Bài giảng chuyên đề kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép Bài giảng chuyên đề kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép Bài giảng chuyên đề kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép Bài giảng chuyên đề kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép
bài giảng chuyên đề: kết cấu nhà CAO tầng BÊ TÔNG CốT THéP Chương KHáI NIệM CHUNG Về NHà CAO TầNG 1.1 Giới thiệu chung Hiện nhà nhiều tầng giới nói chung Việt Nam nói riêng tăng nhanh số lượng số tầng cao phát triển kinh tế, gia tăng dân số đô thị giá đất đô thÞ, sù tiÕn bé cđa khoa häc kü tht công nghiệp xây dựng Trong nghiệp công nghiệp hoá, đại hoá, ngành Xây dựng đóng vai trò quan trọng Cùng với phát triển mạnh mẽ lĩnh vực khoa học công nghệ, ngành Xây dựng đà có bước tiến đáng kể, nửa sau thÕ kû XX Sù xt hiƯn ngµy cµng nhiỊu cđa công trình cao tầng xây dựng quy mô đại nhiều quốc gia giới Đất nước ta năm gần đây, hàng loạt chung cư cao tầng, cao ốc văn phòng, khách sạn thành phố lớn xây dựng đáp ứng nhu cầu nhà ở, làm việc giải trí người dân, nâng cao hiệu cảnh quan, kiến trúc đô thị Từ năm 1990 , sách đổi phát triển kinh tế đà làm nhà nhiều tầng Việt Nam, đặc biệt Hà Nội Thành phố Hồ Chí Minh phát triển với tốc độ nhanh chưa thấy Tại Hà Nội, công trình đáng ý Fortuna (17 tầng) đường Láng Hạ, Hà Nội Tower (25 tầng), khách sạn Melia Hà Nội (22 tầng) đường Lý Thêng KiƯt, Vietcombank Tower (22 tÇng), Habico Tower (36 tÇng) đường Phạm Văn Đồng Chức chủ yếu công trình cao tầng nhà làm việc, văn phòng cho thuê, khách sạn nhà chung cư Thành phố Hồ Chí Minh, việc phát triển nhà nhiều tầng đà diễn mạnh mẽ cã nhiỊu lỵi thÕ viƯc thu hót vèn đầu tư Những công trình đáng ý Saigon Center (27 tầng) góc đường Lê Lợi - Pasteur; Diamond Plaza (22 tầng) góc đường Lê Duẩn - Phạm Ngọc Thạch; Saigon Tower (17 tầng) đường Lê DuÈn; Saigon Sky Garden (16 tÇng), Renassance Riverside Hotel (21 tầng), Saigon Trade Center (33 tầng) đường Tôn Đức Thắng; Sunwah Tower (22 tầng) đường Nguyễn Huệ; tòa nhà Manor (30 tầng) đường Nguyễn Hữu Cảnh Ngoài hai trung tâm lớn Hà Nội Thành phố Hồ Chí Minh, số thành phố khác thời gian gần xuất nhiều công trình nhiều tầng với mật độ quy mô ngày cao như: Đà Nẵng: khách sạn Đảo Xanh (25 tÇng), Indochina Riverside Towers (24 tÇng), HAGL Plaza Hotel (23 tầng) Vĩnh Trung Plaza (18 tầng), Đà Nẵng Plaza (18 tầng); Hải Phòng: Khách sạn Hữu Nghị, Harbour View Tower; Nha Trang: khách sạn Lodge (13 tầng), Khách sạn Hoàn Cầu (22 tầng), Nha Trang Plaza (40 tầng); Phú An Plaza (18 tầng) Cần Thơ Một số công trình cao ốc tiêu biểu khác hoàn thành Việt Nam như: Ben Thanh Twin Tower (50 tÇng), Khu Saigon Pearl (40 tÇng), Times Square (45 tÇng) Thành phố Hồ Chí Minh; tòa nhà Hà Nội City Complex (cao 65 tÇng), Keangnam Hanoi Landmark Tower (70 tầng) Hà Nội; Trung tâm hành Thành Phố Đà Nẵng (34 tầng), Novotel Han Riverside (33 tầng) Đà Nẵng Uỷ ban quốc tế nhà nhiều tầng đà đưa định nghĩa: nhà nhiều tầng nhà mà chiều cao ảnh hưởng tới ý đồ cách thức thiết kế nói cách khác tổng quát hơn: công trình xây dựng xem nhiều tầng vùng thời kỳ chiều cao định điều kiện thiết kế, thi công sử dụng khác với nhà thông thường Theo TCXD 198-1997: nhà cao tÇng cã chiỊu cao tÇng > 40 m Hình 1.1 Một số nhà cao tầng Việt Nam Nhà thấp tầng thiết kế kiến trúc có vai trò quan trọng thiết kế kết cấu, nhà cao tầng với thiết kế kiến trúc, thiết kế kết cấu có vai trò quan trọng định đến khả chịu lực, bền vững, ổn định công trình Tiêu chuẩn nhà cao tầng có yêu cầu kỹ thuật cao nhà thấp tầng: - Tiêu chuẩn phòng cháy: + Có tiêu chuẩn báo cháy tự động, có cháy thang máy ngưng hoạt động + Hệ thống báo cháy cho người tầng hai tầng cao hơn, tầng xảy cố, có xe thang thoát hiểm + Mỗi phòng có hệ thống báo chữa cháy riêng - Tiêu chuẩn đậu xe: bốn phòng có xe - Tiêu chuẩn vệ sinh: nước sinh hoạt phải xử lý trước thải hệ thống thoát nước thành phố Một số tính chất ưu điểm sau lý mà công trình nhiều tầng ngày lựa chọn nhiều so với công trình thấp tầng: - Trong số trường hợp cụ thể, nhà nhiều tầng giải pháp phát triển đô thị việc mở rộng theo phương ngang gặp khó khăn lý cảnh quan môi trường hạn chế đất đô thị - Các công trình nhiều tầng giải pháp chi phí Khi mà chi phí đất đô thị cao, nhà chung cư cao tầng đem lại chi phí giá đất đơn vị xây dựng thấp so với công trình thấp tầng khu đất Nhà nhiều tầng đương nhiên làm tăng giá đất đô thị khu vực chung quanh kinh tế thị trường tự - Về mặt văn hoá, nhà chung cư cao tầng ưa thích điều kiện xà hội hoạt động chủ yếu với cá nhân độc lập gia đình hạt nhân đơn vị xà hội thay gia đình lớn nhiều hệ - Các công trình cao tầng thường có tính biểu tượng sức mạnh xà hội - Các công trình cao tầng tạo điều kiện tập trung dịch vụ đô thị giao thông đô thị dẫn đến việc giảm lượng tiêu hao - Các công trình cao tầng thường điểm nhấn toàn cảnh đô thị Nhưng ưu điểm nhà nhiều tầng luôn với tất địa điểm thời điểm mà xây dựng Và tính chất đối lập Các ưu điểm khác mạnh yếu tuỳ theo tình trạng địa điểm, xà hội văn hoá 1.2 Phân loại Được phân loại theo nhiều cách Phân loại nhà cao tầng theo chiều cao: - Loại I : từ đến 16 tầng (chiều cao nhà < 50m) - Loại II : từ 17 đến 22 tầng (chiều cao nhà H= 50-70m) - Loại II : từ 26 đến 40 tầng (chiều cao nhà H=75-100m) - Loại IV : siêu cao tầng >40 tầng (chiều cao nhà H>100m) Theo yêu cầu sử dụng - Nhà - Nhà làm việc dịch vụ khác - Khách sạn Theo hình dáng - Nhà dạng tháp - Nhà dạng Theo vật liệu - Nhà bê tông cốt thép - Nhà thép - Nhà hỗn hợp thép bê tông cốt thép Theo dạng kết cấu chịu lực - Kết cấu khung - Kết cÊu tÊm (v¸ch) - KÕt cÊu hƯ lâi - KÕt cấu hệ ống - Kết cấu hỗn hợp Hình 1.2 Phân loại nhà cao tầng giới cao > 200m (tương đương 50 tầng) tính đến năm 2010 Hình 1.3 Top 10 nhà cao tầng giới (tính đến năm 2012) UAE Taiwan China HK Malaysia China U.S China Burj Khalifa (Dubai) Taipei 101 (Taipei) SWFC (Shanghai) ICC (HK) Petronas