Phiếu đăng ký dự thi Giải thưởng sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XVIII năm 2016: Nghiên cứu tính toán tải trọng gió tác dụng lên nhà cao tầng

Chia sẻ: Nguyễn Nam | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:62

Thêm vào BST

Báo xấu

97
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mời các bạn cùng tham khảo đề tài nghiên cứu khoa học "Nghiên cứu tính toán tải trọng gió tác dụng lên nhà cao tầng". Mục tiêu thực hiện đề tài này nhằm tìm ra được sự giống và khác nhau về cách tính toán lý thuyết khi sử dụng tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 & EN 1991-1-4; đồng thời so sánh giá trị tính toán của 2 tiêu chuẩn trên 1 công trình thực tế.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Phiếu đăng ký dự thi Giải thưởng sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XVIII năm 2016: Nghiên cứu tính toán tải trọng gió tác dụng lên nhà cao tầng

BCH.ĐOÀN TP. HÀ NỘI Hà Nội, ngày…..tháng…..năm 2016 PHIẾU ĐĂNG KÝ DỰ THI GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC EURÉKA LẦN THỨ XVIII NĂM 2016 1. Tên công trình: Nghiên cứu tính toán và so sánh tải trọng gió tác dụng lên nhà cao tầng theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 27371995) và tiêu chuẩn Châu Âu (EN 199114) ? Đánh dâu chọn nếu công trính nghiên cứu từ những vấn đề gợi ý, đặt hàng của doanh nghiệp, cơ quan hoặc các tổ chức, cá nhân. (gửi kèm đơn,công văn hoặc hợp đồng đặt hàng) 2. Lĩnh vực nghiên cứu: Quy hoạch, Kiến trúc và Xây dựng Chuyên ngành: Xây dựng 3. Tóm tắt công trình,những vấn đề mới: Tải trọng gió ảnh hưởng rất lớn đến độ bền và mức độ ổn định của công trình. Công trình có chiều cao càng lớn thì mức độ ảnh hưởng của gió đến công trình càng lớn. Nghiên cứu tính toán tải trọng gió theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN2737) và tiêu chuẩn Châu Âu EN199114 (EN1) nhằm mục đích rút ra được sự chênh lệch về nội lực và chuyển vị giữa hai tiêu chuẩn tính toán. 4. Tên giảng viên hướng dẫn (ghi rõ họ tên, học hàm, học vị, đơn vị công tác): GVHD: Ths. Đặng Văn Phi Đơn vị công tác: Trường đại học mỏ địa chất Hà Nội 5. Tác giả, nhóm tác giả: Tác giả 1: điện thoai : Họ tên: Nguyễn Văn Nam Email : Nam/Nữ: Nam Khoa: Xây dựng Năm sinh : 1994 Tỉnh/Thành phố: Thái Bình Địa chỉ:
Tác giả 3: Họ tên: Nam/Nữ: Ảnh 3 x 4 (đóng dấu Năm sinh: giáp lai ) Địa chỉ : Điện thoại : Email : Khoa: Tỉnh/Thành phố: Trường: Đại học mỏ địa chất Hà Nội Trường: Đại học mỏ địa chất Hà Nội Tác giả 2: Họ tên: Nam/Nữ: Năm sinh: Địa chỉ: Điện thoại : Ảnh 3 x 4 Email : (đóng dấu Khoa: giáp lai ) Tỉnh/Thành phố: Trường: Đại học mỏ địa chất Hà Nội
Ảnh 3 x 4 (đóng dấu giáp lai ) 6. Cam kết của tác giả, nhóm tác giả: Tôi xin cam đoan đề tài này là công trình nghiên cứu khoa học của tôi (hoặc nhóm chúng tôi). Các số liệu, kết quả nêu trong đề tài là trun thực và có nguồn gốc. Chúng tôi xin chịu trước Ban tổ chức Giải thưởng và pháp luật về các kết quả nghiên cứu của đề tài này. Xác nhận của đại diện nhà trường Tác giả ( hoặc nhóm trưởng ) TM. Ban tổ chức nhà trường (ký tên) (ký tên, đóng dấu)
4 MỤC LỤC TÓM TẮT CÔNG TRÌNH……………………………………………………………………..7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TẢI TRỌNG GIÓ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM ......................................................................10 1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TẢI TRỌNG GIÓ TRÊN THẾ GIỚI. ...................................................................... 10 1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TẢI TRỌNG GIÓ Ở VIỆT NAM........................................................................... 12 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ LÊN NHÀ CAO TẦNG .......................................................................................................................... 14 -CÁCH TÍNH TOÀN TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN NHÀ CAO TẦNG:................................................................ 14 A. TẢI TRỌNG GIÓ TĨNH.......................................................................................................................... 14 B. THÀNH PHẦN GIÓ ĐỘNG:.................................................................................................................... 18 2.2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN NHÀ CAO TẦNG THEO TIÊU CHUẨN TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU – EN 1991-1-4.............................................................................................................................. 22 2.2.1) Phân chia dạng địa hình: Theo TC EN1991 1-4 thì địa hình chia làm 5 dạng(0 IV ) đặc trưng bời chiều dài nhám và chiều cao nhỏ nhất .Và dạng địa hình chuẩn là dạng địa hình II (ứng với độ nhám z0 = 0.05m). ..........22 2.2.2) Tính Vận Tốc Gió Cơ Bản và các hệ số liên quan.......................................................... 24 2.2.3. Tác động của gió................................................................................................................ 28 ...................................................................................................................................... 59 KẾT LUẬN ................................................................................................................. 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................62
