Xác định thành phần động của tải trọng gió

CHƯƠNG 5: TẢI TRỌNG GIÓ VÀ ĐỘNG ĐẤT

5.1.2 Thành phần động của tải trọng gió

5.1.2.1 Xác định thành phần động của tải trọng gió

Mức độ nhạy cảm được đánh giá qua tương quan giữa các giá trị tần số dao động riêng cơ bản của công trình, đặc biệt là tần số dao động riêng thứ nhất, với tần số giới hạn fL = 1,3 Hz (ta theo bảng 2, trang 7 TCXD 229-1999 với kết cấu BTCT có δ = 0.3 và vùng áp lực gió II thì fL = 1,3)

+Nếu f1 > fL: công trình có độ cứng lớn, thành phần tải trọng gió chỉ do xung vận tốc gió gây ra.

+Nếu f1 ≤ fL: công trình có độ cứng bé, thành phần động của gió phải kể đến tác động của cả xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình, và cần xét dao động đầu tiên có tần số fs ≤ fL .

 Xác định tần số dao động riêng và dạng dao động

Khối lƣợng tập trung đƣợc khai báo khi phân tích dao động theo TCXD 229:1999 Khảo sát 12 mode dao động đầu tiên kết quả từ etabs nhƣ sau:

Bảng 5.3: Chu kì dao động của công trình

Mode Period Tần số fL (1/s) Dao động Ghi chú

1 2.449 0.408 Phương X Tính

2 2.181 0.458 Phương Y Tính

3 1.816 0.551 Xoắn Không

4 0.876 1.141 Xoắn Không

5 0.754 1.33 Phương Y Tính

6 0.692 1.445 Xoắn Không

7 0.454 2.203 Phương X Tính

8 0.366 2.732 Phương Y Tính

9 0.319 3.135 Xoắn Không

10 0.281 3.559 Phương X Tính

11 0.218 4.587 Phương Y Tính

12 0.204 4.902 Xoắn Không

Bảng 5.4: Chuyển vị các mode dao động theo các phương.

Mod

e Period UX UY UZ RX RY RZ Modal

Mass

Modal Stiff 1 2.449 -72.338 -52.431 0 2293.9 -3167 -

1004.4 1 6.580 2 2.181 -62.427 92.628 0 -3967.3 -2649 -

135.88 1 8.298 3 1.816 59.259 32.765 0 -1343.6 2403.4 -

1104.4 1 11.965 4 0.876 -8.021 -28.012 0 164.46 101.63 -

718.44 1 51.37 5 0.754 53.823 -22.778 0 111.24 261.19 -

100.12 1 69.382 6 0.692 -21.62 -48.413 0 322.99 -190.9 534.72

3 1 82.293

7 0.454 -10.303 -15.102 0 110.88 -112.3 -

320.66 1 190.89 7 8 0.366 27.481 -16.79 0 124.49 203.28 -

26.965 1 293.67 5

Mod

e Period UX UY UZ RX RY RZ Modal

Mass

Modal Stiff 9 0.319 -13.103 -23.85 0 155.50 -73.24 249.09

5 1 387.19

7 10 0.281 6.825 11.286 0 -29.478 21.76 277.30

7 1 497.88

2 11 0.218 -21.823 12.905 0 -31.71 -48.05 73.160

7 1 827.33

5 12 0.204 -1.1037 3.016 0 5.612 -13.52 -293.5 1 947.03

8 Bảng 5.5: Khối lƣợng từng tầng

Story Diaphragm MassX MassY XCM YCM Cum

MassX

Cum MassY TẦNG MÁI D1 592.815 592.815 24.476 10.052 24.476 10.052 TẦNG Ĩ THUẬT D1 580.1147 580.1147 25.682 9.782 25.073 9.918 STORY13 D1 764.2934 764.2934 22.855 10.505 24.198 10.15 STORY12 D1 781.5843 781.5843 22.847 10.502 23.809 10.251 STORY11 D1 775.4843 775.4843 22.835 10.504 23.593 10.307 STORY10 D1 775.4843 775.4843 22.835 10.504 23.456 10.343 STORY9 D1 777.2951 777.2951 22.809 10.519 23.356 10.37 STORY8 D1 783.0178 783.0178 22.81 10.518 23.283 10.39 STORY7 D1 897.1436 897.1436 23.202 11.696 23.272 10.564 STORY6 D1 893.6107 893.6107 23.194 11.69 23.263 10.696 STORY5 D1 806.603 806.603 23.016 10.81 23.239 10.707 STORY4 D1 1107.871 1107.871 22.457 13.749 23.148 11.06 STORY3 D1 1413.252 1413.252 21.248 15.497 22.903 11.633 STORY2 D1 1412.898 1412.898 21.297 15.494 22.719 12.074 STORY1 D1 1414.633 1414.633 21.286 15.496 22.572 12.426 STORYLUNG D1 1034.544 1034.544 21.89 13.546 22.525 12.504 TRỆT D1 1285.084 1285.084 21.6 14.615 22.451 12.672

