đề tài cao ốc văn phòng reetower, đại học kiến trúc tphcm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

111Equation Chapter 1 Section 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC
TP.HCM
KHOA XÂY DỰNG

THUYẾT MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ XÂY DỰNG
HỆ ĐÀO TẠO : CHÍNH QUY

ĐỀ TÀI:

CAO ỐC VĂN PHÒNG REETOWER
SVTH

: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

LỚP

: X06A2

MSSV

: X060952

GVHD – KC

: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN

GVHD – TC

: THẦY LÊ VĂN KIỂM

GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

HOÀN THÀNH 3/2011
MỤC LỤC

TÀI LIỆU THAM KHẢO
I.

TIẾNG VIỆT
1. Bộ Xây dựng (2007), TCXDVN 356 : 2005 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép –
Tiêu chuẩn thiết kế, NXB Xây dựng, Hà Nội.
2. Bộ Xây dựng (2007), TCVN 2737 : 1995 Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn
thiết kế, NXB Xây dựng, Hà Nội.
3. Bộ Xây dựng (2007), TCXD 198 : 1997Nhà cao tầng – Thiết kế bê tông cốt thép
toàn khối.
4. Bộ Xây dựng (1998), TCXD205 : 1998 Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế.
5. Bộ Xây dựng (1997), TCXD195 : 1997 Nhà cao tầng – Thiết kế cọc khoan nhồi.

6. Bộ Xây dựng (2004), TCXDVN 326 : 2004 Cọc khoan nhồi – Tiêu chuẩn thi công
và nghiệm thu.
7. Bộ Xây dựng (1998), TCXD206 : 1998 Cọc khoan nhồi – Yêu cầu chất lượng thi
công.
8. Bộ Xây dựng (1995), TCVN4453 : 1995 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép
toàn khối - Quy phạm nghiệm thu và thi công.
GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

2


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

9. Bộ Xây dựng (2008), Cấu tạo bê tông cốt thép, NXB Xây dựng.
10.Nguyễn Trung Hòa (2008), Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép theo Quy phạm Hoa Kỳ ,
NXB Xây dựng.
11.TG Sullơ W (1997), Kết cấu nhà cao tầng, NXB Xây dựng.
12.TG Drodov P.F (1997, Cấu tạo và tính toán hệ kết cấu chòu lực và các cấu kiện
nhà cao tầng, NXB Khoa học Kỹ thuật.
13.Ngố Thế Phong, Nguyễn Đình Cống (2008), Kết cấu bê tông cốt thép 1 (Phần
cấu kiện cơ bản), NXB Khoa học Kỹ thuật.
14.Ngố Thế Phong, Trònh Kim Đạm (2008), Kết cấu bê tông cốt thép 2 (Phần kết
cấu nhà cửa), NXB Khoa học Kỹ thuật.
15.Bộ Xây dựng, Hướng dẫn thiết kế kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép chòu
động đất theo TCXDVN 375 : 2006, NXB Xây dựng.
16.Nguyễn Đình Cống (2008), Tính toán thực hành cấu kiện bê tông cốt thép theo
TCXDVN 356 -2005 (tập 1 và tập 2), NXB Xây dựng Hà Nội.

17.Lê Bá Huế (2009), Khung bê tông cốt thép toàn khối, NXB Khoa học và Kỹ
thuật.
18.Vũ Mạnh Hùng (2008), Sổ tay thực hành Kết cấu Công trình, NXB Xây dựng.
19.Trần Văn Việt (2009), Cẩm nang dùng cho Kỹ sư Đòa kỹ thuật , NXB Xây dựng Hà
Nội.
20.Nguyễn Văn Quảng (2007), Nền móng Nhà cao tầng, NXB Khoa học Kỹ thuật.
21.Vũ Công Ngữ (1998), Thiết kế và tính toán móng nông, NXB Trường Đại học Xây
dựng Hà Nội.
22.Đặng Tỉnh (2002), Phương pháp phần tử hữu hạn tính toán khung và móng công
trình làm việc đồng thời với nền, NXB Khoa học Kỹ thuật.
23.Châu Ngọc n (2005), Cơ học đất, NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
24.Châu Ngọc n (2005), Nền móng, NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
25.Trần Quang Hộ (2008), Ứng xử của đất và cơ học đất tới hạn , NXB Đại học Quốc
gia TP. Hồ Chí Minh.
26.Lê Văn Kiểm (2010), Thi công đất và nền móng, NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ
Chí Minh.
27.Lê Văn Kiểm (2009), Thiết kế thi công, NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
28.Lê Văn Kiểm (2009), Album thi công xây dựng, NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí
Minh.

GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

3


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

29.Đỗ Đình Đức (2004), Kỹ thuật thi công (tập 1), NXB Xây Dựng.
30.Viện khoa học công nghệ (2008), Thi công cọc Khoan Nhồi, NXB Xây dựng.

II.

TIẾNG ANH
31.American Concrete Institute (2008), Building Code Requirements for Structural
Concrete (ACI 318M-08) and Commentary.
32.Concrete society – Technical Report No 43 (1994), Post – tensioned Concrete
Floors – Design Handbook 1st Ed.
33.Post-Tensioning Institute (2006), Post-Tensioning Manual 6th Ed.
34.Robert Park, William L. Gamble (2000), Reinforced Concrete Slabs 2nd Ed.
35.Sami Khan Martin Williams (1995), Post – Tensioned Concrete Floors.
36.Biòan O. Aalami (1999), Design Fundamentals of Post – tensioned Concrete Floors
, Post-Tensioning Institute.
37.Biòan O. Aalami (2008), Deflection Concrete Floors Systems for Serviceability,
Technical Note - Adapt.
38.Bungale S. Taranath, Mc Graw Hill (1988), Structural Analysis and Design of Tall
Buildings.
39.The Institution of Structural Enginners (2006), Manual for the design of concrete
building structures to Eurocode 2.
40.VSL Prestressing (Aust) Pty Ltd (2002), VSL Construction Systems.

III.

PHẦN MỀM
41.Phầm mềm Sap 2000 version 10.
42.Phần mềm Adapt PT version 8.0.
43.Phần mềm Adapt Builder version 3.1.
44.Phần mềm Autocad 2007.

GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

4


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

PHẦN 1

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP LUẬN

LỜI MỞ ĐẦU
Từ sau những năm 1995 trở lại đây, các kết cấu bằng bê tông ứng lực trước được
ứng dụng ngày càng phổ biến trong xây dựng nhà nhiều tầng ở Việt Nam như
sàn, dầm bê tông ứng lực trước, cọc ly tâm ứng lực trước, móng bè ứng suất
trước..vv.
Tuy nhiên hiện nay tại Việt Nam chưa có tiêu chuẩn về thiết kế cấu kiện bê tông
ứng lực trước và các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành TCXDVN 356:2005 chỉ đề cập
đến một phần nhỏ về tính toán tổn hao ứng suất trước, hơn nữa các tài liệu hướng
dẫn và sách tham khảo về lónh vực này còn rất ít và chưa đáp ứng được yêu cầu
tính toán thực hành. Do đó việc thiết kế tính toán cho các cấu kiện này gặp nhiều
khó khăn.
Để phục vụ cho tính toán trong đồ án tốt nghiệp, giáo viên hướng dẫn yêu cầu
sinh viên phải nghiên cứu đầy đủ lý thuyết tính toán sàn bê tông ứng lực trước
căng sau và đưa vào một phần riêng trong đồ án tốt nghiệp “cơ sở phương pháp
luận” để làm cơ sở cho quá trình nghiên cứu và thực hành tính toán:

 Tính toán cho giải pháp sàn bê tông ứng suất trước căng sau.
 Phân tích ảnh hưởng của ứng lực trước đến thành phần kết cấu không ứng lực
trước trong kết cấu nhà cao tầng.

GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

5


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

 Tính toán kết cấu khung sàn không dầm với mô hình kết cấu đơn giản
“mô hình khung tương đương”.
Qua việc tìm hiểu 2 tiêu chuẩn được áp dụng phổ biến hiện nay ở các nước trên
thế giới là tiêu chuẩn ACI 318M-08 và tiêu chuẩn Eurocode 2. Sinh viên nhận thấy
tiêu chuẩn ACI 318M-08 quy đònh rõ ràng và đầy đủ hơn, gần gũi và có tính thực
hành cao. Do đó sinh viên chọn tiêu chuẩn ACI 318 để làm cơ sở nghiên cứu lý
thuyết cho phần “cơ sở phương pháp luận”.
Tất cả các công thức, những yêu cấu cấu tạo trong phần này đều dựa vào tiêu
chuẩn hiện hành của Mỹ, tiêu chuẩn ACI 318M-08 và được sinh viên trích dẫn cụ
thể.
Tóm tắt nội dung chính của phần cơ sở phương pháp luận
Phần cơ sở phương pháp luận gồm 4 chương, nội dung mỗi chương gồm:
CHƯƠNG 1.: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC
Trong chương này, sinh viên giới thiệu chung về công nghệ bê tông ứng lực trước,
so sánh ưu nhược điểm so với bê tông cốt thép thông thường, các quy trình và
thiết bò thi công ứng lực trước. Tài liêu tham khảo cho chương này chủ yếu là

quyển VSL Prestressing (Aust) Pty Ltd (2002), VSL Construction Systems.[40].
CHƯƠNG 2.: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾCẤU KIỆN BÊ TÔNG
ỨNG LỰC TRƯỚC CĂNG SAU
Trong chương này, sinh viên “tạm dòch” lại hầu như toàn bộ chương 5 của quyển
sách về ứng lực trước nổi tiếng “Post – tensioning Manual 6 th Ed” do hội bê tông
ứng lực trước Hoa Kỳ PTI (Post-Tensioning Institute)phát hành[33].
Nội dung của chương này nói về bản chất của bê tông ứng lực trước, các giai
đoạn làm việc, các mô hình phân tích cấu kiện bê tông ứng lực trước.Trong
chương này sẽ trả lời các câu hỏi mà một nhà thiết kế bê tông ứng lực trước cần
phải biết như là:
GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

6


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

Làm sao để mô hình ảnh hưởng của cáp vào kết cấu? Thế nào là thành phần thứ
cấp, sơ cấp? Tại sao khi tính toán ảnh hưởng của cáp ở giai đoạn cực hạn chỉ xét
đến ảnh hưởng của thành phần thứ cấp?...
Chương này sẽ cung cấp đầy đủ các kiến thức về nguyên lý tính toán kết cấu bê
tông ứng lực trước.
CHƯƠNG 3.: QUY TRÌNH TÍNH TOÁN SÀN PHẲNG BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC
CĂNG SAU
Chương 3, sinh viên sẽ đi sâu vào quy trình tính toán thực hành sàn bê tông ứng
lực trước căng sau như lựa chọn vật liệu, chọn cao độ cáp, tính toán tổn hao ứng
suất, tính toán thành phần thứ cấp, kiểm tra ứng suất của bê tông trong từng giai

đoạn, kiểm tra chọc thủng của sàn, tính toán kiểm tra độ võng của sàn phẳng bê
tông ứng lực trước. Tất cả các công thức tính toán đều dựa vào tiêu chuẩn hiện
hành của Mỹ (tiêu chuẩn ACI 318M-08), các công thức sử dụng hay cấu tạo các
chỉ dẫn thực hành tính toán đều được sinh viên trích dẫn cụ thể trong tiêu chuẩn.
Cuối cùng là sinh viên xây dựng quy trình cho việc tính toán cho sàn bê tông ứng
lực trước căng sau. Quy trình áp dụng khi giải kết cấu sàn bê tông ứng lực trước
bằng phương pháp giải thủ công, trong trường hợp với sự giúp đỡ của phần mềm
chuyên dụng như Adapt hay Ram, Safe… thì có sự thay đổi trình tự tính toán để
cho phù hợp.
Tài liệu tham khảo để viết cho chương này, chủ yếu dựa vào tiêu chuẩn
ACI 318M-08 [31] và 2 quyển “Post tensioned Concrete Floors –Design
Handbook 1st Ed” của Concrete society – Technical Report No 43[32] và
quyển“Post – Tensioned Concrete Floors” của Sami Khan Martin Williams[35].
CHƯƠNG 4.: LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ỨNG LỰC TRƯỚC TRONG
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
Trong kết cấu nhà cao tầng thường thì chỉ có sàn và dầm là sử dụng bê tông ứng
lực trước, còn các kết cấu đứng như cột và vách thì sử dụng kết cấu bê tông cốt
GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

7


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

thép thường. Tải trọng ứng lực trước là một dạng tải trọng đặc biệt luôn luôn tồn
tại trong kết cấu và ít hay nhiều vẫn có ảnh hưởng đến các kết cấu khác như cột
và vách. Tuy nhiên trong thực tế thì ít người xem xét đến vấn đề này và thường

được bỏ qua.
Do đó trong chương này sinh viên đề cập đến vấn đề xem xét ảnh hưởng của ứng
lực trước trong kết cấu ứng lực trước đến kết cấu không ứng lực trước trong tính
toán kết cấu nhà cao tầng. Đồng thời xây dựng phương pháp xem xét ảnh hưởng
của chúng vào kết cấu khi tính toán cho khung.
Ngoài các nội dung nghiên cứu ở trên, trong phần này sinh viên cũng đã nghiên
cứu lý thuyết tính toán kết cấu bằng mô hình đồng thời nền móng và khung:
CHƯƠNG 5. LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN SỰ LÀM VIỆC ĐỒNG THỜI GIỮA CÔNG
TRÌNH VỚI NỀN VÀ MÓNG
Trong chương này, sinh viên đề cập đến các phương pháp mô hình đồng thời, ưu
nhược điểm của các mô hình đồng thời, phạm vi áp dụng. Đồng thời sinh viên
cũng đã chọn lọc và đưa vào một số công thức tính hệ số nền khá tin cậy hiện
nay.
Do thời gian làm đồ án có hạn, kiến thức và trình độ ngoại ngữ của sinh viên
còn hạn chế. Do đó trong phần này sẽ có nhiều vấn đề chưa được giải quyết
và còn nhiều sai sót, mong quý thầy cô xem xét.

GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

8


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC
1.1. SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC
Năm 1886, P.H.Jackson, một kỹ sư người San Francisco, đã giành được bằng

sáng chế nhờ việc buộc chặt các sợi dây thép vào bêtông khi thi công sàn nhà
bằng phương pháp cuốn vòm.
Vào năm 1888, C.W.Doehring, người Đức, cũng đã nhận bằng sáng chế nhờ vào
việc tạo nên lực kéo vào kim loại đặt trong bêtông trước khi chất tải cho bản sàn.
Những sáng chế kể trên đã không đạt được thành công do việc ứng lực trước
trong cốt thép sớm bò mất mát do sự co ngót và từ biến của bê tông.
Năm 1908, C.R. Steiner, người Mỹ, đã đề xuất việc gia cường các sợi cốt thép sau
khi xảy ra co ngót và từ biến của bêtông, nhằm phục hồi một phần các ứng lực
đã bò mất mát.
Năm 1925, R. E. Dill, người Nebraska, đã sử dụng các thanh cốt thép được sơn
phủ nhằm tránh lực dính của bêtông, sau khi đổ bêtông, các thanh cốt thép được
kéo và neo vào bêtông bằng các đai ốc, tuy nhiên phương pháp này đã không
được áp dụng vì những lý do kinh tế.
Năm 1928, sự phát triển của bêtông ứng lực trước hiện đại thực sự được khởi đầu
bởi E. Freyssinet, người Pháp, với việc sử dụng các sợi thép ứng lực trước có
cường độ cao, tuy nhiên phương pháp thực hành đầu tiên được tìm ra bởi
E. Hoyer, người Đức. Với phương pháp này các sợi thép được căng giữa hai bệ neo
đặt cách nhau vài chục mét trước khi đúc một vài cấu kiện trong các khuôn đặt
giữa hai khối neo, khi bêtông đủ cường độ, sợi thép được cắt khỏi neo và sẽ gây
ra ứng lực trước trong các cấu kiện đó.

GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

9


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

Bêtông ứng lực trước thực sự được sử dụng rông rãi bởi độ tin cậy và tính kinh tế
của nó, kể từ khi phương pháp ứng lực trước bằng các thiết bò neo được phát
minh.
Năm 1939, Freyssinet đã phát triển các neo có dạng nêm hình côn và các kích
thủy lực hai chiều, vừa kéo cột thép, vừa đẩy các dạng nêm hình côn lồng vào
nhau tạo nên một kiểu neo rất chắc chắn.
Năm 1940, giáo sư người Bỉ G.Magnel cũng đã sáng chế ra một hệ thống mang
tên ông, trong đó hai sợi dây thép được kéo căng đồng thời và được neo bởi các
nêm kim loại ở hai đầu.
Từ năm 1945, trong bối cảnh chiến tranh thế giới thứ hai và sự khan hiếm thép
xây dựng ở Châu Âu, với đặc điểm là sử dụng ít thép hơn, bêtông ứng lực trước
đã trở thành một vật liệu xây dựng đóng vai trò quan trọng.
Từ đó cho đến nay, cùng với quá trình không ngừng được nghiên cứu và phát
triển, bê tông ứng lực trước đã được các kỹ sư thiết kế, các nhà xây dựng công
nhận là một giải pháp hoàn toàn tin cậy, an toàn, kinh tế và được ứng dụng trọng
rãi trong xây dựng.
1.2. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BÊTÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC
Bê tông ứng lực trước (BTƯLT) là bê tông, trong đó thông qua lực nén để tạo ra
và phân bố một lượng ứng suất bên trong phù hợp nhằm cân bằng với một lượng
mong muốn ứng suất do tải trọng ngoài gây ra. Với các cấu kiện BTƯLT, ứng suất
thường được tạo ra bằng cách kéo thép cường độ cao.
Bê tông thường có cường độ kéo rất nhỏ so với cường độ chòu nén. Đó là nhân tố
dẫn đến việc xuất hiện một loại vật liệu hỗn hợp là “bê tông cốt thép” (BTCT).
Việc xuất hiện sớm các vết nứt trong BTCT do biến dạng không tương thích giữa
thép và bê tông là điểm khởi đầu cho việc xuất hiện một loại vật liệu mới là “bê
tông ứng suất trước”. Việc tạo ra một ứng suất nén cố đònh cho một vật liệu chòu

GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

10


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

nén tốt nhưng chòu kéo kém như bê tông sẽ làm tăng đáng kể khả năng chòu kéo
vì ứng suất kéo xảy ra khi ứng suất nén đã bò vộ hiệu hóa.
Sự khác nhau cơ bản giữa BTCT và bê tông ƯLT là ở chỗ trong khi BTCT chỉ là sự
kết hợp đơn thuần giữa bê tông và cốt thép để chúng cùng làm việc một cách bò
động thì bê tông ƯLT là sự kết hợp một cách tích cực, có chủ ý giữa bê tông
cường độ cao và cốt thép cường độ cao.
Trong cấu kiện bê tông ƯLT, người ta đặt vào một lực nén trước tạo bởi việc kéo
cốt thép, nhờ tính đàn hồi, cốt thép có xu hướng co lại và sẽ tạo ra lực nén trước,
lực nén trước này gây ra ứng suất nén trước trong bê tông và sẽ triệt tiêu hay làm
giảm ứng suất kéo do tải trọng sử dụng gây ra, do vậy làm tăng khả năng chòu
kéo của bê tông và làm hạn chế sự phát triển vết nứt. Sự kết hợp rất hiệu quả đó
đã tận dụng được các tính chất đặc thù của hai loại vật liệu, đó là trong khi thép
có tính đàn hồi và cường độ chò kéo cao thì bê tông là vật liệu dòn và có cường
độ chiu kéo rất nhỏ so với cường độ chòu nén của nó. Như vậy ứng lực trước chính
là việc tạo ra cho kết cấu một cách chủ ý các ứng suất tạm thời nhằm tăng
cường sự làm việc của vật liệu trong các điều kiện sử dụng khác nhau. Chính vì
vậy bê tông ƯLT đã trở thành một sự kết hợp lý tưởng giữa hai loại vật liệu hiện
đại có cường độ cao.
1.3. SO SÁNH BÊTÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC VÀ BÊTÔNG CỐT THÉP
Sự khác biệt lớn nhất giữa hai loai vật liệu trên chính là khả năng sử dụng vật
liệu cường độ cao trong bê tông ƯLT. Sự xuất hiện bêtông ƯLT - với tính hợp lý,
kinh tế và khả năng thích ứng cho các công trình đặc biệt, không có ý nghóa là

sự phủ nhận BTCT, mỗi loại vật liệu có những ưu, khuyết điểm và phạm vi áp
dụng riêng của nó, thể hiện trong các khía cạnh sau:

GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

11


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

1) Độ an toàn
Khi được thiết kế theo các tiêu chuẩn hiện hành, kết cấu bêtông ƯLT có khả năng
chòu tải giới hạn tương đương, thậm chí cao hơn một chút so với BTCT. Các thí
nghiệm cho thấy dầm bêtông ƯLT có độ võng đáng kể trước trước khi bò phá
hoại, như vậy sẽ cho người sử dụng những cảnh báo rõ rệt trước khi kết cấu bò
phá hoại. Khả năng chòu tải trọng động, tải trọng lặp giữa hai loại vật liệu là tương
đương.
Do hạn chế vết nứt và sử dụng bêtông chất lượng cao nên khả năng chống ăn
mòn của bêtông ƯLT là cao hơn BTCT, nhưng một khi đã xuất hiện vết nứt thì quá
trình ăn mòn trong bêtông ƯLT sẽ diễn biến nhanh hơn.
Thép cường độ cao nhạy cảm với nhiệt độ lớn hơn so với cốt thép thường nên
bêtông ƯLT có khả năng chòu lửa hạn chế hơn, tuy nhiên do cáp ƯLT thường được
bố trí theo dạng cong nên tại một số vò trí trên cấu kiện, bêtông ƯLT có ưu thế
hơn về lớp bảo vệ.
Do có cường độ vật liệu cao hơn, tiết diện thanh mảnh hơn, kết cấu bêtông ƯLT
đòi hỏi phải được chú ý nhiều hơn trong các khâu thiết kế, thi công và lắp dựng.
Tuổi thọ của kết cấu bêtông ƯLT không thua kém so với BTCT.

2) Tính kinh tế
Để chòu được cùng một tải trọng, bêtông ƯLT sử dụng một khối lượng bêtông và
cốt thép ít hơn, do sử dụng được cấu kiện thanh mảnh, giảm trọng lượng bản
thân, nên bêtông ƯLT tiết kiệm được vật liệu cho các bộ phận khác như móng,
cột vv…, với cấu kiện đúc sẵn, điều đó làm giảm chi phí vận chuyển và lắp dựng.
Tuy nhiên vật liệu cường độ cao sẽ có giá thành đơn vò cao hơn, mặt khác bêtông
ƯLT lại sử dụng nhiều thiết bò chuyên dụng như neo, cáp , vữa…chi phí giám sát
thi công, chi phí nhân công cho một đơn vò khối lượng cũng cao hơn. Tùy thuộc
vào kinh nghiệm, trình độ của nhà thầu mà khối lượng công việc phát sinh cũng
có thể nhiều hơn.

GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

12


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

3) Phạm vi áp dụng
Bêtông ƯLT tỏ ra có hiệu quả kinh tế hơn cho kết cấu nhòp lớn, chòu tải trọng
nặng, các cấu kiện điển hình được thi công hàng loạt và cấu kiện đúc sẵn hoặc
kết cấu liên hợp.
Nhờ việc sử dụng vật liệu cường độ cao, bêtông ƯLT thích hợp với kết cấu nhòp
lớn chòu tải trọng nặng. Do có thể sử dụng tiết diện thanh mảnh nên kết cấu
bêtông ƯLT đáp ứng được nhu cầu mỹ quan. Bêtông ƯLT cũng phù hợp với cấu
kiện đúc sẵn hơn do có trọng lượng nhỏ hơn.
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP GÂY ỨNG LỰC

1.4.1. Phương pháp căng trước
Cốt thép ƯLT được neo một đầu cố đònh vào bệ còn đầu kia được kéo ra với lực
kéo P (Hình 1.1). Dưới tác dụng của lực P, cốt thép được kéo trong giới hạn đàn
hồi và sẽ bò dãn dài một đoạn và tương ứng là ứng suất trong cốt thép. Khi đó,
đầu còn lại của cốt thép được cố đònh nốt vào bệ.

Hình 1.1:Phương pháp căng trước
a) Trước khi buông cốt thép ƯLT - b) Sau khi buông cốt thép ƯLT
1- Cốt thép ứng lực trước;2- Bệ căng; 3- Ván khuôn; 4- Thiết bò kéo thép;
5- Thiết bò cố đònh cốt thép ứng lực trớc; 6- Trục trung tâm.
GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

13


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

Tiếp đó, đặt các cốt thép thông thường khác rồi đổ bêtông. Đợi cho bêtông đạt
đến cường độ cần thiết thì thả các cốt thép ƯLT rời khỏi bệ. Nhờ tính đàn hồi,
các cốt thép này có xu hướng co lại và thông qua lực dính giữa nó với bêtông trên
suốt chiều dài cấu kiện, cấu kiện sẽ bò nén với giá trò bằng lực P đã dùng khi kéo
cốt thép (Hình 1.1.b)
Phương pháp căng trước tỏ ra ưu việt đối với những cấu kiện sản xuất hàng loạt
trong nhà máy (Hình 1.2).

Hình 1.2: Chế tạo đồng thời các cấu kiện ƯLT
1.4.2. Phương pháp căng sau

Trước hết đặt các cốt thép thông thường và các ống rãnh bằng tôn, kẽm hoặc
bằng vật liệu khác để tạo các rãnh dọc, rồi đổ bêtông. Khi bê tông đạt đến cường
độ nhất đònh thì tiến hành luồn và căng cốt thép ƯLT tới ứng suất quy đònh ( Hình
1.3.a).
Sau khi căng xong, cốt thép ƯLT được neo chặt vào cấu kiện (Hình 1.3.b). Thông
qua các neo đó, cấu kiện sẽ bò nén bằng lực đã dùng khi kéo căng cốt thép.

GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

14


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

Hình 1.3: Phương pháp căng sau
a - Trong quá trình căng; b- Sau khi căng.
1- Cốt thép ƯLT; 2- Cấu kiện BTCT; 3 - Ống rãnh;
4- Thiết bò kích; 5- Neo; 6- Trục trung tâm
Tiếp đó người ta bơm vữa vào trong ống rãnh đễ bảo vệ cốt thép khỏi ăn mòn và
tạo lực dính giữa bêtông và cốt thép. Đó là loại bêtông ƯLT có bám dính. Ngoài
ra, người ta còn dùng loại bêtông ƯLT không bám dính, cốt thép (thường là 7 sợi)
được đặt trong ống nhựa đặc biệt chứa đầy mỡ chống gỉ. Ống nhựa chứa cột thép
được đặt cùng một lúc với việc đăt cốt thép thông thường.
Sau khi đổ bêtông và bê tông đủ cường độ, người ta căng cốt thép, neo cốt thép
và đổ bêtông bảo vệ đầu neo. Cốt thép nằm trong ống mỡ nên giữa cốt thép và
bêtông không tồn tạo lực dính.
Phương pháp căng sau được sừ dụng thích hợp nhờ chế tạo các cấu kiện mà yêu

cầu phải có lực nén bê tông tương đối lớn hoặc các cấu kiện phải đổ tại chỗ.

GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

15


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

1.5. CÁC THIẾT BỊ CĂNG
Có bốn loại thiết bò căng bằng thép được sử dụng.
1. Căng bằng thiết bò cơ khí
Bao gồm:
-

Bộ truyền lực đòn bẩy.

-

Bộ truyền lực số kết hợp với bệ ròng rọc có hoặc không có bánh răng.

-

Máy cuốn sợi.
Những thiết bò này được sử dụng chủ yếu cho thành phẩm bêtông ƯLT sản xuất
tại nhà máy với quy mô lớn.

2. Căng bằng kích thủy lực
Kích thủy lực là thiết bò đơn giản nhất để sinh ra lực ƯLT lớn, được sử dụng rộng
rãi như một thiết bò căng.
Các kích thủy lực thông dụng có lực căng khoảng từ 5 đến 100 tấn.
Các kích thủy lực lớn cho lực căng trong khoảng 200 đến 600 tấn.
Với các kích thủy lực, điều quan trọng nhất là lực căng cần được đo một cách
chính xác bằg đồng hồ áp lực trong suốt quá trình căng.

GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

16


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

Hình 1.4: Một số loại kích thủy lực
3. Căng bằng nguyên lý điện học
Sau khi bêtông đã đủ cường độ thường bằng khoảng 80% cường độ của bê tông,
nhờ dòng điện đi qua, thép ƯLT được nung nóng và dãn dài ra.

GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

17


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

Sau khi đổ bêtông, cho một dòng điện có điện thế thấp và cường độ cao đi qua
các thanh thép, thanh thép bò nung nóng và dãn dài, các đai ốc được siết chặt
vào các đầu chờ và tỳ vào cấu kiện thông qua các vòng đệm cứng và tạo nên
ƯLT khi thanh thép nguội đi.
4. Căng bằng nguyên lý hóa học
Dựa vào phản ứng hóc học xảy ra trong ximăng trương nở bao bọc quanh thép và
gây ứng suất cho thép, tạo nên ƯLT.
1.6. THIẾT BỊ NEO
Có ba dạng thiết bò neo cơ bản được sử dụng để tạo neo cáp ƯLT vào bêtông
trong phương pháp căng sau:
-

Sử dụng nêm nhằm kẹp chặt sợi cáp ƯLT.

-

Sử dụng bulông và đinh tán bắt trực tiếp vào đầu sợi cáp ƯLT.

-

Cuộn cáp theo vòng ở trong bêtông.
Trên thực tế, dạng thiết bò thứ nhất đã phát triển thành một số hệ thống neo phổ
biến và đáng tin cậy, trong đó có hệ thống neo của Freyssinet (Hình 1.5).
Thiết bò này bao gồm một đầu neo được chế tạo từ một miếng thép dày hình trụ,
được đục lỗ cho cáp luồn qua. Miếng thép này tỳ vào một tấm đỡ bằng thép, tấm
đỡ này được đặt sẵn trong cấu kiện và có tác dụng truyền lực vào cấu kiện, trên
tấm đỡ có cấu tạo lỗ để bơm vữa vào ống rãnh. Khi sợi cáp được luồn qua lỗ, nó

bò chốt lại bởi một chi tiết nêm bằng thép, hình côn nằm dọc theo lỗ. Các nêm
này có tác dụng vừa cho phép kích kéo theo đi ra khỏi cấu kiện, vừa ngăn không
cho cáp bò tụt trong cấu kiện.
Ngoài ra đầu neo còn có cấu tạo các vòng thép dạng lò xo có tác dụng gia cường
và làm giảm ứng suất tập trung xuất hiện ở bêtông vùng neo. Khi khoảng cách

GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

18


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

giữa hai đầu cáp không lớn lắm, việc căng cáp chỉ cần tiến hành ở một đầu (live
end), đầu kia được neo chặt vào bêtông bằng đầu neo cố đònh (dead end).
Sau đây là một số hình ảnh về cấu tạo neo:

Hình 1.5: Cấu tạo đầu neo

GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

19


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

Hình 1.6: Đầu neo cố đònh

Hình 1.7: Đầu neo sống

GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

20


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

Hình 1.8: Đầu neo trung gian

Hình 1.9: Đầu neo sống hai đầu
Khi khoảng cách này quá lớn, việc căng cáp được tiến hành từ hai đầu. Trong một
số trường hợp để phù hợp với quy trình thi công đổ bê tông theo các đợt, có thể
sử dụng các neo trung gian.

GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

21


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

1.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Bê tông ƯLT là sự kết hợp giữa bê tông và cốt thép cường độ cao. Việc tạo ra ứng
suất trước trong bê tông làm tăng khả năng chòu lực của bê tông và hạn chế vết
nứt. Bản chất cũng như các ưu điểm của bê tông ƯLT sinh viên sẽ nói rõ hơn ở
chương 2.
Nhờ những đặc tính vượt trội hơn của kết cấu bê tông ƯLT so với kết cấu bê tông
thông thường mà bê tông ƯLT được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới
như Anh, Mỹ, Úc, Hồng Công… đặc biệt là ở California thì kết cấu sàn bê tông
ƯLT là lựa chọn đầu tiên.
Ở Việt Nam thì ngày càng có nhiều đơn vò trong và ngoài nước thi công và thiết
kế sàn bê tông ƯLT cho nhà cao tầng. Tuy nhiên về tiêu chuẩn thiết kế và lý
thuyết tính toán sàn bê tông ƯLT vẫn chưa được ban hành và chưa được giảng
dạy ở các trường đại học. Do đó đối với sinh viên, việc tự nghiên cứu để tự hội
nhập là một điều rất cần thiết.
Chương 2 sinh viên sẽ tiếp tục đi sâu nghiên cứu về lý thuyết tính toán kết
cấu bê tông ƯLT nói chung và của sàn ứng lực trước căng sau nói riêng.

GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

22


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾCẤU
KIỆN BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC CĂNG SAU
Trong chương này, sinh viên sẽ trình bày từ những lý thuyết và những quan điểm
được coi là cơ bản nhất. Nó là khởi đầu cho lý thuyết tính toán cấu kiện bê tông
ứng lực trước căng sau trên thế giới hiện nay. Từ những lý thuyết và quan niệm
đó sinh viên sẽ xây dựng những công thức tính toán cấu kiện bê tông ứng lực
trước cũng như giải thích một số công thức trong tiêu chuẩn ACI 318M-08.
2.1. BẢN CHẤT CỦA BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC
Bê tông là loại vật liệu có cường độ chòu nén lớn nhưng cường độ chòu kéo là khá
nhỏ. Cường độ chòu kéo của bê tông chỉ bằng khoảng 10% cường độ chòu nén.
Trong thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép chòu uốn, cường độ chòu kéo của bê tông
thường bỏ qua; với giả thiết rằng bê tông bò nứt với mọi cấp tải trọng dù là tải
trọng rất nhỏ và tất cả ứng suất kéo do cốt thép chòu. Hay nói cách khác bê tông
cốt thép (BTCT) chỉ là sự kết hợp đơn thuần giữa bê tông và cốt thép để chúng
cùng làm việc một cách bò động.
Trong cấu kiện bê tông ƯLT, người ta đặt vào một lực nén trước tạo bởi việc kéo
cốt thép rồi gắn chặt nó vào bê tông thông qua lực dính hoặc neo. Nhờ tính đàn
hồi, cốt thép có xu hướng co lại và sẽ tạo ra lực nén trước, lực nén trước này gây
ra ứng suất nén trước trong bê tông và sẽ triệt tiêu hay làm giảm ứng suất kéo do
tải trọng sử dụng gây ra, do vậy làm tăng khả năng chòu kéo của bê tông và làm
hạn chế sự phát triển vết nứt. Như vậy ứng lực trước chính là việc tạo ra cho kết
cấu một cách chủ ý các ứng suất tạm thời nhằm tăng cường sự làm việc của vật
liệu trong các điều kiện sử dụng khác nhau.
Bản chất của sàn ƯLT có thể tóm tắt như bản sau:

GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

23

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

Bảng 2.1: Bản chất của bê tông ứng lực trước

Xét dầm đơn giản chòu lực tập trung như hình vẽ.

Dưới tác dụng của tải trọng, trong dầm sẽ xuất hiện ứng suất kéo ở mép
dưới và ứng suất nén ở mép phía trên tiết diện ngang của dầm. Vì bê tông
có ứng suất kéo nhỏ nên vết nứt sẽ xuất hiện ở mép dưới dầm mặc dù với
tải trọng khá nhỏ.

Đặt thép thường vào vùng chòu kéo của dầm, thép thường sẽ chòu ứng suất
kéo vì vậy vết nứt sẽ được hạn chế trong giới hạn cho phép.

Trong bê tông ứng lực trước, ứng lực trước tạo ra một lực nén đặt tại vùng
bê tông chòu kéo để chống lại ứng suất chòu kéo trong bê tông, vì vậy giúp
bê tông làm việc như bê tông có cường độ chòu kéo cao.

GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

24


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KSXD KHOÁ 2006-2011

2.2. NHỮNG ƯU ĐIỂM CỦA BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC
Trong kết cấu bê tông ứng suất trước, việc tăng khả năng làm việc của bê tông
dẫn đến một số ưu điểm hơn so với bê tông cốt thép thông thường như sau:
a) Giảm tải trọng bản thân
Với một tải trong và đặc tính kết cấu tương đương thì trong cấu kiện bê tông ứng
suất trước trọng lượng bản thân kết cấu giảm khoảng 30% so với kết cấu bê tông
cốt thép thông thường.
Việc giảm tải trọng kết cấu của sàn dẫn đến giảm tải trọng truyền xuống cột,
vách và móng.
Giảm ảnh hưởng của các tải trọng mà có mối quan hệ với trọng lượng bản thân
như động đất, gió động… trọng lượng kết cấu càng lớn thì ảnh hưởng của tải trọng
như động đất, gió động là càng lớn.
b) Giảm chiều dày kết cấu
Bởi vì việc tăng cường độ chòu kéo trong bê tông ứng lực trước, nên cấu kiện bê
tông ứng lực trước thường có chiều dày nhỏ hơn so với bê tông cốt thép thông
thường.
Giảm chiều cao tầng dẫn đến giảm tất cả chi phí như là hệ thống kỹ thuật, hệ
thống điện và hệ thống bao che như vách ngăn, tường xây…
Trong một số trường hợp tổng chiều cao của nhà nhiều tầng bò hạn chế bởi quy
hoạch thì việc giảm chiều cao tầng dẫn đến có thể tăng thêm một số tầng mà
tổng chiều cao của ngôi nhà là không đổi.

GVHD: THẦY HOÀNG THIỆN TOÀN
SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NGHĨA

25