Tài liệu Nghiên cứu giải pháp giảm áp lực gió lên mái dốc nhà thấp tầng bằng thực nghiệm trong ống thổi khí động

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 i 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 ii MỤC LỤC Lời cam đoan……………………………….…………………………… Mục lục…………………………………….……………………………. Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt và thuật ngữ…………………………… Danh mục các bảng trong luận án……………………………………… Danh mục các hình vẽ trong luận án……………………………………. Phần mở đầu 1. Mục đích của luận án ………….…………………………………... 2. Đối tượng nghiên cứu ……………………………………………... 3. Nội dung nghiên cứu…………………………...………………….. 4. Phương pháp nghiên cứu…………………………………………... 5. Phạm vi nghiên cứu………………………………………………... 6. Những đóng góp mới của luận án…………………………………. 7. Cấu trúc luận án................................................................................ 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………………..………...……………………………… 1.2. Tác động của gió đối với nhà thấp tầng…………………………… 1.2.1. Khái niệm chung về nhà cao tầng, thấp tầng …………….. 1.2.2. Tác động gió lên nhà thấp tầng ………………………….. 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…………..….…. 1.2.3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm………..…… 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 1.3.2. Một số giải pháp hạn chế tác hại của gió đối mái nhà thấp tầng của Việt Nam ………………………………………… 1.3.3. Một số giải pháp chủ động giảm áp lực gió lên mái nhà thấp tầng trên thế giới ……………………...………………. 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………………………………….……… Trang i ii vi x xiv 1 1 2 2 2 2 2 3 4 6 6 6 7 9 9 9 13 13 18 24 28 iii Chương 2: Cơ sở lý thuyết thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động 2.1. Giới thiệu một số phòng thí nghiệm gió trên thế giới và Việt Nam 2.1.1. Phòng thí nghiệm gió ….…………………………………... 2.1.1.1 Phòng thí nghiệm gió trên thế giới……..……….…. 2.1.1.2 Phòng thí nghiệm gió ở Việt Nam.……..……….…. 2.1.2. Ống thổi khí động………………………………………….. 2.1.2.1 Giới thiệu chung……………………………………. 2.1.2.2 Ống thổi khí động – 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 ...................................................................................... 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 2.3.2. Những nội dung cần nghiên cứu khi thí nghiệm mô hình nhà thấp tầng trong ống thổi khí động ……………………... 2.3.3 Mô hình hóa thí nghiệm trong ống thổi khí động …….. 2.3.3.1 Mô hình hóa công trình thí nghiệm……………. 2.3.3.2 Mô hình hóa môi trường gió…………………... 2.3.3.3 Mô hình hóa môi trường gió cho phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam …………...………...……………. 2.3.3.4 Mô hình hóa địa hình………………………….. 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……………. 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 3.1. Cơ sở lựa chọn thông số của tấm chắn gió nằm ngang…………… 3.2. Dạng công trình, dạng địa hình và vùng áp lực gió thí nghiệm …... 3.2.1. Công trình thí nghiệm …………………………………….. 3.2.2. Dạng địa hình, vùng áp lực gió thí nghiệm ……………….. 3.3. Thí nghiệm mô hình trong ống thổi khí động………………........... 3.3.1. Thiết bị và dụng cụ hỗ trợ ………...……………………….. 3.3.2. Xác định các thông số cho mô hình và tấm chắn ngang …... 3.3.3. Mô hình hóa môi trường gió trong ống thổi khí động……. 3.3.4. Mô hình hóa địa hình………………………………………. 3.4. Thí nghiệm và ghi kết quả…………..………………………........... 3.4.1. Sơ đồ bố trí đầu đo áp lực và hướng gió thí nghiệm………. 3.4.2. Thổi gió và ghi kết quả………………………...…………… 32 32 32 32 33 34 34 36 37 38 38 38 40 41 44 45 48 49 60 60 62 62 67 68 68 69 71 71 72 72 76 iv 3.5. Phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm ……….…………........... 3.5.1. Vấn đề sử lý số liệu………………………….………..……. 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………………………………………………… 3.5.2.2 Kết quả thí nghiệm khi sử dụng tấm chắn ngang rộng 500mm cho các mô hình dạng 1……………………… 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 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……………… 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 ………. 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……….. 3.5.4.2 Trường hợp sử dụng tấm chắn ngang rộng 500mm, cao 500mm………………………….……………………… 3.5.4.3 So sánh kết quả của các trường hợp không và có sử dụng tấm chắn ngang………….…….……………………... 3.6. Một số cấu tạo tấm chắn ngang trên mái………….