Đang tải... (xem toàn văn)
TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG GIÓ
ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng Mục lục Phần mở đầu 4 Chơng I Tổng quan về tải trọng gió và phơng pháp xác định tác động của tải trọng gió lên công trình theo một số tiêu chuẩn thiết kế 1. Khái niệm về gió và tác động của tải trọng gió 5 2. Cấu trúc và các tham số đặc trng ảnh hởng đến tác dụng của tải trọng gió 7 2.1. Cấu trúc 7 2.2. Các tham số đặc trng ảnh hởng đến tác dụng của gió 7 2.2.1. Vận tốc gió trung bình V(z) 8 2.2.2. Hệ số độ cao 9 2.2.3. Hệ số xung áp lực động 11 2.2.4. Hệ số tơng quan không gian 13 3. Cơ sở lý thuyết về tính toán tác động tải trọng gió của một số tiêu chuẩn thiết kế 13 3.1. Tiêu chuẩn Australia AS 1170 2 - 1989 13 3.2. Tiêu chuẩn BS 6028 1988 15 3.3. Tiêu chuẩn Mỹ ASCE 7 88 16 3.4. Tiêu chuẩn Trung Quốc GBJ 9 1987 17 3.5. Tiêu chuẩn Liên Xô cũ CHu II- 07- 85 17 4. Tình hình tính toán tác động của tải trọng gió lên công trình theo các tiêu chuẩn thiết kế ở Việt Nam 18 Chơng II Phơng pháp xác định tác dụng tải trọng gió lên công trình 1. Thành phần tĩnh 19 2. Thành phần động của tải trọng gió 21 2.1. Công thức xác định thành phần động 21 2.2. Các chú ý cần thiết khi xác định thành phần động 26 2.3. Việc chấp nhận sơ đồ tính và qui luật phân bố khối lợng trong bài toán dao động riêng 27 2.4. Việc xác định hệ số tơng quan không gian 27 2.5. Cách tính gần đúng giá trị thành phần động 30 3. Xác định nội lực, chuyển vị của phần tử kết cấu khi xét đến nhiều dao động 31 Chơng III Nguyên lý tính toán và một số giải pháp kết cấu nhà cao tầng chịu tác dụng của tải trọng gió Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 1 ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng 1. Các phơng pháp và giả thuyết tính toán 32 2. Một số giải pháp kết cấu nhà cao tầng 32 3. Trình tự tính toán nhà cao tầng chịu tải trọng ngang 33 3.1. Thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737 : 1995 trong hệ kết cấu không gian 35 3.2 Thành phần động của tải trọng gió theo các phơng trong hệ toạ độ xyz 35 4. Quy trình xác định thành phần động của tải trọng gió 36 4.1. Xác định f i và các chuyển vị ngang của f i 37 4.2. Xác định các hệ số và thông số tính toán 37 4.2.1. Hệ số động lực i 37 4.2.2 Hệ số tơng quan không gian áp lực động 37 4.2.3 Hệ số mạch động j và thành phần động W pj khi chỉ xét đến mạch động 38 4.2.4. Xác định hệ số i 38 4.3. Xác định các thành phần động của tải trọng gió W pji (kể đến hệ số động lực i phát sinh lực quán tính) 39 4.3.1. Khi gió dọc nhà (gió theo trục x) 40 4.3.2. Khi gió ngang nhà (gió theo trục y) 40 5. Nội lực của kết cấu do tải trọng gió 41 5.1. Khi công trình có f 1 f L 41 5.1.1. Trờng hợp gió theo trục x 41 5.1.2. Trờng hợp gió theo trục y 41 5.2 Khi công trình có f s f L < f s+1 , ( s > 1) 41 5.2.1. Trờng hợp gió theo trục x 42 5.2.2. Trờng hợp gió theo trục y 42 Chơng IV Một số ví dụ khảo sát ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng 4.1. Tiêu chí khảo sát và các giả thiết tính toán 43 4.2. Các số liệu chung 43 4.3.Ví dụ 1 46 4.3.1. Xác định tải trọng gió 46 1. Khi gió theo phơng