KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG

KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
I. KẾT CẤU CHỊU LỰC CHÍNH
1. Tải trọng tác động lên nhà cao tầng :
-Tải trọng thẳng đứng: Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên công trình nhà thường
gồm hai loại: tĩnh tải (trọng lượng bản thân của công trình) và hoạt tải (tải trọng sử
dụng).
-Tải trọng ngang: Tác dụng của gió lên công trình là tác dụng động, nó phụ thuộc
vào các yếu tố của môi trường xung quanh như địa hình và hình dạng của mảnh đất
xây dựng, độ mềm và đặc điểm mặt đứng của công trình và sự bố trí của các công trình
lân cận.
-Tải trọng động đất: theo chỉ dẫn điều 3.1.3 TCXD 198 -1997.
2. Phân loại hệ thống kết cấu:
• Kết cấu thép :
- Khung cứng
- Khung – giằng
- Khung giằng có dàn đai
- Hộp khung
- Hộp bó (hộp có nhiều đơn nguyên)
- Hộp có giằng chéo
- Dàn không gian
- Dàn có giằng chéo
• Kết cấu BTCT:
- Khung vách chịu lực
- Hộp khung
- Hộp trong hộp
- Hộp nhiều đơn nguyên
- Hộp có giằng chéo
• Kết cấu hỗn hợp:
- Thép – BTCT (siêu cao tầng)
- Hộp khung
3. Lựa chọn hệ kết

cấu:
- Có thể chọn lựa kết cấu hợp
lý hệ kết cấu chịu lực theo số tầng
trên đồ thị sau:
- Đối với loại hình cao ốc văn
phòng có qui mô từ 20 – 25 tầng ta có
thể chọn các hệ:
+ Hệ khung cứng
+ Hệ vách cứng (lõi)
+ Hệ khung – vách kết hợp
4. Các giải pháp kết cấu cơ bản:
a. Hệ khung chịu lực:
- Tạo thành từ các thanh đứng (cột) và thanh ngang (dầm) liên kết cứng với
nhau theo hai phương tạo thành hệ khung không gian. Trên mặt bằng, hệ khung có thể
có dạng chữ nhật, tròn, hoặc đa giác Trong nhà cao tầng, tác dụng của tải trọng
ngang lớn. Để tăng độ cứng ngang của khung, đồng thời có thể phân phối đều nội lực
trong cột, bố trí thêm các thanh xiên tại một số nhịp trên toàn bộ chiều cao hoặc tại một
số tầng. Tác dụng của hệ thanh xiên (dạng dàn) làm cho khung làm việc như vách
cứng thẳng đứng.
- Ưu điểm: tạo ra không gian lớn.
- Nhược điểm: có độ cứng uốn thấp theo phuơng ngang nên bị hạn chế sử dụng
trong nhà có chiều cao trên 40m.
- Thường áp dụng cho các mặt bằng có dạng hình học: vuông, chữ nhật, tam
giác, tròn, elip. Có chiều cao 7-15 tầng là kinh tế nhất.

- Nếu thiết kế thêm các dàn
ngang (ở tầng trên cùng hoặc một số
tầng trung gian) liên kết dàn đứng với
các bộ phận còn lại của khung thì
hiệu quả chịu tải ngang của khung

