Thiết kế kingpost thi công topdown

KHAI BÁO MÔ HÌNH KHAI BÁO MÔ HÌNH Cột chống tạm chủ yếu chịu tải trọng thẳng đứng của các tầng hầm và một vài tầng nổi trong giai đoạn thi công tầng hầm.. Nội lực trong các sàn tầnNội lự

Trang 1

TO GỬI VIỆT_2010 KETCAU.COM Page 1

THIẾT KẾ CÁC KẾT

THIẾT KẾ CÁC KẾT CẤU PHỤC VỤ CHO T CẤU PHỤC VỤ CHO T CẤU PHỤC VỤ CHO THI CÔNG TẦNG HẦM HI CÔNG TẦNG HẦM HI CÔNG TẦNG HẦM THEO THEO PHƯƠNG PHÁP TOPDOWN

PHƯƠNG PHÁP TOPDOWN

5.1 THIẾT KẾ CỘT CHỐTHIẾT KẾ CỘT CHỐNG TẠM KINGPOSTNG TẠM KINGPOSTNG TẠM KINGPOST

5.1.1 KHAI BÁO MÔ HÌNH KHAI BÁO MÔ HÌNH

Cột chống tạm chủ yếu chịu tải trọng thẳng đứng của các tầng hầm và một vài tầng nổi trong giai đoạn thi công tầng hầm Gần đúng 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 bị thi công sàn tầng hầm 3

Giả thuyết rằng khi thi công xuống tầng hầm 3, thì bên trên đã thi công được 5 tầng nổi Khi đó mô hình tính toán nội lực cho cột chống tạm là 3 tầng hầm và 5 tầng nổi

Hình.5.1 Mô hình tính toán cột chống tạm

Trang 2

5.1.2 KHAI BÁO VẬT LIỆU 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 những tấm thép bản có chiều dày t ≥ 20mm, với các chỉ tiêu cường độ như sau :

− Các dầm chính 300x700mm, dầm biên cũng có có kích thước 300x700mm

− Dầm đỡ tại vị trí lõi thang phục vụ thi công topdown phần lõi thang: có tiết diện 60x120cm và 50x80cm

5.1.3.3 Cột chống tạm (kingpost)Cột chống tạm (kingpost)

Hình.5.2 Mô hình bố trí cột chống tạm

Trang 3

Hình.5.3 Mặt bằng bố trí cột chống tạm TT

TT Vị trí Vị trí Tên cộtTên cột Tiết diện (mm)Tiết diện (mm)

2 Cột ở biên C40, C43, C45, C12, C44, C15, C17,

4 Cột ở lõi

5.1.3.4 Tường vây : Tường vây :

Có chiều dày 1.2m, chiều sâu thực tế của tường vây là -53m, nhưng trong mô hình tính toán này, sinh viên khai báo tường vây ngàm tại vị trí cao trình đáy sàn tầng hầm 3 và có độ cứng kháng uốn theo 2 phương bằng 0

5.1.3.5 VácVách chịu lực và lõi thang máyh chịu lực và lõi thang máyh chịu lực và lõi thang máy: tất cả có chiều dày 300mm

Trang 4

5.1.4 TẢI TRỌNG TẢI TRỌNG

5.1.4.1 Hoạt tải thi côngHoạt tải thi công

− Sàn trệt: tập trung nhiều thiết bị, vật tư thi công, nên có thể lấy Ptrệt = 20 kN/m2

− Sàn tầng hầm 1 và sàn tầng hầm 2 : Phầm1 = Phầm2 = 6 kN/m2

Trang 5

− Sàn tầng nổi : Pnổi = 6 kN/m2

5.1.4.1 Nội lực trong các sàn tầnNội lực trong các sàn tầng hầm do áp lực đất gây rag hầm do áp lực đất gây rag hầm do áp lực đất gây ra

