Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu phương pháp tối ưu bù co ngắn cột bê tông cốt thép nhà siêu cao tầng ở Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của đề tài "Nghiên cứu phương pháp tối ưu bù co ngắn cột bê tông cốt thép nhà siêu cao tầng ở Việt Nam" là xây dựng một phương pháp xác định phương án hiệu quả cho công tác bù co ngắn cột, tức là tìm số nhóm và giá trị bù co tối ưu; Trên cơ sở phương pháp lý thuyết, đề xuất quy trình thi công bù co trong xây dựng công trình nhà siêu cao tầng ở Việt Nam.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu phương pháp tối ưu bù co ngắn cột bê tông cốt thép nhà siêu cao tầng ở Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU BÙ CO NGẮN CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP NHÀ SIÊU CAO TẦNG Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Mã số: 9580201 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ Hà Nội - 2022
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Xây dựng hà Nội Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Hồ Ngọc Khoa Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS Phạm Hoàng Anh Phản biện 1: PGS.TS Trần Chủng Phản biện 2: TS. Nguyễn Đại Minh Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp trường họp tại Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Vào hồi: giờ ngày tháng năm 20 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện Quốc Gia và thư viện Trường Đại học Xây dựng Hà Nội
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Co ngắn cột (column shortening) là hiện tượng cấu kiện bê tông cốt thép chịu lực theo phương thẳng đứng (cột, vách, lõi) bị biến dạng co lại theo phương dọc trục dưới tác dụng của tải trọng, co ngót và từ biến của bê tông. Với sự gia tăng chiều cao công trình giá trị co ngắn tích lũy là đáng kể. Đặc biệt, sự chênh lệch co ngắn giữa cột, vách với lõi cứng được gọi là hiện tượng vênh co ngắn (sau đây gọi là vênh co), làm vị trí dầm sàn bị nghiêng quá mức, gây ra nội lực phát sinh do chuyển vị cưỡng bức; có thể gây hư hỏng đến các bộ phận phi kết cấu như tường ngăn, vách kính và làm lệch hệ thống đường ống kỹ thuật, thang máy. Việc tìm các giải pháp nhằm hạn chế vênh co giữa các cấu kiện là tất yếu. Trong đó, giải pháp bù co cột trong giai đoạn thi công đang được áp dụng phổ biến. Ngoài ra, thực tế thi công bù co của cột (vách) trong xây dựng nhà siêu cao tầng ở Việt Nam đặt ra các vấn đề cần giải quyết sau: 1) Xác định số nhóm bù nhỏ nhất và giá trị bù tương ứng nhằm tối ưu công tác hiệu chỉnh chiều dài ván khuôn cột trong tổ chức thi công; 2) Thiết lập quy trình thi công bù co cụ thể nhằm xử lý linh hoạt các tình huống phát sinh khi giá trị co ngắn thực tế tại mỗi thời điểm trong quá trình xây dựng có sự biến động. Hai vấn đề nêu trên là những vấn đề mới đặt ra từ lý thuyết tính toán giá trị bù co và thực tế thi công, mang tính mới không chỉ ở Việt Nam, mà còn trên Thế giới. Hiện nay chưa có tiêu chuẩn, hướng dẫn cụ thể nào về vấn đề này. Do đó, đòi hỏi những nghiên cứu chuyên sâu trên cơ sở lý luận và thực tiễn, từ đó đề ra quy trình thiết lập phương án thi công bù co ngắn cột hiệu quả trong xây dựng nhà SCT ở Việt Nam. Trên cơ sở phân tích như trên, đề tài “Nghiên cứu phương pháp tối ưu bù co ngắn cột bê tông cốt thép nhà siêu cao tầng ở Việt Nam”, mang tính cấp thiết, lý thuyết khoa học và thực tiễn. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài Mục đích nghiên cứu của đề tài là: 1) Xây dựng một phương pháp xác định phương án hiệu quả cho công tác bù co ngắn cột, tức là tìm số nhóm và giá trị bù co tối ưu; 2) Trên cơ sở phương pháp lý thuyết, đề xuất quy trình thi công bù co trong xây dựng công trình nhà siêu cao tầng ở Việt Nam. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về co ngắn cột và bù co cột trong xây dựng nhà siêu cao tầng. - Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn về bù co cột - Xây dựng bài toán và trình tự thực hiện để xác định phương án bù tối ưu - Đề xuất quy trình thi công bù co trong điều kiện ở Việt Nam. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4.1. Đối tượng nghiên cứu - Sự bù co ngắn cấu kiện đứng BTCT chịu lực của nhà siêu cao tầng. - Công tác và quy trình thi công bù co ngắn cột trong xây dựng nhà siêu cao tầng. 4.2. Phạm vi nghiên cứu: - Áp dụng trong phạm vi mặc định các giá trị co ngắn đã được các đơn vị tư vấn thiết kế cung cấp. - Không nghiên cứu phương pháp tính toán và các yếu tố ảnh hưởng đến co ngắn. Không nghiên cứu phương pháp đo quan trắc co ngắn.
2 - Biến dạng vênh co giới hạn áp dụng chung một giá trị cho khung (Line). 5. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp lý thuyết toán toán học (sử dụng lý thuyết toán tối ưu). - Phương pháp định lượng thống kê (sử dụng thuật giải tiến hóa vi phân). - Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết, các số liệu thực tiễn. 6. Giá trị khoa học và ý nghĩa thực tiễn 6.1. Giá trị khoa học - Đề xuất một phương pháp mới để xác định phương án bù co có tên: Phương pháp bù co di chuyển tối ưu. Phương pháp đề xuất có tính linh hoạt cao và cho kết quả tốt hơn các phương pháp đã được công bố. - Phương pháp thi công bù co ngắn cột trong xây dựng nhà siêu cao tầng được làm rõ bằng quy trình cụ thể, có thể xử lý linh hoạt kết hợp với các giá trị quan trắc co ngắn. 6.2. Ý nghĩa thực tiễn - Phương pháp bù co di chuyển tối ưu có thể được ứng dụng để thiết lập phương án thi công bù co trong xây dựng nhà siêu cao tầng ở Việt Nam. - Quy trình thi công bù co có thể được áp dụng vào việc tổ chức thi công bù co cột trong quá trình xây dựng nhà siêu cao tầng ở Việt Nam. - Có thể áp dụng để kiểm chứng các phương pháp bù co khác trong điều kiện Việt Nam 7. Những đóng góp mới của luận án - Đề xuất được một phương pháp bù co gộp nhóm nhằm tiết kiệm chi phí và thời gian công tác hiệu chỉnh chiều cao ván khuôn trong việc tổ chức thi công bù co cột. - Lần đầu tiên phương pháp đề xuất được thiết lập có kể đến các yếu tố ngẫu nhiên trong thực tế để giải quyết các trường hợp bù co theo độ tin cậy - Đề xuất quy trình và chỉ dẫn cho công tác thi công bù co ngắn cột trong xây dựng nhà siêu cao tầng ở Việt Nam, thể hiện được trình tự, logic của các công việc trong quá trình thi công bù co, đặc biệt xử lý được những vấn đề phát sinh khi có kết quả co ngắn thực tế tại các thời điểm khác nhau trong quá trình thi công xây dựng. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CO NGẮN CỘT VÀ BÙ CO TRONG XÂY DỰNG NHÀ SIÊU CAO TẦNG 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Nhà siêu cao tầng bê tông cốt thép (BTCT) đổ tại chỗ Xét trên nhiều khía cạnh và quan điểm phù hợp với quy định của nhiều nước trên thế giới, nhà siêu cao tầng (SCT) có số tầng trên 60 tầng và cũng là quan điểm được chấp nhận trong việc xác định phạm vi và đối tượng nghiên cứu của luận án. 1.1.2 Khái niệm co ngắn cột và bù co trong xây dựng nhà siêu cao tầng Hiện tượng co ngắn cột là cấu kiện bê tông cốt thép chịu lực theo phương thẳng đứng (lõi, cột, vách) bị biến dạng dọc trục dưới tác dụng của tải trọng, co ngót và từ biến của bê tông. Giá trị co ngắn tích lũy dần theo chiều cao công trình.
