Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng: Nghiên cứu xây dựng quy trình thi công sàn chuyển ứng suất trước căng sau trong nhà cao tầng theo tiến độ thi công

Hình 1.3 Công trình “The Miglin-Beiler Tower” ở Chicago Hoa Kỳ sử dụng hệ lõi chịu lực Hình 1.4 Sơ đồ kết cấu dng trong nhà cao ting Hình 1.5 Phân bổ ứng suất rong các cột của hệ kết cầu

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được

thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của GS.TS Nguyễn Tiến Chương.

Các số liệu được trình bày trong luận văn này là trung thực và chưa từng công bố dưới bất cứ hình thức nảo.

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Tác giả luận văn

Mai Sỹ Sơn

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn sự bưởng dẫn tận tinh của Thầy giáo GS.TS Nguyễn TiếnCChương, người đã trực iếp hướng dẫn tối trong quá tỉnh thực hiện luận văn

Tôi xin bảy tỏ lòng biết ơn đến Khoa đại học và sau đại học, các thầy cô giáo tham gia

giảng dạy khóa học, cùng toàn thể các thiy cô trong bộ môn Xây Dựng Dân Dụng Và

Công Nghiệp - Trường Dai Học Thủy Lợi đã có những nhận xét, những góp ý thiết

thực dé luận văn được hoàn chỉnh.

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo chẳm phản biện, các thầy trong hội đồng bảo

vệ và các đồng nghiệp đã cho những nhận xét quý báu để luận văn có thể phát triển

trong tương lai

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè và gia đình đã động viên, giúp đỡ tôi

trong suốt qu tình họ tập và lâm luận văn tốt nghiệp

Hà Nội, ngày thing — năm 2018

Hạc viên

Mai Sỹ Sơn

CHUONG 1: TONG QUAN.

Ý HIEU VÀ CHỮ VIET TAT

1.1 Lịch sử phát triển của két ef bê ông ứng suit trade

1.2 Nghiên cứu ứng dụng kết cấu BTƯST ở Việt Nam.

1.3 Một số khái niệm về kết cấu BTUST

1.3.1 Kết cầu BTUST căng trước và kết cấu BTUST căng sau

13.2 Kết cầu BTUST căng trong tiết điện và căng ngoài tiết điện

1.3.3 Kết cầu BTUST toàn phần và kết cấu BTUST không toàn phần

1.3.4 Kết cấu BTUST có bám dính và không bám dính.

1.3.5 Kết cầu BTƯST và kết cầu tổ hợp,

1.4 Sơ lược về kết sầu nhà cao ting

1.4.1 Mé đầu

1.42 Phân loại kết cấu nhà cao ting

1.5 Kết luận chương và nhiệm vụ luận văn

10 B 29

'CHƯƠNG 2: XÂY DUNG QUY TRÌNH THI CONG CAP DỰ UNG SUAT TRƯỚCCANG SAU CHO KET CAU SAN CHUYỂN TRONG NHÀ CAO TANG THEOTIEN ĐỘ THI CÔNG

2.1 Tính toán thiết kd sin chuyển BTUST

31 31 2.2 Nghiên cứu quy trình thi công cáp trong sàn chuyển BTUST căng sau trong nhà cao ting the tu chain ACI 318M - 2011

2.2.1 Các giả thiết tính toán

222 Vật liệu

2.24 Ứng suất trước hiệu quả và tổn hao ứng siắt

2.25 Quy tinh thiết kế sin chuyển BTUST căng sau

2.2.6 Cấu tạo kết cầu bể tông ứng suất trước 472.2.7 Các bước thiết ké san chuyển BTUS sĩ

2.3 Kết luận 6

CHUONG 3: ÁP DUNG CÔNG TRÌNH THUC TE ESTELLA HEIGHTS 64

3.1 Giới thiệu công trình 64 3.2 Xie định tải trong 65 3.2.1 Tinh tải 6

322 Hoạt ti 66 3.3 Thiết kể sàn chuyển 66

3.3.1 So đỗ kết cfu 66

3.3.2 Thiết kể sin chuyển ứng suất trước theo lý huyết sàn nhiều nhịp 68KET LUẬN VA KIÊN NGHỊ 80CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO: sa

DANH MỤC HÌNH VE

Hình 1.1 Một số mặt bằng kết cầu khung nhà cao ting dién hình

Hình 1.2 Một số mặt bằng kết cầu tường chịu lực nhà cao ting điễn hình.

Hình 1.3 Công trình “The Miglin-Beiler Tower” ở Chicago (Hoa Kỳ) sử dụng hệ lõi chịu lực

Hình 1.4 Sơ đồ kết cấu dng trong nhà cao ting

Hình 1.5 Phân bổ ứng suất rong các cột của hệ kết cầu Sng dưới tác đụng tải ngang

Hình 1.8 Sơ đồ kết cấu khung - giảng

Hình I.9 Sơ đồ kết cấu ống lối

Hình 1.10 Sơ đồ kết cắt

Hình 1.11 Sơ đồ phân bố ứng suắt trong cột của kết cầu ống tổ hợp chịu tai trọng

ngang.

Hình 1.12 Sơ dé kết cấu nhà cao ting có ting cứng

Hình 1.13 Biển đồ mô men trong tdng cứng khi có và không có ting cứng

Hình 1.14 Sơ đồ kết cầu sin chuyển trong nhà cao tang

Hình 2.1: Sơ đỗ mình họa sàn chuyển

Hình 2.2 Quan hệ thời gian - chất tải trên sản chuyển

Hình 2.3 Hình ảnh đầu neo cáp

Hình 2.4 Kích căng kéo cấp,

Mình 2.5 Sơ đồ tính toán momen uốn giới hạn của kết cầu BTUST

Hình 2.6 Sơ đồ inh toán vùng neo

Hình 2.7 Miễn ứng suất trước tại từng thời điểm,

Hình 3,1 Công trình

Hình 3.2 Mô phỏng đường truyễn tải trong sản 2 phương.

Hình 3.3 Mat bằng kết cấu sản chuyển

Hình 3⁄4 Sơ đồ kết cấu và các loại ti trong tác dụng lên sin chuyển

stella Heights cao 34 ting

Hình 3.5 Sơ đồ kết cấu và biểu đồ mô men do tải trong bản thân gây ra

Hình 3.6 Sơ đồ kết cấu và biểu đồ mô men do tải trọng bản thân và tinh tai gây ra

Hình 3.7 Sơ đỗ kết cầu và biểu đồ mô men do ti trọng bản thn, tĩnh ti và hoạt i

gym 10

Hình 3& Sơ đồ kết sấu và bigu đỗ mô men do 1.2 x (ti trọng bản thân, nh tải và L6

x hoại tải gây ra, 20

Hình 3.9 Miền bổ trí cáp ứng suất trước 72

Hình 3.10 Sơ đỗ bổ tí cấp theo phương đọc sản 72

Hình 3.11 Mặt cắt ngang dai sản theo phương bổ trí trái đều cáp 73Hình 3.12 Biểu đồ momen thứ cấp do ti trọng UST P—I gây ra 1Hình 3.13 Biểu đỗ xác định lực kéo căng, thời điểm kéo căng theo miễn ứng suất

trước theo quá trình thi công 79

DANH MỤC BANG BIE!

Bảng 2.1 Hệ số tổ hợp tai trong (theo Code 92 tiêu chuẩn ACI -318M-II) 36

Bang 2.2 Giá tri các hệ số ma sắt 3gBảng 23 Giá trì Ksh cho kết cấu bé tông ứng sua rước căng sau 39

Bảng 24 Các gid tri Kre va J 40 Bảng 25 Các gis iC 40

Bảng 2.7 Ứng suất cho phép [f 45

Bing 2.8 Độ diy lớp batGng bio vệ cốtthp theo yêu cầu của chịu lực (Tiêu chuẫn ACI-318M-11), 50

Bảng 2.9 Trình tự thiết kế sản chuyển 1 nip, 31

Bảng 2.10 Trinh tự thiết kế sin chuyển nhiễu nhịp 53

Bảng 2.11 Bảng nội lực - UST theo quá trình thi công 60 Bảng 2.12 Thời điểm căng cáp, số bộ cấp kéo căng và UST tương ứng theo quả trình.

thí công o Bang 3.1 Tỉnh ti trên sản mái 6 Bảng 3.2 Hoat ải sử dụng các loại sản 66

Bảng 3.3 Kết quả kiếm tra ứng suất 14

Bảng 3.4 Kết quả kiểm tra cường độ trén tit điện ngang 15

Bang 3.5 Bảng nội lực - ứng suất trước theo quá trình thi công 16Bảng 3.6 Thai điểm căng cáp, sổ bồ áp kéo căng và ng sut trước tương ứng theo

‘qua trình thí công sin chuyển, 78

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIỆT TÁT

“Thuật ngữ và ký hiệu

a Thuật ngữ.

Bồ cấp căng bao gồm một số thanh hoặc sợi cáp cường độ cao đặt thành bó đã được

eo căng tạo ứng suất trước.

