Xem mẫu
- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU BÙ CO NGẮN CỘT BTCT
NHÀ SIÊU CAO TẦNG Ở VIỆT NAM
Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng
Mã số: 9580201
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Hà Nội - 2022
- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU BÙ CO NGẮN CỘT BTCT
NHÀ SIÊU CAO TẦNG Ở VIỆT NAM
Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng
Mã số: 9580201
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS.TS Hồ Ngọc Khoa
2. PGS.TS Phạm Hoàng Anh
Hà Nội - 2022
- LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Hồ Ngọc Khoa, PGS.TS
Phạm Hoàng Anh đã hết lòng giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và nghiên
cứu. Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, Khoa
Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp, Phòng Quản lý Đào tạo, Bộ môn Công
nghệ và Quản lý xây dựng, Bộ môn Cơ học kết cấu, Trường Đại học Vinh và
Khoa Xây dựng đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho NCS trong quá trình thực hiện
nghiên cứu luận án. Chân thành cảm ơn sâu sắc TS.Trương Việt Hùng đã giúp
đỡ trong việc trao đổi học thuật. Xin chân thành cảm ơn toàn thể bạn bè, đồng
nghiệp đã tạo điều kiện, động viên, khích lệ tôi hoàn thành Luận án này. Đặc
biệt xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, người thân đã luôn sát cánh, đồng
hành cùng NCS trong suốt quá trình thực hiện luận án.
Hà Nội, ngày tháng năm 2022
Tác giả luận án
Nguyễn Đức Xuân
- LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả được trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày tháng năm 2022
Tác giả luận án
Nguyễn Đức Xuân
- i
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ..........................................................................................................
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................
MỤC LỤC ............................................................................................................. I
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................... V
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ............................................................... VII
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT…………………………………………………. .X
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ........................................................................... XII
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1. Lý do lựa chọn đề tài ........................................................................................ 1
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài ........................................................................ 5
3. Nhiệm vụ nghiên cứu ......................................................................................... 5
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................... 5
6. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 6
7. Giá trị khoa học và ý nghĩa thực tiễn................................................................ 7
8. Những đóng góp mới của luận án ........................................................................ 7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CO NGẮN CỘT VÀ BÙ CO TRONG XÂY
DỰNG NHÀ SIÊU CAO TẦNG ........................................................................... 8
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG .................................................................................. 8
1.1.1 Nhà siêu cao tầng bê tông cốt thép (BTCT) đổ tại chỗ ............................ 8
1.1.2 Khái niệm co ngắn cột và bù co trong xây dựng nhà siêu cao tầng ...... 10
1.1.3 Các nguyên nhân và dự báo co ngắn cột ............................................... 11
1.2 ẢNH HƯỞNG CỦA CO NGẮN CỘT ĐẾN CÔNG TRÌNH ..................... 13
1.2.1 Ảnh hưởng đến kết cấu chịu lực ........................................................... 13
- ii
1.2.2 Ảnh hưởng đến các bộ phận phi kết cấu ............................................... 14
1.2.3 Giải pháp giảm thiểu vênh co trong giai đoạn thiết kế .......................... 15
1.3 TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU CO NGẮN CỘT .................................. 17
1.3.1 Nghiên cứu hiện tượng co ngắn cột trên thế giới .................................. 17
1.3.2 Nghiên cứu co ngắn cột ở Việt Nam ...................................................... 22
1.4 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP BÙ CO NGẮN CỘT ........................ 25
1.4.1 Các phương pháp lý thuyết xác định giá trị và cách thức bù co............ 25
1.4.2 Nghiên cứu thi công bù co trong thực tế xây dựng ............................... 30
1.4.3 Trình tự và kỹ thuật thi công bù co ....................................................... 32
1.5 VẤN ĐỀ ĐẶT RA VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN . 37
1.5.1 Những vấn đề đặt ra .............................................................................. 37
1.5.2 Định hướng nghiên cứu của luận án .................................................... 39
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN VỀ THI CÔNG BÙ CO
TRONG XÂY DỰNG NHÀ SIÊU CAO TẦNG................................................. 41
2.1 CƠ SỞ TOÁN HỌC CỦA BÀI TOÁN TỐI ƯU BÙ CO ............................ 41
2.1.1 Biến thiết kế ........................................................................................... 41
2.1.2 Hàm mục tiêu......................................................................................... 41
2.1.3 Hệ ràng buộc ......................................................................................... 42
2.1.4 Các phương pháp giải bài toán tối ưu hóa ............................................ 43
2.2 DỰ BÁO VÀ QUAN TRẮC CO NGẮN CỘT ............................................ 47
2.2.1 Các giai đoạn dự báo giá trị co ngắn cột ..................................................... 47
2.2.2 Quan trắc co ngắn cột .................................................................................. 48
2.3 KỸ THUẬT THI CÔNG BÙ CO ............................................................... 51
2.3.1 Lựa chọn cấu kiện thi công bù co ......................................................... 51
2.3.2. Lựa chọn giá trị co ngắn dự báo theo các thời điểm để tính toán bù co
........................................................................................................................ 52
2.3.3 Hình thức thi công bù co ....................................................................... 54
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP BÙ CO DI CHUYỂN TỐI ƯU ........................ 58
- iii
3.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP BÙ CO ................................................................... 58
3.1.1 Bù co gộp nhóm ..................................................................................... 58
3.1.2 Phương pháp gộp nhóm tối ưu OC (Optimal Compensation) ............... 58
3.1.3 Phương pháp gộp nhóm trung bình di chuyển MAC (Moving Averaging
Correction)...................................................................................................... 61
