MỞ ĐẦU 1. Giới thiệu chung Công trình cao tầng tại các đô thị lớn là một xu thế tất yếu của quá trình phát tri n. Khi công trình có chiều cao lớn hơn thì tác động của gi đối với công trình cũng gia tăng và phải được quan tâm trong việc tính toán thiết kế xây dựng nh m đảm bảo công trinhe khả năng chịu lực trong giới hạn cho phép cũng như dam bảo điều kiệns dung bình thường. Khi chịu tác động của gi , công trình sẽc khả năng bị dao động, chuy n vị hay võng, nứt vượt quá giới han cho phép.
Nhiều nghiên cứu đã được tiễn hành nh m đưa ra nh ng giải pháp giảm thi u tác động xấu củagi đối với công trình. Và cho đến nay, nhiều quốc gia đã ban hành Tiêu chuẩn nh m đưa ra nh ng qui định, chi dẫn đối với việc thiết kế công trình chịu tác động của gi. Tuy nhiên, một trong nh ng tác động của gi đối với công trình là hiện tượng tao âm lại chưa được quan tâm th ch đáng. Ở một số công trình, khi vận tốc gi đạt đến giá trị đủ lớn, cường độ âm thanh được tạo thành do gió đã được ghi nhận gay kh chịu, phiền toái đối với con người và chủ công trình đã tốn nhiều chi ph đ giải quyết van dé này.
Đi n hình, hai công trình nhà cao tang ở Hà Lan là Het Strijkijzer và De Hoftorene vấn đề về âm thanh kh chịu do gi gây ra đã được J. Ploemen dé cập trong một nghiên cứu vào năm 2011 [5]. Nghiên cứu này cũng đã chỉ rar ng khi vận tốc gi tăng thì cường độ âm thanh cũng gia tăng. Van dé này hoàn toàn có th xảy ra đối với các công trình cao tang tại nhiều nơi trên thế giới n ¡ chung và Việt Nam n 1 riêng.
Ẩm thanh được con ngườis dụng trong giao tiếp hang ngày,c tác động không nhỏ đến đời sống của con người và âm thanh với cường độ ở mức gây kh chịu với con người được gọi là tiếng ồn. Hiện tượng tạo thành tiếng ồn do gió được gọi là hiện tượng gi h (wind-induced noise). Ngayt đầu thế ky mười chín, liên hệ gi a âm thanh và vận tốc gió đã được ghi nhận bởi thang đo gió Beaufort (Bảng 1. Theo thang này,khigi đạt tới cấp độ 6 Luận văn thạc sỹ HVTH: Nguyễn Công Quang 3 tương ứng với vận tốc gid > 10,8m/s, con người sẽ nghe thay âm thanh khó chịu gây ra bởi gió.
