TÍNH TOÁN VÁCH CỨNG TRONG NHÀ CAO TẦNG
SV. Nguyễn Anh Tuấn _51k5XD
Khoa Xây Dựng_Đại học Vinh
1. Đặt vấn đề
Đất nước ngày càng phát triển thì đặt ra yêu cầu ngày càng cao về xây dựng nhà cao
tầng, nó đòi hỏi sinh viên chúng ta phải mạnh dạn, dám đương đầu với những khó khăn
trong việc thiết kế và thi công nhà cao tầng. Đặc biệt là vấn đề tính toán thiết kế vách cứng
trong nhà cao tầng. Qua đề tài này chúng em muốn khẳng định rằng sinh viên của trường
chúng ta có thể làm được tất cả những gì mà các bạn sinh viên trường khác có thể làm, để
sau khi ra trường không phải bỡ ngỡ khi gặp vấn đề vách cứng trong nhà cao tầng.
Chính thực trạng này, để hiểu sâu hơn và rõ ràng hơn quá trình tính toán cốt thép của
vách cứng trong các nhà cao tầng, nhóm nghiên cứu đã chọn đề tài “ Tính toán vách cứng
trong kết cấu nhà cao tầng”.
2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
2.1 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu.
Các công trình xây dựng vừa và nhỏ thì không cho thấy hết khả năng làm việc của bê
tông và cốt thép khi chúng chịu ảnh hưởng không đáng kể của gió và động đất. Nhưng các
yếu tố này ảnh hưởng rất nhiều đối với nhà cao tầng khi độ cao của ngôi nhà lên cao thì gió
càng mạnh làm cho công trình bị chuyển vị ngang lớn đồng thời nội lực sẽ lớn theo. Để tính
toán cốt thép công trình phù hợp với vấn đề trên các kỹ sư đã đưa ra các phương pháp tính
vách phẳng trong kết cấu nhà cao tầng, kết hợp với hệ khung với sàn tạo thành hệ làm việc
ổn định.
Nghiên cứu tính toán cốt thép dọc của vách phẳng chữ nhật trong kết cấu nhà cao
tầng phù hợp với điều kiện xây dựng hiện nay ở nước ta.
2.2 Các bước nghiên cứu.
Trong phần nghiên cứu này, nhóm xây dựng cách tính toán vách cứng bê tông cốt thép được
làm tuần tự theo các bước sau :
 Bước 1 : Tìm hiểu các phương pháp về hỗ trợ tính toán bố trí thép cho vách cứng tại
Việt Nam .
 Bước 2 : Tìm hiểu và ứng dụng phần mềm thiết kế mô hình xây dựng Etabs trong
tính toán vách phẳng.

1.3.4.1, BS 8110-1997)
Kết cấu vách là hệ kết cấu chịu lực cấu thành bởi những bức tường chịu lực. Trong hệ
này, tường chịu lực thay thế dầm, cột trong khung để chịu các tải trọng đứng và tải trọng
ngang (gió). Do tường chịu lực của nhà cao tầng ngoài việc phải chịu lực nén thẳng đứng do
tải trọng thẳng đứng gây ra, còn phải chịu lực trượt và mômen do tải trọng ngang (gió) sinh
ra, cho nên ta mới gọi là kết cấu vách.
b. Ưu điểm của vách cứng bê tông cốt thép:
- Kết cấu vách so với kết cấu khung thì có khả năng chịu tải trọng ngang lớn hơn, độ
cứng lớn và chuyển vị ngang nhỏ, do đó tác dụng chính của vách cứng là để tăng độ cứng
(dùng để giảm chuyển vị ngang), tăng khả năng chịu tải ngang trong nhà cao tầng. Tảitrọng
gió và tải trọng động đất là hai loại tải trọng ngang chính mà vách phải chịu.
- Vách cứng vừa làm chức năng tường chịu lực, lại vừa làm chức năng tường ngăn che.
Hệ này phù hợp với nhà cao tầng có nhiều bức tường như khách sạn, nhà ở... Vách cứng
cũng có thể chịu tải đứng rất tốt (mà tiết diện mỏng lại có thể dùng làm vách ngăn, tiết kiệm
diện tích để sử dụng).
- Bố trí vách xen kẽ khung sẽ có lợi hơn nhiều so với bố trí lõi (do sự tương tác không
đồng điệu).
- Về sơ đồ kết cấu, theo sự phân loại chung thì nhà từ 9 – 15 tầng phương án khung vẫn
là kinh tế, tuy nhiên hiện nay chủ yếu thiết kế theo sơ đồ khung kết hợp vách, vì thế công