Tower (Kuala Lumpur) U.S China 10 Nanjing Greenland Financial Center (Nanjing) Willis Tower (Chicago) Guangzhou IFC (Guangzhou) Trump International Hotel & Tower (Chicago) 10 Jin Mao Building (Shanghai) 1.3 Các yêu cầu thiết kế nhà cao tầng Về mặt thiết kế kết cấu nhà nhiều tầng xuất vấn đề phức tạp móng, kết cấu chịu lực ngang, ổn định, chuyển vị dao động công trình Bên cạnh yêu cầu đảm bảo khả chịu lực (đảm bảo an toàn chịu tác động loại tải trọng) phải đảm bảo yêu cầu điều kiện sử dụng (chuyển vị, gia tốc đỉnh giới hạn cho phép) để người an toàn mà cảm thấy thỏa mái sử dụng công trình Vì thiết kế nhà nhiều tầng cần lưu ý điểm sau: - Yếu tố hình khối nhà: đơn giản, đặn, đối xứng, liên tục - Có khả chịu lửa cao, thoát hiểm an toàn Có độ bền, tuổi thọ cao - Nhà nhiều tầng có trọng lượng thân toàn nhà lớn dần theo số tầng, gây khó khăn cho việc xử lý móng - Khả chất đầy hoạt tải tầng giảm số tầng tăng lên - Nếu chiều cao nhà lớn 40m phải xét đến thành phần động tải trọng gió, tổng tải trọng gió tăng lên - Do tính chất quan trọng công trình tình hình địa chấn khu vực nên cần xét đến tải trọng động đất Như vậy, tải trọng ngang tác dụng lên nhà nhiều tầng yếu tố ảnh hưởng định đến hệ kết cấu nhà phải lưu ý từ bắt đầu hình thành phương án thiết kế 1.3.1 Giảm nhẹ trọng lượng thân nhà nhiều tầng có ý nghĩa quan trọng: Theo sức chịu tải đất, giảm trọng lượng thân tăng thêm số tầng nhà Khi động đất xảy ra, trọng lượng thân giảm hiệu ứng động đất tác dụng vào công trình giảm, nội lực phát sinh cấu kiện giảm, giảm lực cắt cấu kiện kết cấu Vì tiết kiệm vật liệu, giảm giá thành, tăng kh«ng gian sư dơng 1.3.2 Ti trng ngang l úu tọỳ chuớ yóỳu: Công trình chịu đồng thời tải trọng đứng tải trọng ngang Đối với nhà thấp tầng, néi lùc t¶i träng ngang sinh nhá, chun vị ngang nhỏ, thành phần chủ yếu ảnh hưởng đến phương án kết cấu công trình tải trọng đứng Đối với nhà nhiều tầng, chiều cao nhà tăng lên, nội lực chuyển vị tải trọng ngang sinh tăng lên nhanh Giả sử công trình consol ngàm đứng đơn giản, lực däc tû lƯ thn víi chiỊu cao, momen t¶i trọng ngang sinh tỷ lệ thuận với bình phương chiỊu cao, chun vÞ ngang sinh tû lƯ thn víi luỹ thừa chiều cao Vì tải trọng ngang tác dụng vào nhà nhiều tầng trở thành yếu tố định đến hệ kết cấu Nếu tải phân bố ®Òu : M=q H /2, D=q H /8EI 1.3.3 Công trình phải đảm bảo điều kiện ổn định: - ổn định chống lật: tác dụng tải trọng ngang tải trọng khác, công trình bị lật qua việc quay quanh mép móng Từ loại tải trọng gây lật ta tính M1 (mômen gây lật) Từ trọng lượng thân công trình ta tính M2 (mômen chống lật hay mômen giữ) Để bảo đảm an toàn phải thoả mÃn điều kiện: k= M2 1,5 M1 - ổn định tổng thể: nhà nhiều tầng, việc tính toán ổn định cục cấu kiện chịu nén, cần phải kiểm tra ổn định tổng thể toàn nhà Với mô hình công sôn ngàm thẳng đứng đơn giản ổn định nhà ổn định uốn mặt phẳng hai trục quán tính ổn định xoắn (nhà bị xoay quanh trục thẳng đứng) Mục đích