OX 46 2. Khi gió theo phơng OY 49 Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 2 ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng 4.3.2. ảnh hởng của chiều cao tầng qua các phơng án F, G, K, E 53 4.3.3. ảnh hởng của việc bố trí vách trên mặt bằng 58 4.4. Ví dụ 2 60 4.4.1. Xác định tải trọng gió cho phơng án B1.12 60 1. Khi gió theo phơng Ox. 60 2. Khi gió theo phơng Oy 62 4.4.2. ảnh hởng của chiều cao tầng qua các phơng án B, C, D, A 64 4.4.3. ảnh bằng hởng của việc bố trí vách cứng trên mặt bằng qua các phơng án B, C, D, A 68 Phần Kết luận và kiến nghị 72 Tài liệu tham khảo 74 Phần mở đầu Sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế quốc dân cũng nh sự gia tăng dân số thành thị là động lực chủ yếu đẩy nhanh nhịp độ xây dựng công trình; ở nớc ta hiện các công trình cao (nhà cao tầng, tháp ăng ten thông tin, cột tải điện ) đợc xây dựng ngày càng nhiều. Các công trình này có độ thanh mảnh lớn, chịu tác dụng chủ yếu của tải trọng gió. Tác dụng của gió lên công trình thay đổi theo cả không gian, thời gian và phụ thuộc vào khá nhiều thông số phức tạp liên quan đến môi trờng và cả các đặc điểm của bản thân công trình. Hiện nay chúng ta đang xác định tác dụng của tải trọng gió lên công trình theo Tiêu chuẩn Viêt nam TCVN 2737 : 1995. Theo qui định của tiêu chuẩn này thì tác dụng của gió lên công trình đợc tách thành hai thành phần: Tĩnh và động.Trong đó thành phần tĩnh đã đợc xác định một cách tơng đối chính xác. Việc tính toán thành phần động đã đợc đề cập đến trong Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 2737 : 1995, và trong nhiều tài liệu khác nhau nhng cha đợc hớng dẫn thật cụ thể. Trong cùng một cơn gió nhng tác động của nó lên các công trình có cấu tạo khác nhau sẽ khác nhau Khảo sát đợc đầy đủ ảnh hởng của các tham số này, là một công việc khó và quá sức. Luận văn này giới hạn việc khảo sát các thành phần tác động của tải trọng gió trong hai trờng hợp: Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 3 ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng Khi không đổi chiều cao nhà mà chỉ thay đổi chiều cao tầng (để số lợng tầng tăng hoặc giảm). Khi thay đổi cách bố trí cấu tạo mặt bằng (vị trí các khung các vách) mà không đổi chiều cao nhà, không đổi số lợng tầng. Việc cập kiến thức về tải trọng và tác động lên công trình cao và khảo sát các tham số ảnh hởng đến nó là thực sự cần thiết. Hy vọng rằng tài liệu này sẽ góp các kỹ s thiết kế xây dựng công trình và sinh viên xây dựng có cách nhìn nhận thấu đáo và khách quan hơn về tác động của tải trọng này. Chơng I: Tổng quan về tải trọng gió và phơng pháp xác định tác động của tải trọng gió lên công trình theo một số tiêu chuẩn thiết kế. 1. Khái niệm về gió và tác động của tải trọng gió: 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 độ chiếu nắng của mặt trời trên bề mặt trái đất và do sự quay của trái đất quanh trục bản thân. Đặc tính chủ yếu của gió là sự thay đổi tốc độ liên tục và không đều theo cả không gian và thời gian. Tuỳ theo điều kiện hình thành ngời ta phân loại: Gió thành bão hoặc lốc. Bão xuất hiện khi nớc bốc hơi mạnh (thờng nhiệt độ 27 0 