Nghiên cứu một số đặc trưng động lực học công trình nhà cao tầng dạng bán lắp ghép chịu tải trọng động đất (luận văn thạc sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
-----------------------------------

NGUYỄN TRUNG KIÊN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG ĐỘNG LỰC HỌC CÔNG
TRÌNH NHÀ CAO TẦNG DẠNG BÁN LẮP GHÉP
CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT

LUẬN VĂN THẠC SỸ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP

Hà Nội - 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
-----------------------------------

NGUYỄN TRUNG KIÊN
KHÓA: 2017 – 2019
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG ĐỘNG LỰC HỌC
CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG DẠNG BÁN LẮP GHÉP
CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT

Chuyên nghành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng & công nghiệp
Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SỸ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. TRẦN THỊ THÚY VÂN
TS. ĐỖ TIẾN THỊNH

XÁC NHẬN
CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN

Hà Nội - 2019


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội,
các thầy cô trong khoa Sau đại học cùng với các thầy giáo, cô giáo các khoa, bộ môn
đã giảng dạy và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành khóa học 2017 - 2019.
Đặc biệt tôi cảm ơn cô TS. Trần Thị Thúy Vân và thầy TS. Đỗ Tiến Thịnh
người trực tiếp hướng dẫn khoa học luận văn đã tạo mọi điều kiện, dành nhiều thời
gian, nhiệt tình giúp đỡ cũng như giới thiệu đầy đủ các tài liệu để tôi hoàn thành tốt
luận văn tốt nghiệp.
Cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Sức bền – Kết cấu trường Đại học
Kiến trúc Hà Nội, các thầy cô trong tiểu ban bảo vệ đề cương, các thầy cô trong tiểu
ban kiểm tra tiến độ luận văn, đã có những ý kiến góp ý quý báu cho nội dung luận
văn.
Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn nên không tránh khỏi những hạn chế,

thiếu sót. Tôi xin hứa sẽ đầu tư nghiên cứu thêm những vấn đề còn hạn chế, thiếu sót
đó để hoàn thiện thêm kiến thức của mình trong quá trình làm việc sau này.
Hà Nội, ngày ...... tháng ..... năm 2019
Học viên

Nguyễn Trung Kiên


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sỹ này là công trình nghiên cứu khoa học
độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực
và có nguồn gốc rõ ràng.

Tác giả luận văn

Nguyễn Trung Kiên


MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các bảng
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
Lý do chọn đề tài ..................................................................................................... 1
Mục đích nghiên cứu ............................................................................................... 2
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................ 2
Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 2
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.................................................................. 3
NỘI DUNG

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ NHÀ CAO TẦNG VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG
ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÔNG TRÌNH.............................................................. 4
1.1. Tổng quan về sự phát triển của nhà cao tầng và nhà cao tầng dạng bán lắp
ghép ........................................................................................................................ 4
1.1.1. Tổng quan về sự phát triển nhà cao tầng ........................................................ 4
1.1.2. Tổng quan về nhà cao tầng dạng bán lắp ghép ............................................... 6
1.2. Đặc trưng động lực học trong thiết kế công trình chịu động đất ............... 15
1.2.1. Khái niệm về hiện tượng động đất ............................................................... 15
1.2.2. Các phương pháp tính toán tải trọng động đất .............................................. 15
1.2.3. Các đặc trưng động lực học trong tính toán tải trọng động đất ..................... 21
1.3. Nghiên cứu về nhà cao tầng bán lắp ghép chịu tải trọng động đất [5] ....... 22
1.3.1. Các nghiên cứu trên thế giới ........................................................................ 23
1.3.2. Các nghiên cứu tại Việt Nam ....................................................................... 28
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM MỘT SỐ
ĐẶC TRƯNG ĐỘNG LỰC HỌC CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG BÁN LẮP
GHÉP CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT ........................................................... 30
2.1. Cơ sở lý thuyết xác định các đặc trưng động lực học công trình................ 30


