CHƯƠNG 5. ĐẶC TRƯNG ĐỘNG HỌC CÔNG TRÌNH
5.5. XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH
5.5.2. THÀNH PHẦN ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG GIÓ
- Theo TCVN 229:1999, thành phần động của tải trọng gió phải đƣợc kể đến khi tính toán nhà nhiều tầng cao hơn 40m. Nhƣ vậy, với chiều cao công trình là 46,1m, phải xét đến ảnh hưởng của thành phần động tải trọng gió.
- Tùy mức độ nhạy cảm của công trình đối với tác dụng động lực 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 hoặc cả với lực quán tính của công trình.
- Mức độ nhạy cảm này được đánh giá qua tương quan giữa các giá trị 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 fL = 1,1 Hz (tra Bảng 2 TCVN 229: 1999).
- So sánh tần số dao động riêng thứ nhất f1 với tần số giới hạn fL: f1 = 0,629 (s) < fL = 1,1 (s).
- Nhƣ vậy, thành phần động của tải trọng gió phải tính đến tác động của cả xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình.
- Theo bảng tổng hợp tần số dao động riêng ở trên ta có:
f1 = 0,629(s) < fL = 1,1(s) < f4 = 2,238(s)
- Vì vậy, cần tính toán thành phần động của gió ứng với 3 dao động riêng đầu tiên. Tuy nhiên:
+ Dạng dao động thứ nhất (mode 1): công trình dao động theo phương X.
+ Dạng dao động thứ hai (mode 2): công trình dao động theo phương Y.
- Dạng dao động thứ ba (mode 3): công trình bị xoắn theo trục Z (bỏ qua trong tính toán).
SVTH:Bùi Xuân Văn Trang 80 MODE1(PHƯƠNGX) MODE2(PHƯƠNGY)
CÔNG THỨC XÁC ĐỊNH:
- Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j (có cao độ z ) ứng với dạng dao riêng thứ i đƣợc xác định theo công thức (4.3) TCXD 229:1999
p( ji) j i i ji
W M y
+ Trong đó:
p( ji)
W : Lực, đơn vị là daN hay kN tùy thuộc đơn vị tính toán WFj. Mj : Khối lƣợng tập trung của phần công trình thứ j (kN)
i: Hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i, không thứ nguyên.
Yij : Dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần tử thứ j ứng với dạng dao động thƣ i, không thứ nguyên.
SVTH:Bùi Xuân Văn Trang 81
i: hệ số đƣợc xác định bằng cách chia công trình thành n phần, trong phạm vi mỗi phần tải trọng gió có thể coi nhƣ không đổi.
- Xác định i:
Hệ số i đƣợc xác định bằng công thức:
n
ji Fj j 1
i n
2 ji j j 1
(y W ) (y M )
Với: WFj - Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j của công trình, ứng với các dạng dao động khác nhau khi chỉ kể đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió, được xác định theo công thức:
Trong đó:
+ Wj : giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh tải trọng gió (đƣợc tính ở bảng trên) + Sj: diện tích đón gió của phần j của công trình (m2).
+ j: hệ số áp lực động của tải trọng gió ở độ cao z ứng với phần thứ j của công trình. Phụ thuộc vào dạng địa hình và chiều cao z. (Tra bảng 3 TCXD 229 – 1999).
+ : Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió ứng với các dạng dao động khác nhau của công trình, đƣợc xác định phụ thuộc vào vào tham số: và và dạng dao động. (tra bảng 4, bảng 5 TCXD 229 – 1999).
Dạng dao động
Phương X 27,2 46,1 0,701
Phương Y 44,8 46,1 0,654
- Xác định i :
Hệ số động lực I xác định phụ thuộc vào thông số i và độ giảm loga của dao động.
Trong đó:
Fj j j j
W W S
o i
i
W 940f
SVTH:Bùi Xuân Văn Trang 82 + : hệ số tin cậy tải trọng gió lấy = 1,2
+ fi: tần số dao động riêng thứ i (Hz) + W0 : gía trị áp lực gió W0 = 550(N/m2) + Công trình bằng BTCT = 0,3.
+ Theo đồ thị (Hình 2 trang 10 TCXD 229 – 1999), xác định đƣợc hệ số động I lực nhƣ sau:
Dạng dao động fi i xi
Phương X 0,6295 0,0435 1,5 Phương Y 0,6435 0,0428 1,6 - Gía trị tính toán thành phần động của tải gió:
P(ji)tt P(ji)
W W .Với:
+ : Hệ số tin cậy đối với tải trọng gió, = 1,2.
+ : Hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian.
Lấy = 1 (thời gian sử dụng giả định 50 năm).
THÀNH PHẦN ĐỘNG CỦA TẢI GIÓ THEO PHƯƠNG X ỨNG VỚI MODE 1
TẦNG Ux Mj(kN) WrX(kN) Wry(kN)
SÀN MÁI -0,0124 479,6 11,875 7,131
SÀN THƢỢNG -0,0116 1181,4 52,207 79,803 SÀN TẦNG 11 -0,0108 1457,8 56,669 86,624 SÀN TẦNG 10 -0,01 1458,1 48,997 74,896 SÀN TẦNG 9 -0,009 1458,1 41,454 63,366 SÀN TẦNG 8 -0,0079 1460,7 34,200 52,277
SVTH:Bùi Xuân Văn Trang 83 SÀN TẦNG 7 -0,0068 1464,2 27,284 41,706
SÀN TẦNG 6 -0,0055 1464,2 20,761 31,735 SÀN TẦNG 5 -0,0043 1464,2 14,853 22,704 SÀN TẦNG 4 -0,0031 1465,3 9,720 14,857 SÀN TẦNG 3 -0,0019 1466,8 5,506 8,416 SÀN TẦNG 2 -0,0009 1485,8 2,869 4,385
SÀN TẦNG TRỆT / 1406,9 0,115 0,176
SÀN TẦNG HẦM / / / /
- Theo tiêu chuẩn, phải tiến hành tổ hợp phản ứng theo từng mode dao động để có đƣợc tác động của gió động, sau đó tổ hợp gió tĩnh và gió động để có đƣợc tác động của tải trọng gió. Tuy nhiên, do thành phần gió động theo mỗi phương chỉ do 1 mode tham gia, và ở trong đồ án này em chỉ xét 3 mode dao động đầu tiên (thỏa fi < fL; mode 3 xoắn quanh truc z nên bỏ qua trong tính toán). Do vậy, ta tổ hợp tải gió:
n 2
i i 1
GIOX GTX GD X
GIOX GTX GDX1
n 2
i i 1
GIOY GTY G DY
GIOY GTY GDY2
SVTH:Bùi Xuân Văn Trang 84 CÁCH NHẬP TẢI GIÓ VÀO MÔ HÌNH CÔNG TRÌNH:
- Vì tải trọng gió được gán dưới dạng các lực tập trung đặt tại cao trình các tầng, nên để tính nội lực ta nhập vào mô hình công trình các lực tập trung của thành phần gió tĩnh đặt tại tâm hình học và lực tập trung của thành phần gió động đặt tại tâm khối lượng của từng sàn ứng với cao trình tương ứng.
+ THÀNH PHẦN GIÓ TĨNH
SVTH:Bùi Xuân Văn Trang 85
SVTH:Bùi Xuân Văn Trang 86