Nguyên tắc thiết kế nhà cao tầng

1
KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
KHOA XÂY DỰNG, TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
TS. LƯƠNG VĂN HẢI
2
Bài 3: NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN THIẾT KẾ
KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG BTCT TOÀN KHỐI
1.Vật liệu
−Cường độ chòu lực, độ bền mỏi, tính biến dạng, khả năng chống cháy.
−Mác Bêtông ≥ 300 (BTCT thường), ≥ 350 (BTCT ứng lực trước.)
−Dùng thép cường độ cao, có thể dùng thép hình trong kết cấu hỗn
hợp thép−BTCT.
-Trọng lượng kết cấu ảnh hưởng đến tải trọng động đất
2.Hình dạng công trình
a/Mặt bằng
−đơn giản, nên đối xứng, tránh dùng MB trải dài hoặc có các cánh
mảnh.
−MB hình chữ nhật: thỏa L/B ≤ 6 (với cấp phòng chống động đất ≤ 7).
−MB gồm phần chính và các cánh nhỏ: tỷ số chiều dài cánh và chiều
rộng cánh nên thỏa l/b ≤ 2 (với cấp phòng chống động đất ≤ 7) .
3
Maët baèng
4
Maët baèng
5
Maët baèng
6
Maët baèng
7
b/Hình dạng theo
phương đứng

−đều hoặc thay đồi đều,
giảm kích thước dần lên
phía trên.
−Theo chiều cao, không
nên thay đổi vò trí trọng
tâm và tâm cứng của
mặt bằng các tầng.
- Tránh mở rộng ở tầng
trên hoặc nhô ra cục bộ
quá nhiều (nguy hiểm
khi động đất).
8
c/Chiều cao nhà
3.Chọn hệ kết cấu chòu lực
Theo Taranath B.S,
đối với nhà cao
tầng, hệ chòu lực
bằng BTCT:
Structural
Analysis & design
of Tall Buildings
– Bungale S.
Taranath – Mc
Graw Hill, 1988
9
Yêu cầu không gian kiến trúc
−
Nhà ở (chung cư ), khách sạn không yêu cầu không gian lớn
→
tường

(vách) cứng chòu lực.
−
Nhà có chức năng hành chính và công cộng (văn phòng, dòch vụ …) cần
không gian linh hoạt, các phòng lớn không có vách ngăn
→
cấu khung;
khung kết hợp vách cứng, lõi cứng.
Chọn hệ kết cấu chòu lực
Mặt bằng chạy dài
→
khung, khung+vách
MBcó hình dạng giao nhau
→
khung + lõi cứng
10
Giảm ảnh hưởng của nhiệt độ và co ngót của BT: -Tăng thép tại nơi nhạy cảm
với nhiệt độ: sàn mái, sàn tầng dưới cùng, tường đầu hồi, vv
4. Bố trí khe lún, khe co giãn, khe kháng chấn
Khe lún :do lệch tầng lớn, do đòa chất thay đổi phức tạp …
Có thể không cần khe lún nếu :
-Công trình tựa trên nền cọc chống vào đá; hoặc bằng các biện
pháp khác chứng minh được độ lún công trình không đáng kể.
•-Việc tính lún có độ tin cậy cao thể hiện độ chênh lún giữa các
bộ phận nằm trong giới hạn cho phép.
• -Thi công phần cao tầng trước, phần thấp tầng sau, có tính
mức độ chệnh lệch lún hai khối đề khi làm xong thì độ lún hai
khối xấp xỉ nhau. Phải chừa một mạch bêtông giữa hai khối để
đổ sau khi độ lún hai khối đã ổn đònh.
11
Khe lún & khe nhiệt:

1. Khe lún:
 không phân đònh khoảng cách, kích thước khối công trình mà
chủ yếu dựa vào:
- Sự khác biệt trong đòa chất (đất tốt chỉ ở 1 phía công trình);
- Chênh lệch tải trọng đặt lên từng khối công trình.
- Mặt bằng công trình L chuyển hướng L, T, E.
 Do vậy, về nguyên tắc, nếu không có những yếu tố đã nêu,
không cần thiết kế khe lún.
 Khe lún tách các khối công trình từ móng đến mái.
 Khe lún có thể tại trục cột (cột đôi), hay cắt qua dầm – sàn
(dạng console từ các trục cột).
 Khoảng hở khe lún phải tiên lượng đến việc chuyển vò các khối
(có thể có) về phía, hay lệch phía nhau, để không mở rộng
theo thời gian.
12
2. Khe nhiệt:
 Phân cách công trình thành nhiều khối, từ mặt móng đến mái.
 Khe hở, về nguyên tắc không thay đổi theo thời gian.
 Kích thước tối đa mỗi đoạn công trình phân cách bởi khe nhiệt,
quy đònh tối đa 40 ÷ 50m.
 Nếu không thiết kế khe nhiệt, phải tính toán công trình chòu được
biến thiên nhiệt độ (do sản xuất, do thời tiết) gây ra, trong ngày.
13
Nhà có “cánh” dạng chữ L, T, U, H, Y … thường hay bò hư hỏng hoặc bò đổ
khi gặp động đất mạnh
⇒
bố trí khe kháng chấn tách rời phần cánh ra khỏi
công trình. Các khe kháng chấn phải đủ rộng để khi dao động các phần của
công trình đã được tách ra không va đập vào nhau
Khe kháng chấn