2.1.1. Tần số dao động riêng của công trình........................................................... 30
2.1.2 Tỉ số cản công trình ...................................................................................... 41
2.2. Nghiên cứu thực nghiệm các đặc trưng động lực học công trình khi công
trình chịu tải trọng động đất ............................................................................... 46
2.2.1. Các phương pháp thực nghiệm xác định tần số dao động riêng công trình ... 46
2.2.2. Các phương pháp thực nghiệm xác định tỉ số cản công trình ........................ 49
2.2.3. Xây dựng giản đồ gia tốc nhân tạo phục vụ thí nghiệm công trình chịu tải trọng
động đất................................................................................................................. 50
2.3. Sự ảnh hưởng của độ cứng liên kết giữa các cấu kiện nhà cao tầng dạng bán
lắp ghép lên đặc trưng động lực học công trình ................................................. 55
2.3.1. Giới thiệu về phần mềm phân tích kết cấu Etabs .......................................... 57

2.3.2. Quy trình tính toán độ cứng liên kết đàn hồi các mối liên kết ....................... 58
CHƯƠNG 3. VÍ DỤ ÁP DỤNG .......................................................................... 62
3.1. Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn xác định đặc trưng động lực học và
độ cứng liên kết giữa các cấu kiện nhà cao tầng dạng bán lắp ghép ................. 62
3.2. Thí nghiệm xác định đặc trưng động lực học kết cấu công trình nhà cao tầng
dạng bán lắp ghép................................................................................................ 65
3.2.1. Lựa chọn mô hình và thiết bị thí nghiệm ...................................................... 65
3.2.2. Bố trí thiết bị đo và thu nhận số liệu thí nghiệm ........................................... 71
3.2.3. Xây dựng giản đồ gia tốc nhân tạo phục vụ thí nghiệm ................................ 75
3.2.4. Kết quả thí nghiệm xác định đặc trưng động lực học kết cấu khi công trình chịu
tải trọng động đất................................................................................................... 83
3.3. Nhận xét về kết quả tính toán ...................................................................... 83
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 85
Kết luận ................................................................................................................. 85
Kiến nghị............................................................................................................... 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Số hiệu hình

Nội dung

Trang

Hình 1.1

Một số công trình cao tầng trên thế giới

5

Hình 1.2

Tòa tháp Buji Khalifa – Dubai – UAE (2010)

5

Hình 1.3

Tòa tháp Shanghai Tower – Thượng Hải – Trung
Quốc (2015)

5

Hình 1.4

Vincom Landmark 81 (2018)

6

Hình 1.5

Keangnam Hanoi Landmark Tower (2012)

6

Hình 1.6

Chung cư CBCNV Bê tông Xuân Mai (2007)

7

Hình 1.7

Tổ hợp công trình N05 – Hoàng Đạo Thúy (2011)

7

Hình 1.8

Xuân Mai Complex Dương Nội (2018)

7

Hình 1.9

Tòa nhà Xuân Mai Tower CT2 Tô Hiệu (2017)

7

Hình 1.10

Khách sạn Bảo Quân (2018)

7

Hình 1.11

Chung cư Bảo Quân (2018)

7

Hình 1.12

Hình ảnh thi công lắp ghép

9

Hình 1.13

Dầm lắp ghép

9

Hình 1.14

Cấu kiện cột

9

Hình 1.15

Công trình đang trong quá trình lắp ghép cấu kiện

9

Hình 1.16

Hệ dầm – cột nhà nhiều tầng

10

Hình 1.17

Hệ kết cấu sàn chịu lực

10

Hình 1.18

Hệ tường chịu lực

10

Hình 1.19

Hệ mặt dựng

10


Số hiệu hình
Hình 1.20

Nội dung
Mặt bằng điển hình công trình bán lắp ghép ở Việt
Nam

Trang
11

Hình 1.21

Liên kết ngàm

12

Hình 1.22

Liên kết khớp

12

Hình 1.23

Liên kết nửa cứng

14

Hình 1.24

Mô hình tính toán với quan niệm mối nối khác nhau

14

Hình 1.25

Chi tiết cột đúc sẵn

14

Hình 1.26

Chi tiết dầm đúc sẵn

14

Hình 1.27

Chi tiết liên kết dầm – cột (tiền chế)

