Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu giải pháp giảm áp lực gió lên mái dốc nhà thấp tầng bằng thực nghiệm trong ống thổi khí động
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 A i Diện tích mái tại điểm i A m Diện tích tiết diện mặt cắt ngang của mô hình A ÔTKĐ Diện tích tiết diện mặt cắt ngang của ống thổi khí động tại vị trí đặt mô hình b Chiều rộng của công trình b m 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 C p,i Hệ số áp lực gió tại điểm i D m Kích thước (chiều dài hoặc rộng hoặc cao) mô hình D p Kích thước (chiều dài hoặc rộng hoặc cao) công trình thực E Mô đun đàn hồi E eff Mô đun hiệu dụng E g Hệ số địa hình theo vận tốc gió trung bình E gI Hệ số điều chỉnh địa hình E I Hệ số địa hình cho độ lệch chuẩn của tốc độ gió dao động E m Mô đun đàn hồi của mô hình E p Mô đun đàn hồi của công trình thực h Chiều cao của công trình tính từ mặt đất đến diềm mái h m Chiều cao của mô hình đến diềm mái h mái Chiều cao đến đỉnh mái của công trình thực viii h m mái Chiều cao của mô hình tính đến đỉnh mái H s Chiều cao của dạng địa hình hs Chiều cao tấm chắn gió h th Chiều cao tấm chắn gió ngoài thực tế I Mô men quán tính hoặc hằng số xoắn I rz Độ rối tại độ cao Z L Kích thước tổng thể đặc trưng l Chiều dài của công trình L b Kích thước đặc trưng của công trình hoặc kết cấu l m Chiều dài của mô hình L r Tỉ lệ mô hình L t Tỉ lệ rối m Mô hình n m Tần số giao động riêng của mô hình n p 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 p max Áp lực lớn nhất đo được trong khoảng thời gian lấy số liệu p min Áp lực nhỏ nhất đo được trong khoảng thời gian lấy số liệu Re m Số Reynolds của mô hình Re p Số Reynolds công trình thực t Thời gian T Thời gian lấy số liệu. T g mh Thời gian thí nghiệm trong ống thổi khí động T g th Thời gian thí nghiệm ngoài thực tế T mh Chu kỳ dao động riêng của mô hình g V Vận tốc gió trung bình V g Vận tốc gió ở độ cao gradient ix V m Vận tốc gió trong phòng thí nghiệm V p Vận tốc gió thực V r Tỉ lệ vận tốc thí nghiệm V z Vận tốc gió ở độ cao Z W 0 Áp lực gió tiêu chuẩn X s Khoảng cách từ phía đỉnh trên cùng của địa hình đến vị trí công trình xây dựng Z b Chiều cao tham chiếu Z g Chiều cao gradient của lớp nền của một dạng địa hình Z o Chiều dài độ nhám đàn hồi khí của địa hình α Góc nghiêng δ m Số độ cản của mô hình δ p Số độ cản của công trình thực θ Hướng gió tới Độ cản nhớt của công trình (ρ s ) m Khối lượng riêng của mô hình (ρ s ) 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 [...]... Hỡnh 1.34 Tng chn trong nghiờn cu ca A Baskaran, T Stathopoulos 25 Hỡnh 1.35 Tng chn trong nghiờn cu ca J.X Lin, D Surry 25 Hỡnh 1.36 Tng chn dng Spoiler 27 Hỡnh 1.37 Mt ct ca tng chn dng A, B, C, D 27 Hỡnh 1.38 Mt ct ca tng chn dng conson (Spoiler) 27 Hỡnh 1.39 Cỏc dng tng chn trong nghiờn cu ca Surry, D v Mans Kopp, G.A., 27 Hỡnh 1.40 Mt s hỡnh nh thớ nghim khớ ng hc ca mỏy bay trong hm giú 28 Hỡnh... trỡnh dng tr 8 Hỡnh 1.9 Mt s cụng trỡnh thc ngoi hin trng 10 Hỡnh 1.10 Tũa nh kt cu Silsoe 1986/1987 11 Hỡnh 1.11 Mt s hỡnh nh mụ hỡnh nh trong ng thi khớ ng 12 Hỡnh 1.12 Mt s hỡnh nh mụ hỡnh khỏc trong ng thi khớ ng 12 Hỡnh 1.13 Mt s hỡnh nh cỏc cụng trỡnh thớ nghim trong ng thi khớ ng ti Vit Nam 13 Hỡnh 1.14 Cỏc vựng chu ỏp lc cc b trờn mỏi TCVN 2737-1995 14 Hỡnh 1.15 Tiờu chun Chõu õu - EN 1 14 Hỡnh... b s dng trong ng thi ca Vin Khoa hc Cụng ngh Xõy dng 