Tính toán kết cấu bê tông cốt thép chịu động đất theo phương pháp lịch sử thời gian

LỜI CAM ĐOAN
Kính gửi: - Ban giám hiệu Trường Đại học Thủy Lợi
- Phòng Đào tạo đại học và Sau đại học
Tên tôi là: Lê Mạnh Tài
Học viên cao học lớp: 25XDDD11
Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD&CN
Mã số chuyên ngành: 60580208
Mã số học viên: 178124
Theo Quyết định số …../QĐ-ĐHTL ngày … tháng… năm 2018 của Hiệu trưởng
Trường Đại học Thủy Lợi về việc phê duyệt danh sách học viên, đề tài luận văn
và người hướng dẫn được giao đợt 4 năm 2018 với đề tài “Tính tốn kết cấu bê
tông cốt thép chịu động đất theo phương pháp lịch sử thời gian” dưới sự hướng
dẫn của Thầy TS. Nguyễn Anh Dũng. Tôi xin cam đoan đây là cơng trình
nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tơi. Nội dung trong luận văn có tham
khảo và sử dụng tài liệu của các nghị định, thông tư, tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện
hành và các trang wed theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn.
Hà Nội, ngày 21 tháng 11 năm 2018

HỌC VIÊN

LÊ MẠNH TÀI

i


LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu, với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự hướng dẫn tận
tình của Thầy TS. Nguyễn Anh Dũng em đã hồn thành luận văn theo đúng nội dung
của đề cương nghiên cứu đã được Hội đồng Khoa học và Đào tạo của Khoa cơng trình
phê duyệt.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Anh Dũng, đã chỉ bảo tận tình, hướng dẫn

cho em trong thời gian làm luận văn. Cùng với đó em xin gửi lời cảm ơn các thầy, cơ
giáo trong bộ môn Xây dựng dân dụng và công nghiệp nói riêng cũng như các thầy, cơ
giáo trong trường Đại học Thủy lợi nói chung đã dạy dỗ, dìu dắt em trong suốt hai
năm qua. Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn ở bên động
viên, giúp đỡ em trong suốt thời gian qua.
Trong quá trình thực hiện luận văn, em đã cố gắng và nỗ lực hết mình song do những
hạn chế về kiến thức, thời gian, kinh nghiệm và tài liệu tham khảo cho nên luận văn
không tránh khỏi những thiếu sót. em rất mong nhận được sự đóng góp và tư vấn của
các thầy cô.
Xin trân trọng cảm ơn./.
Hà Nội, ngày 21 tháng 11 năm 2018

HỌC VIÊN

LÊ MẠNH TÀI

ii


MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................................i
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÍNH TỐN KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP
CHỊU ĐỘNG ĐẤT. .......................................................................................................3
1.1. Tổng quan về động đất ............................................................................................. 3
1.1.1. Định nghĩa, nguồn gốc của động đất ..................................................................... 3
1.1.2. Cường độ động đất ................................................................................................ 7
1.1.3. Động đất trên lãnh thổ Việt Nam .......................................................................... 9
1.2. Kết cấu bê tông cốt thép và các đặc trưng vật liệu ................................................. 14
1.2.1. Tổng quan về kết cấu bê tông cốt thép ................................................................ 14

1.2.2. Đặc điểm của nhà nhiều tầng .............................................................................. 17
1.2.3. Đặc trưng vật liệu bê tông trong Tiêu chuẩn Việt Nam ...................................... 20
1.2.4. Đặc trưng vật liệu cốt thép trong Tiêu chuẩn Việt Nam ..................................... 25
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA TÍNH TỐN KẾT CẤU BÊ TÔNG
CỐT THÉP CHỊU ĐỘNG ĐẤT THEO PHƯƠNG PHÁP LỊCH SỬ THỜI GIAN
.......................................................................................................................................30
2.1. Một số giả thiết tính tốn ........................................................................................ 30
2.2. Sơ đồ tính................................................................................................................ 30
2.3. Trình tự tính tốn .................................................................................................... 30
2.4. Xác định tải trọng ................................................................................................... 31
2.4.1. Tải trọng thẳng đứng ........................................................................................... 31
2.4.2. Tải trọng gió ........................................................................................................ 32
2.4.3. Các phương pháp xác định tải trọng động đất ..................................................... 37
2.5. Phương pháp phần tử hữu hạn ................................................................................ 47
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN KẾT CẤU KHUNG CHỊU TẢI
TRỌNG ĐỘNG ĐẤT THEO PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH LỊCH SỬ THỜI
GIAN .............................................................................................................................49
3.1. Tổng quan ............................................................................................................... 49
3.1.1. Giới thiệu về cơng trình ....................................................................................... 49
3.1.2. Giới thiệu về phần mềm ứng dụng tính tốn ETABS ......................................... 49
3.1.3. Lập mơ hình tính tốn ......................................................................................... 50
iii


3.2. Tính tốn tải trọng tĩnh tác dụng lên cơng trình ..................................................... 50
3.2.1. Tĩnh tải ................................................................................................................ 51
3.2.2. Hoạt tải ................................................................................................................ 52
3.2.3. Tải trọng gió ........................................................................................................ 52
3.3. Tính tốn tải trọng động đất tác động lên cơng trình ............................................. 66
3.3.1. Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương .......................................................... 66

3.3.2. Phương pháp phổ phản ứng................................................................................. 72
3.3.3. Phương pháp phân tích theo lịch sử thời gian ..................................................... 84
3.4. Kết quả tính tốn .................................................................................................... 92
3.5. Nhận xét và đánh giá .............................................................................................. 99
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 100
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 101

iv


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 3.1: Mơ hình tính tốn .......................................................................................... 50
Hình 3.2: Khai báo loại tải trọng ............................................................................ 67
Hình 3.3: Khai báo các thông số theo TCVN 9386:2012 trên cơ sở tiêu chuẩn EC8 2004 68
Hình 3.4: Đối với thép ........................................................................................... 74
Hình 3.5: Định nghĩa nguồn tạo khối lượng ............................................................ 75
Hình 3.6: Khai báo số mode dao động .................................................................... 76
Hinh 3.7: Phổ phẩn ứng ......................................................................................... 78
Hình 3.8: Định nghĩa trường hợp tải trọng động đất ................................................ 79
Hình3.9: Giản đồ giá trị ......................................................................................... 85
Hình3.10: Dữ liệu trận động đất dưới dạng file .txt ................................................. 86
Hình 3.11: Định nghĩa trường hợp phân tích ........................................................... 87
Hình 3.12: Khai báo hệ số giảm chấn ..................................................................... 87
Hình 3.13: Giá trị lực nén P theo phương OX ......................................................... 92
Hình 3.14: Giá trị lực nén P theo phương OY ......................................................... 92
Hình 3.15: Giá trị mơ men M3 theo phương OX ..................................................... 93
Hình 3.16: Giá trị mơ men M3 theo phương OY ..................................................... 93
Hình 3.17: Giá trị mơ men M2 theo phương OX ..................................................... 94
Hình 3.18: Giá trị mơ men M2 theo phương OY ..................................................... 94
Hình 3.19: Giá trị lực cắt V2 theo phương OX ........................................................ 95

