Upload
others
View
5
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
i
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG
VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG
NGUYỄN HOÀI NAM
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIẢM ÁP LỰC GIÓ
LÊN MÁI DỐC NHÀ THẤP TẦNG BẰNG THỰC NGHIỆM
TRONG ỐNG THỔI KHÍ ĐỘNG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây 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
i
LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới hai thầy hướng dẫn:
PGS.TS. Nguyễn Võ Thông và TS. Nguyễn Hồng Hà đã tận tình hướng dẫn,
giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi, thường xuyên động viên, cho nhiều chỉ dẫn
khoa học có giá trị cao cho luận án và cho việc nâng cao năng lực khoa học
của tác giả.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn Viện Thông tin đào tạo và Tiêu chuẩn
hóa – Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng, phòng Nghiên cứu thí nghiệm gió
– Viện chuyên ngành kết cấu Công trình Xây dựng, các thầy, cô giáo, các cán
bộ khoa Xây dựng, bộ môn Công nghệ và tổ chức thi công – Trường Đại học
Kiến trúc Hà Nội và tất cả các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp đã tạo
điều kiện thuận lợi, giúp đỡ và hợp tác trong quá trình nghiên cứu.
Tác giả
Nguyễn Hoài Nam
ii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết
quả trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình
nào khác.
Tác giả luận án
Nguyễn Hoài Nam
iii
MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan……………………………….…………………………… i
Mục lục…………………………………….……………………………. ii
Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt và thuật ngữ…………………………… vi
Danh mục các bảng trong luận án……………………………………… x
Danh mục các hình vẽ trong luận án……………………………………. xiv
Phần mở đầu 1
1. Mục đích của luận án ………….…………………………………... 1
2. Đối tượng nghiên cứu ……………………………………………... 2
3. Nội dung nghiên cứu…………………………...………………….. 2
4. Phương pháp nghiên cứu…………………………………………... 2
5. Phạm vi nghiên cứu………………………………………………... 2
6. Những đóng góp mới của luận án…………………………………. 2
7. Cấu trúc luận án................................................................................ 3
Chương 1: Tổng quan về tác động của gió và các giải pháp giảm áp
lực gió lên mái dốc nhà thấp tầng ……………..……………………… 4
1.1. Đặt vấn đề………………..………...……………………………… 6
1.2. Tác động của gió đối với nhà thấp tầng…………………………… 6
1.2.1. Khái niệm chung về nhà cao tầng, thấp tầng …………….. 6
1.2.2. Tác động gió lên nhà thấp tầng ………………………….. 7
1.2.3. Các phương pháp nghiên cứu tác động của gió lên công
trình thấp tầng …….……………………………………….
9
1.2.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết…………..….…. 9
1.2.3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm………..…… 9
1.3. Một số giải pháp hạn chế tác động của áp lực gió đối với mái của nhà
thấp tầng …………………………………………………
13
1.3.1. Những vị trí trên mái chịu ảnh hưởng của áp lực gió hút lớn 13
1.3.2. Một số giải pháp hạn chế tác hại của gió đối mái nhà thấp
tầng của Việt Nam …………………………………………
18
1.3.3. Một số giải pháp chủ động giảm áp lực gió lên mái nhà
thấp tầng trên thế giới ……………………...……………….
24
1.3.4. Nghiên cứu giải pháp sử dụng tấm hướng gió ngang để điều
chỉnh hướng chủ động làm giảm áp lực bất lợi lên một số
dạng kết cấu khác………………………………….………
28
iv
Chương 2: Cơ sở lý thuyết thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động 32
2.1. Giới thiệu một số phòng thí nghiệm gió trên thế giới và Việt Nam 32
2.1.1. Phòng thí nghiệm gió ….…………………………………... 32
2.1.1.1 Phòng thí nghiệm gió trên thế giới……..……….…. 32
2.1.1.2 Phòng thí nghiệm gió ở Việt Nam.……..……….…. 33
2.1.2. Ống thổi khí động………………………………………….. 34
2.1.2.1 Giới thiệu chung……………………………………. 34
2.1.2.2 Ống thổi khí động – Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng 36
2.2. Những yêu cầu cơ bản đối với ống thổi khí động thí nghiệm mô
hình thu nhỏ ......................................................................................
37
2.3. Cơ sở lý thuyết về thí nghiệm mô hình……………………………. 38
2.3.1. Mục đích của thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động 38
2.3.2. Những nội dung cần nghiên cứu khi thí nghiệm mô hình
nhà thấp tầng trong ống thổi khí động ……………………...
38
2.3.3 Mô hình hóa thí nghiệm trong ống thổi khí động …….. 40
2.3.3.1 Mô hình hóa công trình thí nghiệm……………. 41
2.3.3.2 Mô hình hóa môi trường gió…………………... 44
2.3.3.3 Mô hình hóa môi trường gió cho phù hợp với tiêu chuẩn
Việt Nam …………...………...…………….
45
2.3.3.4 Mô hình hóa địa hình………………………….. 48
2.4. Thiết lập qui trình thí nghiệm mô hình nhà thấp tầng trong ống thổi khí
động phù hợp với điều kiện Việt Nam…………….
49
Chương 3:Nghiên cứu đề xuất sử dụng tấm chắn gió ngang trên mái dốc
nhà thấp tầng bằng thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động 60
3.1. Cơ sở lựa chọn thông số của tấm chắn gió nằm ngang…………… 60
3.2. Dạng công trình, dạng địa hình và vùng áp lực gió thí nghiệm …... 62
3.2.1. Công trình thí nghiệm …………………………………….. 62
3.2.2. Dạng địa hình, vùng áp lực gió thí nghiệm ……………….. 67
3.3. Thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động………………........... 68
3.3.1. Thiết bị và dụng cụ hỗ trợ ………...……………………….. 68
3.3.2. Xác định các thông số cho mô hình và tấm chắn ngang …... 69
3.3.3. Mô hình hóa môi trường gió trong ống thổi khí động……. 71
3.3.4. Mô hình hóa địa hình………………………………………. 71
3.4. Thí nghiệm và ghi kết quả…………..………………………........... 72
3.4.1. Sơ đồ bố trí đầu đo áp lực và hướng gió thí nghiệm………. 72
3.4.2. Thổi gió và ghi kết quả………………………...…………… 76
v
3.5. Phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm ……….…………........... 76
3.5.1. Vấn đề sử lý số liệu………………………….………..……. 76
3.5.2. Kết quả thí nghiệm ………………………………………… 77
3.5.2.1 Kết quả thí nghiệm hệ số áp lực với các hướng gió
khác nhau khi không sử dụng tấm chắn ngang cho các mô
hình dạng 1…………………………………………………
77
3.5.2.2 Kết quả thí nghiệm khi sử dụng tấm chắn ngang
rộng 500mm cho các mô hình dạng 1………………………
86
3.5.3. Đánh giá và so sánh kết quả………………………………... 91
3.5.3.1 Đánh giá và so sánh kết quả các trường hợp sử dụng
và không sử dụng tấm chắn ngang của các mô hình dạng 1
91
3.5.3.2 Đánh giá và so sánh kết quả các trường hợp sử dụng
và không sử dụng tấm chắn ngang của các mô hình dạng 1
với tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737-1995………………
98
3.5.3.3 Đánh giá, so sánh hệ số áp lực gió nhỏ nhất trường
hợp sử dụng và không sử dụng tấm chắn ngang của các mô
hình dạng 1 và với một số tiêu chuẩn nước ngoài ……….
108
3.5.4 Kết quả thí nghiệm cho các mô hình dạng 2 (ĐN1 và ĐN2) 112
3.5.4.1 Trường hợp không sử dụng tấm chắn ngang……….. 112
3.5.4.2 Trường hợp sử dụng tấm chắn ngang rộng 500mm,
cao 500mm………………………….………………………
115
3.5.4.3 So sánh kết quả của các trường hợp không và có sử
dụng tấm chắn ngang………….…….……………………...
118
3.6. Một số cấu tạo tấm chắn ngang trên mái………….………….......... 122
Chương 4: Thí nghiệm ứng dụng tấm hướng gió ngang trên mái
dốc của mô hình thực ngoài hiện trường............................................... 125
4.1. Các thông số chính của công trình và thiết bị thí nghiệm ….…….. 125
4.1.1 Các thông số chính của công trình ………………………… 125
4.1.2 Giải pháp liên kết và vật liệu sử dụng ……..……….……… 126
4.1.3 Thiết bị thí nghiệm ………..……………………..………… 127
4.2. Các thông số thí nghiệm của mô hình thí nghiệm……..……...…… 129
4.3. Thí nghiệm đo áp lực lên mái với các hướng gió khác nhau……… 130
4.4. Kết quả thí nghiệm ………………………………………………... 131
4.4.1 Xử lý số liệu ……………………………………………... 131
4.4.2. Các kết quả thí nghiệm…………………. …………….…… 133
Kết luận………………………………………………………………… 140
vi
1. Các kết quả chính đạt được ……………………………………….. 140
2. Độ tin cậy của kết quả đạt được......................................................... 141
3. Hướng phát triển của luận án……………………………………… 141
Danh mục công trình nghiên cứu của tác giả liên quan đến luận án. 142
Tài liệu tham khảo……………………………………………….……. 143
vii
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ
Ký hiệu chữ cái và chữ La tinh
A Diện tích mặt cắt ngang
Ai Diện tích mái tại điểm i
Am Diện tích tiết diện mặt cắt ngang của mô hình
AÔTKĐ Diện tích tiết diện mặt cắt ngang của ống thổi khí động tại vị trí đặt
mô hình
b Chiều rộng của công trình
bm Chiều rộng của mô hình
b Hệ số điều chỉnh theo dạng địa hình
pC
Hệ số áp lực lớn nhất
pC
Hệ số áp lực nhỏ nhất
pC Hệ số áp lực trung bình
Cp Hệ số áp lực trung bình toàn mái
c Hệ số khí động
Cp,i Hệ số áp lực gió tại điểm i
Dm Kích thước (chiều dài hoặc rộng hoặc cao) mô hình
Dp Kích thước (chiều dài hoặc rộng hoặc cao) công trình thực
E Mô đun đàn hồi
Eeff Mô đun hiệu dụng
Eg Hệ số địa hình theo vận tốc gió trung bình
EgI Hệ số điều chỉnh địa hình
EI Hệ số địa hình cho độ lệch chuẩn của tốc độ gió dao động
Em Mô đun đàn hồi của mô hình
Ep Mô đun đàn hồi của công trình thực
h Chiều cao của công trình tính từ mặt đất đến diềm mái
hm Chiều cao của mô hình đến diềm mái
hmái Chiều cao đến đỉnh mái của công trình thực
viii
hmmái
Chiều cao của mô hình tính đến đỉnh mái
Hs Chiều cao của dạng địa hình
hs
Chiều cao tấm chắn gió
hth Chiều cao tấm chắn gió ngoài thực tế
I Mô men quán tính hoặc hằng số xoắn
Irz Độ rối tại độ cao Z
L Kích thước tổng thể đặc trưng
l Chiều dài của công trình
Lb Kích thước đặc trưng của công trình hoặc kết cấu
lm Chiều dài của mô hình
Lr Tỉ lệ mô hình
Lt Tỉ lệ rối
m Mô hình
nm Tần số giao động riêng của mô hình
np Tần số giao động riêng của công trình thực
p Áp lực trung bình theo thời gian
p Nguyên hình
p(t) Áp lực tức thời
pmax Áp lực lớn nhất đo được trong khoảng thời gian lấy số liệu
pmin Áp lực nhỏ nhất đo được trong khoảng thời gian lấy số liệu
Rem Số Reynolds của mô hình
Rep Số Reynolds công trình thực
t Thời gian
T Thời gian lấy số liệu.
Tgmh
Thời gian thí nghiệm trong ống thổi khí động
Tgth
Thời gian thí nghiệm ngoài thực tế
Tmh
Chu kỳ dao động riêng của mô hình
gV Vận tốc gió trung bình
Vg Vận tốc gió ở độ cao gradient
ix
Vm Vận tốc gió trong phòng thí nghiệm
Vp Vận tốc gió thực
Vr Tỉ lệ vận tốc thí nghiệm
Vz Vận tốc gió ở độ cao Z
W0 Áp lực gió tiêu chuẩn
Xs Khoảng cách từ phía đỉnh trên cùng của địa hình đến vị trí công trình
xây dựng
Zb Chiều cao tham chiếu
Zg Chiều cao gradient của lớp nền của một dạng địa hình
Zo Chiều dài độ nhám đàn hồi khí của địa hình
α Góc nghiêng
δm Số độ cản của mô hình
δp Số độ cản của công trình thực
θ Hướng gió tới
Độ cản nhớt của công trình
(ρs)m Khối lượng riêng của mô hình
(ρs)p Khối lượng riêng của công trình thực
Chữ viết tắt
DPMS Dynamic Pressure Measurement System
OTKĐ Ống thổi khí động
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
TCXDVN Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam
UD1 Ứng dụng 1
UD2 Ứng dụng 2
Thuật ngữ
Áp lực lớn nhất: peak pressure
Biểu đồ độ rối: turbulence intensity profile
Biểu đồ vận tốc gió: wind velocity profile
Chiều dài nhám: roughness length
Cơn bão: tropical cyclone
x
Cục tạo nhám: roughness element
Cường độ rối: turbulent intensities
Dòng gió tới: approach flow
Hàm cực đại loại I: extreme value type I
Hầm gió: wind tunnel
Hàng rào: fence
Hệ số áp lực lớn nhất: maximum pressure cofficient
Hệ số áp lực nhỏ nhất: minimum pressure cofficient
Hệ số áp lực trung bình: mean pressure cofficient
Hình dạng lớp biên: boundary layer profile
Khối chóp nhọn: spire
Lớp biên khí quyển: atmospheric boundary layer
Lớp biên trong ống thổi khí động: boundary layer wind tunnel
Mật độ cục tạo nhám: density of roughness elements
Ống thổi khí động hở: open circuit wind tunnel
Ống thổi khí động kín: closed circuit wind tunnel
Ống thổi khí động lớp biên: boundary layer wind tunnel
Tỉ lệ chiều dài rối: turbulent length scales
Vận tốc gió trung bình: mean wind speed
xi
DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN ÁN
Trang
Bảng 1.1 Độ cao khởi đầu nhà cao tầng của một số nước 7
Bảng 2.1 Chiều dài độ nhám bề mặt cho các dạng địa hình Theo TC AIJ-
RLB 2004 42
Bảng 2.2 Chiều dài độ nhám bề mặt cho các dạng địa hình theo TCVN
2737-1995 42
Bảng 2.3 Độ cao Gradient Zgvà hệ số α 46
Bảng 3.1 Thống kê số lượng mô hình thí nghiệm trong ống thổi khí động 67
Bảng 3.2 Giá trị áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực gió trên lãnh thổ
Việt Nam 68
Bảng 3.3 Tổng hợp kết quả đo gió các mô hình không có tấm chắn ngang 87
Bảng 3.4 Tổng hợp kết quả đo gió các mô hình với tấm chắn ngang cao 250mm 88
Bảng 3.5 Tổng hợp kết quả đo gió các mô hình với tấm chắn ngang cao 500mm 89
Bảng 3.6 Tổng hợp kết quả đo gió các mô hình với tấm chắn ngang cao 750mm 90
Bảng 3.7 So sánh giá trị lớn nhất của áp lực trung bình cục bộ, áp lực nhỏ
nhất cục bộ Mô hình M1-15, độ dốc mái 150, hướng gió 45
0 95
Bảng 3.8 So sánh giá trị lớn nhất của áp lực trung bình cục bộ, áp lực nhỏ
nhất cục bộ- Mô hình M1-20, độ dốc mái 200, hướng gió 45
0 95
Bảng 3.9 So sánh giá trị lớn nhất của áp lực trung bình cục bộ, áp lực nhỏ
nhất cục bộ - Mô hình M1-25, độ dốc mái 250, hướng gió 45
0 96
Bảng 3.10 So sánh giá trị lớn nhất của áp lực trung bình cục bộ, áp lực nhỏ
nhất cục bộ - Mô hình M1-30, độ dốc mái 300, hướng gió 45
0 96
Bảng 3.11 So sánh giá trị lớn nhất của áp lực trung bình cục bộ, áp lực nhỏ
nhất cục bộ - Mô hình M2-20, độ dốc mái 200, hướng gió 45
0 97
Bảng 3.12 So sánh giá trị lớn nhất của áp lực trung bình cục bộ, áp lực nhỏ
nhất cục bộ-Mô hình M3-20, độ dốc mái 200, hướng gió 45
0 97
xii
Bảng 3.13 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái - Mô hình M1-15 101
Bảng 3.14 Giá trị hệ số áp lực trung bình tại các vùng cục bộ - Mô hình
M1-15 101
Bảng 3.15 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái - Mô hình M1-20 102
Bảng 3.16 Giá trị hệ số áp lực trung bình tại các vùng cục bộ - Mô hình
M1-20 102
Bảng 3.17 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái - Mô hình M1-25 103
Bảng 3.18 Giá trị hệ số áp lực trung bình tại các vùng cục bộ - Mô hình
M1-25 103
Bảng 3.19 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái - Mô hình M1-30 104
Bảng 3.20 Giá trị hệ số áp lực trung bình tại các vùng cục bộ - Mô hình
M1-30 104
Bảng 3.21 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái - Mô hình M2-20
105
Bảng 3.22 Giá trị hệ số áp lực trung bình tại các vùng cục bộ - Mô hình
M2-20 105
Bảng 3.23 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái - Mô hình M3-20 106
Bảng 3.24 Giá trị hệ số áp lực trung bình tại các vùng cục bộ - Mô hình
M3-20 106
Bảng 3.25 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái theo kết quả thí
nghiệm và một số tiêu chuẩn nước ngoài – Hướng gió 00 107
Bảng 3.26 Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất tại các vùng cục bộ - Mô hình M1-15 108
Bảng 3.27 Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất tại các vùng cục bộ - Mô hình M1-20 109
Bảng 3.28 Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất tại các vùng cục bộ - Mô hình M1-25 109
Bảng 3.29 Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất tại các vùng cục bộ - Mô hình M1-30 110
xiii
Bảng 3.30 Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất tại các vùng cục bộ - Mô hình M2-20 110
Bảng 3.31 Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất tại các vùng cục bộ - Mô hình M3-20 111
Bảng 3.32 So sánh giá trị trung bình của hệ số áp lực nhỏ nhất tại các vùng
cục bộ theo thí nghiệm có và không có tấm chắn mái với các tiêu
chuẩn thế giới 111
Bảng 3.33 Tổng hợp kết quả đo gió nhà một mái 112
Bảng 3.34 Tổng hợp giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái – Mô hình ĐN1 113
Bảng 3.35 Tổng hợp kết quả đo gió nhà hai mái giật cấp - Mô hình ĐN2 114
Bảng 3.36 Tổng hợp giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái - Mô hình ĐN2 114
Bảng 3.37 Tổng hợp kết quả đo gió nhà một mái có sử dụng tấm chắn
ngang - Mô hình ĐN1 116
Bảng 3.38 Tổng hợp giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái có sử dụng tấm
chắn ngang - Mô hình ĐN1 116
Bảng 3.39 Tổng hợp giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái có sử dụng tấm
chắn ngang - Mô hình ĐN2 117
Bảng 3.40 Tổng hợp kết quả đo gió nhà hai mái giật cấp có sử dụng tấm
chắn ngang- Mô hình ĐN2 118
Bảng 3.41 So sánh giá trị hệ số áp lực gió trung bình toàn mái trường hợp
có và không sử dụng tấm chắn ngang– Mô hình ĐN1 119
Bảng 3.42 So sánh giá trị hệ số áp lực gió nhỏ nhất theo các vùng cục bộ -
Mô hình ĐN1 120
Bảng 3.43 So sánh giá trị của hệ số áp lực gió trung bình toàn mái – Mô
hình ĐN2 121
Bảng 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 121
Bảng 3.45 So sánh giá trị hệ số áp lực gió nhỏ nhất theo các vùng cục bộ
của mái trên phía đón gió - Mô hình ĐN2 121
xiv
Bảng 4.1 Tổng hợp giá trị áp lực gió nhỏ nhất cho ba hướng gió 131
Bảng 4.2 Kết quả đo hệ số áp lực gió nhỏ nhất không tấm chắn ngang 133
Bảng 4.3 Kết quả đo hệ số áp lực gió nhỏ nhất có tấm chắn ngang 133
Bảng 4.4 So sánh giá trị của hệ số áp lực gió nhỏ nhất tại các điểm đo trên
mái 134
Bảng 4.5 So sánh miền giá trị của hệ số áp lực nhỏ nhất của hai mô hình 136
Bảng 4.6 So sánh hệ số áp lực nhỏ nhất tại một số điểm đo tương ứng của hai
mô hình 137
Bảng 4.7. Miền giá trị của hệ số của hệ số áp lực nhỏ nhất theo thí nghiệm
và hệ số áp lực trung bình ce1 và ce2 quy định trong “TCVN
2737:1995”
138
xv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG LUẬN ÁN
Trang
Hình 1.1 Tần suất xuất hiện của bão biển trên thế giới từ năm 1980-2000 4
Hình 1.2 Bản đồ phân bố áp lực gió lãnh thổ Việt Nam 4
Hình 1.3 Khu vực thường xuyên có gió bão trên lãnh thổ Việt Nam 4
Hình 1.4 Một số hình ảnh các công trình bị hư hỏng sau các cơn bão ở
Việt Nam 6
Hình 1.5 Một số hình ảnh về công trình công nghiệp bị ảnh hưởng của
bão 6
Hình 1.6 Áp lực tĩnh do gió tác động lên nhà thấp tầng 8
Hình 1.7 Luồng gió bị chuyển hướng tạo nên các vùng áp lực âm 8
Hình 1.8
Lực khí động gây bởi kích động xoáy do tương tác giữa luồng
gió với công trình dạng trụ 8
Hình 1.9 Một số công trình thực ngoài hiện trường 10
Hình 1.10 Tòa nhà kết cấu Silsoe 1986/1987 11
Hình 1.11 Một số hình ảnh mô hình nhà trong ống thổi khí động 12
Hình 1.12 Một số hình ảnh mô hình khác trong ống thổi khí động 12
Hình 1.13
Một số hình ảnh các công trình thí nghiệm trong ống thổi khí
động tại Việt Nam 13
Hình 1.14 Các vùng chịu áp lực cục bộ trên mái – TCVN 2737-1995 14
Hình 1.15 Tiêu chuẩn Châu âu - EN 1 14
Hình 1.16 Tiêu chuẩn Nhật bản AIJ/RLB 2004 15
Hình 1.17 Tiêu chuẩn Hoa kỳ ASCE/SEI 7-05 15
Hình 1.18 Tiêu chuẩn Canada NBCC 1995 16
Hình 1.19 Tiêu chuẩn Anh - BS 6399-2 16
Hình 1.20 Hệ số áp lực gió nhỏ nhất theo các hướng gió chính 17
Hình 1.21 Chọn địa điểm xây dựng 19
Hình 1.22 Giải pháp mặt bằng nhà 20
xvi
Hình 1.23 Giải pháp bố trí nhà tập trung thành cụm 20
Hình 1.24
Mẫu nhà chống bão đã được áp dụng tại một số địa phương
của TP Huế 20
Hình 1.25 Biện pháp dùng giằng chữ A neo giữ mái nhà 21
Hình 1.26 Chống tốc mái bằng thanh nẹp 22
Hình 1.27 Dùng giằng chữ A neo giữ mái tôn, fibroximang 22
Hình 1.28 Biện pháp chống tốc mái cho mái ngói 22
Hình 1.29 Biện pháp chống tốc mái bằng bao tải cát 23
Hình 1.30 Giải pháp tăng cứng cho nhà 23
Hình 1.31 Mẫu nhà ở xây tường 20, hai gian kiên cố có gác xép 23
Hình 1.32 Một số ứng dụng ngoài thực tế 24
Hình 1.33 Dùng tải cát chất lên, cây giằng mái vẫn bị gió thổi bay mái 24
Hình 1.34
Tường chắn trong nghiên cứu của A. Baskaran, T.
Stathopoulos 25
Hình 1.35 Tường chắn trong nghiên cứu của J.X. Lin, D. Surry 25
Hình 1.36 Tường chắn dạng Spoiler 27
Hình 1.37 Mặt cắt của tường chắn dạng A, B, C, D 27
Hình 1.38 Mặt cắt của tường chắn dạng conson (Spoiler) 27
Hình 1.39
Các dạng tường chắn trong nghiên cứu của Kopp, G.A.,
Surry, D. và Mans 27
Hình 1.40
Một số hình ảnh thí nghiệm khí động học của máy bay trong
hầm gió 28
Hình 1.41 Một số hình ảnh thí nghiệm khí động học của oto trong hầm gió 28
Hình 1.42 Lực nâng và lực hướng xuống khi dòng chảy qua vật thể (ô tô) 28
Hình 1.43 Một số hình ảnh cánh gió của ô tô 29
Hình 1.44 Mô hình luồng khí thổi qua cánh máy bay 29
Hình 1.45 Các cánh nhỏ của máy bay hoạt động khi cất, hạ cánh máy bay Airbus 30
Hình 2.1 Một số phòng thí nghiệm gió trên thế giới 33
Hình 2.2 Ống thổi khí động của Học viện Phòng không Không quân 33
xvii
Hình 2.3 Ống thổi khí động của Trường Đại học Bách Khoa – TP Hồ Chí Minh 34
Hình 2.4 Ống thổi khí động hở 35
Hình 2.5 Ống thổi khí động kín 36
Hình 2.6 Hình ảnh ống thổi khí động và các thiết bị sử dụng trong ống
thổi của Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng 37
Hình 2.7 Hư hỏng mái ngói 40
Hình 2.8 Sơ đồ các loại mô hình thí nghiệm trong ống thổi khí động và
mục đích sử dụng 41
Hình 2.9 Địa hình dạng vách đứng 48
Hình 2.10 Địa hình dạng gò đồi 48
Hình 2.11 Biểu đồ profile vận tốc gió lý thuyết theo chiều cao của dạng địa
hình A 48
Hình 2.12 Biểu đồ độ rối của gió lý thuyết theo chiều cao của dạng địa hình A 48
Hình 2.13 Công cụ tạo môi trường gió trong ống thổi khí động 48
Hình 2.14 Công trình lân cận mô phỏng dạng khối 49
Hình 2.15 Thanh spire và tấm tạo nhám trong khu vực thí nghiệm 52
Hình 2.16 Một dạng tấm spire 52
Hình 2.17 Kích thước các thanh công cụ hỗ trợ 53
Hình 2.18 So sánh profile của vận tốc gió thu được theo cấu hình thiết
lập với profile lý thuyết dạng địa hình A 54
Hình 2.19 So sánh profile độ rối thu được theo cấu hình thiết lập với
profile lý thuyết dạng địa hình A 54
Hình 2.20 Các hướng gió tác dụng – Hướng gió thay đổi 150 54
Hình 2.21 Sự thay đổi hệ số áp lực gió theo thời gian 55
Hình 2.22 Sơ đồ mô tả quy trình thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động 58
Hình 2.23 Sơ đồ mô tả quy trình thí nghiệm xác định hệ số áp lực gió
cho nhà thấp tầng bằng mô hình trong ống thổi khí động 59
Hình 3.1 Mặt đứng điển hình bố trí tấm chắn ngang trên mái 61
Hình 3.2 Mặt cắt điển hình bố trí tấm chắn trên mái (tấm rộng 500mm) 61
Hình 3.3 Mô hình thí nghiệm nhà mái dốc hai bên – Mô hình M1; M2; M3 61
xviii
Hình 3.4 Kiến trúc điển hình các mô hình M1 62
Hình 3.5 Mặt bằng - mặt cắt các mô hình M1 (M1-15; M1-20; M1-25; M1-30) 62
Hình 3.6 Mặt bằng - mặt đứng - mặt cắt các mô hình M2 63
Hình 3.7 Mặt bằng – mặt đứng - mặt cắt các mô hình M3 63
Hình 3.8 Phối cảnh nhà ĐN1 64
Hình 3.9 Mặt bằng – mặt bằng giằng mái công trình ĐN1 64
Hình 3.10 Mặt đứng – mặt cắt công trình ĐN1 65
Hình 3.11 Phối cảnh nhà ĐN2 65
Hình 3.12 Mặt bằng tầng 1 công trình ĐN2 65
Hình 3.13 Mặt bằng gác lửng-mặt bằng mái-mặt cắt công trình ĐN2 66
Hình 3.14 Biểu đồ profile của vận tốc gió theo chiều cao dạng địa hình A 72
Hình 3.15 Biểu đồ độ rối theo chiều cao dạng địa hình A 72
Hình 3.16 So sánh profile của vận tốc gió thu được theo cấu hình thiết
lập với profile lý thuyết 72
Hình 3.17 So sánh profile độ rối thu được theo cấu hình thiết lập với
profile lý thuyết 72
Hình 3.18 Sơ đồ bố trí các đầu đo áp lực trên mái của mô hình M1 72
Hình 3.19 Các hướng gió tác dụng 73
Hình 3.20 Mô hình thí nghiệm trong ống thổi khí động 73
Hình 3.21 Sơ đồ bố trí các đầu đo áp lực trên mái của mô hình M2-20; M3-20 73
Hình 3.22 Các hướng gió tác dụng lên mô hình M2-20; M3-20 74
Hình 3.23 Mô hình M3-20 thí nghiệm trong ống thổi khí động 74
Hình 3.24 Mô hình M2-20 thí nghiệm trong ống thổi khí động 74
Hình 3.25 Sơ đồ bố trí các đầu đo áp lực trên mái của mô hình ĐN1 74
Hình 3.26 Mô hình thí nghiệm nhà 1 mái ĐN1 74
Hình 3.27 Các hướng gió tác dụng lên mô hình ĐN1 75
Hình 3.28 Mô hình ĐN1 thí nghiệm trong ống thổi khí động 75
Hình 3.29 Sơ đồ bố trí các đầu đo áp lực trên mái của mô hình ĐN2 75
xix
Hình 3.30 Các hướng gió tác dụng lên mô hình ĐN2 75
Hình 3.31 Mô hình thí nghiệm nhà 4 mái ĐN2 76
Hình 3.32 Mô hình ĐN2 thí nghiệm trong ống thổi khí động 76
Hình 3.33 Các mô hình thí nghiệm đã gắn tấm chắn gió trong ống thổi khí động 77
Hình 3.34 Hệ số áp lực trung bình, áp lực nhỏ nhất, áp lực lớn nhất ứng
với hướng gió 00 – Mô hình M1-15 79
Hình 3.35 Hệ số áp lực trung bình, áp lực nhỏ nhất, áp lực lớn nhất ứng
với hướng gió 450 – Mô hình M1-15 80
Hình 3.36 Hệ số áp lực trung bình, áp lực nhỏ nhất, áp lực lớn nhất ứng
với hướng gió 900 – Mô hình M1-15 81
Hình 3.37 Biểu đồ so sánh giá hệ số áp lực gió trung bình cục bộ và hệ
số áp lực nhỏ nhất cục bộ – Mô hình M1-15 91
Hình 3.38 Biểu đồ so sánh hệ số áp lực gió trung bình cục bộ và hệ số áp
lực nhỏ nhất cục bộ – Mô hình M1-20; M1-25 92
Hình 3.39 Biểu đồ so sánh hệ số áp lực gió trung bình cục bộ và hệ số áp
lực nhỏ nhất cục bộ – Mô hình M1-30; M2-20 93
Hình 3.40 Biểu đồ so sánh hệ số áp lực gió trung bình cục bộ và hệ số áp
lực nhỏ nhất cục bộ - Mô hình M3-20 94
Hình 3.41 Phân chia vùng để xác định giá trị hệ số áp lực tại vị trí cục bộ 98
Hình 3.42 Hệ số áp lực gió trung bình toàn mái theo thí nghiệm và theo
TCVN- 2737:1995 – Mô hình – M1-15 99
Hình 3.43 Hệ số áp lực gió trung bình toàn mái theo thí nghiệm và theo
TCVN- 2737:1995 – Mô hình – M1-20 99
Hình 3.44 Hệ số áp lực gió trung bình toàn mái theo thí nghiệm và theo
TCVN- 2737:1995 – Mô hình – M1-25
99
Hình 3.45 Hệ số áp lực gió trung bình toàn mái theo thí nghiệm và theo
TCVN- 2737:1995 – Mô hình – M1-30 100
Hình 3.46 Hệ số áp lực gió trung bình toàn mái theo thí nghiệm và theo
TCVN- 2737:1995 – Mô hình – M2-20 100
Hình 3.47 Hệ số áp lực gió trung bình toàn mái theo thí nghiệm và theo
TCVN- 2737:1995 – Mô hình – M3-20 100
xx
Hình 3.48 Hệ số áp lực trung bình, áp lực nhỏ nhất – Mô hình ĐN1 113
Hình 3.49 Hệ số áp lực trung bình, áp lực nhỏ nhất – Mô hình ĐN2 115
Hình 3.50 Hệ số áp lực trung bình, áp lực nhỏ nhất có tấm chắn ngang –
Mô hình ĐN1 117
Hình 3.51 Phân chia các vùng để xác định hệ số áp lực cục bộ cho mô hình ĐN1 118
Hình 3.52 Hệ số áp lực trung bình, áp lực nhỏ nhất có tấm chắn ngang –
Mô hình ĐN2 119
Hình 3.53 Biểu đồ so sánh hệ số áp lực trung bình giữa không sử dụng
và có sử dụng tấm chắn ngang 120
Hình 3.54 Biểu đồ so sánh hệ số áp lực nhỏ nhất giữa không sử dụng và
có sử dụng tấm chắn ngang 120
Hình 3.55 Phân chia các vùng để xác định hệ số áp lực cục bộ cho mô hình ĐN2 120
Hình 3.56 Biểu đồ so sánh hệ số áp lực trung bình giữa không và có sử
dụng tấm chắn ngang Mái trước 122
Hình 3.57 Biểu đồ so sánh hệ số áp lực trung bình giữa không và có sử
dụng tấm chắn ngang - Mái sau 122
Hình 3.58 Biểu đồ so sánh hệ số áp lực nhỏ nhất giữa không sử dụng và
có sử dụng tấm chắn ngang - Mái trước 122
Hình 3.59 Biểu đồ so sánh hệ số áp lực nhỏ nhất giữa không sử dụng và
có sử dụng tấm chắn ngang - Mái sau 122
Hình 3.60 Một số chi tiết cấu tạo khi lắp dựng tấm chắn ngang trên mái 124
Hình 3.61 Một số dạng chi tiết cấu tạo liên kết tấm chắn ngang trên mái 124
Hình 4.1 Phối cảnh công trình 125
Hình 4.2 Bố trí tấm chắn ngang trên mái 126
Hình 4.3 Liên kết tấm chắn ngang với cột giữa 126
Hình 4.4 Liên kết cột giữa với xà gồ mái 126
Hình 4.5 Liên kết tấm chắn ngang với cột góc 126
Hình 4.6 Liên kết cột biên với xà gồ mái 126
Hình 4.7 Liên kết tấm chắn ngang với cột đỉnh 126
Hình 4.8 Liên kết cột đỉnh với xà gồ mái 126
xxi
Hình 4.9 Vị trí lắp dựng cột đỡ tấm chắn ngang 127
Hình 4.10 Các chi tiết bản mã 127
Hình 4.11a,b Thiết bị thu dữ liệu 128
Hình 4.12 Thước đo chênh áp lực 128
Hình 4.13 Quạt tạo luồng gió 128
Hình 4.14 Ống dẫn khí được gắn lên trên mái tôn 128
Hình 4.15 Thiết bị đo vận tốc, áp lực gió 128
Hình 4.16 Thí nghiệm quy đổi áp lực gió trong ống thổi khí động 128
Hình 4.17 Biểu đồ so sánh quy đổi độ chênh chất lỏng sang áp lực gió 129
Hình 4.18 Sơ đồ bố trí các đầu đo áp lực 129
Hình 4.19 Các hướng gió tác dụng 129
Hình 4.20 Mô hình thí nghiệm nhà ngoài trời 130
Hình 4.21 Kiểm tra vận tốc gió tại vị trí đặt mô hình 130
Hình 4.22 Phân chia vùng để xác định giá trị trung bình tại vị trí cục bộ 133
Hình 4.23 So sánh giá trị hệ số áp lực gió nhỏ nhất của 56 điểm đo trên
mái trong trường hợp có và không có tấm chắn ngang 134
Hình 4.24 So sánh áp lực gió khi không và có tấm chắn ngang – Góc gió 00 134
Hình 4.25 So sánh chi tiết áp lực gió khi không và có tấm chắn ngang – Góc gió 00 135
Hình 4.26 So sánh áp lực gió khi không và có tấm chắn ngang – Góc gió 450 135
Hình 4.27 So sánh chi tiết áp lực gió khi không và có tấm chắn ngang –
Góc gió 450 135
Hình 4.28 So sánh áp lực gió khi không và có tấm chắn ngang – Góc gió 900
135
Hình 4.29 So sánh chi tiết áp lực gió khi không và có tấm chắn ngang –
Góc gió 900 136
1
PHẦN MỞ ĐẦU
Hàng năm, gió bão, tố, lốc gây ra các tổn thất to lớn về kinh tế cũng như tính
mạng con người. Mặc dù công tác dự báo bão đã có nhiều tiến bộ nhưng thiệt hại do
bão gây ra vẫn vô cùng lớn, đặc biệt là các vùng ven biển miền Trung.
Do điều kiện kinh tế của đa số người dân nông thôn khu vực này còn nghèo, nên
phần lớn các công trình là nhà thấp tầng (thậm chí là nhà một tầng) và thường được
xây dựng theo các phương pháp truyền thống. Cấu trúc của các nhà ở này thường
được xây bằng gạch, mái lợp ngói, tôn hoặc fibroxi măng; các kết cấu mái nhẹ của
dạng công trình này thường ít được tính toán cụ thể nhất là các chi tiết liên kết. Theo
các thống kê về thiệt hại do gió bão gây ra cho thấy bộ phận bị hư hại nhiều nhất của
các công trình dạng này chính là kết cấu mái.
Việc nghiên cứu và đưa các giải pháp kỹ thuật để làm giảm thiệt hại do gió bão
gây ra cho các công trình thấp tầng, xây dựng trong vùng chịu ảnh hưởng mạnh của
bão là có ý nghĩa xã hội rất quan trọng.
Từ những lý do trên đề tài được lựa chọn là “Nghiên cứu giải pháp giảm áp
lực gió lên mái dốc nhà thấp tầng bằng thực nghiệm trong ống thổi khí động”.
1. Mục đích nghiên cứu của đề tài
- Thiết lập quy trình thí nghiệm mô hình nghiên cứu về áp lực gió lên công trình
thấp tầng trong ống thổi khí động.
- Đề xuất bổ sung giải pháp dùng tấm hướng gió theo phương ngang để chủ
động giảm áp lực 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 hợp thay
đổi độ cao đặt tấm chắn khác nhau, từ đó kiến nghị chiều cao đặt tấm chắn hiệu quả
nhất.
- So sánh kết quả nghiên cứu với các quy định liên quan đến hệ số áp lực gió
cho mái dốc trong tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 và đề xuất kiến nghị sử dụng giải
pháp tấm hướng gió theo phương ngang trên mái làm bằng vật liệu nhẹ có độ dốc
của nhà thấp tầng để chủ động giảm áp lực gió tác động lên kết cấu mái khi xây
dựng trong khu vực thường xuyên có gió bão.
2
2. Đối tượng nghiên cứu
Tấm hướng gió đặt theo phương ngang có mặt phẳng tấm song song với mặt
phẳng mái (sau đây gọi tắt là tấm chắn ngang) bố trí trên mái làm bằng vật liệu 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 trình thấp
tầng, mái mềm có độ dốc được xây dựng trong vùng thường xuyên có gió bão;
- Nghiên cứu ứng dụng giải pháp tấm chắn ngang điều chỉnh hướng gió để chủ
động giảm các áp lực bất lợi lên mái làm bằng vật liệu nhẹ có độ dốc của công trình
thấp tầng xây dựng trong vùng chịu ảnh hưởng của gió, bão;
- Nghiên cứu đánh giá hiệu quả giải pháp ứng dụng của tấm chắn ngang trên
mái dốc của công trình thực;
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết thí nghiệm về áp lực gió lên mái của công trình
thấp tầng bằng thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động;
- Xây dựng quy trình thí nghiệm nghiên cứu áp lực gió lên mái làm bằng vật
liệu nhẹ có độ dốc của nhà một tầng xây dựng trong vùng thường xuyên có gió, bão.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu thí nghiệm bằng mô hình thu nhỏ trong ống thổi khí
động. Sử dụng để nghiên cứu là ống thổi khí động của phòng nghiên cứu thí nghiệm
gió của Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng – Bộ Xây dựng.
- Phương pháp thí nghiệm ứng dụng trên mô hình thực ngoài hiện trường.
5. Phạm vi nghiên cứu
- Nhà thấp tầng (nhà 1 tầng) sử dụng mái làm bằng vật liệu nhẹ có độ dốc từ
5÷300.
- Tấm hướng gió đặt theo phương ngang (mặt phẳng tấm song song với mặt
phẳng mái).
6. Những đóng góp mới của luận án
- Hệ thống hóa được các cơ sở lý luận và phương pháp để xác định các thông số
liên quan đến áp lực gió trên kết cấu mái của nhà thấp tầng phù hợp với điều kiện
Việt Nam.
3
- Thiết lập được quy trình thí nghiệm mô hình nghiên cứu về áp lực gió lên công
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 bất lợi tác động lên
mái làm bằng vật liệu nhẹ có độ dốc của nhà thấp tầng xây dựng trong vùng chịu
ảnh hưởng của gió bão bằng tấm chắn đặt theo phương ngang bố trí trên chu vi
diềm mái.
- Đánh giá hiệu quả kỹ thuật của việc sử dụng giải pháp mới này.
