GIÁO TRÌNH KẾT CẦU NHÀ CAO TẦNG

NH
NH
À
À
CAO T
CAO T
Ầ
Ầ
NG BÊ TÔNG C
NG BÊ TÔNG C
Ố
Ố
T TH
T TH
É
É
P
P
N
N
Ộ
Ộ
I DUNG MÔN H
I DUNG MÔN H
Ọ
Ọ
C
C
Chương 1: Các hệ kết cấu của nhà cao tầng
Chương 2: Các mô hình tính toán và các nguyên tắc tính toán
Chương 3: Tải trọng, tác động và chuyển vị.

Chương 4: Tính toán hệ khung
Chương 5: Tính toán các hệ vách – lõi chịu lực
Chương 6: Tính toán các hệ khung - vách - lõi chịu lực
Chương 7 : Ổn định nhà cao tầng,
T
T
à
à
i li
i li
ệ
ệ
u tham kh
u tham kh
ả
ả
o:
o:
1. Bryan Stanford Smith, Alex Coull, Tall building structures: analysis and design,
John Wiley & Sons, NewYork, 1991
2. Lê Thanh Huấn, Kết cấu nhà cao tầng BTCT, nhà xuất bản XD Hà Nội, 2007.
3. Wolfgang Schueller, High rise building structures, John Wiley & Sons,
NewYork, London Sydney, Toronto, 1976.
4. Triệu Tây An, Hỏi - đáp thiết kế và thi công nhà cao tầng, nhà xuất bản Xây
Dựng, 1996.
5. P.F. Drozdov, Cấu tạo và tính toán hệ chịu lực và các cấu kiện nhà cao tầng,
Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, 1984.
6. TCXDVN 323: 2004, Nhà ở cao tầng – tiêu chuẩn thiết kế.
7. TCXD 198: 1997, Nhà cao tầng – thiết kế, cấu tạo BTCT toàn khối.
8. TCXDVN 356: 2000, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – tiêu chuẩn thiết kế.

9. TCXD 229: 1999. Tính toán thành phần động của tải trọng gió.
10. TCVN 375 2006, Thiết kế công trình chịu động đất.
11. Kenneth M. Leet, Reinforced concrete design, McGraw Hill 1997.
Chương
Chương
1.
1.
C
C
á
á
c h
c h
ệ
ệ
k
k
ế
ế
t c
t c
ấ
ấ
u ch
u ch
ị
ị
u l
u l
ự

ự
c nh
c nh
à
à
cao t
cao t
ầ
ầ
ng
ng
1.1. Khái niệm chung về nhà cao tầng
¾ Định nghĩa nhà cao tầng: Ngôi nhà mà chiều cao của nó là yếu tố
quyết định các điều kiện thiết kế, thi công hoặc sử dụng khác với ngôi
nhà thông thường.
¾ Phân loại: Căn cứ vào chiều cao và số tầng nhà,Ủy ban Nhà Cao Tầng
Quốc Tế phân nhà cao tầng ra 4 loại:
Loại 1: 9 → 16 tầng ( < 50 m)
Loại 2: 17 → 25 tầng ( < 70 m)
Loại 3: 26 → 40 tầng ( < 100 m)
Loại 4: > 40 tầng (> 100 m)
¾ TCXDVN 323: 2004: nhà cao trên 40 m
Độ cao khởi đầuTên nước
≥ 40mViệt Nam
≥ 8 tầngTrung quốc
H ≥ 25 mBỉ
≥ 10 tầngLiên Xô
H ≥ 22 mĐức
11 tầng , H ≥ 31 m Nhật
Nhà ở H ≥ 50 m, kiến trúc khác H ≥ 28 mPháp

H ≥ 24.3 mAnh
Nhà ở H ≥ 22 → 25 m hoặc > 7 tầngMỹ
Độ cao khởi đầu của nhà cao tầng
1.2. Các đặc điểm chính trong thiết kế nhà cao tầng
¾ Khi chịu tải trọng ngang, hệ kết cấu theo phương thẳng đứng ( khung,
vách, lõi) của nhà cao tầng làm việc như một công son chịu uốn.
¾ Đan sàn xem như có độ cứng vô cùng trong mặt phẳng sàn và có nhiệm vụ
phân bố các phản lực ngang vào hệ chịu lực đứng
¾ Do hệ kết cấu theo phương thẳng đứng làm việc như một công son chịu
uốn Î chuyển vị ngang và nội lực trong hệ kết cấu tăng rất nhanh khi tăng
chiều cao nhà
H
q
∆
M = qH
2
/2
∆ =qH
4
/8EJ
ắ La chn gii phỏp t chc mt bng v hỡnh khi thớch hp tng
cng trong mt phng un nhm:
Hn ch dao ng v chuyn v ngang ca cụng trỡnh trong phm
vi cho phộp.
ng sut nộn do ti trng ng sinh ra phi trit tiờu c ng
sut kộo do ti trng ngang gõy ra trong kt cu ẻ tng kh nng
chng lt cho cụng trỡnh.
ắ Ti trng bn thõn v hot ti rt ln c phõn b trờn mt din tớch
mt bng nh ẻ chn loi vt liu cú kh nng chu lc cao v trng
lng riờng nh ẻ trng lng ca cụng trỡnh gim ẻ gim kớch thc

