- Đợc tạo nên từ hai lớp dây trực giao, neo chắc chắn vào gối cứng là các vành biên và dầm biên; Hai lớp dây gồm lớp dây võng xuống (dây chủ) chịu lực và lớp dây căng (vồng lên). Nhờ có lớp dây căng trớc cho trong các dây luôn có nội lực kéo với bất kỹ tải trọng nào làm tăng độ ổn định hình dạng và độ cứng cho hệ cũng nh lầm giảm đợc sự gia tăng độ võng của hệ khi chịu tải trọng (hình 2.15);
- Độ ổn định hình dạng cũng nh chuyển vị động học của hệ dây phụ thuộc vào lựa chọn mặt cong. Mặt cong paraboloid – hyperbolic cho chuyển vị động của hệ là nhỏ nhất. Trờng hợp này các dây chủ và các dây căng đều có dạng đờng cong parabon bậc hai, các dây của mỗi lớp đều có l2/ f nh nhau. Lực căng trong các dây căng đều nh nhau, tác động của chúng vào dây chủ có thể qui đổi thành phân bố đều;
- Việc tính toán chính xác hệ lới này rất phức tạp, tại mỗi nút của hệ có hai ẩn số (chuyển vị và lực tiếp xúc giữa dây chủ và dây căng) và tại mỗi thanh (đoạn dây giữa 2 nút) có 2 ẩn số (độ dãn và số gia lực căng). Nh vậy hệ có n nút và m thanh thì có 2(m n+ ) ẩn.
Hình 2.15 Một số sơ đồ kết cấu mái dây hình yên ngựa 2.3.5. Kết cấu hỗn hợp dây và thanh
- Hệ kết cấu gồm các xà consơn và các dây cáp treo các xà này, các dây liên kết chắc vào xà kèo vợt qua đỉnh cột trụ neo vào kết cấu phụ (hình 2.16);
Hình 2.16 Mái dây hình yên ngựa ở nhà hát Kharkov - Sử dụng cho công trình hăng ga, nhà triển lãm;
- Hệ kết cấu đáp ứng nhu cầu sử dụng không gian rộng lớn và yêu cầu kinh tế của công trình;
- Có thể tăng số lợng dây neo và điều chỉnh lực kéo trong chúng có thể giảm tối đa mômen uốn trong xà hợp lý hơn.
2.3.6. Mái treo vỏ mỏng
- Kết cấu vỏ chịu kéo và đợc tăng cờng theo nguyên lý của hệ dây hai lớp; vỏ tơng ứng nh lớp dây chủ, vùng giữa là các dàn hớng tâm đặt trên vỏ, ở vùng biên đợc tăng cờng bằng lớp dây căng hớng tâm liên kết từ đầu ngoài của dàn hớng tâm xuống cột, liên hệ giữa lớp dây phụ và voe là các thanh đứng;
- Hệ kết cấu nh trên tạo cho công trình chịu lực tốt nhất khi chịu gió bốc, tăng tính ổ định, hạn chế biến dạng quá mức của vỏ mỏng khi chịu tải không đều đồng thời giải quyết việc thoát nớc mái;
- Hệ chịu lực của mái treo có thể là vỏ mỏng bằng các tấm kim loại. Vỏ đợc tạo từ các bản thép dày 6mm hàn với nhau, liên kết với vành biên BTCT tiết diện 4000x1000mm, vành này tựa lên hệ dầm biên bê tông cốt thép tiết diện 1400x500mm.
