Phân tích đánh giá khả năng chịu gia tốc nền của nhà cao tầng tại thành phố hồ chí minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CƠNG NGHIỆP LONG AN

------------------------------------------------------------------------

LÊ THÀNH TRUNG

PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU
GIA TỐC NỀN CỦA NHÀ CAO TẦNG
TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG
MÃ NGÀNH: 8.58.02.01

Long An, năm 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CƠNG NGHIỆP LONG AN

---------------------------------------------------------------------

LÊ THÀNH TRUNG

PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU
GIA TỐC NỀN CỦA NHÀ CAO TẦNG
TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG

MÃ NGÀNH: 8.58.02.01

Người hướng dẫn khoa học:TS. Nguyễn HồngÂn

Long An, năm 2019


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Các số liệu,
và kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được cơng bố trong các tạp chí khoa
học và cơng trình nào khác.
Các thơng tin số liệu trong luận văn này đều có nguồn gốc và được ghi chú rõ ràng./.
Tác giả
(Ký và ghi rõ họ tên)

Lê Thành Trung


ii

LỜI CẢM ƠN
Bản Luận văn thạc sỹ kỹ thuật đã được hoàn thành sau gần 2 năm học tập nghiên
cứu với sự giảng dạy của quý các thầy cô giáo Trường Đại học Kinh Tế - Công Nghiệp
Long An. Tác giả là học viên cao học của Khoa Xây dựng dân dụng và cơng nghiệp
khóa 2016 - 2018.
Để có kết quả này, tác giả đã nhận được nhiều sự hỗ trợ, giúp đỡ của các cơ quan
có liên quan, thầy cô và đồng nghiệp. Tác giả xin bày tỏ sự cảm ơn tới Ban giám hiệu
nhà trường, các thầy cô giáo ở Bộ môn kỹ thuật xây dựng dân dụng, Khoa sau đại học,

Phòng Đào tạo ĐH & Sau ĐH – Trường Đại học Kinh Tế – Công Nghiệp Long An đã
đào tạo, chỉ dạy, hướng dẫn và tạo các điều kiện, môi trường thuận lợi cho tác giả
trong quá trình học tập thời gian qua.
Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn TS.
Nguyễn Hồng Ân đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ để bản thân hoàn thành Luận văn
này.
Tác giả
(Ký và ghi rõ họ tên)

Lê Thành Trung


iii

NỘI DUNG TĨM TẮT LUẬN VĂN
Đề tài: Phân tích đánh giá khả năng chịu gia tốc nền của nhà cao tầng tại Thành phố Hồ
Chí Minh
Tác giả luận văn: Lê Thành TrungKhoá: 4 ( Lớp 16CHXD1)
Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Hồng Ân
Nội dung tóm tắt:
1. Lý do chọn đề tài
Nghiên cứu đánh giá khả năng chịu gia tốc nền của các cơng trình được xây
dựng trong thời gian gần đây tại Thành phố Hồ Chí Minh.
2. Lợi ích, ý nghĩa của đề tài
Đề tài cho chúng ta kết quả về mức độ chịu gia tốc nền của kết cấu công trình được xây
dựng trong thời gian gần đây, từ đó ta cần có những biện pháp thiết kế và cấu tạo
kháng chấn phù hợp cho các cơng trình chịu động đất.
3. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1 Mục tiêu tổng quát
- Tìm hiểu tổng quan về hệ kết cấu chịu lực của nhà cao tầng chịu động đất.

- Tìm hiểu cách xác định tải trọng động đất tác dụng lên cơng trình và các phương pháp
tính.
- Nghiên cứu giải pháp kháng chấn để tăng cường khả năng chịu tải trọng động đất cho
cơng trình.
- Đánh giá khả năng chịu đỉnh gia tốc nền của nhà cao tầng tại thành phố Hồ Chí Minh
sử dụng phương pháp phân tích IDA (Ineremental Dynanic Analysis).
3.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đánh giá khả năng chịu đỉnh gia tốc nền của các cơng trình tại khu vực thành phố Hồ
Chí Minh.
- Phạm vi nghiên cứu: các cơng trình thấp và cao tầng tại thành phố Hồ Chí Minh.


iv

- Đề tài có xét đến phi tuyến hình học (hiệu ứng P- Δ) và phi tuyến vật liệu (khớp dẻo
sử dụng mơ hình song tuyến tính).
- Đề tài sử dụng hệ cản theo Rayleight damping.
3.3 Phương pháp nghiên cứu
- Lựa chọn 02 cơng trình và gia tốc đồ tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh.
- Sử dụng phương pháp phân tích động IDA để đánh giá khả năng chịu đỉnh gia tốc nền
của cơng trình bằng cách giải hệ phương trình theo miền thời gian.
- Phân tích cơ cấu hình thành khớp dẻo trên cơng trình khi chịu tải trọng động đất.
- Sử dụng phần mềm PTHH SAP2000, ETABS… để mơ phỏng cơng trình chịu tải
trọng động đất.


v

ABSTRACT
Topic: Investigation on the seimic resisting capacity of the high rise building in Ho Chi

Minh City.
Author: Trung Le Thanh

Intake: 4 (Class code 16CHXD1)