15

Hình 1.28

Hình 1.29

Hình 1.30

Hình 1.31

Hình 1.32

Hình 1.33

Hình 1.34

Hình 1.35

Dạng dao động tự do khi có cản nhớt và không có

cản nhớt
Mẫu thí nghiệm Dự án ECOLEADER giai đoạn
2002-2003
Quá trình thi công và mô hình thí nghiệm hoàn
chỉnh
Mặt bằng điển hình và lõi công trình tháp Thượng
Hải
Mô hình thí nghiệm trên bàn rung công trình tháp
Thượng Hải
Mô hình thí nghiệm trên bàn rung tại đại học Đồng
Tế
Mô hình thí nghiệm trên bàn rung tại đại học Đồng
Tế
Mô hình thu nhỏ Trung tâm thương mại và tài chính
Quảng Châu tại đại học Đồng Tế

22

24

26

26

26

27

27

27


Số hiệu hình
Hình 1.36

Hình 1.37

Hình 1.38
Hình 2.1
Hình 2.2

Hình 2.3

Nội dung
Mô hình thu nhỏ tháp tài chính BOCOM Thượng
Hải tại đại học Đồng Tế
Mô hình tòa tháp Kaixuanmen Maision tại Thượng
Hải
Mô hình Trung tâm tài chính Changshou Thượng
Hải
Biểu diễn chuyển vị điểm bất kỳ của vật thể
Chuyển vị khi xét tới chuyển động dọc trục
(phần tử chịu kéo nén)
Chuyển vị khi xét tới chuyển động vuông góc với
trục thanh (phần tử chịu uốn)

Trang
27

28

28
34
35

37

Hình 2.4

Đồ thị của các hàm dạng phần tử chịu uốn

38

Hình 2.5

Đồ thị dao động tự do không cản

43

Hình 2.6

Đồ thị dao động tự do khi có cản

45

Hình 2.7

Dao động tự do của hệ không cản

47

Hình 2.8
Hình 2.9
Hình 2.10

Đường cong gia tốc tại đỉnh trường hợp kích thích
dao động tự do
Biểu đồ liên hệ tỉ số /n với giá trị gia tốc
Phương pháp half-power bandwith xác định tần số
dao động riêng

48
49
49

Hình 2.11

Đường cong phổ đàn hồi

54

Hình 2.12

Tham số đầu vào của nguồn gây động đất

55

Hình 2.13
Hình 2.14

Giản đồ gia tốc nhân tạo và đường cong phổ tương
ứng
Giao diện phần mềm Etabs

55
57


Số hiệu hình
Hình 2.15

Nội dung
Ví dụ về tạo hệ lưới và chọn đơn vị tính toán cho mô
hình

Trang
58

Hình 2.16

Ví dụ về định nghĩa các thông số cho vật liệu

58

Hình 2.17

Ví dụ về định nghĩa các thông số tiết diện kết cấu

59

Hình 2.18
Hình 2.19
Hình 2.20
Hình 2.21
Hình 2.22

Hình 3.1

Ví dụ về tạo mô hình kết cấu bằng cách gán các đối
tượng đã định nghĩa
Ví dụ về thao tác gán độ cứng liên kết đàn hồi
Ví dụ về gán giá trị độ cứng liên kết đàn hồi tại các
mối liên kết
Ví dụ về tổ hợp tải trọng
Ví dụ về lựa chọn các loại bài toán để phân tích kết
cấu
Mặt bằng mô hình thu nhỏ nhà 12 tầng dạng bán
lắp ghép

59
60
60
60
61

62

Hình 3.2

Tổng thể mô hình nhà 12 tầng dạng bán lắp ghép

64

Hình 3.3

Mô hình thí nghiệm tổng thể

69

Hình 3.4

Mặt bằng thí nghiệm

72

Hình 3.5

Vị trí bố trí đầu đo gia tốc tại móng và các tầng
3,5,7,9,11

73

Hình 3.6

Vị trí bố trí đầu đo gia tốc tại tầng mái

73

Hình 3.7

Mặt bằng bố trí đầu đo chuyển vị

74

Hình 3.8

Mặt đứng bố trí thiết bị đo

74

Hình 3.9

Hình ảnh bố trí thiết bị đo trên mô hình

75

Hình 3.10

Giản đồ gia tốc nhân tạo cho mô hình thí nghiệm ứng

81


Số hiệu hình

Nội dung

Trang

với chu kỳ lặp 95 năm
Hình 3.11
Hình 3.12
Hình 3.13

Phổ nhân tạo và phổ mục tiêu chu kỳ lặp 95 năm
Giản đồ gia tốc nhân tạo cho mô hình thí nghiệm
ứng với chu kỳ lặp 475 năm
Phổ nhân tạo và phổ mục tiêu chu kỳ lặp 475 năm