Chơng 3: Nghiên cứu giải pháp công nghệ thi công công trình dân dụng kết cấu treo
3.1. Nghiên cứu giải pháp thiết kế và thi công công trình Bảo tàng Hà Nội
3.1.1. Vị trí, qui mô công trình
Bảo tàng Hà Nội là công trình trọng điểm chào mừng Đại lễ 1.000 năm Thăng Long-Hà Nội do UBND thành phố Hà Nội làm chủ đầu t, Tổng công ty Cổ phần Xuất nhập khẩu và Xây dựng Việt Nam (Vinaconex)- Nhà đầu t BT, cũng là đơn vị thi công dự án;
Bảo tàng Hà Nội xây dựng trên đờng Phạm Hùng, nằm trong khuôn viên Trung tâm Hội nghị Quốc gia. Bảo tàng có tổng diện tích 53.963m2, trong đó diện tích xây dựng công trình khoảng 11.925m2, diện tích sàn xây dựng 30.208m2, chiều cao 30,70m (hình 3.1);
Hình 3.1 Kiến trúc tổng thể Bảo tàng Hà Nội (tác giả su tầm)
Sau 2 năm thi công, công trình hoàn thành đúng vào dịp kỷ niệm Đại lễ 1.000 năm Thăng Long, thỏa mãn niềm mong ớc của nhân dân Thủ đô và cả nớc mong muốn, Thành phố Hà Nội sớm xây dựng một bảo tàng xứng đáng với truyền thống nghìn năm văn hiến, tầm vóc của Thủ đô để làm nơi nghiên cứu, trng bày và phát huy các giá trị văn hóa lịch sử vô cùng phong phú và rực rỡ của Thủ đô và đất nớc. Đây là một bảo tàng đẹp, hiện đại độc đáo về kiến trúc, phong phú về nội dung, một công trình văn hóa tiêu biểu của Thủ đô và đất nớc của thời đại Hồ Chí Minh.
3.1.2. Giải pháp về kiến trúc và kết cấu công trìnha) Giải pháp về kiến trúc công trình a) Giải pháp về kiến trúc công trình
Bảo tàng Hà Nội có kết cấu hình kim tự tháp ngợc, trong đó tầng 4 có diện tích lớn nhất, các tầng dới nhỏ dần. Đơn vị thiết kế xây dựng là Cty LD GMP International GmbH-Inros Lackner AG (Đức);
Đại sảnh của Bảo tàng đợc thiết kế hình tròn và liên kết với các tầng trên bằng một không gian thông tầng. Thay vì dùng cầu thang, một đờng dốc hình xoắn ốc sẽ nối liền cả bốn tầng (hình 3.2);
Hình 3.2 Đại sảnh Bảo tàng Hà Nội (tác giả su tầm)
Bên trong bảo tàng thiết kế đờng xoắn ốc tợng trng cho tiến trình phát triển của thủ đô, đồng thời cũng có giúp du khách khuyết tật dễ dàng di chuyển từ tầng 1 đến tầng 4 bằng xe lăn;
Và thay vì lớp bê tông phủ trên mái, mái Bảo tàng Hà Nội đợc kết hợp những mảng kim loại và kính. ánh sáng đợc hắt lên không trung từ trong bảo tàng sẽ tạo thành một bức tranh lung linh độc nhất giữa Thủ đô.
b) Giải pháp về kết cấu công trình
Bảo tàng Hà Nội có hình dáng đặc biệt và kết cấu phức tạp, gồm 4 tầng đợc treo vào 4 cột bê tông (bên trong là cầu thang bộ, thang máy), tầng phía trên rộng nhất có diện tích hơn 2000m2 và các tầng dới nhỏ dần. Vì vậy nó đ- ợc gọi là hình kim tự tháp ngợc. Đây là công trình dân dụng có kết cấu treo duy nhất ở Việt Nam. Nét độc đáo nữa của công trình này là tất cả hệ kết cấu đều đợc treo trên một hệ dầm bê tông trên đỉnh mái (hình 3.3).
