Bài giảng Tổ chức thi công - Chương VI, Phần I: Kỹ thuật lắp ghép nhà khung - Cao Tuấn Anh

LOGO Website: www.bmthicong.com.vn Giáo trình: Kỹ thuật thi công II Giảng viên: Th.s Cao Tuấn Anh CHƯƠNG VI: KỸ THUẬT LẮP GHÉP NHÀ KHUNG KỸ THUẬT LẮP GHÉP NHÀ KHUNG 1. PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM LẮP GHÉP NHÀ KHUNG 1.1. Khái niệm nhà khung. • Khái niệm nhà khung lắp ghép: Nhà khung lắp ghép có thể là công trình dân dụng hoặc công nghiệp có kết cấu chịu lực dạng khung gồm hệ cột, dầm, kết hợp vách, ô cứng hoặc lõi cứng. • Các vách cứng có thể là kết cấu BTCT hoặc khung thép. Ô cứng hoặc lõi cứng có thể là lồng cầu thang, lõi thang máy đổ toàn khối. Kết cấu bao che là panen nhẹ hoặc tường xây. • Lưới cột của nhà khung thường là 3 x 6, 4,5 x 6, 6 x 6; 6 x 9; 6 x 12; 9x 9; 9 x 12 m; chiều cao của tầng từ 3,3; 3,6; 4,2 với modul 0,6 m. • Nhà khung thường là nhà nhiều tầng: 3 – 30 tầng với hệ khung là BTCT, cao tầng hơn với hệ khung là thép. Móng thường đổ toàn khối hoặc lắp ghép. Nhà có thể thiết kế có tầng hầm hoặc không có tầng hầm. Trang 01 1.2. Phân tích sự làm việc của hệ kết cấu Các hệ kết cấu thường gặp đối với nhà khung lắp ghép là: • Hệ khung: Bao gồm một hệ không gian cứng và ổn định bao gồm cột, dầm ngang, dầm dọc liên kết cứng với nhau (hình 1a). Các tấm sàn cũng liên kết cứng với hệ cột dầm. Tất cả tải trọng theo phương đứng và ngang phân bố vào các nút cứng giữa cột và dầm. Công lắp ghép loại nhà này thường cao và tốn nhiều chi phí cho mối nối. Hệ kết cầu này sử dụng khi vì lý do công nghệ hay sử dụng mà công trình không có các vách liên kết theo phương dọc, ngang và giữa các cột. • Hệ khung giằng (khung – vách cứng): Bao gồm các khung (cột, dầm) liên kết cứng bố trí theo phương ngắn của nhà kết hợp với các vách cứng theo phương dọc nhà (hình 1b). Hệ khung đảm bảo độ cứng và ổn định theo phương ngang; các vách cứng đảm bảo độ ổn định theo phương dọc nhà. Độ cứng theo mặt phẳng ngang được đảm bảo bới hệ tấm sàn liên kết cứng với hệ dầm, làm việc như một tấm phẳng cứng nằm ngang. Giáo trình: Kỹ thuật thi công II Giảng viên: Th.s Cao Tuấn AnhTrang 02 CHƯƠNG VI: KỸ THUẬT LẮP GHÉP NHÀ KHUNG  R S k • Hệ giằng (khung khớp): Hệ này khác với hệ khung và hệ khung giằng là chỉ chịu tải trọng thẳng đứng; còn tải trọng ngang được chịu bởi hệ giằng vách cứng hoặc lõi cứng (hình 1c). Các nút khung giữa cột và các dầm là liên kết khớp có một độ cứng tương đối để đảm bảo độ ổn khi lắp dựng. Giống như hệ khung giằng, độ cứng theo mặt phẳng ngang được đảm bảo bới hệ tấm sàn liên kết cứng với hệ dầm, làm việc như một tấm phẳng cứng nằm ngang. Ưu điểm của nhà hệ giằng là tiến độ lắp dựng nhanh, chi phí lắp ghép thấp. Hệ được sử dụng rộng rãi khi thiết kế các công trình công cộng (trường