Tài liệu Thiết kế dầm chuyển ứng lực trước có kể đến các giai đoạn thi công công trình (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI ------------------ NGUYỄN XUÂN HOÀNG KHÓA: 2015 – 2017 THIẾT KẾ DẦM CHUYỂN ỨNG LỰC TRƯỚC CÓ KỂ ĐẾN CÁC GIAI ĐOẠN THI CÔNG CÔNG TRÌNH Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHẠM PHÚ TÌNH Hà Nội - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI ------------------ NGUYỄN XUÂN HOÀNG THIẾT KẾ DẦM CHUYỂN ỨNG LỰC TRƯỚC CÓ KỂ ĐẾN CÁC GIAI ĐOẠN THI CÔNG CÔNG TRÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2017 LỜI CẢM ƠN Sau hai năm học tập và nghiên cứu tại lớp CH2015X3, Khoa Sau Đại học, trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, tôi đã hoàn thành Luận văn thạc sỹ kỹ thuật với đề tài “Thiết kế dầm chuyển ứng lực trước có kể đến các giai đoạn thi công công trình”. Cùng với sự cố gắng của bản thân là sự giúp đỡ, động viên của các thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình. Tôi xin chân thành cảm ơn các cấp lãnh đạo Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội, Khoa Sau Đại Học và các thầy cô giáo đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình công tác, học tập và nghiên cứu tại trường. Tôi xin đặc biệt cảm ơn thầy giáo TS. Phạm Phú Tình không chỉ bởi sự tận tâm hướng dẫn và những ý kiến quý báu của thầy dành cho tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn, mà còn vì thầy đã tạo cho tôi một tấm gương to lớn về lòng nhiệt huyết và niềm say mê nghiên cứu khoa học. Luận văn đuợc hoàn thành nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế. Rất mong nhận đuợc sự đóng góp của quý thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn Xin chân thành cảm ơn./. Hà Nội, ngày 15 tháng 03 năm 2017 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Xuân Hoàng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng. TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Xuân Hoàng MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục hình ảnh Danh mục chữ viết tắt MỞ ĐẦU * Lý do chọn đề tài ....................................................................................... 1 * Mục đích nghiên cứu ................................................................................. 2 * Đối tượng, phạm vi và vấn đề nghiên cứu ................................................ 2 * Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 3 * Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................. 3 NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DẦM CHUYỂN TRONG KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG ........................................................................................ 4 1.1 Khái niệm về dầm chuyển ................................................................ 4 1.1.1 Khái niệm dầm chuyển (Transfer beams) ........................................ 4 1.1.2 Tác dụng của dầm chuyển ............................................................... 4 1.2 Các loại dầm chuyển sử dụng trong kết cấu nhà cao tầng ............. 5 1.3 Một số mô hình tính toán thiết kế dầm chuyển............................... 5 1.3.1 Tính toán theo tiêu chuẩn ACI 318 ................................................. 5 1.3.2 Tính toán theo mô hình giàn ảo (Strut and tied) .............................. 7 1.3.3 Tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn ................................. 8 1.4 Sử dụng dầm chuyển trong kết cấu nhà cao tầng tại Việt Nam và Thế giới ......................................................................................................... 9 1.4.1 Trên Thế giới .................................................................................. 9 1.4.2 Tại Việt Nam ................................................................................ 13 1.5 Một số biện pháp thi công dầm chuyển tại Việt Nam ................... 19 1.5.1 Thi công nghiệm thu, kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trước ........ 19 1.5.2 Thi công dầm chuyển .................................................................... 20 1.5.3 Thi công dầm chuyển ứng lực trước .............................................. 