tóm tắt nghiên cứu giải pháp giảm áp lực gió lên mái dốc nhà thấp tầng bằng thực nghiệm trong ống thổi khí động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG VIỆN KHOA HỌC CƠNG NGHỆ XÂY DỰNG NGUYỄN HỒI NAM NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIẢM ÁP LỰC GIÓ LÊN MÁI DỐC NHÀ THẤP TẦNG BẰNG THỰC NGHIỆM TRONG ỐNG THỔI KHÍ ĐỘNG TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chuyên ngành:Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng Cơng nghiệp Mã số: 62.58 02.08 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN VÕ THÔNG TS NGUYỄN HỒNG HÀ HÀ NỘI – 2014 Cơng trình hồn thành Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Việt Nam Người hướ ng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Võ Thông TS Nguyễn Hồng Hà Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện họp Phòng họp – Viện KHCN Xây dựng, Trần Cung, Nghĩa Tân, Cầu Giấy, Hà Nội Vào hồi…….giờ…….ngày…….tháng……năm 2014 Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc Gia Việt Nam Thư viện Viện KHCN Xây dựng DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Nguyễn Võ Thơng, Nguyễn Hồi Nam (2012 ), “Nghiên cứu tác động gió lên mái cơng trình thấp tầng thí nghiệm mơ hình ống thổi khí động”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, số (161), năm thứ 40, ISSN 1859-1566, tr 13-18 Nguyễn Võ Thơng, Nguyễn Hồi Nam (2012) “Một số kết thí nghiệm chắn dạng conson mái dốc nhà thấp tầng ống thổi khí động”, Hội nghị học toàn quốc lần thứ IX ,Hà Nội, 8-9/12 ISBN 978-604-911-432-8 Tập 2, phần II, tr 1030-1038 Nguyễn Võ Thơng, Nguyễn Hồi Nam (2012 ) “Xây dựng sở lý thuyết thí nghiệm mơ hình ống thổi khí động phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam”, Hội nghị học toàn quốc lần thứ IX ,Hà Nội, 8-9/12 ISBN 978-604911-432-8 Tập 2, phần II, tr 1039-1046 Nguyễn Hồi Nam, Nguyễn Võ Thơng (2013 ) “Biện pháp chống tốc mái giảm áp lực gió lên mái nhà thấp tầng ”, Tạp chí Xây dựng, năm thứ 52, ISSN 0866-0762, tr 80-82 Nguyễn Hoài Nam, Nguyễn Võ Thông (2013) “Nghiên cứu thực nghiệm sử dụng chắn ngang cơng trình thực để chống tốc cho mái mềm có độ dốc”, Đã chấp nhận đăng Tuyển tập Hội nghị Khoa học toàn quốc Cơ học Vật rắn biến dạng lần thứ XI - Thành phố Hồ Chí Minh, 7-9/11/2013 PHẦN MỞ ĐẦU Hàng năm, gió bão, lốc gây tổn thất to lớn kinh tế tính mạng người Đặc biệt vùng ven biển miền Trung, điều kiện kinh tế đa số người dân nơng thơn khu vực cịn nghèo, nên phần lớn cơng trình nhà thấp tầng (thậm chí nhà tầng) thường xây dựng t heo phương pháp truyền thống Cấu trúc nhà thường xây gạch, mái lợp ngói , tôn fibroxi măng; kết cấu mái nhẹ dạng cơng trình thường tính tốn cụ thể chi tiết liên kết Theo thống kê thiệt hại gió bão gây cho cơng trình nhà thấp tầng mái lợp vật liệu nhẹ phận kết cấu mái thường bị hư hại nhiều Từ lý đề tài lựa chọn “Nghiên cứu giải pháp giảm áp lực gió lên mái dốc nhà thấp tầng thực ngh iệm ống thổi khí động” Mục đích nghiên cứu luận án - Thiết lập quy trình thí nghiệm mơ hình nghiên cứu áp lực gió lên cơng trình thấp tầng ống thổi khí động - Đề xuất bổ sung giải pháp dùng hướng gió ngang để chủ động giảm áp lực gió tác động lên mái làm vật liệu nhẹ có độ dốc nhà thấp tầng - Đánh giá hiệu việc sử dụng hướng gió ứng với trường hợp thay đổi độ cao đặt chắn khác nhau, từ kiến nghị chiều cao đặt chắn hiệu - So sánh kết nghiên cứu với quy định liên quan đến hệ số áp lực gió cho mái dốc tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 đề xuất kiến nghị sử dụng giải pháp hướng gió ngang mái làm vật liệu nhẹ có độ dốc nhà thấp tầng để chủ động giảm áp lực gió t ác động lên kết cấu mái xây dựng khu vực thường xuyên có gió bão Đối tượng nghiên cứu Tấm hướng gió đặt theo phương ngang có mặt phẳng song song với mặt phẳng mái (sau gọi tắt chắn ngang) bố trí mái làm vật liệu nhẹ có độ dốc cơng trình nhà thấp tầng tác dụng gió, bão Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan biện pháp chống tốc mái cho công trình thấp tầng, mái làm vật liệu nhẹ có độ dốc xây dựng vùng thường xuyên có gió bão; - Nghiên cứu ứng dụng giải pháp chắn ngang điều chỉnh hướng gió để chủ động giảm áp lực bất lợi lên mái làm vật liệu nhẹ có độ dốc cơng trình thấp tầng xây dựng vùng chịu ảnh hưởng gió, bão; - Nghiên cứu sở lý thuyết thí nghiệm áp lực gió lên mái cơng trình thấp tầng thí nghiệm mơ hình ống thổi khí động; - Nghiên cứu đánh giá hiệu giải pháp ứng dụng chắn ngang mái dốc công trình thực; - Xây dựng quy trình thí nghiệm nghiên cứu áp lực gió lên mái làm vật liệu nhẹ có độ dốc nhà tầng xây dựng vùng thường xuyên có gió, bão Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thí nghiệm mơ hình thu nhỏ ống thổi khí động Viện Khoa học Cơng nghệ xây dựng - Phương pháp thí nghiệm ứng dụng mơ hình thực ngồi trường Phạm vi nghiên cứu - Nhà thấp tầng sử dụng mái làm vật liệu nhẹ có độ dốc từ 0÷300 - Tấm hướng gió đặt theo phương ngang Những đóng góp luận án - Hệ thống hóa sở lý luận phương pháp để xác định thông số liên quan đến áp lực gió kết cấu mái nhà thấp tầng phù hợp với điều kiện Việt Nam - Thiết lập quy trình thí nghiệm mơ hình nghiên cứu áp lực gió lên cơng trình thấp tầng ống thổi khí động phù hợp với