học, bênh viện). • Hệ kết hợp toàn khối – lắp ghép: Bao gồm một lõi cứng BTCT toàn khối (thi công bằng và khuôn trượt) kết hợp với hệ khung BTCT hoặc khung thép. Lõi cứng đảm bảo độ cứng và ổn định theo phương ngang. Hệ khung chỉ chịu tải trọng đứng. Hệ tấm sàn liên kết cứng với hệ dầm, làm việc như một tấm phẳng cứng nằm ngang. Ưu điểm của loại nhà này: thi công nhanh, giá thành hạ so với toàn khối toàn phần. Công nghệ thi công nhà kết hợp lõi cứng toàn khối và hệ khung sàn lắp ghép cần được đàu tư nghiên cứu và áp dụng rộng rãi. Giáo trình: Kỹ thuật thi công II Giảng viên: Th.s Cao Tuấn AnhTrang 03 CHƯƠNG VI: KỸ THUẬT LẮP GHÉP NHÀ KHUNG Hình 1. Các hệ kết cấu nhà khung a – hệ khung; b – hệ khung - giằng; c – hệ giằng (khung khớp); d – hệ kết hợp lõi cứng toàn khối – khung sàn lắp lắp ghép 1- cột; 2 – dầm; 3 – sàn cứng; 4 – vách cứng (hệ vách cứng liên kết); 5 – lõi cứng; 6 – móng. • Hệ sàn không dầm (sàn nấm): Bao gồm hệ cột, các mũ cột lắp ghép vào cột tại cao độ tầng và hệ panen sàn liên kết với các mũ cột và với nhau thành tấm cứng. Giáo trình: Kỹ thuật thi công II Giảng viên: Th.s Cao Tuấn AnhTrang 04 CHƯƠNG VI: KỸ THUẬT LẮP GHÉP NHÀ KHUNG Giáo trình: Kỹ thuật thi công II Giảng viên: Th.s Cao Tuấn AnhTrang 05 CHƯƠNG VI: KỸ THUẬT LẮP GHÉP NHÀ KHUNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN LẮP GHÉP NHÀ KHUNG 2.1. Nguyên tắc lắp ghép • Đảm bảo độ chính xác, ổn định, khả năng chịu lực của từng cấu kiện, từng đoạn, đơn nguyên nhà trong các giai đoạn lắp ghép. • Lắp từ ô, đoạn có vách cứng, giằng cứng trước, tạo thành ô (môđun) cứng, từ đó phát triển ra theo nguyên lý phát triển miếng cứng trong hệ kết cấu. Các cấu kiện, các ô lắp ghép tiếp theo liên kết với ô cứng đã lắp tạo nên sự ổn định cho công trình. • Nếu nhà có lõi cứng thì thi công lõi cứng trước, sau đến hệ khung, sàn liên kết với lõi cứng. • Phải tổ chức nhiều đội chuyên nghiệp: thợ lắp ghép; thợ hàn; thợ bê tông và các thợ có liên quan khác để phục vụ công tác lắp ghép. 2.2. Phương pháp lắp ghép Về cơ bản, lắp ghép công trình dạng khung có thể thực hiện theo 3 phương pháp: lắp tuần tự, lắp đồng bộ và lắp kết hợp. Tùy theo hệ kết cấu, điều kiện đưa công trình vào sử dụng mà ta có thể lựa chọn những phương án lắp ghép khác nhau. Từ các phương án có thể, lựa chọn phương án hợp lý nhất. Giáo trình: Kỹ thuật thi công II Giảng viên: Th.s Cao Tuấn AnhTrang 06 CHƯƠNG VI: KỸ THUẬT LẮP GHÉP NHÀ KHUNG 2.3. Hướng lắp ghép nhà khung Theo sự phát triển của hướng lắp ghép trên mặt bằng, có thể chia ra hai phương pháp lắp ghép như sau: • Phát triển theo phương ngang: Công trình có thể chia thành nhiều phân đoạn, mỗi phân đoạn là một đơn nguyên, ranh giới giữa 2 khe nhiệt độ, trên các phân đoạn công tác lắp ghép được tiến hành đồng thời. Hướng