Nghiên cứu giải pháp công nghệ thi công công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo

LVTS34 Nghiên cứu giải pháp công nghệ thi công công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo Đăng ngày 28092011 01:33:00 PM 486 Lượt xem 376 lượt tải Giá : 0 VND Nghiên cứu giải pháp công nghệ thi công công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo Hãng sản xuất : Unknown

Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội -

Hà Nội - 2011

Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội -

Lê văn nam

Phụ lục tính toán

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên nghành : Xây dựng dân dụng và công nghiệp

Hà Nội - 2011

Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội -

Lê văn nam Khóa: 2008-2011 Lớp ch08x

Nghiên cứu giải pháp công nghệ

thi công công trình dân dụng

sử dụng kết cấu treo

Luận văn thạc sĩ kỹ thuậtChuyên ngành: Xây dựng dân dụng & công nghiệp

Người hướng dẫn khoa học:

TS đỗ đình đức

Hà Nội - 2011

Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội -

Lê văn nam Khóa: 2008-2011 Lớp ch08x

Phụ lục tính toán

Luận văn thạc sĩ kỹ thuậtChuyên ngành: Xây dựng dân dụng & công nghiệp

Mã số: 60.58.20

Người hướng dẫn khoa học:

TS đỗ đình đức

Hà Nội - 2011

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh cña riªng t«i C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ nªutrong luËn v¨n lµ trung thùc.

Hµ Néi, th¸ng n¨m 20

T¸c gi¶

Lª V¨n Nam

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với TS Đỗ Đình Đức đã tậntình giúp đỡ, hướng dẫn, cung cấp tài liệu và động viên tác giả trong quá trìnhnghiên cứu và hoàn thiện luận văn.

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo, các cán bộ Khoa Sau đạihọc, Khoa Xây dựng và đặc biệt là các thầy, cô giáo giảng dạy Bộ môn Côngnghệ và Tổ chức Thi công Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội cùng các bạn

đồng nghiệp đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình trong quá trình hoàn thành luận vănnày!

Tác giả

Lê Văn Nam

Mục lục

Mở đầu 8

*Mục tiêu nghiên cứu *Đối tượng và phạm vi nghiên cứu *Phương pháp nghiên cứu Chương 1: tổng quan công trình bằng kết cấu treo 10

1.1 Kết cấu treo 10

1.1.1 Lịch sử phát triển kết cấu treo 10

1.1.2 Định nghĩa kết cấu dây và mái treo 15

1.1.3 Phân loại kết cấu treo 16

1.2 Một số công trình sử dụng hệ kết cấu treo 18

1.2.1 Nhóm các công trình thể thao 18

1.2.2 Nhóm các công trình triển lãm 19

1.2.3 Nhóm các công trình sản xuất 20

1.2.4 Một số các công trình khác 20

1.3 Công nghệ thi công công trình kết cấu treo ở Việt Nam và trên thế giới.21 1.3.1 Tại Việt Nam 21

1.3.2 Trên thế giới 33

Chương2: cơ sở khoa học của giảI pháp công nghệ thi công công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo 35

2.1 Các vấn đề đặc thù trong giải pháp kết cấu công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo 35

2.1.1 Cấu tạo hệ kết cấu treo 35

2.1.2 Công thức tính toán cáp 39

2.2 Các vấn đề đặc thù trong giải pháp thi công công trình dân dụng sử dụng

kết cấu treo 42

2.3 Sự làm việc và tính ổn định của công trình sử dụng kết cấu treo 42

2.3.1 Kết cấu mái dây một lớp 43

2.3.2 Kết cấu mái dây hai lớp 45

2.3.3 Kết cấu dàn dây 47

2.3.4 Kết cấu mái dây hình yên ngựa 47

2.3.5 Kết cấu hỗn hợp dây và thanh 48

2.3.6 Mái treo vỏ mỏng 49

Chương 3: Nghiên cứu giải pháp công nghệ thi công công trình dân dụng kết cấu treo 50

3.1 Nghiên cứu giải pháp thiết kế và thi công công trình Bảo tàng Hà Nội 50

3.1.1 Vị trí, qui mô công trình 50

3.1.2 Giải pháp về kiến trúc và kết cấu công trình 51

3.1.3 Tính toán và cấu tạo hệ giáo chống phục vụ thi công 62

3.2 Đề xuất qui trình thi công công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo 76

3.2.1 Các tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu 76

3.2.2 Qui trình thi công 77

3.2.3 An toàn trong thi công kết cấu treo 93

Kết luận và kiến nghị 96

Kết luận 96

kiến nghị 96

tài liệu tham khảo 97

phụ lục tính toán 100

Danh mục các hình vẽ

Hình 1.1 Toà nhà ngân hàng dự trữ liên bang(Marquette Plaza) 11

Hình 1 2 Cầu treo Runyang ở Trung Quốc 12

Hình 1 3 Nghiên cứu ứng dụng hệ kết cấu cầu treo cho nhà cao tầng - Dự án Dolphin Plaza 15

