Bài giảng: Kết cấu nhà nhiều tầng

1 Khái niệm chung 1.1 Định nghĩa Căn cứ vào số tầng Căn cứ vào địa điểm xử dụng và thiết kế Căn cứ vào địa điểm thi công Về mặt thiết kế kết cấu đối với nhà nhiều tầng xuất hiện những vấn đề phức tạp về nền móng, kết cấu chịu lực ngang, ổn định tổng thể và dao động công trình. 1.2 Đặc điểm về tải trọng đối với nhà nhiều tầng Trọng lượng bản thân của toàn nhà lớn dần theo số tầng, gây khó khăn cho việc xử lý móng. Khả năng chất đầy hoạt tải trên các tầng sẽ giảm khi số tầng tăng lên. Do đó việc tính toán giảm tải theo TCVN 27371995 sẽ có ý nghĩa hơn so với nhà ít tầng. Nhiều khả năng phải kể đến thành phần động của tải trọng gió, do đó tổng tải trọng gió sẽ tăng lên. Do tính chất quan trọng của công trình, cần xét đến tải trọng động đất. Như vậy, tải trọng ngang tác dụng lên nhà nhiều tầng sẽ là một yếu tố ảnh hưởng quyết định đến hệ kết cấu của nhà và phải được quán triệt ngay từ phương án thiết kế. 2 Các kết cấu chịu lực cơ bản của nhà nhiều tầng 2.1 Các kết cấu chịu lực phát triển theo phương đứng. Các kết cấu này có thể là khung (bê tông cốt thép hoặc thép), là vách ( tường đặc hoặc tường có lỗ) hoặc lõi kín (ghép nhiều vách với nhau tạo thành hộp kín). Các kết cấu phát triển theo phương đứng để chịu tải trọng ngang và tải trọng thẳng đứng, truyền các tải trọng này xuống móng. Việc bố trí trên mặt bằng các kết cấu này hợp lý sẽ làm tăng khả năng chịu lực ngang, tăng tính ổn định tổng thể và giảm biên độ giao động cũng như gia tốc giao động của công trình. Do vậy, việc kết hợp chặt chẽ giữa bố trí không gian kiến trúc và hệ kết cấu phát triển theo phương đứng là hết sức quan trọng ngay từ giai đoạn thiết kế sơ bộ. Tải trọng thẳng đứng truyền xuống các tường dưới của nhà nhiều tầng rất lớn do đó tiết diện của cột, vách, lõi cũng phải lớn, điều đó cũng phải được xét đến khi hình thành các không gian kiến trúc của nhà nhiều tầng. 2.2 Các kết cấu chịu lực phát triển theo phương ngang, đó là sàn của các tầng. Sàn các tầng tiếp nhận tải trọng thẳng đứng rồi truyền vào khung, vách, lõi. Sàn các tầng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối tải trọng ngang vào các kết cấu khung, vách, lõi. Sàn các tầng còn liên kết các kết cấu phát triển theo phương đứng tạo thành hệ không gian đảm baỏ ổn định cục bộ cho khung, vách, lõi và bảo đảm ổn định tổng thể cho toàn nhà, giảm gia tốc dao động. 2.3 Tổ hợp các kết cấu chịu lực phát triển theo phương đứng sẽ được các nhà có hệ kết cấu khác nhau: Nhà kết cấu khung Nhà kết cấu vách Nhà kết cấu lõi Nhà kết cấu khung + vách Nhà kết cấu khung + lõi Nhà kết cấu khung + vách + lõi Dùng loại kết cấu nào phụ thuộc vào chiều cao công trình, bề rộng công trình, chức năng phục vụ của công trình.3 Nguyên tắc bố trí kiến trúc và kết cấu cho nhà nhiều tầng Mặt bằng và mặt đứng đơn giản, tốt nhất là có dạng tròn, vuông, chữ nhật, đa giác đều để giảm bớt những yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của công trình mà người thiết kế không kể hết được. Hệ kết cấu chịu lực nên bố trí đối xứng trên mặt bằng và không có sự thay đổi đột ngột theo chiều cao. Điều này sẽ làm giảm xoắn và những biến dạng cục bộ không lường hết được khi chịu gió bão và động đất. Cố gắng tối đa tăng độ cứng chống xoắn của hệ kết cấu Bố trí cho tâm xoắn và tâm khối lượng trùng nhau để triệt tiêu mômen xoắn khi xảy ra dộng đất. 4 Khái niệm về sơ đồ giằng và sơ đồ khung