Bài giảng Kết cấu nhà cao tầng

1KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
NHỮNG KHÁI NiỆM CƠ BẢN
2Uûy ban nhà cao tầng quốc tế
Phân lọai theo số tầng và chiều cao :
Loại I : 9 – 16 tầng (chiều cao nhà H<50m).
Loại II : 17-25 tầng (H=50 – 75m).
Loại III : 26-40 tầng (H=75 – 100m)
Loại IV: siêu cao tầng (>40 tầng, cao > 100m)
ĐỊNH NGHĨA NHÀ CAO TẦNG
Một tòa nhà đuợc 
xem là cao tầng nếu 
chiều cao của nó 
quyết định các điều 
kiện thiết kế, thi 
công và sử dụng 
khác với các ngôi 
nhà thông thường.
Theo vật liệu xây dựng : 
BTCT, thép, liên hợp 
BTCT+ thép
Theo sơ đồ kết cấu: 
khung, tường (vách), 
hộp, khung-tường kết 
hợp, vv 
Bài 1. TỔNG QUAN
3Yêu cầu đối với thiết kế kết cấu nhà cao tầng:
Yếu tố quan trọng: Tải trọng ngang 
Hạn chế chuyển vị ngang. Nếu chuyển vị ngang lớn tăng nội lực do độ 
lệch tâm của trọng lượng; hư hỏng các bộ phận phi kết cấu; khó bố trí thiết 
bị; người có cảm giác khó chịu và hoảng sợ 
Yêu cầu chống động đất: không hư hại khi động đất nhẹ; hư hại các bộ 
phận không quan trọng khi động đất vừa; có thể hư hại nhưng không sụp đổ 
khi động đất mạnh kết cấu cần có độ dẻo và khả năng tiêu tán năng 
lượng động đất
Giảm nhẹ trọng lượng bản thân giảm tải trọng xuống móng; giảm tải 
động đất kinh tế, an toàn
Thường nhạy cảm với độ lún lệch của móng vì kết cấu vốn có độ siêu tĩnh 
cao quan tâm tương tác kết cấu thượng tầng –nền đất
Khả năng chịu lửa cao, dễ thoát hiểm
Yêu cầu độ bền, tuổi thọ cao
TỔNG QUAN
4TỔNG QUAN
5Bài 2. HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC
CÁC HỆ KẾT CẤU CƠ BẢN
• Hệ khung: Dầm-cột; chịu tải đứng+ ngang
• Hệ tường chịu lực (vách cứng): tường chịu trọng đứng + ngang; ngăn phòng 
• Hệ lõi: dạng vỏ hộp rỗng ghép bởi tường vách, không gian bên trong tận 
dụng làm thang bộ, thang máy, hệ thống kỹ thuật,  
• Hệ ống: cột dày đặc trên toàn bộ chu vi nhà,liên kết nhờ hệ dầm ngang
CÁC HỆ KẾT CẤU HỖN HỢP
• Hệ khung-giằng, hệ khung-vách 
• Hệ ống-lõi
• Hệ ống tổ hợp (bó ống)
• Vv, ...
6Hệ chịu lực Số tầng tối đa
Sàn phẳng (không dầm) và cột
Sàn phẳng và vách cứng
Sàn phẳng, vách cứng và cột
Khung cứng (có dầm)
Hệ ống mở rộng theo chu vi
Khung cứng với dầm mở rộng vách
Có lõi cứng chịu lực (và cột)
Hệ khung và vách cứng
Hệ khung và vách cứng, dầm có vách
Hệ ống theo chu vi khép kín
Hệ ống theo chu vi và lõi cứng
Hệ ống chéo theo chu vi, lõi cứng
Hệ bó ống (theo chu vi và lõi)
10
15
20
25
30
30
40
50
60
70
80 (WTC)
90
120 (thường là thép)
Taranath B.S, đối với nhà cao tầng, hệ chịu lực bằng BTCT:
Structural Analysis & design of Tall Buildings – Bungale S. Taranath – Mc Graw Hill, 1988
HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC
7HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC
Credit : Dr.Hal S. Iyengar (1972)
8HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC
Credit : Dr.Hal S. Iyengar (1972)
91. HỆ KHUNG CỨNG
Shear frame systems
10
HỆ KHUNG CỨNG
Nút khung (cứng, nửa cứng) chịu 
được moment
Bố trí không gian, nội thất linh hoạt
Nhịp 6-9 m
11
HỆ KHUNG CỨNG
12
2. HỆ KHUNG -GIẰNG
Các hệ thống giằng
 Khu thang bộ, thang máy, WC,
điều hòa, kỹ thuật thường tập
trung thành lõi (services cores).
 Kết cấu tường của khu này có thể
thiết kế thành kết cấu giữ ổn định
ngang cho công trình:
 vách, lõi cứng BTCT toàn
khối độ cứng cao, thi công
chậm
 Khung thép có thanh giằng:
 đối xứng thường
dùng, liên kết đơn giản
 không đối xứng cần
khả năng chống uốn
Shear truss (shear wall) and frame systems
13
Các hệ thống giằng
 Khu thang bộ, thang máy, WC,
điều hòa, kỹ thuật thường tập
trung thành lõi (services cores).
