nhà cao tầng

3/28/2014 1 BÀI GIẢNG NHÀ CAO TẦNG  Số tín chỉ: 2  Biên soạn: GV.Lê Thanh Cao  ĐT: 0988 348454  Email: caolema@gmail.com 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 1 MỤC LỤC 1. KHÁI NIỆM CHUNG 2. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ VÀ CẤU TẠO 3. TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG 4. TÍNH TOÁN NỘI LỰC 5. TÍNH TOÁN CỐT THÉP 6. KIỂM TRA ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 2 3/28/2014 2 Chương 1: KHÁI NIỆM CHUNG 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG 1.2. CÁC YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ 1.3. PHÂN LOẠI 1.4. CÁC HỆ KHUNG CHỊU LỰC PHỔ BIẾN 1.5. VÁCH CỨNG VÀ SÀN CỨNG 1.6. MỘT SỐ LƯU Ý 1.7. CÔNG TRÌNH THỰC TẾ 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 3 Chương 2: NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ VÀ CẤU TẠO 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG 2.2. NHỮNG NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CƠ BẢN 2.3. CÁC LOẠI KHE 2.4. CÁC HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC PHỔ BIẾN 2.5. SƠ ĐỒ LÀM VIỆC 2.6. TẦNG HẦM 2.7. CƠ SỞ THIẾT KẾ 2.8. NGUYÊN TẮC VỀ CẤU TẠO 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 4 3/28/2014 3 Chương 3: TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG 3.1. TẢI TRỌNG ĐỨNG 3.2. LỰA CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CẤU KIỆN 3.3. THÀNH PHẦN TĨNH CỦA TẢI GIÓ 3.4. XÁC ĐỊNH TẦN SỐ DAO ĐỘNG RIÊNG 3.5. THÀNH PHẦN ĐỘNG CỦA TẢI GIÓ 3.6. TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 3.7. TỔ HỢP TẢI TRỌNG 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 5 Chương 4: TÍNH TOÁN NỘI LỰC 4.1. CÁC SƠ ĐỒ CHỊU LỰC 4.2. CÁC GIẢ THIẾT 4.3. TÍNH TOÁN HỆ CHỊU LỰC THEO SƠ ĐỒ GIẰNG 4.4. CÁC ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC 4.5. PHÂN PHỐI TẢI TRỌNG NGANG 4.6. TÍNH TOÁN NỘI LỰC BẰNG FEM 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 6 3/28/2014 4 Chương 5: TÍNH TOÁN CỐT THÉP 5.1. CẤU KIỆN CHỊU NÉN LỆCH TÂM XIÊN 5.2. TÍNH TOÁN CỐT DỌC CHO CỘT 5.3. TÍNH TOÁN CỐT ĐAI CHO CỘT 5.4. BIỂU ĐỒ TƯƠNG TÁC 5.5. TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 7 Chương 6: KIỂM TRA ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ 6.1. CÁC GIẢ THIẾT 6.2. TRỌNG LƯỢNG CỰC HẠN 6.3. ĐẶC TRƯNG MẶT BẰNG NHÀ 6.4. ẢNH HƯỞNG CỦA UỐN DỌC 6.5. GIỚI HẠN CHUYỂN VỊ NGANG 6.6. KIỂM TRA CÁC ĐẶC TRƯNG ĐỘNG HỌC 6.7. KIỂM TRA ỔN ĐỊNH NGHIÊNG LẬT 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 8 3/28/2014 5 CHƯƠNG 1 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 9 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG (1/3)  Đặt vấn đề: ◦ Nhà cao tầng là gì? ◦ Vai trò của nhà cao tầng? ◦ Tại sao nhà cao tầng ngày càng được sử dụng rộng rãi? ◦ Sự khác nhau giữa nhà cao tầng và nhà thấp tầng? 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 10 3/28/2014 6 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG (2/3)  Khái niệm về nhà cao tầng: Được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, tùy theo điều kiện kinh tế xã hội nhiều nước. ◦ Theo Ủy ban quốc tế về nhà nhiều tầng: Một công trình được xem là nhà cao tầng nếu chiều cao của nó quyết định các điều kiện thiết kế, thi công hoặc sử dụng khác với nhà thông thường. ◦ Cách phân loại phổ biến:  Loại I: 9 đến 16 tầng (H<50m);  Loại II: 17 đến 22 tầng (H=50-70m);  Loại III: 23 đến 40 tầng (H=70-100m);  Loại IV: siêu cao tầng >40 tầng (H>100m); ◦ Theo TCXD 198-1997: H>40m. 