Đánh giá ứng xử của tháp phong điện chịu tải trọng gió theo tcvn 2737 1995 và asce 7 10

TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ CỦA THÁP PHONG ĐIỆN CHỊU TẢI TRỌNG GIÓ THEO TCVN 2737:1995 VÀ ASCE 7-10 Học viên: Nguyễn Trọng Khuê Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Công trình Dân

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ ANH TUẤN

Đà Nẵng, Năm 2018

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu độc lập của tôi

Các số liệu khoa học, tài liệu viện dẫn nêu trong luận văn là trung thực và

có nguồn gốc rõ ràng

Tác giả

Nguyễn Trọng Khuê

MỤC LỤC

TRANG BÌA

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài 2

6 Nội dung luận văn 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GIÓ, HỆ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH PHONG ĐIỆN VÀ CÁC TIÊU CHUẨN TCVN VÀ ASCE 3

1.1 Tổng quan về Phong điện 3

1.1.1 Phân loại trang trại gió 4

1.1.2 Phân loại turbine gió 4

1.1.3 Phân loại các loại tháp 4

1.2 Tổng quan về gió, hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn ASCE 6

1.2.1 Tổng quan về gió 6

1.2.2 Tổng quan về hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn ASCE 7

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 8

CHƯƠNG 2 CÔNG TRÌNH PHONG ĐIỆN CHỊU TẢI TRỌNG GIÓ 9

2.1 Tải trọng thiết kế và phân tích kết cấu 9

2.1.1 Các loại tải trọng tác dụng lên công trình Phong điện trên đất liền 9

2.1.2 Phân tích kết cấu 10

2.2 Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu 10

2.2.1 Gió 10

2.2.2 Bão và áp thấp nhiệt đới 10

2.3 Xác định tải trọng gió tác dụng lên công trình theo TCVN 2737:1995 10

2.3.1 Vận tốc gió cơ bản 11

2.3.2 Phân chia dạng địa hình 11

2.3.3 Thành phần lực dọc hướng gió 11

2.3.4 Thành phần lực ngang của hướng gió 21

2.3.5 Tổ hợp nội lực của tải trọng gió ( gió tĩnh + gió động ) 25

2.4 Xác định tải trọng gió tác dụng lên công trình theo ASCE 7-10 25

2.4.1 Vận tốc gió cơ sở 25

2.4.2 Dạng đón gió của công trình 26

2.4.3 Tác động của địa hình 27

2.4.4 Thành phần lực dọc hướng gió 29

2.4.5 Thành phần lực ngang của hướng gió 33

2.5 So sánh giữa các tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 và ASCE 7-10 36

2.5.1 Dạng địa hình 36

2.5.2 Vận tốc gió cơ sở 38

2.5.3 Thành phần tải trọng gió 41

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 42

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ CỦA THÁP PHONG ĐIỆN CHỊU TẢI TRỌNG GIÓ 43

3.1 Mục đích nghiên cứu 43

3.2 Dữ liệu đầu vào tính toán 43

3.2.1 Đặc tính kỹ thuật thiết bị 43

3.2.2 Vận tốc gió 47

3.2.3 Giả thiết tính toán 47

3.3 Xác định chu kỳ, tần số dao động của tháp Phong điện 47

3.3.1 Xác định chu kỳ, tần số dao động theo TCVN 47

3.3.2 Xác định chu kỳ, tần số dao động theo phần tử hữu hạn 49

3.4 Tính toán tải trọng gió tác dụng vào tháp phong điện theo TCVN 50

3.4.1 Xác định lực gió dọc tác dụng lên kết cấu tháp 51

3.4.2 Xác định lực gió dọc tác dụng lên kết cấu cánh quạt 54

3.4.3 Xác định lực ngang của gió lên thân cột và cánh quạt 55

3.5 Tính toán tải trọng gió tác dụng vào công trình theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ ASCE 7-10 56

3.5.1 Xác định lực gió tác dụng lên kết cấu tháp 56

3.5.2 Xác định lực gió tác dụng lên kết cấu cánh quạt ở trạng thái không vận hành 60

3.6 Xác định lực gió tác dụng lên kết cấu cánh quạt ở trạng thái gió vận hành 63

3.7 So sánh kết quả tính toán tải trọng gió 66

3.7.1 Lực gió tác dụng vào cánh quạt 66

3.7.2 Lực gió tác dụng vào tháp 66

3.8 Đánh giá ứng xử của tháp phong điện theo 2 tiêu chuẩn 68

3.8.1 Chuyển vị lớn nhất của đỉnh tháp Phong điện theo TCVN 70

3.8.2 Chuyển vị lớn nhất của đỉnh tháp Phong điện theo ASCE 70

3.8.3 Moment thân tháp phong điện theo TCVN 71

3.8.4 Moment thân tháp phong điện theo ASCE 71

3.8.5 Ứng suất lớn nhất trên thân tháp Phong điện theo TCVN 72

3.8.6 Ứng suất lớn nhất trên thân tháp Phong điện theo ASCE 73

3.8.7 Tổng hợp kết quả dựa trên tính toán TCVN và ASCE 75

3.8.8 Đánh giá ứng xử của tháp phong điện 76

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 79

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 PHỤ LỤC

ẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI ẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)

BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN

TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ CỦA THÁP PHONG ĐIỆN CHỊU TẢI TRỌNG GIÓ

THEO TCVN 2737:1995 VÀ ASCE 7-10

Học viên: Nguyễn Trọng Khuê

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Công trình Dân dụng và Công nghiệp

Mã số: Khóa: K33 Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN

Tóm tắt - Cùng với sự phát triển của công nghệ, quy mô công suất của mỗi

turbine gió được nâng lên, cùng với đó với chiều cao công trình Phong điện ngày một vươn cao Một turbine gió được mong đợi sẽ tạo ra năng lượng và cũng có thể chịu được một cách an toàn bất kỳ loại tải nào tác dụng lên nó Do đó, việc xác định tải trọng gió tác động lên loại công trình này và khả năng ứng xử của một kết cấu tháp phong điện như thế nào khi chịu tải trọng gió thay đổi theo chiều cao, đang là một vấn đề cần được quan tâm và tìm hiểu Thông qua tính toán tải trọng gió tác động lên tháp phong điện theo hai tiêu chuẩn là TCVN 2737-1995

và ASCE 7-10 để có những kiến thức sát thực hơn về sự tác động của tải trọng gió lên hệ kết cấu này Các kết quả tính toán tải trọng gió được đưa vào mô hình phân tích thông qua phần mềm Sap2000, sau đó được phân tích động, phi tuyến tính, để có thể đánh giá đầy đủ các chuyển vị, nội lực và ứng suất cho các phần