 Kết cấu tường của khu này có thể
thiết kế thành giữ ổn định ngang
cho ctrình:
 vách, lõi cứng BTCT toàn
khối độ cứng cao, thi công
chậm
 Khung thép có thanh giằng:
 đối xứng thường
dùng, liên kết đơn giản
 không đối xứng cần
khả năng chống uốn
HỆ KHUNG – GIẰNG
14
 Các hệ thống giằng đều thông qua sàn _ như vách cứng nằm ngang _ để 
truyền lực ngang.
 HT giằng: phải bảo đảm ổn định hai phương, kể cả xoắn cách bố trí 
hợp lý!
Với nhà dài không có khe co giãn nhiệt độ tránh bố trí tường dọc hai 
đầu (ngăn cản biến dạng do nhiệt sinh nội lực lớn)
Hệ thống khung có giằng: kinh tế nhất cho nhà có chiều cao trung bình
15
16
17
18
19
3. LÕI CỨNG + DÀN BIÊN
Frame, vertical truss, belt and outrigger truss
20
21
ỐNG
-kết hợp lõi và khung
-Cột biên dày đặc + dầm cao giữa các 
cửa sổ hệ hộp có đục lỗ 
- Outrigger Frames'moment: lõi cứng 
giảm nhiều nhờ các dàn ngang 
22
4. ỐNG (HỘP)
Framed tube
23
24
5. HỆ CHỊU LỰC CHÉO
Diagonalized Tube
25
6. HỆ BÓ ỐNG
Bundled Tube, Modular Tube system
26
7. KẾT CẤU HỖN HỢP THÉP-BÊTÔNG
Mixed Steel-Concrete system
27
Sàn thép –BT hỗn hợp 
Bản sàn: 
BTCT tòan khối
Tấm BT đúc sẵn (dày 40÷50mm) làm coppha, lớp BT toàn khối phủ lên trên
Tấm deck bằng thép + bản BTCT
28
 BT mặt trên: đúc tại chỗ
trên tấm deck bằng thép
[⇔ coppha + cốt thép]
 CT đặt thêm trong BT:
chống nứt; lúc hỏa hoạn,
tấm deck không chịu lực
 Thi công nhanh phổ
biến. Nếu nhịp < 3.5m có
thể bỏ cây chống tạm
29
30
Số tầng càng cao, BTCT thuần tuý rất nặng, xử lý móng phức tạp, tốn 
kém. Do vậy, kết cấu thép sẽ là hệ chịu lực thay thế.
Kết cấu thép lại chịu lửa kém, cần được bảo vệ bằng bê tông, do vậy 
xuất hiện bê tông cốt cứng. Sàn thép ồn, rung, độ cứng kém, chi phí bảo 
trì, cao, cần được “ốp” bê tông, xuất hiện sàn BTCT liên hợp. Và kết cấu 
bê tông cốt cứng, sàn liên hợp, gọi chung là kết cấu liên hợp.
Nhà cao tầng, có khẩu độ lớn, để dễ bố trí, kiến trúc nên dùng dầm 
BTCT DUL thì vẫn nặng. Dầm thép và sàn liên hợp sẽ là phương án tối ưu. 
Khẩu độ có khi vượt đến 20m. Một số trường hợp khác, hệ dầm thép còn 
được thay thế bằng hệ dàn thép, hay sử dụng dầm bê tông cốt cứng (dầm 
liên hợp).
31
32
8. KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG Ở VIỆT NAM
-Cao ≤ 35 tầng; ≤ 2 tầng hầm. 
-Thường dùng móng cọc (BTCT đúc sẵn : ép, đóng; khoan 
nhồi, barrete)
-Thường dùng kc BTCT. Cường độ bêtông 25-40 MPa; giới hạn 
chảy của thép 240-420 MPa;
33
34
Bài 3. NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN
THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG 
BTCT TOÀN KHỐI
1.Vật liệu
−Cường độ chịu lực, độ bền mỏi, tính biến dạng, khả năng chống cháy.
−Mác Bêtông ≥ 300 (BTCT thường), ≥ 350 (BTCT ứng lực trước.)
−Dùng thép cường độ cao, có thể dùng thép hình trong kết cấu hỗn 
hợp thép−BTCT.
-Trọng lượng kết cấu ảnh hưởng đến tải trọng động đất
2.Hình dạng công trình
a/Mặt bằng
−đơn giản, nên đối xứng, tránh dùng MB trải dài hoặc có các cánh 
mảnh.
−MB hình chữ nhật: thỏa L/B ≤ 6 (với cấp phòng chống động đất ≤ 7).
−MB gồm phần chính và các cánh nhỏ: tỷ số chiều dài cánh và chiều 
rộng cánh nên thỏa l/b ≤ 2 (với cấp phòng chống động đất ≤ 7) .