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 11 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG (3/3)  Vai trò nhà cao tầng: ◦ Đáp ứng nhu cầu về nhà ở, văn phòng, khách sạn. ◦ Giải quyết vấn đề diện tích đất xây dựng thiếu trầm trọng và giá đất xây dựng tăng nhanh chóng. ◦ Là biểu tượng điển hình cho văn minh và tiến bộ khoa học kỹ thuật.  Sự khác nhau giữa nhà cao tầng và nhà thấp tầng: ◦ Đối với nhà cao tầng, thiết kế kết cấu có vai trò rất quan trọng. Việc thiết kế đòi hỏi phải sử dụng các công cụ tính toán rất mạnh. ◦ Tiêu chuẩn nhà cao tầng có các yêu cầu kỹ thuật cao hơn nhà thấp tầng: tiêu chuẩn phòng cháy, đậu xe, vệ sinh … ◦ Nhà cao tầng đòi hỏi các công nghệ kỹ thuật thi công hiện đại. Các yêu cầu về an toàn lao động rất ngặt nghèo. ◦ Nhà cao tầng tiêu tốn nguồn lực tài chính rất lớn. 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 12 3/28/2014 7 1.2. CÁC YÊU CẦU CHUNG KHI THIẾT KẾ  Hình khối: đơn giản, đều đăn, đối xứng, liên tục.  Tải trọng: tìm cách làm giảm tải trọng tác động, đặc biệt là tải trọng ngang.  Hạn chế chuyển vị ngang không được vượt quá giá trị cho phép.  Công trình phải có khả năng kháng chấn cao.  Kết cấu chịu lực phương đứng và phương ngang phải chọn và bố trí sao cho hợp lý (khung, vách, lõi cứng …).  Giảm trọng lượng bản thân có ý nghĩa quan trọng hơn đối với nhà thấp tầng.  Có khả năng chịu lửa cao, thoát hiểm an toàn. Có độ bền, tuổi thọ cao.  Giải pháp móng phải phù hợp. 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 13 1.3. PHÂN LOẠI (1/2)  Theo yêu cầu sử dụng: ◦ Nhà ở; ◦ Nhà làm việc và các dịch vụ khác; ◦ Khách sạn.  Theo hình dáng: ◦ Nhà dạng tháp; ◦ Nhà dạng thanh.  Theo vật liệu cơ bản: ◦ Nhà bê tông cốt thép thường và dự ứng lực; ◦ Nhà bằng thép; ◦ Nhà hỗn hợp thép – bê tông cốt thép. 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 14 3/28/2014 8 1.3. PHÂN LOẠI (2/2)  Theo kết cấu chịu lực: ◦ Kết cấu cơ bản: Kết cấu khung, kết cấu vách chịu lực, kết cấu lõi và kết cấu ống. ◦ Kết cấu hỗn hợp được tổ hợp từ các dạng kết cấu cơ bản: Kết cấu khung – giằng, kết cấu khung – vách, kết cấu ống – lõi, kết cấu ống tổ hợp. ◦ Kết cấu đặc biệt: Kết cấu có dầm truyền, kết cấu có các tầng cứng, kết cấu có hệ khung ghép… 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 15 KHUNG LÕI VÁCH ỐNG 1.4. CÁC HỆ KHUNG CHỊU LỰC PHỔ BIẾN (1/3)  Hệ khung cứng: ◦ Gồm cột và dầm được liên kết cứng với nhau. ◦ Hệ khung tiếp thu toàn bộ tải trong ngang và tải trọng đứng tác dụng vào nhà.  Hệ khung giằng: ◦ Gồm hệ khung và kết cấu hệ tấm thẳng đứng (vách, lõi) được liên kết với nhau theo phương ngang bởi các sàn cứng. ◦ Hệ khung chỉ chịu tải trọng đứng hoặc chỉ chịu 1 phần nhỏ tải trọng ngang, hệ vách lõi chịu toàn bộ tải trọng ngang. 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 16 3/28/2014 9 1.4. CÁC HỆ KHUNG CHỊU LỰC PHỔ BIẾN (1/3) 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 17 KẾT CẤU KHUNG CỨNG 1.4. CÁC HỆ KHUNG CHỊU LỰC PHỔ BIẾN (3/3) 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 18 KẾT CẤU KHUNG GIẰNG 3/28/2014 10 1.5. TƯỜNG CỨNG VÀ SÀN CỨNG  Với nhà cao tầng, nội lực trong kết cấu sinh ra chủ yếu do tải trọng ngang, nên tường cứng (shear-wall) có vai trò quyết định đảm bảo sự ổn định tổng thể, độ nghiêng, độ uốn của nhà.  