Phân tích phản ứng của nhà cao tầng chịu tải trọng xung gió theo miền thời gian: luận văn thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG PHẠM MINH PHÚ PHÂN TÍCH PHẢN ỨNG NHÀ CAO TẦNG CHỊU TẢI TRỌNG XUNG GIÓ THEO MIỀN THỜI GIAN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG ĐỒNG NAI, NĂM 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG PHẠM MINH PHÚ PHÂN TÍCH PHẢN ỨNG NHÀ CAO TẦNG CHỊU TẢI TRỌNG XUNG GIÓ THEO MIỀN THỜI GIAN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ SỐ: 8580201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN HỒNG ÂN ĐỒNG NAI, NĂM 2019 LỜI CAM ĐOAN Tác giả: Phạm Minh Phú Sinh ngày: 07/9/1991 Nơi sinh: Bình Dương Nơi cơng tác: Phịng Quản lý Đơ thị thành phố Thủ Dầu Một tỉnh Bình Dương Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiêm cứu với đề tài “ Phân tích phản ứng nhà cao tầng chịu tải trọng xung gió theo miền thời gian”, cơng trình nghiêm cứu riêng tác giả Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố nơi khác Các thơng tin trích dẫn nguồn gốc rõ ràng Kết tính tốn dựa tiêu chuận hành Nếu khôngđúng theo điều nêu tác giả xin chịu hoàn toàn trách nghiệm đề tài mình./ Tác giả Phạm Minh Phú LỜI CẢM ƠN Đầu tiên xin gửi lời cảm ơn tình cảm chân thành đến gia đình, thầy giáo người bạn tạo điều kiện hỗ trợ tơi hồn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn đến TS Nguyễn Hồng Ân, người tận tình hướng dẫn, động viên khích lệ suốt q trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo hội đồng khoa học cung cấp lời khuyên quý giá tài liệu liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu luận văn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến ban giám hiệu nhà trường, ban chủ nhiệm Khoa Sau Đại Học, Khoa Kỹ thuật Cơng Trình – Trường Đại học Lạc Hồng tạo điều kiện thuận lợi để luận văn hoàn thành thời hạn đạt chất lượng Một lần tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc Tác giả luận văn Phạm Minh Phú ` MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN 1.3 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 1.4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI LUẬN VĂN 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 CẤU TRÚC LUẬN VĂN CHƯƠNG TỔNG QUAN 10 2.1 GIỚI THIỆU 10 2.2 KHÁI NIỆM 10 2.2.1 Nhà cao tầng 10 2.2.2 Gió 10 2.3 TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG GIÓ 13 2.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN LUẬN VĂN 18 2.4.1 Các đề tài nghiên cứu nước 18 2.4.2 Các đề tài nghiên cứu nước 21 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 23 3.1 GIỚI THIỆU 23 3.2 THIẾT LẬP SƠ ĐỒ TÍNH TỐN VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG ĐỘNG LỰC HỌC 23 3.2.1 Sơ đồ công xơn có hữu hạn điểm tập trung khối lượng 23 3.2.2 Lựa chọn ma trận tính chất kết cấu 23 3.3 MƠ TẢ GIĨ BẰNG CÁC TẢI TRỌNG DẠNG XUNG 28 3.3.1 Tải trọng xung đôi, xung ba nửa hình sin 29 3.4 MƠ TẢ GIĨ BẰNG CÁC TẢI TRỌNG THEO CHUỖI THỜI GIAN 31 3.5 PHƯƠNG PHÁP SỐ GIẢI BÀI TOÁN 33 3.6 PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG 34 3.7 THUẬT TOÁN NEWMARK 36 3.8 XÂY DỰNG PHỔ PHẢN ỨNG 37 LƯU ĐỒ TÍNH TỐN 39 ` CHƯƠNG VÍ DỤ TÍNH TỐN 40 4.1 THÔNG TIN CÔNG TRÌNH 40 4.2 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH 47 4.2.1 Trường hợp tải trọng gió tác động theo phương X 47 4.2.1.1 Ứng xử kết cấu chịu tác động tải trọng gió theo thời gian 48 4.2.1.2 Tổng hợp kết chuyển vị nội lực qua trường hợp phân tích 53 4.2.2 Trường hợp tải trọng gió tác động theo phương Y 81 4.2.2.1 Ứng xử kết cấu chịu tác động tải trọng gió theo thời gian 82 4.2.2.2 Tổng hợp kết chuyển vị nội lực qua trường hợp phân tích 87 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 117 ` DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Bảng áp lực gió theo đồ phân vùng áp lực gió lãnh thổ Việt Nam 14 Bảng 2.2: Hệ số