Tài liệu Nâng cao hiệu quả công tác đổ bê tông tại chổ nhà nhiều tầng sử dụng phương án thi công ván khuôn cột dầm sàn đồng thời

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ TRỌNG ANH NÂNG CAO HIỆU QUẢ CÔNG TÁC ĐỔ BÊ TÔNG TẠI CHỖ NHÀ NHIỀU TẦNG SỬ DỤNG PHƢƠNG ÁN THI CÔNG VÁN KHUÔN CỘT, DẦM, SÀN ĐỒNG THỜI Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng công trình Dân dụng và Công nghiệp Mã số : 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn: TS. LÊ KHÁNH TOÀN Đà Nẵng, Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. LÊ KHÁNH TOÀN. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố ở các nghiên cứu khác. Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc của mình thực hiện. Ngƣời cam đoan Lê Trọng Anh MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CAC HÌNH MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .......................................................................................1 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ................................................................................2 3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ....................................................2 4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................................3 5. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN ..........................................................................3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐỔ TẠI CHỖ TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG ....................................................................................4 1.1. TỔNG QUAN VỀ NHÀ NHIỀU TẦNG .........................................................4 1.1.1. Định nghĩa nhà nhiều tầng - nhà cao tầng ..................................................4 1.1.2. Đặc điểm của nhà cao tầng kết cấu bê tông cốt thép..................................6 1.1.3. Lịch sử phát triển nhà cao tầng ..................................................................7 1.2. THI CÔNG ĐỔ BÊ TÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI NHÀ NHIỀU TẦNG 9 1.2.1. Thi công đổ bê tông cốt thép toàn khối theo hai giai đoạn ......................10 1.2.2. Thi công đổ bê tông cốt thép toàn khối cột dầm sàn đồng thời ...............12 1.3. VÁN KHUÔN CỘT CHỐNG TRONG THI CÔNG ĐỔ BÊ TÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI ..............................................................................................15 1.3.1. Ván khuôn trong thi công bê tông cốt thép toàn khối ..............................15 1.3.2. Cột chống và giáo thông dụng trong thi công bê tông cốt thép toàn khối22 1.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ...............................................................................25 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÁN KHUÔN VÀ BIỆN PHÁP THI CÔNG ĐỔ BÊ TÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI CÔNG TRÌNH ..................27 2.1. THIẾT KẾ VÁN KHUÔN CỘT CHỐNG .....................................................27 2.1.1. Tải trọng thẳng đứng ................................................................................27 2.1.2. Tải trọng ngang ........................................................................................28 2.1.3. Tổ hợp tải trọng ........................................................................................29 2.1.4. Độ võng qui định đối với ván khuôn, đà đỡ .............................................30 2.1.5. Phƣơng pháp tính toán, thiết kế ván khuôn, cột chống ............................31 2.2. CÔNG NGHỆ THI CÔNG BÊ TÔNG NHÀ NHIỀU TẦNG .......................33 2.2.1. Thi công đổ bê tông theo hai giai đoạn ....................................................33 2.2.2. Đổ bê tông cột dầm sàn đồng thời ............................................................34 2.3. MỘT SỐ THIẾT BỊ PHỤC VỤ ĐỔ BÊ TÔNG NHÀ NHIỀU TẦNG .........35 2.3.1. Máy bơm bê tông......................................................................................35 2.3.2. Cần phân phối bê tông ..............................................................................37 2.3.3. Cẩu tháp và thùng đổ bê tông ...................................................................37 2.4. MỘT SỐ TIÊU CHUẨN VÀ ĐỊNH MỨC DỰ TOÁN THI CÔNG VÀ NGHIỆM THU CÔNG TÁC BÊ TÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI ...................38 2.4.1. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4453:1995 .................................................38 2.4.2. Định mức dự toán xây dựng công trình - Phần xây dựng ........................38 2.5. KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ...............................................................................39 CHƢƠNG 3. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ CÔNG TÁC BÊ TÔNG TOÀN KHỐI SỬ DỤNG PHƢƠNG ÁN VÁN KHUÔN CỘT DẦM SÀN ĐỒNG THỜI .............................................................................................................40 3.1. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ CÔNG TÁC ĐỔ BÊ TÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI NHÀ NHIỀU TẦNG SỬ DỤNG PHƢƠNG ÁN VÁN KHUÔN CỘT DẦM SÀN ĐỒNG THỜI .............................................40 3.1.1. Loại ván khuôn sử dụng ...........................................................................40 3.1.2. Thiết bị và tổ chức sử dụng thiết bị đổ bê tông ........................................42 3.1.3. Đổ bê tông các kết cấu thẳng đứng khi mà mật độ thép tại vị trí giao nhau giữa kết cấu thẳng đứng và dầm sàn dày đặc .....................................................43 3.2. TIẾN ĐỘ VÀ CHI PHÍ KHI SỬ DỤNG CÁC LOẠI VÁN KHUÔN VÀ PHƢƠNG ÁN THI CÔNG ĐỔ BÊ TÔNG KHÁC NHAU ..................................46 3.2.1. Giới thiệu công trình ................................................................................47 3.2.2. So sánh hiệu quả giữa biện pháp thi công đổ bê tông cột dầm sàn đồng thời so với biện pháp thi công truyền thống .......................................................48 3.3. KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 ...............................................................................54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................55 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................56 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN. TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN NÂNG CAO HIỆU QUẢ CÔNG TÁC ĐỔ BÊ TÔNG TẠI CHỖ NHÀ NHIỀU TẦNG SỬ DỤNG PHƢƠNG ÁN THI CÔNG VÁN KHUÔN CỘT DẦM SÀN ĐỒNG THỜI Học viên: Lê Trọng Anh Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân dụng và Công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 Khóa: K33X1CH.KH Trƣờng Đại Học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Đổ bê tông tại chỗ sử dụng phƣơng án thi công ván khuôn cột dầm sàn đồng thời đã đƣợc áp dụng phổ biến ở các nƣớc trên thế giới bởi các ƣu điểm nhƣ: đảm bảo tính toàn khối, cơ giới hóa cao quá trình đổ bê tông, giảm chi phí nhân công, đặc biệt là rút ngắn thời gian thi công... Tuy nhiên, biện pháp này hầu nhƣ chƣa áp dụng tại các công trình xây dựng ở Việt nam, nhất là những thập niên trƣớc đây do bởi một số lí do nhƣ: đòi hỏi hệ thống ván khuôn, giàn giáo hoàn chỉnh, máy móc thiết bị đổ bê tông đầy đủ, hiện đại... Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ và thiết bị thi công, việc áp dụng biện pháp thi công ván khuôn cột dầm sàn đồng thời sẽ trở nên đơn giản hơn, đã và đang đƣợc nhiều nhà thầu tại Việt Nam áp dụng. Luận văn này tập trung nghiên cứu và đánh giá ƣu nhƣợc điểm, hiệu quả đem lại khi đổ bê tông cốt thép toàn khối công trình nhà nhiều tầng áp dụng biện pháp thi công ván khuôn cột dầm sàn đồng thời trên một số công trình nhà nhiều tầng trên địa bàn thành phố Nha trang, Khánh Hòa, đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả công tác đổ bê tông tại chỗ nhà nhiều tầng khi sử dụng biện pháp ván khuôn cột dầm sàn đồng thời. Từ khóa: Ván khuôn, bê tông đổ tại chỗ, tiến độ thi công, giá thành, nhà nhiều tầng. IMPROVING THE EFFICIENCY OF CAST-IN-SITU CONCRETE FOR MULTI-STOREY HOUSES USING THE FORMWORK SYSTEM OF COLUMN AND FLOORS AT THE SAME TIME Abstract: Cast-in-situ concrete of Construction method of formwork system of columns and floors at the same time has been applying popular in many countries around the world because of reasonable techniques, fast construction schedule, construction cost are cheaper than other methods. However, this method has hardly been applying in Vietnam, especially in previous decades due to the requiremnts of modern formwork system, reasonable construction equipments... Today, the development of science and technology allows to apply the construction method of formwork system of columns and floors at the