Giáo trình Nhà cao tầng - Phần 2: Kết cấu và nền móng - Chương 6: Các hệ kết cấu chịu lực nhà cao tầng

 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 1
bộ xây dựng 
 Tr−ờng đại học kiến trúc hà nội 
 PGS.TS Lê Thanh Huấn, PGS.TS KH Nguyễn Trâm 
 GS. TS KH Nguyễn Văn Quảng 
 Nhμ cao tầng 
 phần II 
 kết cấu vμ nền móng 
 Hà nội - 2002 
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 2
Mục lục 
 I . Kết cấu nhà cao tầng 
 Ch−ơng 6. Các hệ kết cấu chịu lực nhà cao tầng 
1.1 Khái niệm về các hệ kết cấu chịu lực nhà cao tầng  
1.1.1 Đặc điểm chịu lực nhà cao tầng . 
 Đặc điểm sử dụng vật liệu  
 Các hệ kết cấu chịu lực nhà cao tầng  
1.2 Nguyên tắc lựa chọn kết cấu chịu lực nhà cao tầng  
1.2.1 Lựa chọn kết cấu theo chiều cao, số tầng  
 Bố trí mặt bằng kết cấu  
 Bố trí kết cấu theo ph−ơng thẳng đứng . 
Ch−ơng 7. Nguyên lý tính toán kết cấu nhà cao tầng. 
 Các khái niệm chung 
7.1.1 Các giả thiết tính toán  
7.1.2 ảnh h−ởng của kết cấu sàn đến hệ chịu lực thẳng đứng  
7.1.3 Sơ đồ tính toán  
7.1.4 Các ph−ơng pháp tính toán .. 
7.2 Xác định tải trọng  
7.2.1 Tải trọng thẳng đứng  
7.2.2 Tải trọng gió .. 
7. 2.3 Tải trọng động đất . 
Ch−ơng 8. Tính toán các hệ chịu lực theo sơ đồ phẳng. 
8.1 Hệ khung - vách  
8. 1.1 Chuyển vị ngang của khung nhiếu tầng,nhiều nhịp .. 
8.1.2 Tính toán hệ khung- vách đặc  
8.1.3 Tính toán hệ khung - vách liền khung . 
8.1. 4 Tính toán vách có lỗ  
8.1.5 Các thí dụ tính toán  
8.2 Tính toán hệ lõi (hộp) có tầng cứng . 
Ch−ơng 9. Tính toán các hệ chịu lực theo sơ đồ không gian. 
9.1 Giả thiết tính toán và các công thức cơ bản .. 
 Các đặc tr−ng hình học và độ cứng của ngôi nhà .. 
9.3 Xác định nội lực trong t−ờng cứng do tải trọng thẳng đứng đặt lệch tâm 
9.4 Các thí dụ tính toán  
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 3
9.5 Tính toán biến dạng theo tải trọng gió.. 
9.5.1 Chuyển vị ngang của hệ chịu lực  
9.5.2 Tính toán dao động của hệ chịu lực  
9.5.3 Các thí dụ tính toán  
9.6 Kiểm tra ổn định tổng thể ngôi nhà .. 
9.6.1 Giả thiết tính toán và các công thức cơ bản ..  
9.6.2 Đặc tr−ng mặt bằng nhà . 
 Các thí dụ tính toán .. 
Ch−ơng 10. Nguyên tắc kiểm tra bền và cấu tạo các tiết diện 
bê tông cốt thép 
10.1 Nguyên tắc chung  
10.2 Các tiết diện tính toán và tổ hợp nội lực  
 Kiểm tra các tiết diện ngang  
 Cấu tạo khung chịu lực  
 Cấu tạo vách, lõi cứng . 
Ch−ơng 11. Nhà cao tầng, kết câu thép, kết cấu hỗn hợp . 
11.1 .. 
Tài liệu tham khảo 
Phu. lục 1 Tải trọng thẳng đứng . 
Phụ lục 2 Tải trọng gió  
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 4
Ch−ơng 6 
Các hệ kết cấu chịu lực nhμ cao tầng 
6. 1 Khái niệm về các hệ kết cấu chịu lực. 
6.1.1 Đặc điểm chịu lực nhà cao tầng. 
Theo định nghĩa của Uỷ ban quốc tế nhà cao tầng thì nhà mà chiều cao 
của nó ảnh h−ởng đến ý đồ và ph−ơng pháp thiết kế đ−ợc gọi là nhà cao tầng. 
Bởi vậy nhà nhiều tầng, theo định nghĩa trên còn có thể gọi là nhà nhiều tầng 
để phân biệt với nhà thông th−ờng ít tầng. Tuy nhiên định nghĩa trên đây cũng 
chỉ là những quy −ớc, thay đổi theo điều kiện kinh tế kỹ thuật và xã hội của 
từng n−ớc. Thí dụ: 
 Liên Xô cũ : Nhà ở 10 tầng trở lên, loại nhà khác 7 tầng. 
 Hoa kỳ : Nhà trên 7 tầng hoặc cao trên 22 – 25m. 