37 Hỡnh 2.7 H hng mỏi ngúi 40 Hỡnh 2.8 S cỏc loi mụ hỡnh thớ nghim trong ng thi khớ ng v mc ớch s dng 41 a hỡnh dng vỏch ng 48 Hỡnh 2.9 Hỡnh 2.10 a hỡnh dng gũ i 48 Hỡnh 2.11 Biu profile vn tc giú lý thuyt theo chiu cao ca dng a hỡnh A 48 Hỡnh 2.12 Biu ri ca giú lý thuyt theo chiu cao ca dng a hỡnh A 48 Hỡnh 2.13 Cụng c to mụi trng giú trong ng... mỏi ca mụ hỡnh M1 72 Hỡnh 3.19 Cỏc hng giú tỏc dng 73 Hỡnh 3.20 Mụ hỡnh thớ nghim trong ng thi khớ ng 73 Hỡnh 3.21 S b trớ cỏc u o ỏp lc trờn mỏi ca mụ hỡnh M2-20; M3-20 73 Hỡnh 3.22 Cỏc hng giú tỏc dng lờn mụ hỡnh M2-20; M3-20 74 Hỡnh 3.23 Mụ hỡnh M3-20 thớ nghim trong ng thi khớ ng 74 Hỡnh 3.24 Mụ hỡnh M2-20 thớ nghim trong ng thi khớ ng 74 Hỡnh 3.25 S b trớ cỏc u o ỏp lc trờn mỏi ca mụ hỡnh N1 74... giú tỏc dng lờn mụ hỡnh N1 75 Hỡnh 3.28 Mụ hỡnh N1 thớ nghim trong ng thi khớ ng 75 Hỡnh 3.29 S b trớ cỏc u o ỏp lc trờn mỏi ca mụ hỡnh N2 75 xviii Hỡnh 3.30 Cỏc hng giú tỏc dng lờn mụ hỡnh N2 75 Hỡnh 3.31 Mụ hỡnh thớ nghim nh 4 mỏi N2 76 Hỡnh 3.32 Mụ hỡnh N2 thớ nghim trong ng thi khớ ng 76 Hỡnh 3.33 Cỏc mụ hỡnh thớ nghim ó gn tm chn giú trong ng thi khớ ng 77 Hỡnh 3.34 H s ỏp lc trung bỡnh, ỏp lc... do giú bóo gõy ra cho cỏc cụng trỡnh thp tng, xõy dng trong vựng chu nh hng mnh ca bóo l cú ý ngha xó hi rt quan trng T nhng lý do trờn ti c la chn l Nghiờn cu gii phỏp gim ỏp lc giú lờn mỏi dc nh thp tng bng thc nghim trong ng thi khớ ng 1 Mc ớch nghiờn cu ca ti - Thit lp quy trỡnh thớ nghim mụ hỡnh nghiờn cu v ỏp lc giú lờn cụng trỡnh thp tng trong ng thi khớ ng - xut b sung gii phỏp dựng tm hng... s lý thuyt thớ nghim v ỏp lc giú lờn mỏi ca cụng trỡnh thp tng bng thớ nghim mụ hỡnh trong ng thi khớ ng; - Xõy dng quy trỡnh thớ nghim nghiờn cu ỏp lc giú lờn mỏi lm bng vt liu nh cú dc ca nh mt tng xõy dng trong vựng thng xuyờn cú giú, bóo 4 Phng phỏp nghiờn cu - Phng phỏp nghiờn cu thớ nghim bng mụ hỡnh thu nh trong ng thi khớ ng S dng nghiờn cu l ng thi khớ ng ca phũng nghiờn cu thớ nghim giú... hc ó cụng b, cỏc ph lc hỡnh v, bng biu, lun ỏn gm 136 trang c b cc trong 4 chng: Chng 1: Tng quan v tỏc ng ca giú v cỏc gii phỏp gim ỏp lc giú lờn mỏi dc nh thp tng (28 trang) Chng 2: C s lý thuyt thớ nghim mụ hỡnh trong ng thi khớ ng (28 trang) Chng 3: Nghiờn cu xut s dng tm chn ngang trờn mỏi dc nh thp tng bng thớ nghim mụ hỡnh trong ng thi khớ ng (65 trang) Chng 4: Thớ nghim ng dng tm chn ngang... ng ca cụng trỡnh, gõy nờn ti trng cú tớnh ng lc hoc cỏc lc khớ ng tỏc ng lờn nh (Hỡnh 1.8) Z V(z) Vùng áp lực âm Hỡnh 1.6 p lc tnh do giú tỏc ng Hỡnh 1.7 Lung giú b chuyn hng lờn nh thp tng to nờn cỏc vựng ỏp lc õm Hỡnh 1.8 Lc khớ ng gõy bi kớch ng xoỏy do tng tỏc gia lung giú vi cụng trỡnh dng tr Trong lp biờn khớ quyn, dũng giú cú tớnh cht nhiu lon/ri v bin ng Khi giú thi vo khu vc biờn (gúc tng/mỏi... nghim trờn mụ hỡnh trong ng thi khớ ng - u im + Cú th tin hnh lm thớ nghim bt k lỳc no + Cú th to ra bt k dng a hỡnh, dng mụi trng cn thit - Nhc im + Quy i t l t mụ hỡnh thc sang mụ hỡnh thu nh cú nhiu khú khn + Quy i vt liu thc sang vt liu lm mụ hỡnh trong mt s trng hp cú khú khn nht nh (Vớ d: quy i t viờn ngúi, tre, na, lỏ c sang vt liu lm thớ nghim) + Cn phi to mụi trng v dng a hỡnh trong hm giú + Cn . 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. 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. 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 …………………………