D. KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG TRONG THỜI GIAN TỚI<*>
1. Hệ chịu lực được giằng với lõ
Việc áp dụng phổ biến hệ chịu lực được giằng với lõi có liên quan đến sự tác động qua lại giữa các vách cứng, lõi và các khung ngoại vi (trên mặt ngồi cơng trình) ở dạng các khung chịu cắt hoặc ở dạng những khung ống thép hay bêtông. Các kiểu dáng kiến trúc của nhà nhiều tầng thay đổi đòi hỏi sự linh động hơn cho mặt đứng, và do đó, sự thể hiện rõ nét hệ chịu lực (các bó ố n g . ..) quá tỉ mỉ trên m ặt tiền có thể kh ơ n g phù hợp. Khi ấy, kết cấu đặc biệt liên quan đến lõi bêtông và các cột lớn ngoài biên nối kết với nhau bằng dàn biên (outrigger truss) đã chứng tỏ là sơ đồ chịu lực hợp lý, dễ thỏa mãn yêu cầu kiến trúc.
Việc sử dụng các dàn biên để liên kết thành m ột hệ thống dàn đứng và các cột khung rất lóín ở ngồi biên (có thể là dạng bó ống) đã được nghiên cứu hồn chỉnh.
Hệ thống này phân bổ các lực nén vào các cột ngoài khi tải trọng ngang tác dụng gây lật và làm gia tăng hiệu quả thông qua các cánh tay đòn lớn. Tuy nhiên, hiệu suất hoạt động của toàn hộ chịu lực lại bị giới hạn bởi độ cứng hữu hạn của ngay chính bản thân những cấu kiện tạo thành hệ dàn thẳng đứng. Đ ây là lý do tại sao hệ thống lõi (tường chịu cắt) BTCT vẫn có tiềm năng (do có độ cứng cao), được tiếp tục sử dụng để mong được độ cứng tổng thể lý tưỏíng cho cơng trình "chọc trời". Điều này được minh họa qua kết quả tính tốn, được ghi lại ở hình 9.61:
H inh 9.61. So sánh hệ thống biên Lõi BT và dàn biên Lõi thép và dàn biên Tường BT độc lặp Dàn BT độc lập 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0
Cùng trong m ột cơng trình cao tầng, hệ dàn thép được thiết k ế riêng lẻ bên trong sẽ có chuyển vị đỉnh 437m m ; và chuyển vị này giảm chỉ còn 107mm khi được thiết k ế thêm dàn biên. Tưcfng tự, tường lõi riêng sẽ bị chuyển vị đỉnh 272m m, và chuyển vị này chỉ còn 83m m với việc thêm hệ thống dàn và hệ thống cột thép ngoài biên (quanh mặt đứng cơng trình). Điều này cho thấy hiệu quả củ a việc kết hợp tường (lõi) có thể được phát triển thành dạng tường (lõi) có hình dáng khác nhau liên kết cứng với cột của các khung sườn ngồi. Hình 9.62 là ví dụ điển hình cho m ặt bằng lõi hình chữ thập có hệ chịu lực như thế, ở một kết cấu 85 tầng.
Móng II 'sễịỊiis S S Í : Ị Ì Ì n Dàn thép trên đỉnh Kết cấu dàn biên thép Cột biên hỗn hợp bêtòng - thép ^ K ế t cấu dàn bién thép .— ■ 8 cột biên thật to bằng bétòng, kẻt hợp lõi --.Kết cấu dàn biẻn thép - Hệ dầm - sàn liên hợp điển hình Móng bè bétịng thép trén cọc nhồi
H inh 9.62. H ệ lõi cứng - (làn biẻììì H inh 9.63. Tháp J in M a o
Tòa nhà 88 tầng "Jin Mao” (hình 9.63) đang được xây dựng tại Thượng Hải - Trung Quốc, tổng diện tích sàn 28().000iĩi‘\ là cịng trình đa nãng, dùng làm vãn phòng làm việc, khách sạn, bán lẻ và bãi để X(C trong cùng một loà tháp đcm khánh thành 1999. TTiáp cao 4 2 Im , trong đó 50 tầng d^nlh cho vãn phòng và 38 tầng dành cho khách sạn. Hệ chịu lực là những lõi bêtơng thép* thậl l('ín hình bát giác, gồm những tường ngang bên trong khu văn phòng các tầng dưới,, chuyển thành dạng bát giác khi tiếp nối vào khu khách sạn trên cao, thông qua một sáìn trong (intemal atrium). Lõi chịu lực này được kết nổi bởi 8 cột thật vĩ đại bố trí ở ngcồ.i biên và hệ thống dàn biên bằng thép cao tưcíng đương 2 tầng tại các tầng kỹ thuật ('24, 51 và 85). Chuyển vị ngang của riêng phần lõi (nếu đứng độc lập) đã là 280ciĩi, đưcợc giảm xuống còn 70cm (giảm 4 lần), sau khi thiết kê' thêm hệ dàn biên và các cột lớn nihư đã trình bày. Sự kết hợp giữa thép và bêtơng cịn làm gia tăng tối đa hiệu quả cùa từiiịg Hoại vật liệu, ngồi ra, cịn tạo ra mặt dựng thoáng cho công trinh, tránh đcm điệu của hiệ thống khung, tạo nhiều khoảng m ở cho cửa sổ và dễ tạo dáng kiến trúc thông qua vật liiệu ốp, chạm.
M ột hệ chịu lực tương tự dược đtề xuất cho tháp M iglin - Beitler cao 41 Om tại Chicago. Hệ chịu lực gồm các tường lõi, cột lớn ngồi bằng bêtơng và dàn biên tại nhiều cao độ khác nhau. T hí dụ này dã chto thấy hiệu quả sử dụng của bêtông đối với các kết cấu "chọc trời".
Hộ kết cấu này bao gồm chủ yếu m ột lõi bêtông hình vng tưng hỗ với 8 cột ngoài thật to thông qu a hệ thống dàn biêni, cũng có chiều cao tưcmg đương 2 tầng tại 3 vị trí
dọc tương ứng với chiều cao các tầng 16, 56 và 9 i và hệ dầm đúc liền phần lõi, các cột lớn và dàn biên ở mỗi tầng này. Sàn thuộc kết cấu liên hợp với bêtông mác rất cao (lOOMPa).
M ột thí dụ khác về hiệu quả của bêtông trong những cấu trúc siêu cao được m inh họa qua cơng trình xây dựng, tháp đôi Petronas 88 tầng cao 452m tại Trung tâm thành phố Kuala Lumpur, căn cứ vào nguyên tắc ống trong ống. Việc sử dụng thang máy đôi cho các cấu trúc thật cao kết hợp với các không gian thông tầng ở các tầng tạo điều kiện cho tuyến lõi lớn tiết diện không đổi cho đến đỉnh của cơng trình. N gun tắc này, khi được kết hợp với dãy cột ống ngoài, sẽ là hệ chịu lực tốt cho việc thực hiện cho các cấu trúc siêu cao. Hệ thống kết cấu này được hình thành bởi m ột lõi vng có diện tích thay đổi từ 23m^ cho đến 18,8 X 22,2m ở đỉnh, có tường ngang để làm buồng thang máy. Lõi liên kết với cột lớn ngồi biên bằng bêtơng bố trí theo hình trịn dọc chu vi. Đến lượt các cột này được nối với nhau bằng các dầm cao để hoàn chỉnh hệ thống ống ngoài. Cường độ bêtông đạt đến 80MPa.