TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chuyên ngành:Kỹ thuậtxây dựngcông ... TAT LA- TV.pdf · 2. Đối tượng nghiên cứu ... Khi kích thước vật thể khá nhỏ so

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNGVIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG

NGUYỄN HOÀI NAM

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIẢM ÁP LỰC GIÓLÊN MÁI DỐC NHÀ THẤP TẦNG

BẰNG THỰC NGHIỆM TRONG ỐNG THỔI KHÍ ĐỘNG

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Chuyên ngành:Kỹ thuậtxây dựng công trình dân dụng và Công nghiệp

Mã số: 62.58.02.08

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS.TS. NGUYỄN VÕ THÔNG

2. TS. NGUYỄN HỒNG HÀ

HÀ NỘI – 2014

2

Công trình được hoàn thành tạiViện Khoa học Công nghệ Xây dựng Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học:

1. PGS.TS. Nguyễn Võ Thông

2. TS. Nguyễn Hồng Hà

Phản biện 1:

Phản biện 2:

Phản biện 3:

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện họp tạiPhòng họp 2 – Viện KHCN Xây dựng, 81 Trần Cung, Nghĩa Tân, CầuGiấy, Hà Nội.

Vào hồi…….giờ…….ngày…….tháng……năm 2014.

Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc Gia Việt Nam

Thư viện Viện KHCN Xây dựng

3

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

1. Nguyễn Võ Thông, Nguyễn Hoài Nam (2012 ), “Nghiên cứu tác động củagió lên mái công trình thấp tầng bằng thí nghiệm mô hình trong ống thổi khíđộng”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, số 4 (161), năm thứ 40,ISSN 1859-1566, tr 13-18.

2. Nguyễn Võ Thông, Nguyễn Hoài Nam (2012). “Một số kết quả thínghiệm về tấm chắn dạng conson trên mái dốc của nhà thấp tầng trong ốngthổi khí động”, Hội nghị cơ học toàn quốc lần thứ IX ,Hà Nội, 8-9/12. ISBN978-604-911-432-8. Tập 2, phần II, tr 1030-1038

3. Nguyễn Võ Thông, Nguyễn Hoài Nam (2012 ). “Xây dựng cơ sở lý thuyếtvề thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động phù hợp với tiêu chuẩn ViệtNam”, Hội nghị cơ học toàn quốc lần thứ IX ,Hà Nội, 8-9/12. ISBN 978-604-911-432-8. Tập 2, phần II, tr 1039-1046

4. Nguyễn Hoài Nam, Nguyễn Võ Thông (2013). “Biện pháp chống tốc máivà giảm áp lực gió lên mái của nhà thấp tầng ”, Tạp chí Xây dựng, năm thứ52, ISSN 0866-0762, tr 80-82.

5. Nguyễn Hoài Nam, Nguyễn Võ Thông (2013). “Nghiên cứu thực nghiệmsử dụng tấm chắn ngang trên công trình thực để chống tốc cho các mái mềmcó độ dốc”, Đã được chấp nhận đăng trong Tuyển tập Hội nghị Khoa họctoàn quốc Cơ học Vật rắn biến dạng lần thứ XI - Thành phố Hồ Chí Minh,7-9/11/2013

1

PHẦN MỞ ĐẦUHàng năm, gió bão, lốc gây ra các tổn thất to lớn về kinh tế cũng như

tính mạng con người. Đặc biệt là các vùng ven biển miền Trung, do điềukiện kinh tế của đa số người dân nông thôn khu vực này còn nghèo, nênphần lớn các công trình là nhà thấp tầng (thậm chí là nhà 1 tầng) thườngđược xây dựng theo các phương pháp truyền thống. Cấu trúc của các nhànày thường được xây bằng gạch, mái lợp ngói, tôn hoặc fibroxi măng; cáckết cấu mái nhẹ của dạng công trình này thường ít được tính toán cụ thểnhất là các chi tiết liên kết.Theo các thống kê về thiệt hại do gió bão gây racho các công trình nhà thấp tầng mái lợp bằng vật liệu nhẹ thì bộ phận kếtcấu mái thường bị hư hại nhiều nhất.

Từ những lý do trên đề tài được lựa chọn là “Nghiên cứu giải phápgiảm áp lực gió lên mái dốc nhà thấp tầng bằng thực ngh iệm trong ốngthổi khí động”.1. Mục đích nghiên cứu của luận án- Thiết lập quy trình thí nghiệm mô hình nghiên cứu về áp lực gió lên côngtrình thấp tầng trong ống thổi khí động.- Đề xuất bổ sung giải pháp dùng tấm hướng gió ngang để chủ động giảm áplực gió tác động lên mái làm bằng vật liệu nhẹ có độ dốc của nhà thấp tầng.- Đánh giá hiệu quả của việc sử dụng tấm hướng gió ứng với các trường hợpthay đổi độ cao đặt tấm chắn khác nhau, từ đó kiến nghị chiều cao đặt tấmchắn hiệu quả nhất.- So sánh kết quả nghiên cứu với các quy định liên quan đến hệ số áp lựcgió cho mái dốc trong tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 và đề xuất kiến nghị sửdụng giải pháp tấm hướng gió ngang trên mái làm bằng vật liệu nhẹ có độdốc của nhà thấp tầng để chủ động giảm áp lực gió t ác động lên kết cấu máikhi xây dựng trong khu vực thường xuyên có gió bão .2. Đối tượng nghiên cứuTấm hướng gió đặt theo phương ngang có mặt phẳng tấm song song với mặtphẳng mái (sau đây gọi tắt là tấm chắn ngang) bố trí trên mái làm bằng vậtliệu nhẹ có độ dốc của công trình nhà thấp tầng dưới tác dụng của gió, bão.3. Nội dung nghiên cứu- Nghiên cứu tổng quan các biện pháp chống tốc mái cho các công trìnhthấp tầng, mái làm bằng vật liệu nhẹ có độ dốc được xây dựng trong vùngthường xuyên có gió bão;- Nghiên cứu ứng dụng giải pháp tấm chắn ngang điều chỉnh hướng gió đểchủ động giảm các áp lực bất lợi lên mái làm bằng vật liệu nhẹ có độ dốccủa công trình thấp tầng xây dựng trong vùng chịu ảnh hưởng của gió, bão;- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết thí nghiệm về áp lực gió lên mái của công trìnhthấp tầng bằng thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động;- Nghiên cứu đánh giá hiệu quả giải pháp ứng dụng của tấm chắn ngang trênmái dốc của công trình thực;

2

- Xây dựng quy trình thí nghiệm nghiên cứu áp lực gió lên mái làm bằng vậtliệu nhẹ có độ dốc của nhà một tầng xây dựng trong vùng thường xuyên cógió, bão.4. Phương pháp nghiên cứu- Phương pháp thí nghiệm bằng mô hình thu nhỏ trong ống thổi khí độngcủa Viện Khoa học Công nghệ xây dựng.- Phương pháp thí nghiệm ứng dụng trên mô hình thực ngoài hiện trường.5. Phạm vi nghiên cứu- Nhà thấp tầng sử dụng mái làm bằng vật liệu nhẹ có độ dốc từ 50÷300.- Tấm hướng gió đặt theo phương ngang6. Những đóng góp mới của luận án- Hệ thống hóa được các cơ sở lý luận và phương pháp để xác định cácthông số liên quan đến áp lực gió trên kết cấu mái của nhà thấp tầng phùhợp với điều kiện Việt Nam.- Thiết lập được quy trình thí nghiệm mô hình nghiên cứu về áp lực gió lêncông trình thấp tầng trong ống thổi khí động phù hợp với điều kiện Việt Nam.- Đưa ra được giải pháp mới để chủ động giảm áp lực gió tác động lên máilàm bằng vật liệu nhẹ có độ dốc của nhà thấp tầng xây dựng trong vùng chịuảnh hưởng của gió bão bằng tấm chắn ngang bố trí trên chu vi diềm mái.7. Cấu trúc luận án

Ngoài các Phần mở đầu và Kết luận, luận án gồm 136 trang được bố cụctrong 4 chương:

Chương 1:Tổng quan về tác động của gió và các giải pháp giảm áp lực giólên mái dốc nhà thấp tầng (28 trang) ; Chương 2: Cơ sở lý thuyết thí nghiệm môhình trong ống thổi khí động (28 trang); Chương 3: Nghiên cứu đề xuất sử dụngtấm chắn ngang trên mái dốc nhà thấp tầng bằng thí nghiệm mô hình trong ốngthổi khí động (65 trang); Chương 4: Thí nghiệm ứng dụng tấm chắn ngang trênmái dốc của công trình thực (15 trang). Phần tài liệu tham khảo giới thiệu 83 tàiliệu (Tiếng Việt: 15; tiếng Anh: 59; trang web: 9).CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÁC ĐỘNG CỦA GIÓ VÀ CÁC GIẢI PHÁP

