Tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt bằng đa giác, chữ l và chữ u theo một số tiêu chuẩn kết hợp với kết quả thí nghiệm bằng ống thổi khí động (luận văn thạc sĩ) (2)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRỪỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

VŨ QUANG THÀNH

TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN
CÔNG TRÌNH CÓ MẶT BẰNG ĐA GIÁC, CHỮ L VÀ CHỮ U
THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN KẾT HỢP VỚI
KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM BẰNG ỐNG THỔI KHÍ ĐỘNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ
XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Hà Nội – 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRỪỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
VŨ QUANG THÀNH
KHÓA: 2017-2019

TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN
CÔNG TRÌNH CÓ MẶT BẰNG ĐA GIÁC, CHỮ L VÀ CHỮ U
THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN KẾT HỢP VỚI
KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM BẰNG ỐNG THỔI KHÍ ĐỘNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD & CN
Mã số: 60.58.02.08
LUẬN VĂN THẠC SỸ
XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:`
1. TS. PHÙNG THỊ HOÀI HƯƠNG
2. TS. VŨ THÀNH TRUNG
XÁC NHẬN
CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN
PGS.TS. CHU THỊ BÌNH

Hà Nội – 2019


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được luận văn này, ngoài sự nỗ lực của bản thân không thể không
kể đến sự giúp đỡ của Thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp. Tác giả xin chân thành cảm ơn
TS. Phùng Thị Hoài Hương và TS. Vũ Thành Trung đã tận tình hướng dẫn, động
viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn để
Tác giả có thể hoàn thành luận văn này. Tác giả xin trân trọng cảm ơn các Thầy, Cô
giáo, các cán bộ Khoa đào tạo Sau Đại Học, bộ môn Kết cấu bê tông cốt thép thuộc
trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, các bạn bè đã góp ý và tạo mọi điều kiện thuận lợi
giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập và nghiên cứu luận văn.
Trong quá trình thực hiện luận văn mặc dù bản thân đã có nhiều cố gắng, song
những thiếu sót trong luận văn là điều khó tránh khỏi. Tác giả rất mong muốn nhận được
sự đóng góp ý kiến của Thầy, Cô, bạn bè, đồng nghiệp để có thể hoàn thiện luận văn và
bản thân.
Xin trân trọng cảm ơn !
Hà Nội, 2019
Tác giả Luận văn

Vũ Quang Thành


2
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập
của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn
gốc rõ ràng.
Tác giả Luận văn

Vũ Quang Thành


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN ..........................................................................................................2
MỤC LỤC ...................................................................................................................... 3
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt .......................................................................6
Danh mục các hình ảnh minh họa................................................................................6
Danh mục các Bảng biểu ............................................................................................. 10
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
Lý do chọn đề tài .............................................................................................................1
Mục đích nghiên cứu .......................................................................................................2
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................................2
Phương pháp nghiên cứu .................................................................................................2
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.........................................................................2
NỘI DUNG
CHƯƠNG 1 ....................................................................................................................3
TỔNG QUAN VỀ CÁC DẠNG MẶT BẰNG CÔNG TRÌNH NHÀ BÊ TÔNG CỐT

THÉP VÀ TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH ............................ 3
1.1. Các dạng mặt bằng nhà bê tông cốt thép ..................................................................3
1.2. Tải trọng gió tác dụng lên công trình .......................................................................7
1.2.1. Khái niệm gió, nguyên nhân hình thành ................................................................ 7
1.2.2. Tác động của gió lên công trình ............................................................................8
1.2.3. Tải trọng gió dọc hướng gió đối với hình dạng mặt bằng ...................................12
1.2.4. Tải trọng ngang hướng gió đối với hình dạng mặt bằng .....................................14
1.2.5. Thực trạng xác định tải trọng gió đối với các công trình có dạng mặt bằng đa
giác, chữ L và chữ U tại Việt Nam ................................................................................14
1.3. Giới thiệu một số tiêu chuẩn, phương pháp xác định tải trọng gió ........................ 15
1.3.1. Xác định tải trọng gió theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 2737:1995) ...............15
1.3.2. Xác định tải trọng gió theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ (ASCE/SEI 7-2016) .................15
1.3.3. Xác định tải trọng gió theo tiêu chuẩn Trung Quốc GB 50009-2012 .................16
1.3.4. Xác định tải trọng gió theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 1991-1-4.2005 ..................16
1.3.5. Xác định tải trọng gió theo tiêu chuẩn Ấn Độ IS 875-3 ......................................16
1.3.6. Phương pháp xác định tải trọng gió bằng thí nghiệm ống thổi khí động học ....17
1.4. Nhận xét chương I ..................................................................................................26


