Thành phần tĩnh của tải trọng gió

CHƯƠNG 3: TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG

3.3.1. Thành phần tĩnh của tải trọng gió

- Thành phần tĩnh tiêu chuẩn của tải trọng gió được tính theo công thức:

j o ( )j

W  W k z c Trong đó:

Wo - Giá trị áp lực gió tiêu chuẩn lấy theo phân vùng áp lực gió trong TCVN 2737:1995;

c - Hệ số khí động lấy theo Bảng 6 TCVN 2737 : 1995;

cđ = 0.8 đối với mặt đón gió;

k(zj) : hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao:

t

j

2m j

(z ) g

t

k =1,844 z z

 

 

 

Ngoài ra, do công trình gồm 2 khối (khoảng trống trục E, F là 5.0m) nên ta có thêm gió ngang, hệ số cđ = ch = 0.5.

( )j

k z hệ số không thứ nguyên tính đến sự thay đổi áp lực gió. Giá trị ( ) k zj phụ thuộc vào độ cao và dạng địa hình, được cho trong Bảng 5 TCVN 2737 : 1995 - Thành phần tĩnh tiêu chuẩn của tải trọng gió được quy về lực tập trung tại cao trình sàn, tính theo công thức:

tc

j j j

W  W S Trong đó:

1

2

j j

j

h h S B  

 - Diện tích mặt đón gió của tầng thứ j;

hj,hj-1 - Chiều cao tầng trên và dưới của sàn đang xét;

B - Bề rộng của mặt đón gió theo phương đang xét.

- Thành phần tĩnh tính toán của tải trọng gió được quy về lực tập trung tại cao trình sàn, tính theo công thức:

tt tc

j j

W   W Trong đó:

 1.2 - Hệ số độ tin cậy đối với tải trọng gió.

- Công trình nằm ở Quận 3, thành phố Hồ Chí Minh, thuộc khu vực IIA. Tra Bảng 4 (Giá trị áp lực gió tiêu chuẩn W0) và Mục 6.4.1, TCVN 2737:1995, ta có:

Áp lực gió tiêu chuẩn: Wo= 95 - 12 = 83 daN/m2 = 0.83 kN/m2.

Bx By

Tầng 2 4 4 0.85 0.56 0.42 0.99 176.00 368.50 173.37 Tầng 3 3 7 0.94 0.62 0.47 1.09 96.00 201.00 104.59 Tầng 4 3 10 1.00 0.66 0.50 1.16 96.00 201.00 111.52 Tầng KT 1 3 13 1.05 0.70 0.52 1.22 80.00 167.50 97.43

Tầng 5 2 15 1.08 0.71 0.54 1.25 88.00 184.25 109.97 Tầng 6 3.5 18.5 1.12 0.74 0.56 1.30 112.00 234.50 145.34 Tầng 7 3.5 22 1.15 0.77 0.57 1.34 112.00 217.00 149.95 Tầng 8 3.5 25.5 1.18 0.79 0.59 1.38 112.00 217.00 153.99 Tầng 9 3.5 29 1.21 0.80 0.60 1.41 112.00 217.00 157.59 Tầng 10 3.5 32.5 1.24 0.82 0.62 1.44 112.00 217.00 160.86 Tầng 11 3.5 36 1.26 0.84 0.63 1.46 112.00 217.00 163.85 Tầng 12 3.5 39.5 1.28 0.85 0.64 1.49 112.00 217.00 166.61 Tầng 13 3.5 43 1.30 0.86 0.65 1.51 112.00 217.00 169.17 Tầng 14 3.5 46.5 1.32 0.88 0.66 1.53 112.00 217.00 171.57 Tầng 15 3.5 50 1.34 0.89 0.67 1.55 112.00 217.00 173.83 Tầng 16 3.5 53.5 1.35 0.90 0.67 1.57 112.00 217.00 175.96 Tầng 17 3.5 57 1.37 0.91 0.68 1.59 112.00 217.00 177.98 Tầng 18 3.5 60.5 1.38 0.92 0.69 1.61 112.00 217.00 179.90 Tầng 19 3.5 64 1.40 0.93 0.70 1.62 112.00 217.00 181.73 Tầng KT 2 3.5 67.5 1.41 0.94 0.70 1.64 82.40 159.65 134.99 Tầng mái 1.65 69.15 1.42 0.94 0.71 1.65 13.86 11.55 22.80