3.2 THIẾT LẬP BÀI TOÁN BÙ CO DI CHUYỂN TỐI ƯU (MCO) .............. 64
3.2.1. Biến thiết kế cho MCO.......................................................................... 64
3.2.2. Hàm mục tiêu cho MCO ....................................................................... 64
3.2.3 Xác định điều kiện kiểm soát vênh co (điều kiện ràng buộc) ............... 67
3.3. THUẬT TOÁN BÙ CO DI CHUYỂN TỐI ƯU ......................................... 68
3.3.1. Bài toán bù co tất định (DOC) .............................................................. 68
3.3.2 Bài toán bù co với ràng buộc theo độ tin cậy ......................................... 70
3.4 THUẬT GIẢI TIẾN HÓA VI PHÂN CHO BÀI TOÁN BÙ CO TỐI ƯU . 72
3.4.1 Cải tiến quá trình đột biến ..................................................................... 73
3.4.2 Xử lý biến số nguyên.............................................................................. 74
3.4.3 So sánh lựa chọn phương án ................................................................. 75
3.5 TRÌNH TỰ VÀ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN MCO ........................... 75
3.6 VÍ DỤ MINH HỌA ..................................................................................... 77
3.6.1 Tòa nhà 70 tầng ..................................................................................... 77
3.6.2 Tòa nhà Lotte Centre Hà Nội ................................................................ 86
CHƯƠNG 4. QUY TRÌNH THI CÔNG BÙ CO DI CHUYỂN TỐI ƯU
TRONG XÂY DỰNG NHÀ SIÊU CAO TẦNG................................................. 97
4.1 QUY TRÌNH THI CÔNG BÙ CO DI CHUYỂN TỐI ƯU ......................... 97
4.1.1 Sơ đồ khối quy trình đề xuất ................................................................. 97
(XEM HÌNH 4.1) ................................................................................................... 97
4.1.2 Diễn giải quy trình thi công bù co ......................................................... 99
4.2 ÁP DỤNG THIẾT LẬP PHƯƠNG ÁN THI CÔNG BÙ CO CHO CÔNG
TRÌNH THỰC TẾ .......................................................................................... 111
- iv
4.2.1 Mô tả về công trình .............................................................................. 111
4.2.2 Phương án thi công bù co đã thực hiện ở công trình Keangnam ....... 112
4.2.3 Thiết lập phương án thi công bù co đối với phương pháp đề xuất MCO ..
.......................................................................................................... 119
4.2.4 Thi công bù co ..................................................................................... 126
4.2.5 Hiệu chỉnh phương án bù co khi có sai lệch lớn ................................. 126
KẾT LUẬN ........................................................................................................ 128
TUYỂN TẬP CÁC BÀI BÁO CÔNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ
TÀI LUẬN ÁN TRÊN CÁC TẠP CHÍ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH ..... 130
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 131
- v
DANH MỤC BẢNG, BIỂU
Bảng 3.1 Vênh co dự báo giữa lõi và cột của một tuyến (line) tòa nhà 70
tầng[64] ....................................................................................................... 79
Bảng 3.2 Tham số điều khiển của DE và IDE ............................................... 80
Bảng 3.3 Phương án bù co theo MCO công trình 70 tầng (vênh co cho phép
10 mm) ......................................................................................................... 81
