CH NG 1NHA CAO

Error: Reference source not found - Error: Reference source not found CHƯƠNG NHÀ CAO Quyển sách thảo luận vấn đề liên quan đến kết cấu nhà cao “Tính cao”, vậy, khái niệm tương đối nhà cao định nghĩa thông qua thuật ngữ cụ thể có liên quan đến chiều cao hay số tầng “Tính cao” quan niệm nhìn nhận cá nhân hay cộng đồng Do đó, định nghĩa có tính định lượng cho nhà cao không áp dụng đại trà Dưới góc nhìn kỹ sư xây dựng, nhà cao định nghĩa nhà mà, độ cao chúng, lực ngang gió động đất đóng vai trị quan trọng thiết kế kết cấu Ảnh hưởng tác động này, đó, cần phải xem xét từ bắt đầu trình thiết kế 1.1 TẠI SAO CẦN NHÀ CAO Các cơng trình tháp nhà cao mê loài người từ ngày đầu văn minh Các cơng trình dạng ban đầu xây dựng mục đích phịng thủ sau cho mục đích tơn giáo Sự phát triển nhà cao đại năm 1880 chủ yếu cho mục đích thương mại dân dụng Nhà cao cho mục đích thương mại trước hết để thoả mãn yêu cầu hoạt động kinh doanh: sở kinh doanh gần tốt bố trí trung tâm thành phố nơi diện tích đất hạn chế Ngoài ra, bật mình, nhà cao cho mục đích thương mại xây dựng trung tâm thành phố để làm biểu tượng cho tổ chức Hơn nữa, hiệp hội kinh doanh du lịch, tính lưu động ngày cao cần bố trí khách sạn cao tầng trung tâm thành phố Sự phát triển nhanh chóng cư dân thành phố hậu áp lực lên không gian hạn chế có ảnh hưởng đến việc xây dựng khu Giá đất cao, mong muốn tránh hỗn loạn thị u cầu trì đất nơng nghiệp đóng góp vào việc phát triển nhà cao Ở số thành phố, ví dụ, Hong Kong Rio de Janeiro, hạn chế không gian làm cho nhà cao tầng giải pháp khả thi để đáp ứng nhu cầu nhà 1.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN, CHIỀU CAO VÀ DẠNG KẾT CẤU Tính khả thi mong muốn kết cấu nhà cao tầng luôn phụ thuộc vào dạng vật liệu có sẵn, trình độ công nghệ xây dựng phát triển dịch vụ trang thiết bị cần thiết cho việc sử dụng nhà Kết tiến chủ yếu đạt với phát minh vật liệu mới, hạ tầng xây dựng dịch vụ trang thiết bị Các nhà nhiều tầng biểu tượng thành Rom cổ: nhà tầng gỗ gồm trụ dầm sử dụng phổ biến Những nhà xây dựng sau đám cháy Nero nhiên, phần kết cấu mái vòm lại xây dựng vật liệu gạch bê tông Trong kỷ tiếp theo, người ta sử dụng hai vật liệu xây dựng gỗ gạch Gỗ khơng có Kết cấu bê tông đủ cường độ cho nhà có nhiều tầng ln có nguy bị cháy Gạch có cường độ cao chịu nén có sức chống cháy trọng lượng chúng làm cho hệ thống gối đỡ bị tải Với phát triển nhanh chóng nhà chọc trời Bắc Mỹ cuối kỷ 19, giới hạn dạng kết cấu xuất năm 1891 xây dựng nhà 16 tầng Monadnock Chicago Các tầng nhà xây dựng tường có chiều dày đến 2m nhà cao tầng cuối thành phố có sử dụng tường dày gạch để chịu lực Các vấn đề kinh tế xã hội xảy sau q trình cơng nghiệp hố kỷ 19 với nhu cầu tăng nhanh không gian sống thành phố phát triển Mỹ thúc đẩy việc xây dựng nhà cao tầng Sự phát triển khơng đạt khơng có hai tiến kỹ thuật kỷ: phát triển vật liệu cường độ cao hiệu cho kết cấu sắt, thép việc sử dụng thang máy (Hình NHÀ CAO.1) Mặc dù thang máy phát triển khoảng 20 năm trước tiềm sử dụng nhà cao tầng bắt đầu xuất cơng trình nhà Equitable Life Insurance New York, năm 1870 Đầu tiên, thang máy giúp cho tầng dễ cho thuê tầng dưới, đó, làm cho nhà cao tầng đáp ứng u cầu tài Hình NHÀ CAO.1 Sự phát triển chiều cao nhà