chuyên đề nhà cao tầng potx

CHUYÊN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG
KẾT CẤU CHỊU LỰC
TRONG NHÀ CAO TẦNG
I/ LỊCH SỬ PHÁT CAO TẦNG
1.Tổng quan lịch sử
Công trình nhà chọc trời đầu tiên trên thế giới xuất hiện vào khoảng cuối thế kỉ
19 trước sự kinh ngạc của công chúng ở Thành phố New York. Kết cấu của thể loại
công trình này dần dần hoàn thiện dựa trên sự phát triển của công nghệ xây
dựng thập niên 1880, đã cho phép phát triển cấu trúc của nhà nhiều tầng. Loại kết
cấu mới này được xây dựng dựa trên hệ khung thép chịu lực, khác với kết cấu
tường chịu lực truyền thống vốn đã đạt đến tới hạn chịu lực với công
trình Monadnock ở Chicago.
Nguyên gốc trong tiếng Anh, khái niệm "nhà chọc trời" (skycraper) là một khái
niệm về hải dương chỉ cây cột buồm thẳng đứng trên thuyền buồm. Trong tiếng
Việt, nhà chọc trời là cách gọi hình tượng của nhà cao tầng. Một nhà chọc trời có
chiều cao trên 305 m (1000 ft) đôi khi được gọi là nhà siêu cao tầng.
Trong khi nhà chọc trời đầu tiên trên thế giới là Tòa nhà Bảo hiểm (Home
Insurance Building) có chiều cao 10 tầng, ở Chicago, Mỹ, được xây dựng từ
năm 1884 đến 1885 thì ngày nay chiều cao đó được coi là hết sức bình thường hoặc
không có khả năng gây ra ấn tượng gì đặc biệt. Một ứng cử viên khác của giai đoạn
này là tòa nhà hai mươi tầng: Công trình Thế giới New York (New York World
Building), ở Thành phố New York.


NHÓM 4 – TCVL 08B1
Trang 1
CHUN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG


2.Các tồ nhà cao tầng trên thế giới
2.Các tồ nhà cao tầng trên thế giới

a
a
.Tồ nhà Empire State
.Tồ nhà Empire State


Tồ nhà Empire State
Tồ nhà Empire State
-
-
Xây dựng 1931
Xây dựng 1931
-
-
Cao 102 tầng, 1453 feet (443m)
Cao 102 tầng, 1453 feet (443m)
- Khung thép
- Khung thép
- Khung làm việc chịu uốn
- Khung làm việc chịu uốn
- Khung cửa giống nhau ở các tầng
- Khung cửa giống nhau ở các tầng
- Kết cấu bao che hầu như giống nhau nên thi cơng nhanh nhưng tổ chức khá
- Kết cấu bao che hầu như giống nhau nên thi cơng nhanh nhưng tổ chức khá
phức tap.
phức tap.
b.Tháp Đài Bắc Taiper 101
- Tháp Đài Bắc Taiper 101 có 101 tầng và 5 tầng hầm. Từ mặt đất đến đỉnh

toà tháp: 508m, đến nóc: 449m, đến tầng cao nhất: 439m.
NHĨM 4 – TCVL 08B1
Trang 2
CHUN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG
- Hệ kết cấu chòu lực của toà nhà cao ốc Taiper 101 gồm 1 hệ lõi bê tông
cốt thép chạy suốt từ móng lên đến mái cùng với 16 cột ở dạng cấu trúc
lõi hỗ trợ dọc và các hệ dầm dàn thép ở các tầng sàn
- phần móng của toà nhà cao ốc Taiper 101 thì một hệ thống gồm kết
hợp cả thiết bò cách li chấn động có dạng hình cầu và thiết bò giảm chấn
bằng dầu nhớt có dạng thanh giằng đã được sử dụng. Toà cao ốc này được
thiết kế để chóng lại tất cả những trận động đất lớn có thể xảy ra (lớn hơn
7 độ richter)

Tháp Đài Bắc Taiper 101 về đêm
NHĨM 4 – TCVL 08B1
Trang 3
CHUN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG

Cảnh bắn pháo hoa ở tháp Đài Bắc Taiper 101
c. Toà Burj Dubai.
Tòa tháp cao 850 mét này có 162 tầng, bao gồm một khách sạn, một trung
tâm thương mại, hệ thống văn phòng và các căn hộ cao cấp. Dubai đang đầu tư
hàng tỷ đôla để xây dựng hàng loạt các tòa cao ốc nhằm khẳng đònh vò thế là
trung tâm thương mại và tài chính của thế giới. Burj Dubai (trong tiếng Ảrập,
burj có nghóa là tháp) với kinh phí xây dựng vào khoảng 20 tỷ USD hiện là tòa
nhà cao thứ nhất trên thế giới đã được xây dựng
NHĨM 4 – TCVL 08B1
Trang 4
CHUYÊN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG

Toaø Burj Dubai


Hình ảnh các giai đoạn xây dựng toà Burj Dubai
Hình ảnh các giai đoạn xây dựng toà Burj Dubai
NHÓM 4 – TCVL 08B1
Trang 5
CHUYÊN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG
NHÓM 4 – TCVL 08B1
Trang 6
CHUYÊN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG
MOÄT SOÁ HÌNH AÛNH THAM KHAÛO
Toaø Burj Dubai Toaø Bitexco tp HCM
d. The Lagoons


Dubai Towers, The Lagoons
NHÓM 4 – TCVL 08B1
Trang 7
CHUN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG
Với 4 tòa tháp hình ngọn lửa có chiều cao từ 54 đến 97 tầng, The Lagoons là
tổ hợp các tòa nhà cao tầng có diện tích lớn nhất hiện nay, 7 triệu mét vuông.
Có vốn đầu tư khoảng 18 tỷ USD, The Lagoons đã được khởi công vào tháng
Sáu 2008 và dự kiến hoàn tất vào năm 2014.
e. Russia Tower


Russia Tower, Moscow
- Là công trình thiết kế của kiến trúc sư Norman Foster thuộc công ty Foster &
Partners, Russia Tower hiện đã được khởi công và khi khánh thành vào năm

2012 sẽ trở thành ngôi nhà lớn nhất thế giới có hệ thống thông gió tự nhiên với
chiều cao khu nhà ở lên tới 612 mét. Với chiều cao này Russia Tower sẽ là tòa
tháp cao thứ 8 trên thế giới đang được xây dựng.
- Sẽ có 101 chiếc thang máy cho công trình cao 118 tầng này và bãi đỗ xe
ngầm của nó đủ chỗ cho gần 4.000 xe. Dự kiến sức chứa tối đa của tòa nhà
vào khoảng 30.000 người. Nhưng hiện do khủng hoảng tài chính nên Russian
Tower cũng đang bò tạm ngừng xây dựng.
f. Dubai City Tower
Thành phố chiều thẳng đứng Dubai City Tower, hay còn gọi là "Thành phố
chiều thẳng đứng" với chiều cao dự kiến 2,4 km chắc chắn sẽ trở thành một kỷ
lục có thể trụ được lâu dài. Sáu tòa nhà riêng biệt được thiết kế xoắn vào nhau
NHĨM 4 – TCVL 08B1
Trang 8
CHUN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG
tạo nên chiếc tháp ở giữa. Theo Alastair Collins từ Hiệp hội các nhà cao ốc
Quốc tế thì việc xây dựng tòa nhà này là quá đơn giản. Khó khăn nhất ở đây sẽ
là các dòch vụ khác: việc di chuyển, cung cấp năng lượng, cấp và thoát nước. Dự
án này hiện chỉ mới được đưa ra để tham khảo.

Dubai City Tower
II/ KHÁI NIỆM VỀ CÁC HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC
1 §Ỉc ®iĨm chÞu lùc nh cao tÇng.μ
Theo ®Þnh nghÜa cđa ban qc tÕ nh cao tÇng th× nh m chiỊu caoμ μ μ
cđa nã ¶nh h ëng ®Õn ý ®å v ph ¬ng ph¸p thiÕt kÕ ® ỵc gäi l nh cao− μ − − μ μ
tÇng.
Bëi vËy nh nhiỊu tÇng, theo ®Þnh nghÜa trªn cßn cã thĨ gäi l nh nhiỊuμ μ μ
tÇng
®Ĩ ph©n biƯt víi nh th«ng th êng Ýt tÇng. Tuy nhiªn ®Þnh nghÜa trªn ®©yμ −
còng
chØ l nh÷ng quy íc, thay ®ỉi theo ®iỊu kiƯn kinh tÕ kü tht v x· héi cđaμ − μ

tõng n íc. ThÝ dơ:−
Liªn X« cò : Nh ë 10 tÇng trë lªn, lo¹i nh kh¸c 7 tÇng.μ μ
Hoa kú : Nh trªn 7 tÇng hc cao trªn 22 25m.μ –
NHĨM 4 – TCVL 08B1
Trang 9
CHUYấN NH CAO TNG
CH Pháp : Nh ở cao trên 50m, loại nh khác cao trên 28m.
V ơng quốcAnh: Nh có chiều cao từ 24,3m trở lên.
Nhật bản : Nh 11 tầng v cao từ 31m trở lên.
CHLB Đức : Nh cao trên 22m.
Trung quốc : Nh ở 10 tầng trở lên, các loại nh khác từ 24m trở lên.
Tuy nhiên nhiều n ớc trên thế giới còn thừa nhận sự phân loại sau đây:
Nh cao tầng loại I, từ 9 đến 16 tầng (từ 40 đến 50m),
Nh cao tầng loại II từ 17 đến 25 tầng (d ới 80m),
Nh cao tầng loại III từ 26 đến 40 tầng (d ới 100m),
Nh rất cao trên 40 tầng (trên 100m).
Về ph ơng diện chịu lực, những nh loại I, II, III đều có thể sử dụng
chung những giả thiết v sơ đồ tính toán .Còn đối với những ngôi nh rất
cao (nh điểm, nh tháp, ) cần phải tuân thủ
những tiêu chuẩn, quy phạm thết kế v tính toán đặc biệt khác.
Để phân biệt với nh thấp tầng, theo các tiêu chuẩn, quy phạm thiết kế,
tính toán kết cấu hiện h nh trong n ớc v một số n ớc khác (TCVN 2737-
1995, Tải trọng v tác động TCXD 198- 1997. Tiêu chuẩn thiết kế nh cao
tầng bê tông to n khối), đối với những ngôi nh có chiều cao từ 40m trở lên,
kết cấu chịu lực phải đ ợc tính toán cả vớí th nh phần động của tải trọng
gió v
kiểm tra theo tải trọng động đất từ cấp 7 trở lên (theo thang MSK-64).
Tuỳ thuộc v o đặc điểm của các hệ chịu lực trong ngôi nh các tiêu
chuẩn hiện h nh còn quy định các chiều cao lớn nhất thích hợp
2. Các hệ kết cấu chịu lực nh cao tầng .