Hình 3.20: Giá trị lực cắt V2 theo phương OY ........................................................ 95
Hình 3.21: Giá trị lực cắt V3 theo phương OX ........................................................ 96
Hình 3.22: Giá trị lực cắt V3 theo phương OY ........................................................ 96
Hình 3.23: Giá trị mơ men xoắn T theo phương OX ................................................ 97
Hình 3.24: Giá trị mơ men xoắn T theo phương OX ................................................ 97
Hình 3.25: Giá trị chuyển vị theo phương OX ......................................................... 98
Hình 3.26: Giá trị chuyển vị theo phương OY ......................................................... 98

v


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 - Các cường độ tính tốn của bê tơng Rb, Rbt khi tính tốn theo các trạng thái
giới hạn thứ nhất, Mpa (theo TCVN 5574:2012).......................................................... 22
Bảng 1.2 - Cường độ chịu kéo tính tốn của bê tông Rbt ứng với cấp độ bền chịu kéo
của bê tông, Mpa (theo TCVN 5574:2012) ............................................................. 23
Bảng 1.3 - Mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông khi nén và kéo, Eb x 10-3, MPa ...... 24
Bảng 1.4 - Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn Rsn và cường độ chịu kéo tính tốn của thép
thanh khi tính tốn theo các trạng thái giới hạn thứ hai Rs, ser

(theo TCVN

5574:2012) ............................................................................................................ 26
Bảng 1.5 - Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn Rsn và cường độ chịu kéo tính tốn của thép
sợi khi tính tốn theo các trạng thái giới hạn thứ hai Rs,ser (theo TCVN 5574:2012) 26
Bảng 1.6 - Cường độ tính tốn của cốt thép thanh khi tính tốn theo các trạng thái giới
hạn thứ nhất (theo TCVN 5574:2012) ..................................................................... 27
Bảng 1.7 - Cường độ tính tốn của cốt thép sợi khi tính tốn theo các trạng thái giới
hạn thứ nhất, Mpa (theo TCVN 5574:2012) ............................................................ 28
Bảng 1.8 - Mô đun đàn hồi của một số loại cốt thép (theo TCVN 5574:2012) .......... 29

Bảng 2.1: Bảng áp lực gió theo bản đồ phân vùng áp lực gió lãnh thổ Việt Nam ....... 32
Bảng 2.2: Bảng giá trị giới hạn của tần số dao động riêng fL ................................... 33
Bảng 2.3: Bảng hệ số áp lực động của tải trọng gió ζ ............................................... 34
Bảng 2.4: Bảng hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió .............. 35
Bảng 3.1. Giá trị thành phần tĩnh của tải trọng gió đẩy theo phương X được quy thành
tải trọng tập trung tác dụng nên tâm cứng................................................................ 53
Bảng 3.2. Giá trị thành phần tĩnh của tải trọng gió đẩy theo phương Y được quy thành
tải trọng tập trung tác dụng nên tâm cứng................................................................ 54
Bảng 3.3. Giá trị thành phần động của tải trọng gió theo phương OX ứng với dạng dao
động thứ nhất được quy thành tải trọng tập trung tác dụng nên tâm cứng. ................. 58
Bảng 3.4. Giá trị thành phần động của tải trọng gió theo phương OY ứng với dạng dao
động thứ hai được quy thành tải trọng tập trung tác dụng nên tâm cứng.................... 59
Bảng 3.5. Giá trị thành phần động của tải trọng gió theo phương OX ứng với dạng dao
động thứ ba được quy thành tải trọng tập trung tác dụng nên tâm cứng. .................... 60
vi


Bảng 3.6. Giá trị thành phần động của tải trọng gió theo phương 0Y ứng với dạng dao
động thứ ba được quy thành tải trọng tập trung tác dụng nên tâm cứng. ................... 61
Bảng 3.7. Giá trị thành phần động của tải trọng gió theo phương OX ứng với dạng dao
động thứ tư được quy thành tải trọng tập trung tác dụng nên tâm cứng. .................... 62
Bảng 3.8. Giá trị thành phần động của tải trọng gió theo phương OY ứng với dạng dao
động thứ năm được quy thành tải trọng tập trung tác dụng nên tâm cứng.................. 63
Bảng 3.9. Bảng tổng hợp tổng áp lực gió động và tĩnh theo phương OX................... 64
Bảng 3.10. Bảng tổng hợp tổng áp lực gió động và tĩnh theo phương OY. ................ 65
Bảng 3.11: Hệ số chiết giảm khối lượng ................................................................. 74

vii

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Động đất là một hiện tượng tự nhiên gây ra chuyển động rất mạnh của nền đất làm sụp
đổ nhà cửa gây thiệt hại về người và tài sản ảnh hưởng đến đời sống kinh tế xã hội. Do
đó việc thiết kế cơng trình chịu động đất là cần thiết đề bảo vệ tính mạng con người
cũng như của cải vật chất bên trong cơng trình. Cơng trình được thiết kế chịu động đất
chính là một cách bảo vệ gián tiếp tính mạng và của cải bên trong cơng trình. Kết cấu
bê tơng cốt thép có các ưu điểm như có cường độ cao, khả năng chịu lực lớn, độ bền
cao, khả năng chống nhiệt và hấp thụ năng lượng tốt, dễ tạo hình, giá thành thấp được
sử dụng nhiều để xây các cơng trình nhất là trong khu vực có động đất lớn, thường
xun xảy ra.
Hiện nay có nhiều phường pháp tính tốn cho các cơng trình chịu động đất từ phương
pháp đơn giản cho đến phức tạp. Tùy từng đặc điểm, từng cấp cơng trình u cầu độ
chính xác như thế nào mà lựa chọn từng phương pháp phù hợp. Do nhu cầu ngày càng
cao về mặt bảo vệ tính mạng, tiết kiệm chi phí đầu tư xây dựng cũng như phản ánh
được gần đúng sự làm việc của kết cấu so với sự làm việc thực tế. Trên thế giới nhiều
quốc gia đã sử dụng phương pháp tính tốn theo lích sử thời gian, phương pháp này
được đánh giá là có sự phản ánh khá chính xác nhưng cần có đầy đủ cơ sở dữ liệu của
các trận động đất đã xảy ra. Tại Việt Nam việc nghiên cứu và áp dụng vào các cơng
trình cịn nhiều hạn chế. Do đó việc nghiên cứu phương pháp phân tích ứng xử của kết
cấu bê tông cốt thép chịu động đất dùng cách phân tích theo lịch sử thời gian dựa trên
tiêu chuẩn Châu Âu là phù hợp với tình hình phát triển xã hội, mang tính chất cấp thiết
đối với ngành xây dựng nói chung.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài:
Nghiên cứu phương pháp tính tốn kết cấu bê tơng cốt thép chịu động đất phân tích
theo lịch sử thời gian, đưa ra được một số nhận xét về kết quả nhận được so với một số
phương pháp tính tốn khác. d