5 DANH MỤC BẢNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TẢI TRỌNG GIÓ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM ......................................................................10 1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TẢI TRỌNG GIÓ TRÊN THẾ GIỚI. ...................................................................... 10 1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TẢI TRỌNG GIÓ Ở VIỆT NAM........................................................................... 12 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ LÊN NHÀ CAO TẦNG .......................................................................................................................... 14 -CÁCH TÍNH TOÀN TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN NHÀ CAO TẦNG:................................................................ 14 A. TẢI TRỌNG GIÓ TĨNH.......................................................................................................................... 14 Bảng 1- Giá trị áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt Nam.............................................. 15 Bảng 2: bảng hệ số k kể đến sự thay đổi của dạng địa hình................................................................................... 15 B. THÀNH PHẦN GIÓ ĐỘNG:.................................................................................................................... 18 Bảng 3 – Hệ số tương quan của tải trọng gió .......................................................................................................... 19 Bảng 4- giá trị giới hạn dao động cảu tâng số riêng ................................................................................................ 20 Bảng 5- Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió ..................................................................... 21 Bảng 6- Các tham số và ......................................................................................................................................... 21 Bảng 7- Hệ số điều chỉnh tải trọng gió với thời gian sử dụng giả định của công trình khác nhau........................... 22 2.2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN NHÀ CAO TẦNG THEO TIÊU CHUẨN TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU – EN 1991-1-4.............................................................................................................................. 22 2.2.1) Phân chia dạng địa hình: Theo TC EN1991 1-4 thì địa hình chia làm 5 dạng(0 IV ) đặc trưng bời chiều dài nhám và chiều cao nhỏ nhất .Và dạng địa hình chuẩn là dạng địa hình II (ứng với độ nhám z0 = 0.05m). ..........22 Bảng 8: Loại địa hình và các thông số địa hình....................................................................................................... 22 Bảng 9. Chiều dài nhám tương ứng với một số dạng địa hình................................................................................ 24 2.2.2) Tính Vận Tốc Gió Cơ Bản và các hệ số liên quan.......................................................... 24 Bảng 10: Áp lực gió tiêu chuẩn (ứng với các vùng áp lực gió.................................................................................. 25 Bảng 11. Vận tốc gió tiêu chuẩn ứng với các vùng áp lực gió:............................................................................... 25 Bảng 13. Giá trị Cr(z) theo chiều cao và các dạng địa hình..................................................................................... 27 Bảng 15. Áp lực gió tiêu chuẩn () theo các vùng áp lực gió lãnh thổ Việt Nam....................................................... 28 2.2.3. Tác động của gió................................................................................................................ 28 Bảng 16: Lực gió X tác dụng vào công trình theo tiêu chuẩn EN-1 và TCVN 2737-1995 ..................58 Bảng 17: Lực gió Y tác dụng vào công trình theo tiêu chuẩn EN 1 và TCVN 2737-1995........................................ 58 ...................................................................................................................................... 59 Hình 54: Chân cột để so sánh nội lực...................................................................................................................... 59 Bảng 18: So sánh giá trị nội lực tính theo tiêu chuẩn EN-1991-1-4 với TCVN 2737-1995...................................... 59 KẾT LUẬN ................................................................................................................. 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................62
6 DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TẢI TRỌNG GIÓ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM ......................................................................10 1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TẢI TRỌNG GIÓ TRÊN THẾ GIỚI. ...................................................................... 10 1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TẢI TRỌNG GIÓ Ở VIỆT NAM........................................................................... 12 Hình 3: Cơn bão cấp 11 tại Đà Nẵng (nhìn từ trên cao)........................................................................ 12 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ LÊN NHÀ CAO TẦNG .......................................................................................................................... 14 -CÁCH TÍNH TOÀN TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN NHÀ CAO TẦNG:................................................................ 14 A. TẢI TRỌNG GIÓ TĨNH.......................................................................................................................... 14 Bảng 1- Giá trị áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt Nam.............................................. 15 Bảng 2: bảng hệ số k kể đến sự thay đổi của dạng địa hình................................................................................... 15 Hình 4: Khung nhà nhiều tầng............................................................................................................... 18 B. THÀNH PHẦN GIÓ ĐỘNG:.................................................................................................................... 18 Bảng 3 – Hệ số tương quan của tải trọng gió .......................................................................................................... 19 Hình 5: hệ số động lực ......................................................................................................................... 