D. KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG TRONG THỜI GIAN TỚI<*>
2. Hệ chịu lực chéo (The diagonnalized systems)
Ống chéo (hình 9.64) là giải pháp cổ điển như m ột cái ống duy nhất, thích hợp với tính chất của thép xây dựng. Đ ó là hệ thống ống lý tưởng được thiết k ế nhằm nối liền tất cả các cột ngoài, tạo thành một hộp cứng để chống được các lực ngang nhờ lực nén dọc trục trong các cấu kiện của hệ thống hơn là nhờ vào độ chống uốn của các cấu kiện. Đạt được việc nàv bằng cách sử dụng hệ thống tối thiểu các thanh xiên trên tất cả các mặt đứng và thiết k ế để các thanh xiên này giao nhau tại cùng m ột điểm ở cột góc. Hệ thống này là một ống tãng cứng với các thanh xiên có gờ, khơng chỉ hoạt động như một dàn trên mặt phẳng của hệ thống mà còn tác động qua lại với các dàn khác ở các mặt vng góc nhằm tăng cường sự làm việc không gian của ống.
-Đ a i chính Giằng Ỳ Đai phụ Kết cấu chính - Kết cấu phụ Một mỏđun T x m à Cột tạm ' ỵ Chéo chính Chéo phụ ầ í C ộtchịu nén ở b i è n Cột trong ' Chéo chính Cột ngoải Khung chu v i
H ỉnh 9.64. Hệ ĩliống ống kiểu dàn (chéo) H ình 9,65. Hệ thống ống chéo trong nhà
Dạng kết cấu nàv được sử dụng đầu tiên cho cơng trình John Hancock Center, Chicago - đó là tháp 100 tầng đa dụng, sử dụng làm nơi đỗ xe, cửa hàng, văn phòng làm việc, căn hộ và các loại sử dụn2 khác. Kích thước ở đáy là 80m X 47m, được vuốt thon tuyến tính thành 49m x30m ớ đỉnh. Bước cột ở mặt ngoài dài là 12m và ở mặt ngoài ngắn là 7,6m. Khung giằng chéo dược thiết kế giống như tưịìig chịu lực, nơi đó trọng lượng bản thân tòa nhà dược phân bố đổng đều giữa các cột và các tải trọng ngang tạo ra các lực nén dọc trục đồna bộ cùng các iực hướng trục của thân dàn tam giác. Đ ể tạo được các kết quả nàv, cần thiết phải có một thanh nối ngang tại mỗi giao điểm giữa thanh xiên và cột. Một thanh nối lớn hơn, gọi là "thanh nối chính", được bố trí tại giao điểrn của các thanli giằns X xêp lên nhau, ớ giữa các thanh giằng chính có các thanh nối phụ tại m ỗi giao điểm của còt và thanh nối. Hệ giằng "X" cao 20 tầng, cổ 3 tẩng văn phòng làm việc hoặc 4 tầng căn hộ ớ giữa các thanh nối phụ (tùy vị trí). Hệ thống phụ là các dầm giằng được đặt giữa các thanh nối phụ.
Khi số tầng càng cao, rõ ràng hộ kết cấu đã ảnh hưởng đến sự thể hiện kiến trúc bên ngồi của cơng trình thơnR qua sự liên kết giữa các thanh xiên, cột và thanh nối. Hệ ihông ống dàn (tăng cứng) có iru điểm nổi bật cho phép ít cột (cột thưa hơn) khác với lưới khung dày đặc bình thườiig, khi số tầng tăng lên.
Việc bố trí ống lăng cứiig ngồi có hiệu quả đáng kể đối với các cơng trình siêu cao và có thể được sử dụng ở nhiéư dạng idiác nhau. Hình 9.65 thể hiện sơ đồ của m ột tháp đa chức nãng cao 135 tầng được đề xuất trong một kỳ thi dự
an tổ chức tại New Yoỉk. Coiìịỉ trình này gồm CĨ Văn phòng làm việc, khách sạn và diện lích ở. Tất cả các chức năng này (íịi hỏi phải bố trí những tầng hẹp hcm ở phần trên và phần giữa của cơng trình. Các hình dáng tầng thay đổi được cấu trúc bằng cách tạo hình thể nhiĩng ống tăng cứng m ơđuyn có clạng tam giác. Tất cả các tải trọng bản thân được dự kiến truyền cho 8 cột ngoài bằng các dàn cao 3 tầng, để gia tăng tối cia hiệu suất của dạng ống. Các cột ngồi có thể bằng thép, bêtơng hay composite hoặc có thể là cột lớn (mega colum).
Các hệ thống bắt chéo trong hình 9.66 được thể hiện bằng một thanh giằng giữa các cột ngồi, có thể làm việc như là một công-xon. Các dàn phảng xuyên qua thân của cơng trình và vì vậy các khơng gian nội thất phải được nghiên cứu kỹ về kiến trúc. Về c ơ bản, các thanh xiên nối các cột ngoài hoạt động như m ột siêu thanh giằng (superbrace) khiến các cột ngoài làm việc như cánh của dàn. Mặt bằng cho thấy một dang hình tháp có 8 cơt đươc nối kết bằng những thanh giằng
. ■ . XT ^ ^ Hinh 9.66. Hệ thông
trong này theo hai hướng. Ngoài các thanh giằng trong, yêu ống chéo bên ngoài
7 \7 \ 7 \ \ / / \ \ / Ĩng dàn bèn ngồi
cầu có các khung chu vi để tạo ra sức chịu xoắn cần thiết. Các thanh giàng cũng có thể hoạt động như những dàn trọng lực ở mặt đứng, truyền tất cả tải bản thân cho các cột ngoài để tăng m ạnh độ cứng khi tải trọng ngang tác dụng, ở dạng thức này, từng dàn đạt được hiệu suất tối đa của nó vì các cánh cửa của cột ngoài m ang tất cả các tải trọng bản thân, tăng khả năng chống lật. v ề cơ bản, trọng lượng của cơng trình được đỡ trên 8 cột ngồi. Chỉ có thể đạt được độ cứng cao cho nhà chọc trời bêtông cốt thép thuần túy chỉ khi các cột ngồi này có kích thước to như cột của trụ cầu.
H ình 9.67. Hệ thống ống chéo trong - ngoài
Trụ sở Ngân hàng Trung Quốc ở Hồng K ông sử dụng một chuyển thế táo bạo hộ thống các thanh xiên ngoài để tạo dáng, đã đưa khái niệm ống lên một bước cao hon (hình 9.67). Hệ thống này căn cứ vào các lăng trụ tam giác bắt chéo được liên kết bằng các thanh xiên lớn có gờ và cuối cùng chỉ chịu trên 4 cây cột ở đáy. Tháp 70 tầng nàv là một khối vuông và chia chéo thành các góc tư. Càng lên cao, vào mỗi đoạn, một góc tư được chấm dứt cho đến khi kết cấu trở thành một lãng trụ tam giác đơn trên phần chóp của tịa nhà. Sự đổi mới đáng kể khái niệm này liên quan đến việc sử dụng vỏ bêtông tạo ra mòi trường hỗn hợp thép - bêtông để truyền các lực cắt cho các liên kết.
Khi các thanh xiên giao cắit, chúng được bọc bằng bêtông cốt thép truyền lực hướng trục và lực cắt. Điều này khôiiỊg cần đường hàn và như vậy giảm được những ứng suất dư do việc hàn ở các mối nối gây ra.