Hướng dẫn đồ án kỹ thuật thi công bê tông toàn khối nhà nhiều tầng/CHƯƠNG I. THIẾT KẾ CỐP PHA

Tủ sách mở Wikibooks
Bước tới: chuyển hướng, tìm kiếm

Tổ hợp tải trọng tác dụng lên cốp pha[sửa]

Cấu tạo cốp pha gỗ dầm liền sàn bê tông cốt thép toàn khối.

Cốp pha (Khuôn đúc bê tông) vừa phải đảm bảo chịu lực tốt thay cho kết cấu bê tông cốt thép trong giai đoạn đúc bê tông, vừa phải đảm bảo cứng để tạo được hình dạng ổn định cho kết cấu bê tông cốt thép. Cho nên khuôn đúc phải được thiết kế đồng thời trong cả hai trạng thái giới hạn về cường độ lẫn về biến dạng.

Khi tính toán theo trạng thái giới hạn I – về cường độ (độ bền), thì dùng tổ hợp tác dụng của tất cả các tải trọng tính toán thường xuyên và tạm thời nguy hiểm nhất có thể xảy ra. Trong tổ hợp này, tất cả các tải trọng tạm thời đều được nhân với hệ số tổ hợp 0,9. Hoạt tải do đầm và hoạt tải do đổ không bao giờ tác động đồng thời. Khi tính toán theo trạng thái giới hạn II – về độ võng, để không gây ra độ võng chế tạo của kết cấu bê tông cốt thép hình thành trong giai đoạn thi công, thì chỉ dùng tổ hợp tác dụng của các tải trọng tiêu chuẩn thường xuyên trong giai đoạn thi công.

Khuôn đúc bê tông và bê tông cốt thép phải đảm bảo độ biến dạng nhỏ nhằm giảm tối thiểu biến dạng ban đầu do chế tạo của kết cấu bê tông, bê tông cốt thép cho nên khi tính toán khuôn đúc theo điều kiện biến dạng (trạng thái giới hạn II - độ võng) yêu cầu khắt khe hơn so với tính toán cho kết cấu bê tông. Độ võng, dưới tác động của tải trọng, cho phép, đối với khuôn đúc (cốp pha) của bề mặt kết cấu lộ ra ngoài [f]= 1/400 nhịp của bộ phận cốp pha đó, đối với cốp pha của bề mặt kết cấu bị che khuất [f]= 1/250 nhịp của bộ phận cốp pha đó. Độ võng đàn hồi hoặc độ lún của gỗ chống cốp pha cho phép [f]= 1/1000 nhịp tự do của các kết cấu bê tông cốt thép tương ứng. (phụ lục A3 - TCVN 4453 : 1995). Dù khác với nhịp của kết cấu bê tông cốt thép, nhịp của bộ phận khuôn đúc thường chưa biết trước mà phải xác định thông qua tính toán thiết kế khuôn, nhưng nhịp của bộ phận khuôn đúc luôn nhỏ hơn (hay cùng lắm là bằng) nhịp của kết cấu bê tông cốt thép mà khuôn đó đúc nên. Do đó, biến dạng cho phép của khuôn đúc là rất nhỏ so với biến dạng cho phép của kết cấu bê tông mà nó đúc nên.

Khi tính toán khuôn đúc theo trạng thái giới hạn II – điều kiện sử dụng bình thường về biến dạng của khuôn đúc, cần xét với các tải trọng tiêu chuẩn và chỉ sử dụng vật liệu làm khuôn với điều kiện làm việc toàn bộ trong giới hạn đàn hồi của nó (nội lực trong kết cấu khuôn đúc trong cả hai trạng thái giới hạn I và II, được xác định qua sơ đồ đàn hồi, không dùng sơ đồ kết cấu khớp dẻo để tính). Vì bản chất của sơ đồ khớp dẻo là quá trình biến hệ kết cấu siêu tĩnh (dầm nhiều nhịp) thành hệ tĩnh định khi hình thành số khớp dẻo tới hạn (nội lực cuối cùng sau khi phân phối lại, thực chất là nội lực của kết cấu tĩnh định), qua đó tận dụng tối đa năng lực của hệ kết cấu.

Kết cấu khuôn đúc thông thường đều làm việc ở 03 giai đoạn thi công lần lượt như sau:

  • Giai đoạn từ khi lắp dựng khuôn xong đến khi đổ và đầm xong kết cấu bê tông. Trong giai đoạn này kết cấu khuôn đúc chịu nhiều tác động của các tải trọng nhất (cả dài han và ngắn hạn). Nội lực, chuyển vị và biến dạng trong kết cấu khuôn đúc là lớn nhất. Nhưng kết cấu khuôn đúc được cấu tạo và thiết kế, cả về cường độ lẫn biến dạng, đồng thời theo sơ đồ kết cấu đàn hồi, nên toàn bộ vật liệu làm khuôn làm việc trong giai đoạn đàn hồi. Do vậy toàn bộ chuyển vị và biến dạng trong kết cấu khuôn đúc là chuyển vị và biến dạng đàn hồi. Các biến dạng này có thể rất lớn, nhưng chúng vẫn là biến dạng đàn hồi. Những phần biến dạng do các tải trọng tạm thời, chỉ tác dụng trong giai đoạn thi công này, gây ra sẽ mất đi ngay khi tải trọng đó thôi tác dụng, trước khi bê tông bắt đầu ninh kết, mà không tác động chút nào đến việc hình thành định dạng kết cấu bê tông cần đúc. Cho nên những biến dạng do các tải trọng tạm thời như: tải trọng do người và phương tiện gây ra, tải trọng đổ bê tông, tải trọng đầm bê tông (thôi tác dụng sau khi đổ, đầm bê tông) không được tính tới khi tính toán theo trạng thái giới hạn II - về biến dạng.
  • Giai đoạn đổ và đầm xong, vữa bê tông trong khuôn bắt đầu ninh kết đến khi bê tông đóng rắn. Các biến dạng còn lại, do các tải trọng thường xuyên (như tổng trọng lượng kết cấu bê tông, trọng lượng bản thân hệ khuôn đúc) và tạm thời còn lại (như áp lực vữa bê tông lỏng, trọng lượng lớp phủ bảo dưỡng bê tông …v …v.) trong giai đoạn thi công này ảnh hưởng quyết định đến việc định hình nên hình dạng kết cấu bê tông. Nên cần phải kiểm tra biến dạng tổng do các tải trong tác động trong giai đoạn thi công này gây ra trong khuôn đúc, theo trạng thái giới hạn II - điều kiện làm việc bình thường của khuôn đúc về biến dạng.
  • Giai đoạn phát triển thêm cường độ bê tông sau đóng rắn cho đến khi bê tông đạt cường độ tháo dỡ khuôn đúc. Khuôn đúc hết vai trò định dạng kết cấu bê tông, nhưng nó vẫn chịu lực thay cho kết cấu bê tông khi bê tông chưa làm việc được. Trong giai đoạn thi công này các tải trọng tạm thời (áp lực vữa bê tông lỏng…v…v.) tiếp tục hết tác dụng lên khuôn đúc. Nội lực và biến dạng của khuôn đúc giảm, nếu sơ đồ kết cấu không thay đổi, nên điều kiện cường độ và biến dạng đã kiểm tra trong các giai đoạn thi công trước vẫn được đảm bảo. Chỉ khi thay đổi sơ đồ kết cấu của khuôn đúc, do tháo dỡ một phần khuôn không chịu lực trước khuôn đúc chịu lực, thì mới phải kiểm tra phần ván khuôn chịu lực còn lại, với sơ đồ kết cấu mới của khuôn, chủ yếu theo điều kiện cường độ (Trạng thái giới hạn I).

Như vậy: trạng thái giới hạn I - về cường độ, chủ yếu được kiểm tra ở giai đoạn thi công đầu, đổ và đầm bê tông, với tất cả các tải trọng tác dụng lên khuôn đúc. Trạng thái giới hạn II - về biến dạng, được kiểm tra ở giai đoạn thi công thứ hai, ninh kết và đóng rắn, với mọi tải trọng tác dụng lên khuôn trong giai đoạn thi công này. Nếu tháo dỡ cốp pha không chịu lực trước, thì kiểm tra lại điều kiện cường độ đối với cốp pha chịu lực còn lại theo sơ đồ làm việc mới của nó, trong giai đoạn thi công cuối - bê tông phát triển cường độ.

Tiêu chuẩn Việt Nam, quy định trạng thái giới hạn I-về cường độ được tính toàn với tổ hợp tất cả các tải trọng thường xuyên và tạm thời tác dụng trong giai đoạn thi công bê tông (tức là giai đoạn bê tông tươi), còn trạng thái giới hạn II-về biến dạng được tính toán với tổ hợp tất cả các tải trọng tác dụng trong giai đoạn bê tông ninh kết và đóng rắn, là giai đoạn vật liệu bê tông phải được nằm ổn định trong khuôn và phải được khống chế biến dạng tới mức tối đa.

Thứ tự Các loại kết cấu cốp pha (khuôn đúc) Tổ hợp tải trọng tác dụng lên cốp pha
Tính toán khả năng chịu lực Tính toán biến dạng
1 Ván khuôn và đà giáo chống đỡ của sàn và mái vòm Gttbêtông + Gttcốtthép + Gttcốppha + Pttngười,ph.tiện + Pttđầm, đổ + Gttbảodưỡng Gtcbêtông + Gtccốtthép + Gtccốppha + Gtcbảodưỡng
2 Ván khuôn đáy và đà giáo chống đỡ đáy của dầm và vòm Gttbêtông + Gttcốtthép + Gttcốppha + Pttđầm, đổ Gtcbêtông + Gtccốtthép + Gtccốppha
3 Cốp pha thành đứng của dầm và vòm Pttáplựcbêtông + Pttđầm, đổ Ptcáplựcbêtông
4 Cốp pha của cột có cạnh nhỏ của tiết diện <300 mm, và Cốp pha tường dày <100 mm Pttáplựcbêtông + Pttđầm, đổ Ptcáplựcbêtông
5 Cốp pha của cột có cạnh nhỏ của tiết diện >300 mm, và Cốp pha tường dày >100 mm Pttáplựcbêtông + Pttđầm, đổ Ptcáplựcbêtông
6 Cốp pha thành đứng của các khối bê tông lớn Pttáplựcbêtông + Pttđầm, đổ Ptcáplựcbêtông

(Theo tiêu chuẩn, đồng hiện hành với TCVN 4453:1995, là tiêu chuẩn QPTL-D6:1978, của ngành công trình thủy)

  • Gtcbêtông, Gttbêtông là Tĩnh tải trọng lượng của vữa bê tông khi còn lỏng (tiêu chuẩn, tính toán), (kết cấu bê tông khi đã rắn, thường giảm trọng lượng so với khi lỏng, nên tổng quát lấy trọng lượng khi lỏng để tính). Khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông nặng (trộn với sỏi hoặc đá dăm thuộc các loại nham thạch cứng) mới đổ và được đầm chặt, γb =2500 kG/m³.
  • Gtccốtthép, Gttcốtthép là Tĩnh tải trọng lượng của cốt thép trong kết cấu bê tông (tiêu chuẩn, tính toán). Tải trọng này được tính dựa vào trọng lượng riêng của cốt thép γct = 7850 kG/, vào hàm lượng cốt thép trung bình trong từng kết cấu bê tông cốt thép, hàm lượng này được xác định cụ thể theo bản thiết kế kết cấu bê tông cốt thép. Trường hợp không có khối lượng cụ thể thì có thể lấy giá trị tải trọng này bằng 100 kG/ bê tông cốt thép.
  • Gtccốppha, Gttcốppha là Tĩnh tải trọng lượng bản thân khuôn đúc bê tông (tiêu chuẩn, tính toán). Tải trọng này được tính dựa vào trọng lượng thể tích của vật liệu làm cốp pha, vào khối lượng bản thân của từng kết cấu khuôn đúc, được xác định dần dần trong khi cấu tạo và thiết kế khuôn đúc.
  • Gtcbảodưỡng, Gttbảodưỡng là Hoạt tải trọng lượng lớp phủ bề mặt bảo dưỡng kết cấu bê tông (tiêu chuẩn, tính toán). Tải trọng này phụ thuộc vào biện pháp dưỡng hộ bê tông, trọng lượng thực tế quy ra phân bố đều của vật liệu phủ dưỡng hộ. Trong kết cấu nhà nói chung tải trọng này nhỏ, thường được bỏ qua không xét đến.
  • Pttáplựcbêtông, Ptcáplựcbêtông là Hoạt tải áp lực đẩy ngang của vữa bê tông khi hỗn hợp vữa còn lỏng. Tải trọng này chỉ tác dụng lên các kết cấu khuôn đúc dạng thành đứng, theo phương vuông góc với bề mặt ván khuôn, dưới dạng phân bố lăng trụ hình thang hay tam giác (dọc theo chiều ngang bề mặt ván khuôn thành thì đẳng trị, còn dọc chiều đứng ván khuôn thành thì giá trị giảm dần theo độ cao). Theo tiêu chuẩn Việt Nam 4453:1995, áp lực ngang lớn nhất tiêu chuẩn của vữa bê tông tươi (tiếng Nga là максимальное боковое давление бетона), là một hàm số thực nghiệm được tra theo bảng A.1 sau:
Phương pháp đầm bê tông Công thức tính toán áp lực ngang tối đa. (kG/m²) Giới hạn sử dụng công thức
Đầm rùi Ptcáplựcbêtông = γbH HR
Đầm rùi Ptcáplựcbêtông = γb(0,27V + 0,78)k1k2γbH V ≥ 0,5 (m/giờ) khi H ≥ 4,0 (m)
Đầm ngoài Ptcáplựcbêtông = γbH V ≥ 4,5 (m/giờ) khi H ≤ 2R1
Đầm ngoài Ptcáplựcbêtông = γb(0,27V + 0,78)k1k2γbH V ≥ 4,5 (m/giờ) khi H ≤ 2,0 (m)
Các ký hiệu trong bảng:
Ptcáplựcbêtông là áp lực ngang tối đa của hỗn hợp bê tông (daN/m²)
γb là khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông đã đầm chặt (daN/m³)
H là chiều cao mỗi lớp hỗn hợp bê tông (m)
V là tốc độ đổ hỗn hợp bê tông (m/giờ)
RR1 là bán kính tác đọng của đầm rùi và đầm ngoài. Đối với đầm rùi lấy R = 0,7 (m), và đầm ngoài lấy R1 = 1,0 (m).
k2 là hệ số tính đến ảnh hưởng nhiệt độ của hỗn hợp bê tông. Theo tiêu chuẩn Liên bang Nga, thì k2 = 1,15 cho hỗn hợp với nhiệt độ từ 5 - 10 °C; k2 = 1,0 cho hỗn hợp với nhiệt độ từ 10 - 25 °C; k2 = 0,85 cho hỗn hợp với nhiệt độ trên 25 °C. Theo tiêu chuẩn Việt Nam, khi nhiệt độ hỗn hợp bê tông đạt:
  • < 8 °C thì k2 = 1,15
  • 8-11 °C thì k2 = 1,10
  • 12-17 °C thì k2 = 1,00
  • 18-27 °C thì k2 = 0,95
  • 28-32 °C thì k2 = 0,90
  • ≥ 33 °C thì k2 = 0,85.
k1 là hệ số tính đến ảnh hưởng độ sụt của hỗn hợp bê tông. Theo tiêu chuẩn Liên bang Nga, hệ số này có tính đến tác động của độ lưu động (độ cứng hay độ sụt) của hỗn hợp bê tông, k1 = 0,8 cho các hỗn hợp với độ sụt (côn Abraham) 0 – 2 cm; k1 = 1,0 cho các hỗn hợp với độ sụt 2 - 7 cm; k1 = 1,2 cho các hỗn hợp với độ sụt ≥ 8 cm.[1]

Trong tiêu chuẩn Mỹ, để xác định áp lực ngang của vữa bê tông (tiếng Anh là maximum lateral concrete pressure), với bê tông bình thường (tiêu chuẩn Mỹ lấy trọng lượng riêng của bê tông nặng γb = 2403 kg/m³), dùng đầm trong để đầm, Viện bê tông Mỹ (ACI) khuyến nghị sử dụng các công thức sau đây:

  • Đối với tất cả các loại khuôn cột và tường, có tốc độ dâng cao của vữa bê tông khi đổ đạt không quá 2,1 m/giờ:
Ptcáplựcbêtông = p = 7,2 + (785R/(T + 18)) "(1)"
với pminppmax
Trong đó:
p là bên áp lực ngang của vữa bê tông (kN/m²)
R là tốc độ dâng cao của vữa bê tông (m/giờ)
T là nhiệt độ (oC)
H là chiều cao của khuôn (m)
Áp lực tối đa, lấy giá trị nhỏ nhất trong các trị số sau: pmax = 143,6 (kN/m²) cho cột và pmax = 95,8 (kN/m²) cho tường, hoặc pmax = 23,6H = γbH (kN/m²).
Áp lực tối thiểu pmin = 28,7 (kN/m²).
  • Đối với đổ bê tông tường, với tốc độ dâng cao vữa nằm trong khoảng 2,13 - 3,04 m/giờ:
Ptcáplựcbêtông = p = 7,2 + (1154/(T + 18)) + (244R/(T + 18)) "(2)"
với pminppmax
Áp lực tối đa, lấy giá trị nhỏ hơn trong các trị số sau: pmax = 23,6H (kN/m²) hoặc pmax = 95,8 (kN/m²). ((Gia tốc trọng trường là 9,81 m/s²) 24,03*0,981 = 23,6 (kN/m³)).
Áp lực tối thiểu pmin = 28,7 (kN/m²).
  • Đối với đổ bê tông tường với tốc độ dâng cao của vữa lớn trên 3,05 (m/giờ):
Ptcáplựcbêtông = p = 23,6H (kN/m²) "(3)"
với ppmin
Áp lực tối thiểu pmin = 28,7 (kN/m²).
Khi sử dụng đầm rung bên ngoài khuôn, thì nên lấy một tải trọng thiết kế (áp lực bê tông) gấp hai lần giá trị cho bởi công thức "(1)" và "(2)". Khi phụ gia chậm đông kết, pozzolan, hoặc phụ gia siêu dẻo được thêm vào bê tông, thì công thức "(3)" nên được sử dụng. Khi bê tông được bơm vào khuôn đứng từ phía dưới (với cả hai loại khuôn cột và tường), thì nên sử dụng công thức "(3)" với một lượng áp lực gia tăng tối thiểu bằng 25% áp suất bơm cho phép. [2]
  • Ptcngười,ph.tiện, Pttngười,ph.tiện là Hoạt tải động do người và phương tiện thi công (công cụ) gây ra. Tải trọng này, khi tính cốp pha sàn, coi là phân bố đều với giá trị tiêu chuẩn là Ptcngười,ph.tiện = 250 kG/
  • Ptcđầm, đổ, Pttđầm, đổ là Hoạt tải động phát sinh khi đổ bê tông vào khuôn (Ptcđầm, đổ, Pttđầm, đổ) hoặc chấn động của đầm bê tông (Ptcđầm, đổ, Pttđầm, đổ) gây ra. Hai tải trọng đổ và đầm bê tông không bao giờ tác động đồng thời cùng lúc, khi đầm thì ngừng đổ bê tông vào khuôn và ngược lại. Từng kết cấu khuôn khác nhau, xem xét trong hai loại tải trọng này, loại tải trọng gây nguy hiểm hơn cho kết cấu khuôn đó, để dùng nó tính toán thiết kế khuôn đúc. Các tải trọng này, coi là phân bố đều theo phương vuông góc với bề mặt ván khuôn, có giá trị tiêu chuẩn được lấy như sau: áp lực đầm Ptcđầm, đổ = 200 kG/m², áp lực đổ Ptcđầm, đổ (phụ thuộc vào biện pháp đổ và phương tiện vận chuyển vữa bê tông) lấy theo bảng sau:
Biện pháp đổ bê tông Hoạt tải tiêu chuẩn do đổ bê tông tác dụng vào cốp pha (kG/m²)
Đổ bê tông thủ công 200
Đổ bằng máy và ống vòi voi hoặc trực tiếp bằng đường ống từ máy bơm bê tông 400
Đổ trực tiếp từ các thùng có dung tích: < 0,2 200
Đổ trực tiếp từ các thùng có dung tích: 0,2 - 0,8 400
Đổ trực tiếp từ các thùng có dung tích: > 0,8 (thường là ≤ 1,0 m³) 600

Như vậy, khi thiết kế khuôn đúc bê tông, đã phải chọn trước sơ bộ thiết bị đổ bê tông (thùng đổ), sao cho khuôn đúc thiết kế ra phải chịu được hoạt tải đổ bê tông vào khuôn. Hay có nghĩa là, sức trục của công trình yêu cầu đối với cần trục là tổng trọng lượng một mẻ đổ bê tông phải đảm bảo trong tầm khả năng chịu lực của hệ khuôn đúc đã thiết kế trước.

Q Hoạt tải áp lực đẩy ngang do gió gây ra

Tuy nhiên, trong tiêu chuẩn Mỹ, cách tính toán theo trạng thái giới hạn II-về biến dạng thì lại vẫn được tính toán với tổ hợp tất cả các tải trọng thường xuyên và tạm thời (mọi tải trọng dài hạn và ngắn hạn) tác dụng trong giai đoạn thi công bê tông (tức là giai đoạn bê tông tươi), như trạng thái giới hạn I-về cường độ. Cách này đơn giản hơn, giá trị biến dạng cực trị fmax sẽ lớn hơn so với tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), nhưng biến dạng cho phép lại được lấy lớn hơn Tiêu chuẩn Việt Nam. Ở đây, tiêu chuẩn Mỹ, biến dạng cho phép của bộ phận khuôn đúc, trong mọi trường hợp, thường được lấy là: [f] = 1/180, hay 1/240, hoặc 1/360 nhịp của bộ phận cốp pha đó (lớn hơn so với các giá trị độ võng cho phép ở tiêu chuẩn Việt Nam[f] = 1/250 hoặc 1/400 nhịp của bộ phận cốp pha). Do đó, các cách tính trạng thái giới hạn về biến dạng của cả Tiêu chuẩn Việt Nam lẫn Tiêu chuẩn Mỹ là gần như giống nhau, TCVN chặt chẽ hơn, còn Tiêu chuẩn Mỹ lại đơn giản hơn. [3]

Khuôn đúc bê tông vừa phải đảm bảo điều kiện cường độ, vừa phải đảm bảo điều kiện biến dạng, nên phải khống chế vật liệu làm kết cấu khuôn đúc chỉ làm việc hoàn toàn trong giới hạn đàn hồi.

Các công nghệ thi công[sửa]

Cốp pha cột, dầm, sàn trong công nghệ thi công bê tông toàn khối một đợt.
Cốp pha cột trong công nghệ thi công bê tông toàn khối hai đợt hoặc ba đợt.

Theo sách Hỏi đáp thiết kế và thi công kết cấu nhà cao tầng, tập II của tác giả người Trung Quốc, Triệu Tây An, trang 42-55, thì có các công nghệ thi công bê tông toàn khối nhà nhiều tầng và cao tầng sau (Lê Văn Kiểm, trong cuốn Thi công bê tông cốt thép cũng phân chia tương tự[4]):

  • Công nghệ thi công lắp đặt khuôn đúc (cốp pha) cột, vách, dầm và và sàn cùng lúc và đổ bê tông toàn bộ cùng một lần (công nghệ đúc bê tông kết cấu một lần hay công nghệ thi công bê tông toàn khối một đợt). Trình tự thi công gồm: Lắp buộc cốt thép cột, vách cứng --> đặt các đường ống chôn sẵn trong cột và vách cứng --> dựng khuôn đúc cột, vách cứng, dầm, sàn --> đổ bê tông cột, vách, dầm và sàn --> bảo dưỡng bê tông --> sau khi cường độ đạt yêu cầu, tháo dỡ khuôn đúc cột, vách, dầm, sàn.
Trong công nghệ này, do trên đầu cột (hay vách) cốt thép của dầm chính, dầm phụ và sàn đan dầy đặc che lấp, khiến việc đổ bê tông cột không thể tiến hành theo phương pháp rút ống được, nên thường phải để cửa đổ bê tông ở lưng chừng chiều cao cốp pha cột (hay tường) để giảm chiều cao rơi tự do của vữa bê tông tươi xuống còn 1,5-2,0 m < 2,5 m (tránh hiện tượng phân tầng). Đổ bê tông gián tiếp qua cửa đổ (phần dưới) và đỉnh cột (phần trên), vữa bê tông tươi được chứa tạm trên sàn tầng dưới hay cốp pha sàn tầng đang thi công. Để cho ván khuôn đáy và thành dầm được liên kết với cốp pha cột thì cần phải để cửa đón dầm trên ván khuôn cột ở cao độ từ đáy dầm chính hay phụ lên tới cao độ đáy ván sàn (cao độ đỉnh cốp pha cột, cốp pha cột được cấu tạo cho đến đáy sàn). Việc văng chống định vị cho cốp pha cột được thẳng đứng, không thể tỳ xuống sàn vì vướng cột chống đáy dầm chính hay phụ và làm mất không gian công tác, nên thường được văng xiên ngược lên trên cố định vào cốp pha thành dầm. Do có cốp pha cột làm gối đỡ (của đón dầm) nên ta có thể chốn bớt được hai cột chống đỡ đáy dầm chính ở hai đầu mỗi nhịp dầm.
  • Công nghệ thi công tách rời cột và vách với dầm và sàn (công nghệ đúc bê tông kết cấu hai lần hay công nghệ thi công bê tông toàn khối hai đợt). Trình tự thi công gồm: Lắp buộc cốt thép cột, vách --> dựng khuôn đúc cột, vách --> đổ bê tông cột và vách đến dưới đáy dầm 3-5 cm --> tháo dỡ khuôn đúc vách, cột (để lại ván khuôn đầu cột phía trên đáy dầm) --> dựng đà ngang, giáo chống đỡ ván khuôn dầm --> lắp dựng ván khuôn đáy dầm --> lắp dựng ván khuôn thành dầm --> lắp dựng cốp pha (khuôn đúc) sàn --> lắp đặt cốt thép dầm --> lắp đặt cốt thép sàn, chôn sẵn các đường ống kỹ thuật chìm trong sàn --> đổ bê tông dầm sàn --> bảo dưỡng bê tông --> sau khi bê tông đạt cường độ để có thể tháo dỡ ván khuôn, thì tháo cốp pha (khuôn đúc) dầm và sàn (có thể tháo cốp pha thành dầm trước khi tháo cốp pha đáy dầm và cốp pha sàn, hay cũng có thể tháo dỡ chúng đồng thời với nhau).
Công nghệ này, cốp pha cột được cấu tạo đến cao độ đáy dầm chính. Có thể tùy chọn giữa biện pháp đổ bê tông gián tiếp (bán thủ công) qua cửa đổ bê tông với biện pháp đổ bê tông trực tiếp bằng ống dẫn theo phương pháp rút ống (miệng ống đặt trên đỉnh cột, không phải làm cửa đổ). Đổ theo phương pháp rút ống có ưu điểm là ít tốn nhân lực, không phải thêm công đoạn trung gian chuyển vữa thủ công từ dưới sàn bê tông lên miệng cột, nhưng nhược điểm là nếu dùng cần trục tháp để cẩu thùng đổ bê tông có gắn ống dẫn thì cần trục bị kéo dài chu kỳ làm việc vì phải giữ nguyên một chỗ trên đỉnh cột cho tới khi đổ bê tông cột xong, và thứ nữa là nếu như đường kính tiết diện cột quá nhỏ (< 300) thì có thể không luồn được ống đổ xuống tận đáy khuôn cột vì mắc cốt thép cột. Để đổ bê tông cột bằng phương pháp rút ống thì đường kính ống mềm đổ bê tông D phải được chọn thỏa mãn điều kiện: Dđai > D > 4dmax (với Dđai là đường kính trong của cốt đai, và dmax là đường kính cốt liệu lớn nhất).
  • Công nghệ thi công lần lượt cột và vách, tiếp theo đến dầm, cuối cùng là sàn, riêng rẽ nhau (công nghệ thi công bê tông toàn khối ba đợt). Trình tự thi công gồm: Lắp buộc cốt thép cột, vách --> Lắp dựng khuôn đúc cột, vách --> đổ bê tông cột và vách đến dưới dầm 3-5 cm --> tháo dỡ khuôn đúc vách, cột (để lại ván khuôn đầu cột phía trên đáy dầm) --> dựng giá đỡ ván khuôn dầm --> lắp dựng ván khuôn đáy dầm --> lắp buộc cốt thép dầm --> lắp dựng ván khuôn thành dầm và gia cố văng chống xiên --> đổ bê tông dầm đến dưới đáy sàn 2-3 cm --> tháo dỡ ván khuôn thành dầm --> lắp dựng khuôn đúc sàn --> buộc cốt thép sàn, chôn sẵn các đường ống kỹ thuật chìm trong sàn --> đổ bê tông sàn --> bảo dưỡng bê tông --> sau khi đạt cường độ để có thể tháo dỡ khuôn đúc, thì tháo khuôn đúc dầm và sàn.
  • Công nghệ thi công cốp pha bay (thi công đúc bê tông cột, vách, dầm trước (có thể bằng cốp pha trượt), thi công bê tông sàn sau trên hệ cốp pha bay tấm lớn). Trình tự thi công gồm:

Vì vậy, cần phải có cấu tạo cốp pha phù hợp với từng loại công nghệ thi công khác nhau như trên.

Thiết kế cốp pha cố định bằng gỗ xẻ[sửa]

Bằng các biện pháp cấu tạo, để đưa ra được một thiết kế cốp pha cho sàn sườn toàn khối có sơ đồ kết cấu đơn giản nhất nhưng khả năng chịu lực và chống biến dạng tốt nhất có thể (tốt nhất là để kết cấu cốp pha làm việc ở trạng thái ứng suất phẳng hay ứng suất đơn). Các tấm ván khuôn dạng bản nên được cấu tạo sao cho làm việc dưới dạng bản dầm (bản kê 2 cạnh, làm việc hoàn toàn theo trạng thái ứng suất phắng), kê trên các gối đỡ dạng thanh chịu uốn (trạng thái ứng suất phẳng) là các đà ngang, giằng dọc, giằng ngang, gông,.vv.. Các gối đỡ ván khuôn dạng thanh chịu uốn này cuối cùng truyền lực vào các hệ thanh chịu kéo nén thuần túy (trạng thái ứng suất đơn) là giáo chống (cột chống đơn hay giáo tổ hợp), văng chống (văng chống cứng hay dây tăng đơ).

Phương pháp thiết kế các kết cấu cốp pha dạng dầm khác biệt rất lớn với phương pháp thiết kế các kết cấu công trình, ở chỗ: số lượng và giá trị khoảng cách của các nhịp làm việc của kết cấu cốp pha dạng dầm là ẩn số phải tìm (thường không biết trước), mà sẽ phải được xác định qua tính toán thiết kế với đặc trưng hình học của tiết diện bộ phận cốp pha dạng dầm được lựa chọn trước, điều này là ngược với thiết kế kết cấu công trình.

Thiết kế hệ cốp pha sàn[sửa]

. Thiết kế ván khuôn sàn[sửa]

Do chủ định thiết kế ván khuôn sàn là dạng bản dầm, tức là ván khuôn làm việc hoàn toàn theo trạng thái ứng suất phẳng, nên có thể cắt ván khuôn sàn theo những tiết diện bất kỳ dọc theo phương nhịp của ván (là mặt cắt chính có ứng suất chính bằng 0) mà không ảnh hưởng việc chịu lực và biến dạng. Nên ván khuôn sàn có thể tương đương với dạng kết cấu dầm có bề rộng tùy ý, nhưng trong trường hợp ván khuôn sàn là gỗ xẻ, ta có thể quy bề rộng về giá trị đơn vị (hay là coi tương đương với một dải bản (dạng dầm) rộng 1 m). Như thế, tải trọng tổ hợp cho sàn được quy từ phân bố trên diện tích về phân bố trên mét dài, mà vẫn giữ nguyên trị số.

Chọn trước chiều dầy loại ván làm ván khuôn sàn δv, từ đó xác định ngay được các đặc trưng hình học của dải ván khuôn (dạng dầm) rộng 1 m, là: Mô men quán tính J, mô men kháng uốn W.

Và do khi cấu tạo ván khuôn sàn thường được để nguyên chiều dài tự nhiên của tấm, mà rất hạn chế cắt ngắn vụn ra, đồng thời chiều dài này thường lớn hơn rất nhiều nhịp làm việc của ván khuôn sàn khi thiết kế, nên ván khuôn sàn gỗ xẻ thường được tính toán thiết kế dưới dạng sơ đồ kết cấu dầm siêu tĩnh nhiều nhịp. Cũng giống như các bộ phận kết cấu cốp pha dạng dầm khác, số lượng và giá trị của nhịp ván khuôn sàn được xác định sau khi đã lựa chọn kích thước tiết diện và đặc trưng hình học của ván khuôn sàn. Với họ dầm liên tục nhiều nhịp (dầm siêu tĩnh nhiều nhịp), làm việc theo sơ đồ đàn hồi, thì nội lực và biến dạng nguy hiểm nhất của biểu đồ bao là: (Mmax = q1lv2/10 (theo thói quen cho dầm 3 nhịp)) chính xác là Mmax = q1lv2/9 (cho dầm 4 nhịp)Fmax = q2lv4/128EJ (cho dầm 3 nhịp) (trong đó: q1, q2 là tổ hợp tải trọng phân bố trên chiều dài ván khuôn sàn lần lượt tương ứng với khi tính theo điều kiện cường độ và điều kiện biến dạng).

  • Tính toán theo điều kiện cường độ (trạng thái giới hạn I):
(Mmax/WR) hay R ≥ (Mmax/W)
W = (v2)/6 = (1*δv2)/6
Mmax = q1lv2/9
Từ đó, nhịp làm việc của ván khuôn theo điều kiện cường độ là: lv1\sqrt{9RW/q_{1}} = 3(\sqrt{RW/q_{1}} ) = 3δv\sqrt{R/6q_{1}}
  • Tính toán theo điều kiện biến dạng (trạng thái giới hạn II):
Fmax = q2lv4/128EJ ≤ [F] = lv/400
hay (q2lv3/128EJ) ≤ (1/400)
J = (v3)/12 = (1*δv3)/12
Từ đó, nhịp làm việc của ván khuôn theo điều kiện biến dạng là: lv2\sqrt[3]{128EJ/400q_{2}} = 2(\sqrt[3]{EJ/25q_{2}}) = 2δv\sqrt[3]{E/300q_{2}}

Trong các công thức trên:

  • R là cường độ chịu lực cho phép của gỗ tấm làm ván khuôn sàn.
  • [F] độ võng cho phép của kết cấu cốp pha dạng dầm.
  • E mô đul đàn hồi của gỗ làm cốp pha.
  • q1 tải trọng phân bố đều trên m2 ván sàn, khi tính với trạng thái giới hạn về cường độ.
  • q2 tải trọng phân bố đều trên m2 ván sàn, khi tính với trạng thái giới hạn về biến dạng.

Chọn nhịp làm việc của ván khuôn sàn là lv ≤ Min(lv1, lv2) = Min(\sqrt{9RW/q_{1}} , \sqrt[3]{128EJ/400q_{2}}) và khoảng cách thông thủy của ô sàn phải là số nguyên lần nhịp làm việc của ván sàn.

. Thiết kế đà ngang đỡ ván sàn[sửa]

Chọn trước tiết diện gỗ xẻ thanh làm đà ngang đỡ ván khuôn sàn như sau: chiều cao tiết diện là hx và bề ngang tiết diện là bx, từ đó xác định ngay được các đặc trưng hình học khác của đà ngang đỡ ván (dầm đỡ ván), là: Mô men quán tính Jx, mô men kháng uốn Wx.

  • Tính toán theo điều kiện cường độ (trạng thái giới hạn I):
(Mmax/WxR) hay R ≥ (Mmax/Wx)
Wx = (bxhx2)/6
Mmax = Q1lx2/9 = (lvq1)lx2/9
Từ đó, nhịp làm việc của đà ngang đỡ ván khuôn sàn theo điều kiện cường độ là: lx1\sqrt{9RW_{x}/Q_{1}} = 3(\sqrt{RW_{x}/Q_{1}} ) = 3hx\sqrt{Rb_{x}/6Q_{1}}
  • Tính toán theo điều kiện biến dạng (trạng thái giới hạn II):
Fmax = Q2lx4/128EJ ≤ [F] = lx/400
hay (Q2lx3/128EJ) ≤ (1/400)
Q2 = q2lv
J = ((bxhx3)/12
Từ đó, nhịp làm việc của đà ngang đỡ ván khuôn sàn theo điều kiện biến dạng là: lx2\sqrt[3]{128EJ_{x}/400Q_{2}} = 2(\sqrt[3]{EJ_{x}/25Q _{2} }) = 2hx\sqrt[3]{Eb_{x}/300Q_{2}}

Trong các công thức trên:

  • R là cường độ chịu lực cho phép của gỗ thanh làm đà ngang.
  • [F] độ võng cho phép của kết cấu cốp pha dạng dầm.
  • E mô đul đàn hồi của gỗ làm cốp pha.
  • Q1 tải trọng phân bố đều trên đà ngang, khi tính với trạng thái giới hạn về cường độ.
  • Q2 tải trọng phân bố đều trên đà ngang, khi tính với trạng thái giới hạn về biến dạng.

Chọn nhịp làm việc của đà ngang đỡ ván khuôn sàn là lx ≤ Min(lx1, lx2) = Min(\sqrt{9RW_{x}/Q_{1}} , \sqrt[3]{128EJ_{x}/400Q_{2}}) và chiều dài của đà ngang đỡ ván sàn phải là số nguyên lần nhịp làm việc của đà ngang này (tức là khoảng cách cột chống sàn).

. Thiết kế cột chống đơn đỡ cốp pha sàn[sửa]

Thiết kế hệ cốp pha dầm phụ[sửa]

. Thiết kế ván khuôn đáy dầm phụ[sửa]

Chọn trước bề dày tiết diện ván gỗ xẻ làm ván khuôn đáy dầm phụ là hv. Bề ngang tiết diện ván khuôn đáy dầm phụ chính là bề ngang dầm phụ: bv. Từ đó xác định ngay được các đặc trưng hình học khác của ván khuôn đáy đầm phụ, là: Mô men quán tính Jv, mô men kháng uốn Wv.

  • Tính toán theo điều kiện cường độ (trạng thái giới hạn I):
(Mmax/WvR) hay R ≥ (Mmax/Wv)
Wv = (bvhv2)/6
Mmax = Q1lv2/9
Từ đó, nhịp làm việc của ván khuôn đáy dầm phụ theo điều kiện cường độ là: lv1\sqrt{9RW_{v}/Q_{1}} = 3(\sqrt{RW_{v}/Q_{1}} ) = 3hv\sqrt{Rb_{v}/6Q_{1}}
  • Tính toán theo điều kiện biến dạng (trạng thái giới hạn II):
Fmax = Q2lv4/128EJ ≤ [F] = lv/400
hay (Q2lv3/128EJ) ≤ (1/400)
J = ((bvhv3)/12
Từ đó, nhịp làm việc của ván khuôn đáy dầm phụ theo điều kiện biến dạng là: lv2\sqrt[3]{128EJ_{v}/400Q_{2}} = 2(\sqrt[3]{EJ_{v}/25Q _{2} }) = 2hv\sqrt[3]{Eb_{v}/300Q_{2}}

Trong các công thức trên:

  • R là cường độ chịu lực cho phép của gỗ ván làm đáy dầm phụ.
  • [F] độ võng cho phép của kết cấu cốp pha dạng dầm.
  • E mô đul đàn hồi của gỗ làm cốp pha.
  • Q1 tải trọng phân bố đều trên ván khuôn đáy dầm phụ, khi tính với trạng thái giới hạn về cường độ.
  • Q2 tải trọng phân bố đều trên ván khuôn đáy dầm phụ, khi tính với trạng thái giới hạn về biến dạng.

Chọn nhịp làm việc của đà ngang đỡ ván khuôn sàn là lv ≤ Min(lv1, lv2) = Min(\sqrt{9RW_{v}/Q_{1}} , \sqrt[3]{128EJ_{v}/400Q_{2}}) và chiều dài của trên ván khuôn đáy dầm phụ phải là số nguyên lần nhịp làm việc của ván khuôn này (tức là khoảng cách cột chống chữ T đỡ dầm phụ).

. Kiểm tra thiết kế ván khuôn thành dầm phụ[sửa]

Chọn trước bề dày ván khuôn thành dầm phụ. Nhịp làm việc của ván khuôn thành dầm phụ, đã được xác định trước qua thiết kế ván khuôn đáy dầm phụ, chính là khoảng cách các cột chống chữ T đỡ dầm phụ. (Vì điểm gối tựa chuyền lực của tất cả các văng chống dầm phụ chỉ có thể là vào cột chống chữ T đỡ dầm phụ.) Do đó, việc thiết kế ván thành dầm phụ trở thành là việc kiểm tra ván thành đã chọn với 2 điều kiện về cường đô và biến dạng khi đã biết trước nhịp làm việc của nó.

. Thiết kế cột chống chữ T chống dầm phụ[sửa]

Cột chống chữ T chống dầm phụ là hệ giáo chống đơn bằng gỗ kết hợp giữa đà ngang gỗ thanh đỡ dầm phụ với cột chống gỗ thanh, dùng để chịu lực từ dầm phụ truyền xuống. Khoảng cách cột chống chữ T chống dầm phụ đã được quyết định khi thiết kế ván đáy dầm phụ. Việc thiết kế cột chống chữ T chỉ còn là việc thiết kế tiết diện cột chống sao cho đảm bảo điều kiện về cường độ chịu lực. Cột chống chữ T thường chịu 3 tải trọng tập trung tác dụng trên đỉnh cột, (qua đà ngang ngắn đỡ đáy dầm):

  • Một tải trọng tập trung từ dầm truyền thẳng xuống đầu cột chống,
  • Hai tải trọng tập trung, đặt đối xứng 2 bên cột chống tại 2 đầu đà ngang nơi là nút giao với các thanh văng xiên của cột chống chữ T, do hệ đà ngang đỡ ván sàn và hệ văng chống thành dầm truyền xuống (qua thanh văng xiên dạng dàn truyền vào).

Thiết kế hệ cốp pha dầm chính[sửa]

. Thiết kế ván khuôn đáy dầm chính[sửa]

. Kiểm tra thiết kế ván khuôn thành dầm chính[sửa]

. Thiết kế cột chống chữ T chống dầm chính[sửa]

Thiết kế hệ cốp pha cột[sửa]

.Thiết kế ván khuôn cột[sửa]

.Thiết kế gông giằng cột và văng chống cột[sửa]

Thiết kế và tổ hợp ván khuôn định hình bằng gỗ dán[sửa]

Tổ hợp và kiểm tra cốp pha định hình bằng thép[sửa]

Kiểm tra thiết kế hệ cốp pha sàn[sửa]

. Kiểm tra thiết kế ván khuôn sàn định hình[sửa]

  • Kiểm tra theo điều kiện cường độ (trạng thái giới hạn I):
Sơ đồ kết cấu của mỗi hàng ván thép định hình có dạng dầm đơn giản: Mmax = q1lv2/8
Kiểm tra với điều kiện: Mmax/WvR

Với lv là khoảng cách các đà ngang đỡ ván.

  • Kiểm tra theo điều kiện biến dạng (trạng thái giới hạn II):
Sơ đồ kết cấu của mỗi hàng ván thép định hình có dạng dầm đơn giản: Fmax = 5q2lv4/384EJv
Kiểm tra với điều kiện: Fmax = 5q2lv4/384EJv ≤ [F] = lv/400

Nếu kiểm tra với 2 điều kiện trên không đảm bảo, thì tiến hành bố trí thêm 1 lớp đà ngang lớp 1 nữa ở giữa mỗi hàng ván. Sơ đồ kết cấu của mỗi hàng ván khuôn trở thành sơ đồ dạng dầm 2 nhịp với giá trị mô men uốn cực trị, và độ võng cực trị vẫn tính theo công thức: Mmax = q1lv2/8 và Fmax = 5q2lv4/384EJv, với (lv là khoảng cách các đà ngang đỡ ván lúc này đã bằng nửa lúc trước).

. Kiểm tra đà ngang đỡ ván sàn (đà ngang lớp 1)[sửa]

Chọn trước tiết diện gỗ xẻ thanh làm đà ngang đỡ ván khuôn sàn như sau: chiều cao tiết diện là hx và bề ngang tiết diện là bx, từ đó xác định ngay được các đặc trưng hình học khác của đà ngang đỡ ván (dầm đỡ ván), là: Mô men quán tính Jx, mô men kháng uốn Wx. Khoảng cách giữa các hàng đà ngang chịu lực (tức là đà ngang lớp 2), cũng chính là nhịp của đà ngang lớp 1 (Lx1), đã được tổ hợp trước. Trong trường hợp đà ngang đỡ ván có khoảng cách gối đỡ (khoảng cách các đà ngang lớp 2) là cách đều nhau, thì việc kiểm tra thiết kế đà ngang đỡ ván được tính toán như sau:

  • Kiểm tra theo điều kiện cường độ (trạng thái giới hạn I):
Wx1 = (bx1hx12)/6
Mmax = Q1Lx12/9 = (lvq1)Lx12/9
Kiểm tra với điều kiện: Mmax/Wx1R
  • Kiểm tra theo điều kiện biến dạng (trạng thái giới hạn II):
Q2 = q2lv
J = ((bx1hx13)/12
Kiểm tra với điều kiện: Fmax = Q2Lx14/128EJ ≤ [F] = Lx1/400

Trong các công thức trên:

  • R là cường độ chịu lực cho phép của gỗ thanh làm đà ngang lớp 1.
  • [F] độ võng cho phép của kết cấu đà ngang gỗ lớp 1.
  • E mô đul đàn hồi của gỗ làm đà ngang.
  • Q1 tải trọng phân bố đều trên đà ngang, khi tính với trạng thái giới hạn về cường độ.
  • Q2 tải trọng phân bố đều trên đà ngang, khi tính với trạng thái giới hạn về biến dạng.

Nếu kiểm tra 2 điều kiện trên không đảm bảo thì phải tiến hành chọn lại tiết diện đà ngang gỗ lớp 1, bằng cách tăng chiều cao của tiết diện (hoặc cả chiều cao tiết diện và bề ngang tiết diện).

Nếu đà ngang đỡ ván có khoảng cách các gối đỡ (tức là nhịp của chúng hay khoảng cách đà ngang chịu lực) không đồng đều, thì phải giải riêng kết cấu dầm đỡ này về nội lực và biến dạng bằng các phần mềm tính kết cấu như SAP hay ETAB để tìm ra tổ hợp mô men uốn và độ võng nguy hiểm nhất ứng với sơ đồ kết cấu dầm này.

. Kiểm tra đà ngang chịu lực (đà ngang lớp 2)[sửa]

Đà ngang chịu lực chịu các tải trọng tập trung từ đà ngang đỡ ván truyền xuống. Đà ngang chịu lực gối trên các kích đầu của các hàng giáo chống tổ hợp hay các cột chống đơn. Sơ đồ kết cấu của đà ngang lớp 2 (đà ngang chịu lực) thường có dạng dầm siêu tĩnh nhiều nhịp với nhịp đều hoặc không đều, chịu tải trọng tập trung. Đà ngang chịu lực cần phải giải về nội lực và biến dạng bằng các phần mềm tính kết cấu như SAP hay ETAB để tìm ra tổ hợp mô men uốn và độ võng nguy hiểm nhất ứng với sơ đồ kết cấu dầm này. Rồi sau khi đã có các giá trị mô mem nguy hiểm và độ võng nguy hiểm, đà ngang chịu lực phải được kiểm tra với cả 2 trạng thái giới hạn về cường độ và biến dạng.

Thiết kế và tổ hợp các dạng cốp pha hỗn hợp (thép-gỗ,...)[sửa]

Chú thích[sửa]

  1. Tiêu chuẩn Liên bang Nga
  2. Construction Methods and Management, S.W.Nunnally, trang 321-322.
  3. Construction Methods and Management, S.W.Nunnally, trang 327.
  4. Cuốn Thi công bê tông cốt thép, Lê Văn Kiểm, nhà xuất bản Xây dựng, trang 130-132.

Tham khảo[sửa]

  • Tiêu chuẩn Việt Nam, Kỹ thuật thi công và nghiệm thu kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, TCVN 4453:1995.
  • Quy phạm Thủy lợi, Kỹ thuật thi công và nghiệm thu kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, QPTL-D6-78.
  • Construction Methods and Management, S.W.Nunnally.
  • Thi công bê tông cốt thép, Lê Văn Kiểm, nhà xuất bản Xây dựng.
  • Hỏi đáp thiết kế và thi công kết cấu nhà cao tầng, tập II, Triệu Tây An, nhà xuất bản Xây dựng.
  • Kỹ thuật thi công-Tập 1, Đỗ Đình Đức-Lê Kiều.
  • Kỹ thuật xây dựng 1-Công tác đất và thi công bê tông toàn khối của Lê Kiều, Nguyễn Duy Ngụ, Nguyễn Đình Thám-nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật-1998.