Tải gió tác dụng vào khung

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG

5.4 Tải trọng tác dụng vào khung

5.4.4 Tải gió tác dụng vào khung

- Công trình có độ cao h = 58.5 m so với mặt đất > 40m nên phải tính phần gió tĩnh và cả gió động của công trình gây ra (theo TCVN 2737-1995: Tải trọng và tác động)

- Tính toán gió tĩnh và gió động theo cả 2 phương X và Y nên ta có tất cả 4 thành phần gió:

gió tĩnh theo phương X, gió tĩnh theo phương y, gió động theo phương X, gió động theo phương Y

45 5.4.4.1 Gió tĩnh

- Với quan niệm tính toán xem sàn là tuyệt đối cứng theo phương ngang, tải trọng gió được truyền vào trọng tâm sàn

- Gió tĩnh được xác định theo công thức :

Wtt = nWjBh = n. WokcBh (kN) Trong đó :

Wo : Giá trị áp lực gió, lấy theo bản đồ phân vùng (phụ lục D và điều 6.4 TCVN 2737-1995).

Do công trình được xây dựng tại TPHCM thuộc vùng áp lực gió IIA nên lấy Wo = 0.83 kN/m2 k : Hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió (tra bảng 5 TCVN 2737-1995), theo dạng địa hình B C : Hệ số khí động, C =1.4 (tra bảng 6 TCVN 2737-1995)

n : Hệ số vượt tải, n = 1.2

B : Bề rộng đón gió của khung theo phương X,Y h : Diện truyền tải.(h = 3.5m)

Bảng 5. 9: Tải trọng gió tĩnh theo phương X và phương Y

Tên Tầng

Chiề u cao từng tầng

(m)

Khối lượng

tầng M kN.s²/

m

Kích Thước Nhà Theo

Phương Cao độ zj

(m)

Thành phần tĩnh Wj=Wokzj c (kN/m2)

Giá trị tính toán Thành phần tĩnh của tải trọng

gió Gán vào sàn

(kN)

Gán vào dầm biên

(kN/m) X

(m) Y (m)

Heọ soỏ

Kzj c=0.8 c=0.6

Fx Fy Gió

đẩy Gió hút TANG

MAI 3.00 1722.84 43.70 30.80 58.50 1.50 1.00 0.75 96.89 137.47 1.80 1.35 TANG16 3.50 1660.63 43.70 30.80 55.50 1.49 0.99 0.74 208.25 295.48 3.86 2.90 TANG15 3.50 1662.42 43.70 30.80 52.00 1.48 0.98 0.74 222.17 315.22 4.12 3.09 TANG14 3.50 1663.43 43.70 30.80 48.50 1.46 0.97 0.73 220.06 312.23 4.08 3.06 TANG13 3.50 1662.62 43.70 30.80 45.00 1.45 0.96 0.72 217.96 309.25 4.04 3.03 TANG12 3.50 1662.42 43.70 30.80 41.50 1.44 0.95 0.72 215.85 306.26 4.00 3.00 TANG11 3.50 1662.42 43.70 30.80 38.00 1.42 0.94 0.71 213.15 302.42 3.95 2.97 TANG10 3.50 1685.39 43.70 30.80 34.50 1.40 0.93 0.70 209.99 297.94 3.90 2.92 TANG9 3.50 1713.45 43.70 30.80 31.00 1.38 0.91 0.69 206.84 293.46 3.84 2.88 TANG8 3.50 1713.45 43.70 30.80 27.50 1.35 0.90 0.67 202.93 287.92 3.76 2.82 TANG7 3.50 1713.45 43.70 30.80 24.00 1.32 0.88 0.66 198.72 281.95 3.69 2.77 TANG6 3.50 1713.45 43.70 30.80 20.50 1.29 0.86 0.64 194.51 275.98 3.61 2.71 TANG5 3.50 1740.41 43.70 30.80 17.00 1.26 0.84 0.63 189.40 268.72 3.51 2.64 TANG4 3.50 1771.84 43.70 30.80 13.50 1.22 0.81 0.61 183.69 260.62 3.41 2.56 TANG3 3.50 1771.84 43.70 30.80 10.00 1.18 0.78 0.59 177.37 251.66 3.29 2.47 TANG2 5.00 1815.39 43.70 30.80 6.50 1.10 0.73 0.55 201.33 285.65 3.74 2.80 TANG1 4.00 1814.46 52.60 42.65 1.50 1.00 0.66 0.50 267.62 330.05 3.59 2.69

46 5.4.4.2 Gió động

- Để tính gió động cần phải xác định tần số dao động riêng ( fi )và dạng dao động của công trình bằng chương trình ETABS

- Sau khi khai báo tiết diện dầm cột, sàn, tĩnh tải và hoạt tải đứng (chưa có tải trọng ngang) chạy chương trình ETABS được khối lượng, biên độ và chu kỳ dao động của các mode, đây là các cơ sở để tính toán gió động.

