Sụp đổ (phá hủy) dây chuyền - Một số vấn đề nghiên cứu trên thế giới và cần quan tâm trong xây dựng tại Việt Nam

Bài viết sụp đổ (phá hủy) dây chuyền - Một số vấn đề nghiên cứu trên thế giới và cần quan tâm trong xây dựng tại việt nam trình bày: Khái niệm cơ bản của vấn đề, một số ví dụ thực tế, tình hình nghiên cứu, triển khai trên thế giới nhằm đem đến cho người đọc một cái nhìn tổng quát về sụp đổ dây chuyền,... Mời các bạn cùng tham khảo.

KHẢO SÁT - THIẾT KẾ XÂY DỰNG SỤP ĐỔ (PHÁ HỦY) DÂY CHUYỀN - MỘT SỐ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ CẦN QUAN TÂM TRONG XÂY DỰNG TẠI VIỆT NAM TS CAO DUY KHÔI Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Phá hủy dây chuyền tượng nguy hiểm cơng trình xây dựng, dẫn tới hậu nặng nề người vật chất Vấn đề có nhiều nghiên cứu giới, nhiên Việt Nam chưa đề cập đến Bài báo nêu lên khái niệm vấn đề, số ví dụ thực tế, tình hình nghiên cứu, triển khai giới nhằm đem đến cho người đọc nhìn tổng quát sụp đổ dây chuyền Đặt vấn đề Ngày 31 tháng 10 năm 2011 cho ngày công dân thứ tỷ giới chào đời Việc tập trung dân cư thành phố dẫn đến hệ thiếu quỹ đất, xây dựng nhà cao tầng dường giải pháp cho vấn đề Tuy nhiên, giải pháp lại đặt cho người thiết kế nhiều thách thức lớn, mà toán quan trọng đảm bảo an toàn cho người, giảm thiểu nguy xảy cố cơng trình, đặc biệt tầm vĩ mô Bài báo đề cập đến vấn đề không giới, hồn tồn Việt Nam, vấn đề sụp đổ (phá hủy) dây chuyền Trong báo nêu lên khái niệm vấn đề, số ví dụ thực tế, tình hình nghiên cứu, triển khai giới nhằm đem đến cho người đọc nhìn tổng quát sụp đổ dây chuyền, đồng thời nêu lên số phương hướng nghiên cứu khả thi Việt Nam theo quan điểm tác giả Sụp đổ (phá hủy) dây chuyền gì? Sụp đổ (phá hủy) dây chuyền tượng một vài cấu kiện chịu lực bị phá hủy, dẫn tới cấu kiện lại bị tải tiếp tục bị phá hủy, kết toàn phần cơng trình (với quy mơ lớn so với hư hại ban đầu) sụp đổ Thuật ngữ tiếng Anh Progressive collapse, tiếng Nga прогрессирующее обрушение (разрушение) Có thể hình dung dễ hiểu q trình sụp đổ dây chuyền qua trò chơi Đơ-mi-nơ Khi qn đơ-mi-nơ đổ, làm đổ qn đơ-mi-nơ lân cận nó, q trình tiếp tục quân đô-minô đổ hết Do đó, giới hay dùng khái niệm “Domino effect” để mơ tả tượng sụp đổ dây chuyền Ngồi ra, người dùng thuật ngữ “Phá hủy chuỗi” Ví dụ thực tế điển hình hiệu ứng đơ-mi-nơ tòa nhà Ronan Point Ln Đơn Đây tòa nhà 22 tầng, kết cấu bê tơng cốt thép lắp ghép dạng Vào năm 1968, tầng 18 tòa nhà xảy vụ nổ gas thổi bay tường chịu lực góc nhà, sàn tầng 18 đổ xuống sàn tầng 17 tiếp diễn đến tầng 1, giống hệt trò chơi đơ-mi-nơ Một ví dụ khác tiếng hai tòa nhà World Trade Center (Tháp đôi) New York, Mỹ, bị sụp đổ vào ngày 11/09/2001 Kết cấu hai tòa tháp có dạng ống ống, bao gồm lưới cột bên lưới cột lớn bên Nguyên nhân sụp đổ đưa máy bay đâm vào tòa nhà, cắt đứt số cột biên, cột lại, điều kiện chịu cháy xăng máy bay phải gánh thay cột bị phá hủy, khả chịu tải Các tầng sụp đổ, giống “ngồi” lên tầng dưới, sau 10 giây tòa tháp 400m lại đống đổ nát Theo GS Almazov V.O [5], phân loại dạng phá hủy dây chuyền sau: a Dạng “phẳng”: Kết cấu “sụm” thẳng từ xuống Ví dụ điển sụp đổ Tháp đơi New York, Mỹ ngày 11/09/2001 