20 Bảng 4- giá trị giới hạn dao động cảu tâng số riêng ................................................................................................ 20 Hình 6: Hệ tọa độ khi xác định hệ số tương quan ................................................................................ 21 Bảng 5- Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió ..................................................................... 21 Bảng 6- Các tham số và ......................................................................................................................................... 21 Bảng 7- Hệ số điều chỉnh tải trọng gió với thời gian sử dụng giả định của công trình khác nhau........................... 22 2.2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN NHÀ CAO TẦNG THEO TIÊU CHUẨN TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU – EN 1991-1-4.............................................................................................................................. 22 2.2.1) Phân chia dạng địa hình: Theo TC EN1991 1-4 thì địa hình chia làm 5 dạng(0 IV ) đặc trưng bời chiều dài nhám và chiều cao nhỏ nhất .Và dạng địa hình chuẩn là dạng địa hình II (ứng với độ nhám z0 = 0.05m). ..........22 Bảng 8: Loại địa hình và các thông số địa hình....................................................................................................... 22 Bảng 9. Chiều dài nhám tương ứng với một số dạng địa hình................................................................................ 24 2.2.2) Tính Vận Tốc Gió Cơ Bản và các hệ số liên quan.......................................................... 24 Bảng 10: Áp lực gió tiêu chuẩn (ứng với các vùng áp lực gió.................................................................................. 25 Bảng 11. Vận tốc gió tiêu chuẩn ứng với các vùng áp lực gió:............................................................................... 25 Hình 7. Đồ thị liên hệ vận tốc trung bình trong các khoảng thời gian.................................................... 25 Bảng 13. Giá trị Cr(z) theo chiều cao và các dạng địa hình..................................................................................... 27 Bảng 15. Áp lực gió tiêu chuẩn () theo các vùng áp lực gió lãnh thổ Việt Nam....................................................... 28 2.2.3. Tác động của gió................................................................................................................ 28 Hình 8. Các hình dạng cấu trúc thuộc phạm vi áp dụng công thức (*).................................................. 31 Hình 9. Sơ đồ khối quy trình tính toán tải trọng gió lên công trình........................................................ 33 Hình 10. Kết hợp hài hoà giữa không gian bên trong và bên ngoài nhà. Nơi đặt bàn thờ có tường chắn hai đầu tăng độ cứng theo phương ngang nhà phía trên có hoạ tiết trang trí kết hợp làm giằng tăng độ cứng theo phương dọc............................................................................................................. 34 Hình 11. Mái hiên rời giảm sự thò dài của mái...................................................................................... 35 Hình 12. Sử dụng giằng móng, giằng tường để......................................... 35 tạo khả năng chịu lực tổng thể.................................................................. 35 Hình 13. Các cọc được nối chéo hoặc xây kín chân móng................................................................... 35 Hình 14: gia cố tường bằng các trụ bê tông.......................................................................................... 36 Hình 15: khung nhà có giằng chéo........................................................................................................ 36 Hình 16: phương pháp tăng độ cứng cho tường đầu hồi...................................................................... 37 Hình 17: Neo đòn tay vào tường và kèo giả.......................................................................................... 38 Hình 18. Neo kèo vào tường và trụ Hình 19. Ngói có lỗ neo chống tốc mái................38 Hình 20: Tăng các liên kết bằng đai sắt................................................................................................ 39 Hình 21: Neo chống nhà khung tre gỗ................................................................................................... 39 Hình 22: Xây bờ lóc bờ chảy................................................................................................................. 40
7 Hình 23: Chít mạch ngói tây.................................................................................................................. 40 Hình 24: Chống tốc mái bằng con trạch................................................................................................ 40 Hình 25: Liếp chặn mái ngói.................................................................................................................. 41 Hình 26: Một số giải pháp diềm mái...................................................................................................... 42 Hình 27: làm trần cho hiên và diềm mái................................................................................................ 42 Hình 28 : Khai báo vật liệu cho công trình............................................................................................. 44 Hình 29 : Khai báo tiết diện cột cho công trình...................................................................................... 45 Hình 30 : Khai báo tiết diện dầm cho công trình................................................................................... 45 Hình 31 : Khai báo sàn cho công trình.................................................................................................. 46 Hình 32 : Khai báo vách cho công trình................................................................................................. 