Tiểu Luận Nghiên cứu các giải pháp giảm thiểu sự tác động của gió, bão, lốc đối với các công trình xây dựng

I. Những kiến thức cơ bản về tải trọng của gió, bão, lốc:

1. Sự hình thành của gió, bão, lốc:

Gió được tạo thành do sự chênh lệch nhiệt độ giữa các vị trí gây nên sự chênh lệch về khí áp; ở nơi có nhiệt độ lớn hơn thì không khí nóng lên và bị không khí lạnh có áp suất lớn ở xung quanh dồn vào, đẩy lên cao, tạo thành dòng thăng . Dòng thăng này làm hạ khí áp tại nơi đó, không khí lạnh ở vùng xung quanh di chuyển theo chiều nằm ngang đến thay thế cho lượng không khí đã bị bay lên vì nóng, tạo thành gió ngang. Quy luật tự nhiên là không khí thường xuyên chuyển động theo cả chiều nằm ngang và thẳng đứng. Không khí di chuyển theo chiều nằm ngang càng mạnh thì gió càng lớn.

Chiều di chuyển của dòng khí tạo thành hướng gió; gọi theo tên nơi xuất phát có đến 16 hướng gió: Đông, Tây, Nam, Bắc, Đông–Nam, Đông-Bắc, Tây-Bắc, Tây-Nam, Bắc-Đông Bắc, Bắc-Tây Bắc, Nam-Tây Nam, Nam-Đông Nam, Đông-Đông Bắc, Đông-Đông Nam, Tây-Tây Bắc, Tây-Tây Nam.

Vận tốc gió là tốc độ di chuyển của dòng khí qua một điểm nhất định. Có thể biểu thị tốc độ gió theo nhiều đơn vị khác nhau: nghành hàng hải và hàng không tính bằng hải lý/giờ; khi dùng hệ đo lường SI, vận tốc gió tính bằng m/s hoặc km/h.

Ngày nay, nghành khí tượng học đo vận tốc gió bằng nhiều loại máy đo khác nhau; nhưng ngày xưa khi không có thiết bị đo, người ta xác định vận tốc gió bằng mắt bà ký hiệu bằng cấp Bôfo (tên của một thuỷ sư đồ người Anh, đưa ra thang gió này năm 1805). Nhìn làn khói bay, cành cây lay động hoặc căn cứ vào mức độ phá hoại của gió, phân chia thành 12 (hoặc 17) cấp như sau:

+ Cấp 0: gió lặng, khói lên thẳng, v<0.5m/s.

+ Cấp 1: gió rất nhẹ, làn khói hơi lay động, v = 0.5 -1.5 m/s.

+ Cấp 2: gió nhẹ, cây rung nhè nhẹ, lá cây xào xạc, da mặt cảm thấy hơi gió thổi, v = 2 - 3 m/s.

+ Cấp 3: gió nhỏ, yếu, cành cây rung động, bờ bay nhẹ, v = 3.5 - 5 m/s.

+ Cấp 4: gió vừa, bụi và giấy bị gió thổi bay, v = 5.5 - 8 m/s.

+ Cấp 5: gió khá mạnh, cây nhỏ đu đưa, mặt hồ gợn sóng, v = 8.5 - 10.5 m/s.

+ Cấp 6: gió mạnh, cành cây lớn lung lay, mặt hồ có sóng to, đường dây điện kêu “vu vu”, v = 11 - 13.5 m/s.

+ Cấp 7: gió khá lớn, cây to rung chuyển, đi ngược khó khăn, v = 14 - 16.5 m/s.

+ Cấp 8: gió lớn, cành nhỏ bị gãy, không thể đi ngược gió, v = 17 - 20 m/s.

+ Cấp 9: gió rất lớn, mái ngói bị lật, nhà cửa xiêu vẹo, hư hại, v = 20.5 - 23.5 m/s.

+ Cấp 10: gió bão, cây to bị bật rễ, nhà cửa bị đổ, v = 24 - 27.5 m/s.

+ Cấp 11: gió bão lớn, nhà cửa và cây to đổ nhiều, v = 28 - 31.5 m/s.

+ Cấp 12: bão lớn, có sức phá hoại rất lớn, v > 32 m/s.

ở nước ta thì vận tốc gió được đo ở độ cao 10m so với mốc chuẩn (vận tốc trung bình trong khoảng thời gian 3 giây bị vượt trung bình một lần trong 20 năm) tính bằng mét trên giây.

Gió thổi gây áp lực lên mọi vật cản trên đường đi của nó, gọi là áp lực gió. áp lực gió này tỷ lệ với bình phương vận tốc gió.

