bao cao tong ket - copy

MỤC LỤC

Chương 1 TỔNG QUAN ......................................................................................... 3

1.1. Giới thiệu.......................................................................................................... 3

1.2. Tình hình nghiên cứu ....................................................................................... 5

1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ........................................................... 5

1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ........................................................... 5

1.3. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................. 6

1.4. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 7

1.5. Tính thực tiễn của nghiên cứu .......................................................................... 7

Chương 2 CƠ SƠ LY THUYÊT ............................................................................. 8

2.1. Các khái niệm cơ bản ....................................................................................... 8

2.1.1. Biến dạng đàn hồi ................................................................................... 8

2.1.2. Biến dạng không đàn hồi ........................................................................ 8

2.1.3. Biến dạng cột, vách cho tòa nhà có N tầng ............................................. 8

2.2. Tính toán biến dạng theo CEB-FIP90 ............................................................ 10

2.2.1. Ảnh hưởng của yếu tố thời gian............................................................ 10

2.2.2. Biến dạng từ biến và co ngót ................................................................ 11

2.2.3. Ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ ............................................................. 15

2.2.4. Biến dạng khi chưa xét ảnh hưởng của nhiệt độ ................................... 19

2.2.5. Biến dạng khi xét ảnh hưởng của nhiệt độ ........................................... 21

2.3. Biến dạng đàn hồi .......................................................................................... 22

2.3.1. Theo công thức sức bền vật liệu ........................................................... 22

2.3.2. Biến dạng đàn hồi của cột, vách ở tầng thứ N tại thời điểm t ............... 22

Chương 3 VÍ DỤ SỐ ............................................................................................. 23

3.1. Công trình Asia Square Tower 1.................................................................... 23

3.1.1. Biến dạng của cột,vách theo thời gian .................................................. 24

3.1.2. Biến dạng của cột, vách với sự thay đổi độ ẩm .................................... 26

3.1.3. Biến dạng của cột, vách với sự thay đổi nhiệt độ ................................. 28

3.1.4. Ảnh hưởng của tốc độ thi công đến biến dạng cột, vách ...................... 30

3.2. Công trình VINCOM CENTER ..................................................................... 33

3.2.1. Lệch biến dạng cột vách theo thời gian và độ cao ................................ 33

3.2.2. Biến dạng theo thời gian của cột vách dưới sự thay đổi độ ẩm ............ 36

3.2.3. Ảnh hưởng của tốc độ thi công đến biến dạng cột, vách ...................... 37

Chương 4 KÊT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ .............................................................. 39

4.1. Kết luận .......................................................................................................... 39

4.2. Hướng phát triển đề tài .................................................................................. 39

Tài liệu tham khảo ..................................................................................................... 41

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu

Ngày nay, tại các thành phố lớn ở Việt Nam và trên thế giới, nhiều công trình

nhà cao tầng, siêu cao tầng được hình thành nhằm đáp ứng nhu cầu về điều kiện

sống ngày càng cao của con người và cũng là hướng phát triển để giải quyết vấn đề

thiếu quỹ đất dân sinh tại trung tâm dân cư. Tuy nhiên, một trong các vấn đề lớn đặt

ra trong quá trình xây dựng nhà cao tầng, siêu cao tầng đó là tác động của tải trọng

ngang và lực nén lớn truyền lên các kết cấu chịu lực theo phương đứng. Giải pháp

được đặt ra để giải quyết vấn đề trên đồng thời rất phù hợp cho không gian kiến trúc

công trình đó là sử dụng hệ vách, lõi kết hợp với cột. Hình 1.1 trình bày mặt bằng

tầng điển hình của hai tòa nhà cao tầng: (1) Hanoi Landmark Tower – Hotel Tower

(trái) và (2) Asia Square Tower 1 (phải) –Singapore.

Hình 1.1. Mặt bằng tầng điển hình của 2 công trình cao tầng

Khi sử dụng đồng thời hệ cột – lõi cứng trong kết cấu nhà cao tầng thì sự lệch

biến dạng giữa 2 bộ phận là cần được xem xét. Các lõi cứng có diện tích tiết diện lớn

hơn nhiều lần so với diện tích tiết diện cột và tải trọng đứng trong lõi cứng không

quá lớn so với cột tương ứng gần nó dẫn đến sự chênh lệch lớn về biến dạng trong

hai bộ phận này. Sự co ngắn khác nhau giữa cột và vách cứng liền kề sát bên có thể

là nguyên nhân làm xoắn sàn phẳng, biến dạng dầm, tường và chi tiết bao che v.v.

Hình 1.2 trình bày ảnh hưởng của biến dạng lệch giữa cột biên và lõi làm nứt vách

ngăn và phát sinh cốt thép chịu kéo căng thớ dưới về phía cột.

Hình 1.2. Ảnh hưởng của biến dạng lệch kết cấu

Hình 1.3 trình bày moment do biến dạng lệch gây ra tại tại tầng 70 tòa nhà Hanoi

Landmark Tower – Hotel Tower. Moment do sự lệch biến dạng gây ra cho cho các

dải sàn lớn nhất về phía cột là 106.5 kN.m/m (căng thớ dưới), về phía lõi cứng là -

104.3 kN.m/m (căng thớ trên).

Hình 1.3. Moment do lệch chuyển vị của cột- vách, lõi tại tầng 70 tòa nhà Hanoi

Landmark Tower – Hotel Tower

Biến dạng bao gồm hai loại biến dạng đàn hồi và không đàn hồi. Biến dạng

đàn hồi là biến dạng dưới tác dụng của tải trọng và được xác định qua mối liên hệ

với diện tích tiết diện và mô đun đàn hồi của vật liệu. Biến dạng không đàn hồi phát

sinh do tính chất co ngót và từ biến của bê tông. Vì tính co ngót và từ biến của bê

tông thay đổi theo thời gian nên biến dạng thu được cũng sẽ có sự biến đổi trong quá

trình xây dựng và sau khi hoàn thành công trình. Như vậy, khảo sát lệch biến dạng

cột-vách có xét đến tính co ngót và từ biến của bê tông sẽ giúp hiểu rõ biến dạng

lệch và sự phát triển của biến dạng này theo thời gian.

1.2. Tình hình nghiên cứu

1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Lý thuyết về biến dạng co ngót và từ biến của bê tông và thép đã được nhiều

tác giả đề cập từ những thập kỷ trước như: Ross (1937), Lorman (1940), Neville

cùng các cộng sự (1964) đã đưa ra các yếu tố ảnh hưởng đến từ biến của bê tông

và phương pháp dự đoán. Mô hình đơn giản dự đoán biến dạng do co ngót và từ biến

của bê tông đã được đưa ra bởi các tác giả Bazant (1972), Fintel-Ghosh và Iyengar

(1984).Bazant và Baweja (2001) đã đưa ra mô hình dự đoán từ biến và co ngót cho

việc phân tích và thiết kế kết cấu bê tông. Tác giả Mark Fintel và cộng sự (2005)

trong quyển “Column Shortening in Tall Structures – Prediction and Compensation”

cũng đã đề cập hiện tượng co ngót và từ biến dẫn đến biến dạng lệch giữa các cột

trong nhà cao tầng thông qua các ví dụ điển hình để khảo sát, sau đó đưa ra cách

hiệu chỉnh. Jayasinghe và Jayasena (2004) đã đề cập ảnh hưởng sự co ngắn của cột

trong thiết kế và thi công nhà cao tầng.

Các tiêu chuẩn thiết kế CEB-FIP90, ACI-209R, Eurocode 2 có quy định về

việc tính toán biến dạng co ngót và từ biến cho bê tông.

Hiện nay có nhiều phần mềm cung cấp ứng dụng tính toán các biến dạng co

ngót và từ biến cho bê tông như: SAP2000 cho phép tính toán biến dạng theo tiêu

chuẩn CEB-FIP90. MIDAS GEN cho phép tính toán biến dạng theo các tiêu chuẩn

CEB-FIP90, ACI-209R, Eurocode 2, PCA Method (Mark Fintel).

