyển vận tốc trung bình trong các khoảng thời gian............28
(Nguồn hình 2.3.10 [13]).....................................................................................28
Bảng 2.2: Giá trị vận tốc gió cơ bản vb tương ứng với các vùng áp lực gió.......28
trên lãnh thổ Việt Nam........................................................................................28
2.3.3.Vận tốc gió hiệu dụng theo độ cao [12].....................................................29
2.3.4.Hệ số thay đổi vận tốc gió theo độ cao và dạng địa hình [12]...................29
Bảng 2.3: Loại địa hình và các thông số địa hình (Nguồn bảng 4.1[12])...........30
Hình 2.2: Minh họa các dạng địa hình (Nguồn phụ lục A.1[12]).......................30
Hình 2.3: Đánh giá phạm vi ảnh hưởng của địa hình..........................................33
Bảng 2.4: Giá trị Cr(z) theo chiều cao và các dạng địa hình...............................33
2.3.5.Hệ số áp lực theo độ cao [12].....................................................................34
Bảng 2.5: Giá trị Ce(z) theo chiều cao và các dạng địa hình..............................34

Hình 2.4: Giá trị của Ce(z) theo chiều cao và dạng địa hình..............................35
Bảng 2.6: Áp lực gió tiêu chuẩn (qp) theo các vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt
Nam 36
2.4.Tác động của gió...........................................................................................36
2.4.1.Áp lực gió lên bề mặt công trình [12]........................................................36


5
Hình 2.5: Áp lực trên bề mặt (Nguồn hình 5.1[12])............................................36
2.4.2.Tải trọng gió [12].......................................................................................37
2.5.Các hệ số kết cấu: CsCd................................................................................38
2.5.1.Khái niệm chung [12].................................................................................38
2.5.2.Một số trường hợp xác định nhanh CsCd [12]...........................................38
Hình 2.5a: CsCd cho kết cấu nhà thép nhiều tầng có mặt bằng hình chữ nhật với
các bức tường thẳng đứng bao ngoài, độ cứng và khối lượng phân bố đều, tần số
xác định theo công thức (2.22) (Nguồn hình D.1[12])........................................40
Hình 2.5b: CsCd cho kết cấu nhà bê tông cốt thép nhiều tầng có mặt bằng hình
chữ nhật với các bức tường thẳng đứng bao ngoài, độ cứng và khối lượng phân
bố đều, tần số xác định theo công thức (2.22).....................................................40
(Nguồn hình D.2[12])..........................................................................................40
Hình 2.5c: CsCd cho kết cấu dạng trụ tròn bằng thép không có lớp đệm (tần số
dao động riêng xác định theo công thức (2.23)) với ε1=1000 và Ws/Wt=1.0
(Nguồn hình D.3 – Phụ lục D[12])......................................................................41
Hình 2.5d: CsCd cho kết cấu dạng trụ tròn bằng bê tông cốt thép không có lớp
đệm (tần số dao động riêng xác định theo công thức (2.23)) với ε1=700 và
Ws/Wt=1.0 (Nguồn hình D.4 – Phụ lục D[12])..................................................42
Hình 2.5e: CsCd cho kết cấu dạng trụ tròn bằng thép có lớp đệm (tần số dao
động riêng xác định theo công thức (2.23)) với ε1=1000 và Ws/Wt=1.0...........42
Hình 2.6: Các thông số hình học của kết cấu dạng trụ tròn................................44
2.5.3.Trình tự tính toán [12]................................................................................45

Hình 2.7: Các hình dạng cấu trúc thuộc phạm vi áp dụng công thức (2.24).......47
2.5.4.Hệ số B2, R2, kp [12].................................................................................47
2.6.Áp lực và hệ số khí động...............................................................................49
2.6.1.Lựa chọn các hệ số khí động học [12]........................................................49
2.6.2.Hệ số khí động cho các công trình [12]......................................................49
Hình 2.8: Đồ thị xác định giá trị áp lực gió ngoài, Cpe, cho công trình với diện
tích chịu tải nằm trong khoảng từ 1m2 đến 10m2...............................................50
Hình 2.9: Chiều cao tham chiếu theo h , b và đường profile của áp lực gió.......51
Bảng 2.7: Hệ số áp lực ngoài dọc các bức tường công trình hình chữ nhật........51
Hình 2.10: Sơ đồ Phân khu cho nhà hình chữ nhật.............................................52
Hình 2.11: Sơ đồ Phân khu cho mái phẳng.........................................................53
Bảng 2.8: Hệ số áp lực bên ngoài cho mái phẳng...............................................54
Hình 2.12: Sơ đồ Phân khu cho mái dốc một chiều............................................56
Bảng 2.9: Hệ số áp lực bên ngoài cho mái dốc một chiều..................................57
Hình 2.13: Sơ đồ Phân khu cho mái dốc 2 phía..................................................59
Bảng 2.10: Hệ số áp lực bên ngoài cho mái dốc 2 phía......................................60
Hình 2.14: Sơ đồ Phân khu cho mái dốc 4 phía..................................................62


6
Bảng 2.11: Hệ số áp lực bên ngoài cho mái dốc nhiều phía...............................63
Hình 2.15: Hệ số áp lực bên ngoài cho mái vòm với mặt bằng hình chữ nhật...64
Hình 2.16: Hệ số áp lực bên ngoài cho chỏm cầu với mặt bằng hình tròn.........65
2.6.3.Lực ma sát [12]...........................................................................................65
Bảng 2.12: Hệ số ma sát cho các loại cấu kiện...................................................65
Hình 2.17: Diện tích tham chiếu chịu ma sát do gió...........................................66
2.6.4.Tính toán các bộ phận kết cấu hình chữ nhật [12].....................................66
Hình 2.18: Hệ số lực, Cf,0, với các cấu kiện mặt cắt hình chữ nhất sắc nét.......68
Hình 2.19: Hệ số ψr cho mặt cắt hình vuông có vo tròn góc..............................68
2.6.5.Tính toán các bộ phận kết cấu hình lăng trụ [12].......................................69