7. Cấu trúc luận án
Ngoài các phần mở đầu, mục lục, danh mục các tài liệu tham khảo, các công
trình khoa học đã công bố, các phụ lục hình vẽ, bảng biểu, luận án gồm 136 trang
được bố cục trong 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về tác động của gió và các giải pháp giảm áp lực gió lên
mái dốc nhà thấp tầng (28 trang).
Chương 2: Cơ sở lý thuyết thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động (28
trang).
Chương 3: Nghiên cứu đề xuất sử dụng tấm chắn ngang trên mái dốc nhà thấp
tầng bằng thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động (65 trang).
Chương 4: Thí nghiệm ứng dụng tấm chắn ngang trên mái dốc của công trình
thực (15 trang).
4
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TÁC ĐỘNG CỦA GIÓ VÀ
CÁC GIẢI PHÁP GIẢM ÁP LỰC GIÓ LÊN MÁI DỐC NHÀ THẤP TẦNG
1.1 Đặt vấn đề
Về mặt địa lý, nước ta nằm ở vùng cận nhiệt đới, với địa hình nhiều đồi núi và
đường bờ biển dài trên 3350 km [83], thuộc vùng có tần suất xuất hiện của bão nhiệt đới
lớn nhất trên thế giới – vùng Tây Thái Bình Dương – Bắc [47]. Bản đồ ở Hình 1.1 thể
hiện tần xuất xuất hiện của bão nhiệt đới từ năm 1980 đến năm 2000 [66].
Hình 1.1 Tần suất xuất hiện của bão biển trên thế giới từ năm 1980-2000 [66]
Hình 1.2 Bản đồ phân bố áp lực gió
lãnh thổ Việt Nam [1]
Hình 1.3 Khu vực thường xuyên có
gió bão trên lãnh thổ Việt Nam
5
Theo Bản đồ phân vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt Nam (Hình 1.2) và bản đồ
khu vực thường xuyên có gió bão (Hình 1.3) [1], [9]thì các tỉnh ven biển từ Quảng
Ninh đến Khánh Hòa là các tỉnh chịu ảnh hưởng mạnh của bão. Cấp bão ở các vùng
này có thể đạt đến cấp 13÷ 14, vận tốc 37m/s đến 46m/s, sức gió giật đạt cấp 16÷ 17,
tức là vận tốc gió đạt 61m/s đến 67m/s [3]. Với sức gió như vậy thì các kết cấu mái
nhẹ và tường gạch không có cốt thép, thậm chí ngay cả các tấm sàn dày 100mm cũng
có thể bị dịch chuyển [47].
Thiệt hại do gió mạnh, bão, tố, lốc là thiệt hại lớn nhất trong các loại thiên tai.
Do tần suất xuất hiện lớn, phạm vi ảnh hưởng rộng nên gió mạnh thường gây ra
các tổn thất to lớn về kinh tế cũng như tính mạng con người. Hiện nay mặc dù
công tác dự báo bão đã có nhiều tiến bộ, thiệt hại do bão gây ra vẫn vô cùng lớn.
Ví dụ: Bão Xangsane năm 2006 đổ vào các tỉnh Quảng Nam, Quảng Bình,
Quảng Trị, Thành phố Đà Nẵng và Thành phố Huế làm 15.119 căn nhà sập và cuốn
trôi; 251.418 căn nhà tốc mái, hư hỏng, 2059 trường học, cơ quan bị hư hỏng, tổng
thiệt hại do cơn bão này gây ra gần 10.150 tỉ đồng. Riêng ba huyện của tỉnh Quang
Nam là Điện Bàn, Duy Xuyên, Thăng Bình có: 2549 ngôi nhà của dân sập hoàn toàn,
39.333 ngôi nhà bị tốc hoặc hỏng mái, 100% trường học của Điện Bàn bị tốc mái, 70
phòng học và 49 phòng y tế của huyên Duy Xuyên và Bình Thăng bị tốc mái[6].
Bão số 5 năm 2007 đổ vào tỉnh Quảng Bình và tỉnh Hà Tĩnh làm sập, đổ 886
nhà; làm tốc mái, hư hỏng 76.012 nhà; Trụ sở cơ quan, công trình công cộng bị hư
hại là 737 công trình (chủ yếu là nhà cấp 4, nhà lợp mái ngói, nhà lợp mái tôn hay
mái fibroximang do người dân tự làm,hay những ngôi nhà thấp tầng không kiên cố)
tổng thiệt hại tài sản ước tính 659 tỷ đồng[8]. Cơn bão số 9 năm 2009 (Bão
Ketsana) đổ vào Quảng Nam, Quảng Ngãi và Tây Nguyên làm 21.614 nhà bị sập,
trôi trong đó vẫn chủ yếu là nhà thấp tầng, nhà cấp 4 nhà mái ngói, mái lợp tôn, mái
lợp fibroximang, các trường học; 258.264 nhà hư hại và 294.711 nhà bị ngập, tổng
thiệt hại ước tính 14.014 tỉ đồng[5]. Cơn bão số 3 năm 2010 đổ vào từ Thanh Hóa
đến Huế làm 461 căn nhà bị sập; hơn 47.000 ngôi nhà bị ngập, tốc mái [7].
Một số hình ảnh về các công trình thấp tầng bị hư hỏng sau các cơn bão được
minh họa ở Hình 1.4 và Hình 1.5.
6
a) Nhà ở bay ngói góc
b) Nhà lớp học -Thanh Hóa
c) Tiểu học Phong Mỹ - Huế
Hình 1.4 Một số hình ảnh các công trình bị hư hỏng sau các cơn bão
a) Nhà xưởng Công ty Mỹ Hảo
b) Nhà máy gạch - Nghi Xuân
c) Nhà công nghiệp
Hình 1.5 Một số hình ảnh về công trình công nghiệp bị ảnh hưởng của bão
Theo thống kê thiệt hại do các cơn bão gây ra ở Việt Nam cho thấy phần lớn sự
thiệt hại về công trình xây dựng thường tập trung vào các dạng công trình thấp tầng,
các công trình được thiết kế, xây dựng không tuân thủ các quy định của tiêu chuẩn.
Mặt khác do đa số người dân vùng nông thôn còn nghèo các công trình thường
xây dựng bằng vật liệu sẵn có của địa phương như gỗ, tre, nứa, gạch, đá. Cấu trúc của
các nhà ở này thường là xây gạch, mái lợp ngói hoặc tôn hoặc fibroxi măng, các kết
cấu mái nhẹ của dạng công trình này thường ít được tính toán cụ thể nhất là các chi
tiết liên kết. Theo các tài liệu [2], [3], [12] phần lớn các sự cố sập đổ và hư hỏng xảy
ra là đối với nhà dân, trong đó bộ phận bị hư hại nhiều nhất chính là kết cấu mái.
Như vậy vấn đề đặt ra là cần phải có giải pháp đơn giản, rẻ tiền, dễ tháo lắp có thể
giảm áp lực gió lên mái của các trình thấp tầng dạng này.
1.2 Tác động của gió đối với nhà thấp tầng
1.2.1 Khái niệm chung về nhà cao tầng, thấp tầng
Theo Uỷ ban Nhà cao tầng Quốc tế, căn cứ vào chiều cao và số tầng nhà, thì
nhà cao tầng được chia ra 4 loại như sau:
- Nhà cao tầng loại 1: từ 9 đến 16 tầng (cao nhất 50m)
- Nhà cao tầng loại 2: từ 17 đến 25 tầng (cao nhất 75m)
- Nhà cao tầng loại 3: từ 26 đến 40 tầng (cao nhất 100m)
- Nhà cao tầng loại 4: từ 40 tầng trở lên (gọi là nhà siêu cao tầng)
7
Theo định nghĩa nhà cao tầng của Uỷ ban Nhà cao tầng Quốc tế: Ngôi nhà mà
chiều cao của nó là yếu tố quyết định các điều kiện thiết kế, thi công hoặc sử dụng
khác với các ngôi nhà thông thường thì được gọi là nhà cao tầng.
Theo Tiêu chuẩn xây dựng TCXDVN 194 : 2006 [10] "Nhà cao tầng - Công tác
khảo sát địa kỹ thuật" của Việt nam : Nhà cao tầng là nhà ở và các công trình công
cộng có số tầng lớn hơn 9.
Theo Phụ lục A - Tiêu chuẩn xây dựng TCXDVN 194 : 2006 [10] thì độ cao
khởi đầu của nhà cao tầng, các nước có những qui định khác nhau. Dựa vào yêu cầu
phòng cháy, tiêu chuẩn độ cao khởi đầu nhà cao tầng được cho ở bảng dưới:
Bảng 1.1 Độ cao khởi đầu nhà cao tầng của một số nước
Tên nước Độ cao khởi đầu
Trung Quốc Nhà ở 10 tầng và 10 tầng trở lên, kiến trúc khác ≥ 28m
Liên Xô (cũ) Nhà ở 10 tầng và 10 tầng trở lên, kiến trúc khác 7 tầng
Mỹ 22¸25 m hoặc trên 7 tầng
Pháp Nhà ở > 50m, kiến trúc khác > 28m
Anh 24,3m
Nhật Bản 11 tầng, 31m
Tây Đức ≥ 22m (từ mặt nền nhà)
Bỉ 25m (từ mặt đất ngoài nhà)
Như vậy theo quy định ở trên, những công trình xây dựng nhà có số tầng nhỏ hơn
9, hoặc chiều cao nhỏ hơn các số cho trong Bảng 1.1 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, bản thân nó
chứa các đặc trưng ngẫu nhiên và thay đổi theo thời gian, không gian. Tải trọng gió
chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố: Vị trí, địa hình, độ cao, hướng gió, hình dạng công
trình,…nên việc tính toán gặp nhiều khó khăn.
Thông thường, tác động của gió lên nhà là sự tổ hợp của nhiều hình thức tác
động như: Áp lực tĩnh, áp lực động và tương tác giữa luồng không khí với nhà. Tùy
vào hình dạng và kết cấu mà tác động của gió lên nhà sẽ khác nhau về hình thức tác
động và giá trị tải trọng.
8
+ Tác động do áp lực tĩnh được đặc trưng bởi giá trị trung bình của áp lực gió,
tác dụng vuông góc lên bề mặt của kết cấu chịu lực và bao che (Hình 1.6).
+ Tác dụng lực do áp lực động của gió được đặc trưng bởi giá trị biến động của
áp lực gió so với giá trị trung bình, còn gọi là xung áp lực động.
+ Tác động do tương tác giữa luồng gió với công trình có thể là do luồng khí
khi bị kết cấu của công trình chặn lại thì chuyển hướng, tạo nên các vùng có khí áp
thấp, gây nên các áp lực âm lên kết cấu (Hình 1.7), hoặc có thể tạo bởi tương tác
động giữa chuyển động của dòng không khí với dao động của công trình, gây nên
tải trọng có tính động lực hoặc các lực khí động tác động lên nhà (Hình 1.8)
Hình 1.6 Áp lực tĩnh do gió tác động
lên nhà thấp tầng
V(z)
Vïng ¸p lùc ©m
Z
Hình 1.7 Luồng gió bị chuyển hướng
tạo nên các vùng áp lực âm
Hình 1.8 Lực khí động gây bởi kích động xoáy do tương tác giữa luồng gió với
công trình dạng trụ
Trong lớp biên khí quyển, dòng gió có tính chất nhiễu loạn/rối và biến động.
Khi gió thổi vào khu vực biên (góc tường/mái nhà) xung quanh các vật thể như các
tòa nhà, thì dòng gió ở các khu vực này bị tách dòng nhưng cũng có lúc đập lại vào
bề mặt vật thể mà gây ra sự biến động khá nhiều về áp lực/lực gió (trên các bề mặt).
Các nguồn gây ra sự biến động của áp lực/lực gió bao gồm:
(1) Do bản chất của gió tự nhiên. Khi kích thước vật thể là khá nhỏ so với chiều
dài rối thì sự thay đổi của áp lực/lực gió có xu hướng tuân theo qui luật thay đổi của
vận tốc gió. Trong trường hợp này, giả thiết “gần đều” thường được chấp nhận áp
9
dụng một cách đầy đủ cho nhà thấp tầng và đã được sử dụng trong các tiêu chuẩn
tải trọng gió của các nước [18], [20], [21], [27], [33], [62];
(2) Dòng không ổn định do bản thân các vật thể gây ra kèm theo các hiện tượng
như tách dòng, 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
cứu chỉ ra là ảnh hưởng của dịch chuyển công trình đến áp lực gió chủ yếu ứng với
các công trình cao, kết cấu mềm, nhạy cảm với dao động.
Như vậy trong nghiên cứu về nhà thấp tầng và sự phân bố áp lực gió lên trên
các mặt công trình, ngoài áp lực trung bình (theo thời gian) thì thành phần áp lực
biến đổi (do nguồn 1 hoặc 2 nêu ở trên) theo thời gian hoặc theo không gian của áp
lực gió lớn nhất (peak pressure) cần được quan tâm nghiên cứu đặc biệt.
1.2.3 Các phương pháp nghiên cứu tác động của gió lên công trình thấp tầng
1.2.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
a. Phương pháp giải tích
Thường áp dụng cho các mô hình đơn giản, ít tham số, không sử dụng được cho
các mô hình phức tạp có các thông số thay đổi ngẫu nhiên theo thời gian.
b. Phương pháp số
Phương pháp này cũng là một trong những phương pháp hữu hiệu hiện nay tuy
nhiên nó phụ thuộc nhiều và khả năng của máy tính và việc lựa chọn mô hình số
phù hợp trong phân tích. Phương pháp này chủ yếu dùng để xác định áp lực gió
trung bình. Đối với áp lực gió nhỏ nhất và lớn nhất thì độ chính xác của kết quả
không bằng phương pháp thực nghiệm.
1.2.3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
a. Nghiên cứu thực nghiệm trên công trình thực
- Ưu điểm : Kết quả thí nghiệm chính xác hơn các phương pháp khác.
- Nhược điểm: + Tốn kém về kinh phí và thời gian thí nghiệm nhất là đối với các
công trình có hình dáng và kết cấu phức tạp.
+ Phụ thuộc vào thời tiết nên thời gian thí nghiệm kéo dài do đó tính chủ động kém.
+ Phụ thuộc vào địa điểm xây dựng, môi trường xung quanh, hướng gió tác động
lên công trình, không khảo sát được hết các hướng gió do đó việc áp dụng các kết quả
10
đã nghiên cứu của công trình này cho các công trình khác ở các ở địa điểm khác,
hướng gió lên công trình và môi trường xung quanh khác sẽ có điểm không phù hợp.
+ Khi môi trường xung quanh công trình nghiên cứu bị thay đổi (xây thêm các công
trình khác, thêm cây xanh…) thì kết quả nghiên cứu ban đầu không còn phù hợp.
Tình hình nghiên cứu của một số nước trên thế giới:
Việc nghiên cứu thực nghiệm trên công trình thực ở ngoài hiện trường được tiến
hành khá nhiều, điển hình là một số nghiên cứu như:
+ Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình thực của Eaton, K. J. và Mayne. J.R
(1975) [32] là công trình "Aylesbury experimental building" (Hình 1.9a), được sử
dụng để nghiên cứu tác động của gió lên tường và mái của công trình và làm rõ về
quy luật phân bố áp lực gió lên tường và mái.
+ Nghiên cứu của Wu, Fuqiang (2000) [73], công trình "TTU- Building" (Hình
1.9b) thí nghiệm theo kích thước thực được tiến hành tại Phòng Thí nghiệm Gió
Kỹ thuật Nghiên cứu thực địa (WERFL) của Đại học Texas Tech với mục đích 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. Đồng thời cung cấp dữ liệu phục vụ cho công tác nghiên
cứu thí nghiệm trong hầm gió.
a) Tòa nhà thực nghiệm Aylesbury
(United Kingdom 1970–75) [32]
b) Tòa nhà thực nghiệm Texas Tech
Field Experiment) [73]
Hình 1.9 Một số công trình thực ngoài hiện trường
+ Thí nghiệm nhà công nghiệp (Hình 1.10 -Tòa nhà kết cấu Silsoe) (1991) [17]
là sự so sánh giữa ảnh hưởng của diềm mái cong và diềm mái thẳng thông thường
đến áp lực gió tác động lên mái của tòa nhà này. Thí nghiệm cho thấy việc sử dụng
diềm mái cong sẽ tốt hơn so với diềm mái thẳng, giá trị áp lực gió hút tại khu vực
diềm mái sẽ giảm đi khá nhiều và sẽ tránh được hiện tượng tốc mái tại các khu vực.
(United States – 1987)
11
a) Chi tiết mái hắt cong
b) Chi tiết mái hắt thẳng
Hình 1.10 Tòa nhà kết cấu Silsoe 1986/1987 [17]
Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam :
Ở Việt Nam hiện chưa có một thí nghiệm nào đối với công trình thấp tầng ngoài
thực địa để xác định các tác động của gió lên công trình.
b. Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình trong ống thổi khí động
- Ưu điểm
+ Có thể tiến hành làm thí nghiệm bất kỳ lúc nào.
+ Có thể tạo ra bất kỳ dạng địa hình, dạng môi trường… cần thiết.
- Nhược điểm
+ Quy đổi tỉ lệ từ mô hình thực sang mô hình thu nhỏ có nhiều khó khăn.
+ Quy đổi vật liệu thực sang vật liệu làm mô hình trong một số trường hợp có khó
khăn nhất định (Ví dụ: quy đổi từ viên ngói, tre, nứa, lá cọ sang vật liệu làm thí nghiệm).
+ Cần phải tạo môi trường và dạng địa hình trong hầm gió.
+ Cần có thiết bị và phòng thí nghiệm chuyên ngành.
Tuy rằng phương pháp thí nghiệm trong ống thối khí động có một số khó khăn
như đã nêu ở trên nhưng với những ưu điểm của nó, phương pháp này vẫn được các
nhà Khoa học sử dụng để nghiên cứu áp lực gió lên công trình.
Tình hình nghiên cứu của nước ngoài:
Thực tế trên thế giới đã có nhiều thí nghiệm cho công trình xây dựng (kể cả
thấp tầng, cao tầng hay các dạng công trình khác) được thực hiện trong phòng thí
nghiệm (Hình 1.11 và 1.12).
12
a) Tòa nhà cao tầng
BurjKhalifa [64]
b) Mô hình nhà thấp tầng
mái dốc [23]
c) Mô hình thí nghiệm nhà
thấp tầng [54]
Hình 1.11 Một số hình ảnh mô hình nhà trong ống thổi khí động
a) Sân vận động Turin
mới [34]
b) Cầu Carquinez Strait -
San Francisco [82]
c) Giàn khoan dầu [81]
Hình 1.12 Một số hình ảnh mô hình khác trong ống thổi khí động
Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam :
Ở Việt Nam đã có một số nghiên cứu về nhà thấp tầng được thí nghiệm trong
các phòng thí nghiệm gió của Việt Nam như:
Đề tài Khoa học cấp nhà nước “ Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật phòng chống
bão lụt cho nhà ở và công trình xây dựng” (1991) [12] do các nhà khoa học của của
Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng thực hiện– Chủ trì đề tài PGS.TS Nguyễn
Tiến Cường, các thành viên là PGS.TS. Nguyễn Xuân Chính; PGS.TS Trần Chủng;
PGS.TS Cao Duy Tiến và nhiều thành viên khác.
Đề tài cấp Bộ “Xác định hệ số khí động cho một số dạng nhà công nghiệp thấp
tầng bằng thí nghiệm trong ống thổi khí động” (2008) [14] - Chủ trì là TS. Nguyễn
Hồng Hà các thành viên ThS. Vũ Xuân Thương, TS. Lê Trường Giang và những
người khác - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng.
Đề tài cấp nhà nước theo Nghị định thư Hợp tác giữa hai Chính Phủ, Hoa Kỳ và
Việt Nam: “Nghiên cứu giải pháp thiết kế xây dựng nhà ở vùng gió bão” (2012)
[15] do Viện Kiến trúc, Quy hoạch Đô thị và Nông thôn chủ trì.
Một số hình ảnh nghiên cứu của các đề tài trên được minh họa ở Hình 1.13
13
a) Nhà Đa năng chống bão [15]
b) Nhà hai tầng chống bão [15]
c) Nhà công nghiệp 1 tầng [14]
d) Nhà ở nông thôn 1 tầng
Hình 1.13 Hình ảnh các công trình thí nghiệm trong ống thổi khí động tại Việt Nam
Ngoài ra còn có nhiều công trình cầu của Việt Nam cũng được thí nghiệm trong
hầm gió như:
+ Công trình Cầu Rạch Miễu – Bến Tre – TP Hồ Chí Minh được thí nghiệm tại
phòng thí nghiệm Phòng chống thiên tai các công trình thổ mộc trọng điểm của Nhà
nước thuộc Trường Đại học Đồng Tế, Trung Quốc (2004) [77].
+ Cầu Bãi Cháy – Quảng Ninh được thí nghiệm trong phòng thí nghiệm gió của
Đại học Tokyo - Nhật Bản.
+ Cầu Cần Thơ – Hồ Chí Minh được thử nghiệm trong hầm gió của Đại học
quốc gia Yokohama – Nhật Bản (1999).
1.3 Một số giải pháp hạn chế tác động của áp lực gió đối với mái của nhà thấp tầng
1.3.1 Những vị trí trên mái chịu ảnh hưởng của áp lực gió hút lớn.
Trong tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737 – 1995 [9] khi xác định giá trị
tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió W (với nhà thấp tầng, thành phần động của
tải trọng gió thường là nhỏ so với thành phần tĩnh nên có thể bỏ qua), hệ số khí động c
được tra theo Bảng 6 của tiêu chuẩn. Giá trị của các hệ số khí động này là giá trị trung
bình của toàn mái. Trong tiêu chuẩn không thể hiện các giá trị nhỏ nhất hoặc lớn nhất
14
để các kỹ sư thiết kế có thể tính toán và đưa ra các biện pháp cụ thể nhằm đảm bảo an
toàn cho kết cấu mái. Điều này cho thấy tồn tại khả năng, cho dù các công trình được
tính toán, thiết kế theo tiêu chuẩn thì vẫn có những trường hợp tại một số vùng của kết
cấu bao che chịu tải trọng gió lớn hơn hoặc nhỏ hơn giá trị tải trọng gió xác định theo
các tính toán qui định trong các tiêu chuẩn.
Theo Điều 6.10 của TCVN 2737 – 1995 quy định: Tại vùng lân cận các đường
bờ mái, bờ nóc và chân mái, các cạnh tiếp giáp giữa tường ngang và tường dọc, nếu
áp lực ngoài có giá trị âm thì cần kể đến áp lực cục bộ (Hình 1.14)
2aa
2a
2a
a
a 2ab
h
Vïng 1 : D = 2
Vïng 2 : D = 1,5
Hình 1.14 Các vùng chịu áp lực cục bộ trên mái – TCVN 2737:1995 [9]
- Tại các vùng có áp lực cục bộ, hệ số khí động c được nhân với hệ số áp lực cục bộ D.
Trong một số tiêu chuẩn nước ngoài cũng quy định về các vùng có áp lực cục
bộ lớn. Dưới đây là quy định của tiêu chuẩn Châu âu, Nhật, Mỹ, Canada hay Anh
(Hình 1.15 đến Hình 1.19).
h
G ió
G ãc m ¸i dèc d¬ng
h
G ió
G ãc m ¸i dèc ©m
M Æt ®ãn giã M Æt khuÊt giãM Æt ®ãn giã M Æt khuÊt giã
e /4 F
G H J I
e /4 F
e /10e /10
G ió
M Æt ®ãn giã M Æt khuÊt giã
e /
4
F
I
e /
4
F
e /10
G ióG
G
H
H I
e /2
e = b hoặc 2h lấy theo giá trị nhỏ; b: bề rộng đón gió
Hình 1.15 Tiêu chuẩn Châu âu - EN 1 [33]
15
0.1
l
W bW b
W b
W bW a
R d R b
R cR g
R e
R fR f R aR a
R d R b
R cR g
W a
W a W a
W aW a
W aW a
B2
H
l(m) = giá trị nhỏ nhất của 4H hoặc B1và B2
Hình 1.16 Tiêu chuẩn Nhật bản AIJ/RLB 2004 [18]
a a a
aa
a
h
a: 10% của kích thước nhỏ nhất theo phương ngang hoặc 0,4h nhưng không nhỏ
hơn 4% của kích thước nhỏ nhất theo phương ngang hoặc 0,9m.
h: Độ cao trung bình mái (m), trừ trường hợp mái có độ dốc θ ≤ 100
θ: góc nghiêng của mặt bằng mái với phương ngang, đơn vị độ.
Hình 1.17 Tiêu chuẩn Hoa kỳ ASCE/SEI 7-05 [21]
16
Z Z Z Z
ZZ
s
s
C
rr
H
h
trong đó:
Z là giá trị nhỏ nhất trong
1) 10% của kích thước nhỏ
nhất theo phương ngang
và 2) 40% độ cao H và Z ≥
1m, Z ≥4% kích thước nhỏ
nhất theo phương ngang
Hình 1.18 Tiêu chuẩn Canada NBCC 1995 [62]
Hr
= H
G iã
G ãc dèc m ¸i d¬ng
Hr
= H
G ãc dèc m ¸i ©m
M Æt ®ãn giã
M Æt khuÊt giã M Æt ®ãn giã M Æt khuÊt giãG iã
B A
E F E
L b /2L
b
/10
L
b /2
A
Giã
C
G
=
A
D
A
b /10
G iã
B
B
C
C D
b /2
W
W
==
=
bL = L hoặc 2H lấy giá trị nhỏ; bw = W hoặc 2H
Hình 1.19 Tiêu chuẩn Anh - BS 6399-2 [27]
Như vậy theo các tiêu chuẩn trên khu vực diềm mái, các góc mái, dọc theo các
cạnh mái là những khu vực có áp lực cục bộ lớn (diện tích các khu vực này được quy
định khác nhau nhưng đều là những vị trí tương tự nhau) chính áp lực cục bộ lớn này
là nguyên nhân gây nên hiện tượng phá hỏng mái tại các vị trí trên rồi sau đó sẽ dẫn
tới hỏng các vị trí khác…
Đã có rất nhiều các thí nghiệm để điều chỉnh và hoàn thiện các số liệu liên quan
đến tiêu chuẩn cũng cho ta thấy được những vị trí có áp lực cục bộ lớn là các vùng
diềm mái, góc mái, cạnh tường như một số hình ảnh thu được qua thí nghiệm trong ống
thổi khí động như trên Hình 1.20.
17
a) Hướng gió 0
o
b) Hướng gió 45
o
c) Hướng gió 90
o
Thí nghiệm của Quan.Y và Tamura Y., 2007
Kích thước công trình : H = 17,6m; B = 16m, D = 40m, β = 220
Hình 1.20 Hệ số áp lực gió nhỏ nhất theo các hướng gió chính [72]
Vùng Áp
lực hút lớn
nhất trên
mái
18
1.3.2 Một số giải pháp hạn chế tác hại của gió đối mái nhà thấp tầng ở Việt Nam
Hàng năm ở nước ta nhiều công trình thấp tầng bị hư hỏng do ảnh hưởng của
gió bão cho nên đã có rất nhiều công trình nghiên cứu đưa ra các biện pháp nhằm
hạn chế tác hại của gió đối với công trình thấp tầng nói chung và chống tốc cho mái
nói riêng [2], [3], [12], [13], [15] như:
Đề tài Khoa học cấp nhà nước “Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật phòng chống bão
lụt cho nhà ở và công trình xây dựng” do các nhà khoa học của của Viện Khoa học Công
nghệ Xây dựng thực hiện– Chủ trì đề tài PTS. Nguyễn Tiến Cường, các thành viên là
PGS.TS. Nguyễn Xuân Chính, PGS.TS Trần Chủng, PGS.TS Cao Duy Tiến và nhiều
thành viên khác. Đề tài đã nghiên cứu và đề xuất được giải pháp kỹ thuật thích hợp
phòng chống bão lũ cho nhà ở và công trình xây dựng các tỉnh miền trung (1991) [12].
Đề tài cấp Nhà nước “Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật xây dựng phòng và
giảm thiểu thiệt hại cho nhà ở” Chủ trì PGS.TS Nguyễn Xuân Chính, cộng tác viên
TS. Nguyễn Đại Minh và nhiều người khác. Đề tài đã nghiên cứu và đưa ra được
các hướng dẫn kỹ thuật xây dựng trong công tác phòng và giảm thiểu thiệt hại cho
nhà ở khi chịu gió bão ở Miền trung đồng thời xuất bản thành sách “Hướng dẫn kỹ
thuật xây dựng Phòng và giảm thiểu thiệt hại do bão cho nhà ở” có thể sử dụng cho
tất cả các địa phương thường xuyên có gió bão (2007) [13].
Đề tài cấp nhà nước theo Nghị định thư Hợp tác giữa hai Chính Phủ, Hoa Kỳ và
Việt Nam: “Nghiên cứu giải pháp thiết kế xây dựng nhà ở vùng gió bão” [15] do
Viện Kiến trúc, Quy hoạch Đô thị và Nông thôn chủ trì. Mục đích là “Nghiên cứu áp
lực gió lên kết cấu bao che (tường, mái) cho hai mẫu thí nghiệm thuộc dạng nhà thấp
tầng bằng ống thổi khí động”. Thí nghiệm này giúp các nhà thiết kế hình dung được
tác dụng của gió lên tường, mái của các công trình này từ đó có những giải pháp kiến
trúc, kết cấu nhằm hạn chế được các tác hại cho công trình do gió bão gây nên.
Báo cáo trong Hội nghị Kết cấu và Công nghệ xây dựng (2000) “Một số giải
pháp kỹ thuật phòng chống bão cho nhà dân và các công trình phúc lợi tuyến xã
huyện ở các vùng bão thuộc thuộc các tỉnh Miền Trung” [2] của PSG.TS
Nguyễn Võ Thông. Báo cáo này đã trình bày một số giải pháp kỹ thuật phòng,
chống bão cho nhà ở của dân khu vực miền Trung.
19
Hay cuốn “Hướng dẫn kỹ thuật xây dựng nhà vùng bão lũ” (1997) [47] do
kỹ sư Trịnh Thành Huy biên dịch từ cuốn “The ABC of Cyclone Rehabilitation”
của tác giả Kevin J. Macks người Australia. Cuốn sổ tay này trình bày những
nguyên tắc neo, giằng bảo đảm tính liền khối cho nhà thấp tầng, rẻ tiền nhằm
tăng cường khả năng chịu các tác động của gió bão cho một số nước trong khu
vực trong đó có Việt Nam.
Tài liệu “Kỹ thuật xây dựng nhà phòng chống bão” (2004) [4], do nhóm các tác
giả Nguyễn Sỹ Viên, Trần Văn Giải Phóng, Lê Văn Đậu, Lê Toàn Thắng biên soạn
dựa trên kết quả nghiên cứu của dự án VIE/85/019 và dự án “Phòng chống những
thiệt hại về nhà ở do gió bão gây ra ở miền Trung Việt Nam” và nhiều tài liệu nghiên
cứu về nhà ở khác … Tài liệu đưa ra một số biện pháp phòng chống bão đơn giản, rẻ
tiền phù hợp với năng lực, kinh tế và kỹ thuật của các gia đình trong vùng gió bão.
Các giải pháp này có thể chia làm hai nhóm giải pháp chính đó là:
- Nhóm sử dụng các giải pháp nhằm chủ động làm giảm áp lực gió lên các kết
cấu công trình.
- Nhóm sử dụng các giải pháp mang tính chất gia cường nhằm hạn chế khả năng
hư hỏng của công trình (tốc mái, bung tường…)
a. Các giải pháp chủ động làm giảm áp lực gió lên kết cấu:
- Lựa chọn địa điểm xây dựng hợp lý: (Hình 1.21) [3] [4].
+ Ở những nơi khuất gió, tránh đối mặt với hướng gió chủ đạo của gió bão.
+ Tận dụng các địa hình có nhiều vặt cản như gò, đồi, cây cối, bố trí thành cụm,
không bố trí thẳng hàng v.v..
Hình 1.21 Chọn địa điểm xây dựng [3]
- Chọn giải pháp kiến trúc của nhà [3] [4]:
+ Nếu mặt bằng có dạng hình chữ nhật, không nên quá dài (Chiều dài nhỏ hơn
2,5 lần chiều rộng). Mái, tường, cửa sổ, cửa đi cần có kích thước và cấu tạo hợp lý,
mái nhà có độ dốc hợp lý…(Hình 1.22).
20
+ Nên bố trí các nhà thành cụm. Các nhà nên bố trí so le nhau, tránh bố trí thẳng
hàng vì dễ hình thành các túi gió hoặc luồng gió xoáy (Hình 1.23).
Hình 1.22 Giải pháp mặt bằng nhà [3]
Hình 1.23 Giải pháp bố trí nhà tập trung thành cụm [3]
- Chọn giải pháp kết cấu hợp lý [3]:
+ Kết cấu chịu lực đơn giản, sơ đồ làm việc rõ ràng. Tất cả các bộ phận kết cấu
phải được neo giữ vào bộ phận kiên cố của nhà để có khả năng chịu lực.
Bên cạnh các giải pháp trên đã có rất nhiều các dự án, hội thảo khoa học đưa ra
các mẫu thiết kế nhà hợp lý để xây dựng tại những khu vực chịu ảnh hưởng thường
xuyên của gió bão như mẫu nhà chống bão thuộc Dự án Phòng chống và giảm nhẹ
thiệt hại về nhà ở do bão gây ra ở miền Trung (DW) (2008) [11] đã được xây dựng
ở nhiều địa phương tại Thừa Thiên - Huế (Hình 1.24).
a) Mô hình nhà chống bão được xây
dựng tại Huế.
b) Nhà an toàn do DW thiết kế và xây
dựng tại các tỉnh miền Trung
Hình 1.24 Mẫu nhà chống bão được áp dụng tại một số địa phương của TP Huế
21
b. Các giải pháp mang tính chất gia cường
Nhà thấp tầng của dân chủ yếu là dùng kết cấu mái nhẹ. Vật liệu lợp thường
dùng là ngói, tôn, phibro xi măng hoặc các phên bằng tre, nứa, lá, … Các mái này
rất dễ bị tốc khi có gió bão. Dưới đây giới thiệu một số giải pháp chống tốc mái cho
nhà thấp tầng hiện đang được sử dụng phổ biến cho nhà dân ở khu vực miền Trung
[2], [3], [4], [13].
- Đối với nhà mái lá: Dùng giằng chữ A và dây neo để chống tốc mái, đổ nhà.
+ Đặt phên, vỉ, lưới mắt cáo lên mái nhà sau đó đặt thanh chặn ngang bằng tre,
gỗ, thép đè lên trên khoảng cách giữa hai thanh chặn khoảng 1m. Đặt tiếp giằng chữ
A cách nhau khoảng 2,5m, buộc thanh chặn ngang vào giằng chữ A. Dùng dây
thừng, dây thép cỡ trên 4 ly neo giằng theo hai hướng vuông góc nhau vào các cọc
đóng sâu xuống đất từ 1-1,5m. (Hình 1.25).
Hình 1.25 Biện pháp dùng giằng chữ A neo giữ mái nhà
- Đối với nhà mái tôn, mái fibro ximăng:
Đặt lên mái tôn những thanh nẹp cách nhau khoảng 1,2-1,5m cho mái Fibro
ximăng và 1,5-2m cho mái tôn (nên đặt nẹp tại phần phủ chồng giữa hai tấm mái
tôn); bắt vít có cường độ cao, đục lỗ tại đỉnh mái lợp xâu thép đường kính 2ly buộc
thanh nẹp vào dầm, kèo hoặc đòn tay. Thanh nẹp có thể dùng thép thanh 14 ly, thép
góc, gỗ, tre,...Cách này chỉ nên áp dụng cho nhà có tường, dầm, kèo chắc chắn
(Hình 1.26). Hoặc đặt các thanh bằng tre, gỗ, thép chặn ngang lên mái nhà cách
nhau khoảng 1m, đặt tiếp các giằng chữ A cách nhau khoảng 2,5m vuông góc với
thanh chặn ngang mái nhà. Buộc các thanh chặn ngang vào thanh giằng chữ A bằng
dây thép hoặc dây thừng. Dùng dây thừng, dây thép cỡ trên 4ly neo thanh giằng chữ
A vào các cọc đóng sâu xuống đất 1-1,5m (Hình 1.27).
22
Hình 1.26 Chống tốc mái bằng thanh
nẹp
Hình 1.27 Dùng giằng chữ A neo giữ
mái tôn, fibroximang
- Đối với mái ngói:
+ Buộc chặt kèo, đòn tay, rui lại với nhau, dùng dây thép 1mm buộc chặt viên ngói,
chèn vữa ximăng cát tỉ lệ 1:3, gắn các viên ngói khoảng 3-4 hàng xung quanh mái; xây
bờ nóc mái nhà ngói bằng viên úp nóc; xây bờ chảy xung quanh mái nhà 1 hàng gạch đôi
hoặc 1 hàng gạch đơn; xây con chạch xuôi theo mái nhà bằng 1 hàng gạch đơn tất cả
dùng vữa xi măng cát tỉ lệ 1:3, mỗi con chạch cách nhau chừng 1,5m (Hình 1.28 a,b).
a) Xây bờ chảy, bờ nóc, con chạch trên
mái ngói
b) Dùng giây néo, xây bờ chảy, con
trạch và chèn vữa
Hình 1.28 Biện pháp chống tốc mái cho mái ngói
Ngoài ra có thể giảm thiểu tốc mái nhà lợp tôn, mái Fibro ximang bằng bao cát :
- Đối với nhà có mái dốc lớn: Đặt bao cát có trọng lượng khoảng 15-20kg lên
đầu hoặc mép tiếp giáp của các tấm tôn, ép sát mái nhà, buộc bao cát vào các dây
vắt qua đỉnh mái nhà để chống cho bao cát khỏi tuột xuống. Mỗi hàng bao cát cách
nhau khoảng 1,5m ở vùng giữa mái nhà và 1 m ở xung quanh mái nhà (tốt nhất là
để bao cát gắn với các dầm nhà, kèo hoặc đòn tay) (Hình 1.29a).
- Đối với nhà có mái dốc nhỏ: Có thể làm tương tự nhưng không cần buộc các
bao tải cát bằng dây (Hình 1.29b).
23
a. Mái có độ dốc lớn
b. Mái có độ dốc nhỏ
Hình 1.29 Biện pháp chống tốc mái bằng bao tải cát
Đối với nhà có kết cấu chịu lực bằng khung gỗ hoặc tre, ở đầu hồi và tại các góc
nhà cần bố trí các thanh chống chéo dạng tam giác hoặc chữ X (Hình 1.30a). Với
nhà có kết cấu chịu lực là tường xây bằng gạch, đá, bố trí các trụ và giằng bằng bê
tông cốt thép liên kết với nhau (Hình 1.30b).
a) Bố trí các thanh chống chéo dạng
tam giác hoặc chữ X
b) Bố trí các trụ đứng và giằng ngang
bằng bê tông cốt thép liên kết với nhau
Hình 1.30 Giải pháp tăng cứng cho nhà
Mỗi ngôi nhà cần chọn một phòng hoặc một khu vực để làm lõi cứng cho toàn
nhà. Lõi cứng có thể là các tường gạch, xây bằng vữa xi măng cát. Các tường này
thường có chiều dày tối thiểu là 220 mm. Nên kết hợp đổ sàn bê tông ở khu vực lõi
cứng này của nhà làm gác lửng hoặc sàn tầng (Hình 1.31). Lõi cứng là nơi kiên cố
để neo giữ các bộ phận, các kết cấu khác của nhà. Đây cũng là nơi để trú ẩn an toàn
và cất giữ các tài sản, lương thực đề phòng khi bão.
Hình 1.31 Mẫu nhà ở xây tường 220, hai gian kiên cố có gác xép
24
a) Giữ mái tôn bằng tải cát
và thanh tre
b) Giữ mái lá bằng thanh
tre giằng chữ A
c) Giữ mái fibroximang
bằng tải cát
Hình 1.32 Một số ứng dụng ngoài thực tế
Tuy nhiên không phải lúc nào chúng ta cũng có thể lựa chọn được giải pháp
kiến trúc, kết cấu, vị trí xây dựng một cách hợp lý hay cũng không thể áp dụng
được các giải pháp nêu trên một cách hiệu quả vì lý do: địa hình, kinh tế … hoặc
nhiều khi do khả năng chịu lực của kết cấu nhà, ngoài ra cũng có những công trình
mặc dù được tính toán thiết kế theo tiêu chuẩn hay đã áp dụng một số phương pháp
chống tốc mái như ở trên những vẫn bị gió bão làm hư hỏng (Hình 1.33). Do đó vấn
đề đặt ra cần phải nghiên cứu đưa ra giải pháp chủ động giảm áp lực gió tác động
lên mái của các dạng công trình này.
Hình 1.33 Dùng tải cát chất lên, cây giằng mái vẫn bị gió thổi bay mái.
1.3.3 Một số giải pháp chủ động giảm áp lực gió lên mái nhà thấp tầng trên thế giới
Đã có rất nhiều những nghiên cứu chỉ ra rằng khi gió tác động vào các cạnh diềm
mái nó sẽ tạo ra áp lực hút cục bộ tại diềm mái và dòng xoáy ngay tại đây đồng thời
tạo nên áp lực lớn gây ra hiện tượng bốc mái tại các vị trí này. Có thể loại bỏ những
xoáy này bằng cách uốn cong hoặc tinh giản cạnh mái nhà [67]. Tuy nhiên, trong
một số trường hợp không thể áp dụng được biện pháp này, ví dụ như cho các tòa
nhà có mái hiên. Do đó để thay việc loại bỏ các cạnh sắc thẳng tạo ra các xoáy thì
một số nghiên cứu đã đưa ra biện pháp phá vỡ các xoáy bằng cách sử dụng các tấm
25
chắn gió đặt trên mái nhà với các hình thức khác nhau [30], [44], và một loạt các
thiết bị dựa trên nguyên tắc này đã được cấp bằng sáng chế [51]. Do vị trí gần góc
dưới của mái gió xoáy thường xuyên hơn các vị trí xa góc nên trong những nghiên
cứu các tấm cản này sẽ được gắn gần góc diềm mái.