GIẢM ÁP LỰC GIÓ LÊN MÁI DỐC NHÀ THẤP TẦNG1.1 Đặt vấn đề

Phần lớn sự thiệt hại cho các công trình xây dựng do gió bão gây rathường tập trung vào các dạng công trình thấp tầng, các công trình được thiếtkế, xây dựng không tuân thủ các quy định của tiêu chuẩn. Trong các bộ phậncủa nhà thì bộ phận kết cấu mái thường bị hư hỏng nhiều nhất nê n cần có giảipháp đơn giản, rẻ tiền có thể giảm áp lực gió lên mái của các trình thấp tầngdạng này.1.2 Tác động của gió đối với nhà thấp tầng1.2.1 Khái niệm chung về nhà cao tầng, thấp tầngTheo Uỷ ban Nhà cao tầng Quốc tế hoặc theo TCXDVN 194:2006 thì những

3

công trình xây dựng nhà có số tầng nhỏ hơn 9 được coi là nhà thấp tầng.1.2.2 Tác động gió lên nhà thấp tầng

Tác động của tải trọng gió lên công trình có đặc trưng rất phức tạp . Cácnguồn gây ra sự biến động của áp lực/lực gió bao gồm:(1) Khi kích thước vật thể khá nhỏ so với chiều dài rối thì sự thay đổi của áplực/lực gió có xu hướng tuân theo qui luật thay đổi của vận tốc gió. Trong trườnghợp này, giả thiết “gần đều” thường được chấp nhận áp dụng cho nhà thấp tầngvà đã được sử dụng trong các tiêu chuẩn tải t rọng gió của các nước; (2) Dòngkhông ổn định do bản thân các vật thể gây ra kèm theo các hiện tượng như táchdòng, dòng đập lại vào bề mặt vật thể, hay do sự hình thành các dòng xoáy; (3)Các lực biến động do sự dịch chuyển của bản thân công trình. Các nghiên cứuchỉ ra là ảnh hưởng của dịch chuyển công trình đến áp lực gió chủ yếu ứng vớicác công trình cao, kết cấu mềm, nhạy cảm với dao động.1.2.3 Các phương pháp nghiên cứu tác động của gió lên công trình thấp tầng1.2.3.1 Phương pháp nghiên cứu bằng lý thuyết

Phương pháp tính; Phương pháp số1.2.3.2 Phương pháp nghiên cứu bằng thực nghiệma. Nghiên cứu thực nghiệm trên công trình thực

Nghiên cứu tác động của gió lên tường và mái công trình trên công trìnhthực "Aylesbury experimental building" của nhóm tác giả Eaton, K. J. vàMayne. J.R (1975). Nghiên cứu tìm hiểu cơ chế của dòng chảy xoáy hình nón,hiệu ứng của nó gần các góc, diềm mái và lực hút bề mặt mái của nhóm tácgiả Wu, Fuqiang (2000). Thí nghiệm trên nhà công nghiệp để so sánh ảnhhưởng của diềm mái cong và diềm mái thẳng thông thường đến áp lực gió lênmái công trình của tác giả A.P. Robertson (1991).b. Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình trong ống thổi khí động

Trên thế giới đã có rất nhiều thí nghiệm cho công trình xây dựng ( kể cảthấp tầng, cao tầng hay các dạng công trình khác) được thực hiện trongphòng thí nghiệm.

Ở Việt Nam đã có một số thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động như:Đề tài “Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật phòng chống bão lụt cho nhà ở vàcông trình xây dựng”; Đề tài “Xác định hệ số khí động cho một số dạng nhàcông nghiệp thấp tầng bằng thí nghiệm trong ống thổi khí động”; Hay đề tài“Nghiên cứu giải pháp thiết kế xây dựng nhà ở vùng gió bão” ...1.3Một số giải pháp hạn chế tác động của áp lực gió đối với mái của nhà thấp tầng1.3.1 Những vị trí trên mái chịu ảnh hưởng của áp lực gió hút lớn.

Theo các tiêu chuẩn thì vị trí xung quanh chu vi diềm mái , dọc theo nócmái là vị trí có áp lực hút lớn.1.3.2 Một số giải pháp hạn chế tác hại của gió đối mái nhà thấp tầng của Việt Nam

Trong thời gian qua, có một số tác giả trong nước nghiên cứu về vấn đềnày như: N.T. Cường, N. X. Chính, T. Chủng, C. D. Tiến và nhiều thành viênkhác (1991) Đề tài đã nghiên cứu và đề xuất được giải pháp kỹ thuật thíchhợp phòng chống bão lũ cho nhà ở và công trình xây dựng các tỉnh miền

4

trung; Trịnh Thành Huy (1997) biên dịch từ cuốn “The ABC of CycloneRehabilitation” của tác giả Kevin J. Macks thành cuốn “Hướng dẫn kỹ thuậtxây dựng nhà vùng bão lũ”; N. X. Chính, N. Đ. Minh và nhiều người khác(2007) Đề tài đã nghiên cứu và đưa ra được các hướng dẫn kỹ thuật xây dựngtrong công tác phòng và giảm thiểu thiệt hại cho nhà ở khi chịu gió bão ởMiền trung...Các giải pháp này có thể chia làm hai nhóm giải pháp chính đólà:

- Nhóm sử dụng các giải pháp mang tính chất gia cường nhằm hạn chếkhả năng hư hỏng của công trình (chống tốc mái, bung tường…bằng bao tảicát, phên nứa, thanh giằng néo, hay xây hàng gạch trên mái…) .

- Nhóm sử dụng các giải pháp nhằm chủ động làm chắn gió lực gió lên cáckết cấu công trình. (Lựa chọn vị trí, giải pháp kiến trúc, giải pháp kết cấu) .1.3.3 Một số giải pháp chủ động giảm áp lực gió lên mái nhà thấp tầng trên thế giớiTrên thế giới đã có rất nhiều nhưng nghiên cứu đưa ra các biện pháp chủđộng chắn gió lực gió tác động lên mái bằng bằng bê tông cốt thép như :

Nghiên cứu của A. Baskaran, T. Stathopoulos (1988); J.X. Lin, D. Surry(1993, 1995); D. Banks (2000), F. Wu (2000); S.Pindado, J. Meseguer(2003);Kopp, G.A., Surry, D. and Mans,(2005). Các nghiên cứu này tập trung vào việcđưa thêm các tường chắn như tường chắn đặc, tường chắn có lỗ rỗng, tườngchắn hở ở góc, tấm hướng gió nằm ngang lên trên mái và kết quả cho thấy mộtsố loại tường chắn có thể làm giảm được áp lực hút cục bộ, áp lực trung bìnhtoàn mái so với trường hợp không có các tấm chắn này.Qua phần trình bày ở trên, có thể thấy:

- Để hạn chế tác hại của gió gây ra đối với nhà, cần áp dụng đồng bộ cácgiải pháp thích hợp về lựa chọn địa điểm, vật liệu, kiến trúc, kết cấu, các tàiliệu đã đưa ra các biện pháp phòng, chống tốc mái cho các công trình nhà 1tầng mái làm bằng vật liệu nhẹ có độ dốc khi xây dựng trong vùng có gió bão.Tuy nhiên chưa có biện pháp nào làm giảm áp lực gió lên mái.

- Các nghiên cứu của nước ngoài đưa ra được các loại tấm chắn có hiệuquả trong việc giảm áp lực gió lên mái công trình thấp trong đó có tấmhướng gió ngang. Tuy nhiên các nghiên cứu này chỉ áp dụng cho mái bằngbằng bê tông cốt thép của nhà thấp tầng; Hiện tại chưa có nghiên cứu nào sửdụng các dạng tấm hướng g ió ngang trong các công trình mái làm bằng vậtliệu nhẹ có độ dốc cho nhà thấp tầng.

