THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP (FULL KIẾN TRÚC, KẾT CẤU, MÓNG, THI CÔNG, BẢN VẼ)

ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ NHÀ CAO TẦNG
Đối với các nhà cao tầng, thiết kế kiến trúc có ảnh hưởng quyết định tới
thiết kế kết cấu. Trong giai đoạn hiện nay, yêu cầu cần phải có những giải pháp
thiết kế đạt hiệu quả kinh tế. Các cơng trình có thiết kế kiến trúc phức tạp xuất
hiện ngày càng nhiều, yếu tố ấy dẫn tới vai trò người kỹ sư kết cấu rất quan
trọng tham gia ngay trong giai đoạn thiết kế.
Nhiệm vụ của kỹ sư kết cấu trong thiết kế kết cấu nhà cao tầng là tìm ra
một giải pháp tối ưu với giá thành thấp nhất. Như vậy, người kỹ sư kết cấu cần ý
thức được tầm quan trọng và mối liên hệ giữa các lĩnh vực khác nhau như kiến
trúc, kỹ thuật công nghệ và kinh tế.
I. Định nghĩa về nhà cao tầng.
Về mặt kết cấu một cơng trình được định nghĩa là nhà 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 một thống nhất chung nào về
đinh nghĩa nhà cao tầng, nhưng có một ranh giới được đa số các kết cấu sư chấp
nhận đó là từ nhà thấp tầng đến nhà cao tầng có một sự chuyển tiếp từ phân tích
tĩnh học sang phân tích động học.
Các cơng trình cao tầng sẽ ngày càng cao hơn, nhẹ hơn và mảnh hơn so
với nhà cao tầng trong quá khứ. Các nghiên cứu trên thế giới khẳng định xu
hướng này thông qua các kết quả so sánh cho thấy các cơng trình có độ mảnh
cao sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn.
II. Các yêu cầu về mặt kết cấu.
Trong thiết kế nhà cao tầng để đạt tới một thiết kế hợp lý thì cần phải phối
hợp được 3 điều kiện sau: về khả năng chịu lực, các yêu cầu sử dụng bình
thường ( dao động , chuyển vị) và độ ổn định. Yếu tố ảnh hưởng lớn nhất là tải
trọng ngang, cơng trình càng cao thì ảnh hưởng này đối với hình dạng kết cấu
càng lớn. Khi chiều cao cơng trình tăng lên thì các yếu tố sau trở nên hết sức

quan trọng:
• Ảnh hưởng của tải trọng ngang do gió và động đất
• Việc xác định độ lớn của tải trong ngang đưa vào thiết kế
• Chuyển vị ngang tại đỉnh cơng trình và chuyển vị lệch giữa các mức
tầng
• Gia tốc dao động
• Ảnh hưởng của chuyển vị ngang đến các bộ phận khơng chịu lực
• Hiệu ứng uốn dọc ( P – Delta ), chuyển vị do từ biến, chuyển vị chênh
lệch giữa các kết cấu chịu tải trong thẳng đứng
• Ổn định tổng thể chống lật và chống trượt
• Tầm quan trọng của các cấu kiện chịu kéo
5


ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

• Việc xét tới các tương tác nền và cơng trình
III. Tải trọng:
a. Tải trọng:
Việc xác định chính xác tải trọng thiết kế là hết sức quan trọng để đảm
bảo sự dung hoà giữa hai yếu tố: độ bền vững cho kết cấu và tính kinh tế của
tồn bộ cơng trình. Kết cấu nhà cao tầng được tính tốn với các loại tải trọng
chính sau đây:
+ Tải trọng thẳng đứng ( thường xuyên và tạm thời tác dụng lên sàn ).
+ Tải trọng gió ( gió tĩnh và nếu có cả gió động ).
+ Tải trọng động của động đất ( cho các cơng trình xây dựng trong vùng
có động đất ).
Ngồi ra: Kết cấu nhà cao tầng cũng cần phải được tính toán kiểm tra với các

trường hợp tải trọng sau :
- Do ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ.
- Do ảnh hưởng của từ biến.
- Do sinh ra trong quá trình thi cơng.
- Do áp lực của nước ngầm và đất.
Khả năng chịu lực của kết cấu cần được kiểm tra theo từng tổ hợp tải
trọng, được quy định theo các tiêu chuẩn hiện hành.
Riêng với tải trọng gió: Đối với nhà cao tầng thì cần kể thêm ‘’ Hệ số tầm
quan trọng ‘’
b. Tính tốn hệ kết cấu:
+ Hệ kết cấu nhà cao tầng cần thiết được tính tốn cả về tĩnh lực, ổn định
và động lực.
+ Các bộ phận kết cấu được tính tốn theo trạng thái giới hạn thứ nhất
(TTGH 1).
Trong trường hợp đặc biệt do yêu cầu sử dụng thì mới theo trạng thái giới
hạn thứ hai (TTGH 2).
+ Khác với nhà thấp tầng trong thiết kế nhà cao tầng thì việc kiểm tra ổn
định tổng thể cơng trình đóng vai trị hết sức quan trọng. Các điều kiện cần kiểm
tra gồm:
* Kiểm tra ổn định tổng thể
* Kiểm tra độ cứng tổng thể
Tải trọng và tác động được lấy theo TCVN 2737-1995.
IV. Hình dạng cơng trình và sơ đồ bố trí kết cấu:
IV.1. Sơ đồ mặt bằng, sơ đồ kết cấu :
+ Nhà cao tầng cần có mặt bằng đơn giản, tốt nhất là lựa chọn các hình có
tính chất đối xứng cao. Trong các trường hợp ngược lại cơng trình cần được
phân ra các phần khác nhau để mỗi phần đều có hình dạng đơn giản.
+ Các bộ phận kết cấu chịu lực chính của nhà cao tầng như vách, lõi,
khung cần phải được bố trí đối xứng. Trong trường hợp các kết cấu này khơng
thể bố trí đối xứng thì cần phải có các biện pháp đặc biệt chống xoắn cho cơng

trình theo phương đứng.
6


ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

+ Hệ thống kết cấu cần được bố trí làm sao để trong mỗi trường hợp tải
trọng sơ đồ làm việc của các bộ phận kết cấu rõ ràng mạch lạc và truyền tải một
cách mau chóng nhất tới móng cơng trình.
+ Tránh dùng các sơ đồ kết cấu có các cánh mỏng và kết cấu dạng
congson theo phương ngang vì các loại kết cấu này rất dễ bị phá hoại dưới tác
dụng của động đất và gió bão.
IV.2. Theo phương thẳng đứng:
+ Độ cứng của kết cấu theo phương thẳng đứng cần phải được thiết kế
đều hoặc thay đổi đều giảm dần lên phía trên.
+ Cần tránh sự thay đổi đột ngột độ cứng của hệ kết cấu (như làm việc
thông tầng, giảm cột hoặc thiết kế dạng cột hẫng chân cũng như thiết kế dạng
sàn giật cấp).
+ Trong các trường hợp đặc biệt nói trên người thiết kế cần phải có các
biện pháp tích cực làm cứng thân hệ kết cấu để tránh sự phá hoại ở các vùng
xung yếu.
IV.3. Tương tác giữa các bộ phận trong hệ kết cấu chịu lực (hệ kết cấu
khung - giằng):
+ Với các nhà còn thấp thì hệ kết cấu khung tỏ ra ưu việt nhưng khi chiều
cao nhà tăng lên một mức độ nhất định thì kết cấu khung cứng lại tỏ ra kém hiệu
quả (vì kết cấu này có khả năng chịu cắt kém).
+ Khắc phục nhược điểm của kết cấu khung người ta đưa vào kết cấu
cơng trình các vách cứng (hoặc có các giằng xiên).

