ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng
Mục lục
Phần mở đầu
4
Chơng I
Tổng quan về tải trọng gió và phơng pháp xác định tác động của tải trọng
gió lên công trình theo một số tiêu chuẩn thiết kế
1. Khái niệm về gió và tác động của tải trọng gió 5
2. Cấu trúc và các tham số đặc trng ảnh hởng đến tác dụng của tải
trọng gió
7
2.1. Cấu trúc 7
2.2. Các tham số đặc trng ảnh hởng đến tác dụng của gió 7
2.2.1. Vận tốc gió trung bình V(z) 8
2.2.2. Hệ số độ cao 9
2.2.3. Hệ số xung áp lực động 11
2.2.4. Hệ số tơng quan không gian 13
3. Cơ sở lý thuyết về tính toán tác động tải trọng gió của một số tiêu
chuẩn thiết kế
13
3.1. Tiêu chuẩn Australia AS 1170 2 - 1989 13
3.2. Tiêu chuẩn BS 6028 1988 15
3.3. Tiêu chuẩn Mỹ ASCE 7 88 16
3.4. Tiêu chuẩn Trung Quốc GBJ 9 1987 17
3.5. Tiêu chuẩn Liên Xô cũ CHu II- 07- 85
17
4. Tình hình tính toán tác động của tải trọng gió lên công trình theo
các tiêu chuẩn thiết kế ở Việt Nam
18
Chơng II
Phơng pháp xác định tác dụng tải trọng gió lên công trình

i
và các chuyển vị ngang của f
i
37
4.2. Xác định các hệ số và thông số tính toán 37
4.2.1. Hệ số động lực
i
37
4.2.2 Hệ số tơng quan không gian áp lực động
37
4.2.3 Hệ số mạch động
j
và thành phần động W
pj
khi chỉ xét đến
mạch động
38
4.2.4. Xác định hệ số
i

38
4.3. Xác định các thành phần động của tải trọng gió W
pji
(kể đến hệ
số động lực

i
phát sinh lực quán tính)
39
4.3.1. Khi gió dọc nhà (gió theo trục x)

Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 2
ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng
4.3.2. ảnh hởng của chiều cao tầng qua các phơng án F, G, K, E 53
4.3.3. ảnh hởng của việc bố trí vách trên mặt bằng 58
4.4. Ví dụ 2 60
4.4.1. Xác định tải trọng gió cho phơng án B1.12 60
1. Khi gió theo phơng Ox. 60
2. Khi gió theo phơng Oy 62
4.4.2. ảnh hởng của chiều cao tầng qua các phơng án B, C, D, A 64
4.4.3. ảnh bằng hởng của việc bố trí vách cứng trên mặt bằng qua
các phơng án B, C, D, A
68
Phần Kết luận và kiến nghị
72
Tài liệu tham khảo
74

Phần mở đầu
Sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế quốc dân cũng nh sự gia tăng dân số thành
thị là động lực chủ yếu đẩy nhanh nhịp độ xây dựng công trình; ở nớc ta hiện các
công trình cao (nhà cao tầng, tháp ăng ten thông tin, cột tải điện ) đợc xây dựng
ngày càng nhiều. Các công trình này có độ thanh mảnh lớn, chịu tác dụng chủ yếu
của tải trọng gió. Tác dụng của gió lên công trình thay đổi theo cả không gian, thời
gian và phụ thuộc vào khá nhiều thông số phức tạp liên quan đến môi trờng và cả các
đặc điểm của bản thân công trình.
Hiện nay chúng ta đang xác định tác dụng của tải trọng gió lên công trình theo
Tiêu chuẩn Viêt nam TCVN 2737 : 1995. Theo qui định của tiêu chuẩn này thì tác
dụng của gió lên công trình đợc tách thành hai thành phần: Tĩnh và động.Trong đó
thành phần tĩnh đã đợc xác định một cách tơng đối chính xác. Việc tính toán thành
phần động đã đợc đề cập đến trong Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 2737 : 1995, và

