Thiết kế cao ốc văn phòng

Ngoài việc thông thoáng bằng hệ thống cửa ở mỗi phòng, còn sử dụng hệ thống thông gió nhân tạo bằng máy điều hòa, quạt ở các tầng theo các gain lạnh về khu xử lý trung tâm.Ngôi nhà nằm t

KHOA XÂY DỰNG VÀ ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ SƯ NGÀNH XÂY DỰNG

THIẾT KẾ CAO ỐC VĂN PHÒNG

(THUYẾT MINH/PHỤ LỤC)

SVTH : PHẠM VĂN SƠN MSSV : 20661171

GVHD : TS DƯƠNG HỒNG THẨM

TP Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2011

LỜI MỞ ĐẦU

Có thể nói xây dựng là một trong những ngành phát triển sớm nhất trong lịch sử phát

triển của nhân loại Sự phát triển của từng quốc gia có liên quan mật thiết đến ngành xây

dựng, đi đến đâu ta cũng thấy bóng dáng của những công trình xây dựng, từ những ngôi

nhà, con đường hay là những công trình mang ý nghĩa lớn lao và là niềm tự hào, biểu

tượng của quốc gia đó như là: Vạn Lý Trường Thành của người Trung Hoa, đấu trường

Coloseum của người Ý, tháp Effent của người Pháp, tòa tháp đôi Petronas của người

Malaysia,…Đặc biệt đối với nước ta sau hơn 20 năm đổi mới và đang trong thời kì Công

Nghiệp Hóa và Hiện Đại Hóa thì xây dựng càng đóng một vai trò to lớn trong việc phát

triển cơ sở hạ tầng, nhà máy xí nghiệp, điện đường trường trạm…Trong xu thế hiện nay

hoạt động xây dựng diễn ra với tốc độ khẩn trương ngày càng rộng khắp với quy mô xây

dựng ngày càng lớn đã cho thấy tầm quan trọng của ngành xây dựng

Đối với riêng em có cơ hội được ngồi trên ghế giảng đường Đại học, em đã được các

thầy cô truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu mà thầy cô tích lũy được trong

giảng dạy và làm việc của mình Sau thời gian 4 năm học tập, nghiên cứu và kết thúc khóa

học bằng một bài đồ án tốt nghiệp để đánh giá lại kết quả của khóa học trên ghế nhà

trường Nhằm giúp cho em tổng hợp lại kiến thức đã học, khả năng tiếp thu ngoài thực tế

và khi ra trường là một người kỹ sư có trách nhiệm góp 1 phần nhỏ bé của mình vào công

cuộc xây dựng và phát triển đất nước

LỜI CẢM ƠN !

Một mùa thu như bao mùa thu trước Nắng hồng lên trong mắt biếc học trò Phấn trắng, bảng đen, nét mực thầy vẫn đó Sao em tìm mà chẳng thấy ngày xưa

Thời gian qua, mùa thu nay có khác?

Bao chuyến đò qua chốn ấy sông sâu Nghĩa thầy cô một đời không trả hết Dẫu đời em qua biết mấy nhịp cầu

Trang giáo án bao năm thầy vẫn mở

Mà tập bài thầy chấm đã khác xưa Chúng em đi, biết khi nào về lại

Có bao giờ tìm được thuở ngây thơ

Mùa thu qua, bụi thời gian rơi rắc Nên tóc thầy một sáng bỗng bạc thêm Trời xanh vẫn bình yên ngoài cửa lớp Chữ nghĩa tình muôn thuở chẳng nguôi quên

Em xin gửi lời cám ơn xâu sắc nhất đến thầy cô! Những ngọn nến tuyệt vời và kì diệu đã

thắp sáng tâm hồn chúng em bằng niềm tin và tri thức Người đã an ủi ,dỗ dành chúng em

trong vòng tay tràn ngâp tình yêu thương, và chính bàn tay kì diệu ấy đã chắp cánh biết bao

ước mơ và hoài bão của chúng em Thầy cô đã âm thầm lặng lẽ nhìn những bước chân của

chúng em bước vào đời Mỗi ngày đối với em chính là một món quà vô giá nhưng chính thầy

cô là món quà kì diệu mà Tạo Hóa đã ban tặng cho chúng em Thày cô đã mở cánh cửa tri

thức của chúng em và nắm bàn tay chúng em vượt qua tất cả thử thách của cuộc đời

Vẫn là lời cám ơn thầy cô, đó là lời nói chân thành nhất Của sinh viên chúng em dành riêng tặng người luôn mãi cám ơn

Em xin chân thành cảm ơn tất cả các giảng viên trong khoa Xây Dựng và Điện trường ĐH

Mở TP HCM Trong suốt thời gian qua em đã được các thầy các cô truyền đạt rất nhiều kiến

thức bổ ích , không những vậy mà em còn được truyền đạt về những đạo đức lối sống , tác

phong trong công việc Hướng chúng em trở thành những người có ích cho xã hội

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy TS DƯƠNG HỒNG THẨM Trong

suốt quá trình làm đồ án, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và sửa bài cho em dù là những

lỗi nhỏ nhất, cũng như những thời điểm khó khăn do thời gian eo hẹp và kiến thức còn hạn

chế chính thầy là người động viên, định hướng để em có thể hoàn thành đồ án một cách tốt

nhất

Và cuối cùng em xin cảm ơn gia đình, những người luôn bên em động viên em trong thời

gian qua Và tất cả những người bạn, đã chia sẽ những kiến thức bổ ích và cùng nhau vượt

qua những khó khăn trong quá trình thực hiện đồ án

Xin chân thành cảm ơn!