 Các bước tính toán gió động:

- Giá trị tiêu chuẩn thành phần động có xét đến lực quán tính (f < fL=1.3Hz) được xác định theo công thức 4.3 trang 10 TCXD 229-1999

WP(ji)  Mj iiyji

Trong đó:

WP(ji): Lực có đơn vị tính toán phù hợp đơn vị tính toán của WFj trong công thức khi tính hệ số củai

Mj: Khối lượng tập trung của phần công trình thứ j

ξi: Hệ số động lực phụ thuộc hệ số εi: (công thức 4.4 trang 10 TCXD 229-1999) [4]

εi = .wo 940.fi



Với:: Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió lấy = 1.2

Wo: Giá trị tiêu chuẩn của áp lực gió (N/m2) xác định theo vùng gió = 0.83(kN/m2) fi: Tần số ứng với dạng dao động thứ i (Hz)

Hình 5. 4: Đồ thị xác định hệ số động lực

- Từ i tra đồ thị hình 5.4 (Tương ứng hình 2 trang 10 – TCXD 229 : 1999) được i

Công trình bằng bê tông cốt thép = 0.3. Theo đường cong số 1; xác định hệ số động lực ξi

yji: Dịch chuyển ngang tỉ đối của công trình ở độ cao z ứng với dạng dao động thứ i, không thứ nguyên.

ψi Được xác định theo công thức 4.5 TCVN 229-1999 ψi =

n

ji Fj j 1

n 2

ji j j 1

y W y M









Trong đó:

Mj: Khối lượng của phần công trình mà trọng tâm có độ cao z lấy bằng toàn bộ tĩnh tải đứng và 50% hoạt tải trên sàn.

yji: Dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần thứ j ứng với dạng dao động riêng thứ nhất.

47 WFj: Giá trị tiêu chuẩn thành phần động chỉ kể đến xung vận tốc gió (f > fL=1.3hz ) (Giá trị fL được tra theo bảng 2 trong TCXD 299 :1999)

 Tính toán:

Bảng 5. 10: Chu kỳ dao động xuất ra từ chương trình ETABS

Mode Period UX UY UZ RX RY RZ

1 2.130664 -150.851 4.316766 0 -190.364 -5401.85 -116.951 2 1.811922 7.005603 63.62009 0 -2935.97 282.5165 -2250.85 3 1.793991 -0.88128 -134.327 0 6242.854 -31.5917 -1036.48 4 0.616497 -65.5053 1.403019 0 11.3652 254.5442 -103.292 5 0.569361 6.434551 1.271967 0 21.99213 5.150883 -981.509 6 0.463428 1.274062 72.55808 0 -685.156 8.928812 -1.21019 7 0.292941 -32.9371 -0.55142 0 24.36493 -0.59213 -365.894 8 0.287931 -23.4601 0.82349 0 -20.5073 -23.5478 511.5731 9 0.204912 0.094826 -42.8591 0 379.0498 -8.84045 43.03156 10 0.177924 -8.20762 -3.97499 0 51.92852 48.06917 -437.026 11 0.172689 -28.015 0.196561 0 -0.5698 108.3078 131.3457 12 0.122622 -2.99731 23.99265 0 -127.208 20.27719 -212.378

Nhận xét : Các tần số dao động riêng

Bảng 5. 11: Năm mode dao động đầu tiên Mode Period Tần số Dạng dao

động Chú thích

1 2.130664 0.469 Phương X Tính

2 1.811922 0.552 Phương Xoắn Loại

3 1.793991 0.557 Phương Y Tính

4 0.616497 1.622 Phương X Loại

5 0.569361 1.756 Phương Xoắn Loại

- Vậy fL = 1.3 Hz < f4 nên ta dừng lại ở mode 4. Nên việc xác định thành phần dao động của tải trọng gió cần kể đến ảnh hưởng của dao động 1 và dao động 3.

