Nghiên cứu xác định tải trọng gió lên nhà cao tầng có kết cấu khung giằng
Nghiên cứu xác định tải trọng gió tác động lên nhà cao tầng có kể đến yếu tố khí động học và điều kiện khí hậu.
Năm xuất bản
Số trang
206
Thời gian đọc
31 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
50 Point
Mục lục chi tiết
Tóm tắt nội dung
I.Nghiên cứu tải trọng gió lên nhà cao tầng Tổng quan
Việc xác định tải trọng gió chính xác là yếu tố then chốt trong thiết kế nhà cao tầng. Tác động của gió rất phức tạp, đòi hỏi phương pháp tính toán chuyên sâu. Luận án này nghiên cứu toàn diện về tác động của gió, từ các tham số cơ bản đến các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành. Mục tiêu là cung cấp cái nhìn tổng thể về thách thức và giải pháp trong việc đánh giá tải trọng gió cho các công trình có kết cấu khung giằng.
1.1. Tác động của gió và các tham số đặc trưng
Gió là yếu tố tải trọng động phức tạp. Tác động của gió lên công trình cao tầng gây ra rung lắc, biến dạng, thậm chí là phá hủy. Việc xác định chính xác tải trọng gió là cần thiết cho thiết kế an toàn. Luận án khảo sát các khái niệm về gió, bão, lốc xoáy. Nghiên cứu cũng đi sâu vào cấu trúc gió và các tham số ảnh hưởng đến tác dụng của tải trọng gió. Các tham số chính bao gồm vận tốc gió cơ sở, vận tốc gió hiệu dụng theo độ cao, hệ số độ cao, hệ số xung áp lực động, hệ số tương quan không gian, và hệ số khí động C. Dạng địa hình xung quanh công trình cũng đóng vai trò quan trọng. Việc hiểu rõ các yếu tố này giúp tính toán chính xác hơn áp lực gió thiết kế.
1.2. Các tiêu chuẩn xác định tải trọng gió hiện hành
Nhiều tiêu chuẩn xây dựng quốc tế và trong nước quy định phương pháp xác định tải trọng gió. Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ASCE/SEI 7-2010 tập trung vào áp lực gió đơn vị và áp lực gió thiết kế. Tiêu chuẩn Châu Âu EN 1991-1.4 cung cấp các hướng dẫn về vận tốc gió cơ sở, vận tốc gió hiệu dụng theo độ cao, và áp lực gió lên bề mặt công trình. Tại Việt Nam, TCVN 2737:1995 là tiêu chuẩn phổ biến. Tiêu chuẩn này phân tách tải trọng gió thành thành phần gió tĩnh và thành phần gió động. Mỗi tiêu chuẩn có cách tiếp cận riêng về quy đổi vận tốc gió, hệ số địa hình và hệ số khí động. So sánh các phương pháp này giúp đánh giá ưu nhược điểm, từ đó đề xuất giải pháp phù hợp cho nhà cao tầng có kết cấu khung giằng.
II.Phân tích thành phần gió động trên hệ khung giằng
Thành phần gió động đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho các công trình cao tầng. Luận án đi sâu vào phân tích cơ chế làm việc của hệ kết cấu khung giằng dưới tác động của tải trọng gió ngang. Nghiên cứu cũng tập trung vào việc xác định chính xác thành phần gió động, đặc biệt cho các công trình có sơ đồ kết cấu đối xứng.
2.1. Cơ chế làm việc của hệ kết cấu khung giằng
Hệ kết cấu khung giằng là giải pháp hiệu quả chống lại tải trọng ngang. Sự tương tác giữa khung và giằng quyết định khả năng chịu lực của công trình. Luận án phân tích sự làm việc của hệ thống này dưới tác dụng của tải trọng phân bố. Các phương trình vi phân cơ bản mô tả chuyển vị và nội lực của khung giằng chịu tải trọng ngang. Nghiên cứu xem xét hai trường hợp điển hình: tải trọng ngang phân bố đều và tải trọng ngang phân bố dạng tam giác. Hiểu rõ cơ chế này là nền tảng để xác định thành phần gió động chính xác. Phân tích này là cần thiết cho thiết kế nhà cao tầng an toàn và bền vững.