biển, nơi có nhiều nớc); sự bốc hơi này hình thành dòng khí bốc ngợc thẳng đứng,
cộng với chuyển động xoay của trái đất quanh trục bản thân để tạo thành dòng xoáy
ngang. Cơn bão đợc hình thành nh vậy: Tâm xoáy gọi là mắt bão. Vận tốc tiếp tuyến
của dòng xoáy ngang chính là vận tốc gió bão (có thể đạt đến 150km/h hoặc lớn
hơn), chuyển động tịnh tiến của tâm xoay tạo thành hớng đi của bão.
Lốc là một hiện tợng khí tợng đặc biệt. Một vùng gió mạnh có đờng kính từ
vài chục mét đến vài kilômét di chuyển ngang trong khoảng vài chục kilômét. Sức
gió ở vùng xa tâm thì nhỏ nhng càng trong càng mạnh lên và ở giữa hình thành một
cái lõi. Phạm vi hoạt động của lốc nhỏ hơn bão nhng sức gió thì mạnh hơn rõ rệt
(250 290km/h). Lốc thờng xuất hiện bất ngờ và có thể xuất hiện ở bất cứ nơi nào
( đồng bằng, trung du, miền núi) chứ không nhất thiết là biển nh bão.
Khác với tác động của gió thông thờng trong những điều kiện khí hậu thuận
lợi, đã đợc khảo sát nghiên cứu kỹ càng và có những số liệu khá chuẩn xác; những
nghiên cứu về bão, lốc trên thế giới còn quá ít ỏi. Con ngời cha khả năng dập tắt,
chặn đứng hoặc điều khiển chúng. Vì vậy bão luôn là vấn đề cấp bách muôn thuở
Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 4
ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng
của nhiều quốc gia mà các nghiên cứu chỉ là tiệm cận đợc, nhằm chấp nhận những
số liệu nội suy trên cơ sở của một số kinh nghiệm để đa vào tính toán công trình.
Tác dụng của gió lên công trình là do sự va đập của luồng không khí khi gặp
vật cản trên đờng đi của nó. Theo thời gian tốc độ của gió luôn luôn thay đổi;
nguyên nhân gây nên sự mạch động của luồng gió là dòng thổi và trạng thái biến đổi
của dòng thổi.
Dòng thổi: Khi gió thổi vợt qua một ngôi nhà (hoặc công trình) thì tất
cả các vùng của ngôi nhà đó đều chịu một áp lực nhất định. Vị trí của
các vùng và đờng định biên của các giá trị tác dụng tuân theo những
quy luật và có thể xác định đợc bằng lý thuyết hoặc thực nghiệm. Chân
công trình phía đón gió xuất hiện áp lực trội trong vùng xoáy hiện t-
ợng hút gió; ở sau công trình, phía khuất gió xuất hiện áp lực âm do gió
hút.

Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 5
ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng
các hớng và thông qua các thí nghiệm khí động học để xác định các hệ số, các tham
số ảnh hởng tơng ứng với các hờng này.
Dới tác dụng của tải trọng gió, các công trình cao, mềm, độ thanh mảnh lớn sẽ
có dao động. Tuỳ theo hình dáng và phân bố độ cứng của công trình mà dao động
này có thể theo phơng bất kỳ trong không gian, thông thờng chúng đợc phân tích
thành hai phơng chính: Phơng dọc và phơng ngang luồng gió, trong đó dao động
theo phơng dọc luồng gió là chủ yếu . Với các công trình thấp, dao động này là
không đáng kể, nhng với các công trình cao khi dao động sẽ phát sinh lực quán tính
làm tăng thêm tác dụng bình thờng của tải trọng gió.
Nh vậy, tác dụng theo phơng luồng gió của tải trọng gió lên công trình cao bao
gồm hai thành phần: thành phần tĩnh gây nên bởi áp lực gió lên công trình có bề mặt
cản gió và thành phần động tạo thành bởi xung mạch động của tải trọng gió và lực
quán tính sinh ra khi công trình có khối lợng và bị dao động do gió thổi .
2. Cấu trúc và các tham số đặc trng ảnh hởng đến tác dụng của tải trọng
gió.
2.1. Cấu trúc:
Gió đợc hình thành bởi hai yếu tố :
+ Sự chênh áp suất tạo nên sự chuyển động của luồng khí tạo thành gió Grandient.
+ Sự thay đổi địa hình bề mặt trái đất trên đờng đi của dòng khí ( độ cao, độ nhám )
làm thay đổi vận tốc, hớng gió .
Hai yếu tố trên đây gây nên sự biến đổi liên tục vận tốc luồng gió theo không
gian và thời gian nhng ở các mức độ khác nhau. Có thể coi vận tốc gió là tổng của
hai thành phần:
- Thành phần trung bình của vận tốc gió, chỉ phụ thuộc tọa độ không gian:
V(x,y,z,t)
- Thành phần xung của vận tốc gió, trị số phụ thuộc vào cả không gian và thời
gian : V'(x,y,z)
Nếu chỉ xét sự thay đổi không gian theo chiều cao công trình z, ta có :