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM MÔ HÌNHTRONG ỐNG THỔI KHÍ ĐỘNG

2.1 Giới thiệu một số phòng thí nghiệm gió trên thế giới và Việt NamTrên thế giới và Việt Nam đã có r ất nhiều phòng thí nghiệm gió, nó phục vụcho việc nghiên cứu tác động gió lên công trình và các nghiên cứu khác.2.2 Những yêu cầu cơ bản đối với ống thổi khí động thí nghiệm mô hìnhthu nhỏ

Phải mô phỏng được thay đổi của vận tốc trung bình theo chiều cao, ứng

5

với dạng địa hình mà công trình thực sẽ được xây dựng; Phải mô phỏng gầnđúng thành phần rối theo phương dòng gió, phương ngang và phươngđứng cũng như tỉ lệ chiều dài rối; Sự biến đổi về áp suất theo chiều dài củađoạn thí nghiệm phải nhỏ để không ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm.2.3 Cơ sở lý thuyết về thí nghiệm mô hình2.3.1 Mục đích của thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động

Xác định các tải trọng tác động đến công trình dưới tác động của gió;Cường độ/áp lực gió lớn nhất; Ảnh hưởng của các công trình xung quanh đếncông trình; Các phản ứng động học như: hiện tượng cộng hưởng do kích độngxoáy, hiện tượng galloping; Tải trọng tác động lên các lớp vật liệu bao che;Tác động của chuyển động công trình đối với con người khi chịu tác độnggió; Tác động của các vật thể bay đối với công trình hoặc kết cấu;2.3.2 Những nội dung cần nghiên cứu khi thí nghiệm mô hình nhà thấptầng trong ống thổi khí động

Khi nghiên cứu thí nghiệm mô hình nhà thấp tầng trong hầm gió,thường người ta quan tâm đến một số vấn đề như: Sự phân bố áp lực gió lêncác dạng mái khác nhau; Ảnh hưởng của cấu tạo mái và vật liệu mái đến sựphân bố áp lực; Ảnh hưởng giữa các công trình; Đánh giá áp lực lớn nhấtlên mái và sự biến thiên của áp lực này.2.3.3 Mô hình hóa thí nghiệm trong ống thổi khí động

Để thực hiện thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động thì cần:Mô hình hóa công trình để thí nghiệm; Mô hình hóa môi trường gió trong ốngthổi khí động; Mô hình hóa ảnh hưởng của điều kiện địa hình xung quanh.2.3.3.1 Mô hình hóa công trình thí nghiệma. Phân loại mô hình và mục đích thí nghiệmXem Hình 2.8 Sơ đồ các loại mô hình thí nghiệm trong ống thổi khí động vàmục đích sử dụngb. Lựa chọn tỉ lệ hình học

Tỉ lệ hình học của mô hình thí nghiệm trong ống thổi khí động phảiđược lựa chọn sao cho độ choán gió không quá 5%. Đối với kết cấu lớn tỉ lệmô hình thường lấy từ 1/300 đến 1/600. Đối với các công trình nhỏ có thểlấy tỉ lệ 1/100 hoặc lớn hơn.2.3.3.2 Mô hình hóa môi trường gióa. Mô hình hóa lớp biên (ABL) trong ống thổ i khí động

Để tiến hành thí nghiệm, trước hết phải tạo được trong ống thổi khíđộng dòng khí mô phỏng được các đặc trưng cơ bản của luồng gió tới trongtự nhiên ở khu vực xây dựng, bao gồm:

Sự thay đổi vận tốc gió trung bình theo chiều cao và cường độ của thànhphần rối theo phương dọc luồng gió ứng với dạng địa hình mà công trình thựcđược xây dựng; Độ rối của không khí, đặc biệt là tỉ lệ chiều dài của thành phầnrối theo phương dọc; Sự biến đổi về áp suất theo chiều dài của khu vực thínghiệm phải đủ nhỏ để không ảnh hưởng đến các kết quả thí nghiệm.

6

Hình 2.8 Sơ đồ các loại mô hình thí nghiệm trong ống thổi khí động vàmục đích sử dụng

a) Phân loại các dạng mô hình; b) Mục đích sử dụng của mô hìnhb. Lựa chọn tỉ lệ vận tốc gió

Đối với các thí nghiệm khí đàn hồi, tỷ lệ về vận tốc gió tác động lên môhình và nguyên hình cần thỏa mãn công thức sau:

m

p

VV

[p

m

effp

effm

EE

] 2

1

(2.13)

trong đó m - Khối lượng riêng của mô hình; p - Khối lượng riêng của côngtrình thực;Vm - Vận tốc gió trong phòng thí nghiệm;Vp - Vận tốc gió thực;Eeff - Modun hiệu dụng (tùy loại mô hình).

Đối với các thí nghiệm nghiên cứu lực khí động học tại các vùng cục bộhoặc lực khí động lên toàn bộ công trình và kết cấu, thì tỉ lệ vận tốc có thểlựa chọn là bất kỳ sao cho phù với năng lực của thiết bị.d. Lựa chọn tỉ lệ thời gian thí nghiệm

Thời gian lấy số liệu trong phòng phải thỏa mãn điều kiện sau :Tr = Tg

mh/Tgth = nth/nmh (2.15)

trong đó: Tgmh - Thời gian thí nghiệm trong ống thổi khí động; Tg

th - Thờigian thí nghiệm ngoài thực tế ; nmh- Tần số giao động riêng của mô hình ;

Các loại mô hình thí nghiệm

Mô hình áp lực cứng Mô hình cứng cân lực đáy tần sốcao

Môhìnhcứng

Mô hìnhkhí độngđàn hồi

cứng

Mô hình khíđộng đàn hồi

cứng mô phỏngsự xoắn

Đo các lực,đặc trưngđộng lực

(rung lắc), hệsố gió giật

Mô hìnhcứng cân

lực đáymộtđiểm đo

Nghiên cứu ảnh hưởngcủa môi trường xung

quanh công trình

Nghiên cứuvề ô nhiễmmôi trường

Nghiên cứuáp lực bề

mặt

Đo mô menxoắn, uốntại mặt đáyĐo gia tốctại các tầng

Đo mô menuốn tại mặt đáytheo trục X,Y

và mô menxoắn theo trục

Z

Mô hình khí động đàn hồi

Mô hìnhkhí độngđàn hồimềm

Đo lực vàNghiên cứu

hiệu ứng uốn,xoắn của

công trình

Đo lực vàđộ xoắn

độc lập củacác phần

công trình

a)

b)

Mô hình cứngcân lực đáy

nhiều điểm đo

nmh = 1/Tmh; Tmh – chu kỳ dao động riêng của môhình.

7

2.3.3.3 Mô hình hóa môi trường gió phù hợp với điều kiện Việt Nama. Biểu đồ vận tốc gió (Wind velocity profile)

Theo tiêu chuẩn TCXD 229:1999 ta có biến thiên vận tốc gió the o độcao thỏa mãn điều kiện (2.16).

gg

ZZ

bVZ

V

(2.16)trong đó : Zg - Độ cao gradient của một dạng địa

hình; Vz , Vg - Vận tốc gió ở độ cao Z và độ caogradient; b -Hệ số điều chỉnh theo dạng địa hình

Thay các giá trị của trên vào (2.16) ta lập được biểu đồ vận tốc thay đổitheo chiều cao.b. Biểu đồ độ rối (Turbulence intensity profile)

Độ rối theo chiều cao là một một thông số quan trọng trong việc tạomôi trường trong hầm gió, ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả thí nghiệm. Dotiêu chuẩn Việt Nam không có các chỉ dẫn liên quan đến biểu đồ độ rối củagió theo chiều cao, sau khi tham khảo các công thức tính toán độ rối của giócủa một số tiêu chuẩn trên thế giới và tham khảo một số thí nghiệm mô hìnhthu nhỏ được thực hiện trong ống thổi khí động của Viện Khoa học Côngnghệ Xây dựng đã sử dụng công thức tính độ rối theo tiêu chuẩn của NhậtBản nên chọn công thức trong tiêu chuẩn Nhật Bản AIJ -RLB 2004, Chương6 [18] để xác định độ rối của gió theo chiều cao.Độ rối tại độ cao Z được xác định theo công thức (2.19):z rz gII I E (2.19)

Irz - Độ rối tại độ cao Z của dạng địa hình bằng phẳng0 05

gg

0 05

g

0 1

0 1

.

.

.

.

b

bb

rz

Z ZZ ZZ

IZ Z ZZ

(2.20) Zb – Chiều cao tham chiếu; EgI - Hệsố điều chỉnh địa hình. xác địnhtheo công thức của tiêu chuẩn NhậtBản.

c. Thiết lập các biểu đồ profile vận tốc gió và biểu đồ độ rối theo chiều caotheo lý thuyết

Bằng các các công thức từ (2.16) đến (2.20), ta sẽ lập được các biểu đồprofile vận tốc gió và biểu đ ồ độ rối lý thuyết theo chiều cao Z, ứng với cácdạng địa hình ở địa điểm xây dựng.

Để tạo được môi trường trong ốngthổi khí động cần sử dụng các dụng cụhỗ trợ là các thanh công cụ như tấmchắn hình tam giác, cục tạo nhám,thanh chắn dạng hàng rào…(Hình2.13). Để có được kích thước và vị trícủa các thanh công cụ hỗ trợ này taphải thí nghiệm nhiều lần.