điều kiện Việt Nam - Đưa giải pháp để chủ động giảm áp lực gió tác động lên mái làm vật liệu nhẹ có độ dốc nhà thấp tầng xây dựng vùng chịu ảnh hưởng gió bão chắn ngang bố trí chu vi diềm mái Cấu trúc luận án Ngoài Phần mở đầu Kết luận, luận án gồm 136 trang bố cục chương: Chương 1:Tổng quan tác động gió giải pháp giảm áp lực gió lên mái dốc nhà thấp tầng (28 trang) ; Chương 2: Cơ sở lý thuyết thí nghiệm mơ hình ống thổi khí động (28 trang); Chương 3: Nghiên cứu đề xuất sử dụng chắn ngang mái dốc nhà thấp tầng thí nghiệm mơ hình ống thổi khí động (65 trang); Chương 4: Thí nghiệm ứng dụng chắn ngang mái dốc cơng trình thực (15 trang) Phần tài liệu tham khảo giới thiệu 83 tài liệu (Tiếng Việt: 15; tiếng Anh: 59; trang web: 9) CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TÁC ĐỘNG CỦA GIÓ VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM ÁP LỰC GIÓ LÊN MÁI DỐC NHÀ THẤP TẦNG 1.1 Đặt vấn đề Phần lớn thiệt hại cho công trình xây dựng gió bão gây thường tập trung vào dạng cơng trình thấp tầng, cơng trình thiết kế, xây dựng khơng tn thủ quy định tiêu chuẩn Trong phận nhà phận kết cấu mái thường bị hư hỏng nhiều nê n cần có giải pháp đơn giản, rẻ tiền giảm áp lực gió lên mái trình thấp tầng dạng 1.2 Tác động gió nhà thấp tầng 1.2.1 Khái niệm chung nhà cao tầng, thấp tầng Theo Uỷ ban Nhà cao tầng Quốc tế theo TCXDVN 194:2006 cơng trình xây dựng nhà có số tầng nhỏ coi nhà thấp tầng 1.2.2 Tác động gió lên nhà thấp tầng Tác động tải trọng gió lên cơng trình có đặc trưng phức tạp Các nguồn gây biến động áp lực/lực gió bao gồm: (1) Khi kích thước vật thể nhỏ so với chiều dài rối thay đổi áp lực/lực gió có xu hướng tuân theo qui luật thay đổi vận tốc gió Trong trường hợp này, giả thiết “gần đều” thường chấp nhận áp dụng cho nhà thấp tầng sử dụng tiêu chuẩn tải t rọng gió nước; (2) Dịng khơng ổn định thân vật thể gây kèm theo tượng tách dòng, dòng đập lại vào bề mặt vật thể, hay hình thành dịng xốy; (3) Các lực biến động dịch chuyển thân cơng trình Các nghiên cứu ảnh hưởng dịch chuyển cơng trình đến áp lực gió chủ yếu ứng với cơng trình cao, kết cấu mềm, nhạy cảm với dao động 1.2.3 Các phương pháp nghiên cứu tác động gió lên cơng trình thấp tầng 1.2.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Phương pháp tính; Phương pháp số 1.2.3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm a Nghiên cứu thực nghiệm cơng trình thực Nghiên cứu tác động gió lên tường mái cơng trình cơng trình thực "Aylesbury experimental building" nh óm tác giả Eaton, K J Mayne J.R (1975) Nghiên cứu tìm hiểu chế dịng chảy xốy hình nón, hiệu ứng gần góc, diềm mái lực hút bề mặt mái nhóm tác giả Wu, Fuqiang (2000) Thí nghiệm nhà cơng nghiệp để so sánh ảnh hưởng diềm mái cong diềm mái thẳng thông thường đến áp lực gió lên mái cơng trình tác giả A.P Robertson (1991) b Nghiên cứu thực nghiệm mơ hình ống thổi khí động Trên giới có nhiều thí nghiệm cho cơng trình xây dựng ( kể thấp tầng, cao tầng hay dạng cơng trình khác) thực phịng thí nghiệm Ở Việt Nam có số thí nghiệm mơ hình ống thổi khí động như: Đề tài “Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật phòng chống bão lụt cho nhà cơng trình xây dựng”; Đề tài “Xác định hệ số khí động cho số dạng nhà cơng nghiệp thấp tầng thí nghiệm ống thổi khí động”; Hay đề tài “Nghiên cứu giải pháp thiết kế xây dựng nhà vùng gió bão” 1.3 Một số giải pháp hạn chế tác động áp lực gió mái nhà thấp tầng 1.3.1 Những vị trí mái chịu ảnh hưởng áp lực gió hút lớn Theo tiêu chuẩn vị trí xung quanh chu vi diềm mái , dọc theo mái vị trí có áp lực hút lớn 1.3.2 Một số giải pháp hạn chế tác hại gió đối mái nhà thấp tầng Việt Nam Trong thời gian qua, có số tác giả nước nghiên cứu vấn đề như: N.T Cường, N X Chính, T Chủng, C D Tiến nhiều thành viên khác (1991) Đề tài nghiên cứu đề xuất giải pháp kỹ thuật thích hợp phịng chống bão lũ cho nhà cơng trình xây dựng tỉnh miền trung; Trịnh Thành Huy (1997) biên dịch từ “The ABC of Cyclone Rehabilitation” tác giả Kevin J Macks thành “Hướng dẫn kỹ thuật xây dựng nhà vùng bão lũ”; N X Chính, N Đ Minh nhiều người khác (2007) Đề tài nghiên cứu đưa hướng dẫn kỹ thuật xây dựng công tác phòng giảm thiểu thiệt hại cho nhà chịu gió bão Miền trung Các giải pháp chia làm hai nhóm giải pháp là: - Nhóm sử dụng giải pháp mang tính chất gia cường nhằm hạn chế khả hư hỏng cơng trình (chống tốc mái, bung tường…bằng bao tải cát, phên nứa, giằng néo, hay xây hàng gạch mái…) - Nhóm sử dụng giải pháp nhằm chủ động làm chắn gió lực gió lên kết cấu cơng trình (Lựa chọn vị trí, giải pháp kiến trúc, giải pháp kết cấu) 1.3.3 Một số giải pháp chủ động giảm áp lực gió lên mái nhà thấp tầng giới Trên giới có nhiều nghiên cứu đưa biện pháp chủ động chắn gió lực gió tác động lên mái bằng bê tông cốt thép : Nghiên cứu A Baskaran, T Stathopoulos (1988); J.X Lin, D Surry (1993, 1995); D Banks (2000), F Wu (2000); S.Pindado, J Meseguer(2003); Kopp, G.A., Surry, D and Mans,(2005) Các nghiên cứu nà y tập trung vào việc đưa thêm tường chắn tường chắn đặc, tường chắn có lỗ rỗng, tường chắn hở góc, hướng gió nằm ngang lên mái kết cho thấy số loại tường chắn làm giảm áp lực hút cục bộ, áp lực trung bình tồn mái so với