tăng có thể đến 30%.
b. Hệ vách cứng (lõi)
- Ở hệ kết cấu này các cấu kiện
thẳng đứng chịu lực đứng và ngang của
nhà là các tấm tường phẳng, thẳng
đứng (vách cứng). Tải trọng ngang
được truyền đến các vách cứng thông
qua kết cấu sàn, được xem là tuyệt đối
cứng trong mặt phẳng của chúng. Các
vách cứng làm việc như những console
đứng, có chiều cao tiết diện lớn.
- Khả năng chịu tải của vách cứng phụ thuộc rất lớn về hình dạng tiết diện ngang
và vị trí bố trí chúng trên mặt bằng. Ngoài ra, trong thực tế các vách cứng thường bị
giảm yếu do có sự xuất hiện các lỗ cửa.
 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 xuống móng. Trong nhà nhiều tầng, lõi cứng thường được bố
trí kết hợp với vị trí thang máy.
- Hình dạng, số lượng, vị trí bố trí các lõi cứng chịu lực trên mặt bằng rất đa
dạng:
+ Nhà lõi tròn, vuông, chữ nhật, (dạng kín hoặc hở);
+ Nhà có một hay nhiều lõi;
+ Lõi nằm trong nhà, theo chu vi hoặc ngoài nhà.
- Lõi cứng bằng thép hoặc bê tông cốt thép với bề dày trên 300mm để chịu tải
trọng và phòng chống cháy. Lõi chạy dọc xuyên suốt theo chiều cao công trình.
- Thường áp dụng cho công trình có chiều cao trên 15 tầng.
- Tránh đặt lõi cứng lệch về 1 góc để đảm bảo phân bố đều tải trọng.
5. Các hệ kết cấu hỗn hợp
a. Hệ kết cấu khung – vách hỗn hợp:
- Thường được sử dụng hơn cả vì hệ này phù hợp với hầu hết các giải pháp

kiến trúc của nhà nhiều tầng.
- Hệ kết cấu này tạo điều kiện ứng dụng linh hoạt các công nghệ xây dựng khác
nhau như vừa có thể lắp ghép, vừa đổ tại chỗ.
- Hệ thống lõi cứng thường được tạo ra tại khu vực thang bộ,
thang
máy, khu
vệ sinh chung hoặc ở các tường biên, là các khu vực có tường liên tục nhiều tầng.
-
Hệ
thống khung được bố trí tại các khu vực còn lại của ngôi nhà.
- Hệ thống khung và vách được
liên
kết với nhau qua hệ kết cấu sàn. Trong
trường hợp này hệ sàn liền khối có ý nghĩa rất
lớn.
-
Thường trong hệ thống kết cấu này hệ thống vách đóng vai trò chủ yếu chịu
tải trọng ngang,
hệ
khung chủ yếu được thiết kế để chịu tải trọng thẳng đứng. Sự
phân rõ chức năng này tạo
điều
kiện để tối ưu hoá các cấu kiện, giảm bớt kích
thước cột và dầm, đáp ứng được yêu cầu của
kiến trúc.
b. Hệ hộp chịu lực:
- Các bản sàn được gối vào các kết cấu chịu tải nằm theo chu vi công trình mà
không cần gối vào vào kết cấu chịu tải bên trong. Với dạng kết cấu này, sẽ tạo ra một
không gian lớn bên trong nhà.
- Tùy theo cách tổ hợp, các kết cấu chịu lực có thể chia theo hai nhóm:

+ Nhóm 1: chỉ gồm một loại cấu kiện chịu lực độc lập như khung, tường,
vách, lõi chịu lực.
+ Nhóm 2: là các hệ chịu lực được tổ hợp từ 2, 3 loại cấu kiện cơ bản trở lên.

II. KẾT CẤU BAO CHE
- Lớp vỏ bao che của công trình phải chống thấm nước, kín gió và đáp ứng các yêu
cầu về cách âm, cách nhiệt.
- Lớp vỏ phải nhẹ, chủ yếu bằng kính, hay được phủ tấm bằng các vật liệu chịu tải,
chẳng hạn như đá hay gạch với cửa sổ nằm trong các panel.
- Có thể có 2 lớp, với lớp bảo trì, thông gió ở giữa hay màn sáo điều chỉnh được.

