4.2. Tải trọng gió động
4.2.4. Xác định thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên công trình
Giá trị tiêu chuẩn 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( ) =Mj iξψiyji (TCVN 229 : 1999) Trong đó:
Wp ji( )- lực;
Mj- khối lượng tập trung của phần công trình thứ j, được xác định từ phần mềm Etabs thông qua bảng Center Mass Rigidty.
Giải thích:
Mass X - khối lượng mức sàn tầng theo phương X (kN-s2/m∼T);
Mass Y - khối lượng mức sàn tầng theo phương Y (kN-s2/m∼T);
XCM - tọa độ tâm khối lượng theo phương X (m);
YCM - tọa độ tâm khối lượng theo phương Y (m).
yji- dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng dao động riêng thứ i, không thứ nguyên, được xác định từ phần mềm Etabs thông qua bảng Building Modes.
Bảng dịch chuyển ngang tỉ đối theo phương X mode 1 Story Diaphragm Mode UX
(m) yji MassX
(kN)
Story1 D3 1 0.0008 0.000084 30261.922
Story2 D4 1 0.0013 0.000100 30261.922
Story3 D5 1 0.0019 0.000115 30026.367
Story4 D6 1 0.0026 0.000130 29821.771
Story5 D7 1 0.0033 0.000140 29821.771
Story6 D8 1 0.0040 0.000148 29821.771
Story7 D9 1 0.0048 0.000157 29821.771
Story8 D10 1 0.0055 0.000162 29617.624
Story9 D11 1 0.0062 0.000165 29444.435
Story10 D12 1 0.0068 0.000166 29444.435
Story11 D13 1 0.0075 0.000168 29444.435
Story12 D14 1 0.0081 0.000169 29435.412
Sân thượng D15 1 0.0086 0.000167 16388.814
Chú thích:
yji =UX / chiều cao dịch chuyển tại tầng tương ứng được tính từ mặt ngàm công trình;
Kết quả khối lượng từ chương trình xuất ra nhân thêm 10.
Bảng dịch chuyển ngang tỉ đối theo phương Y mode 3 Story Diaphragm Mode UY
(m) yji MassY
(kN)
Story1 D3 3 0.0007 0.000074 30261.922
Story2 D4 3 0.0012 0.000092 30261.922
Story3 D5 3 0.0018 0.000109 30026.367
Story4 D6 3 0.0024 0.000120 29821.771
Story5 D7 3 0.0031 0.000132 29821.771
Story6 D8 3 0.0038 0.000141 29821.771
Story7 D9 3 0.0046 0.000151 29821.771
Story8 D10 3 0.0053 0.000156 29617.624
Story9 D11 3 0.0061 0.000163 29444.435
Story10 D12 3 0.0068 0.000166 29444.435
Story11 D13 3 0.0076 0.000171 29444.435
Story12 D14 3 0.0083 0.000173 29435.412
Sân thượng D15 3 0.0090 0.000175 16388.814
ξi- hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i, không thứ nguyên, xác định bằng đồ thị hình 2 điều 4.5 TCVN 229 : 1995, phụ thuộc vào thông sốεivà độ giảm lôga của giao động δ =0.3
* 0
i 940*
i
W f ε = γ
Trong đó:
γ - hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, lấy bằng 1.2;
W0 =830N/m2 - giá trị áp lực gió;
fi – tần số dao động riêng thứ i (Hz)
Ta có bảng giá trịε và ξ theo 3 mode dao động đầu tiên như sau:
Mode fi
(Hz) εi ξi
1 0.589 0.057 1.65
2 0.685 0.049 1.55
3 0.816 0.040 1.50
ψi- 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 n
ji Fj j
i n
ji j j
y W y M
ψ =
=
=∑
∑
WFj - giá trị tiêu chuẩn thành phần động tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j của công trình, ứng với các dao động khác nhau khi chỉ kể đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió, xác định theo công thức :
WFj =W Sj iζ νj Trong đó:
Wj- là giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió (kN/m2);
ζj- là hệ số áp lực động của tải trọng gió, tra bảng 3 trang 8 TCVN 229:1999, phụ thuộc cao độ zj và dạng địa hình:
Sj- diện tích mặt đón gió của phần thứ j của công trình (m2) Kết quả cho trong bảng sau:
Chiều cao zj
(m) ζj
3.5 0.318 7 0.312 10.5 0.302
14 0.297 17.5 0.293
21 0.288 24.5 0.286
28 0.283 31.5 0.281
35 0.279 38.5 0.276
42 0.274 45.5 0.273
Y
X Gió phương Y
D
Gió phương X L
ν - hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió ứng với các dạng dao động khác nhau của công trình, không thứ nguyên, được tra từ bảng 4 trang 9 TCVN 229 : 1999, phụ thuộc vàoρvàχ.