Hình 3.3 Mặt bằng hệ dầm mái BTCT kết hợp hệ dàn thép Bảo tàng Hà Nội (tác giả su tầm)
Hình 3.9 Mặt bằng kết cấu tầng 1
*Chi tiết dầm thép
Dầm thép đợc tổ hợp hàn từ các bản thép dày (20 – 40mm), có tiết diện thay đổi phù hợp với khả năng chịu lực (chủ yếu là chịu tải trọng do sàn treo bê tông cốt thép);
Hình 3.10 Chi tiết dầm BRF-03
Tại vị trí đầu dầm thép liên kết vào vách bê tông đợc tính toán mở rộng mỗi bên 1,8m. Thép bản PL40*240 để tạo mặt liên kết với thép tròn
28;l 2,3 ;m a 150
φ = = ở bên trong (hình 3.11);
u?n 45°
Hình 3.11 Chi tiết neo đầu dầm *Chi tiết treo sàn bê tông
Sau khi thi công xong phần dầm congxon chịu lực phía trên, các thanh treo PL40*160; PL100*160; PL160*160 đợc treo vào dầm congxon và bắt đầu thi công các sàn từ trên xuống dới (hình 3.12). Tùy thuộc vào từng vị trí, tải trọng sàn mà bố trí số lợng và tiết diện dây khác nhau.
Hình 3.12 Chi tiết liên kết treo sàn bê tông
3.1.3. Tính toán và cấu tạo hệ giáo chống phục vụ thi công
Công trình có kết cấu phức, trọng lợng kết cấu dàn mái rất lớn đòi hỏi nhiều yêu cầu kỹ thuật cao và các phơng tiện thi công hiện đại lần đầu tiên áp dụng tại Việt Nam. Giải pháp thi công đợc đa ra ở đây là thi công hệ giáo chống phục vụ công tác lắp dựng và thi công kết cấu treo.
a)Tiêu chuẩn, qui phạm, tải trọng tác dụng và vật liệu sử dụng *Các tiêu chuẩn và qui phạm áp dụng
+ Quy chuẩn xây dựng Việt Nam 1997;
+ Tiêu chuẩn TCVN 5543:1995. Kết cấu bê tông và kết cấu bê tông cốt thép toàn khối – Qui phạm thi công và nghiệm thu;
+ Tiêu chuẩn TCVN 2737:1995. Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế; + Tiêu chuẩn TCXD 338:2005. Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế;
+ Tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005. Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế;
+ Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép AISC: Các Tiêu chuẩn, Quy phạm xây dựng và các tài liệu chuyên ngành khác có liên quan.
*Tải trọng tác dụng
- Tĩnh tải của hệ kết cấu mái
+ Tải trọng bản thân của dầm bê tông cốt thép
Loại dầm Chiều rộng
(m) Chiều cao(m) tiêu chuẩnTải trọng (daN/m3)
Tải trọng tiêu chuẩn
(kG/m)
+ Tải trọng bản thân của dầm thép conson
Loại dầm Số lợng
(cái) Trọng lợng(daN) Số lợng gốitựa Tải trọng tínhtoán (daN)
BRF-01 32 25990 3 8663,46 BRF-02 56 1602 2 801,22 BRF-03 4 230343 4 57585,75 BRF-04 8 8117 2 4058,50 BRF-05 8 1360 2 680,19 BRF-06 8 1538 2 768,81 BRF-07 44 2400 2 1199,80 BRF-08 36 1532 2 766,04 HE-A400 8 298 2380 1,04 HE-A400 8 648 5180 2,27 HE-A140 4 1788 7153 3,13 Tổng tải trọng 272882 14732 74524 - Hoạt tải
- Hoạt tải sàn thao tác phục vụ lắp dựng kết cấu thép khu vực trục 1-3, 10-12, A-C, K-M
- Hoạt tải trên C200: p = 0,20 kN/m, Khoảng cách C200: b = 1.20 m p = 0,20 kN/m * 1.2 m = 0.24 kN/m