1

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài:
Đối tượng nghiên cứu: Khung không gian kết cấu bê tông cốt thép nhà nhiều tầng.
Phạm vi nghiên cứu: Sử dụng phương pháp tính tốn khung khơng gian chịu động đất
dùng phương pháp phân tích theo lịch sử thời gian.
4. Nội dung nghiên cứu của đề tài:
Đánh giá, đưa ra được ưu nhược điểm, những mặt được và hạn chế của một số phương
pháp tính tốn kết cấu bê tơng cốt thép chịu động đất so với tính theo phương pháp
theo lịch sử thời gian.
5. Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp lý thuyết;
Phương pháp phân tích, tổng hợp.
6. Nội dung chính của luận văn:
Luận văn trình bày phần mở đầu, phần kết luận và kiến nghị. Luận văn gồm 3 chương
chính như sau:
Chương 1: Tổng quan về tính tốn kết cấu bê tông cốt thép chịu động đất.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết của tính tốn kết cấu bê tơng cốt thép chịu động đất theo
phương pháp lịch sử thời gian
Chương 3: Nghiên cứu tính tốn kết cấu bê tơng cốt thép chịu tải trọng động đất theo
phương pháp phân tích lịch sử thời gian

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÍNH TỐN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP
CHỊU ĐỘNG ĐẤT.
1.1. Tổng quan về động đất
1.1.1. Định nghĩa, nguồn gốc của động đất
Động đất là hiện tượng dao động rất mạnh nền đất xảy ra khi một nguồn năng lượng

lớn được giải phóng trong thời gian rất ngắn do sự nứt rạn đột ngột trong phần vỏ hoặc
trong phần áo trên của quả đất
Nguồn gốc của động đất:
* Động đất có nguồn gốc từ hoạt động kiến tạo
Từ những năm 60 của thế kỷ XX, các nhà địa chất và địa chấn học đã đưa ra thuyết
kiến tạo mảng hay cịn gọi là thuyết trơi dạt các lục địa để giải thích cho nguồn gốc:
của các trận động đất xuất hiện trên thế giới. Theo thuyết này, lúc đầu các lục địa gắn
liền với nhau được gọi là Pangaea, sau đó cách đây khoảng chừng 200 triệu năm chúng
tách ra thành nhiều mảng cứng di chuyển chậm tương đối so với nhau trên một lớp
dung nham ở dạng thể lỏng, nhiệt độ cao để có hình dạng như ngày nay.
Tuỳ thuộc vào đặc thù của hoạt động kiến tạo, ranh giới phân chia giữa các mảng
thường có các dạng: gờ giữa đại dương, đứt gẫy, vịng cung các đảo và vùng orogenic.
Tại vùng gờ giữa đại dương, dung nham nóng chảy trong phần áo trào lên bề mặt quả
đất sau đó nguội đi, bổi dần và mở rộng mảng thạch quyển theo phương ngang. Tại
các đứt gãy, các mảng kiến tạo chuyển động tương đối so với nhau và bị hút vào trong
phần áo của quả đất tại các vùng orogenic.
Các thành tựu khoa học kỹ thuật, đặc biệt là mạng lưới địa chấn kế và quan trắc địa
chất trên thế giới đã chứng minh tính đúng đắn của thuyết kiến tạo mảng. Do đó trong
vịng 10 năm tiếp theo, lý thuyết này đã được giới khoa học chấp nhận một cách rộng
rãi và được xem là một trong những thành tựu khoa học lớn nhất của nhân loại trong
thế kỷ XX.

3


Theo giả thiết cơ bản của thuyết kiến tạo mảng, bề mặt quả đất được tập hợp từ một số
khối lớn gọi là mảng; trên, các mảng là các châu lục và đại dương. Các mảng này
chuyển động tương đối so với nhau. Tồn bộ vỏ quả đất có thể hình dung được chia
thành 15 mảng trong đó có 11 mảng lớn (vĩ mảng) sau: mảng Âu – Á, mảng châu Phi,
mảng châu úc, mảng Philipin, mảng Thái Binh dương, mảng Cocos, mảng Nazca,

mảng Bắc Mỹ, mảng Nam Mỹ, mảng Caribe và mảng Nam cực. Các mảng lón lại
được chia thành các mảng bé hơn (vi mảng) qua các vết đút gãy nơng hơn. Hình 1.3
giới thiệu các mảng kiến tạo cùng các vết đút gãy trên toàn bộ bề mặt quả đất.
Tại vùng phân chia giữa các mảng xuất hiện các biến dạng tương đối trên một vùng
khá hẹp. Các biến dạng có thể xảy ra chậm và liên tục hoặc có thể xảy ra một cách đột
ngột dưới dạng các trận động đất các nhà khoa học đã xác định được ba kiểu biến dạng
hoặc ba kiểu chuyển động sau tại các bở biên mảng.
1.1.1.1. Chuyền động tách giãn
Tại một số vùng, các mảng di chuyển rời xa nhau, dung nham nóng chảy trong phần áo
trào lên bề mặt quả đất sau đó nguội đi, bồi dần và mở rộng mảng thạch quyển theo
phương ngang. Vùng bờ biên mảng này có tên gọi là vùng gờ mở rộng và thường nằm
giữa các đại dương. Ví dụ mảng Bắc Mỹ và Nam Mỹ trượt về phía tây xa dần các
mảng Á- Âu và châu Phi. Vùng gờ mở rộng (đứt gẫy) chạy dọc giữa Đại Tây dương
tạo nên các núi lửa ngầm dưới biển; dung nham lỏng tràn lên bề mặt, nguội đi và bổi
rộng thêm các mảng làm cho Đại Tây dương ngày càng rộng ra. Tốc độ chuyển động
tách rời giữa các mảng khoảng 2 đến 18 cm/năm; vùng gờ mở rộng ven Thái Bình
dương có tốc độ chuyển động lớn nhất.
1.1.1.2. Chuyển động hút chìm
Do kích thước của quả đất giữ nguyên không đổi, nên việc mở rộng các mảng tại một
số bờ biên phải được bù lại bằng việc thu hẹp Gác mảng tại một số bờ biên khác. Điều
này đã được quan sát thấy qua chuyển động hút chìm giữa hai mảng kề nhau. Có hai
loại chuyển động hút chìm:

4


Chuyển động trườn: mảng này chuyển động rúc xuống dưới mảng khác. Ví dụ 11
mảng Ấn – ức rúc xuống dưới mảng Á – Âu làm cho dãy Hymalaya bị đẩy cao
dần lên, mỗi năm khoảng 9 BR cm;
Chuyển động rúc đồng quy: hai mảng cung chuyển động rúc xuống. Ví dụ, các mảng