K kể đến thay đổi áp lực gió theo độ cao dạng địa hình 14 Bảng 2.3: Bảng giá trị giới hạn tần số dao động riêng fL 15 Bảng 2.4: Bảng hệ số áp lực động tải trọng gió  16 Bảng 2.5: Bảng hệ số tương quan không gian áp lực động tải trọng gió 16 Bảng 4.1: Bảng tổng hợp Mode dao động cơng trình 41 Bảng 4.3: Chuyển vị ngang tầng qua trường hợp phân tích (PHƯƠNG X) 53 Bảng 4.4: Chênh lệch chuyển vị ngang trường hợp hàm gió so với TCVN 54 Bảng 4.5: Lực cắt cột C1 qua trường hợp phân tích (Phương X) 55 Bảng 4.6: Chênh lệch lực cắt cột C1 trường hợp hàm gió so với TCVN 56 Bảng 4.7: Moment cột C1 qua trường hợp phân tích (Phương X) 57 Bảng 4.8: Chênh lệch moment cột C1 trường hợp hàm gió so với TCVN 59 Bảng 4.9: Lực cắt cột C7 qua trường hợp phân tích (Phương X) 60 Bảng 4.10: Chênh lệch lực cắt cột C7 trường hợp hàm gió so với TCVN 61 Bảng 4.11: Moment cột C7 qua trường hợp phân tích (Phương X) 62 Bảng 4.12: Chênh lệch moment cột C7 trường hợp hàm gió so với TCVN 63 Bảng 4.13: Lực cắt cột C9 qua trường hợp phân tích (Phương X) 64 Bảng 4.14: Chênh lệch lực cắt cột C9 trường hợp hàm gió so với TCVN 65 Bảng 4.15: Moment cột C9 qua trường hợp phân tích (Phương X) 66 Bảng 4.16: Chênh lệch moment cột C9 trường hợp hàm gió so với TCVN 68 Bảng 4.17: Lực cắt Vách V1 qua trường hợp phân tích (Phương X) 69 Bảng 4.18: Chênh lệch lực cắt vách V1 trường hợp hàm gió so với TCVN 70 Bảng 4.19: Moment Vách V1 qua trường hợp phân tích (Phương X) 71 Bảng 4.20: Chênh lệch moment vách V1 trường hợp hàm gió so với TCVN 72 Bảng 4.21: Lực cắt Dầm B14 qua trường hợp phân tích (Phương X) 73 Bảng 4.22: Chênh lệch lực cắt dầm B14 trường hợp hàm gió so với TCVN 74 Bảng 4.23: Moment Dầm B14 qua trường hợp phân tích (Phương X) 75 Bảng 4.24: Chênh lệch moment dầm B14 trường hợp hàm gió so với TCVN 76 Bảng 4.25: Lực cắt Dầm B32 qua trường hợp phân tích (Phương X) 77 Bảng 4.26: Chênh lệch lực cắt dầm B32 trường hợp hàm gió so với TCVN 78 ` Bảng 4.27: Moment Dầm B32 qua trường hợp phân tích (Phương X) 79 Bảng 4.28: Chênh lệch moment dầm B32 trường hợp hàm gió so với TCVN 80 Bảng 4.29: Chuyển vị ngang tầng Uy qua trường hợp phân tích (Phương Y) 87 Bảng 4.30: Chênh lệch chuyển vị ngang trường hợp hàm gió so với TCVN 89 Bảng 4.56: Lực cắt cột C1 qua trường hợp phân tích (Phương Y) 89 Bảng 4.32: Chênh lệch lực cắt cột C1 trường hợp hàm gió so với TCVN 90 Bảng 4.33: Moment cột C1 qua trường hợp phân tích (Phương Y) 91 Bảng 4.34: Chênh lệch Moment cột C1 trường hợp hàm gió so với TCVN 92 Bảng 4.35: Lực cắt cột C7 qua trường hợp phân tích (Phương Y) 93 Bảng 4.36: Chênh lệch lực cắt cột C7 trường hợp hàm gió so với TCVN 94 Bảng 4.37: Moment cột C7 qua trường hợp phân tích (Phương Y) 95 Bảng 4.38: Chênh lệch moment cột C7 trường hợp hàm gió so với TCVN 96 Bảng 4.39: Lực cắt cột C9 qua trường hợp phân tích (Phương Y) 97 Bảng 4.40: Chênh lệch lực cắt cột C9 trường hợp hàm gió so với TCVN 98 Bảng 4.41: Moment cột C9 qua trường hợp phân tích (Phương Y) 99 Bảng 4.42: Chênh lệch moment cột C9 trường hợp hàm gió so với TCVN 100 Bảng 4.43: Lực cắt vách V2 qua trường hợp phân tích (Phương Y) 101 Bảng 4.44: Chênh lệch lực cắt vách V2 trường hợp hàm gió so với TCVN 102 Bảng 4.45: Moment vách V2 qua trường hợp phân tích (Phương Y) 103 Bảng 4.46: Chênh lệch moment vách V2 trường hợp hàm gió so với TCVN 104 Bảng 4.47: Lực cắt vách V3 qua trường hợp phân tích (Phương Y) 105 Bảng 4.48: Chênh lệch lực cắt vách V3 trường hợp hàm gió so với TCVN 106 Bảng 4.49: Moment vách V3 qua trường hợp phân tích (Phương Y) 107 Bảng 4.50: Chênh lệch moment vách V3 trường hợp hàm gió so với TCVN 108 Bảng 4.51: Lực cắt dầm B26 qua trường hợp phân tích (Phương Y) 109 Bảng 4.52: Chênh lệch lực cắt dầm B26 trường hợp hàm gió so với TCVN 110 Bảng 4.53: Moment dầm B26 qua trường hợp phân tích (Phương Y) 111 Bảng 4.54: Chênh lệch moment dầm B26 trường hợp hàm gió so với TCVN 112 Bảng 4.55: Lực cắt dầm B27 qua trường hợp phân tích (Phương Y) 113 Bảng 4.56: Chênh lệch lực cắt dầm B27 trường hợp hàm gió so với TCVN 114 Bảng 4.57: Moment dầm B27 qua trường hợp phân tích (Phương Y) 115 Bảng 4.58: Chênh lệch moment dầm B27 trường hợp hàm gió so với TCVN 116 ` DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Tháp truyền thanh, truyền hình Quảng Ninh cao 52m bị đổ bão Haiyan vào tháng 11- 2013 Hình 1.2: Tháp truyền hình Hà Tĩnh cao 100m bị đổ bão Doksuri vào tháng – 2017 Hình 1.3: Cây bật gốc chắn ngang đường Hình 1.4: Hàng loạt biển hiệu, mái tơn bị gió giật văng xuống đường Hình 1.5: Cây cầu văng Tacoma Narrows bị phá hoại năm 1940 Hình 1.6: Cần cẩu bị ngã đổ lên tịa nhà cao tầng thành phố Cotia Canada Hình 3.1: Sơ đồ tính tốn cơng xơn 23 Hình 3.2: Ma trận khối lượng thu gọn 24 Hình 3.3: Độ cứng tầng ( Chopra, 1980) 25 Hình 3.4: Độ cứng tầng (Chopra, 1980) 25 Hình 3.5: Tải trọng xung hình sin 28 Hình 3.6: Tải trọng gió xung đơi nửa hình sin 29 Hình 3.7: Tải trọng gió xung ba nửa hình sin 29 Hình 3.8: Tải trọng xung hình chữ nhật 30 Hình 3.9: Tải trọng xung hình tam giác 30 Hình 3.10: Mơ vận tốc gió cấp 9-10 theo thời thời gian (Hoan 2008) 32 Hình 3.11: Vận tốc gió độ cao 13; 33; 70; 160 feel (Ewing, 2005) 33 Hình 3.12: Sơ đồ thiết lập phương trình chuyển động ( Chopra, 1980) 34 Hình 3.13: Kết cấu chịu tải trọng gió thay đổi theo thồi gian 34 Hình 3.14: Sơ đồ lực tác dụng lên bậc tự 35 Hình 3.15: Hê kết cấu chịu tải trọng nửa hình sin 37 Hình 4.1: Vị trí cơng trình 40 Hình 4.2: Mơ hình 3D Cơng trình 41 Hình 4.3: Dao động thứ theo Phương Y (Mode 1) 42 Hình 4.4: Dao động thứ hai Xoắn (Mode 2) 42 Hình 4.5: Dao động thứ ba theo Phương X (Mode 3) 43 Hình 4.6: Biểu đồ hàm tải trọng gió xung hình SINE 43 Hình 4.7: Biểu đồ hàm tải trọng gió xung DOUBLE SINE 44 ` Hình 4.8: Biểu đồ hàm tải trọng gió CONSTANT 44 Hình 4.9: Khai báo hàm gió hình SINE vào mơ hình tính tốn 45 Hình 4.10: Khai báo hàm gió DOUBLE SINE vào mơ hình tính tốn 45 Hình 4.11: Khai báo hàm gió CONSTANT vào mơ hình tính tốn 46 Hình 4.12: Khai báo trường hợp phân tích tải trọng gió theo miền thời gian 46 Hình 4.13: Khai báo tính toán hệ số tỷ lệ độ cứng khối lượng 46 Hình 4.14: Sử dụng phương pháp giải Newmark 47 Hình 4.15: Vị trí cột C1, C7, C9 lựa chọn để phân tích nội lực 47 Hình 4.16: Vị trí dầm B14, B32 lựa chọn để phân tích nội lực 48 Hình 4.17: Vị trí vách V1 lựa chọn để phân tích nội lực 48 Hình 4.18: Biểu đồ chuyển vị đỉnh cơng trình Ux theo thời gian (SINE X) 48 Hình 4.19: Biểu đồ moment cột C1-T6 theo thời gian (SINE X) 49 Hình 4.20: Biểu đồ moment vách V1-T6 theo thời gian (SINE X) 49 Hình 4.21: Biểu đồ moment Dầm B14-T6 theo thời gian (SINE X) 49 Hình 4.22: Biểu đồ chuyển vị đỉnh cơng trình Ux theo thời gian (DOUBLE SINE X) 50 Hình 4.23: Biểu đồ moment cột C1-T6 theo thời gian (DOUBLE SINE X) 50 Hình 4.24: Biểu đồ moment vách V1-T6 theo thời gian (DOUBLE SINE X) 50 Hình 4.25: Biểu đồ moment Dầm B14-T6 theo thời gian (DOUBLE SINE X) 51 Hình 4.26: Biểu đồ chuyển vị đỉnh cơng trình Ux theo thời gian (CONSTANT X) 51 Hình 4.27: Biểu đồ moment cột C1-T6 theo thời gian (CONSTANT X) 51 Hình 4.28: Biểu đồ moment vách V1-T6 theo thời gian (CONSTANT X) 52 Hình 4.29: Biểu đồ moment Dầm B14-T6 theo thời gian (CONSTANT X) 52 Hình 4.30: Biểu đồ Chuyển vị ngang tầng qua trường hợp phân tích (PHƯƠNG X) 53 Hình 4.32: Biểu đồ Moment cột C7 qua trường hợp phân tích (Phương X) 62 Hình 4.33: Biểu đồ Moment cột C9 qua trường hợp phân tích (Phương X) 67 Hình 4.34: Biểu đồ Lực cắt Vách V1 qua trường hợp phân tích (Phương X) 69 Hình 4.35: Biểu đồ Moment Vách V1 qua trường hợp phân tích (Phương X) 71 Hình 4.36: Biểu đồ Lực cắt Dầm B14 qua trường hợp phân tích (Phương X) 73 Hình 4.37: Biểu đồ Moment Dầm