III. LƯU Ý KHI CHỌN KẾT CẤU
- Nếu là khung nhiều nhịp thì các nhịp khung nên chọn bằng
nhau
hoặc gần bằng
nhau (hình 3.1 a). Không nên thiết kế khung có nhịp quá khác nhau (hình 3.1
b).
Nếu phải thiết kế các nhịp khác nhau thì nên chọn độ cứng giữa các nhịp của dầm
tương ứng
với
khẩu độ của chúng (hình 3.1
c).
- Nên chọn sơ đồ khung sao cho tải trọng (theo phương nằm ngang và phương
thẳng đứng)
được
truyền trực tiếp và nhanh nhất xuống móng. Tránh sử dụng sơ đồ
khung hẫng cột ở dưới. Nếu
bắt
buộc phải hẫng cột như vậy, phải có giải pháp cấu
tạo để đảm bảo nhận và truyền tải trọng từ

cột
tầng trên một cách an toàn (hình
3.2).
- Không nên thiết kế khung thông tầng (hình
3.3)
- Nên tránh thiết kế conson (kể cả conson dầm và conson bản sàn). Trong
trường hợp
cần
có conson phải hạn chế độ vươn đến mức tối thiểu và phải tính toán
kiểm tra
với
tải trọng động đất theo phương thẳng đứng (hình
3.4).

- Khi thiết kế khung, nên chọn tỉ lệ độ cứng giữa dầm và cột giữa các đoạn dầm với nhau
sao
cho
trong trường hợp phá hoại, các khớp dẻo sẽ hình thành trong các dầm sớm hơn
trong các
cột
(hình
3.5).
IV. CÁC THÀNH PHẦN KHÁC
1. Lưới cột
- Sơ đồ lưới cột phải
càng rộng càng tốt và là bội
số của kích thước sơ đồ lưới
quy hoạch phòng. Cũng có
thể liên quan tới sơ đồ lưới
của bãi bãi đậu xe khi chỗ

đậu xe nằm trong công trình.
- Khẩu độ 7,5m – 9,0m
là kinh tế nhất (theo The
Architects’ Handbook), hay
lấy theo bội số 3m x 5m ở
nhà xe (bài giảng đề).

2. Dầm bê tông cốt thép:
- Các giải pháp cấu tạo thường được sử dụng đối với loại kết cấu cột liên hợp là
thép định hình, thép tổ hợp hàn dạng chữ H được bọc bêtông một phần hoặc toàn bộ,
hoặc thép ống được nhồi đầy bêtông hoặc bêtông cốt thép.
3. Sàn bê tông cốt thép:
- Đối với kết cấu sàn liên hợp thì giải pháp sử dụng thường là bản sàn bêtông
cốt thép được đặt lên trên dầm thép hình chữ I.
- Để thép và bêtông cùng tham gia chịu lực đồng thời, các chốt neo có hình dạng
hợp lý được hàn tại bề mặt thép kết cấu tiếp xúc với bêtông nhằm tăng khả năng liên
kết toàn khối giữa thép hình và bêtông.
- Hoặc dạng kết cấu lõi cứng bê tông cốt thép kết hợp khung thép chịu lực hiện
tại là giải pháp thường thấy ở các tòa nhà siêu cao tầng hiện nay.
4. Sàn không dầm bubbledeck
Đặc tính kỹ thuật của sàn Bubbledeck
V. VỊ TRÍ PHÂN BỐ THANG, ỐNG GAIN
Thang thoát hiểm, thang máy, hệ thống gain kỹ thuật cũng như WC thường được
tập trung tại lõi cứng hay gần khu vực trung tâm để dễ bố trí, lắp đặt và bảo trì sửa
chữa.
VI. XU HƯỚNG KIẾN TRÚC
Xu hướng công năng:
- Mặt đứng phân biệt phân vị đứng và ngang.

