Luận văn thạc sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu thiết kế kết cấu khung bê tông lắp ghép theo tiêu chuẩn Eurocode 2

LỜI CAM ĐOAN

“Tôi xin cam đoạn luận văn này không trùng lặp với các khóa luận, luận văn, luận án vàiic công trình nghiên cứu đã công bd.

"Tác giả luận văn

Bùi Hoàng Sơn

LỜI CẢM ON

Lời đầu tiên tôi xin bày tö long biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Anh Dũng,

người đã trực tiếp hướng dẫn khoa học, chỉ bảo tận tình và tạo điều kiện tốt nhất giáp

tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn.

Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô bộ môn Xây dựng dân dụng và công.

cô ở khoa Công trình, Phòng Sau Đại học, Trường Đại học Thủy Lợi

Các thầy cô đã trang bị trí thức khoa học và tạo điều kiện học tập thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian qua

Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ, ạo điều kiện thuận lợi của Trường đại học Thủy Lợi đốivới tôi trong quá trình thực hiện luận văn.

Sau cùn 2, tôi xin cảm ơn và thực sự không thể quên được sự giúp đỡ tận tình của các“Thầy cô, bạn bè, anh, em và sự động viên, tạo điều kiện của những người thân tronggia đình trong suốt quá trình thực hiện luận văn.

Ha Nội, thẳng 7 năm 20:

5 Phương pháp nghiên cứu 36 Dựkiễn kết qua dat được 3

7 Kết cấu nội dung luận văn 3 'CHƯƠNG 1: TONG QUAN VỀ KẾT CẤU BE TONG LAP GHÉP 4 1.1, Sự khác biệt của hệ kết cầu bê tông lip ghép 4 1.2, Sự làm việc của kết cầu bê tông lắp ghép, "

1.3 Tại sao lại chọn hệ kết cầu lắp ghép chịu lực 9Kết luận chương | 37'CHƯƠNG 2: CO SỞ KHOA HỌC VI È KHUNG BÊ TONG LAP GHÉP.

‘THEO TIÊU CHUAN CHAU ÂU 39

2.1 Phin tich khung theo phương pháp đơn giản 39

2.2, Các phương pháp kết cáu phụ 46

2.2.1, Khung phẳng bai phương 462.2.2 Khung phy dim 482.2.3, Khung phụ cột sin phía trên 502.2.4, Khung phụ cột sàn ting trệt sĩ

2.3 Tải trọng thiết kế tác động lên khung lắp ghép SI

2.3.1, Tải wong thiết kế tác động lên dim và khung st

2.3.2 Trọng lực và tải trọng cực hạn phương ngang tác động lên khung 60

Kết luận chương 2 65

'CHƯƠNG 3: UNG DỤNG TÍNH TOÁN KHUNG LAP GHÉP THEO TIÊU CHUAN CHÂU ÂU 6

311 Ly thuyết áp dụng và ví dụ tính toán or

3.1.1, Vi dụ tinh toán trang thi giới hạn cực bạn 6

3.1.2 Ví du tinh toán trạng thi giới hạn mắt bn định đ

3.1.2.2 Ví dụ tính toán trạng thái giới hạn khi chịu các lực ngang do sự không,

hoàn chỉnh.

3.2 Ví dụ tính toán theo phương pháp khung phụ

Kết luận chương 3

KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ.

DANH MỤC TÀI LIEU THAM KHẢO.

DANH MỤC HÌNH VE

1.1 Khung bêLeith, United Kingdom.

tông lắp ghép được ạo dáng kiến trc ại văn phòng Scottish,

Hình 1.2: (a) Đúc tại chỗ sử dung đúc chin, a các tắm PolytheneHình 12: (6) Kết cu hoàn thiện bởi các ef và lim và tắm tường lắp ghépHình 1.3 Gối đỡ thông thường liên kết giữa cột và d

Hình 14 (a) Chuyển động không han ch

ché chuyển động nhưng không ngăn ngừa nức do kéo (e) Giảm chiều đi liên kế làm

kiến bê tông lắ ghép (b) Hạn.

tăng ứng suất tập trung do góc quay do uốn (d) Nit bên do điện truyễn lực hẹp (trái)

(A) và cốt thép gia cường (phải (B) 8 Hình 14 (úp) (e) Mit gối đỡ do tác động v6 tình (er) (A); thanh chốt ngăn ngữ (phi) (B): Œ) Mắt gối đỡ do lún cột (rải) (A); các vòng thép ngăn ngừa (phải) (B) 9

Hình 1.5 (a) Vỡ do chuyến dịch giữa các tp savà dim, (b) Nứt do ngăn ean tại liên

kết giữa dim và cật lấp ghép 10

Hình 1.6 Hệ khung giằng 'xương" bê tông lắp ghép, Trung tâm bán lẻ và bãi đậu xe“Green Apple’, Helsinki n

Hình 1.7 Khung lắc 'xương bê tông ắp ghép, Europark, Rome la Hình 1.8 Khung 'xương" bé tông lắp ghép được biết tới là khung nữa cứng, Dai học.

Recife, Brazil BHình 1.9 Kết cấu ` xương" lắp ghép kết hợp với các cột kiến trúc và dim sườn,

Reading Business Park, Vương quốc Anh 4Hình 1.10 Khung 'sương'lắp ghép và'khung dường), Barwa City, Qatar, 14Hình 1.11 Sơ đồ truyền tải vào khung không ging (lắc) do (a) trong lực (b) tải ngang

Mình 1.12 Hình dạng biển dạng của cột cho các điều kiện biên khác nhau 17 Hình 1.13 Sơ đồ truyền lực trong hệ khung

i lắp ghép (b) Chú ý trong hình Wk và wk bao gồm lực FH và ứng suất fH dolang sử dụng các tắm tưởng chèn (a) cùng.tắm

khuyết tật 18Hình 1.14 Khung-tudng bê tng lắp ghép cho nhà ở dân cư gin Helsinki 20

Hình 1.15 Các tắm tường bê tông lắp ghép cho các nhà thấp ting, O-Stable hệ panel,

