Nhà cao tầng khung thép

Cấu kiện chịu lực chủ yếu của nhà cao tầng khung thép cũng gồm những cấu kiện cột, dầm, sàn tầng tạo thành khung không gian và các hệ thống giằng tạo thành các vách cứng, lõi cứng hoặc các loại dầm dàn ngang (dàn đỉnh, dàn đai, dầm vươn…). Những cấu kiện này về mặt chịu lực có thể phân loại thành 2 nhóm chính :

1/ Hệ chịu tác động của tải trọng thẳng đứng. Bao gồm hệ dầm thép đỡ các sàn tầng nằm ngang, chịu toàn bộ tải trọng đứng tác dụng trên sàn, liên kết với hệ thống cột hoặc vách, lõi cứng cấu tạo dưới dạng các dàn tường thẳng đứng và truyền tải xuống nền móng theo nguyên tắc truyền tải trọng thẳng đứng thông thường.

2/ Hệ chịu tác động của tải trọng nằm ngang. Bao gồm cột và dầm thép, nối cứng với nhau tạo thành một hệ khung cứng trong không gian hoặc gồm hệ các thanh giằng chéo phối hợp với cột và dầm tạo thành những dàn đứng được gọi là các vách hoặc lõi cứng (các thanh giằng chéo bố trí trong các ô chữ nhật bao quanh bởi các phần tử cột và dầm). Các phần tử của sàn tầng liên kết chặt chẽ với nhau trong mặt phẳng ngang cũng tạo ra những bản ngăn cứng chịu tải trọng ngang. Ngoài ra, các tầng cứng được tạo ra từ những dầm hoặc dàn có chiều cao bằng độ cao của cả một hoặc hai ba tầng nhà, có độ cứng rất lớn, vươn từ lõi giữa ra tới hàng cột biên nên được gọi là các dầm vươn (outriggers), cũng cải thiện đáng kể tình hình chịu lực ngang của cao ốc.

Ngoài giải pháp sử dụng khung sườn chịu lực hoàn toàn bằng thép, nhất là trong các trường hợp siêu cao tầng, đối với các loại cao ốc có tầm cao trung bình (khoảng trên 20 tầng), phương án được dùng nhiều nhất là kết cấu thép-bêtông liên hợp, vì kết cấu bêtông với cốt thép thông thường cũng sẽ không hợp lý: hoặc kích thước tiết diện cấu kiện quá lớn, hoặc là hàm lượng cốt thép vượt quá giới hạn mmax trong điều kiện tính toán kết cấuBTCT.

Ưu điểm của kết cấu thép-bêtông liên hợp đã được thử nghiệm trong nhiều nhà cao tầng ở nhiều nước, cụ thể là:

Nếu so với kết cấu thép, ưu điểm nổi bật của loại hình kết cấu này là có khả năng bảo vệ thép chống xâm thực của môi trường, tăng cường độ cứng, do đó tăng khả năng ổn định cho kết cấu thép thanh mảnh và nhất là tăng khả năng chống cháy nổ cho công trình.

Nếu so với kết cấu BTCT, kết cấu thép-bêtông liên hợp có biến dạng lớn hơn, do đó chịu các tải trọng ngang tốt hơn, nhất là đối với tác động của địa chấn. Kết cấu cho phép không sử dụng đà giáo đúc sàn, dễ dàng dùng ván khuôn trượt trên hệ khung thép để thi công vách và lõi cứng, đẩy nhanh tiến độ xây dựng.Với kích thước tiết diện cột khá nhỏ so với kết cấu BTCT, nên hiệu suất sử dụng mặt bằng các sàn tầng sẽ kinh tế hơn.

Thông số kỹ thuật

Có 3 yếu tố cơ bản tạo nên một hệ thống xây dựng là: vật liệu làm kết cấu, loại hình kết cấu và phương pháp thi công.

Việc lựa chọn hệ thống xây dựng nhà cao tầng, việc lựa chọn vật liệu làm kết cấu, loại hình kết cấu và phương pháp thi công để thực hiện kết cấu chủ thể của ngôi nhà nhằm làm nó trở thành một sản phẩm xây dựng có công năng sử dụng nhất định, có chiều cao và hình khối phù hợp và thoả mãn những điều kiện công trình được thiết kế ra.

Như ta đã biết, công năng sử dụng của các loại sản phẩm xây dựng như nhà ở, khách sạn, văn phòng làm việc…là rất khác nhau.