3 Một số khái niệm và thuật ngữ sử dụng: - Co ngắn cấu kiện cột là giá trị co ngắn xác định riêng cho cột đơn lẻ. - Co ngắn cột (vách, lõi) để tính toán bù co là giá trị co ngắn tích lũy sau thời điểm đổ bê tông sàn được xác định theo cao độ sàn thiết kế. - Vênh co ngắn cột hay gọi là vênh co: Là chênh lệch co ngắn của cột và lõi cứng liền kề - Bù co ngắn cột hay gọi tắt là bù co: Là việc sử dụng các giải pháp cung cấp trước cho cột một lượng chiều cao thiếu hụt trong quá trình thi công cột nhằm cân bằng với giá trị co ngắn cột tương ứng, diễn ra trong giai đoạn sử dụng công trình sau này. - Sai số bù co tại mỗi cấp sàn là hiệu số của giá trị vênh co thiết kế và giá trị bù co tại cấp sàn tương ứng. 1.1.3 Các nguyên nhân và dự báo co ngắn cột Nguyên nhân gây ra co ngắn cột là do biến dạng đàn hồi, co ngót bê tông và từ biến bê tông cốt thép. Việc dự báo chính xác giá trị vênh co là rất phức tạp, đặc biệt là đối với các công trình siêu cao tầng kiến trúc hiện đại. Biến dạng đàn hồi là do cột chịu tải trọng nén và nó phụ thuộc vào: Cường độ bê tông; thời gian chất tải; giá trị của tải trọng. Co ngót bê tông là hiện tượng thay đổi thể tích và nó phụ thuộc vào: Độ ẩm môi trường xung quanh; kích thước cấu kiện; thành phần bê tông và hàm lượng cốt thép. Từ biến của bê tông là hiện tượng biến dạng theo thời gian và phụ thuộc vào: Độ ẩm môi trường xung quanh; kích thước cấu kiện; thành phần bê tông và hàm lượng cốt thép; cường độ bê tông; giá trị của tải trọng; thời gian chất tải. 1.2 Ảnh hưởng của co ngắn cột đến công trình 1.2.1 Ảnh hưởng đến kết cấu chịu lực Giá trị vênh co khi đủ lớn sẽ gây phát sinh những nội lực phụ cho các kết cấu nằm ngang như dầm, sàn do chuyển vị gối đỡ cưỡng bức, sinh ra các nội lực thứ cấp ở kết cấu. Có thể làm ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của kết cấu nằm ngang và an toàn của hệ kết cấu. 1.2.2 Ảnh hưởng đến các bộ phận phi kết cấu Sự vênh co quá mức của các cột trong một tầng ảnh hưởng đến những bộ phận phi kết cấu của công trình như nứt kết cấu bao che, vách ngăn, sai lệch hệ thống đường ống kỹ thuật. 1.2.3 Giải pháp giảm thiểu vênh co trong giai đoạn thiết kế Tối ưu hóa thiết kế để phân phối ứng suất nén đồng đều trong các cấu kiện thẳng đứng như: sử dụng hệ tầng cứng (outrigger), dầm biên (belts), đồng thời cũng đưa ra giải pháp tăng độ cứng dọc trục cho các cấu kiện được dự báo sẽ có co ngắn lớn bằng cách bổ sung thêm cốt thép 1.3 Tổng quan về nghiên cứu co ngắn cột 1.3.1 Nghiên cứu hiện tượng co ngắn cột trên thế giới Trước những năm 1960 các nghiên cứu về co ngắn cột là thứ yếu do phần lớn nhà dưới 20 tầng và sử dụng cột tiết diện lớn. Trong những năm từ 1960 – 1990, khi xu thế xây dựng công trình nhà cao tầng (từ 20 đến 100 tầng) phát triển
4 mạnh và nhận thức tốt hơn về hiện tượng co ngắn. Từ những năm 1990 đến nay, cùng với sự phát triển các dự án nhà siêu cao tầng thế hệ mới có hình dáng kiến trúc hiện đại và sáng tạo. Co ngắn cột được quan tâm đúng mức và kết quả nghiên cứu đã được đề xuất áp dụng trong các Tiêu chuẩn Châu Âu, Mỹ và Úc: Biến dạng co ngắn cấu kiện đứng các tầng trên thường lớn hơn các tầng dưới; khuyến cáo sử dụng dữ liệu kết quả thí nghiệm đặc tính vật liệu bê tông như mô đun đàn hồi, co ngót, từ biến và hệ số giãn nở nhiệt để phân tích tính toán dự báo co ngắn cột; co ngắn thiết kế và đo hiện trường gần xấp xỉ nhau trong khoảng thời gian 200 ngày đầu theo tiến độ xây dựng, nó bắt đầu có sự sai lệch lớn trong thời gian dài hạn hơn. Phát hiện này chỉ ra rằng các thông số đặc tính vật liệu bê tông giả thiết trong phân tích thiết kế cơ sở và dữ liệu kết quả thí nghiệm mẫu bê tông trong giai đoạn phân tích thiết kế BVTC có thể sẽ chưa phản ánh đầy đủ chính xác kết quả co ngắn, mà cần phải thực hiện phép đo co ngắn trong quá trình xây dựng để có kết quả phân tích co ngắn chính xác hơn; vênh co cột trong những tòa nhà dưới 40 tầng (khoảng 120 mét) là không đáng kể; hiệu ứng biến dạng co ngắn rất nhạy với các yếu tố tác động từ môi trường, điều kiện xây dựng và tiến độ thi công qua phân tích dữ liệu quan trắc co ngắn hiện trường 1.3.2 Nghiên cứu co ngắn cột ở Việt Nam Ở Việt Nam, khái niệm co ngắn cột còn khá mới mẻ, và nhận được sự quan tâm từ những năm 2008 khi các tòa nhà siêu cao tầng bắt đầu được xây dựng. Kết quả nghiên cứu của Cao Duy Khôi (2013) cho rằng các dạng nhà cao tầng rất phổ biến ở Việt Nam (khối cao tầng ở trên kết hợp với khối đế lớn hơn ở dưới) cũng có những vấn đề liên quan đến co ngắn cột cần quan tâm, kể cả khi công trình không phải thuộc loại siêu cao tầng. Trong một số nghiên cứu khác, cho thấy hiện tượng co ngắn cột ảnh hưởng đến các bộ phận công trình, đề xuất được một