Tính toán công trình chịu tải trọng gió có tiết diện tròn thay đổi theo chiều cao

Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN NGỌC MINH TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH CHỊU TẢI TRỌNG GIĨ CĨ TIẾT DIỆN TRỊN THAY ĐỔI THEO CHIỀU CAO Chuyên ngành: Xây dựng công trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 60.58.20 TĨN TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2013 Footer Page of 126 Header Page of 126 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: GS.TS: PHAN QUANG MINH Phản biện 1: TS TRƯƠNG HỒI CHÍNH Phản biện 2: PGS.TS NGUYỄN QUANG VIÊN Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 27 tháng năm 2013 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu - Đại học Đà Nẵng Footer Page of 126 Header Page of 126 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đất nước ta trình phát triển hội nhập, để đáp ứng nhu cầu xã hội, nhiều cơng trình xây dựng mọc lên với chiều cao cơng trình ngày vươn cao Các cơng trình cao ảnh hưởng tải trọng ngang lớn, đặt yêu cầu tính tốn tác động tải trọng ngang lên kết cấu cơng trình, tải trọng gió tải trọng tác động Việc tính tốn, nhận xét, đánh giá tải trọng gió tác động lên loại cơng trình hợp lý khả ứng xử loại kết cấu chịu tải trọng gió thay đổi theo chiều cao, vấn đề cần quan tâm tìm hiểu Từ thực tế đó, khuôn khổ Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, học viên lựa chọn đề tài “ Tính tốn cơng trình chịu tải trọng gió có tiết diện trịn thay đổi theo chiều cao “ Với mong muốn có kiến thức sát thực tác động tải trọng gió lên hệ kết cấu có tiết diện tròn Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu luận văn nghiên cứu tính tốn cơng trình chịu tải trọng gió có tiết diện trịn thay đổi theo chiều cao, từ rút nhận xét tính tốn Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu tính tốn cơng trình chịu tải trọng gió có tiết diện trịn thay đổi theo chiều cao Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tính tốn cơng trình cao bêtơng cốt thép chịu tải trọng gió có tiết diện tròn thay đổi theo chiều cao, theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737 : 1995 tiêu chuẩn Mỹ ASCE 7-05 Footer Page of 126 Header Page of 126 Tính tốn, xét đến gió ngang thành phần dao động áp lực gió thay đổi theo chiều cao kết cấu bêtông cốt thép có dạng hình trụ trịn cao 100 mét Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu tính tốn cơng trình cao bêtơng cốt thép chịu tải trọng gió có tiết diện tròn thay đổi theo chiều cao, theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737 : 1995 tiêu chuẩn Mỹ ASCE 7-05 để có kết luận sơ nhận xét, kiến nghị Nội dung luận văn Chương 1: Tổng quan hệ kết cấu cơng trình có tiết diện tròn thay đổi theo chiều cao chịu tải trọng gió Chương 2: Cơng trình cao có tiết diện trịn thay đổi theo chiều cao chịu tải trọng gió Chương 3: Thí dụ tính tốn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ KẾT CẤU CƠNG TRÌNH CĨ TIẾT DIỆN TRỊN THAY ĐỔI THEO CHIỀU CAO CHỊU TẢI TRỌNG GIĨ 