Mục lục Mở đầu 8 *Mục tiêu nghiên cứu *Đối tợng và phạm vi nghiên cứu *Phơng pháp nghiên cứu Chơng 1: tổng quan công trình bằng kết cấu treo 10 1.1. Kết cấu treo 10 1.1.1. Lịch sử phát triển kết cấu treo 10 1.1.2. Định nghĩa kết cấu dây và mái treo 15 1.1.3. Phân loại kết cấu treo 16 1.2. Một số công trình sử dụng hệ kết cấu treo 18 1.2.1. Nhóm các công trình thể thao 18 1.2.2. Nhóm các công trình triển lãm 19 1.2.3. Nhóm các công trình sản xuất 20 1.2.4. Một số các công trình khác 20 1.3. Công nghệ thi công công trình kết cấu treo ở Việt Nam và trên thế giới.21 1.3.1. Tại Việt Nam 21 1.3.2. Trên thế giới 33 Chơng2: cơ sở khoa học của giảI pháp công nghệ thi công công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo 35 2.1. Các vấn đề đặc thù trong giải pháp kết cấu công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo 35 2.1.1. Cấu tạo hệ kết cấu treo 35 2.1.2. Công thức tính toán cáp 39 2.2. Các vấn đề đặc thù trong giải pháp thi công công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo 42 2.3. Sự làm việc và tính ổn định của công trình sử dụng kết cấu treo 42 2.3.1. Kết cấu mái dây một lớp 43 2.3.2. Kết cấu mái dây hai lớp 45 2.3.3. Kết cấu dàn dây 47 1 2.3.4. Kết cấu mái dây hình yên ngựa 47 2.3.5. Kết cấu hỗn hợp dây và thanh 48 2.3.6. Mái treo vỏ mỏng 49 Chơng 3: Nghiên cứu giải pháp công nghệ thi công công trình dân dụng kết cấu treo 50 3.1. Nghiên cứu giải pháp thiết kế và thi công công trình Bảo tàng Hà Nội 50 3.1.1. Vị trí, qui mô công trình 50 3.1.2. Giải pháp về kiến trúc và kết cấu công trình 51 3.1.3. Tính toán và cấu tạo hệ giáo chống phục vụ thi công 62 3.2. Đề xuất qui trình thi công công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo 76 3.2.1. Các tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu 76 3.2.2. Qui trình thi công 77 3.2.3. An toàn trong thi công kết cấu treo 93 Kết luận và kiến nghị 96 Kết luận 96 kiến nghị 96 tài liệu tham khảo 97 phụ lục tính toán 100 Danh mục các hình vẽ Hình 1.1. Toà nhà ngân hàng dự trữ liên bang(Marquette Plaza) 11 Hình 1. 2. Cầu treo Runyang ở Trung Quốc 12 Hình 1. 3. Nghiên cứu ứng dụng hệ kết cấu cầu treo cho nhà cao tầng - Dự án Dolphin Plaza 15 Hình 1. 4. Một số công trình mái treo đã xây dựng 19 Hình 1. 5. Công trình cầu nổi tiếng thế giới và Việt Nam 20 Hình 1. 6. Sân vận động Mỹ Đình Hà Nội 22 2 Hình 1. 7. Kết cấu sân vận động Mỹ Đình Hà Nội 23 Hình 1. 8. Thi công hệ dầm chính sân vận động Mỹ Đình Hà Nội 24 Hình 1. 9. Thi công lắp đặt cột sân vận động Mỹ Đình Hà Nội 24 Hình 1. 10. Lắp đặt kết cấu mái sân vận động Mỹ Đình Hà Nội 25 Hình 1. 11. Lợp mái sân vận động Mỹ Đình Hà Nội 26 Hình 1. 12. Cầu Bãi Cháy Quảng Ninh 27 Hình 1. 13.Thi công móng giếng chìm Cầu Bãi Cháy 28 Hình 1. 14. Thi công trụ Cầu Bãi Cháy Quảng Ninh 29 Hình 1. 15. Thi công cáp Cầu Bãi Cháy Quảng Ninh 29 Hình 1. 16. Bảo tàng Hà Nội 30 Hình 1. 17. Kết cấu phần thân - Bảo tàng Hà Nội 31 Hình 1. 18. Chi tiết liên dầm conson - Bảo tàng Hà Nội 32 Hình 1. 19. Thi công dầm treo vào vách - Bảo tàng Hà Nội 33 Hình 1. 20. Cầu treo tự neo San Francisco - Oakland Bay 33 Hình 2. 1. Các giải pháp ổn định mái treo 36 Hình 2. 2. Sơ đồ và mặt cắt dọc công trình Bể bơi Olimpic ở Tokyo 36 Hình 2. 3. Bể bơi Wuppertal, dùng khung sàn, cột khán đài chịu lực neo 37 Hình 2. 