Instructor:PhD. An Nguyen Hong
Outline:
1. Statement of reasons for choosing this project
To assessing the bearing capacity of high-rise buildings have been constructed in
recent year that subjected to ground acceleration in Ho Chi Minh City.
2. Statement of project’s significance
This project provides information about the bearing capacity of high-rise buildings
have been constructed in recent year that subjected to ground acceleration, so that we
could use these information to modify the design according to the seismic events.
3.Overall aim and scope of study
3.1 Overall aim
General information about the structural system of earthquake-resisted high-rise
buildings.
Determining the earthquake load impacting on the buildings and calculation
methods.
Researching the solution for earthquake resistance of buildings subjected to
earthquake.
Assessing the bearing capacity of high-rise buildings in Ho Chi Minh City that
subjected to peak ground acceleration using IDA methods (Ineremental Dynanic
Analysis).
3.2 Subject and scope of study
Assessing the bearing capacity of high-rise buildings in Ho Chi Minh City that
subjected to peak ground acceleration.
Scope of study: Mid-rise and high-rise buildings in Ho Chi Minh City.

vi

This project also analyzing the geometric nonlinearity (P- Δ effect) and nonlinear
materials (plastic joints using double linear method).
This project using Rayleight damping system.
3.3 Methodological approach
Choosing 02 buildings and ground acceleration graphs in Ho Chi Minh City.
Using IDA dynamic analyzing method to assess the bearing capacity of buildings
that subjected to peak ground acceleration by solving the equations linked to the time
domain.
Analyzing the plastic joint mechanism of buildings that subjected to earthquake
load.Using finite element method softwares such as SAP2000, ETABS… to model the
buildings that subjected to earthquake load.


vii
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU………………………………………………………. ix
DANH MỤC HÌNH ẢNH………………………………………………………….x
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NHÀ CAO TẦNG VÀ ĐỘNG ĐẤT ................ 1
1.1 VÀI NÉT Về XÂY DựNG NHÀ CAO TầNG HIệN NAY ................................................. 1
1.1.1 Sự hình thành và phát triển nhà cao tầng của thế giới .......................... 1
1.1.2 Định nghĩa và phân loại nhà cao tầng.................................................. 1
1.2 MộT Số Hệ KếT CấU CHịU LựC TRONG NHÀ CAO TầNG ............................................ 4
1.2.1 Các hệ kết cấu chịu lực cơ bản trong nhà cao tầng .............................. 4
1.2.2 Các hệ kết cấu chịu lực hỗn hợp trong nhà cao tầng ............................ 7
1.3 TảI TRọNG TÁC DụNG LÊN NHÀ CAO TầNG ............................................................ 8
1.3.1 Tải trọng thường xuyên ....................................................................... 8
1.3.2 Tải trọng tạm thời ............................................................................... 8

1.3.3 Tải trọng lắp ghép ............................................................................... 8
1.3.4 Tải trọng động đất ............................................................................... 9
1.4 VÀI NÉT Về ĐộNG ĐấT TÁC DụNG LÊN CÔNG TRÌNH............................................... 9
1.4.1 Định nghĩa về động đất ....................................................................... 9
1.4.2 Tác động của động đất tới nền đất và cơng trình xây dựng ................ 10
1.4.3 Đánh giá sức mạnh của động đất ....................................................... 10
1.4.4 Một số thông số kỹ thuật trong động đất ........................................... 18
1.5 Kết luận chương

19

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN KẾT CẤU CHỊU TÁC
ĐỘNG ĐỘNG ĐẤT ............................................................................................. 21
2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN KếT CấU CHịU ĐộNG ĐấT .................................... 21
2.2 PHƯƠNG PHÁP TĨNH LựC NGANG TƯƠNG ĐƯƠNG ............................................... 21
2.2.1 Tổng quan về cách thức xác định tải trọng động đất .......................... 22
2.2.2 Cách xác định tải trọng động đất ....................................................... 23
2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH DạNG DAO ĐộNG VÀ PHổ PHảN ứNG ............................ 33
2.3.1 Điều kiện áp dụng ............................................................................. 33
2.3.2 Số dạng dao động cần xét đến trong phương pháp phổ phản ứng ...... 33
2.3.3 Tổ hợp các phản ứng theo dạng chính ............................................... 33
2.3.4 Trình tự tính tốn .............................................................................. 34


viii
2.4 PHƯƠNG PHÁP TÍCH PHÂN TRựC TIếP PHƯƠNG TRÌNH CHUYểN ĐộNG .................. 34
2.5 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ĐẩY DầN (PUSHOVER ANALYSIS) .............................. 35
2.6 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ĐẩY DầN ĐộNG .......................................................... 36
2.7 LựA CHọN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN................................................................. 36
2.8 KẾT LUẬN CHƯƠNG

37

CHƯƠNG III: MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHÁNG CHẤN CHO CƠNG TRÌNH
NHÀ BÊ TƠNG CỐT THÉP .............................................................................. 39
3.1 CÁC U CầU CHUNG CHO THIếT Kế KHÁNG CHấN .............................................. 39
3.1.1 Mục tiêu thiết kế và cách thức đạt được mục tiêu thiết kế ................. 39
3.1.2 Các nguyên tắc cơ bản của thiết kế theo quan niệm hiện đại ............. 40
3.1.3 Thiết kế kháng chấn cơng trình chịu động đất theo TCVN 9386:2012
...................................................................................................................... 41
3.2 CÁC TIÊU CHÍ THIếT Kế KHÁNG CHấN CHO NHÀ BÊ TÔNG CốT THÉP ..................... 45
3.2.1 Điều kiện chịu lực cục bộ.................................................................. 45
3.2.2 Quy định thiết kế theo khả năng ........................................................ 45
3.2.3 Điều kiện dẻo cục bộ ........................................................................ 45
3.2.4 Tính siêu tĩnh của kết cấu ................................................................. 46
3.3 THIếT Bị KHÁNG CHấN CHO NHÀ CAO TầNG ........................................................ 47
3.3.1 Các thiết bị giảm chấn cho cơng trình cao tầng dạng bị động ............ 47
3.3.2 Các thiết bị giảm chấn cho công trình cao tầng dạng chủ động.......... 49
KẾT LUẬN ........................................................................................................... 51
CHƯƠNG IV: VÍ DỤ SỐ .................................................................................... 52
4.1 PHÂN TÍCH KếT CấU NHÀ CAO TầNG CHịU TÁC ĐộNG CủA ĐộNG ĐấT .................... 52
4.1.1 Thơng tin cơng trình ......................................................................... 52
4.1.2 Trường hợp 1: PGA = 12.58 m/s2 ..................................................... 58
4.1.3 Trường hợp 2: PGA = 15.09 m/s2 ..................................................... 72
4.1.4 Trường hợp 3: PGA = 18.87 m/s2 ..................................................... 91
4.2 PHÂN TÍCH KếT CấU NHÀ THấP TầNG CHịU TảI TRọNG ĐộNG ĐấT......................... 117
4.2.1 Thông tin công trình ....................................................................... 117
4.2.2 Trường hợp 1: PGA = 2.77 m/s2 (TH1) .......................................... 118
4.2.3 Trường hợp 2: PGA = 2.89 m/s2 (TH2) .......................................... 127
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 ..................................................................................... 138

