Xem mẫu
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Công trình được hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
BÙI THIÊN LAM
Người hướng dẫn khoa học: GS. TS. Phan Quang Minh
PGS. TS. Lê Cung
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ LÊN
NHÀ CAO TẦNG CÓ KẾT CẤU KHUNG GIẰNG
Phản biện 1: GS.TS. Phạm Văn Hội
Phản biện 2: PGS.TS. Ngô Hữu Cường
Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật
Mã số: 62 52 01 01
Phản biện 3: TS. Trần Đình Quảng
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ tại Đại
học Đà Nẵng vào hồi 14h30 ngày 10 tháng 03 năm 2018
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Trung tâm Thông tin – Tư liệu, Đại học Đà Nẵng
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
ĐÀ NẴNG / 2018
1
MỞ ĐẦU
Theo tiêu chuẩn các nước trên Thế giới, có ba phương pháp xác định
tải trọng gió: phương pháp đơn giản, phương pháp giải tích và phương
pháp ống thổi khí động. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737:1995 được
biên soạn theo tiêu chuẩn Nga SNiP 2.01.07-85* chưa đề cập đến
phương pháp ống thổi khí động.
Đối với các công trình nhà cao tầng có mặt bằng đối xứng, ảnh
2
với tiêu chuẩn Việt Nam, tiếp cận theo tiêu chuẩn các nước tiên tiến là
cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn.
Mục tiêu nghiên cứu
- Xây dựng công thức gần đúng tính toán thành phần gió động theo
TCVN 2737:1995, với sai số cho phép
- Đề xuất công thức đơn giản tính toán thành phần gió động theo
phương pháp hệ số gió giật cho hệ kết cấu khung giằng cao đến 35 tầng
hưởng của dạng dao động thứ nhất đến giá trị thành phần gió động là
có mặt bằng đối xứng.
chủ yếu. Việc sử dụng công thức gần đúng tính toán thành phần động
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
của tải trọng gió với dạng dao động thứ nhất rất có ý nghĩa thực tiễn nên
- Đối tượng nghiên cứu: Thành phần gió động lên nhà cao tầng
tiêu chuẩn của hầu hết các nước đều đưa ra phương pháp gần đúng để
- Phạm vi nghiên cứu: Nhà có hệ kết cấu khung giằng mặt bằng đối
áp dụng cho các công trình này. Theo đó, tải trọng gió dọc tác dụng lên
xứng cao đến 35 tầng.
nhà cao tầng được tính từ thành phần gió tĩnh tương đương nhân với hệ
Nội dung nghiên cứu
số gió giật (Gust Loading Factor- GLF). Thành phần gió động theo
TCVN 2737:1995 cũng được tính toán trên cơ sở lấy thành phần gió
tĩnh nhân với các hệ số kể đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió và lực
quán tính của công trình.
TCVN 2737:1995 cũng đưa ra công thức gần đúng xác định thành
phần gió động. Công thức này đơn giản, dễ sử dụng. Tuy nhiên, công
- Nghiên cứu chuyển vị ngang nhà khung giằng, từ đó đánh giá sai
số của công thức gần đúng xác định thành phần gió động trong TCVN.
- Nghiên cứu đề xuất công thức gần đúng có cấu trúc đơn giản tương
tự như công thức gần đúng của TCVN với độ sai số cho phép.
- Trên cơ sở của TCVN 2737:1995, nghiên cứu xác định hệ số gió
giật G tương ứng với các hệ kết cấu có độ cứng khác nhau.
thức này chỉ phù hợp với các công trình, khi gần đúng có thể xem
- Nghiên cứu đề xuất công thức tính toán tải trọng gió đơn giản theo
chuyển vị ngang trên các tầng ở dạng dao động thứ nhất tuân theo quy
phương pháp GLF cho các công trình cao đến 35 tầng, có hệ kết cấu
luật bậc nhất theo cao độ z. Trong thực tế số công trình nhà cao tầng
khung giằng đối xứng, xây dựng trên địa bàn Thành phố Đà Nẵng và
đáp ứng được điều kiện này là rất ít do khống chế từ các yêu cầu về
các thành phố khác thuộc vùng gió IIB.