23 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ DẦM CHUYỂN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC ............................................................................................. 29 2.1 Vật liệu thi công .............................................................................. 29 2.1.1 Bê tông ......................................................................................... 29 2.1.2 Cốt thép ........................................................................................ 29 2.2 Dầm chuyển bê tông cốt thép ứng lực trước là dầm thường ........ 30 2.2.1 Tính toán cường độ chịu uốn của dầm [1] ..................................... 30 2.2.2 Tính toán tiết diện [1].................................................................... 35 2.3 Dầm chuyển bê tông cốt thép ứng lực trước là dầm cao .............. 40 2.3.1 Phương pháp sử dụng mô hình giàn ảo (mô hình chống – giằng) [10] ...................................................................................................... 40 2.3.2 Tính toán kết cấu theo tiêu chuẩn ACI 318 ................................... 52 CHƯƠNG 3: VÍ DỤ, KIẾN NGHỊ QUY TRÌNH THIẾT KẾ DẦM CHUYỂN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC THEO CÁC GIAI ĐOẠN CÔNG TRÌNH ..................................................................... 61 3.1 Ví dụ phân tích dầm chuyển ứng lực trước theo quy trình thi công . 61 3.1.1 Công trình thực tế tính toán........................................................... 61 3.1.2 Ví dụ tính toán .............................................................................. 63 3.2 Đề xuất quy trình thiết kế .................................................................... 78 KẾT LUẬN ................................................................................................. 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC HÌNH MINH HỌA Số hình ảnh Tên hình ảnh Số trang Dầm chuyển kết nối với chu vi tường bê tông - Tòa nhà Trump International Hotel and Tower Chicago - Mỹ [17] Vị trí giao nhau của các dầm chuyển - Tòa nhà Trump International Hotel and Tower - Chicago Mỹ [7] Dầm chuyển của tòa nhà Grand Street Hotel New York - Mỹ [7] 10 Hình 1.4 Dầm chuyển của tòa nhà Grand Street Hotel NewYork - Mỹ [7] 11 Hình 1.5 Thi công dầm chuyển - Tòa nhà Grand Hyatt Kuala Lumpur - Kuala Lumpur – Malaysia [7] 11 Hình 1.6 Dầm chuyển của tòa nhà ideo MORPH 38 Bangkok - Thái Lan [7] 12 Hình 1.7 Lắp dựng hệ thống dàn đỡ dầm chuyển - Tòa nhà The Issara Ladprao - Bangkok - Thái Lan [7] 12 Hình 1.8 Công nhân đang lắp đặt cốt thép dầm chuyển - Tòa nhà The Issara Ladprao - Bangkok - Thái Lan [7] 13 Hình 1.9 Dầm chuyển tòa nhà Bộ Công An [7] 14 Hình 1.10 Dầm chuyển tòa nhà Bộ Công An [7] 15 Hình 1.11 Thi công sàn chuyển tòa nhà Dolphin Plaza 16 Hình 1.12 Thi công sàn chuyển tòa nhà Dolphin Plaza [7] 17 Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 9 10 Hình 1.13 Thi công dầm chuyển khu nhà ở cao cấp Viglacera tower 17 Hình 1.14 Thi công dầm chuyển khu nhà ở cao cấp Viglacera tower 18 Hình 1.15 Thi công dầm chuyển dự án Vinhomes Time City Park Hill 18 Hình 1.16 Thi công dầm chuyển dự án Vinhomes Time City Park Hill 19 Hình 1.17 Hệ cốp pha chống đỡ thi công dầm chuyển 21 Hình 1.18 Mặt bằng bố trí và phương pháp đổ bê tông 22 Hình 2.1 Tiết diện dầm chịu uốn 30 Hình 2.2 Các vùng B và vùng D 40 Hình 2.3 Hình 2.4 Mô hình giàn ảo cho dầm chuyển chịu 1 lực tập trung Mô tả các loại nút trong mô hình giàn ảo (C là lực nút chịu nén (compression) T là lực nút chịu kéo (tension)) 42 43 Hình 2.5 Sơ đồ giàn ảo tối ưu cho dầm chuyển nhịp đơn 46 Hình 2.6 Góc nghiêng của các thanh chống 47 Hình 2.7 Sự phá hoại do uốn 51 Hình 2.8 Biểu đồ phân bố ứng suất 52 Hình 2.9 Quỹ đạo ứng suất 52 Hình 2.10 Sơ đồ tính toán khả năng chịu uốn cho dầm 53 Hình 2.11 Dạng phá hoại do cắt 56 Hình 3.1 60 Mô hình tòa nhà H901 – CT1 Hình 3.2 Biểu đồ nội lực của dầm chuyển 62 Hình 3.3 Biểu đồ nội lực của dầm chuyển 63 Hình 3.4 Mặt cắt dọc dầm chuyển ứng lực trước 65 Hình 3.5 Mặt cắt ngang dầm chuyển ứng lực trước 65 Hình 3.6 Thi công xong dầm chuyển (căng bó cáp 1 và 2) 73 Hình 3.7 Thi công xong tầng 14 (căng bó cáp 3 và 