TÍNH TOÁN CỘT CHỐNG TẠM KINGPOST THI CÔNG TOPDOWN
TÍNH TOÁN CỘT CHỐNG TẠM KINGPOST TẠI VỊ TRÍ LIÊN KẾT VỚI CỌC KHOAN NHỒI TRONG THIẾT KẾ BIỆN PHÁP THI CÔNG TẦNG HẦM
MỤC LỤC
- 1 1. Mở đầu
- 2 2. Thiết kế kingpost tại vị trí liên kết mang cọc khoan nhồi
- 3 3. Quy trình căn bản bề ngoài tính toán hệ kingpost
- 4 4. Ví dụ thiết kế tính toán kingpost tại vị trí kết liên mang cọc khoan nhồi
- 5 5. Kết luận
1. Mở đầu
Nhằm nâng cao hiệu quả đầu tư và chuyên dụng cho nhu cầu của người sử dụng, những công trình cao tầng sở hữu phổ biến tầng hầm đã và đang được xây dựng ngày càng đa dạng ở những thị thành lớn. Với mặt bằng thi công chật hẹp thì công nghệ thi công tầng hầm bằng phương pháp Top-down ngày càng phổ biến. Đóng vai trò “xương sống” trong phương pháp Top-down là hệ kingpost bằng thép hình tổ hợp hoặc thép đúc.
Đó là hệ thống cột chịu lực tạm thời đỡ những sàn tầng hầm và một số sàn tầng thân trong công đoạn thi công, lúc hệ cột vách chịu lực chính của công trình chưa thi công hoặc chưa có khả năng chịu lực.
Trong công việc lập biện pháp thi công tầng hầm theo bí quyết Top-down việc thiết kế tính toán kingpost tại vị trí liên kết sở hữu cọc khoan nhồi là quan trọng, quyết định sự ổn định, an toàn của công trình, mức giá xây dựng và phương án thi công kingpost. Mục đích của việc thiết kế là giải quyết kết liên giữa kingpost có cọc khoan nhồi, đảm bảo kingpost truyền vận tải trọng từ các tầng phía trên xuống cọc khoan nhồi 1 phương pháp an toàn, song song ko tính toán thừa gây lãng phí.
Ở nước ta hiện tại chưa có những tiêu chuẩn hướng dẫn cụ thể cho việc kiểu dáng và thi công kingpost, do đấy nghiên cứu về mẫu mã kingpost tại vị trí kết liên có cọc khoan nhồi sở hữu ý nghĩa lý thuyết và thực tiễn.
2. Thiết kế kingpost tại vị trí liên kết mang cọc khoan nhồi
2.1 Hồ sơ, số liệu đầu vào chuyên dụng cho bề ngoài kingpost
Số liệu đầu vào dùng cho thiết kế hệ kingpost cho biện pháp thi công Top-down bao gồm:
- Điều kiện thi công của công trình;
- Thiết kế bản vẽ thi công tầng hầm;
- Phương án thi công Top-down tầng hầm (phương án cơ bản);
- Thiết kế bản vẽ thi công cọc khoan nhồi;
- Thông số tính toán của vật liệu bê tông cọc nhồi;
- Tải trọng công trình và vận chuyển trọng thi công;
- Hình dạng, chủng chiếc vật liệu kingpost;
- Thông số tính toán của vật liệu khiến kingpost.
2.2 Các phương án tính toán liên kết kingpost sở hữu cọc khoan nhồi
2.2.1 Thiết kế kingpost ko sở hữu đinh chống cắt
Khi hạ kingpost vào cọc khoan nhồi, phần kingpost ngập trong bê tông sẽ chịu tác dụng của lực bám dính giữa bê tông cọc khoan nhồi và kingpost, được tạo phải bởi những nguyên tố chủ yếu là lực ma sát (khi bê tông ninh kết, do tương tác của co ngót mà bê tông ôm chặt lấy cốt thép tạo phải lực ma sát giữa chúng) và lực dán (keo xi măng mang tác dụng như một thiết bị hồ dán dán cốt thép vào bê tông) [1].