ix
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 139
PHỤ LỤC ........................................................................................................... 143 


x
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Thang cường độ động đất Mercalli ........................................................ 11
Bảng 1.2 Thang cường độ động đất JMA.............................................................. 12
Bảng 1.3 Thang cường độ động đất MSK ............................................................. 13
Bảng 1.4 Tương quan giữa cấp cường độ động đất và đỉnh gia tốc nền ................. 15
Bảng 1.5 Thang đo độ Richter .............................................................................. 16
Bảng 2.1 Phương pháp tính tốn động đất dựa vào mức độ phức tạp kết cấu ........ 37
Bảng 2.2 Phương pháp tính tốn động đất dựa vào tính đều đặn cơng trình .......... 37
Bảng 3.1 Các ngun tắc cơ bản của việc thiết kế kháng chấn .............................. 40
Bảng 3.2 Các u cầu thiết kế cơng trình chịu động đất ........................................ 41
Bảng 4.1 Tổng hợp Mode dao động của cơng trình ............................................... 53 
Bảng 4.2 Các trường hợp phân tích tính tốn ........................................................ 55 
Bảng 4.3 Tình trạng làm việc của khớp dẻo ở các cột bị phá hoại (TH1) ............. 60 
Bảng 4.4 Tình trạng làm việc của khớp dẻo ở các dầm chịu tác động nhiều nhất
(TH1) .................................................................................................................. 68 
Bảng 4.5 Tình trạng làm việc của khớp dẻo ở các cột bị phá hoại (TH2) ............. 75 
Bảng 4.6 Tình trạng làm việc của khớp dẻo dầm bị phá hoại ................................ 86 
Bảng 4.7 Tình trạng làm việc của khớp dẻo ở các cột bị phá hoại (TH3) ............. 93 
Bảng 4.8 Tình trạng làm việc của khớp dẻo các dầm bị phá hoại (TH3) ............ 104 
Bảng 4.9 Tình trạng làm việc của khớp dẻo các dầm (TH1) ............................... 119 
Bảng 4.10 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột (TH1) ..................................... 124 
Bảng 4.11 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột (TH2) ..................................... 128 

Bảng 4.12 Tình trạng làm việc của khớp dẻo dầm (TH2) ................................... 133 


xi
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Tịa nhà Landmark 81 (Việt Nam)............................................................. 3 
Hình 1.2 Trung tâm thương mại One World (New York) ........................................ 3 
Hình 1.3 Tịa tháp Burj Khalifa (Dubai) .................................................................. 4 
Hình 1.4 Khung bê tơng cốt thép ............................................................................. 5 
Hình 1.5 Kết cấu vách chịu lực ................................................................................ 6 
Hình 1.6 Kết cấu lõi thang máy ............................................................................... 6 
Hình 1.7 Vị trí phát sinh động đất .......................................................................... 10 
Hình 1.8 Tịa nhà bị trận động đất đánh sập ........................................................... 17 
Hình 1.9 Động đất tại Vân Nam (Trung Quốc) 17/10/2018 ................................... 18 
Hình 1.10 Động đất tại Sumatra (Indonesia) 07/12/2016 ....................................... 18 
Hình 2.1 Dạng của phố phản ứng đàn hồi .............................................................. 25 
Hình 2.2 Phổ phản ứng đàn hồi cho các loại nền đất từ A đến E (độ cản 5%) ........ 28 
Hình 4.1 Vị trí cơng trình PARCSpring ................................................................. 52 
Hình 4.2 Mơ hình 3D cơng trình ............................................................................ 53 
Hình 4.3 Dạng dao động của cơng trình theo Mode 1 ............................................ 54 
Hình 4.4 Dạng dao động của cơng trình theo Mode 2 ............................................ 54 
Hình 4.5 Dạng dao động của cơng trình theo Mode 3 ............................................ 54 
Hình 4.6 Gia tốc đồ trận động đất Kobe................................................................. 55 
Hình 4.7 Đưa số liệu động đất vào trong mơ hình .................................................. 56 
Hình 4.8 Khai báo trường hợp tải trọng động đất ................................................... 56 
Hình 4.9 Định nghĩa khớp dẻo cho cột................................................................... 57 
Hình 4.10 Định nghĩa khớp dẻo cho dầm ............................................................... 57 
Hình 4.11 Biểu đồ chuyển vị đỉnh cơng trình (TH1) .............................................. 58 
Hình 4.12 Phản ứng của kết cấu tại thời điểm chuyển vị lớn nhất t =10.13s (TH1) 58 
Hình 4.13 Chuyển vị khung trục F (TH1) .............................................................. 59 

