BS 5950 quy định tải trọng sẽ tuân theo các tiêu chuẩn sau: BS 6399: phần 1 – cho tĩnh tải và hoạt tải; phần 3 – cho hoạt tải trên mái. Riêng tải trọng gió thì có thể dùng Tiêu chuẩn BS 6399: Part 2 (ấn bản mới nhất năm 1997) hoặc có thể Tiêu chuẩn cũ năm 1972 (soát xét năm 1993) CP3 : Chapter V : Part 2.
2.2.3.1. Tải trọng tĩnh, tải trọng áp đặt ( hoạt tải )
- Tải trọng tĩnh bao gồm : Trọng lượng bản thân của cấu kiện thép, các bộ phận cố định của nhà và công trình. Tải trọng tĩnh được tính toán dựa vào trọng lượng riêng của vật liệu, và nhân với hệ số an toàn của tải trọng tĩnh.
- Hoạt tải bao gồm các tải trọng tạm thời sau: Tải trọng trên sàn do người, đồ đạc, tải trọng trên sàn do người, do tác động sữa chữa; tải trọng do thiết bị như cầu trục, máy
móc khác; vách ngăn di chuyển được. Mọi hoạt tải đều là tải trọng tạm thời và được nhân với hệ số an toàn của tải trọng tạm thời . Một số giá trị của hoạt tải được cho trong bảng sau trích từ BS 6399 Part 2 and Part 3.
Bảng II.10 - Trị số của tải trọng áp đặt ( hoạt tải) Loại nhà Tải trọng áp đặt (daN/m2) Nhà ở 150 Phòng làm việc ( tuỳ loại phòng ) 250-500 Lớp học 300 Nhà hát (khu vực có ghế ngồi cố định) 400
Mái có người lên (có sử dụng) 500
Mái không có người lên
Khi góc dốc 300 Khi góc dốc 300 < < 600 Khi góc 600 Tải tập trung 0,9 kN hoặc 60daN/m2 60[(60 - )/30] daN/m2 0.
2.2.3.2. Tải trọng gió theo CP3 chương V, phần 2
Vs = V x S1 x S2 x S3 (2.8)
Với V là tốc độ gió cơ bản và S1, S2 ,S3 là các hệ số tốc độ gió thiết kế. V là tốc
độ trung bình lấy trong 3 giây, lớn nhất với chu kỳ 50 năm, đo tại độ cao 10m trên mặt
đất trống. Tốc độ này được đo tại các trạm khí tượng và được thống kế qua các năm để
trở thành tiêu chuẩn của mỗi quốc gia. CP3 cho một bản đồ của nước Anh với các giá trị của V tại các vùng, nhỏ nhất là 37 m/s tại vùng LonDon và lớn nhất là 56 m/s tại
các đảo phía bắc. Các hệ số tốc độ gió gồm có:
- Hệ số địa hình S1: Tốc độ gió cơ bản V mới xét đến độ cao của khu đất so với mực nước biển, chưa xét đến các đặc điểm địa hình như đồi, thung lũng. Hệ số địa hình S1 xét đến các biến đổi cục bộ trên mặt đất. Khi độ dốc trung bình của đất không quá 0,05 trong vòng bán kính 1km của khu đất, khu đất được coi như bằng phẳng và S1
được lấy bằng 1,0. Gần đỉnh đồi hay ngọn vách núi, gió được tăng tốc, hệ số địa hình S1 lớn hơn 1 , và nằm trong phạm vi từ 1,0 đến 1,36. (xem phụ lục D – Tiêu chuẩn CP3).
- Hệ số S2: Xét sự biến thiên của tốc độ gió bởi ảnh hưởng liên hợp của độ nhấp nhô của mặt đất với độ cao và kích thước của nhà hay bộ phận nhà đang tính toán.