 CH Pháp : Nhà ở cao trên 50m, loại nhà khác cao trên 28m. 
 V−ơng quốcAnh: Nhà có chiều cao từ 24,3m trở lên. 
 Nhật bản : Nhà 11 tầng và cao từ 31m trở lên. 
CHLB Đức : Nhà cao trên 22m. 
 Trung quốc : Nhà ở 10 tầng trở lên, các loại nhà khác từ 24m trở lên. 
Tuy nhiên nhiều n−ớc trên thế giới còn thừa nhận sự phân loại sau đây: 
 Nhà cao tầng loại I, từ 9 đến 16 tầng (từ 40 đến 50m), 
 Nhà cao tầng loại II từ 17 đến 25 tầng (d−ới 80m), 
 Nhà cao tầng loại III từ 26 đến 40 tầng (d−ới 100m), 
 Nhà rất cao trên 40 tầng (trên 100m). 
 Về ph−ơng diện chịu lực, những nhà loại I, II, III đều có thể sử dụng 
chung những giả thiết và sơ đồ tính toán đ−ợc trình bầy trong các ch−ơng 6-9, 
còn đối với những ngôi nhà rất cao (nhà điểm, nhà tháp, ) cần phải tuân thủ 
những tiêu chuẩn, quy phạm thết kế và tính toán đặc biệt khác. 
Để phân biệt với nhà thấp tầng, theo các tiêu chuẩn, quy phạm thiết kế, 
tính toán kết cấu hiện hành trong n−ớc và một số n−ớc khác (TCVN 2737- 
1995, Tải trọng và tác động TCXD 198- 1997. Tiêu chuẩn thiết kế nhà cao 
tầng bê tông toàn khối), đối với những ngôi nhà có chiều cao từ 40m trở lên, 
kết cấu chịu lực phải đ−ợc tính toán cả vớí thành phần động của tải trọng gió và 
kiểm tra theo tải trọng động đất từ cấp 7 trở lên (theo thang MSK-64). 
Tuỳ thuộc vào đặc điểm của các hệ chịu lực trong ngôi nhà các tiêu 
chuẩn hiện hành còn quy định các chiều cao lớn nhất thích hợp (Bảng 6-1). 
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 5
Bảng 6-1. Chiều cao lớn nhất thích hợp công trình bê tông cốt thép toàn 
khối (m). 
Cấp động đất thiết kế 
Hệ kết cấu 
Không có 
động đất 6 7 8 9 
Khung 60 60 55 45 25 
Khung-Vách - lõi 130 130 120 100 50 
Vách - T−ờng cứng 140 140 120 100 60 
Lõi - ống, ống trong ống 180 180 150 120 70 
Ghi chú: 
- Độ cao nhà đ−ợc tính từ mặt đất ngoài nhà đến diềm mái công trình, không 
kể độ cao của các bộ phận nhô lên khỏi mái nh− bể n−ớc ,buồng thang máy; 
- Đối với công trình lắp ghép hoặc lắp ghép từng phần thì cần xem xét mức độ 
để chọn chiều cao hợp lý. 
6 . 1. 2 Đặc điểm sử dụng vật liệu. 
Trong xây dựng nhà cao tầng, việc sử dụng vật liệu cho kết cấu chịu lực 
và kết cấu bao che có những đòi hỏi nhất định sau đây. 
a) Đặc điểm nổi bật về ph−ơng diện chịu lực của nhà cao tầng là các cấu 
kiện đều chịu các tải trọng thẳng đứng và tải trọng ngang rất lớn. Để đủ khả 
năng chịu lực đồng thời đảm bảo tiết diện các kết cấu thanh nh− cột, dầm, các 
kết cấu bản nh− sàn, t−ờng có kích th−ớc hợp lý, phù hợp với giải pháp kiến 
trúc mặt bằng và không gian sử dụng, vật liệu dùng trong kết cấu nhà cao tầng 
cần có c−ờng độ chịu kéo, nén, cắt khá cao. Trong kết cấu nhà BTCT cần dùng 
bê tông có cấp c−ờng độ từ 30 đến 50 MPa và cốt thép có giới hạn chảy từ 300 
MPa trở lên. 
Trong không ít tr−ờng hợp, nhất là đối với các kết cấu lắp ghép cần đến 
tính điển hình cao trong sản xuất hàng loạt tại công x−ởng, chỉ thay đổi số hiệu 
bê tông và cốt thép từ d−ới lên trên, để giữ nguyên tiết diện cấu kiện nh− cột và 
dầm. 
b) Bê tông là vật liệu đàn - dẻo, nên có khả năng phân phối lại nội lực 
trong các kết cấu, sử dụng rất hiệu quả khi chịu tải trọng lặp lại (động đất, gió 
bão). Bê tông có tính liền khối cao (khi dùng công nghệ đổ liền khối) giúp cho 
các bộ phận kết cấu của ngôi nhà liên kết lại thành một hệ chịu lực thống nhất 
với bậc siêu tĩnh cao. Tuy vậy bê tông có trọng l−ợng bản thân lớn nên th−ờng 
sử dụng có hiệu quả cho các ngôi nhà d−ới 30 tầng. Khi nhà cao trên 30 tầng 
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 6
ng−ời ta th−ờng dùng kết cấu thép hoặc kết cấu - thép bê tông liên hợp, tùy 
theo điều kiện kinh tế kỹ thuật. 
