- 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.
- Tổ hợp dùng để tính gió động: combo: 1XTT + 0.5XHT.
5.1.2.1. Cơ sở lý thuyết
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 5.1Sơ đồ tính toán động lực tải trọng gió lên công trình 5.1.2.2. Áp dụng tính toán
- Trong TCXD 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:
f s < f L < f s+1
45 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 (mục 6.4.11, TCVN 2737-1995) 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 12 mode dao động của công trình Bảng 5-3 Phần trăm khối lượng tham gia dao động
Mode
Chu kỳ Tần số UX UY RZ SumUX SumUY SumRZ
(s) (Hz) % % % % % %
1 2.46 0.407 65.77 0.04 4.47 65.77 0.04 4.47
2 2.20 0.456 0.02 65.43 0.01 65.79 65.47 4.48
3 1.88 0.532 5.58 0.04 60.78 71.37 65.52 65.26
4 0.71 1.403 9.29 0.00 1.40 80.67 65.52 66.66
5 0.56 1.773 0.13 3.10 0.60 80.79 68.62 67.26
6 0.55 1.835 1.10 1.61 8.16 81.89 70.23 75.43
7 0.54 1.866 0.06 11.27 0.48 81.95 81.50 75.90
8 0.41 2.469 0.17 0.00 0.00 82.12 81.50 75.90
9 0.37 2.740 3.45 0.00 0.37 85.57 81.50 76.27
10 0.30 3.356 0.00 0.00 0.10 85.57 81.50 76.37
11 0.28 3.584 0.53 0.00 2.86 86.10 81.50 79.23
12 0.28 3.623 0.04 0.00 0.29 86.15 81.50 79.52
Nhận xét: căn cứ vào bảng phần trăm khối lượng tham gia dao động ta có:
f3 = 0.531 < fL = 1.3 < f4 = 1.408
46 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 3 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 2
- 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:
Trong đó:
Mj : khối lượng tập trung của phần công trình thứ 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
- 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 i và độ giảm lôga của dao động
- Do công trình bằng BTCT nên có = 0.3.
- Thông số i được xác định theo công thức:
i
. 940.f
o i
W
(5-3)
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 fi : tần số dao động riêng thứ i
47
Xác định ψi
- Hệ số ψi được xác định bằng công thức (4.5) TCVN 229-1999
1
2 1
(5 4)
n
ji Fj
j
i n
ji j
j
y W y M
Trong đó:
WFj: giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác 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:
WFj Wj. . .S (5 5) j j
Wj: Thành phần tĩnh của tải trọng gió Wj W k0. (z).c (5-6)
ζj: hệ số áp lực động của tải trọng gió ở độ cao z ứng với phần thứ j của công trình. Tính theo công thức (A.32) TCVN 229-1999.
0.07
0.09
0.14
(z) 0.303 (5 7) 10
(z) 0.486 (5 8) 10
(z) 0.684 (5 9) 10
A
B
C
z z z
v : Hệ số tương quang không gian áp lực động của tải trọng gió đưcọ xác định phụ thuộc vào tham số ρ, χ và dạng dao động. với mặt phẳng tọa độ cơ bản song song với bề mặt tính toán. Theo bảng 5, bảng 4 TCVN 229-1999
Hình 5.2 Hệ tọa độ khi xác định hệ số không gian v
48 Bảng 5-4 Các tham số ρ và χ
Bảng 5-5 Hệ số tương quan không gian v1 khi xét tương quan xung vận tốc gió theo chiều cao và bề rộng đón gió
Sj: diện tích dón gió ứng với phần tử thứ j của công trình 1(5 10)
2
j j
j
h h
S B
hj, hj-1, B: lần lượt là chiều cao tầng của tầng thứ j, j-1, và bề rộng đón gió.
Mj: Khối lượng tập trung của phần công trình thứ j.
yji: dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm tầng thứ j ứng với dạng dao động tự nhiên thứ i, không thứ nguyên.
Sau khi xác định được đầy đủ các thông số Mj , i , i , yji 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 tải trọng gió được xác định theo công thức:
Wp jitt( ) Wp ji( ). .
(5-11) Trong đó: γ: hệ số tin cậy lấy bằng 1.2
β: hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian, lấy bằng 1
49
VD tính toán thành phần động của tải trọng gió theo phương X (Mode 2) của tầng số 19.
Ta có:
- Khối lượng tập trung của phần công trình thứ 19.
M19 904.5 (T)
- Hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i.
+ Do công trình bằng BTCT nên có = 0.3.
+ Thông số i được xác định theo công thức:
i
. 1.2 1250
0.052 940.f 940 0.785
o i
W
(5-12)
+ Tra đồ thị ta có 1.615
- Hệ số ψi
+ Diện tích dón gió ứng với phần tử thứ j của công trình
1 45.5 3.5 2
j j
j
h h
S B
(5-13) + Hệ số tương quan không gian v1
với χ = H = 73.4 (m)
do tính theo phương X nên mặt phẳng ZOY 0.4 Ly 0.4 45.4 18.16
(5-14)
+ Hệ số áp lực động của tải trọng gió ở độ cao z:
0.09 0.09
(z) 0.486 0.486 64.9 0.41
10 10
B
z
(5-15)
+ Thành phần tĩnh của tải trọng gió Wj W k0. (z).c đã tính ở trên các tầng khác, phương khác tính toán tương tự ta có:
0 1.25 1.4 1.4 2.45 Wj W k c
50
1
2 1
11916.53
n
ji Fj
j
i n
ji j
j
y W y M
(5-16)
- Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió:
(ij) j i
5
M . . .
1234.02 1.615 11916.53 1.0 10 237.48
p j ij
W y
kN
(5-17)
Bảng 5-6 Kết quả tính toán thành phần gió động theo phương X (Mode 1)
Tầng Mj (t) j WFj (kN) yji yjiWFj yji2Mj WpjiX
(kN)
Tầng Trệt 7596.72 1.040 22.9 0.00 0.05 0.03 0.5
Tầng 2 3114.89 0.712 44.1 0.06 2.46 9.67 6.1
Tầng 3 2851.84 0.675 31.4 0.10 3.05 27.05 9.8
Tầng 4 2851.84 0.649 32.6 0.20 6.52 114.07 20.2
Tầng 5 2851.84 0.629 33.6 0.20 6.72 114.07 20.2
Tầng 6 2851.84 0.614 34.5 0.20 6.89 114.07 20.2
Tầng 7 2850.51 0.601 35.2 0.40 14.08 456.08 40.3 Tầng 8 2849.66 0.590 35.9 0.40 14.34 455.95 40.3 Tầng 9 2847.70 0.580 36.4 0.40 14.58 455.63 40.3 Tầng 10 2847.70 0.572 37.0 0.40 14.79 455.63 40.3 Tầng 11 2847.70 0.564 37.5 0.60 22.49 1,025.17 60.4 Tầng 12 2847.70 0.558 37.9 0.60 22.76 1,025.17 60.4 Tầng 13 2808.64 0.552 38.4 0.60 23.01 1,011.11 59.6 Tầng 14 2871.71 0.546 38.8 0.60 23.25 1,033.81 60.9 Tầng 15 2872.88 0.541 39.1 0.80 31.30 1,838.64 81.2 Tầng 16 2872.88 0.536 39.5 0.80 31.58 1,838.64 81.2 Tầng 17 2872.88 0.531 39.8 0.80 31.85 1,838.64 81.2 Tầng 18 2872.88 0.527 40.1 0.80 32.10 1,838.64 81.2
51 Tầng 19 2871.55 0.523 40.4 0.80 32.35 1,837.79 81.2 Tầng 20 2870.70 0.519 40.7 1.00 40.72 2,870.70 101.5 Tầng 21 2870.70 0.516 41.0 1.00 41.00 2,870.70 101.5 Tầng 22 2870.70 0.513 41.3 1.00 41.27 2,870.70 101.5 Tầng 23 2870.70 0.509 41.5 1.00 41.52 2,870.70 101.5 Tầng 24 2870.70 0.506 41.8 1.00 41.77 2,870.70 101.5 Tầng 25 2870.63 0.504 67.2 1.00 67.15 2,870.63 101.5 Sân thượng 2798.85 0.498 65.9 1.00 65.85 2,798.85 98.9
Mái 199.06 0.495 19.2 1.00 19.24 199.06 7.0
SUM 692.72 35712.0 1600.4
Bảng 5-7 Kết quả tính toán thành phần gió động theo phương Y (Mode 2)
Tầng Mj (t) j WFj (kN) yji yjiWFj yji2
Mj WpjiX (kN)
Tầng Trệt 7596.72 1.231 57.7 0.00 0.14 0.04 1.9
Tầng 2 3114.89 0.788 103.9 0.03 3.18 2.92 10.2
Tầng 3 2851.84 0.721 71.3 0.05 3.72 7.76 15.9
Tầng 4 2851.84 0.684 73.1 0.14 10.44 58.20 43.6 Tầng 5 2851.84 0.658 74.7 0.14 10.68 58.20 43.6 Tầng 6 2851.84 0.638 76.2 0.14 10.89 58.20 43.6 Tầng 7 2850.51 0.638 79.5 0.14 11.36 58.17 43.6 Tầng 8 2849.66 0.638 82.5 0.14 11.79 58.16 43.6 Tầng 9 2847.70 0.638 85.2 0.29 24.36 232.47 87.1 Tầng 10 2847.70 0.638 87.8 0.29 25.08 232.47 87.1 Tầng 11 2847.70 0.638 90.1 0.29 25.75 232.47 87.1 Tầng 12 2847.70 0.638 92.3 0.43 39.56 523.05 130.6 Tầng 13 2808.64 0.638 94.4 0.43 40.45 515.87 128.8 Tầng 14 2871.71 0.638 96.4 0.43 41.29 527.46 131.7 Tầng 15 2872.88 0.638 98.2 0.43 42.09 527.67 131.8 Tầng 16 2872.88 0.638 100.0 0.57 57.14 938.08 175.7