1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước

Tác giả Phạm Duy Hữu (2005) đã nghiên cứu thành phần bê tông có xét đến

yếu tố hạn chế co ngót và từ biến, trong đó trình bày khái quát các yếu tố ảnh hưởng

đến co ngót và từ biến của bê tông. Tác giả Phan Quang Minh và cộng sự (2005) đã

trình bày một số phương pháp tính biến dạng từ biến theo thời gian của bê tông như:

phương trình lũy thừa, phương trình hypepol, phương trình logarit, phương trình từ

biến nhanh ban đầu....Tác giả Hà Hoàng Phong (2008) đã khắc phục sự biến dạng

khác nhau giữa cột và vách theo thời gian trong nhà cao tầng bằng phương pháp tối

ưu bù biến dạng. Tác giả Lương Văn Hải và cộng sự (2011) đã đánh giá sự co ngắn

của cột và vách trong nhà cao tầng do ứng suất đàn hồi, từ biến và co ngót, đồng

thời đưa ra sự hiệu chỉnh biến dạng lệch giữa cột và vách cứng. Tác giả Lương Văn

Hải và cộng sự (2012) đã đánh giá biến dạng cột và vách trong nhà cao tầng theo

tiêu chuẩn CEB-FIB90. Tác giả Lê Xuân Trường và cộng sự (2012) nghiên cứu ảnh

hưởng biến dạng cột liên hợp BTCT theo từng giai đoạn thi công nhà cao tầng sử

dụng tiêu chuẩn CEB-FIP90.

1.3. Phương pháp nghiên cứu

Trong nghiên cứu này, phần mềm SAP2000 được sử dụng để khảo sát bài toán

theo tiêu chuẩn CEB-FIB90. Sử dụng phần mềm SAP2000 là phù hợp với mục đích

của nghiên cứu là khảo sát biến dạng lệch, đồng thời các kết quả của nghiên cứu

cũng được tham khảo dễ dàng bởi các bạn sinh viên và kỹ sư. Mặt khác nhiều

nghiên cứu và công trình thực tế cho thấy rằng tiêu chuẩn CEB-FIB90 cho kết quả

đáng tin cậy so với ứng xử thực tế của công trình. Hải và cộng sự (2012) đã nghiên

cứu biến dạng lệch theo nhiều tiêu chuẩn như CEB-FIB90, ACI-90R, EC2, Fintel-

Ghosh (1996). Kết quả cho thấy mỗi tiêu chuẩn có kết quả khác nhau nhưng sự

chênh lệch là không nhiều.

Hình 1.4. Chuyển vị tính toán và đo đạt tại tòa nhà Hanoi Landmark Tower

Sai số giữa CEB-FIB90 và Fintel-Ghosh (1996) trung bình là 10% (Hải và cộng sự,

2012). Hình 1.4 trình bày chuyển vị đo đạt và tính toán tại công trình Hanoi

Lanmark Tower đã hoàn thành tại Việt Nam. Kết quả cho thấy chuyển vị giữa tính

toán và thực tế là gần giống nhau. Ơ công trình này phân tích được tiến hành theo

Fintel-Ghosh (1996).

1.4. Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu bao gồm: khảo sát sự biến dạng lệch giữa cột và vách

cứng trong kết cấu nhà cao tầng theo tiêu chuẩn CEB-FIP90 xét đến ảnh hưởng co

ngót và từ biến bê tông; khảo sát ảnh hưởng của biến dạng cột vách theo từng giai

đoạn thi công lên các kết cấu khác.

1.5. Tính thực tiễn của nghiên cứu

Với việc nhà cao tầng đang ngày càng trở nên phổ biến, hiện nay đã có một số

công trình ở Việt Nam đã áp dụng phân tích lệch biến dạng cột vách trong quá trình

xây dựng. Đề tài hoàn thành sẽ đưa ra sự nhìn nhận về nguyên nhân gây lệch biến

dạng và ảnh hưởng theo thời gian, các giai đoạn thi công. Đề tài sẽ tiến hành mô

hình ví dụ trên phần mềm SAP2000, đây là một phần mềm được sử dụng rất phổ

biến. Do vậy các kết quả mà đề tài đưa ra sẽ được tham khảo dễ dàng.

Chương 2 CƠ SƠ LY THUYÊT

2.1. Các khái niệm cơ bản

2.1.1. Biến dạng đàn hồi

Biến dạng đàn hồi là biến dạng tức thời diễn ra trong phần tử dưới tác dụng của

tải trọng (tĩnh tải, hoạt tải,…). Biến dạng đàn hồi phụ thuộc vào thành phần vật liệu,

kích thước cấu kiện, tải trọng tác động, điều kiện môi trường…

2.1.2. Biến dạng không đàn hồi

Biến dạng không đàn hồi của bê tông là tổng biến dạng co ngót và từ biến trong

bê tông.

- Biến dạng co ngót bê tông

Biến dạng co ngót là sự giảm thể tích bê tông diễn ra do quá trình bay hơi nước

từ bề mặt bê tông và các phản ứng hóa học trong quá trình bê tông ninh kết.

- Biến dạng từ biến

Biến dạng từ biến là sự tăng biến dạng theo thời gian khi ứng suất không thay

đổi. Biến dạng từ biến là tổ hợp hai thành phần: biến dạng từ biến cơ sở và biến

dạng từ biến khi khô. Biến dạng từ biến chịu ảnh hưởng bởi độ ẩm của môi trường

xung quanh, kích thước cấu kiện, thành phần bê tông, tuổi của bê tông khi đặt tải và

độ lớn của tải trọng. Từ biến phát triển trong một thời gian rất dài, không có giới

hạn cụ thể. Theo các khảo sát nghiên cứu trước thì sau 30 năm vẫn còn biến dạng từ

biến.

2.1.3. Biến dạng cột, vách cho tòa nhà có N tầng

Cơ sở lý thuyết để thiết lập công thức tính biến dạng phần tử phương đứng theo

thời gian t ứng với tòa nhà có N tầng. Các giả thiết bao gồm: bỏ qua ảnh hưởng của

các yếu tố như độ sụt của bê tông, phần trăm cốt liệu nhỏ, phần trăm không khí có

trong bê tông, nhiệt độ môi trường đến sự biến dạng của co ngót và từ biến.

Hình 2.1. Trình tự thi công tòa nhà có N tầng

Hình 2.1 biểu thị trình tự thi công công trình theo phương pháp thông thường

(thi công tuần tự từ dưới lên trên). Biến dạng (đàn hồi, từ biến, co ngót) tại tầng N

đang khảo sát sẽ bao gồm: biến dạng khi thi công sàn tầng N và sau khi thi công sàn

tầng N. Khi thi công sàn tầng N thì biến dạng bao gồm: biến dạng trong chính tầng

thứ N và biến dạng cộng dồn của các tầng bên dưới. Sau khi thi công sàn tầng N thì

biến dạng do các tải trọng của các tầng bên trên được thi công sau làm ảnh hưởng

đến biến dạng của tầng N và các tầng bên dưới.

- Biến dạng khi thi công tầng N bao gồm

Biến dạng đàn hồi cộng dồn do các tải trọng từ tầng 1 đến tầng N

Biến dạng co ngót cộng dồn xảy ra đến thời điểm thi công sàn N

Biến dạng từ biến cộng dồn xảy ra đến thời điểm thi công sàn N do tải trọng từ

tầng 1 đến tầng N

- Biến dạng sau khi thi công tầng N bao gồm

Biến dạng đàn hồi cộng dồn do các tải trọng từ tầng N+1 đến tầng mái

Biến dạng co ngót cộng dồn tiếp diễn xảy ra sau khi thi công tầng N

Biến dạng từ biến cộng dồn tiếp diễn sau khi thi công sàn N do tải trọng từ tầng

1 đến tầng N và biến dạng từ biến cộng dồn do tải trọng từ tầng N+1 đến tầng

mái

2.2. Tính toán biến dạng theo CEB-FIP90

2.2.1. Ảnh hưởng của yếu tố thời gian

- Sự phát triển cường độ theo thời gian

Cường độ chịu nén trung bình của bê tông sau 28 ngày

cm ckf f f (2.1)

trong đó: 8f MPa và ckf là cường độ chịu nén tiêu chuẩn của bê tông.