Các vật liệu xây dựng cho phép phát triển nhà cao tầng có kết cấu khung chịu lực nhẹ cho phép cơng trình nhà có chiều cao lớn có khơng gian bên rộng mở có nhiều cửa sổ trước đó, kết cấu khung sắt sử dụng cho kết cấu tường gạch chịu lực Nhà cao tầng chịu khung kim loại nhà 11 tầng Home Insurance Chicago năm 1883 Tiếp theo nhà khung toàn thép tầng Rand-McNally Hai năm sau đó, thành phố đó, kết cấu giằng chéo đưa vào sử dụng cho khung mặt ngồi cho cơng trình nhà Masonic Temple cao 20 tầng để tạo giàn thẳng đứng Dạng kết cấu trở thành nguyên mẫu cho kết cấu khung giằng tường chịu cắt (vách) Sau đó, người ta nhận thức rằng, chiều cao vậy, lực gió tham số thiết kế quan trọng Các phương pháp thiết kế công nghệ xây dựng cải tiến cho phép chiều cao tối đa kết cấu khung thép tăng lên nhanh chóng, đạt đến 60 tầng xây dựng nhà Woolworth Buiding New York năm 1913 Kỷ nguyên vàng việc Error: Reference source not found - Error: Reference source not found xây dựng nhà cao tầng Mỹ đạt đến cực điểm năm 1931 xây dựng Empire State Building với kết cấu khung giằng thép 102 tầng đạt đến chiều cao 381 m Mặc dù việc xây dựng bê tông cốt thép bắt đầu vào lúc chuyển kỷ dạng kết cấu không sử dụng để xây dựng nhà nhiều tầng đến kết thúc chiến tranh giới lần thứ Các lợi vật liệu liên hợp, tạo cách nhanh chóng để thoả mãn đồng thời yêu cầu thẩm mỹ chịu lực không nhận thức đầy đủ Các kết cấu ban đầu xây dựng theo kiểu bắt chước kết cấu thép Sự tiến bê tông cốt thép diễn chậm gián đoạn Ở thời điểm kết cấu khung thép Empire State Building hồn thành, kết cấu nhà bê tơng cao nhất, Exchange Building Seattle đạt 23 tầng Sự suy giảm kinh tế năm 1930 đặt dấu kết thúc cho kỷ nguyên nhà cao tầng lớn Cho đến tận số năm sau chiến tranh giới lần thứ 2, việc xây dựng nhà cao tầng khuyến khích trở lại với giải pháp nhanh chóng kết cấu kiến trúc Thay cho việc tăng đáng kể chiều cao, xu hướng phát triển tạo dạng kết cấu cải thiện chất lượng vật liệu dịch vụ phương pháp thiết kế xây dựng tốt Cho đến năm 1973, kỷ lục chiều cao Empire State Building bị tháp đôi World Trade Center 110 tầng, cao 412 m kết cấu khung ống phá vỡ Tiếp theo Sears Tower kết cấu ống ghép Chicago cao 442 m Các dạng kết cấu khác phát triển cho cơng trình nhà văn phịng chung cư, đáp ứng yêu cầu chức khác Ở nhà văn phòng đại, việc đáp ứng nhu cầu khác khách hàng xếp không gian tầng dẫn đến việc phải tạo khơng gian mở khơng có cột để có mềm dẻo quy hoạch Sự cải tiến trang thiết bị nhà đòi hỏi phải tiện lợi cho thiết bị khí chung cho tồn tầng Tuy nhiên, khơng gian bị để bố trí dầm cao hay giàn nối kết cấu nhà Sự thay kết cấu tường ngăn bên cầu thang gạch xây trước đây, vốn có đóng góp quan trọng vào độ cứng cường độ kết cấu, kết cấu tường nhẹ lắp ghép tường chắn kính buộc kết cấu phải có đủ cường độ độ cứng cần thiết để chịu tải trọng ngang tải trọng đứng Các tính kiến trúc khác tồ nhà thương mại có ảnh hưởng đến dạng kết cấu lối vào rộng hành lang mở tầng trệt, cửa mở nhiều tầng, nhà hàng sảnh ngắm cảnh Các sảnh địi hỏi hệ thống thang máy đắt tiền sân thượng Các yêu cầu công nhà chung cư cung cấp chỗ riêng biệt, đóng kín, phân chia tường ngăn cứng cố định cách ly cháy âm Do tường ngăn lặp lặp lại tầng nên, thiết kế đại, chúng sử dụng làm kết