Đề tài Nghiên cứu giải pháp thiết kế xây dựng nhà ở vùng gió bão

 BCH.ĐOÀN TP. HÀ NỘI
 Hà Nội, ngày ..tháng ..năm 2016
 PHIẾU ĐĂNG KÝ DỰ THI
 GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC EURÉKA
 LẦN THỨ XVIII NĂM 2016
 -----
 1. Tên công trình:
Nghiên cứu tính toán và so sánh tải trọng gió tác dụng lên nhà cao tầng theo tiêu chuẩn 
Việt Nam (TCVN 2737-1995) và tiêu chuẩn Châu Âu (EN 1991-1-4)
⧠ Đánh dâu chọn nếu công trính nghiên cứu từ những vấn đề gợi ý, đặt hàng của doanh 
nghiệp, cơ quan hoặc các tổ chức, cá nhân. (gửi kèm đơn,công văn hoặc hợp đồng đặt 
hàng)
 2. Lĩnh vực nghiên cứu: Quy hoạch, Kiến trúc và Xây dựng
Chuyên ngành: Xây dựng
 3. Tóm tắt công trình,những vấn đề mới:
 Tải trọng gió ảnh hưởng rất lớn đến độ bền và mức độ ổn định của công trình. Công 
 trình có chiều cao càng lớn thì mức độ ảnh hưởng của gió đến công trình càng lớn. 
 Nghiên cứu tính toán tải trọng gió theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN-2737) và tiêu chuẩn 
 Châu Âu - EN-1991-1-4 (EN-1) nhằm mục đích rút ra được sự chênh lệch về nội lực và 
 chuyển vị giữa hai tiêu chuẩn tính toán.
 4. Tên giảng viên hướng dẫn (ghi rõ họ tên, học hàm, học vị, đơn vị công tác):
 GVHD: Ths. Đặng Văn Phi
 Đơn vị công tác: Trường đại học mỏ địa chất Hà Nội
 5. Tác giả, nhóm tác giả:
 • Tác giả 1:
 - Họ tên: Nguyễn Văn Nam
 - Nam/Nữ: Nam Ảnh 3 x 4
 - Năm sinh : 1994 (đóng dấu
 - Địa chỉ: giáp lai )
 - điện thoai :
 - Email : 
 - Khoa: Xây dựng
 - Tỉnh/Thành phố: Thái Bình -- Trường: Đại học mỏ địa chất 
 Hà Nội
 • Tác giả 2:
 - Họ tên: 
 - Nam/Nữ: 
 - Năm sinh: 
 - Địa chỉ:
 - Điện thoại :
 - Email : Ảnh 3 x 4
 - Khoa: (đóng dấu
 giáp lai )
 - Tỉnh/Thành phố: 
 - Trường: Đại học mỏ địa chất Hà 
 Nội
 • Tác giả 3: 
 - Họ tên: 
 - Nam/Nữ: 
 - Năm sinh:
 - Địa chỉ :
 - Điện thoại : Ảnh 3 x 4
 - Email : (đóng dấu
 giáp lai )
 - Khoa: 
 - Tỉnh/Thành phố: 
 - Trường: Đại học mỏ địa chất Hà 
 Nội
 6. Cam kết của tác giả, nhóm tác giả: Tôi xin cam đoan đề tài này là công trình 
 nghiên cứu khoa học của tôi (hoặc nhóm chúng tôi). Các số liệu, kết quả nêu trong 
 đề tài là trun thực và có nguồn gốc. Chúng tôi xin chịu trước Ban tổ chức Giải 
 thưởng và pháp luật về các kết quả nghiên cứu của đề tài này.