Bảng I.1. Thời gian lấy vận tốc trung bình của một số Tiêu chuẩn thiết kế
Số TT Tên tiêu chuẩn Nớc Thời gian lấy TB vận tốc(s)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
QP.01-61
TCVN 2737 - 78
TCVN 2737 - 90
TCVN 2737 - 95
CHu II- A-11-62
CHu II- 6-74
CHu II- 01- 07- 85
GBJ-9-87
AS1170.2-1983
AS1170.2-1989
BS6028-1988
ASCE7-88
Việt Nam
-
-
-

)
m
(1.4)
Tiêu chuẩn của một số nớc nh Liên Xô, Trung Quốc, Anh, Mỹ, úc đều sử
dụng hàm số mũ để biểu diễn quy luật thay đổi vận tốc gió theo độ cao. Các tiêu
chuẩn của nớc ta TCVN 2737 : 1990, TCVN 2737 : 1995 cũng chọn quy luật
này .
Trong đó : Vz vận tốc gió trung bình ở độ cao z .
a,b các hằng số, phụ thuộc độ gồ ghề của mặt đất và biến thiên
nhiệt độ .
Vo vận tốc gió trung bình ở độ cao z
o
- độ cao đặt máy đo vận tốc lấy số
liệu, thông thờng chọn z
o
= 10 m.
Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 7
ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng
Z - độ cao xác định vận tốc gió Vz
m hệ số, xác định từ số liệu đo đạc vận tốc gió ở lớp biên, m phụ thuộc
dạng địa hình, cấu trúc khí quyển, nhiệt độ và thời gian lấy trung bình vận tốc
gió.
Gọi Z
g
là độ cao mà tại đó vận tốc gió không còn chịu ảnh hởng của mặt
đệm; ở các địa hình khác nhau, giá trị Z
g
sẽ khác nhau .
Vận tốc gió ở độ cao z có thể biểu diễn theo luật hàm số mũ:
V

10
với thời gian
lấy TB liệu là 3s ) Gía trị Zg và m của một số tiêu chuần cho theo bảng I.2 sau
đây .
Bảng I.2 . Chiều cao gradien Zg; số mũ m và thời gian lấy trung bình vận tốc
gió của một số Tiêu chuẩn thiết kế
Số
TT Tiêu chuẩn
z
g
(m) Số mũ m Th. Gian
lấy TB
(giây)
A B C A B C
1
CHu II- 01- 07- 85
300 350 480 0,15 0,21 0,25 600
2 GBJ 9-87 300 350 400 0,12 0,16 0,20 600
3 Carton (Anh) 250 300 400 0,08 0,085 0,09 3
- 250 300 400 0,09 0,095 0,1 5
- 250 300 400 0,10 0,105 0,11 15
- 250 300 400 0,14 0,17 0,22 3600
4 AS1170.2-1983 250 300 400 0,07 0,09 0,14 3
- 250 300 400 0,11 0,15 0,25 3600
5 TCVN 2737 90 250 300 400 0,107 0,127 0,184 120
TCVN 2737 95 250 300 400 0,07 0,09 0,14 3
** Cách thành lập hệ số độ cao ( hệ số địa hình ) :
áp dụng công thức dùng hàm số mũ để tính vận tốc gió; Lấy vận tốc gió V
10
(tơng