Bảng 3.6: Giá trị tải trọng gió theo phương X (trục 1-6)

Chiều Cao Hệ Bề rộng đón

Tầng 2 4 4 1.416 0.56 0.42 0.99 176.00 368.50 362.99 Tầng 3 3 7 1.41 0.62 0.47 1.09 96.00 201.00 218.98 Tầng 4 3 10 1.396 0.66 0.50 1.16 96.00 201.00 233.50 Tầng KT 1 3 13 1.382 0.70 0.52 1.22 80.00 167.50 203.99 Tầng 5 2 15 1.368 0.71 0.54 1.25 88.00 184.25 230.24 Tầng 6 3.5 18.5 1.352 0.74 0.56 1.30 112.00 234.50 304.31 Tầng 7 3.5 22 1.336 0.77 0.57 1.34 112.00 217.00 290.52 Tầng 8 3.5 25.5 1.318 0.79 0.59 1.38 112.00 217.00 298.35 Tầng 9 3.5 29 1.3 0.80 0.60 1.41 112.00 217.00 305.34 Tầng 10 3.5 32.5 1.28 0.82 0.62 1.44 112.00 217.00 311.66 Tầng 11 3.5 36 1.259 0.84 0.63 1.46 112.00 217.00 317.45 Tầng 12 3.5 39.5 1.236 0.85 0.64 1.49 112.00 217.00 322.80 Tầng 13 3.5 43 1.211 0.86 0.65 1.51 112.00 217.00 327.77 Tầng 14 3.5 46.5 1.183 0.88 0.66 1.53 112.00 217.00 332.42 Tầng 15 3.5 50 1.152 0.89 0.67 1.55 112.00 217.00 336.79 Tầng 16 3.5 53.5 1.117 0.90 0.67 1.57 112.00 217.00 340.92 Tầng 17 3.5 57 1.075 0.91 0.68 1.59 112.00 217.00 344.83 Tầng 18 3.5 60.5 1.048 0.92 0.69 1.61 112.00 217.00 348.55 Tầng 19 3.5 64 1 0.66 0.50 1.22 96.00 201.00 352.09 Tầng KT 2 3.5 67.5 0.938 0.62 0.47 1.16 96.00 201.00 261.53 Tầng mái 1.65 69.15 0.848 0.56 0.42 1.09 176.00 368.50 19.00

Bảng 3.7: Giá trị tải trọng gió theo phương Y (trục A-J)

3 Tầng 19 3.5 64.0 1.10 32.0 119.87

4 Tầng 18 3.5 60.5 1.07 32.0 116.71

5 Tầng 17 3.5 57.0 1.04 32.0 113.55

6 Tầng 16 3.5 53.5 1.01 32.0 110.39

7 Tầng 15 3.5 50.0 0.98 32.0 107.22

8 Tầng 14 3.5 46.5 0.95 32.0 104.06

9 Tầng 13 3.5 43.0 0.92 32.0 100.90

10 Tầng 12 3.5 39.5 0.90 32.0 97.74

11 Tầng 11 3.5 36.0 0.87 32.0 94.58

12 Tầng 10 3.5 32.5 0.84 32.0 91.42

13 Tầng 9 3.5 29.0 0.81 32.0 88.26

14 Tầng 8 3.5 25.5 0.78 32.0 85.09

15 Tầng 7 3.5 22.0 0.75 32.0 81.93

16 Tầng 6 3.5 18.5 0.72 32.0 78.77

17 Tầng 5 2.0 15.0 0.69 32.0 58.43

Bảng 3.8: Giá trị tải trọng gió đẩy ngang (theo phương X) do gió theo phương Y gây ra.

3.3.2. Thành phần động của tải trọng gió

Trình tự tính toán xác định thành phần động của tải trọng gió:

- Bước 1: Xác định điều kiện áp dụng tính toán thành phần động;

Công trình cao 69.15.0 m > 40 m thỏa yêu cầu tính toán gió động.

- Bước 2: Tính thành phần tĩnh của tải trọng gió;

Được xác định theo Mục 3.3.1

- Bước 3: Tính thành phần động của tải trọng gió:

 So sánh tần số f1 với tần số giới hạn fL 1.3 -Theo Bảng 9 TCVN 2737 : 1995

 Trường hợp 1: f1 fL:

 Thành phần động của tải trọng gió chỉ xét tác dụng của xung vận tốc gió.

