2.5.2.1. Phương án kết cấu chịu tải trọng đứng (theo phương ngang)
Kết cấu theo phương ngang gồm sàn và dầm, nhiệm vụ của nó là kết hợp với kết cấu theo phương đứng tạo thành hệ kết cấu phần thân của công trình.
Sàn có chức năng là tiếp nhận tải trọng sử dụng và truyền sang các dầm rồi truyền cho các kết cấu thẳng đứng (cột, vách). Ngoài ra, sàn còn được xem là các vách cứng nằm ngang nối với các vách cứng thẳng đứng thành một hệ không gian duy nhất.
Việc lựa chọn giải pháp kết cấu sàn hợp lý là việc làm rất quan trọng, quyết định đến tính kinh tế của công trình. Theo thống kê thì khối lượng bê tông sàn có thể chiếm 30 40% ÷ khối lượng bê tông của công trình và trọng lượng bê tông sàn trở thành một loại tải trọng tĩnh chính. Công trình càng cao, tải trọng này tích lũy xuống cột các tầng dưới và móng càng lớn, làm tăng chi phí móng, cột, tăng tải trọng ngang do động đất.
Về mặt công nghệ, có nhiều loại sàn khác nhau: sàn có dầm, sàn phẳng (sàn không dầm, tựa trực tiếp lên cột hoặc mũ cột), sàn ô cờ, sàn lắp ghép, sàn gạch bọng, sàn dự ứng lực,…
Sàn có dầm (sàn sườn)
Sàn có chiều dày nhỏ (thông thường từ 10 – 15 cm) tựa lên hệ dầm phụ và hệ dầm chính. Đây là loại sàn truyền thống được sử dụng rộng rãi.
Ưu điểm: Tính toán đơn giản, công nghệ thi công phong phú nên thuận tiện cho việc lựa chọn công nghệ thi công. Do sàn và dầm được thi công toàn khối nên hệ kết cấu có độ cứng cao, độ võng của hệ kết cấu được khống chế dễ dàng, so với sàn không dầm thì sàn sườn đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn.
Nhược điểm: Chiều cao dầm và độ võng của bản sàn rất lớn khi vượt nhịp lớn, dẫn đến chiều cao tầng của công trình lớn nên gây bất lợi cho kết cấu công trình khi chịu tải trọng ngang, giảm chiều cao thông thủy tầng và không tiết kiệm chi phí vật liệu (tốn nhiều cốp pha, bê tông,…).
Sàn phẳng (Sàn không dầm)
Sàn có chiều dày lớn và tựa trực tiếp lên cột.
Ưu điểm: Không gian kiến trúc tốt, chiều cao thông thủy lớn, giảm khối lượng về thi công cốt thép, cốp pha, dễ bố trí hệ thống kỹ thuật, thích hợp với những công trình có khẩu độ vừa.Việc thi công phương án này nhanh hơn so với phương án sàn dầm bởi không phải mất công gia công cốp pha, cốt thép dầm, cốt thép được đặt tương đối định hình và đơn giản.
Nhược điểm: Do không có dầm nên các cột không được liên kết với nhau để tạo thành khung, vì vậy độ cứng nhỏ hơn nhiều so với phương án sàn dầm. Khả năng chịu lực ngang của sàn không dầm kém hơn sàn sườn, do đó hầu hết tải trọng ngang do vách chịu. Sàn phải có chiều dày lớn để đảm bảo khả năng chịu uốn và chống xuyên thủng nên làm tăng khối lượng sàn.
Sàn không dầm dự ứng lực
Ưu điểm: Ngoài các ưu điểm như sàn không dầm thường thì phương án sàn không dầm dự ứng lực trước còn khắc phục được một số nhược điểm của sàn không dầm thường.
• Giảm chiều dày sàn khiến giảm được khối lượng sàn dẫn tới giảm tải trọng ngang tác dụng vào công trình cũng như giảm tải trọng đứng truyền xuống móng.
• Tăng độ cứng của sàn lên, khiến cho thỏa mãn về yêu cầu sử dụng bình thường.
• Sơ đồ chịu lực trở nên tối ưu hơn do cốt thép dự ứng lực được đặt phù hợp với biểu đồ momen do tĩnh tải gây ra nên tiết kiệm được cốt thép.
Nhược điểm: Tuy khắc phục được các ưu điểm của sàn không dầm thường nhưng lại xuất hiện một số khó khăn cho việc chọn lựa phương án này như sau:
• Thiết bị thi công phức tạp hơn, yêu cầu việc chế tạo và đặt cốt thép phải chính xác, trình độ tay nghề của công nhân cao.
• Thiết bị giá thành cao và còn chưa phổ biến.
