Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
thiết kế kết cấu nhà cao tầng
*****************************
Chơng 1: Tổng quan về thiết kế nhà cao tầng
Đối với các nhà cao tầng, thiết kế kiến trúc có ảnh hởng quyết định tới thiết
kế kết cấu. Trong giai đoạn hiện nay, yêu cầu cần phải có những giải pháp thiết
kế đạt hiệu quả kinh tế. Các công trình có thiết kế kiến trúc phức tạp xuất hiện
ngày càng nhiều, yếu tố ấy dẫn tới vai trò ngời kỹ s kết cấu rất quan trọng tham
gia ngay trong giai đoạn thiết kế.
Nhiệm vụ của kỹ s kết cấu trong thiết kế kết cấu nhà cao tầng là tìm ra một
giải pháp tối u với giá thành thấp nhất. Nh vậy, ngời kỹ s kết cấu cần ý thức đợc
tầm quan trọng và mối liên hệ giữa các lĩnh vực khác nhau nh kiến trúc, kỹ thuật
công nghệ và kinh tế.
I. Định nghĩa về nhà cao tầng.
Về mặt kết cấu một công trình đợc định nghĩa là nhà cao tầng khi độ bền
vững và chuyển vị của nó do tải trọng ngang quyết định. Tải trọng ngang có thể
dới dạng gió bão hoặc động đất. Mặc dù cha có một thống nhất chung nào về
đinh nghĩa nhà cao tầng, nhng có một ranh giới đợc đa số các kết cấu s chấp
nhận đó là từ nhà thấp tầng đến nhà cao tầng có một sự chuyển tiếp từ phân tích
tĩnh học sang phân tích động học.
Các công trình cao tầng sẽ ngày càng cao hơn, nhẹ hơn và mảnh hơn so
với nhà cao tầng trong quá khứ. Các nghiên cứu trên thế giới khẳng định xu hớng
này thông qua các kết quả so sánh cho thấy các công trình có độ mảnh cao sẽ
đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn.
II. Các yêu cầu về mặt kết cấu.
Trong thiết kế nhà cao tầng để đạt tới một thiết kế hợp lý thì cần phải phối
hợp đợc 3 điều kiện sau: về khả năng chịu lực, các yêu cầu sử dụng bình thờng
( dao động , chuyển vị) và độ ổn định. Yếu tố ảnh hởng lớn nhất là tải trọng
ngang, công trình càng cao thì ảnh hởng này đối với hình dạng kết cấu càng lớn.
Khi chiều cao công trình tăng lên thì các yếu tố sau trở nên hết sức quan trọng:
ảnh hởng của tải trọng ngang do gió và động đất

- Do áp lực của nớc ngầm và đất.
Khả năng chịu lực của kết cấu cần đợc kiểm tra theo từng tổ hợp tải trọng,
đợc quy định theo các tiêu chuẩn hiện hành.
Riêng với tải trọng gió: Đối với nhà cao tầng thì cần kể thêm Hệ số tầm
quan trọng
b. Tính toán hệ kết cấu:
+ Hệ kết cấu nhà cao tầng cần thiết đợc tính toán cả về tĩnh lực, ổn định và
động lực.
+ Các bộ phận kết cấu đợc tính toán theo trạng thái giới hạn thứ nhất
(TTGH 1).
Trong trờng hợp đặc biệt do yêu cầu sử dụng thì mới theo trạng thái giới
hạn thứ hai (TTGH 2).
+ Khác với nhà thấp tầng trong thiết kế nhà cao tầng thì việc kiểm tra ổn
định tổng thể công trình đóng vai trò hết sức quan trọng. Các điều kiện cần kiểm
tra gồm:
* Kiểm tra ổn định tổng thể
* Kiểm tra độ cứng tổng thể
Tải trọng và tác động đợc lấy theo TCVN 2737-1995.
IV. Hình dạng công trình và sơ đồ bố trí kết cấu:
IV.1. Sơ đồ mặt bằng, sơ đồ kết cấu :
+ Nhà cao tầng cần có mặt bằng đơn giản, tốt nhất là lựa chọn các hình có
tính chất đối xứng cao. Trong các trờng hợp ngợc lại công trình cần đợc phân ra
các phần khác nhau để mỗi phần đều có hình dạng đơn giản.
+ Các bộ phận kết cấu chịu lực chính của nhà cao tầng nh vách, lõi, khung
cần phải đợc bố trí đối xứng. Trong trờng hợp các kết cấu này không thể bố trí
đối xứng thì cần phải có các biện pháp đặc biệt chống xoắn cho công trình theo
phơng đứng.
+ Hệ thống kết cấu cần đợc bố trí làm sao để trong mỗi trờng hợp tải trọng
sơ đồ làm việc của các bộ phận kết cấu rõ ràng mạch lạc và truyền tải một cách
mau chóng nhất tới móng công trình.

