(Luận văn thạc sĩ) thiết kế cột tầng hầm công trình có kể đến cột tạm khi thi công theo công nghệ top down

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

NGUYỄN HỮU HOÀNG

C
C

THIẾT KẾ CỘT TẦNG HẦM CƠNG TRÌNH CĨ

R
L
T.

KỂ ĐẾN CỘT TẠM KHI THI CÔNG THEO

DU

CÔNG NGHỆ TOP-DOWN

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP

Đà Nẵng – Năm 2020


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

NGUYỄN HỮU HOÀNG

THIẾT KẾ CỘT TẦNG HẦM CƠNG TRÌNH CĨ

C
C

KỂ ĐẾN CỘT TẠM KHI THI CÔNG THEO

R
L
T.

CÔNG NGHỆ TOP-DOWN

DU

Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng và cơng nghiệp
Mã số

: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN QUANG TÙNG

Đà Nẵng – Năm 2020

i

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy hướng dẫn: TS. Nguyễn
Quang Tùng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên và cho nhiều chỉ dẫn có giá
trị, giúp tác giả hồn thành được luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô giáo giảng dạy của Khoa sau đại
học, các đồng nghiệp, đã tạo điều kiện giúp đỡ, chỉ dạy trong suốt quá trình làm luận
văn của học viên để hoàn thành luận văn cao học.
Do thời gian và năng lực còn hạn chế tác giả đã cố gắng hoàn thành luận văn
trong phạm vi và khả năng cho phép, nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những
thiếu sót. Tác giả mong nhận được sự cảm thơng và chỉ báo của quý thầy cô và các

C
C

bạn để công trình nghiên cứu được hồn thiện hơn.

DU

R
L
T.

Đà Nẵng, ngày 24 tháng 07 năm 2020
Tác giả

, !P

u�A

l
Nguyễn Hữu Hoàng


ii

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, thông
tin trong luận văn là trung thực.

Đà Nẵng, ngày 24 tháng 07 năm 2020
Tác giả

, !P

u�A
l

C
C

Nguyễn Hữu Hoàng

DU

R
L
T.

iii

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................... 2
4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 2
5. Bố cục luận văn.................................................................................................. 2
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ NHÀ NHIỀU TẦNG VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP
THI CÔNG .................................................................................................................... 4
1.1. Tổng quan về nhà nhiều tầng và xu hướng phát triển nhà nhiều tầng..................... 4
1.2. Các giải pháp thi c ng c ng trình ê t ng cốt thép c nhiều tầng hầm .................. 6
1.2.1. Phương pháp thi công Bottom-Up ............................................................... 6
1.2.2 Phương pháp thi công Full Top-Down ......................................................... 9
1.2.3 Phương pháp thi công Semi Top-Down ...................................................... 11
1.3. Kết luận chương 1 ................................................................................................. 13
Chƣơng 2. CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN CỘT CH NG TẠM VÀ
CỘT LI N H P B TƠNG C T TH P HÌNH..................................................... 14
2.1. Lý thuyết t nh toán cột chống tạm ng thép hình khi thi c ng Top-Down ......... 14
2.1.1. Chọn sơ bộ tiết diện ................................................................................... 14
2.1.2. Kiểm tra tiết diện đã chọn ......................................................................... 15
2.2. Lý thuyết t nh toán cột ê t ng cốt thép ................................................................ 15
2.2.1. Đ i cương v t nh tốn cột bê tơng cốt th p .............................................. 15
2.2.1.1. Độ lệch tâm ............................................................................................. 16
2.2.1.2. Ảnh hưởng của uốn dọc .......................................................................... 17
2.2.2. T nh toán thiết kế cột chịu n n lệch tâm phẳng ......................................... 18
2.2.2.1. Chọn sơ bộ tiết diện ................................................................................ 18
2.2.2.2. T nh toán cốt th p ................................................................................... 19
2.2.3. T nh toán thiết kế cột chịu n n lệch tâm xiên ............................................ 20

2.2.3.1. Chọn sơ bộ tiết diện ................................................................................ 20
2.2.3.2. T nh toán momen tương đương lệch tâm phẳng ..................................... 20
2.2.3.3. T nh toán cốt th p ................................................................................... 21
2.3. Lý thuyết t nh toán cột liên hợp ê t ng cốt thép hình .......................................... 23
2.3.1. Xác định hình thức và cấu t o tiết diện cột ............................................... 23
2.3.2. T nh toán kiểm tra độ b n cột .................................................................... 24
2.3.2.1. T nh toán kiểm tra độ b n cột cốt th p hình lệch tâm phẳng ................. 26
2.3.2.2. T nh toán kiểm tra độ b n cột cốt th p hình chịu n n lệch tâm xiên ...... 31
2.4. Kết luận chương 2 ................................................................................................. 32

C
C

DU

R
L
T.


iv

Chƣơng 3. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ S DỤNG CỘT CH NG TẠM NHƢ C T
C NG TRONG CỘT LI N H P B TÔNG C T TH P ................................... 34
3.1. Đặt vấn đề .............................................................................................................. 34
3.2. Giới thiệu c ng trình.............................................................................................. 34
3.3. Quy trình thi cơng TopDown ................................................................................ 36
3.4. T nh tốn thiết kế cột bê tơng cốt thép thường ...................................................... 42
3.4.1. Chọn sơ bộ tiết diện ................................................................................... 44
3.4.2. T nh toán nội lực ........................................................................................ 44

3.4.3. T nh toán cốt th p ...................................................................................... 50
3.5 T nh toán thiết kế cột ê t ng liên hợp ................................................................... 53
3.5.1 T nh toán thiết kế cột bê tơng liên hợp thép hình theo Phương án thi cơng
Full Top-Down ..................................................................................................... 53
3.5.1.1 T nh tốn thiết kế cột bê tơng liên hợp th p hình cho cột giữa theo
Phương án thi công Full Top-Down .................................................................... 53
3.5.1.2.T nh tốn thiết kế cột bê tơng liên hợp cho cột biên theo Phương án thi
công Full Top-Down ............................................................................................ 58
3.5.2 T nh tốn thiết kế cột bê tơng liên hợp theo Phương án thi công SemiTopDown .............................................................................................................. 63
3.5.2.1 T nh tốn thiết kế cột bê tơng liên hợp cho cột giữa theo Phương án thi
cơng Semi-TopDown ............................................................................................ 63
3.5.2.2 Tính tốn thiết kế cột bê tông liên hợp cho cột biên theo Phương án thi
công Semi-TopDown ............................................................................................ 68
3.6. Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của việc c và kh ng sử dụng cột chống tạm
khi t nh toán cột liên hợp ê t ng cốt thép hình. .......................................................... 73
3.7. Kết luận chương 3 ................................................................................................. 75
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 77
PHỤ LỤC

C
C

DU

R
L
T.

v

THIẾT KẾ CỘT TẦNG HẦM CƠNG TRÌNH CĨ KỂ ĐẾN CỘT TẠM KHI
THI CÔNG THEO CÔNG NGHỆ TOP-DOWN
Học viên: Nguyễn Hữu Hoàng Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng c ng trình dân
dụng và c ng nghiệp
Mã số: 60.58.02.08 Khóa: K36 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt – Việc tận dụng cột chống tạm làm ộ phận chịu lực ch nh trong cột đã được áp
dụng từ lâu. Tuy nhiên, việc đánh giá hiệu quả của việc sử dụng cột chống tạm thép hình
để thay thế một phần cốt mềm trong cột bê tông cốt thép chưa được quan tâm đúng mức.
Hiện nay, việc áp dụng c ng nghệ thi c ng Top-Down vào thi c ng tầng hầm ngày càng
phổ iến, nhờ vào khả năng thi c ng các c ng trình c nhiều tầng hầm . Nghiên cứu này
được đề xuất nh m đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của việc tận dụng cột chống tạm
kingpost làm ộ phận chịu lực ch nh của cột chống tầng hầm dựa trên lý thuyết t nh toán
cột ê t ng liên hợp. Bài luận khái quát quy trình t nh tốn thiết kế cột chống và kiểm tra
độ ền của cột chống ê t ng liên hợp trong thi c ng tầng hầm. C t chống được giả thiết
và thiết kế theo một số phương án thi c ng thực tế như: full Top-Down, semi Top-Down.
Từ đ , phân tích và đánh giá hiệu quả của việc c và kh ng sử dụng cột chống tạm trong
t nh toán cột ê t ng liên hợp. Tác giả đã t m tắt các kết quả đã đạt được và đưa ra các
hướng phát triển tiếp theo.

C
C

R
L
T.

DU

Từ khóa – Tận dụng; C ng nghệ thi c ng Top-Down; Đánh giá hiệu quả kinh tế và kỹ
thuật; Cột ê t ng liên hợp; T nh toán thiết kế và kiểm tra.

DESIGN OF THE BASEMENT COLUMN WITHIN TEMPORARY SUPPORT
POST IN THE TOP-DOWN CONSTRUCTION METHOD
Abstract – Reusing the temporary steel support post for the mainload bearing element of
reinforced concrete column has been applied for a long time. However, The effeciency
evaluation of replacing part of reinforce bar by steel section wasn’t pay careful attention . In
recent years, Top-Down construction method had been widely used because of the raising
underground level of building. So the objective of this research is to evaluating the technical
and economic effeciency of recycle the kingpost in Top-Down construction method, based on
fully encased composite columns calculation method. This article presents an overview of
design and test the composite column in building substructure, principle of some recent TopDown method cases: full Top-Down, semi Top-Down. Based on this principle, the authors
analyzed and fabricated the effect of equip the kingpost or not to the column sections. The
achieved results of the comparing 2 case are summarized and perspective of the work is
provided.
Key words - Reusing; Top-Down construction method; Technical and economic
effeciency; Fully encased composite columns; Design and test .


vi

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Diện tích cốt thép yêu cầu
Diện tích cốt thép thuộc vùng chịu nén
Chiều rộng tiết diện bê tơng
Chiều rộng tiết diện thép hình
Khoảng cách từ điểm đặt lực dọc đến hợp lực trong cốt thép
Độ lệch tâm của lực dọc
Độ lệch tâm của lực nén trước P

Độ lệch tâm ngẫu nhiên
Độ lệch tâm an đầu
Modun đàn hồi của thép hình

C
C

Modun đàn hồi của bê tơng

R
L
T.

Modun đàn hồi của thép thanh

Diện tích của mặt sàn truyền tải

DU

Cường độ t nh toán của thép kéo, nén, uốn lấy theo giới hạn chảy
Chiều cao của tiết diện bê tơng
Chiều cao của tiết diện thép hình
Chiều cao làm việc
Bán kính quán tính theo trục x-x, y-y
Chiều dài tính toán
Momen uốn
Momen uốn cho tải trọng dài hạn
Momen kể đến lực uốn dọc theo trục x
Momen kể đến lực uốn dọc theo trục x
Hệ số quy đổi momen từ lệch tâm phẳng ra lệch tâm xiên

Lực dọc
Lực tới hạn quy ước
Lực dọc tới hạn mà tiết diện c thể chịu được với độ lệch tâm
theo phương c độ cứng nhỏ nhất
Lực dọc tới hạn tác dụng trong mặt phẳng trục x và trụcy


vii

Cường độ chịu kéo tính tốn của thép
Cường độ chịu kéo tính tốn của bê tơng
Cường độ chịu kéo tính toán của thép ứng với trạng thái giới hạn
thứ nhất
Cường độ chịu kéo tính tốn của thép hình
Bán kính qn tính yêu cầu
Momen tĩnh của diện tích tiết diện ê t ng vùng nén cũng đối với
trục đ
M đun chống uốn dẻo của tiết diện cốt cứng; với tiết diện chữ I
Chiều cao vùng nén
Chiều cao vùng nén sơ ộ

C
C

khoảng cách từ trọng tâm tiết diện phần cốt cứng và tiết diện cốt

R
L
T.

mềm đến trục đang xét

Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép tiết diện gần nhất

DU

Hệ số điều kiện làm việc của kết cấu
Hệ số ảnh hưởng của độ lệch tâm
Biến dạng của cấu kiện
Hệ số uốn dọc
Hệ số uốn dọc theo phương x
Hệ số uốn dọc theo phương y
Độ mảnh giả thiết
Độ mảnh lớn nhất
,

Độ mảnh theo trong các mặt phẳng vng góc với các trục tương

ứng x-x, y-y
Độ mảnh giới hạn
Hàm lượng cốt thép dọc
Hệ số t nh toán giới hạn của vùng ê t ng chịu nén
Ứng suất của cốt thép
Ứng suất trong từng phần cốt cứng và từng thanh cốt mềm
Ứng suất giới hạn của cốt thép trong cùng bê tông chịu nén


viii

Hệ số uốn dọc theo độc mảnh giả thiết

Hệ số t nh đến ảnh hưởng dài hạn của tải trọng lên khả năng chịu
uốn của cấu kiện trong trạng thái giới hạn
Hệ số uốn dọc
Hệ số giảm cường đ t nh toán khi nén lệch tâm, nén uốn
Hệ số đặc trưng cho vùng ê t ng chịu nén

C
C

DU

R
L
T.


ix

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu

Tên bảng

Trang

Bảng 2.1.

M hình t nh toán cột lệch tâm [6]

20

Bảng 2.2

Độ mảnh tối thiểu của cột (TCXDVN 256-2005)

23

Bảng 3.1

Chọn sơ ộ tiết diện cột [5]

44

Bảng 3.2

Tải trọng đứng tác dụng lên c ng trình [5]

45

Bảng 3.3

Tải trọng ngang tác dụng lên c ng trình [5]

46

Bảng 3.4

Bảng tổ hợp nội lực [5]

49

C
C

Bảng 3.5

Bảng so sánh hiệu quả giữa sử dụng cột chống tạm và kh ng
sử dụng cột tạm trong t nh cột liên hợp theo phương pháp thi
công FullTop-Down ở phụ lục 6

74

Bảng 3.6

Bảng so sánh hiệu quả giữa sử dụng cột chống tạm và kh ng
sử dụng cột tạm trong t nh cột liên hợp theo phương pháp thi
công Semi Top-Down ở phụ lục 6

75

DU

R
L
T.


x

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Số hiệu
Hình 1.1

Tên hình
C ng trình nhà cao tầng trên thế giới ( Burj Khalifa)

Hình 1.2
Hình 1.3

C ng trình nhà cao tầng ở Việt Nam ( Vincom Landmark 81)
Quy trình thi cơng Bottom-Up

5
7

Hình 1.4
Hình 1.5

Các loại tường chống hố đào phổ iến (Nguồn: Internet)
Thi cơng Bottom-Up (Nguồn: HC Golden -319 Bồ Đề, Hà Nội)

8
9

Hình 1.6
Hình 1.7

Phương pháp thi c ng Top-Down (Nguồn: Internet)
Thi cơng Top-Down (Nguồn: Internet)

9
11

Hình 1.8

Quy trình thi cơng Semi Top-Down (Nguồn: Internet)

12

Hình 2.1
Hình 2.2

Tiết cột chịu nén lệch tâm xiên [6]
Một số hình thức tiết diện cột liên hợp [7]

20
23

Hình 2.3
Hình 2.4

Tiết diện cột c cốt cứng ố tr tập trung ở iên [7]
Đồ thị khả năng chịu lực của tiết diện c cốt cứng tập trung tại
iên ( đường liền cho ê t ng M300, đường đứt cho ê t ng
M500) [7]
Tiện diện c cốt cứng ố tr đối xứng ở phần ụng [7]

26
28

31

Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3

Đồ thị khả năng chịu lực của tiết diện chữ nhật ( đường liền cho
nh m thép C38/29, đường đứt cho nh m thép C48/33) [7]
Cơng trình Vietcombank Tower [5]
Mặt ng móng [5]
Qui trình thi c ng tường vây [5]

40

Hình 3.4

Qui trình thi c ng cọc khoan nhồi [5]

41

Hình 3.5

Qui trình thi c ng cọc Top-Down [5]

43

Hình 3.4

Tiết diện thép hình H700x300 (theo tiêu chuẩn JIG-S-39122000)
Bố tr thép cột giữa ê t ng liên hợp theo phương án thi c ng

Full Top-Down
Biểu đồ momen Tĩnh tải và Hoạt tải khung trục 2 [5]
Biểu đồ momen Gi tĩnh và Động đất khung trục 2 [5]
Bố tr thép cột ê t ng cốt thép thường
Tiết diện thép hình H700x300
Bố tr thép cột giữa ê t ng liên hợp theo phương án thi c ng

54

Hình 2.5
Hình 2.6

Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Hình 3.9
Hình 3.10

C
C

R
L
T.

DU

Trang
4

28

35
40

55
47
48
52
54
55

Full Top-Down
Hình 3.11

Tiết diện thép hình H500x200

59


xi

Hình 3.12

Bố tr thép cột iên ê t ng liên hợp theo phương án thi c ng
Full Top-Down

61

Hình 3.13
Hình 3.14

64
66

Hình 3.15

Tiết diện thép hình I50
Bố tr thép cột giữa ê t ng liên hợp theo phương án thi c ng
Semi TopDown
Tiết diện thép hình I30a

Hình 3.16

Bố tr thép cột liên hợp ê t ng cốt thép hình theo phương án thi

70

công Semi-TopDown

C
C

DU

R
L
T.

69


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, cùng với sự phát triển kh ng ngừng vể mọi mặt của đời sống, ngành
xây dựng cũng đã trở mình và từng ước cuốn theo sự hội nhập quốc tế. Yêu cầu cho
từng c ng trình ngày càng khắt khe, đo đ để tìm được lợi nhuận trong tình hình mới
này, các nhà đầu tư kh ng thể dựa mãi vào c ng nghệ xây dựng truyền thống đã tồn
tại ở nước ta nhiều thập kỉ gần đây. Ch nh vì vậy những nỗ lực tìm kiếm các c ng
nghệ xây dựng hiện đại đang được triển khai tại nhiều quốc gia, trong đ c Việt Nam
theo 2 xu hướng sau:
- Cho phép c ng nghiệp h a quá trình xây dựng, rút ngắn thời gian thi c ng, nhờ
đ giảm được ch ph xây dựng và các chi ph dịch vụ kèm theo, đồng thời c ng trình
sớm đưa vào sử dụng giúp chủ đầu tư sớm thu hồi nguồn vốn.
- Giảm thiểu trọng lượng c ng trình, nhờ đ giảm tiêu hao vật liệu, nhân c ng
xây lắp, vận chuyển, cải thiện điều kiện chống động đất, gi ão,…

C
C

R
L
T.

Trong ối cảnh các c ng trình c từ 2 đến 6 tầng hầm đang ngày càng được đầu
tư xây dựng nhiều. Tùy thuộc vào đặc thù và điều kiện nền đất mỗi c ng trình mà c
iện pháp thi c ng tầng hầm phù hợp. Phương pháp thi c ng tầng hầm rất phổ iến

trên thế giới, đã và đang được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam là c ng nghệ thi c ng
Top-Down. Phương pháp thi c ng này cho phép rút ngắn tối đa quá trình thi c ng,
sớm đưa c ng trình vào sử dụng và thu hồi vốn. Ngoài ra, c ng nghệ thi c ng này còn
c một số các ưu điểm khác như:

DU

- Sàn tầng hầm được thi c ng ngay trên mặt đất nên kh ng cần hệ giàn dáo
chống đỡ.
- Hệ dầm sàn tầng hầm này cũng ch nh là kết cấu gi ng cho tường vây, do đ
kh ng tốn kém chi ph cho hệ gi ng chống tường vây.
Theo như phương pháp thi c ng này, hệ sàn tầng hầm sẽ được chống đỡ ởi hệ
cột tạm ng thép hình đã được ch n sẵn trong các cọc khoan nhồi. Nếu vị tr các cột
tạm này kh ng trùng với cột ê t ng cốt thép chịu lực của c ng trình thì n sẽ được
cắt ỏ sau khi hệ cột chịu lực ch nh đã đảm ảo độ cứng. Ngoài ra, nếu các cột này
trùng vị tr với các cột ch nh thì n sẽ được tận dụng như cốt cứng chịu lực trong cột
bê tông cốt thép.
Việc sử dụng cột chống tạm làm ộ phận chịu lực ch nh trong cột đã được áp
dụng từ lâu, tuy nhiên việc đánh giá hiệu quả của việc sử dụng cột chống tạm ng
thép hình để thay thế một phần cốt mềm trong cột ê t ng cốt thép chưa được quan
tâm đúng mức.


2

Đây là lý do đề tác giả thực hiện nghiên cứu: Thiết kế cột tầng hầm cơng trình
có kể đến cột tạm khi thi công theo công nghệ Top-Down”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
T nh toán thiết kế cột chống tạm
theo phương pháp Top-Down.

ng thép hình, đảm ảo thi c ng c ng trình

T nh tốn cột ê t ng cốt thép c sử dụng cột chống tạm như cốt cứng chịu lực.
Đánh giá hiệu quả của việc c hoặc kh ng sử dụng cốt cứng như thành phần
chịu lực trong cột.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Cột ê t ng cốt thép c sử dụng cốt cứng.
Ph m vi nghiên cứu: C ng trình nhiều tầng c nhiều tầng hầm sử dụng phương
pháp thi công Top-Down.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu

C
C

R
L
T.

Nghiên cứu lý thuyết:

Nghiên cứu lý thuyết t nh toán cột chống tạm trong phương phương pháp thi
cơng Top-Down.

DU

Nghiên cứu lý thuyết t nh tốn cột ê t ng cốt thép c sử dụng cột cứng như
thành phần chịu lực.
p dụng ài toán số cho c ng trình cụ thể
5. Bố cục luận văn

Mở đầu
1. L do chọn đề tài
2. Mục tiêu nghiên cứu
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4. Phương pháp nghiên cứu
Chƣơng 1: Tổng quan về nhà nhiều tầng và các phƣơng pháp thi công
1.1. Tổng quan về nhà nhiều tầng và xu hướng phát triển nhà nhiều tầng
1.2. Các giải pháp thi c ng c ng trình ê t ng cốt thép c nhiều tầng hầm
1.2.1. Phương pháp thi c ng Bottom-Up
1.2.2. Phương pháp thi c ng Top-Down
1.2.3. Phương pháp thi c ng Semi Top-Down


3

1.3. Kết luận chương 1
Chƣơng 2: Các cơ sở lý thuyết tính tốn cột chống tạm và cột liên hợp bê
tơng cốt thép hình
2.1. Lý thuyết t nh tốn cột chống tạm khi thi c ng Top-Down
2.2. Lý thuyết t nh toán cột ê t ng cốt thép
2.3. Lý thuyết t nh toán cột liên hợp ê t ng cốt thép hình
2.4. Kết luận chương 2
Chƣơng 3: Đánh giá hiệu quả sử dụng cột chống tạm nhƣ cốt cứng trong
cột liên hợp bê tông cốt thép
3.1. Đặt vấn đề
3.2. Giới thiệu c ng trình

C
C

3.3. Quy trình thi c ng Top-Down

R
L
T.

3.4. T nh toán thiết kế cột chống tạm khi thi c ng Top-Down
3.5. Tính tốn kiểm tra độ ền cột liên hợp ê t ng cốt thép hình

DU

3.6. Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của việc c và kh ng sử dụng cột chống
tạm khi t nh toán cột liên hợp ê t ng cốt thép hình
3.7. Kết luận chương 3
Kết luận và kiến ngh


4

Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ NHÀ NHIỀU TẦNG VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP
THI CÔNG
1.1. Tổng quan về nhà nhiều tầng và xu hƣớng phát triển nhà nhiều tầng
Kinh tế- xã hội ngày càng phát triển kéo theo nhu cầu về chỗ ở tăng nhanh một
cách ch ng mặt, mà quỹ đất ở các thành phố lớn lại c hạn vì vậy việc nhà nhiều tầng
được xây dựng ngày càng phổ iến là điều tất yếu. Nhà nhiều tầng, được phát minh từ
đầu thế kỷ 19 đến nay nhưng vẫn chưa trở nên lỗi thời nhờ những ưu điểm sau: tiết
kiệm quỹ đất, kh ng gian h a m i trường sinh hoạt và làm việc, giúp nâng cao c ng
năng sử dụng. Đ là lý do mà từ lâu nhà nhiều tầng đã trở nên phổ iến ở các thành
phố lớn trên thế giới như NewYork, London, Bắc Kinh, hay gần đây nhất là Du ai.

Với sự phát triển của lĩnh vực đầu tư xây dựng, cũng dần đẩy khái niệm nhà nhiều
tầng phát triển thành các thuật ngữ mới như: nhà siêu cao tầng hay nhà chọc trời.

C
C

Hiện chưa c định nghĩa hoặc phân loại rõ ràng về nhà siêu cao tầng.Tuy nhiên,
theo hội thảo quốc tế lần thứ IV về nhà cao tầng do Hội nhà cao tầng của Liên Hợp
Quốc tổ chức ở Hồng K ng năm 1990, nhà nhiều tầng được phân ra làm 4 loại: loại 1
từ 9-16 tầng; loại 2 từ 17-25 tầng, loại 3 từ 26-40 tầng, loại 4 từ 40 tầng trở lên. Vì
vậy c thể tạm hiểu, nhà siêu cao tầng là tòa nhà c trên 40 tầng.

R
L
T.

DU

Hình 1.1. C ng trình nhà cao tầng trên thế giới ( Burj Khalifa)
Là một quốc gia đang phát triển, Việt Nam cũng đang tiến hành đầu tư mạnh về
nhà nhiều tầng. Trong 10 năm gần đây c rất nhiều tòa nhà nhiều tầng đã được xây
dựng, tiêu iểu c thể kể đến như :
+ Tòa nhà The Vincom Landmark 81 với chiều cao 461 m gồm 81 tầng với 3


5

tầng hầm.
+ Tòa nhà Keangnam Hanoi Landmark 72 với chiều cao 336 m gồm 72 tầng với
2 tầng hầm.

+ Tòa nhà Hanoi Lotte Center với chiều cao 267 m gồm 65 tầng với 5 tầng hầm.
+ Toà nhà Bitexco Tower với chiều cao 262,5 m gồm 68 tầng với 3 tầng hầm.

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.2. C ng trình nhà cao tầng ở Việt Nam ( Vincom Landmark 81)
Tuy nhiên việc thiết kế và xây dựng nhà nhiều tầng ở nước ta vẫn còn nhiều ất
cập. Việc áp dụng các c ng nghệ xây dựng mới cần c các quy phạm, quy chuẩn
nh m quy định, hướng dẫn việc thiết kế, xây dựng, thẩm định, quản lý chất lượng tòa
nhà. Định hướng xu thế phát triển nhà cao tầng cần đặt vào trong tầm nhìn vĩ m , theo
một quy hoạch tổng thể. Phát triển ền vững, thân thiện với m i trường, cũng như cần
thay đổi ố tr c ng năng để phù hợp với kh hậu, con người, văn h a ở Việt Nam.
Để các giải quyết một số vấn đề trên, ở các nước phát triển đang tìm cách phát
triển các phần ngầm của c ng trình ng cách sử dụng những c ng nghệ xây dựng
mới. Các c ng trình nhà cao tầng hầu hết đều c từ 3 đến 5 tầng hầm để giải quyết các
vấn đề về bãi đỗ xe, kho chứa, các hệ thống kỹ thuật điện nước và các khu dịch vụ
như: siêu thị, gym, spa, hồ ơi v.v. Xu hướng này sẽ tận dụng khoảng kh ng gian
ngầm ở dưới lòng đất, trả lại quỹ đất cho các c ng trình hồ nước cây xanh trên mặt


6

đất, mang hiệu quả tốt hơn về cảnh quan và m i trường, đồng thời vẫn đáp ứng đầy đủ

tiện nghi và c ng năng sử dụng.
Ngoài ra về mặt kết cấu, việc xây dựng nhiều tầng hầm sẽ đưa trọng tâm của tòa
nhà xuống thấp, tăng độ ổn định, chống lực lật ngang do gi áo, cũng như tải trọng
tác dụng lên kết cấu m ng.
Vì vậy c thể thấy việc tăng số lượng tầng hầm là một kết quả tất yếu đối với
việc phát triển cơng trình nhà nhiều tầng.
1.2. Các giải pháp thi cơng cơng trình bê tơng cốt thép có nhiều tầng hầm
Việc thi c ng các c ng trình ngầm n i chung, hay tầng hầm cho các tòa nhà n i
riêng đều rất kh khăn, và là một thách thức lớn cho ngành xây dựng. Thi c ng tầng
hầm lu n đi đ i với c ng tác thi c ng đất. Đòi hỏi phải c th ng tin về đặc điểm địa
tầng, thủy văn để đưa ra được iện pháp thi c ng chống vách hố đào, hạ mực nước
ngầm hợp lý. Bên cạnh đ còn phải giải quyết một số vấn đề phức tạp do thi công
ngầm như: tránh gây ảnh hưởng các c ng trình lân cận, đảm ảo m i trường làm việc
cho c ng nhân ( th ng gi , chiếu sáng ), giảm thiểu nhiễm m i trường.

C
C

R
L
T.

Để giải quyết các vấn đề này, các c ng nghệ mới nhất lu n được cập nhật vào
các phương pháp thi c ng tầng hầm. Trong đ c a phương pháp thi công phổ iến
hơn cả để thi c ng tầng hầm là: Phương pháp đào mở Bottom-Up, Phương pháp đào
kín Full Top-Down, và phương pháp kết hợp cả hai phương pháp trên là Semi TopDown. Trong giới hạn luận văn này, t i xin đề cập đến lĩnh vực thiết kế, thi c ng tầng
hầm theo phương pháp đào k n Top-Down, cách thiết kế, ố tr hệ cột chịu lực cho
phương pháp Top-Down.

DU

1.2.1. Phương pháp thi công Bottom-Up
Nhắc đến thi c ng tầng hầm thì phương pháp đầu tiên được nhắc đến là phương
pháp đào mở hay Bottom-Up. Là phương pháp cổ điển trong thi c ng c ng trình ngầm,
chỉ áp dụng cho những tầm hầm đơn giản từ 1 đến 2 tầng, chiều cao kh ng q 8m.
- Quy trình thi cơng:
Nhìn chung, tồn ộ hố đào sẽ được đào đến cao độ thiết kế đặt m ng, sau đ thi
c ng như ình thường trên mặt đất. Tiến hành thi c ng tuần tự từ kết cấu m ng lên
đến kết cấu mái, theo chiều đi lên.
Bước 1: Thi c ng hệ chống hố đào ( Cọc khoan nhồi, cọc xi măng đất, Cừ
Larsen….).
Bước 2: Đào đất tầng hầm và m ng.
Bước 3: Gia cố vách hố đào ng các hệ chống ngang ( hệ Shoring, dầm Bailey);
nếu nền đất yếu thì ước 3 cần tiến hành song song cùng ước 2.


7

Bước 4: Thi c ng m ng, chống thấm đáy m ng, thi c ng tường tầng hầm
Bước 5: Thi c ng h sn dm ct t di lờn.

Đào đất

a)

b)

C
C

c)

R
L
T.

DU

Hỡnh 1.3. Quy trình thi cơng Bottom-Up (Nguồn: Internet)
Chú dẫn:

+ Giai đoạn 1 ( hình a): tiến hành thi c ng tường trong đất từ dưới lên
+ Giai đoạn 2 ( hình ): tiến hành đào đất trong lịng tường ao
+ Giai đoạn 3 ( hình c): tiến hành thi c ng tầng hầm theo trình tự từ dưới lên
- Ưu điểm:
+ Việc thi c ng, t nh toán kết cấu đơn giản, khá tương đồng với thi c ng trên mặt
đất.
+ Việc xử lý mực nước ngầm, cũng như chống thấm dễ dàng hơn so với các
phương pháp khác
- Nhược điểm:
Là phương pháp cổ điển do đ tồn tại rất nhiều nhược điểm, nhất là khi thi c ng
xuống độ sâu lớn. Khi ta tiến hành lấy đất khi đào đất, sẽ làm mất ổn định các ứng
suất trong nền đất, gây nên một áp lực lên thành hố đào. Khi chiều cao hố đào càng
lớn thì áp lực này càng lớn gây sạt lở thành hố đào, để giải quyết bài toán này thường
c các iện pháp là đào taluy, gia cố nền đất hoặc dùng các iện pháp tường chắn đất,
chống vách hố đào.


8

Ngày nay, việc xây dựng các c ng trình cao tầng thường n m trong khu đ thị
đ ng đúc, vì vậy việc gia cố nền đất và đào taluy là kh ng khả thi. Các iện pháp
tường chắn đất, chống vách hố đào cũng cần t nh toán kỹ lưỡng trước khi thi c ng,
nếu kh ng sẽ gây sụt lún các c ng trình ên cạnh. Ngồi ra, các hệ chống vách hố đào
cũng c một số nhược điểm riêng làm kéo dài thời gian thi c ng như:
+ Hệ chắn đất ng cừ Larsen: Kh ng hiệu quả khi thi c ng hố đào sâu hoặc
trong nền đất yếu. Khi thi c ng hố đào sâu cần c sự hỗ trợ của hệ chống vách.
+ Hệ chắn đất ng tường trong đất, ng cọc khoan nhồi, ng tường vây
barret: Quy trình thiết kế, thi c ng phức tạp, việc thi c ng xảy ra trong lòng đất nên
thường xảy ra khuyết tật, chi ph thực hiện và kiểm tra cao, ị ảnh hưởng ởi thời tiết.
+ Hệ chống vách ng neo: Cũng gặp vướng mắc giống hệ tường trong đất, thi
c ng phức tạp, chi ph cao, cần mặt ng rộng để đưa máy m c lớn vào thi c ng,
ngoài ra nếu lớp đất tốt n m quá sâu thì cũng kh ng thể thi c ng được.

C
C

+ Hệ chống vách ng hệ thép Shoring: tuy đơn giản trong lắp đặt thi c ng,
nhưng hệ shoring lại chiếm diện t ch lớn trên mặt ng thi c ng, kết cấu phức tạp khi
chiều ngang c ng trình lớn, gây kh khăn cho thi c ng.

R
L
T.

DU

Hình 1.4. Các loại tường chống hố đào phổ iến (Nguồn: Internet)
Chú dẫn: Từ trái qua phải: 1, Cọc thép hình kết hợp ván gỗ; 2, Tường cừ Larsen; 3,
Tường cọc khoan nhồi; 4, Tường cọc xi măng đất; 5, Tường trong đất Barret.

Ở giữa là hệ chống vách ng thép hình Shoring
Vì các lý do trên, người ta đã phát triển phương pháp đào k n Top-Down, giúp
khắc phục các nhược điểm của phương pháp đào hở Bottom-Up.


9

Hình 1.5. Thi cơng Bottom-Up (Nguồn: HC Golden -319 Bồ Đề, Hà Nội)
1.2.2 Phương pháp thi công Full Top-Down

C
C

R
L
T.

Phương pháp này thường được sử dụng phổ iến gần đây. Theo đ , người ta sẽ
thi c ng ngược với cách làm truyền thống, c ng trình ngầm sẽ được thi c ng chiều từ
trên xuống. Tầng hầm thi c ng đào tới đâu sẽ đổ ê t ng hệ dầm sàn tới đây, điều này
giúp giảm ớt áp lực lên tường đất, giảm ớt chi ph cho hệ thống chống đỡ vách hố
đào. Đồng thời lúc này, ở trên mặt đất cũng c thể thi c ng hữu hạn một số tầng thuộc
phần thân của c ng trình, điều này giúp giảm thời gian thi c ng rất nhiều.

DU

Hình 1.6. Phương pháp thi c ng Top-Down (Nguồn: Internet)


10

Quy trình thi cơng:
Bước 1: Thi c ng hệ chịu lực cho m ng ng cọc khoan nhồi c cắm sẵn cột
chống tạm thép hình ( Kingpost). Cọc khoan nhồi chỉ thi c ng đến cao độ đáy m ng,
còn cột chống tạm thi đến cao độ mặt đất.
Bước 2: Thi c ng hệ chống vách hố đào

ng hệ tường vây Barret

Bước 3: Đổ ê t ng hệ dầm sàn trệt ngay trên cao độ mặt đất, được chống đỡ
b ng mặt đất, chừa các lỗ thang máy, giếng trời. Hệ dầm sàn sẽ được kết nối với hệ
cột chống tạm và tường vây nhờ những thanh thép chờ sẵn và sau đ sẽ được đổ ù
vữa xi măng kh ng co ng t.
Bước 4: Sau khi ê t ng đạt cường độ cho phép, tiến hành đào đất ph a dưới
th ng qua lỗ đã chừa sẵn. Chống thấm các mối nối ở tầng trền. Đến cao độ tầng tiếp
theo tiếp tục thi c ng hệ dầm sàn giống ước 3.

C
C

Đồng thời với việc thi c ng phần ngầm, ta tiến hành thi c ng một số tầng nổi
trên mặt đất theo như t nh toán của cột chống tạm. Các cột chống tạm sẽ tạm chịu tải
trọng cho toàn ộ các tầng hầm cộng với một số tầng nổi cho đến khi hệ cột ch nh đủ
khả năng chịu lực. Vì vậy cách gia c ng và ố tr kingpost cần phải t nh toán kĩ lưỡng.

R
L
T.

DU

Bước 5: Thi c ng tương tự cho các tầng dưới, riêng đến tầng cuối sẽ thi c ng hệ
m ng và đài m ng liên kết với đầu cọc khoan nhồi. Thi c ng hệ cột chống ch nh và
cắt ỏ hệ cột chống tạm ( nếu cần thiết)
Ưu điểm
+ Tiến độ thi c ng nhanh do tiến hành đồng thời phần thân và phần ngầm.
+ Kh ng ị ảnh hưởng ởi thời tiết do c tầng trệt che chắn.
+ Chống tường đất được giải quyết triệt để vì tường vây barret c độ ền và ổn
định cao, kh ng phải chi ph cho các hệ thống chống phụ.
+ Kh ng tốn nhiều hệ thống giáo đỡ cho kết cấu dầm sàn tầng hầm vì sàn thi
cơng gần trên mặt đất.
Nhược điểm:
+ Kết cấu cột tầng hầm phức tạp
+ Khi thi c ng rất kh khăn trong liên kết giữa dầm sàn với cột tường ở tầng
hầm.
+ Thi c ng đào đất trong kh ng gian k n trong tầng hầm rất chật chội và kh cơ
giới h a.
+ Điều kiện thi c ng trong hầm k n ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe và năng suất


11

của c ng nhân và đòi hỏi nhất thiết phải c hệ thống th ng gió và chiếu sáng nhân tạo.

C
C

Hình 1.7. Thi cơng Top-Down (Nguồn: Internet)

R

L
T.

1.2.3 Phương pháp thi công Semi Top-Down

DU

Phương pháp này là một iến thể của phương pháp thi c ng TopDown. Trong
thực tế thi c ng, do một số nguyên nhân về tiến độ và chi ph , mà kh ng thể thi c ng
đồng thời tầng hầm với tầng nổi song song với nhau được. Tuy nhiên, vẫn sử dụng hệ
tường cọc arret và cọc khoan nhồi để chống đỡ ởi vì khả năng ổn định, chống áp lực
ngang cao th ch hợp cho c ng trình n m trong đ thị và c nhiều tầng hầm. Vì khơng
thi c ng các tầng trên mặt đất, nên người ta thường sẽ đào mở tầng hầm thứ nhất để
gia tăng tiến độ, sau đ từ tầng hầm 2 trở đi thì thi c ng như phương pháp Top-Down
truyền thống.
Quy trình thi cơng:
Bước 1: Thi c ng hệ chịu lực cho m ng ng cọc khoan nhồi c cắm sẵn cột
chống tạm thép hình ( Kingpost). Cọc khoan nhồi chỉ thi c ng đến cao độ đáy m ng,
còn cột chống tạm thi đến cao độ mặt đất.
Bước 2: Thi c ng hệ chống vách hố đào

ng hệ tường vây Barret

Bước 3: Đào mở tầng hầm thứ nhất, lắp đặt hệ thanh chống đỉnh tường vây.
Bước 4: Đổ ê t ng sàn thứ nhất. Sau khi ê t ng đạt cường độ cho phép, tiến
hành đào đất ph a dưới th ng qua lỗ đã chừa sẵn. Chống thấm các mối nối ở tầng trền.
Đến cao độ tầng tiếp theo tiếp tục thi c ng hệ dầm sàn giống tương tự.
Trong trường hợp này, các cột chống tạm sẽ chỉ chịu tải trọng cho các tầng hầm
nên k ch thước sẽ nhỏ hơn so với thi công Top-Down.

12

Bước 5: Thi c ng tương tự cho các tầng dưới, riêng đến tầng cuối sẽ thi c ng hệ
m ng và đài m ng liên kết với đầu cọc khoan nhồi. Thi c ng hệ cột chống ch nh và
cắt ỏ hệ cột chống tạm ( nếu cần thiết).

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.8. Quy trình thi cơng Semi Top-Down (Nguồn: Internet)
Ưu điểm
+ Tiến độ thi c ng phần ngầm nhanh, nhất là tầng hấm thứ nhất.
+ Giảm ớt chi ph th ng gi , ánh sáng nhân tạo.
+ Chống tường đất được giải quyết triệt để vì tường vây arret c độ ền và ổn
định cao.
+ Kh ng tốn nhiều hệ thống giáo đỡ cho kết cấu dầm sàn tầng hầm vì sàn thi
công gần trên mặt đất.
Nhược điểm:
+ Kết cấu cột tầng hầm phức tạp