Từ đó suy ra công thức xác định hệ số độ cao :
2
1010








==
V
V
W
W
K
zz
z
(1.9)
Với z= z
g
ta có : K
zg
=
2
10













=








=
t
zg
t
z
t
zg
t
z
t
z
V





=








V
V
V
V
B
zg
t
zg
(1.12)
Lại có theo (2.29)
m
g
zg
t
z
Z
Z

Z
Z
Z
V
VV
V
K
2
2
2
.844,1
1
844,1.844,1








=









( )
( )
( )
zV
Z
zV '


=
(1.15)
Trong đó :
( )
Z

- Cờng độ dòng rối
( )
Z
V
.
'

- Trung bình bình phơng thành phần xung dọc vận tốc gió ở độ cao z
V(z) Vận tốc trung bình của luồng gió ở độ cao z.
áp lực gió trung bình ở độ cao z là :
( ) ( )
),)(), tzQzQtzQ +=
(1.16)
Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 9
ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng
Trong đó: Q(z,t)- áp lực do thành phần dọc luồng gió .



Từ đó suy ra :
( ) ( ) ( )
( )
tQQ
zztz

2'
,
=
(1.20)
Với phổ năng lợng Davenport, cờng độ dòng rối xác định theo công thức :
( )
( )
( )
t
m
t
z
rz







=
10

=
(1.22)
Trong đó :
( )
z
t

- Cờng độ dòng rối
c

- Hệ số an toàn
t Dạng địa hình A,B,C
Dựa vào các số liệu thực nghiệm ngời ta đã xây dựng đồ thị quan hệ phụ
thuộc giữa hệ số xung áp lực động và thời gian lấy trung bình vận tốc gió ; nếu
thời gian lấy trung bình càng nhỏ thì hệ số an toàn
c

cũng càng nhỏ . TCVN
2737 : 95 lấy thời gian trung bình 3 giây,
c

= 1,395 ;
002,0=
A
r
;
005,0=
B
r
;

B

(1.23)
Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 10
ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng
14,0
10
684,0







=
z
C

Sử dụng các công thức trên, theo độ cao z, tơng ứng với mỗi dạng địa hình,
ta thành lập đợc bảng hệ số mạch động (xem bảng II.3 phần chơng II2.1).
2.2.4. Hệ số tơng quan không gian
Hình khối và các đặc điểm về vật liệu, về cấu tạo công trình làm thay đổi
các đặc trng dao động và cuối cùng là làm thay đổi xung vận tốc gió tác dụng lên
công trình . ảnh hởng đó, đợc biểu thị bằng hệ số tơng quan không gian ; xác định
theo công thức :
2
0
2
2

(B/H<0,2) thì hệ số
v
ngoài việc phụ thuộc vào hệ số đặc trng cho dao động
1

chỉ
phụ thuộc chiều cao ; nhng khi 0,2<B/H<0,5 thì hệ số này còn phụ thuộc cả vào
chiều rộng mặt đón gió ( hoặc hút gió ).
ở cùng 1 thời điểm, mọi mặt (trớc, sau, hồi trái, hồi phải và đỉnh ) công
trình đều bị tác dụng của tải trọng gió. Để tổng quát , TCVN đã lập bảng chung
cho tất cả các hớng thông qua các hệ số


; khi xác định tác dụng của gió trên
mặt nào thì cần xác định các hệ số


tơng ứng với mặt ấy.
3. Cơ sở lý thuyết về tính toán tác động tải trọng gió của một số tiêu chuẩn thiết
kế.
3.1. Tiêu chuẩn Australia AS 1170-2-1989
- Điều kiện tính toán động lực : khi tần số dao động riêng f
1
< 1 H
z
và khi tỷ
lệ giữa chiều cao / chiều rộng công trình H/B > 5
- Giá trị thành phần động của tải trọng gió :
W
Đ

