Nghiên cứu xác định tải trọng gió lên nhà cao tầng có kết cấu khung giằng (tt)

Việc sử dụng công thức gần đúng tính toán thành phần động của tải trọng gió với dạng dao động thứ nhất rất có ý nghĩa thực tiễn nên tiêu chuẩn của hầu hết các nước đều đưa ra phương pháp

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

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

ĐÀ NẴNG / 2018

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: GS TS Phan Quang Minh

PGS TS Lê Cung

Phản biện 1: GS.TS Phạm Văn Hội Phản biện 2: PGS.TS Ngô Hữu Cường Phản biện 3: TS Trần Đình Quảng

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ tại Đại học Đà Nẵng vào hồi 14h30 ngày 10 tháng 03 năm 2018

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Trung tâm Thông tin – Tư liệu, Đại học Đà Nẵng

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

MỞ ĐẦU

Theo tiêu chuẩn các nước trên Thế giới, có ba phương pháp xác định

tải trọng gió: phương pháp đơn giản, phương pháp giải tích và phương

pháp ống thổi khí động Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737:1995 được

biên soạn theo tiêu chuẩn Nga SNiP 2.01.07-85* chưa đề cập đến

phương pháp ống thổi khí động

Đối với các công trình nhà cao tầng có mặt bằng đối xứng, ảnh

hưởng của dạng dao động thứ nhất đến giá trị thành phần gió động là

chủ yếu Việc sử dụng công thức gần đúng tính toán thành phần động

của tải trọng gió với dạng dao động thứ nhất rất có ý nghĩa thực tiễn nên

tiêu chuẩn của hầu hết các nước đều đưa ra phương pháp gần đúng để

áp dụng cho các công trình này Theo đó, tải trọng gió dọc tác dụng lên

nhà cao tầng được tính từ thành phần gió tĩnh tương đương nhân với hệ

số gió giật (Gust Loading Factor- GLF) Thành phần gió động theo

TCVN 2737:1995 cũng được tính toán trên cơ sở lấy thành phần gió

tĩnh nhân với các hệ số kể đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió và lực

quán tính của công trình

TCVN 2737:1995 cũng đưa ra công thức gần đúng xác định thành

phần gió động Công thức này đơn giản, dễ sử dụng Tuy nhiên, công

thức này chỉ phù hợp với các công trình, khi gần đúng có thể xem

chuyển vị ngang trên các tầng ở dạng dao động thứ nhất tuân theo quy

luật bậc nhất theo cao độ z Trong thực tế số công trình nhà cao tầng

đáp ứng được điều kiện này là rất ít do khống chế từ các yêu cầu về

kiến trúc và hiệu quả kinh tế Việc không quy định rõ phạm vi áp dụng

của công thức này có thể dẫn đến các sai số lớn, cần có thêm nghiên

cứu cải tiến công thức Mặt khác quy trình tính toán tải trọng gió hiện

nay theo TCVN là khá phức tạp Với ý nghĩa như vậy, việc hoàn thiện

quy trình tính toán thành phần gió động lên công trình cao tầng phù hợp

với tiêu chuẩn Việt Nam, tiếp cận theo tiêu chuẩn các nước tiên tiến là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn

Mục tiêu nghiên cứu

- Xây dựng công thức gần đúng tính toán thành phần gió động theo TCVN 2737:1995, với sai số cho phép

- Đề xuất công thức đơn giản tính toán thành phần gió động theo phương pháp hệ số gió giật cho hệ kết cấu khung giằng cao đến 35 tầng

có mặt bằng đối xứng

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Thành phần gió động lên nhà cao tầng

- Phạm vi nghiên cứu: Nhà có hệ kết cấu khung giằng mặt bằng đối xứng cao đến 35 tầng

Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu chuyển vị ngang nhà khung giằng, từ đó đánh giá sai

số của công thức gần đúng xác định thành phần gió động trong TCVN

- Nghiên cứu đề xuất công thức gần đúng có cấu trúc đơn giản tương

tự như công thức gần đúng của TCVN với độ sai số cho phép

- Trên cơ sở của TCVN 2737:1995, nghiên cứu xác định hệ số gió giật G tương ứng với các hệ kết cấu có độ cứng khác nhau