82
82
82


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu

Nội dung

bảng
Bảng 2.1
Bảng 3.1
Bảng 3.2
Bảng 3.3
Bảng 3.4
Bảng 3.5
Bảng 3.6

Giá trị tỉ số cản đối với từng loại kết cấu

Tần số dao động riêng của công trình nhà 12 tầng dạng
bán lắp ghép
Số tỷ lệ tương tự của tham số khảo sát trong trường hợp
bài toán mô hình hóa công trình nhà bán lắp ghép
Số tỷ lệ tương tự của tham số khảo sát trong hệ khảo sát
theo tỷ lệ của tham số độc lập cơ bản
Các dạng giản đồ gia tốc nhân tạo và đường bao theo
phương pháp 1
Các dạng giản đồ gia tốc nhân tạo và đường bao theo
phương pháp 2
Giá trị tần số dao động riêng và tỉ số cản của mô hình
thí nghiệm

Trang
46
64
66
67
77
79
83


1

MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Hiện nay ở Việt Nam để đáp ứng được số lượng nhà ở xã hội cho người dân có
thu nhập trung bình và thấp, các nhà đầu tư đã thực hiện giải pháp công nghiệp hóa
xây dựng, một trong những ví dụ có thể kể đến là công trình nhà cao tầng bán lắp

ghép. Kết cấu công trình này bao gồm lõi cứng bê tông cốt thép đổ toàn khối, còn lại
các cấu kiện chịu lực khác như dầm, cột, sàn được chế tạo sẵn tại nhà máy và lắp
ghép tại công trường. Tuy nhiên, trong quá trình lắp dựng loại công trình này thì yêu
cầu kỹ thuật đối với các mối liên kết giữa các cấu kiện đúc sẵn cũng như giữa các cấu
kiện đúc sẵn và cấu kiện đổ toàn khối là rất quan trọng và đòi hỏi phải có những phân
tích đánh giá một cách đúng đắn sự làm việc của công trình, đặc biệt là khi công trình
được xây dựng trong vùng có khả năng xảy ra động đất.
Trong tính toán và phân tích kết cấu nói chung, việc lựa chọn mô hình tính toán
phù hợp là rất quan trọng. Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin thì việc
sử dụng mô hình tính toán bằng các phần mềm phân tích kết cấu hiện đại để mô hình
hóa các dạng công trình quen thuộc đã được kiểm chứng qua thực tế và thể hiện độ
tin cậy cao. Tuy nhiên, đối với dạng kết cấu như nhà cao tầng bán lắp ghép thì việc
mô hình hóa kết cấu bằng phần mềm phân tích kết cấu hiện đại chưa lý giải được một
số vấn đề liên quan tới sự làm việc của tổng thể công trình nói chung và ứng xử của
các cấu kiện nói riêng khi công trình chịu tải trọng động đất. Vì vậy, cần thiết phải có
các thử nghiệm nhằm mục đích đánh giá và đưa ra các khuyến cáo cho công trình
thực khi chịu các loại tải trọng trong quá trình vận hành, cũng như những khuyến cáo
trong thiết kế kháng chấn đối với dạng công trình này.
Để thiết kế công trình nhà cao tầng bán lắp ghép trong trường hợp công trình nằm
trong vùng có khả năng xảy ra động đất thì việc nghiên cứu một số đặc trưng động
lực học cho công trình là rất quan trọng. Để đánh giá sự làm việc tổng thể của kết cấu
khi chịu tải trọng động đất thì phương pháp thường được sử dụng là tiến hành thí
nghiệm trên bàn rung mô phỏng động đất. Một trong những tham số đầu vào quan