4. Mặt bằng mái nhà triển lãm New York 37 Hình 2. 5. Một số chi tiết cấu tạo khối neo 38 Hình 2. 6. Mặt cắt một số dạng cáp dùng trong mái treo 38 Hình 2. 7. Cáp chịu tải trọng đứng và phân bố đều 40 Hình 2. 8. Cáp chịu tải trọng tập trung ở giữa 41 Hình 2. 9. Sơ đồ kết cấu mái dây một lớp ở Kraxnoyarxk 43 Hình 2. 10. Sơ đồ kết cấu mái dây một lớp ở sân vận động ở Montebydeo 44 Hình 2. 11. Hệ một lớp dây cứng 45 Hình 2. 12. Sơ đồ kết cấu hệ dây hai lớp 46 3 Hình 2. 13. Kết cấu dây hai lớp của mái sân vận dộng Yubileinui ở Nga 46 Hình 2. 14. Kết cấu dàn dây của mái sân vận dộng Stockholm 47 Hình 2. 15. Một số sơ đồ kết cấu mái dây hình yên ngựa 48 Hình 2. 16. Mái dây hình yên ngựa ở nhà hát Kharkov 49 Hình 3. 1. Kiến trúc tổng thể Bảo tàng Hà Nội 50 Hình 3. 2. Đại sảnh Bảo tàng Hà Nội 51 Hình 3. 3. Mặt bằng hệ dầm mái BTCT kết hợp hệ dàn thép 52 Hình 3. 4. Mặt bằng kết cấu tầng mái 53 Hình 3. 5. Mặt bằng kết cấu tầng 5 54 Hình 3. 6. Mặt bằng kết cấu tầng 4 55 Hình 3. 7. Mặt bằng kết cấu tầng 3 56 Hình 3. 8. Mặt bằng kết cấu tầng 2 57 Hình 3. 9. Mặt bằng kết cấu tầng 1 58 Hình 3. 10. Chi tiết dầm BRF-03 60 Hình 3. 11. Chi tiết neo đầu dầm 60 Hình 3. 12. Chi tiết liên kết treo sàn bê tông 62 Hình 3. 13. Tải trọng đầu cột 66 Hình 3. 14. Mô hình không gian hệ dàn giáo thi công 68 Hình 3. 15. Hệ giáo chống phục vụ công tác lắp dựng thi công dàn mái 68 Hình 3. 16. Chi tiết cột rỗng 69 Hình 3. 17. Liên kết dầm HE-A500 70 Hình 3. 18. Liên kết cột rỗng và dầm thép tổ hợp 70 Hình 3. 19. Liên kết dầm thép vào vách bê tông cốt thép 71 Hình 3. 20. Liên kết xà gồ mái 71 Hình 3. 21. Cẩu lắp dựng LB7300 250 (tấn) 72 Hình 3. 22. Thi công lõi vách công trình 72 Hình 3. 23. Thi công hệ giàn giáo 73 4 Hình 3. 24. Thi công hệ dầm congson 73 Hình 3. 25. Tháo dỡ giáo chống 74 Hình 3. 26. Thi công kết cấu trụ đỡ vĩnh viễn 85 Hình 3. 27. Hạ cấu kiện xuống tại hiện trờng 86 Hình 3. 28. Chi tiết giáo chống bổ xung 88 Hình 3. 29. Mặt bằng tổ hợp và kéo dầm 89 Hình 3. 30. Mặt cắt tổ hợp và kéo dầm 90 Hình 3. 31. Biện pháp kéo lật dầm 91 Hình 3. 32. Căn chỉnh và hàn định vị dầm 91 Hình 3. 33. Thi công sàn treo bê tông cốt thép 92 Hình 3. 34. Công tác an toàn và vệ sinh trên công trờng 93 Hình 3. 35. Mặt bằng sàn thao tác tầng mái 94 Hình 3. 36. Chi tiết lan cam an toàn 95 Danh mục các bảng Bảng 2.1. Bảng phân loại cáp 39 5 Bảng 3.1. Các tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu 77 Bảng 3.2. Các qui định trong thi công 77 Bảng 3.3. Kiểm tra mối hàn 81 Bảng 3.4. Dung sai trong quá trình hàn và tiêu chuẩn áp dụng 82 Bảng 3.5. Sai lệch cho phép khi khoan lô bu lông 82 Bảng 3.6. Chỉ tiêu kỹ thuật trong quá trình sơn 83 Bảng 3.7. Dung sai trong quá trình gia công kết cấu thép 84 Bảng 3.8. Thiết bị phục vụ thi công 84 Mở đầu Kết cấu dây treo là một kết cấu đợc áp dụng rộng rãi trong nhiều công trình dân dụng, công nghiệp và giao thông trên thế giới vì những u điểm nổi bật của nó: trọng lợng nhẹ, vợt nhịp lớn, thi công lắp ráp nhanh, hình dáng kiến trúc da dạng và phong phú. ở nớc ta kết cấu dây treo đã đợc nhiều tác giả nghiên cứu áp dụng và đã đạt đợc nhiều thành tựu to lớn trong nhiều công trình thuộc ngành giao thông, xây dựng công nghiệp và dân dụng. Cầu dây và cầu treo đã góp phần quan trọng trong cuộc chiến tranh chống Mỹ cứu