Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ: Thiết kế hệ kết cấu dầm chuyển trong nhà nhiều tầng - một số ứng dụng thực tế

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA



NGUYỄN THÀNH CÔNG

THIẾT KẾ HỆ KẾT CẤU DẦM CHUYỂN TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG – MỘT SỐ ỨNG DỤNG THỰC TẾ

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số: 60.58.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2018

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. TRẦN QUANG HƯNG

Phản biện 1: TS. TRẦN ANH THIỆN

Phản biện 2: TS. ĐẶNG CÔNG THUẬT

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 27 tháng 01 năm 2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

 Thư viện Khoa Xây dựng dân dụng và công nghiệp Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

1

MỞ ĐẦU

1. LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI

Nhà nhiều tầng là một giải pháp kiến trúc tối ưu để giải quyết vấn

đề sử dụng hiệu quả quỹ đất và không gian sống cho các đô thị lớn

trên thế giới. Thực tế, nhà nhiều tầng ở nước ta và các nước trên thế

giới đang ngày càng được xây dựng nhiều về số lượng và quy mô.

Do yêu cầu của sử dụng và kiến trúc, một số công trình đôi khi có

kết cấu theo chiều đứng thay đổi. Giải pháp kết cấu thường được sử

dụng là hệ kết cấu chuyển như dầm chuyển (transfer beam).

Ở nước ta và trên thế giới đã có nhiều công trình nhà nhiều tầng

áp dụng giải pháp thiết kế hệ kết cấu dầm chuyển như: Ánh Dương -

Soleil (Đà Nẵng), Keangnam (Hà Nội), Trump Tower (Mỹ),...

Đối với một công trình thực tế, do yêu cầu kiến trúc mà việc bố trí

các dầm chuyển có thể rất linh hoạt và đa dạng. Sử dụng phương

pháp giàn ảo (Strut and Tie Method), quy định trong tiêu chuẩn Mỹ

ACI 318 – 08 để chọn mô hình giàn ảo những trường hợp này do đó

cũng phải phù hợp. Việc thiết kế những trường hợp như vậy có thể

làm các tính toán điển hình cho thực hành. Xuất phát từ những lý do

trên mà tác giả lựa chọn và nghiên cứu đề tài này.

2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Mô phỏng sơ đồ kết cấu trên phần mềm Etabs và xác định ngoại

lực tác dụng lên dầm chuyển.

Phân tích lý thuyết tính toán và cấu tạo dầm chuyển theo

phương pháp giàn ảo quy định trong tiêu chuẩn Mỹ ACI 318 - 14.

Thiết kế hệ kết cấu dầm chuyển cho các trường hợp cụ thể có

thực trong thực tế: dầm đỡ cột, dầm đỡ vách cứng, dầm công sôn.

Đưa ra các lời khuyên khi thiết kế kết cấu dầm chuyển.

2

3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu: dầm chuyển bằng bê tông cốt thép không

ứng lực trước trong nhà nhiều tầng.

Phạm vi nghiên cứu: thiết kế kết cấu dầm chuyển theo phương

pháp giàn ảo quy định trong tiêu chuẩn Mỹ ACI 318 – 14.

4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, tác giả tìm hiểu, tổng hợp

các văn bản, tài liệu đã có, các tư liệu thực tế, phân tích, tổng hợp lý

thuyết. Đồng thời kế thừa, vận dụng các kết quả nghiên cứu đã thực

hiện trước đây và xây dựng lý thuyết tính toán.

Phương pháp số: lập mô hình phân tích bằng phần mềm Etabs

để phân tích ứng xử và xác định ngoại lực tác dụng lên dầm chuyển.

Phương pháp nghiên cứu thực tiễn, đó là thực hành tính toán

trên một số công trình thực tế.

5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Các kết quả nghiên cứu của luận văn có thể được sử dụng:

- Tài liệu tham khảo cho sinh viên chuyên ngành xây dựng tại

các trường Đại học, Cao đẳng, công ty Tư vấn thiết kế xây dựng.

- Đưa ra lời khuyên khi thiết kế công trình nhà nhiều tầng.

6. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo

thì trong luận gồm có 3 chương như sau:

Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG.

Chương 2: THIẾT KẾ HỆ KẾT CẤU DẦM CHUYỂN TRONG

NHÀ NHIỀU TẦNG THEO PHƯƠNG PHÁP GIÀN ẢO.

Chương 3: THIẾT KẾ HỆ KẾT CẤU DẦM CHUYỂN CỦA

MỘT SỐ CÔNG TRÌNH THỰC TẾ.

