Tài liệu Kiểm tra khả năng chịu lực trụ truyền thông xây dựng trên công trình hiện hữu ở kon tum

Ụ TRANG BÌA C Đ MỤC LỤC Ụ N TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ......................................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................ 1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................................1 4. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 1 5. Bố cục của luận văn : ............................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU TRỤ THÉP VÀ CÁC VẤN ĐỀ TRONG THIẾT KẾ TRỤ THÉP VÀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP .....................2 1.1. ĐẶC Đ ỂM VÀ PHÂN LOẠI ..............................................................................2 1.1.1. Đặc điểm trụ dây neo ...................................................................................... 2 1.1.2. Phân loại .........................................................................................................6 1.2. HÌNH DẠNG CHUNG CỦA TRỤ THÉP ........................................................... 6 1.2.1. Các dạng chính của trụ thép ...........................................................................6 1.2.2. Lựa chọn các tham số cấu tạo hình dạng thanh cánh .....................................7 1.3. HỆ THANH BỤNG .............................................................................................. 7 1.4. VÁCH CỨNG NGANG ....................................................................................... 8 1.5. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN TRỤ DÂY NEO .....................................................8 1.5.1. Tải trọng và tổ hợp tải trọng ...........................................................................8 1.5.2. Tính toán trụ ...................................................................................................9 1.5.3. Một số yêu cầu cấu tạo .................................................................................10 1.5.4. Yêu cầu về cấu tạo ........................................................................................ 11 1.5.5. Cột ................................................................................................................13 CHƯƠNG 2. TÌNH HÌNH XÂY DỰNG TRỤ TRUYỀN THÔNG VÀ GIỚI THIỆU CÁC CÔNG TRÌNH KHẢO SÁT TẠI TỈNH KON TUM ..........................................17 2.1. TÌNH HÌNH XÂY DỰNG TRỤ TRUYỀN THÔNG Ở KON TUM .................17 2.2. HIỆN TRẠNG HẠ TẦNG KỸ THUẬT V N TH NG THỤ Đ NG ............17 2.2.1. Điểm cung cấp dịch vụ viễn thông công cộng .............................................17 2.2.2. Điểm cung cấp dịch vụ viễn thông công cộng không có người phục vụ .....19 2.3. C T ĂNG TEN THU PHÁT SÓNG TH NG T N D Đ NG ......................... 19 2.3.1. Hiện trạng vị trí cột ăng ten thu phát sóng thông tin di động ....................... 19 2.3.2. Hiện trạng công nghệ hệ thống trạm thu phát sóng thông tin di động .........19 2.3.3. Hiện trạng hạ tầng hệ thống cột thu phát sóng thông tin di động ................20 2.4. XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHUNG CỦA VI N THÔNG............................. 26 2.4.1. Xu hư ng phát t iển công nghệ ....................................................................26 2.4.2. Xu hư ng phát t iển thị t ường .....................................................................27 2.5. GIỚI THIỆU CÁC CÔNG TRÌNH KHẢO SÁT TẠI TỈNH KON TUM .........27 2.5.1. Tên công trình: Xây dựng cột ăng ten dây co h=18m, phòng máy lắp ghép cột lắp đặt thiết bị 2G, 3G và phụ trợ tại trạm KTM0275, tỉnh Kon Tum. ............27 2.5.2. Tên công trình: Xây dựng cột anten dây co h=21m, phòng máy lắp ghép Co5 lắp đặt thiết bị 2G, 3G và phụ trợ trạm KTM 0276, tỉnh Kon Tum. ..............29 CHƯƠNG 3. K ỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA CÁC TRỤ TRUYỀN THÔNG XÂY DỰNG TRÊN CÔNG TRÌNH HIỆN HỮU Ở KON TUM..................31 3.1. VẬT LIỆU VÀ TIẾT DIỆN ...............................................................................31 3.1.1. Đặc t ưng vật liệu ......................................................................................... 31 3.1.2. Cốt thép.........................................................................................................31 3.1.3. Thép hình ......................................................................................................31 3.1.4. Que hàn .........................................................................................................31 3.1.5. Bulông ..........................................................................................................31 3.1.6. Dây co ...........................................................................................................31 3.1.7. Kích thư c cột .............................................................................................. 