Thành phần động của tải trọng gió phụ thuộc như thế nào vào khối lượng công trình
Khi nhắc đến thành phần động của tải trọng gió, chúng ta thường liên tưởng tới tác động của quán tính, và do đó, thường mặc định rằng thành phần động của tải trọng gió tỉ lệ thuận với khối lượng của công trình theo quan hệ tải trọng bằng gia tốc nhân khối lượng. Tuy nhiên, nếu quan sát kỹ các công thức tính toán cho trong tiêu chuẩn TXCD 229:1999, thì có thể thấy xét về tổng thể, mối quan hệ giữa thành phần động của tải trọng gió và khối lượng không phải là mối quan hệ: lực - gia tốc - khối lượng. Điều này được lý giải là do nguồn sinh ra tác động này là áp lực và xung của gió, khác hẳn với tải trọng động đất là sự dịch chuyển của nền đất.
Có thể dễ dàng nhận thấy ngay điều này khi xét các công trình có tần số dao động riêng thứ nhất f1 > fL trong đó fL là tần số giới hạn phụ thuộc vào vùng áp lực gió. Trong trường hợp này, giá trị thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên tầng thứ j được xác định theo công thức:
Trong đó: Wj là giá trị thành phần tĩnh, ζj là hệ số áp lực động, và ν là hệ số tương quan không gian.
Như vậy trong trường hợp f1 > fL thì giá trị thành phần động của tải trọng gió hoàn toàn không phụ thuộc vào khối lượng. Điều này cũng đã được đề cập trong mục 4.1 của TCXD 229:1999.
Trong tường hợp f1 < fL, chúng ta cần xác định số dạng dao động được kể đến trong tính toán, và giá trị thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên tầng thứ j trong dạng dao động thứ i được xác định theo các công thức từ (4.3) đến (4.7) của TCXD 229:1999, như dưới đây (các ký hiệu xin xem tiêu chuẩn):
Tổng hợp các công thức trên, ta có thể rút ra được một công thức chung để xác định tổng giá trị thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên công trình trong dạng dao động thứ i như sau:
Nếu chọn giá trị khối lượng của một tầng bất kỳ làm chuẩn, và gọi kj là tỉ lệ giữa khối lượng tầng thứ j so với giá trị được chọn làm chuẩn, ta có
Như vậy, ta có thể thấy ngoài ảnh hưởng đến tần số dao động riêng của công trình, giá trị khối lượng không có vai trò trong công thức tính toán thành phần động của tải trọng gió, mà thay vào đó, tỉ số giữa khối lượng các tầng sẽ đóng vai trò phân phối tải trọng lên các tầng.
Để triệt để, giả thiết khối lượng của tất cả các tầng là bằng nhau, ta sẽ có công thức tính toán tổng giá trị thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên công trình trong dạng dao động thứ i như sau:
Trong công thức trên, chúng ta đã hoàn toàn triệt tiêu vai trò của khối lượng.
Kết luận
Như vậy, khối lượng công trình chỉ có một số vai trò hạn chế trong việc xác định thành phần động của tải trọng gió, bao gồm:
- Ảnh hưởng đến chu kỳ hay tần số dao động riêng của công trình
- Tỉ số giữa khối lượng các tầng ảnh hưởng đến tỉ lệ phân phối tải trọng lên các tầng
Tài liệu tham khảo
[1]. 1. TCXD 229-1999. Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo tiêu chuẩn TCVN 2737-1995.
Tổng hợp Quỹ từ thiện người dùng KetcauSoft
KetcauSoft xin thông báo về số liệu về Quỹ Từ Thiện Người Dùng KetcauSoft
Giá trị tính đến 25/04/2024 là: 137,800,000 VNĐ
Giá trị đã giải ngân: 47,440,000 VNĐ
Giá trị tồn quỹ tính đến 25/04/2024 là: 90,360,000 VNĐ
