CHƯƠNG 1 GIẢI PHÁP KẾT CẤU CHO CÔNG TRÌNH , GIỚI THIỆU KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP - BÊ TÔNG CỐT THÉP

Chuyên đề: KẾT CẤU LIÊN HP THÉP-BÊTÔNG CỐT THÉP Phần 2-KC-Chương 1: Giải pháp kết cấu cho công trình, giới thiệu kết cấu liên hợp thép-bê tông cốt thép B/ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ SUNWAH TOWER BULDING CHƯƠNG 1: GIẢI PHÁP KẾT CẤU CHO CÔNG TRÌNH , GIỚI THIỆU KẾT CẤU LIÊN HP THÉP- BÊ TÔNG CỐT THÉP I LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU CHO CÔNG TRÌNH PHÂN LOẠI NHÀ NHIỀU TẦNG a Theo hệ kết cấu chịu lực Hệ kết cấu khung cứng chịu lực: Hệ tạo thành từ đứng (cột) ngang (dầm) liên kết cứng với nút Hệ kết cấu khung tạo không gian lớn, linh hoạt thích hợp với công trình công cộng Hệ có làm việc rõ ràng khả chịu lực công trình giảm nhiều chiều cao công trình lớn Hệ kết cấu vách cứng lõi cứng: Hệ kết cấu vách cứng lõi cứng có cấu kiện thẳng đứng chịu tải trọng cứng bố trí theo hai phương, có liên kết vách cứng lại tạo thành lõi cứng Hệ kết cấu có đặc điểm khả chịu tải trọng ngang tốt nên thường sử dụng cho công trình từ 20 đến 40 tầng Đối với nhà có cao vách cứng có kích thước lớn nên ngươiø ta dùng Hệ vách cứng – lõi cứng giảm không gian sử dụng nhà, không linh hoạt bố trí hệ kết cấu khung Hệ kết cấu khung - giằng: Sự kết hợp hai hệ kết cấu cần thiết để tạo hệ kết cấu vững cho nhà Hệ thống vách cứng bố trí vị trí cầu thang bộ, cầu thang máy, tường biên … nơi có tường liên tục tầng Trong hệ kết cấu thường vách cứng đóng vai trò chịu lực ngang hệ khung thiết kế để chịu tải trọng đứng, nhờ mà hệ kết cấu có nhừng ưu việt hai hệ kết tạo không gian sử dụng lớn khả chịu lực lớn hơn… b Theo vật liệu sử dụng Kết cấu bê tông truyền thống Loại kết cấu có ưu điểm như: dễ dàng tạo hình, sản xuất công trường, chịu nhiệt tốt, chống lại phá hoại hoá học Nhưng bên cạnh có nhược điểm : tỉ số khả chịu lực trọng lượng thân thấp, nhiều thời gian cho lắp dựng cốp pha, chờ bê tông đạt cường độ Không GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành Trang 170 SVTH: Lê Lương Bảo Nghi Chuyên đề: KẾT CẤU LIÊN HP THÉP-BÊTÔNG CỐT THÉP Phần 2-KC-Chương 1: Giải pháp kết cấu cho công trình, giới thiệu kết cấu liên hợp thép-bê tông cốt thép B/ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ SUNWAH TOWER BULDING vậy, bê tông chịu kéo phải đặt thêm cốt thép vào việc tiêu tốn nhiều thời gian Kết cấu thép Kết cấu thép có ưu điểm tỉ số khả chịu lực trọng lượng thân cao Việc chế tạo cấu kiện thực không phụ thuộc vào thời tiết, lắp dựng đơn giản nhanh chóng với sai lệch nhỏ Nhưng khả chịu nhiệt lại kém, việc tăng khả chống cháy cho công trình khả chịu nhiệt độ cao cấu kiện gây nhiều chi phí tốn Kết cấu liên hợp thép-bêtông cốt thép(Composite) Sau so sánh hai giải phải kết cấu ta thấy kết hợp hai dạng kết cấu giải pháp kinh tế Các ưu điểm hai loại kết cấu kết hợp, khuyết điểm bổ khuyết cho Ví dụ: thời gian thi công nhanh