2.2. Xác định thành phần gió động cho nhà khung giằng
Việc xác định thành phần gió động cho nhà có sơ đồ khung giằng kết cấu đối xứng là trọng tâm. Luận án áp dụng các công thức gần đúng ban đầu để tính toán thành phần gió động. Các công trình 20 tầng và 30 tầng được sử dụng làm mô hình khảo sát. Giá trị αH và các kích thước bộ phận kết cấu được xem xét. Kết quả từ công thức gần đúng được so sánh. Mục tiêu là đánh giá sai số của công thức (1.50). Việc này tạo cơ sở cho việc hoàn thiện và đề xuất các công thức tính toán mới, chính xác hơn.
III.Hoàn thiện công thức tính tải trọng gió động gần đúng
Để nâng cao độ chính xác trong tính toán thiết kế, luận án đã đề xuất và hoàn thiện các công thức tính thành phần gió động. Các công thức này được xây dựng dựa trên sự phân tích sâu sắc cơ chế chịu lực của hệ khung giằng. Quá trình này bao gồm đề xuất công thức mới và đánh giá chi tiết độ chính xác của chúng thông qua nhiều mô hình kết cấu khác nhau.
3.1. Đề xuất công thức mới cho thành phần gió động
Nghiên cứu đã hoàn thiện công thức tính gần đúng thành phần gió động. Công thức biểu diễn hàm K1 được đề xuất. Hàm K1 đóng vai trò quan trọng trong việc mô tả sự phân bố tải trọng gió theo chiều cao. Từ đó, luận án thiết lập công thức tính thành phần gió động mới. Công thức này dựa trên các biểu thức đã đề xuất. Mục tiêu là nâng cao độ chính xác trong tính toán tải trọng động cho nhà cao tầng. Việc cải tiến công thức giúp kỹ sư thiết kế có công cụ đáng tin cậy hơn. Công thức mới cũng tính đến các yếu tố động lực học phức tạp của gió.
3.2. Đánh giá độ chính xác của công thức đề xuất
Công thức tính thành phần gió động đề xuất được đánh giá sai số. Các loại nhà với mặt bằng kết cấu dạng 1, dạng 2, dạng 3 và dạng 4 được sử dụng để kiểm tra. Sai số được phân tích cẩn thận qua từng mô hình. So sánh kết quả từ công thức đề xuất với các phương pháp tính toán chính xác hơn. Mục đích là chứng minh tính hiệu quả và độ tin cậy của công thức. Các nhận xét, so sánh chi tiết được đưa ra. Điều này giúp xác nhận công thức mới có thể áp dụng rộng rãi. Nó cung cấp cơ sở vững chắc cho việc tính toán tải trọng gió động trong thực tế thiết kế.
IV.Tính toán hệ số gió giật cho nhà cao tầng Đà Nẵng
Việc xác định hệ số gió giật là một phần không thể thiếu trong thiết kế chịu gió. Luận án áp dụng và phát triển phương pháp Davenport, đồng thời đề xuất công thức riêng phù hợp với Tiêu chuẩn Việt Nam. Công tác này đặc biệt chú trọng đến việc kiểm chứng tính ứng dụng của các công thức cho các công trình nhà cao tầng cụ thể tại TP Đà Nẵng, một khu vực thường xuyên chịu ảnh hưởng của bão và gió mạnh.
4.1. Phương pháp Davenport và đề xuất công thức gió giật
Luận án nghiên cứu phương pháp hệ số gió giật Davenport. Đây là phương pháp phổ biến trong kỹ thuật gió. Nghiên cứu đề xuất công thức tính hệ số gió giật mới. Công thức này được phát triển dựa trên TCVN 2737:1995. Nó áp dụng cho các công trình có tần số dao động cơ bản lớn hơn tần số dao động riêng. Đặc biệt, nó xét đến công trình có mặt bằng đối xứng, khối lượng và bề rộng mặt đón gió không đổi theo chiều cao. Công thức cũng được điều chỉnh cho các trường hợp αH khác nhau. Việc xây dựng công thức gần đúng này cung cấp công cụ hiệu quả cho thiết kế.
