Tính toán gió động

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN GIÓ ĐỘNG CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN GIÓ ĐỘNG 5.1. DỮ LIỆU BÀI TOÁN : Coi như tường gạch dày 200 xây trên tất cả các dầm Chiều cao tầng điển hình là 3.4m, chiều cao tầng hầm là 3.6m, chiều cao tầng 1 là 6m Chiều dày sàn là 12cm. Vách cứng có chiều dày 25cm. Kích thước dầm lấy như bảng 2.1 Kích thước cột được chọn sơ bộ như sau : Bảng 6.1 : Sơ bộ chọn tiết diện cột 2B, 2C, 2D, 3B, 4B, 5B, 6B,7B, 7C, 7D Tầng FS(m2) q(kN/m2) mS N(N) k Rb(N/mm2) A0(cm2) (cm) b × h(cm×cm) Chọnb × h(cm×cm) Mái 34.8 10 1 348 1.1 11.5 332.9 18.2 20 × 20 60 × 60 Kỹ thuật 65.25 10 2 1305 1.1 11.5 1248.3 35.3 40 ×40 13 65.25 10 3 1957.5 1.1 11.5 1872.4 43.3 45 × 45 12 65.25 10 4 2610 1.1 11.5 2496.5 50.0 50 × 50 11 65.25 10 5 3262.5 1.1 11.5 3120.7 55.9 55 × 55 70 × 70 10 65.25 10 6 3915 1.1 11.5 3744.8 61.2 60 × 60 9 65.25 10 7 4567.5 1.1 11.5 4368.9 66.1 70 ×70 8 65.25 10 8 5220 1.1 11.5 4993.0 70.7 70 × 70 80 × 80 7 65.25 10 9 5872.5 1.1 11.5 5617.2 74.9 75 × 75 6 65.25 10 10 6525 1.1 11.5 6241.3 79.0 80 × 80 5 65.25 10 11 7177.5 1.1 11.5 6865.4 82.9 80 × 80 90 × 90 4 65.25 10 12 7830 1.1 11.5 7489.6 86.5 90 × 90 3 65.25 10 13 8482.5 1.1 11.5 8113.7 90.1 90 × 90 2 65.25 10 14 9135 1.1 11.5 8737.8 93.5 95 ×95 100 × 100 1 65.25 10 15 9787.5 1.1 11.5 9362.0 96.8 100 × 100 Hầm 65.25 10 16 10440 1.1 11.5 9986.1 99.9 100 × 100 Bảng 6.2 : Sơ bộ chọn tiết diện cột 2A, 2E, 3A, 3E, 4A, 4E, 5A,5E, 6A, 6E,7A, 7E, 8B, 8C, 8D Tầng FS(m2) q(kN/m2) mS N(N) k Rb(N/mm2) A0(cm2) (cm) b × h(cm×cm) Chọnb × h(cm×cm) Mái 17.4 10 1 174 1.15 11.5 174.0 13.2 20 × 20 60 × 60 Kỹ thuật 32.62 10 2 652.4 1.15 11.5 652.4 25.5 25 ×25 13 32.62 10 3 978.6 1.15 11.5 978.6 31.3 35 × 35 12 32.62 10 4 1304.8 1.15 11.5 1304.8 36.1 40 × 40 11 32.62 10 5 1631 1.15 11.5 1631.0 40.4 40 × 40 10 32.62 10 6 1957.2 1.15 11.5 1957.2 44.2 45 × 45 9 32.62 10 7 2283.4 1.15 11.5 2283.4 47.8 50 ×50 8 32.62 10 8 2609.6 1.15 11.5 2609.6 51.1 50 × 50 7 32.62 10 9 2935.8 1.15 11.5 2935.8 54.2 55 × 55 6 32.62 10 10 3262 1.15 11.5 3262.0 57.1 60 × 60 5 32.62 10 11 3588.2 1.15 11.5 3588.2 59.9 60 × 60 65 × 65 4 32.62 10 12 3914.4 1.15 11.5 3914.4 62.6 65 × 65 3 32.62 10 13 4240.6 1.15 11.5 4240.6 65.1 65 × 65 2 32.62 10 14 4566.8 1.15 11.5 4566.8 67.6 70 ×70 75 × 75 1 32.62 10 15 4893 1.15 11.5 4893.0 69.9 70 × 70 Hầm 32.62 10 16 5219.2 1.15 11.5 5219.2 72.2 75 × 75 Bảng 6.3 : Sơ bộ chọn tiết diện cột 1A, 1E, 8A, 8E Tầng FS(m2) q(kN/m2) mS N(N) k Rb(N/mm2) A0(cm2) (cm) b × h(cm×cm) Chọnb × h(cm×cm) Mái 16.31 10 1 163.1 1.15 11.5 163.1 12.8 20 × 20 60 × 60 Kỹ thuật 16.31 10 2 326.25 1.15 11.5 326.3 18.1 20 × 20 13 16.31 10 3 489.38 1.15 11.5 489.4 22.1 25 × 25 12 16.31 10 4 652.5 1.15 11.5 652.5 25.5 25 × 25 11 16.31 10 5 815.63 1.15 11.5 815.6 28.6 30 × 30 10 16.31 10 6 978.75 1.15 11.5 978.8 31.3 30 × 30 9 16.31 10 7 1141.9 1.15 11.5 1141.9 33.8 35 ×35 8 16.31 10 8 1305 1.15 11.5 1305.0 36.1 35 × 35 7 16.31 10 9 1468.1 1.15 11.5 