Hình 4.14 Chuyển vị khung trục I (TH1) ............................................................... 59 
Hình 4.15 Biểu đồ phân bố moment cột C3 – Tầng 17 (TH1) ................................ 62 
Hình 4.16 Tình trạng làm việc của khớp dẻo ở cột C3 – Tầng 17 (TH1) ................ 62 


xii
Hình 4.17 Biểu đồ phân bố moment cột C3 – Tầng 9 (TH1) .................................. 63 
Hình 4.18 Tình trạng làm việc của khớp dẻo ở cột C3 – Tầng 9 (TH1) .................. 63 
Hình 4.19 Biểu đồ moment cột C20 – Tầng 18 (TH1) ........................................... 64 
Hình 4.20 Tình trạng làm việc của khớp dẻo ở cột C20 – Tầng 18 (TH1) .............. 64 
Hình 4.21 Biểu đồ phân bố moment cột C20 – Tầng 18 (TH1) .............................. 65 
Hình 4.22 Tình trạng làm việc của khớp dẻo ở cột C20 – Tầng 14 (TH1) .............. 65 
Hình 4.23 Biểu đồ moment cột C14 – Tầng 8 (TH1) ............................................. 66 
Hình 4.24 Tình trạng làm việc của khớp dẻo ở cột C14 – Tầng 8 (TH1) ................ 66 
Hình 4.25 Biểu đồ phân bố moment cột C14 – Tầng 4 (TH1) ................................ 67 
Hình 4. 26 Tình trạng làm việc của khớp dẻo ở cột C14 – Tầng 4 (TH1) ............... 67 
Hình 4.27 Biểu đồ phân bố moment dầm B54 – Tầng 15 (TH1) ............................ 69 
Hình 4.28 Tình trạng làm việc của khớp dẻo ở dầm B54 – Tầng 15 (TH1) ............ 69 
Hình 4.29 Biểu đồ moment dầm B55 – Tầng 14 (TH1) ......................................... 70 
Hình 4.30 Tình trạng làm việc của khớp dẻo ở dầm B55 – Tầng 14 (TH1) ............ 70 
Hình 4.31 Biểu đồ chuyển vị đỉnh cơng trình (TH2) .............................................. 72 
Hình 4.32 Phản ứng của kết cấu tại thời điểm chuyển vị lớn nhất t =10.13s (TH2) 72 
Hình 4.33 Chuyển vị ngang khung trục F (TH2) .................................................... 73 
Hình 4.34 Chuyển vị ngang khung trục I (TH2)..................................................... 73 
Hình 4.35 Vị trí cột có số lượng bị phá hoại nhiều nhất qua các tầng ..................... 74 
Hình 4.36 Vị trí dầm bị phá hoại ........................................................................... 74 
Hình 4.37 Biểu đồ phân bố moment cột C3 – Tầng 18 (TH2) ................................ 77 
Hình 4.38 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C3 – Tầng 18 (TH2) ................... 77 
Hình 4.39 Biểu đồ phân bố moment cột C3 – Tầng 14 (TH2) ................................ 78 
Hình 4.40 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C3 – Tầng 14 (TH2) ................... 78 

Hình 4.41 Biểu đồ phân bố moment cột C3 – Tầng 10 (TH2) ................................ 79 
Hình 4.42 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C3 – Tầng 10 (TH2) ................... 79 
Hình 4.43 Biểu đồ phân bố moment cột C20 – Tầng 18 (TH2) .............................. 80 
Hình 4.44 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C20 – Tầng 18 (TH2) ................. 80 
Hình 4.45 Biểu đồ phân bố moment cột C20 – Tầng 16 (TH2) .............................. 81 
Hình 4.46 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C20 – Tầng 16 (TH2) ................. 81 
Hình 4.47 Biểu đồ phân bố moment cột C20 – Tầng 14 (TH2) .............................. 82 
Hình 4.48 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C20 – Tầng 14 (TH2) ................. 82 
Hình 4.49 Biểu đồ phân bố moment cột C14 – Tầng 9 (TH2) ................................ 83 
Hình 4.50 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C14 – Tầng 9 (TH2) ................... 83 


xiii
Hình 4.51 Biểu đồ phân bố moment cột C14 – Tầng 6 (TH2) ................................ 84 
Hình 4.52 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C14 – Tầng 6 (TH2) ................... 84 
Hình 4.53 Biểu đồ phân bố moment cột C14 – Tầng 3 (TH2) ................................ 85 
Hình 4. 54 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C14 – Tầng 3 (TH2) .................. 85 
Hình 4.55 Biểu đồ phân bố moment dầm B54 – Tầng 14 (TH2) ............................ 88 
Hình 4.56 Tình trạng làm việc của khớp dẻo dầm B54 – Tầng 14 (TH2) ............... 88 
Hình 4.57 Biểu đồ phân bố moment dầm B55 – Tầng 13 (TH2) ............................ 89 
Hình 4.58 Tình trạng làm việc của khớp dẻo dầm B55 – Tầng 13 (TH2) ............... 89 
Hình 4.59 Biểu đồ chuyển vị đỉnh cơng trình (TH3) .............................................. 91 
Hình 4.60 Phản ứng của kết cấu tại thời điểm chuyển vị lớn nhất t = 10.13s (TH3)
.............................................................................................................................. 91 
Hình 4.61 Chuyển vị khung trục F (TH3) .............................................................. 92 
Hình 4.62 Chuyển vị khung trục I (TH3) ............................................................... 92 
Hình 4.63 Biểu đồ phân bố moment cột C3 – Tầng 17 (TH3) ................................ 95 
Hình 4.64 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C3 – Tầng 17 (TH3) ................... 95 
Hình 4.65 Biểu đồ phân bố moment cột C3 – Tầng 14 (TH3) ................................ 96 
Hình 4.66 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C3 – Tầng 17 (TH3) ................... 96 