Trong nhà ở, căn hộ là đơn nguyên cơ bản nhỏ nhất, những bức tường ngăn cách các căn hộ với nhau yêu cầu phải kiên cố, cách âm tốt. Trong một căn hộ lại ngăn chia thành các phòng nhỏ như phòng ở, khu vệ sinh, bếp…Những bức tường ngăn cách các phòng đó có thể giảm bớt một cách thích đáng yêu cầu cách âm và độ kiên cố. Có thể nhận thấy đặc điểm của nhà ở là tường nhiều, không gian nhỏ, có sự phân biệt nhất định giữa không gian trong và ngoài căn hộ. Để nâng cao tính linh hoạt trong sử dụng, tạo khả năng có thể bố cục lại mặt bằng của căn hộ, người ta thường ngăn giữa các phòng bằng các bức vách nhẹ không chịu lực. Nhà nhiều tầng dựa vào cầu thang bộ để tạo nên đơn nguyên; nhà cao tầng thì dựa vào thang máy là chính để tổ chức đơn nguyên.

Trong phòng khách, phòng đơn là đơn vị chủ thể. Phòng khách yêu cầu phải là một môi trường yên tĩnh để nghỉ ngơi. Ngày nay người ta đã không hoan nghênh tình trạng những người xa lạ không hiểu biết lẫn nhau ở cùng nhau trong một cưn phòng lớn nữa. Do đó, những khách sạn xây dựng gần đây phần lớn có phòng khách không chỉ rộng chừng 20 m2, lớn hơn một chút so với phòng ở trong nhà ở.

Những khách sạn du lịch, nhà khách cao cấp thường bố trí khu vệ sinh gắn liền phòng khách. Một số khách sạn cũ và bình dân vẫn bố trí tập trung các khu vệ sinh và phòng tắm rửa riêng cho nam, nữ trong từng tầng nhà. Có thể nhận thấy đặc điểm của các tầng phòng trong các khách sạn tường nhiều, buồng nhỏ, càng định hình hơn so với nhà ở.

Trong khách sạn, ngoài phòng khách ra, thông thường còn có phòng ăn, sảnh chiêu đãi, bếp, cửa hàng, phòng giải trí và các loại phòng dịch vụ khác nữa. Ngoài ra còn có các phòng làm việc nội bộ, nhà ăn của nhân viên, gara, kho tàng, phòng máy, lò hơi, trạm biến thế và các loại nhà phụ trợ khác. Những loại phòng nói trên, một số yêu cầu diện tích nhỏ, một số khác yêu cầu diện tích lớn hơn. Đối với khách sạn cao tầng, có thể bố trí các phòng công cộng và phụ trợ nói trên ở dưới các tầng phòng ngủ và tầng hầm.

Những nhà làm việc, cửa hàng thương nghiệp cao tầng hoặc các nhà cao tầng đa năng, yêu cầu nhưng không gian lớn để hoạt động, có thể bố trí một cách linh hoạt. Đối với những nhà hành chính, văn phòng làm việc, lớp học, bệnh phòng, các loại phòng hội thảo khoa học, nghiên cứu lại yêu cầu những không gian hoạt động thích hợp.

Những nhà cao tầng dùng làm nhà máy công nghiệp, kho tàng…yêu cầu những không gian lớn rộng rãi.

Những yêu cầu khác nhau đối với những sản phẩm xây dựng có các công năng sử dụng khác nhau trên một mức độ rất lớn – quyết định sự lựa chọn hệ xây dựng nhà cao tầng.

Chiều cao của nhà cao tầng cũng có ảnh hưởng rất lớn tới việc lựa chọn hệ thống xây dựng. Do chuyển vị nằm ngang của các tầng sàn sinh ra dưới tác dụng của tải trọng nằm ngang của ngôi nhà tỷ lệ thuận với luỹ thừa bậc 4 của chiều cao ngôi nhà, nên khi lựa chọn hệ thống xây dựng của những ngôi nhà cao tầng, ta phải xem xét một cách chu đáo và tỷ mỷ yêu cầu thoả mãn độ cứng.

Điều kiện thiên nhiên và điều kiện thi công khác nhau cũng ảnh hưởng tới sự lựa chọn hệ thống xây dựng nhà cao tầng. Khi xây dựng ở những vùng có động đất, lại càng phải nhấn mạnh tính tổng thể toàn khối của kết cấunhà. Ngoài ra, các điều kiện hiện trường cụ thể của công trình, phương pháp và công nghệ thi công quen thuộc của địa phương cũng như trình độ trang bị của đơn vị nhà thầu cũng có tác động đến sự lựa chọn hệ thống xây dựng nhà cao tầng.

Có 3 yếu tố cơ bản tạo nên một hệ thống xây dựng là: vật liệu làm kết cấu, loại hình kết cấu và phương pháp thi công.

Việc lựa chọn hệ thống xây dựng nhà cao tầng, việc lựa chọn vật liệu làm kết cấu, loại hình kết cấu và phương pháp thi công để thực hiện kết cấu chủ thể của ngôi nhà nhằm làm nó trở thành một sản phẩm xây dựng có công năng sử dụng nhất định, có chiều cao và hình khối phù hợp và thoả mãn những điều kiện công trình được thiết kế ra.