V
- Độ lệch bình phơng trung bình của vận tốc gió V
z
V
z
Vận tốc gió ở độ cao z, lấy trung bình trong 3 giây.
g
v
- Hệ số = 3,7.
h
L
bh
B
22
6436
1
1
+
+
=
(1.28)
h- Độ cao công trình
b- Chiều rộng công trình theo phơng vuông góc với hớng gió
25,0
10
1000






(1.31)
v
- Hệ số tơng quan không gian




















+
=
hh
V
bf
V

(1.34)

- Độ giảm rung của kết cấu
K
t
- Hệ số địa hình
Nhận thấy rằng : hệ số mạnh G phụ thuộc vào độ nhám mặt đệm r, độ giảm
rung kết cấu

, tần số dao động riêng thứ nhất f
1
, tơng quan không gian v, hệ số
Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 12
ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng
xung áp lực gió L
h
, kích thớc mặt đón gió b, h, vận tốc gió trung bình V
z
và 1 hệ số
khác .
3.2. Tiêu chuẩn Anh BS 6028 - 1988
- Điều kiện tính toán động lực : Khi tần số dao động riêng f
1
< 1 Hz
Đại lợng khảo sát Y
MAX
nào đó do thành phần động của tải trọng gió gây ra
xác định theo :
YMAXMAX
YGY

1
1
ln2
57,0
ln2 +=

(1.37)
Y

- Độ lệch bình phơng trung bình của giá trị
MAX
Y
r- Độ nhám bề mặt
B- Hệ số ảnh hởng của thành phần tĩnh của tải trọng gió
R- Hệ số ảnh hởng của thành phần động của tải trọng gió :

Fv
R
.
=
(1.38)
v
- Hệ số tơng quan không gian
F- Hệ số tỷ lệ năng lợng gió

- Độ giảm rung tới hạn của kết cấu
T
- Thời gian lấy trung bình ứng với
MAX
Y

Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 13
ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng
( )
2/1
2
001,01
.32,3
.
65,0








+
++=
BC
vM
pA
G
t

(1.40)
A- Hệ số = 1,25 cho công trình bằng khung thép
= 1,0 cho nhà và các công trình khác
C - Hệ số = 1,0 cho công trình bằng khung thép
= 2,0 cho nhà và các công trình khác

3.4. Tiêu chuẩn Trung Quốc GBJ 9 - 1987
- Điều kiện tính toán động lực : khi tần số f
1
< 1H
Z
và tỷ lệ chiều cao / chiều
rộng mặt đón gió của công trình H/B > 5
- Giá trị thành phần động :
Q
Đ
(z) =
z

Q
T
(z) (1.43)
z

- Là hệ số phong chấn ( mạch động của tải trọng gió )
Z
Z
Z
v
à


.
=
(1.44)


v
(1.45)
Trong đó : Q
Đ
,Q
T
gía trị thành phần động, thành phần tĩnh của tải trọng gió

- Hệ số mạch động của tải trọng gió
v
- Hệ số tơng quan không gian
+ Khi tần số dao động riêng
[ ]
ff <
1
vQQ
TD

=
(1.46)
Trong đó : Q
Đ
,Q
T

,
v
- có ý nghĩa nh công thức trên .

- Hệ số động lực , xác định bằng đồ thị, phụ thuộc vào thông số


- Hệ số động lực
y(z) - Chuyển vị ngang của công trình ở mức z

- Hệ số xác định theo công thức :
kk
r
k
Dkk
r
k
My
Qy
2
1
1
=
=


=

(1.49)
Q
ĐK
- Gía trị thành phần động của tải trọng gió lên phần thứ k; xác định theo
Q
Đ
= Q
T