1468.1 38.3 40 × 40 6 16.31 10 10 1631.3 1.15 11.5 1631.3 40.4 40 × 40 5 16.31 10 11 1794.4 1.15 11.5 1794.4 42.4 40 × 40 4 16.31 10 12 1957.5 1.15 11.5 1957.5 44.2 45 × 45 3 16.31 10 13 2120.6 1.15 11.5 2120.6 46.1 45 × 45 2 16.31 10 14 2283.8 1.15 11.5 2283.8 47.8 50 ×50 1 16.31 10 15 2446.9 1.15 11.5 2446.9 49.5 50 × 50 Hầm 16.31 10 16 2610 1.15 11.5 2610.0 51.1 50 × 50 Hình 5.1 : Mặt bằng dầm sàn tầng điển hình Hình 5.2 : Mặt đứng công trình 5.2. TẢI TRỌNG TÁC DỤNG : a . Tĩnh tải tác dụng lên bản sàn: Bảng 5.2 : Tĩnh tải tác dụng lên sàn STT Các lớp cấu tạo n 1 Gạch ceramic 20 10 1.1 0.2 0.220 2 Vữa lót 18 30 1.3 0.5 0.702 3 Vữa trát trần 18 15 1.3 0.3 0.351 4 Trần treo 1.2 1.0 1.200 2.473 Tải trọng do trọng lượng bản thân dầm sàn, chương trình tự tính b . Tĩnh tải tác dụng lên dầm : Tải trọng do tường xây tác dụng trên dầm : c . Hoạt tải : Hoạt tải sàn : Hoạt tải sàn được lấy theo bảng 2.4 Hoạt tải sàn mái ta lấy hoạt tải là : 5.3. TÍNH TOÁN DẠNG DAO ĐỘNG : Dùng vật liệu bê tông B20, có : Modul đàn hồi là E=2.7×103kN/m2 Hệ số Poisson Trọng lượng riêng 25kN/m3 Cấu trúc tổ hợp khối lượng tham gia dao động : MASS = 1TT + 0.5HT 5.3.1 MÔ HÌNH : Hình 5.3 : Mô hình công trình 5.3.2. ĐỊNH NGHĨA TRƯỜNG HỢP TẢI : 5.3.3. GÁN TẢI TRỌNG CHO KẾT CẤU : Gán tĩnh tải do tường tác dụng lên dầm : Gán tĩnh tải các lớp cấu tạo cho sàn : Một cách gần đúng ta quy tải trọng của hồ nước mái thành tĩnh tải tập trung tác dụng lên cột và vách cứng, các tải tập trung này được xác định từ biểu đồ lực cắt khi tính toán cho dầm đáy hồ nước mái Hình 5.4 : Biểu đồ lực cắt các dầm đáy Đối với phần diện tích mái được lợp tole, ta sẽ tính toán và quy thành tải tập trung cho 12 đi ểm tựa Tĩnh tãi của mái tole đòn tay thép hình là 0.2kN/m2 Vậy tải trọng tập trung tại mỗi điểm tựa là Gán hoạt tải cho các sàn S1, S2, S7, S9 : Gán hoạt tải cho các sàn S3, S4, S5, S6, S8 : Gán hoạt tải cho sàn mái : 5.3.4. KHAI BÁO TẢI TRỌNG THAM GIA DAO ĐỘNG : 5.4. TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN TĨNH TẢI GIÓ : Công trình nằm ở khu vực TP. Hồ Chí Minh tra bảng phân vùng áp lực gió theo TCVN – 1995 Nằm trong vùng II – A ảnh hưởng của bão yếu nên áp lực gió tiêu chuẩn xác định theo công thức : Trong đó : là giá trị áp lực gió tiêu chuẩn theo bảng đồ phân vùng c là hệ số khí động (phía đón gió , phía khuất gió ) k là hệ số xét đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình Trong đó : là hệ số tin cậy htt là chiều cao tính toán của mỗi tầng Lx = 34.8m là bề rộng mặt đón gió Trong đó : là hệ số tin cậy htt là chiều cao tính toán của mỗi tầng Ly = 53.5m là bề rộng đón gió Các giá trị được lập thành bảng như sau : 5.5. TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN ĐỘNG TẢI GIÓ : Các kết quả tính toán do phần mềm tính kết cấu xuất ra như sau : Chú thích : Mode : 12 dạng dao động của bài toán Period : chu kỳ (T) ứng với các dạng dao động Chú thích : MassX, MassY : khối lượng tập trung tại các tầng Kết quả do chương trình xuất ra có thứ nguyên là khối lượng, do đó