Giá trị modul đàn hồi đối với bê tông nặng được tính toán theo công thức sau

1/3

/ci co ck cmoE E f f f (2.2)

trong đó: ciE là môdul đàn hồi (MPa) đối với bê tông tuổi 28 ngày, ckf là cường độ

tiêu chuẩn (MPa), 8f MPa , 10cmof MPa , 42.15 10coE x MPa .

- Khi cường độ chịu nén thực của bê tông ở 28 ngày cmf được biết, ciE được tính từ công

thức (2.3)

1/3

/ci co cm cmoE E f f (2.3)

Cường độ của bê tông tại thời điểm t phụ thuộc vào loại xi măng, nhiệt độ và

những điều kiện bảo dưỡng. Đối với nhiệt độ trung bình 20oC và bảo dưỡng theo

chuẩn ISO 2736/2 liên quan đến cường độ chịu nén của bê tông với những độ tuổi

khác nhau, ( )cmf t có thể được ước tính từ công thức (2.4) và (2.5). Ảnh hưởng của

nhiệt độ trong suốt quá trình bảo dưỡng tuổi bê tông được hiệu chỉnh theo công thức

(2.27).

( ) ( )cm cc cmf t t f (2.4)

1/2

1

28( ) exp 1

/cc t s

t t

(2.5)

trong đó: ( )cmf t là cường độ chịu nén trung bình bê tông với thời gian t ngày

cmf cường độ chịu nén trung bình sau 28 ngày theo công thức (2.1)

( )cc t hệ số mà phụ thuộc vào tuổi của bê tông t

t tuổi của bê tông (ngày) theo công thức (2.27), 1t = 1 ngày

s là hệ số phụ thuộc vào loại xi măng: s = 0.20 đối với xi măng thủy hóa

nhanh, cường độ cao RS, s = 0.25 đối với xi măng thủy hóa đóng rắn

bình thường N và R, và s = 0.38 đối với xi măng thủy hóa chậm SL.

- Sự phát triển modul đàn hồi theo thời gian

Modul đàn hồi của bê tông tại độ tuổi t 28 ngày có thể được tính toán từ

công thức (2.6):

( ) ( )ci E ciE t t E (2.6)

0.5

( ) ( )E cct t (2.7)

trong đó: ( )ciE t là modul đàn hồi ở độ tuổi t ngày, ciE là modul đàn hồi ở độ tuổi 28

ngày, từ công thức (2.3), ( )E t là hệ số mà phụ thuộc vào tuổi của bê

tông, t (ngày), ( )cc t là hệ số tính theo công thức (2.5).

2.2.2. Biến dạng từ biến và co ngót

- Định nghĩa

Tổng biến dạng tại thời điểm t, ( )c t , của một kết cấu bê tông dưới tác dụng tải nén

một trục tại thời điểm 0t với một ứng suất không đổi ( )c ot có thể được tính theo

các công thức sau:

( ) ( ) ( ) ( ) ( )c ci o cc cs cTt t t t t (2.8)

( ) ( )c cnt t (2.9)

trong đó: ( )ci ot là biến dạng ban đầu tại lúc đặt tải

( )cc t là biến dạng từ biến tại thời gian 0t t

( )cs t là biến dạng co ngót

( )cT t là biến dạng nhiệt

( )c t là ứng suất phụ thuộc vào biến dạng: ( ) ( ) ( )c ci o cct t t

( )cn t là ứng suất không phụ thuộc vào biến dạng: ( ) ( ) ( )cn cs cTt t t

- Từ biến

Những giả thiết và mối liên hệ những công thức cơ bản. Trong phạm vi ứng suất

0.4 ( )c cm of t , từ biến được giả định là tuyến tính với quan hệ ứng suất.

Đối với một ứng suất là hằng số áp dụng vào thời gian 0t dẫn đến:

( )

( , ) ( , )c occ o o

ci

tt t t t

E

(2.10)

trong đó: ( , )ot t là hệ số từ biến, ciE là modul đàn hồi lúc 28 ngày tuổi theo công

thức (2.2) hoặc (2.3).

- Hệ số từ biến

Hệ số từ biến có thể được tính toán từ công thức

( , ) ( )o o c ot t t t (2.11)

trong đó: o là hệ số từ biến biểu kiến từ công thức (2.12)

c là hệ số mô tả sự phát triển từ biến theo thời gian sau khi đặt tải từ

công thức (2.18)

t là tuổi của bê tông (ngày) tại thời điểm khảo sát

0t là tuổi của bê tông lúc đặt tải (ngày), theo công thức (2.20) và (2.27).

Hệ số từ biến biểu kiến có thể được tính từ công thức:

( ) ( )o RH cm of t (2.12)

trong đó: 1/3

1 /1

0.46( / )

oRH

o

RH RH

h h

(2.13)

0.5

5.3( )

( / )cm

cm cmo

ff f

(2.14)

0.2

1

1( )

0.1 ( / )o

o

tt t

(2.15)

trong đó: 2 cA

hu

(2.16)

( , ) ( )o o c ot t t t (2.17)

cmf là cường độ chịu nén trung bình của bê tông ở độ tuổi 28 ngày (MPa)

theo công thức (2.1), 10cmof MPa

RH là độ ẩm tương đối của môi trường xung quanh (%), RHo = 100%

h là kích thước biểu kiến của kết cấu (mm), ở đó Ac là diện tích tiết diện và

u là chu vi của kết cấu tiếp xúc với khí quyển và môi trường.

ho = 100 mm, t1 = 1 ngày.

Sự phát triển của từ biến với thời gian được cho bởi.

0.3

1

1

( ) /( )

( ) /

oc o

H o

t t tt t

t t t

(2.18)

trong đó:

18

150 1 1.2 250 1500H

o o

RH h

RH h

(2.19)

t1 = 1 ngày, ho = 100 mm, RHo = 100%.

* Ảnh hưởng của loại xi măng và nhiệt độ bảo dưỡng

Ảnh hưởng của loại xi măng lên hệ số từ biến của bê tông có thể được đưa vào tính

toán bằng cách hiệu chỉnh tuổi tại lúc đặt tải to theo công thức (2.20).

, 1.2

, 1,

91 0.5

2 ( / )o o T

o T T

t tt t

(2.20)

trong đó: to,T là tuổi bê tông tại lúc đặt tải (ngày) được hiệu chỉnh theo công thức

(2.27). t1,T = 1 ngày.

là hệ số phụ thuộc vào loại xi măng.

= -1 đối với loại ciment thủy hóa chậm SL, 0 đối với ciment thủy hóa

đông cứng bình thường N và R, và 1 đối với ciment cường độ cao thủy

hóa đông cứng nhanh RS.

* Co ngót

Tổng biến dạng co ngót hoặc nở thể tích ( , )cs st t có thể được tính toán từ công thức

( , ) ( )cs s cso s st t t t (2.21)

trong đó: cso là hệ số co ngót biểu kiến theo công thức (2.22)

s hệ số mô tả sự phát triển co ngót theo thời gian theo công thức (2.26)

t : tuổi của bê tông (ngày).

ts : tuổi của bê tông (ngày) tại thời điểm bắt đầu từ biến hoặc trương nở.

Hệ số co ngót biểu kiến có thể được tính từ:

( )cso s cm RHf (2.22)

trong đó: 6( ) 160 10 (9 / ) 10s cm sc cm cmof f f x (2.23)

cmf là cường độ chịu nén trung bình của bê tông ở độ tuổi 28 ngày (MPa)

cmof = 10 MPa

sc là hệ số phụ thuộc vào loại ciment: sc = 4 đối với ciment thủy hóa

chậm SL, sc = 5 với ciment thủy hóa đóng rắn bình thường N và R, và sc

= 8 với ciment cường độ cao thủy hóa đóng rắn nhanh RS.

