Tool tính tải trọng gió Eurocode

Tool tính những gì

Tool tính tải trọng gió này làm việc theo Eurocode EN 1991-1-4. Tool nhận vận tốc gió cơ bản của khu vực và trả về áp lực gió đỉnh q_p tại cao độ quy chiếu, rồi áp dụng hệ số áp lực ngoài và trong để cho ra áp lực gió thiết kế trên từng vùng của công trình - tường, mái bằng và mái dốc, mái một dốc và hai dốc, mái đua.

Kết quả là áp lực theo từng vùng chứ không phải một con số duy nhất, vì tải trọng gió theo Eurocode phân vùng ngay từ bản chất: lực hút tại góc đón gió lớn gấp vài lần áp lực ở giữa tường, và chính góc mới là chỗ quyết định liên kết.

Số liệu bạn nhập

Vận tốc gió cơ bản v_b

Vận tốc trung bình 10 phút ở cao độ 10 m vùng trống, tra bản đồ gió trong Phụ lục quốc gia, m/s

Dạng địa hình

Từ 0 (biển hở) tới IV (đô thị dày đặc) - quyết định độ nhám z0

Cao độ quy chiếu z

Thường lấy bằng chiều cao công trình, m

Hệ số địa hình c_0

1,0 với mặt bằng phẳng; lớn hơn khi trên đồi hoặc sườn dốc

Khối lượng riêng không khí rho

1,25 kg/m3 trừ khi Phụ lục quốc gia quy định khác

Kích thước công trình

Bề rộng b, chiều sâu d và chiều cao h - quyết định bề rộng các vùng

Vận tốc gió cơ bản là số liệu duy nhất không suy ra được từ hình học: nó lấy từ bản đồ gió trong Phụ lục quốc gia, và đã bao gồm hệ số hướng gió và hệ số mùa trừ khi bạn khai báo riêng.

Ví dụ tính toán - áp lực gió đỉnh

Lấy số liệu mặc định của tool: vận tốc gió cơ bản 27 m/s, địa hình dạng II, cao độ quy chiếu 6 m, mặt bằng phẳng và khối lượng riêng không khí tiêu chuẩn. Địa hình dạng II có độ nhám z0 = 0,05 m, cũng chính là độ nhám quy chiếu, nên hệ số địa hình ra đúng bằng 0,19.

Hệ số địa hình k_r = 0,19 (z0/z0,II)^0,07

0,190

Hệ số độ nhám c_r = k_r ln(z/z0)

0,19 x ln(120) = 0,910

Vận tốc gió trung bình v_m = c_r c_0 v_b

0,910 x 1,0 x 27 = 24,56 m/s

Cường độ rối I_v = 1 / (c_0 ln(z/z0))

0,209

Áp lực gió đỉnh q_p = (1 + 7 I_v) 0,5 rho v_m^2

0,928 kN/m2

Áp lực gió cơ bản q_b = 0,5 rho v_b^2

0,456 kN/m2

Hệ số phơi lộ c_e = q_p / q_b

2,04

Hệ số phơi lộ 2,04 rất đáng chú ý: độ rối và giật gió làm áp lực tăng khoảng gấp đôi so với vận tốc gió trung bình. Phần lớn tải trọng gió đến từ hệ số này, và đó là lý do nếu dùng thẳng áp lực theo vận tốc trung bình thì kết cấu sẽ bị thiếu an toàn một nửa.

Cũng lưu ý vận tốc trung bình tại cao độ 6 m là 24,6 m/s, nhỏ hơn giá trị cơ bản 27 m/s - vận tốc cơ bản định nghĩa tại cao độ 10 m, và gió ở gần mặt đất thì chậm hơn.

Hình học phân vùng và tham số e

Eurocode chia mỗi tường và mái thành các vùng, và bề rộng các vùng đều suy ra từ một tham số hình học duy nhất e = min(b, 2h), với b là bề rộng ngang gió và h là chiều cao. Mọi thứ còn lại theo đó mà ra: trên tường, vùng A là dải e/5 đầu tiên tính từ góc đón gió, vùng B kéo tới e, và vùng C là phần còn lại.