35
Mặt bằng
36
Mặt bằng
37
Mặt bằng
38
Mặt bằng
39
b/Hình dạng theo 
phương đứng
−đều hoặc thay đồi đều, 
giảm kích thước dần lên 
phía trên.
−Theo chiều cao, không 
nên thay đổi vị trí trọng 
tâm và tâm cứng của 
mặt bằng các tầng.
- Tránh mở rộng ở tầng 
trên hoặc nhô ra cục bộ 
quá nhiều (nguy hiểm 
khi động đất).
40
c/Chiều cao nhà
3.Chọn hệ kết cấu chịu lực
Theo Taranath B.S, 
đối với nhà cao 
tầng, hệ chịu lực 
bằng BTCT:
Structural 
Analysis & design 
of Tall Buildings 
– Bungale S. 
Taranath – Mc 
Graw Hill, 1988
41
Yêu cầu không gian kiến trúc
−Nhà ở (chung cư ), khách sạn không yêu cầu không gian lớn → tường 
(vách) cứng chịu lực.
−Nhà có chức năng hành chính và công cộng (văn phòng, dịch vụ ) cần 
không gian linh hoạt, các phòng lớn không có vách ngăn → cấu khung; 
khung kết hợp vách cứng, lõi cứng.
Chọn hệ kết cấu chịu lực
Mặt bằng chạy dài → khung, khung+vách MBcó hình dạng giao nhau→ khung + lõi cứng
42
Giảm ảnh hưởng của nhiệt độ và co ngót của bêtông: -Tăng thép tại nơi nhạy 
cảm với nhiệt độ: sàn mái, sàn tầng dưới cùng, tường đầu hồi, vv
4. Bố trí khe lún, khe co giãn, khe kháng chấn
Khe lún:do lệch tầng lớn, do địa chất thay đổi phức tạp 
Có thể không cần khe lún nếu:
-Công trình tựa trên nền cọc chống vào đá; hoặc bằng các biện
pháp khác chứng minh được độ lún công trình không đáng kể.
•-Việc tính lún có độ tin cậy cao thể hiện độ chênh lún giữa các
bộ phận nằm trong giới hạn cho phép.
• -Thi công phần cao tầng trước, phần thấp tầng sau, có tính
mức độ chệnh lệch lún hai khối đề khi làm xong thì độ lún hai
khối xấp xỉ nhau. Phải chừa một mạch bêtông giữa hai khối để
đổ sau khi độ lún hai khối đã ổn định.
43
Nhà có “cánh” dạng chữ L, T, U, H, Y  thường hay bị hư hỏng hoặc bị đổ 
khi gặp động đất mạnh ⇒ bố trí khe kháng chấn tách rời phần cánh ra khỏi 
công trình. Các khe kháng chấn phải đủ rộng để khi dao động các phần của 
công trình đã được tách ra không va đập vào nhau
Khe kháng chấn
-Nên điều chỉnh mặt bằng, dùng các biện pháp thi công và cấu tạo để
giảm số lượng khe(co giãn, lún, kháng chấn).
-Khe co giãn và khe kháng chấn không cần xuyên qua móng, trừ trường
hợp trùng với khe lún.
44
Ví dụ công trình Mexico City, một tầng nhà bị phá hoại hoàn toàn
khi hai tòa nhà, có chiều cao và đặc trưng động lực học khác
nhau, va đập vào nhau.
Sự chuyển động của nền đất gây nên những dao động khác nhau
giữa các khối công trình, tại những nơi có sự gián đọan kết cấu.
45
a/ Theo phương ngang
Độ cứng và cường độ bố trí đều đặn và đối xứng trên mặt bằng. Tâm
cứng nên trùng hoặc gần trùng với tâm khối lượng để giảm thiểu biến dạng
xoắn do tải trọng ngang.
Hệ thống chịu lực ngang chính bố trí theo cả hai phương.
Các vách cứng theo phương dọc không không nên bố trí chỉ ở một đầu
nhà mà nên bố trí ở khu vực giữa nhà hoặc cả ở giữa nhà và hai đầu nhà.
Khoảng cách các vách cứng : theo quy định
b/ Theo phương đứng
Tránh thay đổi độ cứng đột ngột. Độ cứng có thể được giảm dần lên
phía trên, tuy nhiên độ cứng của kết cấu ở tầng trên phải không nhỏ hơn
70% độ cứng của kết cấu ở tầng dưới kề với nó. Nếu 3 tầng giảm độ cứng
liên tục thì tổng mức giảm không vượt quá 50% .
Trong trường hợp độ cứng kết cấu bị thay đổi đột ngột, ví dụ như dùng
hệ khung ở các tầng dưới và hệ khung−vách ở các tầng trên thì cần có
các giải pháp kỹ thuật đặc biệt .