C trở lên và ở ngoài biển, nơi có nhiều nớc); sự bốc hơi này hình thành dòng khí bốc ngợc thẳng đứng, cộng với chuyển động xoay của trái đất quanh trục bản thân để tạo thành dòng xoáy ngang. Cơn bão đợc hình thành nh vậy: Tâm xoáy gọi là mắt bão. Vận tốc tiếp tuyến của dòng xoáy ngang chính là vận tốc gió bão (có thể đạt đến 150km/h hoặc lớn hơn), chuyển động tịnh tiến của tâm xoay tạo thành hớng đi của bão. Lốc là một hiện tợng khí tợng đặc biệt. Một vùng gió mạnh có đờng kính từ vài chục mét đến vài kilômét di chuyển ngang trong khoảng vài chục kilômét. Sức gió ở vùng xa tâm thì nhỏ nhng càng trong càng mạnh lên và ở giữa hình thành một cái lõi. Phạm vi hoạt động của lốc nhỏ hơn bão nhng sức gió thì mạnh hơn rõ rệt (250 290km/h). Lốc thờng xuất hiện bất ngờ và có thể xuất hiện ở bất cứ nơi nào ( đồng bằng, trung du, miền núi) chứ không nhất thiết là biển nh bão. Khác với tác động của gió thông thờng trong những điều kiện khí hậu thuận lợi, đã đợc khảo sát nghiên cứu kỹ càng và có những số liệu khá chuẩn xác; những nghiên cứu về bão, lốc trên thế giới còn quá ít ỏi. Con ngời cha khả năng dập tắt, chặn đứng hoặc điều khiển chúng. Vì vậy bão luôn là vấn đề cấp bách muôn thuở Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 4 ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng của nhiều quốc gia mà các nghiên cứu chỉ là tiệm cận đợc, nhằm chấp nhận những số liệu nội suy trên cơ sở của một số kinh nghiệm để đa vào tính toán công trình. Tác dụng của gió lên công trình là do sự va đập của luồng không khí khi gặp vật cản trên đờng đi của nó. Theo thời gian tốc độ của gió luôn luôn thay đổi; nguyên nhân gây nên sự mạch động của luồng gió là dòng thổi và trạng thái biến đổi của dòng thổi. Dòng thổi: Khi gió thổi vợt qua một ngôi nhà (hoặc công trình) thì tất cả các vùng của ngôi nhà đó đều chịu một áp lực nhất định. Vị trí của các vùng và đờng định biên của các giá trị tác dụng tuân theo những quy luật và có thể xác định đợc bằng lý thuyết hoặc thực nghiệm. Chân công trình phía đón gió xuất hiện áp lực trội trong vùng xoáy hiện t- ợng hút gió; ở sau công trình, phía khuất gió xuất hiện áp lực âm do gió hút. Trạng thái biến đổi của dòng thổi qua ngôi nhà phụ thuộc chủ yếu vào tỷ lệ các kích thớc của các mặt ( để tạo thành hình khối ngôi nhà, vào hình dạng mái và loại kết cấu bao che. Ví dụ với những nhà mái dốc: khi góc dốc rất nhỏ thì toàn bộ mái phía trớc chịu áp lực dơng, toàn bộ mái phía sau chịu áp lực âm. Trạng thái dòng thổi còn phụ thuộc vị trí tơng đối của ngôi nhà so với các công trình lân cận và cảnh quan khu vực (bờ ao, sờn dốc, núi đồi, thung lũng). Góc tới của dòng thổi có thể bị biến đổi và ảnh hởng tới cả định tính, định lợng của áp lực gió lên công trình. áp lực gió và phân bố tải trọng Tải trọng gió đợc phân loại và xác định tuỳ theo trạng thái dòng thổi tác động lên công trình. Với tờng và mái có độ dốc lớn, ở phía đón gió chịu tác dụng của áp lực trội ép vào bề mặt đón, các phần còn lại chịu áp lực hút. Giá trị của áp lực hút có thể bằng hoặc lớn hơn nhiều lần so với giá trị ép vào, đặc biệt là ở vùng biên tiếp giáp giữa mặt cản đón gió với