CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG TRỤC 5 VÀ B
5.3 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG VÀO KHUNG
5.3.3 Tải gió tác dụng vào khung
- Công trình có độ cao h = 67.7 m so với mặt đất > 40m nên phải tính phần gió tĩnh và cả gió động do dao động riêng của công trình gây ra (theo TCVN 2737-1995:
Tải trọng và tác động)
- Tải trọng gió gồm 2 thành phần: Gió tĩnh và gió động 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:
Wtc = WjBh = Wo. kcBh (kN) Wtt = nWjBh = 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 TP Đà Nẵng thuộc vùng áp lực gió IIB nên lấy Wo
= 0.83 kN/m2
k: Hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió (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 mặt đón gió h: Diện truyền tải.
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.
- Các bước tính toán gió động:
Bước 1: Giá trị tiêu chuẩn thành phần động chỉ kể đến xung vận tốc gió (f >
fL=1.3Hz) được tính theo công thức 4.1 trang 8 TCVN 229-1999.
WFj = W. ζ. ν - Trong đó:
W: Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh: W = Wo.k.c Wo: Áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng
k: Hệ số tính theo sự thay đổi của áp lực gió c: Hệ số khí động
ζ: Hệ số áp lực động của tải trọng gió (tra bảng 3 TCVN 229-1999)
ν: Hệ số tương quan không gian áp lực động, lấy theo bảng 4, trong đó các hệ số ρ và χ lấy theo bảng 5 TCVN 229-1999, đối với mode 2 và mode 3, giá trị ν2=ν3=1 Bước 2: 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 TCVN 229-1999.
Wp = Mk.ξ.ψ.y Trong đó:
Mk: Khối lượng của phần công trình mà trọng tâm có độ cao z
ξ: Hệ số động lực phụ thuộc hệ số ε: (công thức 4.4 trang 10 TCVN 229-1999)
ε = .w 940.
o
fi
Ở đây:
: 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)
Từ tra đồ thị (hình 2 trang 10 – TCXD 229 : 1999) được
Công trình bằng bê tông cốt thép = 0.3. Theo đường cong số 1; xác định hệ số động lực ξ
y: Dịch chuyển ngang của công trình ở độ cao z ứng với dạng dao động thứ i ψ: Được xác định theo công thức 4.5 TCVN 229-1999
ψ =
1 2 1
. .
R Fj K
r
k k
y W y M
Trong đó:
Mk: 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.
y: Dịch chuyển ngang của trọng tâm phần thứ k.
WFj: Giá trị tiêu chuẩn thành phần động chỉ kể đến xung vận tốc gió (f >fL=1.3hz) Bước 3: Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió được xác định theo công thức 4.10 (trang 12 TCVN 229-1999) : Wtt = Wp
Trong đó:
Wtt: giá trị tính toán của tải trọng gió hoặc áp lực gió Wp: giá trị tiêu chuẩn của tải trọng gió hoặc áp lực gió γ: hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, γ lấy bằng 1.2
β: hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian giả định của công trình, xác định theo bảng 6 (trang 12 TCVN 229-1999)
Tính toán:
- Tính giá trị thành phần động chỉ kể đến xung vận tốc gió(f>fL) của các mode:
Bảng 5.4. Bảng chu kỳ dao động xuất ra từ chương trình Etabs
Mode Period UX UY UZ RX RY RZ
1 1.9348 131.8193 -1.3919 0 66.3223 5662.5197 -443.4227
2 1.8500 -1.9026
-
139.6704 0 6645.1920 -82.0731 -34.7952 3 1.6963 29.3170 -2.8058 0 132.9959 1277.0224 1951.4830 4 0.5203 0.9350 -59.7887 0 193.4389 3.3259 -40.2257 5 0.5021 23.0786 3.0023 0 -9.5974 84.4707 -782.0128 6 0.4420 -66.0013 0.2013 0 -0.6309 -259.9857 -295.6382 7 0.2483 6.0660 -26.0138 0 238.0605 11.7949 -374.1730 8 0.2473 -5.8485 -27.3069 0 250.0008 -11.3242 356.2275 9 0.1966 -40.4110 0.0464 0 -0.4445 -62.6361 -110.9433 10 0.1527 -5.3975 1.5027 0 -6.0011 8.4691 373.7928 11 0.1471 -0.3233 -27.9697 0 110.5458 0.5264 19.9940 12 0.1196 -27.6351 0.0353 0 -0.1319 50.4141 -69.0489
- Nhận xét : các tần số dao động riêng
f1 = 1/T1 = 1/1.9348= 0.517 Hz : dao động theo phương x f2 = 1/T2 = 1/ 1.85 = 0.54 Hz : dao động theo phương y f3 = 1/T3 = 1/1.6963= 0.589 Hz : xoắn
f4 = 1/T4 = 1/0.52 = 1.9Hz
- Vậy f3 < fL = 1.3 Hz < f4 nên ta dừng lại ở mode 3. Nên việc xác định thành phần dao động của tải trọng gió cần kể đến ảnh hưởng của 3 dao động đầu tiên.
