NGHIÊN CỨU VỀ CỘT SIÊU LỚN VÀ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG KẾT CẤU NÀY TRONG NHÀ SIÊU CAO TẦNG

Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học công nghệ, các công trình xây dựng trên Thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang phát triển với cấp tiến về chiều cao cũng như độ phức tạp. Các toà nhà hiện đại thường có hình khối kiến trúc đa dạng và chiều cao lớn. Khi chiều cao của công trình càng tăng thì mức độ phức tạp khi tính toán thiết kế cũng gia tăng theo. Đặc biệt là việc thiết kế kết cấu công trình trước các yếu tố tác động của điều kiện bên ngoài như tải trọng do gió, động đất… Cùng sự phát triển về quy mô và số lượng công trình thì các giải pháp kết cấu cũng phát triển tương ứng. Một trong các giải pháp kết cấu đó là giải pháp sử dụng cột siêu lớn Megacolumn trong thiết kế nhà cao tầng. Mục đích của đề tài này là tìm hiểu về kết cấu megacolumn và hiệu quả khi sử dụng kết cấu này trong nhà cao tầng.

Nguyễn Văn Hùng

NGHIÊN CỨU VỀ CỘT SIÊU LỚN VÀ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG KẾT CẤU

NÀY TRONG NHÀ SIÊU CAO TẦNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp

Hà Nội - 2014

Nguyễn Văn Hùng

NGHIÊN CỨU VỀ CỘT SIÊU LỚN VÀ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG KẾT CẤU

NÀY TRONG NHÀ SIÊU CAO TẦNG

Tôi xin cam đoan luận văn “nghiên cứu về cột siêu lớn Megacolumn và hiệu quả khi sử dụng kết cấu này trong nhà siêu cao tầng” là của riêng tôi, do tôi trực tiếp làm dưới sự hướng dẫn tận tình của TS Nguyễn Hùng Phong

Các số liệu trong luận văn có trích dẫn, kết quả nghiên cứu là trung thực chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác

Tác giả

Nguyễn Văn Hùng

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với TS NGUYỄN HÙNG PHONG đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và đưa ra nhiều ý kiến quý báu, cũng như tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu và động viên tác giả trong quá trình hoàn thành luận văn

Tác giả xin trân thành cảm ơn các thầy cô giáo, các cán bộ trong bộ môn Công trình bê tông cốt thép, các thầy cô giáo, các cán bộ của khoa sau đại học, khoa xây dựng dân dụng trường Đại học xây dựng cùng các đồng nghiệp đã giúp đỡ, chỉ dẫn trong quá trình học tập và nghiên cứu

Tác giả

Nguyễn Văn Hùng

MỤC LỤC

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt……… i

Danh mục các bảng……… …….iii

Danh mục các hình vẽ, đồ thị……… ….iv

MỞ ĐẦU……….1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN……… …3

1.1 Tình hình sử dụng nhà cao tầng ở Việt Nam và trên thế giới……… 3

1.1.1 Lịch sử phát triển và tình hình sử dụng nhà cao tầng trên thế giới…… 3

1.1.2 Tình hình sử dụng nhà cao tầng tại Việt Nam……… 8

1.2 Các giải pháp kết cấu sử dụng cho nhà cao tầng và siêu cao tầng…… ….…8

1.2.1 Hệ kết cấu khung sàn phẳng………8

1.2.2 Hệ kết cấu khung sàn kết hợp vách……… 10

1.2.3 Hệ tường ghép……… ………11

1.2.4 Hệ kết cấu khung cứng……… 12

1.2.5 Hệ kết cấu ống với lưới cột đều đặn……….13

1.2.6 Hệ kết cấu khung cứng có hệ dầm vát……… 15

1.2.7 Hệ kết cấu lõi……….……16

1.2.8 Hệ kết cấu khung – vách……… ….…17

1.2.9 Hệ khung ống……… ….18

1.2.10 Kết cấu ống với hệ giằng chéo bên ngoài……… … 20

1.2.11 Kết cấu ống ghép……….… 22

1.2.12 Kết cấu dạng sống tường……… ….….….23

1.2.13 Hệ outrigger và tường đai biên……… ……….25

1.3 Tình hình sử dụng các giải pháp kết cấu nhà cao tầng ở Việt Nam và trên

thế giớ……… ……… 28

1.3.1 Tình hình sử dụng giải pháp kết cấu nhà cao tầng trên thế giới……… 28

1.3.2 Tình hình sử dụng giải pháp kết cấu nhà cao tầng ở Việt Nam……… 28

CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT VỀ CỘT SIÊU LỚN MEGACOLUMNS…… … 30

2.1 Tổng quan về cột siêu lớn (Megacolumns):……… 30

2.1.1 Định nghĩa:……… …30

2.1.2 Các dạng kết cấu có chứa megacolumn……….….… 33

2.2 Các dạng liên kết của megacolumn với kết cấu khác………… ………… 34

2.2.1 Liên kết giữa megacolumn với Outrigger……… ……… 34

2.2.2 Liên kết giữa megacolumn với Belt-truss và Mega-Diagonal………… 36

2.3 Lý thuyết tính toán cột Composite……….……… …… 40

2.3.1 Phương pháp tính toán……….… 40

2.3.2 Điều kiện để đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ của lõi thép….…….… 41

