LờI CảM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Đại Minh đã tận tình giúp đỡ,
hớng dẫn, chỉ bảo và đa ra nhiều ý kiến quý báu cũng nh tạo điều kiện thuận
lợi cho tác giả trong quá trình hoàn thành luận văn.
Xin chân thành cảm ơn tập thể và ban Giám đốc Công ty MADI, cũng nh
gia đình và bạn bè đã động viên và giúp đỡ tác giả trong thời gian học cao học
và trong quá trình hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
Với thời gian nghiên cứu cũng nh năng lực của bản thân còn nhiều hạn
chế, luận văn chắc không tránh khỏi những thiếu sót, tồn tại. Tác giả mong
muốn nhận đợc nhiều ý kiến đóng góp quý báu từ phía các nhà khoa học, các
thầy cô giáo và bạn bè đồng nghiệp để luận văn đợc hoàn thiện hơn.
Hà nội, tháng 02 năm 2011
Nguyễn Nhật Tâm
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan công trình khoa học này là của riêng tôi, do tôi trực tiếp
làm dới sự hớng dẫn tận tình của TS Nguyễn Đại Minh.
Các số liệu, kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực cha từng
đợc ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác.
Học viên
Nguyễn Nhật Tâm
Mục lục
PHầN Mở đầu 1
Chơng 1 Tổng quan về dầm chuyển và áp dụnG dầm chuyển trong xây dựng 2
Chơng 2 20
NGHIÊN CứU KHả NĂNG CHịU LựC Và Sự ứng xử của dầm chuyển (DầM CAO)
20
Chơng 3 40
Ví Dụ, KIếN NGHị QUY TRìNH TíNH TOáN THIếT Kế DầM CHUYểN và CáC
VấN Đề THUộC Về CấU TạO Và THI CÔNG DầM CHUYểN TRONG ĐIềU KIệN
VIệT NAM 41
KếT LUậN và kiến nghị 71
t
Độ bền kéo cắt của khối trụ bê tông
f
y
Độ bền chảy dẻo đặc trng của cốt thép không ứng suất
trớc
h Chiều cao dầm.
h
0
(h
a
) Chiều cao làm việc của tiết diện (chiều cao hiệu quả của dầm).
l Nhịp của dầm xác định theo trung tâm của các gối tựa.
M
U
Mômen uốn giới hạn
V Lực cắt giới hạn
V
1
Khả năng chịu cắt của dầm chỉ do bê tông và cốt thép chính.
V
1c
Khả năng chịu cắt của dầm chỉ do bê tông.
V
1s
Khả năng chịu cắt của dầm chỉ do cốt thép chính gây ra.
V
2
Khả năng chịu cắt còn thiếu.
y Chiều cao tại đó thanh cốt thép sờn dầm điển hình giao
Hình 1.6: Dầm chuyển của tòa nhà Grand Street Hotel New York - Mỹ
Hình 1.7: Dầm chuyển của tòa nhà Grand Street Hotel New York - Mỹ
Hình 1.8: Dầm chuyển của tòa nhà Grand Street Hotel New York - Mỹ
Hình 1.9: Dầm chuyển của tòa nhà ideo MORPH 38 - Bangkok - Thái Lan
Hình 1.10: Công nhân đang thi công dầm chuyển - Tòa nhà Grand Hyatt
Kuala Lumpur - Kuala Lumpur - Malaysia
Hình 1.11: Lắp dựng hệ thống dàn đỡ dầm chuyển - Tòa nhà The Issara
Ladprao - Bangkok - Thái Lan
Hình 1.12: Công nhân đang lắp đặt cốt thép dầm chuyển - Tòa nhà The
Issara Ladprao - Bangkok - Thái Lan
Hình 1.13: Dầm chuyển tòa nhà Bộ Công An
Hình 1.14: Dầm chuyển tòa nhà Bộ Công An
Hình 1.15: Thi công dầm chuyển tòa nhà Donphin Plaza
Hình 1.16: Thi công dầm chuyển tòa nhà Donphin Plaza
Hình 1.17: Thi công dầm chuyển tòa nhà Donphin Plaza