Hình 1 4 Một số công trình mái treo đã xây dựng 19

Hình 1 5 Công trình cầu nổi tiếng thế giới và Việt Nam 20

Hình 1 6 Sân vận động Mỹ Đình –Hà Nội 22

Hình 1 7 Kết cấu sân vận động Mỹ Đình –Hà Nội 23

Hình 1 8 Thi công hệ dầm chính sân vận động Mỹ Đình –Hà Nội 24

Hình 1 9 Thi công lắp đặt cột sân vận động Mỹ Đình –Hà Nội 24

Hình 1 10 Lắp đặt kết cấu mái sân vận động Mỹ Đình –Hà Nội 25

Hình 1 11 Lợp mái sân vận động Mỹ Đình –Hà Nội 26

Hình 1 12 Cầu Bãi Cháy – Quảng Ninh 27

Hình 1 13.Thi công móng giếng chìm Cầu Bãi Cháy 28

Hình 1 14 Thi công trụ Cầu Bãi Cháy – Quảng Ninh 29

Hình 1 15 Thi công cáp Cầu Bãi Cháy – Quảng Ninh 29

Hình 1 16 Bảo tàng Hà Nội 30

Hình 1 17 Kết cấu phần thân - Bảo tàng Hà Nội 31

Hình 1 18 Chi tiết liên dầm conson - Bảo tàng Hà Nội 32

Hình 1 19 Thi công dầm treo vào vách - Bảo tàng Hà Nội 33

Hình 1 20 Cầu treo tự neo San Francisco - Oakland Bay 33

Hình 2 1 Các giải pháp ổn định mái treo 36

Hình 2 2 Sơ đồ và mặt cắt dọc công trình Bể bơi Olimpic ở Tokyo 36

Hình 2 3 Bể bơi Wuppertal, dùng khung sàn, cột khán đài chịu lực neo 37

Hình 2 4 Mặt bằng mái nhà triển lãm New York 37

Hình 2 5 Một số chi tiết cấu tạo khối neo 38

Hình 2 6 Mặt cắt một số dạng cáp dùng trong mái treo 38

Hình 2 7 Cáp chịu tải trọng đứng và phân bố đều 40

Hình 2 8 Cáp chịu tải trọng tập trung ở giữa 41

Hình 2 9 Sơ đồ kết cấu mái dây một lớp ở Kraxnoyarxk 43

Hình 2 10 Sơ đồ kết cấu mái dây một lớp ở sân vận động ở Montebydeo 44

Hình 2 11 Hệ một lớp dây cứng 45

Hình 2 12 Sơ đồ kết cấu hệ dây hai lớp 46

Hình 2 13 Kết cấu dây hai lớp của mái sân vận dộng Yubileinui ở Nga 46

Hình 2 14 Kết cấu dàn dây của mái sân vận dộng Stockholm 47

Hình 2 15 Một số sơ đồ kết cấu mái dây hình yên ngựa 48

Hình 2 16 Mái dây hình yên ngựa ở nhà hát Kharkov 49

Hình 3 1 Kiến trúc tổng thể Bảo tàng Hà Nội 50

Hình 3 2 Đại sảnh Bảo tàng Hà Nội 51

Hình 3 3 Mặt bằng hệ dầm mái BTCT kết hợp hệ dàn thép 52

Hình 3 4 Mặt bằng kết cấu tầng mái 53

Hình 3 5 Mặt bằng kết cấu tầng 5 54

Hình 3 6 Mặt bằng kết cấu tầng 4 55

Hình 3 7 Mặt bằng kết cấu tầng 3 56

Hình 3 8 Mặt bằng kết cấu tầng 2 57

Hình 3 9 Mặt bằng kết cấu tầng 1 58

Hình 3 10 Chi tiết dầm BRF-03 60

Hình 3 11 Chi tiết neo đầu dầm 60

Hình 3 12 Chi tiết liên kết treo sàn bê tông 62

Hình 3 13 Tải trọng đầu cột 66

Hình 3 14 Mô hình không gian hệ dàn giáo thi công 68

Hình 3 15 Hệ giáo chống phục vụ công tác lắp dựng thi công dàn mái 68

Hình 3 16 Chi tiết cột rỗng 69

Hình 3 17 Liên kết dầm HE-A500 70

Hình 3 18 Liên kết cột rỗng và dầm thép tổ hợp 70

Hình 3 19 Liên kết dầm thép vào vách bê tông cốt thép 71

Hình 3 20 Liên kết xà gồ mái 71

Hình 3 21 Cẩu lắp dựng LB7300 – 250 (tấn) 72

Hình 3 22 Thi công lõi vách công trình 72

Hình 3 23 Thi công hệ giàn giáo 73

Hình 3 24 Thi công hệ dầm congson 73

Hình 3 25 Tháo dỡ giáo chống 74

Hình 3 26 Thi công kết cấu trụ đỡ vĩnh viễn 85

Hình 3 27 Hạ cấu kiện xuống tại hiện trường 86

Hình 3 28 Chi tiết giáo chống bổ xung 88

Hình 3 29 Mặt bằng tổ hợp và kéo dầm 89

Hình 3 30 Mặt cắt tổ hợp và kéo dầm 90

Hình 3 31 Biện pháp kéo lật dầm 91

Hình 3 32 Căn chỉnh và hàn định vị dầm 91

Hình 3 33 Thi công sàn treo bê tông cốt thép 92

Hình 3 34 Công tác an toàn và vệ sinh trên công trường 93

Hình 3 35 Mặt bằng sàn thao tác tầng mái 94

Hình 3 36 Chi tiết lan cam an toàn 95

Danh mục các bảng

Bảng 2.1 Bảng phân loại cáp 39

Bảng 3.1 Các tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu 77

Bảng 3.2 Các qui định trong thi công 77

Bảng 3.3 Kiểm tra mối hàn 81

Bảng 3.4 Dung sai trong quá trình hàn và tiêu chuẩn áp dụng 82

Bảng 3.5 Sai lệch cho phép khi khoan lô bu lông 82

Bảng 3.6 Chỉ tiêu kỹ thuật trong quá trình sơn 83

Bảng 3.7 Dung sai trong quá trình gia công kết cấu thép 84

Bảng 3.8 Thiết bị phục vụ thi công 84

Mở đầu

Kết cấu dây treo là một kết cấu được áp dụng rộng rãi trong nhiều côngtrình dân dụng, công nghiệp và giao thông trên thế giới vì những ưu điểm nổibật của nó: trọng lượng nhẹ, vượt nhịp lớn, thi công lắp ráp nhanh, hình dángkiến trúc da dạng và phong phú ở nước ta kết cấu dây treo đã được nhiều tácgiả nghiên cứu áp dụng và đã đạt được nhiều thành tựu to lớn trong nhiều côngtrình thuộc ngành giao thông, xây dựng công nghiệp và dân dụng Cầu dây vàcầu treo đã góp phần quan trọng trong cuộc chiến tranh chống Mỹ cứu nước,Trong thời kỳ mở cửa và hội nhập hiện nay hóa kết cấu dây treo đã và đang