được chọn của tháp phong điện

Từ khóa - Tháp phong điện; tải trọng gió; phân tích ứng xử; TCVN

2737:1995, ASCE 7-10

BEHAVIOR ASSESSEMENT OF WIND TURBINE TOWER UNDER WIND

LOADS ACCORDING TO TCVN 2737:1995 AND ASCE 7-10

Abstract - Along with the development of technology, the capacity of each

wind turbine system is increased, resulting in the height of the wind power plant

on a high rise A wind turbine is expected to generate energy and also be able to safely withstand any type of load acting on it Therefore, the determination of the wind load acting on this type of building and how the behavior of a wind turbine structure when subjected to varying wind loads is a matter of concern, research

By calculating the wind load impact on the wind turbines in accordance with two standards TCVN 2737-1995 and ASCE 7-10 to have realistic results on the impact of wind load on the structure This load values calculated in the paper were assigned to the analysis model by Sap2000 software, carried out dynamic analysis, nonlinear analysis to fully evaluate the displacement, internal force and

stress of wind power structure

Key words - wind turbine tower; wind load; behavior analysis; TCVN 2737:

1995; ASCE 7-10

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

QCVN 02-2009/BXD: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia Việt Nam 02-2009/BXD

TCVN 2737 - 1995: Tiêu chuẩn Việt Nam 2737 - 1995

TCXD 229 - 1999: Tiêu chuẩn Xây dựng 229 - 1999

ASCE 7 - 10: Tiêu chuẩn Mỹ 7 - 10

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số

1.1 Bảng thống kê quy mô và năm vận hành các dự án điện gió đã triển

2.10 Hệ số áp lực Cf cho công trình ống khói, bồn chứa và kết cấu khác 29

2.14 Xác định các tham số kể đến sự gia tăng vận tốc gió theo các điều

2.17 Thông tin về phân loại dạng địa hình theo các tiêu chuẩn khác nhau 37

2.20 Thông số xác định vận tốc gió cơ sở theo các tiêu chuẩn 39 2.21 Áp lực gió tiêu chuẩn (W(20y 3”B) ứng với các vùng áp lực gió 40 2.22 Vận tốc gió tiêu chuẩn W(20y, 3’’, B) ứng với các vùng 40 2.23 Hệ số chuyển đổi gió 3s từ chu kỳ 20 năm sang các chu kỳ khác 41

2.24 Giá trị vận tốc gió cơ sở quy đổi từ TCVN 2737:1995 sang ASCE

Số

3.5 Chu kỳ và tần số của các dạng dao động riêng đầu tiên (SAP2000) 49 3.6 Tổng hợp thành phần tĩnh của gió tác dụng lên cánh quạt trong

3.7 Tổng hợp thành phần động của gió tác dụng lên cánh quạt trong

3.8 Tổng hợp thành phần tĩnh và động và giá trị lực moment của gió tác

3.9 Bảng tổng hợp giá trị lực và moment tại chân cột ứng với từng vận

tốc gió tác động vào cánh quạt trong trạng thái vận hành 65

3.13 Tổng hợp chuyển vị tại đỉnh tháp dựa trên TCVN và ASCE 75

DANH MỤC CÁC HÌNH

Số

2.11 Đồ thị chuyển vận tốc trung bình trong các khoảng thời gian 40

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Phát triển năng lượng bền vững là mối quan tâm hàng đầu hiện nay của các quốc gia trên thế giới nhằm đảm bảo nguồn cung ứng điện lâu dài và giảm thiểu các tác động đến môi trường

Cho đến nay, một số dự án năng lượng gió đã và đang triển khai ở Việt Nam như sau:

Bảng 1.1 Bảng thống kê quy mô và năm vận hành các dự án điện gió đã triển khai

(Nguồn Internet)

(MW)

Năm lắp đặt

Cùng với sự phát triển của công nghệ, quy mô công suất của mỗi turbine gió được nâng lên đồng nghĩa với chiều cao công trình Phong điện ngày một vươn cao

Việc tính toán, nhận xét, đánh giá tải trọng gió tác động lên loại công trình này như thế nào là hợp lý và khả năng ứng xử của một kết cấu tháp phong điện như thế nào khi chịu tải trọng gió thay đổi theo chiều cao, đang là một vấn đề cần được quan tâm và tìm hiểu Từ thực tế đó, trong khuôn khổ Luận văn Thạc sĩ kỹ

thuật, học viên lựa chọn đề tài “Đánh giá ứng xử của tháp phong điện chịu tải

trọng gió theo TCVN 2737:1995 và ASCE7-10” Với mong muốn có được

những kiến thức sát thực hơn về sự tác động của tải trọng gió lên hệ kết cấu này

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu tính toán tải trọng gió tác động lên công trình Phong điện, cụ thể tải trọng gió tác động lên các bộ phận công trình Phong điện như sau:

Turbine: Gồm cánh quạt, phần thân rotor (Hub), phần vỏ của Turbine

(Nacelle)

Kết cấu tháp: Kết cấu đề xuất nghiên cứu là tháp thép ống đường kính

lớn, có tiết diện tròn thay đổi theo chiều cao

Tính toán, xét đến gió ngang và thành phần dao động của áp lực gió thay đổi theo chiều cao

Đánh giá ứng xử của tháp phong điện chịu tải trọng gió theo các tiêu chuẩn nêu trên

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Công trình Phong điện trên bờ chịu tải trọng gió

thay đổi theo chiều cao

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tính toán tải trọng gió tác động lên công

trình Phong điện theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737:1995 và tiêu chuẩn Mỹ ASCE 7-10 Đánh giá ứng xử của kết cấu tháp phong điện bằng thép, hình dạng ống có đường kính và chiều dày thay đổi theo chiều cao chịu tải trọng gió