4
CHƯƠNG 2 ..................................................................................................................28
XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH CÓ MẶT BẰNG
ĐA GIÁC; CHỮ L VÀ CHỮ U THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN KẾT HỢP VỚI
KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM BẰNG ỔNG THỔI KHÍ ĐỘNG ..................................28
2.1. Xác định tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt bằng dạng đa giác đều theo
TCVN 2737 : 1995 [1] ..................................................................................................28
2.1.1. Dạng địa hình ......................................................................................................28
2.1.2. Tải trọng gió dọc .................................................................................................29
2.1.3. Tải trọng gió ngang .............................................................................................. 36
2.1.4. Tổ hợp tải trọng gió dọc và gió ngang ................................................................ 37

2.2. Xác định tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt bằng dạng đa giác đều theo
tiêu chuẩn EN 1991-1-4.2005 [7] ..................................................................................38
2.2.1. Cơ sở tính toán.....................................................................................................38
2.2.2. Giá trị vận tốc gió cơ bản .................................................................................... 38
2.2.3. Vận tốc gió hiệu dụng theo độ cao ......................................................................39
2.2.4. Hệ số thay đổi vận tốc gió theo độ cao và dạng địa hình ....................................39
2.2.5. Hệ số áp lực theo độ cao ...................................................................................... 41
2.2.6. Tác động của gió .................................................................................................43
2.2.7. Các hệ số CsCd .....................................................................................................45
2.2.8. Áp lực và hệ số khí động ..................................................................................... 50
2.3. Xác định tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt bằng đa giác, chữ L, chữ U
theo tiêu chuẩn Trung Quốc GB 50009-2012 [5].......................................................... 53
2.3.1. Dạng địa hình và vận tốc gió cơ sở ........................................................................53
2.3.2. Tải trọng gió dọc hướng gió ................................................................................54
2.3.3. Tải trọng gió ngang hướng gió ............................................................................59
2.3.4. Tải trọng gió xoắn ............................................................................................... 63
2.3.5. Tổ hợp tải trọng gió dọc, gió ngang và gió xoắn.................................................65
2.4. Tổng hợp so sánh giữa các tiêu chuẩn tính toán tải trọng gió ................................ 66
2.4.1. Dạng địa hình ......................................................................................................66
2.4.2. Vận tốc gió cơ sở .................................................................................................69
2.4.3. Quy đổi vận tốc gió trung bình từ tiêu chuẩn Việt Nam sang tiêu chuẩn châu Âu
và Trung Quốc [13] .......................................................................................................71
2.4.4. Thành phần tải trọng gió...................................................................................... 74
2.4.5. Hạn chế của tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737:1995 [1] ...................................74


2.5. Kết quả xác định hệ số khí động của một số dạng mặt bằng công trình trong ống
thổi khí động theo điều kiện Việt Nam .........................................................................75
CHƯƠNG 3 ..................................................................................................................78
ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH

CÓ MẶT BẰNG ĐA GIÁC; CHỮ L VÀ CHỮ U THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN
KẾT HỢP VỚI KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM BẰNG ỐNG THỔI KHÍ ĐỘNG.......78
3.1.1. Tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có dạng mặt bằng hình chữ L
theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 kết hợp với kết quả thí nghiệm bằng ống thổi khí
động ............................................................................................................................... 78
3.1.2. Tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có dạng mặt bằng hình chữ L,
chữ U theo tiêu chuẩn GB 50009-2012 kết hợp với kết quả thí nghiệm bằng ống thổi
khí động ......................................................................................................................... 91
3.1.3. So sánh kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt bằng chữ
L theo tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn Trung Quốc (TH gió tĩnh) .......................127
3.2. Tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt bằng dạng đa giác đều theo
tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737:1995 và tiêu chuẩn EN 1991-1-4.2005 ................128
3.2.1. Tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt bằng dạng đa giác đều
theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 ...............................................................................128
3.2.2. Tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt bằng dạng đa giác đều
theo theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 1991-1-4.2005. .....................................................142
3.2.3. So sánh kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt bằng đa
giác theo tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn Châu Âu...............................................154
3.3. Nhận xét đánh giá .................................................................................................155
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................156
Kết luận........................................................................................................................156
Kiến nghị .....................................................................................................................157
TÀI LIỆU THAM KHẢO


