CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ KẾT CẦU KHUNG TRỤC 2
5. THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG TRỤC 2
5.2. Xác định tải trọng tác dụng lên công trình
5.2.5. Tải trọng thành phần động của gió
Tải trọng gió gồm hai thành phần : Thành phần tĩnh và thành phần động. Giá trị và phương tính toán của thành phần tĩnh tải trọng gió được xác định theo các điều khoản ghi trong tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737-1995.
Thành phần động của tải trọng gió được tính toán theo TCXD 229-1999. Thành phần động của tải trọng gió được xác định theo các phương tương ứng với phương tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió.
Thành phần động của tải trọng gió tác động lên công trình là lực do xung của vận tốc gió và lực quán tính của công trình gây ra. Giá trị của lực này được xác định trên cơ
sở thành phần tĩnh của tải trọng gió nhân với các hệ số có kể đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình.
Việc tính toán công trình chịu tác dụng động lực của tải trọng gió gồm : Xác định thành phần động của tải trọng gió và phản ứng của công trình do thành phần động của tải trọng gió gây ra ứng với từng dạng dao động.
- Trình tự tính toán thành phần động của tải trọng gió:
Sơ đồ tính toán được chọn là hệ thanh công xôn có hữu hạn điểm tập trung khối lượng.
Chia công trình thành n phần sao cho mỗi phần có độ cứng và áp lực gió lên bề mặt công trình có thể coi như không đổi.
Chương 5: Thiết kế kết cấu khung trục 2 Trang75
Vị trí của các điểm tập trung khối lượng đặt tương ứng với cao trình trọng tâm của các kết cấu truyền tải trọng ngang của công trình (sàn nhà, mặt bằng bố trí giằng ngang, sàn thao tác), hoặc trọng tâm của các kết cấu, các thiết bị cố định…
Độ cứng của thanh công xôn lấy bằng độ cứng tương đương của công trình. Có thể xác định độ cứng tương đương trên cơ sở tính toán sao cho sự chuyển dịch ở đỉnh của công trình và đỉnh của thanh công xôn cùng một lực ngang.
- Xác định thành phần động của tải trọng gió:
Tùy mức độ nhạy cảm công trình đối với tác dụng động học của tải trọng gió mà thành phần động của tải trọng gió chỉ cần kể đến tác động do thành phần xung của vận tốc gió hay hơn cả với lực quán tính của công trình. Mức độ nhạy cảm được đánh giá qua tương quan giữa giá trị các tần số dao động riêng cơ bản của công trình, đặc biệt là tần số dao động riêng thứ nhất, với tần số giới hạn.
Giá trị giới hạn của tần số dao động riêng fL ứng với vùng II và độ giảm loga của
0, 3 ứng với công trình bê tông cốt thép fL 1,3(Hz).
Mode Period f
1 1.787163 0.55955
2 1.685418 0.59332
3 1.443615 0.69271
4 0.544518 1.83649
5 0.489438 2.04316
6 0.393887 2.5388
7 0.291417 3.43151
8 0.219479 4.55624
9 0.186933 5.34951
10 0.180152 5.55087
11 0.134162 7.45368
12 0.125243 7.98448
Qua bảng giá trị của Etabs ta thấy f1 0.55955(Hz) fL 1,3(Hz) thì kể cả xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình. Số dao động riêng cần xét thỏa mãn bất
Chương 5: Thiết kế kết cấu khung trục 2 Trang76
đẳng thức : fs fL fs1 thì chỉ cần tính thành phần động của tải trọng gió với s dạng dao động đầu tiên.
Vậy số Mode dao động cần xét là :
1 0.55955; 2 0.59332; 3 0.69271< L 1,3 4 2.22198
f f f f f
Xét 3 Mode dao động đầu tiên f1; f2; f3ta nhận thấy Mode 1 công trình dao động theo phương X, Mode 2 công trình dao động xoắn, Mode 3 công trình dao động theo phương Y. Gió động gây ra nhiều đối với công trình dao động theo một phương và ảnh hưởng ít đối với công trình chịu xoắn. Vì vậy ta chỉ cần xét đến Mode 1 và Mode
3.
Gió động được tính Mode 1 có f10.55955(Hz) công trình dao động theo phương Y.
Mode 3 có f30.69271(Hz) công trình dao động theo phương X.