đóng góp hiệu quả vào các công trình tải điện và giao thông Đặc biệt, kết cấudây treo đóng vai trò quan trọng và quyết định trong việc đảm bảo giao thôngmiền núi và đồng bằng sông Cửu long, mái che các công trình nhịp lớn nhưsân vân động, nhà triển lãm, nhà ga v.v

Nghiên cứu kết cấu treo trong xây dựng dân dụng để tìm được các giảipháp về thiết kế và thi công phù hợp đối với dạng công trình phức tạp và mớichưa được áp dụng nhiều tại Việt Nam;

Việc lựa chọn giải pháp kết cấu, và phương pháp thi công hợp lý đảm bảo

được chất lượng công trình, tiến độ thi công, bảo đảm an toàn lao động, vệsinh môi trường và đem lại dấu ấn riêng về kiến trúc và thẩm mỹ

* Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu giải pháp công nghệ thi công công trình dân dụng sử dụngkết cấu treo Tìm ra các giải pháp về thiết kế và thi công phù hợp với thựctrạng xây dựng tại Việt Nam

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo

* Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết, phân tích, so sánh và các phương pháp thi côngcông trình dân dụng sử dụng kết cấu treo;

- Khảo sát thực tế tại hiện trường;

- Vận dụng kiến thức về kết cấu, biện pháp thi công, sử dụng các phầnmềm về tính toán giàn giáo, cột chống;

* ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Luận văn nghiên cứu giải pháp thiết kế và thi công công trình dân dụng

sử dụng kết cấu treo, phương án thi công hợp lý đảm bảo chất lượng côngtrình, thẩm mỹ và an toàn lao dộng;

- Luận văn có thể sử dụng như một tài liệu tham khảo phục vụ cho côngtác giảng dạy và công tác sản xuất thực tế

Chương 1: Tổng quan công trình bằng

kết cấu treo1.1 Kết cấu treo

1.1.1 Lịch sử phát triển kết cấu treo

Năm 1968, kiến trúc sư Gunnar Birkerts đã ứng dụng kết cấu cầu treocho thiết kế tòa nhà Ngân hàng dự trữ liên bang của bang Minnesota ở Mỹ.Tòa nhà được xây dựng xong năm 1972, được giới kiến trúc đánh gia cao,

được coi là một thành tựu kiến trúc và dành được một số giải thưởng kiến trúc

uy tín năm 1974;

Kết cấu cầu treo là một trong những kết cấu được dùng phổ biến khi thiết

kế cầu nhịp lớn do những ưu điểm của nó Hệ kết cấu cầu treo điển hình gồmhai tháp cao ở hai đầu, sàn cầu bê tông cốt thép hoặc thép, hai dây cáp lớncăng ngang nối hai đỉnh tháp và các dây cáp nhỏ treo sàn bê tông cốt thép vàohai dây cáp lớn Dạng kết cấu này có ưu điểm là các cấu kiện chính chỉ chịulực đơn giản: tháp chịu nén là chính, các dây cáp lớn và nhỏ chỉ chịu kéo, sàncầu chịu mô men uốn tương đối nhỏ;

Hình 1.1 Tòa nhà ngân hàng dự trữ liên bang (Marquette Plaza) ở TP Minneapoliss, tiểu bang Minnesota (Mỹ) (Tác giả sưu tầm)

Kết cấu cầu treo có lịch sử rất sớm Những dạng cầu treo đơn giản đãxuất hiện trước công nguyên ở Trung Quốc Hình 1.2 thể hiện hình ảnh cầutreo Runyang ở Trung Q ốc vượt qua nhịp lớn nhất là 1490 m xây dựng xongnăm 2005 Như vậy có thể thấy là kết cấu cầu treo có lịch sử lâu đời và được

sử dụng để vượt qua những khẩu độ lớn;

Kết cấu cầu treo hiện đại được xây dựng từ đầu thế kỷ XIX Cầu treoClifton vượt qua nhịp lớn nhất là 214m xây dựng xong năm 1864 Thế kỷ XX

và XXI chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ công nghệ xây dựng cầu treo nhịprất lớn lên tới 2 km (Cầu treo Akashi-Kaikyo ở Nhật, có nhịp dài 1991 m xâydựng năm 1998);

Điều đáng chú ý là từ trước những năm 60 của thế kỷ XX, khi mà máytính điện tử còn chưa phát triển thì các nhà thiết kế đã có thể thiết kế nhữngcây cầu vượt khẩu độ tới 1,3km (Cầu Cổng Vàng ở Mỹ xây dựng năm 1937 cónhịp dài 1,280m);

Năm 1968, kiến trúc sư Gunnar Birkerts đã ứng dụng kết cấu cầu treocho thiết kế tòa nhà Ngân hàng dự trữ liên bang của bang Minnesota ở Mỹ(Hình 1.1) Tòa nhà được xây dựng xong năm 1973, được giới kiến trúc đánhgiá cao, được coi là một thành tựu kiến trúc và dành được một số giải thưởngkiến trúc uy tín năm 1974 Tòa nhà này sử dụng kết cấu hai dây cáp treo gắnvào hai tháp ở hai đầu vượt qua nhịp 100m Tòa nhà thông hai tầng dưới cùng

để cho người đi bộ qua Bên trên là 11 tầng kết cấu khung thép Phần ngầmbên dưới chiếm hai phần ba không gian của tòa nhà là các hầm chứa và vănphòng Lõi thang máy gắn vào phía đông của tòa nhà Năm 2000, tòa nhà

được cải tạo lại thành 15 tầng, cao 67m và được sử dụng tốt đến ngày nay;

Hình 1.2 Cầu treo Runyang ở Trung Quốc có nhịp lớn nhất là 1.490m

(Tác giả sư tầm)Năm 2008, công ty kiến trúc DP của Singapore đề xuất thiết kế kiếntrúc cho dự án căn hộ cao cấp Dolphin Plaza ở Hà Nội (Hình 1.3) Dự án gồm

bốn tòa nhà cao 121m Mỗi tòa nhà có hai vách bê tông cốt thép ở hai đầu đỡtoàn bộ kết cấu vượt qua khẩu độ 52m Tòa nhà để thông 30m kể từ mặt đấtdành cho không gian siêu thị và nghỉ ngơi Bên trên là 22 tầng kết cấu bê tôngcốt thép Thiết kế kiến trúc đặc sắc này đặt ra một thách thức lớn cho các kỹsư kết cấu Dự án được rất nhiều chuyên gia kết cấu trong nước và quốc tếquan tâm và đề xuất một số giải pháp kết cấu;