Cocos và Caribe cùng chuyển động hút chìm; xuống theo đứt gãy dọc bờ Tây Trung
Mỹ.
Vùng chuyển động hút chìm thường nằm kề các thềm lục địa. Khi tốc độ chuyển động
đồng quy của các mảng lớn, tại vùng biên sẽ xuất hiện các rãnh sâu. Khi tốc độ chuyển
động đồng qụy chậm, các trầm tích bồi lắng sẽ phủ kín các rãnh sâu.
1.1.1.3 Chuyển động trượt ngang
Chuyển động trượt ngang xuất hiện khi mảng này di chuyền tương đối so với mảng
khác theo phương ngang mà không làm sinh ra một phần vỏ mới hoặc làm mất đi một
phần vỏ cũ. Có hai loại chuyển động ngang:
- Chuyển động trượt tương đối tại đứt gẫy;
- Chuyển động va chạm. Ví dụ mảng Á – Âu và mảng châu Phi tiến tại gần nhau gây
ra biến dạng nén ở vùng Địa Trung hải.
Trong quá trình các mảng dịch chuyển tương đối so với nhau, biến dạng dần dần được
tích luỹ lại tại các vùng khác nhau của vỏ trái đất. Khi vật chất tạo nên vỏ Trái Đất đất
tới trạng thái biến dạng tới hạn, sự phá hoại đột ngột xảy ra. Thế năng biến dạng tức
thời chuyển thành động năng và động đất xuất hiện. Như vậy theo thuyết kiến tạo
mảng, các trận động đất chủ yếu phát sinh tại vùng ranh giới giữa các mảng và chi xảy
ra khi nền đá rơi vào trạng thái tới hạn về cường độ dẫn tới bị phá hoại đột ngột. Do
đó, các trận động đất tại các vùng biên của các mảng được gọi là động đất rìa mảng.
Các trận động đất mạnh xảy ra ở Chilê, Peru, Trung Mỹ, Đông Caribe, Nam Mexico,
California, Nam Alaska, Nhật Bản, Đài Loan, Philipin, Indonesia, New Zealand và
vành đai Alpine – Caucase – Hymalaya thuộc loại này.
* Động đất có nguồn gốc từ các đứt gãy

5


Khi quan sát địa hình ta thường gặp những sự thay đổi đột ngột trong cấu trúc nền đá.
Ở một số chỗ, các vỉa đá có đặc tính khác nhau gối đầu vào nhau hoặc tựa lên nhau
dọc theo mặt tiếp xúc giữa chúng. Sự cắt ngang cấu trúc địa chất như vậy được gọi là

đứt gẫy hoặc phay địa chất.
Các đứt gẫy có thể có chiều dài từ vài mét tới hàng trăm kilơmét và ân sâu vào lịng
đất tới vài chục kilơmét. Chúng có thể được nhận biết qua khảo sát trạng thái địa hình
trên mặt đất, nhưng nhiều khi rất khó phát hiện bằng cách quan sát vì đứt gẫy nằm sâu
trong vỏ quả đất khơng kéo lên tới bề mặt.
Các vết đứt gẫy được chia làm hai loại: hoạt động và không hoạt động. Đứt gẫy hoạt
động là những đứt gẫy mà các khối vật chất ở hai bên mặt đứt gẫy đang chuyển động
tương đối so với nhau, năng lượng biến dạng đàn hồi do q trình kiến tạo được tích
luỹ và đến mơt lúc nào đó sẽ giải phóng đột ngột, gây ra động đất. Đứt gẫy không hoạt
động là các đứt gẫy trong q khứ đã từng hoạt động, nay khơng cịn chuyển động và
do đó sẽ khơng gây ra động đất. Đứt gãy địa chấn nổi tiếng nhất trên thế giới thuộc
loại hoạt động là đứt gẫy San Andreas ỏ California (Hoa Kỳ). Đứt gẫy này có chiều
dài 300 km và trượt ngang 6,4 m, từng gây ra trận động đất San Francisco năm 1906
và nhiều trận động đất tiếp sau đó. Tốc độ trượt trung bình tại một đứt gẫy hoạt động
thay đổi từ 10 – 100 mm/năm. Một số đứt gẫy chuyển động liên tục, một số khác
chỉ chuyển động khi động đất xảy ra. Các đứt gây hoạt động được phân loại dựa trên
dạng hình học và hướng trượt tương đối giữa chúng. Có thể phân chuyển động tại các
đứt gẫy cũng như dạng đứt gẫy thành các loại sau.
a) Trượt nghiêng: sự dịch chuyển xảy ra theo phương song song với độ dốc của đứt
gẫy (hoặc vng góc với đường mạch ngang là giao tuyến giữa mặt đứt gẫy và mặt
nằm ngang). Tuỳ thuộc vào hướng chuyển động tương đối của các mảng nằm hai bên
mặt đứt gẫy mà các đứt gẫy được phân loại như sau:
Đứt gẫy bình thường hoặc cịn gọi là đứt gẫy thuận: lớp đá cứng phía trên mặt nghiêng
của đứt gẫy trượt xuống dưới so với lớp nằm dưới. Các đứt gẫy có mặt trượt gần thẳng
đứng cũng có thể xếp vào loại này;

6


Đút gẫy nghịch: lớp đá cứng phía trên mặt đứt gẫy nghiêng trượt lên trên so với lớp đá

phía dưới đứt gẫy.
b) Trượt ngang (còn gọi là trượt bằng): sự dịch chuyển xảy ra theo phương ngang song
song với mạch ngang của đứt gẫy. Chuyển động trượt ngang thường xảy ra tại các đứt
gẫy gần thẳng đứng và có quy mô lớn. Tuỳ thuộc vào hướng chuyển động tương đối
của vật chất trên mặt này hay mặt kia của đứt gẫy mà phân loại đứt gẫy như sau:
Đứt gẫy trượt ngang trái (trượt bằng trái): Nếu đứng từ một mảng quan sát thấy mảng
kia trượt về phía trái;
Đứt gẫy trượt ngang phải (trượt bằng phải): Nếu đứng từ một mảng quan sát thấy
mảng kia trượt về phía phải.
Trong một số trường hợp, chuyển động trượt tại các đứt gẫy thường kết hợp giữa
nghiêng và trượt ngang, nên các đứt gẫy này được gọi là đứt gãy xiên
* Động đất phát sinh từ các nguồn gốc khác
Động đất cịn có thể phát sinh từ các nguyên nhân sau:
- Sự giãn nở trong lớp vỏ đá cứng của quả đất;
- Do các vụ nổ hạt nhân;
- Do hoạt động của núi lửa;
- Do sụp đổ các hang động ngầm dưới đất;
- Do tích nước vào các hồ chứa lớn.
1.1.2. Cường độ động đất
Cường độ động đất là thể hiện mức độ tàn phá mà động đất có thể gây ra ở một khu
vực nào đó. Giá trị thơng số này đạt giá trị cực đại ở chấn tâm rồi giảm dần theo
khoảng cách chấn tâm và phụ thuộc vào điểm quan sát.
Thang cường độ động đất

7


- Thang cường độ động đất (hay cấp động đất) phụ thuộc vào khả năng nhận thức của
con người về mức độ phá hoại cơng trình xây dựng do động đất gây ra.
- Năm 1878, thang cường độ động đất được Rossi lập.