Đối với trường hợp 40% 99%RH , 1.55RH sRH (2.24)

0.25RH đối với trường hợp 99%RH

trong đó:

3

1sRH

o

RH

RH

(2.25)

Với RH là độ ẩm tương đối của khí quyển bao quanh (%), RHo = 100%

Sự phát triển quá trình co ngót theo thời gian được cho bởi

0.5

1

2

1

/( )

350( / ) ( ) /

s

s s

o s

t t tt t

h h t t t

(2.26)

trong đó: h được định nghĩa theo công thức (2.16), t1 = 1 ngày, ho = 100 mm.

2.2.3. Ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ

* Phạm vi áp dụng

Thông tin được đưa ở những phần trước là hợp lý cho nhiệt độ trung bình được đưa

vào tính toán sự biến đổi từng giai đoạn, giữa giá trị xấp xĩ -200C và 40

0C. Trong

những phần theo sau ảnh hưởng độ lệch thực tế từ một nhiệt độ trung bình là 200C

đối với khoảng xấp xỉ 00C đến +80

0C.

* Chắc chắn (maturity)

Ảnh hưởng của việc nâng cao hoặc giảm nhiệt độ lên bê tông đã chắc chắn có thể

được đưa ra tính toán bởi sự tác động tuổi bê tông theo công thức (2.27).

1

4000exp 13.65

273 ( ) /

n

T i

i i o

t tT t T

(2.27)

trong đó: tT là nhiệt độ tác động đến tuổi bê tông mà thay thế cho “t” ở những công

thức tương ứng trước đó, it là số ngày nơi đó nhiệt độ chiếm ưu thế, T(

it ) là nhiệt độ (0C) trong suốt khoảng it , T0 = 1

0C.

* Độ giãn nở nhiệt

Độ giãn nở nhiệt của bê tông có thể được tính toán từ công thức (2.28)

cT T T (2.28)

trong đó: cT là độ giản nở nhiệt

T là sự thay đổi nhiệt độ (K)

T là hệ số giản nở nhiệt (K-1

)

Trường hợp phân tích kết cấu hệ số giản nở nhiệt có thể được tính như sau

6 110 10T x K

* Cường độ chịu nén

Ảnh hưởng của nhiệt độ vào thời điểm kiểm tra trong khoảng 00C < T < 80

0C lên

cường độ chịu nén của bê tông mà không có sự ảnh hưởng hơi ẩm có thể được tính

toán từ công thức (2.29).

( ) (1.06 0.003 / )cm cm of T f T T (2.29)

trong đó: ( )cmf T là cường độ chịu nén tại nhiệt độ T, cmf cường độ chịu nén tại

nhiệt độ 200C từ công thức (2.1), T là nhiệt độ (

0C), T0 = 1

0C.

* Cường độ chịu kéo và đặc tính khe nứt

Trong khoảng 00C < T < 80

0C cường độ chịu kéo một trục ctf và cường độ kéo nứt

,ct spf không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ tại thời điểm kiểm tra.

Công thức (2.30) có thể được sử dụng để tính toán ảnh hưởng của sự tăng hoặc

giảm nhiệt độ tại thời điểm kiểm tra đến cường độ chịu uốn ,ct flf

, ,( ) (1.1 0.005 / )ct fl ct fl of T f T T (2.30)

trong đó: , ( )ct flf T là cường độ chịu uốn tại nhiệt độ T, ,ct flf là cường độ chịu uốn tại

nhiệt độ 200C, T là nhiệt độ (

0C), T0 = 1

0C.

Năng lượng gây nứt GF bị ảnh hưởng lớn bởi nhiệt độ và lượng hơi ẩm tại thời

điểm kiểm tra. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên GF có thể được tính toán từ công thức

(2.31) và (2.32):

Với bê tông khô: F F 0G T G 1.06 – 0.003T / T (2.31)

Với khối lượng bê tông: F F 0G T G 1.12 – 0.006T / T (2.32)

trong đó: GF(T) là năng lượng gây nứt tại nhiệt độ T, GF là năng lượng gây nứt tại

nhiệt độ 200C, T là nhiệt độ (

0C), T0 = 1

0C.

* Modul đàn hồi

Ảnh hưởng của sự tăng giảm nhiệt độ tại thời điểm kiểm tra lên modul đàn hồi của

bê tông, vào thời điểm 28 ngày với không có sự thay đổi hơi ẩm, có thể được tính

theo công thức (2.33):

0( ) (1.06 0.003 / )ci ciE T E T T (2.33)

trong đó: ( )ciE T là modul đàn hồi tại nhiệt độ T, ciE là modul đàn hồi tại nhiệt độ

200C từ công thức (2.3), T là nhiệt độ

0C, T0 = 1

0C.

* Từ biến và co ngót

- Từ biến

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến việc đặt tải có thể được tính toán sử dụng công thức

(2.27). Những công thức từ (2.34) đến (2.37) mô tả ảnh hưởng của một hằng số

nhiệt độ khác nhau từ 20oC trong khi bê tông chịu tác dụng của tải.

Ảnh hưởng của nhiệt độ theo thời gian đến sự phát triển của từ biến được đưa ra

tính toán bằng việc sử dụng ,H T từ công thức (2.34)

,H T H T (2.34)

trong đó: 0exp 1500 / (273 / ) 5.12T T T (2.35)

,H T là hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ thay thế cho H trong công thức (2.19)

H là hệ số tính theo công thức(2.19), T0 = 10C.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hệ số từ biến được đưa ra tính toán bằng việc sử dụng

những công thức (2.36) và (2.37).

1.2

, ( 1)RH T T RH T (2.36)

0exp 0.015( / 20)T T T (2.37)

trong đó: ,RH T là hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ mà thay thế cho RH trong công thức

(2.13), RH là hệ số tính theo công thức (2.13), T0 = 10C.

Trường hợp sự tăng nhiệt độ trong khi kết cấu dưới tác dụng tải trọng, từ biến có thể

được tính từ công thức (2.38):

0 0 0 , ans( , , ) ( )c T trt t T t t (2.38)

2

, ans 00.0004( / 20)T tr T T (2.39)

trong đó: 0 là hệ số từ biến biểu kiến theo công thức (2.12) và nhiệt độ hiệu chỉnh

theo công thức (2.37).

0( )c t t là hệ số mô tả sự phát triển từ biến theo thời gian sau khi đặt tải theo công

thức (2.18) và nhiệt độ hiệu chỉnh theo công thức (2.35) và (2.37).

, ansT tr là hệ số từ biến nhiệt tạm thời được xét trong khoảng thời điểm nhiệt độ

tăng, T0 = 10C.

- Co ngót

Những công thức (2.40) đến (2.42) miêu tả ảnh hưởng của một hằng số nhiệt độ

khác từ 20oC trong khi bê tông đang khô.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phát triển co ngót theo thời gian được đưa ra tính

toán bằng việc sử dụng ( )sT T từ công thức (2.40).

2

0

0

( ) 350 exp 0.06( / 20)sT

hT T T

h

(2.40)

trong đó: ( )sT T là hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ thay thế cho 350(h/h0)2 trong công

thức (2.26), h0 = 100 mm, T0 = 10C.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hệ số co ngót biểu kiến được đưa ra tính toán bằng việc

sử dụng công thức (2.41).

,RH T RH sT (2.41)

0

0

/ 2081 ( )( )

103 100 / 40sT

T T

RH RH

(2.42)


(2.24), RH là hệ số theo công thức (2.24), RH0 = 100%, T0 = 10C.

2.2.4. Biến dạng khi chưa xét ảnh hưởng của nhiệt độ

* Biến dạng co ngót của cột, vách ở tầng thứ N tại thời điểm t

Biến dạng co ngót tại tầng N khi thi công sàn tầng N:

,

1 1

( ).N N

s j cs j j s j cso

j j

h h t

(2.43)

trong đó: cso xác định theo công thức (2.22).

