Tính toán tải trọng gió tác dụng lên nhà cao tầng theo tiêu chuẩn Việt Nam
Việt Nam đang trong thời kỳ hội nhập thế giới, nền kinh tế mở gắn liền với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhu cầu phát triển nhà ở, khách sạn, chung cư…tăng cao. Nhà cao tầng phát triển khắp các tỉnh, thành phố trong cả nước làm cho bộ mặt đô thị ngày càng đổi mới không ngừng. Việc phát triển nhà cao tầng là một tất yếu hiện nay để đáp ứng nhu cầu nhà ở do dân số tăng cao, diện tích đất xây dựng thiếu trầm trọng và giá đất xây dựng tăng cao.
Khi thiết kế nhà cao tầng bên cạnh việc thiết kế kiến trúc người kỹ sư cần lưu ý việc thiết kế kết cấu cho công trình, nó giữ vai trò quyết định đến khả năng chịu lực, bền vững và ổn định cho công trình. Một trong những vấn đề mà người thiết kế cần quan tâm đó là việc xác định tải trọng ngang (tải trọng gió tĩnh + gió động, động đất) là yếu tố quyết định đến nội lực và chuyển vị của công trình.
Việc nghiên cứu một số tiêu chuẩn của một số nước Châu Á: Singapore, Thái Lan và và đưa ra chỉ dẫn tính toán chi tiết là rất cần thiết. Nhưng đây là một vấn đề phức tạp, để hiểu và vận dụng cho đúng là rất khó không chỉ đối với các kỹ sư thiết kế mà còn đối với cả các nhà khoa học nên cần có thời gian đầu tư nghiên cứu.
Vì vậy, tác giả chọn đề tài luận văn: “Tính toán tải trọng gió tác dụng lên nhà cao tầng theo tiêu chuẩn Việt Nam, Singapore và Thái lan” làm nội dung để nghiên cứu. Hướng nghiên cứu này nhằm làm sáng tỏ vấn đề vận dụng các tiêu chuẩn: Singapore, Việt Nam và Thái Lan để tính toán tải trọng gió tác dụng lên nhà cao tầng với các điều kiện tự nhiên đặc thù của Việt Nam.
Mục đích nghiên cứu của đề tài
– Nghiên cứu tính toán tải trọng gió tác dụng lên nhà cao tầng theo các tiêu chuẩn Việt Nam, Singapore và Thái Lan.
– So sánh kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng vào một nhà cao tầng cụ thể.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
– Đối tượng nghiên cứu là: Tải trọng gió tác dụng lên nhà cao tầng có chiều cao trên 40m.
– Phạm vi nghiên cứu: Theo tiêu chuẩn của các nước Việt Nam, Singapore và Thái Lan.
– Tìm hiểu các khái niệm về gió bão và nguyên nhân hình thành.
– Nghiên cứu quy trình tính toán tải trọng gió tác dụng lên nhà cao tầng theo các tiêu chuẩn: Việt Nam (TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999), Singapore (SS EN 1991-1-4:2009), Thái Lan (DPT 1311-50). Phân tích so sánh quan điểm tính toán và số liệu tính toán giữa các tiêu chuẩn.
– Áp dụng tính toán tải trọng gió lên một công trình nhà cao tầng theo các tiêu chuẩn trên.
– Tìm hiểu các khái niệm về gió bão, nguyên nhân hình thành gió và các số liệu thống kê về gió bão ở Việt Nam.
– Tìm hiểu một số giải pháp làm giảm thiểu tác hại của gió bão.
– Tìm hiểu tiêu chuẩn về tính toán tải trọng gió tác dụng vào công trình của một số nước trên thế giới.
– Tìm hiểu các tiêu chuẩn: Singapore, Thái Lan và đưa ra quy trình toán toán tải trọng gió tác dụng lên nhà cao tầng xây dựng ở Việt Nam theo quan điểm của các tiêu chuẩn nêu trên với các bổ sung thay thế phù hợp với điều kiện khí hậu đặc thù của Việt Nam.
