Không gian lánh nạn trong kiến trúc nhà siêu cao tầng ở việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI TRẦN PHƢƠNG MAI KHÔNG GIAN LÁNH NẠN TRONG KIẾN TRÚC NHÀ SIÊU CAO TẦNG Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KIẾN TRÚC Hà Nội – Năm 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI TRẦN PHƢƠNG MAI KHÔNG GIAN LÁNH NẠN TRONG KIẾN TRÚC NHÀ SIÊU CAO TẦNG Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH: KIẾN TRÚC MÃ SỐ: 9580101 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS DỖN MINH KHƠI Hà Nội – Năm 2022 i LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn quan tâm giúp đỡ Ban Giám hiệu Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, chuyên gia, nhà khoa học, Khoa Sau Đại học, Khoa Kiến trúc đơn vị trực thuộc Trường tạo điều kiện cho Tơi hồn thành Luận án Tơi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc hướng dẫn tận tình Người hướng dẫn khoa học cho tôi, định hướng giúp đỡ động viên tơi suốt q trình thực Luận án Tơi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, anh chị em đồng nghiệp, bạn bè ủng hộ, động viên chia sẻ, giúp đỡ đường nghiên cứu hoàn thành Luận án Trần Phương Mai Hà Nội, năm 2022 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết trình bày Luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 14 tháng 12 năm 2022 Trần Phương Mai iii PHẦN I NỘI DUNG LUẬN ÁN iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC HÌNH viii DANH MỤC BẢNG xi MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Đối tượng, phạm vi giới hạn nghiên cứu Mục đích mục tiêu nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu .4 Những đóng góp luận án Các khái niệm sử dụng luận án Cấu trúc nội dung luận án NỘI DUNG 10 Chƣơng TỔNG QUAN TỔ CHỨC KHÔNG GIAN LÁNH NẠN TRONG KIẾN TRÚC NHÀ SIÊU CAO TẦNG 10 1.1 Thực trạng tổ chức không gian lánh nạn tòa nhà siêu cao tầng Thế Giới Việt Nam 10 1.1.1 Thực trạng xây dựng nhà siêu cao tầng giới 11 1.1.2 Thực trạng xây dựng nhà siêu cao tầng Việt Nam 25 1.1.3 Tổng quan khơng gian lánh nạn tịa nhà siêu cao tầng Việt Nam 36 1.1.4 Thực trạng vụ cháy liên quan đến thoát nạn 39 1.1.4.1 Cháy hộ tầng 65 Marina Bay - Singapore 39 1.1.4.2 Cháy tòa Trung tâm thương mại Thế giới WTC – Hoa Kỳ 40 1.2 Tình hình nghiên cứu tổ chức không gian lánh nạn nhà siêu cao tầng Thế giới 40 1.2.1 Những vấn đề Thế giới Việt Nam nghiên cứu không gian lánh nạn 40 1.2.1.1 Diễn đàn trao đổi an toàn cháy Việt Nam 40 1.2.1.2 Hội thảo Quốc tế an toàn cháy Châu Á 41 1.2.2 Tham khảo tiêu chuẩn số nước Thế giới không gian lánh nạn 42 1.3 Những vấn đề cần nghiên cứu luận án .46 Chƣơng CƠ SỞ KHOA HỌC TỔ CHỨC KHÔNG GIAN LÁNH NẠN TRONG KIẾN TRÚC NHÀ SIÊU CAO TẦNG Ở VIỆT NAM 48 2.1 Cơ sở pháp lý 48 v 2.1.1 Quy chuẩn 06 TC liên quan đến việc tổ chức không gian lánh nạn nhà siêu cao tầng Việt Nam 48 2.1.2 Nhận xét Quy chuẩn QCVN 06-2020, bổ sung KGLN QC 06-2021 50 2.2 Cơ sở lý luận 53 2.2.1 Tính chất lý hóa tượng cháy nổ xảy công trình nói chung nhà siêu cao tầng nói riêng 54 2.2.2 Xu hướng giải pháp Thế giới thiết kế nhà siêu cao tầng tầng lánh nạn 54 2.2.2.1 Phân loại hình thái kiến trúc nhà siêu cao tầng 57 2.2.2.2 Yếu tố Công KGLN 61 2.2.2.3 Phân