BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br />
<br />
Công trình được hoàn thành tại<br />
<br />
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG<br />
<br />
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG<br />
<br />
BÙI THIÊN LAM<br />
Người hướng dẫn khoa học: GS. TS. Phan Quang Minh<br />
PGS. TS. Lê Cung<br />
<br />
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ LÊN<br />
NHÀ CAO TẦNG CÓ KẾT CẤU KHUNG GIẰNG<br />
<br />
Phản biện 1: GS.TS. Phạm Văn Hội<br />
Phản biện 2: PGS.TS. Ngô Hữu Cường<br />
<br />
Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật<br />
Mã số: 62 52 01 01<br />
<br />
Phản biện 3: TS. Trần Đình Quảng<br />
<br />
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ tại Đại<br />
học Đà Nẵng vào hồi 14h30 ngày 10 tháng 03 năm 2018<br />
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT<br />
<br />
Có thể tìm hiểu luận án tại:<br />
- Trung tâm Thông tin – Tư liệu, Đại học Đà Nẵng<br />
- Thư viện Quốc gia Việt Nam<br />
ĐÀ NẴNG / 2018<br />
<br />
1<br />
MỞ ĐẦU<br />
Theo tiêu chuẩn các nước trên Thế giới, có ba phương pháp xác định<br />
tải trọng gió: phương pháp đơn giản, phương pháp giải tích và phương<br />
pháp ống thổi khí động. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737:1995 được<br />
biên soạn theo tiêu chuẩn Nga SNiP 2.01.07-85* chưa đề cập đến<br />
phương pháp ống thổi khí động.<br />
Đối với các công trình nhà cao tầng có mặt bằng đối xứng, ảnh<br />
<br />
2<br />
với tiêu chuẩn Việt Nam, tiếp cận theo tiêu chuẩn các nước tiên tiến là<br />
cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn.<br />
Mục tiêu nghiên cứu<br />
- Xây dựng công thức gần đúng tính toán thành phần gió động theo<br />
TCVN 2737:1995, với sai số cho phép<br />
- Đề xuất công thức đơn giản tính toán thành phần gió động theo<br />
phương pháp hệ số gió giật cho hệ kết cấu khung giằng cao đến 35 tầng<br />
<br />
hưởng của dạng dao động thứ nhất đến giá trị thành phần gió động là<br />
<br />
có mặt bằng đối xứng.<br />
<br />
chủ yếu. Việc sử dụng công thức gần đúng tính toán thành phần động<br />
<br />
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu<br />
<br />
của tải trọng gió với dạng dao động thứ nhất rất có ý nghĩa thực tiễn nên<br />
<br />
- Đối tượng nghiên cứu: Thành phần gió động lên nhà cao tầng<br />
<br />
tiêu chuẩn của hầu hết các nước đều đưa ra phương pháp gần đúng để<br />
<br />
- Phạm vi nghiên cứu: Nhà có hệ kết cấu khung giằng mặt bằng đối<br />
<br />
áp dụng cho các công trình này. Theo đó, tải trọng gió dọc tác dụng lên<br />
<br />
xứng cao đến 35 tầng.<br />
<br />
nhà cao tầng được tính từ thành phần gió tĩnh tương đương nhân với hệ<br />
<br />
Nội dung nghiên cứu<br />
<br />
số gió giật (Gust Loading Factor- GLF). Thành phần gió động theo<br />
TCVN 2737:1995 cũng được tính toán trên cơ sở lấy thành phần gió<br />
tĩnh nhân với các hệ số kể đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió và lực<br />
quán tính của công trình.<br />
TCVN 2737:1995 cũng đưa ra công thức gần đúng xác định thành<br />
phần gió động. Công thức này đơn giản, dễ sử dụng. Tuy nhiên, công<br />
<br />
- Nghiên cứu chuyển vị ngang nhà khung giằng, từ đó đánh giá sai<br />
số của công thức gần đúng xác định thành phần gió động trong TCVN.<br />
- Nghiên cứu đề xuất công thức gần đúng có cấu trúc đơn giản tương<br />
tự như công thức gần đúng của TCVN với độ sai số cho phép.<br />
- Trên cơ sở của TCVN 2737:1995, nghiên cứu xác định hệ số gió<br />