giằng. Trong tính toán và cấu tạo nhà nhiều tầng, người ta phân ra nhà có sơ đồ giằng và nhà có sơ đồ khung giằng. Trong nhà có sơ đồ giằng có thể có các kết cấu cơ bản là lõi, vách và khung, trong đó lõi, vách và khung đều tiếp nhận tải trọng đứng, nhưng khung không tiếp nhận tải trọng ngang. Khi đó, có thể là khung có độ cứng ngang quá bé so với vách và lõi nên người ta bỏ qua khả năng chiu tải trọng ngang của khung, cũng có thể khung được cấu tạo khớp với cơ chế không tiếp nhận tải trọng ngang. Như vậy, trong nhà có sơ đồ giằng, chỉ có vách và lõi đóng vai trò chịu tải trọng ngang. Trong nhà có sơ đồ khung giằng, vách, lõi và khung đều cùng nhau chịu tải trọng ngang và tải trọng đứng. Như vậy, khi phân phối tải trọng ngang phải phân phối cho cả 3 loại kết cấu là vách, lõi và khung. Sơ đồ khung giằng thường gặp ở những nhà cần có không gian lớn, khung được sử dụng nhiều để tạo không gian, vách và lõi ít so với nhà có sơ đồ giằng. 5 Tính toán nhà có sơ đồ kết cấu giằng, không có lõi kín 5.1 Quan hệ biến dạng – nội lực đối với một vách. Xét một vách phát triển theo phương Z, có hệ trục tọa độ như hình vẽ, px là tải trọng phân bố thẳng góc với trục x và hướng theo trục y. Gọi Ty(z) là lực cắt tại tiết diện có độ cao so với ngàm là z và hướng theo phương trục y. Ta có: T z y pxdz H z ( ) = ũ (1) Gọi Mx(z) là mômen uốn (quay quanh trục x), ta có: Mx z px z H z dz H z ( ) = ũ ( )( ) (2) Từ (1) và (2) ta có: ( ) dT z ( ) dz p z y = x T z y( ) = px(z) (3) Gọi Vy(z) là độ võng theo phương y, ta có: d V z ( ) ( ) ( ) dz M z EJ p z GA y x x x rx 2 2 = (4) trong đó: Jx – mômen quán tính của tiết diện ngang của vách đối với trục x. A rx – diện tích thu hẹp của tiết diện chịu cắt với tiết diện chữ nhật: Arx = 5 A = bh 6 56Từ (4) ta có: d V dz T EJ T GA y y x y rx 3 3 = (5) Bắt đầu công thức (5) ta bỏ z để viết cho gọn, tuy nhiên vẫn phải hiểu rằng các giá trị tính toán đều đối với tọa độ z 5.2 Khái niệm về kết cấu biến dạng đồng điệu và không đồng điệu. Tích phân hai lần phương trình (5) trong điều kiện tải trọng phân bố đều p và điều kiện biên như sau: dV dz pH GA y z rx = = 0 và V y z=0 = 0 Ta được: V p z ( H Hz z ) ( ) EJ p z H z y GA x rx = + + 2 6 2 4 2 24 2 2 (6) Chuyển vị ở đỉnh vách, khi z=H sẽ là: V H ( ) p H EJ p H y GA x rx = + 4 2 8 2 (7) Biểu thức (6) có thể viết một cách ngắn gọn: V H ( ) p ( ) ( ) EJ z p GA z y x rx = j + y (8) Đối với hai vách có cùng chiều cao và cùng chịu tải trọng p, vách thứ nhất mang các giá trị V1, EJ 1 và GA1, vách thứ hai mang các gia trị V2, EJ2 và GA2. Ta có: ( ) ( ) ( ) ( ) VV EJ EJ z EJ GA z z EJ GA z 1 2 2 1 1 1 2 2 = + ộờở ựỳỷ + ộờở ựỳỷ j y j y (9) Hai vách được gọi là biến dạng đồng điệu khi đường đàn hồi Vy của chúng đồng dạng nhau, nghĩa là: VV 1 const 2 = (10) Điều kiện (10) sẽ xảy ra nếu J A JA 1 1 2 2 = (11) thì V V JJ 1 2 2 1 = (12) Nghiên cứu điều kiện (12) ta thấy: V V JJ 1 const 2 2 1 = = khi J 1 và J2 có cùng quy luật biến đổi dọc theo trục Z. Ví dụ hai vách đều có tiết diện là hình chữ nhật không đổi theo chiều cao. Nghiên cứu điều kiện (11) trong trường hợp hai vách đều có tiết diện chữ nhật với kích thước tiết diện là: b1h1 và b2h2 , ta thấy: J A h 1 1 21 10 = và J A h 2 2 22 10 = , do đó J A JA 1 1 2 2 = chỉ xảy ra khi h1=h2 không phụ thuộc vào bề rộng b1 và b2 của tiết diện. Như vậy, hai vách cùng có tiết diện chữ nhật chỉ biến dạng đồng điệu khi chúng có cùng chiều cao tiết diệ

