Tiêu chuẩn TIA-222-G trình bày đầy đủ phần tải gió tác dụng lên dây co. Việc chuyển đổi áp lực gió theo tiêu chuẩn Việt Nam sang vận tốc gió cơ sở để tính theo tiêu chuẩn TIA-222-G khá dễ dàng. Bài viết này trình bày lý thuyết tính toán áp lực gió lên công trình tháp trụ thép, tải gió lên dây co theo tiêu chuẩn TIA-222-G và ví dụ tính toán cụ thể như tính tải gió lên dây co.
KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG X C NH TẢI TRỌNG GI T C D NG N DÂY C C VI N THÔNG THE TI U CHUẨN TI -G T I VIỆT N T DETERMINATION OF THE WIND LOAD ON THE CABLE OF TELECOMMUNICATIONS MAST IN VIETNAM ACCORDING TO TIA-222G STANDARD TS T ƯƠNG VIỆT HÙNG Trường Đại học Thuỷ Lợi, Email: truongviethung@tlu.edu.vn PGS TS VŨ QUỐC NH Trường Đại học Kiến trúc Hà Nợi, Email: anhvq@hau.edu.vn Tóm tắt: Khi thiết kế trụ thép viễn thông, xác chuẩn nước ngoài Việc thiết kế kết cấu trụ thép định tải trọng gió lên trụ thép viễn thơng phức theo TCVN 5575:2012 [2] phức tạp, phần tĩnh tạp đặc biệt tải trọng gió lên dây co, tiêu tải và tải trọng gió xác định theo TCVN 2737:1995 chuẩn thiết kế của Việt Nam chưa đề cập đến nợi [3] cịn chưa đầy đủ, đặc biệt chưa có phần xác dung Tiêu chuẩn TIA-222-G trình bày đầy đủ định tải trọng gió lên dây co Tiêu chuẩn Việt Nam phần tải gió tác dụng lên dây co Việc chuyển đổi áp nêu nguyên tắc bản, nhiều vấn đề chưa lực gió theo tiêu chuẩn Việt Nam sang vận tốc gió đề cập, thiết kế người thiết kế phải sở để tính theo tiêu chuẩn TIA-222-G dễ vận dụng nhiều nên kết tính tốn phụ tḥc dàng Bài báo trình bày lý thuyết tính tốn áp nhiều vào kinh nghiệm và lực người thiết lực gió lên cơng trình tháp trụ thép, tải gió lên dây kế Thiết kế trụ thép theo tiêu chuẩn nước ngoài có co theo tiêu chuẩn TIA-222-G ví dụ tính tốn cụ thể theo tiêu chuẩn châu Âu tiêu chuẩn Mỹ thể tính tải gió lên dây co phổ biến là theo tiêu chuẩn Mỹ Tiêu Từ khóa: Tải trọng gió, trụ thép, trụ dây co, TIA222-G chuẩn Mỹ TIA-222-G [4] là tiêu chuẩn thiết kế tháp thép viễn thông theo hệ số tải trọng và hệ số sức kháng (Load and Resistance Factor Design, LRFD) Abstract: When designing telecommunications Tiêu chuẩn TIA-222-G giới thiệu đầy đủ phần tải gió steel masts, determining the wind load on the tác dụng lên dây co Bài báo này trình bày lý thuyết telecommunications steel guyed mast is quite tính tốn áp lực gió lên cơng trình trụ thép, tải gió complicated, especially the wind load on the cable, lên dây co theo tiêu chuẩn TIA-222-G và ví dụ tính which has not been mentioned in Vietnam's design tốn cụ thể tải gió lên dây co standards The TIA-222-G standard covers the full extent of the wind load acting on the cable Conversing wind pressure according to the Tải trọng gió lên dây co theo tiêu chuẩn TI -G Vietnamese standard to base wind speed for 2.1 Áp lực gió calculation