NCKH: Hiện tượng co ngắn cột trong thiết kế nhà cao tầng và siêu cao tầng bê tông cốt thép

2. Nội dung

2.1 Đặt vấn đề

Co ngắn cột (column shortening) là hiện tượng cấu kiện bê tông cốt thép chịu lực theo phương thẳng đứng (cột, lõi) bị biến dạng co ngắn dưới tác dụng của tải trọng, co ngót và từ biến của bê tông. Ở đây sử dụng thuật ngữ “co ngắn cột” đồng nhất với thuật ngữ quốc tế “column shortening”, với ý nghĩa bao hàm tất cả các cấu kiện chịu lực theo phương thẳng đứng. Giá trị co ngắn cột phụ thuộc vào thời gian. Độ vênh sàn, dầm do co ngắn cột (differential column shortening) là hiện tượng các cột và lõi nằm liền kề có các biến dạng co ngắn khác nhau dưới tác dụng của các tải trọng và các yếu tố khác (từ biến, co ngót) dẫn tới dầm, sàn bị vênh khỏi vị trí thiết kế, gây nứt vỡ các bộ phận phi kết cấu và phát sinh những nội lực phụ thêm do chuyển vị gối đỡ. Dưới đây, khái niệm “differential column shortening” sẽ được tạm dịch là “độ vênh co ngắn”

2.2 Ảnh hưởng của co ngắn cột đối với công trình

Chúng ta sẽ xem xét ảnh hưởng của co ngắn cột qua một ví dụ cụ thể là công trình Keangnam Hà Nội. Tổ hợp Keangnam nằm trên đường Phạm Hùng, Hà Nội, bao gồm hai tòa tháp Residential cao 48 tầ (nếu tính cả tầng kỹ thuật và tầng cứng là 56 tầng) tương đương 212m, và một tòa tháp Hotel cao 70 tầng (thực tế là 76 tầng). Hệ kết cấu của hai tòa tháp Residential và tháp Hotel là dạng khung-ống, bao gồm một lõi cứng ở giữa, hệ cột bao xung quanh.

2.3 Phương pháp tính toán kể đến ảnh hưởng của co ngắn cột đối với công trình

Biến dạng co ngắn cột là hiện tượng phụ thuộc vào thời gian. Nó tăng dần trong một thời gian dài và đạt đến giá trị lớn nhất sau khoảng 05 năm kể từ khi xây dựng và có thể gây ảnh hưởng lớn đến công trình. Vấn đề này đã được nghiên cứu và thực nghiệm trên thế giới từ những năm 70 của thế kỷ trước. Theo [5, 6], những nguyên nhân chính gây ra hiện tượng co ngắn cột bao gồm:

Biến dạng đàn hồi do cột chịu tải trọng nén phụ thuộc vào:

• Cường độ bê tông;
• Thời gian chất tải;
• Độ lớn của tải trọng.
• Co ngót bê tông:
• Độ ẩm môi trường xung quanh;
• Kích thước cấu kiện;
• Thành phần bê tông và % cốt thép.

Biến dạng do bê tông co ngót không phụ thuộc vào tải trọng.

3. Kết luận

Co ngắn cột và độ vênh co ngắn là những vấn đề cần quan tâm khi thiết kế nhà cao tầng và siêu cao tầng. Co ngắn cột và độ vênh co ngắn gây nứt vỡ các bộ phận không chịu lực (tường kính, vách ngăn,…) và làm phát sinh nội lực thứ cấp trong các cấu kiện chịu lực nằm ngang như dầm, sàn. Nhiều nghiên cứu cho thấy, độ vênh co ngắn giữa lõi vách và các cột lân cận là rõ rệt đối với các công trình từ 35-40 tầng trở lên; Hai vấn đề chính cần giải quyết khi không thể bỏ qua ảnh hưởng của co ngắn cột là: nội lực thứ cấp phát sinh trong dầm, sàn và sự sai lệch vị trí của chúng so với thiết kế. Nhịp của dầm, sàn càng nhỏ thì nội lực thứ cấp phát sinh càng lớn. Vấn đề này giải quyết bằng cách thiết kế cấu kiện có kể thêm các nội lực đó

4. Tài liệu tham khảo

ACI 318-08. Building code requirements for structural concrete and commentary, 2008.

ACI 209R-92. Prediction of creep, shrinkage and temperature effects in concrete structures, 1997.

BS 8110:1997. Structural use of concrete.

BS EN 1992-1:2004. Design of concrete structures

- Nhấn nút TẢI VỀ hoặc XEM ONLINE để tham khảo đầy đủ nội dung NCKH kiến trúc- xây dựng trên-