Cục tạo nhámThanh chắn

dạng hàng rào

Tấm chắntam giác

Hình 2.13 Công cụ tạo môi trườnggió trong ống thổi khí động

8

2.3.3.4 Mô hình hóa địa hìnha. Mô hình hóa ảnh hưởng của địa hình địa điểm xây dựng

Địa hình của địa điểm xây dựng cần mô hình hóa thu nhỏ. Tỉ lệ thu nhỏcủa mô hình địa hình t hường chọn từ 1:1000 đến 1:5000.b. Mô hình hóa ảnh hưởng của các công trình lân cận

Các công trình lân cận, trong bán kính từ 300 đến 800m từ công trìnhthí nghiệm cần được mô phỏng theo dạng hình khối đúng tỉ lệ của mô hìnhvà bố trí trên cùng bàn xoay trong ống thổi khí động.2.4 Thiết lập qui trình thí nghiệm mô hình nhà thấp tầng trong ống thổikhí động phù hợp với điều kiện Việt Nam

Xem Hình 2.23 Sơ đồ mô tả quy trình thí nghiệm xác định hệ số áp lựcgió cho nhà thấp tầng bằng mô hình trong ống thổi khí động .Qua các vấn đề trình bày trong chương 2 cho thấy:

- Từ một số nội dung liên quan đến việc thí nghiệm mô hình trong ốngthổi khí động đã được nêu một cách rời rạc trong nhiều tài liệu khác nhau,luận án đã hệ thống hóa thiết lập được quy trình tổ chức thí nghiệm xác địnhhệ số áp lực gió lên kết cấu công trình nói chung và kết cấu mái của nhàthấp tầng nói riêng phù hợp với các tiêu chuẩn Việt Nam và điều kiện thiếtbị ống thổi khí động của Viện khoa học Công nghệ Xây dựng.

- Đối với các thí nghiệm xác định áp lực gió lên kết cấu mái của côngtrình thấp tầng thì các thông số quan trọng ảnh hưởng nhiều đến kết quả thínghiệm là:Tỉ lệ mô hình; thời gian lấy số liệu; tỉ lệ vận tốc; hướng gió thínghiệm; Mô hình hóa môi trường; mô hình hóa địa hình xung quanh.CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT SỬ DỤNG TẤM HƯỚNG GIÓ NẰM

NGANG TRÊN MÁI DỐC NHÀ THẤP TẦNG BẰNG THÍ NGHIỆM MÔHÌNH TRONG ỐNG THỔI KHÍ ĐỘNG

3.1 Cơ sở lựa chọn thông số của tấm chắn gió ngangCăn cứ vào bề rộng tấm chắn gió ngang trên ô tô thay đổi từ 15-25cm và với

cánh máy bay từ 50-80cm; căn cứ bề rộng của các tấm chắn ngang cho mái bằngbằng bê tông cốt thép của nhà thấp tầng trong các nghiên cứu của Banks, D(2000), Wu, F. (2000) Kopp, G.A., Mans,C. and Surry, D. (2005), đã trình bàytrong chương 1 thay đổi từ 10 cm đến 100cm; đồng thời chiều cao đặt tấm chắnnày được thay đổi theo tỉ lệ (hs/(H+hs)) từ 0,05 đến 0,23 (trong đó hs chiều caođặttấm chắn ngang, H chiều cao từ mặt đất đến diềm mái của công trình) đềuđem lại hiệu quả tốt, luận án lựa chọn tấm chắn gió ngang đặt xung quanh chu vimái, rộng 500mm và khảo sát với các cao độ 25, 50, 75cm (Hình 3.1)

a)

h

l

a 1000 1000

a

250

hs

250

1000

b)

250

h

b

250

hs

1000 400400 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000

Hình 3.1 Mặt đứng điển hình bố trí tấm chắn ngang trên máia) Mặt bên; b) Mặt đứng trước sau

9

3.2 Dạng công trình, dạng địa hình và vùng áp lực gió thí nghiệm3.2.1 Công trình thí nghiệmHai dạng nhà chính : Dạng 1 theo các thiết kế cơ bản được dân sử dụng (Nhàhai mái dốc); Dạng 2 theo thiết kế nhà chống bão của Sở Xây dựng Đà Nẵng.

- Dạng 1 với các kích thước chính (lxbxh):+ Loại 1 (M1): 3,6m x 9,8m x 3,6m với góc nghiêng mái là 150, 200, 250 và 300

+ Loại 2 (M2) :7,2m x 9,8m x 3,6m – góc nghiêng mái là 200

+ Loại 3 (M3) : 4,8m x 9,8m x 3,6m – góc nghiêng mái là 200

Hình 3.6 là kiến trúc điển hình cho các mô hình M1, mô hình M2, M3 cũngcó kiến trúc như vậy nhưng kích thước mặt bằng thay đổi.

M«

Chän

tØ lÖ

m«

h×nh

ChÕ

t¹o

m«

h×nh

¤ n

hiÔm

m«i

trê

ng

C¸c

nghi

ªn c

øu ¶

nh

hën

g cñ

a m

«i tr

êng

xung

qua

nh

M«

h×nh

thÝ n

ghiÖ

m

X¸c

lËp

prof

ileV

Ën tè

c gi

ã

TiÕn

hµn

h th

Ý ngh

iÖm

ghi s

è liÖ

u

KÕt

qu¶Sö

lý sè

liÖu

X¸c

lËp

prof

ile®é

rèi

M«

phán

g ¶n

h h

ëng

®Þa

h×nh

vµ

c«ng

tr×n

h l©

n cË

n

C¸c

th«n

g sè

kh¸

cTØ

lÖ V

, T, R

e,

Kh«

ng §

¹t

§¹t

KÕt

luËn

KiÕ

n ng

hÞ

h×nh

cøn

g

§¹t

§¹t

Kh«

ng §

¹tK

h«ng

§¹t

So s¸

nhSo

s¸nh

So s¸

nh

Kh«

ng §

¹t §

¹t

So s¸

nh

Hìn

h2.

23 S

ơ đồ

mô

tả q

uytr

ình

thí n

ghiệ

m x

ác đ

ịnh

hệ số

áp

lực

gió

cho

nhà

thấp

tầng

bằn

g m

ô hì

nh tr

ong

ống

thổi

khí

độn

g

10

1

100 100l

4

a

b

200

200

MÆt b»ng c«ng tr×nh

b

2 3

h1h

b

a

h1

3600

1000 1200 1800 1800 10001200180090

015

0012

00

1

100 100

l

4

a

b

MÆt b»ng m¸i

b

2 3MÆt ®øng tríc c«ng tr×nh

MÆt c¾t ngang c«ng tr×nh

Hình 3.6 Kiến trúc điển hình các mô hình M1- Dạng 2 gồm 2 loại nhà (ĐN1, ĐN2) với các kích thước chính

+ ĐN1: 9,2m x 4,2m x 3,9m; góc nghiêng mái 50 (xem Hình 3.8)+ ĐN2: 9,2m x 4,2m x 4,9m; góc nghiêng mái 110 (xem Hình 3.11)

Hình 3.8 Phối cảnh nhà ĐN1 Hình 3.11 Phối cảnh nhà ĐN2Tổng số mô hình sử dụng để thí nghiệm là 8 mô hình – số trường hợp thínghiệm cả không và có sử dụng tấm chắn ngang là 28 tr ường hợp. Thínghiệm với tối thiểu là 7 hướng gió và tối đa là 13 hướng gió ứng với 1hướng gió là 10 bộ số liệu – Với 8 mô hình có tổng cộng 620 bộ số liệu.3.2.2 Dạng địa hình, vùng áp lực gió thí nghiệm

Địa hình lựa chọn là dạng A, vùng áp lực gió là I V.B.3.3 Thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động3.3.1 Thiết bị và dụng cụ hỗ trợ thí nghiệmCác thiết bị và dụng cụ hỗ trợ chính để thí nghiệm gồm:

+ Ồng thổi khí động;+Thiết bị đo áp lực là hệ thống DMPS (Dynamic Pressure Measurement

System) do công TFI - Australian sản xuất, gồm 4 modul, mỗi modul có 64kênh (64 vị trí cắm đầu truyền dữ liệu). Hệ thống này được nối trực tiếp vàomáy tính, quá trình thu nhận số liệu được thực hiện hoàn toàn tự động theocác thông số đã đặt sẵn;

+ Ống thu dữ liệu là ống nhựa được nhập khẩu từ Hàn Quốc, có đườngkính 2mm chiều dài mỗi đoạn ống phụ thuộc vào khoảng cách từ vị trí lỗtrên mái đến vị trí đặt thiết bị DPMS, thường lấy 1,2m. Một đầu ống đượccắm vào các lỗ khoan sẵn trên mái mô hình một đầu cắm vào kênh t rong cácmodul của máy DPMS. Áp lực gió lên mái tại vị trí lỗ được truyền qua ốngvề thiết bị DPMS và truyền về hệ thống máy tính;

+ Thanh chắn dạng hàng rào và tam giác có thể làm bằng gỗ hoặc thép, cục

11

tạo nhám thường làm bằng gỗ được xếp tự do trên sàn ống thổi khí động hoặcliên kết thành mảng, để có được kích thước và vị trí của các dụng cụ này cầnphải làm thí nghiệm nhiều lần (một dạng thanh chắn như Hình 2.13).3.3.2 Xác định các thông số cho mô hình

Dạng mô hình được chọn để thí nghiệm là mô hình áp lực cứng. Tỉ lệ môhình lựa chọn là Lr = 1/20 (cho các mô hình dạng 1) và 1/25 (cho các mô hìnhdạng 2). Kích thước chế tạo mô hình M1: h m x bm x lm là 0,18 x 0,18 x 0,49(m);Mô hình M2: 0,18 x 0,36 x 0,49(m); Mô hình M3: 0,18 x 0,24 x 0,49(m); Môhình ĐN1: 0,168 x 0,368 x 0,156(m); Mô hình ĐN2: 0,168 x 0,368 x 0,196(m).Tỉ lệ vận tốc để thí nghiệm là Vr = 1/5; Tỉ lệ thời gian lấy số liệu là 1/4.3.3.3 Mô hình hóa môi trường gió trong ống thổi

Vùng gió thí nghiệm là vùng IVB có áp lực gió Wo = 155 daN/m2; Địahình dạng A, với các đặc trưng: Độ cao gradient của dạng địa hình là 250m;Số mũ của hàm biến thiên vận tốc gió theo độ cao α = 0,07; Vận tốc giótrung bình trong 10 phút với chu kỳ lặp 50 năm là 40,7m/s.