( )s jt được triển khai từ công thức (2.26) như sau:

0.5

1

2

1

/( )

350( / ) ( ) /

j sj

s j

j o j s j

t t tt

h h t t t

(2.44)

Biến dạng co ngót tại tầng N sau khi thi công tầng N:

,

1 1

( ( ) ( )).N N

s j cs j j s j s j cso

j j

h h T t

(2.45)

( )s jT được triển khai từ công thức (2.26) như sau:

0.5

1

2

1

/( )

350( / ) ( ) /

j sj

s j

j o j s j

T t tt

h h T t t

(2.46)

* Biến dạng từ biến của cột, vách ở tầng thứ N tại thời điểm t

Biến dạng từ biến tại tầng N khi thi công sàn tầng N:

, ,

,

( ) ( ) ( )N n

ic j RH cm o j c j o j

i j i j j c j

Ph f t t t

A E

(2.47)

trong đó: ,c jE được xác định theo công thức (2.3) và (2.2).

,; ( ); ( )RH cm o jf t được xác định theo công thức (2.13), (2.14) và (2.15).

,( )c j o jt t được triển khai từ công thức (2.18) như sau:

0.3

1

,

1

( ) /( )

( ) /

j oj

c j o j

H j oj

t t tt t

t t t

(2.48)

, , ( 1)j c j c j jA A A m (2.49)

,

sj

ct j

Em

E (2.50)

jA diện tích tiết diện qui đổi cột (vách) tầng thứ j.

jcA , diện tích tiết diện cột (vách) tầng thứ j.

Biến dạng từ biến tại tầng N sau khi thi công tầng N:

,

,

( ) ( ) ( ) ( )N n

ic j RH cm o j c j oj c j oj

i j i j j c j

Ph f t T t t t

A E

(2.51)

trong đó:

0.3

1

,

1

( ) /( )

( ) /

j oj

c j o j

H j oj

T t tT t

T t t

(2.52)

2.2.5. Biến dạng khi xét ảnh hưởng của nhiệt độ

* Biến dạng co ngót của cột, vách ở tầng thứ N tại thời điểm t

Công thức xác định tương tự như trường hợp không xét tải nhiệt. Nhưng có kể thêm

hệ số ảnh hưởng nhiệt vào các công thức trước. Cụ thể:

2

0

0

( ) 350 exp 0.06( / 20)sT

hT T T

h

là hệ số thay thế cho 350(h/h0)

2 trong công

thức (2.26).

,RH T RH sT Với 0

0

/ 2081 ( )( )

103 100 / 40sT

T T

RH RH


(2.24).

* Biến dạng từ biến của cột, vách ở tầng thứ N tại thời điểm t

Tương tự như xét với biến dạng co ngót, ta có các hệ số thay thế khi có xét tải nhiệt

,H T H T (2.53)

trong đó: 0exp 1500 / (273 / ) 5.12T T T (2.54)

,H T là hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ thay thế cho H trong công thức (2.18).

1.2

, ( 1)RH T T RH T (2.55)

0exp 0.015( / 20)T T T (2.56)


(2.13).

Chú ý trường hợp sự tăng nhiệt độ trong khi kết cấu dưới tác dụng tải trọng, từ biến

có thể được tính từ công thức

0 0 0 , ans( , , ) ( )c T trt t T t t (2.57)

2

, ans 00.0004( / 20)T tr T T (2.58)

2.3. Biến dạng đàn hồi

2.3.1. Theo công thức sức bền vật liệu

.

e

t ct

P

A E (2.59)

trong đó: P là tải trọng tác dụng, At là diện tích tiết diện

Ect là modul đàn hồi của vật liệu

2.3.2. Biến dạng đàn hồi của cột, vách ở tầng thứ N tại thời điểm t

Biến dạng đàn hồi tại tầng N khi thi công tầng N:

1,

1 , ,

N Ni jp

e

j i j t j ct j

Ph

A E

(2.60)

Biến dạng đàn hồi tại tầng N sau khi thi công tầng N:

1,

1 1 , ,

N ni js

e

j i N t j ct j

Ph

A E

(2.61)

Biến dạng đàn hồi tại tầng N khi có tải tác dụng thêm vào

2

1 , ,

N nk j

e

j k j t j ct j

P h

A E

(2.62)

Chương 3 VÍ DỤ SỐ

Trong chương này, lệch biến dạng cột vách được khảo sát thông qua hai mô

hình số của hai công trình có số tầng khác nhau lần lượt là 45 tầng (mô hình 1) và

27 tầng (mô hình 2). Mô hình 1 được mô hình bằng phần mềm SAP2000, trong khi

mô hình 2 tiến hành trên phần mềm ETABS phiên bản 2013. Mô hình 2 là mô hình

được tiến hành thêm nhằm ứng dụng thêm tính năng mới của phần mềm ETABS.

Kết quả từ hai mô hình cho thấy sự cần thiết của phân tích lệch biến dạng cột vách

đối với nhà cao tầng.

3.1. Công trình Asia Square Tower 1

Asia Square Tower 1 là công trình có chiều cao 204.9m, bao gồm 43 tầng kết

cấu bên trên và 2 tầng hầm. Hệ kết cấu chính của công trình là hệ khung vách.

Trong phần ví dụ này, tiến hành khảo sát biến dạng đàn hồi, biến dạng không đàn

hồi (phát sinh từ tính chất từ biến và co ngót của bê tông) của công trình theo

phương đứng. Biến dạng được xét với thời gian khác nhau sau khi hoàn thành công

trình; sự thay đổi nhiệt độ; thay đổi độ ẩm; thay đổi chu kỳ thi công sàn. Hình 3.1

trình bày mặt bằng điển hình và các vị trí khảo sát.

Hình 3.1. Mặt bằng tầng điển hình và các vị trí khảo sát

3.1.1. Biến dạng của cột,vách theo thời gian

Phần này khảo sát biến dạng của cột vách thời gian dưới ảnh hưởng của tính

chất co ngót và từ biến của bê tông.

Hình 3.2. Biến dạng vách và cột tại vị trí 1 theo thời gian

Hình 3.2 cho thấy biến dạng vách và cột tăng theo thời gian từ giai đoạn mới

thi công xong đến 30 năm sau khi thi công. So với giai đoạn vừa mới thi công thì

sau 30 năm biến dạng vách tăng khoảng 56%, nhưng sai số biến dạng vách sau 2

năm so với 30 năm chỉ khoảng 13%, sai số biến dạng vách 1 năm sau thi công so

với 2 năm sau thi công khoảng 6%. Điều này cho thấy sau 1 năm thi công thì biến

dạng của vách theo phương đứng diễn ra chậm và đến khoảng 30 năm sau thì biến

dạng tiếp tục rất nhỏ, giai đoạn vừa mới thi công đến 1 năm sau khi thi công biến

dạng rất lớn và chiếm khoảng 75% tổng biến dạng của vách theo thời gian. Kết quả

khảo sát là tương tự đối với các vị trí 2, 3, 4. Dựa vào Hình 3.3 ta thấy, hệ số từ biến

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

-120 -100 -80 -60 -40 -20 0

ST

T t

ần

g

Biến dạng vách (mm)

Ngay sau khi công trình hoàn thành

1 năm sau khi công trình hoàn thành



0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

-150 -100 -50 0

ST

T t

ần

g

Biến dạng cột (mm)

Ngay sau khi công trình hoàn thành




và biến dạng co ngót của bê tông diễn ra rất nhanh ở thời gian đầu, sau đó giảm dần

từ khoảng thời gian 1000 ngày (3 năm) sau. Trong khoảng 500 ngày đầu tốc độ thay

đổi của các giá trị rất lớn, được biểu thị gần như một đường thẳng đứng. Trong giai

đoạn từ 500 ngày đến 1000 ngày thì tốc độ giảm dần, trong khi sau giai đoạn 1000

ngày thì tốc độ phát triển giảm rõ rệt. Như vậy, biến dạng cột vách theo thời gian là

phù hợp với tính chất co ngót và từ biến của bê tông

Hình 3.3. Hệ số từ biến và biến dạng co ngót theo thời gian của bê tông

Hình 3.4. Độ lệch biến dạng vách-cột tại vị trí 1

0

0.5

1

1.5

2

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Hệ

số t

ừ b

iến

Thời gian (ngày)

C40

C55

C60

-3.00E-04

-2.50E-04

-2.00E-04

-1.50E-04

-1.00E-04

-5.00E-05

0.00E+00

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Biế

n d

ạng c

o n

gó

t

Thời gian (ngày)

C40

C55

C60

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

-5 0 5 10 15 20 25 30

ST

T t

ần

g

Độ lệch biến dạng cột - vách (mm)

Ngay sauhoàn thành

Tương tự như biến dạng cột, vách, độ lệch biến dạng giữa cột và vách cũng

tăng theo thời gian từ giai đoạn mới thi công xong đến 30 năm tiếp theo (Hình 3.4).