3

CHƯƠNG 1 – KHÁI QUÁT VỀ KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG

1.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ NHÀ NHIỀU TẦNG

Uỷ ban quốc tế về nhà cao tầng đã đưa ra định nghĩa như sau: nhà

nhiều tầng là một nhà mà chiều cao của nó ảnh hưởng tới ý đồ và

cách thức thiết kế. Hoặc nói cách tổng quát hơn: một công trình xây

dựng được xem là nhiều tầng ở tại một vùng hoặc một thời kỳ nào đó

nếu chiều cao của nó quyết định các điều kiện thiết kế, thi công hoặc

sử dụng khác với các nhà thông thường [7, 10].

1.2. PHÂN LOẠI NHÀ NHIỀU TẦNG

Phân loại theo: mục đích sử dụng, chiều cao, hình dạng, vật liệu.

1.3. SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN NHÀ CAO

TẦNG

Thế giới: năm 1880 bắt đầu có nhà cao tầng. Ngày nay, xuất hiện

nhiều ở các nước Mỹ, UAE, Trung Quốc, Quatar,...

Việt Nam: năm 1990 bắt đầu có nhà cao tầng. Hiện nay, có nhiều

ở các thành phố lớn: Hà Nội, Đà Nẵng, Tp. Hồ Chí Minh,...

1.4. TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG

- Tải trọng thẳng đứng: tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời.

- Tải trọng ngang: tải trọng gió, tải trọng động đất.

- Các loại tải trọng khác: co ngót, từ biến của bê tông, lún không

đều, hỏa hoạn, cháy nổ, va đập thiết bị,….

1.5. CÁC VẤN ĐỀ TRONG THIẾT KẾ NHÀ NHIỀU TẦNG

Thỏa mãn yêu cầu về kiến trúc, thẩm mỹ, sử dụng; Đảm bảo độ

bền và ổn định, đảm bảo độ cứng và chuyển vị ngang; Chùng ứng

suất, co ngót hay giãn nở vật liệu do nhiệt độ; Chống cháy, thoát

hiểm an toàn, kháng chấn cao, giảm trọng lượng bản thân.

1.6. SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG

1.6.1. Các hệ kết cấu chịu lực cơ bản của nhà cao tầng

4

Nhóm các hệ cơ bản: hệ khung, hệ tường, hệ lõi, hệ hộp.

Nhóm các hệ hỗn hợp: tạo thành từ sự kết hợp hai hay nhiều hệ cơ

bản trên.

1.6.2. Nguyên tắc bố trí kết cấu chịu tải trọng ngang

Đối với mô men uốn: các kết cấu vuông góc với mặt phẳng uốn và

cách xa trục uốn có xu hướng chịu tải trọng lớn.

Đối với lực cắt ngang: bố trí kết cấu dạng tổ hợp để có tiết diện

ngang lớn, các kết cấu dạng dải theo phương của tải trọng ngang.

Đối với mô men xoắn: các kết cấu thành phần cần phải bố trí sao

cho càng đối xứng càng tốt, tâm cứng của toàn bộ hệ kết cấu càng

gần với tâm khối lượng và điểm đặt của hợp lực tải trọng ngang. [8].

1.7. CÁC HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC CỦA NHÀ NHIỀU TẦNG

1.7.1. Kết cấu cao tầng kiểu khung giằng (braced frames)

Trong khung giằng, dầm và cột ngoài nhiệm vụ chính chịu tải

đứng, còn kết hợp với các thanh giằng xiên tạo ra miếng cứng dạng

giàn có thể chịu tải ngang rất tốt.

Các thanh xiên trong hệ giàn có vai trò chịu lực cắt ngang. Do

chúng chỉ tồn tại lực dọc nên tận dụng được tối đa khả năng của vật

liệu dẫn đến kích thước tiết diện bé.

1.7.2. Kết cấu cao tầng kiểu khung cứng (rigid frames)

Khung cứng được cấu tạo bởi hệ dầm và cột giao vuông góc với

nhau, liên kết tại nút là liên kết cứng giúp chịu được mô men. Khung

cứng vừa chịu tải đứng vừa chịu tải ngang.

1.7.3. Kết cấu cao tầng kiểu vách ngang (shear wall)

Kiểu nhà này có kết cấu chịu tải ngang là cách vách ngang phẳng,

vách ngang thường làm bằng bê tông cốt thép và được kết hợp chịu

tải đứng. Chiều cao có thể đạt 35 tầng.

5

1.7.4. Kết cấu cao tầng có vách ngang tương tác (coupled

shear wall structures)

Kiểu kết cấu này các vách ngang chỉ tương tác với nhau thông qua sàn cứng vô hạn trong mặt phẳng của nó. Vách phân phối lực qua các lực dọc xuất hiện trong sàn.

1.7.5. Kết cấu nhà cao tầng Outtriger Kết cấu bao gồm lõi cứng đặt ở giữa, các cột bố trí xung quanh chu vi. Cột làm việc chung với lõi cứng thông qua các dầm cứng nằm ngang.