Hệ kết cấu bao gồm ‘’khung cứng - vách cứng’’ gọi là hệ kết cấu khung - giằng.
Hệ kết cấu khung giằng: Đặc điểm nổi bật là kết cấu khung chịu lực cắt
kém nhưng lại có độ cứng chống uốn lớn, ngược lại các vách cứng lại có độ
cứng chống cắt lớn hơn nhưng độ cứng chống uốn tương đối nhỏ, đặc biệt là khi
chiều cao nhà tăng lên. Do tính chất khác biệt của hai bộ phận kết cấu nói trên
trong q trình làm việc đồng thời chịu tải trọng ngang vách cứng và khung
cứng tương tác lẫn nhau. Hiệu ứng này thể hiện rõ khi chiều cao nhà tăng lên.
IV.4. Cấu tạo các bộ phận liên kết:
+ Kết cấu nhà cao tầng cần phải có bậc siêu tĩnh cao để trong trường hợp
bị hư hại do các tác động đặc biệt nó khơng bị biến thành các hệ biến hình.
+ Các bộ phận kết cấu được cấu tạo làm sao để khi bị phá hoại do các
trường hợp tải trọng thì các kết cấu nằm ngang sàn, dầm bị phá hoại trước so với
các kết cấu thẳng đứng: cột, vách cứng.
V. Lựa chọn vật liệu:
+ Nhà cao tầng thường có tải trọng rất lớn, nên vật liệu xây dựng cần có
cường độ cao, trọng lượng nhỏ, khả năng chống cháy tốt để tạo điều kiện giảm
được đáng kể tải trọng cho cơng trình, kể cả tải trọng đứng cũng như tải trọng
ngang do lực quán tính.
+ Vật liệu có tính biến dạng cao: Khả năng biến dạng dẻo cao có thể bổ
sung cho tính năng chịu lực thấp.
7


ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

+ Vật liệu có tính thối biến thấp: Có tác dụng rất tốt khi chịu tác dụng
của tải trọng lặp lại (động đất, gió bão).
+ Vật liệu có tính liền khối cao: Có tác dụng trong trường hợp tải trọng có

tính chất lặp lại khơng bị tách rời các bộ phận cơng trình.
+ Vật liệu có giá thành hợp lý.
Trong điều kiện Việt Nam hay các nước hiện nay thì vật liệu BTCT hoặc thép là
các loại vật liệu đang được các nhà thiết kế sử dụng phổ biến trong các kết cấu
nhà cao tầng.
VI. Thiết kế nhà cao tầng theo phương pháp đa ngành đa lĩnh vực
Thiết kế nhà cao tầng yêu cầu một sự phối hợp hết sức chặt chẽ giữa
nhiều lĩnh vực, nhiều thành phần khác nhau như chủ đầu tư, cơng tư tài chính,
cơng ty bất động sản, kiến trúc sư, kỹ sư kết cấu, kỹ sư kinh tế, kỹ sư cơ điện,
nhà thầu thi công và các đơn vị kỹ thuật liên quan khác. Trước đây công việc
thực hiện bởi mỗi thành viên tham gia thiết kế rất ít khi được tối ưu hố.
Trong vịng thập kỹ gần đây, xu hướng đẩy mạnh sự phối hợp giữa các
bên liên quan trong quá trình thiết kế đã trở nên rất phổ biến trên thế giới. Mục
tiêu cuối cùng của việc tăng cường hợp tác này nhằm đạt tới một giải pháp thiết
kế tổng thể có hiệu quả kinh tế cao nhất.
Một trong những ví dụ điển hình là đánh giá sự lợi ích phối hợp giữa kỹ
sư kết cấu và kỹ sư cơ điện trong việc thiết kế lõi cứng và hệ thống sàn. Ở đây
các yếu tố quan trọng nhất yêu cầu sự kết hợp là việc quyết định chiều cao tầng,
vị trí cũng như kích thước của các kết cấu thẳng đứng như lõi cứng, lõi, cột.
Trong q trình thiết kế định hướng vai trị của người kỹ sư cơ đIửn chỉ
giới hạn xung quanh việc cung cấp các thông số yêu cầu về không gian cần
thiếtcho phòng đặt máy, chiều cao tối thiểu cho các hệ thống ống đi ngầm trên
trần và kích thước thang máy.
VII. Thiết kế tính đến tồn bộ thời gian sử dụng cơng trình
Ngồi các khía cạnh kỹ thuật cịn phải đặc biệt chú ý đến các khía cạnh
kinh tế có liên quan đến giá thành cơng trình của nhà cao tầng.
Một cơng trình cao tầng thường có thời gian sử dụng trong vòng từ 50
đến 100 năm và phải đảm bảo chức năng sử dụng trong suốt thời gian đó.
Nhưng do gần đay có sự thay đổ nhanh chóng những nhu cầu về tiện nghi sử
dụng, yêu cầu ngày càng cao về môi trường sống, không gian sinh hoạt và làm

việc của những cư dân sống trong nhà cao tầng nên ln có u cầu hiện đại hố
các nhà cao tầng đang sử dụng.
Chính vì lẽ đó nên trong q trình thiết kế người kỹ sư phải lường trước
được những thay đổi có thể xảy ra trong tương lai, chọn giải pháp kết cấu hợp
lý, cho phép thực hiện những thay đổi mà khơng ảnh hưởng gì đến độ bền vững
của cơng trình và đồng thời cũng khơng được q tốn kém. Các yếu tố cần quan
tâm bao gồm:
- Kết cấu: chọn vật liệu nào cho phép dễ thay đổi, ví dụ hệ thống sàn composite
có ưu thế hơn sàn ứng suất trước.
8


ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

- Tải trọng: theo kinh nghiệm thiết kế thì tại các khu cơng cộng hay kho chứa
nên tăng tải trọng thiết kế so với nhu cầu hiện tại để tính đến những thay đổi về
sau.
- Tầng kỹ thuật: việc bố trí tầng kỹ thuật cũng như trọng lượng bản thân của hệ
thống kỹ thuật ( thiết bị , máy móc, ..) phải được xác định đầy đủ.
- Kết cấu bao che: chọn loại dễ tháo lắp để thay đổi ( vì thường có cường độ
bền 10 – 20 năm) ví dụ thay đổi tường gạch pa- nen đúc sẵn với các liên kết cho
phép sửa đổi nhanh chóng.
- Kết cấu chịu lực thẳng đứng: chú ý đến tải trọng hiện tại, tương lai và tải
trọng phát sinh trong thi công , sữa chữa (khi cần nâng thêm tầng hoặc lắp thêm
các tháp ăng teng trên nóc nhà).
- Độ bền theo thời gian: Sự suy giảm độ bền theo thời gian phải được kiểm
soát, quan trắc, tuy là công việc kho khăn, nhưng cần thiết để thực hiện việc bảo
trì đúng thời gian yêu cầu, nhằm duy trì độ bền lâu của cơng trình.

Trong cơ cấu giá thành nói trên khơng được qn những chi phí cho bảo
trì, và để tính những chi phí sau xây dựng thì phương pháp thực dụng là chuyển
đổi tất cả các chi phí cho cơng trình trong tương lai về giá trị hiện tại.
Trong giai đoạn thiết kế và thi cơng thì việc lựa chọn giải pháp thiết kế
hợp lý , hoặc có thể chọn phương pháp thiết kế tối ưu, là có ý nghĩa nhất.
Ví dụ khi chọn hệ lõi để chịu lực ngang của nhầco tầng thì những vấn đề
sau đây cần được xem xét kỹ.
- Giảm tối đa giá thành vật liệu: cân nhắc 3 yếu tố liên quan là khối lượng
bêtông, lượng cốt thép và cường độ bêtơng. Như hình vẽ dưới đây thể hiện,
trong 3 yếu tố trên thì tăng cường độ bêtơng đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất.