Tác động cua gi theo thang do gió Beaufort Cap độ Mô tả Vận tốcgió Tác động của gió (m/s) 0 ‘Lang gió _<04 - Không ghỉ nhận được | | Gió rất nhẹ 0.4— 1,5 Không ghi nhận được 2 Gió nhẹv aphải 16-33 Gió bắt đầu được cảm thấy 3 Gió nhẹ nhàng 34-54 Lá chuy n động theo gió 4 Gióv a phải 55—7,9 Gió thổi có bụi cát và giấy rời, gió làm rỗi tóc 5 Gió mạnh v aphải 8,0— 10,7 Gio tạo ra lực cảm giác được trên cơ th người, gió thối bay tuyết Ngưỡng vận tốc gió trên đất liền 6 Gió mạnh 10,.8-— 13,8 Gi gâyrakh khăn cho việcs dụng dù, đi bộ Gió tạo ra âm thanh ở mức khó chịu đối với con người Gió thổi tuyết bay qua dau người 7 Gió mạnh 13,9-17,1 Gi6 gây bat tién cho viéc di lai 8 Gi6 manh hon 17,2 — 20,7 Gio gây can trở việc di tới trước, Rat kh khăn trong việc gi thăng b ng khi gió giật 9 Gio rat manh 208-244 Gió giậtcóth thổi bay con người (Nguồn: Bang 15.1, trang 518, “Wind effects on structures”, Simiu & Scanlan [10] Cho đến nay, trong ngành kỹ thuật dién t đãc nhiều nghiên cứu nh m xây dựng môi quan hệ gi a cường độ âm thanh và vận toc gi nh mloaitr tn hiện nhiêu Luận văn thạc sỹ HVTH: Nguyễn Công Quang 4 dogi gây ra khi thu âm ở ngoài trời. Trong nh ng nghiên cứu này,đ c day đủ các thông tin trong việc phân t ch tác động cua gi đối với sự tạo thành tn hiệu nhiễu trong việc ghi âm, các thí nghiệm đo cường độ gi h và vận tốc gió một cách đồng thời, liên tục trong phòng thí nghiệm cũng như trong kh quy n đã được tiến hành. Đối tượng của các nghiên cứu này là vận tốc gió với giá trị nhỏ và chủ yếu gây nhiễu t n hiệu trong quá trình thu âm. Ngoài ra, một phương pháp nghiên cứu khác đã được thực hiện nh m xây dựng một giải thuật dự đoán bản ghi cường độ gi h t bản ghi vận tốc gi trong miễn thời gian.
Trong đ ,b ngcáchs dụng d_ liệu là các bản ghi đồng thời cường độ gi h va vận tốc gi nh m xây dựng một giải thuật sẽ chuy n đối thông tin đầu vào là bản ghi vận tốc gi theo thời gian thành bản ghi cường độ gió hú thông qua mộtbộx ly tn hiệu số. Tiếp đ ,b ng cách vận dụng bộx lýtn hiệu số nay đã dự đoán được khá ch nh xác bản ghi cường độ gi h trên miễn thời gian gi p loạitr nhiễu trong việc ghi âm một cách hiệu quả. Kết quả nghiên cứu này đã mở ra một hướng mới gi p giảm thi u thời gian do đồng thời cường độ gi h và vận tốc gi trong cácth nghiệm. Đối với ngành kỹ thuật xây dung, gan đây bắt đầu c nh ng nghiên cứu được thực hiện nh m xây dựng mỗi quan hệ gi a cường độ gió hú, vận tốc gió trong tang biên khí quy n ứng dung trong việc quan lý, đánh giá tiếng ồn gây ra trong quá trình vận hành của các cánh đồng gió và vận tốc gió trong các nghiên cứu này có giá trị lớn.
Theo đ , cdc th nghiệm đo đồng thời cường độ gi h và vận tốc gi trong miền thời gian được tiến hành tại các khu vực dia lý khác nhau. Các khu vực nàyc các đặc trưng địa hình và vi kh hậu khác nhau. Và cho đến nay, một số quốc gia đã ban hành các Tiêu chuẩn qui định, chỉ dẫn việc xác định mối quan hệ gi a cường độ gi h và vận tốc gi đ làm cơ sở định ra ngưỡng ôn giới hạn cho phép tại nhiều khu vực lân cận cánh đồng gid. Điều này là minh chứng cho việc xác định mỗi quan hệ gỉ a cường độ gi h và vậntốcgi là quan trọng vàc giá trị pháp lý.
