Nghiên cứu thiết kế kết cấu khung bê tông lắp ghép theo tiêu chuẩn eurocode 2

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn khơng trùng lặp với khóa luận, luận văn, luận án cơng trình nghiên cứu cơng bố Tác giả luận văn Bùi Hoàng Sơn LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tớiPGS.TS Nguyễn Anh Dũng, người trực tiếp hướng dẫn khoa học, bảo tận tình tạo điều kiện tốt giúp suốt trình nghiên cứu thực luậnvăn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới thầy môn Xây dựng dân dụng công nghiệp, thầy khoa Cơng trình, Phịng Sau Đại học, Trường Đại học Thủy Lợi Các thầy cô trang bị tri thức khoa học tạo điều kiện học tập thuận lợi cho suốt thời gian qua Tôi xin cảm ơn giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi Trường đại học Thủy Lợi q trình thực luận văn Sau cùng, tơi xin cảm ơn thực quên giúp đỡ tận tình Thầy cơ, bạn bè, anh, em động viên, tạo điều kiện người thân gia đình suốt trình thực luậnvăn Hà Nội, tháng năm 2022 Tác giả Bùi Hoàng Sơn MỤC LỤC PHẦNMỞĐẦU 1 Lý chọnđềtài Mục đíchnghiêncứu Đối tượng phạm vinghiêncứu Cách tiếp cậnđềtài .2 Phương phápnghiên cứu Dự kiến kết quảđạtđược .3 Kết cấu nội dungluận văn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU BÊ TÔNGLẮPGHÉP 1.1 Sự khác biệt hệ kết cấu bê tônglắpghép .4 1.2 Sự làm việc kết cấu bê tônglắpghép 11 1.3 Tại lại chọn hệ kết cấu lắp ghépchịulực .19 Kết luậnchương1 .37 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ THIẾT KẾ KHUNG BÊ TÔNG LẮP GHÉPTHEO TIÊU CHUẨNCHÂUÂU .39 2.1 Phân tích khung theo phương phápđơngiản .39 2.2 Các phương pháp kếtcấuphụ 46 2.2.1 Khung phẳnghaiphương 46 2.2.2 Khungphụdầm 48 2.2.3 Khung phụ cột sànphíatrên .50 2.2.4 Khung phụ cột sàntầngtrệt 51 2.3 Tải trọng thiết kế tác động lên khunglắpghép 51 2.3.1 Tải trọng thiết kế tác động lên dầmvàkhung 51 2.3.2 Trọng lực tải trọng cực hạn phương ngang tác độnglênkhung 60 Kết luậnchương2 65 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG TÍNH TỐN KHUNG LẮP GHÉP THEO TIÊU CHUẨNCHÂU 67 3.1 Lý thuyết áp dụng ví dụtínhtốn 67 3.1.1 Ví dụ tính tốn trạng thái giới hạncực hạn 67 3.1.2 Ví dụ tính tốn trạng thái giới hạn mấtổnđịnh 68 3.1.2.2 Ví dụ tính tốn trạng thái giới hạn chịu lực ngang khơnghồnchỉnh 71 3.2 Ví dụ tính tốn theo phương phápkhung phụ .74 Kết luậnchương3 78 KẾT LUẬN VÀKIẾN NGHỊ .79 DANH MỤC TÀI LIỆUTHAMKHẢO .81 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Khung bê tông lắp ghép tạo dáng kiến trúc văn phòng Scottish,Leith,UnitedKingdom Hình 1.2: (a) Đúc chỗ sử dụng đúc chồng cáctấmPolythene Hình 1.2: (b) Kết cấu hồn thiện cột dầm tườnglắp