loại không gian lánh nạn nhà siêu cao tầng 68 2.2.3 Hệ thống không gian thoát hiểm, lối thoát hiểm 69 2.2.4 Cơ sở kỹ thuật công nghệ 69 2.2.4.1 Kết cấu - Vật liệu [19] 69 2.2.4.2 Trang thiết bị kỹ thuật - Thơng gió chiếu sáng 69 2.2.4.3 Tầm quan trọng chữa cháy chỗ thiết bị hỗ trợ thoát hiểm: 79 2.3 Các yếu tố tác động tới KGLN nhà SCT 82 2.3.1 Điều kiện tự nhiên Việt Nam 82 2.3.1.1 Khí hậu phân vùng khí hậu xây dựng Việt Nam 82 2.3.1.2 Ảnh hưởng biến đổi khí hậu Việt nam 85 2.3.2 Điều kiện kinh tế thị trường bất động sản 87 2.3.3 Cơ sở Văn hóa xã hội 90 2.4 Hệ thống hóa phƣơng pháp thiết kế không gian lánh nạn theo kinh nghiệm nƣớc .95 2.4.1 Phân vùng lánh nạn theo chiều dọc đảm bảo tính an toàn liên tục hoạt động tòa nhà 95 2.4.1.1 Tại Nhật Bản 95 2.4.1.2 Tại Trung Quốc: 100 2.4.2 Thiết kế KGLN điểm dừng thang thoát hiểm hỗ trợ đối tượng yếu 101 2.4.2.1 Tại Hồng Kông: 101 2.4.2.2 .Tại Singapore: 103 2.4.3 Thiết kế KGLN tích hợp với tầng kỹ thuật 103 2.4.4 Thiết kế KGLN theo hướng phân tán 104 2.4.4.1 Phân tán tầng thứ 104 2.4.4.2 Phân tán tầng 105 2.4.5 Bài học việc tính tốn người nhà siêu cao tầng số nước Thế giới 106 2.4.5.1 Yếu tố kiến trúc 106 2.4.5.2 Yếu tố người 106 Chƣơng MÔ HÌNH VÀ GIẢI PHÁP TỔ CHỨC KHƠNG GIAN LÁNH NẠN TRONG KIẾN TRÚC NHÀ SIÊU CAO TẦNG Ở VIỆT NAM .110 vi 3.1 Quan điểm, mục tiêu tổ chức không gian lánh nạn nhà siêu cao tầng .110 3.1.1 Quan điểm tổ chức không gian lánh nạn kiến trúc nhà siêu cao tầng 110 3.1.2 Mục tiêu đề xuất tổ chức không gian lánh nạn nhà siêu cao tầng 110 3.2 Nguyên tắc thiết kế không gian lánh nạn nhà siêu cao tầng Việt Nam 111 3.2.1 Nguyên tắc an toàn 111 3.2.2 Nguyên tắc kỹ thuật 112 3.2.3 Nguyên tắc đa chức 112 3.2.4 Nguyên tắc dựa tính tốn xây dựng kịch người 113 3.3 Đề xuất mơ hình KGLN tích hợp chức tiện ích kiến trúc nhà SCT VN 115 3.3.1 Mơ hình KGLN xanh 115 3.3.2 Không gian lánh nạn kết hợp tầng kỹ thuật (MEP) 121 3.3.3 Mơ hình tổ chức KGLN với hình thái kiến trúc mặt ngồi NSCT 123 3.4 Đề xuất giải pháp tổ chức KGLN nhà SCT VN 125 3.4.1 Giải pháp KGLN xanh 125 3.4.2 Giải pháp KGLN tập trung nhà 129 3.4.3 Giải pháp KGLN phân tán nhà 133 3.5 Đề xuất tiêu chí đánh giá tổ chức KGLN tòa nhà siêu cao tầng Việt Nam .136 3.5.1 Xây dựng tiêu chí đánh giá KGLN 137 3.5.2 Ứng dụng vào tịa nhà SCT điển hình 139 3.6 Bàn luận 142 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 143 Kết luận 143 Kiến nghị 144 TÀI LIỆU THAM KHẢO 145 CÁC TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT 145 CÁC TÀI LIỆU TIẾNG NƢỚC NGOÀI 148 BÀI BÁO KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 153 PHỤ LỤC PHỤ LỤC 12 PHỤ LỤC 24 vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Tên đầy đủ Chữ viết tắt ATC AT BXD BĐS CNCH CCCT GLN KGLN KT-CN KTS KTX NSCT PCCC QCVN SCT TCXD TCTK TLN An toàn cháy An toàn Bộ Xây dựng Bất động sản Cứu nạn cứu hộ Chung cư cao tầng Gian lánh nạn Không gian lánh nạn Kỹ thuật – Công nghệ Kiến trúc sư Kiến trúc xanh Nhà siêu cao tầng Phòng cháy chữa cháy Quy chuẩn Việt Nam Siêu cao tầng Tiêu chuẩn xây dựng Tiêu chuẩn thiết kế Tầng lánh nạn viii DANH MỤC HÌNH Hình 1-1: Cháy tịa nhà Park Spring, 39 Hình 1-2: Cháy tịa nhà Carina, 39 Hình 1-3: Cháy