1.1.TÌNH HÌNH XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH CAO BTCT CĨ TIẾT DIỆN TRỊN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM Công nghiệp phát triển mang lại tăng trưởng kinh tế, gây khơng vấn đề cho mơi trường gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ cộng đồng Để khắc phục kiểm soát vấn đề giới Việt Nam nhiều cơng trình ống khói có tiết diện trịn thay đổi đều,liên tục theo chiều cao xây dựng nhiều có xu hướng phát triển mạnh Footer Page of 126 Header Page of 126 Hình 1.1 Ống khói nhà máy thủy tinh Sau số cơng trình cao BTCT có dáng vóc tiết diện trịn dạng ống tiêu biểu Hình 1.4 Cơng trình tháp anten Hình 1.4 Cơng trình tháp anten Footer Page of 126 Header Page of 126 Hình 1.5 Cơng trình ống khói 1.2 NGUN LÝ THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH CAO 1.2.1 Giảm nhẹ trọng lượng thân cơng trình cao có ý nghĩa quan trọng 1.2.2 Tải trọng ngang yếu tố chủ yếu Cơng trình chịu đồng thời tải trọng đứng tải trọng ngang.Đối với cơng trình cao, chiều cao cơng trình tăng lên, nội lực chuyển vị tải trọng ngang sinh tăng lên nhanh Vì tải trọng ngang tác dụng vào cơng trình cao trở thành yếu tố định đến hệ kết cấu 1.3 ỔN ĐỊNH CỦA CƠNG TRÌNH CAO CĨ TIẾT DIỆT TRÒN 1.3.1 Ổn định chống lật 1.3.2 Ổn định tổng thể Đối với cơng trình cao có tiết diện trịn, ngồi việc tính tốn ổn định cục cấu kiện chịu nén, cần phải kiểm tra ổn định tổng thể tồn cơng trình Footer Page of 126 Header Page of 126 1.3.3 Ổn định khí động kích động xốy Gió tạo nên phía sau cơng trình dịng khí Tính chất dịng khí phụ thuộc vào độ nhớt mà đặc trưng trị số Reynolds Re Dịng xốy tách phía sau cơng trình tạo nên lực ngang làm cơng trình dao động theo phương vng góc với luồng gió Tùy theo tính chất tách xốy có chu kì hay khơng có chu kì xác định mà dao động ngang cơng trình lực ngang tác dụng lên có tính tiền định ngẫu nhiên 1.4 HẠN CHẾ CHUYỂN VỊ 1.4.1 Khống chế dao động cơng trình Mục đích việc tính tốn dao động cơng trình khống chế gia tốc sàn cơng trình bị dao động Để giảm dao động nên tăng bề rộng, tăng trọng lượng thể tích cơng trình 1.4.2 Các đểm cần lưu ý khác Cơng trình cao có tiết diện trịn thường chịu tải trọng gió tác động lên hệ lớn nên phải nghiên cứu kỹ phân tích kết cấu đúng, thi công xây dựng theo quy phạm KẾT LUẬN CHƯƠNG Thông qua nội dung nghiên cứu trên, chương 1, tác giả khái quát ngun lý thiết kế cơng trình cao, ổn định cơng trình cao có tiết diện trịn hạn chế chuyển vị số vấn đề cần lưu ý thiết kế cơng trình cao có tiết diện tròn xây dựng phổ biến Việt Nam Đối với cơng trình cao có tiết diện trịn, tải trọng ngang yếu tố chủ yếu, định đến hệ kết cấu cơng trình Chương nghiên cứu việc tính tốn tải trọng gió tác động lên kết cấu có tiết Footer Page of 126 Header Page of 126 diện tròn thay đổi theo chiều cao theo tiêu chuẩn Việt Nam 27371995 tiêu chuẩn Mỹ ASCE 7-05 CHƯƠNG CƠNG TRÌNH CAO CĨ TIẾT DIỆN TRỊN THAY ĐỔI THEO CHIỀU CAO CHỊU TẢI TRỌNG GIÓ 2.1 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG VÀO CƠNG