Giáo trình Một số yêu cầu và chỉ dẫn kỹ thuật trong thiết kế kết cấu nhà siêu cao tầng bê tông cốt thép ở việt na

Nội dung text: Giáo trình Một số yêu cầu và chỉ dẫn kỹ thuật trong thiết kế kết cấu nhà siêu cao tầng bê tông cốt thép ở việt na

1. KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG MỘT SỐ YÊU CẦU VÀ CHỈ DẪN KỸ THUẬT TRONG THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ SIÊU CAO TẦNG BÊ TÔNG CỐT THÉP Ở VIỆT NAM TS. NGUYỄN ĐẠI MINH, TS. NGUYỄN HỒNG HẢI, TS. NGUYỄN HỒNG HÀ, TS. CAO DUY BÁCH Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Bài báo này trình bày một số yêu cầu và hạ tầng kỹ thuật đô thị khác là cần thiết trong quá chỉ dẫn kỹ thuật cần thiết trong tính toán thiết kế kết trình phát triển để đưa đất nước ta trở thành một cấu nhà siêu cao tầng bằng bê tông cốt thép (BTCT) nước công nghiệp, thịnh vượng và có thu nhập cao. ở Việt Nam. Các yêu cầu mang tính nguyên tắc về Ở Việt Nam, điển hình cho các dự án siêu cao thiết kế kết cấu, các yêu cầu và chỉ dẫn kỹ thuật về tầng là các tòa tháp Bitexco – Tp Hồ Chí Minh (68 vật liệu, tỷ số chiều cao và bề rộng nhà, các quy định tầng, cao 262 m), Hanoi Keangnam Landmark Tower và khuyến cáo về bố trí mặt bằng, mặt đứng kết cấu, (72 tầng), Hanoi Lotte Center (65 tầng), Viettin Bank giới hạn chuyển vị lệch tầng và gia tốc ngang tại đỉnh Hanoi Tower (68 tầng, đang xây dựng tại Hà Nội), công trình, yêu cầu về thiết kế kháng chấn và chống tháp doanh nhân (51 tầng, Hà Nội), Vinhome sụp đổ dây chuyền cũng như các lưu ý về kết cấu Landmark (81 tầng, đang xây dựng tại Tp Hồ Chí tầng cứng được đề cập trong bài báo. Các nội dung Minh). Tuy nhiên, những công trình siêu cao này này có thể là tài liệu tham khảo cho các kỹ sư, kiến phần lớn được thiết kế bởi tư vấn nước ngoài. Các trúc sư trong thực hành thiết kế nhà siêu cao tầng ở đơn vị trong nước thường đóng vai trò thầu phụ. Việt Nam. Nguyên nhân chính là do các kiến trúc sư và kỹ sư Từ khóa: Nhà siêu cao tầng, thiết kế theo tính Việt Nam còn ít kinh nghiệm và chưa có cơ hội để năng, kết cấu BTCT, hệ tầng cứng, động đất, hệ cột trải nghiệm các giải pháp kết cấu hiện đại cho nhà quây ngoài, tầng chuyển, sụp đổ dây chuyền siêu cao đã và đang phát triển trên thế giới. Abstract: This paper presents the basic technical Sự phát triển về công nghệ và vật liệu xây dựng requirements and specifications for analysis and cũng tạo ra nhiều thách thức cho việc tính toán design of the structural system in the super tall RC (phân tích) và đưa ra các giải pháp thích hợp đối với buildings in Vietnam. The technical requirements and các kết cấu siêu cao. Bê tông cường độ cao ngày specifications on structural design principal and càng được sử dụng nhiều trong các kết cấu cao tầng rules, the materials, the height and aspect ratio để tăng hiệu quả về diện tích sử dụng. limitation, the structural plan and vertical Tải trọng gió ảnh hưởng rất lớn đến giải pháp kết arrangement, limitations for story drift and comfort, cấu siêu cao không chỉ đối với hệ kết cấu chịu lực the seismic resistance design and requirement for mà còn với hệ kết cấu bao che. Lý do chính là tải preventing structural progressive collapse as