nớc, Trong thời kỳ mở cửa và hội nhập hiện nay hóa kết cấu dây treo đã và đang đóng góp hiệu quả vào các công trình tải điện và giao thông. Đặc biệt, kết cấu dây treo đóng vai trò quan trọng và quyết định trong việc đảm bảo giao thông 6 miền núi và đồng bằng sông Cửu long, mái che các công trình nhịp lớn nh sân vân động, nhà triển lãm, nhà ga v.v Nghiên cứu kết cấu treo trong xây dựng dân dụng để tìm đợc các giải pháp về thiết kế và thi công phù hợp đối với dạng công trình phức tạp và mới cha đợc áp dụng nhiều tại Việt Nam; Việc lựa chọn giải pháp kết cấu, và phơng pháp thi công hợp lý đảm bảo đợc chất lợng công trình, tiến độ thi công, bảo đảm an toàn lao động, vệ sinh môi trờng và đem lại dấu ấn riêng về kiến trúc và thẩm mỹ. * Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu giải pháp công nghệ thi công công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo. Tìm ra các giải pháp về thiết kế và thi công phù hợp với thực trạng xây dựng tại Việt Nam. * Đối tợng và phạm vi nghiên cứu Công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo. * Phơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết, phân tích, so sánh và các phơng pháp thi công công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo; - Khảo sát thực tế tại hiện trờng; - Vận dụng kiến thức về kết cấu, biện pháp thi công, sử dụng các phần mềm về tính toán giàn giáo, cột chống; * ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Luận văn nghiên cứu giải pháp thiết kế và thi công công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo, phơng án thi công hợp lý đảm bảo chất lợng công trình, thẩm mỹ và an toàn lao dộng; - Luận văn có thể sử dụng nh một tài liệu tham khảo phục vụ cho công tác giảng dạy và công tác sản xuất thực tế. 7 Chơng 1: Tổng quan công trình bằng kết cấu treo 1.1. Kết cấu treo 1.1.1. Lịch sử phát triển kết cấu treo Năm 1968, kiến trúc s Gunnar Birkerts đã ứng dụng kết cấu cầu treo cho thiết kế tòa nhà Ngân hàng dự trữ liên bang của bang Minnesota ở Mỹ. Tòa nhà đợc xây dựng xong năm 1972, đợc giới kiến trúc đánh gia cao, đợc coi là một thành tựu kiến trúc và dành đợc một số giải thởng kiến trúc uy tín năm 1974; Kết cấu cầu treo là một trong những kết cấu đợc dùng phổ biến khi thiết kế cầu nhịp lớn do những u điểm của nó. Hệ kết cấu cầu treo điển hình gồm hai tháp cao ở hai đầu, sàn cầu bê tông cốt thép hoặc thép, hai dây cáp lớn căng ngang nối hai đỉnh tháp và các dây cáp nhỏ treo sàn bê tông cốt thép vào hai dây cáp lớn. Dạng kết cấu này có u điểm là các cấu kiện chính chỉ chịu lực đơn giản: tháp chịu nén là chính, các dây cáp lớn và nhỏ chỉ chịu kéo, sàn cầu chịu mô men uốn tơng đối nhỏ; 8 Hình 1.1 Tòa nhà ngân hàng dự trữ liên bang (Marquette Plaza) ở TP Minneapoliss, tiểu bang Minnesota (Mỹ) (Tác giả su tầm) Kết cấu cầu treo có lịch sử rất sớm. Những dạng cầu treo đơn giản đã xuất hiện trớc công nguyên ở Trung Quốc. Hình 1.2 thể hiện hình ảnh cầu treo Runyang ở Trung Q ốc vợt qua nhịp lớn nhất là 1490 m xây dựng xong năm 2005. Nh vậy có thể thấy là kết cấu cầu treo có lịch sử lâu đời và đợc sử dụng để vợt qua những khẩu độ lớn; Kết cấu cầu treo hiện đại đợc xây dựng từ đầu thế kỷ XIX. Cầu treo Clifton vợt qua nhịp lớn nhất là 214m xây dựng xong năm 1864. Thế kỷ XX và XXI chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ công nghệ xây dựng cầu treo nhịp rất lớn lên tới 2 km (Cầu treo Akashi-Kaikyo ở Nhật, có nhịp dài 1991 m xây dựng năm 1998); Điều đáng chú ý là từ trớc những năm 60 của thế kỷ XX, khi mà máy tính điện tử còn cha phát triển thì các nhà thiết kế đã có thể thiết kế những cây 9 cầu vợt khẩu độ tới 1,3km (Cầu Cổng Vàng ở Mỹ xây dựng năm 1937 có nhịp dài 1,280m); Năm 1968, kiến trúc s Gunnar Birkerts đã ứng dụng kết cấu cầu treo cho thiết kế tòa nhà Ngân hàng dự trữ liên bang của bang Minnesota ở Mỹ (Hình 1.1). Tòa nhà đợc xây dựng xong năm 1973, đợc giới kiến trúc đánh giá cao, đợc coi là một thành tựu kiến trúc và dành đợc một số giải thởng kiến trúc uy tín năm 1974. Tòa nhà này sử dụng kết cấu hai dây cáp treo gắn vào hai tháp ở hai đầu vợt qua nhịp 100m. Tòa nhà thông hai tầng dới cùng để cho ngời đi bộ qua. Bên trên là 11 tầng kết cấu khung thép. Phần ngầm bên dới chiếm hai phần ba không gian của tòa nhà là các hầm chứa và văn phòng. Lõi thang máy gắn vào phía đông của tòa nhà. Năm 2000, tòa nhà đợc cải tạo lại thành 15 tầng, cao 67m và đợc sử dụng tốt đến ngày nay; Hình 1.2 Cầu treo Runyang ở Trung Quốc có nhịp lớn nhất là 1.490m (Tác giả s tầm) Năm 2008, công ty kiến trúc DP của Singapore đề xuất thiết kế kiến trúc cho dự án căn hộ cao cấp Dolphin Plaza ở Hà Nội (Hình 1.3). Dự án gồm bốn tòa nhà cao 121m. Mỗi tòa nhà có hai vách bê tông cốt thép ở hai đầu đỡ toàn bộ kết cấu vợt qua khẩu độ 52m. Tòa nhà để thông 30m kể từ mặt đất dành cho không gian siêu thị và nghỉ ngơi. Bên trên là 22 tầng kết cấu bê tông cốt thép. Thiết kế kiến trúc đặc sắc này đặt ra một thách thức lớn cho các kỹ s kết cấu. Dự án đợc rất nhiều chuyên gia kết cấu trong nớc và quốc tế quan tâm và đề xuất một số giải pháp kết cấu; 10 [...]... nghiên cứu các dạng công trình kết cấu treo rất phức tạp Thông qua việc nghiên cứu đó để tìm ra các giải pháp thi t kế và giải pháp thi công cho công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo, đây là dạng công trình còn cha áp dụng nhiều tại Việt Nam 32 Chơng 2: cơ sở khoa học của giảI pháp công nghệ thi công công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo 2.1 Các vấn đề đặc thù trong giải pháp kết cấu công trình dân. .. trình dân dụng sử dụng kết cấu treo 2.1.1 Cấu tạo hệ kết cấu treo So với các công trình khác, thi t kế kết cấu dây treo và mái treo có đặc điểm là phải xét đến lực neo dây và tính chất động lực học của hệ kết cấu Khi chịu tải trọng thay đổi nh gió, hệ kết cấu dây và mái treo dễ bị kích động và xảy ra các hiện tợng mất ổn định khí động học đàn hồi (aeroelastic) Nguyên nhân phá hoại của cấu treo Tacoma... nghĩa kết cấu dây và mái treo Kết cấu dây và mái treo là hệ kết cấu đợc cấu tạo từ những dây mềm, chỉ chịu kéo, bỏ qua khả năng chịu uốn của dây Các dạng kết cấu dây bao gồm dây tải điện, dây văng, cầu dây các loại và mái treo Kết cấu dây còn đợc dùng liên hợp với các hệ kết cấu cứng khác nh: dầm, dàn hoặc tấm tạo nên hệ kết cấu liên hợp nh mái treo dầm cứng, cầu dây văng; Cáp dùng trong kết cấu dây... là nếu sử dụng kết cấu cầu treo tơng tự nh tòa nhà Ngân hàng dự trữ liên bang của bang Minneapoliss, tức là sử dụng hai cáp treo, Dolphin Plaza sẽ cứng hơn rất nhiều Nói một cách khác, về mặt chịu lực, thi t kế dự án này dễ hơn tòa nhà Ngân hàng