- Trang Chủ
- Môi trường
- Đề xuất cách tính tải trọng gió theo TCVN 2737-1995 cho công trình có hình dạng phức tạp
Xem mẫu
- Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học
ĐỀ XUẤT CÁCH TÍNH TẢI TRỌNG GIÓ THEO TCVN 2737-1995 CHO
CÔNG TRÌNH CÓ HÌNH DẠNG PHỨC TẠP
Đặng Sĩ Khiêm*, Nguyễn Việt Khánh, Lê Ích Trọng
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
*Tác giả liên lạc: dangsikhiem@gmail.com
TÓM TẮT
Bài báo mô tả phương pháp xác định hệ số áp lực gió lên các công trình có hình
dạng phức tạp. Mô phỏng hầm gió bằng Robot Structural Analysis Professional
và Flow Design cũng như phân tích dựa trên TCVN 2737-1995, EN 1991-1-4 và
ASCE 7-05 được thực hiện trên một số công trình có hình dạng phức tạp điển
hình. Kết quả của thí nghiệm hầm gió cho công trình “MR&S” đã được sử dụng
để xác minh kết quả phân tích này. Bên cạnh đó, việc mô phỏng hầm gió sử dụng
các phần mềm thương mại để xác định hệ số áp lực gió cho công trình có hình
dạng phức tạp là khả thi và hiệu quả.
Từ khóa: Hệ số áp lực gió, hệ số khí động; mô phỏng áp lực gió; mô phỏng thí
nghiệm hầm gió; ống thổi khí động.
AN APPROACH IN DETERMINATION OF WIND LOAD FOR
IRREGULAR SHAPED BUILDING ACCORDING TO VIETNAMESE
STANDARD 2737-1995
Dang Si Khiem*, Nguyen Viet Khanh, Le Ich Trong
Ho Chi Minh City University of Technology and Education
*Corresponding Author: dangsikhiem@gmail.com
ABSTRACT
The article described an approach in determination of the pressure coefficient on
irregular shaped buildings. The wind tunnel simulation on Robot Structural
Analysis Professional and Flow Design software as well as analytical method
according to TCVN 2737-1995, EN 1991-1-4 and ASCE 7-05 are performed in
several of typical irregular shaped buildings. The results of wind tunnel for
“MR&S” project were used for verifying it. Therefore, the use of wind tunnel
simulation on commercial software to determine the wind pressure coefficient for
irregular shaped buildings is perfectly useful.
Keywords: Pressure coefficient, wind load simulation, wind tunnel, wind tunnel
simulation experiment.
TỔNG QUAN vuông góc theo TCVN 2737-1995.
Trong nhiều năm qua, thực tế cho thấy Thế nhưng, liệu việc áp dụng TCVN
các công trình nhà cao tầng đòi hỏi độ 2737-1995 cho các công trình có hình
tin cậy ngày càng cao đối với quy trình dạng phức tạp có hiệu quả và khả thi,
tính tóa n và thiết kế tải trọng gió. Việc trong khi hệ số khí động dường như
lựa chọn hệ số khí động ảnh hưởng rất phụ thuộc vào sự khuếch đại gió tại bề
lớn đến tải trọng gió tác động lên nhà mặt công trình.
cao tầng, đặc biệt là công trình có hình Xuất phát từ những yêu cầu thực tế và
dạng phức tạp. Để tính tóa n hệ số này, kế thừa các kết quả đạt được của các
người ta sử dụng phương pháp chiếu nhà nghiên cứu trong nước và trên thế
588
- Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học
giới, các tác giả nghiên cứu đề xuất Robot Structural Analysis Professional
một giải pháp mới “sử dụng phần mềm (RSAP) và Flow Design (FD) để mô
để mô phỏng tải trọng gió qua mô hình phỏng các dòng khí đặc trưng cho
ống thổi khí động” để xác định hệ số cường độ gió của vùng địa hình được
áp lực gió. Bằng cách xây dựng mô xét tác dụng lên công trình.
hình tính gió sử dụng phần mềm Robot Ngoài ra, các tác giả còn kiểm chứng
Structural Analysis Professional và và đối chiếu áp lực gió tác dụng vào bề
Flow Design. Tải trọng gió được mô mặt công trình giữa mô phỏng phần
phỏng qua mô hình ống thổi khí động mềm với thực tiễn, từ đó đưa ra cách
trên phần mềm sẽ được thể hiện, từ đó tính hệ số khí động c và đề xuất thông
mô hình có thể dự báo được đối tượng qua công trình thực tế “MR&S”.
chính là tải trọng gió cho công trình.
Phương pháp này có thể dự báo được KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
độ chính xác của TCVN 2737-1995 về Áp lực gió tác dụng lên công trình có
tải trọng gió tác động lên công trình hình dạng đơn giản
nhà cao tầng có hình dạng phức tạp. Công trình được mô hình và thực hiện
Kết quả thu được từ nghiên cứu là cơ quá trình mô phỏng thí nghiệm dựa
sở để áp dụng thiết kế tải trọng gió cho trên phần mềm Robot Structural
dự án thực tế “MR&S”. Analysis Professional với cùng kích
thước tỷ lệ thực, profile vận tốc gió,
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU vận tốc gió cơ sở, độ cao gradient địa
Phương pháp giải tích: Các tác giả sử hình v.v.
dụng cách thức tính tóa n được đề cập Giá trị áp lực gió thu được tương đồng
đến trong TCVN 2737-1995, ASCE 7- với kết quả tính tóa n giải tích theo
05, EN 1991-1-4 để xác định giá trị áp TCVN 2737-1995 và EN 1991-1-4
lực gió cho các công trình có hình dạng (Hình 1). Cho thấy độ tin cậy từ phần
đơn giản và phức tạp. mềm so với tính tóa n giải tích theo tiêu
Phương pháp số: Sử dụng phần mềm chuẩn quy định.