Giá trị thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j ứng với dạng dao động thứ i được xác định theo công thức :
( )
Wp ji Mji iyji
Trong đó : Wp ji( ) : Giá trị thành phần động tiêu chuẩn
Mj : Khối lượng tập trung của phần công trình thứ j
i : Hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i, phụ thuộc vào thông số ivà độ giảm loga của dao động :
W0
i 940.
fi
Trong đó : : Hệ số tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1,2
W0: Giá trị áp lực gió W0 83(daN m/ 2)830(N m/ 2)
fi : tần số dao động riêng thứ i
Xác định hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió ứng với các dạng dao động khác nhau của công trình.
Chương 5: Thiết kế kết cấu khung trục 2 Trang77
Hệ số tương quan không gian được xác định từ kết quả nội suy Bảng 4 trong TCXD 229-1999 qua các tham số và .
Xác định các tham số và theo bề mặt tính toán của công trình
Mặt phẳng tính toán
zOx D H
zOy 0.4L H
xOy D L
Trong đó kích thước của công trình :
+ Chiều dài mặt đón gió D34, 6( )m
+ Chiều rộng mặt đón gió L23, 2( )m
+ Chiều cao công trình H 53( )m tính từ mặt ngàm của công trình.
+ Hệ số động lực được xác định thông qua nội suy từ giá trị :
Chương 5: Thiết kế kết cấu khung trục 2 Trang78
yji: Dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng dao động riêng thứ i được xác định theo công thức :
* * * *
sin sinh ( os os )
ji i j i j i j i j
y B c c
* j
j
h
H
Với hjlà khoảng cách từ điểm đặt khối lượng thứ j đến mặt móng của công trình.
i: Hệ số được xác định bằng cách chia công trình thành n phần, trong phạm vi mỗi phần tải trọng gió có thể coi như là không đổi :
1 2 1
W
n
ji Fj j
i n
ji j j
y
y M
:
Trong đó : WFjlà giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng
lên phần thứ j của công trình
WFj Mj iSj
Sj: diện tích đón gió của phần j của công trình
i: Hệ số áp lực động nội suy Bảng 4 trong TCXD 229-1999.
Chương 5: Thiết kế kết cấu khung trục 2 Trang79
Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng hoặc áp lực gió được xác định theo công thức
( )
Wtt Wp ji
Trong đó : là hệ số tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1,2
1là hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian sử dụng 50 năm.
Khối lượng từng tầng và tọa độ tâm khối lượng :
Bảng 5.3 – Khối lượng từng tầng và tọa độ tâm khối lượng
Story Diaphragm MassX MassY XCM YCM TANG MAI D18 167.2771 167.2771 16.913 11.316 TANG 14 D17 555.4657 555.4657 17.269 11.567 TANG 13 D16 555.4657 555.4657 17.269 11.567 TANG 12 D15 555.4657 555.4657 17.269 11.567 TANG 11 D14 555.4657 555.4657 17.269 11.567 TANG 10 D13 555.4657 555.4657 17.269 11.567 TANG 9 D12 555.4657 555.4657 17.269 11.567 TANG 8 D11 555.4657 555.4657 17.269 11.567 TANG 7 D10 555.4657 555.4657 17.269 11.567 TANG 6 D9 555.4657 555.4657 17.269 11.567 TANG 5 D8 555.4657 555.4657 17.269 11.567 TANG 4 D7 555.4657 555.4657 17.269 11.567 TANG 3 D6 555.4657 555.4657 17.269 11.567 TANG 2 D5 555.4657 555.4657 17.269 11.567 TANG LUNG D4 374.8245 374.8245 17.291 10.992