Bảng 2.13: Hệ số lực cho các loại lăng trụ..........................................................69
Hình 2.20: Mặt cắt tiết diện đa giác....................................................................69
2.6.6.Tính toán các bộ phận kết cấu hình trụ [12]...............................................70
Hình 2.21: Biểu đồ phân phối áp lực trên các vị trí trụ tròn...............................71
Bảng 2.14: Hệ số độ nhám tương ứng với các bề mặt........................................71
Hình 2.22: Biểu đồ hệ số lực cho kết cấu dạng trụ.............................................72
2.6.7.Xác định giá trị ψλ [12]..............................................................................73
Bảng 2.15: Giá trị độ mảnh với các công trình có mặt bằng hình trụ, đa giác,
hình tròn, cấu trúc mạng tinh thể.........................................................................73
Hình 2.23: Biểu đồ nội suy giá trị ψλ.................................................................74
Hình 2.24: Mô tả định nghĩa hệ số độ kín bề mặt...............................................75
Hình 2.25: Sơ đồ khối quy trình tính toán tải trọng gió lên công trình...............76
CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG DO GIÓ THEO TIÊU
CHUẨN EUROCODE VÀ THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM........................76
3.1.Giới thiệu công trình tính toán......................................................................77
3.2.Tính toán tải trọng gió tác dụng vào công trình theo tiêu chuẩn EUROCODE
79
3.3.Tính toán tải trọng do gió tác dụng vào công trình theo tiêu chuẩn Việt Nam
89
3.4.So sánh kết quả tính toán...............................................................................94
3.4.1.So sánh tải trọng gió tác dụng vào công trình............................................94
3.4.2.So sánh chuyển vị ngang của công trình do tác động của gió....................95
3.5.Nhận xét đánh giá..........................................................................................95
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................................97
Kết luận...............................................................................................................97
Kiến nghị.............................................................................................................98
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................99
PHỤ LỤC A: PHÂN VÙNG ÁP LỰC GIÓ TRÊN LÃNH THỔ VIỆT NAM
THEO ĐỊA DANH (Theo Phụ lục E [2])..........................................................100

7


8
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................1
Do năng lực và thời gian nghiên cứu có hạn nên luận văn không thể tránh khỏi
sai sót, tác giả mong muốn nhận được sự góp ý, chỉ bảo của thầy cô và đồng
nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn...............................................................1
Nguyễn Mạnh Cường............................................................................................1
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM...............................................2
LỜI CAM ĐOAN..................................................................................................2
Nguyễn Mạnh Cường............................................................................................2
MỤC LỤC.............................................................................................................3
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.........................................................................8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ..............................................................12
MỞ ĐẦU...............................................................................................................1
* Đặt vấn đề...........................................................................................................1
* Mục đích nghiên cứu..........................................................................................2
* Đối tượng nghiên cứu.........................................................................................2
* Nội dung nghiên cứu..........................................................................................2
CHƯƠNG 1: GIÓ, TẢI TRỌNG GIÓ, MỘT SỐ TIÊU CHUẨN VỀ TÍNH
TOÁN TẢI TRỌNG GIÓ.....................................................................................4
1.1.Tổng quan về gió [4,6,7].................................................................................4
1.1.1.Khái niệm, nguyên nhân hình thành, phân loại............................................4
Bảng 1.1: Số bão và áp thấp nhiệt đới trung bình trên biển Đông trong thời kỳ
1928 đến 1944 và 1947 đến 1980 (Nguồn bảng 2 chương II [6]).........................6
1.1.2.Tính chất, đặc điểm của gió..........................................................................7
1.2.Tác động của gió vào công trình và các biện pháp giảm thiểu.......................8

1.2.1.Tác động của gió vào công trình [4,5]..........................................................8
1.2.2.Các biện pháp giảm thiểu tác động của gió vào công trình [5]....................9
Hình 1.1: Lợi dụng địa hình để giảm bớt tác hại gió, làm thay đổi tốc độ và
hướng gió [5].......................................................................................................10
Hình 1.2: Trồng cây và rào giậu để giảm bớt tốc độ gió [5]...............................10
Hình 1.3: Hình dáng công trình đơn giản để bớt cản gió [5]..............................11
Hình 1.4: Mái nghiêng 30o – 45o để giảm bớt tốc mái do áp lực âm [5]...........11
Hình 1.5: Mái hiên rời giảm sự chìa ra của mái [5]............................................11
Hình 1.6: Kích thước các lỗ cửa ở các tường đối diện xấp xỉ bằng nhau [5]......12
Hình 1.7: Đảm bảo cánh cửa đóng vừa lỗ cửa [5]...............................................12
1.3.Một số hệ thống tiêu chuẩn về tính toán tải trọng do gió..............................14
1.3.1.Tiêu chuẩn Việt Nam [2]............................................................................14


9
Bảng 1.2: Áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực gió lãnh thổ Việt Nam
(Nguồn bảng 4 [2])..............................................................................................15
Hình 1.8: Bản đồ phân vùng áp lực gió lãnh thổ Việt Nam................................15
1.3.2.Tiêu chuẩn Trung Quốc [14]......................................................................19
1.3.3.Tiêu chuẩn Anh [10]...................................................................................20
1.4. Tiêu chuẩn EUROCODE [12]......................................................................22
1.1.Tổng quan về tiêu chuẩn EUROCODE.........................................................22
1.2.Tóm lược EN 1991-1-4.................................................................................23
1.3.Các đề tài đã nghiên cứu ứng dụng tiêu chuẩn vào Việt Nam......................24
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG DO GIÓ VÀO NHÀ CAO TẦNG
THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE..................................................................25
2.1.Các tính huống thiết kế đặc biệt [12]............................................................25
2.2.Mô hình hoá các tác động của gió.................................................................25
2.2.1.Tính chất của gió [12]................................................................................25
2.2.2.Đặc trưng tác động của gió [12].................................................................25

2.2.3.Giá trị đặc trưng [12]..................................................................................26
2.2.4.Các mô hình [12]........................................................................................26
2.3.Vận tốc và áp lực gió.....................................................................................26
2.3.1.Cơ sở tính toán [12]....................................................................................26
2.3.2.Giá trị vận tốc gió cơ bản [12]....................................................................26
Bảng 2.1: Giá trị vận tốc gió tính trung bình trong 3 giây với chu kỳ lặp 20 năm
theo bản đồ phân vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt Nam..................................27
Hình 2.1: Đồ thị chuyển vận tốc trung bình trong các khoảng thời gian............28
(Nguồn hình 2.3.10 [13]).....................................................................................28
Bảng 2.2: Giá trị vận tốc gió cơ bản vb tương ứng với các vùng áp lực gió.......28
trên lãnh thổ Việt Nam........................................................................................28
2.3.3.Vận tốc gió hiệu dụng theo độ cao [12].....................................................29
2.3.4.Hệ số thay đổi vận tốc gió theo độ cao và dạng địa hình [12]...................29
Bảng 2.3: Loại địa hình và các thông số địa hình (Nguồn bảng 4.1[12])...........30
Hình 2.2: Minh họa các dạng địa hình (Nguồn phụ lục A.1[12]).......................30
Hình 2.3: Đánh giá phạm vi ảnh hưởng của địa hình..........................................33
Bảng 2.4: Giá trị Cr(z) theo chiều cao và các dạng địa hình...............................33
2.3.5.Hệ số áp lực theo độ cao [12].....................................................................34
Bảng 2.5: Giá trị Ce(z) theo chiều cao và các dạng địa hình..............................34
Hình 2.4: Giá trị của Ce(z) theo chiều cao và dạng địa hình..............................35
Bảng 2.6: Áp lực gió tiêu chuẩn (qp) theo các vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt
Nam 36
2.4.Tác động của gió...........................................................................................36
2.4.1.Áp lực gió lên bề mặt công trình [12]........................................................36