- Năm 1904, Cancani đã đưa ra một thang độ có định lượng cụ thể trên cơ sở gia tốc
nền do trấn động gây ra.
- Năm 1931, hai nhà địa chất học H.O.Wood và F.Neumann xây dựng thang Mercali
hiệu chỉnh phân chia cường độ thành 12 cấp;
- Năm 1956, Richter hiệu chỉnh khoảng cách gia tốc cực đại tại thang Mercali hiệu
chỉnh thành thang cường độ chính thức áp dụng rộng rãi ngày nay;
- Năm 1964, các nhà khoa học Medvedev, Sponhahure, Karnic đề xuất thang MSK-64,
đây là thang cường độ được sử dụng rộng rãi ở các nước Châu Âu.
Thang độ lớn động đât
* Thang Richter:
Theo định nghĩa của Richter, độ lớn M của một trận động đất được xác định như sau:
M=logA - logA0
Trong đó:

A là biên độ lớn nhất của trận động đất đang xét do địa chấn kế.

A0 là biên độ lớn nhất của trận động đất chuẩn có cùng tâm trấn
* Các thang cường độ động đất khác:
- Thang độ lớn sóng mặt (Ms) đo các biên độ sóng mặt có chu kỳ 20s, thường xảy ra ở
các trận động đất xa khoảng cách tâm trấn trên 2000km. Thang đo này được
Gutenberg và Richter đề xuất năm 1936 thường dùng cho các trận động đát trung bình
tới lớn có độ sâu chấn tiêu nhỏ hơn 70km. Biểu thức xác định Ms như sau: Ms= logA
+ 1.66logL + 2,0
Trong đó:

L là khoảng cách chấn tâm được đo bằng độ (3600 ứng với chu vi quả đất
A là chuyển vị lớn nhất của nền đất khi dao động đo bằng micron
8

- Thang độ lớn sóng khối (Mb) đo biên độ sóng P có chu kì khoảng 1,0s. Thang này
phù hợp với các trận động đất rất sâu với sóng mặt yếu, được Gutenberg đề xuất vào
năm 1945. Thang Mb có thể đo được các trận động đất xa với khoảng cách tâm chấn
trên 600km. Mb được xác định qua biểu thức sau:
Mb=logA – logT + 0,01L + 5,9
Trong đó:

A là biên độ của sóng P đo bằng micron
T là chu kỳ dao động đo bằng (s)
L là khoảng cách chấn tâm đo bằng độ

- Thang độ lớn moomen động đất (Mw) dùng để mô tả độ lớn của các trận động đất
dựa trên cơ cấu phá hoại cắt xảy ra ở nơi phát sinh của chúng. Khác với các thang độ
lớn Richter, độ lớn sóng mặt, độ lớn sóng khối, thang độ lớn mômen động đất là thang
duy nhất dựa trực tiếp vào lực tác động gây ra động đất tại nứt gẫy mà không dựa vào
biên độ của các sóng địa chấn. Vì vậy thang này có thể sử dụng để đo toàn bộ chuyển
động của nền đất.
1.1.3. Động đất trên lãnh thổ Việt Nam
- Cấu trúc kiến tạo Việt Nam
Về mặt kiến tạo, lãnh thổ Việt Nam nằm ở một vị trí khá đặc biệt. Trên bản đồ kiến tạo
mảng của vỏ trái đất, lãnh thổ Việt Nam nằm trên một phần lồi của mảng Á-Âu, bị kẹp
giữa ba mảng có mức độ hoạt động mạnh đó là các mảng Châu Úc, mảng Philipin và
mảng Thái Bình Dương. Phía tây và phía nam của nước ta là vành đai động Himalaya
và rãnh sâu Java được tạo ra do sự va chạm giữa mảng Châu Úc với mảng Á-Âu, cịn
phía đơng là vành đai lửa Thái Bình Dương và mảng Philipin với mảng Á-Âu.
Một số nhà khoa học cho ràng lãnh thổ Việt Nam và khu vực phụ cận đang chịu ảnh
hưởng kéo theo của sự va chạm đồng thời của nhiều mảng kiến tạo. Những sự va chạm
này khiến dãy núi Hymalaya cao dần lên và làm phần phía nam lục địa Đơng Á bị biến
dạng và phân chia thành các mảng nhỏ chuyển động theo các hường khác nhau chủ
yếu là hướng Đông-Đông Nam.

9


- Các đứt gãy trên lãnh thổ Việt Nam
Kết quả các cơng trình nghiên cứu khoa học gần đây cho thấy, trên lãnh thổ Việt Nam
tồn tại một mạng lưới đứt gãy phức tạp, đa dạng về phương, về kiểu trượt, về cấp độ
và lịch sử phát triển. Phần lớn đó là đứt gãy sâu giới hạn các miền kiến tạo hoặc các
đơn vị kiến tạo chính trong các miền, một số ít là các đứt gãy lớn phát triển trong
phạm vi một vài đơn vị kiến tạo.
Thuộc về nhóm đứt gãy phân miền kiên tạo có các nứt gãy sau
+ Đứt gãy Sông Hồng phân chia miền nền hoạt động Hoa Nam (Trung Quốc) với đới
uốn nếp Tây Bắc Việt Nam;
+ Đứt gãy Sơn La là đứt gãy xung yếu sâu, cổ, có đường đường phương uốn lượn,
phân cách phức nếp lõm Sông Đà với phức nếp lồi Sông Mã;
+ Đứt gãy Sông Mã ngăn cách đới phức nếp lồi Sông Mã với miền uốn nếp Hecxinit
Trường Sơn;
+ Đứt gãy Lai Châu-Điện Biên phân chia miền uốn nếp Thái Lan-Malaysia với các đới
uốn nếp Bắc Việt Nam và địa khối Indosini;
+ Đứt gãy Thà Khẹt (Lào)-Trà Bồng phân chia đới uốn nếp Bắc Việt Nam với địa khối
Indosini;
+ Đứt gãy Sông Hậu phân chia miền kiến trúc Hecxinit Tây Nam Bộ và địa khối
Indosini, khống chế địa hịa sơng Mekong ở phía Tây Nam Bộ;
+ Các đứt gãy á kim tuyến Tây Biển Đơng.
Thuộc về nhóm đứt gãy phân chia các đơn vị cấu trúc chính trong các miền kiến tạo có
các đứt gãy sau:
+ Đứt gãy Đơng Triều, Mạo Khê, n Tử là đứt gãy hình vịng cung, kiểu trượt bằng
nghịch, độ sâu chấn tiêu lớn khoảng 30km;