6
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Chữ viết tắt

Tên đầy đủ

BTCT

Bê tông cốt thép

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

EN

Tiêu chuẩn Eurocode

GB

Tiêu chuẩn Trung Quốc
Danh mục các hình ảnh minh họa

Số hiệu

Tên hình

hình
Hình 1.1

Các dạng mặt bằng công trình nhà BTCT điển hình

Hình 1.2

Các dạng mặt bằng công trình nhà BTCT dạng chữ L, chữ U

Hình 1.3

Hình 1.4

Hình 1.5

Hình 1.6

Hình 1.7

Hình 1.8

Hình 1.9

Hình 1.10

Công trình chung cư Sun Square 21 Lê Đức Thọ - Mỹ Đình – Nam
Từ Liêm – TP. Hà Nội (Dạng mặt bằng hình đa giác) [17]
Công trình chung cư Ellipse Tower Hà Đông - Số 110 Trần Phú – Hà
Đông – TP. Hà Nội (Dạng mặt bằng hình Ellipse) [18]
Công trình chung cư Tulip Tower – Số 15 Hoàng Quốc Việt – Phú
Thuận – Quận 7 – TP. Hồ Chí Minh (Dạng mặt bằng hình tròn) [19]
Công trình chung cư Mỹ Đình Pearl– Nam Từ Liêm – TP.Hà Nội
(Dạng mặt bằng hình chữ L) [20]
Công trình Eco Lakeview– 32 Đại Từ - Hoàng Mai – TP. Hà Nội
(Dạng mặt bằng hình chữ U) [21]
Hình phối cảnh về sự hình thành các xoáy khi dòng gió thổi qua công
trình nhà cao tầng
Sự hình thành các xoáy khi dòng gió thổi qua công trình nhà cao

tầng
Phản ứng của công trình nhà cao tầng dưới tác dụng của tải trọng
gió


Hình 1.11

Hệ số khí động lên các bề mặt khác nhau của công trình nhà cao
tầng thay đổi theo không gian và thời gian [14]

Hình 1.12

Vai trò của tải trọng gió đối với nhà cao tầng

Hình 1.13

Tác động của tải trọng gió với mặt bằng công trình

Hình 1.14

Lực tác động lên vật thể

Hình 1.15

Hệ số μs với các mặt bằng dạng đa giác đều [5]

Hình 1.16

Hệ số μs với các mặt bằng dạng hình chữ L, chữ U [5]

Hình 1.17

Hệ số μs với các mặt bằng dạng đa giác [5]

Hình 1.18

Sơ đồ ống thổi khí động của Viện KHCN Xây dựng [14]

Hình 1.19

Sơ đồ tạo môi trường gió [14]

Hình 1.20

Mô phỏng môi trường gió trong ống thổi khí động[14]

Hình 1.21

Hình 1.22

Hình 1.23

Hình 1.24

Hình 1.25

Hình 1.26

Hình 1.27

Profile vận tốc gió và profile độ rối theo tiêu chuẩn và theo thí
nghiệm (dạng địa B của TCVN 2737:1995) [14]
Hình ảnh ống thổi khí động và các thiết bị sử dụng trong ống thổi
của Viện Khoa học Công nghệ Xây Dựng [14]
Một số công trình ở Việt Nam đã tiến hành thí nghiệm trong ống thổi
khí động [14]
Mô hình thí nghiệm nhà cao tầng có dạng mặt bằng tiết diện chữ U
[14]
Mô hình thí nghiệm nhà cao tầng có dạng mặt bằng tiết diện chữ L
[14]
Mô hình thí nghiệm nhà cao tầng với tiết diện ngang hình chữ U
trong ống thổi khí động (nhìn phía trước) [14]
Mô hình thí nghiệm nhà cao tầng với tiết diện ngang hình chữ U
Trong ống thổi khí động (nhìn phía sau) [14]


8
Hình 1.28

Hình 1.29

Mô hình thí nghiệm nhà cao tầng với tiết diện ngang hình chữ L
trong ống thổi khí động (nhìn phía trước) [14]
Mô hình thí nghiệm nhà cao tầng với tiết diện ngang hình chữ L
trong ống thổi khí động (nhìn phía sau) [14]

Hình 2.1

Địa hình dạng A [1]

Hình 2.2

Địa hình dạng B [1]

Hình 2.3

Địa hình dạng C [1]

Hình 2.4

Đánh giá phạm vi ảnh hưởng của địa hình [7]

Hình 2.5

Giá trị của Ce(z) theo chiều cao và dạng địa hình [7]

Hình 2.6

Áp lực gió trên bề mặt [7]

Hình 2.7

Các hình dạng cấu trúc thuộc phạm vi áp dụng công thức (2.47) [7]

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 [7]

Hình 2.9

Mặt cắt tiết diện đa giác [7]