………….......... Chương 4: Thí nghiệm ứng dụng tấm hướng gió ngang trên mái dốc của mô hình thực ngoài hiện trường............................................... 4.1. Các thông số chính của công trình và thiết bị thí nghiệm ….…….. 4.1.1 Các thông số chính của công trình ………………………… 4.1.2 Giải pháp liên kết và vật liệu sử dụng ……..……….……… 4.1.3 Thiết bị thí nghiệm ………..……………………..………… 4.2. Các thông số thí nghiệm của mô hình thí nghiệm……..……...…… 4.3. Thí nghiệm đo áp lực lên mái với các hướng gió khác nhau……… 4.4. Kết quả thí nghiệm ………………………………………………... 4.4.1 Xử lý số liệu ……………………………………………... 4.4.2. Các kết quả thí nghiệm…………………. …………….…… Kết luận………………………………………………………………… 76 76 77 77 86 91 91 98 108 112 112 115 118 122 125 125 125 126 127 129 130 131 131 133 140 v 1. Các kết quả chính đạt được ……………………………………….. 2. Độ tin cậy của kết quả đạt được......................................................... 3. Hướng phát triển của luận án……………………………………… Danh mục công trình nghiên cứu của tác giả liên quan đến luận án. Tài liệu tham khảo……………………………………………….……. 140 141 141 142 143 vi 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  Cp  Hệ số áp lực lớn nhất Cp Hệ số áp lực nhỏ nhất Cp 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 vii 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 Tg th Thời gian thí nghiệm trong ống thổi khí động Thời gian thí nghiệm ngoài thực tế Tmh Chu kỳ dao động riêng của mô hình Vg Vận tốc gió trung bình Vg Vận tốc gió ở độ cao gradient viii 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 ix 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 x 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 AIJRLB 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 Z gvà hệ số α 46 Bảng 3.1 Thống kê số lượng mô hình thí nghiệm trong ống thổi khí động 67 Bảng 3.2 Giá trị áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực gió trên lãnh thổ Việt Nam 68 Bảng 3.3 Tổng hợp kết quả đo gió các mô hình không có tấm chắn ngang 87 Bảng 3.4 Tổng hợp kết quả đo gió các mô hình với tấm chắn ngang cao 250mm 88 Bảng 3.5 Tổng hợp kết quả đo gió các mô hình với tấm chắn ngang cao 500mm 89 Bảng 3.6 Tổng hợp kết quả đo gió các mô hình với tấm chắn ngang cao 750mm 90 Bảng 3.7 So sánh giá trị lớn nhất của áp lực trung bình cục bộ, áp lực nhỏ nhất cục bộ Mô hình M1-15, độ dốc mái 150, hướng gió 450 95 Bảng 3.8 So sánh giá trị lớn nhất của áp lực trung bình cục bộ, áp lực nhỏ nhất cục bộ- Mô hình M1-20, độ dốc mái 200, hướng gió 450 95 Bảng 3.9 So sánh giá trị lớn nhất của áp lực trung bình cục bộ, áp lực nhỏ nhất cục bộ - Mô hình M1-25, độ dốc mái 250, hướng gió 450 96 Bảng 3.10 So sánh giá trị lớn nhất của áp lực trung bình cục bộ, áp lực nhỏ nhất cục bộ - Mô hình M1-30, độ dốc mái 300, hướng gió 450 96 Bảng 3.11 So sánh giá trị lớn nhất của áp lực trung bình cục bộ, áp lực nhỏ nhất cục bộ - Mô hình M2-20, độ dốc mái 200, hướng gió 450 97 Bảng 3.12 So sánh giá trị lớn nhất của áp lực trung bình cục bộ, áp lực nhỏ nhất cục bộ-Mô hình M3-20, độ dốc mái 200, hướng gió 450 97 xi Bảng 3.13 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái - Mô hình M1-15 101 Bảng 3.14 Giá trị hệ số áp lực trung bình tại các vùng cục bộ - Mô hình M1-15 101 Bảng 3.15 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái - Mô hình M1-20 102 Bảng 3.16 Giá trị hệ số áp lực trung bình tại các vùng cục bộ - Mô hình M1-20 102 Bảng 3.17 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái - Mô hình M1-25 103 Bảng 3.18 Giá trị hệ số áp lực trung bình tại các vùng cục bộ - Mô hình M1-25 103 Bảng 3.19 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái - Mô hình M1-30 104 Bảng 3.20 Giá trị hệ số áp lực trung bình tại các vùng cục bộ - Mô hình M1-30 104 Bảng 3.21 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái - Mô hình M2-20 105 Bảng 3.22 Giá trị hệ số áp lực trung bình tại các vùng cục bộ - Mô hình M2-20 105 Bảng 3.23 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái - Mô hình M3-20 106 Bảng 3.24 Giá trị hệ số áp lực trung bình tại các vùng cục bộ - Mô hình M3-20 106 Bảng 3.25 So sánh giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái theo kết quả thí nghiệm và một số tiêu chuẩn nước ngoài – Hướng gió 00 107 Bảng 3.26 Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất tại các vùng cục bộ - Mô hình M1-15 108 Bảng 3.27 Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất tại các vùng cục bộ - Mô hình M1-20 109 Bảng 3.28 Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất tại các vùng cục bộ - Mô hình M1-25 109 Bảng 3.29 Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất tại các vùng cục bộ - Mô hình M1-30 110 xii Bảng 3.30 Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất tại các vùng cục bộ - Mô hình M2-20 110 Bảng 3.31 Giá trị hệ số áp lực nhỏ nhất tại các vùng cục bộ - Mô hình M3-20 111 Bảng 3.32 So sánh giá trị trung bình của hệ số áp lực nhỏ nhất tại các vùng cục bộ theo thí nghiệm có và không có tấm chắn mái với các tiêu chuẩn thế giới 111 Bảng 3.33 Tổng hợp kết quả đo gió nhà một mái 112 Bảng 3.34 Tổng hợp giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái – Mô hình ĐN1 113 Bảng 3.35 Tổng hợp kết quả đo gió nhà hai mái giật cấp - Mô hình ĐN2 114 Bảng 3.36 Tổng hợp giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái - Mô hình ĐN2 114 Bảng 3.37 Tổng hợp kết quả đo gió nhà một mái có sử dụng tấm chắn ngang - Mô hình ĐN1 116 Bảng 3.38 Tổng hợp giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái có sử dụng tấm chắn ngang - Mô hình ĐN1 116 Bảng 3.39 Tổng hợp giá trị hệ số áp lực trung bình toàn mái có sử dụng tấm chắn ngang - Mô hình ĐN2 117 Bảng 3.40 Tổng hợp kết quả đo gió nhà hai mái giật cấp có sử dụng tấm chắn ngang- Mô hình ĐN2 118 Bảng 3.41 So sánh giá trị hệ số áp lực gió trung bình toàn mái trường hợp có và không sử dụng tấm chắn ngang– Mô hình ĐN1 119 Bảng 3.42 So sánh giá trị hệ số áp lực gió nhỏ nhất theo các vùng cục bộ Mô hình ĐN1 120 Bảng 3.43 So sánh giá trị của hệ số áp lực gió trung bình toàn mái – Mô hình ĐN2 121 Bảng 3.44 So sánh giá trị hệ số áp lực gió nhỏ nhất theo các vùng cục bộ của mái dưới phía đón gió – Mô hình ĐN2 121 Bảng 3.45 So sánh giá trị hệ số áp lực gió nhỏ nhất theo các vùng cục bộ của mái trên phía đón gió - Mô hình ĐN2 121 xiii 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 xiv 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 xv 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 Surry, D. và Mans Kopp, G.A., 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 bayđộng khi cất, hạ cánh máy bay Airbus Hình 1.45 Các cánh nhỏ của máy hoạt 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 xvi 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 Địa hình dạng vách đứng 48 Hình 2.9 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 xvii 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 xviii Hình 3.30 Các hướng gió tác dụng lên mô hình ĐN2 75 Hình 3.31 Mô hình thí nghiệm nhà 4 mái ĐN2 76 Hình 3.32 Mô hình ĐN2 thí nghiệm trong ống thổi khí động 76 Hình 3.33 Các mô hình thí nghiệm đã gắn tấm chắn gió trong ống thổi khí động 77 Hình 3.34 Hệ số áp lực trung bình, áp lực nhỏ nhất, áp lực lớn nhất ứng với hướng gió 00 – Mô hình M1-15 79 Hình 3.35 Hệ số áp lực trung bình, áp lực nhỏ nhất, áp lực lớn nhất ứng với hướng gió 450 – Mô hình M1-15 80 Hình 3.36 Hệ số áp lực trung bình, áp lực nhỏ nhất, áp lực lớn nhất ứng với hướng gió 900 – Mô hình M1-15 81 Hình 3.37 Biểu đồ so sánh giá hệ số áp lực gió trung bình cục bộ và hệ số áp lực nhỏ nhất cục bộ – Mô hình M1-15 91 Hình 3.38 Biểu đồ so sánh hệ số áp lực gió trung bình cục bộ và hệ số áp lực nhỏ nhất cục bộ – Mô hình M1-20; M1-25 92 Hình 3.39 Biểu đồ so sánh hệ số áp lực gió trung bình cục bộ và hệ số áp lực nhỏ nhất cục bộ – Mô hình M1-30; M2-20 93 Hình 3.40 Biểu đồ so sánh hệ số áp lực gió trung bình cục bộ và hệ số áp lực nhỏ nhất cục bộ - Mô hình M3-20 94 Hình 3.41 Phân chia vùng để xác định giá trị hệ số áp lực tại vị trí cục bộ 98 Hình 3.42 Hệ số áp lực gió trung bình toàn mái theo thí nghiệm và theo TCVN- 2737:1995 – Mô hình – M1-15 99 Hình 3.43 Hệ số áp lực gió trung bình toàn mái theo thí nghiệm và theo TCVN- 2737:1995 – Mô hình – M1-20 99 Hình 3.44 Hệ số áp lực gió trung bình toàn mái theo thí nghiệm và theo TCVN- 2737:1995 – Mô hình – M1-25 99 Hình 3.45 Hệ số áp lực gió trung bình toàn mái theo thí nghiệm và theo TCVN- 2737:1995 – Mô hình – M1-30 100 Hình 3.46 Hệ số áp lực gió trung bình toàn mái theo thí nghiệm và theo TCVN- 2737:1995 – Mô hình – M2-20 100 Hình 3.47 Hệ số áp lực gió trung bình toàn mái theo thí nghiệm và theo TCVN- 2737:1995 – Mô hình – M3-20 100 xix