2.3.3 Tính cột liên hợp chịu nén đúng tâm……….………42

2.3.4 Tính cột liên hợp chịu nén lệch tâm, nén uốn ……… 45

2.3.5 Sự làm việc chịu trượt giữa các thành phần thép và bê tông trong cột (tại chỗ liên kết cột - dầm)……… ….53

2.3.6 Các nút liên kết của khung……….…… 55

CHƯƠNG III: SO SÁNH KẾT CẤU CHỨA CỘT SIÊU LỚN VỚI CÁC DẠNG KẾT CẤU KHÁC……….68

3.1 So sánh trên mặt bằng kết cấu……… 68

3.1.1 Sơ đồ kết cấu……… 68

3.1.2 Kết quả so sánh……….…….74

3.2 So sánh một khung phẳng……….….….75

3.2.1 Sơ đồ kết cấu……….75

3.2.2 Kết quả so sánh……… … ….78

3.3 So sánh khung không gian……….….79

3.3.1 Sơ đồ kết cấu……… …… ….80

3.3.2 Kết quả so sánh……….86

KẾTLUẬN……….… ….89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

DANH MUC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

d: Đường kính tiết diện tròn

h: Chiều cao tiết diện

b: bề rộng tiết diện

t: chiều dày tiết diện cột hình hộp chữ nhật

tf: Chiều dày cánh tiết diện chữ I

Aa: Diện tích tiết diện ngang của lõi thép

Ac: Diện tích tiết diện ngang của bê tông

As: Diện tích tiết diện ngang của thép thường

fy: Giới hạn đàn hồi của lõi thép

fck: Cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông

fsk: Giới hạn đàn hồi của cốt thép thanh

γMa: Hệ số an toàn của vật liệu lõi thép

γc: Hệ số an toàn của vật liêu bê tông

γs: Hệ số an toàn của vật liệu thép thanh

Ecd: Mômem đàn hồi của bê tông

Ecm: Mômen ban đầu của bê tông

γc: Hệ số an toàn khi tính độ cứng của bê tông

Ia: Moomen quán tính của tiết diện lõi thép với trục trung hòa của tiết diện

Ic: Moomen quán tính của tiết diện bê tông với trục trung hòa của tiết diện

Is – Moomen quán tính của tiết diện thép thanh với trục trung hòa của tiết diện

(EI)c: Độ cứng của cột liên hợp

Ncr: Lực tới hạn của cột

L: Chiều dài tính toán của cột

NSd: Lực nén do ngoại lực gây ra

NG.Sd: Phần dài hạn của lực nén NSd

N pl.Rd: Khả năng chỉ chịu nén dọc trục tối đa của cột (theo điều kiện bền);

M Rd : Khả năng chịu mômen tính toán của cột;

M pl.Rd : Khả năng chỉ chịu mômen tôì đa của cột;

N Rd : Khả năng chịu nén dọc trục tính toán của cột

χd: Thông số thể hiện tác động dọc trục (khi có ảnh hưởng của mô men MRd);

χn: Thông số thể hiện giá trị của NSd ứng với khả năng chịu mô men lớn nhất của tiết diện:

Rb: Khả năng chịu kéo của bulông trong mối nối

Fs: Khả năng chịu lực của cốt thép trong sàn

Rf: Hợp lực trong cánh chịu nén

R w : Hợp lực trong phần bản bụng chịu nén có chiều cao x w

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Nhà cao tầng ở các khu vực (năm 1982)……… … …….3 Bảng 1.2 Nhà cao tầng ở các khu vực (năm 2006)……… … ….4 Bảng 2.1 Loại mối nối và giả thiết phân tích tổng thể……… … …58 Bảng 3.1 Kết quả so sánh hiệu suất kết cấu dạng hình chữ nhật…….………… 74 Bảng 3.2 Kết quả so sánh hiệu suất kết cấu dạng hình bát giác………….…… ….75 Bảng 3.3 Kết quả so sánh hiệu suất kết cấu dạng hình tam giác……….….75 Bảng 3.4 Kết quả so sánh chuyển vị khung phẳng……… ….… …79 Bảng 3.5 Kết quả so sánh khối lượng vật liêu và chuyển vị đỉnh……… ……86

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Phân phối các loại nhà theo công năng và chiều cao………….………4

Hình 1.2: Các dạng khung sàn phẳng phổ biến: (a) Sàn phẳng, (b) sàn nấm, (c) sàn phẳng kết hợp sàn ô cờ……….…9

Hình 1.3: Phản ứng của tấm sàn khung chịu tải trọng ngang……….…… 9

Hình 1.4 Hệ kết cấu sàn vách……… ………10

Hình 1.5: hệ kết cấu tường ghép ……… 11

Hình 1.6: Kết cấu khung cứng ……….12

Hình 1.7: Kết cấu ống với lưới cột đều đặn ……….………14

Hình 1.8: Mặt bằng kết cấu sàn-hệ kết cấu khung cứng có dầm vát ………… 15

Hình 1.9: Mặt bằng KC sàn 1 phương-hệ kết cấu lõi ……… …16

Hình 1.10 Kết cấu khung vách ……….……17

Hình 1.11: Hệ kết cấu khung ống: a) Mặt bằng; b) Không gian ……… 18

Hình 1.12: Hệ giằng chéo bên ngoài công trình nhà cao tầng bằng thép …………21

Hình 1.13: Sơ đồ mặt bằng hệ ống ghép ……… …23

Hình 1.14: Mặt bằng kết cấu hệ sườn vách ……… 24

Hình 1.15: Kết cấu Outrigger với lõi cứng ở trung tâm ……….…… 25

Hình 1.16: Kết cấu Outrigger với lõi cứng lệch về một bên ……….… 26

Hình 2.1 Kết cấu có chứa megacolumns (Trung tâm tài chính Thượng Hải) … 30

Hình 2.2: Sơ đồ kết cấu trung tâm thương mại quốc tế Hồng Koong ……….31

Hình 2.3: Mặt bằng kết cấu trung tâm thương mại quốc tế Hồng Koong ……… 31

Hình 2.4: Chi tiết tiết diện megacolumn của tòa nhà trung tâm thương mại Quốc tế Hồng Kông ……….……32

Hình 2.5: Mặt bằng kết cấu tòa nhà Taipie 101 ……… 33

HÌnh 2.6: Chi tiết tiết diện megacolumn tòa nhà Taipie 101 ……… 34

Hình 2.7: Dạng liên kết giữa outrigger và megacolumn ……….…….35

Hình 2.8: Chi tiết liên kết giữa outrigger và megacolumn khi chưa tháo côppha 35 Hình 2.9: Chi tiết liên kết giữa outrigger và megacolumn khi đã tháo côppha … 36