TRÌNH 2.1.1 Tải trọng thẳng đứng a Tỉnh tải: tải trọng tác động thường xuyên thường có vị trí, phương, chiều tác động giá trị khơng đổi trình sử dụng b Hoạt tải: tải trọng tác động không thường xuyên thiết bị, người, vật dụng khác gây trình sử dụng 2.2.2 Tải trọng ngang a Tải trọng gió Gió vận động luồng khí khơng gian tác dụng lên cơng trình va đập luồng khơng khí gặp vật cản đường Dưới áp lực tải trọng gió, cơng trình cao, mềm, độ mảnh lớn có dao động, với cơng trình cao dao động phát sinh lực quán tính làm tăng thêm tác dụng tải trọng gió giã gi ã c dä ng a ng h­ g ín giã móng z x y o Hình 2.2 Các thành phần áp lực gió tác động lên công trình Footer Page of 126 Header Page of 126 b Tải trọng động đất 2.3 NHỮNG KHẢ NĂNG GÂY XOẮN CHO CƠNG TRÌNH Hiện tượng xoắn cơng trình xuất tâm hình học cơng trình khơng trùng với tâm cứng cơng trình 2.4 TÍNH TỐN TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN KẾT CẤU CÓ TIẾT DIỆN TRÒN THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 2737 : 1995 2.4.1 Vận tốc gió (m/s) 2.4.2 Thành phần lực dọc hướng gió a Thành phần tĩnh - Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh tải trọng gió theo cơng thức: W = W0 k ( z ).cx (daN/m2) (2.2) W0 - giá trị áp lực gió lấy theo đồ phân vùng, đơn vị daN/m2, k(z) - hệ số tính đến thay đổi áp lực gió theo độ cao ảnh hưởng dạng địa hình Cx : hệ số khí động xác định sau: Cx = k Cx ¥ (2.4) - Hệ số Re xác định theo công thức : Re = 0,88.D W0 k ( z ) g 105 số Reynolds (2.5) b Thành phần động Theo điều 6.14 TCVN 2737:1995, Mức độ nhạy cảm cơng trình đánh giá qua tương quan tần số dao động riêng cơng trình fi với tần số giới hạn fL - Với công trình có f1 (Hz) > fL Wpj =Wj z j n Footer Page of 126 (2.6) Header Page 10 of 126 - Với cơng trình có f1 (Hz) < fL Wp(ji) = M j xi y i y ji (2.8) Đối với cơng trình phận kết cấu mà sơ đồ tính tốn có dạng bậc tự có f1 < fL, giá trị tiêu chuẩn thành phần động áp lực gió xác định theo công thức: Wp = W.z x.n (2.12) Đối với cơng trình dạng ống khói cơng trình có mặt cắt ngang hình vành khun tần số dao động riêng xác định theo (Công thức 2.14 trích từ phụ lục B, TCXD 229:1999) lr Eb g fi = (2.14) q 2pH Nhận xét: Với cơng trình có mặt có tiết diện trịn, giống cơng trình có mặt có tiết diện khác như: chữ nhật, chữ U, L, chữ thập độ lớn thành phần lực gió dọc hướng gió phụ thuộc vào hình dạng bên ngồi cơng trình như: chiều cao, bề rộng, địa hình Riêng với cơng trình có mặt có tiết diện trịn độ lớn thành phần lực gió dọc hướng gió cịn phụ thuộc nhiều vào tính chất bề mặt tiếp xúc tính nhớt dịng khí tác động lên cơng trình mà đặc trưng hệ số Reynolds 2.4.3 Thành phần lực ngang hướng gió: a Đối với cơng trình dạng trụ trịn, chịu tác động gió tạo nên phía sau cơng trình dịng khí Tính chất dịng khí phụ thuộc vào độ nhớt mà đặc trưng trụ số Reynolds (Re) Re = 6900 v.D (2.19) - Xác định vận tốc gió tới hạn: Footer Page 10 of 126 10 Header Page 12 of 126 2.5 TÍNH TỐN TẢI TRỌNG GIĨ TÁC DỤNG LÊN KẾT CẤU CĨ TIẾT DIỆN TRỊN THAY ĐỔI