kết cấu nhà nhiều tầng 1- Khái niệm chung

1.1- Định nghĩa

- Căn cứ vào số tầng

- Căn cứ vào địa điểm xử dụng và thiết kế

- Căn cứ vào địa điểm thi công

Về mặt thiết kế kết cấu đối với nhà nhiều tầng xuất hiện những vấn đề phức tạp về nền móng, kết cấu chịu lực ngang, ổn định tổng thể và dao động công trình

1.2- Đặc điểm về tải trọng đối với nhà nhiều tầng

- Trọng lượng bản thân của toàn nhà lớn dần theo số tầng, gây khó khăn cho việc xử lý móng

- Khả năng chất đầy hoạt tải trên các tầng sẽ giảm khi số tầng tăng lên Do đó việc tính toán giảm tải theo TCVN 2737-1995 sẽ có ý nghĩa hơn so với nhà ít tầng

- Nhiều khả năng phải kể đến thành phần động của tải trọng gió, do đó tổng tải trọng gió

sẽ tăng lên

- Do tính chất quan trọng của công trình, cần xét đến tải trọng động đất

Như vậy, tải trọng ngang tác dụng lên nhà nhiều tầng sẽ là một yếu tố ảnh hưởng quyết

định đến hệ kết cấu của nhà và phải được quán triệt ngay từ phương án thiết kế

2- Các kết cấu chịu lực cơ bản của nhà nhiều tầng

2.1- Các kết cấu chịu lực phát triển theo phương đứng Các kết cấu này có thể là khung (bê tông cốt thép hoặc thép), là vách ( tường đặc hoặc tường có lỗ) hoặc lõi kín (ghép nhiều vách với nhau tạo thành hộp kín) Các kết cấu phát triển theo phương đứng để chịu tải trọng ngang

và tải trọng thẳng đứng, truyền các tải trọng này xuống móng Việc bố trí trên mặt bằng các kết cấu này hợp lý sẽ làm tăng khả năng chịu lực ngang, tăng tính ổn định tổng thể và giảm biên độ giao động cũng như gia tốc giao động của công trình Do vậy, việc kết hợp chặt chẽ giữa bố trí không gian kiến trúc và hệ kết cấu phát triển theo phương đứng là hết sức quan trọng ngay từ giai đoạn thiết kế sơ bộ Tải trọng thẳng đứng truyền xuống các tường dưới của nhà nhiều tầng rất lớn do đó tiết diện của cột, vách, lõi cũng phải lớn, điều đó cũng phải được xét đến khi hình thành các không gian kiến trúc của nhà nhiều tầng

