bài giảng chuyên đề nhà cao tầng

 Khung chịu mô men Khung với hệ giằng đúng tâm  Khung với hệ giằng lệch tâm  Kết cấu với lõi hoặc vách bê tông  Khung chịu mô men với hệ giằng đúng tâm  Khung chịu mô men kết hợp v

Chung cư của đế chế La mã

5 tầng, 18m xây dựng khoảng thế kỷ 3 trước công

nguyên

Sourse:

http://historum.com/ancient-history/34886-rome-digital-reconstruction-2.html

Empire State Building

Hoàn thành vào năm 1931

102 tầng nổi, 1 tầng hầmTổng chiều cao kiến trúc là 381mChiều cao đến đỉnh là 443,2m

Willis Tower Chicago, Mỹ

Lõi bê tông cốt thép Nhà hoạt động đa năng 169 Nguyễn Ngọc Vũ

BÀI 1 - ĐẠI CƯƠNG

I Định nghĩa và phân loại

Theo Ủy ban Quốc tế về nhà cao tầng: Một

công trình xây dựng được xem là cao tầng ở tại một vùng hoặc một thời kỳ nào đó nếu chiều cao của nó quyết định các điều kiện thiết kế, thi công hoặc sử dụng khác với các ngôi nhà thông thường khác

1 Phân loại theo chức năng sử dụng

Nhà ở, nhà làm việc, khách sạn, bệnh viện, siêu thị, trung tâm thương mại, hỗn hợp

4 Phân loại theo vật liệu

 Nhà cao tầng bằng bê tông cốt thép

 Nhà cao tầng bằng thép

 Nhà cao tầng bằng kết cấu liên hợp

 Nhà cao tầng kết cấu hỗn hợp

Phân loại theo vật liệu

 Nhà cao tầng bằng bê tông cốt thép

 Nhà cao tầng bằng thép

 Nhà cao tầng bằng kết cấu liên hợp

 Nhà cao tầng kết cấu hỗn hợp

5 Phân loại theo hình thức xây dựng

 Nhà cao tầng toàn khối

 Nhà cao tầng lắp ghép

 Nhà cao tầng bán lắp ghép

https://thumbs.dreamstime.com/z/steel-grid-facade-supporting-structure-outside-41102066.jpg