- Hoạt tải sàn thao tác phục vụ đổ dầm bê tông mái
- Hoạt tải trên C200: p = 0,50 kN/m, Khoảng cách C200: b = 1.20 m p = 0,50 kN/m * 1.2 m = 0.60 kN/m
- Hoạt tải trên HE-A500: p=24*0.6*5/2=36KN/m - Hoạt tải trên IPE-400: p=24*0.6*1=14.4KN/m - Hoạt tải trên HE-A200: p=20*1.2=2.4KN/m
Giá trị tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió: W = n*Wo*k*c Tải trọng gió xác định đối với vùng: IIB (Từ Liêm - Hà Nội)
+ Tải trọng gió khu vực : 95 kG/m2
+ k là hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao và theo dạng địa hình. + Cx Là hệ số khí động
+ Hệ số vợt tải : 1,2
• Xác định hệ số khí động
Để xác định hệ số khí động tác dụng lên hệ giàn giáo và thiên về an toàn ta có thể coi dàn giáo là hệ không gian, ta sẽ tính toán hệ số khí động Cxcho từng tầng. Mỗi tầng bao gồm nhiều hệ dàn nhỏ đợc xác định bởi 2 cột và 2 hệ dầm ngang. Hệ số khí động lấy với xà gồ C200 là Cx =1, 4
Tầng 1
Tên cấu kiện Ai Ci AiCi
Cột L175 0,96 1,4 1,344 Cột L175 0,96 1,4 1,344 Dầm HEA160 1,344 1,4 1,8816 Dầm HEA160 1,344 1,4 1,8816 Tổng 6,4512 Hệ số khí động Cx1=1/A*(∑CiAi)= 0,1344 Tầng 2
Tên cấu kiện Ai Ci AiCi
Cột L175 0,96 1,4 1,344 Cột L175 0,96 1,4 1,344 Dầm HEA160 1,344 1,4 1,8816 Dầm HEA160 1,344 1,4 1,8816 Tổng 6,4512 Hệ số khí động Cx1=1/A*(∑CiAi)= 0,1344 Tầng 3
Tên cấu kiện Ai Ci AiCi
Cột L175 0,96 1,4 1,344
Cột L175 0,96 1,4 1,344
Dầm HEA160 1,344 1,4 1,8816
Hình 3.13 Tải trọng đầu cột c) Kiểm tra hệ cột rỗng
- Kiểm tra khả năng chịu lực của cột
Cột rỗng đợc tổ hợp từ thép L175x15, Thanh giằng thép L50x5 Khoảng cách giữa trục các nhánh : c=690(mm)
Diện tích tiết diện một nhánh : 2
1 5250( )
A = mm
Diện tích tiết diện toàn cột : A=21000(mm2)
Độ mảnh tơng đơng của cột:
2 1 2 1 2 o d d A A A α α λ = λ + + ữ l: Độ mảnh lớn nhất của thanh Mômen quán tính của tiết diện cột:
2 4 1 1 4* * 254,35( ) 2 x c J J A cm = + ữ = Bán kính quán tính: Jx 384 i F = = ; l 17, 2 i à λ = = 1 2 10 a23 33,5 b l α α= = = ; l0 =41
Độ mảnh tơng đơng quy ớc: 0 0 f 1,3 E λ =λ = Hệ số uốn dọc: 1 (0.073 5.53 )*f 0,899 E ϕ = − − λ λ = 2 103,3 c 168( / ) N fy N mm A ϕ = ≤ =
Cột đảm bảo điều kiện chịu lực
- Kiểm tra thanh giằng
Lực cắt quy ớc Vf đợc tính theo công thức: Vf 7,15*10 *(23306 E)*N 20,62( )N
f ϕ
−
= − =
+Lực dọc trong thanh ngang:
2000( ) 80,16 f N N l i à λ = = = Hệ số uốn dọc: j=0,734; N 2,72 fyc 199,5( /N mm2) A ϕ = < =
+Lực dọc trong thanh xiên: Nf =11000( )N ; l 130,34
i à λ = = Hệ số uốn dọc: j=0, 425; N 25,88 fyc 199,5( /N mm2) A ϕ = < =
d) Cấu tạo hệ giáo chống phục vụ thi công kết cấu treo
Hình 3.14 Mô hình không gian hệ dàn giáo thi công
Hình 3.15 Hệ giáo chống phục vụ công tác lắp dựng thi công dàn mái (Tác giả su tầm)
+ Cột rỗng đợc tổ hợp từ các thanh thép hình (4L175*15; 4L130*12) có các thanh giằng thép L50*5 để giảm độ mảnh của cột (hình 3.16).
