4.3. XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH
4.3.3. XÁC ĐỊNH CÁC DẠNG DAO ĐỘNG CỦA CÔNG TRÌNH VÀ TẢI
4.3.3.5. TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG GIÓ TÁC ĐỘNG VÀO CÔNG TRÌNH
4.3.3.5.1. Xác định thành phần tĩnh của tải trọng gió.
Theo điều 6.3/ TCVN2737, giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió Wj ở độ cao zj so với mốc chuẩn xác định theo công thức sau:
c k W
Witc = 0 zi Trong đó:
W0 - áp lực gió tiêu chuẩn, công trình xây dựng ở Tỉnh Đồng Nai thuộc khu vực IIA nên theo bảng 4 lấy W0 = 0.83 KN/m2;
kzi - hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao zj (tính từ mặt đất tự nhiên) lấy theo bảng 5/(TCVN 2737), công trình xây dựng ở dạng địa hình A
c - hệ số khí động lấy theo bảng 6 TCVN2737 cđ = 0.8 (phía đón gió);
ch = 0.6 (phía khuất gió);
Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1.2.
Kết quả tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió được trình bày trong bảng
Bảng: Thành phần tĩnh của tải trọng gió
Phía đón gió Phía khuất gió Taàng
zj
(m) kzj
W0
(KN/m2) củ Wjtc(KN/m2) Wjtt(KN/m2) ch Wjtc(KN/m2) Wjtt(KN/m2)
DINH MAI 50 1.470 0.83 0.8 0.976 1.171 0.6 0.732 0.878
TANG MAI 46.8 1.456 0.83 0.8 0.967 1.160 0.6 0.725 0.870 KY THUAT 43.6 1.444 0.83 0.8 0.959 1.151 0.6 0.719 0.863 S.THUONG 40.4 1.430 0.83 0.8 0.950 1.139 0.6 0.712 0.855
TANG12 37.2 1.413 0.83 0.8 0.938 1.126 0.6 0.704 0.844
TANG11 34 1.394 0.83 0.8 0.926 1.111 0.6 0.694 0.833
TANG10 30.8 1.375 0.83 0.8 0.913 1.096 0.6 0.685 0.822
TANG9 27.6 1.351 0.83 0.8 0.897 1.076 0.6 0.673 0.807
TANG8 24.4 1.325 0.83 0.8 0.880 1.056 0.6 0.660 0.792
TANG7 21.2 1.300 0.83 0.8 0.863 1.036 0.6 0.647 0.777
TANG6 18 1.280 0.83 0.8 0.850 1.020 0.6 0.637 0.765
TANG5 14.8 1.238 0.83 0.8 0.822 0.986 0.6 0.617 0.740
TANG4 11.6 1.199 0.83 0.8 0.796 0.955 0.6 0.597 0.717
TANG3 8.4 1.145 0.83 0.8 0.760 0.912 0.6 0.570 0.684
TANG2 4.4 1.049 0.83 0.8 0.697 0.836 0.6 0.522 0.627
Gió tĩnh theo phương X
gio tinh (don) gio tinh (khuat)
be mat don gio
(phửụng X) gio tinh X
1.171 0.878 156.8 321.404 1.160 0.870 156.8 318.343
1.151 0.863 156.8 315.719 1.139 0.855 156.8 312.658 1.126 0.844 156.8 308.941 1.111 0.833 156.8 304.787 1.096 0.822 156.8 300.633 1.076 0.807 156.8 295.385 1.056 0.792 156.8 289.701 1.036 0.777 156.8 284.147 1.020 0.765 156.8 279.862 0.986 0.740 156.8 270.679 0.955 0.717 156.8 262.152 0.912 0.684 196 312.931
0.836 0.627 176.4 258.025
Gió tĩnh theo phương Y
gio tinh (don) gio tinh (khuat) be mat don gio
(phửụng Y) gio tinh Y
1.171 0,909 92.8 190.218 1.160 0,899 92.8 188.407
1.151 0,891 92.8 186.854 1.139 0,883 92.8 185.042 1.126 0,876 92.8 182.843 1.111 0,868 92.8 180.384 1.096 0,86 92.8 177.925 1.076 0,851 92.8 174.82 1.056 0,839 92.8 171.455 1.036 0,827 92.8 168.169 1.020 0,814 92.8 165.632 0.986 0,798 92.8 160.198 0.955 0,782 92.8 155.151 0.912 0,766 116 185.204 0.836 0,746 104.4 152.709
4.3.3.5.2. Xác định thành phần động của tải trọng gió
Tùy mức độ nhạy cảm của công trình đối với tác dụng động lực của tải trọng gió mà thành phần động của tải trọng gió chỉ cần kể đến tác động do thành phần xung của vận tốc gió hoặc với cả lực quán tính của công trình. Mức độ nhạy cảm được đánh giá qua tương quan giữa giá trị các tần số dao động riêng cơ bản của công trình, đặc biệt là tần số dao động riêng thứ nhất.