according to the TIA-222-G standard is Tải trọng gió tính tốn theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương Áp lực gió theo đợ cao xác định theo biểu thức sau: easy This paper presents the theory of calculating wind pressure on the guyed mast, wind load on the cable according to TIA-222-G standard, and specific TIA-222-G ặt vấn đề (1) Các đại lượng công thức (1) xác load on the cable Keywords: Wind force, steel mast, guy mast, qz=0,613 Kz Kzt Kd V I (N/m ) calculation examples such as calculating the wind định sau: - Vận tốc gió sở V (m/s): là vận tốc gió lấy trung bình giây với chu kỳ lặp là 50 năm độ cao 10m so với mặt đất địa hình dạng C Tại Việt Nam nay, thiết kế trụ thép viễn (tương ứng dạng B theo TCVN 2737:1995 [3]) Khi thơng theo tiêu chuẩn Việt Nam và theo tiêu tính tốn cơng trình điều kiện Việt Nam, vận Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2021 19 KẾT CẦU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG tốc gió sở xác định cách quy đổi - thơng số tải trọng gió từ áp lực gió chuẩn (W 0) (tra phân loại kết cấu theo bảng 2; từ QCVN 02:2009/BXD [1]) theo công thức sau: - V Dạng địa hình và hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió theo đợ cao Kz phụ tḥc vào địa điểm 1,2W0 (m/s) 0,0613 (2) xây dựng, xác định theo (3); Kết quy đổi theo công thức (2) tóm lược bảng 1; - Hệ số tầm quan trọng I xác định theo bảng Hệ số xác suất hướng gió Kd xác định theo bảng 3; - Hệ số địa mạo Kzt xác định theo 2.1.2; - Hệ số gió giật Gh xác định theo 2.1.3 Bảng Vận tốc gió sở quy đổi từ giá trị áp lực gió theo đồ phân vùng áp lực gió lãnh thổ Việt Nam Vùng I Vùng áp lực gió đồ W0 (daN/m ) V (m/s) Vùng II Vùng III Vùng IV Vùng V 125 155 185 49,5 55,1 60,2 IA IB IIA IIB IIIA IIIB 55 65 83 95 110 32,8 35,7 40,3 43,1 46,4 Bảng Phân cấp kết cấu (Bảng 2-1, TIA-222-G2 [6]) Mô tả kết cấu Cấp kết cấu Các kết cấu mà chiều cao, việc sử dụng vị trí chúng có mức nguy hiểm thấp đời sống người và thiệt hại tài sản trường hợp hư hỏng và/hoặc thường sử dụng cho dịch vụ lựa chọn và/hoặc chậm trễ việc khôi phục dịch vụ là chấp nhận Các kết cấu mà chiều cao, việc sử dụng vị trí chúng có mức nguy hiểm đáng kể đời sống người và/hoặc thiệt hại tài sản trường hợp hư hỏng và/hoặc thường sử dụng cho dịch vụ cung cấp nguồn khác Các kết cấu mà chiều cao, việc sử dụng vị trí chúng có mức nguy hiểm cao đời sống người và/hoặc thiệt hại tài sản trường hợp hư hỏng và/hoặc thường sử dụng cho truyền thông thiết yếu I II III Bảng Hệ số xác suất hướng gió, Kd (Bảng 2-3, TIA-222-G1 [5]) Loại kết cấu Kết cấu rỗng có mặt cắt ngang là hình tam giác, hình vuông hình chữ nhật bao gồm thiết bị phụ trợ Kết cấu trụ dạng ống, kết cấu rỗng có hình dạng tiết diện khác, thiết bị, thiết kế độ bền cho phần phụ trợ Hệ số xác suất hướng gió, Kd 0,85 0,95 