2.2- Các kết cấu chịu lực phát triển theo phương ngang, đó là sàn của các tầng Sàn các tầng tiếp nhận tải trọng thẳng đứng rồi truyền vào khung, vách, lõi Sàn các tầng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối tải trọng ngang vào các kết cấu khung, vách, lõi Sàn các tầng còn liên kết các kết cấu phát triển theo phương đứng tạo thành hệ không gian đảm baỏ ổn định cục bộ cho khung, vách, lõi và bảo đảm ổn định tổng thể cho toàn nhà, giảm gia tốc dao động 2.3- Tổ hợp các kết cấu chịu lực phát triển theo phương đứng sẽ được các nhà có hệ kết cấu khác nhau:

- Nhà kết cấu khung

- Nhà kết cấu vách

- Nhà kết cấu lõi

- Nhà kết cấu khung + vách

- Nhà kết cấu khung + lõi

- Nhà kết cấu khung + vách + lõi

Dùng loại kết cấu nào phụ thuộc vào chiều cao công trình, bề rộng công trình, chức năng phục

vụ của công trình

3- Nguyên tắc bố trí kiến trúc và kết cấu cho nhà nhiều tầng

Mặt bằng và mặt đứng đơn giản, tốt nhất là có dạng tròn, vuông, chữ nhật, đa giác đều để giảm bớt những yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của công trình mà người thiết kế không kể hết được

Hệ kết cấu chịu lực nên bố trí đối xứng trên mặt bằng và không có sự thay đổi đột ngột theo chiều cao Điều này sẽ làm giảm xoắn và những biến dạng cục bộ không lường hết được khi chịu gió bão và động đất

Cố gắng tối đa tăng độ cứng chống xoắn của hệ kết cấu

Bố trí cho tâm xoắn và tâm khối lượng trùng nhau để triệt tiêu mômen xoắn khi xảy ra dộng đất

4- Khái niệm về sơ đồ giằng và sơ đồ khung giằng

Trong tính toán và cấu tạo nhà nhiều tầng, người ta phân ra nhà có sơ đồ giằng và nhà có sơ đồ khung giằng

Trong nhà có sơ đồ giằng có thể có các kết cấu cơ bản là lõi, vách và khung, trong đó lõi, vách và khung đều tiếp nhận tải trọng đứng, nhưng khung không tiếp nhận tải trọng ngang Khi đó, có thể là khung có độ cứng ngang quá bé so với vách và lõi nên người ta bỏ qua khả năng chiu tải trọng ngang của khung, cũng có thể khung được cấu tạo khớp với cơ chế không tiếp nhận tải trọng ngang Như vậy, trong nhà có sơ đồ giằng, chỉ có vách và lõi đóng vai trò chịu tải trọng ngang

Trong nhà có sơ đồ khung giằng, vách, lõi và khung đều cùng nhau chịu tải trọng ngang và tải trọng đứng Như vậy, khi phân phối tải trọng ngang phải phân phối cho cả 3 loại kết cấu là vách, lõi và khung Sơ đồ khung giằng thường gặp ở những nhà cần có không gian lớn, khung được sử dụng nhiều để tạo không gian, vách và lõi ít so với nhà có sơ đồ giằng 5- Tính toán nhà có sơ đồ kết cấu giằng, không có lõi kín