Hình 2.10

Biểu đồ nội suy giá trị λ [7]

Hình 2.11

Hệ số khí động s đối với mặt bằng dạng đa giác đều [5]

Hình 2.12

Hệ số khí động s đối với mặt bằng dạng đa giác [5]

Hình 2.13

Hệ số khí động s đối với mặt bằng dạng chữ L, chữ U [5]

Hình 2.14

Sơ đồ xác định bề rộng góc lõm hoặc vát công trình dạng đa giác [5]

Hình 2.15

Hàm mật độ phổ năng lượng SFL ứng với các dạng địa hình A, B, C
và D [5]

Hình 2.16

Hàm xác định hệ số năng lượng phổ momen xoắn

FT [5]


Hình 2.17
Hình 2.18

Hình 2.19

Đồ thị chuyển vận tốc trung bình trong các khoảng thời gian [8]
Hệ số khí động trung bình cho mô hình thí nghiệm công trình có
dạng mặt bằng chữ U [14]
Hệ số khí động trung bình cho mô hình thí nghiệm công trình có
dạng mặt bằng chữ L [14]

Hình 3.1

Mặt bằng tầng điển hình công trình tính toán dạng chữ L

Hình 3.2

Mặt bằng kết cấu tầng điển hình công trình tính toán dạng chữ L

Hình 3.3

Hệ số khí động của công trình có dạng mặt bằng chữ L xác định theo
thí nghiệm ống thổi khí động

Hình 3.4

Mô hình tính toán công trình dạng chữ L trên Etabs 2016

Hình 3.5

Hệ số khí động μs đối với mặt bằng dạng chữ L

Hình 3.6

Mặt bằng kết cấu công trình tính toán dạng chữ U

Hình 3.7

Mô hình công trình tính toán dạng chữ U trên Etabs 2016

Hình 3.8

Hệ số khí động trong các trường hợp gió thổi ngang và xiên nhà đối
với mặt bằng dạng chữ U
So sánh kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt

Hình 3.9

bằng dạng chữ L theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 và tiêu chuẩn GB
50009-2012 (TT gió tĩnh)

Hình 3.10
Hình 3.11

Mặt bằng kết cấu công trình tính toán dạng đa giác

Mô hình tính toán công trình có mặt bằng dạng đa giác trên Etabs
2016
Biểu đồ so sánh kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công

Hình 3.12

trình có mặt bằng đa giác theo tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn
Châu Âu


10
Danh mục các Bảng biểu
Số hiệu Bảng

Tên Bảng
Tổng hợp nội dung một số tiêu chuẩn chỉ dẫn xác định

Bảng 1.1

Tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt bằng dạng đa giác,
chữ L, chữ U

Bảng 2.1

Áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực gió lãnh thổ Việt Nam

Bảng 2.2

Xác định hệ số k [1]

Bảng 2.3

Xác định chiều dài cạnh quy ước Ld của đa giác đều

Bảng 2.4

Xác định hệ số độ mảnh

Bảng 2.5

Xác định hệ số c với tiết diện đa giác đều [1]

Bảng 2.6

Giá trị giới hạn dao động của tần số riêng fL [1]

Bảng 2.7

Hệ số β theo thời gian sử dụng giả định của công trình [2]

Bảng 2.8

Loại địa hình và các thông số địa hình [7]

Bảng 2.9

Giá trị Cr(z) theo chiều cao và các dạng địa hình

Bảng 2.10

Giá trị Ce(z) theo chiều cao và các dạng địa hình

Bảng 2.11

Hệ số lực cho các loại lăng trụ đa giác đều [7]

Bảng 2.12

e [1]

Giá trị độ mảnh với các công trình có mặt bằng hình trụ, đa giác,
hình tròn, cấu trúc mạng tinh thể [7]

Bảng 2.13

Bảng tra xác định hệ số  z

Bảng 2.14

Hệ số dạng dao động 1 ( z ) đối với kết cấu cao

Bảng 2.15

Xác định hệ số k, a1


Bảng 2.16

Hệ số điều chỉnh v

Bảng 2.17

Giá trị của hệ số Csm

Bảng 2.18

Tổ hợp tải trọng gió theo GB 50009-2012

Bảng 2.19

Thông tin về phân loại dạng địa hình theo các tiêu chuẩn khác
nhau [5]

Bảng 2.20

So sánh phân loại địa hình theo 3 tiêu chuẩn

Bảng 2.21

Các nhóm phân dạng địa hình.

