Phương Nam Co LTD
Thi công xây dựng phần thô
© 28/3/2024 - Vietnam12h.com Application
 Thiết kế thi công hệ chịu lực nhà cao tầng

Hệ chịu lực được giằng với lõi

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 ngoài nhà cao tầng) ở dạng các khung chịu cắt hoặc ở dạng những khung ống thép hay bêtông. Thiết kế 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 ống. . . ) quá tỉ mỉ trên mặt tiền có thể không phù hợp. Khi ấy, kết cấu đặc biệt liên quan đến lỗi 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 thi công các dàn biên để liên kết thành một hệ thống đàn đứng và các cột khung rất lớn ở ngoài biên (có thể là dạng bó ống) đã được nghiên cứu hoàn 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 hệ 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. Đây là lý do tại sao hệ thống lõi (tường chịu cắt) bê tông cốt thép vẫn có tiềm năng (do có độ cứng cao), được tiếp tục sử dụng để mong được độ cứng tổng thể lý tường cho công trình "chọc trời". Điều này được minh họa qua kết quả tính toán, được ghi lại:

So sánh hệ thống biên

Cùng trong một công trình nhà cao tầng, thi công hệ dàn thép được thiết kế riêng lẻ bên trong sẽ có chuyển vị đỉnh 437mm; và chuyển vị này giảm chỉ còn 107mm khi được thiết kế thêm dàn biên. Tương tự, tường lõi riêng sẽ bị chuyển vị đỉnh 272mm, và chuyển vị này chỉ còn 83mm với việc thêm hệ thống dàn và hệ thống cột thép ngoài biên (quanh mặt đứng công trình). Điều này cho thấy hiệu quả của việc kết hợp tường dõi) có thể được phát triển thành dạng tường dõi) có hình dáng khác nhau liên kết cứng với cột của các khung sưởn ngoài. Ví dụ điển hình cho mặt bằng lõi hình chữ thập có hệ chịu lực như thế, ở một kết cấu 85 tầng.

Tòa nhà 88 tầng "Jin Mao" được thi công xây dựng tại Thượng Hải Trung Quốc, tổng diện tích sàn 280. 000m2, là công trình đa năng, dùng làm văn phòng làm việc, khách sạn, bản lẻ và bãi đê xe trong cùng một toà tháp đơn khánh thành 1999. Tháp cao 42lm, trong đô 50 tầng dành cho văn phòng và 38 tầng dành cho khách sạn. Hệ chịu lực là những lõi bêtông thép thật lớn hình bát giác, gồm những tường ngang bên trong khu văn phòng các tầng dưới,, chuyển thành đạng bát giác khi tiếp nối vào khu khách sạn trên cao, thông qua một sân trong (intemal atrium). Lõi chịu lực này được kết nối bởi 8 cột thật vĩ đại bố trí ở ngcoài biên và hệ thống dàn biên bằng thép cao tương 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 280cm, đưcợc giảm xuống còn 70cm (giảm 4 lần), sau khi thiết kế thêm hộ dàn biên và các cột lớn nthư đã trình bày. Sự kết hợp giữa thép và bêtông còn làm gia tăng tối đa hiệu quả của từng loại vật liệu, ngoài ra, còn tạo ra mặt dựng thoáng cho công trình, tránh đơn điệu của hệ thống khung, tạo nhiều khoảng mở cho cửa sổ và dễ tạo dáng kiến trúc thông qua vật liệu ốp, chạm.

Một hệ chịu lực tương tự được đề xuất cho tháp Miglin Beitler cao 41 Om tại Chicago. Hệ chịu lực gồm các tường lối, cột lớn ngoài bằng bêtông và dàn biên tại nhiều cao độ khác nhau. Thí dụ này đã cho thấy hiệu quả sử dụng của bêtông đối với các kết cấu "chọc trời".