Theo Bảng II.11 độ nhấp nhô được chia làm bốn loại như sau:
Bảng II.11 - Hệ số S2 Độ 1 Độ 2 Độ 3 Độ 4 H (m) A B C A B C A B C A B C 3 0,83 0,78 0,73 0,72 0,67 0,63 0,64 0,60 0,55 0,56 0,52 0,47 5 0,88 0,83 0,78 0,79 0,74 0,70 0,70 0,65 0,60 0,60 0,55 0,50 10 1,00 0,95 0,90 0,93 0,88 0,83 0,78 0,74 0,69 0,67 0,62 0,58 15 1,03 0,99 0,94 1,00 0,95 0,91 0,88 0,83 0,78 0,74 0,69 0,64 20 1,06 1,01 0,96 1,03 0,98 0,94 0,95 0,90 0,85 0,79 0,75 0,70 30 1,09 1,05 1,00 1,07 1,03 0,98 1,01 0,97 0,92 0,90 0,85 0,79 40 1,12 1,08 1,03 1,10 1,06 1,01 1,05 1,01 0,96 0,97 0,93 0,89 50 1,14 1,10 1,06 1,12 1,08 1,04 1,08 1,04 1,00 1,02 0,98 0,94 60 1,15 1,12 1,08 1,14 1,10 1,06 1,10 1,06 1,02 1,05 1,02 0,98 80 1,18 1,15 1,11 1,17 1,13 1,09 1,13 1,10 1,06 1,10 1,07 1,03 100 1,20 1,17 1,13 1,19 1,16 1,12 1,16 1,12 1,09 1,13 1,10 1,07 120 1,22 1,19 1,15 1,21 1,18 1,14 1,18 1,15 1,11 1,15 1,13 1,10 140 1,24 1,20 1,17 1,22 1,19 1,16 1,20 1,17 1,13 1,17 1,15 1,12 160 1,25 1,22 1,19 1,24 1,21 1,18 1,21 1,18 1,15 1,19 1,17 1,14 180 1,26 1,23 1,20 1,25 1,22 1,19 1,23 1,20 1,17 1,20 1,19 1,16 200 1,27 1,24 1,21 1,26 1,24 1,21 1,24 1,21 1,18 1,22 1,21 1,18
+ Độ 1: Mặt đất thoáng đãng, bằng phẳng không có nhà như bờ biển, sân bay,
cánh đồng, đồng cỏ, không có tường hay hàng rào xung quanh.
+ Độ 2: Mặt đất bằng phẳng có hàng rào hay tưòng xung quanh, rải rác xây cối
và nhà. Đây là trường hợp đa số trang trại vùng quê.
+ Độ 3: Mặt đất có nhiều vật cản lớn như khu vực có rừng, thị trấn, ngoại ô hay thành phố lớn.
+ Độ 4: Mặt đất có nhiều vật cản lớn cao trung bình 25 m hay hơn như trung
tâm thành phố.
Xét đến độ lớn của tường, mái che và kích thước của nhà và bộ phận được chia làm ba lớp như sau:
Lớp A: Mọi bộ phận tường, mái, kính và liên kết của chúng cũng như các cấu kiện của công trình không được bao che.
Lớp B: Mọi nhà và công trình mà kích thước ngang hay kích thước đứng lớn nhất không quá 50 m.
Lớp C: Mọi nhà và công trình mà kích thước ngang hay kích thước đứng lớn nhất vượt quá 50 m. Giá trị bảng II.11 (trích bảng 3 của CP3).
- Hệ số S3: Hệ số này xét đến mức độ an toàn cần có và khoảng thời gian mà kết cấu phải chịu gió. Thông thường, tải trọng gió lên công trình đã làm xong, với thời gian tồn tại là 50 năm, sẽ được tính toán với S3 = 1.
b. Áp lực động của tải trọng gió:
Áp lực động của gió q được tính từ tốc độ gió thiết kế Vs theo công thức: q = k Vs2 (k=0,613 theo đơn vị SI: N/m2 và m/s) (2.9) c. Hệ số áp lực và hệ số lực:Để xác định lực tác động, áp lực động q sẽ được nhân với một hệ số tuỳ thuộc vào hình dạng của nhà hay công trình hoặc bộ phận của chúng. Có hai loại hệ số này: Hệ số áp lực Cp và hệ số lực Cf.