1.7.6. Kết cấu nhà cao tầng kiểu khung-vách Đây là dạng kết cấu kết hợp giữ khung cứng và vách ngang chịu lực. 1.7.7. Kết cấu nhà cao tầng dạng lõi Trong dạng nhà này, một lõi cứng đặt giữa nhà chịu toàn bộ tải trọng đứng và ngang của công trình. Các tấm sàn được đỡ bởi công sôn ngàm vào lõi. Một số trường hợp bố trí thêm các cột xung quanh chu vi công trình và bố trí dầm biên để sàn tựa. 1.7.8. Kết cấu nhà cao tầng dạng ống Lưới cột ở chu vi nhà được bố trí gần nhau, kết hợp với dầm có độ cứng lớn tạo ra tấm rất cứng. Các tấm khung cứng quanh chu vi tạo nên một tiết diện ống (tube). 1.8. NHÀ CAO TẦNG CÓ HỆ KẾT CẤU DẦM CHUYỂN

1.8.1. Khái quát về nhà cao tầng có hệ kết cấu dầm chuyển

a) b)

Hình 1.8. Một dạng nhà hệ kết cấu có hệ thống dầm chuyển

6

a) Sơ đồ dầm chuyển đỡ khung b) Hình ảnh thực tế của dầm chuyển.

Để đáp ứng các yêu cầu của sử dụng và kiến trúc, các tầng bên

dưới cần phải bố trí các cột thưa để tạo được các không gian rộng,

còn ở các tầng trên thì cột được bố trí dày để giảm kích thước dầm

hoặc sử dụng kết cấu tường chịu lực. Dầm giữa các tầng có sự thay

đổi như được gọi là các dầm chuyển. [9].

1.8.2. Khái niệm và phân loại dầm chuyển

1.8.2.1. Khái niệm dầm chuyển

Dầm chuyển là loại kết cấu thường cao và rộng được sử dụng để

truyền tải trọng từ các vách cứng, từ các cột của các kết cấu bên trên

xuống các kết cấu thanh bên dưới hoặc là một dầm công sôn. [1, 9].

1.8.2.2. Phân loại dầm chuyển

Phân loại theo: chức năng sử dụng, vật liệu chế tạo, số nhịp dầm.

1.8.3. Sơ lược về sự phát triển của nhà nhiều tầng có hệ kết

cấu dầm chuyển

Thế giới: những năm 1960 có công trình sử dụng dầm chuyển đầu

tiên (Brunswich Building). Từ đó đến nay đã có nhiều công trình có

dầm chuyển: Trump Tower, Burj Khalifa,...

Việt Nam: năm 1997 có công trình sử dụng dầm chuyển đầu tiên

(Khách sạn Melia Hà Nội). Từ đó đến nay đã có nhiều công trình có

dầm chuyển: Keangnam, Vinpearl Condotel Đà Nẵng,...

1.8.4. Đặc điểm thi công dầm chuyển

Thi công dầm chuyển phức tạp, kỹ thuật cao, tốn nhiều thời gian

hơn so với thi công dầm bê tông cốt thép thông thường.

1.9. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Để đáp ứng công năng và các thay đổi về kiến trúc theo chiều

đứng trong nhà cao tầng thì giải pháp thiết kế hệ kết cấu dầm chuyển

7

thường được sử dụng. Thiết kế, thi công dầm chuyển có nhiều khác

biệt so với dầm bê tông cốt thép thường.

CHƯƠNG 2 - THIẾT KẾ HỆ KẾT CẤU DẦM CHUYỂN

TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG THEO PHƯƠNG PHÁP GIÀN ẢO

2.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA DẦM CHUYỂN

Có độ cứng và tiết diện hình học tương đối lớn. Dầm chuyển chịu

tải trọng trên một mặt và được đỡ trên mặt đối diện.

Nhịp thông thủy bé hơn hoặc bằng 4 lần chiều cao của dầm một

nhịp và 5 lần chiều cao của dầm liên tục.

Tải trọng tập trung xuất hiện gần vị trí gối đỡ [4].

2.2. PHƯƠNG PHÁP GIÀN ẢO THIẾT KẾ HỆ DẦM CHUYỂN

TRONG NHÀ NHIỀU TẦNG

2.2.1. Tính toán hệ dầm chuyển theo phương pháp giàn ảo

2.2.1.1. Khái niệm chung về phương pháp giàn ảo

Là một phương pháp đơn giản và trực quan, dựa trên nguyên lý

cân bằng tĩnh lực. Trọng tâm của phương pháp này là việc lựa chọn

một mô hình giàn ảo (Strut and Tie Model) hợp lý để mô tả đường

truyền tải trọng trong dầm. Đồng thời tiến hành thiết kế dầm chuyển

dựa trên các nội lực tính được trong các thanh trong các thanh giàn.

2.2.1.2. Các vùng không liên tục

Là vùng có trạng thái ứng suất phức tạp, phân bố biến dạng là phi

tuyến lớn, do không liên tục hình học hoặc không liên tục tĩnh học

(tải trọng), giả thiết Bernoulli không còn giá trị đối với vùng D.