Qua bảng giá trị của Etabs ta thấy f1 0.4 08 ( ) Hz   fL 1.3 ( Hz ) thì kể cả xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình. Số dao động riêng cần xét thỏa mãn bất đẳng thức:

1

s L s

f   f f thì chỉ cần tính thành phần động của tải trọng gió với s dạng dao động đầu tiên.

Vậy số Mode dao động cần xét là:

1 0.408 ; 2 0.458 ; 3 0.551, f4 1.141

f  f  f  

Xét 3 Mode dao động đầu tiên:

1 0.408 ; 2 0.458 ; 3 0.551, f4 1.141

f  f  f   ta nhận thấy Mode 1 công trình dao động theo phương X, Mode 2 công trình dao động theo phương Y, Mode 3, 4 công trình dao động theo phương Xoắn .Gió động gây ra nhiều đối với công trình dao động theo một phương và ảnh hưởng ít đối với công trình chịu xoắn. Vì vậy ta chỉ cần xét đến Mode 1, Mode 2

Gió động đƣợc tính:

Mode 1 có f1 0.408(Hz) công trình dao động theo phương X.

Mode 2 có f2  0.458(Hz) công trình dao động theo phương Y.

 Giá trị thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j ứng với dạng dao động thứ i đƣợc xác định theo công thức:

Wp ji( ) Mj iiyji Trong đó:

Wp ji( ) : Giá trị thành phần động tiêu chuẩn

Mj: Khối lƣợng tập trung của phần công trình thứ j

i : Hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i, phụ thuộc vào thông số i

và độ giảm loga của dao động:

W0 i 940.

fi

  

Trong đó:  : Hệ số tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1.2

W0: Giá trị áp lực gió W0 0.83kN m/ 2 fi: tần số dao động riêng thứ i

Hệ số động lực  đƣợc xác định thông qua nội suy từ giá trị  :

Hình 5.2 : Hệ số động lực ε

yji: Dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng dao động riêng thứ i

Bảng 5.7: Bảng dịch chuyển ngang tỉ đối

Story Mode 1 Mode 2

UX UY UX UY

STORYMAI 0.0006 -0.0115 0.0113 0.0006

TKITHUAT 0.0005 -0.0109 0.0107 0.0006

STORY13 0.0005 -0.0103 0.0102 0.0006

STORY12 0.0005 -0.0097 0.0096 0.0005

STORY11 0.0005 -0.0091 0.0091 0.0005

STORY10 0.0005 -0.0084 0.0084 0.0004

STORY9 0.0004 -0.0077 0.0077 0.0004

STORY8 0.0004 -0.007 0.007 0.0004

STORY7 0.0003 -0.0062 0.0063 0.0003

STORY6 0.0003 -0.0054 0.0055 0.0003

STORY5 0.0003 -0.0046 0.0048 0.0002

STORY4 0.0002 -0.0039 0.004 0.0002

STORY3 0.0002 -0.0031 0.0032 0.0001

STORY2 0.0001 -0.0024 0.0025 0.0001

STORY1 0.0001 -0.0017 0.0018 0.0001

STORYLUNG 0.0001 -0.0011 0.0012 0.0001

TRET 0 -0.0006 0.0006 0

STORYHAM 0 -0.0002 0.0002 0

STORYO 0 0 0 0

i: hệ số đƣợc xác định bằng cách chia công trình thành n phần, trong phạm vi mỗi phần tải trọng gió có thể coi nhƣ là không đổi:

1 2 1

W

n

ji Fj j

i n

ji j j

y y M

 





 :

Trong đó: WFjlà giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j của công trình WFj Wj iSj

Wj: giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió Sj: diện tích đón gió của phần j của công trình

i: Hệ số áp lực động nội suy Bảng 4 trong TCXD 229-1999.

 : hệ số tương quan không gian áp lực động

Hệ số tương quan không gian  được xác định từ kết quả nội suy Bảng 4 trong TCXD 229-1999 qua các tham số và  .

Xác định các tham số  và  theo bề mặt tính toán của công trình

Mặt phẳng tính toán  

zOx b h

zOy 0.4a h

xOy b a

Trong đó kích thước của công trình:

+ Chiều dài mặt đón gió b=28.4m) + Chiều rộng mặt đón gió a=39.8(m)

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

Wtt  Wp ji( )   

Trong đó:  là hệ số tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1.2

 1.0 là hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian sử dụng 50 năm.