31 3.1.8. Xác định tải trọng gió ...................................................................................35 3.1.9. Gió tĩnh .........................................................................................................35 3.1.10. Tải trọng gió tác dụng theo phương vuông góc v i mặt tháp .................... 36 3.1.11. Gió tác dụng lên tháp theo phương chéo .................................................... 39 3.1.12. Gió tác dụng vào chảo Ăng ten ..................................................................40 3.2. GIÓ TÁC DỤNG ÊN ĂNG TEN .....................................................................41 3.3. G Ó Đ NG .........................................................................................................42 3.3.1. Cơ sở tính toán .............................................................................................. 42 3.3.2. Công thức tính toán ...................................................................................... 43 3.4. KẾT QUẢ XUẤT N I LỰC ..............................................................................56 3.4.1. Kết quả nội lực ............................................................................................. 56 3.4.2. Thanh bụng ...................................................................................................56 3.4.3. Thanh đứng ...................................................................................................57 3.5. Đ MẢNH VÀ Đ MẢNH GIỚI HẠN CỦA CÁC THANH .......................... 57 3.5.1. Các loại kiểm tra trụ ..................................................................................... 58 3.5.2. Kiểm t a điều kiện biến dạng.......................................................................61 3.6. TÍNH TOÁN, KIỂ TR Đ ỀU KIỆN BỀN KẾT NHÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP .......................................................................................................................... 62 3.6.1. Kiểm tra dầm công trình nhà hiện hữu ......................................................... 74 3.6.2. Kiểm tra chuyển vị nhà.................................................................................78 3.6.3. Kiểm t a độ võng của sàn nhà hiện hữu ....................................................... 78 3.6.4. Kiểm tra chọc thủng của sàn nhà hiện hữu...................................................79 3.6.5. Kiểm tra móng công trình nhà hiện hữu ....................................................... 80 3.6.6. Tổng hợp kiểm tra của công trình ................................................................ 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 82 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................83 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH G ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA H PHẢN BIỆN. ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC TR G TÓ TẮT UẬ VĂ KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU LỰC TRỤ TRUYỀN THÔNG XÂY DỰNG TRÊN CÔNG TRÌNH HIỆN HỮU Ở KON TUM Học viên: Nguyễn Thái Bình Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công t ình Dân dụng và Công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 Khóa: K34. KT - T ường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Công trình thỏa nảm về đảm bảo khả năng chịu lực khi lắp dựng trụ trền thông xây dựng trên công trình hiện hữu: - Đảm bảo khã năng điều kiện bền cho thanh. - Đảm bảo ổn định tổng thể trụ truyền thông. - Đảm bảo khã năng biến dạng cho thanh. - Đảm bảo khã năng chịu lực cho cột, dầm, sàn cho nhà hiện hữu. - Đảm bào chuyển vị ngang, và chuyện vị đứng cho công trình nhà hiệu hữu và trụ truyền thông. - Các điểm chưa thỏa nảm là về kiến t úc nhà xây t ư c chỉ thiết kế công năng để ở không có tính đến trụ viễn thông đặt bên t ên nên khi đưa t ụ truyền thông vào lắp đặt trên mái nhà hiện hữu còn nhiều bất cập. Từ khóa: Kiểm Tra Khả Năng Chịu Lực Trụ Truyền Thông Xây Dựng Trên Công Trình Hiện Hữu Ở Kon Tum CHECKING CAPACITY BUILDING COMMUNICATIONS ON EXISTING WORKS IN KON TUM Summary: This research give out Satisfactory work on ensuring bearing capacity when erecting construction posts on existing works: - Ensure a stable condition for the bar. - Ensure stable overall communication pillars. - Ensure the deformation of the bar. - Ensuring bearing capacity for columns, beams, floors for existing houses. - Ensuring horizontal displacement, and standing position for organic buildings and communication pillars. - Unsatisfactory points are that of pre-built houses designed only for the purpose of staying without taking into account the above-mentioned telecommunications pillars, when there are many shortcomings in the installation of communication pillars on existing roofs. Keywords: Testing Capacity Building Communications On Existing Works In Kon Tum D H Ụ Á BẢ G Bảng 2.1. Hiện trạng điểm cung cấp dịch vụ viễn thông công cộng tỉnh Kon Tum .....18 Bảng 2.2. Hiện trạng mạng thông tin di động tỉnh Kon Tum........................................23 Bảng 2.3. Hiện trạng cột ăng ten thu, phát sóng thông tin di dộng tỉnh Kon Tum ......25 Bảng 3.1. Bố trí cột cho các tầng...................................................................................31 Bảng 3.2. Bố trí dầm cho các tầng.................................................................................32 Bảng 3.3. TCVN 2737-1995 ......................................................................................... 