Độ lệch biến dạng trong 2 năm sau khi hoàn thành công trình chiếm đến khoảng

90% độ lệch biến dạng trong thời gian 30 năm.

3.1.2. Biến dạng của cột, vách với sự thay đổi độ ẩm

Nhằm khảo sát ảnh hưởng của độ ẩm RH đến sự biến dạng lệch giữa các cấu

kiện theo tiêu chuẩn CEB-FIP90, các trường hợp độ ẩm được xét là RH=50% và

RH=80%.

Hình 3.5 cho thấy khi độ ẩm tăng thì biến dạng cột, vách giảm mạnh. Điều này

phù hợp với đặc tính của vật liệu bê tông cốt thép khi chịu ảnh hưởng bởi biến dạng

đàn hồi, co ngót và từ biến.Vì vậy đa số trong tất cả các trường hợp thi công và thiết

kế để không bị chênh lệch cao độ giữa cột và vách thì cần xét đến độ ẩm.

Hình 3.5. Biến dạng cột vách tại vị trí 1 với độ ẩm RH thay đổi

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

-120 -100 -80 -60 -40 -20 0

ST

T t

ần

g


RH=80%

RH=50%

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

-140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0

ST

T t

ần

g


RH=80%

RH=50%

Bảng 3.1. Ảnh hưởng độ ẩm đến biến dạng lớn nhất của cột

Thông số Ngay khi

hoàn thành 1 năm 2 năm 30 năm

Độ ẩm (%) 50 80 50 80 50 80 50 80

Vị trí 1

Biến dạng (mm) -110 -84 -134 -100 -147 -108 -187 -134

Sai số so với

RH=50%, (%) -23.6 -25.4 -26.5 -28.3

Vị trí 2

Biến dạng (mm) -103 -78 -126 -94 -138 -102 -178 -127

Sai số so với

RH=50%, (%) -32.0 -33.3 -34.1 -35.4

Vị trí 3

Biến dạng (mm) -115 -70 -139 -84 -151 -91 -191 -115

Sai số so với

RH=50%, (%) -39.1 -39.6 -39.7 -39.8

Vị trí 4

Biến dạng (mm) -119 -72 -143 -86 -156 -93 -196 -117

Sai số so với

RH=50%, (%) -39.5 -39.9 -40.4 -40.3

Bảng 3.2. Ảnh hưởng độ ẩm đến biến dạng lớn nhất của vách



Độ ẩm (%) 50 80 50 80 50 80 50 80

Vị trí 1

Biến dạng (mm) -85 -63 -107 -77 -119 -84 -160 -109

Sai số so với

RH=50%, (%) -25.9 -28.0 -29.4 -31.9

Vị trí 2

Biến dạng (mm) -73 -53 -92 -66 -103 -72 -142 -95

Sai số so với

RH=50%, (%) -27.4 -28.3 -30.1 -33.1

Vị trí 3

Biến dạng (mm) -73 -54 -92 -66 -103 -72 -142 -95

Sai số so với

RH=50%, (%) -26.0 -28.3 -30.1 -33.1

Vị trí 4

Biến dạng (mm) -74 -55 -94 -67 -105 -74 -146 -98

Sai số so với

RH=50%, (%) -25.7 -28.7 -29.5 -32.9

Bảng 3.1 cho thấy biến dạng cột giảm khoảng 23.6% taị vị trí 1 khi độ ẩm tăng

từ 50% đến 80% tại thời điểm công trình hoàn thành. Giá trị này tăng nhẹ theo thời

gian, sai lệch tại thời điểm 30 năm sau khi hoàn thành là khoảng 28.4% . Tại các vị

trí 2, 3, 4 các nhận xét là tương tự, nhưng sự chênh lệch lớn hơn so với vị trí 1. Sai

lệch biến dạng trong hai trường hợp độ ẩm khác nhau tại thời điểm hoàn thành lần

lượt là 32.0%, 39.1%, 39.5% tương ứng với các vị trí 2, 3, 4. Giá trị này không thay

đổi nhiều trong vòng 30 năm sau và dao động ở khoảng 32%-35.4% đối với vị trí 2,

và khoảng 39.1%-40.3% cho hai vị trí 3, 4. Bảng 3.2 cho thấy sự thay đổi biến dạng

trong cột lớn hơn so với vách khi độ ẩm thay đổi và các vị trí có sự thay đổi gần

như bằng nhau, dao động 25.7%-27.4% ở gian đoạn ngay sau thi công và sau đó

tăng đến khoảng 33% vào thời điểm 30 năm sau.

3.1.3. Biến dạng của cột, vách với sự thay đổi nhiệt độ

Nhằm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự biến dạng lệch giữa các cấu

kiện cột và vách cứng, các trường hợp nhiệt độ được xét là: t = 00C, t = 40

0C.

Hình 3.6 cho thấy khi nhiệt độ tăng thì biến dạng cột, vách tăng mạnh. Biến

dạng tăng trung bình khoảng 60%-70% khi nhiệt độ tăng từ 0oC đến 40

oC. Điều này

phù hợp với tính chất của bê tông, khi nhiệt độ tăng thì module đàn hồi, cường độ

chịu nén của bê tông giảm. Đồng thời, hệ số từ biến và biến dạng do co ngót tăng

nên tổng biến dạng chung sẽ tăng mạnh.

Hình 3.6. Biến dạng cột vách tại vị trí 1 với nhiệt độ t=0oC và t=40

oC

Bảng 3.3. Ảnh hưởng nhiệt độ đến biến dạng lớn nhất của cột



Nhiệt độ (oC) 0 40 0 40 0 40 0 40

Vị trí 1

Biến dạng (mm) -66 -109 -78 -131 -84 -142 -103 -175

Sai số so với t=0oC,

(%) 64.1 68.2 69.4 70.9

Vị trí 2

Biến dạng (mm) -62 -101 -73 -123 -79 -134 -97 -166


(%) 64.1 68.2 69.4 70.8

Vị trí 3

Biến dạng (mm) -71 -114 -83 -137 -89 -148 -107 -181


(%) 61.3 65.4 66.7 68.5

Vị trí 4

Biến dạng (mm) -73 -118 -85 -141 -91 -152 -110 -186


(%) 61.2 65.3 66.6 68.5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

-120.0 -90.0 -60.0 -30.0 0.0

ST

T t

ần

g


t=0

t=40

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

-90.0 -60.0 -30.0 0.0

ST

T t

ần

g


t=0

t=40

Bảng 3.4. Ảnh hưởng nhiệt độ đến biến dạng lớn nhất của vách



Nhiệt độ (oC) 0 40 0 40 0 40 0 40

Vị trí 1

Biến dạng (mm) -50 -82 -60 -100 -65 -109 -82 -137


(%) 62.8 66.3 67.3 68.1

Vị trí 2

Biến dạng (mm) -43 -69 -51 -85 -56 -93 -72 -120


(%) 61.9 65.2 66.0 66.6

Vị trí 3

Biến dạng (mm) -43 -69 -51 -85 -56 -94 -72 -120


(%) 62.2 65.6 66.4 67.0

Vị trí 4

Biến dạng (mm) -43 -70 -52 -86 -57 -95 -73 -121


(%) 62.0 65.3 66.2 66.7

Bảng 3.3, Bảng 3.4 cho thấy ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ đến biến dạng

cột vách. Khi nhiệt độ tăng từ 0oC đến 40

oC biến dạng thay đổi khoảng 62% cho cả

4 vị trí và ứng với cả cột và vách ngay tại thời điểm hoàn thành công trình. Sau khi

thi công 1 năm sự thay đổi tăng lên thêm khoảng 4%, và đối với năm tiếp theo là

khoảng 2%. Tại thời điểm 30 năm, sự thay đổi nhiệt độ làm cho biến dạng thay đổi

khoảng 70% ứng với t=0oC và t=40

oC. Từ khảo sát cho thấy nhiệt độ là yếu tố cần

phải xét đến trong quá trình phân tích.