– Ví dụ tính toán tải trọng gió tác dụng vào một nhà cao tầng cụ thể theo các tiêu chuẩn nêu trên và so sánh kết quả tính toán.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
– Giúp cho người nghiên cứu, thiết kế có thể hệ thống một cách tường minh về lý thuyết tính toán khả năng chịu tải trọng gió (tải trọng tỉnh và động theo ngang nhà) theo các tiêu chuẩn.
– Giúp cho người thiết kế có thể dễ dàng ứng dụng vào công tác tính toán, thiết kế kết cấu các công trình cao tầng chịu tải trọng gió theo một số tiêu chuẩn của Châu Á.
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về gió.
Chương 2: So sánh lý thuyết tính toán tải trọng gió lên nhà cao tầng theo tiêu chuẩn Việt Nam, Singapore và Thái Lan
Chương 3: Ví dụ tính toán
Kết luận và Kiến nghị
Gió là một hiện tượng trong tự nhiên hình thành do sự chuyển động của không khí. Nguyên nhân hình thành gió là do bề mặt trái đất tiếp nhận sự chiếu sáng, đốt nóng của mặt trời không đều, sẽ có nhiệt độ không đều. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa các vị trí gây nên sự chênh lệch về khí áp, ở nơi có nhiệt độ gia tăng, không khí nóng lên (hạ áp) và bị không khí lạnh (áp suất lớn) ở xung quanh dồn vào, đẩy lên cao, tạo thành dòng thăng.
Gió đặc trưng bởi hướng và vận tốc. Vận tốc gió là vận tốc di chuyển của dòng khí qua một điểm nhất định.
Việt Nam nằm trong khu vực Đông Nam Á. Trải dài trên 15 vĩ tuyến của vành đai nhiệt đới bán cầu Bắc. Bờ biển Việt Nam tiếp cận biển Đông, một bộ phận của ổ bão Tây Bắc Thái Bình Dương.
Trung bình mỗi năm có 12 cơn bão và Áp thấp nhiệt đới hoạt động trên biển Đông, năm nhiều nhất có tới 18 cơn bão (1961, 1964, 1973, 1974), năm ít nhất cũng có 4 cơn bão (1969).
Trung bình trong 100 cơn bão hoạt động trên biển Đông có khoảng 45 cơn bão sinh ra tại đây và 55 cơn bão từ Thái Bình Dương di chuyển vào.
Bảng 1.1: Số bão và áp thấp nhiệt đới trên biển Đông từ 1928 đến 1980
| Tháng | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | |
| Áp thấp | Tổng | 2 | 0 | 1 | 2 | 2 | 16 | 18 | 38 | 21 | 11 | 9 | 3 |
| T.bình | 0.04 | 0.02 | 0.04 | 0.04 | 0.31 | 0.35 | 0.74 | 0.42 | 0.22 | 0.18 | 0.06 | ||
| Bão | Tổng | 3 | 1 | 2 | 6 | 27 | 23 | 76 | 71 | 103 | 80 | 65 | 31 |
| T.bình | 0.06 | 0.02 | 0.04 | 0.12 | 0.53 | 0.45 | 1.48 | 1.39 | 2.01 | 1.56 | 1.27 | 0.60 | |
Nửa phía Nam biển Đông, bão di chuyển chủ yếu theo hướng Tây, đổ bộ vào khu vực Trung Trung Bộ hoặc Nam Trung Bộ; trong khi ở nửa phía Bắc, bão di chuyển chủ yếu theo hướng Tây Tây – Bắc đến Tây – Bắc đổ bộ vào bờ biển Bắc Trung Bộ, bờ biển Bắc Bộ.
1.1.4. Mật độ bão và mùa bão ở Việt Nam
- Khu vực 1: Từ Quảng Ninh đến Thanh Hóa có trị số mật độ bão và áp thấp nhiệt đới trung bình là 0.97.
- Khu vực 2: Từ Nghệ An đến Quảng Bình có mật độ bão và áp thấp nhiệt đới trung bình là 0.57.