5.1- Quan hệ biến dạng – nội lực đối với một vách

Xét một vách phát triển theo phương Z, có hệ trục tọa độ như hình vẽ, px là tải trọng phân bố thẳng góc với trục x và hướng theo trục y Gọi Ty(z) là lực cắt tại tiết diện có độ cao

so với ngàm là z và hướng theo phương trục y

d V zdz

M zEJ

p zGA

x x

rx

2

trong đó: Jx – mômen quán tính của tiết diện ngang của vách đối với trục x

Arx – diện tích thu hẹp của tiết diện chịu cắt

với tiết diện chữ nhật: Arx = 5A= bh

65

6

Từ (4) ta có:

d Vdz

TEJ

TGA

x y

rx

3

Bắt đầu công thức (5) ta bỏ z để viết cho gọn, tuy nhiên vẫn phải hiểu rằng các giá trị tính toán

đều đối với tọa độ z

5.2- Khái niệm về kết cấu biến dạng đồng điệu và không đồng điệu

Tích phân hai lần phương trình (5) trong điều kiện tải trọng phân bố đều p và điều kiện biên như sau:

dVdz

pHGA

y z

Đối với hai vách có cùng chiều cao và cùng chịu tải trọng p, vách thứ nhất mang các giá trị V1,

EJ1 và GA1, vách thứ hai mang các gia trị V2, EJ2 và GA2

1

1 2

1

2 2

1

= = khi J1 và J2 có cùng quy luật biến đổi dọc theo trục Z Ví dụ hai vách đều có tiết diện là hình chữ nhật không đổi theo chiều cao Nghiên cứu điều kiện (11) trong trường hợp hai vách đều có tiết diện chữ nhật với kích thước tiết diện là: b1h1 và b2h2 , ta thấy: J

A

h

1

1 1 2

10

= , do đó J

A

JA

1

1 2

2

= chỉ xảy ra khi h1=h2không phụ thuộc vào bề rộng b1 và b2 của tiết diện Như vậy, hai vách cùng có tiết diện chữ nhật chỉ biến dạng đồng điệu khi chúng có cùng chiều cao tiết diện

Trong tính toán gần đúng người ta có thể coi 2 vách có biến dạng đồng điệu khi

GA1=GA2 = ∞ hoặc EJ1=EJ2= ∞

Điều này xảy ra đối với vách chỉ có biến dạng uốn hoặc chỉ có biến dạng trượt

5.3- Phân phối tải trọng ngang cho hệ vách đặt theo một phương

a) Các giả thiết dùng trong tính toán

- Các vách có J không đổi dọc theo chiều cao và được ngàm vào móng

- Các vách biến dạng đồng điệu với GA= ∞

- Độ cứng chống xoắn thuần túy của các vách là không đáng kể

- Sàn có độ cứng trong mặt phẳng của nó là vô cùng lớn, do đó sàn không bị biến dạng theo phương mặt phẳng nằm ngang

Từ giả thiết thứ 2, ta có dạng đơn giản của biểu thức (5) đối với vách cứng thứ i nào đó như sau:

d Vdz

TEJ

3 1

=

Cũng theo (13) ta có thể viết

TEJ

TEJ

TEJ

TEJ

i

i

n

n 1

1 2

j j j n

Từ đó quan hệ lực – chuyển vị của vách thứ i là:

EJ d Vdz

n

j jj

n 3

3 1

3

3 1

n

j j

n

j 3

3 1

3

3 2

Chuyển gốc tọa độ đến tâm xoắn O thì phương trình (19) có dạng

n

j

n 3

3 1

3

3 1

n

j j n

EJEJ

3 1

j n

3

3 1 3

3 2

Trong đó: V là chuyển vị ngang của tâm xoắn

Khi tải trọng ngang P(z) đi qua tâm xoắn, hai ẩn số V và θnằm ở hai phương trình độc lập, do

đó việc tính toán sẽ dễ dàng hơn

e) Phân phối tải trọng ngang cho các vách khi nhà bị xoắn

Xét phương trình (25) ta thấy lực cắt Ti ở vách thứ i nào đó do lực cắt P(z) gây ra sẽ có hai thành phần Thành phần thứ nhất do V gây ra và thành phần thứ hai do θgây ra Hai thành phần đó được tính độc lập với nhau vì hai phương trình (25) là hai phương trình có biến số độc lập V và θ