4) 73 Hình 3.8 Thi công xong tầng 24 (căng bó cáp 5 và 6) 74 Hình 3.9 Sơ đồ tính số cáp, lực căng tại thời điểm thi công xong dầm chuyển (nội lực tại nhịp dầm chuyển) 74 Hình 3.10 Sơ đồ tính số cáp, lực căng tại thời điểm thi công xong sàn tầng 14 (nội lực tại nhịp dầm chuyển) 75 Hình 3.11 Sơ đồ tính số cáp, lực căng tại thời điểm thi công xong sàn tầng 24 (nội lực tại nhịp dầm chuyển) 76 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt ACI 318 Cụm từ viết tắt Building Code Requirements for Structural Concrete 318 ƯLT Ứng lực trước TLBT Trọng lượng bản thân TCXDVN BTCT Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam Bê tông cốt thép 1 MỞ ĐẦU * Lý do chọn đề tài Trong những năm gần đây, với sự mở cửa của nền kinh tế đất nước, ngành xây dựng ở Việt Nam hiện nay đang phát triển rất mạnh và đa dạng. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, tốc độ đô thị hóa ngày phải càng cao để đáp ứng được việc tăng dân số, mọi người đều đổ dồn về các đô thị, các thành phố lớn để sinh sống, học tập và làm việc nên các công trình nhiều tầng được xây dựng nhiều tại các thành phố lớn. Qua hơn 20 năm phát triển, có thể nói nhà cao tầng đang trong giai đoạn phát triển rầm rộ ở nước ta. Hiện nay quy mô, chiều cao của nhà cao tầng cũng rất đa dạng, nó phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng, tổng mức đầu tư của các nhà đầu tư, quy định của Sở quy hoạch kiến trúc các địa phương … Các chung cư thuần tuý cao từ 15 - 30 tầng như khu đô thị mới Trung Hoà Nhân Chính, khu đô thị mới Nam Trung Yên , khu đô thị mới Bắc Linh Đàm ... Các hỗn hợp văn phòng cho thuê và chung cư thường cao từ 20-34 tầng như khu đô thị mới Trung Hoà Nhân Chính, khu đô thị mới Mỹ Đình, toà nhà Thuận Kiều (Thành Phố Hồ Chí Minh)... Các dự án tầm cỡ quốc gia như công trình Trụ sở Bộ Công an, Trụ sở Bộ Ngoại Giao… Thậm chí có các toà nhà đang xây dựng cao tới 65 tầng (toà nhà Landmark - Liễu Giai - Hà Nội ), cao tới 70 tầng (toà nhà Keangnam – đường Phạm Hùng - Hà Nội).... Tuy nhiên, mỗi hình thức kiến trúc hay mỗi hệ kết cấu nó thường chỉ phù hợp với một dạng công năng, nhu cầu sử dụng cụ thể. Một thực tế đang tồn tại đó là xu hướng nhà ở hỗn hợp, đó là trong nhà cao tầng sử dụng các tầng hầm làm garage để xe, một vài tầng tiếp theo để làm dịch vụ nhà hàng, siêu thị... cần những không gian lớn. Mặt khác tại các căn hộ cũng cần có những không gian hiệu quả hơn. Và như vậy không phải hệ kết cấu nào cũng có thể phù hợp một cách hiệu quả với vấn đề nói trên. Hệ 2 kết cầu có sử dụng dầm chuyển để đỡ cột, đỡ vách cứng tỏ ra rất ưu việt trong vấn đề này. Và hơn nữa, hệ kết cấu dầm chuyển sử dụng kết cấu bê tông ứng lực trước lại càng thể hiện được rõ hơn như: mang lại hiệu quả kinh tế cao, tăng được khả năng chịu lực, tăng phạm vi sử dụng đối với kết cấu bê tông cốt thép cho các loại công trình mà trước đây sử dụng chủ yếu là kết cấu thép… Từ những lý do trên, đề tài “Thiết kế dầm chuyển ứng lực trước có kể đến các giai đoạn thi công công trình” được chọn làm đề tài nghiên cứu cho luận văn tốt nghiệp. * Mục đích nghiên cứu Do hiện nay ở nước ta chưa có tiêu chuẩn hay các tài liệu hướng dẫn kỹ thuật chính thức nào về tính toán và thiết kế dầm chuyển ứng lực trước trong các công trình cao tầng dân dụng, việc thiết kế thường được tính toán với hệ số an toàn tổng thể lớn hoặc theo các tài liệu kỹ thuật chuyên ngành của nước ngoài. Bên cạnh đó, các luận văn nghiên cứu trước đây đa số chỉ tính toán, thiết kế cho những công trình đã hoặc sắp đưa vào sử dụng. Việc xét đến các giai đoạn thi công trong quá trình tính toán gần như chưa được đề cập. Vì vậy, đề tài này sẽ tập trung nghiên cứu và tính toán khả năng chịu lực của dầm chuyển ứng lực trước khi chịu tải trọng lớn có kể đến các giai đoạn thi công. * Đối tượng, phạm vi và vấn đề nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu trong phạm vi luận văn là dầm chuyển bê tông cốt thép ứng lực trước có kể đến các giai đoạn thi công. Về mặt lý thuyết, tác giả thiết kế và tính toán các kết cấu dầm chuyển tiêu biểu đã được thiết kế và thi công, qua đó có cái nhìn đầy đủ hơn về dầm chuyển, từ phạm vi sử dụng tới lựa chọn phương án kết cấu sao cho hiệu quả nhất. 