-Nên điều chỉnh mặt bằng, dùng các biện pháp thi công và cấu tạo để
giảm số lượng khe(co giãn, lún, kháng chấn).
-Khe co giãn và khe kháng chấn không cần xuyên qua móng, trừ trường
hợp trùng với khe lún.
14
a/ Theo phương ngang
¾Độ cứng và cường độ
Ỉ
bố trí đều đặn và đối xứng trên mặt bằng. Tâm
cứng nên trùng hoặc gần trùng với tâm khối lượng để giảm thiểu biến dạng
xoắn do tải trọng ngang.
¾Hệ thống chòu lực ngang chính Ỉ bố trí theo cả hai phương.
¾Các vách cứng theo phương dọc không không nên bố trí chỉ ở một đầu
nhà mà nên bố trí ở khu vực giữa nhà hoặc cả ở giữa nhà và hai đầu nhà.
¾Khoảng cách các vách cứng: theo quy đònh
b/ Theo phương đứng
¾Tránh thay đổi độ cứng đột ngột. Độ cứng có thể được giảm dần lên
phía trên, tuy nhiên độ cứng của kết cấu ở tầng trên phải không nhỏ hơn
70% độ cứng của kết cấu ở tầng dưới kề với nó. Nếu 3 tầng giảm độ cứng
liên tục thì tổng mức giảm không vượt quá 50% .
¾Trong trường hợp độ cứng kết cấu bò thay đổi đột ngột, ví dụ như dùng
hệ khung ở các tầng dưới và hệ khung−vách ở các tầng trên thì cần có
các giải pháp kỹ thuật đặc biệt .
5. Phân bố độ cứng và cường độ
Độ cứng chống lực ngang của một tầng nhà
K = (G
w
A
w
+ 0,12G

c
A
c
)/H
15
6. Bố trí kết cấu khung chòu lực
-Khung đối xứng, độ siêu tónh cao
-Các nhòp gần bằng nhau
-Tránh hẫng cột, thông tầng,
công-son (động đất phương đứng)
-Nếu tầng dưới không chèn gạch
mà tầng trên chèn gạch thì phải
tăng độ cứng tầng dưới
16
“ CỘT KHỎE- DẦM YẾU”
khi phá họai, các khớp dẻo phải
được hình thành trong dầm trước
khi hình thành trong các cột.
Kết cấu khung
17
7. Bố trí vách cứng
¾Ít nhất có 3 vách cứng trong một đơn nguyên, trục 3 vách không được gặp
nhau tại một điểm
¾Đối xứng (độ cứng và hình học); tâm cứng trùng với tâm khối lượng
¾ Chiều dày vách ≥150 mm và ≥ 1/20 chiều cao tầng nhà
¾ Sơ bộ xác đònh diện tích vách :
F
vách
= 1,5 /100 diện tích một sàn tầng
¾ Không nên chọn vách

có khả năng chòu tải lớn
nhưng số lượng ít; mà
nên phân đều ra trên
mặt bằng
¾ Gia cố lỗ cửa vách
18
Vách cứng trong kết cấu khung-vách cứng
1.Vách cứng theo phương ngang: đều đặn, đối xứng tại vi trí gần đầu hồi,
ô thang máy, …
2.Vách cứng theo phương dọc: ở khỏang giữa đơn nguyên. Khi nhà dài,
không nên tập trung vách dọc ở hai đầu Ỉ nhiệt độ, co ngót Ỉ bố trí
mạch thi công
3.Vách cứng phương dọc nên bố trí thành nhóm: chữ L, T,
4.Vách chạy suốt chiều cao nhà; có thể giảm dần (không đột ngột) chiều
dày vách
Vách trong kết cấu Vách cứng
1.Bố trí vách theo hai chiều hay nhiều chiều, nên vuông góc với nhau
2.Có thể chia vách cứng dài thành nhiều đọan độc lập, nối với nhau
bằng dầm hoặc sàn tầng
3. Lỗ vách cứng phải đều đặn từ trên xuống dưới, không lệch
19
3. VÁCH CỨNG
THIẾT KẾ TIẾT DIỆN VÀ CẤU TẠO BÊTÔNG CỐT THÉP
20
THIẾT KẾ TIẾT DIỆN VÀ CẤU TẠO CỐT THÉP VÁCH CỨNG
21
THIẾT KẾ TIẾT DIỆN VÀ CẤU TẠO CỐT THÉP VÁCH CỨNG
22
THIẾT KẾ TIẾT DIỆN VÀ CẤU TẠO CỐT THÉP VÁCH CỨNG
23

24
CẤU TẠO CỐT THÉP VÁCH CỨNG
25
CẤU TẠO CỐT THÉP VÁCH CỨNG