Quá trình tiến hành các th nghiệm ghi nhận đồng thời hai đại lượng đã gặp nhiều kh khăn gồm việc vận hành hệ thống đo lường chuyên dụng trong thời gian dài sẽ rất tốn kém, t n hiệu nhiễu bởi các âm thanh khác và việc do lường ở các độ cao lớn là khong th thực hiện. Trong khi đ , thông số gió ở các khu vực khác nhau thuộc nhiều quốc gia đã được các tram kh tượng ghi nhận, lưutr trong nhiều năm Luận văn thạc sỹ HVTH: Nguyễn Công Quang 5 cũng như đã được chỉ dẫn cụ th trong các Qui chuẩn, Tiêu chuẩn thiết kế hiện hành tại các quốc gia này. Ð giải quyết nh ngkh khăn trong việc đo lường cường độ gió hú đồng thời với vận tốc gi , vận dụng phương pháp nghiên cứu đã thực hiện trong ngành kỹ thuật điệnt đ xây dựng giải thuật dự đoán bản ghi cường độ gió hú t vận tốc gi đo theo thời gian được xem là một giải pháp hiệu qua, phù hợp. Tại Việt Nam, công trình cao tang đã và dang được xây dựng nhiều, tuy nhiên, hiện tượng gi h đối với các công trình vẫn chưa được quan tâm.
Và như vay, việc xác định mỗi quan hệ gi a cường độ gi h và vận tốc gi tại Việt Nam đã trở thành một yêu cầu bức thiết. Do đ , một nghiên cứu thực nghiệm về hiện tượng gi h đã được tác giả thực hiện và trình bày trong luận văn này. Trong luận văn này, b ng cáchs dụng d liệu đo đồng thời cường độ gió hú và vận tốc gió, giải thuật dự đoán bản ghi cường độ gi h t vận tốc gi đo trong miễn thời gian đã được tác giả xây dựng. Các bản ghi cường độ gi h đã được tái tạot bản ghi vận tốc gió tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh b ng cách ứng dụng giải thuật này.
T d , tác giả đã xây dựng được mối quan hệ gi a hai đại lượng tại khu vực Thành phố H6 Chí Minh. Giải thuật được xây dựng trong nghiên cứu này cóth đượcs dụng đ xây dựng mối quan hệ gi a cường độ gió hú và vận tốc gió tại các khu vực khác tại Việt Nam 1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Sau khi tổng hợp các nghiên cứu đã thực hiện, hiện tượng gi h đối với công trình được tạo thành do 03 nh m nguyên nhân phân biệt như sau: (1). Do chuy n động rối của kh lưu trong tầng biên khí quy n: kh lưu chuy n động trong tầng biên kh quy n, ma sát với vật cản trên bề mặt trái đất gây ra sự biến thiên vận tốc, dẫn đến sự biến thiên áp suất là nguyên nhân tạo thành âm thanh.
Am thanh gây ra bởi hiện tượng này c các tan số khá lớn, và cóth gây khó chịu đối với con người khi vận tốc gi gia tang dén mét giá tri đủ lớn. Hiện tượng gi h được tạo thành do nguyên nhân (1) là đối tượng được dé cập đến trong các Tiêu chuẩn đ quản lý, đánh giá tiếng ồn gây ra trong quá trình vận hành của các cánh đông gió tại một sô quôc gia. Luận văn thạc sỹ HVTH: Nguyễn Công Quang 6 (2). Do tương tác của gió với công trình ở quy mô tổng th : sự tạo thành các xoáy tuân hoàn ph a sau công trình (vortex shedding), đi kèm theo là sự tạo thành âm thanh với tần số ct nh tương quan chặt ché với tần số của các xoáy tuần hoàn.
Vi công trình thường có k ch thước lớn nên âm thanh 6 nh m(2)c_ tần số rất thấp do vậy con người khôngth nghe thấy. Do tương tác của gió với các bộ phận của công trình (lan can ban công, lam che mặt ngoài công trình, khe c a): sự tạo thành các xoáy tuần hoàn ph a sau bộ phận công trình, dẫn đến biến thiên áp suất và tạo thành âm thanh. Âm thanh ở nh m(3)c tần sốt trung bình đến cao, do vậy con người sẽ nghe thay được. Tuy nhiên, hiện tượng gi h phát sinh do nguyên nhân (3) nay chỉ xảy ra ở quy mô cục bộ,c th được giải quyết b ng cách thay đối các đặc trưng hình học của bộ phận công trình.