c) Trong nhà cao tầng th−ờng sử dụng các l−ới cột rộng kích th−ớc từ 
6x6m trở lên nh−ng chiều cao tầng điển hình th−ờng không lớn, nên giải pháp 
kết cấu sàn phải lựa chọn sao cho các dầm đỡ sàn có chiều cao tối thiểu. Bởi 
vậy bê tông ứng lực tr−ớc th−ờng đ−ợc sử dụng cho kết cấu sàn đổ toàn khối 
hay lắp ghép nhất là hệ sàn phẳng không dầm. Ngoài kết cấu chịu lực, kết cấu 
bao che trong nhà cao tầng cũng chiếm tỷ lệ đáng kể trong tổng khối l−ợng 
công trình. Bởi vậy cần sử dụng các vật liệu nhẹ, có khối l−ợng riêng nhỏ, tạo 
điều kiện giảm đáng kể không những chỉ đối với tải trọng thẳng đứng mà còn 
cả đối với tải trọng ngang do lực quán tính gây ra. 
 6.1.3 Các hệ kết cấu chịu lực nhà cao tầng. 
Các cấu kiện chịu lực chính tạo thành các hệ chịu lực nhà cao tầng bao 
gồm: 
 - Cấu kiện dạng thanh: cột, dầm, thanh chống. 
 - Cấu kiện dạng phẳng: Tấm t−ờng (vách đặc hoặc có lỗ cửa), tấm sàn 
(tấm phẳng hoặc tấm có s−ờn ). 
Trong nhà cao tầng, sàn các tầng, ngoài khả năng chịu uốn do tải trọng thẳng 
đứng, còn phải có độ cứng lớn để không bị biến dạng trong mặt phẳng khi 
truyền tải trọng ngang vào cột, vách, lõi nên còn gọi là những sàn cứng (tấm 
cứng). 
 - Cấu kiện không gian là các vách nhiều cạnh hở hoặc khép kín, tạo 
thành các hộp bố trí bên trong nhà, đ−ợc gọi là lõi cứng. Ngoài lõi cứng bên 
trong, còn có các dãy cột bố trí theo chu vi nhà với khoảng cách nhỏ tạo thành 
một hệ khung biến dạng t−ờng vây. Tiết diện các cột ngoài biên có thể đặc 
hoặc rỗng. Khi là những cột rỗng hình hộp vuông hoặc tròn sẽ tạo nên hệ kết 
cấu đ−ợc gọi là ống trong ống. Dạng kết cấu này th−ờng sử dụng trong nhà có 
chiều cao lớn. 
Từ các thành phần kết cấu chính nêu trên, tuỳ thuộc vào các giải pháp 
kiến trúc, khi chúng đ−ợc liên kết với nhau theo những yêu cầu cấu tạo nhất 
định sẽ tạo thành nhiều hệ chịu lực khác nhau theo sơ đồ d−ới đây (hình 6.1) . 
 Tuỳ theo cách tổ hợp các kết cấu chịu lực có thể chia thành 2 nhóm: 
 Nhóm thứ nhất, chỉ gồm một loại cấu kiện chịu lực độc lập nh− khung, 
t−ờng, vách, lõi hộp (ống). 
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 7
 Nhóm thứ hai là các hệ chịu lực đ−ợc tổ hợp từ 2 hoặc3 loại cấu kiện cơ 
bản trở lên chẳng hạn : 
 kết cấu khung + vách. 
 kết cấu khung + lõi. 
 kết cấu khung + vách + lõi v.v 
Sự phân chia 
trên chỉ là những quy 
−ớc t−ơng ứng với từng 
giả thiết và mô hình 
tính toán công trình cụ 
thể, và phụ thuộc vào 
chiều cao, tỷ lệ giữa 
chiều rộng và chiều 
dài mặt bằng nhà v.v Khi chiều cao tăng lên thì vai trò khung cột dầm giảm 
dần đối với tác động của tải trọng ngang. Dầm, cột khung chủ yếu chịu các 
loại tải trọng thẳng đứng truyền từ sàn tầng vào. Bởi vậy trong thực tế, ngay cả 
các hệ vách, lõi, ống vẫn luôn kết hợp với hệ thống khung cột đ−ợc bố trí theo 
các ô l−ới nhất định, phù hợp với giải pháp mặt bằng kiến trúc. 
 6.1.4 Đặc điểm các hệ kết cấu chịu lực nhà cao tầng. 
 Đặc điểm kết cấu chịu lực nhà cao tầng không chỉ phụ thuộc vào hình 
dạng, tính chất làm việc của các bộ phận kết cấu mà còn phụ thuộc vào cả công 
nghệ sản xuất và xây lắp cũng nh− ph−ơng án sử dụng vật liệu : 
 - Nhà cao tầng kết cấu BTCT có thể đ−ợc xây dựng theo công nghệ bê 
tông đổ liền khối hay lắp ghép. 