Trị số của lực bám dính là:
F1 = t x P x L (N) (1)
trong đó:
- P – chu vi của tiết diện kingpost, (mm);
- L – chiều dài kingpost ngập trong bê tông cọc khoan nhồi, (mm);
- t – giá trị lực dính trung bình, xác định theo công thức (2):
t = k x ttc(N/mm²) (2)
trong đó:
- k – hệ số an toàn, k = 0,7 ÷ 0,8;
- ttc – giá trị lực dính tiêu chuẩn giữa cốt thép và bê tông, được lựa mua trên cơ sở kết quả thí nghiệm xác định lực dính giữa cốt thép và bê tông, biểu đạt trong bảng 1 [2].
Để đảm bảo kingpost truyền tải trọng từ các tầng thi công phía trên xuống cọc khoan nhồi 1 bí quyết an toàn mà ko gây phá hoại cọc, tương quan giữa lực dọc tác dụng lên kingpost Nmax và lực bám dính giữa kingpost và cọc khoan nhồi F1 cần thỏa mãn điều kiện:
Nmax <= F1 (N)
Bảng 1. Giá trị lực dính tiêu chuẩn giữa cốt thép và bê tông ttc theo kết quả thí nghiệm
Kí hiệu cái thí nghiệmTải trọng tối đa (kN)Lực kéo căng trước cốt thép (kN)Lực cắt trung bình/ Lực bám dính ttc (Mpa)Khoảng trượt lớn nhất (mm)S1000-11360Không kéo2,021S1000-21350Không kéo2,01,25S750-1250312204,962,5S750-2370010007,3324S750-33445Không kéo6,8311S500-169410002,062S500-268110002,021,5
2.2.2 Thiết kế tính toán kingpost có đinh chống cắt
Để chống lại lực dọc Nmax, mang thể xếp đặt hàn những đinh chống cắt (shear stud) trên thân kingpost ở vị trí kết liên có bê tông cọc khoan nhồi (hình 1):
Khả năng chịu cắt của đinh sở hữu thể tính toán theo tiêu chuẩn BS 5950-1990 và Eurocode 4.
Theo tiêu chuẩn ngoại hình BS 5950-1990 [3]:
Mục 3.1 của tiêu chuẩn này quy định khả năng chịu cắt của 1 đinh phụ thuộc vào chiều cao, đường kính của đinh và cường độ chịu nén ở 28 ngày tuổi (cường độ chịu nén thiết kế) của bê tông (bảng 2).
Từ trị số khả năng chịu cắt tiêu chuẩn Qtc của 1 đinh theo bảng 2, xác định khả năng chịu cắt tính toán Qtt của 1 đinh như sau:
Qtt = k x Qtc (N) (4)
trong đó: k là hệ số an toàn: k = 0,8.