Xác nhận của đại diện nhà trường Tác giả ( hoặc nhóm trưởng )
 TM. Ban tổ chức nhà trường (ký tên)
 (ký tên, đóng dấu) 3
 MỤC LỤC
TÓM TẮT CÔNG TRÌNH ..7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TẢI TRỌNG GIÓ 
TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM .....................................................................9
 1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TẢI TRỌNG GIÓ TRÊN THẾ GIỚI........................................9
 1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TẢI TRỌNG GIÓ Ở VIỆT NAM..........................................10
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ LÊN NHÀ CAO 
TẦNG.........................................................................................................................12
 2.1 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN NHÀ CAO TẦNG THEO 
 TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 2737-1995.................................................................12
 -CÁCH TÍNH TOÀN TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN NHÀ CAO TẦNG: ...........................12
 A. TẢI TRỌNG GIÓ TĨNH ..............................................................................................12
 B. THÀNH PHẦN GIÓ ĐỘNG: ........................................................................................16
 2.2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG GIÓ TÁC DỤNG LÊN NHÀ CAO TẦNG THEO 
 TIÊU CHUẨN TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU – EN 1991-1-4...................................................20
 2.2.1) Phân chia dạng địa hình: Theo TC EN1991 1-4 thì địa hình chia làm 5 
 dạng(0 IV ) đặc trưng bời chiều dài nhám và chiều cao nhỏ nhất .Và 
 dạng địa hình chuẩn là dạng địa hình II (ứng với độ nhám z0 = 0.05m). ...............20
 2.2.2) Tính Vận Tốc Gió Cơ Bản và các hệ số liên quan .......................................22
 2.2.3. Tác động của gió...........................................................................................26
 2.2.5. Tổng kết quy trình tính toán tải trọng do tác động gió................................30
KẾT LUẬN................................................................................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................59 4
 DANH MỤC BẢNG
Bảng 1- Giá trị áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt Nam ..13
Bảng 2: bảng hệ số k kể đến sự thay đổi của dạng địa hình ..........................................13
Bảng 3 – Hệ số tương quan của tải trọng gió ..............................................................17
Bảng 4- giá trị giới hạn dao động cảu tâng số riêng ..................................................18
Bảng 5- Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió .........................19
Bảng 6- Các tham số và ...........................................................................................19
Bảng 7- Hệ số điều chỉnh tải trọng gió với thời gian sử dụng giả định của công trình 
khác nhau .......................................................................................................................20
Bảng 8: Loại địa hình và các thông số địa hình............................................................20
Bảng 9. Chiều dài nhám tương ứng với một số dạng địa hình.......................................21
Bảng 10: Áp lực gió tiêu chuẩn ( ứng với các vùng áp lực gió ....................22
Bảng 11. Vận tốc gió tiêu chuẩn ứng với các vùng áp lực gió:......................22
Bảng 12. Vận tốc gió cơ bản ứng với các vùng áp lực gió ........................................23
Bảng 13. Giá trị Cr(z) theo chiều cao và các dạng địa hình ..........................................24
Bảng 14. Giá trị Ce(z) theo chiều cao và các dạng địa hình ..........................................25
Bảng 15. Áp lực gió tiêu chuẩn ( ) theo các vùng áp lực gió lãnh thổ Việt Nam .......26
Bảng 16: Lực gió X tác dụng vào công trình theo tiêu chuẩn EN-1 và TCVN 2737-
1995................................................................................................................................55
Bảng 17: Lực gió Y tác dụng vào công trình theo tiêu chuẩn EN 1 và TCVN 2737-
1995................................................................................................................................55
Hình 54: Chân cột để so sánh nội lực ............................................................................56
Bảng 18: So sánh giá trị nội lực tính theo tiêu chuẩn EN-1991-1-4 với TCVN 2737-
1995................................................................................................................................56 5
 DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1:Hình ảnh tàn phá của bão gió gây ra đối với nhà ở..............................................7
Hình 2: Lốc xoáy tại Manitoba, Canada, năm 2007 ........................................................8
Hình 3: Cơn bão cấp 11 tại Đà Nẵng (nhìn từ trên cao) ..................................................9
Hình 4: Khung nhà nhiều tầng .......................................................................................15
Hình 5: hệ số động lực ................................................................................................17
Hình 6: Hệ tọa độ khi xác định hệ số tương quan .......................................................18
Hình 7. Đồ thị liên hệ vận tốc trung bình trong các khoảng thời gian...........................22
Hình 8. Các hình dạng cấu trúc thuộc phạm vi áp dụng công thức (*)..........................27
Hình 9. Sơ đồ khối quy trình tính toán tải trọng gió lên công trình...............................29