kiến trúc và hiệu quả kinh tế. Việc không quy định rõ phạm vi áp dụng
Những đóng góp mới của luận án
của công thức này có thể dẫn đến các sai số lớn, cần có thêm nghiên
cứu cải tiến công thức. Mặt khác quy trình tính toán tải trọng gió hiện
nay theo TCVN là khá phức tạp. Với ý nghĩa như vậy, việc hoàn thiện
quy trình tính toán thành phần gió động lên công trình cao tầng phù hợp
- Đánh giá sai số và làm rõ được phạm vi áp dụng của công thức gần
đúng tính toán thành phần gió động trong TCVN 2737:1995.
- Đề xuất được công thức gần đúng tính toán thành phần gió động
phù hợp với công trình nhà cao tầng có sơ đồ khung giằng theo TCVN.
3
4
- Đề xuất được công thức đơn giản tính toán thành phần gió động
gian lấy vận tốc gió trung bình, chu kỳ lặp, phân vùng áp lực gió. Gần
theo hệ số gió giật G với độ chính xác xấp xỉ phương pháp giải tích của
đây cũng đã có một nghiên cứu lý thuyết, mô hình số và nghiên cứu
TCVN 2737:1995 cho các công trình cao đến 35 tầng, xây dựng trên địa
thực nghiệm trong hầm gió.
bàn Thành phố Đà Nẵng và các địa hình tương tự.
1.3. Xác định tải trọng gió theo một số một số tiêu chuẩn
Cấu trúc của luận án
1.3.1. Theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ ASCE/SEI 7-16
Luận án gồm 123 trang, trong đó Mở đầu (5 trang), Chương 1 (41
trang), Chương 2 (40 trang), Chương 3 (35 trang), Kết luận và kiến nghị
Áp lực gió tính cho hệ kết cấu chịu lực chính của công trình được
xác định theo công thức:
(2 trang), các công trình đã công bố (1 trang), tài liệu tham khảo (7
p = q.G.Cp - qi.(GCpi) (N/m2)
trang, 67 tài liệu).
G: hệ số gió giật
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Gió và tác động của gió lên công trình
1.3.2. Theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 1991-1.4 (2005)
- Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu được xác định theo công thức:
1.1.1. Khái niệm về gió, bão, lốc xoáy
Fw = CsCd. Cf. qp(ze) .Aref
1.1.2. Tác dụng của gió lên công trình
CsCd : hệ số kể đến tác dụng động
1.1.3. Cấu trúc và các tham số đặc trưng ảnh hưởng đến tác dụng của
tải trọng gió.
(1.27)
(1.41)
1.3.3. Xác định tải trọng gió theo TCVN 2737:1995
- Thành phần gió tĩnh:
1.1.4. Khảo sát các tham số ảnh hưởng đến việc tính toán tác dụng
=
. . (
/
)
(1.46)
của tải trọng gió lên công trình
1.2. Tổng quan các nghiên cứu về tải trọng gió
1.2.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài
- Thành phần gió động:
≥
:
<
:
=
. z . n (
)
/
(1.48)
Nhiều nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã được thực hiện, nỗi
bậc là nghiên cứu của Davenport công bố năm 1967 về phương pháp hệ
( )
=
.x .y
(
/
)
(1.50)
số gió giật. Theo đó, tải trọng gió được tính từ thành phần gió trung
= 1.4 . .
bình nhân với hệ số kể đến tác dụng giật. Phương pháp nầy hiện nay
Công thức gần đúng:
hầu hết các nước đều vận dụng với một vài thay đổi cho phù hợp với
Từ (1.46) và (1.48), tổng áp lực gió (khi f > f ) là:
từng nước.