kết cấu bê tông, chi phí tiết kiệm khung hoàn toàn làm thép, khả chịu lực tăng lên so với kết cấu bêtông thép, kích thước cấu kiện giảm nhiều so với kết cấu bê tông Không độ cứng làm việc dẻo đạt cách kết hợp thép vơi bêtông LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU CHO CÔNG TRÌNH a Hệ kết cấu chịu lực Do chiều cao công trình lớn nên tải trọng gió tác dụng lớn vào công trình với hệ kết cấu khung giằng phù hợp trong hợp Theo mặt kiến trúc ta bố trí vách cứng xung quanh cầu thang máy, lõi cứng làm việc với hệ khung bao quanh b Vật liệu Trước trạng khan văn phòng, nhu cầu đáp ứng văn phòng cho thuê trước thềm hội nhập WTO, việc thi công xây lắp đưa công trình vào sử dụng cách nhanh chóng cần thiết Vì sử dụng kết cấu Composite cho công trình hợp lý II GIỚI THIỆU KẾT CẤU LIÊN HP THÉP-BÊTÔNG CỐT THÉP GIỚI THIỆU Trong kết cấu công trình xây dựng, kết hợp vật liệu khác thường thấy kết hợp thép bêtông Mặc dù tính chất có khác chúng lại bổ sung hổ trợ nhau: - Bê tông chịu kéo chịu nén tốt GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành Trang 171 SVTH: Lê Lương Bảo Nghi Chuyên đề: KẾT CẤU LIÊN HP THÉP-BÊTÔNG CỐT THÉP Phần 2-KC-Chương 1: Giải pháp kết cấu cho công trình, giới thiệu kết cấu liên hợp thép-bê tông cốt thép B/ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ SUNWAH TOWER BULDING - Thép chịu nén kéo - Cấu kiện thép thường tương đối mảnh có xu hướng bị ổn định, kết hợp với bêtông tăng cường độ ổn định - Bê tông chống ăn mòn chịu nhiệt độ cao, thép dễ bị rỉ sét dễ dàng biến dạng tác dụng nhiệt độ từ làm giảm khả chịu lực Từ lâu người ta sử dụng dạng kết cấu khung thép cho nhà cao tầng Khung thép tạo từ cột dầm thép thường thép hình cán nóng có tiết diện chữ I, H Các dầm thép tạo thành hệ lưới để đỡ sàn bêtông.Nếu trượt tự bề mặt tiếp xúc cánh thép sàn bê tông chúng việc độc lập (Hình 1a) Tiết diện dầm thép thiết kế để chịu toàn tải trọng từ sàn truyền vào Nếu trượt hạn chế giảm thiểu tiết diện thép dầm thép làm việc (Hình 1b) Hình 1.1 Biến dạng, ứng suất pháp tiếp uốn a) Không liên kết b) liên kết hoàn toàn Kể từ năm 1950 người ta bắt đầu tạo liên kết sàn bêtông dầm thép hình đỡ sàn liên kết học Những liên kết loại trừ giảm thiểu trượt bề mặt tiếp xúc bê tông thép, sàn bêtông dầm thép làm việc chung tạo thành cấu kiện liên hợp, gọi “dầm liên hợp” (Hình 1) GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành Trang 172 SVTH: Lê Lương Bảo Nghi Chuyên đề: KẾT CẤU LIÊN HP THÉP-BÊTÔNG CỐT THÉP Phần 2-KC-Chương 1: Giải pháp kết cấu cho công trình, giới thiệu kết cấu liên hợp thép-bê tông cốt thép B/ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ SUNWAH TOWER BULDING Hình 1.2: Dầm thép bình thường dầm liên hợp Khi làm việc liên hợp tác dụng mô men dương, khả chịu lực dầm tăng lên có thêm phần bê tông sàn chịu nén, tác dụng mômen âm, khả chịu lực tăng lên có cốt thép sàn tham gia chịu kéo Rõ ràng dầm làm việc liên hợp với bê tông có