CHUYÊN ĐỀ CÁC HỆ CHỊU LỰC CƠ BẢN NHÀ CAO TẦNG

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ: CÁC HỆ CHỊU LỰC CƠ BẢN NHÀ CAO TẦNG Nhóm Sinh viên thực hiện: 1. Tô Nhật Bình Lớp TCPY06B2 2. Lê Xuân Cảm 3. Trương Minh Châu 4. Trần Minh Chí 5. Hà Đức Chương 6. Phan Văn Dũng 7. Vũ Hà Ngọc Duy 8. Lê Thành Đạt 9. Trần Ngọc Đặng 10.Nguyễn Yên Định Chương mở đầu:MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ NHÀ CAO TẦNG Trong lịch sử ngành xây dựng trên thế giới, cuối thế kỷ thứ 19, nhà cao tầng xuất hiện và là sản phẩm của sự phát triển công nghiệp hoá và đô thị hoá thời cận đại. Khi đó, công nghiệp và thương nghiệp ở đô thị các nước phát triển bùng phát nhanh chóng, dân số trong đô thị tập trung với mức độ cao, đất đai xây dựng ngày một khan hiếm đã thôi thúc khát vọng vươn lên bầu trời cao của con người. Chiều cao của các ngôi nhà vì thế đã không ngừng gia tăng. Mặt khác, công cụ giao thông theo hướng thẳng đứng cũng như công nghiệp sản xuất sắt thép, xi măng phát triển đột biến đã tạo tiền đề vật chất cho quá trình đó. I. Điểm qua sự ra đời và phát triển của nhà cao tầng Theo tư liệu nước ngoài, người ta đã ghi nhận ngôi nhà đầu tiên sử dụng thang máy làm phương tiện giao thông lên xuống là một khách sạn được xây dựng từ năm 1851 trên địa lộ số 5 thành phố New York. Mốc khởi điểm ra đời của nhà cao tầng được đánh dấu là vào năm 1883 - 1885, khi nhà cao tầng Home Insurance Building 11 tầng, cao 55 m được xây dựng ở Chicago sử dụng khung thép là chủ yếu, một bộ phận nhà dùng tường ngoài tự chịu lực bằng gạch đá và dầm thép. Năm 1891 - 1895 ở Chicago, người ta đã khánh thành Masonis Temple 20 trầng cao 92m. Đây là một ngôi nhà cao tầng đầu tiên toàn bộ dùng kết cấu khung thép tạo thành. Năm 1903, ở Cincinnati đã xây dựng nhà cao tầng Ingall 16 tầng. Đây là một ngôi nhà cao tầng đầu tiên làm bằng hệ khung bê tông cốt thép. Do nghiên cứu đặt thêm các thanh chéo, độ cứng và cường độ của nhà được tăng cường nên chiều cao của ngôi nhà có thể nâng thêm rõ rệt. Năm 1905 - 1909 tại New York hoàn thành ngôi nhà cao 50 tầng, chiều cao 213 tầng. Đó là ngôi nhà Metropolitan Life Building. Năm 1913 tại New York còn mọc lên ngôi nhà Woolworthy Building 57 tầng cao 242m, trong nhà có 26 bộ thang máy, diện tích chứa được trên một vạn nhân viên làm việc. Năm 1931, cũng ở New York, ngôi nhà Empire State Building được xây dựng với 102 tầng, cao 381m, có 6 bộ thang máy. Sau đó 40 năm, ngôi nhà này vẫn là ngôi nhà cao nhất thế giới. Mãi đến năm 1972 - 1974 ở New York và Chicago lần lượt xây dựng World Trade Center (gồm cao ốc phía Nam và phía Bắc) với Sears Tower đều cao 110 tầng, chiều cao lần lượt bằng 417m, 415m và 443m cho tới gần đây vẫn là 3 ngôi nhà cao tầng cao nhất thế giới (tiếc rằng World Trade Center đã bị trùm khủng bố Billaden tổ chức đánh bom phá sập và nay đang được tái thiết). Căn cứ vào tư liệu của Hội nghị Quốc tế về nhà cao tầng lần thứ 4 họp ở Hồng Kông năm 1990, có 100 ngôi nhà cao nhất thế giới đã được thống kê: chiều cao từ 218 - 243m với số tầng từ 32 - 110 tầng; trong đó gồm: 85 văn phòng làm việc, 12 nhà đa năng, 3 khách sạn, 78 ngôi nhà phân bố tại Hoa Kỳ, đặc biệt tập trung tại các đô thị lớn như New York, Chicago, Seattle, Los Angeles và Dallas. Số còn lại xuất hiện tại Canada, Nhật, Singapore, Austraylia, Venezuela, Anh, Pháp, Đức, Ba Lan, Nam Phí, Malayxia, Triều Tiên, Hông Kông Ở Bắc Mỹ, ngoài Hoa Kỳ ra phải kể đến Canada. Nổi bật là các nhà cao tầng văn