Từ thông số trên lập được các biểu đồ profile vận tốc gió và biểu đồ độrối theo lý thuyết; Tạo môi trường gió bằng các dụng cụ trình bày trongchương 2 và được hai biểu đồ so sánh profile vận tốc gió, profile độ rối củacấu hình trong hầm gió so với kết quả tính toán theo thông số thực tế.

Hình 3.16 So sánh profile vận tốcgió thu được theo cấu hình thiết

lập với profile lý thuyết

Hình 3.17 So sánh profile độ rốithu được theo cấu hình thiết lập

với profile lý thuyết3.4 Thí nghiệm và ghi kết quả3.4.1 Sơ đồ bố trí đầu đo áp lực và hướng gió thí nghiệma)Mô hình loại 1 (4 mô hình; ký hiệu – M1 -15, M1-20, M1-25, M1-30)

Các hướng gió thí nghiệm phụ thuộc vào kiến trúc của công trình (Hình3.19 là 1 dạng sơ đồ các hướng gió tác dụng trong 8 mô hình).

Sơ đồ bố trí đầu đo áp lực của mô hình phụ thuộc vào từng dạng mặt bằngvà diện tích mái (Hình 3.18 là 1 trong dạng sơ đồ bố trí đầu đo trong 8 dạng môhình); Các mô hình loại 2, loại 3 và các mô hình dạng 2 (ĐN1; ĐN2) làm thínghiệm tương tự các mô hình loại 1

Độ

cao

Z (m

)

Độ

cao

Z (m

)

V(z)/V(H)

12

Hình 3.18 Sơ đồ bố trí các đầu đo áp lực trênmái của mô hình

0015

030

0

450

60075

0

900

giã

Hình 3.19 Các hướnggió tác dụng

3.4.2 Thí nghiệm và ghi kết quảĐể mô hình thẳng góc với hướng gió (hướng 0 0) cho quạt chạy và điều

chỉnh vận tốc quạt cho đến khi vận tốc gió tại vị trí đặt mô hình là 8,15m/sthì giữ nguyên vận tốc như vậy trong khoảng thời gian 30s để kiểm tra sơ bộsố liệu từ các đầu đo, nếu các số liệu ổn định không có các vị trí tăng hoặcgiảm bất thường thì tiến hành ghi dữ liệu. Vận tốc gió được giữ trongkhoảng 1500s và ghi dữ liệu. Tiếp tục quay mô hình san g hướng 150 (điềukhiển cho bàn xoay quay đi 1 góc 150) tiến hành tương tự và cứ như vậy chođến hướng gió cuối cùng. Áp lực gió tại từng vị trí lỗ trên mái được truyềnvề máy tính thông qua thiết bị thu dữ liệu DPMS.3.5 Phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm3.5.1 Vấn đề sử lý số liệu

Từ kết quả thu sau khi sử lý bằng các chương trình chuyên ngành, sửdụng công thức để tính toán các hệ số áp lực.3.5.2 Kết quả thí nghiệm3.5.2.1 Kết quả thí nghiệm hệ số áp lực với các hướng gió khác nhau khikhông sử dụng tấm chắn ngang cho các mô hình dạng 1

Hình 3.35 Hệ số áp lực trungbình, áp lực nhỏ nhất, áp lực lớnnhất ứng với hướng gió 00 – Mô

hình M1-15

Hình 3.36 Hệ số áp lực trungbình, áp lực nhỏ nhất, áp lực lớnnhất ứng với hướng gió 450 – Mô

hình M1-15

13

Với công trình với mái có góc dốc nhỏ như đối tượng nghiên cứu củaluận án thì áp lực gió hút là chủ đạo. Các hệ số áp lực trung bình và cực đạiđạt giá trị tuyệt đối lớn nhất ở vùng gần diề m mái, đầu hồi (Hình 3.35;3.36). Bảng 3.3 là tổng hợp các giá trị hệ số áp lực theo các hướng gió chính00, 450, 900.Bảng 3.3 Tổng hợp kết quả đo gió các mô hình không có tấm chắn ngang

Hướnggió

Mái trước Mái sauHệ số áp

lực lớn nhấtHệ số áp lựctrung bình

Hệ số áp lựcnhỏ nhất

Hệ số áp lựclớn nhất

Hệ số áp lựctrung bình

Hệ số áp lựcnhỏ nhất

A B A B A B A B A B A BM1-15

00 0,12 -0,4 -0,60 -1,00 -4,2 -8,20 -0,1 -0,6 -0,5 -0,75 -4,0 -7,0450 0,55 -0,7 -0,50 -1,25 -3,4 -11,8 -0,7 -1,3 -0,5 -1,00 -2,8 -8,2900 -1 0,8 -0,25 -0,75 -2,2 -10,0 -1,0 0,8 -0,25 -0,75 -1,6 -8,2

M1-2000 0,35 -0,2 -0,5 -1,25 -3.6 -7,6 -0,2 -0,7 -0,4 -0,75 -3,2 -7,6450 1,0 -1,1 -0,4 -1,0 -3,1 -13,0 -0,3 -1,3 -0,3 -1,0 -2,3 -8,8900 -0,3 -1,5 -0,3 -1,25 -2,0 -10 -0,2 -1,1 -0,2 -1,0 -2,0 -8.2

M1-2500 0,43 -0,6 -0,61 -1,32 -2,9 -8,43 -0,4 -0,88 -0,77 -0,93 -3,5 -6,72450 0,61 -0,9 -0,54 -1,51 -3,1 -11,77 -0,5 -1,28 -0,31 -1,02 -3,8 -10,72900 0,16 -1,4 -0,51 -1,41 -2,0 -11,53 -0,1 -1,45 -0,54 -1,39 -2,3 -10,13

M1-3000 1,39 -0,5 -0,54 -1,51 -2,2 -6,99 -0,02 -1,00 -0,64 -1,23 -2,7 -5,45450 1,73 -0,8 -0,11 -1,46 -1,9 -9,11 0,23 -2,04 -0,56 -1,87 -2,7 -7,06900 0,93 -1,2 0,06 -1,90 -0,9 -8,21 0,92 -2,18 -0,36 -2,29 -1,5 -10,21

M2-2000 0,28 -0,7 -0,70 -1,78 -2,2 -9,16 -0,08 -0,77 -0,75 -1,15 -3,2 -6,25450 0,47 -1,7 -0,55 -2,44 -2,1 -12,94 -0,3 -1,63 -0,82 -3,05 -2,7 -14,19900 0,85 -1,8 -0,37 -2,29 -1,9 -8,47 0,53 -1,30 -0,12 -1,75 -1,9 -10,99

M3-2000 0,53 -0,8 -0,13 -1,97 -0,5 -9,21 0,30 -1,28 -0,03 -1,50 -0,3 -6,68450 1,36 -1,3 -0,06 -2,41 -0,6 -13,12 0,53 -2,27 -0,13 -2,76 -0,4 -11,6900 0,97 -3,2 -0,03 -2,73 -1,5 -9,35 1,05 -2,58 -0,27 -2,66 -0,7 -9,14

3.5.2.2 Kết quả thí nghiệm khi sử dụng tấm chắn ngang rộng 500mmcho các mô hình dạng 1a. Chiều cao tấm chắn ngang hs = 250mm

Về quy luật phân bố áp lực trên mái của các mô hình không có gì thay đổiso với trường hợp không có tấm chắn mái tuy nhiên tại các vị trí cục bộ giá trịhệ số áp lực có giảm đi nhưng chưa đáng kể.b. Chiều cao tấm chắn ngang hs = 500mm

Tại những vị trí như diềm mái, đỉnh mái, góc mái thì giá trị hệ số áp lựcgiảm đi khá nhiều so với trường hợp khong có tấm chắn ngang, đặc biệt là vớicác giá trị hệ số áp lực hút.