Sinh Viên

Phạm Văn Sơn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

MỤC LỤC

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH 1

1.1 MỤC ĐÍCH XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH 1

1.2 VỊ TRÍ XÂY DỰNG 1

1.3 ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU 1

1.4 CÁC GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC 2

1.5 GIẢI PHÁP KẾT CẤU 3

1.6 GIẢI PHÁP KỸ THUẬT 3

Chương 2: TÍNH TOÁN KẾT CẤU CẦU THANG 5

2.1 CẤU TẠO 5

2.2 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG 6

2.3 XÁC ĐỊNH NỘI LỰC 8

2.4 TÍNH TOÁN CỐT THÉP 9

2.5 NEO CỐT THÉP 10

Chương 3: SÀN BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC 11

3.1 MẶT BẰNG CẤU TẠO 11

3.2 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BÊTÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC 11

3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GÂY ỨNG SUẤT TRƯỚC 12

3.4 VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO BÊTÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC 14

3.5 THIẾT BỊ SỬ DỤNG TẠO ỨNG SUẤT TRƯỚC 15

3.6 THIẾT KẾ MẶT BẰNG SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH 16

3.7 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN SÀN 20

3.8 TÍNH TỔN HAO ỨNG SUẤT 21

3.9 HÌNH DẠNG CÁP 22

3.10 KIỂM TRA ỨNG SUẤT TRONG SÀN 26

3.10.1 Kiểm tra lúc buông neo 26

3.10.2 Kiểm tra trong giai đoạn sử dụng 30

3.11 KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU LỰC 35

3.11.1 Kiểm tra khả năng chịu uốn 36

3.11.2 Kiểm tra khả năng chịu cắt 37

3.11.2.1 Kiểm tra tại cột góc A,7 38

3.11.2.2 Kiểm tra tại cột biên A,3 39

3.12 TÍNH TOÁN CAO ĐỘ CÁP 42

3.12.1 Nhịp biên theo phương X: 42

3.12.2 Nhịp giữa theo phương X: 43

3.13 KIỂM TRA ĐỘ VÕNG 45

Chương 4: TÍNH TOÁN CỐT THÉP KHUNG TRỤC A 46

4.1 MÔ HÌNH KHUNG KHÔNG GIAN TRONG ETABS 46

4.2 SƠ BỘ CHỌN TIẾT DIỆN KHUNG 47

4.2.1 Tiết diện dầm 47

4.2.2 Tiết diện cột 47

4.2.3 Tiết diện vách 47

4.3 VẬT LIỆU SỬ DỤNG 47

4.4 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH 48

4.4.1 Tải trọng đứng 48

4.5 MÔ PHỎNG CÔNG TRÌNH BẰNG PHAN MỀM ETABS 9.5 49

4.6 KHAI BÁO TẢI TRỌNG 52

4.6.1 Tải trọng gió 52

4.6.2 Thành phần tĩnh của tải trọng gió 53 4.6.3Thành phần tĩnh của tải trọng gió 57

4.7 TỔ HỢP NỘI LỰC 69

4.8 TÍNH TOÁN CỐT THÉP KHUNG TRỤC A 71

4.8.3 Cốt thép dầm 72

4.8.4 Cốt thép cột 78

4.9 KIỂM TRA TIẾT DIỆN CỘT 85

Chương 5: TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG 89

5.1 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN 89

5.1.2 Các giả thiết cơ bản 89

5.1.3 Các bước tính toán 90

5.4 TÍNH TOÁN CỐT THÉP CHO VÁCH CỨNG 92

Chương 6: ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH 97

6.1 CƠNG TÁC KHẢO SÁT NGỒI HIỆN TRƯỜNG 97

6.2 CẤU TẠO ĐỊA CHẤT 98

Chương 7 THIẾT KẾ CỌC KHOAN NHỒI VÀ CỌC BARRET 101

7.1 GỚI THIỆU 101

7.2 GIẢ THIẾT TÍNH TOÁN 102

7.3 TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN 103

7.4 MẶT BẰNG PHÂN LOẠI MÓNG 103

7.5 VẬT LIỆU .104

7.6 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN MÓNG 104

7.7 CHIẾU SÂU ĐẶT MÓNG 106

7.8 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CUA CỌC NHỒI 106

7.9 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CUA CỌC BARRET 110

7.10 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC ĐÀI CỌC – SỐ LƯỢNG CỌC 116

7.11 KIỂM TRA TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CỌC 119

Chương 8: THIẾT KẾ TƯỜNG VÂY 137

8.1 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TƯỜNG VÂY(DIAPHRAGM) 137