Bảng 5.8: Thành phần gió động tác động vào công trình ứng với theo phương X(Mode 1):

Tên Tầng

PHƯƠNG X

Hệ số áp lực động δj

Hệ số tương quan không gian

ν1

Các thành phần động theo phương X WFj=WjξiSjν

Giá trị tiêu chuẩn thành phần động

X Wp(ji)=Mjξi

Ψiyji (kN) f1x =

0.408

ε1 1 ψ1 x1 WFj 1 Dạng 1

TẦNG MÁI 0.413 0.643 0.0822 1.7485 4.266 0.0098 4.22 27.25 T Ĩ THUẬT 0.416 0.643 0.0822 1.7485 4.266 0.0092 37.31 189.15 STORY13 0.418 0.643 0.0822 1.7485 4.266 0.0086 71.08 123.91 STORY12 0.421 0.643 0.0822 1.7485 4.266 0.0079 60.41 113.76 STORY11 0.424 0.643 0.0822 1.7485 4.266 0.0072 60.05 103.74 STORY10 0.426 0.643 0.0822 1.7485 4.266 0.0065 59.48 85.86 STORY9 0.429 0.643 0.0822 1.7485 4.266 0.0058 58.98 84.07 STORY8 0.434 0.643 0.0822 1.7485 4.266 0.0051 58.67 73.83 STORY7 0.439 0.643 0.0822 1.7485 4.266 0.0044 58.25 63.73 STORY6 0.444 0.643 0.0822 1.7485 4.266 0.0037 57.70 53.78 STORY5 0.449 0.643 0.0822 1.7485 4.266 0.0031 56.99 45.25 STORY4 0.454 0.643 0.0822 1.7485 4.266 0.0024 56.09 35.02 STORY3 0.462 0.643 0.0822 1.7485 4.266 0.0018 55.29 26.28 STORY2 0.472 0.643 0.0822 1.7485 4.266 0.0013 54.34 19.04 STORY1 0.483 0.643 0.0822 1.7485 4.266 0.0008 52.93 11.77 STORYLUNG 0.5 0.643 0.0822 1.7485 4.266 0.0005 51.17 7.35 TRỆT 0.517 0.643 0.0822 1.7485 4.266 0.0002 55.22 3.38

Bảng 5.9 Thành phần gió động tác động vào công trình ứng với theo phương Y(Mode 2):

Tên Tầng

PHƯƠNG Y

Hệ số áp lực động δj

Hệ số tương quan không gian ν1

Các thành phần động theo phương Y WFj=WjξiSjν

Giá trị tiêu chuẩn

thành phần động

Y Wp(ji)=Mjξ

iΨiyji (kN) f1y =

0.4083

ε1 1 ψ1 x1 WFj 1 Dạng 1

TẦNG MÁI 0.413 0.713 0.0732 1.6884 3.3161 0.0100 3.34 20.87 T Ĩ THUẬT 0.416 0.713 0.0732 1.6884 3.3161 0.0094 29.52 145.07 STORY13 0.418 0.713 0.0732 1.6884 3.3161 0.0087 56.24 94.09 STORY12 0.421 0.713 0.0732 1.6884 3.3161 0.0080 47.80 86.47 STORY11 0.424 0.713 0.0732 1.6884 3.3161 0.0072 47.51 77.87 STORY10 0.426 0.713 0.0732 1.6884 3.3161 0.0065 47.06 64.45 STORY9 0.429 0.713 0.0732 1.6884 3.3161 0.0058 46.67 63.11 STORY8 0.434 0.713 0.0732 1.6884 3.3161 0.0050 46.42 54.33 STORY7 0.439 0.713 0.0732 1.6884 3.3161 0.0043 46.09 46.75 STORY6 0.444 0.713 0.0732 1.6884 3.3161 0.0036 45.65 39.28 STORY5 0.449 0.713 0.0732 1.6884 3.3161 0.0029 45.10 31.78 STORY4 0.454 0.713 0.0732 1.6884 3.3161 0.0023 44.38 25.19 STORY3 0.462 0.713 0.0732 1.6884 3.3161 0.0017 43.75 18.63 STORY2 0.472 0.713 0.0732 1.6884 3.3161 0.0012 43.00 13.19 STORY1 0.483 0.713 0.0732 1.6884 3.3161 0.0008 41.88 8.84 STORYLUNG 0.5 0.713 0.0732 1.6884 3.3161 0.0004 40.49 4.42 TRỆT 0.517 0.713 0.0732 1.6884 3.3161 0.0001 43.69 1.27