Luận án tiến sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu xác định tải trọng gió lên nhà cao tầng có kết cấu khung giằng

Luận án tiến sĩ kỹ thuật nghiên cứu phương pháp xác định tải trọng gió tác động lên nhà cao tầng có kết cấu khung giằng, đảm bảo an toàn và hiệu quả.

• Tác giả: Bùi Thiên Lam
• Người hướng dẫn: PTS. Phan Quang Minh
• Trường học: Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật
• Đề tài: Nghiên Cứu Tải Trọng Gió Trên Nhà Cao Tầng Kết Cấu Khung Giằng
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• Lời cam đoan
• Danh mục các bảng biểu
• Danh mục các hình vẽ và đồ thị
• Danh mục các chữ viết tắt
• MỞ ĐẦU
• 1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 3. Nội dung nghiên cứu
• 4. Phương pháp nghiên cứu
• 5. Những kết quả đạt được của luận án
• 6. Cấu trúc luận án
• 1. Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Gió và tác động của gió lên công trình
• 1.1.1. Khái niệm về gió, bão, lốc xoáy
• 1.1.2. Tác dụng của gió lên công trình
• 1.2. Cấu trúc và các tham số đặc trưng ảnh hưởng đến tác dụng của tải trọng gió
• 1.2.1. Cấu trúc của gió
• 1.2.2. Phân loại các tham số đặc trưng ảnh hưởng đến tác dụng của gió
• 1.3. Khảo sát các tham số ảnh hưởng đến việc tính toán tác dụng của tải trọng gió lên công trình
• 1.3.1. Khái niệm chung về vận tốc gió
• 1.3.2. Vận tốc gió cơ sở
• 1.3.3. Quy đổi vận tốc gió cơ sở
• 1.3.4. Hệ số độ cao
• 1.3.5. Hệ số xung áp lực động
• 1.3.6. Hệ số tương quan không gian
• 1.3.7. Hệ số khí động C
• 1.3.8. Dạng địa hình
• 1.4. Tổng quan các nghiên cứu về tải trọng gió
• 1.4.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài
• 1.4.2. Các nghiên cứu ở trong nước
• 1.5. Xác định tải trọng gió theo một số tiêu chuẩn
• 1.5.1. Theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ ASCE/SEI 7-2010
• 1.5.1.1. Áp lực gió đơn vị
• 1.5.1.2. Áp lực gió thiết kế
• 1.5.2. Theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 1991-1
• 1.5.2.1. Vận tốc gió cơ sở Vb
• 1.5.2.2. Vận tốc gió hiệu dụng theo độ cao Vm(z)
• 1.5.2.3. Áp lực gió theo độ cao qp(z)
• 1.5.2.4. Áp lực gió lên bề mặt công trình
• 1.5.2.5. Tải trọng gió
• 1.5.3. Xác định tải trọng gió theo TCVN 2737:1995
• 1.5.3.1. Thành phần gió tĩnh
• 1.5.3.2. Thành phần gió động
• 1.6. Nhận xét chương 1
• 2. Chương 2: THÀNH PHẦN GIÓ ĐỘNG CHO NHÀ CÓ SƠ ĐỒ KHUNG GIẰNG BỐ TRÍ ĐỐI XỨNG
• 2.1. Sự làm việc của hệ kết cấu khung giằng
• 2.1.1. Sự tương tác trong hệ kết cấu khung giằng chịu tải trọng phân bố
• 2.2. Phân tích hệ khung giằng
• 2.2.1. Phương trình vi phân cơ bản của kết cấu khung giằng chịu tải trọng ngang
• 2.2.2. Trường hợp chịu tải trọng ngang phân bố đều
• 2.2.3. Trường hợp chịu tải trọng ngang phân bố tam giác
• 2.3. Xác định thành phần gió động cho nhà có sơ đồ khung giằng kết cấu đối xứng
• 2.3.1. Đánh giá sai số của công thức gần đúng (1.50)
• 2.3.1.1. Công trình 20 tầng
• 2.3.1.2. Công trình 30 tầng
• 2.3.2. Hoàn thiện công thức tính gần đúng thành phần gió động
• 2.3.2.1. Đề xuất công thức biểu diễn hàm K1
• 2.3.2.2. Thiết lập công thức tính thành phần gió động theo biểu thức đề xuất (2.51)
• 2.3.3. Đánh giá sai số của công thức đề xuất
• 2.3.3.1. Nhà có mặt bằng kết cấu dạng 1
• 2.3.3.2. Nhà có mặt bằng dạng 2
• 2.3.3.3. Nhà có mặt bằng dạng 3
• 2.3.3.4. Nhà có mặt bằng dạng 4
• 2.3.3.5. Nhận xét, so sánh
• 2.4. Nhận xét chương 2
• 3. Chương 3: XÁC ĐỊNH HỆ SỐ GIÓ GIẬT CHO HỆ KẾT CẤU KHUNG GIẰNG NHÀ CAO TẦNG Ở TP ĐÀ NẴNG
• 3.1. Phương pháp hệ số gió giật Davenport
• 3.2. Đề xuất công thức tính hệ số gió giật theo TCVN 2737:1995
• 3.2.1. Đối với công trình và các bộ phận kết cấu có tần số dao động cơ bản lớn hơn tần số dao động riêng
• 3.2.2. Khi công trình có mặt bằng đối xứng, khối lượng và bề rộng mặt đón gió không đổi theo chiều cao. Trường hợp αH = 2 ÷ 6
• 3.2.3. Trường hợp αH ≤ 2
• 3.3. Xây dựng công thức gần đúng tính hệ số gió giật
• 3.4. Đánh giá sai số công thức đề xuất tính thành phần gió động
• 3.4.1. Nhà có mặt bằng dạng 1
• 3.4.2. Nhà có mặt bằng dạng 2
• 3.4.3. Nhà có mặt bằng dạng 3
• 3.4.4. Khảo sát các nhà dạng 1a, 2a và 3a
• 3.4.5. Khảo sát các dạng nhà 4, 5 và 6
• 3.4.6. Khảo sát công trình Đà Nẵng Plaza và Cục Hải Quan TP Đà Nẵng
• 3.5. Nhận xét chương 3
• KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ
• Những đóng góp mới của luận án
• Danh mục các công trình đã công bố liên quan đến luận án
• Tài liệu tham khảo
• Phụ lục

