Xi măng pooclăng thông thƣờng có chứa các thành phần khoáng clinke nhƣ C3S, C2S, C3A, C4AF. Khi tác dụng với nƣớc, xảy ra phản ứng thủy hóa các khoáng clinke sinh ra nhiệt. Tùy theo hàm lƣợng xi măng, thành phần của từng khoáng mà tốc độ phản ứng và lƣợng nhiệt phát ra khác nhau. Do bê tông là vật liệu có tính dẫn nhiệt thấp, nên lƣợng nhiệt thủy hóa của xi măng không kịp thoát ra ngoài và tích tụ trong lòng khối bê tông. Mặt khác do tốc độ tỏa nhiệt tỷ lệ thuận với tỷ số diện tích bề mặt thoát nhiệt trên khối tích bê tông, nên đối với bê tông khối lớn tốc độ thoát nhiệt là chậm hơn rất nhiều so với các kết cấu bê tông thông thƣờng. Vì vậy có thể xem quá
trình trao đổi nhiệt trong khối bê tông khi diễn ra phản ứng thủy hóa của xi măng và đóng rắn của bê tông là quá trình đoạn nhiệt. Lƣợng nhiệt thoát ra từ phản ứng thủy hóa xi măng chính là năng lƣợng của quá trình này, hay nói cách khác chính là nguồn nhiệt của quá trình truyền nhiệt trong bê tông. Đại lƣợng q ở công thức (2.1) chính là nguồn nhiệt trên một đơn vị thể tích. Tại cuộc hội thảo về phân tích kết cấu bê tông cốt thép bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn năm 1985 tại Tokyo - Nhật Bản, Tanabe đã đƣa ra công thức xác định nguồn nhiệt đơn vị q và quy luật của sự tăng nhiệt độ đoạn nhiệt trong bê tông (công thức 5 và 6). Đến năm 1986, công thức này đã đƣợc Hiệp hội kỹ sƣ xây dựng Mỹ - ASCE công nhận [9].
(2.5) trong đó: q: nhiệt sinh ra trong một đơn vị thể tích, [kcal/m3]; ρ: khối lƣợng thể tích của bê tông, [kg/m3]; C: tỷ nhiệt của bê tông, [kcal/kg.0C]; t: thời gian, [ngày]; α: hệ số thể hiện mức độ thủy hóa; K: nhiệt độ tối đa của bê tông trong điều kiện đoạn nhiệt, [0C]; Tad: nhiệt độ của bê tông trong điều kiện đoạn nhiệt ở tuổi t (ngày), [0C].
Nhƣ vậy, nếu có thể biết giá trị K và α thì có thể tính đƣợc nguồn nhiệt q và từ đó xác định đƣợc trƣờng nhiệt độ trong khối bê tông. Tuy nhiên, việc tính toán K và α rất phức tạp vì quá trình sinh nhiệt diễn ra trong thời gian dài và phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Kết quả nhiều nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng K và α phụ thuộc trực tiếp vào hàm lƣợng xi măng, loại xi măng sử dụng và nhiệt độ vữa bê tông khi đổ. Cùng một loại xi măng, khi hàm lƣợng xi măng và nhiệt độ vữa bê tông khi đổ tăng thì K và α đều tăng. Nhƣ vậy, muốn để nhiệt độ trong khối bê tông giảm thì phải giảm hàm lƣợng xi măng và nhiệt độ ban đầu của vữa bê tông. Theo [7], nhiệt độ tại tâm khối bê tông trong điều kiện đoạn nhiệt đƣợc xác định bằng phƣơng pháp thực nghiệm theo công thức (2.6):
trong đó: t: tuổi bê tông [ngày]; Q(t) ≡ Tad: nhiệt độ đoạn nhiệt của bê tông ở tuổi t (ngày), [0C]; Q∞: nhiệt độ tối đa của bê tông trong điều kiện đoạn nhiệt, [0C]; rAT, sAT - các thông số thể hiện tốc độ thay đổi nhiệt độ; t0,Q - tuổi bê tông bắt đầu nâng nhiệt, [ngày].