B14 qua trường hợp phân tích (Phương X) 75 Hình 4.38: Biểu đồ Lực cắt Dầm B32 qua trường hợp phân tích (Phương X) 77 Hình 4.39: Biểu đồ Moment Dầm B32 qua trường hợp phân tích (Phương X) 79 ` 104 Nhận xét: Kết thống kê moment cột vách V2 qua trường hợp cho thấy, phân tích tải trọng gió hàm xung với dạng hình SINE, moment Vách V2 tầng sát với trường hợp tính tốn theo TCVN nhất, với mức chênh lệch dao động trung bình khoảng 10% Trường hợp tính tốn theo hàm xung với dạng hình DOUBLE SINE cho moment lớn nhất, cao 47% đến 78% so với TCVN Đối với trường hợp hàm xung gió CONSTANT, moment Vách V2 thấp trường hợp DOUBLE SINE lại cao trường hợp xung gió hình SINE với mức chênh lệch cao TCVN từ 17% đến 31% Nhìn chung, lên cao sai khác trường hợp phân tích tải trọng gió theo hàm xung so với TCVN thay đổi theo hướng tăng dần, mức chênh lệch tăng theo chiều cao cơng trình Từ tầng 12 trở lên, khác biệt bắt đầu giảm lại Bảng 4.53: Chênh lệch moment vách V2 trường hợp hàm gió so với TCVN Story TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG 10 TANG 11 TANG 12 TANG 13 TANG 14 TANG 15 TANG 16 TANG 17 TANG 18 Chênh lệch giá trị moment vách V2 (%) SINE Y DOUBLE SINE Y CONSTANT Y -4.22 55.44 22.77 -4.97 54.08 23.75 -2.79 57.15 25.98 1.55 63.09 28.43 6.21 69.23 30.49 9.55 73.83 30.87 11.98 77.14 31.22 13.05 78.77 30.83 12.72 78.65 29.81 11.92 77.87 28.76 10.30 76.01 27.46 8.25 73.50 26.10 6.31 71.03 24.94 3.86 67.76 23.65 1.80 64.93 22.63 -1.39 60.25 21.20 -5.26 54.06 19.56 -9.18 47.52 17.67 ` 105 Bảng 4.54: Lực cắt vách V3 qua trường hợp phân tích (Phương Y) Story TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG 10 TANG 11 TANG 12 TANG 13 TANG 14 TANG 15 TANG 16 TANG 17 TANG 18 GTY V3 10.22 V3 14.35 V3 15.27 V3 17.40 V3 18.53 V3 21.60 V3 23.12 V3 25.11 V3 27.08 V3 27.79 V3 29.29 V3 30.64 V3 30.45 V3 31.61 V3 29.29 V3 50.63 V3 -10.63 V3 -32.84 TABLE: Pier Forces V2 (kN) SINE GDY GY Y 4.34 14.56 14.35 7.38 21.73 22.96 8.13 23.40 25.07 9.45 26.85 28.94 10.18 28.71 31.03 11.88 33.48 36.03 12.66 35.78 38.31 13.63 38.74 41.16 14.50 41.58 43.74 14.64 42.43 44.14 15.13 44.42 45.62 15.45 46.09 46.65 14.96 45.41 45.27 15.09 46.70 45.82 13.53 42.81 41.26 22.83 73.46 69.91 -6.49 -17.12 16.87 -14.64 -47.48 37.00 DOUBLE SINE Y 23.34 37.18 40.56 46.80 50.17 58.35 62.08 66.81 71.15 71.91 74.48 76.31 74.12 75.17 67.79 115.10 27.43 60.28 CONSTANT Y 18.29 27.69 29.88 34.24 36.54 42.40 45.10 48.58 51.84 52.59 54.73 56.44 55.27 56.52 51.49 88.10 2.00 0.00 Hình 4.55: Biểu đồ Lực cắt vách V3 qua trường hợp phân tích (Phương Y) ` 106 Nhận xét: Kết thống kê lực cắt cột vách V3 qua trường hợp cho thấy, phân tích tải trọng gió hàm xung với dạng hình SINE, lực cắt Vách V3 tầng sát với trường hợp tính tốn theo TCVN nhất, với mức chênh lệch dao động trung bình khoảng 8% Trường hợp tính tốn theo hàm xung với dạng hình DOUBLE SINE cho lực cắt lớn nhất, cao 56% đến 74% so với TCVN Đối với trường hợp hàm xung gió CONSTANT, lực cắt Vách V3 thấp trường hợp DOUBLE SINE lại cao trường hợp xung gió hình SINE với mức chênh lệch cao TCVN từ 19% đến 27% Nhìn chung, lên cao sai khác trường hợp phân tích tải trọng gió theo hàm xung so với TCVN thay đổi theo hướng tăng dần, mức chênh lệch tăng theo chiều cao cơng trình Bảng 4.56: Chênh lệch lực cắt vách V3 trường hợp hàm gió so với TCVN Story Chênh lệch giá trị lực cắt vách V3 (%) SINE Y DOUBLE SINE Y CONSTANT Y TANG TANG -1.49 5.65 60.28 71.08 25.58 27.42 TANG TANG 7.14 7.79 73.35 74.32 27.72 27.54 TANG TANG 8.07 7.62 74.76 74.28 27.27 26.65 TANG TANG 7.07 6.24 73.50 72.45 26.06 25.39 TANG TANG 10 5.18 4.02 71.09 69.46 24.67 23.94 TANG 11 TANG 12 2.69 1.22 67.68 65.56 23.21 22.46 TANG 13 TANG 14 -0.30 -1.89 63.22 60.97 21.71 21.03 TANG 15 TANG 16 -3.62 -4.83 58.36 56.69 20.28 19.93 TANG 17 TANG 18 -1.44 -22.07 60.23 26.95 -88.29 -100.00 ` 107 Bảng 4.57: Moment vách V3 qua trường hợp phân tích (Phương Y) Story TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG 10 TANG 11 TANG 12 TANG 13 TANG 14 TANG 15 TANG 16 TANG 17 TANG 18 GTY V3 V3 V3 V3 V3 V3 V3 V3 V3 V3 V3 V3 V3 V3 V3 V3 V3 V3 5.95 3.71 1.69 3.33 4.90 13.14 19.44 26.31 36.80 47.06 60.77 79.24 95.87 118.70 141.42 247.61 149.64 10.33 TABLE: Pier Forces M3 (kNm) SINE GDY GY Y 0.08 6.03 5.76 -1.05 2.66 4.30 -1.54 0.15 2.83 0.24 3.57 3.56 2.17 7.07 8.52 7.73 20.88 24.98 12.19 31.63 38.18 16.83 43.14 51.84 23.13 59.94 70.40 28.99 76.05 87.60 36.22 96.99 108.96 45.32 124.56 136.02 52.91 148.78 158.75 62.87 181.57 188.90 72.10 213.52 217.20 118.88 366.49 360.54 66.11 215.75 203.42 4.17 14.50 13.22 DOUBLE SINE Y 6.64 4.30 4.95 5.36 12.33 38.60 59.40 81.12 111.19 139.19 174.39 219.18 256.90 307.10 354.36 591.35 333.80 20.96 CONSTANT Y 6.75 6.43 6.92 6.71 11.28 29.40 43.50 58.28 79.30 99.10 124.50 157.58 186.14 224.76 262.00 444.65 257.96 17.00 Hình 4.50: Biểu đồ Moment vách V3 qua trường hợp phân tích (Phương Y) ` 108 Nhận xét: Kết thống kê moment vách V3 qua trường hợp cho thấy, phân tích tải trọng gió hàm xung với dạng hình SINE, moment Vách V3 tầng sát với trường hợp tính tốn theo TCVN nhất, với mức chênh lệch dao động trung bình khoảng 20% Trường hợp tính tốn theo hàm xung với dạng hình DOUBLE SINE cho moment lớn nhất, cao 44% đến 87% so với TCVN Đối với trường hợp hàm xung gió CONSTANT, moment Vách V3 thấp trường hợp DOUBLE SINE lại cao trường hợp xung gió hình SINE với mức chênh lệch cao TCVN từ 17% đến 59% Bảng 4.58: Chênh lệch moment vách V3 trường hợp hàm gió so với TCVN Chênh lệch giá trị moment vách V3 (%) Story SINE Y DOUBLE SINE Y CONSTANT Y TANG -4.46 10.13 12.06 TANG 61.66 61.66 141.72 TANG 1744.72 3126.79 4411.80 TANG -0.34 50.05 87.68 TANG 20.57 74.41 59.55 TANG 19.68 84.92 40.83 TANG 20.73 87.81 37.52 TANG 20.16 88.02 35.09 TANG 17.45 85.51 32.30 TANG 10 15.19 83.04 30.31 TANG 11 12.34 79.80 28.36 TANG 12 9.20 75.96 26.51 TANG 13 6.70 72.67 25.11 TANG 14 4.03 69.14 23.78 TANG 15 1.72 65.96 22.70 TANG 16 -1.62 61.36 21.33 TANG 17 -5.72 54.72 19.57 TANG 18 -8.82 44.60 17.27 ` 109 Bảng 4.59: Lực cắt dầm B26 qua trường hợp phân tích (Phương Y) Story TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG 10 TANG 11 TANG 12 TANG 13 TANG 14 TANG 15 TANG 16 TANG 17 TANG 18 GTY B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 8.18 17.72 18.10 18.71 19.20 19.72 20.25 20.50 20.71 20.66 20.42 19.83 18.88 17.53 17.34 13.14 9.00 2.49 TABLE: Beam Forces V2 (kN) SINE DOUBLE CONSTANT GĐY GY Y Y SINE Y 4.21 12.39 12.81 20.64 15.46 9.15 26.86 27.82 44.82 33.57 9.41 27.51 28.59 46.04 34.40 9.80 28.51 29.71 47.83 35.66 10.10 29.30 30.58 49.24 36.64 10.40 30.12 31.44 50.63 37.61 10.68 30.93 32.24 51.95 38.56 10.78 31.28 32.53 52.45 38.91 10.83 31.55 32.68 52.73 39.14 10.73 31.38 32.35 52.25 38.82 10.50 30.93 31.68 51.23 38.13 10.08 29.91 30.43 49.26 36.76 9.47 28.36 28.62 46.38 34.72 8.67 26.20 26.22 42.53 31.96 8.42 25.76 25.54 41.47 31.31 6.26 19.40 19.04 30.94 23.49 4.21 13.21 12.83 20.86 15.94 1.14 3.63 3.48 5.66 4.36 Hình 4.51: Biểu đồ Lực cắt dầm B26 qua trường hợp phân tích (Phương Y) ` 110 Nhận xét: Kết thống kê lực cắt Dầm B26 qua trường hợp cho thấy, phân tích tải trọng gió hàm xung với dạng hình SINE, lực cắt Dầm B26 tầng sát với trường hợp tính tốn theo TCVN nhất, với mức chênh lệch dao động trung bình khoảng 4% Trường hợp tính tốn theo hàm xung với dạng hình DOUBLE SINE cho lực cắt lớn nhất, cao 56% đến 68% so với TCVN Đối với trường hợp hàm xung gió CONSTANT, lực cắt Dầm B26 thấp trường hợp DOUBLE SINE lại cao trường hợp xung gió hình SINE với mức chênh lệch cao TCVN từ 20% đến 25% Nhìn chung, lên cao sai khác trường hợp phân tích tải trọng gió theo hàm xung so với TCVN thay đổi