- Nghiên cứu đề xuất công thức tính toán tải trọng gió đơn giản theo phương pháp GLF cho các công trình cao đến 35 tầng, có hệ kết cấu khung giằng đối xứng, xây dựng trên địa bàn Thành phố Đà Nẵng và các thành phố khác thuộc vùng gió IIB

Những đóng góp mới của luận án

- Đánh giá sai số và làm rõ được phạm vi áp dụng của công thức gần đúng tính toán thành phần gió động trong TCVN 2737:1995

- Đề xuất được công thức gần đúng tính toán thành phần gió động phù hợp với công trình nhà cao tầng có sơ đồ khung giằng theo TCVN

- Đề xuất được công thức đơn giản tính toán thành phần gió động

theo hệ số gió giật G với độ chính xác xấp xỉ phương pháp giải tích của

TCVN 2737:1995 cho các công trình cao đến 35 tầng, xây dựng trên địa

bàn Thành phố Đà Nẵng và các địa hình tương tự

Cấu trúc của luận án

Luận án gồm 123 trang, trong đó Mở đầu (5 trang), Chương 1 (41

trang), Chương 2 (40 trang), Chương 3 (35 trang), Kết luận và kiến nghị

(2 trang), các công trình đã công bố (1 trang), tài liệu tham khảo (7

trang, 67 tài liệu)

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Gió và tác động của gió lên công trình

1.1.1 Khái niệm về gió, bão, lốc xoáy

1.1.2 Tác dụng của gió lên công trình

1.1.3 Cấu trúc và các tham số đặc trưng ảnh hưởng đến tác dụng của

tải trọng gió

1.1.4 Khảo sát các tham số ảnh hưởng đến việc tính toán tác dụng

của tải trọng gió lên công trình

1.2 Tổng quan các nghiên cứu về tải trọng gió

1.2.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài

Nhiều nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã được thực hiện, nỗi

bậc là nghiên cứu của Davenport công bố năm 1967 về phương pháp hệ

số gió giật Theo đó, tải trọng gió được tính từ thành phần gió trung

bình nhân với hệ số kể đến tác dụng giật Phương pháp nầy hiện nay

hầu hết các nước đều vận dụng với một vài thay đổi cho phù hợp với

từng nước

1.2.2 Các nghiên cứu ở trong nước

Tiêu chuẩn Việt Nam về tải trọng gió, được biên soạn từ tiêu chuẩn

Nga, cũng đã có một số nghiên cứu điều chỉnh cho phù hợp như thời

gian lấy vận tốc gió trung bình, chu kỳ lặp, phân vùng áp lực gió Gần đây cũng đã có một nghiên cứu lý thuyết, mô hình số và nghiên cứu thực nghiệm trong hầm gió

1.3 Xác định tải trọng gió theo một số một số tiêu chuẩn

1.3.1 Theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ ASCE/SEI 7-16

Áp lực gió tính cho hệ kết cấu chịu lực chính của công trình được xác định theo công thức:

p = q.G.Cp - qi.(GCpi) (N/m2) (1.27)

G: hệ số gió giật

1.3.2 Theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 1991-1.4 (2005)

- Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu được xác định theo công thức:

Fw = CsCd Cf qp(ze) Aref (1.41)

CsCd : hệ số kể đến tác dụng động

1.3.3 Xác định tải trọng gió theo TCVN 2737:1995

- Thành phần gió tĩnh:

- Thành phần gió động:

< : ( )= x.y ( / ) (1.50)

Công thức gần đúng: = 1.4 (1.52)

Từ (1.46) và (1.48), tổng áp lực gió (khi f > f ) là:

= + = 1 +z n (1.53) Như vậy, có thể xem = 1 +z n là hệ số gió giật (1.54)

