Kết Cấu Nhà Cao Tầng Ts. Lương Văn Hải

TS. LƯƠNG VĂN HẢI
KHOA XÂY DỰNG, TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
- NHỮNG KHÁI NIỆM MỞ ĐẦU

1


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) .
2


Maët baèng

3

Maët baèng

4


Maët baèng

5


Maët baèng

6


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).
7

c/Chiều cao nhà

3.Chọn hệ kết cấu chòu lực
Structural
Analysis & design
of Tall Buildings
– Bungale S.
Taranath – Mc
Graw Hill, 1988

Theo Taranath B.S,
đối với nhà cao
tầng, hệ chòu lực
bằng BTCT:
8


Chọn hệ kết cấu chòu lực
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.

Mặt bằng chạy dài → khung, khung+vách

MBcó hình dạng giao nhau

→ khung + lõi cứng

9


4. Bố trí khe lún, khe co giãn, khe kháng chấn

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

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.
10


Khe kháng chấn

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
-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.
11


5. Phân bố độ cứng và cường độ
Độ cứng chống lực ngang của một tầng nhà

K = (GwAw + 0,12GcAc)/H
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 .
12


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

13


“ CỘT KHỎE- DẦM YẾU”

Kết cấu khung

khi phá họai, các khớp dẻo phải
được hình thành trong dầm trước
khi hình thành trong các cột.

14


7. Bố trí vách cứng

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
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 :
Fvách = 1,5 /100 diện tích một sàn tầng
15


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

16

Bài 4.

KHÁI NIỆM VỀ ĐỘNG LỰC HỌC KẾT CẤU

17


1.Các dạng
tải trọng động
điển hình

nhà cao tầng

18


Số thành phần chuyển vò cần
xem xét để đại diện cho tác
động của mọi lực quán tính
chủ yếu của kết cấu gọi là
số bậc tự do (động lực học).
dynamic degrees of freedom

2. Bậc tự do

19


3. HEÄ MOÄT BAÄC TÖÏ DO (SDOF)

20


HỆ SDOF – DAO ĐỘNG TỰ DO
u(t ) = uo cos(ωnt ) +

uo

ωn

sin(ωnt )

DAO ĐỘNG TỰ DO KHÔNG CẢN
Có thể viết lại thành

u(t ) = C sin(ωnt + θ )

u(t )
k

Khối lượng m được đưa
khỏi vị trí cân bằng rồi thả
cho nó dao động tự do.
Phương trình chuyển động:

m

ut =0 = uo → uo = A
ut =0 = uo → uo = Bωn

uo ωn
C

uo

sinθ =

uo
C

C

uo

t

(rad/s) - tần số vòng tự nhiên

A và B được xác định theo điều kiện ban đầu

cosθ =

u

m u + k u = 0

Nghiệm của p/trình:u(t ) = A cos(ωnt ) + Bsin(ωnt )

ωn = k m

C = uo2 + (uo ωn )2

Tn

Chu kỳ tự nhiên
Tn =

2π

ωn

(s)

Tần số tự nhiên
fn =

1 ωn
(Hz)
=
Tn 2π
21


22


23

4

24


25