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu như sau:

- Thu thập các số liệu, tài liệu điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu

- Thu thập các số liệu, thông số thiết bị tuabin gió của nhà sản xuất

- Xác định tải trọng tác động lên công trình Phong điện Tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình Phong điện

- Xây dựng mô hình để phân tích

- Phân tích và đánh giá ứng xử của kết cấu tháp phong điện với sự hỗ trợ

từ phần mềm tính toán kết cấu như SAP2000

Dựa vào kết quả nghiên cứu, phân tích, so sánh các vấn đề tồn tại trong tính toán để có đề xuất hợp lý

5 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài

Cơ sở khoa học: các tài liệu thiết kế cấu kiện tháp Phong điện hiện này chủ yếu sử dụng các tài liệu nước ngoài song có sự khác nhau về vị trí địa lí, điều kiện

tự nhiên… Do đó, cần nghiên cứu cụ thể để áp dụng cách tính toán tải trọng gió tác dụng lên các công trình tương tự dạng tháp trụ theo tiêu chuẩn Việt Nam Tuy nhiên, việc chỉ tính theo tiêu chuẩn Việt Nam sẽ không kiểm chứng được kết quả

Từ đó, áp dụng tính toán tải trọng gió tác dụng lên loại công trình này theo hai tiêu chuẩn ASCE 7-10 và TCVN 2737:1995 để có nhận xét kết quả tính toán và đánh giá ứng xử của kết cấu tháp

Cơ sở thực tiễn: Mang lại nhiều hiệu quả kinh tế và kỹ thuật trong ngành xây dựng hiện nay vì phân tích ứng xử kết cấu tháp Phong điện dựa trên các tài liệu khác nhau để tìm ra giải pháp kết cấu tối ưu Nghiên cứu là tiền đề cho các nghiên cứu tiếp sau, đánh giá so sánh với các nước khác, tìm ra các phương pháp xác định tải trọng lên dạng kết cấu tháp Phong điện ở Việt Nam

6 Nội dung luận văn

Nội dung luận văn được trình bày trong 3 chương:

Chương 1 Tổng quan về gió, hệ kết cấu công trình phong điện và các tiêu chuẩn TCVN và ASCE

Chương 2 Công trình Phong điện chịu tải trọng gió

Chương 3 Tính toán và đánh giá ứng xử của tháp phong điện chịu tải trọng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GIÓ, HỆ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH PHONG ĐIỆN VÀ CÁC TIÊU CHUẨN TCVN VÀ ASCE

1.1 Tổng quan về Phong điện

Các turbine gió được sử dụng để chuyển đổi năng lượng gió thành năng lượng điện Turbine gió được gắn ở đầu của kết cấu thẳng đứng được gọi là tháp Nhu cầu gia tăng điện năng cao đang buộc các tháp phải cao hơn, để bắt gió mạnh

ở độ cao lớn hơn Cấu tạo công trình Phong điện điển hình được thể hiện như hình 1.1:

Hình 1.1 Cấu tạo công trình Phong điện điển hình

1.1.1. Phân loại trang trại gió

Trang trại gió chủ yếu được phân làm 3 loại

- Trang trại gió trên đất liền

- Trang trại gió ngoài khơi

- Trang trại gió gần bờ

Trang trại gió trên đất liền Trang trại gió ngoài khơi Trang trại gió gần bờ

Hình 1.2 Các loại trang trại gió

1.1.2. Phân loại turbine gió

Có hai loại turbine gió phổ biến:

- Turbine gió trục ngang

- Turbine gió trục đứng

Hình 1.3 Các loại Turbine điện gió

1.1.3. Phân loại các loại tháp

Có ba loại tháp chính đó là tháp ống thép, tháp thanh giằng, tháp bê tông:

Tháp ống thép Tháp thanh giằng Tháp bê tông

Hình 1.4 Các loại tháp phong điện Sau đây là hình ảnh các công trình phong điện Tuy Phong, Bạc Liêu hiện đã

đi vào vận hành

Hình 1.5 Trang trại phong điện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận

Hình 1.6 Trang trại phong điện Bạc Liêu, tỉnh Bạc Liêu

1.2 Tổng quan về gió, hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn ASCE

1.2.1. Tổng quan về gió

a Khái niệm, phân loại

Gió là một hiện tượng trong tự nhiên hình thành do sự chuyển động của

không khí Gió đặc trưng bởi hướng và vận tốc Chiều di chuyển của dòng khí tạo

thành hướng gió: gọi theo tên nơi xuất phát có 16 hướng gió tương ứng với 16 phương vị địa lý

Vận tốc gió là vận tốc di chuyển của dòng khí qua một điểm nhất định Có thể biểu thị vận tốc gió theo các đơn vị khác nhau như ngành hàng hải và hàng không tính bằng hải lý/giờ Khi dùng đơn vị SI vận tốc gió tính bằng đơn vị m/s hoặc km/h

b Tính chất, đặc điểm của gió

Gió có một đặc điểm rất quan trọng là ảnh hưởng đến các vật xung quanh: Gió tác động đến sự vận động của biển như: hiện tượng tạo sóng (sóng là một trong sự vận động của biển)

Gió thường có lợi cho con người Nó có thể làm quay các cánh quạt của turbine gió giúp chúng ta tạo ra nguồn điện, đẩy thuyền buồm, thả diều Nó là một trong những nguồn năng lượng sạch Nhưng đôi khi gió lại có hại cho đời sống của con người Đó là trong các cơn bão, gió có vận tốc cao dễ làm ngã đổ

cây cối, cột đèn, làm tốc mái nhà gây thiệt hại nghiêm trọng đối với cơ sở vật chất, sức khỏe và tính mạng của con người