1.4 Nhận xét chương 1

Phần lớn các tiêu chuẩn trên thế giới đều dựa trên nguyên tắc của

phương pháp GLF của Davenport để đánh giá tải trọng gió tác dụng lên

kết cấu theo phương dọc hướng gió

Qua phân tích một số tiêu chuẩn, thấy giữa TCVN 2737:1995,

ASCE-7 và EN có các cách thể hiện khác nhau khi xét thành phần động

của tải trọng gió thông qua hệ số gió giật TCVN tách biệt tác động của

gió thành hai thành phần tĩnh và động nên khá phức tạp trong phân tích,

Công thức gần đúng (1.52) trong TCVN có sai số lớn cần điều chỉnh và

tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện qui trình tính tải trọng gió là cần thiết

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN GIÓ ĐỘNG CHO

NHÀ CÓ SƠ ĐỒ KHUNG GIẰNG BỐ TRÍ ĐỐI XỨNG

2.1 Sự làm việc của hệ kết cấu khung giằng

Hệ kết cấu nầy tận dụng ưu việt của mỗi loại, vừa có thể tạo một

không gian sử dụng tương đối lớn theo yêu cầu bố trí mặt bằng kiến

trúc lại có tính năng chịu lực ngang tốt

2.1.1 Sự tương tác trong hệ kết cấu khung giằng chịu tải phân bố

Khi kết cấu khung giằng chịu tải trọng ngang, các dạng chuyển vị tự

do khác nhau của vách và của khung làm cho chúng tương tác ngang

thông qua bản sàn hoặc dầm

2.1.2 Phân tích hệ khung giằng

2.1.2.1 Phương trình vi phân cơ bản:

Phương trình vi phân đặc trưng cho chuyển vị ngang của hệ kết cấu

khung giằng:

− = ( ) (2.4) 2.1.2.2 Trường hợp chịu tải trọng ngang phân bố đều

Từ (2.4) phương trình chuyển vị ngang được viết lại:

( ) − (2.13) Phương trình (2.13) cho chuyển vị có thể được viết lại như sau:

( ) = ( , / ) (2.16)

2.1.2.3 Trường hợp chịu tải trọng ngang phân bố tam giác ( ) = ( , / ) (2.23) Với K1:

Hình 2.6- Hệ số K1, khi chịu tải trọng ngang phân bố đều

= ( ) − + 1 + −

− 1 −( ) (2.24)

2.1.2.4 Nhận xét:

Từ hình 2.6, 2.7 khi αH > 2, dạng biểu đồ chuyển vị gần như đường

thẳng theo chiều cao, tương tự biến dạng cắt của khung chịu tải trọng

ngang Khi αH ≤ 2, biểu đồ chuyển vị là đường cong theo chiều cao

Với nhà cao từ 15 đến 35 tầng ở nước ta hầu hết đều sử dụng hệ kết

cấu khung giằng, vách được thiết kế chịu phần lớn tải trọng ngang do

đó kích thước tiết diện cột được lựa chọn tối thiểu và tăng diện tích sử

dụng, tương ứng với trường hợp αH ≤ 2.0

2.2 Xác định thành phần gió động cho nhà có sơ đồ kết cấu khung

giằng đối xứng

2.2.1 Đánh giá sai số của công thức gần đúng trong TCVN

Hình 2.7- Hệ số K1 , khi chịu tải trọng ngang phân bố tam giác

Để đánh giá sai số, khảo sát thành phần gió động của một số công trình (có các giá trị αH khác nhau) xây dựng vùng gió IIB theo công thức gần đúng và công thức giải tích trong TCVN

2.2.1.1 Công trình 20 tầng: Xét 5 trường hợp hệ khung giằng có αH từ 0.50 - 2.50 Mặt bằng kết cấu cho ở hình 2.8, số liệu cho ở Bảng 2.1

Bảng 2.1 Kích thước các bộ phận kết cấu công trình 20 tầng

Phân tích động học và từ đó tính toán thành phần gió động (vùng gió IIB, dạng địa hình B), theo công thức gần đúng (1.52) và công thức (1.50) trong TCVN, kết quả so sánh cho ở Bảng 2.3