G i¸ gèc

2.0

ng hà
m lƯ ợ
ng th
ép

3.0

C hỉtă

Giá vật liệu

4.0

1.0

1.0
C Ư ờng độ dù ng
để so sá nh

ng
ỉtă
h
C

d
iều
h
c

à

Ườ
yt

ng

ộ b ê tô ng
Ư ờ ng đ
C hỉtă ng c

2.0

3.0

4.0

C Ư ờng độ nén trục cđa t¦ êng

Biến thiên về giá thành và cường độ chịu lực của vách cứng
9


ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

- Tối ưu hố kích thước hình học của lõi để lõi chịu tải trọng dọc trục theo
hiệu ứng kéo đẩy và chịu các thành phần mơmen uốn theo 2 phương, vì vậy các
vách phía ngồi chịu tải trọng lớn hơn các vách phía trong.
- Giảm tối thiểu diện tích lõi để tăng tối đa diện tích sử dụng
- Giảm tối thiểu thời gian thi công để giảm lãi suất ngân hàng
- Giảm tối thiểu chiều cao tầng khi đặt hệ thống ống kỹ thuật đi ngầm
trong sàn.
Hiện nay có 2 xu hướng tác động đến giá thành nhà cao tầng. Một là giá
thành nhà sẽ giảm xuống đáng kể khi dùng xật liệu mới nhẹ nhưng cường độ
cao, khai thác không gian ngầm dưới mặt đất nên hiệu suất 1m 2 đấtđược tăng lên
và phương pháp thi công hiện đại đã rút ngắn thời gian xây dựng. Hai là giá
thành hệ thống thiết bị kỹ thuật (thang máy, an toàn, cháy nổ, đảm bảo điều kiện
mơi trường…) có xu hướng tăng hơn trước. Do vậy, giá thành càng là bài tốn
có tính chiến lược trong phát triển xây dựng nhà cao tầng.

10


ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP

THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

CHƯƠNG 2 : NGHIÊN CỨU VỀ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP TỐI ƯU
I. NGHIÊN CỨU KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG HIỆN ĐẠI

Trong những năm gần đây, ở Việt Nam cũng như trên thế giới, yêu cầu về
nhà cao tầng ngày một bức xúc vì nhiều lý do khác nhau xuất phát từ yêu cầu
thực tế dân số tăng và sự tiến bộ của xã hội, đi kèm theo đó là sự phát triển của
khoa học cơng nghệ, cơ khí và tự động hoá... Để đáp ứng những yêu cầu đó và
để giải quyết thi cơng nhanh, nhất là đối với cao ốc có tầm cao rất lớn, giải pháp
sử dụng kết cấu thép hoặc kết cấu liên hợp thép - bê tông cho khung sườn nhà
cao tầng là phương án rất có hiệu quả vì nhiều lý do sau đây:
* Kết cấu tương đối nhẹ so với bê tông cốt thép, trọng lượng chỉ bằng
khoảng 60% kết cấu BTCT. Tuy đơn giá vật liệu đắt hơn, nhưng theo thống kê
từ những cơng trình đã thi cơng trước đây, giá thành xây lắp vẫn có khả năng
giảm khoảng 80%; vì phương án nền móng có thể đơn giản, đỡ tốn kém hơn và
nhịp khung dầm có thể vượt khẩu độ lớn hơn, vì vậy có khả năng bớt được số
lượng cột.
* Các cấu kiện được tiền chế trong điều kiện kiểm tra giám sát chất lượng
chặt chẽ trong nhà máy và dễ dàng cơ giới hố khi lắp dựng, có khả năng thi
cơng với mức độ chính xác cao, tiết kiệm nguyên vật liệu, nhân công. Đồng thời,
khung thép vốn dĩ là những cấu kiện lắp ghép ở mức độ lý tưởng, tạo điều kiện
đẩy nhanh tiến độ thi công, sớm đưa cơng trình vào phục vụ khai thác.
* Các chi tiết trong khung thép nhà cao tầng thường giống nhau, có thể
lắp ráp theo nhiều động tác trùng lặp. Hiện trường công tác gọn nhẹ, điều kiện
thi công trong khô ráo cũng là nguyên nhân giảm bớt các thất thoát về vật liệu,
lao động và thời gian.
Để đạt được những ưu điểm trên và khắc phục những nhược điểm của kết

cấu thép là giá thành cao, biến dạng lớn, thanh nén dễ mất ổn định, rất nhạy cảm
đối tải trọng động, với môi trường xâm thực và nhất là hoả hoạn... vấn đề thiết
kế nhà cao tầng bằng thép địi hỏi phải có những nghiên cứu nghiêm túc của
kiến trúc sư, kỹ sư thiết kế và các nhà thầu thi công. Không những phải thông
hiểu bản chất kết cấu khung sườn thép, mà còn phải biết rõ mọi cấu kiện hoàn
thiện khác lắp dựng sau, chẳng hạn, kết cấu bao che, trang thiết bị kỹ thuật, hoàn
thiện nội thất v.v... Cần phải xem kết cấu thép như một phần của tổng thể kết
cấu, phải phối hợp các bộ phận có liên quan, đảm bảo tiêu chuẩn hố và lặp lại
tối đa. Về nguyên tắc, mục tiêu chủ yếu vẫn là ba vần đề : kỹ thuật, kiến trúc và
kinh tế.
+ Về kỹ thuật, mục tiêu hàng đầu là phải đảm bảo kết cấu khung thép nhà
cao tầng đủ chắc khoẻ, chịu được mọi tác động trong suốt quá trình thi cơng và
khai thác sử dụng cơng trình, kể cả các tác dụng của những tải trọng tai biến,
hoả hoạn. Vật liệu nên dùng loại có cường độ cao, trọng lượng nhẹ và dẻo dai
bền chắc.
11


ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

+ Về tổ chức không gian sử dụng, kết cấu khung thép là một trong những
loại ít khống chế ngăn trở ý đồ thiết kế kiến trúc, có khả năng tạo được những
bước cột rộng rãi thơng thống, rất cần cho các đại sảnh, hội trường, các phịng
ốc cần thống đãng, nhưng vẫn có thể dễ dàng chia nhỏ, phục vụ cho các văn
phòng làm việc bằng các vách ngăn nhẹ nhàng.
+ Về kinh tế, nếu xét cả vốn đầu tư xây lắp và hiệu quả do thi công nhanh,
mức độ công nghiệp hố cao, khai thác sử dụng cơng trình sớm v.v... nhiều cơng
trình nhà cao tầng khung thép và thép-bê tơng liên hợp đã đạt mục tiêu kinh tế

tốt hơn, nhất là những siêu cao tầng.
Sau đây, giới thiệu bảng phân tích so sánh giá thành theo tỷ lệ % các công
đoạn xây dựng nhà cao tầng dùng kết cấu thép :
- Xây lắp gồm:
1 - San nền, thi công phần móng và bê tơng

: 11%

2 - Khung sườn thép, sàn tầng và phòng hoả

: 10%

3 - Xây nề

: 4%

4 - ốp lát trong ngồi, nhơm kính

: 22%

5 - Lợp mái

: 5%
52%

- Hoàn thiện gồm:
6 - Sàn, trần

: 7%

7 - Đá ốp ngồi

: 5%

8 - Cơng việc khác

:8%
20%

- Trang thiết bị gồm:
9 - Cứu hoả

: 4%

10 - HVAC

: 12%

11 - Điện

: 8%

12 - Thang máy

: 4%
28%

Riêng vật liệu chỉ chiếm khoảng 30-40% tổng giá thành xây lắp, 60-70% còn
lại là chi phí thiết kế, chế tạo, lắp ráp, hồn thiện, các trang thiết bị bảo trì v.v...