Hình 4.67 Biểu đồ phân bố moment cột C3 – Tầng 7 (TH3) .................................. 97 
Hình 4.68 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C3 – Tầng 7 (TH3) ..................... 97 
Hình 4.69 Biểu đồ phân bố moment cột C20 – Tầng 17 (TH3) .............................. 98 
Hình 4.70 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C20 – Tầng 17 (TH3) ................. 98 
Hình 4.71 Biểu đồ phân bố moment cột C20 – Tầng 14 (TH3) .............................. 99 
Hình 4.72 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C20 – Tầng 14 (TH3) ................. 99 
Hình 4.73 Biểu đồ phân bố moment cột C20 – Tầng 9 (TH3) .............................. 100 
Hình 4.74 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C20 – Tầng 9 (TH3) ................. 100 
Hình 4.75 Biểu đồ phân bố moment cột C14 – Tầng 16 (TH3) ............................ 101 
Hình 4.76 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C14 – Tầng 16 (TH3) ............... 101 
Hình 4.77 Biểu đồ phân bố moment cột C14 – Tầng 8 (TH3) .............................. 102 
Hình 4.78 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C14 – Tầng 8 (TH3) ................. 102 
Hình 4.79 Biểu đồ phân bố moment cột C14 – Tầng 4 (TH3) .............................. 103 
Hình 4.80 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C14 – Tầng 4 (TH3) ................. 103 
Hình 4.81 Biểu đồ phân bố moment dầm B32 -Tầng 17 (TH3) ............................ 106 
Hình 4.82 Tình trạng làm việc của khớp dẻo dầm B32 – Tầng 17 (TH3) ............. 106 
Hình 4.83 Biểu đồ phân bố moment dầm B32 -Tầng 13 (TH3) ............................ 107 


xiv
Hình 4.84 Tình trạng làm việc của khớp dẻo dầm B32 – Tầng 13 (TH3) ............. 107 
Hình 4.85 Biểu đồ phân bố moment dầm B33 -Tầng 17 (TH3) ............................ 108 
Hình 4.86 Tình trạng làm việc của khớp dẻo dầm B33 – Tầng 17 (TH3) ............. 108 
Hình 4.87 Biểu đồ phân bố moment dầm B33 -Tầng 10 (TH3) ............................ 109 
Hình 4.88 Tình trạng làm việc của khớp dẻo dầm B33 – Tầng 10 (TH3) ............. 109 
Hình 4.89 Biểu đồ phân bố moment dầm B44 -Tầng 16 (TH3) ............................ 110 
Hình 4.90 Tình trạng làm việc của khớp dẻo dầm B44 – Tầng 16 (TH3) ............. 110 
Hình 4.91 Biểu đồ phân bố moment dầm B44 -Tầng 10 (TH3) ............................ 111 
Hình 4.92 Tình trạng làm việc của khớp dẻo dầm B44 – Tầng 10 (TH3) ............. 111 
Hình 4.93 Biểu đồ phân bố moment dầm B54 -Tầng 17 (TH3) ............................ 112 

Hình 4.94 Tình trạng làm việc của khớp dẻo dầm B54 – Tầng 17 (TH3) ............. 112 
Hình 4.95 Biểu đồ phân bố moment dầm B54 -Tầng 10 (TH3) ............................ 113 
Hình 4.96 Tình trạng làm việc của khớp dẻo dầm B54 – Tầng 10 (TH3) ............. 113 
Hình 4.97 Biểu đồ phân bố moment dầm B55 -Tầng 17 (TH3) ............................ 114 
Hình 4.98 Tình trạng làm việc của khớp dẻo dầm B55 – Tầng 17 (TH3) ............. 114 
Hình 4.99 Biểu đồ phân bố moment dầm B55 -Tầng 10 (TH3) ............................ 115 
Hình 4.100 Tình trạng làm việc của khớp dẻo dầm B55 – Tầng 10 (TH3) ........... 115 
Hình 4.101 Vị trí dầm bị phá hoại (TH3) ............................................................. 116 
Hình 4.102 Phối cảnh cơng trình nhà phố tại Thành phố Hồ Chí Minh ................ 117 
Hình 4.103 Chuyển vị đỉnh cơng trình (TH1) ...................................................... 118 
Hình 4.104 Phản ứng của cơng trình tại thời điểm 9.92s (TH1) ........................... 118 
Hình 4.105 Biểu đồ phân bố moment dầm B1 Tầng Lửng (TH1)......................... 122 
Hình 4.106 Tình trạng làm việc của khớp dẻo dầm B1 Tầng Lửng (TH1)............ 122 
Hình 4.107 Biểu đồ phân bố moment dầm B11 Tầng 3 (TH1) ............................. 123 
Hình 4.108 Tình trạng làm việc của khớp dẻo dầm B11 Tầng 3 (TH1) ................ 123 
Hình 4.109 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C1 – T1 (TH1)........................ 125 
Hình 4.110 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C4 – T1 (TH1)........................ 126 
Hình 4.111 Biểu đồ chuyển vị đỉnh cơng trình (TH2) .......................................... 127 
Hình 4.112 Phản ứng của kết cấu tại thời điểm 10.11s (TH2) .............................. 127 
Hình 4.113 Biểu đồ phân bố moment cột C1 – Tầng 1 (TH2) .............................. 129 
Hình 4.114 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C1 – Tầng 1 (TH2) ................. 129 
Hình 4.115 Biểu đồ phân bố moment cột C2 – Tầng 1 (TH2) .............................. 130 
Hình 4.116 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C2 – Tầng 1 (TH2) ................. 130 
Hình 4.117 Biểu đồ phân bố moment cột C6 – Tầng 1 (TH2) .............................. 131 


xv
Hình 4.118 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C6 – Tầng 1 (TH2) ................. 131 
Hình 4.119 Biểu đồ phân bố moment cột C8 – Tầng 1 (TH2) .............................. 132 
Hình 4.120 Tình trạng làm việc của khớp dẻo cột C8 – Tầng 1 (TH2) ................. 132 