Melbourne (1988)[57] đã sử dụng nguyên tắc tấm hướng gió (spoiler) để giảm
bớt áp lực hút trên các cạnh chính của conson mái sân vận động Cantilever.
Dưới đây là một số nghiên cứu thí nghiệm về hiệu quả của một số dạng tường
chắn dùng cho mái bằng bằng bê tông cốt thép của nhà thấp tầng.
- Nghiên cứu của A. Baskaran, T. Stathopoulos (1988) [25],[69] về một số dạng
tường chắn đặc, tường chắn đặc cao góc, tường chắn đặc có lỗ ở góc hay tường
chắn đặc không liên tục (Hình 1.34). Kết quả cho thấy tường chắn đặc không liên
tục không làm giảm được áp lực hút cục bộ [25], [69].
- Nghiên cứu của J.X. Lin, D. Surry (1993, 1995) [44], [68] về dạng tường chắn
hình răng cưa, tường chắn có lỗ, tường chắn góc (Hình 1.35). Cho thấy với tường
chắn hình răng cưa có thể giảm được áp lực hút cục bộ tại các góc mái là 30 ~ 40%
[44], [68]. Đối với tường chắn rỗng (độ rỗng khoảng 50%) thì có những vị trí góc
áp lực hút cục bộ có thể giảm được từ 50 ~ 70% [68].
h
Têng ch¾n kh«ng liªn tôc
h
Têng ch¾n liªn tôc
h/2
Têng ch¾n rçng gãc
h/2
2h
Têng ch¾n cao gãc
a) Tường chắn b) Tường chắn
liên tục rỗng góc
h
Têng ch¾n kh«ng liªn tôc
h
Têng ch¾n liªn tôc
h/2
Têng ch¾n rçng gãc
h/2
2h
Têng ch¾n cao gãc
c) Tường chắn d) Tường chắn
không liên tục cao góc
Hình 1.34 Tường chắn trong nghiên
cứu của A. Baskaran, T. Stathopoulos
254
Têng ch¾n d¹ng r¨ng ca
h
Têng ch¾n ®Æc 50%
24
0
Mét phÇn ë gãc
2h
H×nh trô ®Æt trªn m¸i
508
h = 3m
§K = 152.4mmh = 584.2mm
a) Tường chắn b) Tường chắn
đặc 50% một phần ở góc
254
Têng ch¾n d¹ng r¨ng ca
h
Têng ch¾n ®Æc 50%
24
0
Mét phÇn ë gãc
2h
H×nh trô ®Æt trªn m¸i
508
h = 3m
§K = 152.4mmh = 584.2mm
c)Tường chắn d) Hình trụ đặt
răng cưa trên mái
Hình 1.35 Tường chắn trong nghiên
cứu của J.X. Lin, D. Surry
26
- Nghiên cứu của D. Banks (2000), F. Wu (2000) [24], [73], trong một dự án
hợp tác giữa trường Đại học Colorado State University (CSU) và Đại học Texas
Tech (TTU), đã tạo ra một thiết bị phá xoáy, thiết bị được thiết kế để dễ dàng thêm
vào cấu trúc hiện có. Thiết bị này (Spoiler) tuy rằng có kích thước tương đối nhỏ so
với quy mô công trình, nhưng vẫn có thể làm giảm đến 50% các hệ số áp lực gió hút
trên mái [24], [73]. Ngoài ra hệ thống này làm cho không khí tách thành hai dòng
vượt qua bên dưới và bên trên của tấm chắn, phá vỡ sự hình thành các xoáy ở các
góc và các cạnh mái (Hình 1.36). Đối với tường chắn rỗng (độ rỗng khoảng 50%)
thì có những vị trí góc có thể giảm được từ 50 ~ 70% áp lực hút cục bộ [24].
- Nghiên cứu của Pindado, S. và Meseguer, J. (2003) [65] sự ảnh hưởng của
tường chắn đặc, tường chắn có lỗ rỗng (lỗ tròn hay lỗ ô voan) với mật độ lỗ trên các
tấm khác nhau (Hình 1.37) bao quanh chu vi mái và tường chắn dạng conson được
bao quanh chu vi mái chìa một phần ra ngoài mái hoặc không (Hình 1.38) về phân
phối áp lực trên mái các nhà thấp tầng bằng thí nghiệm trong hầm gió. Kết quả cho
thấy tường chắn có chiều cao thấp với độ rỗng trung bình và tường chắn dạng
conson có hiệu quả hơn so với tường chắn đặc. Với chiều cao tường chắn (h/H <
0,05) thì tường chắn có độ rỗng trung bình có hiệu quả hơn tường chắn đặc, giảm
bớt được áp lực hút trên mái [65]. Với chiều cao tường chắn dạng conson (h/H <
0,031) cũng rất có hiệu quả trong việc giảm tải trọng gió lên mái nhà [65].
- Nghiên cứu của Kopp, G.A., Surry, D. and Mans,(2005) [48], [49], [50] về
tường chắn đặc bao quanh chu vi mái, tường chắn đặc bao quanh chu vi mái nhưng
không liên tục, tường chắn đặc bao quanh chu vi mái nhưng hở một phần góc hoặc
phần góc nâng cao, tường chắn dạng hàng rào hoặc tường chắn rỗng có tấm chắn
ngang ở trên (spoiler) bao quanh chu vi mái (Hình 1.39). Kết quả cho thấy tường
chắn đặc bao quanh chu vi mái với tỉ lệ h/(H+h)>0,23 sẽ làm giảm áp lực hút trung
bình cục bộ tại góc và cạnh mái khoảng 50% [48]. Các tường chắn đặc nâng cao ở
góc sẽ giảm tải trọng ở các khu vực cục bộ so với tường chắn đặc liên tục [50].
Tường chắn có lỗ, tường chắn rỗng có tấm chắn ngang bên trên (spoiler) có hiệu quả
trong việc giảm bớt áp lực hút ở góc, cạnh và áp lực bề mặt, tải trọng trung bình trong
khu vục quy định của ASCE 7-02 thấp hơn là không có tường chắn mái [50].
27
228.6
10
50.8
152.4
Hình 1.37 Mặt cắt của tường chắn
dạng A, B, C, D
A.Tấm đặc; B. Tấm dạng lưới;
C.Tấm có lỗ hình tròn (rỗng 28%)
D. Tấm có lỗ hình ô voan (rỗng 50%).
Hình 1.38 Mặt cắt của tường chắn
dạng conson (Spoiler)
W1. Tường chắn chìa ra ngoài mái;
W2. Tường chắn không chìa ra ngoài
h
Têng ch¾n liªn tôc
h/2
Têng ch¾n rçng gãc
h/2
h
Têng ch¾n kh«ng liªn tôc
h
Têng ch¾n cao gãc
h
a) Các loại tường đặc hoặc rỗng một
phần ở góc hoặc nâng cao góc
10
3.81
12.7
Têng ch¾n d¹ng Spoiler
8.896.35
3.81
b) Tường chắn dạng conson
(Spoiler)
Hình 1.39 Tường chắn trong nghiên cứu của Kopp, G.A., Surry, D. và Mans
Hình 1.36 Tường chắn dạng spoiler
28
1.3.4 Nghiên cứu giải pháp sử dụng tấm hướng gió ngang để điều chỉnh hướng
gió chủ động giảm áp lực bất lợi lên các dạng kết cấu khác
Không chỉ đối với các công trình xây dựng cần giảm thiểu tác hại do gió gây
nên mà ngay cả các phương tiện giao thông như ô tô, máy bay, tàu cao tốc… cũng
chịu ảnh hưởng rất nhiều của gió, đã có nhiều công trình khoa học (Hình 1.40 và
Hình 1.41) nghiên cứu về chúng nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả khi sử dụng
các phương tiện loại này.
a) Mô hình máy bay A380
trong hầm gió
b) Thí nghiệm máy bay
AEW&C của Trung Quốc
c) Máy bay chiến đấu của
Mỹ - NACA
Hình 1.40 Một số hình ảnh thí nghiệm khí động học của máy bay trong hầm gió
a) Thí nghiệm Xe tải 18
bánh trong hầm gió
b) Ô tô con của hãng GM
trong hầm gió
c) Xe Porsche 911 GT2
trong hầm gió
Hình 1.41 Một số hình ảnh thí nghiệm khí động học của oto trong hầm gió
Khi ô tô di chuyển trên đường nó sẽ tạo ra luồng không khí hút ở phía đuôi xe
và có xu hướng làm nâng phần đuôi của xe, theo các thí nghiệm về khí động học khi
xe chạy với tốc độ càng lớn thì lực nâng này càng lớn.
Hình 1.42 Lực nâng và lực hướng xuống khi dòng chảy qua vật thể (ô tô) [75]
29
Theo nguyên ly Bernoulli [31], sư chênh lêch vê vân tôc se lam phat sinh môt
lươi ap lưc ngươc tac dung lên bê măt trên cua xe và được gọi là lực nâng . Cũng
giông như lưc can, lưc nâng ty lê vơi diên tích bề mặt , dạng hình học của xe , tôc đô
và hệ số lực nâng . Ở tốc độ cao , lưc nâng co thê đủ lơn lam cho xe mất ôn đinh , có
thể bị trượt khi chạy ở tốc độ khoảng 250 km/h.
Vào đầu những năm 60, các kỹ sư của Ferrari l àm rất nhiều thí nghiệm và chỉ ra
răng, viêc găn thêm môt canh gio ơ cuôi xe co thê lam cho lưc nâng giam manh, thâm
chí còn phát sinh thêm lực ép xuống, trong khi đo lưc can lai tăng không đang kê.
Hình 1.43 Một số hình ảnh cánh gió của ô tô [76]
Đối với máy bay để thắng được trọng lực và bay lên phải nhờ lực nâng khí động
động học hay còn gọi là lực nâng Zhukovski. Để có lực nâng khí động học thì thiết diện
cánh phải không đối xứng qua trục chính và đường biên của mặt trên phải lớn hơn của
mặt dưới, những vật thể có hình dạng thiết diện như vậy được gọi là có hình dạng khí
động học. Khi không khí chảy bao quanh hình khí động sẽ có lực nâng khí động học và
đồng thời xuất hiện lực cản. Hình khí động học nào cho hiệu ứng lực nâng càng cao mà
lực cản càng ít thì được coi là có hiệu suất khí động học càng tốt.
Hình 1.44 Mô hình luồng khí thổi qua cánh máy bay
Khi không khí thổi qua cánh, tại mặt dưới sẽ có áp suất cao hơn so với mặt trên
nó sẽ làm xuất hiện một lực tác động từ dưới lên vuông góc với cánh. Lực nâng có
độ lớn bằng diện tích cánh nhân với chênh lệch áp suất hai mặt. Muốn có lực nâng
30
đủ thì vận tốc và diện tích cánh phải đủ: cánh càng rộng thì máy bay có thể cất cánh
với vận tốc nhỏ hơn, ngược lại cánh càng nhỏ thì đòi hỏi vận tốc càng lớn để cất
cánh. Do đó trong máy bay dân dụng có bổ sung thêm các cánh nhỏ để làm cho diện
tích cánh chính to hơn khi cất cánh và giúp máy bay cất cánh dễ dàng hơn.
Hình 1.45 Các cánh nhỏ của máy bay hoạt động khi cất, hạ cánh
Từ các kết quả sử dụng các tấm hướng gió ngang để thay đổi áp lực gió trên bề
mặt xe ô tô, máy bay và các kết quả đã được nghiên cứu ứng dụng cho mái bằng
của nhà thấp tầng bằng bê tông cốt thép đã nêu trong mục 1.3.3 cho thấy có thể sử
dụng tấm hướng gió đặt ngang trên mái mềm có độ dốc của nhà thấp tầng để điều
chỉnh hướng gió, qua đó chủ động giảm áp lực gió tác động lên kết cấu mái khi chịu
gió bão. Các tấm hướng gió ngang này sẽ được bố trí xung quanh chu vi diềm mái.
Vấn đề đặt ra ở đây là giải pháp cấu tạo và lắp dựng sao cho đơn giản, rẻ tiền và
dễ tháo lắp. Điều này sẽ được trình bày trong các nghiên cứu ở chương 3.
Qua phần trình bày trong chương 1, có thể thấy:
- Kết cấu mái của nhà thấp tầng thường bị hư hỏng khi chịu áp lực gió, đặc biệt là
các công trình xây dựng ở khu vực miền Trung hoặc ở những khu vực địa hình trống trải.
- Để hạn chế tác hại của gió gây ra đối với nhà, cần áp dụng đồng bộ các giải pháp
thích hợp về lựa chọn địa điểm, vật liệu, kiến trúc, kết cấu. Các tài liệu [2],[3], [4],
[11], [13] đã đưa ra các biện pháp phòng chống tốc mái cho các công trình nhà 1 tầng
mái làm bằng vật liệu nhẹ có độ dốc khi xây dựng trong vùng có gió bão như sau:
+ Về địa điểm xây dựng: nên tận dụng các địa hình có nhiều vật cản như gò,
đồi, hoặc trồng cây để cản bớt tác động trực tiếp của gió lên nhà. Nên xây nhà thành
cụm và bố trí các nhà so le nhau để hạn chế tác động của gió.
+ Về giải kiến trúc: Nên làm nhà có mặt bằng dạng chữ nhật. Mái, tuờng, cửa
sổ, cửa đi, cần có kích thuớc và cấu tạo hợp lý để tránh bị tốc, bị đổ.
31
+ Về giải pháp kết cấu: cần đơn giản, có sơ đồ làm việc rõ ràng. Các kết cấu
phải tạo thành một hệ không gian tạo độ cứng tốt theo cả ba phương và tạo khả
năng chống xoắn tốt cho nhà. Tất cả các bộ phận của kết cấu phải được neo giữ vào
bộ phận kiên cố của nhà để có khả năng chống lại tác động của gió.
Tuy nhiên các biện pháp trên chỉ để phòng tránh cho công trình hoặc mái của
công trình không bị hư hỏng khi chịu gió bão mà không làm giảm áp lực gió tác
dụng lên mái. Ngoài ra trong một số trường hợp, có một số giải pháp khó có thể áp
dụng được như không thể tăng tải trọng lên mái được nhiều hoặc mặt bằng chật hẹp
không thể áp dụng được các biện pháp neo giữ …
- Các nghiên cứu của các tác giả nước ngoài có đặc điểm sau:
+ Đưa ra được các loại tấm chắn có hiệu quả trong việc giảm áp lực gió lên mái
bằng bằng bê tông cốt thép của công trình thấp tầng như tấm chắn rỗng với lỗ rỗng
hình tròn hoặc ô voăn với độ rỗng khác nhau, tấm chắn đặc, tấm chắn đặc ở góc,
tấm chắn đứng kết hợp với tấm hướng gió ngang (spoiler)…Trong một số trường
hợp tấm hướng gió ngang có tác dụng khá tốt.
+ Các nghiên cứu này chỉ áp dụng cho mái bằng bằng bê tông cốt thép của nhà
thấp tầng.
+ Tấm hướng gió ngang có thể sử dụng để làm thay đổi áp lực lên các kết cấu
với bề mặt có độ dốc như cánh máy bay hay mui và đuôi ô tô theo hướng có lợi.
Hiện tại chưa có các công trình nghiên cứu nào sử dụng các dạng tấm hướng gió
ngang trong các công trình mái mềm có độ dốc cho nhà thấp tầng.
Từ các nhận xét về hiệu quả của tấm hướng gió ngang đã được sử dụng trong công
nghệ máy bay, ô tô và trong các mái bằng bằng bê tông cốt thép của nhà thấp tầng như
đã trình bày ở trên luận án đề xuất ý tưởng sử dụng giải pháp tấm hướng gió ngang trên
mái mềm có độ dốc của nhà thấp tầng được xây dựng trong khu vực chịu ảnh hưởng
của gió bão để chủ động giảm áp lực gió lên kết cấu mái. Vấn đề này rất có ý nghĩa lý
thuyết và thực tiễn.
32
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH
TRONG ỐNG THỔI KHÍ ĐỘNG
Nghiên cứu tác động gió lên công trình bằng thí nghiệm trong ống thổi khí động
có nhiều ý nghĩa trong nghiên cứu và thiết kế. Công tác này sẽ giúp phát hiện được ra
các hiện tượng mất ổn định khí động và một số hiện tượng khác do gió gây ra mà khi
tính toán bằng tiêu chuẩn sẽ khó hoặc không thực hiện được. Ngoài ra, công tác này
còn có nhiều ý nghĩa trong việc giảm giá thành của công trình xây dựng vì tải trọng
gió lên công trình khi xác định bằng thí nghiệm trong ống thổi khí động thường chính
xác hơn các phương pháp khác. Việc mô hình hóa công trình trong ống thổi khí động
là một trong các công đoạn quan trọng và có ảnh hưởng rất lớn đến kết quả thí
nghiệm. Công đoạn này khá phức tạp, đòi hỏi phải đáp ứng các yêu cầu về mô hình
hóa và về gió, đồng thời đáp ứng được các yêu cầu về lý thuyết thực hành thí nghiệm
mô hình trong ống thổi khí động. Tuy nhiên các cơ sở về lý thuyết thí nghiệm mô
hình trong ống thổi được giới thiệu rải rác trong nhiều tài liệu khác nhau đồng thời
trong các tài liệu của Việt Nam cũng còn thiếu một số cơ sở để có thể tiến hành một
thí nghiệm chọn vẹn do đó vấn đề đặt ra ở đây cần phải nghiên cứu hệ thống hóa lại
các cơ sở về lý thuyết thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động cho phù hợp với
điều kiện của Việt Nam.
2.1 Giới thiệu một số phòng thí nghiệm gió trên thế giới và Việt Nam
2.1.1 Phòng thí nghiệm gió
Phòng thí nghiệm gió là nơi chuyên để nghiên cứu các tác động của gió lên
công trình và các dạng vật thể khác như ô tô, máy bay...Bằng các thí nghiệm mô
hình trong ống thổi khí động đã giúp các nhà khoa học biết được ảnh hưởng của gió
đến công trình đến các vật thể, đến môi trường như thế nào. Hiện nay nhiều quốc
gia trên thế giới và cả Việt Nam đã có phòng thí nghiệm gió, tuy nhiên các phòng
thí nghiệm này có kích thước và tính năng sử dụng khác nhau.
2.1.1.1 Phòng thí nghiệm gió trên thế giới
Nhiều quốc gia trên thế giới đã có các phòng thí nghiệm gió, được sử dụng cho các
mục đích khác nhau tùy thuộc vào mục đích khi thiết kế công trình. Dưới đây là một số
33
hình ảnh về phòng thí nghiệm gió của một số quốc gia như Mỹ, Đức, Nhật Bản, Trung
Quốc, Singapore, Oxoxtraylia, Canada...(Hình 2.1).
a) Phòng thí nghiệm gió
của Naca –Cũ và Mới [78]
b) Phòng thí nghiệm gió
Đại học Tokyo – Japan
[80]
c) Phòng thí nghiệm gió
Đại học Quốc gia Đồng
Tế - Trung Quốc [79]
Hình 2.1 Một số phòng thí nghiệm gió trên thế giới
2.1.1.2 Phòng thí nghiệm gió Việt Nam
Ở nước ta, việc nghiên cứu gió cũng đã bắt đầu từ rất lâu và hiện nay đã có
được một số phòng thí nghiệm gió trong các Viện và trường Đại học như :
- Phòng thí nghiệm gió của Học viện Phòng không Không quân (Hình 2.2)
Đây là phòng thí nghiệm gió dạng hở, sử dụng động cơ phản lực của máy bay
để tạo ra luồng gió. Chức năng và nhiệm vụ chính là phục vụ cho những công trình
nghiên cứu về máy bay. Tại phòng thí nghiệm này khi chưa có phòng thí nghiệm
gió của Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng thì nó đã được sử dụng để thí nghiệm
nghiên cứu tác động của gió lên nhà một tầng 3 gian 2 mái dốc lợp ngói.
Phòng thí nghiệm này có một số nhược điểm:
+ Khó điều khiển được tốc độ gió.
+ Khó tạo được dạng địa hình tương tự thực tế.
+ Khó xem xét được ảnh hưởng của môi trường.
Hình 2.2 Ống thổi khí động của Học viện Phòng không Không quân.
- Phòng thí nghiệm gió của Viện khoa học khí tượng thủy văn và Môi trường
34
Phòng này sử dụng ống thổi khí dạng hở, không có bàn xoay thường dùng để
nghiên cứu các hiện tượng liên quan đến gió và hiệu chỉnh các thiết bị đo gió.
- Phòng thí nghiệm của Khoa Kỹ thuật giao thông thuộc trường Đại học Bách Khoa
Thành phố Hồ Chí Minh
Trong phòng thí nghiệm này có hai loại ống thổi khí động : Ổng thổi khí động
hở và ổng thổi khí động kín có thể sử dụng nghiên cứu, thí nghiệm các mô hình liên
quan đến lĩnh vực Hàng không (Hình 2.3).
a) Ống thổi khí động hở
b) Khu vực thí nghiệm
Hình 2.3 Ống thổi khí động của Trường ĐH Bách Khoa – TP Hồ Chí Minh
- Phòng thí nghiệm gió của Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng
Là một trong phòng thí nghiệm hiện đại nhất hiện nay của Việt Nam được xây
dựng vào năm 2006 nó thuộc dạng ống thổi kín (Closed Circuit Wind Tunnel) theo
phương đứng (cụ thể xem mục 2.1.2.2 trong 2.1.2 và Hình 2.6).
Các phòng thí nghiệm có thể khác nhau về kích thước và mục đích sử dụng
chính nhưng trong đó ống thổi khí động là một trong những bộ phận quan trọng
không thể thiếu.
2.1.2 Ống thổi khí động
2.1.2.1 Giới thiệu chung
Ống thổi khí động bao gồm một ống tạo luồng chính (tùy theo phòng thí
nghiệm, tùy theo loại công trình hay vật thể thí nghiệm thì ống này có kích thước
tiết diện khác nhau), bên trong lắp đặt hệ thống quạt gió để tạo luồng khí, trên
hướng đi của luồng gió có thể có những bàn xoay (dùng để đặt các mô hình thí
nghiệm), có thể đặt thêm các cục tạo nhám, các tấm chắn tạo độ rối, bên ngoài đặt
các thiết bị ghi số liệu, thiết bị đo áp lực, các hệ thống điện tử sử dụng các cảm biến
điện trở, các tín hiệu từ cảm biến được chuyển tới các máy vi tính để ghi lại số liệu,
35
… mà gió tác dụng vào các vật thí nghiệm. Tùy theo cách tiếp cận mà ống khí động
được chia thành một số loại:
+ Theo cấu trúc: Ống khí động kín, ống khí động hở;
+ Theo phương đặt ống: Ống theo phương đứng, ống theo phương ngang
Cách phân loại Ống thổi khí động hở (Open circuit wind tunnel) và Ống thổi khí
động kín (Closed circuit wind tunnel) được dùng nhiều trong các phòng thí nghiệm gió.
a. Ống thổi khí động hở: Là loại ống trong đó luồng gió được tạo ra do các cánh
quạt đặt ngay trong hệ thống ống, sau khi thổi qua khu vực thí nghiệm sẽ được thoát
ra ngoài. Loại ống này có ưu nhược điểm như sau :
+ Ưu điểm: Xây dựng dễ dàng, kinh phí thấp hơn so với ống thổi khí động kín
+ Nhược điểm: Khó kiểm soát được chất lượng luồng gió; bị ảnh hưởng của
nhiệt độ, độ ẩm, môi trường xung quanh …
Một số hình ảnh về ống thổi khí động hở (Hình 2.4)
- Ống thổi khí động hở Học viện nghiên cứu Xây dựng – Trung Quốc ( Hình 2.4a)
Thông số kỹ thuật:
Tiết diện mặt cắt phần thí nghiệm : 4,0m x 3,0m và 6,0m x 3,5m
Chiều dài đoạn thí nghiệm: 22m và 21m
Vòng quay của cánh quạt tối đa 400 vòng/ phút
- Ống thổi khí động hở Trường Đại học Michigan – Mỹ ( Hình 2.4b)
Thông số kỹ thuật:
Tiết diện mặt cắt phần thí nghiệm: 0,61m x 0,61m x 1,22m
Tổng chiều dài ống 8,47m
Tốc độ gió lớn nhất: 49,174m/s
a) Học viện nghiên cứu Xây dựng – Trung Quốc
b) Trường Đại học Michigan – Mỹ
Hình 2.4 Ống thổi khí động hở
b. Ống thổi khí động kín: là loại ống trong đó luồng gió được tạo ra do các cánh
quạt đặt ngay trong hệ thống ống, luồng gió này được thổi qua khu vực thí
nghiệm liên tục và tuần hoàn trong ống. Loại ống này có ưu nhược điểm:
36
+ Ưu điểm: Kín gió, ít bị ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, thời
tiết, năng lượng trong hầm được tận dụng triệt để.
+ Nhược điểm: Chí phí xây dựng đắt hơn do phải chi phí xây dựng thêm hệ
thống hồi không khí. Không khí trong hầm gió loại này liên tục bị làm nóng do ma
sát với các quạt, do đó vào mùa hè thường bị nóng nên cần có hệ thống làm mát để
điều chỉnh nhiệt độ không khí.
Một số hình ảnh về ống thổi khí động kín (Hình 2.5)
- Ống thổi khí động kín Đại học Tekniske – Danmarks ( Hình 2.5a)
Thông số kỹ thuật:
Tiết diện mặt cắt phần thí nghiệm : 2,0m x 2,0m
Tốc độ gió tối đa 25m/s
- Ống thổi khí động kín Đại học Texas Tech ( Hình 2.5b)
Thông số kỹ thuật:
Tiết diện mặt cắt phần thí nghiệm : 1,8m x 1,2m
Tốc độ gió tối đa 45m/s
a) Đại học Tekniske – Danmarks
b) Đại học Texas Tech
Hình 2.5 Ống thổi khí động kín
2.1.2.2 Ống thổi khí động của Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng
Ống thổi khí động của Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng là ống thổi có dạng
kín theo phương đứng, nằm gọn trong không gian nhà thí nghiệm gió bão với kích
thước rộng 8m, dài 35m và chiều cao 9m. Kích thước tiết diện trong lòng ống thổi
của nhánh dưới là 2x2m với phần mở rộng bố trí bàn xoay đường kính 4m, kích
thước tiết diện ống thổi nhánh trên là 2x8,4m, bố trí bàn xoay đường kính 7m, tại vị
trí các bàn xoay có cửa kính lớn để quan sát. Ống thổi này có hệ thống quạt gió công
suất lớn gồm động cơ và bộ điều khiển để tạo ra luồng gió có vận tốc có thể thay đổi
37
liên tục từ 0 đến 50m/s tại vị trí bàn xoay nhỏ và từ 0 đến tối thiểu 12m/s ở vị trí bàn
xoay lớn. Trong ống thổi sử dụng các cục tạo nhám bằng gỗ, thanh chắn, thanh spire
để mô phỏng địa hình và tạo độ rối theo yêu của các công trình thí nghiệm.
Ngoài các thiết bị trên hầm gió này còn được trang bị một thiết bị đo áp lực là
hệ thống DPMS (Dynamic Pressure Measurement System) do công ty TFI sản xuất
(Hình 2.6 ). Thiết bị gồm 04 modul, mỗi modul có 64 kênh, tổng cộng 256 kênh. Hệ
thống này được nối trực tiếp vào máy tính, quá trình thu nhận số liệu được thực hiện
hoàn toàn tự động theo các thông số đặt sẵn.
Hình 2.6 Hình ảnh ống thổi khí động và các thiết bị sử dụng trong ống thổi của
Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng
2.2 Những yêu cầu cơ bản đối với ống thổi khí động thí nghiệm mô hình thu nhỏ
Ống thổi khí động phải có khả năng tạo ra dòng gió có các đặc trưng cơ bản
tương tự như gió ngoài thực tế tại địa điểm xây dựng. Đặc trưng của gió ở hiện
trường bao gồm đặc trưng của dòng gió tới (approach flow), đặc trưng do ảnh
hưởng của dòng gió qua các công trình (vật cản) xung quanh công trình và đặc
trưng của dạng địa hình. Theo các tài liệu [19], [22], [37], [38], [39], [43], [58],[70],
[71] các yêu cầu tối thiểu đối với hầm gió để mô phỏng lớp biên bao gồm:
- Thứ nhất: Phải mô phỏng được thay đổi của vận tốc trung bình (the mean wind
speed) theo chiều cao, ứng với dạng địa hình mà công trình thực sẽ được xây dựng;
- Thứ hai: Phải mô phỏng gần đúng thành phần rối theo phương dòng gió,
phương ngang và phương đứng cũng như tỉ lệ chiều dài rối;
Khu vực bàn xoay lớn
Khu vực bàn xoay nhỏ
38
- Thứ ba: Sự biến đổi về áp suất theo chiều dài của đoạn thí nghiệm phải nhỏ
để không ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm.
Do công trình nhà thấp tầng nằm trong lớp biên sát mặt đất và vì lý do kỹ
thuật chế tạo mô hình nên tỷ lệ mô hình cần phải lớn (ví dụ như 1/50 hay 1/100).
Trong trường hợp này, các tham số như vận tốc tại đỉnh nhà, độ rối của dòng gió
ứng với dạng địa hình đặt công trình là những thông số quan trọng nhất cần phải
đạt được để tiến hành thí nghiệm.
2.3 Cơ sở lý thuyết về thí nghiệm mô hình
2.3.1 Mục đích của thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động
Thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động giúp tìm hiểu các tác động của gió
đến công trình xây dựng hay đến các dạng công trình khác. Đối với các công trình
xây dựng, trong nhiều trường hợp khi tính toán tải trọng gió có nhiều dạng công
trình không có trong các tiêu chuẩn việc tính toán sẽ khó chính xác nên trong nhiều
tiêu chuẩn đã quy định cụ thể cho những trường hợp cần phải thí nghiệm trong ống
thổi khí động [9], [18], [36].
Mục đích của nghiên cứu thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động là:
- Xác định các tải trọng tác động đến công trình dưới tác động của gió;
- Hình dạng của lớp biên (boundary layer profile) và cường độ nhiễu loạn;
- Cường độ / áp lực gió lớn nhất;
- Ảnh hưởng của các công trình xung quanh đến công trình;
- Các phản ứng động học như: hiện tượng cộng hưởng do kích động xoáy (vortex
shedding), hiện tượng galloping, torsional divergence, flutter và buffeting;
- 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 động gió;
- 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 thấp tầng
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: Phân bố áp lực gió lên kết cấu bao che; ảnh
hưởng của cấu tạo và loại vật liệu bao che đến sự phân bố áp lực; xác định áp lực
39
lớn nhất lên kết cấu bao che và sự biến thiên của áp lực này; ảnh hưởng của tương
tác giữa các công trình khi gió thổi qua,…
a) Sự phân bố áp lực gió lên các dạng mái khác nhau
Theo các thống kê về thiệt hại do bão cho thấy, kích thước hình học của nhà
thấp tầng và dạng kết cấu mái có ảnh hưởng rất lớn đến tải trọng gió tác dụng lên
công trình [16], [46], [55], [56], [70], [71]. Các nhân tố này chủ yếu bao gồm tỷ
lệ giữa chiều cao và chiều rộng, kích thước chiều ngang của nhà, lỗ mở trên
tường, góc nghiêng của mái, dạng kết cấu mái (mái bằng, mái nghiêng 1 bên,
nghiêng 2 bên, nghiêng 4 bên, mái dạng răng cưa, mái vòm…).
b) Ảnh hưởng của cấu tạo mái và vật liệu mái đến sự phân bố áp lực
Cấu tạo của mái (diềm mái, tường xây trên mái) và vật liệu mái (ngói; tôn; lớp
bảo ôn, cách nhiệt) đều ảnh hưởng đến sự phân bố của áp lực gió lên mái. Các tài
liệu [16], [46], [56], [70], [71] trình bày các nghiên cứu thí nghiệm trong ống thổi
khí động đối với nhà mái dốc 2 bên có diềm mái nhô ra ngoài, kết quả nghiên cứu
cho thấy hệ số khí động và áp lực cực đại tại mặt trên và mặt dưới vùng xung
quanh diềm mái tăng, mức độ tăng phụ thuộc vào độ dốc và chiều cao của mái.
Robertson [17] đã nghiên cứu so sánh ảnh hưởng của diềm mái vuốt cong với
diềm mái sắc cạnh đối với nhà công nghiệp một tầng. Kết quả cho thấy, diềm mái
cong có tác dụng làm giảm (khoảng 50%) áp lực hút tại khu vực gần diềm mái,
nhưng làm tăng (khoảng 40%) tại khu vực gần đỉnh mái.
Tài liệu [38] so sánh, đánh giá sự phân bố áp lực tại vùng biên và vùng góc của
nhà mái bằng.
Các khảo sát sự hư hỏng mái do gió gây nên đều cho thấy phần lớn hư hỏng là
do gió gây bốc mái hoặc do các vật thể bay theo luồng gió va vào mái. Trong
trường hợp do gió bốc mái, nếu các tấm mái được thiết kế không đảm bảo để chống
lại áp lực hút này thì có thể dẫn đến phá hỏng mái hoặc thậm chí là phá hỏng tổng
thể cả ngôi nhà. Việc nghiên cứu sự phân bố áp lực gió tác lên các loại vật liệu lợp
mái cũng rất quan trọng. Các tài liệu [16], [17], [26], [29], [35], [42], [70], [74] đã
tiến hành nhiều nghiên cứu về lĩnh vực này, kết luận quan trọng thu được là nếu đặt
một lớp trung gian (nhưng không ngăn cản sự lưu thông của luồng khí) giữa lớp vật
liệu lợp và phần kết cấu mái thì có thể làm giảm khá nhiều lực hút của gió lên mái.
40
c) Anh hưởng do tương tác giữa các công trình
Trên thực tế, các nhà thấp tầng thường có hình dạng không hoàn toàn giống nhau,
bố trí cũng không theo một quy luật nào, vì vậy tương tác ảnh hưởng của dòng gió là
không thể bỏ qua. Do đó nghiên cứu ảnh hưởng lẫn nhau giữa các công trình trong
hầm gió cũng là một trong những vấn đề cần được quan tâm.
d) Đánh giá áp lực lớn nhất lên mái và sự biến thiên của áp lực này
Kết quả thực nghiệm cho thấy giá trị áp lực đo được ở vùng góc mái, vùng biên,
vùng đỉnh mái lớn hơn rất nhiều so với áp lực trung bình của cả mái [16], trong cơn
bão các vị trí này chính là nơi xảy ra phá hoại đầu tiên. Sự hình thành áp lực lớn nhất
có liên quan đến sự tách của dòng khí, mặt khác cũng do sự tách của dòng khí gây ra
các vòng xoáy gây ra sự biến thiên của áp lực. Do đó việc nghiên cứu nắm bắt qui luật
của sự phân bố và biến thiên của áp lực gió lớn nhất rất quan trọng.
a) Bay ngói ở góc
b) Bay ngói dọc theo diềm mái
Hình 2.7 Hư hỏng mái ngói
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 cần thiết phải thiết lập các
điều kiện tương tự giữa công trình thực với mô hình thí nghiệm về:
- Mô hình hóa công trình được nghiên cứu sẽ đặt trong ống thổi khí động để thí
nghiệm.
- Mô hình hóa môi trường gió trong ống thổi khí động đặc biệt là môi trường gió
ở khu vực đặt công trình thí nghiệm.
- Mô hình hóa địa hình địa điểm nơi đặt công trình xây dựng trong ống thổi
khí động.
2.3.3.1 Mô hình hóa công trình thí nghiệm
a. Phân loại mô hình và mục đích thí nghiệm
Các loại mô hình và mục đích sử dụng trên được thể hiện trong sơ đồ sau (hình 2.8)
41
Hình 2.8 Sơ đồ các loại mô hình thí nghiệm trong ống thổi khí động và mục
đích sử dụng [28]
a) Phân loại các dạng mô hình; b) Mục đích sử dụng của mô hình
Vật liệu để chế tạo loại mô hình có thể là gỗ, xốp, hợp kim nhôm hoặc tấm
methacrylate metyla như plêxiglat (thuỷ tinh plêxi), lucite, kính Perspex (loại kính
trong, dẻo dai, dùng làm kính máy bay).
b. Lựa chọn tỉ lệ hình học
Theo [19] tỉ lệ hình học của mô hình thí nghiệm cần thỏa mãn các tỉ lệ về đặc
trưng hình học và đặc trưng độ nhám của địa hình như sau:
p
b
m
b
z
L
z
L
00
(2.1)
pg
b
mg
b
z
L
z
L
(2.2)
Các loại mô hình thí nghiệm
Mô hình áp lực cứng Mô hình cứng cân lực đáy
tần số cao
Mô
hình
cứng
Mô hình khí
động đàn
hồi cứng
Mô hình khí
động đàn hồi
cứng mô phỏng
sự xoắn
xxxoxop
Đo các lực, đặc
trưng động lực
(rung lắc), hệ số
gió giật
Mô hình
cứng cân lực
đáy có một
điểm đo
Mô hình
cứng cân lực
đáy có nhiều
điểm đo
Nghiên cứu ảnh
hưởng của môi
trường xung
quanh công trình
Nghiên cứu
về ô nhiễm
môi trường
Nghiên cứu
áp lực bề
mặt
Đo mô men
xoắn, uốn tại
mặt đáy
Đo gia tốc
tại các tầng
Đo mô men
uốn tại mặt
đáy theo trục
X,Y và mô
men xoắn theo
trục Z
Mô hình khí động đàn hồi
Mô hình
khí động
đàn hồi
mềm
Đo lực và
Nghiên cứu hiệu
ứng uốn, xoắn
của công trình
Đo lực và độ
xoắn độc lập
của các phần
công trình
a)
b)
pt
b
mt
b
L
L
L
L
(2.3)
42
trong đó:
Lb - kích thước đặc trưng của công trình hoặc kết cấu;
zo - chiều dài độ nhám đàn hồi khí của địa hình, phụ thuộc vào dạng địa hình, tra
bảng chiều dài độ nhám khí động cho các dạng địa hình (tùy theo tiêu chuẩn từng
nước thể hiện ví dụ ở Bảng 2.1 hoặc Bảng 2.2);
zg - chiều cao gió gradient của lớp nền; Lt - tỉ lệ rối; m và p ký hiệu cho mô hình và
nguyên hình.
Bảng 2.1 Chiều dài độ nhám bề mặt cho các dạng địa hình theo TC AIJ-RLB 2004
Dạng
địa
hình
Mô tả địa hình Chiều dài độ
nhám – z0 (m)
I Địa hình mở khu vực không có vật cản, biển, hồ 0,0014
II Địa hình mở, ít vật cản, đồng cỏ, khu vực nông thôn 0,04
III Địa hình cây cối rậm rạp, ít nhà cao từ 4-9 tầng, khu vực ngoại ô. 0,21
IV Khu vực thành phố có nhiều nhà cao từ 4-9 tầng 0,78
V Khu vực thành phố nhiều nhà cao từ 10 tầng trở lên 1,82
Bảng 2.2 Chiều dài độ nhám bề mặt cho các dạng địa hình theo TCVN 2737:1995
Dạng
địa
hình
Mô tả địa hình Chiều dài độ
nhám– z0 (m)
A
Địa hình trống trải, không có hoặc có rất ít vật cản cao không
quá 1,5m ( bờ biển thoáng, mặt sông, hồ lớn, đồng muối,
cánh đồng không có cây cao…)
0,002
B
Địa hình tương đối trống trải, có một số vật cản thưa thớt cao
không quá 10m ( vùng ngoại ô ít nhà, thị trấn, làng mạc, rừng
thưa hoặc rừng non, vùng trồng cây thưa …)
0,02
C Địa hình bị che chắn mạnh, có nhiều vật cản sát nhau cao từ
10m trở lên (trong thành phố, vùng rừng rậm…) 2
Các tỉ lệ hình học thường được sử dụng trong các nghiên cứu về các hiệu ứng
gió đối với các công trình và các kết cấu lớn từ 1:300 đến 1:600. Với các công trình
và kết cấu nhỏ có thể lựa chọn tỉ lệ từ 1: 100 hoặc lớn hơn [19].
43
Ngoài các điều kiện về tỉ lệ nêu ở trên, thì tỉ lệ mô hình được chọn cần phải thỏa
mãn thêm các phương trình tương tự dưới đây và phải đảm bảo độ choán của nó
trong ống thổi khí động.
- Mô hình áp lực cứng
Mô hình cứng được dùng để đo áp lực bề mặt, đo mô men thì cấu tạo mô hình
thí nghiệm phải thỏa mãn các phương trình tương tự sau:
Dp = m.Dm (2.4)
Ap = m2. A m (2.5)
Rep = Rem (2.6)
trong đó: Am- diện tích chắn gió của mô hình; 1/m – tỉ lệ mô hình;
Dp - kích thước (chiều dài hoặc rộng hoặc cao) công trình thực;
Dm - kích thước (chiều dài hoặc rộng hoặc cao) mô hình;
Rep - số Reynolds công trình thực; Rem - số Reynolds của mô hình.
