Thiết kế kingpost thi công topdown

THIẾT KẾ KINGPOST & SHEAR STUD THIẾT KẾ CÁC KẾT CẤU PHỤC VỤ CHO THI THI CÔNG TẦNG HẦM THEO PHƯƠNG PHÁP TOPDOWN 5.1 THIẾT KẾ CỘT CHỐNG NG TẠM KINGPOST 5.1.1 KHAI BÁO MÔ HÌNH Cột chống tạm chủ yếu chòu tải trọng thẳng đứng tầng hầm vài tầng giai đoạn thi công tầng hầm Gần nhất, sinh viên chọn mô hình tính toán nội lực cho cột chống tạm vào giai đoạn thi công đào đất đến cao trình chuẩn bò thi công sàn tầng hầm Giả thuyết thi công xuống tầng hầm 3, bên thi công tầng Khi mô hình tính toán nội lực cho cột chống tạm tầng hầm tầng Hình.5.1 Mô hình tính toán cột chống tạm TO GỬI VIỆT_2010 KETCAU.COM Page THIẾT KẾ KINGPOST & SHEAR STUD 5.1.2 KHAI BÁO VẬT LIỆU − Bê tông cấp độ bền B30, có Rn = 17MPa, Rtn = 1.2MPa − Cốt thép AIII, có Rs = Rsc = 365MPa − Vật liệu làm cột chống tạm: cột chống tạm có tiết diện chữ I tổ hợp từ thép có chiều dày t ≥ 20mm, với tiêu cường độ sau : Mác thép CCT38 E( kN/m2) 2.1x108 Fu ( kN/m2) 380000 Fy (kN/m2) 230000 F (kN/m2) 220000 5.1.3 KHAI BÁO CÁC TIẾT DIỆN 5.1.3.1 Sàn : − Sàn tầng trệt, sàn tầng hầm sàn tầng hầm : toàn ô sàn có chiều dày 300mm − Các sàn tầng có chiều dày 150mm 5.1.3.2 Dầm: − Các dầm 300x700mm, dầm biên có có kích thước 300x700mm − Dầm đỡ vò trí lõi thang phục vụ thi công topdown phần lõi thang: có tiết diện 60x120cm 50x80cm 5.1.3.3 Cột chống tạm (kingpost) Hình.5.2 Mô hình bố trí cột chống tạm TO GỬI VIỆT_2010 KETCAU.COM Page THIẾT KẾ KINGPOST & SHEAR STUD Hình.5.3 Mặt bố trí cột chống tạm TT Vò trí Tên cột Tiết diện (mm) Cột góc C1, C19, C14, C18 400X600 Cột biên C40, C43, C45, C12, C44, C15, C17, C9, C34 500X640 Cột C32, C33, C8, C20, C26 500X640 Cột lõi thang C42, C49, C53, C54, C41, C47 400X400 5.1.3.4 Tường vây : Có chiều dày 1.2m, chiều sâu thực tế tường vây -53m, mô hình tính toán này, sinh viên khai báo tường vây ngàm vò trí cao trình đáy sàn tầng hầm có độ cứng kháng uốn theo phương 5.1.3.5 Vách chòu lực lõi thang máy: tất có chiều dày 300mm TO GỬI VIỆT_2010 KETCAU.COM Page THIẾT KẾ KINGPOST & SHEAR STUD 5.1.4 TẢI TRỌNG 5.1.4.1 Hoạt tải thi công − Sàn trệt: tập trung nhiều thiết bò, vật tư thi công, nên lấy Ptrệt = 20 kN/m2 − Sàn tầng hầm sàn tầng hầm : Phầm1 = Phầm2 = kN/m2 TO GỬI VIỆT_2010 KETCAU.COM Page THIẾT KẾ KINGPOST & SHEAR STUD − Sàn tầng : Pnổi = kN/m2 5.1.4.1 Nội lực sàn tầng hầm áp lực đất gây Tải trọng lấy từ mô hình tính toán tường vây giai đoạn đào đất thi công tầng hầm 3, nhập theo chu vi sàn dạng phân bố đường thẳng − Tầng : Ntrệt = 433.6 kN/m TO GỬI VIỆT_2010 KETCAU.COM Page THIẾT KẾ KINGPOST & SHEAR STUD − Tầng hầm : Nhầm1 = - 645.9 kN/m − Tầng hầm : Nhầm2 = - 950 kN/m TO GỬI VIỆT_2010 KETCAU.COM Page THIẾT KẾ KINGPOST & SHEAR STUD 5.1.5 KIỂM TRA TIẾT DIỆN CỘT CHỐNG TẠM Từ kết chạy mô hình ETABS ta có kết nội lực cho hệ cột chống tạm sau: Hình.5.4 Kết lực dọc hệ cột chống tạm Hình.5.5 Kết mô men M33 hệ cột chống tạm TO GỬI VIỆT_2010 KETCAU.COM Page THIẾT KẾ KINGPOST & SHEAR STUD Hình.5.1 Kết mô men M22 hệ cột chống tạm Để tính toán kiểm tra hệ cột chống tạm, ta dùng cặp nội lực sau: Cặp thứ (Nmax, MXtu, MYtu) Cặp thứ (MXmax, MYtu, Ntu) Cặp thứ (MYmax, MXtu, Ntu) Ta tìm cặp tổ hợp nội lực cho nhóm cột, kết tổ hợp nội lực sau: TT Vò trí Cột góc Cột biên Cột Cột lõi thang Tiết diện (mm) 400X600 500X640 500X640 400X600 TO GỬI VIỆT_2010 KETCAU.COM Cặp nội lực Lực dọc N (kN) Moment Mx (kNm) Moment My (kNm) Cặp thứ 3465 0.57 1.35 Cặp thứ 2574 17.83 0.95 Cặp thứ 2836 3.81 10.24 Cặp thứ 5029 18.62 12.36 Cặp thứ 4289 100.56 10.07 Cặp thứ 4538 14.56 Cặp thứ 6314 2.63 85.67 1.62 Cặp thứ 4137 27.36 2.04 Cặp thứ 5024 7.14 31.02 Cặp thứ 3386 5.23 1.00 Cặp thứ 3254 21.56 0.87 Page THIẾT KẾ KINGPOST & SHEAR STUD Cặp thứ 2897 4.62 15.62 Để cho an toàn nhất, sinh viên chọn cách kiểm tra sau: Đối với loại tiết diện cột, chọn Nmax cặp nội lực thứ nhất, MXmax cặp nội lực thứ 2, MYmax cặp nội lực thứ để kiểm tra tiết diện cột chống tạm Kết tính toán sau Vò trí Tiết diện (mm) Lực dọc N (kN) Moment Mx (kNm) Moment My (kNm) Cột góc Cột lõi thang Chữ I tổ hợp 400x600x30x30 3465 21.56 15.62 Cột biên Cột Hình hộp 500x640x30x30 6314 100.56 85.67 TT Kiểm tra cột chống tạm có tiết diện hình hộp 500x600x50x40mm (kingpost loại 1) Vò trí Cột biên Cột Tiết diện (mm) Lực dọc N (kN) Moment Mx (kNm) Moment My (kNm) Hình hộp 500x600x30x30 6314 100.56 85.67 a Xác đònh chiều dài tính toán Chiều dài tính toán mặt phẳng khung lx = 0.7x6 = 4.2m Chiều dài tính toán mặt phẳng khung ly = 4.2m b Xác đònh độ lệch tâm tiết diện cột Độ lệch tâm: Hình.5.2 MX 100.56 = × 100 = 1.11cm ⇒ eX = e0 + e' = 1.11 + = 6.11cm N 6314 M 85.67 e0Y = Y = × 100 = 0.91cm ⇒ eY = e0 + e' = 0.91 + = 5.91cm N 6314 e0X = Với e’ = 5cm độ lệch tâm cho phép thi công cột chống tạm Chọn tiết diện cột chống tạm có kích thước sau : TO GỬI VIỆT_2010 KETCAU.COM Page THIẾT KẾ KINGPOST & SHEAR STUD Hình.5.3 Tiết diện cột chống tạm loại c Các dặt trưng tiết diện A (cm2) IX (cm4) IY (cm4) WX (cm3) WY (cm3) rX (cm) rY (cm) λX (cm) λY (cm) 932 106018 104455 3927 4178 10.67 10.59 39.38 39.67 Ta có λX λY nhỏ độ mảnh giới hạn [λ λ] = 120 λx = λx f 345000 = 39.38× =1.52 E 2.1×108 λy = λy f 345000 = 39.67× =1.55 E 2.1×108 d Độ lệch tâm tương đối m độ llệ ệch tâm tính đổi me mx = ex A 6.11× 932 = = 1.44 Wx 