Phân loại theo hình thức xây dựng

 Nhà cao tầng toàn khối

 Nhà cao tầng lắp ghép

 Nhà cao tầng bán lắp ghép

 Khung chịu mô men

 Khung với hệ giằng đúng tâm

 Khung với hệ giằng lệch tâm

 Kết cấu với lõi hoặc vách bê tông

 Khung chịu mô men với hệ giằng đúng tâm

 Khung chịu mô men kết hợp với tường chèn

Khung chịu mô men

Khung với hệ giằng đúng tâm

Khung với hệ giằng lệch tâm

Kết cấu kiểu con lắc ngược

Khung chịu mô men với hệ giằng đúng tâm

Khung chịu mô men kết hợp với tường chèn

Phân loại theo tính dẻo của kết cấu

 Khung chịu mô men

 Khung với hệ giằng đúng tâm

 Khung với hệ giằng lệch tâm

 Kết cấu với lõi hoặc vách bê tông

 Khung chịu mô men với hệ giằng đúng tâm

 Khung chịu mô men kết hợp với tường chèn

II Đặc điểm cơ bản của kết cấu nhà cao tầng

 Tải trọng ngang là chủ đạo

 Tải trọng thẳng đứng lớn

 Kết cấu móng phức tạp, thường có tầng hầm

 Nhạy cảm với lún lệch

 Phải kiểm soát dao động riêng của công trình

 Yêu cầu phải có trình độ thi công cao

 Chịu ảnh hưởng của nhiệt độ

 Hệ thống cơ điện phức tạp làm ảnh hưởng

đến kết cấu

 Biến dạng cột vách theo phương đứng lớn nên

phải kiểm soát

Nhiệt độ Dao động riêng Biến dạng đứng

a) So s¸nh nhµ cao vµ thÊp b) HiÖn t îng nghiªng

Đặc điểm cơ bản của kết cấu nhà cao tầng

 Tải trọng ngang là chủ đạo

 Tải trọng thẳng đứng lớn

 Kết cấu móng phức tạp, thường có tầng hầm

 Nhạy cảm với lún lệch

 Phải kiểm soát dao động riêng của công trình

 Yêu cầu phải có trình độ thi công cao

 Chịu ảnh hưởng của nhiệt độ

 Hệ thống cơ điện phức tạp làm ảnh hưởng

đến kết cấu

 Biến dạng cột vách theo phương đứng lớn nên

phải kiểm soát

 Tốc độ thi công nhanh

 Dễ đục lỗ, thuận tiện lắp đặt hệ thống kỹ thuật

 Khả năng vượt nhịp lớn hơn kết cấu bê tông

 Nghiên cứu hồ sơ liên quan

 Lựa chọn giải pháp kết cấu

 Phân tích kết cấu

 Thiết kế, kiểm tra kết cấu

 Lập hồ sơ thi công

1

 Kết cấu khung chịu lực

 Khung chỉ gồm cấu kiện dạng thanh: dầm, cột

 Chuyển vị ngang do uốn khung như thanh

côn sơn chiếm khoảng 20%

 Chuyển vị ngang do biến dạng uốn cục bộ

của các thanh chiếm khoảng 80% (biến dạng dầm 65%, cột 15%)

 Chỉ nên áp dụng với công trình dưới 7 tầng

 Kết cấu giàn đứng hoặc vách cứng

 Gồm các vách cứng, lõi, hộp liên kết với dầm

sàn, cột Cột chỉ chịu tải thẳng đứng

 Cột thường liên kết khớp hoặc có độ cứng

ngang bé

a)

nhờ các khe kháng chấn

2 Bố trí cấu kiện chịu tải trọng ngang

 Vừa đủ, tại chỗ phù hợp với mặt bằng kiến trúc

 Tâm cứng trùng với tâm khối lượng và tâm hình học

 Vách cứng nên bố trí xa tâm cứng, hoặc bố trí thành hệ hộp để tăng khả năng chống xoắn

 Cần có ít nhất 3 hệ giằng không song song hoặc giao cắt tại 1 điểm

 Khoảng cách giữa các vách không lớn hơn 30m, từ vách đến biên công trình không lớn hơn 12m

 Vách cứng nên phân bố đều trên mặt bằng

 Cách bố trí: Ở trung tâm, trên chu vi, trên các phần của tòa nhà

BÓ n íc

T©m khèi l îng

BÓ n íc

 Khoảng cách giữa các vách không lớn hơn 30m,

từ vách đến biên công trình không lớn hơn 12m

 Cách bố trí: Ở trung tâm, trên chu vi, trên các phần của tòa nhà

< 12m

< 30m < 30m < 30m

< 12m

Bố trí cấu kiện chịu tải trọng ngang

 Vừa đủ, tại chỗ phù hợp với mặt bằng kiến trúc

 Tâm cứng trùng với tâm khối lượng và tâm hình học

 Vách cứng nên bố trí xa tâm cứng, hoặc bố trí thành hệ hộp để tăng khả năng chống xoắn

 Cần có ít nhất 3 hệ giằng không song song hoặc giao cắt tại 1 điểm

 Khoảng cách giữa các vách không lớn hơn 30m, từ vách đến biên công trình không lớn hơn 12m

 Vách cứng nên phân bố đều trên mặt bằng

 Cách bố trí: Ở trung tâm, trên chu vi, trên các phần của tòa nhà

 Đồng đều, có mô đun

 Nên là lưới vuông hoặc chữ nhật

 Sơ đồ khung, bước cột 5~6m; Sơ đồ khung giằng 9~12m

http://www.architectural777.com/2013/03/22/french-style-high-rise-http:// travelinnate.com/burj-khalifa /