Hình 1.18: Thi công dầm chuyển tòa nhà Donphin Plaza
Hình 2.1: Sự phá hoại do uốn
Hình 2.2: Biểu đồ phân bố ứng suất
Hình 2.3: Biểu đồ phân bố ứng suất tại tiết diện giữa và 1/4 nhịp
Hình 2.4: Quỹ đạo ứng suất
Hình 2.5: Sơ đồ tính toán khả năng chịu uốn cho dầm
Hình 2.6: Chế độ phá hoại A
Hình 2.7: Chế độ phá hoại B
Hình 2.8: Chế độ phá hoại C
Hình 2.9: Sơ đồ tính toán khả năng chịu cắt của dầm chuyển
Hình 2.10: ứng suất gối tựa ở phía trên gối tựa dài
Hình 2.11: Biểu đồ phân bố ứng suất ngang trong một mặt phẳng ở dới tải
trọng tập trung Q
Hình 2.12: Sự kết hợp của tải trọng tập trung và ứng suất uốn do tải trọng tập
trung
Hình 3.19: Bố trí cốt thép chịu cắt
Hình 3.20: Sơ đồ cấu tạo dầm chuyển
1
PHầN Mở đầu
1. Mục đích nghiên cứu
Do hiện nay ở Việt Nam cha có tiêu chuẩn hay hớng dẫn kỹ thuật chính
thức nào về tính toán và thiết kế dầm chuyển (dầm cao) bê tông cốt thép, bê
tông ứng lực trớc, bê tông cốt cứng trong các công trình cao tầng dân dụng,
việc thiết kế thờng đợc tính toán với hệ số an toàn tổng thể lớn hoặc theo các
tài liệu kỹ thuật chuyên ngành của nớc ngoài. Vì vậy, đề tài luận văn này sẽ
tập trung làm rõ về khả năng chịu lực và sự ứng xử của dầm chuyển khi chịu
tải trọng lớn (ví dụ: khi sử dụng dầm hay sàn chuyển đỡ các cột, vách và các
cột vách này đỡ nhiều tầng ở phía trên dầm hay sàn chuyển). Trên cơ sở đó,
kiến nghị phơng pháp tính toán và thiết kế loại dầm này trong điều kiện Việt
Nam (theo Tiêu chuẩn Bê tông Cốt thép hiện hành).
2. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
Các nhiệm vụ chính của đề tài là:
Làm rõ khi nào phải sử dụng dầm chuyển trong kết cấu bê tông cốt thép
cao tầng dân dụng (giải pháp kết cấu dầm chuyển đợc sử dụng thích hợp hơn
so với kết cấu dàn, vòm hoặc kết cấu dầm có thêm gối đỡ ở giữa, trên cơ sở
cân nhắc các yếu tố kiến trúc công năng sử dụng, kinh tế và kỹ thuật của công
trình).
Làm rõ khả năng chịu lực (uốn, cắt) ở trạng thái giới hạn thứ nhất (độ
bền hay cực hạn) và ở trạng thái giới hạn thứ hai (giới hạn sử dụng: võng, nứt)
của dầm chuyển khi chịu tải trọng lớn.
Làm rõ về vấn đề bố trí cốt thép chịu uốn, chịu cắt. Ngoài ra cần lu ý một
số vấn đề khác về cấu tạo dầm và các vấn đề khi đổ bê tông với dầm có chiều
cao lớn từ 2m trở lên hoặc tại khu vực bố trí cốt thép quá dày.
Kiến nghị phơng pháp tính toán và thiết kế dầm chuyển căn cứ theo Tiêu
chuẩn Bê tông Cốt thép hiện hành của Việt Nam, cấp độ bền bê tông, mác
dụng. Với cấu trúc không giản mở ở phía dới và hệ kết cấu cột vách ở phía
trên, đòi hỏi phải có một kết cấu chuyển vợt nhịp lớn giữa khu trên và khu dới
của tòa nhà cao tầng. Các kết cấu chuyển này cho đến nay đợc chấp nhận sử
3
dụng do yêu cầu kiến trúc mặc dù về mặt kết cấu giải pháp dầm chuyển có thể
không thích hợp nếu xét đến tính đều đặn theo chiều cao nhà hay trên mặt
bằng khi chịu tải trọng động đất.