Các đại lƣợng Q∞; rAT; sAT; t0,Q trong công thức (2.6) đƣợc thiết lập là hàm số của nhiệt độ bê tông khi đổ và hàm lƣợng xi măng tùy theo loại xi măng sử dụng. b. Nhiệt độ bê tông khi đổ (nhiệt độ ban đầu)
Theo [8, 9] nhiệt độ bê tông khi đổ đƣợc tính theo nhiệt độ và hàm lƣợng của các thành phần bê tông khi trộn, xác định theo công thức (2.7):
(2.7) trong đó: Tm: Nhiệt độ bê tông sau khi đƣợc trộn với các vật liệu đã làm mát (0C); Cs: Tỷ nhiệt của xi măng và cốt liệu có tính đến nƣớc (lấy Cs = 0,2); Wg , Tg - Khối lƣợng (kg/m3 ) và nhiệt độ ( 0C) của cốt liệu; Wc , Tc - Khối lƣợng (kg/m3 ) và nhiệt độ (0C) của xi măng; Wm, Tm - Khối lƣợng (kg/m3) và nhiệt độ (0C) của nƣớc.
Nhiệt độ thực tế có thể cao hơn giá trị tính toán theo công thức 8 do ảnh hƣởng của nhiệt thủy hóa xi măng, nhiệt ma sát khi trộn, hiện tƣợng nóng cơ học của máy trộn...
c. Nhiệt độ môi trƣờng
Nhiệt độ môi trƣờng ảnh hƣởng trực tiếp đến nhiệt độ tối đa và sự giảm nhiệt độ của bê tông khi đổ. Nhiệt độ môi trƣờng trong tính toán đƣợc lấy là nhiệt độ trung bình ngày trong 3 năm tại công trƣờng hoặc sử dụng số liệu quan trắc khí tƣợng tại khu vực thi công [7, 8].
d. Nhiệt độ tại các biên
Tại biên không thay đổi nhiệt độ, nhiệt độ đƣợc lấy theo nhiệt độ trung bình cố định tại mặt tiếp xúc đó, ví dụ: nền đất trong trƣờng hợp thi công đài móng, nhiệt độ đƣợc lấy là nhiệt độ trung bình năm. Tại biên đối lƣu, nhiệt độ phụ thuộc vào loại cốp
pha, thời gian tháo khuôn, vật liệu bảo dƣỡng, phƣơng pháp và thời gian bảo dƣỡng [6].
2.6.1.3. Quan hệ giữa trường ứng suất và nhiệt độ
Theo [5], mối quan hệ giữa ứng suất nhiệt và nhiệt độ trong khối bê tông thể hiện trong công thức:
(2.8) trong đó: {σ}: véctơ ứng suất tại điểm khảo sát, [kG/m2 ]; [R]: ma trận cản biến dạng của bê tông; E: môđun đàn hồi của bê tông, [kG/m2 ]; {ΔT}: véc tơ gradient nhiệt độ; β: hệ số giãn nở nhiệt của bê tông. Qua công thức (2.8) thấy rằng, khi chênh lệch nhiệt độ ΔT càng lớn thì ứng suất nhiệt trong khối bê tông càng lớn và càng dễ xảy ra nứt nhiệt trong khối bê tông do ứng suất vƣợt quá giới hạn bền kéo của bê tông. Vì vậy, để chống nứt cho bê tông khối lớn cần kiểm soát chênh lệch nhiệt độ ΔT trong giới hạn cho phép.
2.6.2. Quy trình phân tích trƣờng nhiệt độ và ứng suất trong bê tông khối lớn
Việc phân tích trƣờng nhiệt độ và ứng suất trong bê tông khối lớn đƣợc thực hiện bằng phƣơng pháp PTHH. Hiện nay có rất nhiều phần mềm phân tích kết cấu bằng phƣơng pháp PTHH có khả năng phân tích nhiệt độ và ứng suất nhiệt nhƣ: ANSYS, ABAQUS, SAFE, ETABS… Trong nghiên cứu này, phần mềm SAFE, ETABS đƣợc sử dụng để khảo sát mô hình tính toán. Qui trình thực hiện gồm 6 bƣớc, mô tả theo sơ đồ khối ở hình 2.
