Gia cố FRP

1. Khảo sát kỹ thuật

Tòa nhà chính được xây dựng bằng kết cấu khung bê tông cốt thép với diện tích khoảng 6.000 m2. Tòa nhà được chia thành 3 khối nhà. Ban đầu là tòa nhà văn phòng, tòa nhà hiện đang được quy hoạch để chuyển đổi thành trung tâm thương mại ở ba tầng đầu tiên và khách sạn ở tầng ba.

Để hiểu rõ hơn về chất lượng kỹ thuật hiện tại của tòa nhà, chủ đầu tư đã giao cho các đơn vị kiểm định liên quan tiến hành kiểm tra và đánh giá toàn diện kết cấu chính của tòa nhà trước khi cải tạo, bao gồm biến dạng kết cấu, kiểm tra vết nứt phần kết cấu nhìn thấy được, cường độ bê tông và phát hiện ăn mòn thép, kiểm tra mối nối, v.v. Kết quả kiểm tra cho thấy cường độ nén của bê tông cục bộ tại Block III không đạt cấp cường độ thiết kế ban đầu, các bộ phận khác đáp ứng các yêu cầu thiết kế kết cấu ban đầu. Thông qua phát hiện độ nghiêng, tốc độ nghiêng của tòa nhà văn phòng là nhỏ, nằm trong phạm vi yêu cầu của Tiêu chuẩn Đánh giá Độ tin cậy của Tòa nhà Dân dụng (GB 50292-1999). Ngoài ra, các vết nứt ở phần nhìn thấy được của kết cấu chính chủ yếu xuất hiện trên tường trám, và không phát hiện vết nứt ở dầm, sàn và cột. Chất lượng móng cũng đã được kiểm tra và kết quả nằm trong giới hạn bình thường. Do tòa nhà được xây dựng lần lượt vào những năm 1970 và 1990, nên việc sử dụng chức năng cũng đã thay đổi, không thể đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn hiện hành. Do đó, để đảm bảo an toàn khi sử dụng và đáp ứng yêu cầu công năng, cần phải tiến hành gia cố và xây dựng lại toàn diện công trình.

2. Gia cố và cải tạo

2.1 Nguyên tắc thiết kế cốt thép kết cấu

Ngoài việc xem xét tình hình thực tế của công trình, phương án gia cố cũng cần đáp ứng các yêu cầu của quy chuẩn thiết kế gia cố, để công trình gia cố có thể đáp ứng các yêu cầu về sử dụng và kết cấu chịu động đất. Sau khi gia cố và cải tạo, tuổi thọ của công trình sẽ được kéo dài. Đồng thời, cần cân nhắc đến khối lượng công việc gia cố và cải tạo để tiết kiệm chi phí.

2.2 Kế hoạch gia cố và tái thiết kết cấu

2.2.1. Khung dầm và cốt thép cột

Tòa nhà I và Tòa nhà II được thiết kế và xây dựng vào những năm 1970, là tòa nhà văn phòng khung nhiều tầng đầu tiên trong khu vực. Được biết, việc thiết kế và thi công vào thời điểm đó cực kỳ thận trọng, đặc biệt là trong quá trình thi công, yêu cầu về vật liệu xây dựng đã đạt đến mức khắt khe, điều này có thể thấy rõ qua kết quả kiểm tra kết cấu.

Kích thước lưới cột của Block I là 3m khi mở, 6m khi sâu, 5,3m khi sâu, 300m x 600m ở cột giữa, 300m x 500m ở cột bên và 250m x 550m ở dầm khung. Kết quả tính toán và kiểm tra kết cấu cho thấy dầm khung và cột ban đầu về cơ bản đáp ứng được yêu cầu về tải trọng sử dụng sau khi cải tạo, chỉ cần xử lý động đất và độ bền kết cấu ban đầu.

Trong thiết kế, hai phương án đã được xem xét: (1) phương pháp gia cường sợi carbon; (2) phương pháp gia cường thép tấm dính. Hai phương pháp gia cường này phù hợp cho các cấu kiện chịu uốn và chịu kéo trong điều kiện bình thường. Do hạn chế về kích thước tiết diện cột và các điều kiện khác, cuối cùng, thông qua so sánh, tôi đã quyết định sử dụng cốt thép sợi carbon cho dầm khung và cột.

Đồng thời, tận dụng tối đa các yêu cầu công nghệ thi công của phương pháp gia cường sợi carbon, keo dán nhựa epoxy được phủ lên bề mặt kết cấu bê tông ban đầu và vải sợi carbon được bám dính chặt vào bề mặt kết cấu bê tông, để hai bên trở thành một thể thống nhất mới và chịu lực với nhau. Nếu chất kết dính của CFRP gia cường dễ bị lão hóa dưới ánh nắng trực tiếp, nó sẽ ảnh hưởng đến cường độ kết cấu và tuổi thọ sử dụng của nó, vì vậy cần phải thêm một lớp phủ bảo vệ bên ngoài CFRP. Việc thi công lớp phủ bảo vệ cần được thực hiện sau khi nhựa cứng lại. Lúc này, có thể quét một lớp keo dán và phun cát mịn để tăng độ bám dính của nó. Điều này không chỉ hoàn thiện việc gia cố dầm và cột mà còn cải thiện hiệu suất địa chấn của kết cấu ở một mức độ nhất định và đáp ứng các yêu cầu về độ bền.