cấu chịu lực tạo thành kết cấu vách, tường ngang hay khung chèn Xu hướng làm lộ rõ kết cấu cắt rời kiến trúc khoảng lùi cơng trình tầng để thoả mãn yêu cầu ánh sáng ban ngày trở thành tính kiến trúc đại Kết cấu bê tơng u cầu kết cấu phải có đủ độ cứng cường độ đồng thời thoả mãn yêu cầu khác nói dẫn đến việc phát triển nhanh chóng kết cấu khung hệ kết cấu khung giằng, ống kiểu khung kết cấu vỏ – lõi, kết cấu tường khung kết cấu công xon – giằng Thế hệ kết cấu nhà “hậu đại” thể cấu tạo kiến trúc bên bất quy tắc dẫn đến dạng kết cấu lai tổ hợp từ hai hay ba dạng kết cấu đơn Tốc độ xây dựng tiêu chí quan trọng việc hoàn vốn đầu tư dự án lớn Hầu hết nhà cao tầng xây dựng trung tâm chật chội thành phố nên khó tiếp cận Việc thiết kế tổ chức xây dựng cách cẩn thận, đó, quan trọng Các kết cấu nhà có nhiều tầng giống cho phép thực việc xây dựng theo bước lặp lặp lại với công nghệ chế tạo sẵn Các tiến việc xây dựng nhà cao tầng gắn liền với việc phát triển thiết bị hiệu phương pháp xây dựng cải tiến ván khuôn trượt, ván khuôn bay, bơm bê tông việc sử dụng cần cẩu tháp, cần cẩu leo cần cẩu di động lớn 1.3 KẾT CẤU NHÀ NHIỀU TẦNG Một cách lý tưởng, giai đoạn thiết kế đầu tiên, tồn nhóm thiết kế, bao gồm kiến trúc sư, kỹ sư kết cấu kỹ sư thiết kế trang thiết bị nhà hợp tác để thống dạng kết cấu thoả mãn yêu cầu chức năng, tính an tồn, khả khai thác khả vận hành dịch vụ, v.v Một thoả hiệp địi hỏi khác khơng thể tránh khỏi Trong nhà cao, cấu tạo kết cấu phải phụ thuộc vào việc bố trí khơng gian mỹ thuật Thông thường, điều dẫn đến giải pháp kết cấu khơng lý tưởng địi hỏi khéo léo kiên trì kỹ sư kết cấu Hai dạng phận chịu lực thẳng đứng nhà cao tầng cột tường Tường làm việc độc lập tường chịu cắt (vách) hay kết hợp lại thành lõi vách chịu cắt Chức khai thác nhà, cách tự nhiên, dẫn đến việc sử dụng tường để phân chia đóng kín khơng gian, lõi để chứa thiết bị vận chuyển thang máy Cột sử dụng để truyền lực đứng và, số dạng kết cấu, lực ngang Cột đơi cịn làm việc cấu kiện chịu lực ngang Cột sử dụng chi tiết kiến trúc để tạo sọc đứng mặt ngồi Chức phận kết cấu để chịu trọng lượng thân kết cấu nhà phận Do tải trọng lên sàn giống nên, đơn vị diện tích sàn, tải trọng coi cách gần số không phụ thuộc vào chiều cao nhà Do trọng lực tác dụng lên cột tăng dần xuống chân cột nên lực tác dụng lên đơn vị diện tích cột tăng tuyến tính cách gần theo chiều cao nhà Chức thứ hai phận kết cấu thẳng đứng để chịu tải trọng thứ cấp gió động đất gây Độ lớn tải trọng xác định theo Tiêu chuẩn thiết kế dựa nghiên cứu hầm gió Mơ men uốn nhà lực ngang sinh tăng theo bậc hai chiều cao ảnh hưởng tăng dần theo chiều cao Dựa hệ số nêu trên, chi phí tương đối vật liệu cần cho kết cấu sàn, cột hệ thống Error: Reference source not found - Error: Reference source not found giằng gió kết cấu khung thép truyền thống bất lợi việc tăng chiều cao ước lượng cách gần thể hình 4.1 Do ảnh hưởng xấu lực ngang xảy đời cơng trình nên việc giảm thiểu bất lợi việc tăng chiều cao để đạt thiết kế tối ưu cần thiết Các nghiên cứu liên tục cho giải pháp có hiệu dẫn đến thiết kế cải tiến dạng kết cấu đại (xem chương 4) Trong phát triển hệ thống thích hợp để chịu lực ngang kỹ sư phát minh kết nối ngang cấu kiện thẳng đứng để tạo thành