Malaysia, 20

Hình 1.16 Kết hợp bê tông lắp ghép và bê tông tại chỗ với kết cầu thép 21

inh 1.17 Bê tông lắp ghép kết hợp với ging thép hình ông, Bouwhuis, Hà Lan, 2008

2Hình 1.18 Kết hop hệ lắp ghép và bê tông nhẹ đỗ phủ tại ct

nh 24sin kim loại,

Bracken House Leith, Vương qu

Hình 1.19 Xây dựng kết hợp sàn bê tông lắp ghép với khung dằm-cột gỗ, Derby,

'Vương quốc Anh 24 Hinh 1 20 Ché tạo mỗi nối ba chiều thép thép dằm cột với khả nang chịu lực là 360 KN trên mỗi b mặt 2 Hình 1.21 Tận dung tu điểm của cầu kiện sản xuất rong nhà máy: dim bê tông ứng

Hình 1.22 Dim lắp ghép vả tường cách nhiệt 26

Hình 1.23 Ngôi nhà hoàn thiện sử dung cấu kiện ởHình 1.22 Đại học Nottingham,

Anh 26

Hình 1.24 Cúc cấu kiện cột, dim và sin sau khi đã hoàn thiện kiến trúc ti nhà gaPaddington, London 26

Hình 1.25 Cầu trúc khung xương lắp ghép cho không gian rộng lớn thông suốt cho lợi

Ích của công nhân xây dụng và khách hàng 2»

Hinh 1.26 Các định nghĩa trong một kết cầu khung xương lắp ghép, 2

Hình 1.27 Kết cấu khung xương lắp ghép ở BB Đảo Nha 30

Hinh 1.28 Khung tường phù hop nhất cho các căn hộ, khách san, trường học, trung âm mua sắm, như trong ví dụ tai Rhodes, gin Sydney, Úc 2 Tình 1.29, Khung tường và sàn lắp ghép ở Kuala Lumpur, Malaysia 32 Hinh 1.30, Hệ thing trờng ngang trong khung tường lip ghép 3

Hình 1.31 Khung tắm và tường lắp ghép tại Strijkijzer, Den Haag, Hà Lan 33

inh 1.32 Định nghĩa của khung cổng lắp ghép 35s Hinh 1.33 Khung cổng lắp ghép (Maddd, Tây Ban Nha) 38 Hình 1.34 Khung cổng với các tim mái xép, Đại học Sao Carls, Brazil 36

Hình 2.1 Khung phẳng 2-D dom giản hóa từ kết cấu khung xương không gian 3-D 39

Hình 2.2 Biển dang và momen uốn phân bổ trong kết cu liên tục chịu (a) trọng lực và(©) tải ong ngàng 40

Hình 2.3 Các mối nối-một nửa của dim ti 0,xnhipj gin với điểm uốn ngược trong

một dam liên tue AL

Hình 2.4 Biến dạng và biểu dd phân bổ mémen trong kết cu mỗi nỗi khóp chịu (a)

trọng lực (b) tải trọng ngàng, 4“

Hình 2.5 Kí 4Hình 2.6 Các hệ kết cầu cho (a) Khung cổng chữ U và (b) Khung cổng ei LoonHình 2.7 Khung-H (a) Hệ kết cầu, (b) biển dang và mô men uốn 45Hình 2.8 Phương pháp khung phụ cho dầm phía trong trong một khung liên ực 46

Hình 2.9 Phương pháp khung phụ cho dam phía trong và cột trong khung có mỗi nối khóp (a) dầm phí tron (b) ct sàn tng tên và (6) cột sàn ng tr 48

Hình 2.10 Mômen uốn trong khung có mỗi nối khớp cho (a) các dim phía trong, (b)

Hình 2.11 Diễn tả các tác động thay đổi 5sHình 2.12 Ví dụ của các tổ hợp đặc trưng, thường xuy ` và gd tinh của các ứng suất phục vụ trong tiết diện bé tông dự ứng lực giả định 56 Hình 2.13 Thang nghiêng gây ra các lục ngang cho hệ kết cu tại khách sạn Bella Sky,

DANH MỤC BANG BIEU

Bảng 1.1 Ung dung và các loại khung bê tông lắp ghép 36 Bang 2.1 Các hệ số ti trọng từng phần cho các hoat ti 35 Bảng 22 Các hệ số ti trong từng phần và hệ số an toàn cho trong lực và ta ngang 61

Bảng 3.1 Các tổ hợp tdi trọng cực hạn và mô men của ví dụ 3

PHAN MỞ DAU 1, Lý do chon dé tài

Hiện nay kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) vẫn là kết cấu được sử dụng rộng ri tại

nước ta, Với nhiều ưu điểm về cường độ, độ ôn định cũng như biện pháp thi công khá

don giản Song cũng tồn tại những khuyết điểm như tải trong bản thân kết cấu lớn, khó

vượt nhịp lớn, thời gian thi công kéo dài Thể nhưng với công nghệ bê tông lắp ghép

thì tắt cả các nhược điểm đó của BTCT đều được khắc phục triệt đẻ

Một công trình bê tông lắp ghép là sự kết hợp của các cấu kiện bê tông đúc sẵn vàđược kết nối với nhau tạo thành một khung không gian 3 chiều có khả năng chịu tảitrọng đứng và gió (thậm chí cả tài trong động dat) Côi tép tắt phù1g trình bê tông lắphợp với các công trình như chung cử, cửa hàng, bãi đỗ xe, trường học, sin vận động vàcác loại công tình yêu cầu vượt nhịp lớn, có không gian rộng bên trong Khả năng

chịu lực của từng cấu kiện, sự kết nối của các cấu kiện cũng tương tự như kết cau

BTCT đỗ tại chỗ.