3927 mY = eYA 5.91× 932 = = 1.32 WY 4178 Với λ < 5, m < Af > 1, tra bảng D9, Phụ lục D TCXDVN 338 : 2005 “ Thiết kế kết cấu Aw thép”, ta có hệ số η tính theo công thức: η = (1.9 – 0.1m) – 0.02(6 – m) λ TO GỬI VIỆT_2010 KETCAU.COM Page 10 THIẾT KẾ KINGPOST & SHEAR STUD mex = ηxmx = 3.83 mey = ηymy = 3.55 d Kiểm tra bền Cột chòu nén uốn kiểm tra bền theo công thức: M N Mx + y + y x ≤ fγ c An Inx Iny 6314 100.56 85.67 + × 0.32 + × 0.25 −4 −8 932 × 10 106018 × 10 104455 × 10−8 = 120800(kN / m2 ) < 220000(kN / m2 ) VT = n Vậy cột thõa điều kiện bền e Kiểm tra ổn đònh tổng thể − Ổn đònh tổng thể theo phương X : Với λ x = 1.52 mex = 3.55, tra bảng D10, Phụ lục D TCXDVN 338 : 2005 “ Thiết kế kết cấu thép”, ta có hệ số ϕex = 0.291 Ổn đònh tổng thể cột theo phương X kiểm tra theo công thức: N 6314 = = 203421.4kN / m2 < f = 220000kN / m2 −4 ϕA 0.291× 932 × 10 Vậy cột thõa điều kiện ổn đònh tổng thể theo phương X − Ổn đònh tổng thể theo phương Y : Với λ y = 1.55 mey = 3.83, tra bảng D10, Phụ lục D TCXDVN 338 : 2005 “ Thiết kế kết cấu thép”, ta có hệ số ϕey = 0.302 Ổn đònh tổng thể cột theo phương Y kiểm tra theo công thức: N 6314 = = 190912.7kN / m2 < f = 220000kN / m2 −4 ϕA 0.302 × 932 × 10 phươngg Y Vậy cột thỏa điều kiện ổn đònh tổng thể theo phươn f Kiểm tra ổn đònh cục − Kiểm tra ổn đònh cục cho bụng: giá trò giới hạn [ hw/tw] cột chòu nén lệch tâm lấy theo Bảng 33, TCXDVN 338 : 2005 “ Thiết kế kết cấu thép” Ta có:  hw  E 2.1× 108 2 = (1.3 + 0.1 λ ) = (1.3 + 0.1 × 1.52 ) × = 37.8   t f 220000  w Trong ta có λ = λ x ( tiết diện hình hộp, giá trò [ hw/tw] lấy cho bụng nằm song song với mặt phẳng tác dụng moment uốn) TO GỬI VIỆT_2010 KETCAU.COM Page 11 THIẾT KẾ KINGPOST & SHEAR STUD hw tw = 54 = 13.5 <  hw    = 37.8  tw  Vậy bụng thỏa điều kiện ổn đònh cọc − Kiểm tra điều kiện ổn đònh cục cho cánh : cọt có tiết diện hình hộp, giá trò giới hạn [ b0/tf ] lấy giống bụng Ta có:  b0  E 2.1× 108 = (1.3 + 0.1× 1.552 ) × = 38.0   = (1.3 + 0.1λ ) f 220000  tf  Trong ta có λ1 = λ y ( tiết diện hình hộp, giá trò [ b0 /tf] lấy cho cánh nằm song song với mặt phẳng tác dụng moment uốn) b0 50 = = 16.7 < tf  b0    = 38.0  tf  Vậy cánh thõa điều kiện ổn đònh cục Kiểm tra cột chống tạm có tiết diện chữ I tổ hợp 400x600 ( kingpost loại 2) Vò trí Tiết diện (mm) Lực dọc N (kN) Moment Mx (kNm) Moment My (kNm) Cột góc Chữ I tổ hợp 400x600x30x30 3465 21.56 15.62 TT a Xác đònh chiều dài tính toán Chiều dài tính toán mặt phẳng khung lx = 0.7x6 = 4.2m Chiều dài tính toán mặt phẳng khung ly = 4.2m b Xác đònh độ lệch tâm tiết diện cột Độ lệch tâm: MX 21.56 = × 100 = 0.56cm ⇒ eX = e0 + e' = 0.56 + = 