Thành phần động của tải trọng gió tác động lên công trình là lực do xung của vận tốc gió và lực quán tính của công trình gây ra. Giá trị của lực này được xác định trên cơ sở thành phần tĩnh của tải trọng gió nhân với các hệ số có kể đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình.
Theo TCXD 229:1999 thành phần động của tải trọng gió phải được kể đến khi tính toán nhà nhiều tầng cao hơn 40m. Với công trình này có chiều cao H = 50.8 m > 40 m nên ta phải tính toán tải trọng gió động tác dụng lên nhà.
Việc tính toán công trình chịu tác dụng động lực của tải trọng gió gồm: Xác định thành phần động của tải trọng gió và phản ứng của công trình do thành phần động của tải trọng gió gây ra ứng với từng dạng dao động.
Trình tự tính toán thành phần động của tải trọng gió
Hình 4.1:Sơ đồ tính được chọn là hệ thanh công xôn có hữu hạn điểm tập trung khối lượng Chia công trình thành n phần sao cho mỗi phần có độ cứng và áp lực gió lên bề mặt công trình có thể coi như không đổi.
Vị trí của các điểm tập trung khối lượng đặt tương ứng với cao trình trọng tâm của các kết cấu truyền tải trọng ngang của công trình (sàn nhà, mặt bằng bố trí giằng ngang, sàn thao tác), hoặc trọng tâm của các kết cấu, các thiết bị cố định…
Độ cứng của thanh công xôn lấy bằng độ cứng tương đương của công trình. Có thể xác định độ cứng tương đương trên cơ sở tính toán sao cho sự chuyển dịch ở đỉnh của công trình và đỉnh của thanh công xôn cùng một lực ngang.
Xác định giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió lên các phần của công trình (xem phần gió tĩnh).
Xác định tần số dao động riêng và dạng dao động
Giá trị khối lượng tập trung bằng tổng của trọng lượng bản thân kết cấu, tải trọng các lớp cấu tạo sàn (phân bố đều trên sàn), hoạt tải (phân bố đều trên sàn). TCVN 2737 : 1995 và TCXD 229 : 1999 cho phép sử dụng hệ số chiết giảm đối với hoạt tải, tra bảng 1 (TCXD 229 : 1999), lấy hệ số chiết giảm là 0.5.
Việc tính toán tần số dao động riêng của 1 công trình nhiều tầng là rất phức tạp, do đó cần phải có sự hỗ trợ của các chương trình máy tính. Trong đồ án này phần mềm ETABS được dùng để tính toán các tần số dao động riêng của công trình.
Việc mô hình trong chương trình ETABS được thực hiện như sau:
Dầm được mô hình bằng phần tử Line.
Vách và sàn được mô hình bằng phần tử Area.
Trọng lượng bản thân của kết cấu do ETABS tự tính toán.
Trọng lượng các lớp cấu tạo sàn được phân bố đều trên sàn.
Trọng lượng bản thân tường được gán trên dầm và dầm None.
Hoạt tải được gán phân bố đều trên sàn, sử dụng hệ số chiết giảm là 0.5.
Trong TCXD 229 : 1999, quy 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: fs < fL < fs + 1 .
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, vùng gió II ta được fL = 1.3 Hz. 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
Sử dụng phần mềm ETABS khảo sát với 05 Mode dao động của công trình.
Bảng 4.1: Kết quả 5 mode dao động.
Mode Period Tần số
fL (1/s) Dao động Ghi chú
1 1.72 0.58 Xoắn Không
2 1.54 0.65 Phương Y Tính
3 1.17 0.85 Phương X Tính
4 0.52 1.93 Xoắn Không
5 0.41 2.46 Phương Y Tính
Nhận xét: Tần số dao động riêng: f3 < fL = 1.3Hz < f4 .Vì vậy, theo điều 4.3 TCXD 229 : 1999, ta cần tính toán thành phần động của gió có kể đến tác dụng của cả xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình tương ứng với 3 dạng dao động đầu tiên. Tuy nhiên do dạng dao động 3 là xoắn nên ta không kể trong tính toán.
Thành phần động của gió lúc này bao gồm cả thành phần xung và lực quán tính và được tính toán theo công thức sau:
Cơ sở lý thuyết tính toán thành phân động của gió (theo mục 4.5 TCVN 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 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.
yji:biên độ dao động tỉ đối của phần công trình thứ j ứng với dạng dao động riêng thứ i.
Xác Định i
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:
0 i
i
ε = γ W 940 f
Trong đó:
:hệ số tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1.2.
W0(N/m2): giá trị áp lực gió, đã xác định ở trên W0 = 55 kG/m2 = 550 N/m2 . fi:tần số dao động riêng thứ i.
Hình 4.2: Hệ số khí động 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
Trong công thức trên, W là giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác Fj dụng 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 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
: hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió, phụ thuộc vào tham số
, và dạng dao động, tra theo Bảng 4, Bảng 5 TCXD 299-1999.
Sau khi xác định được đầy đủ các thông số M ,j i,i,yi ta xác định được các giá trị tiêu 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 gió được xác định theo công thức:
Wp(ji)tt = WP(JI). .
Trong đó: hệ số tin cậy lấy bằng 1.2
- hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian, lấy bằng 1.
Bảng 4.2: Bảng kết quả tính toán gió động.
Tên tầng Chiều cao tầng
Khối lượng
tầng
Kích thước nhà
Cao độ Zj
Giá trị tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió
Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió
(m) Gán vào sàn (kN)
Theo phương
X
Theo phương
Y Phương
X(m)
Phương Y(m)
WPX
(kN)
WPY
(kN)
Fx Fy Dạng 1 Dạng 1
TANGMAI 3.3 57.4552 35 24 50.8 81.17 118.45 3.3 4.38
STORY15 3.1 713.0607 35 24 47.5 156 227.66 73.25 98.23
STORY14 3.1 728.1209 35 24 44.4 149.85 218.67 67.9 91.53
STORY13 3.1 728.1209 35 24 41.3 148.56 216.79 62.83 85.9
STORY12 3.1 728.1209 35 24 38.2 146.89 214.36 57.77 79.56
STORY11 3.1 728.1209 35 24 35.1 144.97 211.55 52.19 72.52
STORY10 3.1 728.1209 35 24 32 143.04 208.74 47.13 65.48
STORY9 3.1 728.1209 35 24 28.9 140.88 205.58 41.55 58.44
STORY8 3.1 728.1209 35 24 25.8 138.31 201.84 35.47 50.7
STORY7 3.1 728.1209 35 24 22.7 135.74 198.09 29.9 42.95
STORY6 3.1 728.1209 35 24 19.6 133.08 194.21 24.32 35.21
STORY5 3.1 728.1209 35 24 16.5 129.87 189.53 19.26 27.46
STORY4 3.1 728.1209 35 24 13.4 126.32 184.34 14.19 20.42
STORY3 3.1 728.1209 35 24 10.3 122.47 178.72 9.63 13.38
STORY2 3.1 728.1209 35 24 7.2 115.67 168.8 6.08 7.75
STORY1 4 733.3257 35 24 4.1 122.91 179.36 2.92 4.06
HAM 1 736.7232 35 24 0.1 83.49 121.84 0 0