Hình 2.11: Chi tiết liên kết giữa Belt-truss và megacolumn 1 ……….……37

Hình 2.11: Chi tiết liên kết giữa Belt-truss và megacolumn 2 ……….38

Hình 2.12: Chi tiết liên kết giữa Belt-Truss và megacolumn 3 ……… 39

Hình 2.13: Chi tiết liên kết giữa Belt-Truss và megacolumn ……… 40

Hình 2.14: Các dạng tiết diện của cột liên hợp ………42

Hình 2.15: Đường cong tương tác lực nén và moomen uốn ……… … 46

Hình 2.16: Phân bố ứng suất tương ứng với đường cong tương tác ………47

Hình 2.17: Phân bố moomen dọc chiều dài cột ……….…….48

Hình 2.18 Phương pháp tính toán cột chịu nén và nén uốn theo một phương … 49

Hình 2.19: Một số giá trị của χn ……….51

Hình 2.20 Tính toán cột chịu nén uốn theo hai phương đồng thời ……….….… 53

Hình 2.21 Liên kết dầm – cột liên hợp ……… …… 53

Hình 2.22 Chốt hàn trong cột liên hợp ……….… 55

Hình 2.23 Các giới hạn phân loại mối nối (kết cấu có giằng) ……… 57

Hình 2.24 thể hiện vài ví dụ mối nối dầm - dầm ……….… 59

Hình 2.25 Mối nối dầm – cột ……….……… 60

Hình 2.26 Mối nối bằng sườn đầu dầm ……….…….… 63

Hình 2.27 Mô hình mối nối 3 lò xo ……….……….65

Hình 3.1: Mặt bằng kết cấu hình chữ nhật TH1 ……….….……68

Hình 3.2: Mặt bằng kết cấu hình chữ nhật TH2 ……… ….… …69

Hình 3.3: Mặt bằng kết cấu hình chữ nhật TH3 ………69

Hình 3.4: Mặt bằng kết cấu hình bát giác TH1 ……….…… …….70

Hình 3.5: Mặt bằng kết cấu hình bắt giác TH2 ……….…71

Hình 3.6: Mặt bằng bố trí cột hình tròn TH3 ……….…….…… 71

Hình 3.7: Mặt bằng bố trí cột hình tam giác TH1 ……….……72

Hình 3.8: Mặt bằng bố trí cột hình tam giác TH2 ……….…….…… 73

Hình 3.9: Mặt bằng bố trí cột hình tam giác TH3 ……… …….…… 74

Hình 3.10: Sơ đồ kết cấu TH1 76

Hình 3.11: Sơ đồ kết cấu TH1, TH2, TH3, TH4 76

Hình 3.12: Mặt bằng kết cấu khung phẳng TH1 ……….….……77

Hình 3.13: Mặt bằng kết cấu khung phẳng TH2 ……….……….77

Hình 3.14: Mặt bằng kết cấu khung phẳng TH3 ……….77

Hình 3.15: Mặt bằng kết cấu khung phẳng TH4 ……….……….78

Hình 3.16: Mặt bằng và mặt đứng TH1 ……… 81

Hình 3.17: Hình không gian TH1 ……… 81

Hình 3.18: Mặt bằng và mặt đứng TH2 ……….………… 82

Hình 3.19: Hình không gian TH2 ……… 82

Hình 3.20: Mặt bằng và mặt đứng TH3 ……….… 83

Hình 3.21: Hình không gian TH3 ………84

Hình 3.22: Mặt bằng và mặt đứng TH4 ……….……….84

Hình 3.23: Hình không gian TH4 ………85

Hình 3.24: Mặt bằng và mặt đứng TH5 ……… ……….85

Hình 3.25: Hình không gian TH5 ………86

Hình 3.26: Biểu đồ tương quan tiêu hao vật liệu và chuyển vị đỉnh………87

Hình 3.27: Biêu đồ tương quan lực cắt chân công trình do động đất gây ra……87

Hình 3.28: Biểu đồ tương quan lực cắt tầng do động đất……… 88

MỞ ĐẦU

1 Mục đích nghiên cứu

Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học công nghệ, các công trình xây dựng trên Thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang phát triển với cấp tiến về chiều cao cũng như độ phức tạp Các toà nhà hiện đại thường có hình khối kiến trúc

đa dạng và chiều cao lớn Khi chiều cao của công trình càng tăng thì mức độ phức tạp khi tính toán thiết kế cũng gia tăng theo Đặc biệt là việc thiết kế kết cấu công trình trước các yếu tố tác động của điều kiện bên ngoài như tải trọng do gió, động đất… Cùng sự phát triển về quy mô và số lượng công trình thì các giải pháp kết cấu cũng phát triển tương ứng Một trong các giải pháp kết cấu đó là giải pháp sử dụng cột siêu lớn Megacolumn trong thiết kế nhà cao tầng Mục đích của đề tài này là tìm hiểu về kết cấu megacolumn và hiệu quả khi sử dụng kết cấu này trong nhà cao tầng

2 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

Các nhiệm vụ chính của đề tài:

Nghiên cứu các dạng kết cấu thường sử dụng cho nhà cao tầng, đặc điểm, điều kiện áp dụng các kết cấu đó

Tìm hiểu về cột siêu lớn, các dạng kết cấu có chứa cột siêu lớn, các dạng liên kết của cột siêu lớn với các kết cấu khác

Đưa ra các ví dụ tính toán cụ thể để đánh giá tính hiệu quả của viêc sử dụng kết cấu megacolumn trong thiết kế nhà siêu cao tầng

3 Phạm vi và phương pháp nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu là các dạng kết cấu nhà cao tầng và tính hiệu quả của kết cấu chứa cột siêu lớn

Phương pháp nghiên cứu là phương pháp lý thuyết bao gồm việc tìm hiểu và

sử dụng các tài liệu lý thuyết, tiêu chuẩn hiện hành, các phần mềm phân tích kết cấu

để phân tích và đánh giá hiệu quả kết cấu

Chương II Lý thuyết về cột siêu lớn megacolumn

Chương III Ví dụ so sánh kết cấu chứa megacolumn và các kết cấu khác

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tình hình sử dụng nhà cao tầng ở Việt Nam và trên thế giới

1.1.1 Lịch sử phát triển và tình hình sử dụng nhà cao tầng trên thế giới

Nhà cao tầng xuất hiện ở cuối thế kỹ XIX ở Mỹ Người ta gọi là “nhà kiểu

Mỹ”, có nghĩa là hầu hết các tòa nhà cao tầng được xây dựng ở Mỹ Ngày nay nhà

cao tầng đã được xây dựng trên toàn thế giới đặc biệt là ở Châu Á, như Trung Quốc,

Hàn Quốc, Nhật Bản, Malaysia Dựa trên dữ liệu công bố những năm 1980, khoảng

49% các tòa nhà cao nhất thế giới được xây dựng t tại Bắc Mỹ (Bảng 1-1) Ngày

nay, việc phân phối các tòa nhà cao tầng đã thay đổi hoàn toàn, ở Châu Á hiện nay

có thị phần lớn nhất với 32%, Bắc Mỹ 24% (Bảng 1-2) Dữ liệu này cho thấy sự

phát triển nhanh chóng của nhà cao tầng ở Châu Á trong khi sự phát triển này ở Bắc

