Thiết kế cột tầng hầm công trình có kể đến cột tạm khi thi công theo công nghệ top down

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Diện tích cốt thép yêu cầu Diện tích cốt thép thuộc vùng chịu nén Chiều rộng tiết diện bê tông Chiều rộng tiết diện thép hình Khoảng cách từ điểm đặt lực

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy hướng dẫn: TS Nguyễn

Quang Tùng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên và cho nhiều chỉ dẫn có giá

trị, giúp tác giả hoàn thành được luận văn này

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô giáo giảng dạy của Khoa sau đại học, các đồng nghiệp, đã tạo điều kiện giúp đỡ, chỉ dạy trong suốt quá trình làm luận văn của học viên để hoàn thành luận văn cao học

Do thời gian và năng lực còn hạn chế tác giả đã cố gắng hoàn thành luận văn trong phạm vi và khả năng cho phép, nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Tác giả mong nhận được sự cảm thông và chỉ báo của quý thầy cô và các bạn để công trình nghiên cứu được hoàn thiện hơn

Đà Nẵng, ngày 24 tháng 07 năm 2020

Tác giả

Nguyễn Hữu Hoàng

u , �Al ! P DUT.LRCC

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, thông

tin trong luận văn là trung thực

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Bố cục luận văn 2

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ NHIỀU TẦNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG 4

1.1 Tổng quan về nhà nhiều tầng và xu hướng phát triển nhà nhiều tầng 4

1.2 Các giải pháp thi c ng c ng trình ê t ng cốt thép c nhiều tầng hầm 6

1.2.1 Phương pháp thi công Bottom-Up 6

1.2.2 Phương pháp thi công Full Top-Down 9

1.2.3 Phương pháp thi công Semi Top-Down 11

1.3 Kết luận chương 1 13

Chương 2 CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỘT CH NG TẠM VÀ CỘT LI N H P B TÔNG C T TH P HÌNH 14

2.1 Lý thuyết t nh toán cột chống tạm ng thép hình khi thi c ng Top-Down 14

2.1.1 Chọn sơ bộ tiết diện 14

2.1.2 Kiểm tra tiết diện đã chọn 15

2.2 Lý thuyết t nh toán cột ê t ng cốt thép 15

2.2.1 Đ i cương v t nh toán cột bê tông cốt th p 15

2.2.1.1 Độ lệch tâm 16

2.2.1.2 Ảnh hưởng của uốn dọc 17

2.2.2 T nh toán thiết kế cột chịu n n lệch tâm phẳng 18

2.2.2.1 Chọn sơ bộ tiết diện 18

2.2.2.2 T nh toán cốt th p 19

2.2.3 T nh toán thiết kế cột chịu n n lệch tâm xiên 20

2.2.3.1 Chọn sơ bộ tiết diện 20

2.2.3.2 T nh toán momen tương đương lệch tâm phẳng 20

2.2.3.3 T nh toán cốt th p 21

2.3 Lý thuyết t nh toán cột liên hợp ê t ng cốt thép hình 23

2.3.1 Xác định hình thức và cấu t o tiết diện cột 23

2.3.2 T nh toán kiểm tra độ b n cột 24

2.3.2.1 T nh toán kiểm tra độ b n cột cốt th p hình lệch tâm phẳng 26

2.3.2.2 T nh toán kiểm tra độ b n cột cốt th p hình chịu n n lệch tâm xiên 31

2.4 Kết luận chương 2 32

DUT.LRCC

Chương 3 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ S DỤNG CỘT CH NG TẠM NHƯ C T

C NG TRONG CỘT LI N H P B TÔNG C T TH P 34

3.1 Đặt vấn đề 34

3.2 Giới thiệu c ng trình 34

3.3 Quy trình thi công TopDown 36

3.4 T nh toán thiết kế cột bê tông cốt thép thường 42

3.4.1 Chọn sơ bộ tiết diện 44

3.4.2 T nh toán nội lực 44

3.4.3 T nh toán cốt th p 50

3.5 T nh toán thiết kế cột ê t ng liên hợp 53

3.5.1 T nh toán thiết kế cột bê tông liên hợp thép hình theo Phương án thi công Full Top-Down 53

3.5.1.1 T nh toán thiết kế cột bê tông liên hợp th p hình cho cột giữa theo Phương án thi công Full Top-Down 53

3.5.1.2.T nh toán thiết kế cột bê tông liên hợp cho cột biên theo Phương án thi công Full Top-Down 58

3.5.2 T nh toán thiết kế cột bê tông liên hợp theo Phương án thi công Semi-TopDown 63

3.5.2.1 T nh toán thiết kế cột bê tông liên hợp cho cột giữa theo Phương án thi công Semi-TopDown 63

3.5.2.2 Tính toán thiết kế cột bê tông liên hợp cho cột biên theo Phương án thi công Semi-TopDown 68

3.6 Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của việc c và kh ng sử dụng cột chống tạm khi t nh toán cột liên hợp ê t ng cốt thép hình 73

3.7 Kết luận chương 3 75

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 PHỤ LỤC

DUT.LRCC

THIẾT KẾ CỘT TẦNG HẦM CÔNG TRÌNH CÓ KỂ ĐẾN CỘT TẠM KHI

THI CÔNG THEO CÔNG NGHỆ TOP-DOWN

Học viên: Nguyễn Hữu Hoàng Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng c ng trình dân

dụng và c ng nghiệp

Mã số: 60.58.02.08 Khóa: K36 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt – Việc tận dụng cột chống tạm làm ộ phận chịu lực ch nh trong cột đã được áp

dụng từ lâu Tuy nhiên, việc đánh giá hiệu quả của việc sử dụng cột chống tạm thép hình

để thay thế một phần cốt mềm trong cột bê tông cốt thép chưa được quan tâm đúng mức Hiện nay, việc áp dụng c ng nghệ thi c ng Top-Down vào thi c ng tầng hầm ngày càng phổ iến, nhờ vào khả năng thi c ng các c ng trình c nhiều tầng hầm Nghiên cứu này được đề xuất nh m đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của việc tận dụng cột chống tạm kingpost làm ộ phận chịu lực ch nh của cột chống tầng hầm dựa trên lý thuyết t nh toán cột ê t ng liên hợp Bài luận khái quát quy trình t nh toán thiết kế cột chống và kiểm tra

độ ền của cột chống ê t ng liên hợp trong thi c ng tầng hầm C t chống được giả thiết

và thiết kế theo một số phương án thi c ng thực tế như: full Top-Down, semi Top-Down

Từ đ , phân tích và đánh giá hiệu quả của việc c và kh ng sử dụng cột chống tạm trong

t nh toán cột ê t ng liên hợp Tác giả đã t m tắt các kết quả đã đạt được và đưa ra các hướng phát triển tiếp theo

Từ khóa – Tận dụng; C ng nghệ thi c ng Top-Down; Đánh giá hiệu quả kinh tế và kỹ

thuật; Cột ê t ng liên hợp; T nh toán thiết kế và kiểm tra

DESIGN OF THE BASEMENT COLUMN WITHIN TEMPORARY SUPPORT

POST IN THE TOP-DOWN CONSTRUCTION METHOD Abstract – Reusing the temporary steel support post for the mainload bearing element of

reinforced concrete column has been applied for a long time However, The effeciency evaluation of replacing part of reinforce bar by steel section wasn’t pay careful attention In recent years, Top-Down construction method had been widely used because of the raising underground level of building So the objective of this research is to evaluating the technical and economic effeciency of recycle the kingpost in Top-Down construction method, based on fully encased composite columns calculation method This article presents an overview of design and test the composite column in building substructure, principle of some recent Top-Down method cases: full Top-Down, semi Top-Down Based on this principle, the authors analyzed and fabricated the effect of equip the kingpost or not to the column sections The achieved results of the comparing 2 case are summarized and perspective of the work is provided

Key words - Reusing; Top-Down construction method; Technical and economic

effeciency; Fully encased composite columns; Design and test

DUT.LRCC

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Diện tích cốt thép yêu cầu

Diện tích cốt thép thuộc vùng chịu nén Chiều rộng tiết diện bê tông

Chiều rộng tiết diện thép hình Khoảng cách từ điểm đặt lực dọc đến hợp lực trong cốt thép

Độ lệch tâm của lực dọc

Độ lệch tâm của lực nén trước P

Độ lệch tâm ngẫu nhiên

Độ lệch tâm an đầu Modun đàn hồi của thép hình Modun đàn hồi của bê tông Modun đàn hồi của thép thanh

Diện tích của mặt sàn truyền tải

Cường độ t nh toán của thép kéo, nén, uốn lấy theo giới hạn chảy Chiều cao của tiết diện bê tông

Chiều cao của tiết diện thép hình Chiều cao làm việc

Bán kính quán tính theo trục x-x, y-y

Chiều dài tính toán Momen uốn

Momen uốn cho tải trọng dài hạn

Momen kể đến lực uốn dọc theo trục x

Momen kể đến lực uốn dọc theo trục x

Hệ số quy đổi momen từ lệch tâm phẳng ra lệch tâm xiên Lực dọc

Lực tới hạn quy ước

Lực dọc tới hạn mà tiết diện c thể chịu được với độ lệch tâm theo phương c độ cứng nhỏ nhất

Lực dọc tới hạn tác dụng trong mặt phẳng trục x và trụcy

DUT.LRCC

Cường độ chịu kéo tính toán của thép

Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông

Cường độ chịu kéo tính toán của thép ứng với trạng thái giới hạn thứ nhất

Cường độ chịu kéo tính toán của thép hình

Bán kính quán tính yêu cầu

Momen tĩnh của diện tích tiết diện ê t ng vùng nén cũng đối với trục đ

M đun chống uốn dẻo của tiết diện cốt cứng; với tiết diện chữ I Chiều cao vùng nén

Chiều cao vùng nén sơ ộ

khoảng cách từ trọng tâm tiết diện phần cốt cứng và tiết diện cốt mềm đến trục đang xét

Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép tiết diện gần nhất

Hệ số điều kiện làm việc của kết cấu

Hệ số ảnh hưởng của độ lệch tâm Biến dạng của cấu kiện

Hệ số uốn dọc

Hệ số uốn dọc theo phương x

Hệ số uốn dọc theo phương y

Ứng suất trong từng phần cốt cứng và từng thanh cốt mềm

Ứng suất giới hạn của cốt thép trong cùng bê tông chịu nén

DUT.LRCC

Hệ số uốn dọc theo độc mảnh giả thiết

Hệ số t nh đến ảnh hưởng dài hạn của tải trọng lên khả năng chịu uốn của cấu kiện trong trạng thái giới hạn

Hệ số uốn dọc

Hệ số giảm cường đ t nh toán khi nén lệch tâm, nén uốn

Hệ số đặc trưng cho vùng ê t ng chịu nén

DUT.LRCC

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 M hình t nh toán cột lệch tâm [6] 20 Bảng 2.2 Độ mảnh tối thiểu của cột (TCXDVN 256-2005) 23 Bảng 3.1 Chọn sơ ộ tiết diện cột [5] 44 Bảng 3.2 Tải trọng đứng tác dụng lên c ng trình [5] 45 Bảng 3.3 Tải trọng ngang tác dụng lên c ng trình [5] 46 Bảng 3.4 Bảng tổ hợp nội lực [5] 49

Bảng 3.5 Bảng so sánh hiệu quả giữa sử dụng cột chống tạm và kh ng sử dụng cột tạm trong t nh cột liên hợp theo phương pháp thi

công FullTop-Down ở phụ lục 6

74

Bảng 3.6 Bảng so sánh hiệu quả giữa sử dụng cột chống tạm và kh ng sử dụng cột tạm trong t nh cột liên hợp theo phương pháp thi

công Semi Top-Down ở phụ lục 6

75

DUT.LRCC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 C ng trình nhà cao tầng trên thế giới ( Burj Khalifa) 4 Hình 1.2 C ng trình nhà cao tầng ở Việt Nam ( Vincom Landmark 81) 5 Hình 1.3 Quy trình thi công Bottom-Up 7 Hình 1.4 Các loại tường chống hố đào phổ iến (Nguồn: Internet) 8 Hình 1.5 Thi công Bottom-Up (Nguồn: HC Golden -319 Bồ Đề, Hà Nội) 9 Hình 1.6 Phương pháp thi c ng Top-Down (Nguồn: Internet) 9 Hình 1.7 Thi công Top-Down (Nguồn: Internet) 11 Hình 1.8 Quy trình thi công Semi Top-Down (Nguồn: Internet) 12 Hình 2.1 Tiết cột chịu nén lệch tâm xiên [6] 20 Hình 2.2 Một số hình thức tiết diện cột liên hợp [7] 23 Hình 2.3 Tiết diện cột c cốt cứng ố tr tập trung ở iên [7] 26 Hình 2.4 Đồ thị khả năng chịu lực của tiết diện c cốt cứng tập trung tại

iên ( đường liền cho ê t ng M300, đường đứt cho ê t ng M500) [7]

28

Hình 2.5 Tiện diện c cốt cứng ố tr đối xứng ở phần ụng [7] 28 Hình 2.6 Đồ thị khả năng chịu lực của tiết diện chữ nhật ( đường liền cho

nh m thép C38/29, đường đứt cho nh m thép C48/33) [7] 31 Hình 3.1 Công trình Vietcombank Tower [5] 35 Hình 3.2 Mặt ng móng [5] 40 Hình 3.3 Qui trình thi c ng tường vây [5] 40 Hình 3.4 Qui trình thi c ng cọc khoan nhồi [5] 41 Hình 3.5 Qui trình thi c ng cọc Top-Down [5] 43 Hình 3.4 Tiết diện thép hình H700x300 (theo tiêu chuẩn JIG-S-3912-

Full Top-Down

55 Hình 3.11 Tiết diện thép hình H500x200 59

DUT.LRCC

Hình 3.12 Bố tr thép cột iên ê t ng liên hợp theo phương án thi c ng

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, cùng với sự phát triển kh ng ngừng vể mọi mặt của đời sống, ngành xây dựng cũng đã trở mình và từng ước cuốn theo sự hội nhập quốc tế Yêu cầu cho từng c ng trình ngày càng khắt khe, đo đ để tìm được lợi nhuận trong tình hình mới này, các nhà đầu tư kh ng thể dựa mãi vào c ng nghệ xây dựng truyền thống đã tồn tại ở nước ta nhiều thập kỉ gần đây Ch nh vì vậy những nỗ lực tìm kiếm các c ng nghệ xây dựng hiện đại đang được triển khai tại nhiều quốc gia, trong đ c Việt Nam theo 2 xu hướng sau:

- Cho phép c ng nghiệp h a quá trình xây dựng, rút ngắn thời gian thi c ng, nhờ

đ giảm được ch ph xây dựng và các chi ph dịch vụ kèm theo, đồng thời c ng trình sớm đưa vào sử dụng giúp chủ đầu tư sớm thu hồi nguồn vốn

- Giảm thiểu trọng lượng c ng trình, nhờ đ giảm tiêu hao vật liệu, nhân c ng xây lắp, vận chuyển, cải thiện điều kiện chống động đất, gi ão,…

Trong ối cảnh các c ng trình c từ 2 đến 6 tầng hầm đang ngày càng được đầu

tư xây dựng nhiều Tùy thuộc vào đặc thù và điều kiện nền đất mỗi c ng trình mà c iện pháp thi c ng tầng hầm phù hợp Phương pháp thi c ng tầng hầm rất phổ iến trên thế giới, đã và đang được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam là c ng nghệ thi c ng Top-Down Phương pháp thi c ng này cho phép rút ngắn tối đa quá trình thi c ng, sớm đưa c ng trình vào sử dụng và thu hồi vốn Ngoài ra, c ng nghệ thi c ng này còn

c một số các ưu điểm khác như:

- Sàn tầng hầm được thi c ng ngay trên mặt đất nên kh ng cần hệ giàn dáo chống đỡ

- Hệ dầm sàn tầng hầm này cũng ch nh là kết cấu gi ng cho tường vây, do đ

kh ng tốn kém chi ph cho hệ gi ng chống tường vây

Theo như phương pháp thi c ng này, hệ sàn tầng hầm sẽ được chống đỡ ởi hệ cột tạm ng thép hình đã được ch n sẵn trong các cọc khoan nhồi Nếu vị tr các cột tạm này kh ng trùng với cột ê t ng cốt thép chịu lực của c ng trình thì n sẽ được cắt ỏ sau khi hệ cột chịu lực ch nh đã đảm ảo độ cứng Ngoài ra, nếu các cột này trùng vị tr với các cột ch nh thì n sẽ được tận dụng như cốt cứng chịu lực trong cột

bê tông cốt thép

Việc sử dụng cột chống tạm làm ộ phận chịu lực ch nh trong cột đã được áp dụng từ lâu, tuy nhiên việc đánh giá hiệu quả của việc sử dụng cột chống tạm ng thép hình để thay thế một phần cốt mềm trong cột ê t ng cốt thép chưa được quan tâm đúng mức

DUT.LRCC

Đây là lý do đề tác giả thực hiện nghiên cứu: Thiết kế cột tầng hầm công trình

có kể đến cột tạm khi thi công theo công nghệ Top-Down”

2 Mục tiêu nghiên cứu

T nh toán thiết kế cột chống tạm ng thép hình, đảm ảo thi c ng c ng trình

theo phương pháp Top-Down

T nh toán cột ê t ng cốt thép c sử dụng cột chống tạm như cốt cứng chịu lực Đánh giá hiệu quả của việc c hoặc kh ng sử dụng cốt cứng như thành phần chịu lực trong cột

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Cột ê t ng cốt thép c sử dụng cốt cứng

Ph m vi nghiên cứu: C ng trình nhiều tầng c nhiều tầng hầm sử dụng phương

pháp thi công Top-Down

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết:

Nghiên cứu lý thuyết t nh toán cột chống tạm trong phương phương pháp thi công Top-Down

Nghiên cứu lý thuyết t nh toán cột ê t ng cốt thép c sử dụng cột cứng như thành phần chịu lực

p dụng ài toán số cho c ng trình cụ thể

5 Bố cục luận văn

Mở đầu

1 L do chọn đề tài

2 Mục tiêu nghiên cứu

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4 Phương pháp nghiên cứu

Chương 1: Tổng quan về nhà nhiều tầng và các phương pháp thi công

1.1 Tổng quan về nhà nhiều tầng và xu hướng phát triển nhà nhiều tầng

1.2 Các giải pháp thi c ng c ng trình ê t ng cốt thép c nhiều tầng hầm 1.2.1 Phương pháp thi c ng Bottom-Up

1.2.2 Phương pháp thi c ng Top-Down

1.2.3 Phương pháp thi c ng Semi Top-Down

DUT.LRCC

3.3 Quy trình thi c ng Top-Down

3.4 T nh toán thiết kế cột chống tạm khi thi c ng Top-Down

3.5 Tính toán kiểm tra độ ền cột liên hợp ê t ng cốt thép hình

3.6 Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của việc c và kh ng sử dụng cột chống tạm khi t nh toán cột liên hợp ê t ng cốt thép hình

3.7 Kết luận chương 3

Kết luận và kiến ngh

DUT.LRCC

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ NHIỀU TẦNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP

THI CÔNG 1.1 Tổng quan về nhà nhiều tầng và xu hướng phát triển nhà nhiều tầng

Kinh tế- xã hội ngày càng phát triển kéo theo nhu cầu về chỗ ở tăng nhanh một cách ch ng mặt, mà quỹ đất ở các thành phố lớn lại c hạn vì vậy việc nhà nhiều tầng được xây dựng ngày càng phổ iến là điều tất yếu Nhà nhiều tầng, được phát minh từ đầu thế kỷ 19 đến nay nhưng vẫn chưa trở nên lỗi thời nhờ những ưu điểm sau: tiết kiệm quỹ đất, kh ng gian h a m i trường sinh hoạt và làm việc, giúp nâng cao c ng năng sử dụng Đ là lý do mà từ lâu nhà nhiều tầng đã trở nên phổ iến ở các thành phố lớn trên thế giới như NewYork, London, Bắc Kinh, hay gần đây nhất là Du ai Với sự phát triển của lĩnh vực đầu tư xây dựng, cũng dần đẩy khái niệm nhà nhiều tầng phát triển thành các thuật ngữ mới như: nhà siêu cao tầng hay nhà chọc trời Hiện chưa c định nghĩa hoặc phân loại rõ ràng về nhà siêu cao tầng.Tuy nhiên, theo hội thảo quốc tế lần thứ IV về nhà cao tầng do Hội nhà cao tầng của Liên Hợp Quốc tổ chức ở Hồng K ng năm 1990, nhà nhiều tầng được phân ra làm 4 loại: loại 1

từ 9-16 tầng; loại 2 từ 17-25 tầng, loại 3 từ 26-40 tầng, loại 4 từ 40 tầng trở lên Vì vậy c thể tạm hiểu, nhà siêu cao tầng là tòa nhà c trên 40 tầng

Hình 1.1 C ng trình nhà cao tầng trên thế giới ( Burj Khalifa)

Là một quốc gia đang phát triển, Việt Nam cũng đang tiến hành đầu tư mạnh về nhà nhiều tầng Trong 10 năm gần đây c rất nhiều tòa nhà nhiều tầng đã được xây dựng, tiêu iểu c thể kể đến như :

+ Tòa nhà The Vincom Landmark 81 với chiều cao 461 m gồm 81 tầng với 3

DUT.LRCC

tầng hầm.

+ Tòa nhà Keangnam Hanoi Landmark 72 với chiều cao 336 m gồm 72 tầng với

2 tầng hầm

+ Tòa nhà Hanoi Lotte Center với chiều cao 267 m gồm 65 tầng với 5 tầng hầm

+ Toà nhà Bitexco Tower với chiều cao 262,5 m gồm 68 tầng với 3 tầng hầm

Hình 1.2 C ng trình nhà cao tầng ở Việt Nam ( Vincom Landmark 81) Tuy nhiên việc thiết kế và xây dựng nhà nhiều tầng ở nước ta vẫn còn nhiều ất cập Việc áp dụng các c ng nghệ xây dựng mới cần c các quy phạm, quy chuẩn

nh m quy định, hướng dẫn việc thiết kế, xây dựng, thẩm định, quản lý chất lượng tòa nhà Định hướng xu thế phát triển nhà cao tầng cần đặt vào trong tầm nhìn vĩ m , theo một quy hoạch tổng thể Phát triển ền vững, thân thiện với m i trường, cũng như cần thay đổi ố tr c ng năng để phù hợp với kh hậu, con người, văn h a ở Việt Nam

Để các giải quyết một số vấn đề trên, ở các nước phát triển đang tìm cách phát triển các phần ngầm của c ng trình ng cách sử dụng những c ng nghệ xây dựng mới Các c ng trình nhà cao tầng hầu hết đều c từ 3 đến 5 tầng hầm để giải quyết các vấn đề về bãi đỗ xe, kho chứa, các hệ thống kỹ thuật điện nước và các khu dịch vụ như: siêu thị, gym, spa, hồ ơi v.v Xu hướng này sẽ tận dụng khoảng kh ng gian ngầm ở dưới lòng đất, trả lại quỹ đất cho các c ng trình hồ nước cây xanh trên mặt

DUT.LRCC

đất, mang hiệu quả tốt hơn về cảnh quan và m i trường, đồng thời vẫn đáp ứng đầy đủ tiện nghi và c ng năng sử dụng

Ngoài ra về mặt kết cấu, việc xây dựng nhiều tầng hầm sẽ đưa trọng tâm của tòa nhà xuống thấp, tăng độ ổn định, chống lực lật ngang do gi áo, cũng như tải trọng tác dụng lên kết cấu m ng

Vì vậy c thể thấy việc tăng số lượng tầng hầm là một kết quả tất yếu đối với việc phát triển công trình nhà nhiều tầng

1.2 Các giải pháp thi công công trình bê tông cốt thép có nhiều tầng hầm

Việc thi c ng các c ng trình ngầm n i chung, hay tầng hầm cho các tòa nhà n i riêng đều rất kh khăn, và là một thách thức lớn cho ngành xây dựng Thi c ng tầng hầm lu n đi đ i với c ng tác thi c ng đất Đòi hỏi phải c th ng tin về đặc điểm địa tầng, thủy văn để đưa ra được iện pháp thi c ng chống vách hố đào, hạ mực nước ngầm hợp lý Bên cạnh đ còn phải giải quyết một số vấn đề phức tạp do thi công ngầm như: tránh gây ảnh hưởng các c ng trình lân cận, đảm ảo m i trường làm việc cho c ng nhân ( th ng gi , chiếu sáng ), giảm thiểu nhiễm m i trường

Để giải quyết các vấn đề này, các c ng nghệ mới nhất lu n được cập nhật vào các phương pháp thi c ng tầng hầm Trong đ c a phương pháp thi công phổ iến hơn cả để thi c ng tầng hầm là: Phương pháp đào mở Bottom-Up, Phương pháp đào kín Full Top-Down, và phương pháp kết hợp cả hai phương pháp trên là Semi Top-Down Trong giới hạn luận văn này, t i xin đề cập đến lĩnh vực thiết kế, thi c ng tầng hầm theo phương pháp đào k n Top-Down, cách thiết kế, ố tr hệ cột chịu lực cho phương pháp Top-Down

1.2.1 Phương pháp thi công Bottom-Up

Nhắc đến thi c ng tầng hầm thì phương pháp đầu tiên được nhắc đến là phương pháp đào mở hay Bottom-Up Là phương pháp cổ điển trong thi c ng c ng trình ngầm, chỉ áp dụng cho những tầm hầm đơn giản từ 1 đến 2 tầng, chiều cao kh ng quá 8m

- Quy trình thi công:

Nhìn chung, toàn ộ hố đào sẽ được đào đến cao độ thiết kế đặt m ng, sau đ thi

c ng như ình thường trên mặt đất Tiến hành thi c ng tuần tự từ kết cấu m ng lên đến kết cấu mái, theo chiều đi lên

Bước 1: Thi c ng hệ chống hố đào ( Cọc khoan nhồi, cọc xi măng đất, Cừ Larsen….)

Bước 2: Đào đất tầng hầm và m ng

Bước 3: Gia cố vách hố đào ng các hệ chống ngang ( hệ Shoring, dầm Bailey); nếu nền đất yếu thì ước 3 cần tiến hành song song cùng ước 2

DUT.LRCC

Bước 4: Thi c ng m ng, chống thấm đỏy m ng, thi c ng tường tầng hầm

Bước 5: Thi c ng hệ sàn dầm cột từ dưới lờn

Đào đất

b)a)

c)

Hỡnh 1.3 Quy trỡnh thi cụng Bottom-Up (Nguồn: Internet) Chỳ dẫn:

+ Giai đoạn 1 ( hỡnh a): tiến hành thi c ng tường trong đất từ dưới lờn

+ Giai đoạn 2 ( hỡnh ): tiến hành đào đất trong lũng tường ao

+ Giai đoạn 3 ( hỡnh c): tiến hành thi c ng tầng hầm theo trỡnh tự từ dưới lờn

c cỏc iện phỏp là đào taluy, gia cố nền đất hoặc dựng cỏc iện phỏp tường chắn đất, chống vỏch hố đào

DUT.LRCC

Ngày nay, việc xây dựng các c ng trình cao tầng thường n m trong khu đ thị

đ ng đúc, vì vậy việc gia cố nền đất và đào taluy là kh ng khả thi Các iện pháp tường chắn đất, chống vách hố đào cũng cần t nh toán kỹ lưỡng trước khi thi c ng, nếu kh ng sẽ gây sụt lún các c ng trình ên cạnh Ngoài ra, các hệ chống vách hố đào cũng c một số nhược điểm riêng làm kéo dài thời gian thi c ng như:

+ Hệ chắn đất ng cừ Larsen: Kh ng hiệu quả khi thi c ng hố đào sâu hoặc trong nền đất yếu Khi thi c ng hố đào sâu cần c sự hỗ trợ của hệ chống vách

+ Hệ chắn đất ng tường trong đất, ng cọc khoan nhồi, ng tường vây barret: Quy trình thiết kế, thi c ng phức tạp, việc thi c ng xảy ra trong lòng đất nên thường xảy ra khuyết tật, chi ph thực hiện và kiểm tra cao, ị ảnh hưởng ởi thời tiết + Hệ chống vách ng neo: Cũng gặp vướng mắc giống hệ tường trong đất, thi

c ng phức tạp, chi ph cao, cần mặt ng rộng để đưa máy m c lớn vào thi c ng,

ngoài ra nếu lớp đất tốt n m quá sâu thì cũng kh ng thể thi c ng được

+ Hệ chống vách ng hệ thép Shoring: tuy đơn giản trong lắp đặt thi c ng, nhưng hệ shoring lại chiếm diện t ch lớn trên mặt ng thi c ng, kết cấu phức tạp khi chiều ngang c ng trình lớn, gây kh khăn cho thi c ng

Hình 1.4 Các loại tường chống hố đào phổ iến (Nguồn: Internet)

Chú dẫn: Từ trái qua phải: 1, Cọc thép hình kết hợp ván gỗ; 2, Tường cừ Larsen; 3, Tường cọc khoan nhồi; 4, Tường cọc xi măng đất; 5, Tường trong đất Barret

Ở giữa là hệ chống vách ng thép hình Shoring

Vì các lý do trên, người ta đã phát triển phương pháp đào k n Top-Down, giúp khắc phục các nhược điểm của phương pháp đào hở Bottom-Up

DUT.LRCC

Hình 1.5 Thi công Bottom-Up (Nguồn: HC Golden -319 Bồ Đề, Hà Nội)

1.2.2 Phương pháp thi công Full Top-Down

Phương pháp này thường được sử dụng phổ iến gần đây Theo đ , người ta sẽ thi c ng ngược với cách làm truyền thống, c ng trình ngầm sẽ được thi c ng chiều từ trên xuống Tầng hầm thi c ng đào tới đâu sẽ đổ ê t ng hệ dầm sàn tới đây, điều này giúp giảm ớt áp lực lên tường đất, giảm ớt chi ph cho hệ thống chống đỡ vách hố đào Đồng thời lúc này, ở trên mặt đất cũng c thể thi c ng hữu hạn một số tầng thuộc phần thân của c ng trình, điều này giúp giảm thời gian thi c ng rất nhiều

Hình 1.6 Phương pháp thi c ng Top-Down (Nguồn: Internet)

DUT.LRCC

Quy trình thi công:

Bước 1: Thi c ng hệ chịu lực cho m ng ng cọc khoan nhồi c cắm sẵn cột chống tạm thép hình ( Kingpost) Cọc khoan nhồi chỉ thi c ng đến cao độ đáy m ng, còn cột chống tạm thi đến cao độ mặt đất

Bước 2: Thi c ng hệ chống vách hố đào ng hệ tường vây Barret

Bước 3: Đổ ê t ng hệ dầm sàn trệt ngay trên cao độ mặt đất, được chống đỡ

b ng mặt đất, chừa các lỗ thang máy, giếng trời Hệ dầm sàn sẽ được kết nối với hệ cột chống tạm và tường vây nhờ những thanh thép chờ sẵn và sau đ sẽ được đổ ù vữa xi măng kh ng co ng t

Bước 4: Sau khi ê t ng đạt cường độ cho phép, tiến hành đào đất ph a dưới

th ng qua lỗ đã chừa sẵn Chống thấm các mối nối ở tầng trền Đến cao độ tầng tiếp theo tiếp tục thi c ng hệ dầm sàn giống ước 3

Đồng thời với việc thi c ng phần ngầm, ta tiến hành thi c ng một số tầng nổi trên mặt đất theo như t nh toán của cột chống tạm Các cột chống tạm sẽ tạm chịu tải trọng cho toàn ộ các tầng hầm cộng với một số tầng nổi cho đến khi hệ cột ch nh đủ khả năng chịu lực Vì vậy cách gia c ng và ố tr kingpost cần phải t nh toán kĩ lưỡng Bước 5: Thi c ng tương tự cho các tầng dưới, riêng đến tầng cuối sẽ thi c ng hệ

m ng và đài m ng liên kết với đầu cọc khoan nhồi Thi c ng hệ cột chống ch nh và cắt ỏ hệ cột chống tạm ( nếu cần thiết)

Ưu điểm

+ Tiến độ thi c ng nhanh do tiến hành đồng thời phần thân và phần ngầm

+ Kh ng ị ảnh hưởng ởi thời tiết do c tầng trệt che chắn

+ Chống tường đất được giải quyết triệt để vì tường vây barret c độ ền và ổn định cao, kh ng phải chi ph cho các hệ thống chống phụ

+ Kh ng tốn nhiều hệ thống giáo đỡ cho kết cấu dầm sàn tầng hầm vì sàn thi công gần trên mặt đất

của c ng nhân và đòi hỏi nhất thiết phải c hệ thống th ng gió và chiếu sáng nhân tạo

Hình 1.7 Thi công Top-Down (Nguồn: Internet)

1.2.3 Phương pháp thi công Semi Top-Down

Phương pháp này là một iến thể của phương pháp thi c ng TopDown Trong thực tế thi c ng, do một số nguyên nhân về tiến độ và chi ph , mà kh ng thể thi c ng đồng thời tầng hầm với tầng nổi song song với nhau được Tuy nhiên, vẫn sử dụng hệ tường cọc arret và cọc khoan nhồi để chống đỡ ởi vì khả năng ổn định, chống áp lực ngang cao th ch hợp cho c ng trình n m trong đ thị và c nhiều tầng hầm Vì không thi c ng các tầng trên mặt đất, nên người ta thường sẽ đào mở tầng hầm thứ nhất để gia tăng tiến độ, sau đ từ tầng hầm 2 trở đi thì thi c ng như phương pháp Top-Down truyền thống

Quy trình thi công:

Bước 1: Thi c ng hệ chịu lực cho m ng ng cọc khoan nhồi c cắm sẵn cột chống tạm thép hình ( Kingpost) Cọc khoan nhồi chỉ thi c ng đến cao độ đáy m ng, còn cột chống tạm thi đến cao độ mặt đất

Bước 2: Thi c ng hệ chống vách hố đào ng hệ tường vây Barret

Bước 3: Đào mở tầng hầm thứ nhất, lắp đặt hệ thanh chống đỉnh tường vây Bước 4: Đổ ê t ng sàn thứ nhất Sau khi ê t ng đạt cường độ cho phép, tiến hành đào đất ph a dưới th ng qua lỗ đã chừa sẵn Chống thấm các mối nối ở tầng trền Đến cao độ tầng tiếp theo tiếp tục thi c ng hệ dầm sàn giống tương tự

Trong trường hợp này, các cột chống tạm sẽ chỉ chịu tải trọng cho các tầng hầm nên k ch thước sẽ nhỏ hơn so với thi công Top-Down

DUT.LRCC

Bước 5: Thi c ng tương tự cho các tầng dưới, riêng đến tầng cuối sẽ thi c ng hệ

m ng và đài m ng liên kết với đầu cọc khoan nhồi Thi c ng hệ cột chống ch nh và cắt ỏ hệ cột chống tạm ( nếu cần thiết)

Hình 1.8 Quy trình thi công Semi Top-Down (Nguồn: Internet)

Ưu điểm

+ Tiến độ thi c ng phần ngầm nhanh, nhất là tầng hấm thứ nhất

+ Giảm ớt chi ph th ng gi , ánh sáng nhân tạo

+ Chống tường đất được giải quyết triệt để vì tường vây arret c độ ền và ổn định cao

+ Kh ng tốn nhiều hệ thống giáo đỡ cho kết cấu dầm sàn tầng hầm vì sàn thi công gần trên mặt đất

Nhược điểm:

+ Kết cấu cột tầng hầm phức tạp

DUT.LRCC

+ Khi thi c ng rất kh khăn trong liên kết giữa dầm sàn với cột tường ở tầng hầm

+ Cần hệ chống phụ, hoặc dầm o đỉnh tường vây

Hình 1.9 Thi công Semi Top-Down (nguồn: Internet)

1.3 Kết luận chương 1

Cùng với sự phát triển của kinh tế thị trường hiện nay, nhu cầu nhà ở tăng cao kéo theo đ là sự phát triển ùng nổ của việc xây dựng nhà cao tầng và siêu cao tầng Tầng hầm đ ng vai trò là nơi cung cấp kh ng gian cho các hoạt động kỹ thuật, dịch vụ chính cho các tòa nhà cao tầng Giúp tăng diện t ch sinh hoạt giải tr , trả lại diện t ch cảnh quan m i trường xung quanh Ngoài ra, tầng hầm còn giúp tăng sự ổn định của c ng trình, khả năng chịu về mặt kết cấu Vì vậy, phát triển c ng nghệ xây dựng tầng hầm sẽ là một xu thế tất yếu

Phương pháp thi c ng tầng hầm Top-Down ở nước ta còn nhiều hạn chế do thiết

ị máy m c, trình độ nhân lực còn chưa đáp ứng kịp Tuy nhiên, với việc áp dụng cơ giới h a và hiện đại h a vào xây dựng tầng hầm giúp đẩy nhanh tiến đ , xây dựng được những c ng trình nhiều tầng hầm đang là xu thế trên toàn thế giới, chắc chắn phương pháp này còn phát triển lớn mạnh hơn ở nước ta trong tương lai

DUT.LRCC

Chương 2 CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỘT CH NG TẠM VÀ CỘT

LI N H P B TÔNG C T TH P HÌNH 2.1 Lý thuyết tính toán cột chống tạm bằng thép hình khi thi công Top-Down

Ta xem cột chống tạm (CCT) là một cấu kiện cột thép chịu nén uốn, được t nh toán dựa theo TCVN 5575-2012

2.1.1 Chọn sơ bộ tiết diện

Khai áo sơ ộ kết cấu c ng trình ( số tầng phần nổi phần ngầm, chiều cao,

k ch thước sơ ộ sàn dầm, cột, tường vây, vách thang máy ), mặt ng ố tr CCT

Thiết kế phương án chịu lực CCT, CCT sẽ phải chịu tải trọng từ một số tầng truyền xuống, ta có công thức t nh sơ ộ:

( ) Trong đ :

n: Số tầng phía trên mà cột chịu tải trọng

Chọn các các thông số vật liệu sử dụng ( mác thép, cấp độ bền bê tông )

Tính diện tích cốt thép yêu cầu:

Tính bán kính quán tính yêu cầu:

DUT.LRCC

ọ ọ

2.1.2 Kiểm tra tiết diện đã chọn

Tính toán kiểm tra cột thép hình như cột thép chịu nén đúng tâm

Độ mảnh của cột

( ) Trong đ :

hạn, lấy theo bảng 25- TCVN 5575-2012 Công thức kiểm tra ổn định tổng thể:

Trong đ :

; tra ảng D.8 phụ lục D-TCVN 5575-2012

2.2 Lý thuyết tính toán cột bê tông cốt thép

2.2.1 Đại cương về tính toán cột bê tông c t thép

Một số đặc điểm tương tác của các cấu kiện chịu nén uốn khi chịu tác dụng của lực

DUT.LRCC

2.2.1.1 Độ lệch tâm

Cột chịu lực nén N là chủ yếu, khi cột chỉ chịu duy nhất lực nén N được đặt

đúng tâm ( trường hợp lý tưởng) thì giá trị lực nén trong cột là : (

)

Khi cột vừa chịu lực nén N vừa chịu lực uốn M thì cột chịu nén lệch tâm Cần tính đến độ lệch tâm ngẫu nhiên của lực dọc, do chưa kể hết các tham số khi t nh toán ( như t nh kh ng đồng nhất của ê t ng trong tiết diện phần tử, sai lệch về k ch thước hình học, cốt thép lệch khỏi vị tr trong quá trình thi c ng v.v…) Cần t nh độ lệch tâm ngẫu nhiên theo cả 2 phương

Giá trị của độ lệch tâm ngẫu nhiên lấy đối với mỗi trục của tiết diện cần thỏa mãn tất cả các điều kiện sau:

⁄ ⁄ Trong đ :

L- chiều dài cấu kiện giữa các điểm liên kết theo phương t nh toán;

h- chiều cao (hoặc chiều rộng) tiết diện cấu kiện

Giá trị của độ lệch tâm của lực dọc đối với tâm nén:

+ Đối với cấu kiện chịu nén của kết cấu siêu tĩnh, lấy b ng độ lệch tâm được xác định từ t nh toán tĩnh học của kết cấu nhưng kh ng nhỏ hơn độ lệch tâm ngẫu nhiên an đầu :

( ) Trong đ :

2.2.1.2 Ảnh hưởng của uốn dọc

Khi t nh toán cấu kiện chịu nén được tiến hành trong mặt phẳng với độ lệch tâm

t nh toán của lực dọc cũng như trong mặt phẳng vu ng g c, trong đ độ lệch tâm tính toán của lực dọc được lấy b ng độ lệch tâm ngẫu nhiên , thì khi đ ảnh hưởng của uốn dọc được xét đến trong cả hai trường hợp

Tính toán chịu nén lệch tâm xiên được tiến hành khi độ lệch tâm t nh toán của lực dọc theo cả hai phương

Nếu tính toán kết cấu theo sơ đồ không biến dạng thì trục các cấu kiện có

⁄ ( - án k nh quán t nh của tiết diện ngang quy đổi của cấu kiện tương ứng với diện t ch t nh đến tất cả cốt thép dọc) thì ảnh hưởng của uốn dọc đến khả năng chịu lực của tiết diện trong và ngoài mặt phẳng

Khi đ , giá trị của độ lệch tâm tính toán cần xét đến b ng cách nhân với hệ số được xác định:

I – momen quán t nh của tiết diện ê t ng đối với trục đi qua trọng tâm của tiết diện quy đổi và vuông góc với mặt phẳng của độ lệch tâm tính toán ( có trừ bớt phần

bê tông do thép chiếm chỗ);

– momen quán tính của cốt cứng đối với trục đ ;

– momen quán t nh của cốt thép mềm đối với trục đ ;

-hệ số, xác định:

và

- tương ứng là m đun đàn hồi của bê tông, thép hình, thép thanh;

- hệ số, lấy b ng ⁄ nhưng kh ng nhỏ hơn giá trị ;

DUT.LRCC

– hệ số t nh đến ảnh hưởng dài hạn của tải trọng lên khả năng chịu uốn của cấu kiện trong trạng thái giới hạn, được xác định theo công thức:

Ở đây:

và M – momen đối với trục vu ng g c với mặt phẳng của độ lệch tâm

t nh toán và đi qua tâm kéo hoặc nén t hơn ( khi toàn tiết diện là nén) của các thanh cốt thép; tương ứng do tải trọng thường xuyên và dài hạn và ởi tất cả tải trọng

Khi c độ lệch tâm t nh toán theo hai phương, hệ số được xác định riêng biệt đối với từng phương

2.2.2 Tính toán thiết kế cột chịu nén lệch tâm phẳng

2.2.2.1 Chọn sơ bộ tiết diện

: diện t ch mặt sàn truyền tải trọng lên cột đang xét

q: tải trọng tương đương t nh trên mỗi mét vuông mặt sàn Giá trị q lấy theo kinh nghiệm thiết kế

Với bề dày sàn trung bình (15÷20cm), cột và dầm đều lớn thì q = 15÷18

kN/

Bề dày sàn khá lớn >25cm, cột và dầm đều lớn thì q ≥ 20kN/

DUT.LRCC

Tiết diện phải đảm bảo điều kiện về ổn định, hạn chế độ mảnh

Trong đ :

i – bán kính quán tính của tiết diện Với tiết diện chữ nhật thì i= 0,288b( 0,288h)

- độ mảnh giới hạn, với cột nhà

2.2.2.2 Tính toán cốt thép

Ta phân chia cột thành các loại : cột chịu nén lệch tâm lớn, cột chịu nén lệch tâm

bé, cột chịu nén lệch tâm trường hợp đặc biệt

Xác định sơ ộ chiều cao vùng nén:

a, Trường hợp 1:: Nén lệch tâm lớn khi ; lấy

( )

, Trường hợp 2: Nén lệch tâm bé khi ; tính lại x b ng các công thức:

( ) ( )

(

) ( )( )

2.2.3 Tính toán thiết kế cột chịu nén lệch tâm xiên

Dùng phương pháp gần đúng dựa trên việc iến đổi trường hợp nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng tương đương để t nh cốt thép

2.2.3.1 Chọn sơ bộ tiết diện

T nh toán tương tự mục 2.2.2.1

2.2.3.2 T nh toán momen tương đương lệch tâm phẳng

Xét tiết diện có các cạnh Cx, Cy

Hình 2.1 Tiết cột chịu nén lệch tâm xiên [6]

Điều kiện để áp dụng phương pháp này là: 0,5 ; cốt thép được đặt theo chu vi, phân ố đều hoặc mật độ cốt thép trên cạnh c thể lớn hơn

Tiết diện chịu lực nén N, mômen uốn Mx, My, độ lệch tâm ngẫu nhiên eax, eay Sau khi xét uốn dọc theo 2 phương, t nh được hệ số x, y M men đã gia tăng

Mx1; My1

Trong đ :

Tuỳ theo tương quan giữa giá trị Mx1, My1 với các k ch thước các cạnh mà đưa

về một trong hai m hình t nh toán (theo phương x hoặc y) Điều kiện và kí hiệu theo bảng sau:

Bảng 2.1 Mô hình tính toán cột lệch tâm [6]

Mô hình Theo phương X Theo phương Y

Điều kiện

Kí hiệu h = Cx; b = Cy

M1 = Mx1; M2 = My1

h = Cy; b = Cx

M1 = My1; M2 = Mx1

DUT.LRCC

Giả thiết chiều dày lớp đệm a, tính chuẩn ị các số liệu Rb, Rs, Rsc, R như đối với trường hợp nén lệch tâm phẳng

Tiến hành t nh toán theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng:

Xác định hệ số chuyển đổi

Khi thì

Khi thì

T nh m men tương đương (đổi nén lệch tâm xiên ra nén lệch tâm phẳng)

a.Trường hợp 1: Nén lệch tâm rất bé khi t nh toán gần như nén đúng tâm

 = 1,028 – 0,0000288 2 – 0,0016

DUT.LRCC

Diện t ch toàn ộ cốt thép Ast:

Trường hợp 2: khi đồng thời x1>R.h0 t nh toán theo trường hợp nén lệch tâm bé

Trong đ : k = 0,4 là hệ số xét đến trường hợp cốt thép đặt toàn bộ

c.Trường hợp 3: khi đồng thời x1 ≤ R.h0 tính toán theo trường hợp nén lệch tâm lớn

Diện tích toàn bộ cốt thép Ast:

( ) Trong đ :

Bảng 2.2 Độ mảnh tối thiểu của cột (TCVN 5574-2012) <17 17÷35 35÷83 >83

(%) 0,05 0,1 0,2 0,25

: khi cần hạn chế việc sử dụng quá nhiều thép người ta lấy =3% Để đảm bảo sự làm việc chung giữa thép và êt ng thường lấy =6%

2.3 Lý thuyết tính toán cột liên hợp bê tông cốt thép hình

2.3.1 Xác định hình thức và cấu tạo tiết diện cột

a/ Hình thức: Cột liên hợp ê t ng cốt thép hình c hình thức đa dạng, phụ thuộc vào tiết diện phần ê t ng ọc thép và cách thức ố tr thép ở ên trong

+ Theo tiết diện ngang, thường c dạng hình vu ng, chữ nhật, tròn, đa giác hoặc chữ I, chữ T

+ Theo tiết diện cốt cứng, thường dùng thép định hình hoặc tổ hợp hàn, dạng chữ C, chữ I, ống và chữ thập

+ Theo cách ố tr cốt cứng, thép hình được ố tr tập trung ở iên tiết diện hoặc

ố tr ở trung tâm tiết diện, ố tr đối xứng hoặc kh ng đối xứng

Hình 2.2 Một số hình thức tiết diện cột liên hợp [7]

Việc lựa chọn hình thức tiết diện cột phụ thuộc vào:

+ Sơ đồ làm việc của chúng trong hệ kết cấu: hệ siêu tĩnh hay hệ tĩnh định

+ T nh chất của tải trọng tác dụng lên chúng: đúng tâm, lệch tâm hoặc lệch tâm xiên + Giải pháp thi c ng và kiến trúc: hình chữ nhật, tròn hoặc vu ng

DUT.LRCC

+ Giải pháp liên kết của chúng với các kết cấu dầm thép hoặc thép tại nút khung

Từ đ , lựa chọn hình thức tiết diện và ố tr thép hình sao cho đảm ảo về mặt chịu lực, kinh tế cũng như thẩm mỹ trong quá trình sử dụng

b/ Cấu tạo: Các thành phần cấu tạo nên cột liên hợp ê t ng cốt thép hình bao gồm: Bê t ng, thép hình( cốt cứng), thép thanh tròn ( cốt mềm)

Việc t nh toán, thiết kế cần dựa vào kinh nghiệm người thiết kế, tuy nhiên cần tuân theo theo những hướng dẫn của những tiêu chuẩn thiết kế hiện hành có liên quan như:

+ Cấu tạo tiết diện ê t ng, cốt mềm theo TCVN 5574:2012 - Kết cấu ê t ng và

bê tông cốt thép

+ Cấu tạo tiết diện cốt cứng theo TCVN 5575:2012- Kết cấu thép

+ Tỷ số chiều cao, chiều rộng của tiết diện cốt cứng ( ) so với chiều cao, chiều rộng tiết diện ( h,b) cần đảm bảo:

⁄ ⁄ với cốt cứng dạng trung tâm

⁄ ⁄ nhưng kh ng quá 0,75 với cốt cứng chữ thập và chữ thập theo đường chéo

⁄ ⁄ với cốt cứng tiết diện chữ I

+ Chiều dày lớp bê tông bảo vệ thép hình,

+ Độ mảnh lớn nhất của tiết diện ⁄

+ Yêu cầu về hàm lượng cốt cứng: Hàm lượng cốt cứng thường trong 3-8%, nhưng kh ng quá 15%

+ Bê t ng cấp độ ền tối thiểu B15

2.3.2 Tính toán kiểm tra độ bền cột

a/ Các giả thiết t nh toán:

Theo quan điểm t nh toán trong các tiêu chuẩn TCVN, việc xác định khả năng chịu lực giới hạn dựa vào các giả thiết sau:

+ Bỏ qua khả năng chịu kéo của ê t ng ( coi cường độ chịu kéo của ê t ng

ng kh ng);

+ Cường độ chịu nén của ê t ng quy ước ng ứng suất ( trong các trường hợp cần thiết được nhân với hệ số điều kiện làm việc, được phân ố trong vùng chịu nén); + Biến dạng trong cốt thép được xác định phụ thuộc vào chiều cao vùng chịu nén của ê t ng;

DUT.LRCC

+ Ứng suất kéo trong cốt cứng và cốt mềm kh ng lớn hơn cường độ chịu kéo tính toán của cốt cứng và cốt mềm , trong các trường hợp cần thiết được nhân với hệ số điều kiện làm việc ;

+ Ứng suất nén trong cốt cứng và cốt mềm không lớn hơn cường độ chịu nén tính toán của cốt cứng và cốt mềm trong các trường hợp cần thiết được nhân với hệ số làm việc ;

+ Khi t nh toán độ ền của cấu kiện ê t ng cốt cứng, thì coi sự chất tải trước cho cốt cứng khi đổ ê t ng trong quá trình xây dựng kh ng làm giảm độ ền của cấu kiện ê t ng cốt thép

b/ Điều kiện về độ bền:

Việc kiểm tra bền của tiết diện cấu kiện cột bê tông cốt cứng được tiến hành theo điều kiện:

∑ Trong đ :

e – khoảng cách từ điểm đặt của lực dọc đến trục đi qua trọng tâm thanh cốt thép mềm chịu lực kéo nhiều nhất (chịu lực nén ít nhất) song song với đường thẳng giới hạn vùng nén;

– momen tĩnh của diện tích tiết diện ê t ng vùng nén cũng đối với trục đ ;

– diện t ch phần cốt cứng và thanh cốt mềm; được bố trí tại các khoảng cách khác nhau kể từ các trục kể trên;

– khoảng cách từ trọng tâm tiết diện phần cốt cứng và tiết diện cốt mềm đến trục đang xét;

– ứng suất trong từng phần cốt cứng và từng thanh cốt mềm, được xác định theo công thức:

( ) Trong đ :

– đặc trưng cho vùng ê t ng chịu nén được xác định theo công thức:

DUT.LRCC

– ứng suất giới hạn của cốt thép trong cùng bê tông chịu nén

⁄ đối với tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời dài hạn và ngắn hạn

⁄ đối với tải trọng ngắn hạn và tải trọng đặc biệt – chiều cao tiết diện;

– khoảng cách từ trục đi qua trọng tâm tiết diện thanh thép mềm đang xét hoặc phần cốt cứng và song song với đường thẳng giới hạn vùng nén đến điểm xa nhất của vùng nén tiết diện cấu kiện;

Vị tr đường giới hạn vùng nén được xác định từ điều kiện:

∑

Và ngoài ra còn từ điều kiện sao cho điểm đặt của hợp lực của lực nén trong ê tông và cốt thép n m trên đường thẳng nối điểm đặt của lực dọc ên ngoài và hợp lực của các lực kéo trong cốt thép( đường lực)

Trong tính toán cấu kiện chịu nén c t nh đến sự giảm ớt vùng ê t ng chịu nén cho tiết diện cốt cứng chiếm chỗ

c/ T nh toán cột: Ta phân chia cột thành các loại : cột chịu nén lệch tâm phẳng,

cột chịu nén lệch tâm xiên

2.3.2.1 Tính toán kiểm tra độ b n cột cốt th p hình lệch tâm phẳng

a/ Trường hợp 1: Cốt cứng ố tr tập trung ở iên chịu kéo và nén

Hình 2.3 Tiết diện cột c cốt cứng ố tr tập trung ở iên [7]

DUT.LRCC

T nh toán ền tiết diện chữ nhật của cấu kiện chịu nén có cốt cứng và cốt mềm

ố tr tập trung ở bên chịu kéo ( hoặc chịu nén t hơn) và iên chịu nén , được tiến hành phụ thuộc vào chiều cao vùng nén, mà giá trị được xác định theo công thức:

( )

Khi (sự lệch tâm lớn) thì kiểm tra độ bền của tiết diện từ điều kiện: ( ) ( ) ( ) ( )( )

– chiều cao làm việc của tiết diện cột;

– bề rộng của tiết diện cột;

– giá trị lớn hơn trong hai giá trị, cường độ chịu kéo tính toán của cốt cứng và cường độ chịu kéo tính toán của cốt mềm đã kể đến hệ số làm việc tương ứng ;

– độ lệch tâm của lực dọc đối với hợp lực trong cốt cứng và cốt mềm chịu kéo;

– khoảng cách từ trọng tâm cốt cứng chịu nén đến biên chịu nén của cấu kiện; Khi ( sự lệch tâm é) và mác bê tông M400 và loại thấp hơn, t nh toán bền cho tiết diện được tiến hành theo điều kiện (*), lấy chiều cao vùng chịu nén theo công thức:

( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) Trong trường hợp tiết diện ố tr cốt cứng và cốt mềm đối xứng và tiết diện thỏa mãn điều kiện ⁄ cho phép kiểm tra độ ền tiết diện nhờ đồ thị trong Hình

DUT.LRCC