2.2.1.3. Phương pháp thiết kế và mô hình giàn ảo

Sử dụng phương pháp đường tải trọng để phát triển mô hình giàn

ảo. Kết hợp phân tích ứng xử trong dầm để lựa chọn mô hình giàn

ảo. Các bộ phận của mô hình giàn ảo gồm: thanh chống (Strut),

thanh giằng (Tie) và các vùng nút (Nodal zone).

8

2.2.1.4. Một số lưu ý của mô hình giàn ảo

Bê tông có thể chịu đựng được chỉ ở một khoảng giới hạn của

biến dạng dẻo; Chọn một phân phối của các thanh chống và các

thanh giằng mà hướng và độ lớn của các nội lực tính bằng phân tích

đàn hồi; Các cấu kiện phải có độ dẻo thích hợp cho sự phân phối tải

trọng theo đường dẫn như đã chỉ định.

2.2.1.5. Các bước tính toán dầm chuyển theo phương pháp giàn

ảo quy định trong tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-14

a. Các bước tính toán

- Bước 1: nhận biết và cô lập các vùng D.

- Bước 2: xác định mô hình giàn ảo

- Bước 3: tính nội lực trong các thanh giàn và kiểm tra ứng suất

- Bước 4: tính, chọn và bố trí cốt thép.

Góc nghiêng của các thanh (θ) trong mô hình không được chọn

nhỏ hơn 25o để tránh thanh kéo quá dài và thanh chống quá ngắn. b. Một số công thức tính toán có liên quan [1, 13, 16, 17, 19].

 Khả năng chịu uốn của dầm chuyển theo mục 9.5 của [16]. (2.3a)

(2.3b)

 Khả năng chịu cắt của dầm theo theo mục 9.5 của [16]. (2.4)

(2.3c)

(2.5)

(2.6)  Điều kiện chịu lực tại nút: (2.7)  Khả năng chịu lực của thanh chống:

 Khả năng chịu lực của vùng nút:

(2.8) (2.9)

 Cường độ chịu kéo của thanh giằng: (2.11)

9

 Tính bề rộng của nút: (2.12)

Bảng 2.1. Bảng tra hệ số β2

Vùng nút (Nodal

Thanh chống (struts)

zones)

Loại thanh chống

β2 = βs

Loại nút

β2= βn

Thanh chống hình lăng trụ

1.0

Nút kiểu CCC

1.0

Thanh chống dạng cổ chai (có cốt thép)

0.75 Nút kiểu CCT

0.8

Thanh chống dạng cổ chai (không cốt thép)

0.6

Nút kiểu CTT

0.6

(2.13)  Tính bề rộng thanh chống xiên trong vùng D Wprov = Wst = wtcosθ + lbsinθ

Hình 2.12. Phương pháp xác định vùng nút kiểu C-C-T và kiểu C-C-C

 Kiểm tra ứng suất tại vị trí đặt lực, tại gối tựa theo điều kiện: (2.14)

 Đối với các thanh chống có cốt thép phương pháp tính:

(2.16)

(2.17)

 Tính chiều dài đoạn neo thép: (2.18)

(2.19)

 Tính lượng cốt thép tối thiểu:  Quy đổi vật liệu bê tông, cốt thép: , fy = Rs.

2.2.2. Cấu tạo dầm chuyển

Hình 2.13. Cấu tạo dầm

chuyển đỡ cột, đỡ

vách, dầm công sôn

10

2.3. CÁC DẠNG MÔ HÌNH GIÀN ẢO

Gồm các dạng sau: mô hình giàn ảo áp dụng cho dầm chuyển

công sôn, mô hình giàn ảo áp dụng cho dầm chuyển đỡ vách, mô

hình giàn ảo áp dụng cho dầm chuyển đỡ cột.

2.4. VÍ DỤ TÍNH TOÁN

Xét ví dụ thiết kế kết cấu một dầm chuyển đơn giản bằng bê tông cốt thép không ứng lực trước, dầm có tiết diện dầm bxh = 500mmx1500mm, giả thiết tại điểm đặt tải trọng tập trung P = 3000kN đặt một tấm chịu lực có kích thước 500mm x600mm, tiết diện cột đỡ dầm 500mmx600mm. Bỏ qua trọng lượng bản thân dầm.

Hình 2.18. Dầm chuyển chịu một tải tập trung

TẤM CHỊU LỰC

THANH CHỐNG (STRUT)

KÝ HIỆU THANH GIÀN

THANH GIẰNG (TIE)

KÝ HIỆU NÚT GIÀN

Kết quả mô hình giàn ảo, vùng nút

Hình 2.20. Mô hình giàn ảo, nội lực và tiết diện thanh giàn

Kết quả kiểm tra bền các thanh giàn, vùng nút, ứng suất tại điểm đặt lực tập trung, tại gối tựa và khả năng chịu lực cắt đều thỏa mãn.