Các cấu kiện chịu lực chính tạo th nh các hệ chịu lực nh cao tầng bao
gồm:
- Cấu kiện dạng thanh: cột, dầm, thanh chống.
- Cấu kiện dạng phẳng: Tấm t ờng (vách đặc hoặc có lỗ cửa), tấm s n
(tấm phẳng hoặc tấm có s ờn ).
Trong nh cao tầng, s n các tầng, ngo i khả năng chịu uốn do tải trọng
thẳng
đứng, còn phải có độ cứng lớn để không bị biến dạng trong mặt phẳng khi
truyền tải trọng ngang v o cột, vách, lõi nên còn gọi l những s n cứng
(tấm
cứng).
- Cấu kiện không gian l các vách nhiều cạnh hở hoặc khép kín, tạo
th nh các hộp bố trí bên trong nh , đ ợc gọi l lõi cứng. Ngo i lõi cứng bên
trong, còn có các dãy cột bố trí theo chu vi nh với khoảng cách nhỏ tạo
th nh
một hệ khung biến dạng t ờng vây. Tiết diện các cột ngo i biên có thể đặc
NHểM 4 TCVL 08B1
Trang 10
CHUYấN NH CAO TNG
hoặc rỗng. Khi l những cột rỗng hình hộp vuông hoặc tròn sẽ tạo nên hệ
kết
cấu đ ợc gọi l ống trong ống. Dạng kết cấu n y th ờng sử dụng trong
nh có
chiều cao lớn.
Từ các th nh phần kết cấu chính nêu trên, tuỳ thuộc v o các giải pháp
kiến trúc, khi chúng đ ợc liên kết với nhau theo những yêu cầu cấu tạo
nhất
định sẽ tạo th nh nhiều hệ chịu lực khác nhau theo sơ đồ d ới đây
Tuỳ theo cách tổ hợp các kết cấu chịu lực có thể chia th nh 2 nhóm:
Nhóm thứ nhất, chỉ gồm một loại cấu kiện chịu lực độc lập nh khung,

t ờng, vách, lõi hộp (ống).
Nhóm thứ hai l các hệ chịu lực đ ợc tổ hợp từ 2 hoặc3 loại cấu kiện cơ
bản trở lên chẳng hạn :
kết cấu khung + vách.
kết cấu khung + lõi.
kết cấu khung + vách + lõi v.v
Sự phân chia
trên chỉ l những quy
ớc t ơng ứng với từng
giả thiết v mô hình
tính toán công trình cụ
thể, v phụ thuộc v o
chiều cao, tỷ lệ giữa
chiều rộng v chiều
d i mặt bằng nh v.v Khi chiều cao tăng lên thì vai trò khung cột dầm
giảm
dần đối với tác động của tải trọng ngang. Dầm, cột khung chủ yếu chịu các
loại tải trọng thẳng đứng truyền từ s n tầng v o. Bởi vậy trong thực tế, ngay
cả
các hệ vách, lõi, ống vẫn luôn kết hợp với hệ thống khung cột đ ợc bố trí
theo
các ô l ới nhất định, phù hợp với giải pháp mặt bằng kiến trúc.

III/ PHNG PHP TNH
a.H vỏch cng chu lc
1/Khỏi nim:
Vỏch l cu kin chu lc ng cú chiu di 4 ln chiu dy theo (BS
8110-1997, iu 1.3.4.1)
Tỏc dng ca vỏch, lừi l tng cng (dựng gim chuyn v
ngang ngang), tng kh nng chu ti ngang trong nh cao tng. Ti trng