Hình 3.16 Chi tiết cột rỗng
Hình 3.17 Liên kết dầm HE-A500
+ Trên mái bố trí xà gồ C200*76*9*5,2 với khoảng cách a=1,2m.
* Chi tiết liên kết giữa cột rỗng và dầm tổ hợp:
Hình 3.18 Liên kết cột rỗng và dầm thép tổ hợp
Hình 3.19 Liên kết dầm thép vào vách bê tông cốt thép
* Chi tiết liên xà gồ mái :
Hình 3.20 Liên kết xà gồ mái
e) Các bớc thi công kết cấu treo Bảo tàng Hà Nội *Bớc 1: Lựa chọn phơng tiện lắp dựng
Hình 3.21 Cẩu lắp dựng LB7300 – 250 (tấn)
*Bớc 2: Thi công hệ lõi, vách công trình (hình 3.22)
Hình 3.22 Thi công lõi vách công trình (tác giả s tầm) * Bớc 3: Thi công hệ giàn giáo (dầm, cột rỗng) (hình 3.23)
Hình 3.23 Thi công hệ giàn giáo (tác giả su tầm)
c) Bớc 4: Thi công hệ dầm congson (hình 3.24)
Hình 3.24 Thi công hệ dầm conson (Tác giả s tầm)
* Bớc 5: Sau khi thi công xong phần dầm congson chịu lực phía trên, các
thanh treo đợc treo vào dầm congson và bắt đầu thi công các sàn từ trên xuống dới.
Hình 3.25 Tháo dỡ giáo chống (tác giả s tầm)
Việc tháo dỡ giáo chống tiền hành theo 4 bớc sau :
- Bớc 1: Tháo chống dầm bê tông tại trục J,H,D,E,4,5,8,9 nhng vẫn giữ lại phần dới để giữ ổn định cho toàn bộ hệ kết cấu.
- Bớc 2: Tháo chống tại trục 1, 12, A, M - Bớc 3: Tháo chống tại trục 3, 10, C, K - Bớc 4: Tháo chống tại trục 2, 11, B, L
Tại trục 2/F khi tháo dỡ tải trọng tăng từ 32 tấn (cha tính tải trọng sàn thi công) lên 52 tấn, tăng 20 tấn. Trong thuyết minh tính toán giáo chống phản lực chân cột tại vị trí này là 50 tấn (đã tính tải trọng sàn thi công). Nh vậy phản lực lớn nhất lên chân cột này là 50+20=70 tấn, cột 4L175*15 đảm bảo khả năng chịu tải khi tháo dỡ.
f)Đánh giá giải pháp thi công * Chất lợng công trình
- Đảm bảo điều kiện về khả năng chịu lực;
- Đảm bảo điều kiện về độ cứng (chuyển vị của kết cấu nằm trong giới hạn cho phép).
* Tiến độ thi công
- Đẩy nhanh tiến độ thi công, sớm đa công trình vào khai thác sử dụng; - Giảm tối đa các máy móc phục vụ cho công tác cẩu lắp do vậy diện tích phục vụ cho công tác thi công không đòi hỏi nhiều;
- Không tốn chi phí và thời gian cho thi công hệ chống tạm (cột chống tạm, hệ văng ngang ...);
- Đảm bảo về an toàn lao động và vệ sinh môi trờng.
3.2. Đề xuất qui trình thi công công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo
3.2.1. Các tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu
Bảng 3.1 Các tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu
STT Loại công tác Quy chuẩn, tiêuchuẩn
1 Kết cấu thép, gia công lắp ráp và nghiệm thu. Yêu cầu kỹ thuật. TCVN 170-1989 2 Quy phạm sơ thiết bị và kết cấu thép trong xây dựng dân dụng và công nghiệp TCVN 334-2005 3 Biện pháp đảm bảo môi trờng, liên kết an toàn cho ngời lao động, máy móc, an toàn cháy nổ