 - Nhà cao tầng kết cấu kim loại hoặc thép - bê tông (xem ch−ơng 11). 
 a) Hệ khung. 
 - Hệ khung chịu lực đ−ợc tạo thành từ các cấu kiện thanh nh− cột, dầm, 
liên kết cứng tại các nút tạo thành các hệ khung phẳng hoặc khung không gian 
dọc theo các trục l−ới cột trên mặt bằng nhà. 
 - Khung bê tông cốt thép th−ờng đổ liền khối. Tuy nhiên đối với nhà cao 
tầng việc thi công các kết cấu dạng thanh nh− dầm, cột càng trở nên phức tạp 
trên những độ cao lớn. Nh−ợc điểm này có thể khắc phục bằng việc sử dụng 
các cấu kiện đúc sẵn tại công x−ởng rồi lắp ghép. Khung BTCT lắp ghép khó 
thực hiện các liên kết cứng, đòi hỏi độ chính xác cao trong lắp ghép và đều 
đ−ợc xét đến trong quá trình tính toán. 
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 8
 - Hệ khung chịu lực thuần tuý có độ cứng uốn thấp theo ph−ơng ngang 
nên bị hạn chế sử dụng trong nhà có chiều cao trên 40m. Trong kiến trúc nhà 
cao tầng luôn có những bộ phận nh− hộp thanh máy, thang bộ, t−ờng ngăn hoặc 
bao che liên tục trên chiều cao nhà có thể sử dụng nh− lõi ,vách cứng nên hệ 
kết cấu khung chịu lực thuần tuý trên thực tế không tồn tại. 
- Sàn các tầng trong nhà khung có vai trò quan trọng trong việc truyền tải 
trọng ngang kể cả trong kết cấu sàn lắp ghép từ các tấm panel cỡ lớn. 
b) Hệ t−ờng - vách . 
Hình 6.2. Sơ đồ nhà khung - vách, t−ờng - vách . 
Hệ kết cấu này th−ờng đ−ợc sử dụng theo những nhà có mặt bẳngchữ 
nhật kéo dài, chịu lực chủ yếu theo ph−ơng ngang nhà. Các vách đ−ợc bố trí 
dọc theo 2 ph−ơng trục mặt bằng ngôi nhà. Trong các kiểu nhà lắp ghép tấm 
lớn nhiều tầng có thể xem các tấm t−ờng liên kết với nhau tạo thành một hệ 
t−ờng cứng ngang dọc liên tục (hình 6-2 b). Các mô hình tính toán phụ thuộc 
nhiều vào cấu tạo các mạch lắp ghép t−ờng với t−ờng và t−ờng với sàn. 
 c) Hệ Khung - Vách. 
Hình 6.3. Sơ đồ gây ứng lực tr−ớc trong hệ kết cấu khung - vách lắp ghép IMS 
q
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 9
 Kết cấu khung- vách th−ờng đ−ợc sử dụng phổ biến hơn cả vì hệ này phù 
hợp với hầu hết các giải pháp kiến trúc nhà cao tầng. Hệ kết cấu này tạo điều 
kiện ứng dụng linh hoạt các công nghệ xây dựng khác nhau nh− vừa có thể lắp 
ghép vừa đổ tại chỗ các kết cấu chịu lực. Có thể chỉ đổ tại chỗ các vách, lõi 
cứng bằng công nghệ dùng ván khuôn tr−ợt, còn phần khung (cột, dầm), sàn 
lắp ghép, thậm chí với các liên kết khớp giữa cột với cột và dầm sàn với vách 
cứng, lõi cứng. Với công nghệ xây dựng lắp ghép, bán lắp ghép cho phép sử 
dụng hệ kết cấu chịu lực một cách hợp lý và đem lại những hiệu quả kinh tế kỹ 
thuật nhất định. 
Có thể lắp ghép toàn bộ các cấu kiện khung, cột, dầm, t−ờng cứng bằng 
công nghệ gây ứng lực tr−ớc bằng ph−ơng pháp căng sau cho toàn bộ hệ dầm 
dọc theo 2 ph−ơng nh− hệ kết cấu IMS. Hệ kết cấu này có xuất sứ từ CHLB 
Nam T− tr−ớc đây và đ−ợc nhiều n−ớc ứng dụng, đặc biệt ở Cuba. Hệ kết cấu 
này có khả năng tiếp thu tốt các tải trọng gió và động đất (hình 6.3). 
 d) Hệ Khung - Lõi . 
 Hệ khung - lõi 
chịu lực th−ờng đ−ợc sử 
dụng có hiệu quả cho 
các nhà t−ơng đối cao 
và mặt bằng đơn giản 
dạng chữ nhật, vuông. 
Lõi (ống) có thể đặt 
trong hoặc ngoài biên 
trên mặt bằng (hình 
I.4). Hệ sàn các tầng 
đ−ợc gối trực tiếp vào các lõi – hộp hoặc qua các hệ cột trung gian. Phần trong 
lõi th−ờng dùng để bố trí thang máy, cầu thang và các hệ thống kỹ thuật nhà 
cao tầng . 
 e) Hệ lõi -hộp . 