well as trọng gió tác dụng theo phương ngang là phương the structure with outriggers and/or belt members are gây ảnh hưởng nổi trội đối với các kết cấu có độ cao outlined in this paper. These technical contents are lớn. Trong khi một số vấn đề như tương tác giữa gió possibly be good references for structural engineers, và kết cấu, dao động theo phương ngang của luồng artchitects in design practice of the super tall gió, gió xoắn, ổn định khí động, tiện nghi động và thí buildings in Vietnam. nghiệm ống thổi khí động chưa được đề cập rõ trong các tiêu chuẩn thiết kế của ta. Cụ thể là tiêu chuẩn Mở đầu tải trọng và tác động hiện hành TCVN 2737: 1995 [1] Trong hai thập niên vừa qua, nhà cao và siêu chỉ phù hợp với nhà 40 tầng (cao khoảng 150 m) trở cao đã được xây dựng nhiều tại Hà Nội, thành phố xuống. Ngoài ra, áp lực gió lên kết cấu bao che quy (Tp) Hồ Chí Minh và một số thành phố khác ở nước định trong TCVN 2737:1995 có thể chỉ thích hợp đối ta. Do quỹ đất đô thị hạn hẹp, mật độ dân số cao nên với nhà thấp tầng. Vì thế, ảnh hưởng của tải trọng việc phát triển những dự án cao tầng, các hệ thống gió lên kết cấu siêu cao cần được quan tâm để việc tàu điện ngầm, tàu điện trên cao và nhiều hệ thống thiết kế kết cấu an toàn và hiệu quả. Vấn đề này đã Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017 3
2. KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG được khái quát trong [3] và nằm ngoài phạm vi thảo Theo các tác giả bài báo thì với sự phát triển nhà luận trong bài báo này. cao tầng ở nước ta hiện nay (năm 2018) thì giới hạn Một yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng đến sự làm độ cao 75 m nên được thay bằng 100 m do công việc của các kết cấu siêu cao là tác động động đất. nghệ thiết kế, công nghệ xây dựng, các phương tiện Mặc dù Hà Nội và Tp Hồ Chí Minh là các khu vực có phòng chống cháy nổ và cứu nạn cũng như ý thức mức độ nguy hiểm động đất trung bình (trị số đỉnh của người dân khác xa so với cách đây 30-40 năm, khi ấy số lượng nhà cao tầng rất ít và nhà cao trên gia tốc nền chu kỳ lặp 500 năm trên nền đá gốc agR = 0.08 – 0.11g, g = 9.87 m/s2, TCVN 9386: 2012 [2]) 75 m hầu như không có ở Hà Nội. Nhà cao trên 100 nhưng các vấn đề như hệ số tầm quan trọng, chu kỳ m nên gọi là nhà siêu cao). lặp, dao động đất nền do động đất, đường cong phổ Hệ kết cấu quây ngoài: Hệ kết cấu quây ngoài là phản ứng, phân tích ứng xử và cấu tạo của hệ kết hệ cột bố trí theo chu vi xung quanh tòa nhà, được cấu siêu cao chịu động đất cần được nghiên cứu liên kết với nhau bằng các dầm bo bố trí tại các cao sâu hơn để không những đảm bảo an toàn, không trình tầng. gây hoảng sợ đối với người sử dụng và hạn chế hư Cấu kiện, kết cấu chuyển: Là cấu kiện hoặc kết hỏng khi động đất nhẹ hay trung bình (thấp hơn cấu bố trí để thực hiện việc chuyển biến hình thức động đất thiết kế) xảy ra mà còn kinh tế, phù hợp với kết cấu từ tầng nhà bên trên đến tầng nhà bên dưới điều kiện nước ta. Tiêu chuẩn TCVN 9386: 2012 về hoặc để thay đổi bố trí kết cấu từ tầng nhà bên trên thiết kế công trình chịu động đất chỉ thích hợp với đến tầng nhà bên dưới, bao gồm dầm chuyển, dàn các nhà có chu kỳ dao động riêng từ 4s (khoảng 