trường hợp khơng có chắn Qua phần trình bày trên, thấy: - Để hạn chế tác hại gió gây nhà, cần áp dụng đồng giải pháp thích hợp lựa chọn địa điểm, vật liệu, kiến trúc, kết cấu, tài liệu đưa biện pháp phịng, chống tốc mái cho cơng trình nhà tầng mái làm vật liệu nhẹ có độ dốc xây dựng vùng có gió bão Tuy nhiên chưa có biện pháp làm giảm áp lực gió lên mái - Các nghiên cứu nước ngồi đưa loại chắn có hiệu việc giảm áp lực gió lên mái cơng trình thấp có hướng gió ngang Tuy nhiên nghiên cứu áp dụng cho mái bằng bê tông cốt thép nhà thấp tầng; Hiện chưa có nghiên cứu sử dụng dạng hướng g ió ngang cơng trình mái làm vật liệu nhẹ có độ dốc cho nhà thấp tầng CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH TRONG ỐNG THỔI KHÍ ĐỘNG 2.1 Giới thiệu số phịng thí nghiệm gió giới Việt Nam Trên giới Việt Nam có r ất nhiều phịng thí nghiệm gió, phục vụ cho việc nghiên cứu tác động gió lên cơng trình nghiên cứu khác 2.2 Những yêu cầu ống thổi khí động thí nghiệm mơ hình thu nhỏ Phải mơ thay đổi vận tốc trung bình theo chiều cao, ứng với dạng địa hình mà cơng trình thực xây dựng; Phải mô gần thành phần rối theo phương dịng gió, phương ngang phương đứng tỉ lệ chiều dài rối; Sự biến đổi áp suất theo chiều dài đoạn thí nghiệm phải nhỏ để khơng ảnh hưởng đến kết thí nghiệm 2.3 Cơ sở lý thuyết thí nghiệm mơ hình 2.3.1 Mục đích thí nghiệm mơ hình ống thổi khí động Xác định tải trọng tác động đến cơng trình dư ới tác động gió; Cường độ/áp lực gió lớn nhất; Ảnh hưởng cơng trình xung quanh đến cơng trình; Các phản ứng động học như: tượng cộng hưởng kích động xốy, tượng galloping; Tải trọng tác động lên lớp vật liệu bao che; Tác động chuyển động công trình người chịu tác động gió; Tác động vật thể bay công trình kết cấu; 2.3.2 Những nội dung cần nghiên cứu thí nghiệm mơ hình nhà thấp tầng ống thổi khí động Khi nghiên cứu thí nghiệm mơ hình nhà thấp tầng hầm gió, thường người ta quan tâm đến số vấn đề như: Sự phân bố áp lực gió lên dạng mái khác nhau; Ảnh hưởng cấu tạo mái vật liệu mái đến phân bố áp lực ; Ảnh hưởng cơng trình; Đánh giá áp lực lớn lên mái biến thiên áp lực 2.3.3 Mơ hình hóa thí nghiệm ống thổi khí động Để thực thí nghiệm mơ hình ống thổi khí động cần: Mơ hình hóa cơng trình để thí nghiệm; Mơ hình hóa mơi trường gió ống thổi khí động; Mơ hình hóa ảnh hưởng điều kiện địa hình xung quanh 2.3.3.1 Mơ hình hóa cơng trình thí nghiệm a Phân loại mơ hình mục đích thí nghiệm Xem Hình 2.8 Sơ đồ loại mơ hình thí nghiệm ống thổi khí động mục đích sử dụng b Lựa chọn tỉ lệ hình học Tỉ lệ hình học mơ hình thí nghiệm ống thổi khí động phải lựa chọn cho độ chốn gió khơng q 5% Đối với kết cấu lớn tỉ lệ mơ hình thường lấy từ 1/300 đến 1/600 Đối với cơng trình nhỏ lấy tỉ lệ 1/100 lớn 2.3.3.2 Mô hình hóa mơi trường gió a Mơ hình hóa lớp biên (ABL) ống thổ i khí động Để tiến hành thí nghiệm, trước hết phải tạo ống thổi khí động dịng khí mơ đặc trưng luồng gió tới tự nhiên khu vực xây dựng, bao gồm: Sự thay đổi vận tốc gió trung bình theo chiều cao cường độ thành phần rối theo phương dọc luồng gió ứng với dạng địa hình mà cơng trình thực xây dựng; Độ rối khơng khí, đặc biệt tỉ lệ chiều dài thành phần rối theo phương dọc; Sự biến đổi áp suất theo chiều dài khu vực thí nghiệm phải đủ nhỏ để khơng ảnh hưởng đến kết thí nghiệm a ) Các loại mơ hình thí nghiệm Mơ hình cứng b ) Mơ hình khí động đàn hồi cứng Đo lực, đặc trưng động lực (rung lắc), hệ số gió giật Mơ hình cứng cân lực đáy tần số cao Mơ hình khí động đàn hồi Mơ hình áp lực cứng Mơ hình khí động đàn hồi cứng mơ xoắn Đo lực Nghiên cứu hiệu ứng uốn, xoắn cơng trình Nghiên cứu ảnh hưởng mơi trường xung quanh cơng trình Nghiên cứu nhiễm mơi trường Mơ hình khí động đàn hồi mềm Đo lực độ xoắn độc lập phần cơng trình Mơ hình cứng cân lực đáymột điểm đo Đo mô men xoắn, uốn mặt đáy Đo gia tốc tầng Mơ hình cứng cân lực đáy nhiều điểm đo Đo mô men uốn mặt đáy theo trục X,Y mô men xoắn theo trục Z Nghiên cứu áp lực bề mặt Hình 2.8 Sơ đồ loại mơ hình thí nghiệm ống thổi khí động mục đích sử dụng a) Phân loại dạng mơ hình; b) Mục đích sử dụng mơ hình b Lựa chọn tỉ lệ vận tốc gió Đối với thí nghiệm khí đàn hồi, tỷ lệ vận tốc gió tác động lên mơ hình ngun hình cần thỏa mãn cơng thức sau: E Vm   [ effm  m ] Vp E effp  p (2.13) m - Khối lượng riêng mơ hình; p - Khối lượng riêng cơng trình thực;Vm - Vận tốc gió phịn g thí nghiệm; Vp - Vận tốc gió thực; Eeff - Modun hiệu dụng (tùy loại mơ hình) Đối với thí nghiệm nghiên cứu lực khí động học vùng cục lực khí động lên tồn cơng trình kết cấu, tỉ lệ vận tốc lựa chọn cho phù với lực thiết bị d Lựa chọn tỉ lệ thời gian thí nghiệm Thời gian lấy số liệu phòng phải thỏa mãn điều kiện sau : Tr = Tgmh/Tgth = nth/nmh (2.15) đó: Tgmh - Thời gian thí nghiệm ống thổi khí động; Tgth - Thời gian thí nghiệm ngồi thực tế ; nmh- Tần số giao động riêng mơ hình ; nmh = 1/Tmh; Tmh – chu kỳ dao động riêng mơ hình 2.3.3.3 Mơ hình hóa mơi trường gió phù hợp với điều kiện Việt Nam a Biểu đồ vận tốc gió (Wind velocity profile) Theo tiêu chuẩn TCXD 229:1999 ta có biến thiên vận tốc gió the o độ cao thỏa mãn điều kiện (2.16)  : Zg - Độ cao gradient dạng địa  Z  (2.16)  bVg   VZ hình; Vz , Vg - Vận tốc gió độ cao Z độ cao  Zg   gradient; b -Hệ số điều chỉnh theo dạng địa hình Thay giá trị vào (2.16) ta lập biểu đồ vận tốc thay đổi theo chiều cao b Biểu đồ độ rối (Turbulence intensity profile) Độ rối theo chiều cao một thông số quan trọng việc tạo mơi trường hầm gió, ảnh hưởng trực tiếp đến kết thí nghiệm Do tiêu chuẩn Việt Nam khơng có dẫn liên quan đến biểu đồ độ rối gió theo chiều cao, sau tham khảo cơng thức tính tốn độ rối gió số tiêu chuẩn giới tham khảo số thí nghiệm mơ hình thu nhỏ đư ợc thực ống thổi khí động Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng sử dụng công thức tính độ rối theo tiêu chuẩn Nhật Bản nên chọn công thức tiêu chuẩn Nhật Bản AIJ -RLB 2004, Chương [18] để xác định độ rối gió theo chiều cao Độ rối độ cao Z xác định theo công thức (2.19): (2.19) I z  I rz E gI Irz - Độ rối độ cao Z dạng địa hình phẳng    05  (2.20) Zb – Chiều cao tham chiếu; EgI - Hệ  1 Z    Zb Z  Z g  Zg   số điều chỉnh địa hình xác định    I rz      05 theo công thức tiêu chuẩn Nhật     1 Z b  Z  Zb  Zg  Bản     c Thiết lập biểu đồ profile vận tốc gió biểu đồ độ rối theo chiều cao theo lý thuyết Bằng các công thức từ (2.16) đến (2.20), ta lập biểu đồ profile vận tốc gió biểu đ độ rối lý thuyết theo chiều cao Z, ứng với dạng địa hình địa điểm xây dựng Tấm chắn Để tạo mơi trường ống thổi khí động cần sử dụng dụng cụ tam giác hỗ trợ cơng cụ chắn hình tam giác, cục tạo nhám, chắn dạng hàng rào…(Hình 2.13) Để có kích thước vị trí Thanh chắn công cụ hỗ trợ ta dạng hàng rào Cục tạo nhám phải thí nghiệm nhiều lần Hình 2.13 Cơng cụ tạo mơi trường gió ống thổi khí động b h1 a 1000 1200 1800 1800 1800 100 1200 1000 100 l Mặt đứng trước công trình Mặt mái 200 3600 900 1500 1200 b b a 100 100 l b Mặt cắt ngang công trình 200 h h1 a b Mặt công trình Hỡnh 3.6 Kin trúc điển hình mơ hình M1 - Dạng gồm loại nhà (ĐN1, ĐN2) với kích thước + ĐN1: 9,2m x 4,2m x 3,9m; góc nghiêng mái 50 (xem Hình 3.8) + ĐN2: 9,2m x 4,2m x 4,9m; góc nghiêng mái 110 (xem Hình 3.11) Hình 3.8 Phối cảnh nhà ĐN1 Hình 3.11 Phối cảnh nhà ĐN2 Tổng số mơ hình sử dụng để thí nghiệm mơ hình – số trường hợp thí nghiệm khơng có sử dụng chắn ngang 28 tr ường hợp Thí nghiệm với tối thiểu hướng gió tối đa 13 hướng gió ứng với hướng gió 10 số liệu – Với mơ hình có tổng cộng 620 số liệu 3.2.2 Dạng địa hình, vù ng áp lực gió thí nghiệm Địa hình lựa chọn dạng A, vùng áp lực gió I V.B 3.3 Thí nghiệm mơ hình ống thổi khí động 3.3.1 Thiết bị dụng cụ hỗ trợ thí nghiệm Các thiết bị dụng cụ hỗ trợ để thí nghiệm gồm: + Ồng thổi khí động; +Thiết bị đo áp lực hệ thống DMPS ( Dynamic Pressure Measurement System) công TFI - Australian sản xuất, gồm modul, modul có 64 kênh (64 vị trí cắm đầu truyền liệu) Hệ thống nối trực tiếp vào máy tính, q trình thu nhận số liệu thực hồn tồn tự động theo thơng số đặt sẵn; + Ống thu liệu l ống nhựa nhập từ Hàn Quốc, có đường kính 2mm chiều dài đoạn ống phụ thuộc vào khoảng cách từ vị trí lỗ mái đến vị trí đặt thiết bị DPMS, thường lấy 1,2m Một đầu ống cắm vào lỗ khoan sẵn mái mô hình đầu cắm vào kênh t rong modul máy DPMS Áp lực gió lên mái vị trí lỗ truyền qua ống thiết bị DPMS truyền hệ thống máy tính; + Thanh chắn dạng hàng rào tam giác làm gỗ thép, cục 10 Đ ộ cao Z (m) Độ cao Z (m) tạo nhám thường làm gỗ xếp tự sàn ống thổi khí động liên kết thành mảng, để có kích thước vị trí dụng cụ cần phải làm thí nghiệm nhiều lần (một dạng chắn Hình 2.13) 3.3.2 Xác định thơng số cho mơ hình Dạng mơ hình chọn để thí nghiệm mơ hình áp lực cứng Tỉ lệ mơ hình lựa chọn L r = 1/20 (cho mơ hình dạng 1) 1/25 (cho mơ hình dạng 2) Kích thước chế tạo mơ hình M1: h m x bm x lm 0,18 x 0,18 x 0,49(m); Mô hình M2: 0,18 x 0,36 x 0,49(m); Mơ hình M3: 0,18 x 0,24 x 0,49(m); Mơ hình ĐN1: 0,168 x 0,368 x 0,156(m); Mơ hình ĐN2: 0,168 x 0,368 x 0,196(m) Tỉ lệ vận tốc để thí nghiệm Vr = 1/5; Tỉ lệ thời gian lấy số liệu 1/4 3.3.3 Mơ hình hóa mơi trường gió ống thổi Vùng gió thí nghiệm vùng IVB có áp lực gió Wo = 155 daN/m2; Địa hình dạng A, với đặc trưng: Độ cao gradient dạng địa hình 250m; Số mũ hàm biến thiên vận tốc gió theo độ cao α = 0,07; Vận tốc gió trung bình 10 phút với chu kỳ lặp 50 năm 40,7m/s Từ thông số lập biểu đồ profile vận tốc gió biểu đồ độ rối theo lý thuyết; Tạo mơi trường gió dụng cụ trình bày chương hai biểu đồ so sánh profile vận tốc gió, profile độ rối cấu hình hầm gió so với kết tính tốn theo thơng số thực tế V(z)/V(H) Hình 3.17 So sánh profile độ rối Hình 3.16 So sánh profile vận tốc thu theo cấu hình thiết lập gió thu theo cấu hình thiết với profile lý thuyết lập với profile lý thuyết 3.4 Thí nghiệm ghi kết 3.4.1 Sơ đồ bố trí đầu đo áp lực hướng gió thí nghiệm a)Mơ hình loại (4 mơ hình; ký hiệu – M1 -15, M1-20, M1-25, M1-30) Các hướng gió thí nghiệm phụ thuộc vào kiến trúc cơng trình (Hình 3.19 dạng sơ đồ hướng gió tác dụng mơ hình) Sơ đồ bố trí đầu đo áp lực mơ hình phụ thuộc vào dạng mặt diện tích mái (Hình 3.18 dạng sơ đồ bố trí đầu đo dạng mơ hình); Các mơ hình loại 2, loại mơ hình dạng (ĐN1; ĐN2) làm thí nghiệm tương tự mơ hình loại 11 0 15 30 45 60 0 90 75 giã Hình 3.18 Sơ đồ bố trí đầu đo áp lực Hình 3.19 Các hướng gió tác dụng mái mơ hình 3.4.2 Thí nghiệm ghi