Giải pháp phổ biến nhất là giảm bớt khẩu độ nhà bằng cách thêm các cột

bê tông cốt thép vào khoảng giữa hai vách Giải pháp thứ hai là tăng kíchthước của dầm truyền nối hai tháp Giải pháp thứ ba là kết hợp cả hai giảipháp trên Các giải pháp này phá vỡ ý tưởng kiến trúc độc đáo của công trình

và làm tăng chi phí xây dựng Hệ kết cấu này giúp cho công trình có vẻ đẹpthẩm mỹ cao và tiết kiệm hàng chục tỷ đồng chi phí xây dựng

a) Giải pháp kết cấu do Công ty ACH đề xuất:

Trong dự án Dolphin Plaza, kết cấu cầu treo được áp dụng với những điềuchỉnh nhất định Dây cáp lớn được thay thế bằng hệ dầm và sàn của các tầngcòn các dây cáp nhỏ được thay thế bởi các cột

b) Thông tin chung về tòa nhà:

Tòa nhà có hai tầng hầm, phần nổi cao 121m, để thông tầng tới cao độ30m dành cho không gian siêu thị và nghỉ ngơi Bên trên dầm truyền gồm 22tầng căn hộ cao 90m, chiều cao tầng điển hình là 3,5m;

Trong bốn tòa nhà của dự án, hai tòa nhà đặt cạnh nhau được nối vớinhau bằng một lõi cứng chứa thang máy Việc tính toán kết cấu thực hiện trêntừng cặp hai tòa nhà

*Kích thước chính của các cấu kiện là:

 Vách đầu hồi dày 1,5m;

 Dầm truyển dày 1m;

 Sàn tầng điển hình dày 0,2m;

 Dầm tầng điển hình kích thước 0,6 x 0,6m

Công trình sử dụng bê tông B30-B60, thép AI-AIII Tải trọng tính toántác dụng lên công trình áp dụng tiêu chuẩn Việt Nam Riêng tải trọng động

đất tính theo tiêu chuẩn UBC 97 và áp dụng phương pháp phân tích phổ phảnứng với các thông số sau:

So với tòa nhà Ngân hàng dự trữ liên bang của bang Minneapoliss, mỗi tòanhà trong dự án Dolphin Plaza có nhịp chỉ nhỏ bằng một nửa (52m) nhưng cóchiều cao tháp tính từ mặt dầm truyền lớn gấp đôi (90m) Như vậy có thể thấy

là nếu sử dụng kết cấu cầu treo tương tự như tòa nhà Ngân hàng dự trữ liênbang của bang Minneapoliss, tức là sử dụng hai cáp treo, Dolphin Plaza sẽcứng hơn rất nhiều Nói một cách khác, về mặt chịu lực, thiết kế dự án này dễ

hơn tòa nhà Ngân hàng dự trữ liên bang của bang Minneapoliss;

Về mặt công nghệ xây dựng, giải pháp kết cấu cầu treo có tính khả thi cao

đứng trên khía cạnh thiết kế và thi công Chúng ta thấy là tòa nhà Ngân hàng

dự trữ liên bang của bang Minneapoliss được thiết kế từ năm 1968, khi máytính điện tử và các phần mềm tính toán kết cấu còn chưa phát triển Ngày nayvới sự hỗ trợ của máy tính điện tử và các phần mềm phân tích kết cấu, côngviệc thiết kế và thi công có thể được thực hiện với chất lượng và độ chính xáccao hơn nhiều;

Hình 1.3 Nghiên cứu ứng dụng hệ kết cấu cầu treo cho nhà cao tầng - Dự án

Dolphin Plaza (Tác giả sưu tầm)

Kết cấu cầu treo là một giải pháp ưu việt khi phải vượt qua nhịp lớn Kếtcấu này không chỉ sử dụng cho cầu mà còn được ứng dụng cho nhà cao tầng từrất sớm khi mà máy tính điện tử còn chưa phát triển Điều nay chứng tỏ tínhcách mạng của các nhà đầu tư và các nhà quản lý xây dựng trong việc ứngdụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật tạo nên hiệu quả to lớn về kinh tế xã hội,tạo ra các công trình kiến trúc đặc sắc

1.1.2 Định nghĩa kết cấu dây và mái treo

Kết cấu dây và mái treo là hệ kết cấu được cấu tạo từ những dây mềm,chỉ chịu kéo, bỏ qua khả năng chịu uốn của dây Các dạng kết cấu dây baogồm dây tải điện, dây văng, cầu dây các loại và mái treo Kết cấu dây còn

được dùng liên hợp với các hệ kết cấu cứng khác như: dầm, dàn hoặc tấm tạonên hệ kết cấu liên hợp như mái treo dầm cứng, cầu dây văng;

Cáp dùng trong kết cấu dây có loại, có cường độ gấp sáu lần nhưng giáthành chế tạo chỉ đắt hơn hai lần thép xây dựng thông thường [1], [23] Do tậndụng được sức chịu kéo lớn như vậy, nên kết cấu dây có trọng lượng nhẹ, chophép vượt được nhịp lớn Hình dạng kiến trúc của kết cấu dây nói chung vàmái treo bằng dây nói riêng cũng đa dạng và phong phú [34]

1.1.3 Phân loại kết cấu treo

a) Kết cấu mái dây 1 lớp

- Dùng cho các công trình nhịp lớn: gara, hănga, nhà triển lãm, nhà thi

đấu, sân vận động, các công trình thường có mặt bằng hình chữ nhật, hìnhtròn, elip [1];

- Có thể vượt nhịp L=70-100m, các dây neo chắc chắn vào gối cứng

*Hệ một lớp dây mềm:

- Dùng cho mặt bằng hình chữ nhật hoặc hình tròn;