độ cứng cao hơn,chịu lực tốt chịu lực tốt hơn, sử dụng tiết diện nhỏ hơn, vượt nhịp xa so với dầm thép không liên hợp Trong thực tế, liên kết thép bê tông tạo từ đinh tán số liên kết học khác hàn vào cấu kiện thép nằm trọn bê tông Lúc đầu, để tính toán cho đơn giản người ta xem liên kết tuyệt đối cứng ngăn cản trượt bề mặt tiếp xúc Trong thực tế để đạt tới phải cần lượng chốt chống trượt lớn dẫn đến không kinh tế Nhưng bỏ qua khả chống trượt, liên kết chống trượt phần tính toán khả làm việc liên hợp không đạt đạt phần, đòi hỏi phải tăng kích thước cấu kiện tăng cường độ vật liệu dẫn đến không kinh tế Ngày có nhiều nghiên cứu “sự liên kết chống trượt không hòan tòan” bêtông thép dựa thí nghiệm, mô để tìm cách tính toán để đạt tới kinh tế ĐẶC TÍNH CỦA KẾT CẤU LIÊN HP Khi thiết kế công trình, việc đảm bảo, khả chịu lực, độ cứng, độ dẻo kết cấu mà phải đảm bảo yêu cầu mặt kiến trúc, kinh tế, thi công, chịu nhiệt 2.1 KIẾN TRÚC Kết cấu liên hợp cho phép tạo đa dạng thiết kế kiến trúc cách kết hợp cấu kiện liên hợp theo nhiều kiểu Ngoài với kích thước nhỏ dầm cho phép tạo ra: - Nhịp lớn - Sàn mỏng - Cột mảnh Từ tạo nhiều thuận lợi cho thiết kế 2.2 KINH TẾ Tiết kiệm nhiều chi phí từ việc sử dụng cấu kiện có kích thước nhỏ (độ cứng lớn tạo bước nhịp lớn, giảm độ võng, giảm chiều cao toàn công trình) thi công lắp đặt nhanh so với loại kết cấu khác Sự tiện lợi tỉ số nhịp chiều cao tiết diện (l/h=35) thể qua: GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành Trang 173 SVTH: Lê Lương Bảo Nghi Chuyên đề: KẾT CẤU LIÊN HP THÉP-BÊTÔNG CỐT THÉP Phần 2-KC-Chương 1: Giải pháp kết cấu cho công trình, giới thiệu kết cấu liên hợp thép-bê tông cốt thép B/ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ SUNWAH TOWER BULDING - Giảm chiều cao tiết diện dẫn đến giảm chiều cao công trình,tiết kiệm diện tích bao che - Nhịp lớn so với kết cấu khác có cột tạo không gian sử dụng rộng rãi tiện lợi - Nhiều tầng so với kết cấu khác có chiều cao Kết cấu liên hợp thi công lắp đặt dễ dàng nhanh chóng hơn, thế: - Tiết kiệm chí phí thi công, thời gian hoàn thành công trình sớm - Được đưa vào sử dụng sớm thu hồi vốn nhanh 2.4 CHỊU NHIỆT Các kết cấu thép cổ điển thường sử dụng nhiều biện pháp tốn để bảo vệ thép tác dụng nhiệt độ lửa Các kết cấu đại kết cấu liên hợp chịu lửa cách kết hợp với bê tông cốt thép, bê tông bảo vệ thép bê tông có khối lượng lớn tính dẫn nhiệt Các dầm cột thép bao bọc hoàn toàn phần (nhồi đầy bê tông cốt thép hai cánh thép hình) Điều không giúp trì nhiệt độ thấp bụng cánh ảnh hưởng nhiệt độ mà tăng khả chịu lực cấu kiện, tăng độ ổn định cuả cánh (giảm độ oằn cánh dầm composite đỡ sàn tác dụng nhiệt độ) 2.5 THI CÔNG Ngày sàn composite sử dụng rộng rãi công trình tiện lợi cho đơn vị thầu chủ đầu tư: - Sàn công tác: Trước đổ bê tông, tôn sóng phục vụ sàn công tác an toàn - Cốp pha cố định: Các tôn sóng phủ lên dầm theo phương,các thép sóng đóng vai trò cốp pha sàn để