- Mô hình khí động đàn hồi – Mô hình cân áp lực đáy tần số cao
+ Mô hình loại này cần thỏa mãn 2 điều kiện tương tự (2.4) và ( 2.6) đồng thời phải
thỏa mãn thêm các điều kiện tương tự sau:
(E/D)p = (E/D)m (2.7)
(ρs)p = (ρs)m (2.8)
+ Mô hình đàn hồi khí dùng thí nghiệm nghiên cứu lực khí động, khi kể đến dao
động của công trình ngoài việc thỏa mãn các phương trình (2.4); (2.8) còn phải thỏa
mãn thêm các phương trình tương tự sau:
Ep = m.Em (2.9)
np = m .nm (2.10)
δp = δm (2.11)
trong đó: Ep- mô đun đàn hồi của công trình thực; Em - mô đun đàn hồi của mô hình;
(ρs)p- khối lượng riêng của công trình thực; (ρs)m- khối lượng riêng của mô hình;
δp, δm - số độ cản của công trình thực; δm - số độ cản của mô hình;
np, nm - tần số dao động riêng của công trình thực và của mô hình.
c. Xác định tỉ lệ độ choán của mô hình trong ống thổi khí động
Theo phương của luồng gió, khi kích thước mô hình tương đối lớn so với kích
thước tiết diện ngang của khu vực thí nghiệm trong ống thổi khí động thì sẽ làm cho
44
dòng gió khi thổi qua mô hình sẽ bị nhiễu. Vì vậy mô hình cần có tỉ lệ độ choán (tỉ số
của diện tích mặt đón gió của mô hình công trình hoặc kết cấu với tiết diện ngang tại
khu vực thí nghiệm của ống thổi khí động theo tỉ lệ phần trăm) phù hợp với ống thổi
khí động. Tỉ lệ độ choán thích hợp thường lấy không quá 5%. Khi độ choán từ 5%
đến 10% thì hiệu ứng tăng tốc của dòng khí cần phải xem xét và kể đến [19].
2.3.3.2 Mô hình hóa môi trường gió
a. Mô hình hóa lớp biên (ABL) trong ống thổi khí động
Để tiến hành thí nghiệm, trước hết phải tạo được trong ống thổi khí động dòng
khí mô phỏng được các đặc trưng cơ bản của luồng gió tới trong tự nhiên ở khu vực
xây dựng, bao gồm:
- Sự thay đổi vận tốc gió trung bình theo chiều cao và cường độ của thành phần rối
theo phương dọc luồng gió ứng với dạng địa hình mà công trình thực được xây dựng;
- Độ rối của không khí, đặc biệt là tỉ lệ chiều dài của thành phần rối theo phương
dọc cần được mô hình hóa tương tự như tỉ lệ đã sử dụng trong mô hình hóa công
trình thí nghiệm;
- Sự biến đổi về áp suất theo chiều dài của khu vực thí nghiệm phải đủ nhỏ để
không ảnh hưởng đến các kết quả thí nghiệm.
Để tạo được các đặc trưng của dòng gió tới ở khu vực thí nghiệm người ta sử
dụng một số thiết bị như tấm chắn tam giác (spire), tấm tạo xoáy (roughness), tấm
chắn (fence). Các thiết bị này được đặt tại đầu vào của các khu vực thí nghiệm để
tạo nên các dòng khí nhiễu loạn và chảy đều tại khu vực có thí nghiệm [19].
b. Lựa chọn tỉ lệ vận tốc gió
Đối với các thí nghiệm khí đàn hồi, tỷ lệ về vận tốc gió tác động lên mô hình và
nguyên hình cần thỏa mãn công thức sau:
m
p
V
V[
p
m
effp
effm
E
E
] 2
1
(2.12)
trong đó
m - khối lượng riêng của mô hình; p - khối lượng riêng của công trình thực;
Vm - vận tốc gió trong phòng thí nghiệm; Vp - vận tốc gió thực;
Eeff – mô đun hiệu dụng (tùy loại mô hình);
với:
45
Mô hình khí động đàn hồi cứng: Eeff = E;
Mô hình khí động đàn hồi mô phỏng xoắn: Eeff = EA/L2
hoặc EI/L4;
E - mô đun đàn hồi; A – diện tích mặt cắt ngang;
I – mô men quán tính hoặc hằng số xoắn; L – kích thước tổng thể đặc trưng.
Đối với các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường gió đến người đi
bộ và các lực khí động học tại các vùng cục bộ hoặc lực khí động lên toàn bộ công
trình và kết cấu, thì tỉ lệ vận tốc có thể lựa chọn là bất kỳ sao cho đảm bảo sự tương
tự về khí động lực giữa mô hình và công trình thực tế. Khi đó tỉ lệ vận tốc gió được
xác định sao cho tiện dụng trong thí nghiệm và phù với năng lực của thiết bị [19].
c. Xác định số Reynolds
Việc xác định chính xác số Reynolds cho dòng khí tới khi thí nghiệm mô hình
trong ống thổi khí động là khó thực hiện được. Giá trị của số Reynolds của dòng gió
tới được xác định theo công thức:
Re = VD/ (2.13)
trong đó: V - vận tốc gió; D - kích thước công trình; - độ cản nhớt của công trình.
Số Re thường được kể đến khi các công trình thí nghiệm có dạng hình tròn hoặc
có dạng mặt cong, các công trình nghiên cứu về khí đàn hồi [19].
d. Lựa chọn tỉ lệ thời gian thí nghiệm
Thời gian lấy số liệu trong phòng phải thỏa mãn điều kiện sau :
Tr = Tgmh
/Tgth
= np/nm
(2.14)
trong đó : Tgmh
- thời gian thí nghiệm trong ống thổi khí động; Tgth
- thời gian thí
nghiệm ngoài thực tế; nm - tần số giao động riêng của mô hình; nm = 1/Tmh
; Tmh
–
chu kỳ dao động riêng của mô hình.
Từ công thức trên ta thấy,việc lựa chọn thời gian thí nghiệm liên quan nhiều đến
các đối tượng là các công trình cao và kết cấu mềm.
Ngoài ra để số liệu thu được đạt được độ tin cậy cần thiết thì việc lựa chọn thời
gian thí nghiệm cho mỗi hướng gió cũng phải đủ dài, theo kinh nghiệm thông thường
thì thời gian thí nghiệm cho mỗi hướng gió tối thiểu là 10 phút.
2.3.3.3 Mô hình hóa môi trường gió phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam
Từ các điều kiện về dạng địa hình, địa điểm xây dựng công trình tra bảng phân
vùng áp lực gió theo địa danh hành chính trong tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 ta có
46
vùng áp lực gió cần phải mô hình hóa để thí nghiệm. Các yêu cầu chính cần phải
thiết lập cho môi trường gió trong ống thổi khí động là như sau:
a. Biểu đồ vận tốc gió (Wind velocity profile)
Theo tiêu chuẩn TCXD 229:1999 ta xác định được các đặc trưng về độ cao
gradient Zg và số mũ α của hàm biến thiên vận tốc gió theo độ cao:
Bảng 2.3 Độ cao Gradient Zg và hệ số α
Dạng địa hình Zg α
A 250 0,07
B 300 0,09
C 400 0,14
Theo tiêu chuẩn Việt Nam - TCXD 229:1999 ta có biến thiên vận tốc gió theo
độ cao thỏa mãn điều kiện (2.15).
gg
Z
ZbV
ZV
(2.15)
trong đó : Zg - độ cao gradient của một dạng địa hình;
Vz , Vg - vận tốc gió ở độ cao Z và độ cao gradient;
b - hệ số điều chỉnh theo dạng địa hình; Với địa hình dạng A: 1,09; B: 1 và C: 0,81
Ứng với độ cao z = 10 m, thay vào công thức (2.15) ta có:
10
10
g
gZbV V
(2.16)
Từ (2.16) ta rút ra được Vg, sau đó thay vào (2.15) ta có công thức để xác định
profile vận tốc gió theo độ cao Z, tính theo vận tốc gió ở độ cao 10 m:
10 10
z ZbV
V
(2.17)
Thay các giá trị của b , α và Zg vào (2.17) ta lập được biểu đồ vận tốc thay đổi
theo chiều cao.
b. Biểu đồ độ rối (Turbulence intensity profile)
Độ rối theo chiều cao là một một thông số quan trọng trong việc tạo môi trường
trong hầm gió, ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả thí nghiệm. Do tiêu chuẩn Việt Nam
không có các chỉ dẫn liên quan đến biểu đồ độ rối của gió theo chiều cao, sau khi
tham khảo các công thức tính toán độ rối của gió của một số tiêu chuẩn trên thế giới
47
và tham khảo một số thí nghiệm mô hình thu nhỏ được thực hiện trong ống thổi khí
động của Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng đã sử dụng công thức tính độ rối
theo tiêu chuẩn của Nhật Bản nên chọn công thức trong tiêu chuẩn Nhật Bản AIJ-
RLB 2004, Chương 6 [18] để xác định độ rối của gió theo chiều cao cụ thể như sau
Độ rối tại độ cao Z được xác định theo công thức (2.18) [18]:
z rz gII I E (2.18)
trong đó :
Irz - độ rối tại độ cao Z của dạng địa hình bằng phẳng, xác định theo (2.19);
0 05
gg
0 05
g
0 1
0 1
.
.
.
.
b
bb
rz
ZZZ Z
ZI
ZZ Z
Z
(2.19)
Zb – chiều cao tham chiếu.
EgI - hệ số điều chỉnh địa hình. Với địa hình bằng phẳng EgI = 1; với các dạng
địa hình khác EgI xác định theo công thức (2.20):
gg
IIE
EE
(2.20)
trong đó:
EI - hệ số địa hình cho độ lệch chuẩn của tốc độ gió dao động, tính theo công thức (2.21):
1 2 3 2 31 1 exp 1( ) ( )Is s
Z ZC C C C CE
H H
và EI ≥ 1 (2.21)
Eg - Hệ số địa hình theo vận tốc gió trung bình, tính theo công thức (2.22):
g 1 2 3 2 31 1 exp 1( ) ( )s s
Z ZC C C C CE
H H
và Eg ≥ 1 (2.22)
với : C1, C2, C3 - thông số xác định hệ số địa hình lấy theo [18], phụ thuộc vào dạng
địa hình, góc θs và tỉ số Xs/Hs
Hs - Chiều cao của dạng địa hình; Xs - khoảng cách từ phía đỉnh trên cùng của địa
hình đến vị trí công trình xây dựng (Hình 2.9 hoặc 2.10).
48
Hình 2.9 Địa hình dạng vách đứng
Hình 2.10 Địa hình dạng gò đồi
c. Thiết lập các biểu đồ profile vận tốc gió và biểu đồ độ rối theo chiều cao theo lý thuyết
Bằng các các công thức từ (2.15) đến (2.22), ta sẽ lập được các biểu đồ profile vận tốc
gió và biểu đồ độ rối theo chiều cao Z, ứng với các dạng địa hình ở địa điểm xây dựng.
Hình 2.11 và 2.12 cho biểu đồ profile vận tốc gió và biểu đồ độ rối ứng với dạng
địa hình A của TCVN 2737:1995, áp lực gió thuộc vùng IV.B
Hình 2.11 Biểu đồ profile vận tốc gió lý
thuyết theo chiều cao của dạng địa hình A
Hình 2.12 Biểu đồ độ rối của gió lý thuyết
theo chiều cao của dạng địa hình A
Để tạo được môi trường trong ống thổi khí động có các đặc trưng profile vận tốc
gió và biểu đồ độ rối, theo chiều cao Z, giống với các biểu đồ lý thuyết trên thì cần sử
dụng các dụng cụ hỗ trợ là các thanh công cụ như tấm chắn hình tam giác (thanh spire),
cục tạo nhám (roughness) và thanh chắn dạng hàng rào (fence), (Hình 2.13).
Hình 2.13 Công cụ tạo môi trường gió trong ống thổi khí động
2.3.3.4 Mô hình hóa địa hình
a. Mô hình hóa ảnh hưởng của địa hình địa điểm xây dựng
Tấm chắn tam giác
(Spire)
V(z)/V(H)
Độ c
ao Z
(m
)
Độ c
ao Z
(m
)
Cục tạo
nhám
(roughness)
Thanh chắn
dạng hàng
rào (fence)
Irz
49
Để mô hình hóa ảnh hưởng của địa hình địa điểm xây dựng trong ống thổi khí
động thì cách tốt nhất là xây dựng các mô hình địa hình thu nhỏ. Tỉ lệ thu nhỏ của mô
hình địa hình thường chọn từ 1:1000 đến 1:5000. Các số liệu nghiên cứu trên các mô
hình tỉ lệ này là cơ sở để xây dựng các mô hình có tỉ lệ lớn hơn khi nghiên cứu ảnh
hưởng của địa hình địa điểm xây dựng đối với công trình và kết cấu khác [19].
b. Mô hình hóa ảnh hưởng của các công trình lân cận
Các công trình, các kết cấu và các đặc điểm địa hình quan trọng ở gần có ảnh
hưởng đến sự thay đổi của dòng khí tới cần được mô phỏng cụ thể. Trong trường hợp
vị trí đặt công trình có các công trình lân cận, thì các công trình này trong bán kính từ
300 đến 800m từ công trình thí nghiệm cần được mô phỏng theo đúng tỉ lệ của mô
hình và bố trí trên cùng bàn xoay trong ống thổi khí động. Các mô hình lân cận này
chỉ cần mô phỏng theo hình dáng khối của công trình là được [19] (Hình 2.14).
Hình 2.14 Công trình lân cận mô phỏng dạng khối
2.4 Thiết lập qui trình thí nghiệm mô hình nhà thấp tầng trong ống thổi khí
động phù hợp với điều kiện Việt Nam
Từ các cơ sở lý thuyết liên quan đến thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí
động trình bày ở trên ta xây dựng qui trình để tiến hành thí nghiệm mô hình trong
ống thổi khí động xác định các thông số liên quan đến áp lực gió như sau:
Bước 1: Lựa chọn dạng mô hình thí nghiệm
Để lựa chọn dạng mô hình thí nghiệm ta căn cứ vào mục đích, đối tượng của
việc nghiên cứu thí nghiệm:
+ Nếu nghiên cứu các áp lực bề mặt, khả năng gây ô nhiễm cho môi trường hay
những nghiên cứu về ảnh hưởng của môi trường xung quanh đến công trình thì lựa
chọn dạng mô hình áp lực cứng.
Hình khối
Công trình
xung quanh
Công trình
thí nghiệm
+ Nếu nghiên cứu hiệu ứng uốn, xoắn và sự xoắn độc lập giữa các phần của
công trình và thì lựa chọn mô hình khí động đàn hồi cứng mô phỏng xoắn.
50
+ Nếu nghiên cứu xác định giá trị áp lực hoặc tải trọng gió trung bình ứng với
thành phần tĩnh của gió, các đặc trưng động lực của gió như rung lắc và hệ số gió
giật thì lựa chọn mô hình khí đàn hồi cứng.
+ Nếu nghiên cứu xác định giá trị áp lực hoặc tải trọng gió trung bình ứng với
thành phần tĩnh của gió và các đặc trưng động lực của gió như rung lắc cho các
dạng công trình có hình dạng và độ cứng phân bố không đều thì lựa chọn mô hình
khí đàn hồi mềm.
+ Nếu nghiên cứu các áp lực bề mặt, đo mô men xoắn, mô men uốn tại mặt đáy
và đo gia tốc tại các tầng thì sử dụng mô hình cứng cân áp lực tần số cao.
Tuy nhiên, hai loại mô hình khí động đàn hồi và cân áp lực đáy tần số cao
thường được dùng cho các thí nghiệm của công trình cao tầng.
Bước 2: Lựa chọn vật liệu làm mô hình
a. Vật liệu chính: Có thể bằng gỗ, xốp, hợp kim, nhôm hoặc bằng nhựa methyl
methacrylate (với tên thường gọi Plexiglas, Lucite hoặc Perspex).
- Vật liệu gỗ:
Ưu điểm: rẻ, dễ gia công.
Nhược điểm: khó quan sát các thiết bị bên trong mô hình, khó chế tạo các mô
hình phức tạp.
- Vật liệu nhựa:
Ưu điểm: dễ tạo hình, dễ quan sát các thiết bị bên trong mô hình;
Nhược điểm: đắt hơn vật liệu gỗ.
b. Vật liệu phụ: Các viên chì để tạo khối lượng; Các thanh và tấm nhựa để làm mô
hình; Các loại keo, đinh để liên kết.
Bước 3: Tính toán lựa chọn tỉ lệ mô hình thí nghiệm
Sau khi lựa chọn được dạng mô hình thí nghiệm, vật liệu chế tạo mô hình ta tính
toán lựa chọn tỉ lệ hình học cho mô hình, tỉ lệ này phải đảm bảo các điều kiện sau:
+ Thỏa mãn các điều kiện về tỉ lệ mô hình theo các công thức từ 2.1 đến 2.11;
+ Thỏa mãn điều kiện độ choán trong ống thổi khí động ≤ 5%.
Bước 4: Tính toán lựa chọn số Reynold (Re)
Việc lựa chọn số Re phụ thuộc vào hình dáng của công trình hay kết cấu thí
nghiệm, thông thường với các công trình hay kết cấu có dạng hình tròn hoặc vuốt cong
thì cần tính toán lựa chọn tỉ lệ số Re này. Số Re được tính theo công thức 2.13.
51
Bước 5: Tính toán lựa chọn tỉ lệ vận tốc gió thí nghiệm
Thông thường khi nghiên cứu thí nghiệm bằng mô hình khí động đàn hồi, với
mô hình cứng cân lực đáy tần số cao thì ta có thể sử dụng công thức 2.12 để tính
toán. Còn đối với các dạng công trình thấp tầng, độ cứng công trình lớn thì tỉ lệ vận
tốc được chọn theo kinh nghiệm thông thường từ 1/5 đến 1/4.
Ngoài ra, tỉ lệ vận tốc được chọn phải phụ thuộc vào năng lực và điều kiện làm
việc của các thiết bị thí nghiệm đặc biệt là thiết bị đo áp lực của ống thổi khí động
sử dụng để thí nghiệm.
Bước 6: Tính toán lựa chọn tỉ lệ thời gian lấy số liệu thí nghiệm
Trong trường hợp nghiên cứu thí nghiệm với các dạng công trình cao, kết cấu
mềm hay các dạng công trình có thể tính được tần số dao động thì ta sử dụng công
thức 2.14 để tính thời gian thí nghiệm trong ống thổi khí động. Đối với trường hợp
khác như các nghiên cứu mô hình áp lực cứng thường lấy sao cho đủ dài để các số
liệu thu được đảm bảo độ tin cậy. Thời gian này có thể lấy trong khoảng từ 10 phút
đến 1 giờ [19].
Bước 7: Mô hình hóa môi trường gió phù hợp với Tiêu chuẩn Việt Nam
Bằng các các công thức từ (2.15) đến (2.22), ta sẽ lập được các biểu đồ profile
vận tốc gió và biểu đồ độ rối theo chiều cao Z, ứng với các dạng địa hình ở địa điểm
xây dựng. Ví dụ như hình 2.11 và 2.12 cho biểu đồ profile vận tốc gió và biểu đồ độ
rối ứng với dạng địa hình A của TCVN 2737:1995, vùng áp lực gió IV.B.
- Sau khi xây dựng được các profile trên ta tạo môi trường trong ống thổi khí động
để đạt được các biểu đồ vận tốc và độ rối sát với tính toán theo lý thuyết bằng cách sử
dụng các dụng cụ hỗ trợ như tấm chắn hình tam giác, cục tạo nhám và thanh chắn
dạng hàng rào (Hình 2.13).
+ Thanh chắn tam giác (spire) có tác dụng tạo profile vận tốc gió gần giống với
gió ngoài thực tế.
+ Cục tạo nhám (roughness element) và thanh chắn hàng rào (fence) có tác
dụng tạo nên độ nhám gần với độ nhám của dạng địa hình đặt công trình và tạo nên
độ rối của dòng gió gần với thực tế.
52
Việc sử dụng các công cụ hỗ trợ như thanh spire, cục tạo nhám, thanh chắn
trong quá trình tạo môi trường gió trong ống thổi khí động được bắt đầu từ những
năm 1960, tuy nhiên phải đến năm 1981 Irwin [40] mới đề xuất được công thức để
xác định kích thước và khoảng cách của các thanh spire trong hầm gió, các công
thức này được thiết lập dựa trên thực nghiệm liên quan đến chỉ số mũ của profile
vận tốc gió.
Hình 2.15 Thanh Spire và tấm tạo nhám
trong khu vực thí nghiệm [40]
Hình 2.16 Một dạng tấm spire [40]
h = 1,39 Zg /(1+ α/2) (2.23)
b/h = 0,5[ψ (H/zg)/(1+ ψ )](1+ α/2) (2.24)
trong đó
ψ= β{[2/(1+2α)] + β – [1,13α/(1+α)(1+α/2)]}/(1- β)2 (2.25)
β = (Zg/H)α/(1+ α) (2.26)
H - chiều cao khu vực thí nghiệm của ống thổi khí động;
α - hàm số mũ xác định theo bảng A1- tiêu chuẩn TCVN 229:199;
Zg - Chiều cao gradient phụ thuộc vào dạng địa hình.
Các công thức trên chỉ phù hợp với việc mô phỏng toàn bộ lớp biên trong ống
thổi, nghĩa là thích hợp với tỷ lệ thu nhỏ mô hình khoảng từ 1/200~1/500.
Về việc thiết kế cục tạo nhám, trong tài liệu [45], Jia Yunjiu có tổng kết một số
nghiên cứu của Lettau, Kondo và Yamazawa trong việc xây dựng quan hệ giữa mật
độ cục tạo nhám (density of roughness elements) và chiều dài nhám (roughness
length), đồng thời cũng xây dựng công thức của riêng mình về quan hệ này. Tuy
nhiên, công thức này chỉ áp dụng cho cục tạo nhám hình lập phương.
U=Ug
gz
z
U=Ug
Tấm tạo nhám- Roughness
Thanh Spire
53
Trong tài liệu [52], tác giả cũng đã tổng kết một cách khá chi tiết về vấn đề tạo
môi trường gió trong ống thổi khí động, trong đó cũng có trình bày nghiên cứu của
Irwin (1981) và một số các nghiên cứu khác của Ohkuma (1986), Ishizaki (1986),
Liu (2003) về vấn đề này. Tác giả trong khi thực hiện, trước tiên dựa vào công thức
của Irwin để xác định kích thước của các thanh spire, đối với việc xác định kích
thước cục tạo nhám, tác giả đều phải thực hiện qua các bước thử (trial and error) để
tiệm cận dần đến kết quả mong muốn và cũng đã khẳng định đây là một quá trình
mất rất nhiều thời gian. Tài liệu [53] cũng trình bày qui trình tương tự.
Tóm lại, đến thời điểm hiện tại vẫn chưa có một quy luật chung để thiết kế, bố trí
các công cụ hỗ trợ như spire, cục tạo nhám cho mọi hầm gió. Do đó luận án đã dựa vào
những tài liệu tham khảo nêu trên, đồng thời tham khảo cấu hình thí nghiệm của các thí
nghiệm đã thực hiện trong phòng thí nghiệm gió của Viện Khoa học Công nghệ xây
dựng để xác định kích thước và bố trí các công cụ hỗ trợ này. Cụ thể như sau: Hình
2.17 kích thước các thanh công cụ hỗ trợ, Hình 2.18 và 2.19 là so sánh profile vận tốc
gió và độ rối của các công cụ hỗ trợ (thanh chắn tam giác (spire), hệ thống cục tạo
nhám, thanh fence) với các profile theo dạng địa hình địa điểm xây dựng).
85
240
2020
a) Thanh Spire - bằng gỗ
5050
5050
50
100
150
5050
5050 50
5050
5050
5050
50
2000
b) Thanh chắn Fence – bằng gỗ
20 60
20 202
0
20 20
2020
2020
2020
1600
1200
60
60
c) Tấm tạo nhám (Roughness) – bằng gỗ (6 tấm)
Hình 2.17 Kích thước các thanh công cụ hỗ trợ
54
Hình 2.18 So sánh profile của vận tốc
gió thu được theo cấu hình thiết lập
với profile lý thuyết dạng địa hình A
Hình 2.19 So sánh profile độ rối thu
được theo cấu hình thiết lập với
profile lý thuyết dạng địa hình A
Từ các biểu đồ so sánh trên, theo các tài liệu [19], [22] thì các kích thước và vị trí
của thanh công cụ hỗ trợ như vậy là đạt yêu cầu.
Bước 9: Tiến hành thí nghiệm và ghi kết quả
Sau khi chế tạo xong mô hình, mô hình hóa môi trường gió, mô hình hóa địa
hình trong ống thổi khí động thì ta tiến hành thí nghiệm và ghi kết quả.
Thí nghiệm đo áp lực lên mái với các hướng gió khác nhau.
Số lượng hướng gió để tiến hành thí nghiệm lấy số liệu phụ thuộc vào hình dạng
của công trình:
9200
4200
1
100
100
9000
2
a b
00 15
0
300
450
600
750
900
1050
1200
1350
1500
1650
1800
2400
2250
2100
1950
2550
2700
2850
3000
3150
3300
3450
giã
a) Mô hình không đối
xứng
00 15
0300
450
600
750
900
1050
1200
1350
1500
1650
1800
giã
1
9000
2
45
00
60
00
45
00
60
00
a
b
c
b) Mô hình đối xứng một
phương
00 15
0
300
450
600
750
900
giã
c) Mô hình đối xứng hai
phương
Hình 2.20 Các hướng gió tác dụng – Hướng gió thay đổi 15
0
Độ
cao
Z (
m)
Độ c
ao Z
(m
)
V(z)/V(H)
+ Nếu công trình không đối xứng thì phải thí nghiệm với các hướng gió từ 00 đến
3600, các góc quay thông thường cho mỗi vị trí là 10
0 hoặc 15
0 (Hình 2.20a).
55
+ Nếu công trình đối xứng theo 1 phương thì chỉ cần thí nghiệm với các hướng gió
từ 00 đến 180
0, các góc quay cho mỗi vị trí cũng là 10
0 hoặc 15
0 (Hình 2.20b).
+ Nếu công trình đối xứng theo 2 phương thì chỉ cần thí nghiệm với các hướng gió
từ 00 đến 90
0, các góc quay cho mỗi vị trí cũng là 10
0 hoặc 15
0 (Hình 2.20c).
Với mỗi hướng gió, tiến hành đo 10 lần. Ta sẽ có được tổng số bộ dữ liệu bằng
số hướng gió nhân với 10 lần đo. (Với các ví dụ trên lần lượt ta có được 240 hoặc
130 hoặc 70 bộ dữ liệu hệ số lực gió).
Bước 10: Xử lý số liệu và đánh giá kết quả.
a. Xử lý số liệu
Áp lực gió phụ thuộc vào nhiều yếu tố như dạng địa hình, vận tốc gió, hình dáng
kiến trúc của công trình hay nói cách khác áp lực gió phụ thuộc vào áp lực tiêu chuẩn
W0, hệ số thay đổi chiều cao k, hệ số áp lực C. Như vậy với một công trình có kiến
trúc, vị trí xây dựng cụ thể thì để làm thay đổi được áp lực gió lên công trình ta cần làm
thay đổi hệ số áp lực C. Do đó để đơn giản trong đánh giá hiệu quả của giải pháp lựa
chọn và để dễ dàng so sánh với các tiêu chuẩn thiết kế thì các kết quả thu được tại các
vị trí đầu đo sẽ được quy đổi thành hệ số áp lực gió. Áp lực gió trên công trình có giá
trị thay đổi theo thời gian và có tính chất ngẫu nhiên (Hình 2.21), vì thế phương pháp
xác suất được sử dụng để xác định các hệ số áp lực. Sau đây trình bày các vấn đề cơ
bản liên quan đến xử lý số liệu thí nghiệm.
Hình 2.21 Sự thay đổi hệ số áp lực gió theo thời gian (Holmes [46])
a1. Các hệ số áp lực
Các hệ số áp lực có liên quan đến điều kiện gradient (gradient conditions) [16], [19].
pC
pC
( )ptC
pC
Thời gian (t)
56
- Hệ số áp lực trung bình (Mean Pressure Cofficient)
qg
T
dttpT
pC
0
)(1
(2.27)
- Hệ số áp lực RMS (Root Mean Square Pressure Cofficient)
qC
g
T
p
dtptpT
21
0
2
'
)(1
(2.28)
- Hệ số áp lực lớn nhất (Maximum Pressure Cofficient)
q
p
gC p
max (2.29)
- Hệ số áp lực nhỏ nhất (Minimum Pressure Cofficient)
q
p
gC p
min (2.30)
Ở đây, tất cả các áp lực được hiểu là áp lực chênh lệch xét đối với áp lực tính tại
độ cao gradient.
trong đó:
p(t) - áp lực tức thời; p - áp lực trung bình theo thời gian;
pmax - áp lực lớn nhất đo được trong khoảng thời gian lấy số liệu;
pmin - áp lực nhỏ nhất đo được trong khoảng thời gian lấy số liệu;
Vqgg
2
1 - áp lực động trung bình tham chiếu tại khu vực dòng gió tự do
(không chịu ảnh huởng của bề mặt) phía trên lớp biên;
t - thời gian; T - khoảng thời gian lấy số liệu;
V g
- vận tốc gió trung bình tham chiếu tại khu vực dòng gió tự do (không chịu
ảnh huởng của bề mặt) và vận tốc này tương ứng với vận tốc gradient (trung bình
trong 10 phút) ở thực tế.
a2. Việc nâng cao độ tin cậy và xử lý kết quả thí nghiệm
Muốn đạt được kết quả thí nghiệm có độ tin cậy cao thì thời gian cho mỗi lần đo
phải đủ dài để tạo ra sự ổn định cần thiết của số liệu. Kinh nghiệm cho thấy thời
57
gian cho mỗi lần đo (cho 1 huớng gió) phải tương đương với 10 phút đến 1 giờ cho
công trình thực thì số liệu thu được mới đạt được độ tin cậy cần thiết.
Hiện tại có một vài phương pháp thường được sử dụng để xác định hệ số áp lực
lớn nhất pC
và nhỏ nhất pC
[41], [59], [60], [61], [63]. Phương pháp Cook &
Mayne [60] với việc sử dụng phương pháp điều chỉnh Leiblein (Leiblein fitting
method, còn gọi là phương pháp BLUE [61]) với hàm giá trị cực đại loại I
(Extreme Value Type I) được lựa chọn khi xác định các hệ số cực đại này dựa trên
các bộ dữ liệu cho mỗi hướng gió (như đã trình bày ở trên).
b. Đánh giá kết quả
Sau khi có kết quả tùy thuộc vào mục đích của nghiên cứu thí nghiệm để có
những đánh giá và so sánh một cách cụ thể.
Bước 11. Kết luận và kiến nghị
Dựa trên những đánh giá và so sánh ở trên ta đi đến kết luận và đưa ra những
kiến nghị một cách cụ thể.
Từ quy trình thí nghiệm mô hình trong ống thổi như ở trên, chúng ta khái quát
hóa thành sơ đồ mô tả quy trình tổng quát tiến hành thí nghiệm xác định hệ số áp
lực gió lên mái dốc của nhà thấp tầng như ở Hình 2.22 và 2.23
Qua các vấn đề được trình bày trong chương 2, thấy rằng:
- Từ một số nội dung liên quan đến việc thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí
động đã được nêu một cách rời rạc trong nhiều tài liệu khác nhau, luận án đã hệ
thống hóa và thiết lập được quy trình tổ chức thí nghiệm xác định hệ số áp lực gió
lên kết cấu công trình nói chung và kết cấu mái của nhà thấp tầng nói riêng phù hợp
với các tiêu chuẩn Việt Nam và điều kiện thiết bị 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 công trình thấp
tầng thì các thông số quan trọng ảnh hưởng nhiều đến kết quả thí nghiệm là:
+ Tỉ lệ mô hình; thời gian lấy số liệu; tỉ lệ vận tốc; hướng gió thí nghiệm.
+ Mô hình hóa môi trường;
+ Mô hình hóa địa hình xung quanh.
58
M«
Chän
tØ
lÖ
m« h
×nh
ChÕ
t¹o
m«
h×n
h
¤ n
hiÔ
m
m«
i tr
ê
ng
C¸c
ng
hiª
n c
øu
¶n
h
h
ën
g c
ña
m«
i tr
ê
ng
xung q
uan
h
M« h
×nh t
hÝ
ng
hiÖ
m
X¸c
lËp
pro
file
VËn
tè
c g
iã
TiÕ
n h
µnh t
hÝ
ng
hiÖ
m
gh
i sè
liÖ
u
KÕt
qu¶
Sö
lý s
è l
iÖu
X¸c
lËp
pro
file
®é
rè
i
M«
ph
án
g ¶
nh h
ë
ng
®Þa
h×n
h v
µ c«
ng t
r×n
h l
©n c
Ën
C¸c
th
«n
g s
è k
h¸c
TØ
lÖ V
, T
, R
e,
Kh
«ng
§¹t
§¹t
KÕt
lu
Ën
KiÕ
n n
ghÞ
h×n
h
cø
ng
§¹t
§¹t
Kh
«n
g §
¹tK
h«
ng
§¹t
So s
¸nh
So s
¸nh
So s
¸nh
Kh
«n
g §
¹t §
¹t
So s
¸nh
Hìn
h 2
.22
Sơ
đồ
mô
tả
qu
y t
rìn
h t
hí
ng
hiệ
m m
ô h
ình
tro
ng ố
ng t
hổi
kh
í đ
ộn
g
a)M
ô h
ình h
óa
cô
ng
trì
nh
; b
) M
ô h
ình
hó
a m
ôi
trư
ờn
g g
ió;
c) M
ô h
ình h
óa đ
ịa h
ình
59
M«
Chä
n t
Ø lÖ
m«
h×n
h
ChÕ
t¹o
m«
h×n
h
¤ n
hiÔ
m
m«i
trê
ng
C¸c
ng
hiª
n c
øu ¶
nh
hë
ng
cñ
a m
«i
trên
g
xu
ng
qu
anh
M« h
×nh t
hÝ
ngh
iÖm
X¸c
lËp p
rofi
le
VËn
tè
c g
iã
TiÕ
n h
µnh
thÝ
ngh
iÖm
ghi
sè l
iÖu
KÕt
qu
¶
Sö
lý s
è l
iÖu
X¸c
lËp p
rofi
le
®é r
èi
M« p
hán
g ¶
nh h
ën
g
®Þa
h×n
h v
µ c«
ng t
r×nh
l©n
cËn
C¸c
th«n
g s
è k
h¸c
TØ
lÖ V
, T
, R
e,
Kh
«n
g §
¹t
§¹t
KÕt
luËn
KiÕ
n n
gh
Þ
h×n
h
cø
ng
§¹t
§¹t
Kh
«n
g §
¹tK
h«n
g §
¹t
So s
¸nh
So s
¸nh
So s
¸nh
Kh
«n
g §
¹t §
¹t
So s
¸nh
Hìn
h 2
.23
Sơ
đồ m
ô t
ả q
uy t
rìn
h t
hí
ng
hiệ
m x
ác
địn
h h
ệ số
áp
lự
c g
ió c
ho
nh
à t
hấp
tần
g b
ằn
g m
ô h
ình
tro
ng ố
ng t
hổi
kh
í đ
ộn
g
a)M
ô h
ình
hó
a c
ôn
g t
rìn
h;
b)
Mô
hìn
h h
óa
mô
i tr
ườ
ng
gió
; c)
Mô h
ình h
óa đ
ịa h
ình
60
CHƯƠNG 3
NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT SỬ DỤNG TẤM CHẮN GIÓ NGANG TRÊN MÁI
DỐC NHÀ THẤP TẦNG BẰNG THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH TRONG ỐNG
THỔI KHÍ ĐỘNG
Trong thực tế, các công trình thấp tầng sử dụng mái làm bằng vật liệu nhẹ có độ
dốc thì độ dốc của mái thường phụ thuộc vào vật liệu làm mái, chiều cao mái, hình
thức kiến trúc của công trình và đảm bảo độ thoát nước. Thông thường đối với mái
ngói độ dốc thường từ 25-350, mái lợp tôn (tùy loại tôn) thường từ 5 – 20
0, mái lợp
fibroximang từ 10-200. Theo thống kê về thiệt hại do gió bão gây nên cho các công
trình xây dựng thì đối với các công trình thấp tầng có mái sử dụng các loại vật liệu
trên bị hư hỏng nhiều, nhất là các công trình 1 tầng do dân tự xây dựng.
Từ các hiệu quả của giải pháp sử dụng tấm hướng gió ngang để chủ động giảm
áp lực bất lợi lên bề mặt công trình đã được sử dụng trong ô tô, máy bay và cho mái
bằng bằng bê tông cốt thép của nhà thấp tầng, luận án lựa chọn đối tượng để nghiên
cứu là tấm chắn ngang bố trí trên mái làm bằng vật liệu nhẹ có độ dốc của công
trình nhà thấp tầng. Trong nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng khi mái có độ dốc lớn hơn
300
thì áp lực hút gần như bằng không, không làm ảnh hưởng tới mái, do đó trong
nghiên cứu này, độ dốc mái được khảo sát thay đổi từ 5 – 300 và các thông số của
tấm chắn gió nằm ngang được trình bày cụ thể dưới đây.
3.1 Cơ sở lựa chọn thông số của tấm chắn gió nằm ngang
Căn 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 bằng bằng bê
tông cốt thép của nhà thấp tầng đã trình bày trong chương 1 thay đổi từ 10 cm [73],
[24] đến 100cm [50] đồng thời chiều cao đặt tấm chắn này được thay đổi theo tỉ lệ
(hs/(H+hs)) từ 0,05 đến 0,23 (trong đó hs chiều cao đặt tấm chắn ngang, H chiều cao từ
mặt đất đến diềm mái của công trình) đều đem lại hiệu quả tốt, nên luận án lựa chọn
giải pháp sử dụng tấm chắn gió ngang có mặt phẳng tấm song song với mặt phẳng mái
và đặt xung quanh chi vi mái của công trình để nghiên cứu khả năng giảm áp lực gió
lên mái của công trình. Bề rộng của tấm chắn ngang và chiều cao khảo sát đặt tấm chắn
được lựa chọn trong tỉ lệ trên, cụ thể bề rộng tấm chắn là 50cm, chiều cao đặt tấm khảo
sát với 3 khoảng cách hs: 25, 50 và 75cm.Vị trí và kích thước của tấm chắn này được
mô tả ở Hình 3.1, 3.2 và Hình 3.3.
61
h
l
a 1000 1000
a
250
hs
250
1000
a) Mặt bên
250
h
b
250
hs
1000 400400 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000
b) Mặt đứng trước, sau
Hình 3.1 Mặt đứng điển hình bố trí tấm chắn ngang trên mái
h
l
250
hs
250
h
250
hs
250
Hình 3.2 Mặt cắt điển hình bố trí tấm
chắn trên mái (tấm rộng 500mm)
h
l b
o
0o
hs
Hình 3.3 Mô hình thí nghiệm nhà mái
dốc hai bên – Mô hình M1; M2; M3
3.2 Dạng công trình, dạng địa hình và vùng áp lực gió thí nghiệm
3.2.1 Công trình thí nghiệm
Căn cứ vào kích thước các công trình nhà 1 tầng hai mái dốc đã xây dựng ở
nhiều địa phương trong cả nước; căn cứ vào các bản vẽ thiết kế các công trình cho
đồng bào ở các khu vực có nhiều gió bão, lũ lụt; căn cứ vào các tài liệu “Mẫu nhà
dân tự xây” do Viện Nghiên cứu Kiến trúc – Bộ xây dựng ban hành; theo thống kê
thiệt hại do gió bão gây nên cho các công trình thấp tầng của Việt Nam, luận án lựa
chọn 2 dạng nhà nhà thấp để nghiên cứu:
- Dạng 1 là các công trình nhà 1 tầng mái dốc hai phía, được xây dựng theo các
kích thước dân gian (kích thước cụ thể được trình bày sau đây), tường xây gạch,
mái lợp tôn hoặc fibroximang, lợp ngói có độ dốc mái thay đổi từ 150 đến 30
0 với
ba kích thước chính (l x b x h) như dưới đây và được thể hiện trên Hình 3.4 đến 3.7
Loại 1 (M1): 3,6m x 9,8m x 3,6m với góc nghiêng mái là 150, 20
0, 25
0 và 30
0
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
62
1
100 100
l
4
a
b
200
200
MÆt b»ng c«ng tr×nh
b
2 3h1
h
b
a
h1
36
00
1000 1200 1800 1800 100012001800
900
15
00
12
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 3.4 Kiến trúc điển hình các mô hình M1
1
100 100
9600
4
a
b200
200
MÆt b»ng c«ng tr×nh M1
3200
3600
2 3
3000 3600 3000
1
100 100
9600
4
a
b
MÆt b»ng m¸i M1
3600
2 3
3000 3600 3000
Mặt bằng công trình M1 Mặt bằng mái M1
4250
3600
3600
20°
4075
3600
3600
15°
Mặt cắt mô hình M1-15 Mặt cắt mô hình M1-20
4431
3600
3600
25°
4630
3600
3600
30°
Mặt cắt mô hình M1-25 Mặt cắt mô hình M1-30
Hình 3.5 Mặt bằng-mặt cắt các mô hình M1 (M1-15; M1-20; M1-25; M1-30)
63
1
100 100
9600
4
a
b
200
200
6800
7200
2 3
3000 3600 3000
Mặt bằng công trình M2
1
100 100
9600
4
a
b
7200
2 3
3000 3600 3000
Mặt bằng mái công trình M2
4900
3600
1000 1200 1800 1800 100012001800
900
1500
1200
9800
Mặt đứng trước công trình M2
4900
3600
7200
20°
Mặt cắt công trình M2
Hình 3.6 Mặt bằng – mặt đứng - mặt cắt mô hình M2
1
100 100
9600
4
a
b
200
200
4400
4800
2 3
3000 3600 3000
Mặt bằng công trình M3
1
100 100
9600
4
a
b
4800
2 3
3000 3600 3000
Mặt bằng mái công trình M3
4470
3600
1000 1200 1800 1800 100012001800
900
1500
1200
9800
Mặt đứng trước công trình M3
44
70
36
00
4800
20°
Mặt cắt công trình M3
Hình 3.7 Mặt bằng – mặt đứng - mặt cắt mô hình M3
Chiều cao từ cốt 0.00 đến chân mái đều lựa chọn là 3,6m (lựa chọn này để có
thể so sánh với TCVN 2737:1995: h/l = 0,5; 0,75 và h/l = 1)
- Dạng 2 là 2 công trình theo thiết kế điển hình của nhà chống bão do Sở xây dựng
Đà Nẵng thiết kế (Hình 3.8 đến 3.13). Từ kết quả nghiên cứu của các mô hình dạng 1 sẽ
được sử dụng trên 2 mô hình này để đánh giá hiệu quả của chúng cho các dạng mái khác.