1.2.2. Các nghiên cứu ở trong nước
Tiêu chuẩn Việt Nam về tải trọng gió, được biên soạn từ tiêu chuẩn
Nga, cũng đã có một số nghiên cứu điều chỉnh cho phù hợp như thời
=
Như vậy, có thể xem
+
= 1+z n
= 1 + z . n là hệ số gió giật
(1.52)
(1.53)
(1.54)
5
6
1.4. Nhận xét chương 1
(
( )=
(
Phần lớn các tiêu chuẩn trên thế giới đều dựa trên nguyên tắc của
(
phương pháp GLF của Davenport để đánh giá tải trọng gió tác dụng lên
kết cấu theo phương dọc hướng gió.
Qua phân tích một số tiêu chuẩn, thấy giữa TCVN 2737:1995,
ASCE-7 và EN có các cách thể hiện khác nhau khi xét thành phần động
của tải trọng gió thông qua hệ số gió giật. TCVN tách biệt tác động của
gió thành hai thành phần tĩnh và động nên khá phức tạp trong phân tích,
)
)
)
(
ℎ
− 1) −
ℎ
−
+
(2.13)
Phương trình (2.13) cho chuyển vị có thể được viết lại như sau:
(
( )=
=
(
(
, / )
)
(
Công thức gần đúng (1.52) trong TCVN có sai số lớn cần điều chỉnh và
)
(2.16)
)
(
ℎ
− 1) −
ℎ
+
−
(2.17)
tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện qui trình tính tải trọng gió là cần thiết.
CHƯƠNG 2
TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN GIÓ ĐỘNG CHO
NHÀ CÓ SƠ ĐỒ KHUNG GIẰNG BỐ TRÍ ĐỐI XỨNG
2.1. Sự làm việc của hệ kết cấu khung giằng
Hệ kết cấu nầy tận dụng ưu việt của mỗi loại, vừa có thể tạo một
không gian sử dụng tương đối lớn theo yêu cầu bố trí mặt bằng kiến
trúc lại có tính năng chịu lực ngang tốt.
2.1.1 Sự tương tác trong hệ kết cấu khung giằng chịu tải phân bố
Khi kết cấu khung giằng chịu tải trọng ngang, các dạng chuyển vị tự
do khác nhau của vách và của khung làm cho chúng tương tác ngang
thông qua bản sàn hoặc dầm.
2.1.2. Phân tích hệ khung giằng
Hình 2.6- Hệ số K1, khi chịu tải trọng ngang phân bố đều
2.1.2.1. Phương trình vi phân cơ bản:
Phương trình vi phân đặc trưng cho chuyển vị ngang của hệ kết cấu
khung giằng:
−
=
( )
2.1.2.2. Trường hợp chịu tải trọng ngang phân bố đều
Từ (2.4) phương trình chuyển vị ngang được viết lại:
(2.4)
2.1.2.3. Trường hợp chịu tải trọng ngang phân bố tam giác
( )=
Với K1:
(
, / )
(2.23)
7
=
(
−
)
(
)
− 1 −
8
+1
(
+
−
)
Để đánh giá sai số, khảo sát thành phần gió động của một số công
(2.24)
trình (có các giá trị αH khác nhau) xây dựng vùng gió IIB theo công
thức gần đúng và công thức giải tích trong TCVN.
2.2.1.1. Công trình 20 tầng: Xét 5 trường hợp hệ khung giằng có αH từ
0.50 - 2.50. Mặt bằng kết cấu cho ở hình 2.8, số liệu cho ở Bảng 2.1
Bảng 2.1. Kích thước các bộ phận kết cấu công trình 20 tầng
Mô hình
Mô hình 1
Mô hình 2
Mô hình 3
Mô hình 4
Mô hình 5
Cột
(m2)
0.50x0.50
0.60x0.60
1.00x1.00
1.00x1.00
1.00x1.00
Dầm
(m2)
0.25x0.50
0.30x0.60
0.40x0.60
0.40x0.70
0.45x0.80
Vách
(m)
0.5
0.3
0.2
0.2
0.2
Chiều dày Chiều cao
sàn (m) tầng (m)
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
3.6
3.6
3.6
3.6
3.6
Hình 2.7- Hệ số K1, khi chịu tải trọng ngang phân bố tam giác
2.1.2.4. Nhận xét:
Từ hình 2.6, 2.7. khi αH > 2, dạng biểu đồ chuyển vị gần như đường
Hình 2.8- Mặt bằng kết cấu công trình 20-30 tầng
thẳng theo chiều cao, tương tự biến dạng cắt của khung chịu tải trọng
ngang. Khi αH ≤ 2, biểu đồ chuyển vị là đường cong theo chiều cao.