12


ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

Cơ cấu giá thành chi tiết các bộ phận cơng trình của một cao ốc văn
phòng 55 tầng cụ thể tại Melbourne (Australia) cũng cho thấy giá thành của
riêng phần kết cấu, bao gồm cả móng, cũng chỉ chiếm một tỷ lệ khiêm tốn
khoảng 28%. Phần cịn lại là chi phí chủ yếu cho kiến trúc bao gồm cơng tác
hồn thiện và lắp đặt trang thiết bị, kể cả phần cơ điện (khoảng 10%) và các hệ
thống phục vụ khác (khoảng 20%).

13


ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

II. HỆ THỐNG NHÀ CAO TẦNG KHUNG THÉP VÀ THÉP BÊTÔNG LIÊN HỢP.
II.1. VỀ PHƯƠNG DIỆN KẾT CẤU

Đối với cơng trình nhà cao tầng bằng thép, mặc dù có nhiều ưu điểm
nhưng về mặt kết cấu, khung thép thường có độ mảnh lớn. Những cấu kiện chủ
yếu đều chịu nén và chịu uốn, rất dễ mất ổn định. Mặt khác, các loại tải trọng
ngang như : gió, động đất, sẽ gây ra những tác động bất lợi. Do đó, khi nghiên
cứu thiết kế hệ thống kết cấu, địi hỏi phải có sự lưu ý đặc biệt về một số tiêu chí
quan trọng, chẳng hạn, tải trọng ngang thiết kế, điều kiện địa kĩ thuật, tiêu chuẩn

về các trạng thái giới hạn ( chuyển vị ngang, dao động, cường độ, ổn định v.v...).
Ngoài ra, hệ thống kết cấu nhà cao tầng còn cần được nghiên cứu thiết kế một
cách tổng hợp, thoả mãn cả những u cầu phi kết cấu, ví dụ: về hình thức bề
ngồi, về tỷ lệ kích thước và cảnh quan kiến trúc; về tổ chức không gian sử
dụng; về chủng loại vật liệu phù hợp và dễ cung ứng; về vốn đầu tư và điều kiện
kinh tế; về công nghệ xây dựng và tổ chức thi công; về hệ thống trang thiết bị kĩ
thuật và cấp độ phòng hoả; về điều kiện khai thác và quản lý cơng trình v.v...
Cao ốc với khung sườn bằng thép cũng thường sử dụng làm nhà ở chung
cư, văn phòng cho thuê, khách sạn. Một số khác còn dùng làm bệnh viện, trường
học v.v... Tuy công năng không giống nhau, nhưng nguyên tắc xử lý kết cấu nói
chung khơng khác nhau nhiều: cấu trúc khung sườn nhà cao tầng gồm dầm và
cột với nhiều cách bố trí cấu tạo khác nhau sẽ cùng chịu lực và mọi tác động
trong một hệ kết cấu thống nhất và truyền tải trọng xuống nền móng cơng trình.
Các bộ phận khác như sàn tầng, tường ngăn và kết cấu bao che...tuy chủ yếu
chịu lực cục bộ nhưng rồi cũng đều truyền tải trọng lên hệ khung sườn thép.
Những siêu cao tầng hoặc nhà có độ mảnh lớn thường rất nhạy cảm với
tải trọng gió và động đất, như vậy cần thấu hiểu mọi trạng thái của kết cấu.
Những thơng số quan trọng nhất tác động đến cơng trình, chẳng hạn như biên độ
dao động giới hạn ∆ trên đỉnh lầu do gió bão gây ra khơng được ảnh hưởng đến
sinh hoạt bình thường cũng như tác động xấu đến tâm sinh lý của những người
cư trú trên tầng cao, đồng thời cũng không gây hậu quả bất lợi cho hoạt động
của thang máy, không làm rạn nứt kết cấu bao che và các vách ngăn, không ảnh
hưởng đến kích thước vốn chặt chẽ của khn cửa khi đóng mở v.v... Ví dụ như
ở Hoa Kỳ chỉ số ''lắc ngang'' tương đối ∆/h ( trong đó h là độ cao tính từ mặt đất)
quy định khơng được vượt q 1,5 – 3%o trong ″ gió bão 10 năm “, tức là biên
độ dao động chỉ khoảng 1m khi đỉnh lầu cao 400m so với mặt đất. Nếu thiết kế
với gió bão lớn hơn nữa, ví dụ: tần suất 1/100 và 2/100 (gió bão 100 năm và 50
năm ) chỉ số ∆/h giới hạn khoảng 4,8%o tức là chuyển vị trên dưới 2m đối với
các loại nhà cao hơn 400m. Theo tiêu chuẩn thiết kế của Vương quốc Anh BS
5950 cũng tương tự như vậy: ∆ ≤ (1/300 ~1/600)h.

Vấn đề động đất đối với nhà cao tầng nói chung cần nghiên cứu thiết kế
đặc biệt, nhất là với gia tốc nằm ngang của địa chấn. Ngoài thép bổ sung cho các
cấu kiện chịu lực, phải tăng cường thêm các giằng chống và mối nối chịu
mômen, đồng thời cũng phải nghiên cứu sử dụng các loại vật liệu phù hợp có
cường độ cao, trọng lượng nhẹ và tính năng mềm dẻo v.v...
14


ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

Trong thực tế thiết kế và xây dựng nhà cao tầng, biện pháp giảm chấn cục
bộ hoặc tổng thể trong thời gian gần đây cũng được nghiên cứu nhiều, mục đích
tránh gây cảm giác khó chịu và bất lợi cho sinh hoạt của cư dân sống trên các
tầng cao khi có gió bão hoặc động đất. Có thể bố trí bổ sung những chi tiết giảm
chấn bằng các thanh thép hình có điểm chảy thấp, hoặc bằng vật liệu có tính đàn
dẻo dễ hấp thu năng lượng dao động. Cũng có thể dùng những thiết bị giảm
chấn hiện đại có điều khiển đặt trên đỉnh (lầu thượng) hoặc dưới chân móng
cơng trình.
Khung sườn thép được phịng hoả bằng cách bọc bê tơng, thạch cao, gốm sứ
hoặc phun phủ bằng các loại vật liệu kỵ lửa có dung trọng nhẹ. Vách ngăn,
tường bao, sàn tầng thường được xây cất bằng bê tông, gạch gốm, nhơm kính,
thép và kim loại cán nóng cũng như tạo hình nguội, hoặc vật liệu compozit hiện
đại...
II.2. Phân loại kết cấu nhà cao tầng :
Các loại nhà cao tầng có thể phân thành nhiều cách khác nhau. Riêng về
kết cấu khung sườn chịu lực có mấy cách phân loại sau :
a. Theo cách phân loại của khan Fazlur (1966), gồm 4 loại :
Loại I : Hệ khung, gồm 2 loại: khung cứng và khung nửa cứng (thường dùng

cho những cao ốc 15÷ 18 tầng);
Loại II : Hệ khung giằng, gồm 2 loại: khung giằng có và khơng có dàn đai
(thích dụng đối với cao ốc 45÷ 50 tầng);
Loại III : Hệ ống thanh thành mỏng, tiết diện hở, gồm 2 loại : có các vách dạng
dàn phẳng và dạng tiết diện chữ I (60÷ 65 tầng);
Loại IV: Hệ ống kín, gồm 3 loại: ống có khung bên trong , ống lồng ống, kể cả
ống bó và ống có giằng chéo lớn bên ngoài ( 90, 100, 110 tầng).
b. Theo cách phân loại chi tiết của Wolgang Schueller (1976), kết cấu thông
dụng nhất trong xây dựng nhà cao tầng như sau:
Hệ kết cấu chỉ có vách cứng song song theo một hướng (H.2a);
Hệ có lõi cứng ở giữa và vách cứng xung quanh biên (H.2b);
Hệ gồm các blốc lắp ghép theo kiểu khối xây (H.2c);
Hệ lõi cứng và các tầng sàn ngàm công-xôn xung quanh (H.2d);
Hệ khung gồm cột và các sàn tầng không dầm (H.2e);
Hệ lõi cứng và các côngxôn cao bằng một tầng, bố trí cách tầng (H.2f);
Hệ lõi cứng và các sàn treo vào dầm gánh bố trí trên tầng đỉnh (H.2g);
Hệ có các dàn cao bằng một tầng đặt so le và cách tầng (H.2h);
Hệ khung không gian nút cứng (H.2i);
15


ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

Hệ lõi cứng làm việc tương tác với khung cứng (H.2j);
Hệ vách cứng dạng dàn tương tác với khung cứng (H.2k);
Hệ lõi cứng dạng dàn với dàn đỉnh và dàn đai (H.2l);
Hệ ống lồng ống (H.2m);
Hệ gồm nhiều ống bố trí thành cụm, thành bó ống (H.2n).