64
Loại 1: Nhà mái dốc 1 phía (ký hiệu ĐN1)
Thông số chính của công trình:
+ Dài L = 9,2 m;
+ Rộng B = 4,2 m;
+ Chiều cao đỉnh mái = 3,9 m;
+ Độ dốc mái = 5o.
Hình 3.8 Phối cảnh nhà chống bão 1 tầng
Hình 3.9 Mặt bằng – mặt bằng giằng mái công trình ĐN1
65
Hình 3.10 Mặt đứng, mặt cắt công trình ĐN1
Loại 2: Nhà có mái 2 cấp, dốc 2 phía (ký hiệu ĐN2)
Thông số cơ bản của công trình:
+ Dài L = 9,2 m;
+ Rộng B = 4,2 m;
+ Chiều cao đỉnh mái = 4,9 m;
+ Độ dốc mái = 11o.
Hình 3.11 Phối cảnh nhà chống bão 1
tầng có gác lửng
Hình 3.12 Mặt bằng tầng 1 công trình ĐN2
66
Hình 3.13 Mặt bằng gác lửng – mặt bằng mái - Mặt cắt công trình ĐN2
67
Số lượng mô hình được sử dụng để nghiên cứu được thông kê trong bảng 3.1
Bảng 3.1 Thống kê số lượng mô hình thí nghiệm trong ống thổi khí động
Số TT Tên mô hình
Kích thước
(lxbxh) m Độ dốc mái
Chiều cao tấm chắn
ngang (mm)
1 Mô hình M1-15 3,6x9,8x3,6 15 0
2 Mô hình M1-15 3,6x9,8x3,6 15 250
3 Mô hình M1-15 3,6x9,8x3,6 15 500
4 Mô hình M1-15 3,6x9,8x3,6 15 750
5 Mô hình M1-20 3,6x9,8x3,6 20 0
6 Mô hình M1-20 3,6x9,8x3,6 20 250
7 Mô hình M1-20 3,6x9,8x3,6 20 500
8 Mô hình M1-20 3,6x9,8x3,6 20 750
9 Mô hình M1-25 3,6x9,8x3,6 25 0
10 Mô hình M1-25 3,6x9,8x3,6 25 250
11 Mô hình M1-25 3,6x9,8x3,6 25 500
12 Mô hình M1-25 3,6x9,8x3,6 25 750
13 Mô hình M1-30 3,6x9,8x3,6 30 0
14 Mô hình M1-30 3,6x9,8x3,6 30 250
15 Mô hình M1-30 3,6x9,8x3,6 30 500
16 Mô hình M1-30 3,6x9,8x3,6 30 750
17 Mô hình M2-20 7,2x9,8x3,6 20 0
18 Mô hình M2-20 7,2x9,8x3,6 20 250
19 Mô hình M2-20 7,2x9,8x3,6 20 500
20 Mô hình M2-20 7,2x9,8x3,6 20 750
21 Mô hình M3-20 4,8x9,8x3,6 20 0
22 Mô hình M3-20 4,8x9,8x3,6 20 250
23 Mô hình M3-20 4,8x9,8x3,6 20 500
24 Mô hình M3-20 4,8x9,8x3,6 20 750
25 Mô hình ĐN1 9,2x4,2x3,9 5 0
26 Mô hình ĐN1 9,2x4,2x3,9 5 500
27 Mô hình ĐN2 9,2x4,2x3,2 11 0
28 Mô hình ĐN2 9,2x4,2x3,2 11 500
3.2.2 Dạng địa hình, vùng áp lực gió thí nghiệm
Theo tiêu chuẩn Tải trọng và tác động của Việt Nam (TCVN 2737:1995) [9] thì
nước ta có 3 dạng địa hình chính (A, B, C) và 5 vùng áp lực gió (Bảng 3.2)
68
Bảng 3.2 Giá trị áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt Nam
Vùng áp lực gió trên bản đồ I II III IV V
W0 (daN/m2) 65 95 125 155 185
Theo các báo cáo hàng năm về thiệt hại do gió bão gây ra cho các công trình
thấp tầng, thì các công trình do dân tự xây bị thiệt hại nhiều nhất. Các nhà này
thường dùng mái làm bằng vật liệu nhẹ (ngói, tôn, fibroximang) có độ dốc. Các
vùng có thiệt hại nhiều là các vùng trống trải (dạng địa hình A) và nằm trong các
vùng thường xuyên chịu tác động mạnh của gió bão (vùng IV.B, III.B) đặc biệt là
khu vực duyên hải miền Trung, từ Nghệ An đến Khánh Hòa. Do đó đề tài chọn
dạng địa hình để nghiên cứu là: Địa hình dạng A, vùng áp lực gió là vùng IV.B.
Từ lựa chọn về dạng địa hình và vùng áp lực gió theo các bước đã được trình
bày trong phần lý thuyết thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động ta thiết lập
các thông số về lý thuyết để thí nghiệm.
Các dạng địa hình và vùng áp lực gió khác ta cũng tiến hành làm tương tự.
3.3 Thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động
3.3.1 Thiết bị và dụng cụ hỗ trợ thí nghiệm
Các thiết bị và dụng cụ hỗ trợ chính để thí nghiệm gồm: Ồng thổi khí động, thiết
bị đo áp lực, ống thu dữ liệu, máy tính để bàn và các thanh công cụ hỗ trợ như thanh
chắn dạng hàng rào, thanh chắn tam giác, cục tạo nhám.
+ Ống thổi khí động xem mục 2.1.2.2 trong chương 2;
+ Thiết bị đo áp lực được sử dụng hệ thống DMPS (Dynamic Pressure
Measurement System) do công TFI - Australian sản xuất (Hình 2.6 và Hình V.8 –
V.9 phụ lục). Thiết bị gồm 4 modul, mỗi modul có 64 kênh (64 vị trí cắm đầu
truyền dữ liệu), tổng cộng 256 kênh. Hệ thống này được nối trực tiếp vào máy tính,
quá trình thu nhận số liệu được thực hiện hoàn toàn tự động theo các thông số đã
đặt sẵn (trong máy tính đã được cài phần mềm điều khiển TFI);
+ Ống thu dữ liệu là ống nhựa được nhập khẩu từ Hàn Quốc, có đường kính
2mm chiều dài mỗi đoạn ống phụ thuộc vào khoảng cách từ vị trí lỗ trên mái đến vị
trí đặt thiết bị DPMS, thường lấy 1,2m (chiều dài quá lớn sẽ gây tổn thất áp lực dọc
theo ống). Các ống này 1 đầu được cắm vào các lỗ khoan sẵn trên mái mô hình theo
69
các vị trí đã được đánh số (Hình 3.18, 3.19 và các Hình từ IV.1 đến IV.8 trong Phụ
lục), một đầu cắm vào kênh trong các modul của máy DPMS (Hình V.5 Phụ lục).
Áp lực gió lên mái tại vị trí lỗ được truyền qua ống về 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 tạo
nhám thường làm bằng gỗ được xếp tự do trên sàn ống thổi khí động hoặc liên kết
thành mảng, (Hình V.7 Phụ lục) để có được kích thước và vị trí của các dụng cụ này
cần phải làm thí nghiệm nhiều lần. Cách làm nhanh nhất là tham khảo các cấu hình
đã làm cho các thí nghiệm trước của ống thổi sử dụng làm thí nghiệm rồi thay đổi
từng loại cụ thể để tìm ra được cấu hình gần nhất với mục đích thí nghiệm.
3.3.2 Xác định các thông số cho mô hình và tấm chắn ngang
a. Dạng mô hình thí nghiệm và vật liệu làm mô hình, tấm chắn ngang
Với mục đích nghiên cứu của đề tài là “nghiên cứu giải pháp giảm áp lực gió lên
mái nhà thấp tầng bằng thực nghiệm trong ống thổi khí động” thì nội dung nghiên
cứu liên quan đến áp lực gió trên mái công trình. Theo cơ sở lý thuyết ở chương 2 ta
chọn mô hình thí nghiệm là mô hình áp lực cứng và vật liệu để chế tạo mô hình
được lựa chọn là: gỗ dán, keo, đinh. Vật liệu làm tấm chắn ngang là mica dày 1mm.
b. Lựa chọn tỉ lệ mô hình và tỉ lệ độ choán của mô hình
Với mục đích nghiên cứu và dạng mô hình thí nghiệm lựa chọn như trên thì theo
lý thuyết về thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động ta chọn tỉ lệ mô hình thí
nghiệm là Lr = 1/20 cho dạng mô hình 1 và Lr = 1/25 cho dạng mô hình 2.
Với tỉ lệ này, tấm chắn ngang sẽ có kích thước là 25mm, chiều cao đặt tấm chắn
ngang để khảo sát lần lượt là 12,5mm; 25mm và 37,5mm cho mô hình dang 1 và
10mm; 20mm và 30mm cho các mô hình dạng 2. Các mô hình sẽ có kích thước và
tỉ lệ độ choán trong ống thổi khí động như sau:
Các mô hình M1 (kiểm tra với mô hình có chiều cao đỉnh mái lớn nhất - M1-30)
Kích thước công trình h x b x l tương ứng 3,6 x 3,6 x 9,8 (m) và hmái = 4,63 m
Kích thước mô hình: hm x bm x lm là 0,18 x 0,18 x 0,49 (m) và hmmái
= 0,232m
Diện tích mặt cắt ngang của mô hình trong ống thổi: Am = 0,52x0,232 = 0,121m2
Độ choán của loại mô hình này : (Am/AÔTKĐ)*100% = (0,121/4)*100%=3,03%
70
Tính tương tự cho các mô hình còn lại, ta có độ choán cho các mô hình như sau
Kích thước chế tạo mô hình M2: hm x bm x lm là 0,18 x 0,36 x 0,49 (m) và hmmái
=
0,245m, độ choán là 3,7% ; Mô hình M3: hm x bm x lm là 0,18 x 0,24 x 0,49 (m) và
hmmái
= 0,223m, độ choán là 3%; Mô hình ĐN1: bm x lm x hmmái
là 0,168 x 0,368 x
0,156 (m), độ choán là 1,75%; Mô hình ĐN2: bm x lm x hmmái
là 0,168 x 0,368 x
0,196 (m), độ choán là 2,25%.
Theo lý thuyết thí nghiệm mô hình thì tất cả độ choán này nằm trong giới hạn cho phép.
Vậy tỉ lệ lựa chọn thì kích thước mô hình thỏa mãn về độ choán trong ống thổi khí động.
c. Xác định số Reynold
Căn cứ vào mục đích nghiên cứu là nghiên cứu áp lực gió lên mái và dạng mô
hình được lựa chọn là dạng mô hình áp lực cứng đồng thời công trình không có
những vị trí cong hoặc vuốt tròn, đối chiếu với cơ sở lý thuyết ở chương 2 thì với
các loại mô hình thí nghiệm này ta không cần xét đến hệ số Reynold.
d. Lựa chọn tỉ lệ vận tốc, tỉ lệ thời gian thí nghiệm
Từ địa điểm xây dựng là địa hình dạng A, vùng áp lực gió lựa chọn để thí
nghiệm là vùng gió IV.B ta xác định vận tốc gió trung bình của khu vực thí nghiệm
là 40,7m/s (vận tốc này được tính theo giá trị bình của vận tốc gió trong 10 phút,
chu kỳ lặp 50 năm 1 lần ở độ cao đỉnh mái). Để đảm bảo khả năng làm việc của
thiết bị thu tín hiệu và theo lý thuyết về thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí
động, theo kinh nghiệm thí nghiệm của các công trình đã được thí nghiệm trong ống
thổi khí động thì vận tốc gió trong ống thổi khí động được lựa chọn trong khoảng từ
7 đến 15m/s do đó tỉ lệ vận tốc được lựa chọn để thí nghiệm là Vr = 1/5 và vận tốc
gió trung bình trong thí nghiệm là 8,15 m/s (ở độ cao đỉnh mái).
Theo kinh nghiệm của các nhà nghiên cứu và qua các thí nghiệm mô hình đã
thực hiện trong ống thổi khí động thì thời gian cho mỗi lần đo (cho một hướng gió)
phải tương đương với 10 phút đến 1 giờ cho công trình thực thì số liệu thu được
mới đạt được độ tin cậy cần thiết, do đó thời gian lấy số liệu trong hầm gió ứng với
mỗi lần đo được lựa chọn tương ứng với 10 phút ngoài thực tế và tỉ lệ thời gian lấy
số liệu là 1/4.
Như vậy ta có:
71
+ Thời gian lấy số liệu theo thực tế 10phut = 600s
+ Thời gian thí nghiệm cho 1 hướng trong ống thổi khí động 150s
+ Số lần thí nghiệm cho 1 hướng trong ống thổi khí động 10 lần
+ Tổng thời gian lấy số liệu cho 1 hướng trong ống thổi khí động 1500s
3.3.3 Mô hình hóa môi trường gió trong ống thổi khí động
Căn cứ vào dạng địa hình và vùng áp lực gió đã lựa chọn ta xác định các thông
số chính như sau:
- Vùng gió thí nghiệm là vùng IV.B có áp lực gió Wo = 155 daN/m2;
- Địa hình 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 gió trung bình trong 10 phút với chu kỳ lặp 50 năm là 40,7m/s.
Từ vùng áp lực gió, dạng địa hình lựa chọn sử dụng các công thức từ (2.15) đến
(2.17) để tính toán lập biểu đồ vận tốc gió, dùng công thức (2.19) để tính toán lập
biểu đồ độ rối theo lý thuyết và được các biểu đồ profile vận tốc gió, biểu đồ độ rối
theo lý thuyết (xem Hình 3.14 và 3.15). Sau khi có được hai biểu đồ này theo lý
thuyết tiến hành mô hình hóa môi trường gió trong ống thổi khí động tức là tạo môi
trường gió trong ống thổi khí động sao cho gần đúng với môi trường gió ngoài tự
nhiên của dạng địa hình và vùng áp lực gió đã lựa chọn. Để làm điều này sử dụng
các công cụ hỗ trợ là các thanh tam giác, các cục tạo nhám và thanh chắn dạng
hàng rào. Sau nhiều lần thí nghiệm thu được cấu hình bố trí các công cụ hỗ trợ và
kích thước của các cộng cụ này như Hình 2.17 và hai biểu đồ so sánh profile vận
tốc gió, profile độ rối của cấu hình trong hầm gió so với kết quả tính toán theo
thông số thực tế (Hình 3.16, 3.17). Với chiều cao công trình thí nghiệm nhỏ hơn
5m từ biểu đồ so sánh và theo tài liệu [19], [22] thì cấu hình bố trí và kích thước
các thanh công cụ như vậy là đạt yêu cầu, có thể tiến hành thí nghiệm.
3.3.4 Mô hình hóa địa hình
Theo tiêu chuẩn Tải trọng và tác động - TCVN 2737:1995 địa hình dạng A là
địa hình trống trải, không có hoặc có rất ít vật cản cao không quá 1,5m (bờ biển
thoáng, mặt sông, hồ lớn, đồng muối, cánh đồng không có cây cao) như vậy việc
mô hình hóa địa hình, vật cản xung quanh công trình có thể bỏ qua.
72
Độ
cao
Z (
m)
Hình 3.14 Biểu đồ profile của vận tốc
gió theo chiều cao dạng địa hình A
Hình 3.15 Biểu đồ độ rối theo chiều
cao dạng địa hình A
Hình 3.16 So sánh profile của vận tốc
gió thu được theo cấu hình thiết lập
với profile lý thuyết
Hình 3.17 So sánh profile độ rối thu
được theo cấu hình thiết lập
với profile lý thuyết
3.4 Thí nghiệm và ghi kết quả
3.4.1 Sơ đồ bố trí đầu đo áp lực và hướng gió thí nghiệm
a) Mô hình dạng 1- loại 1 (4 mô hình; ký hiệu – M1 -15, M1-20, M1-25, M1-30)
- Vị trí các đầu đo áp lực được bố trí tại 192 điểm trên mái như Hình 3.18. (Chi tiết
vị trí lỗ xem Hình IV.1 – IV.4 Phụ lục).
Hình 3.18 Sơ đồ bố trí các đầu đo áp lực trên mái của mô hình M1
Độ
cao
Z (
m)
Độ
cao
Z (
m)
Độ
cao
Z (
m)
Độ
cao
Z (
m)
V(z)/V(H)
V(z)/V(H)
73
- Các hướng gió thí nghiệm.
Xét đến tính đối xứng của công trình, thí nghiệm được tiến hành với 7 hướng gió,
ứng với các góc tác động của gió lên mô hình có các giá trị: 0o, 15
o, 30
o, 45
o, 60
o, 75
o,
90o, (Hình 3.19). Với mỗi hướng gió, tiến hành đo 10 lần. Tổng cộng có 70 bộ số liệu
cho 7 hướng gió. Hình 3.20 là mô hình đặt tại vị trí thí nghiệm trong ống thổi khí động.
00
15
0
30
0
45
0
60
075
0
90
0
giã
Hình 3.19 Các hướng gió tác dụng
Hình 3.20 Mô hình thí nghiệm trong
ống thổi khí động
b) Mô hình dạng 1- loại 2 (1 mô hình – Ký hiệu M2-20); Mô hình dạng 1 - loại
3 (1 mô hình – Ký hiệu M3-20)
- Các đầu đo áp lực của hai loại mô hình này đều được bố trí tại 224 điểm đo trên
mái (xem Hình 3.21) (Chi tiết vị trí lỗ xem Hình IV.5 và Hình IV.6 Phụ lục).
Hình 3.21 Sơ đồ bố trí các đầu đo áp lực trên mái của mô hình M2-20; M3-20
- Các hướng gió thí nghiệm.
Tương tự với 4 mô hình loại 1, cả 2 mô hình loại 2 và 3 cũng được thí nghiệm
với 7 hướng gió, các góc tác động của gió lên mô hình: 0o, 15
o, 30
o, 45
o, 60
o, 75
o,
90o, (Hình 3.22). Với mỗi hướng gió, tiến hành đo 10 lần. Tổng cộng có 70 bộ số
liệu cho 7 hướng gió. Hình 3.23 và 3.24 là các mô hình M2, M3 đặt tại vị trí thí
nghiệm trong ống thổi khí động
74
00
15
0
30
0
45
0
60
075
0
90
0
giã
Hình 3.22 Các hướng gió tác dụng lên mô hình M2-20; M3-20
Hình 3.23 Mô hình M3-20 thí nghiệm
trong ống thổi khí động
Hình 3.24 Mô hình M2-20 thí nghiệm
trong ống thổi khí động
c) Mô hình dạng 2 - loại 4 (1 mô hình – Ký hiệu ĐN1)
- Các đầu đo áp lực được bố trí tại 154 điểm đo trên mái (Hình 3.25và Hình IV.7 Phụ lục)
- Các hướng gió thí nghiệm
Do công trình đối xứng 1 phương nên thí nghiệm với 13 hướng gió, ứng với các
góc tác động của gió lên mô hình có các giá trị: 0o, 15
o, 30
o, 45
o, 60
o, 75
o, 90
o, 105
o,
120o, 135
o, 150
o, 165
o, 180
o, (Hình 3.27). Với mỗi hướng gió, tiến hành đo 10 lần.
Tổng cộng có 130 bộ số liệu cho 13 hướng gió.
Hình 3.28 mô hình ĐN1 đặt tại vị trí thí nghiệm trong ống thổi khí động.
Hình 3.25 Sơ đồ bố trí các đầu đo áp
lực trên mái của mô hình ĐN1
l1=168
l2 = 364
H1
= 1
34
00
giã
H2
= 1
62
°
Hình 3.26 Mô hình thí nghiệm nhà
một mái – ĐN1
75
00
150
300
450
600
750
900
105
0
120
0
135
0
150
0
165
0
180
0
giã
Hình 3.27 Các hướng gió tác dụng lên mô
hình ĐN1
Hình 3.28 Mô hình ĐN1 thí nghiệm
trong ống thổi khí động
d) Mô hình loại 5 (1 mô hình – Ký hiệu ĐN2)
- Các đầu đo áp lực được bố trí tại 198 điểm đo trên mái (Hình 3.29 và Hình IV.8
Phụ lục).
- Các hướng gió thí nghiệm
Xét đến tính đối xứng của công trình, quá trình thí nghiệm được tiến hành với 7
hướng gió, ứng với các góc tác động của gió lên mô hình có các giá trị: 0o, 15
o, 30
o,
45o, 60
o, 75
o, 90
o, (Hình 3.30). Với mỗi hướng gió, tiến hành đo 10 lần. Tổng cộng
có 70 bộ số liệu cho 7 hướng gió. (7 hướng gió x 10 lần đo cho mỗi hướng). Hình
3.32 là mô hình ĐN2 đặt tại khu vực thí nghiệm trong ống thổi khí động.
Hình 3.33 thể hiện các mô hình được gắn tấm hướng gió đặt trong ống thổi khí động.
Hình 3.29 Sơ đồ bố trí các đầu đo áp
lực trên mái của mô hình ĐN2
00 15
030
0
45
0
60
0
750
900
giã
Hình 3.30 Các hướng gió tác dụng lên
mô hình ĐN2
76
l2 = 364
l1 = 1
68
00
giã
°
Hình 3.31 Mô hình thí nghiệm
nhà mái 2 cấp – ĐN2
Hình 3.32.Mô hình ĐN2 thí nghiệm
trong ống thổi khí động
3.4.2 Thổi gió và ghi kết quả
Sau khi đặt mô hình vào vị trí thí nghiệm (mô hình được gắn chặt trên bàn xoay
của ống thổi) ta tiến hành thổi gió vào mô hình. Để mô hình thẳng góc với hướng
gió (hướng 00) cho quạt chạy và điều chỉnh vận tốc quạt cho đến khi vận tốc gió tại
vị trí đặt mô hình là 8,15m/s thì giữ nguyên vận tốc như vậy trong khoảng thời gian
30s để kiểm tra sơ bộ số liệu từ các đầu đo, nếu các số liệu ổn định không có các vị
trí tăng hoặc giảm bất thường thì tiến hành ghi dữ liệu. Vận tốc gió được giữ trong
khoảng 1500s và ghi dữ liệu. Tiếp tục quay mô hình sang hướng 150
(điều khiển cho
bàn xoay quay đi 1 góc 150) tiến hành tương tự và cứ như vậy cho đến hướng gió
cuối cùng thì dừng lại. Áp lực gió tại từng vị trí lỗ trên mái được truyền về máy tính
thông qua thiết bị thu dữ liệu DPMS. Các số liệu này sẽ được xử lý bằng các
chương trình chuyên ngành đã trình bày trong chương 2.
3.5 Phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm
3.5.1 Vấn đề xử lý số liệu
Kết thúc giai đoạn thí nghiệm này đã thu được 70 bộ dữ liệu (cho 1 mô hình
dạng 1) (7 huớng gió x 10 lần đo cho mỗi hướng) hệ số lực gió của 192 điểm đo áp
lực bố trí trên mái cho mô hình loại 1; 224 điểm đo áp lực cho mô hình loại 2, 3; 70
bộ dữ liệu cho 154 điểm đo áp lực cho mô hình ĐN1 và 130 bộ dữ liệu của 198
điểm đo áp lực cho mô hình ĐN2. Sử dụng các công thức từ (2.27) đến (2.30) được
trình bày trong chương 2 để tính toán các hệ số áp lực gió từ các số liệu ghi được
trong quá trình thí nghiệm trong ống thổi khí động.
77
Mô hình M1-15
Mô hình M1-20
Mô hình M1-25
Mô hình M1-30
Mô hình M2-20
Mô hình M3-20
Mô hình ĐN1
Mô hình ĐN2
Hình 3.33 Các mô hình thí nghiệm có tấm chắn ngang trong ống thổi khí động
3.5.2 Kết quả thí nghiệm
3.5.2.1 Kết quả thí nghiệm hệ số áp lực với các hướng gió khác nhau khi không
sử dụng tấm chắn ngang cho các mô hình dạng 1
78
Về cơ bản, có thể khẳng định các kết quả thí nghiệm đạt được khá phù hợp với
các kết quả nghiên cứu cho dạng công trình tương tự đã được công bố [72] (Hình
II.1 đến II.18 Phụ lục II).Với công trình có góc dốc nhỏ như trong các thí nghiệm
này, áp lực gió hút là chủ đạo. Các hệ số áp lực trung bình và cực đại đạt giá trị
tuyệt đối lớn nhất ở vùng gần diềm mái, đầu hồi.
Một số nhận xét cụ thể về qui luật phân bố của các hệ số áp lực C p , C
p , C
p thu
được từ kết quả thí nghiệm ứng với các hướng gió tới θ = 00
, θ =450 và θ = 90
0 được
thể hiện ở dưới đây. Các hướng gió nêu trên là các hướng gió thường hay được quan
tâm nhất trong thực tế thiết kế chống gió cho công trình có mặt bằng dạng chữ nhật.
a) Mô hình M1-15
a1) Với hướng gió θ = 00 (Hình 3.34)
- Hệ số áp lực trung bình C p : Phần mái đón gió: giá trị lớn đạt tại vùng gần diềm
góc phải của mái (≤ -1,0). Phần mái khuất gió: chỉ có 1 vị trí cục bộ nằm gần đỉnh
mái trên, có hệ số áp lực khá lớn (≤ -1,0).
- Hệ số áp lực lớn nhất C
p (gió đẩy) đây là các giá trị đã xử lý bằng phương pháp
Cook-Mayne từ các giá trị hệ số áp lực tức thời. Giá trị tương đối nhỏ.
- Hệ số áp lực nhỏ nhất C
p (gió hút) giống như hệ số áp lực lớn nhất cũng được xử
lý bằng phương pháp Cook-Mayne từ các giá trị hệ số áp lực tức thời. Về giá trị, hệ
số này có thể đạt đến -8.2 hoặc nhỏ hơn tại 2 góc dưới của mái đón gió.
a2) Với hướng gió θ = 450 (Hình 3.35)
- Hệ số áp lực trung bình : Phần mái đón gió: giá trị lớn đạt tại vùng gần
diềm góc trái của mái (≤ -1,25). Phần mái khuất gió: chỉ có vùng gần đỉnh mái trên
bên phải, có hệ số áp lực khoảng ≤ -1,0
- Hệ số áp lực lớn nhất C
p (gió đẩy) về cơ bản là nhỏ, chỉ có giá trị lớn tại vùng sát
diềm mái phải và cục bộ gần nóc phải của phần mái khuất gió đạt giá trị ≤ -1.3;
- Hệ số áp lực nhỏ nhất C
p (gió hút) về qui luật rất gần với qui luật phân bố của hệ
số áp lực trung bình. Về giá trị, có thể dạt tới -11.2 hoặc nhỏ hơn tại vùng đỉnh mái
và góc trái mái gần nhất với dòng gió tới.
pC
79
Hình 3.34 Hệ số áp lực trung bình, áp lực nhỏ nhất, áp lực lớn nhất ứng
với hướng gió 00 – Mô hình M1-15
Vùng cục bộ có giá
trị lớn (-8,2)
Vùng cục bộ có giá
trị lớn (-8,2)
80
Hình 3.35 Hệ số áp lực trung bình, áp lực nhỏ nhất, áp lực lớn nhất ứng
với hướng gió 450 – Mô hình M1-15
a3) Với hướng gió θ = 900 (Hình 3.36)
- Hệ số áp lực trung bình C p : áp lực gió phân bố khá đều với giá trị lớn nhất đến -0,75.
- Hệ số áp lực lớn nhất C
p (gió đẩy) : Về tổng quát, giá trị tại các vùng đều nhỏ, chỉ đạt
giá trị lớn nhất tại một khu vực nhỏ gần diềm mái phải mái khuất gió, giá trị đạt tới – 1,0.
- Hệ số áp lực nhỏ nhất C
p (gió hút) : Có hai vị trí đạt giá trị khá lớn là sát diềm
góc dưới của cả hai mái, giá trị này có thể đạt tới -10,0.
Vùng cục bộ có giá
trị lớn (-11,2)
Vùng cục bộ có giá
trị lớn (-7,6)
81
Hình 3.36 Hệ số áp lực trung bình, áp lực nhỏ nhất, áp lực lớn nhất ứng
với hướng gió 900 – Mô hình M1-15
b) Mô hình M1-20
b1) Với hướng gió θ = 00 (Hình phụ lục )
- Hệ số áp lực lớn nhất C
p (gió đẩy) đây là các giá trị đã xử lý bằng phương pháp
Cook-Mayne từ các giá trị hệ số áp lực tức thời. Giá trị tương đối nhỏ.
- Hệ số áp lực nhỏ nhất C
p (gió hút) giống như hệ số áp lực lớn nhất cũng được xử
lý bằng phương pháp Cook-Mayne từ các giá trị hệ số áp lực tức thời. Về giá trị, hệ
số này có thể đạt đến -7,6 hoặc nhỏ hơn tại 2 góc dưới của mái đón gió và góc trên
đỉnh mái của mái khuất gió.
Vùng cục bộ có giá trị lớn
82
- Hệ số áp lực trung bình C p: Phần mái đón gió: giá trị lớn đạt tại vùng gần diềm
góc phải của mái (≤ -1.0). Phần mái khuất gió: chỉ có 1 vùng cục bộ gần đỉnh mái
trên, có hệ số áp lực hút ≤ -1.0.
b2) Với hướng gió θ = 450 (Hình phụ lục)
- Hệ số áp lực trung bình C p: Phần mái đón gió: giá trị lớn đạt tại vùng gần diềm
góc phải của mái (≤ -1,0). Phần mái khuất gió: chỉ có vùng gần đỉnh mái trên bên
trái, có hệ số áp lực hút ≤ -1,00);
- Hệ số áp lực lớn nhất C
p (gió đẩy) về cơ bản là nhỏ, chỉ có giá trị lớn tại vùng sát
đỉnh mái phải của phần mái khuất gió đạt giá trị ≤ -1,3;
- Hệ số áp lực nhỏ nhất C
p (gió hút) về qui luật rất gần với qui luật phân bố của hệ
số áp lực trung bình. Về giá trị, có thể đạt tới -13 hoặc nhỏ hơn tại vùng đỉnh mái và
góc phải mái của mái khuất gió.
b3) Với hướng gió θ = 900
(Hình phụ lục)
- Hệ số áp lực trung bìnhC p: áp lực gió phân bố không đều, trên mái xuất hiện
những vùng cục bộ có giá trị lên đến -1,0.
- Hệ số áp lực lớn nhất C
p (gió đẩy) : Về tổng quát, giá trị tại các vùng đều nhỏ, chỉ đạt
giá trị lớn nhất tại một khu vực nhỏ gần diềm mái phải mái khuất gió, giá trị đạt tới – 1,0.
- Hệ số áp lực nhỏ nhất C
p (gió hút) : Có hai vị trí đạt giá trị khá lớn là sát diềm góc
dưới của cả hai mái, giá trị này có thể đạt tới -10,0.
c) Mô hình M1-25
c1) Với hướng gió θ = 00 (Hình phụ lục)
- Hệ số áp lực trung bình C p : Phần mái đón gió: Có giá trị lớn dọc theo diềm mái
khoảng -1,0. Phần mái khuất gió: có các giá trị tương đối đều.
- Hệ số áp lực lớn nhất C
p (gió đẩy) Giá trị tương đối nhỏ và đều trên toàn mái.
- Hệ số áp lực nhỏ nhất C
p (gió hút). Về giá trị, hệ số này có thể đạt đến -6.4 hoặc
nhỏ hơn tại 2 góc dưới của mái đón gió và diềm mái của mái khuất gió.
c2) Với hướng gió θ = 450 (Hình phụ lục)
- Hệ số áp lực lớn nhất C
p (gió đẩy) về cơ bản là nhỏ, phân bố khá đều trên toàn mái;
83
- Hệ số áp lực trung bìnhC p: Phần mái đón gió: giá trị lớn đạt tại vùng gần diềm
góc trái của mái (≤ -1,25). Phần mái khuất gió: Xuất hiện vùng gần đỉnh mái trên
bên phải khá rộng, có hệ số áp lực hút lên đến -1,25.
- Hệ số áp lực nhỏ nhất C
p (gió hút) Về giá trị, có thể đạt tới -8,8 tại góc phải của
mái khuất gió và góc đỉnh mái phải của mái khuất gió.
c3) Với hướng gió θ = 900 (Hình phụ lục)
- Hệ số áp lực trung bìnhC p: áp lực gió phân bố không đều, Nhỏ dần từ hướng gió
tới cho đến cuối mái, giá trị lớn nhất xuất hiện tại diềm mái trái từ đỉnh xuống chân
mái có giá trị lên đến -1,25.
- Hệ số áp lực lớn nhất C
p (gió đẩy) : Có quy luật phân bố gần giống với áp lực
trung bình, tuy nhiên giá trị đạt nhỏ hơn – 1,3.
- Hệ số áp lực nhỏ nhất C
p (gió hút) : Quy luật phân bố gần giống áp lực trung bình
nhưng rối hơn. Có hai vị trí đạt giá trị khá lớn là sát diềm góc dưới của cả hai mái,
giá trị này có thể đạt tới ≤-10,0.
d) Mô hình M1-30
d1) Với hướng gió θ = 00 (Hình phụ lục)
- Hệ số áp lực trung bìnhC p, quy luật phân bố khá đều. có vị trí diềm mái trái có
giá trị lớn là ≤ -1,25. Mái khuất gió có những vùng cục bộ có giá trị tới -1,0.
- Hệ số áp lực lớn nhất C
p (gió đẩy) phân bố khá đều và có giá trị tương đối nhỏ,
tuy nhiên vẫn có vị trí cục bộ diềm mái của mái đón gió có giá trị lên đến 1,1.
- Hệ số áp lực nhỏ nhất C
p (gió hút). Phân bố khá đều và giảm dền từ dưới diềm
mái lên đỉnh mái, tuy nhiên vẫn có một số vị trí cục bộ mà giá trị lên đến -5,8.
d2) Với hướng gió θ = 450 (Hình phụ lục)
- Hệ số áp lực trung bình C p , quy luật phân bố không đều khá rối có những điểm cục bộ
trên mái có giá trị tương đối lớn đạt tới giá trị -1,25 mái khuất gió và -1,75 với mái đón gió.
- Hệ số áp lực lớn nhất C
p (gió đẩy) cũng có quy luật phân bố không đều và khá rối
cũng như đối với áp lực trung bình và xuất hiện một điểm cục bộ trên mái khuất gió
và đón gió giá trị lớn - 1,6.
84
- Hệ số áp lực nhỏ nhất C
p (gió hút). Phân bố đều hơn so với hai trường hợp trên,
tuy nhiên vẫn xuất hiện hai vùng cục bộ có giá trị lớn là góc diềm mái dưới bên trái
mái đón gió và góc đỉnh mái bên trái của mái khuất gió, giá trị này là -7,6 và -5,8.
d3) Với hướng gió θ = 900
(Hình phụ lục)
- Hệ số áp lực trung bìnhC p: Cũng giống với góc 450 quy luật phân bố không đều và khá
rối, một vài vị trí cục bộ có giá trị lớn -1,75 của mái đón gió và -2,0 của mái khuất gió.
- Hệ số áp lực lớn nhất C
p (gió đẩy) : Có quy luật phân bố gần giống với áp lực
trung bình, tuy nhiên giá trị đạt nhỏ hơn – 1,6 tại vị trí cục bộ của mái khuất gió.
- Hệ số áp lực nhỏ nhất C
p (gió hút) : Quy luật phân bố đều hơn có giá trị giảm dần
từ vị trí nhận gió cho đến cuối mái, xuất hiện hai vị trí có giá trị lớn là hai góc dưới
của cả hai mái, giá trị ≤ -6,0.
e) Mô hình M2-20
e1) Với hướng gió θ = 00 (Hình phụ lục)
- Hệ số áp lực trung bìnhC p, quy luật phân bố không đều, có vị trí diềm mái phải
có giá trị lớn là ≤ -1,5.
- Hệ số áp lực lớn nhất C
p (gió đẩy) phân bố khá đều trên toàn mái và có giá trị
tương đối nhỏ.
- Hệ số áp lực nhỏ nhất C
p (gió hút). Phân bố khá đều trên mái khuất gió, và đón gió
tuy nhiên hai vị trí góc diềm mái trái và phải của mái đón gió có giá trị lớn có thể
lên đến -7,0.
e2) Với hướng gió θ = 450 (Hình phụ lục)
- Hệ số áp lực trung bình C p , thay đổi giảm dần từ hướng gió tới cho đến cuối mái.
Vẫn xảy ra hai vị trí cục bộ có giá trị lớn như các mô hình khác là diềm mái trái của
mái đón gió và đỉnh mái trái của mái khuất gió. Giá trị có thể đạt tới ≤ -1,75 và -2,5.
- Hệ số áp lực lớn nhất C
p (gió đẩy) đối với mái đón gió giá trị thay đổi không
nhiều trên toan mái và có giá trị nhỏ, nhưng đối với mái khuất gió lại có một phần
diện tích khá rộng trên đỉnh mái có giá trị tương đối lớn ≤ -1,3.
- Hệ số áp lực nhỏ nhất C
p (gió hút). Giá trị trên cả hai mái khá lớn đều trên -2,2.
Tuy nhiên có hai vị trí cục bộ đáng lưu ý hơn cả là góc diềm mái trái của mái đón
85
gió, và góc đỉnh mái của mái khuất gió (hướng dòng tới) là những vị trí có giá trị rất
lớn là -8,2 và -10,6.
e3) Với hướng gió θ = 900 (Hình phụ lục)
- Hệ số áp lực trung bìnhC p: phân bố không đều có một vài vị trí cục bộ có giá trị
lên đến -1,75.
- Hệ số áp lực lớn nhất C
p (gió đẩy) : Có quy luật phân bố gần giống với áp lực
trung bình, giá trị tương đối nhỏ.
- Hệ số áp lực nhỏ nhất C
p (gió hút) : Quy luật phân bố đều hơn có giá trị giảm dần
từ vị trí nhận gió cho đến cuối mái, xuất hiện hai vị trí có giá trị lớn là hai góc dưới
của cả hai mái theo hướng dòng gió tới, giá trị ≤ -8,7.
f) Mô hình M3-20
f1) Với hướng gió θ = 00 (Hình phụ lục)
- Hệ số áp lực trung bình C p , có một số vị trí diềm mái của mái đón gió có giá trị
lớn là khoảng -1,75.
- Hệ số áp lực lớn nhất C
p (gió đẩy) phân bố khá đều trên toàn mái và có giá trị
tương đối nhỏ.
- Hệ số áp lực nhỏ nhất C
p (gió hút). Phân bố khá đều trên mái khuất gió, và đón
gió tuy nhiên hai vị trí góc diềm mái trái và phải của mái đón gió có giá trị lớn có
thể lên đến -7,0.
f2) Với hướng gió θ = 450 (Hình phụ lục)
- Hệ số áp lực trung bình C p , phân bố rất rối nhưng tại những vị trí gần diềm mái
trái theo hướng gió tới xuất hiện vùng cục bộ có giá trị lên đến -1,75.
- Hệ số áp lực lớn nhất C
p (gió đẩy) có một vị trí cục bộ trên mái khuất gió cần lưu
ý vị gíá trị ở đây khá lớn ≤ -1,9.
- Hệ số áp lực nhỏ nhất C
p (gió hút). Giống các mô hình ở trên đối với mô hình này có
hai vị trí cục bộ cần lưu ý hơn cả là góc diềm mái trái của mái đón gió, và góc đỉnh mái
của mái khuất gió (hướng dòng tới) là những vị trí có giá trị rất lớn là -8,8 và -9,4.
f3) Với hướng gió θ = 900 (Hình phụ lục)
86
- Hệ số áp lực trung bìnhC p: Phân bố không đều một số vị trí cục bộ gần hướng gió
tới có giá trị lên đến -2,5.
- Hệ số áp lực lớn nhất C
p (gió đẩy) : Có một vị trí cục bộ ở phái gần góc mái khuất
gió có giá trị khá lớn -2,2.
- Hệ số áp lực nhỏ nhất C
p (gió hút) : Giống quy luật phân bố áp lực của các mô
hình khác và cũng xuất hiện hai vị trí có giá trị lớn là hai góc dưới của cả hai mái
theo hướng dòng gió tới, giá trị ≤ -8,2.
Từ kết quả thu được ta thấy quy luật phân bố về áp lực trung bình, áp lực gió
hút, áp lực gió đẩy của các mô hình là khá giống nhau về các vị trí xuất hiện giá trị
lớn, giá trị này thay đổi khác nhau tùy thuộc vào góc nghiêng của mái (các vị trí này
thường tập trung tại góc diềm mái dưới hoặc trên đinh mái theo hướng dòng gió
tới). Bảng 3.3 là bảng tổng hợp giá trị áp lực theo các hướng gió chính 0; 45 và 900
của các mô hình không có tấm chắn ngang (các hướng gió còn lại xem Phụ lục).
3.5.2.2 Kết quả thí nghiệm khi sử dụng tấm chắn ngang rộng 500mm cho các
mô hình dạng 1
a. Chiều cao tấm chắn ngang hs = 250mm
Về quy luật phân bố áp lực trên mái của các mô hình không có gì thay đổi nhiều
tuy nhiên tại các vị trí có giá trị lớn và vị trí cục bộ giá trị này có giảm đi so với
trường hợp không có tấm chắn ngang nhưng chưa đáng kể, xem Bảng 3.4 và hình
ảnh trong phụ lục.
Kết quả tổng hợp hệ số áp lực gió trong các Bảng 3.3; 3.4; 3.5 và 3.6 được hiểu
là miền giá trị của các hệ số áp lực gió trên toàn mái cho 3 hướng gió chính 00; 45
0
và 900 (các hướng gió còn lại xem bảng tổng hợp trong phụ lục). Trong 1 cột giá trị
hệ số này chạy từ giá trị A đến giá trị B.