lắp ghép phát triển trên mặt bằng của phân đoạn theo từng tầng hoặc từng đợt (theo chiều cao của cột: cột cao một hoặc 2 tầng nhà). Lắp xong một tầng (đợt) thì lắp đến tầng (đợt) tiếp theo.Công tác lắp ghép các tầng (đợt) tiếp theo chỉ được thực hiện sau khi các mối nối các liên kết của tầng, hay đợt đã lắp ghép đạt trên 70% cường độ thiết kế. • Phương pháp lắp ghép này hay được lựa chọn vì các ưu điểm sau: đảm bảo được độ cứng và ổn định của công trình trong các giai đoạn của quá trình lắp ghép; tải trọng phân bố đều xuống nền móng. • Phát triển theo phương đứng: Công trình chia thành nhiều phân đoạn, mỗi một phân đoạn gầm 2 – 4, 6 bước cột hoặc một đơn nguyên, trên mỗi phân đoạn công tác lắp ghép được thực hiện từ tầng 1 đến hết chiều cao công trình. • Ưu điểm của phương pháp này là thu hẹp được mặt bằng lắp ghép, hạn chế phạm vi hoạt động và di chuyển của cần trục; sớm triển khai các công tác hoàn thiện và lắp đặt thiết bị ở các đơn nguyên đã lắp dựng xong, vì thế đẩy nhanh được tiến độ xây dựng. 2.4. Lựa chọn cần trục lắp ghép - Có thể sử dụng cần trục tháp, cần trục tự hành, cần trục cổng để lắp ghép nhà khung, tùy theo các thông số lắp ghép Qyc, Hyc, Ryc của công trình để chọn Qct min, Hct min, Lct min cho phù hợp. Về cơ bản có thể tham khảo: • Nhà thấp tầng (≤ 5 tầng) sử dụng cần trục tự hành; • Nhà cao tầng (> 5 tầng) sử dụng cần trục tháp. Có thể sử dụng phối hợp cần trục tự hành và cần trục tháp. Cần trục tự hành lắp cột các tầng dưới có trọng lượng 8 – 10 T, còn các cấu kiện khác có trọng lượng không quá 5 T thì cần trục tháp sẽ cẩu lắp. • Nhà thấp tầng (≤ 4 tầng), các cấu kiện lắp ghép có trọng lượng lớn (Q = 20 - 30 T), có chiều rộng lớn (B = 35 - 45 m) thì có thể sử dụng cần trục cổng. (Vẽ hình) 2.5. Bố trí cần trục lắp ghép Theo chiều rộng và nhịp của nhà: • Nhà có chiều rộng B ≤ 18 – 24 m, khi lắp ghép cần trục tháp hoặc cần trục tự hành di chuyển một bên nhà. (Vẽ hình) • Nhà có chiều rộng B > 24 m, cần trục có thể đi hai bên nhà hoặc đi ở giữa nhịp của nhà. Trong thực tế thường sử dụng các sơ đồ bố trí cần trục như sau: đối với nhà 4, 6, 8 nhịp hai cần trục bố trí hai bên nhà; đối với nhà 3, 5, 7 nhịp, cần trục bố trí trong nhà, ở khoảng giữa nhịp giữa. (Vẽ hình) Giáo trình: Kỹ thuật thi công II Giảng viên: Th.s Cao Tuấn AnhTrang 07 CHƯƠNG VI: KỸ THUẬT LẮP GHÉP NHÀ KHUNG Theo sự phát triển của phương lắp ghép: • Khi công tác lắp ghép phát triển theo phương ngang cần trục bố trí một bên hoặc hai bên công trình. • Khi công tác lắp ghép phát triển theo phương đứng, cần trục thường bố trí giữa nhịp của nhà. 3. THIẾT KẾ KỸ THUẬT LẮP GHÉP NHÀ KHUNG 3.1. Qui trình lắp ghép Qui trình cơ bản lắp ghép nhà khung thể hiện ở hình vẽ sau: Hình 1. Qui trình lắp ghép nhà khung Giáo trình: Kỹ thuật thi công II Giảng viên: Th.s Cao Tuấn AnhTrang 08 CHƯƠNG VI: KỸ THUẬT LẮP GHÉP NHÀ KHUNG Công tác chuẩn bị lắp ghép Thi công phần móng Lắp ghép phần ngầm Lấp đất hố móng Làm đường, kho bãi xếp cấu kiện Các công tác hoàn thiện khác Xây hoặc lắp ghép tường Lắp ghép phần thân: khung cột, dầm, sàn Thi công lõi cứng Kết thúc Giáo trình: Kỹ thuật thi công II Giảng viên: Th.s Cao Tuấn AnhTrang 10 CHƯƠNG VI: KỸ THUẬT LẮP GHÉP NHÀ KHUNG 3.2. Phân chia phân đoạn thi công - Những c.trình có chiều dài lớn (có khe nhiệt độ) thì nên chia các phân đoạn lắp ghép theo chiều dài nhà. Chiều dài phân đoạn có thể là ranh giới giữa các khe nhiệt đô (60 – 75 ). Ở mỗi phân đoạn do một cần cẩu lắp ghép đảm nhiệm. Có thể thi công tuần tự theo phân đoạn hoặc độc lập các phân đoạn. - Phân đoạn theo chiều ngang nhà chỉ nên phân chia khi nhà có nhiều nhịp (từ 3 nhịp trở lên) và chiều rộng nhà đủ lớn để phù hợp với khả năng của cần trục. 3.3. Sử dụng khung dẫn lắp ghép nhà khung - Trong lắp ghép cột nhà khung, để nâng cao độ chính xác và thuận lợi trong việc thao tác, căn chỉnh người ta sử dụng khung dẫn. Khung dẫn có hai lọai: loại khung đơn lắp 1 cột (hình 2) và loại khung dẫn nhóm kép, một lúc có thể lắp được 4 cột (hình 3). - Khung đơn được lắp vào đầu cột đã lắp trước bằng một vòng kẹp, cần cẩu cẩu cột đặt vào hai vòng kẹp còn lại của khung. Sau khi căn chỉnh tim cốt bằng máy, tiến hành lắp dầm đợt dưới của cột. - Khung dẫn chỉ được chuyển sang vị trí lắp ghép mới sau khi hàn vĩnh viễn liên kết giữa cột và dầm, giữa các cột, lắp và hàn các tấm panen cữ và panen giằng. Sau khi lắp và liên kết xong các cấu kiện đợt dưới của cột, tiến hành lắp các cấu kiện đợt trên. Giáo trình: Kỹ thuật thi công II Giảng viên: Th.s Cao Tuấn AnhTrang 11 CHƯƠNG VI: KỸ THUẬT LẮP GHÉP NHÀ KHUNG Hình 2. Lắp cột nhà khung bằng khung dẫn đơn 1. Cột đang lắp; 2. Chi tiết lien kết góc khung dẫn; 3. Mối nối cột; 4. Cột tầng dưới đã lắp dựng; 5. Khung dẫn; 6. Sàn tầng; 7. Vít điều chỉnh cột Hình 3. Lắp 4 cột nhà khung bằng khung dẫn nhóm 1. 1 - sàn tầng; 2. 2, 3- vòng kẹp khung dẫn; 3. 4, 7- cột đang lắp; 4. khung dẫn; 5. lan can bảo vệ; 6. đầu cột đã lắp dựng; 7. 9- sàn công tác Giáo trình: Kỹ thuật thi công II Giảng viên: Th.s Cao Tuấn AnhTrang 12 CHƯƠNG VI: KỸ THUẬT LẮP GHÉP NHÀ KHUNG - Khung dẫn nhóm được sử dụng trong trường hợp lắp đồng bộ: ô 4 cột sẽ được lắp ghép hoàn chỉnh cột, dầm và tấm sàn. Khi đó, khung dẫn sẽ lắp dựng trên mặt bằng tầng đã lắp ghép, 4 vòng kẹp của khung kẹp vào 4 chân cột lắp ghép. Sau khi cần cẩu đưa cột được lắp ghép vào 2 vòng kẹp còn lại của khung dẫn, căn chỉnh và giữ cột bằng các vít, sau đó hàn điểm nối hai cột. - Sau đó tiến hành lắp dầm, lắp tầm panen cữ và các tấm chính, hàn vĩnh viễn các mối nối liên kết giữa