Thiết kế hệ kết cấu dầm chuyển trong nhà nhiều tầng–Một số ứng dụng thực tế

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 (2.3b) (2.3a) (2.4) (2.5) (2.6) (2.3c) (2.11) (2.7) 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]. nu MM    85.0/;)85.02/( ' acbffAdfAM cysysn   Khả năng chịu cắt của dầm theo theo mục 9.5 của [16]. nu VV               bdf d l V c n n '10 3 2   Điều kiện chịu lực tại nút: un FF   Khả năng chịu lực của thanh chống: ns cu cF f A  Khả năng chịu lực của vùng nút: ccunn AfF  ' 285.0 ccu ff   Cường độ chịu kéo của thanh giằng: nt st yF A f (2.8) (2.9) 9 (2.14) (2.16) (2.19)      mmin d s 8.30412 5/ 2 003.0sinsin ,  ivii i is bs A  '25 c by d f df l   bdff yc /04.0 ' (2.12)  Tính bề rộng của nút: w ureq cu F f b  Bảng 2.1. Bảng tra hệ số β2 Thanh chống (struts) Vùng nút (Nodal 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  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: ' 285.0/ cfAP    Đối với các thanh chống có cốt thép phương pháp tính:  Tính chiều dài đoạn neo thép:  Tính lượng cốt thép tối thiểu:  Quy đổi vật liệu bê tông, cốt thép: bnc Rf  ' , fy = Rs. 2.2.2. Cấu tạo dầm chuyển Hình 2.13. Cấu tạo dầm chuyển đỡ cột, đỡ vách, dầm công sôn (2.13) (2.17) (2.18) 10 2000 2000 4000 P = 3000KN V= 1500KN 600 1700 1700 600 V= 1500KN 1 2 3 1 2 3 -28 14 .13 2 K N -2814.132 KN 2381.038 KN 2 4 0 52 2. 87 8 522.878 557.414       0       0 P = 3000KN KÝ HIỆU NÚT GIÀN THANH CHỐNG (STRUT) THANH GIẰNG (TIE) KÝ HIỆU THANH GIÀN 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 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. TẤM CHỊU LỰC 11 3 0 0 5050 1328 12a250 12a250 500 1 5 0 0 600 3400 600 4000 12a250 1 5 0 0 1 1 1 - 1 528 428 428 6 0 2 4 0 1 2 0 0 12a250 52828 ld = 1100 ld = 1100 Tính toán, chọn và bố trí cốt thép trong dầm như hình 2.22 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 CỘT CỘT CỘT 12 V= 4045.708 KN 600 1000 V= 12570.592 KN 1 4 2 3 5 1 2 3 4 5 67 -15229.527 K N -5 90 3. 47 1 K N 8597.599 KN 4299.211 KN -5 90 3. 47 1 K N 4 0 4 5 .7 0 8 K N -4299.211 KN 2 5 0 0 5 0 6 4 0 0 2 0 4 7 2100478.39 702.487 1807.646 2 01 9.0 14  1 = 5 5. 63  = 4 3 .2 6 0 0 P = 16616.3 KN 7 59 03 .4 71 K N 8597.599 KN4299.211 KN 4 0 4 5 .7 0 8 K N 1807.646 4 0 0 2624.93 P = 16616.3 KN 3 3 4 5 15229.527 K N 59 03 .4 71 K N 4299.211 KN 2100 1807.646 20 19 .01 4 1000 V= 12570.592 KN 4 5 6 15229.527 K N 8597.599 KN 4 0 0 20 19 .01 4  = 4 3 .2 6 0 7 59 03 .4 71 K N  1 = 5 5. 63 0 59 03 .4 71 K N V= 4045.708KN 600 1 1 4299.211 KN 702.487 4 0 0 2 1 2 3 4 0 4 5 .7 0 8 K N 4299.211 KN 479.39 5 0 6 702.487 5 2 4 6 kính 1300mm tại chân cột tròn. Giá trị MPafc 29 '  và MPaf y 428 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 Bước 3: tính các nội lực trong thanh giàn và kiểm tra ứng suất. 