Hình 2.10 Quy trình phân tích trƣờng nhiệt độ, ứng suất trong bê tông khối lớn bằng phƣơng pháp PTHH
2.7. Điều kiện tự nhiên, thủy văn khu vực dự án 2.7.1. Đặc điểm tự nhiên 2.7.1. Đặc điểm tự nhiên
- Địa hình Bình Thuận chủ yếu là đồi núi thấp, đồng bằng ven biển nhỏ hẹp, địa hình hẹp ngang kéo theo hƣớng đông bắc - tây nam, phân hoá thành 4 dạng địa hình chính gồm đất cát và cồn cát ven biển chiếm 18,22%, đồng bằng phù sa chiếm 9,43%, vùng đồi gò chiếm 31,65% và vùng núi thấp chiếm 40,7% diện tích đất tự nhiên.
- Nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, nhiều nắng, nhiều gió, không có mùa đông và khô hạn nhất cả nƣớc. Khí hậu nơi đây phân hóa thành 2 mùa rõ rệt là mùa mƣa và mùa khô. Mùa mƣa thƣờng bắt đầu từ tháng 5 đến tháng
10, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Nhƣng trên thực tế mùa mƣa chỉ tập trung vào 3 tháng 8, 9 và tháng 10, vì vậy mùa khô thực tế thƣờng kéo dài.
- Bình Thuận có 10 loại đất với 20 tổ đất khác nhau, có kiểu rừng gỗ lá rộng, kiểu rừng rụng lá, kiểu rừng hỗn giao lá kim chiếm ƣu thế, kiểu rừng hỗn giao và tre nứa thuần loại. Bên cạnh đó, Bình Thuận có nhiều tích tụ khoáng sản đa dạng về chủng loại nhƣ vàng, wolfram, chì, kẽm, nƣớc khoáng và các phi khoáng khác. Trong đó, nƣớc khoáng, sét, đá xây dựng có giá trị thƣơng mại và công nghiệp.
- Sông ngòi tại Bình Thuận đều ngắn, lƣợng nƣớc không điều hòa, mùa mƣa thì nƣớc sông chảy mạnh, mùa nắng làm sông bị khô hạn. Tỉnh có bốn sông lớn là sông
Lũy, sông Lòng Sông, sông Cái và Sông Cà Ty.
Sông Lòng Sông phát nguyên từ dãy núi ranh giới hai tỉnh Ninh Thuận-Bình Thuận, chảy theo chiều Bắc-Nam dọc theo ranh giới hai quận Tuy Phong và Phan Lý Chàm. Sông này dài khoảng 40 cây số (từ nguồn ra đến cửa biển).
Sông Lũy phát nguyên từ cao nguyên Tuyên Đức.Từ nguồn đến ranh giới quận Hòa Đa, sông chảy theo hƣớng Bắc-Nam, dài 40 cây số; rồi rẽ ra đến biển, sông chảy theo hƣớng Tây-Đông và dài hơn 20 cây số, lòng sông hẹp, quanh co, vào mùa mƣa thƣờng gây lụt lội.
Sông Cái phát nguồn từ cao nguyên Lâm Đồng chảy qua địa phận Thiện Giáo, rồi chảy theo hƣớng Bắc-Nam và dài khoảng 40 cây số.
Sông Cà Ty phát nguồn từ cao nguyên phía Tây và chảy theo hƣớng Đông-Nam, dài 27 cây số.
2.7.2. Khí hậu, thủy văn 2.7.2.1. Khí hậu 2.7.2.1. Khí hậu
- Nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, ít mƣa, nóng ẩm, ít bão lớn, nắng nhiều, cƣờng độ ánh sáng mạnh, khí hậu chia thành hai mùa rõ rệt, mùa mƣa từ tháng 5 đến tháng 10, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau .
* Nhiệt độ:
Cao đều trong năm, nhiệt độ trung bình hàng năm khoảng 27oC * Nắng:
Số giờ nắng trung bình trong năm 2919 giờ * Mƣa:
Mùa mƣa bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 10 hàng năm, chiếm hơn 80% lƣợng tổng lƣợng mƣa. Mƣa tập trung nhiều nhất vào tháng 7 và tháng 9.