5. Phân bố độ cứng và cường độ
Độ cứng chống lực ngang của một tầng nhà
K = (GwAw + 0,12GcAc)/H
46
6. Bố trí kết cấu khung chịu lực
-Khung đối xứng, độ siêu tĩnh cao
-Các nhịp gần bằng nhau
-Tránh hẫng cột, thông tầng,
công-son (động đất phương đứng)
-Nếu tầng dưới không chèn gạch
mà tầng trên chèn gạch thì phải
tăng độ cứng tầng dưới
47
“ CỘT KHỎE- DẦM YẾU”
khi phá họai, các khớp dẻo phải 
được hình thành trong dầm trước 
khi hình thành trong các cột.
Kết cấu khung
48
49
7. Bố trí vách cứng
Ít nhất có 3 vách cứng trong một đơn nguyên, trục 3 vách không 
được gặp nhau tại một điểm
Đối xứng (độ cứng và hình học); tâm cứng trùng với tâm khối lượng
 Chiều dày vách ≥150 mm và ≥ 1/20 chiều cao tầng nhà
 Sơ bộ xác định diện tích vách :
Fvách = 1,5 /100 diện tích một sàn tầng
 Không nên chọn 
vách có khả năng chịu 
tải lớn nhưng số lượng 
ít; mà nên phân đều 
ra trên mặt bằng
 Gia cố lỗ cửa vách
50
Vách cứng trong kết cấu khung-vách cứng
1.Vách cứng theo phương ngang: đều đặn, đối xứng tại vi trí gần đầu
hồi, ô thang máy, 
2.Vách cứng theo phương dọc: ở khỏang giữa đơn nguyên. Khi nhà
dài, không nên tập trung vách dọc ở hai đầu nhiệt độ, co ngót 
bố trí mạch thi công
3.Vách cứng phương dọc nên bố trí thành nhóm: chữ L, T,
4.Vách chạy suốt chiều cao nhà; có thể giảm dần (không đột ngột)
chiều dày vách
Vách trong kết cấu Vách cứng
1.Bố trí vách theo hai chiều hay nhiều chiều, nên vuông góc với 
nhau
2.Có thể chia vách cứng dài thành nhiều đọan độc lập, nối với 
nhau bằng dầm hoặc sàn tầng 
3. Lỗ vách cứng phải đều đặn từ trên xuống dưới, không lệch 
51
Bài 4.
KHÁI NIỆM VỀ ĐỘNG LỰC HỌC KẾT CẤU
nhà cao tầng 52
1.Các dạng
tải trọng động
điển hình
53
Số thành phần chuyển vị cần 
xem xét để đại diện cho tác 
động của mọi lực quán tính 
chủ yếu của kết cấu gọi là 
số bậc tự do (động lực học). 
dynamic degrees of freedom 
2. Bậc tự do
54
3. HỆ MỘT BẬC TỰ DO (SDOF)
55
3
24
L
EIk =
Nếu thanh dầm ngang
cứng và nặng hơn
nhiều so với cột, hệ cĩ
thể đơn giản hố thành
hệ 1BTD.
1
2 65
4
3
1
2 3
1 m
rigid beam
massless
1=u
k
1
3
12
L
EI
2
6
L
EI
3
12
L
EI
2
6
L
EI
Ví dụ kết cấu được lý tưởng hố thành hệ SDOF
Theo quan điểm
tĩnh học, kết cấu ở
hình bên cĩ 6 bậc
tự do.
Nếu bỏ qua biến
dạng dọc trục, hệ
chỉ cịn lại 3 bậc
tự do.
Khối lượng hệ SDF lúc này là m, là khối 
lượng của thanh ngang.
Độ cứng của hệ được xác định 
dựa theo định nghĩa:
56
HỆ SDOF – DAO ĐỘNG TỰ DO
DAO ĐỘNG TỰ DO KHƠNG CẢN
)sin(B)cos(A)( tttu nn ωω +=
mkn =ω
nt
t
u uu
u uu
ωB
A
oo
oo
=→=
=→=
=
=
 0
0
)sin(C)( θω += ttu n
(s) T
n
n ω
π
=
2 (Hz) 
T
f n
n
n π
==
2
1 ω
(rad/s)
A và B được xác định theo điều kiện ban đầu 
Cĩ thể viết lại thành
- tần số vịng tự nhiên
Khối lượng m được đưa
khỏi vị trí cân bằng rồi thả
cho nĩ dao động tự do.
Phương trình chuyển động: 0=+ u ku m 
Nghiệm của p/trình:
)sin()cos()( oo t
ututu n
n
n ωω
ω

+=
k
m
)(tu
C
sin
C
cos)(C oooo
u u uu nn ==+= θ
ωθω

 22
Chu kỳ tự nhiên Tần số tự nhiên
ou
ou
nT
u
 t
C
57
58
59
4
60
61
62
63
5. Phương pháp chồng chất dạng dao động
64
65
66
Bài 6.
XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG ĐỘNG LỰC HỌC
(chu kỳ & dạng dao động tự nhiên)
1. Theo TCXD 229:1999
[ chỉ dẫn tính toanù thành phần động của tải trọng gió ]
Aùp dụng cho công trình có sơ đồ tính là thanh công-xon có khối lượng 
phân bố đều (m), ngàm ở đáy
a.Nếu độ cứng không đổi theo chiều cao
q
EJg
H
f ii 2
2
2π
α
=
fi _ tần số dao động riêng thứ i (Hz)
q _ trọng lượng đơn vị dài theo chiều cao nhà (kN/m)
EJ _ độ cứng chống uốn (kNm2)
g _gia tốc trọng trường (m/s2)
H _chiều cao nhà (m)
hj _chiều cao của điểm khối lượng thứ j (m)
67
Tung độ của ba mode 
shape đầu tiên 
Theo TCXD 229:1999
( )**** cossin jijiijijiji chBshY ξαξαξαξα −−−=
H
hj
j =
*ξ
b.Nếu công trình có tiết diện thay đổi theo chiều cao
∑
=
= n
j
jj
H
yP
gyf
1
2
1 2
1
π
g _ gia tốc trọng trường (m/s2)
yH, yj _ chuyển vị ngang ở đỉnh và ở trọng tâm đọan 
thứ j của công trình, do lực ngang P = 1kN 
đặt ở đỉnh công trình gây ra.
Pj _ trọng lượng của đọan công trình thứ j (kN)
68
69
2. Theo tài liệu Trung Quốc
∆= 01 7.1 αTPP tải trọng ngang giả
∆ (m) _ chuyển vị đỉnh nhà khi lấy trọng lượng Gj các tầng làm lực ngang
tập trung tại các mức sàn
α0 _ hệ số giảm chu kỳ khi xét ảnh hưởng của tường gạch chèn
Theo dạng kết cấu và số tầng N
70
Kinh nghiệm ( để kiểm tra kết quả)
Các mode tiếp theo: T2 = (1/5 ÷1/3)T1 ; T3 = (1/7 ÷1/5)T1
Dạng dao động:
 dạng 1: không có điểm không ở trên
dạng 2 : điểm không ở trên vào khoảng cao độ (0.72 ÷ 0.78)H
dạng 3 : điểm không ở trên vào khoảng cao độ (0.85 ÷ 0.9)H và
điểm không ở dưới vào khoảng cao độ (0.42 ÷ 0.5)H
3. Theo TCXDVN 375:2006 [Thiết kế công trình chịu động đất]
Nhà cao H< 40m : T1 = Ct H3/4 dT 21 =
d- chuyển vị đàn hồi tại đỉnh
nhà (m), do các lực trọng
trường tác dụng theo phương
ngang gây ra.
71
c
t A
C 075.0= ∑ 




 +×=
2
2.0
H
lAA wiicVới kết cấu có vách cứng, có thể lấy Ct như sau
Ac _ tổng diện tích hữu hiệu các vách cứng ở tầng đầu tiên, [m2 ]
Ai _ diện tích tiết diện ngang hữu hiệu vách cứng thứ i 
theo hướng đang xét ở tầng đầu tiên, [m2]
lwi _ chiều dài vách cứng ở tầng đầu tiên theo hướng song song 
lực tác động, [m], với lwi/H ≤ 0.9
TCXDVN 375:2006
4. Mỹ (ANSI, UBC)
D
HT 05.0=
H, D _ chiều cao 
nhà, kích thước mặt 
bằng nhà theo 
phương đang xét 
(tính bằng feet) 
∑
∑
=
== n
i
ii
n
i
ii
Fg
W
T
1
1
2
2
δ
δ
π
δi _ chuyển vị tại cao trình i (có trọng lượng Wi)
do bộ lực ngang bất kỳ ΣFi tác dụng.Sự phân
phối của Fi có thể theo hình dạng của đường
đàn hồi.
g _gia tốc trọng trường.
72
3. Phân tích bằng phần mềm phần tử hữu hạn
73
Phân tích bằng phần mềm phần tử hữu hạn
74
Phân tích bằng phần mềm phần tử hữu hạn
Mode shape
75
Bài 7.
TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG
1.Tải trọng gió
Tác động của gió lên công trình phụ thuộc hai nhóm thông số:
Các thông số của không khí: tốc độ, áp lực, nhiệt độ, sự biến động 
theo thời gian
Các thông số của vật cản: hình dạng, kích thước, độ nhám của bề 
mặt, hướng của vật cản so với chiều gió và các vật cản kế cận.
Tải trọng gió gồm hai thành phần (hiệu ứng) tĩnh và động
Theo TCVN 2737-1995 và TCXD 229:1999
Thành phần động của tải trọng gió :
Cần xét khi nhà nhiều tầng cao H > 40m
Thành phần động được xác định theo phương tương ứng với thành phần tĩnh
Do xung của vận tốc gió và lực quán tính của công trình.(Gió tĩnh × hệ số)
Tính gió động và phản ứng công trình do gió động ứng với từng dạng dao động
Sơ đồ tính: thanh công-xon có hữu hạn điểm tập trung khối lượng
Có thể kể khối lượng chất tạm thời trên công trình, với hệ số chiết giảm
76
a. Gió tĩnh
Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của áp lực gió
Wj tại điểm j ứng với độ cao zj so với mốc chuẩn
Wj = W0 k(zj) c
Hệ số khí động c, nếu gộp chung phía đón gió và phía khuất gió, c = 0,8 + 0,6 = 1,4
77
tm
g
t
j
jt z
z
zk
2
844,1)( 





=
78
b. Gió động
Xác định các tần số và dạng dao động 
Nếu f1 < fL (tần số giới hạn) thì phải kể đến tác dụng 
của cả xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình. 