Thời điểm xuất hiện và tốc độ gió là không tuân theo quy luật, gió có thể xuất hiện tại một thời điểm và hướng bất kỳ với tốc độ mạnh yếu khác nhau

c Tác động của gió vào công trình Phong điện

Gió thổi gây áp lực lên mọi vật cản trên đường đi của nó, gọi là áp lực gió

Áp lực này tỷ lệ với bình phương vận tốc gió Theo thời gian, vận tốc gió luôn luôn thay đổi gây nên sự mạch động của gió Vì thế gió bão gây áp lực lớn lên công trình, rất nguy hiểm và có sức phá hoại rất lớn

Khi gió thổi vượt qua một công trình thì tất cả các vùng của công trình đó đều chịu một áp lực nhất định Dưới tác dụng của tải trọng gió, các công trình cao, mềm, độ thanh mảnh lớn sẽ có dao động Tuỳ theo phân bố độ cứng của công trình mà dao động này có thể theo phương bất kỳ trong không gian Thông thường chúng được phân tích thành hai phương chính: phương dọc và phương ngang luồng gió, trong đó dao động theo phương dọc luồng gió là chủ yếu Với các công trình thấp, dao động này là không đáng kể; nhưng với các công trình cao khi dao động sẽ phát sinh lực quán tính làm tăng thêm tác dụng của tải trọng gió Tác dụng của gió lên công trình bị chi phối chủ yếu bởi vận tốc và hướng thổi của nó Vì vậy mọi tham số làm biến đổi hai yếu tố này sẽ làm ảnh hưởng đến trị số và hướng của tác dụng Các thông số này có thể chia làm 3 nhóm chính sau đây:

- Nhóm các thông số đặc trưng cho tính ngẫu nhiên của tải trọng: vận tốc, độ cao, xung áp lực động

- Nhóm các thông số đặc trưng cho địa hình: Độ nhám môi trường mà gió đi qua, loại địa hình, mức độ che chắn

- Nhóm thông số đặc trưng của bản thân công trình: hình khối công trình

và hình dạng bề mặt đón gió; các yếu tố ảnh hưởng của dao dộng riêng (chu kỳ, tần số, giá trị, khối lượng và cách phân bố khối lượng, dạng và

độ tắt dần của dao động)

Tải trọng gió tác động lên công trình phong điện xuất hiện do luồng không khí và chúng tác động vào cánh quạt, phần vỏ và tháp

a Tiêu chuẩn Việt Nam

Tải trọng gió theo Tiêu chuẩn Việt Nam được trình bày trong TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999

TCVN 2737:1995- Tiêu chuẩn tải trọng và tác động do Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng - Bộ Xây dựng biên soạn, Bộ Xây dựng đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố Tiêu

chuẩn này cũng là tiêu chuẩn đang được sử dụng hiện hành trong quá trình chờ ban hành tiêu chuẩn mới có điều chỉnh

Ngoài ra, năm 2009 Bộ xây dựng có ban hành một quy chuẩn ngành QCVN 02-2009/BXD có một số điều chỉnh so với tiêu chuẩn tính toán tải trọng gió TCVN 2737-1995 Quy chuẩn này ra đời nhằm bổ sung cho quá trính tính toán có

kể thêm những thay đổi do môi trường

QCVN 02-2009/BXD đã bổ sung điều chỉnh 3 thông số trong tính toán tải trọng gió: Tuổi thọ công trình, Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, phân vùng áp lực gió

TCVN 2737:1995 Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế, bao gồm những chỉ dẫn về tải trọng (tĩnh tải và hoạt tải), và chỉ dẫn về tính toán 2 thành phần gió (gió tĩnh và gió động) Cấu trúc của TCVN2737-1995 bao gồm 6 phần:

- Phạm vị áp dụng

- Nguyên tắc cơ bản

- Khối lượng của kết cấu và đất

- Tải trọng do thiết bị, người và vật liệu, sản phẩm chất kho

- Tải trọng do cẩu trục và cẩu treo

- Tải trọng gió

b Tiêu chuẩn Hoa kỳ

Cấu trúc tiêu chuẩn ASCE 7-10 bao gồm 06 chương về tải trọng gió như sau:

- CHAPTER 26: Wind Loads: General Requirements

- CHAPTER 27: Wind Loads On Buildings—MWFRS (Directional Procedure) CHAPTER 28: Wind Loads On Buildings—MWFRS (Envelope Procedure) CHAPTER 29: Wind Loads On Other Structures And Building Appurtenances— MWFRS

- CHAPTER 30: Wind Loads – Components And Cladding (C&C)

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Thông qua các nội dung nghiên cứu trên, trong chương 1, tác giả đã khái quát về công trình Phong điện, phân loại các loại trang trại gió, các loại turbine gió và phân loại kết cấu tháp Ngoài ra, tác giả cũng đã nêu tổng quan về gió, phân loại và nêu các tính chất, đặc điểm của gió, tác động của gió vào công trình Phong điện và hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn ASCE

Chương 2 sẽ nghiên cứu về lý thuyết tính toán tải trọng gió tác động lên kết cấu công trình Phong điện theo tiêu chuẩn Việt Nam 2737:1995 và ASCE 7-10

CHƯƠNG 2 CÔNG TRÌNH PHONG ĐIỆN CHỊU TẢI TRỌNG GIÓ

2.1 Tải trọng thiết kế và phân tích kết cấu

2.1.1. Các loại tải trọng tác dụng lên công trình Phong điện trên đất liền

- Hoạt tải cẩu

- Kho chứa vật liệu, thiết bị, áp lực chất lỏng

- Gió động tác dụng lên tháp thép và phần vỏ động cơ

Nó phụ thuộc vào tốc độ gió, hình dạng và chiều cao của kết cấu và địa hình của khu vực

d Động đất (E)

Khi một turbine gió được xây dựng ở vùng có động đất, kết cấu phải được thiết kế để chịu tải trọng động đất

e Tải tai nạn (A)

Tải do tai nạn tải trọng liên quan đến hoạt động bất thường hay sự cố kỹ thuật Ví dụ về các tải tai nạn:

2.2 Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu

Khu vực nghiên cứu ở thôn Lạc Trị, xã Phú Lạc, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận với điều kiện tự nhiên như sau:

2.2.1. Gió

Khu vực nghiên cứu chế độ gió cũng có 2 mùa rõ rệt: từ tháng 4 - 9 hướng gió thịnh hành là gió mùa Tây Nam và Đông Nam Từ tháng 10 - 3 năm sau hướng gió thịnh hành là gió mùa Đông Bắc và gió Bắc Tốc độ gió lớn nhất thường do các cơn bão biển, tố lốc và các đới gió mùa gây ra

Tốc độ gió lớn nhất thiết kế được tính toán từ giá trị lớn nhất quan trắc được hàng năm thời kỳ (1994 - 2014) tại trạm Phan Rang, kết quả ứng với tần suất P = 2%, vận tốc gió 20,7 m/s và tần suất P = 5%, vận tốc gió 19 m/s

Chi tiết Tốc độ gió lớn nhất thiết kế tại trạm Phan Rang được thể hiện ở Bảng PL1-1, Phụ lục 1

2.2.2. Bão và áp thấp nhiệt đới

Vùng biển Ninh Thuận - Bình Thuận hằng năm có xuất hiện các cơn bão và

áp thấp nhiệt đới Thời kỳ xảy ra nhiều cơn bão nhất là vào tháng 10, 11

Thống kê các cơn bão ảnh hưởng đến vùng biển Ninh Thuận, Bình Thuận (1978-2014) cho thấy tốc độ gió lớn nhất xảy ra ở cơn bão ola năm 1993 với tốc

độ gió 35 m/s

Chi tiết Thống kê các cơn bão ảnh hưởng đến vùng biển Ninh Thuận, Bình Thuận (1978-2014) được thể hiện ở Bảng PL1-2, Phụ lục 1

2.3 Xác định tải trọng gió tác dụng lên công trình theo TCVN 2737:1995

Tiêu chuẩn hiện hành về tính toán tải trọng gió ở Việt Nam đang được áp dụng là tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế

2.3.1. Vận tốc gió cơ bản

Vận tốc gió cơ bản V 0 (m/s) là vận tốc gió đã được xử lý trên cơ sở số liệu quan trắc vận tốc gió ở độ cao 10m so với mốc chuẩn, (vận tốc gió trung bình trong khoảng thời gian 3 giây, bị vượt trung bình một lần trong vòng 20 năm), tương ứng với dạng địa hình B (độ nhám bề mặt = 0,005)

2.3.2. Phân chia dạng địa hình

TCVN 2737:1995, lãnh thổ Việt Nam được chia ra làm 3 dạng địa hình như sau:

- Dạng địa hình A là địa hình trống trải, không có hoặc có ít vật cản cao quá 1,5m (bờ biển thoáng, mặt sông, hồ lớn, đồng muối, cánh đồng không có cây cao)

- Dạng địa hình B (được chọn là dạng địa hình chuẩn) là địa hình tương đối trống trải, có một số vật cản thưa thớt cao không quá 10m (vùng ngoại ô ít nhà, thị trấn, làng mạc, rừng thưa hoặc rừng non, vùng trồng cây thưa)

- Dạng địa hình C là địa hình bị che chắn mạnh, có nhiều vật cản sát nhau, cao từ 10m trở lên (trong thành phố, vùng rừng rậm)

Công trình được xem là thuộc dạng địa hình nào nếu tính chất dạng địa hình

đó không thay đổi trong khoảng cách 30h khi h < 60m và 2km khi h > 60m tính

từ mặt đón gió của công trình, h là chiều cao công trình

Bảng 2.1 Áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực gió lãnh thổ Việt Nam

Hình 2.1 Bản đồ phân vùng áp lực gió Việt Nam

- k(z): hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và ảnh hưởng của dạng địa hình, vật cản xung quanh; Xác định theo quan niệm về sự phát

Mốc chuẩn để xác định chiều cao z, xác định theo phụ lục C [2]

Trường hợp mặt đất có độ dốc nhỏ so với phương nằm ngang i ≤ 0,3;

độ cao z được kể từ mặt đất đặt nhà và công trình tới điểm cần xét Trường hợp mặt đất có độ dốc 0,3< i <2, độ cao z được kể từ mặt cao trình quy ước z0 thấp hơn so với mặt đất thực tới điểm cần xét Mặt cao trình quy ước Z0 được xác định theo Hình G1 [2]

Trường hợp mặt đất có độ dốc i ≥ 2, mặt cao trình quy ước Z0 để tính

độ cao z thấp hơn mặt đất thực được xác định theo Hình G2[2]

Bên trái C: Z0=Z1 Bên phải điểm D: Z0=Z2 Trên đoạn CD : Xác định

Z0 bằng phương pháp nội suy tuyến tính

- cx: hệ số khí động, phụ thuộc vào đặc điểm của công trình, xác định theo Bảng 6 [2].

Công trình có mặt xung quanh hình trụ tròn ( bể chứa, tháp làm nguội, ống khói), dây cáp, dây dẫn và bộ phận kết cấu dạng ống tròn và kín

Hình 2.2 Công trình có mặt xung quanh hình trụ tròn

Xác định hệ số khí động: Với phạm vi đề tài này, hệ số khí động được tính theo sơ đồ 35 trong bảng 6 [2] Ứng với công trình có mặt xung quanh hình trụ tròn dạng ống khói, hệ số khí động C = Cx được xác định như sau:

Trong đó: l,b tương ứng với kích thước lớn nhất và nhỏ nhất của công

trình hoặc bộ phận của nó trong mặt phẳng vuông góc hướng gió

e: Xác định theo bảng 6.2 Trong bảng 6.2 có D = l/b với l,b tương ứng với kích thước lớn nhất và nhỏ nhất của công trình hoặc bộ phận của nó trong mặt phẳng vuông góc hướng gió

Hệ số Cx∞ xác định theo hiểu đồ hình 2.4 với các mặt xù xì (với kết cấu thép, = 0,001) và phụ thuộc vào hệ số Reynolds, hệ số Reynolds là hệ số không thứ nguyên biểu thị cho độ lớn tương đối giữa ảnh hưởng gây bởi lực quán tính và lực ma sát trong (tính nhớt) lên dòng khí, được xác định như sau:

Hệ số Re được xác định theo công thức:

Trong đó:

D: là đường kính công trình (m)

W0: là áp lực gió (daN/m2)

k(z): là hệ số thay đổi áp lực gió ở độ cao z = h

: là hệ số độ tin cậy, lấy bằng 1,2

(trích sơ đồ 35, bảng 6 [2])

Hình 2.3 Biểu đồ tra hệ số khí động

Hệ số tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1,2 Giá trị áp lực gió Wo được xác định theo Bảng 4 [2] theo đó lãnh thổ Việt Nam được phân ra làm 05 vùng áp lực gió như trong Bảng 2.1. Chi tiết phân vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt Nam theo các địa danh xem trong Phụ lục A [2]

b Thành phần động

Thành phần động của gió là thành phần tăng thêm tác dụng của tải trọng gió lên công trình có dao động, nhằm xét đến sự ảnh hưởng của sự mạch động của gió

và lực quán tính sinh ra khi công trình dao động bởi gió

Theo TCVN 2737:1995, thành phần động của tải trọng gió phải được kể đến khi tính các công trình trụ, tháp, ống khói, cột điện, thiết bị dạng cột, hành lang băng tải, các giàn giá lộ thiên , các nhà nhiều tầng cao trên 40m, các khung ngang nhà công nghiệp một tầng một nhịp có độ cao trên 36m, tỷ số độ cao trên nhịp lớn hơn 1,5

Hình 2.4 Phân chia thành phần tĩnh và thành phần động của tải trọng gió

Đối với các công trình cao và kết cấu mềm (ống khói, trụ, tháp, ) phải tiến hành kiểm tra tình trạng mất ổn định khí động

Giá trị thành phần động của tải trọng gió tác động lên công trình được xác định cụ thể theo các công thức khác nhau dựa trên cơ sở so sánh tần số của các dạng dao động cơ bản đầu tiên f với giá trị tần số quy định fL Giá trị tần số giới hạn fL này phụ thuộc vùng áp lực gió và loại công trình (độ giảm loga của công trình) được quy định theo điều 6.14 của TCVN 2737:1995 bảng 2.4 dưới đây:

Bảng 2.4 Giá trị giới hạn tần số dao động riêng fL theo TCVN 2737:1995

Vùng áp lực gió Tần số dao động riêng fL (s

= 0,3: với công trình bằng bêtông cốt thép, gạch đá hoặc khung thép có bọc kết cấu bao che

= 0,15: với công trình bằng thép có bệ móng bêtông cốt thép (tháp, trụ, cột điện, ống khói bằng thép, )

gió thổi, thông qua các thông số trung gian và , xác định theo các bảng 2.6 và 2.7 dưới đây:

Hình 2.5 Hệ tọa độ cơ bản khi xác định hệ số tương quan

không gian theo TCVN 2737:1995

Thành phần động của tải trọng gió phải kể đến tác dụng của cả xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình Khi đó các công trình hoặc bộ phận kết cấu

có tần số dao động riêng cơ bản thứ s thoả mãn bất đẳng thức: fs < fL < fs+1 thì cần tính toán thành phần động của tải trọng gió với s dạng dao động đầu tiên 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 2.7:

Trong đó:

Mj: khối lượng tập trung của phần thứ j

j: hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i, không thứ nguyên, phụ thuộc vào thông số i và độ giảm lôga của dao động:

Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, = 1,2

Đường cong 1 - ứng với các công trình bê tông cốt thép và gạch đá, nhà khung thép có bao che, = 0,3;

Đường cong 2 - ứng với tháp thép, trụ thép, ống khói bằng thép, các thiết bị dạng cột có đế bê tông cốt thép, = 0,15;

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

Đối với công trình có mặt bằng đối xứng cho phép lấy yji bằng dịch chuyển

do tải trọng ngang phân bố đều đặt tĩnh gây ra

i: Hệ số được xác định bằng cách chia công trình n phần, trong phạm vi mỗi phần tải trọng gió có thể coi như là không đổi:

∑

Với:

Hình 2.6 Đồ thị xác định hệ số động lực theo TCVN 2737:1995

Mj: khối lượng phần thứ j của công trình;

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, có thứ nguyên là lực, xác định theo công thức: WFj = Wj j.Sj (với j là diện tích đón gió của phần j của công trình)

Đối với nhà nhiều tầng mặt bằng đối xứng, có độ cứng, khối lượng và bề rộng mặt đón gió không đổi theo chiều cao, có f1 < fL cho phép xác định giá trị tiêu chuẩn thành phần động của áp lực gió ở độ cao z theo công thức:

: hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, lấy bằng 1,2

: hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian sử dụng giả định của công trình, xác định theo bảng 12 [2]

- Tần số dao động riêng fi: Đối với các công trình dạng ống khói hoặc công trình có mặt cắt ngang hình vành khuyên thì tần số dao động riêng được xác định theo (Công thức 2.14 được trích từ phụ lục B [3])

Trong đó:

fi: là tần số dao động riêng thứ i xác định theo công thức (2.13) hoặc xác định bằng phương pháp số thông qua các phần mềm (ETABS hoặc SAP 2000)

EJ: là độ cứng chống uốn của công trình (kN.m2

)

H: là chiều cao của công trình (m)

g: là gia tốc trọng trường

q: là trọng lượng đơn vị dài theo chiều cao công trình (kN/m) Do tháp turbine điện gió có khối lượng tập trung lớn tại đỉnh nên phải xét đến khối lượng tập trung quy đổi theo Phụ lục B2.2 [3]

Với công trình có mặt bằng có tiết diện tròn, cũng giống như các công trình

có mặt bằng có tiết diện khác như: chữ nhật, chữ U, L, chữ thập thì độ lớn của thành phần lực gió dọc hướng gió đều phụ thuộc vào hình dạng bên ngoài của công trình như: chiều cao, bề rộng, địa hình Riêng với công trình có mặt bằng có tiết diện tròn thì độ lớn của thành phần lực gió dọc hướng gió còn phụ thuộc rất nhiều vào tính chất của bề mặt tiếp xúc và tính nhớt của dòng khí tác động lên công trình mà đặc trưng là hệ số Reynolds