So sánh với giá trị tần số giới hạn fL = 1.3 Hz (bảng 9/TCVN2737), ta thấy:
f1 = 0.44206 < fL f2 = 0.47178 < fL
f3 = 0.47358 < fL
Do đó, theo điều 4.3/TCVN229 thì thành phần động của tải trọng gió phải kể đến tác dụng của cả xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình.
hj
H
yji
m1 mj mn
yni
y1i
Sơ đồ tính thành phần động của tải trọng gió là xem công trình như 1 thanh công xôn ngàm chặt vào mặt móng có 17 điểm tập trung khối lượng ứng với cao trình 17 sàn tầng tính từ mặt đất tự nhiên trở lên (không xét đến 1 tầng hầm khi tính tải trọng gió).
Theo điều 4.4/29, các công trình có fs < fL < fs+1 thì chỉ cần tính toán thành phần động của tải trọng gió với s dạng dao động đầu tiên. Theo đó thì công trình chỉ cần tính thành phần động của tải trọng gió với dạng dao động riêng thứ nhất (dao động 1) theo phương X và phương Y.
Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác động lên phần thứ j ứng với dạng dao động thứ i được xác định theo công thức:
ji i i j ji
p M y
W ( ) = ξψ Trong đó:
Mj - khối lượng tập trung của phần công trình thứ j (T)
ξi - hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i
ψi - hệ số xác định bằng cách chia công trình thành n phần, trong phạm vi mỗi phần đó xem như tải trọng gió là không đổi
yji - dịch chuyển ngang tỉ đối (biên độ dao động riêng) của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng dao động riêng thứ i.
a. Xác định yji
Biên độ dao động yji của 3 dạng dao động đầu tiên của công trình đã được xác định trong phaàn 4.3.3.4.
b. Xác định Mj
Để xác định các giá trị Mj , dùng chương trình ETABS mô hình khung không gian và giải bài toán với tĩnh tải và hoạt tải chất đầy các tầng.
Giá trị Mj của tầng kỹ thuật sẽ bằng tổng giá trị lực dọc tại các chân cột và khối lượng lõi cứng của tầng kỹ thuật.
Giá trị Mj của các tầng dưới sẽ bằng tổng giá trị lực lực dọc tại các chân cột và khối lượng lõi cứng của mỗi tầng trừ đi tổng giá trị lực dọc tại các chân cột của taàng keá treân.
