Bài viết Thiết lập các công thức tính toán thành phần tĩnh và động của tải trọng gió trong dự thảo TCVN 2737 : 2011 trình bày về cách thiết lập công thức tính toán thành phần tĩnh và động của tải trọng gió trong dự thảo TCVN 2737:2011 trên cơ sở số liệu gió đã có và tuân thủ phương pháp tính toán nêu trong tiêu chuẩn,... Mời các bạn cùng tham khảo.
KHẢO SÁT - THIẾT KẾ XÂY DỰNG THIẾT LẬP CÁC CƠNG THỨC TÍNH TỐN THÀNH PHẦN TĨNH VÀ ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG GIÓ TRONG DỰ THẢO TCVN 2737 : 2011 PGS TS NGUYỄN VÕ THƠNG Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Trong trình biên soạn TCVN 2737:1995, số nội dung tiêu chuẩn hiệu chỉnh khác với tiêu chuẩn gốc СНиП 2.01.07-85 Một thay đổi sử dụng số liệu áp lực gió có thời gian lấy trung bình vận tốc gió giây chu kỳ lặp 20 năm sử dụng cơng thức tính tốn СНиП 2.01.07-85 có số liệu đầu vào ứng với thời gian lấy trung bình vận tốc gió 10 phút chu kỳ lặp năm Sự thay đổi làm cho tính đồng phương pháp tính tốn tải trọng gió khơng đảm bảo Bài báo trình bày cách thiết lập cơng thức tính tốn thành phần tĩnh động tải trọng gió dự thảo TCVN 2737:2011 sở số liệu gió có tuân thủ phương pháp tính tốn nêu tiêu chuẩn СНиП 2.01.07* 85 2009 Đặt vấn đề TCVN 2737:1995 Tải trọng tác động - Tiêu chuẩn thiết kế [4] biên soạn dựa sở tiêu chuẩn СНиП 2.01.07-85 [5] Trong trình biên soạn, số nội dung tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 hiệu chỉnh khác với СНиП 2.01.07-85 Một thay đổi chuyển vận tốc gió sở V0, từ lấy trung bình 10 phút, vượt lần năm tiêu chuẩn СНиП 2.01.07-85 thành lấy trung bình giây, vượt lần 20 năm thay đổi dạng địa hình chuẩn từ dạng A sang dạng B Để thay đổi nội dung nêu tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 sử dụng số quy định liên quan đến tính tốn tải trọng gió tiêu chuẩn tải trọng tác động Úc [7] Việc kết hợp dẫn đến khơng đồng tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 Ví dụ: việc thay đổi số liệu ứng với vận tốc gió lấy trung bình 10 phút sang giây (gió giật) mà sử dụng cơng thức tính tốn thành phần động СНиП 2.01.07-85 (thiết lập cho gió 10 phút) chưa phù hợp; Việc lấy trung bình vận tốc gió sang giây kết hợp với kéo dài chu kỳ lặp tính tải trọng tiêu chuẩn từ năm lên 20 năm làm tăng giá trị tiêu chuẩn tải trọng gió đáng kể so với cách tính theo gốc СНиП 2.01.07-85 Để làm giảm gia tăng này, TCVN 2737:1995 làm giảm giá trị số hệ số như: độ cao, hệ số xung áp lực động, hệ số độ tin cậy,… theo quy luật định Tuy nhiên, thay đổi chưa có sở chưa kiểm chứng thực nghiệm tháp đo gió ống thổi khí động Hiện nay, chưa có điều kiện triển khai nghiên cứu tác động gió, nghiên cứu thực nghiệm để xác định quy luật thay đổi hệ số độ cao, hệ số xung áp lực động, ứng với dạng địa hình Vì quan điểm lần sốt xét chúng tơi tn thủ phương pháp tính toán nêu tiêu chuẩn gốc Nga, chuyển đổi số liệu đầu vào mà ta có cho phù hợp với quy định tiêu chuẩn gốc Mặt khác, tiêu chuẩn thiết kế ta chủ yếu biên soạn từ tiêu chuẩn Nga, để đảm bảo tính đồng hệ thống tiêu chuẩn, việc soát xét TCVN 2737:1995 lần dựa sở tiêu chuẩn tải trọng tác động hành Nga СНиП 2.01.07-85* 2009 [6] Thiết lập công thức tính tốn thành phần