2

trọng của thí nghiệm này là lựa chọn giản đồ gia tốc nhân tạo phù hợp để có được kết
quả hợp lý, đánh giá được sự làm việc thực tế của công trình. Ngoài ra, đối với công
trình nhà cao tầng dạng bán lắp ghép thì việc mô phỏng độ cứng liên kết giữa các cấu

kiện là tương đối quan trọng, xác định được cụ thể giá trị của độ cứng liên kết sẽ cho
giá trị tính toán khi phân tích tính toán tĩnh và động được chính xác hơn. Vì các lý do
nêu trên, học viên lựa chọn đề tài “Nghiên cứu một số đặc trưng động lực học công
trình nhà cao tầng dạng bán lắp ghép chịu tải trọng động đất” để thực hiện luận văn.
Mục đích nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu với một số mục đích đạt được như sau:
- Nghiên cứu một số đặc trưng động lực học của công trình thu nhỏ nhà cao
tầng bán lắp ghép.
- Xây dựng loại giản đồ gia tốc nhân tạo phục vụ thí nghiệm mô hình trên bàn
rung.
- Xác định độ cứng liên kết giữa các cấu kiện bằng lý thuyết và so sánh với
tham số đặc trưng động lực học bằng thực nghiệm để kiểm chứng kết quả tính toán.
- So sánh kết quả tính toán giữa thực nghiệm trên mô hình thu nhỏ và trên mô
hình thực bằng cách áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Công trình thu nhỏ nhà cao tầng (12 tầng) dạng bán
lắp ghép
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu công trình nhà cao tầng dạng bán lắp ghép
với các mối nối khô, vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi.
Phương pháp nghiên cứu
- Sử dụng các phần mềm phân tích kết cấu để tính toán.
- So sánh các kết quả tính toán lý thuyết và kết quả thực nghiệm.


3

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề xuất quy trình và cách thức tính toán giá trị độ cứng nút liên kết trong công
trình nhà cao tầng dạng bán lắp ghép. Đưa ra ví dụ về giá trị độ cứng nút liên kết
trong kết cấu bán lắp ghép dựa trên phân tích tính toán trên mô hình thực thực hiện

bằng phần mềm Etabs và so sánh với tham số đặc trưng động lực học để kiểm chứng
kết quả tính toán.
Đưa ra quy trình xây dựng giản đồ gia tốc nhân tạo để phục vụ thí nghiệm mô
hình trên bàn rung mô phỏng động đất.
Các kết quả nghiên cứu góp phần sáng tỏ một số vấn đề trong phân tích tính
toán công trình khi chịu tải trọng động đất.
Cấu trúc luận văn
MỞ ĐẦU
NỘI DUNG
Chương 1 - Tổng quan về nhà cao tầng và các đặc trưng động lực học của công
trình
Chương 2 - Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm một số đặc trưng động lực học
công trình nhà cao tầng bán lắp ghép chịu tải trọng động đất
Chương 3 – Ví dụ áp dụng
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO


4

NỘI DUNG
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHÀ CAO TẦNG VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG
ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÔNG TRÌNH
1.1. Tổng quan về sự phát triển của nhà cao tầng và nhà cao tầng dạng bán lắp
ghép
1.1.1. Tổng quan về sự phát triển nhà cao tầng
Với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế cũng như để giải quyết vấn đề nhà ở
cho một số quốc gia có mật độ dân số cao thì nhà cao tầng hiện đang là một giải pháp
cần thiết và hữu hiệu. Hiện nay, nhà cao tầng cũng đang là niềm tự hào của một số
quốc gia trên thế giới vì không những giải quyết được vấn đề nhà ở cho cư dân mà

còn tạo nên được một không gian đô thị hiện đại cho các thành phố lớn.
Theo Uỷ ban Nhà cao tầng Quốc tế, nhà cao tầng được định nghĩa như sau: Là
công trình nhà mà chiều cao của nó là yếu tố quyết định các điều kiện thiết kế, thi
công hoặc sử dụng khác với các công trình nhà thông thường thì được gọi là nhà cao
tầng [11].
Căn cứ vào chiều cao và số tầng nhà, tổ chức Nhà cao tầng Quốc tế phân loại nhà
cao tầng ra theo 4 loại như sau:
- Nhà cao tầng loại 1: từ 9 đến 16 tầng (cao nhất 50m)
- Nhà cao tầng loại 2: từ 17 đến 25 tầng (cao nhất 75m)
- Nhà cao tầng loại 3: từ 26 đến 40 tầng (cao nhất 100m)
- Nhà cao tầng loại 4: từ 40 tầng trở lên (gọi là nhà siêu cao tầng)
Hiện nay trên thế giới, số lượng nhà cao tầng và siêu cao tầng ngày càng tăng một
cách nhanh chóng. Sự phát triển này không chỉ thể hiện được trình độ phát triển ngày
càng cao của công nghệ xây dựng mà còn đem lại niềm tự hào cho các quốc gia. Theo
thống kê hiện nay của tổ chức Emporis về nhà cao tầng thì tòa nhà Buri Khalifa ở
Dubai - Tiểu vương quốc Ả rập thống nhất hiện là công trình cao nhất thế giới với