Bảng 3.4 Kết quả để so sánh phương án bù co theo MCO với các phương
pháp hiện có OC và MAC công trình 70 tầng (sai số vênh co 10 mm) .......... 81
Bảng 3.5 Kết quả để so sánh phương án bù co theo MCO với các phương
pháp hiện có OC và MAC công trình 70 tầng (vênh co giới hạn 5 mm) ........ 84
Bảng 3.6 -Giá trị vênh co lớn nhất của các Line .......................................... 89
Bảng 3.7 Vênh co cột – lõi dự báo tại Line 15 công trình Lotte Center Hanoi
..................................................................................................................... 90
Bảng 3.8 Phương án bù co theo MCO công trình Lotte (giới hạn vênh co 20
mm) .............................................................................................................. 91
Bảng 3.9 So sánh phương án MCO với UC và MAC (giới hạn vênh co 20
mm) .............................................................................................................. 91
Bảng 3.10 Phương án bù co với các hệ số biến thiên khác nhau. ................ 93
Bảng 3.11 Giá trị xác suất an toàn và hệ số độ tin cậy tính theo MCS ......... 95
Bảng 4.1 So sánh kết quả đo hiện trường và thiết kế dự báo trong thời gian 6
tháng .......................................................................................................... 115
Bảng 4.2 Co ngắn lớn nhất dự báo ở giai đoạn thiết kế và giai đoạn xây dựng
(tại thời điểm 5 năm sau khi kết thúc xây dựng) ......................................... 117
- vi
Bảng 4.3 Vênh co thực tế lớn nhất dự báo sau 5 năm kể từ khi xây dựng kết
thúc ............................................................................................................ 118
Bảng 4.4 Phương án bù co theo MCO cho công trình Kengnam ................ 120
Bảng 4.5 So sánh phương án MCO với phương án ban đầu của TVTK ...... 121
- vii
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Burj Khalifa Tower[12] ............................................................................ 9
Hình 1.2 Vincom Landmark 81[10] ......................................................................... 9
Hình 1.3 Nội lực thứ cấp phát sinh do chuyển vị cưỡng bức của gối đỡ [1] ........... 14
Hình1.4 Co ngắn gây nứt hệ kính, vách ngăn[1] ................................................... 15
Hình1.5 Co ngắn cột làm ống kỹ thuật thuật lệch khỏi vị trí làm việc (thiết kế) sau
một thời gian sử dụng [1] ...................................................................................... 15
Hình 1.6 Bố trí hệ tầng cứng (Outrigger) và dầm biên (Belts) để giảm vênh co trong
nhà siêu cao tầng [51] ........................................................................................... 16
Hình 1.7 Co ngắn cột dự báo và đo hiện trường tầng 1 và tầng 30 [28] ................ 18
Hình 1.8 Phương pháp gộp nhóm đồng đều và gộp nhóm tối ưu trong bù co [64] . 27
Hình 1.9 Phương pháp gộp nhóm di bù co chuyển cho công trình 70 tầng [86] ..... 28
Hình 1.10. Trình tự chung về bù co ngắn cột nhà SCT ........................................... 33
Hình 2.1 Các giai đoạn phân tích co ngắn phục vụ công tác bù co hiện trường [45]
.............................................................................................................................. 48
Hình 2.2 Các thiết bị, dụng cụ quan trắc co ngắn cột tại hiện trường [73] ............ 48
Hình 2.3 Cấu trúc hệ thống mạng cảm biến không dây WSN [26] ......................... 49
Hình 2.4 Thiết bị đo biến dạng dựa vào dây rung [26] .......................................... 50