Bảng 2.3 So sánh thành phần gió động theo công thức (1.52) và (1.50)

với nhà 20 tầng

CT1.50 CT1.52 CT1.50 CT1.52 CT1.50 CT1.52 CT1.50 CT1.52 CT1.50 CT1.52

Tổng 1869.4 2155.8 1923.9 2163.3 2004.3 2165.8 2016.8 2153.3 1961.3 2077.0

Mô hình 5, αH=2.45 T=1.645 Mô

hình

Mô hình 1, αH=0.54 T=1.746

Mô hình 2 2, αH=1.01 T=1.879

Mô hình 3, αH=1.53 T=1.916

Mô hình 4, αH=1.92 T=1.783

Hình 2.8- Mặt bằng kết cấu công trình 20-30 tầng

Cột Dầm Vách (m2) (m2) (m)

Mô hình 1 0.50x0.50 0.25x0.50 0.5 0.2 3.6

Mô hình 2 0.60x0.60 0.30x0.60 0.3 0.2 3.6

Mô hình 3 1.00x1.00 0.40x0.60 0.2 0.2 3.6

Mô hình 4 1.00x1.00 0.40x0.70 0.2 0.2 3.6

Mô hình 5 1.00x1.00 0.45x0.80 0.2 0.2 3.6

Chiều cao tầng (m)

Mô hình Chiều dày

sàn (m)

2.2.1.2 Công trình 30 tầng: Xét 5 trường hợp hệ khung vách có αH từ

1.00 đến 3.00 Số liệu cho ở Bảng 2.4 Kết quả ở Bảng 2.6

Bảng 2.4 Kích thước các bộ phận kết cấu công trình 30 tầng

Bảng 2.6 So sánh thành phần gió động theo công thức (1.52) và (1.50)

với nhà 30 tầng

Bảng 2.3 và bảng 2.6 thể hiện sai số của công thức gần đúng (1.52)

so với công thức (1.50) Mức độ sai lệch phụ thuộc vào giá tri hệ số αH

Khi αH càng nhỏ thì sai lệch càng lớn Với các hệ kết cấu khung giằng

khoảng 15-35 tầng, αH thường nhỏ Như vậy nếu sử dụng công thức

gần đúng (1.52) để xác định thành phần gió động sẽ cho sai số lớn, thiết

kế sẽ không tiết kiệm, cần có nghiên cứu bổ sung

2.2.2 Hoàn thiện công thức tính gần đúng thành phần gió động

2.2.2.1 Đề xuất công thức biểu diễn hàm K1

Từ phân tích lý thuyết ở mục 2.1, đối với nhà dạng khung giằng bố

trí đối xứng, chịu tải trọng ngang phân bố tam giác, chuyển vị ngang yz

xác định theo công thức (2.23), có qui luật như đường cong K1 (Hình

2.7) Tuy nhiên, K1 tính theo công thức (2.24) là khá phức tạp Qua xem

CT1.50 CT1.52 CT1.50 CT1.52 CT1.50 CT1.52 CT1.50 CT1.52 CT1.50 CT1.52

Tổng 3132.63 3565.75 3223.49 3565.75 3298.55 3565.75 3333.12 3547.47 3290.22 3476.15

Sai số

Mô hình 5, αH=2.88 T=3.048

Mô

hình

Mô hình 1,

αH=0.95

T=3.31

Mô hình 2 αH=1.42 T=3.311

Mô hình 3, αH=1.93 T=3.310

Mô hình 4, αH=2.44 T=3.286

Cột

(m2)

Mô hình 1 0.70x0.70 0.30x0.50 0.5 0.2 3.6

Mô hình 2 0.80x0.80 0.40x0.50 0.3 0.2 3.6

Mô hình 3 1.00x1.00 0.35x0.60 0.25 0.2 3.6

Mô hình 4 1.00x1.00 0.45x0.60 0.2 0.2 3.6

Mô hình 5 1.00x1.00 0.45x0.70 0.2 0.2 3.6

Dầm (m2) Vách

(m)

Chiều dày sàn (m)

Chiều cao tầng (m)