Hình 10. Kết hợp hài hoà giữa không gian bên trong và bên ngoài nhà. Nơi đặt bàn thờ 
có tường chắn hai đầu tăng độ cứng theo phương ngang nhà phía trên có hoạ tiết trang 
trí kết hợp làm giằng tăng độ cứng theo phương dọc. ...................................................30
Hình 11. Mái hiên rời giảm sự thò dài của mái..............................................................31
Hình 12. Sử dụng giằng móng, giằng tường để .............................................................31
tạo khả năng chịu lực tổng thể .......................................................................................31
Hình 13. Các cọc được nối chéo hoặc xây kín chân móng. ...........................................32
Hình 14: gia cố tường bằng các trụ bê tông ...................................................................32
Hình 15: khung nhà có giằng chéo.................................................................................33
Hình 16: phương pháp tăng độ cứng cho tường đầu hồi................................................34
Hình 17: Neo đòn tay vào tường và kèo giả ..................................................................35
Hình 18. Neo kèo vào tường và trụ................................................................................35 
Hình 19. Ngói có lỗ neo chống tốc mái .........................................................................35
Hình 20: Tăng các liên kết bằng đai sắt .........................................................................36
Hình 21: Neo chống nhà khung tre gỗ ...........................................................................36
Hình 22: Xây bờ lóc bờ chảy .........................................................................................37
Hình 23: Chít mạch ngói tây..........................................................................................37
Hình 24: Chống tốc mái bằng con trạch ........................................................................37
Hình 25: Liếp chặn mái ngói..........................................................................................38
Hình 26: Một số giải pháp diềm mái..............................................................................39
Hình 27: làm trần cho hiên và diềm mái........................................................................39
Hình 28 : Khai báo vật liệu cho công trình....................................................................41
Hình 29 : Khai báo tiết diện cột cho công trình.............................................................42
Hình 30 : Khai báo tiết diện dầm cho công trình...........................................................42 6
Hình 31 : Khai báo sàn cho công trình...........................................................................43
Hình 32 : Khai báo vách cho công trình ........................................................................43
Hình 33 : Kích thước công trình ....................................................................................44
Hình 34 : Tiết diện mặt đứng công trình........................................................................44
Hình 35:Mô hình tính toán được xây dựng trên etabs ...................................................45
Hình 36:Khai báo tải trọng của công trình trên etabs ....................................................45
Hình 37: Gán tĩnh tải lên sàn .........................................................................................46
Hình 38: Gán hoạt tải lên sàn.........................................................................................46
Hình 39: Gán tĩnh tải lên dầm........................................................................................47
Hình 40: Gắn tải trọng tham gia dao động.....................................................................47
Hình 41: Chia sàn cho công trình...................................................................................48
Hình 42: Chia vách cho công trình ................................................................................48
Hình 43: Khai báo sàn tuyệt đối cứng............................................................................49
Hình 44: Khai báo bậc tự do cho công trình ..................................................................49
Hình 45: Kiểm tra cho cho công trình............................................................................50
Hình 46: Kết quả sau khi chạy.......................................................................................50
Hình 47: Lấy các thông số từ công trình........................................................................51
Hình 48: Giá trị của gió sau khi tính toán theo TCVN 2737-1995................................51
Hình 49: Giá trị của gió sau khi tính toán theo EN-1991-1-4........................................52
Hình 50: Giá trị lực dọc do GX tại một chân cột lần lượt của TCVN-2737 & EN-1991
........................................................................................................................................52
Hình 51: Giá trị lực cắt do GX tại một chân cột lần lượt của TCVN-2737 & EN-1991
........................................................................................................................................53
Hình 52: Giá trị momen do GX tại một chân cột lần lượt của TCVN-2737 & EN-1991
........................................................................................................................................53
Hình 53: Sự chuyển vị của các tầng do Gió X (trái) và Gió Y (phải)............................55 7
 TÓM TẮT CÔNG TRÌNH
1. Đặt vấn đề:
 Tải trọng gió ảnh hưởng rất lớn đến độ bền và mức độ ổn định của công trình. 