Hình 2.5 Lắp đặt hệ thống cảm biến truyền dữ liệu không dây đo co ngắn cột [33]
.............................................................................................................................. 50
Hình 2.6 Mô hình hệ thống thiết bị đo co ngắn ở 2 tòa tháp khác nhau [26] .......... 51
Hình 2.7 Bù co theo ngày mục tiêu [38] ................................................................ 53
Hình 2.8 Bù co theo ngày hoàn thiện sàn [38] ....................................................... 53
Hình 2.9 Cấu tạo ván khuôn cột trong hình thức bù co chân cột ............................ 55
Hình 3.1 Mô tả phương pháp bù co tối ưu OC [64] ............................................... 61
Hình 3.3 Mô tả bù co theo gộp nhóm của phương pháp MCO ............................... 66
Hình 3.4 Sơ đồ thuật toán phương pháp bù co di chuyển tối ưu tất định ................ 69
Hình 3.5 Sơ đồ thuật toán phương pháp bù co di chuyển tối ưu theo độ tin cậy ..... 72
Hình 3.6 Mặt bằng kết cấu (nửa đối xứng) tầng điển hình của công trình [32] ...... 78
- viii
Hình 3.7 Sự hội tụ của giá trị hàm mục tiêu cho nhóm thứ nhất............................. 80
Hình 3.8 So sánh phương án bù co theo MCO, OC và mac công trình 70 tầng (sai
số vênh co cho phép 10 mm) .................................................................................. 82
Hình 3.9 Các đường cong biểu thị giá trị sai số sau bù co tại mỗi mức sàn theo
MCO, OC và MAC công trình 70 tầng (sai số vênh co cho phép 10 mm) ............... 82
Hình 3.10 Các đường cong biểu thị giá trị sai số tích lũy sau bù tại mỗi mức sàn
theo MCO, OC và MAC công trình 70 tầng (sai số vênh co cho phép 10 mm) ....... 83
Hình 3.11 Đường cong các phương án bù co theo MCO, OC và MAC công trình 70
tầng (sai số vênh co 5 mm) .................................................................................... 85
Hình 3.12 Đường cong giá trị sai số sau bù tại mỗi mức sàn theo MCO, OC và
MAC công trình 70 tầng (vênh co giới hạn 5 mm) ................................................. 85
Hình 3.13 Đường cong giá trị sai số tích lũy sau bù tại mỗi mức sàn theo MCO,
OC, và MAC công trình 70 tầng (vênh co giới hạn 5 mm) ..................................... 86
Hình 3.14 Phối cảnh công trình Lotte Centre Ha Noi 72 tầng [45] ........................ 87
hình 3.15 Thiết lập vênh co các Line và xác định Line cần xem xét bù co [45] ...... 88
Hình 3.16 Đường cong phương án MCO với UC và MAC (giới hạn vênh co 20 mm)
.............................................................................................................................. 92
Hình 3.17 Đường cong sai số bù co tích lũy 𝒅𝒋𝒊 phương án MCO, UC và MAC (giới
hạn vênh co 20 mm)............................................................................................... 92
Hình 3.18 Phương án bù co với các hệ số biến thiên khác nhau ............................ 94
Hình 3.19 Giá trị trung bình sai số bù co tích lũy với các hệ số biến thiên khác nhau
.............................................................................................................................. 94
Hình 4.1 Sơ đồ quy trình thi công bù co di chuyển tối ưu theo MCO ..................... 98
Hình 4.2 Mô tả cơ chế biến dạng co ngắn trước và sau khi thi công bê tông sàn 102
Hình 4.3 Chỉ dẫn thực hiện bù cho các nhóm theo phương pháp MCO. ............... 106
Hình 4.4 Hình thức bù co đỉnh cột ....................................................................... 107
Hình 4.5 Mặt bằng cảnh quan dự án Keangnam Ha Noi [60] .............................. 112