same time to the reality of the construction more easier. This thesis focuses on stuying and assessing the advantages, disadvantages and the efficiency of the application of the construction method of formwork system of columns and floors at the same time to some multi-storey houses in the Nha Trang city, Khánh Hòa province. The thesis also proposes some solutions to improve the efficiency of the construction methode cast-in-situ concrete using formwork system of columns and floors at the same time. Key words: Formwork, cast-in-situ concrete, construction schedule, construction costs, multistorey house. DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang 1.1. Độ cao khởi đầu nhà cao tầng của một số nƣớc 5 1.2. Lựa chọn ván khuôn thi công bê tông toàn khối nhà cao tầng 16 1.3. Một số ƣu nhƣợc điểm của ván khuôn thép 18 1.4. Một số ƣu nhƣợc điểm của ván khuôn nhựa 19 1.5. Một số ƣu nhƣợc điểm của ván khuôn nhôm 20 1.6. Một số ƣu nhƣợc điểm của ván khuôn gỗ phủ phim 21 2.1. Tải trọng chấn động khi đổ bê tông vào ván khuôn 28 2.2. Áp lực ngang của vữa bê tông mới đổ 28 2.3. Tổ hợp tải trọng tính toán ván khuôn 29 2.4. Hệ số vƣợt tải khi tính ván khuôn theo khả năng chịu lực 30 3.1. Chiết tính chi phí thi công công tác: căn cứ theo định mức 1776 và theo báo giá từ Sở Tài chính tỉnh Khánh Hòa, tháng 01/2018 50 3.2. Bảng tổng hợp so sánh chi phí và thời gian thi công 52 DANH MỤC CAC HÌNH Số hiệu 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9. 1.10. 1.11. 1.12. 1.13. 1.14. 1.15. 1.16. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. Tên hình Trang Một số cao ốc tiêu biểu tại Mỹ Một số cao ốc tiêu biểu tại Châu Á Một số cao ốc tiêu biểu tại Việt Nam Xây dựng nhà cao tầng ở Nha Trang Thi công đổ bê tông cốt thép toàn khối theo hai giai đoạn 7 8 8 9 11 Thi công đổ bê tông cốt thép toàn khối cột dầm sàn đồng thời Các loại tấm ván khuôn thép Tấm ván khuôn nhựa Chi tiết cấu tạo, phụ kiện của ván khuôn nhựa thi công bê tông dầm sàn Ván khuôn nhôm thi công kết cấu bê tông tại chỗ Ván khuôn gỗ phủ phim Cột chống đơn và chi tiết cấu tạo Giáo tổ hợp và cách lắp Giáo nêm Giáo ringlock 13 Sử dụng giáo ringlock làm giáo phục vụ thi công trên công trình Máy bơm bê tông cố định và xe vận chuyển bê tông Các loại máy bơm bê tông, a) Máy bơm ô tô (tự hành) b) Cố định Xe bơm bê tông tự hành Cần phân phối bê tông Các loại thùng đổ bê tông Đổ bê tông bằng cần trục, thùng đổ và ống mềm Gia công trƣớc các tấm ván khuôn phủ phim với hệ sƣờn thép chịu lực Sử dụng bu lông liên kết trong cấu tạo ván khuôn Sử dụng các loại giáo hiện đại đỡ ván khuôn thi công bê tông dầm sàn Mật độ thép dày đặc tại vị trí cột giao với dầm, sàn 25 17 18 19 20 21 23 24 24 25 36 36 37 37 38 38 41 41 42 43 Số hiệu Tên hình Các giải pháp để đổ bê tông các kết cấu thẳng đứng qua nút giao 3.5. nhau giữa kết cấu thẳng đứng và dầm sàn, tại đó mật độ thép dày đặc 3.6. Máy đầm ngoài 3.7. Phối cảnh và thi công đổ bê tông tại trung tâm thƣơng mại Một vài hình ảnh thi công ván khuôn cột dầm sàn đồng thời sử 3.8. dụng gỗ phủ phim, xà gồ thép hộp và cột chống nêm trên công trình Tiến độ thi công cột dầm sàn cho một tầng công trình, thi công 3.9. đổ bê tông theo phƣơng pháp truyền thống (hai giai đoạn) 3.10. Tiến độ thi công cột dầm sàn cho một tầng công trình thi công đổ bê tông cột dầm sàn đồng thời Biểu đồ so sánh chi phí và thời gian thi công cột dầm sàn đồng 3.11. thời giữa ván khuôn phủ phim và ván khuôn nhôm Trang 44 45 47 48 48 49 53 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Nhà nhiều tầng, cụ thể là nhà cao tầng là mục tiêu hƣớng tới của các đô thị phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu ở, sinh hoạt và nghỉ dƣỡng của con ngƣời. Mặt khác, nhà cao tầng cũng đƣợc xem nhƣ biểu tƣợng của một đô thị hiện đại. Trƣớc sự khan hiếm về đất đai xây dựng tại các vị trí vàng trong đô thị cũng nhƣ khả năng thu hồi vốn nhanh và lợi nhuận kinh doanh trên diện tích sàn cao, xây dựng nhà cao tầng trong các đô thị trở thành một xu hƣớng phát triển chung của xã hội. Mục tiêu hiện nay của các chủ đầu tƣ lựa chọn trong quá trình đầu tƣ là: “tiến độ nhanh, giá thành hạ”. Để đạt đƣợc mục tiêu này có rất nhiều giải pháp khác nhau, có thể độc lập nhau hoặc kết hợp với nhau, trong đó các biện pháp thi công hợp lí hoặc tối ƣu sẽ là một trong những yếu tố nhằm đẩy nhanh tiến độ thi công, hạ giá thành xây dựng. Thi công bê tông cốt thép toàn khối các công trình nhiều