3 Phạm vi nghiên cứu: Các công trình trong nước có sử dụng kết cấu dầm chuyển. * Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu là phương pháp lý thuyết với các hướng sau: - Mô hình kết cấu để tìm nội lực bằng phương pháp phần tử hữu hạn trên phần mềm Etabs, Sap 2000. - Kết hợp nghiên cứu định tính với nghiên cứu định lượng qua việc sử dụng các thông tin, số liệu, tài liệu thu thập, tập hợp từ các nguồn khác nhau. * Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Đề tài tổng kết quá trình nghiên cứu, thiết kế dầm chuyển bê tông cốt thép ứng lực trước theo các giai đoạn thi công. Qua đó phần nào giúp người thiết kế và thi công có cái nhìn đầy đủ hơn về dầm chuyển ứng lực trước một loại cấu kiện ngày càng xuất hiện nhiều hơn trong giải quyết các bài toán về nhà cao tầng hiện nay. THÔNG BÁO Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội. Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội. Email: [email protected] TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 79 KẾT LUẬN Luận văn đã trình bày quy trình thiết kế dầm chuyển ứng lực trước có kể đến các giai đoạn thi công công trình. Một ví dụ cụ thể được thể hiện để làm rõ quy trình thiết kế nói trên. Số lần kéo cáp phụ thuộc vào số bó cáp được thiết kế cho dầm chuyển bê tông cốt thép ứng lực trước. Việc chọn số bó cáp phải được dự tính trước số lần kéo trước khi thiết kế dầm chuyển. Không có tiêu chuẩn nào quy định, tính toán vị trí và số bó cáp căng cho mỗi giai đoạn. Vì vậy để đơn giản hóa trong cả công tác thiết kế lẫn thi công, tác giả đề xuất số bó cáp căng cho từng giai đoạn thi công. Khác với dầm chuyển bê tông cốt thép thường, thiết kế dầm chuyển ứng lực trước để tránh sự phá hoại trong quá trình thi công do độ vồng quá mức của dầm khi căng cáp, cần phải xét đến khả năng chịu lực của dầm tương ứng với số lượng cáp cần căng trong từng giai đoạn thi công. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1 Nguyễn Tiến Chương (2010), Kết cấu bê tông ứng suất trước, nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội. 2 Nguyễn Mạnh Cường (2004), Xây dựng quy trình thiết kế và thi công dầm truyền bê tông cốt thép ứng lực trước căng sau trong nhà cao tầng, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội. 3 Nguyễn Trung Hòa biên dịch và chú giải (2009), Quy phạm Anh Quốc BS 8110-1997 kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, Nhà xuất bản xây dựng. 4 Lê Thanh Huấn (2007), Kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép, Nhà xuất bản xây dựng. 5 Lê Thanh Huấn (2011), Kết cấu bê tông ứng lực trước căng sau trong nhà nhiều tầng, Nhà xuất bản xây dựng 6 Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống (2006), Kết cấu bêtông cốt thép – Phần cấu kiện cơ bản, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội. 7 Nguyễn Nhật Tâm (2011), Dầm chuyển và ứng dụng dầm chuyển trong xây dựng, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội. 8 Đặng Tỉnh, Lê Kiều, Giang Hồng Thắng (2015), Dầm sàn ứng lực trước căng sau – Thực hành thiết kế và thi công, nhà xuất bản xây dựng. 9 Nguyễn Viết Trung (2000), Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép hiện đại theo tiêu chuẩn hiện đại ACI, nhà xuất bản giao thông vận tải. 10 Nguyễn Viết Trung (2005), Tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo mô hình giàn ảo, nhà xuất bản giao thông vận tải. 11 Trần Mạnh Tuấn (2009), Tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn ACI 318-2008, tr. 80,83, nhà xuất bản xây dựng. 12 Tiêu chuẩn Việt Nam 4453:1995 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép toàn khối - Quy phạm thi công và nghiệm thu. 13 Tiêu chuẩn Việt Nam 356:2005 Kết cấu bê tông và Bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế. 14 Tiêu chuẩn Việt Nam 5574:2012 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép Tiêu chuẩn thiết kế. Tiếng Anh 15 D.M. Rogowsky and J.G. MacGregor (1986), Design of reinforced concrete deep beams, Concrete international. 16 Charles E. Reynolds and James C. Steedman (1999), Reinforced concrete designers handbook. E & FN Spon, Taylor & Francis Group, pp. 338,345 17 F.K.Kong 2002, Reinforced concrete deep beams, Taylor & Francis Books, New York.