Các kết cấu chịu lực phải bố trí sao cho tâm cứng gần trùng với trọng tâm của nhà.  Tường cứng làm việc như thanh conson, ngàm vào móng, được bố trí liên tục suốt chiều cao nhà. ◦ Tường cứng phẳng: tiết diện ngang hình chữ nhật. ◦ Tường cứng hở: tiết diện ngang có dạng T, L, U, E. ◦ Lõi cứng: tiết diện ngang có dạng đa giác khép kín.  Sàn nhà cao tầng được xem là sàn cứng: coi như không bị biến dạng trong mặt phẳng nằm ngang, truyền được toàn bộ tải trọng ngang vào tường cứng. 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 20 1.6. MỘT SỐ LƯU Ý  Vật liệu sử dụng: ◦ Bê tông: sử dụng bê tông có cấp độ bền B25 đến B60. ◦ Cốt thép: có giới hạn chảy (f y ) từ 300MPa trở lên. ◦ Nhà dưới 30 tầng: có thể sử dùng BTCT thường. ◦ Nhà trên 30 tầng: nên dùng BT cấp độ bền cao, bê tông dự ứng lực, bê tông cốt cứng hoặc dùng kết cấu thép, BT-thép liên hợp.  Kết cấu bao che: sử dụng vật liệu nhẹ để giảm trọng lượng bản thân: tấm tường thạch cao, tường xốp kẽm … 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 21 [...]... NHÀ CAO TẦNG 24 1.7 CÔNG TRÌNH THỰC TẾ (4/4) Một số tòa nhà cao tầng tiêu biểu trên thế giới: 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 25 12 3/28/2014 CHƯƠNG 2 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 26 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG    TCXD 198-1997: Nhà cao tầng là nhà có chiều cao lớn hơn 40m Hình dáng nhà được xác định qua kích thước, hình dạng trên chiều cao và hình dạng trên mặt bằng và bao gồm cả vị trí và loại cấu kiện chịu tải Với nhà. .. trung tại 1 tầng nào đó; ◦ Khớp dẻo hình thành trong dầm lớn hơn trong cột 1/29/2013 Nên chọn Nên chọn NHÀ CAO TẦNG 38 Không nên chọn Không nên chọn 1/29/2013 Nên chọn NHÀ CAO TẦNG 39 19 3/28/2014 Không nên chọn Nên chọn 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 40 CHỈ DẪN BỐ TRÍ MẶT BẰNG CÔNG TRÌNH 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 41 20 3/28/2014 TỶ SỐ B/H THEO TCXD 198: 1997 HÌNH DÁNG MẶT ĐỨNG HỢP LÝ 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 42 2.3... cứng, ổn định và dao động Nội lực và biến dạng của kết cấu nhà cao tầng phải được tính toán theo phương pháp đàn hồi Đối với dầm, có thể điều chỉnh lại nội lực do biến dạng dẻo 1/29/2013 Loại hình kết cấu NHÀ CAO TẦNG Cấp động đất thiết kế 6 Nhà Khung Độ cao nhà (m) Mức dẻo Nhà Độ cao nhà (m) khung Mức dẻo khung vách Mức dẻo vách Nhà Độ cao nhà (m) khung Mức dẻo khung lõi Mức dẻo lõi 78 7 8 9 ≤30 >30... dụng sơ đồ khung hẫng cột ở tầng dưới Nếu bắt buộc phải hẫng, cần có biện pháp cấu tạo để đảm bảo nhận và truyền tải trọng từ cột tầng trên 1 cách an toàn  1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 44 Khung bê tông cốt thép nhà cao tầng, nếu có xây gạch chèn, trước hết phải chèn ở các tầng dưới Trong trường hợp phải xây chèn các tầng trên mà các tầng dưới không được xây chèn thì phải cấu tạo tầng dưới sao cho có độ cứng... 