Hộp là những lõi có kích th−ớc lớn th−ờng đ−ợc bố trí cả bên trong và 
gần biên ngôi nhà. Khác với hệ khung- lõi, hệ hộp chịu lực toàn bộ tải trọng 
đứng và ngang do sàn truyền vào, không có hoặc rất ít các cột trung gian đỡ 
sàn (hình 6 .5). 
Hộp trong nhà cũng giống nh− lõi, đ−ợc hợp thành từ các t−ờng đặc hoặc 
có lỗ cửa. 
Hình 6.4 .Hệ khung - lõi chịu lực
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 10
Hộp ngoài biên có diện tích mặt phẳng lớn, đ−ợc tạo thành từ các cột có 
khoảng cách nhỏ liên kết với nhau bởi các thanh ngang có chiều cao lớn theo 
hai ph−ơng ngang hoặc chéo tạo nên những mặt nhà dạng khung – l−ới, có hình 
dáng phù hợp với các giải pháp kiến trúc mặt đứng (hình 6.9). Tiết diện cột 
ngoài biên có thể đặc hoặc rỗng tạo nên những dãy ống nhỏ nên còn gọi là kết 
cấu hộp trong hộp hay ống trong ống , th−ờng đ−ơc sử dụng trong các ngôi nhà 
rất cao. 
6.2 Nguyên tắc lựa chọn 
hệ kết cấu nhà cao tầng. 
 6.2.1 Chọn kết cấu theo 
chiều cao, số tầng. 
Trong thiết kế và xây dựng 
nhà cao tầng, việc lựa chọn hệ kết 
cấu chịu lực hợp lý phụ thuộc vào 
nhiều yếu tố nh− chiều cao, các 
điều kiện địa chất thuỷ văn, bản 
đồ phân vùng động đất khu vực 
hoăc toàn lãnh thổ đất n−ớc và các giải pháp kiến trúc công trình. 
Có thể lựa chọn hợp lý hệ kết cấu chịu lực theo số tầng nh− trên đồ thị 
(hình 6.6). 
Để đảm bảo độ cứng, hạn chế chuyển vị ngang, tránh mất ổn định tổng 
thể cần hạn chế chiều cao và độ mảnh (tỷ lệ chiều cao trên chiều rộng công 
trình) theo chỉ dẫn trong bảng ( 6.2) . 
10
20
30
40
50
60
70
00
Hình 6.6. Sơ đồ lựa chọn hệ kết cấu theo số tầng
Khung
VáCH CứNG 
Khung-vách cứng 
KHUNG ốNG 
ống trong ống
S
ố 
tầ
ng
Hình 6.5. Các giải pháp lõi - ống, ống trong ống
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 11
Bảng 6. 2. Chiều cao tối đa (m) và tỷ số giới hạn giữa chiều cao và chiều 
rộng H/B 
Tr−ờng hợp có động đất cấp 
Hệ kết cấu 
Tr−ờng hợp 
không có 
động đất 6 và 7 8 9 
Nhà khung MaxH=H/B
60 m 
5 
60-55 m 
5 - 5 
45 m 
4 
25 m 
2 
Nhà vách và 
khung ống 
MaxH=H/B
130 m 
5 
130-120 m 
5 - 5 
100 m 
4 
50 m 
3 
Nhà vách MaxH=H/B
140 m 
5 
140-120 m 
6 - 6 
120 m 
5 
60 m 
4 
Nhà ống và 
ống trong ống 
MaxH=H/B
180 m 
6 
180-150 m 
6-6 
120 m 
5 
70 m 
4 
 Bố trí mặt bằng kết cấu. 
Mối quan hệ giữa các giải pháp kiến trúc và kết cấu nhà cao tầng phải 
đ−ợc xem xét một cách khoa học và hợp lý trong suốt quá trình thiết kế trên cơ 
sở các quy phạm, chỉ dẫn kỹ thuật. Cần đạt tới sự thống nhất về cơ bản trong 
các giải pháp kiến trúc và kết cấu cũng nh− những giải pháp kỹ thuật khác. 
Mặt bằng nhà cần chọn hình đơn giản, có trục đối xứng ít nhất là một 
ph−ơng, đặc biệt là đối xứng trong cách bố trí các kết cấu chịu lực. Đây là tiêu 
chí quan trọng trong giải pháp kết cấu, bởi đạt đ−ợc yêu cầu này có thể tránh 
đ−ợc những bất lợi do biến dạng xoắn mà trong tính toán ,cấu tạo không dễ 
khắc phục đ−ợc. 
Khi bố trí kết cấu chịu lực nhà cao tầng chịu tải trọng động đất còn cần 
chú ý những điều sau đây: 
 - mặt bằng nên đối xứng cả hai ph−ơng trục nhà ; 
 - mối quan hệ giữa chiều dài (L) ,chiều rộng công trình (B), độ nhô ra của 
các bộ phận công trình (l), vị trí các góc lõm (hình 6 .7) trên mặt bằng cần 
thoả mãn các yêu cầu trong bảng 1.3. 