Mô hình

xét, ứng với các giá trị αH<2.0, đường cong K1 gần với dạng parabol và

có thể biểu diễn gần đúng theo hàm bậc hai, hay hàm sin Ở đây đề xuất hàm đường cong K1 có qui luật hàm sin có dạng:

= ( ) sin ( ) (2.25)

Đồ thị hình 2.10 cho thấy, đối với các dạng nhà khung giằng có đường cong K1 ứng với αH ≤ 2.0, việc biểu diễn đường cong K1 theo công thức (2.25) là chấp nhận được, sai số không đáng kể

2.2.2.2 Thiết lập công thức tính thành phần gió động

Giá trị chuyển vị tỷ đối y ji trong công thức (1.50), (1.51) là tỷ số của

y(z)/y(H), từ (2.25) ta có:

= sin ( ) (2.29)

Áp lực gió động tác dụng lên công trình ở độ cao z là :

Hình 2.10 Biểu đồ K1 tính theo CT 2.24 và CT 2.25 với αH=0.5; 1.0; 1.5; 2.0

Từ (2.30) tính được:

(2.35)

Từ (2.35) với dạng địa hình A, có mt = 0.07:

Tương tự với dạng địa hình B có mt = 0,09, ta được:

= 1,46 (2.37) Tương tự với dạng địa hình C có mt = 0,14, ta được:

= 1,43

2.3 Đánh giá sai số của công thức đề xuất

Để đánh giá mức độ phù hợp của công thức đề xuất, ta tiến hành tính

toán cho 4 mô hình nhà có dạng mặt bằng khác nhau, cao 20 và 30 tầng

Công trình xây dựng vùng gió IIB, dạng địa hình B Mặt bằng nhà thể

hiện ở các hình 2.11, 2.18, 2.21 và 2.24 Số liệu về các bộ phận kết cấu

xem bảng 2.8 Kết quả thành phần gió động tính theo (1.50), (1.52)

TCVN và theo đề xuất (2.37) biểu diễn điển hình ở hình 2.12 và 2.16,

còn lại lập bảng 2.16, 2.17 để so sánh (trang 14, 15)

Hình 2.11 Mặt bằng

kết cấu nhà dạng 1

Hình 2.18 Mặt bằng

kết cấu nhà dạng 2

200-250-300 250-300-350

Cấp bền BT

Tiết diện cột (mm) Chiều dày vách (mm)

S ố tầng

Lưới cột (m) Chiều cao tầng (m) Chiều dày sàn (mm)

Bảng 2.8- Số liệu 4 dạng nhà, cao 20-30 tầng

Hình 2.12- Thành phần gió động nhà 1, cao 20 tầng, vách dày 200

Hình 2.21 Mặt bằng

kết cấu nhà dạng 3

Hình 2.24 Mặt bằng

kết cấu nhà dạng 4

2.4 Nhận xét chương 2

Dạng chuyển vị ngang của nhà khung giằng không chỉ phụ

thuộc vào độ cứng của hệ kết cấu mà còn phụ thuộc vào mức độ tương

tác khung-vách qua hệ số αH Khi αH nhỏ (≤ 2.0) dạng chuyển vị là

đường cong gần biến dạng uốn của vách, khi αH càng lớn (> 2.0) dạng

chuyển vị tiến dần về dạng tuyến tính như biến dạng cắt của khung

Từ kết quả tính toán thành phần gió động (Bảng 2.16 và Bảng

2.17) cho các công trình có αH≤ 2.0 theo công thức gần đúng (1.52) của

TCVN so với công thức của tiêu chuẩn (1.50) và công thức đề xuất

(2.37), có thể thấy:

- Sai số giữa của công thức (1.52) so với công thức (1.50) là

khá lớn, khoảng 13-17%

- Sai số giữa cách tính theo công thức đề xuất (2.37) so với

công thức (1.50) TCVN là khá nhỏ, không vượt quá 4.5%

Hình 2.16- Thành phần gió động nhà 1, cao 30 tầng, vách dày 300

- Với địa hình B, cấu trúc của công thức đề xuất (2.37) là đơn giản, tương tự như công thức gần đúng (1.52) của tiêu chuẩn nhưng có