14

c. Chiều cao tấm chắn ngang hs = 750mmĐối với trường hợp này các giá trị, vị trí cục bộ gần như không đổi hoặc

thay đổi rất ít không đáng kể.3.5.3 Đánh giá và so sánh kết quả3.5.3.1 Đánh giá và so sánh kết quả các trường hợp sử dụng và khôngsử dụng tấm chắn ngang của các mô hình dạng 1

Kết quả thu được của tất cả các hướng gió cho các mô hình và cho cáctrường hợp chiều cao tấm chắn gió khác nhau được thể hiện trên các biều đồso sánh hệ số áp lực gió trung bình (

pC ) và hệ số áp lực gió nhỏ nhất (pC )

của các trường hợp có và không có tấm chắn gió. Hình 3.38 là 2 trong sốcác biểu đồ so sánh của 8 mô hình.

Mô hình M1-20- Mái trước Mô hình M1-20 - Mái trước

Mô hình M1-20- Mái sau Mô hình M1-20 - Mái sau

Mô hình M1-25- Mái trước Mô hình M1-25 - Mái trước

Mô hình M1-25- Mái sau Mô hình M1-25 - Mái sauHình 3.38 Biểu đồ so sánh hệ số áp lực trung bình cục bộ và hệ

số áp lực nhỏ nhất cục bộ – Mô hình M1-20; M1-25

C P

C p

C P

C p

Hướng gió θ 0 Hướng gió θ 0


C p

Hướng gió θ 0

C P

C p


C P

Hướng gió θ 0

15

Như vậy các khi sử dụng tấm chắn ngang đặt ở độ cao cách mặt phẳngmái 500mm sẽ làm giảm các giá trị hệ số áp lực gió trung bình, hệ số áp lựcgió nhỏ nhất tại các vị trí cục bộ so với trường hợp không có tấm chắnngang là tốt nhất.3.5.3.2 Đánh giá và so sánh kết quả các trường hợp sử dụng và không sử dụng tấmchắn ngang của các mô hình dạng 1 với tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737:1995

Giá trị hệ số áp lực gió trung bình toàn mái cho trường hợp không cótấm chắn ngang so với trường hợp có tấm chắn ngang đặt tại cao độ 500mmvà so với TCVN được thể hiện trong các bảng.Bảng 3.13 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái Mô hình M1-15

Mái trước Theo TCVN2737:1995

(4)

So sánh (2)và (4)

(giảm %)Hướng

gióKhông tấm chắn

ngang (1)Có tấm chắn

ngang (2)Hiệu quả

(giảm %) (3)00 -0,73 -0,53 30,1 -0,7 24,3450 -0,73 -0,58 20,5 -0,7 17,1900 -0,54 -0,49 9,1 -0,7 30,0

Mái sauTheo TCVN2737:1995

So sánh (2)và (4)

(giảm %)Hướng

gióKhông tấmchắn ngang

Có tấm chắnngang

Hiệu quả(giảm %)

00 -0,58 -0,444 23,39 -0,5 11,2450 -0,59 -0,52 13,8 -0,5 0900 -0,51 -0,42 17,6 -0,7 40,7

Bảng 3.15 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái Mô hình M1-20Mái trước Theo TCVN

2737:1995(4)

So sánh (2)và (4)

(giảm %)Hướng




(giảm %) (3)00 -0,72 -0,54 25,0 -0,7 22,8450 -0,75 -0,61 18,6 -0,7 12,8900 -0,54 -0,51 5,5 -0,7 27,14


So sánh (2)và (4)

(giảm %)Hướng




00 -0,61 -0,58 4,9 -0,5 0450 -0,72 -0,66 14,3 -0,5 - 24,2900 -0,58 -0,56 3,44 -0,7 20

16


2737:1995(4)

So sánh (2)và (4)

(giảm %)Hướng




(giảm %) (3)00 -0,71 -0,53 25,3 -0,6 11,6

450 -0,66 -0,55 16,6 -0,6 8,3900 -0,61 -0,42 31,1 -0,7 40

Mái sau Theo TCVN2737:1995

So sánh (2)và (4)

(giảm %)Hướng




00 -0,70 -0,55 21,4 -0,5 0450 -0,83 -0,69 16,8 -0,5 -27900 -0,62 -0,42 32,2 -0,7 42,8


2737:1995(4)

So sánh (2)và (4)

(giảm %)Hướng




(giảm %) (3)00 -0,68 -0,59 13,2 -0,45 23,7

450 -0,74 -0,64 13,5 -0,45 29,6900 -0,70 -0,68 2,8 -0,7 -2,8


So sánh (2)và (4)

( tăng %)Hướng



Hiệu quả(giảm%)

00 -0,73 -0,78 0 -0,5 35,8450 -0,86 -1,02 -18,6 -0,5 50,9900 -0,65 -0,73 0 -0,7 0


2737:1995(4)

So sánh (2)và (4)

(giảm %)Hướng




(giảm %) (3)00 -0,57 -0,49 13,64 -0,4 23,5

450 -0,61 -0,50 18,08 -0,4 25,1900 -0,72 -0,51 29,17 -0,7 -27,1


So sánh (2)và (4)

(giảm %)Hướng




00 -0,60 -0,58 3,261 -0,4 22,4450 -0,78 -0,63 19,17 -0,4 33,4900 -0,62 -0,55 11,46 -0,7 -21,1

17


2737:1995(4)

So sánh (2)và (4)

(giảm %)Hướng




(giảm %) (3)00 -0,62 -0,46 26,55 -0,55 17,0

450 -0,61 -0,49 18,18 -0,55 10,0900 -0,66 -0,55 17,97 -0,7 21,8

Mái sau TheoTCVN

2737:1995

So sánh (2)và (4)

(giảm %)Hướng




00 -0,54 -0,44 18,37 -0,45 2,2450 -0,71 -0,55 22,48 -0,45 -22,2900 -0,76 -0,62 17,78 -0,7 10,1

3.5.4 Kết quả thí nghiệm cho các mô hình dạng 2 (ĐN1 và ĐN2)3.5.4.1 Trường hợp không sử dụng tấm chắn nganga) Mô hình 1 – ĐN1Giá trị của hệ số áp lực trung bình toàn mái cho trong Bảng 3.34

Bảng 3.34 Tổng hợp giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái – Mô hìnhĐN1Hướng gió Hệ số áp lực trung bình toàn mái

00 -0,51450 -0,61900 -0,72

b) Mô hình 2 – ĐN2Giá trị của hệ số áp lực trung bình toàn mái cho trong Bảng 3.36

Bảng 3.36 Tổng hợp giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái – Mô hìnhĐN2Hướng

gióMái sau Mái trước

Mái sau dưới Mái sau trên Mái trước trên Mái trước dưới00 -0,49 -0,70 -0,52 -0,74

450 -0,87 -0,90 -0,80 -0,45900 -0,88 -0,90 -0,87 -0.82

3.4.5.2 Trường hợp sử dụng tấm chắn ngang rộng 500mm, cao 500mmCác giá trị trung bình của hệ số áp lực trung bình toàn mái cho các

hướng gió của cả 2 loại mô hình đều giảm.3.5.4.3 So sánh kết quảcủa các trường hợp không và có sửdụng tấm chắn nganga. Mô hình 1 – ĐN1 (Mô hình nhà 1 mái)Một trong kết quả so sánh được cho trong Bảng 3.42 và Hình 3.54

Giá trị hệ số nhỏ nhất được tính cho các vùng cục bộ để so sánh. Do tiêuchuẩn Việt Nam không nói đến vùng cục bộ cho nhà 1 mái nên NCS lựachọn chia vùng cục bộ theo tiêu chuẩn Nhật Bản AIJ-RLB 2004 (xem hình3.51).

18

Bảng 3.42 So sánh giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất theo các vùng cục bộ mô hìnhĐN1

So sánhHướng gió 00 Hướng gió 900

A B D E A B D EKhông tấm chắn ngang -2,7 -1,5 -1,8 -1,0 -2,0 -3,1 -1,6 -2,6Có tấm chắn ngang -2,3 -1,3 -0,8 -0,9 -1,72 -2,2 -1,4 -2,2Hiệu quả giảm (%) 14,5 13,3 55,5 10 13,8 29,3 12,5 15,8

840

1680

9200

1680

4200

Vùng AVùng BVùng A

Vùng C

Híng giã

a

Vùng BVùng E

Vùng D

840

840

420

420

b. Mô hình 2 – ĐN2Một trong kết quả so sánh được cho trong Bảng 3.44 và Hình 3.58.

