Kết cấu xây bằng gạch cốt thép

1. Khảo sát kỹ thuật

Một tòa nhà giảng dạy tại quận Thạch Cảnh Sơn, Bắc Kinh được xây dựng vào năm 1986 với diện tích sàn 4.300m2. Tầng một là kết cấu khung, từ tầng hai đến tầng bốn là kết cấu bê tông gạch. Chiều cao của lớp thứ nhất là 3,8m, chiều cao của lớp thứ hai và thứ ba là 3,6m, chiều cao của lớp thứ tư là 3,81m, tổng chiều cao là 14,8m. Khả năng chịu động đất của tòa nhà đã được chứng minh là không đạt các quy định liên quan của Quy chuẩn kỹ thuật an toàn xây dựng trường tiểu học và trung học quốc gia. Sau khi gia cố, cường độ gia cố địa chấn của tòa nhà được thiết kế phải đạt 8 độ.

2. Thiết kế cốt thép

2.1 Kế hoạch thiết kế

Phương án thiết kế của dự án này được phân tích từ bốn khía cạnh là chi phí, thời gian xây dựng, chức năng phục vụ và hiệu quả cải thiện hiệu suất chịu động đất, và gia cố bằng vải sợi carbon được xác định là phương án tối ưu.

(1) Nếu dự án này áp dụng phương pháp gia cố truyền thống cho tường bê tông cốt thép, tiết diện dầm-cột của khung tầng một sẽ trở nên rất lớn khi tải trọng phía trên tăng lên, ảnh hưởng lớn đến công năng sử dụng của tầng một. Hơn nữa, móng cột khung cần được mở rộng, thậm chí từ móng độc lập sang móng bè, dẫn đến kéo dài thời gian thi công và tăng đáng kể chi phí. Sợi carbon có ưu điểm là trọng lượng nhẹ, tải trọng bổ sung sau khi gia cố ít, ít ảnh hưởng đến nền móng công trình và không cần gia cố móng.

(2) Báo cáo thẩm định địa chấn của dự án này cho thấy cường độ nén của kết cấu xây dựng phía trên đạt yêu cầu, khả năng chịu cắt không đủ, số lượng cột kết cấu ban đầu không đủ, tiết diện dầm vòng nhỏ, cần tăng cường các biện pháp dẻo của tường và vải sợi carbon có ưu điểm là tăng độ dẻo của kết cấu.

(3) Xét về mặt sử dụng, kích thước khoảng sáng gầm tòa nhà giảng dạy không thể giảm quá nhiều, bất kể chiều dài hay chiều rộng của lớp học giảm hơn 100 mét, học sinh sẽ rất khó khăn trong việc sắp xếp bàn ghế, và việc gia cố tường bằng bê tông phun cho khoảng sáng gầm phòng học thường sẽ giảm 160-200 mét. Việc sử dụng vải CFRP để gia cố tường lớp học thường chỉ làm giảm khoảng không phía trên khoảng 50-60R/m.

2.2 điểm chính của thiết kế

Các điểm chính của thiết kế bao gồm việc lựa chọn vải sợi carbon, xác định bố cục mặt phẳng, chế độ neo và các biện pháp bịt kín cạnh.

(1) Chọn vải sợi carbon. Gạch xây có cường độ thấp, độ dẻo kém và độ bám dính giữa CFRP và tường kém, do đó không thích hợp để sử dụng CFRP cường độ cao. Chọn CFRP loại II 200g.

(2) Bố trí vải sợi carbon. Khi tỷ lệ khung hình lớn hơn 0,5, áp dụng sơ đồ bố trí kiểu "giếng", và khi tỷ lệ khung hình nhỏ hơn 0,5, áp dụng sơ đồ bố trí kiểu "tám".

(3) Biện pháp neo. Biện pháp neo ít ảnh hưởng đến tải trọng nứt, nhưng lại có ảnh hưởng lớn đến tải trọng phá hoại cuối cùng. Hiện nay, nhiều thí nghiệm đã chứng minh rằng phương pháp neo bằng cách ấn xuyên qua bề mặt đinh carbon tại giao điểm của vải sợi carbon, cách mặt sàn 150m là đáng tin cậy nhất.

(4) Nội dung thiết kế chi tiết. Khoảng cách giữa các tấm sợi carbon, vị trí đinh carbon, mối nối và mép bịt kín cần được thiết kế chi tiết. Phương án thiết kế của dự án này là tường chính được gia cường bằng hệ thống thanh CFRP một lớp hai chiều 200g, chiều rộng 100m. Khoảng cách dọc và ngang là 500m. Đinh carbon được sử dụng để ép tại điểm giao nhau. Sơ đồ gia cố mối nối tường và sàn được thể hiện trong sơ đồ.