tĩnh động tải trọng gió dự thảo TCVN 2737:2011 Ta biết, tải trọng gió gồm hai thành phần, thành phần tĩnh thành phần động: W = Wm + Wp (1) Trong đó: Wm - giá trị thành phần tĩnh tải trọng gió; Wp - giá trị thành phần động tải trọng gió Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2011 KHẢO SÁT - THIẾT KẾ XÂY DỰNG tc tc tt Theo СНиП 2.01.07-85*, giá trị tiêu chuẩn Wm , Wp giá trị tính tốn Wm động tải trọng gió xác định theo cơng thức: , Wptt thành phần tĩnh - Giá trị tiêu chuẩn giá trị tính tốn thành phần tĩnh tải trọng gió: Wmtc = W10'5 ( A) k(z)C Wmtt = γf Wm = W10'50 ( A) k(z)C (2) (3) - Giá trị tiêu chuẩn giá trị tính tốn thành phần động tải trọng gió: Wptc = Wmtc (z)v (4) W ptt = γf Wptc (5) Trong đó: W10'5 ( A) W10'50 ( A) - áp lực gió độ cao 10 m, ứng với vận tốc gió lấy trung bình khoảng thời gian 10 phút, bị vượt lần năm 50 năm dạng địa hình A; k(z) - hệ số thay đổi áp lực gió độ cao z; C - hệ số khí động; (z)- hệ số áp lực động tải trọng gió độ cao z; v - hệ số tương quan không gian tải trọng gió độ cao tính tốn z; γf - hệ số độ tin cậy tải trọng gió 20 Theo Quy chuẩn QCVN 02:2009/BXD [3], ta có giá trị áp lực gió W3'' ( B ) - Áp lực gió độ cao 10 m, ứng với vận tốc gió lấy trung bình khoảng thời gian giây, bị vượt lần 20 năm, dạng địa hình B hệ số chuyển đổi chu kỳ lặp, Kcđ Các giá trị chúng cho bảng Bảng Áp lực gió Vùng áp lực gió I Mức độ ảnh hưởng bão W0 (daN/m ) W3''20 ứng với vùng gió II III IV V A B A B A B A B A B 55 65 83 95 110 125 - 155 - 185 Bảng Hệ số chuyển đổi áp lực gió Kcđ từ chu kỳ lặp 20 năm sang chu kỳ khác Chu kỳ lặp (năm) Hệ số chuyển đổi (Kcđ) 10 20 30 40 50 100 0,74 0,87 1,00 1,10 1,16 1,20 1,37 Từ giá trị bảng 2, ta xác định áp lực gió ứng với vận tốc gió lấy trung bình giây vùng i, địa hình dạng B với chu kỳ lặp j khác nhau, xác định theo công thức (6) j 20 j Wi (B) = Wi (B) x K cđ (6) Trong đó: i - Vùng gió; j - Chu kỳ lặp; Wi20(B) - Áp lực gió vùng i, chu kỳ lặp 20 năm, dạng địa hình B; j K cđ - Hệ số chuyển đổi chu kỳ lặp chuẩn sang chu kỳ lặp j; cđ K = 0,74; K 50 cđ = 1,20 Theo (6), ta có áp lực gió giây dạng địa hình B, ứng với chu kỳ lặp năm 50 năm sau: Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2011 KHẢO SÁT - THIẾT KẾ XÂY DỰNG - Chu kỳ lặp năm: 20 cđ Wi (B) = Wi (B) x K 20 = 0,74 Wi (B) (7) - Chu kỳ lặp 50 năm: 50 20 Wi (B) = Wi (B) x K 50 cđ 20 = 1,2 Wi (B) (8) j Theo [8], vận tốc gió lấy trung bình V10' ứng với chu kỳ lặp j, xác định theo cơng thức: V10' V3" K (9) Trong đó, K hệ số gió giật xác định theo C.S.Daurst [8], K = 1,4 Từ (9) K = 1,4, ta suy ra: W10' W3" 1,4 (10) Từ (10) suy ra: dạng địa hình với chu kỳ lặp, ta có hệ số chuyển đổi áp lực gió ứng với thời gian lấy trung bình vận tốc gió từ giây sang 10 phút sau: W10’ = 0,51W3” (11) Theo [1, 2], để sử dụng cơng thức từ (2) đến (5) số liệu áp lực gió phải ứng với dạng địa hình A Theo СНиП 2.01.07-85* 2009, hệ số chuyển áp lực gió từ dạng địa hình B sang dạng A xác định theo công thức (12) j j Wi (A) = Wi (B) x Kv (12) Trong đó: Kv = k10(A)/k10(B) (13) Kv = 1/0,65 = 1,54 Suy ra: j j Wi (A) = 1,54Wi (B) (14) Từ (7), (8), (11) (14) ta có cơng thức hiệu chỉnh số liệu áp lực gió ứng với