Tiến Sĩ Nghiên cứu giải pháp giảm áp lực gió lên mái dốc nhà thấp tầng bằng thực nghiệm trong ống thổi khí đ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NĂM 2014

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
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
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

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
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 6
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 191
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
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

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. 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 5ư300.
- 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.
- 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).