tác lẫn nhau. Hiệu ứng này thể hiện rõ khi chiều cao nhà tăng lên.
IV.4. Cấu tạo các bộ phận liên kết:
+ Kết cấu nhà cao tầng cần phải có bậc siêu tĩnh cao để trong trờng hợp bị
h hại do các tác động đặc biệt nó không bị biến thành các hệ biến hình.
+ Các bộ phận kết cấu đợc cấu tạo làm sao để khi bị phá hoại do các trờng
hợp tải trọng thì các kết cấu nằm ngang sàn, dầm bị phá hoại trớc so với các kết
cấu thẳng đứng: cột, vách cứng.
V. Lựa chọn vật liệu:
+ Nhà cao tầng thờng có tải trọng rất lớn, nên vật liệu xây dựng cần có c-
ờng độ cao, trọng lợng nhỏ, khả năng chống cháy tốt để tạo điều kiện giảm đợc
đáng kể tải trọng cho công trình, kể cả tải trọng đứng cũng nh tải trọng ngang do
lực quán tính.
+ Vật liệu có tính biến dạng cao: Khả năng biến dạng dẻo cao có thể bổ
sung cho tính năng chịu lực thấp.
+ Vật liệu có tính thoái biến thấp: Có tác dụng rất tốt khi chịu tác dụng
của tải trọng lặp lại (động đất, gió bão).
+ Vật liệu có tính liền khối cao: Có tác dụng trong trờng hợp tải trọng có
tính chất lặp lại không bị tách rời các bộ phận công trình.
+ Vật liệu có giá thành hợp lý.
Trong điều kiện Việt Nam hay các nớc hiện nay thì vật liệu BTCT hoặc thép là
các loại vật liệu đang đợc các nhà thiết kế sử dụng phổ biến trong các kết cấu
nhà cao tầng.
VI. Thiết kế nhà cao tầng theo ph ơng pháp đa ngành đa lĩnh vực
Thiết kế nhà cao tầng yêu cầu một sự phối hợp hết sức chặt chẽ giữa nhiều
lĩnh vực, nhiều thành phần khác nhau nh chủ đầu t, công t tài chính, công ty bất
động sản, kiến trúc s, kỹ s kết cấu, kỹ s kinh tế, kỹ s cơ điện, nhà thầu thi công
và các đơn vị kỹ thuật liên quan khác. Trớc đây công việc thực hiện bởi mỗi
thành viên tham gia thiết kế rất ít khi đợc tối u hoá.
Trong vòng thập kỹ gần đây, xu hớng đẩy mạnh sự phối hợp giữa các bên
liên quan trong quá trình thiết kế đã trở nên rất phổ biến trên thế giới. Mục tiêu

có u thế hơn sàn ứng suất trớc.
- Tải trọng: theo kinh nghiệm thiết kế thì tại các khu công cộng hay kho chứa
nên tăng tải trọng thiết kế so với nhu cầu hiện tại để tính đến những thay đổi về
sau.
- Tầng kỹ thuật: việc bố trí tầng kỹ thuật cũng nh trọng lợng bản thân của hệ
thống kỹ thuật ( thiết bị , máy móc, ) phải đợc xác định đầy đủ.
- Kết cấu bao che: chọn loại dễ tháo lắp để thay đổi ( vì thờng có cờng độ bền
10 20 năm) ví dụ thay đổi tờng gạch pa- nen đúc sẵn với các liên kết cho phép
sửa đổi nhanh chóng.
- Kết cấu chịu lực thẳng đứng: chú ý đến tải trọng hiện tại, tơng lai và tải trọng
phát sinh trong thi công , sữa chữa (khi cần nâng thêm tầng hoặc lắp thêm các
tháp ăng teng trên nóc nhà).
- Độ bền theo thời gian: Sự suy giảm độ bền theo thời gian phải đợc kiểm soát,
quan trắc, tuy là công việc kho khăn, nhng cần thiết để thực hiện việc bảo trì
đúng thời gian yêu cầu, nhằm duy trì độ bền lâu của công trình.
Trong cơ cấu giá thành nói trên không đợc quên những chi phí cho bảo trì,
và để tính những chi phí sau xây dựng thì phơng pháp thực dụng là chuyển đổi
tất cả các chi phí cho công trình trong tơng lai về giá trị hiện tại.
Trong giai đoạn thiết kế và thi công thì việc lựa chọn giải pháp thiết kế
hợp lý , hoặc có thể chọn phơng pháp thiết kế tối u, là có ý nghĩa nhất.
Ví dụ khi chọn hệ lõi để chịu lực ngang của nhầco tầng thì những vấn đề
sau đây cần đợc xem xét kỹ.
- Giảm tối đa giá thành vật liệu: cân nhắc 3 yếu tố liên quan là khối lợng
bêtông, lợng cốt thép và cờng độ bêtông. Nh hình vẽ dới đây thể hiện, trong 3
yếu tố trên thì tăng cờng độ bêtông đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất.
Biến thiên về giá thành và cờng độ chịu lực của vách cứng
SVTH : Lê Xuân Tùng . gvhd : gs tskh nguyễn trâm .
8
1.0
2.0 3.0 4.0