ghép Hình 1.3 Gối đỡ thông thường liên kết cộtvàdầm .7 Hình 1.4 (a) Chuyển động không hạn chế hai cấu kiến bê tông lắ ghép (b) Hạnchế chuyển động không ngăn ngừa nứt kéo (c) Giảm chiều dài liên kết làmtăng ứng suất tập trung góc quay uốn (d) Nứt bên diện truyền lực hẹp (trái)(A) cốt thép gia cường(phải)(B) .8 Hình 1.4 (tiếp) (e) Mất gối đỡ tác động vơ tình (trái) (A); chốt ngăn ngừa(phải) (B); (f) Mất gối đỡ lún cột (trái) (A); vịng thép ngăn ngừa(phải)(B) Hình 1.5 (a) Vỡ chuyển dịch tấp sàn dầm (b) Nứt ngăn cản liênkết dầm cộtlắp ghép 10 Hình 1.6 Hệ khung giằng ‘xương’ bê tông lắp ghép, Trung tâm bán lẻ bãi đậu xe‘GreenApple’,Helsinki 12 Hình 1.7 Khung lắc 'xương' bê tơng lắp ghép,Europark,Rome 13 Hình 1.8 Khung ‘xương’ bê tông lắp ghép biết tới khung nửa cứng, Đại họcRecife,Brazil 13 Hình 1.9 Kết cấu ‘ xương’ lắp ghép kết hợp với cột kiến trúc dầm sườn,Reading Business Park, Vươngquốc Anh 14 Hình 1.10 Khung ‘xương’ lắp ghép ‘khung-tường’, BarwaCity, Qatar 14 Hình 1.11 Sơ đồ truyền tải vào khung không giằng (lắc) (a) trọng lưc (b) tải ngang .15 Hình 1.12 Hình dạng biến dạng cột cho điều kiện biênkhácnhau 17 Hình 1.13 Sơ đồ truyền lực hệ khung giằng sử dụng tường chèn (a) cùngtấm sàn lắp ghép (b) Chú ý hình Wk wk bao gồm lực FH ứng suất fH dokhuyếttật 18 Hình 1.14 Khung-tường bê tông lắp ghép cho nhà dân cưgầnHelsinki 20 Hình 1.15 Các tường bê tông lắp ghép cho nhà thấp tầng, O-Stable hệ panel,Malaysia 20 Hình 1.16 Kết hợp bê tông lắp ghép bê tông chỗ với kếtcấuthép 21 Hình 1.17 Bê tơng lắp ghép kết hợp với giằng thép hình ống, Bouwhuis, Hà Lan, 2008 .22 Hình 1.18 Kết hợp hệ lắp ghép bê tông nhẹ đổ phủ chỗ sàn kim loại,Bracken House Leith, VươngquốcAnh 24 Hình 1.19 Xây dựng kết hợp sàn bê tơng lắp ghép với khung dầm-cột gỗ Derby,VươngquốcAnh .24 Hình 20 Chế tạo mối nối ba chiều thép-thép dầm-cột với khả chịu lực 360kN mỗibềmặt 25 Hình 1.21 Tận dụng ưu điểm cấu kiện sản xuất nhà máy: dầm bê tông ứngsuất trước 55 m VBI,HàLan .25 Hình 1.22 Dầm lắp ghép tườngcáchnhiệt .26 Hình 1.23 Ngơi nhà hồn thiện sử dụng cấu kiện Hình 1.22 Đại học Nottingham,Anh 26 Hình 1.24 Các cấu kiện cột, dầm sàn sau hoàn thiện kiến trúc nhà gaPaddington,London 26 Hình 1.25 Cấu trúc khung xương lắp ghép cho không gian rộng lớn thông suốt cho lợiích cơng nhân xây dựng vàkháchhàng 29 Hình 1.26 Các định nghĩa kết cấu khung xươnglắpghép 29 Hình 1.27 Kết cấu khung xương lắp ghép BồĐàoNha 30 Hình 1.28 Khung tường phù hợp cho hộ, khách sạn, trường học, trungtâm mua sắm, ví dụ Rhodes, gầnSydney, Úc 32 Hình 1.29 Khung tường sàn lắp ghép KualaLumpur,Malaysia 32 Hình 1.30 Hệ thống tường ngang khung tườnglắpghép 33 Hình 1.31 Khung tường lắp ghép Strijkijzer, Den Haag,HàLan .33 Hình 1.32 Định nghĩa khung cổnglắpghép 35 Hình 1.33 Khung cổng lắp ghép (Madrid, TâyBanNha.) 