'Bộ nối La thiết bị dùng để nói cốt thép kéo căng trong kết cầu bêtông ứng suất trước

“Căng sau là công nghệ kéo căng tao ứng suất trước được thực hiện sau việc đổ bêtông

phần kết cầu được tạo ứng suất trước

Căng trước là công nghệ kéo cing tạo ứng suất trước được thực hiện trước khi đổ lông phần kết cfu được tạo ứng uất trước

Cốt thép căng là cốt thép cường độ cao đã được kéo căng tạo ứng suất trước

Cốt thép kéo căng là cốt thép cường độ cao dùng để kéo căng tạo ứng suất trước,

Cốt thép thường là cốt thép không được kéo căng

Kết cấu bêtông ứng suất rước là kết cấu bêtông mà trong đó trước khỉ đưa vào sửdụng người ta tạo ra các ứng suất nén cho bêtông nhằm mục dich trật iêu toàn bộhoặc một phần ứng suất kéo do ải trọng va tác động sau này gây ra

Nội lực tính toán là tổ hợp bat lợi có thể xây ra của các nội lực tác động lên kết cấu

được xác định theo chi dẫn của ACL

Nội lực giới han là khả năng chịu lực của tiết diện dang xem xét khi sự làm việc của

tiết điện đạt đến trạng thái giới hạn

Neo là thiết bị ding để neo giữ cốt thép kéo căng sau khi tạo ứng suất trước trong kết

cấu b8tông tạo ứng suất trước

Soi thép là cốt thép có đường kính < 6mm:

‘Thanh thép là cốt thép có đường kinh > 6mm.

“Thép xoắ là cốt thép dang xoắn được tạo nên bởi một số sợi thép,

Ving neo là phn kết cầu được bổ tr các neo hoặc bộ nổi.

b.Kihi

D

Diện tích tết diện,

kết cấu, mẽ

Diện tích tiết diện cốt thép căng trong vùng kéo của tiết dị

Diện tích tiết diện cốt thép thưởng trong vùng kéo của tiết diện kết cầu,

Diện tích tiết diện cốt thép thường trong vùng nén của tiết diện kết cầu,

Diện tich tiết in cất thép dai tối thiểu tong kết cấu bếtông ứng suất trước,

BÀ rộng phần chịu nén của ết cấu, m

BỀ rộng phần chịu et của kết ấu, m

Khoảng cách từ trọng âm it điện dn mép trên, m

Khoảng cách từ trọng tâm tết diện đến mép dưới, m

Khoảng cách từ mép chịu nén đến trọng tâm của cốt thép thường trong vũng chịu kéo, m.

Khoảng cách từ mép chịu nén đến trọng tâm của cốt thép thường trong

Cơ số Log tự nhiên,

Modu din hồi của bêông, MPa

Môđun đàn hồi của thép kéo căng, MPa,

Modan dan hai của bôtông kh bất đầu truyền ứng suất trước, MPa

Cường độ nén tiêu chuân của bêtông, Mpa.

CCưồng độ nên của beng ti thời đệm ứng lực ban đầu, Mp,

Ung suất trung bình trong bê tông do ứng suất trước hiệu quả gây ra (sau

khi é đến tổn hao ứng suất), Mpa.

Ứng suất trong cốt thép căng tại vũng chịu kéo dùng để tính toán khả

năng chịu lực của kết cầu, Mpa.

Cường độ tiêu chuẩn của cốt thép căng, Mpa

“Giới hạn chảy của cốt thép kéo căng, Mpa

Môđun phá hoại kết cầu, Mpa.

Ung suất trước hiệu quả trong cốt thép căng, Mpa

Giới hạn chảy của Giới hạn chảy của cốt thép thường, Mpa

Ứng suất rong bêtông tại mép trên tết điện, Mpa

Ung suất trong bêtông tại mép dui liện, Mpa

Cường độ kéo tiêu chuẩn của bêtông, Mpa.

Cường độ ko của bêtông tại thời điểm xem xét, Mpa,

“Chiều cao của tiết điện kết cầu, m

Mômen quán tinh của tit diện kết cấu, mứ.

Hệ số ma sát theo chiều dai cốt thé căng

Mômen nội lực tính toán tại tiết diện xem xét, Tam,

Khả năng chịu tốn của kết cu tạ tết điện xem xét, Tam

Mô men nút của tiết diện kết cấu, Nam

Ứng suất rước hiệu dụng (đã tử các tôn hao ứng su, T

Ứng suất rước ban đầu, T.

Nội lực tính toán.

Khả năng chịu lực (nội ực giới hạn) của tốt diện

Diện tích bề mặt của kết cầu, mm?

Lực cất tính toán tại tiết điện xem xét, T.

Thành phần lực cất do bêtông chịu trong tính toán kết cấu bểtông ứng

suất trước theo tiết diện nghiêng, T.

Thành phần lực cét do bétdng chịu trong tinh toán kết cấu bêtông ứnguất trước theo tiết điện nghiềng tại vị vết nứt do momen và lực cất,

“Thành phần lực ct ti it diện có Maye do tải trong ngôi gây rT

‘Thanh phần lực cắt do bêtông chịu trong trường hợp vết nứt xiên xuất

Xét (tii trọng tiêu chuẩn), T.

“Thành phần theo phương song song với lực cắt của ứng suất trước hiệu

qua,T.

“Thành phần lực cắt do thép dai và thép xiên chịu trong tinh toán kbêtông ứng suất trước theo tiết điện nghiêng, T

Khả năng chịu cit tinh toán của kết cấu tại tiết điện xem xót, T

Khoảng cách giữa các cốt thép dai, mm.

Chiều di từ vị trí ngay sau thiết bị kéo căng đến sau vị tí xem xét theo phương ngang, m

Hệ số phụ thuộc loại cốt thép kéo căng:

Hệ số phụ thuộc loại bêtông được sử dụng

0,85 cho bêtông có F, < 30 Mpa, với bétOng có P< > 30 Mpa, hệ số được

tăng them 0,05 cho mỗi 7 Mpa nhưng không nhỏ hơn 0,65,

Biến dạng cực hạn của bêtông lấy giá trị eo = 0,003

Hệ số ma sắt góc.

Đường kính danh định của cốt thép, mm.

‘én hao ứng suit trước do tir biển của bêtông, Mpa.

én hao ứng suit trước do biển dang din hỗi của kết ci, Mpa

Tên hao ứng uất trước đo ma sit, Mpa

“Tôn hao ứng suất rước do độ tụt neo, Mpa

“Tôn hao ứng suất trước do co nốt của bểtông, Mpa,

Tên hao ứng suất tước do hiện tượng tự ching ứng suit của

cảng, Mpa.

Độ võng, m.

Độ võng cho phép, m.

atUST Ứng suất trước

BElông ứng suất trước

tông ứng suất trước căng trước

MO DAU

1 Tính cấp thết của để tài

Những năm gin diy, cũng với sự phát triển nhanh chống của nền kinh tẾ nước ta,ngành xây dựng đã đạt được những tiến bộ vượt bậc trên nhiều lĩnh vye Hang loạt

ig ra đời đòi hỏi các nhà thầu xây dựng cần quan tâm hơn về kiến

và kỹ thuật xây đựng Đáp ứng được yêu cầu không gian sử dụng rộng

rải, công năng linh hoạt,tit kiệm nguyên vật liệu và tang tiền độ thi công Vì vậy, vớinhững tinh năng wu việt, việc sử dụng công nghệ BTUST trong nhà cao ting là điềutắt yếu và dang được nghiền cứu, sử dung rắt rộng ri ở Việt Nam,

Tuy nhiên, vi ứng dung công nghệ này chủ yếu chi dùng lại ở những kết cầu phổ, biến như dim, s in thông thường Các kết cấu chịu lực mang tính chất đặc biệt như

‘dim chuyển, sin chuyển edn được nghiên cứu và áp dụng công nghệ BTUST một cáchtoàn điện nhằm đáp ứng yêu cầu thực t là hết sức cin thết

“Tổng kết kinh nghiệm thiết kế, giám sát thi công của bản thân tác giả;

Trao đổi, học hỏi trực tiếp các chuyên gia, kỳ sư đầu ngành có kinh nghiệm thiết kế,thi công sin chuyển bê tông ứng suit trước căng sau trong nhà cao

3.2, Phương pháp nghiên cứu

“Tác giả sử dung các phương pháp chủ yếu sau:

Phương pháp nghiên cứu tổng quan v8 những nội dung liên quan đến lĩnh vực nghiên

cứu;

Phuong pháp khảo sắt, thu thập, tổng hợp;

Phương pháp chuyên gia

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.1 Đi tượng nghiên cứu

Đổi tượng nghiên cứu của dé tài là nghiên cứu quy trình thiết kế và thi công sànchuyển bé tng ứng suất trước trong nhà ao ting theo iến độ thi công

4.2 Phạm vi nghiên

Phạm vi nghiên cứu là các công trình nhà cao ting có sử dụng kết cầu sin chuyển bétông ứng suất trước căng sau ở Việt Nam và trên thể giới

5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

ghia khoa học của đề tài

Trong luận vẫn này, ác giả đưa ra việc nghiên cứu va ứng dụng công nghệ BTUST

vào vige thiết kế và th công một trong những cầu kiện đặc biệt của nhà cao ting ~ sàn

chuyển BTUST căng sau — đây là một dé tải mới và chưa từng được nghiên cứu ở Việt

Nam.