30- chuyển, sàn chuyển. Các dầm chuyển của một số 40 tầng) trở xuống nếu không có các nghiên cứu kết cấu vách trong khung đỡ (khung chuyển) có thể chuyên sâu. Vì vậy, nghiên cứu tính toán kháng đơn giản gọi là dầm khung đỡ (khung chuyển). chấn đối với kết cấu siêu cao là cần thiết. Tính toán Tầng chuyển: Là tầng bố trí với các cấu kiện kết động đất đối với nhà siêu cao cũng được trình bày cấu chuyển đổi bao gồm các cấu kiện ngang và các trong [3-5], tuy nhiên dự kiến sẽ thảo luận trong bài cấu kiện đứng liền dưới tầng. báo chuyên sâu khác với những đặc trưng riêng của Việt Nam. Tầng cứng: Là tầng nhà có kết cấu nối cứng (outrigger dạng dầm, dàn hoặc vách) liên kết hệ lõi Các vấn đề khác như tác động do nhiệt độ, co cứng bên trong với kết cấu quây ngoài, khi cần thiết ngót, từ biến, co ngắn cột, móng sâu và tầng hầm, có thể làm dầm hoặc dàn nằm ngang có dạng đai đặc biệt là những yêu cầu kỹ thuật đặc thù khác với chạy quanh kết cấu quây ngoài của tầng nhà ấy (còn kết cấu thấp tầng cũng rất cần thiết trong thiết kế kết gọi là hệ đai biên). cấu siêu cao. Thiết kế kết cấu theo tính năng (PBD – Thiết kế nhà siêu cao là vấn đề sâu và rộng, do Performance Based Design) chịu động đất định nhiều bộ môn phối hợp thực hiện. Bài báo này chỉ trước: Là cách thiết kế kết cấu chịu động đất dựa trình bày một số yêu cầu và chỉ dẫn kỹ thuật cần trên các mục tiêu về tính năng chịu động đất được thiết trong thiết kế kết cấu nhà siêu cao ở Việt Nam. ấn định trước của kết cấu. Đây là một phần kết quả của nhiệm vụ khoa học 1. Yêu cầu chung được nhóm nghiên cứu của Viện KHCN Xây dựng – Bộ Xây dựng và Đại học Melbourne, Australia thực a. Hệ kết cấu nhà siêu cao phải phù hợp với các yêu hiện [3], các yêu cầu kỹ thuật này cũng được tham cầu sau đây: khảo các tài liệu trong và ngoài nước [4-7]. Bài báo - Phải có khả năng chịu lực, độ cứng và độ dẻo có thể là tài liệu tham khảo tốt cho các sinh viên, các cần thiết; kỹ sư và những bạn đọc quan tâm đến thiết kế nhà - Phải tránh do sự phá huỷ của một bộ phận kết siêu cao tầng. cấu mà dẫn đến toàn bộ kết cấu bị mất khả năng Bài báo có sử dụng một số thuật ngữ sau: chịu tải trọng bản thân, tải trọng gió và động đất; Nhà siêu cao: Nhà siêu cao trong bài báo này là - Ở những chỗ có nguy cơ yếu hay giảm yếu, các tòa nhà có chiều cao từ 100-300 m (Chú thích: phải áp dụng các biện pháp hiệu quả để tăng cường. 4 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017
3. KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG b. Hệ kết cấu nhà siêu cao nên đáp ứng các yêu cầu 3. Giới hạn tỉ số giữa chiều cao và bề rộng nhà sau: Tỉ số giữa chiều cao H trên bề rộng B của nhà - Bố trí chiều đứng và chiều ngang của kết cấu siêu cao BTCT không nên lấy lớn hơn 8. nên có sự phân bố hợp lý về độ cứng và về phân 4. Mặt bằng kết cấu phối khả năng chịu lực, tránh vì đột biến độ cứng cục bộ và hiệu ứng vặn xoắn mà hình thành những vùng a. Trong một đơn nguyên kết cấu độc lập của nhà mềm yếu; siêu cao, nên chọn hình dạng mặt bằng kết cấu đơn giản, đều đặn với khối lượng, độ cứng và khả năng - Hệ kết cấu nên có một số đường phòng tuyến chịu lực phân bố đồng đều, không nên dùng những dự phòng để chống động