phongdf làm việc và thương mại như Toronto Dominion Bank Tower 56 tầng, cao 224m, xây năm 1967; nhà Commerce Cuort West xây năm 1974, 57 tầng, cao 239m; nhà First Canadian Bank xây năm 1975, 72 tầng, cao 285m; nhà Canada Trust Tower xây năm 1989, 55 tầng cao 229m. Tại Châu Mỹ La tinh, nhà siêu cao (trên 100m) tập trung ở Venezuela, Colombia, Brasil, Cuba, Mexico. Nổi bật là ngôi nhà Parque Central Torres de Officinass 62 tầng, cao 260m, xây năm 1978 vadf ngôi nhà Office Towers 60 tầng, cao 237m, xây dựng năm 1985 ở Carakas; ngôi nhà Petronas Mexicanos 52 tầng, cao 214m, xây năm 1984 ở Mexico. Sau Đại chiến thế giới lần thứ 2, hai nhà cao tầng phát triển mạnh ở châu Âu. Tại Paris, khu vực Defense năm 1965 mọc lên nhiều nhà làm việc cao từ 30 -50tầng và hàng chục ngôi nhà cao tầng. Năm 1973, cũng tại đây, có ngôi nhà Maine Montparnass 64 tầng, cao 229m. Tại Pháp, theo con số thống kê, nhà 9 tầng trở lên chiếm tỷ trọng 21%. Ở London, có nhà cao tầng Canery Wharf Tower 50 tầng, cao 245m. Ở Frankffurt (Đức) có nhà cao tầng Messeturm 70 tầng, cao 259m. Ở Liên xô từ những năm 30 bắt đầu xây dựng nhà ở cao tầng. Thập kỷ 50 khánh thành trường đại học Lomonosov có nhà chính 36tầng, cao 239,5m trong đó có 22.000căn phòng. Năm 1961, ở Moscow xây dựng khách sạn Ucraina 34 tầng, cao 198m và nhiều nhà cao tầng khác. Năm 1955 tại Varsava khánh thành cung văn hoá khoa học (I palac Kultury I Nauki) 42 tầng, cao 241m. Ở Liên Xô và các nước Đông Âu trong một thời gian dài vài thập kỷ, đã sử dụng một cách có kế hoạch phương pháp công nghiệp hoá xây dựng nhà ở tấm lớn trong đó có nhà ở cao tầng chiếm một tỷ lệ nhất định. Nhà ở cao tầng ở Liên Xô chiếm tỷ trọng 7,9% (năm 1975) tăng lên đến 15% (năm 1985-1990).Vào những năm 80 nhà ở xây dựng mới ở Moscow thường từ 9 đến 25 tầng, bình quân là 16 tàng. Ở Đông Âu, nhà ở trên 9 tầng chiếm tỷ trọng từ 12-32%. tại một số đô thị lớn tỷ trọng đó còn cao hơn như ở Budapest lên tới 80%. Tại châu Phi, ở Nam Phi, nhà cao tầng nhất là ngôui nhà Carlton Center 50 tầng, cao 220m, ở Ai Cập và các nước Bắc Phi, ven Địa Trung Hải, cũng xây dựng rất nhiều nhà khách sạn cao tầng. Austraylia cũng đã xây dựng nhiều nhà cao tầng thương mại và văn phòng làm việc. Ví dụ: ở Sydney có trung tâm MLC 70 tầng cao 240m. Ở Melbourg có ngôi nhà Riollo Center 70 tầng cao 243m là những điển hình có thể nêu lên. Nhật Bản do phải chịu tác động của động đất và gió bão rất ác liệt nên có một thời gian dài quy định nhà cao tầng không vượt quá 31m. Sau khi đã tiến hành nghiên cứu sâu sắc về các biện pháp khoa học phòng chống gió bão và động đất, đi đến loại trừ hạn chế nói trên và từ năm 1964 trở đi nhà cao tầng được phép phát triển. Đến năm 1981 đã có 47 ngôi nhà có chiều cao vượt quá 100m (siêu cao) trong đó phải kể đến ngôi nhà Shunshine 60, ở Tokyo 60 tầng, cao 226m, xay dựng năm 1978. Ở vùng Đông Nam Á, Singapore là nước nhỏ, mật độ dân số cao, kinh tế phát đạt nên nhà cao tầng xây dựng rất tập trung; nổi bật là ngôi nhà Overseas Union Bank 63 tầng cao 280m; Singapore Treasurry 52 tầng cao 235m; Roffles City Hotel 70tầng cao 226m. Malaysia có ngôi nhà TAR (Tun Abdul Razak Building) 61 tầng cao 232m và tháp đôi Petronas cao 251,9m - một thời nổi tiếng là cao nhất thế giới - cắt băng khánh thành tháng 8/1999. Sau chiến tranh Tiều Tiên, cả hai miền Bắc và Nam (Hàn Quốc) trong cuộc tái thiết quy mô lớn, nhà cao tầng cũng có điều kiện phát triển mạnh. Tại Bình Nhưỡng trên đống đổ nát do chiến