múng v gim ti trng ng t tỏc ng lờn cụng trỡnh.
ắ Độ cứng của hệ móng phải đủ để truyền những tác động nhận đợc từ kết
cấu bên trên xuống nền đất càng đều đặn càng tốt.
1.2. Cỏc c im chớnh trong thit k nh cao tng
¾ BT có trọng lượng bản thân lớn, dùng hiệu quả cho nhà ≤ 30 tầng. Trong
nhà cao tầng dùng bê tông cấp độ bền ≥ B25, thép có R
a
≥ 300 MPa. Nhà
≥ 30 tầng dùng BT ứng lực trước hay kết cấu thép – BT liên hợp .
¾ Hệ thống lưu thông chủ yếu là theo phương đứng Î bố cục nhà cao tầng
phải đảm bảo các yêu cầu về phòng cháy, chữa cháy, thông gió, chiếu
sáng, và vệ sinh môi trường
¾ Chuyển vị ngang và gia tốc dao động của ngôi nhà phải nằm trong phạm
vi giới hạn cho phép nhằm:
Hạn chế sự mất ổn định của các cấu kiện do tăng độ lệch tâm
Hạn chế độ phát triển vết nứt trong các kết cấu chịu lực chính
Đảm bảo điều kiện tâm, sinh lý cho người sống trong ngôi nhà
Đảm bảo cho các hệ thống kỹ thuật làm việc bình thường
1.2. Các đặc điểm chính trong thiết kế nhà cao tầng
¾ Các dạng kết cấu cơ bản:
Hệ kết cấu khung ( frame structures): < 20 tầng
Hệ kết cấu sàn phẳng ( flat – plate structures) < 25 tầng
Hệ kết cấu vách ( wall structures): < 35 tầng
Hệ kết cấu lõi ( core structures)
Kết cấu ống ( tube structures): >100 tầng
¾ Các dạng kết cấu tổ hợp thường dùng
Hệ kết cấu khung – vách cứng ( wall-frame structures): 40- 60 tầng
Hệ kết cấu khung – vách - lõi ( core - frame structures): 40- 60 tầng
Hệ kết cấu vách cứng – lõi cứng (core-wall structures) : 40- 60 tầng

Hệ kết cấu ống dạng khung ( framed - tube structures): 60- 100 tầng
Hệ kết cấu lõi - ống >100 tầng
Hệ kết cấu ống trong ống ( tube-in-tube structures) >100 tầng
1.3. Hệ thống kết cấu chịu lực của nhà cao tầng
¾ Các hệ kết cấu truyền tải trọng ( transfer structures): Khi giải pháp
kiến trúc và kết cấu cần khoảng cách giữa các cột hoặc vách của các tầng
bên trên nhỏ và không gian giữa các cột hoặc vách của các tầng bên dưới
lớn hơn nhiều → phải dùng các kết cấu tấm lớn (transfer plate) hoặc dầm
cao (transfer girder) để đỡ các kết cấu chịu lực phía trên.
¾ Các hệ tường chắn ( retaining structures) : dùng để chắn đất trong tầng
hầm
1.3. Hệ thống kết cấu chịu lực của nhà cao tầng
1.3.Hệ thống kết cấu chịu lực của nhà cao tầng
1.3.1. Hệ kết cấu khung cứng
¾ Độ cứng ngang ( lateral stiffness) của khung phụ thuộc vào độ cứng uốn
của cột, dầm và độ cứng của các nút liên kết trong mặt phẳng uốn.
¾ Nên chọn khung có nhịp gần bằng nhau, có bậc siêu tĩnh cao, độ cứng
của cột lớn hơn độ cứng của dầm sao cho trong trường hợp phá hoại
khớp dẻo sẽ xuất hiện trong các dầm sớm hơn trong các cột
¾ Tỉ số chiều cao thông thủy tầng trên chiều cao tiết diện cột < 25, chiều
cao cột h ≥ 300mm, chiều rộng tiết diện cột b ≥ 220 mm, h/b ≥ 3
¾ Hệ cột và dầm ở các tầng bên dưới lớn → Hệ kết cấu đòi hỏi chiều cao
thông thủy của tầng lớn → thường ít dùng cho nhà cao tầng.
¾ Thích hợp cho nhà có chiều cao < 20 tầng.
1.3. Hệ thống kết cấu chịu lực của nhà cao tầng
1.3.2. Hệ kết cấu khung chèn ( infilled framed):
¾ Hệ kết cấu khung chèn bao gồm hệ cột, dầm khung
bằng BTCT được chèn bởi gạch, gạch block hay bê
tông
¾ Hệ kết cấu khung chèn có thể dùng một cách kinh tế