tầng, đặc biệt là các công trình cao tầng, công tác ván khuôn đóng vai trò quan trọng có ảnh hƣởng lớn đến chất lƣợng, tiến độ, an toàn và giá thành công trình. Hiện nay tại Việt Nam, việc thi công bê tông cốt thép toàn khối các kết cấu của công trình cao tầng thƣờng phổ biến thực hiện theo hai giai đoạn: giai đoạn thứ nhất thi công đổ bê tông cột, vách; giai đoạn thứ hai tiếp tục đổ bê tông dầm, sàn. Nhƣ vậy, công tác ván khuôn cũng đƣợc thực hiện theo hai giai đoạn đổ bê tông. Đây là phƣơng pháp thi công truyền thống đƣợc thực hiện trên tất cả các công trình thấp tầng cũng nhƣ công trình cao tầng do bởi việc thi công đơn giản, có thể áp dụng thi công đổ bê tông thủ công hay bằng các thiết bị cung cấp bê tông hiện đại nhƣ xe bơm, cần trục hay hệ thống máy bơm đẩy bê tông. Biện pháp này có những nhƣợc điểm cơ bản sau: - Khối lƣợng bê tông cột không quá lớn, nếu đổ thủ công thì tốc độ đổ thƣờng chậm làm ảnh hƣởng chất lƣợng bê tông. Nếu cơ giới hóa công tác đổ bê tông thì hiệu suất đổ bê tông thƣờng thấp; - Gián đoạn kỹ thuật và tổ chức giữa giai đoạn đổ bê tông cột vách và dầm sàn vì phải chờ bê tông cột, vách đạt cƣờng độ mới tháo dỡ, vận chuyển ván khuôn để tiến hành các công việc liên quan đến đổ bê tông dầm sàn, do đó làm chậm tiến độ thi công chung; - Nếu không đáp ứng tốt các yêu cầu kỹ thuật tại vị trí mạch dừng giữa cột, vách với dầm sàn sẽ không đảm bảo tính toàn khối của bê tông cột, vách và dầm sàn, ảnh hƣởng đến khả năng chịu lực của kết cấu; - Công tác gia công lắp dựng ván khuôn không đồng bộ, hệ số luân chuyển 2 ván khuôn không cao, ván khuôn hƣ hỏng nhiều, giảm chất lƣợng và khả năng chịu lực. Thi công đổ bê tông cột dầm sàn đồng thời bắt buộc công tác ván khuôn cũng phải thực hiện đồng thời. Ván khuôn cột, vách và dầm sàn sẽ đƣợc lắp đặt đồng thời trƣớc hoặc xen kẽ với quá trình lắp đặt cốt thép, sau đó tiến hành đổ bê tông cột vách và dầm sàn đồng thời. Để áp dụng đƣợc biện pháp này, đòi hỏi khả năng cung cấp bê tông liên tục, có đầy đủ các phƣơng tiện vận chuyển và cung cấp bê tông, sự phối hợp chặt chẽ giữa các công tác, công tác ván khuôn cần đảm bảo độ chính xác và đảm bảo chất lƣợng liên kết, khả năng chịu lực, v.v.. Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ và thiết bị thi công, việc áp dụng biện pháp thi công ván khuôn cột dầm sàn đồng thời để đổ bê tông toàn khối các kết cấu sẽ trở nên đơn giản hơn, cho phép khắc phục cơ bản các nhƣợc điểm cố hữu của phƣơng pháp thi công đổ bê tông hai giai đoạn, có khả năng đem lại hiệu quả về tiến độ, chất lƣợng, an toàn, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, giúp hạ giá thành xây dựng. Đề tài “Nâng cao hiệu quả công tác đổ bê tông tại chỗ nhà nhiều tầng sử dụng phương án thi công ván khuôn cột, dầm, sàn đồng thời” tập trung vào việc nghiên cứu, đánh giá khả năng áp dụng phƣơng pháp thi công bê tông cốt thép toàn khối nhà nhiều tầng sử dụng phƣơng án ván khuôn cột dầm sàn đồng thời trên các công trình, đánh giá những ƣu nhƣợc điểm và đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả của phƣơng pháp thi công này. Qua đó, đề xuất áp dụng rộng rãi trong thực tế thi công. Đề tài rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Phân tích, đánh giá ƣu nhƣợc điểm của hai phƣơng pháp đổ bê tông cốt thép toàn khối sử dụng phƣơng án ván khuôn truyền thống hai giai đoạn thi công (giai đoạn thứ nhất thi công cột vách trƣớc, giai đoạn thứ hai thi công dầm sàn) và phƣơng án ván khuôn cột dầm sàn đồng thời. - Đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả của phƣơng án thi công ván khuôn cột dầm sàn đồng thời. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Biện pháp thi công đổ bê tông cốt thép toàn khối kết cấu công trình xây dựng. - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu với nhà có từ 10 đến 25 tầng, diện tích sàn không lớn hơn 500 m2, giáp công trình lân cận, áp dụng trên địa bàn Thành phố Nha Trang, Khánh Hòa. 3 4. Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các phƣơng pháp thi công đổ bê tông cốt thép toàn khối sử dụng các phƣơng án ván khuôn khác nhau, phân tích, tổng hợp và so sánh. - Áp dụng thực tế: Áp dụng trên một số công trình thực tế để so sánh, đánh giá và đề xuất áp dụng. 5. Cấu trúc của luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo trong luận văn gồm có các chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐỔ TẠI CHỖ TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÁN KHUÔN VÀ BIỆN PHÁP THI CÔNG ĐỔ BÊ TÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI CÔNG TRÌNH Chƣơng 3. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ CÔNG TÁC BÊ TÔNG TOÀN KHỐI SỬ DỤNG PHƢƠNG ÁN VÁN KHUÔN CỘT DẦM SÀN ĐỒNG THỜI 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐỔ TẠI CHỖ TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG Thi công đổ bê tông cốt thép toàn khối là một trong những công tác quan trọng, có ảnh hƣởng quyết định đến việc triển khai các công việc tiếp theo, chất lƣợng các kết cấu bê tông cốt thép đổ tại chỗ có ảnh hƣởng đến khả năng chịu lực của từng bộ phận và toàn bộ kết cấu, có ảnh hƣởng đến thẩm mỹ, mức độ hoàn thiện, tiến độ và chi phí của công trình. Công tác ván khuôn trong thi công đổ bê tông cốt thép toàn khối có vai trò hết sức quan trọng, quyết định đến việc thi công đổ bê tông. Tùy thuộc vào đặc điểm công trình, số tầng công trình... mà biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công đổ bê tông áp dụng trên công trình đƣợc lựa chọn đảm bảo thi công hiệu quả, chất lƣợng và an toàn. Trong chƣơng này sẽ giới thiệu tổng quan về thi công đổ bê tông cốt thép toàn khối, tổng quan về ván khuôn và công tác ván khuôn, phân tích đánh giá ƣu nhƣợc điểm của các phƣơng án thi công ván khuôn, làm cơ sở để đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả công tác đổ bê tông cốt thép toàn khối trong các công trình bê tông cốt thép nói chung, công trình nhà nhiều tầng bê tông cốt thép toàn khối nói riêng. 1.1. TỔNG QUAN VỀ NHÀ NHIỀU TẦNG 1.1.1. Định nghĩa nhà nhiều tầng - nhà cao tầng Theo các quan niệm hiện hành, nhà có ít hơn 5 tầng gọi là nhà thấp tầng; nhà có số tầng từ 6 đến 9 tầng gọi là nhà nhiều tầng; nhà có số tầng lớn hơn 9 tầng gọi là nhà cao tầng. Nói chung không có một định nghĩa cố định và chính xác cho nhà cao tầng. Một nhà có đƣợc xem là cao tầng hay không phụ thuộc vào bối cảnh thời gian và không gian cụ thể. Một nhà cao bảy tầng đƣợc xây dựng vào những năm ba mƣơi của thế kỷ trƣớc thì đƣợc xem nhƣ là cao tầng, nhƣng nếu đƣợc xây dựng vào những năm ba mƣơi của thế kỷ này thì có lẽ không đƣợc xem là cao tầng, chỉ xem nhƣ nhà nhiều tầng thông thƣờng. Một ngôi nhà với mƣời tầng ở Việt Nam hay Trung Quốc có thể đƣợc xem là cao tầng, nhƣng ở Nhật Bản, Mỹ hay ở nhiều quốc gia phát triển khác lại không đƣợc xem là cao tầng… Tƣơng quan giữa chiều cao của nhà với các công trình lân cận cũng là một yếu tố quan trọng để xem xét nó có phải là nhà cao tầng hay không. Một nhà cao mƣời tầng đƣợc xem là cao chót vót ở một miền quê yên bình của một tỉnh miền Trung Việt Nam, nhƣng lại lọt thỏm vào không gian của những công trình cao chót vót ở Hồng Kông. Ngoài ra, tỉ lệ giữa chiều cao và chiều rộng của nhà cũng là một yếu tố quan trọng để xem xét một nhà có thuộc loại nhà cao tầng hay không. Đôi khi chúng ta 5 phải áp dụng tƣ duy thiết kế nhà cao tầng để thiết kế một nhà chỉ có chiều cao 30 m, nhƣng lại thiết kế một nhà cao 50 m nhƣ một nhà thấp tầng, nếu chiều rộng của nhà cao 30 mét là 5 m và chiều rộng của nhà cao 50 m là 100 m. Các công trình càng thanh mảnh thì ảnh hƣởng của chiều cao đến thiết kế, thi công và vận hành công trình càng lớn. Theo phụ lục B, TCVN 9363:2012 “Khảo sát cho xây dựng - Khảo sát địa kỹ thuật cho nhà cao tầng” [1], ủy ban nhà cao tầng Quốc tế đã định nghĩa: “Ngôi nhà mà chiều cao của nó quyết định các điều kiện thiết kế, thi công hoặc sử dụng khác với các ngôi nhà thông thƣờng thì gọi là nhà cao tầng”. Phân loại nhà cao tầng nhƣ dƣới đây: - Nhà cao tầng loại 1 từ 9 đến 16 tầng (cao nhất 50 mét); - Nhà cao tầng loại 2 từ 17 đến 25 tầng (cao nhất 75 mét); - Nhà cao tầng loại 3 từ 26 đến 40 tầng (cao nhất 100 mét); - Nhà cao tầng loại 4 từ 40 tầng trở lên (nhà siêu cao tầng). Tuy nhiên, tùy vào từng quốc gia mà độ cao khởi đầu nhà cao tầng có thể đƣợc quy định khác nhau nhƣ tham khảo trong Bảng 1.1. Bảng 1.1. Độ cao khởi đầu nhà cao tầng của một số nước Tên nƣớc Trung Quốc Độ cao khởi đầu Nhà ở 10 tầng và 10 tầng trở lên, kiến trúc khác ≥ 28 m Liên xô (cũ) Nhà ở 10 tầng và 10 tầng trở lên, kiến trúc khác trên 7 tầng Mỹ 22 m đến 25 m hoặc trên 7 tầng Pháp Nhà ở ≥ 50 m, kiến trúc khác ≥ 28 m Anh 24,3 m Nhật 11 tầng, 31 m Tây Đức (cũ) ≥ 22 m (từ mặt nền nhà) Bỉ 25 m (từ mặt đất ngoài nhà) Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737:1995 - Tải Trọng và tác động [2], đối với nhà cao từ 40 mét trở lên xây dựng ở địa hình A và B (địa hình trống trải và tƣơng đối trống trải), khi tính toán, thiết kế thì phải kể đến thành phần động của tải trọng gió. Khi đó ảnh hƣởng của tải trọng gió lên công trình là lớn. Vì vậy, 40 mét cũng có thể đƣợc xem nhƣ là mốc chiều cao khởi đầu của Việt Nam để xác định một nhà có phải là nhà cao tầng hay không. Nhƣ vậy, nhà cao tầng thực chất là nhà nhiều tầng nhƣng với số tầng và chiều cao lớn hơn so với nhà nhiều tầng theo định nghĩa thông thƣờng. Trong khuôn 6 khổ nghiên cứu của luận văn này sẽ xem xét nhà nhiều tầng có số tầng từ 10 đến 25 tầng, theo cách phân chia của ủy ban nhà cao tầng Quốc tế, giới hạn này thuộc nhà cao tầng loại 1 và loại 2. 