Hình 2

16


ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

c. Theo hệ kết cấu do CTBUH, group SC phân loại (1980):
Loại I : Khung chịu cắt gồm : khung nửa cứng và khung cứng;
Loại II : Hệ hỗn hợp : khung+dàn giằng và khung+dàn giằng+dàn đai;
Loại III : Hệ ống 1 phần : ống hở+dàn phẳng và ống hở+dàn chữ I ;
Loại IV
120

lo¹ ii

110

l o ¹ i ii
l o ¹ i iii

: Hệ ống kín: ống ngồi; ống bó và ống ngồi có giằng chéo .

l o ¹ i iv
100

90

80

70

60

50

lo ¹ ii

l o ¹ i ii

l o ¹ i iii

è n g n g o µ i v µ g i» n g c hÐo

è n g bã

è n g khun g n g o µ i

è n g hë v µ v á c h g i à c hữ I

ố n g hở v à v á c h d à n g iữa

0

khun g + v á c h d µ n

10

khun g c øn g

20

khun g n ưa c øn g

30

khun g , v ¸ c h v à d à n v ơn

40

l o ạ i iv

Hỡnh 3
d. Theo Uỷ ban về nhà cao tầng ( 1984, Falconer và Beedle ) gồm 4 cấp
Cấp A: Các hệ khung (xx): vách, lõi, khung, ống;
Cấp B : Các hệ giằng (xx,yy,z): khung giằng, khung cứng, vách, lõi giằng;
Cấp C : Các hệ khung sàn (xx): thép, bê tông, liên hợp thép-bê tông;
Cấp D : Dạng cao ốc và hệ truyền tải (xx,yy,z): dạng mặt bằng, dạng mặt
đứng, hệ truyền tải.

17


ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

V¸ch

c Êp a

c Êp b

HƯ khung
(XX)

HƯ gi»ng
(XX, YY, Z)

Lâi

Khung

èng

KÕt cÊu ph¼ng 1

Khung gi»ng

Lâi thÐp gi»ng

c Êp c

BTCT

Nót cøng

èng

V¸ch gi»ng

Lâi BT gi»ng

c Êp d

HƯ khung sàn
(XX)

Thép

Kết cấu phẳng 2

Dạ ng cao ốc và truyền tải

Thép - BT

Kết cấu phẳng 1

Kết cấu phẳng 2

ống

Hỡnh 4

e. Theo các tác giả Trung Quốc về kết cấu gồm 4 loại :
- Kết cấu khung;
- Kết cấu tường chịu cắt ( vách cứng );

- Kết cấu hỗn hợp khung-tường chịu cắt;
- Kết cấu ống (lõi): ống trong, ống ngoài, ống lồng, ống bó và ống tổ hợp .
f. Riêng về chung cư cao tầng mới đây (tháng 4 năm 2002) ở Nhật bản phân
loại gồm 4 dạng kết cấu khác nhau:
Kết cấu khung có nút cứng chịu mơmen (H.5a là ví dụ cao ốc 38 tầng);
Kết cấu khung và tường chịu cắt

(H.5b là ví dụ cao ốc 25 tầng);

Kết cấu ống (lõi) lồng ống

(H.5c là ví dụ cao ốc 25 tầng);

Kết cấu ống lồng và vách như ống thứ 3 (H.5d là ví dụ cao ốc 32 tầng).

18


ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

Hình 5

III. SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU THÉP NHÀ CAO TẦNG :
Cấu kiện chịu lực chủ yếu của nhà cao tầng khung thép cũng gồm những
cấu kiện cột, dầm, sàn tầng tạo thành khung không gian và các hệ thống giằng
tạo thành các vách cứng, lõi cứng hoặc các loại dầm dàn ngang (dàn đỉnh, dàn
đai, dầm vươn...). Những cấu kiện này về mặt chịu lực có thể phân loại thành 2
nhóm chính :

1/ Hệ chịu tác động của tải trọng thẳng đứng. Bao gồm hệ dầm thép đỡ
các sàn tầng nằm ngang, chịu toàn bộ tải trọng đứng tác dụng trên sàn, liên kết
với hệ thống cột hoặc vách, lõi cứng cấu tạo dưới dạng các dàn tường thẳng
đứng và truyền tải xuống nền móng theo nguyên tắc truyền tải trọng thẳng đứng
thông thường.
2/ Hệ chịu tác động của tải trọng nằm ngang. Bao gồm cột và dầm thép,
nối cứng với nhau tạo thành một hệ khung cứng trong không gian hoặc gồm hệ
các thanh giằng chéo phối hợp với cột và dầm tạo thành những dàn đứng được
gọi là các vách hoặc lõi cứng (các thanh giằng chéo bố trí trong các ô chữ nhật
bao quanh bởi các phần tử cột và dầm). Các phần tử của sàn tầng liên kết chặt
chẽ với nhau trong mặt phẳng ngang cũng tạo ra những bản ngăn cứng chịu tải
19


ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

trọng ngang. Ngoài ra, các ''tầng cứng'' được tạo ra từ những dầm hoặc dàn có
chiều cao bằng độ cao của cả một hoặc hai ba tầng nhà, có độ cứng rất lớn, vươn
từ lõi giữa ra tới hàng cột biên nên được gọi là các dầm vươn (outriggers), cũng
cải thiện đáng kể tình hình chịu lực ngang của cao ốc.
Ngồi giải pháp sử dụng khung sườn chịu lực hoàn toàn bằng thép, nhất là
trong các trường hợp siêu cao tầng, đối với các loại cao ốc có tầm cao trung bình
(khoảng trên 20 tầng), phương án được dùng nhiều nhất là kết cấu thép-bêtơng
liên hợp, vì kết cấu bêtơng với cốt thép thơng thường cũng sẽ khơng hợp lý:
hoặc kích thước tiết diện cấu kiện quá lớn, hoặc là hàm lượng cốt thép vượt q
giới hạn µmax trong điều kiện tính tốn kết cấu BTCT.
Ưu điểm của kết cấu thép-bêtông liên hợp đã được thử nghiệm trong
nhiều nhà cao tầng ở nhiều nước, cụ thể là:

Nếu so với kết cấu thép, ưu điểm nổi bật của loại hình kết cấu này là có
khả năng bảo vệ thép chống xâm thực của mơi trường, tăng cường độ cứng, do
đó tăng khả năng ổn định cho kết cấu thép thanh mảnh và nhất là tăng khả năng
chống cháy nổ cho cơng trình.
Nếu so với kết cấu BTCT, kết cấu thép-bêtơng liên hợp có biến dạng lớn
hơn, do đó chịu các tải trọng ngang tốt hơn, nhất là đối với tác động của địa
chấn. Kết cấu cho phép không sử dụng đà giáo đúc sàn, dễ dàng dùng ván khuôn
trượt trên hệ khung thép để thi công vách và lõi cứng, đẩy nhanh tiến độ xây
dựng.Với kích thước tiết diện cột khá nhỏ so với kết cấu BTCT, nên hiệu suất sử
dụng mặt bằng các sàn tầng sẽ kinh tế hơn.
III.1. Sàn tầng :
Chiều cao cấu trúc sàn tầng tuỳ theo chiều dày của các lớp cấu tạo từ trên
xuống dưới gồm : Lớp lát, tấm sàn BTCT, dầm thép, khoảng trống dành cho các
đường ống kỹ thuật và cáp điện, dưới cùng là trần treo (Hỡnh .6).
Đ ờng ống có áp
Dầm vát