Trang 2


trình tính ra chuyển vị rất nhỏ, độ cứng công trình rất cao dẫn đến giá thành cũng bị đẩy lên
cao”.
c. Nhược điểm của vách cứng bê tông cốt thép:
Nhà có kết cấu vách do có nhiều tường chịu lực nên không linh hoạt bằng kết cấu
khung. Một trong những biện pháp để cải thiện tình trạng đó là mở rộng khoảng cách của
tường chịu lực, sử dụng bước gian lớn. Ví dụ như bước gian của nhà ở từ 2, 4 đến 4, 2 m
phát triển lên đến 4, 8-7, 2 m. Tường ngăn giữa các căn hộ vẫn dùng tường chịu lực. Trong

phẳng Mx
- Bước 4: Tính diện tích cốt thép chịu kéo, nén.
- Bước 5: Kiểm tra hàm lượng cốt thép. Nếu Asc < 0: đặt cốt thép chịu nén theo cấu
tạo.
b. Phương pháp 2: Giả thiết vùng biên chịu mômen
Phương pháp này cho rằng cốt thép đặt trong vùng biên ở hai đầu tường được thiết kế
để chịu toàn bộ mô men. Lực dọc trục được coi là phân bố đều trên toàn bộ chiều dài tường.
+ Các giả thiết cơ bản:
- Ứng lực kéo do cốt thép chịu.
- Ứng lực nén do cả bê tông và cốt thép chịu.
+ Các bước tính toán:
- Bước 1: Giả thiết chiều dài B của vùng biên chịu mô men. Xét vách chịu lực dọc
trục N và mô men uốn trong mặt phẳng Mx. Mô men Mx tương đương với một cặp ngẫu lực
đặt ở hai vùng biên của tường.

- Bước 2: Xác định lực kéo hoặc nén trong vùng biên:
- Bước 3: Tính diện tích cốt thép chịu kéo, nén
- Bước 4: Kiểm tra hàm lượng cốt thép. Nếu không thoả mãn thì phải tăng kích
thước B của vùng biên lên rồi tính lại từ bước 1. Chiều dài của vùng biên B có giá trị lớn
nhất là L/2, nếu vượt quá giá trị này cần tăng bề dày tường.
- Bước 5: Kiểm tra phần tường còn lại giữa hai vùng biên như đối với cấu kiện chịu
nén đúng tâm. Trường hợp bê tông đã đủ khả năng chịu lực thì cốt thép chịu nén trong vùng
này được đặt theo cấu tạo.
c. Phương pháp 3: Phương pháp sử dụng biểu đồ tương tác.
+ Khái niệm: Phương pháp này dựa trên một số giả thiết về sự làm việc của bê tông
và cốt thép để thiết lập trạng thái chịu lực giới hạn (Nu, Mu) của một vách phẳng đã biết,
tập hợp các trạng thái này sẽ tạo thành 1 đường cong liên hệ giữa lực dọc N và mômen M
của trạng thái giới hạn.
2.5.3



Loa
d
TH1

Point
Bottom

N(T)
-985,36

V2
0,02

Trang 6

V3
2,2

T
-0,009

M2(Tm)
4,043

M1
-1,772


y

( 1,752.1,052.0,352 )