ợ
n
g

t
h
é
p
C
h
ỉ

t
ă
n
g

c
h
i
ề
u

d
à
y

t
Ư
ờ

hiệu ứng kéo đẩy và chịu các thành phần mômen uốn theo 2 phơng, vì vậy các
vách phía ngoài chịu tải trọng lớn hơn các vách phía trong.
- Giảm tối thiểu diện tích lõi để tăng tối đa diện tích sử dụng
- Giảm tối thiểu thời gian thi công để giảm lãi suất ngân hàng
- Giảm tối thiểu chiều cao tầng khi đặt hệ thống ống kỹ thuật đi ngầm
trong sàn.
Hiện nay có 2 xu hớng tác động đến giá thành nhà cao tầng. Một là giá
thành nhà sẽ giảm xuống đáng kể khi dùng xật liệu mới nhẹ nhng cờng độ cao,
khai thác không gian ngầm dới mặt đất nên hiệu suất 1m
2
đấtđợc tăng lên và ph-
ơng pháp thi công hiện đại đã rút ngắn thời gian xây dựng. Hai là giá thành hệ
thống thiết bị kỹ thuật (thang máy, an toàn, cháy nổ, đảm bảo điều kiện môi tr-
ờng) có xu hớng tăng hơn trớc. Do vậy, giá thành càng là bài toán có tính chiến
lợc trong phát triển xây dựng nhà cao tầng.
SVTH : Lê Xuân Tùng . gvhd : gs tskh nguyễn trâm .
9
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
thiết kế kết cấu nhà cao tầng
*****************************
Chơng 2 : nghiên cứu về kết cấu nhà cao
tầng
và lựa chọn giải pháp tối u
I. Nghiên cứu kết cấu nhà cao tầng hiện đại
Trong những năm gần đây, ở Việt Nam cũng nh trên thế giới, yêu cầu về
nhà cao tầng ngày một bức xúc vì nhiều lý do khác nhau xuất phát từ yêu cầu
thực tế dân số tăng và sự tiến bộ của xã hội, đi kèm theo đó là sự phát triển của
khoa học công nghệ, cơ khí và tự động hoá Để đáp ứng những yêu cầu đó và
để giải quyết thi công nhanh, nhất là đối với cao ốc có tầm cao rất lớn, giải pháp
sử dụng kết cấu thép hoặc kết cấu liên hợp thép - bê tông cho khung sờn nhà cao

loại ít khống chế ngăn trở ý đồ thiết kế kiến trúc, có khả năng tạo đợc những bớc
cột rộng rãi thông thoáng, rất cần cho các đại sảnh, hội trờng, các phòng ốc cần
thoáng đãng, nhng vẫn có thể dễ dàng chia nhỏ, phục vụ cho các văn phòng làm
việc bằng các vách ngăn nhẹ nhàng.
+ Về kinh tế, nếu xét cả vốn đầu t xây lắp và hiệu quả do thi công nhanh,
mức độ công nghiệp hoá cao, khai thác sử dụng công trình sớm v.v nhiều công
trình nhà cao tầng khung thép và thép-bê tông liên hợp đã đạt mục tiêu kinh tế
tốt hơn, nhất là những siêu cao tầng.
Sau đây, giới thiệu bảng phân tích so sánh giá thành theo tỷ lệ % các công
đoạn xây dựng nhà cao tầng dùng kết cấu thép :
- Xây lắp gồm:
1 - San nền, thi công phần móng và bê tông : 11%
SVTH : Lê Xuân Tùng . gvhd : gs tskh nguyễn trâm .
10
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
thiết kế kết cấu nhà cao tầng
*****************************
2 - Khung sờn thép, sàn tầng và phòng hoả : 10%
3 - Xây nề : 4%
4 - ốp lát trong ngoài, nhôm kính : 22%
5 - Lợp mái : 5%