các cột, cột và dầm, dầm và panen. Phần lớn các công tác lắp ghép được thực hiện trên sàn công tác của khung dẫn. Sau đó khung dẫn được di chuyển sang vị trí lằp ghép mới. Khung dẫn nhóm được sử dụng khi lắp công trình với lưới cột 6 x 6, 9 x 9 m; chiều cao cột 18 m. - Khi thi công các công trình lớn, đòi hỏi tiến độ nhanh, người ta sử dụng khung dẫn đa năng dạng khung – khớp. Từ một vị trí lắp ghép của một tổ hợp gồm 4 khung dẫn đa năng có thể lắp dựng và liên kết được hệ cột; dầm đợt dưới, đợt trên theo chiều cao của cột; panen sàn đợt dưới, đợt trên và các tấm tường ngăn. Giáo trình: Kỹ thuật thi công II Giảng viên: Th.s Cao Tuấn AnhTrang 13 CHƯƠNG III: CẦN TRỤC LẮP GHÉP XÂY DỰNG 4. MỘT SỐ SƠ ĐỒ BỐ TRÍ CẦN TRỤC LẮP GHÉP 4.1. Lắp ghép nhà hệ khung giằng bằng khung dẫn nhóm - Sơ đồ lắp ghép nhà khung sử dụng khung dẫn nhóm mô tả ở hình 4: Hình 4. Sơ đồ lắp ghép nhà khung bằng khung dẫn nhóm I – Lắp dựng và căn chỉnh khung dẫn; II – lắp ghép cột thông tầng (2 đợt); III – lắp ghép dầm đợt dưới; VI - lắp ghép tấm sàn cữ đợt dưới; V – lắp ghép dầm đợt trên; VI – lắp ghép tấm sàn cừ đợt trên. Giáo trình: Kỹ thuật thi công II Giảng viên: Th.s Cao Tuấn AnhTrang 15 CHƯƠNG VI: KỸ THUẬT LẮP GHÉP NHÀ KHUNG Nhà khung dân dụng 3 nhịp, 9 tầng hệ khung (hình 5) • Công trình chia làm 2 phân đoạn: Phân đoạn B lắp từ đầu nhà tiến đến ô cầu thang; phân đoạn A lắp cầu thang trước rồi từ đó lắp ra đầu nhà. • 1, 2, 3, 4 là thứ tự các ô lắp ghép trên mặt bằng. Đầu tiên lắp cột, sau đó lắp dầm và các vách ngăn, chiều nghỉ và bản thang; tiếp đến lắp panen sàn. Hình 5. Sơ đồ lắp ghép nhà khung dân dụng Giáo trình: Kỹ thuật thi công II Giảng viên: Th.s Cao Tuấn AnhTrang 16 CHƯƠNG VI: KỸ THUẬT LẮP GHÉP NHÀ KHUNG 4.3. Nhà khung công nghiệp 3 nhịp, 3 tầng, hệ khung giằng (hình 6) - Nhà gồm 3 nhịp, 3 tầng. Khung hình chữ U chế tạo sẵn từ nhà máy, vận chuyển đến công trường bằng xe chuyên dụng. Quá trình lắp ghép bắt đầu từ vị trí có vách cứng để tạo thành môđun cứng. Tiếp đến huớng lắp ghép phát triển từ môđun cứng ra hai đầu nhà. Sử dụng cần trục tự hành chạy một bên nhà để lắp ghép. Lắp theo phương ngang từng tầng một. Nhà chia thành 2 phân đoạn chạy dọc nhà. Ở một ví trí lắp ghép cần trục lắp xong ở phân đoạn 1, sau chuyển sang phân đoạn 2. Hình 6. Sơ đồ lắp ghép nhà khung bằng cần trục tự hành Giáo trình: Kỹ thuật thi công II Giảng viên: Th.s Cao Tuấn AnhTrang 17 CHƯƠNG VI: KỸ THUẬT LẮP GHÉP NHÀ KHUNG 4.4. Nhà khung không dầm (hình 7) • Tùy thuộc vào kích thước, chia công trình ra các phân khu • Đầu tiên lắp cột, sau đó lắp mũ cột, và các tấm panen giữa các cột, tiến hành liên kết hàn các mỗi nối. Sau cùng là lắp panen giữa các panen đã lắp và liên kết vĩnh viễn các mối nối. Hình 7. Trình tự lắp ghép nhà khung không dầm