hệ thống tổ hợp tường ghép hay khung cứng Các hệ thống này, trình bày chương sau, tạo thành kết cấu tổng thể có độ cứng ngang lớn nhiều lần tổng độ cứng ngang cấu kiện thẳng đứng độc lập 1.3.1 Quá trình thiết kế Một việc bố trí chức kết cấu định, q trình thiết kế nói chung, thực theo bước lặp Việc tính tốn sơ để xác định kích thước cấu kiện thường dựa trọng lượng tính tăng để xét đến lực gió Diện tích mặt cắt ngang cấu kiện thẳng đứng xác định dựa tải trọng cộng dồn từ diện tích tham gia truyền lực có chiết giảm để xét đến xác suất tất sàn chịu đồng thời hoạt tải mức lớn Kích thước ban đầu dầm thường xác định dựa mô men lực cắt tính tốn theo phương pháp phân tích tĩnh tải đơn giản phương pháp phân phối mô men hay từ giá trị quy chuẩn cho mặt cắt nhịp gối Sau đó, kết cấu tính duyệt theo chuyển vị ngang lớn nội lực cấu kiện quan trọng kỹ thuật phân tích gần Nếu chuyển vị vượt giới hạn hay số cấu kiện khơng thích hợp cần điều chỉnh lại kích thước cấu kiện hay bố trí kết cấu Nếu số cấu kiện “thu hút” nhiều lực người kỹ sư cần phải giảm độ cứng chúng để phân phối lại lực giảm ứng suất Q trình phân tích sơ bộ, điều chỉnh lặp lại đạt giải pháp thoả mãn Một việc hay xảy khách hàng hay kiến trúc sư yêu cầu bố trí lại thiết kế nhà ban đầu Điều dẫn đến sửa đổi hay bố trí lại kết cấu phải thiết kế lại Các giai đoạn thiết kế sơ khác nhau, đó, phải lặp lặp lại số lần đạt thiết kế cuối Việc phân tích xác cuối với mơ hình chi tiết cần phải thực để tính duyệt chuyển vị sức kháng cấu kiện Việc phân tích thường xét đến hiệu ứng thứ cấp trọng lực ảnh hưởng lên chuyển vị ngang nội lực (hiệu ứng P - Delta) Phân tích động lực học cần thiết nếu, tác dụng tải trọng gió, kết cấu có chuyển vị ngang lớn dao động tiêu chí độ tiện nghi bọ vi phạm hay cần tính đến động đất Ở số giai đoạn q trình này, ảnh hưởng có hại chênh lệch chuyển vị từ biến, co ngót chênh lệch nhiệt độ cần xét đến Kết cấu bê tông Trong trình thiết kế, kiến thức tổng thể cấu kiện nhà cao tầng, dạng ứng xử chúng cần thiết để thiết kế hệ thống có khả chịu lực Một hệ thống cần hiệu quả, kinh tế giảm thiểu tác hại chiều cao lại làm thoả mãn mức cao yêu cầu khai thác Với việc phổ biến hệ thống phần mềm đa mục đích, việc xây dựng mơ hình phân tích đầy đủ xác trở thành phần quan trọng việc phân tích kết cấu nhà cao tầng Điều đòi hỏi kiến thức ứng xử kết cấu Việc mơ hình hố để phân tích trao đổi chương 1.4 TRIẾT LÝ, PHẠM VI VÀ NỘI DUNG CỦA QUYỂN SÁCH Quá trình thiết kế lặp mơ tả có liên quan đến cấp độ khác việc phân tích kết cấu, thay đổi từ việc phân tích sơ bộ, gần phục vụ cho giai đoạn thiết kế sơ đến phân tích xác phức tạp giai đoạn tính duyệt cuối Phần lớn sách này, đó, dành để thảo luận so sánh phương pháp phân tích khác phát triển cho dạng kết cấu nhà cao tầng Sự tập trung sách phương pháp chuyên biệt cho nhà cao tầng, phương pháp áp dụng cho kết cấu phổ thông không dành nhiều chỗ bàn đến nhiều tài liệu khác Độc giả coi quen thuộc với phương pháp chuyển vị phương pháp phần tử hữu hạn Hầu khơng có ngoại lệ, phương pháp trình bày phương pháp tĩnh dựa giả thiết ứng xử đàn hồi phận kết cấu Mặc dù lực gió động đất, chất, lực ngắn hạn để thuận tiện, chúng thể hầu hết tình thiết kế lực phân bố tĩnh Các lực trình bày chương Mặc