BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRỪỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

VŨ QUANG THÀNH

TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN
CÔNG TRÌNH CÓ MẶT BẰNG ĐA GIÁC, CHỮ L VÀ CHỮ U
THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN KẾT HỢP VỚI
KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM BẰNG ỐNG THỔI KHÍ ĐỘNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ
XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Hà Nội – 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRỪỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
VŨ QUANG THÀNH
KHÓA: 2017-2019

TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN
CÔNG TRÌNH CÓ MẶT BẰNG ĐA GIÁC, CHỮ L VÀ CHỮ U
THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN KẾT HỢP VỚI
KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM BẰNG ỐNG THỔI KHÍ ĐỘNG


Vũ Quang Thành


2
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập
của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn
gốc rõ ràng.
Tác giả Luận văn

Vũ Quang Thành


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN ..........................................................................................................2
MỤC LỤC ...................................................................................................................... 3
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt .......................................................................6
Danh mục các hình ảnh minh họa................................................................................6
Danh mục các Bảng biểu ............................................................................................. 10
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
Lý do chọn đề tài .............................................................................................................1
Mục đích nghiên cứu .......................................................................................................2
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................................2
Phương pháp nghiên cứu .................................................................................................2
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.........................................................................2
NỘI DUNG
CHƯƠNG 1 ....................................................................................................................3
TỔNG QUAN VỀ CÁC DẠNG MẶT BẰNG CÔNG TRÌNH NHÀ BÊ TÔNG CỐT

2.2. Xác định tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt bằng dạng đa giác đều theo
tiêu chuẩn EN 1991-1-4.2005 [7] ..................................................................................38
2.2.1. Cơ sở tính toán.....................................................................................................38
2.2.2. Giá trị vận tốc gió cơ bản .................................................................................... 38
2.2.3. Vận tốc gió hiệu dụng theo độ cao ......................................................................39
2.2.4. Hệ số thay đổi vận tốc gió theo độ cao và dạng địa hình ....................................39
2.2.5. Hệ số áp lực theo độ cao ...................................................................................... 41
2.2.6. Tác động của gió .................................................................................................43
2.2.7. Các hệ số CsCd .....................................................................................................45
2.2.8. Áp lực và hệ số khí động ..................................................................................... 50
2.3. Xác định tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt bằng đa giác, chữ L, chữ U
theo tiêu chuẩn Trung Quốc GB 50009-2012 [5].......................................................... 53
2.3.1. Dạng địa hình và vận tốc gió cơ sở ........................................................................53
2.3.2. Tải trọng gió dọc hướng gió ................................................................................54
2.3.3. Tải trọng gió ngang hướng gió ............................................................................59
2.3.4. Tải trọng gió xoắn ............................................................................................... 63
2.3.5. Tổ hợp tải trọng gió dọc, gió ngang và gió xoắn.................................................65
2.4. Tổng hợp so sánh giữa các tiêu chuẩn tính toán tải trọng gió ................................ 66
2.4.1. Dạng địa hình ......................................................................................................66
2.4.2. Vận tốc gió cơ sở .................................................................................................69
2.4.3. Quy đổi vận tốc gió trung bình từ tiêu chuẩn Việt Nam sang tiêu chuẩn châu Âu
và Trung Quốc [13] .......................................................................................................71
2.4.4. Thành phần tải trọng gió...................................................................................... 74
2.4.5. Hạn chế của tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737:1995 [1] ...................................74


2.5. Kết quả xác định hệ số khí động của một số dạng mặt bằng công trình trong ống
thổi khí động theo điều kiện Việt Nam .........................................................................75
CHƯƠNG 3 ..................................................................................................................78
ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH


BTCT

Bê tông cốt thép

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

EN

Tiêu chuẩn Eurocode

GB

Tiêu chuẩn Trung Quốc
Danh mục các hình ảnh minh họa

Số hiệu

Tên hình

hình
Hình 1.1

Các dạng mặt bằng công trình nhà BTCT điển hình

Hình 1.2

Các dạng mặt bằng công trình nhà BTCT dạng chữ L, chữ U

tầng
Phản ứng của công trình nhà cao tầng dưới tác dụng của tải trọng
gió


Hình 1.11

Hệ số khí động lên các bề mặt khác nhau của công trình nhà cao
tầng thay đổi theo không gian và thời gian [14]