 Khi đó giá trị tiêu chuẩn thành phần động của áp lực gió Wpj tác dụng lên phần thứ j của công trình:

Wpj  Wj j Trong đó:

Wj  W k(z )c0 j -Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió;

 - Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió ứng với các dạng dao động khác nhau, không thứ nguyên. Khi tính toán với dạng dao động thứ nhất,  lấy bằng 1, còn đối với các dạng dao động còn lại,  lấy bằng 1. Giá trị 1 được tra theo Bảng 3-6.

Hình 3.3: Hệ số tọa độ khi xác định hệ số tương quan không gian ν

 (m) Hệ số ν1 khi χ bằng (m)

5 10 20 40 80 160 350

0.1 0.95 0.92 0.88 0.83 0.76 0.67 0.56

5 0.89 0.87 0.84 0.80 0.73 0.65 0.54

10 0.85 0.84 0.81 0.77 0.71 0.64 0.53

20 0.80 0.78 0.76 0.73 0.68 0.61 0.51

40 0.72 0.72 0.70 0.67 0.63 0.57 0.48

80 0.63 0.63 0.61 0.59 0.56 0.51 0.44

160 0.53 0.53 0.52 0.50 0.47 0.44 0.38

Bảng 3.8: Bảng tra hệ số tương quan ν1

Mặt phẳng tọa độ cơ bản

song song với mặt đón gió  χ

zOx D H

zOy 0.4L H

xOy D L

Bảng 3.9: Các tham số  và χ

 Trường hợp 2: f1 fL:

 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.

 Xét số dao động cần tính toán thành phần gió động:

1

s L s

f  f  f 

 Các giá trị tần số dao động riêng cơ bản thứ s thỏa phương trình thì cần tính toán thành phần động của tải trọng gió.

 Giá trị tiêu chuẩn của thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j ứng với dao động thứ i:

( )

p ji j i i ji

W  M  y Trong đó:

Mj- Khối tượng tập trung của phần công trình thứ i (t);

i - Hệ số động lực ứng với dao động thứ I phụ thuộc vào  và i;

0

i 940

i

W f

   Với W0 (N m/ 2), (fi Hz) ;

Hệ số 1

2 1 n

ji Fj j

i n

ji j j

y W y M

 



 



 Với WFj- Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió chỉ kể đến xung vận tốc gió được xác định: WFj WjjSj

 Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió được xác định theo công thức:

Wtt  W 

Trong đó:

W= Wpj - Trường hợp f1  fL W= Wp(ji)- Trường hợp f1 fL

 - Hệ số điều chỉnh tải trọng gió;

Giả thiết  1- Thời gian sử dụng giả định 50 năm.

Với sự trợ giúp của máy tính cùng phương pháp phần tử hữu hạn, sinh viên mô hình công trình và tính toán các thông số động lực học công trình như trong bảng sau:

Hình 3.4: Khai báo cái trường hợp tải trọng

Hình 3.5: Khai báo Mass Source

Mode Period UX UY UZ RX RY RZ

1 1.970 0.652 0.000 0.000 0.000 0.351 0.000

2 1.809 0.000 0.675 0.000 0.331 0.000 6E-07

3 1.765 0.000 5E-07 0.000 0.000 0.000 0.634

4 1.520 0.580 0.000 0.000 0.000 0.298 0.000

5 1.310 2E-05 0.000 0.000 0.000 4E-06 0.058

6 1.294 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

7 0.478 0.000 1E-06 0.000 3E-06 0.000 0.139

8 0.464 0.185 0.000 0.000 0.000 0.271 0.000

9 0.456 0.000 0.170 0.000 0.305 0.000 1E-06

10 0.403 0.000 3E-06 0.000 4E-06 0.000 0.000

11 0.379 2E-05 0.000 0.000 0.000 3E-05 0.013

12 0.328 0.000 2E-05 0.000 4E-05 0.000 0.000

Bảng 3.10: Kết quả phân tích dao động

 Nhận xét : Các thông số được tính toán có giá trị hợp lý. Chu kỳ dao động của mode 1 gần sát với công thức ước lượng gần đúng chu kỳ của công trình ( bằng 1/10 số tầng). Sinh viên chấp nhận kết quả này để tính toán.