Cần tính toán với s dạng dao động đầu tiên, 
thỏa điều kiện fs < fL < fs+1
δ= 0.3 : BTCT, gạch đá, khung thép
có kết cấu bao che
δ =0.15 : tháp trụ, ống khói thép, 
cột thép có bệ bằng BTCT
WFj _ giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió 
tác dụng lên phần thứ j của công trình, ứng với dạng 
dao động khác nhau, khi chỉ kể xung vận tốc gió
Nếu chỉ kể ảnh hưởng của xung vận tốc gió
WFj = Wj ζjν Sj
Sj _ diện tích đón gió của phần j của công trình (m2)
Wj _ gió tĩnh
79
ν _ hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió 
Với dạng dao dộng 1, xác định ν1 theo bảng trang sau.
Với dạng dao dộng thứ 2 và thứ 3, lấy ν2 = ν2 = 1.
80
81
Giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió
Với phần thứ j của công trình 
(khối luợng Mj) và dạng dao 
động riêng thứ i :
Wp(ji) = Mj ξi ψi yji
ξi _hệ số động lực (không thứ nguyên) ứng với dạng dao động i, phụ thuộc
thông số εi (không thứ nguyên) và độ giảm lôga của dao động. 
i
i f
W
940
2,1 0=ε
W0 có thứ nguyên N/m2
fi _ tần số dao động riêng thứ i (Hz)
82
ψi _ hệ số được xác 
định bằng cách chia công 
trình thành n phần ∑
∑
=
== n
j
jji
n
j
Fjji
i
My
Wy
1
2
1ψ
yji _ Dịch chuyển ngang tỷ đối của trọng tâm phần thứ j ứng với 
dạng dao động riêng thứ i, không thứ nguyên
Công thức đơn giản nhất
Với nhà nhiều tầng có mặt bằng đối xứng, độ cứng, khối lượng và bề rộng
mặt đón gió không đổi theo chiều cao, có f1<fL cho phép tính áp lực gió
động như sau:
jjFz WH
zW ζνξ 114.1=
ξ1 và ν1 _ xác định với dạng dao động cơ bản (mode 1)
ζj và Wj _ xác định tại đỉnh nhà (z = H)
83
( )∑
=
+=
s
i
d
i
t XXX
1
2
d. Đáp ứng do tải trọng gió
Xt _ do thành phần tĩnh 
Xd i _ do thành phần động ở mode thứ i
c. Aùp lực (hoặc lực) gió tính toán
Wtt = Wtc γ β γ =1.2 (hệ số độ tin cậy)
84
2.Khái niệm về động đất
Động đất là hiện tượng rung động mạnh
đột ngột của vỏ trái đất do nhiều nguyên
nhân gây ra: chuyển động trượt tương đối
của các khối đá, các hang động bị sập,
các mảnh thiên thạch va vào trái đất, các
vụ thử bom hạt nhân... phổ biến nhất là
động đất do chuyển động trượt tương đối
của các khối đá.
85
Mercalli-Cancani-Sieberg's (MCS) scale 
Mercalli-Cancani-Sieberg's 12-graded scale has come into general use in Europe. Besides
the description of the occurrences (the effects on the buildings from the 6th grade) there are
measurable acceleration-intervals, which are given in mms-2 assigned to each degree.
86
Medvegyev-Sponhauer-Karnik (MSK) scale 
In the socialist countries, the MSK-64 scale was accepted. The individual grades' - which
number are also 12 - characterisation is extended to the phenomena of nature, to the
buildings and to the senses and the environment of people. Strongest earthquake in
Hungary until now, had the grade of 8-9.