Gió theo phương X :χ=H =45.5 (m) vàρ =0.4*L=0.4*35.8 14.32= (m) Gió theo phương Y :χ=H =45.5 (m) vàρ =D=56.4(m)
Với L, D là chiều dài nhà theo phương X và Y tương ứng.
Từ ρvàχ tra bảng 4 trong TCVN 229 : 1999 bằng phép nội suy tìm được ν ν= 1
Phương ρ
(m)
χ
(m) ν ν= 1
X 14.32 45.5 0.745
Y 56.4 45.5 0.632
Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tóm tắt bảng sau:
Theo phương X Story Wj
(kN/m2) ζj Sj
(m2) ν WFj
(kN)
Story1 1.1823 0.318 114.8 0.745 32.155
Story2 1.2945 0.312 125.3 0.745 37.702
Story3 1.3781 0.302 125.3 0.745 38.850
Story4 1.4268 0.297 125.3 0.745 39.557
Story5 1.4698 0.293 125.3 0.745 40.201
Story6 1.5083 0.288 125.3 0.745 40.550
Story7 1.5408 0.286 125.3 0.745 41.136
Story8 1.5734 0.283 125.3 0.745 41.566
Story9 1.6024 0.281 125.3 0.745 42.032
Story10 1.6268 0.279 125.3 0.745 42.369
Story11 1.6512 0.276 125.3 0.745 42.542
Story12 1.6709 0.274 125.3 0.745 42.737
Sân thượng 1.6872 0.273 125.3 0.745 42.997
Theo phương Y Story Wj
(kN/m2) ζj Sj
(m2) ν WFj
(kN)
Story1 1.1823 0.318 197.4 0.632 46.905
Story2 1.2945 0.312 197.4 0.632 50.387
Story3 1.3781 0.302 197.4 0.632 51.922
Story4 1.4268 0.297 197.4 0.632 52.867
Story5 1.4698 0.293 197.4 0.632 53.727
Story6 1.5083 0.288 197.4 0.632 54.193
Story7 1.5408 0.286 197.4 0.632 54.976
Story8 1.5734 0.283 197.4 0.632 55.551
Story9 1.6024 0.281 197.4 0.632 56.175
Story10 1.6268 0.279 197.4 0.632 56.624
Story11 1.6512 0.276 197.4 0.632 56.856
Story12 1.6709 0.274 197.4 0.632 57.117
Sân thượng 1.6872 0.273 197.4 0.632 57.464
- Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió được tính theo công thức:
Wp ji( ) =Mj iξψiyji
- Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió được tính theo công thức:
Wp jitt( ) =Wp ji( )* *γ β Trong đó:
γ - là hệ số tin cậy đối với tải trọng gió, lấy γ =1.2;
β- là hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian sử dụng giả định của công trình, xác định theo bảng 6 trang 12 TCVN 229 : 1999, lấy 1β =
Thành phần động của tải trọng gió tóm tắt dưới bảng sau:
GIÁ TRỊ GIÓ ĐỘNG THEO PHƯƠNG X Story Mj
(kN)
WFj
(kN) yji y Wji Fj y M2ji j ψi ξi Wp jitt( ) (kN) Story1 30261.922 32.155 0.000084 0.002701 0.000214 9.662 1.65 48.6304 Story2 30261.922 37.702 0.000100 0.003770 0.000303 9.662 1.65 57.8934 Story3 30026.367 38.850 0.000115 0.004468 0.000397 9.662 1.65 66.0591 Story4 29821.771 39.557 0.000130 0.005142 0.000504 9.662 1.65 74.1667 Story5 29821.771 40.201 0.000140 0.005628 0.000585 9.662 1.65 