8.2 XÁC ĐỊNH SƠ ĐỒ TÍNH CỦA TƯỜNG DIAPHRAGM 138

8.3 TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC THANH CHỐNG 140

8.4 XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN TƯỜNG DIAPHRAGM 145

8.5 TÍNH TOÁN CỐT THÉP CHỊU LỰC CHO TƯỜNG 146

8.6 KIỂM TRA KHẢ NĂNG LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH CỦA TƯỜNG VÂY 147

8.7 THI CÔNG TƯỜNG VÂY 149

PHẦN PHỤ LỤC 241

PHỤ LỤC 1: NỘI LỰC DẦM 152

PHỤ LỤC 2: NỘI LỰC CHÂN CỘT 203

PHỤ LỤC 3: NỘI LỤC CỘT 204

PHỤ LỤC 4: NỘI LỰC VÁCH 205

PHỤ LỤC 5: NỘI LỰC THIẾT KẾ SÀN 209

TÀI LIỆU THAM KHẢO 224

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH

1.1 MỤC ĐÍCH XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

Thành phố Hồ Chí Minh, với vai trò là trung tâm kinh tế, khoa học, kỹ thuật lớn nhất nước với nhiều cơ quan đầu ngành, sân bay, bến cảng đang từng bước xây dựng

cơ sở hạ tầng

Mức độ đô thị hóa ngày càng tăng, hàng loạt công ty nước ngoài đầu tư vào Việt Nam, nhiều công ty được thành lập đòi hỏi nhu cầu văn phòng làm việc ngày càng nhiều Cao ốc văn phịng cho thuê ra đời cũng không nằm ngoài mục đích đó

1.2 VỊ TRÍ XÂY DỰNG

Công trình được xây dựng tại quận 7, tp Hồ Chí Minh

1.3 ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU

Khí hậu TP Hồ Chí Minh là khí hậu nhiệt đới gió mùa được chia thành 2 mùa:

1.3.1 Mùa nắng

Từ tháng 12 đến tháng 4 có :

• Nhiệt độ cao nhất : 400C

• Nhiệt độ trung bình : 320C

• Nhiệt độ thấp nhất : 180C

• Lượng mưa thấp nhất : 0,1 mm

• Lượng mưa cao nhất : 300 mm

• Độ ẩm tương đối trung bình : 85,5%

1.3.2 Mùa mưa

Từ tháng 5 đến tháng 11 có :

• Nhiệt độ cao nhất : 360C

• Nhiệt độ trung bình : 280C

• Nhiệt độ thấp nhất : 230C

• Lượng mưa thấp nhất : 31 mm (tháng 11)

• Lượng mưa cao nhất : 680 mm (tháng 9)

• Độ ẩm tương đối trung bình : 77,67%

• Độ ẩm tương đối thấp nhất : 74%

• Độ ẩm tương đối cao nhất : 84%

• Lượng bốc hơi trung bình : 28 mm/ngày

• Lượng bốc hơi thấp nhất : 6,5 mm/ngày

Địa hình bằng phẳng

1.4 CÁC GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC

1.4.1 Quy mô công trình

Cấp công trình: cấp 1

Công trình bao gồm: 02 tầng hầm, 15 lầu, một mái

Tổng diện tích xây dựng là 33 × 33= 1089 m2,

Chiều cao công trình 55.3 m chưa kể tầng hầm

1.4.2 Chức năng của các tầng

Tầng hầm cao 3.3m và 3.6m: Diện tích tầng hầm được dùng để xe, làm phòng cầu thang, phòng thiết bị kỹ thuật thang máy, máy phát điện, phòng xử lý nước cấp và nước thải

Tầng trệt cao 4.2 m: Diện tích bằng các tầng khác nhưng không xây tường ngăn cách nhiều dùng để làm khu vực sảnh tiếp tân, các phòng quản lý

Tầng điển hình (từ tầng 5 đến tầng 15) cao 3.2m: Dùng làm văn phòng

Tầng kỹ thuật : Gồm các phòng kỹ thuật ( cơ, điện, nước, thông thoáng, phòng kỹ thuật truyền hình, ) và bên trên là tầng chứa bồn nước mái

1.4.3 Giải pháp đi lại

Giao thông đứng được đảm bảo bằng năm buồng thang máy và hai cầu thang bộ Giao thông ngang: hành lang giữa là lối giao thông chính

1.4.4 Giải pháp thông thoáng

Tất cả các phòng đều có ánh sáng chiếu vào từ các ô cửa

Ngoài việc thông thoáng bằng hệ thống cửa ở mỗi phòng, còn sử dụng hệ thống thông gió nhân tạo bằng máy điều hòa, quạt ở các tầng theo các gain lạnh về khu xử lý trung tâm.

Ngôi nhà nằm trên mảnh đất thông thoáng, cao hơn các nhà khác xung quanh

1.5 GIẢI PHÁP KẾT CẤU

Toàn bộ kết cấu của công trình là khung - vách chịu lực bằng bêtông cốt thép đổ tại chổ, vách cứng bố trí quanh vị trí các thang máy để chịu tải trọng ngang do gió tác động lên công trình, tường bao che bằng gạch trát vữa dày 15 hoặc 20 mm Dùng phương án móng cọc nhồi và cọc barret

Phần này sẽ được phân tích kỹ trong phần giải pháp kết cấu (Chương 2)

1.6 GIẢI PHÁP KỸ THUẬT

1.6.1 Hệ thống điện

Nguồn điện cung cấp chủ yếu lấy từ mạng điện thành phố, có trạm biến thế riêng, nguồn điện dự trữ bằng máy phát đặt ở tầng hầm, bảo đảo cung cấp điện 24/24h

Hệ thống cáp điện được đi trong hộp gain kỹ thuật, có bảng điều khiển cung cấp cho từng căn hộ