Kết cấu chuyển có thể đợc hiểu nh là một kết cấu chịu uốn/cắt có khả
năng vợt nhịp lớn, dùng để chịu tải trọng từ cột hay vách tác dụng ở phía trên
sau đó phân phối lại chúng và truyền xuồng hệ kết cấu cột phía dới. Trong nhà
cao tầng hệ kết cấu chuyển có thể ở dới dạng dầm chuyển, giàn, vòm hay dầm
có thêm gối đỡ ở giữa.
Do yêu cầu kết cấu chuyển phải có khả năng vợt nhịp và chịu tải trọng
lớn từ trên truyền xuống nên loại kết cấu này thờng có độ cứng và kích thớc
hình học (chiều cao, bề rộng tiết diện) lớn hơn so với các kết cấu truyền
thống.
Đối với kết cấu chuyển dới dạng là vòm hay dầm có thêm gối đỡ ở giữa
khi sử dụng sẽ gây chia cắt không gian ở phía bên trong nhà, không đáp ứng
đợc yêu cầu về công năng sử dụng và tính thẩm mỹ.
Còn với kết cấu chuyển ở dạng giàn thép với u điểm là khả năng vợt đợc
nhịp lớn, nhng để chịu đợc tải trọng lớn thì cần phải có một hệ kết cấu giàn
với kích thớc rất lớn mặt khác để thiết kế và thi công với một kết cấu giàn lớn
nh vậy là hết sức phức tạp, dẫn đến chi phí đầu t cao không mang lại hiệu quả
về kinh tế.
Vì vậy, trên thực tế ngời ta thờng dùng kết cấu chuyển là dầm chuyển bê
tông cốt thép (BTCT) cho nhà cao tầng.
1.2. Tổng quan về dầm chuyển
1.2.1. Khái niệm về dầm chuyển (Transfer beams hay Transfer girders).
Dầm chuyển BTCT là một loại dầm thờng có độ cứng và tiết diện hình
học tơng đối lớn, có tác dụng thay đổi trạng thái làm việc của hệ kết cấu từ hệ
kết bởi Albritton (1965), Hiệp hội Xi măng và Bê tông (C&CA 1969), Hiệp
hội Nghiên cứu và Thông tin Công nghệ Xây dựng (CIRIA 1977). Sau đó đã
đợc nghiên cứu bổ sung bởi Tang và Wong (1987), Chemrouk (1988). Những
nghiên cứu đầu tiên này, đã chỉ ra rằng hầu hết các dầm cao làm việc trong
giai đoạn đàn hồi. Tất nhiên, ngày nay các nghiên cứu dựa trên mô hình đàn
hồi dễ dàng đợc thực hiện bằng phơng pháp sai phân hữu hạn và phần tử hữu
hạn (Coates và cộng sự 1988, Zienkiewicz và Taylor 1989). Tuy nhiên, một bất
5
lợi quan trọng của nghiên cứu dựa trên mô hình đàn hồi là các giả thiết về vật
liệu đồng chất, đẳng hớng và tuân theo định luật Hooke. Do đó khó có hớng
dẫn đầy đủ cho việc thiết kế thực tế [16].
Vì vậy, cần phải tiến hành các nghiên cứu có xét đến trạng thái phi đàn
hồi (đặc biệt là các dạng hay cơ chế phá hoại) của dầm cao trong đó cách
nghiên cứu tốt nhất là nghiên cứu thực nghiệm. Trong những thập niên 1960,
hệ thống có thể thí nghiệm đến tải trọng giới hạn đợc thử nghiệm bởi Paiva &
Siess (1965) và Loenhardt & Walther (1966). Những thử nghiệm này đã đạt đ-
ợc một bớc tiến lớn trong nghiên cứu về dầm cao [16].
Hình 1.1: Thí nghiệm trên một dầm cao lớn (Kông & Kubik 1991) [16]
Trong cuối những năm 1960 của thế kỷ trớc một chơng trình dài hạn đã
đợc khởi xớng bởi GS.Kong và hiện vẫn tiếp tục đợc nghiên cứu tại Đại học
Newcastle upon Tyne (nơi GS Kong làm việc), thí nghiệm phá hoại đã đợc
thực hiện trên hơn 490 dầm cao, trong đó bao gồm các mẫu dầm có trọng lợng
6
4,5 T (Hình 1.1) và các dầm có độ mảnh lớn với tỷ lệ chiều cao (h)/chiều rộng
dầm (b) (hay h/b) lên đến 67 (Kong và cộng sự 1986, Kong & Kubik 1991)
[16].