46 Hình 33 : Kích thước công trình............................................................................................................ 47 Hình 34 : Tiết diện mặt đứng công trình................................................................................................ 47 Hình 35:Mô hình tính toán được xây dựng trên etabs........................................................................... 48 Hình 36:Khai báo tải trọng của công trình trên etabs............................................................................ 48 Hình 37: Gán tĩnh tải lên sàn................................................................................................................. 49 Hình 38: Gán hoạt tải lên sàn................................................................................................................ 49 Hình 39: Gán tĩnh tải lên dầm................................................................................................................ 50 Hình 40: Gắn tải trọng tham gia dao động............................................................................................. 50 Hình 41: Chia sàn cho công trình.......................................................................................................... 51 Hình 42: Chia vách cho công trình........................................................................................................ 51 Hình 43: Khai báo sàn tuyệt đối cứng................................................................................................... 52 Hình 44: Khai báo bậc tự do cho công trình.......................................................................................... 52 Hình 45: Kiểm tra cho cho công trình.................................................................................................... 53 Hình 46: Kết quả sau khi chạy............................................................................................................... 53 Hình 47: Lấy các thông số từ công trình............................................................................................... 54 Hình 48: Giá trị của gió sau khi tính toán theo TCVN 2737-1995......................................................... 54 Hình 49: Giá trị của gió sau khi tính toán theo EN-1991-1-4................................................................. 55 Hình 50: Giá trị lực dọc do GX tại một chân cột lần lượt của TCVN-2737 & EN-1991.........................55 Hình 51: Giá trị lực cắt do GX tại một chân cột lần lượt của TCVN-2737 & EN-1991..........................56 Hình 52: Giá trị momen do GX tại một chân cột lần lượt của TCVN-2737 & EN-1991......................... 56 Bảng 16: Lực gió X tác dụng vào công trình theo tiêu chuẩn EN-1 và TCVN 2737-1995 ..................58 Bảng 17: Lực gió Y tác dụng vào công trình theo tiêu chuẩn EN 1 và TCVN 2737-1995........................................ 58 Hình 53: Sự chuyển vị của các tầng do Gió X (trái) và Gió Y (phải)..................................................... 59 ...................................................................................................................................... 59 Hình 54: Chân cột để so sánh nội lực...................................................................................................................... 59 Bảng 18: So sánh giá trị nội lực tính theo tiêu chuẩn EN-1991-1-4 với TCVN 2737-1995...................................... 59 KẾT LUẬN ................................................................................................................. 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................62
8 TÓM TẮT CÔNG TRÌNH 1. Đặt vấn đề: Tải trọng gió ảnh hưởng rất lớn đến độ bền và mức độ ổn định của công trình. Công trình có chiều cao càng lớn thì mức độ ảnh hưởng của gió đến công trình càng lớn. Nghiên cứu tính toán tải trọng gió theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN2737) và tiêu chuẩn Châu Âu EN 199114 nhằm mục đích rút ra được sự chênh lệch về nội lực và chuyển vị giữa hai tiêu chuẩn tính toán. 2. Mục tiêu: Tìm ra được sự giống và khác nhau về cách tính toán lý thuyết khi sử dụng tiêu chuẩn TCVN 27371995 & EN 199114. Đồng thời so sánh giá trị tính toán của 2 tiêu chuẩn trên 1 công trình thực tế. 3. Phương pháp: Sử dụng 2 tiêu chuẩn thiết kế để tính toán trên 1 công trình nghiên cứu cụ thể. 4. Kết quả Thảo luận: Đưa ra được kết quả của việc so sánh về lý thuyết và cách tính toán của 2 tiêu chuẩn. Tìm được sự chênh lệch kết quả tính toán của 2 tiêu chuẩn, từ đó rút ra được việc sử dụng tiêu chuẩn thiết kế TCVN 27371995 vào các công trình tại Việt Nam so với tiêu chuẩn châu âu EN 199114 như thế nào. 5. Tài liệu tham khảo Ở đây có nêu lên 1 số tài liệu mà nhóm nghiên cứu sử dụng để tham khảo trong việc nghiên cứu công trình của nhóm.
9 M Ở Đ Ầ U 1. Đặt vấn đề: Tất cả các công trình đều chịu sự tác động của gió. Gió không chỉ xuất hiện một cách thường xuyên liên tục mà còn có sức tàn phá rất lớn, làm ảnh hưởng rất nhiều đến sự ổn định, độ bền vững các công trình xây dựng, đặc biệt là các công trình cao tầng. Vì vậy, lựa chọn tiêu chuẩn thiết kế xây dựng để tính toán tải trọng gió tác dụng lên các nhà cao tầng sao cho phù hợp với từng vùng, từng quốc gia, đặc biệt là ở Việt Nam là có ý nghĩa cấp thiết. 2. Thực trạng: Hiện nay, nhà cao tầng đang phát triển rất mạnh mẽ ở Việt Nam và trên thế giới; quy mô và công năng sử dụng của các công trình đã đáp ứng được một phần nào đó về nhu cầu nhà ở, văn phòng làm việc, khách sạn tăng ngày một tăng cao. Các công trình cao tầng với chiều cao không ngừng tăng lên, hình dạng mặt bằng ngày một phức tạp, độ nghiêng của một số công trình tương đối lớn… tất cả đã tạo nên những công trình có hình dáng kiến trúc độc đáo và mang những nét đẹp thẩm mỹ riêng. Nhiều công trình cao tầng đã và đang trở thành biểu tượng của một nền văn minh và tiến bộ khoa học kỹ thuật của một tổ chức, một tập đoàn kinh tế hay một quốc gia nào đó; thể hiện ý trí muốn chinh phục thiên nhiên, chinh phục các đỉnh cao khoa học kỹ thuật của con người.