 Công trình có chiều cao càng lớn thì mức độ ảnh hưởng của gió đến công trình 
 càng lớn. Nghiên cứu tính toán tải trọng gió theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN-
 2737) và tiêu chuẩn Châu Âu EN 1991-1-4 nhằm mục đích rút ra được sự 
 chênh lệch về nội lực và chuyển vị giữa hai tiêu chuẩn tính toán. 
2. Mục tiêu:
 Tìm ra được sự giống và khác nhau về cách tính toán lý thuyết khi sử dụng 
 tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 & EN 1991-1-4. Đồng thời so sánh giá trị tính 
 toán của 2 tiêu chuẩn trên 1 công trình thực tế.
3. Phương pháp:
 Sử dụng 2 tiêu chuẩn thiết kế để tính toán trên 1 công trình nghiên cứu cụ thể.
4. Kết quả - Thảo luận:
 - Đưa ra được kết quả của việc so sánh về lý thuyết và cách tính toán của 2 
 tiêu chuẩn.
 - Tìm được sự chênh lệch kết quả tính toán của 2 tiêu chuẩn, từ đó rút ra 
 được việc sử dụng tiêu chuẩn thiết kế TCVN 2737-1995 vào các công trình 
 tại Việt Nam so với tiêu chuẩn châu âu EN 1991-1-4 như thế nào.
5. Tài liệu tham khảo
 Ở đây có nêu lên 1 số tài liệu mà nhóm nghiên cứu sử dụng để tham khảo trong 
 việc nghiên cứu công trình của nhóm. 8
 MỞ ĐẦU
 1. Đặt vấn đề:
Tất cả các công trình đều chịu sự tác động của gió. Gió không chỉ xuất hiện một cách 
thường xuyên liên tục mà còn có sức tàn phá rất lớn, làm ảnh hưởng rất nhiều đến sự 
ổn định, độ bền vững các công trình xây dựng, đặc biệt là các công trình cao tầng.
Vì vậy, lựa chọn tiêu chuẩn thiết kế xây dựng để tính toán tải trọng gió tác dụng lên các 
nhà cao tầng sao cho phù hợp với từng vùng, từng quốc gia, đặc biệt là ở Việt Nam là 
có ý nghĩa cấp thiết.
 2. Thực trạng:
Hiện nay, nhà cao tầng đang phát triển rất mạnh mẽ ở Việt Nam và trên thế giới; quy 
mô và công năng sử dụng của các công trình đã đáp ứng được một phần nào đó về nhu 
cầu nhà ở, văn phòng làm việc, khách sạn tăng ngày một tăng cao. 
 Các công trình cao tầng với chiều cao không ngừng tăng lên, hình dạng mặt 
bằng ngày một phức tạp, độ nghiêng của một số công trình tương đối lớn tất cả đã 
tạo nên những công trình có hình dáng kiến trúc độc đáo và mang những nét đẹp thẩm 
mỹ riêng. Nhiều công trình cao tầng đã và đang trở thành biểu tượng của một nền văn 
minh và tiến bộ khoa học kỹ thuật của một tổ chức, một tập đoàn kinh tế hay một quốc 
gia nào đó; thể hiện ý trí muốn chinh phục thiên nhiên, chinh phục các đỉnh cao khoa 
học kỹ thuật của con người.
Tuy nhiên việc thiết kế công trình không phải là một quá trình đơn giản, một công trình 
chịu rất nhiều về địa hình, thời tiết khí hậu. Trong đó đặc biệt phải kể đến sự tác động 
của động đất và gió lên công trình, sức ảnh hưởng của nó rất lớn trong việc tính toán sự 
ổn định, độ bền vững của công trình trong quá trình sử dụng.
 Hình 1:Hình ảnh tàn phá của bão gió gây ra đối với nhà ở
Công trình càng cao tầng thì sức ảnh hưởng, dao động và chuyển vị công trình càng lớn. 
Việc sử dụng tối ưu các TCCA hay TCVN áp dụng vào các công trình cao tầng ở Việt 
Nam là một sự lựa chọn cần phải quan tâm hàng đầu.
 3. Giải quyết vấn đề:
Sử dụng TCVN 2737-1995 & EN 1991-1-4 để giải quyết vấn đề. 9
 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TẢI TRỌNG 
 GIÓ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.1. Tình hình nghiên cứu tải trọng gió trên Thế giới.