Với nhà cao từ 15 đến 35 tầng ở nước ta hầu hết đều sử dụng hệ kết
cấu khung giằng, vách được thiết kế chịu phần lớn tải trọng ngang do
đó kích thước tiết diện cột được lựa chọn tối thiểu và tăng diện tích sử
dụng, tương ứng với trường hợp αH ≤ 2.0.
Phân tích động học và từ đó tính toán thành phần gió động (vùng gió
IIB, dạng địa hình B), theo công thức gần đúng (1.52) và công thức
(1.50) trong TCVN, kết quả so sánh cho ở Bảng 2.3.
Bảng 2.3. So sánh thành phần gió động theo công thức (1.52) và (1.50)
với nhà 20 tầng
2.2. Xác định thành phần gió động cho nhà có sơ đồ kết cấu khung
giằng đối xứng
2.2.1. Đánh giá sai số của công thức gần đúng trong TCVN
Mô
hình
Mô hình 1,
αH=0.54
T=1.746
Mô hình 2 2,
αH=1.01
T=1.879
Mô hình 3,
αH=1.53
T=1.916
Mô hình 4,
αH=1.92
T=1.783
Mô hình 5,
αH=2.45
T=1.645
CT1.50 CT1.52 CT1.50 CT1.52 CT1.50 CT1.52 CT1.50 CT1.52 CT1.50 CT1.52
Tổng
Sai số
1869.4
2155.8
15.32%
1923.9
2163.3
12.45%
2004.3
2165.8
8.06%
2016.8
2153.3
6.77%
1961.3
2077.0
5.90%
nguon tai.lieu . vn
Công trình được hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
BÙI THIÊN LAM
Người hướng dẫn khoa học: GS. TS. Phan Quang Minh
PGS. TS. Lê Cung
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ LÊN
NHÀ CAO TẦNG CÓ KẾT CẤU KHUNG GIẰNG
Phản biện 1: GS.TS. Phạm Văn Hội
Phản biện 2: PGS.TS. Ngô Hữu Cường
Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật
Mã số: 62 52 01 01
Phản biện 3: TS. Trần Đình Quảng
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ tại Đại
học Đà Nẵng vào hồi 14h30 ngày 10 tháng 03 năm 2018
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Trung tâm Thông tin – Tư liệu, Đại học Đà Nẵng
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
ĐÀ NẴNG / 2018
1
MỞ ĐẦU
Theo tiêu chuẩn các nước trên Thế giới, có ba phương pháp xác định
tải trọng gió: phương pháp đơn giản, phương pháp giải tích và phương
pháp ống thổi khí động. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737:1995 được
biên soạn theo tiêu chuẩn Nga SNiP 2.01.07-85* chưa đề cập đến
phương pháp ống thổi khí động.
Đối với các công trình nhà cao tầng có mặt bằng đối xứng, ảnh
2
với tiêu chuẩn Việt Nam, tiếp cận theo tiêu chuẩn các nước tiên tiến là
cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn.
Mục tiêu nghiên cứu
- Xây dựng công thức gần đúng tính toán thành phần gió động theo
TCVN 2737:1995, với sai số cho phép
- Đề xuất công thức đơn giản tính toán thành phần gió động theo
phương pháp hệ số gió giật cho hệ kết cấu khung giằng cao đến 35 tầng
hưởng của dạng dao động thứ nhất đến giá trị thành phần gió động là
có mặt bằng đối xứng.