Hình 4.6 Mặt bằng kết cấu bố trí cột, lõi tòa tháp khách sạn [60] ....................... 113
Hình 4.7 Co ngắn dự báo và đo của cột C8, C10 tầng hầm B2 và tầng 1 [60] .... 114
- ix
Hình 4.8 Mặt bằng vị trí cảm biến đo co ngắn theo nhóm cột vách lõi ................. 115
Hình 4.9 Mặt bằng thiết lập các Line để tính toán bù co [60] .............................. 118
Hình 4.10 Đường bù co (trái) và vênh co sau bù (phải) của PA-0 và MCO ......... 126
- x
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
KÝ
STT GIẢI THÍCH
HIỆU
1 ACE Accumulated Compensation Error (Sai số bù co tích lũy)
2 ACI American Concrete Institute (Viện Bê tông Mỹ)
3 AS Australian Standard (Tiêu chuẩn Úc)
4 BS British Standards (Tiêu chuẩn Anh)
5 BTCT Bê tông cốt thép
6 BVTC Bản vẽ thi công
7 CDMA Code Division Multiple Access (thiết bị liên lạc đường dài)
8 CS Column Shortening (Co ngắn cột)
Council on Tall Buildings and Urban Habitat (Ủy ban nhà cao
9 CTBUH
tầng và môi trường đô thị)
10 CV Coefficient of Variation (hệ số biến thiên)
11 DCS Differential Column Shortening (Vênh co)
12 DE Differential Evolution (Tiến hóa vi phân)
13 DICT Daewoo Engineering Construction (Viện CN XD Daewoo)
14 DOC Deterministic Optimal Compensation (Bù co tối ưu tất định)
15 FORM First Order Risk Methods (Độ tin cậy bậc nhất)
16 IDE Improve Differential Evolution (cải tiến tiến hóa vi phân)
17 GA Genetic Algorithm (Thuật giải di truyền)
18 Line Khung quy ước tạo bởi 2 cấu kiện chịu tải trọng đứng
Moving Averaging Correction (Di chuyển hiệu chỉnh trung
19 MAC
bình)
20 MCO Moving Compensation Optimization (Bù co di chuyển tối ưu)
21 ME Mechanical and Electrical (hệ thống cơ điện)
22 MN Master Node (Nút chính)
23 OC Optimal Compensation (Bù co tối ưu)
- xi
24 PCA Portland Cement Association (Hiệp hội Xi măng Portland)
25 PSO Particle Swarm Optimization (Trí tuệ bầy đàn)
26 RN Repeater Node (Nút lặp)
Reliability-based Optimal Compensation (Bù co tối ưu dựa trên
27 ROC
độ tin cậy)
28 S Sensor (Cảm biến)
29 SA Simulated Annealing Algorithm (Mô phỏng luyện kim)
30 SCT Siêu cao tầng
31 SN Sensor Node (Nút cảm biến)
32 TTGH Trạng thái giới hạn
33 TVTK Tư vấn thiết kế
34 UAE United Arab Emirates (Tiểu Vương quốc Ả Rập Thống nhất)
35 VWSGs Vibrating Wire Strain Gauge (Đồng hồ biến dạng dây rung)
36 WSN Wireless Sensor Network (Cảm biến không dây)
- xii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
STT KÝ HIỆU GIẢI THÍCH
1 A Tiết diện của cột
2 a Phương án tốt nhất
3 D Miền nghiệm hay miền thiết kế
4 𝐸 Tổng sai số bù co tích lũy tại sàn thứ j của nhóm thứ i
5 Ec Mô đun đàn hồi của bê tông
6 e Sai số bù co nhóm thứ k dưới nhóm thứ i
7 𝑒𝑖 Sai số bù co cho cả nhóm thứ i
8 F Sàn kết cấu bê tông cốt thép
9 Fht Sàn hoàn thiện
10 F(x) Biểu diễn toán học hàm mục tiêu
11 g (x) Biểu diễn toán học các hàm ràng buộc.
12 h Chiều cao tầng
13 in Đơn vị dài Inch
14 L Nhịp dầm (khoảng cách từ cột đến vách cứng)
15 N Tổng số tầng trong tòa nhà
16 N Số nhóm bù co của tòa nhà
17 N Số tầng trong một nhóm bù thứ i
18 P Tải trọng
19 R28 Cường độ nén ở tuổi bê tông 28 ngày
20 SH Hệ số ảnh hưởng kích thước cấu kiện
- xiii
21 T Số tầng còn lại chưa được tập hợp vào nhóm bù
22 t Thời điểm đổ bê tông sàn
23 x Vênh co thiết kế dự báo của tầng thứ j trong nhóm thứ i
24 ci Ứng suất ban đầu bê tông
25 t Hệ số từ biến tại thời điểm t
26 δ Giá trị bù co cho các tầng trong nhóm thứ i
27 ic Giá trị bù co trung bình của nhóm thứ i
28 ε Sai số bù co tại mức sàn thứ j của nhóm thứ i
29 θ Giới hạn sai số bù xác định đã cho trước
- 1
MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài
Co ngắn cột (column shortening) là hiện tượng cấu kiện bê tông cốt thép chịu lực
theo phương thẳng đứng bị biến dạng co lại làm cho chiều dài cột (vách) ngắn hơn so
với thiết kế theo phương dọc trục dưới tác dụng của tải trọng, co ngót và từ biến của
bê tông. Sự biến dạng co ngắn cột là kết hợp của các biến dạng thành phần như: biến
dạng đàn hồi, biến dạng co ngót và biến dạng từ biến của bê tông. Các thành phần
biến dạng này xảy ra rất phức tạp và khó kiểm soát do phụ thuộc vào nhiều yếu tố
như: lịch sử chất tải, tính chất vật liệu, độ ẩm môi trường, tiến độ thi công, tỷ lệ khối
tích trên diện tích bề mặt của cấu kiện, hàm lượng cốt thép v.v… Có thể nói, co ngắn
cột là đại lượng phụ thuộc vào thời gian và không thể tránh khỏi đối với tất cả các kết
cấu bê tông và bê tông cốt thép. Với sự gia tăng chiều cao công trình, các cấu kiện
đứng sẽ phải chịu tải trọng rất lớn dẫn đến biến dạng dọc trục lớn. Ngoài ra, công
nghệ thi công vận chuyển bê tông lên cao theo phương pháp bơm đẩy sử dụng bê tông
có độ sụt lớn dẫn đến biến dạng co ngót và từ biến tăng mạnh. Do đó, giá trị co ngắn
tích lũy là đáng kể. Đặc biệt, sự chênh lệch co ngắn giữa cột, vách với lõi cứng trong
cùng một mặt bằng kết cấu được gọi là hiện tượng vênh co ngắn - differential column
shortening (sau đây gọi là vênh co), làm vị trí dầm sàn bị nghiêng quá mức, gây ra
nội lực phát sinh do chuyển vị cưỡng bức; có thể gây hư hỏng đến các bộ phận phi
kết cấu như nứt tường ngăn, vách kính và lệch hệ thống đường ống kỹ thuật, thang
máy. Ví dụ: Tòa tháp Marina City Towers, Mỹ, cao 60 tầng do không kiểm soát bù
co cột trong thi công nên đã xảy ra vênh co cột và lõi khoảng 10 cm tại lõi vách thang
máy ở tầng thứ 45 làm cong vênh hệ thống đường ống nước và lệch hệ thống ray
thang máy đã phải dừng hoạt động để xử lý sự cố do co ngắn cột gây ra; Tòa tháp
World Trade Center Abu Dhabi, UAE, cao 88 tầng cũng bị dừng hoạt động để sửa
chữa khắc phục sự cố sau hai năm sử dụng do biến dạng co ngắn cột gây ra sự cố kẹt
thang máy tầng 63 [73]. Một số nghiên cứu đưa ra các giải pháp kết cấu nhằm giảm
thiểu vênh co bằng việc tối ưu hóa thiết kế để phân phối ứng suất nén đồng đều trong
- 2
các cấu kiện thẳng đứng như: sử dụng hệ dầm chìa hoặc dầm congson (outrigger); sử
dụng các liên kết khớp tự do cho hệ kết cấu và lựa chọn hình dáng kiến trúc hợp lý
[50]; tăng độ cứng dọc trục cho các cấu kiện được dự báo sẽ có co ngắn lớn bằng
cách bổ sung thêm cốt thép [56]. Tuy nhiên, các giải pháp kết cấu trong giai đoạn
thiết kế thường làm phát sinh chi phí xây dựng tương đối lớn và cũng không đảm bảo
được sự kiểm soát và khắc phục một cách đầy đủ vênh co trong dài hạn [9]. Trên thực
tế, một giải pháp đơn giản hơn nhưng hiệu quả được áp dụng để khắc phục, giảm
thiểu vênh co là bù đắp lại lượng thiếu hụt do co ngắn bằng cách thi công cột cao hơn
một đoạn so với chiều cao cột thiết kế. Như vậy theo thời gian trong tương lai cột sẽ
trải qua quá trình co ngắn để có thể trở dần về độ cao thiết kế, kéo theo kết cấu dầm
sàn trở về vị trí như mong muốn. Giải pháp này gọi là giải pháp bù co ngắn trong quá
trình thi công. Trên thế giới, hiện tượng co ngắn cột được nghiên cứu từ rất lâu vào
những năm 1960 như các nghiên cứu của Fintel và Khan [31] đã chỉ ra thành phần
biến dạng co ngắn do từ biến và co ngót trong các nhà cao tầng xảy ra rất phức tạp,
khó dự báo và có giá trị lớn hơn biến dạng co ngắn đàn hồi. Cộng hai thành phần co
ngắn do từ biến và co ngót thường gấp (1-3) lần thành phần co ngắn đàn hồi [32].