10
Hình 2.5: Áp lực trên bề mặt (Nguồn hình 5.1[12])............................................36
2.4.2.Tải trọng gió [12].......................................................................................37
2.5.Các hệ số kết cấu: CsCd................................................................................38

2.5.1.Khái niệm chung [12].................................................................................38
2.5.2.Một số trường hợp xác định nhanh CsCd [12]...........................................38
Hình 2.5a: CsCd cho kết cấu nhà thép nhiều tầng có mặt bằng hình chữ nhật với
các bức tường thẳng đứng bao ngoài, độ cứng và khối lượng phân bố đều, tần số
xác định theo công thức (2.22) (Nguồn hình D.1[12])........................................40
Hình 2.5b: CsCd cho kết cấu nhà bê tông cốt thép nhiều tầng có mặt bằng hình
chữ nhật với các bức tường thẳng đứng bao ngoài, độ cứng và khối lượng phân
bố đều, tần số xác định theo công thức (2.22).....................................................40
(Nguồn hình D.2[12])..........................................................................................40
Hình 2.5c: CsCd cho kết cấu dạng trụ tròn bằng thép không có lớp đệm (tần số
dao động riêng xác định theo công thức (2.23)) với ε1=1000 và Ws/Wt=1.0
(Nguồn hình D.3 – Phụ lục D[12])......................................................................41
Hình 2.5d: CsCd cho kết cấu dạng trụ tròn bằng bê tông cốt thép không có lớp
đệm (tần số dao động riêng xác định theo công thức (2.23)) với ε1=700 và
Ws/Wt=1.0 (Nguồn hình D.4 – Phụ lục D[12])..................................................42
Hình 2.5e: CsCd cho kết cấu dạng trụ tròn bằng thép có lớp đệm (tần số dao
động riêng xác định theo công thức (2.23)) với ε1=1000 và Ws/Wt=1.0...........42
Hình 2.6: Các thông số hình học của kết cấu dạng trụ tròn................................44
2.5.3.Trình tự tính toán [12]................................................................................45
Hình 2.7: Các hình dạng cấu trúc thuộc phạm vi áp dụng công thức (2.24).......47
2.5.4.Hệ số B2, R2, kp [12].................................................................................47
2.6.Áp lực và hệ số khí động...............................................................................49
2.6.1.Lựa chọn các hệ số khí động học [12]........................................................49
2.6.2.Hệ số khí động cho các công trình [12]......................................................49
Hình 2.8: Đồ thị xác định giá trị áp lực gió ngoài, Cpe, cho công trình với diện
tích chịu tải nằm trong khoảng từ 1m2 đến 10m2...............................................50
Hình 2.9: Chiều cao tham chiếu theo h , b và đường profile của áp lực gió.......51
Bảng 2.7: Hệ số áp lực ngoài dọc các bức tường công trình hình chữ nhật........51
Hình 2.10: Sơ đồ Phân khu cho nhà hình chữ nhật.............................................52
Hình 2.11: Sơ đồ Phân khu cho mái phẳng.........................................................53

Bảng 2.8: Hệ số áp lực bên ngoài cho mái phẳng...............................................54
Hình 2.12: Sơ đồ Phân khu cho mái dốc một chiều............................................56
Bảng 2.9: Hệ số áp lực bên ngoài cho mái dốc một chiều..................................57
Hình 2.13: Sơ đồ Phân khu cho mái dốc 2 phía..................................................59
Bảng 2.10: Hệ số áp lực bên ngoài cho mái dốc 2 phía......................................60
Hình 2.14: Sơ đồ Phân khu cho mái dốc 4 phía..................................................62


11
Bảng 2.11: Hệ số áp lực bên ngoài cho mái dốc nhiều phía...............................63
Hình 2.15: Hệ số áp lực bên ngoài cho mái vòm với mặt bằng hình chữ nhật...64
Hình 2.16: Hệ số áp lực bên ngoài cho chỏm cầu với mặt bằng hình tròn.........65
2.6.3.Lực ma sát [12]...........................................................................................65
Bảng 2.12: Hệ số ma sát cho các loại cấu kiện...................................................65
Hình 2.17: Diện tích tham chiếu chịu ma sát do gió...........................................66
2.6.4.Tính toán các bộ phận kết cấu hình chữ nhật [12].....................................66
Hình 2.18: Hệ số lực, Cf,0, với các cấu kiện mặt cắt hình chữ nhất sắc nét.......68
Hình 2.19: Hệ số ψr cho mặt cắt hình vuông có vo tròn góc..............................68
2.6.5.Tính toán các bộ phận kết cấu hình lăng trụ [12].......................................69
Bảng 2.13: Hệ số lực cho các loại lăng trụ..........................................................69
Hình 2.20: Mặt cắt tiết diện đa giác....................................................................69
2.6.6.Tính toán các bộ phận kết cấu hình trụ [12]...............................................70
Hình 2.21: Biểu đồ phân phối áp lực trên các vị trí trụ tròn...............................71
Bảng 2.14: Hệ số độ nhám tương ứng với các bề mặt........................................71
Hình 2.22: Biểu đồ hệ số lực cho kết cấu dạng trụ.............................................72
2.6.7.Xác định giá trị ψλ [12]..............................................................................73
Bảng 2.15: Giá trị độ mảnh với các công trình có mặt bằng hình trụ, đa giác,
hình tròn, cấu trúc mạng tinh thể.........................................................................73
Hình 2.23: Biểu đồ nội suy giá trị ψλ.................................................................74
Hình 2.24: Mô tả định nghĩa hệ số độ kín bề mặt...............................................75