NHểM 4 TCVL 08B1
Trang 11
CHUYÊN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG
gió và tải trọng động đất là hai loại tải trọng ngang chính mà vách phải chịu.
Ngoài ra vách, lõi cũng có thể chịu tải đứng rất tốt (mà tiết diện mỏng lại
có thể dùng làm vách ngăn, tiết kiệm diện tích để sử dụng).
Bố trí vách xen kẽ khung sẽ có lợi hơn nhiều so với bố trí lõi (do sự
tương tác không đồng điệu).
Về sơ đồ kết cấu, theo sự phân loại chung thì nhà từ 9 - 17 tầng phương
án khung vẫn là kinh tế, tuy nhiên hiện nay chủ yếu thiết kế theo sơ đồ khung
kết hợp vách, vì thế công trình tính ra chuyển vị rất nhỏ, độ cứng công trình rất
cao dẫn đến giá thành cũng bị đẩy lên cao”.
Tại Việt Nam đã có tác giả khảo sát, tính toán với nhà cao tầng, kết quả
cho thấy tải trọng đứng có tác dụng làm giảm chuyển vị xoay, chuyển vị ngang
do tải trọng gây ra. Khi sử dụng kết cấu dự ứng lực sẽ làm giảm chuyển vị xoay
một cách đáng kể, giúp tăng ñộ cứng, chống xoắn của lõi cứng và độ cứng
chống xoắn của tòa nhà. Từ đó, đã kiến nghị, khi thiết kế nhà nhiều tầng cần
cấu tạo cốt thép liên kết sàn và lõi cứng để giảm ứng suất tập trung cục bộ, làm
tăng khả năng làm việc tương hỗ giữa sàn và lõi cứng, tăng khả năng chịu lực
ngang của nhà nhiều tầng. Khi thiết kế cũng phải có phương án tính đến kết cấu
lõi cứng dự ứng lực để tăng lực thẳng đứng mà không tăng lực quán tính sẽ
giảm chuyển vị xoay, chuyển vị ngang của công trình do tải trọng ngang gây
ra.
2/Thiết kế vách cứng:
NHÓM 4 – TCVL 08B1
Trang 12
CHUYÊN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG
Hiện nay, vấn đề thiết kế vách lõi vẫn đang còn được bàn cãi nhiều ở Việt
Nam. đa số các kỹ sư thiết kế và cấu tạo sai vách-lõi, không để ý đến cấu tạo kháng
chấn vách-lõi.

Các phương pháp thiết kế hiện nay ở Việt Nam:
Tính theo ứng suất cho phép, dùng giá trị ứng suất chính S
11
, S
22
để tính thép
phân bố theo phương 1 và 2 (cho các phần tử Shell) ở những vị trí xung yếu trong
vách theo giá trị ứng suất kéo chính, nén chính trong bê tông. (Xem hình dưới).
Phương pháp này được giảng dạy trong các trường đại học, có ở một số tài liệu
vì vậy các kỹ sư quen dùng phương pháp này.Nhưng đây là một phương pháp rất lạc
hậu và không còn ñược dùng ở nhiều nước.
Sử dụng TCVN về tính cấu kiện nén-uốn phẳng, chia vách thành các cấu kiện
phẳng hình chữ nhật để tính.Cần tổ hợp M, N, Q từ các giá trị nội lực màng F
11
[kgf/m], M
11
[kgfm/m] và F
22
, M
22
của các tổ hợp bất lợi F
11
max, F
11
min, M
11
max,
M
11
min, để tính thép phân bố theo 1 phương, phương còn lại bỏ qua.

Dùng các dạng phần tử Pier (thin wall) và Spandrel của ETABS để tính cốt
thép trong vách, lõi, các cột dị hình (chữ thập, chữ L, ) theo tiêu chuẩn UBC (hay
ACI). Có thể xem phần cơ sở lý thuyết về lập trình ứng dụng trong phần “Shear wall
design manual” kèm theo phần mềm này. Lý thuyết tính toán cột lệch tâm xiên của
UBC và ACI cũng ñã ưu việt hơn rất nhiều so với một số công thức kiểm tra của
TCVN chứ chưa nói đến việc thiết kế dầm cao (spandrel) và tường vách.
Cuối cùng, quyết định cách bố trí cốt thép trong vách theo kinh nghiệm dựa
trên sự phân tích về kết quả tính theo các cách trên.
Điều quan trọng là việc tính toán không phải tính trực tiếp trên công trình
thật, chịu các tác động thật của môi trường mà chỉ tính trên một mô hình kết cấu thay
thế, chịu tác dụng của các lực thay thế tương đương mà thôi. Vậy nếu mô hình kết
cấu và mô hình tải trọng thay thế không phản ảnh được đúng sự ứng xử của công
trình trong thật tế thì kết quả sẽ không dùng được. [2]
Mô hình cửa thang máy tại vách
Đục lỗ vách thang máy sau đó xử lý bài toán tấm vỏ bình thường
Mô hình hoá phần lanh tô (trong ETABS hình như là Spandrel) như một phần
tử thanh và liên kết với vách 2 bên, sau đó lấy nội lực thiết kế như dầm.
Để tính đến hiệu ứng ngàm của lanh tô vào vách, nếu chỉ mô hình lanh tô liên
kết cứng với vách tại mép vách thì mô men ngàm trong lanh tô tại vị trí liên kết này
khi chịu tải ngang là rất nhỏ, không phản ánh đúng được bản chất liên kết vì vậy cần
phải đưa đầu lanh tô vào phía trong vách một đoạn. Nếu thử nghiệm (bằng cả Robot
và SAP2000) đoạn đưa vào này càng nhiều thì mô men ngàm càng tăng trong phạm
vi thí nghiệm vì vậy chọn ngàm vào một đoạn bao nhiêu là một câu hỏi. Kinh nghiệm
một số kỹ sư Pháp cho biết đoạn này vào khoảng 1,5 - 2m.
NHÓM 4 – TCVL 08B1
Trang 13
2 2
CHUYÊN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG
3/ Tính toán vách cứng
3.1.Trường hợp vách cứng đặc:

Phân phối tải trọng ngang tới các vách cứng:
Hệ gồm các vách cứng giả thuyết như sau:
Các bản sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của nó.
Các cấu kiện thẳng ñứng chịu tải trọng ngàm vào móng cứng và có độ cứng
không đổi theo chiều cao.
Bỏ qua biến dạng trượt và độ cứng chống xoắn của vách cứng.
Xét hệ tường chịu lực có các trục chính của vách cứng song song liên tục với
hệ trục xOy. Công trình chịu tải trọng ngang cường ñộ là Py (z) // trục Oy. Tọa độ
tâm cứng như sau:
∑
∑
=
xi
xixi
TC
EJ
EJ
x
.
λ
;
∑
∑
=
yi
yiyi
TC
EJ
EJ
y

.
λ
Nếu đặt EJ
x
-∑EJ
xi
và EJ
y
-∑EJ
yi
là độ cứng chống uốn của công trình.
B
ω
=
∑
(r
xi
.EJ
xi
+ r
yi
.EJyi
)
- Độ cứng chống xoắn của công trình.
r
i
- khoảng cách từ vách cứng thứ i đến tâm cứng
r
xi
= λ

xi
- x
TC
, r
yi
= λ
yi
- y
TC
NHÓM 4 – TCVL 08B1
Trang 14
CHUYÊN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG
Mômen xoắn :

Tải trọng ngang được phân cho vách cứng :

Tải trọng ngang được phân thêm do M xoắn :
Vậy tải trọng phân bố vào vách cứng :
3.2.Trường hợp vách có 1 dãy lỗ cửa:
Dãy lỗ cửa chia vách cứng thành hai phần nối nhau bằng các lanh tô tùy theo
kích thước lỗ cửa mà ảnh hưởng tới sự làm việc của vách.
Trong tính toán phân phối tải trọng ngang vào các vách cứng thực hiện tương
tự trường hợp vách cứng đặc, nhưng thay Momen quán tính J
i
bằng Momen quán
tính tương đương J
tdi
Nếu dãy lỗ cửa bé: ñộ cứng của lanh to rất bé so với phần tường do đó có thể
bỏ qua Momen xoắn tại các tiết diện liên kết với tường và xem lanh to như những
liên kết thanh nối khớp các thành phần tường với nhau. Mỗi phần làm việc như 1

vách cứng đặc riêng biệt có độ cứng chống uốn là EJ
1
và EJ
2
.Vách cứng có Momen
quán tính tương đương là J
td
= J
1
+ J
2
Nếu dãy lỗ cửa bé (a≥10) : ðộ cứng lanh to rất lớn nên biến dạng của vách
cứng theo giả thuyết tiết diện phẳng. Momen quán tính tương đương của vách.
J
1
+ J
2
+ d
2
. A
1
+ d
2

. A
2
NHÓM 4 – TCVL 08B1
Trang 15
CHUYÊN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG
Trong đó : J

1
, J
2
, A
1
, A
2
là Momen quán tính và diện tích tiết diện ngang của mỗi
phần tường.d
1
,d
2
là khoảng cách từ trọng tâm của toàn bộ vách cứng ñến trọng tâm
các phần tường.
Lực cắt tại điểm giữa của lanh to :
Momen uốn ở 2 đầu ngàm lanh to :
Nếu lỗ cửa có kích thước trung bình (1<a<10)
Để đơn giản tính theo 2 mô hình sau :
Mô hình rời rạc (hay khung thay thế) : các phần tường và lanh to làm việc như
1 khung nhiều tầng tương đương .
Mô hình rời rạc liên tục : lanh to được thay thế bằng các thanh rải đều theo
chiều cao chịu biến dạng trượt với độ cứng theo tính chất và khoảng cách các lanh to.
Hệ số liền khối của vách cứng a
Momen tình của từng phần tường với trục qua trọng tâm vách cứng:

Momen quán tính của vách có xét đến sự giảm yếu của các lỗ cửa:

Đặt :
NHÓM 4 – TCVL 08B1
Trang 16

CHUYÊN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG
VÁCH CỨNG

NHÓM 4 – TCVL 08B1
Trang 17
CHUYÊN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG
VÁCH CỨNG
NHÓM 4 – TCVL 08B1
Trang 18
CHUYÊN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG
BỐ TRÍ THÉP VÁCH CỨNG
B.VÁCH CỨNG SÀN
1.Khái niệm:
Sàn là vách cứng ngang trong kết cấu chịu lực, chịu tác dụng tải trọng đứng và
tải trọng gió.
Các sách viết về nhà cao tầng đều đặt ra giả thiết là sàn tuyệt đối cứng (Rigid
Floor Diaphragm) khi chịu tải ngang. Khi đó tải trọng ngang được tính toán thành các
lực tập trung tại mức sàn và phân phối vào cột và vách cứng theo độ cứng của mỗi
cấu kiện. Khi tính toán nhà cao tầng, khai báo sàn tuyệt đối cứng dẫn tới sàn không bị
biến dạng trong mặt phẳng khi truyền tải trọng ngang vào cột, vách và lõi. Một số mô
hình kết cấu phù hợp với giả thiết sàn cứng đó là hệ khung - vách cứng hoặc khung -
lõi cứng.
2.Yêu cầu cấu tạo
Khác với các cấu tạo của sàn nhà thông thường chỉ chịu tải trọng thẳng góc
với mặt phẳng sàn, sàn cứng được cấu tạo đặc biệt sao cho đủ độ cứng không bị biến
dạng trong mặt phẳng nằm ngang và truyền được toàn bộ tải trọng ngang vào hệ
thống Vách – lõi cứng. Điều này được qui định trong các tiêu chuẩn về nhà cao tầng
hoặc kháng chấn của nhiều nước trên thế giới. Về cấu tạo và bố trí thép trong sàn
bình thường cũng đủ coi sàn là cứng tuyệt đối không cần những cấu tạo gì đặc biệt.
Khi tính toán với ETABS hoặc SAP2000, thông thường có thể chọn tất cả các

phần tử trên mặt bằng sàn để gán Diaphragm. Theo hướng dẫn của ETABS, có hai
cách để gán Diaphragm như sau:
After the diaphragm(s) has been defined, use the Assign menu > Joints/Points
NHÓM 4 – TCVL 08B1
Trang 19
CHUYÊN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG
> Diaphragm command or the Assign menu > Shells/Areas > Diaphragm command
to assign the diaphragm to selected point and area objects, respectively.CSI khuyến
cáo dùng SHELL DIAPHRAGM.
* Nhược điểm:
Gọi là tuyệt đối khi khả năng chống lại biến dạng trong mặt phẳng của sàn là
rất lớn hay nói ngượi lại là biến dạng phẳng của sàn là vô cùng nhỏ. Hay nói một cách
tương đương là những biến dạng đó không có hảnh hưởng ngược lại đến sự phân bố
lại nội lực trong các thành phần khác của kết cấu.
Tuy nhiên, mô hình sàn cứng tuyệt đối trong mặt phẳng chỉ có tính tương đối,
trong một số trường hợp (như sàn không dầm ứng lực trước, ) thì vẫn có sự biến
dạng trong mặt phẳng sàn. Với mặt bằng công trình phức tạp và các vách không có
dầm không thể ép các điểm trên cùng 1 tầng phải có cùng chuyển vị, một khi các cấu
kiện đứng đã không được liên kết bởi các cấu kiện ngang (quan trọng là sàn mà
không phải là dầm) thì chuyển vị tại các điểm cùng cao độ của chúng phải bằng khác
nhau. Sàn coi tuyệt đối cứng hay không nhiều khi không chỉ căn cứ vào chiều dày của
sàn mà còn phải kể ñến tương quan của nó với kích thước dài và rộng, rồi giá trị của
lực tác động nữa.
SÀN BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC
1.Khái niệm
Sàn bê tông ứng lực trước thường là sàn không dầm (sàn phẳng) và sử dụng
loại kết cấu bê tông ứng lực trước.
Hiện nay hệ thống dự ứng lực có nhiều loại ( sợi đơn, đa sợi, có bơm vữa hay
không có bơm vữa) với các độ linh động trong lắp đặt và thi công khác nhau.
Thông thường dùng loại cáp có vỏ bọc với đường kính 15,24mm hoặc lớn hơn

với số lượng và đường kính theo tính toán của các nhà thiết kế. Sàn ứng lực trước
căng sau thường sử dụng 2 loại cáp bám dính hoặc không bám dính. Cáp bám dính
thường được sử dụng chủ yếu ở Úc còn ở Mỹ và Anh thì chủ yếu dùng cáp không
bám dính.
2.Ứng dụng
Sàn ứng lực trước có khả năng vượt nhịp lên tới 20m, nhưng chỉ hiệu quả
trong nhịp từ 8-12m, kinh tế nhất là nhịp 9m. Nhịp trung bình phổ biến là 10-12m,
tuy nhiên có thể kết hợp với dầm bản dự ứng lực với nhịp 16 hay 20m Nhịp lớn hơn
lượng thép dùng càng lớn.
Với nhịp khoảng 8-9m thì dùng sàn tấm phẳng, cần chú ý đến chọc thủng.
Với nhịp khoảng 10m thì dùng sàn phẳng với tấm mũ, cần chú ý kiểm soát
võng.
Với nhịp từ 12m trở lên chỉ nên dùng với dầm bẹt (dải sàn - slab band) nhưng
tiêu chuẩn giới hạn là mật độ đặt thanh thép. Dầm bẹt h<2t với t là chiều dày sàn. Bề
rộng của dầm bẹt b>3h. Khi dùng dầm bẹt, việc chọn chiều dày sàn dựa trên tỉ số
NHÓM 4 – TCVL 08B1
Trang 20
CHUYÊN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG
nhịp-trên-chiều cao, là dựa trên chiều dài của nhịp ngắn hơn. (Nhịp ngắn tính từ tim
tới tim chứ không dùng khoảng cách thông thủy tính từ mép của dầm bẹt bởi độ cứng
của dầm bẹt không đủ để có thể xem như một dầm).
3.Cấu tạo
Ngoài việc đặt cốt thép chủ động (ứng lực trước) theo quỹ đạo cáp căng trước
thông thường là parabol, cần phải đặt thêm cốt thép bị động (cốt thép thường). Tuy
nhiên có thể thiết kế để có thể đặt rất ít cốt thép thường.
Thông thường, với cáp bám dính (bonded tendon), khoảng cách tối đa là 10
lần chiều dày sàn cho sàn 2 phương và 8 lần chiều dày sàn cho sàn một phương
(phương còn lại không quy định, thường làm sao đảm bảo P/A -Tiêu chuẩn Mỹ ACI
318-05, mục 18.12.4. Đôi khi khoảng cách lớn hơn đôi chút được sử dụng nếu sàn
chịu được tải áp dụng.

NHÓM 4 – TCVL 08B1
Trang 21
CHUYÊN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG
LẮP ĐẶT CÁP SÀN
NHÓM 4 – TCVL 08B1
Trang 22
CHUYÊN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG



LẮP ĐẶT CÁP SÀN


Phương pháp tính toán sàn bê tông ứng lực trước
1. Các quan niệm phân tích kết cấu bê tông ứng lực trước
Quan niệm thứ nhất : Quan niệm này coi bê tông ứng lực trước như vật liệu
đàn hồi, tính toán theo ứng suất cho phép. Bê tông là vật liệu chịu nén tốt, chịu kéo
kém. Nếu không phải chịu ứng suất kéo do đã được nén trước thông qua việc kéo
trước cốt thép, trong bê tông sẽ không bị xuất hiện vết nứt, như vậy có thể xem như
bê tông ứng lực trước là vật liệu ñàn hồi. Với quan niệm này, khi bê tông ñặt vào
trạng thái chịu lực thì ứng suất kéo gây ra do tải trọng ngoại sẽ bị triệt tiêu bởi ứng
suất nén trước, nhờ vậy sẽ hạn chế được bề rộng vết nứt và khi vết nứt chưa xuất hiện
thì có thể sử dụng các phương pháp của lý thuyết đàn hồi để tính toán.
Quan niệm thứ hai : Quan niệm này coi bê tông ứng lực trước làm việc như
BTCT thường với sự kết hợp giữa bê tông và thép cường độ cao, bê tông chịu nén và
thép chịu kéo và gây ra một cặp ngẫu lực kháng lại mô men do tải trọng ngoài gây ra.
Nếu sử dụng thép cường độ cao đơn thuần như thép thường thì khi bê tông xuất hiện
vết nứt, thép vẫn chưa đạt đến cường độ. Nếu thép được kéo trước và neo vào bê tông
thì sẽ có được sự biến dạng và ứng suất phù hợp với cả hai loại vật liệu.
Quan niệm thứ ba : Quan niệm này coi ứng lực trước như là một thành phần

cân bằng với một phần tải trọng tác dụng lên cấu kiện trong qua trình sử dụng, tính
NHÓM 4 – TCVL 08B1
Trang 23
CHUYÊN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG
toán theo phương pháp cân bằng tải trong. Đây là phương pháp khá đơn giản và dễ
sử dụng để tính toán, phân tích cấu kiện BT ứng lực trước. Cáp ứng lực trước được
thay thế bằng các lực tương đương tác dụng vào bê tông. Cáp tạo ra một tải trọng
ngược lên, nếu chọn hình dạng cáp và lực ứng lực trước phù hợp sẽ cân bặng được
các tải trong tác dụng lên sàn, do đó độ võng của sàn tại mọi điểm đều bằng 0.
Thông thường, hệ kết cấu chịu lực là hệ sàn không dầm kết hợp với cột, vách
cứng bố trí tại các vị trí thang máy chịu tải trọng đứng do trọng lực của kết cấu, hoạt
tải gồm đồ đạc, người sử dụng và tải trọng ngang do gió hoặc động đất gây ra.
Sàn bê tông cốt thép ứng lực trước thường được thiết kế theo phương pháp cân
bằng tải trọng với giả thiết lực kéo căng trong cáp (bố trí hình parabol) sẽ cân bằng
với tải trọng bản thân cấu kiện, sau đó kiểm tra khả năng chịu tải của sàn trong giai
đoạn thi công và sử dụng.
2.Các giai đoạn tính toán:
* Giai đoạn đầu :
Giai đoạn đầu chỉ có tải bản thân : sau khi dựng ván khuôn, thi công công tác
thép , công tác định vị mặt đường quỹ đạo cáp (tendon profile) và cuối cùng là thi
công đổ bê tông toàn khối. Thời điểm kéo cáp là sau khi bê tông đạt tới 80 % về
cường độ, cường độ này là f'ci = 80%f'c hoặc f'ci=t/(α+β.t)*f'c (khoảng 15 ngày). Có
thể dùng phụ gia ñể khoảng 3 ngày là đạt cường ñộ có thể tiến hành căng cáp. Như
vậy cần phải kiểm tra chỉ cho tải trọng bản thân và tải cân băng của cáp theo phương
pháp cộng tác dụng
* Giai đoạn cuối :
Là giai đoạn sử dụng, xem như bê tông đạt 28 ngày, tháo ván khuôn và đưa
vào sử dụng. Lúc này có LIVE LOAD và SUP LOAD và kiểm tra với f'
c
(28 ngày )

điều này có xét ñến tổn hao ứng suất (loss stress) và chú ý rằng P
jack
>P
i
>P
f
(có thể
tưởng tượng lực kéo cáp do jack là lực ép cọc P
max
=> P
tk
= P
max
/2.5 giống coc). Nếu
sử dụng phần mềm SAFE, phải nhập tải trọng cân bằng của cáp và mômen thứ cấp.
Giai đoạn giới hạn là giai đoạn U-Stage lúc đó Mtotal = 1.4 (deal+sub) +1.7 live+
Msc(momen phụ) + Mearthquake (trường hợp lấy theo ACI)
* Mô hình tính toán sàn chịu tải trọng ngang
Ở 1 số nước mà đã phát triển lâu và rộng (như australia) khi tính toán thì giả
thiết rằng khi sàn chịu tải trọng ngang do gió hoặc động đất truyền vào (các tải trọng
ngắn hạn) thì khi thiết kế họ coi sàn là tuyệt đối cứng (Vách cứng sàn) không chịu
ảnh hưởng của tải trọng ngang khi chu kỳ dao động của toàn nhà T 3s (hoặc 5s) thì họ
có xu hướng bổ sung dầm vào trong hệ kết cấu để tăng độ cứng cho tòa nhà, có thể là
dầm thường hoặc dầm bẹt (có hoặc không có ứng lực trước). còn đối với tải trọng
ngang dài hạn (ví dụ như sàn tầng hầm, sàn tầng bán hầm có một mặt tiếp xúc với
tường chắn đất ) thì khác hoàn toàn, bất kể chu kỳ như thế nào thì cũng không thấy
đề cập đến việc tải trọng ngang ảnh hưởng gì đến sàn, mà họ thường có các biện pháp
thi công sao cho không xuất hiện ứng suất phụ tác động trực tiếp và sàn.
NHÓM 4 – TCVL 08B1
Trang 24

CHUYÊN ĐỀ NHÀ CAO TẦNG
Mô hình tính toán sàn chịu tải trọng đứng
Sàn ứng lực trước có thể tách riêng ra để tính với tải trọng đứng. Có hai
phương pháp mô hình hóa sàn khi chịu tải trọng đứng là phương pháp phân phối trực
tiếp (DDM) và phương pháp Khung tương ñương (EFM).
Nếu công trình có nhịp đều nhau và đảm bảo yêu cầu để tính khung tương
đương thì chỉ cần chọn dải trên cột có chiều dài bằng chiều dài nhịp để tính và kiểm
tra theo khung tương đương. Nếu mặt bằng phức tạp thì có thể dùng phần mềm (ví dụ
như SAFE, Adapt PT - thường dùng để tính toán sàn phẳng + ứng suất trước là
ADAPT PT, cho kết quả nhanh và dễ kiểm soát) để tính ra nội lực sàn và chia dải tính
theo biểu đồ moment, hoặc chia dải theo mặt bằng sàn. Sau đó tính toán và kiểm tra
cho từng dải theo nội lực đã tính toán.
Sự phân phối Moment uốn của sàn phẳng khác sàn dầm : không phải đồng đều
trên toàn sàn mà tập trung phần lớn ở dải trên cột. (một số tiêu chuẩn nước ngoài quy
định điều này, ví dụ như BS8110 Section 3, mục 3.7).
Khi tính toán thì có chia ra column strip (dải đầu cột) và middle strip (dải ở
nhịp). Bề rộng column strip thường là 1/2 nhịp ngắn. 2/3 moment tại column strip lại
tập trung ở giữa, rộng = 1/2 column strip.
Dự kiến khoảng ( 65-75 ) % Moment theo mỗi phương được truyển bởi các
dải trên cột . Bề rộng của dải trên cột được lấy sao cho một nữa bề rộng của dải trên
cột ở về mỗi phía của cột lấy bằng 1/4 nhịp ngắn của Sàn.
Theo ACI 318 quy định : Chọn khoảng cách giữa các cáp ứng lực trước trong
dải trên cột vào khoảng (3 - 4) chiều dày bản; và khoảng cách tối đa giữa các cáp ứng
lực trước ở dải giữa nhịp không vượt quá 6 lần chiều dày bản .
CĂNG CÁP
NHÓM 4 – TCVL 08B1
Trang 25