Phân tích động lực học nhà nhiều tầng chịu xung vận tốc gió và so sánh với tiêu chuẩn TCVN 2737

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

---------------------------------------------------

PHẠM MINH QUANG

PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC NHÀ NHIỀU TẦNG CHỊU XUNG

VẬN TỐC GIÓ VÀ SO SÁNH VỚI TIÊU CHUẨN TCVN 2737

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

TP. Hồ Chí Minh, Năm 2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

---------------------------------------------------

PHẠM MINH QUANG

PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC NHÀ NHIỀU TẦNG CHỊU XUNG

VẬN TỐC GIÓ VÀ SO SÁNH VỚI TIÊU CHUẨN TCVN 2737

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng

Mã số chuyên ngành : 8 58 02 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Người hướng dẫn khoa học:

1. TS. Bùi Văn Hồng Lĩnh

TP. Hồ Chí Minh, Năm 2022

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan rằng luận văn “Phân tích động lực học nhà nhiều tầng chịu

xung vận tốc gió và so sánh với tiêu chuẩn TCVN 2737” là bài nghiên cứu của

chính tôi.

Ngoại trừ những tài liệu tham khảo được trích dẫn trong luận văn này, tôi

cam đoan rằng toàn phần hay những phần nhỏ của luận văn này chưa từng được

công bố hoặc được sử dụng để nhận bằng cấp ở những nơi khác.

Không có sản phẩm/nghiên cứu nào của người khác được sử dụng trong luận

văn này mà không được trích dẫn theo đúng quy định.

Luận văn này chưa bao giờ được nộp để nhận bất kỳ bằng cấp nào tại các

trường đại học hoặc cơ sở đào tạo khác.

TP. Hồ Chí Minh, Năm 2022

Phạm Minh Quang

ii

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin cảm ơn chân thành đến TS. Bùi Văn Hồng Lĩnh, người

thầy hướng dẫn Luận văn này; Thầy đã tận tâm hướng dẫn, động viên và tạo điều

kiện tốt để tôi thực hiện Luận văn; Những tài liệu tham khảo và kiến thức do Thầy

cung cấp giúp tôi nhận định đúng đắn trong việc nghiên cứu.

Bên cạnh đó, tôi cũng gửi lời cảm ơn quý Thầy Cô giảng dạy lớp Cao học

ngành Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại Mở Thành phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt

cho tôi nhiều kiến thức quý giá trong chuyên ngành; đồng thời tôi cũng cảm ơn các

bạn cùng khóa học đã đồng hành cùng tôi trải qua chương trình đào tạo này.

Cuối cùng, tôi xin ghi nhận sự giúp đỡ của gia đình đã luôn bên cạnh động

viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian học tập vừa qua.

Xin chân thành cảm ơn!

TP. Hồ Chí Minh, Năm 2022

Phạm Minh Quang

iii

TÓM TẮT

Mục tiêu của luận văn này là nghiên cứu định lượng thành phần động của tải

trọng gió tác dụng lên kết cấu nhà nhiều tầng bằng phân tích động lực học và so

sánh với cách tính từ TCVN 2737-2020. Tải trọng gió được giả thiết là biến thiên

theo thời gian với các dạng xung khác nhau và thời gian tác dụng khác nhau trong

phân tích động lực học. Kết cấu được chọn là mô hình của tòa nhà 30 tầng được rời

rạc hóa bằng phương pháp phần tử hữu hạn trong phân tích tĩnh và động bởi phần

mềm SAP2000. Kết quả cho thấy rằng, thành phần động phụ thuộc rất nhiều vào tỷ

số của thời gian tác dụng của xung gió và chu kỳ dao động riêng của kết cấu và độ

lớn của thành phần động này cũng tương đối xấp xỉ với cách xác định theo TCVN

2737-2020.

iv

ABSTRACT

The objective of this paper is to study quantitatively the dynamical component of

wind loads acting on multi-storey building structures by dynamic analysis and to

compare with the calculation from TCVN 2737:2020. The wind load are assumed to

be time-varying with different impulsive loads and different durations of action in

the dynamic analysis. The structures is a model of a 30-storey building which is

discretized by finite element method in static and dynamic analysis by SAP2000

software. The results show that the dynamical component sensitively depends on

the ratio of the duration of the impulsive wind and the natural period of the

structure, and the magnitude of dynamical component is also approximately close to

the determination method according to TCVN 2737:2020.