đúc bê tông, không cần chống phụ trình đúc bêtông Ngoài thép sóng giữ nước tốt trình đổ bêtông Mặt thép giữ sau đổ bêtông, sử dụng thép màu tạo trần nhà thẩm mỹ - Cốt thép sàn: Cốt thép đặt sàn tăng khả chịu momen dương Nó giúp chống lại co ngót bêtông, nứt nhiệt độ, chịu momen âm liên tục Sự làm việc liên hợp đạt sử dụng thép sóng - Cốt thép sàn: GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành Trang 174 SVTH: Lê Lương Bảo Nghi Chuyên đề: KẾT CẤU LIÊN HP THÉP-BÊTÔNG CỐT THÉP Phần 2-KC-Chương 1: Giải pháp kết cấu cho công trình, giới thiệu kết cấu liên hợp thép-bê tông cốt thép B/ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ SUNWAH TOWER BULDING Thép có trọng lượng nhẹ nên vận chuyển cất giữ thuận lợi công trường Một xe tải mang 1500 m2 thép làm sàn Một đội người lắp đặt 400 m2 thép ngày - Chất lượng cấu kiện: Do cấu kiện thép sản xuất nhà máy kiểm định nghiêm ngặt Vì giảm thiểu yếu tố ngẫu nhiên phát sinh, tăng độ xác tính toán Thi công xây lắp công trình kết cấu liên hợp thép bêtông cốt thép nhanh kinh tế Có thể chia thành trình sau: - Đầu tiên khung thép có giằng không giằng lắp dựng Nếu sử dụng loại thép có tiết diện rỗng để làm cột, lồng cốt thép đặt vào vị trí công xưởng - Các chi tiết để truyền lực thép bê tông bracket, thép đệm, chốt chống trượt chuẩn bị công xưởng để tăng tốc độ xây lắp phải lên kế hoạch cách chi tiết Sau lắp đặt cột xong, dầm thép lắp vào cột (có thể gác lên cột) - Sàn bê tông đúc sẵn thép sóng để làm sàn gác lên dầm, phục vụ cốp pha sàn công tác - Cuối đúc bêtông sàn cột lúc Sau bê tông đông cứng, độ cứng khả chịu lực cột dầm tăng lên, liên kết tự động chuyển khớp sang liên kết cứng Composite beam Dầm liên hợp Steel cross Tiết diện thépsection Chiều cao tiết diệ (mm) Construction heightn[mm] Khả chịu lực Load capacity Trọng lượng ChiềuSteeltiết diện(m cao weight Construction height Độ cứng Stiffness GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành h h h SO SÁNH VỚI CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC IPE 400 IPE 400 560 560 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% Trang 175 Steel beam without g liên hợp Dầm khôn any shear connection IPE 550 IPE 550 710 710 100% 100% 159% 159% 127% 127% 72% 72% HE 360 B HE 360 B 520 520 100% 100% 214% 214% 93% 93% 46% 46% SVTH: Lê Lương Bảo Nghi Chuyên đề: KẾT CẤU LIÊN HP THÉP-BÊTÔNG CỐT THÉP Phần 2-KC-Chương 1: Giải pháp kết cấu cho công trình, giới thiệu kết cấu liên hợp thép-bê tông cốt thép B/ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ SUNWAH TOWER BULDING Composite Reinforced concrete 70 / 70 80 / 120 160 / 40 160 / 120 Column Dimensions [cm] Beam Dimensions [cm] CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN CỦA KHUNG LIÊN HP THÉP – BÊTÔNG CỐT THÉP composite slab composite beam composite column floor = beam + slab Hình 1.3: Các cấu kiện khung liên hợp GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành Trang 