CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1. Tổng quan kết cấu chuyển - Với sự phát triển của nền kinh tế hiện nay, ngành xây dựng ở Việt Nam hiện nay đang phát triển rất mạnh và đa dạng. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, tốc độ đô thị hóa ngày càng cao để đáp ứng đƣợc việc tăng dân số, mọi ngƣời đều đổ dồn về các đô thi, các thành phố lớn để sinh sống, học tập và làm việc nên các công trình nhiều tầng đƣợc xây dựng nhiều tại các thành phố lớn. - Từ những nhu cầu thực tế đó, đòi hỏi các kỹ sƣ xây dựng phải nghiên cứu thiết kế các công trình có không gian lớn ở các tầng bên dƣới để phục vụ cho các nhu cầu về phòng ở khách sạn hay căn hộ gia đình.
- Một trong những giải pháp kết cấu có thể đáp ứng đƣợc yêu cầu thiết kế để tạo đƣợc không gian lớn ở các tầng bên dƣới và không gian nhỏ hơn ở các tầng trên là hệ kết cấu “ Dầm chuyển, sàn chuyển” để đỡ các vách cứng hay các cột trong nhà nhiều tầng. - Kết cấu “dầm chuyển, sàn chuyển” dùng để chuyển đổi hệ kết cấu từ cột sang vách hay từ vách sang cột, hoặc đƣợc dùng khi chân cột phần trên không trùng vị trí với các cột phần dƣới. Kết cấu chuyển là dạng kết cấu có tính chất làm việc đặc biệt phức tạp, thƣờng chiếm chi phí rất lớn trong công trình. Mục đích của kết cấu chuyển - Kết cấu chuyển có nhiệm vụ chuyển tiếp giữa hai không gian khác nhau của công trình nhƣ: tầng dƣới là không gian nhịp lớn, thoáng đãng dành cho siêu thị, thƣơng mại, còn tầng trên là không gian nhịp nhỏ dành cho căn hộ, khách sạn, văn phòng làm việc…Có 3 vùng chuyển tiếp là : + Vùng chuyển tiếp 1: giữa 2 tầng có kết cấu giống nhau + Vùng chuyển tiếp 2 giữa 2 tầng có kết cấu khác nhau + Vùng chuyển tiếp 3 giữa 2 tầng có kết cấu và vị trí lƣới cột khác nhau - Tạo ra không gian rộng lớn, đẹp hơn rất nhiều với hệ lƣới cột thƣa, đáp ứng đƣợc những yêu cầu thẩm mỹ kiến trúc, đồng thời lại có khả năng chịu lực tốt hơn, bền hơn.
Kiến trúc công trình nhà đƣợc linh hoạt, đa dạng và phong phú hơn. - Kết cẩu chuyển đã ứng dụng đƣợc những vật liệu cƣờng độ cao, chất lƣợng tốt của các ngành khoa học kỹ thuật khác nhƣ : thép có cƣờng độ cao, cáp dự ứng lực… - Kết cấu chuyển có khả năng vƣợt nhịp lớn, nhịp có thể lên đến 16-20m, giảm kích thƣớc cấu kiện của các tầng trên kết cấu chuyển. Đặc điểm kết cấu chuyển - Các kết cấu chuyển có khẩu độ lớn và chịu tải trọng lớn từ trên truyền xuống nên kết cấu này thƣờng có độ cứng lớn và kích thƣớc về chiều dài, chiều cao, chiều rộng của kết cấu chuyển đều lớn hơn nhiều so với kết cấu bê tông cốt thép thông thƣờng nên thi công kết cấu chuyển có khối lƣợng công việc lớn hơn, phức tạp và khó khăn hơn. - Do có khối lƣợng bê tông lớn nên cần đòi hỏi một lƣợng lớn hệ cây chống giàn giáo trong quá trình thi công.
4 - Kết cấu chuyển có thể thi công bằng đổ bê tông thƣờng hoặc ứng dụng công nghệ bê tông ứng lực trƣớc. Phổ biến hiện nay đối với các kết cấu chuyển là dùng cáp ứng lực trƣớc cƣờng độ cao kết hợp với bê tông mác cao. Việc thi công kết cấu chuyển có dùng cáp dự ứng lực thƣờng phức tạp hơn rất nhiều so với thiết kế kết cấu bê tông cốt thép thƣờng. - Trong kết cấu chuyển dùng cáp dự ứng lực, thƣờng phải thiết kế kéo cáp rất nhiều giai đoạn theo quá trình thi công xây dựng tầng chuyển.