Diện tích cốt thép được tính bằng phương trình cân bằng:

 N

1
N = 0,8.φc . ( 0,85.Rn .( Ab − Asc ) + f y . Asc ) ⇒ Asc = 
− 0,85.Rn . Ab ÷.
 0,8.φc
 f y − 0,85.Rn
1
 1658, 7

Asc = 
− 0,85.13.103.0, 21 ÷.
= 2, 48.10 −3 ( m2 )
3
3
 0,8.0, 7
 270.10 − 0,85.13.10
Asc = 24,8 (cm 2 )

Trong đó:
: hệ số giạm độ bền khi chịu nén đối với tường
: tiết diện phần tử
: tiết diện cốt thép

Trang 7


y
x

Pk

N

M

Pn

Hình 3.2: Mặt cắt và mặt đứng vách
-

Lực kéo và lực nén trong vùng biên:

Pk ,n =

Mx
N
. Ab ±
A
( L − 0,5.Btr − 0,5.Bph )

Trong đó:
: Lần lượt là lực kéo và lực nén
: Chiều rộng của vách

Trang 8


1
 2475,56

A sc = 
− 0,85.13.103.0,315 ÷.
= 3,63.10 −3 (m 2 )
3
3
 0,8.0,7
 270.10 − 0,85.13.10
A sc = 36,3 (cm 2 )
Tính cốt thép chịu nén:

µ=
-

A sc
36,3
=
= 0,0115
A b 105.30
Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

Trang 9


-

 P


N
 1  9853, 6
1

A sc =  − R b .A b ÷.
=
− 13.103.2, 45.0,3 ÷.
3
 270.10
ϕ
 R sc  1
A sc = 1,1.10−3 (m 2 ) = 11 (cm 2 )
Tính phần vách còn
lại ở giữa 2 vùng biên như cấu kiện chịu nén đúng tâm:

3.3 Kiểm tra hàm lượng cốt thép
1. Kiểm tra cốt hàm lượng cốt thép
ρ p = 0,85.β1.

fc
6000
130
6000
.
= 0,85.0,85.
.
= 0, 024
f y 6000 + f c
2700 6000 + 2700


3

Biên
Ph
Biên
tr
Giữa

Phương pháp 2

Hàm
Cốt thép Bố trí cốt Hàm Bố trí cốt
thép lượng cốt thép
lượng cốt
2
(cm )
a (mm)
thép
a (mm)
thép

Hàm
lượng
max

Hàm
lượng
min

24,8


150

0,011

0,0015

0,018 0,00201

Bảng 1. Bảng so sánh hàm lượng cốt thép trong vách bằng 2 phương pháp tính
+ Nhận xét:
Phương pháp 1:
- Phương pháp này đơn giản, có thể áp dụng để tính toán không chỉ đối với vách
phẳng.
- Giả thiết cốt thép chịu nén và chịu kéo đều đạt đến giới hạn chảy trên toàn tiết diện
vách là chưa chính xác. Chỉ tại những phần tử biên ở hai đầu vách, cốt thép có thể đạt đến
giới hạn chảy, nhưng những phần tử ở giữa vách, cốt thép chưa đạt đến giới hạn chảy.
Phương pháp 2:
- Phương pháp này tương tự như phương pháp 1, chỉ khác ở chỗ bố trí tập trung
lượng cốt thép chịu toàn bộ mômen ở hai đầu vách.
- Phương pháp này khá thích hợp đối với trường hợp vách có tiết diện tăng cường ở
hai đầu (bố trí cột ở hai đầu vách).
- Phương pháp này thiên về an toàn vì chỉ kể đến khả năng chịu mômen của cốt thép.
4. Đề xuất và kết luận:
Trang 11


a) Kết luận:
Theo kết quả tính toán của nhóm đề tài thì có thể thấy răng việc tính toán theo
phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi có phần chính xác hơn so với phương pháp giả thiết