chủ yếu. Việc sử dụng công thức gần đúng tính toán thành phần động
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
của tải trọng gió với dạng dao động thứ nhất rất có ý nghĩa thực tiễn nên
- Đối tượng nghiên cứu: Thành phần gió động lên nhà cao tầng
tiêu chuẩn của hầu hết các nước đều đưa ra phương pháp gần đúng để
- Phạm vi nghiên cứu: Nhà có hệ kết cấu khung giằng mặt bằng đối
áp dụng cho các công trình này. Theo đó, tải trọng gió dọc tác dụng lên
xứng cao đến 35 tầng.
nhà cao tầng được tính từ thành phần gió tĩnh tương đương nhân với hệ
Nội dung nghiên cứu
số gió giật (Gust Loading Factor- GLF). Thành phần gió động theo
TCVN 2737:1995 cũng được tính toán trên cơ sở lấy thành phần gió
tĩnh nhân với các hệ số kể đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió và lực
quán tính của công trình.
TCVN 2737:1995 cũng đưa ra công thức gần đúng xác định thành
phần gió động. Công thức này đơn giản, dễ sử dụng. Tuy nhiên, công
- Nghiên cứu chuyển vị ngang nhà khung giằng, từ đó đánh giá sai
số của công thức gần đúng xác định thành phần gió động trong TCVN.
- Nghiên cứu đề xuất công thức gần đúng có cấu trúc đơn giản tương
tự như công thức gần đúng của TCVN với độ sai số cho phép.
- Trên cơ sở của TCVN 2737:1995, nghiên cứu xác định hệ số gió
giật G tương ứng với các hệ kết cấu có độ cứng khác nhau.
thức này chỉ phù hợp với các công trình, khi gần đúng có thể xem
- Nghiên cứu đề xuất công thức tính toán tải trọng gió đơn giản theo
chuyển vị ngang trên các tầng ở dạng dao động thứ nhất tuân theo quy
phương pháp GLF cho các công trình cao đến 35 tầng, có hệ kết cấu
luật bậc nhất theo cao độ z. Trong thực tế số công trình nhà cao tầng
khung giằng đối xứng, xây dựng trên địa bàn Thành phố Đà Nẵng và
đáp ứng được điều kiện này là rất ít do khống chế từ các yêu cầu về
các thành phố khác thuộc vùng gió IIB.
kiến trúc và hiệu quả kinh tế. Việc không quy định rõ phạm vi áp dụng
Những đóng góp mới của luận án
của công thức này có thể dẫn đến các sai số lớn, cần có thêm nghiên
cứu cải tiến công thức. Mặt khác quy trình tính toán tải trọng gió hiện
nay theo TCVN là khá phức tạp. Với ý nghĩa như vậy, việc hoàn thiện
quy trình tính toán thành phần gió động lên công trình cao tầng phù hợp
- Đánh giá sai số và làm rõ được phạm vi áp dụng của công thức gần
đúng tính toán thành phần gió động trong TCVN 2737:1995.
- Đề xuất được công thức gần đúng tính toán thành phần gió động
phù hợp với công trình nhà cao tầng có sơ đồ khung giằng theo TCVN.
3
4
- Đề xuất được công thức đơn giản tính toán thành phần gió động
gian lấy vận tốc gió trung bình, chu kỳ lặp, phân vùng áp lực gió. Gần
theo hệ số gió giật G với độ chính xác xấp xỉ phương pháp giải tích của
đây cũng đã có một nghiên cứu lý thuyết, mô hình số và nghiên cứu
TCVN 2737:1995 cho các công trình cao đến 35 tầng, xây dựng trên địa
thực nghiệm trong hầm gió.
bàn Thành phố Đà Nẵng và các địa hình tương tự.
1.3. Xác định tải trọng gió theo một số một số tiêu chuẩn
Cấu trúc của luận án
1.3.1. Theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ ASCE/SEI 7-16
Luận án gồm 123 trang, trong đó Mở đầu (5 trang), Chương 1 (41
trang), Chương 2 (40 trang), Chương 3 (35 trang), Kết luận và kiến nghị
Áp lực gió tính cho hệ kết cấu chịu lực chính của công trình được
xác định theo công thức:
(2 trang), các công trình đã công bố (1 trang), tài liệu tham khảo (7
p = q.G.Cp - qi.(GCpi) (N/m2)
trang, 67 tài liệu).