1.1.2. Đặc điểm của nhà cao tầng kết cấu bê tông cốt thép Do số tầng nhà nhiều, nên tải trọng bản thân và tải trọng sử dụng nhà cao tầng bê tông cốt thép rất lớn. Mặt khác, nhà cao tầng thƣờng đƣợc xây dựng trên mặt bằng nhỏ, do vậy khi chiều cao công trình đủ lớn, để đảm bảo khả năng chịu lực và sự ổn định, diện tích các sàn càng lên cao càng giảm dần, diện tích các sàn thƣờng giảm dần theo một số tầng nhất định. Đối với nhà cao tầng bê tông cốt thép, kết cấu chịu lực gồm hệ cột - vách, lõi và hệ dầm sàn. Hệ lƣới cột từ 6x6 mét trở lên, tiết diện cột cũng thay đổi theo chiều cao của công trình và thƣờng giảm dần. Tùy theo chiều cao và yêu cầu chịu lực mà cấu tạo hệ vách hở hoặc kín. Các vách hở vừa đóng vai trò chịu lực, vừa đóng vai trò của tƣờng ngăn. Các vách kín bố trí tạo thành hộp kín đƣợc gọi là lõi thƣờng đƣợc cấu tạo tại các lồng thang máy, thƣờng phân bố đối xứng trên mặt bằng công trình. Đối với các nhà cao tầng bê tông cốt thép đa chức năng sử dụng, các tầng thấp gần mặt đất thƣờng bố trí các không gian công cộng nên yêu cầu bƣớc cột, vách chịu lực lớn để linh hoạt trong không gian kiến trúc và đáp ứng yêu cầu sử dụng. Các tầng cao phía trên đƣợc cấu tạo với bƣớc cột, vách nhỏ hơn hoặc chuyển đổi hệ kết cấu từ vách sang cột và ngƣợc lại, do đó đối với công trình cao tầng loại này thƣờng cấu tạo kết cấu chuyển đặc biệt: dầm chuyển, sàn chuyển. Đây là kết cấu đặc biệt có kích thƣớc rất lớn, nhiều sàn chuyển có chiều dày từ 2 mét đến 4 mét; dầm chuyển có chiều cao tƣơng tự và bề rộng rất lớn (từ 2 m đến 6 m). Thƣờng sử dụng bê tông ứng lực trƣớc cho kết cấu dầm chuyển và sàn chuyển nên giảm đƣợc chiều cao. Thực tế có công trình chỉ sử dụng bê tông thông thƣờng nên chiều dày khá lớn. Đây là một trong những kết cấu đặc biệt trong nhà bê tông cốt thép, có khối lƣợng bê tông rất lớn và đòi hỏi biện pháp thi công ván khuôn, cốt thép và đổ bê tông rất đặc biệt. Bê tông dùng cho nhà cao tầng bê tông cốt thép thƣờng có cấp bền từ B25 đến B60 (tƣơng đƣơng với mác bê tông từ M300 đến M800). Do bê tông có trọng lƣợng bản thân lớn, nên sử dụng hiệu quả cho nhà có số tầng không quá 30 đối với bê tông thông thƣờng. Khi nhà có chiều cao tầng lớn hơn 30 cần phải sử dụng bê tông cƣờng độ cao. Nhiều công trình nhà cao tầng có bƣớc cột lớn, sử dụng sàn phẳng thƣờng sử dụng bê tông ứng lực trƣớc, khi đó bê tông sử dụng nhất thiết có cƣờng độ cao. 7 1.1.3. Lịch sử phát triển nhà cao tầng 1.1.3.1. Trên thế giới Sự phát triển của khoa học và công nghệ nói chung, sự phát triển của công nghệ vật liệu xây dựng, công nghệ chế tạo máy, v.v. là cơ sở để xây dựng những tòa nhà cao tầng, đáp ứng các yêu cầu phát triển. Nhà cao tầng là biểu tƣợng của sự phát triển và phồn thịnh. Tại Mỹ, năm 1913 tòa cao ốc Woolworth Building đƣợc xây dựng với 57 tầng nổi, cao 241 m. Năm 1930 tại Mỹ đã xây dựng tòa cao ốc Chrysler cao 319 m và Empire State Building với 182 tầng (381 m)... Tòa tháp đôi World Trade Center đƣợc hoàn thành vào năm 1973 với chiều cao lên đến 417 m, sau đó đƣợc xây dựng mới lại vào năm 2014 sau vụ khủng bố 11/9 năm 2001, tòa nhà có 104 tầng nổi, 5 tầng hầm với chiều cao lên đến 546,2 m. Cao ốc Woolworth (241m) Cao ốc Chler (319m) State Empire Building (344m) Hình 1.1. Một số cao ốc tiêu biểu tại Mỹ Ở Châu Á, xu hƣớng xây dựng các nhà cao tầng cũng bắt đầu mạnh mẽ vào đầu những năm 70 của thế kỉ trƣớc. Hàng loạt các cao ốc đã mọc lên tại nhiều quốc gia Châu Á nhƣ Trung Quốc, Hồng Kông, Malaysia với các công trình điển hình nhƣ: Bank of China Tower (70 tầng, 269 m); Jin Mao Tower Shanghai (86 tầng, 421 m); Petronas Tower Malaysia (95 tầng, 450 m)... 