10

+ Đứt gãy Cao Bằng – Tiên Yên kéo dài theo phương Tây Bắc – Đông Nam, từ Trung
Quốc vào Việt Nam, đóng vai trị khống chế sự phát triển của Mezozoi Sông Hiến.
Đứt gãy này thuộc kiểu trượt bằng, bị chia cắt thành nhiều đoạn;
+ Đứt gãy Linh Sơn – Hạ Long từ Quảng Tây (Trung Quốc) sang Việt Nam chạy dọc
bở vịnh Hạ Long từ Móng Cái qua Cẩm Phả;
+ Đứt gãy sông Chảy là một đứt gãy sâu xuyên vỏ, chạy theo phương Tây Bắc – Đông
Nam, song song với đứt gãy Sông Hồng;
+ Đứt gãy Sông Lơ có phương Tây Bắc – Đơng Nam, về thực chất một đứt gãy nằm
trong hệ thống đứt gãy sông Hồng – sông Chảy;
+ Đứt gãy Sông Đà chạy dài trên 300km theo phương chủ đạo Tây Bắc – Đông Nam
nhưng có dạng khúc đoạn tạo bởi các đứt gãy phương Tây Bắc – Đông Nam;
+ Đứt gãy Sông Cả là đứt gãy sâu xuyên vỏ dài 300km có phương chính là Tây Bắc –
Đơng Nam kéo về phía biên giới Việt – Lào, có cơ chế trượt bằng – phải;
+ Đứt gãy Rào Nậy là ranh giới giữa đới phức nếp lõm Sông Cả và đới phức nếp lồi
Trường Sơn, cơ chế trượt bằng – phải;
+ Đứt gãy Dakrong – Huế có phương Tây Tây – Bắc, Đơng Đơng – Nam là một đơi
gãy khá lớn hoạt động mạnh;
+ Đới đứt gãy Sơng Poco, Tuy Hịa – Dầu Tiếng, Vũng Tàu – Tông Lê Sáp trong miền
địa khối Indosini;
- Các trận động đất đã xảy ra tại Việt Nam
Trong lịch sử , các văn bản ghi chép còn giữ được đã cho thấy từ năm 114 đến năm
2003 đã có 1645 trận động đất mạnh từ 3 độ Richter trở lên đã xảy ra trên lãnh thổ
nước ta. Đó là các trận động đất cấp XIII (6 độ Richter) ở quận Nhật Nam (Bắc Đồng
Hới) vào năm 114, các trận động đất cấp VII và cấp VIII (5,5-6 độ Richter) ở Hà Nội
vào các năm 1276, 1278, 1285, động đất cấp VIII-IX (trên 6 độ Richter) ở Yên Định –
Vĩnh Lộc – Nho Quan vào năm 1935, động đất cấp XIII (6 độ Richter) ở Nghệ An vào
năm 1821, động đất cấp VII ở Hải Dương vào năm 1137, động đất cấp VII ở Tĩnh Gia
11

– Thanh Hóa năm 1767, các trận động đất cấp VII (5,5 độ Richter) ở Phan Thiết vào
các năm 1882, 1887…(tất cả các cấp độ động đất trên đều phỏng đoán theo thang
MSK-64)
Trong thế kỷ XX từ năm 1903 đến năm 1961 đã xảy ra 46 trận động đất từ cấp V trở
lên (theo thang MSK-64) trên lãnh thổ nước ta. Riêng tại khu vực Lai Châu, Sơn La,
Điện Biên từ năm 1935 đến năm 2001 có nhiều trận động đất lớn xảy ra. Một số trận
động đất tiêu biểu như sau:
+ Trận động đất xảy ra vào ngày 24/6/1983 có chấn tâm năm ở huyện Tuần Giáo.
Trận động đất này có độ lớn M=6.7 (theo tháng Richter) và cường độ ở vùng chấn tâm
khoảng cấp VIII (theo thang MSK-64). Trận động đất này gây ra sụt lở lớn ở các dãy
núi, vùi lấp 200 ha ruộng, làm chết và bị thương hàng chục người. Một số cơng trình
xây dựng trong vùng chấn tâm đã bị phá hoại. Nền đất bị nứt rộng 10 cm và dài tới
20km. Chấn động của trận động đất này đã lan sang các khu vực khác như thị xã Lai
Châu, Thuận Châu, Tủa Chùa, Quỳnh Nhai, thị xã Sơn La. Tại Hà Nội trận động đất
này gây ra cường độ khoảng cấp V-VI theo thang MSK-64, gây rạn nứt nhà cửa ở một
vài khu vực.
+ Trận động đất tại Điện Biên Phủ xảy ra vào ngày 19/2/2001 có độ lớn M=5,3 độ
Rịchter. Chấn tâm của trận động đất nằm tại vùng núi Nam Oun của Lào cách thị xã
Điện Biên 15 km, với độ sâu chấn tiêu khoảng 12 km. Chấn động ở vùng chấn tâm đạt
tới cấp VII – VIII theo thang MSK-64 ở Hua Pe (thuộc tỉnh Lai Châu) gần biên giới
Việt Lào chuyển động địa chấn làm sập mái hầm kèo, gây nứt ở sườn dốc, sàn nhà và
lở các bậc thềm xếp bằng đá hộc. Đập Pe Luông cách chấn tâm 10 km về phía Đơng bị
nứt vai đập và phần tiếp xúc giữa đập với tràn. Suối nước nóng Hua Pe nóng lên và có
sự thay đổi về khống chất. Tại thị xã Điện Biên nằm trong vùng động đất cấp VII
theo thống kế có hơn 130 ngơi nhà phải xây dựng lại, 1044 ngôi nhà phải sửa chữa và
2044 ngôi nhà bị hư hỏng nhẹ. Sau chấn động chính có hàng trăm dư chấn tiếp tục xảy
ra trong đó có nhiều dư chấn mạnh. Trận động đất này được gây ra bởi hoạt động của
đới đứt gãy sâu Lai Châu – Điện Biên, chính hoạt động của đứt gãy này cũng đã gây ra

trận động đất ở Lai Châu 7/1914, động đất Điện Biên Phủ năm 1920, các trận động đất
tại Lai Châu vào các năm 1993, 2001.
12