5

chiều cao đến đỉnh là 829m, tiếp đến là tháp Thượng hải cao 632m, tháp đồng hồ
Makkah Clock cao 601m. Hình ảnh các công trình cao tầng trên thế giới và xếp loại
được trình bày trong hình 1.1 đến hình1.3.

Hình 1.1- Một số công trình cao tầng trên thế giới [19]

Hình 1.2- Tòa tháp Buji Khalifa - Dubai UAE (2010) [19]

Hình 1.3- Tòa tháp Shanghai Tower Thượng Hải - Trung Quốc (2015)[19]

Tại Việt Nam, trong khoảng hai mươi năm trở lại đây các công trình có chiều
cao đến 20 tầng trở lên tăng rất nhanh chóng. Một số công trình tiêu biểu như Vincom
Landmark 81 (81 tầng), Kengnam Hanoi Landmark Tower (72 tầng), Lotte Center
(272m), Bitexco Financial Tower (262m) và thêm rất nhiều các công trình nhà ở từ


6

20 tầng đến 40 tầng được xây dựng tập trung ở các thành phố lớn: Hà Nội, Hồ Chí
Minh, Đà Nẵng, Nhà Trang... Một số hình ảnh công trình cao tầng tiêu biểu ở Hà Nội
được thể hiện trên hình 1.4 và hình 1.5.

Hình 1.4 - Vincom Landmark 81 (2018)
[20]

Hình 1.5 - Keangnam Hanoi Landmark
Tower (2012) [21]

1.1.2. Tổng quan về nhà cao tầng dạng bán lắp ghép
Mặc dù tại các đô thị lớn số lượng nhà cao tầng được tăng lên không ngừng
nhưng với tốc độ tăng dân số tại khu vực nội đô, nhu cầu nhà ở ngày càng lớn thì yêu
cầu đặt ra với các Chủ đầu tư là chi phí đầu tư phải rẻ, nhanh đưa công trình vào sử
dụng nhưng vẫn phải đảm bảo đầy đủ các yêu cầu chịu lực cho công trình để đáp ứng
được nhu cầu sử dụng cho một bộ phận cư dân có thu nhập trung bình và thấp. Trước
yêu cầu đó, Tổng công ty Vinaconex Xuân Mai là một đơn vị dẫn đầu trong việc áp
dụng giải pháp kết cấu bán lắp ghép vào xây dựng các công trình từ năm 2002 với
một loạt các dự án chung cư ở khu vực Trung Hòa cao 17 đến 20 tầng. Đến những
năm 2010 đã bắt đầu xuất hiện các công trình cao đến 30 tầng sử dụng công nghệ bán
lắp ghép này như công trình Nhà C2 Xuân Đỉnh, chung cư sông Nhuệ (25 tầng),
Trung tâm thương mại Chợ Mơ (25 tầng) và một loạt các nhà ở xã hội khác. Đến đầu

những năm 2010 còn xuất hiện thêm các công ty cũng áp dụng công nghệ bán lắp
ghép như Công ty Cổ phần bê tông Bảo Quân, Công ty Sông Đà Việt Đức với các
công trình như Khách sạn Bảo Quân (Vĩnh Phúc) cao 20 tầng với nhịp dầm tiền chế
là 11m, chung cư Sông Đà CCV tại 164 Khuất Duy Tiến cao 28 tầng.