Với công trình mặc định 20 m x 10 m cao 5 m, e = min(20, 10) = 10 m, nên vùng A chỉ rộng 2 m và vùng B rộng 8 m. Dải hẹp đó chịu lực hút lớn nhất trên toàn công trình, và đó là lý do liên kết bao che được bố trí dày hơn ở gần góc so với giữa mặt đứng.

e = min(b, 2h)

min(20, 10) = 10 m

Bề rộng vùng A, e/5

2,0 m

Bề rộng vùng B, tới e

8,0 m

Tỉ số h/d (tra c_pe Bảng 7.1)

0,50

Áp lực gió trong nhà

Hệ số áp lực trong c_pi tác dụng lên mặt trong và tổ hợp với hệ số ngoài, nên áp lực thực lên một tấm bao che là (c_pe - c_pi) q_p. Tool mặc định lấy bao hình tiêu chuẩn -0,3 và +0,2, đúng như EN 1991-1-4 cho phép khi chưa biết phân bố lỗ mở.

Hai giá trị phải kiểm tra như hai trường hợp tải riêng, không được lấy trung bình. Với mái vốn đã chịu hút, giá trị +0,2 làm tăng lực đẩy ngược và quyết định liên kết; với tường chịu áp lực đẩy vào thì trường hợp -0,3 chi phối. Công trình có lỗ mở chi phối - cửa lớn có thể mở khi bão - nằm ngoài bao hình mặc định và cần tính c_pi từ diện tích các lỗ mở.

Tra công thức

Hệ số địa hình

$k_r = 0.19\left(\dfrac{z_0}{z_{0,II}}\right)^{0.07}$

Hệ số độ nhám

$c_r(z) = k_r \ln\!\left(\dfrac{z}{z_0}\right)$

Vận tốc gió trung bình

$v_m(z) = c_r(z)\,c_0(z)\,v_b$

Cường độ rối

$I_v(z) = \dfrac{k_I}{c_0(z)\ln(z/z_0)}$

Áp lực gió đỉnh

$q_p(z) = \bigl[1 + 7 I_v(z)\bigr]\,\tfrac{1}{2}\rho\,v_m^{2}(z)$

Áp lực ngoài

$w_e = q_p(z_e)\,c_{pe}$

Áp lực thực

$w_{net} = q_p\,(c_{pe} - c_{pi})$

Lực gió

$F_w = c_s c_d \, c_f \, q_p(z_e)\, A_{ref}$

Giả thiết và giới hạn

Biểu thức áp lực gió đỉnh giả thiết k_I = 1,0 theo giá trị khuyến nghị và biên dạng logarit tiêu chuẩn. Các Phụ lục quốc gia thay đổi những giá trị này - riêng Phụ lục Anh dùng quy trình khác với cách xử lý địa hình và cao độ riêng - nên hãy kiểm tra Phụ lục của bạn trước khi dùng kết quả theo giá trị khuyến nghị.

Hệ số kết cấu c_s c_d lấy bằng 1,0 nếu bạn không khai báo. Giá trị đó đúng cho đại đa số công trình dưới 15 m và cho nhà khung dưới 100 m có độ cứng thông thường, nhưng kết cấu mảnh hoặc nhạy động lực - tháp, ống khói, mái nhịp lớn - cần đánh giá c_s c_d đúng cách, còn dao động do tách xoáy và mất ổn định khí đàn hồi nằm hoàn toàn ngoài tool này.

Các hệ số áp lực lấy cho dạng công trình tiêu chuẩn trong EN 1991-1-4 Mục 7. Hình dạng bất thường, công trình có lỗ mở chi phối, hoặc khu vực có hiệu ứng thu hẹp dòng giữa các nhà lân cận đều nằm ngoài các trường hợp lập bảng và cần đánh giá riêng hoặc số liệu thí nghiệm hầm gió.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)