+ A: thể hiện giá trị lớn nhất thu được của hệ số áp lực đó trong toàn mái;
+ B: thể hiện giá trị nhỏ nhất thu được của hệ số áp lực đó trong toàn mái.
87
Bảng 3.3 Tổng hợp kết quả đo gió các mô hình không có tấm chắn ngang
Hướng
gió
Mái trước Mái sau
Hệ số áp
lực lớn
nhất
Hệ số áp lực
trung bình
Hệ số áp
lực nhỏ
nhất
Hệ số áp
lực lớn
nhất
Hệ số áp lực
trung bình
Hệ số áp
lực nhỏ
nhất
A B A B A B A B A B A B
M1-15
00
0,12 -0,4 -0,60 -1,00 -4,2 -8,20 -0,1 -0,6 -0,5 -0,75 -4,0 -7,0
450
0,55 -0,7 -0,50 -1,25 -3,4 -11,8 -0,7 -1,3 -0,5 -1,00 -2,8 -8,2
900
-1 0,8 -0,25 -0,75 -2,2 -10,0 -1,0 0,8 -0,25 -0,75 -1,6 -8,2
M1-20
00
0,35 -0,2 -0,5 -1,25 -3.6 -7,6 -0,2 -0,7 -0,4 -0,75 -3,2 -7,6
450
1,0 -1,1 -0,4 -1,0 -3,1 -13,0 -0,3 -1,3 -0,3 -1,0 -2,3 -8,8
900
-0,3 -1,5 -0,3 -1,25 -2,0 -10 -0,2 -1,1 -0,2 -1,0 -2,0 -8.2
M1-25
00
0,43 -0,6 -0,61 -1,32 -2,9 -8,43 -0,4 -0,88 -0,77 -0,93 -3,5 -6,72
450
0,61 -0,9 -0,54 -1,51 -3,1 -11,77 -0,5 -1,28 -0,31 -1,02 -3,8 -10,72
900
0,16 -1,4 -0,51 -1,41 -2,0 -11,53 -0,1 -1,45 -0,54 -1,39 -2,3 -10,13
M1-30
00
1,39 -0,5 -0,54 -1,51 -2,2 -6,99 -0,02 -1,00 -0,64 -1,23 -2,7 -5,45
450
1,73 -0,8 -0,11 -1,46 -1,9 -9,11 0,23 -2,04 -0,56 -1,87 -2,7 -7,06
900
0,93 -1,2 0,06 -1,90 -0,9 -8,21 0,92 -2,18 -0,36 -2,29 -1,5 -10,21
M2-20
00
0,28 -0,7 -0,70 -1,78 -2,2 -9,16 -0,08 -0,77 -0,75 -1,15 -3,2 -6,25
450
0,47 -1,7 -0,55 -2,44 -2,1 -12,94 -0,3 -1,63 -0,82 -3,05 -2,7 -14,19
900
0,85 -1,8 -0,37 -2,29 -1,9 -8,47 0,53 -1,30 -0,12 -1,75 -1,9 -10,99
M3-20
00
0,53 -0,8 -0,13 -1,97 -0,5 -9,21 0,30 -1,28 -0,03 -1,50 -0,3 -6,68
450
1,36 -1,3 -0,06 -2,41 -0,6 -13,12 0,53 -2,27 -0,13 -2,76 -0,4 -11,6
900
0,97 -3,2 -0,03 -2,73 -1,5 -9,35 1,05 -2,58 -0,27 -2,66 -0,7 -9,14
88
Bảng 3.4 Tổng hợp kết quả đo gió các mô hình với tấm chắn ngang cao 250mm
Hướng
gió
Mái trước Mái sau
Hệ số áp
lực lớn
nhất
Hệ số áp
lực trung
bình
Hệ số áp
lực nhỏ
nhất
Hệ số áp
lực lớn
nhất
Hệ số áp
lực trung
bình
Hệ số áp
lực nhỏ
nhất
A B A B A B A B A B A B
M1-15
00
0,2 -1 -0,5 -1,0 -2,8 -7,6 -0,3 -0,7 -0,5 -0,75 -3,1 -4,6
450
0,15 -1 -0,4 -1,0 -2,4 -8,2 -0,3 -1 -0,5 -1,0 -2,5 -7
900
-0,2 -1 -0,3 -1,25 -1,6 -7 -0,3 -1 -0,3 -1,0 -1,6 -7
M1-20
00
-0,1 -0,7 -0,4 -0,75 -2,1 -7,0 -0,3 -0,7 -0,3 -0,75 -2,2 -4,6
450
0,11 -1,1 -0,4 -0,85 -2,3 -8,2 -0,3 -1,0 -0,3 -0,86 -2,1 -7,6
900
-0,1 -1,5 -0,3 -1,0 -1,6 -6,4 -0,2 -1,4 -0,2 -1,0 -1,0 -5,8
M1-25
00
0,33 -1,01 -0,51 -1,22 -2,04 -6,84 -0,47 -1,00 -0,68 -0,84 -2,62 -7,39
450
0,15 -1,16 -0,46 -1,14 -2,16 -7,78 -0,66 -1,53 -0,29 -0,86 -3,08 -13,33
900
-0,20 -1,24 -0,46 -1,55 -1,63 -7,27 -0,18 -1,23 -0,46 -1,60 -1,71 -7,76
M1-30
00
0,88 -0,82 -0,52 -1,51 -1,91 -6,00 -0,35 -1,02 -0,91 -1,18 -3,14 -5,74
450
0,59 -0,98 -0,47 -1,64 -1,96 -6,34 -0,65 -1,56 -1,01 -2,88 -2,95 -14,56
900
-0,01 -1,51 -0,46 -2,34 -1,66 -8,41 -0,25 -1,49 -0,57 -2,43 -1,76 -8,93
M2-20
00
0,40 -0,98 -0,64 -1,68 -1,90 -6,62 -0,07 -0,81 -0,82 -1,10 -2,61 -5,44
450
0,42 -1,44 -0,44 -1,87 -1,98 -5,99 -0,35 -1,46 -0,76 -2,47 -2,48 -9,43
900
-0,01 -1,69 -0,53 -2,34 -1,86 -9,57 -0,06 -1,40 -0,54 -2,19 -1,81 -8,80
M3-20
00
0,15 -1,11 -0,65 -1,62 -2,01 -6,19 0,04 -0,80 -0,11 -1,01 -0,56 -5,05
450
0,35 -1,01 -0,64 -1,65 -2,08 -7,18 0,16 -1,23 -0,06 -2,12 -0,32 -9,13
900
-0,09 -1,01 -0,50 -1,57 -1,58 -8,39 0,13 -1,01 -0,07 -1,49 -0,39 -7,52
89
b. Chiều cao tấm chắn ngang hs = 500mm
Tại những vị trí cục bộ và những vị trí diềm mái, đỉnh mái vị trí có giá trị áp lực
lớn đã được phân tán ra rộng hơn, ít tập trung tại vị trí cục bộ hơn và giá trị hệ số áp
lực giảm đi khá nhiều so với trường hợp không có tấm chắn ngang, đặc biệt là với
các giá trị hệ số áp lực hút.
Bảng 3.5 Tổng hợp kết quả đo gió các mô hình với tấm chắn ngang cao 500mm
Mái trước Mái sau
Hướng
gió
Hệ số áp
lực lớn
nhất
Hệ số áp
lực trung
bình
Hệ số áp
lực nhỏ
nhất
Hệ số áp
lực lớn
nhất
Hệ số áp
lực trung
bình
Hệ số áp
lực nhỏ
nhất
A B A B A B A B A B A B
M1-15
00
-0,2 -1,0 -0,5 -1,0 -2,8 -7,0 -0,2 -0,7 -0,5 -0,75 -2,5 -5,2
450
0,16 -0,7 -0,4 -0,75 -2,1 -7,2 -0,3 -0,7 -0,4 -0,75 -2,1 -6,0
900
0,15 -0,7 -0,2 -0,75 -1,2 -6,4 0,11 -0,7 -0,20 -0,75 -1,4 -5,6
M1-20
00
-0,1 -0,7 -0,3 -0,75 -2,4 -5,8 -0,4 -0,7 -0,4 -0,5 -2,9 -4,6
450
-0,2 -0,9 -0,4 -0,77 -2,6 -5,2 -0,5 -1,6 -0,4 -0,86 -2,3 -7,0
900
-0,2 -1,4 -0,3 -0,75 -1,8 -7,0 -0,1 -1,4 -0,3 -0,75 -1,5 -5,8
M1-25
00
0,31 -0,84 -0,44 -1,16 -1,91 -6,13 -0,42 -0,78 -0,60 -0,74 -2,56 -5,42
450
0,17 -0,85 -0,42 -1,12 -2,05 -7,39 -0,44 -1,23 -0,38 -0,86 -2,73 -9,60
900
0,00 -0,91 -0,36 -1,13 -1,47 -8,28 -0,07 -0,82 -0,35 -1,11 -1,55 -6,58
M1-30
00
0,86 -1,01 -0,25 -1,36 -1,60 -5,99 -0,06 -0,92 -0,61 -1,23 -2,56 -5,41
450
1,09 -1,09 -0,30 -1,34 -1,69 -7,12 0,66 -2,02 -0,19 -2,76 -2,24 -13,29
900
0,88 -1,41 0,09 -1,77 -0,75 -6,71 1,15 -2,39 0,05 -2,26 -1,49 -6,61
M2-20
00
0,21 -1,02 -0,61 -1,63 -1,89 -5,72 -0,37 -0,92 -0,83 -1,07 -2,77 -6,07
450
0,40 -1,32 -0,62 -1,91 -1,91 -6,17 -0,43 -1,47 -0,82 -2,35 -2,48 -8,63
900
0,02 -1,03 -0,52 -1,69 -1,83 -8,25 -0,02 -0,94 -0,50 -1,60 -1,55 -8,32
M3-20
00
0,53 -1,12 -0,69 -1,66 -2,21 -6,29 0,14 -0,81 -0,06 -1,11 -0,41 -6,29
450
-0,06 -1,30 -0,74 -1,85 -2,29 -9,36 0,16 -1,51 -0,06 -2,33 -0,44 -10,69
900
-0,10 -1,55 -0,62 -1,91 -1,90 -9,26 2,00 -1,18 0,05 -1,76 -0,48 -8,34
90
c. Chiều cao tấm chắn ngang hs = 750mm
Đối với trường hợp này các giá trị, vị trí cục bộ gần như không đổi hoặc thay đổi
rất ít không đáng kể.
Bảng 3.6 Tổng hợp kết quả đo gió các mô hình với tấm chắn ngang cao 750mm
Hướng
gió
Mái trước Mái sau
Hệ số áp
lực lớn
nhất
Hệ số áp
lực trung
bình
Hệ số áp
lực nhỏ
nhất
Hệ số áp
lực lớn
nhất
Hệ số áp
lực trung
bình
Hệ số áp
lực nhỏ
nhất
A B A B A B A B A B A B
M1-15
00
-0,2 -1,0 -0,5 -1,0 -3,4 -10 -0,2 -0,7 -0,5 -0,75 -2,6 -5,8
450
-0,3 -1,0 -0,5 -1,0 -2,9 -10 -0,5 -1,3 -0,5 -1,0 -2,5 -7,0
900
0,04 -1,0 -0,3 -1,0 -1,2 -7,6 0,21 -1,0 -0,2 -0,75 -1,7 -8,2
M1-20
00
-0,2 -0,7 -0,5 -1,0 -2,8 -7,0 -0,4 -0,7 -0,4 -0,75 -3,0 -4,6
450
0,09 -1,0 -0,4 -0,77 -2,5 -7,0 -0,3 -1,2 -0,3 -0,86 -2,0 -7,6
900
0,13 -1,0 -0,3 -0,75 -1,6 -8,2 0,18 -1,1 -0,2 -0,75 -1,6 -5,8
M1-25
00
-0,11 -0,70 -0,59 -1,30 -2,64 -6,62 -0,42 -0,98 -0,75 -0,87 -3,24 -6,26
450
0,30 -1,02 -0,52 -1,39 -2,61 -9,72 -0,72 -1,31 -0,30 -0,86 -3,14 -9,13
900
0,07 -1,21 -0,49 -1,24 -1,68 -8,47 -0,26 -1,29 -0,48 -1,23 -1,74 -8,18
M1-30
00
0,75 -0,61 -0,58 -1,56 -1,96 -6,44 -0,53 -0,99 -0,94 -1,12 -2,93 -5,06
450
0,70 -0,72 -0,46 -1,45 -2,27 -10,01 -0,22 -1,13 -1,02 -1,77 -3,19 -8,69
900
0,37 -1,14 -0,45 -1,71 -1,46 -6,94 0,21 -1,00 -0,29 -1,60 -1,26 -8,47
M2-20
00
0,44 -0,95 -0,61 -1,63 -1,98 -7,10 1,21 -0,84 0,21 -1,25 -2,06 -4,75
450
0,32 -1,48 -0,53 -1,94 -1,85 -11,28 1,18 -1,27 -0,72 -2,35 -2,38 -11,99
900
0,18 -1,39 -0,34 -1,85 -1,60 -9,77 2,26 -1,18 0,65 -1,64 -1,38 -8,88
M3-20
00
0,15 -0,87 -0,67 -1,64 -2,22 -7,03 0,28 -0,83 0,05 -0,99 -0,12 -6,44
450
0,21 -1,10 -0,67 -1,94 -2,00 -9,81 0,33 -1,09 0,08 -1,99 -0,09 -10,29
900
0,14 -1,59 -0,47 -1,95 -1,46 -7,81 0,27 -0,95 0,03 -1,65 -0,23 -7,19
91
3.5.3 Đánh giá và so sánh kết quả
3.5.3.1 Đánh giá và so sánh kết quả các trường hợp sử dụng và không sử dụng
tấm chắn ngang của các mô hình dạng 1
Kết quả thu được của tất cả các hướng gió cho tất cả các mô hình và cho các
trường hợp chiều cao tấm chắn ngang khác nhau được thể hiện trên các biều đồ so
sánh hệ số áp lực gió trung bình và hệ số áp lực gió nhỏ nhất của các trường hợp có
và không có tấm chắn ngang dưới đây (Hình 3.37 đến Hình 3.40).
Mô hình M1-15 - Mái trước
Mô hình M1-15 - Mái trước
Mô hình M1-15 – Mái sau
Mô hình M1-15 – Mái sau
Hình 3.37 Biểu đồ so sánh giá hệ số áp lực gió trung bình cục bộ và hệ số áp lực
nhỏ nhất cục bộ – Mô hình M1-15
C p
CP
Hướng gió θ0 Hướng gió θ
0
C p
CP
Hướng gió θ 0
Hướng gió θ 0
92
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 sau
C p
CP
C p
Hướng gió θ 0
Hướng gió θ 0
CP
C p
CP
C p
Hướng gió θ 0
CP
Hướng gió θ 0
Hướng gió θ 0
Hướng gió θ 0
Hướng gió θ 0
Hướng gió θ 0
Hình 3.38 Biểu đồ so sánh hệ số áp lực gió trung bình cục bộ và hệ số áp lực
nhỏ nhất cục bộ – Mô hình M1-20; M1-25
93
Mô hình M1-30 - Mái trước
Mô hình M1-30 - Mái trước
Mô hình M1-30 - Mái sau
Mô hình M1-30 - Mái sau
Mô hình M2-20 - Mái trước
Mô hình M2-20 - Mái trước
Mô hình M2-20 - Mái sau
Mô hình M2-20 - Mái sau
C p
CP
Hướng gió θ 0
Hướng gió θ 0
C p
Hướng gió θ 0
CP
Hướng gió θ 0
C p
Hướng gió θ 0
CP
Hướng gió θ 0
C p
Hướng gió θ 0
CP
Hướng gió θ 0
Hình 3.39 Biểu đồ so sánh hệ số áp lực gió trung bình cục bộ và hệ số áp lực
nhỏ nhất cục bộ – Mô hình M1-30; M2-20
94
Mô hình M3-20 - Mái trước
Mô hình M3-20 - Mái trước
Mô hình M3-20 - Mái sau
Mô hình M3-20 - Mái sau
Hình 3.40 Biểu đồ so sánh hệ số áp lực gió trung bình cục bộ và hệ số áp lực
nhỏ nhất cục bộ - Mô hình M3-20
Các biểu đồ được vẽ dựa trên giá trị cực đại của các giá trị hệ số áp lực gió ghi được
cho các mô hình. Từ đồ thị trên và theo bảng tổng hợp các giá trị hệ số áp lực gió cho
từng mô hình thì ta nhận thấy rằng đối với trường hợp mái có độ dốc ≥ 300 thì các tấm
chắn ngang gần như không có tác dụng nhiều, thậm trí còn gây nên các áp lực cục bộ tại
một số vị trí trên mái hoặc làm tăng giá trị áp lực trung bình và áp lực hút cho mái.
Từ kết quả thu được ta thấy rằng khi gió tác động lên mái thì trên mái xuất hiện
các vùng cục bộ có giá trị áp lực rất lớn, những vị trí đó thường ở góc diềm mái,
hoặc góc đỉnh mái theo hướng dòng gió tới. Dựa trên những số liệu đo được ta lập
bảng so sánh các giá trị hệ số áp lực cực đại của các vùng cục bộ trên một mái.
Trong thiết kế chống gió cho kết cấu của công trình có mặt bằng hình chữ nhật thì
hướng gió 00, 45
0 , 90
0 là các hướng gió thường được xem xét nhiều, các bảng so
sánh (Bảng 3.7 đến bảng 3.12) được lập dựa trên các số liệu của hướng gió 450
C p
CP
CP
Hướng gió θ 0
Hướng gió θ 0
C p
Hướng gió θ 0
Hướng gió θ 0
95
(cũng là hướng gió có các giá trị áp lực lớn). Bảng so sánh các giá trị hệ số áp lực
của trường hợp đặt tấm chắn ngang ở các chiều cao khác nhau với trường hợp
không có tấm chắn ngang để xem xét hiệu quả của giải pháp tấm chắn này. Đối với
hướng gió 00 và 90
0 xem các bảng trong phụ lục.
Bảng 3.7 So sánh giá trị lớn nhất của hệ số áp lực trung bình cục bộ, hệ số áp
lực nhỏ nhất cục bộ Mô hình M1-15, độ dốc mái 150, hướng gió 45
0
Chiều cao
tấm chắn ngang (mm)
Mái trước Mái sau
Hệ số áp lực
trung bình
Hệ sô áp lực
nhỏ nhất
Hệ số áp lực
trung bình
Hệ sô áp lực
nhỏ nhất
Không tấm chắn (hs=0) -1,25 -11,8 -1,0 -8,2
hs = 250 -1,0 -8,2 -1,0 -7,0
hs = 500 -0,75 -7,2 -0,75 -6,0
hs = 750 -1,0 -10 -1,0 -7,0
hs = 250 so với hs = 0 20% (Giảm) 31% (Giảm) 0% (Giảm) 15% (Giảm)
hs = 500 so với hs = 0 40% (Giảm) 39% (Giảm) 25% (Giảm) 27% (Giảm)
hs = 750 so với hs = 0 20% (Giảm) 15% (Giảm) 0% (Giảm) 15% (Giảm)
Bảng 3.8 So sánh giá trị lớn nhất của hệ số áp lực trung bình cục bộ, hệ số áp
lực nhỏ nhất cục bộ Mô hình M1-20, độ dốc mái 200, hướng gió 45
0
Chiều cao
tấm chắn ngang (mm)
Mái trước Mái sau
Hệ số áp lực
trung bình
Hệ sô áp lực
nhỏ nhất
Hệ số áp lực
trung bình
Hệ sô áp lực
nhỏ nhất
Không tấm chắn (hs=0) -1,0 -13,0 -1,0 -8,8
hs = 250 -0,85 -8,2 -0,86 -7,6
hs = 500 -0,77 -5,2 -0,86 -7
hs = 750 -0,77 -7,0 -0,86 -7,6
hs = 250 so với hs = 0 15% (Giảm) 37% (Giảm) 14% (Giảm) 14% (Giảm)
hs = 500 so với hs = 0 23% (Giảm) 60% (Giảm) 14% (Giảm) 20% (Giảm)
hs = 750 so với hs = 0 23% (Giảm) 46% (Giảm) 14% (Giảm) 14% (Giảm)
96
Bảng 3.9 So sánh giá trị lớn nhất của hệ số áp lực trung bình cục bộ, hệ số áp
lực nhỏ nhất cục bộ Mô hình M1-25, độ dốc mái 250, hướng gió 45
0
Chiều cao
tấm chắn ngang (mm)
Mái trước Mái sau
Hệ số áp lực
trung bình
Hệ sô áp lực
nhỏ nhất
Hệ số áp lực
trung bình
Hệ sô áp lực
nhỏ nhất
Không tấm chắn (hs=0) -1,5 -11,8 -1,0 -10,7
hs = 250 -1,1 -7,8 -0,9 -13
hs = 500 -1,1 -7,4 -0,9 -9,6
hs = 750 -1,4 -9,7 -0,9 -9,1
hs = 250 so với hs = 0 27% (Giảm) 34% (Giảm) 10% (Giảm) -24% ( Tăng)
hs = 500 so với hs = 0 27% (Giảm) 37% (Giảm) 10% (Giảm) 10% (Giảm)
hs = 750 so với hs = 0 8,2% (Giảm) 17% (Giảm) 10% (Giảm) 15% (Giảm)
Bảng 3.10 So sánh giá trị lớn nhất của hệ số áp lực trung bình cục bộ, hệ số áp
lực nhỏ nhất cục bộ Mô hình M1-30, độ dốc mái 300, hướng gió 45
0
Chiều cao
tấm chắn ngang (mm)
Mái trước Mái sau
Hệ số áp lực
trung bình
Hệ sô áp lực
nhỏ nhất
Hệ số áp lực
trung bình
Hệ sô áp lực
nhỏ nhất
Không tấm chắn (hs=0) -1,46 -9,11 -1,87 -7,06
hs = 250 -1,64 -6,34 -2,88 -14,56
hs = 500 -1,34 -7,12 -2,76 -13,29
hs = 750 -1,45 -10,01 -1,77 -8,69
hs = 250 so với hs = 0 -13% (Tăng) 30% (Giảm) -54% ( Tăng) -106% ( Tăng)
hs = 500 so với hs = 0 8% (Giảm) 22% (Giảm) -48% ( Tăng) -88% ( Tăng)
hs = 750 so với hs = 0 1% (Giảm) -10% (Tăng) 5,4% (Giảm) -23% ( Tăng)
97
Bảng 3.11 So sánh giá trị lớn nhất của hệ số áp lực trung bình cục bộ, hệ số áp
lực nhỏ nhất cục bộ Mô hình M2-20, độ dốc mái 200, hướng gió 45
0
Chiều cao
tấm chắn ngang
(mm)
Mái trước Mái sau
Hệ số áp lực
trung bình
Hệ sô áp lực
nhỏ nhất
Hệ số áp lực
trung bình
Hệ sô áp lực
nhỏ nhất
Không tấm chắn (hs=0) -2,4 -12,9 -3,1 -14,2
hs = 250 -1,9 -6,00
-2,5 -9,4
hs = 500 -1,8 -6,20 -2,3 -8,6
hs = 750 -1,9 -11,3 -2,3 -12,0
hs = 250 so với hs = 0 24% (Giảm) 54% (Giảm) 19% (Giảm) 34% (Giảm)
hs = 500 so với hs = 0 27% (Giảm) 52% (Giảm) 23% (Giảm) 39% (Giảm)
hs = 750 so với hs = 0 21% (Giảm) 13% (Giảm) 23% (Giảm) 16% (Giảm)
Bảng 3.12 So sánh giá trị lớn nhất của hệ số áp lực trung bình cục bộ, hệ số áp
lực nhỏ nhất cục bộ Mô hình M3-20, độ dốc mái 200, hướng gió 45
0
Chiều cao
tấm chắn ngang (mm)
Mái trước Mái sau
Hệ số áp lực
trung bình
Hệ sô áp lực
nhỏ nhất
Hệ số áp lực
trung bình
Hệ sô áp lực
nhỏ nhất
Không tấm chắn (hs=0) -2,4 -13,1 -2,8 -11,6
hs = 250 -1,6 -7,20 -2,1 -9,1
hs = 500 -1,8 -9,40 -2,3 -10,7
hs = 750 -1,9 -9,80 -2,0 -10,3
hs = 250 so với hs = 0 32% (Giảm) 45% (Giảm) 23% (Giảm) 21% (Giảm)
hs = 500 so với hs = 0 23% (Giảm) 29% (Giảm) 16% (Giảm) 7,8% (Giảm)
hs = 750 so với hs = 0 19% (Giảm) 25% (Giảm) 28% (Giảm) 11% (Giảm)
Từ các kết quả so sánh trên ta nhận thấy:
+ Với trường hợp mái có độ dốc ≥ 300 thì các tấm chắn ngang chỉ có tác dụng
với mái đón gió nhưng lại bất lợi với mái khuất gió, thậm trí giá trị hệ số áp lực cục
bộ tăng lên rất nhiều lần so với trường hợp không có tấm chắn ngang.
+ Tất cả các trường hợp mô hình (trừ mô hình M1-30, độ dốc mái 300) còn lại
thì khi có tấm chắn ngang gắn trên mái ở vị trí cao hơn mặt mái là 500mm (theo
98
phương vuông góc với mặt phẳng mái) các giá trị hệ số áp lực cục bộ giảm đi nhiều
nhất (có trường hợp mô hinh M1-20 giá trị áp lực hút cực đại giảm đi được 60%).
+ Như vậy, khi đặt tấm chắn ngang ở độ cao 500mm (song song với mặt phẳng
mái) so với mặt phẳng mái thì sẽ làm giảm được giá trị hệ số áp lực cục bộ so với
trường hợp không có tấm chắn ngang và giảm được nhiều hơn so với hai trường hợp
còn lại.
3.5.3.2 Đánh giá và so sánh kết quả các trường hợp sử dụng và không sử dụng tấm
chắn ngang của các mô hình dạng 1 với tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737:1995
Để so sánh với các hệ số cho trong tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737:1995 ta sẽ
tính hệ số áp lực trung bình cho toàn mái và cho các vùng cục bộ. Các vùng cục bộ
trên mái được phân chia theo tiêu chuẩn Việt Nam (Hình 3.41).
360
360
3600
360360 9080
Vùng A
Vùng D
Vùng C
Vùng B
Vùng F
Híng giã
a
Hình 3.41 Phân chia vùng để xác định giá trị hệ số áp lực tại vị trí cục bộ
Giá trị trung bình cho hệ số áp lực gió trên toàn mái và các vùng cục bộ được tính
theo công thức (3.1)
1
1
( , )
n
ipi
np
ii
t i
t
C AC
A
(3.1)
Kết quả tính toán hệ số áp lực trung bình cho toàn mái và các vùng cục bộ cho
trường hợp không có tấm chắn ngang so với trường hợp có tấm chắn ngang đặt tại
cao độ 500mm được thể hiện trên các Hình 3.42 – 3.47 và trong các Bảng 3.13 đến
Bảng 3.24 cho từng mô hình.
99
15°
-0.73;
15°
Híng giãTØ lÖ h/l = 1 TØ lÖ h/l = 1
-0.53;(-0.7) -0.58;-0.44;(-0.5) -0.54;-0.49;(-0.7) -0.51;-0.41;(-0.5)
Híng giã 0o Híng giã 90o
Gi¸ trÞ 1: kh«ng tÊm ch¾n
Gi¸ trÞ 2: Cã tÊm ch¾n
Gi¸ trÞ 3 trong (...) theo
TCVN - 2737-95
Hình 3.42 Hệ số áp lực gió trung bình toàn mái
theo thí nghiệm và theo TCVN 2737:1995 – Mô hình M1-15
20°
TØ lÖ h/l = 1
-0.72;-0.54;(-0.7) -0.61;-0.58;(-0.5)
Híng giã
Híng giã 0o
20°
TØ lÖ h/l = 1
-0.54;-0.51;(-0.7) -0.58;-0.56;(-0.7)
Híng giã 90o
Gi¸ trÞ 1: kh«ng tÊm ch¾n
Gi¸ trÞ 2: Cã tÊm ch¾n
Gi¸ trÞ 3 trong (...) theo
TCVN - 2737-95
Hình 3.43 Hệ số áp lực gió trung bình toàn mái
theo thí nghiệm và theo TCVN 2737:1995 – Mô hình M1-20
25°
25°
Híng giãTØ lÖ h/l = 1 TØ lÖ h/l = 1
Híng giã 0 Híng giã 90
-0.71;-0.53;(-0.6) -0.70;-0.55;(-0.5) -0.61;-0.42;(-0.7) -0.62;-0.42;(-0.7)
Híng giã 0o Híng giã 90o
Gi¸ trÞ 1: kh«ng tÊm ch¾n
Gi¸ trÞ 2: Cã tÊm ch¾n
Gi¸ trÞ 3 trong (...) theo
TCVN - 2737-95
Hình 3.44 Hệ số áp lực gió trung bình toàn mái
theo thí nghiệm và theo TCVN 2737:1995 – Mô hình M1-25
100
30°
30°
Híng giãTØ lÖ h/l = 1 TØ lÖ h/l = 1
Híng giã 0 Híng giã 90
-0.68;-0.59;(-0.45) -0.73;-0.78;(-0.5) -0.70;-0.68;(-0.7) -0.65;-0.73;(-0.7)
Híng giã 0o Híng giã 90o
Gi¸ trÞ 1: kh«ng tÊm ch¾n
Gi¸ trÞ 2: Cã tÊm ch¾n
Gi¸ trÞ 3 trong (...) theo
TCVN - 2737-95
Hình 3.45 Hệ số áp lực gió trung bình toàn mái
theo thí nghiệm và theo TCVN 2737:1995 – Mô hình M1-30
20°
Híng giãTØ lÖ h/l = 0.5
Híng giã 0o
20°
TØ lÖ h/l = 0.5
Híng giã 90o
-0.57;-0.49;(-0.4) -0.60;-0.58;(-0.4) -0.72;-0.51;(-0.7) -0,62;-0.55;(-0.7)
Gi¸ trÞ 1: kh«ng tÊm ch¾n
Gi¸ trÞ 2: Cã tÊm ch¾n
Gi¸ trÞ 3 trong (...) theo
TCVN - 2737-95
Hình 3.46 Hệ số áp lực gió trung bình toàn mái
theo thí nghiệm và theo TCVN 2737:1995 – Mô hình M2-20
20°
Híng giãTØ lÖ h/l = 0.75
Híng giã 0o
-0.62;-0.46;(-0.55) -0,54;-0.42;(-0.45)
20°
TØ lÖ h/l = 0.75
-0.66 -0.55 (-0.7) -0.76 -0.62 (-0.7)
Híng giã 90o
Gi¸ trÞ 1: kh«ng tÊm ch¾n
Gi¸ trÞ 2: Cã tÊm ch¾n
Gi¸ trÞ 3 trong (...) theo
TCVN - 2737-95
Hình 3.47 Hệ số áp lực gió trung bình toàn mái
theo thí nghiệm và theo TCVN 2737:1995 – Mô hình M3-20
101
Bảng 3.13 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái - Mô hình M1-15
Mái trước
Theo
TCVN
2737:1995
(4)
So sánh giữa
(2) và (4)
(% giảm )
Hướng
gió
Không tấm
chắn ngang
(1)
Có tấm chắn
ngang cao
500mm
(2)
Hiệu quả
(% giảm)
(3)
00
-0,73 -0,53 30,1 -0,7 24,3
450
-0,73 -0,58 20,5 -0,7 17,1
900
-0,54 -0,49 9,1 -0,7 30,0
Mái sau
Theo
TCVN
2737:1995
(4)
So sánh giữa
(2) và (4)
(% giảm )
Hướng
gió
Không tấm
chắn
ngang
(1)
Có tấm chắn
ngang cao
500mm
(2)
Hiệu quả
(% giảm)
(3)
00
-0,58 -0,44 23,39 -0,5 11,2
450
-0,59 -0,51 13,8 -0,5 0
900
-0,51 -0,42 17,6 -0,7 40,7
Bảng 3.14 Giá trị hệ số áp lực trung bình tại các vùng cục bộ - Mô hình M1-15
Hướng gió Vùng
mái
Kết quả thí nghiệm TCVN 2737:1995
Không tấm chắn
ngang
Có tấm chắn
ngang cao
500mm
C p_cục bộ
C p_cục bộ C p_cục bộ
00
A -0,97 -0,72
-1,40
B -1,00 -0,75
C -0,68 -0,52
D -0,60 -0,51
F -0,63 -0,48
900
A -0,84 -0,76
-1,40
B -0,43 -0,42
C -0,74 -0,71
D -0,69 -0,63
F -0,41 -0,29
102
Bảng 3.15 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toán mái - Mô hình M1-20
Mái trước
Theo
TCVN
2737:1995
(4)
So sánh giữa
(2) và (4)
(% giảm )
Hướng
gió
Không tấm
chắn ngang
(1)
Có tấm chắn
ngang cao
500mm
(2)
Hiệu quả
(% giảm)
(3)
00
-0,72 -0,54 25,0 -0,7 22,8
450
-0,75 -0,61 18,6 -0,7 12,8
900
-0,54 -0,51 5,5 -0,7 27,14
Mái sau
Theo
TCVN
2737:1995
(4)
So sánh giữa
(2) và (4)
(% giảm )
Hướng
gió
Không tấm
chắn
ngang
(1)
Có tấm chắn
ngang cao
500mm
(2)
Hiệu quả
(% giảm)
(3)
00
-0,61 -0,58 4,9 -0,5 0
450
-0,72 -0,66 14,3 -0,5 - 24,2
900
-0,58 -0,56 3,44 -0,7 20
Bảng 3.16 Giá trị hệ số áp lực trung bình tại các vùng cục bộ - Mô hình M1-20
Hướng gió Vùng
mái
Kết quả thí nghiệm TCVN 2737:1995
Không tấm
chắn ngang
Có tấm chắn
ngang cao 500mm C p_cục bộ
C p_cục bộ C p_cục bộ
00
A -1,00 -0,86
-1,4
B -1,00 -0,83
C -0,62 -0,56
D -0,53 -0,52
F -0,58 -0,50
900
A -1,05 -0,86
-1,4
B -0,60 -0,50
C -0,99 -0,83
D -0,81 -0,63
F -0,50 -0,49
103
Bảng 3.17 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái - Mô hình M1-25
Mái trước
Theo
TCVN
2737:1995
(4)
So sánh giữa
(2) và (4)
(% giảm )
Hướng
gió
Không tấm
chắn ngang
(1)
Có tấm chắn
ngang cao
500mm
(2)
Hiệu quả
(% giảm)
(3)
00
-0,71 -0,53 25,3 -0,6 11,6
450
-0,66 -0,55 16,6 -0,6 8,3
900
-0,61 -0,42 31,1 -0,7 40
Mái sau
Theo
TCVN
2737:1995
(4)
So sánh giữa
(2) và (4)
(% giảm )
Hướng
gió
Không tấm
chắn ngang
(1)
Có tấm chắn
ngang cao
500mm
(2)
Hiệu quả
(% giảm)
(3)
00
-0,70 -0,55 21,4 -0,5 0
450
-0,83 -0,69 16,8 -0,5 -27
900
-0,62 -0,42 32,2 -0,7 42,8
Bảng 3.18 Giá trị hệ số áp lực trung bình tại các vùng cục bộ - Mô hình M1-25
Hướng gió Vùng
mái
Kết quả thí nghiệm TCVN 2737:1995
Không tấm chắn
ngang
Có tấm chắn
ngang cao 500mm C p_cục bộ
C p_cục bộ C p_cục bộ
00
A -1,03 -0,82
-1,2
B -1,06 -0,76
C -0,68 -0,51
D -0,66 -0,50
F -0,57 -0,40
900
A -1,1 -0,87
-1,4
B -0,57 -0,44
C -1,09 -0,85
D -1,03 -0,79
F -0,61 -0,38
104
Bảng 3.19 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái - Mô hình M1-30
Mái trước
Theo
TCVN
2737:1995
(4)
So sánh giữa
(2) và (4)
(% tăng )
Hướng
gió
Không tấm
chắn ngang
(1)
Có tấm chắn
ngang cao
500mm
(2)
Hiệu quả
(% giảm)
(3)
00
-0,68 -0,59 13,2 -0,45 23,7
450
-0,74 -0,64 13,5 -0,45 29,6
900
-0,70 -0,68 2,8 -0,7 -2,8
Mái sau
Theo
TCVN
2737:1995
(4)
So sánh giữa
(2) và (4)
(% tăng )
Hướng
gió
Không tấm
chắn ngang
(1)
Có tấm chắn
ngang cao
500mm
(2)
Hiệu quả
(% giảm)
(3)
00
-0,73 -0,78 0 -0,5 35,8
450
-0,86 -1,02 -18,6 -0,5 50,9
900
-0,65 -0,73 0 -0,7 0
Bảng 3.20 Giá trị hệ số áp lực trung bình tại các vùng cục bộ - Mô hình M1-30
Hướng gió Vùng
mái
Kết quả thí nghiệm TCVN 2737:1995
Không tấm chắn
ngang
Có tấm chắn
ngang cao 500mm C p_cục bộ
C p_cục bộ C p_cục bộ
00
A -1,13 -0,76
-0,90
B -1,04 -0,97
C -0,65 -0,55
D -0,60 -0,56
F -0,56 -0,56
900
A -1,47 -1,48
-1,40
B -0,63 -0,61
C -1,12 -1,18
D -0,92 -1,12
F -0,63 -0,61
105
Bảng 3.21 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái - Mô hình M2-20
Mái trước
Theo
TCVN
2737:1995
(4)
So sánh giữa
(2) và (4)
(% giảm )
Hướng
gió
Không tấm
chắn ngang
(1)
Có tấm chắn
ngang cao
500mm
(2)
Hiệu quả
(% giảm)
(3)
00
-0,57 -0,49 13,64 -0,4 -23,5
450
-0,61 -0,50 18,09 -0,4 -25,1
900
-0,72 -0,51 29,17 -0,7 27,1
Mái sau
Theo
TCVN
2737:1995
(4)
So sánh giữa
(2) và (4)
(% giảm )
Hướng
gió
Không tấm
chắn ngang
(1)
Có tấm chắn
ngang cao
500mm
(2)
Hiệu quả
(% giảm)
(3)
00
-0,60 -0,58 3,261 -0,4 -22,4
450
-0,78 -0,63 19,17 -0,4 -33,4
900
-0,62 -0,55 11,46 -0,7 21,1
Bảng 3.22 Giá trị hệ số áp lực trung bình tại các vùng cục bộ - Mô hình M2-20
Hướng gió Vùng
mái
Kết quả thí nghiệm TCVN 2737:1995
Không tấm
chắn ngang
Có tấm chắn
ngang cao 500mm C p_cục bộ
C p_cục bộ C p_cục bộ
00
A -1,02 -0,88
-0,8
B -0,99 -0,83
C -0,82 -0,82
D -0,76 -0,71
F -0,76 -0,69
900
A -1,18 -0,88
-1,4
B -0,98 -0,73
C -1,02 -0,74
D -1,11 -0,78
F -1,04 -0,72
106
Bảng 3.23 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái - Mô hình M3-20
Mái trước
Theo
TCVN
2737:1995
(4)
So sánh giữa
(2) và (4)
(% giảm )
Hướng
gió
Không tấm
chắn ngang
(1)
Có tấm chắn
ngang cao
500mm
(2)
Hiệu quả
(% giảm)
(3)
00
-0,62 -0,46 26,55 -0,55 17,0
450
-0,61 -0,49 18,18 -0,55 10,0
900
-0,66 -0,55 17,98 -0,7 21,8
Mái sau
Theo
TCVN
2737:1995
(4)
So sánh giữa
(2) và (4)
(% giảm )
Hướng
gió
Không tấm
chắn ngang
(1)
Có tấm chắn
ngang cao
500mm
(2)
Hiệu quả
(% giảm)
(3)
00
-0,54 -0,44 18,37 -0,45 2,2
450
-0,71 -0,55 22,48 -0,45 -22,2
900
-0,76 -0,62 17,78 -0,7 10,1
Bảng 3.24 Giá trị hệ số áp lực trung bình tại các vùng cục bộ - Mô hình M3-20
Hướng gió Vùng
mái
Kết quả thí nghiệm TCVN 2737:1995
Không tấm
chắn ngang
Có tấm chắn ngang
cao 500mm C p_cục bộ
C p_cục bộ C p_cục bộ
00
A -1,16 -0,97
-1,10
B -1,15 -1,02
C -0,85 -0,70
D -0,65 -0,63
F -0,72 -0,52
900
A -1,05 -0,91
-1,40
B -0,88 -0,72
C -1,12 -1,05
D -0,93 -0,88
F -0,89 -0,67
107
So sánh kết quả thí nghiệm của hệ số áp lực trung bình toàn mái với tiêu chuẩn
TCVN 2737:1995 và một số tiêu chuẩn nước ngoài được thể hiện trong Bảng 3.25
Bảng 3.25 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái theo kết quả thí
nghiệm và một số tiêu chuẩn nước ngoài – Hướng gió 00
Góc
nghiêng
mái
Hệ số áp lực
trung bình
toàn mái
Kết quả Thí
nghiệm
(Không tấm
chắn ngang)
Kết quả Thí
nghiệm (Có
tấm chắn
ngang)
TCVN-
2737:
1995
Tiêu chuẩn
ASCE 07 -
05
Tiêu
chuẩn
AS/NZS
1170.2
15
Ce1 -0,73 -0,53 -0,7 -0,69 -1,0; -0,5
Ce2 -0,58 -0,44 -0,5 -0,44 -0,6
20
Ce1 -0,72 -0,54 -0,7 -0,69 -0,7; -0,3
Ce2 -0,61 -0,58 -0,5 -0,48 -0,6
25
Ce1 -0,71 -0,53 -0,6 -0,45 -0,5; 0,0
Ce2 -0,70 -0,55 -0,5 -0,46 -0,6
30
Ce1 -0,68 -0,59 -0,45 +0,21 -0,3; 0,2
Ce2 -0,65 -0,73 -0,5 -0,43 -0,6
+ Theo bảng so sánh 3.25 ta thấy giá trị hệ số áp lực gió mái đón gió theo tiêu
chuẩn AS/NZS 1170.2 có xu hướng tăng dần theo góc nghiêng của mái và có giá trị
nằm trong khoảng các số trên.
Từ kết quả so sánh cho thấy:
+ Với mọi hướng gió, hệ số áp lực trung bình của các mái luôn âm (áp lực gió
hút), tức là các mái luôn làm việc trong trạng thái dễ bị tốc. Kết quả này hoàn toàn
phù hợp với TCVN 2737:1995 [9].
+ Trường hợp mô hình mái có góc nghiêng ≥300 các giá trị trung bình của hệ số
áp lực gió tính trên toàn mái giảm đi không đáng kể.
+ Đối với các mô hình còn lại giá trị hệ số áp lực gió trung bình toàn mái giảm
đi khá nhiều gần 30% với giá trị hệ số áp lực gió trung bình.
+ Giá trị của hệ số áp lực trung bình theo thí nghiệm tại các vùng cục bộ khá sát
với giá trị cục bộ lấy theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995. Tuy nhiên các giá trị này
cũng được giảm đi khá nhiều khi sử dụng tấm chắn ngang.
108
+ Nói chung các giá trị hệ số trung bình toàn mái khi sử dụng tấm chắn ngang
trên đều nhỏ hơn giá trị hệ số áp lực cho trong TCVN 2737:1995 của Việt Nam.
3.5.3.3 Đánh giá, so sánh hệ số áp lực gió nhỏ nhất trường hợp sử dụng và
không sử dụng tấm chắn ngang của các mô hình dạng 1 và với một số tiêu
chuẩn nước ngoài
Trong tiêu chuẩn thiết kế chống gió của một số nước [18], [21], [27], [33], [62]
ngoài hệ số áp lực trung bình dùng cho thiết kế hệ kết cấu chống gió chính, thì hệ số áp
lực cực đại bên ngoài tại các vùng cục bộ và hệ số áp lực bên trong thường được dùng
cho việc thiết kế kết cấu bao che và chi tiết liên kết của nó (như liên kết mái tôn vào xà
gồ thép hay để thiết kế tuờng kính bao ngoài cho công trình). Vùng cục bộ được hiểu là
các vùng gần góc bờ mái, đỉnh mái hay hồi nhà như ví dụ trên Hình 1.14 đến Hình 1.19
trong tiêu chuẩn Việt Nam, Nhật Bản, Hoa Kỳ, Châu Âu, Anh và Canada.
Các giá trị trung bình của hệ số áp lực nhỏ nhất theo các vùng cục bộ lấy như
phân chia trên Hình 3.41 trong hai trường không có tấm chắn mái và có tấm chắn
mái đặt tại vị trí cách mặt mái 500mm cho hai hướng gió chính là 00 và 90
0 được
tổng hợp theo các Bảng 3.26 đến 3.32
Bảng 3.26 Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất tại các vùng cục bộ - Mô hình M1-15
Hướng gió Vùng
mái
Kết quả thí nghiệm So sánh kết quả
Giảm (%)
Không tấm chắn
ngang
Có tấm chắn
ngang cao
500mm
C
p_cục bộ C
p_cục bộ
00
A -3,1 -2,2 29,03
B -3,3 -2,5 24,24
C -2,3 -2,0 13,04
D -2,0 -1,5 25,00
F -2,5 -1,3 48,00
900
A -3,3 -2,4 27,27
B -1,6 -1,2 25,00
C -3,1 -2,5 19,35
D -2,6 -1,6 38,46
F -1,6 -0,9 43,75
109
Bảng 3.27 Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất tại các vùng cục bộ - Mô hình M1-20
Hướng gió Vùng
mái
Kết quả thí nghiệm So sánh kết quả
Giảm (%)
Không tấm chắn
ngang
Có tấm chắn
ngang cao
500mm
C
p_cục bộ C
p_cục bộ
00
A -3,3 -2,6 21,21
B -3,1 -2,3 25,81
C -2,1 -1,4 33,33
D -1,6 -1,4 12,50
F -1,8 -1,2 33,33
900
A -3,2 -2,8 12,50
B -2,0 -1,6 20,00
C -2,9 -2,5 13,79
D -2,0 -1,9 5,00
F -1,4 -1,2 14,29
Bảng 3.28 Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất tại các vùng cục bộ - Mô hình M1-25
Hướng gió Vùng
mái
Kết quả thí nghiệm So sánh kết quả
Giảm (%)
Không tấm chắn
ngang
Có tấm chắn
ngang cao
500mm
C
p_cục bộ C
p_cục bộ
00
A -2,9 -2,1 27,59
B -2,4 -1,8 25,00
C -1,9 -1,3 31,58
D -1,4 -1,1 21,43
F -1,4 -0,9 35,71
900
A -3,2 -2,5 21,88
B -1,2 -0,8 33,33
C -2,7 -1,9 29,63
D -2,3 -1,9 17,39
F -1,3 -0,7 46,15
110
Bảng 3.29 Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất tại các vùng cục bộ - Mô hình M1-30
Hướng gió Vùng
mái
Kết quả thí nghiệm So sánh kết quả
Giảm (%)
Không tấm
chắn ngang
Có tấm chắn
ngang cao 500mm
C
p_cục bộ C
p_cục bộ
00
A -2,7 -2,1 22,22
B -2,3 -1,8 21,74
C -1,7 -1,3 23,53
D -1,3 -1,2 7,69
F -1,1 -0,9 18,18
900
A -3,2 -2,7 15,63
B -1,5 -1,2 20,00
C -2,7 -2,3 14,81
D -3,0 -2,5 16,67
F -1,6 -1,2 25,00
Bảng 3.30 Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất tại các vùng cục bộ - Mô hình M2-20
Hướng gió Vùng
mái
Kết quả thí nghiệm So sánh kết quả
Giảm (%)
Không tấm
chắn ngang
Có tấm chắn
ngang cao 500mm
C
p_cục bộ C
p_cục bộ
00
A -3,0 -2,4 20,00
B -2,5 -2,2 12,00
C -1,7 -1,6 5,88
D -1,3 -1,3 0,00
F -1,3 -1,2 7,69
900
A -3,4 -3,1 8,82
B -2,2 -1,4 36,36
C -2,7 -2,6 3,70
D -2,5 -2,4 4,00
F -2,0 -1,5 25,00
111
Bảng 3.31 Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất tại các vùng cục bộ Mô hình M3-20
Hướng gió Vùng
mái
Kết quả thí nghiệm So sánh kết quả
Giảm (%)
Không tấm
chắn ngang
Có tấm chắn
ngang cao 500mm
C
p_cục bộ C
p_cục bộ
00
A -3,2 -2,5 21,88
B -2,6 -2,4 7,69
C -1,8 -1,6 11,11
D -1,4 -1,4 0,00
F -1,5 -1,2 20,00
900
A -3,4 -3,1 8,82
B -1,8 -1,5 16,67
C -3,0 -2,7 10,00
D -2,4 -2,3 4,17
F -1,8 -1,3 27,78
Bảng 3.32 So sánh giá trị trung bình của hệ số áp lực nhỏ nhất tại các vùng cục
bộ theo thí nghiệm có và không có tấm chắn ngang với các tiêu chuẩn thế giới
Góc
mái Tiêu chuẩn
Hướng gió 00
Hướng gió 900
A B C D F A B C D F
150
ASCE 7-05 -2,6 -1,7 -1,7 -2,6 -1,7 -2,6 -1,7 -1,7 -2,6 -1,7
AIJ-RLB 2004 -3,6 -2,9 -3,2 -3,6 -2,9 -3,6 -2,9 -3,2 -3,6 -2,9
EN 1991 -1-4:2005 -2 -1,5
-1,5 -1,5 -2 -2 -1,5
-1,5
Không tấm chắn ngang -3,1 -3,3 -2,3 -2,0 -2,5 -3,3 -3,1 -3,3 -2,3 -2,0
Có tấm chắn ngang -2,2 -2,5 -2,0 -1,5 -1,3 -2,4 -2,2 -2,5 -2,0 -1,5
200
ASCE 7-05 -2,6 -1,7 -1,7 -2,6 -1,7 -2,6 -1,7 -1,7 -2,6 -1,7
AIJ-RLB 2004 -3,2 -2,5 -3,2 -4,0 -3,2 -3,2 -2,5 -3,2 -4,0 -3,2
EN 1991 -1-4:2005 -1,8 -1,5
-1,0 -1,0 -1,8 -1,8 -1,5
-1,0
Không tấm chắn ngang -3,3 -3,1 -2,1 -1,6 -1,8 -3,2 -3,3 -3,1 -2,1 -1,6
Có tấm chắn ngang -2,6 -2,3 -1,4 -1,4 -1,2 -2,8 -2,6 -2,3 -1,4 -1,4
250
ASCE 7-05 -2,6 -1,7 -1,7 -2,6 -1,7 -2,6 -1,7 -1,7 -2,6 -1,7
AIJ-RLB 2004 -3,2 -2,5 -3,2 -3,6 -3,2 -3,2 -2,5 -3,2 -3,6 -3,2
EN 1991 -1-4:2005 -1,7 -1,5
-0,5 -0,5 -1,6 -1,7 -1,5
-0,5
Không tấm chắn ngang -2,9 -2,4 -1,9 -1,4 -1,4 -3,2 -2,9 -2,4 -1,9 -1,4
Có tấm chắn ngang -2,1 -1,8 -1,3 -1,1 -0,9 -2,5 -2,1 -1,8 -1,3 -1,1
300
ASCE 7-05 -1,2 -1,2 -1,2 -1,2 -1,2 -1,2 -1,2 -1,2 -1,2 -1,2
AIJ-RLB 2004 -3,2 -2,5 -3,2 -3,2 -3,2 -3,2 -2,5 -3,2 -3,2 -3,2
EN 1991 -1-4:2005 -1,5 -1,5
-0,5 -0,5 -1,5 -1,5 -1,5
-0,5
Không tấm chắn ngang -2,7 -2,3 -1,7 -1,3 -1,1 -3,2 -2,7 -2,3 -1,7 -1,3
Có tấm chắn ngang -2,1 -1,8 -1,3 -1,2 -0,9 -2,7 -2,1 -1,8 -1,3 -1,2
112
Từ các tổng hợp ở trên cho thấy :
+ Với các trường hợp độ dốc mái < 300 thì tấm chắn ngang đặt ở cao độ cách mặt
phẳng mái 500mm sẽ làm giảm các giá trị trung bình, giá trị cực đại của áp lực gió
nhỏ nhất tại các vị trí cục bộ (thường vị trí cục bộ này là diềm mái, góc diềm mái, gần
bờ nóc mái, hay hồi nhà), các vị trí này phù hợp với vị trí trong các tiêu chuẩn tải
trọng và tác động của Việt Nam và một số nước trên thế giới đã đưa ra. Đồng thời
làm giảm áp lực trung bình toàn mái so với trường hợp không có tấm chắn ngang.
+ Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất ở những vị trí cục bộ giảm khá nhiều có những vị
trí ở góc giảm được hơn 30% so với trường hợp không có tấm chắn ngang.
Từ những kết quả trên tiến hành thí nghiệm sử dụng tấm chắn ngang này đặt cao
hơn mặt mái 500mm trên các mô hình dạng 2 (ĐN1 và ĐN2) để đánh giá hiệu quả
của giải pháp này cho các dạng mái khác nhau. Kết quả thí nghiệm được trình bày
trong mục 3.5.4.
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 ngang
a. Mô hình 1-ĐN1 (Nhà một mái)
Các giá trị hệ số áp lực trung bình, hệ số áp lực hút, cho toàn mái và cục bộ
được tổng hợp thành các Bảng 3.33, 3.34 và các hình ảnh (Hình 3.48 và phụ lục)
như dưới đây.
Bảng 3.33 Tổng hợp kết quả đo gió nhà một mái – Mô hình ĐN1
Hướng gió Hệ số áp lực lớn
nhất
Hệ số áp lực trung
bình
Hệ số áp lực
nhỏ nhất
00
0,8 -0,1 0,0 -1,0 -1,0 -4,0
150
0,8 -0,1 -0,5 -1,5 -1,6 -5,8
300
0,2 -0,1 -0,5 -1,5 -1,6 -7,6
450
0,2 -0,1 -0,2 -2,2 -1,6 -7,6
600
0,5 0,2 -0,25 -2,2 -1,6 -7,6
750
0,8 0,2 -0,75 -1,7 -2,2 -7,0
900
0,8 -0,1 -0,25 -1,2 -2,8 -5,8
1050
0,8 -0,1 -0,25 -1,5 -2,8 -5,8
1200
1,1 -0,1 -0,25 -2,0 -2,2 -7,0
1350
0,5 0,2 -0,25 -1,2 -1,0 -7,0
1500
0,8 -0,1 -0,25 -1,5 -1,0 -7,6
1650
1,1 -0,1 0,25 -2,0 -1,0 -5,2
1800
0,2 -0,1 -0,25 -1,0 -1,0 -4,0
113
Bảng 3.34 Tổng hợp giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái
– Mô hình ĐN1
Hướng gió Hệ số áp lực trung bình toàn mái
00
-0,51
450
-0,61
900
-0,72
1350
-0,63
1800
-0,47
Hình 3.48 Hệ số áp lực trung bình, áp lực nhỏ nhất - Mô hình ĐN1
Từ các kết quả trên cho thấy:
- Giá trị hệ số áp lực trung bình khá lớn, cục bộ có thể lên đến -2,2.
- Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất rất lớn (từ -1 đến -7,6) cục bộ có vị trí lên đến -7,6
Vùng cục bộ
có giá trị lớn (-2,75)
Vùng cục bộ
có giá trị lớn (-7,6)
114
b. Mô hình 2 – ĐN2 (Nhà hai mái giật cấp)
Từ kết quả thí nghiệm thu được, sau khi xử lý số liệu, các giá trị hệ số áp lực
trung bình, giá trị hệ số áp lực hút, cho toàn mái và cục bộ được tổng hợp thành các
bảng (Bảng 3.35, 3.36) và các hình ảnh (Hình 3.49 và phụ lục) như dưới đây.
Bảng 3.35 Tổng hợp kết quả đo gió nhà hai mái giật cấp – Mô hình ĐN2
Hướng
gió
Mái trước Mái sau
Hệ số áp
lực lớn
nhất
Hệ số áp
lực trung
bình
Hệ số áp
lực nhỏ
nhất
Hệ số áp
lực lớn
nhất
Hệ số áp lực
trung bình
Hệ số áp
lực nhỏ
nhất
A B A B A B A B A B A B
00
1,7 -0,1 -0,25 -1,2 -1,6 -4,0 0,8 -0,1 -0,2 -1,2 -1,0 -3,0
150
1,7 -0,4 -0,25 -1,5 -1,6 -4,0 1,4 -0,7 -0,2 -1,5 -1,0 -4,0
300
1,7 -0,4 0,0 -1,7 -1,6 -6,4 1,7 -0,7 -0,5 -1,7 -1,0 -5,8
450
1,4 -0,2 0,0 -2,0 -1,0 -4,0 1,1 -0,4 -0,5 -2,0 -1,0 -5,8
600
1,1 -0,1 0,0 -1,5 -1,0 -5,8 1,4 -0,4 -0,2 -1,7 -1,0 -5,2
750
0,8 -0,4 0,25 -1,5 -1,6 -4,6 1,4 -0,4 -0,5 -1,5 -1,0 -4,0
900
0,8 -0,1 0,25 -1,2 -2,2 -4,6 1,7 -0,4 -0,5 -1,5 -1,6 -4,6
Bảng 3.36 Tổng hợp giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái – Mô hình ĐN2
Hướng
gió
Mái sau Mái trước
Mái sau dưới Mái sau trên Mái trước trên Mái trước dưới
00
-0,49 -0,70 -0,52
-0,74
450
-0,87 -0,90 -0,80
-0,45
900
-0,88 -0,90 -0,87
-0,82
115
Hình 3.49 Hệ số áp lực trung bình, áp lực nhỏ nhất– Mô hình ĐN2
Từ kết quả trên ta thấy:
- Giá trị hệ số áp lực trung bình khá lớn, cục bộ có thể lên đến -2.
- Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất rất lớn (từ -1 đến -6,4) cục bộ có vị trí lên đến -
6,4
3.4.5.2 Trường hợp sử dụng tấm chắn ngang rộng 500mm, cao 500mm
a. Mô hình 1-ĐN1 ( Nhà một mái )
Từ kết quả thí nghiệm thu được, sau khi xử lý số liệu, các giá trị áp lực trung
bình, cho toàn mái và cục bộ được tổng hợp thành các bảng (Bảng 3.37 và 3.38) và
các hình ảnh (Hình 3.50 và phụ lục) như dưới đây
Vùng cục bộ có
giá trị lớn (-2)
Vùng cục bộ có
giá trị lớn (-6.4)
116
Bảng 3.37 Tổng hợp kết quả đo gió nhà một mái có sử dụng tấm chắn ngang
– Mô hình ĐN1
Bảng 3.38 Tổng hợp giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái có sử dụng tấm
chắn ngang – Mô hình ĐN1
Hướng gió Hệ số áp lực trung bình toàn mái
00
-0,40
450
-0,53
900
-0,52
1350
-0,51
1800
-0,41
Từ kết quả trên ta thấy:
- Giá trị hệ số áp lực trung bình giảm, cục bộ có thể lên đến -2.
- Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất giảm, cục bộ có vị trí lên đến -5,2.
Hướng
gió
Hệ số áp lực
lớn nhất
Hệ số áp lực trung
bình
Hệ số áp lực
nhỏ nhất
A B A B A B
00
-0,25 -1,0 -0,5 -0,75 -1,0 -3,5
150
0,5 -0,1 -0,25 -1,0 -1,0 -4,0
300
0,5 -0,4 -0,25 -1,25 -1,0 -4,6
450
0,2 -0,1 -0,5 -1,2 -1,0 -5,2
600
0,2 -0,1 -0,5 -2,0 -1,0 -5,2
750
0,5 -0,1 -0,25 -1,5 -1,0 -4,6
900
0,8 -0,1 -0,25 -1,0 -1,0 -4,0
1050
1,0 -0,1 -0,25 -1,2 -1,0 -4,0
1200
1,0 -0,1 -0,25 -1,2 -1,0 -4,0
1350
0,2 -0,1 -0,5 -1,2 -1,0 -4,6
1500
1,4 -0,4 -0,25 -1,0 -0,4 -2,8
1650
1,4 -0,1 0,5 -1,0 -0,4 -3,4
1800
0,2 -0,1 -0,5 -0,75 -1,0 -2,8
117
Hình 3.50 Hệ số áp lực trung bình, áp lực nhỏ nhất có tấm chắn ngang
Mô hình ĐN1
b. Mô hình 2 – ĐN2 (Nhà 2 mái giật cấp )
Từ kết quả thí nghiệm thu được, sau khi xử lý số liệu, các giá trị hệ số áp lực
trung bình, cho toàn mái và giá trị cục bộ được tổng hợp thành các bảng (Bảng 3.39
và 3.40) và các hình ảnh (Hình 3.51 và phụ lục) như dưới đây
Bảng 3.39 Tổng hợp giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái có sử dụng tấm
chắn ngang – Mô hình ĐN2
Hướng
gió
Mái sau Mái trước
Mái sau dưới Mái sau trên Mái trước trên Mái trước dưới
00
-0,49 -0,58 -0,52 -0,56
450
-0,68 -0,63 -0,53 -0,38
900
-0,60 -0,54 -0,54 -0,66
Vị trí hệ số áp lực trung
bình có giá trị lớn (-2)
Vị trí hệ số áp lực nhỏ
nhất có giá trị lớn (-5.2)
118
Bảng 3.40 Tổng hợp kết quả đo gió nhà 2 mái giật cấp có sử dụng tấm chắn
ngang – Mô hình ĐN2
Hướng
Gió
Mái trước Mái sau
Hệ số áp
lực lớn
nhất
Hệ số áp lực
trung bình
Hệ số áp
lực nhỏ
nhất
Hệ số áp
lực lớn
nhất
Hệ số áp
lực trung
bình
Hệ số áp
lực nhỏ
nhất
A B A B A B A B A B A B
00
0,0 -1,0 1,1 -0,7 -1,0 -2,2 0,2 -0,1 -0,25 -1,0 -1,0 -2,8
150
1,4 -0,1 0,0 -0,7 -1,0 -2,8 0,2 -0,1 -0,25 -1,0 -1,0 -2,8
300
1,4 -0,1 0,2 -1,0 -1,0 -2,8 0,2 -0,1 -0,5 -1,2 -1,6 -2,2
450
1,4 -0,1 0,0 -1,0 -1,0 -2,8 0,2 -0,1 -0,5 -1,2 -1,6 -2,8
600
0,8 -0,1 -0,2 -1,2 -1,0 -2,8 0,5 -0,1 -0,5 -1,0 -1,0 -2,8
750
0,2 -0,1 -0,5 -1,0 -1,0 -2,8 0,2 -0,1 -0,5 -1,0 -1,6 -2,8
900
0,2 -0,1 -0,5 -1,0 -1,6 -3,4 0,2 -0,1 -0,5 -1,0 -1,6 -3,4
Từ kết quả trên thấy rằng:
- Giá trị hệ số áp lực trung bình có giảm , cục bộ lớn nhất -1,2.
- Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất giảm, cục bộ có vị trí -2,8
3.5.4.3 So sánh kết quả của các trường hợp không và có sử dụng tấm chắn
ngang
a. Mô hình 1 – ĐN1 (Mô hình nhà một mái)
Kết quả so sánh được lập thành các Bảng 3.41; 3.42 và Hình 3.53 đến 3.54:
Giá trị hệ số áp lực trung bình sẽ được tính cho toàn mái để so sánh
Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất được tính cho các vùng cục bộ để so sánh. Do tiêu
chuẩn Việt Nam không nói đến vùng cục bộ cho nhà 1 mái nên lựa chọn chia vùng
cục bộ theo tiêu chuẩn Nhật Bản AIJ-RLB 2004 để so sánh giữa hai trường hợp có
và không có tấm chắn mái (Hình 3.51)
840
1680
9200
1680
4200
Vùng A
Vùng B
Vùng A
Vùng C
Híng giã
a
Vùng BVùng E
Vùng D
840
840
420
420
Hình 3.51 Phân chia các vùng để xác định áp lực cục bộ cho mô hình ĐN1
119
Hình 3.52 Hệ số áp lực trung bình, áp lực nhỏ nhất có tấm chắn ngang - Mô hình ĐN2
Bảng 3.41 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái trường hợp có và
không sử dụng tấm chắn ngang - Mô hình ĐN1
Hướng gió
Không tấm chắn
ngang
Có tấm chắn ngang
cao 500mm
Hiệu quả
( giảm %)
00
-0,51 -0,4 21,57
450
-0,61 -0,53 13,11
900
-0,72 -0,52 27,78
1350
-0,63 -0,51 19,05
1800
-0,47 -0,41 12,77
120
Bảng 3.42 So sánh giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất theo các vùng cục bộ
Mô hình ĐN1
So sánh
Hướng gió 00 Hướng gió 90
0
A B D E A B D E
Không tấm chắn ngang -2,7 -1,5 -1,8 -1,0 -2,0 -3,1 -1,6 -2,6
Có tấm chắn ngang
-2,3 -1,3 -0,8 -0,9 -1,72 -2,2 -1,4 -2,2
Hiệu quả giảm (%) 14,5 13,3 55,5 10 13,8 29,3 12,5 15,8
Hình 3.53 Biểu đồ so sánh hệ số áp
lực trung bình giữa không sử dụng
và có sử dụng tấm chắn ngang
Hình 3.54 Biểu đồ so sánh hệ số áp
lực nhỏ nhất giữa không sử dụng và
có sử dụng tấm chắn ngang
Ghi chú: Các biểu đồ được vẽ dựa trên các giá trị cực đại của các hướng gió
Từ kết quả trên nhận thấy:
- Khi sử dụng tấm chắn ngang tất cả các hệ số áp lực đều giảm so với khi không
sử dụng tấm chắn ngang.
- Giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái trường hợp có tấm chắn ngang giảm
tới 28% so với trường hợp không có tấm chắn ngang; Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất
theo vùng cục bộ trường hợp có tấm chắn ngang giảm tới 55,5% so với trường hợp
không có tấm chắn ngang.
b. Mô hình 2 – ĐN2 (Mô hình nhà 2 mái giật cấp)
660
Vùng A
Vùng BV
ùng A
Vùng C
Vùng A
1
Vùng B1
Vùng A
1
Vùng C1
Vùng D
2880
Híng giã
a
3050 2150
660
330
330660 660
Hướng gió θ 0
C p
Hướng gió θ 0
CP
Hình 3.55 Phân chia các vùng để xác định áp lực cục bộ cho mô hình ĐN2
121
Kết quả so sánh được lập thành các Bảng 3.43 đến 3.45 và Hình 3.56 đến 3.59.
So sánh các giá trị hệ số áp lực gió trung bình toàn mái và giá trị hệ số áp lực nhỏ
nhất trong vùng cục bộ.
Bảng 3.43 So sánh giá trị hệ số áp lực gió trung bình toàn mái – Mô hình ĐN2
Mái đón gió trên
Hướng gió Không tấm chắn
ngang
Có tấm chắn
ngang
Hiệu quả (giảm %)
00
-0,52 -0,52 0,00
450
-0,80 -0,53 -33,75
900
-0,87 -0,54 -37,93
Mái đón gió dưới
Hướng gió Không tấm chắn
ngang
Có tấm chắn
ngang
Hiệu quả (giảm %)
00
-0,74 -0,56 -24,32
450
-0,45 -0,38 -15,56
900
-0,82 -0,66 -19,51
Bảng 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 sánh
Hướng gió 00 Hướng gió 90
0
A B C A B C
Không tấm chắn ngang -3,1 -2,7 -2,2 -2,6 -2,4 -3,0
Có tấm chắn ngang
-1,9 -1,9 -1,5 -2,6 -1,8 -2,7
Hiệu quả giảm (%) -39,0 -31,3 -30,8 -3,2 -25,0 -10,5
Bảng 3.45 So sánh giá trị hệ số áp lực gió nhỏ nhất theo các vùng cục bộ của
mái trên phía đón gió – Mô hình ĐN2
So sánh
Hướng gió 00 Hướng gió 90
0
A1 B1 C1 D E A1 B1 C1 D E
Không tấm chắn ngang -2,3 -2,5 -2,2 -2,5 -1,9 -3,2 -2,5 -3,0 -2,4 -2,4 Có tấm chắn ngang
-1,6 -1,9 -1,3 -1,7 -1,6 -2,5 -1,5 -2,2 -2,2 -1,6
Hiệu quả giảm(%) 33,3 24,1 40,0 31,0 15,8 22,2 41,4 26,2 6,5 32,1
122
Hình 3.56 Biểu đồ so sánh hệ số áp lực
trung bình giữa không và có sử dụng
tấm chắn ngang - Mái trước
Hình 3.57 Biểu đồ so sánh hệ số áp
lực trung bình giữa không và có sử
dụng tấm chắn ngang - Mái sau
Hình 3.58 Biểu đồ so sánh hệ số áp lực
nhỏ nhất giữa không sử dụng và có sử
dụng tấm chắn ngang - Mái trước
Hình 3.59 Biểu đồ so sánh hệ số áp
lực nhỏ nhất giữa không sử dụng và
có sử dụng tấm chắn ngang - Mái sau
Ghi chú: Các biểu đồ được vẽ dựa trên các giá trị cực đại của các chắn ngang
Từ kết quả trên nhận thấy:
- Khi sử dụng tấm chắn ngang tất cả các hệ số áp lực đều giảm so với không sử
dụng tấm chắn ngang.
- Giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái trường hợp có tấm chắn ngang giảm
tới 37,93% so với trường hợp không có tấm chắn ngang; Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất
(minimum pressure cofficient) cho các vùng cục bộ trường hợp có tấm chắn ngang
giảm tới 40% so với trường hợp không có tấm chắn ngang.
3.6 Một số cấu tạo tấm chắn ngang trên mái
Từ các kết quả thí nghiệm ở trên đề tài đề xuất sử dụng tấm chắn ngang đặt xung
quanh chu vi diềm mái cao hơn mái 500mm và mặt phẳng tấm chắn song song với
mặt phẳng mái để chủ động giảm áp lực gió lên mái. Dưới đây là một số dạng liên
kết tấm chắn ngang với kết cấu mái hoặc công trình (Hình 3.60 và Hình 3.61).
Hướng gió θ 0
C p
Hướng gió θ 0
C p
Hướng gió θ 0
CP
Hướng gió θ 0
CP
123
- Các tấm chắn ngang có thể được làm bằng tấm tôn, tấm nhôm hoặc tấm ván ép
chịu nước rộng 500mm. Các tấm này được liên kết với các bản mã hàn đỉnh trên các
cột đỡ bằng vít bắn tôn thông thường.
- Các cột đỡ là thép hộp 30x60x2mm được hàn vào bản mã chân, các bản mã
này được liên kết với kết cấu mái bằng vít bắn tôn hoặc liên kết với tường hoặc dầm
mái bằng bu lông nở.
- Khả năng chịu lực của giải pháp này đã được tính toán kiểm tra cụ thể và đảm
bảo khả năng chịu lực xem phần tính toán trong mục VI phụ lục.
Qua các nghiên cứu đã trình bày và các kết quả tính toán cho thấy:
- Các giá trị hệ số áp lực gió thu được cho các mô hình khi không sử dụng tấm
chắn ngang ở trên khá thống thất với các kết quả của các mô hình có kích thước
tương tự với các mô hình thí nghiệm đã được công bố trên thế giới [72].
- Với các mái có độ dốc nhỏ hơn 300, tỉ lệ về kích thước công trình (h1/l) như đã
khảo sát và tính toán ở trên thì kết quả thí nghiệm cho thấy: với mọi hướng gió, áp
lực trung bình của các mái luôn âm (áp lực gió hút), tức là các mái luôn làm việc
trong trạng thái có thể bị tốc. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với TCVN 2737:1995.
- Dưới tác dụng của gió, trên mái xuất hiện các vùng cục bộ có giá trị áp lực gió
hút lớn. Các vùng này thường ở các góc, diềm mái, hoặc ở các góc gần nóc của mái
đón gió tới. Vị trí của các vùng này phù hợp với quy định của tiêu chuẩn TCVN
2737:1995 [9] và một số tiêu chuẩn khác trên thế giới [18], [21], [27], [33], [62] về
các vùng phải tính toán với áp lực cục bộ trên mái.
- Với các mô hình nhà sử dụng tấm chắn ngang rộng 500 mm đặt song song với
mái khi khảo sát các độ cao khác nhau thì trường hợp tấm chắn ngang đặt cách bề
mặt mái 500 mm có tác dụng làm giảm các giá trị hệ số áp lực trung bình (cục bộ và
toàn mái) và giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất cục bộ của mái (áp lực gió gây tốc mái lớn
nhất) là lớn nhất (hiệu quả chống tốc mái cao nhất). Giá trị áp lực trung bình cục bộ
theo các hướng gió có thể giảm tới 33%, giá trị áp lực trung bình toàn mái giảm tới
31,1% và giá trị áp lực nhỏ nhất cục bộ theo các hướng gió giảm tới 60%.
- Giải pháp sử dụng tấm chắn ngang để chủ động giảm áp lực gió lên mái dốc
nhà thấp tầng đạt hiệu quả cao và là giải pháp rất khả thi, có thể áp dụng được trong
thực tiễn.
124
250
Têng x©y
Xµ gå
500 TÊm fibroximang
HoÆc tÊm t«n
TÊm ch¾n giã
VÝt
ThÐp hép
B¶n m·
250
500
200
220
TÊm fibroximang
DÇm BTCT
Têng x©y
B¶n m·
ThÐp hép Xµ gå
Têng x©y thu håi
HoÆc tÊm t«n
250
500
TÊm fibroximang
Têng ®Çu håi
B¶n m·
ThÐp hép
(T«n hoÆc Ngãi)
250
Têng x©y
500 TÊm fibroximang
HoÆc tÊm t«n
TÊm ch¾n giãThÐp hép
B¶n m·
TÊm ch¾n giã
Gi»ng BTCT
Hình 3.60 Một số chi tiết cấu tạo khi lắp dựng tấm chắn ngang trên mái
400
100
100
Cét thÐp hép
ThÐp tÊm
Bản mã đỡ tấm ở góc mái
160
400
150°
Cét thÐp hép
Bản mã đỡ tấm ở đỉnh mái
400
100
ThÐp hép30x60
ThÐp tÊm
dµy 5mm
Bản mã đỡ tấm ở giữa mái
300
200
150°
Lç b¾t vÝt
Cét thÐp hép
Bản mã liên kết với xà gồ ở
đỉnh mái
120
Lç b¾t vÝtCét thÐp hép
Bản mã liên kết với xà gồ ở
giữa mái
200
100
200
100
Bản mã liên kết với xà gồ
ở góc mái
Hình 3.61 Một số dạng chi tiết cấu tạo liên kết tấm chắn ngang trên mái
125
CHƯƠNG 4
THÍ NGHIỆM ỨNG DỤNG TẤM CHẮN NGANG TRÊN MÁI DỐC CỦA
MÔ HÌNH THỰC NGOÀI HIỆN TRƯỜNG
Các kết quả nghiên cứu bằng thí nghiệm trên các mô hình thu nhỏ trong ống thổi
khí động cho thấy việc sử dụng tấm hướng gió ngang có bề rộng 500mm, đặt xung
quanh chu vi mái và cách mặt mái 500mm, có khả năng chủ động làm giảm áp lực
âm gây tốc mái khá lớn so với các giải pháp đã được kiến nghị sử dụng trước đây
[2]. Với các mô hình sử dụng giải pháp này (Mô hình M1, M2,M3, ĐN1, ĐN2) thì
kết quả đo trong ống thổi khí động ứng với mô hình M1-15 cho thấy hệ số áp lực
trung bình cục bộ có thể giảm tới 33% còn hệ số áp lực nhỏ nhất cục bộ (áp lực cục
bộ gây tốc mái lớn nhất) có thể giảm tới 48%. Để kiểm chứng lại khả năng giảm áp
lực gió lên mái của giải pháp và tính khả thi của các biện pháp liên kết tấm hướng
gió với kết cấu đỡ của mái tôn, vật liệu sử dụng làm tấm hướng gió đã trình bày
trong chương 3, … khi ứng dụng vào thực tiễn cho các công trình xây dựng, luận án
đã tiến hành triển khai nghiên cứu ứng dụng trên mô hình thực ngoài hiện trường.
Thí nghiệm ngoài hiện trường được tiến hành cho một nhà thấp tầng, đặt trong
khuôn viên của Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng. Để tạo luồng gió cho thí
nghiệm này, sử dụng quạt có công suất và đường kính lớn. Mục tiêu của thí nghiệm
là đánh giá trong cùng một điều kiện môi trường gió ngoài thực tế như nhau thì khả
năng làm giảm áp lực gió lên mái của tấm chắn ngang trên mái làm bằng vật liệu
nhẹ có độ dốc sẽ như thế nào so với trường hợp không sử dụng tấm chắn này.
4.1 Các thông số chính của mô hình và thiết bị thí nghiệm
4.1.1 Các thông số chính của mô hình
Dựa vào các tiêu chuẩn thiết kế và thực tế sử dụng như độ dốc của mái tôn
(thường từ 50 đến 15
0), kích thước chiều sâu nhà theo dân gian, nhà ở nông thôn
(3,6m) thì công trình thí nghiệm là nhà một tầng, mái dốc hai phía và lợp bằng tôn
múi (Hình 4.1) với các thông số như sau:
- Độ dốc mái 150
- Chiều sâu nhà l = 3,6m
- Chiều rộng nhà b = 3,0m
- Chiều cao nhà h (cao độ diềm mái) 1,7m
Hình 4.1 Phối cảnh công trình
126
4.1.2 Giải pháp liên kết và vật liệu sử dụng
Khung nhà được chế tạo bằng thép hình, tường bao xung quanh làm bằng các
tấm ván ép dày 1,2cm bắt vít vào hệ khung thép của nhà. Mái lợp bằng tôn có sóng,
bắt vít vào xà gồ như đúng thực tế của các công trình thực. Tấm chắn ngang có thể
được làm bằng tấm tôn, tấm nhôm hoặc tấm ván ép. Trong thí nghiệm này tấm chắn
được chế tạo bằng ván ép dày 10mm bắt vít vào các cột đỡ bố trí xung quanh mái
(Hình 4.2). Các cột đỡ được làm bằng thép hộp 30x60x2mm, liên kết các cột đỡ với
kết cấu chịu lực mái bằng các bản mã và được vít trực tiếp vào xà gồ. Việc chế tạo
và lắp dưng tấm chắn tương đối đơn giản (Hình 4.3 đến Hình 4.10).
Hình 4.2 Bố trí tấm chắn ngang trên mái
Hình 4.3 Liên kết tấm
chắn ngang với cột giữa
Hình 4.4 Liên kết cột giữa
với xà gồ mái
Hình 4.5 Liên kết tấm chắn
ngang với cột góc
Hình 4.6 Liên kết cột biên
với xà gồ mái
Hình 4.7 Liên kết tấm chắn
ngang với cột đỉnh
Hình 4.8 Liên kết cột đỉnh
với xà gồ mái
Liên kết
đỉnh Liên kết
góc
Liên kết
giữa
127
1700
CT1CT6
CT4
Xµ gå m¸i VÝt b¾n t«n
3000
a)
17
00
3600
CT1
CT2
CT3
CT5
b)
3600
30
00
80
20
0
300
20
0
80
20
0
11
00
40
01
100
20
0
1570
CT4
CT5 CT3
c)
Hình 4.9 Vị trí lắp dựng cột đỡ tấm chắn ngang
a) Mặt đứng trước sau; b) Mặt đứng bên; c) Mặt bằng mái
400
100
100
Cét thÐp hép
ThÐp tÊm
Chi tiết 1
160
400
150°
Cét thÐp hép
Chi tiết 2
300
200
150°
Lç b¾t vÝt
Cét thÐp hép
Chi tiết 3
120
Lç b¾t vÝtCét thÐp hép
Chi tiết 4
200
100
200
100
Chi tiết 5
400
100
ThÐp hép30x60
ThÐp tÊm
dµy 5mm
Chi tiết 6
Hình 4.10 Các chi tiết bản mã
4.1.3 Thiết bị thí nghiệm
+ Thiết bị tạo luồng gió là 1 quạt có công suất lớn, đường kính 1,3m (Hình 4.13).
+ Thiết bị hệ thống đo dữ liệu áp lực gió gồm: Ống thủy tinh hình chữ U đường
kính 6mm, chất lỏng là rượu pha màu (Hình 4.11 và 4.12), ống dẫn khí là ống nhựa
một đầu gắn với ống chữ U một đầu gắn trên mái tôn (Hình 4.14).
+ Thiết bị để hiệu chuẩn thang đọc số liệu đo chênh áp lực cho hệ thống đo dữ liệu
áp lực gió gồm hệ thống ống thổi khí động của Viện Khoa học công nghệ Xây dựng
(Hình 4.16) và thiết bị đo vận tốc, áp lực gió Extech HD350 tại hiện trường (Hình 4.15)
128
Hình 4.11a Thiết bị thu
dữ liệu
Hình 4.11b Thiết bị thu
dữ liệu
Hình 4.12 Thước đo
chênh áp lực
Hình 4.13 Quạt tạo luồng
gió
Hình 4.14 Ống dẫn khí
được gắn với mái tôn
Hình 4.15 Thiết bị đo
vận tốc, áp lực gió
Để hiệu chuẩn thang đọc số liệu đo chênh áp lực, sử dụng hệ thống ống thổi khí
động của Viện Khoa học công nghệ Xây dựng để thí nghiệm và hiệu chuẩn
Hình 4.16 Thí nghiệm quy đổi áp lực gió trong ống thổi khí động
Quy trình hiệu chuẩn như sau: Ống nhựa dẫn khí được nối một đầu với ống thủy
tinh đã đổ chất lỏng (lượng chất lỏng trong ống thủy tinh là 3ml) đầu còn lại gắn lên
bảng gỗ đặt trên bàn xoay của ống thổi khí động (Hình 4.16). Trên bảng gỗ này gắn
ống dẫn khí tiêu chuẩn có đường kính 2mm dài 1,2m đầu còn lại gắn với thiết bị đo áp
lực chuyên dùng. Sau đó cho gió thổi trong ống với các vận tốc lần lượt là 5m/s; 10m/s;
Vị trí đặt
ống
Vị trí ống
gắn với
thiết bị đo
điện tử
Ống thí
nghiệm
Ống kiểm
chứng
Ống thí
nghiệm
129
15m/s và 20m/s để kiểm chứng. Cứ mỗi lần thay đổi vận tốc quạt thì ghi lại số liệu độ
chênh cột chất lỏng trong ống và áp lực thực tế mà thiết bị chuyên dùng thu được. Sau
nhiều lần thí nghiệm và thay đổi tốc độ vận tốc gió ta có đồ thị về mối quan hệ giữa tốc
độ gió, độ chênh cột chất lỏng và áp lực gió thực tế (Hình 4.17). Từ số liệu thu được
tính toán cột chất lỏng dịch chuyển 1mm tương đương 14,89daN/m2 áp lực gió thực tế.
Hình 4.17 Biểu đồ so sánh quy đổi độ chênh chất lỏng sang áp lực gió
4.2 Các thông số thí nghiệm của mô hình
- Các đầu đo áp lực được bố trí tại 56 điểm đo trên mái. Sơ đồ bố trí các đầu đo
áp lực xem Hình 4.18;
- Do nhà có mặt bằng đối xứng nên thí nghiệm được tiến hành ứng với 3 hướng
gió tới chính là 00, 45
0 và 90
0 (Hình 4.19 và Hình 4.20);
- Vận tốc gió tại vị trí đặt mô hình thí nghiệm: 15m/s.