Tải trọng này lấy từ mô hình tính toán tường vây trong giai đoạn đào đất thi công tầng hầm 3, được nhập theo chu vi của từng sàn dưới dạng phân bố đều trên đường thẳng

− Tầng trệt : Ntrệt = 433.6 kN/m

Trang 6

− Taàng haàm 1 : Nhaàm1 = - 645.9 kN/m

− Taàng haàm 2 : Nhaàm2 = - 950 kN/m

Trang 7

5.1.5 KIỂM TRA TIẾT DIỆN CỘT CHỐNG TẠM KIỂM TRA TIẾT DIỆN CỘT CHỐNG TẠM

Từ kết quả chạy mô hình trong ETABS ta có kết quả nội lực cho hệ cột chống tạm như sau:

Hình.5.4 Kết quả lực dọc trong hệ cột chống tạm

Hình.5.5 Kết quả mô men M33 trong hệ cột chống tạm

Trang 8

Hình.5.1 Kết quả mô men M22 trong hệ cột chống tạm Để tính toán kiểm tra hệ cột chống tạm, ta dùng 3 cặp nội lực như sau:

Cặp thứ 1 (Nmax, MXtu, MYtu) Cặp thứ 2 (MXmax, MYtu, Ntu) Cặp thứ 3 (MYmax, MXtu, Ntu)

Ta tìm 3 cặp tổ hợp nội lực cho mỗi nhóm cột, kết quả tổ hợp nội lực như sau:

TT

TT Vị tríVị trí Tiết diện

(mm)(mm) Cặp nội lựcCặp nội lực

Lực dọc N (kN)(kN)

2 Cột ở biên 500X640

Cặp thứ 1 5555029029029 18.62 12.36 Cặp thứ 2 4289 100.56 100.56 10.07 Cặp thứ 3 4538 14.56 85.6785.67

3 Cột ở giữa 500X640

Cặp thứ 1 6666314314314 2.63 1.62 Cặp thứ 2 4137 27.36 27.36 2.04 Cặp thứ 3 5024 7.14 31.0231.02

4 Cột ở lõi

Cặp thứ 1 33863386 5.23 1.00 Cặp thứ 2 3254 21.56 21.56 0.87

Trang 9

Cặp thứ 3 2897 4.62 15.6215.62 Để cho an toàn nhất, sinh viên chọn cách kiểm tra như sau: Đối với từng loại tiết diện cột, chọn

ra Nmax của cặp nội lực thứ nhất, MXmax của cặp nội lực thứ 2, MYmax của cặp nội lực thứ 3 để kiểm tra tiết diện cột chống tạm Kết quả tính toán như sau

My (kNm)y (kNm)y (kNm)

1 Cột ở góc và Cột ở lõi thang Chữ I tổ hợp

2 Cột ở biên và

Cột ở giữa

Hình hộp

Kiểm tra cột chống tạm có tiết diện hình hộp 500x600x50x40mm

Kiểm tra cột chống tạm có tiết diện hình hộp 500x600x50x40mm (kingpost loại(kingpost loại(kingpost loại 1)1)1)

Cột ở giữa

Hình hộp

a Xác định chiều dài tính toána Xác định chiều dài tính toán

Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung lx = 0.7x6 = 4.2m

Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung ly = 4.2m

b Xác định độ lệch tâm và tiết diện cộtb Xác định độ lệch tâm và tiết diện cộtb Xác định độ lệch tâm và tiết diện cột

Độ lệch tâm:

Với e’ = 5cm là độ lệch tâm cho phép khi thi công cột chống tạm

Chọn tiết diện cột chống tạm có các kích thước như sau :

Trang 10

Hình.5.3 Tiết diện cột chống tạm loại 1

c Các dặt trưng tiết diệnc Các dặt trưng tiết diệnc Các dặt trưng tiết diện

A

(cm2)

IX(cm4)

IY(cm4)

WX(cm3)

WY(cm3)

rX(cm)

rY(cm)

λX(cm)