đất. kiểu bố trí mặt bằng đặc biệt bất thường. c. Các biện pháp cần được thực hiện đối với các kết b. Nhà siêu cao nên dùng kiểu hình dạng mặt bằng cấu BTCT của nhà siêu cao để giảm ảnh hưởng bất có hiệu ứng giảm tác dụng của tải trọng gió. lợi của các hiệu ứng không tải như sự co ngót bê tông, từ biến, thay đổi nhiệt độ và chênh lún. c. Bố trí mặt bằng nhà siêu cao có yêu cầu thiết kế chịu động đất nên đơn giản, đều đặn, giảm bớt lệch d. Các cấu kiện phi kết cấu của nhà siêu cao như tâm theo các khuyến cáo của tiêu chuẩn thiết kế tường xây và tường ngăn nên áp dụng các loại vật kháng chấn áp dụng (ví dụ TCVN 9386: 2012, BS liệu nhẹ khác nhau, được liên kết chắc chắn với EN 1998 [14], ASCE 7-10 [15], UBC 1997 [16], JGJ phần kết cấu chính và phải đảm bảo các yêu cầu về 2010 [4], ). Bố trí mặt bằng kết cấu phải giảm thiểu độ bền, ổn định và biến dạng. ảnh hưởng của vặn xoắn. Khi hình dạng mặt bằng 2. Yêu cầu về vật liệu kiến trúc phức tạp mà lại không có cách nào để có thể điều chỉnh lại hình dạng mặt bằng và bố trí kết a. Các cột, lõi cứng và tầng cứng của nhà siêu cao cấu làm cho nó trở thành kết cấu không đều đặn, nên xem xét áp dụng các loại bê tông có cường độ không mạch lạc, cần thiết phải làm khe kháng chấn. cao (B50-60 hay C50-60), B - Bê tông, C- Concrete, Bố trí khe kháng chấn và bề rộng của khe kháng hoặc cao hơn) và cốt thép cường độ cao (giới hạn chấn tuân thủ các quy định của tiêu chuẩn thiết kế chảy fy = 500 MPa trở lên). Đối với các cấu kiện có kháng chấn áp dụng cho dự án. nội lực lớn hoặc yêu cầu chống động đất cao nên xem xét áp dụng bê tông cốt thép liên hợp (cốt d. Khi thiết kế công trình chịu động đất, bề rộng khe cứng). co dãn, khe lún đều phải phù hợp yêu cầu về bề rộng tối thiểu của khe kháng chấn. b. Cấp cường độ bê tông của sàn tầng hầm cũng như phần xây dựng phía trên không nên nhỏ hơn e. Khoảng cách lớn nhất giữa các khe biến dạng C30 (để thuận tiện gọi bê tông cấp cường độ 30 trong kết cấu nhà siêu cao nên phù hợp quy định MPa là C30). trong các tiêu chuẩn áp dụng có xem xét đặc điểm khí hậu và môi trường khu vực xây dựng. c. Cấp cường độ bê tông của sàn trong kết cấu tầng chuyển, dầm chuyển, cột chuyển, kết cấu chuyển g. Trong trường hợp áp dụng các biện pháp cấu tạo dạng hộp và kết cấu sàn chuyển dày không được và biện pháp thi công để giảm bớt ảnh hưởng của nhỏ hơn C40. nhiệt độ và co ngót của bê tông đối với kết cấu thì khoảng cách giữa các khe biến dạng có thể nới rộng d. Cấp cường độ bê tông trong kết cấu ứng lực thêm thích hợp. Các biện pháp cấu tạo và thi công trước không nên nhỏ hơn C40. này có thể như sau: e. Các đặc trưng và yêu cầu về cốt thép, thép hình Tăng hàm lượng cốt thép ở những chỗ chịu của cấu kiện BTCT nên tuân thủ các quy định của nhiều ảnh hưởng của biến đổi nhiệt độ như tầng tiêu chuẩn TCVN 5574: 2012 [8], TCVN 5575:2012 mái, bản đỉnh tầng hầm, tường hồi và gian đầu của [9] hoặc các tiêu chuẩn thiết kế khác quy định trong vách tường dọc; dự án (ví dụ: ACI 318: 2014 [10], AISC [11], BS EN 1992 [12], BS EN 1993 [13] v.v.), phù hợp với chức Tầng mái tăng cường biện pháp cách nhiệt, bên năng kết cấu. ngoài tường ngoài có làm lớp cách nhiệt; Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017 5
4. KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Cứ cách 30 - 40 m nên xem xét chừa băng thi phòng ngừa hoặc giảm bớt tác động của việc kéo công đổ sau, bề rộng băng 800 - 1000 mm; cốt thép căng cáp ứng lực trước đối với kết cấu bản sàn. nối dùng kiểu đầu nối chồng, bê tông băng đổ sau 7. Giới hạn về chuyển vị lệch tầng và tính tiện nên đổ sau đó 45 ngày; nghi sử dụng Dùng loại xi măng có độ co ngót nhỏ, giảm hàm a. Trong điều kiện sử dụng bình thường, kết cấu nhà lượng xi măng, cho thêm chất phụ gia thích hợp vào siêu cao phải có đủ độ cứng, tránh sinh ra chuyển vị bê tông; lớn ảnh hưởng tới khả năng chịu lực, tính ổn định Tăng hàm lượng thép cấu tạo của bản sàn mỗi của kết cấu và yêu cầu sử dụng. tầng nhà hoặc áp dụng một phần kết cấu ứng lực b. Trong điều kiện sử dụng bình thường, chuyển vị trước. ngang của kết cấu phải được tính chịu tác dụng của 5. Bố trí kết cấu theo phương đứng tải trọng gió, của tác động động đất. a. Hình thể theo chiều đứng của nhà siêu cao nên c. Tỷ số giữa chuyển vị lớn nhất giữa các tầng u/h quy củ, đồng đều. Độ cứng theo phương ngang của ( u - chuyển vị lớn nhất giữa các tầng, h – chiều cao tầng) cần thỏa mãn các yêu cầu sau đây: kết cấu nên giảm dần và thống nhất từ dưới lên trên. - Nhà siêu cao có chiều cao từ 100 đến 150 m, b. Khối lượng các tầng nên phân bố đều đặn theo tỷ số giữa chuyển vị lớn nhất giữa các tầng nhà chiều cao. Khối lượng của tầng bên trên không nên với độ cao tầng nhà u/h < 1/800 đối với kết cấu lớn hơn 1.5 lần khối lượng của tầng liền kề bên dưới khung-vách, khung-ống lõi, bản cột-vách, và trừ trường hợp tầng chuyển hay tầng cứng. u/h < 1/1000 đối với kết cấu ống trong ống, c. Nhà siêu cao không nên áp dụng việc thay đổi độ vách cứng; cứng và khả năng chịu lực trên cùng 1 tầng. Trường - Nhà có chiều cao từ 250 đến 300 m, tỷ số giữa hợp một số tường và cột được cắt đi để tạo thành chuyển vị lớn nhất giữa các tầng nhà với độ cao các không gian thoáng ở các tầng mái và áp mái, tầng nhà u/h không nên lớn hơn 1/500; phân tích đàn hồi hoặc bổ sung phân tích đàn-dẻo - Nhà có chiều cao trong khoảng từ 150 ~ 250m theo thời gian nên được thực hiện và phải xem xét thì giới hạn giá trị của tỷ số giữa chuyển vị lớn những biện pháp cấu tạo kháng chấn hữu hiệu. nhất giữa các tầng nhà với độ cao tầng nhà lấy 6. Hệ sàn với giả thiết là tuyệt đối cứng trong mặt theo cách nội suy tuyến tính giữa các hạn trị ghi phẳng sàn trong khoản (1) và (2) nói trên. Ghi chú: Chuyển vị lớn nhất giữa tầng nhà u tính a. Nên dùng kết cấu sàn đổ tại chỗ đối với nhà siêu bằng hiệu của chuyển vị ngang lớn nhất của tầng cao. nhà, không trừ đi biến dạng uốn cong tổng thể. Dưới b. Độ dày bản sàn đổ tại chỗ lấy theo tính toán thiết tác dụng của tải trọng gió, chuyển vị giữa các tầng kế nhưng không nhỏ hơn 100 mm. Độ dày bản đỉnh tính theo phương pháp đàn hồi. Khi thiết kế chịu mái nhà cũng lấy theo tính toán nhưng không nhỏ động đất, tính toán chuyển vị tầng nhà quy định hơn 120 mm, nên đặt cốt thép hai lớp hai chiều. Độ trong điều này không kể đến ảnh hưởng của lệch dày bản đỉnh của tầng hầm thông thường lấy theo tâm ngẫu nhiên. tính toán