Mỹ đang chậm lại Trong thực tế 8 trong số 10 tòa nhà cao nhất hiện nay là ở Châu

Á và chỉ có 2 đó là tòa Sear Tower và Empire State là ở Bắc Mỹ

Bảng 1-1: Nhà cao tầng ở các khu vực (năm 1982) Khu vực Nước

(số)

Phần trăm (%)

Toàn nhà (số) Bắc Mỹ 4 48.9 1701

Bảng 1-2: Nhà cao tầng ở các khu vực (năm 2006) Khu vực Nước

(số)

Phần trăm (%)

Toàn nhà (số)

Theo truyền thống chức năng chính của các tòa nhà là thương mại văn

phòng Và các chức năng khác là căn hộ, tổ hợp căn hộ và trung tâm thương mại,

khách sạn như trong Hình 1.1 Đã có một số hoài nghi về xây dựng nhà cao tầng từ

11 thàng 9 năm 2001, tuy nhiên nó vẫn tiếp tục được xây dựng do lợi ích kinh tế

quan trọng khi mật độ sử dụng đất ở các thành phố là rất cao

Hình 1.1: Phân phối các loại nhà theo công năng và chiều cao

Sự phát triển của nhà cao tầng chịu sự ảnh hưởng lớn của các yếu tố phức tạp khác nhau như kinh tế, thẩm mỹ, công nghệ, quy định của thành phố và chính trị Trong các yếu tố này, kinh tế là yếu tố chính Tuy nhiên, các kiểu tòa nhà cao tầng

sẽ không có được nếu không có sự phát triển về công nghệ Một cuộc cách mạng về kết cấu – kết cấu khung thép – cũng như hệ thống bao che bằng kính đã xuất hiện ở Chicago, nơi dẫn đầu các bang về nghệ thuật nhà cao tầng dẫn tới việc xuất hiện các tòa nhà trọc trời hiện đại với tính thẩm mỹ cao Đây cũng chính là xu hướng phát triển của các nhà cao tầng trên thế giới

Trong cuối thế kỷ 19, sự phát triển sớm của nhà cao tầng dựa trên mối quan

hệ kinh tế - sự tăng diện tích cho thuê bằng cách thêm những không gian văn phòng theo phương đứng và tối đa giá cho thuê của những văn phòng này bằng cách tạo ra càng nhiều ánh sáng tự nhiên càng tốt Để phục vụ cho việc điều khiển kinh tế này, những công nghệ mới đã được theo đuổi mà được cải thiện khi các bức tường gạch chịu lực thông thường có lỗ tương đối nhỏ Kết quả là kết cấu khung sắt/thép đã làm giảm chiều cao và chiều rộng của các cấu kiện kết cấu ở biên công trình Do đó, những lỗ mở lớn hơn được phủ bằng các tấm kính trong, trong khi kết cấu sắt/thép được bọc bằng các vật liệu đặc ví dụ như gạch hoặc đất nung Khác với tường gạch chịu lực, những cấu kiện bao che này không chịu bất kỳ tải trọng nào từ công trình ngoại trừ trọng lượng bản thân của chúng và áp lực gió, động đất theo phương ngang Một ý tưởng bao che mới - tường kính – đã được phát triển với sự xuất hiện của hệ kết cấu mới Sức mạnh biểu tượng của các tòa nhà chọc trời cũng được nhận thấy, một hiện tượng đáng chú ý xảy ra đầu thế kỷ Một cuộc chạy đua chiều cao của các tòa nhà chọc trời đã bắt đầu, bắt đầu từ tòa nhà Park Rowở New York, tòa nhà đã chạm tới mức 30 tầng từ năm 1899 Cuộc đua về chiều cao này đã lên đến đỉnh điểm bằng sự kết thúc của 102 tầng của tòa nhà Empire State vào năm 1931 Mặc dù chiều cao của các tòa nhà chọc trời đã tăng đáng kể trong suốt thời kỳ này, trái với đánh giá trực quan, đã không có nhiều bước tiến hóa về công nghệ dễ nhận thấy Trong thời kỳ của hệ kết cấu, hầu hết các nhà cao tầng trong đầu thế kỷ 19 đã dùng kết hợp hệ khung cứng bằng thép và hệ giằng gió Trong số đó có những tòa

nhà được biết đến như tòa Woolworth vào năm 1913, tòa nhà Chrysler vào năm

1930 và toa nhà Empire State vào năm 1931, tất cả đều ở New York (Ali, 2005) Chiều cao lớn của chúng tại thời điểm đó đã đạt được mà không có sự tiến hóa đáng

kể nào về công nghệ Do thiếu các kỹ thuật phân tích kết cấu tiên tiến, chúng đã hoàn toàn được thiết kế lãng phí Về biểu hiện kiến trúc của nhà cao tầng ở thời kỳ này, như có thể nhận thấy từ sự hòa trộn của nhiều phong cách nhà cao tầng, sự trở lại kiến trúc truyền thống cho chất lượng tiếp cận tốt hơn, sau một cuộc đua ngắn về phong cách mới cho một loại hình công trình dựa trên những công nghệ mới hầu hết bởi các kiến trúc sư ở Chicago vào cuối thế kỷ 19 Tuy vậy, sự trở lại sớm của tinh thần Chicago và sự ứng dụng của các phong trào hiện đại của châu Âu cho các tòa nhà cao tầng chỉ là vấn đề thời gian Giữa thế kỷ XX, sau chiến tranh, là thời đại của sản xuất hàng loạt dựa trên phong cách quốc tế đã được xác định trước chiến tranh, và công nghệ phát triển trước đó Yếu tố điều khiển sự phát triển của nhà cao tầng là kinh tế Ngay cả những cuộc đua chiều cao một lần phổ biến đã không xảy

ra sau khi chiến tranh thế giới II cho đến khi xây dựng Trung tâm Thương mại Thế giới ở New York và tháp Sears ở Chicago, lần lượt hoàn thành vào năm 1973 và

1974 Hệ thống kết cấu cho nhà cao tầng đã trải qua những thay đổi lớn kể từ sự sụp

đổ của khung cứng thông thường trong những năm 1960 như các loại chủ yếu của

hệ thống kết cấu thép hoặc nhà cao tầng bê tông Với sự xuất hiện của các dạng hình ống vẫn còn phù hợp với phong cách quốc tế, những thay đổi như vậy trong các hình thức cấu trúc và tổ chức của tòa nhà cao tầng được đòi hỏi bởi các xu hướng kiến trúc mới nổi trong thiết kế kết hợp với các nhu cầu kinh tế và phát triển công nghệ trong các lĩnh vực phân tích kết cấu hợp lý và thiết kế có thể được thực hiện bởi sự ra đời của máy tính kỹ thuật số tốc độ cao