Hình 2.25: Sơ đồ khối quy trình tính toán tải trọng gió lên công trình...............76
CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG DO GIÓ THEO TIÊU
CHUẨN EUROCODE VÀ THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM........................76
3.1.Giới thiệu công trình tính toán......................................................................77
3.2.Tính toán tải trọng gió tác dụng vào công trình theo tiêu chuẩn EUROCODE
79
3.3.Tính toán tải trọng do gió tác dụng vào công trình theo tiêu chuẩn Việt Nam
89
3.4.So sánh kết quả tính toán...............................................................................94
3.4.1.So sánh tải trọng gió tác dụng vào công trình............................................94
3.4.2.So sánh chuyển vị ngang của công trình do tác động của gió....................95
3.5.Nhận xét đánh giá..........................................................................................95
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................................97
Kết luận...............................................................................................................97
Kiến nghị.............................................................................................................98
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................99
PHỤ LỤC A: PHÂN VÙNG ÁP LỰC GIÓ TRÊN LÃNH THỔ VIỆT NAM
THEO ĐỊA DANH (Theo Phụ lục E [2])..........................................................100


12
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................1
Do năng lực và thời gian nghiên cứu có hạn nên luận văn không thể tránh khỏi
sai sót, tác giả mong muốn nhận được sự góp ý, chỉ bảo của thầy cô và đồng
nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn...............................................................1
Nguyễn Mạnh Cường............................................................................................1
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM...............................................2
LỜI CAM ĐOAN..................................................................................................2
Nguyễn Mạnh Cường............................................................................................2

MỤC LỤC.............................................................................................................3
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.........................................................................8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ..............................................................12
MỞ ĐẦU...............................................................................................................1
* Đặt vấn đề...........................................................................................................1
* Mục đích nghiên cứu..........................................................................................2
* Đối tượng nghiên cứu.........................................................................................2
* Nội dung nghiên cứu..........................................................................................2
CHƯƠNG 1: GIÓ, TẢI TRỌNG GIÓ, MỘT SỐ TIÊU CHUẨN VỀ TÍNH
TOÁN TẢI TRỌNG GIÓ.....................................................................................4
1.1.Tổng quan về gió [4,6,7].................................................................................4
1.1.1.Khái niệm, nguyên nhân hình thành, phân loại............................................4
Bảng 1.1: Số bão và áp thấp nhiệt đới trung bình trên biển Đông trong thời kỳ
1928 đến 1944 và 1947 đến 1980 (Nguồn bảng 2 chương II [6]).........................6
1.1.2.Tính chất, đặc điểm của gió..........................................................................7
1.2.Tác động của gió vào công trình và các biện pháp giảm thiểu.......................8
1.2.1.Tác động của gió vào công trình [4,5]..........................................................8
1.2.2.Các biện pháp giảm thiểu tác động của gió vào công trình [5]....................9
Hình 1.1: Lợi dụng địa hình để giảm bớt tác hại gió, làm thay đổi tốc độ và
hướng gió [5].......................................................................................................10
Hình 1.2: Trồng cây và rào giậu để giảm bớt tốc độ gió [5]...............................10
Hình 1.3: Hình dáng công trình đơn giản để bớt cản gió [5]..............................11
Hình 1.4: Mái nghiêng 30o – 45o để giảm bớt tốc mái do áp lực âm [5]...........11
Hình 1.5: Mái hiên rời giảm sự chìa ra của mái [5]............................................11
Hình 1.6: Kích thước các lỗ cửa ở các tường đối diện xấp xỉ bằng nhau [5]......12
Hình 1.7: Đảm bảo cánh cửa đóng vừa lỗ cửa [5]...............................................12
1.3.Một số hệ thống tiêu chuẩn về tính toán tải trọng do gió..............................14
1.3.1.Tiêu chuẩn Việt Nam [2]............................................................................14

13
Bảng 1.2: Áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực gió lãnh thổ Việt Nam
(Nguồn bảng 4 [2])..............................................................................................15
Hình 1.8: Bản đồ phân vùng áp lực gió lãnh thổ Việt Nam................................15
1.3.2.Tiêu chuẩn Trung Quốc [14]......................................................................19
1.3.3.Tiêu chuẩn Anh [10]...................................................................................20
1.4. Tiêu chuẩn EUROCODE [12]......................................................................22
1.1.Tổng quan về tiêu chuẩn EUROCODE.........................................................22
1.2.Tóm lược EN 1991-1-4.................................................................................23
1.3.Các đề tài đã nghiên cứu ứng dụng tiêu chuẩn vào Việt Nam......................24
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG DO GIÓ VÀO NHÀ CAO TẦNG
THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE..................................................................25
2.1.Các tính huống thiết kế đặc biệt [12]............................................................25
2.2.Mô hình hoá các tác động của gió.................................................................25
2.2.1.Tính chất của gió [12]................................................................................25
2.2.2.Đặc trưng tác động của gió [12].................................................................25
2.2.3.Giá trị đặc trưng [12]..................................................................................26
2.2.4.Các mô hình [12]........................................................................................26
2.3.Vận tốc và áp lực gió.....................................................................................26
2.3.1.Cơ sở tính toán [12]....................................................................................26
2.3.2.Giá trị vận tốc gió cơ bản [12]....................................................................26
Bảng 2.1: Giá trị vận tốc gió tính trung bình trong 3 giây với chu kỳ lặp 20 năm
theo bản đồ phân vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt Nam..................................27
Hình 2.1: Đồ thị chuyển vận tốc trung bình trong các khoảng thời gian............28
(Nguồn hình 2.3.10 [13]).....................................................................................28
Bảng 2.2: Giá trị vận tốc gió cơ bản vb tương ứng với các vùng áp lực gió.......28
trên lãnh thổ Việt Nam........................................................................................28
2.3.3.Vận tốc gió hiệu dụng theo độ cao [12].....................................................29
2.3.4.Hệ số thay đổi vận tốc gió theo độ cao và dạng địa hình [12]...................29
Bảng 2.3: Loại địa hình và các thông số địa hình (Nguồn bảng 4.1[12])...........30

Hình 2.2: Minh họa các dạng địa hình (Nguồn phụ lục A.1[12]).......................30
Hình 2.3: Đánh giá phạm vi ảnh hưởng của địa hình..........................................33
Bảng 2.4: Giá trị Cr(z) theo chiều cao và các dạng địa hình...............................33
2.3.5.Hệ số áp lực theo độ cao [12].....................................................................34
Bảng 2.5: Giá trị Ce(z) theo chiều cao và các dạng địa hình..............................34
Hình 2.4: Giá trị của Ce(z) theo chiều cao và dạng địa hình..............................35
Bảng 2.6: Áp lực gió tiêu chuẩn (qp) theo các vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt
Nam 36
2.4.Tác động của gió...........................................................................................36
2.4.1.Áp lực gió lên bề mặt công trình [12]........................................................36