11

Tính toán, chọn và bố trí cốt thép trong dầm như hình 2.22

CỘT

CỘT

CỘT

Hình 2.22. Bố trí cốt thép trong dầm của ví dụ ở mục 2.4

2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

Dầm chuyển có phân bố biến dạng tuyến tính trong vùng B và phi

tuyến trong vùng D, nên thiết kế dầm chuyển theo phương pháp giàn

ảo được sử dụng phổ biến. Việc thiết kế trải qua 4 bước với trọng

tâm của phương pháp là lựa chọn được mô hình giàn ảo tối ưu ứng

với sự linh hoạt trong bố trí dầm chuyển trên mặt bằng.

CHƯƠNG 3 - THIẾT KẾ HỆ KẾT CẤU DẦM CHUYỂN CỦA

MỘT SỐ CÔNG TRÌNH THỰC TẾ

3.1. THIẾT KẾ KẾT CẤU DẦM CHUYỂN CÔNG TRÌNH

ÁNH DƯƠNG – SOLEIL ĐÀ NẴNG CHỊU MỘT LỰC TẬP

TRUNG TỪ CỘT, KÝ HIỆU D4-1A

3.1.1. Giới thiệu công trình: Tổ hợp khách sạn 5 sao và căn hộ

cao cấp Ánh Dương – Soleil Đà Nẵng.

Công trình gồm 02 tầng hầm, 49 tầng nổi. Tại tầng 4 có sử dụng

hệ kết cấu dầm chuyển: đỡ cột, đỡ vách cứng. [2]. Lực dọc tại chân

cột, chân vách từ phần mềm Etabs là tải trọng tác dụng lên dầm D4-1A.

3.1.2. Thiết kế kết cấu dầm chuyển D4-1A

Tiết diện bxh = 1300x2500mm. Tấm chịu lực 1500x1300mm tại

lực P = 1661.63T và 700mmx1300mm tại chân cột chữ nhật, đường

12

kính 1300mm tại chân cột tròn. Giá trị

DẦM D1-4A

và

Hình 3.3. Mặt bằng kết cấu dầm chuyển D4-1A

Bước 1: xác định vùng D, toàn bộ chiều dài dầm đều là vùng D.

Bước 2: xác định mô hình giàn ảo

VÙNG NÚT 2

VÙNG NÚT 1

Bước 3: tính các nội lực trong thanh giàn và kiểm tra ứng suất.

VÙNG NÚT 4

VÙNG NÚT 5

VÙNG NÚT 3

Hình 3.5. Nội lực và tiết diện các thanh giàn dầm D4-1A

Hình 3.6. Hình kiểm tra độ bền vùng nút dầm D4-1A

13

Kết quả kiểm tra bền các thanh giàn, vùng nút, ứng suất tại điểm

đặt lực tập trung, tại gối tựa và khả năng chịu lực cắt đều thỏa mãn.

CỘT

SÀN

CỘT

CỘT

Bước 4: tính, chọn và bố trí cốt thép

Hình 3.7. Bố trí cốt thép dầm D4-1A

Hình 3.8. Bố trí cốt thép

dầm D4-1A thực tế

Bảng 3.8. Cốt thép dầm D4-1A giữa ví dụ tính toán và trong thực tế

Ví dụ tính

Thực tế

Chênh

Loại thép

As,vd(mm2)

As,tt(mm2)

lệch Δ(%)

Cốt dọc dưới đáy dầm

22ϕ40=27654

36ϕ40=45252

-63.6

Cốt dọc mặt trên dầm

6ϕ40 = 7542

12ϕ40=15084

-100

Cốt ngang thanh chống cổ

5ϕ20+3 nhánh

ϕ12a250+3 nhánh

chai 1, 4, 5 (phương ngang

đai ϕ16a100 =

-320.4

đai ϕ12a250=1808

và phương đứng)

7600

6 nhánh

6 nhánh đai

Cốt ngang thanh giằng đứng

-106

ϕ12a120=12882

ϕ16a100=26532

14

Kết quả thể hiện ở bảng 3.8 cho thấy rằng công trình thực tế đã

thiết kế dầm chuyển D4-1A rất an toàn và mô hình giàn ảo áp dụng

thiết kế dầm D4-1A là hợp lý, kết quả có độ tin cậy cao.

3.2. THIẾT KẾ KẾT CẤU DẦM CHUYỂN DẠNG CÔNG SÔN

ĐỠ HAI VÁCH CỨNG CÔNG TRÌNH VINPEARL

CONDOTEL ĐÀ NẴNG, KÝ HIỆU DVC4

3.2.1. Giới thiệu công trình: Vinpearl Condotel Đà Nẵng Công trình gồm 02 tầng hầm, 36 tầng nổi. Tại tầng L4 có sử dụng

hệ kết cấu dầm chuyển: đỡ cột, đỡ vách cứng, dầm công sôn. [11].