tranh để lại, từ những năm 70 thế kỷ trước mọc lên đại lộ Thiên Lý Mã chủ yếu là nhà cao tầng từ 8 đến 18 tầng. Đến những năm 80 đại lộ Quang Phục nhà cao tầng từ 8 tầng đến 42 tầng. Khách sạn Liễu Kinh 105 tầng cao 305m đã khánh thành. Tại Hán Thành năm 1985 xây dựng xong ngôi nhà Korea Ins. Co. 63 tầng cao 233m. Tại Trung Quốc, tròng thời gian 30 năm lại đây, cải cách mở cửa, kinh tế phồn vinh, nhà cao tầng mọc lên như nấm ở các thành phố Bắc Kinh, Thượng Hải, Quảng Châu, Thâm Quyến, Thiên Tân, Thẩm Dương, Lan Châu, Thạch Gia Trang, Vũ Hán, Tây An, Từ Châu, từ đó lan truyền sang hầu hết các đô thị lớn của địa lục, trong đó có rất nhiều nhà siêu cao (>100m). Ở Việt nam ta, trong 20 năm đổi mới, tại các đô thị lớn, đặc biệt là ở Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh nhà cao tầng cũng có những bước phát triển mạnh. Hằng trăm ngôi nhà cao tầng được sử dụng làm văn phòng làm việc, khách sạn, ngân hàng, trung tâm thương mại và hàng chục khu nhà ở chung cư cao tầng cũng đua nhau mọc lên với đà đổi mới, với nhịp điệu tăng trưởng của nền kinh tế. Đây là hiện tượng chưa từng có, chứng minh sức sống mãnh liệt của công cuộc hiện đại hoá, đô thị hoá trên cả hai miền đất nước thống nhất. II. Những ưu điểm của việc xây dựng nhà cao tầng Nhà cao tầng ra đời và phát triển ngày càng mạnh mẽ trên thế giới cũng như trong nước ta bởi lẽ thực tiễn đã chứng minh được những ưu điểm của nó. 1. Tiết kiệm đất xây dựng Tiết kiệm đất xây dựng là động lực chủ yếu thúc đẩy việc phát triển nhà cao tầng trong đô thị. Kinh tế đô thị phát triển và sự tập trung dân số đã đặt ra yêu cầu đối với nhà ở nói riêng và kiến trúc đô thị nói chung. Đất xây dựng ngày càng khan hiếm; do đó biện pháp giải quyết là ngoài việc mở rộng thích đáng quy mô thành phố ra, còn phải tập trung suy nghĩ vào vấn đề làm sao trong một diện tích hữu hạn có thể tạo nên được càng nhiều nơi cư trú. và hoạt động tốt của con người. Kinh nghiệm của các nước trên thế giới đều chỉ rõ, trong các khu nhà ở nếu ta xây một tỷ lệ nhất định nhà cao tầng thì so với phương án xay toàn bộ chỉ là nhà nhiều tầng thôi, có thể tăng thêm được từ 20 đến 80% diện tích sử dụng. Còn trong những khu vực trung tâm phồ hoa của đô thị, nếu ta xây dựng nhà cao tầng để làm thương nghiệp và dịch vụ thì so với phương án chỉ xây nhà nhiều tầng thôi, cũng có thể tăng diện tích sử dụng lên nhiều lần, và rõ ràng là có thể tiết kiệm một cách có hiệu quả việc sử dụng đất. 2. Thuận lợi cho sản xuất, làm việc và sử dụng Nhà cao tầng làm cho môi trường sản xuất, làm việc và sinh hoạt của con người được không gian hoá cao hơn, các mối liên hệ theo phương nằm ngang và theo phương thẳng đứng có thể kết hợp lại, rút ngắn khoảng cách của các điểm, tiết kiệm thời gian, nâng cao hiệu suất thuận lợi cho sử dụng. Ví dụ: trong một khách sạn nếu các phòng ngủ, phòng ăn, phòng công cộng, phòng làm việc, gara xe cộ được bố trí riêng trong một số tầng thì không những mất đi một diện tích chiếm đất rất lớn mà còn dẫn đến nhiều bất tiện lớn cho khách và cho người quản lý khách sạn. Nếu ta tập trung xây một khách sạn cao tầng thoả mãn đầy đủ các chức năng ấy, thì có thể giải quyết được mâu thuẫn trong sử dụng và quản lý khách sạn. Đối với các ngành công nghiệp nhẹ và trung tâm kỹ thuật cao, nếu ta đem các gian xưởng, các kho nguyên liệu và thành phẩm, các hệ thống sinh hoạt và quản lý đều bố trí ở trên mặt đất, thì thời gian trung chuyển phi sản xuất và phí tổn quản lý chiếm tỷ trọng lớn. Còn khi tập trung cả trong một ngôi nhà cao tầng thì có thể rút ngắn khoảng cách vận hành cuả các loại thiết bị đường ống và quá trình sản xuất, để từ đó hạ thấp giá thành sản xuất. 3. Tạo điều kiện để phát triển loại nhà đa năng Để giải quyết rất nhiều mâu thuẫn trong quá trình làm việc, cư trú và sinh hoạt của con người trong không gian phát triển của đô thị, đòi hỏi phải thoả mãn các nhu cầu sử dụng khác nhau trong một ngôi nhà. Ví dụ, đối với cư dân, ngoài nhu cầu về ở ra, người ta còn phải mua bán hàng ngày những đồ dùng sinh hoạt dưới dạng các vật phẩm khác nhau. Ngoài ra còn cần các dịch vụ công cộng khác nữa. Vì vậy, ngoài việc xây dựng nhà ở ra còn cần phải xây dựng các công trình thương nghiệp và dịch vụ khác ở chung quanh đó. Nếu ta đem kết hợp hai loại hình trên với nhau mà bố trí những không gian lớn tại các tầng dưới của nhà ở để sử dụng làm thương nghiệp và dịch vụ, thì rõ ràng là vừa tiết kiệm sử dụng đất vừa làm cho sinh hoạt của người dân thêm thuận tiện. Trong các khu vực trung tâm của đô thị, loại nhà đa năng như vậy rất cần thiết. Ở các tầng bên trên của nhà, người ta bố trío các nhà ở và phòng ngủ khách sạn; ở các tầng giữa, bố trí văn phòng làm việc, ở các tầng bên dưới đất, sử dụng để làm gara xe cộ, kho tàng Như vậy, càng có lợi hơn trong việc làm dịu căng thẳng và mật độ giao thông đô thị, giảm bớt áp lực của nhu cầu ở và giải quyết mâu thuẫn của việc thiếyu đất đai xây dựng, có lợi cho sản xuất và làm việc của người dân. 4. Làm phong phú diện mạo của đô thị Căn cứ vào đặc điểm káhc nhau của đô thị vùng đất xây dựng, tiến hành thiết kế quy hoạch một cách tỷ mỷ khoa học, bố trí các ngôi nhà cao tầng với hình khối, diện mạo khác nhau có thể hình thành đường siluoét hấp dẫn của thành phố. Một số nhà cao tầng đột xuất vươn lên như điểm nhấn, tạo nên cảnh quan và dáu ấn đặc sắc của thành phố. Ví dụ: những ngôi nhà cao tầng xuất hiện tại Hà Nội và TP. HCM trong hai thập kỷ lại đây đã trở thành bộ phận cấu thành quan trọng của hai thành phố lớn của đất nước trong thời hiện đại. Nhà cao tầng cho phép ta dành được càng nhiều diện tích đất cho những khoảng không gian thoáng đãng để làm xanh hoá thành phố, cho những công trình vui chơi giải trí, còn đóng góp vào việc làm đẹp cảnh quan môi trường đô thị. Trên đỉnh một số ngôi nhà cao tầng nhất ta còn có thể bố trí tầng “Panorama” chuyển động để làm nơi tham quan giải trí công cộng cho các du khách có nhu cầu thưởng ngoạn thành phố, thúc đẩy du lịch phát triển. Chương 2: ĐĂC ĐIỂM NHÀ CAO TẦNG VÀ YÊU CẦU KHI THIẾT KÊ Một điều ta cần lưu ý đặc biệt là nhà cao tầng không chỉ là phép cộng đơn giản những ngôi nhà thấp tầng, nhiều tầng được ghép lại với nhau mà nó là một thể loại công trình đặc biệt, có đặc trưng riêng, trong thiết kế và xây dựng đặt ra những yêu cầu về các mặt kiến trúc, kết cấu, phòng chữa cháy, thiết bị mà ta phải nghiên cứu giải quyết một cách thấu đáo và nghiêm túc. 1. Về mặt kiến trúc a. Nhà cao tầng do chiều cao đạt đến mức trong ngôi nhà cần phải có thang máy là công cụ giao thông thẳng đứng chủ yếu, đồng thời cùng với việc sử dụng thang máy, đòi hỏi phải tổ chức tương ứng hệ thống giao thông công cộng thuận tiện, an toàn, kinh tế. Vì vậy, nhân tố ảnh hưởng nhiều đến việc bố cục mặt bằng và tổ hợp không gian của nhà cao tầng. b. Do yêu cầu của những thiết bị chuyên dùng cho nhà cao tầng, đòi hỏi phải bố trí tầng thiết bị ở tầng trệt và ở một số cao trình khác nhau, bố trí buồng máy của