10 Tuy nhiên việc thiết kế công trình không phải là một quá trình đơn giản, một công trình chịu rất nhiều về địa hình, thời tiết khí hậu. Trong đó đặc biệt phải kể đến sự tác động của động đất và gió lên công trình, sức ảnh hưởng của nó rất lớn trong việc tính toán sự ổn định, độ bền vững của công trình trong quá trình sử dụng. Hình 1:Hình ảnh tàn phá của bão gió gây ra đối với nhà ở Công trình càng cao tầng thì sức ảnh hưởng, dao động và chuyển vị công trình càng lớn. Việc sử dụng tối ưu các TCCA hay TCVN áp dụng vào các công trình cao tầng ở Việt Nam là một sự lựa chọn cần phải quan tâm hàng đầu. 3. Giải quyết vấn đề: Sử dụng TCVN 27371995 & EN 199114 để giải quyết vấn đề. CH ƯƠ NG 1: T Ổ NG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN C Ứ U T Ả I TR Ọ NG GIÓ TRÊN TH Ế GI Ớ I VÀ Ở VI Ệ T NAM 1.1. Tình hình nghiên cứu tải trọng gió trên Thế giới. Về cơ bản, gió là sự chuyển động của dòng khí chảy rối trong khí quyển từ vùng có áp suất cao về vùng có áp suất thấp. Gió phát sinh chủ yếu do phân bố không đều
11 độ chiếu nắng của mặt trời trên bề mặt trái đất và do sự quay của trái đất quanh trục bản thân của nó. Đặc tính chủ yếu của gió là sự thay đổi tốc độ liên tục và không đều theo cả không gian và thời gian. Hình 2: Lốc xoáy tại Manitoba, Canada, năm 2007 Tải trọng gió được chia ra làm 2 thành phần: phần tĩnh và phần động. Thành phần động của tải trọng do lực do vận tốc gió và lực quán tính của công trình gây nên. Trên thế giới nhiều nhà khoa học cũng không ngừng nghiên cứu và thiết kế cho sự tác động của gió lên các công trình. Năm 2003, tại viện nghiên cứu COPPETEC và Civil Engineering Program của trường đại học COPPE ở Brazil đã phân tích “Cách thức dao động và sự ổn định của các trụ truyền dẫn dưới tác dụng của lực gió” của tác giả Ronaldo C.battista, Rosangela S. Rodri gues, Michele S. Pfeil đưa ra một mô hình phân tíchsố hóa mới cho sự phân tích cấu trúc của trụ thép dưới tác động của gió. Năm 2007 tại Khoa Mechanical & Materials Engineering, trường đại học Western Ontario, London, Canada liên kết với Khoa School of Engineering, trường đại học Surrey, Guildford. Surrey GU2 7XH, UK đã tiến hành nghiên cứu về “Sự giảm tải trọng gió của trụ truyền dẫn bằng cách: so sánh tiêu chuẩn giữa nghiên cứuthiết kế” của tác giả E. Savory, G.A.R. Parke, P. Disney, N. Toy. Bài báo đã so sánh giữa tải trọng gió cơ bản được đo bởi thiết bị truyền dẫn L6 trong suốt quá trình nghiên cứu tính toán sử dụng mã UK thực tế cho các thanh giằng của trụ và
12 tiêu chuẩn thiết kế BS8100. Tác giả đã phân tích chủ yếu chuyển vị do gió lên trực tiếp chân trụ trên móng và cho hướng gió trực tiếp tác động vào đầu trụ. Ngoài ra, một số nước cũng đã đưa ra tiêu chuẩn tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình: Tiêu chuẩn Châu Âu EN 1, Tiêu chuẩn Nhật bản AIJ/RLB 2004, Tiêu chuẩn Hoa kỳ ASCE/SEI 705, Tiêu chuẩn Canada NBCC 1995, Tiêu chuẩn Anh BS 6399 2,… 1.2. Tình hình nghiên cứu tải trọng gió ở Việt Nam. Về mặt địa lý, nuớc ta nằm ở vùng cận nhiệt đới, với địa hình nhiều đồi núi và đuờng bờ biển dài trên 3350 km, thuộc vùng có tần suất xuất hiện của bão nhiệt đới lớn nhất trên thế giới vùng Tây Thái Bình Duong Bắc. Thiệt hại do gió mạnh, bão, tố, lốc là một trong những thiệt hại lớn nhất trong các loại thiên tai. Hình 3: Cơn bão cấp 11 tại Đà Nẵng (nhìn từ trên cao) Gió là một loại hoạt tải, tác dụng của nó lên công trình thay đổi theo cả không gian, thời gian và phụ thuộc vào nhiều thông số phức tạp liên quan đến môi trường và các đặc điểm của bản thân công trình. Ở Việt Nam đã có một số nghiên cứu về nhà thấp tầng đuợc thí nghiệm trong các phòng thí nghiệm gió của Việt Nam như: Ðề tài Khoa học cấp nhà nuớc “ Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật phòng chống bão lụt cho nhà ở và công trình xây dựng” (1991) do các nhà khoa học của của Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng thực hiện , chủ trì đề tài PGS.TS Nguyễn Tiến Cuờng cùng nhóm nghiên cứu. Ðề tài cấp Bộ “Xác định hệ số khí động cho một số dạng nhà công nghiệp thấp tầng bằng thí nghiệm trong ống thổi khí động” (2008) ,chủ trì là TS. Nguyễn Hồng Hà cùng nhóm nghiên cứu. Ðề tài cấp nhà nuớc theo Nghị định