Trong công đoạn căp cáp ứng lực cần phải có những dụng cụ chuyên dụng cho thi công kết cấu chuyển nhƣ: kích thủy lực, máy bơm vữa, máy luồn thép, và một số thiết bị khác… - Kết cấu chuyển sử dụng những vật liệu có cƣờng độ chịu lực cao, công nghệ thi công tiên tiến nên kích thƣớc của kết cấu chuyển nhỏ hơn nhiều so với kết cấu BTCT thông thƣờng có cùng khẩu độ. Dạng kết cấu chuyển 1. Dầm chuyển Là một loại dầm thƣờng có độ cứng và tiết diện hình học tƣơng đối lớn, có tác dụng thay đổi trạng thái làm việc của hệ kết cấu từ hệ dầm cột chịu lực sang hệ dầm vách chịu lực hoặc hệ dầm nhƣng với số lƣợng cột phía trên dầm nhiều hơn số lƣợng cột phía dƣới dầm. Thƣờng áp dụng đối với vùng chuyển tiếp 1, khi mà kết cấu của tầng trên tầng chuyển và kết cấu của tầng dƣới tầng chuyển giống nhau.
Có 4 kiểu dầm chuyển: - Dầm đỡ 1 cột. - Dầm đỡ nhiều hơn 1 cột. - Dầm đỡ vách liên tục. - Dầm đỡ vách không liên tục.1: Dầm đỡ 1 cột Hình 1.2: Dầm đỡ 2 cột 5 Hình 1.3: Dầm đỡ vách liên tục Hình 1.4: Dầm đỡ vách không liên tục 1.
Sàn chuyển Là hệ sàn tại nơi có sự chuyển đổi hệ lƣới kết cấu nhịp nhỏ phía trên xuống hệ lƣới kết cấu nhịp lớn phía dƣới hoặc ngƣợc lại. Thƣờng đƣợc sử dụng cho vùng chuyển tiếp 2 và 3. Có 2 kiểu sàn chuyển: - Sàn đỡ nhiều hơn 1 cột.5: Sàn đỡ nhiều cột Hình 1. Vấn đề kỹ thuật liên quan đến kết cấu dầm chuyển- sàn chuyển - Về công tác thiết kế kết cấu chuyển đặc biệt khó khăn và còn nhiều vấn đề tồn tại chƣa đƣợc giải quyết thấu đáo, cũng chƣa có phần mềm thƣơng mại nào có thể cho phép phân tích sự làm việc của kết cấu chuyển và của tổng thể công trình có dùng tầng chuyển một cách hoàn chỉnh và tự động.
Vì vậy, khi thiết kế tầng chuyển, phần lớn các kỹ sƣ đang phải chọn cách tính gần đúng, thiên về an toàn và chấp nhận lãng phí tƣơng đối lớn. - Về công tác thi công kết cấu chuyển cũng gặp những vấn đề khó khăn khi thi công đổ bê tông cùng một lần nhƣ: + Dầm chuyển-sàn chuyển thi công với khối lƣợng bê tông lớn do đó tải trọng truyền xuống kết cấu chống đỡ cực kì lớn cần phải tính toán, thiết kế, lựa chọn biện pháp thi công cẩn thận, hợp lí + Do bề dày kết cấu chuyển lớn nên phải thi công theo biện pháp bê tông khối lớn nên chịu ảnh hƣởng của ứng suất nhiệt, sự co ngót của bê tông, sự chênh lệch nhiệt độ trong lòng bê tông với môi trƣờng bên ngoài… làm cho bê tông dễ bị nứt. Cần phải có biện pháp thi công thích hợp, kiểm soát đƣợc các vấn đề trên. + Việc thi công kết cấu chuyển đƣợc chia thành từng đợt nên vấn đề liên kết bề mặt bê tông, giữa các đợt với nhau cần đƣợc quan tâm và thực hiện cẩn thận.