4.2. Kiểm tra tính ứng dụng cho công trình tại Đà Nẵng
Công thức đề xuất tính thành phần gió động được đánh giá sai số. Quá trình này bao gồm khảo sát các nhà có mặt bằng dạng 1, dạng 2, dạng 3, dạng 1a, 2a, 3a. Các dạng nhà 4, 5, 6 cũng được phân tích. Đặc biệt, luận án khảo sát hai công trình thực tế tại Đà Nẵng: Đà Nẵng Plaza và Cục Hải Quan TP Đà Nẵng. Việc này nhằm kiểm chứng tính chính xác và ứng dụng thực tiễn của công thức. Kết quả đánh giá giúp khẳng định tính phù hợp của công thức cho các công trình cao tầng cụ thể tại khu vực Đà Nẵng. Điều này nâng cao độ tin cậy trong thiết kế an toàn cho các dự án xây dựng trong vùng.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (206 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG *********** BÙI THIÊN LAM NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ LÊN NHÀ CAO TẦNG CÓ KẾT CẤU KHUNG GIẰNG Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 62 52 01 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng / 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG *********** BÙI THIÊN LAM NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ LÊN NHÀ CAO TẦNG CÓ KẾT CẤU KHUNG GIẰNG Chuyên ngành : Cơ kỹ thuật Mã số: 62 52 01 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: 1. PHAN QUANG MINH 2. LÊ CUNG Đà Nẵng / 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan Luận án tiến sĩ này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả trong Luận án là trung thực và chưa được các tác giả nào công bố trong các nghiên cứu khoa học khác.
Đà Nẵng, ngày 18 tháng 01 năm 2018 Nghiên cứu sinh Bùi Thiên Lam ii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan i Mục lục ii Danh mục các bảng biểu v Danh mục các hình vẽ và đồ thị iix Danh mục các chữ viết tắt xii MỞ ĐẦU 1 1. Mục tiêu nghiên cứu 3 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3 3. Nội dung nghiên cứu 3 4.
Phương pháp nghiên cứu 4 5. Những kết quả đạt được của luận án 4 6. Cấu trúc luận án 5 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 6 1. Gió và tác động của gió lên công trình 6 1.
Khái niệm về gió, bão, lốc xoáy 6 1. Tác dụng của gió lên công trình 7 1. Cấu trúc và các tham số đặc trưng ảnh hưởng đến tác dụng của tải trọng gió 9 1. Cấu trúc của gió 9 1.
Phân loại các tham số đặc trưng ảnh hưởng đến tác dụng của gió 10 1. Khảo sát các tham số ảnh hưởng đến việc tính toán tác dụng của 10 tải trọng gió lên công trình 1. Khái niệm chung về vận tốc gió 10 1. Vận tốc gió cơ sở 11 1.
Quy đổi vận tốc gió cơ sở 13 iii 1. Hệ số độ cao 15 1. Hệ số xung áp lực động 17 1. Hệ số tương quan không gian 19 1.
Hệ số khí động C 20 1. Dạng địa hình 20 1. Tổng quan các nghiên cứu về tải trọng gió 21 1. Các nghiên cứu ở nước ngoài 22 1.
Các nghiên cứu ở trong nước 35 1. Xác định tải trọng gió theo một số một số tiêu chuẩn 38 1. Theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ ASCE/SEI 7-2010 38 1. Áp lực gió đơn vị 38 1.
Áp lực gió thiết kế 38 1. Theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 1991-1. Vận tốc gió cơ sở Vb 39 1. Vận tốc gió hiệu dụng theo độ cao Vm(z) 40 1.
Áp lực gió theo độ cao qp(z) 40 1. Áp lực gió lên bề mặt công trình 41 1. Tải trọng gió 41 1. Xác định tải trọng gió theo TCVN 2737:1995 42 1.
Thành phần gió tĩnh 43 1. Thành phần gió động 43 1. Nhận xét chương 1 45 Chương 2 THÀNH PHẦN GIÓ ĐỘNG CHO NHÀ CÓ SƠ ĐỒ KHUNG GIẰNG BỐ TRÍ ĐỐI XỨNG 47 2. Sự làm việc của hệ kết cấu khung giằng 47 2.1 Sự tương tác trong hệ kết cấu khung giằng chịu tải trọng phân bố 49 2.
Phân tích hệ khung giằng 52 iv 2. Phương trình vi phân cơ bản của kết cấu khung giằng chịu tải trọng ngang 52 2. Trường hợp chịu tải trọng ngang phân bố đều 54 2. Trường hợp chịu tải trọng ngang phân bố tam giác 58 2.
Xác định thành phần gió động cho nhà có sơ đồ khung giằng kết cấu 60 đối xứng 2. Đánh giá sai số của công thức gần đúng (1. Công trình 20 tầng 61 2. Công trình 30 tầng 64 2.
Hoàn thiện công thức tính gần đúng thành phần gió động 66 2. Đề xuất công thức biểu diễn hàm K1 66 2. Thiết lập công thức tính thành phần gió động theo biểu thức 68 đề xuất (2. Đánh giá sai số của công thức đề xuất 71 2.