Đối với công trình dạng trụ tròn, khi chịu tác động của gió sẽ tạo nên phía sau công trình một dòng khí Tính chất của dòng khí này phụ thuộc vào độ nhớt của nó mà đặc trưng là trị số Reynolds (Re)

Trong đó:

- v: là vận tốc gió (m/s);

- D(z): là bề rộng mặt đón gió ở độ cao z (m);

- Re: số Reynolds không thứ nguyên

- Đối với công trình dạng trụ tròn khi:

3.102 < Re < 3.105 luồng khí phía sau công trình hình thành các xoáy

có quy tắc và tách ra với chu kì xác định (hình 2.7.a) gọi là phạm vi gần tới hạn;

3.105 < Re < 3,5.106 các xoáy phía sau công trình không theo quy tắc nào cả (hình 2.7.b) gọi là phạm vi trong giới hạn

Re > 3,5.106 các xoáy dần trở lại và có quy tắc và tách ra với một chu

kì xác định (hình 2.7.c) gọi là phạm vi vượt giới hạn

Hình 2.7 Sự tách xoáy của dòng khí ở phía sau công trình dạng trụ tròn

Dòng xoáy tách ra ở phía sau công trình tạo nên lực ngang làm công trình dao động theo phương vuông góc với luồng gió Tùy theo tính chất tách xoáy có chu kì hay không có chu kì xác định mà dao động ngang của công trình và lực ngang tác dụng lên nó có tính tiền định hoặc ngẫu nhiên

Khi vận tốc gió tăng thì tần số tách xoáy fs cũng tăng Cho đến khi fs đạt đến

fi là tần số dao động riêng của công trình thì xảy ra cộng hưởng dẫn đến công trình có thể bị mất ổn định khí động Khoảng vận tốc gió làm cho tần số tách xoáy

fs trùng với tần số dao động riêng f của công trình gọi là khoảng vận tốc giới hạn Vận tốc gió giới hạn nhỏ nhất sẽ ứng với trường hợp tần số tách xoáy fs trùng với tần số dao động riêng thứ nhất fi của công trình, và được gọi là vận tốc gió tới hạn

Xác định vận tốc gió tới hạn:

(2.18) Trong đó:

- v*: là vận tốc gió tới hạn gây mất ổn định khi kích động xoáy

- D(z): bề rộng diện tích đón gió ở cao độ z (m)

- Sh: số Strouhal không thứ nguyên được xác định trong bảng 2.8, phụ thuộc vào hình dạng mặt cắt của công trình và hệ số (Re)

Bảng 2.8 Số Strouhal cho một số dạng mặt cắt

(trích bảng C.1 [3])

Phạm vi xảy ra mất ổn định khí động do kích động xoáy nằm trong khoảng

Vận tốc gió thay đổi theo độ cao

Trong đó:

- Vt (z)t Vg: là vận tốc gió ở độ cao z và độ cao gradient của địa hình dạng t:

- mt: là số mũ tương ứng với địa hình dạng t, xác định bằng thực nghiệm

- zg: là độ cao của địa hình dạng t mà ở đó vận tốc gió không còn chịu ảnh hưởng của mặt đệm, còn gọi là độ cao gradient:

Tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 chia địa hình thành các dạng đặc trưng theo bảng 2.9:

Ở phạm vi vượt giới hạn thường vận tốc gió là lớn nên trong một số trường hợp, lực ngang hướng gió tác động lên công trình sẽ rất lớn gây mất ổn định khí động

Hình 2.8 Các phạm vi tác dụng của lực ngang hướng gió lên công trình

Tác động của kích động xoáy được xác định:

Trường hợp H2 > H (H là chiều cao công trình) thì lấy H2 = H

- Tải trọng tác dụng lên phần thứ j của công trình ứng với dạng dao động thứ i khi xảy ra mất ổn định dạng kích động xoáy là:

Trong đó: Mj là khối lượng tập trung tại điểm j

Với kết cấu bê tông cốt thép i = 0,05

- v*k: là vận tốc tới hạn ở độ cao ứng với điểm k (m/s)

- Dk: là bề rộng đón gió của công trình ở độ cao ứng với điểm k (m)

- ji ki: là các dịch chuyển ngang tỉ đối với điểm j và điểm k ứng với dạng dao động thứ i

- l1, l2: là điểm thấp nhất, cao nhất trong vùng cộng hưởng từ H1 đến H2

- Lk: là hệ số lực ngang hướng gió ở cao trình điểm k, lấy theo thực nghiệm, phụ thuộc vào trị số Reynolds Re.(Tra theo biểu đồ hình 2.9)

Hình 2.9 Quan hệ thực nghiệm Re và mL của hệ kết cấu ống tròn

- Đối với công trình cao và kết cấu mềm cần phải kiểm tra tình trạng mất

ổn định khí động

- Mất ổn định do kích động xoáy thường xảy ra với các kết cấu và công trình có tiết diện tròn với vận tốc gió trong một khoảng giới hạn nhất định Lực khí động trong trường hợp này tác dụng chủ yếu lên một phạm vi của chiều cao công trình, phạm vi này càng cao thì lực khí động càng lớn

2.3.5. Tổ hợp nội lực của tải trọng gió ( gió tĩnh + gió động )

Nội lực và chuyển vị gây ra do thành phần tĩnh và động của tải trọng gió được xác định như sau:

Trong đó:

- X: moment uốn (xoắn), lực dọc, lực cắt hoặc chuyển vị

- Xt: moment uốn (xoắn), lực dọc, lực cắt hoặc chuyển vị do thành phần tĩnh của tải trọng gió gây ra

- Xdi: moment uốn (xoắn), lực dọc, lực cắt hoặc chuyển vị do thành phần động của tải trọng gió gây ra

- S: số dạng dao động tính toán

2.4 Xác định tải trọng gió tác dụng lên công trình theo ASCE 7-10

Theo ASCE/SEI 7-10 có năm phương pháp xác định tải trọng gió tác dụng lên công trình:

- Phương pháp trực tiếp (Directional Procedure)

- Phương pháp hình bao (Envelope Procedure)