13 thư Hợp tác giữa hai Chính Phủ, Hoa Kỳ và Việt Nam: “Nghiên cứu giải pháp thiết kế xây dựng nhà ở vùng gió bão” (2012) do Viện Kiến trúc, Quy hoạch Ðô thị và Nông thôn chủ trì. Ngoài ra, theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 27371995 (tiêu chuẩn tài trọng và tác động) đã đề cập đến vấn đề tải trọng gió tác dụng lên công trình.
14 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ LÊN NHÀ CAO TẦNG Tải trọng gió được chia ra làm hai thành phần: gió tĩnh và gió động 2.1 Phương pháp xác định tải trọng gió tác dụng lên nhà cao tầng theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 27371995 Trong quá trình biên soạn TCVN 2737:1995, một số nội dung trong tiêu chuẩn này đã được hiệu chỉnh khác với tiêu chuẩn gốc СНиП 2.01.0785. Một trong những thay đổi đó là sử dụng số liệu áp lực gió có thời gian lấy trung bình vận tốc gió 3 giây và chu kỳ lặp 20 năm nhưng vẫn sử dụng công thức tính toán của СНиП 2.01.0785 có số liệu đầu vào ứng với thời gian lấy trung bình vận tốc gió 10 phút và chu kỳ lặp là 5 năm. Sự thay đổi này làm cho tính đồng bộ của phương pháp tính toán tải trọng gió không đảm bảo. Ở đây trình bày cách thiết lập công thức tính toán thành phần tĩnh và động của tải trọng gió trong dự thảo “TCVN 2737:2011 trên cơ sở số liệu gió đã có và tuân thủ phương pháp tính toán nêu trong tiêu chuẩn СНиП 2.01.07 85* 2009.” 2.1.1 Các thành phần của tải trọng gió tác dụng lên nhà cao tầng: Áp lực pháp tuyến đặt vào mặt ngoài công trình hay các cấu kiện Lực ma sát hướng theo tiếp tuyến với mặt ngoài và tỉ lệ với diện tích hình chiếu bằng (đối với mái răng cưa, lượn sóng và mái cửa trời) hoặc với diện tích hình chiếu đứng (đối với tường có lôgia và các cấu kiện tương tự). Áp lực pháp tuyến đặt vào mặt trong cả hà với tường bao che không kín hoặc có lỗ cửa đóng mở hoặc mở thường xuyên Áp lực pháp tuyến , được tính với mặt cản của công trình theo hướng các trục x và y. Mặt cả của công trình là hình chiếu của công trình lên các mặt vuông góc với các trục tương ứng. Cách tính toàn tải trọng gió tác dụng lên nhà cao tầng: A. Tải trọng gió tĩnh Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió W có độ cao Z so với mốc chuẩn xác định theo công thức: W= x k x c Ở đây: giá trị của áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng lấy theo bảng 1 k hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao lấy bảng 2 c hệ số khí động lấy theo bảng 3
15 Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió γlấy bằng 1,2 Giá trị của áp lực gió lấy theo bảng 1 Phân vùng gió trên lãnh thổ Việt Nam cho trọng phụ lục D. đường đậm nét rời là Bảng 1 Giá trị áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt Vùng áp lực gió trên I II III IV V bản đồ (daN/m2) 65 95 125 155 185 Nam Ranh giới giữa vùng ảnh hưởng của bão được đánh là yếu hoặc mạnh (kèm theo kí hiệu vùng là A hoặc B). Phân vùng áp lực gió theo địa danh hành chính cho trong phụ lục E. Giá trị áp lực gió tính toán của một số trạm quan trắc khí tượng vùng núi và hải đảo và thời gian sử dụng giả định của công trình khác nhau cho trong phụ lục F Đối với vùng ảnh hưởng của bão được đánh giá là yếu (phụ lục D), giá trị của áp lực gió được giảm đi 