176 SVTH: Lê Lương Bảo Nghi Chuyên đề: KẾT CẤU LIÊN HP THÉP-BÊTÔNG CỐT THÉP Phần 2-KC-Chương 1: Giải pháp kết cấu cho công trình, giới thiệu kết cấu liên hợp thép-bê tông cốt thép B/ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ SUNWAH TOWER BULDING Hình 1.4 Cột sàn (Citibank Duisburg, Germany) 4.1 SÀN 4.1.1 Sàn bê tông cốt thép Sàn bê tông sử dụng cốp pha Sàn đúc sẵn phần Sàn đúc sẵn hoàn toàn Hình 1.5 Các kiểu sàn 4.1.2 Sàn bê tông ứng suất trước Hình 1.6 Sàn bê tông ứng suất trước 4.1.3 Tấm thép có sóng GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành Trang 177 SVTH: Lê Lương Bảo Nghi Chuyên đề: KẾT CẤU LIÊN HP THÉP-BÊTÔNG CỐT THÉP Phần 2-KC-Chương 1: Giải pháp kết cấu cho công trình, giới thiệu kết cấu liên hợp thép-bê tông cốt thép B/ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ SUNWAH TOWER BULDING Hình 1.7 Liên kết ma sát sàn composite Hình 1.8 Liên kết học sàn composite Hình 1.9 Liên kết neo sàn composite 4.2 DẦM GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành Trang 178 SVTH: Lê Lương Bảo Nghi Chuyên đề: KẾT CẤU LIÊN HP THÉP-BÊTÔNG CỐT THÉP Phần 2-KC-Chương 1: Giải pháp kết cấu cho công trình, giới thiệu kết cấu liên hợp thép-bê tông cốt thép B/ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ SUNWAH TOWER BULDING Hình 1.10 Dầm composite Hình 1.11 Các kiểu liên kết chống trượt Hình 1.12 Thử nghiệm khả chống trượt thép kết cấu bêtông GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành Trang 179 SVTH: Lê Lương Bảo Nghi Chuyên đề: KẾT CẤU LIÊN HP THÉP-BÊTÔNG CỐT THÉP Phần 2-KC-Chương 1: Giải pháp kết cấu cho công trình, giới thiệu kết cấu liên hợp thép-bê tông cốt thép B/ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ SUNWAH TOWER BULDING Hình 1.13 Chống trượt dầm thép bê tông (Headed studs) 4.3 CỘT Hình 1.14 Cột composite GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành Trang 180 SVTH: Lê Lương Bảo Nghi Chuyên đề: KẾT CẤU LIÊN HP THÉP-BÊTÔNG CỐT THÉP Phần 2-KC-Chương 1: Giải pháp kết cấu cho công trình, giới thiệu kết cấu liên hợp thép-bê tông cốt thép B/ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ SUNWAH TOWER BULDING 4.4 LIÊN KẾT (JOINTS) Hình 1.15 Liên kết dầm vào cột GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành Trang 181 SVTH: Lê Lương Bảo Nghi ... đề: KẾT CẤU LIÊN HP THÉP-BÊTÔNG CỐT THÉP Phần 2-KC -Chương 1: Giải pháp kết cấu cho công trình, giới thiệu kết cấu liên hợp thép- bê tông cốt thép B/ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ SUNWAH TOWER BULDING vậy, bê. .. Thành Trang 17 1 SVTH: Lê Lương Bảo Nghi Chuyên đề: KẾT CẤU LIÊN HP THÉP-BÊTÔNG CỐT THÉP Phần 2-KC -Chương 1: Giải pháp kết cấu cho công trình, giới thiệu kết cấu liên hợp thép- bê tông cốt thép B/... Thành Trang 17 3 SVTH: Lê Lương Bảo Nghi Chuyên đề: KẾT CẤU LIÊN HP THÉP-BÊTÔNG CỐT THÉP Phần 2-KC -Chương 1: Giải pháp kết cấu cho công trình, giới thiệu kết cấu liên hợp thép- bê tông cốt thép B/