vùng thoát gió (hoặc hút gió). Tại các vùng này, gió có thể đến từ mọi phía với thời gian và góc chuyên hớng bất kỳ tạo thành các dải cục bộ, đột biến rất lớn. áp lực trong tác dụng lên tất cả các tấm tờng và mái nh nhau. áp lực ngoài do gió tác động lên công trình bao gồm áp lực ép, hút vuông góc lên bề mặt và áp lực tiếp tuyến. Giá trị của áp lực tiếp tuyến phụ thuộc vào độ đậm đặc của mật độ không khí. Bề mặt càng gồ ghề , thô ráp thì lớp biên càng rối và ứng suất tiếp càng lớn. Trong khá nhiều trờng hợp ứng suất tiếp là không đáng kể, thờng đợc bỏ qua; nhng khi dùng tấm mái, tấm tờng bằng tôn múi tạo thành dạng mái gồ ghề hoặc khi ghép nhiều nhịp ( nhiều mái ) để tạo thành không gian lớn thì không thể bỏ qua. Tải trọng gió tác động lên công trình đợc xác định bằng tổng các tải trọng tác động lên tất cả các bề mặt của nó. Khi công trình đợc coi là hoàn toàn kín thì chỉ có gió mặt ngoài, khi công trình hở hoàn toàn thì chỉ có gió lên mái; còn khi công trình chỉ có hở một phần thì tỷ lệ giữa áp lực trong và áp lực ngoài cho toàn bộ sẽ giảm nhng sẽ làm tăng cục bộ ở 1 số bộ phận và nhanh chóng dẫn đến nguyên nhân phá hoại cục bộ công trình. Thông thờng, cá tác động này đợc phân tích theo các trục, Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 5 ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng các hớng và thông qua các thí nghiệm khí động học để xác định các hệ số, các tham số ảnh hởng tơng ứng với các hờng này. Dới tác dụng của tải trọng gió, các công trình cao, mềm, độ thanh mảnh lớn sẽ có dao động. Tuỳ theo hình dáng và phân bố độ cứng của công trình mà dao động này có thể theo phơng bất kỳ trong không gian, thông thờng chúng đợc phân tích thành hai phơng chính: Phơng dọc và phơng ngang luồng gió, trong đó dao động theo phơng dọc luồng gió là chủ yếu . Với các công trình thấp, dao động này là không đáng kể, nhng với các công trình cao khi dao động sẽ phát sinh lực quán tính làm tăng thêm tác dụng bình thờng của tải trọng gió. Nh vậy, tác dụng theo phơng luồng gió của tải trọng gió lên công trình cao bao gồm hai thành phần: thành phần tĩnh gây nên bởi áp lực gió lên công trình có bề mặt cản gió và thành phần động tạo thành bởi xung mạch động của tải trọng gió và lực quán tính sinh ra khi công trình có khối lợng và bị dao động do gió thổi . 2. Cấu trúc và các tham số đặc trng ảnh hởng đến tác dụng của tải trọng gió. 2.1. Cấu trúc: Gió đợc hình thành bởi hai yếu tố : + Sự chênh áp suất tạo nên sự chuyển động của luồng khí tạo thành gió Grandient. + Sự thay đổi địa hình bề mặt trái đất trên đờng đi của dòng khí ( độ cao, độ nhám ) làm thay đổi vận tốc, hớng gió . Hai yếu tố trên đây gây nên sự biến đổi liên tục vận tốc luồng gió theo không gian và thời gian nhng ở các mức độ khác nhau. Có thể coi vận tốc gió là tổng của hai thành phần: - Thành phần trung bình của vận tốc gió, chỉ phụ thuộc tọa độ không gian: V(x,y,z,t) - Thành phần xung của vận tốc gió, trị số phụ thuộc vào cả không gian và thời gian : V'(x,y,z) Nếu chỉ xét sự thay đổi không gian theo chiều cao công trình z, ta có : V(z,t) = V(z) + V'(z,t) (1.1) Khi đó, áp lực gió tác dụng lên