Nếu số lượng đinh chống cắt là n, khả năng chịu lực của kingpost theo đinh chống cắt F2 là:
F2 = n x Qtt (N) (5)
Thiên về an toàn, trong ví như này không tính lực dính giữa cốt thép và bê tông. Khi đó, điều kiện để bảo đảm kingpost truyền chuyên chở trọng từ các tầng phía trên xuống cọc khoan nhồi một bí quyết an toàn mà ko gây phá hoại cọc là:
Bmax <= F2 (N) (6)
Bảng 2. Khả năng chịu cắt tiêu chuẩn của đinh theo BS 5950-1990
Theo tiêu chuẩn mẫu mã Eurocode 4 [4]:
Mục 1-1 của tiêu chuẩn này quy định, khả năng chịu cắt PRd của 1 đinh được lấy theo giá trị nhỏ hơn trong 2 giá trị sau:
trong đó:
- d – đường kính thân đinh, 16 mm <= d <=25 mm ;
- fu – sức bền kéo đứt của vật liệu làm đinh, nhưng không to hơn 500 N/mm²;
- fck – sức bền chịu nén của bê tông theo cái trụ, không nhỏ hơn 1750 N/mm²;
- Ecm – giá trị trung bình môđun đàn hồi của bê tông;
Với hsc là chiều cao danh nghĩa của đinh, được tính từ mũ đinh đến chân đinh chống cắt. Nếu số lượng đinh chống cắt là n, khả năng chịu lực của kingpost theo đinh chống cắt F3 theo Eurocode 4 là:
F3 = n x PRd (N) (11)
Khi đó, điều kiện để đảm bảo kingpost truyền tải trọng từ những tầng phía trên xuống cọc khoan nhồi một bí quyết an toàn mà ko gây phá hoại cọc là:
Nmax <= F3 (N) (12)
Như vậy, trên cơ sở kiểu dáng cho cả 2 giả dụ tiêu dùng và không sử dụng đinh chống cắt mang thể tính toán lựa chọn kích thước, chiều dài kingpost cũng như quy cách, số lượng đinh chống cắt ở vị trí kết liên sở hữu cọc khoan nhồi.
3. Quy trình căn bản bề ngoài tính toán hệ kingpost
Thiết kế phương án thi công cọc khoan nhồi và tường vây;
Quyết định biện pháp thi công Top-down và những tham số thi công cơ bản;
Xác định mặt bằng vị trí bố trí kingpost;
Xác định vận tải trọng đứng (tĩnh chuyển vận và hoạt vận chuyển thi công) tác dụng lên một kingpost;
Lựa mua sơ bộ hình dạng, vật liệu, kích tấc tiết diện của kingpost;
Thiết lập sơ đồ tính, xác định chuyên chở trọng tác dụng lên hệ kết cấu: chuyển vận trọng đứng (tĩnh tải từ những tầng thi công, hoạt tải thi công) và vận chuyển trọng ngang (áp lực đất truyền vào tường vây, vận tải trọng gió truyền vào các tầng thân,…);
Phân tích hệ kết cấu (Sap, Etab,…) nhằm xác định nội lực tác dụng lên hệ kingpost;
Kiểm tra thiết diện kingpost theo điều kiện về độ mảnh, bền, ổn định nói chung và cục bộ (theo những tiêu chuẩn khác nhau);
So sánh hiệu quả kinh tế các phương án.
Lựa chọn chính thức tiết diện và kích tấc kingpost.
Xác lập biện pháp thi công kingpost (trong nói chung biện pháp thi công tầng hầm).
4. Ví dụ thiết kế tính toán kingpost tại vị trí kết liên mang cọc khoan nhồi
Ví dụ tính toán dựa trên cơ sở thực tiễn thi công công trình “Mở rộng Trụ sở Cục tần số” tại 115 Trần Duy Hưng, Cầu Giấy, Hà Nội. Tầng hầm công trình với dung tích sàn 2000 m² bao gồm 3 tầng, chiều cao mỗi tầng 4,5m, bước cột 8,5m x 8 x 5m. Tầng hầm được thi công theo bí quyết Top-down, các tầng trên cốt ±0,000 thi công sau khi tầng hầm được thi công xong.
Sau khi nghiên cứu số liệu ban đầu, tậu kingpost thép tổ hợp chữ H400 x 400 x 13 x 21mm (hình 2), tiến hành thiết lập sơ đồ tính, tổ hợp vận tải trọng, phân tách hệ kết cấu (sử dụng phần mềm Etap), xác định được lực dọc truyền từ cột xuống đầu cọc khoan nhồi là Nmax = 7000 kN (cấp độ bền của bê tông làm cho cọc khoan nhồi là B30).Hình 2. Mặt cắt kingpost H 400 x 400 x 13 x 21mm
4.1 Phương án 1: Kingpost không bố trí đinh chống cắt
Gọi L là chiều dài kingpost ngập trong bê tông cọc khoan nhồi. Tra bảng 1, căn cứ theo kết quả thử nghiệm lực bám dính giữa bê tông và cốt thép và khoảng trượt to nhất, mua ttc = 2MPa .