Hiện nay, trên thể giới hay ở Việt Nam đã có rất nhiễu dự án xây dựng thành công sử

ấu với rit nhiều ưu điểm:

dụng bể lông đúc sẵn cho toàn bộ hoặc một phn cia kết

Vu điểm về iến độ: Ưu điểm lớn nhất của công nghệ lip ghép tắm lớn là có thé công

nghiệp hóa được ngành Xây dựng và giảm thiểu thời gian xây dựng Như chúng ta

biết công tình xây dựng chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tổ tong suốt thời gian xây đựng mà yếu tố khí hậu trong điều kiện xây dựng ở Việt Nam có tác động không nhỏ nh hưởng đến tiến độ và chất lượng công tinh Mặt khác, do phần lớn cấu kiện được

sản xuất theo dây chuyển công nghiệp thông qua các công đoạn kiểm tra tong nhà

xưởng nhắc Các công việc còn lại ởchất lượng sản phẩm được đảm bảo ở mức thiện trường giảm thiểu đáng kể thời gian, nhân lực và đặc biệt là giảm khối lượng vật

liệu cho biện pháp thi công như da giáo, cốp pha so với việc đỗ bê tông tại ch

- Uu điểm về giá thành: Rõ ràng một công nghệ xây dựng mới phải mang lại sự ưu

tổng thé mà phương pháp này mang,

lại Đầu tiên là hiệu qua do các cấu kiện được sản xuất từ các dây chuy

việt Nếu nói tới giảm giá thành phải tính lợi

công nghiệp.tao được năng suất rất cao và các giá tr gi tăng cũng lớn theo; iếp theo là các chỉ phí

phát sinh tong quá tình sản xuất có thể giảm ở mức tối thi các chỉ phí quản lýcũng được giảm thid h sin1 do chuyên nghiệp hóa, chuyên môn hóa cao trong quá tì

xuất rủ ro về chất lượng được chủ động nhận dạng và khắc phục Do công nghiệp hóa

quá trình xây dựng nhà ở, các cấu kiện được điển hình hóa nên chi phí thiết kế được.

giảm thiểu Nhưng giá thành xây dựng giảm đáng kể chín là tiến độ thi công nhanh: và chất lượng được kiểm soát tốt và tuổi thọ công trình được đảm bảo.

Chủ trương của Chính phủ là phát tiễn nhà ở xã hội với giá hành rẻ và chit lượng cao

để dap ứng yêu cầu ngày càng lớn về nhu cầu nhà ở cho người lao động trên cả nước,vì thé công nghệ bê tông lắp ghép vô cùng phù hợp với các ưu điểm nêu trên Điễnhình như tại một cuộc làm việc với Bộ Xây dựng mới đây, một lãnh đạo của UBND

TP Hà Nội nêu vấn dé ứng dụng công nghệ bê tông lắp ghép vào dam bảo sự đa dạng

pghép và ứng dụng vào thiết kế khung bê tông lắp ghép theo tiêu chuẩn Eurocode

trong kiến trúc, giảm giá thành xây dựng Vì thể việc "Nghiên cứu công nghệ

2° phù hợp với nh hình phát tiễn xã hội trong tương lại của đất nước a nổi chung và

phát triển ngành xây dựng nói

2 Mục đích nghiên cứu

+ Nghiên cứu công nghệ lắp ghép và ứng dung vào thiết kế khung bê tông lắp ghép,

theo tiêu chuẩn Eurocode 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu.

Đổi tượng nghiên cứu: Kết cầu khung bê tông lắp ghép trong công trình xây dựng4.2 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu: Các giải pháp lắp ghép và hướng dẫn tính

châu Burocode 2.

4 Cách tiếp cận đề tài

Tùng các tài liệu của nước ngoài về kết cấu khung bê tông lắp ghép như tiêu chuẩn

Eurocode: sách Precast Concrete Structures của tác giả Kim S.Elliott; các tài liệu

khác đã nêu ra ở mục tài liệu tham khảo, dé nghiên cứu và đúc rút ra phương pháp bổ trí vi tin toán kết cầu khung bê tông lắp ghép

5 Phương pháp nghiên cứu.

Nghiên cứu tài liệu của nước ngoài và các bài toán đưa ra, tính toán kiểm chứng và

phát triển để tài để áp dụng cho các công trình trong nước Từ đó rút ra được phương,

pháp bổ tí va tính toán kết cầu khung bê tông lắp ghép để áp dụng tính toán cho các

công trình thực tế trong tương lai

6 Dự kiến kết quả đạt được

Hệ thing được các phương pháp bổ tr kết cấu khung bê tông lắp ghép, cũng như các

-quy định thiết kế khung bê tông lip ghép theo tiêu chuẩn Euroeode 2.

7 Kết cấu nội dung luận văn.

Ngoài những nội dung quy định của một bản luận văn thạc sĩ như: Phin mở đầu, kết

luận kiến nghị, danh mục tà liệu tham kháo luận văn gồm có 3 chương nội dungchính

“Chương 1 : Tổng quan về két cầu bé tông lắp ghép

“Chương 2 : Cơ sở khoa học, pháp lý về thiết kế khung bê tông lắp ghép theo tiêu

chain châu Âu

“Chương 3: Ứng dụng tính toán khung bê tông lắp ghép theo tiêu chun châu Âu.Tai liệu tham khảo,

CHUONG I: TONG QUAN VE KET CÁU BE TONG LAP GHÉP 1.1 Sự khác biệt của hệ kết cfu bê tông lắp ghép

Điều gì làm cho bê tông lip ghép khác với các kết cầu bê tông khác? Bê tông lắp ghép

có thể là bê tông cốt thép lắp ghép thông thường hoặc là bê tông được căng trước (ứng.

suất trước), Chỉ kh chúng ta xem xét vai ud của của bê tông tong sự phát triển các

đặc trưng kết cấu thì bản chất lắp ghép của nó mới trở nên quan trọng Định nghĩa đơn giản nhất cho bê tông đúc sin là bê tông đã được đúc, bảo đưỡng tại một vị trí không

phải là điểm đặt cuối cùng của kết cấu Khoảng cách từ vị trí sản xuất tới điểm lắp đặtvào hệ kết cấu có thé chỉ là vai mét để giảm chi phí vận chuyển, hoặc cũng có thể cáchtghin km trong trường hợp sản phẩm có giá tri cao, chỉ phí vận chuyển chiếmkhông n

trúc trong hình 1.1 được sản xuất cách địa điểm xây dựng là 600 km, trong khi đó các

lu như khung b tông lắp ghép được tạo ding kiến

lều trong giá thành Ví

cột, dim va tường bê tông lắp ghép trong bình 1.2a và b lại được sản xuất cách công.

trường 60m,

Điều thực sự phân biệt giữa bê tông lắp ghép với bê tông đổ tại chỗ là phản ứng ứngsuất biển dang của nó đối với ngoại lực tác dụng và biển đổi bên trong như co ngốt