công trình ở độ cao z : W(z,t) = W(z) + W'(z,t) (1.2) Trong đó : W(z,t) - áp lực do thành phần dọc của luồng gió gây ra W(z) - áp lực do thành phần trung bình V(z) gây ra W'(z,t) - áp lực do thành phần xung V'(z,t) gây ra. 2.2. Các tham số đặc trng ảnh hởng đến tác dụng của gió Tác dụng của gió lên công trình bị chi phối chủ yếu bởi vận tốc và hớng của nó; Vì vậy mọi tham số làm biến đổi hai yếu tố này sẽ làm ảnh hởng đến trị số và h- ớng của tác dụng. Các thông số ảnh hởng này có thể chia làm 3 nhóm chính sau đây : + Nhóm các thông số đặc trng cho tính ngẫu nhiên của tải trọng : vận tốc, độ cao, xung + Nhóm các thông số đặc trng cho địa hình : Độ nhám môi trờng mà gió đi qua (loại địa hình, mức độ che chắn). Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 6 ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng + Nhóm thông số đặc trng cho tính chất động lực của bản thân công trình : các yếu tố về chu kỳ, tần số của dao động riêng, khối lợng và cách phân bố khối lợng, dạng dao động, độ tắt dần của dao động, hình khối công trình và hình dạng bề mặt đón gió. 2.2.1. Vận tốc gió trung bình V(z) Vận tốc gió thay đổi theo độ cao lấy vận tốc và phụ thuộc thời gian lấy trung bình . Tuỳ theo độ nhậy của thiết bị đo và yêu cầu của việc thu nhận số liệu mà thời gian lấy trung bình vận tốc ở các tiêu chuẩn khác nhau cũng khác nhau. Với các công trình thấp, nặng nề thì thời gian lấy vận tốc có thể dài ( đủ để cơn gió bao trùm toàn bộ công trình); Nhng với công trình cao, mềm do chúng khá nhạy cảm, chỉ cần một khoảng thời gian rất ngắn, các cơn gió giật đã bao trùm và nhanh chóng vợt qua công trình nên thời gian lấy trung bình thờng ngắn. Bảng I.1. giới thiệu thời gian lấy trung bình vận tốc gió của một số tiêu chuẩn . Bảng I.1. Thời gian lấy vận tốc trung bình của một số Tiêu chuẩn thiết kế Số TT Tên tiêu chuẩn Nớc Thời gian lấy TB vận tốc(s) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 QP.01-61 TCVN 2737 - 78 TCVN 2737 - 90 TCVN 2737 - 95 CHu II- A-11-62 CHu II- 6-74 CHu II- 01- 07- 85 GBJ-9-87 AS1170.2-1983 AS1170.2-1989 BS6028-1988 ASCE7-88 Việt Nam - - - SNG - - Trung Quốc Australia Australia Anh Mỹ 3600 120 120 3 3600 120 600 600 3 3 3 3 2.2.2. Hệ số độ cao Do ảnh hởng độ nhám của bề mặt trái đất làm vận tốc gió bị thay đổi theo độ cao. Có thể biểu diễn quy luật thay đổi này dới dạng hàm logarit: V z = alogz + b (1.3) Hoặc dới dạng hàm mũ : Vz = Vo ( Zo Z ) m (1.4) Tiêu chuẩn của một số nớc nh Liên Xô, Trung Quốc, Anh, Mỹ, úc đều sử dụng hàm số mũ để biểu diễn quy luật thay đổi vận tốc gió theo độ cao. Các tiêu chuẩn của nớc ta TCVN 2737 : 1990, TCVN 2737 : 1995 cũng chọn quy luật này . Trong đó : Vz vận tốc gió trung bình ở độ cao z . a,b các hằng số, phụ thuộc độ gồ ghề của mặt đất và biến thiên nhiệt độ . Vo vận tốc gió trung bình ở độ cao z o - độ cao đặt máy đo vận tốc lấy số liệu, thông thờng chọn z o = 10 m. Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 7 ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng Z - độ cao xác định vận tốc gió Vz m hệ số, xác định từ số liệu đo đạc vận tốc gió ở lớp biên, m phụ thuộc dạng địa hình, cấu trúc khí quyển, nhiệt độ và thời gian lấy trung bình vận tốc gió. Gọi Z g là độ cao mà tại đó vận tốc gió không còn chịu ảnh hởng của mặt đệm; ở các địa hình khác nhau, giá trị Z g sẽ khác nhau . Vận tốc gió ở độ cao z có thể biểu diễn theo luật hàm số mũ: V z = V g ( Zg Z ) m (1.5) Trong đó : V g V z vận tốc gió ở độ cao gradien và độ cao z m hệ số ( nh đã nói trên ). Để xác định đợc V z cần phải biết 3 tham số m, Z g và V g . Các tham số này đều phải xác định bằng thực nghiệm trên hệ thống tháp đo gió chuẩn và xử lý kết quả đo theo thống kê. ở nớc ta, cha đủ các số liệu này, do vậy phải sử dụng kết quả nghiên cứu của nớc ngoài ( TCVN 2737 : 1995 chọn các giá trị Z g và m của tiêu chuẩn úc AS 1170.2 để sử dụng, còn V g đợc tính thông qua V 10 với thời gian lấy TB liệu là 3s ) Gía trị Zg và m của một số tiêu chuần cho theo bảng I.2 sau đây . Bảng I.2 . Chiều cao gradien Zg; số mũ m và thời gian lấy trung bình vận tốc gió của một số Tiêu chuẩn thiết kế Số TT Tiêu chuẩn z g (m) Số mũ m Th. Gian lấy TB (giây) A B C A B C 1 CHu II- 01- 07- 85 300 350 480 0,15 0,21 0,25 600 2 GBJ 9-87 300 350 400 0,12 0,16 0,20 600 3 Carton (Anh) 250 300 400 0,08 0,085 0,09 3 - 250 300 400 0,09 0,095 0,1 5 - 250 300 400 0,10 0,105 0,11 15 - 250 300 400 0,14 0,17 0,22 3600 4 AS1170.2-1983 250 300 400 0,07 0,09 0,14 3 - 250 300 400 0,11 0,15 0,25 3600 5 TCVN 2737 90 250 300 400 0,107 0,127 0,184 120 TCVN 2737 95 250 300 400 0,07 0,09 0,14 3 ** Cách thành lập hệ số độ cao ( hệ số địa hình ) : áp dụng công thức dùng hàm số mũ để tính vận tốc gió; Lấy vận tốc gió V 10 (tơng ứng với độ cao z = 10m ) ở địa hình B làm chuẩn ( giá trị có thể đo đợc thông qua các máy đo ); cần tính vận tốc gió V g tại độ cao gradien z g = 300 m (ứng với địa hình B ): 10 09,0 10 .358,1) 10 300 ( VVV B g == (1.6) Mặt khác áp lực gió đợc xác định theo công thức : 2 1010 .0613,0 VW = (1.7) Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 8 ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng 2 .0613,0 z VWz = (1.8) Từ đó suy ra công thức xác định hệ số độ cao : 2 1010 == V V W W K zz z (1.9) Với z= z g ta có : K zg = 2 10 V V g (1.10) Kết hợp với (2.30) ta có : 844,1.358,1 2 == B zg K Từ các công thức trên, rút ra công thức để xác định hệ số độ cao ứng với các dạng địa hình khác nhau ( ký hiệu là t ) là : 22 10 2 10 . = = t zg t z t zg t z t z V V V V V V K (1.11) Tại z=z g có t zg C zg B zg A zg VVVW === Vì vậy : 844,1 2 10 2 10 = = V V V V B zg t zg (1.12) Lại có theo (2.29) m g zg t z Z Z VV = (1.13) Thay vào biểu thức t z K ta có : tt m t g m t g zg zgzg t z t z Z Z Z Z V VV V K 2 2 2 .844,1 1 844,1.844,1 = = = (1.14) Với t = A; B; C Sau khi chọn độ cao gradien Z g và hệ số m t , lập đợc bảng hệ số độ cao tơng ứng với từng loại địa hình ( xem ở phần 3.1 sau đây ) 2.2.3. Hệ số xung áp lực động (mạch động): Nhằm kể đến ảnh hởng của việc thay đổi vận tốc gió theo thời gian đến phản ứng của công trình . Mức độ ảnh hởng của thành phần xung dọc theo luồng gió đợc đặc trng bởi cờng độ dòng rối : ( ) ( ) ( ) zV Z zV ' = (1.15) Trong đó : ( ) Z - Cờng độ dòng rối ( ) Z V . ' - Trung bình bình phơng thành phần