Luận văn được viết theo tiêu chuẩn ACI ~ 318 Tiêu chuẩn tinh toán bê tông cốt thếp

của Mỹ Các tải liệu, công trình nghiên cứu của các nhà khoa học có liên quan đến để tài C c phương pháp được sử dụng trong quá trinh hoàn thành luận văn là: Nghiên

cứu tải liệu Technical Report 43 -PT Concrete Floors; Tài liệu Reinforced Conerete

Mechanies And Design 6* Edition By Wight MacGregor; Tiêu chuẩn ACI-3I8 để xây

dựng quy trình thiết kế va thi công sản chuyển BTUST căng sau, áp dụng công trình

thực ế cho ý thuyết được xây dưng:

Đề tài nghiên cứu và đưa ra được quy trình thiết kế và thi công sản chuyển bê tông ứng

suất rước căng sau trong nhà cao tằng theo tiến & thi công

5.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Luận văn có thể dùng để tham khảo va mang tinh chất định hướng cho việc nghiền cứu.

và áp dụng đề tai, Nhằm tạo ra được những công trình c6 chất lượng cao, ting tính

thẳm mỹ, tăng tiến độ thi công, tiết kiệm được chỉ phi và vật liệu góp phin thúc đầy

phát triển kinh tế xã hội.

6 Kết quả đạt được

Tác giả đã nghiên cứu và đưa ra được quy trình thiết kế và thi công sàn chuyển bê tông

‘ing suất trước căng sau trong nhà cao ting theo tiền độ thi công.

Do thời gian và năng lục còn hạn chế nên luận van côn nhiều thiểu sốt, tác gid rắtmong nhận được nhiều ý kién quan tâm

CHƯƠNG 5 1: TONG QUAN

1.1 Lịch sử phát triển của kết cầu bê tông ứng suất trước

Kết cấu bé tông ứng suất tước (BTUST)

“Trong thời gian đó loại kết cấu này đã không ngừng được nghiên cứu, ứng dung và

tông trong kết cấu.

'Việc áp dụng nguyên lý ứng suất trước vào kết cấu b tông bắt đầu từ thập niên 80 của.thể kỹ 19 Năm 1886, PLH, Jackson (Mỹ) đã nhận được chứng nhận bản quyền về việc

đặt thêm sợi thép kéo căng để đúc vòm bé tông, Năm 1888, Dorhing (Đức) nhận them

chứng nhận bản quyển về việc đặt them sợi thép kéo căng vào bê tông để đức thànhtắm và dim, Đồ là bước đi đầu tiên của việc sử dụng nguyên lý ứng suất trước chế taocác cấu kiện đúc sẵn

suất trước để triệt tiêu ứng suất do ngoại lực tác dung là do J

in đầu tiên vào năm 1896 Năm 1906, M Koenen (Đức) tiến

Khai niệm dùng im

Mandl (Ao) để xuất

hành thí nghiệm dé bê tông với cốt thép có giới hạn GOMPa, quan sát thi nghiệm.

đông thấy ứng suất trước ban đầu bị mắt mát do sự co ngót của bê tông,

"Năm 1908, C.R.Cteiner (Mỹ) để xuất vige kéo căng 2 lin để giảm bớt tỗn hao ứng suấttrước và đã nhận được chứng nhận ban quyền Lần căng kéo ban đầu ông tiễn hành vào

giai đoạn ban đầu khi cường độ bê tông cỏn rit thấp đề phá vỡ sự kết dinh giữa bê tông

và cốt thép căng kéo Sau kh bé tông đạt cường độcao hơn thi n hành kéo lẫn 2

‘Nam 1923, F.Emperger (Áo) đã sáng tạo phương pháp quan dây thép kéo căng đẻ làm

ng bê tông chịu áp lực Day thép kéo căng sử dụng loại có cường độ từ 160MPa đến

S00MPa,

là do R.HUDiIH (My) đề xuất vào

năm 1925, Ông sử dụng cốt thép cường độ cao có phủ ngoài chất chống dính, sau khi

“Công nghệ ứng suất trước căng sau không bảm

bê tổng khô rin thi tiến hành ko căng và đồng neo chốt li cổ định ở hai đầu Sau đó

vào năm 1927, R Farber (Mỹ) nhận được chứng nhận bản quyền về phương pháp ứng

su trước có cốt thép căng và có thể trượt trong bê tông Lúc đó, phương pháp chống.

bảm dinh giữa bê tông và cốt thép căng là phủ lên b mặt cốt thé một lớp bột di hoặcđặt cố thép kéo căng vào trong ống cứng,

iu BTƯST, do thiế

và vật liệu thép trong quá trình chịu tải, nên ứng suất trước ma các phương pháp nói

9 sự hiểu biết

“Trong thời kỳ đầu của kế Š tinh năng của bê tông

trên tạo ra còn rất nhỏ, hiệu quả không rõ rằng và phạm vi ứng dụng còn hạn chế,

Giai đoạn đưa kết cầu BTUST vào sử dụng thực tế không th tích rời với sự đồng gop

của kỹ sư người Pháp F.Freyssinet, Trên cơ sở nghiên cứu tính năng của bê tông va vật

liệu thép cũng như tổng kết kinh nghiệm của người di trước Ông đã suy nghĩ tới tổnhao ứng suất trước do sự co ngót và từ biển của bê tong, Nam 1928, F,Freyssinet chi raring kết cấu BTUST phải sử dụng thép cường độ cao và bê tông cường độ cao Đây limột sự đột phá về lý thuyết kết cầu BTUST Từ đó, việc nghiên cứu kết cấu BTUSTbit đầu di vào giai đoạn kết hợp nghiên cứu cùng với tính chit của vật liệu Trong giaiđoạn này chưa giải quyết được vin dé công nghệ sản xuất kết cầu BTUST

Nam 1938, E.Hoyer (Đức) đã nghiên cứu thành công phương pháp căng trước dựa vào.

sự bám dinh giữa dây thép nhỏ cường độ cao (0,5~2mm) và bê tông chứ không phải sự.

truyền lực đầu neo Trên cơ sở nghiên cứu này, người ta có thể sản xuất đồng thời

nhiều thanh cầu kiện trên bệ dãi hùng chục mét

Năm 1939, FFreyssinet (Pháp) đã nghiên cứu thành công neo hình côn cho bó dây

bị ch kéo căng đồng bộ cho loại neo và có thép vat

Năm 1940, G.Magnel người Bi nghiên cứu thành công loại neo dạng khối có thé ứng.

cdụng cho trường hợp kéo căng đồng thai 2 dây thép.

Những thành tựu trên đây đã tạo nên cơ sở cia công nghệ sin xuất kết sấu BTUST

theo cả hai phương pháp căng trước và căng sau.

Từ sau đại chiến thể giới thứ 2 (1945), kết edu BTUST được sử dụng rộng ri Lúcbấy giờ ở Tây Âu do chiến tranh tin phá, nÈn công nghiệp, giao thông, thành phố cónha edu cấp thiết được tu bổ, do đó vật liệu thép trở nến v6 cũng khan hiểm Một sốcông trnnh trước đây sử dung kết cấu thép đều chuyển sang thay thế bằng kết cấuBTUST Trong vòng mấy năm cả Tây và Đông Âu déu đạt được sự phát triển mạnh.

mẽ Phạm vi sử dụng cũng được mổ rộng từ cầu cổng và nhà xưởng công nghiệp cho

tới các lĩnh vực xây dựng dẫn dụng,

im 50 của thể ky XX cái

Ban cũng bắt đầu mở rộng việc ứng dụng kết edu BTUST

nước như.

Bắt đầu từ những 9, Canada, Australia, Nhật

Dé thúc đẩy sự phát triển công nghệ BTUST, Hiệp hội bê tông ứng suất trước quốc tế

(viết tắt là FIP) đã được thành lập năm 1950 Có hơn 40 nước thành viên, 4 năm tổ

chức đại hội trao đổi kinh nghiệm trong nghiên cứu và thực tiễn của các nước 1 lẫn

Hiện nay việc ứng dụng công nghệ BTUST đã là vấn để quen thuộc trên phạm vi toàn

thế giới

1.2 Nghiên cứu ứng dụng kết cấu BTUST ở Việt Nam

Kết cầu BTUST thâm nhập vào nước ta khá sớm, công trinh cầu Phủ Lỗ và nhà mấy,đồng tàu Bạch Đẳng là những công trinh có ứng dụng kết cầu BTUST do các nhà thầu

xây dựng việt nam thực hiện trong những năm 1960 Sau hai công trình thí điểm này.

kết clu BTUST ở nước ta iếp tục phát triển trong ngành xây dựng cầu và trong xây

dựng dân dụng và công nghiệp với những đặc tha riêng.