660

Vùng AVùng BVùng A

Vùng C

Vùng A1Vùng B1

Vùng A1

Vùng C1

Vùng D

2880

Híng giãa

3050 2150

660

330330

660 660

Hình 3.55 Phân chia các vùng để xác định áp lực cục bộ cho mô hình ĐN2Bảng 3.44 So sánh giá trị hệ số áp lực gió nhỏ nhất theo các vùng cục bộ

của mái dưới phía đón gió – Mô hình ĐN2

So sánhHướng gió 00 Hướng gió 900

A B C A B CKhông tấm chắn ngang -3,1 -2,7 -2,2 -2,6 -2,4 -3,0Có tấm chắn ngang -1,9 -1,9 -1,5 -2,6 -1,8 -2,7Hiệu quả giảm (%) -39,0 -31,3 -30,8 -3,2 -25,0 -10,5

Hình 3.58 Biểu đồ so sánh hệ số áp lực nhỏ nhất giữa không sử dụng vàcó sử dụng tấm chắn ngang - Mái trước

Hướng gió θ 0

Hướng gió θ 0

C P

Hình 3.51 Phân chia các vùng để xácđịnh áp lực cục bộ cho mô hìnhĐN1

Hình 3.54 Biểu đồ so sánh hệ sốáp lực nhỏ nhất giữa không và

có sử dụng tấm chắn ngang

C P

19

Từ các kết quả trên ta thấy:- Giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái trường hợp có tấm chắn gió

giảm tới 37,93% so với trường hợp không có tấm chắn gió.- Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất cho các vùng cục bộ trường hợp có tấm

chắn gió giảm tới 40% so với trường hợp không có tấm chắn gió.Các kết quả đạt được của chương 3

- Với các mô hình nhà sử dụng tấm chắn ngang rộng 500 mm đặt songsong với mái với các độ cao khác nhau thì trường hợp tấm chắn ngang đặtcách bề mặt mái 500 mm có tác dụng làm giảm các giá trị áp lực trung bình(cục bộ và toàn mái) và giá trị áp lực nhỏ nhất cục bộ của mái (áp lực giógây tốc mái lớn nhất) là lớn nhất (có hiệu quả chống tốc mái tốt nhất). Giátrị áp lực trung bình cục bộ theo các hướng gió có thể giảm tới 33%, giá trịáp lực trung bình toàn mái giảm tới 31,1% và giá trị áp lực nhỏ nhất cục bộtheo các hướng gió giảm tới 60%.

- Giải pháp sử dụng tấm chắn ngang để chủ động giảm áp lực gió lênmái dốc nhà thấp tầng là rất khả thi và có thể áp dụng được trong thực tiễn.

CHƯƠNG 4 THÍ NGHIỆM ỨNG DỤNG TẤM CHẮN NGANG TRÊN MÁIDỐC CỦA MÔ HÌNH THỰC NGOÀI HIỆN TRƯỜNG

Các kết quả nghiên cứu bằng thí nghiệm trên các mô hình thu nhỏ trongống thổi khí động cho thấy việc sử dụng tấm hướng gió ngang có tác dụnglàm giảm áp lực gió lên các mái làm bằng vật liệu nhẹ có độ dốc. Để đánhgiá lại hiệu quả trong thực tế khi ứng dụng giải pháp và tính khả thi của cácbiện pháp liên kết, vật liệu sử dụng, luận án đã tiến hành triển khai nghiêncứu ứng dụng trên mô hình thực ngoài hiện trường.4.1 Các thông số chính của công trình và thiết bị thí nghiệm4.1.1 Thông số công trình: (lxbxh) 3,6m x 3,0m x 1,7m góc nghiêng mái 150

4.1.2 Giải pháp liên kết và vật liệu sử dụng:

Hình 4.4 Liên kết cộtgiữa với xà gồ mái

Hình 4.6 Liên kết cộtbiên với xà gồ mái

Hình 4.8 Liên kết cộtđỉnh với xà gồ mái

Khung nhà bằng thép hình, tường bao che bằng ván ép, mái lợp tôn.Tấm chắn ngang làm bằng ván ép, cột đỡ bằng thép hộp. Các chi tiết liên kếtxem Hình 4.4 đến 4.84.1.3 Thiết bị thí nghiệm

Gồm quạt có công suất lớn (Hình 4.13); Ống thủy tinh hình chữ U, chấtlỏng là rượu pha màu (Hình 4.11b), ống dẫn khí một đầu gắn với ống chữ Umột đầu gắn trên mái tôn; Thiết bị để hiệu chuẩn thang đọc số liệu đo chênh áp

20

lực là hệ thống ống thổi khí động của Viện Khoa học công nghệ Xây dựng vàthiết bị đo vận tốc và áp lực gió Extech HD350 tại hiện trường (Hình 4.15)

Hình 4.11b Thiết bịthu dữ liệu

Hình 4.13 Quạt tạoluồng gió

Hình 4.15Thiết bị đovận tốc, áp lực gió

4.2 Các thông số thí nghiệm của mô hìnhCác thông số cơ bản của mô hình thí nghiệm như sau:- Vận tốc gió tại vị trí đặt mô hình thí nghiệm: 15m/s; Các đầu đo áp lựcđược bố trí tại 56 điểm đo trên mái (xem Hình 4.18).

18621862

630

630

630

14010

0

105145

105105145

105

100

630

140

754754754 754

00

450

900

giã

Hướng gió 00 Hướng gió 450 Hướng gió 900

4.3 Thí nghiệm đo áp lực lên mái với các hướng gió khác nhauQuy trình thí nghiệm được thực hiện với hai trường hợp: (1) Trước khi

chưa lắp tấm chắn ngang trên mái; (2) sau khi lắp các tấm chắn ngang trênmái. Với mỗi trường hợp thực hiện theo quy trình sau:

+ Đặt quạt tại vị trí đã xác định hướng 00, cho quạt chạy, dùng thiết bịđo vận tốc gió tại hiện trường để đo vận tốc gió thực khi thí nghiệm. Điềuchỉnh quạt để vận tốc gió tới ở các điểm đo đạt giá trị 15m/s. Tiến hành ghilại các số liệu đo áp lực thực tế của 56 điểm đo trên mái, từ số liệu đó tiếnhành sử lý, quy đổi và tính toán ra hệ số áp lực gió.

+ Dịch chuyển quạt sang vị trí thứ 2 (hướng 450) và tiến hành tương tựquy trình trên.; Dịch chuyển quạt sang vị trí thứ 3 (hướng 900) và tiến hànhtương tự quy trình trên.

Hình 4.18 Sơ đồ bố trí các đầu đoáp lực

Hình 4.19 Các hướng gió tác dụng

Hình 4.20 Mô hình thí nghiệm nhà ngoài trời

21

4.4 Kết quả thí nghiệm4.4.1 Sử lý số liệu:Từ các giá trị thu được tính toán quy đổi sang hệ số khí động c theo công thức:

c = (W/W0 ) x k (4.3)4.4.2 Các kết quả thí nghiệm

Để làm rõ hiệu quả làm giảm áp lựcgió hút của giải pháp sử dụng tấm chắnngang, tại một số vùng hay bị tốc mái, tachia mái thành các vùng cục bộ theo quyđịnh trong “(TCVN 2737:1995, 2002)”theo Hình 4.22.

a. Trường hợp không sử dụng tấm chắn ngangCác giá trị hệ số áp lực được tổng hợp thành Bảng 4.2

Bảng 4.2 Kết quả đo hệ số áp lực gió nhỏ nhất không tấm chắn ngangHướng gió Mái đón gió Mái khuất gió

00 Từ -3,75 đến -7,90 Từ -2,59 đến -6,85450 Từ -3,29 đến -10,9 Từ -2,14 đến -6,64900 Từ -2,25 đến -9,08 Từ -2,27 đến -8,23

b. Trường hợp có sử dụng tấm chắn ngangCác giá trị áp lực cục bộ cho mái được tổng hợp thành Bảng 4.3.

Bảng 4.3 Kết quả đo hệ số áp lực gió nhỏ nhất có tấm chắn ngangHướng gió Mái đón gió Mái khuất gió

00 Từ -3,24 đến -6,26 Từ -2,05 đến -4,67450 Từ -2,07 đến -6,53 Từ -1,56 đến -5,23900 Từ -1,51 đến -5,98 Từ -1,51 đến -5,44

c. So sánh kết quả của các trường hợp không và có sử dụng tấm chắn ngangKết quả so sánh được thể hiện trên Hình 4.23 và Bảng 4.4

a) Hướng gió 00 b) Hướng gió 450 c) Hướng gió 900

Hình 4.23 So sánh giá trị hệ số áp lực gió nhỏ nhất của 56 điểm đo trênmái trong trường hợp có và không có tấm chắn ngang

Hình 4.22 Phân chia vùng để xác định giátrị trung bình tại vị trí cục bộ

Vïn

g A

Vïn

g B

Vïn

g C

Vïn

g F

Vïn

g D

Hí

ng

giã

a

360

3000

1862

360 360

360

1862

360360

360

360

C P

C P

C P

22

Bảng 4.4 So sánh giá trị của hệ số áp lực gió nhỏ nhấtpC tại các điểm đo trên mái

Vùng mái

Hướng gió 00 Hướng gió 450 Hướng gió 900

Khôngcó tấmchắn

Có tấmchắn

Giảm(%)


Có tấmchắn

Giảm(%)


Có tấmchắn

Giảm(%)

Máiđóngió

A - điểm 56 -7,39 -5,98 19,0 -10,91 -6,53 40,1 -9,08 -5,50 39,4B - điểm 53 -7,90 -5,76 27,1 -8,26 -5,71 30,9 -4,16 -2,78 33,2C - điểm 42 -4,33 -3,96 8,5 -5,35 -4,55 14,9 -6,85 -5,98 12,7D - điểm 35 -4,95 -3,89 21,4 -6,48 -5,25 19,0 -6,00 -5,08 15,5F - điểm 32 -4,81 -3,24 32,7 -5,71 -3,87 32,2 -4,41 -2,55 42,2

Máikhuấtgió

A1 - điểm 7 -3,32 -2,48 25,3 -4,69 -2,18 53,5 -8,23 -4,79 41,7B1 - điểm 4 -3,65 -3,16 13,5 -3,06 -2,33 23,8 -3,21 -2,11 34,1C1 - điểm 21 -3,86 -3,07 20,4 -4,63 -2,95 36,2 -6,35 -5,44 14,3D1 - điểm 28 -6,85 -4,67 31,8 -6,64 -5,23 21,3 -6,16 -5,09 17,4F1 - điểm 25 -4,11 -3,46 16,0 -4,90 -3,56 27,3 -4,49 -2,59 42,3

d. So sánh kết quả thí nghiệm trên mô hình thực với mô hình thu n hỏtrong ống thổi khí động.