Hình 1. Giá trị áp lực gió theo tiêu chuẩn và phần mềm cho công trình có hình
dạng đơn giản
589
- Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học
Áp lực gió tác dụng lên công trình có khác nhau.
hình dạng phức tạp Công trình có dạng chữ H (cùng kích
Các tác giả đề xuất một công trình có thước đón gió với công trình có hình
hình dạng phức tạp về mặt bằng, mặt dạng đơn giản 30x30x36m) làm ví dụ
đứng và tiến hành mô phỏng số dựa tính tóa n đặc trưng cho công trình có
trên phần mềm RSAP (hình chữ H). hình dạng phức tạp, giá trị áp lực gió
Giá trị hệ số áp lực gió được xử lý và được thể hiện ở Hình 2.
đề xuất cho các công trình có hình dạng
Hình 25. Giá trị áp lực gió tính theo tiêu chuẩn và phần mềm cho công trình
dạng chữ H
Giá trị áp lực tính tóa n theo tiêu chuẩn và đề xuất hệ số áp lực gió cho một vài
cho công trình dạng chữ H được thực công trình có hình dạng điển hình.
hiện dựa trên phương pháp hình chiếu Áp lực gió tác dụng lên công trình dự
vuông góc mặt đón gió. án“MR&S” kết hợp thí nghiệm ống
Kết quả phân tích cho thấy giá trị áp thổi khí động
lực gió khi tính tóa n bằng phần mềm Kết quả phân tích cho thấy tính tóa n
RSAP cho công trình có hình dạng theo ba tiêu chuẩn có sự sai lệch, đặc
phức tạp lớn hơn so với phương pháp biệt khi kể đến yếu tố địa hình và sự
tính tóa n giải tích thông thường. thay đổi giá trị áp lực gió theo độ cao.
Những vùng góc cạnh chịu ứng suất Điều này cho thấy sự bất cập khi áp
cục bộ có áp lực lớn. Từ đây có thể dụng phương pháp giải tích để tính tóa
thấy được khi tính tóa n giá trị áp lực n cho các công trình có hình dạng phức
gió theo phương pháp giải tích không tạp.
đảm bảo được độ an toàn. Các giá trị hệ số áp lực gió thu được
Từ những đánh giá trên, các tác giả tiến bằng phần mềm Flow Desgin ở Hình 6
hành mô phỏng một số công trình có được xác định bằng cách ghi nhận qua
hình dạng phức tạp khác nhau về mặt 10 lần đo và được xác định thông qua
đứng và mặt bằng, mô phỏng hầm gió giá trị trung bình. Giá trị chỉ được ghi
bằng phần mềm RSAP nhằm xác định nhận khi dòng khí chạy ổn định và
giá trị áp lực gió cho các mặt khác nhau được thể hiện ở biểu đồ biến thiên hệ
590
- Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học
số áp lực gió theo thời gian qua các thường (hình chữ H, chữ U, chữ C,...),
mặt. Kết quả thí nghiệm cho thấy hệ số thì phân vùng áp lực gió tại đó lớn hơn
áp lực gió thu được từ thí nghiệm bằng nhiều so với giá trị trung bình.
ống thổi khí động và mô phỏng số bằng Sử dụng phần mềm Robot Structural
phần mềm RSAP có sự sai lệch. Sự sai Analysis Professional và Flow Design
lệch này chủ yếu do phần mềm RSAP để mô phỏng tính tóa n cho công trình
không mô phỏng được hình dạng địa nhà cao tầng có hình dạng phức tạp cho
hình trong quá trình tính tóa n gắn áp thấy tính khả thi và hiệu quả, hệ số áp
lực. Giá trị hệ số áp lực gió được tính lực gió cho công trình nhà cao tầng có
tóa n bằng phần mềm RSAP có vùng hình dạng phức tạp là dự báo được.
phân bố và những điểm gây ứng suất Bên cạnh đó, sử dụng phần mềm số để
cục bộ lên các bề mặt chính diện tương tính tóa n tải trọng gió cho thấy một
đối giống với thí nghiệm ống thổi khí cách tổng quát ảnh hưởng của gió lên
động. công trình thông qua biểu đồ màu và áp
lực cục bộ được thể hiện, cùng với đó
KẾT LUẬN là sự thuận tiện trong việc lưu trữ số
Sử dụng TCVN 2737-1995 để xác định liệu và sử dụng lại sau này.
tải trọng gió là thiên về hướng an toàn Hạn chế của bài báo là mới xét đến
khi quy về trung bình trên bề mặt đón công trình có độ cao dưới 40 m, chưa
gió. Khi hình dạng công trình thay đổi, xét đến ảnh hưởng từ gió động và hệ số
tại các vị trí dòng rối không khí bị áp lực gió lên các mặt nhà công nghiệp
khuếch đại cục bộ dưới các ảnh hưởng thấp tầng, vẫn đề cần được giải quyết
chắn khí của sự thay đổi hình dáng bất trong các nghiên cứu về sau.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
EN 1991-1-4 (2005). Wind actions for EN 1991-Erocode 1, actions on structures.
MARTIN AND CHOCK. Topographic wind speed-up and directionality factors
for use in the city and county of Honolulu Building Code, USA.
PETER IRVIN, ROY DENOON AND DAVID SCOTT. Wind tunnel testing of
High-Rise Buildings.
VŨ THÀNH TRUNG VÀ NGUYỄN QUỲNH HOA (2013). Đánh giá Profile
vận tốc gió theo tiêu chuẩn của một số nước. Tạp chí Khoa học và Công
nghệ Xây dựng số 2/2013.
591
nguon tai.lieu . vn