18621862
63
06
30
63
0
14
010
0
105
145
105105
145
105
10
06
30
14
0
754754754 754
Hình 4.18 Sơ đồ bố trí các đầu đo áp lực
00
45
0
90
0
giã
Hình 4.19 Các hướng gió tác dụng
Độ chênh chất lỏng (mm)
Áp lực gió
thực tế
(daN/m2)
Vận tốc
gió (m/s)
15m/s
6,0; 89,34
Vận tốc
gió (m/s)
Áp lực gió
(daN/m2)
Độ chênh
chất lỏng
(mm)
130
a) Hướng gió 00
b) Hướng gió 450
c) Hướng gió 900
Hình 4.20 Mô hình thí nghiệm nhà ngoài trời
4.3 Thí nghiệm đo áp lực lên mái với các hướng gió khác nhau
Quy 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 trên mái. Với mỗi
trường hợp thực hiện thí nghiệm và lấy kết quả thí nghiệm theo quy trình sau:
+ Đặt quạt tại vị trí đã xác định hướng 00, cho quạt chạy, dùng thiết bị đo vận
tốc gió tại hiện trường để đo vận tốc gió thực khi thí nghiệm (Hình 4.21). Điều
chỉnh quạt để vận tốc gió tới ở các điểm đo đạt giá trị 15m/s. Tiến hành ghi lại các
số liệu đo áp lực thực tế của 56 điểm đo trên mái, từ số liệu đó tiến hành 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 tự quy trình trên.
+ Dịch chuyển quạt sang vị trí thứ 3 (hướng 900) và tiến hành tương tự quy trình trên.
a)
b)
c)
d)
Hình 4.21 Kiểm tra vận tốc gió tại vị trí đặt mô hình
a), b) Kiểm tra vận tốc gió tại vị trí đặt mô hình c), d) Vận tốc gió đo được
131
4.4 Kết quả thí nghiệm
4.4.1 Xử lý số liệu:
Từ các số liệu thí nghiệm, ta thiết lập được bảng tổng hợp các giá trị áp lực gió
nhỏ nhất (về ý nghĩa vật lý: đây là áp lực gió hút lớn nhất, có khả năng gây tốc mái
lớn nhất; về toán học: nó có giá trị âm và có trị tuyệt đối lớn nhất) tại 56 điểm đo
cho ba hướng gió, ứng với cả hai trường hợp: có và không có tấm chắn ngang trên
mái (Bảng 4.1) sau đó tính toán quy đổi sang hệ số khí động c.
Hệ số khí động được quy đổi thông qua công thức
W=W0 x k x c (4.1)
trong đó : W: áp lực đo tại hiện trường; k: hệ số thay đổi chiều cao
c: hệ số khí động
W0: áp lực tính toán theo vận tốc gió tại vị trí đặt mô hình
W0 = 0,0613 x V2 (4.2)
V: vận tốc gió đo được tại vị trí đặt mô hình
Hệ số khí động c được tính theo công thức:
c = (W/W0 ) x k (4.3)
Sau khi tính toán chuyển đổi giá trị hệ số áp lực gió cho từng vị trí đo trên mái
được tổng hợp thành Bảng III.9 - Phụ lục III.
Bảng 4.1 Tổng hợp giá trị áp lực gió nhỏ nhất cho ba hướng gió (daN/m2)
Vị trí
Hướng gió 00
Hướng gió 450
Hướng gió 900
Không có
tấm chắn
ngang
Có tấm
chắn
ngang
Không có
tấm chắn
ngang
Có tấm
chắn
ngang
Không có
tấm chắn
ngang
Có tấm
chắn
ngang
1 -47,40 -38,73 -29,54 -25,02 -47,66 -28,60
2 -56,21 -45,28 -35,45 -23,02 -48,86 -29,19
3 -49,81 -45,28 -52,12 -23,24 -34,41 -27,53
4 -50,37 -43,58 -42,20 -32,17 -44,24 -29,16
5 -45,28 -39,62 -44,69 -34,32 -71,76 -34,74
6 -49,05 -35,27 -52,91 -35,03 -113,50 -66,13
7 -45,74 -34,17 -64,64 -30,03 -111,41 -67,92
8 -44,09 -29,76 -37,01 -35,03 -46,47 -31,28
9 -55,66 -41,33 -46,92 -40,04 -49,45 -29,79
10 -45,28 -33,96 -43,57 -27,88 -46,86 -30,15
11 -48,11 -42,45 -52,43 -38,11 -51,78 -44,24
12 -48,11 -28,30 -56,01 -37,18 -73,07 -67,18
13 -52,91 -39,13 -56,60 -41,18 -103,37 -70,60
14 -46,84 -38,58 -59,58 -40,04 -95,33 -70,01
15 -44,69 -36,94 -39,32 -24,88 -37,12 -20,85
132
16 -49,45 -29,79 -37,98 -25,74 -38,79 -29,19
17 -40,51 -33,36 -33,07 -21,45 -37,95 -23,77
18 -48,14 -39,08 -46,92 -30,03 -49,21 -33,36
19 -46,23 -37,18 -38,43 -28,74 -76,26 -43,79
20 -47,66 -41,71 -60,32 -38,61 -86,39 -72,99
21 -53,18 -42,30 -63,90 -40,75 -87,58 -75,07
22 -58,81 -55,05 -40,96 -30,03 -34,62 -20,85
23 -66,13 -56,30 -37,09 -32,17 -31,28 -22,10
24 -63,45 -51,83 -48,26 -41,75 -39,02 -29,79
25 -56,75 -47,66 -67,59 -49,15 -61,96 -35,75
26 -60,32 -53,03 -55,86 -49,33 -72,39 -45,88
27 -64,01 -48,86 -72,61 -71,21 -90,36 -68,79
28 -66,84 -51,24 -91,60 -72,07 -84,90 -70,14
29 -68,72 -57,20 -58,09 -50,05 -36,70 -26,69
30 -66,37 -54,22 -59,58 -44,33 -33,78 -25,02
31 -59,54 -55,05 -74,51 -50,19 -41,71 -23,83
32 -66,37 -44,69 -78,79 -53,44 -60,77 -35,15
33 -64,01 -45,88 -47,11 -41,93 -70,60 -39,02
34 -69,66 -48,26 -80,06 -70,78 -98,01 -67,92
35 -68,25 -53,62 -89,37 -72,39 -82,82 -70,01
36 -60,16 -46,40 -45,88 -28,60 -37,12 -25,86
37 -60,95 -51,12 -48,26 -31,46 -37,54 -20,85
38 -54,22 -49,33 -53,62 -40,75 -37,54 -25,86
39 -51,72 -47,13 -56,60 -45,04 -35,45 -31,70
40 -53,38 -50,05 -69,11 -57,20 -69,71 -43,20
41 -58,73 -49,95 -60,62 -53,91 -98,01 -75,67
42 -59,71 -54,63 -73,73 -62,74 -94,43 -77,75
43 -87,58 -56,12 -45,42 -38,61 -53,62 -34,56
44 -86,24 -60,77 -46,14 -43,17 -56,60 -35,75
45 -78,92 -57,35 -71,50 -62,92 -48,97 -35,06
46 -67,49 -50,71 -90,49 -62,74 -41,83 -35,06
47 -78,20 -52,49 -87,97 -60,32 -73,73 -66,19
48 -84,01 -62,56 -106,13 -73,28 -108,44 -71,50
49 -85,50 -64,35 -109,85 -67,92 -101,29 -73,58
50 -98,31 -82,99 -98,68 -51,12 -46,47 -32,17
51 -95,33 -74,00 -89,37 -48,26 -50,64 -33,36
52 -89,99 -73,58 -102,48 -80,99 -49,81 -26,33
53 -108,91 -79,39 -113,92 -78,70 -57,38 -38,34
54 -91,06 -75,13 -114,39 -88,08 -74,25 -55,71
55 -93,84 -80,55 -134,43 -89,15 -119,97 -73,28
56 -101,88 -82,49 -148,44 -90,11 -125,19 -75,82
Giá trị áp lực gió nhỏ nhất mang dấu âm tương ứng với áp lực gió hút.
133
4.4.2 Các kết quả thí nghiệm
Để làm rõ hiệu quả làm giảm áp lực gió hút của giải pháp sử dụng tấm chắn
ngang, tại một số vùng hay bị tốc mái, chia mái thành các vùng cục bộ theo quy
định trong TCVN 2737:1995 (Hình 4.22).
3000
1862
360 360
360
1862
360360
360
360
360
Vïn
g A
Vïn
g B
Vïn
g C
Vïn
g F
Vïn
g D
H
ín
g g
iã
a
Vïn
g A
1V
ïn
g B
1
Vïn
g C
1V
ïn
g F
1V
ïn
g D
1
Hình 4.22 Phân chia vùng để xác định giá trị trung bình tại vị trí cục bộ
a. Trường hợp không sử dụng tấm chắn ngang
Các giá trị hệ số áp lực được tổng hợp thành các bảng (Bảng 4.2) và Hình 4.24
đến Hình 4.29 như dưới đây.
Bảng 4.2 Kết quả đo hệ số áp lực gió nhỏ nhất không tấm chắn ngang
Hướng gió Mái đón gió Mái khuất gió
00
Từ -3,75 đến -7,90 Từ -2,59 đến -6,85
450
Từ -3,29 đến -10,9 Từ -2,14 đến -6,64
900
Từ -2,25 đến -9,08 Từ -2,27 đến -8,23
b. Trường hợp có sử dụng tấm chắn ngang
Từ kết quả thí nghiệm thu được sau khi xử lý số liệu các 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 ngang
Hướng gió Mái đón gió Mái khuất gió
00
Từ -3,24 đến -6,26 Từ -2,05 đến -4,67
450
Từ -2,07 đến -6,53 Từ -1,56 đến -5,23
900
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 ngang
Từ các số liệu thu được thiết lập bảng và biểu đồ so sánh gía trị của hệ số áp lực
gió nhỏ nhất tại các điểm đo trên mái đón và khuất gió, ứng với hai trường hợp có
134
và không có tấm chắn ngang trên mái, theo ba hướng gió: 00, 45
0 và 90
0 (Bảng 4.4
và Hình 4.23 đến Hình 4.29)
Bảng 4.4 So sánh giá trị của hệ số áp lực gió nhỏ nhất pC
tại các điểm đo trên mái
Vùng mái
Hướng gió 00
Hướng gió 450 Hướng gió 90
0
Không
có tấm
chắn
Có tấm
chắn
Giảm
(%)
Không
có tấm
chắn
Có tấm
chắn
Giảm
(%)
Không
có tấm
chắn
Có tấm
chắn
Giảm
(%)
Mái
đón
gió
A - điểm 56 -7,39 -5,98 19,0 -10,91 -6,53 40,1 -9,08 -5,50 39,4
B - điểm 53 -7,90 -5,76 27,1 -8,26 -5,71 30,9 -4,16 -2,78 33,2
C - điểm 42 -4,33 -3,96 8,5 -5,35 -4,55 14,9 -6,85 -5,98 12,7
D - điểm 35 -4,95 -3,89 21,4 -6,48 -5,25 19,0 -6,00 -5,08 15,5
F - điểm 32 -4,81 -3,24 32,7 -5,71 -3,87 32,2 -4,41 -2,55 42,2
Mái
khuất
gió
A1 - điểm 7 -3,32 -2,48 25,3 -4,69 -2,18 53,5 -8,23 -4,79 41,7
B1 - điểm 4 -3,65 -3,16 13,5 -3,06 -2,33 23,8 -3,21 -2,11 34,1
C1 - điểm 21 -3,86 -3,07 20,4 -4,63 -2,95 36,2 -6,35 -5,44 14,3
D1 - điểm 28 -6,85 -4,67 31,8 -6,64 -5,23 21,3 -6,16 -5,09 17,4
F1 - điểm 25 -4,11 -3,46 16,0 -4,90 -3,56 27,3 -4,49 -2,59 42,3
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 trên mái
trong trường hợp có và không có tấm chắn ngang
Góc 0
0 – không tấm chắn ngang
Góc 0
0 – có tấm chắn ngang
Hình 4.24 So sánh áp lực gió khi không và có tấm chắn ngang – Góc gió 00
Chi tiết 2 Chi tiết 1
CP
CP
CP
135
Chi tiết 1
Chi tiết 2
Hình 4.25 So sánh chi tiết áp lực gió khi không và có tấm chắn ngang – Góc gió 00
Góc 450 – không tấm chắn ngang
Góc 450 – có tấm chắn ngang
Hình 4.26 So sánh áp lực gió khi không và có tấm chắn ngang – Góc gió 450
Chi tiết 3
Chi tiết 4
Hình 4.27 So sánh chi tiết áp lực gió khi không và có tấm chắn ngang – Góc gió 450
Góc 900 – không tấm chắn ngang
Góc 900 – có tấm chắn ngang
Hình 4.28 So sánh áp lực gió khi không và có tấm chắn ngang – Góc gió 900
Chi tiết 4 Chi tiết 3
Chi tiết 6 Chi tiết 5
136
Chi tiết 5
Chi tiết 6
Hình 4.29 So sánh chi tiết áp lực gió khi không và có tấm chắn ngang – Góc gió 900
Từ kết quả so sánh trong Bảng 4.4 và Hình 4.23, ta nhận thấy giải pháp sử dụng
tấm chắn ngang trên mái đã làm giảm đáng kể giá trị của áp lực gió nhỏ nhất cục
bộ, ở các vùng thường hay bị tốc mái. Hiệu quả giàm này đạt từ 8,5% đến 32,7%
khi hướng gió tới θ = 00, đạt từ 14,9% đến 53,5% khi θ = 45
0 và đạt từ 12,7% đến
42,3% khi θ = 900.
d. So sánh kết quả thí nghiệm trên mô hình thực với mô hình thu nhỏ trong ống
thổi khí động
Mô hình thí nghiệm trong ống thổi khí động M1-15 có kích thước tương đối
giống với kích thước mô hình thực ngoài hiện trường (góc nghiêng mái 150, chiều
sâu công trình 3,6m) do đó ta so sánh kết quả thu được của hai trường hợp này với
nhau. Kết quả thể hiện trong Bảng 4.5 và Bảng 4.6
Bảng 4.5 So sánh miền giá trị của hệ số áp lực nhỏ nhất ( pC
) của hai mô hình
Hướng
gió
Miền giá trị pC
không có tấm chắn ngang
Kết 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 -7,00
450
Từ -3,29 đến -10,9 Từ -2,14 đến -6,64 Từ -3,4 đến -11,8 Từ -2,80 đến -8,20
900
Từ -2,25 đến -9,08 Từ -2,27 đến -8,23 Từ -2,2 đến -10,0 Từ -1,61 đến -8,20
Hướng
gió
Miền giá trị pC
có tấm chắn ngang
Kết 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 -3,40 đến -7,00 Từ -2,80 đến -5,20
450
Từ -2,07 đến -6,53 Từ -1,56 đến -5,23 Từ -2,80 đến -7,20 Từ -2,20 đến -6,00
900
Từ -1,51 đến -5,98 Từ -1,51 đến -5,44 Từ -1,60 đến -6,40 Từ -1,60 đến -5,60
137
Bảng 4.6 So sánh hệ số áp lực nhỏ nhất tại một số điểm đo tương ứng
của hai mô hình
Hướng
gió
Vùng Điểm đo Mô hình Thực Mô hình M1-15
Mô hình
Thực
M1-
15
Không có
tấm chắn
Có tấm
chắn
Giảm
(%)
Không có
tấm chắn
Có tấm
chắn
Giảm
(%)
00
Mái
đón
gió
A 56 117 -7,39 -5,98 19,0 -8,7 -7,11 18,3
B 53 184 -7,90 -5,76 27,1 -7,12 -5,72 19,7
C 42 129 -4,33 -3,96 8,5 -4,59 -3,83 16,6
D 35 97 -4,95 -3,89 21,4 -4,64 -3,25 30,0
F 32 104 -4,81 -3,24 32,7 -5,14 -3,16 38,5
Mái
khuất
gió
A1 7 1 -3,32 -2,48 25,3 -3,6 -2,83 21,4
B1 4 8 -3,65 -3,16 13,5 -3,91 -3,42 12,5
C1 21 49 -3,86 -3,07 20,4 -4,4 -3,47 21,1
D1 28 81 -6,85 -4,67 31,8 -5,72 -3,95 30,9
F1 25 88 -4,11 -3,46 16,0 -4,68 -3,98 15,0
450
Mái
đón
gió
A 56 117 -10,91 -6,53 40,1 -11,8 -6,19 47,5
B 53 184 -8,26 -5,71 30,9 -7,07 -5,4 23,6
C 42 129 -5,35 -4,55 14,9 -6,4 -5,25 18,0
D 35 97 -6,48 -5,25 19,0 -6,8 -6,02 11,5
F 32 104 -5,71 -3,87 32,2 -5,4 -3,65 32,4
Mái
khuất
gió
A1 7 1 -4,69 -2,18 53,5 -4,29 -2,39 44,3
B1 4 8 -3,06 -2,33 23,8 -3,56 -2,4 32,6
C1 21 49 -4,63 -2,95 36,2 -5,13 -3,23 37,0
D1 28 81 -6,64 -5,23 21,3 -7,41 -6,21 16,2
F1 25 88 -4,90 -3,56 27,3 -4,8 -3,89 19,0
900
Mái
đón
gió
A 56 117 -9,08 -5,50 39,4 -8,64 -6,27 27,4
B 53 184 -4,16 -2,78 33,2 -3,6 -2,4 33,3
C 42 129 -6,85 -5,98 12,7 -7,01 -5,51 21,4
D 35 97 -6,00 -5,08 15,5 -5,93 -5,09 14,2
F 32 104 -4,41 -2,55 42,2 -4,08 -2,19 46,3
Mái
khuất
gió
A1 7 1 -8,23 -4,79 41,7 -7,84 -4,82 38,5
B1 4 8 -3,21 -2,11 34,1 -3,71 -2,34 36,9
C1 21 49 -6,35 -5,44 14,3 -7,01 -5,29 24,5
D1 28 81 -6,16 -5,09 17,4 -5,94 -5,21 12,3
F1 25 88 -4,49 -2,59 42,3 -3,93 -2,26 42,5
Từ các kết quả này cho thấy:
+ Các giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất tại các vùng và các điểm đo tương ứng của
hai thí nghiệm này khá sát nhau.
+ Ở cả hai thí nghiệm, giải pháp sử dụng tấm chắn ngang đặt trên mái đều có
hiệu quả cao trong việc làm giảm áp lực gió hút gây tốc mái.
+ 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 mô hình thực ngoài hiện
138
trường và mô hình thu nhỏ trong ống thổi khí động gần tương tự nhau. Sai số kết quả
giá trị lớn nhất giữa hai thí nghiệm này khoảng 10,6% khi hướng gió tới θ = 00, 9,3%
khi θ = 450 và 11,9% khi θ = 90
0 đối với mái đón gió và khoảng 10% khi hướng gió tới
θ = 00, 12% khi θ = 45
0 và 0% khi θ = 90
0 đối với mái khuất gió.
Như vậy giải pháp sử dụng tấm chắn ngang ngang lắp ở vị trí xung quanh diềm mái
để làm giảm áp lực gió lên mái dốc của nhà thấp tầng là khả thi và có hiệu quả cao.
e. So sánh kết quả nghiên cứu trên mô hình thực và một số quy định trong TCVN
2737:1995
Từ các số liệu trong Bảng 4.1, thiết lập được bảng miền giá trị của hệ số áp lực nhỏ
nhất trên mái theo kết quả thí nghiệm trên mô hình thực để so với hệ số áp lực gió
trung bình được quy định trong tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 (Bảng 4.7).
Bảng 4.7 Giá trị của hệ số áp lực gió nhỏ nhất cục bộ theo thí nghiệm và hệ số
áp lực trung bình ce1 và ce2 quy định trong TCVN 2737:1995
Hướng gió
Vùng
Mô hình Thực Hệ số áp lực ce1
và ce2 theo
TCVN
2737:1995
Không có tấm
chắn Có tấm chắn
00
Mái
đón
gió
A - điểm 56 -7,39 -5,98
-0,84
B - điểm 53 -7,90 -5,76
C - điểm 42 -4,33 -3,96
D - điểm 35 -4,95 -3,89
F - điểm 32 -4,81 -3,24
Mái
khuất
gió
A1 - điểm 7 -3,32 -2,48
-0,8
B1 - điểm 4 -3,65 -3,16
C1 - điểm 21 -3,86 -3,07
D1 - điểm 28 -6,85 -4,67
F1 - điểm 25 -4,11 -3,46
900
Mái
đón
gió
A - điểm 56 -9,08 -5,50
-1,4
B - điểm 53 -4,16 -2,78
C - điểm 42 -6,85 -5,98
D - điểm 35 -6,00 -5,08
F - điểm 32 -4,41 -2,55
Mái
khuất
gió
A1 - điểm 7 -8,23 -4,79
-1,4
B1 - điểm 4 -3,21 -2,11
C1 - điểm 21 -6,35 -5,44
D1 - điểm 28 -6,16 -5,09
F1 - điểm 25 -4,49 -2,59
139
Kết quả thí nghiệm trong Bảng 4.7 cho thấy có những thời điểm trên mái có một số
vị trí ở khu vực biên của các mái giá trị hệ số áp lực gió cục bộ lớn hơn nhiều so với hệ
số áp lực gió trung bình được quy định trong tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 để tính toán
tải trọng gió lên kết cấu. Các hệ số áp lực cục bộ này có giá trị rất lớn: khoảng từ 4,33
đến 7,99 ở mái đón gió và từ 3,32 đến 6,85 ở mái khuất gió khi hướng gió tới θ = 00; từ
4,16 đến 9,08 ở mái đón gió và từ 3,21 đến 8,23 ở mái khuất gió khi hướng gió tới θ =
900 (trường hợp không có tấm chắn ngang trên mái). Mặt khác các điểm cục bộ có hệ
số áp lực gió hút lớn lại thường là các điểm ở gần biên mái, nên rất dễ làm mái bị tốc.
Qua các kết quả chương 4 cho thấy:
- Việc sử dụng tấm chắn ngang trên mái đã 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 đạt từ
8,5% đến 32,7% khi hướng gió tới θ = 00, đạt từ 14,9% đến 53,5% khi θ = 45
0 và
đạt từ 12,7% đến 42,3% khi θ = 900;
- Hiệu quả làm giảm giá trị của hệ số áp lực nhỏ nhất cục bộ khi sử dụng giải
pháp đặt tấm chắn ngang trên mái trong thí nghiệm trên mô hình thực ngoài hiện
trường và mô hình thu nhỏ trong ống thổi khí động gần tương tự nhau. Sai số kết
quả giá trị lớn nhất giữa hai thí nghiệm này khoảng 10,6% khi hướng gió tới θ = 00,
9,3% khi θ = 450 và 6,5% khi θ = 90
0 đối với mái đón gió và khoảng 10% khi hướng
gió tới θ = 00, 12% khi θ = 45
0 và 0% khi θ = 90
0 đối với mái khuất gió.
- Do việc thiết kế và thi công tấm chắn ngang là khá đơn giản nên giải pháp sử
dụng tấm chắn ngang để giảm áp lực gió lên mái dốc nhà thấp tầng là khả thi trong
thực tiễn xây dựng ở Việt Nam.
- Để đảm bảo an toàn trong tính toán khi thiết kế kết cấu bao che và mái, trong
tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 nên bổ sung thêm hệ số áp lực lớn nhất pC
và hệ số áp
lực nhỏ nhất pC
như tiêu chuẩn của một số nước.
140
KẾT LUẬN
1. Các kết quả đạt được
Qua các kết quả nghiên cứu đề tài luận án đạt được một số kết quả chính như sau:
- Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết về thí nghiệm mô hình thu nhỏ trong ống thổi
khí động của thế giới từ đó tổng hợp một cách có hệ thống các cơ sở lý thuyết này
để có thể ứng dụng vào việc thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động theo các
điều kiện của Việt Nam.
- Thiết lập được quy trình để thí nghiệm nghiên cứu áp lực gió lên kết cấu bao
che nói chung và mái nhà thấp tầng nói riêng bằng mô hình thu nhỏ trong ống thổi
khí động phù hợp với điều kiện Việt Nam và với ống thổi khí động 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 trình.
- 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 các tỉ lệ khác nhau, kết
quả nghiên cứu cho thấy: các giá trị hệ số áp lực trung bình, áp lực nhỏ nhất của các
mô hình này theo các hướng gió thu được khá thống nhất với các giá trị của các
dạng mô hình tương tự đã được công bố trên thế giới. Ngoài ra kết quả nghiên cứu
cho thấy rằng cần có những nghiên cứu sâu để đưa ra các hệ số áp lực gió cục bộ bổ
sung vào tiêu chuẩn nhằm phục vụ thiết kế kết cấu bao che nói chung và kết cấu
mái nói riêng đảm bảo an toàn khi sử dụng.
- Đưa ra được giải pháp chủ động giảm áp lực gió lên mái nhà thấp tầng có độ
dốc bằng tấm chắn ngang đặt vòng quanh chu vi mái. Với giải pháp này, tấm chắn
được thiết kế với chiều rộng 500 mm có mặt phẳng tấm đặt song song với mặt
phẳng mái và cách mặt mái 500 mm cho hiệu quả giảm áp lực gió lên mái là tốt
nhất. Giá trị áp lực trung bình cục bộ theo các hướng gió có thể giảm tới 33%, giá
trị áp lực trung bình toàn mái giảm tới 31,1% và giá trị áp lực nhỏ nhất cục bộ theo
các hướng gió giảm tới 60% so với trường hợp không có tấm chắn ngang. Giải pháp
này áp dụng cho các công trình nhà thấp tầng mái dốc, mái làm bằng vật liệu nhẹ có
độ dốc nhỏ hơn 300.
- Đã thí nghiệm trên mô hình thực và cho thấy hiệu quả của giải pháp sử dụng
tấm hướng gió nằm ngang để giảm áp lực gió lên mái làm bằng vật liệu nhẹ có độ
dốc của nhà 1 tầng là khả thi (giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất cục 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 tấm thép, tấm nhôm, tấm tôn hoặc kim
loại).
141
- Giải pháp này không chỉ làm giảm được áp lực gió lên kết cấu bao che mà còn có
thể giảm được áp lực lên các kết cấu chịu lực bên dưới do đó có thể giảm được chi phí
của kết cấu công trình.
2. Độ tin cậy của kết quả đạt được
Kết quả đạt được trong nghiên cứu của luận án có độ tin cậy cao do:
- Các kết quả thu được trong luận án sát với các kết quả của các dạng công trình
tương tự đã được công bố.
- Các kết quả trong luận án đã được báo cáo tại các Hội nghị khoa học trong
nước tại Việt Nam, một số kết quả đã được đăng trên các tuyển tập của 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 một phương pháp
nghiên cứu áp lực gió lên mái nhà thấp tầng có độ tin cậy cao và được dùng khá phổ
biến trên thế giới và cũng đã, đang được áp dụng ở nước ta.
3. Hướng phát triển của luận án
- Nghiên cứu thêm một số các giải pháp tấm hướng gió khác như thay đổi 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 trình được xây
dựng tại khu vực thường xuyên có gió, bão.
142
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ
LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
1. Nguyễn Võ Thông, Nguyễn Hoài Nam (2012), “Nghiên cứu tác động của gió lên
mái công trình thấp tầng bằng thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động”, 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 thí nghiệm về
tấm chắn dạng conson trên mái dốc của nhà thấp tầng trong ống thổi khí động”, 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 1030-1038
3. Nguyễn Võ Thông, Nguyễn Hoài Nam (2012). “Xây dựng cơ sở lý thuyết về thí
nghiệm mô hình trong ống thổi khí động phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam”, 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 mái và
giảm áp lực gió lên mái của nhà thấp tầng”, Tạp chí Xây dựng, năm thứ 52, ISSN
0866-0762, tr 80-82.
5. Nguyễn Hoài Nam, Nguyễn Võ Thông (2013). “Nghiên cứu thực nghiệm sử
dụng tấm chắn ngang trên công trình thực để chống tốc cho các mái mềm có độ
dốc”, Đã được chấp nhận đăng trong Tuyển tập Hội nghị Khoa học toàn quốc Cơ
học Vật rắn biến dạng lần thứ XI - Thành phố Hồ Chí Minh, 7-9/11/2013
143
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Trần Việt Liễn, 2005, Thuyết minh "Phân vùng áp lực gió lãnh thổ Việt Nam"
(Phục vụ xây dựng), Viện KTTV & Viện KH và CN Xây dựng.
2. Nguyễn Võ Thông (2000), “Một số giải pháp kỹ thuật phòng chống bão cho
nhà dân và các công trình phúc lợi tuyến xã huyện ở các vùng bão thuộc
thuộc các tỉnh Miền Trung”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị Kết cấu và công
nghệ xây dựng 2000, tr 397- 404.
3. Nguyễn Võ Thông (2012), “Một số nguyên tắc cơ bản xây dựng nhà dân ở vùng
gió bão”, Tạp chí Xây dựng, (12/2012), tr 62-65.
4. Nguyễn Sỹ Viên, Trần Văn Giải Phóng, Lê Văn Đậu, Lê Toàn Thắng (2004).
“Kỹ thuật Xây dựng nhà phòng chống bão”, Thừa Thiên Huế.
5. “Thiệt hại do bão số 9 lên đến hơn 14 nghìn tỉ đồng”, Theo báo Người lao động
Nhóm P.V - C.T.V. Thứ Tư, 07/10/2009.
6. “Thiệt hại do bão Xangsane: Hơn nửa tỷ đô la”,Việt Báo (Theo_Tien_Phong),
tháng 6 năm 2006.
7. “Tin mới về thiệt hại do bão số 3”, Theo Báo điện tử của Chính phủ Nước Cộng
Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam ngày 26 tháng 8 năm 2010.
8. “Tổng giá trị thiệt hại do bão số 5 gây ra ước tính 659 tỷ đồng”, Theo bản tin
247.com ngày 5 tháng 10 năm 2007.
9. Tiêu chuẩn Việt Nam - TCVN 2737-1995 (2010), “Tải trọng và tác động- Tiêu
chuẩn thiết kế”, NXB Xây dựng, Hà Nội.
10. Tiêu chuẩn xây dựng TCXDVN 194 – 2006, “ Nhà cao tầng - Công tác khảo sát
địa kỹ thuật”, NXB Xây dựng, Hà Nội.
11. Tổ chức DW (2008), “Dự án Phòng chống và giảm nhẹ thiệt hại về nhà ở do bão
gây ra ở miền Trung”.
12. Viện KHCN Xây dựng (1991), Báo cáo đề tài: “Nghiên cứu các giải pháp kỹ
thuật phòng chống bão lụt cho nhà ở và công trình xây dựng” .
13. Viện KHCN Xây dựng (2007), “ Hướng dẫn kỹ thuật xây dựng Phòng và giảm
thiểu thiệt hại do bão cho nhà ở ”.
14. Viện KHCN Xây dựng (2008), Báo cáo đề tài “Xác định hệ số khí động cho một
số dạng nhà công nghiệp thấp tầng bằng thí nghiệm trong ống thổi khí động”.
144
15. Viện Kiến trúc, Quy hoạch Đô thị và Nông thôn (2012), Báo cáo đề tài “Nghiên
cứu giải pháp thiết kế xây dựng nhà ở vùng gió bão”.
16. A.G. Davenport, D. Surry, T. Stathopoulos (8/1977), “Wind loads on low-rise
building: Final report, Boundary Layer Wind Tunnel Laboratory”, The Faculty
of Engineering Science.
17. A.P. Robertson (1991)“Effect of eaves detail on wind pressures over an
industrial building”, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn, (38), pp.325-333.
18. AIJ-RLB 2004. Architect Institute of Japan, Recommendation for Loads on
Buildings- Chapter 6: Wind load.
19. American Society of Civil Engineers (1999), Wind tunnel studies of buildings
and structures, ASCE Manual and Reports on Engineering Practice No. 67.
20. AS/NZS 1170.2 (2000), Structural design actions-Part 2: Wind actions,
Australia Standard and NewZeland Standard.
21. ASCE/SEI 7-05 (2006), Chapter 6: Minimum Design Loads for Buildings and
Other Structures, Chapter 6, 6C: Wind loads, ASCE Standard.
22. Australasian Wind Engineering Society, Wind engineering studies of buildings (2001).
23. Bahareh Kordi, Gregory A. Kopp (2009), “Effects of the Initial Flow Field on
the Flight of Wind Borne Debris” 11th
Americas Conference on Wind
Engineering San Juan, Puerto Rico June 22-26.
24. Banks, D (2000), “The suction induced by conical vortices on low-rise buildings
with flat roofs”, Ph.D. Dissertation, Department of Civil Engineering, Colorado
State University, Fort Collins, Colorado.
25. Baskaran, T. Stathopoulos (1988), “Roof corner wind loads and parapet
configurations”, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn, (29), pp.79–88.
26. Bogusz Bienkiewicz and Yawei Sun (1992), “Local wind loading on the roof of
a low-rise building”, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn, (45), pp. 11-24.
27. BS 6399-2: 1997 (2002), Loads for buildings-Part 2: Wind action, British
Standard Institute.
28. Bungale S. Taranath Ph.D., S.E (2005), Wind and Earthquake resistant
buildings (Structural analysis and design), Los Angeles, California.
145
29. By Dale C. Perry, James R. McDonald and Herbert S. Saffir (1990),
“Performance of metal buildings in high winds”, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn,
(36), pp.985-999.
30. Cochran, L. S. and English, E. (1997), "Reduction of Roof Wind Loads by
Architectural Features”, Architectural Science Review, (40), pp.79-87.
31. Danielis Bernoulli . Joh. Fiz. Med. Prof. Basil (1738), “ Hydrodynamica: sive de
viribus et motibus fluidorum commentary”.
32. Eaton, K. J. and Mayne. J.R (1975), “The Measurement of Wind Pressure on Two –
story Houses at Aylesbury,” J. Wind Eng. Ind. Aerodynamics, Vol. 1, pp. 67-109.
33. EN 1991-1-4 (2005), General actions- Wind actions, , British Standard.
34. G. Diana, D. Rocchi, E. Sabbioni, S. Giappino, A. Collina (7/2009), “Wind
tunnel tests on the roof of the new Turin stadium”, EACWE 5 Florence, Italy
19th
– 23rd
, July 2009.
35. G. M. Richardson, A. P. Robertson, R. P. Hoxey, D. Surry (1990), “Full-scale
and Model Investigations of Pressures on an Industrial/Agricultural Building”, J.
Wind Eng. Ind. Aerodyn, (36), pp.1053-1062.
36. GB 50009-2001(2002), Load code for design of building structures, China.
37. H.W Tieleman (1992), “Problem associated with flow modelling procedures for
low-rise”, J.Wind Eng. Ind. Aerodyn, (41-44), pp.923-934.
38. H.W Tieleman, M.R. Hajj. T.A. Reinhold (1998), “Wind tunnel simulation
requirements to assess wind loads on low-rise buildings”, J. Wind Eng. Ind.
Aerodyn, (74-76), pp.675-685.
39. H.W. Tieleman, Timothy A. Reinhold (1978), “On the wind-tunnel simulation
of the atmopheric curface layer of the study of wind loads on low-rise
buildings”, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn, (3), pp.21-38.
40. Irwin, H.P.A.H. (1981), “The design for spires for wind simulation”, J. Wind
Eng. and Ind. Aerodynamics, (7), pp.361-366.
41. J.A. Peterka (1983), “Selection of local peak pressure cofficients for wind tunnel
studies of buildings”, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn, (13), pp.477-488.
42. J.D. Holmes, M.J. Syme, M. Kasperski (1995), “Optimised design of a low-rise
industrial building for wind loads”, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn, (57), pp391-401.
146
43. J.E. Cermark, L.S. Cochran and R.D. Leffer (1995), “Wind-tunnel modelling of
the atmospheric surface layer”, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn, (54/55), pp.505-513.
44. J.X. Lin, D. Surry (1993),“Suppressing extreme suction on low buildings by
modifying the roof corner geometry”, in: Seventh US National Confrerence on
Wind Engineering, University of California, Los Angeles, California, pp. 413–422.
45. Jia Yunjiu, Sill B.J.(1998), “Effects of surface roughness element spacing on
boundary-layer velocity profile parameters”, J. Wind Eng. and Ind.
Aerodynamics, (73), pp.215-230.
46. John D. Holmes (2001), Wind loading of Structures, NXB Taylor & Francis.
47. K.J Macks (1997), Hướng dẫn kỹ thuật xây dựng nhà vùng bão lũ. NXB Xây
dựng, Hà Nội.
48. Kopp, G.A., Mans, C. and Surry, D. (2005b), “Wind effects of parapets on low
buildings: Part 2. Structural loads”, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn, (93), pp.843–855.
49. Kopp, G.A., Mans,C. and Surry, D. (2005c), “Wind effects of parapets on low
buildings: Part 4. Mitigation of corner loads with alternative geometries”, J.
Wind Eng. Ind. Aerodyn, (93), pp873–888.
50. Kopp, G.A., Surry, D. and Mans, C. (2005a), “Wind effects of parapets on low
buildings: Part 1. Basic aerodynamics and local loads”, J. Wind Eng. Ind.
Aerodyn, (93), pp.817–841.
51. Kramer, C. and Haage, K. (1975), “Suction Reduction Installation for Roofs”,
United States.
52. Lee. I. B, Kang C. (2003), “Development of vertical wind and turbulence profiles
of wind tunnel boundary layers”, 2003 ASAE (American Society of Agricultural
and Biological Engineers) Annual Meeting, vol. 47, no5, pp. 1717-1726.
53. Leow Wah Wei et al, “Atmospheric boundary layer wind tunel design”, Internal
report of Turbulence Energy & Combustion Group (TEC).
54. Liangchung James Lo, B.S. Arch.E; M.S.E (2012), “ Predicting wind driven
Cross ventilation in buildings with small openings” Luận án Tiến sỹ The
University of Texas at Austin.
55. M. Kasperski (2007), “A consistent model for the codification of wind loads”, J.
Wind Eng. Ind. Aerodyn, (95), pp.1114-1124.
147
56. M. Kasperski (2007), “Design wind loads for a low-rise building taking into
account directional effects”, J.Wind Eng. Ind. Aerodyn, (95), pp.1125-1144.
57. Melbourne, W.H. and Cheung, J.C.K. (1988), “Reducing the wind loading on
large cantilevered roofs”, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn, (28), pp401–410.
58. N.J. Cook (1975), “A Boundary layer wind tunnel for building aerodynamics”,
J. Wind Eng. Ind. Aerodyn, (1), pp3-12.
59. N.J. Cook, J.R. Mayne (1979), “The novel working approach to the assesment of
wind loads for equivalent static design”, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn, (4), pp.149-164.
60. N.J. Cook, J.R. Mayne (1980), “A refined working approach to the assesment of
wind loads for equivalent static design”, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn, (6), pp.125-137.
61. N.J. Cook (1985), The designer’s guide to wind loading of building structures,
Part 1: Background, damage survey, wind data and structural classification,
Building Research Establisment, London.
62. NBCC (1995),National Building Code User’s Guide – Structural Commentaries
(Part 4), Canadian Commission on Building and Fire Codes, National Research
Council of Canada, Ottawa.
63. P.A. Irwin (1988), “Pressure model techniques for cladding loads”, J. Wind Eng.
Ind. Aerodyn, (29), pp.69-78.
64. Peter A.Irwin, William F. Baker, Stan Korista, Peter A. Weismantle, and Lawrence
C. Novak (2006), “Wind Tunnel Testing of Cladding and Pedestrian Level”,
Structure magazine, pp.47-51.
65. Pindado, S. and Meseguer, J. (2003), “Wind tunnel study on the influence of
different parapets on the roof pressure distribution of low-rise buildings”, J.
Wind Eng. Ind. Aerodyn, (91), pp.1133–1139.
66. Preview Global Cyclone Asymetry Windspeed Profile, UNEP/GRID Europe.
67. Richardson, G. M. and Surry, D. (1994), “The Silsoe Structures Building:
Comparison between full-scale and wind-tunnel data”, J. Wind Eng. Ind.
Aerodyn, (51), pp.157-176.
148
68. Surry, D. and Lin, J. X. (1995), “The effect of surroundings and roof corner
geometric modifications on roof pressures on low-rise buildings”, J. Wind Eng.
Ind. Aerodyn, (58), pp.113-138.
69. T. Stathopoulos, A. Baskaran (1988), “Turbulent wind loading on roofs with
parapet configurations”, Can. J. Civil Eng, (29), pp.570–578.
70. Ted Stathopoulos (1979), Turbulent wind action on low-rise buildings, Ph.D.
thesis, The University of Western Ontario, London, Ontario, Canada.
71. Ted Stathopoulos, (2005), “Wind loads on low buildings: current and future
design trends”, The Six Asia-Paciffic Conference on Wind Engineering
(APCWE-VI), Soul, Korea, pp.177-191.
72. Tokyo Polytechnic University “Aerodynamic Database”.
73. Wu, F. (2000),“Full-scale study of conical vortices and their effects near
corners”, Ph.D. Dissertation, Department of Civil Engineering, Texas Tech
University, Lubbock, Texas.
74. Zoltan Szalay (1986), “Wind pressure load on an industrial building”, J. Wind
Eng. Ind. Aerodyn, (23), pp.73-79.
75. http://www.gmecca.com.
76. http://www.outmotoring.com.
77. http://www.tracuuxaydung.com.
78. http://www.nasa.gov/topics/aeronautics/features/naca_95_anniversary.html.
79. http://www.chinatechgadget.com/wp-content/uploads/2011/11/wind-tunnel-1.jpg.
80. http://venus.iis.u-tokyo.ac.jp/english/Facilities/wind_tunnel.pdf.
81. http://www.amdl.co.uk/3_engineering/wind_tunnel_640.jpg
82. http://www.ketchum.org/carquinezwind/fullbridgeabove-480x700.jpg
83. http://www.most.gov.vn/