Đ è n trần
ống kỹ thuật (ống cấp)
ống kỹ thuật (ống thải)

Hỡnh 6
20

Trần treo


ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

Nói chung, chiều cao này có thể lớn hơn tấm sàn khơng dầm BTCT đúc
tại chỗ khoảng 100-200mm (Hình .7). Tuy nhiên, nếu bố trí hợp lý các đường
ống kỹ thuật trong khoảng trống giữa tấm trần treo và sàn tầng cũng có thể khắc
phục được yếu điểm này, đặc biệt là nếu dùng kết cấu liên hợp thép-bê tông. Bản
thân dầm thép cịn có thể giảm bớt chiều cao nếu được liên kết cứng hoặc liên
kết nửa cứng vào cột, vì mơmen âm xuất hiện ở hai đầu dầm sẽ làm giảm mơ
men dương ở giữa nhịp. Cũng có thể dùng thép có cường độ cao hơn hoặc các
loại vật liệu mới, hiện đại khác.

Riêng bản sàn, nếu chọn quá mỏng, độ cứng chống uốn nhỏ, độ võng của
sàn không bảo đảm, ảnh hưởng đến điều kiện sử dụng, khả năng cách âm và mỹ
quan cơng trình, nhất là gây ra những bất lợi do rung động khi đi lại trên sàn,
đồng thời cũng kém hiệu quả khi toàn bộ kết cấu khung sườn thép chịu tải trọng
ngang. Nếu chọn bản sàn q dày, khơng những trọng lượng bản thân tăng mà
cịn ảnh hưởng trực tiếp đến chiều cao, nền móng và giá thành cơng trình.

DÇm phơ

DÇm phơ

Dầm sàn thép thường bao gồm các cấu kiện tiền chế tiêu chuẩn, tạo thành
những mạng dầm điển hình hố với các bước cột nhất định, phù hợp với công
năng của từng loại cao ốc. Tuy nhiên, kết cấu sàn thép thường chịu lực theo một
hướng, bởi vậy cần lưu ý thiết kế mạng dầm sàn sao cho phù hợp, để tải trọng
phân bố hợp lý và hiệu quả nhất. Ô sàn giữa các cột có dạng hình chữ nhật sẽ có
hiệu quả hơn các ơ sàn hình vng. Dầm chính chịu lực lớn sẽ bố trí theo nhịp
ngắn ( theo chiều rộng ). Dầm phụ có nhịp dài, bố trí tương đối dày, kê vào dầm
chính và bảo đảm cho bản sàn BTCT kề lên có chiều dài nhịp phù hợp (khoảng
2,5÷ 3,0m, như hỡnh .8).

24-30m

24-30m

24-30m

24-30m

Dầm chí
nh

Dầm chí
nh

khô n g hiệu q uả

tố t h¬n

Hình 8
21


ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

Cấu tạo của sàn tầng thường ảnh hưởng lớn tới các chỉ tiêu đơn giá của
cơng trình nhà cao tầng. Do đó, cần nghiên cứu thiết kế tổng thể cả hệ mạng lưới
dầm sàn, nhất là chiều dầy toàn bộ của hệ, bảo đảm các yêu cầu kinh tế-kỹ thuật,

dựa trên cơ sở chiều cao tầng nhà quy định, chiều dài nhịp (bước cột), cách bố
trí đường ống và các trang bị kỹ thuật, cơng nghệ thi cơng...,vì đối với nhà cao
tầng, tích luỹ những gia số về chiều dày cấu tạo hệ dầm sàn của nhiều tầng sẽ là
một con số đáng kể và kéo theo hàng loạt vấn đề về tải trọng ngang (gió, địa
chấn...), kích thước của những cấu kiện thẳng đứng (cột, vách...), nền móng,
khối lượng vật liệu và giá thành cơng trình v.v...
Hình .9 giới thiệu khái qt về phạm vi chiều dài nhịp của ô sàn (theo
đơn vị dùng ở Hoa Kỳ) tương ứng với một số dạng loại kết cấu dầm sàn thường
dùng thép hình cán nóng, loại tiết diện chữ I cánh rộng (hoặc chữ H).

fin fl o o r
18 w f 96

5/2" ( bª tông )

1' - 6"

3' - 4"

28' - 0"

18 " (dầm g iã )

18 " (d Çm g iã )

18 " (d Çm g iã )

18 " (d Çm g iã )

25/8" ( sàn tầng )

Phun phủ phòng cháy
1' - 0" Phần
để bố tríđ ờng ống
Trần giả.3"

18 w f 96

25' - 8"

8' - 2" ( Chiều cao trần )
Mặt cắt A-A

( tè t h¬n )

Hình 9
Bản thân kết cấu sàn trong khung thép nhà cao tầng cũng rất đa dạng và
có thể phân loại như sau :
III.1.1/ Sàn thép :
Chiều dài nhịp tốt nhất của sàn thép vào khoảng 3m. Ưu điểm của loại sàn
này là không cần sử dụng côp pha, đà giáo và cây chống. Lớp bêtông đúc tại chỗ
trên mặt sàn thép khá mỏng và không cần cốt thép . Kết cấu sàn như vậy sẽ
tương đối nhẹ và cũng có ảnh hưởng tích cực đến sự chịu lực của khung sườn và
nền móng cơng trình. Ngồi ra, cấu kiện sàn thép dễ gia công, vận chuyển, lắp
ráp đơn giản, tốc độ thi cơng nhanh; phịng hoả tốt, có khả năng chịu lửa đến 2
giờ khơng cần bảo vệ đặc biệt và 4 giờ nếu có bọc thêm lớp phòng cháy. Khi
thiết kế sàn loại này tốt nhất là cho lớp bêtông trên mặt cùng chịu lực liên hợp
với sàn thép, loại tấm tôn gấp nếp, để giảm bớt chiều dày và trọng lượng sàn đến
mức tối đa.
22

ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

III.1.2/ Sàn BTCT lắp ghép :
Các tấm sàn đúc sẵn lắp ghép trong khung thép nhà cao tầng thường có
nhịp dài tới 6-8m. Như vậy, số lượng dầm đỡ sẽ giảm đáng kể. Cũng như loại
trên, sàn lắp ghép không cần đà giáo; thời gian thi công khá nhanh. Tuy nhiên,
các tấm panen sàn khó làm việc liên hợp được với dầm thép ở dưới. Vì vậy, tính
chất tồn khối của ơ sàn cũng bị hạn chế. Do đó, kết cấu sàn thường nặng nề
(hình .11a). Để giảm bớt khối lượng, tốt nhất là dùng các loại panen rỗng, panen
ứng lực trước. Cũng có thể dùng kết cấu sàn BTCT bán lắp ghép để nâng cao
tính tồn khối và giảm bớt trọng lượng cẩu lắp của các tấm đúc sẵn (hình.11b)
vốn đã được sản xuất hàng loạt trong các bãi đúc hoặc trên bệ căng ứng lực
trước, có điều kiện cơng nghiệp hố cao và sản phẩm được kiểm tra chất lượng
chặt chẽ.
Sµn lắp ghép

Btct đổtạ i chỗ
Mấu neo
Vật liệu hoàn thiện

Sàn lắp ghép

Tấm đúc sẵn

Hỡnh 11
III.1.3/ Sn BTCT ỳc ti ch:

u im của sàn đúc tại chỗ là dễ tồn khối hố với dầm sàn thép bằng
các mấu neo trong một kết cấu liên hợp, tạo điều kiện giảm bớt chiều cao và
khối lượng thép cho dầm (Hình .12). Trường hợp chiều dài nhịp bản sàn khơng
lớn, khi đúc bêtơng sàn có thể dùng ván khuôn tháo lắp, gá tựa ngay vào cánh
dầm thép, không cần đà giáo. Muốn cấu tạo bản sàn BTCT có độ dày tối thiểu,
cần chọn lựa khoảng cách hợp lý giữa các dầm thép. Có thể chọn kích thước sàn
và hệ dầm theo lý thuyết tối ưu hoá kết cấu, thoả mãn mọi rằng buộc thiết kế, để
23


ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

>200mm

100 - 200 mm

đạt được các hàm mục tiêu, chẳng hạn, về khối lượng vật liệu thép, hoặc về
trọng lượng bản thân, hoặc gía thành xây lắp là nhỏ nhất.