- Tính gió theo phương X: tính các hệ số
+ Ứng với dạng dao động thứ 1: Tần số dao động theo phương X: f1 = 0.517 - Xác định hệ số áp lực động ζ 12: Tra bảng 3 TCVN 229-1999, ta được ζ 12 = 0.428 - Xác định hệ số ν
Ta có ρ = 40m, χ = H = 67.7m. Tra bảng 4 TCVN 229-1999, ta được ν = 0.73 Tính WFj = W. ζ. Ν; WF12 = 1.497 × 0.428 × 0.73 = 0.468 (kN/m2)
- Xác định ψi
Bảng 5.5. Bảng khối lượng xuất ra từ chương trình Etabs
Story MassX MassY
TUM 30.5589 30.5589
STORY19 906.4765 906.4765 STORY18 1170.8045 1170.8045 STORY17 1170.8045 1170.8045 STORY16 1170.8045 1170.8045 STORY15 1170.8045 1170.8045 STORY14 1170.8045 1170.8045
Story MassX MassY STORY13 1170.8045 1170.8045 STORY12 1170.8045 1170.8045 STORY11 1170.8045 1170.8045 STORY10 1170.8045 1170.8045 STORY9 1170.8045 1170.8045 STORY8 1170.8045 1170.8045 STORY7 1170.8045 1170.8045 STORY6 1170.8045 1170.8045 STORY5 1170.8045 1170.8045 STORY4 1170.8045 1170.8045 STORY3 1170.8045 1170.8045 STORY2 1170.8045 1170.8045 STORY1 1189.4597 1189.4597 HAM 1176.4686 1176.4686
R Fj
12 k 1r 4
2 k k 1
y.W 0.0923 0.468
0.065 6.3 10 1192.85
y .M
- Xác định hệ số động lực ξ theo ε1:
o 1
1
W 1.2 830
0.074 940.f 940 0.456
từ ε1 tra biểu đồ tìm được ξ12 = 1.691 - Xác định gió động:
Wp = Mk.ξ.ψ.y = 1192.85 × 1.691 × 0.049 × 0.007 = 0.803 (kN/m2)
tt
W = γ. Mp k.ξ.ψ.y.L.h = 1.2 × 0.803 × 24 × 3.4 = 146.6 (kN) - Tính gió theo phương Y: tính các hệ số
+ Ứng với dạng dao động thứ 1: Tần số dao động theo phương Y: f1 = 0.54
- Xác định hệ số áp lực động ζ 12: Tra bảng 3 TCVN 229-1999, ta được ζ 12 = 0.428 - Xác định hệ số ν
Ta có ρ = 24m, χ = H = 67.7m. Tra bảng 4 TCVN 229-1999, ta được ν = 0.642 Tính WFj = W. ζ. Ν; WF12 = 1.497 × 0.428 × 0.642 = 0.412 (kN/m2)
- Xác định ψi R
Fj
12 k 1r 4
2 k k 1
y.W 0.1032 0.412
0.054 7.5 10 1192.85
y .M
- Xác định hệ số động lực ξ theo ε1:
o 1
1
W 1.2 830
0.074 940.f 940 0.453
từ ε1 tra biểu đồ tìm được ξ12 = 1.694 - Xác định gió động:
Wp = Mk.ξ.ψ.y = 1192.85 × 1.694 × 0.038 × 0.007 = 0.758 (kN/m2)
tt
W =γ.Mp k.ξ.ψ.y.L.h=1.2x0.54×40×3.4=123.68(kN
Bảng 5.6. Bảng tính gió động theo phương X
Story z(m) yx M(Tấn) k W(kN/m2) S(m2) ζ WF Wttp(kN) Wt(kN) WT
TUM 67.7 0.0123 30.5589 1.407 1.635 10 0.41 0.489 1.49 58.86 60.35 STORY19 65.2 0.0108 906.4765 1.398 1.625 81.6 0.411 0.488 79.59 138.04 217.63 STORY18 61.8 0.0101 1170.805 1.386 1.611 81.6 0.413 0.486 130.17 157.74 287.91 STORY17 58.4 0.0095 1170.805 1.374 1.596 81.6 0.415 0.484 122.44 156.29 278.73 STORY16 55 0.0088 1170.805 1.36 1.58 81.6 0.418 0.482 113.42 154.74 268.16 STORY15 51.6 0.0081 1170.805 1.346 1.565 81.6 0.42 0.48 104.39 153.2 257.59 STORY14 48.2 0.0075 1170.805 1.329 1.545 81.6 