dạng dao động đầu tiên với qui định và các phép tính khá đơn giản.
TCVN 3737:1995 đã qui định cụ thể hơn về việc xác định thành phần động,
đã có tài liệu hớng dẫn cho một số loại công trình. Tuy nhiên, các qui định này
Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 15
ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng
còn thiếu chi tiết. ảnh hởng của việc bố trí xắp xếp kết cấu trong công trình đặc
biệt là trong nhà cao tầng thành phần động còn cha đợc quan tâm đúng mức.
Cùng với sự phát triển kinh tế xã hội, các công trình lớn sẽ đợc xây dựng ngày
càng nhiều. Điều này đòi hỏi các kỹ s thiết kế phải có kiến thức sâu rộng hơn về
gió và ảnh hởng của nó đến kết cấu.
Chơng II: Phơng pháp xác định tác dụng tải trọng gió
lên công trình
Theo tiêu chuẩn hiện hành TCVN 2737 : 1995 tác động của gió lên công
trình bao gồm 2 thành phần: Tĩnh và động .
1. Thành phần tĩnh :
Thành phần tĩnh thực chất là tác động của gió lên công trình cứng ( coi nh
không dao động). Thành phần tĩnh phải đợc xác định ở mọi công trình có diện
chắn gió .
Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió w ở độ cao z xác định
theo công thức :
xo
CKww =
; daN/m
2
(2.1)
Trong đó w
o
giá trị áp lực gió tiêu chuẩn lấy theo bản đồ phân vùng áp
lực gió ( tơng ứng với địa điểm xây dựng công trình ). Theo sự phân vùng này thì
lãnh thổ Việt Nam chia thành 5 vùng áp lực gió I, II, III, IV, V; trong mỗi vùng,

v
o
Vận tốc gió ở độ cao 10 m so với mốc chuẩn, lấy trung bình trong
khoảng thời gian 3 giây, bị vợt trung bình 1 lần trong 20 năm (m/s).
Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 16
ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng
K là hệ số địa hình ( theo các định dạng A,B,C) xác định theo bảng II.1
sau đây ( bảng 5 của TCVN 2737 : 1995 ); phụ thuộc vào địa điểm xây dựng
công trình và chiều cao tính từ mốc chuẩn đến địa điểm cần tính áp lực gió). Mốc
chuẩn là mốc quy ớc để xác định hệ số độ cao K , xét đến độ dốc của mặt đất
chân công trình , xác định theo phụ lục G của TCVN 2737 : 95 .
Bảng II.2 Hệ số địa hình K ( hệ số độ cao ) theo TCVN 2737 : 1995
Độ cao z (m)
Dạng địa hình
A B C
3
5
10
15
20
30
40
50
60
80
100
150
200
250
300

1,62
1,71
1,78
1,84
1,84
1,84
0,47
0,54
0,66
0,74
0,8
0,89
0,97
1,03
1,08
1,18
1,25
1,4
1,52
1,62
1,7
1,78
1,84
Cx Hệ số khí động , lấy theo chỉ dẫn của bảng 6 TCVN 2737 : 95, phụ
thuộc vào bản thân công trình ( hình khối, hình dạng bề mặt đón gió) . Lu ý
rằng : hệ số khí động Cx không chỉ có ở mặt đón gió mà ở mọi bề mặt của công
trình .
- Với công trình kín ( hoặc phần thứ k ) của công trình có diện tích đón gió
Ak tơng ứng với hệ số khí động Cx, hệ số địa hình K thì giá trị tiêu chuẩn thành
phần tĩnh của tải trọng gió lên mỗi mặt trớc ( sau hoặc mặt bên ) của phần thứ k

Cx =

xo
Ck
với thép tròn, thép ống khi trục thanh vuông góc với phơng
gió .
Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 17
ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng
ở đây hệ số

x
C
xác định theo chỉ dẫn ở bảng 6 của TCVN 2737 : 95 ; hệ số ko
xác định theo hệ số k ở bảng 6.1 thuộc sơ đồ 34 của bảng 6; phụ thuộc vào hệ số
Raynolds Re và độ nhám bề mặt đón gió của thanh ống
d/

( với kết cấu gỗ
m.005,0
=
; với dây dẫn và dây cáp đờng kính d thì

= 0,01d)
5
10.88,0Re

Kwd
v
vd
o

của công trình .
*
3,0=

với công trình bê tông cốt thép, gạch đá (hoặc khung thép có kết cấu bao
che bằng bê tông cốt thép)
*
15,0=

với công trình dạng tháp bằng thép có bệ móng BTCT ( tháp, trụ, cột
điện ống khói bằng thép ).
Bảng II.3. Tần số quy định f
L
cho các loại công trình, tơng ứng với vùng áp lực
gió
Vùng áp lực gió
Tần số dao động riêng f
L
; S
-1
3,0=

15,0=

I
II
III
IV
V
1,1

- giá trị thành phần tĩnh của tải trọng gió lên phần thứ k, đã
xác định trên đây (công thức 2.3).