thang và bể chứa nước ở trên đỉnh của nhà. Việc bố cục mặt bằng và mặt đứng của nhà phải thỏa mãn yêu cầu của quy phạm phòng cháy, chữa cháy c. Do yêu cầu phải chôn ngàm vào trong đất nền của nhà cao tầng, thông thường phải đưa từ một tầng đến một số tầng xuống dưới đất để làm tầng hầm. Chúng ta có thể sử dụng làm tầng thiết bị gara xe cộ, phòng bảo vệ và các phòng phụ trợ khác. d. Chủ thể của nhà cao tầng là các tầng tiêu chuẩn với các công năng sử dụng riêng như: phòng ở, phòng khách, phòng làm việc, lớp học, phòng bệnh nhân có chiều cao, bước gian, chiều sâu và mặt bằng bố cục thống nhất. e. Nhà cao tầng có chiều cao lớn, vóc dáng đồ sộ là lý do khiến người kiến trúc sư phải xử lý tốt khâu tạo hình kiến trúc và trang trí hoàn thiện mặt ngoài. f. Đối với những nhà cao tầng có các công năng sử dụng khác nhau thì cần phải giải quyết những vấn đề liên quan khác nhau. Ví dụ: nhà ở cao tầng đòi hỏi chú ý giải quyết tốt vấn đề thoát khói ở bếp, xử lý rác rưởi, bố cục hành lang, lô gia, ban công, quản lý an toàn và những vấn đề như hòm thư cho các căn hộ, điện thoại công cộng, sân chơi cho trẻ em Khách sạn cao tầng lại cần xử lý tốt các khâu: tiếp đón, phòng ngủ, phòng ăn uống, hoạt động công cộng và quản lý hậu cần cũng như những mối quan hệ công năng khác trong nội bộ. 2. Về mặt kết cấu a. Cường độ: Khi tính toán chịu lực của kết cấu nhà thấp tầng và nhiều tầng, chủ yếu ta xét đến tải trọng thẳng đứng bao gồm trọng lượng bản thân kết cấu và hoạt tải. Còn khi tính toán chịu lực của kết cấu nhà cao tầng, ngoài việc xem xét đến tải trọng thẳng đứng ra, ta còn cần đặc biệt chú ý đến các tải trọng nằm ngang gây nên bởi lực gió và lực động đất (tại những vùng có động đất). Tải trọng thẳng đứng chủ yếu làm cho kết cấu chịu nén và tỷ lệ thuận với chiều cao của ngôi nhà do tường hoặc cột gánh chịu. Tải trọng nằm ngang tác động lên ngôi nhà làm việc như kết cấu công son, chủ yếu sinh ra mômen uốn và lực trượt, mô men uốn tỷ lệ thuận với bình phương của chiều cao nhà (xem hình 1) Ta có: áp lực thẳng đứng N= ωH. Khi sơ đồ tải trọng nằm ngang là hình tam giác ngược: qH 2 Mômen uốn M = 3 qH 2 Khi sơ đồ tải trọng nằm ngang hình chữ nhật: Mômen uốn M = 2 Trong các công thức trên: ω: Tải trọng thẳng đứng /mét dài; q : Tải trọng nằm ngang/mét dài; H : Chiều cao ngôi nhà (m) Mômen uốn sinh ra lực kéo và lực nén trong kết cấu. Khi ngôi nhà có chiều cao vượt quá một trị số nhất định, lực kéo do tải trọng nằm ngang sinh ra vượt quá lực nén do tải trọng thẳng đứng sinh ra, thì một bên của ngôi nhà dưới tác động của lực gió hoặc lực động đất có thể nằm trong trạng thái chịu kéo và chịu nén có tính chu kỳ. Với những ngôi nhà cao tầng không đối xứng và có hình dạng phức tạp, ta còn cần phải xét đến trạng thái chịu xoắn của kết cấu. Phân tích như trên để thấy đối với nhà cao tầng ta phải xét đầy đủ các loại trạng thái chịu lực của kết cấu để bảo đảm cho nó có đủ cường độ, đồng thời tránh được những lãng phí không cần thiết. b. Độ cứng: Đối với nhà cao tầng, không chỉ đòi hỏi phải bảo đảm cường độ của kết cấu mà còn đòi hỏi bảo đảm độ cứng và ổn định của nó. Phải khống chế được chuyển vị nằm ngang của kết cấu. Chuyển vị nằm ngang của các tầng sàn do tải trọng nằm ngang sinh ra tỷ lệ thuận với luỹ thừa bậc 4 của chiuều cao tương ứng của sàn. Khi sơ đồ tải trọng nằm ngang là hình tam giác ngược, ta có: 11qH 4 Δ = 120EJ Khi sơ đồ tải trọng nằm ngang là hình chữ nhật (tức phân bố đều), ta có: qH 4 Δ = 8EJ Trong