nhưng không nên nhỏ hơn 160 mm. Bản d. Kết cấu nhà siêu cao phải đáp ứng yêu cầu về đỉnh của tầng hầm mà có ngàm giữ các kết cấu bên tính tiện nghi sử dụng theo dao động do gió. Gia tốc trên phải dùng kết cấu dầm bản, độ dày bản cũng lấy lớn nhất ở đỉnh kết cấu theo chiều dọc theo luồng theo tính toán nhưng không nhỏ hơn 180 mm, phải gió và vuông góc với luồng gió có thể tính toán theo đặt thép hai chiều hai lớp, hàm lượng đặt thép của các quy định và yêu cầu của tiêu chuẩn áp dụng. mỗi lớp theo mỗi chiều không nên nhỏ hơn 0.25%. Giới hạn gia tốc đỉnh kết cấu lớn nhất lấy nhỏ hơn 0.15 m/s2 hoặc lấy theo quy định của tiêu chuẩn áp c. Độ dày bản sàn bê tông ứng lực trước đổ tại chỗ dụng cho dự án. Quy định về vận tốc hay áp lực gió có thể lấy bằng 1/45 ~ 1/50 của khẩu độ, không nhỏ và chu kỳ lặp của tải trọng gió trong tính toán gia tốc hơn 150 mm. Khi thiết kế bản sàn bê tông ứng lực lớn nhất ở đỉnh kết cấu lấy theo hướng dẫn của tiêu trước đổ tại chỗ phải áp dụng các biện pháp để chuẩn áp dụng. 6 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017
5. KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG 8. Yêu cầu thiết kế độ bền đối với kết cấu - Kết cấu, bộ phận kết cấu phải có khả năng chịu lực đổi chiều tức thì. Yêu cầu thiết kế độ bền (khả năng chịu lực) đối với kết cấu tuân theo các quy định của tiêu chuẩn - Khoảng cách giữa các cột trong hệ kết cấu thiết kế áp dụng. quây ngoài và nhịp biên của khung không nên quá lớn. Khi áp dụng tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 và - Kết cấu chuyển phải có nhiều phương thức TCVN 5574:2012, hệ quả của tải trọng và tác động truyền tải để có thể truyền được toàn bộ tải trọng (trừ tác động động đất) tác dụng lên kết cấu được bản thân. khuyến nghị nhân thêm với hệ số tầm quan trọng tòa - Dầm và cột của kết cấu BTCT nên áp dụng liên nhà lấy bằng 1.15 đối với nhà cao từ 100 đến 250 m, kết cứng. Bản tăng cứng trên/dưới nên được bố trí bằng 1.2 đối với nhà cao từ 250 đến 300 m1. Để liên tục xuyên qua các gối đỡ tùy theo yêu cầu chịu tránh sử dụng 2 lần hệ số tầm quan trọng của công kéo. trình, khi đó hệ số độ tin cậy của tải trọng gió chỉ lấy - Nên áp dụng liên kết giằng móng giữa các bằng 1.2 ứng với tuổi thọ thiết kế giả định là 50 năm. khối móng độc lập. 1 Chú thích: Ở Việt Nam, nhà cao từ 100 m trở c. Phương pháp tính toán, thiết kế chống sụp đổ dây lên có tuổi thọ 100 năm, khi tính tải trọng gió phải chuyền thực hiện theo các tài liệu chuyên ngành về nhân thêm với hệ số 1.15. Vì vậy, kiến nghị hệ số lĩnh vực này. tầm quan trọng 1.15 đối với nhà cao từ 150-250m và 11. Các lưu ý đối với hệ có tầng cứng 1.2 đối với ngà cao từ 250-300m (Tiêu chuẩn Nga và a. Khi độ cứng ngang của kết cấu khung – lõi, kết TCVN 10304: 2014 [17] quy định hệ số 1.1, 1.15 và cấu lõi trong lõi không thỏa mãn yêu cầu, có thể lợi 1.2). dụng không gian của tầng lánh nạn, tầng kỹ thuật để Trường hợp sử dụng các tiêu chuẩn nước ngoài, bố trí cấu kiện nối theo phương ngang có độ cứng thích hợp, hình thành kết cấu siêu cao có tầng cứng tuân thủ các quy định của các tiêu chuẩn này và các (tầng cứng thực). Khi cần thiết, tầng cứng cũng có quy định bắt buộc của các quy chuẩn