Sàn rỗng Bubble Deck
Bubble Deck là một công nghệ thi công sàn bê tông cốt thép mang tính cách mạng trong xây dựng khi sử dụng những quả bóng bằng nhựa tái chế để thay thế phần bê tông không tham gia chịu lực ở thớ giữa của bản sàn
Ưu điểm: Cắt giảm được chi phí và thời gian thi công do công tác ván khuôn, cốt thép rất đơn giản. Khối lượng sàn nhẹ nhưng chịu lực được lớn, tính vượt nhịp cao, linh hoạt trong thiết kế và thi công, đảm bảo tính mỹ quan cho công trình do không có dầm, giảm bớt được cột trong công trình, tường xây được bất kỳ vị trí nào mà không cần dầm đỡ. Chiều cao thông thủy lớn, tính cách âm, cách nhiệt tốt do cấu trúc đặc biệt của kết cấu là sàn rỗng. Sử dụng sàn rỗng Bubble Deck có thể tiết
kiệm đến 20% - 25% giá thành xây dựng. Khả năng chịu động đất tốt do giảm nhẹ trọng
lượng bản thân.
Nhược điểm: Trong quá trình đổ bê tông, nếu không kiểm soát chất lượng cốp pha gỗ, số lượng ty neo có thể gây ra hiện tượng xô lệch bóng hoặc đẩy nổi tấm sàn, điều này làm chiều dày sàn tăng hơn so với thiết kế, lớp bảo vệ bê tông đỉnh quá mỏng và ít nhiều gây ảnh hưởng đến sự làm việc của kết cấu. Có thể xuất hiện hiện tượng rỗ đáy khi tháo ván khuôn (nhìn thấy đáy quả bóng) do công tác đầm chưa tốt trong lúc đổ bê tông, gây thẩm mỹ không tốt và ảnh hưởng đến chất lượng sàn. Mỗi phương án kết cấu sàn đều có những ưu và nhược điểm riêng khi được lựa chọn sử dụng, phương án sàn được lựa chọn phải đảm bảo các tiêu chí như: đáp ứng công năng sử dụng, tiết kiệm chi phí, thi công đơn giản, đảm bảo chất lượng kết cấu công trình, độ võng thỏa yêu cầu cho phép. Căn cứ vào những tiêu chí này sinh viên lựa chọn phương án sàn dầm (sàn sườn), do chiều cao tầng của công trình tương đối lớn nên khi sử dụng phương án sàn sườn vẫn đảm bảo chiều cao thông thủy của tầng, và kết cấu sàn sườn phù hợp với giả thiết sàn cứng tuyệt đối khi trong thiết kế nhà cao tầng.
2.5.2.2. Phương án kết cấu chịu tải ngang (theo phương đứng)
Hệ kết cấu theo phương đứng đóng một vai trò quan trong công kết cấu nhà cao tầng, bởi vì:
Tải trọng phân bố từ dầm sàn truyền vào hệ kết cấu thẳng đứng và sau đó truyền xuống móng và đất nền công trình.
Chịu tải trọng ngang của gió, động đất và áp lực tác dụng lên công trình. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hệ kết cấu thẳng đứng liên kết với dầm, sàn bằng các liên kết cứng tạo nên hệ không gian giúp giữ ổn định tổng thể cho công trình, tăng độ cứng công trình làm hạn chế dao động và giảm chuyển vị đỉnh của công trình.
Hệ kết cấu theo phương đứng gồm 2 nhóm chính:
Nhóm 2: Hệ chịu lực hỗn hợp được tổ hợp từ 2 hoặc 3 cấu kiện cơ bản trở lên như kết cấu khung – vách , khung – lõi, khung – vách – lõi,…
Hệ khung chịu lực
Kết cấu thuần khung bao gồm hệ thống cột và dầm liên kết cứng tại các nút, nhiều khung phẳng tạo thành khung không gian vừa chịu tải trọng đứng và tải trọng ngang. Ưu điểm của hệ kết cấu khung là có sơ đồ làm việc rõ ràng, có khả năng tạo ra các không gian lớn, linh hoạt, có thể đáp ứng đầy đủ các yêu cầu sử dụng công trình. Tuy nhiên độ cứng theo phương ngang của hệ khung tương đối nhỏ, khả năng chịu lực cắt theo phương ngang kém, khả năng chịu tải trọng ngang kém khi công trình có chiều cao lớn. Hệ thống dầm thường có chiều cao lớn nên ảnh hưởng đến không gian sử dụng làm tăng độ cao công trình. Hệ khung có thể sử dụng tốt cho công trình có chiều cao đến 15 tầng khi công trình nằm trong vùng động đất cấp 7, 10 – 12 tầng cho công trình nằm trong vùng động đất cấp 8 và không nên áp dụng cho công trình nằm trong vùng động đất cấp 9.
Hệ khung – vách cứng
Hệ khung – vách cứng có tính liền khối tốt, độ cứng theo phương ngang lớn, kết hợp với bản sàn tạo thành kết cấu hộp nhiều ngăn.Vì vậy hệ kết cấu có khả năng chịu tải trọng ngang rất tốt, vách thường sử dụng trong nhà cao tầng chủ yếu chịu tải trọng ngang (trên 85%). Tuy nhiên, hệ kết cấu có trọng lượng bản thân lớn nên làm tăng tải trọng động đất. Kết cấu khung – vách đạt hiệu quả trong nhà từ 20 đến 40 tầng.
Dựa vào các yếu tố trên kết hợp với kiến trúc công trình, sinh viên chọn hệ kết cấu theo phương đứng của công trình là hệ khung – vách – lõi.
2.5.2.3. Phương án kết cấu chịu lực cho móng