Một trong các giải pháp hay được sử dụng khi thi công tầng hầm các công trình cao tầng là công nghệ Top Down với hệ cột tạm Kingpost thay thế cột tầng hầm trong quá trình thi công là xương sống Sự kết hợp đồng thời vừa thi công các sàn tầng hầm vừa thi công các sàn tầng trên mặt đất làm tăng tải trọng tác dụng lên cột tạm đòi hỏi cột tạm thường bằng thép hình cũng phải tăng tiết diện để đảm bảo khả năng chịu lực Tuy nhiên Khi tiết diện cột tạm tăng đủ lớn sẽ lớn hơn kích thước tiết diện cọc khoan nhồi nơi mà nó tạm cắm vào để phục vụ thi công Mặt khác khi tiết diện cột tạm tăng sẽ gây lãng phí Nghiên cứu trong luận văn đề cập đến việc ứng dụng ống thép nhồi bê tông CFST làm cột tạm thay cột thép hình trong công nghệ thi công Top down Từ những tính toán phân tích với số liệu thực tế nghiên cứu cho thấy khả năng chịu lực của cột CFST là tốt hơn so với thép hình Nghiên cứu cũng đã tiến hành khảo sát khả năng chịu lực của cột CFST khi thay đổi các thông số của cột CFST như diện tích mặt cắt ngang tiết diện chiều dày ống thép cường độ của bê tông nhồi trong ống thép nhằm tìm kiếm những thông số tối ưu của ống CFST
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - LƯU HOÀNG LÂN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG LÀM CỘT TẠM TRONG THI CÔNG TẦNG HẦM CÔNG TRÌNH THEO CƠNG NGHỆ TOP-DOWN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - LƯU HOÀNG LÂN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG LÀM CỘT TẠM TRONG THI CƠNG TẦNG HẦM CƠNG TRÌNH THEO CƠNG NGHỆ TOP-DOWN Chun ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD & CN Mã số : 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ KHÁNH TOÀN Đà Nẵng - Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn ký ghi rõ họ tên Lưu Hoàng Lân MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG TẦNG HẦM TRONG NHÀ CAO TẦNG BẰNG CÔNG NGHỆ TOP DOWN 1.1 Khái niệm tầng hầm 1.1.1 Xu hướng phát triển nhà có tầng hầm 1.1.2 Sự cần thiết tầng hầm nhà cao tầng: .4 a Do nhu cầu sử dụng b Về mặt móng c.Về mặt kết cấu d Về an ninh quốc phòng 1.2 Các phương pháp công nghệ thi công tầng hầm nhà cao tầng 1.2.1 Phương pháp đào đất trước sau thi cơng nhà từ lên 1.2.2 Sử dụng tường tầng hầm cơng trình làm tường chắn đất 1.2.3 Phương pháp gia cố trước thi công hố đào: .8 1.2.4 Phương pháp thi công từ xuống ( Top-down) a Các bước thi cơng phương pháp Top-down & ưu, nhược điểm b Một số kĩ thuật cần thiết thi công tầng hầm theo phương pháp Top-down 10 1.3 Ứng dụng thay thép hình cột ống thép nhồi bê tông làm cột chống tạm, thi công công trình theo cơng nghệ Top-down 12 1.4 Kết luận Chương 13 CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KẾT CẤU ỐNG THÉP NHỒI BÊ TƠNG, CÁCH TÍNH CỘT THÉP HÌNH, VÀ PHẦN MỀM ETABS 15 2.1 Đặc điểm chung kết cấu liên hợp ống thép nhồi bê tông 15 2.1.1 Khái niệm 15 2.1.2 Đặc điểm chịu lực kết cấu ống thép nhồi bê tông 16 2.1.3 Kết cấu ống thép liên hợp .18 2.1.4 Vật liệu kết cấu ống thép nhồi bê tông 22 a Bê tông 22 b Thép 22 2.1.5 Các kết cấu xây dựng dân dụng công nghiệp 23 2.2 Trạng thái ứng suất cột ống thép nhồi bê tông 24 2.2.1 Khái quát 24 2.2.2 Cột ngắn chịu nén tâm 24 2.3 Lý thuyết tính tốn kết cấu cột chống tạm ống thép nhồi bê tông ( CFST ) thép hình ( Kingpost ) 27 