10daN/ đối với vùng IA, 12 daN/ đối với vùng IIA và 15daN/ đối với vùng IIIA. Các giá trị của hệ số k kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao so với mốc chuẩn và dạng địa hình. Xác định theo bảng 2. Địa hình dạng A là địa hình trống trải, không có hoặc có rất ít vật cản cao không quá 1,5m ( bờ biển thoáng, mặt sông, hồ lớn, đồng muối, cánh đồng không có cây cao...). Địa hình dạng B là địa hình tương đối trống trái có một số vật cản thưa thớt cao không quá 10m (vùng ngoại ô ít nhà, thị trán, làng mạc, rừng thưa hoặc rừng non, vùng trồng cây thưa…) Địa hình dạng C là địa hình bị che chắn mạnh, có nhiều vật cản sát nhau cao từ 10m trở lên (trong thành phố, vùng rừng rậm…) Bảng 2: bảng hệ số k kể đến sự thay đổi của dạng địa hình Dạng địa hình A B C Độ cao Z, m 3 1,00 0,80 0,47
16 5 1,07 0,88 0,54 10 1,18 1,00 0,66 15 1,24 1,08 0,74 20 1,29 1,13 0,80 30 1,37 1,22 0,89 40 1,43 1,28 0,97 50 1,47 1,34 1,03 60 1,51 1,38 1,08 80 1,57 1,45 1,18 100 1,62 1,51 1,25 150 1,72 1,63 1,40 200 1,79 1,71 1,52 250 1,84 1,78 1,62 300 1,84 1,84 1,70 350 1,84 1,84 1,78 ≥400 1,84 1,84 1,84 Chú thích: 1. Đối với độ cao trung gian cho phép xác định giá trị k bằng cách nội suy tuyến tính các giá trị trong bảng 2 2. Khi xác định tải trọng gió cho một công trình, đối với các hướng gió khác nhau có thể có dạng địa hình khác nhau. Sơ đồ phân bố tải trọng gió lên nhà, công trình hoặc cấu kiện và hệ số khí động được xác định theo chỉ dẫn của bảng 6TCVN 2737. Các giá trị trung gian cho phép xác định bằng phương pháp nội suy tuyến tính
17 Mũi tên trong bảng 6 chỉ hướng gió thổi lên nhà, công trình hoặc cấu kiện. hệ số khí động được xác định như sau: Đối với mặt hoặc điểm riêng lẻ của nhà và công trình lấy như hệ số áp lực đã cho (sơ đồ 1 đến sơ đồ 33 bảng 6). Giá trị dương của hệ số khí động ứng với chiều áp lực gió hướng vào bề mặt công trình, giá trị âm ứng với chiều áp lực gió hướng ra ngoài công trình. Đối với các kết cấu và cấu kiện (sơ đồ 34 đến sơ đồ 43 bảng 6) lấy như hệ số cản chính diện cx và cy khi xác định các thành phần cản chung của vật thể tác dụng theo phương luồng gió và phương vuông góc với luồng gió, ứng với diện tích hình chiếu của vật thể lên mặt phẳng vuông góc với luồng gió; lấy như hệ số lực nâng cz khi xác định thành phần đứng của lực cản chung của vật thể ứng với diện tích hình chiếu của vật thể lên mặt phẳng nằm ngang. Đối với kết cấu có mặt đón gió nghiêng một góc D so với phương luồng gió lấy như hệ số và . Khi xác định các thành phần cản chung của vật thể theo phương trục của nó ứng với diện tích mặt đón gió. Những trường hợp chưa xét đến trong bảng 6 (các dạng nhà và công trình khác, theo các hướng gió khác, các thành phần cản chung của vật thể theo hướng khác), hệ số khí động phải lấy theo số liệu thực nghiệm hoặc các chỉ dẫn riêng. Đối với nhà và công trình có lỗ cửa (cửa sổ, cửa đi, lỗ thông thoáng, lỗ lấy ánh sáng) nêu ở sơ đồ 2 đến sơ đồ 26 bảng 6, phân bố đều theo chu vi hoặc có tường bằng phibrô xi măng và các vật liệu có thể cho gió đi qua (không phụ thuộc vào sự có mặt của các lỗ cửa), khi tính kết cấu của tường ngoài, cột, dầm chịu gió, đố cửa kính, giá trị của hệ số khí động đối với tường ngoài phải lấy: c = + 1 khi tính với áp lực dương c = 0,8 khi tính với áp lực âm Tải trọng gió tính toán ở các tường trong lấy bằng 0,4.W0 và ở các vách ngăn nhẹ trọng lượng không quá 100daN/m2 lấy bằng 0,2.W0 nhưng không dưới 10daN/m2 Khi tính khung ngang của nhà có cửa trời theo phương dọc hoặc cửa trời thiên đỉnh với a>4h (sơ đồ 9,10,25 bảng 6), phải kể đến tải trọng gió tác dụng lên các cột khung. Tiêu chuẩn việt nam TCVN 27371995: Phía đón gió và phía khuất gió cũng như thành phần ngang của tải trọng gió tác dụng lên cửa trời. Đối với nhà có mái răng cưa (sơ đồ 24 bảng 6) hoặc có cửa trời thiên đỉnh khi a d 4h phải tính đến lực ma sát thay cho các thành phần lực nằm ngang của tải trọng gió tác dụng lên cửa trời thứ hai và tiếp theo từ phía đón gió. Lực ma sát Wt được tính theo công thức: Trong đó: áp lực gió lấy theo bảng 4 tính bằng decaNewton trên mét vuông;