- Tính Tivdo chuyển vị V gây ra

Ta có quan hệ lực – chuyển vị đối với vách thứ i:

( )

d Vdz

d Vdz

TEJ

i

j j

=

=

∑( )

i i 3

TEJ

θ =

=

∑ 2 1

Từ (26) và (27) ta có lực cắt phân phối cho vách thứ i khi kể đến góc xoay θlà:

( ) ( )

( ) ( )

n

i i

j n

5.4- Phân phối tải trọng ngang cho nhà có hệ vách đặt theo hai phương vuông góc

Giả sử lực ngang P(z) tác dụng theo phương y (thẳng góc với phương x) để cho đơn giản (hình4)

Với cách làm như đối với nhà có hệ vách đặt theo một phương, ta nhận được kết quả như sau: Toạ độ tâm xoắn:

( ) ( )

n

x j j

n

EJEJ

1

1

( )β

n

y jj

n

EJEJ

EJ r T

t i y yi

( ) ( ) ( )

1

z aP EK

EJ r EJ

EJ z P T

t

x xi n

j

j x

i x

5.5- Phân phối tải trọng ngang cho nhà có vách và lõi kín

a) Độ cứng chống xoắn thuần tuý

Gọi mômen chống xoắn thuần túy của tiết diện thành mỏng là K

Khi tiết diện hở với chiều dày δ (hình 5a), mômen chống xoắn thuần túy là:

L

=

∫

4Ω2δ

trong đó: Ωlà diện tích phía trong của đường trục L

ds là vi phân theo chu vi

( )

δ s là chiều dày của thành mỏng (tường)

Đối với lõi kín có hình vuông như hình 5c thì mômen chống xoắn là:

TEJ

d Vdz

TEJd

dz

CGK

y i

x i i

x 3

( )

d Vdz

P zEJ

y

x j j

n 3

3 1

( ) (36) Trong đó: EKt được tính theo (32)

Nhờ có việc đưa gốc tọa độ về tâm xoắn các chuyển vị thẳng và chuyển vị xoay được tính riêng rẽ ở ba phương trình (34), (35), (36) Hai phương trình đều được dùng để phân phối tải trọng ngang khi xét đến chuyển vị tịnh tiến, phương trình thứ 3 xét đến chuyển vị xoay

e) Phân phối lực ngang cho vách và lõi

Từ biểu thức liên hệ chuyển vị và lực đối với vách thứ i

( )

d Vdz

TEJ

ddz

3

3

3

θθθ

θ Việc giải phương trình vi phân

(36) sẽ cho ta biết góc xoay theo phương ngang của hệ kết cấu

Giả thiết hệ kết cấu được ngàm vào móng Điều kiện biên để giải phương trình (36) như sau: Tại chân ngàm z=0

V =V = =θ 0

dVdz

ddz

xi = yi = θ =0 Tại đỉnh vách z=h

Mxi =Myi=0 do đó

d Vdz

d Vdz

2

2 2

2

2 0

θ =

Như vậy ta có đủ 3 điều kiện biên để xác định θtheo phương trình (36)

5.6- Trường hợp các vách biến dạng không đồng điệu

Khi xét đến tính chất biến dạng không đồng điệu của các vách, quan hệ lực – chuyển vị phải lấy theo (5) Đối với vách i nào đó Ta có

( ) ( )

d Vdz

TEJ

TGA

i i

TEJ

TGA

3 1 3

1

1 1

1

( ) ( )

d Vdz

TEJ

TGA

3 2 3

5.8- Tính toán ổn định của nhà nhiều tầng

Đối với nhà nhiều tầng, ngoài việc tính toán ổn định cục bộ của các cấu kiện chịu nén, cần phải kiểm tra ổn định tổng thể của toàn nhà