0.423 0.477 96.66 151.24 247.9 STORY13 44.8 0.0068 1170.805 1.309 1.521 81.6 0.425 0.472 87.64 148.92 236.56 STORY12 41.4 0.0061 1170.805 1.288 1.497 81.6 0.428 0.468 78.62 146.6 225.22 STORY11 38 0.0055 1170.805 1.268 1.473 81.6 0.432 0.465 70.88 144.28 215.16 STORY10 34.6 0.0048 1170.805 1.248 1.45 81.6 0.437 0.462 61.86 141.96 203.82 STORY9 31.2 0.0042 1170.805 1.227 1.426 81.6 0.441 0.46 54.13 139.63 193.76 STORY8 27.8 0.0035 1170.805 1.2 1.395 81.6 0.446 0.454 45.11 136.56 181.67 STORY7 24.4 0.0029 1170.805 1.17 1.359 81.6 0.451 0.447 37.38 133.08 170.46 STORY6 21 0.0024 1170.805 1.139 1.324 81.6 0.456 0.44 30.93 129.6 160.53 STORY5 17.6 0.0019 1170.805 1.106 1.29 81.6 0.464 0.435 24.49 125.84 150.332 STORY4 14.2 0.0014 1170.805 1.067 1.24 81.6 0.474 0.429 18.04 121.43 139.473 STORY3 10.8 0.0009 1170.805 1.01 1.18 81.6 0.484 0.416 11.6 115.24 126.839 STORY2 7.4 0.0006 1170.805 0.94 1.09 81.6 0.502 0.4 7.73 106.68 114.416 STORY1 4 0.0003 1189.46 0.84 0.98 96 0.517 0.369 4.04 104.011 108.054
do an
Bảng 5. 1: Bảng tính gió theo phương Y
Story z(m) y M(Tấn) k W(kN/m2) S(m2) ζ WF Wttp(kN) Wt(kN) WT
TUM 67.7 0.0108 30.5589 1.407 1.635 10 0.41 0.43 1.8 98.09 99.89
STORY19 65.2 0.0105 906.4765 1.398 1.625 81.6 0.411 0.429 106.08 230.06 336.14 STORY18 61.8 0.0101 1170.805 1.386 1.611 81.6 0.413 0.427 178.45 262.9 441.35 STORY17 58.4 0.0097 1170.805 1.374 1.596 81.6 0.415 0.426 171.39 260.49 431.87 STORY16 55 0.0092 1170.805 1.36 1.58 81.6 0.418 0.424 162.55 257.91 420.46 STORY15 51.6 0.0087 1170.805 1.346 1.565 81.6 0.42 0.422 153.72 255.33 409.05 STORY14 48.2 0.0082 1170.805 1.329 1.545 81.6 0.423 0.419 144.88 252.07 396.95 STORY13 44.8 0.0076 1170.805 1.309 1.521 81.6 0.425 0.416 134.28 248.2 382.48 STORY12 41.4 0.007 1170.805 1.288 1.497 81.6 0.428 0.412 123.68 244.33 368.01 STORY11 38 0.0064 1170.805 1.268 1.473 81.6 0.432 0.409 113.08 240.46 353.54 STORY10 34.6 0.0057 1170.805 1.248 1.45 81.6 0.437 0.407 100.71 236.59 337.3 STORY9 31.2 0.0051 1170.805 1.227 1.426 81.6 0.441 0.404 90.11 232.72 322.83 STORY8 27.8 0.0044 1170.805 1.2 1.395 81.6 0.446 0.4 77.74 227.6 305.35 STORY7 24.4 0.0038 1170.805 1.17 1.359 81.6 0.451 0.394 67.14 221.8 288.94 STORY6 21 0.0031 1170.805 1.139 1.324 81.6 0.456 0.387 54.77 216 270.77 STORY5 17.6 0.0025 1170.805 1.106 1.29 81.6 0.464 0.383 44.17 209.74 253.912 STORY4 14.2 0.0019 1170.805 1.067 1.24 81.6 0.474 0.377 33.57 202.38 235.953 STORY3 10.8 0.0013 1170.805 1.01 1.18 81.6 0.484 0.366 22.97 192.07 215.035 STORY2 7.4 0.0008 1170.805 0.94 1.09 81.6 0.502 0.351 14.13 177.8 191.94 STORY1 4 0.0004 1189.46 0.84 0.98 96 0.517 0.324 7.39 173.352 180.741
do an