Bộ xương kết cấu chính của một tòa nhà cao tầng có thể được hình dung như một dầm công xôn với chân của nó được ngàm trên mặt đất Kết cấu phải chịu tải trọng theo phương đứng và tải trọng gió, động đất theo phương ngang Tải trọng đứng bao gồm tải trọng tĩnh và hoạt tải Tải trọng ngang có xu hướng tác động lên

các tòa nhà hoặc lật đổ nó Do đó, việc xây dựng phải có đủ khả năng chịu cắt và khả năng chịu uốn và không phải mất khả năng chịu tải trọng thẳng đứng của nó

Fazlur Khan nhận ra lần đầu tiên mà các tòa nhà trở nên cao hơn, có điều quan trọng đến việc lựa chọn chiều cao do tải trọng ngang và nhu cầu về hệ kết cấu tăng lên đáng kể, và kết quả là, tổng số vật liệu cho kết cấu tăng mạnh (Ali, 2001) Nếu không có tải trọng ngang tác động lên công trình như gió, động đất, bất kỳ tòa nhà cao tầng có thể được thiết kế chỉ với tải trọng đứng Hệ khung sàn thường chịu tải trọng đứng giống nhau ở mỗi tầng, mặc dù các dầm dọc theo trục cột cần phải được dần dần nặng hơn đối vớiở chân của công trình để tăng khả năng chịu tải trọng ngang và để làm tăng thêm độ cứng của công trình Kích thước cột tăng dần về phía chân của công trình do sự gia tăng tích lũy trong tải trọng truyền từ các tầng trên.Thêm vào đó, các cột cần được thiết kế khỏe hơn về phía chân công trình để chống lại tải trọng ngang Kết quả cuối cùng là công trình trở nên cao hơn và chuyển vị của công trình do tải trọng ngang trở nên quan trọng, có một yêu cầu lớn hơn về các dầm và các cột tạo nên hệ kết cấu khung cứng Nếu chúng ta giả định cùng một kích thước nhịp, khối lượng vật liệu cần thiết cho sàn khung là gần như giống nhau bất kể số lượng của tầng Khối lượng vật liệu cần thiết cho sàn khung phụ thuộc vào nhịp của các cấu kiện khung ,đó là, khoảng cách từ cột đến cột và không phụ thuộcvào chiều cao công trình Khối lượng vật liệu cần thiết để chịu tải trọng ngang ,mặt khác, thậm chí còn tăng hơn và sẽ bắt đầu vượt quá chi phí cho kết cấu khác nếu một hệ kết cấu khung cứng được sử dụng cho cấu trúc rất cao Điều này đòi hỏi một hệ thống kết cấu mà đi vượt ra ngoài khái niệm khung cứng đơn giản Dựa trên nghiên cứu của ông Khan cho rằng như chiều cao tăng quá 10 tầng, chuyển vị ngang bắt đầu chi phối thiết kế, độ cứng hơn là cường độ trở thành yếu

tố chi phối, và yếu tố quan trọng tác động đến chiều cao tăng nhanh chóng với số lượng tầng Theo hướng này của lý luận, Khan nhận ra rằng một hệ thống phân cấp của hệ thống kết cấu có thể được phân loại liên quan đến hiệu quả tương đối trong việc chịu tải trọng ngang cho công trình ngoài phạm vi 20 đến 30 tầng ( Khan , 1969)

1.1.2 Tình hình sử dụng nhà cao tầng tại Việt Nam:

So với nhiều nước trong khu vực Châu Á, thì Việt Nam đi chậm hơn khoảng

20 - 30 năm Ví dụ như Nhật Bản bắt đầu từ những năm 60, Singapore từ những năm 70, Trung Quốc từ những năm 80 Việc phát triển nhà cao tầng ở Việt Nam được nở rộ trong vòng 15 năm nay, bắt đầu từ một số dự án xây dựng khách sạn cao cấp, như Hanoi Daewoo, Melia Hanoi, Hilton Hanoi Opera… ở Hà Nội; New World, Sheraton Saigon, Sofitel Plaza Saigon… ở TP.HCM và một số dự án phát triển nhà chung cư cao cấp, như khu nhà ở cao cấp Phú Mỹ Hưng - Nam Sài Gòn ở TP.HCM và KĐT mới Linh Đàm của HUD, KĐT mới Trung Hoà - Nhân Chính của VINACONEX ở Hà Nội đến các tòa nhà mới xây gần đây như Keangnam Hanoi Landmark Tower cao 72 tầng (336m); Lotte Center Hanoi cao 65 tầng (267m); Bitexco Financial Tower cao 68 tầng (262,5m); Saigon M&C Tower cao 42 tầng (195,3m) Qua những số liệu trên ta thấy với chỉ 15 năm phát triển nhà cao tầng nhưng tình hình phát triển nhà cao tầng ở Việt Nam đang phát triển rất nhanh chóng

về số lượng cũng như chất lượng

1.2 Các giải pháp kết cấu sử dụng cho nhà cao tầng và siêu cao tầng

1.2.1 Hệ kết cấu khung sàn phẳng

1.2.1.1 Khái niệm

Hệ khung sàn phẳng là hệ kết cấu bao gồm sàn (một hoặc hai phương) bê tông cốt thép không có dầm liên kết trực tiếp vào cột Hệ kết cấu sàn phẳng là một trong những kỹ thuật khung đơn giản cho công trình bê tông Hệ khung sàn được phân ra làm 03 loại chính: hệ sàn phẳng, hệ sàn nấm và hệ sàn phẳng kết hợp ô cờ (hình 1.2)