Nếu tưởng tượng nhà giống như một thanh công sôn đặt thẳng đứng thì mất ổn định của nhà

có thể là mất ổn định uốn ra ngoài mặt phẳng của hai trục quán tính chính hoặc mất ổn định xoắn (nhà bị xoay quanh trục thẳng đứng) Mục đích của việc tính toán ổn định tổng thể là xác

định các tải trọng tới hạn gấy ra ba dạng mất ổn định đã nói ở trên: Px

th, Py

th, Pt th

th- tải trọng tới hạn (thẳng đứng) ứng với mất ổn định xoắn

5.9- Tính toán chuyển vị và dao động

1) Chuyển vị:

Cần phải tính toán chuyển vị ngang của đỉnh nàh và chuyển vị góc (trượt) do tải trọng ngang

và các tải trọng khác gây ra

Gọi f là chuyển vị ngang của đỉnh nhà và γlà chuyển vị trượt (góc xiên) của các cấu kiện thẳng đứng như tường, vách lõi Cần phải hạn chế các giá trị chuyển vị đó Người ta thường lấy như sau:

Gia tốc dao động tỷ lệ thuận với thành phần động của tải trọng gió, tỷ lệ nghịch với bề rộng của ngôi nhà và tỷ lệ nghịch với trọng lượng trên một đơn vị thể tích (q kG/m3) của ngôi nhà

Để giảm dao động nên tăng bề rộng, tăng trọng lượng thể tích của nhà Người ta có thể dùng cốt thép ứng lực trước để giảm gia tốc dao động của nhà mà không làm cho hệ móng tăng lên giống như khi tăng trọnglượng thể tích của nhà

BÀI GIẢNG KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG

TẢI TRỌNG GIÓ

1 Vận tốc gió

- Đối với công trình nhà cửa, vận tốc gió được đo ở độ cao 10m trên mặt đất tự nhiên ở vùng không bị che chắn

- Vận tốc gió biến đổi theo chu

kỳ không đều đặn Gọi v là vận tốc

gió trung bình, v được coi như gió

ổn định gây nên phần tĩnh của tải

trọng gió

- Người ta lấy v theo tốc độ gió

trung bình của một thời gian nào đó:

Trung Quốc - 10 phút (với quan niệm một cơn gió to cách nhau khoảng 10 phút)

Nga - 10 phút (theo СНuП 2.01.07.85)

Việt Nam - 3 giây (theo Úc)

nhỏ nên gây chấn động cho kết cấu)

- Ở cao độ z : vz = + vz vzf

0 0

BÀI GIẢNG KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG

Giá trị α phụ thuộc vào thời gian lấy trung bình

Theo Davenport với thời gian lấy trung bình 10 phút ứng với 3 dạng địa hình A; B; C: α = 0,16; 0,28; 0,4

Theo Zavarina với thời gian lấy trung bình 2 phút - α = 0,125

Theo các tài liệu nghiên cứu của Anh, khi thời gian lấy trung bình là 3 giây người ta lấy α = 0,08

Trong TCVN 2737-1995 của Việt Nam (Úc), α = 0,07; 0,09; 0,14 ứng với địa

hình A; B; C

Số liệu đo vận tốc gió trên cao rất thiếu, đặc biệt là ở khoảng 10-500m (theo Trần Việt Liễn - Viện Khí tượng Thủy văn) gọi là lớp biên Người ta tìm cách đo bằng cách:

- Tháp khí tượng: Nga, Mỹ đo được đến 500m, các nước khác thường từ 100-200m Các nước đang phát triển thì đo được độ cao 60-200m

- Khinh khí cầu có dây neo: nhưng khó đảm bảo tính ổn định của các thông

số đo Khi có bão thì khinh khí cầu không dùng được

- Thám không: có hiệu quả ở độ cao 300-500m trở lên Máy hiện đại có thể

có tín hiệu từ 50m Đối với vận tốc gió, vẫn chỉ đo được ở các vị trí khác nhau trên mặt bằng