Hình 1.12

Vai trò của tải trọng gió đối với nhà cao tầng

Hình 1.13

Tác động của tải trọng gió với mặt bằng công trình

Hình 1.14

Lực tác động lên vật thể

Hình 1.15

Hệ số μs với các mặt bằng dạng đa giác đều [5]

Hình 1.16

Hệ số μs với các mặt bằng dạng hình chữ L, chữ U [5]


Profile vận tốc gió và profile độ rối theo tiêu chuẩn và theo thí
nghiệm (dạng địa B của TCVN 2737:1995) [14]
Hình ảnh ống thổi khí động và các thiết bị sử dụng trong ống thổi
của Viện Khoa học Công nghệ Xây Dựng [14]
Một số công trình ở Việt Nam đã tiến hành thí nghiệm trong ống thổi
khí động [14]
Mô hình thí nghiệm nhà cao tầng có dạng mặt bằng tiết diện chữ U
[14]
Mô hình thí nghiệm nhà cao tầng có dạng mặt bằng tiết diện chữ L
[14]
Mô hình thí nghiệm nhà cao tầng với tiết diện ngang hình chữ U
trong ống thổi khí động (nhìn phía trước) [14]
Mô hình thí nghiệm nhà cao tầng với tiết diện ngang hình chữ U
Trong ống thổi khí động (nhìn phía sau) [14]


8
Hình 1.28

Hình 1.29

Mô hình thí nghiệm nhà cao tầng với tiết diện ngang hình chữ L
trong ống thổi khí động (nhìn phía trước) [14]
Mô hình thí nghiệm nhà cao tầng với tiết diện ngang hình chữ L
trong ống thổi khí động (nhìn phía sau) [14]

Hình 2.1

Địa hình dạng A [1]



Mặt cắt tiết diện đa giác [7]

Hình 2.10

Biểu đồ nội suy giá trị λ [7]

Hình 2.11

Hệ số khí động s đối với mặt bằng dạng đa giác đều [5]

Hình 2.12

Hệ số khí động s đối với mặt bằng dạng đa giác [5]

Hình 2.13

Hệ số khí động s đối với mặt bằng dạng chữ L, chữ U [5]

Hình 2.14

Sơ đồ xác định bề rộng góc lõm hoặc vát công trình dạng đa giác [5]

Hình 2.15

Hàm mật độ phổ năng lượng SFL ứng với các dạng địa hình A, B, C
và D [5]

Hình 2.16



Mô hình tính toán công trình dạng chữ L trên Etabs 2016

Hình 3.5

Hệ số khí động μs đối với mặt bằng dạng chữ L

Hình 3.6

Mặt bằng kết cấu công trình tính toán dạng chữ U

Hình 3.7

Mô hình công trình tính toán dạng chữ U trên Etabs 2016

Hình 3.8

Hệ số khí động trong các trường hợp gió thổi ngang và xiên nhà đối
với mặt bằng dạng chữ U
So sánh kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt

Hình 3.9

bằng dạng chữ L theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 và tiêu chuẩn GB
50009-2012 (TT gió tĩnh)

Hình 3.10
Hình 3.11

Mặt bằng kết cấu công trình tính toán dạng đa giác

Bảng 2.3

Xác định chiều dài cạnh quy ước Ld của đa giác đều

Bảng 2.4

Xác định hệ số độ mảnh

Bảng 2.5

Xác định hệ số c với tiết diện đa giác đều [1]

Bảng 2.6

Giá trị giới hạn dao động của tần số riêng fL [1]

Bảng 2.7

Hệ số β theo thời gian sử dụng giả định của công trình [2]

Bảng 2.8

Loại địa hình và các thông số địa hình [7]

Bảng 2.9

Giá trị Cr(z) theo chiều cao và các dạng địa hình

Bảng 2.10


Bảng 2.17

Giá trị của hệ số Csm

Bảng 2.18

Tổ hợp tải trọng gió theo GB 50009-2012

Bảng 2.19

Thông tin về phân loại dạng địa hình theo các tiêu chuẩn khác
nhau [5]

Bảng 2.20

So sánh phân loại địa hình theo 3 tiêu chuẩn

Bảng 2.21

Các nhóm phân dạng địa hình.