Kết quả tính toán Mj được trìng bày chung trong bảng tính gió động.
c. Xác định i
Theo TCVN229-1999, i hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i phụ thuộc vào i và độ giảm lôga của dao động (tra hình 2/TCVN-229). Giá trị i được tính theo công thức sau:
i
i f
W 940
γ 0
ε = Trong đó: = 1.2 ; Wo = 830 N/m2 giá trị của áp lực gió
fi tần số dao động riêng thứ i (Hz)
Hình C.1: Đồ thị xác định hệ số động lực ξi
γ W0
(N/m2) f1
(Hz) ε1 ξ1 1.2 830 0.442 0.076 1.8
γ W0
(N/m2) f2
(Hz) ε2 ξ2 1.2 830 0.472 0.071 1.71
γ W0
(N/m2) f3
(Hz) ε3 ξ3 1.2 830 0.474 0.071 1.71
d. Xác định i
17
1 17
2 1
ji Fj j
i
ji j
j
y W y M
ψ =
=
=∑
∑ Trong đó:
WFj – giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió tác động lên phần thứ j của công trình, ứng với các dạng dao động khác nhau khi chỉ kể đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió, có thứ nguyên là lực, xác định theo công thức sau:
ν ζi j
j
Fj W S
W = Với: Wj – giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của gió;
Sj – diện tích đón gió của phần thứ j;
j – hệ số áp lực động cho trong bảng 3/TCVN 229-1999 Bảng 3- hệ số áp lực động
ν là hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió, phụ thuộc kích thước mặt đón gió, trong đó với gió phương X, ρ = L, χ =H; với gió phương Y,
=D
ρ , χ =H.
Bảng 4- hệ số tương quan không gian ν khi xét tương quan xung vận tốc gió Theo chiều cao và bề rộng
Bảng d.1: Hệ số của dạng dao động 1 theo 2 phương X, Y
Dạng dao động
Phửụng X Phửụng Y
= 0.4L = H = D = H
1 19.6 50 0.719 29 50 0.692
2 19.6 50 1.000 29 50 1.000
3 19.6 50 1.000 29 50 1.000
Mj – khối lượng tập trung phần công trình thứ j, đã xác định ở trên;
yji – biên độ dao dộng riêng thứ i của phần công trình thứ j.
Kết quả tính toán i được trình bày chung trong bảng tính gió động.
Kết quả tính toán thành phần động của tải trọng gió tác động lên công trình được trình bày từ bảng D.1 đến bảng D.2.
THÀNH PHẦN ĐỘNG CỦA TẢI GIÓ THEO PHƯƠNG X Với dạng dao động 1
Taàng Wjtc
j Sj(m2) WFj(KN)
DINH MAI 2.049 0.271 156.8 62.602
TANG MAI 2.030 0.272 156.8 62.250
KY THUAT 2.014 0.274 156.8 62.214
S.THUONG 1.994 0.275 156.8 61.821
TANG12 1.970 0.277 156.8 61.521
TANG11 1.944 0.279 156.8 61.147
TANG10 1.918 0.281 156.8 60.762
TANG9 1.883 0.284 156.8 60.290
TANG8 1.848 0.286 156.8 59.586
TANG7 1.813 0.288 156.8 58.866
TANG6 1.785 0.292 156.8 58.762
TANG5 1.726 0.301 156.8 58.571
TANG4 1.672 0.301 156.8 56.738
TANG3 1.596 0.308 196 69.274
TANG2 1.463 0.318 176.4 59.006
Mj yj1 yj1WFj y2j1Mj Wpj1tc
(T)
1501.69 -0.009 -0.563 0.122 127.387 1513.95 -0.0087 -0.542 0.115 124.146 1690.55 -0.0083 -0.516 0.116 132.254 1509.38 -0.0079 -0.488 0.094 112.390 2041.13 -0.0075 -0.461 0.115 144.290 1857.44 -0.0069 -0.422 0.088 120.800 2035.08 -0.0064 -0.389 0.083 122.762 1883.87 -0.0058 -0.350 0.063 102.987 2094.29 -0.0051 -0.304 0.054 100.672 1907.07 -0.0045 -0.265 0.039 80.888 2094.29 -0.0038 -0.223 0.030 75.011 1913.12 -0.0031 -0.182 0.018 55.899 2123.76 -0.0024 -0.136 0.012 48.042 2013.97 -0.0018 -0.125 0.007 34.169 2317.61 -0.001 -0.059 0.002 21.845