THEO CHIỀU CAO THEO TIÊU CHUẨN CỦA MỸ ASCE 7-05 2.5.1 Thành phần lực dọc hướng gió - Theo mục 6.5.15 ASCE7-05 Tổng áp lực gió tác dụng lên hệ kết cấu cơng trình dạng ống trịn với (kết cấu mềm) xác định theo công thức: P = q z G.C f (N/m2) (2.28) 2.5.2 Thành phần lực ngang hướng gió Theo tiêu chuẩn ACI 307-98, thành phần lực ngang hướng gió dịng xốy dạng dao động thứ thứ hai xem xét thiết kế kết cấu cho tất hệ kết cấu có dạng ống trịn - Với dạng dao động thứ nhất: Khi vận tốc gió giới hạn Vcr gọi vận tốc cộng hưởng độ cao z = 5/6h có giá trị khoảng - (0,5 ¸ 1,3).V ( zcr ) Nếu ngồi phạm vi thành phần lực ngang hướng gió khơng kể đến Ma = é G r S s CL a Vcr2 d ( u ) h ê g 1/ ù p ú ë (b s + b a ) û - ì ü2 ï ï 2L ï ï Sp í ý (2.50) é ù ï h +C ï Eúï ï êë d (u ) ỷỵ ợ - - Nu V = (0,5 1,3).V ( zcr ) ị M a tớnh theo công thức (2.50) - - - Khi V > V ( zcr ) Þ M a nhân thêm cơng thức (2.51) ì é- ùü ï ê V - V ( zcr ) ú ï í1.0 - 0.95 ê úý ù V ( z ) ỳỷ ùỵ cr î Vcr: vận tốc tới hạn độ cao 5/6h (m/s) Footer Page 12 of 126 (2.51) 11 Header Page 13 of 126 Vcr1 = fd (u ) St (2.57) - Với dạng dao động thứ hai: - Vận tốc gió giới hạn tính theo cơng thức : Vcr2 = 5d (u ) T2 (2.66) KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương đề cập đến tải trọng gió tác dụng vào cơng trình cao có tiết diện tròn thay đổi theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737-1995 tiêu chuẩn Mỹ ASCE - 05 Đối với cơng trình cao có tiết diện trịn thay đổi, ngồi lực gió dọc lực gió ngang Với hướng gió cịn cần ý độ lớn tải trọng gió phụ thuộc vào hệ số Reynolds (hay số Strouhal) Sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao tiết diện thay đổi đánh giá qua tần số giao động riêng tham số hình học công thức 2.18 Trong chương đề cập đến quy trình để tính tốn tải trọng gió thơng qua thí dụ tính tốn Footer Page 13 of 126 Header Page 14 of 126 12 CHƯƠNG THÍ DỤ TÍNH TỐN 3.1 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Thơng qua việc tính tốn cơng trình bêtơng cốt thép chịu tải trọng gió có tiết diện trịn thay đổi theo chiều cao 100m theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737:1995 tiêu chuẩn Mỹ ASCE 7-05 để có kết rút nhận xét cần thiết 3.2 SỐ LIỆU GIẢ THIẾT TÍNH TỐN 3.2.1 Khái qt đặc điểm chung cơng trình Cơng trình ống khói cơng nghiệp cao 100m tiết diện tròn thay đổi theo chiều cao bêtông cốt thép Địa điểm xây dựng: xây dựng vùng IIB Việt Nam Chiều cao cơng trình tính từ mặt đất tự nhiên H = 100 (m) Đường kính ngồi đáy D = 10 (m), bề dày d = 0,5 (m) Vật liệu sử dụng: Bằng bêtơng có cấp độ bền B20 (tương đương bê tơng mác 250), có mơđun đàn hồi Eb= 2,8.107 (kN/m2) Mơmen qn tính tiết diện đáy ống khói: p ( D - d ) p (104 - 94 ) J0 = = = 169 (m ) 64 64 Diện tích tiết diện đáy ống khói: Fo = 3,14.