giật G tương ứng với các hệ kết cấu có độ cứng khác nhau.<br />
<br />
thức này chỉ phù hợp với các công trình, khi gần đúng có thể xem<br />
<br />
- Nghiên cứu đề xuất công thức tính toán tải trọng gió đơn giản theo<br />
<br />
chuyển vị ngang trên các tầng ở dạng dao động thứ nhất tuân theo quy<br />
<br />
phương pháp GLF cho các công trình cao đến 35 tầng, có hệ kết cấu<br />
<br />
luật bậc nhất theo cao độ z. Trong thực tế số công trình nhà cao tầng<br />
<br />
khung giằng đối xứng, xây dựng trên địa bàn Thành phố Đà Nẵng và<br />
<br />
đáp ứng được điều kiện này là rất ít do khống chế từ các yêu cầu về<br />
<br />
các thành phố khác thuộc vùng gió IIB.<br />
<br />
kiến trúc và hiệu quả kinh tế. Việc không quy định rõ phạm vi áp dụng<br />
<br />
Những đóng góp mới của luận án<br />
<br />
của công thức này có thể dẫn đến các sai số lớn, cần có thêm nghiên<br />
cứu cải tiến công thức. Mặt khác quy trình tính toán tải trọng gió hiện<br />
nay theo TCVN là khá phức tạp. Với ý nghĩa như vậy, việc hoàn thiện<br />
quy trình tính toán thành phần gió động lên công trình cao tầng phù hợp<br />
<br />
- Đánh giá sai số và làm rõ được phạm vi áp dụng của công thức gần<br />
đúng tính toán thành phần gió động trong TCVN 2737:1995.<br />
- Đề xuất được công thức gần đúng tính toán thành phần gió động<br />
phù hợp với công trình nhà cao tầng có sơ đồ khung giằng theo TCVN.<br />
<br />
3<br />
<br />
4<br />
<br />
- Đề xuất được công thức đơn giản tính toán thành phần gió động<br />
<br />
gian lấy vận tốc gió trung bình, chu kỳ lặp, phân vùng áp lực gió. Gần<br />
<br />
theo hệ số gió giật G với độ chính xác xấp xỉ phương pháp giải tích của<br />
<br />
đây cũng đã có một nghiên cứu lý thuyết, mô hình số và nghiên cứu<br />
<br />
TCVN 2737:1995 cho các công trình cao đến 35 tầng, xây dựng trên địa<br />
<br />
thực nghiệm trong hầm gió.<br />
<br />
bàn Thành phố Đà Nẵng và các địa hình tương tự.<br />
<br />
1.3. Xác định tải trọng gió theo một số một số tiêu chuẩn<br />
<br />
Cấu trúc của luận án<br />
<br />
1.3.1. Theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ ASCE/SEI 7-16<br />
<br />
Luận án gồm 123 trang, trong đó Mở đầu (5 trang), Chương 1 (41<br />
trang), Chương 2 (40 trang), Chương 3 (35 trang), Kết luận và kiến nghị<br />
<br />
Áp lực gió tính cho hệ kết cấu chịu lực chính của công trình được<br />
xác định theo công thức:<br />
<br />
(2 trang), các công trình đã công bố (1 trang), tài liệu tham khảo (7<br />
<br />
p = q.G.Cp - qi.(GCpi) (N/m2)<br />
<br />
trang, 67 tài liệu).<br />
<br />
G: hệ số gió giật<br />
<br />
Chương 1<br />
<br />
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU<br />
<br />
1.1. Gió và tác động của gió lên công trình<br />
<br />
1.3.2. Theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 1991-1.4 (2005)<br />
<br />
- Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu được xác định theo công thức:<br />
<br />
1.1.1. Khái niệm về gió, bão, lốc xoáy<br />
<br />
Fw = CsCd. Cf. qp(ze) .Aref<br />
<br />
1.1.2. Tác dụng của gió lên công trình<br />
<br />
CsCd : hệ số kể đến tác dụng động<br />
<br />
1.1.3. Cấu trúc và các tham số đặc trưng ảnh hưởng đến tác dụng của<br />
tải trọng gió.<br />
<br />
(1.27)<br />
<br />
(1.41)<br />
<br />
1.3.3. Xác định tải trọng gió theo TCVN 2737:1995<br />
- Thành phần gió tĩnh:<br />
<br />
1.1.4. Khảo sát các tham số ảnh hưởng đến việc tính toán tác dụng<br />
<br />
=<br />
<br />
. . (<br />
<br />
/<br />
<br />
) <br />
<br />
(1.46)<br />
<br />
của tải trọng gió lên công trình<br />
