CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG
5.2.2. Tính toán thành phần động
Thành phần động của gió được xác định dựa theo tiêu chuẩn TCXD 229 -1999.
Thành phần động của tải trọng gió được xác định theo các phương tương ứng với phương tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió. Trong tiêu chuẩn chỉ kể đến thành phần gió dọc theo phương X và phương Y bỏ qua thành phần gió ngang và momen xoắn.
5.2.2.1. Thiết lập tính toán động lực
Theo TCVN 229 – 1999 thì sơ đồ tính toán động lực là hệ thanh console có hữu hạn điểm tập trung khối lượng xác định theo phụ lục A của TCXD 299-1999
Hình 5.1: Sơ đồ tính toán động lực tải trọng gió lên công trình 5.2.2.2. Áp dụng tính toán
TrongTCXD 229:1999, qui định chỉ cần tính toán thành phần động của tải trọng gió ứng với s dạng dao động đầu tiên, với tần số dao động riêng cơ bản thứ s thỏa mãn bất đẳng thức:
s L s 1
f f f Trong đó:
fL được tra trong bảng 2 TCXD 229:1999
Đối với kết cấu sử dụng bê tông cốt thép lấy δ = 0.3 tra bảng thu được fL = 1.3 Hz.
Cột và vách được ngàm với móng.
Gió động của công trình được tính theo 2 phương X và Y, mỗi dạng dao động chỉ xét theo phương có chuyển vị lớn hơn. Tính toán thành phần động của gió, gồm các bước sau:
- Xác định tần số dao động riêng của công trình.
Sử dụng phần mềm Etabs khảo sát với 6 mode dao động của công trình Bảng 5.6: Phần trăm khối lượng tham gia dao động
Mode Period Tần số UX UY UZ SumUX SumUY SumUZ RZ
1 1.98639 0.50343 58.516 6.9189 0 58.5159 6.9189 0 0.0013 2 1.88097 0.53164 0.1615 1.2042 0 58.6775 8.1231 0 65.5209 3 1.8718 0.53425 6.5468 59.5757 0 65.2243 67.6987 0 1.3554
4 0.53101 1.88321 0 0.0005 0 65.2243 67.6992 0 11.79
5 0.49725 2.01105 0.5474 14.0177 0 65.7717 81.7169 0 0.0003 6 0.45886 2.17932 15.958 0.5044 0 81.7295 82.2213 0 0
Nhận xét:
Căn cứ vào bảng 5.6 ta có:
f3= 0.534 < fL= 1.3 < f4 = 1.883
Như vậy theo TCXD 229-1999, tính thành phần động của gió với 3 mode tải trọng.
Tuy nhiên khi quan sát dao động trong Etabs nhận thấy mode 2 bị xoắn nên bị loại. Do vậy chỉ xác định thành phần động của gió theo 2 mode:
Phương X theo mode 1
Phương Y theo mode 3
- Tính toán thành phần động của tải trọng gió (mục 4.5 – TCXD 229:1999)
Giá trị tiêu chuẩn thành động của gió tác dụng lên phần tử j của dạng dao động thứ i được xác định theo công thức:
WP(ji) = M .j i.i.y (5-3) ji Trong đó: M : khối lượng tập trung của phần công trình thứ j. j i: hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i.
i: hệ số được xác định bằng cách chia công trình thành nhiều phần, trong phạm vi mỗi phần tải trọng gió có thể xem như không đổi.
y : biên độ dao động tỉ đối của phần công trình thứ j ứng với dạng dao động ji riêng thứ i
Xác định
Hệ số động lực i ứng với dạng dao động thứ i được xác định dựa vào đồ thị xác định hệ số động lực cho trong TCXD 229:1999, phụ thuộc vào thông số ivà độ giảm lôga của dao động
Do công trình bằng BTCT nên có = 0.3.
Thông sốixác định theo công thức: i 0
i
ε = γW
940f (5-4) Trong đó: : hệ số tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1.2.
W (N/m0 2): giá trị áp lực gió, đã xác định ở trên W0 = 95 kG/m2 = 950 N/m2 f : tần số dao động riêng thứ i i
Xác định i
Hệ số i được xác định bằng công thức:
n
ji Fj j=1
i n
2 ji j j=1
y W
=
y M
ψ (5-5)
Trong công thức trên,W là giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng Fj lên phần thứ j của công trình, ứng với các dạng dao động khác nhau chỉ kể đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió, xác định theo công thức:
Fj j j j
W = W ς S ν (5-6) Trong đó:
j: hệ số áp lực động của tải trọng gió ở độ cao zj ứng với phần tử thứ j của công trình, tra Bảng 3 TCXD 299:1999.
S : diện tích mặt đón gió ứng với phần tử thứ j của công trình: j
j j 1
j
h h
S B
2
(5-7)
j j 1
h , h , B lần lượt là chiều cao tầng của tầng thứ j, j-1, và bề rộng đón gió.
: là hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió ứng với dạng dao động khác nhau của công trình, không thứ nguyên.
+ Với dạng dao động thứ nhất: =1 + Các dạng dao động còn lại: = 1
Giá trị 1 được lấy theo Bảng 4 TCXD 229-1999 phụ thuộc vào 2 tham số và Tra Bảng 5 TCXD 229-1999 để có được 2 thông số này.
Các thông số D và H được xác định như hình sau (mặt màu đen là mặt đón gió):
Hình 5.3: Hệ tọa độ khi xác định hệ số không gian ν
yji : dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm tầng thứ j ứng với dạng dao động tự nhiên thứ i, không thứ nguyên.