Bão nhiệt đới: Trên các đại dương nhiệt đới, ở vùng gần xích đạo, mặt biển bị đốt nóng (trên 17o), nước bốc hơi mạnh và tạo thành vùng khí áp thấp; không khí lạnh hơn ở xung quanh lùa tới, bị đốt nóng và bay lên. Quá trình này tiếp diễn liên tục, hơi nước bốc lên cao, gặp lạnh và ngưng tụ lại, nhiệt lượng toả ra do ngưng tụ hơi là rất lớn, lại làm cho hơi nước bốc lên mạnh hơn. Đó là tiềm năng nuôi dưỡng và phát triển bão.

Khối khí lạnh từ bán cầu tràn về phía xích đạo; trái đất lại đang quay quanh trục của nó. Điều này làm cho dòng khí xoáy mãnh liệt hơn, và cơn bão được hình thành.

Không thấy xuất hiện bão trong phạm vi 5 độ về mỗi phía xích đạo; ở vùng xích đạo, không khí chỉ bay lên thành dòng thăng.

Bão là một xoáy khí có đường kính lớn (tới vài trăm km). Khi áp lực ở trung tâm giảm xuống rất thấp, nên trong xoáy đó gió thổi vào trong, theo hướng ngược chiều kim đồng hồ (nếu ở Bắc bán cầu). Sức gió càng mạnh khi đi vào càng gần tâm xoáy.

Bão di chuyển như một con quay, vừa chạy vừa quay tít. Cùng một thời gian, mỗi địa điểm so với tâm bão, có hướng gió khác nhau. Khi bão tiến đến vùng nào thì mỗi vùng đó lại nằm trong một khu vực khác nhau của bão, cho nên gió đổi hướng rất nhanh.

Như vậy, cũng có thể nói rằng căn cứ vào sự đổi hướng của gió trong bão, sẽ biết được ta đang ở phía nào so với tâm bão. Một vùng nào đó mà bão đi qua, gió sẽ đổi đủ bốn hướng.

Tại trung tâm vòng xoáy, có một vùng đường kính 10 - 30 km, gió rất yếu hoặc lặng gió, đôi khi trời quang, trong sáng. Nhiệt độ, độ ẩm và khí áp đều hạ xuống rất thấp. Đó là mắt bão. Xung quanh mắt bão, là thành mây dày đặc; phía trước bão gió thổi rất mạnh, phía sau gió cũng thổi rất mạnh nhưng theo hướng ngược lại. Vì vậy, nếu vùng ta đang ở, khi gió chưa đổi đủ bốn hướng mà lại dừng đột ngột thì rất có thể đây là vùng mắt bão. Hãy tranh thủ thời gian để khẩn trương chống bão, bởi vì sau đó gió sẽ sớm mạnh lên và có sức tàn phá ghê gớm.

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

Hai yếu tố để định lượng được tác dụng của gió bão lên công trình xây dựng là các số liệu khí tượng và địa hình, đặc điểm của khu đất xây dựng công trình (ảnh hưởng đến đường đi của gió). Điều đó cho thấy sự cần thiết đặt máy đo vận tốc gió ở nhiều nơi là cần thiết.

Độ chính xác của số liệu phụ thộc vào giá trị và số lần thu nhận giá trị vận tốc gió. Lập bảng các số liệu thu được hàng năm, nhận được giá trị cực đại hàng năm; phân tích, khớp lại giữa các năm với nhau để xác định chu kỳ lặp các giá trị cực đại để xác định vận tốc gió sẽ đưa vào tính toán công trình.

Lốc là một hiện tượng khí tượng đặc biệt. Một vùng khí quyển hẹp có áp suất đột ngột giảm, nảy sinh sự đối lưu của các dòng khí ở các vùng xung quanh, tạo nên dòng xoáy có đường kính từ vài chục mét đến vài kilômét, di chuyển ngang trong khoảng vài chục kilômét. Sức gió ở vùng xa tâm thì nhỏ nhưng càng vào trong xoáy càng mạnh lên, ở giữa thì hình thành một cái lõi (vòi rồng). Lốc thường xuất hiện bất ngờ, có thể ở bất kỳ nơi nào (đồng bằng, trung du, miền núi) chứ không nhất thiết là ở biển như là bão, nhưng vận tốc gió thì rất mạnh và đột ngột lên tới 700 – 800 m/s (252 – 288 km/h). Với sức mạnh như vậy, lốc như một vòi rồng hút thưo mọi thứ mà nó gặp trên đường đi.

2. Tác dụng của gió lên công trình:

Theo tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành TCVN 2737:1995, tác dụng theo phương luồng gió lên công trình cao bao gồm hai thành phần: Thành phần tĩnh gây nên bởi áp lực gió lên công trình có bề mặt cản gió và thành phần động tạo thành bởi xung mạch động của tải trọng gió và lực quán tính sinh ra khi công trình có khối lượng và bị dao động do gió thổi.

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

II. Các giải pháp giảm thiểu tác động của gió, bão, lốc đến công trình

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

Tài liệu tham khảo


(Tiểu luận dài 31 trang)