quy trình chung áp dụng xử lý bù co ngắn cột từ giai đoạn thiết kế đến quá trình thi công xây dựng, trong nghiên cứu này nhóm tác giả cũng đã kiến nghị tìm một phương án bù co tối ưu hiệu quả để quản lý chất lượng công tác bù co tốt hơn. 1.4 Tổng quan về phương pháp bù co ngắn cột 1.4.1 Các phương pháp lý thuyết xác định giá trị và cách thức bù co Theo nghiên cứu của Park H.S và cộng sự năm 2003, có 4 phương pháp xác định giá trị và cách thức bù co ngắn cột dưới đây: Phương pháp bù co tuyệt đối (Absolute Compensation): Bù co bằng vênh co dự báo dẫn đến số lần điều chỉnh chiều dài ván khuôn cột rất nhiều gây tốn kém chi phí và thời gian. Hơn nữa do phải quản lý rất nhiều giá trị bù khác nhau trong quá trình thi công có thể dễ bị nhầm lẫn làm ảnh hưởng chất lượng công tác thi công bù co. Tuy nhiên, phương pháp này không phải tính toán và cột được bù một cách chính xác. Phương pháp bù co đồng đều (Uniform Compensation): Tất cả các tầng bù cùng một giá trị trung bình bằng tổng giá trị vênh co chia cho tổng số tầng. Cách này tính toán đơn giản và thực hiện bù chỉ một lần nên rất đơn giản cho công tác hiệu chỉnh chiều dài ván khuôn cột thuận lợi cho thi công. Tuy nhiên, sai số tích lũy (hiệu số giá trị vênh co thiết kế và giá trị bù co thực tế) tại một số mức sàn có thể lớn hơn giới hạn cho. Phương pháp bù co gộp nhóm đều (trung bình): Chia công trình ra thành một số nhóm nhỏ có số tầng trong mỗi nhóm là như nhau để thực hiện bù co theo nhóm trung bình đều. Như vậy, số đợt điều chỉnh chiều dài ván khuôn cột bằng số nhóm bù. Phương pháp này tính toán đơn giản dễ thực hiện. Tuy nhiên, phương pháp này cũng khó kiểm soát được sai số bù co tích lũy tại một số cấp sàn có thể lớn hơn thiết kế quy định hoặc số nhóm
5 bù có thể sẽ nhiều gây tốn kém chi phí và thời gian trong công tác thi công ván khuôn cột . Phương pháp gộp nhóm tối ưu (Optimal Compensation - OC): Phương pháp này xác định được số nhóm bù co và giá trị bù cho từng nhóm theo bài toán tối ưu hóa, trong đó số lượng nhóm gộp và số tầng trong mỗi nhóm là các biến được tính toán tối ưu bằng cách sử dụng thuật toán mô phỏng luyện kim SA (Simulated Annealing Algorithm). Bằng việc đưa vào các ràng buộc về độ lớn của sai số bù co tại mỗi tầng. Đồng thời phương pháp này tối ưu hóa số nhóm bù là nhỏ nhất đồng nghĩa số tầng trong mỗi nhóm là lớn nhất, thuận tiện trong công tác hiệu chỉnh chiều dài ván khuôn cột. Tuy nhiên, phương pháp này phải sử dụng thuật toán tối ưu rất đặc biệt, tính toán phức tạp, bài toán tối ưu với số biến thiết kế không cố định, khó áp dụng được trong thực tế khi có sự biến động co ngắn xảy ra tại các thời điểm. Tất cả các phương pháp trên rất khó áp dụng với các điều kiện thực tế phát sinh trong thi công và kiểm soát được sai số bù co. 1.4.2 Nghiên cứu thi công bù co trong thực tế xây dựng Thế giới chưa có tài liệu hay nghiên cứu nào được công bố trình bày về các phương pháp thi công bù co trong thực tế xây dựng, các tài liệu về quy trình chi tiết thực hiện thi công bù co đang là bí mật công nghệ và không được phổ biến rộng rãi. Một số nghiên cứu đơn lẻ điển hình sau Alberto Cargnino và cộng sự (2012) đề xuất bù co gộp tại một số mức sàn theo tiến độ thi công bê tông sàn áp dụng cho tòa nhà The New Piedmont Goverment Office Tower (Ý). Kết quả nghiên cứu cho thấy: Bù co tuyệt đối rất phức tạp, khó quản lý, dẫn đến dễ nhầm lẫn giá trị bù co, có thể gây ra các chuyển vị ngược làm sai khác sơ đồ tính toán kết cấu. Tuy nhiên, bù co tuyệt đối sẽ cho vênh co sau bù là nhỏ nhất nên có thể phải áp dụng cho một số công trình hoặc bộ phận công trình có yêu cầu đặc biệt về hoàn thiện tấm ốp kiến trúc mặt ngoài. Đồng thời, tác giả cũng kiến nghị nên cần thiết lập được một phương pháp bù tối ưu hơn. Nghiên cứu này chưa nêu được quy trình chỉ dẫn kỹ thuật và ứng xử các biến cố trong thực tế có thể xảy ra khi co co ngắn có sự thay đổi. Công ty MIDAS Hàn Quốc lập phương án thi công bù co Công trình Keangnam Landmark Hà Nội. Theo báo cáo phân tích được đề xuất cần phải xử lý bù co, báo cáo này cũng đề xuất bù co thực tế gộp nhóm tại các mức sàn tầng 5; 9; 16; 26 với giá trị bù tương ứng là 10; 20; 30 và 40 mm. Tuy nhiên, báo cáo này không nêu nguyên lý và phương pháp tính toán xác định các nhóm bù cũng như kiểm soát sai số bù co. Không chỉ dẫn quy trình xử lý bù co thực tế Một số nghiên cứu khác cũng đề xuất bù co gộp nhóm để giảm thiểu công tác hiệu chỉnh chiều cao ván cột. Tuy nhiên, các nghiên cứu không công bố thuyết minh tính toán và chỉ dẫn quy trình bù co 1.4.3 Trình tự và kỹ thuật thi công bù co Theo các nghiên cứu thực tế cho thấy công tác bù co theo các bước: 1) Đánh giá dự liệu đầu vào do TVTK cung cấp; 2) Xác định giá trị và cách thức bù; 3) Quan trắc co ngắn hiện trường để dự báo lại và hiệu chỉnh giá trị co ngắn; 4) Thi công bù co; 5) Tiếp tục quy trình thi công bù. Kỹ thuật thi công bù co bao gồm bù co đỉnh cột, bù co chân cột và cũng có thể bù co sàn 1.5 Vấn đề đặt ra và định hướng nghiên cứu của luận án 1.5.1 Những vấn đề đặt ra Từ kết quả nghiên cứu tổng quan về co ngắn cột và phương pháp thi công bù co trong xây dựng nhà SCT trên