độ chính xác xấp xỉ công thức giải tích của tiêu chuẩn (1.50)

Bảng 2.16- So sánh lực cắt đáy thành phần gió động theo 3 công thức

tính của 4 dạng nhà cao 20 tầng

Vách dày

CT1.50 (kN)

CT1.52 (kN) Δ1 (%)

CT2.37 (kN) Δ2 (%)

200 0.902 1543.21 1804.31 16.9% 1546.09 0.2%

250 0.808 1506.46 1766.90 17.3% 1514.03 0.5%

300 0.738 1501.06 1741.71 16.0% 1492.45 -0.6%

Vách dày

CT1.50 (kN)

CT1.52 (kN) Δ1 (%)

CT2.37 (kN) Δ2 (%)

200 0.980 1979.69 2300.2 16.2% 1971.0 -0.4%

250 0.877 1880.36 2209.09 17.5% 1892.94 0.7%

300 0.802 1883.3 2201.14 16.9% 1886.13 0.2%

Vách dày

CT1.50 (kN)

CT1.52 (kN) Δ1 (%)

CT2.37 (kN) Δ2 (%)

200 1.500 2072.17 2397.91 15.7% 2054.73 -0.8%

250 1.341 2035.86 2368.78 16.4% 2029.77 -0.3%

300 1.224 1998.09 2334.03 16.8% 2000.00 0.1%

Vách dày

CT1.50 (kN)

CT1.52 (kN) Δ1 (%)

CT2.37 (kN) Δ2 (%)

200 1.382 2152.52 2468.51 14.7% 2115.23 -1.7%

250 1.235 2111.72 2437.17 15.4% 2088.38 -1.1%

300 1.126 2080.76 2413.02 16.0% 2067.69 -0.6%

NHÀ CAO 20 tầng

GHI CHÚ: - Δ1 (%) là sai số giữa công thức (1.52) TCVN và công thức (1.50) TCVN.

- Δ2 (%) là sai số giữa công thức đề xuất (2.37) và công thức (1.50) TCVN.

Bảng 2.17- So sánh lực cắt đáy thành phần gió động theo 3 công thức

tính của 4 dạng nhà cao 30 tầng

Chương 3

XÁC ĐỊNH HỆ SỐ GIÓ GIẬT CHO NHÀ CAO TẦNG SƠ ĐỒ

KẾT CẤU KHUNG GIẰNG BỐ TRÍ ĐỐI XỨNG THEO TCVN

3.1 Phương pháp hệ số gió giật Davenport

Davenport kiến nghị công thức xác định tải trọng gió lớn nhất:

max

( )

p z tác dụng lên kết cấu thông qua thành phần trung bình (tĩnh) của

tải trọng gió p(z) và hệ số gió giật G, như sau:

(3.3)

Vách dày

(mm) αH

CT1.50 (kN)

CT1.52 (kN) Δ1 (%)

CT2.37 (kN) Δ2 (%)

Vách dày

(mm) αH

CT1.50 (kN)

CT1.52 (kN) Δ1 (%)

CT2.37 (kN) Δ2 (%)

Vách dày

(mm) αH

CT1.50 (kN)

CT1.52 (kN) Δ1 (%)

CT2.37 (kN) Δ2 (%)

Vách dày

(mm) αH

CT1.50 (kN)

CT1.52 (kN) Δ1 (%)

CT2.37 (kN) Δ2 (%)

GHI CHÚ: - Δ1 (%) là sai số giữa công thức (1.52) TCVN và công thức (1.50) TCVN.

- Δ2 (%) là sai số giữa công thức đề xuất (2.37) và công thức (1.50) TCVN.