Bảng 2.22

Thông số xác định vận tốc gió cơ sở theo các tiêu chuẩn

Bảng 2.23

Áp lực gió tiêu chuẩn (W(20y,3’’,B) ứng với các vùng áp lực gió

Bảng 2.24

Vận tốc gió tiêu chuẩn (v(20y,3’’,B) ứng với các vùng áp lực gió

Bảng 2.25
Bảng 2.26
Bảng 3.1
Bảng 3.2
Bảng 3.3
Bảng 3.4
Bảng 3.5

Hệ số chuyển đổi gió 3s từ chu kỳ 20 năm sang các chu kỳ khác
[2]
Giá trị vận tốc gió cơ bản, áp lực gió tiêu chuẩn quy đổi từ
TCVN 2737:1995 sang EN 1991-1-4.2005, GB 50009-2012
Tải trọng gió tĩnh tác dụng lên công trình có mặt bằng dạng chữ
L – Trường hợp gió thổi ngang nhà theo phương X
Tải trọng gió tĩnh tác dụng lên công trình có mặt bằng dạng chữ
L – Trường hợp gió thổi ngang nhà theo phương XX
Tải trọng gió tĩnh tác dụng lên công trình có mặt bằng dạng chữ
L – Trường hợp gió thổi ngang nhà theo phương Y
Tải trọng gió tĩnh tác dụng lên công trình có mặt bằng dạng chữ
L – Trường hợp gió thổi ngang nhà theo phương YY
Tải trọng gió tĩnh tác dụng lên công trình có mặt bằng dạng chữ
L – Trường hợp gió xiên góc 135o XY


12
Bảng 3.6
Bảng 3.7

Tải trọng gió tĩnh tác dụng lên công trình có mặt bằng dạng chữ
L – Trường hợp gió xiên góc 45o YX
Chuyển đổi giá trị vận tốc và áp lực gió cơ bản từ TCVN 2737
1995 sang tiêu chuẩn GB 50009-2012

Bảng 3.8; 3.20

Xác định hệ số thay đổi áp lực gió theo chiều cao

Bảng 3.9; 3.21

Kết quả phân tích dao động công trình

Bảng 3.10; 3.22

Xác định hệ số 1 ( z )

Bảng 3.11; 3.23

Xác định hệ số phản ứng động Bz

Bảng 3.12; 3.24

Xác định hệ số hiệu ứng động  z
Kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt

Bảng 3.13

bằng chữ L theo GB5009:2012 – Trường hợp gió thổi ngang nhà

theo phương X
Kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt

Bảng 3.14

bằng chữ L theo GB5009:2012 – Trường hợp gió thổi ngang nhà
theo phương XX
Kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt

Bảng 3.15

bằng chữ L theo GB5009:2012 – Trường hợp gió thổi ngang nhà
theo phương Y
Kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt

Bảng 3.16

bằng chữ L theo GB5009:2012 – Trường hợp gió thổi ngang nhà
theo phương YY
Kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt

Bảng 3.17

bằng chữ L theo GB5009:2012 – Trường hợp gió thổi xiên góc
135o XY
Kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt

Bảng 3.18

bằng chữ L theo GB5009:2012 – Trường hợp gió thổi xiên góc

45o YX


Kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt
Bảng 3.25

bằng chữ U theo GB5009:2012 – Trường hợp gió thổi ngang nhà
theo phương X và XX
Kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt

Bảng 3.26

bằng chữ U theo GB5009:2012 – Trường hợp gió thổi ngang nhà
theo phương Y
Kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt

Bảng 3.27

bằng chữ U theo GB5009:2012 – Trường hợp gió thổi ngang nhà
theo phương YY
Kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt

Bảng 3.28

bằng chữ U theo GB5009:2012 – Trường hợp gió thổi xiên góc
45o XY
Kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt

Bảng 3.29

bằng chữ U theo GB5009:2012 – Trường hợp gió thổi xiên góc
135o YX

Bảng 3.30

Xác định hệ số k theo [1]

Bảng 3.31

Xác định chiều dài cạnh quy ước Ld của đa giác đều theo [1]

Bảng 3.32

Kết quả tính toán tải trọng gió tĩnh tác dụng lên công trình theo
[1]

Bảng 3.33

Kết quả phân tích chu kỳ dao động công trình

Bảng 3.34

Xác định các dạng dao động tính toán

Bảng 3.35

Xác định các thông số  và  theo [1]

Bảng 3.36

Kết quả tính toán thành phần động của tải trọng gió theo [1]

Bảng 3.37

Tổng hợp tải trọng gió tĩnh và gió động tác dụng lên công trình
theo [1]


14
Bảng 3.38

Chuyển đổi giá trị vận tốc và áp lực gió cơ bản từ TCVN 27371995 sang tiêu chuẩn EN 1991-1-4