theo hướng tăng dần, mức chênh lệch tăng theo chiều cao cơng trình Bảng 4.60: Chênh lệch lực cắt dầm B26 trường hợp hàm gió so với TCVN Story TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG 10 TANG 11 TANG 12 TANG 13 TANG 14 TANG 15 TANG 16 TANG 17 TANG 18 Chênh lệch giá trị lực cắt dầm B26 (%) SINE Y DOUBLE SINE Y CONSTANT Y 3.37 66.59 24.80 3.57 66.87 24.99 3.92 67.37 25.06 4.20 67.78 25.08 4.36 68.04 25.02 4.39 68.12 24.89 4.27 68.00 24.68 4.00 67.68 24.40 3.59 67.16 24.07 3.07 66.49 23.70 2.45 65.65 23.30 1.73 64.67 22.88 0.94 63.56 22.45 0.07 62.33 22.00 -0.86 60.96 21.55 -1.86 59.47 21.09 -2.86 57.92 20.67 -4.07 56.06 20.20 ` 111 Bảng 4.61: Moment dầm B26 qua trường hợp phân tích (Phương Y) TABLE: Beam Forces M3 (kNm) Story TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG 10 TANG 11 TANG 12 TANG 13 TANG 14 TANG 15 TANG 16 TANG 17 TANG 18 B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 B26 GTY GĐY GY SINE Y 28.72 51.64 53.01 54.90 56.75 58.63 60.35 61.60 62.55 62.83 62.38 60.93 58.23 54.16 50.29 40.75 27.94 7.23 14.77 26.65 27.58 28.76 29.88 30.95 31.85 32.42 32.74 32.63 32.07 30.96 29.19 26.73 24.40 19.40 13.02 3.27 43.49 78.29 80.59 83.67 86.64 89.57 92.19 94.02 95.28 95.45 94.45 91.88 87.42 80.89 74.69 60.15 40.97 10.50 44.95 81.09 83.77 87.22 90.46 93.55 96.17 97.81 98.73 98.39 96.74 93.44 88.18 80.88 73.98 58.97 39.73 10.04 DOUBLE CONSTANT Y SINE Y 72.45 54.32 130.65 97.88 134.91 100.82 140.43 104.69 145.65 108.35 150.66 111.89 154.95 114.97 157.70 116.97 159.31 118.22 158.93 118.06 156.43 116.43 151.26 112.87 142.91 107.00 131.21 98.64 120.13 90.74 95.83 72.80 64.59 49.39 16.33 12.60 Hình 4.52: Biểu đồ Moment dầm B26 qua trường hợp phân tích (Phương Y) ` 112 Nhận xét: Kết thống kê moment Dầm B26 qua trường hợp cho thấy, phân tích tải trọng gió hàm xung với dạng hình SINE, moment Dầm B26 tầng sát với trường hợp tính toán theo TCVN nhất, với mức chênh lệch dao động trung bình khoảng 4% Trường hợp tính tốn theo hàm xung với dạng hình DOUBLE SINE cho moment lớn nhất, cao 56% đến 68% so với TCVN Đối với trường hợp hàm xung gió CONSTANT, moment Dầm B26 thấp trường hợp DOUBLE SINE lại cao trường hợp xung gió hình SINE với mức chênh lệch cao TCVN từ 20% đến 25% Nhìn chung, lên cao sai khác trường hợp phân tích tải trọng gió theo hàm xung so với TCVN thay đổi theo hướng tăng dần, mức chênh lệch tăng theo chiều cao cơng trình Bảng 4.62: Chênh lệch moment dầm B26 trường hợp hàm gió so với TCVN Story TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG 10 TANG 11 TANG 12 TANG 13 TANG 14 TANG 15 TANG 16 TANG 17 TANG 18 Chênh lệch giá trị moment dầm B26 (%) SINE Y DOUBLE SINE Y CONSTANT Y 3.37 66.59 24.92 3.58 66.88 25.02 3.95 67.41 25.10 4.24 67.84 25.12 4.42 68.12 25.06 4.44 68.20 24.92 4.31 68.07 24.70 4.03 67.73 24.41 3.62 67.20 24.07 3.08 66.50 23.69 2.43 65.63 23.28 1.69 64.61 22.84 0.87 63.48 22.40 -0.01 62.22 21.95 -0.95 60.84 21.49 -1.97 59.31 21.02 -3.02 57.67 20.57 -4.45 55.44 19.99 ` 113 Bảng 4.63: Lực cắt dầm B27 qua trường hợp phân tích (Phương Y) Story TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG 10 TANG 11 TANG 12 TANG 13 TANG 14 TANG 15 TANG 16 TANG 17 TANG 18 GTY B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 3.64 9.17 9.64 10.29 11.00 11.61 13.54 15.20 15.74 16.26 16.57 16.45 17.24 17.15 15.48 13.29 9.02 2.09 TABLE: Beam Forces V2 (kN) SINE GĐY GY Y 1.85 5.49 5.65 4.71 13.88 14.35 5.02 14.66 15.27 5.43 15.72 16.45 5.85 16.85 17.69 6.20 17.82 18.72 7.23 20.78 21.78 8.08 23.29 24.32 8.30 24.04 24.97 8.48 24.73 25.51 8.53 25.10 25.67 8.34 24.79 25.12 8.58 25.82 25.90 8.37 25.52 25.33 7.40 22.88 22.44 6.21 19.50 18.90 4.09 13.10 12.51 0.86 2.95 2.70 DOUBLE SINE Y 9.20 23.36 24.82 26.74 28.76 30.43 35.44 39.61 40.71 41.64 41.95 41.10 42.41 41.55 36.86 31.06 20.55 4.40 