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2011 KHẢO SÁT - THIẾT KẾ XÂY DỰNG b Dạng “tia chớp” (hay chữ chi): Xảy cầu treo, cáp treo đứt nối tiếp Ví dụ điển hình cầu Takoma Mỹ, sụp đổ năm 1940 tượng kích động xoáy dẫn đến cáp treo cầu bị đứt liên tục c Dạng phá hủy tiết diện: Đây dạng phá hủy phổ biến kết cấu BTCT kết cấu thép, khớp dẻo nối tiếp hình thành tiết diện vượt qua trạng thái giới hạn, kết cấu siêu tĩnh biến thành hệ nhiều bậc tự d Dạng đô-mi-nô: Tấm sàn đổ xuống sàn dưới, làm sàn tiếp tục gãy đổ, giống quân đômi-nô đổ kế Ví dụ điển hình tòa nhà 22 tầng Ronan Point London e Dạng ổn định dây chuyền: Thường xảy kết cấu thép giàn mái, vỏ bể chứa,… Ví dụ điển hình sụp đổ mái thép công viên nước Transvaal Matxcova, Nga f Dạng hỗn hợp: Là kết hợp hai hay nhiều dạng Có thể nói, phá hủy dây chuyền cố có xác suất xảy không lớn, hậu nặng nề người Dưới số ví dụ tiêu biểu cố xảy giới Một số ví dụ thực tế phá hủy dây chuyền (Nguồn: Internet) Cơng trình Địa điểm St Mark's Campanile Venice, Italy Kết cấu Gạch đá Chiều Năm xảy cao (Số cố tầng) Phỏng đoán nguyên nhân cố Hậu 98.6m 14/07/1902 Tường chịu lực phía Bắc Tồn tháp bị sập, khơng tách khỏi kết cấu có thiệt hại người University of Aberdeen Zoology Aberdeen, Scotland Khung thép tầng 1/11/1966 Sập đổ thi cơng Tồn cơng trình bị sập, mối hàn dầm người chết, bị thương Ronan Point West Ham, London BTCT lắp 22 tầng ghép 16/05/1968 Nổ gas tầng 18, thổi bay Sập đổ phần góc nhà, tường chịu lực góc nhà người chết, 17 bị thương Skyline tower Building Virginia, USA BTCT 26 tầng 2/3/1973 Wedbush Building LA, USA KC thép 22 tầng 19/12/1985 Hotel New World Little India, Singapore BTCT tầng 15/03/1986 Pavia Civic Tower Pavia, Italy Gạch đá 76.5m 17/03/1987 BTCT 16 tầng 23/04/1987 KC thép tầng 10/5/1993 Oklahoma, USA BTCT tầng 19/04/1995 Seoul, Korea BTCT tầng 29/06/1995 Lỗi tiêu chuẩn thiết kế KC thép 110 tầng 11/9/2001 Sập tồn tòa tháp đơi, Máy bay đâm, cắt đứt dẫn tới sập tiếp tháp gần số cột biên + cháy lan Gần 3000 người chết Ơ nhiễm mơi trường nặng L'Ambiance Plaza Kader Toy Factory Murrah Federal Building Sampoong Department Store World Trade Center Connecticut, USA Nakhon Pathom, Thailand New York, USA Cột chống gỗ dùng để thi Sập phần kết cấu trung công sàn bị tháo tâm, 14 người chết, 34 bị sớm thương Các dầm thép bị rơi Sập từ sàn tầng đến sàn xuống bãi tập kết vật liệu tầng hầm đỗ xe, người sàn tầng chết Kỹ sư kết cấu khơng tính Sập tồn kết cấu, 33 đến tải trọng thân người chết, 17 bị thương công trình Sự phân bố lại tải trọng Sập tồn kết cấu, cơng trình 800 năm người chết, 15 bị thương tuổi Sập đổ thi công cột Sập phần kết cấu, 28 chống người chết Sập toàn nhà máy, 188 Cháy người chết, 500 người bị thương Nổ bom, sụp sàn tầng Sụp phần kết cấu, 168 xuống tầng 3, làm người chết, 680 người bị gẫy cột chịu lực thương Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2011 Sụp toàn kết cấu, 501 người chết, 937 bị thương KHẢO SÁT - THIẾT KẾ XÂY DỰNG nề Windsor Tower KC thép Madrid, Spain 28 tầng BT liên hợp Mái công viên nước Transvaal Matxcova, Nga KC thép - 12/2/2005 Cháy tầng 21, sập 11 Sập phần kết cấu thép, tầng kết cấu thép bên lại lõi BTCT Khơng có ngồi lên sàn chuyển 