các biểu thức trên: Δ : chuyển vị nằm ngang; E : Mô đun đàn hồi của vật liệu J : Mômen quán tính của tiết diện; Do đó, khi chiều cao của nhà cao tầng càng tăng lên thì sự gia tăng của chuyển vị nằm ngang của nó nhanh hơn nhiều so với sự gia tăng cường độ. Khi chuyển vị nằm ngang của nhà quá lớn, con người sống trong nhà sẽ cảm thấy khó chịu, ảnh hưởng không tốt đến sinh hoạt và làm việc; có thể làm biến dạng quỹ đạo của thang máy, khiến cho các tường xây lấp khung hoặc các tường trang trí bị nứt rạn, rời rạc và cũng có thể làm cho kết cấu chính của ngôi nhà xuất hiện vết nứt. Chuyển vị bnằm ngang gia tăng thêm bước nữa có thể tạon nên các nội lực bổ sung trong các cấu kiện của nhà, gây ra sự phá hoại nghiêm trọng trong ngôi nhà thậm chí còn làm cho nó bị sụp đổ cục bộ hoặc toàn bộ. Chính vì lẽ đó, ta phải khống chế chuyển vị nằm ngang bao gồm chuyển vị giữa các tầng liền kề và chuyển vị tại điểm đỉnh của ngôi nhà. Tỷ số giữa chuyển vị tương đối của hai tầng liền kề của ngôi nhà trên chiuề cao của tầng δ/h cũng như tỷ số giữa chuyển vị nằm ngang của điểm đỉnh của ngôi nhà trân tổng chiều cao của nó Δ /H phải khống chế trong khoảng từ 1/400 ~ 1/1200 tuỳ thuộc vào các loại hình kết cấu khác nhau và các loại tải trọng nằm ngang khác nhau (xem hình 2) Hình 2 : Chuyển vị nằm ngang của ngôi nhà. c. Độ dẻo: Ngoài những đòi hỏi về cường độ và độ cứng đã nói ở trên, những ngôi nhà cao tầng nằm trong vùng có yêu cầu kháng chấn (chống động đất) còn cần phải có độ dẻo nhất định sao cho ngôi đó dưới tác động của động đất lớn, khi một bộ phận nhất định nào đó rơi vào trạng thái của giai đoạn khuất phục (chảy dẻo) rồi, vẫn còn khả năng biến dạng dẻo và thông qua biến dạng dẻo để hấp thu năng lượng động đất, khiến cho kết cấu ngôi nhà vẫn duy trì được khả năng chịu lực nhất định chứ không đổ sụp ( xem hình 3) Hình 3: Độ dẻo của kết cấu. Độ dẻo của kết cấu được biểu thị qua hệ số độ dẻo μ. Thông thường hệ số này dùng tỷ số giữa chuyển vị của điểm tải trọng cực đại Δu và chuyển vị của điểm khuất phục Δy thể hiện: Δu μ = Δy Đối với kết cấu bê tông cốt thép, thông thường trị số μ yêu cầu không được nhỏ hơn 3 ~ 5 d. Độ bền vững: Yêu cầu về độ bền vững đối với nhà cao tầng khá cao. Trong quy phạm của nhà nước ta, phân ra 4 cấp về niên hạn bền vững đối với nhà dân dụng. Niên hạn bền vững cấp một là trên 100 năm, thích hợp với nhà cao tầng và các ngôi nhà quan trọng. e. Móng: Tải trọng thẳng đứng và tải trọng nằm ngang mà kết cấu bên trên của nhà cao tầng phải gánh chịu là rất lớn và các loại tải trọng đó rốt cuộc phải truyền xuống nền đất thông qua tầng hầm và móng nhà. Do đó, việc lựa chọn hình dáng của móng và độ sâu chơn móng của nhà cao tầng khác với nhà thấp tầng và nhà nhiều tầng. Ta phải căn cứ vào tải trọng bên ngồi, loại hình kết cấu, tình hình đất nền và điều kiện thi cơng cụ thể để xem xét một cách tổng hợp, cân nhắc tỷ mỷ để chọn dùng loại móng bè, móng hộp hoặc các loại móng cọc khác nhau trong từng trường hợp. Để bảo đảm ổn định của nhà cao tầng và thoả mãn u cầu biến dạng của đất nền, móng của nhà cao tầng phải có một độ sâu chơn trong đất nhất định. Khi sử dụng nền thiên nhiên đặt móng thì chiều sâu đó khơng được nhỏ hơn 1/12 chiều cao ngơn nhà. Khi sử dụng móng cọc thì chiều sâu chơn móng khơng được nhỏ hơn 1/15 chiều cao ngơi nhà; chiều dài của cọc khơng tính trong chiều sâu chơn móng. Nhà cao tầng trong vài chục năm lại đây đã được đưa đại trà vào thực tiễn xây dựng ở nước ta. Đã đến