CHƯƠNG 4 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH
3.2. Thành phần động của tải trọng gió
Thiết lập sơ đồ tính toán động lực học:
- Sơ đồ tính toán 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 sàn.
- Giá trị khối lượng tập trung bằng tổng của trọng lượng bản thân kết cấu, tải trọng các lớp cấu tạo sàn hoạt tải .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.
ĐỒNG MINH HẢI 59 Hình 28. Sơ đồ tính toán động lực tải gió tác dụng lên công trình.
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.
Hình 29. Mô hình 3D của công trình trong Etabs.
ĐỒNG MINH HẢI 60
Thiết lập sơ đồ tính toán động lực học
Hình 30. Sơ đồ tính toán gió động lên công trình
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, ta 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:
Bước 1: Xác định tần số dao động riêng của công trình
Sử dụng phần mềm Etabs khảo sát với 18 mode dao động của công trình Bảng 16. Kết quả Mode dao động của công trình.
Mode Tần số UX UY UZ RX RY RZ Phương Ghi chú
1 1.774125 11.06176 130.8681 0 -5693.91 374.7998 0.249625 Y Tính
2 1.611408 129.4557 -11.7152 0 498.4194 4306.717 36.78479 X Tính
3 1.44921 -1.89506 0.190331 0 -7.55771 -68.6398 2062.395 Xoắn Không tính 4 0.448109 -2.21738 63.78831 0 -571.105 22.45079 -1.12257 Y Không tính 5 0.36606 66.79945 2.684929 0 -38.4527 1.457194 96.16473 X Không tính 6 0.354292 -6.0038 -0.18847 0 3.087302 -6.23372 999.7933 Xoắn Không tính 7 0.205467 2.403737 -37.8103 0 342.0452 -5.00862 0.792207 Y Không tính 8 0.157284 40.11902 3.314543 0 -28.6104 -86.7776 140.6158 X Không tính 9 0.154482 8.518617 0.708786 0 -6.08593 -13.7802 -624.783 Y Không tính 10 0.125469 2.281626 -28.6966 0 171.8162 -12.3608 0.170508 Y Không tính 11 0.093707 31.0442 2.720169 0 -15.7364 -153.007 72.01913 X Không tính 12 0.090572 3.746382 0.560104 0 -3.25128 -14.5105 -519.441 X Không tính 13 0.087752 1.901041 -24.4087 0 135.6453 -9.31209 -4.05959 Y Không tính 14 0.066963 2.730531 -23.3141 0 100.9477 -16.8222 3.852075 Xoắn Không tính
ĐỒNG MINH HẢI 61
Mode Tần số UX UY UZ RX RY RZ Phương Ghi chú
15 0.06561 26.93606 3.088237 0 -13.8054 -159.48 51.97157 Xoắn Không tính 16 0.062315 2.294363 0.179553 0 -0.8552 -10.0127 -515.999 Xoắn Không tính 17 0.054269 2.209474 -24.915 0 95.24804 -14.5447 0.552333 Y Không tính 18 0.050657 -26.1755 -2.40768 0 8.352785 183.6992 -52.0153 X Không tính
Bước 2: Công trình này được tính với 2 mode dao động. Tính toán thành phần động của tải trọng theo Điều 4.3 đến Điều 4.9 TCXD 229–1999.
Tính giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió khi chỉ kể đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió, có thứ nguyên là lực, xác định theo công thức:
Fj j j j
W W S (Công thức 4.6 TCXD 229-1999)
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 (mặt ZOX), D và H được xác định như hình sau (mặt màu đen là mặt đón gió):
Hình 31. Hệ tọa độ khi xác định hệ số không gian
Xác định các hệ số:
n
ji Fj j 1
i n
2 ji j j 1
y W
y M
(Công thức 4.5 TCXD 229-1999)
Với yji: Chuyển vị ngang tương đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng dao động i, không thứ nguyên. Xác định từ Etabs.
Bước 3: Xác định hệ số động lực (i) ứng với dạng dao động thứ 1 dựa vào hệ số (i) và đường số 1, Hình 2, TCXD 229:1999.
Ta có: i 0
i
W 940f
(Công thức 4.4 TCXD 229-1999)
Bước 4: Tính giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió có xét đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió:
p( ji) j i i ji
W M y (Công thức 4.3 TCXD 229-1999)
ĐỒNG MINH HẢI 62 Bước 5: Gía trị tính toán thành phần động của tải trọng gió có xét đến ảnh hưởng xung vận tốc gió và lực quán tính.
tt
p( ji) p( ji)
W W vớiγ = 1.2: hệ số tin cậy đối với tải trọng gió.
ĐỒNG MINH HẢI 63
β = 1 : Hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian sử dụng Bảng 6, TCXD 299-1999, lấy 50 năm.
Bảng 17. Kết quả tính toán thành phần gió động.
Tên tầng
Chiều cao từng tầng
Khối lượng tầng M
Kích thước nhà
theo phương Cao độ Zj
Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió X Y Gán vào sàn theo phương
X
Gán vào sàn theo phương Y (m) (kN.s2/m) (m) (m) (m) Dạng 1 Dạng 2 Dạng 1 Dạng 2
Mái 4.00 44.50 8.80 6.00 58.80 0.62 0.81
Sân thượng 4.00 1081.85 40.30 31.20 54.80 146.08 168.95
Tầng 14 3.60 1425.07 40.30 31.20 50.80 168.45 196.27
Tầng 13 3.60 1417.83 40.30 31.20 47.20 146.66 172.41
Tầng 12 3.60 1417.83 40.30 31.20 43.60 134.57 158.04
Tầng 11 3.60 1420.00 40.30 31.20 40.00 121.16 145.71
Tầng 10 3.60 1422.62 40.30 31.20 36.40 107.73 131.57
Tầng 9 3.60 1422.62 40.30 31.20 32.80 95.60 115.35
Tầng 8 3.60 1422.62 40.30 31.20 29.20 81.94 100.93
Tầng 7 3.60 1425.06 40.30 31.20 25.60 68.41 84.86
Tầng 6 3.60 1427.95 40.30 31.20 22.00 56.36 70.57
Tầng 5 3.60 1427.95 40.30 31.20 18.40 44.18 56.09
Tầng 4 3.60 1427.95 40.30 31.20 14.80 33.51 41.62
Tầng 3 3.60 1430.67 40.30 31.20 11.20 22.90 29.01
Tầng 2 3.60 1433.83 40.30 31.20 7.60 13.77 18.17
Tầng 1 4.00 1440.11 40.30 31.20 4.00 8.11 9.63