- Với mặt bằng chữ nhật: hệ gồm dây rải đều neo chắc vào gối cứng ởhai biên song song với mặt bằng mái, hệ gối này thường là các dầm biên songsong với mặt bằng mái;

- Với mặt bằng hình tròn: kết cấu gồm các dây chịu lực đặt hướng tâmneo vào vành biên và vành ở trung tâm; vành biên làm bằng bê tông hoặc bêtông cốt thép chịu nén; vành trung tâm bằng thép, chiu kéo;

- Hệ dây là chỗ tựa cho các lớp mái, các tầm mái liên kết vào dây vàliên kết với nhau

*Hệ một lớp dây cứng:

Hệ kết cấu gồm các dây thép hình I cán sẵn, được cố định vào hai gốicứng hai đầu Các gối cứng là dàn dây cáp hoặc kết cấu cứng đảm bảo liên kếtchắc các dây cứng vào nó

b) Kết cấu mái dây 2 lớp

- Gồm hai hệ thống dây, lớp dây võng xuống là lớp dây chịu lực (dâychủ) và lớp dây vồng lên (dây căng) gọi là lớp dây ổn định, liên hệ hai lớp dâynày là các thanh chống cứng chịu nén;

- Nhờ có lớp dây căng cùng làm việc với dây chủ làm tăng độ ổn địnhhình dáng cho hệ dây, nâng cao độ cứng và có khả năng chịu tải trọng đổichiều

c) Kết cấu dàn dây

- Là hệ thống có hai hệ thống dây cải tiến, các thanh cánh dàn dây là dâychủ và dây căng, liên kết hai lớp dây này là hệ thanh bụng tam giác đó là cácdây xiên;

- Để kết cấu làm việc như dàn cần căng trước tạo cho các thanh có lựckéo dưới bất kỳ tổ hợp nội lực nào;

- Kết cấu dàn dây làm hệ có độ cứng lớn, độ ổn định hình dạng cao

d) Kết cấu mái dây hình yên ngựa

- Được tạo nên từ hai lớp dây trực giao, neo chắc chắn vào gối cứng làcác vành biên và dầm biên; Hai lớp dây gồm lớp dây võng xuống (dây chủ)chịu lực và lớp dây căng (vồng lên) Nhờ có lớp dây căng trước cho trong cácdây luôn có nội lực kéo với bất kỳ tải trọng nào làm tăng độ ổn định hình dạng

và độ cứng cho hệ;

- Độ ổn định hình dạng cũng như chuyển vị động học của hệ dây phụthuộc vào lựa chọn mặt cong

e) Kết cấu hỗn hợp dây và thanh

- Sử dụng cho công trình hăng ga, nhà triển lãm;

- Hệ kết cấu gồm các xà consơn và các dây cáp treo các xà này, các dâyliên kết chắc vào xà kèo vượt qua đỉnh cột trụ neo vào kết cấu phụ ;

- Hệ kết cấu đáp ứng nhu cầu sử dụng không gian rộng lớn và yêu cầukinh tế của công trình;

- Có thể tăng số lượng dây neo và điều chỉnh lực kéo trong chúng có thểgiảm tối đa mômen uốn trong xà hợp lý hơn.

f) Mái treo vỏ mỏng

- Hệ chịu lực của mái treo có thể là vỏ mỏng bằng các tấm kim loại Vỏ

được tạo từ các bản thép dày 6mm hàn với nhau, liên kết với vành biên BTCTtiết diện 4000x1000mm, vành này tựa lên hệ dầm biên BTCT tiết diện1400x500mm;

- Kết cấu vỏ chịu kéo và được tăng cường theo nguyên lý của hệ dây hailớp; vỏ tương ứng như lớp dây chủ, vùng giữa là các dàn hướng tâm đặt trên

vỏ, ở vùng biên được tăng cường bằng lớp dây căng hướng tâm;

- Hệ kết cấu như trên tạo cho công trình chịu lực tốt nhất khi chịu gióbốc, tăng tính ổn định, hạn chế biến dạng quá mức của vỏ mỏng khi chịu tảikhông đều đồng thời giải quyết việc thoát nước mái

1.2 Một số công trình sử dụng hệ kết cấu treo

Kết cấu mái treo đầu tiên trên thế giới xuất hiện năm 1896 tại Hội chợtriển lãm Thành phố Nhigiegorod (Nga) với các dạng tròn (D=68m), ô van(Dmax=100m) và hình chữ nhật (30x70m) do kỹ sư xây dựng người Nga V G.Shukhov thiết kế [35] Nhưng mãi sau đó, đến năm 1932 mới có công trìnhtiếp theo được xây dựng ở Mỹ là băng tải nâng hàng ở Allbaney Từ thời gian,

đó nhiều công trình lớn sử dụng kết cấu dây và mái treo ra đời Cầu treo xuấthiện sớm hơn, cầu treo đầu tiên được xây dựng vượt sông Tess ở Anh năm

1741 có nhịp 21m [6] Một số công trình cầu treo, mái treo đã trở thành biểutượng văn hóa, điểm thăm quan du lịch hoặc biểu tượng khoa học kỹ thuật của

địa phương và của cả quốc gia Có thể nêu một số công trình ví dụ như sau:

1.2.1 Nhóm các công trình thể thao

Công trình sân vận động Olimpic Seun (Hàn Quốc) có mặt bằng tròn với

đường kính 393ft (khoảng 120m); nhà thi đấu tại Dortmund (CHLB Đức) cómặt bằng chữ nhật 80x110m [17], công trình bể bơi thành phố Wuppertal(CHLB Đức) [14] kích thước mái 38x65m; bể bơi tại Bil (Thuỵ Sĩ) kích thước

mái 35x70m[9],[10]; nhà thi đấu tại Zheshuv (Ba Lan) kích thướcmái37,6x39,2m; sân băng Juhenneshof tại Stockholn (Thuỵ Điển) kích thướcmái 83x118m; bể bơi Olimpic tại Tokyo (Nhật Bản) [15] kích thước mái120x214m.