Mô hình thí nghiệm trong ống thổi khí động M1-15 có kích thước tươngđối giống với kích thước mô hình thực ngoài hiện trường (góc nghiêng mái150, chiều sâu công trình 3,6m) do đó ta so sánh kết quả thu được của haitrường hợp này với nhau xem Bảng 4.5.Bảng 4.5 So sánh miền giá trị của hệ số áp lực nhỏ nhất (

pC ) của hai mô hình

Hướnggió

Không có tấm chắn ngangKết quả thí nghiệm mô hình thực Kết quả thí nghiệm mô hình M1-15

Mái đón gió Mái khuất gió Mái đón gió Mái khuất gió

00 Từ-3,75 đến-7,90 Từ-2,59 đến-6,85 Từ-4,6 đến-8,20 Từ-4,00 đến -7,0

450 Từ-2,16 đến-10,9 Từ-2,14 đến-6,64 Từ-3,4 đến-11,8 Từ-2,80 đến -8,2

900 Từ-2,25đến-9,08 Từ-2,27đến-8,23 Từ-2,2 đến-10,0 Từ-1,61 đến-8,2

Hướnggió

Có tấm chắn ngangKết quả thí nghiệm mô hình thực Kết quả thí nghiệm mô hình M1-15

Mái đón gió Mái khuất gió Mái đón gió Mái khuất gió

00 Từ-3,24 đến-6,26 Từ-2,05 đến-4,67 Từ-3,4 đến -7,0 Từ-2,80 đến -5,2



23

Qua các kết quả chương 4 cho thấy:- Việc sử dụng giải pháp này sẽ làm giảm đáng kể giá trị của áp lực gió

nhỏ nhất cục bộ, ở các vùng thường hay bị tốc mái. Hiệu quả giảm này đạttừ 8,5% đến 32,7% khi hướng gió tới θ = 00, đạt từ 14,9% đến 53,5% khi θ= 450 và đạt từ 12,7% đến 42,3% khi θ = 900;

- Hiệu quả làm giảm giá trị của hệ số áp lực nhỏ nhất, ở các điểm đo,khi sử dụng giải pháp đặt tấm chắn ngang trên mái trong thí nghiệm trên môhình thực ngoài hiện trường và mô hình thu nhỏ trong ống thổi khí động gầntương tự nhau. Sai số kết quả giá trị lớn nhất giữa hai thí nghiệm nàykhoảng 10,6% khi hướng gió tới θ = 00, 9,3% khi θ = 450 và 11,9% khi θ =900 đối với mái đón gió và khoảng 10% khi hướng gió tới θ = 00, 12% khi θ= 450 và 0% khi θ = 900 đối với mái khuất gió.

- Giải pháp sử dụng tấm chắn ngang trên mái là khả thi, đơn giản và dễlắp dựng.

KẾT LUẬN1.Các kết quả đạt đượcQua các kết quả nghiên cứu đề tài luận án đạt được một số kết quả chínhnhư sau:

- Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết về thí nghiệm mô hình thu nhỏ trongống thổi khí động của thế giới từ đó tổng hợp một cách có hệ thống các cơsở lý thuyết này để có thể ứng dụng vào việc thí nghiệm mô hình trong ốngthổi khí động theo các điều kiện của Việt Nam.

- Thiết lập được quy trình để thí nghiệm nghiên cứu áp lực gió lên kếtcấu bao che nói chung và mái nhà thấp tầng nói riêng bằng mô hình thu nhỏtrong ống thổi khí động phù hợp với điều kiện Việt Nam và với ống thổi khíđộng của Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng với các bước chính :

+ Mô hình hóa công trình để thí nghiệm+ Mô hình hóa môi trường gió trong ống thổi khí động+ Mô hình hóa địa hình địa điểm xây dựng công tr ình.- Thí nghiệm nghiên cứu sự phân bố áp lực gió lên mái dốc của 8 mô

hình có độ dốc mái và kích thước mặt bằng của công trình thay đổi theo cáctỉ lệ khác nhau, kết quả nghiên cứu cho thấy: các giá trị hệ số áp lực trungbình, áp lực nhỏ nhất của các mô hình này theo các hướng gió thu được kháthống nhất với các giá trị của các dạng mô hình tương tự đã được công bốtrên thế giới. Ngoài ra kết quả nghiên cứu cho thấy rằng cần có nhữngnghiên cứu sâu để đưa ra các hệ số áp lực gió cục bộ bổ sung vào tiêu chuẩn

24

nhằm phục vụ thiết kế kết cấu bao che nói chung và kết cấu mái nói riêngđảm bảo an toàn khi sử dụng.

- Đưa ra được giải pháp chủ động giảm áp lực gió lên mái nhà thấp tầngcó độ dốc bằng tấm chắn ngang đặt vòng quanh chu vi mái. Với giải phápnày, tấm chắn được thiết kế với chiều rộng 500 mm có mặt phẳng tấm đặtsong song với mặt phẳng mái và cách mặt mái 500 mm cho hiệu quả giả máp lực gió lên mái là tốt nhất. Giá trị áp lực trung bình cục bộ theo cáchướng gió có thể giảm tới 33%, giá trị áp lực trung bình toàn mái giảm tới31,1% và giá trị áp lực nhỏ nhất cục bộ theo các hướng gió giảm tới 60% sovới trường hợp không có tấm chắn ngang. Giải pháp này áp dụng cho cáccông trình nhà thấp tầng mái dốc, mái làm bằng vật liệu nhẹ có độ dốc nhỏhơn 300.

- Đã thí nghiệm trên mô hình thực và cho thấy hiệu quả của giải phápsử dụng tấm hướng gió nằm ngang để giảm áp lực gió lên mái làm bằn g vậtliệu nhẹ có độ dốc của nhà 1 tầng là khả thi (giá trị hệ số áp lực nhỏ nhấtcục bộ có thể giảm tới 53,3% so với trường hợp không có tấm chắn ngang),giải pháp cấu tạo đơn giản, vật liệu làm tấm chắn là phổ biến (có thể là tấmthép, tấm nhôm, tấm tôn hoặc kim loại).

- Giải pháp này không chỉ làm giảm được áp lực gió lên kết cấu bao che màcòn có thể giảm được áp lực lên các kết cấu chịu lực bên dưới do đó có thểgiảm được chi phí của kết cấu công trình.2. Độ tin cậy của kết quả đạt đượcKết quả đạt được trong nghiên cứu của luận án có độ tin cây cao do:

- Các kết quả thu được trong luận án sát với các kết quả của các dạngcông trình tương tự đã được công bố.

- Các kết quả trong luận án đã được báo cáo tại các Hội nghị khoa họctrong nước tại Việt Nam, một số kết quả đã được đăng trên các tuyển tậpcủa Hội nghị khoa học toàn quốc và các tạp chí chuyên ngành.

- Việc thí nghiệm mô hình thu nhỏ trong ống thổi khí động là mộtphương pháp nghiên cứu áp lực gió lên mái nhà thấp tầng có độ tin cậy caovà được dùng khá phổ biến trên thế giới và cũng đã, đang được áp dụng ởnước ta.3. Hướng phát triển của luận án

- Nghiên cứu thêm một số các giải pháp tấm hướng gió khác như thayđổi kích thước , góc nghiêng của tấm hướng gió hay các loại vật liệu khác.

- Nghiên cứu thực hiện việc áp dụng giải pháp này trên các công trìnhthực được xây dựng tại khu vực thường xuyên có gió, bão.

Documents

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chuyên ngành:Kỹ thuậtxây dựngcông ... TAT LA- TV.pdf · 2. Đối tượng nghiên cứu ... Khi kích thước vật thể khá nhỏ so