14
Hình 2.5: Áp lực trên bề mặt (Nguồn hình 5.1[12])............................................36
2.4.2.Tải trọng gió [12].......................................................................................37
2.5.Các hệ số kết cấu: CsCd................................................................................38
2.5.1.Khái niệm chung [12].................................................................................38
2.5.2.Một số trường hợp xác định nhanh CsCd [12]...........................................38
Hình 2.5a: CsCd cho kết cấu nhà thép nhiều tầng có mặt bằng hình chữ nhật với
các bức tường thẳng đứng bao ngoài, độ cứng và khối lượng phân bố đều, tần số
xác định theo công thức (2.22) (Nguồn hình D.1[12])........................................40
Hình 2.5b: CsCd cho kết cấu nhà bê tông cốt thép nhiều tầng có mặt bằng hình
chữ nhật với các bức tường thẳng đứng bao ngoài, độ cứng và khối lượng phân
bố đều, tần số xác định theo công thức (2.22).....................................................40
(Nguồn hình D.2[12])..........................................................................................40
Hình 2.5c: CsCd cho kết cấu dạng trụ tròn bằng thép không có lớp đệm (tần số
dao động riêng xác định theo công thức (2.23)) với ε1=1000 và Ws/Wt=1.0
(Nguồn hình D.3 – Phụ lục D[12])......................................................................41
Hình 2.5d: CsCd cho kết cấu dạng trụ tròn bằng bê tông cốt thép không có lớp
đệm (tần số dao động riêng xác định theo công thức (2.23)) với ε1=700 và

Ws/Wt=1.0 (Nguồn hình D.4 – Phụ lục D[12])..................................................42
Hình 2.5e: CsCd cho kết cấu dạng trụ tròn bằng thép có lớp đệm (tần số dao
động riêng xác định theo công thức (2.23)) với ε1=1000 và Ws/Wt=1.0...........42
Hình 2.6: Các thông số hình học của kết cấu dạng trụ tròn................................44
2.5.3.Trình tự tính toán [12]................................................................................45
Hình 2.7: Các hình dạng cấu trúc thuộc phạm vi áp dụng công thức (2.24).......47
2.5.4.Hệ số B2, R2, kp [12].................................................................................47
2.6.Áp lực và hệ số khí động...............................................................................49
2.6.1.Lựa chọn các hệ số khí động học [12]........................................................49
2.6.2.Hệ số khí động cho các công trình [12]......................................................49
Hình 2.8: Đồ thị xác định giá trị áp lực gió ngoài, Cpe, cho công trình với diện
tích chịu tải nằm trong khoảng từ 1m2 đến 10m2...............................................50
Hình 2.9: Chiều cao tham chiếu theo h , b và đường profile của áp lực gió.......51
Bảng 2.7: Hệ số áp lực ngoài dọc các bức tường công trình hình chữ nhật........51
Hình 2.10: Sơ đồ Phân khu cho nhà hình chữ nhật.............................................52
Hình 2.11: Sơ đồ Phân khu cho mái phẳng.........................................................53
Bảng 2.8: Hệ số áp lực bên ngoài cho mái phẳng...............................................54
Hình 2.12: Sơ đồ Phân khu cho mái dốc một chiều............................................56
Bảng 2.9: Hệ số áp lực bên ngoài cho mái dốc một chiều..................................57
Hình 2.13: Sơ đồ Phân khu cho mái dốc 2 phía..................................................59
Bảng 2.10: Hệ số áp lực bên ngoài cho mái dốc 2 phía......................................60
Hình 2.14: Sơ đồ Phân khu cho mái dốc 4 phía..................................................62


15
Bảng 2.11: Hệ số áp lực bên ngoài cho mái dốc nhiều phía...............................63
Hình 2.15: Hệ số áp lực bên ngoài cho mái vòm với mặt bằng hình chữ nhật...64
Hình 2.16: Hệ số áp lực bên ngoài cho chỏm cầu với mặt bằng hình tròn.........65
2.6.3.Lực ma sát [12]...........................................................................................65
Bảng 2.12: Hệ số ma sát cho các loại cấu kiện...................................................65

Hình 2.17: Diện tích tham chiếu chịu ma sát do gió...........................................66
2.6.4.Tính toán các bộ phận kết cấu hình chữ nhật [12].....................................66
Hình 2.18: Hệ số lực, Cf,0, với các cấu kiện mặt cắt hình chữ nhất sắc nét.......68
Hình 2.19: Hệ số ψr cho mặt cắt hình vuông có vo tròn góc..............................68
2.6.5.Tính toán các bộ phận kết cấu hình lăng trụ [12].......................................69
Bảng 2.13: Hệ số lực cho các loại lăng trụ..........................................................69
Hình 2.20: Mặt cắt tiết diện đa giác....................................................................69
2.6.6.Tính toán các bộ phận kết cấu hình trụ [12]...............................................70
Hình 2.21: Biểu đồ phân phối áp lực trên các vị trí trụ tròn...............................71
Bảng 2.14: Hệ số độ nhám tương ứng với các bề mặt........................................71
Hình 2.22: Biểu đồ hệ số lực cho kết cấu dạng trụ.............................................72
2.6.7.Xác định giá trị ψλ [12]..............................................................................73
Bảng 2.15: Giá trị độ mảnh với các công trình có mặt bằng hình trụ, đa giác,
hình tròn, cấu trúc mạng tinh thể.........................................................................73
Hình 2.23: Biểu đồ nội suy giá trị ψλ.................................................................74
Hình 2.24: Mô tả định nghĩa hệ số độ kín bề mặt...............................................75
Hình 2.25: Sơ đồ khối quy trình tính toán tải trọng gió lên công trình...............76
CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG DO GIÓ THEO TIÊU
CHUẨN EUROCODE VÀ THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM........................76
3.1.Giới thiệu công trình tính toán......................................................................77
3.2.Tính toán tải trọng gió tác dụng vào công trình theo tiêu chuẩn EUROCODE
79
3.3.Tính toán tải trọng do gió tác dụng vào công trình theo tiêu chuẩn Việt Nam
89
3.4.So sánh kết quả tính toán...............................................................................94
3.4.1.So sánh tải trọng gió tác dụng vào công trình............................................94
3.4.2.So sánh chuyển vị ngang của công trình do tác động của gió....................95
3.5.Nhận xét đánh giá..........................................................................................95
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................................97
Kết luận...............................................................................................................97