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 DẦM D1-4A VÙNG NÚT 3 VÙNG NÚT 1 VÙNG NÚT 2 VÙNG NÚT 5 VÙNG NÚT 4 13 2240 12a250 12a250 2 5 0 0 600 800 5750 12a250 2 5 0 0 1 1 1 - 1 1140 5 0 1 4 0 1 2 0 0 64012a25012a250 12a120 1975 ld = 1950ld = 1600 150 3 0 0 10002175 500300 2 0 0 2 0 0 1300 412 1140 640 412 412 412 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 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 Loại thép Ví dụ tính As,vd(mm2) Thực tế As,tt(mm2) Chênh 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 chai 1, 4, 5 (phương ngang và phương đứng) ϕ12a250+3 nhánh đai ϕ12a250=1808 5ϕ20+3 nhánh đai ϕ16a100 = 7600 -320.4 Cốt ngang thanh giằng đứng 6 nhánh ϕ12a120=12882 6 nhánh đai ϕ16a100=26532 -106 CỘT CỘT CỘT SÀN 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. 3.2.2. Thiết kế kết cấu dầm chuyển dạng côn sôn DVC4 Tiết diện bxlxh= 3180mmx4530mmx1600mm. Tấm chịu lực 3500mmx400mm tại lực P và 1400mmx1400mm tại chân cột. Bê tông có MPafc 29 '  , cốt thép có MPaf y 428 . 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. 15 KÝ HIỆU THANH GIẰNG THANH CHỐNG (STRUT) THANH GIẰNG (TIE) KÝ HIỆU THANH CHỐNG KÝ HIỆU THANH GIẰNG THANH CHỐNG (STRUT) THANH GIẰNG (TIE) KÝ HIỆU THANH CHỐNG fce fce 1 6 0 0 P = 13095.39KN P = 13095.39KN 13095.39 KN 13095.39 KN ws= 505.96mm B' A A' B C C' 4 2 3 5 6 5 0 0 1 1 0 0 240240 0 1  = 6 9. 94 0 ws= 505.96mm 475 .26 475.26-13 9 4 1 .1 4 4 K N 4781.868 KN  = 69.94- 1 3 9 4 1 .1 4 4 K N -4781.868 KN L160X160X10 L160X160X10 650 650 P = 13095.39KN A 2 1 475 .26 1 3 9 4 1 .1 4 4 K N 4781.868 KN 5 0 0 1300 139 2.84 B 4 5 1 475 .261 3 9 4 1 .1 4 4 K N 4781.868KN 4 7 8 1 .8 6 8 K N 505.96 1 6 3 .0 2 P = 26190.78KN A A' B C D D' 100 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 fce ws= 235.8mm 2 5 0 1 3 5 0 L160X160X10 L160X160X10  = 73 .1 9   1= 4 8.7 9 -2 7 3 5 9 .8 9 5 K N 7912.451KN -1 20 10 .0 21 K N 9 0 3 5 .1 3 8 K N 0 KN 1101 .88 1515.18 1890 290 1400 950 Hình 3.13. Nội lực, tiết diện các thanh giàn, các vùng nút dầm DVC4 phương X TẤM CHỊU LỰC TẤM CHỊU LỰC TẤM CHỊU LỰC VÙNG NÚT A VÙNG NÚT B 16 P = 26190.78KN C 1 25 0 0 L160X160X10 2 7 3 5 9 .8 9 5 K N 7912.451KN 3812.93 3780 1101 .88 1400 890890 3180 1 6 0 0 14a200 14a200 2232a200 32a200 L160X160X10 L160X160X103232a100 32a200 14a400x400 2 0 0 Hình 3.15. Mô hình giàn ảo, nội lực, tiết diện các thanh giàn, vùng nút phương Y 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 Loại thép Ví dụ tính As,vd(mm2) Thực tế As,tt(mm2) Chênh lệch Δ(%) Phương X (phương cạnh 3.18m) Cốt dọc mặt trên dầm 22ϕ32 = 17688 66ϕ32 = 53064 -200 VÙNG NÚT C VÁCH VÁCH CỘT SÀN TẤM CHỊU LỰC 17 2T 30Ø32A100 22Ø32A200 3T 44Ø32A100 1T 30Ø32A100 4T 14Ø18 A200 3s 7x4Ø14 2s 1s 4Ø20 4Ø14 4s 30Ø32A100 4b 30Ø32A100 2b 44Ø32A100 1b 22Ø32A200 3b Cốt ngang thanh chống cổ chai 1, 3 (tính trên một mặt bên của dầm) ϕ14a200 + ϕ14a200 = 1540 4ϕ14+2ϕ32 +14ϕ18 = 5780 -275.3 Cốt dọc dưới đáy dầm 22ϕ32 = 17688 66ϕ32 = 53064 -200 Phương Y (phương cạnh 4.53m) Cốt dọc mặt trên dầm 32ϕ32 = 25728 60ϕ32 = 48240 -87.5 Cốt ngang thanh chống cổ chai 1, 3 (chỉ tính trên một mặt bên của dầm) ϕ14a200 + ϕ14a200 = 1540 4ϕ20+2ϕ32 +20ϕ18 = 7944 -415.8 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 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 9 5 0 2 5 0 0 z= 1 4 2 0 1 3 0  14587.157 KN -14587.157 KN -1 74 26 .64 7 K N -17426.647 KN V = 9534.3KN V = 9534.3KN 28001400 8900 100 1001400 775 1550 775 P = 9534.3KN P = 9534.3KN  KÝ HIỆU THANH GIẰNG THANH CHỐNG (STRUT) THANH GIẰNG (TIE) KÝ HIỆU THANH CHỐNG 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 MPafc 29 '  , cốt thép có MPaf y 428 . 