- Hoàn thiện gồm:
6 - Sàn, trần : 7%
7 - Đá ốp ngoài : 5%
8 - Công việc khác : 8 %
20%
- Trang thiết bị gồm:
9 - Cứu hoả : 4%
10 - HVAC : 12%

chẳng hạn, tải trọng ngang thiết kế, điều kiện địa kĩ thuật, tiêu chuẩn về các
trạng thái giới hạn ( chuyển vị ngang, dao động, cờng độ, ổn định v.v ). Ngoài
ra, hệ thống kết cấu nhà cao tầng còn cần đợc nghiên cứu thiết kế một cách tổng
hợp, thoả mãn cả những yêu cầu phi kết cấu, ví dụ: về hình thức bề ngoài, về tỷ
lệ kích thớc và cảnh quan kiến trúc; về tổ chức không gian sử dụng; về chủng
loại vật liệu phù hợp và dễ cung ứng; về vốn đầu t và điều kiện kinh tế; về công
nghệ xây dựng và tổ chức thi công; về hệ thống trang thiết bị kĩ thuật và cấp độ
phòng hoả; về điều kiện khai thác và quản lý công trình v.v
Cao ốc với khung sờn bằng thép cũng thờng sử dụng làm nhà ở chung c,
văn phòng cho thuê, khách sạn. Một số khác còn dùng làm bệnh viện, trờng học
v.v Tuy công năng không giống nhau, nhng nguyên tắc xử lý kết cấu nói chung
không khác nhau nhiều: cấu trúc khung sờn nhà cao tầng gồm dầm và cột với
nhiều cách bố trí cấu tạo khác nhau sẽ cùng chịu lực và mọi tác động trong một
hệ kết cấu thống nhất và truyền tải trọng xuống nền móng công trình. Các bộ
phận khác nh sàn tầng, tờng ngăn và kết cấu bao che tuy chủ yếu chịu lực cục
bộ nhng rồi cũng đều truyền tải trọng lên hệ khung sờn thép.
Những siêu cao tầng hoặc nhà có độ mảnh lớn thờng rất nhạy cảm với tải
trọng gió và động đất, nh vậy cần thấu hiểu mọi trạng thái của kết cấu. Những
thông số quan trọng nhất tác động đến công trình, chẳng hạn nh biên độ dao
động giới hạn trên đỉnh lầu do gió bão gây ra không đợc ảnh hởng đến sinh
hoạt bình thờng cũng nh tác động xấu đến tâm sinh lý của những ngời c trú trên
tầng cao, đồng thời cũng không gây hậu quả bất lợi cho hoạt động của thang
máy, không làm rạn nứt kết cấu bao che và các vách ngăn, không ảnh hởng đến
kích thớc vốn chặt chẽ của khuôn cửa khi đóng mở v.v Ví dụ nh ở Hoa Kỳ chỉ
số ''lắc ngang'' tơng đối /h ( trong đó h là độ cao tính từ mặt đất) quy định
không đợc vợt quá 1,5 3%o trong gió bão 10 năm , tức là biên độ dao động
chỉ khoảng 1m khi đỉnh lầu cao 400m so với mặt đất. Nếu thiết kế với gió bão
lớn hơn nữa, ví dụ: tần suất 1/100 và 2/100 (gió bão 100 năm và 50 năm ) chỉ số
/h giới hạn khoảng 4,8%o tức là chuyển vị trên dới 2m đối với các loại nhà cao
hơn 400m. Theo tiêu chuẩn thiết kế của Vơng quốc Anh BS 5950 cũng tơng tự

Loại III : Hệ ống thanh thành mỏng, tiết diện hở, gồm 2 loại : có các vách dạng
dàn phẳng và dạng tiết diện chữ I (60ữ65 tầng);
Loại IV: Hệ ống kín, gồm 3 loại: ống có khung bên trong , ống lồng ống, kể cả
ống bó và ống có giằng chéo lớn bên ngoài ( 90, 100, 110 tầng).
b. Theo cách phân loại chi tiết của Wolgang Schueller (1976), kết cấu thông
dụng nhất trong xây dựng nhà cao tầng nh sau:
Hệ kết cấu chỉ có vách cứng song song theo một hớng (H.2a);
Hệ có lõi cứng ở giữa và vách cứng xung quanh biên (H.2b);
Hệ gồm các blốc lắp ghép theo kiểu khối xây (H.2c);
Hệ lõi cứng và các tầng sàn ngàm công-xôn xung quanh (H.2d);
Hệ khung gồm cột và các sàn tầng không dầm (H.2e);
Hệ lõi cứng và các côngxôn cao bằng một tầng, bố trí cách tầng (H.2f);
Hệ lõi cứng và các sàn treo vào dầm gánh bố trí trên tầng đỉnh (H.2g);
Hệ có các dàn cao bằng một tầng đặt so le và cách tầng (H.2h);
Hệ khung không gian nút cứng (H.2i);
Hệ lõi cứng làm việc tơng tác với khung cứng (H.2j);
Hệ vách cứng dạng dàn tơng tác với khung cứng (H.2k);
Hệ lõi cứng dạng dàn với dàn đỉnh và dàn đai (H.2l);
Hệ ống lồng ống (H.2m);
Hệ gồm nhiều ống bố trí thành cụm, thành bó ống (H.2n).
SVTH : Lê Xuân Tùng . gvhd : gs tskh nguyễn trâm .
14
§Ò TµI : Trung t©m th¬ng m¹i vµ v¨n phßng cao cÊp
thiÕt kÕ kÕt cÊu nhµ cao tÇng
*****************************
H×nh 2
SVTH : Lª Xu©n Tïng . gvhd : gs – tskh nguyÔn tr©m .
15
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
thiết kế kết cấu nhà cao tầng