6 thế giới và Việt Nam có thể tóm lược: Co ngắn cột cần được quan tâm đáng kể trong xây dựng nhà SCT. Bù co ngắn cột là một trong các giải pháp giảm thiểu vênh co quá mức xảy ra. Gải pháp bù hiệu quả cần được xem xét để thuận tiện trong công tác tổ chức thi công bù co và quy trình bù co trong thi công để xử lý các điều kiện biên thực tế là rất cần thiết trong hoàn cảnh Thế giới và Việt Nam chưa có công bố đầy đủ hướng dẫn thi công bù co ngắn cột nhà SCT. 1.5.2 Định hướng nghiên cứu của luận án Trên cơ sở kết quả phân tích, định hướng nghiên cứu của luận án đề xuất với các nội dung sau: Mục đích nghiên cứu là xây dựng phương pháp tối ưu và quy trình thi công bù co thực tế. Nhiệm vụ nghiên cứu của luận án gồm 4 nhiệm vụ cơ bản: (1) Nghiên cứu tổng quan; (2) Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn về bù co cột trong xây dựng nhà siêu cao tầng; (3) Xây dựng phương pháp để xác định giá trị và cách thức bù co ngắn cột tối ưu; (4) Đề xuất quy trình thi công bù co trong xây dựng nhà siêu cao tầng ở Việt Nam. Đối tượng nghiên cứu của luận án là công tác thi công bù co ngắn cột nhà siêu cao tầng. Phạm vi nghiên cứu luận án được giới hạn: không nghiên cứu phương pháp tính toán co ngắn; mặc định các giá trị co ngắn thực tế được đơn vị tư vấn thiết kế cung cấp; một số số liệu về giá trị co ngắn sử dụng trong nghiên cứu được tham khảo ở một số công trình thực tế như công trình Keangnam Hanoi; không nghiên cứu phương pháp quan trắc co ngắn. Phương pháp nghiên cứu được áp dụng là phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết, phương pháp toán học (sử dụng các lý thuyết tối ưu) và phương pháp định lượng thống kê. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN VỀ THI CÔNG BÙ CO TRONG XÂY DỰNG NHÀ SIÊU CAO TẦNG 2.1 Cơ sở toán học của bài toán tối ưu bù co 2.1.1 Biến thiết kế Đối với bài toán tối ưu bù co, biến thiết kế là các giá trị bù co cần thiết tại mỗi tầng và số lượng tầng trong một nhóm bù co. 2.1.2 Hàm mục tiêu Bài toán tối ưu được thể hiện thông qua hàm mục tiêu có dạng (1): y=F(x)=F (x1, x2, …, xn) (1) Mục tiêu là đi tìm số nhóm bù co nhỏ nhất (min), hay còn gọi là cực tiểu hóa số nhóm bù co. Để đạt được mục tiêu này thì cần cực đại hóa số tầng trong mỗi nhóm bù co viết dưới dạng (2): Max (F(X))=min{-F(X))} (2) 2.1.3 Hệ ràng buộc Ràng buộc là các điều kiện đặt ra cần được thỏa mãn. Trong bài toán thi công bù co, đó là các điều kiện khống chế về sai số sau bù co (giới hạn về biến dạng vênh sàn), số tầng tối đa trong một nhóm bù co, giá trị bù đáp ứng điều kiện về thi công v.v. 2.1.4 Các phương pháp giải bài toán tối ưu hóa
7 2.1.4.1 Quy hoạch toán học (sử dụng gradient) Bài toán tối ưu tổng quát được phát biểu như sau: Cực tiểu hóa (hoặc cực đại hóa) hàm dạng (3): 𝐹(𝒙) → 𝑀𝑖𝑛 (𝑀𝑎𝑥) (3) với điều kiện ràng buộc: 𝑔𝑗 (𝑋)(≤ = ≥)𝑏𝑖 ; 𝑋 ∈ 𝐷 ⊂ 𝑅 𝑛 ; 𝑗 = 1 ÷ 𝑚 2.1.4.2 Các phương pháp tìm kiếm ngẫu nhiên Bài toán tối ưu là bài toán tìm kiếm lời giải tốt nhất trong không gian các lời giải khả dĩ. Để khắc phục nhược điểm của các phương pháp dựa trên gradient, các phương pháp tìm kiếm ngẫu nhiên được áp dụng. Kỹ thuật tìm kiếm ngẫu nhiên thuộc lớp trí tuệ nhân tạo thường sử dụng trong bài toán tối ưu hóa, có thể kể đến như: thuật giải di truyền (Genetic Algorithms - GA), trí tuệ bầy đàn (PSO), và tiến hóa vi phân (Differential Evolution - DE). Năm 1995, hai tác giả Storn và Price đã giới thiệu một thuật toán tối ưu với tên gọi tiến hóa vi phân DE. Quá trình tiến hóa thực hiện giải lặp theo các bước: đột biến, lai ghép và chọn lọc. Hiện nay đã có nhiều biến thể và cải tiến của DE nhằm tăng hiệu quả của thuật toán cho các bài toán khác nhau. 2.2 Dự báo và quan trắc co ngắn cột 2.2.1 Các giai đoạn dự báo giá trị co ngắn cột Thông thường, để có thể xác lập được phương án và kế hoạch bù co, tư vấn thiết kế cần thực hiện phân tích co ngắn cột theo các giai đoạn: Thiết kế sơ bộ, thiết kế bản vẽ thi công và giai đoạn thi công xây dựng. Trong đó, giai đoạn sơ bộ sử dụng dữ liệu đầu vào là các tham số giả thiết để xác định sơ bộ giá trị co ngắn; giai đoạn thiết kế BVTC sử dụng dữ liệu đầu vào là các tham số kết quả thí nghiệm vật liệu để xác định dự báo các cấu kiện cần kiểm soát co ngắn; giai đoạn thi công là co ngắn được tính toán hiệu chỉnh phù hợp với thực tế dựa vào dữ liệu đo co ngắn hiện trường và kết quả mẫu bê tông đúc tại chỗ để phục vụ cho công tác tính toán bù co trong thi công 2.2.2 Quan trắc co ngắn cột Phổ biến hiện nay là đo biến dạng bằng các hệ thống thiết bị cảm biến gắn vào chân cột kết hợp quan trắc bằng máy toàn đạc. 2.3 Kỹ thuật thi công bù co 2.3.1 Lựa chọn cấu kiện thi công bù co Các kết cấu được dự báo có vênh co lớn quá giới hạn cho phép sẽ được lựa chọn để thi công bù co. Vênh co giới hạn được một số tiêu chuẩn đề xuất: BS 8110-2:1985, Eurocode 2 chọn L/250 và L/500 hoặc 20mm (lấy giá trị nhỏ hơn); Tiêu chuẩn ACI 318-08 chọn L/240 và L/480. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574-2018 chọn L/250 và L/500, trong đó L là nhịp dầm (khoảng cách hai cấu kiện đứng liền kề). Tuy nhiên, thiết kế có thể yêu cầu nghiêm ngặt hơn về biến dạng giới hạn nhằm nâng cao yêu cầu an toàn và thẩm mỹ công trình. 2.3.2. Lựa chọn giá trị co ngắn dự báo theo các thời điểm để tính toán bù co Phương án bù co theo “ngày mục tiêu” là giá trị bù co được xác định theo giá trị co ngắn dự báo tại thời điểm co ngắn có thể đạt giá trị cực đại (khoảng 3-5 năm sau khi xây dựng) được gọi là “ngày mục tiêu”. Mục đích của phương án này là chọn giá trị vênh co tại ngày mục tiêu để tính toán bù co nhằm kỳ vọng kết cấu sàn sẽ
8 có vị trí như mong muốn trong thời gian sử dụng lâu dài. Phương án bù co theo “ngày hoàn thiện sàn” là giá trị bù co được xác định theo giá trị co ngắn dự báo tại thời điểm thi công hoàn thiện sàn theo tiến độ thi công. Mục đích là chọn giá trị vênh co tại ngày hoàn thiện sàn để tính toán bù co nhằm kỳ vọng vị trí kết cấu sàn sẽ nằm ngang tại thời điểm hoàn thiện sàn để công tác hoàn thiện sàn thuận lợi. 2.3.3 Hình thức thi công bù co Thông thường kỹ thuật thi công phần bù cột được thực hiện ở đỉnh cột hoặc chân cột trong quá trình thi công bê tông cột bằng việc hiệu chỉnh thêm lượng bù vào đầu hoặc chân cột trong quá trình chế tạo ván khuôn cột hoặc có thể chế tạo ván khuôn cột có chiều cao bằng chiều cao thiết kế cộng thêm lượng bù co. CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP BÙ CO DI CHUYỂN TỐI ƯU (MCO) 3.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP BÙ CO 3.1.1 Bù co gộp nhóm Đơn giản nhất của bù co theo nhóm là bù co gộm nhóm đều (các nhóm có số tầng trong mỗi nhóm là như nhau). Phương pháp này có ưu điểm là tính toán đơn giản. Tuy nhiên, số lượng nhóm gộp có thể nhiều dẫn đến phức tạp trong thi công. 3.1.2 Phương pháp gộp nhóm tối ưu OC (Optimal Compensation) Bài toán bù co được thiết lập dưới dạng một bài toán tối ưu có ràng buộc với các biến thiết kế là số lượng nhóm gộp, số tầng trong mỗi nhóm, và giá trị bù co trung bình cho từng nhóm. Tuy nhiên, có một số vấn đề tồn tại là: 1) bài toán tối ưu hóa khá phức tạp với số biến thiết kế không cố định; 2) hàm mục tiêu thường đa cực trị, tức là kết quả có thể cho nhiều phương án bù co. 3.1.3 Phương pháp gộp nhóm trung bình di chuyển MAC (Moving Averaging Correction) Phương pháp MAC xác định số tầng tối đa trong mỗi nhóm bằng cách thử tăng dần số tầng trong nhóm cho đến khi điều kiện khống chế về sai số bù co tích lũy của cả nhóm so với vênh co giới hạn không còn thỏa mãn. Như vậy về cơ bản phương pháp gộp nhóm di chuyển MAC cho kết quả số nhóm ít hơn phương pháp gộp nhóm đều, đồng thời việc tính toán cũng khá đơn giản. Tuy nhiên, phương pháp này chưa tối ưu vì nó không thiết lập hàm mục tiêu và hệ ràng buộc theo lý thuyết toán học về tối ưu hóa. 3.2 Thiết lập bài toán bù co di chuyển tối ưu (MCO) 3.2.1. Biến thiết kế cho MCO Biến thiết kế gồm: 1) số tầng trong mỗi nhóm; và 2) giá trị bù co cho các tầng trong một nhóm bù co. Các biến số lượng tầng sẽ là biến số nguyên, và là biến rời rạc, trong khi biến giá trị bù co có thể là biến liên tục hoặc rời rạc. Để thuận tiện trong thi công, các giá trị bù co thường được lấy tròn số, khi đó biến giá trị bù co sẽ là biến rời rạc. 3.2.2. Hàm mục tiêu cho MCO Phương pháp MCO được đề xuất nhằm tìm ra phương án bù co với số nhóm tầng bù co tối thiểu và giá trị bù co tối ưu cho từng nhóm đảm bảo sai số bù co được giảm thiểu. Hàm mục tiêu của phương pháp MCO được thiết lập trong phần dưới đây. Xét bài toán bù co cho một tòa nhà siêu cao tầng với các quy ước ký hiệu như sau:
9 - NF là tổng số tầng trong tòa nhà; đã cho trước - NG là số nhóm bù co của tòa nhà; biến số cần tìm - N i là số tầng trong nhóm bù co thứ i tương ứng (biến thiết kế cần tối ưu); - xji là vênh co (sau khi đổ bê tông sàn) thiết kế dự báo tại tầng thứ j trong nhóm thứ i; do tư vấn thiết kế cung cấp; - δi là giá trị bù co cho các tầng trong nhóm thứ i (biến thiết kế cần tối ưu); Minh họa về đường vênh co và giá trị bù co cho nhóm i theo phương pháp bù co gộp nhóm được thể hiện ở Hình 1. Hình 1 Mô tả phương pháp bù co gộp nhóm Do việc bù co thực hiện theo nhóm nên sẽ tồn tại sai số giữa giá trị bù co 𝛿 𝑖 và giá trị vênh co dự báo 𝑥𝑗𝑖 tại mỗi sàn trong nhóm thứ i. Các sai số bù co được xác định như sau: - Sai số bù co tại mỗi mức sàn thứ j của nhóm i là: 𝜀𝑗𝑖 , 𝜀𝑗𝑖 = 𝑥𝑗𝑖 − 𝛿 𝑖 . (4) - Tổng sai số bù co cho riêng nhóm thứ i là 𝑒𝑖 ,theo đó, được tính theo công thức (5) 𝑖 𝑖 𝑖 𝑒𝑖 = ∑𝑁 𝑖 𝑁 𝑖 𝑖 𝑁 𝑖 𝑖 𝑖 𝑗=1 𝜀𝑗 = ∑𝑗=1(𝑥𝑗 − 𝛿 ) = ∑𝑗=1 𝑥𝑗 − 𝑁 𝛿 , (5) - Sai số bù co tích lũy tại nhóm i được tính bằng tổng sai số của tất cả các nhóm phía dưới nhóm thứ i và nhóm thứ i, và được xác định bởi công thức (6) 𝑁𝑖 𝐸̅𝑖 = ∑𝑖−1 𝑖 𝑖 𝑖 𝑘=1 𝑒𝑘 + ∑𝑗=1 𝑥𝑗 − 𝑁 𝛿 , (6) trong đó, 𝐸̅𝑖 là tổng sai số bù co tích lũy của các nhóm tính đến nhóm i; 𝑒𝑘 là sai số bù co nhóm thứ k dưới 𝑘 nhóm thứ i, công thức (7) 𝑒𝑘 = ∑𝑁 𝑘 𝑘 𝑗=1(𝑥𝑗 − 𝛿 ). (7) Theo phân tích ở phần trên, mục tiêu tối ưu cần thực hiện là cực tiểu hóa sai số bù co tích lũy, 𝐸̅𝑖 , của các nhóm và số nhóm bù co ,NG . Trong bài toán này, thay vì trực tiếp xác định số nhóm bù tối thiểu, dẫn đến việc giải bài toán tối ưu tổng thể rất phức tạp như trong phương pháp OC, Luận án đề xuất xác định số nhóm bù tối thiểu theo cách gián tiếp bằng cách cực đại hóa số tầng N i trong mỗi nhóm bù co, nghĩa là số tầng trong từng nhóm bù co sẽ được tối đa hóa tương tự như phương pháp MAC. Bằng cách này, bài toán xác định phương án bù co tối ưu cho cả tòa nhà sẽ được phân chia thành các bài toán tối ưu theo từng nhóm tầng bù co, được thực
10 hiện tuần tự từ dưới lên trên. Tại mỗi một nhóm bù co, hàm mục tiêu với hai biến thiết kế là N i và δi được thiết lập bằng giá trị có trọng số của sai số tích lũy (giá trị tuyệt đối) tại nhóm tầng thứ i trừ đi tổng số tầng của nhóm thứ i, biểu thức (8): 𝑁𝑖 𝑓(𝑁 𝑖 , 𝛿 𝑖 ) = 𝑤𝑖 × |𝐸̅𝑖 | − 𝑁 𝑖 = 𝑤𝑖 × |∑𝑖−1 𝑖 𝑖 𝑖 𝑖 𝑘=1 𝑒𝑘 + ∑𝑗=1 𝑥𝑗 − 𝑁 𝛿 | − 𝑁 , (8) trong đó, wi (wi > 0) là một trọng số. Bằng cách cực tiểu hóa hàm mục tiêu đã thiết lập theo biểu thức trên, số tầng trong nhóm thứ i được tối đa hóa, trong khi tổng sai số bù co được cực tiểu hóa. 3.2.3 Xác định điều kiện kiểm soát vênh co (điều kiện ràng buộc) 3.2.3.1 Ràng buộc theo sai số bù co tích lũy có dạng (9) 𝑗 𝑑𝑗𝑖 = ∑𝑖−1 𝑖 𝑖 𝑘=1 𝑒𝑘 + ∑𝑙=1(𝑥𝑙 − 𝛿 ) , 𝑗 = 1, … , 𝑁 𝑖 (9) trong đó, 𝑑𝑗𝑖 là sai số bù co tích lũy tại cao độ sàn thứ j của nhóm thứ i. (10) |𝑑𝑗𝑖 | ≤ 𝜃𝑖 , 𝑗 = 1, … , 𝑁 𝑖 (10) trong đó, 𝜃𝑖 là giới hạn sai số bù xác định đã cho trước. 3.2.3.2 Ràng buộc theo sai số bù co độc lập tại từng cấp sàn, có dạng (11) xij  i   , for i  1,..., N F (11) trong đó, 𝜃 là giới hạn sai số bù đã cho trước. 3.3. Thuật toán bù co di chuyển tối ưu 3.3.1. Bài toán bù co tất định (DOC) Giả thiết các số liệu vênh co dự báo và giá trị bù co là các đại lượng tất định (bài toán bù co tất định), trình tự các bước thực hiện MCO như sơ đồ hình 2
11 Bắt đầu Vênh co dự báo; ;Tổng số tầng NF i = 1, T=0 SAI T
12 Bắt đầu Vênh co dự báo trung bình; ; βj ; Tổng số tầngNF i = 1, T=0 SAI T
13 3.4.2 Xử lý biến số nguyên Các toán tử đột biến thường tạo ra số thập phân. Để có được giá trị nguyên của biến N i , ta dùng kỹ thuật làm tròn số. Hơn nữa, nếu giá trị được tạo ra của một biến thiết kế vi phạm giới hạn ràng buộc, nó sẽ được lấy bằng với giới hạn bị vi phạm. 3.4.3 So sánh lựa chọn phương án Để lựa chọn ra một phương án tốt hơn trong hai phương án so sánh, áp dụng quy tắc - Nếu cả hai phương án đều khả thi hoặc có mức độ vi phạm ràng buộc bằng nhau, phương án tốt hơn là phương án có giá trị hàm mục tiêu nhỏ hơn. - Nếu cả hai phương án đều không khả thi, phương án tốt hơn là phương án có mức độ vi phạm ràng buộc nhỏ hơn. - Nếu một trong hai phương án là khả thi trong khi phương án kia không khả thi thì phương án khả thi là tốt hơn. 3.5 Trình tự và chương trình tính toán mco Trong phần này trình bày các bước để giải bài toán tối ưu MCO sử dụng thuật toán DE theo dạng lập chương trình cho máy tính. Toàn bộ chương trình tính toán được lập trình trong môi trường MATLAB. 3.6 Ví dụ minh họa 3.6.1 Tòa nhà 70 tầng (MCO tính cho trường hợp tất định) Để kiểm chứng hiệu quả của phương pháp MCO của luận án đề xuất, hai ví dụ áp dụng thiết lập phương án bù co một tòa nhà 70 tầng với vênh co giới hạn là 5 mm và 10 mm. So sánh kết quả của MCO và kết quả của phương pháp OC và phương pháp MAC hiện có trên cùng một line và chung các điều kiện biên được thực hiện. Trong tóm tắt này trình bày ví dụ cho trường hợp giới hạn vênh co là 10 mm 3.6.1.1 Dữ liệu đầu vào của công trình - Tổng số tầng là 70 tầng. - Vênh co giới hạn cho trước là 10 mm - Giá trị vênh co thiết kế dự báo đã cho trước ở Bảng 1 dưới đây Bảng 1. Vênh co dự báo giữa lõi và cột của một tuyến (line) tòa nhà 70 tầng Vênh co Vênh co Vênh co Vênh co Vênh co Tầng Tầng Tầng Tầng Tầng (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 1 1.1 15 13.2 29 24.4 43 26.7 57 20.5 2 1.9 16 13.6 30 25.2 44 26.5 58 19.6 3 2.8 17 13.9 31 25.6 45 26.2 59 18.6 4 3.7 18 14.3 32 26.0 46 25.9 60 17.3 5 4.6 19 14.7 33 26.2 47 24.8 61 15.9 6 5.5 20 15.0 34 26.5 48 23.6 62 14.3 7 6.4 21 16.3 35 26.7 49 22.4 63 14.1 8 7.1 22 17.5 36 26.9 50 21.2 64 13.4 9 8.0 23 18.6 37 27.0 51 21.6 65 12.0 10 8.8 24 19.7 38 27.0 52 21.9 66 10.1 11 9.8 25 20.8 39 27.0 53 22.0 67 7.6 12 10.8 26 21.8 40 27.0 54 21.9 68 5.5 13 11.8 27 22.8 41 27.0 55 21.6 69 3.3