Trong xây dựng cầu trước năm 1990 đã thực hiện chế tạo các dầm có khẩu độ lớnphục vụ cho các công trình cầu lớn mà dién hình nhất là cầu Thăng Long Trong giai

đoạn sau 1990, trong xây dựng cầu ngoải việc chế tạo các hệ dm tiêu chuẩn nhịp lớn,

công nghệ BTUST căng sau dang được áp dụng cho các kết cấu nhịp lớn theo phương

pháp đúc diy và đúc hằng Hiện nay, phần lớn các cầu bê tong cốt thép dang được xây

đựng ở nước ta đều ứng dung công nghệ BTUST.

Trong xây dựng din dụng và công nghiệp, việc nghiền cứu ứng dụng kết cầu BTƯST

số thé chia thành hai giai đoạn: giai đoạn trước 1996 và giai đoạn từ 1996 trở lại đầy

« Trong giai đoạn trước 1996: Việc nghiên cứu ứng dung công nghệ BTUST trong x

dựng dan dụng và công nghiệp ở nước ta chủ yếu tập trung vào tìm kiếm công nghệ

thích hợp để chế tạo các cầu kiện như panel, dim nhỏ, giàn mái nha công nghiệp

+ Từ năm 1996 trở ại đây đã cổ sự thay đổi trong hưởng nghiên cứu ứng dụng kết cầu

BTUST trong ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp ở nước ta Trong giai đoạn

cứu ứng dụng kết cầu BTUST gin liễn với

này việc nại đưa công nghệ hiện

đại của thể giới vào ứng dụng cho các công trình với quy mô lớn Banh dầu cho hướng:

nghiên cứu ứng dụng này là dự án khoa học công nghệ "ng dụng công nghệ BTUST

cho kết cấu sin nhà và silo” mang mã số PO1-1996, Dự án PO1-1996 đã được thực

hiện trong giai đoạn 1996-1998, Thông qua việc thực hiện dự én của các kỹ sư của

‘Vigt Nam đã thực sự lâm chủ của công nghệ BTUST tiên tiền của thể giới và chủ động

đưa kết cấu BTUST vào ứng dụng thực tế Có thé xem dự án PO1-1996 là điểm khởiđầu cho việc ứng dung rộng rãi kết cấu BTUST trong xây dựng dân dụng và công

nghiệp trên phạm vị cả nước.

ing nghệ BTUST căng trước cũng dang phát triển mạnh mẽ ở nước ta, Nhiễ \ cơ sở

sản xuất trong nước như nhà máy bê tông Xuân Mai Đã nhập các đây chuyển hiện

đại sản xuất cấu kiện BTUST và các sản phẩm của cơ sở nảy rất phong phú và đa

dang,

'Công nghệ BTUST căng sau không bám dính được dự án P01-1996 đưa vào ứng dụng

cho hệ thống sin cia công trình nhà điều hành ~ Dại Học Quốc Gia Hà Nội vio năm

1997 Sau thành công của công trình nảy công nghệ BTUST được nhóm dự án

POL-1996 đưa vào ứng dụng nhiều công trình khác như: Trung Tâm Thông Tin Hang HảiQube TẾ, Trang Tâm Thương Mại Kim Liên Hiện này rất nhiễu công tình lớn nhỏ

trên khắp cả nước đang ứng dụng công nghệ này.

Với ưu điểm vượt trội của BTUST so với kết câu bể tông cốt thép thông thường như là

"vượt khẩu độ nhịp, tiết kiệm vật liệu, giảm trọng lượng bản than, tăng tiễn độ thi công,

giảm giá thành công trình công nghệ BTUST sẽ tiếp tue phát triển mạnh và mang lại triển vọng to lớn trong ngành xây đựng.

về kết cấu BTUSTCCho đến nay rên thé gi vin chưa có một định nghi thống nhất v bê tổngứng suất trước, 6 Việt Nam, thuật ngữ bê tông ứng uất trước côn được gọi li bê tổng

ứng suất tước hay bê tông dự ứng lực thường được định nghĩa một cách khái quát như

“Kết câu bê tông ứng suất rước là kế cấu mà tước Kải đưa vàn sit dụng người ta tạo1a các ứng suất nên trước trong bê tông dé trệt tiê toàn bộ hay một phần ứng suất

kéo do ngoại lực tác dụng trong qué trình sử dung gây ra

Me dich của ứng suất trước là để khắc phục tinh đòn của vật liệu bê tổng bằng cách

tạo ra trong vật liệu này ứng suất nén ở những ving ma theo thiết kế thì sau này dưới tác dung của ti trọng sẽ xuất hiện ứng suất kéo, Với cách làm này có thé làm thay đổi tính năng chịu lực của kết cấu bê tông, làm cho kết cấu được tạo từ vật liệu đòn như bê

tông kim việc như kết cấu đàn hồi và do đó tăng khả năng chịu lực, khả năng kháng

nút và độ cứng của cầu kiện.

Kết cầu BTUST nếu căn cứ vio đặc điểm thiết kế, chế tạo và công nghệ ti công, chủ

yếu có 5 cách phân loại như sau;

1.3.1 Kết cấu BTUST căng trước và k BTUST căng sau

Kết cấu BTUST căng trước là kết cấu BTƯST được sin xuất theo phương pháp kéocăng cốt thép trước khi dé bê tông Phương pháp sản xuất nay đôi hỏi phải có bệ sảnxuất để tiện cho việc neo tạm thời cốt thép kéo căng Sau kh bé tông đạt đến cường độcần thiết thì nới cốt thép căng làm cho ứng suất trước lúc đầu do bệ gánh chịu được.truyén sang cho bẽ tông của cu kiện Phương pháp cũng trước thích hợp cho các nhàmáy sản xuất cầu kiện đúc sẵn mang tính cỗ định.

Kết cấu BTUST cũng sau là kết cấu BTUST được sin xuất theo phương pháp kéocăng cốt thép sau khi đỗ bê tông Khi kéo căng cốt thép đến một tị số ứng lực yêu cầuthì tiến hành neo giữ, ứng suất trước sẽ được truyền cho bê tông của kết cầu thông qua

đầu neo.

1.32 Kết cấu BTUST cũng trong tắt diện và căng ngoài tết điệm

Cốt thép kẻo căng của kết cầu BTUST căng sau có thể được đặt ở trong lòng kết cầuhoặc cũng có thể được đặt ngoài tiết điện bé tông của kết cầu Khi cốt thép kéo căngđặt trong lòng kết cầu thì kết cầu đó được gọi là kết cấu BTUST căng trong tiết điện.hay đơn giản là BTUST Cén khi cốt thép kéo căng được đặt ngoài tt điện bé tôngcủa kết cấu thì kết cấu đó được gọi là kết cấu BTUST căng ngoài tiết diện Công nghệcăng ngoài tết diện thường được sử dụng trong gia cường kết cấu

1.3.3 Kết cầu BTUST toàn phần và kết cầu BTUST không toàn phần

Can cứ theo độ lớn của ứng suất trước, kết cấu BTUST có thể chia làm 2 loại là ứng

ấu được yêu cầusuất trade toàn phần và ứng suất trước không toàn phin, Khi kế

thiết kế theo yêu cầu không xuất hiện vét nứt dưới tác dụng của ải trọng sử dụng, kếtcấu này được gọi là kết cấu BTUST toàn phần Ngược li, kh tiết kế cho phép vết

ức loại kết cầu này được gọi là kết cầu BTUST không toàn phần

Kết cấu BTUST không toàn phần thường được hỗ trợ bởi cốt thép thường không kéo.căng di kèm, để kiểm soát tố hơn vất nứt và độ võng cũng như tăng cường khả năngchịu uốn Trong một số trường hợp, khái niệm kết cấu BTUST toàn phần và kết cấuBTUST không toàn phin được như sau

+ Két cầu BTUST toàn phan là chỉ loại kết cấu bẻ tông cắt tháp, sử dụng đơn thuần cắt

thép kéo căng làm cốt thép chịu lực chỉnh.

