Đang tải... (xem toàn văn)
1. MỞ ĐẦU Các đặc trưng của gió cần biết khi thiết kế nhà cao tầng: • Đầu vào về vận tốcáp lực gió (mean) ở cao trình chuẩn 10m, profile gió (sự thay đổi vận tốc (mean) hay áp lực gió (mean) theo chiều cao), hệ số vượt tải, chu kỳ lặp • Giật và nhiễu động của gió • Hiện tượng gió xoắn và rung lắc vuông góc với luồng gió thổi (vortexshedding phenomenon) • Bản chất động học tương tác giữa gió và kết cấu • Tác động của gió lên kết cấu bao che (vách kích) • Tính toán gió theo TIÊU CHUẨN như thế nào? • Thí nghiệm trong ống thổi khí động • Tiện nghi đối với người sử dụng • Đo gió ở hiện trường, ngay chính trên các nhà cao tầng • So sánh giữa Tiêu chuẩn và thí nghiệm trong ống thổi Báo cáo này chỉ tập trung vào các vấn đề sau: • Đầu vào về vận tốc gió, hệ số vượt tải, chu kỳ lặp xác định như thế nào trong thiết kế nhà cao tầng • Phương pháp hệ số gió giật GLF của Davenport (1967) • Phương pháp GLF sử dụng trong các tiêu chuẩn Mỹ và châu Âu • Tiêu chuản Nga SNiP 2.01.0785 (2011) • Kiến nghị cho TCVN 2. ĐẦU VÀO VẬN TỐC GIÓ Tiêu chuẩn các nước trên thế giới đều xác định đầu vào khi tính tải trọng gió là: • Vận tốc cơ sở (tiếng Anh là basic wind speed), hay áp lực gió trung bình trong khoảng thời gian 3s, 10 phút (600s) hay 1h (3600s), tại độ cao 10 m, địa hình tương đương dạng B của TCVN 2737:1995, chu kỳ lặp 5, 10, 20, 30, 50, 100 năm (thông thường là 50 năm). • TCVN 2737:1990: vận tốc gió 2 phút, chu kỳ lặp 20 năm, địa hình dạng B • TCVN 2737:1995: vận tốc gió 3s, chu kỳ lặp 20 năm, địa hình dạng B
Phương pháp hệ số gió giật G tải trọng gió tác dụng lên nhà cao tầng TS Nguyễn Đại Minh (IBST) Hội thảo Hội Kết cấu xây dựng, Hà Nội 9-2011 1 MỞ ĐẦU Các đặc trưng gió cần biết thiết kế nhà cao tầng: • Đầu vào vận tốc/áp lực gió (mean) cao trình chuẩn 10m, profile gió (sự thay đổi vận tốc (mean) hay áp lực gió (mean) theo chiều cao), hệ số vượt tải, chu kỳ lặp • Giật nhiễu động gió • Hiện tượng gió xoắn rung lắc vuông góc với luồng gió thổi (vortex-shedding phenomenon) • Bản chất động học tương tác gió kết cấu • Tác động gió lên kết cấu bao che (vách kích) • Tính toán gió theo TIÊU CHUẨN nào? • Thí nghiệm ống thổi khí động • Tiện nghi người sử dụng • Đo gió trường, nhà cao tầng • So sánh Tiêu chuẩn thí nghiệm ống thổi Báo cáo tập trung vào vấn đề sau: • Đầu vào vận tốc gió, hệ số vượt tải, chu kỳ lặp xác định thiết kế nhà cao tầng • Phương pháp hệ số gió giật GLF Davenport (1967) • Phương pháp GLF sử dụng tiêu chuẩn Mỹ châu Âu • Tiêu chuản Nga SNiP 2.01.07-85* (2011) • Kiến nghị cho TCVN ĐẦU VÀO VẬN TỐC GIÓ Tiêu chuẩn nước giới xác định đầu vào tính tải trọng gió là: • Vận tốc sở (tiếng Anh basic wind speed), hay áp lực gió trung bình khoảng thời gian 3s, 10 phút (600s) hay 1h (3600s), độ cao 10 m, địa hình tương đương dạng B TCVN 2737:1995, chu kỳ lặp 5, 10, 20, 30, 50, 100 năm (thông thường 50 năm) • TCVN 2737:1990: vận tốc gió phút, chu kỳ lặp 20 năm, địa hình dạng B • TCVN 2737:1995: vận tốc gió 3s, chu kỳ lặp 20 năm, địa hình dạng B • SNiP 2.01.07-85 (cũ): vận tốc gió phút, chu kỳ lặp năm, địa hình dạng A (của Nga) • SNiP 2.01.07-85*: vận tốc gió 10 phút (chuyển từ phút sang 10 phút, người Nga không lập lại đồ gió mà sử dụng hệ số chuyển đổi 0.91), chu kỳ lặp năm, địa hình dạng A (của Nga) • SNiP 2.01.07-85* (2011): vận tốc gió 10 phút, chu kỳ lặp 50 năm (thực chất năm => 50 năm), địa hình dạng A (của Nga) • Tiêu chuẩn Mỹ ASCE 7-05: vận tốc gió 3s, chu kỳ lặp 50 năm, địa hình dạng C (theo Mỹ) • Tiêu chuẩn EN 1991-1-4:2005: vận tốc gió 10 phút, chu kỳ lặp 50 năm, địa hình dạng II • BS 6399: Part 2:1997, vận tốc gió 1h, kỳ lặp 50 năm, địa hình nông thôn mở đặc trưng Anh 1) So sánh dạng địa hình TCVN 2737:1995 SNiP 2.01.07-85* (hoặc STO) Dạng địa hình theo