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 12
Bảng1. 3 Giới hạn của L, B, l 
Cấp động đất L / B L / Bmax l/ b 
7 ≤ 6 ≤ 5 ≤ 2 
8,9 ≤ 5 ≤ 4 ≤ 1,5 
Ghi chú : Các ký hiệu trong bảng xem trên hình (6.7) 
 Bố trí các khe co dãn nhiệt, khe lún, khe kháng chấn. 
 Khi gặp các mặt bằng kiến trúc phức tạp, có những bộ phận chênh tầng 
thì tr−ớc hết nên điều chỉnh bằng cách phân chia thành những khối nhỏ kết hợp 
với việc bố trí các khe co dãn nhiệt, khe lún , hoặc khe kháng chấn(bảng 1.4). 
Thông th−ờng các loại khe biến dạng đ−ợc kết hợp làm một. 
91
6
2392 1
86
5
33
8 9
1195
1068
2982
73
5
30
8 9
2437
2628
23
2 6
998
83
1
10
30
3527
964
11
94
46
2
5604
5998
22
9 6
14
81
1647
1028 1028
5484
11
34
81
3
11
35
30
81
Hình 6.7. Các dạng mặt bằng công trình
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 13
 Trong nhà cao tầng th−ờng có tầng hầm nên việc bố trí các khe biến 
dạng, nhất là khe lún gây nhiều phức tạp cho kỹ thuật chống thấm. Giữa khối 
2110 1550 1228
3 8
61
3 8
61
16
81
45
4
17
27
38
61
38
61
2110
909 54
88
3288
909 54
88
3288
909 5 4
88
3288
hình thức hợp lí hình thức không hợp lí nên tránh hoặc chuyển đổi
nên chọn nên tránh dùng khe kháng chấn k
tỉ lệ cạnh l/b 3.5 tách mặt bằng 
thμnh các đơn nguyên nhỏ
tỉ lệ cạnh l/b < 3.5
mặt bằng đơn nguyên
 không đối xứng
 tách mặt bằng 
thμnh các đơn nguyên nhỏ
giật cấp cb/4 tách mặt bằng 
thμnh các đơn nguyên nhỏ
Bảng 1.4. Các giải pháp phân chia mặt bằng
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 14
cao tầng và thấp tầng có thể không bố trí khe lún ( hình 6.8 ) mà chỉ có khe co 
dãn nhiệt từ mặt móng trở lên một khi áp dụng các biện pháp sau: 
 - sử dụng cọc chống vào tầng đá hoặc vào tầng cuội sỏi với độ sâu thích 
hợp đồng thời chứng minh đ−ợc sự lún lệch nằm trong phạm vi cho phép ; 
 - tiến hành thi công phần cao tầng tr−ớc, phần thấp tầng sau, có xét đến 
độ chênh lún của hai khối. 
 Khi công trình nằm 
trong vùng có động đất thì 
chiều rộng khe lún, khe co 
dãn phải lấy bằng hoặc lớn 
hơn bề rộng tối thiểu của 
khe chống động đất theo 
bảng (6.5). 
Bảng 6. 5 Bề rộng 
tối thiểu của khe kháng 
chấn (mm) 
Cấp động đất thiết kế 
Hệ kết cấu 
6 7 8 9 
Khung 4H + 10 5H - 5 7H - 35 10H - 80 
Khung – vách cứng 3,5H + 9 4,2H – 4 6H – 30 8,5H - 68 
Vách - lõi 2,8H + 7 3,5H - 3 5H - 25 7H - 55 
Ghi chú. 
H -Độ cao mái của đơn nguyên thấp hơn trong các đơn nguyên kề nhau 
tính bằng milimet. 
Khe chống động đất phải đặt theo suốt chiều cao công trình, móng có thể 
không phải đặt khe chống động đất nh−ng tại vị trí đó kết cấu móng phải đ−ợc 
cấu tạo đủ cứng . Khe biến dạng còn đ−ợc xác định trên cơ sở xác định 
chuyển vị lớn nhất th−ờng ở tầng mái công trình do các tổ hợp tải trọng bất lợi 
gây ra theo công thức: 
Dmin = u1 + u2 + 20mm ( 6. 1 ) 
3580
765
830
765
76
5
83
0
76
5
Hình 6.8 Mặt cắt công trình có các tầng hầm liên tục
Đ.vị: Cm
Khối cao 
tầng
Khối thấp 
tầng
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 15
Trong đó: u1 và u2 là chuyển vị lớn nhất theo ph−ơng nằm ngang của hai 
khối kết cấu kề nhau. 
 6.2.3 Bố trí kết cấu theo ph−ơng thẳng đứng 
 Trong nhà cao tầng cần thiết kế các kết cấu chịu lực có độ cứng đồng 
đều, tránh sự thay đổi đột ngột theo chiều cao. Trên mặt cắt thẳng đứng kết cấu 
cũng cần đạt đến độ đối xứng về hình học cũng nh− về khối l−ợng (chất tải). 