Tóm tắt

I. Tổng quan về tải trọng gió và nhà cao tầng

Tải trọng gió là yếu tố quan trọng trong thiết kế nhà cao tầng, đặc biệt là các công trình sử dụng kết cấu khung giằng. Luận án tiến sĩ này tập trung vào việc xác định tải trọng gió tác động lên các công trình cao tầng, đặc biệt là ở khu vực Đà Nẵng, nơi thường xuyên chịu ảnh hưởng của bão và gió mạnh. Kỹ thuật xây dựng hiện đại đòi hỏi các phương pháp tính toán chính xác để đảm bảo an toàn công trình.

1.1. Khái niệm và tác động của gió

Gió là hiện tượng tự nhiên có tác động lớn đến kết cấu công trình. Các yếu tố như vận tốc gió, hệ số khí động, và dạng địa hình ảnh hưởng trực tiếp đến tính toán tải trọng. Luận án phân tích các tham số này để xác định tải trọng gió chính xác hơn.

1.2. Phân tích các tiêu chuẩn quốc tế

Luận án so sánh các tiêu chuẩn quốc tế như ASCE/SEI 7-2010 và EN 1991-1-4 với TCVN 2737:1995 để đưa ra phương pháp tính toán phù hợp. Các tiêu chuẩn này cung cấp cơ sở lý thuyết để xác định áp lực gió và thành phần gió động.

II. Kết cấu khung giằng và tải trọng gió

Kết cấu khung giằng là hệ thống kết hợp giữa khung và vách, giúp phân bố tải trọng gió một cách hiệu quả. Luận án tập trung vào việc phân tích sự tương tác giữa khung và vách khi chịu tải trọng ngang. Phương pháp phân tích tải trọng được đề xuất nhằm tối ưu hóa thiết kế kết cấu.

2.1. Sự tương tác trong hệ khung giằng

Hệ kết cấu khung giằng chịu tải trọng ngang phân bố đều hoặc tam giác. Luận án sử dụng phương trình vi phân để mô tả chuyển vị ngang của kết cấu, từ đó xác định thành phần gió động.

2.2. Phương pháp tính toán gần đúng

Luận án đề xuất công thức gần đúng để tính thành phần gió động cho các công trình cao tầng. Công thức này dựa trên hệ số gió giật và được kiểm chứng qua các mô hình thực tế.

III. Ứng dụng thực tiễn và đánh giá

Luận án áp dụng các phương pháp tính toán vào các công trình thực tế tại Đà Nẵng, bao gồm Đà Nẵng Plaza và Cục Hải Quan TP Đà Nẵng. Kết quả cho thấy sự chính xác của các công thức đề xuất trong việc xác định tải trọng gió và an toàn công trình.

3.1. Khảo sát công trình thực tế

Các công trình được khảo sát có mặt bằng đối xứng và sử dụng kết cấu khung giằng. Luận án so sánh kết quả tính toán theo TCVN 2737:1995 và công thức đề xuất, cho thấy độ chính xác cao hơn.

3.2. Đánh giá sai số và kiến nghị

Luận án đánh giá sai số của các phương pháp tính toán và đưa ra kiến nghị cải tiến. Các công thức đề xuất được khuyến nghị áp dụng cho các công trình cao tầng có độ cứng và khối lượng không đổi theo chiều cao.