Nghiên cứu xác định tải trọng gió lên nhà cao tầng có kết cấu khung giằng (Luận án tiến sĩ)

Nghiên cứu xác định tải trọng gió lên nhà cao tầng có kết cấu khung giằng (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác định tải trọng gió lên nhà cao tầng có kết cấu khung giằng (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác định tải trọng gió lên nhà cao tầng có kết cấu khung giằng (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác định tải trọng gió lên nhà cao tầng có kết cấu khung giằng (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác định tải trọng gió lên nhà cao tầng có kết cấu khung giằng (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác định tải trọng gió lên nhà cao tầng có kết cấu khung giằng (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác định tải trọng gió lên nhà cao tầng có kết cấu khung giằng (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác định tải trọng gió lên nhà cao tầng có kết cấu khung giằng (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác định tải trọng gió lên nhà cao tầng có kết cấu khung giằng (Luận án tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG *********** BÙI THIÊN LAM NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ LÊN NHÀ CAO TẦNG CÓ KẾT CẤU KHUNG GIẰNG Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 62 52 01 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng / 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG *********** BÙI THIÊN LAM NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ LÊN NHÀ CAO TẦNG CÓ KẾT CẤU KHUNG GIẰNG Chuyên ngành : Cơ kỹ thuật Mã số: 62 52 01 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: GS.TS PHAN QUANG MINH PGS.TS LÊ CUNG Đà Nẵng / 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan Luận án tiến sĩ cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu kết Luận án trung thực chưa tác giả công bố nghiên cứu khoa học khác Đà Nẵng, ngày 18 tháng 01 năm 2018 Nghiên cứu sinh Bùi Thiên Lam ii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan i Mục lục ii Danh mục bảng biểu v Danh mục hình vẽ đồ thị iix Danh mục chữ viết tắt xii MỞ ĐẦU 1 Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3 Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Những kết đạt luận án Cấu trúc luận án Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Gió tác động gió lên cơng trình 1.1.1 Khái niệm gió, bão, lốc xốy 1.1.2 Tác dụng gió lên cơng trình 1.1.3 Cấu trúc tham số đặc trưng ảnh hưởng đến tác dụng tải trọng gió 1.1.3.1 Cấu trúc gió 1.1.3.2 Phân loại tham số đặc trưng ảnh hưởng đến tác dụng gió 10 1.1.4 Khảo sát tham số ảnh hưởng đến việc tính tốn tác dụng 10 tải trọng gió lên cơng trình 1.1.4.1 Khái niệm chung vận tốc gió 10 1.1.4.2 Vận tốc gió sở 11 1.1.4.3 Quy đổi vận tốc gió sở 13 iii 1.1.4.4 Hệ số độ cao 15 1.1.4.5 Hệ số xung áp lực động  17 1.1.4.6 Hệ số tương quan không gian 19 1.1.4.7 Hệ số khí động C 20 1.1.4.8 Dạng địa hình 20 1.2 Tổng quan nghiên cứu tải trọng gió 21 1.2.1 Các nghiên cứu nước ngồi 22 1.2.2 Các nghiên cứu nước 35 1.3 Xác định tải trọng gió theo số số tiêu chuẩn 38 1.3.1 Theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ ASCE/SEI 7-2010 38 1.3.1.1 Áp lực gió đơn vị 38 1.3.3.2 Áp lực gió thiết kế 38 1.3.2 Theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 1991-1.4 (2005) 39 1.3.2.1 Vận tốc gió sở Vb 39 1.3.2.2 Vận tốc gió hiệu dụng theo độ cao Vm(z) 40 1.3.2.3 Áp lực gió theo độ cao qp(z) 40 1.3.2.4 Áp lực gió lên bề mặt cơng trình 41 1.3.2.5 Tải trọng gió 41 1.3.3 Xác định tải trọng gió theo TCVN 2737:1995 42 1.3.3.1 Thành phần gió tĩnh 43 1.3.3.2 Thành phần gió động 43 1.4 Nhận xét chương 45 Chương THÀNH PHẦN GIÓ ĐỘNG CHO NHÀ CÓ SƠ ĐỒ KHUNG GIẰNG BỐ TRÍ ĐỐI XỨNG 47 2.1 Sự làm việc hệ kết cấu khung giằng 47 2.1.1 Sự tương tác hệ kết cấu khung giằng chịu tải trọng phân bố 49 2.1.2 Phân tích hệ khung giằng 52 iv 2.1.2.1 Phương trình vi phân kết cấu khung giằng chịu tải trọng ngang 52 2.1.2.2 Trường hợp chịu tải trọng ngang phân bố 54 2.1.2.3 Trường hợp chịu tải trọng ngang phân bố tam giác 58 2.1.2.4 Nhận xét 60 2.2 Xác định thành phần gió động cho nhà có sơ đồ khung giằng kết cấu 60 đối xứng 2.2.1 Đánh giá sai số công thức gần (1.52) 60 2.2.1.1 Cơng trình 20 tầng 61 2.2.1.2 Cơng trình 30 tầng 64 2.2.2 Hồn thiện cơng thức tính gần thành phần gió động 66 2.2.2.1 Đề xuất công thức biểu diễn hàm K1 66 2.2.2.2 Thiết lập cơng thức tính thành phần gió động theo biểu thức 68 đề xuất (2.25) 2.3 Đánh giá sai số cơng thức đề xuất 71 2.3.1 Nhà có mặt kết cấu dạng 71 2.3.2 Nhà có mặt dạng 76 2.3.3 Nhà có mặt dạng 78 2.3.4 Nhà có mặt dạng 80 2.3.5 Nhận xét, so sánh 83 2.4 Nhận xét chương 86 Chương 87 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ GIÓ GIẬT CHO HỆ KẾT CẤU KHUNG GIẰNG NHÀ CAO TẦNG Ở TP ĐÀ NẴNG 3.1 Phương pháp hệ số gió giật Davenport 86 3.2 Đề xuất cơng thức tính hệ số gió giật theo TCVN 2737:1995 90 ( ) 90 3.2.2 Khi cơng trình có mặt đối xứng, khối lượng bề rộng mặt đón gió 91 3.2.1 Đối với cơng trình phận kết cấu có tần số dao động lớn tần số dao động riêng ( ) v không đổi theo chiều cao 3.2.2.1 Trường hợp αH = ÷ 91 3.2.2.2 Trường hợp αH ≤ 92 3.3.3.3 Xây dựng cơng thức gần tính hệ số gió giật 93 3.3 Đánh giá sai số công thức đề xuất tính thành phần gió động 99 3.3.1 Nhà có mặt dạng 99 3.3.2 Nhà có mặt dạng 102 3.3.3 Nhà có mặt dạng 103 3.3.4 Khảo sát nhà dạng 1a, 2a 3a 106 3.3.5 Khảo sát dạng nhà 4, 111 3.3.6 Khảo sát cơng trình Đà Nẵng Plaza Cục Hải Quan TP Đà Nẵng 116 3.4 Nhận xét chương 120 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 122 Những đóng góp luận án 124 Danh mục cơng trình cơng bố liên quan đến luận án 125 Tài liệu tham khảo 126 Phụ lục 133 vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu Tên bảng biểu Trang Bảng 1.1 Thời gian lấy vận tốc trung bình số Tiêu chuẩn thiết kế 12 Bảng 1.2 Các dạng địa hình gió theo số tiêu chuẩn 13 Bảng 1.3 Hệ số chuyển đổi gió 3s từ chu kì 20 năm sang chu kỳ khác 14 Bảng 1.4 Chiều cao gradient zg; số mũ m thời gian lấy trung bình vận tốc 16 gió số Tiêu chuẩn thiết kế Bảng 2.1 Kích thước phận kết cấu cơng trình 20 tầng 61 Bảng 2.2 Giá trị αH ứng với nhà 63 Bảng 2.3 So sánh thành phần gió động theo cơng thức (1.52) (1.50) 63 với cơng trình 20 tầng Bảng 2.4 