G: hệ số gió giật
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Gió và tác động của gió lên công trình
1.3.2. Theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 1991-1.4 (2005)
- Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu được xác định theo công thức:
1.1.1. Khái niệm về gió, bão, lốc xoáy
Fw = CsCd. Cf. qp(ze) .Aref
1.1.2. Tác dụng của gió lên công trình
CsCd : hệ số kể đến tác dụng động
1.1.3. Cấu trúc và các tham số đặc trưng ảnh hưởng đến tác dụng của
tải trọng gió.
(1.27)
(1.41)
1.3.3. Xác định tải trọng gió theo TCVN 2737:1995
- Thành phần gió tĩnh:
1.1.4. Khảo sát các tham số ảnh hưởng đến việc tính toán tác dụng
=
. . (
/
)
(1.46)
của tải trọng gió lên công trình
1.2. Tổng quan các nghiên cứu về tải trọng gió
1.2.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài
- Thành phần gió động:
≥
:
<
:
=
. z . n (
)
/
(1.48)
Nhiều nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã được thực hiện, nỗi
bậc là nghiên cứu của Davenport công bố năm 1967 về phương pháp hệ
( )
=
.x .y
(
/
)
(1.50)
số gió giật. Theo đó, tải trọng gió được tính từ thành phần gió trung
= 1.4 . .
bình nhân với hệ số kể đến tác dụng giật. Phương pháp nầy hiện nay
Công thức gần đúng:
hầu hết các nước đều vận dụng với một vài thay đổi cho phù hợp với
Từ (1.46) và (1.48), tổng áp lực gió (khi f > f ) là:
từng nước.
1.2.2. Các nghiên cứu ở trong nước
Tiêu chuẩn Việt Nam về tải trọng gió, được biên soạn từ tiêu chuẩn
Nga, cũng đã có một số nghiên cứu điều chỉnh cho phù hợp như thời
=
Như vậy, có thể xem
+
= 1+z n
= 1 + z . n là hệ số gió giật
(1.52)
(1.53)
(1.54)
5
6
1.4. Nhận xét chương 1
(
( )=
(
Phần lớn các tiêu chuẩn trên thế giới đều dựa trên nguyên tắc của
(
phương pháp GLF của Davenport để đánh giá tải trọng gió tác dụng lên
kết cấu theo phương dọc hướng gió.
Qua phân tích một số tiêu chuẩn, thấy giữa TCVN 2737:1995,
ASCE-7 và EN có các cách thể hiện khác nhau khi xét thành phần động
của tải trọng gió thông qua hệ số gió giật. TCVN tách biệt tác động của
gió thành hai thành phần tĩnh và động nên khá phức tạp trong phân tích,
)
)
)
(
ℎ
− 1) −
ℎ
−
+
(2.13)
Phương trình (2.13) cho chuyển vị có thể được viết lại như sau:
(
( )=
=
(
(
, / )
)
(
Công thức gần đúng (1.52) trong TCVN có sai số lớn cần điều chỉnh và
)
(2.16)
)
(
ℎ
− 1) −
ℎ
+
−
(2.17)
tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện qui trình tính tải trọng gió là cần thiết.
CHƯƠNG 2
TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN GIÓ ĐỘNG CHO
NHÀ CÓ SƠ ĐỒ KHUNG GIẰNG BỐ TRÍ ĐỐI XỨNG
2.1. Sự làm việc của hệ kết cấu khung giằng
Hệ kết cấu nầy tận dụng ưu việt của mỗi loại, vừa có thể tạo một
không gian sử dụng tương đối lớn theo yêu cầu bố trí mặt bằng kiến
trúc lại có tính năng chịu lực ngang tốt.
2.1.1 Sự tương tác trong hệ kết cấu khung giằng chịu tải phân bố
Khi kết cấu khung giằng chịu tải trọng ngang, các dạng chuyển vị tự
do khác nhau của vách và của khung làm cho chúng tương tác ngang
thông qua bản sàn hoặc dầm.