kết Để mơ hình thẳng góc với hướng gió (hướng 0) cho quạt chạy điều chỉnh vận tốc quạt vận tốc gió vị trí đặt mơ hình 8,15m/s giữ ngun vận tố c khoảng thời gian 30s để kiểm tra sơ số liệu từ đầu đo, số liệu ổn định khơng có vị trí tăng giảm bất thường tiến hành ghi liệu Vận tốc gió giữ khoảng 1500s ghi liệu Tiếp tục quay mơ hình san g hướng 15 (điều khiển cho bàn xoay quay góc 15 0) tiến hành tương tự hướng gió cuối Áp lực gió vị trí lỗ mái truyền máy tính thơng qua thiết bị thu liệu DPMS 3.5 Phân tích đánh giá kết thí nghiệm 3.5.1 Vấn đề sử lý số liệu Từ kết thu sau sử lý chương trình chun ngành, sử dụng cơng thức để tính tốn hệ số áp lực 3.5.2 Kết thí nghiệm 3.5.2.1 Kết thí nghiệm hệ số áp lực với hướng gió khác khơng sử dụng chắn ngang cho mơ hình dạng Hình 3.35 Hệ số áp lực trung bình, áp lực nhỏ nhất, áp lực lớn ứng với hướng gió 00 – Mơ hình M1-15 Hình 3.36 Hệ số áp lực trung bình, áp lực nhỏ nhất, áp lực lớn ứng với hướng gió 450 – Mơ hình M1-15 12 Với cơng trình với mái có góc dốc nhỏ đối tượng nghiên cứu luận án áp lực gió hút chủ đạo Các hệ số áp lực trung bình cực đại đạt giá trị tuyệt đối lớn vùng gần diề m mái, đầu hồi (Hình 3.35; 3.36) Bảng 3.3 tổng hợp giá trị hệ số áp lực theo hướng gió 00, 450, 900 Bảng 3.3 Tổng hợp kết đo gió mơ hình khơng có chắn ngang Mái trước Mái sau Hướng Hệ số áp Hệ số áp lực Hệ số áp lựcHệ số áp lực Hệ số áp lực Hệ số áp lực gió lực lớn trung bình nhỏ lớn trung bình nhỏ A B A B A B A B A B A B M1-15 00 0,12 -0,4 -0,60 -1,00 -4,2 -8,20 -0,1 -0,6 -0,5 -0,75 -4,0 -7,0 450 0,55 -0,7 -0,50 -1,25 -3,4 -11,8 -0,7 -1,3 -0,5 -1,00 -2,8 -8,2 900 -1 0,8 -0,25 -0,75 -2,2 -10,0 -1,0 0,8 -0,25 -0,75 -1,6 -8,2 M1-20 00 0,35 -0,2 -0,5 -1,25 -3.6 -7,6 -0,2 -0,7 -0,4 -0,75 -3,2 -7,6 450 1,0 -1,1 -0,4 -1,0 -3,1 -13,0 -0,3 -1,3 -0,3 -1,0 -2,3 -8,8 900 -0,3 -1,5 -0,3 -1,25 -2,0 -10 -0,2 -1,1 -0,2 -1,0 -2,0 -8.2 M1-25 00 0,43 -0,6 -0,61 -1,32 -2,9 -8,43 -0,4 -0,88 -0,77 -0,93 -3,5 -6,72 450 0,61 -0,9 -0,54 -1,51 -3,1 -11,77 -0,5 -1,28 -0,31 -1,02 -3,8 -10,72 900 0,16 -1,4 -0,51 -1,41 -2,0 -11,53 -0,1 -1,45 -0,54 -1,39 -2,3 -10,13 M1-30 00 1,39 -0,5 -0,54 -1,51 -2,2 -6,99 -0,02 -1,00 -0,64 -1,23 -2,7 -5,45 450 1,73 -0,8 -0,11 -1,46 -1,9 -9,11 0,23 -2,04 -0,56 -1,87 -2,7 -7,06 900 0,93 -1,2 0,06 -1,90 -0,9 -8,21 0,92 -2,18 -0,36 -2,29 -1,5 -10,21 M2-20 00 0,28 -0,7 -0,70 -1,78 -2,2 -9,16 -0,08 -0,77 -0,75 -1,15 -3,2 -6,25 450 0,47 -1,7 -0,55 -2,44 -2,1 -12,94 -0,3 -1,63 -0,82 -3,05 -2,7 -14,19 900 0,85 -1,8 -0,37 -2,29 -1,9 -8,47 0,53 -1,30 -0,12 -1,75 -1,9 -10,99 M3-20 00 0,53 -0,8 -0,13 -1,97 -0,5 -9,21 0,30 -1,28 -0,03 -1,50 -0,3 -6,68 450 1,36 -1,3 -0,06 -2,41 -0,6 -13,12 0,53 -2,27 -0,13 -2,76 -0,4 -11,6 900 0,97 -3,2 -0,03 -2,73 -1,5 -9,35 1,05 -2,58 -0,27 -2,66 -0,7 -9,14 3.5.2.2 Kết thí nghiệm sử dụng chắn ngang rộng 500mm cho mơ hình dạng a Chiều cao chắn ngang hs = 250mm Về quy luật phân bố áp lực mái mơ hình khơng có thay đ ổi so với trường hợp khơng có chắn mái nhiên vị trí cục giá trị hệ số áp lực có giảm chưa đáng kể b Chiều cao chắn ngang hs = 500mm Tại vị trí diềm mái, đỉnh mái, góc mái giá trị hệ số áp lực giảm nhiều so với trường hợp khong có chắn ngang, đặc biệt với giá trị hệ số áp lực hút 13 c Chiều cao chắn ngang hs = 750mm Đối với trường hợp giá trị, vị trí cục gần không đổi thay đổi không đáng kể 3.5.3 Đánh giá so sánh kết 3.5.3.1 Đánh giá so sánh kết trường hợp sử dụng không sử dụng chắn ngang mơ hình dạng Kết thu tất hướng gió cho mơ hình cho trường hợp chiều cao chắn gió khác thể biều đồ  so sánh hệ số áp lực gió trung bình ( C ) hệ số áp lực gió nhỏ ( C p ) trường hợp có khơng có chắn gió Hình 3.38 số biểu đồ so sánh mơ hình p  C Cp P Hướng gió θ Hướng gió θ Mơ hình M1-20- Mái trước Mơ hình M1-20 - Mái trước  CP Cp Hướng gió θ Hướng gió θ Mơ hình M1-20 - Mái sau Mơ hình M1-20- Mái sau  CP Cp Hướng gió θ Hướng gió θ Mơ hình M1-25- Mái trước Mơ hình M1-25 - Mái trước  CP Cp Hướng gió θ Hướng gió θ Mơ hình M1-25 - Mái sau Mơ hình M1-25- Mái sau Hình 3.38 Biểu đồ so sánh hệ số áp lực trung bình cục hệ số áp lực nhỏ cục – Mơ hình M1-20; M1-25 14 Như sử dụng chắn ngang đặt độ cao cách mặt phẳng mái 500mm làm giảm giá trị hệ số áp lực gió trung bình, hệ số áp lực gió nhỏ vị trí cục so với trường hợp khơng có chắn ngang tốt 3.5.3.2 Đánh giá so sánh kết trường hợp sử dụng không sử dụng chắn ngang mô hình dạng với tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737:1995 Giá trị hệ số áp lực gió trung bình tồn mái cho trường hợp khơng có chắn ngang so với trường hợp có chắn ngang đặt cao độ 500mm so với TCVN thể bảng Bảng 3.13 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình tồn mái Mơ hình M1-15 Mái trước Hướng Khơng chắn Có chắn gió ngang (1) ngang (2) 00 -0,73 -0,53 45 -0,73 -0,58 900 -0,54 -0,49 Mái sau Hướng Khơng Có chắn gió chắn ngang ngang 00 -0,58 -0,444 450 -0,59 -0,52 90 -0,51 -0,42 Theo TCVN So sánh (2) 2737:1995 (4) Hiệu (4) (giảm %) (giảm %) (3) 30,1 -0,7 24,3 20,5 -0,7 17,1 9,1 -0,7 30,0 So sánh (2) Theo TCVN (4) Hiệu 2737:1995 (giảm %) (giảm %) 23,39 -0,5 11,2 13,8 -0,5 17,6 -0,7 40,7 Bảng 3.15 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình tồn mái Mơ hình