2 Phân bổ độ cứng dọc chiều cao

 Độ cứng phải đồng đều hoặc thay đổi từ từ

trên toàn bộ chiều cao nhà

3 Hình dạng cấu kiện phương đứng

 Dàn ngang đặt ở tầng kỹ thuật hoặc tầng đỉnh,

chiều cao dàn bằng chiều cao một tầng nhà

IV Nguyên lý thiết kế chống động đất

 Cần triệt tiêu năng lượng động đất truyền vào

kết cấu

1 Giải pháp triệt tiêu năng lượng động đất và

cấp dẻo của kết cấu

 Sử dụng ma sát trong của kết cấu để triệt tiêu

năng lượng động đất

 Sử dụng tính dẻo của vật liệu làm thành phần

chính để triệt tiêu năng lượng động đất

D E

F

G





2 Phân loại tiết diện theo EuroCode

 Loại 1: Tiết diện có khả năng hình thành

khớp dẻo với khả năng xoay đủ để phân tích dẻo

 Loại 2: Tiết diện có khả năng phát triển mô

men bền dẻo nhưng khả năng xoay hạn chế

 Loại 3: Thớ ngoài cùng của tiết diện có thể

đạt đến giới hạn chảy, nhưng khả năng phát triển mô men bền dẻo bị hạn chế bởi hiện tượng mất ổn định cục bộ

 Loại 4: Khi tính mô men bền dẻo hoặc khả

năng chịu nén cần phải bỏ đi những phần bị mất ổn định cục bộ

Tỷ lệ lớn nhất giữa chiều cao bản bụng và chiều dày bản bụng

3 Sự xuất hiện của khớp dẻo

 Tăng cường cột hơn là tăng cường dầm

 Tăng cường khả năng chịu cắt hơn là tăng

cường khả năng chịu uốn

 Tăng cường nút khung hơn là tăng cường cấu

4 Phân loại kết cấu theo tính dẻo

Khả năng tiêu tán năng

kiệm)

Không tiết kiệm

Khá tối ưu

Tối ưu nhấtPhân tích nội lực,

chuyển vị

Tuyến tính

Phi tuyến

Phi tuyếnYêu cầu về thiết kế

kháng chấn Không Có CóỨng dụng với động đất Yếu TB Lớn

 Động đất nhỏ không được hư hỏng

 Động đất trung bình có thể sửa chữa

 Động đất lớn không được sụp đổ

 Khả năng hút năng lượng lớn

 Khả năng chịu mỏi lớn

 Đồng nhất, đẳng hướng

 Thép và bê tông cốt thép

II Tính năng vật liêu thép cho nhà cao tầng

III Yêu cầu khi thiết kế kết cấu ở cấp dẻo trung

bình và cao

 Chiều dày bản thép không lớn hơn 60mm

 Lx / h và Ly / b không nên lớn hơn 15

BÀI 6 - MÔ HÌNH TÍNH TOÁN

I Mô hình hóa cấu kiện

 Dầm, cột, thanh giằng mô hình hóa thành phần

tử thanh

 Sàn, vách cứng mô hình hóa thành phần tử tấm

 Vị trí phần tử nằm ở trọng tâm cấu kiện thực tế

II Kích thước hình học của sơ đồ

Kích thước hình học được tính đến tim cấu kiện,

nhưng áp dụng một số đơn giản hóa sau:

 Sàn và dầm trong cùng một tầng được coi là

trong cùng một mặt phẳng

 Cột trên dưới một tầng được coi là đồng trục,

có xét đến mô men lệch tâm

 Dầm 2 phương giao với cột tại một điểm nằm

III Liên kết giữa các cấu kiện

 Liên kết được mô tả trong sơ đồ tính phải phù

hợp với cấu tạo thực tế của liên kết

 Liên kết sàn và dầm dùng liên kết cứng

 Liên kết dầm phụ vào dầm chính thường được

chọn là liên kết khớp để dễ cấu tạo

 Liên kết dầm chính với cột có thể là ngàm

hoặc khớp

 Nối cột thường dùng liên kết cứng

 Thanh giằng liên kết khớp tại nút liên kết

 Vách thép thường được được coi là liên kết

cứng vào các cột và dầm gia cường quanh vách thép

IV Gối tựa

 Gối tựa được mô tả trong sơ đồ tính phải phù

hợp với cấu tạo thực tế của liên kết

 Kết cấu khung phải chọn gối tựa ngàm

 Kết cấu giằng nên chọn gối tựa khớp

 Gối tựa khớp dễ cấu tạo hơn gối ngàm

V Tỷ lệ độ cứng giữa các cấu kiện

 Dự kiến trước tiết diện cấu kiện và cho vào sơ

đồ tính

 Sau khi có nội lực, thiết kế lại tiết diện, nếu có

sai khác so với dự kiến ban đầu thì tiến hành điều chỉnh trong sơ đồ và tính toán lại nội lực