1.6.2 Hệ thống nước

Nguồn nước sử dụng là nguồn nước máy của thành phố, được đưa vào bể ngầm và được đưa lên hồ ở tầng mái bằng máy bơm, sau đó cung cấp cho các căn hộ Đường ống cấp nước, sử dụng ống sắt tráng kẽm Đường ống thoát nước sử dụng ống nhựa PVC

Mái bằng lợp đan bê tông tạo dốc để dễ thoát nước, nước được tập trung vào các sênô bằng bêtông cốt thép, sau đó được thoát vào ống nhựa để xuống và chảy vào cống thoát nước của thành phố

1.6.3 Hệ thống điều hòa không khí

Các tầng được bố trí hệ điều hoà trung tâm, tháp giải nhiệt đặt ở sân thượng, thoát hơi cho khu vực vệ sinh bằng quạt hút và ống gain được dẫn lên mái

1.6.4 Hệ thống phòng cháy chữa cháy

Các vòi hỏa được đặt ở hành lang và đầu cầu thang,còn có hệ thống chữa cháy

cục bộ ở các khu vực quan trọng

Nước phục vụ cho công tác chữa cháy lấy từ bể nước mái

1.6.5 Hệ thống chống sét

Theo đúng các yêu cầu và tiêu chuẩn về chống sét nhà cao tầng

1.6.6 Các hệ thống kỹ thuật khác

Tòa nhà gồm 2 cầu thang bộ, 5 thang máy chínhï bảo đảm thoát người khi hỏa

hoạn

Tại mỗi tầng đều có đặt hệ thống báo cháy, các thiết bị chữa cháy Thang máy, còi báo động, hệ thống đồng hồ đo

1.6.7 Hệ thống vệ sinh

Xử lý hầm tự hoại bằng phương pháp vi sinh có bể chứa lắng, lọc trước khi ra hệ thống cống chính của thành phố

Các khu vệ sinh của các tầng liên tiếp nhau theo trục đứng để tiện thông thoát

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN KẾT CẤU CẦU THANG

2.1 CẤU TẠO

Tính toán cầu thang điển hình cho công trình Đây là cầu thang 2 vế, dạng bản không dầm đỡ, không dầm limon, tựa trực tiếp lên sàn

Hình 2.1 Mặt bằng cầu thang điển hình

Hình 2.2 Mặt cắt cầu thang điển hình

Cầu thang là loại cầu thang 2 vế dạng bản, chiều cao tầng điển hình là 3.2m

Chọn sơ bộ bề dày bản thang là

m

α

Bảng 2.1 Tĩnh tải bản thang

Trọng lượng lan can

glc =0.3 KN/m ⇒ Quy tải lan can trên đơn vị m2 bản thang

Bảng 2.2 Tĩnh tải chiếu nghỉ

Sơ đồ tính và nội lực của vế thang thứ nhất từ sàn tầng dưới đến chiếu nghỉ Tính

toán cầu thang như bản loại dầm hai đầu tựa

Hình 2.4 Sơ đồ tính cầu thang

Kết quả nội lực từ SAP 2000 như sau

Với số liệu khai báo như sau

Bêtông B20 (M250): Rn=11.5 MPa

Cốt thép AII: Rs =Rsc =280 MPa

Hình 2.5 Biểu đồ moment uốn

Hình 2.6 Giá trị phản lực tại A và B

2.4 TÍNH TOÁN CỐT THÉP

Bêtông B20: Rb = 11.5 MPa, Eb=27000MPa

Thép AII: Rs = 280MPa

CT tính: 2

0

m b

M

R bh

s s

R bh A

Gối chiếu

Nhịp vế

2.5 NEO CỐT THÉP

Theo TCXDVN 356-2005: Cốt thép tròn trơn ( φ ≤ 10 ) chịu kéo cần uốn móc ở đầu dạng chữ L,U hoặc được hàn với cốt thép đai dọc theo chiều dài neo

Cốt thép dọc chịu kéo và cốt thép chịu nén cần kéo dài thêm qua tiết diện vuông góc với trục dọc 1 đoạn là

.

mm l

mm l

an an

240 12 20

270 12 11 17

280 7 0

CHƯƠNG 3 SÀN BÊ TƠNG DỰ ỨNG LỰC

3.1 MẶT BẰNG CẤU TẠO

Hình 3.1 Mặt bằng kết cấu sàn

3.2 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BÊ TƠNG ỨNG SUẤT TRƯỚC

ra và phân bố một lượng ứng suất bên trong phù hợp nhằm cân bằng với một lượng mong muốn ứng suất do tải trọng ngồi gây ra Với các cấu kiện BT ULT, ứng suất thường được tạo ra bằng cách kéo thép cường độ cao

dẫn đến việc xuất hiện một loại vật liệu hỗn hợp là “bêtơng cốt thép” (BTCT)

Việc xuất hiện sớm các vết nứt trong BTCT do biến dạng khơng tương thích giữa thép và bêtơng là điểm khởi đầu cho việc xuất hiện một loại vật liệu mới là “bêtơng ứng

suất trước” Việc tạo ra một ứng suất nén cố định cho một vật liệu chịu nén tốt nhưng chịu kéo kém như bêtông sẽ làm tăng đáng kể khả năng chịu kéo vì ứng suất kéo xảy ra sau khi ứng suất nén đã bị vô hiệu Sự khác nhau cơ bản giữa BTCT và bêtông ULT là ở chỗ trong khi BTCT chỉ là sự kết hợp đơn thuần giữa bêtông và cốt thép để chúng cùng làm việc một cách bị động thì bêtông ULT là sự kết hợp một cách tích cực, có chủ ý giữa bêtông cường

độ cao và cốt thép cường độ cao Trong cấu kiện bêtông ULT, người ta đặt vào một lực nén trước tạo bởi việc kéo cốt thép, nhờ tính đàn hồi, cốt thép có xu hướng co lại và sẽ tạo nên lực nén trước, lực nén trước này gây nên ứng suất nén trước trong bêtông và sẽ triệt tiêu hay làm giảm ứng suất kéo do tải trọng sử dụng gây ra, do vậy làm tăng khả năng chịu kéo của bêtông và làm hạn chế sự phát triển của vết nứt Sự kết hợp rất nhiều quả đó đã tận dụng được các tính chất đặc thù của hai loại vật liệu, đó là trong khi thép có tính đàn hồi và cường độ chịu kéo cao thì bê tông là vật liệu dòn và có cường độ rất nhỏ so với cường độ chịu nén của nó Như vậy ứng lực trước chính là việc tạo ra cho kết cấu một cách có chủ ý các ứng suất tạm thời nhằm tăng cường sự làm việc của vật liệu trong các điều kiện sử dụng khác nhau Chính vì vậy bêtông ULT đã trở thành một sự kết hợp lý tưởng giữa hai loại vật liệu hiện đại có cường độ cao

- Cần thiết và có thể dùng được thép cường độ cao

Ứng suất trong thép thông thường giảm từ 100 đến 240 MPa, như vậy, để phần ứng suất bị mất đi chỉ là một phần nhỏ của ứng suất ban đầu thì ứng suất ban đầu của thép phải rất cao, vào khoảng 1200 đến 2000 MPa Để đạt được điều này thì việc sử dụng thép cường độ cao là thích hợp nhất

Cần phải sử dụng bêtông cường độ cao trong BTCT ULT vì loại vậy liệu này có khả năng chịu kéo, chịu cắt, chịu uốn cao và sức chịu tải cao, biến dạng do từ biến ít hơn, do đó ứng suất trước trong thép sẽ bị mất ít hơn Việc sử dụng bêtông cường độ cao sẽ làm giảm kích thước tiết diện ngang của cấu kiện Việc giảm trọng lượng của cấu kiện, vượt nhịp lớn hơn sẽ làm tăng hiệu quả kinh tế và kỹ thuật

- Có khả năng chống nứt cao hơn (do đó khả năng chống thấm tốt hơn) Dùng BTCT ULT, người ta có thể tạo ra các cấu kiện không xuất hiện các khe nứt trong vùng bêtông chịu kéo hoặc hạn chế sự phát triển bề rộng của khe nứt khi chịu tải trọng sử dụng

- Có độ cứng lớn hơn ( do đó có độ võng và biến dạng bé hơn)

3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GÂY ỨNG SUẤT TRƯỚC

3.3.1 Phương pháp căng trước

Phương pháp này thường sử dụng cho quy trình sản xuất các cấu kiện đúc sẵn Cốt thép ULT được neo một đầu cố định vào bệ còn đầu kia được kéo ra với lực kéo N Dưới tác dụng của lực N, cốt thép được kéo trong giới hạn đàn hồi và sẽ giãn dài ra một đoạn, tương ứng với các ứng suất xuất hiện trong cốt thép Khi đó, đầu còn lại của cốt thép được

buông cốt thép Như một lò so bị kéo căng, các cốt thép này có xu hướng co ngắn lại và thông qua lực dính giữa thép và bê tông, cấu kiện sẽ bị nén với giá trị bằng lực N đã dùng khi kéo cốt thép Ưu điểm của phương pháp căn trước là có thể phân bố lực nén đều đặn trong cấu kiện Nhược điểm của phương pháp này là phải lắp đặt bệ tỳ phức tạp

Hình 3.2 Sơ đồ phương pháp căng trước a- Trước khi buông cốt thép ULT; b- Sau khi buông cốt thép ULT

1- Cốt thép ULT; 2- Bệ căng; 3- Ván khuôn;

4- Thiết bị kéo thép; 5- Thiết bị cố định thép

3.3.2 Phương pháp căng sau

Phương pháp này thường sử dụng cho kết cấu bêtông đổ tại chỗ Trước hết đặt thép ULT và cốt thép thông thường rồi đổ bêtông Khi bêtông đạt đến cường độ nhất định thì tiến hành căng cốt thép với ứng suất quy định Sau khi căng xong, cốt thép ULT được neo chặt vào đầu cấu kiện, thông qua các neo đó, cấu kiện sẽ bị nén bằng lực đã dung khi kéo căng cốt thép Trong phương pháp căng sau, kết cấu BTCT ULT được chia làm 2 loại: kết cấu bêtông ULT dùng cáp dính kết và kết cấu bêtông ULC dùng cáp không dính kết Loại kết cấu bêtông ULT dùng cáp dính kết, khi thi công phải đặt sẵn ống gen để luồn cáp, sau khi kéo căng cốt thép, tiến hành bơm phụt vữa xi măng mác cao để chèn lấp khe hở giữa cáp thép và ồng gen Đầu cáp thép được neo chặt bằng nêm vào bêtông và trở thành các điểm tựa truyền lực nén vào bê tông

Ưu điểm của phương pháp căng sau là không cần bệ tỳ riêng, có thể dễ dàng thi công kéo căng thép tại vị trí kết cấu tại công trình như than xi lô, ống khói, dầm, sàn…

Hình 3.3 Sơ đồ phương pháp căng sau a- Trong quá trình căng; b- Sau khi căng 1- Cốt thép ULT; 2- Cấu kiện BTCT; 3- Ống rãnh;

4- Thiết bị kích; 5-Neo

3.4 VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHO BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC

3.4.1 Bêtông cường độ cao

Bêtông ứng suất trước yêu cầu sử dụng bê tông đạt cường độ chịu nén cao trong thời gian ngắn với cường độ chịu kéo tương đối cao hơn so với bê tông thông thường, độ

co ngót thấp, tính từ biến thấp nhất và giá trị mô đun đàn hồi lớn Theo tiêu chuẩn Ấn Độ IS:1343-1980, cường độ chịu nén của khối lập phương tại 28 ngày tuổi là 40 MPa đối với cấu kiện căng trước và 30 MPa đối với cấu kiện căng sau Theo tiêu chuẩn ACI318, bêtông đạt cường độ chịu nén tại 28 ngày tuổi từ 27.58 đến 68.95 MPa

3.4.2 Thép cường độ cao

Thép ứng suất trước có thể là sợi, cáp hoặc thanh thép hợp kim

Thép sợi sử dụng cho bêtông ULT nói chung tuân theo tiêu chuẩn ASTM A-421 Sợi thép được quấn thành cuộn và được cắt và lắp ở nhà máy hay tại hiện trường Trước khi thi công, sợi thép cần được vệ sinh bề mặt để tăng lực dính kết với bêtông

Cáp ứng suất trước phổ biến nhất là loại cáp 7 sợi, có cường độ chịu kéo tới hạn fpu là

1720 MPa và 1860 MPa, kết dính hoặc không kết dính

Hiện nay, ngoài loại cáp đơn 7 sợi còn có loại cáp bao gồm nhiều cáp đơn kết hợp với nhau Loại cáp này có ưu điểm là mỏng, nhẹ và dẻo

Thép thanh sử dụng cho bêtông ULT tuân theo tiêu chuẩn ASTM A-322 và A-29, với yêu cầu có ứng suất phá hoại đạt tới 90% cường độ giới hạn Mặc dù cường độ giới hạn thực tế thường đạt tới 1100 MPa, nhưng giá trị tiêu chuẩn nhỏ nhất thường lấy là 1000 MPa Hầu hết các tiêu chuẩn thường đưa ra giới hạn chảy nhỏ nhất là 896 MPa mặc dù

giá trị thực tế còn cao hơn Độ giãn dài nhỏ nhất tại lúc phá hoại ở vị trí chiều dài bằng

20 lần đường kính là 4%, với độ giảm nhỏ nhất của tiết diện tại lúc phá hoại là 25%

phương pháp cán nguội hoặc bằng phương pháp cán nóng và được tôi, làm cho cứng

Hình 3.4 Các loại cáp ứng suất trước a- Cáp 7 sợi(cáp đơn); b- Cáp dẹt; c- Cáp nhiều sợi

Ống gen bằng các loại ống kim loại, ống tròn trơn có bề dày 2-4 mm

Yêu cầu ống gen là phải chống thấm tốt để giữ cho nước xi măng không thấm vào ống trong quá trình đổ bêtông và bảo vệ cáp, ống phải bền không bị hư hỏng biến dạng trong quá trình thi công Tuy nhiên, ống lại phải mềm để đặt cong theo thiết kế và ma sát giữa ống gen với cáp không được quá lớn

H×nh 3.5 CÊu t¹o èng gen 1- Ống gen; 2- bó cáp; 3- lỗ phụt vữa

3.5 THIẾT BỊ SỬ DỤNG TẠO ỨNG SUẤT TRƯỚC

● Phương pháp căng sau

Các thiết bị cần thiết đối với phương pháp căng sau bao gồm

- Bơm và kích tạo ULT

- Neo

- Máy luồn cáp

- Thiết bị cắt cáp

- Hỗn hợp vữa và bơm vữa

dụng cáp dính kết Cáp cĩ thể được luồn vào ống dẫn trước khi đặt ống dẫn vào vị trí hoặc sau khi đặt ống dẫn vào vị trí Nếu cáp ngắn thì khơng cần sử dụng máy luồn cáp

30m), cĩ thể bố trí một đầu neo cố định và một đầu neo cơng tác Khi cáp quá dài thì bố trí neo cơng tác tạo ULT ở cả hai đầu để tránh tổn hao ứng suất do ma sát Cấu tạo neo đơn giản, cáp cần phải dài quá đầu neo một đoạn và sẽ được cắt ngắn sau khi truyền lực ứng suất Hiện nay neo cơng tác được sử dụng phổ biến nhất là hệ neo Freyssinet dùng nêm hình cơn và lị xo để tránh ứng suất cục bộ trong bê tơng vùng neo Nêm hình cơn sẽ

tự động dịch chuyển về phía bản đệm để khĩa cáp và cĩ tác dụng như một bộ phận truyền ứng suất tự động Neo được chế tạo để thuận lợi cho việc đo độ dãn dài của cáp và gia tải ULT

● Cĩ 4 dạng thiết bị căng thép

- Căng bằng thiết bị cơ khí: thiết bị này thường bao gồm các khối nặng cĩ hoặc khơng cĩ

bộ truyền lực địn bẩy, bộ truyền lực bánh răng kết hợp với khối rịng rọc cĩ hoặc khơng

cĩ bánh răng và máy cuốn sợi Thiết bị này được sử dụng chủ yếu để sản xuất các thành phần bê tơng ULT trong nhà máy với quy mơ lớn

- Căng bằng thiết bị thủy lực: đây là thiết bị đơn giản nhất để tạo ra lực ULT lớn, được sử dụng rộng rãi Các kích thủy lực thơng dụng cĩ lực căng từ 5-100 tấn Các kích thủy lực lớn cĩ các lực căng từ 200-600 tấn Khi sử dụng kích thủy lực, quan trọng nhất là phải đo chính xác lực căng trong quá trình căng

- Căng bằng nguyên lý điện học: phương pháp này tạo lực ULT bằng cách nung nĩng cáp bằng dịng điện, cáp được neo trước khi đổ bê tơng Thép được nung nĩng ở nhiệt độ

thép sẽ co ngắn lại nhưng bị neo cản trở Thời gian thép nguội khoảng 12-15 phút Phương pháp này cĩ thể tạo ra ứng suất căng ban đầu từ 500-600 MPa

- Căng bằng phương pháp hĩa học: sử dụng xi măng trương nở để tạo ULT, độ giãn nở

được điều chỉnh bằng phương pháp bảo dưỡng

3.6 THIẾT KẾ MẶT BẰNG SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH

3.6.1 Chia dải theo phương X và Y: Căn cứ vào lưới cột ta chia mặt bằng sàn thành các dải biên, dải giữa nhịp và giải trên cột như sau

Hình 3.6 Dải biên, giữa nhịp và trên cột theo phương X

Hình 3.7 Dải biên, giữa nhịp và trên cột theo phương Y

3.6.2 Vật liệu sử dụng

● Bê tông B30 có

Cường độ tính toán chịu nén: Rb = 17 MPa

Cường độ tính toán chịu kéo: Rbt = 1.2 MPa

Mô đun đàn hồi: Eb = 32.5 10 × 3 MPa

Cường độ chịu nén cho mẫu lăng trụ ở 28 ngày tuổi theo tiêu chuẩn ACI

= 28.33 MPa

● Thép ƯST dùng cho sàn là cáp không bám dính T15, tuân theo tiêu chuẩn ASTM A416, sử dụng loại cáp ứng lực Grade 270 có các thông số sau

Đường kính danh định của cáp: Dcap = 15.2 mm

Diện tích danh định của cáp: Aps = 140 mm2

Giới hạn bền của cáp : fpu = 1860 MPa

Giới hạn chảy của cáp : fpy = 1690 MPa

Tải trọng phá hoại nhỏ nhất : 260.7 KN

Mô đun biến dạng đàn hồi: Eps = 1.95 ×105 MPa

Cáp sàn được tính toán gồm 5 tao T15 được đặt trong ống kẽm

● Thép sử dụng trong sàn dùng thép AIII có cường độ tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất là: fy = 365 MPa

Đầu neo cáp (neo cáp cho sàn) loại OVM (BM 13-5), sản xuất tại Trung Quốc

● Ống chứa cáp là ống xoắn mạ kẽm, chiều dày ống không nhỏ hơn 0.3 mm ống

được nối lại với nhau bằng các ống nối và băng dính thành ống

3.6.3 Chọn sơ bộ kích thước cấu kiện

Độ dày tối thiểu của sàn bê tông UST

hS = ( 34

l

: 42

l

) = ( 34

12600 : 42

12600 ) = (370.6 : 300)

ỴChọn chiều dày bản sàn là: h =300mm và giật cấp 50mm đối với phịng vệ sinh s

● Chọn sơ bộ kích thước dầm biên

Chiều cao, chiều rộng tiết diện dầm hd, bd chọn theo nhịp

hd = 1 d

d

l

m , bd = (0.3-0.5)hd

ld : nhịp dầm đang xét

md = 12-20 : với dầm phụ

Chọn kích thước dầm biên : bd× hd = 400×900 mm

Chọn kích thước dầm chiếu nghỉ : bd× hd = 300×400 mm

● Chọn sơ bộ kích thước cột

Kích thước tiết diện cột được chọn tùy theo diện truyền tải Cơng thức xác

N: là tổng lực dọc tác dụng lên chân cột của tầng bất kì

c b

k N F

3.7 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN SÀN

3.7.1 Tĩnh tải và hoặt tải

Hình 3.8 Cấu tạo sàn Bảng 3.1 Tĩnh tải và hoạt tải đối với sàn dày 300mm

Các lớp sàn

Chiều dày (m)

3.7.2 Xác định tĩnh tải quy đổi khi tính ƯLT

Tải trọng cân bằng trong cáp nên chọn (0.8Ỉ1) trọng lượng bản thân sàn

Chọn tĩnh tải quy đổi khi tính ƯLT: Wb = 0.9 × 7.5 = 6.75 (KN/m2)

3.8 TÍNH TỔN HAO ỨNG SUẤT

Chọn ứng suất căng ban đầu theo tiêu chuẩn ACI 318-02

fpi ≤ 0.8fpu = 0.8 × 1860 = 1488 MPa

fpi ≤ 0.94fpy = 0.94 × 1690 = 1588.6 MPa Lấy fpi = 0.75fpu = 0.75 × 1860 = 1395 MPa 3.8.1 Tổn hao ứng suất do ma sát

Theo kinh nghiệm tỷ lệ hao ứng suất của dây cáp không dính kết lấy gần đúng là 2.5% trên 10m dài

Vì chiều dài theo 2 phương của công trình bằng nhau nên ta chọn 1 phương bất kì để tính

Chiều dài theo phương X là 33 (m) nên tổn hao ứng suất này là

33

Như vậy ứng suất sau khi tổn hao còn lại là: (1 – 0.0825) × 1395 = 1279.9 MPa

Ứng suất trung bình sau khi hao ma sát: fp = 1395 1279.9

×

3.8.2 Hao ứng suất do biến dạng neo

Tính toán với độ tụt neo cho phép là ∆ = 6 mm set

Vậy tổn hao ứng suất do dịch chuyển neo là

×

= 35.45 MPa Ứng suất trung bình sau khi kể đến hao ứng suất do ma sát và biến dạng neo

ftb = fp - ∆ f = 1337.45 – 35.45 = 1302 MPa 3.8.3 Hao ứng suất do các nguyên nhân khác

Hao do sự co ngót của bê tông, do từ biến, do sự chùng ứng suất của cáp, phụ thuộc vào độ ẩm của bê tông khi tiến hành căng sau Khoảng thời gian giữa thời điểm sau khi căng trước và thời gian tính lực còn lại, ta lấy một cách gần đúng của tổng tổn hao này là

18%ftb = 18% × 1302 = 234.36 MPa

Do vậy ứng suất hiệu quả là

fse = ftb – 234.36 = 1302 – 234.36 = 1067.64 MPa

3.9 HÌNH DẠNG CÁP

Căn cứ vào biểu đồ moment do tải trọng cân băng gây ra để bố trí cáp Việc xác định moment này được thực hiện bằng phần mềm SAFE 8.08

Hình 3.9 Chuyển vị(độ võng sàn mm)

Hình 3.10 Biểu đồ moment do tải trọng cân bằng Wcb dải trục X

Hình 3.11 Biểu đồ moment do tải trọng cân bằng Wcb dải trục Y

● Thông số tính toán cáp

l 0,1l

M do tải trọng cân bằng (KN/m)

Bề rộng dải (m)

Pyc (KN)

P1cap (KN)

Số tao cáp

Số tao cáp (chọn)

Số ống cáp

CSX1 và CSX6 145 98.74 2.5 680.96 149.47 4.56 10 2 MSX1 và MSX5 200 136.10 5 680.5 149.47 4.55 15 3

3.10 KIỂM TRA ỨNG SUẤT TRONG SÀN

3.10.1 Kiểm tra lúc buông neo

Lúc buông neo sàn chịu tác dụng của các lực: lực ứng lực trước, trọng lượng bản thân sàn

Lực ULT: P = n × Acap× f2

Với: f2 = ftb

n: số cáp

Acap = 140 mm2 diện tích 1 cáp

Tùy thuộc vào hình dạng cáp, lực ứng lực trước sẽ gây ra tải trọng cân bằng tác dụng lên sàn hướng xuống hoặc hướng lên

s: độ lệch tâm của cáp ở nhịp

Giá trị của tải cân bằng được lập thành bảng

Bảng 3.3 Tải trọng cân bằng do lực ứng lực trước sau khi buông neo gây ra

(daN/m2) Nhịp 1-2,

Trục 2, 3 2.29 80.006 Nhịp 1-2,

Ứng suất trong bêtông là

P M f

A W

= − ±

Tải trọng để kiểm tra lúc buông neo là

Moment cho trường hợp tải trọng lúc buông neo được xác định bằng SAFE 8.08

Kiểm tra ứng suất kéo tại mặt cột

+ Moment kháng uốn của tiết diện là

W =

2

5650 300 6

Do

' ci ' ci

0.6 f 0.5 f

f f

<

Kiểm tra ứng suất tại giữa nhịp

+ Moment kháng uốn của tiết diện là

W =

2

6300 300 6

×

= -1.76 MPa

Do

' ci ' ci

0.6 f 0.5 f

f f

<

3.10.2 Kiểm tra trong giai đoạn sử dụng

Lực ứng lực trước : P = nAcapfse

fse = 1067.64 MPa (ứng suất hiệu quả sau khi hao ma sát và biến dạng neo)

Tùy thuộc vào hình dạng cáp, lực ứng lực trước sẽ gây ra tải trọng cân bằng tác dụng lên sàn hướng xuống hoặc hướng lên, tải cân bằng có giá trị

Tại nhịp, lực hướng lên

w = 2 2

e2: độ vồng của cáp tại đầu cột s: độ lệch tâm của cáp ở nhịp Giá trị tải cân bằng được lập thành bảng

Bảng 4.4 Tải trọng cân bằng do lực ứng lực trước gây ra

w (daN/m2) Nhịp 1-2,