Kiến nghị.............................................................................................................98
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................99
PHỤ LỤC A: PHÂN VÙNG ÁP LỰC GIÓ TRÊN LÃNH THỔ VIỆT NAM
THEO ĐỊA DANH (Theo Phụ lục E [2])..........................................................100


16


17


18


1
MỞ ĐẦU
*

Đặt vấn đề

Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học công nghệ, các công trình xây
dựng trên Thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang phát triển với cấp tiến
về chiều cao cũng như độ phức tạp. Khi chiều cao của công trình càng tăng thì
mức độ phức tạp khi tính toán thiết kế cũng gia tăng theo. Đặc biệt là việc xác
định phản ứng của công trình trước các yếu tố tác động của điều kiện bên ngoài
như tải trọng do gió, động đất, tải trọng nổ,… Để giải quyết điều này việc tiến
hành nghiên cứu, cập nhật và biên soạn hệ thống các tiêu chuẩn thiết kế mới là
vấn đề cấp thiết.
Ở Việt Nam hiện nay, hệ thống các tiêu chuẩn về thiết kế kết cấu công

trình xây dựng nói chung được hình thành qua nhiều năm, chủ yếu dựa trên sự
chuyển dịch từ các tiêu chuẩn của Nga (Liên Xô cũ), Anh, Mỹ, ISO, Trung
Quốc, Úc… Khi thiết kế một công trình, các tiêu chuẩn đưa vào sử dụng đòi hỏi
sự liên quan chặt chẽ với nhau về tải trọng, vật liệu khi đưa vào trong tính toán
nghĩa là hệ thống tiêu chuẩn phải có tính đồng bộ cao. Việc song song tồn tại
nhiều loại tiêu chuẩn theo các nước khác nhau đang phá vỡ tính đồng bộ đó.
Để xây dựng đồng bộ hệ thống tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam theo hướng
đổi mới và hội nhập, Bộ Xây dựng đang có chủ trương sẽ đổi mới thay thế dần
các tiêu chuẩn trong hệ thống tiêu chuẩn cũ. Theo phương hướng đó, trong thời
gian gần đây Bộ đã cho ban hành tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005 “Kết cấu
bêtông và bêtông cốt thép” (theo tiêu chuẩn SNIP 2.03.01-84*) và tiêu chuẩn
TCXDVN 375:2006 “Thiết kế công trình chịu động đất” (theo tiêu chuẩn Châu
âu EN 1998).
Việc ban hành các tiêu chuẩn mới, mặc dù theo chủ trương thay thế dần
dần hệ thống tiêu chuẩn cũ nhưng việc tồn tại đồng thời các tiêu chuẩn theo các
hệ thống tiêu chuẩn thuộc các nước khác nhau đã gây ra những khó khăn nhất
định trọng việc sử dụng, áp dụng trong thực tế. Đặc biệt là đối với tiêu chuẩn
TCXDVN 375:2006. Tiêu chuẩn này được biên soạn dựa trên cơ sở chấp nhận
EN 1998 có bổ sung thay thế các phần mang tính đặc thù của Việt Nam. Tuy
nhiên, nội dung của tiêu chuẩn là xây dựng các qui định, hướng dẫn bổ sung cho
việc thiết kế các công trình trong vùng chịu động đất. Việc tính toán thiết kế các
công trình vẫn phải tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế trong hệ thống tiêu chuẩn
của Châu Âu (EN) như: EN 1991-1; EN 1992-1-1; EN 1993-1-1; EN 1994-11…


2
Do đó, khi thiết kế kết cấu nhà cao tầng có kể đến tải trọng động đất theo
tiêu chuẩn TCXDN 375:2006, tải trọng do gió tác động vào công trình cũng nên
tính toán theo tiêu chuẩn tương ứng là EN 1991-1-4.
Các tiêu chuẩn nằm trong hệ thống tiêu chuẩn chung Châu Âu EN được

xây dựng trên nguyên tắc đó là đưa ra các giả thiết, những chỉ dẫn tính toán
chung kèm theo các qui định kỹ thuật rất chặt chẽ, rõ ràng. Trên cơ sở đó mỗi
nước phải có những nghiên cứu phù hợp với những điều kiện thực tế riêng của
mình như tiêu chuẩn BS EN 1991-1-4:2005 của Anh, tiêu chuẩn NF EN 1991-14:2005 của Pháp… Vì vậy, để áp dụng EN 1991-1-4:2004 vào Việt Nam cũng
phải dựa trên nguyên tắc đó và cần có sự nghiên cứu đưa ra chỉ dẫn tính toán để
các kỹ sư có thể sử dụng mà không bị bỡ ngỡ.
Việc nghiên cứu EN 1991-1-4:2004 và đưa ra chỉ dẫn tính toán chi tiết là
rất cần thiết. Nhưng đây là một vấn đề phức tạp, để hiểu và vận dụng cho đúng
là rất khó không chỉ đối với các kỹ sư thiết kế mà còn đối với cả các nhà khoa
học nên cần có thời gian đầu tư nghiên cứu. Vì vậy, tác giả chọn đề tài luận văn:
“Tính toán tải trọng gió lên nhà cao tầng theo tiêu chuẩn EUROCODE” làm nội
dung nghiên cứu. Hướng nghiên cứu này nhằm làm sáng tỏ về vấn đề vận dụng
tiêu chuẩn EUROCODE để tính toán tải trọng gió vào công trình mà điển hình
là nhà cao tầng với các điều kiện tự nhiên đặc thù của Việt Nam.
*

Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu EN 1991-1-4:2004 để đưa ra quy trình tính toán tải trọng gió
tác dụng lên kết cấu nhà cao tầng theo phương gió thổi.
Nghiên cứu các công thức chuyển đổi và điều chỉnh cần thiết khác khi áp
dụng tiêu chuẩn vào tính toán công trình tại Việt Nam.
Đánh giá, nhận xét kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình
tính theo tiêu chuẩn EUROCODE và tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành (TCVN
2727:1995) thông qua một ví dụ cụ thể.
*

Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là: Tải trọng gió tác dụng lên nhà cao tầng theo

phương gió thổi tính toán theo quan điểm của tiêu chuẩn EUROCODE
*

Nội dung nghiên cứu

Tìm hiểu các khái niệm về gió bão, nguyên nhân hình thành gió và các số
liệu thống kê về gió bão ở Việt Nam.