(52-4.52) = 14,92 (m2) Mơmen qn tính tiết diện đỉnh ống khói: p ( D - d ) p (7 - 64 ) JH = = = 54, 21 (m ) 64 64 Trọng lượng thể tích vật liệu làm thân ống khói: qth = 24(kN/m3) Chia ống khói thành 20 phần, khối lượng phần đặt tập trung đoạn Footer Page 14 of 126 Header Page 15 of 126 13 3.2.2 Giải pháp kết cấu phần thân Kết cấu chịu lực phần thân cơng trình sử dụng hệ lõi dày 50cm, bêtông cốt thép đổ tồn khối suốt chiều cao cơng trình m 20 = 3,936 kg 19 m 19 = 6,763 kg 18 m 18 = 9,591 kg 17 m 17 = 2,418 kg 16 m 16 = 5,246 kg 15 m 15 = 8,073 kg 14 m 14 = 0,900 kg 13 m 13 = 3,728 kg 12 m 12 = 6,555 kg 11 m 11 = 9,383 kg 10 m 10 = 2,210 kg m = 5,038 kg m = 7,865 kg m = 0,692 kg m = 3,520 kg m = 6,347 kg m = 9,175 kg m = 2,002 kg m = 4,830 kg m = 7,657 kg 20 Hình 3.1 : Sơ đồ hình học sơ đồ tính tốn ống khói Footer Page 15 of 126 Header Page 16 of 126 14 3.3 XÁC ĐỊNH TẦN SỐ DAO ĐỘNG THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 2737 : 1995 Tần số dao động riêng thứ i ( f i ) cơng trình dạng ống khói (trích từ công thức B.29 phụ lục B, TCXD 229:1999): l1r0 Eb g 3,52.3,36 2,8.107.9,81 = = 0,637 (Hz) q 24 2pH 2.3,14.1002 J J Nếu H = λ1 = 3,15 Nhận thấy H < thơng số J0 J0 λ1 tính trường hợp nhỏ 3,15 Điều chứng tỏ tần số f1 = dao động riêng ống khói có tiết diện thay đổi bé so với trường hợp tiết diện không đổi f2 = l2 r0 2pH Eb g 19,2.3,36 = q 2.3,14.1002 2,8.107.9,81 = 3,474 (Hz) 24 f3 = l3 r0 2pH Eb g 47.3,36 = q 2.3,14.1002 2,8.107.9,81 = 8,503 (Hz) 24 3.4 XÁC ĐỊNH CHU KỲ DAO ĐỘNG THEO TIÊU CHUẨN MỸ ASCE 7- 05 3.4.1 Chu kỳ dao động T1 trích theo tiêu chuẩn ACI 307-98: 1002 T1 = 10 0,3 2, é 50 ù = 1,4638 (s) 2,8.107 êë 50 úû 1 Þ f1 = = = 0,683 (Hz) T1 1, 4638 3.4.2 Chu kỳ dao động T2 trích theo tiêu chuẩn ACI 307-98: Footer Page 16 of 126 15 Header Page 17 of 126 0.09 1002 10 2, é 50 ù é ù 2,8.107 êë 50 úû êë10 úû 1 Þ f2 = = = 3,85 (Hz) T2 0, 2597 T2 = 0,82 -0.22 = 0,2597 (s) 3.5 XÁC ĐỊNH CHU KỲ DAO ĐỘNG THEO PHẦN TỬ HỮU HẠN 3.5.1 Chu kỳ dao động ống khói có tiết diện thay đổi Bảng 3.1 Chu kỳ tần số dạng dao động riêng (tiết diện thay đổi) Dạng dao động Ti (s) 1,41 0,290 0,130 fi (Hz) 0,709 3,448 7,692 Nhận xét : Kết tính tốn tần số dao động riêng cơng trình theo công thức gần tiêu chuẩn phần mềm phân tích động theo phương pháp phần tử hữu hạn có sai khác với chênh lệch khơng nhiều Ta chọn kết tính theo phân tích phần tử hữu hạn ( phần mềm ETABS ) để tính tốn cho bước 3.5.2 Vận tốc gió - Dạng địa hình: - Vùng áp lực gió: - Áp lực gió bản: B II w0 = 95 (daN/m2) - Vận tốc gió lấy trung bình 3”, chu kỳ lặp 20 năm theo TCVN 2737:1995 tương ứng với dạng địa hình B xác định theo cơng thức: v0 = v3",20 = Footer Page 17 of 126 w0 95 = = 39,367(m / s ) 0,0613 0,0613 16 Header Page 18 of 126 - Chuyển đổi vận tốc gió lấy trung bình 3”, chu kỳ lặp 20 năm sang vận tốc gió tương ứng: + Thời gian lấy trung bình 3’’, chu kỳ lặp 50 năm (ASCE/SEI 7-05): w0 = w3”,50 = w3”,20.1,2= 95.1,2 = 114 (daN/m2) w0 114 ν0 = ν3”,50= = = 43,124(m / s) 0,0613 0,0613 3.5.3 Điều kiện địa hình - Dạng địa hình tương ứng theo tiêu chuẩn sau: Bảng 3.3 Dạng địa hình nơi đặt cơng trình Tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 ASCE/SEI 7-05 Địa hình B C Hình 3.3 Biểu đồ so sánh hệ số thay đổi