+ Két cấu BTUST không toàn phần sử dung hỗn hop cắt thép kéo cũng và cất tháp

thường không kéo căng làm cắt thép chị lực

134 Kétcdu BTUST có bám dinh và không bám dính

Kết cấu bê lông ứng suất rước có bám dinh là chỉ loại kế cấu BTUST mà cốt thépKéo căng có sự kết dính với bê tông bao quanh Cét thép kéo căng của phương phápcăng trước đúc trực tiếp trong bé tông là loại có bám dính

“Trong phương pháp căng sau, sau khí tiến hành kéo cũng, việc bơm vữa hoc nhi bềtông vào ống để khôi phục sự bám dính giữa cốt thép ứng suất trước và bê tông cũngđược coi là kết cấu bê tông ứng suất trước có bám dính BTUST với bê tông xung

quanh có thể trượt tự do, để hạn chế ảnh hưởng của ma st thì cốt thếp ko căng có thé

được mạ, quét một lớp mỡ hoặc sử dụng các biện pháp chống ăn mòn khác Khi cần

thiết, một phần độ dài của cốt thép kẻo căng có bảm dinh có thể được làm thành cốt

thép kéo căng không bám dính và ngược lại

1.3.5 Kết cầu BTUST và kết cấu tổ hợp

Kết cấu BTUST dé tại chỗ cần tương đổi nhiều khuôn và giáo chống, nhưng khôngcần vận chuyển cầu lấp, phủ hợp với những cấu kiện có kích (hước lớn và nặng Kếtcấu lắp ghép là chỉ loại kết cấu được làm sẵn ở nhà máy hoặc công trường, sau đóđược vận chuyển và câu lắp đặt ở vị tr công trình coỗi cùng Kết cầu lắp ghép thíchhợp với việc sản xuất hang loại, chất lượng dễ quản lý, giá thành sản xuất thườngtương đối thấp Kết cấu bê tông tổ hợp là chỉ kết cấu có sự kết hợp giữa hai loại bêtông trên Phin đúc sẵn thường được tạo ứng suất trước vừa làm bộ phận chịu ứng suấtkéo, vừa làm khuôn thi công, sau khi lắp đặt định vị thì đồ phan bê tông còn lại tạichỗ Phần đỗ san có thể lam b tông ứng suất trước hoặc bê tông cốt thép thường.Thông qua phần bê tông đổ sau có thể liên kết với phần đúc sẵn một cách dễ dàng Kết cấu tổ hợp thường có được tu điễm của cả hai loại đúc sẵn và đổ tại chỗ vừa tiết kiệm

chi phí ván khuôn, giáo chống lại vừa đảm bảo được các mỗi liên kết

14 Sơ lược về kết cấu nhà cao ting

141 Mé-din

Ngôi nhà như thé nào được gọi là nhà cao tầng? Về vấn đề này nói chung trên thé giớivẫn chưa có sự thông nhất, Uỷ Ban Nhà Cao Tầng Quốc TẾ đưa ra định nghĩa nhà caotổng như sau:

Ngôi nhà mà chiều cao của nỗ là yẫu tổ quyắt định dén các did kiện thit ké, thi công

hoặc sử dụng khác với các ngôi nhà thông thường thì được gọi là nhà cao ting.

Theo khái niệm như trên thì nhà cao ting là một khái niệm có tính tương đối với các

quốc gia, các địa phương và các thời điểm, phụ thuộc vào điều kiện kinh tế, kỹ thuật

và xã hội

Căn cử vào chiều cao và số ting nhà, Uy Ban Nhà Cao Ting Quốc TẾ phân nhà caotổng ra thành 4 loại như sau

+ Nhà cao ng loại 1: 9-16 ting (ao tối da 50m),

+ Nhà cao ng loại 2: 17-25 ting (cao tôi đa 75m).

« Nhà cao tang loại 3: 26-40 ting (cao tối đa 100m).

+ Nh cao tng loại 4 trên 40 ng (gọi là nhà siêu cao ting)

Các nước thy theo sự phát triển nhả cao ting của minh thường có các cách phần loại

kh

Ting Quốc Tế

c nhau, Hiện nay ở nướ ta dang áp dung theo sự phân loại của Uy Ban Nhà Cao.

Các nhân tố ảnh hưởng đến sự phát triển nhà cao ting chủ yếu là sự phát triển kinh tế,gia tăng din số thành thị, khan hiểm đất xây đựng, ting giá đất, tiễn bộ của khoa học

sông nghệ, sử dung vật iệu cường độ cao, sử dụng thang máy, công nghiệp hóa ngành

xây dựng

Tinh hình phát triển nhà cao ting ở các quốc gia không giống nhau, riêng ở Mỹ dokhoa học công nghệ và công nghiệp xây dựng phát triển nhanh nên nha cao ting ở đây

443 được xây dựng tương đối nhiều và sớm hơn các quốc gia khác Theo tư liệu của hội

nghị nha cao ting quốc tế lần thứ 4 vào tháng 11 năm 1990 tại Hồng Kông, thé giới đã

ñ chiều cao ti 218m đến 443m, có số ng từ 32 đếnchọn ra 100 ngôi nhà cao nhất

110 tang trong số 100 ngôi nhà này thi có 76 ngôi nhà được xây dựng ở hoa kỳ, cònlại 24 ngôi nhà khác được phân bổ tụi các quốc gia phát iển như: Canada, Nhật Bản,

We, Anh, Bac Trong những năm gần đây việc xây dựng nh cao ting phát triển rấtmạnh ở các quốc gia Châu A, đặc biệt là Trung Quốc, Singapo ở Việt Nam cũng có.nhiều tòa nhà cao ting lọt top những tba nhà cao nhất thể giới như KeangnamLandmark 72 với 72 ting cao 336m, Vincom landmark 81 với 81 ting cao 461m, Lotte

Center Hà Nội v 65 ting cao 272m.

Khác với nhà thông thưởng, đối nhà nhà cao ting thiết kế kết cấu đồng vai trò quantrong hom toàn bộ công tác thiết kể, Để có được giải php kết cầu hợp lý cho nhà caoLng phải có sự kết hợp giữa kiến trúc sư, kỹ sư kết câu và các ky sư chuyên ngànhngay từ khi bắt đầu thiết kế công trình Những đặc điểm chỉnh tong thiết kế kết cầunhà cao ng phải kẻ đến lẽ

+ Tải trong ngang là yéu 6 quan trọng trong ấu nhà cao ting, Trong thiế

kế kết cầu nhà thấp ting yếu tổ tai trong ngang nhìn chung được quan tâm ít hơn sơ

với tải trọng thẳng đứng, nguyên nhân do ảnh hưởng của tai trọng ngang lên hệ kết cầu.thấp ting nhỏ Khi chiều cao nhà tăng lên thi các nội lực và chuyển vi của công trình

đo tai trọng ngang (tải trong gió và động đất) gây ra, tăng lên nhanh chóng Việc tạo ra

hệ a để chịu tải trong này là vẫn dé hết sức quan trong trong quả tình thiết kếkết cấu nhà cao ting

ế chu

+ Hạn cị n vj ngang của công trình trở thành một vẫn đề quan trọng Cùng với

sự gia tăng chiều cao, chuyển vị ngang của ngôi nhà tăng lên nhanh chống Nếu

chuyển vị ngang của ngôi nha quá lớn sẽ làm tăng giá trị các nội lực do độ lệch tâm.

của trọng lượng, làm cho các cầu kiện đễ vỡ như trồng ngăn, các bộ phận trang tí sẽ

bị hư hại, gây ra cảm giác khó chịu và hoàng sợ cho con người khi ở trên công trình Chính vì th, clu nhà cao ting không chỉ đảm bảo đủ cường độ chịu lực mà còn

phải đảm bảo đủ độ cứng để chống li các tải trong ngang, để sao cho dưới tác động

của các ải trong ngang thi chy

phép

vị ngang của ngôi nhà không vượt quá giới hạn cho.

+ Yêu cầu thiết kế chống động đất cao, diy là một yêu cầu quan trọng trong thiết kếkết cấu nhà cao ting Thiết kế kháng chin cho kết cẩu nhà cao ting hiện nay đang

được áp dụng theo quan điểm hiện đại tức a thiết kế kết cầu đảm bảo yêu cầu không

bị hư hại khi gặp các trận động đất nh, chi bj hư hại những cầu kiện không quan trong

khi gặp các trận động dit vừa và có thé bị hư hại nhưng không sụp đỗ khi gặp các trận

động đất mạnh Để dim bio các yêu cầu này, kết cấu nhà cao ting phải được thiết kếsao cho không chỉ đảm bảo cường độ chịu tác động của tải trọng động đất ma côn phảiđảm bảo độ dèo cần thiết để sao cho khi gặp các trận động đất mạnh thi trong các bộphân kết cấu xuất hiện các biển dạng dẻo có khả năng hấp thụ năng lương do động đấtsay ra làm cho kết cầu cổ thé duy tr được sức chịu ải nhất định mà không bị sụp đổ.

« Giảm nhẹ trọng lượng ban thân nhà cao tầng có ý nghĩa quan trọng hơn nhà thông.thường, Do nhà có nhiều ting nên nếu giảm nhẹ trọng lượng của mỗi ting thi sẽ giảmđược đáng kể trọng lượng của toàn tòa nhà và từ đó sẽ giảm được tải trọng truyền

xuống móng Xét về tác động của động đắt, giảm nhẹ trong lượng ban than công trình

ha làm được tải trọng động đất tác dung lên công tỉnh, Điều này không chỉ im

giảm giá thảnh xây dựng và còn tăng độ an toàn và thời hạn sử dụng công trình.

1g phải có khả năng chịu lửa cao Công năng nhà cao ting thường.

số lượng người làm việc vi sinh sống trong ngôi nhà lớn, khả

năng thoát nạn khi hỏa hoạn từ các nhà cao ting gặp khó khăn Vì vậy, hệ kết cấu can

phải dim bảo kha năng chịu lửa cao để có đủ thời gian thoát nạn cho người, tài sản

cũng như để dập tất ngọn lừa.