TANG TRET D3 395.7059 395.7059 17.255 11.466
HAM3 D2 434.2028 434.2028 17.258 11.497 HAM2 D1 434.2028 434.2028 17.258 11.497
Chương 5: Thiết kế kết cấu khung trục 2 Trang80
- Kết quả tính toán gió động công trình
Bảng 5.4 – Gió động tác dụng lên công trình theo phương X
Story Cao độ z Ux M S
x Wj WFj
Σ yjiWFj Σ y²jiMj
Wtc Wtt
(m) m T m2 kN/m2 kN/m2 kN kN
TANG MAI 53 0.0174 167.2771 40.6 0.542 1.22 20.2 0.351 0.0506
5.79
26.4 31.7
14 49.5 0.0165 555.4657 81.2 0.547 1.19 40.0 0.660 0.1512 83.1 99.8
13 46 0.0157 555.4657 81.2 0.552 1.17 39.6 0.621 0.1369 79.1 94.9
12 42.5 0.0148 555.4657 81.2 0.559 1.14 39.1 0.579 0.1217 74.6 89.5
11 39 0.0138 555.4657 81.2 0.565 1.12 38.7 0.534 0.1058 69.5 83.4
10 35.5 0.0127 555.4657 81.2 0.573 1.09 38.2 0.485 0.0896 64.0 76.8
9 32 0.0116 555.4657 81.2 0.581 1.06 37.6 0.436 0.0747 58.5 70.1
8 28.5 0.0105 555.4657 81.2 0.591 1.02 37.0 0.389 0.0612 52.9 63.5
7 25 0.0093 555.4657 81.2 0.602 0.99 36.3 0.338 0.0480 46.9 56.2
6 21.5 0.0081 555.4657 81.2 0.614 0.95 35.6 0.288 0.0364 40.8 49.0
5 18 0.0068 555.4657 81.2 0.630 0.90 34.7 0.236 0.0257 34.3 41.1
4 14.5 0.0056 555.4657 81.2 0.649 0.85 33.7 0.189 0.0174 28.2 33.9
3 11 0.0044 555.4657 81.2 0.675 0.78 32.4 0.143 0.0108 22.2 26.6
2 7.5 0.0033 555.4657 92.8 0.712 0.70 35.1 0.116 0.0060 16.6 20.0 TANG LUNG 3 0.002 374.8245 87.0 0.754 0.55 27.0 0.054 0.0015 6.8 8.2
TANG TRET 0 0.0012 395.7059 34.8 0.754 0.55 10.8 0.013 0.0006 4.3 5.2
Chương 5: Thiết kế kết cấu khung trục 2 Trang81
Bảng 5.5– Gió động tác dụng lên công trình theo phương Y
Story Cao độ z Ux M S
x Wj WFj
Σ yjiWFj Σ y²jiMj
Wtc Wtt
(m) m T m2 kN/m2 kN/m2 kN kN
TANG MAI 53 0.0173 167.2771 60.6 0.542 1.22 26.8 0.464 0.0501
7.61
36.5 43.8
14 49.5 0.0165 555.4657 121.1 0.547 1.19 53.1 0.877 0.1512 115.7 138.9
13 46 0.0157 555.4657 121.1 0.552 1.17 52.6 0.826 0.1369 110.1 132.1
12 42.5 0.0149 555.4657 121.1 0.559 1.14 52.0 0.775 0.1233 104.5 125.4
11 39 0.014 555.4657 121.1 0.565 1.12 51.4 0.720 0.1089 98.2 117.8
10 35.5 0.013 555.4657 121.1 0.573 1.09 50.7 0.659 0.0939 91.2 109.4
9 32 0.0119 555.4657 121.1 0.581 1.06 50.0 0.595 0.0787 83.5 100.1
8 28.5 0.0108 555.4657 121.1 0.591 1.02 49.2 0.531 0.0648 75.7 90.9
7 25 0.0096 555.4657 121.1 0.602 0.99 48.3 0.464 0.0512 67.3 80.8
6 21.5 0.0084 555.4657 121.1 0.614 0.95 47.3 0.397 0.0392 58.9 70.7
5 18 0.0071 555.4657 121.1 0.630 0.90 46.1 0.327 0.0280 49.8 59.7
4 14.5 0.0059 555.4657 121.1 0.649 0.85 44.7 0.264 0.0193 41.4 49.6
3 11 0.0046 555.4657 121.1 0.675 0.78 43.0 0.198 0.0118 32.3 38.7
2 7.5 0.0034 555.4657 138.4 0.712 0.70 46.6 0.159 0.0064 23.8 28.6 TANG LUNG 3 0.002 374.8245 129.8 0.754 0.55 35.9 0.072 0.0015 9.5 11.4
TANG TRET 0 0.0013 395.7059 51.9 0.754 0.55 14.4 0.019 0.0007 6.5 7.8
Chương 5: Thiết kế kết cấu khung trục 2 Trang82
Hình 5.7 – Gán tải trọng thành phần động của gió theo phương X
Hình 5.8 – Gán tải trọng thành phần động của gió theo phương Y
Chương 5: Thiết kế kết cấu khung trục 2 Trang83