2 Vận tốc gió tính toán

Vận tốc gió chuẩn dùng để tính toán tải trọng là vận tốc gió mà cứ qua một khoảng thời gian nào đó, nó lại được lặp lại Vận tốc gió chuẩn lớn hơn vận tốc gió trung bình

BÀI GIẢNG KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG

Người ta thống kê được vận tốc gió cực đại của nhiều năm Gọi T là thời gian 0

lặp lại của một giá trị vận tốc gió cực đại nào đó (10, 20, 30, 40, 50, 100 năm) Gió càng to thì thời gian lặp lại càng lớn

0

1

T sẽ là xác suất vượt quá tốc độ gió

tính toán chuẩn Xác suất để không vượt quá vận tốc gió tính toán sẽ là:

0

0

1 1

nếu đơn vị là daN/m2)

- Áp lực gió lên kết cấu

BÀI GIẢNG KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG

Gió vào công trình có thể gây ra:

* Áp lực gió thuận chiều P D

* Áp lực gió ngang P L

* Áp lực gió xoắn P M

21600

v

21600

L L

v

21600

Tác dụng xoắn của gió không lớn đối với công trình có dạng đối xứng

Ba thành phần áp lực gió gây ra ba dạng dao động

- Tải trọng gió tác động lên kết cấu nhà:

0 .

w - áp lực gió của dòng khí tự do lên bản đo đạc của trạm đo (cao 10m),

có thể tính qua v ứng với chu kỳ lặp T 0

G

z k

So sánh hệ số độ cao đối với dạng địa hình A

BÀI GIẢNG KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG

- Hệ số khí động: xác định qua ống khí động hoặc đo trực tiếp trên công trình

cho từng công trình đứng riêng rẽ Ở đây cung cấp một số số liệu trong Quy trình thiết kế kết cấu nhà cao tầng của Trung Quốc (JGJ3-2002)

Lưu ý:

* Phải xét tải trọng gió tác dụng lên các bộ phận che mưa, nắng

* Phải xét áp lực gió trong tường với giả thiết nhà bị đóng kín Hệ số khí động khi đó sẽ là 0, 2 ±

PHỤ LỤC HỆ SỐ KHÍ ĐỘNG (của Trung Quốc)

BÀI GIẢNG KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG

BÀI GIẢNG KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG

BÀI GIẢNG KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG

BÀI GIẢNG KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG

BÀI GIẢNG KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG

ÁP LỰC GIÓ TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH

BÀI GIẢNG KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG

- Hệ số khí động cho quần thể:

* Khi bố trí quần thể các ngôi nhà không có quy cách thì phải làm mô hình

cả khu để đưa vào ống khí động

* Khi các ngôi nhà có chiều cao khác nhau không quá 30% có thể lấy hệ số khí động đơn chiếc nhân thêm hệ số phụ thuộc L/B (L - khoảng cách 2 nhà, B - chiều rộng đón gió) và góc nghiêng của gió

Khi L/B ≥ 7,5 hệ số khí động lấy như nhà đơn chiếc

Khi L/B ≤ 3,5 hệ số tăng lên lấy theo bảng cho trong cuốn “Tính toán tải trọng gió và động đất cho nhà cao tầng” của tác giả Trương Tương Đình, nhà

* Tần số giới hạn f : giá trị tần số quy định đối với loại công trình và cấp L

độ gió mà nếu tần số dao động riêng của công trình f1< fL thì bỏ qua ảnh hưởng của dao động riêng của công trình đến thành phần động của tải trọng gió mà chỉ xét đến tính chất áp lực động của gió Khi đó kết cấu khá cứng

ν - hệ số tương quan không gian

* Khi fs < fL< fs+1 thì phải kể đến ảnh hưởng động lực đối với s dạng dao

động đầu tiên (thường chỉ xét đến 3 dạng dao động đầu tiên) Khi đó: