Ảnh hưởng của dầm chuyển đến sự làm việc của kết cấu nhà cao tầng

Lời cảm ơn
Trong quá trình thực hiện luận văn này, tác giả đã đợc ngời hớng
dẫn khoa học là thầy giáo PGS.TS Nguyễn Tiến Chơng tận tình giúp đỡ,
hớng dẫn cũng nh tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn của
mình. Qua đây tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy.
Tác giả cũng xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo, các cán
bộ khoa đào tạo Sau Đại Học thuộc trờng đại học Kiến Trúc Hà Nội, bộ môn
Kết cấu bê tông cốt thép và gạch đá đã giúp đỡ, chỉ dẫn, tạo điều kiện trong
quá trình học tập và nghiên cứu
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình đã động viên và tạo mọi
điều kiện tốt nhất cho tác giả học tập và nghiên cứu
Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến những ngời bạn
đã luôn nhiệt tình giúp đỡ tác giả hoàn thành tốt luận văn này
Do thời gian thực hiện đề tài không nhiều và trình độ của tác giả có hạn,
mặc dù đã hết sức cố gắng nhng trong luận văn sẽ không tránh khỏi những
hạn chế nhất định, tác giả rất mong nhận đợc những ý kiến đóng góp của các
thầy cô giáo cùng các bạn đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện hơn.
Hà Nội, ngày tháng năm 2011
Tác giả luận văn
Nguyễn Việt Phơng
Lời cam đoan
Tên tôi là: Nguyễn Việt Phơng
Sinh ngày: 05 - 09 -1985
Quê quán: Thái Yên - Đức Thọ Hà Tĩnh
Nơi công tác: Khoa Xây Dựng, trờng Đại học Kiến Trúc Hà Nội
Tôi xin cam đoan Luận văn tốt nghiệp cao học ngành Xây dựng công
trình dân dụng và công nghiệp với đề tài: ảnh hởng của dầm chuyển đến sự
làm việc của hệ kết cấu nhà cao tầng là luận văn do cá nhân tôi thực hiện.
Các kết quả tính toán của các mô hình tuân thủ tiêu chuẩn Xây Dựng hiện
hành. Kết quả tính toán này không sao chép bất kỳ tài liệu nào khác
Hà Nội, ngày tháng năm 2011

Tác giả luận văn
Nguyễn Việt Phơng
1
Mục lục
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh sách các bảng biểu
Danh sách các hình vẽ, đồ thị
Trang
Mở đầu 4
Chơng 1: Tổng quan về nhà cao tầng 14
1.1 Khái niệm chung về nhà cao tầng 14
1.2 Phân loại nhà cao tầng 15
1.3 Các hệ chịu lực cơ bản của nhà cao tầng 15
1.3.1 Hệ khung chịu lực 15
1.3.2 Hệ tờng chịu lực 17
1.3.3 Hệ lõi chịu lực 19
1.3.4 Hệ hộp chịu lực 20
1.4 Các hệ chịu lực hỗn hợp 21
1.4.1 Hệ khung tờng chịu lực 21
1.4.2 Hệ khung lõi chịu lực 22
1.4.3 Hệ khung hộp chịu lực 23
1.4.4 Hệ hộp - tờng chịu lực 23
1.4.5 Hệ hộp lõi chịu lực 23
1.5 Các hệ chịu lực đặc biệt 23
1.5.1 Hệ kết cấu có tầng cứng 23
1.5.2 Hệ kết cấu có hệ giằng liên tầng 25
1.5.3 Hệ kết cấu có hệ khung ghép 26
1.5.4 Hệ kết cấu có hệ thống dầm chuyển 26

2
1.6 Tình hình phát triển nhà cao tầng và nhà cao tầng có hệ thống dầm
chuyển trong và ngoài nớc 28
1.6.1 Tình hình phát triển nhà cao tầng trên thế giới 28
1.6.2 Tình hình phát triển nhà cao tầng tại Việt Nam 31
1.6.3 Tình hình phát triển nhà cao tầng có hệ thống dầm chuyển 32
1.7 Tổng quan về dầm chuyển 35
1.7.1 Khái niệm về dầm chuyển 35
1.7.2 Phân loại dầm chuyển 36
1.7.3 Phân tích trạng thái làm việc của dầm chuyển 37
Chơng 2: Nguyên tắc, phơng pháp tính toán nhà cao
tầng Và mô hình hóa nhà cao tầng có dầm chuyển 39
2.1 Các loại tải trọng tác dụng lên nhà cao tầng 39
2.1.1 Khái niệm chung về tải trọng 39
2.1.2 Phân loại tải trọng 39
2.1.3 Cách xác định tải trọng 40
2.2 Sơ đồ tính toán nhà cao tầng 44
2.2.1 Phân loại theo tính chất làm việc không gian 44
2.2.2 Phân loại theo tính chất của ẩn số 45
2.3 Các phơng pháp tính toán nhà cao tầng 46
2.3.1 Phơng pháp cơ học kết cấu 46
2.3.2 Phơng pháp sai phân hữu hạn 47
2.3.3 Phơng pháp phần tử hữu hạn 52
2.3.4 Kết luận 63
2.4 Các nguyên tắc tính toán nhà cao tầng 63
2.4.1 Kiểm tra độ cứng tổng thể 63
2.4.2 Kiểm tra dao động của công trình 64
2.5 Mô hình hóa nhà cao tầng có hệ thống dầm chuyển 64
2.5.1 Các phần mềm tính toán nhà cao tầng 65
3

2.5.2 Mô hình hóa nhà cao tầng có hệ thống dầm chuyển 66
Chơng 3: Khảo sát sự ảnh hởng của dầm chuyển đối
với sự làm việc của hệ kết cấu nhà cao tầng 70
3.1 Lựa chọn sơ đồ khảo sát 70
3.2 Lựa chọn sơ bộ kích thớc tiết diện 73
3.3 Tải trọng tác dụng lên công trình 73
3.4 Kết quả tính toán và nhận xét 75
3.4.1 Trờng hợp dầm chuyển đỡ cột 75
3.4.2 Trờng hợp dầm chuyển đỡ cột kết hợp với vách chạy suốt 86
3.4.3 Trờng hợp dầm chuyển đỡ vách 98
Kết luận và kiến nghị 111
Tài liệu tham khảo 114
4
Danh sách các bảng biểu
Bảng 3.1
Bảng kết quả chuyển vị ngang của nút 28 (Dầm chuyển đỡ cột
Trờng hợp thay đổi cách mô hình hóa dầm chuyển)
Bảng 3.2
Bảng kết quả nội lực trong cột dọc theo điểm 28 (Dầm chuyển đỡ
cột Trờng hợp thay đổi cách mô hình hóa dầm chuyển)
Bảng 3.3
Bảng kết quả chu kỳ dao động riêng của công trình (Dầm chuyển
đỡ cột Trờng hợp thay đổi cách mô hình hóa dầm chuyển)
Bảng 3.4
Bảng kết quả chuyển vị ngang của nút 28 (Dầm chuyển đỡ cột
Trờng hợp thay đổi cách liên kết dầm chuyển)
Bảng 3.5
Bảng kết quả nội lực trong cột dọc theo điểm 28 (Dầm chuyển đỡ
cột Trờng hợp thay đổi cách liên kết dầm chuyển)
Bảng 3.6

Bảng kết quả chu kỳ dao động riêng của công trình (Dầm chuyển
đỡ cột Trờng hợp thay đổi cách liên kết dầm chuyển)
Bảng 3.7
Bảng kết quả nội lực trong cột dọc theo điểm 28 (Dầm chuyển đỡ
cột kết hợp vách chạy suốt Trờng hợp thay đổi cách mô hình
hóa dầm chuyển)
Bảng 3.8
Bảng kết quả chuyển vị ngang của nút 28 (Dầm chuyển đỡ cột kết
hợp vách chạy suốt Trờng hợp thay đổi cách mô hình hóa dầm
chuyển)
Bảng 3.9
Bảng kết quả chu kỳ dao động riêng của công trình (Dầm chuyển
đỡ cột kết hợp vách chạy suốt Trờng hợp thay đổi cách mô
hình hóa dầm chuyển)
Bảng 3.10
Bảng kết quả chuyển vị ngang của nút 28 (Dầm chuyển đỡ cột kết
hợp vách chạy suốt Trờng hợp thay đổi cách liên kết dầm
chuyển)
5
Bảng 3.11
Bảng kết quả nội lực trong cột dọc theo điểm 28 (Dầm chuyển đỡ
cột kết hợp vách chạy suốt Trờng hợp thay đổi cách liên kết
dầm chuyển)
Bảng 3.12
Bảng kết quả chu kỳ dao động riêng của công trình (Dầm chuyển
đỡ cột kết hợp vách chạy suốt Trờng hợp thay đổi cách liên kết
dầm chuyển)
Bảng 3.13
Bảng kết quả chuyển vị ngang của nút 28 (Dầm chuyển đỡ vách
Trờng hợp thay đổi cách mô hình hóa dầm chuyển)

Bảng 3.14
Bảng kết quả chu kỳ dao động riêng của công trình (Dầm chuyển
đỡ vách Trờng hợp thay đổi cách mô hình hóa dầm chuyển)
Bảng 3.15
Bảng kết quả nội lực trong cột dọc theo điểm 28 (Dầm chuyển đỡ
vách Trờng hợp thay đổi cách mô hình hóa dầm chuyển)
Bảng 3.16
Bảng kết quả chuyển vị ngang của nút 28 (Dầm chuyển đỡ vách
Trờng hợp thay đổi cách liên kết dầm chuyển)
Bảng 3.17
Bảng kết quả nội lực trong cột dọc theo điểm 28 (Dầm chuyển đỡ
vách Trờng hợp thay đổi cách liên kết dầm chuyển)
Bảng 3.18
Bảng kết quả chu kỳ dao động riêng của công trình (Dầm chuyển
đỡ vách Trờng hợp thay đổi cách liên kết dầm chuyển)
6
Danh sách các hình vẽ, đồ thị
Hình 1.1
Một số loại mặt bằng nhà cao tầng hệ khung chịu lực
Hình 1.2
Hệ khung chịu lực có thanh xiên và thanh dàn ngang
Hình 1.3
Các sơ đồ hệ tờng chịu lực
Hình 1.4
Hình dạng của vách cứng
Hình 1.5
Cách bố trí lõi cứng trong công trình
Hình 1.6
Hệ khung - tờng chịu lực
Hình 1.7

Sơ đồ làm việc của hệ khung tờng chịu lực
Hình 1.8
Hệ khung lõi chịu lực
Hình 1.9
Sơ đồ kết cấu nhà cao tầng có tầng cứng
Hình 1.10
Biểu đồ mômen uốn khi có và không có tầng cứng
Hình 1.11
Sơ đồ làm việc của kết cấu khung biên với hệ giằng liên tầng
Hình 1.12
Sơ đồ làm việc của nhà cao tầng có hệ thống dầm chuyển
Hình 1.13
Các tòa nhà cao nhất thế giới hiện nay
Hình 1.14
Tòa nhà Sears Tower ở Chicago
Hình 1.15
Tòa nhà Petronas Tower ở Malaysia
Hình 1.16
HaNoi Tower-Hà Nội
Hình 1.17
Khách sạn Winsor -TPHCM
Hình 1.18
Hình ảnh về dầm chuyển trong công trình
Hình 1.19
Brunswich Building - Chicago - Mỹ
Hình 1.20
Diwang International Commerce Center Trung Quốc
Hình 1.21
Chung c 34T- Trung Hòa Nhân Chính
Hình 1.22

Tòa nhà Westa Mỗ Lao Hà Đông Hà Nội
Hình 2.1
Sơ đồ tính toán một chiều và hai chiều
Hình 2.2
Sơ đồ tính toán rời rạc và rời rạc liên tục
Hình 2.3
Sơ đồ tính toán liên tục
Hình 2.4
Các dạng lới
Hình 2.5
Sơ đồ sai phân tiến
7
Hình 2.6
Sơ đồ sai phân lùi
Hình 2.7
Sơ đồ sai phân trung tâm
Hình 2.8
Phần tử một chiều
Hình 2.9
Phần tử hai chiều
Hình 2.10
Phần tử ba chiều
Hình 2.11
Sự biến thiên của hàm dạng phần tử tam giác
Hình 2.12
Sơ đồ thanh không gian
Hình 2.13
Sơ đồ tấm chữ nhật chịu uốn
Hình 2.14
Các bậc tự do của các loại phần tử tấm

Hình 3.1
Mặt bằng sơ đồ khảo sát trờng hợp dầm chuyển đỡ cột
Hình 3.2
Mặt cắt sơ đồ khảo sát dầm chuyển đỡ cột
Hình 3.3
Mặt bằng sơ đồ khảo sát trờng hợp dầm chuyển đỡ cột
kết hợp với vách chạy suốt
Hình 3.4
Mặt cắt sơ đồ khảo sát dầm chuyển đỡ cột kết hợp vách chạy suốt
Hình 3.5
Mặt bằng sơ đồ khảo sát trờng hợp dầm chuyển đỡ vách
Hình 3.6
Mặt cắt sơ đồ khảo sát dầm chuyển đỡ vách
Hình 3.7
Chuyển vị ngang của công trình tại nút 28 trong trờng hợp dầm
chuyển ở tầng 1 (Dầm chuyển đỡ cột Trờng hợp thay đổi cách
mô hình hóa dầm chuyển)
Hình 3.8
Chuyển vị ngang của công trình tại nút 28 trong trờng hợp dầm
chuyển ở tầng 2 (Dầm chuyển đỡ cột Trờng hợp thay đổi cách
mô hình hóa dầm chuyển)
Hình 3.9
Chuyển vị ngang của công trình tại nút 28 trong trờng hợp dầm
chuyển ở tầng 3 (Dầm chuyển đỡ cột Trờng hợp thay đổi cách
mô hình hóa dầm chuyển)
Hình 3.10
Chuyển vị ngang của công trình tại nút 28 trong trờng hợp
dầm chuyển ở tầng 1 (Dầm chuyển đỡ cột Trờng hợp thay
đổi cách liên kết dầm chuyển)
8

H×nh 3.11
ChuyÓn vÞ ngang cña c«ng tr×nh t¹i nót 28 trong trêng hîp
dÇm chuyÓn ë tÇng 2 (DÇm chuyÓn ®ì cét – Trêng hîp thay
®æi c¸ch liªn kÕt dÇm chuyÓn)
H×nh 3.12
ChuyÓn vÞ ngang cña c«ng tr×nh t¹i nót 28 trong trêng hîp
dÇm chuyÓn ë tÇng 3 (DÇm chuyÓn ®ì cét – Trêng hîp thay
®æi c¸ch liªn kÕt dÇm chuyÓn)
H×nh 3.13
ChuyÓn vÞ ngang cña c«ng tr×nh t¹i nót 28 trong trêng hîp
dÇm chuyÓn ë tÇng 1 (DÇm chuyÓn ®ì cét kÕt hîp v¸ch ch¹y
suèt – Trêng hîp thay ®æi c¸ch m« h×nh hãa dÇm chuyÓn)
H×nh 3.14
ChuyÓn vÞ ngang cña c«ng tr×nh t¹i nót 28 trong trêng hîp
dÇm chuyÓn ë tÇng 2 (DÇm chuyÓn ®ì cét kÕt hîp v¸ch ch¹y
suèt – Trêng hîp thay ®æi c¸ch m« h×nh hãa dÇm chuyÓn)
H×nh 3.15
ChuyÓn vÞ ngang cña c«ng tr×nh t¹i nót 28 trong trêng hîp
dÇm chuyÓn ë tÇng 3 (DÇm chuyÓn ®ì cét kÕt hîp v¸ch ch¹y
suèt – Trêng hîp thay ®æi c¸ch m« h×nh hãa dÇm chuyÓn)
H×nh 3.16
ChuyÓn vÞ ngang cña c«ng tr×nh t¹i nót 28 trong trêng hîp
dÇm chuyÓn ë tÇng 1 (DÇm chuyÓn ®ì cét kÕt hîp v¸ch ch¹y
suèt – Trêng hîp thay ®æi c¸ch liªn kÕt dÇm chuyÓn)
H×nh 3.17
ChuyÓn vÞ ngang cña c«ng tr×nh t¹i nót 28 trong trêng hîp
dÇm chuyÓn ë tÇng 2 (DÇm chuyÓn ®ì cét kÕt hîp v¸ch ch¹y
suèt – Trêng hîp thay ®æi c¸ch liªn kÕt dÇm chuyÓn)
H×nh 3.18
ChuyÓn vÞ ngang cña c«ng tr×nh t¹i nót 28 trong trêng hîp

dÇm chuyÓn ë tÇng 3 (DÇm chuyÓn ®ì cét kÕt hîp v¸ch ch¹y
suèt – Trêng hîp thay ®æi c¸ch liªn kÕt dÇm chuyÓn)
H×nh 3.19
ChuyÓn vÞ ngang cña c«ng tr×nh t¹i nót 28 trong trêng hîp
dÇm chuyÓn ë tÇng 1 (DÇm chuyÓn ®ì v¸ch – Trêng hîp
thay ®æi c¸ch m« h×nh hãa dÇm chuyÓn)
9
H×nh 3.20
ChuyÓn vÞ ngang cña c«ng tr×nh t¹i nót 28 trong trêng hîp dÇm
chuyÓn ë tÇng 2 (DÇm chuyÓn ®ì v¸ch – Trêng hîp thay ®æi
c¸ch m« h×nh hãa dÇm chuyÓn)
H×nh 3.21
ChuyÓn vÞ ngang cña c«ng tr×nh t¹i nót 28 trong trêng hîp dÇm
chuyÓn ë tÇng 3 (DÇm chuyÓn ®ì v¸ch – Trêng hîp thay ®æi
c¸ch m« h×nh hãa dÇm chuyÓn)
H×nh 3.22
ChuyÓn vÞ ngang cña c«ng tr×nh t¹i nót 28 trong trêng hîp dÇm
chuyÓn ë tÇng 1 (DÇm chuyÓn ®ì v¸ch – Trêng hîp thay ®æi
c¸ch liªn kÕt dÇm chuyÓn)
H×nh 3.23
ChuyÓn vÞ ngang cña c«ng tr×nh t¹i nót 28 trong trêng hîp dÇm
chuyÓn ë tÇng 2 (DÇm chuyÓn ®ì v¸ch – Trêng hîp thay ®æi
c¸ch liªn kÕt dÇm chuyÓn)
H×nh 3.24
ChuyÓn vÞ ngang cña c«ng tr×nh t¹i nót 28 trong trêng hîp dÇm
chuyÓn ë tÇng 3 (DÇm chuyÓn ®ì v¸ch – Trêng hîp thay ®æi
c¸ch liªn kÕt dÇm chuyÓn)
10
Mở đầu
Lý do chọn đề tài

Bớc sang thế kỷ 21, nền kinh tế ngày càng phát triển mạnh, tốc độ đô
thị hóa tăng nhanh, dân số ngày càng đông dẫn đến nhu cầu về nhà ở, trụ sở
làm việc và các công trình công cộng trở thành vấn đề bức xúc cho các đô thị
trên thế giới
Giải pháp xây dựng các nhà cao tầng là biện pháp hữu hiệu nhất để giải
quyết các vấn đề về tăng dân số cũng nh các nhu cầu khác của các đô thị.
Trong nhiều năm trở lại đây, hàng loạt các công trình nhà cao tầng với quy mô
và chiều cao lớn đã đợc đa vào xây dựng và sử dụng tại Việt Nam nh các
công trình thuộc khu đô thị mới Trung Hòa Nhân Chính, khu đô thị Linh
Đàm, khu đô thị Mỹ Đình, đặc biệt là công trình cao nhất Việt Nam hiện
nay tòa nhà Keangnam cao 70 tầng tại đờng Phạm Hùng Hà Nội. Trên
thế giới, nhà cao tầng cũng phát triển từ rất sớm với tốc độ rất nhanh. Hiện
nay công trình cao nhất thế giới là tòa nhà Burj Kharifa ở Dubai thuộc các tiểu
vơng quốc ả rập thống nhất hoàn thành năm 2010 có chiều cao lên đến
868m với 168 tầng. Tùy theo công năng và mục đích sử dụng, mỗi công trình
có thể áp dụng các loại hệ kết cấu khác nhau cho phù hợp.
Dầm là một bộ phận kết cấu, có vai trò nhất định khi tham gia làm việc
cùng hệ kết cấu công trình nhà cao tầng. Mỗi loại hệ dầm có khả năng thích
ứng riêng của nó với từng thể loại công trình khác nhau. Với xu hớng phát
triển của các công trình đa chức năng hiện nay: Khối đế thờng có chiều cao,
nhịp lớn đáp ứng các không gian lớn nh nhà hàng, siêu thị, ; các tầng điển
hình thờng đợc chia theo các khối căn hộ nên nhiều khi cũng cần phải thay
đổi cả loại hình tiết diện cho các kết cấu đứng. Để giải quyết đợc yêu cầu
này dầm chuyển là một trong những loại hình kết cấu khá thích hợp.
Nhiệm vụ của Thiết kế là cần tính toán sao cho công trình vừa có khả
năng thích ứng về yêu cầu sử dụng, vừa có khả năng đảm bảo về chịu lực dới
11
tác động của các loại tải trọng khác nhau, trong đó tải trọng ngang có một ảnh
hởng khá lớn. Tuy nhiên, các nghiên cứu hiện nay chủ yếu nghiên cứu tính
toán dầm chuyển đơn lẻ mà ít nghiên cứu nó trong sự làm việc chung của hệ

kết cấu công trình.
Để có bức tranh đầy đủ hơn về sự làm việc của công trình khi có dầm
chuyển cũng nh của hệ dầm chuyển trong nhà cao tầng phù hợp với các tiêu
chuẩn của Việt Nam hiện hành, đề tài chọn hớng nghiên cứu với nội dung cụ
thể là: ảnh hởng của dầm chuyển đối với sự làm việc của hệ kết cấu nhà
cao tầng.
Mục đích nghiên cứu
- Thu thập và nghiên cứu tổng quan về nhà cao tầng.
- Tìm hiểu đặc điểm của các dạng hệ kết cấu công trình đặc biệt là hệ
kết cấu có dầm chuyển.
- Phân tích cách mô hình hóa nhà cao tầng có hệ thống dầm chuyển
- Xem xét ảnh hởng của dầm chuyển đến hệ kết cấu nhà cao tầng khi
chịu tải trọng tĩnh
- Tìm hiểu vị trí tối u của dầm chuyển trong hệ kết cấu nhà cao tầng,
đề xuất vị trí tối u của dầm chuyển.
- Tập hợp các kết quả tính toán, từ đó đánh giá đợc sự làm việc của
hệ kết cấu, chuyển vị của công trình khi nhà cao tầng có hệ thống dầm chuyển
đỡ các hệ kết cấu khác nhau chịu tải trọng tĩnh.
Đối tợng nghiên cứu
- Hồ sơ thiết kế các nhà cao tầng bê tông cốt thép có hệ thống dầm
chuyển trong và ngoài nớc. Nguyên cứu các công trình đã xây dựng và đang
trong giai đoạn thiết kế
- Mô hình hóa các phơng án nhà cao tầng có hệ thống dầm chuyển
bằng phơng pháp phần tử hữu hạn, qua đó tìm đợc vị trí tối u của công
trình nhà cao tầng chịu tải trọng ngang
12
Phạm vi nghiên cứu
- Các công trình nhà cao tầng bê tông cốt thép có hệ thống dầm
chuyển chịu tải trọng ngang tĩnh
- Vị trí tối u của dầm chuyển trong hệ kết cấu nhà cao tầng chịu tải

trọng ngang tĩnh
Phơng pháp nghiên cứu
- Phân tích, tính toán các dạng dao động riêng, chu kỳ, biên độ dao
động, chuyển vị công trình, nội lực trong các cấu kiện bằng phơng pháp phần
tử hữu hạn.
- So sánh, tổng hợp và rút ra các nhận xét, kết luận
ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1- ý nghĩa khoa học của đề tài:
- Trong nguyên tắc cấu tạo công trình, việc bố trí hẫng tầng là không
nên. Tuy nhiên trong trờng hợp cần tạo không gian lớn ở các tầng dới và bắt
buộc phải bố trí nh vậy, việc sử dụng dầm chuyển là giải pháp hợp lý.
- Trong công trình nhà cao tầng, việc bố trí hẫng tầng sẽ làm giảm yếu
độ cứng của công trình đặc biệt là khi chịu tải trọng ngang. Do đó việc tìm ra
vị trí tối u của dầm chuyển sao cho độ giảm yếu về độ cứng của công trình
không lớn, vẫn đảm bảo công năng sử dụng và khả năng chịu lực của công
trình khi chịu tải trọng ngang.
2- ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
- Hiện nay nhu cầu của xã hội về sự tiện ích trong các công trình nhà
cao tầng là rất lớn. Để đáp ứng các nhu cầu đó đồng thời tận dụng hiệu quả
không gian của nhà cao tầng, ngời ta thờng kết hợp nhiều công năng sử
dụng khác nhau vào trong công trình nhà cao tầng.
- Thông thờng khối đế công trình đợc bố trí các công năng sử dụng
nh siêu thị, nhà hàng, kết hợp với các căn hộ hoặc trụ sở làm việc ở bên
13
trên. Sự thay đổi về hệ kết cấu bên trên và bên dới đòi hỏi các cấu kiện tại đó
phải thay đổi để đáp ứng khả năng chịu lực cho toàn công trình.
- Hiện nay ở Việt Nam đã có một số công trình sử dụng hệ thống dầm
chuyển trong hệ kết cấu của công trình. Đề tài sẽ phân tích hoàn thiện hơn về
ảnh hởng của dầm chuyển đến hệ kết cấu nhà cao tầng cũng nh sự phiền hà
mà kết cấu này mang lại.

14
Chơng 1
Tổng quan về nhà cao tầng
1.1 Khái niệm chung về nhà cao tầng [10]
Ngay từ thời cổ đại, con ngời đã thể hiện ý nguyện của mình là xây
dựng các công trình ngày càng cao. Ngày nay khi công nghiệp và kỹ thuật xây
dựng phát triển kết hợp với các vấn đề về xã hội nh mật độ dân số, diện tích
đất sử dụng, nhu cầu xây dựng những công trình cao tầng ngày càng trở nên
cấp thiết.
Hiện nay vẫn cha có câu trả lời chính xác và rõ ràng rằng Những
công trình thế nào thì đợc xếp vào loại nhà cao tầng. Trong cuộc hội thảo
quốc tế và nhà cao tầng tổ chức tại Moscow năm 1971, các nhà khoa học đã
tạm thời phân loại:
- Nhà cao tầng loại I: cao từ 9 16 (dới 50m)
- Nhà cao tầng loại II: cao từ 17 25 tầng (dới 75m)
- Nhà cao tầng loại III: cao từ 26 40 tầng (dới 100m)
- Nhà cực cao: trên 40 tầng (trên 100m)
Định nghĩa về nhà cao tầng thay đổi theo từng nớc và gắn liền với một
loạt các điều kiện kinh tế, kỹ thuật, xã hội riêng biệt. Để cho khái niệm về nhà
cao tầng mang tính khoa học, Uỷ ban quốc tế nhà cao tầng đã đa ra định
nghĩa nh sau: Nhà cao tầng là một nhà mà có chiều cao của nó ảnh hởng
tới ý đồ và cách thức thiết kế. Nói cách khác Một công trình đợc xem là
cao tầng ở một vùng tại một thời kỳ nào đó nếu chiều cao của nó quyết định
các điều kiện thiết kế, thi công hoặc sử dụng khác với các nhà thông thờng
Theo quan điểm của một số nớc đã định nghĩa nhà cao tầng [1]:
- Trung Quốc: Nhà cao tầng là nhà ở có từ 10 tầng trở lên, hoặc các
công trình kiến trúc khác là 24 tầng
- Liên Xô (cũ): Nhà cao tầng là nhà ở có từ 10 tầng trở lên, hoặc các
công trình kiến trúc khác là 7 tầng
15

- Mỹ: Nhà cao tầng là nhà có chiều cao từ 22m đến 25m hoặc trên 7
tầng
- Pháp: Nhà cao tầng là nhà ở > 50m hoặc các kiến trúc khác là > 28m
- Anh: Nhà cao tầng là nhà có chiều cao trên 24,3m
- Nhật Bản: Nhà cao tầng là nhà có trên 11 tầng và trên 31m
- Tây Đức: Nhà cao tầng là nhà có chiều cao trên 22m (tính từ mặt
nền nhà)
- Bỉ: Nhà cao tầng là nhà cao > 25m (tính từ mặt đất ngoài nhà)
1.2 Phân loại nhà cao tầng [10]
a) Phân loại theo mục đích sử dụng:
- Nhà ở
- Nhà làm việc và các dịch vụ khác
- Khách sạn
b) Phân loại theo hình dạng:
- Nhà tháp: Thờng đợc dùng làm khách sạn và văn phòng làm việc.
Giao thông theo phơng thẳng đứng đợc tập trung vào một khu vực duy nhất.
- Nhà dạng thanh: Thờng đợc dùng làm nhà ở. Trong đó có nhiều
đơn vị giao thông theo phơng đứng
c) Phân loại theo vật liệu cơ bản:
- Nhà cao tầng bằng bê tông cốt thép
- Nhà cao tầng bằng thép
- Nhà cao tầng có kết cấu hỗn hợp bê tông cốt thép và thép
1.3 Các hệ chịu lực cơ bản của nhà cao tầng [4,5,6,10]
1.3.1 Hệ khung chịu lực
Hệ kết cấu khung chịu lực đợc tạo thành từ các thanh đứng (cột) và
thanh ngang (dầm) liên kết cứng tại chỗ giao nhau giữa chúng (nút). Các
khung phẳng liên kết lại với nhau qua các thanh ngang tạo thành khối khung
không gian có mặt bằng vuông, chữ nhật, tròn, đa giác,
16
Hình 1.1 Một số loại mặt bằng nhà cao tầng hệ khung chịu lực

Dới tác dụng của các loại tải trọng gồm tải trọng đứng và tải trọng
ngang thì hệ khung chịu lực đợc nhờ vào khả năng chịu cắt và chịu uốn của
các thanh trong hệ đồng thời phụ thuộc vào độ cứng liên kết của các nút
khung
Chuyển vị ngang tổng thể của hệ khung gồm 2 thành phần:
- Chuyển vị ngang do uốn khung: Khi ta coi khung nh một thanh
côngxon, chuyển vị này có đợc là do sự thay đổi chiều dài cột khi chịu
mômen lật
- Chuyển vị ngang do các thanh thành phần bị uốn: Chuyển vị này do
các lực trợt đứng và trợt ngang gây ra mômen trong các thanh
Để tăng độ cứng theo phơng ngang, có thể bố trí thêm các thanh xiên
tại một số nhịp trên suốt chiều cao của hệ khung và thêm các dàn ngang (nếu
cần). Hiệu quả chịu tải của hệ sẽ tăng lên 30%.
17
Hình 1.2 Hệ khung chịu lực có thanh xiên và thanh dàn ngang
Ưu điểm của hệ khung chịu lực:
- Sơ đồ làm việc rõ ràng, dễ dàng trong việc tính toán thiết kế
- Khả năng bố trí mặt bằng linh hoạt
- Dễ dàng tạo các không gian lớn
Nhợc điểm của hệ khung chịu lực:
- Độ cứng chống uốn theo phơng ngang thấp nên bị hạn chế về chiều
cao của công trình
- Khi hệ khung đổ toàn khối, việc thi công các kết cấu dạng thanh nh
dầm, cột ở trên độ cao lớn rất phức tạp
- Khi hệ khung thi công lắp ghép, khó thực hiện các liên kết cứng, đòi
hỏi độ chính xác cao
1.3.2 Hệ tờng chịu lực
Đối với hệ tờng chịu lực, các cấu kiện thẳng đứng chịu lực của nhà là
các tấm tờng phẳng vừa chịu tải trọng đứng, vừa chịu tải trọng ngang đồng
thời làm cả nhiệm vụ vách ngăn cho các phòng.

Căn cứ vào cách bố trí các tấm tờng mà công trình đợc chia ra thành
các sơ đồ sau:
- Tờng dọc chịu lực: Hệ tờng phẳng chỉ đặt dọc theo công trình
18
- Tờng ngang chịu lực: Hệ tờng phẳng chỉ dặt theo phơng cạnh
ngắn của công trình
- Tờng ngang và dọc cùng chịu lực: Hệ tờng phẳng đợc đặt theo cả
2 phơng của công trình
Hình 1.3 Các sơ đồ hệ tờng chịu lực
a) Tờng ngang chịu lực b) Tờng dọc chịu lực
b) Tờng ngang và dọc cùng chịu lực
Tải trọng ngang đợc truyền đến các tấm tờng chịu tải thông qua hệ
các bản sàn đợc xem là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của chúng. Do đó các
vách làm việc nh những dầm côngxon có chiều cao tiết diện lớn. Khả năng
chịu tải của vách cứng phụ thuộc phần lớn vào hình dạng tiết diện ngang của
chúng. Trong thực tế có nhiều dạng vách cứng khác nhau
Hình 1.4 Hình dạng của vách cứng
Trong nhà cao tầng thờng chỉ có một số lợng ít các tờng không bị
khoét lỗ (tờng đặc) còn lại đều bị khoét lỗ để cho các ô cửa đi, cửa sổ. ảnh
hởng của các lỗ khoét này phụ thuộc vào kích thớc, số lợng và vị trí của
chúng. Nếu chỉ có lỗ khoét nhỏ thì khi chịu tải trọng ngang tờng sẽ làm việc
nh tờng đặc. Ngợc lại thì sự làm việc của tờng phải xem xét bài toán hai
chiều của cơ học vật rắn biến dạng
a)
b)
c)
19
1.3.3 Hệ lõi chịu lực
Đối với các công trình yêu cầu không gian rộng với việc bố trí mặt bằng
đa dạng, hệ kết cấu tờng chịu lực tỏ ra không thích hợp. Một trong số các

giải pháp để giải quyết vấn đề này là liên kết các tờng theo các phơng khác
nhau để tạo thành lõi cứng.
Lõi có dạng vỏ hộp rỗng, tiết diện kín hoặc hở, nhận các loại tải trọng
tác động lên công trình và truyền chúng xuống nền đất. Phần không gian bên
trong lõi thờng dùng để bố trí các thiết bị vận chuyển theo phơng đứng
(thang máy, cầu thang, ), các đờng ống kỹ thuật, Ưu điểm của lõi cứng là
độ cứng không gian lớn và khả năng chống cháy cao.
Hình dạng, số lợng và cách bố trí các lõi cứng chịu lực trong mặt bằng
nhà rất đa dạng.
Các lõi cứng nên đợc bố trí trên mặt bằng ngôi nhà sao cho tâm độ
cứng của chúng trùng với trọng tâm của ngôi nhà nhằm tránh hiện tợng công
trình bị xoắn khi dao động.
Hình 1.5 Cách bố trí lõi cứng trong công trình
Lõi cứng có thể xem nh một côngxon lớn thẳng đứng ngàm vào móng.
Trong lõi sẽ phát sinh các ứng suất do uốn, cắt và xoắn tơng tự nh thành
hộp kín. ứng xử của lõi khi chịu tải trọng ngang phụ thuộc vào hình dáng, độ
cứng và mức độ đồng nhất của lõi cũng nh hớng tác động của tải trọng.
Hệ lõi chịu lực đợc sử dụng trong các công trình xây dựng ở vùng có
điều kiện địa chất phức tạp. Khi công trình chịu tải trọng động đất, do độ cứng
theo phơng ngang nhỏ nên tải trọng động đất tác dụng lên công trình có giá
trị nhỏ hơn so với các hệ kết cấu khác có cùng kích thớc
20
1.3.4 Hệ hộp chịu lực [11]
Trong hệ hộp chịu lực, các bản sàn đợc gối vào các kết cấu chịu tải
nằm trong mặt phẳng tờng ngoài mà không cần các gối trung gian khác bên
trong. Hộp trong nhà cũng giống nh lõi, đợc hợp thành từ các tờng đặc
hoặc có lỗ cửa. Hộp ngoài biên có diện tích mặt phẳng lớn, đợc tạo thành từ
các cột có khoảng cách nhỏ liên kết với nhau bởi các thanh ngang hoặc thanh
chéo có chiều cao lớn theo phơng ngang hoặc chéo tạo nên những mặt nhà
dạng khung lới, có hình dạng phù hợp với giải pháp kiến trúc.

Khi chịu tải trọng ngang những kết cấu bên ngoài đợc xem nh một
thanh côngxon kín hoàn chỉnh có mặt cắt hình hộp. Phần hộp ngoài chịu toàn
bộ hay phần lớn tải trọng gió tác động vào công trình.
Hệ hộp chịu lực đợc chia ra làm 4 loại:
1) Hộp có dạng lới không gian không thanh chéo:
- Hệ đợc phát triển từ hệ kết cấu cổ điển khung cứng. Hộp phía ngoài
đợc tạo ra bởi hệ thống lới cột và dầm rất dày
- Sơ đồ này nâng cao đợc độ cứng theo phơng ngang và độ cứng khi
chịu xoắn cũng nh hạn chế đợc độ võng theo mặt bằng phía trong nhà
- Sơ đồ kết cấu loại này chỉ phù hợp với những ngôi nhà cao đến 60
tầng (đối với khung bê tông cốt thép)
2) Hộp có dạng mạng lới không gian có thanh chéo:
- Hệ này khắc phục đợc nhợc điểm của hệ hộp thứ nhất là độ mềm
của dầm đỡ. Khi có thanh chéo thì độ cứng đợc nâng cao qua đó giảm đợc
biến dạng trợt. Công trình làm việc nh một công xon chịu uốn
3) Hệ có mạng lới bằng cột và thanh chéo:
- Hệ này có các thanh chéo ở trong lới chữ nhật của dầm và cột. Cùng
với các dầm đỡ, thanh chéo đảm bảo độ cứng khi chịu tải trọng ngang
- Hệ này có khả năng phân bố tải trọng cho toàn bộ công trình và rất
phù hợp với công trình đến 100 tầng
21
4) Hệ mạng lới bằng các cấu kiện đặt theo các đờng chéo:
- Trong hệ kết cấu này các thanh chéo đợc đặt sát nhau, không hề có
cấu kiện thẳng đứng. Nh vậy các thanh chéo đóng vai trò chịu toàn bộ tải
trọng thẳng đứng giống nh các cột nghiêng. Nó làm tăng độ cứng khi công
trình chịu tải trọng ngang.
- Hệ kết cấu này có đặc điểm truyền tải xuống móng không đợc tốt
và hiệu quả nh cột thẳng đứng. Đồng thời gây khó khăn cho việc tạo ô cửa sổ
1.4 Các hệ chịu lực hỗn hợp
1.4.1 Hệ khung tờng chịu lực

Hình 1.6 Hệ khung - tờng chịu lực
Hệ này phù hợp với hầu hết các giải pháp kiến trúc nhà cao tầng. Hệ kết
cấu này tạo điều kiện ứng dụng linh hoạt các công nghệ xây dựng khác nhau
nh vừa lắp ghép các hệ thống dầm, cột, sàn; đồng thời thi công đổ tại chỗ
tờng chịu lực bằng công nghệ ván khuôn trợt. Hệ kết cấu này mang lại
những hiệu quả kinh tế kỹ thuật nhất định
Dựa theo cách làm việc của khung, hệ này chia ra làm 2 sơ đồ:
1) Sơ đồ giằng:
Trong sơ đồ này, khung chỉ chịu tải trọng thẳng đứng tơng ứng với
diện tích truyền tải của nó, còn toàn bộ tải trọng ngang và một phần tải trọng
thẳng đứng do các kết cấu chịu tải cơ bản khác chịu.
2) Sơ đồ khung - giằng:
Trong trờng hợp này, khung tham gia chịu tải trọng thẳng đứng và
ngang với kết cấu chịu lực cơ bản khác. Khung liên kết cứng tại các nút.
22
Hình 1.7 Sơ đồ làm việc của hệ khung tờng chịu lực
a) Sơ đồ giằng b) Sơ đồ khung giằng
1.4.2 Hệ khung lõi chịu lực
Hệ hỗn hợp này cũng chia làm 2 sơ đồ ứng với cách làm việc của khung
Hình 1.8 Hệ khung lõi chịu lực
Hệ kết cấu này phù hợp với các nhà có độ cao trung bình và thật lớn với
mặt bằng đơn giản nh hình chữ nhật, hình vuông. Hệ lõi có thể đặt trong
hoặc ngoài biên. Hệ sàn các tầng đợc gối trực tiếp vào tờng lõi qua các hệ
cột trung gian.
a)
b)
23
1.4.3 Hệ khung hộp chịu lực
Trong sơ đồ giằng, khi chịu tải trọng ngang sẽ gây ra chuyển vị dọc
khác nhau giữa cột bên trong và hộp bên ngoài. Độ chênh lệch chuyển vị dọc

sẽ làm cho các các vách ngăn bị nứt và gây rối loạn các liên kết. Để tránh hiện
tợng này cần thêm các dàn ngang để hỗ trợ chịu tải trọng ngang
1.4.4 Hệ hộp - tờng chịu lực
Trong hệ hỗn hợp này, các tờng chịu lực đợc bố trí bên trong hộp và
cùng tham gia chịu tải (đứng và ngang) cùng với hộp.
1.4.5 Hệ hộp lõi chịu lực
Các lõi đợc bố trí bên trong hộp và cùng tham gia chịu tải trọng đứng
và ngang. Các bản sàn có nhiệm vụ liên kết chúng lại với nhau. Khi chịu tải
trọng ngang thì phần hộp chịu phần lớn tải trọng ngang ở phía trên nhà, còn
lõi chịu phần lớn tải trọng ngang ở phía dới nhà.
1.5 Các hệ chịu lực đặc biệt [7]
1.5.1 Hệ kết cấu có tầng cứng
Trong hệ kết cấu hộp lõi chịu lực, cả hộp và lõi đều đợc coi nh
một thanh công xon ngàm vào móng để cùng chịu tải trọng ngang. Tuy nhiên
các dầm sàn có độ cứng không lớn trong khi khoảng cách giữa lõi và hộp là
khá lớn nên thực tế là phần lớn tải trọng ngang sẽ do lõi chịu
Để tránh hiện tợng này, tại một số tầng tạo ra các dầm ngang hoặc dàn
có độ cứng lớn để nối lõi với hộp chịu lực. Khi chịu tải, lõi bị uốn làm các
dầm chuyển vị theo phơng thẳng đứng tác động lên cột của hộp bên ngoài.
Cột có độ cứng dọc trục lớn nên sẽ cản chuyển vị của các dầm và qua đó
chống lại chuyển vị ngang cho công trình
Trong thực tế các dầm cứng này đợc bố trí tại các tầng kỹ thuật và có
chiều cao bằng cả tầng nhà nên đợc gọi là tầng cứng.
Số lợng tầng cứng trong nhà thờng là 1, 2, 3 tầng