2.1.2. Phân tích hệ khung giằng
Hình 2.6- Hệ số K1, khi chịu tải trọng ngang phân bố đều
2.1.2.1. Phương trình vi phân cơ bản:
Phương trình vi phân đặc trưng cho chuyển vị ngang của hệ kết cấu
khung giằng:
−
=
( )
2.1.2.2. Trường hợp chịu tải trọng ngang phân bố đều
Từ (2.4) phương trình chuyển vị ngang được viết lại:
(2.4)
2.1.2.3. Trường hợp chịu tải trọng ngang phân bố tam giác
( )=
Với K1:
(
, / )
(2.23)
7
=
(
−
)
(
)
− 1 −
8
+1
(
+
−
)
Để đánh giá sai số, khảo sát thành phần gió động của một số công
(2.24)
trình (có các giá trị αH khác nhau) xây dựng vùng gió IIB theo công
thức gần đúng và công thức giải tích trong TCVN.
2.2.1.1. Công trình 20 tầng: Xét 5 trường hợp hệ khung giằng có αH từ
0.50 - 2.50. Mặt bằng kết cấu cho ở hình 2.8, số liệu cho ở Bảng 2.1
Bảng 2.1. Kích thước các bộ phận kết cấu công trình 20 tầng
Mô hình
Mô hình 1
Mô hình 2
Mô hình 3
Mô hình 4
Mô hình 5
Cột
(m2)
0.50x0.50
0.60x0.60
1.00x1.00
1.00x1.00
1.00x1.00
Dầm
(m2)
0.25x0.50
0.30x0.60
0.40x0.60
0.40x0.70
0.45x0.80
Vách
(m)
0.5
0.3
0.2
0.2
0.2
Chiều dày Chiều cao
sàn (m) tầng (m)
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
3.6
3.6
3.6
3.6
3.6
Hình 2.7- Hệ số K1, khi chịu tải trọng ngang phân bố tam giác
2.1.2.4. Nhận xét:
Từ hình 2.6, 2.7. khi αH > 2, dạng biểu đồ chuyển vị gần như đường
Hình 2.8- Mặt bằng kết cấu công trình 20-30 tầng
thẳng theo chiều cao, tương tự biến dạng cắt của khung chịu tải trọng
ngang. Khi αH ≤ 2, biểu đồ chuyển vị là đường cong theo chiều cao.
Với nhà cao từ 15 đến 35 tầng ở nước ta hầu hết đều sử dụng hệ kết
cấu khung giằng, vách được thiết kế chịu phần lớn tải trọng ngang do
đó kích thước tiết diện cột được lựa chọn tối thiểu và tăng diện tích sử
dụng, tương ứng với trường hợp αH ≤ 2.0.
Phân tích động học và từ đó tính toán thành phần gió động (vùng gió
IIB, dạng địa hình B), theo công thức gần đúng (1.52) và công thức
(1.50) trong TCVN, kết quả so sánh cho ở Bảng 2.3.
Bảng 2.3. So sánh thành phần gió động theo công thức (1.52) và (1.50)
với nhà 20 tầng
2.2. Xác định thành phần gió động cho nhà có sơ đồ kết cấu khung
giằng đối xứng
2.2.1. Đánh giá sai số của công thức gần đúng trong TCVN
Mô
hình
Mô hình 1,
αH=0.54
T=1.746
Mô hình 2 2,
αH=1.01
T=1.879
Mô hình 3,
αH=1.53
T=1.916
Mô hình 4,
αH=1.92
T=1.783
Mô hình 5,
αH=2.45
T=1.645
CT1.50 CT1.52 CT1.50 CT1.52 CT1.50 CT1.52 CT1.50 CT1.52 CT1.50 CT1.52
Tổng
Sai số
1869.4
2155.8
15.32%
1923.9
2163.3
12.45%
2004.3
2165.8
8.06%
2016.8
2153.3
6.77%
1961.3
2077.0
5.90%