Bảng Hệ số tầm quan trọng, I (Bảng 2-3, TIA-222-G [4]) Cấp kết cấu I II III Tải trọng gió 0,87 1,00 1,15 2.1.1 Dạng địa hình Dạng địa hình phản ánh đầy đủ đặc trưng bất thường bề mặt địa điểm xây dựng Sự thay đổi độ nhám bề mặt địa mạo tự nhiên, cối, công trình xây dựng phải xem xét Dạng địa hình phải phân loại thành một dạng sau: Địa hình dạng B tương ứng địa hình dạng C theo TCVN; 20 Động đất không áp dụng 1,00 1,50 Địa hình dạng C tương ứng địa hình dạng B theo TCVN; Địa hình dạng D tương ứng địa hình dạng A theo TCVN Căn vào dạng địa hình xác định theo, hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao (Kz) xác định theo công thức sau: z K z 2,01 z g (3) Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2021 KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG K zmin K z 2,01 đó: (4) chân kết cấu, m; z - chiều cao phía mặt đất vị trí zg, α, Kzmin xác định theo dạng địa hình (bảng 5) Bảng Các hệ số điều kiện địa hình (Bảng 2-4, TIA-222-G [4]) Dạng địa hình B C D Tương đương theo TCVN C B A zg 366 m 274 m 213 m α 7,0 9,5 11,5 Kzmin 0,70 0,85 1,03 Ke 0,90 1,00 1,10 2.1.2 Hệ số địa mạo chiều cao sườn dốc, xem là thuộc loại 1; Hiệu ứng tăng tốc gió thổi qua đồi, đỉnh núi, sườn dốc đứng tách biệt gây thay đổi đột ngột so với địa mạo thông thường Cần xét đến hiệu ứng này tải trọng gió tính tốn - Loại 3: kết cấu nằm cao độ khoảng nửa đồi Cần xem xét hiệu ứng tăng tốc gió cho tất hướng Kết cấu nằm cao độ khoảng nửa chiều cao đồi xem là thuộc loại 1; Địa mạo phân thành loại sau: Loại 4: kết cấu nằm khoảng nửa - Loại 1: không làm thay đổi đột ngột địa hình đỉnh núi Cần xem xét hiệu ứng tăng tốc gió cho tổng thể, ví dụ địa hình phẳng gồ ghề, thì tất hướng Kết cấu nằm cao độ khơng cần xét đến sự tăng tốc gió; khoảng nửa chiều cao đỉnh núi xem là - - Loại 2: kết cấu nằm gần đỉnh dốc Cần thuộc loại 1; xét đến sự tăng tốc gió theo hướng Kết cấu - nằm cao độ khoảng nửa chiều cao tạp, hiệu ứng tăng tốc gió dựa vào khảo sát sườn dốc nằm cách đỉnh (đồi, núi) lần trường để xác định Loại 5: kết cấu nằm vùng có địa mạo phức D C B A x H/2 Lh a) Địa mạo loại b) Địa mạo loại (C&D) và loại (A&B) D D C C B A x H H/2 H/2 Lh x H H/2 c) Địa mạo loại (C&D) và loại (A&B) B A H/2 Lh H H/2 d) Địa mạo loại (C&D) và loại (A&B) e) Địa mạo loại Hình Các loại địa mạo Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2021 21 KẾT CẦU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Hiệu ứng tăng tốc gió xét đến tính tốn tải trọng gió thiết kế thông qua hệ số Kzt: KK K zt 1 e t Kh f - hệ số suy giảm theo độ cao, xác định theo bảng 6; (5) z - chiều cao phía mặt đất vị trí đó: Kh - hệ số giảm theo độ cao, xác định theo công thức sau: f z H H - chiều cao đỉnh (đồi, sườn dốc, đỉnh núi) so với địa hình xung quanh; (6) K h e kết cấu; Kzt = địa mạo loại Đối với