chung cư Golden Westlake Hồ Tây, Hà Nội 39 Hình 1-4: Cháy tịa nhà Bắc Hà- Fodaco,Hà Nội 39 Hình 1-5: Tham khảo tiêu chuẩn tầng lánh nạn Thế giới 43 Hình 1-6: Sơ đồ hướng thoát người nhà cao tầng 45 Hình 1-7: Sử dụng thay máy an toàn chống cháy kết hợp với vùng lánh nạn 46 Hình 2-1: Yếu tố tác động đến thiết kế kiến trúc tầng lánh nạn 53 Hình 2-2: Thành phố Vĩnh hằng, Luân đôn, Vương quốc Anh 55 Hình 2-3: SOL Forest Ecopark, Hưng Yên, Việt Nam 55 Hình 2-4: Thành phố Tháp, Thượng Hải, Trung Quốc 56 Hình 2-5: Sơ đồ xây dựng mơ hình tầng lánh nạn trung gian cho văn phịng 63 Hình 2-6: Sơ đồ giao thơng văn phịng có tầng lánh nạn trung gian 64 Hình 2-7: Tòa nhà Abeno Harukas, Osaka, Nhật Bản 68 Hình 2-8: Cơng trình quy mô vừa dùng hệ thống báo cháy - loop 72 Hình 2-9: Cơng trình quy mơ lớn phải dùng hệ thống báo cháy 10 loop 72 Hình 2-10: Các hệ thống báo cháy, chữa cháy tòa nhà 73 Hình 2-11: Chng báo cháy 74 Hình 2-12: Nút ấn báo cháy 74 Hình 2-13: Bình chữa cháy 77 Hình 2-14: Đầu phun Sprinkler chữa cháy 78 Hình 2-15: Hệ thống chữa cháy tự động nước, ngăn 78 Hình 2-16: Hệ thống chữa cháy tự động khí, bọt 78 Hình 2-17: Trượt máng thoát 79 Hình 2-18: Tăng tốc làm chậm máng (1), kích hoạt máng (2, 3) 80 Hình 2-19: Sơ tán dây treo 81 Hình 2-20: Xây dựng tịa nhà AMP Sydney, Úc 81 Hình 2-21: Sân đỗ máy bay trực thăng khách sạn Burj Al Arab, Dubai 82 Hình 2-22: Sơ đồ khái niệm biện pháp toàn diện để hoạt động kinh doanh liên tục an toàn cháy nổ sau trận động đất lớn sử dụng tầng lánh nạn trung gian 99 Hình 2-23:Sử dụng tầng lánh nạn Jin Mao Tower (năm 1999) 101 Hình 2-24: Tầng lánh nạn 102 PL-21 Đối với buồng thang bộ, cửa vào phải có cấu tự đóng khe cửa phải chèn kín Các cửa buồng thang mở trực tiếp ngồi cho phép khơng có cấu tự đóng khơng cần chèn kín khe cửa Ngoại trừ trường hợp quy định riêng, cửa buồng thang phải đảm bảo cửa ngăn cháy loại nhà có bậc chịu lửa I, II; loại nhà có bậc chịu lửa III, IV; loại nhà có bậc chịu lửa V Ngồi quy định nói riêng, cửa lối thoát nạn từ hành lang tầng vào buồng thang phục vụ từ 04 tầng nhà trở lên (ngoại trừ nhà phục vụ mục đích giam giữ, cải tạo) phải đảm bảo: - Tất khóa điện lắp cửa phải tự động mở hệ thống báo cháy tự động tịa nhà bị kích hoạt Ngay điện khóa điện phải tự động mở - Người sử dụng buồng thang ln quay trở lại phía nhà qua cửa vừa qua qua điểm bố trí cửa quay trở lại phía nhà - Bố trí trước điểm quay trở lại phía nhà theo nguyên tắc cánh cửa phép ngăn cản việc quay trở lại phía nhà đáp ứng tất u cầu sau: + Có khơng hai tầng, khỏi buồng thang để đến lối nạn khác + Có khơng q tầng nằm tầng nhà khói buồng thang để đến lối thoát nạn khác + Việc quay trở lại phía nhà phải thực tầng tầng liền kề với tầng phục vụ buồng thang thoát nạn tầng cho phép đến lối thoát nạn khác + Các cửa cho phép quay trở lại phía nhà phải đánh dấu mặt cửa phía buồng thang dịng chữ “Cửa vào nhà” với chiều cao chữ 50 mm, chiều cao bố trí không thấp 1,2 m không cao 1,8 m PL-22 + Các cửa không cho phép quay trở lại phía nhà phải có thơng báo mặt cửa phía buồng thang để nhận biết vị trí cửa quay trở lại phía nhà lối thoát nạn gần theo hướng di chuyển CHÚ THÍCH: Đối với cửa khơng cho phép quay trở lại