5.56cm N 3465 M 15.62 e0Y = Y = × 100 = 0.40cm ⇒ eY = e0 + e' = 0.40 + = 5.40cm N 3465 e0X = Với e’ = 5cm độ lệch tâm cho phép thi công cột chống tạm Chọn tiết diện cột chống tạm có kích thước sau: TO GỬI VIỆT_2010 KETCAU.COM Page 12 THIẾT KẾ KINGPOST & SHEAR STUD Hình.5.4 Cấu tạo tiết diện cột chống tạm loại c Các dặt trưng tiết diện A (cm2) IX (cm4) IY (cm4) WX (cm3) WY (cm3) rX (cm) rY (cm) λX (cm) λY (cm) 402 39546 32122 1465 1606 9.92 8.94 42.35 46.99 Ta có λX λY nhỏ độ mảnh giới hạn [λ] = 120 λx = λx λy = λy f 220000 = 42.35× =1.72 E 2.1×108 f 220000 = 46.99× =1.90 E 2.1×108 d Độ lệch tâm tương đối m độ lệch tâm tính đổi me mx = ex A 5.56 × 402 = = 1.53 Wx 1465 mY = eYA 5.40 × 402 = = 1.35 WY 1606 Với λ < 5, m < Af > 1, tra bảng D9, Phụ lục D TCXDVN 338 : 2005 “ Aw Thiết kế kết cấu thép”, ta có hệ số η tính theo công thức: η = (1.9 – 0.1m) – 0.02(6 – m) λ TO GỬI VIỆT_2010 KETCAU.COM Page 13 THIẾT KẾ KINGPOST & SHEAR STUD mex = ηxmx = 4.34 mey = ηymy = 4.30 d Kiểm tra bền Cột chòu nén uốn kiểm tra bền theo công thức: M N Mx + y + y x ≤ fγ c An Inx Iny 3465 21.56 15.62 + × 0.3 + × 0.2 −4 −8 402 × 10 39546 × 10 32122 × 10−8 = 122256(kN / m2 ) < 220000(kN / m2 ) VT = Vậy cột thõa điều kiện bền e Kiểm tra ổn đònh tổng thể − Ổn đònh tổng thể theo phương X : Với λ x = 1.72 mex = 4.34, tra bảng D10, Phụ lục D TCXDVN 338 : 2005 “ Thiết kế kết cấu thép”, ta có hệ số ϕex = 0.281 Ổn đònh tổng thể cột theo phương X kiểm tra theo công thức: N 3465 = = 202150kN / m2 < f = 220000kN / m2 −4 ϕA 0.281× 402 × 10 X Vậy cột thõa điều kiện ổn đònh tổng thể theo phương X − Ổn đònh tổng thể theo phương Y : Với λ y = 1.90 mey = 4.30, tra bảng D10, Phụ lục D TCXDVN 338 : 2005 “ Thiết kế kết cấu thép”, ta có hệ số ϕey = 0.278 Ổn đònh tổng thể cột theo phương Y kiểm tra theo công thức: N 3465 = = 202482kN / m2 < f = 220000kN / m2 −4 ϕA 0.278 × 932 × 10 Y Vậy cột thỏa điều kiện ổn đònh tổng thể theo phương Y f Kiểm tra ổn đònh cục − Kiểm tra ổn đònh cục cho bụng: giá trò giới hạn [ hw/tw] cột chòu nén lệch tâm có m > λ1 < 2, tiết diện chữ I lấy theo Bảng 33, TCXDVN 338 : 2005 “ Thiết kế kết cấu thép” sau:  hw  E 2.1× 108 = (1.3 + 0.1× 1.722 ) × = 39.5   = (1.3 + 0.1λ1 ) f 220000  tw  Trong ta có λ = λ x ( tiết diện chữ I, giá trò [ hw/tw] lấy cho bụng nằm song song với mặt phẳng tác dụng moment uốn) TO GỬI VIỆT_2010 KETCAU.COM Page 14 THIẾT KẾ KINGPOST & SHEAR STUD hw tw = 54 = 18 <  hw    = 39.5  tw  Vậy bụng thỏa điều kiện ổn đònh cọc − Kiểm tra điều kiện ổn đònh cục cho cánh : côït có tiết diện chữ I, giá trò giới hạn [ b0/tf ] lấy theo Bảng 35, TCXDVN 338 : 2005 “ Thiết kế kết cấu