địa mạo e - số logarit tự nhiên, e = 2,718; Ke - số địa hình, xác định theo bảng 5; loại 5, Kzt cần vào nghiên cứu Kt - số địa mạo, xác định theo bảng 6; công bố để xác định Bảng Các hệ số địa mạo (Bảng 2-5, TIA-222-G [4]) Phân loại địa mạo Kt 0,43 0,53 0,72 2.1.3 Hệ số gió giật f 1,25 2,00 1,50 183m Đối với kết cấu có chiều cao nhỏ Hệ số gió giật kết cấu tháp dạng giàn: Đối 137m, hệ số gió giật lấy Gh = 0,85 Đối với kết cấu tháp dạng giàn, hệ số gió giật lấy Gh với kết cấu có chiều cao từ 137m đến 183m thì hệ số = 1,0 cho kết cấu có chiều cao lớn gió giật xác định theo cơng thức sau: - h Gh 0,85 0,15 3.0 45,7 đó: h - chiều cao kết cấu (m); 2.2 Lực gió tính toán lên dây co Lưu ý: Đối với kết cấu đỡ nhà kết cấu khác, chiều cao kết cấu h khơng bao gồm Lực gió tính tốn lên dây co xác định theo cơng thức sau: chiều cao kết cấu đỡ - Hệ số gió giật cợt dây co: Gh = 0,85; - Hệ số gió giật kết cấu cợt đơn thân: Gh = 1,1; - (7) 0,85 Gh 1,0 Hệ số gió giật kết cấu đỡ kết cấu khác: Đối với ống công-xôn trụ đỡ FG Cd d.LG qz Gh sin2 ( g ) đó: qz - áp lực gió chiều cao tâm thiết bị; Gh - hệ số gió giật, theo mục 0; rỗng, trụ kết cấu tương tự gắn cột dây co LG - chiều dài dây co; kết cấu tháp dạng giàn, và tất Cd = 1,2, hệ số khí đợng cho dây co; kết cấu đỡ kết cấu mềm (tỷ số chiều cao và chiều rợng lớn 5), hệ số gió giật lấy Gh = 1,35 Hệ số gió giật kết cấu đỡ là cột dây co và kết cấu tháp dạng giàn xác định 22 (8) d - đường kính dây co bao gồm băng tuyết trường hợp có băng tuyết; θg - góc hướng gió và dây co Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2021 KẾT CẤU - CƠNG NGHỆ XÂY DỰNG Hình Lực gió lên dây co Ví dụ tính tốn Cơng trình là trụ dạng giàn cao 36 m xây dựng vùng gió II.B, địa hình dạng C (tương ứng dạng B theo TCVN), địa mạo loại 1, hệ số tầm quan trọng I = Tải trọng gió tác dụng lên dây co có thơng số cho bảng Bảng Các thông số dây co STT Lớp dây co Đường kính (mm) Cao đợ điểm neo (m) Cao đợ thân tháp (m) Lực căng trước (kN) L1 11.1 11.5 L2 11.1 19.75 L3 11.1 28 6.5 L4 11.1 32.9 Tra bảng 1, vận tốc gió sở vùng gió II.B: V = 43,1m/s Hệ số xác xuất hướng gió Kd xác định theo bảng 3: Kd = 0,85; Hệ số gió giật Gh xác định theo 0, với trụ dây co: Gh = 0,85; Hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao Kz, theo biểu thức (3): z K z 2,01 z g 5,75 2,01 274 9,5 0,89 với địa hình dạng C, tra bảng được: zg = 274m; α = 9,5; Kzmin = 0,85 Với z là cao độ trung bình đặt lực gió tập trung dây co: z = (11,5/2) = 5,75m Hệ số địa hình Kzt xác định theo mục 0, với địa mạo loại 1: Kzt = 1; Áp lực gió lên dây co xác định theo biểu thức (1): qz= 0,613 Kz Kzt Kd V I = 0,613.0,89.1.0,85.43,1 = 861,44 N/m Xác định chiều dài (LG) và góc hướng gió và dây co (θg) ứng với gió góc đợ: Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2021 Ta xét