lúc những người làm cơng tác xây dựng cần quan tâm tổng kết những kinh nghiệm thiết kế, thi cơng và những kết quả nghiên cứu khoa học để biên soạn những pháp quy xây dựng chun dùng liên quan đến các đặc trưng của nhà cao tầng. làm chuẩn mực cho các hoạt động thực tiễn thiết kế và thi cơng loại hình kết cấu đó. Chương 3:CÁC HỆ CHỊU LỰC CƠ BẢN CỦA NHÀ CAO TẦNG A/ Khái niệm nhà cao tầng và phân loại : * §N: nhµ nhiỊu tÇng lµ nhµ mµ chiỊu cao cđa nã ¶nh hëng ®Õn ý ®å vµ ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ, hay nãi c¸ch kh¸c: 1 c«ng tr×nh ®ỵc xem lµ nhiỊu tÇng t¹i mét vïng hay t¹i mét thêi ®iĨm nµo ®ã nÕu chiỊu cao cđa nã qut ®Þnh c¸c ®iỊu kiƯn thiÕt kÕ, thi c«ng hc sư dơng kh¸c víi c¸c nhµ th«ng thêng. * Ph©n lo¹i: a) Theo chiỊu cao : 4 nhãm : - Nhµ cao tÇng lo¹i I: sè tÇng 9-16 t, cao 40 -45m - Nhµ cao tÇng lo¹i II: sè tÇng 17-25 t, cao <80 m - Nhµ cao tÇng lo¹i III: sè tÇng 26-40 t, cao ≤100m - Nhµ cao tÇng lo¹i IV: sè tÇng >40 t, cao >100m b) Theo mơc ®Ých sư dơng: - Nhµ ë - Nhµ lµm viƯc, c¸c dÞch vơ kh¸c - Kh¸ch s¹n c) Theo h×nh d¹ng: - Nhµ th¸p - Nhµ d¹ng thanh d) Theo vËt liƯu c¬ b¶n ®c dïng ®Ĩ thiÕt kÕ kÕt cÊu chÞu lùc - Nhµ nhiỊu tÇng b»ng BTCT - Nhµ nhiỊu tÇng b»ng thÐp -…cã kÕt cÊu hçn hỵp BTCT & thÐp B:c¸c kcÊu chÞu lùc c¬ b¶n, c¸c hƯ chÞu lùc chÝnh cđa nhµ nhiỊu tÇng vµ ®Ỉc ®iĨm cđa tõng hƯ. a) C¸c cÊu kiƯn chÞu lùc c¬ b¶n: - CÊu kiƯn d¹ng thanh, dÇm - CK ph¼ng: têng ®Ỉc hc cã lç cưa, hƯ líi thanh d¹ng dµn ph¼ng, tÊm (sµn) ph¼ng hc cã sên. - CK kh«ng gian: lâi cøng vµ líi hép, t¹o thµnh b»ng c¸ch liên kết cÊu kiƯn ph¼ng hc thanh l¹i víi nhau. b) C¸c hƯ chÞu lùc chÝnh cđa nhµ nhiỊu tÇng: T theo c¸ch tỉ hỵp c¸c cÊu kiƯn chÞu lùc cã thĨ chia thµnh 2 nhãm: * Nhãm c¸c hƯ chÞu lùc c¬ b¶n: chØ gåm mét lo¹i cÊu kiƯn chÞu lùc ®éc lËp: + HƯ khung + HƯ têng + Hệ lõi + Hệ hộp Nhóm các hệ hỗn hợp: đợc tổ hợp từ 2 hoặc 3 loại cấu kiện cơ bản trở lên: +Hệ khung + vách + Hệ khung + lõi + Hệ khung + vách + lõi c) Đặc điểm của từng hệ: * - Các hệ chịu lực cơ bản: 1.1/ Hệ khung chịu lực. Đợc tạo thành từ các ck thanh nh: cột, dầm liên kết cứng tại các nút tạo thành hệ khung phẳng hoặc khung không gian dọc theo các trục lới cột trên MB nhà. - Khung BTCT thờng đổ liền khối, vớí nhà cao tầng do thi công phức tạp nên có thể sử dụng khung BTCT lắp ghép. - Hệ khung chịu lực thuần tuý có độ cứng uốn thấp theo phơng ngang nên hạn chế sd khi nhà cao > 40m. - Sàn các tầng trong nhà khung có vai trò quan trọng trong việc truyền tải trọng ngang. - S la chn h kt cu ny ph thuc vo cỏc yu t sau õy: + Mt bng b trớ ni tht v chc nng mt bng; + X lớ kin trỳc mt chớnh to nh ; + Giỏ thnh vt t, vt liu xõy dng; + Cụng ngh thi cụng xõy dng; + Cỏc yờu cu giao thụng theo chiu ng, thang mỏy; + Cỏc nhu cu dch v. [...]... đặc biệt phải tạo ra kiểu sàn gấp hay tầng mềm kết cấu làm việc khơng liên tục/ lực kháng Chương 4: CÁC HỆ GIẰNG THÉP TRONG KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG CHỊU TẢI TRỌNG NGANG Cơng trình cao tầng giống như một cái cây vơ cùng cao lớn, ảnh hưởng của áp lực gió với nó rất lớn, đối với những cơng trình cao 50 tầng trở lên, khả năng chống gió của nó trở thành một trong những vấn đề nan giải chủ yếu trong q trình thiết... các tầng thấp Các tầng trên lực cắt nhỏ, có thể bớt hoặc khơng dùng hệ giằng Nếu cao ốc có bình đồ hình vng, các hướng chịu lực ngang đều bình đẳng, nên hệ giằng cũng vì thế mà bố trí theo cả hai hướng Nhưng nếu bình đồ hình chữ nhật có chiều dài