thép” sau :  b0  E 2.1× 108 = (0.36 + 0.1× 1.9) × = 13.57   = (0.36 + 0.1λ) f 220000  tf  Trong ta có λ = λ y b0 40 = = 13.3 < tf  b0    = 13.57  tf  Vậy cánh thõa điều kiện ổn đònh cục Vậy, với loại tiết diện chọn, cột đảm bảo khả chòu tải ổn đònh suốt thời gian thi công 5.2 THIẾT KẾ CÁC SHEAR SHEAR STUD (ĐINH CHỐNG CẮT) 5.2.1 Quan điểm thiết kế Trong suốt trình thi công tầng hầm theo phương pháp topdown kingpost (cột chống tạm) giữ vai trò quan trọng chòu toàn tải trọng tầng tầng hầm thay cho cột chòu lực công trình Cho nên, thiết kế kingpost đảm bảo chòu toàn tải trọng công trình trình thi công nhiệm vụ quan trọng Một nhiệm vụ không phần quan trọng đònh thành bại trình thi công tầng hầm giải liên kết kingpost cấu kiện công trình vò trí: − Thiết kế vò trí kingpost giao với hệ dầm – sàn tầng hầm đảm bảo chống lực cắt từ dầm sàn tầng hầm truyền xuống kingpost − Thiết kế dộ sâu cấm kingpost vào cọc barrette để đảm bảo cho kingpost truyền tải trọng từ tầng xuống cọc barrette cách an toàn mà không gây phá hoại cọc Khi cấm kingpost vào cọc barrette hay vò trí giao kingpost dầm sàn tầng hầm bê tông bề mặt kingpost có phát sinh lực ma sát đònh chống lại lực cắt sinh vò trí giao Nhưng bỏ bỏ qua có mặt lực ma sát bê tông kingpost, sinh viên chọn giải pháp thiết kế shear stud vò trí để chống lực cắt Khi đó, toàn lực dọc từ công trình shear stud truyền qua bê tông cọc barrette TO GỬI VIỆT_2010 KETCAU.COM Page 15 THIẾT KẾ KINGPOST & SHEAR STUD 5.2.2 Thiết kế shear stud cho đoạn kingpost cấm vào cọc barrette 5.2.2.1 Lực dọc lớn truyền xuống chân cột: − Đối với kingpost loại (hình hộp 500x640x30x30): Nmax = 6314kN − Đối với kingpost loại (chữ I400x600x30x30): Nmax = 3465kN 5.2.2.2 Khả chòu cắt shear stud Theo tiêu chuẩn thiết kế BS 5950 3.1 Anh quy đònh, khả chòu cắt shear stud phụ thuộc vào đường kính shear stud cường độ chòu nén mẩu thử bê tông 28 ngày sau: Cấp độ bền bê tông làm cọc barrette B25, ta chọn shear stud có đường kính d = 19mm, chiều cao danh nghóa h0 = 100mm, chiều cao làm việc h = 95mm có khả chòu cắt tiêu chuẩn Qtc = 100kN Hình.5.5 Hình shear stud chống cắt Để xác đònh khả chòu cắt tính toán Qtt shear stud, tiêu chuẩn quy đònh hệ số an toàn lấy 1.5÷1.8 ⇒ Qtt = Q 100 = = 58.88kN k 1.7 TO GỬI VIỆT_2010 KETCAU.COM Page 16 THIẾT KẾ KINGPOST & SHEAR STUD Số lượng shear stud cần bố trí cho chân kingpost đảm bảo khả chòu cắt là: − Kingpost loại 1: n1 = N1max − Kingpost loại 2: n1 = N1max 5.2.2.3 Qtt Qtt = 6314 = 107.23(Shear stud) 58.88 = 3465 = 58.84(Shear stud) 58.88 Bố trí shear stud Việc bố trí shear stud cho đảm bảo khả chòu lực tối đa chúng cần thiết, theo