35 Hình 1.34 Khung cổng với mái xếp, Đại học SaoCarlos,Brazil 36 Hình 2.1 Khung phẳng 2-D đơn giản hóa từ kết cấu khung xương khơnggian3-D 39 Hình 2.2 Biến dạng mơmen uốn phân bố kết cấu liên tục chịu (a) trọng lực và(b) tảitrọngngang .40 Hình 2.3 Các mối nối-một nửa dầm 0,1xnhipj gần với điểm uốn ngược trongmột dầmliêntục 41 Hình 2.4 Biến dạng biểu đồ phân bố mômen kết cấu mối nối khớp chịu (a)trọng lực (b) tảitrọng ngang 42 Hình 2.5 Kết cấu giằngmộtphần 43 Hình 2.6 Các hệ kết cấu cho (a) Khung cổng chữ U (b) Khung cổngchữ L 44 Hình 2.7 Khung-H (a) Hệ kết cấu, (b) biến dạng mômenuốn 45 Hình 2.8 Phương pháp khung phụ cho dầm phía trong khungliêntục 46 Hình 2.9 Phương pháp khung phụ cho dầm phía cột khung có mối nốikhớp (a) dầm phía (b) cột sàn tầng (c) cột sàntầngtrệt 48 Hình 2.10 Mơmen uốn khung có mối nối khớp cho (a) dầm phía trong, (b)các cột sàn tầng trên, (c) cột sàntầngtrệt .50 Hình 2.11 Diễn tả tác độngthayđổi .55 Hình 2.12 Ví dụ tổ hợp đặc trưng, thường xuyên giả tĩnh ứng suấtphục vụ tiết diện bê tông dự ứng lựcgiảđịnh 56 Hình 2.13 Thang nghiêng gây lực ngang cho hệ kết cấu khách sạn Bella Sky,ĐanMạch 62 Hình 2.14 Ví dụ ảnh hưởng khơng hồn chỉnhhìnhhọc 63 Hình 3.1 Chi tiết vídụ3.3 .70 Hình 3.2 Chi tiết cho ví dụ 3.4 (giằng) Ví dụ 3.5(khơnggiằng) 72 Hình 3.3 Chi tiết vídụ3.6 .76 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Ứng dụng loại khung bê tônglắpghép .36 Bảng 2.1 Các hệ số tải trọng phần cho cáchoạttải 55 Bảng 2.2 Các hệ số tải trọng phần hệ số an toàn cho trọng lực tải ngang61 Bảng 3.1 Các tổ hợp tải trọng cực hạn mơ men vídụ3.3 69 PHẦN MỞ ĐẦU Lýdo chọn đềtài Hiện kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) kết cấu sử dụng rộng rãi nước ta Với nhiều ưu điểm cường độ, độ ổn định biện pháp thi công đơn giản Song tồn khuyết điểm tải trọng thân kết cấu lớn, khó vượt nhịp lớn, thời gian thi cơng kéo dài, Thế với công nghệ bê tông lắp ghép tất nhược điểm BTCT khắc phục triệt để Một cơng trình bê tông lắp ghép kết hợp cấu kiện bê tông đúc sẵn kết nối với tạo thành khung khơng gian chiều có khả chịu tải trọng đứng gió (thậm chí tải trọng động đất) Cơng trình bê tơng lắp ghép phù hợp với cơng trình chung cư, cửa hàng, bãi đỗ xe, trường học, sân vận động loại cơng trình u cầu vượt nhịp lớn, có khơng gian rộng bên Khả chịu lực cấu kiện, kết nối cấu kiện tương tự kết cấu BTCT đổ tạichỗ Hiện nay, giới hay Việt Nam có nhiều