v

MỤC LỤC

Lời cam đoan ......................................................................................................i

Lời cảm ơn .................................................................................................... ii

Tóm tắt ................................................................................................... iii

Abstract ....................................................................................................iv

Mục lục .....................................................................................................v

Danh mục các chữ viết tắt .................................................................................vi

Danh mục bảng biểu và hình vẽ..................................................................... viii

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU .............................................................................1

1.1 Đặt vấn đề ............................................................................................1

1.2 Mục tiêu của luận văn..........................................................................4

1.3 Phương pháp thực hiện ........................................................................4

1.4 Cấu trúc của luận văn ..........................................................................5

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN............................................................................6

2.1 Mở đầu.................................................................................................6

2.2 Kết cấu nhà nhiều tầng ........................................................................6

2.3 Tải trọng gió lên kết cấu nhà nhiều tầng ...........................................10

2.4 Một số nhận xét .................................................................................15

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT..............................................................17

3.1 Giới thiệu ...........................................................................................17

3.2 Tải trọng gió ......................................................................................17

3.2.1 Tải trọng gió tĩnh ......................................................................18

3.2.2 Thành phần động ......................................................................19

3.2.3 Hệ số động ................................................................................20

3.3 Phân tích động lực học ......................................................................22

3.3.1 Tải trọng gió dạng xung............................................................22

vi

3.3.2 Phương trình chuyển động...........................................23

3.3.3 Bài toán sử dụng phần mềm SAP 2000.......................25

3.4 Kết luận ................................................................................26

CHƯƠNG 4 Kết quả số .................................................................27

4.1 Giới thiệu..............................................................................27

4.2 Sơ đồ kết cấu và thành phần tĩnh của gió.............................27

4.2.1 Kết quả chuyển vị kết cấu nhà 30 tầng........................30

4.2.2 Kết quả chuyển vị kết cấu nhà 40 tầng........................32

4.3 Thành phần động theo tiêu chuẩn việt nam .........................35

4.3.1 Kết cấu nhà 30 tầng .....................................................35

4.3.2 Kết cấu nhà 40 tầng .....................................................36

4.4Thành phần động tải gió theo xung đơn................................39

4.4.1 Tải xung đơn nửa hình sin ...........................................39

4.4.2 Tải xung hình tam giác ................................................44

4.5 Tải gió theo xung đôi và các xung khác...............................49

4.5.1 Tải xung 2 nửa hình sin lớn sin nhỏ ............................49

4.5.2 Tải xung 3 nửa hình sin ...............................................54

4.5.3 Tải xung 3 nửa hình sin 2 sin lớn 1 sin nhỏ.................60

4.6 Bàn luận kết quả...................................................................67

4.7 Kết luận ................................................................................69

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN................................................................70

5.1 Kết luận ................................................................................70

5.2 Hướng phát triển...................................................................71

Tài liệu tham khảo...............................................................................72

Bài báo công bố....................................................................................76

vi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

TPHCM Thành Phố Hồ Chí Minh

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TCXD 229:1999 Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo tiêu chuẩn

TCVN 2737:2020 Tải trọng và tác động tiêu chuẩn thiết kế TCVN 2737-2020

Ký hiệu

H Chiều cao công trình

I-C Vùng gió

B Chiều rộng công trình

f Tần số dao động

 Hệ số độ tin cậy

W0 Áp lực gió tương ứng với vận tốc gió cơ bản

V0 Vận tốc gió cơ bản

Pj Tải trọng gió tĩnh

c Hệ số khí động

k Hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao

Gf Hệ số giật

Iw Hệ số tầm quan trọng khi tính tải trọng gió

T Thời gian

Mj Khối lượng tập trung của phần công trình thứ j;

i Hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ i;

yji Dịch chuyển ngang tỉ đối của trọng tâm phần công trình thứ j

ứng với dạng dao động thứ i;

i Hệ số được xác định bằng cách chia công trình thành n phần,

trong phạm vi mỗi phần tải trọng gió có thể coi như không đổi.

Kđ Hệ số động.