1.2. Tổng quan các nghiên cứu về tải trọng gió<br />
1.2.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài<br />
<br />
- Thành phần gió động:<br />
≥<br />
<br />
: <br />
<br />
<<br />
<br />
: <br />
<br />
=<br />
<br />
. z . n (<br />
<br />
)<br />
<br />
/<br />
<br />
(1.48)<br />
<br />
Nhiều nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã được thực hiện, nỗi<br />
bậc là nghiên cứu của Davenport công bố năm 1967 về phương pháp hệ<br />
<br />
( )<br />
<br />
=<br />
<br />
.x .y<br />
<br />
(<br />
<br />
/<br />
<br />
) <br />
<br />
(1.50)<br />
<br />
số gió giật. Theo đó, tải trọng gió được tính từ thành phần gió trung<br />
= 1.4 . .<br />
<br />
bình nhân với hệ số kể đến tác dụng giật. Phương pháp nầy hiện nay<br />
<br />
Công thức gần đúng:<br />
<br />
hầu hết các nước đều vận dụng với một vài thay đổi cho phù hợp với<br />
<br />
Từ (1.46) và (1.48), tổng áp lực gió (khi f > f ) là:<br />
<br />
từng nước.<br />
1.2.2. Các nghiên cứu ở trong nước<br />
Tiêu chuẩn Việt Nam về tải trọng gió, được biên soạn từ tiêu chuẩn<br />
Nga, cũng đã có một số nghiên cứu điều chỉnh cho phù hợp như thời<br />
<br />
=<br />
Như vậy, có thể xem<br />
<br />
+<br />
<br />
= 1+z n<br />
<br />
= 1 + z . n là hệ số gió giật<br />
<br />
(1.52)<br />
<br />
(1.53)<br />
(1.54)<br />
<br />
5<br />
<br />
6<br />
<br />
1.4. Nhận xét chương 1<br />
<br />
(<br />
<br />
( )=<br />
<br />
(<br />
<br />
Phần lớn các tiêu chuẩn trên thế giới đều dựa trên nguyên tắc của<br />
(<br />
<br />
phương pháp GLF của Davenport để đánh giá tải trọng gió tác dụng lên<br />
kết cấu theo phương dọc hướng gió.<br />
Qua phân tích một số tiêu chuẩn, thấy giữa TCVN 2737:1995,<br />
ASCE-7 và EN có các cách thể hiện khác nhau khi xét thành phần động<br />
của tải trọng gió thông qua hệ số gió giật. TCVN tách biệt tác động của<br />
gió thành hai thành phần tĩnh và động nên khá phức tạp trong phân tích,<br />
<br />
)<br />
<br />
<br />
<br />
)<br />
<br />
)<br />
<br />
(<br />
<br />
ℎ<br />
<br />
− 1) −<br />
<br />
<br />
<br />
ℎ<br />
<br />
−<br />
<br />
+<br />
(2.13)<br />
<br />
Phương trình (2.13) cho chuyển vị có thể được viết lại như sau:<br />
(<br />
<br />
( )=<br />
=<br />
<br />
(<br />
(<br />
<br />
, / )<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
)<br />
<br />
(<br />
<br />
Công thức gần đúng (1.52) trong TCVN có sai số lớn cần điều chỉnh và<br />
<br />
)<br />
<br />
(2.16)<br />
)<br />
<br />
( <br />
<br />
ℎ <br />
<br />
− 1) −<br />
<br />
<br />
<br />
ℎ <br />
<br />
+<br />
<br />
−<br />
<br />
(2.17)<br />
<br />
tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện qui trình tính tải trọng gió là cần thiết.<br />
CHƯƠNG 2<br />
<br />
TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN GIÓ ĐỘNG CHO<br />
<br />
NHÀ CÓ SƠ ĐỒ KHUNG GIẰNG BỐ TRÍ ĐỐI XỨNG<br />
2.1. Sự làm việc của hệ kết cấu khung giằng<br />
Hệ kết cấu nầy tận dụng ưu việt của mỗi loại, vừa có thể tạo một<br />
không gian sử dụng tương đối lớn theo yêu cầu bố trí mặt bằng kiến<br />
trúc lại có tính năng chịu lực ngang tốt.<br />
2.1.1 Sự tương tác trong hệ kết cấu khung giằng chịu tải phân bố<br />
Khi kết cấu khung giằng chịu tải trọng ngang, các dạng chuyển vị tự<br />
do khác nhau của vách và của khung làm cho chúng tương tác ngang<br />
thông qua bản sàn hoặc dầm.<br />
2.1.2. Phân tích hệ khung giằng<br />
Hình 2.6- Hệ số K1, khi chịu tải trọng ngang phân bố đều<br />
<br />
2.1.2.1. Phương trình vi phân cơ bản:<br />