M1-20 Mái trước Hướng Khơng chắn Có chắn gió ngang (1) ngang (2) 0 -0,72 -0,54 450 -0,75 -0,61 900 -0,54 -0,51 Mái sau Hướng Khơng Có chắn gió chắn ngang ngang 00 -0,61 -0,58 45 -0,72 -0,66 900 -0,58 -0,56 Theo TCVN So sánh (2) 2737:1995 (4) Hiệu (4) (giảm %) (giảm %) (3) 25,0 -0,7 22,8 18,6 -0,7 12,8 5,5 -0,7 27,14 So sánh (2) Theo TCVN Hiệu (4) 2737:1995 (giảm %) (giảm %) 4,9 -0,5 14,3 -0,5 - 24,2 3,44 -0,7 20 15 Bảng 3.17 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình tồn mái Mơ hình M1-25 Mái trước Hướng Khơng chắn Có chắn gió ngang (1) ngang (2) 00 -0,71 -0,53 450 -0,66 -0,55 900 -0,61 -0,42 Mái sau Hướng Không Có chắn gió chắn ngang ngang 00 -0,70 -0,55 450 -0,83 -0,69 900 -0,62 -0,42 Theo TCVN So sánh (2) 2737:1995 (4) Hiệu (4) (giảm %) (giảm %) (3) 25,3 -0,6 11,6 16,6 -0,6 8,3 31,1 -0,7 40 So sánh (2) Theo TCVN (4) Hiệu 2737:1995 (giảm %) (giảm %) 21,4 -0,5 16,8 -0,5 -27 32,2 -0,7 42,8 Bảng 3.19 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình tồn mái Mơ hình M1-30 Mái trước Hướng Khơng chắn Có chắn gió ngang (1) ngang (2) 00 -0,68 -0,59 450 -0,74 -0,64 900 -0,70 -0,68 Mái sau Hướng Không Có chắn gió chắn ngang ngang 00 -0,73 -0,78 450 -0,86 -1,02 900 -0,65 -0,73 Theo TCVN So sánh (2) 2737:1995 (4) Hiệu (4) (giảm %) (giảm %) (3) 13,2 -0,45 23,7 13,5 -0,45 29,6 2,8 -0,7 -2,8 So sánh (2) Theo TCVN (4) Hiệu 2737:1995 ( tăng %) (giảm%) -0,5 35,8 -18,6 -0,5 50,9 -0,7 Bảng 3.21 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình tồn mái Mơ hình M2 -20 Mái trước Hướng Khơng chắn Có chắn gió ngang (1) ngang (2) 00 -0,57 -0,49 450 -0,61 -0,50 900 -0,72 -0,51 Mái sau Có chắn Hướng Khơng ngang gió chắn ngang 00 -0,60 -0,58 450 -0,78 -0,63 900 -0,62 -0,55 Theo TCVN So sánh (2) 2737:1995 (4) Hiệu (4) (giảm %) (giảm %) (3) 13,64 -0,4 23,5 18,08 -0,4 25,1 29,17 -0,7 -27,1 So sánh (2) Theo TCVN (4) Hiệu 2737:1995 (giảm %) (giảm %) 3,261 -0,4 22,4 19,17 -0,4 33,4 11,46 -0,7 -21,1 16 Bảng 3.23 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình tồn mái Mơ hình M3-20 Mái trước Hướng Khơng chắn Có chắn gió ngang (1) ngang (2) 00 -0,62 -0,46 450 -0,61 -0,49 900 -0,66 -0,55 Mái sau Hướng Không Có chắn gió chắn ngang ngang 0 -0,54 -0,44 450 -0,71 -0,55 900 -0,76 -0,62 Hiệu (giảm %) (3) 26,55 18,18 17,97 Hiệu (giảm %) 18,37 22,48 17,78 Theo TCVN 2737:1995 (4) -0,55 -0,55 -0,7 Theo TCVN 2737:1995 -0,45 -0,45 -0,7 So sánh (2) (4) (giảm %) 17,0 10,0 21,8 So sánh (2) (4) (giảm %) 2,2 -22,2 10,1 3.5.4 Kết thí nghiệm cho mơ hình dạng (ĐN1 ĐN2) 3.5.4.1 Trường hợp không sử dụng chắn ngang a) Mô hình – ĐN1 Giá trị hệ số áp lực trung bình tồn mái cho Bảng 3.34 Bảng 3.34 Tổng hợp giá trị hệ số áp lực trung bình tồn mái – Mơ hình ĐN1 Hướng gió 00 450 900 Hệ số áp lực trung bình tồn mái -0,51 -0,61 -0,72 b) Mơ hình – ĐN2 Giá trị hệ số áp lực trung bình tồn mái cho Bảng 3.36 Bảng 3.36 Tổng hợp giá trị hệ số áp lực trung bình tồn mái – Mơ hình ĐN2 Hướng gió 00 450 900 Mái sau Mái sau Mái sau -0,49 -0,70 -0,87 -0,90 -0,88 -0,90 Mái trước Mái trước Mái trước -0,52 -0,74 -0,80 -0,45 -0,87 -0.82 3.4.5.2 Trường hợp sử dụng chắn ngang rộng 500mm, cao 500mm Các giá trị trung bình hệ số áp lực trung bình tồn mái cho hướng gió loại mơ hình giảm 3.5.4.3 So sánh kết trường hợp khơng có sử dụng chắn ngang a Mơ hình – ĐN1 (Mơ hình nhà mái) Một kết so sánh cho Bảng 3.42 Hình 3.54 Giá trị hệ số nhỏ tính cho vùng cục để so sánh Do tiêu chuẩn Việt Nam khơng nói đến vùng cục cho nhà mái nên NCS lựa chọn chia vùng cục theo tiêu chuẩn Nhật Bản AIJ-RLB 2004 (xem hình 3.51) 17 Bảng 3.42 So sánh giá trị hệ số áp lực nhỏ theo vùng cục mơ hìnhĐN1 Hướng gió 0 A B D -2,7 -1,5 -1,8 -2,3 -1,3 -0,8 14,5 13,3 55,5 So sánh Khơng chắn ngang Có chắn ngang Hiệu giảm (%) E -1,0 -0,9 10 Hướng gió 900 A B D -2,0 -3,1 -1,6 -1,72 -2,2 -1,4 13,8 29,3 12,5 E -2,6 -2,2 15,8 9200 840 840 1680 Vùng A Vùng B Vùng E  CP 4200 Vùng C Vùng B Vùng A a 1680 H­íng giã Vùng D 420 420 840 Hướng gió θ Hình 3.51 Phân chia vùng để xác định áp lực cục cho mơ hình ĐN1 Hình 3.54 Biểu đồ so sánh hệ số áp lực nhỏ không có sử dụn g chắn ngang b Mơ hình – ĐN2 Một kết so sánh cho Bảng 3.44 Hình 3.58 660 Vùng D Vùng C1 Vùng A1 Vùng C 660 Vùng B1 Vùng A1 H­íng giã Vùng B Vùng A a 2880 660 Vùng A 660 330 330 3050 2150 Hình 3.55 Phân chia vùng để xác định áp lực cục cho mơ hình ĐN2 Bảng 3.44 So sánh giá trị hệ số áp lực gió nhỏ theo vùng cục mái phía đón gió – Mơ hình ĐN2 Hướng gió 0 A B C So sánh Khơng chắn ngang Có chắn ngang Hiệu giảm (%) -3,1 -1,9 -39,0 -2,7 -1,9 -31,3 -2,2 -1,5 -30,8 Hướng gió 90 A B C -2,6 -2,6 -3,2 -2,4 -1,8 -25,0 -3,0 -2,7 -10,5  CP Hướng gió θ Hình 3.58 Biểu đồ so sánh hệ số áp lực nhỏ không sử dụng có sử dụng chắn ngang - Mái trước 18 Từ kết ta thấy: - Giá trị hệ số áp lực trung bình tồn mái trường hợp có chắn gió giảm tới 37,93% so với trường hợp khơng có chắn gió - Giá trị hệ số áp lực nhỏ cho vùng cục trường hợp có chắn gió giảm tớ i 40% so với trường hợp khơng có chắn gió Các kết đạt chương - Với mơ hình nhà sử dụng chắn ngang rộng 500 mm đặt song song với mái với độ cao khác trường hợp chắn ngang đặt cách bề mặt mái 500 mm có tác dụng m giảm giá trị áp lực trung bình (cục toàn mái) giá trị áp lực nhỏ cục mái (áp lực gió gây tốc mái lớn nhất) lớn (có hiệu chống tốc mái tốt nhất) Giá trị áp lực trung bình cục theo hướng gió giảm tới 33%, giá trị áp lực trung bình tồn mái giảm tới 31,1% giá trị áp lực nhỏ cục theo hướng gió giảm tới 60% - Giải pháp sử dụng chắn ngang để chủ động giảm áp lực gió lên mái dốc nhà thấp tầng khả thi áp dụng thực tiễn CHƯƠNG THÍ NGHIỆM ỨNG DỤNG TẤM CHẮN NGANG TRÊN MÁI DỐC CỦA MƠ HÌNH THỰC NGỒI HIỆN TRƯỜNG Các kết nghiên cứu thí nghiệm mơ hình thu nhỏ ống thổi khí động cho thấy việc sử dụng hướng gió ngang có tác dụng làm giảm áp lực gió lên mái làm vật liệu nhẹ có độ dốc Để đánh giá lại hiệu thực tế ứng dụng giải pháp tính khả thi biện pháp liên kết, vật liệu sử dụng, luận án ti ến hành triển khai nghiên cứu ứng dụng mơ hình thực ngồi trường 4.1 Các thơng số cơng trình thiết bị thí nghiệm 4.1.1 Thơng số cơng trình: (lxbxh) 3,6m x 3,0m x 1,7m góc nghiêng mái 150 4.1.2 Giải pháp liên kết vật liệu sử dụng: Hình 4.6 Liên kết cột Hình 4.8 Liên kết cột Hình 4.4 Liên kết cột biên với xà gồ mái đỉnh với xà gồ mái với xà gồ mái Khung nhà thép hình, tường bao che ván ép, mái lợp tôn Tấm chắn ngang làm ván ép, cột đỡ thép hộp Các chi tiết liên kết xem Hình 4.4 đến 4.8 4.1.3 Thiết bị thí nghiệm Gồm quạt có cơng suất lớn (Hình 4.13); Ống thủy tinh hình chữ U, chất lỏng rượu pha màu (Hình 4.11b), ống dẫn khí đầu gắn với ống chữ U đầu gắn mái tôn; Thiết bị để hiệu chuẩn thang đọc số liệu đo chênh áp 19 lực hệ thống ống thổi khí động Viện Khoa học cơng nghệ Xây dựng thiết bị đo vận tốc áp lực gió Extech HD350 trường (Hình 4.15) 90 Hình 4.11b Thiết bị Hình 4.13 Quạt tạo Hình 4.15Thiết bị đo thu liệu luồng gió vận tốc, áp lực gió 4.2 Các thơng số thí nghiệm mơ hình Các thơng số mơ hình thí nghiệm sau: - Vận tốc gió vị trí đặt mơ hình thí nghiệm: 15m/s; Các đầu đo áp lực bố trí 56 điểm đo mái (xem Hình 4.18) 1862 1862 145 145 754 754 105 105 754 754 105 45 140 0 630 630 100 105 100140 630 630 giã Hình 4.18 Sơ đồ bố trí đầu đo áp lực Hình 4.19 Các hướng gió tác dụng Hướng gió 00 Hướng gió 450 Hướng gió 900 Hình 4.20 Mơ hình thí nghiệm nhà ngồi trời 4.3 Thí nghiệm đo áp lực lên mái với hướng gió khác Quy trình thí nghiệm thực với hai trường hợp: (1) Trước chưa lắp chắn ngang mái; (2) sau lắp chắn ngang mái Với trường hợp thực theo quy trình sau: + Đặt quạt vị trí xác đ ịnh hướng 00, cho quạt chạy, dùng thiết bị đo vận tốc gió trường để đo vận tốc gió thực thí nghiệm Điều chỉnh quạt để vận tốc gió tới điểm đo đạt giá trị 15m/s Tiến hành ghi lại số liệu đo áp lực thực tế 56 điểm đo mái, từ số liệu tiến hành sử lý, quy đổi tính tốn hệ số áp lực gió + Dịch chuyển quạt sang vị trí thứ (hướng 450) tiến hành tương tự quy trình trên.; Dịch chuyển quạt sang vị trí thứ (hướng 900) tiến hành tương tự quy trình 20 4.4 Kết thí nghiệm 4.4.1 Sử lý số liệu: Từ giá trị thu tính tốn quy đổi sang hệ số khí động c theo công thức: c = (W/W0 ) x k (4.3) 4.4.2 Các kết thí nghiệm Để làm rõ hiệu làm giảm áp lực gió hút giải pháp sử dụng chắn ngang, số vùng hay bị tốc mái, ta chia mái thành vùng cục theo quy định “(TCVN 2737:1995, 2002)” theo Hình 4.22 1862 1862 360 360 H­íng giã a Vïng B Vïng A 360 360 Vïng C Vïng F 3000 Vïng D 360 360 360 360 Hình 4.22 Phân chia vùng để xác định giá trị trung bình vị trí cục a Trường hợp không sử dụng chắn ngang Các giá trị hệ số áp lực tổng hợp thành Bảng 4.2 Bảng 4.2 Kết đo hệ số áp lực gió nhỏ khơng chắn ngang Hướng gió Mái đón gió Mái khuất gió 00 Từ -3,75 đến -7,90 Từ -2,59 đến -6,85 450 Từ -3,29 đến -10,9 Từ -2,14 đến -6,64 90 Từ -2,25 đến -9,08 Từ -2,27 đến -8,23  b Trường hợp có sử dụng chắn ngang Các giá trị áp lực cục cho mái tổng hợp thành Bảng 4.3 Bảng 4.3 Kết đo hệ số áp lực gió nhỏ có chắn ngang Hướng gió Mái đón gió Mái khuất gió 0 Từ -3,24 đến -6,26 Từ -2,05 đến -4,67 450 Từ -2,07 đến -6,53 Từ -1,56 đến -5,23 900 Từ -1,51 đến -5,98 Từ -1,51 đến -5,44 c So sánh kết trường hợp khơng có sử dụng chắn ngang Kết so sánh thể Hình 4.23 Bảng 4.4 CP  CP  CP c) Hướng gió 90 a) Hướng gió 00 b) Hướng gió 45 Hình 4.23 So sánh giá trị hệ số áp lực gió nhỏ 56 điểm đo mái trường hợp có khơng có chắn ngang 21  Bảng 4.4 So sánh giá trị hệ số áp lực gió nhỏ C p điểm đo mái Hướng gió 0 Hướng gió 45 Hướng gió 90 Khơng Khơng Khơng Vùng mái Có Giảm Có Giảm Có Giảm có có có chắn (%) chắn (%) chắn (%) chắn chắn chắn A - điểm 56 Mái B - điểm 53 đón C - điểm 42 gió D - điểm 35 F - điểm 32 A1 - điểm Mái B1 - điểm khuất C1 - điểm 21 gió D1 - điểm 28 F1 - điểm 25 -7,39 -7,90 -4,33 -4,95 -4,81 -3,32 -3,65 -3,86 -6,85 -4,11 -5,98 -5,76 -3,96 -3,89 -3,24 -2,48 -3,16 -3,07 -4,67 -3,46 19,0 -10,91 -6,53 27,1 -8,26 -5,71 8,5 -5,35 -4,55 21,4 -6,48 -5,25 32,7 -5,71 -3,87 25,3 -4,69 -2,18 13,5 -3,06 -2,33 20,4 -4,63 -2,95 31,8 -6,64 -5,23 16,0 -4,90 -3,56 40,1 30,9 14,9 19,0 32,2 53,5 23,8 36,2 21,3 27,3 -9,08 -4,16 -6,85 -6,00 -4,41 -8,23 -3,21 -6,35 -6,16 -4,49 -5,50 -2,78 -5,98 -5,08 -2,55 -4,79 -2,11 -5,44 -5,09 -2,59 39,4 33,2 12,7 15,5 42,2 41,7 34,1 14,3 17,4 42,3 d So sánh kết thí nghiệm mơ hình thực với mơ hình thu n hỏ ống thổi khí động Mơ hình thí nghiệm ống thổi khí động M1-15 có kích