giải pháp kết cấu

Kỷ niệm 55 năm thành lập Đại học Thủy lợi MỘT SỐ GIẢI PHÁP KẾT CẤU SIÊU CỘT CHO NHÀ SIÊU CAO TẦNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG ĐẾN ĐẶC TRƯNG ĐỘNG HỌC CỦA CƠNG TRÌNH Trần Trung Hiếu1, Vũ Ngọc Anh2 Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Trường Đại học Xây dựng Miền trung ĐẶT VẤN ĐỀ Đối với nhà siêu cao tầng tải trọng gió động đất yếu tố quan trọng chi phối tồn hình dạng kiến trúc bên ngồi loại hình kết cấu dùng cho cơng trình Để tối ưu hóa hệ kết cấu chịu lực nhà siêu cao tầng, phần lớn nhà tư vấn chọn phương hệ án kết cấu sau: Hệ lõi đặt vị trí trung tâm kết hợp hệ siêu cột (Mega colum) bao quanh hệ lõi tầng cứng (tầng có dầm chìa - Outrigger), ví dụ tồn nhà Lotte Center Hanoi ví dụ điển hình kết cấu [5] Trong nhà cao tầng, việc sử dụng hệ cột có tiết diện lớn mang lại hiệu mặt không gian đặc biệt độ cứng tổng thể cơng trình lớn so với dùng nhiều cột nhỏ [2] Không hệ siêu cột biên cơng trình liên kết với hệ dầm chìa (outrigger) với lõi cứng tạo thành hệ chịu tải trọng ngang hiệu quả, cột biên làm việc kéo chống cơng trình có xu hướng lệch khoải vị trí ban đầu, làm cản tở soay lõi, gảm chuyển vị mô men lõi [2] (xem hình vẽ 1) dùng siêu cột biên kích thước 1,5mx1,5m, bê tông cấp độ bền B40, thép tương đương loại AIII; Tòa nhà Bitexco thành phố Hồ Chí Minh, tòa nhà Lotte Center Hà Nội (68 tầng, cao 267m) dùng kết cấu liên hợp, cột tròn đường kính 2m Trên giới số tòa nhà Nhật dùng kết cấu ống thép nhồi bê tơng tòa nhà Tower Annex Nhật Bản [6] KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA KẾT CẤU CỘT ĐẾN ĐẶC TRƯNG ĐỘNG HỌC CỦA CƠNG TRÌNH Để có số liệu cụ thể so sánh ảnh hưởng kết cấu cột đến đặc trưng động học cơng trình, nhóm tác giả lấy cơng trình Lotte Center Hanoi với quy mơ 68 tầng tầng hầm, cao 267,1 m làm mô hình tính tốn Phương án kết cấu trạng cơng trình cột liên hợp tiết diện tròn, đường kính lớn D=2200mm từ tầng hầm đến tầng 1, thép hình I400 x 400 x 13 x 21 (SM490)(xem hình 2), bê tơng có cường độ chịu nén f’c = 60MPa Hình 2: Tiết diện cột tầng hầm tòa nhà Lottte Center Hà Nội Hình Sơ đồ hình dạng cột biên chịu tải gió Do hình thức kết cấu cột biên quan trọng làm việc tổng thể công trình Trên giới người ta dùng số loại kết cấu để làm siêu cột như: Kết cấu bê tông cốt thép cường độ cao; kết cấu liên hợp thép - bê tông; kết cấu ống thép nhồi bê tơng Tại Việt Nam có tòa nhà Keangnam Land Mark Tower (Khối 70 tầng, 336m) Cơng trình có tầng cứng, tầng cứng (outrigger) thứ cao 7m dùng làm tầng kỹ thuật bố trí tầng 32 tương ứng độ cao Z = 142m, tầng cứng thứ hai bố trí đỉnh mái cao 8,65m bố trí làm Penthouse phần làm tầng quan sát Sau xác định kích thước tiết diện sơ kích thước tiết diện sơ cột theo phương án 136 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2014 ISBN: 978-604-82-1388-6 khác Phương án dùng cột bê tông cốt thép; phương án dùng cột liên hợp; phương án dùng cột thép nhồi bê tông Các tiết diện kiểm tra đủ điều kiện đội bền, độ ổn định theo tiêu chuẩn Eurocode4 “Bảng1” trình bày tiết diện cho cột cho mộtsố tầng điển hình mà báo sử dụng để mơ tính tốn [6] Bảng 1: Tiết diện sơ chọn cốt thép cho cột theo phương án Thay đổi tiết diện cột Cấu tạo cột Đường kính cột Từ tầng đến Cốt thép chịu lực tầng Cốt đai Cốt cứng Phương án cột BTCT Phương án cột liên hợp Phương án ống thép nhồi BT (CFT) D2000 72  32  10a150 - D1800 24  25  10a200 I-700x500x50x50 D1800 16  20  10a200 1800x22 KẾT LUẬN Kết khảo sát với ba phương án hệ kết cấu cột: Phương án BTCT toàn khối; phương án liên hợp bê tông bọc thép; phương án cột nhồi CFT cho thấy: - Về phương diện kiến trúc sử dụng: Việc áp dụng kết cấu liên hợp thép - bêtông đem lại hiệu cao nhờ giảm kích thước tiết diện cấu kiện, giảm chiều cao tầng (do giảm chiều cao hệ dầm đỡ hệ dầm thép cho phép bố trí đường ống kỹ thuật phạm vi tiết diện), từ tăng khơng gian sử dụng , tiết diện cấu kiện chịu lực mảnh đem lại hiệu tính thẩm mỹ - Về thiết kế: Việc tính tốn thiết kế kết cấu liên hợp phức tạp so với kết cấu BTCT thông thường Ngồi ra, chưa có tiêu chuẩn thiết kế loại kết cấu nên phải dựa hoàn toàn tiêu chuẩn thiết kế nước - Về mặt thi công: Hệ kết cấu liên hợp cho phép thi công phương pháp đại (như cốp pha trượt, lắp ghép…), cấu kiện chế tạo sẵn công xưởng làm giảm thời gian xây lắp, dễ kiểm tra chất lượng, sớm đưa cơng trình vào sử dụng, giảm lượng cốp pha chống đỡ Trọng lượng cơng trình sử dụng phương án kết cấu liên hợp giảm khoảng 35% so với sử dụng kết cấu BTCT – kết tác giả khảo sát tài liệu [6] Điều giúp giảm chi phí vật liệu, giảm đáng kể kích thước móng vấn đề xử lý móng cơng trình đơn giản Ngồi ra, kết tính tốn dao động chuyển vị cơng trình cho thấy phương án đáp ứng điều kiện ổn định tổng thể độ cứng tồn cơng trình TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “Tính tốn cột tiết diện BTCT”- GS Nguyễn Đình Cống [2] “Nghiên cứu làm việc hệ tầng cứng nhà cao tầng”- TS Vũ Ngọc quang [3] EN 1994-1-1:2004 (2005), Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structure General rules anh rudes for buildings, EN, Europe [4] Shosuke Morino & KeigoTusuda (2001), Design and Construction of Concrete-Filled Steel Tube Column Sytem in Japan,JaPan [5] Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu so sánh phương án bố trí cột,vách cho số nhà nhiều tầng”- Ths Trần Văn Tám [6] Chuyên đề Loa Thành Nhà cao tầng “LOTTE CENTER HANOI”- Ks Trần Trung Hiếu, TS.Vũ Ngọc Anh 137 ... diện cấu kiện chịu lực mảnh đem lại hiệu tính thẩm mỹ - Về thiết kế: Việc tính tốn thiết kế kết cấu liên hợp phức tạp so với kết cấu BTCT thơng thường Ngồi ra, chưa có tiêu chuẩn thiết kế loại kết. .. thiết kế loại kết cấu nên phải dựa hoàn toàn tiêu chuẩn thiết kế nước ngồi - Về mặt thi cơng: Hệ kết cấu liên hợp cho phép thi công phương pháp đại (như cốp pha trượt, lắp ghép…), cấu kiện chế tạo... lượng cốp pha chống đỡ Trọng lượng cơng trình sử dụng phương án kết cấu liên hợp giảm khoảng 35% so với sử dụng kết cấu BTCT – kết tác giả khảo sát tài liệu [6] Điều giúp giảm chi phí vật liệu,