2.3.1 Thiết kế cường độ cột ống thép nhồi bê tông .27 a Nhận xét chung 27 b Sức kháng tải trọng cột CFST chịu nén dọc trục 28 c So sánh với kết thí nghiệm 30 2.3.2 Tính tốn Khả chịu lực kết cấu ống thép nhồi bê tông theo tiêu chuẩn Trung Quốc (CECS 28:90, JCJ 01-89,DL 5099-97) 32 a Tính tốn khả chịu lực cấu kiện chịu lực tâm 32 b Cường độ chịu kéo 36 c Tính tốn độ ổn định cấu kiện chịu lực tâm 36 d So sánh phân tích 39 2.3.3 Lý thuyết tính tốn kiểm tra khả chịu lực tiết diện kingpost theo tiêu chuẩn TCVN 5575:2012 41 a Kiểm tra theo điều kiện bền 41 b Kiểm tra điều kiện độ mảnh 41 c Kiểm tra theo điều kiện ổn định 41 d Tính tốn kiểm tra vị trí liên kết với cọc nhồi 42 2.4 Giới thiệu phần mềm ETABS để nghiên cứu ứng xử hệ cột chống tạm 43 2.5 Kết luận Chương 44 CHƯƠNG ỨNG DỤNG VÀO CƠNG TRÌNH THỰC TẾ KIỂM TRA VÀ LỰA CHỌN THƠNG SỐ HỢP LÝ CHO CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG 45 3.1 Giới thiệu cơng trình mơ hình hóa cơng trình phần mềm ETABS 45 3.1.1 Vật liệu sử dụng cho cơng trình 45 3.1.2 Giải pháp kết cấu phần thân 46 3.1.3 Giải pháp kết cấu phần ngầm 46 3.1.4 Quy trình thiết kế Kingpost 49 3.1.5.Trình tự thi cơng Top-down 49 3.1.6 Một số lưu ý biện pháp thi công: 50 3.1.7 Tải trọng tác dụng lên cơng trình 50 3.1.8 Mơ hình hóa cơng trình với etab 51 3.2 Tính tốn kiểm tra cột chống phụ thép hình (Kingpost) 57 3.2.1 Kiểm tra ổn định theo TCVN 5575:2012 57 3.2.2 Tính tốn khả chịu tải hệ cột chống Kingpost, theo lực bám dính bê tơng cọc khoan nhồi cột thép hình 58 3.2.3 Phương án sử dụng đinh chống cắt 59 3.3 Tính tốn thay cột Kingpost cột ống thép nhồi bê tông .61 3.3.1 Tính tốn sức chịu tải ống thép nhồi bê tông chịu lực tâm 61 3.3.2 Tính tốn độ ổn định ống thép nhồi bê tông chịu lực tâm: 61 3.4 Tính tốn theo quy trình thi công thực tế 63 3.4.1 Kiểm tra ổn định theo TCVN 5575:2012 65 3.4.2 Tính tốn độ ổn định ống thép nhồi bê tông: 69 3.5 Biện pháp thi công phạm vi ứng dụng loại cột chống tạm 63 3.5.1 Phương pháp thi công cột tạm phạm vi ứng dụng 65 3.5.2 Quy trình thi cơng cột chống tạm: 69 3.6 So sánh phân tích 69 3.7 Lập biểu đồ thể khả chịu lực, độ ổn định cột ống thép nhồi bê tông 70 3.7.1 Cố định mác thép cột ống thép cấp độ bền bê tông nhồi ống thép, thay đổi đường kính D bề dày ống t 71 3.7.2 Cố định đường kính D chiều dày ống thép t thay đổi mác thép cột ống thép cấp độ bền bê tông nhồi ống thép 75 3.7.3 Bình luận kết 76 3.8 Kết luận Chương 76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao) PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÝ HIỆU: Aa Ac As D Dc Ea Ec Es Fh, Fn, Ft L Ld M N Na Nc Nct Npt.Rd NSd P Wx, Wy Pmax Pres Ptt Pu.cal Py Py.cal c eoi fe.cyl feres fcc fco fs fc’ fc’ fu Diện tích mặt cắt ngang cấu kiện kết cấu thép Diện tích mặt cắt ngang cấu kiện bê tơng Diện tích mặt cắt ngang cốt thép Đường kính cột Đường kính lõi bê tông Mô đun đàn hồi kết cấu thép Mô đun đàn hồi bê tông Mô đun đàn hồi cốt thép Các lực tác dụng lên mặt phẳng phá hoại cắt Chiều dài Chiều dài vùng phá hoại cục Mô men uốn Lực pháp tuyến mặt cắt Lực pháp tuyến mặt cắt thép Lực pháp tuyến mặt cắt bê tông Tải trọng đàn hồi tới hạn Sức kháng dẻo mặt cắt ngang liên hợp Tải trọng thiết kế Tải trọng Momen kháng uốn theo phương x-x; y-y Tải trọng lớn