Chẳng hạn, một tòa nhà BTCT 80 tầng, co ngắn đàn hồi chỉ khoảng 65mm, trong khi
đó tổng biến dạng co ngắn khoảng 180 - 230 mm bao gồm cả do thành phần co ngót
và từ biến bê tông. Tác giả cũng khuyến cáo cần phải xem xét biến dạng co ngắn do
co ngót và từ biến bê tông trong các tòa nhà trên 40 tầng [31]; Hiệp hội Xi măng
Portland (PCA) [62] khảo sát được co ngắn khoảng 0,7 mm đối với cột của tầng có
chiều cao khoảng 3,6 mét trong tòa nhà 50 tầng BTCT, theo đó co ngắn tích lũy đo
được khoảng 35 mm. Các biến dạng này dự báo khó chính xác nên cần phải đo biến
dạng trong quá trình xây dựng [67]; Viện bê tông Mỹ ACI khuyến cáo cần phải xem
xét ảnh hưởng biến dạng co ngắn cột đối với các công trình trên 40 tầng (cao trên 120
mét) [10] .
Hầu hết các công trình siêu cao tầng BTCT trên thế giới như Burj Khalifa Tower
(Tiểu vương quốc Ả Rập thống nhất, 828 mét, 164 tầng) [14]; Petronas Twin Tower
(Malaixia, 432 mét, 88 tầng) [49]; Jin Mao Building (Thượng Hải - Trung Quốc, 42
- 3
1 mét, 88 tầng) [44]; Texas Commerce Tower (Mỹ, 305 mét, 75 tầng) [40]; Federasia
Tower – Moscow City (LB Nga, 506 mét, 94 tầng) [74] đều được kiểm soát co ngắn
cột. Trong thời gian gần đây, vấn đề tính toán, xử lý, kiểm soát vênh co giữa kết cấu
cột vách và lõi cứng cũng được thực hiện trong quá trình thi công các tòa nhà siêu
cao tầng ở Việt Nam như Bitexco Financial Tower (269 mét, 68 tầng), Keangnam
Landmark 72 Hanoi (350 mét, 72 tầng); Lotte Center Hanoi (272 mét, 65 tầng);
Vincom Landmark 81 (461 mét, 81 tầng) [1, 43, 60]. Tuy nhiên, quá trình thiết kế,
tính toán, xử lý vấn đề vênh co này chỉ được thực hiện bởi các đơn vị tư vấn và nhà
thầu xây dựng nước ngoài. Toàn bộ kết quả tính toán, phương án thi công bù co đang
là bí mật công nghệ và không được phổ biến rộng rãi cho các đơn vị tư vấn và thi
công tham gia xây dựng công trình của Việt Nam.
Phương án bù co cột trong quá trình thi công tại công trường được quyết định bởi 4
thông số là: Số tầng cần bù vênh co, giá trị bù vênh cho mỗi tầng, kỹ thuật bù và quy
trình bù. Các thông số trên được tính toán và xác định theo đối tượng khung quy ước
(thường được gọi là “line”) được tạo thành bởi 2 cấu kiện chịu tải trọng đứng là lõi
cứng, cột và dầm liên kết, tính từ tầng hầm dưới cùng lên tầng tum công trình.
Giá trị vênh co của một Line có thể biểu diễn bởi một đường cong mà các điểm của
nó được xác định trên cơ sở 2 đường cong biến dạng co ngắn của lõi cứng và của cột:
giá trị vênh co là hiệu số của giá trị co ngắn cột và giá trị co ngắn lõi cứng. Giới hạn
cho phép của vênh co được xác định theo trạng thái giới hạn về điều kiện biến dạng
(trạng thái giới hạn 2) phụ thuộc vào nhịp của khung (Line) theo tiêu chuẩn áp dụng
và quy định của tư vấn thiết kế. Về mặt lý thuyết, trong quá trình thi công công trình,
có thể áp dụng các phương pháp xác định giá trị và cách thức bù co như sau:
Phương pháp bù co tuyệt đối là thực hiện bù co cột cho tất cả các tầng theo các giá
trị vênh co thiết kế dự báo của mỗi tầng. Theo đó, nếu công trình có số tầng là n,
trong 1 tầng có m cột cần bù, thì số lượng cột cần bù là n * m. Như vậy sẽ cần (n *
m) lần điều chỉnh chiều dài ván khuôn cột trong quá trình thi công gây tốn chi phí và
thời gian thi công cốp pha cột và dễ nhầm lẫn giá trị bù co, dẫn khó kiểm soát chất
nguon tai.lieu . vn