- hệ số mạch động, xác định theo chiều cao điểm tính gió và tơng ứng
với dạng địa hình ( địa điểm xây dựng công trình ), lấy theo bảng II.4 sau :
Bảng II.4. Hệ số mạch động của tải trọng gió lên công trình
Độ cao (m)
Hệ số mạch động

tơng ứng với địa hình dạng
A B C
<= 5
10
20
40
60
80
100
150
200
250
300
350
>=480
0,318
0,303
0,289
0,275
0,267
0,262

0,425
0,416
0,398
k
v
- Hệ số tơng quan không gian, ảnh hởng của hình dạng và hình khối
công trình tại nơi cần xác định thành phần động của tác dụng của tải trọng gió,
phụ thuộc vào mặt phẳng cần tính toán tải trọng so với hớng gió thổi, thông qua
các thông số trung gian

và

, tra theo các bảng II.5 và II.6 sau đây.
Khi chọn hớng gió trùng với trục oy, và bề mặt tính toán có dạng hình chữ
nhật đợc định hớng song song với mặt phẳng toạ độ cơ bản, hệ số

và

xác định
theo bảng II.5

Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 19
ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng

z
y
x

H
u

20
40
80
160
0,95
0,89
0,85
0,80
0,72
0,63
0,53
0,92
0,87
0,84
0,78
0,72
0,63
0,53
0,88
0,84
0,81
0,76
0,70
0,61
0,52
0,83
0,80
0,77
0,73
0,67

Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 20
ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng
- Với công trình có hữu hạn n bậc tự do, khối lợng phân bố bất kỳ, tần số
dao động riêng f
1
< f
2
< < f
s
< f
L
< f
s+1
( kể cả khi f
1
< f
L
< f
2
) thì phải xét đến s
dạng dao động đầu tiên. Việc xác định thành phần động tiến hành riêng biệt cho
từng dạng . ở mỗi dạng dao động
si

, thành phần động ứng với mỗi phần chia
thứ k của công trình xác định theo công thức :
( )
ikiik
i
pk

- Hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i của công trình,
i

là hàm số, phụ
thuộc vào vật liệu xây dựng công trình ( độ nhám loga

của dạng dao động ) và
hệ số
i

; giá trị của nó đợc tra theo biểu đồ sau


W
pj
giá trị thành phần động, ý nghĩa và cách xác định nh công thức (2.5), tơng
ứng với phần thứ j ( thay ký hiệu k thành j ) :
( )
jjojTjpj
AKCwWW

==
(2.10)
i
o
i
f
w
.940
.

chỉ xét đến 1 dạng dao động i=1.Thành phần động là sự tăng thêm đều đặn của
thành phần tĩnh thông qua hệ số mạch động

và hệ số động lực
1

:








==
1
111
940
;
f
W
F
o


( 2.11)
Trên mỗi phần chia thứ k, thành phần động xác định theo công thức :
kTkpk
WW

Với
ph
W
- là thành phần động tập trung lên phần đỉnh nhà ( tơng ứng với hệ số địa
hình K
h
và diện tích A
h
) :
( )

hohThph
ACwKWW ==
( 2.15)
Do bề mặt đón gió không đổi, có thể xác định thành phần động ở cao độ z khi
công trình dao động ở dạng thứ i, theo cách phân bố trên chiều cao phù hợp với
luật của thành phần tĩnh :
( )
mcaodaNw
h
z
w
phi
i
pz
/4,1

=
daN/m cao (2.16)
Với :

pk
ngợc chiều với thành phần tĩnh W
Tk
.
+ Sự mạch động của tải trọng gió, ảnh hởng tơng quan không gian của các
phần đối với phần động của tải trọng gió lên phần thứ k đã đợc kể đến thông qua
hệ số
i