dự trữ liên bang của bang Minneapoliss; Về mặt công nghệ xây dựng, giải pháp kết cấu cầu treo có tính khả thi cao đứng trên khía cạnh thi t kế và thi công Chúng... hệ conson đua 8,4m và đợc liên kết vào hệ lõi trụ; + Sàn bê tông cốt thép là hệ sàn treo với các dây treo đợc liên kết trực tiếp vào các mắt của hệ dầm thép (hình 1.18) 29 Hình 1.18 Chi tiết liên dầm conson - Bảo tàng Hà Nội 30 *Giải pháp thi công kết cấu treo: Theo các bớc sau - Thi công lõi vách công trình; - Gia công lắp dựng hệ giáo chống phục vụ thi công; - Thi công dầm mái (dầm bê tông cốt thép... 1.20) Quần thể công trình vợt sông San Francisco Oakland Bay Bridge là công trình rất tốn kém, trong đó có hai nhịp độc đáo là dạng treo tự neo (SAS: self - anchored suspension) xếp hạng kỷ lục thế giới b) Giải pháp kết cấu: Cầu gồm nhịp chính 385m và nhịp bên 180m, chỉ cần một tháp nhng cao tới 160m (cao nhất thế giới) c) Giải pháp thi công: Công nghệ thi công rất phức tạp, vì cha có công trình tơng tự... học của hệ dây phụ thuộc vào lựa chọn mặt cong e) Kết cấu hỗn hợp dây và thanh - Sử dụng cho công trình hăng ga, nhà triển lãm; - Hệ kết cấu gồm các xà consơn và các dây cáp treo các xà này, các dây liên kết chắc vào xà kèo vợt qua đỉnh cột trụ neo vào kết cấu phụ ; 15 - Hệ kết cấu đáp ứng nhu cầu sử dụng không gian rộng lớn và yêu cầu kinh tế của công trình; - Có thể tăng số lợng dây neo và điều chỉnh... dỡng phần neo cáp văng tháp, cột thu lôi, đèn báo hiệu hàng không dễ dàng *Giải pháp thi công: - Phơng án thi công móng: Sử dụng phơng pháp thi công móng giếng chìm hơi ép Đợc tính toán theo mô hình đàn hồi giữa công trình và môi trờng đất nền Với các u điểm sau: + Giảm tối đa ảnh hởng đến môi trờng trong quá trình thi công; + Thi công các khối đúc trên cạn nên chất lợng bêtông cốt thép cao; + Có thể kiểm... đợc thi t kế từ năm 1968, khi máy tính điện tử và các phần mềm tính toán kết cấu còn cha phát triển Ngày nay với sự hỗ trợ của máy tính điện tử và các phần mềm phân tích kết cấu, công việc thi t kế và thi công có thể đợc thực hiện với chất lợng và độ chính xác cao hơn nhiều; 13 Hình 1.3 Nghiên cứu ứng dụng hệ kết cấu cầu treo cho nhà cao tầng - Dự án Dolphin Plaza (Tác giả su tầm) Kết cấu cầu treo. ..11 Giải pháp phổ biến nhất là giảm bớt khẩu độ nhà bằng cách thêm các cột bê tông cốt thép vào khoảng giữa hai vách Giải pháp thứ hai là tăng kích thớc của dầm truyền nối hai tháp Giải pháp thứ ba là kết hợp cả hai giải pháp trên Các giải pháp này phá vỡ ý tởng kiến trúc độc đáo của công trình và làm tăng chi phí xây dựng Hệ kết cấu này giúp cho công trình có vẻ đẹp thẩm mỹ cao . của giảI pháp công nghệ thi công công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo 35 2.1. Các vấn đề đặc thù trong giải pháp kết cấu công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo 35 2.1.1. Cấu tạo hệ kết cấu. phạm vi nghiên cứu Công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo. * Phơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết, phân tích, so sánh và các phơng pháp thi công công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo; -. thanh 48 2.3.6. Mái treo vỏ mỏng 49 Chơng 3: Nghiên cứu giải pháp công nghệ thi công công trình dân dụng kết cấu treo 50 3.1. Nghiên cứu giải pháp thi t kế và thi công công trình Bảo tàng Hà Nội