thước tương đối giống với kích thước mơ hình thực ngồi trường (góc nghiêng mái 150, chiều sâu cơng trình 3,6m) ta so sánh kết thu hai trường hợp n ày với xem Bảng 4.5  Bảng 4.5 So sánh miền giá trị hệ số áp lực nhỏ ( C ) hai mô hình p Khơng có chắn ngang Hướng gió 00 450 90 Kết thí nghiệm mơ hình thực Mái đón gió Mái khuất gió Kết thí nghiệm mơ hình M1-15 Mái đón gió Mái khuất gió Từ-3,75 đến-7,90 Từ-2,59 đến -6,85 Từ-4,6 đến -8,20 Từ-4,00 đến -7,0 Từ -2,16 đến -10,9 Từ-2,14 đến -6,64 Từ-3,4 đến -11,8 Từ-2,80 đến -8,2 Từ-2,25đến-9,08 Từ-2,27đến -8,23 Từ-2,2 đến -10,0 Từ-1,61 đến-8,2 Có chắn ngang Hướng gió 00 450 90 Kết thí nghiệm mơ hình thực Kết thí nghiệm mơ hình M1-15 Mái đón gió Mái khuất gió Mái đón gió Mái khuất gió Từ-3,24 đến-6,26 Từ-2,05 đến -4,67 Từ-3,4 đến -7,0 Từ-2,80 đến -5,2 Từ-2,07 đến -6,53 Từ-1,56 đến -5,23 Từ-2,8 đến -7,2 Từ-2,20 đến -6,0 Từ-1,51 đến-5,98 Từ-1,51 đến -5,44 Từ-1,6 đến -6,4 Từ-1,60 đến -5,6 22 Qua kết chương cho thấy: - Việc sử dụng giải pháp làm giảm đáng kể giá trị áp lực gió nhỏ cục bộ, vùng thường hay bị tốc mái Hiệu giảm đạt từ 8,5% đến 32,7% hướng gió tới θ = 00, đạt từ 14,9% đến 53,5% θ = 450 đạt từ 12,7% đến 42,3% θ = 900; - Hiệu làm giảm giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất, điểm đo, sử dụng giải pháp đặt chắn ngang mái thí nghiệm mơ hình thực ngồi trường mơ hình thu nhỏ ống thổi khí động gần tương tự Sai số kết giá trị lớn hai thí nghiệm khoảng 10,6% hướng gió tới θ = 00, 9,3% θ = 450 11,9% θ = 900 mái đón gió khoảng 10% hướng gió tới θ = 00, 12% θ = 450 0% θ = 900 mái khuất gió - Giải pháp sử dụng chắn ngang mái khả thi, đơn giản dễ lắp dựng KẾT LUẬN 1.Các kết đạt Qua kết nghiên cứu đề tài luận án đạt số kết sau: - Nghiên cứu sở lý thuyết thí nghiệm mơ hình thu nhỏ ống thổi khí động giới từ tổng hợp cách có hệ thống sở lý thuyết để ứng dụng vào việc thí nghiệm mơ hình ống thổi khí động theo điều kiện Việt Nam - Thiết lập quy trình để thí nghiệm nghiên cứu áp lực gió lên kết ấu bao che nói chung mái nhà thấp tầng nói riêng mơ hình thu nhỏ c ống thổi khí động phù hợp với điều kiện Việt Nam với ống thổi khí động Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng với bước : + Mơ hình hóa cơng trình để thí nghiệm + Mơ hình hóa mơi trường gió ống thổi khí động + Mơ hình hóa địa hình địa điểm xây dựng cơng tr ình - Thí nghiệm nghiên cứu phân bố áp lực gió lên mái dốc mơ hình có độ dốc mái kích thước mặt cơng trình thay đổi theo tỉ lệ khác nhau, kết nghiên cứu cho thấy: giá trị hệ số áp lực trung bình, áp lực nhỏ mơ h ình theo hướng gió thu thống với giá trị dạng mơ hình tương tự cơng bố giới Ngồi kết nghiên cứu cho thấy cần có nghiên cứu sâu để đưa hệ số áp lực gió cục bổ sung vào tiêu chuẩn 23 nhằm phục vụ thiết kế kết cấu bao che nói chung kết cấu mái nói riêng đảm bảo an tồn sử dụng - Đưa giải pháp chủ động giảm áp lực gió lên mái nhà thấp tầng có độ dốc chắn ngang đặt vịng quanh chu vi mái Với giải pháp này, chắn thiết kế với chiều rộng 500 mm có mặt phẳng đặt song song với mặt phẳng mái cách mặt mái 500 mm cho hiệu giả m áp lực gió lên mái tốt Giá trị áp lực trung bình cục theo hướng gió giảm tới 33%, giá trị áp lực trung bình toàn mái giảm tới 31,1% giá trị áp lực nhỏ cục theo hướng gió giảm tới 60% so với trường hợp khơng có ch ắn ngang Giải pháp áp dụng cho cơng trình nhà thấp tầng mái dốc, mái làm vật liệu nhẹ có độ dốc nhỏ 300 - Đã thí nghiệm mơ hình thực cho thấy hiệu giải pháp sử dụng hướng gió nằm ngang để giảm áp lực gió lên mái làm bằn g vật liệu nhẹ có độ dốc nhà tầng khả thi (giá trị hệ số áp lực nhỏ cục giảm tới 53,3% so với trường hợp khơng có chắn ngang), giải pháp cấu tạo đơn giản, vật liệu làm chắn phổ biến (có thể thép, nhơm, tơn kim loại) - Giải pháp không làm giảm áp lực gió lên kết cấu bao che mà cịn giảm áp lực lên kết cấu chịu lực bên giảm chi phí kết cấu cơng trình Độ tin cậy kết đạt Kết đạt nghiên cứu luận án có độ tin cao do: - Các kết thu luận án sát với kết dạng cơng trình tương tự cơng bố - Các kết luận án báo cáo Hội nghị khoa học nước Việt Nam, số kết đăng tuyển tập Hội nghị khoa học toàn quốc tạp chí chun ngành - Việc thí nghiệm mơ hình thu nhỏ ống thổi khí động phương pháp nghiên cứu áp lực gió lên mái nhà thấp tầng có độ tin cậy cao dùng phổ biến giới đã, áp dụng nước ta Hướng phát triển luận án - Nghiên cứu thêm số giải pháp hướng gió khác thay đổi kích thước , góc nghiêng hướng gió hay loại vật liệu khác - Nghiên cứu thực việc áp dụng giải pháp cơng trình thực xây dựng khu vực thường xuyên có gió, bão 24 ... pháp kiến trúc, giải pháp kết cấu) 1.3.3 Một số giải pháp chủ động giảm áp lực gió lên mái nhà thấp tầng giới Trên giới có nhiều nghiên cứu đưa biện pháp chủ động chắn gió lực gió tác động lên. .. pháp nghiên cứu tác động gió lên cơng trình thấp tầng 1.2.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Phương pháp tính; Phương pháp số 1.2.3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm a Nghiên cứu thực nghiệm. .. nghiệp thấp tầng thí nghiệm ống thổi khí động? ??; Hay đề tài ? ?Nghiên cứu giải pháp thiết kế xây dựng nhà vùng gió bão” 1.3 Một số giải pháp hạn chế tác động áp lực gió mái nhà thấp tầng 1.3.1 Những