Hình 4.121 Biểu đồ phân bố moment dầm B1 – Tầng lửng (TH2) ....................... 136 
Hình 4.122 Tình trạng làm việc của khớp dẻo dầm B1 – Tầng lửng (TH2) .......... 136 
Hình 4.123 Biểu đồ phân bố moment dầm B11 – T3 (TH2)................................. 137 
Hình 4.124 Tình trạng làm việc của khớp dẻo dầm B11 – Tầng 3 (TH2) ............. 137 


1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NHÀ CAO TẦNG VÀ ĐỘNG ĐẤT
1.1 Vài nét về xây dựng nhà cao tầng hiện nay
1.1.1 Sự hình thành và phát triển nhà cao tầng của thế giới
Tốc độ đơ thị hóa và sự phát triển mạnh mẽ về kinh tế, xã hội là động lực thúc
đẩy làm thay đổi chất lượng hình ảnh khơng gian kiến trúc đơ thị, kèm theo đó tại
một số nước phát triển và đang phát triển, nhu cầu về nhà ở, văn phòng làm việc,
trung tâm thương mại, khách sạn… tăng lên đáng kể, trong khi quỹ đất xây dựng lại
thiếu trầm trọng làm giá đất tăng lên. Từ việc nhìn nhận: “Các cơng trình cao tầng
là biểu tượng của một đơ thị văn minh”, người ta hiểu đó như là chiến lược phát
triển tất yếu và rất khoa học. Việc phát triển nhà cao tầng, nhất là các tịa nhà chọc
trời tại các đơ thị lớn trên thế giới là xu hướng tất yếu để tương xứng với cấu trúc đơ
thị đa trung tâm, linh hoạt, có sức sống và có sức cạnh tranh cao hơn ở nhiều lĩnh
vực; cùng với nhiều yếu tố và các giá trị khác, chúng góp phần tạo dựng hình ảnh
của một “Đơ thị hiện đại”, khẳng định đẳng cấp hay thương hiệu của đơ thị, biểu
trưng cho một quốc gia, thậm chí một dân tộc. Việc xây dựng các cơng trình cao
tầng và vươn lên chiều cao còn là khẳng định về trình độ khoa học, cơng nghệ trong
lĩnh vực xây dựng nói riêng và trình độ khoa học nói chung của một quốc gia.
Chính vì điều đó việc các quốc gia đua nhau xây dựng các cơng trình cao tầng thể
hiện sức mạnh kinh tế, trình độ khoa học. Khơng thể phủ nhận sức hấp dẫn của
những thành phố sở hữu những tòa nhà chọc trời trên thế giới như tháp Burj Dubai
(Các tiểu vương quốc ả rập thống nhất); tháp Taipe tại Đài Bắc (Đài Loan); Trung
tâm tài chính Thượng Hải (Trung Quốc); tháp đôi Petronas (Kuala Lumpur Malaysia); Trung tâm tài chính quốc tế (IFC2) Hồng Kơng. Những tịa nhà này
khơng chỉ giúp thúc đẩy kinh tế mà cịn mang ý nghĩa thể hiện sự giàu có của quốc

gia, tốc độ tăng trưởng cao, sự thịnh vượng và những chính trị gia xem tịa nhà cao
tầng như biểu hiện cho quyền lực là những yếu tố đẩy cơn sốt cao ốc tiếp tục trong
nhiều năm nữa, ngay cả những thành phố ít được biết đến trong vùng cũng có tham
vọng cháy bỏng được sở hữu các kiến trúc thật độc đáo để thay đổi diện mạo của
mình, sẵn sàng đưa ra nhiều ưu đãi để biến điều đó thành hiện thực.
1.1.2 Định nghĩa và phân loại nhà cao tầng
1.1.2.1 Định nghĩa


2
Hiện nay chưa có câu trả lời chính xác, rõ ràng và được mọi người thừa nhận
về những cơng trình được xếp vào loại nhà cao tầng. Theo định nghĩa của ủy ban
quốc tế nhà cao tầng là nhà mà chiều cao của nó ảnh hưởng đến ý đồ và phương
pháp thiết kế được gọi là nhà cao tầng. Hoặc nói cách khác tổng quan hơn: một
cơng trình xây dựng được xem là nhà nhiều tầng ở tại một vùng hoặc một thời kỳ
nào đó nếu chiều cao của nó là yếu tố quyết định các điều kiện thiết kế, thi công
hoặc sử dụng khác với các ngôi nhà thông thường [13].
− Phân loại theo mục đích sử dụng:
1.1.2.2 Phân loại nhà cao tầng
+ Nhà ở.
+ Nhà làm việc và các dịch vụ khác.
+ Khách sạn.
− Phân loại theo hình dạng:
+ Nhà tháp: mặt bằng hình trịn, tam giác, vng, đa giác điều cạnh, trong
đó việc giao thơng theo phương đứng tập trung vào một khu vực duy nhất.
+ Nhà dạng thanh: mặt bằng chữ nhật, trong đó có nhiều đơn vị giao thông
theo phương thẳng đứng.
− Phân loại theo chiều cao nhà:
+ Nhà cao tầng loại I

: Từ 09 đến 16 tầng (cao nhất 50m).