Lƣợng mƣa trung bình khoảng 739 mm/năm (Suất bảo đảm 50% ) * Lƣợng bốc hơi, độ ẩm:
- Lƣợng bốc hơi cao nhất xảy ra vào các tháng mùa khô. Lƣợng bốc hơi trung bình tháng và năm cụ thể trong bảng sau:
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII NĂM
159,5 160 177,2 153,6 124,1 103,2 92,4 91,4 80,5 82,1 108 135,2 1467,3
- Lƣợng bốc hơi trung bình 1467,3 mm/năm. - Độ ẩm trung bình không khí 83,9 %.
* Gió:
Hàng năm có 2 loại gió chính ảnh hƣởng đến khí hậu là: - Hai mùa gió đi theo hai mùa mƣa và khô.
- Về mùa mƣa từ tháng 5 đến tháng 10, gió thịnh hành là Tây Nam. Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau gió thịnh hành là Đông Bắc.
- Khu vực này ít chịu ảnh hƣởng của bão lớn, tuy nhiên giông, gió giật, quét và lốc xoáy là các hiện tƣợng thƣờng xảy ra.
2.7.2.2. Thủy văn
Hệ thống thuỷ văn của huyện có lƣợng nƣớc tƣơng đối lớn, sóng do sông suối ngắn và dốc nên thƣờng gây lũ vào mùa mƣa và cạn kiệt vào mùa khô, khó khăn cho sản xuất và đời sống sinh hoạt của nhân dân. Trong những tháng mùa mƣa lƣợng dòng chảy chiếm đến 70% tổng lƣợng dòng chảy của cả năm, các khe suối nhỏ lƣu vực dƣới 20 km2 chỉ có nƣớc vào mùa mƣa. Từ thực trạng này cho thấy để khai thác đƣợc nguồn nƣớc nhằm phục vụ tốt cho sản xuất và đời sống sinh hoạt của nhân dân trong huyện, ngoài việc xây dựng trạm bơm ở các con sông lớn thì cần phải xây dựng hệ thống các hồ đập chứa nƣớc nhằm điều tiết lƣợng nƣớc giữa các khu vực và giữa các mùa.
2.7.3. Cảnh quan thiên nhiên
- Khu đất có địa hình kéo dài .
- Tại khu vực có một số dự án đã đƣợc phê duyệt Quy hoạch chi tiết xây dựng tỷ lệ 1/500 để tạo nên quần thể du lịch nghỉ dƣỡng đa dạng, tiện nghi trong tƣơng lai nhƣ Khu du lịch Ngọn Hải Đăng, Khu du lịch Hòn Lan của Công ty Cổ phần Xây dựng Mới.
CHƢƠNG 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ MÔI TRƢỜNG ĐẾN PHẢN ỨNG CỦA CÔNG TRÌNH
3.1. Giới thiệu công trình
Nhằm đánh giá ảnh hƣởng của tải trọng nhiệt môi trƣờng đến ứng xử của nhà cao tầng có kiến trúc phức tạp kích thƣớc lớn, để tìm ra quy luật chung cho giải pháp xử lý kết cấu chịu ảnh hƣởng bởi tải trọng do nhiệt độ gây ra đối với kết cấu nhà cao tầng có kiến trúc phức tạp kích thƣớc lớn. Đề tài chọn phân tích công trình Thanh Long Bay ở Tỉnh Bình Thuận bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn dƣới tác động của tải trọng nhiệt độ môi trƣờng. Dự án Thanh Long Bay đƣợc thiết kế xây dựng bằng BTCT toàn khối có chiều dài kết cấu sàn tầng chuyển trên 300m, lớn hơn gấp trên 10 lần quy định của Tiêu chuẩn Việt Nam và Châu Âu nhƣng không thể cắt khe nhiệt.
Tên dự án: Tổ hợp Du lịch Nghỉ dưỡng Thanh Long Bay
Công trình: Khu căn hộ Thanh Long Bay – Giai đoạn 1
Địa điểm xây dựng: Xã Tân Thành, Huyện Hàm Thuận Nam, Tỉnh Bình Thuận.
Chủ đầu tư: Công Ty Cổ Phần Trung sơn Bắc
3.2. Giải pháp thiết kế kiến trúc
Công trình được xây dựng trên khu đất nằm trong Dự án Tổ hợp du lịch nghỉ
dưỡng Thanh Long Bay, Xã Tân Thành, Huyện Hàm Thuận Nam, có quy mô 27 tầng (gồm tầng 1, 2 dành cho bãi đậu xe, phòng kỹ thuật và các khu tiện ích; 25 tầng lầu cho các loại căn hộ) với tổng diện tích sàn xây dựng (không kể hầm): khoảng 118 303.3m2. Chiều cao đỉnh mái công trình: 100.3m (tính từ cao độ vỉa hè).
