Nghiên cứu xây dựng quy trình thi công sàn chuyển ứng suất trước căng sau trong nhà cao tầng theo tiến độ thi công

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn này là cơng trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được
thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của GS.TS Nguyễn Tiến Chương.
Các số liệu được trình bày trong luận văn này là trung thực và chưa từng công bố dưới
bất cứ hình thức nào.

Hà Nội, ngày .....tháng ....năm 2018
Tác giả luận văn

Mai Sỹ Sơn

i


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo GS.TS Nguyễn Tiến
Chương, người đã trực tiếp hướng dẫn tơi trong q trình thực hiện luận văn.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến Khoa đại học và sau đại học, các thầy cô giáo tham gia
giảng dạy khóa học, cùng tồn thể các thầy cô trong bộ môn Xây Dựng Dân Dụng Và
Công Nghiệp - Trường Đại Học Thủy Lợi đã có những nhận xét, những góp ý thiết
thực để luận văn được hồn chỉnh.
Tơi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo chấm phản biện, các thầy trong hội đồng bảo
vệ và các đồng nghiệp đã cho những nhận xét quý báu để luận văn có thể phát triển
trong tương lai.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè và gia đình đã động viên, giúp đỡ tơi
trong suốt q trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp.

Hà Nội, ngày

tháng
Học viên

Mai Sỹ Sơn

ii

năm 2018


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................. i
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................................. v
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................ viii
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN. ......................................................................................... 4
1.1 Lịch sử phát triển của kết cấu bê tông ứng suất trước. ............................................. 4
1.2 Nghiên cứu ứng dụng kết cấu BTƯST ở Việt Nam. ................................................ 6
1.3 Một số khái niệm về kết cấu BTƯST. ...................................................................... 8
1.3.1 Kết cấu BTƯST căng trước và kết cấu BTƯST căng sau. ..................................... 8
1.3.2 Kết cấu BTƯST căng trong tiết diện và căng ngoài tiết diện................................. 9
1.3.3 Kết cấu BTƯST tồn phần và kết cấu BTƯST khơng tồn phần. ......................... 9
1.3.4 Kết cấu BTƯST có bám dính và khơng bám dính. ................................................ 9
1.3.5 Kết cấu BTƯST và kết cấu tổ hợp. ...................................................................... 10
1.4 Sơ lược về kết cấu nhà cao tầng. ............................................................................. 10
1.4.1 Mở đầu. ................................................................................................................. 10
1.4.2 Phân loại kết cấu nhà cao tầng. ............................................................................ 13
1.5. Kết luận chương và nhiệm vụ luận văn. ................................................................. 29
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG QUY TRÌNH THI CƠNG CÁP DỰ ỨNG SUẤT TRƯỚC
CĂNG SAU CHO KẾT CẤU SÀN CHUYỂN TRONG NHÀ CAO TẦNG THEO

TIẾN ĐỘ THI CƠNG. .................................................................................................. 31
2.1 Tính tốn thiết kế sàn chuyển BTƯST. ................................................................... 31
2.2 Nghiên cứu quy trình thi công cáp trong sàn chuyển BTƯST căng sau trong nhà
cao tầng theo tiêu chuẩn ACI 318M - 2011. ................................................................. 33
2.2.1 Các giả thiết tính tốn. .......................................................................................... 33
2.2.2 Vật liệu. ................................................................................................................ 34
2.2.4 Ứng suất trước hiệu quả và tổn hao ứng suất. ..................................................... 37
2.2.5 Quy trình thiết kế sàn chuyển BTƯST căng sau. ................................................ 41

iii


2.2.6 Cấu tạo kết cấu bê tông ứng suất trước ............................................................... 47
2.2.7 Các bước thiết kế sàn chuyển BTƯST. ................................................................ 51
2.3 Kết luận. .................................................................................................................. 63
CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG CƠNG TRÌNH THỰC TẾ ESTELLA HEIGHTS . ............ 64
3.1 Giới thiệu công trình. .............................................................................................. 64
3.2 Xác định tải trọng. ................................................................................................... 65
3.2.1 Tĩnh tải. ................................................................................................................ 65
3.2.2 Hoạt tải. ............................................................................................................... 66
3.3 Thiết kế sàn chuyển. ................................................................................................ 66
3.3.1 Sơ đồ kết cấu. ....................................................................................................... 66
3.3.2 Thiết kế sàn chuyển ứng suất trước theo lý thuyết sàn nhiều nhịp: ..................... 68
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. ...................................................................................... 80
CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO: .................................................................................. 82

iv


DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Một số mặt bằng kết cấu khung nhà cao tầng điển hình ............................... 14
Hình 1.2 Một số mặt bằng kết cấu tường chịu lực nhà cao tầng điển hình ................... 16
Hình 1.3 Cơng trình “The Miglin-Beiler Tower” ở Chicago (Hoa Kỳ) sử dụng hệ lõi
chịu lực .......................................................................................................................... 18
Hình 1.4 Sơ đồ kết cấu ống trong nhà cao tầng ............................................................19
Hình 1.5 Phân bố ứng suất trong các cột của hệ kết cấu ống dưới tác dụng tải ngang . 19
Hình 1.6 Sơ đồ kết cấu khung giằng. ............................................................................ 21
Hình 1.7 Sơ đồ kết cấu khung giằng. ........................................................................... 21
Hình 1.8 Sơ đồ kết cấu khung - giằng. ......................................................................... 22
Hình 1.9 Sơ đồ kết cấu ống - lõi. .................................................................................. 23
Hình 1.10 Sơ đồ kết cấu ống tổ hợp. ............................................................................ 24
Hình 1.11 Sơ đồ phân bố ứng suất trong cột của kết cấu ống tổ hợp chịu tải trọng
ngang.