ử
a

c
ứ
n
g
k
h
u
n
g

c
ứ
n
g
k
h
u
n
g

+

v
á
c
h


h
ở

v
à

v
á
c
h

d
à
n

g
i
ữ
a
ố
n
g

h
ở

v
à

v

ố
n
g

b
ó
ố
n
g

n
g
o
à
i

v
à

g
i
ằ
n
g

c
h
é
o
loại i loại ii loại iii loại iv

(XX)
(XX, YY, Z)
(XX)
e. Theo các tác giả Trung Quốc về kết cấu gồm 4 loại :
- Kết cấu khung;
- Kết cấu tờng chịu cắt ( vách cứng );
- Kết cấu hỗn hợp khung-tờng chịu cắt;
- Kết cấu ống (lõi): ống trong, ống ngoài, ống lồng, ống bó và ống tổ hợp .
f. Riêng về chung c cao tầng mới đây (tháng 4 năm 2002) ở Nhật bản phân loại
gồm 4 dạng kết cấu khác nhau:
Kết cấu khung có nút cứng chịu mômen (H.5a là ví dụ cao ốc 38 tầng);
Kết cấu khung và tờng chịu cắt (H.5b là ví dụ cao ốc 25 tầng);
Kết cấu ống (lõi) lồng ống (H.5c là ví dụ cao ốc 25 tầng);
Kết cấu ống lồng và vách nh ống thứ 3 (H.5d là ví dụ cao ốc 32 tầng).
SVTH : Lê Xuân Tùng . gvhd : gs tskh nguyễn trâm .
17
Hình 4
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
thiết kế kết cấu nhà cao tầng
*****************************III. Sự làm việc của kết cấu thép nhà cao tầng :
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 vơn ). 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

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
trợt trên hệ khung thép để thi công vách và lõi cứng, đẩy nhanh tiến độ xây
dựng.Với kích thớc tiết diện cột khá nhỏ so với kết cấu BTCT, nên hiệu suất sử
dụng mặt bằng các sàn tầng sẽ kinh tế hơn.
III.1. Sàn tầng :
Chiều cao cấu trúc sàn tầng tuỳ theo chiều dày của các lớp cấu tạo từ trên
xuống dới gồm : Lớp lát, tấm sàn BTCT, dầm thép, khoảng trống dành cho các đ-
ờng ống kỹ thuật và cáp điện, dới cùng là trần treo (Hình .6).
Dầm vát
Đ ờng ống có áp
ống kỹ thuật (ống cấp)
ống kỹ thuật (ống thải)
Trần treo
Đèn trần
Hình 6
Nói chung, chiều cao này có thể lớn hơn tấm sàn không dầm BTCT đúc
tại chỗ khoảng 100-200mm (Hình .7). Tuy nhiên, nếu bố trí hợp lý các đờng ống
kỹ thuật trong khoảng trống giữa tấm trần treo và sàn tầng cũng có thể khắc phục
đợc yếu điểm này, đặc biệt là nếu dùng kết cấu liên hợp thép-bê tông. Bản thân
dầm thép còn có thể giảm bớt chiều cao nếu đợc liên kết cứng hoặc liên kết nửa
cứng vào cột, vì mômen âm xuất hiện ở hai đầu dầm sẽ làm giảm mô men dơng
ở giữa nhịp. Cũng có thể dùng thép có cờng độ cao hơn hoặc các loại vật liệu
mới, hiện đại khác.