1.2.2 Nhóm các công trình triển lãm

Công trình Toà nhà triển lãm ở Thành phố New-York (Mỹ)[29], có mặtbằng hình elíp, cao 30m, vành biên ngoài bằng bê tông cốt thép, đường kínhlớn 110m, đường kính nhỏ 79m; nhà triển lãm của Mỹ tại triển lãm thế giới tạiBruxelles (Bỉ) [12] có mặt bằng tròn đường kính 104m; nhà triển lãm tạiOklahoma-city (Mỹ) kích thước mái 97,5x122m; nhà triển lãm của Pháp tạitriển lãm thế giới tại Bruxelles (Bỉ) [11] kích thước mái17x34m; nhà triển lãm

ở Bratislave

Bể bơi Olimpic tại Tokyo (Nhật) Bể bơi Wuppertal (CHLB Đức)

Toà thị chính Bremen (CHLB Đức) Nhà máy giấy Mantu (Italia)

Hình 1.4 Một số công trình mái treo đã xây dựng

1.2.3 Nhóm các công trình sản xuất

Xưởng sản xuất Lesjeforce (Thuỵ điển)[12] thước mái 14,25x92,75m;trạm máy nông nghiệp Gross-langherwish (CHLB Đức) [16] mặt bằng tròn

đường kính 31,6m; ga-ra ở Kiep (Nga) [24],[26],[32],[37] mặt bằng tròn

đường kính 161m: nhà máy giấy thành phố Mantu (Italia) [25] mặt bằng chữnhật 30x249m

Cầu Golden Gate (Mỹ) Cầu Mỹ Thuận - Sông Tiền (Việt Nam)

Hình 1.5 Công trình cầu nổi tiếng thế giới và Việt Nam

ở Việt nam các kết cấu dây treo đã được sử dụng nhiều trong ngành cầu

đường Trong thời kỳ kháng chiến chống Mỹ các nhà khoa học Việt Nam: Bùi

Khương[3], Nguyễn Văn Hường [2], Đỗ Quốc Sam [4], Lều Thọ Trình[6],[7],[8], đã có nhiều công trình nghiên cứu, tính toán, thiết kế và xây dựngcác công trình cầu cáp vượt sông góp phần hoàn thành nhiệm vụ bảo đảm giaothông của Đảng và Đất nước trong giai đoạn ấy: cầu Vĩnh Tuy (Hà giang), cầu

Đoan vĩ (Hà nam), cầu Đoan hùng (Vĩnh phú), cầu Kỳ Lừa (Lạng Sơn, cầuSơn Cẩm (Thái Nguyên), cầu Lèn (Thanh Hoá), cầu Việt Trì (Phú Thọ), cầu

Đuống (Hà nội) [5],[8] Ngày nay đất nước đang trên đường hiện đại hoá vàcông nghiệp hoá, nhiều công trình có quy mô lớn đã và đang được xây dựng:cầu Mỹ Thuận (Sông Tiền - Vĩnh Long) [27] (hình 1.5); cầu sông Hàn (ĐàNẵng); cầu Bính (Hải Phòng); sân vận động Mỹ đình (Hà nội) Nhiều dự án vềcầu dây đã và đang được nghiên cứu xây dựng: cầu Sông Hậu, cầu Thủ Thiêm,cầu Phú Mỹ, cầu Bãi Cháy Trong tương lai với những ưu điểm của kết cấudây và mái treo nhiều công trình có quy mô lớn chắc chắn sẽ được xây dựngnhiều ở nước ta

1.3 Công nghệ thi công công trình kết cấu treo ở Việt Nam và trên thế giới

1.3.1 Tại Việt Nam:

a) Công trình thể thao: Sân vận động Mỹ Đình –Hà Nội

*Qui mô công trình:

Sân vận động Mỹ Đình nằm tại đường Lê Đức Thọ, xã Mỹ Đình, huyện

Từ Liêm – Hà Nội, cách trung tâm Hà Nội 10 km về phía tây nam, sân vận

động Mỹ Đình là sân vận động quốc gia có sức chứa lớn hơn 40 nghìn chỗ(lớn thứ nhì Việt Nam sau sân vận động Cần Thơ có sức chứa 50.000 người).Chi phí xây dựng sân vận động Mỹ Đình là 52.983 triệu đô la với đơn vị trúngthầu là Tập đoàn HISG (Trung Quốc);

Sân có 4 khán đài: Khán đài phía Tây và phía Đông có 2 tầng cao 25,8m,khán đài phía Bắc và phía Nam có 1 tầng cao 8,4m Xung quanh sân vận động

có 419 phòng chứa năng Hệ thống chiếu sáng gồm 355 bóng được bố trí ở 4

cột cao 54m Mái sân vận động nặng 2300 tấn, khẩu độ 156m, đường kính1,1m (hình 1.6);

Hình 1.6 Sân vận động Mỹ Đình –Hà Nội (Tác giả sưu tầm)

* Giải pháp hệ kết cấu thép mái:

Hệ kết cấu thép mái gồm: Cột thép, giàn đèn, hệ dầm thép, các tấm lợp

- Cột đèn đỡ mái  1219*19,1mm, cao 54m, trọng lượng 54 tấn/1cột;

- Giàn thép dài 166m, nhịp 156m, mặt cắt giữa giàn là 16*12m (có dạng hìnhthoi), trọng lượng 400 tấn Như vậy trọng lượng của khán đài khoảng :2*50+400*650 =1150 tấn, 2 mái khoảng 2300 tấn thép Qui trình gia côngthực hiện tại Thượng Hải Vật liệu mà nhà máy gia công tại Thượng Hải nhậpkhoảng 1200 Tấn thép, chiếm 50% khối lượng Thực hiện theo dây truyềnhiện đại, kết hợp thủ công Cắt ống bằng tay và máy, dùng máy mài tay để giacông in, phun cát, sơn và hàn Các cấu kiện gia công không quá 12m Các mối

nối đều hàn đối đầu, có sử dụng lót Toàn bộ quá trình gia công chế tạo, kiểmtra siêu âm mối hàn đều thực hiện theo “Tiêu chuẩn Trung Quốc” (TCTQ).(Hình 1.7).