xung dọc vận tốc gió ở độ cao z V(z) Vận tốc trung bình của luồng gió ở độ cao z. áp lực gió trung bình ở độ cao z là : ( ) ( ) ),)(), tzQzQtzQ += (1.16) Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 9 ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng Trong đó: Q(z,t)- áp lực do thành phần dọc luồng gió . Q(z) - áp lực do thành phần trung bình của vận tốc gió . Q(z) = 0,0613V(z) (1.17) Q(z,t) - áp lực do thành phần xung của vận tốc gió ở cùng độ cao , đợc xác định theo công thức : ( ) ( ) ( ) zV tzV zQtzQ ),(' 2,' = (1.18) Thành phần xung của vận tốc gió V(z,t) bằng tích của 1 hàm ngẫu nhiên theo thời gian và 1 hàm của tọa độ z: ( ) ( ) ( ) ttzV zV .,' ' = (1.19) Trong đó trung bình bình phơng của hàm thời gian ( ) t bằng 1 ; nghĩa là 1= Từ đó suy ra : ( ) ( ) ( ) ( ) tQQ zztz 2' , = (1.20) Với phổ năng lợng Davenport, cờng độ dòng rối xác định theo công thức : ( ) ( ) ( ) t m t z rz = 10 45,2 2 1 (1.21) Trong đó: t Dạng địa hình A,B,C t r - Độ nhám của mặt đệm Z - độ cao tính toán t m - Hệ số thực nghiệm ( đã nói ở các phần trên ) Hệ số xung áp lực động t xác định trên cơ sở của cờng độ dòng rối ( ) z t , CHu II- 6- 74 và TCVN 2737 : 95 xác định t theo công thức: ( ) z tct 2 = (1.22) Trong đó : ( ) z t - Cờng độ dòng rối c - Hệ số an toàn t Dạng địa hình A,B,C Dựa vào các số liệu thực nghiệm ngời ta đã xây dựng đồ thị quan hệ phụ thuộc giữa hệ số xung áp lực động và thời gian lấy trung bình vận tốc gió ; nếu thời gian lấy trung bình càng nhỏ thì hệ số an toàn c cũng càng nhỏ . TCVN 2737 : 95 lấy thời gian trung bình 3 giây, c = 1,395 ; 002,0= A r ; 005,0= B r ; 01,0= C r ; và ta có : 07,0 10 303,0 = z A 09,0 10 486,0 = z B (1.23) Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 10 [...]... L) Nhà khung thép Nhà khung chịu lực Nhà BTCT bình thờng Công trình cao tầng Trang 25 ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng T1 = ( 0,08 ữ 0,1) n T1 = ( 0,06 ữ 0,08) n T1 = ( 0,04 ữ 0,05) n Kết cấu khung Kết cấu khung Vách Kết cấu vách cứng Ghi chú : H_ Chiều cao của nhà , L Chiều rộng nhà, nhịp, n- số tầng nhà Trung quốc Triệu Tây An - Chấp nhận dạng của. .. Mj.i.i(y).yji Dao động 1 riêng thứ i Hệ số i = Hệ số i(y) = Klg Mj xj1 yj1 thứ j Wpj1(yx) Học viên: Lơng Xuân Việt Wpj1(yy) s xj1 Trang 34 ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng 1 2 K r 5 Nội lực của kết cấu do tải trọng gió 5.1 Khi công trình có f1 fL Nội lực trong kết cấu đợc xác định với tải trọng tổng cộng của 2 thành phần tĩnh (Wt) và động (Wp) Cụ thể... 1) Nội lực trong kết cấu đợc xác định riêng rẽ cho thành phần tĩnh và động của tải trọng gió Đối với thành phần động lại đợc xác định riêng rẽ với tải ở từng dạng dao động (i=1, 2, s) Nội lực cuối cùng do tải trọng gió đợc xác định theo công thức: N w = Nt Học viên: Lơng Xuân Việt s N i =1 2 pi (3.6) Trang 35 ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng trong đó :... công trình có độ cứng khá lớn, tần số dao động riêng đầu tiên f 1 > fL thì thành phần động chỉ là sự tăng thêm của thành phần tĩnh do kể đến sự mạch Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 18 ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng động của tải trọng gió thông qua hệ số mạch động Trên mỗi phần chia thứ k của công trình, thành phần động xác định theo công thức : W pk =... thành phần tĩnh WTk + Sự mạch động của tải trọng gió, ảnh hởng tơng quan không gian của các phần đối với phần động của tải trọng gió lên phần thứ k đã đợc kể đến thông qua hệ số i Khi tính hệ số này cần lu ý rằng : Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 22 ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng * Lấy dấu bản thân của yij trong các số hạng ở tử số * Biểu thức ở tử... động ở dạng dao động thứ j gây ra Công thức này thành lập trên cơ sở lý thuyết thống kê; Vì vậy, khi sử dụng cần lu ý rằng số hạng thứ 2 lấy cùng dấu với số hạng thứ nhất Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 26 ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng Chơng III: nguyên lý tính toán và một số giải pháp kết cấu nhà cao tầng chịu tác dụng Của tải trọng gió 1 Các phơng... 27 ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng - Theo sơ đồ hỗn hợp khung giằng : Kết cấu chịu lực tạo thành từ hệ các khung cứng và các vách, lõi cứng ở sơ đồ này, các cấu kiện thẳng đứng chịu lực có biến dạng không đồng điệu, bài toán sẽ phức tạp lên nhiều 2 Một số giải pháp kết cấu nhà cao tầng: a) b) c) g) e) d) f) z) i) Học viên: Lơng Xuân Việt k) Trang 28 ảnh. .. đón gió không đổi, có thể xác định thành phần động theo luật phân bố trên chiều cao : W pk = wTk k daN/m cao (2.6) Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 20 ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng - Với công trình có hữu hạn n bậc tự do, khối lợng phân bố bất kỳ, tần số dao động riêng f1 < f2 < < fs < fL < fs+1 ( kể cả khi f1 < fL < f2 ) thì phải xét đến s dạng dao động. .. đệm r, độ giảm rung kết cấu , tần số dao động riêng thứ nhất f1 , tơng quan không gian v, hệ số Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 12 ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng xung áp lực gió Lh , kích thớc mặt đón gió b, h, vận tốc gió trung bình V z và 1 hệ số khác 3.2 Tiêu chuẩn Anh BS 6028 - 1988 - Điều kiện tính toán động lực : Khi tần số dao động riêng f1 < 1... lực gió theo chiều cao z - Nh vậy, giá trị thành phần động của tải trọng gió phụ thuộc vào hệ số động lực ,hệ số mạch động v, hệ số tơng quan không gian và hệ số độ cao à z z 3.5 Tiêu chuẩn Liên Xô cũ CHu II- 07- 85 - Điều kiện tính toán động lực : chia làm 3 trờng hợp + Khi tần số dao động riêng f1 > f Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 14 ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió . ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng Mục lục Phần mở đầu 4 Chơng I Tổng quan về tải trọng gió và phơng pháp xác định tác động của tải trọng gió lên. phần động chỉ là sự tăng thêm của thành phần tĩnh do kể đến sự mạch Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 18 ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng động của tải. Lơng Xuân Việt Trang 3 ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng Khi không đổi chiều cao nhà mà chỉ thay đổi chiều cao tầng (để số lợng tầng tăng hoặc giảm). Khi