xây dựng Việt thể đồng thời bố trí cấu kiện đai biên theo phương Nam. ngang (tầng cứng ảo). Cấu kiện nối, cấu kiện đai 9. Yêu cầu kháng chấn biên có thể sử dụng các dạng kết cấu như giàn có Mức độ và hệ số tầm quan trọng khi tính toán thanh chéo, dầm đặc, dầm hộp, dàn rỗng. thiết kế kháng chấn lấy theo tiêu chuẩn động đất áp b. Việc thiết kế kết cấu siêu cao có tầng cứng phải dụng. Tính toán cốt thép và cấu tạo cũng lấy theo thỏa mãn các quy định sau: tiêu chuẩn kháng chấn áp dụng. (1) Số lượng tầng cứng, độ cứng và vị trí tầng 10. Yêu cầu chống sụp đổ dây chuyền cứng phải được thiết kế một cách hợp lý, phù hợp với yêu cầu kiến trúc và kỹ thuật a. Nhà siêu cao thuộc loại công trình cấp 1, cấp đặc (M&E) tòa nhà. biệt theo quy chuẩn QCVN 03:2012/BXD [18] cần Khi bố trí 1 tầng cứng, có thể bố trí tại vị trí đáp ứng các yêu cầu về chống sụp đổ dây chuyền khoảng 0.6 lần chiều cao nhà (0.6H). và nên dự kiến ngay trong thiết kế cơ sở, nếu có yêu Khi bố trí 2 tầng cứng, có thể phân biệt bố trí cầu đặc biệt, thiết kế chống sụp đổ dây chuyền có tại đỉnh và (0.5 – 0.6)H. Khi bố trí 3 tầng thể được thực hiện bằng cách áp dụng phương cứng trở lên, nên bố trí đều từ đỉnh công pháp dỡ bỏ từng phần kết cấu. trình trở xuống. b. Thiết kế chống sụp đổ dây chuyền phải thỏa mãn (2) Cấu kiện nối của tầng cứng nên kéo suốt những yêu cầu sau: qua lõi, vị trí bố trí trên mặt bằng nên ở vị trí - Các kết cấu cấu tạo liên kết cần thiết phải được góc của lõi, vị trí nút chữ T. thực hiện tăng cường để đảm bảo tính toàn vẹn kết Liên kết của cấu kiện nối với khung bên cấu. ngoài nên sử dụng liên kết khớp hoặc liên kết - Nguyên tắc kết cấu siêu tĩnh đa nhịp chỉ áp nửa cứng. dụng cho các kết cấu lớn. Khi tính toán nội lực và chuyển vị của kết - Kết cấu, bộ phận kết cấu phải có độ dẻo thích cấu nên xét đến biến dạng trong mặt phẳng hợp để tránh phá hoại do cắt, ép mặt, neo và phá của bản sàn tại tầng cứng có bố trí cấu kiện hoại nút trước khi phá hoại kết cấu, bộ phận kết cấu. nối dạng dàn. Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017 7
6. KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG (3) Phải tăng cường cấu tạo cốt thép đối với cột, [1] TCVN 2737: 1995 Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn lõi tại tầng cứng và các tầng lân cận. thiết kế, Nhà Xuất bản Xây dựng, Hà Nội, 1996. (4) Phải tăng cường cấu tạo cốt thép đối với [2] TCVN 9386-1: 2012 Thiết kế công trình chịu động đất. bản sàn tầng cứng và các tầng trên và dưới Phần 1: Quy định chung, tác động động đất và quy tầng cứng. định đối với kết cấu nhà, Nhà Xuất bản Xây dựng, Hà (5) Trình tự thi công và cấu tạo liên kết phải sử Nội, 2012. dụng biện pháp để giảm thiểu biến dạng [3] Viện KHCN Xây dựng Báo cáo tổng kết nhiệm vụ theo phương đứng do nhiệt độ của kết cấu NĐT Việt Nam – Australia về nhà cao tầng có tầng và sự chênh lệch của biến dạng dọc trục (co cứng chịu tác động động đất, Bộ XD – Bộ KHCN, Hà ngắn cột), mô hình phân tích kết cấu phải Nội, 2015. phản ánh được ảnh hưởng của biện pháp thi [4] JGJ 3-2010. 