Bảng 2.22

Thông số xác định vận tốc gió cơ sở theo các tiêu chuẩn

Bảng 2.23

Áp lực gió tiêu chuẩn (W(20y,3’’,B) ứng với các vùng áp lực gió

Bảng 2.24


Tải trọng gió tĩnh tác dụng lên công trình có mặt bằng dạng chữ
L – Trường hợp gió xiên góc 45o YX
Chuyển đổi giá trị vận tốc và áp lực gió cơ bản từ TCVN 2737
1995 sang tiêu chuẩn GB 50009-2012

Bảng 3.8; 3.20

Xác định hệ số thay đổi áp lực gió theo chiều cao

Bảng 3.9; 3.21

Kết quả phân tích dao động công trình

Bảng 3.10; 3.22

Xác định hệ số 1 ( z )

Bảng 3.11; 3.23

Xác định hệ số phản ứng động Bz

Bảng 3.12; 3.24

Xác định hệ số hiệu ứng động  z
Kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt

Bảng 3.13

bằng chữ L theo GB5009:2012 – Trường hợp gió thổi ngang nhà

45o YX


Kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt
Bảng 3.25

bằng chữ U theo GB5009:2012 – Trường hợp gió thổi ngang nhà
theo phương X và XX
Kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt

Bảng 3.26

bằng chữ U theo GB5009:2012 – Trường hợp gió thổi ngang nhà
theo phương Y
Kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt

Bảng 3.27

bằng chữ U theo GB5009:2012 – Trường hợp gió thổi ngang nhà
theo phương YY
Kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt

Bảng 3.28

bằng chữ U theo GB5009:2012 – Trường hợp gió thổi xiên góc
45o XY
Kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt

Bảng 3.29


Kết quả tính toán thành phần động của tải trọng gió theo [1]

Bảng 3.37

Tổng hợp tải trọng gió tĩnh và gió động tác dụng lên công trình
theo [1]


14
Bảng 3.38

Chuyển đổi giá trị vận tốc và áp lực gió cơ bản từ TCVN 27371995 sang tiêu chuẩn EN 1991-1-4

Bảng 3.39

Xác định chiều dài cạnh quy ước Ld của đa giác đều

Bảng 3.40

Kết quả phân tích dao động công trình trên Etabs 2016

Bảng 3.41
Bảng 3.42

Kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình theo
phương OX - Dạng dao động thứ 1
Kết quả tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình theo
phương OY - Dạng dao động thứ 1



và ngoài nước, các tiêu chuẩn của nước ngoài như tiêu chuẩn Hoa Kỳ (ASCE), tiêu chuẩn


2
Châu Âu (Eurocode), tiêu chuẩn Trung Quốc (GB), tiêu chuẩn Ấn Độ (IS) và đặc biệt là
các kết quả thí nghiệm từ thí nghiệm ống thổi khí động, để nghiên cứu cách xác định tải
trọng gió tác dụng lên công trình có các mặt bằng dạng này. Qua đó tổng hợp các tài liệu,
công trình nghiên cứu, kết quả thí nghiệm và tiêu chuẩn nước ngoài có đề cập đến cách
xác định tải trọng gió cho các dạng mặt bằng kể trên và đưa ra quy trình tính toán.
Chính vì vậy tác giả lựa chọn đề tài: “Tính toán tải trọng gió tác dụng lên công
trình có mặt bằng đa giác, chữ L và chữ U theo một số tiêu chuẩn kết hợp với kết
quả thí nghiệm bằng ống thổi khí động” là có ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn cao.
• Mục đích nghiên cứu
Tìm hiểu và nâng cao kiến thức về việc tính toán tải trọng gió tác dụng lên công
trình có mặt bằng dạng đa giác, chữ L và chữ U theo một số tiêu chuẩn kết hợp với kết
quả thí nghiệm thực tế.
• Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Tải trọng gió tác dụng lên công trình nhà bê tông cốt thép
có mặt bằng dạng đa giác; chữ L và chữ U.
- Phạm vi nghiên cứu: Tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình nhà bê tông
cốt thép.
• Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng các tài liệu, tiêu chuẩn có sẵn để nghiên cứu về lý thuyết và áp dụng tính
toán tải trọng gió tác động lên công trình có mặt bằng dạng đa giác, chữ L và chữ U.
• Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Xác định quy trình tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình có mặt bằng dạng
đa giác, chữ L và chữ U theo một số tiêu chuẩn kết hợp với tài liệu từ kết quả thí nghiệm
thực tế.