TCVN 2737:1995 Dạng địa hình theo SNiP 2.01.07-85* Dạng địa hình theo ASCE 7-05 (b) Ghi chú: A Thoáng H 600 m Khoảng thay đổi vận tốc gió trung bình thay đổi giật Bản chất phương pháp hệ số G từ bày toán động-ngẫu nhiên, đưa toán tĩnh tương đương 19 T – observe interval Thời gian quan trắc (kéo dài bão) Xung hay giật/động Or pulse Mean hay trung bình Dưới tác động luồng gió phản ứng kết cấu Đưa phương pháp tĩnh tương đương để áp dụng thực hành thiết kế 20 10 Square Root of Sum of Square Roots Phản ứng cộng hưởng kết cấu Gốc Phổ kích động gió Thành phần gốc cộng hưởng tham gia vào phổ phản ứng 47 Tránh tích phân phương trình (5), phần cộng hưởng lấy xấp xỉ hiệu ứng tiếng ồn trắng (the well-known white noise approximation (xem Simiu and Scanlan)): Tổng phản ứng max hệ = phản ứng mean (thành phần tĩnh) +- phản ứng max phần xung lấy SRSS phần gốc (background) phần cộng hưởng (resonance), sau: f1 – tần số dao động riêng kết cấu, T = 3600 s (thời gian kéo dài kích động) Phổ SP(f) xác định xác ống thổi khí động Các công thức sử dụng ASCE 7-05 48 24 Tiền định Thống kê background resonance Davenport ASCE 7-2005 49 Tính gió theo ASCE 7-2005 Đầu vào: gió 3s, độ cao 10m, địa hình dạng C (tương đương B Việt Nam), chu kỳ lặp 50 năm Phương pháp tính: Phương pháp – quy trình đơn giản (simplified procedure) Phương pháp – quy trình phân tích (giải tích) (analytical procedure) Phương pháp - ống thổi khí động (wind tunnel procedure) Kết cấu: bao che, kết cấu chịu lực Ở chủ yếu trình bày phương pháp 2, hay sử dụng cho nhà cao tầng 50 25 Áp lực gió lên kết cấu chính: Kết cấu cứng (T11s): Trong đó: q = qz – áp lực gió cao trình z mặt đấy, q = qh – mặt hút qi = áp lực gió bên (gió âm) (GCpi) – giá trị tả bảng tích hệ số G hệ số khí động C G = 0.85 (hệ số giật kết cấu cứng) Gf = tính toán phụ thuộc vào chu kỳ T1 hay tần số riêng n1 kết cấu 51 Chủ yếu: phải xác định q, G Gf TRONG ETABS SAP200: phải tự tính G hay Gf input vào chương trình Địa hình dạng B: thành thị hay ngoại ô Địa hình dạng C: nông thôn (mở) phẳng Địa hình dạng D: phẳng, thoáng, mặt hồ, biển vùng có bão v.v I = 0.87 (0.77), 1.0, 1.15 LF = 1.6 Kd – directional factor = 0.85 52 26 • Hệ kết cấu cứng (T1 < 1s): G = 0.85 Hoặc tính theo công thức sau: đó: phần gốc Q tính bằng: gQ = gv = 3.4 • Hệ kết cấu mềm (T1 > 1.0s): đó: T = 3600 s, n1 = 1/T1 53 phần cộng hưởng – resonance R: 1% - kết cấu thép, 2% - kết cấu BTCT =0.6h V – vận tốc sở 3s G = 0.85 -1.05 (đối với kết cấu bê tông cốt thép với hệ số cản nhớt = 2%) 54 27 Gust factor G 55 Hệ số khí động theo ASCE 7-05 56 28 Dạng địa hình theo ASCE 702 57 Gust factor G Quan hệ nhà cao tầng G 1.1 1.05 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 Số tầng nhà cao tầng Như theo ASCE đầu vào gió giật 3s hiệu ứng xung (động) xấp xỉ nhà 50-60 tầng bê tông cốt thép 58 29 Nhà kết cấu thép: damping = 1% ASCE 7-05 example 59 Tiêu chuản Nga SNiP 2.01.07-85* 60 30 (1) TC Nga trước năm 2000 61 background Nguồn Popov (2000) Tuy nhiên Nga lấy SSRS cho phần cộng hưởng dạng dao động 62 31 Nguồn Popov (2000) Hệ số ζ tiếng Anh gust – giật/xung 63 (2) TC Nga năm 2011, chỉnh lại xét đến dạng dao đạo 64 32 Phân bố gió theo chiều cao Nga (2011) lấy giống Eurocode 65 Số liệu số liệu chu kỳ năm quan trắc ! Hệ số 0,43 (11.3) hệ số chuyển đổi từ 50 năm xuống năm 66 33 Không có thành phần resonance (động kết cấu), có xung hay background gió Của ta đầu vào có giật (gió s) 67 Kể đến resonance (động gió) hệ số ξ (hệ số không phụ thuộc vào giá trị z giống G Mỹ) + background qua hệ số ζ(ze) (như hệ số không phụ thuộc vào z giống Mỹ) hệ số ν (hệ số tương quan hay size reduction effect) 68 34 69 Hệ số tương quan: tải trọng gió diện lớn phải có giảm tải cho thành phần xung động 70 35 Giới hạn tần số cũ Hầu trường hợp f2