Dạng dao động

Chu kỳ T (s)

Tần số f (Hz)

Phương dao động

Tần số

[f] (Hz) Ghi chú

1 1.970 0.608 X

<1.3

Tính

2 1.809 0.753 Y Tính

3 1.765 0.767 Xoắn Không tính

4 1.520 0.858 X Tính

5 1.310 0.963 Xoắn Không tính

Bảng 3.11: Các dao động được tính thành phần động

 Từ kết quả phân tích dao động theo TCVN 2737 : 1995, thì phải xét 5 dạng dao động đầu tiên vì có tần số nhỏ hơn tần số giới hạn. Tuy nhiên dạng dao động thứ 3,5 xoắn nên sinh viên chọn phương án không tính.

Dạng dao động thứ 1

Tần số dao động f (Hz) 0.608

Hệ số khí động c 1.400

Bề rộng đón gió L 32.00

Chiều cao mặt đón gió H (m) 69.15

Hệ số ν1 (L, H) 0.674

Hệ số ε 0.066

Hệ số ξ 1.700

Hệ số Ψ 6.769

STT Tầng Mj

(kN) Z(m) ζ (kN) WFj yji yjiWFj yji2Mj WpjiX

(kN) 1 MAI 47.205 71.0 0.519 13.04 0.0073 0.095 0.003 3.97 2 TANG KT2 1160.863 67.5 0.528 38.46 0.0069 0.265 0.055 92.17 3 TANG 19 1417.807 64.0 0.537 50.59 0.0065 0.329 0.060 106.04 4 TANG 18 1573.670 60.5 0.546 50.06 0.0061 0.305 0.059 110.46 5 TANG 17 1573.670 57.0 0.554 49.49 0.0057 0.282 0.051 103.22 6 TANG 16 1583.706 53.5 0.563 48.87 0.0053 0.259 0.044 96.58 7 TANG 15 1594.903 50.0 0.572 48.21 0.0048 0.231 0.037 88.09 8 TANG 14 1594.903 46.5 0.581 47.51 0.0044 0.209 0.031 80.75 9 TANG 13 1594.903 43.0 0.589 46.76 0.004 0.187 0.026 73.41 10 TANG 12 1607.346 39.5 0.598 45.97 0.0036 0.165 0.021 66.58 11 TANG 11 1620.949 36.0 0.607 45.14 0.0032 0.144 0.017 59.69 12 TANG 10 1620.949 32.5 0.616 44.26 0.0028 0.124 0.013 52.23

STT Tầng Mj

(kN) Z(m) ζ (kN) WFj yji yjiWFj yji2Mj WpjiX

(kN) 18 TANG KT1 3047.224 13.0 0.664 28.65 0.0008 0.023 0.002 28.05 19 TANG 4 2931.357 10.0 0.673 35.23 0.0006 0.021 0.001 20.24 20 TANG 3 2931.357 7.0 0.681 34.17 0.0004 0.014 0.000 13.49 21 TANG 2 2630.732 4.0 0.689 37.34 0.0002 0.007 0.000 6.05 22 TANG 1 2607.572 0 0.699 19.90 0.000 0.000 0.000 0.00

Tổng 3.000 0.443

Bảng 3.12: Kết quả tính toán thành phần động của tải trọng gió theo phương X (WD1X)

Dạng dao động thứ 2

Tần số dao động f (Hz) 0.753

Hệ số khí động c 1.400

Bề rộng đón gió từ Tầng 1 đến Tầng KT1 L1 (m) 67.00 Bề rộng đón gió từ Tầng 5 đến Tầng Mái L2 (m) 31.00