Lực dọc tại chân cột, chân vách từ phần mềm Etabs là tải trọng tác

dụng lên dầm DVC4.

, cốt thép có .

3.2.2. Thiết kế kết cấu dầm chuyển dạng côn sôn DVC4 lực Tiết diện bxlxh= 3180mmx4530mmx1600mm. Tấm chịu 3500mmx400mm tại lực P và 1400mmx1400mm tại chân cột. Bê tông có

Dầm chuyển DVC4

Hình 3.11. Vị trí dầm chuyển DVC4

Bước 1: xác định vùng D, toàn bộ chiều dài dầm đều là vùng D. Bước 2: Xác định mô hình giàn ảo

Bước 3: tính các nội lực trong các thanh giàn và kiểm tra ứng suất

Kết quả kiểm tra bền các thanh giàn, vùng nút, ứng suất tại điểm đặt

lực tập trung, tại gối tựa và khả năng chịu lực cắt đều thỏa mãn.

TẤM CHỊU LỰC

TẤM CHỊU LỰC

VÙNG NÚT A

15

VÙNG NÚT B

KÝ HIỆU THANH CHỐNG KÝ HIỆU THANH GIẰNG THANH CHỐNG (STRUT) THANH GIẰNG (TIE)

Hình 3.13. Nội lực, tiết diện các thanh giàn, các vùng nút dầm

TẤM CHỊU LỰC

KÝ HIỆU THANH CHỐNG KÝ HIỆU THANH GIẰNG THANH CHỐNG (STRUT) THANH GIẰNG (TIE)

DVC4 phương X

TẤM CHỊU LỰC

VÙNG NÚT C

16

Hình 3.15. Mô hình giàn ảo, nội lực, tiết diện các thanh giàn,

vùng nút phương Y

VÁCH

VÁCH

SÀN

CỘT

Bước 4: tính, chọn và bố trí cốt thép

Hình 3.19. Bố trí cốt thép dầm DVC4

Bảng 3.18. Cốt thép dầm DVC4 giữa ví dụ tính toán và trong thực tế

Ví dụ tính

Thực tế

Chênh

Loại thép

As,vd(mm2)

As,tt(mm2)

lệch Δ(%)

Phương X (phương cạnh 3.18m)

Cốt dọc mặt trên dầm

22ϕ32 = 17688

66ϕ32 = 53064

-200

Cốt ngang thanh chống cổ

ϕ14a200 +

4ϕ14+2ϕ32

chai 1, 3 (tính trên một

-275.3

ϕ14a200 = 1540

+14ϕ18 = 5780

mặt bên của dầm)

Cốt dọc dưới đáy dầm

22ϕ32 = 17688

66ϕ32 = 53064

-200

17

Phương Y (phương cạnh 4.53m)

Cốt dọc mặt trên dầm

32ϕ32 = 25728

60ϕ32 = 48240

-87.5

Cốt ngang thanh chống cổ

ϕ14a200 +

4ϕ20+2ϕ32

chai 1, 3 (chỉ tính trên

-415.8

ϕ14a200 = 1540

+20ϕ18 = 7944

một mặt bên của dầm)

Cốt dọc dưới đáy dầm

16ϕ32 = 25728

60ϕ32 = 48240

87.5

Hình 3.20. Bố trí cốt thép dầm DVC4 thực tế

Kết quả thể hiện ở bảng 3.18 cho thấy rằng công trình thực tế đã

thiết kế dầm chuyển DVC4 rất an toàn và mô hình giàn ảo áp dụng

thiết kế dầm DVC4 là hợp lý, kết quả có độ tin cậy cao.

3.3. THIẾT KẾ KẾT CẤU DẦM CHUYỂN CÔNG TRÌNH

ÁNH DƯƠNG – SOLEIL ĐÀ NẴNG ĐỠ VÁCH CỨNG, KÝ

HIỆU D4-28

18

3.3.1. Khái quát về dầm chuyển dầm chuyển D4-28

Vị trí của dầm chuyển D4-28 tại tầng 4 của công trình Ánh Dương

– Soleil Đà Nẵng đã được trình bày ở mục 3.1.1. Lực dọc tại chân

vách từ phần mềm Etabs là tải trọng tác dụng lên dầm D4-28.

3.3.2. Thiết kế kết cấu dầm chuyển D4-28

Dầm D4-28

Hình 3.21. Mặt bằng kết cấu dầm chuyển D4-28

Tiết diện bxh = 1300mmx 2500mm, có sơ đồ tính như hình 3.23.

Lực dọc từ vách tác dụng vào dầm có giá trị 53515.1 KN và quy về

lực phân bố đều 6151.161 KN/m Tấm chịu lực 1000mmx600mm tại

lực P và 800mmx2400mm tại chân cột chữ nhật. Bê tông có

, cốt thép có .