tiêu chuẩn đề nghò bố trí shear stud sau: − Khoảng cách tối thiểu shear stud gần tính từ tâm đến tâm không lần đường kính shear stud, lmin ≥ x 19 = 95mm − Khoảng cách nhỏ tính từ tâm shear stud đến mép kingpost 20mm Vậy, chọn cách bố trí cho shear stud sau: − Kingpost loại 1: khoảng cách shear stud 150mm, bố trí cho mặt kingpost, mặt 30 shear stud − Kingpost loại 2: khoảng cách shear stud 150mm, bố trí cho mặt kingpost, mặt 15 shear stud Hình.5.6 Thể khoảng cách nhỏ từ mép kingpost đến shear stud Kết bố trí shear stud cho đoạn kingpost cấm vào cọc barrette sau: TO GỬI VIỆT_2010 KETCAU.COM Page 17 THIẾT KẾ KINGPOST & SHEAR STUD Hình.5.7 Bố trí shear stud cho đoạn cột kingpost loại cấm vào cọc barrette TO GỬI VIỆT_2010 KETCAU.COM Page 18 THIẾT KẾ KINGPOST & SHEAR STUD Hình.5.8 Mặt cắt 1-1 Hình.5.9 Bố trí shear stud cho đoạn cột kingpost loại cấm vào cọc barrette TO GỬI VIỆT_2010 KETCAU.COM Page 19 THIẾT KẾ KINGPOST & SHEAR STUD Hình.5.10 Hình.5.11 Mặt cắt 2-2 Thực tế bố trí shear stud chống cắt cho kingpost 5.2.3 Thiết kế shear stud cho đoạn kingpost giao với dầm sàn tầng hầm Lực cắt tính toán cho shear stud vò trí lấy từ: − Hoạt tải thi công dầm sàn tầng hầm: p = 20kN/m2 (lấy cho sàn có hoạt tải thi công lớn sàn trệt) Psàn = 8.5 x 8.0 x 20 = 1360 kN − Trọng lượng kết cấu dầm sàn tầng hầm truyền vào: Gsàn = 8.5 x 8.0 x 0.3 x 25 + 0.3 x 0.7 x 8.5 x 25 + 0.3 x 0.7 x x 25 = 596.6 kN − Lực cắt gây vò trí giao kingpost dầm sàn tầng hầm : Q = Psàn + Gsàn = 1360 + 596.6 = 1956.6kN Chọn loại shear stud có khả chống cắt tương tự chọn cho đoạn kingpost cấm vào đầu cọc barrette, số lượng shear stud cần bố trí cho đoạn shear stud giao với dầm sàn tầng hầm là: n1 = Q 1956.6 = = 33.23(Shear stud) Qtt 58.88 Chọn 36 shear stud bố trí cho mặt (mỗi mặt cây) khoảng cách 150mm TO GỬI VIỆT_2010 KETCAU.COM Page 20 THIẾT KẾ KINGPOST & SHEAR STUD Hình.5.12 Hình.5.13 TO GỬI VIỆT_2010 KETCAU.COM Bố trí shear stud cho đoạn cột giao với sàn tầng hầm Thực tế bố trí shear stud chống cắt cho kingpost Page 21 ... ổn đònh suốt thời gian thi công 5.2 THI T KẾ CÁC SHEAR SHEAR STUD (ĐINH CHỐNG CẮT) 5.2.1 Quan điểm thi t kế Trong suốt trình thi công tầng hầm theo phương pháp topdown kingpost (cột chống tạm)... liên kết kingpost cấu kiện công trình vò trí: − Thi t kế vò trí kingpost giao với hệ dầm – sàn tầng hầm đảm bảo chống lực cắt từ dầm sàn tầng hầm truyền xuống kingpost − Thi t kế dộ sâu cấm kingpost. .. chòu lực công trình Cho nên, thi t kế kingpost đảm bảo chòu toàn tải trọng công trình trình thi công nhiệm vụ quan trọng Một nhiệm vụ không phần quan trọng đònh thành bại trình thi công tầng