Nhà có mặt bằng kết cấu dạng 1 71 2. Nhà có mặt bằng dạng 2 76 2. Nhà có mặt bằng dạng 3 78 2. Nhà có mặt bằng dạng 4 80 2.
Nhận xét, so sánh 83 2. Nhận xét chương 2 86 Chương 3 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ GIÓ GIẬT CHO HỆ KẾT CẤU 87 KHUNG GIẰNG NHÀ CAO TẦNG Ở TP ĐÀ NẴNG 3. Phương pháp hệ số gió giật Davenport 86 3. Đề xuất công thức tính hệ số gió giật theo TCVN 2737:1995 90 3.
Đối với công trình và các bộ phận kết cấu có tần số dao động cơ bản ( ) 90 lớn hơn tần số dao động riêng ( ) 3. Khi công trình có mặt bằng đối xứng, khối lượng và bề rộng mặt đón gió 91 v không đổi theo chiều cao. Trường hợp αH = 2 ÷ 6 91 3. Trường hợp αH ≤ 2 92 3.
Xây dựng công thức gần đúng tính hệ số gió giật 93 3. Đánh giá sai số công thức đề xuất tính thành phần gió động 99 3. Nhà có mặt bằng dạng 1 99 3. Nhà có mặt bằng dạng 2 102 3.
Nhà có mặt bằng dạng 3 103 3. Khảo sát các nhà dạng 1a, 2a và 3a 106 3. Khảo sát các dạng nhà 4, 5 và 6 111 3. Khảo sát công trình Đà Nẵng Plaza và Cục Hải Quan TP Đà Nẵng 116 3.
Nhận xét chương 3 120 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 122 Những đóng góp mới của luận án 124 Danh mục các công trình đã công bố liên quan đến luận án 125 Tài liệu tham khảo 126 Phụ lục 133 vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu Tên bảng biểu Trang Bảng 1. Thời gian lấy vận tốc trung bình của một số Tiêu chuẩn thiết kế 12 Bảng 1. Các dạng địa hình gió theo một số tiêu chuẩn 13 Bảng 1. Hệ số chuyển đổi gió 3s từ chu kì 20 năm sang các chu kỳ khác 14 Bảng 1.
Chiều cao gradient zg; số mũ m và thời gian lấy trung bình vận tốc 16 gió của một số Tiêu chuẩn thiết kế Bảng 2. Kích thước các bộ phận kết cấu công trình 20 tầng 61 Bảng 2. Giá trị αH ứng với các nhà 63 Bảng 2. So sánh thành phần gió động theo công thức (1.50) 63 với công trình 20 tầng Bảng 2.
Kích thước các bộ phận kết cấu công trình 30 tầng 65 Bảng 2. Giá trị αH ứng với các mô hình 65 Bảng 2. So sánh thành phần gió động theo công thức (1.50) 65 với công trình 30 tầng Bảng 2. Giá trị K1 tính theo công thức (2.
Số liệu nhà dạng 1, cao 20 tầng 72 Bảng 2. Số liệu nhà dạng 1, cao 30 tầng 72 Bảng 2. Số liệu nhà dạng 2, cao 20 tầng 76 Bảng 2. Số liệu nhà dạng 2, cao 30 tầng 77 Bảng 2.
Số liệu nhà dạng 3, cao 20 tầng 79 Bảng 2. Số liệu nhà dạng 3, cao 30 tầng 79 Bảng 2. Số liệu nhà dạng 4, cao 20 tầng 81 Bảng 2. Số liệu nhà dạng 4, cao 30 tầng 81 Bảng 2.
So sánh lực cắt đáy thành phần gió động theo các công thức 84 tính của 4 dạng nhà cao 20 tầng. So sánh lực cắt đáy thành phần gió động theo các công thức 85 tính của 4 dạng nhà cao 30 tầng Bảng 3. Độ cao Gradient zβ và hệ số α 92 Bảng 3. Chu kỳ dao động riêng cơ bản của công trình theo kiến nghị 95 của một số tác giả Bảng 3.
Các hệ số f , ε , ξ 97 Bảng 3.4 So sánh lực cắt đáy tính theo TCVN và theo công thức đề xuất, 104 nhà cao 20 tầng.5 So sánh lực cắt đáy tính theo TCVN và theo công thức đề xuất, 105 nhà cao 30 tầng. Số liệu nhà dạng 1a, cao 20 tầng, vách dày 200, 250 và 300 106 Bảng 3. Số liệu nhà dạng 1a, cao 30 tầng, vách dày 250, 300 và 350 106 Bảng 3. Số liệu nhà dạng 2a, cao 20 tầng vách dày 200, 250 và 300 107 Bảng 3.