sự đa dạng, phong phú về đặc điểm kiến trúc, dạng mặt bằng công trình của nó. Tại các
đô thị các công trình nhà cao tầng đang trở thành một xu thế phát triển tất yếu trong quá
trình đô thị hóa với mục đích làm tăng diện tích, không gian sử dụng đất, phục vụ cho số
đông dân cư đô thị. Công trình càng phát triển về chiều cao và quy mô thì mức độ ảnh
hưởng của tải trọng tác dụng lên công trình là càng lớn mà đặc biệt là các loại tải trọng
ngang, đặc biệt là tải trọng gió.
Có thể kể đến một số công trình nhà cao tầng BTCT với các dạng bố cục mặt bằng
hình đa giác, hình elip, hình tròn, hình chữ U, chữ L tại Việt Nam như sau:


5

Hình 1.3. Công trình chung cư Sun Square 21 Lê Đức Thọ - Mỹ Đình – Nam Từ Liêm
– TP. Hà Nội (Dạng mặt bằng hình đa giác) – Nguồn hình [17]

Hình 1.4. Công trình chung cư Ellipse Tower Hà Đông - Số 110 Trần Phú – Hà Đông
– TP. Hà Nội (Dạng mặt bằng hình Ellipse) – Nguồn hình [18]


6

Hình 1.5. Công trình chung cư Tulip Tower – Số 15 Hoàng Quốc Việt – Phú Thuận –
Quận 7 – TP. Hồ Chí Minh (Dạng mặt bằng hình tròn) – Nguồn hình [19]

Hình 1.6. Công trình chung cư Mỹ Đình Pearl– Nam Từ Liêm – TP. Hà Nội
(Dạng mặt bằng hình chữ L)- Nguồn hình [20]

Hình 1.7. Công trình Eco Lakeview– 32 Đại Từ - Hoàng Mai – TP. Hà Nội
(Dạng mặt bằng hình chữ U) – Nguồn hình [21]


này làm hạ khí áp tại nơi đó, không khí lạnh ở vùng xung quanh di chuyển theo chiều
nằm ngang đến thay thế cho lượng không khí đã bay lên vì nóng tạo thành gió ngang.


8
Quy luật tự nhiên là không khí thường xuyên chuyển động theo cả chiều nằm ngang và
thẳng đứng. Không khí di chuyển theo chiều nằm ngang càng mạnh thì gió thổi càng lớn.
Gió đặc trưng bởi hướng và vận tốc. Chiều di chuyển của dòng khí tạo thành hướng
gió. Vận tốc gió là vận tốc di chuyển của dòng khí qua một điểm nhất định. Có thể biểu
thị vận tốc gió theo các đơn vị khác nhau như ngành hàng hải và hàng không tính bằng
hải lý/giờ. Khi dùng đơn vị SI vận tốc gió tính bằng đơn vị m/s hoặc km/s.
1.2.2. Tác động của gió lên công trình
Do gió là một hiện tượng rất phức tạp liên quan đến sự nhiễu động của dòng, nó có
thể tạo ra sự đa dạng về tác động của gió đến công trình. Gió bao gồm nhiều xoáy với
kích cỡ các đặc tích xoáy khác nhau dọc theo dòng chuyển động trên mặt đất. Khi gió tác
động đến công trình, dạng của dòng gió sẽ tạo ra các sự thay đổi áp lực gió nhiều (xem
Hình 1.8). Các sự thay đổi chủ yếu là sự biến dạng của dòng đều, sự tách xoáy, sự tạo
xoáy và sự phát triển của vệt xoáy (xem Hình 1.9). Nhìn chung, vector gió tại một điểm
có thể được xem là tổng của thành phần gió trung bình và thành phần gió động (rối) (xem
Hình 1.10). Hệ số khí động lên các bề mặt khác nhau của công trình nhà cao tầng thay
đổi theo thời gian và không gian (xem Hình 1.11).

Hình 1.8. Hình phối cảnh về sự hình thành các xoáy khi dòng gió thổi qua
công trình nhà cao tầng


9

Hình 1.9. Sự hình thành các xoáy khi dòng gió thổi qua công trình nhà cao tầng