Hình 12
Thơng thường, để xác định gần đúng có thể tham khảo các số liu sau:
(Hỡnh .13).
5

d ầm l iên hợ p

4
3

2
1
0

d ầm v á t, l ục l ă n g

d ầm kê độ n

sà n thép l iên hợ p

sà n btc t đúc sẵn (l g )
5

10

15

Hỡnh 13

20

Nhịp (m)

Bn sn BTCT đúc sẵn, lắp ghép trên dầm thép đơn giản thường dùng với
nhịp sàn L ≤ 11m.
Bản sàn thép gấp nếp liên hợp với bê tơng đúc tại chỗ có thể dùng trong
phạm vi nhịp khoảng 3m.
Đa số các sàn BTCT làm việc liên hợp với dầm thép thường có độ cứng
uốn tương đối lớn, do đó có khả năng chỉ gây ra những dao động với biên độ
nhỏ khi có người đi lại trên sàn tầng. Những nghiên cứu gần đây cho thấy các

nhịp ngắn L ≤ 7,6 m cũng như nhịp rất dài L ≥ 13,7m, các sàn tầng liên hợp
thép-bê tông không gây cảm giác chấn động cho người sử dụng bình thường. Do
đó, cần đặc biệt chú ý với những chiều dài nhịp của bản sàn liên hợp trong phạm
vi từ 9,1m đến 10,7m.
III.2. Hệ dầm:
Trong các nhà cao tầng khung sườn thép, thường hệ dầm sàn được cấu tạo
bởi các dầm hoặc dàn thép liên hợp cùng chịu lực với bản sàn BTCT dưới dạng
các tiết diện liên hợp chữ T và chủ yếu chịu uốn dưới tác dụng của tải trọng
thẳng đứng. Như vậy, bản sàn BTCT ở phía trên dầm sẽ chịu nén và dầm thép
chịu kéo, phù hợp với bản năng chịu lực của 2 thành phần vật liệu nói trên.
24


ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

Ngoài ra, hệ liên hợp ở đây cịn có khá nhiều ưu điểm khác, chẳng hạn vượt
được các nhịp dài, tạo được các khoảng khơng gian lớn, thơng thống; giảm
được chiều dày cấu tạo của hệ dầm sàn, đẩy nhanh tiến độ thi cơng; giảm nhẹ
được khối lượng cơng trình tác động trực tiếp đến các vấn đề về nền móng và
giá thành xây lắp. Mặt khác, hệ dầm thép-bê tông liên hợp cịn tạo ra các
điaphắc nằm ngang có độ cứng khá lớn, giúp cho cơng trình cao tầng được ổn
định tổng thể dưới tác dụng của tải trọng ngang.
Dầm thép và sàn bê tơng cốt thép có thể cùng chịu lực trong một kết cấu
liên hợp theo nhiều cách cấu tạo khác nhau.
Sau đây giới thiệu nguyên tắc cấu tạo của một số loại dầm sàn liên hợp
thép-bê tông thường gặp :
3.2.1/ Dầm thép bọc bê tơng ( hình 14a) :
Dầm sàn thép được bao bọc hồn tồn trong bê tơng và làm việc liên hợp

phụ thuộc chủ yếu vào sự dính kết trực tiếp do tác động hố học và ma sát cơ
học giữa thép và bê tông . Dầm được phun phủ các lớp vữa xi măng hoặc bả các
vật liệu phịng cháy trước khi bọc bê tơng.
a)

b)

c)

d)

Hình 14
III.2.2/ Dầm thép liên hợp trực tiếp với bản sàn bêtông cốt thép đáy phẳng,
đúc tại chỗ trên dầm :
Trường hợp này dầm thép chỉ liên kết với bản sàn ở mặt cánh trên thơng
qua lực dính kết trực tiếp được tăng cường bằng những mấu neo. Có thể dùng
các loại dầm hình, cán nóng, tiết diện chữ I , hoặc ghép tổ hợp từ thép tấm. Vì
cánh trên gần trục trung hoà của tiết diện liên hợp khi chịu uốn, nên hiệu quả
nhất vẫn là sử dụng các loại tiết diện khơng đối xứng. Một số giải pháp có thể
tiết kiệm vật liệu triệt để hơn như :
1) Thu nhỏ cánh trên (Hình 14b);
2) Thay đổi cả chiều dày và chiều rộng cánh trên (Hình 14c);
3) Dùng các loại thép cường độ thấp hơn cho cánh trên ;
25


ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

4) Dùng thép cán nóng tiết diện chữ T ngược ( ⊥ ) hàn với thép tấm tạo thành
cánh trên có chiều rộng nhỏ hơn và bằng loại thép cường độ thấp hơn (Hình
14d) v.v...
III.2.3/ Dầm thép liên hợp với bản sàn BTCT bán lắp ghép (Hình 15a).
Hệ dầm sàn loại này được tồn khối hố bởi lớp bê tơng tươi, liên kết
tồn bộ các dầm thép với bản bê tông lắp ghép. Có thể khơng cần ván khn, vì
lớp bêtơng tươi được đúc tại chỗ trên mặt và những chỗ giáp nối giữa các bản
bêtông tiền chế, đã lắp sẵn trên dầm. Mặt đỉnh cánh trên của dầm thép cũng bố
trí hàng mấu neo để khắc phục lực cắt trượt giữa các thnh phn ca dm sn.
(a)
Btct đổtạ i chỗ
Mấu neo

(b)
Btct đổtạ i chỗ
Mấu neo

Tấm đúc sẵn

Sàn thép

Mấu neo

Sàn thép

Hỡnh 15
III.2.4/ Dm thép liên kết với sàn thép và lớp BT đổ tại chỗ (hình 15b).
Cũng nhằm mục đích gia tăng cường độ và giảm thiểu độ võng cho dầm.
Trường hợp này các mấu neo được hàn lên cánh trên của dầm sau khi xuyên
thủng qua bản thép sàn. Sau đó dùng bêtông loại thường hoặc bêtông nhẹ đổ

trực tiếp lên sàn thép. ở đây sàn thép vừa có tác dụng như ván khn vĩnh cửu
cho bê tơng tươi (có thể cũng không cần cây chống, đà giáo), vừa như cốt thép
chịu kéo của bản sàn liên hợp. Các đường gân gấp nếp của tấm sàn thép mỏng,
cán hoặc dập nguội, vừa để tăng cường cho độ cứng khi đổ bêtông, vừa để bố trí
gài móc các tấm trần treo. Những đường gấp nếp của tấm thép sàn có thể đặt
song song hoặc thẳng góc với hệ dầm sàn. Từ những năm 60 của thế kỷ 20 cho
đến nay, loại ván khuôn thép cố định, bỏ lại và cho liên hợp chịu lực cùng với
bản sàn bêtơng nói trên, đã được sử dụng rất phổ biến trong xây dựng nhà cao
tầng, đặc biệt ở Hoa kỳ và Nhật bản.
Hình 16 giới thiệu quan hệ giữa chiều dài nhịp và chiều cao của dầm
tương ứng với các chỉ tiêu khống chế chủ yếu, chẳng hạn chỉ tiêu về chiều cao
tối thiểu, chỉ tiêu về cường độ, về độ võng, cũng như về dao động v.v...của dầm
sàn.