CONSTANT Y 6.88 17.42 18.43 19.76 21.17 22.34 25.99 29.04 29.87 30.61 30.93 30.42 31.55 31.06 27.72 23.53 15.73 3.48 Hình 4.53: Biểu đồ Lực cắt dầm B27 qua trường hợp phân tích (Phương Y) ` 114 Nhận xét: Kết thống kê lực cắt Dầm B27 qua trường hợp cho thấy, phân tích tải trọng gió hàm xung với dạng hình SINE, lực cắt Dầm B27 tầng sát với trường hợp tính tốn theo TCVN nhất, với mức chênh lệch dao động trung bình khoảng 4% Trường hợp tính tốn theo hàm xung với dạng hình DOUBLE SINE cho lực cắt lớn nhất, cao 49% đến 70% so với TCVN Đối với trường hợp hàm xung gió CONSTANT, lực cắt Dầm B27 thấp trường hợp DOUBLE SINE lại cao trường hợp xung gió hình SINE với mức chênh lệch cao TCVN từ 18% đến 25% Nhìn chung, lên cao sai khác trường hợp phân tích tải trọng gió theo hàm xung so với TCVN thay đổi theo hướng tăng dần, mức chênh lệch tăng theo chiều cao cơng trình Bảng 4.64: Chênh lệch lực cắt dầm B27 trường hợp hàm gió so với TCVN Chênh lệch giá trị lực cắt dầm B27 (%) Story SINE Y DOUBLE SINE Y CONSTANT Y TANG 3.02 67.61 25.47 TANG 3.44 68.32 25.55 TANG 4.14 69.34 25.70 TANG 4.68 70.16 25.73 TANG 5.00 70.66 25.63 TANG 5.06 70.79 25.42 TANG 4.86 70.57 25.09 TANG 4.44 70.12 24.71 TANG 3.86 69.33 24.25 TANG 10 3.12 68.34 23.76 TANG 11 2.27 67.14 23.25 TANG 12 1.34 65.82 22.73 TANG 13 0.31 64.27 22.20 TANG 14 -0.76 62.81 21.70 TANG 15 -1.91 61.10 21.17 TANG 16 -3.11 59.28 20.65 TANG 17 -4.55 56.83 20.01 TANG 18 -8.43 49.16 18.04 ` 115 Bảng 4.65: Moment dầm B27 qua trường hợp phân tích (Phương Y) TABLE: Beam Forces M3 (kNm) Story TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG 10 TANG 11 TANG 12 TANG 13 TANG 14 TANG 15 TANG 16 TANG 17 TANG 18 B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 B27 GTY GĐY GY SINE Y 17.38 35.01 37.03 39.47 42.15 44.71 49.51 53.65 55.73 57.51 58.57 58.39 59.11 57.41 52.07 44.61 30.62 6.42 8.86 17.99 19.30 20.83 22.42 23.88 26.42 28.51 29.38 29.99 30.14 29.58 29.42 28.04 24.90 20.85 13.89 2.67 26.24 53.00 56.34 60.30 64.58 68.59 75.93 82.15 85.11 87.50 88.71 87.98 88.53 85.45 76.97 65.46 44.51 9.09 27.03 54.81 58.65 63.10 67.77 72.02 79.59 85.79 88.38 90.22 90.71 89.14 88.80 84.80 75.52 63.43 42.49 8.32 DOUBLE SINE Y 44.04 89.28 95.47 102.67 110.26 117.20 129.58 139.81 144.18 147.36 148.33 145.94 145.52 139.15 124.05 104.29 69.86 13.62 CONSTANT Y 32.92 66.54 70.81 75.81 81.12 86.02 94.99 102.45 105.75 108.30 109.34 107.98 108.20 103.99 93.28 78.98 53.42 10.73 Hình 4.54: Biểu đồ Moment dầm B27 qua trường hợp phân tích (Phương Y) ` 116 Nhận xét: Kết thống kê moment Dầm B27 qua trường hợp cho thấy, phân tích tải trọng gió hàm xung với dạng hình SINE, moment Dầm B27 tầng sát với trường hợp tính tốn theo TCVN nhất, với mức chênh lệch dao động trung bình khoảng 4% Trường hợp tính tốn theo hàm xung với dạng hình DOUBLE SINE cho moment lớn nhất, cao 49% đến 70% so với TCVN Đối với trường hợp hàm xung gió CONSTANT, moment Dầm B27 thấp trường hợp DOUBLE SINE lại cao trường hợp xung gió hình SINE với mức chênh lệch cao TCVN từ 18% đến 25% Nhìn chung, lên cao sai khác trường hợp phân tích tải trọng gió theo hàm xung so với TCVN thay đổi theo hướng tăng dần, mức chênh lệch tăng theo chiều cao cơng trình Bảng 4.66: Chênh lệch moment dầm B27 trường hợp hàm gió so với TCVN Story Chênh lệch giá trị moment dầm B27 (%) SINE Y DOUBLE SINE Y CONSTANT Y 2.99 67.81 25.44 3.42 68.46 25.56 4.10 69.46 25.70 4.64 70.27 25.72 4.95 70.75 25.63 5.01 70.88 25.41 4.82 70.66 25.09 4.42 70.18 24.71 3.84 69.40 24.25 3.11 68.40 23.77 2.26 67.21 23.25 1.32 65.88 22.74 0.31 64.37 22.21 -0.76 62.85 21.70 -1.89 61.16 21.18 -3.10 59.32 20.65 -4.55 56.93 20.02 -8.45 49.86 18.09 TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG TANG 10 TANG 11 TANG 12 TANG 13 TANG 14 TANG 15 TANG 16 TANG 17 TANG 18 Kết luận: Nhìn chung, lên cao sai