36 Bảng 3.4. Bảng tải trọng gió .......................................................................................... 37 Bảng 3.5. Tổng hợp gió tĩnh .......................................................................................... 39 Bảng 3.6. Trọng lượng và kích thư c thiết bị ............................................................... 40 Bảng 3.7. Tải trọng gió tác dụng lên chảo theo phương song song v i mặt chảo ........41 Bảng 3.8. Bảng hệ số động lực ...................................................................................... 45 Bảng 3.9. Bảng ode dao động 1 .................................................................................46 Bảng 3.10. Bảng ode dao động 3 ...............................................................................46 Bảng 3.11. Bảng ode dao động 6 ...............................................................................47 Bảng 3.12. Bảng ode dao động 2 ...............................................................................48 Bảng 3.13. Bảng ode dao động 4 ...............................................................................48 Bảng 3.14. Bảng ode dao động 5 ...............................................................................49 Bảng 3.15. Bảng tổng kết gió động ...............................................................................50 Bảng 3.16. Độ mảnh gi i hạn của các thanh .................................................................57 Bảng 3.17. Bảng tổng hợp nội lực cột tầng 2 ................................................................ 68 Bảng 3.18a. Kết quả chuyển vị đỉnh công trình nhà hiện hữu ......................................78 Bảng 3.18b. Kết quả chuyển vị tương đối các tầng....................................................... 78 Bảng 3.19. Bảng kiểm tra chọc thủng của sàn tầng mái ...............................................79 Bảng 3.20. Tổng hợp kết quả kiểm tra sự phù hợp bố trí hệ kết cấu tổng thể ..............80 Bảng 3.21. Tổng hợp kết quả kiểm tra sự phù hợp cấu tạo kết cấu .............................. 81 Bảng 3.22. Tổng hợp kết quả kiểm t a độ bền kết cấu ..................................................81 Bảng 3.23. Tổng hợp kết quả kiểm t a độ cứng kết cấu ................................................81 D H Ụ Á HÌ H Hình 1.1. Trụ vô tuyến điện............................................................................................. 2 Hình 1.2 .Các sơ đồ trụ ....................................................................................................3 Hình 1.3. Nút liên kết thanh bụng v i thanh cánh của trụ dây neo .................................4 Hình 1.4. Cấu tạo mắt neo và đầu dây neo ......................................................................5 Hình 1.5. Sứ cách điện của trụ vô tuyến điện ..................................................................6 Hình 1.6.a. Lắp dựng trụ viễn thông .............................................................................10 Hình 1.6.b. Chiều rộng hữu hiệu của bản cánh dầm liên kết v i cột tạo thành khung .12 Hình 1.7. Cốt thép ngang trong vùng t i hạn của dầm..................................................13 Hình 1.8. Sự bó lõi bêtông ............................................................................................. 15 Hình 1.9. Lắp dựng trụ viễn thông ..............................................................................16 Hình 2.1. Lắp dựng trụ viễn thông ..............................................................................21 Hình 2.2. Lắp dựng chảo ăng ten .................................................................................22 Hình 2.3. Hình ảnh công trình khảo sát .........................................................................28 Hình 2.4. Hình ảnh công trình khảo sát .........................................................................30 Hình 3.1. Mô hình công trình số 64 đường Urê, T.P Kon Tum ....................................33 Hình 3.2. Mô hình công trình số 71 Phan Đình Phùng, T.P Kon Tum ......................... 