26


ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************
h (mm)
d a o ®é n g

1000
®é v â n g
c ê n g ®é
500

min

0

5

10

15

20

l (m)

Hình 16
Chiều cao tối thiểu của dầm nhịp nhỏ ( l < 5m ) thường liên quan đến kích
thước cần thiết tối thiểu để đủ đảm bảo bố trí các mối nối liên kết. Nhịp càng
lớn, chiều cao dầm chủ yếu do cường độ chịu uốn khống chế. Đối với nhịp lớn
hơn nữa ( l > 10m ), để đảm bảo cho dầm sàn ổn định, không bị võng quá hoặc
rung động nhiều khi chịu hoạt tải, thì độ cứng của dầm thường là nhân tố quyết
định chiều cao của dầm sàn.
Đối với nhịp dưới 10÷ 12m các dầm I cán nóng ''vạn năng'' thường được
dùng phổ biến vì lý do kinh tế. Tuy nhiên, phạm vi chiều dài nhịp khi sử dụng
loại dầm này cịn có thể kéo dài tới 15m.
Đối với các nhịp lớn hơn, dầm tổ hợp tỏ ra rất lợi hại, đặc biệt khi chịu tải
nặng và tổng chiều dày của dầm sàn bị hạn chế.
Các loại dầm thép có tiết diện khơng thay đổi suốt chiều dài nhịp, tuy cấu
tạo đơn giản, nhưng có nhược điểm là :
+) Cấu kiện thường thiết kế để chịu mô men lớn nhất ở giữa nhịp, do đó
sẽ thừa khả năng chịu uốn tại hai đầu dầm hoặc ngược lại;
+) Phải bố trí các đường ống kỹ thuật ra ngồi phạm vi chiều cao dầm,
nếu khơng sẽ phải đục lỗ rỗng ở bản bụng, gây nhiều tốn kém khi gia công

khoan cắt và gia cường miệng lỗ bằng các nẹp bản thép hay thép góc.
Vì vậy đã có nhiều phương án cấu tạo dầm để giải quyết những tồn tại
trên như sau :
*/ Dầm vát :
Loại dầm này có thể gia cơng và tổ hợp từ thép tấm hoặc cắt xén các dầm
hình để thay đổi chiều cao từ trị số lớn nhất ở giữa nhịp đến trị số nhỏ nhất ở 2
đầu. Các đường ống kĩ thuật và phục vụ trong nhà cao tầng có thể dễ dàng bố trí
gần sát cột. Loại này phù hợp cho các dầm thép chịu lực theo sơ đồ đơn giản,
mômen hai đầu triệt tiêu hoặc khá nhỏ. Như vậy, có thể gia cơng chế tạo theo ba
phương án với các dạng cánh dưới khác nhau :
- Dạng cánh dưới vát chữ V (Hình 17a);
- Dạng vát hình thang (bụng cá) (Hình 17b);
- Dạng cắt khấc vng góc với các nẹp gia cường (Hình 17c).
27


ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

Cũng có thể gia công theo các đường cắt khấc nhiều bậc thẳng góc.
Những dầm này có thể dùng hai loại thép trong một tiết diện, trong đó cánh dưới
dùng các loại thép có cường độ cao hơn.
a)

b)

c,d)

Hình 17

*/ Dầm hơng :
Độ vát của dầm hông ngược chiều với mái vát của những loại dầm nói
trên. Do đó chiều cao của dầm cũng thay đổi, nhưng theo chiều ngược lại và các
đường ống kỹ thuật phải bố trí trong phạm vi giữa nhịp. Đó là trường hợp rất
hay gặp trong các cao ốc văn phòng. Loại này phù hợp với các dầm chịu lực
theo sơ đồ ngàm hai đầu. Chiều dài nhịp tối ưu của dầm có thể từ 10÷ 18m
(Hình .18).
l =10m - 18m

Hình 18
*/ Dầm ơ rỗng lục lăng ( hoặc bát giác ) :
Dầm thép có thể cải tiến, gia cơng từ các dầm hình, cắt dọc bản bụng theo
đường răng cưa hình thang, rồi hàn chồng hai nửa dầm đó, nhưng lệch đi nửa
bước răng. Như vậy sẽ hình thành một loại dầm mới, có các ơ rỗng 6 cạnh ở
bụng dầm. Kết quả là đã tăng cường thêm được chiều cao và khả năng chịu uốn
của cấu kiện dầm, đồng thời tạo được nhiều khoảng trống, dễ dàng bố trí các
đường ống kỹ thuật trong phạm vi chiều cao dầm (Hình 19b). Muốn tạo ra được
những dầm cao hơn, với ơ rỗng lớn hơn, có thể ghép chèn thêm các bản thép
nhỏ hình chữ nhật, hàn đối đầu với các đỉnh răng cưa (Hình 19c).
Các loại dầm này thường hay dùng ở các nước Châu Âu. Vương quốc
Anh thường sử dụng những dầm có các ơ rỗng đã được tiêu chuẩn hố và điển
hình hố. ở Hoa Kỳ loại dầm này ít được sử dụng vì các lý do về chế tạo phức
tạp, giá thành gia công tăng và trong thực tế những ô rỗng cũng không đủ kích
28


ĐỀ TÀI : TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI VÀ VĂN PHÒNG CAO CẤP
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
*****************************

thước để bố trí các đường ống kỹ thuật lớn trong các cao ốc hiện đại. Ngoài ra,
những dầm tiêu chuẩn cỡ lớn thuộc dạng này cũng không đủ chiều dài nhịp để
vượt các khẩu độ rất rộng trong các sàn tầng và đồng thời cũng vẫn lãng phí vật
liệu thép hơn so với các loại dàn kiểu nhẹ.
a)

b)

c)

Hình 19
*/ Dầm kiểu dàn nhẹ :
Trường hợp dầm sàn cần vượt các nhịp dài hơn, chẳng hạn khi cần ''trốn
cột'' đỡ dưới, để tạo khơng gian lớn. Như vậy, dầm khơng những có nhịp khá dài
mà còn phải chịu các lực tập trung của những cột tầng trên. Phương án tốt nhất
là sử dụng dàn thép nhẹ hoặc dầm bê tông ứng lực trước .
Hình 20 giới thiệu các loại dàn thép nhẹ, liên hợp chịu lực với bản sàn
bêtông cốt thép dùng phổ biến cho nhà cao tầng ở Bắc Mỹ. Để giảm gía thành,
dầm thép được thiết kế với các thanh cánh có tiết diện chữ T và thanh bụng là
các cặp thép góc hàn chồng trực tiếp lên bụng thanh cánh, khơng cần sử dụng
bản mã. Đường ống kỹ thuật có thể dễ dàng bố trí xuyên qua những khoang rỗng
của dàn nhẹ. Nếu cần có những khoang rộng hơn, có thể bố trí thay thế một hai
khoang tam giác bằng một khoang panen chữ nhật (kiểu Vierendeel) ở khoảng
giữa nhịp dàn. Chiều cao của dàn thép thường khá lớn, nên các đường ống kỹ
thuật phục vụ chỉ được lắp đặt trong phạm vi chiều cao dàn. Trần treo cũng bố
trí trực tiếp ngay mép dưới của dạ dàn thép.

29