Hình 1.2: Các dạng khung sàn phẳng phổ biến: (a) Sàn phẳng, (b) sàn nấm,

(c) sàn phẳng kết hợp sàn ô cờ

I.2.2 Đặc điểm, phạm vi áp dụng

Kết cấu khung sàn khi chịu tác dụng của tải trọng ngang do sự tương quan về

chuyển vị giữa cột và sàn nên chuyển vị của sàn là lớn (hình1.3) Bởi vậy, hệ khung

sàn thường không được lựa chọn sử dụng cho các công trình xây dựng tại khu vực

chịu tác động của tải trọng ngang lớn

Hình 1.3: Phản ứng của tấm sàn khung chịu tải trọng ngang

Hệ thống sàn có hai tác dụng khi làm việc: thứ nhất, do độ cứng trong mặt phẳng sàn là vô cùng lớn nên nó đóng vai trò chuyền tải vào các cấu kiện phương đứng theo tương quan về độ cứng; thứ hai, độ cứng ngoài mặt phẳng của sàn là nhỏ (không đáng kể) nên nó đóng vai trò khống chế chuyển vị xoay của các cột – khi đó các cột như được liên kết với nhau bởi một hệ dầm rộng Sử dụng hệ kết cấu khung sàn có ưu điểm đó là: thuận lợi cho việc lắp dựng cốt thép sàn, thi công ván khuôn nhanh, giảm chiều cao tầng, bề mặt sàn bằng phằng có thể không cần sử dụng hệ trần treo Với yêu cầu về biến dạng theo phương ngang, hệ sàn khung áp dụng hiệu quả là đối với công trình có chiều cao từ 10 tầng trở xuống

kết hợp với vách làm việc là bởi sự tương tác của các tấm sàn, cột và vách Hệ kết cấu này có độ cứng và khả năng chịu tải cần thiết đối với các công trình cao trên 10 tầng đến 20 tầng

sẽ chịu tải trọng tác dụng theo phương còn lại Hệ kết cấu tường ghép thích hợp sử dụng cho các công trình tới 40 tầng

phải có những khống chế về không gian nên có thể sử dụng hiệu quả bằng cách tăng

số lượng cột và chiều cao dầm Một cấu trúc khung cứng cao tầng thường bao gồm các cấu kiện cột, dầm xắp xếp song song hoặc trực giao với các nút giao chịu mômen Tính liên tục của khung cứng làm khả năng chịu tải trọng đứng do nó làm giảm mô men dương trong dầm so với dầm đơn giản Kết cấu khung cứng có lợi thế chính là sự đơn giản và tiện lợi của dạng hình học chữ nhật của nó: việc bố trí kết cấu khung không gây cản trở, rõ ràng về cấu trúc tường, cho phép tự do để bố trí bên trong và bên ngoài Khi thiết kế nhà cao tầng có kết cấu chịu lực là hệ khung BTCT toàn khối nên chọn các khung đối xứng và có độ siêu tĩnh cao

1.2.5 Hệ kết cấu ống với lưới cột đều đặn

1.2.5.1 Khái niệm

Hệ kết cấu ống là một thuật ngữ trong xây dựng được hiểu là kết cấu tạo bởi

sự kết hợp của hệ thống cột đặt khá sát nhau (1.5m đến 2.5m) và được nối với nhau bởi các dầm cao Tuy nhiên, trong một số trường hợp công trình có mặt bằng nhỏ gọn có thể sử dụng hệ kết cấu ống với khoảng cách giữa các cột là đều đặn (hình 1.7)

Hình 1.7: Kết cấu ống với lưới cột đều đặn

1.2.5.2 Đặc điểm, phạm vị áp dụng

Khả năng kháng ngang của hệ kết cấu ống được tạo bởi khả năng kháng mô men có được hình dạng ống bao quanh chu vi công trình Toàn bộ phần tải trọng ngang được đảm bảo bởi kết cấu ống, thành phần tải trọng theo phương đứng được phân cho kết cấu ống và kết cấu cột hoặc vách ở bên trong Khi thành phần tải trọng ngang tác động vào công trình, các kết cấu liên kết khung ở chu vi theo hướng tải trọng tác động sẽ đóng vai trò như thanh bụng của một ống công xôn Kết cấu dạng ống là một trong những dạng kết cấu có ý nghĩa quan trọng với việc phát triển kết cấu nhà cao tầng bởi tính hiệu quả, dễ dàng thi công Hệ kết cấu dạng ống với lưới cột đều đặn phù hợp cho các công trình có mặt bằng nhỏ gọn và cao dưới 30 tầng

1.2.6 Hệ kết cấu khung cứng có hệ dầm vát

1.2.6.1 Khái niệm

Hệ kết cấu khung cứng có hệ dầm vát là là hệ kết cấu khung trong đó các dầm chính được tăng cường chiều cao tại vị trí nách cột (chiều cao tiết diện dầm thay đổi tăng dần ở vị trí gần cột) hình 1.8

Hình 1.8: Mặt bằng kết cấu sàn-hệ kết cấu khung cứng có dầm vát

1.2.6.2 Đặc điểm, phạm vị áp dụng

Các cấu kiện dầm có chiều cao tiết diện ở giữa nhịp thấp, ở vị trí gần cột tăng dần (cao nhất tại vị trí tiếp giáp với cột) nên phù hợp với phân phối nội lực trong dầm Hơn nữa khi sử dụng dầm vát sẽ tăng được chiều cao thông thuỷ tại trí trí giữa

nhịp nên rất phù hợp với các công trình văn phòng có khoảng cách các lưới cột lớn (khoảng 12m) Hệ kết cấu này thích hợp áp dụng cho các công trình cao tới 30 tầng

1.2.7 Hệ kết cấu lõi

1.2.7.1 Khái niệm

Hệ kết cấu lõi là hệ kết cấu gồm lõi vách được bố trí tại khu vực dịch vụ toà nhà (thang bộ, thang máy…) đóng vai trò là một hệ thống không gian có khả năng truyền tải trọng ngang tác động vào công trình theo cả hai hướng (hình 1.9)

Hình 1.9: Mặt bằng KC sàn 1 phương-hệ kết cấu lõi

1.2.7.2 Đặc điểm, phạm vị áp dụng

Ưu điểm của giải pháp kết cấu đó là cấu trúc dạng không gian nên kết cấu lõi

có khả năng chịu lực cắt và mômen uốn theo cả hai phương, ưu việt nhất là khả năng chịu xoắn có được khi sử dụng các dầm liên kết tại các lỗ mở Hình dạng của lõi thường được lựa chọn phụ thuộc vào yêu cầu của thang máy và thang bộ và có thể lựa chọn dạng đơn lõi hình chữ nhật hoặc tổ hợp nhiều đơn lõi thành đa lõi Hệ thống khung sàn bao quanh lõi có thể lựa chọn là hệ kết cấu bê tông đổ tại chỗ, hệ

kết cấu thép liên hợp hoặc hệ kết cấu ứng suất trước Hệ kết cấu dầm thép với các tấm sàn kim loại định hình cũng có thể lựa chọn sử dụng Hệ kết cấu lõi phù hợp sử dung với các công trình cao khoảng 40 tầng