18 hệ số ma sát cho trong bảng 6 k hệ số lấy theo bảng 5 S diện tích hình chiếu bằng (đối với răng cưa, lượn sóng và má có cửa trời) hoặc diện tích hình chiếu đứng (đối với tường có lôgia và các kết cấu tương tự) tính bằng mét vuông  Cách xác định hệ số khí động cho khung nhà nhiều tầng: Hình 4: Khung nhà nhiều tầng Sơ đồ này dùng cho khung nhiều tâng liên kết với nhau, không có tường hay bộ phận nhà xây vào khung đó. Và được tính: Theo sơ đồ 34 TCVN 2737 Cđ = 0.8 Ch = 0.6 B. Thành phần gió động: Thành phần động của tải trọng gió phải được kể đến khi tính các công trình trụ, tháp, ống khói, cột điện, thiết bị dạng cột, hành lang băng tải, các giàn giá lộ thiên,…các nhà nhiều tầng cao trên 40m, các khung ngang nhà công nghiệp 1 tầng một nhịp có độ cao trên 36m, tỉ số độ cao trên nhịp lớn hơn 1,5. Đối với các công trình cao và kết cấu mềm (ống khói, trụ, tháp…) còn phải tiến hành kiểm tra tình trạng mất ổn định khí động. Chỉ dẫn tính toán và giải pháp giảm lao động của các kết cấu đó được xác lập bằng những nghiên cứu riêng trên cơ sở các số liệu thử nghiệm khí động. Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió ở độ cao z được xác định như sau: Đối với công trình và các bộ phận kết cấu có tần số dao động riêng cơ bản (Hz) lớn hơn giá trị giới hạn của tần số dao động riêng quy định trong điều 6.14 TCVN 2737 được xác định theo công thức:
19 Trong đó: W Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió ở độ cao tính toán được xác định theo điều 6.3; Hệ số áp lực của tải trọng gió ở độ cao z lấy theo bảng 8; Q Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió xác định theo điều 6.15 TCVN 2737. Bảng 3 – Hệ số tương quan của tải trọng gió Chiều cao z, m Hệ số áp lực động đối với các dạng địa hình A B C 0,318 0,517 0,754 10 0,303 0,486 0,684 20 0,289 0,457 0,621 40 0,275 0,429 0,563 60 0,267 0,414 0,532 80 0,262 0,403 0,511 100 0,258 0,395 0,496 150 0,251 0,381 0,468 200 0,246 0,371 0,450 250 0,242 0,364 0,436 300 0,239 0,358 0,425 350 0,236 0,353 0,416 0,231 0,343 0,398 Đối với nhà nhiều tầng có độ cứng, khối lượng và bề rộng mặt đón gió không đổi theo chiều cao, cho phép xác định giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió ở độ cao z theo công thức: Trong đó: Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng trong đó ở độ cao h của đỉnh công trình, xác định theo công thức (1) Hệ số động lực được xác định bằng đồ thị, phụ thuộc vào thông sô và độ giảm loga của dao động. hệ số tin cậy của tải trọng gió lấy băng 1,2
20 giá trị của áp lực gió (N/ ) Hình 5: hệ số động lực Đường cong 1: đối với công trình bê tông cốt thép và gạch đá kể cả công trình bằng khung thép có kết cấu bao che Đường cong 2: các tháp, trụ thép, ống khói, các thiết bị dạng cột có bệ bằng bê tông cốt thép ( Giá trị dao động của tần số riêng (Hz) cho phép không cần tính lực quán tính phát sinh khi công trình dao dộng riêng tương ứng, xác định theo bảng 9 TCVN2737 phụ thuộc vào giá trị của dao động. Đối với công trình bê tông cốt thép và gạch đá, công trình khung thép có kết cấu bao che, = 0,3. Các tháp, trụ, ống khói bằng thép, các thiết bị dạng cột thép có bệ bằng bê tông cốt thép = 0,15 Bảng 4 giá trị giới hạn dao động cảu tâng số riêng Vùng áp lực gió I 1,1 3,4 II 1,3 4,1 III 1,6 5,0 IV 1,7 5,6 V 1,9 5,9 Đối với công trình dạng trụ khi