λY(cm)

A > , tra bảng D9, Phụ lục D của TCXDVN 338 : 2005 “ Thiết kế kết cấu thép”, ta có hệ số η được tính theo công thức:

η = (1.9 – 0.1m) – 0.02(6 – m) λ

Trang 11

mex = ηxmx = 3.83

mey = ηymy = 3.55

d Kiểm tra bềnd Kiểm tra bềnd Kiểm tra bền

Cột chịu nén uốn được kiểm tra bền theo công thức:

y x

Vậy cột thõa điều kiện bề

Vậy cột thõa điều kiện bền.n.n

e Kiểm tra ổn định tổng thểe Kiểm tra ổn định tổng thểe Kiểm tra ổn định tổng thể

− Ổn định tổng thể theo phương X : Với λ = 1.52 và mex = 3.55, tra bảng D10, Phụ x

lục D của TCXDVN 338 : 2005 “ Thiết kế kết cấu thép”, ta có hệ số ϕex = 0.291 Ổn định tổng thể của cột theo phương X được kiểm tra theo công thức:

Vậy cột thõa điều kiện ổn định tổng thể theo phương X

− Ổn định tổng thể theo phương Y : Với λy= 1.55 và mey = 3.83, tra bảng D10, Phụ lục D của TCXDVN 338 : 2005 “ Thiết kế kết cấu thép”, ta có hệ số ϕey = 0.302 Ổn định tổng thể của cột theo phương Y được kiểm tra theo công thức:

Vậy cột thỏa điều kiện ổn định tổng thể theo phươn

Vậy cột thỏa điều kiện ổn định tổng thể theo phương Yg Yg Y

f Kiểm tra ổn định cục bộf Kiểm tra ổn định cục bộf Kiểm tra ổn định cục bộ

− Kiểm tra ổn định cục bộ cho bản bụng: giá trị giới hạn [ hw/tw] đối với cột chịu nén lệch tâm được lấy theo Bảng 33, TCXDVN 338 : 2005 “ Thiết kế kết cấu thép” Ta có:

8

w

1 w

Trang 12

Vậy bản bụng thỏa điều kiện ổn định cọc bộ.c bộ.c bộ

− Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ cho bản cánh : đối với cọt có tiết diện hình hộp, thì giá trị giới hạn [ b0/tf ] được lấy giống như đối với bản bụng Ta có:

8

0

1 f

Vậy bản cánh thõa điều kiện ổn định cục bộ

Kiểm tra cột chống tạm

Kiểm tra cột chống tạm có tiết diện chữ I tổ hợp 400x600có tiết diện chữ I tổ hợp 400x600có tiết diện chữ I tổ hợp 400x600 ( kingpost loại 2)( kingpost loại 2)( kingpost loại 2)

a Xác định chiều dài tính toána Xác định chiều dài tính toán

Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung lx = 0.7x6 = 4.2m

Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung ly = 4.2m

b Xác định độ lệch tâm và tiết diện cộtb Xác định độ lệch tâm và tiết diện cộtb Xác định độ lệch tâm và tiết diện cột

Độ lệch tâm:

Với e’ = 5cm là độ lệch tâm cho phép khi thi công cột chống tạm

Chọn tiết diện cột chống tạm có các kích thước như sau:

Trang 13

Hình.5.4 Cấu tạo tiết diện cột chống tạm loại 2

c Các dặt trưng tiết diệnc Các dặt trưng tiết diệnc Các dặt trưng tiết diện

A

(cm2)

IX (cm4)

IY (cm4)

WX (cm3)

WY (cm3)

rX (cm)

rY (cm)

λX (cm)

λY (cm)

A > , tra bảng D9, Phụ lục D của TCXDVN 338 : 2005 “ Thiết kế kết cấu thép”, ta có hệ số η được tính theo công thức:

η = (1.9 – 0.1m) – 0.02(6 – m) λ

Trang 14

mex = ηxmx = 4.34

mey = ηymy = 4.30

d Kiểm tra bềnd Kiểm tra bềnd Kiểm tra bền

Cột chịu nén uốn được kiểm tra bền theo công thức:

y x

Vậy cột thõa điều kiện bền

e Kiểm tra ổn định tổng thểe Kiểm tra ổn định tổng thểe Kiểm tra ổn định tổng thể

− Ổn định tổng thể theo phương X : Với λ = 1.72 và mex = 4.34, tra bảng D10, Phụ x

lục D của TCXDVN 338 : 2005 “ Thiết kế kết cấu thép”, ta có hệ số ϕex = 0.281 Ổn định tổng thể của cột theo phương X được kiểm tra theo công thức:

Vậy cột thõa điều kiện ổn định tổng thể theo phương X

− Ổn định tổng thể theo phương Y : Với λy= 1.90 và mey = 4.30, tra bảng D10, Phụ lục D của TCXDVN 338 : 2005 “ Thiết kế kết cấu thép”, ta có hệ số ϕey = 0.278 Ổn định tổng thể của cột theo phương Y được kiểm tra theo công thức:

Vậy cột thỏa điều kiện ổn định tổng thể theo phương Y

f Kiểm tra ổn định cục bộ

− Kiểm tra ổn định cục bộ cho bản bụng: giá trị giới hạn [ hw/tw] đối với cột chịu nén lệch tâm có m > 1 và λ1< 2, tiết diện chữ I được lấy theo Bảng 33, TCXDVN 338 :

2005 “ Thiết kế kết cấu thép” như sau:

8

w

1 w

Trang 15

Vậy bản bụng thỏa điều kiện ổn định cọc bộ

− Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ cho bản cánh : đối với côït có tiết diện chữ I, thì giá trị giới hạn [ b0/tf ] được lấy theo Bảng 35, TCXDVN 338 : 2005 “ Thiết kế kết cấu thép” như sau :

8 0

Vậy bản cánh thõa điều kiện ổn định cục bộ

Vậy, với 2 loại tiết diện đã chọn, cột đảm bảo khả năng chịu tải và ổn định trong suốt thời gian thi công

5.2 THIẾT KẾ CÁC SHEATHIẾT KẾ CÁC SHEAR STUD R STUD R STUD (ĐINH CHỐNG CẮT)(ĐINH CHỐNG CẮT)(ĐINH CHỐNG CẮT)

5.2.1 Quan điểm thiết kế Quan điểm thiết kế

Trong suốt quá trình thi công tầng hầm theo phương pháp topdown thì kingpost (cột chống tạm) giữ vai trò rất quan trọng là chịu toàn bộ tải trọng của các tầng nổi và các tầng hầm thay cho cột chịu lực của công trình Cho nên, thiết kế kingpost đảm bảo chịu được toàn bộ tải trọng công trình trong quá trình thi công là một nhiệm vụ quan trọng Một nhiệm vụ nữa không kém phần quan trọng quyết định sự thành bại quá trình thi công tầng hầm đó chính là giải quyết liên kết giữa kingpost và cấu kiện công trình tại các vị trí:

− Thiết kế tại vị 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 các tầng trên xuống cọc barrette một cách an toàn mà không gây phá hoại cọc

Khi cấm kingpost vào cọc barrette hay tại vị trí giao giữa kingpost và dầm sàn tầng hầm thì giữa bê tông và bề mặt kingpost có phát sinh một lực ma sát nhất định chống lại lực cắt sinh ra tại những vị trí giao này Nhưng bỏ bỏ qua sự có mặt của lực ma sát giữa bê tông và kingpost, sinh viên chọn giải pháp thiết kế các shear stud tại các vị trí này để chống lực cắt Khi đó, toàn bộ lực dọc từ công trình sẽ được các shear stud truyền qua bê tông của cọc barrette