1.2.8 Hệ kết cấu khung - vách

1.2.8.1 Khái niệm

Hệ kết cấu khung - vách là kết cấu kết hợp giữa kết cấu khung và kết cấu vách Kết cấu vách thường được bố trí xung quanh các thang máy thang bộ, trong khi kết cấu khung với dầm cao thường được bố trí xung quanh chu vi toà nhà

Hình 1.10 Kết cấu khung vách

1.2.8.2 Đặc điểm, phạm vị áp dụng

Khi hệ kết cấu khung – vách chịu tác dụng bởi tải trọng ngang, sự khác biệt

về hình dạng chuyển vị giữa khung và vách có tác dụng khá hiệu quả trong việc giảm chuyển vị ngang của công trình Giải pháp kết cấu này đa được áp dụng hiệu quả cho các công trình có chiều cao từ 10 tầng đến 50 tầng Hiệu quả của giải pháp kết cấu khung – vách phụ thuộc vào tỷ lệ sự tương tác theo phương ngang (chi phối

bởi độ cứng của các bức tường, khung và chiều cao kết cấu) Các toà nhà càng cao

và kết cấu khung càng cứng thì mức độ tương tác càng lớn Hệ kết cấu khung – vách nếu kết hợp sử dụng với hệ dầm vát có thể mở rộng phạm vị áp dụng cho các

công trình cao tới 70 tầng

đặc điểm hình dạng ống Ví dụ, nếu tỉ lệ mặt bằng lớn, thông thường lớn hơn 1:2.5,

thì có thể phải nghiên cứu sử dụng thêm các thanh giằng ngang để đảm bảo điều kiện về chuyển vị cho công trình Hiệu quả kinh tế của giải pháp này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: khoảng cách giữa các cột, chiều cao dầm, tỷ lệ… Thông thường, giải pháp kết cấu này là không phù hợp với các công trình cao trên 40 tầng

Theo một cách đơn giản, kết cấu khung ống có thể được định nghĩa là một hệ thống kết cấu không gian 3 chiều có sự tham gia của toàn bộ chu vị để chống lại tải trọng ngang Yêu cầu cần thiết để tạo ra một một kết cấu tường giống như kết cấu làm việc 3 chiều là đặt các cột bên ngoài toà nhà tương đối gần nhau cùng với các dầm cao Trong thực tế, các cột được đặt gần nhau với khoảng cách từ 3m đến 6m, các dầm nối có độ sâu từ 1 đến 1.5m Một dạng khác của kết cấu ống là kết cấu ống giằng, loại này cho phép khoảng cách giữa các cột lớn hơn Như tên gọi của nó, ống giằng là loại kết cấu ống kết hợp thêm với các giằng chéo ở bên ngoài toà nhà Ngoài ra, cũng có dạng khác của kết cấu ống là kết hợp hai hay nhiều ống lại với nhau được gọi là ống kèm ống

Để hiểu rõ ứng xử của kết cấu khung ống, xem xét toà nhà Toàn bộ tải trọng ngang tác động vào toà nhà được khống chế bởi phần cột biên bao quanh và hệ dầm biên cao liên kết với cột Hệ thống sàn của toà nhà được xem là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của nó, tải trọng ngang được phân phối vào các cấu kiện theo tương quan

độ cứng của chúng Khả năng chịu lực ngoài mặt phẳng xem là không đáng kể Thành phần tải trọng ngang sẽ được chống lại bởi hệ thống bao gồm 4 định hướng trực giao, nút cứng giữa khung và sàn tạo thành hệ ống trong mặt bằng

Khung song song với hướng tải trọng ngang tác dụng làm việc như của kết cấu ống rỗng, trong khi các khung khác làm việc như vai trò bản cánh Khi kết cấu chịu uốn, các cột ở các mặt của trục trung hoà ống sẽ chịu các lực kéo (nén) Lúc này, các khung song song với hướng tác dụng của tải ngang là đối tượng phải chịu

mô men uốn trong mặt phẳng và lực cắt liên quan với tác động của một khung cứng tác độc lập Các cột riêng rẽ và các dầm cao ở ngoài biên công trình có thể được xem xét, ý nghĩa như một hệ dầm công xôn rỗng liên kết cứng ở mặt đất

Mặc dù kết cấu có dạng ống nhưng ứng xử của nó lại phức tạp hơn rất nhiều

so với kết cấu dạng đặc Không giống như kết cấu ống đặc, nó phải chịu tác động do

độ trễ cắt (shear lag) Điều này có xu hướng làm thay đổi lực dọc trong các cột Tác động tiếp theo của trễ cắt là sẽ làm tăng lực dọc ở trong các cột góc trong khi lại làm giảm lực dọc ở các cột trong cánh và bụng của khung

Theo một cách hiểu đơn giản, kết cấu ống giống như một công xôn giỗng nhưng trong thực tế kết cấu ống chống lại tải trọng ngang là sự kết hợp làm việc giữa uốn và cắt Chế độ uốn là do sự co ngắn và kéo dài của các cột trong hệ ống, chế độ cắt là do việc uống riêng rẽ của các cột và dầm cao

1.2.10 Kết cấu ống với hệ giằng chéo bên ngoài

1.2.10.1 Khái niệm

Hệ kết cấu ống với hệ giằng chéo bên ngoài là hệ kết cấu ống dàn được tạo

ra bằng cách bổ sung các giằng chéo ở mặt ngoài của hệ kết cấu ống (hình 1.12)

Hình 1.12: Hệ giằng chéo bên ngoài công trình nhà cao tầng bằng thép

1.2.10.2 Đặc điểm, phạm vi áp dụng

Đặc điểm hệ gồm các giằng chéo bao quanh công trình nên có tác dụng giảm

độ trễ cắt ở cả mặt cánh và mặt bụng Bởi vậy, giải pháp này cho phép sử dụng cho các công trình cao hơn và với bước cột rộng hơn so với hệ kết cấu ống thông thường Kết cấu khung ống như đa thảo luận ở trên, ngay cả khi các cột được đặt sát nhau thì vẫn là yếu do lực trong các cột chịu lực lớn không thể truyền hiệu quả sang các cột góc Để có hiệu quả tối đa nhất, kết cấu ống cần đáp ứng yêu cầu chống lại tải trọng ngang theo dạng đơn thuần như một thanh công xôn, với giá trị lực kéo và nén là đều nhau trên bề mặt đón gió và hút gió Kết cấu khung ống này làm việc

giống như một ống thành mỏng có lỗ Lực dọc trong cột có xu hướng giảm dần khi dịch dần về phía các góc, kết quả là các cột ở giữa của mặt đón gió và hút gió có thể không duy trì được sự chia sẻ về lực nén và lực kéo Hiệu ứng này đa được gọi ở trên là hiệu ứng trễ cắt