khi sử dụng kết quả này để tính toán, ta nhân thêm 10 để đổi sang thứ nguyên trọng lượng. Các kết quả tính toán được lập thành bảng như sau : Chú thích : Frequence (f) : tần số (Hz) Giá trị giới hạn của tần số dao động riêng fL ứng với δ = 0.3 là fL = 1.3. Trong đó δ là độ giảm loga dao động của kết cấu, phụ thuộc vào dạng kết cấu và vật liệu chịu lực chính của công trình. So sánh với bảng 5.5, 5.6 ta thấy . Do đó ta sẽ tính toán thành phần động của tải trọng gió của mode 3 cho phương X và mode 2 cho phương Y Bảng 5.7 : Biên độ dao động của mode 2 và mode 3 Tầng 1 6.0 0.1119 -0.2312 0.1127 2 9.4 0.1754 -0.3623 0.1765 3 12.8 0.2388 -0.4933 0.2403 4 16.2 0.3022 -0.6243 0.3042 5 19.6 0.3657 -0.7553 0.3680 6 23.0 0.4291 -0.8864 0.4318 7 26.4 0.4925 -1.0174 0.4957 8 29.8 0.5560 -1.1484 0.5595 9 33.2 0.6194 -1.2795 0.6234 10 36.6 0.6828 -1.4105 0.6872 11 40.0 0.7463 -1.5415 0.7510 12 43.4 0.8097 -1.6726 0.8149 13 46.8 0.8731 -1.8036 0.8787 Kỹ thuật 50.2 0.9366 -1.9346 0.9425 Mái 53.6 1.0000 -2.0656 1.0064 Giá trị tiêu chuẩn thành pần động của tải trọng gió lên phần thứ j với dạng dao động thứ i được xác định theo công thức : Trong đó : : khối lượng tập trung của phần công trình thứ j : dịch chuyển ngang tỷ đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng dao động thứ i Với 3 dạng dao động đầu tiên ta có : ; ; ; ; : hệ số được xác định bằng cách chia công trình thành n phần, trong phạm vi mỗi phần tải trọng gió xem như không đổi Xác định hệ số : Với là 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 khi chỉ kể đén ảnh hưởng của xung vận tốc gió, được xác định theo công thức : Trong đó : : là giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió, tác dụng lên phần thứ j của công trình : bề rộng và chiều cao mặt đón gió ứng với phần thứ j : hệ số áp lực động của tải trọng gió, ở độ cao ứng với phần thứ j của công trình : hệ số tương quan áp lực động của tải trọng gió được xác định phụ thuộc vào tham số và dạng dao động. Với mặt phẳng tọa độ cơ bản song song với bề mặt tính toán zOx (gió Oy) ta có : Với mặt phẳng tọa độ cơ bản song song với bề mặt tính toán zOy (gió Ox) ta có : Kết quả tính toán được trình bày như trong bảng 5.8 Từ các giá trị Mj, yji, và WFi, ta xác định được các hệ số và ứng với mode 3 và mode 2 theo hai phương X và Y Xác định hệ số : : hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i, phụ thuộc vào thông số và độ giảm loga của dao động Trong đó : : hệ số độ tin cậy của tải gió, lấy bằng 1.2 : giá trị của áp lực gió : tần số dao động riêng thứ i (Hz) Xác định thành phần động của tải trọng gió : Từ các giá trị Mj, yji, yi và ξi, ta xác định được các giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió được xác định theo công thức sau : Trong đó : : hệ số độ tin cậy của tải gió, lấy bằng 1.2 : hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian; lấy bằng 1 Các kết quả tính toán được trình bày như trong bảng 5.9 5.5. TỔNG TẢI TRỌNG GIÓ (TĨNH + ĐỘNG) : Kết quả tính toán được trình bày như trong bảng 5.10 :