Về cơ bản, gió là sự chuyển động của dòng khí chảy rối trong khí quyển từ vùng có áp 
suất cao về vùng có áp suất thấp. Gió phát sinh chủ yếu do phân bố không đều độ chiếu 
nắng của mặt trời trên bề mặt trái đất và do sự quay của trái đất quanh trục bản thân 
của nó. Đặc tính chủ yếu của gió là sự thay đổi tốc độ liên tục và không đều theo cả 
không gian và thời gian.
 Hình 2: Lốc xoáy tại Manitoba, Canada, năm 2007
Tải trọng gió được chia ra làm 2 thành phần: phần tĩnh và phần động. Thành phần động 
của tải trọng do lực do vận tốc gió và lực quán tính của công trình gây nên.
Trên thế giới nhiều nhà khoa học cũng không ngừng nghiên cứu và thiết kế cho sự tác 
động của gió lên các công trình. Năm 2003, tại viện nghiên cứu COPPETEC và Civil 
Engineering Program của trường đại học COPPE ở Brazil đã phân tích “Cách thức dao 
động và sự ổn định của các trụ truyền dẫn dưới tác dụng của lực gió” của tác 
giả Ronaldo C.battista, Rosangela S. Rodri gues, Michele S. Pfeil đưa ra một mô hình 
phân tích-số hóa mới cho sự phân tích cấu trúc của trụ thép dưới tác động của gió. Năm 10
2007 tại Khoa Mechanical & Materials Engineering, trường đại học Western Ontario, 
London, Canada liên kết với Khoa School of Engineering, trường đại học Surrey, 
Guildford. Surrey GU2 7XH, UK đã tiến hành nghiên cứu về “Sự giảm tải trọng gió 
của trụ truyền dẫn bằng cách: so sánh tiêu chuẩn giữa nghiên cứu-thiết kế” của tác giả 
E. Savory, G.A.R. Parke, P. Disney, N. Toy. Bài báo đã so sánh giữa tải trọng gió cơ 
bản được đo bởi thiết bị truyền dẫn L6 trong suốt quá trình nghiên cứu tính toán sử 
dụng mã UK thực tế cho các thanh giằng của trụ và tiêu chuẩn thiết kế BS8100. Tác 
giả đã phân tích chủ yếu chuyển vị do gió lên trực tiếp chân trụ trên móng và cho 
hướng gió trực tiếp tác động vào đầu trụ. Ngoài ra, một số nước cũng đã đưa ra tiêu 
chuẩn tính toán tải trọng gió tác dụng lên công trình: Tiêu chuẩn Châu Âu - EN 1, Tiêu 
chuẩn Nhật bản AIJ/RLB 2004, Tiêu chuẩn Hoa kỳ ASCE/SEI 7-05, Tiêu chuẩn 
Canada NBCC 1995, Tiêu chuẩn Anh - BS 6399-2, 
1.2. Tình hình nghiên cứu tải trọng gió ở Việt Nam.
Về mặt địa lý, nuớc ta nằm ở vùng cận nhiệt đới, với địa hình nhiều đồi núi và đuờng 
bờ biển dài trên 3350 km, thuộc vùng có tần suất xuất hiện của bão nhiệt đới lớn nhất 
trên thế giới - vùng Tây Thái Bình Duong - Bắc. Thiệt hại do gió mạnh, bão, tố, lốc là 
một trong những thiệt hại lớn nhất trong các loại thiên tai.
 Hình 3: Cơn bão cấp 11 tại Đà Nẵng (nhìn từ trên cao)
 Gió là một loại hoạt tải, tác dụng của nó lên công trình thay đổi theo cả không gian, 
thời gian và phụ thuộc vào nhiều thông số phức tạp liên quan đến môi trường và các 
đặc điểm của bản thân công trình. Ở Việt Nam đã có một số nghiên cứu về nhà thấp 
tầng đuợc thí nghiệm trong các phòng thí nghiệm gió của Việt Nam như: Ðề tài Khoa 
học cấp nhà nuớc “ Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật phòng chống bão lụt cho nhà ở 
và công trình xây dựng” (1991) do các nhà khoa học của của Viện Khoa học Công