Như ta đã biết, công năng sử dụng của các loại sản phẩm xây dựng như nhà ở, khách sạn, văn phòng làm việc…là rất khác nhau.

Trong nhà ở, căn hộ là đơn nguyên cơ bản nhỏ nhất, những bức tường ngăn cách các căn hộ với nhau yêu cầu phải kiên cố, cách âm tốt. Trong một căn hộ lại ngăn chia thành các phòng nhỏ như phòng ở, khu vệ sinh, bếp…Những bức tường ngăn cách các phòng đó có thể giảm bớt một cách thích đáng yêu cầu cách âm và độ kiên cố. Có thể nhận thấy đặc điểm của nhà ở là tường nhiều, không gian nhỏ, có sự phân biệt nhất định giữa không gian trong và ngoài căn hộ. Để nâng cao tính linh hoạt trong sử dụng, tạo khả năng có thể bố cục lại mặt bằng của căn hộ, người ta thường ngăn giữa các phòng bằng các bức vách nhẹ không chịu lực. Nhà nhiều tầng dựa vào cầu thang bộ để tạo nên đơn nguyên; nhà cao tầng thì dựa vào thang máy là chính để tổ chức đơn nguyên.

Trong phòng khách, phòng đơn là đơn vị chủ thể. Phòng khách yêu cầu phải là một môi trường yên tĩnh để nghỉ ngơi. Ngày nay người ta đã không hoan nghênh tình trạng những người xa lạ không hiểu biết lẫn nhau ở cùng nhau trong một cưn phòng lớn nữa. Do đó, những khách sạn xây dựng gần đây phần lớn có phòng khách không chỉ rộng chừng 20 m2, lớn hơn một chút so với phòng ở trong nhà ở.

Những khách sạn du lịch, nhà khách cao cấp thường bố trí khu vệ sinh gắn liền phòng khách. Một số khách sạn cũ và bình dân vẫn bố trí tập trung các khu vệ sinh và phòng tắm rửa riêng cho nam, nữ trong từng tầng nhà. Có thể nhận thấy đặc điểm của các tầng phòng trong các khách sạn tường nhiều, buồng nhỏ, càng định hình hơn so với nhà ở.

Trong khách sạn, ngoài phòng khách ra, thông thường còn có phòng ăn, sảnh chiêu đãi, bếp, cửa hàng, phòng giải trí và các loại phòng dịch vụ khác nữa. Ngoài ra còn có các phòng làm việc nội bộ, nhà ăn của nhân viên, gara, kho tàng, phòng máy, lò hơi, trạm biến thế và các loại nhà phụ trợ khác. Những loại phòng nói trên, một số yêu cầu diện tích nhỏ, một số khác yêu cầu diện tích lớn hơn. Đối với khách sạn cao tầng, có thể bố trí các phòng công cộng và phụ trợ nói trên ở dưới các tầng phòng ngủ và tầng hầm.

Những nhà làm việc, cửa hàng thương nghiệp cao tầng hoặc các nhà cao tầng đa năng, yêu cầu nhưng không gian lớn để hoạt động, có thể bố trí một cách linh hoạt. Đối với những nhà hành chính, văn phòng làm việc, lớp học, bệnh phòng, các loại phòng hội thảo khoa học, nghiên cứu lại yêu cầu những không gian hoạt động thích hợp.

Những nhà cao tầng dùng làm nhà máy công nghiệp, kho tàng…yêu cầu những không gian lớn rộng rãi.

Những yêu cầu khác nhau đối với những sản phẩm xây dựng có các công năng sử dụng khác nhau trên một mức độ rất lớn – quyết định sự lựa chọn hệ xây dựng nhà cao tầng.

Chiều cao của nhà cao tầng cũng có ảnh hưởng rất lớn tới việc lựa chọn hệ thống xây dựng. Do chuyển vị nằm ngang của các tầng sàn sinh ra dưới tác dụng của tải trọng nằm ngang của ngôi nhà tỷ lệ thuận với luỹ thừa bậc 4 của chiều cao ngôi nhà, nên khi lựa chọn hệ thống xây dựng của những ngôi nhà cao tầng, ta phải xem xét một cách chu đáo và tỷ mỷ yêu cầu thoả mãn độ cứng.

Điều kiện thiên nhiên và điều kiện thi công khác nhau cũng ảnh hưởng tới sự lựa chọn hệ thống xây dựng nhà cao tầng. Khi xây dựng ở những vùng có động đất, lại càng phải nhấn mạnh tính tổng thể toàn khối của kết cấunhà. Ngoài ra, các điều kiện hiện trường cụ thể của công trình, phương pháp và công nghệ thi công quen thuộc của địa phương cũng như trình độ trang bị của đơn vị nhà thầu cũng có tác động đến sự lựa chọn hệ thống xây dựng nhà cao tầng.