SVTH : Lê Xuân Tùng . gvhd : gs tskh nguyễn trâm .
19

D
ầ
m

p
h
ụ
Hình 8
Cấu tạo của sàn tầng thờng ảnh hởng lớn tới các chỉ tiêu đơn giá của công
trình nhà cao tầng. Do đó, cần nghiên cứu thiết kế tổng thể cả hệ mạng lới dầm
sàn, nhất là chiều dầy toàn bộ của hệ, bảo đảm các yêu cầu kinh tế-kỹ thuật, dựa
trên cơ sở chiều cao tầng nhà quy định, chiều dài nhịp (bớc cột), cách bố trí đờng
ống và các trang bị kỹ thuật, công nghệ thi công ,vì đối với nhà cao tầng, tích
luỹ những gia số về chiều dày cấu tạo hệ dầm sàn của nhiều tầng sẽ là một con
số đáng kể và kéo theo hàng loạt vấn đề về tải trọng ngang (gió, địa chấn ), kích
thớc của những cấu kiện thẳng đứng (cột, vách ), nền móng, khối lợng vật liệu
và giá thành công trình v.v
Hình .9 giới thiệu khái quát về phạm vi chiều dài nhịp của ô sàn (theo
đơn vị dùng ở Hoa Kỳ) tơng ứng với một số dạng loại kết cấu dầm sàn thờng
dùng thép hình cán nóng, loại tiết diện chữ I cánh rộng (hoặc chữ H).
SVTH : Lê Xuân Tùng . gvhd : gs tskh nguyễn trâm .
20
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
thiết kế kết cấu nhà cao tầng
*****************************
Mặt cắt A-A
( tốt hơn )
1
8


3
'

-

4
"
8' - 2" ( Chiều cao trần )
1
8

"

(
d
ầ
m

g
i
ó
)
1
8

"

(
d
ầ

không cần bảo vệ đặc biệt và 4 giờ nếu có bọc thêm lớp phòng cháy. Khi thiết kế
sàn loại này tốt nhất là cho lớp bêtông trên mặt cùng chịu lực liên hợp với sàn
thép, loại tấm tôn gấp nếp, để giảm bớt chiều dày và trọng lợng sàn đến mức tối
đa.

III.1.2/ Sàn BTCT lắp ghép :
Các tấm sàn đúc sẵn lắp ghép trong khung thép nhà cao tầng thờng có
nhịp dài tới 6-8m. Nh vậy, số lợng dầm đỡ sẽ giảm đáng kể. Cũng nh loại trên,
sàn lắp ghép không cần đà giáo; thời gian thi công khá nhanh. Tuy nhiên, các
tấm panen sàn khó làm việc liên hợp đợc với dầm thép ở dới. Vì vậy, tính chất
toàn khối của ô sàn cũng bị hạn chế. Do đó, kết cấu sàn thờng nặng nề (hình .
11a). Để giảm bớt khối lợng, tốt nhất là dùng các loại panen rỗng, panen ứng lực
trớc. Cũng có thể dùng kết cấu sàn BTCT bán lắp ghép để nâng cao tính toàn
khối và giảm bớt trọng lợng cẩu lắp của các tấm đúc sẵn (hình.11b) vốn đã đợc
sản xuất hàng loạt trong các bãi đúc hoặc trên bệ căng ứng lực trớc, có điều kiện
công nghiệp hoá cao và sản phẩm đợc kiểm tra chất lợng chặt chẽ.
SVTH : Lê Xuân Tùng . gvhd : gs tskh nguyễn trâm .
21
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
thiết kế kết cấu nhà cao tầng
*****************************
Mấu neo
Btct đổ tại chỗ
Tấm đúc sẵnSàn lắp ghép
Vật liệu hoàn thiện
Sàn lắp ghép
Hình 11
III.1.3/ Sàn BTCT đúc tại chỗ:
Ưu điểm của sàn đúc tại chỗ là dễ toàn khối hoá với dầm sàn thép bằng
các mấu neo trong một kết cấu liên hợp, tạo điều kiện giảm bớt chiều cao và

SVTH : Lê Xuân Tùng . gvhd : gs tskh nguyễn trâm .
22
Hình 12
0 5 10 15 20
sàn btct đúc sẵn (lg)
sàn thép liên hợp
dầm kê độn
dầm liên hợp
dầm vát, lục lăng
Nhịp (m)
1
2
3
4
5
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
thiết kế kết cấu nhà cao tầng
*****************************
Bản sàn thép gấp nếp liên hợp với bê tông đúc tại chỗ có thể dùng trong
phạm vi nhịp khoảng 3m.
Đa số các sàn BTCT làm việc liên hợp với dầm thép thờng có độ cứng uốn
tơng đối lớn, do đó có khả năng chỉ gây ra những dao động với biên độ nhỏ khi
có ngời đi lại trên sàn tầng. Những nghiên cứu gần đây cho thấy các nhịp ngắn L
7,6 m cũng nh nhịp rất dài L 13,7m, các sàn tầng liên hợp thép-bê tông
không gây cảm giác chấn động cho ngời sử dụng bình thờng. Do đó, cần đặc biệt
chú ý với những chiều dài nhịp của bản sàn liên hợp trong phạm vi từ 9,1m đến
10,7m.
III.2. Hệ dầm:
Trong các nhà cao tầng khung sờn thép, thờng hệ dầm sàn đợc cấu tạo bởi
các dầm hoặc dàn thép liên hợp cùng chịu lực với bản sàn BTCT dới dạng các