877-8 độ Richter
1-2 độ Richter 3-4 độ Richter 5-6 độ Richter
88
89
3.Tính toán tác động 
động đất
phương pháp tải trọng tĩnh tương đương
phương pháp phân tích phổ phản ứng
phương pháp phân tích động lực học theo 
lịch sử thời gian 
a. PP tải trọng tĩnh tương đương
a1. PP phân phối lực cắt đáy
Nhà cao dưới 40m, phân phối khối lượng và độ cứng tương đối đều theo các tầng
Giá trị tiêu chuẩn của Base shear FEk = α1 Geq
∑
=
=
n
i
Eeq GG
1
85.0Trọng lượng hiệu dụng
GE _ trọng lượng đại diện tập trung tại sàn tầng i
Nhà dân dụng: GE = Tĩnh tải + 0.5 Họat tải sàn
Hệ số động đất α1 phụ thuộc chu kỳ dao động riêng T của nhà, 
chu kỳ dao động đặc trưng Tg của vùng đất, dạng động đất
90
PP phân phối lực cắt đáy
Xác định hệ số động đất α1
91
Tải trọng động đất Fi tập trung tại sàn thứ i (có cao độ Hi)
)1(
1
nEkn
i
ii
ii
i F
HG
HGF δ−=
∑
=
T1 _chu kỳ dao động cơ bản của nhà
Nếu T1 < 1.4Tg thì lấy δn = 0
Nếu T1 ≥ 1.4Tg thì lấy δn theo bảng
δn _ hệ số bổ sung tác động ngang của động đất phụ thêm ở đỉnh nhà
PP phân phối lực cắt đáy
Lực ngang phụ thêm tại đỉnh nhà ∆Fn = δn FEK
92
a2. PP tổ hợp các dạng dao động để tìm lực ngang tĩnh tương đương
Giá trị tiêu chuẩn Fij của tải trọng động đất 
tại khối lượng i ứng với dạng dao động j :
αj _ lấy theo bảng như pp phân phối lực cắt đáy
χij _ dịch chuyển ngang tương đối của khối lượng i trong dạng dao động j
Nhà cao trên 40m, phân phối khối lượng và độ cứng phân bố 
không đều theo các tầng
Fij = αj γj χij Gi
γj _ hệ số tham gia của dạng dao động thứ j 
∑
∑
=
== m
j
iji
n
i
iji
j
G
G
1
2
1
χ
χ
γ
∑
=
=
m
j
jSS
1
2Phản ứng của kết cấu 
Sj _ phản ứng của kết cấu do động đất ứng với dạng dao động thứ i
Thường lấy m =3; nếu công trình khá cao, độ cứng không đều thì m = 5 6
93
a3. Tác động động đất theo phương đứng
Kinh 
nghiệm
Trong trường hợp độ cứng tương đối bình thường :
- Động đất 7 độ, đất lọai II: FEk = (0.015 ÷ 0.03) Geq
- Động đất 8 độ, đất lọai II: FEk = (0.03 ÷ 0.06) Geq
- Lực động đất của dạng dao động 1 lớn hơn lực động đất của 
dạng 2; lực động đất của dạng 2 lớn hơn lực động đất của dạng 3. 
Evkn
i
ii
ii
vi F
HG
HGF
∑
=
=
1
Cần xét tải động đất thẳng đứng cả hai chiều: hướng xuống và hướng lên (làm
tăng hoặc giảm tác dụng thẳng đứng của trọng lượng bản thân kết cấu)
FEvk = αv max GeqTổng
Tầng thứ i
αv max = 0.65 αmax
tổng trọng lượng hiệu dụng Geq lấy
bằng 75% tổng trọng lượng đại diện
của kết cấu
Khi động đất cấp 9: cần xét tổ hợp bất lợi của tác động ngang và tác động
thẳng đứng của động đất.
94
b. PP phân tích phổ phản ứng
có thể áp dụng cho công trình không đều đặn, không đối xứng, 
nhưng phải còn ứng xử đàn hồi. 
Bước 1: Xác định phản ứng ứng với mỗi dạng dao động (modal response) 
2
n
na
maxn
)(S
)T(y
ω
ω
=
đáp ứng lớn nhất của mode thứ n là: 
un = y(Tn)max φn
chuyển vị lớn nhất của kết cấu ứng với mode n φn là mode shape thứ n. 
Có chuyển vị, suy ra nội lực như 
bài toán tĩnh thông thường.
95
Bước 2. Tổ hợp phản ứng từ các mode (modal combination) 
PP phân tích phổ phản ứng
cần kết hợp các phản ứng do từng mode để có được phản ứng cực đại của kết cấu 
∑∑ ρ=
n m
mnmn ffF
( ) 2222
232
141
18
)r(rr
r)r( /
nm
+ξ+−
+ξ
=ρ
r = ωn / ωm là tỷ số tần số riêng của mode n và m. 
Các hệ số r đều dương và nhỏ hơn hoặc bằng 1.0 
phương pháp CQC 
(Complete Quadratic 
Combination) 
fn là nội lực ứng với mode n 
Bước 3. Tổ hợp phản ứng từ các phương khác nhau 
22
90
2
0 zmax FFFF ++=
F0, F90 là các đáp ứng do tác động theo hai phương 
ngang vuông góc nhau, và Fz là đáp ứng do tác động 
theo phương thẳng đứng 
công trình phải được thiết kế để có khả năng kháng chấn theo mọi phương là như nhau 
96
c. PP phân tích động lực học theo lịch sử thời gian
0 10 20 30 40 50 60
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Thoi gian t (s)
G
ia
 to
c 
ne
n 
(m
/s
2)
Gia tốc nền động đất Northridge 
Lịch sử thời gian các thành phần năng lượng
97
Phụ lục
98
TÍNH
TOÁN
KẾT
CẤU
99
CHUYỂN VỊ TƯƠNG ĐỐI GIỮA CÁC TẦNG NHÀ
100
CHUYỂN VỊ ĐỈNH NHÀ
101
THIẾT KẾ TIẾT DIỆN VÀ 
CẤU TẠO BÊTÔNG CỐT THÉP
Bài 8.