3
Tìm hiểu một số giải pháp làm giảm thiểu tác hại của gió bão
Tìm hiểu tiêu chuẩn về tính toán tải trọng gió tác dụng vào công trình của
một số nước trên thế giới.
Tìm hiểu tiêu chuẩn EN 1991-1-4 và đưa ra quy trình toán toán tải trọng
gió tác dụng lên nhà cao tầng xây dựng ở Việt Nam theo quan điểm của tiêu
chuẩn EUROCODE với các bổ sung thay thế phù hợp với điều kiện khí hậu đặc
thù của Việt Nam.
Ví dụ thực tế áp dụng tính toán tải trọng gió lên công trình nhà cao tầng
tính theo tiêu chuẩn EUROCODE và theo tiêu chuẩn Việt Nam để có cái nhìn
tổng quát.


4
CHƯƠNG 1: GIÓ, TẢI TRỌNG GIÓ, MỘT SỐ TIÊU CHUẨN VỀ TÍNH
TOÁN TẢI TRỌNG GIÓ
1.1.

Tổng quan về gió [4,6,7]

1.1.1. Khái niệm, nguyên nhân hình thành, phân loại

Gió là một hiện tượng trong tự nhiên hình thành do sự chuyển động của
không khí. Nguyên nhân hình thành gió là do bề mặt trái đất tiếp nhận sự chiếu
sáng, đốt nóng của mặt trời không đều, sẽ có nhiệt độ không đều. Sự chênh lệch
nhiệt độ giữa các vị trí gây nên sự chênh lệch về khí áp, ở nơi có nhiệt độ gia
tăng, không khí nóng lên (hạ áp) và bị không khí lạnh (áp suất lớn) ở xung
quanh dồn vào, đẩy lên cao, tạo thành dòng thăng. Dòng thăng này làm hạ khí
áp tại nơi đó, không khí lạnh ở vùng xung quanh di chuyển theo chiều nằm
ngang đến thay thế cho lượng không khí đã bị bay lên vì nóng, tạo thành gió
ngang. Quy luật tự nhiên là không khí thường xuyên chuyển động theo cả chiều
nằm ngang và thẳng đứng. Không khí di chuyển theo chiều nằm ngang càng
mạnh thì gió thổi càng lớn.
Bão là một xoáy khí có đường kính lớn (tới vài trăm km). Nguyên nhân
hình thành bão là do trên các đại dương nhiệt đới, ở vùng gần xích đạo, mặt biển
bị đốt nóng (trên 170), nước bốc hơi mạnh và tạo thành vùng khí áp rất thấp,
không khí lạnh hơn ở xung quanh lùa tới, bị đốt nóng và bay lên. Quá trình này
tiếp diễn liên tục, hơi nước bốc lên cao, gặp lạnh và ngưng tụ lại, nhiệt lượng toả
ra do ngưng hơi rất lớn, lại làm cho hơi nước bốc lên mạnh hơn. Đó là tiềm năng
nuôi dưỡng và phát triển bão. Khối khí lạnh từ bán cầu tràn về phía xích đạo,
trái đất lại đang quay quanh trục của nó. Điều này làm cho dòng khí xoáy mãnh
liệt hơn, và cơn bão được hình thành. Trong quá trình phát triển chu kì của mỗi
cơn bão được phân chia thành các giai đoạn như sau:
-

-

-

-

Nhiễu động nhiệt đới: giai đoạn hình thành, khi khí hậu không ổn định

và nhiễu loạn
Xoáy tụ nhiệt đới: bắt đầu một chuyển động khép kín qua các đại
dương (ngược chiều kim đồng hồ ở Bắc bán cầu và cùng chiều kim
đồng hồ ở Nam bán cầu). Năng lượng của nó được thu từ hơi nước
biển ấm có nhiệt độ cao hơn 170C
Áp thấp nhiệt đới: là xoáy tụ nhiệt đới mạnh và rộng hơn, với vận tốc
gió trung bình đến 17m/s
Bão nhiệt đới: là áp thấp nhiệt đới mạnh và rộng hơn, với vận tốc gió


5
trung bình đến 33m/s
-

-

Bão lớn (cuồng phong): là bão nhiệt đới rất mạnh, với vận tốc gió
trung bình lớn hơn 33m/s, trong đó có những cơn gió mạnh vận tốc
còn lớn hơn nhiều
Giai đoạn bão tan: khi vận tốc gió giảm, đồng thời với việc gia tăng áp
lực khí quyển

Lốc là một hiện tượng khí tượng đặc biệt. Một vùng khí quyển hẹp có áp
suất đột ngột giảm, nảy sinh sự đối lưu của các dòng khí ở các vùng xung quanh,
tạo nên dòng xoáy có đường kính từ vài chục mét đến vài km, di chuyển ngang
trong khoảng vài chục ki-lô-mét. Sức gió ở vùng xa tâm thì nhỏ nhưng càng vào
trong xoáy càng mạnh lên, ở giữa thì hình thành một cái lõi (vòi rồng). Lốc
thường xuất hiện bất ngờ, có thể ở bất kỳ nơi nào (đồng bằng, trung du, miền
núi) chứ không nhất thiết là ở biển như bão, nhưng vận tốc gió thì rất mạnh và
đột ngột lên tới 70 đến 80m/s (252 đến 288km/h). Với sức mạnh như vậy, lốc

như một vòi rồng hút theo mọi thứ mà nó gặp trên đường đi: đất, nước, vật liệu,
xe cộ, người, mọi đồ vật… Trừ các công trình được xây dựng đặc biệt, nói
chung các công trình xây dựng thông thường không chịu được lốc.
Bão và lốc khác nhau ở điều kiện hình thành, sức mạnh và đặc tính tác
dụng nhưng bản chất của gió bão và gió lốc thì giống nhau: đều là gió mạnh và
có đầy đủ các đặc tính tác dụng của gió. Do vậy tác dụng của gió bão và gió lốc
lên công trình là như nhau nên trong thực tế người ta thường gọi chung đó là tác
dụng của gió.
Gió đặc trưng bởi hướng và vận tốc. Chiều di chuyển của dòng khí tạo
thành hướng gió: gọi theo tên nơi xuất phát có 16 hướng gió tương ứng với 16
phương vị địa lý.
Vận tốc gió là vận tốc di chuyển của dòng khí qua một điểm nhất định. Có
thể biểu thị vận tốc gió theo các đơn vị khác nhau như ngành hàng hải và hàng
không tính bằng hải lý/giờ. Khi dùng đơn vị SI vận tốc gió tính bằng đơn vị m/s
hoặc km/h.
Trên địa cầu có ba loại gió chính là: gió Tín Phong, gió Tây Ôn Đới, gió
Đông Cực. Gió Tín Phong thổi từ đai cao áp 30 độ B-N đến đai áp thấp 0 độ
(xích đạo), gió Tây ôn Đới thổi từ đai cao áp 60 độ B-N về 90 độ B-N, còn gió
Đông Cực thổi từ đai cao áp 90 độ B-N đến Vòng Cực B-N.
Do sự vận động tự quay của trái đất, gió Tín Phong và gió Tây Ôn Đới