loại dầm hình, cán nóng, tiết diện chữ I , hoặc ghép tổ hợp từ thép tấm. Vì cánh
trên gần trục trung hoà của tiết diện liên hợp khi chịu uốn, nên hiệu quả nhất vẫn
là sử dụng các loại tiết diện không đối xứng. Một số giải pháp có thể tiết kiệm
vật liệu triệt để hơn nh :
1) Thu nhỏ cánh trên (Hình 14b);
2) Thay đổi cả chiều dày và chiều rộng cánh trên (Hình 14c);
3) Dùng các loại thép cờng độ thấp hơn cho cánh trên ;
4) Dùng thép cán nóng tiết diện chữ T ngợc ( ) hàn với thép tấm tạo thành
cánh trên có chiều rộng nhỏ hơn và bằng loại thép cờng độ thấp hơn (Hình 14d)
v.v
III.2.3/ Dầm thép liên hợp với bản sàn BTCT bán lắp ghép (Hình 15a).
Hệ dầm sàn loại này đợc toàn khối hoá bởi lớp bê tông tơi, liên kết toàn
bộ các dầm thép với bản bê tông lắp ghép. Có thể không cần ván khuôn, vì lớp
bêtông tơi đợc đúc tại chỗ trên mặt và những chỗ giáp nối giữa các bản bêtông
tiền chế, đã lắp sẵn trên dầm. Mặt đỉnh cánh trên của dầm thép cũng bố trí hàng
mấu neo để khắc phục lực cắt trợt giữa các thành phần của dầm sàn.
(a) (b)
Mấu neo
Btct đổ tại chỗ
Tấm đúc sẵn
Mấu neo
Btct đổ tại chỗ
Sàn thép
Mấu neo
Sàn thép
Hình 15
III.2.4/ Dầm thép liên kết với sàn thép và lớp BT đổ tại chỗ (hình 15b).
Cũng nhằm mục đích gia tăng cờng độ và giảm thiểu độ võng cho dầm.
Trờng hợp này các mấu neo đợc hàn lên cánh trên của dầm sau khi xuyên thủng
qua bản thép sàn. Sau đó dùng bêtông loại thờng hoặc bêtông nhẹ đổ trực tiếp

chiều cao dầm chủ yếu do cờng độ chịu uốn khống chế. Đối với nhịp lớn hơn
nữa ( l > 10m ), để đảm bảo cho dầm sàn ổn định, không bị võng quá hoặc rung
động nhiều khi chịu hoạt tải, thì độ cứng của dầm thờng là nhân tố quyết định
chiều cao của dầm sàn.
Đối với nhịp dới 10ữ12m các dầm I cán nóng ''vạn năng'' thờng đợc dùng
phổ biến vì lý do kinh tế. Tuy nhiên, phạm vi chiều dài nhịp khi sử dụng loại
dầm này còn có thể kéo dài tới 15m.
Đối với các nhịp lớn hơn, dầm tổ hợp tỏ ra rất lợi hại, đặc biệt khi chịu tải
nặng và tổng chiều dày của dầm sàn bị hạn chế.
Các loại dầm thép có tiết diện không thay đổi suốt chiều dài nhịp, tuy cấu
tạo đơn giản, nhng có nhợc điểm là :
+) Cấu kiện thờng thiết kế để chịu mô men lớn nhất ở giữa nhịp, do đó sẽ
thừa khả năng chịu uốn tại hai đầu dầm hoặc ngợc lại;
+) Phải bố trí các đờng ống kỹ thuật ra ngoài phạm vi chiều cao dầm, nếu
không sẽ phải đục lỗ rỗng ở bản bụng, gây nhiều tốn kém khi gia công khoan cắt
và gia cờng miệng lỗ bằng các nẹp bản thép hay thép góc.
Vì vậy đã có nhiều phơng án cấu tạo dầm để giải quyết những tồn tại trên
nh sau :
*/ Dầm vát :
Loại dầm này có thể gia công và tổ hợp từ thép tấm hoặc cắt xén các dầm
hình để thay đổi chiều cao từ trị số lớn nhất ở giữa nhịp đến trị số nhỏ nhất ở 2
đầu. Các đờng ống kĩ thuật và phục vụ trong nhà cao tầng có thể dễ dàng bố trí
gần sát cột. Loại này phù hợp cho các dầm thép chịu lực theo sơ đồ đơn giản,
mômen hai đầu triệt tiêu hoặc khá nhỏ. Nh vậy, có thể gia công chế tạo theo ba
phơng án với các dạng cánh dới khác nhau :
- Dạng cánh dới vát chữ V (Hình 17a);
- Dạng vát hình thang (bụng cá) (Hình 17b);
- Dạng cắt khấc vuông góc với các nẹp gia cờng (Hình 17c).
Cũng có thể gia công theo các đờng cắt khấc nhiều bậc thẳng góc. Những
dầm này có thể dùng hai loại thép trong một tiết diện, trong đó cánh dới dùng