3.1.4. Ảnh hưởng của tốc độ thi công đến biến dạng cột, vách

Nhằm khảo sát ảnh hưởng của tốc độ thi công đến sự biến dạng lệch giữa các

cấu kiện cột và vách cứng, các trường hợp thi công sàn được xét bao gồm: 5

ngày/sàn, 7 ngày/sàn, 9 ngày/sàn.

Tốc độ thi công ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ bê tông theo thời

gian,môi trường tác dụng, thời điểm bê tông chịu tác dụng tải và đặc biệt khi thời

gian thi công kéo dài thì quá trình co ngót, từ biến đã xảy ra trước khi thi công sàn

tăng lên. Do đó tốc độ thi công là yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng của cột và vách

trong nhà cao tầng. Theo kết quả khảo sát, nếu thời gian thi công sàn càng dài thì

biến dạng của cột và vách càng giảm, nhưng đòi hỏi trong thực tế là phải hợp lý về

kỹ thuật và kinh tế.

Hình 3.7. Biến dạng vách và cột tại vị trí 1 với tốc độ thi công khác nhau

Hình 3.7 cho thấy tốc độ thi công có ảnh hưởng đến biến dạng vách và cột. Biến

dạng lớn nhất khi tốc độ thi công 5 ngày/sàn và giảm dần khi tốc độ thi công giảm.

Theo chiều cao nhà, sự khác biệt biến dạng theo các tốc độ thi công tăng dần và cao

nhất tại tầng mái.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

-100.0 -80.0 -60.0 -40.0 -20.0 0.0

ST

T t

ần

g


5 ngày/sàn

7 ngày/sàn

9 ngày/sàn

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

-80.0 -60.0 -40.0 -20.0 0.0

ST

T t

ần

g


5 ngày/sàn

7 ngày/sàn

9 ngày/sàn

Bảng 3.5. Ảnh hưởng tốc độ thi công đến biến dạng cột tầng mái

Thông số Tốc độ thi công (ngày/sàn)

5 7 9

Vị trí 1 Biến dạng (mm) -65.2 -59.5 -55.6

Sai số %

(so với 5 ngày/sàn) - -8.7 -14.8


Sai số %

(so với 5 ngày/sàn) -8.8 -14.9


Sai số %

(so với 5 ngày/sàn) - -8.5 -14.4


Sai số %

(so với 5 ngày/sàn) - -8.4 -14.2

Bảng 3.6. Ảnh hưởng tốc độ thi công đến biến dạng vách tầng mái

Thông số Tốc độ thi công (ngày/sàn)

5 7 9

Vị trí 1

Biến dạng (mm) -49.7 -45.3 -42.1

Sai số %


Vị trí 2

Biến dạng (mm) -40.7 -36.9 -34.2

Sai số %


Vị trí 3

Biến dạng (mm) -40.9 -37.1 -34.3

Sai số %


Vị trí 4

Biến dạng (mm) -43.6 -39.6 -36.8

Sai số %


Bảng 3.5, Bảng 3.6 khảo sát biến dạng cột vách tầng mái dưới sự thay đổi tốc

độ thi công. Ảnh hưởng của tốc độ thi công đối với vách và cột là tương đương

nhau. Đối với cột, giá trị biến dạng giảm khoảng 8.6% khi tốc độ thi công giảm từ 5

ngày/sàn đến 7 ngày/sàn. Biến dạng giảm khoảng 14.6% khi tốc độ thi công là 9

ngày/sàn trên sàn. Các giá trị này có dao động nhỏ khi so sánh tại 4 vị trí. Tương tự

đối với vách, giá trị biến dạng giảm khoảng 9.3% khi tốc độ là 7 ngày/sàn, và

khoảng 15.8% ứng với 9 ngày/sàn. Ứng với mỗi khi giảm tốc độ thi công 2

ngày/sàn, biến dạng cột, vách tương ứng giảm khoảng 6% - 9.3%.

Như vậy có thể thấy ảnh hưởng của tốc độ thi công đến biến dạng lớn hay bé

còn tùy thuộc vào mức độ thay đổi tốc độ thi công. Trong ví dụ này, tốc độ thi công

sai khác nhau 2 ngày/sàn nên biến dạng chênh lệch nhau không lớn. Tuy nhiên nếu

sự sai khác này tăng lên thì biến dạng sẽ thay đổi nhiều. Do vậy, cần có tiến độ thi

công phù hợp trong quá trình thiết kế.

3.2. Công trình VINCOM CENTER

Vincom Center là tòa tháp cao 24 tầng và 3 tầng hầm. Công trình có hệ khung –

lõi với vật liệu là bê tông cốt thép. Tiến hành khảo sát tại 4 vị trí theo 2 phương ứng

với các cột vách để làm rõ sự lệch biến dạng.

Hình 3.8. Các vị trí khảo sát lệch biến dạng

3.2.1. Lệch biến dạng cột vách theo thời gian và độ cao

Trước tiên vấn đề lệch biến dạng theo độ cao và thời gian được xét đến để làm

rõ ứng xử của kết cấu nhà cao tầng khi có cột – vách chịu lực chung và tính chất

theo thời gian của bê tông.

Theo độ cao

Hình 3.9. Chuyển vị đứng của C1 và V1

Hình 3.10. Chuyển vị đứng của C2 và V2

Từ kết quả khảo sát chuyển vị đứng theo chiều cao ta thấy rằng chuyển vị lệch biến

dạng tăng dần theo độ cao, lớn nhất tại vị trí tầng 18 -20 (khoảng 2/3 chiều cao nhà)

và giảm dần ở khoảng 1/3 số tầng trên cùng của công trình. Biến dạng lệch giữa C1

– V1 lớn nhất khoảng 30mm, trong khi đó giá trị này nhỏ hơn ứng với C2 – V2

0

5

10

15

20

25

30

-60 -50 -40 -30 -20 -10 0

ST

T t

ần

g

Chuyển vị đứng (mm)

C1

V1

Độ lệch

0

5

10

15

20

25

30

-60 -50 -40 -30 -20 -10 0

ST

T t

ần

g

Chuyển vị đứng (mm)

C2

V2

Độ lệch

(26mm), tuy nhiên các giá trị này đều nằm trong giới hạn cho phép L/240, với L là

chiều dài nhịp.

Theo thời gian

Hình 3.11. Độ lệch chuyển vị đứng của C1 và V1

Hình 3.12. Độ lệch chuyển vị đứng của C2 và V2

0

5

10

15

20

25

30

-50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0

ST

T t

ần

g

Độ lệch chuyển vị đứng (mm)

Ngay sau hoàn thành

3 tháng

6 tháng

1 năm

3 năm

30 năm

0

5

10

15

20

25

30

-50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0

ST

T t

ần

g

Độ lệch chuyển vị đứng (mm)

Ngay sau hoàn thành

3 tháng

6 tháng

1 năm

3 năm

30 năm

Bảng 3.7. Độ lệch chuyển vị đứng lớn nhất (mm)

Ngay sau

thi công

Sau 3

tháng

Sau 6

tháng

Sau 1

năm

Sau 3

năm

Sau 30

năm

C1-V1 30.7 34.5 36.8 39.6 43.0 46.6

C2-V2 25.6 28.9 31 33.4 36.4 39.6

Từ kết quả khảo sát theo thời gian ta thấy rằng độ lệch chuyển vị vách – cột

tăng dần theo thời gian. Sau khi thi công quá trình co ngót và từ biến có ảnh hưởng

đáng kể đến độ lệch biến dạng và làm cho giá trị này vượt ra ngưỡng cho phép ngay

tại tháng thứ 3 đối với C1 – V1, và sau 1 năm đối với C2 – V2. Độ lệch chuyển vị

sau 30 năm tăng thêm khoảng khoảng 50% so với giá trị ngay sau thi công. Sau 6

tháng hoàn thành giá trị lệch chuyển vị chiếm khoảng 75% so với 30 năm. Đặc biệt

trong 3 năm sau khi xây dựng xong công trình độ lệch chuyển vị gần bằng (khoảng

90%) với giá trị này trong thời gian 30 năm.