- Khu vực 3: Từ Quảng Trị đến Ninh Thuận có mật độ bão và áp thấp nhiệt đới trung bình là 0.40.
- Khu vực 4: Từ Bình Thuận vào Nam Bộ có mật độ bão và áp thấp nhiệt đới trung bình là 0.07.
Thời điểm xuất hiện và tốc độ gió là không tuân theo quy luật, gió có thể xuất hiện tại một thời điểm và hướng bất kỳ với tốc độ mạnh yếu khác nhau.
1.2. Tác động của gió vào công trình và các biện pháp giảm thiểu
Gió thổi gây áp lực lên mọi vật cản trên đường đi của nó, gọi là áp lực gió. Khi gió thổi vượt qua một công trình thì tất cả các vùng của công trình đó đều chịu một áp lực nhất định. Phía đón gió xuất hiện áp lực trội đập trực tiếp vào mặt đón; ở phía sau công trình, phía khuất gió và ở bên hông (mặt bên) công trình xuất hiện áp lực âm do gió hút.
Dưới tác dụng của tải trọng gió, các công trình cao, mềm, độ thanh mảnh lớn sẽ có dao động. Tác dụng của gió lên công trình bị chi phối chủ yếu bởi vận tốc và hướng thổi của nó. Các thông số này có thể chia làm 3 nhóm chính sau đây:
- Nhóm các thông số đặc trưng cho tính ngẫu nhiên của tải trọng.
- Nhóm các thông số đặc trưng cho địa hình.
- Nhóm thông số đặc trưng của bản thân công trình.
1.2.2.1. Các giải pháp quy hoạch
1.2.2.2. Các giải pháp kiến trúc
1.2.2.3. Các giải pháp kết cấu công trình
Các thông số ảnh hưởng này có thể chia làm 3 nhóm chính sau đây:
+ Nhóm các thông số đặc trưng cho tính ngẫu nhiên của tải trọng.
+ Nhóm các thông số đặc trưng cho địa hình.
+ Nhóm thông số đặc trưng cho tính chất động lực của bản thân công trình.
Các tác động của gió lên kết cấu (tức là phản ứng của cấu trúc), phụ thuộc vào hình dạng, kích thước và tính chất động của cấu trúc. Phần này bao gồm các phản ứng động do gió chuyển động hỗn loạn cộng hưởng với một hình thức rung động cơ bản cùng gió.
Ở Việt Nam các luận văn cũng như các đề tài nghiên cứu về tiêu chuẩn “Tải trọng và tác động” của các nước trên thế giới còn rất hạn chế, đặc biệt là chỉ dẫn về tính toán tải trọng do gió. Hệ thống tiêu chuẩn EUROCODE đang được Bộ Xây dựng chủ trương nghiên cứu để áp dụng vào Việt Nam. Các tiêu chuẩn của một số nước khu vực ASEAN mà đặc biệt là tiêu chuẩn: Tiêu chuẩn DPT Standard 1311-50 (viết tắt DPT 1311-50) và tiêu chuẩn SS EN 1991-1-4:2009-Eurocode 1 (viết tắt SS EN 1991-1-4) chưa được nghiên cứu để áp dụng tính toán vào công trình nhà nhiều tầng ở Việt Nam.
1.4. Thí nghiệm ống thổi khí động (Wind tunnel test)
CHƯƠNG 2
SO SÁNH LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG GIÓ LÊN NHÀ CAO TẦNG THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM, SINGAPORE VÀ THÁI LAN
2.1. Một số tiêu chuẩn về tính toán tải trọng gió
Việt Nam đang áp dụng tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế (viết tắt TCVN 2737:1995).
2.1.1.1. Thành phần tĩnh
Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió ở độ cao z so với mốc chuẩn được xác định theo (5) [1]
W = Wo.k.c (2.1)
F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LY LUAN VA PHUONG PHAP DẠY HOC VAT LY\XAY DUNG CONG TRINH DD&DN\NGUYEN PHUOC BINH