Hoa Kỳ loại dầm này ít đợc sử dụng vì các lý do về chế tạo phức tạp, giá thành
gia công tăng và trong thực tế những ô rỗng cũng không đủ kích thớc để bố trí
các đờng ống kỹ thuật lớn trong các cao ốc hiện đại. Ngoài ra, những dầm tiêu
chuẩn cỡ lớn thuộc dạng này cũng không đủ chiều dài nhịp để vợt các khẩu độ
rất rộng trong các sàn tầng và đồng thời cũng vẫn lãng phí vật liệu thép hơn so
với các loại dàn kiểu nhẹ.
SVTH : Lê Xuân Tùng . gvhd : gs tskh nguyễn trâm .
26
Đề TàI : Trung tâm thơng mại và văn phòng cao cấp
thiết kế kết cấu nhà cao tầng
*****************************
a) b) c)
Hình 19
*/ Dầm kiểu dàn nhẹ :
Trờng hợp dầm sàn cần vợt các nhịp dài hơn, chẳng hạn khi cần ''trốn cột''
đỡ dới, để tạo không gian lớn. Nh vậy, dầm không những có nhịp khá dài mà còn
phải chịu các lực tập trung của những cột tầng trên. Phơng án tốt nhất là sử dụng
dàn thép nhẹ hoặc dầm bê tông ứng lực trớc .
Hình 20 giới thiệu các loại dàn thép nhẹ, liên hợp chịu lực với bản sàn
bêtông cốt thép dùng phổ biến cho nhà cao tầng ở Bắc Mỹ. Để giảm gía thành,
dầm thép đợc thiết kế với các thanh cánh có tiết diện chữ T và thanh bụng là các
cặp thép góc hàn chồng trực tiếp lên bụng thanh cánh, không cần sử dụng bản
mã. Đờng ống kỹ thuật có thể dễ dàng bố trí xuyên qua những khoang rỗng của
dàn nhẹ. Nếu cần có những khoang rộng hơn, có thể bố trí thay thế một hai
khoang tam giác bằng một khoang panen chữ nhật (kiểu Vierendeel) ở khoảng
giữa nhịp dàn. Chiều cao của dàn thép thờng khá lớn, nên các đờng ống kỹ thuật
phục vụ chỉ đợc lắp đặt trong phạm vi chiều cao dàn. Trần treo cũng bố trí trực
tiếp ngay mép dới của dạ dàn thép.
7
8

Tiết diện thanh cánh thờng dùng các loại thép hình (tiết diện chữ T hoặc
thép góc đơn (chữ L); các thanh bụng của dàn nhẹ có thể là một hoặc hai thép
góc, hàn chồng trực tiếp lên bụng thanh cánh.
Các loại tiết diện ống vuông hoặc hai thép góc cũng đợc dùng cho các
thanh cánh của dàn nhịp lớn, nhng đối với nhịp nhỏ thờng ít sử dụng hơn, vì phải
dùng mối nối có bản mã kém hiệu quả. Cánh trên của dàn thép nhẹ thờng liên
kết chặt với sàn BTCT và làm việc trong một tiết diện liên hợp nhờ các mấu neo
(Hình 21).
Hình 21
*/ Hệ dầm ghép chồng :
Những năm 1970, ở các nớc Bắc Mỹ, để vợt qua khẩu độ gian từ 10m đến
14m, ngời ta đã dùng một loại dầm liên hợp đặc biệt, gồm: dầm chữ I cánh rộng
làm thanh cánh dới, đỡ các dầm phụ tiết diện chữ I cánh hẹp đặt cách nhau 3m,
thẳng góc với dầm thanh cánh dới. Giữa các khỏang hở của dầm phụ, lại hàn
thêm các đoạn thép I ngắn, đặt dọc trên thanh cánh dới, tạo ra sự liên tục để đỡ
bản sàn tầng. Toàn bộ hệ dầm sàn này liên hợp chịu lực nh một sàn kiểu dầm
Vierendeel (hình .22). Nhợc điểm của hệ là khi thi công phải dùng cây chống, đà
giáo trớc lúc đổ bê tông sàn tầng, vì thanh cánh bên dới khá yếu khi phải chịu
toàn bộ tĩnh tải của dầm và sàn trớc khi làm việc liên hợp với bản sàn BTCT.
SVTH : Lê Xuân Tùng . gvhd : gs tskh nguyễn trâm .
28
3000 3000 30003000
Đoạn thép
Thanh d ới
1
1
dầm phụ
thanh cánh d ới
mặt cắt 1 - 1
Dầm chính