Kích thước phận kết cấu cơng trình 30 tầng 65 Bảng 2.5 Giá trị αH ứng với mơ hình 65 Bảng 2.6 So sánh thành phần gió động theo cơng thức (1.52) (1.50) 65 với cơng trình 30 tầng Bảng 2.7 Giá trị K1 tính theo cơng thức (2.24) (2.25) 67 Bảng 2.8 Số liệu nhà dạng 1, cao 20 tầng 72 Bảng 2.9 Số liệu nhà dạng 1, cao 30 tầng 72 Bảng 2.10 Số liệu nhà dạng 2, cao 20 tầng 76 Bảng 2.12 Số liệu nhà dạng 2, cao 30 tầng 77 Bảng 2.12 Số liệu nhà dạng 3, cao 20 tầng 79 Bảng 2.13 Số liệu nhà dạng 3, cao 30 tầng 79 Bảng 2.14 Số liệu nhà dạng 4, cao 20 tầng 81 Bảng 2.15 Số liệu nhà dạng 4, cao 30 tầng 81 Bảng 2.16 So sánh lực cắt đáy thành phần gió động theo cơng thức tính dạng nhà cao 20 tầng 84 vii Bảng 2.17 So sánh lực cắt đáy thành phần gió động theo cơng thức 85 tính dạng nhà cao 30 tầng Bảng 3.1 Độ cao Gradient zβ hệ số α 92 Bảng 3.2 Chu kỳ dao động riêng cơng trình theo kiến nghị 95 số tác giả Bảng 3.3 Các hệ số f , ε , ξ Bảng 3.4 So sánh lực cắt đáy tính theo TCVN theo công thức đề xuất, 97 104 nhà cao 20 tầng Bảng 3.5 So sánh lực cắt đáy tính theo TCVN theo công thức đề xuất, 105 nhà cao 30 tầng Bảng 3.6 Số liệu nhà dạng 1a, cao 20 tầng, vách dày 200, 250 300 106 Bảng 3.7 Số liệu nhà dạng 1a, cao 30 tầng, vách dày 250, 300 350 106 Bảng 3.8 Số liệu nhà dạng 2a, cao 20 tầng vách dày 200, 250 300 107 Bảng 3.9 Số liệu nhà dạng 2a, cao 30 tầng, vách dày 250, 300 350 107 Bảng 3.10 Số liệu nhà dạng 3a, cao 20 tầng, vách dày 200, 250 300 107 Bảng 3.11 Số liệu nhà dạng 3a, cao 30 tầng, vách dày 250, 300 350 108 Bảng 3.12 So sánh lực cắt đáy tính theo TCVN theo cơng thức đề xuất, 109 nhà cao 20 tầng, dạng 1a, 2a, 3a Bảng 3.13 So sánh lực cắt đáy tính theo TCVN theo công thức đề xuất, 110 nhà cao 30 tầng, dạng 1a, 2a, 3a Bảng 3.14 Số liệu dạng nhà 4, Bảng 3.15 Thành phần gió động nhà dạng tính theo TCVN theo 112 113 hệ số đề xuất, 20 tầng Bảng 3.16 Thành phần gió động nhà dạng tính theo TCVN theo 114 hệ số đề xuất, 25 tầng Bảng 3.17 Thành phần gió động nhà dạng tính theo TCVN theo hệ số đề xuất, 30 tầng 115 viii Bảng 3.18 So sánh tải trọng gió tính theo TCVN (1.50) theo hệ 116 số đề xuất (3.27) nhà dạng 4, 5, Bảng 3.19 Số liệu cơng trình Đà Nẵng Plaza Cục Hải Quan TP Đà Nẵng 117 Bảng 3.20 Thành phần gió động cơng trình Đà Nẵng Plaza tính theo TCVN 118 theo cơng thức đề xuất Bảng 3.21 Thành phần gió động cơng trình Cục Hải Quan TP Đà Nẵng 119 tính theo TCVN theo công thức đề xuất Bảng 3.22 So sánh tải trọng gió tính theo TCVN (1.50) theo hệ số đề xuất (3.27) 120 ... Đối tượng nghiên cứu: Thành phần động tải trọng gió tác dụng lên nhà cao tầng - Phạm vi nghiên cứu: Nhà cao tầng bê tơng cốt thép đến 35 tầng có mặt kết cấu đối xứng sử dụng hệ kết cấu khung giằng... tải trọng gió nhà cao tầng cần hiểu xác định giá trị thông số đầu vào để thiết kế ứng xử nhà cao tầng với tải trọng ngang trội so với tải trọng thẳng đứng Chi phí cho hệ kết cấu để chịu tải trọng. .. tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3 Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Những kết đạt luận án Cấu trúc luận án Chương TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Gió tác động gió lên