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. Bước 2: Xác định các mô hình giàn ảo TẤM CHỊU LỰC TẤM CHỊU LỰC 19 1 2 5 2 14587.157KN 17 42 6.6 47 KN 1748.41 9 5 3 4 .3 K N 1 4 6 3 .5 3 955.81 1 4 1 0 14587.157KN1 74 26 .64 7K N 2 6 0 1748.41 2800 V = 9534.3KN 3 3 .1 7 KÝ HIỆU THANH GIẰNG THANH CHỐNG (STRUT) THANH GIẰNG (TIE) KÝ HIỆU THANH CHỐNG KÝ HIỆU THANH GIẰNG THANH CHỐNG (STRUT) THANH GIẰNG (TIE) KÝ HIỆU THANH CHỐNG 1400 8900 100 100 P = 6356.2KN P = 6356.2KN 1 3 4 6 12 14 1 5 9 5 0 2 5 0 0 z= 1 4 2 0 1 3 0 V = 9534.3KN V = 9534.3KN P = 6356.2KN 13 2 8 11 57 9 10 2 3 4 67 -1 60 17 .48 K N -3 93 0. 34 K N 12870.77KN 3 1 7 8 .1 K N -12870.77KN -16017.48KN -3930.34K N 12870.77KN 3 1 7 8 .1 K N -12870.77KN 15183.19KN 1400 516.67 1033.33 1033.33 516.67    1  1 14001400 7 1 14587.157KN 2 6 0 2800 V = 9534.3KN 1 16 01 7.4 8K N  1875.14 1 12 2 8 2 16 01 7.4 8K N 3 1 7 8 .1 K N 6 3 5 6 .2 K N 12870.77KN 1875.14 744.11 1 5 0 6 .7 6 3 15 2 9 10 3 39 30 .3 4K N 12870.77KN 3930.34K N 12870.77KN6 3 5 6 .2 K N 744.11 1 5 0 6 .7 6 1 5 0 6 .7 6 460.12 46 0.1 2 1680.92 1400 8900 100 100 4 15 18 1 6 9 5 0 2 5 0 0 z= 1 4 2 0 1 3 0 V = 9534.3KN V = 9534.3KN 17 2 9 14 68 2 3 5 78 1400 P = 4767.15KN P = 4767.15KN P = 4767.15KN P = 4767.15KN 16 4 3 1 5 7 387.5 775 775 1400 1400775 387.5   -1 53 29 .2 4 KN 12003.45KN 12003.45KN -15329.24KN -12003.45KN 4 7 6 7 .1 5 K N -12003.45KN-12580.23KN 10 11 12 13  1  2 1 2 4 7 6 7 .1 5 K N - 40 23 .6 8 K N -1 83 3. 21 K N 12580.23KN - 4023.68 K N -1833.21 K N 1 5 9 6 .4 510.6 23 2. 63 - 40 23 .6 8 K N -1833.21 K N 10 12 8 510.6 232.63 12580.23KN12003.45KN 2 6 0 - 40 23 .6 8 K N -1 83 3. 21 K N 4 7 6 7 .1 5 K N 8 7 9 10 11 2 15 2 4 7 6 7 .1 5 K N 1 8 1 12003.45 KN 1945.24 2 6 0 2800 V = 9534.3KN 15 32 9. 24 KN 1 15 32 9. 24 K N 12003.45KN 1 5 2 3 .2 1 1945.24 604.94 4 7 6 7 .1 5 K N 9 2 3 16 3 12003.45KN -12580.23KN4 7 6 7 .1 5 K N 1 5 2 3 .2 1 604.94 Hình 3.21. Mô hình giàn ảo, nội lực, tiết diện các thanh giàn và vùng nút của dầm D4-28 TẤM CHỊU LỰC TẤM CHỊU LỰC VÙNG NÚT 1 VÙNG NÚT 2 VÙNG NÚT 1 VÙNG NÚT 2 VÙNG NÚT 3 VÙNG NÚT 2 VÙNG NÚT 1 VÙNG NÚT 3 VÙNG NÚT 8 20 512 512 2 0 0 2 5 0 0 12a250 12a250 1300 2 5 0 0 1 - 11340 1340 5 0 2 6 0 2 1 9 0 512 1400100 12a25012a250 14a140 700 500 4450 2 0 0 12a250 1340 1340 1050700 ld = 3300 100 3940 13401 1 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 của dầm D4-28 Hình 3.24. Bố trí cốt thép trong dầm chuyển D4-28 VÁCH CỘT SÀN 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 Loại thép Ví dụ tính As,vd(mm2) Thực tế As,tt(mm2) Chênh lệch Δ(%) Cốt dọc dưới đáy dầm 39ϕ40 = 49023 42ϕ40 = 52794 -7.7 Cốt ngang thanh chống cổ chai 1, 4, 9 (phương ngang và phương đứng) ϕ12a250+3 nhánh đai ϕ12a250 = 1808 5ϕ20+3 nhánh đai ϕ16a100 = 7600 -320.4 Cốt ngang thanh giằng đứng 7 nhánh ϕ14a140 = 15092 7 nhánh đai ϕ16a100=25956 -72 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