. Khi tính hệ số này cần lu ý rằng :
Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 22
ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng
* Lấy dấu bản thân của y
ij
trong các số hạng ở tử số.
* Biểu thức ở tử số chỉ tồn tại các số hạng mà đồng thời cả W
Tj
và y
ij
đều
khác 0 , tơng ứng với việc phải có diện đón gió ( hoặc hút gió ) và phải có chuyển
vị . các phần tử nằm bên trong công trình ( nh vách ngăn nội bộ, lõi trung tâm,
cột giữa, dầm sàn, thanh tháp bị che khuất ) không có diện trực tiếp đòn gió
( hoặc hút gió ), tuy có khối lợng, và cũng có chuyển vị nhng không có mặt đón
gió thì các số hạng tơng ứng với nó bằng 0.
* Các số hạng ở mẫu số, tơng ứng với mọi phần chia đều có khối lợng và
chuyển vị nên chúng đều tồn tại . Khi coi công trình ngàm cứng vào móng, nghĩa
là móng không có chuyển vị , thì trừ các phần tử thuộc móng, các phần tử còn lại
tham gia dao động đều có mặt ở các số hạng của tổng ở các mẫu số của hệ số này
. 2.3. Việc chấp nhận sơ đồ tính và quy luật phân bố khối lợng trong bài

mái ( đỉnh) của công trình có các hệ số khí động Cx khác nhau ; với các công
trình thanh mảnh có dao động thì trên các mặt này cũng có các tơng quan động
khác nhau và gọi đó là hệ số tơng quan không gian

. Theo quy định của TCVN
2737 : 1995 hệ số

( xem bảng II.5và II.6 trên đây ) đợc tra bảng phụ thuộc vào
2 tham số

Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 23
ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng
Và

. Để tránh nhầm lẫn khi tra bảng, nên chọn hớng gió trùng với hớng chuyển
vị khi khảo sát bài toán dao động riêng ( hớng chuyển vị y )
Với những công trình dạng bậc hoặc có mặt đón gió không phải hình chữ
nhật, hệ số tơng quan không gian khi đó sẽ đợc xác định tơng ứng với từng phần -
k

; khi đó, hệ số
k

và

xác định theo hớng dẫn của các bảng II.7 và II. 8 sau :
z
y
x
b

z
y
x
b
2
bt
2
bt
1
a
2
a
t
2
a
t
1
Học viên: Lơng Xuân Việt Trang 24
ảnh hởng của việc bố trí kết cấu đến tác động của tải trọng gió lên nhà cao tầng
Bảng II.8
Khi bề mặt tính toán song song với
mặt độ
k


Zox
Cho phần 1

a
bề rộng tính toán song song với trục Ox, Oy lấy ở
mức cao ngang với trọng tâm của mỗi đoạn ( gần đúng có thể lấy là
chiều rộng trung bình của mỗi đoạn )
2.5. Cách tính gần đúng giá trị thành phần động
Trong các bài toán thiết kế sơ bộ ban đầu, để có thể ớc tính giá trí thành
phần động phục vụ cho việc giả thiết tiết diện ban đầu, có thể tiến hành theo trình
tự sau:
- Chỉ xét một hoặc một vài dạng dao động đầu tiên, chu kỳ dao
động( T
1
=1/f
1
), có thể tính theo công thức gần đúng theo bảng sau đây :
Bảng II.9. Chu kỳ dao động riêng cơ bản của công trình theo kiến nghị của
một số tác giả
Tác giả kiến nghị Giá trị chu kỳ dao động
T;s
Ghi chú
Nhật bản
T.Taniguchi
( )
nT 09,0 07,0
1
=
( )( )
5,01,0 06,0
1
+= nT
( )

1
=
Công trình BTCT
Công trình thép
G.W.Housner
A.G.Brady
4,05,0
1
= nT
Nhà khung thép
Rumani
Chilê
Tiêu chuẩn kháng
chấn(P.100.78)
nT 05,03,0
1
+=

( )
5n
nT 1,0
1
=

)5( >n
Nhà khung chịu lực
R.Husid
W.Pieber
J.Rono
nT 04,0