Các giải pháp của vấn đề dầm cao sử dụng khái niệm dẻo đã đợc báo cáo
bởi Nielsen (1971), Braestrup & Nielsen (1983). Nghiên cứu của Kong và
Robins năm 1971 đã chỉ ra rằng cốt thép bố trí xiên trong sờn dầm đã đạt hiệu
quả đối với dầm cao. Điều này cũng đã đợc khẳng định thêm bởi Kong và
Trên thế giới dầm chuyển BTCT đợc sử dụng nhiều ở các thành phố lớn
nh Mỹ, Hong Kong, Malaysia, Singapore, Bangkok (Thái Lan) v.v. Dới đây là
hình ảnh một số kết cấu dầm chuyển BTCT đợc thi công ở Chicago (Mỹ, Hình
1.1 - 1.5), ở New York (Hình 1.6 - 1.8), ở Malaysia (Hình 1.9) và ở Bangkok
(Hình 1.10 - 1.12). Có thể nói, dầm chuyển thờng đợc sử dụng khi vợt các
không gian lớn trong các tòa nhà đa chức năng [20].
8
H×nh 1.2: DÇm chuyÓn cña tßa nhµ The Legacy at Millennium Park -
Chicago - Mü [20]
9
H×nh 1.3: DÇm chuyÓn cña tßa nhµ The Legacy at Millennium Park -
Chicago - Mü [20]
H×nh 1.4: DÇm chuyÓn kÕt nèi víi chu vi têng bª t«ng - Tßa nhµ Trump
International Hotel and Tower - Chicago - Mü [20]
10
H×nh 1.5: VÞ trÝ giao nhau cña c¸c dÇm chuyÓn - Tßa nhµ Trump
International Hotel and Tower - Chicago - Mü [20]
11
H×nh 1.6: DÇm chuyÓn cña tßa nhµ Grand Street Hotel
New York - Mü [20]
12
H×nh 1.7: DÇm chuyÓn cña tßa nhµ Grand Street Hotel
New York - Mü [20]
H×nh 1.8: DÇm chuyÓn cña tßa nhµ Grand Street Hotel
New York - Mü [20]
13
H×nh 1.9: C«ng nh©n ®ang thi c«ng dÇm chuyÓn - Tßa nhµ Grand Hyatt Kuala
Lumpur - Kuala Lumpur - Malaysia [20]
H×nh 1.10: DÇm chuyÓn cña tßa nhµ ideo MORPH 38
Bangkok - Th¸i Lan [20]
trình siêu cao tầng (hơn 100 m) đầu tiên, vì vậy từ khâu thiết kế đến khâu thi
công giám sát chất lợng đều phải tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng cho
dự án nghiêm ngặt. Dầm chuyển đợc đặt ở tầng kỹ thuật với kích thớc chiều
rộng b=1800-:-2700mm, chiều cao h=2150mm, sàn dày 300mm. Khối lợng
bêtông >3500m
3
, dầm sàn bê tông liền khối đổ một lần không để mạch ngừng.
Công trình: Trụ sở Bộ công an đang đợc xây dựng trên đờng Phạm
Hùng, Hà Nội cũng dùng giải pháp kết cấu dầm chuyển. Kết cấu của công
trình là kết cấu thép, do đó, dầm chuyển cũng đợc làm bằng kết cấu thép.
Hình 1.13 đến 1.14 dầm chuyển tòa nhà Bộ Công An [20].
16
H×nh 1.13: DÇm chuyÓn tßa nhµ Bé C«ng An [20]
H×nh 1.14 DÇm chuyÓn tßa nhµ Bé C«ng An [20]
C«ng tr×nh: Toµ nhµ cao cÊp WESTA cao 28 tÇng vµ 3 tÇng hÇm; §Þa
Copyright: Tài liệu đại học ©