∑ -5.025 0.960
1 -5.24 1 =1.8
THÀNH PHẦN ĐỘNGCỦA TẢI GIÓ THEO PHƯƠNG Y Với dạng dao động 2
Taàng Wjtc j Sj(m2) WFj(KN)
DINH MAI 2.049 0.271 92.8 51.530
TANG MAI 2.030 0.272 92.8 51.240
KY THUAT 2.014 0.274 92.8 51.210
S.THUONG 1.994 0.275 92.8 50.887
TANG12 1.970 0.277 92.8 50.640
TANG11 1.944 0.279 92.8 50.332
TANG10 1.918 0.281 92.8 50.015
TANG9 1.883 0.284 92.8 49.627
TANG8 1.848 0.286 92.8 49.047
TANG7 1.813 0.288 92.8 48.455
TANG6 1.785 0.292 92.8 48.369
TANG5 1.726 0.301 92.8 48.212
TANG4 1.672 0.301 92.8 46.704
TANG3 1.596 0.308 116 57.022
TANG2 1.463 0.318 104.4 48.570
Mj yj1 yj1WFj y2j1Mj Wpj1tc
(T)
1501.69 -0.001 -0.052 0.002 111.746 1513.95 -0.0009 -0.046 0.001 101.393 1690.55 -0.0008 -0.041 0.001 100.640 1509.38 -0.0008 -0.041 0.001 89.855 2041.13 -0.0007 -0.035 0.001 106.322 1857.44 -0.0007 -0.035 0.001 96.753 2035.08 -0.0006 -0.030 0.001 90.863 1883.87 -0.0005 -0.025 0.000 70.093 2094.29 -0.0005 -0.025 0.001 77.922 1907.07 -0.0004 -0.019 0.000 56.765 2094.29 -0.0003 -0.015 0.000 46.753 1913.12 -0.0003 -0.014 0.000 42.709 2123.76 -0.0002 -0.009 0.000 31.607 2013.97 -0.0002 -0.011 0.000 29.973 2317.61 -0.0001 -0.005 0.000 17.246
∑ -0.403 0.009
1 -43.517 1 =1.71
Với dạng dao động 3 Taàng Wjtc
j Sj(m2) WFj(KN)
DINH MAI 2.049 0.271 92.8 51.530
TANG MAI 2.030 0.272 92.8 51.240
KY THUAT 2.014 0.274 92.8 51.210
S.THUONG 1.994 0.275 92.8 50.887
TANG12 1.970 0.277 92.8 50.640
TANG11 1.944 0.279 92.8 50.332
TANG10 1.918 0.281 92.8 50.015
TANG9 1.883 0.284 92.8 49.627
TANG8 1.848 0.286 92.8 49.047
TANG7 1.813 0.288 92.8 48.455
TANG6 1.785 0.292 92.8 48.369
TANG5 1.726 0.301 92.8 48.212
TANG4 1.672 0.301 92.8 46.704
TANG3 1.596 0.308 116 57.022
TANG2 1.463 0.318 104.4 48.570
Mj yj1 yj1WFj y2j1Mj Wpj1tc
(T)
1501.69 -0.001 -0.490 0.136 104.657 1513.95 -0.0009 -0.461 0.123 99.958 1690.55 -0.0008 -0.435 0.122 105.417 1509.38 -0.0008 -0.407 0.097 88.584 2041.13 -0.0007 -0.375 0.112 110.807 1857.44 -0.0007 -0.342 0.086 92.659 2035.08 -0.0006 -0.310 0.078 92.563 1883.87 -0.0005 -0.273 0.057 76.011 2094.29 -0.0005 -0.235 0.048 73.747 1907.07 -0.0004 -0.204 0.034 58.760 2094.29 -0.0003 -0.169 0.026 53.774 1913.12 -0.0003 -0.135 0.015 39.298 2123.76 -0.0002 -0.103 0.010 34.276 2013.97 -0.0002 -0.091 0.005 23.639 2317.61 -0.0001 -0.044 0.002 15.302
∑ -4.074 0.950
1 -4.290 1 =1.71
Các bước đến đây là hoàn thành tính toán chu kỳ dao động, tần số dao động và tải trọng gió tính toán toàn phần của tải trọng gió tác dụng vào công trình dưới dạng lực tập trung đặt tại tâm hình học của mặt bằng công trình.