(hay đổi thể ch) Những điều này được gọi chung là "tác động" trong tiêu chuẳn Eurocodes, và những ứng dụng chính của kết cấu bê lông lấp ghép được quy định

trong tiêu chuẩn ECO (BS EN 1990 2002), tải trọng hoặc "tác động" trong tiêu chuẳnECL (BS EN 1991-1-1 2002) và tiêu chuẩn thiết kế kết cầu bê tông" EC2 (BS EN

1992-1-1 2004)

Theo định nghĩa, một phần tử bê tông lắp ghép có kích thước hữu han và phải được

liên kết với các phần từ khác để tạo thành một kết cầu hoàn chỉnh Thông thường chỉ

cẩn một sở đỡ như tong Hình 1.3 là đủ Nhưng khi co ngót nhiệt hoặc biển dang gây

+a làm thay đổi thể tích (rút ngắn hoặc đài ra), bai phẫn tử lắp ghép sẽ địch chuyển ra

xa nhau (Hình I.4a) Ma sắt của bé mặt tại vị trí ghép nổi sẽ ngăn cân chuyển động

này, nhưng như vậy cũng tạo ra một lực du kiệnHR có khả năng làm nứt cả hai được liên kết trừ khi các tết điện cấu kiện này được gia cố thích hợp (Hình 1.4b).

inh 1.5a thé hiện một ví dy nơi lục ma sát sinh ra do chuyển động giữa các tắm sin

‘va dim lắp ghép làm cho dim bị nứt vỡ Trong trường hợp khác, mô men sinh ra đo sự "hạn chế của chuyển động tại mối nỗi đã gây ra nứt ở mặt ngoài của lắm sàn tại vị trí liên kết giữa cột với dim lắp ghép như trong Hình I.5b.

Cie góc xoay của cấu kiện dim làm giảm chiéu dai tiếp xúc Ib, việc này gây ra ứng suất tập và làm nứt tại đỉnh cột, trừ khí có miếng đệm được sử dụng để ngăn ứng suất tập trung (Hình 1 4c) Nếu b rộng dim hẹp, sự phân tần ứng suất từ trong ra ngoài của Ot sẽ gây ra biển dạng kéo bên, và dẫn đến vỡ bê tông bén dưới dim trừ khi mặt cất

nay được gia cường hợp lý (Hình 1.44).

Hinh 1.2: (b) Kết edu hoàn thiện bởi các cột và dim và tắm tường lắp ghép

Hình 1.4 (a) Chuyển động không hạn chế giữa hai cấu kién bê tông lẻ ghép (b) Han

chế chuyển động nhương không ngăn ngừanứt do kéo (c) Giảm chiêu dài liên két lamtăng ứng suất tập trung do góc quay do uốn (4) Nit bên do diện truyền lực hẹp (trdi)

(A) và cốt thép gia cường (phải) (B)

thanh chốt ngăn ngừa

(phải) (B): (9) Mắt gối đỡ do lún cốt (trái) (A); các vòng thép ngăn ngừa (phải) (B)

“Hình 1.5 (a) Vỡ do chuyển dịch giữa các tép sàn và dẫm (b) Niet do ngăn cản tai liên Kết giữa dẫn và cột lắp ghép.

Nếu cột bị tác động bởi một tai nạn hoặc mộ lục kết cấu H với > H, ĩ chuyên vu tới mắt én định hoặc thậm.

sẽ không phải là chuyển vị đàn hồi phục hồi và có

chí mắt cả gỗi đỡ tr khi gối đỡ có khả năng kháng cất (Hình I 4e) Trường hợp móng của cột bị hong, mắt gối đờ cũng diỄn ra trừ khi gối đờ có khả năng chịu kéo (Hình

Trên đây là một số yếu tổ phân biệt kết edu bê tông lắp ghép với các dạng kết cầu bêtông khác

1.2 Sự làm việc của kết cầu bê tông lắp ghép,

Kết cấu bê tông lắp ghép hoàn chỉnh là một tập hợp các cfu kiện lắp ghép được kết nổi

phi hợp với nhau, tạo thành một khung ba chiều có khả năng chống hạ ải trong đứng à tải trọng gió (hoặc thậm chí cả động dit) Kết cầu khung lip ghép thường được sử dụng trong các tòa nhà như văn phòng, nhà đơn lẻ, bai đỗ xe, trường học, sân vận động

và các toa nhà đồi hỏi không gian thông thoáng và không gian cho thuê đa chức năng.Lượng bê tông trong khung lắp ghép này it hon 4% tổng khối lượng của tòa nhà và 2/3lượng bê tông nàlà các sàn lắp ghép Trong trường hợp công trình là trung tâm muasim và bai đỗ xe được th hiện trong Hình 1.6, các cấu kiện bê tông lắp ghép đỡ các

tải wong thẳng đứng (tứ là ải rong trong lực) là cột, dim, tắm sàn, cầu thang và lõi

cầu thang,

Hệ khung này sẽ được *giằng dé chống lại các tai trọng ngang (tức là tải trọng bên và

ấp lực gió) bằng cách sử dụng các “cd rt sâu? (very deep columns) và các hanh giing

chéo Khung thể hiện rong Hình 1.7 được xây đựng bởi các cấu kiện tương tự, nhưng

Khả năng khẳng ải trọng ngang được cung cấp bởi cùng các cột chị ti trong đúng, hệ khung và cột như vậy được phân là loại 'không giẳng' Khung lắp ghép trong Hình 1.8 là tương tự một kết cầu cột, dim và sản, nhưng ở đây liên kết c6t-dim được thiết kế là liên kết cứng chịu mô men, và vì thể cường độ và độ cướng của các dim và cột khả năng chịu ải trong ngang được cùng cấp bởi sự làm vige của cả hệ khung, hiểu theo m@t cích đơn gin thi trong trường hợp này khung giống các khung bẽ tông đỗ chỗ

Nét đặc rung phân biệt khung lắp ghép là các liên kết giữa đằm-cột là liên kết cứng,hay nữa-cứng vàa vậy các cộtchu tie động của tải trong ngang trong trường hợpkhung không giẳng như Hình 1.7, Các khung trong Hình 1.9 và 1.10 được xây dựng

xử dụng các cấu kiện tương tự, nhưng có sự sáng tạo ở mặt ngoài công trình và các khuôn lắp ghép đắt tiễn, ngôi nhà này thể hiện một chức năng hoàn thiện cả vẻ kiến trúc và kết cầu

Hin L6 Hệ khung ging tương" bê ting lắp ghép, Trung tôm bán lẻ và at đậu xe

‘Green Apple’, Helsinki.