34 Hình 3.3. Gió tác chéo lên trụ ăng ten ...........................................................................39 Hình 3.4. Hình chiếu của chảo lên phương vuông góc v i hư ng gió.......................... 41 Hình 3.5. Sơ đồ tính thanh công xôn có hữu hạn điểm tập trung khối lượng ...............42 Hình 3.6. ô hình công t ình 64 Đường Urê Tp Kon Tum .........................................52 Hình 3.7. Mô hình công trình số 71 Đường Phan Đình Phùng-Tp Kon Tum ..............53 Hình 3.8. Kết quả nội lực ( thanh D60x4, Dx18, căng cáp, đơn vị t/m) công trình số 71 Phan Đình Phùng-Tp Kon Tum .................................................................54 Hình 3.9. Kết quả nội lực (thanh D60x4, Dx18, căng cáp, đơn vị t/m công trình số 64 URê-Tp Kon Tum ...................................................................................... 55 Hình 3.10. Mặt bằng trụ ............................................................................................... 56 Hình 3.11. Nội lực cột tổ hợp COMB1 (TT+HT+GDX) ..............................................62 Hình 3.12. Nội lực cột tổ hợp COMB1 (TT+HT+GDX) ..............................................63 Hình 3.13. Nội lực cột tổ hợp COMB1 (TT+HT+GDX) ..............................................64 Hình 3.14. Nội lực cột tổ hợp COMB1 (TT+HT+GDX) ..............................................65 Hình 3.15. Nội lực cột tổ hợp COMB1 (TT+HT+GDX) ..............................................66 Hình 3.16. Nội lực cột tổ hợp COMB1 (TT+HT+GDX) ..............................................67 1 Ở ẦU 1. Lý đề - Cùng v i vật liệu bê tông cốt thép, thép là loại vật liệu quan trọng bậc nhất trong xây dựng ở Việt Nam hiện nay. Đặc biệt trong các năm gần đây, việc sử dụng thép đã phát t iển nhanh chóng, thay thế cho bê tông cốt thép trong phần l n nhà xưởng, nhà nhịp l n cột ăng ten, tháp cao, bể chứa, dàn khoan … - Kết cấu thép đựơc gia công thành các cấu kiện rời trong nhà máy hoặc ngoài công t ường rồi được mang đến lắp dựng tại các công t ường xây dựng. Tại đây các cấu kiện rời rạc đó sẽ được lắp ráp lại v i nhau bằng nhiều phương pháp liên kết như liên kết hàn, liên kết đinh tán, liên kết bu lông. Phụ thuộc vào yêu cầu chịu lực của hệ kết cấu mà bằng nhiều cách khác nhau ta sẽ có những cách cấu tạo các nút liên kết khác nhau. - Trong những năm gần đây các mạng viễn thông Mobifone, Vinafone, Viettel và các mạng khác phát triển mạnh mẽ t ên địa bàn thành phố Kon Tum. Nhằm đảm bảo hạ tầng kỹ thuật, hàng loạt các trụ truyền thông tin được xây dựng, t ong đó có không ít t ường hợp xây dựng trên các công trình nhà bê tông cốt thép có sẵn. Việc xây dựng như vậy không có gì đảm bảo rằng công trình có thể thỏa mãn mọi điều kiện chịu lực. Việc kiểm tra lại kết cấu này một cách chi tiết và cặn kẽ là vấn đề cần thiết. 2. ứ - Đánh giá lại khả năng chịu lực của một số trụ truyền thông được xây dựng lắp đặt trên các công trình có sẵn tại thành phố Kon Tum, từ đó đưa a một số dự đoán cho kiến nghị khi xây dựng các trụ truyền thông trên thành phố Kon Tum. 3. Đ ượ ạm ứ - Đối tượng: Trụ truyền thông bằng kết cấu thép dựng trên công trình nhà bê tông cốt thép hiện hữu. - Phạm vi nghiên cứu: Khả năng chịu lực cũng như chuyển vị. 4. P ươ ứ - Khảo sát dựa vào thực tế và căn cứ theo hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công trụ truyền thông cũng như nhà có sẵn. - Mô phỏng số và tính toán dựa trên các tiêu chuẩn 5. B ủ ă Luận văn gồm phần: Mở đầu, 03 Chương và phần Kết luận, kiến nghị 2 TỔ G QU VẤ Ề TR HƯƠ G 1 VỀ KẾT ẤU TRỤ THÉP VÀ Á G TH ẾT KẾ TRỤ THÉP VÀ KẾT ẤU BÊ TÔ G ỐT THÉP 1.1. ĐẶC ĐIỂ VÀ PHÂN LOẠI 1.1.1. Đặ đ ểm e Trụ được sử dụng để làm các cột đỡ ăng ten thông tin, cũng có thể làm cột đỡ đường dây tải điện... Khi sử dụng nhiều l p dây neo, nó có thể cao t i 200-300 mét. Hình 1.1. Tr vô tuyế đ n [5] a) dạn c n ; ) đoạn thân trụ ; 1- thân trụ ; 2- dây neo ; 3- s c c đi n ; 4- g i t a c a thân;5- móng thân trụ ; 6- móng dây neo. So v i tháp thì xây dựng trụ kinh tế hơn cả về khối lượng thép và công lắp dựng, nhưng diện tích chiếm đất l n hơn. Để khắc phục hạn chế này, có thể ứng dụng giải pháp có thêm một số giàn văng ngang giữa các dây neo (hình 2.34); sẽ làm tăng độ cứng cho thân trụ, giảm độ võng, độ rung cuả dây neo; khi đó có thể xây dựng trụ trên diện tích bé hơn. T ụ thường được xây dựng ở nơi có quỹ đất xây dựng l n: vùng ngoại ô, bãi sông, triền đồi, ... Sơ đồ cấu tạo cơ bản của kết cấu trụ gi i thiệu trên hình 2.32, bao gồm thân 3 trụ, dây neo, móng trụ và các móng dây neo. - Thân trụ thường có cấu tạo là giàn không gian ba hoặc bốn mặt (xem hình 2.32, 2.33). Các thanh cánh của thân trụ được làm bằng thép góc hoặc thép ống, thép t òn đặc; cũng có thể là thép hình chữ I hoặc chữ [ . Các thanh bụng làm bằng thép góc, thép ống hoặc thép tròn. Hệ thanh bụng thường dùng các sơ đồ dạng giàn như hình 2.32 và 2.33. Cũng có khi thân t ụ là một ống thép, tiết diện tròn hoặc đa giác thuôn theo chiều cao. Thông thường, thân trụ có bề rộng không đổi trên toàn bộ chiều cao, vào khoảng (0,75 2,5) m, phù hợp v i điều kiện: H 200 D H 60 (2.73) t ong đó: H - chiều cao của toàn thân trụ; D - đường kính của đường tròn ngoại tiếp tiết diện thân trụ. H 1.2 .C ơ đồ tr [5] a) c c ơ đồ trụ d neo ; ) c c đoạn định hình. Thân trụ được chế tạo thành nhiều đoạn để dễ dàng chuyên chở và dựng lắp, các đoạn dài 6 8 m (hình 1.1.2), liên kết v i nhau bằng bulông. Mỗi đoạn là một giàn không gian; các mặt giàn đều cấu tạo theo nguyên tắc như giàn phẳng; ví dụ như nút liên kết trực tiếp thanh bụng vào thanh cánh gi i thiệu ở (hình 1.1.3). 