phía nhà, mặt cửa phía hành lang nhà (ngồi buồng thang) nên có biển cảnh báo người sử dụng quay trở lại phía nhà họ qua cửa + Các lối khơng thoả mãn u cầu lối nạn xem lối khẩn cấp để tăng thêm mức độ an tồn cho người có cháy Các lối khẩn cấp khơng đưa vào tính tốn nạn cháy + Ngoài trường hợp nêu 3.2.12, lối khẩn cấp cịn gồm có: a) Lối ban cơng lơgia, mà có khoảng tường đặc với chiều rộng không nhỏ 1,2 m tính từ mép ban cơng (lơgia) tới cửa sổ (hay cửa lắp kính) khơng nhỏ 1,6 m cửa kính mở ban công (lôgia) b) Lối dẫn vào lối chuyển tiếp hở (cầu vượt) dẫn tiếp đến đơn nguyên liền kề nhà nhóm F1.3 đến khoang cháy liền kề Lối chuyển tiếp phải có chiều rộng khơng nhỏ 0,6 m c) Lối ban cơng lơgia, mà có trang bị thang bên ngồi nối ban cơng lơgia theo tầng d) Lối bên trực tiếp từ gian phịng có cao trình sàn hồn thiện không thấp âm 4,5 m không cao 5,0 m qua cửa sổ cửa có kích thước không nhỏ 0,75 m x 1,5 m, qua cửa nắp có kích thước khơng nhỏ 0,6 m x 0,8 m; lối phải trang bị thang leo; độ dốc thang leo không quy định e) Lối mái nhà có bậc chịu lửa I, II III thuộc cấp S0 S1 qua cửa sổ, cửa cửa nắp với kích thước thang leo quy định mục d) + Trong tầng kỹ thuật cho phép bố trí lối nạn với chiều cao khơng nhỏ 1,8 m Từ tầng kỹ thuật dùng để đặt mạng kỹ thuật cơng trình (đường ống, đường dây, ) cho phép bố trí lối khẩn cấp qua cửa với kích thước khơng PL-23 nhỏ 0,75 m x 1,5 m qua cửa nắp với kích thước không nhỏ 0,6 m x 0,8 m mà khơng cần bố trí lối nạn Khi tầng kỹ thuật có diện tích tới 300 m2 cho phép bố trí lối nạn, cịn diện tích nhỏ 000 m2 phải bố trí thêm khơng lối thoát nạn Trong tầng kỹ thuật hầm lối phải ngăn cách với lối khác nhà dẫn trực tiếp bên PL-24 PHỤ LỤC Trong thiết kế nhà cao tầng, để đạt tới giải pháp kết cấu hợp lý cần phải phối hợp điều kiện sau: khả chịu lực, yêu cầu sử dụng bình thường (dao động, chuyển vị) độ ổn định Yếu tố ảnh hưởng lớn tải trọng ngang, cơng trình cao ảnh hưởng hình dạng kết cấu lớn Khi chiều cao cơng trình tăng lên yếu tố sau trở nên quan trọng: • Ảnh hưởng tải trọng ngang gió động đất; • Việc xác định độ lớn tải ngang đưa vào thiết kế; • Chuyển vị ngang đỉnh cơng trình chuyển vị lệch mức tầng; • Gia tốc dao động; • Ảnh hưởng chuyển vị ngang đến phận khơng chịu lực; • Hiệu ứng uốn dọc (P – Delta), chuyển vị từ biến, chuyển vị chênh lệch kết cấu chịu tải thẳng đứng; • Ổn định tổng thể chống lật chống trượt; • Tầm quan trọng cấu kiện chịu kéo; • Việc xét tới tương tác cơng trình Để khái niệm nhà nhiều tầng mang tính khoa học hơn, Uỷ ban quốc tế nhà nhiều tầng đưa định nghĩa sau: Nhà nhiều tầng nhà mà chiều cao có ảnh hưởng đến ý đồ cách thức thiết kế Hoặc nói cách khác tổng quát hơn: Một cơng 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 A Đặc điểm sử dụng vật liệu: Trong kết cấu nhà nhiều tầng, việc sử dụng vật liệu cho kết cấu chịu lực kết cấu bao che có đòi hỏi định Đặc điểm bật phương diện chịu lực nhà cao tầng cấu kiện chịu tải trọng đứng tải trọng ngang lớn Để đủ khả chịu lực đồng thời đảm bảo tiết diện cấu kiện cột, dầm, kết cấu sàn, tường phải có kích thước hợp lý, phù hợp với giải pháp kiến trúc mặt không gian sử PL-25 dụng, vật liệu dùng kết cấu nhà nhiều tầng cần