dù nhận thức rằng, kết cấu bê tông gạch có ứng xử phi tuyến phân tích đàn hồi tuyến tính cơng cụ đóng vai trị định thiết kế kết cấu nhà cao tầng Các kỹ thuật phân tích ứng xử phi tuyến có chúng chưa phát triển đủ tốt để thực phân tích chi tiết cho kết cấu nhà cao tầng có bậc siêu tĩnh lớn Phân tích tĩnh tuyến tính áp dụng cho phận kết cấu cho kết cấu bao gồm kết cấu kết cấu khung cứng, kết cấu khung giằng hay khung chèn, tường chịu cắt đến kết cấu tổ hợp có hiệu tường ghép chịu cắt, khung tường kết cấu ống khung, lõi tường chịu cắt, kết cấu công xon giằng Trong tài liệu này, phương pháp thích hợp cho thiết kế sơ thiết kế tổng thể trình bày Một số ví dụ trình bày vị trí cần thiết Mặc dù kỹ thuật tính tốn ma trận dựa máy tính phương pháp xác cung cấp nhiều khả tính tốn kỹ thuật tính tốn gần ý nhiều tài liệu Lý phương pháp cung cấp hiểu biết ứng xử kết cấu lời giải khái qt hố chúng cách rõ ràng nhanh chóng ảnh hưởng thay đổi tham số kết cấu Các hiểu biết có giá trị để lựa chọn mơ hình phân tích thích hợp máy tính Quyển sách kết thúc với Error: Reference source not found - Error: Reference source not found loạt phụ lục chứa dẫn thiết kế, công thức biểu đồ danh mục tài liệu tham khảo Rõ ràng là, việc xem xét hết tất vấn đề nhà cao tầng tập tài liệu khơng thực tế Do đó, vấn đề quan trọng kết cấu móng, lực gió động đất với phân tích động lực học kết cấu, phương pháp q trình thi cơng, v.v vấn đề tự chủ đề lớn bỏ qua Để có trao đổi tổng quát tất khía cạnh nhà cao tầng kiến trúc, xã hội kỹ thuật, độc giả tham khảo đến báo cáo hiệp hội Nhà cao tầng Nhà đô thị 1.5 LÝ DO CÓ QUYỂN SÁCH Các tác giả tin tưởng rằng, sách viết phân tích thiết kế kết cấu nhà cao tầng dành cho số đông Trong thập kỷ qua, khối lượng lớn kiến thức chủ đề tích luỹ nhờ thành tựu nghiên cứu mạnh mẽ toàn giới Tốc độ nghiên cứu vấn đề chậm lại kết nghiên cứu phân bố rộng rãi hầu hết số chúng dạng tạp chí nghiên cứu Rất nhiều kỹ thuật tính tốn phát triển dành riêng cho nhà cao tầng chúng tạo dựng nên sở cho lĩnh vực khoa học Điều đòi hỏi kết nghiên cứu phải xếp, kết nối tổ chức thành dạng thống Trong việc xây dựng nhà cao tầng tiếp tục nhanh chóng, người ta có nhu cầu thông tin mà kỹ sư thu thập trình thiết kế sinh viên kết cấu xây dựng tiếp tục đăng ký học tiếp tục thực nghiên cứu nhà cao tầng Quyển sách viết cho văn phòng thiết kế cho lớp học phịng nghiên cứu Mục đích sách này, đó, để cung cấp cách nghiên cứu thống có hệ thống vấn đề phân tích thiết kế kết cấu nhà cao tầng cho kỹ sư kết cấu xây dựng cho sinh viên kết cấu xây dựng năm cuối cao học ... bê t? ?ng đủ cư? ?ng độ cho nhà có nhiều t? ?ng ln có nguy bị ch? ?y G? ?ch có cư? ?ng độ cao ch? ??u nén có sức ch? ? ?ng ch? ?y tr? ?ng lư? ?ng ch? ?ng làm cho hệ th? ?ng gối đỡ bị tải Với phát triển nhanh ch? ?ng nhà ch? ??c... khung ch? ??u lực nhẹ cho phép c? ?ng trình nhà có chiều cao lớn có kh? ?ng gian bên r? ?ng mở có nhiều cửa sổ trước đó, kết cấu khung sắt sử d? ?ng cho kết cấu tư? ?ng g? ?ch chịu lực Nhà cao t? ?ng ch? ??u khung... nhà h? ?ng sảnh ng? ??m cảnh Các sảnh địi hỏi hệ th? ?ng thang máy đắt tiền sân thư? ?ng Các yêu cầu c? ?ng nhà chung cư cung cấp ch? ?? ri? ?ng biệt, đ? ?ng kín, phân chia tư? ?ng ngăn c? ?ng cố định c? ?ch ly ch? ?y