- Hệ số áp lực Cp: Hệ số này được cho trên mỗi bề mặt hoặc phần bề mặt của nhà. Diện tích của bề mặt nhân với hệ số áp lực và áp lực động sẽ cho tải trọng gió tác dụng theo phương vuông góc với bề mặt. Khi tính tải trọng gió trên từng cấu kiện riêng lẻ như tường hay mái, cần chú ý sự sai khác áp lực giữa các bề mặt đối nhau của cấu kiện. Mặt phía ngoài đón gió thì có hệ số áp lực ngoài Cpe, mặt phía trong thì dùng hệ số áp lực Cpi. Lực tác dụng F vuông góc với bề mặt của cấu kiện là:
F = ( Cpe – Cpi) q A (2.10)
Trong đó A là diện tích bề mặt của cấu kiện. Giá trị F âm có nghĩa là lực hướng ra ngoài. Giá trị của Cpe được cho trong các bảng từ 7 đến 15 của CP3. Giá trị của Cpi
đối với phần lớn các trường hợp làm nhà mà mặt tường có thể phần nào cho gió lọt qua (qua cửa sổ, cửa chớp) mà không có lỗ mở lớn trong lúc gió bão, được lấy một trong hai số, chọn số bất lợi nhất, là +0,2 và -0,3. Số trên ứng với trường hợp gió thổi vào bề mặt cho gió lọt qua, số dưới ứng với trường hợp không cho gió lọt qua. Khi có thể có lỗ mở lớn thì Cpi lấy bằng 75% giá trị Cpeở bên ngoài lỗ mở.
- Hệ số lực Cf: Hệ số này áp dụng vào tổng thể toàn nhà hay công trình, dùng nhân với diện tích gió hữu hiệu Ac của nhà hay công trình và nhân với áp lực động q cho tổng lực gió lên công trình:
F = Cf q Ac (2.11)
Trong đó: Cf là hệ số hợp lực cho tại bảng 10 của CP3 và F là lực tác dụng theo
- Lực ma sát kéo theo: Trong một số nhà có hình dạng đặc biệt, phải kể thêm lực ma sát kéo theo để cộng với lực gió đã tính ở trên. Với nhà hình chữ nhật có bao che, khi chỉ số d/h hay d/b là lớn hơn 4, trong đó d là chiều dài (kích thước theo
phương gió) là b là chiều rộng (kích thước đo vuông góc với phương gió), h là chiều cao nhà thì cần cộng thêm lực ma sát kéo theo tính theo công thức:
Khi h b thì F’ = Cf’ qb (d-4h) + Cf’ q2h (d-4h)
Khi h > b thì F’ = Cf’ qb (d-4b) + Cf’ q2h (d-4b) (2.12)
Số hạng thứ nhất ở vế phải của công thức là lực kéo theo trên mái, số hạng thứ
2 là lực trên tường. Cf’ = 0,01 đối với bề mặt nhẵn, không có gờ hay sườn ngang với
hướng gió; Cf’ = 0,02 với bề mặt có gờ ngang với hướng gió; Cf’ = 0,04 với bề mặt có
sườn ngang với hướng gió;
2.2.3.3 Tổ hợp tải trọng:
Mọi tải trọng lên kết cấu được xét riêng lẻ rồi được tổ hợp lại, sao cho đạt được nội lực lớn nhất tại tiết diện khảo sát. Mỗi tải trọng phải được nhân với hệ số vượt tải
tương ứng f . Ví dụ nhà một tầng không cầu trục thì các tổ hợp tải trọng là như sau:
Bảng II.12 - Bảng tổ hợp tải trọng theo BS 6399 - Tĩnh tải D + tải áp đặt I 1,4D + 1,6I
- Tĩnh tải D + tải trọng gió W 1,4D + 1,4W (có nhiều trường hợp gió) - Tĩnh tải D + tải áp đặt I + gió W 1,2D + 1,2I + 1,2W(có nhiều trường hợp gió) - Tĩnh tải D + gió W (bốc lên) 1,2D + 1,4W (có nhiều trường hợp gió)