Bảng 3.39

Xác định chiều dài cạnh quy ước Ld của đa giác đều

Bảng 3.40

Kết quả phân tích dao động công trình trên Etabs 2016

Bảng 3.41
Bảng 3.42

Kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình theo
phương OX - Dạng dao động thứ 1
Kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình theo
phương OY - Dạng dao động thứ 1

1
MỞ ĐẦU
• Lý do chọn đề tài
Ngày nay với sự phát triển không ngừng của xã hội và khoa học công nghệ, nhu cầu
về nhà ở, không gian sinh hoạt ngày càng lớn, đòi hỏi các công trình xây dựng trên Thế
giới nói chung và Việt Nam nói riêng được thiết kế phát triển về quy mô, các dạng mặt
bằng, chiều cao và hình thái kiến trúc....Thiết kế hiện đại không chỉ giới hạn các công
trình thuần túy chỉ có mặt bằng hình chữ nhật hay hình vuông mà đa dạng hơn là các mặt
bằng có dạng đa giác, mặt bằng hình tròn, mặt bằng hình elipe, mặt bằng hình chữ L, chữ
U….. hay mặt bằng kết hợp các dạng nói trên.
Khi chiều cao công trình càng tăng thì mức độ ảnh hưởng của tải trọng ngang vào
công trình càng lớn, đặc biệt là ảnh hưởng của tải trọng gió. Việc tính toán xác định chính
xác loại tải trọng này cho công trình có ý nghĩa rất quan trọng đối với những người thiết
kế, từ đó đảm bảo cho công trình được thiết kế hợp lý cả về mặt kỹ thuật và kinh tế.
Tải trọng gió tác động vào công trình rất khác nhau, phụ thuộc nhiều yếu tố ví dụ
như phụ thuộc vào địa hình công trình, vùng lãnh thổ, chiều cao công trình và đặc biệt là
hình dạng mặt bằng công trình v.v.. Tải trọng gió có thể được xác định bằng phương pháp
ống thổi khí động với độ tin cậy tương đối cao, hoặc có thể sử dụng kết quả thí nghiệm
bằng ống thổi khí động để áp dụng vào các tiêu chuẩn tính toán tải trọng gió….
Cho đến nay tại Việt Nam tải trọng gió tác dụng lên công trình vẫn được xác định
theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999 mà chưa có tiêu chuẩn mới thay
thế. Hệ thống các tiêu chuẩn này chưa có chỉ dẫn đầy đủ về xác định tải trọng gió cho các
dạng mặt bằng khác nhau, cụ thể có giới thiệu cách tính tải trọng gió cho các công trình
có mặt bằng dạng đa giác đều, nhưng không thấy đề cập đến các công trình có mặt bằng
dạng đa giác chữ L, chữ U, v.v….Hơn nữa, các tài liệu chỉ dẫn tính toán cụ thể cho công
trình có mặt bằng đa giác, chữ L, chữ U hầu như không có nên có không ít kỹ sư lúng
túng trong việc tính toán tải trọng gió cho công trình có mặt bằng đa giác, chữ L, chữ
U…. Để nghiên cứu tính toán bổ sung các nội dung chỉ dẫn còn thiếu khi tính toán tải
trọng gió tác dụng lên các công trình có mặt bằng dạng đa giác, chữ L, chữ U, tác giả đã
tham khảo hệ thống các tài liệu, các công trình nghiên cứu khoa học của các tác giả trong

và ngoài nước, các tiêu chuẩn của nước ngoài như tiêu chuẩn Hoa Kỳ (ASCE), tiêu chuẩn


