Luận án tiến sĩ: Giảm áp lực gió mái dốc nhà thấp tầng bằng thực nghiệm ống thổi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG NGUYỄN HOÀI NAM NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIẢM ÁP LỰC GIÓ LÊN MÁI DỐC NHÀ THẤP TẦNG BẰNG THỰC NGHIỆM TRONG ỐNG THỔI KHÍ ĐỘNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và Công nghiệp Mã số: 62.08 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. NGUYỄN HỒNG HÀ HÀ NỘI – 2014 i LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới hai thầy hướng dẫn: PGS. Nguyễn Võ Thông và TS. Nguyễn Hồng Hà đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi, thường xuyên động viên, cho nhiều chỉ dẫn khoa học có giá trị cao cho luận án và cho việc nâng cao năng lực khoa học của tác giả.

Tác giả xin trân trọng cảm ơn Viện Thông tin đào tạo và Tiêu chuẩn hóa – Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng, phòng Nghiên cứu thí nghiệm gió – Viện chuyên ngành kết cấu Công trình Xây dựng, các thầy, cô giáo, các cán bộ khoa Xây dựng, bộ môn Công nghệ và tổ chức thi công – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội và tất cả các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ và hợp tác trong quá trình nghiên cứu. Tác giả Nguyễn Hoài Nam i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Nguyễn Hoài Nam ii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan……………………………….

ii Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt và thuật ngữ…………………………… vi Danh mục các bảng trong luận án……………………………………… x Danh mục các hình vẽ trong luận án……………………………………. xiv Phần mở đầu 1 1. Mục đích của luận án …………. Đối tượng nghiên cứu …………………………………………….

Nội dung nghiên cứu…………………………. Phương pháp nghiên cứu…………………………………………. Phạm vi nghiên cứu………………………………………………. Những đóng góp mới của luận án………………………………….

Cấu trúc luận án. 3 Chương 1: Tổng quan về tác động của gió và các giải pháp giảm áp lực gió lên mái dốc nhà thấp tầng ……………. Tác động của gió đối với nhà thấp tầng…………………………… 6 1. Khái niệm chung về nhà cao tầng, thấp tầng …………….

Tác động gió lên nhà thấp tầng …………………………. Các phương pháp nghiên cứu tác động của gió lên công trình thấp tầng …….1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết………….2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm………. Một số giải pháp hạn chế tác động của áp lực gió đối với mái của nhà thấp tầng ………………………………………………… 13 1. Những vị trí trên mái chịu ảnh hưởng của áp lực gió hút lớn 13 1.

Một số giải pháp hạn chế tác hại của gió đối mái nhà thấp tầng của Việt Nam ………………………………………… 18 1. Một số giải pháp chủ động giảm áp lực gió lên mái nhà thấp tầng trên thế giới ……………………. Nghiên cứu giải pháp sử dụng tấm hướng gió ngang để điều chỉnh hướng chủ động làm giảm áp lực bất lợi lên một số dạng kết cấu khác………………………………….……… 28 iii Chương 2: Cơ sở lý thuyết thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động 32 2. Giới thiệu một số phòng thí nghiệm gió trên thế giới và Việt Nam 32 2.

Phòng thí nghiệm gió ….1 Phòng thí nghiệm gió trên thế giới…….2 Phòng thí nghiệm gió ở Việt Nam. Ống thổi khí động………………………………………….1 Giới thiệu chung…………………………………….2 Ống thổi khí động – Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng 36 2. Những yêu cầu cơ bản đối với ống thổi khí động thí nghiệm mô hình thu nhỏ. Cơ sở lý thuyết về thí nghiệm mô hình…………………………….

Mục đích của thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động 38 2. Những nội dung cần nghiên cứu khi thí nghiệm mô hình nhà thấp tầng trong ống thổi khí động …………………….3 Mô hình hóa thí nghiệm trong ống thổi khí động …….1 Mô hình hóa công trình thí nghiệm…………….2 Mô hình hóa môi trường gió………………….3 Mô hình hóa môi trường gió cho phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam ………….4 Mô hình hóa địa hình…………………………. Thiết lập qui trình thí nghiệm mô hình nhà thấp tầng trong ống thổi khí động phù hợp với điều kiện Việt Nam……………. 49 Chương 3:Nghiên cứu đề xuất sử dụng tấm chắn gió ngang trên mái dốc nhà thấp tầng bằng thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động 60 3.

Cơ sở lựa chọn thông số của tấm chắn gió nằm ngang…………… 60 3. Dạng công trình, dạng địa hình và vùng áp lực gió thí nghiệm …. Công trình thí nghiệm ……………………………………. Dạng địa hình, vùng áp lực gió thí nghiệm ……………….

Thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động………………. Thiết bị và dụng cụ hỗ trợ ………. Xác định các thông số cho mô hình và tấm chắn ngang …. Mô hình hóa môi trường gió trong ống thổi khí động…….

Mô hình hóa địa hình………………………………………. Thí nghiệm và ghi kết quả…………. Sơ đồ bố trí đầu đo áp lực và hướng gió thí nghiệm………. Thổi gió và ghi kết quả……………………….

Phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm ………. Vấn đề sử lý số liệu…………………………. Kết quả thí nghiệm ………………………………………… 77 3.1 Kết quả thí nghiệm hệ số áp lực với các hướng gió khác nhau khi không sử dụng tấm chắn ngang cho các mô hình dạng 1………………………………………………… 77 3.2 Kết quả thí nghiệm khi sử dụng tấm chắn ngang rộng 500mm cho các mô hình dạng 1……………………… 86 3. Đánh giá và so sánh kết quả……………………………….1 Đánh giá và so sánh kết quả các trường hợp sử dụng và không sử dụng tấm chắn ngang của các mô hình dạng 1 91 3.2 Đánh giá và so sánh kết quả các trường hợp sử dụng và không sử dụng tấm chắn ngang của các mô hình dạng 1 với tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737-1995……………… 98 3.3 Đánh giá, so sánh hệ số áp lực gió nhỏ nhất trường hợp sử dụng và không sử dụng tấm chắn ngang của các mô hình dạng 1 và với một số tiêu chuẩn nước ngoài ……….4 Kết quả thí nghiệm cho các mô hình dạng 2 (ĐN1 và ĐN2) 112 3.1 Trường hợp không sử dụng tấm chắn ngang……….2 Trường hợp sử dụng tấm chắn ngang rộng 500mm, cao 500mm………………………….3 So sánh kết quả của các trường hợp không và có sử dụng tấm chắn ngang………….

Một số cấu tạo tấm chắn ngang trên mái…………. 122 Chương 4: Thí nghiệm ứng dụng tấm hướng gió ngang trên mái dốc của mô hình thực ngoài hiện trường. Các thông số chính của công trình và thiết bị thí nghiệm ….1 Các thông số chính của công trình ………………………… 125 4.2 Giải pháp liên kết và vật liệu sử dụng …….3 Thiết bị thí nghiệm ………. Các thông số thí nghiệm của mô hình thí nghiệm…….

Thí nghiệm đo áp lực lên mái với các hướng gió khác nhau……… 130 4. Kết quả thí nghiệm ……………………………………………….1 Xử lý số liệu ……………………………………………. Các kết quả thí nghiệm…………………. Các kết quả chính đạt được ……………………………………….

Độ tin cậy của kết quả đạt được. Hướng phát triển của luận án……………………………………… 141 Danh mục công trình nghiên cứu của tác giả liên quan đến luận án. 142 Tài liệu tham khảo………………………………………………. 143 vi DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ Ký hiệu chữ cái và chữ La tinh A Diện tích mặt cắt ngang Ai Diện tích mái tại điểm i Am Diện tích tiết diện mặt cắt ngang của mô hình AÔTKĐ Diện tích tiết diện mặt cắt ngang của ống thổi khí động tại vị trí đặt mô hình b Chiều rộng của công trình bm Chiều rộng của mô hình b Hệ số điều chỉnh theo dạng địa hình  Cp Hệ số áp lực lớn nhất  Cp Hệ số áp lực nhỏ nhất Cp Hệ số áp lực trung bình Cp Hệ số áp lực trung bình toàn mái c Hệ số khí động Cp,i Hệ số áp lực gió tại điểm i Dm Kích thước (chiều dài hoặc rộng hoặc cao) mô hình Dp Kích thước (chiều dài hoặc rộng hoặc cao) công trình thực E Mô đun đàn hồi Eeff Mô đun hiệu dụng Eg Hệ số địa hình theo vận tốc gió trung bình EgI Hệ số điều chỉnh địa hình EI Hệ số địa hình cho độ lệch chuẩn của tốc độ gió dao động Em Mô đun đàn hồi của mô hình Ep Mô đun đàn hồi của công trình thực h Chiều cao của công trình tính từ mặt đất đến diềm mái hm Chiều cao của mô hình đến diềm mái hmái Chiều cao đến đỉnh mái của công trình thực vii hmmái Chiều cao của mô hình tính đến đỉnh mái Hs Chiều cao của dạng địa hình hs Chiều cao tấm chắn gió hth Chiều cao tấm chắn gió ngoài thực tế I Mô men quán tính hoặc hằng số xoắn Irz Độ rối tại độ cao Z L Kích thước tổng thể đặc trưng l Chiều dài của công trình Lb Kích thước đặc trưng của công trình hoặc kết cấu lm Chiều dài của mô hình Lr Tỉ lệ mô hình Lt Tỉ lệ rối m Mô hình nm Tần số giao động riêng của mô hình np Tần số giao động riêng của công trình thực p Áp lực trung bình theo thời gian p Nguyên hình p(t) Áp lực tức thời pmax Áp lực lớn nhất đo được trong khoảng thời gian lấy số liệu pmin Áp lực nhỏ nhất đo được trong khoảng thời gian lấy số liệu Rem Số Reynolds của mô hình Rep Số Reynolds công trình thực t Thời gian T Thời gian lấy số liệu.