có cấp độ bền chịu kéo, nén, cắt cao Bê tông vật liệu đàn dẻo, nên có khả phân phối lại nội lực kết cấu, sử dụng hiệu chịu tải trọng lặp lại, bê tơng có tính chất liền khối cao giúp cho phận kết cấu nhà liên kết lại thành hệ chịu lực theo phương tác động tải trọng Tuy nhiên bê tơng lại có trọng lượng lớn nên thường sử dụng hiệu cho nhà 30 tầng Khi nhà cao thiết phải dùng bê tông cường độ cao, bê tông ứng lực trước hay bê tông cốt cứng, dùng kết cấu thép thép – bê tông liên hợp Trọng nhà nhiều tầng thường sử dụng lưới cột rộng, chiều cao tầng điển hình khơng lớn, nên kết cấu sàn phải lựa chọn cho dầm đỡ sàn có chiều cao tối thiểu Bởi bêtông ứng lực trước thường sử dụng cho kết cấu sàn đổ toàn khối hay lắp ghép, hệ sàn phẳng không dầm Bên cạnh kết cấu chịu lực, kết cấu bao che nhà cao tầng chiếm tỷ lệ đáng kể tổng khối lượng cơng trình Bởi sử dụng vật liệu nhẹ, có khối lượng riêng nhỏ, tạo điều kiện giảm đáng kể tải trọng thẳng đứng mà tải trọng ngang lực quán tính sinh B Phân loại kết cấu nhà nhiều tầng Các loại nhà cao tầng phân thành nhiều cách khác Riêng kết cấu khung sườn chịu lực có cách phân loại sau: [3] B.a Theo cách phân loại Khan Fazlur (1966), gồm loại: Loại I: Hệ khung, gồm loại: khung cứng khung nửa cứng (thường dùng cho cao ốc 15-18 tầng); Loại II: Hệ khung giằng, gồm loại: khung giằng có khơng có dàn đai (thích dụng cao ốc 45-50 tầng); Loại III: Hệ ống thành mỏng, tiết diện hở, gồm loại: có vách dạng dàn phẳng dạng tiết diện chữ I (60-65 tầng); Loại IV: Hệ ống kín, gồm loại: ống có khung bên trong, ống lồng ống, kể ống bó ống có giằng chéo lớn bên (90, 100, 110 tầng) PL-26 B.b Theo cách phân loại chi tiết Wolgang Schueller (1976), kết cấu thông dụng xây dựng nhà nhiều tầng sau: • Hệ kết cấu có vách cứng song song theo hướng (Hình PL3-1 (a)); • Hệ có lõi cứng vách cứng xung quanh biên (Hình PL3-1 (b)); • Hệ gồm blốc lắp ghép theo kiểu khối xây (Hình PL3-1 (c)); • Hệ lõi cứng tầng sàn ngàm cơng-xơn xung quanh (Hình PL3-1 (d)); • Hệ khung gồm cột sàn tầng khơng dầm (Hình PL3-1 (e)); • Hệ lõi cứng công xôn cao tầng, bố trí cách tầng (Hình PL3-1 (f)); • Hệ lõi cứng sàn treo vào dầm gánh bố trí tầng đỉnh (Hình PL3-1 (g)); • Hệ có dàn cao tầng đặt so le cách tầng (Hình PL3-1 (h)); • Hệ khung khơng gian nút cứng (Hình PL3-1 (i)); • Hệ lõi cứng làm việc tương tác với khung cứng (Hình PL3-1 (j)); • Hệ vách cứng dạng dàn tương tác với khung cứng (Hình PL3-1 (k)); • Hệ lõi cứng dạng dàn với dàn đỉnh dàn đai (Hình PL3-1 (l)); • Hệ ống lồng ống (Hình PL3-1 (m)); • Hệ gồm nhiều ống bố trí thành cụm, thành bó ống (Hình PL3-1 (n)) PL-27 Hình PL3-1: Phân loại chi tiết Wolgang Schueller (1976) B.c Theo hệ kết cấu CTBUH, group SC phân loại (1980): Loại I: Khung chịu cắt gồm: khung nửa cứng khung cứng; Loại II: Hệ hỗn hợp: khung+dàn giằng khung+dàn giằng+dàn đai; Loại III: Hệ ống phần: ống hở+dàn phẳng ống hở+dàn chữ I; Loại IV: Hệ ống kín: ống ngồi; ống bó ống ngồi có giằng chéo 120 lo ¹ ii 110 l o ¹ i ii l o ¹ i iii 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 hở v v c h g i- Ã c hữ I ố n g hở v v c h d n g iữa khun g + v c h d n 10 khun g c øn g 20 khun g n öa c øn g 30 khun g , v ¸ c h v d n v - n 40 l o ¹ i iv Hình PL3-2: Phân loại kết cấu theo Uỷ ban quốc tế nhà cao tầng CTBUH PL-28 B.d Theo tác giả Trung Quốc kết cấu gồm 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 ngồi, ống lồng, ống bó ống tổ hợp e Riêng chung cư cao tầng (tháng năm 2002) Nhật phân loại gồm dạng kết cấu khác nhau: Kết cấu khung có nút cứng chịu mơmen(Hình 10(a) VD cao ốc 38 tầng) Kết cấu khung tường chịu cắt (Hình 10(b) VD cao ốc 25 tầng) Kết cấu ống (lõi) lồng ống (Hình 10(c) VD cao ốc 25 tầng) Kết cấu ống lồng vách ống thứ 3(Hình 10(d) VD cao ốc 32 tầng) Hình PL3-3: Các hệ kết cấu theo phân loại Nhật Bản C Hình dáng cơng trình C.a Sơ đồ mặt bằng, sơ đồ kết cấu: PL-29 Nhà cao tầng cần có mặt đơn giản, tốt lựa chọn hình có tính chất đối xứng cao Trong trường hợp ngược lại, cơng trình cần phân phần khác để phần có hình dạng đơn giản Các phận kết cấu chịu lực nhà cao tầng vách, lõi, khung cần phải bố trí đối xứng Trong trường hợp kết cấu khơng thể bố trí đối xứng cần phải có biện pháp đặc biệt chống xoắn cho cơng trình theo phương đứng Hệ thống kết cấu cần bố trí để trường hợp tải trọng sơ đồ làm việc phận kết cấu rõ ràng mạch lạc truyền tải cách mau chóng tới móng cơng trình Tránh dùng sơ đồ kết cấu có cánh mỏng kết cấu dạng công xôn theo phương ngang loại kết cấu dễ bị phá hoại tác dụng động đất gió bão C.b Theo phương thẳng đứng: Độ cứng kết cấu theo phương thẳng đứng cần phải thiết kế thay đổi giảm dần lên phía Cần tránh thay đổi đột ngột độ cứng hệ kết cấu (như làm việc thông tầng, giảm cột thiết kế dạng cột hẫng chân thiết kế dạng sàn giật cấp) Trong trường hợp đặc biệt nói người thiết kế cần phải có biện pháp tích cực làm cứng thân hệ kết cấu để tránh phá hoại vùng xung yếu C.c Những hình dáng có hiệu ngơi nhà: Thơng thường, nhà cao tầng xây dựng có hình dạng lăng trụ chữ nhật, hình lăng trụ chịu tải trọng ngang Những ngơi nhà dạng khác không nhạy cảm tải trọng ngang Đạt độ bền vững nhờ dạng hình học, ngơi nhà có tiêu kinh tế kỹ thuật cao cho phép chiều cao lớn làm cho giá thành hạ Hình dạng chóp cụt: Độ cứng tổng thể nhà tăng lên nhờ có mặt nghiêng cột ngồi Nó đưa đến hình chóp cụt hình tương đối cứng Trị số độ PL-30 võng ngang nhà giảm bớt 10-50% Các tính tốn với góc nghiêng mặt cột ngồi 8o độ võng ngang nhà 40 tầng giảm tới 50% (tương tự mơ hình tháp Ai Cập) Hình dạng trụ trịn, e-líp; Đảm bảo tính làm việc khơng gian kết cấu chịu tải trọng ngang Ngoài ưu điểm mặt khơng gian, ngơi nhà dạng trụ trịn có ưu điểm bề mặt đón gió nhỏ, giảm 20-40% so với nhà lăng trụ tương đương (Tòa nhà Bitexco Financial Tower với tầng hầm 68 tầng lầu – Hình 11) Dạng hình lăng trụ tam giác dạng kết cấu có Dạng hình liềm hình xoắn để tăng độ cứng ngang Sự làm việc giống sơ đồ biến dạng thép có uốn sóng mái vỏ gấp nếp hình sóng Chúng có hiệu với tải trọng thẳng đứng Vỏ hình lưỡi liềm có hiệu với tác động đối xứng tải trọng ngang, song với tải trọng khơng đối xứng trở nên khơng hợp lý, gây xoắn Hình PL3-4: Hình dạng số cơng trình nhà nhiều tầng Việt Nam Hệ kết cấu nhà nhiều tầng đa dạng, từ bước thiết kế đầu tiên, kiến trúc sư, kỹ sư cần có kết hợp để đưa giải pháp bố cục kiến PL-31 trúc kết cấu hợp lý nhằm đạt giải pháp tối ưu hiệu kinh tế cho