Các loại kết edu khung lip ghép nay được gọi là kết cấu ‘xuomg” (skeletal), đây sẽ là dạng kết cầu được thảo luận và thiết kế trong tài liệu này Mặc dù các cột, dim và sàn được nhìn thấy rõ trong Hình 1.10, nhưng kết cấu này lại chủ yếu là kết cấu 'khung-tường”, nó khác với dạng "xương" vi sử dung các tấm tường với ba chúc năng là: (1) tạo ding kiến trúc, và chịu tải trọng (2) đứng và (3) ngang Hệ kết cầu tường này không được thảo luận và thiết kế trong tài liệu này.

Hình 1.8 Khung "xương b tông lắp ghép được biết tới là hương mứa cứng, Đại học

Recife, Brazil

Hình 1.9 Kết cắt ' xương lắp ghép kết hợp với các cột kiến trúc và dam sườn, Reading Business Park, Vương quốc Anh

Tình 1.10 Khung xương "lắp ghép và Khung-neing’, Barva City, Qatar.

Trong Hình I.Ha, rong lực ạt (nh tải [kN/m")) và q (hoạt tải hoặc tải đặt thêm

IIN/mÈ]) tmuyễn trực tgp lên các tắm sàn gây ra uốn, cất và một chút xoắn, Các ải sin này sau đô truyền lên các dầm (dang cắt v [kNim2)); Tiếp theo truyễn từ dim xuống cộu và từ cột xuống móng (dạng lực nén N[KN]) Mô men uốn m [Km] có thể xuất

hiện trong cột do phản ứng dằm-cột, nhưng ở đây bỏ qua vì nó khá nhỏ so với mô menM do tải ngàng W gây ra

“Trong Hình 1.11b, lực W (áp lực

bộ mặt ngoài của tòa nhà Để kể đến sai số xây dựng lệch theo phương đứng, một lực

6 theo phương ngang [kN/m2]) tác động vào toàn.

HL [KN] sai số ban đầu được cộng vào lực We [kN] tại mỗi mức sản Hi được định

nghĩa và sử dụng trong thiết kế ôn định ở phần 6.2.6 và Hình 6.23 trong (Kim, 2016] Tải rong tuyết tính do sai số bạn đầu hy = HỰI [EN/m], Các tải này được đặt tại các

mức sàn Nếu như chiều cao tng là h [m] và chiều đài của mặt đón giá là | [mư, thì

'We+He=wnhlshl [KN] (trir ting mái khi đó cf

tổng tính là b2) Wi được truyền thông qua các sàn ting, tác đi

Ie cắt ngang f [kN]) đối với các đà

động vào các cột và từ các cột (dạng mô men M [im] và lực cắt YF [N) tryển

tổng lực đạt tại mỗi mức sàn sao

12 dang tắm (dang từ các dim (dang lực cắt ngang F [kN]) tác

xuống móng Biến dạng thứ cắp do chuyến vị e; [m hoặc mm] gia tăng, lúc đó mô men tại chân công tinh sẽ = M+ m + Nex Bi vì tý lệ với he tăng tất nhanh với chiều

cao và vì vậy nó sẽ là nguyên nhân chính gây ra mô men tai chân công trình.

Hinh dang biển dang của cô phụ thuộc vào bậc liên kết cin cột vụ dai móng (các liên

kết chẳng mô men uốn), và liên kết giữa dim và cột Tốt nhất thi liên kết giãn cột với

mồng mà dầm là liên kết cứng, khi đó hình dang biến dang của cột được thé hiện như.

Hình 1.12a, Xấu nhất thì én kết giữa cột với móng và dim là khớp, thì kết cấu thành

hệ cơ cấu (biển hình) như Hình 1.12b Trong thực hành, hệ móng thường rất cứng

(nhưng không vô củng) vi các dim gin với khớp (nhưng vẫn có độ cứng) vi vậy hình

dạng biển dạng của cột như Hình 1.12c, Làm việc như một thanh công xôn tự do, khảnăng làm việc của cột đạt tới giới hạn khi chịu tác động của tổng hợp các lực tác dụngNM, m và Neo là ch (HH) đạt tới hạn chiều cao tới hạ (Hes) H =cao của kết c

How Khi H < Herit, hệ khung xương được gọi là 'khung lắc" hoặc 'khung không

giảng"

Hình 1.12 Hình dang biển dang của cột cho các diéu kiện biên khác nhau (a) liên kết cứng không giảng, (b) liên kết khớp-không ging () liên kết cứng với

móng và khóp-không ging với dim, (A) liên kết khóp-có giảng

Khi H > Hos, các hệ tường chịu lực được sử dụng cho hệ khung xương, khi đó hệ

khung được gọi là hệ "khung không lic’ hoặc 'khung giảng" (Hình 1.13) Hệ tường,

(hoặc các loại giẳng) được xếp thẳng hàn theo chiều dọc cùng chiều với lực Wit sẽ

thay thé cho hệ cột trong việc kháng mô men lật Do có độ bền và độ cứng lớn, cáctắm tường sẽ không cần phải thay thể tit cả các cột, thực tế chỉ cần thay thể 1 tắmtường trong 20 cột là có thể đủ, và các vị tí hay thể phải được tính toán lựa chọn hợp.lý, thường là ở cuỗi nhà và xung quanh khu vực cầu thang hay thang máy

Hình 1.13 Sơ dé truyền lực trong hệ khung giằng sử dung các tắm tường chèn (a) cing

tôm săn lắp ghép (b) Chí Ý trong hình Wk và wh bao gdm lục FHT và ứng suất fH do khuyết tật.

Do số lượng trong khung xương là khá it, nên các tắm tường ít ảnh hướng tới việc truyền tải trong đứng là gs và ge như trong Hình I.11a Tuy nhiên ảnh hưởng của chúng tối chịu tải trong ngung là rất đáng kể như trong hình 1.13, Wi +H được truyền

thông qua sàn, dang các tắm tác động ngang (dưới lực cắt ngang f [KN] và mô men

ngane ms [kNm]) vào dim tạ vị tí của các ấm tường; từ các dầm (lực cắt F ND, truyền vào dim; thông qua các tắm tường (dưới dạng các lực chéo) truyền xuống nỀn (thành tổng lực cắt SF [kN] và phản lực dọc trục N [KN]).