79.8718 Story6 29821.771 40.550 0.000148 0.006001 0.000653 9.662 1.65 84.4359 Story7 29821.771 41.136 0.000157 0.006458 0.000735 9.662 1.65 89.5706 Story8 29617.624 41.566 0.000162 0.006734 0.000777 9.662 1.65 91.7904 Story9 29444.435 42.032 0.000165 0.006935 0.000801 9.662 1.65 92.9436 Story10 29444.435 42.369 0.000166 0.007033 0.000811 9.662 1.65 93.5069 Story11 29444.435 42.542 0.000168 0.007147 0.000831 9.662 1.65 94.6335 Story12 29435.412 42.737 0.000169 0.007223 0.000841 9.662 1.65 95.1676 Sân
thượng 16388.814 42.997 0.000167 0.007180 0.000457 9.662 1.65 52.3596
TỔNG 0.076420 0.007909
GIÁ TRỊ GIÓ ĐỘNG THEO PHƯƠNG Y
Story Mj (kN)
WFj
(kN) yji ∑y Wji Fj ∑y M2ji j ψi ξi W(kN) p jitt( )
Story1 30261.922 46.905 0.000074 0.003471 0.000166 13.234 1.5 53.3448 Story2 30261.922 50.387 0.000092 0.004636 0.000256 13.234 1.5 66.3205 Story3 30026.367 51.922 0.000109 0.005659 0.000357 13.234 1.5 77.9638 Story4 29821.771 52.867 0.000120 0.006344 0.000429 13.234 1.5 85.2468 Story5 29821.771 53.727 0.000132 0.007092 0.000519 13.234 1.5 93.7715 Story6 29821.771 54.193 0.000141 0.007641 0.000593 13.234 1.5 100.1650 Story7 29821.771 54.976 0.000151 0.008301 0.000680 13.234 1.5 107.2689 Story8 29617.624 55.551 0.000156 0.008666 0.000721 13.234 1.5 110.0623 Story9 29444.435 56.175 0.000163 0.009157 0.000782 13.234 1.5 114.3285 Story10 29444.435 56.624 0.000166 0.009399 0.000811 13.234 1.5 116.4327 Story11 29444.435 56.856 0.000171 0.009722 0.000861 13.234 1.5 119.9397 Story12 29435.412 57.117 0.000173 0.009881 0.000881 13.234 1.5 121.3053 Sân
thượng 16388.814 57.464 0.000175 0.010056 0.000502 13.234 1.5 68.32021 TỔNG 0.100025 0.007558
Theo TCVN 229 : 1999; nội lực và chuyển vị gây ra do thành phần tĩnh và động của tải trọng gió được xác định như sau:
2 1
( )
t s d
i i
X X X
=
= + ∑
Trong đó:
X - là mômen uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc hoặc chuyển vị;
Xt- là mômen uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc hoặc chuyển vị do thành phần tĩnh của tải trọng gió gây ra;
Xđi - là mômen uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc hoặc chuyển vị do thành phần động của tải trọng gió gây ra khi dao động ở dạng thứ i;
s - số dạng dao động tính toán.
Sau khi có tải trọng gió động ta gán vào tâm khối lượng như sau:
Gán tải trọng gió động theo phương x mode 1
Gán tải trọng gió động theo phương y mode 3
CHƯƠNG 5
TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP KHUNG TRỤC 4