 Đây là quá trình tính lặp

I Tải trọng thường xuyên

 Là tải trọng không biến đổi trong quá trình xây

 Một số loại trọng lượng khác như vật liệu

hoàn thiện, tường ngăn thường được tính như tải trọng thường xuyên

II Hoạt tải sử dụng

Loại phòng Loại nhà và công trình

Tải trọng tiêu chuẩn (kN/m2)

Toàn phần

Phần dài hạn

1 Phòng ngủ

a) Khách sạn, bệnh viện 2 0,7b) Nhà ở kiểu

căn hộ, nhà trẻ, mẫu giáo

1,5 0,3

2 Phòng ăn, phòng khách, buồng vệ sinh, phòng tắm, phòng bida

a) Nhà ở kiểu

b) Nhà trẻ, mẫu giáo, khách sạn, bệnh viện

2 0,7

 Không phải toàn bộ kết cấu đều chịu ảnh

hưởng của thay đổi nhiệt độ

 Giai đoạn thi công: Ảnh hưởng của thời tiết

làm nhiệt độ thay đổi trên toàn bộ kết cấu

 Giai đoạn thi công: Ánh nắng mặt trời chủ yếu

ảnh hưởng đến cấu kiện ở mặt ngoài

 Giai đoạn sử dụng: Bên trong điều hòa, nếu

bên ngoài không có giải pháp cách nhiệt thì nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến cấu kiện ở ngoài

 Chênh lệch nhiệt độ được xét là hiệu số giữa

nhiệt độ lúc lắp dựng xong và nhiệt độ tại thời điểm đang xét

 Thực tế thường lấy max - min

 Cần xét các giá trị chênh lệch nhiệt độ sau

 Chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm

 Chênh lệch nhiệt độ giữa các mùa trong năm

 Đo vận tốc gió ở cao độ 10m (cao độ chuẩn),

địa hình trống trải vật cản cao không quá 10m (địa hình chuẩn, B), gọi là v0 (m/s) , từ đó tính được áp lực gió tiêu chuẩn (daN/m2):

ρ - Tỷ trọng của không khí

BÀI 8 – TẢI TRỌNG GIÓ

Bảng áp lực gió tiêu chuẩn W0 (daN/m2)

Địa danh Vùng Địa danh Vùng

1 Thủ đô Hà Nội 2 Thành phố Hồ

Chí Minh Nội thành II.B Nội thành II.A Huyện Đông Anh II.B Huyện Bình Chánh II.A Huyện Gia Lâm II.B Huyện Cần Giờ II.A Huyện Sóc Sơn II.B Huyện Củ Chi I.A Phân vùng áp lực gió theo địa danh hành chính

II Thành phần tĩnh của tải trọng gió W

 Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng

gió W có độ cao zi so với mốc chuẩn tính theo công thức:

W0 - Áp lực gió tiêu chuẩn tại độ cao 10m,

phụ thuộc vào vùng gió

ki - Hệ số địa hình, phụ thuộc độ cao zi của

điểm đang xét và dạng địa hình

 A - Trống trải: Mặt sông, hồ lớn, bờ biển

 B - Tương đối trống trải: vùng ngoại ô ít nhà

 C - Bị che chắn mạnh: trong thành phố

γ - Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, γ = 1,2 với thời gian sử dụng giả định 50 năm

Bi-1, hi-1, Bi, hi - Bề rộng, chiều cao tầng dưới

và tầng đang xét

Hệ số điều chỉnh tải trọng gió với thời gian sử dụng

giả định của công trình khác nhau

Thời gian sử dụng giả định (năm) 5 10 20 30 40 50

γ 0,61 0,72 0,83 0,91 0,96 1

III Thành phần động của tải trọng gió

 Thành phần động của tải trọng gió phụ thuộc

vào dao động riêng của công trình

 Thường dùng chương trình tính để xác định

chu kỳ và tần số dao động riêng

Bảng 9 - Giá trị giới hạn dao động của tần số

Wt - Giá trị thành phần tĩnh của tải trọng gió

- Hệ số áp lực động của tải trọng gió ở độ cao z

 - Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió

Mk - Khối lượng của tầng thứ k

ξi - Hệ số động lực, xác định bằng đồ thị, phụ thuộc vào tham số  và độ giảm loga  của dao động

γ - Hệ số độ tin cậy của tải gió γ = 1,2

W0 - Áp lực tiêu chuẩn của tải trọng gió, tính bằng N/m2

fi - Tần số của dạng dao động riêng thứ i, Hz

 δ - độ giảm loga của dao động.