áp lực gió theo độ cao dạng địa hình Footer Page 18 of 126 17 Header Page 19 of 126 3.6 TÍNH TỐN TẢI TRỌNG GIĨ TÁC ĐỘNG LÊN KẾT CẤU CĨ TIẾT DIỆN TRỊN THAY ĐỔI THEO CHIỀU CAO THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 2737 – 1995 3.6.1 Thành phần lực dọc hướng gió theo tiêu chuẩn TCVN 2737 : 1995 a Thành phần gió tĩnh b Xác định giá trị tiêu chuẩn thành phần tỉnh áp lực gió Wj - Giá trị tiêu chuẩn thành phần tỉnh áp lực gió Wj độ cao z so với mốc chuẩn xác định: Wj = W0.k(z).cx (daN/m2) 3.6.2 Thành phần gió động - Giá trị tiêu chuẩn thành phần động tải trọng gió tác dụng lên phần tử thứ j ứng với dạng dao động thứ i xác định: Wpj(i) = M j xi Y i y ji 3.6.3 Tính tốn thành phần lực ngang hướng gió theo tiêu chuẩn TCVN 2737 : 1995 - Gió tạo nên phía sau cơng trình dịng khí Tính chất dịng khí phụ thuộc vào độ nhớt mà đặc trưng hệ số Reynolds (Re) * Hệ số Reynol R e R e = 6900vD Nhận thấy: 3.10 < Rc = 23,08874.105 < 3,5.106 : dịng xốy phía sau cơng trình khơng theo quy tắc gọi phạm vi giới hạn * Vận tốc gió tới hạn: D f1 9,925.0,709 v* = = = 34,87 (m/s) Sh 0, 2018 Footer Page 19 of 126 18 Header Page 20 of 126 * Hệ số mũ m1 ứng với địa hình B ta có : m1 = 0,09 * Phạm vi tác động kích động xốy: 1 æ v* ö m1 æ 34,87 ö 0,09 = 2,60 (m) lm trũn (m) H1 = 10 ỗ ữ = 10 ỗ ữ ố 39,367 ứ ố v0 ứ 1 ỉ 1,3.v* m1 ỉ 1,3.34,87 0,09 = 47,94 (m) lm trũn H = 10 ỗ ữ = 10 ỗ ữ ố 39,367 ứ ố v0 ø 50(m) 3.7 TÍNH TỐN TẢI TRỌNG GIĨ TÁC ĐỘNG LÊN KẾT CẤU CĨ TIẾT DIỆN TRỊN THAY ĐỔI THEO CHIỀU CAO THEO TIÊU CHUẨN MỸ ASCE 7-05 3.7.1 Thành phần lực dọc hướng gió theo tiêu chuẩn Mỹ ASCE 7-05 - Áp lực gió tác dụng lên hệ kết cấu chịu lực cơng trình xác định theo công thức sau: pz = q z G.C f 3.7.2 Tính tốn thành phần lực ngang hướng gió theo tiêu chuẩn Mỹ ASCE 7-05 Với dạng dao động thứ nhất: Thay tất vào, ta có: M 1a = 3917,74(kN m) = 391,774 (T m) M F1 = 1a = 3,91 (T) h Với dạng dao động thứ hai: Thay tất vào, ta có: M a = 4,9.10-8 ( kN m) = 4,9.10-9 (T m) M F2 = a = 4,9.10-11 (T) h 3.8 Nhận xét chương * Quy trình tính tốn: Footer Page 20 of 126 19 Header Page 21 of 126 - Áp dụng quy trình tính tốn tải trọng gió theo TCVN 2737:1995 ASCE7-05 để tính tốn tải trọng gió tác dụng vào cơng trình ( bảng tính toán xem phụ lục kèm theo) Bảng 3.5 Tổng hợp giá trị tiêu chuẩn lực dọc hướng gió Theo TCVN 2737 : 1995 Theo ASCE7-05 Lực gió động Phần tử Dạng dao động Wj1 (T) Dạng dao động Wj2 (T) Tổng Lực gió Wj = Wj1 + (T) Wj2 lực tĩnh Pj gió dọc (T) = Wj+P j Tổng lực gió dọc Pj (T) (T) 0,8421 1,206 1,471 2,334 3,8049 3,1890 0,8860 1,269 1,548 2,612 4,1597 3,6738 0,9141 1,310 1,597 2,777 4,3744 3,9658 0,9125 1,307 1,594 2,861 4,4550 4,1677 0,9195 1,317 1,607 2,928 4,5341 4,3154 0,9248 1,325 1,616 2,991 4,6065 4,4260 0,9173 1,314 1,603 3,014 4,6169 4,5094 0,9089 1,302 1,588 3,035 4,6232 4,5717 0,9065 1,299 1,584 3,054 4,6376 4,6170 10 0,9033 1,294 1,578 3,070 4,6482 4,6482 11 0,8927 1,279 1,560 3,061 4,6211 4,6676 12 0,8817 1,263 1,540 3,051 4,5916 4,6767 13 0,8709 1,248 1,522 