2.1 người chết lính cứu hỏa m tầng 16 bị thương 14/02/2004 Thiết kế lỗi Sập toàn kết cấu mái thép, 28 người chết, 193 bị thương Những nguyên nhân dẫn đến phá hủy dây chuyền Những nguyên nhân dẫn đến phá hủy dây chuyền bao gồm: a Tác động nổ, gồm có: - Nổ bom; - Nổ khí gas; - Các loại vụ nổ hệ thống hạ tầng khác b Tác động va chạm, gồm có: - Xe tơ đâm; - Va chạm thiết bị; - Máy bay đâm c Lỗi cơng trình, gồm có: - Thiết kế lỗi; - Lỗi kết cấu (do thi công không đảm bảo chất lượng); - Sử dụng cơng trình sai quy cách; d Những nguyên nhân tự nhiên, gồm có: - Động đất; - Lũ lụt; - Sự cố tự nhiên móng; - Các nguyên nhân khác Phương pháp thiết kế chống phá hủy dây chuyền Một số tài liệu hướng dẫn thiết kế giới Các nước phát triển giới Mỹ, EU, Nga, Anh, Canada,… dành nhiều quan tâm cho vấn đề phá hủy dây chuyền Các Tiêu chuẩn, tài liệu hướng dẫn thiết kế bước đề cập đến vấn đề mức độ khác Có thể nói Tiêu chuẩn giới có yêu cầu cấu tạo tính tốn phá hủy dây chuyền Tiêu chuẩn Anh “Standards to avoid progressive collapse – large panel construction”, ban hành ngày 15/11/1968 Trong Tiêu chuẩn đưa hai phương pháp: a Chuẩn bị đường truyền lực thay (alternate load paths) cấu kiện chịu lực để gánh tải trọng phát sinh trường hợp bỏ khúc nguy hiểm tường chịu lực Phương pháp gọi alternate load paths method Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2011 KHẢO SÁT - THIẾT KẾ XÂY DỰNG b Tăng cường độ cứng tính liên tục cơng trình để đảm bảo ổn định cơng trình có hư hại cục kết cấu chịu lực Phương pháp gọi Indirect method Hai phương pháp đến ý tưởng tảng cho Tiêu chuẩn khác Khi cân nhắc đến yếu tố an toàn kết hợp với kinh tế, người ta xem xét phá hủy trạng thái sau giới hạn Khi tiết diện kết cấu vượt qua trạng thái giới hạn tính tốn, ngun tắc coi phá hủy, thực tế kết cấu đứng vững trì thời gian để người thoát hiểm Một số tiêu chuẩn quen thuộc với người thiết kế ASCE 7, ACI 318, Eurocode, … có định nghĩa phá hủy dây chuyền đề cập đến vấn đề cơng trình cần thiết kế để chịu hư hại cục mà không dẫn tới hư hại cơng trình quy mơ lớn (ASCE 7) chung chung yêu cầu đảm bảo tính nguyên vẹn, liên tục kết cấu (Requirements for structural integrity, continuity) Một số hướng dẫn thiết kế đề cập sâu đến phá hủy dây chuyền có giá trị tham khảo tài liệu [3,4, 6-8] Ngoài ra, Viện nghiên cứu Tiêu chuẩn Công nghệ Mỹ (National Institute of Standards and Technology - NIST), quan phủ Mỹ giao nhiệm vụ nghiên cứu cố sụp đổ Tháp đôi ngày 11/09/2001 xuất ấn phẩm nêu rõ kinh nghiệm thực tế tốt để giảm thiểu nguy phá hủy dây chuyền tòa nhà [1] Ngồi ra, vấn đề khác cần quan tâm làm để nâng sức kháng phá hủy dây chuyền nhà xây sử dụng Vấn đề đề cập đến [1], chưa nhiều Dễ nhận thấy Nga Mỹ quan tâm sát tới vấn đề nhất, nguy xảy cố khủng bố nước cao Nhìn chung, vấn đề phá hủy dây chuyền vấn đề không giới Do nhiều nguyên nhân, khoảng 10 năm trở lại vấn đề quan tâm Nhiều nghiên cứu, hướng dẫn thiết kế chống phá hủy dây chuyền cấp độ khác đời, nhiên việc triển khai chưa tồn diện phổ biến Có thể việc thúc đẩy mạnh mẽ thập kỷ tới Những tài liệu nguồn tham khảo có giá trị việc nghiên cứu triển khai thiết kế phòng tránh phá hủy dây chuyền Việt Nam Kết luận kiến nghị