3.2.2. Biến dạng theo thời gian của cột vách dưới sự thay đổi độ ẩm

Nhằm làm rõ tác động của độ ẩm đến biến dạng cột, vách theo tiêu chuẩn

CEB-FIP90, kết quả chuyển vị tại các điểm khảo sát được xét ở 2 độ ẩm RH = 50%

và RH = 90%.

Hình 3.13. Chuyển vị theo phương đứng cột C1 và V1 tại thời điểm hoàn thành và

sau 3 năm, ứng với độ ẩm RH=50% và RH=90%

Kết quả cho thấy biến dạng theo phương đứng giảm mạnh khi độ ẩm tăng từ

RH=50% lên RH=90%. Tại thời điểm hoàn thành chuyển vị lớn nhất của C1 là

26.4mm (RH=90%) và 50.2 mm (RH=50%) (sai số khoảng 50%). Sau 3 năm

khoảng cách giữa 2 giá trị này giảm còn khoảng 40% giá trị của RH=90%. Trong

khi đó, biến dạng vách giảm khoảng 50% khi độ ẩm tăng từ 50% đến 90%.

3.2.3. Ảnh hưởng của tốc độ thi công đến biến dạng cột, vách

Tốc độ thi công phụ thuộc nhiều yếu tố, trong từng thời điểm cụ thể thời gian

thi công 1 sàn có thể nhanh hoặc chậm do yêu cầu thực tế và điều kiện của các bên

liên quan. Luận văn xét ảnh hưởng của tốc độ thi công ở các mức khác nhau là 5

ngày/sàn, 7 ngày/sàn và 9 ngày/sàn.

0

5

10

15

20

25

30

-90 -70 -50 -30 -10

ST

T t

ần

g

Chuyển vị đứng (mm)_C1

RH=90%_HT

RH=50%_HT

RH=90%_3 năm

RH=50%_3 năm0

5

10

15

20

25

30

-50 -40 -30 -20 -10 0

ST

T t

ần

g

Chuyển vị đứng (mm)_V1

RH=90%_HT

RH=50%_HT

RH=90%_3 năm

RH=50%_3 năm

Hình 3.14. Chuyển vị theo phương đứng cột C1 và V1 tại thời điểm hoàn thành

Theo như khảo sát ta thấy khi tốc độ thi công tăng thì biến dạng giảm. Giá trị

biến dạng lớn nhất của cột C1 là 51.8 mm ứng với tốc độ 5 ngày/sàn, giá trị này

giảm còn 50.1 mm khi tốc độ thi công là 7 ngày/sàn và 49.0 mm ứng với 9

ngày/sàn. Sự sai lệch biến dạng giữa các tốc độ thi công khác nhau tăng theo độ

cao. Từ tầng 1 đến tầng 15 giá trị giữa các trường hợp là giống nhau, tại tầng 27 độ

lệch khoảng 12% giữa các tốc độ thi công cách nhau 2 ngày.

0

5

10

15

20

25

30

-60 -50 -40 -30 -20 -10 0

ST

T t

ần

g

Chuyển vị đứng (mm)_C1

5 ngày

7 ngày

9 ngày

0

5

10

15

20

25

30

-25 -20 -15 -10 -5 0

ST

T t

ần

g

Chuyển vị đứng (mm)_V1

5 ngày

7 ngày

9 ngày

Chương 4 KÊT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ

4.1. Kết luận

Tài liệu này khảo sát lệch biến dạng cột vách sử dụng tiêu chuẩn CEB-FIP90

có xét đến sự ảnh hưởng của thay đổi nhiệt độ và độ ẩm theo thời gian với từng giai

đoạn thi công công trình thông qua phần mềm SAP2000. Đây là một yếu tố quan

trọng ảnh hưởng đến tổng biến dạng theo phương đứng của cột và vách trong nhà

cao tầng. Điều này giúp ích rất nhiều cho các kỹ sư thiết kế kết cấu trong việc mô

hình tính toán nhằm đưa ra nhận định ban đầu một cách hợp lý cho việc thiết kế các

nhà cao tầng. Dựa vào kết quả từ 2 mô hình số, một số kết quả được rút ra như sau:

Sự thay đổi độ ẩm ảnh hưởng rất lớn đến biến dạng cột và vách cứng nên cần

phải được xem xét kỹ trong quá trình thiết kế. Khi độ ẩm tăng thì biến dạng

giảm. Biến dạng cột vách có thể giảm đến 40% -50% khi độ ẩm tăng từ 50%

đến 80% hoặc 90%.

Tương tự như độ ẩm, sự thay đổi nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến biến dạng

cột vách. Khi nhiệt độ tăng từ 0oC đến 40

oC, biến dạng tăng khoảng 60%-70%.

Biến dạng lớn nhất theo phương đứng của vách và cột tập trung chủ yếu giai

đoạn vừa mới thi công cho đến 2-3 năm sau khi công trình được hoàn thành.

Giá trị biến dạng này có thể chiếm khoảng 90% tổng giá trị biến dạng tính đến

30 năm sau khi hoàn thành công trình.

Tốc độ thi công có ảnh hưởng đối với công trình này, khi tốc độ thi công tăng

thì chuyển vị tăng và ngược lại. Mức độ ảnh hưởng tùy thuộc vào sự thay đổi

tốc độ thi công. Đối với ví dụ 1, biến dạng giảm khoảng 6%-9% ứng với tốc độ

giảm 2 ngày/sàn.

4.2. Hướng phát triển đề tài

Một số hướng phát triển của đề tài có thể nhận thấy:

Nghiên cứu biến dạng lệch đối với kết cấu bê tông liên hợp

Phân tích và so sánh tính toán biến dạng lệch theo các tiêu chuẩn và

phương pháp khác nhau

Xét đến sự tác động của các loại tải trọng như gió, động đất đến biến

dạng cột, vách.

Tài liệu tham khảo

[1] Comite Euro-International Du Beton (CEB-FIP Mode Code 1990).

[2] Jayasinghe M. T. R and Jayasena W. M. V. P. K - Effects of axial shortening of

columns on design and construction of tall reinforced concrete buildings,

Practice Periodical on Structural Design and Construction, ASCE journal,

Volume 9, Issue 2, pp. 70-78, 2004.

[3] Lương Văn Hải, Trần Minh Thi and Ang Kok Keng - Assessements of columns

and walls shortening in highrise buildings due to elastic stresses, drying

shrinkage and creep, Journal of science and technology, Vol 49, N0.4A, page

255-264, 2011.

[4] Mark Fintel, S.K. Ghosh and Hal Iyengar - Column shortening in tall

structures- Prediction and compensation, 1996.

[5] Ghosh, S.K - Estimation and accommodation of column length changes in tall

buildings, Large concrete buildings, B.V. Rangan and R. F. Warner, eds.,

Longmans, London, 1996.

[6] Lê Xuân Trường, Lương Văn Hải, Nguyễn Thời Trung (2012). Nghiên cứu ảnh

hưởng biến dạng cột liên hợp BTCT theo từng giai đoạn thi công nhà cao tầng

sử dụng tiêu chuẩn CEB-FIP90. Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ 9, Trường

đại học Bách khoa Hà Nội, 8-9/12/2012, Hà Nội, Việt Nam, 1145-1154.

[7] Lê Xuân Trường – Nghiên cứu khắc phục sự biến dạng lệch giữa cột và vách

cứng theo thời gian trong từng giai đoạn thi công nhà cao tầng, Luận văn thạc

sĩ, 2012.

[8] Optimized Modeling and Design of Structures using SAP2000, CSI

Educational Services.

bao cao tong ket - copy

Documents