+ Nhà cao tầng loại II

: Từ 17 đến 25 tầng (cao nhất 75m).

+ Nhà cao tầng loại III

: Từ 26 đến 40 tầng (cao nhất 100m).

+ Nhà cao tầng loại IV

: 40 tầng trở lên (nhà siêu cao tầng).

− Phân loại theo vật liệu cơ bản dùng để thi công kết cấu chịu lực:
+ Nhà cao tầng bằng bê tông cốt thép.
+ Nhà cao tầng bằng thép.
+ Nhà cao tầng có kết cấu hỗn hợp bê tông cốt thép và thép.
Các nước trên thế giới tùy theo sự phát triển Nhà cao tầng của mình mà có
cách phân loại khác nhau. Hiện nay nước ta đang có xu hướng theo sự phân loại của
Ủy ban nhà cao tầng Quốc tế. Về mặt kết cấu, một cơng trình được định nghĩa là
cao tầng khi độ bền vững và chuyển vị của nó do tải trọng ngang quyết định. Tải
trọng ngang có thể dưới dạng gió bão hoặc động đất. Mặc dù chưa có sự thống nhất
chung nào về định nghĩa Nhà cao tầng nhưng có một ranh giới được đa số Kỹ sư kết


3
cấu chấp nhận, đó là từ Nhà thấp tầng sang Nhà cao tầng có sự chuyển tiếp từ phân
tích tĩnh học sang phân tích động học khi nhà chịu tải gió, động đất,… tức là vấn đề
về dao động và ổn định nói chung.

Thách thức đối với Kỹ sư kết cấu hiện nay là các cơng trình Nhà cao tầng
ngày càng cao hơn, nhẹ hơn và mảnh hơn so với các Nhà cao tầng trong quá khứ.
Các nghiên cứu trên thế giới cũng khẳng định xu hướng này trong tương lai, thông
qua các kết quả so sánh cho thấy các cơng trình có độ mảnh cao đồng thời cũng
mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn [13].

Hình 1.1 Tịa nhà Landmark 81 (Việt Nam)

Hình 1.2 Trung tâm thương mại One World (New York)


4

Hình 1.3 Tịa tháp Burj Khalifa (Dubai)
1.2 Một số hệ kết cấu chịu lực trong nhà cao tầng
1.2.1 Các hệ kết cấu chịu lực cơ bản trong nhà cao tầng
1.2.1.1 Hệ khung chịu lực
Hệ khung chịu lực được tạo từ các cấu kiện thanh như cột, dầm, liên kết cứng
tại các nút tạo thành các khung phẳng hoặc khung không gian, dọc theo trục lưới cột
trên mặt bằng nhà. Tải lên khung bao gồm tải trọng theo phương đứng và phương
ngang. Dưới tác dụng của tải trọng, các thanh cột và dầm vừa chịu uốn, cắt vừa chịu
kéo, nén. Chuyển vị khung gồm 2 thành phần chuyển vị ngang do uốn khung như
chuyển vị ngang của thanh công xon thẳng, đứng tỷ lệ này khoảng 20%. Chuyển vị
ngang do biến dạng của các thanh thành phần, chiếm khoảng 80% (trong đó do dầm
biến dạng khoảng 65%; do cột biến dạng khoảng 15%). Khung có độ cứng ngang
bé, khả năng chịu tải khơng lớn, thơng thường khi lưới cột bố trí đều đặn, trên mặt
bằng khoảng 6-9m, chỉ thích hợp cho nhà không quá 30 tầng [11].


5

Hình 1.4 Khung bê tơng cốt thép
1.2.1.2 Hệ vách chịu lực
Các cấu kiện chịu lực thẳng đứng của nhà là một hệ tấm gương phẳng. Theo
cách bố trí tường có các sơ đồ sau: tường dọc chịu lực, tường ngang chịu lực, tường
ngang và tường dọc cùng chịu lực.
Tường chịu tải trọng ngang và tải trọng đứng. Tải trọng ngang được truyền
đến các tấm tường chịu tải thông qua hệ các bản sàn (các bản sàn xem là cứng tuyệt
đối trong mặt phẳng của chúng). Do đó các vách cứng làm việc như cơng xon có
chiều cao tiết diện lớn. Khả năng chịu tải của các vách cứng phụ thuộc vào hình
dáng tiết diện ngang của chúng.
Hiện nay vật liệu để xây dựng và cấu trúc tấm tường cũng đa dạng. Ngoài việc
xây bằng gạch đá, hệ lưới thanh tạo thành các cột đặt gần nhau liên kết qua các dầm
ngang, xiên cũng được xem là loại kết cấu này. Hệ tường chịu lực thích hợp cho các
loại nhà cần phân chia không gian bên trong (nhà ở, nhà làm việc, khách sạn, bệnh
viện…), cho các cơng trình chiều cao dưới 40 tầng [13].


6

Hình 1.5 Kết cấu vách chịu lực
1.2.1.3 Hệ lõi chịu lực
Lõi có dạng hộp rỗng, tiết diện kín hoặc hở, chịu tải trọng đứng và ngang tác
dụng lên cơng trình sau đó truyền xuống đất nền. Khơng gian bên trong của các ơ
giằng này thường để bố trí thang máy, thang bộ hoặc cho việc lắp đặt hệ thống kỹ
thuật [11].

Hình 1.6 Kết cấu lõi thang máy

7
1.2.1.4 Hệ hộp chịu lực
Hệ hộp chịu tải trọng đứng và tải trọng ngang. Các bản sàn được gối lên các
kết cấu chịu tải nằm trong mặt phẳng tường ngoài mà không cần các kết cấu trung
gian khác bên trong. Hệ hộp với giải pháp lưới khơng gian có các thanh chéo
thường dùng cho các nhà có chiều cao lớn (trên 40 tầng) [11].
1.2.2 Các hệ kết cấu chịu lực hỗn hợp trong nhà cao tầng
Về mặt cấu tạo kết cấu được cấu tạo từ sự kết hợp giữa 2 hay nhiều hệ đã nêu
trên: khung-vách, khung-lõi, khung-hộp, khung -vách-lõi….
1.2.2.1 Hệ khung-vách
Hệ này thường được sử dụng cho những nhà có mặt bằng chữ nhật kéo dài,
chịu lực chủ yếu theo phương ngang nhà. Các vách cứng được bố trí chủ yếu dọc
theo phương ngang nhà. Kết cấu khung-vách thường được sử dụng phổ biến hơn cả
vì hệ này phù hợp với hầu hết các giải pháp kiến trúc nhà cao tầng [13].
1.2.2.2 Hệ khung-lõi
Trong hệ này khi tải trọng ngang tác dụng hầu như được truyền vào hệ lõi cứng
còn hệ khung chỉ chủ yếu chịu phần tải trọng đứng trong phạm vi của nó. Đưa các hệ
khung ra chu vi để tận dụng khả năng chịu uốn tốt của khung và hình thành nên hệ khối
khơng gian để tăng độ cứng tổng thể cả chịu uốn và chịu xoắn của cơng trình [13].
1.2.2.3 Nhà có sơ đồ vách
Kết cấu chịu lực chính là các vách cứng (tường). Sàn chịu tải trọng đứng gối
tường lên trên. Ưu điểm các tấm tường vừa có tác dụng chịu lực vừa là kết cấu bao
che; khả năng cơ giới hóa cao trong q trình thi cơng. Nhược điểm là bố trí mặt
bằng khơng linh hoạt; khó tạo được khơng gian lớn [13].
1.2.2.4 Nhà có sơ đồ kết hợp khung-vách
− Sử dụng sơ đồ nhà kết hợp dựa vào sự làm việc hợp lý của kết cấu.
− Kết hợp theo phương đứng: Hệ thống khung không gian lớn ở tầng dưới đỡ
vách cứng bên trên, biện pháp này đáp ứng được yêu cầu không gian tương đối lớn
ở các tầng dưới, đồng thời khả năng chịu tải trọng ngang cũng lớn.
− Kết hợp theo phương ngang: Bố trí mặt bằng gồm khung và các vách cứng,

vách cứng chủ yếu chịu tải trọng ngang. Biện pháp này có thể thấy lợi thế của cái
này bổ sung cho cái kia, cơng trình vừa có khơng gian theo yêu cầu vừa có khả năng
chịu tải trọng cao.


8
− Tùy theo cách làm việc của hệ, có hai dạng nhà kết hợp theo phương ngang:
Nhà có sơ đồ giằng là sơ đồ chịu lực của hệ hỗn hợp, khi đó tồn bộ tải trọng ngang
và 1 phần tải trọng đứng do lõi vách chịu, khung chịu tải trọng đứng tương ứng với
diện tích truyền tải đến. Trong sơ đồ này tất cả các nút khung đều có cấu tạo khớp,
hoặc các cột có độ cứng vơ cùng bé và nhà có sơ đồ khung-giằng: là sơ đồ kết cấu hỗ
hợp, khi đó khung chịu tải trọng đứng tương đương với diện tích chịu tải và một phần
tải trọng ngang, một phần tải trọng ngang sẽ truyền vào cho lõi, vách chịu [13].
1.3 Tải trọng tác dụng lên nhà cao tầng
1.3.1 Tải trọng thường xuyên
Tải trọng thường xuyên là tải trọng khơng biến đổi (vị trí đặt tải, độ lớn và
phương chiều) trong quá trình xây dựng và sử dụng cơng trình hay cịn gọi là các lực
tĩnh, đó là trọng lượng của các kết cấu và các cấu kiện của ngôi nhà. Các lực này bao
gồm trọng lượng của các kết cấu thẳng đứng, các kết cấu sàn và mái, các vật trang trí
trên trần, những vách ngăn, những vật trang trí ở mặt chính, các nhà kho…. Tổng
trọng lượng của phần này là tải trọng thường xuyên đối với ngôi nhà [1].
1.3.2 Tải trọng tạm thời
Tải trọng tạm thời khác về bản chất đối với tải trọng thường xuyên; chúng
thay đổi và không biết trước. Tải trọng tạm thời khơng những thay đổi theo thời
gian mà cịn thay đổi các điểm đặt. Sự thay đổi này có thể ngắn, có thể dài nên thực
tế ta khơng biết trước như tải trọng tĩnh.
Tải trọng do các thiết bị gây ra gọi là tải trọng sử dụng, tải trọng này bao gồm:
trọng lượng người, đồ gỗ, các bức ngăn di động, tủ sách, tủ tài liệu… và tất cả các
tải trọng bán cố định hoặc tạm thời khác không nằm trong danh mục của tải trọng
thường xuyên.

Độ lớn của tải trọng được đưa ra dưới dạng phân bố đều tương đương và tải
trọng tập trung. Tải trọng phân bố đều tương đương đặc trưng cho điều kiện thay
đổi thực của tải trọng sử dụng. Tải tập trung đặc trưng cho những lực đơn vị truyền
vào những vị trí nhỏ ví dụ như bậc thang, lối đi, gara ơtơ,… và truyền vào những vị
trí khác khi lực tập trung lớn [1].
1.3.3 Tải trọng lắp ghép
Các kết cấu chịu lực thường được tính đối với tải trọng thường xuyên và tải
trọng tạm thời. Tuy nhiên trong quá trình xây dựng nhà có cấu kiện của kết cấu có