Tính toán dầm chuyển bê tông cốt thép ứng lực trước trong nhà cao tầng có xét đến điều kiện thi công (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI --- GIANG HỒNG THẮNG TÍNH TOÁN DẦM CHUYỂN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC TRONG NHÀ CAO TẦNG CÓ XÉT ĐẾN ĐIỀU KIỆN THI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

GIANG HỒNG THẮNG

TÍNH TOÁN DẦM CHUYỂN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC TRONG NHÀ CAO TẦNG CÓ

XÉT ĐẾN ĐIỀU KIỆN THI CÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

Hà Nội – 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

GIANG HỒNG THẮNG

KHÓA 2013-2015

TÍNH TOÁN DẦM CHUYỂN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC TRONG NHÀ CAO TẦNG CÓ

XÉT ĐẾN ĐIỀU KIỆN THI CÔNG

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 DD&CN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS LÊ THANH HUẤN

Hà Nội – 2015

LỜI CẢM ƠN

Sau ba năm học tập và nghiên cứu tại lớp cao học xây dựng CH2013X1, Khoa Sau Đại học, Trường Đại học kiến trúc Hà Nội, dưới sự giảng dậy của các thầy cô và sự giúp đỡ tận tình của Khoa Sau Đại học, sự cố vấn và hướng dẫn của các thầy giáo hướng dẫn, cộng với sự nỗ lực của bản thân, tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học với đề tài “tính toán dầm chuyển bê tông cốt thép ứng lực trước căng sau trong nhà 15 tầng theo TCVN 5574:2012 có xét đến điều kiện thi công”

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 và học tập, nghiên cứu tại trường

Tôi xin đặc biệt cảm ơn thầy giáo PGS.TS Lê Thanh Huấn đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và đưa ra nhiều ý kiến quý báu, cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho tôI trong quá trình hoàn thành luận văn

Tác giả

Giang Hồng Thắng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan công trình khoa học này là của riêng tôi, do tôi trực tiếp làm dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS TS Lê Thanh Huấn Các số liệu, kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác

Học viên

Giang Hồng Thắng

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Danh mục các thuật ngữ, ký hiệu và chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Trang

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài………1 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Phạm vi nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu

Ý nghĩa thực tiễn

Cấu trúc luận văn

NỘI DUNG

Chương I: Tổng quan………3

1.1 Tổng quan về dầm chuyển trong nhà nhiều tầng………….….…….3 1.1.1.Khái niệm………3 1.1.2 Lịch sử phát triển và một số công trình sử dụng giải pháp dầm trên thế giới……… …3 1.1.3.Hình ảnh một số công trình sử dụng dầm chuyển trên thế giới 5 1.1.4 Một số công trình sử dụng giải pháp kết cấu dầm chuyển tại

Việt Nam……….15 1.1.5 Phân loại dầm chuyển………17 Chương II: Khảo sát và yêu cầu kỹ thuật thi công dầm chuyển bê tông

ứng lực trước trong nhà nhiều tầng……….………19 2.1 Phân tích trạng thái làm việc của dầm chuyển qua ứng suất và

các vết nứt……….……….……….………….19 2.2 Phương pháp tính toán dầm chuyển chịu tải trọng đứng………… 23

2.3 Phương pháp tính toán dầm chuyển chịu tải trọng ngang…………23

2.4 Yêu cầu kỹ thuật thi công kết cấu BTCT ứng lực trước căng sau……24

2.4.1 Yêu cầu chung……… 24

2.4.2.Công tác cốt thép……… ……….25

2.4.3.Công tác bê tông……….26

2.4.4.Thi công cáp có bám dính……… 26

2.4.5.Thi công cáp không bám dính (cáp có vỏ bọc)……… 29

2.4.6.Công tác căng thép ứng lực trước……… ……….… 30

2.4.7.Công tác bịt đầu neo……… ……….…32

2.4.8.Công tác an toàn nghiệm thu……… 33

2.4.9.ảnh hưởng quá trình gây ứng lực trước dầm sàn đến hệ cột, tường………34

Chương III: Ví dụ tính toán dầm chuyển bê tông cốt thép ứng lực trước căng sau trong nhà 15 tầng theo TCVN 5574:2012 có xét đến điều kiện thi công……….……… 36

3.1 Tính toán cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật theo trạng thái giới hạn thứ nhất……… …… 36

3.1.1 Tính toán cấu kiện thẳng góc với trục dọc cấu kiện……… 36

3.1.2 Tính toán tiết diện nghiêng………41

3.2 Tính toán cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật theo trạng thái giới hạn thứ hai……… ……….47

3.2.1 Tính toán theo sự hình thành vết nứt thẳng góc với trục dọc cấu kiện………47

3.2.2 Tính toán độ cong của cấu kiện tại đoạn không nứt……….49

3.3 Ví dụ tính toán……….………52

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận……….… ……90

Kiến nghị……….91

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

1 Thuật ngữ và ký hiệu

1.1 Thuật ngữ

Kết cấu bê tông ứng lực trước: Là kết cấu bê tông mà trong đó trước khi

đưa vào sử dụng người ta tạo ra các ứng suất nén cho bê tông nhằm mục đích triệt tiêu toàn bộ hoặc một phần ứng suất do tải trọng và tác động sau này gây

ra

Dầm chuyển (Transfer beams hay Transfer girders): Dầm chuyển

BTCT là một loại dầm thường có độ cứng và tiết diện hình học tương đối lớn,

có tác dụng thay đổi trạng thái làm việc của hệ kết cấu từ hệ dầm cột chịu lực sang hệ dầm vách chịu lực hoặc hệ dầm cột nhưng với số lượng cột phía trên dầm nhiều hơn số lượng cột phía dưới dầm

Bó (bện) thép căng: Bao gồm một số thanh hoặc sợi thép cường độ cao

đặt thành bó đã được kéo căng tạo ứng lực trước

Căng sau: Là công nghệ kéo căng tạo ứng lực trước được thực hiện sau

việc đổ bê tông phần kết cấu được tạo ứng lực trước

Căng trước: Là công nghệ kéo căng tạo ứng lực trước được thực hiện

trước khi đổ bê tông phần kết cấu được tạo ứng lực trước

Cốt thép căng S p , S ’ : Là cốt thép cường độ cao đặt trong vùng kéo và

vùng nén của kết cấu

Neo: Là thiết bị dùng để neo giữ cốt thép kéo căng sau khi tạo ứng lực

trước trong kết cấu

Sợi thép: Là cốt thép có đường kính < 6mm

Thanh thép: Là cốt thép có đường kính ≥ 6mm

1.2 Ký hiệu

1.2.1.Các đặc trưng hình học

b Chiều rộng tiết diện chữ nhật; chiều rộng sườn tiết diện chữ T và chữ I

bf, bf’ Chiều rộng cánh tiết diện chữ T và chữ I tương ứng trong vùng chịu kéo và nén

h Chiều cao của tiết diện chữ nhật, chữ T và chữ I

hf, hf’ Phần chiều cao của cánh tiết diện chữ T và chữ I tương ứng trong vùng chịu kéo và nén

a, a’ Khoảng cách từ hợp lực trong cốt thép tương ứng S và S’ đến biên gần nhất của tiết diện

h0, h0’ Chiều cao làm việc của tiết diện, tương ứng bằng h-a và h-a’

x Chiều cao vùng bê tông chịu nén

x Chiều cao tương đối của vùng bê tông chịu nén

s Khoảng cách cốt thép đai theo chiều dài cấu kiện

e0 Độ lêch tâm của lực dọc N đối với trọng tâm của tiết diện quy đổi

e0p Độ lêch tâm của lực nén trước P đối với trọng tâm của tiết diện quy đổi

e0,tot Độ lêch tâm của hợp lực giữa lực dọc N và nén trước P đối với trọng tâm của tiết diện quy đổi

e, e’ Tương ứng là khoảng cách từ điểm đặt lực dọc N đến hợp lực trong cốt thép S và S’

es, esp’Tương ứng là khoảng cách từ điểm đặt lực dọc N và lực nén trước

P trọng tâm tiết diện cốt thép S và S’

l Nhịp cấu kiện

l0 Chiều dài tính toán của cấu kiện chịu tác dụng của lực nén dọc

i Bán kính quán tính của tiết diện ngang của cấu kiện đối với trọng tâm tiết diện

d Đường kính danh nghĩa của thanh cốt thép

As, A’sTương ứng là diện tích tiết diện của cốt thép không căng đặt trong vùng kéo và vung nén

Asp, A’sp Tương ứng là diện tích tiết diện của cốt thép căng Sp, Sp’

Asw Diện tích tiết diện của cốt thép đai đặt trong mặt phẳng vuông góc với trục dọc của cấu kiện và mặt cắt qua tiết diện nghiêng

As,inc Diện tích tiết diện của thanh cốt thép xiên đặt trong mặt phẳng nghiêng góc với trục dọc của cấu kiện và cắt qua tiết diện nghiêng

 Hàm lượng cốt thép xác định như tỷ số giữa diện tích tiết diện cốt thép

S và diện tích tiết diện ngang của cấu kiện bh0, không kể đến phần cánh chịu kéo

và nén

A Diện tích toàn bộ tiết diện ngang của bê tông;

Ab Diện tích tiết diện của bê tông chịu nén;

Abt Diện tích tiết diện của bê tông chịu kéo;

Ared Diện tích quy đổi của cấu kiện;

Aloel Diện tích bê tông chịu kéo cục bộ;

S’bo, Sbo Mô men tĩnh của diện tích tiết diện tương ứng của vùng bê tông chịu nén chịu kéo đối với trục trung hòa;

S’so, Sso Mô men tĩnh của diện tích tiết diện cốt thép tương ứng S và S’ đối với trục trung hòa;

I Mô men quán tính của tiết diện bê tông đối với trọng tâm tiết diện của cấu kiện;

Ired Mô men quán tính của tiết diện quy đổi đối với trọng tâm của nó;

Ibo Mô men quán tính của tiết diện vùng bê tông chịu nén đối với trục trung hòa;

Iso,Iso’Mô men quán tính của tiết diện cốt thép tương ứng S và S’ đối với trục trung hòa;

Wred Mô men kháng uốn của tiết diện quy đổi của cấu kiện đối với thớ chịu kéo ở biên, xác định như đối với vật liệu đàn hồi;

1.2.2.Ngoại lực và nội lực

F Ngoại lực tập chung;

M Mômen uốn;

Mt Mômen xoắn;

N Lực dọc;

Q Lực cắt

1.2.2.Các đặc trưng vật liệu

Rb, Rb,ser Cường độ chịu nén tính toán dọc trục của bê tông ứng với các trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ 2;

Rbn Cường độ chịu nén tiêu chuẩn dọc trục của bê tông ứng với trạng thái giới hạn thứ nhất;

Rbt, Rbt,ser Cường độ chịu kéo tính toán dọc trục của bê tông ứng với các trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ 2;

Rbtn Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn dọc trục của bê tông ứng với trạng thái giới hạn thứ nhất;

Rbp Cường độ của bê tông khi bắt đầu chịu ứng lực trước;

Rs, Rs,ser Cường độ chịu nén tính toán của cốt thép ứng với các trạng thái giới hạn thứ nhất và thứ 2;

Rsw Cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép ngang

Eb Mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông khi chịu nén và chịu kéo;

Es Mô đun đàn hồi ban đầu của cốt thép;

ssp, ssp’ Tương ứng là ứng suất trong cốt thép Sp và S’p trước khi nén bê tông khi căng cốt thép trên bệ (căng trước), giá trị ứng suất trong cốt thép căng Sp và Sp’ có kể đến các tổn hao ứng suất khi căng sau;

ssp Ứng suất nén trong bê tông trong quá trình nén trước có kể đến các tổn hao ứng suất trong cốt thép với tong giai đoạn làm việc của cấu kiện;

gsp Hệ số chính xác khi căng cốt thép

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tên đầy đủ

BTCT Bê tông cốt thép

BTƯLT Bê tông ứng lực trước

ƯLT Ứng lực trước

ƯST Ứng suất trước

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU

Số hiệu

bảng, biểu Tên bảng, biểu

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Số hiệu

- Chicago - Mỹ

- Chicago - Mỹ

Hình 1.4 Dầm chuyển kết nối với chu vi tường bê tông - Tòa nhà Trump

International Hotel and Tower - Chicago - Mỹ

International Hotel and Tower - Chicago - Mỹ

Kuala Lumpur - Kuala Lumpur - Malaysia

Thái Lan

Ladprao - Bangkok - Thái Lan

Issara Ladprao - Bangkok - Thái Lan

của 6 điểm đặt lực

Hình 2.3 Dầm chuyển chịu tải trọng tập trung

hai lực tập trung

lực tập trung

thường

neo 5 cáp có bám dính trong một ống dẹt.

Hình 2.13

Thao tác kích có sức căng tới 300 tấn trên sàn công tác không đúng quy định - Thao tác kích có sức căng 30 tấn tại vị trí

không an toàn.

đai và không có cốt xiên khi tính toán chịu lực cắt

Hình 3.9 Sơ đồ bố trí thép trong tiết diện nhịp.

PHẦN MỞ ĐẦU

* Lý do chọn đề tài:

Do hiện nay ở Việt Nam chưa có tiêu chuẩn hay hướng dẫn kỹ thuật chính thức nào về tính toán và thiết kế dầm chuyển (dầm cao) bê tông cốt thép, bê tông ứng lực trước, bê tông cốt cứng 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 Vì vậy, đề tài luận văn này sẽ tập trung làm rõ về khả năng chịu lực và sự ứng xử của dầm chuyển khi chịu tải trọng lớn (ví dụ: khi sử dụng dầm hay sàn chuyển đỡ các cột, vách và các cột vách này đỡ nhiều tầng ở phía trên dầm hay sàn chuyển) Trên cơ sở đó, kiến nghị phương pháp tính toán và thiết kế loại dầm này trong điều kiện Việt Nam (theo Tiêu chuẩn Bê tông Cốt thép hiện hành)

* Mục đích nghiên cứu của đề tài:

Các nhiệm vụ chính của đề tài là:

Làm rõ khi nào phải sử dụng dầm chuyển trong kết cấu bê tông cốt thép cao tầng dân dụng (giải pháp kết cấu dầm chuyển được sử dụng thích hợp hơn

so với kết cấu dàn, vòm hoặc kết cấu dầm có thêm gối đỡ ở giữa, trên cơ sở cân nhắc các yếu tố kiến trúc công năng sử dụng, kinh tế và kỹ thuật của công trình)

Làm rõ khả năng chịu lực (uốn, cắt) ở trạng thái giới hạn thứ nhất (độ bền hay cực hạn) và ở trạng thái giới hạn thứ hai (giới hạn sử dụng: võng, nứt) của dầm chuyển khi chịu tải trọng lớn

Làm rõ về vấn đề bố trí cốt thép chịu uốn, chịu cắt cho các lần căng Ngoài ra cần lưu ý một số vấn đề khác về cấu tạo dầm và các vấn đề khi đổ bê tông với dầm có chiều cao lớn từ 2m trở lên hoặc tại khu vực bố trí cốt thép quá dày

Kiến nghị phương pháp tính toán, thiết kế và điều kiện thi công dầm chuyển căn cứ theo Tiêu chuẩn Bê tông Cốt thép hiện hành của Việt Nam, cấp

độ bền bê tông, mác thép và cách lựa chọn hệ số độ tin cậy của vật liệu (hệ số

an toàn riêng của vật liệu) hợp lý

* Phạm vi nghiên cứu:

Trong khuôn khổ của luận văn, học viên chỉ phân tích các trạng thái làm việc của dầm chuyểntrường hợp trên dầm chuyển là cột, tính toán nội lực của dầm với các sơ đồ khác nhau Tính toán cốt thép dầm chuyển BTCT ứng lực trước căng sau có xét đến điều kiện thi công và đưa ra các kiến nghị cho loại dầm đặc biệt này

* Phương pháp nghiên cứu:

Tìm hiểu về giải pháp dầm chuyển trong nhà nhiều tầng Lịch sử việc sử dụng dầm chuyển và một số công trình sử dụng giải pháp đó trên thế giói và Việt Nam

Tìm hiểu trên cơ sở tính toán và thi công dầm chuyển

Đưa ra giải pháp thi công công tác cốt thép, công tác bê tông khối lớn

cho dầm chuyển BTCT ứng lực trước tại Việt Nam

Sử dụng những kiến thức lý thuyết và phần mềm tin học để tính toán các

ví dụ

* Ý nghĩa kkhoa học và thực tiễn của đề tài:

Đưa ra được giải pháp mang tính tối ưu, phù hợp với điều kiện thi công thực tế đối với việc thiết kế và thi công dầm chuyển

* Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận chung, nội dung luận văn được trình bày gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Khảo sát và yêu cầu kỹ thuật thi công dầm chuyển BTCT ứng lực trước trong nhà nhiều tầng

Chương 3: Tính toán dầm chuyển BTCT ứng lực trước căng sau trong nhà 15 tầng theo TCVN 5574:2012 có xét đến điều kiện thi công

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

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN

1 Kết cấu dầm chuyển với những đặc điểm cấu tạo hình học và khả năng chịu lực được sử dụng trong các kết cấu nhà cao tầng BTCT, đáp ứng được yêu cầu về mặt công năng, có thể là giải pháp tương đối tốt trong một số trường hợp đòi hỏi cần hệ kết cấu chuyển vượt nhịp lớn giữa các tầng trên và tầng dưới của tòa nhà Trong thực tế xây dựng đối với những dầm chuyển có yêu cầu hạn chế chiều cao và năng cao hiệu quả chống nứt và giảm uốn thường dùng bê tông ứng lực trước với khối lượng cốt thép căng khá lớn bởi vậy việc phân đoạn căng cáp trong qúa trình xây dựng là hết sức cần thiết Việc này phải được người thiết kế tính toán và yêu cầu thi công đúng trình tự thiết kế đề ra

2 Về việc lựa chọn trình tự căng cáp tùy thuộc vào khẩu độ dầm chuyển

và tải trọng, số tầng chất trên dầm Thông qua những nghiên cứu ban đầu với những tính toán cụ thể một công trình đang được xây dựng tại Hà Nội cụ thể rút ra được những nhận sột sau:

a) Công trình có 15 tầng Dầm chuyền tại vị trí tầng thứ 7 số tầng còn lại

là 8 tầng, được truyền qua hai hàng cột bằng lực tập trung khá lớn, không thể căng toàn bộ cáp ngay từ đầu, nên việc lựa chọn căng cáp làm 3 đợt là hợp lý không để sảy ra độ vồng quá lớn có thể gây nứt ở đợt căng đầu tiên

b) Việc xác định ảnh hưởng của lực căng cáp theo công nghệ căng sau đến dầm chuyển và hệ kết cấu có thể sự dụng phương pháp cân bằng tải trọng Phương pháp này đơn giản, dễ ứng dụng các phần mềm thông dụng, có độ chính xác cao, thuận tiện trong công tác thiết kế

c) Nội lực của dầm chuyển trong các trường hợp căng khác nhau có sự chênh lệch đáng kể Với sơ đồ dầm chuyển đỡ cột phía trên, nội lực lớn nhất

là lực cắt tại chân cột trên dầm nên cần kiểm tra bền theo tiết diện nghiêng, theo khả năng chống nứt