7

Hình 1.6- Chung cư CBCNV Bê tông Xuân Hình 1.7- Tổ hợp công trình N05 Mai (2007) [22]

Hoàng Đạo Thúy (2011) [23]

Hình 1.8- Xuân Mai Complex

Hình 1.9- Tòa nhà Xuân mai

Dương Nội (2018) [24]

Tower CT2 Tô Hiệu (2017) [22]

Hình 1.10- Khách sạn Bảo Quân (2018)

Hình 1.11- Chung cư Bảo Quân

[25]

(2018) [25]


8

Sự phát triển không ngừng của các công trình sử dụng giải pháp kết cấu bán
lắp ghép trong thời gian qua đã cho thấy được những ưu điểm như thi công nhanh,
giá thành giảm mà vẫn đảm bảo được tính thẩm mỹ cao về mặt kiến trúc do đó loại
công trình này được áp dụng không chỉ cho các công trình nhà ở xã hội (nhà thu nhập
thấp) mà còn được sử dụng trong các công trình chung cư cao cấp.
Tuy nhiên trên thế giới, giải pháp kết cấu bán lắp ghép được khuyến cáo chỉ
sử dụng với các công trình từ 20 tầng trở xuống, đặc biệt nếu các công trình trong
vùng có động đất thì số tầng công trình cần được giảm xuống với lý do nút liên kết
cột dầm vẫn chưa có những nghiên cứu và đánh giá một cách đúng đắn, tải trọng
ngang chủ yếu chỉ do lõi (vách) chịu, nếu số tầng càng cao thì diện tích lõi (vách)
càng lớn, giảm diện tích sử dụng của công trình.
a. Lịch sử phát triển công trình bê tông cốt thép bán lắp ghép
Lịch sử phát triển của dạng kết cấu bê tông cốt thép bán lắp ghép có thể mô tả
như sau: Xuất phát từ việc những người La Mã cổ đại sử dụng bê tông và đổ vật liệu
vào khuôn để xây dựng mạng lưới cống, đường hầm chằng chịt, kỹ sư John Alexander
Brodie đã tiên phong trong việc tạo ra các tấm panel đúc sẵn ở Anh năm 1905.
Tại Việt Nam, từ những năm 1960, các công trình sử dụng bê tông lắp ghép
tấm lớn cũng đã được xây dựng để đáp ứng nhanh nhu cầu sử dụng tại thời điểm đó,
nhưng thời kỳ này các công trình chủ yếu là dưới 05 tầng và công nghệ vẫn sử dụng
các tấm tường do Liên Xô cung cấp. Từ năm 1983, nhà máy bê tông Xuân Mai đã
bước đầu đi vào hoạt động và có những đóng góp đầu tiên cho việc phát triển các
công trình xây dựng nhà tấm lớn.
b. Định nghĩa về kết cấu bê tông cốt thép bán lắp ghép
Có thể định nghĩa về giải pháp kết cấu bê tông cốt thép bán lắp ghép như sau:
đây là giải pháp sử dụng một số cấu kiện được chế tạo tại nhà máy, kết hợp với các
kết cấu khác đổ tại chỗ để đảm bảo độ cứng toàn khối và độ ổn định cho công trình
[1].

9

Hình 1.12 - Hình ảnh thi công lắp ghép

Hình 1.13 - Dầm lắp ghép [14]

[14]

Hình 1.14 - Cấu kiện cột [14]

Hình 1.15 - Công trình đang trong
quá trình lắp ghép cấu kiện [22]

c. Các loại hệ kết cấu đúc sẵn tại nhà máy trong kết cấu bán lắp ghép.
Hệ kết cấu bê tông đúc sẵn tại nhà máy về cơ bản được tổ hợp từ một vài dạng
hệ kết cấu cơ bản. Các hệ kết cấu này có thể được kết hợp theo nhiều cách để tạo ra
được những hiệu quả khác nhau với công trình. Các hệ kết cấu cơ bản thường gặp
gồm:
- Hệ kết cấu dầm - cột (gồm cấu kiện dầm, cột và nút liên kết);
- Hệ kết cấu sàn chịu lực (chịu tải trọng đứng và truyền tải trọng ngang)
- Hệ tường chịu lực;
- Hệ mặt dựng.
Trên các hình 1.16 – hình 1.19 thể hiện hình ảnh của các loại kết cấu này.