Khối II là kết cấu nhịp đơn dài 10,5m, có các lỗ mở từ 4,2-6m, rộng 350 mm. Tính toán kết cấu cho thấy cột khung ban đầu về cơ bản đáp ứng được các yêu cầu về tải trọng sử dụng sau khi cải tạo, việc gia cố dầm khung là không đủ. Do đó, không chỉ cần xử lý động đất và độ bền của kết cấu ban đầu mà còn phải gia cố khả năng chịu lực của dầm khung. Các cột khung vẫn được gia cố bằng CFRP. Khi được gia cố, các tấm CFRP được quấn quanh các cột theo hình tròn, có thể cải thiện hiệu suất chịu động đất. Xem xét công nghệ thi công, thời gian thi công và chi phí, ứng suất trước ngoài được áp dụng để gia cố dầm khung và sử dụng sợi thép có độ giãn dài thấp D15.24. Để đảm bảo độ bền của dầm khung và cột, có thể phủ một lớp keo dán nhựa epoxy lên bề mặt, phun cát mịn và cuối cùng là hoàn thiện công đoạn sơn.

Ở Khối III, kích thước tiết diện cột khung là 300 mm * 350 mm, 350 mm * 350 mm, và kích thước tiết diện dầm khung là 250 mm * 450 mm và 250 mm * 570 mm. Tính toán kết cấu cho thấy dầm và cột khung ban đầu không thể đáp ứng các yêu cầu về tải trọng sử dụng sau khi tái thiết, vì vậy cần phải gia cố dầm và cột ban đầu một cách toàn diện. Phương pháp tăng tiết diện và phương pháp thép liên kết được xem xét trong việc gia cố cột khung. Do ưu điểm là chi phí thấp và độ bền tốt, trọng lượng chết sẽ tăng lên và thời gian thi công sẽ dài. Ưu và nhược điểm của phương pháp sau hoàn toàn trái ngược với phương pháp trước. Xét thấy phạm vi gia cố của cột ở Khối III lớn và không chạy dọc theo đường phố, có một số công trường xây dựng và các điều kiện khác, cuối cùng phương pháp tiết diện mở rộng được áp dụng để gia cố cột. Phương pháp mở rộng tiết diện, gia cố CFRP và ứng suất trước bên ngoài được xem xét trong việc gia cố dầm khung. Do chiều cao tầng ban đầu của tòa nhà chỉ là 3,3m, nên phương pháp mở rộng mặt cắt trước tiên bị loại trừ. Ngoài ra, kết cấu khối thứ ba là kết cấu khung một nhịp, chiều cao dầm thiết kế ban đầu không đủ, sau khi tính toán lại, độ võng của dầm tương đối lớn, do đó cốt thép dự ứng lực ngoài trở thành lựa chọn hàng đầu. Về xử lý độ bền, phương pháp tương tự như khối I và khối II vẫn được áp dụng.

2.2.2 Gia cố sàn

Do sử dụng gạch mài bóng hoặc sàn đá trong trang trí sàn sau khi cải tạo tòa nhà, chức năng cũng được thay đổi từ tòa nhà văn phòng sang trung tâm mua sắm, do đó thiết kế tải trọng tĩnh và tải trọng động đã tăng lên. Các tấm thiết kế ban đầu là các tấm đục lỗ đúc sẵn, và lực và độ bền không thể đáp ứng được yêu cầu, vì vậy các tấm cần được gia cố. Xem xét chi phí và độ bền, các phương pháp gia cố sau đây được áp dụng: hai lỗ tròn ở cả hai bên của tấm được rãnh từ trên xuống, một cốt thép dọc được đặt ở dưới cùng của lỗ và một cốt thép dọc được đặt trên bề mặt tấm và lưới cốt thép hai chiều 6 và 150 mm được đặt trên bề mặt tấm. Cuối cùng, các lỗ tròn ở cả hai bên được đổ và đầm chặt bằng bê tông đá mịn C25, và bề mặt của tấm được làm dày thêm 50 mm. Đồng thời, cần phải làm nhẵn bằng cách đầm thay vì san phẳng lớp bề mặt trang trí, sao cho chiều cao hiệu dụng của tấm xốp gia cường không nhỏ hơn 120mm, và tấm xốp gia cường tương đương với tấm khe có gân. Ngoài ra, bề mặt tấm được bổ sung gluten, và phần bê tông đổ cuối tấm phải được đầm chặt, để có thể chuyển đổi tấm một nhịp thành tấm liên tục. Hướng dẫn gia cố cũng yêu cầu xử lý mặt phẳng kết cấu bê tông mới và cũ.

3. Lời kết

Dự án đã được đưa vào sử dụng sau khi thiết kế và thi công, và nhận được phản hồi tốt từ người dùng. Thực tiễn thiết kế kỹ thuật cho thấy, trong thiết kế công trình gia cố phức tạp, không chỉ cần tuân thủ các yêu cầu của tiêu chuẩn thiết kế mà còn cần nắm bắt linh hoạt bản chất để làm cho phương pháp gia cố trở nên đơn giản và thiết thực, đáp ứng nhu cầu của các dự án gia cố quy mô lớn.