« Độ bền lâu của kết cấu nhà cao ting có yêu cầu cao Các ngôi nha cao tang thường là

các công trình quan trọng có tuổi thọ thiết kế cao nên độ bền lâu của bệ kết cấu nhàcao ting cũng đồi hỏi cao hơn những công trình thấp ting thông thường

Cie phần đưới đây của chương này sẽ đề cập đến 2 nội dung: Phân loại kết cấu nhàcao ting và lựa chọn hệ kết cấu tích hợp cho ting loại nhà cao ting Nội dung củachương này là chủ định của ác giá nhằm làm cho kỹ sư thiết kế nền móng nắm được

đặc trưng cơ bản của hệ ết cầu bên trên phục vụ cho công tác thết kế nên móng nhà

sao ting

1.42 Phin log kết cắu nhà cao ting

Nếu căn cứ vào vật liệu của kết cầu th các kết cầu nhà cao ting trong thực tễ xây dựng

hiện nay có các loại sau: kết cau thép, kết cấu bê tông cốt thép và kết cấu tổ hợp thép —

bê tông cốt thép Nếu căn cử vào sơ đồ lầm việc và cầu tao của kết cấu tỉ có thể phân

chia kết cẩu nhà cao ting thành các lại: kết cầu ec bản, kết cấu hỗn hợp và kết cầu đặcbiệt Các dang kết ấu nhà cao ting cơ bản thường dùng trong thực tế gồm có; kết cầukhung, kết cfu tường chịu lực, kết cầu õi và kết cầu ống Sự kết hợp các dạng kết cầu

cơ bản tạo ra một dạng kết cầu mới gọi là kết cầu hỗn hợp Các dạng kết cầu hỗn hợp

thường gặp trong thực tế bao gồm: kết cầu khung ~ giằng, kết cấu khung - vách, kết edu

‘ng — lõi và kết cầu ông tổ hợp Ngoài các dang kết cầu trên đây trong thực tễ còn có cácdạng kết cấu đặc biệt, đó là: kết cu có hệ thống dim chuyển, kết sấu có hệ hông sin

chuyển, kết cấu có hệ giảng liên ting và kết cấu có hệ khung ghép Cũng cin phải nói

Š ching loại và thể giới này ngày

é giới phong phú

cảng được làm phong phú thêm bởi các nhà khoa học và

ring, kết cấu nhà cao ting là một

tư ngành xây dựng.

14.2.1 Các dạng kết cau cơ bản

a Kết cầu khung

Kết cấu khung bao gồm hệ thing cột và dầm vữa chịu tải trọng thẳng đứng via chutải trong thing đứng vừa chịu tải trọng ngang Hệ kết cấu khung được sử dụng hiệuqua cho các công trình có yêu cầu không gian lớn, bố trí nội thất linh hoạt, phủ hợp vớinhiều loại công trình Yếu điểm của kết cấu khung là khả năng chịu cắt theo phươngngang kém, Ngoài ra, hệ thống đầm của kết cấu khung tong nhà cao ting thường có

chiều cao lớn nên ảnh hưởng đến công năng sử dụng của công trình và tăng độ cao của ngôi nhà.

Chỉ uu khung thép là không quá 30 ting, cho kết‘cao ngôi nhà thích hợp cho cấu khung bê tông cốt thép là không quá 20 ting Trong các vùng có động đất mạnh.

cấp 8 hoặc cao hơn lều cao ngôi nhà thích hợp cho các loại kết cấu khung phải

được giảm xuống, Chiều cao tồi da của ngôi nhà có thể sử dụng kết cầu khung côn phụ

thuộc vào số nhịp, độ lớn các nhịp và tỷ lệ chiều cao và chiều rộng nhà

Hình I.1 Một số mặt bằng kết cấu khung nha cao tng điển hình

Kết cấu khung nhà cao tng thông thường lim việc theo sơ dé không gian Tuy nhiên,

trong một số trường hợp số bậc tự do của một số phần tử dim có thể được giảm xuống.

nhờ sử dụng các giả thiết tính toán Ví dụ như xem sản có độ cứng lớn trong mặt

phẳng của nó, có thé bỏ qua sự kéo, nén, uốn và cắt theo phương ngang Các cột khung

là ác phần từ lim việc theo sơ đồ không gian Các nội lực trong cột bao gồn: lực dọctrục, mô men xoắn, lực cắt và mô men uốn theo cả hai phương.

“Trường hợp thường gặp nhất trong thực t là mặt bằng bổ trí khung của nhà cao ting

có hình chữ nhật gồm hai hệ thị

cũng có thể bổ trí các mặt bằng kết cầu khung phức tạp hơn Một số mặt bằng khungthường gặp rong thực tế được thé hiện như hình 11

lý cột và dim theo hai phương trực giao Tuy nhiên

b Kết cấu tường chịu lực.

Kết cấu tường chịu lực hay còn gọi là vách cứng trong nhà cao tầng là một hệ thống

tường vừa lâm nhiệm vu chịu tải trọng đứng vita là hệ thống chịu tải trong ngang và

đồng thời làm cả nhiệm vụ vách ngăn giữa các phòng Đây là loại kết cấu quen thuộctrong các nha thấp tang Tuy nhiên, trong các nhà thấp tang thi tưởng chủ yếu lả kếtcấu tường xây có khả năng chịu cất và chịu uốn kém, côn trong nhà cao tang thi tườngcày được làm bing bê tông cốt thép có khả năng chịu uốn và chịu eft tốt hơn Chính vì

lẽ đó nên chúng được gọi là vách cứng.

Cae hệ kết sấu tường chịu lực tong nhà cao tng thường là tổ hợp của các tường

phẳng Các tưởng phẳng có thể được bổ trí theo các phương khác nhau Trong các ngôi nhà hình chữ nhật, tường phẳng thường được bổ trí theo phương ngang nhà ~ gọi là

tường ngang, theo phương đọc nhà gọi là tường dọc, Nhiều trường hợp các tưởng theo

các phương khác nhau liên kết thành hệ tường giao nhau.

“Tường cứng liên tục không bị khoét lỗ được gọi là tưởng đặc Trong nhà cao ting chỉs6 một số lượng t các tường là đạc, côn lại đều bị khoátlỗ đành cho các 6 ea đi vàcửa số, ảnh hưởng của các lỗ khoét nảy đến độ cứng của tưởng phụ thuộc vào kíchthước, v trí và số lượng lỗ khoét Nếu như trong tường chỉ cổ các 18 khoết nhỏ th khi

chịu tải trọng ngang nó làm việc gần giống tường đặc, Ngược lại, nếu kích thước các

16 khoét lớn thi sự làm việc của vách cứng phải được xem xét theo bai toán hai chiều

của cơ học vật rin biển dang.

Trên hình 1.2 thể hiện một số ví dụ về mặt bằng kết cấu tường chịu lực của nhà caoting

Trước diy người ta cho ring kết cấu vách cúng (lường chịu lục) có độ déo kém nênkhông thích hợp cho nha cao tang trong vùng có động đất, đặc biệt là các ngôi nhà có.chiễu cao lớn Bởi lý do này nên trong thời gian ở một số nước như Mỹ, Canada, NhậtBin đã có những quy định gắt gao về chiều cao cho phép của các công tình nhà caotầng có kết cấu vách cứng.

LI call

Hình 1.2 Một số mat bing kết cầu tường chịu lực nhà cao ting diễn hình

Trong thời gian gin đây đã có nhiều công trình nghiên cứu về kết cấu vách cứng và đã

đề ra nhiễu biện pháp kỹ thuật nhằm tang độ đo cho loại kết sầu này

Kết cấu vách cứng có những đặc điểm cơ bản sau:

+ Kết ấu vách cứng đổ tạ chỗ có tính liền khối tốt độ cớng theo phương ngang lớnKhi kết cấu vách cứng đỗ tai chỗ cũng với các sin và mái ạo thành kết cầu hộp nhiều

ngăn có khả năng chịu tải lớn, đặc biệt là khả năng chịu tải trọng ngang.

+ Kết cầu vách cứng có khả năng chịu động dit tt Kết quả nghiên cứu thit hại docác trận động đất lớn gây ra, ví đụ như trận động đất vào thing 2 năm 1971 ởCalifornia (Hoa Kỳ), trận động đất vàng tháng 12 năm 1972 ở Niearagua cho thấyring những công tình cổ kết cấu vách cứng bị hy hông tương đổi nhẹ, rong khi cácngôi nhà có kết cầu khung bị hư hỏng tương đổi nặng hoặc bị sup đỗ,

+ Nhà cao ting có kết edu vách cứng phủ hợp với công năng làm nha ở, khách sạn,

bệnh viện các loại công trình nay thưởng có không gian nhỏ hoặc vừa Dạng kết cầu

này không thích hợp cho các công trinh đi hỏi cổ các không gian lớn và lnh hoạt

+ Kết cầu vách cũng có trong lượng lớn, độ cứng kết cấu lớn nên tải trọng động đất lên

sông trình có giả tị lớn, Đây là đặc điểm bất lợi cho công tình chịu tác động của động

đất

+ Về phương diện chịu lực, kết cấu vách cứng được xem như một tắm phẳng chỉ chịu

lực trong mặt phẳng bản than, không chịu lực ngoài mặt phẳng đó, Do vậy, dé đảm bio độ cứng không gian cho công trình cần bố trí các vách cứng theo cả hai phương

đọc và ngang nhà Số lượng các vách cứng bổ trí theo mỗi phương cin căn cứ vào sự

làm việc chịu tai trong của công trình theo phương đó.