- Thể hiện rõ các phần đế-thân-mái.
Xu hướng biểu hiện kết cấu:
- Mặt đứng thể hiện kết cấu bên trong (lõi cứng, vách cứng, khung cứng, hệ
outrigger, hệ giằng chéo, hệ kháng chấn).
- Sử dụng vật liệu kính, kim loại.
Xu hướng biểu hiện vật liệu:
- Mặt đứng biểu cảm thẩm mỹ.
- Sử dụng vật liệu công nghệ cao: kính, aluminum, composite, ETFE
Xu hướng biểu hiện công nghệ:
- Kết cấu chịu lực chính.
- Vật liệu bao che công nghệ cao.
- Giải pháp thi công và công nghệ xây dựng đặc biệt.
a. Mặt tiền đôi (double facade): là một khái niệm mới trong ngôn ngữ kiến trúc
hiện đại. Mặt tiền đôi là hình thức vỏ bọc bên ngoài bằng kính và có một lớp đệm ở
giữa. Nó không những có thể được xây dựng như các công trình cao tầng khác mà còn
có thể thích ứng linh hoạt với điều kiện môi trường, cho phép điều chỉnh nhiệt độ, ánh
sáng và gió, cũng như tiếng ồn bên ngoài tác động đến công trình.
b. Mặt tiền dạng hành lang (corridor facade): ở dạng này hành lang đóng vai
trò không gian đệm vừa là lối giao thông vừa tạo sự lưu thông không khí trong và ngoài
nhà. Không khí vào qua hành lang và thoát ra qua hệ thống đường ống trên trần nhà để
tránh trường hợp không khí thải trộn lẫn với không khí trong lành.
c. Mặt tiền hai lớp (mặt tiền nhiều lớp): với mặt tiền hai lớp thì mặt tiền nội
thất bên trong được bao bọc bằng một lớp kính và không hạn chế không gian xung
quanh nó. Ưu điểm của loại này là cách âm tốt và do cửa (lam) thường được đặt ở sàn
và trần nên lưu lượng không khí thoát ra và đi vào công trình ở mức cân bằng.
d. Mặt tiền xen kẽ (alternating facade): mặt tiền xen kẽ là sự kết hợp giữa mặt
tiền đơn và mặt tiền đôi. Vào mùa hè, phần mặt tiền đơn cung cấp gió mát để làm giảm
nhiệt do mặt tiền đôi gây ra. Vào mùa đông, không khí nóng từ không gian giữa của
mặt tiền đôi được rút ra để sưởi ấm cho công trình.
e. Mặt tiền phức hợp (integrated facade): một mặt tiền phức hợp tích hợp nhiều hệ

thống kết cấu bao che, tạo ra sự đa dạng của mặt tiền và hiệu quả tiết kiệm năng
lượng.
Xu hướng chiết trung cổ điển:
- Sử dụng lại motip cũ - cổ điển.
- Cần đạt tỉ lệ nhất định về chi tiết, hình thức, vật liệu từ thấp đến cao.
Tribune Tower, Chicago, Mỹ
Toà nhà Trump ở New York, Mỹ
Xu hướng hiện đại:
- Phô diễn kết cấu.
- Mặt đứng tự do.
Tòa nhà 30 St. Mary Axe, London, nước Anh
Xu hướng hậu hiện đại:
- Sử dụng công nghệ vật liệu - kết cấu mới.
- Bất chấp công năng.
Xu hướng kiến trúc bền vững:
- Kiến trúc sinh thái, kiến trúc bền vững hay kiến trúc xanh là những tư tưởng
kiến trúc
mà người ta quan tâm rộng rãi trên toàn thếgiới.
- Kiến trúc sinh thái là kiến trúc mà trong suốt vòng đời của nó từ khi xây dựng,
sử dụng
cho đến khi loại bỏ đều được tiến hành theo các nguyên tắc sinh thái:
+ Cộng sinh với môi trường tự nhiên.
+ Sử dụng các vật liệu tuần hoàn, tái sinh.
+ Tạo môi trường bên trong lành mạnh, dễchịu.
+ Hoà nhập với môi trường nhân văn của lịch sử và khu vực.
+ Ứng dụng các kỹ thuật mới tiết kiệm năng lượng…
Một số hình thức xử lý của KTS Ken Yeang