• Với công trình BTCT, gạch đá hoặc khung thép có bao che δ = 0,3

• Với tháp, trụ thép, các thiết bị dạng cột có

đế (móng) BTCT δ = 0,15



Với nhà cao tầng có độ cứng, khối lượng và

bề mặt đón gió không đổi theo chiều cao có thể xác định giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió ở độ cao z theo công thức:

của tải trọng gió

 Thành phần tĩnh và động của tải trọng gió vẫn

chỉ thuộc một trường hợp tải trọng duy nhất

XpTinh - Hiệu ứng (nội lực hoặc chuyển vị) do

thành phần tĩnh của tải trọng gió gây ra

XiDong - Hiệu ứng do dạng dao động thứ i của

thành phần động gây ra

s - Số dạng dao động đang xét

 Dao động phát sinh từ tâm chấn truyền tới nền

đất dưới chân công trình, truyền lên các bộ phận công trình, làm các bộ phận dao động, có gia tốc và vì thế phát sinh lực quán tính

 Tác động của động đất là lực quán tính, không

phải lực cưỡng bức

II Thực hành tính toán tác động của động đất

1 Xác định khối lượng tham gia động đất.

 Khối lượng tham gia động đất phải xét đến

các khối lượng liên quan tới tất cả các lực trọng trường xuất hiện trong tổ hợp tải trọng sau

 Gk - Giá trị tiêu chuẩn của tải trọng thường

dụng độc lập 0,5Các loại từ D-F và kho lưu trữ 1,0

 ψEi - Hệ số tổ hợp tải trọng đối với tác động

thay đổi thứ i

 Gia tốc nền thiết kế ag trên nền loại A sẽ bằng

agR nhân với hệ số tầm quan trọng γ1

Trích phụ lục I - Bảng phân vùng gia tốc nền theo địa

danh hành chính Địa danh Gia tốc nền

(*)

1 Thủ đô Hà Nội Quận Ba Đình (P Cống Vị) 0.0976 Quận Cầu Giấy (P Quan Hoa) 0.1032

Đỉnh gia tốc nền agR đã được quy đổi theo g

Đặc biệt

Công trình có tầm quan trọng đặc biệt, không cho phép hư hỏng do động đất

> 60 tầng

Thiết kế với gia tốc lớn nhất

I

Tầm quan trọng sống còn với việc bảo vệ cộng đồng, chức năng không được gián đoạn trong quá trình xảy ra động đất

20 ~

60 tầng

1,25

II

Tầm quan trọng trong việc ngăn ngừa hậu quả động đất, nếu bị sụp đổ gây tổn thất lớn về người

và tài sản

9 ~ 19 tầng 1,00

IV Tầm quan trọng thứ yếu đối với

sự an toàn sinh mạng con người

Không tính toán kháng chấn

A

Đá hoặc các kiến tạo địa chất khác tựa đá, kể cả các đất yếu hơn trên bề mặt với bề dày lớn nhất là 5m

> 5 -

-B

Đất cát, cuội sỏi rất chặt hoặc đất sét rất cứng có bề dày ít nhất hàng chục mét, tính chất

cơ học tăng dần theo độ sâu

180 -

360

15 50

-70 - 250

tiêu tán năng lượng của kết cấu

 Đối với kết cấu có khả năng tiêu tán năng

lượng thấp, hệ số ứng xử q thường được được lấy bằng 1,5

Dạng kết cấu Phân loại cấp dẻo kết cấu

a) Khung chịu mô men 4 5 αu/ α1

b) Khung với hệ giằng đúng tâm

c) Khung với hệ giằng lệch tâm 4 5 αu/ α1

f) Khung chịu mô men kết hợp với

hệ giằng đúng tâm 4 4 αu/ α1

T - Chu kỳ dao động của hệ

TB - Giới hạn dưới của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc

TC - Giới hạn trên của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc

TD - Giá trị xác định điểm bắt đầu của phần phản ứng dịch chuyển không đổi trong phổ phản ứng

S - Hệ số nền

 - Hệ số điều chỉnh độ cản với giá trị tham chiếu  = 1 đối với độ cản nhớt 5%