Sau khi thu được giá trị tính toán của thành phần tĩnh và thành phần động của gio,ù ta đặt tải gió lên công trình rồi tổ hợp theo công thức:
∑=
+
= n
i
dong i tinh
gio X X
X
1
)2
( Trong đó
Xgio: moment uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc hoặc chuyển vị của tải trọng gió toàn phần.
Xtinh: moment uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc hoặc chuyển vị do thành phần tĩnh của tải trọng gió gây ra.
dong
Xi : moment uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc hoặc chuyển vị do thành phần động của tải trọng gió gây ra khi dao động ở dạng thứ i;
n: số dạng dao động tính toán.
Nhưng vì để đơn giản trong quá trình tính toán, theo kinh nghiệm thì người ta cho phép dùng công thức trên để tổ hợp tải trọng gió tính toán toàn phần.
∑=
+
= n
i
dong i tinh
gio X X
X
1
)2
( Trong đó:
Xgio: Giá trị tính toán của tải trọng gió toàn phần.
Xtinh: Giá trị tính toán của thành phần tĩnh của tải trọng gió.
dong
Xi : Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió gây ra khi dao động ở dạng thứ i
n: số dạng dao động tính toán.
Bảng: Thành phần Tỉnh và động của gió X dưới dạng lực tập trung GIÓ PHƯƠNG X
TẦNG GIÓ TỈNH GIÓ ĐỘNG(mode1) TỔ HỢP
DINH MAI 321.404 127.387 345.728
TANG MAI 318.343 124.146 341.694
KY THUAT 315.719 132.254 342.3
S.THUONG 312.658 112.390 332.245
TANG12 308.941 144.290 340.975
TANG11 304.787 120.800 327.853
TANG10 300.633 122.762 324.732
TANG9 295.385 102.987 312.824
TANG8 289.701 100.672 306.695
TANG7 284.147 80.888 295.436
TANG6 279.862 75.011 289.74
TANG5 270.679 55.899 276.391
TANG4 262.152 48.042 266.518
TANG3 312.931 34.169 314.791
TANG2 258.025 21.845 258.948
Bảng: Thành phần Tỉnh và động của gió Ydưới dạng lực tập trung
GIÓ PHƯƠNG Y
TẦNG GIÓ TỈNH GIÓ ĐỘNG(mode2) GIÓ ĐỘNG(mode3) TỔ HỢP
DINH MAI 190.218 111.746 104.657 244.179
TANG MAI 188.407 101.393 99.958 236.155
KY THUAT 186.854 100.640 105.417 236.972
S.THUONG 185.042 89.855 88.584 223.968
TANG12 182.843 106.322 110.807 238.776
TANG11 180.384 96.753 92.659 224.689
TANG10 177.925 90.863 92.563 220.185
TANG9 174.82 70.093 76.011 203.108
TANG8 171.455 77.922 73.747 202.255
TANG7 168.169 56.765 58.760 186.965
TANG6 165.632 46.753 53.774 180.309
TANG5 160.198 42.709 39.298 170.387
TANG4 155.151 31.607 34.276 162.005
TANG3 185.204 29.973 23.639 189.097
TANG2 152.709 17.246 15.302 154.44