Theo thống kê, từ trước đến nay ở Việt Nam đã xảy ra 2 trận động đất cấp VIII, 11
trận động đất cấp VII và 60 trận động đất cấp VI (theo thang MSK-64). Phần lớn các
trận động đất này đều xảy ra ở các tỉnh phía Bắc dọc theo các vết nứt gãy vùng sông
Hồng, sông Chảy, sông Cả, Lai Châu – Điện Biên và nói chung đều có độ sâu chấn
tiêu nông (H=10-20km) nên vùng ảnh hưởng hẹp.
- Một số kết quả nghiên cứu động đất đã đạt được
Ở Việt Nam, tới năm 1986 đã có tất cả 8 trạm quan trắc địa chấn. Các trạm quan trác
này được xây dựng và hoạt động ở các thời điểm khác nhau: Phú Diễn (1924), Nha
Tran (1957), Sapa (1961), Bắc Giang (1967), Hịa Bình (1972), Tun Quang (1975),
Đà Lạt (1980), Hà Nội (1986), …. Từ năm 1986 đến năm 1995 nhờ có dự án của
UNDP, mạng lưới trạm địa chấn Việt Nam đã được tăng cường và hiện đại hóa. Đến
nay chúng ta đã có 26 trạm địa chấn chu kỳ ngắn, ghi số trong đó có hệ thống trạm địa
chấn đo xa gồm 8 trạm xung quang Hà Nội. Có thể nói trước năm 1975 mạng lưới
trạm quan trắc động đất cịn thưa, hoạt động khơng đồng bộ nên chưa có sự hiệu quả
cao trong quan sát động đất ở nước ta. Do đó việc ghi lại các trận động đất xảy trên
lãnh thổ nước ta chưa đầy đủ và có chấn lượng, các máy đo chỉ đo được các trận động
đất yếu hoặc dư chấn động đất mạnh. Vì vậy phần lớn các số liệu địa chấn được thu
thập từ việc điều tra thực địa và tài liệu lịch sử.
Để phục vụ cho các yêu cầu về thiết kế, tính tốn kháng chấn các cơng trình xây dựng,
cơ sở dữ liệu động đất trên lãnh thổ Việt Nam đã được xây dựng, từng bước hoàn
thiện. Từ đầu những năm 60 của thế kỷ XX, công tác phân vùng động đất trên lãnh thổ
nước ta đã được tiến hành với sự giúp đỡ của chuyên gia nước ngoài. Trong nhiều
năm, bản đồ này đã trở thành tài liệu quan trọng phục vụ cho công tác quy hoạch và
xây dựng các cơng trình kinh tế và quốc phịng. Các phân đồ sơ đồ phân vùng động đất
Việt Nam đã được thiết lập theo nguyên tắc “địa chấn thống kê”, chỉ nghiên cứu và thể

hiện bản đồ hệ quả chấn động do động đất gây ra trên mặt đất mà không biết được
nguồn phát sinh cũng như các thông số của chuyển động nền đất rất cần cho việc
kháng chấn cho cơng trình. Để khắc phục được nhược điểm này, năm 1976 Nhà nước
đã đưa đề tài phân vùng động đất trên lãnh thổ Việt Nam vào chương trình Atlas quốc
gia và năm 1980 lại đưa ra chương trình hợp tác khoa học giữa Viện Khoa học Việt
13


Nam và Viện Hàn lâm khoa học Liên Xô và giao cho Viện Vật lý địa cầu – Viện khoa
học Việt Nam thực hiện. Cơng trình đã được hồn thành vào năm 1985 và năm 1989
cho công bố bản đồ phân vùng động đất Việt Nam tỉ lệ 1/2.000.000. Để tiếp tục hoàn
thiện bản đồ phân vùng động đất, năm 1992 Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường
đã giao cho Viện Vật lý địa cầu thực hiện đề tài câp Nhà nước “Cơ sở dữ liệu cho các
giải pháp giảm nhẹ hậu quả động đất ở Việt Nam”. Kết quả nghiên cứu của đề tài này
là các bản đồ phân vùng động đất với chu kỳ lặp lại T=200, 500, 1000 năm và bản đồ
phân vùng chấn động cực đại Imax trên lãnh thổ Việt Nam tỷ lệ 1:1.000.000 (1996).
Để hoàn thiện hơn các bản đồ dự báo về mức độ nguy hiểm động đất trên lãnh thổ Việt
Nam và tiếp cận bước đầu với phương pháp dự báo động đất về thời gian phát sinh từ
năm 2000 Bộ Khoa học Công nghệ đã giao cho Viện Vật lý Địa cầu triển khai đề tài
“Nghiên cứu dự báo động động đất và dao động nền ở Việt Nam”. Một trong các kết
quả nghiên cứu của đề tài này là bản đồ dự báo cương độ chấn động cực đại, bản đồ
phân vùng gia tốc nền cực đại amax và các bản đồ phân vùng gia tốc nền với xác suất
vượt quá 10% trong các khoảng thời gian 20, 50, 100 năm. Dựa trên các kết quả
nghiên cứu này, Viện Vật lý Địa cầu đã cung cấp phân vùng gia tốc nền lãnh thổ Việt
Nam chu kỳ lặp lại 500 năm trên nền loại A. Như vậy với các kết quả nghiên cứu này,
chung ta đã có các cơ sở dữ liệu cần thiết để thực hiện việc kháng chấn cho các cơng
trình xây dựng trong các vùng có động đất tại Việt Nam.
1.2. Kết cấu bê tông cốt thép và các đặc trưng vật liệu
1.2.1. Tổng quan về kết cấu bê tông cốt thép
Bê tông cốt thép (BTCT) là một loại vật liệu composite kết hợp bởi bê tông và thép,

trong đó bê tơng và thép cùng tham gia chịu lực Sự kết hợp giữa bê tông và cốt thép
xuất phát từ thực tế bê tông là loại vật liệu có cường độ chịu kéo thấp (chỉ bằng từ 1/20
đến 1/10 cường độc chịu nén của bê tông, do đó hạn chế khả năng sử dụng của bê tơng
và gây nên lãng phí trong sử dụng vật liệu. Đặc điểm này được khắc phục bằng cách
thêm vào trong bê tơng những thanh cốt, thường làm từ thép, có cường độ chịu kéo
cao hơn nhiều so với bê tông. Cốt do đó thường được đặt tại những vùng chịu kéo của
cấu kiện. Ngày nay cốt có thể được làm từ những loại vật liệu khác ngoài thép
như polyme, sợi thủy tinh, hay các vật liệu composite khác... Kết cấu xây dựng bằng
14


cách sử dụng bê tông kết hợp với cốt được gọi chung là 'kết cấu bê tơng có cốt; kết cấu
bê tông cốt thép, với cốt các thanh thép, là loại kết cấu bê tơng có cốt lâu đời và được
sử dụng rộng rãi nhất trong xây dựng
Bê tông cốt thép là loại vật liệu xây dựng được sử dụng rộng rãi trong xây dựng dân
dụng và xây dựng công trình giao thơng. Trong hầu hết các cơng trình hiện nay, kết
cấu BTCT đóng vai trị là kết cấu chịu lực chính cho cả cơng trình.
Từ thời La Mã cổ đại bê tông đã được sử dụng như một loại vật liệu xây dựng. Khi xi
măng được phát minh vào những năm đầu thế kỷ 19 thì việc kết hợp giữa bê tông và xi
măng đem lại hiệu quả cao v c s dng ngy mt rng rói. Franỗois Coignet, nhà
tư bản công nghiệp người Pháp, là người tiên phong trong việc phát triển kết cấu bê
tông cốt thép và kết cấu bê tông đúc sẵn. Coignet là người đầu tiên sử dụng cốt sắt cho
bê tông trong xây dựng các cơng trình nhà ở dân dụng. Năm 1853, Coignet cho xây
dựng cơng trình đầu tiên sử dụng bê tơng cốt sắt, một căn nhà 4 tầng ở số 72 phố
Charles Michels, ngoại ô Paris. Tuy vậy, theo những mô tả của Coignet thì việc bổ
sung cốt sắt vào bê tơng khơng nhằm mục đích tăng cường độ bê tơng mà nhằm giữ
cho các bức tường bằng bê tông đứng thẳng và không bị lộn nhào. Sự kết hợp giữa bê
tơng và cốt thép của Coignet do đó vẫn chỉ mang tính chất tình cờ, chưa nhằm mục
đích tăng cường độ chịu kéo cho kết cấu bê tông.
Năm 1854, nhà thầu xây dựng người Anh là William B. Wilkinson đã cho gia cố mái