48 Bảng 5. 12: : Khối lượng, tâm khối lượng, tâm cứng tại mỗi cao trình sàn

Story Diaphragm MassX MassY XCM YCM XCR YCR

TANG MAI D1 1722.836 1722.836 21.853 15.4 21.86 15.537

TANG16 D1 1660.629 1660.629 21.852 15.4 21.87 15.548

TANG15 D1 1662.416 1662.416 21.853 15.4 21.883 15.56 TANG14 D1 1663.427 1663.427 21.853 15.399 21.897 15.575 TANG13 D1 1662.617 1662.617 21.853 15.4 21.912 15.592

TANG12 D1 1662.416 1662.416 21.853 15.4 21.93 15.616

TANG11 D1 1662.416 1662.416 21.853 15.4 21.953 15.646

TANG10 D1 1685.387 1685.387 21.853 15.4 21.98 15.685

TANG9 D1 1713.449 1713.449 21.852 15.4 22.015 15.734 TANG8 D1 1713.449 1713.449 21.852 15.4 22.059 15.799 TANG7 D1 1713.449 1713.449 21.852 15.4 22.119 15.888 TANG6 D1 1713.449 1713.449 21.852 15.4 22.202 16.014 TANG5 D1 1740.412 1740.412 21.852 15.4 22.326 16.202 TANG4 D1 1771.842 1771.842 21.852 15.4 22.518 16.493 TANG3 D1 1771.842 1771.842 21.852 15.4 22.858 16.997

TANG2 D1 1815.386 1815.386 21.852 15.4 23.61 18.061

TANG1 D1 1814.464 1814.464 22.168 15.605 28.333 24.048 HAM D1 2995.521 2995.521 21.845 14.515 21.875 14.585

Bảng 5. 13: Dịch chuyển ngang tỉ đối yji

Mode 1 Mode 3

Story Diaphragm UX UY UX UY

TANG MAI D1 0.0093 -0.0002 0.0001 0.0088

TANG16 D1 0.0089 -0.0002 0.0001 0.0084

TANG15 D1 0.0085 -0.0002 0.0001 0.0079

TANG14 D1 0.008 -0.0002 0 0.0073

TANG13 D1 0.0075 -0.0002 0 0.0067

TANG12 D1 0.0069 -0.0002 0 0.0061

TANG11 D1 0.0063 -0.0002 0 0.0055

TANG10 D1 0.0057 -0.0002 0 0.0049

TANG9 D1 0.0051 -0.0001 0 0.0043

TANG8 D1 0.0044 -0.0001 0 0.0037

TANG7 D1 0.0037 -0.0001 0 0.0031

TANG6 D1 0.0031 -0.0001 0 0.0025

TANG5 D1 0.0024 -0.0001 0 0.002

TANG4 D1 0.0018 -0.0001 0 0.0015

TANG3 D1 0.0012 -0.0001 0 0.001

TANG2 D1 0.0007 0 0 0.0006

TANG1 D1 0.0002 0 0 0.0002

HAM D1 0 0 0 0

49 Bảng 5. 14: Bảng tính gió động theo mode 1 và mode 3 theo phương X,Y

Tên Tầng Chiều cao từng tầng

(m)

Cao độ zj

(m)

Giá trị tính toán của thành phần động

của tải trọng gió Tọa độ

Gán vào sàn theo phương

X WPX (kN)

Gán vào sàn theo phương X

WPX (kN) Tâm khối lượng của công trình

Dạng 1 Dạng 1 XCM YCM

TANG MAI 3 58.5 44.4 54.51 21.85 15.4

TANG16 3.5 55.5 88.74 108.68 21.85 15.4

TANG15 3.5 52 91.37 110.19 21.85 15.4

TANG14 3.5 48.5 86.05 101.88 21.85 15.4

TANG13 3.5 45 80.63 93.46 21.85 15.4

TANG12 3.5 41.5 74.17 85.08 21.85 15.4

TANG11 3.5 38 67.72 76.71 21.85 15.4

TANG10 3.5 34.5 62.12 69.29 21.85 15.4

TANG9 3.5 31 56.51 61.82 21.85 15.4

TANG8 3.5 27.5 48.75 53.19 21.85 15.4

TANG7 3.5 24 41 44.57 21.85 15.4

TANG6 3.5 20.5 34.35 35.94 21.85 15.4

TANG5 3.5 17 27.01 29.2 21.85 15.4

TANG4 3.5 13.5 20.62 22.3 21.85 15.4

TANG3 3.5 10 13.75 14.87 21.85 15.4

TANG2 5 6.5 9.98 11.1 21.85 15.4

TANG1 4 1.5 4.18 4.71 22.17 15.61