cho nhà < 30 tầng
¾ Khi khung chèn chịu lực ngang, phần chèn làm việc
như một thanh giằng theo phương xiên chịu nén
trong kết cấu khung giằng.
¾ Tính chất tương tác giữa khung và vật liệu chèn thì
phụ thuộc nhiều vào liên kết và chất lượng của khối
xây Î khó đoán chính xác độ cứng và khả năng
chịu lực của khung
1.3. Hệ thống kết cấu chịu lực của nhà cao tầng
1.3.3. Hệ kết cấu sàn phẳng: bao gồm hệ sàn phẳng dày khoảng 15 – 25
cm được liên kết cứng với hệ cột.
¾ Hệ cho khoảng cách thông thủy giữa các sàn tối ưu nhất, hệ cốp pha
dùng đổ BT sàn đơn giản nhất Îdùng thích hợp cho thiết kế chung cư
hoặc khách sạn
¾ Khi chịu tải trọng ngang, sự làm việc của hệ kết cấu sàn phẳng tương tự
như sự làm việc của kết cấu khung cứng Î khả năng chịu tải trọng
ngang phụ thuộc vào độ cứng chịu uốn của các thành phần và liên kết
của chúng
¾ Thiết kế hệ sàn có nhịp khoảng 8m, hoặc nhịp 12m với mũ cột và số tầng
< 25 tầng sẽ cho hiệu quả kinh tế cao. Thực tế nhà có thể cao dến 40 tầng
1.3. Hệ thống kết cấu chịu lực của nhà cao tầng
Flat slab
1.3.4. Hệ vách , lõi chịu lực:
¾ Vách có độ cứng ngang cao Î khả năng chịu lực ngang lớn.
¾ Phải bố trí ít nhất 3 vách cứng trong một đơn nguyên, trục 3 vách không
được đồng qui.
¾ Nên bố trí sao cho tâm cứng của hệ trùng với tâm khối lượng của nó để
tránh tác động xoắn cho công trình khi chịu lực ngang lớn khi động đất.
¾ Độ dày vách t ≥ 150 mm
¾ Thích hợp để thiết kế khách sạn và căn hộ gia đình. Hệ kết cấu cho hiệu

qủa kinh tế cho nhà ≤ 35 tầng
1.3. Hệ thống kết cấu chịu lực của nhà cao tầng
Hệ vách , lõi chịu lực
1.3.5. Hệ khung – vách: gồm hệ vách
kết hợp với các khung cứng
¾ Sử dụng cho nhà có mặt bằng hình
chữ nhật kéo dài, chịu lực chủ yếu
theo phương ngang nhà
¾ Khung có biến dạng theo hướng
biến dạng trượt, Vách có biến dạng
theo dạng uốn. Sự tương tác của hệ
khung vách giúp cho kết cấu có độ
cứng ngang lớn hơn, có thể dùng
cho nhà cao từ 40 đến 60 tầng.
1.3. Hệ thống kết cấu chịu lực của nhà cao tầng
1.3.6. Hệống dạng khung ( framed - tube
structures)
¾ Ống bao gồm các khung vòng theo chu vi
nhà. Các khung này tạo bởi các cột có nhịp
rất nhỏ (từ 2- 4m) và các dầm khung là các
dầm rỗng có chiều cao rất lớn (deep
spandrel girders)
¾ Toàn bộ tải trọng ngang do hệống chịu
¾ Tải trọng đứng được phân cho hệống và
các cột hay vách ở bên trong ống
¾ Các cột ở tầng trệt thường được gộp lại để
đảm bảo bề rộng cửa → một số cột tầng
trên phải đạt trên các dầm chuyển (transfer
beams)
¾ Hệ khung ống là một trong những dạng kết

cấu hiện đại nhất của nhà cao tầng, có thể
áp dụng cho nhà có chiều cao ≥ 100 tầng
1.3. Hệ thống kết cấu chịu lực của nhà cao tầng
¾ Hệống trong ống ( tube –in tube or hull core
structures):
hệ gồm một hệống bên ngoài theo chu vi
nhà ( outer framed tube structure), và một hệ
ống bên trong tạo thành lõi cho nhà.
Hệống và lõi cùng tham gia chịu tải trọng
đứng và tải trọng ngang
¾ Hệ bó ống (Buldled – tube structures):
Parallel rigid frames are interconnected to
form a buldled – tubes
¾ Hệ thích hợp cho nhà > 100 tầng
1.3. Hệ thống kết cấu chịu lực của nhà cao tầng
1.3.7. Hệống dạng giằng ( braced–
tube structures) :
¾ Hệ được phát triển bằng cách đặt
thêm các thanh giằng xiên vào các
mặt của hệ khung ống.
¾ Các thanh giằng xiên nối tại nút của
khung ống → dưới tác động của tải
trọng ngang, hệ làm việc như một hệ
khung giằng.
¾ Nhờ có hệ thanh xiên, khoảng cách
các cột trong hệ giằng- ống có thể
lớn hơn hệ khung-ống và chiều cao
của dầm khung có thể nhỏ hơn.
1.3. Hệ thống kết cấu chịu lực của nhà cao tầng
1.3. Hệ thống kết cấu chịu lực của nhà cao tầng

¾ Hệ treo
1.3.8. Transfer structures