Theo công thức (2), giá trị lực dính nhàng nhàng là:
t = k x ttc = 0,7 x 2 = 1,4 MPa = 1,4 N/mm2
Chu vi của tiết diện kingpost:
P = 400 x 2 + 21 x 4 + 193,5 x 4 + 358 x 2 = 2374 mm
Diện tích thiết diện kingpost:
S = 2 x 400 x 21 + 13 x 358 = 21454 mm2 = 0,021454 m2
Theo công thức (1), trị số của lực bám dính F1 là:
F1 = t x P x L = 1,4 x 2374 x L = 3323,6L (N)
Điều kiện thỏa mãn theo công thức (3): 1 Nmax <= F1 (N).
7000 x 10^3 <= 323,6L (N) -> L >= 2106 mm
Chọn L = 2200 mm = 2,2 m.
Khối lượng của đoạn kingpost ngập trong bê tông cọc khoan nhồi:
M1 = 2,2 x 0,021454 x 7850 = 370,51 kg
4.2 Phương án 2: Kingpost được bố trí đinh chống cắt
Căn cứ bảng 2, mang cấp độ bền của bê tông cọc khoan nhồi là B30, lựa tìm đường kính đinh d=19mm, chiều cao danh nghĩa hsc = 100 mm , chiều cao làm cho việc h=95mm, thép đinh có cường độ là fu = 450 N/mm².
Khoảng phương pháp tối thiểu giữa 2 đinh gần nhau nhất tính từ tâm tới tâm là 4d: lmin >=4d= 76 mm . Chọn lmin = 5d = 95 mm . Bố trí n hàng đinh theo tiết diện kingpost, mỗi hàng có 10 đinh (hình 3a).
Chọn khoảng cách từ hàng đinh trước tiên đến bề mặt cọc khoan nhồi (bề mặt sau lúc đập bỏ bễ tông xốp) và khoảng phương pháp từ hàng đinh dưới cộng tới mép kingpost bằng 6d = 115 mm .
Với n hàng đinh, tổng số đinh là 10n, chiều dài kingpost ngậm trong bê tông cọc khoan nhồi là:
L = 2 x 115 +95(n- 1)=95n + 135 (mm)
Tính toán khả năng chịu cắt của đinh theo tiêu chuẩn BS 5950-1990:
Tra bảng 2, có thông số của đinh và bê tông cọc khoan nhồi, xác định khả năng chịu cắt tiêu chuẩn của đinh Qtc = 100kN.
Theo công thức (4), khả năng chịu cắt tính toán của một đinh:
Qtt = Qtc x k = 100 x 0.8 = 80 (kN)
Số lượng đinh n1 nên bố trí cho kingpost đảm bảo khả năng chịu cắt:
n1 = Nmax/nQtc =7000/80 = 87,5 (đinh )
Bố trí 9 hàng đinh (n = 9), có tổng số đinh n1 = 90 (hình 3b).
Chiều dài kingpost ngậm trong bê tông cọc khoan nhồi:
L = 95n + 135 = 990 mm= 0,99 m
Khối lượng của đoạn kingpost ngập trong bê tông cọc khoan nhồi:
M2 = 0,99 x 0,021454 x 7850 = 166,73 kg
Tính toán khả năng chịu cắt của đinh theo tiêu chuẩn Eurocode 4:
Khả năng chịu cắt PRd của một đinh: PRd = min(P1Rd,P2Rd) (N).
Theo công thức (7) và (8):
Bê tông cấp độ bền B30 ứng có bê tông C25/30 theo Eurocode, cường độ chịu nén đặc thù 225 /ck f N mm , mô đun đàn hồi 2 30500 /cm E N mm .
Do hsc/d = 100/19 = 5,26 > 4 nên hệ số điều chỉnh a<1 .
Từ hai giá trị trên, mua PRd = 73,133 kN .