+ Với kết cấu chuyển sử dụng công nghệ dự ứng lực, việc chống đỡ sức nặng của các tầng phía trên chủ yếu do lực cân bằng (balance loading) trong cáp đảm nhiệm. Do sức nặng của các tầng phía trên truyền xuống kết cấu chuyển tăng dần theo quá trình xây dựng nên lực cân bằng trong cáp cũng phải tăng dần để tƣơng ứng theo. Nếu ngay sau khi thi công xong kết cấu chuyển mà ta kéo cáp để đạt 100% tổng lực cân bằng thì sàn sẽ bị nứt ngay do hiện tƣợng overbalance. Phải chia thành từng đợt kéo và phải đƣợc tính toán chính xác cho mỗi đợt kéo.
+ Khối lƣợng bê tông, thiết bị thi công kết cấu chuyển lớn hơn rất nhiều so với sàn tầng điển hình nên tải trọng truyền xuống các tầng dƣới là rất lớn do đó dễ xảy ra hiện tƣợng chọc thủng sàn tầng dƣới thông qua cột chống, cần phải tính toán biện pháp chống đỡ cho các tầng dƣới mà điều này chƣa đƣợc quy định trong tiêu chuẩn hiện hành. + Do ảnh hƣởng của ứng suất nhiệt, sự co ngót của bê tông nên các thiết bị phục vụ thi công và sử dụng trong kết cấu phải đƣợc tính toán lựa chọn cẩn thận, không bị hƣ hỏng trong quá trình thi công cũng nhƣ trong quá trình phát triển cƣờng độ của bê tông, đặc biệt là cáp dự ứng lực. Cần phải thiết kế hệ thống ván khuôn, đà giáo để đủ sức chống đỡ sức nặng của “Dầm chuyển, sàn chuyển”. 7 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH ƯU NHƯỢC ĐIỂM, PHẠM VI ỨNG DỤNG KẾT CẤU CHUYỂN 2.
Ưu điểm: - Tạo ra những công trình có hệ lƣới cột thƣa hơn, có không gian rộng hơn, đồng thời lại có khả năng chịu lực tốt hơn, bền hơn. - Đáp ứng đƣợc đồng thời các công năng yêu cầu của công trình. - Kết cấu chuyển cũng góp phần làm cho công trình nhà có không gian đẹp hơn rất nhiều, đáp ứng đƣợc những yêu cầu thẩm mĩ kiến trúc cho công trình. - Kết cấu chuyển đã ứng dụng đƣợc những vật liệu cƣờng độ cao, chất lƣợng tốt của các ngành khoa học kĩ thuật khác nhƣ: thép cƣờng độ cao, cáp dự ứng lực,… đồng thời dẫn đến kích thƣớc của kết cấu chuyển nhỏ hơn nhiều so với kết cấu BTCT có cùng khẩu độ.
- Giải quyết đƣợc việc trốn cột, tạo không gian lớn cho tầng bên dƣới, kết cấu chuyển có khả năng vƣợt nhịp lớn, nhịp có thể lên đến 16 – 20 (m), giảm hình thức cấu kiện của các tầng trên kết cấu chuyển. Nhược điểm: - Do có khối lƣợng lớn, nhất là trong trƣờng hợp hệ kết cấu chuyển nằm ở tầng trên của nhà cao tầng sẽ đòi hỏi một lƣợng lớn hệ cây chống giàn giáo cần thiết trong quá trình thi công. - Hệ kết cấu phức tạp đòi hỏi yêu cầu kĩ thuật cao trong qua trình thi công, mang tính chuyên môn hóa. Cần phải có những cán bộ kĩ thuật và công nhân có kinh nghiệm và trình độ cao.
- Thi công kết cấu chuyển trải qua nhiều công đoạn, dẫn đến thời gian thi công dài hơn so với thi công kết cấu BTCT thông thƣờng. - Sử dụng nhiều nhân lực, thiết bị chuyên dụng, dẫn đến giá thành còn cao, chiếm nhiều chi phí cho công trình. - Tải trọng tập trung bên trên kết cấu chuyển khá lớn, trọng lƣợng bản thân công trình phân bố không đồng đều, tập trung khối lƣợng lớn ở các tầng có kết cấu chuyển do vậy dễ mất ổn định khi có ngoại lực (động đất, gió bão,…) tác dụng vào công trình.