2
Châu Âu (Eurocode), tiêu chuẩn Trung Quốc (GB), tiêu chuẩn Ấn Độ (IS) và đặc biệt là
các kết quả thí nghiệm từ thí nghiệm ống thổi khí động, để nghiên cứu cách xác định tải
trọng gió tác dụng lên công trình có các mặt bằng dạng này. Qua đó tổng hợp các tài liệu,
công trình nghiên cứu, kết quả thí nghiệm và tiêu chuẩn nước ngoài có đề cập đến cách
xác định tải trọng gió cho các dạng mặt bằng kể trên và đưa ra quy trình tính toán.
Chính vì vậy tác giả lựa chọn đề tài: “Tính toán tải trọng gió tác dụng lên công
trình có mặt bằng đa giác, chữ L và chữ U theo một số tiêu chuẩn kết hợp với kết
quả thí nghiệm bằng ống thổi khí động” là có ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn cao.
• Mục đích nghiên cứu
Tìm hiểu và nâng cao kiến thức về việc tính toán tải trọng gió tác dụng lên công
trình có mặt bằng dạng đa giác, chữ L và chữ U theo một số tiêu chuẩn kết hợp với kết
quả thí nghiệm thực tế.
• Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Tải trọng gió tác dụng lên công trình nhà bê tông cốt thép
có mặt bằng dạng đa giác; chữ L và chữ U.
- Phạm vi nghiên cứu: Tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình nhà bê tông
cốt thép.
• Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng các tài liệu, tiêu chuẩn có sẵn để nghiên cứu về lý thuyết và áp dụng tính
toán tải trọng gió tác động lên công trình có mặt bằng dạng đa giác, chữ L và chữ U.
• Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Xác định quy trình tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt bằng dạng
đa giác, chữ L và chữ U theo một số tiêu chuẩn kết hợp với tài liệu từ kết quả thí nghiệm
thực tế.

- Ngoài ra, các kết quả đạt được của đề tài có thể giúp đỡ trong công tác thiết kế,
thẩm tra thiết kế, đảm bảo an toàn cho các công trình nhà cao tầng có mặt bằng dạng đa
giác, hình chữ L, chữ U trong các dự án xây dựng ở Việt Nam dù được thiết kế theo hệ
thống các tiêu chuẩn Việt Nam hay nước ngoài.


3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC DẠNG MẶT BẰNG CÔNG TRÌNH NHÀ BÊ TÔNG
CỐT THÉP VÀ TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH
1.1. Các dạng mặt bằng nhà bê tông cốt thép
Từ khi kết cấu bê tông cốt thép ra đời, công nghệ thi công công trình đã không còn
bị hạn chế. Sự phát triển của vật liệu xây dựng như bê tông cốt thép, kính và hợp kim,
giúp kết cấu bao che của công trình trở nên rất đa dạng, giá thành xây dựng lại rẻ hơn.
Ngày nay kết cấu bê tông cốt thép vẫn là kết cấu xây dựng chủ yếu cho các công
trình, thiết kế hiện đại không chỉ giới hạn các công trình bê tông cốt thép chỉ có các dạng
mặt bằng hình chữ nhật hay hình vuông mà thêm vào đó là sự đa dạng của các dạng mặt
bằng như hình cánh cung, hình tròn, hình Elipse, hay mặt bằng kết hợp các dạng cơ bản
nói trên…. Gần đây các công trình thường được thiết kế với bố cục mặt bằng dạng đa
giác, chữ U, hay chữ L… với những ưu điểm nhất định của nó. Tạo hình kiến trúc với các
dạng mặt bằng kể trên không chỉ làm nổi bật hình thái và phong cách kiến trúc của công
trình, mà còn tạo ra sự thuận lợi, hợp lý cho không gian sử dụng bên trong.


4

Hình 1.1. Các dạng mặt bằng công trình nhà BTCT điển hình

Hình 1.2. Các dạng mặt bằng công trình nhà BTCT dạng chữ L, chữ U
Trong đó không thể không kể đến các công trình nhà cao tầng bê tông cốt thép với

sự đa dạng, phong phú về đặc điểm kiến trúc, dạng mặt bằng công trình của nó. Tại các
đô thị các công trình nhà cao tầng đang trở thành một xu thế phát triển tất yếu trong quá
trình đô thị hóa với mục đích làm tăng diện tích, không gian sử dụng đất, phục vụ cho số
đông dân cư đô thị. Công trình càng phát triển về chiều cao và quy mô thì mức độ ảnh
hưởng của tải trọng tác dụng lên công trình là càng lớn mà đặc biệt là các loại tải trọng
ngang, đặc biệt là tải trọng gió.
Có thể kể đến một số công trình nhà cao tầng BTCT với các dạng bố cục mặt bằng
hình đa giác, hình elip, hình tròn, hình chữ U, chữ L tại Việt Nam như sau:


5

Hình 1.3. Công trình chung cư Sun Square 21 Lê Đức Thọ - Mỹ Đình – Nam Từ Liêm
– TP. Hà Nội (Dạng mặt bằng hình đa giác) – Nguồn hình [17]

Hình 1.4. Công trình chung cư Ellipse Tower Hà Đông - Số 110 Trần Phú – Hà Đông
– TP. Hà Nội (Dạng mặt bằng hình Ellipse) – Nguồn hình [18]


6

Hình 1.5. Công trình chung cư Tulip Tower – Số 15 Hoàng Quốc Việt – Phú Thuận –
Quận 7 – TP. Hồ Chí Minh (Dạng mặt bằng hình tròn) – Nguồn hình [19]