Hình 1.7 Kết cấu sân vận động Mỹ Đình –Hà Nội

(Tác giả sưu tầm)

* Giải pháp thi công:

- Các cấu kiện ống được gia công chế tạo tại Thượng Hải – Trung Quốc

và vận chuyển bằng đường thủy sang Việt Nam;

Giải pháp thi công phần mái treo được tiến hành theo các bước sau:

- Thi công hệ dầm chính (Hình 1.8);

- Lắp dựng hệ khung (cột, dầm) giàn giáo tạm bằng bê tông cốt thép lắpghép, cột bê tông cốt thép được đặt vào vị trí có cột của khán đài.(Hình 1.9);

Hình 1.8 Thi công hệ dầm chính sân vận động Mỹ Đình –Hà Nội

(Tác giả sưu tầm)

Hình 1.9 Thi công lắp đặt cột sân vận động Mỹ Đình –Hà Nội

(Tác giả sưu tầm)

- Trên hệ kết cấu bê tông cốt thép này đặt khung giàn thép và sàn côngtác, trên độ cao khoảng 24m;

- Khuếch đại tiếp cấu kiện bằng liên kết hàn ở mặt đất, dùng cẩu đưa lên

độ cao thiết kế và hàn, sơn phủ tại vị trí mối nối hàn;

Trong toàn bộ quá trình khuếch đại này thì tải trọng của kết cấumái(chưa lợp) do các kích kệ giàn giáo tạm bằng bằng thép và bê tông cốtthép và cuối cùng là cột bê tông cốt thép của khán đài chịu (Hình 1.10);

Hình 1.10 Lắp đặt kết cấu mái sân vận động Mỹ Đình –Hà Nội

(Tác giả sưu tầm)

- Sau khi khuếch đại xong ở các cao độ thiết kế thì hạ kích, tháo giỡ hệgiáo tạm Tiếp đó là quá trình căng cáp ở 2 cột đèn đỡ mái, mỗi cột đèn có 6dây cáp, phương pháp căng kéo cáp dược đánh giá là mới ở Việt Nam và hoàntoàn do phía Trung Quốc thực hiện;

- Cuối cùng là lợp mái, ở mỗi giai đoạn lắp dựng mái, từng thời điểmcăng cáp đều được đo đạc kiểm tra độ võng, độ nghiêng (Hình 1.11);

Hình 1.11 Lợp mái sân vận động Mỹ Đình –Hà Nội

(Tác giả sưu tầm)

Có thể thấy rằng, do thi công trên cao là chủ yếu nên công tác giám sátnghiệm thu là hết sức vất vả và khó khăn Để quản lý chất lượng và tiến độ thìyêu cấu đầu tiên và có tính chất quyết định phải là năng lực và trình độ củanhà thầu thi công, nhà thầu kiểm định, nhà thầu thí nghiệm Và toàn bộ côngviệc chính đều do bên phía Trung Quốc thực hiện

b) Công trình giao thông: Cầu Bãi Cháy –Tỉnh Quảng Ninh

* Qui mô công trình:

Cầu Bãi Cháy được xây dựng ở phía Bắc Vịnh Hạ Long là cầu treo dâyvăng một mặt phẳng dây có khẩu độ nhịp lớn nhất thế giới hiện nay, đượcthiết kế theo tiêu chuẩn cầu đường bộ Nhật Bản năm 1996 (JSHB1996) và mộtvài phần thiết lập tiêu chuẩn đặc biệt Đây là công trình được áp dụng nhiềutiến bộ khoa học kỹ thuật để đáp ứng các yêu cầu cao về mỹ thuật, môitrường, chiều cao thông thuyền

Hình 1.12 Cầu Bãi Cháy –Quảng Ninh (Tác giả sưu tầm)

*Giải pháp hệ kết cấu:

- Kết cấu phần trên: Sau khi phân tích, đánh giá theo phương pháp cho

điểm, phương án Cầu dây văng bê tông dự ứng lực 1 mặt phẳng dây với chiềudài nhịp chính 435m là phương án được chọn Cầu có 6 nhịp liên tục bê tông

dự ứng lực từng phần với sơ đồ kết cấu nhịp: 35.0 + 86.0 + 129.5 + 435.0 +129.5 + 86.0 (m), chiều dài toàn cầu là 903 m Bề rộng cầu B = 25.3 và 25.7

m với dốc ngang cầu in = 2% dốc dọc cầu id = 4% và cầu vuông góc với dòngchảy( Hình 1.12);

- Số lượng cáp văng và bố trí vị trí các sợi cáp cũng được tính toán Số sợicáp văng là 28 cáp Khoảng cách từ trụ chính đến vị trí neo cáp văng đầu tiên

là 35m, khoảng cách neo cáp tầng trên cùng giữa nhịp là 14m.Với bố trí này,

đã cải thiện được momen uốn của dầm chính và trụ cầu Momen uốn dương ởgiữa nhịp giữa giảm khoảng 40% đối với tĩnh tải và 27% đối với tải trọng tiêu

chuẩn, Momen uốn biên dưới trụ cầu giảm lớn: 50% đối với tĩnh tải, 40% đốivới tải trọng tiêu chuẩn;

- Tháp cầu Bãi Cháy là tháp trụ đơn, cao 90m Tháp trụ này có kết cấu rõràng, đơn giản trong thiết kế và thi công, giá thành thấp hơn tháp hình chữ Yngược, có bố trí thang máy dùng trong bảo dưỡng phần neo cáp văng tháp, cộtthu lôi, đèn báo hiệu hàng không dễ dàng

*Giải pháp thi công:

- Phương án thi công móng: Sử dụng phương pháp thi công móng giếngchìm hơi ép Được tính toán theo mô hình đàn hồi giữa công trình và môitrường đất nền Với các ưu điểm sau:

+ Giảm tối đa ảnh hưởng đến môi trường trong quá trình thi công;

+ Thi công các khối đúc trên cạn nên chất lượng bêtông cốt thép cao;+ Có thể kiểm tra trực tiếp bằng mắt thường các lớp địa chất và địa tầng

đặt móng;