Chiều cao mặt đón gió H (m) 67.80

Hệ số ν1 (L1, H) 0.676

Hệ số ν1 (L2, H) 0.743

Hệ số ε 0.061

Hệ số ξ 1.670

Hệ số Ψ 8.541

STT Tầng Mj

(kN) Z(m) ζ (kN) WFj yji yjiWFj yji2Mj WpjiY

(kN) 1 MAI 47.205 71.0 0.519 5.92 0.0070 0.041 0.002 4.70 2 TANG KT2 1160.863 67.5 0.528 38.37 0.0067 0.255 0.051 110.13 3 TANG 19 1417.807 64.0 0.537 64.39 0.0063 0.406 0.056 127.59 4 TANG 18 1573.670 60.5 0.546 63.72 0.0060 0.380 0.056 133.81 5 TANG 17 1573.670 57.0 0.554 62.99 0.0056 0.353 0.049 125.79 6 TANG 16 1583.706 53.5 0.563 62.20 0.0052 0.326 0.043 118.33 7 TANG 15 1594.903 50.0 0.572 61.36 0.0049 0.298 0.038 110.66 8 TANG 14 1594.903 46.5 0.581 60.47 0.0045 0.271 0.032 101.94 9 TANG 13 1594.903 43.0 0.589 59.52 0.0041 0.244 0.027 93.09 10 TANG 12 1607.346 39.5 0.598 58.51 0.0037 0.216 0.022 84.79 11 TANG 11 1620.949 36.0 0.607 57.45 0.0033 0.190 0.018 76.39 12 TANG 10 1620.949 32.5 0.616 56.33 0.0029 0.164 0.014 67.28 13 TANG 9 1620.949 29.0 0.624 55.15 0.0025 0.139 0.010 58.27 14 TANG 8 1635.797 25.5 0.633 53.93 0.0021 0.115 0.007 49.89 15 TANG 7 1651.807 22.0 0.642 52.64 0.0018 0.093 0.005 41.70

STT Tầng Mj

(kN) Z(m) ζ (kN) WFj yji yjiWFj yji2Mj WpjiY

(kN) 18 TANG KT1 3047.224 13.0 0.664 64.67 0.0009 0.059 0.003 39.99 19 TANG 4 2931.357 10.0 0.673 79.51 0.0007 0.052 0.001 27.22 20 TANG 3 2931.357 7.0 0.681 77.11 0.0004 0.032 0.001 17.35 21 TANG 2 2630.732 4.0 0.689 84.26 0.0002 0.018 0.000 8.18 22 TANG 1 2607.572 0 0.699 44.91 0.0000 0.002 0.000 1.56

Tổng 3.770 0.441

Bảng 3.13: Kết quả tính toán thành phần động của tải trọng gió theo phương Y (trục A-J) (WDY)

Dạng dao động thứ 4

Tần số dao động f (Hz) 0.857

Hệ số khí động c 1.400

Bề rộng đón gió L 32.00

Chiều cao mặt đón gió H (m) 69.15

Hệ số ν1 (L, H) 0.674

Hệ số ε 0.051

Hệ số ξ 1.590

Hệ số Ψ 6.328

STT Tầng Mj

(kN) Z(m) ζ (kN) WFj yji yjiWFj yji2Mj W (kN) pjiX 1 MAI 47.205 71.0 0.519 13.04 0.0082 0.107 0.003 3.89 2 TANG KT2 1160.863 67.5 0.528 38.46 0.0076 0.292 0.067 88.77 3 TANG 19 1417.807 64.0 0.537 50.59 0.0071 0.359 0.071 101.29 4 TANG 18 1573.670 60.5 0.546 50.06 0.0065 0.325 0.066 102.93 5 TANG 17 1573.670 57.0 0.554 49.49 0.0059 0.292 0.055 93.42 6 TANG 16 1583.706 53.5 0.563 48.87 0.0054 0.264 0.046 86.05 7 TANG 15 1594.903 50.0 0.572 48.21 0.0048 0.231 0.037 77.03 8 TANG 14 1594.903 46.5 0.581 47.51 0.0042 0.200 0.028 67.40 9 TANG 13 1594.903 43.0 0.589 46.76 0.0037 0.173 0.022 59.38 10 TANG 12 1607.346 39.5 0.598 45.97 0.0031 0.143 0.015 50.14 11 TANG 11 1620.949 36.0 0.607 45.14 0.0026 0.117 0.011 42.41 12 TANG 10 1620.949 32.5 0.616 44.26 0.0021 0.093 0.007 34.25 13 TANG 9 1620.949 29.0 0.624 43.34 0.0016 0.069 0.004 26.10 14 TANG 8 1635.797 25.5 0.633 42.37 0.0011 0.047 0.002 18.11

15 0.642 41.36 0.0008

STT Tầng Mj

(kN) Z(m) ζ (kN) WFj yji yjiWFj yji2Mj WpjiX

(kN) 20 TANG 3 2931.357 7.0 0.681 34.17 0.0000 0.000 0.000 0.000 21 TANG 2 2630.732 4.0 0.689 37.34 0.0000 0.000 0.000 0.000 22 TANG 1 2607.572 0 0.699 19.90 0.0000 0.000 0.000 0.000

Tổng 2.765 0.437

Bảng 3.14: Kết quả tính toán thành phần động của tải trọng gió theo phương X (trục 1-6) (WD2X)