điểm I và J có tọa đợ I(Xi, Yi, Zi) và J(Xj, Yj, Zj) 23 KẾT CẦU - CƠNG NGHỆ XÂY DỰNG Hình Mặt bằng sơ đồ dây co Với dây số thuộc lớp dây co L1 có I(-6,5;-6,5;0) và J(-0,25;-0,25;11,5) Hình Sơ đồ tải gió tác dụng lên dây co Chiều dài dây co: LG = 6,25 +11,52 = 14,504m Hình Xác định góc θg 24 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2021 KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Xác định góc θg: + Gọi đường thẳng Δ1 là đường thẳng trùng với phương dây co và qua điểm A (-6,5;-6,5;0) và B (0,25;-0,25;11,5) hình Ta có vectơ phương là u1 (6,25;6,25;11,5) + Gọi đường thẳng Δ2 là đường thẳng trùng với phương dây co và qua điểm C (-6,5;-6,5;11,5) và B (-0,25;-0,25;11,5) hình vẽ: Ta có vectơ phương là u1 (0;6,25;0) - Ta có cơng thức: u1 u2 cos( g ) cos(1; ) cos(u1,u2 ) u1 u2 θg = 64,475° 0.6,25 6,252 11,5.0 6,252 6,252 11,52 6,252 0,431 Vậy lực gió lên dây co L1 theo công thức (8) sau: FG LG d.Cd qz Gh sin2 g 14,504.0,0111.1,2.0,85.861, 44.0,814 115,2N Tính tốn tương tự cho lớp dây co khác, kết tính tốn cho bảng Bảng Kết tính tốn tải trọng gió lên dây co STT Lớp Xi Yi Zi Xj Yj Zj LG D Z Kz qz θg FG (N/m ) (độ) (N) dây co (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) L1 -6,5 -6,5 -0,25 -0,25 11,5 14,504 0,0111 5,75 0,89 861,44 64,475 115,2 L1 6,5 -6,5 0,25 -0,25 11,5 14,504 0,0111 5,75 0,89 861,44 64,475 115,2 L1 -6,5 6,5 -0,25 0,25 11,5 14,504 0,0111 5,75 0,89 861,44 64,475 115,2 L1 6,5 6,5 0,25 0,25 11,5 14,504 0,0111 5,75 0,89 861,44 64,475 115,2 L2 -6,5 -6,5 -0,25 -0,25 19,75 21,638 0,0111 9,875 1,0 967,91 73,211 217,3 L2 6,5 -6,5 0,25 -0,25 19,75 21,638 0,0111 9,875 1,0 967,91 73,211 217,3 L2 -6,5 6,5 -0,25 0,25 19,75 21,638 0,0111 9,875 1,0 967,91 73,211 217,3 L2 6,5 6,5 0,25 0,25 19,75 21,638 0,0111 9,875 1,0 967,91 73,211 217,3 L3 -6,5 -6,5 -0,25 -0,25 28 29,362 0,0111 14 1,07 1035,66 77,71 328,7 10 L3 6,5 -6,5 0,25 -0,25 28 29,362 0,0111 14 1,07 1035,66 77,71 328,7 11 L3 -6,5 6,5 -0,25 0,25 28 29,362 0,0111 14 1,07 1035,66 77,71 328,7 12 L3 6,5 6,5 0,25 0,25 28 29,362 0,0111 14 1,07 1035,66 77,71 328,7 13 L4 -6,5 -6,5 -1,4 -0,25 32,9 33,875 0,0111 16,45 1,11 1074,38 79,368 398,0 14 L4 6,5 -6,5 1,4 -0,25 32,9 33,875 0,0111 16,45 1,11 1074,38 79,368 398,0 15 L4 -6,5 6,5 -1,4 0,25 32,9 33,875 0,0111 16,45 1,11 1074,38 79,368 398,0 16 L4 6,5 6,5 1,4 0,25 32,9 33,875 0,0111 16,45 1,11 1074,38 79,368 398,0 17 L4 -6,5 -6,5 -1,4 -0,25 32,9 34,408 0,0111 16,45 1,11 1074,38 79,534 404,7 18 L4 6,5 -6,5 1,4 -0,25 32,9 34,408 0,0111 16,45 1,11 1074,38 79,534 404,7 19 L4 -6,5 6,5 -1,4 0,25 32,9 34,408 0,0111 16,45 1,11 1074,38 79,534 404,7 20 L4 6,5 6,5 1,4 0,25 32,9 34,408 0,0111 16,45 1,11 1074,38 79,534 404,7 Ghi chú: + Hệ số địa hình: Kzt =1; + Hệ số gió giật: Gh = 0,85; + Hệ số xác xuất hướng gió Kd =0,85 Sau