gấp nhiều lần chiều rộng nhà, cũng có thể chỉ cần bố trí hệ giằng theo chiều ngang Hệ sàn tầng coi như tuyệt đối cứng trong mặt phẳng nằm ngang Các tải trọng... theo hai cách : - Tồn bộ các cột biên và dầm bo mặt ngồi liên kết cứng với nhau tạo thành các vách bao xung quanh nhà như một ống cứng; - Cột và các dầm cùng với những thanh giằng chéo cũng tạo ra các vách, qy kín lại thành một ống thẳng đứng, gọi là các lõi cứng Các vách song song với chiều gió sẽ chịu lực như những vách cứng chịu cắt ngược lại các vách kia sẽ chịu nén hoặc kéo Đặc điểm chịu tải trọng... phòng hoả v.v Kết cấu ống đơn bao ngồi cao ốc thường là kết cấu thép với hàng cột bố trí khá dày liên kết với Trong kết cấu thép nhà cao tầng nếu kết hợp hệ khung cứng với các hệ dàn giằng sẽ tạo thành một hệ hỗn hợp chịu tải trọng ngang -Nguồn tham khảo: www.diendanxaydung.com www.ketcau.com http://congdongkien.com CHUYÊN ĐỀ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG- ThS Nguyễn Văn Giang ... nhịp lớn So với các hệ giằng có liên kết nút kiểu khớp hoặc nửa cứng thì trong hệ này cấu kiện cột thường có tiết diện lớn hơn 7.2 Hệ dàn phẳng thẳng đứng : Ưu điểm của hệ này là các thanh chỉ chịu lực dọc trục, trong đó các thanh chéo thường chỉ cho chịu kéo, khơng xuất hiện trạng thái mất ổn định như trong các thanh chịu nén, vì vậy tiết diện thanh có thể khá mảnh, dễ dàng lấp kín trong các tường ngăn... giằng xen vào những chỗ khơng lắp các ơ kính Đơi khi còn dùng hệ giằng ngang trên tầng đỉnh hoặc tại các tầng lưng chừng của khung nhà cao tầng và được gọi là giằng mũ và giằng lưng để tăng cường độ cứng chung của cao ốc, giảm bớt chuyển vị ngang Về độ cứng, hệ giằng đứng có tác dụng như một hệ tăng cường rất hiệu quả và kinh tế Độ cứng của hệ giằng còn có thể tăng thêm nếu các nút liên kết trong dàn giằng... trong các phần tử cột tương ứng, sẽ xuất hiện lực dọc trục khi dàn chịu tải trọng đứng cũng như tải ngang, do đó sẽ bất lợi cho cả chân cột chịu nén (do mất ổn định), cũng như đối với chân cột chịu kéo (do lực nhổ có thể lớn hơn lực nén) Vậy nếu hệ giằng có chân khá rộng, móng sẽ chịu tải ít hơn và khơng cần đối trọng Nếu chỉ giằng giữa các cột bên trong, với khoảng cách hẹp hơn, chân cột sẽ phải chịu các. .. tâm mặt bằng kết cấu .Tầng bố trí giàn cứng gọi là tầng cứng, nói chung khơng nhiều hơn 3 tầng cứng: thưòng ở tầng mái,vị trí tại 1/3H và 2/3H (H là chiều cao cơng trình) - Hệ tổ hợp - kết cấu lõi dạng ống tại giữa mặt bằng kiểu hạt nhân và các vách cứng chịu cắt+ khung chịu moment bao quanh lõi dạng ống khơng gian lớn là lấy lợi thế của lõi bổ xung cho bất lợi của khung Hệ kết cấu Cơng trình này vừa... trọng gió tác động lên nhà cao tầng được bắt nguồn từ các yếu tố sau đây: 1/ Thành phần tải trọng gió tĩnh trung bình (một cách tổng qt nó phụ thuộc trực tiếp vào vận tốc gió và chiều cao nhà tính từ trên mặt đất và vùng qui hoạch các cơng trình lân cận, chu kì lặp lại, địa điểm xây dựng và hình dáng bên ngồi tồ nhà) 2/ Vận tốc gió thổi thẳng góc vào mặt đứng tồ nhà trên suốt chiều cao 3/ (Xét thành phần... trong các tường ngăn; - Đó là những hệ thống rất có hiệu quả và thơng dụng trong nhà cao tầng khung thép cỡ trung bình và lớn, tạo thành các vách cứng và lõi cứng Với các loại cấu kiện phẳng như khung và dàn giằng nói trên, có thể kiến tạo ra những vách cứng, lõi cứng , từ đó cấu thành các hệ khơng gian chịu tải trọng đứng cũng như tải ngang và có thể phân loại những hệ kết cấu này như sau: 7.1 Hệ khung