Đến nay, với công trình cao tầng sử dụng kết cấu thép, việc bổ sung thêm các giằng chéo ở bên ngoài là một phương pháp thông thường nhất có thể làm tăng hiệu quả cho kết cấu khung ống Các giằng chéo tương tác với dạng kết cấu dàn trên các bề mặt vuông góc tạo nên hiệu ứng 3 chiều có tác dụng loại bỏ hầu như toàn bộ

độ trễ cắt trong cả phần cánh và phần bụng ống Do đó khoảng cách giữa các cột có thể tăng lên và kích thước các cột và dầm bao có thể giảm đi

Các thanh giằng cũng góp phần tăng khả năng làm việc của kết cấu ống với tải trọng thẳng đứng Điểm khác biệt của tải trọng đứng trong hệ thống cột chống lại tải trọng ngang là sự truyền tải của hệ thống thanh giằng, nó đóng vai trò phân phối lực dọc từ các cột chịu tải trọng lớn sang các cột chịu ít hơn

Giới hạn áp dụng giải pháp kết cấu này là cho các công trình từ 50 đến 60 tầng ngoại trừ khi các cột được đặt rất gần nhau như đa sử dụng cho công trình Trung tâm thương mại thế giới cao 109 tầng ở NewYork – Mỹ (khoảng cách 1.0 m)

1.2.11 Kết cấu ống ghép

1.2.11.1 Khái niệm

Hệ kết cấu ống ghép là hệ kết cấu tạo bởi từ nhiều hệ kết cấu ống đơn lẻ lại với nhau (hình 1.13)

Hình 1.13: Sơ đồ mặt bằng hệ ống ghép

1.2.11.2 Đặc điểm

Mục đích chính của việc kết hợp hai hay nhiều ống đơn lẻ lại với nhau là để làm giảm hiệu ứng do trễ cắt Trong hệ kết cấu này, các khung theo hướng tác dụng của tải trọng ngang đóng vai trò chịu cắt, trong khi các khung khác đóng vai trò chống lại mômen lật Thành phần gây xoắn có thể được chống lại dễ dàng bởi cấu trúc đóng kín của các mođun Kết cấu ống ghép cho phép giảm khoảng cách giữa các cột và giảm chiều cao của dầm Điều này cho phép có thể bố trí các lỗ mở (cửa sổ) lớn hơn so với cấu trúc kết cấu dạng ống đơn Hiệu ứng trễ cắt xuất hiện trong

hệ kết cấu ống có thể được giảm đáng kể bằng cách bổ sung thêm hệ thống các giằng bên trong chạy ngang theo chiều rộng của toàn nhà Khi chịu tác động uốn, do

độ cứng trong mặt bẳng sàn lớn tác động làm các giằng chuyển dịch cùng với các khung bên ngoài Khi đó lực cắt trong hệ giằng sẽ tỷ lệ thuận với độ cứng của nó

1.2.12 Kết cấu dạng sống tường

Hệ kết cấu dạng sống tường là một dạng kết cấu tương đối mới Với dạng kết cấu này, các tường vách thường được đặt dọc hai bên hành lang Những bức tường này như những bức tường xương sống chạy xuyên qua các tầng đóng vai trò chống lại tải trọng ngang tác động theo phương song với hành lang Để chống lại thành phần tải trọng theo phương vuông góc, các bức tường theo phương vuông góc với

các tường sống được bố trí sử dụng Sự tương tác giữa các bức tường này được tạo

ra do các sàn kết nối (hoặc dầm liên kết) Để tăng khả năng chống xoắn cho kết cấu, các bức tường cắt được lựa chọn kết hợp bố trí thêm tại các lõi thang máy và thang

bộ

Hình 1.14: Mặt bằng kết cấu hệ sườn vách Công trình nổi bật lựa chọn sử dụng giải pháp này là công trình Burj Dubai (công trình cao nhất thế giới) được xây dựng tại tiểu các vương quốc Ả Rập Công

trình có mặt bằng dạng chữ Y, trên mỗi cánh đều bố trí hệ vách và các cột bao quanh chu vi (hình 1.14)

1.2.13 Hệ outrigger và tường đai biên

1.2.13.1 Khái niệm

Hệ outrigger là hệ kết cấu được tạo bởi bao gồm 01 lõi cứng chính được liên kết với các cột bên ngoài thông qua các thanh có độ cứng tương đối lớn giống tựa như một vách cao từ một đến hai tầng, các cấu kiện này được định nghĩa là outrigger Lõi cứng có thể đặt ở trung tâm với các outrigger kéo dài tới cả hai mặt (hình 1.15) hoặc có thể nằm lệch về một bên của công trình với các outrigger kéo dài tới các cột ở mặt bên kia (hình 1.16)

Hình 1.15: Kết cấu Outrigger với lõi cứng ở trung tâm

Hình 1.16: Kết cấu Outrigger với lõi cứng lệch về một bên

1.2.13.2 Đặc điểm

Bản chất làm việc của hệ kết cấu này là khá đơn giản Khi kết cấu chịu lực ngang, các cột được liên kết với outrigger sẽ làm giảm chuyển vị xoay cho lõi, điều này cũng sẽ dẫn đến làm giảm đáng kể chuyển vị ngang trên đỉnh công trình so với trường hợp lõi đứng tự do Mô men do ngoại lực bên ngoài không chỉ được chống lại bởi lõi cứng mà còn được chống lại bởi cặp ngẫu lực kéo nén trong các cột liên kết với outrigger Bởi vậy khả năng kháng uốn của kết cấu được tăng lên, khi lõi cứng chịu uốn các cột trong mặt đón gió sẽ chịu kéo và các cột trên mặt hút gió chịu nén Ngoài các cột liên kết với outrigger, các cột khác trên chu vi công trình cũng

có thể được huy động để kiềm chế góc xoay của outrigger tại điểm kết nối Đề có được kết quả này, các cột bên sẽ được kết nối lại với nhau bằng một vách cao (từ 1 đến 2 lần chiều cao tầng) Vách cao này được gọi là vách đai biên (belt wall)

Để đạt được hiệu quả, các outrigger và vách đai biên thường được thiết kế bằng