Trang 16

5.2.2 Thiết kế shear stud cho đoạn kingpost cấm vào cọc barrette Thiết kế shear stud cho đoạn kingpost cấm vào cọc barrette

5.2.2.1 Lực dọc lớn nhất truyền xuống chân cột:Lực dọc lớn nhất truyền xuống chân cột:

− Đối với kingpost loại 1 (hình hộp 500x640x30x30): Nmax = 6314kN

− Đối với kingpost loại 2 (chữ I400x600x30x30): Nmax = 3465kN

5.2.2.2 Khả năng chịu cắt của shear studKhả năng chịu cắt của shear stud

Theo tiêu chuẩn thiết kế BS 5950 3.1 của Anh quy định, khả năng chịu cắt của một shear stud phụ thuộc vào đường kính shear stud và cường độ chịu nén mẩu thử bê tông ở 28 ngày như sau:

Cấp độ bền của bê tông làm cọc barrette là B25, ta chọn shear stud có đường kính d = 19mm, chiều cao danh nghĩa là h0 = 100mm, chiều cao làm việc là h = 95mm có khả năng chịu cắt tiêu chuẩn là Qtc = 100kN

Hình.5.5 Hình shear stud chống cắt Để xác định khả năng chịu cắt tính toán Qtt của một shear stud, trong tiêu chuẩn quy định hệ số

an toàn lấy bằng 1.5÷1.8

Trang 17

Số lượng shear stud cần bố trí cho chân kingpost đảm bảo khả năng chịu cắt là:

− Kingpost loại 1: 1max

1 tt

5.2.2.3 Bố trí shear studBố trí shear stud

Việc bố trí shear stud sao cho đảm bảo khả năng chịu lực tối đa của chúng là một đều rất cần thiết, theo trong tiêu chuẩn đề nghị bố trí shear stud như sau:

− Khoảng cách tối thiểu giữa 2 shear stud gần nhau nhất tính từ tâm đến tâm là không quá 5 lần đường kính của shear stud, vậy lmin ≥ 5 x 19 = 95mm

− Khoảng cách nhỏ nhất tính từ tâm shear stud đến mép kingpost là 20mm

Vậy, chọn cách bố trí cho các shear stud như sau:

− Kingpost loại 1: khoảng cách giữa các shear stud là 150mm, bố trí đều cho 4 mặt của kingpost, mỗi mặt là 30 shear stud

− Kingpost loại 2: khoảng cách giữa các shear stud là 150mm, bố trí đều cho 4 mặt của kingpost, mỗi mặt là 15 shear stud

Hình.5.6 Thể hiện khoảng cách nhỏ nhất từ mép kingpost đến shear stud

Kết quả bố trí shear stud cho đoạn kingpost cấm vào cọc barrette như sau:

Trang 18

Hình.5.7 Bố trí shear stud cho đoạn cột kingpost loại 1 cấm vào cọc barrette

Trang 19

Hình.5.8 Mặt cắt 1-1

Hình.5.9 Bố trí shear stud cho đoạn cột kingpost loại 2 cấm vào cọc barrette

Trang 20

Hình.5.10 Mặt cắt 2-2

Hình.5.11 Thực tế sự bố trí shear stud chống cắt cho kingpost

5.2.3 Thiết kế shear stud cho đoạn kingpost giao với dầm sàn tầng hầm Thiết kế shear stud cho đoạn kingpost giao với dầm sàn tầng hầm

Lực cắt tính toán cho các shear stud tại vị trí này được lấy từ:

− Hoạt tải thi công dầm sàn tầng hầm: p = 20kN/m2 (lấy cho sàn có hoạt tải thi công lớn nhất là sàn trệt)

Trang 21

Hình.5.12 Bố trí shear stud cho đoạn cột giao với sàn tầng hầm

Hình.5.13 Thực tế sự bố trí shear stud chống cắt cho kingpost

Định dạng
Số trang	21
Dung lượng	1,21 MB