xác định tải trọng gió tác dụng lên Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2021 dây co việc tổ hợp tải trọng tác dụng lên trụ viễn thông áp dụng theo tiêu chuẩn TIA 222-G và việc phân tích mơ hình tổng thể trụ viễn thơng để thiết kế sử dụng phần mềm phân tích kết cấu thông dụng : SAP 2000, Etab STAAD.Pro 25 KẾT CẦU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Kết luận Bài báo trình bày lý thút tính tốn áp lực gió lên cơng trình trụ thép, tải gió lên dây co theo tiêu tính tốn tải gió hầu hết dạng dây co điển hình tiêu chuẩn Việt Nam hành chưa đề cập chi tiết đến nợi dung này chuẩn TIA-222 G và ví dụ tính tốn cụ thể tải gió lên dây co TÀI IỆU TH Tải trọng gió theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737:1995 xác định vào vận tốc gió giây, đợ cao 10 m tính từ mặt đất, địa hình dạng B, chu kỳ lặp 20 năm, khác với tiêu chuẩn TIA-222G Nam, chu kỳ lặp 50 năm Tuy nhiên, chuyển TCVN 5575:2012, Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 2737:1995, Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế Structural Standard for ANSI/TIA-222-G1 (2007), Structural Standard for Antenna, Supporting Structures and Antennas – Theo tiêu chuẩn Việt Nam, công trình cao Addendum 40m phải tính gió đợng, việc tính tải trọng gió đợng phức tạp, phải tính tốn thơng qua phân ANSI/TIA-222-G (2006), Antenna, Supporting Structures and Antennas đổi dễ dàng từ áp lực gió tiêu chuẩn theo tiêu chuẩn Việt Nam sang vận tốc gió sở QCVN 02:2009/BXD, Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia Số liệu điều kiện tự nhiên dùng xây dựng tính với vận tốc gió sở: giây, độ cao 10 m, địa hình tương đương dạng B theo tiêu chuẩn Việt KHẢ ANSI/TIA-222-G2 (2009), Structural Standard for tích đợng lực học kết cấu Theo tiêu chuẩn TIA- Antenna, Supporting Structures and Antennas – 222G tải trọng gió quy tĩnh lực ngang tương Addendum đương với việc đưa vào hệ số gió giật Gh, việc xác định hệ số gió giật Gh đơn giản theo mục Lý thút tính tốn tải gió lên dây co theo tiêu chuẩn TIA-222G đầy đủ và đơn giản, 26 Ngày nhận bài:29/9/2021 Ngày nhận sửa:25/10/2021 Ngày chấp nhận đăng:25/10/2021 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2021 ... Hệ số gió giật: Gh = 0,85; + Hệ số xác xuất hướng gió Kd =0,85 Sau xác định tải trọng gió tác dụng lên Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2021 dây co việc tổ hợp tải trọng tác dụng lên trụ viễn thông. .. áp lực gió lên cơng trình trụ thép, tải gió lên dây co theo tiêu tính tốn tải gió hầu hết dạng dây co điển hình tiêu chuẩn Việt Nam hành chưa đề cập chi tiết đến nội dung này chuẩn TIA-222... bằng sơ đồ dây co Với dây số tḥc lớp dây co L1 có I(-6,5;-6,5;0) và J(-0,25;-0,25;11,5) Hình Sơ đồ tải gió tác dụng lên dây co Chiều dài dây co: LG = 6,25 +11,52 = 14,504m Hình Xác định góc