高层建筑混凝土结构技术规程 (Technical công. specification for concrete structures of tall building), c. Thiết kế kết cấu siêu cao có tầng cứng chịu động Beijing, PRC, 2010. đất cần thỏa mãn các yêu cầu sau ngoài các quy [5] CTBUH Outrigger Design for High-Rise Buildings, định trong tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn áp dụng: Council on Tall Buildings and Urban Habitat, 2012. [6] Ove Arup Dự án Vinhome Landmark 81 – Chỉ dẫn (1) Cấp hay tầm quan trọng kháng chấn của cột thiết kế, HCM city, 2015. khung, vách của lõi tại tầng cứng và các [7] DongYang Structural Engineer KeangNam Hanoi tầng lân cận phải tăng thêm một cấp để tính Landmark Tower Project, Hanoi, 2009. toán, cụ thể theo TCVN 9386: 2012 thì cấp I [8] TCVN 5574: 2012 Kết cấu bê tông cốt thép – Tiêu tăng thành cấp đặc biệt (hệ số I lấy bằng chuẩn thiết kế, NXB Xây dựng, Hà Nội, 2012. 1.5 thay vì 1.25), khi thiết kế theo UBC 1997 [9] TCVN 5575: 2012 Kết cấu thép – Tiêu chuản thiết hay ASCE 7-05 thì lấy hệ số tầm quan trọng kế, NXB Xây dựng, Hà Nội, 2012. bằng 1.5. [10] ACI 318: 2014 Building codes requirements for (2) Cốt đai của cột khung tại tầng cứng và các structural concrete and commentary, American tầng lân cận phải tăng dày trong suốt chiều Concrete Institute, USA. dài cột, giới hạn về tỷ số nén phải lấy giảm [11] ANSI-AISC 360 Specification for structural steel bớt 0.05 so với cột ở các tầng khác. buildings, American Institute for Steel Construction, (3) Phải bố trí cấu kiện biên đối với vách của lõi USA, 2010. tại tầng cứng và các tầng lân cận. [12] BS EN 1992-1-1: 2004 Eurocode 2: Design of 12. Kiểm tra kết cấu theo phương pháp thiết kế concrete structures. General rules and rules for dựa theo tính năng buildings. Ngoài việc tính toán theo phương pháp phổ phản [13] BS EN 1993-1-1:2005 Eurocode 3. Design of steel ứng quy định trong tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn structures. General rules and rules for buildings. áp dụng cho dự án, cần thiết kiểm tra các kết cấu, [14] BS EN 1998-1:2004 Eurocode 8: Design of structures cấu kiện chịu động đất theo phương pháp thiết kế for earthquake resistance. General rules, seismic dựa theo tính năng PBD (Performance Based actions and rules for buildings. Design) [19] hay phương pháp động học phi tuyến [15] ASCE/SEI 7-10 Minimum design loads for buildings tích phân theo giản đồ gia tốc [3]. and other structures, USA. Kết luận [16] UBC - 1997 Uniform building codes – Volume 2, USA. Bài báo đã trình bày các yêu cầu và nguyên tắc [17] TCVN 10304: 2014 Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế, cơ bản trong tính toán thiết kế kết cấu nhà siêu cao NXB Xây dựng, Hà Nội, 2012. bằng BTCT ở Việt Nam. Các vấn đề quan trọng khác [18] QCVN 03: 2012/BXD Nguyên tắc phân cấp và phân như tải trọng gió và tác động động đất tác dụng lên loại công trình, NXB Xây dựng Hà Nội. nhà siêu cao tầng cũng như các chuyên đề về tính [19] PEER Guidelines for seismic design of tall buildings, toán thiết kế hệ tầng chuyển và tầng cứng hay thiết Pacific Earthquake Engineering Research Center, kế theo công năng các tác giả hy vọng có dịp sẽ USA, 2010. trình bày trong các bài báo khác sau này. Ngày nhận bài: 18/01/2018. TÀI LIỆU THAM KHẢO Ngày nhận bài sửa lần cuối: 05/2/2018. 8 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2017