nhà Trong nhiều trường hợp, giải pháp kết cấu có ảnh hưởng nhiều đến khả chịu lực hệ kết cấu cơng trình có ảnh hưởng định đến giá thành cơng trình Điều đặt cho nhà xây dựng thiết kế công trình phải xem xét kỹ lưỡng ưu, nhược điểm hệ kết cấu cơng trình để đưa giải pháp kết cấu phù hợp Với cơng trình nhà nhiều tầng sử dụng sàn phẳng, độ cứng ngang hệ kết cấu phụ thuộc vào hệ vách lõi khung chu vi, việc lựa chọn hệ kết cấu phù hợp quan trọng D Tình hình thiết kế hệ kết cấu nhà nhiều tầng Như đề cập trên, thiết kế chịu tải trọng ngang gió động đất gây vấn đề quan trọng hàng đầu cho hệ kết cấu nhà nhiều tầng Từ trước tới nay, người ta thường sử dụng hệ kết cấu hệ khung chịu lực, hệ khung giằng, hệ tường, hệ lõi hệ hộp hệ kết cấu hỗn hợp có cách kết hợp hai hay nhiều hai hệ kết cấu với để cung cấp độ cứng theo phương ngang cho cơng trình Trong thời gian gần đây, cơng trình nhà nhiều tầng giới nghiên cứu áp dụng hệ kết cấu chịu lực theo hướng tăng thêm tính hiệu độ cứng theo phương ngang cho nhà chịu tải trọng ngang hệ kết cấu gánh outrigger từ kết cấu lõi, hệ lưới biên diagrid v.v Việc kết hợp cách hài hoà giải pháp kết cấu với yêu cầu thẩm mỹ kiến trúc cơng trình quan trọng định tới tính khả thi phương án thiết kế Cùng với phát triển hệ kết cấu chịu tải ngang, có thêm xu hướng thiết kế cơng trình có dạng khí động học, dạng hình xoắn v.v… nhằm hạn chế tải trọng ngang gió lên cơng trình Việc xuất tồ nhà trọc trời thành phố lớn giới đem tới ấn tượng kiến trúc mạnh mẽ quy mơ hình thức Do vậy, từ lên phương án thiết kế công trình cần phải nghiên cứu kỹ lưỡng hài hồ giải pháp kết cấu tính thẩm mỹ cơng trình cho PL-32 phù hợp với đặc điểm khu vực xung quanh Trong việc nghiên cứu cần phải ý tới ảnh hưởng có lợi bất lợi từ giải pháp kết cấu tới ý tưởng phương án kiến trúc công trình Trong hệ kết cấu hỗn hợp đề cập phần đầu chuyên đề này, kết cấu cung cấp độ cứng ngang bố trí phía mặt cơng trình (lõi thang máy, vách…) gần không ảnh hưởng tham gia vào hình thức mặt ngồi cơng trình sử dụng hệ kết cấu hộp có giằng ngồi Hình PL3-5 minh hoạ hệ kết cấu tham gia vào hình thức kiến trúc cơng trình John Hancock Center (Chicago, Mỹ) Hình PL3-5: Minh hoạ ảnh hưởng hệ kết cấu tới kiến trúc Trong hệ kết cấu gánh outrigger, kết cấu chịu tải trọng ngang phát triển từ lõi phía khu vực trung tâm vành biên mặt công trình, dẫn tới xuất cột biên với yêu cầu phải có kích thước lớn đai biên đuợc cấu tạo từ dàn/vách bố trí dọc theo chu vi mặt cao độ bố trí hệ kết cấu gánh outrigger Các cấu kiện kết cấu ảnh hưởng tới mặt kiến trúc minh hoạ Hình PL3-6 (cơng trình First Winconsin Center, Milwaukee, Mỹ) PL-33 Hình PL3-6: Minh hoạ ảnh hưởng hệ gánh outrigger tới kiến trúc Trong hệ kết cấu hộp, cấu kiện siêu khung hay hệ lưới biên diagrid chịu tải trọng ngang bố trí hồn tồn mặt ngồi cơng trình Như địi hỏi phải có kết hợp nhuần nhuyễn hệ thng kt cu ny v h faỗade bao che Trong hệ khung - hộp hệ ống ống chịu lực, cấu kiện bố trí dày đặc theo phương vng góc với mặt ngồi cơng trình Hình thức kiến trúc sổ ngang-dọc đơn giản phù hợp với thời kỳ cách 30-40 năm Ngày nay, cơng trình kiến trúc sử dụng giải pháp kết cấu lưới biên diagrid thực tạo nên khác biệt với