và sàn bằng bê tông cốt thép cho một ngôi nhà hai tầng mà ông xây dựng. Dựa vào vị
trí đặt cốt thép, ơng đã chứng minh rằng, khơng giống như những người tiền nhiệm
của mình, Wilkinson đã có những hiểu biết nhất định về việc sử dụng cốt thép để gia
tăng khả năng chịu kéo trong kết cấu.
Joseph Monier, một nhà làm vườn người Pháp, được biết đến như một trong những
nhà phát minh chính của kết cấu bê tơng cốt thép. Ơng đã được cấp bằng sáng chế cho
việc sử dụng lưới thép làm từ vỏ đạn cối để gia cố cho các chậu cây bằng bê tông.
Năm 1877, Monier nhận thêm một bằng sáng chế cho việc sử dụng lưới thép để gia cố
cho các cột và dầm cầu bê tông. Mặc dù Monier chắc chắn rằng kết hợp bê tông và cốt
thép sẽ gia tăng cường độ cho kết cấu, nhưng rất ít người có thể khẳng định liệu

15


Monier có thực sự hiểu về khả năng gia tăng cường độ chịu kéo của cốt thép trong kết
cấu bê tơng hay khơng.
Có thể thấy, từ thời La Mã cổ đại cho tới cuối những năm cuối thể kỷ 19, mặc dù bê
tông và bê tông cốt thép đã được sử dụng như một loại vật liệu xây dựng nhưng chưa
có bất kỳ một nghiên cứu nào chứng minh được sự kết hợp hiệu quả giữa bê tông và
cốt thép dưới góc nhìn khoa học, cơng nghệ. Nhà sáng chế người Mỹ Thaddeus
Hyatt là người đầu tiên công bố một báo cáo mang tên "Đánh giá về một vài thực
nghiệm liên quan tới vật liệu xây dựng kết hợp giữa bê tơng-xi măng Portland và cốt
sắt, có xem xét tới khả năng tiết kiệm vật liệu trong xây dựng và khả năng phòng cháy
đối với kết cấu mái, sàn và hành lang", trong đó ứng xử của kết cấu bê tông cốt thép
đã được đưa ra nghiên cứu và đánh giá thơng qua thực nghiệm. Nghiên cứu này của
Hyatt đóng một vai trò cực kỳ quan trọng cho sự phát triển kết cấu bê tông sử dụng
trong xây dựng, khi lần đầu tiên nó được xem xét và chứng minh sự hiệu quả dưới góc
độ khoa học, cơng nghệ. Nếu khơng có nghiên cứu này, rất nhiều những thử nghiệm và
sai sót trong thực tế có thể sẽ xảy ra trong đà phát triển của kết cấu bê tông cốt thép.
Lịch sử phát triển của kết cấu bê tông cốt thép cuối thế kỷ 19 cịn ghi nhận thêm đóng

góp của kỹ sư người Anh Ernest L. Ransome. Sử dụng những kiến thức thu thập được
về sự phát triển của bê tơng cốt thép trong 50 năm trước đó, Ransome đã cải tiến bằng
cách sử dụng những thanh cốt thép xoắn để gia tăng khả năng dính bám giữa thép và
bê tông.
Những năm về sau lĩnh vực bê tông cốt thép đã đạt được nhiều tiến bộ và phát triển
vượt bậc trên thế giới, dẫn đến việc thành lập "Hiệp hội bê tơng Đức" vào năm 1910,
sau đó là "Hiệp hội bê tông Áo" và các "Viện nghiên cứu bê tông Anh", "Viện nghiên
cứu bê tông Mỹ" cũng như các tổ chức quốc tế như "Liên đồn bê tơng dự ứng lực
quốc tế" (FIP) hay "Ủy ban Bê tông châu Âu" (CEB). Những tổ chức này đã góp phần
quan trọng trong việc phát triển và ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép trong ngành xây
dựng. Hiện nay kết cấu bê tông cốt thép là loại kết cấu được sử dụng phổ biến nhất
trong lĩnh vực xây dựng.

16


Hiện nay kết cấu bê tông cốt thép được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực xây dựng
dân dụng và xây dựng cơng trình giao thơng như nhà ở, cầu, đường, nhà xưởng công
nghiệp, sân bay, thủy lợi... Tại Việt Nam, theo các thống kê chưa đầy đủ các cơng
trình xây dựng từ kết cấu bê tơng cốt thép chiếm 70% tổng số cơng trình xây dựng.
Nhà cao tầng: là dạng cơng trình phổ biến nhất sử dụng kết cấu bê tông cốt thép. Độ
cứng lớn của bê tông cốt thép cho phép rất thích hợp khi chịu tải trọng ngang như gió.
Bê tơng cố thép có những ưu điểm như giá thành thấp, khả năng chịu lực lớn, độ bền
cao khẳ năng tạo hình khối dẽ dàng, khả năng chống cháy tốt khả năng hấp thụ năng
lượng tốt…Tuy nhiên bê tơng cốt thép vẫn cịn một số hạn chế trọng lượng bản thân
lớn, thời giant hi công nâu, khả năng tái sử dụng thấp, chi phí cho ván khuôn lớn.
1.2.2. Đặc điểm của nhà nhiều tầng
Theo Ủy ban Quốc tế về nhà nhiều tầng thì ngơi nhà mà chiều cao của nó là yếu tố
quyết định các điều kiện và phương pháp thiết kế, thi công hoặc sử dụng khác với các
ngơi nhà thơng thường thì được gọi là nhà nhiều tầng.

Khái niệm trên đây có tính tương đối với các quốc gia, địa phương và thời điểm, phụ
thuộc vào điều kiện kinh tế, kỹ thuật và xã hội.
Căn cứ vào chiều cao và số tầng, Ủy ban Quốc tế về nhà nhiều tầng phân chia nhà
nhiều tầng ra bốn loại như sau:
- Nhà nhiều tầng loại 1: 9 – 16 tầng ( cao nhất 50m).
- Nhà nhiều tầng loại 2: 17 – 25 tầng ( cao nhất 75m).
- Nhà nhiều tầng loại 3: 26 – 40 tầng ( cao nhất 100m).
- Nhà nhiều tầng loại 4: 40 tầng trở nên ( cao trên 100m).
Các nước tùy theo sự phát triển nhà nhiều tầng mà có cách phân loại khác nhau. Hiện
nay ở nước ta, sự phân loại nhà nhiều tầng của Ủy ban Quốc tế về nhà nhiều tầng đang
được chấp nhận tương đối rộng rãi.

17