14 Vênh co Vênh co Vênh co Vênh co Vênh co Tầng Tầng Tầng Tầng Tầng (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 14 12.6 28 23.6 42 26.9 56 21.2 70 0.5 3.6.1.2 So sánh DE và DE cải tiến Mỗi thuật toán thực hiện hai mươi lần chạy độc lập để thu được kết quả thống kê. Kết quả cho thấy rằng cả DE và IDE đều kết thúc với cùng một kết quả trong tất cả các lần chạy. Từ kết quả hội tụ trung bình của giá trị hàm mục tiêu được thực hiện bởi hai thuật toán. Có thể thấy rằng IDE hội tụ nhanh hơn so với DE. Thời gian cần thiết của cả hai thuật toán chỉ là vài giây trên máy tính cá nhân có RAM 4GB và CPU lõi kép 2,5GHz. 3.6.1.3 So sánh kết quả phương án bù co theo MCO với phương án OC và MAC Sử dụng phương pháp MCO của LA đề xuất chạy ra được kết quả trong Bảng 2 sau đây Bảng 2. Kết quả để so sánh phương án bù co theo MCO với các phương pháp hiện có OC và MAC OC (đã có trước) MAC (đã có trước) MCO (đề xuất) Giá trị Giá trị Giá trị Nhóm Tầng Nhóm Tầng Nhóm Tầng bù co (mm) bù co (mm) bù co (mm) 1 1-4 2,4 1 1–9 4,6 1 1-11 4,9 2 5–11 7,2 2 10–20 12,6 2 12-25 15,1 3 12–24 14,8 3 21–28 20,2 3 26-52 25,7 4 25–57 24,4 4 29–49 26,0 4 53-64 18,1 5 58–68 13,5 5 50–61 20,3 5 65-70 5,6 6 69–70 1,9 6 62–68 11,0 - - - - - 7 69–70 1,9 - - - Đồ thị đường cong kết quả phương án bù (hình 4) và sai số bù co (hình 5) của 3 phương pháp bù co sau đây 70 60 50 Vênh co OC 40 MAC j 30 MCO 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30  (mm) Hình 4 Kết quả các phương án bù co công trình 70 tầng Hình 5 Sai số bù co của các phương pháp Nhận xét: Phương pháp MCO đề xuất, số lượng nhóm tầng là 5. Trong khi đó, phương án theo OC là 6 và theo MAC là 7 nhóm tầng. Như vậy, phương án MCO cho số lượng nhóm tầng bù là nhỏ nhất nên tốt hơn. Ngoài ra, sai số bù co có giá trị lớn nhất của phương pháp OC sử dụng thuật toán SA là 27.2 mm (xảy ra ở tầng 47); phương án MCO là 10 mm (xảy ra tại tầng 46 và 59), và của phương án MAC là 9.7 mm (xảy ra ở tầng 65). 3.6.2 Tòa nhà Lotte Centre Hanoi (MCO tính theo độ tin cậy)
15 Hình 6 Mặt bằng thiết lập các Line tòa nhà Lotte Ha Noi Chọn Line15 có giá trị vênh co trong Bảng 3 sau đây để tính toán Bảng 3 Vênh co cột – lõi dự báo tại Line 15 công trình Lotte Center Hanoi Vênh co Vênh co Vênh co Vênh co Vênh co Tầng Tầng Tầng Tầng Tầng (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) B1 0 10 11,4 24 19,6 38 22,8 52 32,9 B2 0,5 11 12,1 25 20,3 39 23,7 53 33,2 B3 1,0 12 12,7 26 20,9 40 24,6 54 33,4 B4 1,7 13 13,2 27 21,5 41 25,4 55 33,5 B5 2,6 14 13,8 28 22,0 42 26,5 56 33,5 1 3,8 15 14,3 29 22,4 43 27,6 57 33,3 2 5,2 16 14,7 30 22,9 44 28,5 58 33,0 3 6,3 17 15,5 31 22,4 45 29,4 59 32,7 4 6,9 18 16,1 32 22,2 46 30,2 60 32,3 5 7,9 19 16,8 33 21,0 47 30,9 61 31,7 6 8,8 20 17,4 34 20,3 48 31,4 62 30,8 7 9,8 21 17,9 35 19,7 49 31,9 63 29,9 8 10,1 22 18,4 36 20,9 50 32,3 64 28,9 9 10,7 23 18,9 37 21,8 51 32,5 65 27,3 Mái 26,5 PH 25,7 Theo yêu cầu thiết kế, giá trị vênh co cho phép giữa cột biên và lõi không được vượt quá giới hạn L/240 (khoảng 20 mm), do đó trong ví dụ sẽ khảo sát với giá trị sai số vênh co cho phép  i = 20 mm. Giả thiết chỉ số biến thiên của vênh co lần lượt là 0,5%; 1% và 2%. Chạy chương trình của phương pháp MCO LA đề xuất tính theo độ tin cậy cho kết quả Bảng 4 dưới đây Bảng 4 Phương án bù co với các hệ số biến thiên khác nhau. Bù co tất định Bù co theo độ tin cậy CV=0.5% CV=1% CV=2% 𝑖 𝑁𝑖 𝛿𝑖 (mm) 𝑖 𝑁𝑖 𝛿𝑖 (mm) 𝑖 𝑁𝑖 𝛿𝑖 (mm) 𝑖 𝑁𝑖 𝛿𝑖 (mm) 1 11 4 1 11 4 1 11 4 1 11 4 2 16 14 2 16 14 2 16 14 2 12 13 3 20 22 3 20 22 3 20 22 3 18 20 4 25 31 4 25 31 4 19 32 4 9 26 5 5 28 5 17 32 6 1 24 6 3 31 7 2 24 Chú thích: i là số nhóm bù; Ni là số tầng nhóm i; 𝛿𝑖 là giá trị bù nhóm i