Số lượng đinh n2 phải sắp xếp cho kingpost bảo đảm khả năng chịu cắt:
n2 = Nmax/PRd = 7000/73,133 = 95,7 (đinh)
Bố trí 10 hàng đinh (n = 10), sở hữu tổng số đinh n2 = 100 (hình 3c).
Chiều dài kingpost ngậm trong bê tông cọc khoan nhồi:
L = 95n + 135 = 1085 mm = 1,085 m
Khối lượng của đoạn kingpost ngập trong bê tông cọc khoan nhồi:
M3 = 1,085 x 0,021454 x 7850 = 182,73 kg
Như vậy, bí quyết tính đinh chống cắt cho kingpost khi ứng dụng tiêu chuẩn kiểu dáng BS 5950-1990 và Eurocode 4 cho kết quả xấp xỉ nhau.
4.3 So sánh lựa tìm phương án thiết kế
Giá thành thi công là một tiêu chí quan trọng để quyết định phương án thi công. Giá thành thi công bao gồm mức giá vật liệu, chi phí máy thi công và tầm giá nhân công. Chi phí tổn cung cấp và thi công kingpost với thể tham khảo ở bảng 3.
Bảng 3. So sánh tầm giá cung ứng và thi công kingpost (phần ngậm trong bê tông cọc khoan nhồi) theo những phương án thiết kế
Như vậy, việc sử dụng đinh chống cắt cho kingpost tại vị trí kết liên sở hữu cọc khoan nhồi giảm được gần 1 nửa tầm giá cung cấp và thi công kingpost so với phương án không dùng đinh. Tuy nhiên đây chỉ là một khía cạnh cần xem xét, để với thể đưa ra quyết định phương án thi công kingpost cần coi xét 1 phương pháp khái quát các khía cạnh sau:
- Thiết bị và trình độ thi công liên kết đinh mang kingpost;
- Yếu tố đảm bảo công đoạn đổ bê tông cọc khoan nhồi do sự với mặt của đinh chống cắt liên quan tới không gian chuyển động ống đổ bê tông;
- Phương án lắp dựng kingpost vào cọc khoan nhồi: trước hay sau khi đổ bê tông; bắt buộc về thiết bị thi công; phương tiện và cách định vị, căn chỉnh kingpost; các yếu tố công nghệ khác;
- Khối lượng kingpost cho toàn bộ công trình;
- Giá thành nói chung của những phương án.
5. Kết luận
Thiết kế kingpost tại vị trí kết liên sở hữu cọc khoan nhồi trong thi công tầng hầm bằng cách Topdown là một nội dung quan yếu của mẫu mã biện pháp thi công phần ngầm, quyết định đến an toàn, ổn định công trình và hiệu quả kinh tế của phương án;
Thiết kế kingpost không có đinh chống cắt trên cơ sở lực bám dính giữa kingpost và bê tông, xác định theo bí quyết thực nghiệm sở hữu hệ số an toàn bằng 0,7÷0,8.
Trong nếu sở hữu đinh chống cắt, áp dụng tiêu chuẩn thiết kế BS 5950-1990 hoặc Eurocode 4, kết quả tính toán theo hai tiêu chuẩn ko mang sự khác biệt lớn;
Phương án kingpost sở hữu đinh chống cắt giảm được 40÷47% khối lượng thép cho cung ứng kingpost (tính trong đoạn ngàm trong cọc khoan nhồi) so mang phương án kingpost không có đinh;
Phương án thi công kingpost phải phê chuẩn một cách khái quát rộng rãi yếu tố: quy mô công trình, kích thước cọc khoan nhồi, phương án lắp dựng kingpost, sự đáp ứng của vật dụng và khoa học thi công;
Đối mang cọc đường kính nhỏ (D < 1000mm) nên tậu phương án kingpost ko với đinh chống cắt. Khi dùng đinh chống cắt, phải ưu tiên phương án lắp dựng kingpost trước khi đổ bê tông.