4 Hình 1.3. Nút liên kết thanh b ng v i thanh cánh của tr dây neo[5] Dây neo làm nhiệm vụ giữ cho thân trụ đứng thẳng, cùng chịu lực v i thân trụ; thường là dây cáp thép bện từ các sợi thép cường độ cao, gi i hạn bền của các thép sợi này từ 120 đến 180 daN/mm2. Dây neo được bố trí thành từng l p dọc theo thân trụ, khoảng cách các l p này được lấy trong khoảng 30D L 15D Số lượng dây neo trong mỗi l p có thể là ba dây, bốn dây; góc nghiêng của dây neo so v i phương ngang 45 60o. Khi độ cao của trụ l n, để khắc phục nhịp dây neo quá l n có thể lấy góc nghiêng của l p dây neo trên cùng so v i phương ngang đến 75o như hình 1.1.3. Dây neo liên kết vào thân có cấu tạo như hình 2.36a,b. Việc điều chỉnh dây neo được tiến hành nhờ chi tiết ở đầu dư i của dây neo (hình 1.1.4). 5 Hình 1.4. Cấu tạo mắ e đầu dây neo [5] a,b) nút liên k t dây neo vào thân ; c) c u tạo đầu trên c a dây neo; d) c u tạo đầ d ới c a dây neo; 1- dây neo ; 2- c c neo ; 3- ch t. V i các trụ vô tuyến điện, do yêu cầu của kỹ thuật truyền sóng, không bố trí nhiều dây neo trên một l p, thường dùng ba dây. Đồng thời cũng không nên dùng quá nhiều l p dây neo. Tức là số l p dây neo và số dây neo trong một l p càng ít càng tốt. Các dây neo được chia ra thành từng đoạn bằng những chuỗi sứ cách điện (hình 1.1.5) và cấu tạo như hình 1.1.5. Khoảng cách các sứ này không l n hơn /7 đối v i trụ dùng bư c sóng trung bình và sóng dài, không l n hơn /4 v i trụ dùng sóng ngắn; v i là bư c sóng. Việc lựa chọn khoảng cách giữa các chuỗi sứ và chọn loại sứ cách điện được quyết định bởi các phép tính của kỹ thuật truyền phát sóng vô tuyến điện. - Móng của thân trụ là móng chịu nén. Cần căn cứ vào lực nén từ thân truyền vào móng và địa chất dư i đế móng để quyết định giải pháp cho móng. - Móng neo là móng chịu nhổ. Để chịu được lực nhổ từ dây neo, tuỳ theo từng t ường hợp cụ thể có thể dùng trọng lượng của móng và của đất đá bên t ên nó hoặc sử dụng khả năng chống t ượt của đất nền. Mỗi móng neo có thể dùng cho một hay nhiều dây neo. - Liên kết giữa thân trụ v i móng, có thể là kh p hoặc ngàm. V i các trụ vô tuyến điện, cần bố trí gối sứ để cách điện giữa thân và móng. Có nhiều loại đế sứ khác nhau; hình 1.1.4 gi i thiệu một loại đế sứ dùng cho thân trụ liên kết kh p v i móng. Các sứ đặt thẳng đứng truyền lực dọc từ bản đế thân trụ xuống bản thép lót ở 6 mặt móng, còn thành phần lực ngang (lực cắt) được truyền vào móng qua các sứ nằm ngang. T ường hợp thân trụ ngàm v i móng thì cần phủ kín các bu lông trong bê tông móng. Hình 1.5. Sứ đ n của tr vô tuyế đ n [5] a) c u tạo s c c đi n trên dây neo ; b) g i t a c a thân trụ VTĐ ; 1- s c c đi n ; 2- s làm vi c ; 3- s d phòng ; 4- b n đ . 1.1.2 Phân loại Tháp thép thường dùng là hệ thanh không gian và được phân loại dựa vào các cơ sở sau: - Phân loại theo chức năng sử dụng: bao gồm tháp dùng làm mốc chuẩn độ cao, tháp thông tin bưu điện, tháp truyền hình, tháp du lịch, cột tải điện vượt sông, tháp đỡ đài quan sát… ặc dù khá nhiều loại nhưng đều thuộc bốn nhóm: loại không dây, loại có dây, loại chịu tải đứng bé và loại chịu tải đứng l n. - Phân loại theo số lượng mặt bên: bao gồm trụ ba mặt, tháp bốn mặt, tháp nhiều mặt. Đa số các tháp cao làm mốc chuẩn trong trắc đạc địa hình thường làm ba mặt vì tải trọng lên tháp rất bé. Các tháp thông tin bưu điện, tháp truyền hình… thì do nhu cầu lắp đặt các thiết bị ăngten vào các mặt bên hoặc do lắp xà đỡ chuỗi sứ t eo dây… thường áp dụng tháp bốn mặt. - Phân loại theo hình thức tiết diện thanh: chủ yếu là tháp bằng thép ống và tháp bằng thép góc. So v i thép góc thì thép ống có khả năng chịu tải l n hơn, chống gỉ tốt hơn nhưng chế tạo khó hơn. - Các phân loại khác: tháp còn có thể được phân theo vật liệu chế tạo (tháp bêtông, tháp thép), phân loại theo độ thoáng của mặt tháp (tháp rỗng, tháp kín)... 