Thực tế cho thấy, hư hại cục cơng trình ngun nhân khác thường xun xảy Khơng có đảm bảo hư hại ban đầu không dẫn đến hư hại quy mô lớn Và xảy cố tầm vóc cơng trình hậu người vật chất, xã hội không lường trước Do hậu để lại nặng nề, mười năm qua, vấn đề phá hủy dây chuyền vấn đề nóng bỏng, quan tâm lĩnh vực xây dựng giới Đây vấn đề có ý nghĩa thực tế lớn Tuy nhiên, Việt Nam chưa có nghiên cứu vấn đề Hàng loạt cơng trình có quy mơ lớn xây dựng Việt Nam, vấn đề bảo vệ cơng trình tác động ngồi thiết kế đặt cách chưa mức Có thể giới việc triển khai, áp dụng biện pháp bảo vệ chưa toàn diện phổ biến Nhìn từ góc độ khác, Việt Nam đối mặt với vấn đề xử lý (cải tạo tháo dỡ, phá bỏ) cơng trình cũ, đặc biệt cơng trình cao tầng Những nghiên cứu phá hủy dây chuyền giúp đỡ cho việc đưa quy trình xử lý an tồn, thực tế hiệu Dựa kinh nghiệm nghiên cứu giới điều kiện cụ thể Việt Nam, hướng nghiên cứu, triển khai sau khả thi: - Nghiên cứu, học tập kinh nghiệm giới, đặc biệt Tiêu chuẩn, hướng dẫn thiết kế phòng chống phá hủy dây chuyền Liên hệ với điều kiện thực tế Việt Nam, bước kết nối với hệ thống tiêu chuẩn; Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2011 KHẢO SÁT - THIẾT KẾ XÂY DỰNG - Triển khai thí nghiệm, nghiên cứu nổ, va chạm, phá hủy cấu kiện chịu lực để có đánh giá thực tế tác động chúng kết cấu; - Nghiên cứu làm việc kết cấu trạng thái sau giới hạn Kết hợp nghiên cứu hiệu biện pháp cấu tạo, từ đề khuyến nghị thích đáng TÀI LIỆU THAM KHẢO Best Practices for Reducing the Potential for Progressive Collapse in Buildings National Institute of Standards and Technology (NIST), 2007 CAO DUY KHƠI Động lực học q trình phá hủy dây chuyền kết cấu khung nhiều tầng bê tông cốt thép liền khối Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, MGSU, Matxcova, 2010 Progressive Collapse Analysis and Design Guidelines for New Federal Office Buildings and Major Expansion Projects General Service Administration (GSA), Washington, D.C., 2003 UFC 4-023-03 Design of buildings to resist progressive collapse Department of Defense (DoD), 2003 АЛМАЗОВ В.О Сопротивление прогрессирующему разрушению: расчетные и конструктивные мероприятия Доклад ЦНИИСК, 2009г Рекомендации по защите высотных зданий от прогрессирующего обрушения, М., Правительство Москвы, 2002 Рекомендации по защите монолитных жилых зданий от прогрессирующего обрушения, М., Правительство Москвы, 2005 СТО-008-02495342-2009 Предотвращение прогрессирующего обрушения железобетонных монолитных конструкций зданий Проектирование и расчет Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2011 ... cao Nhìn chung, vấn đề phá hủy dây chuyền vấn đề không giới Do nhiều nguyên nhân, khoảng 10 năm trở lại vấn đề quan tâm Nhiều nghiên cứu, hướng dẫn thiết kế chống phá hủy dây chuyền cấp độ khác... tâm lĩnh vực xây dựng giới Đây vấn đề có ý nghĩa thực tế lớn Tuy nhiên, Việt Nam chưa có nghiên cứu vấn đề Hàng loạt cơng trình có quy mơ lớn xây dựng Việt Nam, vấn đề bảo vệ cơng trình tác động... [1] Ngoài ra, vấn đề khác cần quan tâm làm để nâng sức kháng phá hủy dây chuyền nhà xây sử dụng Vấn đề đề cập đến [1], chưa nhiều Dễ nhận thấy Nga Mỹ quan tâm sát tới vấn đề nhất, nguy xảy cố khủng