Tải trọng dư Tải trọng cực hạn Tải trọng cực hạn tính tốn Tải trọng chảy dẻo Tải trọng chảy dẻo Lực cố kết Độ lệch tâm ban đầu Cường độ chịu nén bê tơng vói mẫu thử hình Cường độ dư bê tông Cường độ chịu nén trương nở bê tông Cường độ chịu nén trục bê tông Giới hạn chảy cốt thép Cường độ nén bê tông Cường độ ép mặt lên đầu mút( tì sát) Giới hạn cực hạn thép fy fc k r t Ma+,e+, s h v 1, 2, 3 a au ay c co cc ch ps vol 1, 2 a c o 1, 2, 3 ah ai c Ix, Iy X Giới hạn chảy thép Cường độ ép mặt lên đầu mút( tì sát) Hệ số trục Bán kính lõi bê tơng Chiều dày ống thép Góc mặt phẳng phá hoại cắt Các hệ số an toàn Tỷ số phân bố thép Biến dạng ngang Biến dạng thẳng đứng Biến dạng Biến dạng thép Biến dạng cực hạn thép Biến dạng chảy thép Biến dạng bê tông Biến dạng bê tông chịu nén trục Biến dạng bê tông chịu nén bị kiềm chế Biến dạng bên bê tông Biến dạng dẻo Biến dạng thể tích bê tơng Hệ số kiềm chế Tỷ số quan hệ độ mảnh Hệ số ma sát Hệ số Poison thép Hệ số Poison bê tông Ứng suất chảy Ứng suất Ứng suất theo chu vi ống thép Ứng suất dọc trục ống thép Ứng suất bê tơng Ứng suất cắt Góc ma sát Momen quán tính theo phương x-x ; y-y Hệ số chiết giảm uốn dọc CÁC CHỮ VIẾT TẮT Concrete-Filled Steel Tube - CFST : Ống thép nhồi bê tông High strenght concrete – HSC : Bê tông cường độ cao Normal strenght concrete – NSC : Bê tông cường độ thường PTHH : Phần tử hữu hạn SFE : Đặt tải lên toàn mặt cắt SFC : Đặt tải lên mặt cắt bê tông SFS : Đặt tải lên mặt cắt thép Rebar concrete - RC : Kết cấu bê tông cốt thép Rebar Steel concrete - RSC : Kết cấu bê tông lõi cốt thép thép hình Steel - S : Kết cấu thép DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng 1.1 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Tên bảng Thống kê số nhà cao tầng có tầng hầm Việt Nam giới So sánh đặc điểm số loại cột Một số tiêu bê tông theo tiêu chuẩn CESC 28.90 Tính chất lý số loại thép So sánh kết thí nghiệm Tiêu chuẩn EC4 Giá trị KL Giá trị thiết kế cường độ ống thép nhồi bê tông liên hợp chịu lực tâm theo DL 5099-97 Giá trị TK cường độ ống thép nhồi bê tông chịu lực tâm theo DK 5099 – 97 (tiếp) So sánh kết tính tốn khả chịu lực cấu kiện chịu lực tâm theo tiêu chuẩn thiết kế khác Hệ số ổn định φ1 phụ thuộc vào loại thép, cấp bê tông, hàm lượng thép độ mảnh λ (JCJ 01-89) Hệ số ổn định cấu kiện chịu nén tâm theo DL 5099 – 97 Một số kết tính tốn theo tiêu chuẩn Các lớp đất cơng trình Lực dính tiêu chuẩn cốt thép & bêtơng ttc theo kết thí nghiệm Khả chịu cắt tiêu chuẩn đinh theo BS 5950-1990 So sánh tiêu chí cột thép hình ống thép nhồi bê tông Các giá trị lân cận khả chịu tải N0 Trang 21 22 23 30 33 34 35 35 37 39 40 47 59 60 69 76 ... Kết nghiên cứu cho thấy sử dụng cột tạm thép hình, thép tổ hợp cột ống thép nhồi bê tông thi công tầng hầm theo công nghệ top- down Nghiên cứu ưu nhược điểm loại cột tạm trường hợp áp dụng hiệu... sử dụng cột tạm ống thép nhồi bê tông cột tạm trùng với cột tầng hầm cơng trình trùng với cọc nhồi đáy móng Tác giả đề xuất việc sử dụng cột tạm ống thép nhồi bê tông cột tạm không trùng với cột. .. hệ cột tầng hầm Mặt bố trí cột cơng trình Hoạt tải thi cơng tầng Hoạt tải thi công tầng Hoạt tải thi công tầng Hoạt tải thi công tầng hầm Hoạt tải thi công tầng hầm Hoạt tải thi công tầng hầm