dự án xây dựng thành cơng sử dụng bê tơng đúc sẵn cho tồn phần kết cấu với nhiều ưu điểm: - Ưu điểm tiến độ: Ưu điểm lớn cơng nghệ lắp ghép lớn cơng nghiệp hóa ngành Xây dựng giảm thiểu thời gian xây dựng Như biết, cơng trình xây dựng chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố suốt thời gian xây dựng mà yếu tố khí hậu điều kiện xây dựng Việt Nam có tác động không nhỏ ảnh hưởng đến tiến độ chất lượng cơng trình Mặt khác, phần lớn cấu kiện sản xuất theo dây chuyền công nghiệp thông qua công đoạn kiểm tra nhà xưởng nên chất lượng sản phẩm đảm bảo mức tốt Các cơng việc cịn lại trường giảm thiểu đáng kể thời gian, nhân lực đặc biệt giảm khối lượng vật liệu cho biện pháp thi công đà giáo, cốp pha so với việc đổ bê tông tạichỗ - Ưu điểm giá thành: Rõ ràng công nghệ xây dựng phải mang lại ưu việt Nếu nói tới giảm giá thành phải tính lợi ích tổng thể mà phương pháp mang lại Đầu tiên hiệu cấu kiện sản xuất từ dây chuyền công nghiệp tạo suất cao giá trị gia tăng lớn theo; chip h í phát sinh q trình sản xuất giảm mức tối thiểu; chi phí quản lý giảm thiểu chun nghiệp hóa, chun mơn hóa cao q trình sản xuất; rủi ro chất lượng chủ động nhận dạng khắc phục Do cơng nghiệp hóa q trình xây dựng nhà ở, cấu kiện điển hình hóa phí thiết kế giảm thiểu Nhưng giá thành xây dựng giảm đáng kể tiến độ thi cơng nhanh chất lượng kiểm soát tốt tuổi thọ cơng trình đảmbảo Chủ trương Chính phủ phát triển nhà xã hội với giá thành rẻ chất lượng cao để đáp ứng yêu cầu ngày lớn nhu cầu nhà cho người lao động nước, cơng nghệ bê tơng lắp ghép vô phù hợp với ưu điểm nêu Điển làm việc với Bộ Xây dựng đây, lãnh đạo UBND TP Hà Nội nêu vấn đề ứng dụng công nghệ bê tông lắp ghép vào đảm bảo đa dạng kiến trúc, giảm giá thành xây dựng Vì việc“Nghiên cứu công nghệ lắp ghép ứng dụng vào thiết kế khung bê tông lắp ghép theo tiêu chuẩn Eurocode 2”phù hợp với tình hình phát triển xã hội tương lại đất nước ta nói chung phát triển ngành xây dựng nóiriêng Mục đích nghiêncứu - Nghiên cứu công nghệ lắp ghép ứng dụng vào thiết kế khung bê tông lắp ghép theo tiêu chuẩn Eurocode2 Đốitượng phạm vi nghiêncứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu khung bê tơng lắp ghép cơng trình xây dựng 3.2 Phạm vi nghiêncứu Phạm vi nghiên cứu: Các giải pháp lắp ghép hướng dẫn tính tốn kết cấu theo tiêu châu Eurocode Cáchtiếp cận đề tài Dùng tài liệu nước kết cấu khung bê tông lắp ghép tiêu chuẩn Eurocode 2; sách Precast Concrete Structures tác giả Kim S.Elliott; tài liệu khác nêu mục tài liệu tham khảo, để nghiên cứu đúc rút phương pháp bố trí tính tốn kết cấu khung bê tông lắp ghép