10

Hình 1.16 - Hệ dầm - cột nhà nhiều tầng Hình 1.17 - Hệ kết cấu sàn chịu lực [14]
[14]

Hình 1.18 - Hệ tường chịu lực [14]

Hình 1.19 - Hệ mặt dựng [14]

Sơ đồ mặt bằng điển hình dạng kết cấu này tại Việt Nam được thể hiện cụ thể
trên Hình 1.20.


11

Hình 1.20- Mặt bằng điển hình công trình bán lắp ghép ở Việt Nam
Chức năng cụ thể của các cấu kiện trong công trình dạng bán lắp ghép được xây
dựng ở Việt Nam như sau:
- Hệ lõi, vách cứng được bố trí và tính toán để chịu toàn bộ tải trọng ngang
đồng thời tham gia chịu một phần tải trọng đứng cho công trình, được thi công đổ tại
chỗ ở công trường.
- Hệ cột chịu tải trọng đứng, có thể là cột đổ tại chỗ hoặc dùng cột tiền chế
trong nhà máy, thường sử dụng bê tông cấp bền B35, liên kết giữa các cột tiền chế
bằng thép chờ xỏ lỗ có vữa không co mác ≥ 550. Liên kết giữa cột tầng trên và tầng
dưới được tính toán là liên kết cứng.
- Dầm sàn sử dụng là dạng dầm sàn dự ứng lực bán tiền chế và được toàn khối
hoá tại công trường bằng lớp bê tông đổ bù kết hợp lưới thép.
- Liên kết giữa dầm với cột (tiền chế): dùng thép chờ xỏ lỗ và được bơm đầy
bằng vữa không co mác ≥ 550, liên kết này được tính toán là liên kết khớp (có bố trí


12

thép cấu tạo đầu dầm, thép cấu tạo được giả thiết tính toán chịu một phần mômen do
tĩnh tải và hoạt tải gây ra tại giữa nhịp).

- Liên kết giữa dầm và lõi: lõi có thể sử dụng phương pháp trượt và để hốc chờ
cho dầm hoặc lõi đổ từng tầng được dừng dưới cao độ đáy dầm và gác dầm kê vào từ
3 cm đến 4 cm. Liên kết này được tính toán là liên kết khớp (có bố trí thép cấu tạo
đầu dầm, thép cấu tạo được giả thiết tính toán chịu một phần mômen do tĩnh tải và
hoạt tải gây ra tại giữa nhịp).
- Liên kết giữa sàn với dầm và sàn với cột, vách được tính toán như liên kết
khớp nhưng có bố trí thép âm đầu sàn (có bố trí thép cấu tạo đầu sàn, thép cấu tạo
được giả thiết tính toán chịu một phần mômen do tĩnh tải và hoạt tải gây ra tại giữa
nhịp).
d. Các loại nút liên kết trong công trình bê tông cốt thép bán lắp ghép.
Với dạng kết cấu đúc sẵn này, có khá nhiều dạng liên kết nút cột khác nhau,
mỗi dạng sẽ phù hợp với từng yêu cầu do người kỹ sư thiết kế kế mong muốn dựa
trên sơ đồ biến dạng của hệ kết cấu công trình khi chịu các loại tải trọng khác nhau.
Vì thế mà các giải pháp cấu tạo cho nút liên kết cũng sẽ có những cách khác nhau để
phù hợp với sơ đồ tính toán của công trình.
Có 3 dạng liên kết điển hình là: liên kết ngàm (liên kết cứng), liên kết nửa
cứng và liên kết khớp. Việc tổ hợp các loại liên kết này lên kết cấu sẽ cho ra các dạng
mô hình tính toán khác nhau.

Hình 1.21 - Liên kết ngàm [14]

Hình 1.22 - Liên kết khớp [14]


13

Hình 1.23 - Liên kết nửa cứng [14]

a. Sơ đồ mối nối

b. Sơ đồ mối nối

c. Sơ đồ mối nối một phần ngàm

ngàm (sơ đồ cứng)

khớp

(sơ đồ nửa cứng)

Hình 1.24 - Mô hình tính toán với quan niệm mối nối khác nhau [1]
Chi tiết cột, chi tiết dầm và chi tiết liên kết cột dầm được thể hiện cụ thể từ Hình 1.25
đến Hình 1.27