3,034 4,5554 4,6769 14 0,8597 1,232 1,502 3,015 4,5171 4,6692 15 0,8482 1,215 1,482 2,995 4,4770 4,6544 16 0,8364 1,198 1,461 2,973 4,4348 4,6333 17 0,8244 1,181 1,440 2,946 4,3859 4,6064 18 0,8122 1,164 1,419 2,916 4,3354 4,5742 19 0,7997 1,146 1,397 2,886 4,2832 4,5372 20 0,7870 1,128 1,375 2,854 4,2294 4,4956 30,484 58,408 88,8916 88,2757 Tổng lực cắt đáy tiêu chuẩn Footer Page 21 of 126 20 Header Page 22 of 126 Bảng 3.6 tổng hợp giá trị tiêu chuẩn lực ngang hướng gió tiết diện trịn thay đổi theo chiều cao Theo TCVN 2737 : 1995 Dạng dao động Theo ASCE7-05 Lực cắt đáy Mômen đáy Lực cắt đáy Mômen đáy (T) (T.m) (T) (T.m) Thứ 15,169 508,243 3,917 391,77 Thứ hai Không xét đến Không xét đến 4,95E-10 4,95E-9 * Nhận xét kết tính tốn tải trọng gió cơng trình có tiết diện tròn thay đổi theo chiều cao: - Về lực dọc hướng gió: Kết lực cắt đáy theo TCVN 2737:1995 xấp xỉ với kết tính theo ASCE7-05 - Về lực ngang hướng gió: Ứng với dạng dao động riêng thứ hai, lực ngang hướng gió khơng đáng kể Còn dạng dao động riêng thứ nhất, kết lực cắt đáy đáy tính theo TCVN 2737 : 1995 gấp 3,8 lần lực cắt đáy đáy tính theo ASCE7-05 Mơmen đáy tính theo TCVN 2737 : 1995 gấp 1,3 lần mơmen đáy tính theo ASCE7-05 Sự khác cách tính theo hai tiêu chuẩn khác Bảng 3.7.Giá trị tiêu chuẩn lực ngang hướng gió với tiết diện trịn thay đổi không thay đổi theo chiều cao Tổng hợp lực ngang hướng gió cơng trình có tiết diện trịn thay đổi theo chiều cao Theo TCVN 2737 : 1995 Dạng dao động Thứ Lực cắt đáy Mômen đáy (T.m) (T.m) 15,169 508,243 Tổng hợp lực ngang hướng gió cơng trình có tiết diện trịn khơng thay đổi theo chiều cao Footer Page 22 of 126 21 Header Page 23 of 126 Theo TCVN 2737 : 1995 Dạng dao động Thứ Lực cắt đáy Mômen đáy (T.m) (T.m) 11.622 315.492 * Nhận xét: - Về lực dọc hướng gió: Với cơng trình có tiết diện trịn khơng thay đổi có lực cắt đáy lớn lực cắt đáy với cơng trình có tiết diện trịn thay đổi theo chiều cao (1,18 lần) - Về lực ngang hướng gió: Với cơng trình có tiết diện trịn thay đổi theo chiều cao lực cắt đáy lớn cơng trình có tiết diện trịn khơng thay đổi (1,3 lần) - Kết mơmen đáy tính theo TCVN 2737:1995 cơng trình có tiết diện trịn thay đổi theo chiều cao lớn 1,6 lần mômen đáy công trình có tiết diện trịn khơng thay đổi - Sự khác thay đổi áp lực gió theo chiều cao hai tiết diện đánh giá qua tần số dao động riêng khác Các tham số hình học, độ lớn tải trọng gió, phạm vi chịu tác dụng áp lực gió ảnh hưởng đến tải trọng gió tác dụng lên cơng trình * Ảnh hưởng chiều dày ống: Khi thay đổi chiều dày ống từ 0,30(m) tăng lên thành 0,80(m), thay đổi tần số dao động áp lực gió thể bảng 3.8 Footer Page 23 of 126 22 Header Page 24 of 126 Bảng 3.8 Tổng hợp dạng dao động cơng trình có tiết diện trịn thay đổi theo chiều cao bề dày ống thay đổi Tổng hợp dạng dao động cơng trình có tiết diện trịn thay đổi theo chiều cao bề dày ống thay đổi Với cơng trình có tiết diện tròn thay đổi theo chiều cao Dạng dao động bề dày ống D = 0,30(m) Ti (s) 1,397 0,273 0,110 fi (Hz) 0,715 