NHÀ CAO 30 tầng

1

V là vận tốc gió trung bình tại đỉnh nhà Theo Davenport, hệ số gió giật G được xác định như sau:

3.2 Đề xuất công thức tính hệ số gió giật theo TCVN 2737:1995

3.2.1 Đối với công trình và các bộ phận kết cấu có tần số dao động cơ bản ( ) lớn hơn tần số dao động riêng ( )

Theo (1.46) và (1.48), tổng tải trọng gió xác định theo (1.53), (1.54): = + = 1 + z n = 1 + z n Theo định nghĩa của Davenport, = 1 + z n là hệ số gió giật 3.2.2 Khi nhà có độ cứng, khối lượng và bề mặt rộng đón gió không

đổi theo chiều cao

3.2.2.1 Trường hợp αH = 2 ÷ 6 (nhà có kết cấu khung ảnh hưởng đáng

kể đến hệ khung giằng)

Sử dụng công thức (1.52):

= 1.4 Với = z (3.10) Thay ở (3.10) vào (1.52), ta được:

= 1,4 z (3.11)

Hệ số gió giật G xác định theo (3.13):

= 1 + 1,4 z (3.13)

3.2.2.2 Trường hợp αH ≤ 2 (nhà có kết cấu vách ảnh hưởng đáng kể)

Sử dụng kết quả từ chương 2, thành phần gió động tính theo (2.37):

= 1,4

2.

Đặt: = 1,4 z (3.14)

Vậy: =

Hệ số gió giật: = 1 + 1,4 z (3.15)

+ Dạng địa hình A: mt = 0.07

= 1 + 1,4 . z (3.16)

+ Dạng địa hình B: mt = 0.09

= 1 + 1,4 . z (3.17)

+ Dạng địa hình C: mt = 0.14

= 1 + 1,4 . z (3.18)

3.2.2.3 Xây dựng công thức gần đúng tính hệ số gió giật cho công trình

xây dựng ở vùng gió IIB cao 15 đến 35 tầng

Từ (3.16), (3.17), (3.18), ta thấy xác định hệ số gió giật G còn khá

phức tạp, phụ thuộc nhiều tham số Vì vậy, ở đây ta sẽ khảo sát hệ số G

qua một số yếu tố ảnh hưởng, nhằm tìm kiếm một biểu thức gần đúng

tính G đơn giản, dễ áp dụng hơn và có sai số chấp nhận được

a Hệ số động lực ξ:

Hệ số động lực ξ được xác định theo TCVN, phụ thuộc thông số

= , và độ giảm lôga dao động δ của kết cấu

Có thể lấy f1 gần đúng theo T1=0.08n, n là số tầng nhà

b Hệ số áp lực động ζ:

Lấy theo bảng của TCVN, phụ thuộc độ cao z, và dạng địa hình

c Hệ số tương quan không gian áp lực động ν: Lấy theo TCVN

d Xây dựng công thức: Xét công trình có gió tác dụng vuông góc

với bề mặt zoy, công trình có bề rộng mặt đón gió khoảng b = 30-50m, cao 15 đến 35 tầng, h=40-100m:

- Giá trị : Từ TCVN, ứng với b và h, nội suy hệ số có giá trị xấp

xỉ từ 0,66 đến 0,61, có thể lấy trung bình: = 0.63

- Hệ số áp lực động z : Thay đổi theo chiều cao z, được xác định:

z =z (3.19) Với dạng địa hình B, tại z=H:

z =z . = 0.486 . (3.20)

- Xác định hệ số động lực ξ:

Xét với chu kỳ dao động: = 0.08 , Hệ số độ tin cậy γ =1.2

Hệ số ε cho công trình tại vùng gió IIB (W0 = 950N/m2):

×(

, )= 0.00287 (3.21) Xét công trình cao tầng từ 15, 20, 25, 30 và 35 tầng,với T=0,08n, tương ứng ta có tần số f1, hệ số ε và hệ số động lực ξ theo bảng 3.3

Từ các giá trị ξ trong bảng 3.3, ta có thể xấp xỉ ξ theo biểu thức:

= 1.3 + 0.2 = 1.3 + 0.016 (3.22)

Bảng 3.3 Các hệ số f1 , ε , ξ

Với dạng địa hình B: mt = 0.09, biểu thức (3.14) viết lại:

= 1,4

. z

2

Có thể thấy: . ≈ . (3.23) Thay (3.20), (3.22), (3.23) và giá trị ≈ 0.63 vào (3.14), ta được: