Phân tích chuyển vị lệch theo phương đứng trong nha cao tầng

Trang 2Có nhiều chi tiết thú vị cần xét đến trong nhà cao tầng, trong số đó là việc phân tích, tính toán chuyển vị đứng của cột + tường và kiểm tra các ảnh hưởng của nó.. Các ảnh hưởng

Trang 1

Phân tích chuyển vị theo phương đứng trong nhà cao tầng

(thời gian trình bày: 60 phút)

Hứa Văn Đông

Séminaire technique, 02/05/2020

Quá trình học tập và công tác của diễn giả:

• Bách Khoa Xây Dựng Tp.HCM ngành Dân Dụng và Công Nghiệp, 1994-1999

• Thạc sỹ Công trình trên nền đất yếu, Bách Khoa Tp.HCM, 2001-2002

• Centre des Hautes Etudes de la Construction, Paris, CHEC 2007

(chuyên nghành bê tông cốt thép và bê tông dự ứng lực CHEBAP)

• Kỹ sư công ty thiết kế xây dựng Structures Vietnam, 2000-2003

• Kỹ sư, giám đốc dự án Structures Île-de-France (VINCI, Pháp)

Trang 1

Covid, 02/05/2020

Trang 2

Có nhiều chi tiết thú vị cần xét đến trong nhà cao tầng, trong số đó là việc phân

tích, tính toán chuyển vị đứng của cột + tường và kiểm tra các ảnh hưởng của nó.

Các ảnh hưởng của chuyển vị đều theo phương đứng:

• Chiều cao tòa nhà bị thấp xuống,

• Chiều cao tầng bị thấp xuống (đặt tủ, thiết bị không vừa…v v ),

• Cao độ sàn nơi tiếp giáp với công trình lân cận không được thỏa mãn,

• Cao độ các cấu kiện ‘đợi’ (được đặt trước khi đổ bê tông) sẽ không đúng như yêu cầu ban đầu do điểm đó đã chuyển vị từ lúc đổ bê tông đến khi ‘thiết bị’

được lắp, nên cần phải ‘gắn’ cao hơn khi đổ bê tông Thí dụ: đặt bản mã thép

âm trong bê tông khi dùng cốp pha trượt thi công lõi để đợi cho dầm thép được lắp ráp vào sau đó.

Các ảnh hưởng của chuyển vị lệch theo phương đứng:

• Sàn bị dốc quá phạm vi cho phép,

• Chuyển vị lệch quá mức giữa các cột và tường sau khi đổ sàn (chuyển vị

cưỡng bức) sẽ gây nứt cho sàn và thay đổi cách truyền tải trọng,

• Chuyển vị lệch quá mức giữa các cột và tường sau khi lắp đặt các cấu kiện phụ

dễ vỡ sẽ gây nứt, vỡ cho các cấu kiện này (thí dụ như khung kính phủ bên ngoài tòa nhà,…v…v…)

Hứa Văn Đông

Trang 3

Chuyển vị của các cấu kiện đứng:

Chuyển vị đứng đều Chuyển vị đứng lệch Chuyển vị ngang Biến dạng tổng

+ + =

Biến dạng võng của dầm, sàn:

Tổ hợp các chuyển vị và biến dạng phải phù hợp khả năng ‘hấp thụ’:

Lưu ý: phạm vị bài diễn trình này chỉ tập trung nói về chuyển vị đứng của cấu kiện cột và tường.

Hứa Văn Đông

Trang 4

Cách tính chuyển vị thẳng đứng:

của bất cứ vật liệu gì (định luật HOOK),

liệu bê tông (vật liệu như thép thì không),

tông (vật liệu như thép thì không),

Trang 5

Chuyển vị có hại là chuyển vị phát sinh SAU khi đổ bê tông sàn hoặc SAU khi lắp

đặt cấu kiện dễ vỡ:

cho một cấu kiện dễ vỡ nào đó, ta không cần quan tâm đến những gì đã xảy ra trước khi ‘lắp đặt’ cấu kiện đó mà chỉ cần quan tâm đến những gì xảy ra sau đó.

Để bàn tới việc này, tôi ghi lại ở dưới đây công thức ở trang trước:

𝑨 𝒏 𝒕 𝒊 , 𝒕 𝒋 = 𝑼 𝒕 𝒊 , 𝒕 𝒋 + ∆𝐿 𝒆 𝒕 𝒊 , 𝒕 𝒋 + ∆𝐿 𝒔 𝒕 𝒊 , 𝒕 𝒋 + ∆𝐿 𝒄 𝒕 𝒊 , 𝒕 𝒋

𝒏

𝟏

𝒏

𝟏

Hứa Văn Đông

( t i , t j ) :

Lưu ý: độ co ngắn của cột (hoặc tường) thì chỉ kể đến các cột (hoặc tường)

Trang 6

Tiến độ thi công:

để tính tuổi của từng cấu kiện bê tông tại tất cả các thời điểm đặt tải của từng

bước tải Dưới đây là thí dụ của bảng tiến độ cho tòa nhà Hekla ở Paris:

Hứa Văn Đông

Niveau ID de

l'étage Terrassement Gros-œuvre Façade Maçonnerie

Autre G': Revêtement, nacelle, etc

fin tâche de la paroi

moulée: fin tâche du radier:

Réa l i s a ti on des Gros -œuvres G' - toutes cha rges perma nentes a ddti onel l es

Ngày giao công trình : 14/02/2022

Tiến độ thi công tường vây và đào 6 tầng hầm.

Khi tường vây còn nằm trong đất, bê tông chỉ co ngắn do thủy hóa Co ngắn do bê tông khô đi được xem như chỉ xảy ra khi đào đất đến tầng đó

và nước chỉ bốc hơi phía mặt hố đào.

Trang 7

Bây giờ ta xem cách tính bốn thành phần kể trên:

Lún của nền móng :

• Cần phải tính lún cho từng cấp tải theo tiến độ thi công,

• Cần phải tính lún tức thời và lún do từ biến theo thời gian.

Hứa Văn Đông

𝒏

𝟏

Độ co ngắn đàn hồi của cột cho 1 tầng:

Tải trọng tính toán có kể đến sự giảm tải dựa trên số lượng tầng ở trên tầng đang tính do tải không chất 100% trên tất cả các tầng cùng một lúc.

Câu hỏi dành cho để suy nghĩ thêm (trả lời sau): chuyển vị đàn hồi tính tay theo công thức

như trên (nếu không kể đến thép trong cột, A h =A c ), sau khi cộng dồn cho các tầng, có

bằng chuyển vị đàn hồi trong mô hình theo phương pháp phần tử hữu hạn đưa ra không?

Trang 8

Trang 8 Hứa Văn Đông

Độ co ngắn của cột do co ngót của bê tông :

Độ biến dạng tương đối do thủy hóa e ca và do mất nước e cd có thể được tính toán dễ dàng theo Eurocode 2 nên không cần nêu chi tiết ở đây

Dưới đây chỉ nêu ra các điểm cần chú ý sau:

• Có thể giảm độ co ngót khi tăng hàm lượng thép r (%), dĩ nhiên nên tránh điều này,

• Nên kể đến độ ẩm RH trong quá trình thi công lớn hơn độ ẩm khi công trình đi vào hoạt động (máy điều hòa làm khô không khí)

Dưới đây là ví dụ tính cho bê tông C80/95 có muội silice, h 0 =550mm, xi măng loại N,

dưỡng ẩm 3 ngày sau khi đổ bê tông và được tính với hai độ ẩm môi trường khác nhau:

➢ Đường màu tím : RH=50% không đổi trong suốt quãng đời bê tông

ứng là 180 , 365 , 730 đến ngáy bàn giao Sau đó RH=50% khi tòa nhà đi vào hoạt động.

Trang 9

Độ co ngắn của cột do từ biến của bê tông :

Cũng như co ngót bê tông ở trang trước, độ biến dạng tương đối do từ biến theo thời gian j(t,

t 0 ) có thể được tính toán dễ dàng theo Eurocode 2 nên không cần nêu chi tiết ở đây

Dưới đây chỉ nêu ra các điểm cần chú ý sau:

• Cũng như độ co ngắn đàn hồi và do co ngót, ta có thể giảm độ co ngót từ biến khi tăng hàm lượng thép r (khi đó A h tăng): dĩ nhiên nên tránh,

• Nên kể đến độ ẩm RH trong quá trình thi công lớn hơn độ ẩm khi công trình đi vào hoạt động (máy điều hòa làm khô không khí),

• Tải trọng p k tính trong từ biến là tải dài hạn (Quasi-Permanent),

• Độ co ngắn do từ biến được tính với module E c = 1.05*E cm ,

• Từ biến được tính theo nguyên lý cộng dồn của các bước chất

tải từng phần theo giai đoạn thi công và kể đến ngày tuổi t k của

bê tông khi chất tải đó,

• Khi ứng suất trong bê tông vượt quá 0.45*f ck thì phải kể đến từ

biến phi tuyến Tuy nhiên chuyện này sẽ không xảy ra trong nhà

cao tầng do nếu để đạt đến ngưỡng đó thì…(đố bạn?)

Trang 10

Lưu ý chung trong tính toán độ co ngắn cột do co ngót và do từ biến của bê tông:

Tùy vào mác và loại bê tông mà có thể dùng EC2-1 hay EC2-2 để tính toán co ngót

Câu hỏi đặt ra là: có được (hoặc có nên) dùng hai cách tính toán khác nhau cho

cùng một công trình?

(giống kiếm hiệp: hồi sau sẽ rõ ☺)

Trang 11

Và câu trả lời là: không (ít ra là ở Pháp).

Đúng vậy, EC2-1 được xây dựng từ ‘hợp chủng quốc’ Europe, trong đó quy luật co ngót và từ biến của bê tông dựa trên các kết quả thí nghiệm khó được kiểm chứng (với người Pháp), thiếu chi tiết (thí dụ như EC2-1 không phân biệt từ biến nội tại và từ biến do khô) và không xét đủ các trường hợp (hoặc EC2-1 không xét đến có hay không có muội silice)…

Trong khi đó, EC2-2 chủ yếu dựa vào kinh nghiệm và thực ngiệm của Pháp Nó rất giống với cách tính toán theo tiêu chuẩn cũ BPEL của Pháp (trước khi ra EC2-2)

Vấn đề là kết quả tính theo EC2-1 và EC2-2 đưa ra hai kết quả khác nhau rất lớn Ví dụ dưới đây tính cho bê tông C50/60, h 0 =550mm, xi măng loại N, dưỡng ẩm 3 ngày, độ ẩm tương đối của môi

Do đó không nên dùng một lúc cả EC2-1 và EC2-2 trong cùng một công trình với cùng

trạm trộn bê tông và cùng nguồn gốc vật liệu để trộn bêtông Tốt nhất là nên thí nghiệm co ngót và từ biến cho bê tông sử dụng cho công trường để xây dựng đường cong biến dạng.

Trang 12

Thí nghiệm co ngót cho bê tông:

Dựa trên công thức của EC2-2 và hiệu chỉnh các hệ số:

Hứa Văn Đông

Trang 13

Thí nghiệm từ biến cho bê tông:

Dựa trên công thức của EC2-2 và hiệu chỉnh các hệ số:

Hứa Văn Đông

Trang 14

Mặt bằng các điểm tính toán chuyển vị đứng.

Trang 15

Đầu vào cho một điểm tính toán:

Hứa Văn Đông

Id

Hauteur d'étage

Type ciment

Fumée silice

RH Humidité

% d'aciers

RH Humidité

% d'aciersBéton fck Section

H0 param Préfondé ID

œuvre Façade

Gros-Maçonnerie Autre G' Siporex Q Q_QP ID

TerrassementGros-œuvre Façade Maçonnerie Autre G' Siporex(m) S/N/R 0 ou 1 % % MPa cm 0 ou 1 kN kN kN kN kN kN kN GPM G

Chi tiết về thông số cột →

Trang 16

Chi tiết tính toán:

Hứa Văn Đông

Tải, ứng suất, lún móng, co ngắn đàn hồi, co ngắn do co ngót và từ biến bê tông… và co ngắn TỔNG: tất cả được tính cho từng cột, từng tầng, từng pha thi công như bảng dưới đây:

Trang 17

chủ chốt sau: lúc giao công trình, 2 năm, 10 năm và 50 năm sau khi giao công trình.

Trang 18

Trang 19

điểm kể trên.

Trang 20

Kiểm tra ảnh hưởng của chuyển vị cưỡng bức do chuyển vị lệch gây ra:

Đối với chuyển vị lệch, ngoài vấn đề gây nứt, tải trọng truyền vào cột (hoặc tường) sẽ khác đi nếu chuyển vị lệch quá lớn Ta có thể kiểm tra việc này dựa vào ma trận tương tác giữa chuyển vị - phản lực của các gối.

Sau đó, với mỗi tầng, ta nhân véc tơ chuyển vị gối cho ma trận tương tác này thì sẽ nhận được véc tơ phản lực gối do chuyển vị cưỡng bức gây ra.

Trang 21

Phân phối tải trọng do chuyển vị cưỡng bức:

Như đã nói ở trang trước, ta nhân véc tơ chuyển vị gối cho ma trận tương tác thì sẽ nhận được véc tơ phản lực gối

do chuyển vị cưỡng bức gây ra cho từng tầng Ta so sánh với tổng tải trọng cột để xem ảnh có đủ nhỏ để không cần quy tải lại hay không.

livraison

P01 P02 P03 P04 P05 P06 P106 P07 P08 P09 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 P18 P19 P20 P21 P22 P23composant CT

PH RDC-R 7 0% 0% #DIV/0! 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% #DIV/0! #DIV/0! 0% 0% 0% 0%

PH RDC-B 8 0% 0% #DIV/0! 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! 0% 0% 0% #DIV/0! #DIV/0! 0% #DIV/0! 0%

PH RDC-H 9 #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! 0% 0% 0% 0% #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0!

PH R+46 55 #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! 0% #DIV/0! 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% #DIV/0! #DIV/0! 0% 0%

PH R+47 56 #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! 0% 0%

PH R+48 57 #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! 0% 0% #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0!

Trang 22

Tùy thuộc tính chất cụ thể của từng công trình, còn nhiều vấn đề cần xem xét

• Cột phía bên ngoài có nhiệt độ khác với cột nhiệt độ bên trong tòa nhà:

Thí dụ như tòa nhà tour La Marseillaise: khoảng cách giữa các cột thép là 3m Chuyển vị lệch cho phép giữa 2 cột = L/500=6mm Ở tầng trệt có cột cao 12m và tầng 18+19+20 có cột cao 11m nằm bên ngoài

cấu kiện đỡ chúng để cộng dồn vào trong chuyển vị do co ngắn nội tại của cột Và phải kể đến tải trọng cộng dồn của cột (hoặc tường) đỡ dầm chuyển, cột được chuyển.

Hứa Văn Đông

Trang 23

Một số điểm đặc biệt cần lưu ý (tiếp theo trang trước):

ứng suất trong cột thép rất cao (khoảng 150 MPa - 200 MPa đối với thép S375), trong khi đó ứng suất trung bình trong lõi bê tông khá nhỏ (khoảng 10 MPa), và module đàn hồi của bê tông và của thép thì không khác nhau bao nhiêu Thêm 1 điểm nữa, bê tông là vật liệu ‘sống’, có co ngót và từ biến theo thời gian, còn cột thép thì không Để đảm bảo các điều kiện chuyển vị lệch trong công trình dạng này không đơn giản.

(do có cùng biến dạng), cần tính toán tiết diện tương đương.

• Đối với cột được đỡ bởi tường vây chắn đất, cần phải phải kể đến:

➢ trình tự đào đất và thi công tầng hầm (top-down? Thi công từ móng trở lên hay thi công từ sàn chuyển trở xuống?),

• Lưu ý là đổ bù (tức đổ cao hơn cao độ trên bản vẽ) không giải quyết được vấn đề

bù lệch không làm thay đổi gia trị chuyển vị lệch sau khi đổ bê tông.

• Còn nữa, nhưng mệt rồi… thôi xem hình một số trường hợp thực tế cho đỡ chán.

Hứa Văn Đông

Trang 24

Hình ảnh minh họa các thí dụ được nêu ở trên.

Tòa nhà « La Marseillaise »

Cột tầng trệt và tầng 18-19-20 nằm bên ngoài

tòa nhà chịu nhiệt độ môi trường tự nhiên

Bản thép (màu vàng) đặt trước trong lõi bê tông để đợi cho dầm thép

Lõi bê tông ‘chạy’ nhanh quá

so với sàn liên hợp ngoài lõi

Trang 25

Hình ảnh minh họa các trường hợp được nêu ở trên

Tòa nhà « CMA-CGM » ở Marseille

Các cột xiên ban đầu được thiết kế nằm bên ngoài khung kính tòa nhà, nhưng sau đó phải cho vào trong vì vấn đề nhiệt độ

Trang 26

Hình ảnh minh họa các trường hợp được nêu ở trên:

Tòa nhà « Odéon » ở Monaco

Tường chắn đất cao 20 tầng, hình dưới đây là 10 tầng thấy được, còn 10 tầng ngầm ở dưới đất được thi công theo phương pháp Top-Down và dùng cốp pha treo để thi công sàn tầng hầm, cần tính tải theo trình tự thi công Tour Odéon

Trang 27

Xin cảm ơn đã theo dõi!

Hứa Văn Đông

Tóm tắt, kết luận, đề nghị:

Bản thân bài trình bày trên đây đã rất là tóm tắt cho một hiện tượng khá phức tạp nếu đi vào chi tiết Dưới đây chỉ là tóm tắt của các tóm tắt và các đề nghị, các điểm cần lưu ý mà bài trên không

đủ thời gian để trình bày chi tiết hết được.

• Trong nhà cao tầng, có rất nhiều thứ cần xem xét một cách chi tiết, một trong số đó là kiểm tra chuyển vị theo phương đứng để đảm bảo quá trình vận hành tòa nhà trong suốt quãng đời thiết

kế của nó Một tòa nhà có giá trị xây dựng khoảng 100M€ đến 300 M€ (giá trị kinh doanh còn lớn hơn nhiều), nếu có sự cố thì thiệt hại về kinh tế sẽ là rất lớn,

• Xem xét một cách chi tiết các giả thuyết tính toán (vật liệu, thí nghiệm, tiến độ, phương pháp tính, biện pháp thi công…) để có kết quả tính toán tin cậy Cần phải có sự bàn bạc và đồng ý của các bên (chủ đầu tư, giám sát thiết kế, chuyên gia về cấp phối bê tông v v…) Kiểm tra lại kết quả tính toán theo lý thuyết với quan trắc thực tế trong quá trình sử dụng,

• Không nên chọn tiết diện cột quá nhỏ (chỉ đủ để chịu lực) mà phải đủ lớn để ứng suất trong cột không quá cao so với ứng suất trong tường Nếu không, chuyển vị lệch giữa chúng sẽ rất lớn,

• Trong giai đoạn tiền thiết kế, cần bố trí các cột (và cả cả dầm) sao cho tải trọng trong chúng gần ngang nhau, vì nếu không, ta cần phải có tiết diện cột khá khác nhau để cho ứng suất trong chúng khá giống nhau (vì biến dạng đàn hồi và từ biến tỉ lệ với ứng suất) Điều này dẫn đến biến dạng do co ngót và do từ biến giữa các cột sẽ khác nhau rất lớn do bán kính trung bình h 0 của chúng khác nhau Cần tránh bố trí cột quá sát tường lõi vì khi khoảng cách L giữa chúng nhỏ dẫn đến chuyển vị lệch cho phép sẽ nhỏ,

• …còn nhiều nữa nhưng hết giờ rồi Tóm lại, khi nhận được một công trình lớn, cần phải bỏ nhiều thời gian suy nghĩ, phân tích các chi tiết, các tình huống có thể xảy ra chứ không phải chỉ

có ngồi đếm tiền

Định dạng
Số trang	27
Dung lượng	4,55 MB