............................................................................................................... 24

Hình 1.12 Sơ đồ kết cấu nhà cao tầng có tầng cứng. ................................................... 26
Hình 1.13 Biểu đồ mơ men trong tầng cứng khi có và khơng có tầng cứng. ............... 26
Hình 1.14 Sơ đồ kết cấu sàn chuyển trong nhà cao tầng. ............................................. 29
Hình 2.1: Sơ đồ minh họa sàn chuyển. .......................................................................... 31
Hình 2.2 Quan hệ thời gian - chất tải trên sàn chuyển .................................................. 32
Hình 2.3 Hình ảnh đầu neo cáp. ................................................................................... 35
Hình 2.4 Kích căng kéo cáp. ........................................................................................ 35
Hình 2.5 Sơ đồ tính tốn mơmen uốn giới hạn của kết cấu BTƯST............................ 43
Hình 2.6 Sơ đồ tính tốn vùng neo. .............................................................................. 46
Hình 2.7 Miền ứng suất trước tại từng thời điểm. ........................................................ 61
Hình 3.1 Cơng trình Estella Heights cao 34 tầng. ......................................................... 64
Hình 3.2 Mơ phỏng đường truyền tải trong sàn 2 phương ........................................... 67
Hình 3.3 Mặt bằng kết cấu sàn chuyển......................................................................... 67
Hình 3.4 Sơ đồ kết cấu và các loại tải trọng tác dụng lên sàn chuyển. ........................ 68

Hình 3.5 Sơ đồ kết cấu và biểu đồ mô men do tải trọng bản thân gây ra. ................... 69
Hình 3.6 Sơ đồ kết cấu và biểu đồ mơ men do tải trọng bản thân và tĩnh tải gây ra. .. 69

v


Hình 3.7 Sơ đồ kết cấu và biểu đồ mơ men do tải trọng bản thân, tĩnh tải và hoạt tải
gây ra.

............................................................................................................... 70

Hình 3.8 Sơ đồ kết cấu và biểu đồ mô men do 1,2 x (tải trọng bản thân, tĩnh tải) và 1,6
x hoạt tải gây ra. ............................................................................................................ 70
Hình 3.9 Miền bố trí cáp ứng suất trước ...................................................................... 72
Hình 3.10 Sơ đồ bố trí cáp theo phương dọc sàn ......................................................... 72
Hình 3.11 Mặt cắt ngang dải sàn theo phương bố trí trải đều cáp ............................... 73
Hình 3.12 Biều đồ momen thứ cấp do tải trọng ƯST P=1 gây ra ................................ 74
Hình 3.13 Biểu đồ xác định lực kéo căng, thời điểm kéo căng theo miền ứng suất
trước theo quá trình thi cơng. ........................................................................................ 79

vi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Hệ số tổ hợp tải trọng (theo Code 9.2 tiêu chuẩn ACI -318M-11). .............. 36
Bảng 2.2 Giá trị các hệ số ma sát ................................................................................. 38
Bảng 2.3 Giá trị Ksh cho kết cấu bê tông ứng suất trước căng sau .............................. 39
Bảng 2.4 Các giá trị Kre và J ........................................................................................ 40
Bảng 2.5 Các giá trị C .................................................................................................. 40
Bảng 2.6 hệ số an toàn ø ............................................................................................... 42

Bảng 2.7 Ứng suất cho phép [f].................................................................................... 45
Bảng 2.8 Độ dày lớp bêtông bảo vệ cốt thép theo yêu cầu của chịu lực (Tiêu chuẩn
ACI-318M-11) ............................................................................................................... 50
Bảng 2.9 Trình tự thiết kế sàn chuyển 1 nhịp............................................................... 51
Bảng 2.10 Trình tự thiết kế sàn chuyển nhiều nhịp ...................................................... 53
Bảng 2.11 Bảng nội lực - ƯST theo q trình thi cơng ................................................ 60
Bảng 2.12 Thời điểm căng cáp, số bó cáp kéo căng và ƯST tương ứng theo q trình
thi cơng

............................................................................................................... 62

Bảng 3.1 Tĩnh tải trên sàn mái....................................................................................... 65
Bảng 3.2 Hoạt tải sử dụng các loại sàn ........................................................................ 66
Bảng 3.3 Kết quả kiểm tra ứng suất ............................................................................. 74
Bảng 3.4 Kết quả kiểm tra cường độ trên tiết diện ngang ............................................ 75
Bảng 3.5 Bảng nội lực - ứng suất trước theo quá trình thi cơng. ................................. 76
Bảng 3.6 Thời điểm căng cáp, số bó cáp kéo căng và ứng suất trước tương ứng theo
quá trình thi cơng sàn chuyển ........................................................................................ 78

vii


DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Thuật ngữ và ký hiệu
a. Thuật ngữ
Bó cáp căng bao gồm một số thanh hoặc sợi cáp cường độ cao đặt thành bó đã được
kéo căng tạo ứng suất trước.
Bộ nối là thiết bị dùng để nối cốt thép kéo căng trong kết cấu bêtông ứng suất trước.
Căng sau là công nghệ kéo căng tạo ứng suất trước được thực hiện sau việc đổ bêtông
phần kết cấu được tạo ứng suất trước.

Căng trước là công nghệ kéo căng tạo ứng suất trước được thực hiện trước khi đổ
bêtông phần kết cấu được tạo ứng suất trước.
Cốt thép căng là cốt thép cường độ cao đã được kéo căng tạo ứng suất trước.
Cốt thép kéo căng là cốt thép cường độ cao dùng để kéo căng tạo ứng suất trước.
Cốt thép thường là cốt thép không được kéo căng.
Kết cấu bêtông ứng suất trước là kết cấu bêtơng mà trong đó trước khi đưa vào sử
dụng người ta tạo ra các ứng suất nén cho bêtơng nhằm mục đích triệt tiêu toàn bộ
hoặc một phần ứng suất kéo do tải trọng và tác động sau này gây ra.
Nội lực tính tốn là tổ hợp bất lợi có thể xảy ra của các nội lực tác động lên kết cấu
được xác định theo chỉ dẫn của ACI.
Nội lực giới hạn là khả năng chịu lực của tiết diện đang xem xét khi sự làm việc của
tiết diện đạt đến trạng thái giới hạn.
Neo là thiết bị dùng để neo giữ cốt thép kéo căng sau khi tạo ứng suất trước trong kết
cấu bêtơng tạo ứng suất trước.
Sợi thép là cốt thép có đường kính < 6mm.
Thanh thép là cốt thép có đường kính ≥ 6mm.

viii


Thép xoắn là cốt thép dạng xoắn được tạo nên bởi một số sợi thép.
Vùng neo là phần kết cấu được bố trí các neo hoặc bộ nối.
b. Kí hiệu:
A

Diện tích tiết diện, m2.

Ap

Diện tích tiết diện cốt thép căng trong vùng kéo của tiết diện kết cấu, m2.

As

Diện tích tiết diện cốt thép thường trong vùng kéo của tiết diện kết cấu,
m2.

A’s

Diện tích tiết diện cốt thép thường trong vùng nén của tiết diện kết cấu,
m2.

Av

Diện tích tiết diện cốt thép đai tối thiểu trong kết cấu bêtông ứng suất trước,
m2.

b

Bề rộng phần chịu nén của kết cấu, m.

bw

Bề rộng phần chịu cắt của kết cấu, m.

c1

Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến mép trên, m.

c2

Khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến mép dưới, m.

d

Khoảng cách từ mép chịu nén đến trọng tâm của cốt thép thường trong
vùng chịu kéo, m.

d’

Khoảng cách từ mép chịu nén đến trọng tâm của cốt thép thường trong
vùng chịu nén, m.

dp

Khoảng cách từ mép chịu nén đến trọng tâm của thép kéo căng trong
vùng chịu nén, m.

d’p

Khoảng cách từ mép chịu nén đến trọng tâm của thép kéo căng trong
vùng chịu nén, m.

D

Tĩnh tải.

ix


e

Cơ số Log tự nhiên.

Ec

Môđun đàn hồi của bêtông, MPa.

Ep

Môđun đàn hồi của thép kéo căng, MPa.

Eci

Môđun đàn hồi của bêtông khi bắt đầu truyền ứng suất trước, MPa

f’c

Cường độ nén tiêu chuẩn của bêtông, Mpa.

f’ci

Cường độ nén của bêtông tại thời điểm ứng lực ban đầu, Mpa.

fpc

Ứng suất trung bình trong bê tơng do ứng suất trước hiệu quả gây ra (sau
khi kể đến tổn hao ứng suất), Mpa.

fps

Ứng suất trong cốt thép căng tại vùng chịu kéo dùng để tính tốn khả
năng chịu lực của kết cấu, Mpa.

fpu

Cường độ tiêu chuẩn của cốt thép căng, Mpa.

fpy

Giới hạn chảy của cốt thép kéo căng, Mpa.

fr

Môđun phá hoại kết cấu, Mpa.

fse

Ứng suất trước hiệu quả trong cốt thép căng, Mpa.

fy

Giới hạn chảy của Giới hạn chảy của cốt thép thường, Mpa

f1

Ứng suất trong bêtông tại mép trên tiết diện, Mpa.

f2

Ứng suất trong bêtông tại mép dưới tiết diện, Mpa.

ft

Cường độ kéo tiêu chuẩn của bêtông, Mpa.

fti

Cường độ kéo của bêtông tại thời điểm xem xét, Mpa.

h

Chiều cao của tiết diện kết cấu, m.

I

Mơmen qn tính của tiết diện kết cấu, m4.

k

Hệ số ma sát theo chiều dài cốt thép căng.

x


1x

Chiều dài của cốt thép kéo căng tính từ ngay sau thiết bị kéo căng đến vị
trí x, m.

1

Nhịp tính toán của các loại kết cấu nằm ngang như bản sàn, dầm, m.

L

Hoạt tải.

M

Mơmen nội lực tính tốn tại tiết diện xem xét, T.m.

Mu

Khả năng chịu uốn của kết cấu tại tiết diện xem xét, T.m.

Mcr

Mô men nứt của tiết diện kết cấu, N.mm.

Pe

Ứng suất trước hiệu dụng (đã trừ các tổn hao ứng suất), T.

Pi

Ứng suất trước ban đầu, T.

S

Nội lực tính tốn.

Ru

Khả năng chịu lực (nội lực giới hạn) của tiết diện.

So

Diện tích bề mặt của kết cấu, mm2

V

Lực cắt tính tốn tại tiết diện xem xét, T.

Vc

Thành phần lực cắt do bêtơng chịu trong tính tốn kết cấu bêtông ứng
suất trước theo tiết diện nghiêng, T.

Vci

Thành phần lực cắt do bêtơng chịu trong tính tốn kết cấu bêtơng ứng
suất trước theo tiết diện nghiêng tại vị trí vết nứt do mômen và lực cắt, T.

Vi

Thành phần lực cắt tại tiết diện có Mmax do tải trọng ngồi gây ra, T.

Vcm

Thành phần lực cắt do bêtông chịu trong trường hợp vết nứt xiên xuất

hiện ở mép sàn, T.

Vcw

Thành phần lực cắt do bêtông chịu trong trường hợp vết nứt xiên xuất
hiện ở bụng sàn, T.

Vd

Thành phần lực cắt do trọng tải bản thân kết cấu gây ra tại tiết diện xem

xi


xét (tải trọng tiêu chuẩn), T.
Vp

Thành phần theo phương song song với lực cắt của ứng suất trước hiệu
quả, T.

Vs

Thành phần lực cắt do thép đai và thép xiên chịu trong tính tốn kết cấu
bêtơng ứng suất trước theo tiết diện nghiêng, T.

Vn

Khả năng chịu cắt tính tốn của kết cấu tại tiết diện xem xét, T.

s

Khoảng cách giữa các cốt thép đai, mm.

x

Chiều dài từ vị trí ngay sau thiết bị kéo căng đến sau vị trí xem xét theo
phương ngang, m.

γp

Hệ số phụ thuộc loại cốt thép kéo căng:
0,55 cho trường hợp
0,40 cho trường hợp
0,28 cho trường hợp

Β1

𝑓𝑝𝑦
𝑓𝑝𝑢
𝒇𝒑𝒚
𝒇𝒑𝒖
𝒇𝒑𝒚
𝒇𝒑𝒖

≥ 0,8
≥ 0,85
≥ 0,9

Hệ số phụ thuộc loại bêtông được sử dụng
0,85 cho bêtơng có f’c ≤ 30 Mpa, với bêtơng có f’c > 30 Mpa, hệ số được

tăng them 0,05 cho mối 7 Mpa nhưng không nhỏ hơn 0,65.

ɛcu

Biến dạng cực hạn của bêtơng lấy giá trị ɛcu = 0,003.

µ

Hệ số ma sát góc.

ϕ

Đường kính danh định của cốt thép, mm.

ρp

𝐴𝑝
𝑏𝑑𝑝

ρ

As/bd

xii


ρ’

A’s/bd

ωp

ρpfps/fcu

ωs

ρfy/f’cu

ω's

ρ'fy/f’cu

δsl

Độ tụt neo.

Δfcr

Tổn hao ứng suất trước do từ biến của bêtông, Mpa..

Δfcs

Tổn hao ứng suất trước do biến dạng đàn hồi của kết cấu, Mpa.

Δffr

Tổn hao ứng suất trước do ma sát, Mpa.

Δfsl

Tổn hao ứng suất trước do độ tụt neo, Mpa.

Δfsh

Tổn hao ứng suất trước do co ngót của bêtông, Mpa.

Δfre

Tổn hao ứng suất trước do hiện tượng tự chùng ứng suất của cốt thép
căng, Mpa.

Δ

Độ võng, m.

[Δ]

Độ võng cho phép, m.

2- Chữ viết tắt
ƯST Ứng suất trước.
BT

Bêtông ứng suất trước.

ƯST
BT

Bêtông ứng suất trước căng trước.

ƯST
CT

xiii



MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Những năm gần đây, cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế nước ta,
ngành xây dựng đã đạt được những tiến bộ vượt bậc trên nhiều lĩnh vực… Hàng loạt
các tòa nhà cao tầng ra đời đòi hỏi các nhà thầu xây dựng cần quan tâm hơn về kiến
trúc, kết cấu và kỹ thuật xây dựng. Đáp ứng được yêu cầu không gian sử dụng rộng
rãi, công năng linh hoạt, tiết kiệm nguyên vật liệu và tang tiến độ thi cơng. Vì vậy, với
những tính năng ưu việt, việc sử dụng công nghệ BTƯST trong nhà cao tầng là điều
tất yếu và đang được nghiên cứu, sử dụng rất rộng rãi ở Việt Nam.
Tuy nhiên, việc ứng dụng công nghệ này chủ yếu chỉ dừng lại ở những kết cấu phổ
biến như dầm, sàn… thông thường. Các kết cấu chịu lực mang tính chất đặc biệt như
dầm chuyển, sàn chuyển cần được nghiên cứu và áp dụng công nghệ BTƯST một cách
toàn diện nhằm đáp ứng yêu cầu thực tế là hết sức cần thiết.
2. Mục đích của đề tài
Mục đích của luận văn là xây dựng được quy trình thiết kế và thi công cáp ứng suất
trước căng sau trong sàn chuyển BTƯST trong nhà cao tầng theo tiến độ thi công.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
3.1. Cách tiếp cận
Nghiên cứu các hồ sơ thiết kế, biện pháp tổ chức thi cơng, quy trình căng kéo cáp
trong một số dự án lớn như Saigon Centre, Estella Heights
Tổng kết kinh nghiệm thiết kế, giám sát thi công của bản thân tác giả;
Trao đổi, học hỏi trực tiếp các chuyên gia, kỹ sư đầu ngành có kinh nghiệm thiết kế,
thi công sàn chuyển bê tông ứng suất trước căng sau trong nhà cao tầng.

3.2. Phương pháp nghiên cứu
Tác giả sử dụng các phương pháp chủ yếu sau:

1


Phương pháp nghiên cứu tổng quan về những nội dung liên quan đến lĩnh vực nghiên
cứu;
Phương pháp khảo sát, thu thập, tổng hợp;
Phương pháp chuyên gia.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu quy trình thiết kế và thi công sàn
chuyển bê tông ứng suất trước trong nhà cao tầng theo tiến độ thi công.
4.2. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu là các cơng trình nhà cao tầng có sử dụng kết cấu sàn chuyển bê
tơng ứng suất trước căng sau ở Việt Nam và trên thế giới.
5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
5.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Trong luận văn này, tác giả đưa ra việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ BTƯST
vào việc thiết kế và thi công một trong những cấu kiện đặc biệt của nhà cao tầng – sàn
chuyển BTƯST căng sau – đây là một đề tài mới và chưa từng được nghiên cứu ở Việt
Nam.
Luận văn được viết theo tiêu chuẩn ACI - 318 Tiêu chuẩn tính tốn bê tơng cốt thép
của Mỹ. Các tài liệu, cơng trình nghiên cứu của các nhà khoa học có liên quan đến đề
tài. Các phương pháp được sử dụng trong q trính hồn thành luận văn là: Nghiên
cứu tài liệu Technical Report 43 –PT Concrete Floors; Tài liệu Reinforced Concrete
Mechanics And Design 6th Edition By Wight MacGregor; Tiêu chuẩn ACI-318 để xây
dựng quy trình thiết kế và thi công sàn chuyển BTƯST căng sau, áp dụng cơng trình
thực tế cho lý thuyết được xây dựng.

Đề tài nghiên cứu và đưa ra được quy trình thiết kế và thi công sàn chuyển bê tông ứng
suất trước căng sau trong nhà cao tầng theo tiến độ thi công.

2


5.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Luận văn có thể dùng để tham khảo và mang tính chất định hướng cho việc nghiên cứu
và áp dụng đề tài. Nhằm tạo ra được những cơng trình có chất lượng cao, tăng tính
thẩm mỹ, tăng tiến độ thi cơng, tiết kiệm được chi phí và vật liệu góp phần thúc đấy
phát triển kinh tế xã hội.
6. Kết quả đạt được
Tác giả đã nghiên cứu và đưa ra được quy trình thiết kế và thi công sàn chuyển bê tông
ứng suất trước căng sau trong nhà cao tầng theo tiến độ thi cơng.
Do thời gian và năng lực cịn hạn chế nên luận văn cịn nhiều thiếu sót, tác giả rất
mong nhận được nhiều ý kiến quan tâm./.

3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Lịch sử phát triển của kết cấu bê tông ứng suất trước
Kết cấu bê tông ứng suất trước (BTƯST) đã có lịch sư phát triển hơn một thế kỷ.
Trong thời gian đó loại kết cấu này đã không ngừng được nghiên cứu, ứng dụng và
không ngừng được phát triển cả về mặt lý luận lẫn thực tiễn. Đóng góp vào sự phát
triển của kết cấu bê tơng ứng suất trước có cơng sức của nhiều kỹ sư và các nhà khoa
học.
Nhìn lại lịch sử, khái niệm kết cấu bê tông ứng suất trước dường như ra đời cùng lúc
với khái niệm bê tông cốt thép. Bất luận sử dụng cốt thép hay tạo ra ứng suất trước,
mục đích của nó đều để khắc phục nhược điểm khả năng chịu kéo quá thấp của bê

tông trong kết cấu.
Việc áp dụng nguyên lý ứng suất trước vào kết cấu bê tông bắt đầu từ thập niên 80 của
thế kỷ 19. Năm 1886, P.H. Jackson (Mỹ) đã nhận được chứng nhận bản quyền về việc
đặt thêm sợi thép kéo căng để đúc vịm bê tơng. Năm 1888, Dorhing (Đức) nhận them
chứng nhận bản quyền về việc đặt them sợi thép kéo căng vào bê tông để đúc thành
tấm và dầm. Đó là bước đi đầu tiên của việc sử dụng nguyên lý ứng suất trước chế tạo
các cấu kiện đúc sẵn.
Khái niệm dùng ứng suất trước để triệt tiêu ứng suất do ngoại lực tác dụng là do J.
Mandl (Áo) đề xuất lần đầu tiên vào năm 1896. Năm 1906, M. Koenen (Đức) tiến
hành thí nghiệm đổ bê tơng với cốt thép có giới hạn bền 60MPa, quan sát thí nghiệm
ơng thấy ứng suất trước ban đầu bị mất mát do sự co ngót của bê tơng.
Năm 1908, C.R.Cteiner (Mỹ) đề xuất việc kéo căng 2 lần để giảm bớt tổn hao ứng suất
trước và đã nhận được chứng nhận bản quyền. Lần căng kéo ban đầu ông tiến hành vào
giai đoạn ban đầu khi cường độ bê tông cịn rất thấp để phá vỡ sự kết dính giữa bê tông
và cốt thép căng kéo. Sau khi bê tông đạt cường độ cao hơn thì tiến hành kéo lần 2.
Năm 1923, F.Emperger (Áo) đã sáng tạo phương pháp quấn dây thép kéo căng để làm
ống bê tông chịu áp lực. Dây thép kéo căng sử dụng loại có cường độ từ 160MPa đến
800MPa.

4


Cơng nghệ ứng suất trước căng sau khơng bám dính là do R.H.Dill (Mỹ) đề xuất vào
năm 1925. Ông sử dụng cốt thép cường độ cao có phủ ngồi chất chống dính, sau khi
bê tơng khơ rắn thì tiến hành kéo căng và dùng neo chốt lại cố định ở hai đầu. Sau đó,
vào năm 1927, R.Farber (Mỹ) nhận được chứng nhận bản quyền về phương pháp ứng
suất trước có cốt thép căng và có thể trượt trong bê tơng. Lúc đó, phương pháp chống
bám dính giữa bê tơng và cốt thép căng là phủ lên bề mặt cốt thé một lớp bột đá hoặc
đặt cốt thép kéo căng vào trong ống cứng.
Trong thời kỳ đầu của kết cấu BTƯST, do thiếu sự hiểu biết về tính năng của bê tơng

và vật liệu thép trong q trình chịu tải, nên ứng suất trước mà các phương pháp nói
trên tạo ra cịn rất nhỏ, hiệu quả khơng rõ ràng và phạm vi ứng dụng còn hạn chế.
Giai đoạn đưa kết cấu BTƯST vào sử dụng thực tế không thể tách rời với sự đóng góp
của kỹ sư người Pháp F.Freyssinet. Trên cơ sở nghiên cứu tính năng của bê tơng và vật
liệu thép cũng như tổng kết kinh nghiệm của người đi trước. Ông đã suy nghĩ tới tổn
hao ứng suất trước do sự co ngót và từ biến của bê tông. Năm 1928, F.Freyssinet chỉ ra
rằng kết cấu BTƯST phải sử dụng thép cường độ cao và bê tông cường độ cao. Đây là
một sự đột phá về lý thuyết kết cấu BTƯST. Từ đó, việc nghiên cứu kết cấu BTƯST
bắt đầu đi vào giai đoạn kết hợp nghiên cứu cùng với tính chất của vật liệu. Trong giai
đoạn này chưa giải quyết được vấn đề công nghệ sàn xuất kết cấu BTƯST.
Năm 1938, E.Hoyer (Đức) đã nghiên cứu thành cơng phương pháp căng trước dựa vào
sự bám dính giữa dây thép nhỏ cường độ cao (0,5~2mm) và bê tông chứ không phải sự
truyền lực đầu neo. Trên cơ sở nghiên cứu này, người ta có thể sản xuất đồng thời
nhiều thanh cấu kiện trên bệ dài hàng chục mét.
Năm 1939, F.Freyssinet (Pháp) đã nghiên cứu thành cơng neo hình cơn cho bó dây
thép và thiết bị kích kéo căng đồng bộ cho loại neo và cốt thép kéo căng loại này.
Năm 1940, G.Magnel người Bỉ nghiên cứu thành công loại neo dạng khối có thể ứng
dụng cho trường hợp kéo căng đồng thời 2 dây thép.
Những thành tựu trên đây đã tạo nên cơ sở của công nghệ sản xuất kết cấu BTƯST
theo cả hai phương pháp căng trước và căng sau.

5


Từ sau đại chiến thế giới thứ 2 (1945), kết cấu BTƯST được sử dụng rộng rãi. Lúc
bấy giờ ở Tây Âu do chiến tranh tàn phá, nền công nghiệp, giao thơng, thành phố có
nhu cầu cấp thiết được tu bổ, do đó vật liệu thép trở nên vơ cùng khan hiếm. Một số
cơng trình trước đây sử dụng kết cấu thép đều chuyển sang thay thế bằng kết cấu
BTƯST. Trong vịng mấy năm cả Tây và Đơng Âu đều đạt được sự phát triển mạnh
mẽ. Phạm vi sử dụng cũng được mở rộng từ cầu cống và nhà xưởng công nghiệp cho

tới các lĩnh vực xây dựng dân dụng.
Bắt đầu từ những năm 50 của thế kỷ XX các nước như Mỹ, Canada, Australia, Nhật
Bản cũng bắt đầu mở rộng việc ứng dụng kết cấu BTƯST.
Để thúc đẩy sự phát triển công nghệ BTƯST, Hiệp hội bê tông ứng suất trước quốc tế
(viết tắt là FIP) đã được thành lập năm 1950. Có hơn 40 nước thành viên, 4 năm tổ
chức đại hội trao đổi kinh nghiệm trong nghiên cứu và thực tiễn của các nước 1 lần.
Hiện nay việc ứng dụng công nghệ BTƯST đã là vấn đề quen thuộc trên phạm vi toàn
thế giới.
1.2 Nghiên cứu ứng dụng kết cấu BTƯST ở Việt Nam
Kết cấu BTƯST thâm nhập vào nước ta khá sớm, cơng trình cầu Phủ Lỗ và nhà máy
đóng tàu Bạch Đằng là những cơng trình có ứng dụng kết cấu BTƯST do các nhà thầu
xây dựng việt nam thực hiện trong những năm 1960. Sau hai cơng trình thí điểm này
kết cấu BTƯST ở nước ta tiếp tục phát triển trong ngành xây dựng cầu và trong xây
dựng dân dụng và công nghiệp với những đặc thù riêng.
Trong xây dựng cầu trước năm 1990 đã thực hiện chế tạo các dầm có khẩu độ lớn
phục vụ cho các cơng trình cầu lớn mà điển hình nhất là cầu Thăng Long. Trong giai
đoạn sau 1990, trong xây dựng cầu ngoài việc chế tạo các hệ dầm tiêu chuẩn nhịp lớn,
công nghệ BTƯST căng sau đang được áp dụng cho các kết cấu nhịp lớn theo phương
pháp đúc đẩy và đúc hẫng. Hiện nay, phần lớn các cầu bê tông cốt thép đang được xây
dựng ở nước ta đều ứng dụng công nghệ BTƯST.
Trong xây dựng dân dụng và công nghiệp, việc nghiên cứu ứng dụng kết cấu BTƯST
có thể chia thành hai giai đoạn: giai đoạn trước 1996 và giai đoạn từ 1996 trở lại đây.

6


 Trong giai đoạn trước 1996: Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ BTƯST trong xây
dựng dân dụng và công nghiệp ở nước ta chủ yếu tập trung vào tìm kiếm cơng nghệ
thích hợp để chế tạo các cấu kiện như panel, dầm nhỏ, giàn mái nhà công nghiệp…
 Từ năm 1996 trở lại đây đã có sự thay đổi trong hướng nghiên cứu ứng dụng kết cấu

BTƯST trong ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp ở nước ta. Trong giai đoạn
này việc nghiên cứu ứng dụng kết cấu BTƯST gắn liền với việc đưa công nghệ hiện
đại của thế giới vào ứng dụng cho các cơng trình với quy mô lớn. Đánh dấu cho hướng
nghiên cứu ứng dụng này là dự án khoa học công nghệ “ứng dụng công nghệ BTƯST
cho kết cấu sàn nhà và silo” mang mã số P01-1996. Dự án P01-1996 đã được thực
hiện trong giai đoạn 1996-1998. Thông qua việc thực hiện dự án của các kỹ sư của
Việt Nam đã thực sự làm chủ của công nghệ BTƯST tiên tiến của thế giới và chủ động
đưa kết cấu BTƯST vào ứng dụng thực tế. Có thể xem dự án P01-1996 là điểm khởi
đầu cho việc ứng dụng rộng rãi kết cấu BTƯST trong xây dựng dân dụng và công
nghiệp trên phạm vị cả nước.
 Công nghệ BTƯST căng trước cũng đang phát triển mạnh mẽ ở nước ta. Nhiều cơ sở
sàn xuất trong nước như nhà máy bê tông Xuân Mai…. Đã nhập các dây chuyền hiện
đại sản xuất cấu kiện BTƯST và các sản phẩm của cơ sở này rất phong phú và đa
dạng.
Cơng nghệ BTƯST căng sau khơng bám dính được dự án P01-1996 đưa vào ứng dụng
cho hệ thống sàn của cơng trình nhà điều hành – Đại Học Quốc Gia Hà Nội vào năm
1997. Sau thành công của công trình này cơng nghệ BTƯST được nhóm dự án P011996 đưa vào ứng dụng nhiều cơng trình khác như: Trung Tâm Thông Tin Hang Hải
Quốc Tế, Trung Tâm Thương Mại Kim Liên…. Hiện này rất nhiều cơng trình lớn nhỏ
trên khắp cả nước đang ứng dụng công nghệ này.
Với ưu điểm vượt trội của BTƯST so với kết câu bê tông cốt thép thông thường như là
vượt khẩu độ nhịp, tiết kiệm vật liệu, giảm trọng lượng bản than, tăng tiến độ thi cơng,
giảm giá thành cơng trình… cơng nghệ BTƯST sẽ tiếp tục phát triển mạnh và mang lại
triển vọng to lớn trong ngành xây dựng.

7


1.3 Một số khái niệm về kết cấu BTƯST
Cho đến nay trên thế giới vẫn chưa có một định nghĩa thống nhất về kết cấu bê tông
ứng suất trước. Ở Việt Nam, thuật ngữ bê tơng ứng suất trước cịn được gọi là bê tông

ứng suất trước hay bê tông dự ứng lực thường được định nghĩa một cách khái quát như
sau:
“Kết cấu bê tông ứng suất trước là kết cấu mà trước khi đưa vào sử dụng người ta tạo
ra các ứng suất nén trước trong bê tông để triệt tiêu toàn bộ hay một phần ứng suất
kéo do ngoại lực tác dụng trong quá trình sử dụng gây ra”.
Mục đích của ứng suất trước là để khắc phục tính dịn của vật liệu bê tơng bằng cách
tạo ra trong vật liệu này ứng suất nén ở những vùng mà theo thiết kế thì sau này dưới
tác dụng của tải trọng sẽ xuất hiện ứng suất kéo. Với cách làm này có thể làm thay đổi
tính năng chịu lực của kết cấu bê tông, làm cho kết cấu được tạo từ vật liệu dịn như bê
tơng làm việc như kết cấu đàn hồi và do đó tăng khả năng chịu lực, khả năng kháng
nứt và độ cứng của cấu kiện.
Kết cấu BTƯST nếu căn cứ vào đặc điểm thiết kế, chế tạo và cơng nghệ thi cơng, chủ
yếu có 5 cách phân loại như sau:
1.3.1 Kết cấu BTƯST căng trước và kết cấu BTƯST căng sau
Kết cấu BTƯST căng trước là kết cấu BTƯST được sản xuất theo phương pháp kéo
căng cốt thép trước khi đổ bê tông. Phương pháp sản xuất này địi hỏi phải có bệ sản
xuất để tiện cho việc neo tạm thời cốt thép kéo căng. Sau khi bê tông đạt đến cường độ
cần thiết thì nới cốt thép căng làm cho ứng suất trước lúc đầu do bệ gánh chịu được
truyền sang cho bê tơng của cấu kiện. Phương pháp căng trước thích hợp cho các nhà
máy sản xuất cấu kiện đúc sẵn mang tính cố định.
Kết cấu BTƯST căng sau là kết cấu BTƯST được sản xuất theo phương pháp kéo
căng cốt thép sau khi đổ bê tông. Khi kéo căng cốt thép đến một trị số ứng lực yêu cầu
thì tiến hành neo giữ, ứng suất trước sẽ được truyền cho bê tông của kết cấu thông qua
đầu neo.

8


1.3.2 Kết cấu BTƯST căng trong tiết diện và căng ngoài tiết diện
Cốt thép kéo căng của kết cấu BTƯST căng sau có thể được đặt ở trong lịng kết cấu

hoặc cũng có thể được đặt ngồi tiết diện bê tông của kết cấu. Khi cốt thép kéo căng
đặt trong lịng kết cấu thì kết cấu đó được gọi là kết cấu BTƯST căng trong tiết diện
hay đơn giản là BTƯST. Cịn khi cốt thép kéo căng được đặt ngồi tiết diện bê tơng
của kết cấu thì kết cấu đó được gọi là kết cấu BTƯST căng ngoài tiết diện. Cơng nghệ
căng ngồi tiết diện thường được sử dụng trong gia cường kết cấu.
1.3.3 Kết cấu BTƯST toàn phần và kết cấu BTƯST khơng tồn phần
Căn cứ theo độ lớn của ứng suất trước, kết cấu BTƯST có thể chia làm 2 loại là ứng
suất trước toàn phần và ứng suất trước khơng tồn phần. Khi kết cấu được u cầu
thiết kế theo yêu cầu không xuất hiện vết nứt dưới tác dụng của tải trọng sử dụng, kết
cấu này được gọi là kết cấu BTƯST toàn phần. Ngược lại, khi thiết kế cho phép vết
nứt, loại kết cấu này được gọi là kết cấu BTƯST khơng tồn phần.
Kết cấu BTƯST khơng tồn phần thường được hỗ trợ bởi cốt thép thường khơng kéo
căng đi kèm, để kiểm sốt tốt hơn vết nứt và độ võng cũng như tăng cường khả năng
chịu uốn. Trong một số trường hợp, khái niệm kết cấu BTƯST tồn phần và kết cấu
BTƯST khơng tồn phần được hiểu như sau:
 Kết cấu BTƯST toàn phần là chỉ loại kết cấu bê tông cốt thép, sử dụng đơn thuần cốt
thép kéo căng làm cốt thép chịu lực chính.
 Kết cấu BTƯST khơng tồn phần sử dụng hỗn hợp cốt thép kéo căng và cốt thép
thường không kéo căng làm cốt thép chịu lực.
1.3.4 Kết cấu BTƯST có bám dính và khơng bám dính
Kết cấu bê tơng ứng suất trước có bám dính là chỉ loại kết cấu BTƯST mà cốt thép
kéo căng có sự kết dính với bê tông bao quanh. Cốt thép kéo căng của phương pháp
căng trước đúc trực tiếp trong bê tông là loại có bám dính.
Trong phương pháp căng sau, sau khi tiến hành kéo căng, việc bơm vữa hoặc nhồi bê
tông vào ống để khơi phục sự bám dính giữa cốt thép ứng suất trước và bê tông cũng
được coi là kết cấu bê tơng ứng suất trước có bám dính. BTƯST với bê tông xung

9

quanh có thể trượt tự do, để hạn chế ảnh hưởng của ma sát thì cốt thép kéo căng có thể
được mạ, quét một lớp mỡ hoặc sử dụng các biện pháp chống ăn mòn khác. Khi cần
thiết, một phần độ dài của cốt thép kéo căng có bám dính có thể được làm thành cốt
thép kéo căng khơng bám dính và ngược lại.
1.3.5 Kết cấu BTƯST và kết cấu tổ hợp
Kết cấu BTƯST đổ tại chỗ cần tương đối nhiều khuôn và giáo chống, nhưng không
cần vận chuyển cẩu lắp, phù hợp với những cấu kiện có kích thước lớn và nặng. Kết
cấu lắp ghép là chỉ loại kết cấu được làm sẵn ở nhà máy hoặc công trường, sau đó
được vận chuyển và cẩu lắp đặt ở vị trí cơng trình cuối cùng. Kết cấu lắp ghép thích
hợp với việc sản xuất hang loạt, chất lượng dễ quản lý, giá thành sản xuất thường
tương đối thấp. Kết cấu bê tơng tổ hợp là chỉ kết cấu có sự kết hợp giữa hai loại bê
tông trên. Phần đúc sẵn thường được tạo ứng suất trước vừa làm bộ phận chịu ứng suất
kéo, vừa làm khuôn thi công, sau khi lắp đặt định vị thì đổ phần bê tơng cịn lại tại
chỗ. Phần đổ sau có thể làm bê tơng ứng suất trước hoặc bê tông cốt thép thường.
Thông qua phần bê tơng đổ sau có thể liên kết với phần đúc sẵn một cách dễ dàng. Kết
cấu tổ hợp thường có được ưu điểm của cả hai loại đúc sẵn và đổ tại chỗ vừa tiết kiệm
chi phí ván khuôn, giáo chống lại vừa đảm bảo được các mối liên kết.
1.4 Sơ lược về kết cấu nhà cao tầng
1.4.1 Mở đầu
Ngôi nhà như thế nào được gọi là nhà cao tầng? Về vấn đề này nói chung trên thế giới
vẫn chưa có sự thống nhất, Uỷ Ban Nhà Cao Tầng Quốc Tế đưa ra định nghĩa nhà cao
tầng như sau:
Ngơi nhà mà chiều cao của nó là yếu tố quyết định đến các điều kiện thiết kế, thi công
hoặc sử dụng khác với các ngơi nhà thơng thường thì được gọi là nhà cao tầng.
Theo khái niệm như trên thì nhà cao tầng là một khái niệm có tính tương đối với các
quốc gia, các địa phương và các thời điểm, phụ thuộc vào điều kiện kinh tế, kỹ thuật
và xã hội.
Căn cứ vào chiều cao và số tầng nhà, Uỷ Ban Nhà Cao Tầng Quốc Tế phân nhà cao
tầng ra thành 4 loại như sau:

10


 Nhà cao tầng loại 1: 9-16 tầng (cao tối đa 50m).
 Nhà cao tầng loại 2: 17-25 tầng (cao tối đa 75m).
 Nhà cao tầng loại 3: 26-40 tầng (cao tối đa 100m).
 Nhà cao tầng loại 4: trên 40 tầng (gọi là nhà siêu cao tầng).
Các nước tùy theo sự phát triển nhà cao tầng của mình thường có các cách phân loại
khác nhau. Hiện nay ở nước ta đang áp dụng theo sự phân loại của Uỷ Ban Nhà Cao
Tầng Quốc Tế.
Các nhân tố ảnh hưởng đến sự phát triển nhà cao tầng chủ yếu là sự phát triển kinh tế,
gia tăng dân số thành thị, khan hiếm đất xây dựng, tăng giá đất, tiến bộ của khoa học
công nghệ, sử dụng vật liệu cường độ cao, sử dụng thang máy, cơng nghiệp hóa ngành
xây dựng….
Tình hình phát triển nhà cao tầng ở các quốc gia không giống nhau, riêng ở Mỹ do
khoa học công nghệ và công nghiệp xây dựng phát triển nhanh nên nhà cao tầng ở đây
đã được xây dựng tương đối nhiều và sớm hơn các quốc gia khác. Theo tư liệu của hội
nghị nhà cao tầng quốc tế lần thứ 4 vào tháng 11 năm 1990 tại Hồng Kông, thế giới đã
chọn ra 100 ngôi nhà cao nhất với chiều cao từ 218m đến 443m, có số tầng từ 32 đến
110 tầng. trong số 100 ngơi nhà này thì có 76 ngơi nhà được xây dựng ở hoa kỳ, cịn
lại 24 ngơi nhà khác được phân bổ tại các quốc gia phát triển như: Canada, Nhật Bản,
Úc, Anh, Đức….. Trong những năm gần đây việc xây dựng nhà cao tầng phát triển rất
mạnh ở các quốc gia Châu Á, đặc biệt là Trung Quốc, Singapo… ở Việt Nam cũng có
nhiều tịa nhà cao tầng lọt top những tòa nhà cao nhất thế giới như Keangnam
Landmark 72 với 72 tầng cao 336m, Vincom landmark 81 với 81 tầng cao 461m, Lotte
Center Hà Nội với 65 tầng cao 272m….
Khác với nhà thông thường, đối nhà nhà cao tầng thiết kế kết cấu đóng vai trị quan
trọng hơn tồn bộ cơng tác thiết kế. Để có được giải pháp kết cấu hợp lý cho nhà cao
tầng phải có sự kết hợp giữa kiến trúc sư, kỹ sư kết câu và các kỹ sư chuyên ngành
ngay từ khi bắt đầu thiết kế cơng trình. Những đặc điểm chính trong thiết kế kết cấu

nhà cao tầng phải kể đến là:

11