Trong tr−ờng hợp không có đối xứng hình học theo ph−ơng thẳng đứng thì có 
thể dùng các biện pháp khắc phục nh− trong bảng( 6.6) 
 Sự thay đổi đột ngột độ cứng của hệ kết cấu (nh− việc thông tầng, giảm 
cột hoặc dạng cột hẫng, dạng sàn dật cấp) cũng nh− việc dùng các sơ đồ kết 
cấu có các cánh mỏng và kết cấu dạng conxon dài theo ph−ơng ngang nhà đều 
gây ra sự bất lợi d−ới tác động của các tải trọng động. 
 Trong tr−ờng hợp đặc biệt phải đặt những tải trọng lớn (thiết bị kỹ thuật 
điện, n−ớc, điều không 
) tại một số tầng trung 
gian phải có các biện 
pháp thiết kế t−ơng 
ứng nh− tăng c−ờng độ 
cứng các kết cấu tầng 
kỹ thuật để tránh sự 
phá hoại ở các vùng 
xung yếu. 
 a) Bố trí khung 
chịu lực 
 Khi thiết kế nhà 
khung nên chọn các 
khung đối xứng và có 
độ siêu tĩnh cao. Nếu 
là khung nhiều nhịp thì 
các nhịp khung nên 
chọn bằng nhau hoặc 
không chênh nhau quá 
10 –20% chiều dài. 
Nếu phải thiết kế các 
nhịp khác nhau thì nên 
h
ìn
h
 t
h
ứ
c
 n
ê
n
 c
h
ọ
n
h
ìn
h
 t
h
ứ
c
 k
h
ô
n
g
 n
ê
n
 c
h
ọ
n
g
iả
i p
h
á
p
 k
h
ắ
c
 p
h
ụ
c
 khối l−ợng vμ độ cứng 
không thay đổi theo chiều cao
khối l−ợng vμ độ cứng đối xứng 
 giảm dần theo chiều cao
B
H
B
H
>B/4
B
B
H
B1 B2
>B/4
<B/4
B
<0.15B
B
B
H
>0.1B
<0.1B
Bảng 6.6. Sơ đồ nguyên tắc thiết kế mặt đứng
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 16
chọn độ cứng ( tiết diện dầm ngang ) giữa các nhịp t−ơng ứng với khẩu độ của 
chúng . 
 Nên chọn sơ đồ khung sao cho tải trọng tác động theo ph−ơng ngang và 
thẳng đứng đ−ợc truyền trực tiếp và ngắn nhất xuống móng. Tránh sử dụng sơ 
đồ khung hẫng cột tầng d−ới. Nếu bắt buộc phải hẫng cột nh− vậy, phải có giải 
pháp tăng c−ờng các dầm đỡ có đủ độ cứng chống uốn và cắt d−ới tác động của 
các tải trọng tập trung lớn (hình 6.8). Không nên thiết kế dạng khung thông 
tầng. 
a) Sơ đồ không nên chọn b) Các sơ đồ khắc phục
Hình 6.9 Các ph−ơng án khắc phục 
trong nhà khung cao tầng 
Khung bê tông cốt thép trong nhà cao tầng nếu có chèn gạch thì tr−ớc 
hết phải chèn 
các tầng d−ới. 
Trong tr−ờng 
hợp phải xây 
chèn các tầng 
trên mà tầng 
d−ới không 
xây thì phải 
chọn tiết diện 
cột, dầm tầng 
d−ới có độ cứng lớn hơn độ cứng kết cấu tầng trên nó (Hình 6.10 ). 
a) Sơ đồ nên chọn b) Sơ đồ không nên chọn c) Sơ đồ khắc phục
Hình 6.10 Sơ đồ khung chèn
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 17
Nên tránh thiết kế conson (kể cả dầm và bản sàn conson). Trong tr−ờng 
hợp cần có conxon phải hạn chế độ v−ơn của conxon đến mức tối thiểu và khi 
cần thiết phải tính toán kiểm tra với các dạng dao động theo ph−ơng thẳng 
đứng do các tải trọng 
ngang (Hình 6.11 ). 
Khi thiết kế khung 
cần chọn độ cứng t−ơng 
đối của dầm nhỏ hơn của 
cột nhằm tránh khả năng 
cột bị phá hoại tr−ớc dầm. 
Điều này đặc biệt có ý 
nghĩa khi kết cấu chịu tải 
trọng động đất và phải làm việc ngoài giới hạn đàn hồi (Hình 6.12). 
b) Bố trí vách cứng 
 Trừ tr−ờng hợp 
nhà tấm, các vách 
cứng chịu lực bố trí 
kết hợp với t−ờng 
ngăn, t−ờng bao che 
còn trong nhà khung 
- vách - lõi, cần tuân 
theo các yêu cầu sau: 
 - Trong các mặt bằng nhà hình chữ nhật nên bố trí từ 3 vách trở lên theo 
cả 2 ph−ơng. Vách theo ph−ơng ngang cần bố trí đều đặn, đối xứng tại các vị 
trí gần đầu hồi công trình, gian thang máy, tại các vị trí có biến đổi hình dạng 
trên mặt bằng và những vị trí có tải trọng lớn (sàn đặt bể n−ớc hoặc các thiết bị 
kỹ thuật khác). 