8 Bank of China Tower (269m) Jin Mao Tower Shanghai (421m) Petronas Tower Malaysia (450m) Hình 1.2. Một số cao ốc tiêu biểu tại Châu Á Ở Châu Âu, phát triển nhà cao tầng đi sau Mỹ. Tuy nhiên, nhà cao tầng đã mọc lên một cách nhanh chóng, những năm năm mƣơi của thế kỉ 20 đến nay, hàng trăm thành phố ở Châu Âu đã xây dựng hàng ngàn công trình nổi tiếng, điển hình nhƣ các thành phố lớn tại Đức, Anh, Pháp... 1.1.3.2. Ở Việt Nam Trong khoảng hơn hai mƣơi năm trở lại đây, Nhiều thành phố trên cả nƣớc nhƣ Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng, Nha Trang hay Cần Thơ đã xây dựng nhiều công trình cao tầng. Việc xây dựng các công trình cao tầng đã mang lại cho đô thị Việt Nam một diện mạo mới, một không gian kiến trúc hiện đại. Số lƣợng các công tình cao trên 20 tầng tăng rất nhanh, điển hình nhƣ: Saigon Plaza, 33 tầng; Trung tâm tài chính Bitexco, 68 tầng; The Landmark 81, 81 tầng; Keangnam Hanoi Landmark Tower, 70 tầng; Hanoi City Complex, 65 tầng... và rất nhiều công trình khác. Keangnam Hanoi Landmark Tower, (345m) Trung tâm hành chính Tp. Đà Nẵng (175,5m) The Landmark 81 (461,2m) Hình 1.3. Một số cao ốc tiêu biểu tại Việt Nam 9 1.1.3.3. Thành phố Nha Trang, Khánh Hòa Thành phố Nha trang là một trong 12 đô thị loại 1 của Việt Nam, là tỉnh lị của tỉnh Khánh Hòa, là trung tâm du lịch biển lớn ở Việt Nam và là trung tâm lớn của vùng duyên hải Nam Trung Bộ và Tây Nguyên. Nha Trang 10 năm trƣớc Nha Trang của năm 2018 Hình 1.4. Xây dựng nhà cao tầng ở Nha Trang Hơn 10 năm trƣớc, dọc theo tuyến đƣờng Trần Phú chỉ có hai khách sạn thấp tầng, số còn lại là biệt thự, nhà ba gian mở hƣớng thông thoáng ra rừng dƣơng, hàng dừa tỏa bóng mát dọc ven biển. Hiện nay, với tốc độ đô thị hóa cao, hàng chục công trình cao tầng đã đƣợc xây dựng đã khoác trên ngƣời thành phố Nha trang với diện mạo mới mẻ, hiện đại và trẻ trung. Có thể kể ra đây một số công trình cao tầng tại Nha Trang: Mƣờng Thanh Quê Hƣơng Nha Trang, 45 tầng, 166,1m; Best Western Premier Havana Nha Trang, 41 tầng, 146m; Sheraton Hotel & Spa, 33 tầng, 115,1m... 1.2. THI CÔNG ĐỔ BÊ TÔNG CỐT THÉP TOÀN KHỐI NHÀ NHIỀU TẦNG Thi công đổ bê tông cốt thép toàn khối công trình bao gồm các công tác chính sau đây: - Công tác ván khuôn; - Công tác cốt thép; - Công tác đổ bê tông; - Công tác tháo dỡ ván khuôn. Tùy theo đặc điểm công trình, năng lực máy móc, thiết bị thi công, loại ván khuôn sử dụng cũng nhƣ đội cũ cán bộ kỹ thuật và công nhân mà nhà thầu có thể áp dụng các phƣơng pháp đổ bê tông khác nhau: - Đổ bê tông cột dầm sàn đồng thời; 10 - Đổ bê tông hai giai đoạn: thi công đổ bê tông cột, vách, lõi trƣớc, thi công đổ bê tông dầm sàn sau (phƣơng pháp truyền thống và phổ biến); - Đổ bê tông kết hợp cùng lúc cả hai phƣơng pháp nêu trên ở các vị trí khác nhau trên công trình. 1.2.1. Thi công đổ bê tông cốt thép toàn khối theo hai giai đoạn Hiện nay, hầu hết các công trình có kết cấu bê tông cốt thép toàn khối, công tác đổ bê tông đều áp dụng phƣơng pháp đổ bê tông theo hai giai đoạn: - Giai đoạn 1: Đổ bê tông các kết cấu cột, vách, lõi hay tƣờng chịu lực của công trình ở mỗi tầng. Ở giai đoạn này ngƣời ta tiến hành các công tác cốt thép, ván khuôn của các kết cấu nói trên, sau đó tiến hành đổ bê tông đến cao độ mạch ngừng theo quy định, thƣờng dừng ở độ cao cách đáy dầm cao nhất từ 3 cm đến 5cm đối với cột và cách từ 3 đến 5 cm so với đáy sàn nếu đó là các vách, lõi liên kết trực tiếp với sàn hoặc với cột của sàn không dầm. - Giai đoạn 2: Đƣợc tiến hành sau khi bê tông cột, vách, lõi hay tƣờng chịu lực đạt đƣợc cƣờng độ theo quy định, tháo dỡ ván khuôn các kết cấu này và tiến hành các công tác, ván khuôn, cốt thép dầm sàn. Công tác đổ bê tông dầm sàn sẽ đƣợc thực hiện sau khi đã nghiệm thu kỹ thuật các công tác ván khuôn, cốt thép dầm sàn. Các quá trình nêu trên sẽ đƣợc lặp đi lặp lại trên các tầng của công trình cho đến khi hoàn thành toàn bộ công tác thi công bê tông cốt thép toàn khối. Tất cả các công trình bê tông cốt thép toàn khối thấp tầng đều áp dụng phƣơng pháp này. Hầu hết các công trình nhà nhiều tầng với số tầng không quá nhiều, và ngay cả các công trình cao tầng có số tầng nhiều vẫn áp dụng phổ biến phƣơng pháp thi công đổ bê tông theo hai giai đoạn do bởi các lí do sau đây: - Dễ thi công đổ, đầm bê tông cột, vách, lõi và tƣờng do không bị ảnh hƣởng bởi lƣợng cốt thép dày đặc tại vị trí đầu cột, nơi mà đồng thời có thép cột, vách và hệ dầm sàn đi qua, nhất là các công trình cao tầng; - Chủ động thi công công tác ván khuôn, cốt thép; có thể chuyên môn hóa các công tác này cho tất cả các tầng; - Có thể sử dụng các loại ván khuôn thông thƣờng, riêng biệt, không nhất thiết phải đồng bộ với ván khuôn dầm sàn; - Có thể luân chuyển ván khuôn và các thiết bị thi công cho các tầng; - Với công trình có số tầng ít, kích thƣớc tiết diện cột, vách, lõi và tƣờng không lớn có thể thi công đổ bê tông thủ công, do đó dễ chủ động đƣợc khối lƣợng bê tông cần đổ (có thể trộn thủ công tại hiện trƣờng hoặc cung cấp bê tông từ trạm trộn). 