+ Là loại móng có sức chịu tải lớn hơn nhiều so với các loại móng khác;+ Thời gian thi công ngắn, không huy động nhiều thiết bị máy móc vàkhông bị ảnh hưởng bởi thời tiết trong quá trình thi công; áp dụng các thiết bịhiện đại nên có độ an toàn cao (Hình 1.13);

Hình 1.13 Thi công móng giếng chìm Cầu Bãi Cháy (Tác giả sưu tầm)

- Phương án thi công trụ: Ván khuôn dùng cho việc thi công tháp là vánkhuôn trượt, gồm một hệ thống tự trượt ở ván khuôn trong và ván khuônngoài Chỉ cần đến cẩu tháp ở giai đoạn lắp dựng Có thể tiếp tục nâng vánkhuôn thậm chí là vào ngày có gió, do đó hệ thống ván khuôn này thích hợpnhất với việc thi công những tháp cao như ở dự án cầu Bãi Cháy.(Hình 1.14);

- Phương án thi công neo: Tất cả các neo sẽ được lắp ráp trước ở nhàmáy Chuyển tới công trường trong thùng gỗ có đánh dấu rõ trên từng neo sốcủa cáp và kích cỡ của neo và được cất trong xưởng để tránh hư hỏng do thờitiết hay cơ học gây ra do các hoạt động thi công khác (hình 1.15);

Hình 1.14 Thi công trụ Cầu Bãi Cháy –Quảng Ninh (Tác giả sưu tầm)

Hình 1.15 Thi công cáp Cầu Bãi Cháy –Quảng Ninh (Tác giả sưu tầm)

c) Công trình dân dụng: Bảo tàng Hà Nội

*Qui mô công trình:

Bảo tàng Hà Nội xây dựng trên đường Phạm Hùng, nằm trong khuônviên Trung tâm Hội nghị Quốc gia Bảo tàng có tổng diện tích 53.963m2,trong đó diện tích xây dựng công trình khoảng 11.925m2, diện tích sàn xâydựng 30.208m2, chiều cao 30,70m (hình 1.16);

Bảo tàng Hà Nội là công trình trọng điểm chào mừng Đại lễ 1.000 nămThăng Long-Hà Nội do UBND thành phố Hà Nội làm chủ đầu tư, Tổng công

ty Cổ phần Xuất nhập khẩu và Xây dựng Việt Nam (Vinaconex)- Nhà đầu tư

Hình 1.17 Kết cấu phần thân - Bảo tàng Hà Nội (Tác giả sưu tầm)

- Kết cấu phần mái:

+ Hệ dầm bê tông cốt thép cao 5m đua conson 8,4m theo 4 hướng;

+ Hệ dầm thép là hệ conson đua 8,4m và được liên kết vào hệ lõi trụ;+ Sàn bê tông cốt thép là hệ sàn treo với các dây treo được liên kết trựctiếp vào các mắt của hệ dầm thép (hình 1.18)

H×nh 1.18 Chi tiÕt liªn dÇm conson - B¶o tµng Hµ Néi

*Giải pháp thi công kết cấu treo: Theo các bước sau

- Thi công lõi vách công trình;

- Gia công lắp dựng hệ giáo chống phục vụ thi công;

- Thi công dầm mái (dầm bê tông cốt thép cao 5m) (hình 1.19);

- Sau khi thi công phần dầm chịu lực ở phía trên các dầm treo được treovào dầm congxon và bắt đầu thi công các sàn từ trên xuống dưới Hệ sàn củaBảo tàng Hà Nội hoàn toàn là hệ sàn treo

Hình 1.19 Thi công dầm treo vào vách - Bảo tàng Hà Nội

1.3.2 Trên thế giới:

Hình 1.20 Cầu treo tự neo San Francisco - Oakland Bay

a) Qui mô công trình:

Cầu treo tự neo dài nhất thế giới tại công trình San Francisco - OaklandBay (Hoa Kỳ) (Hình 1.20) Quần thể công trình vượt sông San Francisco -Oakland Bay Bridge là công trình rất tốn kém, trong đó có hai nhịp độc đáo làdạng treo tự neo (SAS: self - anchored suspension) xếp hạng kỷ lục thế giới

b) Giải pháp kết cấu:

Cầu gồm nhịp chính 385m và nhịp bên 180m, chỉ cần một tháp nhưngcao tới 160m (cao nhất thế giới)

c) Giải pháp thi công:

Công nghệ thi công rất phức tạp, vì chưa có công trình tương tự nào đạtquy mô đấy Thêm nữa, mọi cấu kiện đều phải chở sẵn từ xa chở tới, có bộphận thép nặng đến 635 tấn Nhưng phức tạp hơn hết là kết cấu vừa phải thanhnhã vừa phải chống lực gió ở sát biển, đặc biệt là chống động đất Địa điểmcầu nằm trên vành đai lửa quanh lòng chảo Thái Bình Dương, cụ thể là tronglòng đất có hai khe đứt gãy địa tầng San Andreas và Hayward Khi thiết kế, đãtìm các biện pháp giảm chấn để dù xảy ra trận động đất mạnh, cầu cũngkhông bị hư hại và phục hồi ngay độ ổn định đảm bảo thông xe an toàn Dovậy, cọc móng tháp phải hạ sâu 61m và ngàm cứng vào tầng đá gốc, tháp tỳlên 4 chân, các chân này đều liên kết bu lông với kết cấu bằng dầm chịu tảitrọng cắt Mọi dầm liên kết này đều có thể biến dạng để từng chân tháp dễdàng chuyển vị độc lập khi chịu tải trọng địa chấn Để chống tải trọng gió, đãdùng mặt cầu thép trực hướng vừa nhẹ vừa cứng Qua kiểm nghiệm khí độnglực, hệ dầm không thể bị thổi lên, dập xuống nên mặt cầu và hệ cáp treokhông bị tổn thương vì chấn động do gió giật

* Nhận xét: Việc nghiên cứu các dạng công trình kết cấu treo rất phức

tạp Thông qua việc nghiên cứu đó để tìm ra các giải pháp thiết kế và giải phápthi công cho công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo, đây là dạng công trìnhcòn chưa áp dụng nhiều tại Việt Nam