1.2. HÌNH ẠNG CHUNG CỦA TRỤ THÉP 1.2.1 ác dạng chính của trụ thép - Dạng đứng: trục của thanh cánh tháp đều song song và vuông góc v i mặt móng. Số lượng thanh cánh có thể là ba, bốn hoặc nhiều thanh. Loại trụ này chế tạo và 7 lắp ghép đơn giản (số chủng loại cấu kiện ít). Chịu tải trọng đứng khá tốt, nhưng khi chịu tải trọng ngang hình dạng này không hợp lý do không phù hợp v i hình dạng biểu đồ mômen của công xon. Để hạn chế sự bất hợp lý này, có thể thay đổi tiết diện thanh cánh đứng nhưng cũng ít hiệu quả. Vì vậy nên dùng dạng thẳng đứng cho những tháp thấp. - Dạng thon: trục các thanh cánh có cùng độ dốc trên suốt chiều cao của tháp. Do đặt nghiêng nên khi chịu tải trọng đứng các thanh cánh bị uốn xiên, nếu độ dốc (độ nghiêng) bé thì tác dụng của uốn xiên cũng không đáng kể. Dạng này khi chịu tải trọng ngang thì biểu đồ mômen phù hợp hơn so v i dạng đứng, cách phân phối độ cứng và phân phối khối lượng cũng phù hợp hơn. Vì vậy, hình dạng này thường dùng cho tháp có chiều cao trung bình. - Dạng thon đổi độ dốc một số lần: dọc theo chiều cao, độ dốc của thanh cánh thay đổi một số lần. Số lần thay đổi càng nhiều thì việc chế tạo, lắp dựng càng khó khăn nhưng hiệu quả về mặt chịu lực, về kinh tế và thẩm mỹ. 1.2.2. ựa chọn các tham số cấu tạo hình dạng thanh cánh - Hình dạng và số lượng thanh cánh quyết định hình dạng chung của tháp. Chiều dài thanh cánh (chiều cao trụ) được quyết định do yêu cầu sử dụng. - Chiều rộng đỉnh trụ phụ thuộc khá nhiều vào nhu cầu sử dụng không gian bên t ên (đối v i các tháp quan sát, du lịch, dàn khoan, băng tải) hoặc yêu cầu gá lắp thiết bị để thỏa mãn yêu cầu chống xoắn của tiết diện ngang dư i tác dụng của tải trọng do ăngten đặt lệch. Thông thường, các ăngten vô tuyến và cột tải điện có chiều rộng đỉnh vào khoảng 0,9 – 1,5m; còn các tháp đỡ ăngten thì chiều rộng này thường bằng hoặc l n hơn 2m và không nên bé hơn 0,75 lần đường kính D của chảo ăngten đỉnh tháp. - Chiều rộng chân trụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: yêu cầu chịu lực, yêu cầu thẩm mỹ, khả năng cung ứng vật liệu cho thanh cánh chân tháp, diện tích chiếm đất và khả năng của nền đất.. Thường vào khoảng (1/8 ÷ 1/20)H. 1.3. HỆ THANH BỤNG - Giống như t ong dàn mái, hệ thanh bụng trong các tháp thép dạng dàn làm nhiệm vụ định hình cho các thanh cánh trụ (cố định dạng cho các dàn biên khi chịu tải), làm giảm chiều dài tính toán và tránh uốn cục bộ cho thanh cánh. Có nhiều cách bố trí hệ thanh bụng; việc chọn phương án hệ thanh bụng không chỉ ảnh hưởng đến tính chất chịu lực của toàn tháp mà còn bị chi phối bởi khả năng thi công, yêu cầu sử dụng không gian và phương án bố trí vách cứng ngang. Có các phương án sau: + Hệ thanh bụng xiên: áp dụng cho tháp nhỏ, có chiều dài thanh bụng không l n lắm. + Hệ thanh bụng chữ thập. + Hệ thanh bụng dạng quả trám. + Hệ thanh bụng tam giác chồng (nửa xiên): dùng cho các tháp l n, tại nút nối có nhiều thanh hội tụ nên cấu tạo liên kết phức tạp. 8 + Hệ chia nhỏ. 1.4. VÁCH CỨNG NGANG - Vách cứng ngang định hình, cố định khoảng cách không gian cho các thanh cánh, định dạng trụ trong quá trình chịu lưc. Vị trí bố trí vách ngang ảnh hưởng đến chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng cho các thanh bụng của dàn chính. Nếu không có vách cứng thì trong quá trình chịu lực hình dạng chung của tháp sẽ thay đổi và kéo theo những sai lệch về giả thuyết tính toán, phân phối tải trọng, nội lực giữa các phần tử. Ngoài ra, vách cứng còn đảm bảo độ cứng chống xoắn, phân phối mômen xoắn cho các dàn mặt bên cùng chịu. - Theo điều kiện chịu lực thì khoảng cách l n nhất giữa hai vách cứng không được l n hơn ba lần chiều rộng trung bình của trụ chỗ bố trí vách (nên vào khoảng 9 10m ) và mỗi tháp phải có ít nhất là hai vách cứng ngang. Khi bố trí cần quan tâm cả đến các khả năng thi công lắp dựng, các vách cứng thường là chỗ tựa của các chi tiết thang, sàn công tác cả ở giai đoạn lắp dựng và trong vận hành. 1.5. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN TRỤ ÂY NEO 1.5.1. Tải trọng và tổ hợp tải trọng - Tải trọng và tác động lên công trình tháp trụ bao gồm: trọng lượng bản thân trụ, trọng lượng dây neo, trọng lượng các thiết bị trên thân và dây, các hoạt tải sử dụng, tải trọng gió, tải trọng động đất, tác động của nhiệt độ, lực căng t ư c trong các dây neo, các tải trọng do sự cố gây ra, tải trọng do quá trình thi công... - Lực căng t ư c t ong dây neo được coi là tải thường xuyên. Nhờ có lực căng t ư c trong các dây neo, giảm được chuyển vị ngang ở các mắt neo, làm tăng độ cứng của gối neo (nhưng sẽ làm tăng lực nén t ong thân). Để có được sự ưu việt này, lực căng t ư c trong các dây neo phải đủ l n, sao cho khi làm việc ở mọi t ường hợp bất lợi nhất, dây neo vẫn không bị chùng, chúng luôn luôn có nội lực kéo. Việc lựa chọn lực căng t ư c là tuỳ thuộc vào từng t ường hợp cụ thể, thường chọn để có ứng suất căng t ư c o trong dây neo vào khoảng: 45 daN/mm2. o = 10 - Việc tính trụ, ngoài tác dụng của tĩnh - Trong các tổ hợp có gió, cần phải tính toán theo phương gió gây nguy hiểm cho thân trụ và cho dây neo. Những phương đó thường là: trùng v i mặt phẳng dây, vuông góc v i mặt phẳng dây, trùng v i mặt bên, vuông góc v i mặt bên của thân trụ, theo mặt phân giác của hai mặt bên thân trụ (hoặc theo đường chéo của tiết diện thân trụ. Kết hợp lại, có các t ường hợp bất lợi của tải trọng gió cần xét như t ên hình 2.38. - Ngoài các t ường hợp tải trọng đã nêu t ên, cần phải tính toán kiểm tra thân trụ v i t ường hợp bất lợi nhất khi dựng lắp; cần xét t i tải trọng bất lợi sinh ra bởi các sự cố của công trình; ví dụ như đứt một phía dây ăng-ten, sẽ gây uốn hoặc xoắn thân trụ ... 