chu kỳ lặp: - Chu kỳ lặp năm: W10'5 ( A) = 1,54 x 0,74 x 0,51 W3''20 (B) W10'5 ( A) = 0,58 W3''20 (B) = 0,58W0 (15) - Chu kỳ lặp 50 năm: W10'50 ( A) = 1,54 x 1,2 x 0,51 W3''20 (B) W10'50 ( A) = 0,95 W3''20 (B) = 0,95W0 (16) Từ (15) (16) suy hệ số độ tin cậy tải trọng gió γf là: γf = W10'50 ( A) 1, 65 W10'5 ( A) (17) Thay (15) (17) vào (2) (3), ta có cơng thức tính tốn giá trị tiêu chuẩn giá trị tính tốn thành phần tĩnh tải trọng gió dự thảo TCVN 2737:2011: Wmtc = 0,58W0 k(z)C (18) Wmtt = γf Wmtc = 1,65W0 k(z)C (19) Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2011 KHẢO SÁT - THIẾT KẾ XÂY DỰNG Trong biểu thức (18), 0,58 hệ số hiệu chỉnh áp lực gió độ cao 10 m Thay giá trị tính từ (18) (19) vào (4) (5), ta xác định giá trị tiêu chuẩn giá trị tính tốn thành phần động tải trọng gió Kết luận Từ kết trình thiết lập cơng thức tính tốn thành phần tĩnh động tải trọng gió dự thảo TCVN 2737 : 2011, ta rút số kết luận sau: - Các cơng thức tính tốn thành phần động thành phần tĩnh tải trọng gió dự thảo TCVN 2737:2011 cho phép sử dụng số liệu pháp lý quy định QCVN 02:2009/BXD tuân thủ phương pháp tính tốn nêu tiêu chuẩn hành Nga СНиП 2.01.07-85* 2009; - Hệ số hiệu chỉnh áp lực gió độ cao 10 m thích hợp số liệu áp lực gió tương ứng với vận tốc gió lấy trung bình giây, bị vượt lần 20 năm dạng địa hình B, tính mét giây (m/s); - Khi tính tốn kết cấu trạng thái giới hạn thứ hai, giá trị hệ số độ tin cậy tải trọng gió γf = 1; tính tốn kết cấu trạng thái giới hạn thứ nhất, giá trị hệ số độ tin cậy tải trọng gió γf = 1,65 TÀI LIỆU THAM KHẢO NGUYỄN VÕ THƠNG Lựa chọn dạng địa hình chuẩn soát xét TCVN 2737:1995 dựa sở tiêu chuẩn CTO 36554501-015-2008 нагрузки и воздействия Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, số 2/2010 NGUYỄN VÕ THƠNG Cơ sở khoa học để xác định vận tốc gió sở dự thảo soát xét Tiêu chuẩn TCVN 2737:2010 theo tiêu chuẩn hành Nga Tuyển tập cơng trình Hội nghị Khoa học tồn quốc Cơ học Vật rắn biến dạng lần thứ X, Thái Nguyên, 12-13/11/2010, tr 755-759 QCVN 02:2009/BXD Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia số liệu tự nhiên dùng xây dựng Việt Nam, Bộ Xây dựng, 2009 TCVN 2737:1995 Tải trọng tác động - Tiêu chuẩn thiết kế, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội, 2002 СНиП 2.01.07-85 нагрузки и воздействия, Mосква,1985 СНиП 2.01.07-85* нагрузки и воздействия, Mосква, 2009 AS 1170 Part 2- 1989: Wind forces E SIMIU, R.H Scanlan Wind effects on Structures Fundamentals and Applications to Design, John Wiley & Sons Inc 1996 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2011 ... trị tính tốn thành phần động tải trọng gió Kết luận Từ kết trình thiết lập cơng thức tính tốn thành phần tĩnh động tải trọng gió dự thảo TCVN 2737 : 2011, ta rút số kết luận sau: - Các cơng thức. .. - Các cơng thức tính tốn thành phần động thành phần tĩnh tải trọng gió dự thảo TCVN 273 7: 2011 cho phép sử dụng số liệu pháp lý quy định QCVN 0 2:2 009/BXD tuân thủ phương pháp tính tốn nêu tiêu... 65 W10'5 ( A) (17) Thay (15) (17) vào (2) (3), ta có cơng thức tính tốn giá trị tiêu chuẩn giá trị tính tốn thành phần tĩnh tải trọng gió dự thảo TCVN 273 7: 201 1: Wmtc = 0,58W0 k(z)C (18) Wmtt =