Phương trình vi phân đặc trưng cho chuyển vị ngang của hệ kết cấu<br />
khung giằng:<br />
−<br />
<br />
=<br />
<br />
( )<br />
<br />
2.1.2.2. Trường hợp chịu tải trọng ngang phân bố đều<br />
Từ (2.4) phương trình chuyển vị ngang được viết lại:<br />
<br />
(2.4)<br />
<br />
2.1.2.3. Trường hợp chịu tải trọng ngang phân bố tam giác<br />
( )=<br />
Với K1:<br />
<br />
(<br />
<br />
, / )<br />
<br />
(2.23)<br />
<br />
7<br />
= <br />
<br />
<br />
(<br />
<br />
−<br />
<br />
)<br />
<br />
<br />
(<br />
<br />
)<br />
<br />
<br />
<br />
− 1 −<br />
<br />
8<br />
+1<br />
(<br />
<br />
+<br />
<br />
−<br />
<br />
)<br />
<br />
Để đánh giá sai số, khảo sát thành phần gió động của một số công<br />
(2.24)<br />
<br />
trình (có các giá trị αH khác nhau) xây dựng vùng gió IIB theo công<br />
thức gần đúng và công thức giải tích trong TCVN.<br />
2.2.1.1. Công trình 20 tầng: Xét 5 trường hợp hệ khung giằng có αH từ<br />
0.50 - 2.50. Mặt bằng kết cấu cho ở hình 2.8, số liệu cho ở Bảng 2.1<br />
Bảng 2.1. Kích thước các bộ phận kết cấu công trình 20 tầng<br />
Mô hình<br />
Mô hình 1<br />
Mô hình 2<br />
Mô hình 3<br />
Mô hình 4<br />
Mô hình 5<br />
<br />
Cột<br />
(m2)<br />
0.50x0.50<br />
0.60x0.60<br />
1.00x1.00<br />
1.00x1.00<br />
1.00x1.00<br />
<br />
Dầm<br />
(m2)<br />
0.25x0.50<br />
0.30x0.60<br />
0.40x0.60<br />
0.40x0.70<br />
0.45x0.80<br />
<br />
Vách<br />
(m)<br />
0.5<br />
0.3<br />
0.2<br />
0.2<br />
0.2<br />
<br />
Chiều dày Chiều cao<br />
sàn (m) tầng (m)<br />
0.2<br />
0.2<br />
0.2<br />
0.2<br />
0.2<br />
<br />
3.6<br />
3.6<br />
3.6<br />
3.6<br />
3.6<br />
<br />
Hình 2.7- Hệ số K1, khi chịu tải trọng ngang phân bố tam giác<br />
2.1.2.4. Nhận xét:<br />
Từ hình 2.6, 2.7. khi αH > 2, dạng biểu đồ chuyển vị gần như đường<br />
Hình 2.8- Mặt bằng kết cấu công trình 20-30 tầng<br />
<br />
thẳng theo chiều cao, tương tự biến dạng cắt của khung chịu tải trọng<br />
ngang. Khi αH ≤ 2, biểu đồ chuyển vị là đường cong theo chiều cao.<br />
Với nhà cao từ 15 đến 35 tầng ở nước ta hầu hết đều sử dụng hệ kết<br />
cấu khung giằng, vách được thiết kế chịu phần lớn tải trọng ngang do<br />
đó kích thước tiết diện cột được lựa chọn tối thiểu và tăng diện tích sử<br />
dụng, tương ứng với trường hợp αH ≤ 2.0.<br />
<br />
Phân tích động học và từ đó tính toán thành phần gió động (vùng gió<br />
IIB, dạng địa hình B), theo công thức gần đúng (1.52) và công thức<br />
(1.50) trong TCVN, kết quả so sánh cho ở Bảng 2.3.<br />
Bảng 2.3. So sánh thành phần gió động theo công thức (1.52) và (1.50)<br />
với nhà 20 tầng<br />
<br />
2.2. Xác định thành phần gió động cho nhà có sơ đồ kết cấu khung<br />
giằng đối xứng<br />
2.2.1. Đánh giá sai số của công thức gần đúng trong TCVN<br />
<br />
Mô<br />
hình<br />
<br />
Mô hình 1,<br />
αH=0.54<br />
T=1.746<br />
<br />
Mô hình 2 2,<br />
αH=1.01<br />
T=1.879<br />
<br />
Mô hình 3,<br />
αH=1.53<br />
T=1.916<br />
<br />
Mô hình 4,<br />
αH=1.92<br />
T=1.783<br />
<br />
Mô hình 5,<br />
αH=2.45<br />
T=1.645<br />
<br />
CT1.50 CT1.52 CT1.50 CT1.52 CT1.50 CT1.52 CT1.50 CT1.52 CT1.50 CT1.52<br />
<br />
Tổng<br />
Sai số<br />
<br />
1869.4<br />
<br />
2155.8<br />
<br />
15.32%<br />
<br />
1923.9<br />
<br />
2163.3<br />
<br />
12.45%<br />
<br />
2004.3<br />
<br />
2165.8<br />
<br />
8.06%<br />
<br />
2016.8<br />
<br />
2153.3<br />
<br />
6.77%<br />
<br />
1961.3<br />
<br />
2077.0<br />
<br />
5.90%<br />
<br />
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