khác trường hợp phân tích tải trọng gió theo hàm xung hình sin, xung hình chữ nhật xung xin đơi so với TCVN thay đổi theo hướng tăng dần, mức chênh lệch lực cắt moment tác dụng cơng trình tăng theo chiều cao cơng trình ` 117 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Đề tài nghiên cứu cho thấy phân tích ứng xử kết cấu cơng trình chịu tác động tải trọng gió, so sánh trường hợp tính tốn tải trọng gió theo TCVN: 2737 – 1995 Tải trọng tác động với trường hợp mơ gió hàm xung SINE, DOUBLE SINE, CONSTANT Kết thu nội lực kết cấu dầm, cột chuyển vị ngang tầng hàm xung gió hình SINE gần tương đồng với kết trường hợp tính gió theo TCVN Sự chênh lệch trường hợp phân tích khơng đáng kể, dao động trung bình khoảng 4% Với trường hợp hàm gió hàm hằng, tải trọng gió khơng thay đổi theo thời gian nội lực chuyển vị kết cấu cao trung bình từ 18% đến 25%; kết cấu vách tầng từ tầng 10 trở lên xuất vị trí lớn 30% Trường hợp mơ tải gió hàm xung DOUBLE SINE sinh nội lực kết cấu chuyển vị ngang tầng lớn nhất, cao tải gió tính theo TCVN từ 40% đến 66%, kết cấu vách tầng phía mức chênh lệch lên đến 80% Nhìn chung, mức độ chênh lệch với tải gió theo TCVN trường hợp phân tích tăng theo chiều cao cơng trình Từ tầng 12 trở lên, chênh lệch trường hợp ổn định Như vậy, kết phân tích cho thấy tính tốn kết cấu cơng trình, trường hợp mơ tải trọng gió hàm xung trường hợp tính tốn tải trọng gió theo Tiêu chuẩn Việt Nam, nội lực kết cấu chuyển vị ngang tầng có khác Mức độ chênh lệch tùy thuộc vào dạng biểu đồ hàm gió mơ Trường hợp cụ thể đề tài này, hàm gió hình SINE cho kết nhỏ sát với TCVN nhất, hàm gió hình DOUBLE SINE sinh nội lực chuyển vị lớn nhất, cao 1.5 lần so với TCVN Phương pháp phân tích tính tốn kết cấu cơng trình chịu tải trọng gió cách mơ tải trọng gió hàm xung, giá trị tải trọng thay đổi theo miền thời gian có ưu điểm kết ứng xử kết cấu với tác động tải trọng gió biểu diễn theo miền thời gian, qua ta kiểm sốt nội lực chuyển vị ngang cơng trình thời điểm cụ thể Nhưng phương pháp cần phải có cơng cụ đại nhằm giảm bớt thời gian tính tốn, khối lượng liệu xuất lớn ` 118 Đối với phương pháp tính tốn tải trọng gió theo TCVN truyền thống, người phải cơng sức tính tốn thành phần động tải trọng gió quan trọng hơn, kết từ cách tính truyền thống ứng xử kết cấu theo thời gian Đề tài mang tính thiết thực, đóng góp thêm kiến thức ứng xử kết cấu khung vách chịu tải trọng gió theo miền thời gian Góp phần nâng cao nhận thức cần thiết công tác nghiên cứu thiết kế nhà cao tầng chịu tải trọng gió Đề tài tài liệu tham khảo cho kỹ sư, cán kỹ thuật, sinh viên chuyên ngành xây dựng KIẾN NGHỊ Việc áp dụng dạng hàm xung tải trọng gió cho phù hợp để mơ tải trọng gió tác động lên cơng trình cần nghiên cứu kỹ lưỡng, phụ thuộc vào quy mơ, hình dáng mặt kết cấu, vật liệu sử dụng cho kết cấu cơng trình,… Do thời gian có hạn nên đề tài nghiên cứu phân tích ứng xử cơng trình nhà cao tầng với kết cấu chịu lực Bê tông cốt thép Đề tài cần phát triển, nghiên cứu phân tích thêm cho nhiều dạng kết cấu chịu lực khác như: kết cấu gỗ, kết cấu thép, kết cấu gạch đá,…cũng phân tích ứng xử cơng trình với nhiều dạng hàm gió khác để có nhìn tổng quan cách ứng xử kết cấu cơng trình chịu tải trọng gió ` ... tiêu luận văn Luận văn phân tích áp lực xung gió theo miền thời gian lên nhà cao tầng Phân tích phản ứng nhà cao tầng chịu tải trọng xung gió theo miền thời gian lý thuyết động lực học kết cấu Xung. .. xác tác động xung gió lên nhà cao tầng mà tác giả nghiên cứu luận văn “ Phân tích phản ứng nhà cao tầng chịu tải trọng xung gió theo miền thời gian” cần thiết có ý nghĩa quan trọng thời điểm 1.2... dụng để phân tích phản ứng nhà nhiều tầng chịu tác dụng tải trọng gió Bài báo tiến hành phân tích phản ứng cho cơng trình Cao ốc văn phịng cao 24 tầng Nhiều dạng xung tải trọng gió nửa xung hình