M : Khối lượng tập trung của phần công trình thứ j. j
Sau khi xác định được đầy đủ các thông số M , j i, i, y xác định được các giá trị tiêu ji chuẩn thành phần động của gió tác dụng lên phần tử j ứng với dạng dao động thứ i WP(ji) .
Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió được xác định theo công thức:
tt
p(ji) P(ji)
W = W . . (5-8) Trong đó: - Hệ số độ tin cậy lấy bằng 1.2
- Hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian, lấy bằng 1 Bảng 5.7: Kết quả tính toán thành phần động của gió theo phương X
Bảng 5.8: Kết quả tính toán thành phần động của gió theo phương Y
f1x
ε1 ξ1 Ψ1 x1 Wpj1
MAI 138.836 0.53169 0.7575 0.50614 0.66817 0.06669 1.64483 4.53461 0.0087 10.8109 TANGTHUONG 1868.33 0.53743 0.72139 0.47865 0.66352 0.06669 1.64483 4.53461 0.0081 135.45
TANG16 2488.81 0.54285 0.72139 0.47552 0.65918 0.06669 1.64483 4.53461 0.0076 169.296 TANG15 2488.81 0.54828 0.72139 0.472 0.6543 0.06669 1.64483 4.53461 0.007 155.931 TANG14 2488.81 0.5537 0.72139 0.46693 0.64726 0.06669 1.64483 4.53461 0.0065 144.793 TANG13 2488.81 0.55913 0.72139 0.46166 0.63996 0.06669 1.64483 4.53461 0.0059 131.427 TANG12 2488.81 0.5659 0.72139 0.45634 0.63259 0.06669 1.64483 4.53461 0.0053 118.062 TANG11 2488.81 0.57605 0.72139 0.45101 0.62519 0.06669 1.64483 4.53461 0.0047 104.696 TANG10 2495.83 0.5862 0.72139 0.44519 0.61713 0.06669 1.64483 4.53461 0.0041 91.5882 TANG9 2504.07 0.59635 0.72139 0.43816 0.60738 0.06669 1.64483 4.53461 0.0035 78.4433 TANG8 2504.07 0.6065 0.72139 0.4296 0.59552 0.06669 1.64483 4.53461 0.003 67.2372 TANG7 2504.07 0.61665 0.72139 0.42051 0.58291 0.06669 1.64483 4.53461 0.0024 53.7897 TANG6 2504.07 0.6336 0.72139 0.41215 0.57132 0.06669 1.64483 4.53461 0.0019 42.5835 TANG5 2512.26 0.65565 0.72139 0.40231 0.55769 0.06669 1.64483 4.53461 0.0014 31.48 TANG4 2521.69 0.6777 0.72139 0.38403 0.53234 0.06669 1.64483 4.53461 0.0009 20.313 TANG3 2521.69 0.719 0.72139 0.36162 0.50129 0.06669 1.64483 4.53461 0.0006 13.542 TANG2 2522.73 0.754 0.72139 0.31918 0.44245 0.06669 1.64483 4.53461 0.0003 6.77383
Khối lượng tầng
Wj2,3 Hệ số
tương quan không
gian Hệ số
áp lực động
Tính toán thành phần động theo phương X 0.50342708
Tầng Wj1
f1x
ε1 ξ1 Ψ1 x1 Wpj1
MAI 138.836 0.53169 0.75451 0.50414 0.66817 0.06284 1.61917 4.15993 0.0081 9.08964 TANGTHUONG 1868.33 0.53743 0.65245 0.43291 0.66352 0.06284 1.61917 4.15993 0.0077 116.28
TANG16 2488.81 0.54285 0.65245 0.43008 0.65918 0.06284 1.61917 4.15993 0.0072 144.838 TANG15 2488.81 0.54828 0.65245 0.42689 0.6543 0.06284 1.61917 4.15993 0.0068 136.792 TANG14 2488.81 0.5537 0.65245 0.4223 0.64726 0.06284 1.61917 4.15993 0.0064 128.745 TANG13 2488.81 0.55913 0.65245 0.41754 0.63996 0.06284 1.61917 4.15993 0.0059 118.687 TANG12 2488.81 0.5659 0.65245 0.41273 0.63259 0.06284 1.61917 4.15993 0.0054 108.629 TANG11 2488.81 0.57605 0.65245 0.4079 0.62519 0.06284 1.61917 4.15993 0.0048 96.5588 TANG10 2495.83 0.5862 0.65245 0.40265 0.61713 0.06284 1.61917 4.15993 0.0043 86.7444 TANG9 2504.07 0.59635 0.65245 0.39628 0.60738 0.06284 1.61917 4.15993 0.0037 74.8871 TANG8 2504.07 0.6065 0.65245 0.38854 0.59552 0.06284 1.61917 4.15993 0.0032 64.7672 TANG7 2504.07 0.61665 0.65245 0.38032 0.58291 0.06284 1.61917 4.15993 0.0026 52.6234 TANG6 2504.07 0.6336 0.65245 0.37276 0.57132 0.06284 1.61917 4.15993 0.0021 42.5035 TANG5 2512.26 0.65565 0.65245 0.36386 0.55769 0.06284 1.61917 4.15993 0.0016 32.4896 TANG4 2521.69 0.6777 0.65245 0.34732 0.53234 0.06284 1.61917 4.15993 0.0011 22.4204 TANG3 2521.69 0.719 0.65245 0.32706 0.50129 0.06284 1.61917 4.15993 0.0006 12.2293
Tính toán thành phần động theo phương Y 0.534246253 Tầng
Khối lượng tầng
Wj2,3 Wj1
Hệ số áp lực động
Hệ số tương quan không gian