Tác động của tải trọng gió tăng lên các tòa nhà cao tầng

Tác động của tải trọng gió tăng lên các tòa nhà cao tầng

Effects of increased wind loads on tall buildings

SHARE COMMENTS

1 – GIỚI THIỆU

Biến đổi khí hậu dài hạn có thể dẫn đến sự gia tăng tải trọng gió, ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất của các tòa nhà cao tầng hiện có. Bài nghiên cứu này sử dụng mô hình phần tử hữu hạn để đánh giá tác động của việc tăng tải trọng gió do biến đổi khí hậu đối với một tòa nhà 50 tầng điển hình ở khu vực đô thị Boston. Các kịch bản khác nhau về vận tốc gió tăng lên 10%, 20% và 30% đã được xem xét để xác định mức độ ảnh hưởng lên tính toàn vẹn của cấu trúc. Kết quả chỉ ra rằng sự gia tăng tải trọng gió đáng kể có thể gây ra biến dạng lớn hơn ở nền móng và các hệ thống cấu trúc, làm giảm hiệu suất của tòa nhà, đồng thời gây ra các vấn đề như sự nghiêng lệch của nền và tăng dao động.

2 – MÔ TẢ HỆ THỐNG

Hệ thống được nghiên cứu là một mô hình tòa nhà 50 tầng với khung thép chịu lực và gia cố tập trung ở lõi để chống chịu tải trọng gió. Nền tảng là một tấm bê tông cốt thép dày 8 foot (khoảng 2.4 mét), được đặt trên nền đất băng cứng đặc trưng của khu vực Boston. Tòa nhà có khung thép kết hợp với hệ thống giằng tại lõi để đảm bảo độ cứng khi chịu các lực bên ngoài, như gió hoặc động đất. Hệ thống mô phỏng này sử dụng phần mềm ANSYS để phân tích tương tác giữa đất, nền móng và tòa nhà.

3 – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn để mô phỏng sự tương tác giữa nền móng, đất và kết cấu tòa nhà dưới tác động của các kịch bản gió tăng. Mô hình ANSYS được sử dụng để tính toán lực và biến dạng trong tòa nhà. Tải trọng gió ban đầu được lấy từ Bộ luật Xây dựng Massachusetts năm 1997, sau đó tăng dần theo các kịch bản tăng vận tốc gió 10%, 20% và 30%. Phân tích được thực hiện trong các giai đoạn, từ tính toán trạng thái ứng suất địa chất ban đầu đến áp dụng tải trọng gió và phân tích các thay đổi trong biến dạng và ứng suất.

4 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Kết quả cho thấy sự gia tăng tải trọng gió đã gây ra sự thay đổi trong phân bố ứng suất thẳng đứng và làm thay đổi độ lún của nền móng. Tại mặt đón gió của tòa nhà, độ lún giảm, trong khi tại mặt chịu gió, độ lún tăng lên, tạo ra độ nghiêng cho nền móng. Độ nghiêng này dẫn đến gia tăng sự dao động của tòa nhà. Trong kịch bản tăng vận tốc gió 30%, độ dao động ngang của tòa nhà gần như tăng gấp đôi so với tải trọng gió ban đầu, từ 1.2 feet lên 2.3 feet. Các dao động lớn này có thể gây khó chịu cho con người và làm tăng chi phí bảo trì.

5 – KẾT LUẬN