Số liệu nhà dạng 2a, cao 30 tầng, vách dày 250, 300 và 350 107 Bảng 3. Số liệu nhà dạng 3a, cao 20 tầng, vách dày 200, 250 và 300 107 Bảng 3. Số liệu nhà dạng 3a, cao 30 tầng, vách dày 250, 300 và 350 108 Bảng 3. So sánh lực cắt đáy tính theo TCVN và theo công thức đề xuất, 109 nhà cao 20 tầng, dạng 1a, 2a, 3a Bảng 3.
So sánh lực cắt đáy tính theo TCVN và theo công thức đề xuất, 110 nhà cao 30 tầng, dạng 1a, 2a, 3a Bảng 3. Số liệu các dạng nhà 4, 5 và 6 112 Bảng 3. Thành phần gió động nhà dạng 4 tính theo TCVN và theo 113 hệ số đề xuất, 20 tầng Bảng 3. Thành phần gió động nhà dạng 5 tính theo TCVN và theo 114 hệ số đề xuất, 25 tầng Bảng 3.
Thành phần gió động nhà dạng 6 tính theo TCVN và theo 115 hệ số đề xuất, 30 tầng viii Bảng 3. So sánh tải trọng gió tính theo TCVN (1.50) và theo hệ 116 số đề xuất (3. Số liệu công trình Đà Nẵng Plaza và Cục Hải Quan TP Đà Nẵng 117 Bảng 3. Thành phần gió động công trình Đà Nẵng Plaza tính theo TCVN 118 và theo công thức đề xuất.
Thành phần gió động công trình Cục Hải Quan TP Đà Nẵng 119 tính theo TCVN và theo công thức đề xuất. So sánh tải trọng gió tính theo TCVN (1.50) và theo hệ số 120 đề xuất (3.27) ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Số hiệu Tên hình vẽ Trang Hình 1. Quan hệ vận tốc gió theo thời gian 9 Hình 1. Vận tốc gió tại cao trình z 11 Hình 1.
Tỷ số giữa vận tốc gió trung bình trong t giây (Vt) với vận tốc gió 14 trung bình trong 1 giờ (ASCE/SEI 7-10) Hình 2. Hệ kết cấu khung giằng 46 Hình 2.2 (a) Vách chịu tải trọng ngang phân bố đều 49 (b) Khung chịu tải trọng ngang (c) Sự tương tác khung-vách. Hình dạng chuyển vị ngang, momen, lực cắt điển hình của kết cấu 50 khung-vách chịu tải trọng ngang. (a) Kết cấu khung-vách phẳng 52 (b) Phân tích liên tục cho kết cấu khung-vách (c) Sơ đồ tự do cho khung và vách Hình 2.
Thanh công xôn chịu tải trọng ngang 56 Hình 2. Hệ số K1, khi chịu tải trọng ngang phân bố đều 57 Hình 2. Hệ số K1, khi chịu tải trọng ngang phân bố tam giác 58 Hình 2. Mặt bằng kết cấu công trình 20 tầng 60 Hình 2.
Mặt bằng kết cấu công trình 30 tầng 63 Hình 2. Biểu đồ K1 tính theo công thức (2. Mặt bằng kết cấu nhà dạng 1 70 Hình 2. Thành phần gió động, nhà dạng 1, cao 20 tầng, vách dày 200 72 Hình 2.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Nghiên cứu xác định tải trọng gió lên nhà cao tầng có kế" nghiên cứu về vấn đề gì?
Nghiên cứu xác định tải trọng gió tác động lên nhà cao tầng có kể đến yếu tố khí động học và điều kiện khí hậu.
Luận án "Nghiên cứu xác định tải trọng gió lên nhà cao tầng có kế" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Đại học Đà Nẵng. Năm bảo vệ: 2018.
Luận án "Nghiên cứu xác định tải trọng gió lên nhà cao tầng có kế" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Nghiên cứu xác định tải trọng gió lên nhà cao tầng có kế" thuộc chuyên ngành Cơ kỹ thuật. Danh mục: Kinh Tế Phát Triển.
Luận án "Nghiên cứu xác định tải trọng gió lên nhà cao tầng có kế" có bao nhiêu trang?
Luận án "Nghiên cứu xác định tải trọng gió lên nhà cao tầng có kế" có 206 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Nghiên cứu xác định tải trọng gió lên nhà cao tầng có kế" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.