102
S _nội lực tính toán trong tổ hợp bất lợi
Su _ nội lực giới hạn 
S ≤ Su / γ0
TRẠNG THÁI GIỚI HẠN I
1. CỘT
Ac _ diện tích tiết diện cột
fcn _ cường độ chịu nén tính toán
của bêtông
cnc
N fA
N
=µ
103
CẤU TẠO CỐT THÉP CỘT
104
CẤU TẠO CỐT THÉP CỘT
105
CẤU TẠO CỐT THÉP CỘT
NÚT KHUNG
106
CÁCH LẤY LỰC CẮT TÍNH TOÁN ĐỂ KIỂM TRA 
KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA CỘT
00
1.1
H
MMV
p
u
t
u
γ
+
=
0
1.1
H
MM
V
pt +
=
0H
MM
V
pt +
=
* Kết cấu thông thường : lấy V theo tổ hợp nội lực
* Chống động đất cấp 1:
* Chống động đất cấp 2:
* Chống động đất cấp 3, 4:
Mut, Mup _ khả năng chịu moment uốn ở tiết diện đầu trên và đầu dưới của cột 
Mt, Mp _ moment uốn ở tiết diện đầu trên và đầu dưới của cột, 
(lấy từ tổ hợp nội lực)
H0 _ chiều cao thông thủy của đoạn cột
107
2. DẦM
THIẾT KẾ TIẾT DIỆN VÀ CẤU TẠO BÊTÔNG CỐT THÉP
Tiết diện: h = (1/12 ÷1/8)l ; h≤ ¼ lthông thủy
bdầm ≥ {1/4 hdầm ; ½ bcột ; 250mm} 
* Kết cấu thông thường : lấy V theo tổ hợp nội lực
* Chống động đất cấp 1:
* Chống động đất cấp 2:
* Chống động đất cấp 3, 4:
005.1 Vl
MMV
t
p
u
t
u +
+
=
005.1 Vl
MM
V
t
pt
+
+
=
0Vl
MM
V
t
pt
+
+
=
Mut, Mup _ khả năng chịu uốn ở tiết diện đầu trái và đầu phải của dầm. 
Mt, Mp _ moment uốn ở tiết diện đầu trái và đầu phải của dầm, 
( lấy từ tổ hợp nội lực).
V0 _ lực cắt tính toán khi xem dầm là dầm đơn giản chịu tải đứng
CÁCH LẤY LỰC 
CẮT TÍNH TOÁN 
ĐỂ KIỂM TRA 
KHẢ NĂNG CHỊU 
CẮT CỦA DẦM
108
Hạn chế chiều cao vùng nén x khi tính khả năng chịu uốn
*kết cấu thông thường: 
x ≤ α0h0 (không phân phối lại nội lực do biến dạng dẻo); 
x ≤ 0.7α0h0 (điều chỉnh giảm moment uốn do biến dạng dẻo) 
*chống động đất: x ≤ 0.25h0 (cấp 1); x ≤ 0.35h0 (cấp 2, 3)
THIẾT KẾ 
TIẾT DIỆN VÀ 
CẤU TẠO 
CỐT THÉP 
DẦM
Đọan neo thẳng của cốt dọc khi chống động đất
lneo = la + 10φ (cấp 1); lneo = la + 5φ (cấp 2)
Tại vùng gối, chống động đất: A’s ≥ 0.5As (cấp 1); A’s ≥ 0.3As (cấp 2,3)
As, A’s _diện tích cốt thép vùng nén, vùng kéo.
109
THIẾT KẾ 
TIẾT DIỆN VÀ 
CẤU TẠO 
CỐT THÉP 
DẦM
110
111
3. VÁCH CỨNG
THIẾT KẾ TIẾT DIỆN VÀ CẤU TẠO CỐT THÉP VÁCH CỨNG
112
THIẾT KẾ TIẾT DIỆN VÀ CẤU TẠO CỐT THÉP VÁCH CỨNG
113
THIẾT KẾ TIẾT DIỆN VÀ CẤU TẠO CỐT THÉP VÁCH CỨNG
114
THIẾT KẾ TIẾT DIỆN VÀ CẤU TẠO CỐT THÉP VÁCH CỨNG
115
116
CẤU TẠO CỐT THÉP VÁCH CỨNG
117
CẤU TẠO CỐT THÉP VÁCH CỨNG
118
119
THIẾT KẾ TIẾT DIỆN VÀ CẤU TẠO CỐT THÉP VÁCH CỨNG
LANH TÔ
120
THIẾT KẾ TIẾT DIỆN VÀ CẤU TẠO CỐT THÉP VÁCH CỨNG
LANH TÔ
121