Quy đổi tải phân bố đều từ vách cứng về dạng tải tập trung. Trong

đó, tải phân bố đều trong phạm vi cột sẽ do cột gánh đỡ. Trường hợp

này ta quy đổi lực phân bố đều thành 2 lực, 3 lực, 4 lực tập trung.

Bước 1: xác định vùng D, toàn bộ chiều dài dầm đều là vùng D.

TẤM CHỊU LỰC

TẤM CHỊU LỰC

KÝ HIỆU THANH CHỐNG KÝ HIỆU THANH GIẰNG THANH CHỐNG (STRUT) THANH GIẰNG (TIE)

Bước 2: Xác định các mô hình giàn ảo

VÙNG NÚT 1

VÙNG NÚT 2

TẤM CHỊU LỰC

KÝ HIỆU THANH CHỐNG KÝ HIỆU THANH GIẰNG THANH CHỐNG (STRUT) THANH GIẰNG (TIE)

VÙNG NÚT 2

VÙNG NÚT 3

VÙNG NÚT 1

TẤM CHỊU LỰC

KÝ HIỆU THANH CHỐNG KÝ HIỆU THANH GIẰNG THANH CHỐNG (STRUT) THANH GIẰNG (TIE)

VÙNG NÚT 1

VÙNG NÚT 2

VÙNG NÚT 3

VÙNG NÚT 8

19

Hình 3.21. Mô hình giàn ảo, nội lực, tiết diện các thanh giàn và

vùng nút của dầm D4-28

20

Kết quả kiểm tra bền các thanh giàn, vùng nút, ứng suất tại điểm

đặt lực tập trung, tại gối tựa và khả năng chịu lực cắt đều thỏa mãn.

Bước 4: tính, chọn và bố trí cốt thép

Bảng 3.25. Bảng kết quả tính cốt thép dầm D4-28

Nhận xét: từ biểu đồ so sánh diện tích cốt thép theo các dạng mô

hình giàn ảo ta thấy mô hình giàn ảo chịu 3 lực tập trung ở hình 3.21

dùng thiết kế dầm chuyển D4-28 cho kết quả cốt thép hợp lý.

Hình 3.23. Biểu đồ diện tích cốt thép các trường hợp tính toán

SÀN

CỘT

của dầm D4-28 VÁCH

Hình 3.24. Bố trí cốt thép trong dầm chuyển D4-28

21

Hình 3.25. Bố trí cốt thép thực tế dầm chuyển D4-28

Bảng 3.25. Cốt thép dầm D4-28 giữa ví dụ tính toán và trong thực tế

Ví dụ tính

Thực tế

Chênh

Loại thép

As,vd(mm2)

As,tt(mm2)

lệch Δ(%)

Cốt dọc dưới đáy dầm

39ϕ40 = 49023

42ϕ40 = 52794

-7.7

Cốt ngang thanh chống

5ϕ20+3 nhánh

ϕ12a250+3 nhánh

cổ chai 1, 4, 9 (phương

đai ϕ16a100 =

-320.4

đai ϕ12a250 = 1808

ngang và phương đứng)

7600

Cốt ngang thanh giằng

7 nhánh

7 nhánh đai

-72

đứng

ϕ14a140 = 15092

ϕ16a100=25956

Cốt dọc mặt trên dầm

13ϕ40 = 16341

28ϕ40 = 35196

-115.4

Kết quả thể hiện ở bảng 3.25 cho thấy rằng công trình thực tế đã

thiết kế dầm chuyển D4-28 rất an toàn và mô hình giàn ảo áp dụng

thiết kế dầm D4-28 là hợp lý, kết quả có độ tin cậy cao.

3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

Từ các kết quả nghiên cứu được thực hiện cho thấy sử dụng

phương pháp giàn ảo thiết kế các loại dầm chuyển trên là phù hợp,

có thể áp dụng làm các bài toán điển hình khi thiết kế các công trình.

22

a) b)

c) d)

Hình 3.26. So sánh tính toán cốt thép giữa thiết kế và thực tế

của các dầm chuyển D4-1A, DVC4 và D4-28

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. KẾT LUẬN

Từ kết quả nghiên cứu của luận văn cho thấy việc sử phương pháp

giàn ảo thiết kế kết cấu dầm chuyển là một phương pháp đơn giản,

dễ thực hiện. Tuy nhiên, phương pháp thiết kế này lại cho kết quả

phù hợp với trạng thái làm việc thực tế của dầm chuyển. Phương

pháp giàn ảo đã được nhiều nước trên thế giới đưa vào quy trình và

tiêu chuẩn thiết kế dầm chuyển bê tông cốt thép. Nhưng thực tế ở

Việt Nam, phương pháp này còn áp dụng hạn chế đồng thời dạng kết

cấu này phải thiết kế theo tiêu chuẩn các nước trên thế giới như ACI

318 – 14.

