BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG NGUYỄN HOÀI NAM van LA Hoai Nam.pdf · bộ khoa Xây dựng, bộ môn Công nghệ và tổ chức thi công – Trường Đại

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 3.7 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


nhất cục bộ- Mô hình M1-20, độ dốc mái 200, hướng gió 45

0 95


nhất cục bộ - Mô hình M1-25, độ dốc mái 250, hướng gió 45

0 96



0 96



0 97


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



M1-20 102



M1-25 103



M1-30 104

Bảng 3.21 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái - Mô hình M2-20

105


M2-20 105



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




xiii



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


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 3.37 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


lực nhỏ nhất cục bộ – Mô hình M1-30; M2-20 93


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


TCVN- 2737:1995 – Mô hình – M1-20 99


TCVN- 2737:1995 – Mô hình – M1-25

99


TCVN- 2737:1995 – Mô hình – M1-30 100


TCVN- 2737:1995 – Mô hình – M2-20 100


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


có sử dụng tấm chắn ngang - Mái trước 122


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.

http://vatgia.com/hoidap/quicksearch.php?keyword=công+cộng

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 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

http://www.ketchum.org/bridgepix/csbsb-287x400.JPG

http://www.ketchum.org/bridgepix/csbsb-287x400.JPG

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


h


h/2


h/2

2h


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


h/2


h/2

h


h


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

http://vi.wikipedia.org/wiki/L%E1%BB%B1c_h%E1%BA%A5p_d%E1%BA%ABn

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=L%E1%BB%B1c_n%C3%A2ng_kh%C3%AD_%C4%91%E1%BB%99ng_%C4%91%E1%BB%99ng_h%E1%BB%8Dc&action=edit&redlink=1



http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Thi%E1%BA%BFt_di%E1%BB%87n&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=H%C3%ACnh_d%E1%BA%A1ng_kh%C3%AD_%C4%91%E1%BB%99ng_h%E1%BB%8Dc&action=edit&redlink=1



http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=L%E1%BB%B1c_c%E1%BA%A3n&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Hi%E1%BB%87u_su%E1%BA%A5t&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/wiki/Kh%C3%AD_%C4%91%E1%BB%99ng_l%E1%BB%B1c_h%E1%BB%8Dc

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)


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)


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)


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

Çc

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

Çc

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

Çc

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

Çc

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


Hình 3.24 Mô hình M2-20 thí nghiệm


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


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


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.


- 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


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;


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


với hướng gió 00 – Mô hình M1-15

Vùng cục bộ có giá

trị lớn (-8,2)


trị lớn (-8,2)

80




- Hệ số áp lực trung bình C p : áp lực gió phân bố khá đều với giá trị lớn nhất đến -0,75.


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.


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.


trị lớn (-11,2)


trị lớn (-7,6)

81



b) Mô hình M1-20

b1) Với hướng gió θ = 00 (Hình phụ lục )


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.


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);


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;


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.


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.


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.


p (gió đẩy) Giá trị tương đối nhỏ và đều trên toàn mái.


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.



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.


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.


- 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.


p (gió đẩy) : Có quy luật phân bố gần giống với áp lực

trung bình, tuy nhiên giá trị đạt nhỏ hơn – 1,3.


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.


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.


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.


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


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.



trung bình, tuy nhiên giá trị đạt nhỏ hơn – 1,6 tại vị trí cục bộ của mái khuất gió.


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.


p (gió đẩy) phân bố khá đều trên toàn mái và có giá trị

tương đối nhỏ.


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.


- 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.


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.


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.


- 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.



trung bình, giá trị tương đối nhỏ.


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.


p (gió đẩy) phân bố khá đều trên toàn mái và có giá trị

tương đối nhỏ.


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.


- 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.


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.


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.


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.


p (gió đẩy) : Có một vị trí cục bộ ở phái gần góc mái khuất

gió có giá trị khá lớn -2,2.


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


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


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.



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


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.


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


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 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






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









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


nhỏ nhất cục bộ – Mô hình M1-30; M2-20

94






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)


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)





0

Chiều cao



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




96



0

Chiều cao



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 = 750 so với hs = 0 8,2% (Giảm) 17% (Giảm) 10% (Giảm) 15% (Giảm)



0

Chiều cao



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



0

Chiều cao

tấm chắn ngang

(mm)


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






0

Chiều cao



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 = 500 so với hs = 0 23% (Giảm) 29% (Giảm) 16% (Giảm) 7,8% (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




TCVN - 2737-95



25°

25°


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)





TCVN - 2737-95



100

30°

30°


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)





TCVN - 2737-95



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)




TCVN - 2737-95



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




TCVN - 2737-95



101


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


Hướng gió Vùng

mái


Không tấm

chắn ngang

Có tấm chắn

ngang cao 500mm 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


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


Hướng gió Vùng

mái


Không tấm chắn

ngang

Có tấm chắn



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


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


Hướng gió Vùng

mái


Không tấm chắn

ngang

Có tấm chắn



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


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


Hướng gió Vùng

mái


Không tấm

chắn ngang

Có tấm chắn



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


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


Hướng gió Vùng

mái


Không tấm

chắn ngang

Có tấm chắn ngang

cao 500mm 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


Hướng gió Vùng

mái


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


Hướng gió Vùng

mái


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


Hướng gió Vùng

mái


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


Hướng gió Vùng

mái


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


-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


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


0

A B C A B C

Không tấm chắn ngang -3,1 -2,7 -2,2 -2,6 -2,4 -3,0


-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


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


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


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


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


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


Chi tiết 3

Chi tiết 4


Góc 900 – không tấm chắn ngang

Góc 900 – có tấm chắn ngang




136

Chi tiết 5

Chi tiết 6


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


900


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


450


900


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/

http://venus.iis.u-tokyo.ac.jp/english/Facilities/wind_tunnel.pdf

http://www.amdl.co.uk/3_engineering/wind_tunnel_640.jpg

http://www.ketchum.org/carquinezwind/fullbridgeabove-480x700.jpg

http://www.most.gov.vn/

Documents

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG NGUYỄN HOÀI NAM van LA Hoai Nam.pdf · bộ khoa Xây dựng, bộ môn Công nghệ và tổ chức thi công – Trường Đại