16 Đồ thị đường cong kết quả các phương án (hình 7) và sai số bù co (hình 8) ứng với chỉ số biến thiên khác nhau. 80 80 Vênh co 60 CV=0.5% 60 CV=1% CV=2% 40 40 j j CV=0.5% 20 20 CV=1% CV=2% 0 0 0 10 20 30 40 -20 -10 0 10 20  (mm) dj (mm) Hình 7 Kết quả P/A bù theo độ tin cậy của Lotte Hình 8 Sai số bù co theo độ tin cậy Như vậy, so với các phương án bù co hiện có, bao gồm bù co trung bình (đồng đều), bù co gộp nhóm tối ưu OC, và bù co gộp nhóm di chuyển MAC, phương án bù co di chuyển tối ưu MCO do luận án đề xuất cho số nhóm bù co ít hơn trên cùng một điều kiện khống chế về sai số bù co. Điều này là có ý nghĩa cho việc thực hiện thi công bù co, vì khi số nhóm bù co ít đi sẽ thuận tiện hơn cho việc thi công và kiểm soát bù co. Trong trường hợp kể đến yếu tố ngẫu nhiên của số liệu vênh co dự báo và giá trị bù co, MCO có thể đảm bảo phương án bù co tối ưu đáp ứng độ tin cậy theo yêu cầu cho trước. CHƯƠNG 4. QUY TRÌNH THI CÔNG BÙ CO DI CHUYỂN TỐI ƯU TRONG XÂY DỰNG NHÀ SIÊU CAO TẦNG 4.1 QUY TRÌNH THI CÔNG BÙ CO DI CHUYỂN TỐI ƯU 4.1.1 Sơ đồ khối quy trình đề xuất sau đây (Hình 9) Quy trình thi công bù co di chuyển tối ưu được thiết lập trên cơ sở: Phát triển từ trình tự chung về thi công bù co; Sử dụng MCO để xác định phương án bù co tối ưu; Kết hợp chặt chẽ quá trinh thi công bù co với công tác dự báo co ngắn của tư vấn và công tác quan trắc co ngắn hiện trường; Lựa chọn kỹ thuật thi công bù co phù hợp dựa trên phân tích các yếu tố thực tế Bước 1 - Cập nhật dữ liệu về đặc tính VLBT tại chỗ và đo co ngắn hiện trường: Thực tế cho thấy giá trị vênh co ở các tầng dưới là tương đối nhỏ và thường nằm trong giới hạn cho phép. Do đó khi thi công, công tác bù co không thực hiện với những tầng đầu tiên (kể từ tầng hầm dưới cùng). Đo co ngắn được tiến hành ngay tầng dưới cùng để có số liệu thực tế phục vụ phân tích tính toán lại co ngắn phù hợp với thực tế. Bước 2 - Tính toán phân tích hiệu chỉnh giá trị co ngắn phù hợp với thực tế, lựa chọn giá trị co ngắn để tính bù co: Co ngắn được hiệu chỉnh theo các lần (chu kỳ) dựa vào dữ liệu đo cập nhật thường xuyên. Các lần hiệu chỉnh cho bộ số liệu vênh co tương ứng để thiết lập bù co. Thông thường co ngắn được TVTK dự báo trong ngắn hạn hoặc dài hạn. Việc lựa chọn thời điểm dự báo co ngắn phục vụ công tác bù co phụ thuộc vào điều kiện môi trường xây dựng và tiến độ thi công. Nhà thầu chọn vênh co tại thời điểm có trạng thái vênh co bất lợi nhất để bù co. Bước 3 - So sánh vênh co với giới hạn cho phép:
17 Trên cơ sở co ngắn được phân tích hiệu chỉnh ở Bước 2. Căn cứ vào yêu cầu kỹ thuật của thiết kế xác định được các “Line” có vênh co lớn hơn vênh co cho phép theo thiết kế quy định cần xem xét bù co trong quá trình xây dựng. Bước 4 - Sử dụng MCO thiết lập phương án bù co: Khi giá trị vênh co lớn hơn giá trị giới hạn quy định, thuật toán MCO được sử dụng để tối ưu phương án xác định số nhóm và giá trị bù co. Chương trình sử dụng thuật toán MCO có sự hỗ trợ của máy tính được thiết lập cho trường hợp có kể đến yếu tố ngẫu nhiên (tính theo độ tin cậy). Do đó, phương pháp bù co MCO tất định là một trường hợp đặc biệt của MCO theo độ tin cậy khi tính chính xác của giá trị co ngắn được xem như tuyệt đối. Bước 5 - Thực hiện thi công bù co cho các nhóm: Tiến hành thực hiện thi công bù cho các nhóm đã thiết lập được ở bước 4 theo nguyên lý: Hiệu chỉnh tất cả các tầng trong cùng một nhóm theo cùng một giá trị bù bằng cách điều chỉnh chiều cao ván khuôn cột tầng thấp nhất của nhóm thêm một lượng bù co. Sau đó, các tầng tiếp theo phía trên trong nhóm không phải bù mà chỉ cần duy trì lượng hiệu chỉnh bù co đã bù ở tầng dưới, tức là chiều cao ván khuôn cột giữ nguyên như hiệu chỉnh ở tầng đầu tiên và thi công lõi vách cứng theo cao độ thiết kế. Bước 6 - Tiếp tục cập nhật dữ liệu quan trắc và hiệu chỉnh giá trị vênh co: Dự liệu đo luôn được cập nhật để tính toán hiệu chỉnh lại bộ số liệu vênh co sát thực tế Bước 7 - So sánh với vênh co của Bước 2: Nhà thầu phải luôn cập nhật kết quả đo hiện trường và hiệu chỉnh kết quả vênh co như đã phân tích ở Bước 6. Kết quả vênh co hiệu chỉnh được so sánh với giá trị vênh co được xác định trước đó ở Bước 2, để có các phương án điều chỉnh phù hợp: Dừng bù co khi vênh co nhỏ hơn giới hạn cho phép; tiếp tục thi công bù theo phương án chọn Bước 4 khi vênh co xấp xỉ dự báo; bù co theo phương án điều chỉnh khi vênh co lớn hơn vênh co cho phép.
18 Hình 9 Quy trình thi công bù co theo phương pháp bù co di chuyển tối ưu MCO 4.2 ÁP DỤNG THIẾT LẬP PHƯƠNG ÁN BÙ CO CHO CÔNG TRÌNH THỰC TẾ 4.2.1 Mô tả về công trình Keangnam Hanoi Landmark Tower là dự án phức hợp cao cấp gồm 3 tòa nhà cao tầng, một tòa khách sạn - văn phòng cao 72 tầng và hai tòa chung cư cao 48 tầng, nằm trên đường Phạm Hùng, quận Nam Từ Liêm, Hà Nội. Các tòa nhà sử dụng hệ kết cấu khung cột dầm sàn bê tông cốt thép, kết hợp lõi cứng chịu tải trọng gió và động đất, tầng cứng outrigger và vách biên belt, thi công bằng phương pháp đổ bê tông tại chỗ (toàn khối)