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 76 2.6 TẦNG HẦM  Vai trò: ◦ Tăng diện tích sử dụng: làm chỗ đậu xe, kho; ◦ Giảm chiều cao nhà; ◦ Giảm chuyển vị ngang của nhà; ◦ Giảm dao động; ◦ Tăng ổn định về lật  Hiệu quả của việc thiết kế tầng hầm là rất cao, tuy nhiên việc thiết kế và thi công tầng hầm đòi hỏi phải có công nghệ cao, phải có biện pháp thi công thích hợp để tránh hậu quả có thể xảy ra khi thi công 1/29/2013 NHÀ... giảm 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 29 14 3/28/2014 2.2.1 GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC (3/5) Hình khối nhà:  Hình dạng theo phương đứng cần đảm bảo tính đối xứng qua 2 trục hoặc nhiều trục trên mặt bằng  Mặt bằng các tầng nhà không thay đổi theo chiều cao nhà hoặc có thể thay đổi tốt nhất nên giảm dần theo chiều cao, tránh thay đổi đột ngột hoặc mở rộng theo chiều cao nhà  Nếu thay đổi đột ngột về số tầng, nên chia... trong các nhà có chiều cao trên 40m (khoảng 12 tầng trở lên)  Trong kiến trúc nhà cao tầng, luôn có những bộ phận như thang máy, thang bộ, tường ngăn, hoặc kết cấu bao che liên tục theo chiều cao nên kết cấu khung chịu lực thuần túy không tồn tại; 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 55 26 3/28/2014 2.4 CÁC HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC PHỔ BIẾN KẾT CẤU VÁCH CỨNG Các cấu kiện thẳng đứng chịu lực đứng và ngang của nhà là các... THỰC TẾ (1/4) Nhà cao tầng ở VN chủ yếu sử dụng hệ kết cấu khung, vách và lõi cứng chịu lực ngang  Sàn sử dụng sàn không dầm bằng BTCT hoặc bê tông cốt thép dự ứng lực  Số lượng tầng hầm từ 1 đến 3  Hà Nội:  ◦ Keangnam Hanoi Landmark Tower: 72 tầng ◦ Hà Nội City Complex: 65 tầng  TP Hồ Chí Minh: ◦ Saigon Trade Center: 33 tầng ◦ Bitexco Financial Tower: 68 tầng 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 22 1.7 CÔNG... dạng đơn giản hơn 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 30 2.2.1 GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC (4/5) Hạn chế tỷ lệ chiều cao H và chiều rộng B  Mục đích: ◦ Đảm bảo nhà đủ độ cứng ◦ Đảm bảo ổn định tổng thể của công trình, chống lật ◦ Khống chế giá trị của tần số dao động, gia tốc góc Chiều cao tối đa H(m) và giá trị giới hạn H/B (Chiều cao tính từ mặt đất ngoài đến đỉnh mái nhà ) 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 31 15 3/28/2014 2.2.1... tải trọng động đất 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 47 23 3/28/2014 2.3 KHE CO GIÃN, KHE LÚN, KHE KHÁNG CHẤN  Khoảng cách lớn nhất của khe co dãn khi không tính toán  Bề rộng tối thiểu của khe kháng chấn (mm) (H là độ cao của mái đơn nguyên thấp nhất trong các đơn nguyên kề nhau tính bằng m) 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 48 2.4 CÁC HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC PHỔ BIẾN Hệ kết cấu chịu lực Nhà cao tầng là bộ phận chủ yếu tiếp . LẬT 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 8 3/28/2014 5 CHƯƠNG 1 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 9 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG (1/3)  Đặt vấn đề: ◦ Nhà cao tầng là gì? ◦ Vai trò của nhà cao tầng? ◦ Tại sao nhà cao tầng ngày. 1950. 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 24 1.7. CÔNG TRÌNH THỰC TẾ (4/4) 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 25 Một số tòa nhà cao tầng tiêu biểu trên thế giới: 3/28/2014 13 CHƯƠNG 2 1/29/2013 NHÀ CAO TẦNG 26 2.1 GIỚI. giữa nhà cao tầng và nhà thấp tầng: ◦ Đối với nhà cao tầng, thiết kế kết cấu có vai trò rất quan trọng. Việc thiết kế đòi hỏi phải sử dụng các công cụ tính toán rất mạnh. ◦ Tiêu chuẩn nhà cao tầng