Hệ kết cấu này bao gồm chủ yếu: lõi bêtông hình vuông tương hỗ với 8 cột ngoài thật to thông qua hệ thống dàn biên, cũng có chiều cao tương đương 2 tầng tại 3 vị trí dọc tương ứng với chiều cao các tầng 16,56 và 91 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 100MPa).

Một thí dụ khác về hiệu quả của bêtông trong những cấu trúc siêu cao được minh họa qua công 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 công trình. Nguyên 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 một lõi vuông có diện tích thay đổi từ 23m2 cho đến 18,8 x 22,2m ở đỉnh, có tường ngang để làm buồng thang máy. Lõi liên kết với cột lớn ngoài biên bằng bêtông bố trí theo hình tròn 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 bê tông đạt đến 80MPa.

Hệ chịu lực chéo (The diagonnaIized systems)

Ống chéo (hình 9. 64) là giải pháp cổ điển như một cái ống duy nhất, thích hợp với tính chất của thép xây dựng. Đô là hệ thống ống lý tường được thiết kế 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 viêc nàv bằng cách sử dụng hệ thống tối thiểu các thanh xiên trên tất cả các mặt đứng và thiết kế để các thanh xiên này giao nhau tại cùng một điểm ở cột góc. Hệ thống này là một ống tãng cứng với các thanh xiên có gờ, không 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 vuông góc nhằm tăng cường sự làm việc không gian của ống.

Dạng kết cấu nàv được sử dụng đầu tiên cho công 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 dụng khác. Kích thước ở đây là 80m X 47m, được vuốt thon tuyến tính thành 49m x30m ở đỉnh. Bước cột ở mặt ngoài dài là 12m và ở mặt ngoài ngắn là 7,6m. Khung giằnẹ chéo được thiết kế giống như tường chịu lực, nơi đô trọng lượng bản thân tòa nhà được phán bộ đồng đều giữa các cột và các tải trọng ngang tạo ra các lực nén dọc trục đồng bộ cùng các lực hướng trục của thân dàn tam giác. Để tạo được các kết quả này, cần thiết phải có một thanh nối ngang tại mỗi giao điểm giữa thanh xiên và cột. Một thanh nôi lớn hơn, gọi là "thanh nối chính", được bố trí tại giao điểm của các thanh giằng X. xếp lên nhau. Ở giữa các thanh giằng chính có các thanh nối phụ tại mỗi giao điểm của còt và thanh nối. Hệ giằng "X" cao 20 tầng, có 3 tầng văn phòng làm việc hoặc 4 tầng căn hộ ở 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 hệ kết cấu đã ảnh hưởng đến sự thể hiện kiến trúc bên ngoài của công trình thông qua sự liên kết giữa các thanh xiên, cột và thanh nối. Hệ thống ống dàn (tăng cứng) có ưu điểm nổi bật cho phép ít cột (cột thưa hơn) khác với lưới khung dày đặc bình thường , khi số tầng tăng lên.

Việc thi công ống tăng cứng ngoài nhà cao tầng có hiệu quả đáng kể đối với các công trình siêu cao và có thể được sử dụng ở nhiều dạng khác nhau. Thể hiện sơ đồ của một tháp đa chức năng cao 135 tầng được đề xuất trong một kỳ thi dự án tổ chức tại New York. Công trình nhà cao tầng này gồm có văn phòng làm việc, khách sạn và diện tích ở. Tất cả các chức năng này đòi hỏi phải bố trí những tầng hẹp hơn ở phần trên và phần giữa của công trình. Các hình dáng tầng thay đổi được cấu trúc bằng cách tạo hình thể những ống tăng cứng môđuyn có dạng 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 đa hiệu suất của dạng ống. Các cột ngoài có thể bằng thép, bêtông hay composite hoặc có thể là cột lớn (mega colum).