- Tải trọng gió lên các kết cấu và công trình xây dựng khác (Wind Loads On Other Structures And Building Appurtenances)

- Tải trọng gió lên các cấu kiện và vật liệu bao che (Wind Loads – Components And Cladding)

- Phương pháp ống thổi khí động (Wind Tunnel Procedure)

Trong phạm vi của đề tài này chủ yếu nghiên cứu phần Tải trọng gió lên các kết cấu và công trình xây dựng khác

2.4.1. Vận tốc gió cơ sở

Tiêu chuẩn Mỹ ASCE 7-10 quy định: Vận tốc gió cơ sở là vận tốc gió trung bình trong khoảng thời gian 3 giây, ở độ cao 10 m so với mốc chuẩn, tương ứng địa hình dạng C Địa hình dạng C là vùng nông thôn, thoáng, vật cản phân bố chiều cao dưới 9,1m

2.4.2. Dạng đón gió của công trình

Đối với hướng gió được xem xét, dạng đón gió của công trình được căn cứ vào độ nhám mặt đất được xác định từ địa hình tự nhiên, thảm thực vật và công trình xây dựng Theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ ASCE 7-10 phân chia địa hình thành 3 dạng: B, C, D

Hình 2.10 Các dạng địa hình đón gió

- Dạng đón gió B: Đối với các công trình có chiều cao nhỏ hơn hoặc bằng 30ft(9,1m), dạng đón gió B được áp dụng khi độ nhám của mặt đất, được xác định là độ nhám bề mặt loại B, chiếm ưu thế trong các hướng gió cho khoảng cách lớn hơn 1500ft (457m) Với công trình có chiều cao lớn hơn 30ft ( 9,1m), dạng địa hình B được áp dụng khi độ nhám bề mặt loại B chiếm ưu thế trong các hướng gió cho khoảng cách lớn hơn 2600ft (792m) hoặc 20 lần chiều cao công trình, với giá trị nào lớn hơn (đô thị và các khu vực ngoại thành, các khu rừng hoặc địa hình khác với nhiều vật cản cách rời nhau mà khoảng cách có kích thước bằng chiều cao vật cản hoặc lớn hơn)

- Dạng đón gió C: được áp dụng cho các trường hợp không thuộc dạng B và

D (địa hình mở với vật cản rải rác có chiều cao thường ít hơn 30 ft(9,1m) Địa hình này bao gồm vùng đồng bằng, đồng cỏ và mặt nước tại tất cả các khu vực dễ bị gió lốc)

- Dạng đón gió D: được áp dụng khi độ nhám mặt đất, được xác định là

độ nhám bề mặt loại D, chiếm ưu thế trong các hướng gió cho khoảng cách lớn hơn 5000 ft (1524m) hoặc 20 lần chiều cao công trình, với giá trị nào lớn hơn Dạng D cũng có thể được áp dụng khi độ nhám mặt đất dạng B, C và khoảng cách nhỏ hơn 600 ft(183 m) hoặc 20 lần chiều cao công trình, với giá trị nào lớn hơn Vùng đất bằng phẳng, các khu vực không bị che chắn và bề mặt nước, ngoài khu vực dễ bị gió lốc Địa hình này bao gồm các vùng đầm lầy, vùng ngập mặn, và vùng đóng băng

Với công trình nằm trong khoảng chuyển tiếp giữa hai dạng đón gió, dạng đón gió nào cho kết quả tải trọng gió lớn hơn sẽ được sử dụng

2.4.3. Tác động của địa hình

Hiệu ứng gió tăng tốc tại ngọn đồi độc lập, núi, vách núi tạo nên những thay đổi đột ngột trong địa hình chung, địa điểm công trình, với bất kỳ dạng đón gió nào, sẽ được kể đến trong thiết kế các công trình, địa điểm công trình, vị trí công trình, vị trí các kết cấu có các điều kiện sau:

- Đồi, núi, vách đá cô lập và không bị cản gió bởi các địa hình tương tự khác có chiều cao tương đương 100 lần chiều cao địa hình (100H) hoặc

2 dặm (3,22 km), với điều kiện nào bé hơn, khoảng cách này sẽ được tính theo phương ngang từ điểm dùng để xác định chiều cao H của đồi, núi, vách đá

- Đồi, núi, vách đá cao hơn chiều cao H trong bán kính 2 dặm (3,22km)

- Kết cấu có vị trí như hình 6-4 [4] nằm ở nửa trên ngọn đồi, sườn núi hoặc đỉnh vách đá

- H/Lh > 0,2

- H > 15 ft ( 4,5m) với dạng địa hình C,D và 60 ft (18m) với dạng B

Hệ số địa hình, Kzt – Phương pháp 2, Hình 6-4

Dốc đứng Đỉnh 2 chiều hoặc đồi đối xứng 3 chiều

Tăng địa hình cho dạng địa hình C

Đỉnh

2

chiều

Dốc đứng 2 chiều

Đồi đối xứng 3 chiều

Dốc đứng 2 chiều

Các dạng khác

Đỉnh

2 chiều

Dốc đứng 2 chiều

Đồi đối xứng 3 chiều

0,90 0,07 0,11 0,03 1,00 0,05 0,08 0,02 1,50 0,01 0,02 0,00 2,00 0,00 0,00 0,00

- Z : Chiều cao trên mặt đất địa phương, (m)

- : Hệ số giảm tải trọng ngang

- : Hệ số suy giảm độ cao

- Cf: hệ số áp lực phụ thuộc vào hình dạng công trình

Khi tính tháp ống, hệ số Cf phụ thuộc vào tỉ lệ giữa chiều dài và đường kính mặt cắt ngang của công trình (tra theo bảng 2.11)

Bảng 2.10 Hệ số áp lực Cf cho công trình ống khói, bồn chứa và kết cấu khác

Khi tính cánh quạt, xem như gió tác dụng vào hệ khung lưới thép có

∈ =0,36 – tỷ lệ diện tích đặc trên toàn bộ diện tích Hệ số Cf xem hình 29.5-2 [4]

Bảng 2.11 Hệ số áp lực Cf cho bảng hiệu mở và hệ khung lưới