Mặc dit có biển dạng cit v, các tim tường vẫn đủ độ cứng để dim bảo giới hạn chuyển là wh<l/500 và ẽ bồ qua c rong ác inh to tiếp theo, Hình dạng biển dang của các cột sẽ không phụ thuộc vào liên kế với móng hay dm néu các liền kết này là hệ khớp ni, hình dạng bién dạng sẽ có dạng như Hình I.12d (hanh Euler) Cúc biển dạng thứ cấp es chỉ xây ra khi chiều dài mỗi cột, độ mảnh thực tế của nó, giữa các chiều cao ting lớn hơn các giá tị tới hạn được quy định tong các tiêu chuẫn

nhưng nguyên lý-nguy i không they đối Hệ

phần" là một hỗn hợp của hệ kết cấu không giằng ở trên hoặc dưới một cao độ xác định (xem Hình 3 15), và các hệ kết cấu có giảng Hệ kế cầu ‘ging đơn hướng" được sing theo một hướng và không được ging theo hướng khác.

Giải quyết các mô men, lực cất, lực dọc (và có thé cả xoắn) trong các cấu kiện lắp

it sối đỡ ghép, và các lưu ý vỀ ảnh hưởng của co ngét, chy nổ tri nạn bắt ngờ,

được thio luận ở phần 1.1, các thiết kế của edu kiện là theo các thiết kế truyền thống bê tông cốt thép hoặc bê tông ứng uất rước Tuy nhin, việc vận chuyển sin xuất, vận chuyển edu và sự ổn định tạm thời của các cầu kiện và của hệ kết cấu trong quá tình xây dưng phải được xem xét Các nhà thiết kế khung bê tông lắp phép không thể tự đa

dạng hóa quy trình sin xuất và lắp dựng công tình Các phản hồi từ nha máy (như địađiểm đúc) đến văn phòng thiết kế và từ công trường đến nhà máy và văn phòng là rấtcẩn thiết

sao lại chọn hệ kết cầu lắp ghép chịu lực

Sự tổn tại của nhiễu công nghệ bê tông lắp ghép và rit nhiễu dự ấn công trình sử dụng

bê tổng lắp ghép, toàn bộ hoặc một phẫn, là minh chính là công nghệ này có tinh ứng dụng cao và kinh tế Nhìn một cách tổng thể, thị phin của các khung lắp ghÉp "xám" là kết cầu bé tông chưa được hoàn thiện theo kiến túc) là khoảng 5% của chỉ phí

tát đã hoàn thiện hoặc,

trong nhà nhiều ting Tay nhiên, các kết cấu lắp ghép vi

số nhiễu chỉ it kiến trúc (Hình 1.9), tì thi phần tổng thé là gn 15%, lên tới 799%trong vùng khí hậu lạnh hoặc nơi chỉ phí nhân công cao Hình 1.14 thể hiện một tòanhà trong ‘th rắn bê tông lắp ghép”, ngoại 6 Helsinki, Phin Lan Hình 1.15 thể hiệnmột ngôi nhà lắp ghép kỹ thuật cao ở Malaysia, trong đó các tắm tường chống mưa.cđúc cùng cửa số và cửa đi là chia khóa trong việc trang trí các cột gốc.

Hinh 1.15 Các tim tưởng bê tông lắp ghép cho các nhà thấp tang, O-Stable hệ panel

"Nhiều người cho rằng ở một số quốc gia, đặc biệt là liệu hoặc nhà máy thắp, lương một giờ lao động.

công cắt và uốn, hoặc lương một nhân công ít hơn 1/500 việc thuê cần cầu di động lớn, thi khi đó bé tông lắp ghép không thé cạnh tranh với bê tông đỏ tại chỗ Ở những noi tỷ lệ lao động trên nguyên vật ip hơn 1/50 tin thép thánh đã gia

mà chính sách lao động địa phương đỏi hỏi cao của lao động phổ thông, công nghệ bêtông lắp ghép sẽ tạo ra nguy cơ mắt an toàn do vận chuyển, lắp ghép và sự én định tạm.thời Tương tự, ở cúc nước có ngành công nghiệp thép phát triển mạnh và nén giáo dục

phố biển vẻ thiết kế chế ạo thép, ý kiến phổ biển cho ring kết cầu kip ghép không thể

cạnh tranh với kết sấu khung thép Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, bê tông lắp

và nếu nhà thế kế không muốn coi bêghếp à giải pháp kình tế và thiết thực duy nÍ

tông lắp ghép như một giải pháp tổng thé, thì có thé sử dụng giải pháp được gọi là hỗn

hợp (mixed), Hình 1.16 đến 1.19 thể hiện các trường hợp sử dụng bê tông dự ứng lực

lắp ghép cho các tim sàn hoặc dim có nhịp dài, tong khi các gối đ tương ứng là kết sấu thép, kết cu thép hình dng, bê tông dé tại chỗ và ké cầu gố.

Voi điều kiện là sự ôn định của kết cầu không bị hư hỏng, việc thay thé dim thép, giàn.

được sử dung khí có các vẫn đề cần hoặc khung cầu trục cho các cấu kiện lắp ghép s

lưu ý trong chỉ tiết liên kết Trong kết cấu thể hiện trong Hình 1.16, dim thép nông

được sử dụng để thay thể rực tiếp cho dim lip ghép, cái nằm đưới cốt sàn của ting,

giải pháp này giúp giảm chiều cao ting là một ưu điểm rõ ràng Tuy nhiên dim thép

nông không thể kinh tế bing dim thép cao hoặc dim bê tông dự ứng lực

Tình 1.16 Kết hop bê tông lắp ghép và bê tông tại chỗ với kết cầu thép

"Hình 1.17 Bê tông lip ghép kết hợp với ging thép hình dng, Bouwhuis, Hà Lan, 2008 ‘Theo bản tin fib (fib 2002), các công trình dạng kết hợp hiện nay được sử dụng hon