cơng trình xung quanh (Hình PL3-7) Hình PL3-7: Minh hoạ ảnh hưởng hệ lưới biên diagrid tới kiến trúc PL-34 Sự xuất kết cấu chịu lực mặt đóng góp thêm vào thẩm mỹ kiến trúc trở thành xu đương đại, tạo nên khái niệm gọi biểu kết cấu Trong thời gian 10 năm qua, công trình nhà nhiều tầng bật giới xuất chủ yếu Châu Á, thay tập trung nhiều Bắc Mỹ trước đây.Với cơng trình nhà nhiều tầng xây dựng quốc gia châu Á, xu hướng thiết kế quan trọng sử dụng ý tưởng thiết kế kiến trúc mang đậm tính truyền thống văn hố nước (như nhà Jin Mao Thượng Hải, Tháp đôi Petronas Kuala Lumpur, Landmark Tower Yokohama, tháp Taipei 101 Đài Loan Ẩn bên vẻ ngồi mang tính truyền thống hệ kết cấu đại hệ ống cho Landmark Tower hệ gánh outrigger cho nhà Jin Mao tháp Taipei 101 Trong thời gian qua, Việt Nam xuất loạt cơng trình nhà nhiều tầng tập trung thủ đô Hà Nội (tổ hợp Keangnam Landmark Tower (2 tòa 48 tầng, tòa 70 tầng), Lotte Centre (65 tầng)), thành phố Hồ Chí Minh (Sài Gòn Centre (1 tòa 66 tầng, tòa 88 tầng), tháp tài Bitexco (68 tầng)) Đà Nẵng (Trung tâm hành thành phố Đà Nẵng - 34 tầng) Trong cơng trình này, hệ kết cấu hỗn hợp sử dụng phổ biến, ý tưởng hệ kết cấu gánh outrigger áp dụng cho giải pháp thiết kế Keangnam Landmark Tower Lotte Centre Tuy nhiên hệ kết cấu lưới biên diagrid mẻ chưa nghiên cứu áp dụng cho điều kiện Việt Nam E Xu phát triển hệ kết cấu nhà nhiều tầng tương lai Nhà nhiều tầng xuất phát triển với nhu cầu sử dụng đất cách hiệu quả, tạo thêm nhiều diện tích cho nhu cầu ở, làm việc, giải trí kinh doanh cho người không gian đô thị chật chội Khởi đầu từ nhà cao 10 tầng cuối thể kỷ IX phát triển tới cơng trình có quy mơ 163 tầng - 828m đầu kỷ XXI Burj Dubai, lịch sử giới nhà nhiều tầng nhà xây dựng viết tiếp tương lai chiều cao nhà không ngừng phát triển PL-35 Ý tưởng việc gom hầu hết chức thành phố vào cơng trình siêu cao tầng nghiên cứu sớm triển khai nhiều siêu dự án Millennium Tower (cao 840m, Tokyo), Sky City 1000 (cao 1000m, Tokyo), Bionic Tower (cao 1228m, Thượng Hải), X-Seed 4000 (cao 4000m, Tokyo) v.v Như đòi hỏi kỹ sư kết cấu phải kết hợp với kiến trúc sư nhà công nghệ để tìm giải pháp thiết kế tương xứng với quy mô chiều cao cực lớn cơng trình cách cải tiến tiếp tục tổ hợp thêm hệ kết cấu có với nhau, phát triển hệ kết cấu giải pháp hoàn toàn Một hướng phát triển tương lai tăng cường thêm khả kiểm sốt dao động ngang tồ nhà thiết bị cản damper Những thiết bị cản damper phải phát triển đến mức đạt yêu cầu giúp hấp thu lượng mà phải khai thác lượng nhà dao động tác động tải trọng ngang Đây xu thiết kế cơng trình xanh - tiết kiệm lượng tương lai Hiện thiết bị cản damper dùng nguyên lý trọng lượng coi giải pháp phụ thêm đưa chúng vào khu vực gần đỉnh nhà nhằm giảm dao động cơng trình hạn chế ảnh hưởng dao động tới người bên nhà Tuy nhiên với cơng trình cao hơn, thiết bị phải xem yếu tố chiến lược quan trọng giải pháp thiết kế Do cần phải nghiên cứu khả tận dụng không gian thông qua tương tác thiết bị với hệ thống khác nhà Tại Việt Nam, thời gian tới có thêm dự án nhà có chiều cao 72 tầng Với cơng trình này, u cầu thuết kế kết cấu vận dụng cách tối ưu hệ kết cấu có cho phù hợp với điều kiện tinh tế - xã hội Việt Nam