3,663 9,090 Với cơng trình có tiết diện trịn thay đổi theo chiều cao Dạng dao động bề dày ống D = 0,50(m) Ti (s) 1,413 0,290 0,130 fi (Hz) 0,707 3,448 7,692 Với cơng trình có tiết diện tròn thay đổi theo chiều cao Dạng dao động bề dày ống D = 0,60(m) Ti (s) 1,412 0,293 0,125 fi (Hz) 0,708 3,412 8,000 Với cơng trình có tiết diện trịn thay đổi theo chiều cao Dạng dao động bề dày ống D = 0,80(m) Ti (s) 1,410 0,292 0,124 fi (Hz) 0,709 3,424 8,064 - Từ bảng 3.8 cho thấy giảm bề dày ống từ 0,5(m) xuống 0,3(m) kết cho thấy, làm tăng áp lực gió Tăng lực cắt đáy, tăng mômen đáy Footer Page 24 of 126 Header Page 25 of 126 23 - Khi tăng bề dày ống từ 0,5(m) lên 0,6(m), 0,8(m) tần số dao động thay đổi không đáng kể, áp lực gió vùng ảnh hưởng khơng thay đổi KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Thông qua nội dung nghiên cứu trên, tác giả khái qt ngun lý thiết kế cơng trình cao, ổn định cơng trình cao có tiết diện trịn hạn chế chuyển vị số vấn đề cần lưu ý thiết kế cơng trình cao có tiết diện tròn xây dựng phổ biến Việt Nam Cơng trình cao BTCT chịu tác động thành phần gió tĩnh gió động tải trọng gió Đối với cơng trình cao có tiết diện trịn, ngồi thành phần gió dọc thành phần gió ngang có ảnh hưởng lớn đến cơng trình Thành phần gió ngang phụ thuộc chủ yếu vào vận tốc gió, chiều cao cơng trình bề mặt tiếp xúc, tính chất dịng khí (gió) tác động vào cơng trình mà đặc trưng dịng khí hệ số Reynolds Qua kết tính tốn khảo sát luận văn, ta thấy tải trọng gió dọc gió ngang ứng với tần số dạng dao động lớn gây nguy hiểm cho cơng trình Vì thiết kế ban đầu cho dạng cơng trình tính tốn tần số dao động riêng (f1=1/T1) theo công thức gần đề cập chương để có đánh giá ban đầu tác động tải trọng gió tác động vào cơng trình, đặc biệt thành phần gió ngang Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737:1995, việc phân tách riêng thành phần gió tĩnh gió động làm tăng khối lượng tính tốn lớn Theo tiêu chuẩn Mỹ ASCE 7-05 khối lượng tính tốn không lớn Footer Page 25 of 126 Header Page 26 of 126 24 Việc lựa chọn chiều dày hợp lý cơng trình có tiết diện trịn thay đổi theo chiều cao đóng vai trị quan trọng, ảnh hưởng nhiều đến tải trọng gió tác dụng lên cơng trình Kiến nghị: Cần xây dựng quy trình lựa chọn chiều dày hợp lý cơng trình cao có tiết diện trịn để thỏa mãn đồng thời điều kiện làm việc khả chịu tải trọng gió Footer Page 26 of 126 ... kết cấu cơng trình có tiết diện tròn thay đổi theo chiều cao chịu tải trọng gió Chương 2: Cơng trình cao có tiết diện trịn thay đổi theo chiều cao chịu tải trọng gió Chương 3: Thí dụ tính tốn CHƯƠNG... gió có tiết diện trịn thay đổi theo chiều cao Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tính tốn cơng trình cao bêtơng cốt thép chịu tải trọng gió có tiết diện tròn thay đổi theo chiều cao, theo tiêu chuẩn... trình có tiết diện trịn thay đổi theo chiều cao lực cắt đáy lớn cơng trình có tiết diện trịn khơng thay đổi (1,3 lần) - Kết mơmen đáy tính theo TCVN 2737:1995 cơng trình có tiết diện tròn thay đổi