+ Khi thiết kế móng, vách cứng được xem như một congxon ngim vio mồng làm việc

chịu uốn trong mặt phẳng của nó Trên cơ sở sơ dé tinh toản nảy, nội lực vách cứngtruyền lên móng được tổ hợp thành vecto gồm 3 thành phần: lực dọc, mô men uỗn và

lực cắt trong mặt phẳng vách.

Hệ kết cấu gồm các tring phẳng chịu lực thich hợp cho các công trinh nhả ở 66 chức

năng được quy định một cách chat chẽ Các công trình có yêu cầu không gian rộng với

việc bổ trí mặt bằng đa dang thi kết cấu gôm các tưởng phẳng chịu lực tỏ ra khôngthích hop Một giải pháp để giải quyết vin đề này là người ta tạo các lõi cứng gồm cáctường theo các phương pháp khác nhau được liên kết với nhau Trong các công trình

này các hệ trong các lõi cứng Lõi thống kỹ thuật như thang máy, thang bộ được đã cứng vừa đồng vai trò chịu tai trọng thẳng đứng vừa chịu tải trong ngang Trong một

"ngôi nhà cổ thể bổ trí một hoặc nhiễ lõi cứng phụ thuộc vào mặt bằng của nó, Trường

hợp trong nhà có một lõi cứng thì thường được bổ tí ở trung tim, Các sàn của ngôi

nhà được đỡ bởi hệ thống dim công xôn vươn ra từ lỗi cứng Trường hợp trong nhà có.nhiều lõi cứng thì chúng thường được đặt ở xa nhau và các sin được tựa lên hệthngdam lớn nhằm liên kết các lõi cửng Các lõi cứng nên được bố trí trên mặt bằng ngôi

hà theo cách sao cho tâm độ cứng của ching tring với trọng tâm của ngôi nhà nhằm,

dé tránh hiện tượng công trình bị xoắn khi dao động Trường hợp khi tâm độ cứng của

các lồi không trùng ví phải xem xét đếntrọng tâm của ngôi nhà thì khi thí hiện tượng ngôi nhà bị xoắn đưới tác động của đội

Lõi cứng có thể được làm bằng bé tông cốt thép hoặc làm bằng thép Ưu điểm của lõicứng bằng thép là có khả năng lắp ghép nhanh Còn lõi cứng bằng bê tông cốt thép có.

vu điểm là có độ cứng không gian lớn và khả năng chống chiy tốt, bởi vậy rit hayđược dùng trong thực tế

Lõi cúng có thé có tiết điện kín hoặc hở, nhưng nhìn chung thì trường hợp hở hoặc nửa

hở thường gặp hơn trong thực tổ Lôi cứng tiết điện kin làm việc như một thanh thànhmỏng tế diện kin, lõi cứng tt điện hở làm việc như một thanh thành mỏng tiế diện

hở Lõi cứng tết diện nữa hở có sơ đồ làm việc trung gian giữa hai loại trên Khử các

lỗ khoét trên lõi cứng có kích thước bé thì có thể xem lõi cứng lim việc như thanh.thành môi tết điện kin, còn khi các lỗ khoết có kích thước lớn thì bit buộc lõi cứngphải được phân tích theo sơ đồ không gian

Lai cứng được xem là một công xôn ngàm vào móng làm việc theo sơ đỏ không gian.Nội lực ma lõi cứng truyền lên móng được tổ hợp thành vec tơ gm 6 thành phn: lực

de, mô men xoắn, mô men tốn gồm 2 thành phần Mx và My và lực cắt theo phươngngang gồm 2 thành phần Qx va Qy

Hình 1.3 Công trình “The Miglin-Beiler Tower” 6 Chicago (Hoa Kỳ) sử dụng hệ lôi

chịu lực

4d Kết cầu ống,

Hệ k

nhau nhờ hệ thống dầm ngang gọi là kết cầu ống (hình 1.4) Kết cấu ống do F.Khan dé

cầu gỗm các cột đặt diy đặc trên toàn bộ chu vi công trình được liền kết với

xuất vio những năm 60 của thé kỹ XX và ngay sau đó đã được ứng dụng cho một số công trinh ở Hoa Kj Cho đến nay kết cấu nảy đã trở nên rất phổ biển tên thé giới

Kết cấu ống kim bằng thép thích hợp cho các công trình cao đến 80 ting, còn kết cầu

‘ng làm bằng bê tông cốt thép chỉ thích hợp cho những ngôi nha cao đến 60 ting.

Khi các cột đặt cách thưa nhau thi kết sấu làm việc giống như sơ d khung, còn khicác cột đặt kể nhau và hệ dim có độ cứng lớn hơn thì dudi tác động của tải trọng

ngang kết cấu làm việc nhưu một công xôn Trong thực tế các cột biên của nha cao.

ng cổ thể được đặt gần nhau ở mite độ cho phép, cho nên kết cầu ống về thực chấtnằm trung gian giữa sơ đồ bién dang của công xôn và sơ đỗ khung, Ci mặt Sng song

song với hướng tác dung của tải trong ngang làm việc như một hệ khung phẳng nhiều

nhịp Với sự biển dạng của các dim ngang làm cho bệ khung bị biển dạng trượt và do

vay các lực đọc trục trong các cột được phân bố theo quy luật phi tuyến như được thể.

hiện trên hình 1.5 Cột góc trong trường hợp này chịu tai trọng lớn hơn nhiều so vớisắc cột ở giữa hang kỄ ca lực đọc trục và mô men tốn Dây là điểm bất lợi trong thế

cấu cho công trình,

Hình 1.4 Sơ đồ kết cấu ống trong Hình 1.5 Phân bổ ứng sui

nhả cao ng Kết cấu ống dưới tác dạng ti ngang

Kết cấu khung được bố tri thêm hệ ging chéo trên ting từng có sơ đồ làm việc như

được thể n trên hình 1.6 Trong hệ kết cấu này các cột và dim làm việc như cácphần từ chịu tốn, côn các thanh ging chịu lực theo phương đọc trục Thành phần tải

Nếu như hệ

trong ngang được truyỄn chủ yếu vào oie thanh ging khung cổng cỏ

nhược điểm là khả năng chịu tải trong ngang km thì hệ khung ~ ging phần nào khắc

phục được điều này Với sự tham gia chịu lực của hệ thống giẳng chéo không chỉ làm giảm lực cắt và mô men cho các cột ma còn lim tăng độ cig theo phương ngang của.

công trình một cách đáng kể Tuy nhiên, hiệu quả trên của hệ thống giằng chéo chi thẻhiện một cách rõ nét khi chúng được bổ trí liên tục trên suốt chiều cao của công trình.Nhược điểm của bệ kết ấu khung ~ ging là sự cân trở của hg thông giẳng chéo đến công năng sử dụng của ngôi nhà Xét về mặt chịu lực thì hệ giằng X như được thể hiệntrên hình 1.61 hệ ging hiệu qua, tuy nhiên loại ging này chỉ có thể được bổ ti ở các

ô mã ở đồ không có sự liên thông hoặc không có cửa số hoặc cửa di Trong thực tế, ngoài hệ giẳng X người ta còn sử dụng một số hệ ging khác Các hệ giẳng này tuy không đạt hiệu quả vỀ mặt chịu lực như hệ ging X nhưng lại cỏ mặt mạnh là trên các

6 đặt ging có thể mở cúc cửa số hoặc cửa di Một số loại ging chéo thường hay dùng

trong thực tế được thể hiện như trên hình 1.6,

Hình 1.6 Sơ đồ kếtcấu khung giing

Sơ đồ khung — giảng được sử dụng nhiều cho kết cẫu thép và kết cầu liên hợp thép bê

tông cốt thép Kết cầu khung — tông cốt tiếp cũng được sử dụng trong một số

Trong trường hợp này khung cỏ độ cứng chồng uỗn tt nhưng độ cứng chẳng cắt kém,còn vách thì ngược lại có độc cứng chồng cắt tốt nhưng chống uốn kém Sự tương tác

giữa khung và vách cứng khi chịu tii trọng ngang tạo ra hiệu ứng gọi là hiệu ứng tương tác khung vách Sự bù trừ các điểm mạnh và yéu giữa hai th loi kết cầu khung

và vách tạo nên cho hệ kết cấu khung — vách những ưu điểm nổi bật và do đó trong.thực tế kết cấu khung vách là loại kết cấu được sử dụng hết sức phổ biển