9 1.5.2. Tính toán trụ Trụ làm việc như dầm tựa trên các gối đàn hồi là các mắt neo, chịu đồng thời nén và uốn. Các ẩn số tính toán là mô men uốn tại mắt neo M, chuyển vị nút y và phản lực ngang H. Chuyển vị nút y và phản lực ngang H đặc t ưng cho độ cứng của gối đàn hồi, phụ thuộc vào các thông số về lực tác dụng và thông số về hình học của các dây neo. Vì vậy, việc tính toán trụ dây neo được thực hiện theo các bư c sau: * Bước 1. Sơ bộ l a ch n kết cấu tr Căn cứ vào nhiệm vụ, chức năng và các yêu cầu kỹ thuật của trụ; dựa vào các tài liệu chuyên môn, các công t ình tương tự và kinh nghiệm thiết kế, chọn ra một sơ đồ kết cấu, tạm ấn định kích thư c tiết diện các bộ phận của thân trụ và của dây neo. Sau đó sơ bộ xác định tải trọng và kiểm tra lại thân trụ theo sơ đồ dầm đơn giản, một hoặc nhiều nhịp, tựa kh p cố định tại các gối là các mắt neo (các gối tựa này thay thế cho các l p dây neo và tạm coi như không có chuyển vị ngang). Dựa vào nội lực trong dầm để kiểm tra thân trụ, và có thể phải chọn lại thân trụ. Dựa vào phản lực gối tựa để kiểm tra dây neo, và có thể phải chọn lại dây neo. * Bước 2. X định t i tr ng Sau bư c 1 đã quyết định được kết cấu của trụ (kể cả thân trụ và dây neo), tiến hành xác định lại chính xác: các đặc t ưng hình học, trọng lượng (và khối lượng) các phần; xác định một số dao động iêng đầu tiên v i các chu kỳ dao động T, tần số dao động f tương ứng; xác định các tải trọng tác dụng: trọng lượng bản thân, thành phần gió tĩnh, thành phần gió động, lực do động đất... lên các phần của trụ. Trụ càng cứng thì tần số f càng l n, chu kỳ T càng nhỏ; và ngược lại. * Bước 3. Tính toán nội l c thân tr Việc tính toán trụ dây neo bằng giải tích là rất phức tạp, vì vậy người ta thường sử dụng máy tính v i các phần mềm chuyên dụng như S P2000, ST D , ETABS...; Phần sau đây t ình bày phương pháp tính đúng dần (còn gọi là phương pháp tính vòng, phương pháp lặp). Việc tính toán được thực hiện riêng rẽ cho thân và cho dây. Khi tính thân trụ thay mắt neo v i các dây neo thành các gối đàn hồi. Sự liên hệ giữa tính thân trụ và tính dây neo là thông qua chuyển vị ngang của nút liên kết các dây neo v i thân trụ (mắt neo) hoặc thông qua độ cứng của gối đàn hồi. Quy t ình tính toán được tóm lược như sau: - Bư c đầu sơ bộ tính gần đúng độ cứng của các gối đàn hồi rồi tính thân trụ; có được chuyển vị và phản lực của các gối đàn hồi; - Tiến hành tính dây v i các tải trọng và tác động, bao gồm cả tải trọng lên dây và tải trọng là phản lực của gối đàn hồi vừa tính bên t ên; có được chuyển vị của mắt neo dây; từ chuyển vị này tính được độ cứng của gối đàn hồi; - Nếu độ chênh lệch giữa hai lần tính có v [ v] thì kết thúc chu trình tính toán; ngược lại thì dùng độ cứng của gối đàn hồi vừa tính được, tiếp tục tính thân ở 10 vòng tiếp theo. Cứ tiến hành như vậy cho t i khi thoả mãn điều kiện trên. T ong đó: v là độ chênh lệch độ cứng của gối đàn hồi giữa hai lần tính liên tiếp; [ v] 0 là độ chính xác cần thiết được người tính đặt ra, nhằm đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật của công trình; chính xác nhất là khi v = [ v] =0. * Bước 4. Tính toán kiểm tra thân tr . * Bước 5. Tính toán các chi tiết. Hình 1.6.a. Lắp d ng tr viễn thông (Tham kh o trên internet) 1.5.3. ột số yêu cầu cấu tạo 11 Trong phạm vi luận văn, tác giả trình bày các yêu cầu kích thư c và cấu tạo cho t ường hợp cấp dẻo kết cấu trung bình. 1.5.3.1. Yêu cầu về vật liệu và kích thước a. Yêu cầu về v t li u - Bêtông có cấp độ bền thấp hơn so v i C16/20 không được sử dụng trong các cấu kiện kháng chấn chính. - Ngoại trừ cốt đai kín và đai móc, chỉ có thép thanh có gờ m i được sử dụng làm cốt trong vùng t i hạn của cấu kiện kháng chấn chính. - Trong vùng t i hạn của cấu kiện kháng chấn chính, phải sử dụng cốt thép thuộc loại B hoặc C trong EN 1992-1-1:2004, Bảng C.1. b. Yêu cầu về kích thước hình học - Dầm - Khoảng cách giữa các trục đi qua t ọng tâm của dầm và cột cần được hạn chế nhỏ hơn bc/4, t ong đó bc là kích thư c cạnh l n nhất tiết diện ngang của cột vuông góc v i trục dọc dầm. - Chiều rộng bw của dầm kháng chấn chính: bw ≤ min {bc + hw; 2bc} (2.21) T ong đó: hw là chiều cao của dầm và bc là kích thư c cạnh l n nhất tiết diện ngang của cột vuông góc v i trục dọc dầm. - Cột Kích thư c tiết diện ngang của cột kháng chấn chính không nên nhỏ hơn 1/10 của khoảng cách l n nhất giữa điểm uốn và các đầu mút của cột, đối v i t ường hợp uốn trong phạm vi mặt phẳng song song v i kích thư c cột. - T ờng có tính dẻo k t c u Bề dày của tường, bw0: bw0 ≥ max {0,15; hs/20} (2.22) T ong đó: hs là Chiều cao thông thủy của tầng nhà. - Đ i với dầm đỡ các k t c u thẳn đ ng không liên tục - Tường chịu lực không được tựa lên dầm hoặc bản sàn. - Đối v i dầm kháng chấn chính đỡ cột không kéo dài xuống quá dầm: + Không được có độ lệch tâm nào của