23

Sử dụng các loại dầm chuyển khác nhau: dầm đỡ cột, dầm đỡ

vách, dầm công sôn để thỏa mãn các yêu cầu đặc biệt của kiến trúc

và chúng có dạng mô hình giàn ảo khác nhau. Tuy nhiên, kết quả

luận văn cho thấy có một quy luật chung để lập mô hình giàn ảo. Đó

là trong sơ đồ giàn thì các thanh giằng bố trí ở vùng chịu kéo, các

thanh chống xiên và thanh giằng (nếu có) nằm trong phạm vi giới

hạn bởi hai vết nứt ở cánh dầm, các thanh chống ngang nằm tại mặt

chuyển giữa ứng suất kéo và ứng suất nén. Đồng thời một mô hình

giàn ảo nào cũng phải phụ thuộc vào hai yếu tố: góc nghiêng của

thanh chống và chiều cao làm việc của dầm. Một cấu kiện dầm

chuyển sẽ cho nhiều mô hình giàn ảo khác nhau, người thiết kế phải

có kinh nghiệm để loại bỏ các mô hình xấu đồng thời chọn ra được

mô hình tối ưu.

Luận văn đã cho thấy việc lựa chọn được đúng một mô hình giàn

ảo thiết kế kết cấu dầm chuyển đỡ cột, dầm chuyển đỡ vách, dầm

công sôn là tương đối đơn giản. Vấn đề khó nhất là sử dụng các giả

thiết hợp lý và vẽ đúng được sơ đồ hình học các vùng nút. Trong các

công trình thực tế thì các thông số thiết kế sẽ thay đổi nhưng nó cũng

chỉ là những thay đổi mang tính chất tương tự. Đồng thời người thiết

kế có thể sử dụng kết quả của luận văn này làm các tính toán điển

hình khi thực hành thiết kế các công trình

Bên cạnh đó việc thiết kế dầm chuyển theo phương pháp giàn ảo

cũng tồn tại những điểm chưa hợp lý. Đó là giả thiết giàn tĩnh định

khi thực tế lại là giàn siêu tĩnh; giả thiết tại vị trí đặt lực tập trung và

gối đỡ có các tấm chịu lực nhưng thực tế đó chỉ là một liên kết bình

thường giữa các cấu kiện phía trên và phía dưới với dầm chuyển; giả

thiết tải trọng tác dụng lên dầm chuyển chỉ có thành phần lực dọc tại

chân cột trong khi thực tế còn có thêm thành phần mô men và lực

24

cắt; giả thiết cốt đai bị chảy dẻo trước khi bê tông bị phá hủy và bê

tông không chịu cắt khi thực tế bê tông có tham gia chịu cắt một

phần và bị phá hủy trước cốt đai do cường độ chịu kéo kém.

Tuy vậy, thiết kế dầm chuyển bằng phương pháp giàn ảo mang

tính thực hành cao, không cần nhiều sự trợ giúp của các phần mềm

tính toán phức tạp, kết quả tương đối thích hợp với trạng thái làm

việc thực tế của kết cấu. Vì thế nên dễ sử dụng và tương đối linh hoạt

khi áp dụng trong thực tế.

2. KIẾN NGHỊ

Tiêu chuẩn về thiết kế kết cấu bê tông cốt thép ở Việt nam cần

sớm nghiên cứu và cập nhật thêm phương pháp giàn ảo để thiết kế

kết cấu dầm chuyển cho các công trình xây dựng tại Việt Nam.

Khi thiết kế các cấu kiện đặc biệt và có xuất hiện các vùng không

liên tục về tĩnh học hay hình học như: vùng chịu lực tập trung, vùng

gối đỡ, các vị trí góc khung, vị trí vai cột có thể sử dụng mô hình

giàn ảo như một điều kiện đủ để kiểm tra độ bền, độ ổn định của kết

cấu.

Luận văn đã cho thấy các mô hình giàn ảo về cơ bản được mô

phỏng trên cơ sở tình trạng phát triển vết nứt phá hủy thực tế của kết

cấu. Do đó, trong quá trình thi công có thể sử dụng mô hình giàn ảo

để chẩn đoán và giải thích sự xuất hiện các vết nứt ở thân dầm. Đồng

thời sử dụng mô hình giàn ảo để kiểm tra sự phù hợp của việc bố trí

cốt thép trong các hồ sơ thiết kế kỹ thuật.

Nghiên cứu các hướng phát triển mới của đề tài là tái sử dụng mô

hình giàn ảo để tính toán kiểm tra dầm chuyển theo điều kiện làm

việc bình thường như: tính độ võng, bề rộng khe nứt và sử dụng mô

hình giàn ảo để phân tích ứng xử tại liên kết giữa dầm chuyển và cột

đỡ dầm.