Hình 1.6. Công trình chung cư Mỹ Đình Pearl– Nam Từ Liêm – TP. Hà Nội
(Dạng mặt bằng hình chữ L)- Nguồn hình [20]

Hình 1.7. Công trình Eco Lakeview– 32 Đại Từ - Hoàng Mai – TP. Hà Nội
(Dạng mặt bằng hình chữ U) – Nguồn hình [21]

7
Với sự đa dạng của các dạng mặt bằng công trình nhà cao tầng nói trên, việc xác
định chính xác tải trọng gió tác dụng lên công trình đem lại ý nghĩa quan trọng với cả
người thiết kế và công trình, từ đó giúp công trình đạt được hiệu quả cao về cả kinh tế
lẫn kỹ thuật.
Ở Việt Nam, tại các đô thị lớn như Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh, Đà Nẵng… các công
trình nhà cao tầng với các dạng mặt bằng hình chữ nhật, hình vuông, hình tròn, hình
Elipse, hình cánh cung….đã được nghiên cứu tính toán và thiết kế. Trong thời gian gần
đây công công trình nhà cao tầng thường được thiết kế theo dạng mặt bằng đa giác, chữ
L, chữ U vì những ưu điểm nhất định của nó. Tuy nhiên các tài liệu chỉ dẫn tính toán
thiết kế tải trọng gió cho các dạng mặt bằng này hầu như không có nên không ít kỹ sư
lúng túng trong việc tính toán tải trọng gió cho công trình.
Để nghiên cứu tính toán bổ sung các nội dung chỉ dẫn còn thiếu khi tính toán tải
trọng gió tác dụng lên các công trình có mặt bằng dạng đa giác, chữ L, chữ U, tác giả
đã tham khảo hệ thống các tài liệu, các công trình nghiên cứu khoa học của các tác giả
trong và ngoài nước, các tiêu chuẩn của nước ngoài như tiêu chuẩn Hoa Kỳ (ASCE),
tiêu chuẩn Châu Âu (Eurocode), tiêu chuẩn Trung Quốc (GB), tiêu chuẩn Ấn Độ (IS)
và đặc biệt là các kết quả thí nghiệm từ thí nghiệm ống thổi khí động, để nghiên cứu
cách xác định tải trọng gió tác dụng lên công trình có các mặt bằng dạng này. Qua đó
tổng hợp các tài liệu, công trình nghiên cứu, kết quả thí nghiệm và tiêu chuẩn nước
ngoài có đề cập đến cách xác định tải trọng gió cho các dạng mặt bằng kể trên và đưa
ra quy trình tính toán.
1.2. Tải trọng gió tác dụng lên công trình
1.2.1. Khái niệm gió, nguyên nhân hình thành
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 nhiệt độ gia tăng, không khí nóng lên 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 bay lên vì nóng tạo thành gió ngang.


8
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.
Gió đặc trưng bởi hướng và vận tốc. Chiều di chuyển của dòng khí tạo thành hướng
gió. 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/s.
1.2.2. Tác động của gió lên công trình
Do gió là một hiện tượng rất phức tạp liên quan đến sự nhiễu động của dòng, nó có
thể tạo ra sự đa dạng về tác động của gió đến công trình. Gió bao gồm nhiều xoáy với
kích cỡ các đặc tích xoáy khác nhau dọc theo dòng chuyển động trên mặt đất. Khi gió tác
động đến công trình, dạng của dòng gió sẽ tạo ra các sự thay đổi áp lực gió nhiều (xem
Hình 1.8). Các sự thay đổi chủ yếu là sự biến dạng của dòng đều, sự tách xoáy, sự tạo
xoáy và sự phát triển của vệt xoáy (xem Hình 1.9). Nhìn chung, vector gió tại một điểm
có thể được xem là tổng của thành phần gió trung bình và thành phần gió động (rối) (xem
Hình 1.10). Hệ số khí động lên các bề mặt khác nhau của công trình nhà cao tầng thay
đổi theo thời gian và không gian (xem Hình 1.11).

Hình 1.8. Hình phối cảnh về sự hình thành các xoáy khi dòng gió thổi qua
công trình nhà cao tầng


9

Hình 1.9. Sự hình thành các xoáy khi dòng gió thổi qua công trình nhà cao tầng

Hình 1.10. Phản ứng của công trình nhà cao tầng dưới tác dụng của tải trọng gió

Hình 1.11. Hệ số khí động lên các bề mặt khác nhau của công trình nhà cao tầng thay
đổi theo không gian và thời gian