6
không thổi thẳng theo hướng kinh tuyến mà hơi lệch về phía tay phải ở nửa cầu
Bắc và về phía tay trái ở nửa cầu Nam (nếu nhìn xuôi theo chiều gió thổi) theo
Lực Coriolis. Tín Phong và gió Tây Ôn Đới tạo thành hai hoàn lưu khí quyển
quan trọng nhất trên bề mặt Trái Đất. Gió có nhiều cường độ khác nhau, từ
mạnh đến yếu. Nó có thể có vận tốc từ trên 1km/h cho đến gió trong tâm các cơn
bão có vận tốc khoảng 300km/h.
Việt Nam nằm trong khu vực Đông Nam Á. trải dài trên 15 vĩ tuyến của

vành đai nhiệt đới bán cầu Bắc. Bờ biển Việt Nam tiếp cận biển Đông, một bộ
phận của ổ bão Tây Bắc Thái Bình Dương. Khi mới về bão và áp thấp nhiệt đới
ảnh hưởng đến Việt Nam, trước hết phải nói đến những hoạt động của chúng
trên biển Đông.
•

Tần số bão trên biển Đông

Trung bình mỗi năm có 12 cơn bão và Áp thấp nhiệt đới hoạt động trên biển
Đông, năm nhiều nhất có tới 18 cơn bão (1961, 1964, 1973, 1974), năm ít nhất
cũng có 4 cơn bão (1969).
Bão và áp thấp nhiệt đới hoạt động trên biển Đông bao gồm những cơn hình
thành tại chỗ và những cơn di chuyển từ Thái Bình Dương vào. Trung bình
trong 100 cơn bão hoạt động trên biển Đông có khoảng 45 cơn bão sinh ra tại
đây và 55 cơn bão từ Thái Bình Dương di chuyển vào.
Bảng 1.1: Số bão và áp thấp nhiệt đới trung bình trên biển Đông trong thời kỳ
1928 đến 1944 và 1947 đến 1980 (Nguồn bảng 2 chương II [6])
Tháng
Áp
thấp
Bão

Tổng số

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

2

0

1

2

2

16

18

38

21

11

9

3

Trung bình 0.04
Tổng số

3

0.02 0.04 0.04 0.31 0.35 0.74 0.42 0.22 0.18
1

2

6

27

23

76

71

103

80

65

0.06
31

Trung bình 0.06 0.02 0.04 0.12 0.53 0.45 1.48 1.39 2.01 1.56 1.27 0.60

Bão
Tổng số
và áp
thấp Trung bình

5
0.1

1

3

8

29

39

94

109

124

91

74

0.02 0.06 0.16 0.57 0.76 1.83 2.13 2.43 1.78 1.45

34
0.66

Bão và áp thấp nhiệt đới hoạt động trên biển Đông nhiều nhất vào tháng 8
và tháng 9; ít nhất vào tháng 2, tháng 3. Song không có tháng nào là không có
bão.
Nếu quy định mùa bão gồm những tháng có số bão trung bình đạt từ 8%


7
số bão trung bình hàng năm trở lên thì mùa bão ở biển Đông diễn ra từ tháng 7
đến tháng 11, nghĩa là muộn hơn mùa bão Tây Bắc Thái Bình Dương.
•

Hướng di chuyển và dạng đường đi trung bình của bão trên biển Đông

Hướng di chuyển trung bình của bão trên biển Đông tương đối đơn giản:

ở nửa phía Nam biển Đông, bão di chuyển chủ yếu theo hướng Tây, đổ bộ vào
khu vực Trung Trung Bộ hoặc Nam Trung Bộ; trong khi ở nửa phía Bắc, bão di
chuyển chủ yếu theo hướng Tây Tây - Bắc đến Tây – Bắc đổ bộ vào bờ biển Bắc
Trung Bộ, bờ biển Bắc Bộ hoặc bờ biển phía Đông Nam lục địa Trung Quốc.
Một chi tiết đáng quan tâm là hướng bão trung bình ở khu vực phía Nam đảo
Hải Nam hơi lệch trái so với các điểm xung quanh.
•

Mật độ bão và mùa bão ở Việt Nam

Mật độ bão ở mỗi khu vực là tổng mật độ bão và áp thấp nhiệt đới của các
tỉnh, trong đó mật độ bão của mỗi tỉnh là tỷ số giữa số cơn bão và áp thấp nhiệt
đới trung bình năm với chiều dài bờ biển tính bằng kinh tuyến. Việt Nam được
phân làm 4 khu vực:
-

-

-

-

Khu vực 1: từ Quảng Ninh đến Thanh Hóa có trị số mật độ bão và áp
thấp nhiệt đới trung bình là 0.97, trong đó Hải Phòng có mật độ rất
cao (1.70), ngược lại Thái Bình có mật độ rất thấp (0.30)
Khu vực 2: từ Nghệ An đến Quảng Bình có mật độ bão và áp thấp
nhiệt đới trung bình là 0.57, chỉ kém khu vực 1 trong đó Hà Tĩnh thấp
nhất (0.40), Quảng Bình cao nhất (0.72)
Khu vực 3: từ Quảng Trị đến Ninh Thuận có mật độ bão và áp thấp
nhiệt đới trung bình là 0.40, thấp hơn các khu vực phía Bắc, trong đó

Khánh Hòa thấp nhất (0.30), Ninh Thuận cao nhất (0.67)
Khu vực 4: từ Bình Thuận vào Nam Bộ có mật độ bão và áp thấp nhiệt
đới trung bình là 0.07, thấp nhất trong cả nước

Mùa bão ở Việt Nam là từ tháng 6 đến tháng 11. Khu vực 1 có mùa bão từ
tháng 6 đến tháng 9, bão nhiều nhất là trong tháng 8. Khu vực 2 có mùa bão từ
tháng 7 đến tháng 10, bão nhiều nhất là trong tháng 10. Khu vực 3 có mùa bão
diễn ra phức tạp: từ tháng 3 đến tháng 6 có bão lác đác, sang tháng 7, tháng 8 ít
hẳn đi và đến tháng 10, tháng 11 bão nhiều lên và kéo dài cho đến tháng 12.
Khu vực 4, bão và áp thấp nhiệt đới chủ yếu xảy ra trong hai tháng 10 và 11.
1.1.2. Tính chất, đặc điểm của gió