Dự án có dáng hình chữ S uốn dọc theo chiều dài của khu đất, là một khối chung cư cao 27 tầng bao gồm 1 tầng hầm sử dụng cho dịch vụ để xe và hệ thống kỹ thuật, Tầng 1 và tầng 2 là không gian công cộng sinh hoạt cộng đồng, các tiện ích … kết hợp với công viên cây xanh tạo nên môi trường sống trong lành và hài hòa với thiên nhiên. Từ tầng 3 đến tầng 27 là các căn hộ được thiết
kế với diện tích trung bình đáp ứng nhu cầu của mọi khách hàng, mỗi căn hộ được thiết kế đảm bảo thông thoáng và chiếu sáng tự nhiên, đầy đủ không gian nghỉ ngơi, sinh hoạt.
Hình 3.1 Phối cảnh công trình
Hình 3.3 Phối cảnh công trình
Hình 3.5 Mặt bằng công trình
Hình 3.6 Mặt bằng công trình
3.3. Giải pháp thiết kế kết cấu
Giải pháp kết cấu phần thân: Lựa chọn hệ kết cấu vách, lõi, cột đi từ móng đến mái là kết cấu chịu lực chính cho công trình kết hợp với hệ dầm sàn bê tông cốt thép.
Hệ dầm, sàn bê tông cốt thép thông thường với bước nhịp từ 4.7 (m) đến 9.2
(m). Với tiết diện điển hình như sau: Bề dày sàn sử dụng: 150 (mm), 200 (mm), 300 (mm). Tiết diện dầm sử dụng: B250x400 (mm), B300x400 (mm), B300x600 (mm), B400x600 (mm), B800x400 (mm), B600x1400 (mm), B800x1400 (mm), B1000x1400 (mm), B1200x1400 (mm), B1700x1400 (mm).
Sử dụng kết cấu cột, lõi, vách chịu lực theo phương đứng. Hệ vách được thiết
kế đi từ tầng 3 đến mái với các bề dày vách là: 200 (mm), 250 (mm), 300 (mm). Hệ cột được thiết kế từ tầng 1 đến tầng 3 với các tiết diện cột như sau: 600x600 (mm), 800x800 (mm), 1000x1000 (mm), 1200x1200 (mm), 1400x1400 (mm).
Tại các vị trí kết thúc một khối tại tầng 8, 13, 18, 23 sử dụng hệ dầm chuyển
đan hai phương để kết nối các vách không đồng trục giữa các khối với chiều cao dầm 1.4m, 1.2m . Tại tầng 3 sử dụng hệ dầm chuyển cao 1.4m nhằm kết nối chuyển từ hệ vách bên trên xuống hệ cột bên dưới.
Hình 3.7 Mô hình không gian kết cấu công trình
3.4. Tải trọng nhiệt độ
Tải trọng nhiệt độ được xem xét đối với các cấu kiện chịu ảnh hư ng trực tiếp
và lâu dài với sự thay đổi nhiệt độ môi trường. Đối với công trình đang khảo sát, khu vực tầng chuyển như: Tầng 8, 13, 18, 23 là khu vực landscape, sân thượng nên chịu ảnh hư ng trực tiếp từ việc thay đổi nhiệt độ môi trường.
Tải trọng nhiệt độ được tính toán dựa theo tiêu chuẩn Eurocode 01 kết hợp
với bảng thống kê nhiệt độ trung bình của địa phương theo QCVN 02:2009/BXD, địa điểm tham chiếu được lấy tại Khu vực Nha Trang.
Thành phần nhiệt độ đồng đều của cấu kiện:
u o
T T T
Trong đó:
+ T là nhiệt độ trung bình của cấu kiện do nhiệt độ khí hậu mùa đông hoặc mùa hè và do nhiệt độ khi vận hành công trình.
+ To là nhiệt độ ban đầu của cấu kiện lúc được liên kết.
Nhiệt độ tham chiếu của công trình lúc hoàn thành To, dự kiến là sau hơn 365