75% các nhà nhiều ting ở các nước phương tây, trong đó việc sử dụng kết cấu lắp

chép gia tăng trong 10-15 năm qua do sự gia tăng việc sản xuất cấu kiện lấp ghép ở

khu vực xa trung tim, Một số giới hạn trong bê tông lắp ghép sẽ din tới việc sử dụng cùng các vật liệu khác theo một cách hiệu qua chỉ phí, ví dụ cung cấp kết cấu liên tục sử dung số lượng nhỏ bê tông cốt thép đổ tại chỗ, hoặc thêm các đầm thép cho nhịp dài hoặc sàn mai bằng gỗ cfc kết hợp có thể hoại động cùng nhau hoặc độc lập nhưng chúng đều cùng nhau mang lại nhiều lợi ích so với việc chỉ sử dụng một

loại vậ liệu đơn lẻ

mặt kí

“Chia khóa” thành công khi sử dụng giải pháp bê tông lắp ghép hay kết hợp (bán lắp

ghép) là có thể đưa cho khách hàng, kiến trie sư vã các kỹ sư kết cấu một gi pháp có

eC try được sử dụng kinh kế 4 Lao động có ay nghề cao

2 Hiệu quả về giá thành

Chi phí cho mỗi câu kiện kết cầu xây dựng cùng khả năng làm việc la cạnh tranh với

các vật liệu khác, ví dụ giá/mô men uốn hay giá/khả năng chịu tải trọng dọc trục.

b Chi phí tổng thé bảo gồm cả vận chuyển, sửa chữa hoàn thiện, bảo trì và sửa chữa làrit cạnh tranh.

« Chit lượng của các cầu kiện được dim bảo chit lượng ~ các độ lệch chuẩn của cầu kiện về vật liệu và phương pháp là ổi thiểu

4 Giải pháp này sử dụng bê tông được sản xuất trong nhà máy.

se Các sản phẩm được đảm bảo bởi các thí nghiệm phá hủy hoặc không phá hủy.

3 Thi công nhanh

lắp ghép có thể mắt vài tuần, nhưng ngay khi

it nhanh.

a, Mặc dt quá trình sản xuất cầu ki

xây dựng, quá tình lắp ghếp diễn ra

b Các công việc liên quan (như thợ nề, thợ điện, thợ sổ) cũng thi công nhanh chóng,e Bàn giao công trình có thé chia được làm ni

cd, Khu vực xây dựng sạnh sẽ

e Dây truyền dịch vụ không bị gián đoạn.

£ Các kích thước của dim cột cũng như các vị trí giảng được dim bảo,

1g Có thể khai khác được cả bê tông trang trí bên trong và bên ngoàcông trình

Hình 1.18 Kết hợp hệ lắp ghép và bê tông nhẹ dé phủ tại chỗ trên sàn kim loại, Bracken House, Leith, Vương quốc Anh

Hinh 1.19 Xây dung kế hop sàn bê tông lắp ghép với khung đằm cột gà Derby, ương quốc Anh

"Hình 1 30 Chế tao mdi ni ba chiễu tháp thép dém-c6t với khả năng chịu lực là 360 EN trên mỗi

Hinh 1.21 Tận dung ru diém của câu kiện sản xuất trong nhà máy: dim bê tông ứng suất trước 55 m tại VBI, Hà Lan.

“Hình 1.22 Daim lắp ghép và Hình 1.23 Ngôi nhà hoàn thiện sử dụng tường cách nhiệt cấu kiện ở Hình 1.22 Đại học

Nottingham, Anh

Hình 1.24 Các edu kiện cột, dm và sin sau khi đã hoàn thiện kiến trúc tại nhà ga

Paddington, London

CCéc nhà máy sản xuất cấu kiện đúc sẵn là không rẻ Trong một số trường hợp, thi việc xây dựng thiết bị lắp ghép để sản xuất cấu kiện ngay tại công trình hay khu vực lân cận Bắt cứ phương pháp nào được chọn, th quan trong việc lắp sẽ kinh tế hơn rất nhí

chép được thực hiện trong nhà máy cái mà không thể làm được trên công trường Hình1.20 thể hiện một ví dụ mỗi nối dầm với cột trước,

khả năng chịu cắt của khoảng 360 KN trên mỗi bề mặt của dim với bŠ rộng Xhoảng 400mm, Doan nỗi c

truyền được lực cắt lớn trên diện tích dm hep như vậy thì các

rõ rằng Hình 1.21 là ở Hà Lan, một dim bê tông lắp ghép được

bi chiếm khoảng 75% giá thành của phan còn lại của cầu

kiện, nhưng để có tlợi ích đem lại là

căng ứng suất trước dầi 55m và nặng tới 140 tin được chuyển trở bằng xã lan đã tận

cdụng được các lợi thé của họ về kỹ năng, cơ sở ha ting về kết cầu lắp ghép Hình 1.22

và L23 thể hiện li thể kếp của sản xuất lắp ghép: dầm liền hop và lắm tưởng cách

nhiệt với lớp hoàn thiện bằng đá xi măng Porland Các cột bao gồm củ các mỗi nỗi

tương tự trong Hình 1.20 được hoàn thiện theo cùng một tiêu chuẩn và được dựng lên.

tới 5tằng trong một lẫn duy nhất

Một câu hỏi thường được đặt ra tại các cuộc hội nghị vàhội thảo - "vui lòng giả thích

điều g lầm cho bê tông lip ghép khác với bể tông truyền thống đỗ tại chỗ trong việc

sử dụng cho các tòa nhà và điều kiện nào là phù hợp nhất dé sử dụng bê tông lấp

ghép!" Câu trả lời cho phần đầu ign có thể được thể hiện rỡ nhất qua các cột, dim và

mái đúc sẵn được thể hiện wong Hình 1.24, Bức ảnh này được chụp 12 năm sau khi

xây dựng, công trình ở bên trong một nhà ga đông dân cư Câu trả lời cho phần thứ hai phức tạp hơn - nó là một chức năng không chỉ của hình thức và thiết kế của chính kết

cẩu, mà còn là sự cân bằng giữa ỷ lệ / chi phí quốc gia (hoặc của khu vực) / sự sẵn cócủa lao động, vật liệu, tự động hóa nhà máy và trang thi

hiểm khi là

t bị trên công trường Nó,một quyết định thiết kế Nội của phan này này được trình bày bởi Elliott vàJolly (2013).