Các hệ thống bắt chéo được thể hiện bằng một thanh giằng giữa các cột ngoài, có thể làm việc như là một côngxon. Các dàn phẳng xuyên qua thân của công trình và vì vậy các không gian nội thất phải được nghiên cứu kỹ về kiến trúc, về cơ bản, các thanh xiên nối các cột ngoài hoạt động như một siêu thanh giằng (superbrace) khiến các cột ngoài làm việc như cánh của đàn. Mặt bằng cho thấy một dạng hình tháp có 8 cột được nối kết bằng những thanh giằng trong này theo hai hướng. Ngoài các thanh giằng trong, yêu cầu có các khung chu vi để tạo ra sức chịu xoắn cần thiết. Các thanh giằng 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 mạnh 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 mang tất cả các tải trọng bản thân, tăng khả năng chống lật. về cơ bản, trọng lượng của công trình được đỡ trên 8 cột ngoài. Chỉ có thể đạt được độ cứng cao cho nhà chọc trời bêtông cốt thép thuần túy chỉ khi các cột ngoài này có kích thước to như cột của trụ cầu.

Hệ thống ống chéo trong ngoài

Trụ sở Ngân hàng Trung Quốc ở Hồng Kông sử dụng một chuyển thế táo bạo hệ thống các thanh xiên ngoài để tạo dáng, đã đưa khái niệm ống lên một bước cao hơn. 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 tầng trụ tam giác đơn trên phần chóp của tòa nhà. Sự đổi mới đáng kể khái niệm này liên quan đến việc sử dụng vỏ bê tông tạo ra môi trường hỗn hợp thép bêtông để truyền các lực cắt cho các liên kết.

Khi các thanh xiên giao cắt , chúng được bọc bằng bêtông cốt thép truyền lực hướng trục và lực cắt. Điều này không cần đường hàn và như vậy giảm được những ứng suất dư do việc hàn ở các mối nối gây ra.

Dạng bó ống

Nguyên tắc các bó ống đã được thiết kế thi công cho cao ốc “nhà cao tầng” Sears ở Chicago mà hiện tại có diện tích sàn sử dụng cao nhấít. Trong cao ốc Sears, bó ống gồm có các "tế bào" 23m x 23m, và 9 tế bào đươc xếp lại với nhau để tạo thành một hệ thống tổng thể. Các tế bào này nhố lên với các độ cao khiác nhau và được cất đi khi không còn cần đến nữa về mặt kiến trúc. Hai tế bào đươc cắt đi ở tầng 50,2 cái khác ở tầng 66 và 3 cái nữa tầng 90. Kết quả mang lại là một loat những dạng tầng khác nhau cách điệu.

Vách của các tế bào được đóng khung lại bằng một hệ cột cách nhau 4,6m và nguyên tắc này được tuân theo triệt để suốt chiều cao. Chiều rộng cột là lm và chiều cao của dầm khung là l,07m; chỉ có bề dày của tấm là có thay đổi. Việc tổ hợp thông qua sử dụng thép đơn giản, đã giúp cho việc sản xuất tại xưởng dễ dàng. Việc sử dụng các cấu kiện khung kiểu "cây" (cao nhiíểu tầng) sẽ giúp giảm phần lớn việc hàn tại công trường và vì vậy công nghiệp hóa toàn bộ quy trình sản xuất và xây lắp rất dễ dàng.

Khái niệm bó ống cho phép có những nhịp vách ống dài hơn so với dạng ống ngoài. Chính khả năng về nhịp đài hơn này mà ta có thể thực hiện được việc đặt các tuyến khung trong đồng thời vẫn đảrm bảo việc tổ chức không gian kiến trúc. Nhiều hình dáng và cách kết hợp khác nhau có thể được sử dụng theo kiểu môđuyn. Số tế bào cần có phụ thuộc vào toàn bộ chiều cao, yêu cầu về độ cứng và nhu cầu về không gian/diện tích. Khả năng điều chỉnh thi công nhà cao tầng theo chiều đứng bằng cách cắt đi các tế bào tạo được sự linh động lớn về hình thức kiến trúc.


Link Đọc file PDF hoặc tải file pdf về máy tính
XDKT