trục cột so v i trục của dầm; + Dầm phải được tựa trên ít nhất là hai gối đỡ trực tiếp (tường hoặc cột) 1.5.4. Yêu cầu về cấu tạo 1.5.4.1. Dầm a) Kh n n c ịu u n và chịu cắt - Cốt thép trên của các tiết diện đầu mút của dầm kháng chấn chính có tiết diện hình chữ T hoặc chữ L cần được bố trí chủ yếu trong phạm vi chiều rộng phần bụng. 12 Chỉ một phần trong số cốt thép này có thể đặt bên ngoài phạm vi chiều rộng phần bụng dầm, nhưng t ong phạm vi chiều rộng làm việc của bản cánh beff. - Chiều rộng hữu hiệu của bản cánh beff: i) V i dầm kháng chấn chính liên kết v i các cột biên: chiều rộng hữu hiệu của bản cánh beff được lấy bằng chiều rộng bc của tiết diện cột khi không có dầm cắt ngang nó (Hình 1.6b), hoặc bằng chiều rộng này tăng lên một lượng 2hf ở mỗi bên dầm khi có một dầm khác có cùng chiều cao cắt ngang nó (Hình 1.6a). ii) V i dầm kháng chấn chính liên kết v i các cột trong, các chiều rộng nêu trên có thể được tăng lên một lượng 2hf ở mỗi bên dầm (Hình 1.6c và d). Hình 1.6.b. Chiều rộng hữu hi u của b n cánh dầm liên kết v i cột tạo thành khung b) C u tạo dầm kháng ch n c n để đ m b o độ dẻo k t c u cục bộ - Các vùng của dầm kháng chấn chính có chiều dài lcr = hw (t ong đó hw là chiều cao của dầm) tính từ tiết diện ngang đầu mút dầm liên kết vào nút dầm - cột, hoặc từ cả hai phía của bất kỳ tiết diện ngang nào có khả năng chảy dẻo trong tình huống thiết kế chịu động đất, được coi là vùng t i hạn. - Trong các dầm kháng chấn chính đỡ các cấu kiện thẳng đứng không liên tục, các vùng trong phạm vi một khoảng bằng 2hw ở mỗi phía của cấu kiện thẳng đứng được chống đỡ được xem là vùng t i hạn. - Tại vùng nén, cần bố t í thêm không dư i một nửa lượng cốt thép đã bố trí tại vùng kéo, ngoài những số lượng cốt thép chịu nén cần thiết khi kiểm tra trạng thái cực hạn của dầm trong tình huống thiết kế chịu động đất. - Hàm lượng cốt thép của vùng kéo không được vượt quá giá trị max: max ' 0,0018 sy .d . cd (2.23) yd V i và ': hàm lượng cốt thép của vùng kéo và vùng nén, được lấy theo bd (là chiều rộng của cánh chịu nén của dầm). Nếu như vùng kéo bao gồm cả bản sàn, thì 13 lượng cốt thép sàn song song v i dầm trong phạm vi chiều rộng hữu hiệu của bản cánh được kể đến trong . - Dọc theo toàn bộ chiều dài của dầm kháng chấn chính, hàm lượng cốt thép của vùng kéo không được nhỏ hơn giá t ị tối thiểu min sau đây: min 0,5. ctm (1.1) yk - Trong phạm vi các vùng t i hạn của dầm kháng chấn chính, bố trí cốt đai thỏa mãn những điều kiện sau đây: + Đường kính dbw của các thanh cốt đai không được nhỏ hơn 6; + Khoảng cách cốt đai không được vượt quá: s = min {hw/4; 24dbw; 225; 8dbL} (1.2) T ong đó: dbL : Đường kính thanh thép dọc nhỏ nhất; hw : Chiều cao tiết diện của dầm. + Cốt đai đầu tiên cách tiết diện mút dầm không quá 50 mm. Hình 1.7. C t thép ngang trong vùng t i hạn của dầm 1.5.5. Cột a) Kh n n c ịu l c - Kiểm tra uốn theo hai phương có thể được đơn giản hóa bằng cách tiến hành kiểm tra riêng rẽ theo từng phương, v i khả năng chịu mômen uốn một trục được giảm đi 30 %. - Trong các cột kháng chấn chính, giá trị của lực dọc thiết kế qui đổi d không được vượt quá 0,65. b) C u tạo cột kháng ch n c n để đ m b o độ dẻo k t c u cục bộ - Tổng hàm lượng cốt thép dọc 1 không nhỏ hơn 0,01 và không vượt quá 0,04. Trong các tiết diện đối xứng cần bố trí cốt thép đối xứng ( = '). - Phải bố trí ít nhất một thanh trung gian giữa các thanh thép ở góc dọc theo mỗi mặt cột để bảo đảm tính toàn vẹn của nút dầm-cột. 14 - Các vùng trong khoảng cách lcr kể từ cả hai tiết diện đầu mút của cột kháng chấn chính được xem là các vùng t i hạn. - Chiều dài vùng t i hạn lcr có thể được tính toán từ biểu thức sau đây: lcr = max {hc; lcl/6; 0,45} (m) (1.3) T ong đó: hc : Kích thư c l n nhất tiết diện ngang của cột; lcl : Chiều dài thông thủy của cột. - Nếu lcl/hc < 3, toàn bộ chiều cao của cột kháng chấn chính phải được xem là một vùng t i hạn và phải đặt cốt thép theo quy định. - Trên toàn bộ tiết diện ngang, bố t í hàm lượng cốt đai để đảm bảo hạn chế biến dạng bêtông không l n hơn cu2 = 0,0035. Sự bó chặt lõi bêtông phải đảm bảo theo điều kiện sau: 30 wd d sy ,d . bc b0 0,035 (1.4) T ong đó: wd : Tỷ số thể tích cơ học áp dụng trong phạm vi các vùng t i hạn có cốt đai hạn chế biến dạng được tính theo biểu thức sau: : Giá trị yêu cầu của hệ số dẻo kết cấu khi uốn; d : Lực dọc thiết kế qui đổi ( d = NEd/Ac fcd); : Giá trị thiết kế của biến dạng cốt thép chịu kéo tại điểm chảy; hc : Chiều cao tiết diện ngang toàn phần; h0 : Chiều cao của phần lõi có cốt đai hạn chế biến dạng; bc : Chiều rộng tiết diện ngang toàn phần; b0 : Chiều rộng của lõi có cốt đai hạn chế biến dạng; là hệ số hiệu ứng hạn chế biến dạng, = n s, +) V i tiết diện ngang hình chữ nhật: (1.5a) = 1 - bi2/(6b0h0) sy,d s 1 s 2b0 1 s 2h0 (1.6a) T ong đó: n : Tổng số thanh thép dọc được cố định theo phương nằm ngang bằng thép đai kín hoặc đai móc; bi : Khoảng cách giữa các thanh thép liền kề.