1.4 Các loại kết cầu bê tông lắp ghép

Phin này giới thiệu các nguyên tắc cơ bản và một số quy tình thiết kế và phân tích liên quan đến thiết kế kết cầu khung bê tông lắp ghép, về cơ bản là khung dằm-cột có thể được giảng bằng cách sử dụng tường vàhoặc lời, công như thio luận về khung

wu chuẩn Châu Âu Eurocodes ECO, ECI vàkiểu cổng và khung kiểu tường lắp ghép.

EC2 được sử dung để xác định sự tổ hợp trọng lực và tải rong ngang tác động

dầm và các kết cấu được giới thiệu Việc thiết kác các cầu kiện bê tông cốt thếp vàê tông dự ứng lực, các liê các kết cầu sẽ được trình bây trong các chương sau

Thiết kế kết cấu sơ bộ, mà nhiều người gọi la giai đoạn khả tỉ, thường là sự công nhận loại khung kết cấu phù hợp nhất với hình thức và chức năng của một toa nhà hơn là bản thân thiết kế kết cấu Vige tạo ma chỗ ở có "mặt bằng mở" sẽ đồi hỏi không gian

ring nhất có thể cho phòng khi đ việc dùng kết cfu chủ yéu là cật và sản như Hình3.1, trong đồ các vách ngăn có thể được dựng lên sao cho phù hợp với nhủ cầu củakhách hing Loại kết cấu được sử dụng trong trường hợp này thường được gọi là"khung xương ~ giếng như một khung xương gồm các cầu kiện nhỏ hơn nhưng chắc

chấn la cột dim, sàn, cầu thang và đôi khi là tường chịu lực (không phải vách ngăn) Ti nhiên, một kết cầu khung xương có thể được thiết kế bằng bê tông đổ ti chỗ và kết cấu thếp, nhưng ở đây chúng ta sẽ chỉ xem xế ấp ghép

Co sở cho việc thiết kế các kết cấu lắp ghép dạng khung xương được giới thiệu trongHình 1.11 và 1.13 Ci sấu kiện chính trong công tình lắp ghép được thể hiện trong

Hình 32 Chú ý rằng các liên kết giữa dim và sin được thiết kế và xây dựng dạng

"khớp nối", và vi vậy các cầu kiện nằm ngang (tim sàn, cầu thang, dim) được đờ dang

gối đơn giản Chúng không nhất thiết lúc nào cũng phải là gối (ở khu vực động đất

kết này được sản xuất dạng cứng và rất dẻo) nhưng để đơn giản hóa cho thiết

xây dưng thì nó vẫn được tu tiên lựa chọn

Hình 1.25, Cấu tric khung xương lắp ghép cho không gian rộng lớn thông suất cho lợi

ích của công nhân xây dựng và khách hàng.

Hinh 1.36 Cúc định nghĩa rong một kết cấu khung xương lắp ghép

CCác cấu kiện đứng (tường, eft) có thể được thiết kế dang liên we, nhưng vì liên kết ddim và sin là khớp nên sẽ không cổ tác động khung tổng thé và không yêu cầu phân

tích độ cứng của khung, ngoài sự phân bổ của một phn mô men cột phát sinh tir phản

ứng lệch tâm của dim Các cấu kiện giảng cứng như tường được thiết kế như một cầukiện theo ccao ting, giẳng lần lượt từng ting, hoặc như một cấu kiện liên tụcging tắt cả các sàn dạng công xôn cao.

"Trong các công trình văn phòng và hoặc cửa hàng bán lẻ, khoảng cách giữa các cột vàdim thường nằm trong khoảng 6-12 m (Hình 1.7 và 3.3) tùy thuộc vào tải trọng của

sản, phương pháp ôn định và mục dich sử dụng Trong các bãi đỗ xe nhiễu ting, nơi tái

là 2,5 kN / m? thì khoảng 16 m đối với các nhịp sàn x 7,2 m cho dim, tạo ra ba khoang.

đỗ giữa các cột (Hình L6) Be

trọng áp dung (trong lượng toàn bộ của xe <30 KN theo BS EN 1991-1-1, Bang À

ngoài của khung lớp võ chống chịu thời tt của tòa

nhà - cũng có thé là một cấu trúc khung, trong trường hợp đó, các khoảng trồng giữa

sác cột duge 6p bing gạch, tim bể lông đúc sẵn, tắm, v.v Ngoài nụ lớp bao có thể được xây dựng bằng vật liệu đúc sẵn kiên cổ tưởng chịu lực, phân phối với sự ein thiết của dim, và được gọi là 'khung tường (Hình 1.14),

Ví dụ về các toa nhà dân cư nơi khung tường lip ghép sẽ là sự lựa chọn rõ rằng được

thể hiện trong Hình 3.4 đến 3.7 - các bức tường đều chịu lực và chúng hỗ trợ các tắmsàn chịu lực một chiễu Csự tự đo về kiến trúc hon so với khung xương, vi dụ, các

bức tường nên tốt nhất là) được bổ trí trên một lưới nh chữ nhật và có khoảng cáchmô-dun cổ định, thường à 300 mm, điều này khá quan trọng vé mặt kin tẺ Khungtưởng có th tiết kiệm hơn và thường có thể xây dụng nhanh hơn, đc biệt nếu các bứctường bên ngoài được trang bị vật liệu cách nhiệt và hoàn thiện trang trí tại nhà máy.Hình 1.14 và L22 là những ví dụ điền inh về điều này, Khoảng cách giữa các bức

tường có thé là khoảng 6 m đối với khách sạn, trường học, nhà ở và nhà ở trong nước,

và 10-15 m đối với các dự án trung tim thương mại Theo mô tả này, khung tường có vẻ rất đơn giản vé mặt khá niệm, hung trên thực tế lại khá phúc tạp để phân tích vìtường có độ cũng tong mặt phẳng rất lớn ong khi các kết nối giữa tường và cửa Iilinh hoạt hơn Sự chuyên động khác biệt giữa các tắm tường và giữa tường và sàn sẽ

dẫn đến các vin để lớn về khả năng sử dụng trong hơn 25 năm tuổi thọ, thường dẫn din sự cổ trong lớp võ chống chịu thi tt và có th là sự chỉ ích, uy ôi của sông

trình, mặc đù nó có cầu trúc phù hợp.

Hình 1.28 Khung tường phù hợp nhất cho các căn hộ, khách sạn, trường học, trung tâm mua sắm, nhưc trong ví dự tại Rhodes, gan Sydney, Úc