11 - Thuận tiện cho việc đổ bê tông các công trình đƣợc thiết kế mà khả năng chịu lực của cột, vách, lõi hay tƣờng có thể khác so với hệ dầm sàn (cấp bền khác nhau); - Không cần đầu tƣ ban đầu lớn cho công tác ván khuôn cũng nhƣ các trang thiết bị thi công; - Không đòi hỏi quá khắt khe độ chính xác trong thi công ván khuôn, cốt thép, dễ đầm nén, bảo dƣỡng. Hình 1.5. Thi công đổ bê tông cốt thép toàn khối theo hai giai đoạn Tuy nhiên, khi đổ bê tông cốt thép toàn khối theo hai giai đoạn nhƣ trình bày ở trên cũng bộc lộ nhiều nhƣợc điểm, đặc biệt đối với các công trình nhiều tầng. Đó là: - Tiến độ thi công chậm do bởi việc thi công riêng rẽ hai giai đoạn, phải chờ bê tông cột, vách, lõi, tƣờng đạt đƣợc cƣờng độ tối thiểu theo qui định để tháo dỡ ván khuôn mới có thể tiến hành công tác ván khuôn cốt thép dầm sàn; - Do có gián đoạn đổ bê tông tại vị trí mạch ngừng, do đó tính toàn khối của kết cấu cột dầm sàn khó đƣợc bảo đảm, làm ảnh hƣởng đến khả năng chịu lực chung của hệ, nhất là các công trình cao tầng chịu tải trọng lớn theo cả phƣơng đứng và phƣơng ngang. Để đáp ứng yêu cầu này, đòi hỏi kỹ thuật thi công và xử lí mạch ngừng tốt, phải sử dụng thêm các phụ gia liên kết tại vị trí mạch ngừng. Do đó tốn thêm thời gian và chi phí xử lí; - Khó cơ giới hóa công tác đổ bê tông cột, vách, lõi và tƣờng do bởi khối lƣợng bê tông không lớn, thi công riêng lẻ từng đối tƣợng; - Tốn thêm chi phí giàn giáo và các thiết bị neo giữ ván khuôn khi tiến hành lắp đặt ván khuôn, cốt thép và đổ bê tông cột, vách, lõi và tƣờng. 12 Trong các nhƣợc điểm vừa trình bày ở trên đối với phƣơng pháp thi công theo hai giai đoạn, vấn đề về tiến độ và chất lƣợng liên kết tại mạch ngừng là hai vấn đề rất đáng đƣợc quan tâm, nhất là đối với những công trình cao tầng đòi hỏi cao về tiến độ thi công và khả năng chịu lực. Nƣớc ta trong khoảng từ năm 2010 trở lại đây, nhu cầu xây dựng công trình nhiều tầng tăng cao, nhất là ở các đô thị lớn hiện đại, ngoài vấn đề chất lƣợng kết cấu bê tông cốt thép toàn khối, đã đƣợc quy định cụ thể trong các tiêu chuẩn, quy phạm hiện hành, thì rút ngắn tiến độ thi công là một yêu cầu cấp bách đối với không chỉ nhà thầu mà đối với cả chủ đầu tƣ. Ngoài ra, đòi hỏi về việc cơ giới hóa các quá trình thi công, sử dụng máy móc, phƣơng tiện kỹ thuật hiện đại và ứng dụng các loại ván khuôn tiên tiến cũng đƣợc nhiều nhà thầu quan tâm nghiên cứu và áp dụng. Đây là động lực để nhà thầu áp dụng phƣơng pháp thi công đổ bê tông cột, vách dầm sàn đồng thời. Đây không phải là phƣơng pháp thi công mới, nó đã đƣợc áp dụng từ thế kỷ trƣớc ở các nƣớc tiên tiến, nhất là khi có sự phát triển mạnh mẽ các công trình nhiều tầng bê tông cốt thép toàn khối cũng nhƣ có sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp cơ khí và công nghệ vật liệu. 1.2.2. Thi công đổ bê tông cốt thép toàn khối cột dầm sàn đồng thời Thay vì chia quá trình đổ bê tông các kết cấu công trình thành hai giai đoạn nhƣ phƣơng pháp truyền thống, phƣơng pháp này yêu cầu đổ bê tông cốt thép cột dầm sàn đồng thời. Điều này đồng nghĩa với việc công tác ván khuôn cột, vách, lõi hay tƣờng cũng phải đƣợc thi công lắp đặt đồng thời với ván khuôn dầm sàn, tƣơng tự nhƣ thế cho công tác cốt thép. Sau khi nghiệm thu kỹ thuật, ngƣời ta tiến hành đổ bê tông cột dầm sàn đồng thời. Để đảm bảo thi công hiệu quả, phƣơng pháp này đòi hỏi đáp ứng một số yêu cầu cơ bản sau đây: - Sử dụng bê tông thƣơng phẩm, khối lƣợng cung cấp đảm bảo đủ và liên tục, đáp ứng tiến độ đổ bê tông cột dầm sàn đồng thời; - Sử dụng các trang thiết bị kỹ thuật hiện đại trong quá trình đổ bê tông: cần trục, xe cung cấp bê tông, máy bơm bê tông; - Công tác ván khuôn, cốt thép cần đảm bảo độ chính xác cao. Đối với ván khuôn cột, vách, lõi hay tƣờng đảm bảo lắp đặt và tháo dỡ dễ dàng để đảm bảo luân chuyển nhanh nhƣng không ảnh hƣởng đến chất lƣợng của kết cấu; - Để đẩy nhanh tiến độ thi công cũng nhƣ luân chuyển hiệu quả các bộ ván khuôn cần phải sử dụng thêm các loại phụ gia đóng rắn nhanh và đầu tƣ thêm số bộ ván khuôn.