Hình 1.8 Sơ đồ kết cầu khung - ging

Sự tương tác giữa khung và vách khi chịu tải trong ngang đã tạo ra một hiệu ứng cổ lợi

cho sự làm việc của kết cầu hỗn hợp khung — vách Tuy nhiên trong hệ kết cấu này các

vách cứng chỉ chịu lực trong mặt phẳng Bởi vậy để đảm bảo độ cứng không gian cho

công trình thì phải bố trí các vách cứng theo cả 2 phương Néu các vách cứng theo haiphương được liên kết với nhau tạo thành hệ cúng thi hệ kết cấu lúc này có dang là hệhỗn hợp khung - lõi Trừ trường hợp bị xoắn còn lại sự tương tác giữa khung và lõi

cũng tương như giữa khung và vách,

Chính vì có sự kết hợp phát huy được ưu điểm hai loại kết edu cơ bản là khung vàvách nên kết cấy hỗn hợp khung vách là loại kết cầu được sử dung phổ biển trong thực

tế Kết cầu hỗn hợp khung - vách được sử dụng thích hợp cho các công trình có chiềucao lên tới 130m, Hiện nay ở nước ta loi kết cấu này dang được sử dụng rit ph biến

cho các ngôi nhà cao ting.

e Kết cấu ống ‹ li

Kết cấu ống sẽ lâm việc hiệu qua hơn khi bổ trí them các lôi cổng ở khu vực trung tâm (hình 1.8) Các lõi cứng đặt ở trung tâm vừa chịu trách nhiệm chịu một lượng lớn tải trọng thẳng đứng vừa chịu một phần đáng k: tải trọng ngang, đặt biệt các tải trọng,

như tương tắc gi

phương ngang thì kết cầu ống có độ cứng lớn hơn nhiễu so với kết cầu khung

là do các tưởng cứng liên kết với nhau tgothành lõi hoặc là các ống có kích thước nhỏ hon ống ngoài Trường hợp thứ hai còn

gọi là kết cấu ống trong ống — là một biến thé của kết cầu liên hợp ống ~ lõi Tương tác

giữa Ống trong và ông ngoài có đặc thù giống như tương tác giữa ống và lõi cứng trung

tâm

Hình L9 Sơ đồ kết cấu ống - lãi

“Trong một số trường hợp thay cho lõi cứng ở trung tam người ta bổ trí các vách cứng &phía rong nhà để cũng tham gia chịu he với ông ngoài Khác với kết ấu lõi cứng, kế

iu vách chỉ chịu tải trong ngang theo một phương, nên trong trường hợp này để tăng

độ cứng phương ngang cho nhà theo cả hai phương thì can bổ tri các vách theo cả hai

phương Tường tác giữa ống ngoài và vách cũng tương tự như giữa nó với lõi cứng

4 Kết cầu Ống tổ hợp

Trong ngôi nha cao ting, ngoài kết cấu ống người ta còn bố trí thêm các dãy cột khá

dây ở phia trong để ạo thành các vách theo một hoặc cả hai phương Kết quả là đã tạo

ra một dạng kết cầu giống như chiếc hộp gồm nhiễu ngăn cỏ độ cứng lớn theo phương:

ng tổ hợp (hình 1.10) Kết ngang Kết cấu được tạo ra theo cách này gọi là kết c:

sấu ống tổ hợp thích hợp cho các công trinh có chiều cao lớn và có kích thước mặtbằng lớn Sự có mặt ác vách ngăn bên trong làm giảm biển dạng trượt trong các váchngoài, làm cho sự phân bổ các nội lực trong các hing cột ngoài một eich đều đạn hơn

Tr hình 1.11 thé hiện quy luật phân bổ lực doe trong các cột của kết cầu dng tổ hop

nhà cưới tác dụng của tải trọng ngang Nói chung ng tổ hợp thích hợp cho c¿

1g và có mặt bằng tương đổi lớn Kết cấu ống tổ hợp có những nhược điểm

giống như kết cấu ống Ngoài ra, do sự có mặt của các vách bên trong nên phần nào.

ảnh hưởng đến công năng sử dụng của công trình.

HƯỢNNgẠẠMA.

` nạầạạccơỪ7Ÿ;ÿ7{7 `

1423 Các dạng kế cầu đặc biệt

a Két edu tổng cũng

“rong kết cấu ng ~ lõi, mặc đủ cả ống và lõi đều được xem như các công xôn ngàm

vào mồng dé cùng chịu tải trọng ngang, song do các dim sin có độ cứng bé trong khi

khoảng cách từ lõi cứng đến ống ngoài thường lớn nên thực chất các tải trọng ngang

do lõi cứng gánh chịu Hiện tượng này làm cho kết cấu ống ngoài làm việc không hiệuqua, Vấn để này được khắc phục nếu như một số tng ta tạo ra các dim ngang hoặc

giàn có độ cứng lớn nổi lõi ng với 1g ngoài (hình 1.12) Dưới tác dụng của tit

trong ngang li cứng bị un làm cho các dim sàn này bị chuyển vị theo phương thingứng và tác dụng lê các cột của ống ngoài các lực theo phương thẳng đúng Mặc di

các cột có độ cứng chống tốn nhỏ, song độ cũng dọc trục lớn nên đã cả trở sự chuyển

vị của các dim cứng và kết quả là chống lại chuyển vị ngang của cả công trình

“rong thực tế các dim cứng này được bổ tr tại các ng kỹ thuật và có chiều cao bằng

cả ting cứng, số ting cứng trong nhà cao ting thường là 1, 2 hoặc 3 tang Trường hợp

bổ tri một ting cứng thì nỗ được đặt tai độ cao sắt mi, trường hop bổ t 2 ting cổng

thì ngoài ting cứng sát mái còn bố trí thêm một ting cứng ở cao độ giữa công trinh,

còn trường hợp bố tri 3 ting cứng thi 1 tang được bó trí sát mái, 2 ting còn lại được bổ

trí 1/3 và 2/3 cao độ công trình.

Hind 1.12 Sơ đồ kết cấu nhà cao ting có ting cứng

[tm

Hình 1.13 Biểu đồ mô men trong tầng cứng khi có va không có ting cứng.Tei vi tr cao độ tang cứng độ cứng của kết cấu bị thay đổi một cách đột ngội Dưới tác

động của tải trọng ngang nội lực trong lõi cứng cũng như trong các cột và dầm tại cao

độ ting cứng và gần đó có quy luật phúc tạp và trong nhiều trường hợp thay đổi dạngbước nhảy làm cho việc thiết kế cấu tạo gặp khó khan Đặc biệt mô men uén trong cáccột tai vị tí liên kết với tng cứng có giá trị rắt lớn nên dễ gây ra phá hủy tại các vị tí

ết cầu cónày kh có động đất Dao động của hệ ding cứng thường là phưc tạp nêniệc tính toán động lực của hệ kết cấu này phải được tiễn banhÑheo sơ đồ không gian,

‘edu cơ ban, Ở hình 1.13

không, sit dung các sơ đồ đơn giản như đối với các hệ

là hình ảnh biểu đồ mô men trong lõi cứng của các hệ kết cấu ống - lõi khi không cói

ting cứng, có một ting cứng và có hai ting cứng, ta thấy rằng mô men tại chân lõicứng giảm đi kh c6 ting cứng nhưng ở phần trên th ại bị đỗi dấu Trường hợp có haitầng cứng thi mô men trong lõi cứng ngoài sự giảm giá trị ở phần dưới, đổi dầu ở phần

trên côn xây ra sự thay đổi dạng bước nhảy ở vị trí cao độ tng cứng thứ bai

b Kết cấu có hị ing liên ting,

Kết cấu có hệ ging liên ting thường là hệ kết cấu có hệ thống khung biên bao quanh

nhà nhưng không thuần túy tạo thành kết cầu dng như được giới thiệu trong phần trên

ma được bổ sung một hệ giing chéo thống nhiễu ting gọi Hà hệ giằng lên ting Hệthống giẳng liên tang này có đặc điểm là làm cho hệ khung biên làm việc như một hệgiản Các cột và dim của khung biên làm việc gin như chịu lực dọc trực

Kết cấu ống có hệ giảng liên ting là một trong những dạng kết edu hiện đại của nhà

cao ting, Ưu di n của hệ kết sấu này là có độ cứng lớn theo phương ngang, thích hợp, với các ngôi nhà có độ cao lớn siêu cao tầng) Ngoài ra hệ ging liên ting có ưu điểm

là không ảnh hưởng nhiều đến công năng của công trình như hệ giẳng chéo chỉ được

bổ trí ong một ting Hệ thống cột trong kết cấu Sng có hệ ging ign ting không phảiđặt day đặc như trong kết cấu ống thuần túy Nói chúng kết cấu khung biên với hệgiằng iên ting là một gi pháp kết cấu hiện đại dang được thể giới quan tâm

+ Khung bình thường do các dim và cột các ting tạo thành, các dim và cột đều đồng

thời chịu tác dung của các lực theo phương đứng và ngang Nói chung tinh trạng chịu

lye của các cấu kiện gần giống nhau, Do vậy, cũng gắn như đồng đều cho các cấu

kiện.