 - Nên thiết kế các vách giống nhau (về độ cứng cũng nh− kích th−ớc hình 
học) và bố trí sao cho tâm cứng ( ch−ơng 8) của hệ kết cấu chùng với tâm trọng 
lực (trọng tâm hình học mặt bằng) ngôi nhà . Tr−ờng hợp chỉ có đối xứng về độ 
cứng mà không đối xứng về hình học (hình 6.13) thì khi kết cấu phải làm việc 
ngoài giai đoạn đàn hồi ( xuất hiện các khớp dẻo) có thể dẫn đến việc thay đổi 
độ cứng và lúc này giả thiết về cùng biến dạng và chuyển vị của toàn bộ các 
t−ờng cứng trong hệ không còn đúng nữa và công trình có thể bị phá hoại chủ 
yếu do tác động xoắn . 
a) Khung có congxon ngắn b) Khung có congxon dài
Hình 6.11 Khung có congxon
a) Nên chọn EJ (cột) > EJ (dầm) b) Không nên chọn EJ (dầm) > EJ (cột)
Hình 6.12 T−ơng quan độ cứng giữa cột và dầm khung
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 18
- Độ cứng của các vách th−ờng chiếm tỷ lệ lớn trong tổng độ cứng của toàn hệ 
vì vậy các vách nên có chiều cao chạy suốt từ móng lên mái và có độ cứng 
không đổi trên toàn bộ chiều cao hoặc nếu 
phải giảm thì giảm dần dần từ d−ới lên 
trên. 
- Không nên chọn vách có khả năng chịu 
tải trọng lớn nh−ng số l−ợng ít mà nên 
chọn nhiều vách có khả năng chịu tải 
t−ơng đ−ơng và phân bố đều trên mặt bằng 
công trình. 
- Không nên chọn khoảng cách giữa các vách và từ các vách đến biên quá lớn, 
trong nhà cao tầng sàn bê tông cốt thép đổ liên khối có thể chọn khoảng cách 
giữa các vách theo bảng I.12. 
Bảng 6.7 Khoảng cách giữa các vách cứng 
Công trình chịu động đất cấp Công trình không 
tính động đất 6 và 7 8 9 
≤ 5B và ≤ 60m ≤ 4B và ≤ 50m ≤ 3B và ≤ 40m ≤2B và ≤ 30m 
 Ghi chú:B - chiều rộng công trình 
 - Chiều dày vách (b) chọn không nhỏ hơn 150mm và không nhỏ hơn 1/20 
chiều cao tầng. 
 - Vách cứng theo ph−ơng dọc cần bố trí ở khoảng giữa đơn nguyên nhà. 
Khi chiều dọc nhà khá dài thì không nên bố trí tập trung vách ở hai đầu hồi nhà 
để giảm bớt ảnh h−ởng của biếndạng nhiệt và co ngót bê tông trong quá trình 
thi công. 
 - Vách cứng theo ph−ơng dọc nhà có thể bố trí thành nhóm hình L, T, I 
 và hết sức tránh kết hợp các vách theo góc khác vuông. 
 - Vách cứng theo ph−ơng dọc nhà dài có thể đ−ợc chia thành nhiều đoạn 
độc lập đ−ợc liên kết với nhau bằng hệ dầm lanh tô trên ô cửa có chiều cao lớn. 
 - Các lỗ cửa trên các vách cần bố trí đều đặn và thẳng hàng từ trên xuống 
d−ới, không bố trí lệch nhau. Hiệu quả của việc bố trí các vách trên mặt bằng 
có thể xem trên thí dụ hình (6.14) 
EJ1=EJ31
2
3
Hình 6.13. Vách đối xứng chỉ về độ cứng
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 19
a - Hầu nh− không có khả năng chống xoắn. b - Ngăn cản biến dạng nhiệt và 
co ngót theo ph−ơng dọc sàn BTCT đổ liền khối. c - Thoả mãn các điều kiện 
xoắn, biến dạng nhiệt và chịu tải trọng ngang tốt theo cả 2 ph−ơng. 
Trong nhà cao tầng, ở các tầng d−ới th−ờng có không gian rộng nên các 
vách đặc phải giảm tiết diện ở một số vị trí. Bởi vậy cần hạn chế tỷ số độ cứng 
của vách theo ph−ơng ngang nhà giữa tầng trên không bị giảm yếu và tầng d−ới 
(bị giảm yếu) khi không có động đất không đ−ợc lớn hơn 3 và khi nằm trong 
vùng động đất không đ−ợc lớn hơn 2. 
Tỷ số này có thể xác định nh− sau: 
 Gi + 1 . Ai + 1 . hi 
 γ = ------------------------- (6.2) 
 Gi . Ai . hi +1 
 A = Aw + 0,12Ac 
ở đây: 
 Gi , Gi +1 : Môđun tr−ợt của bê tông ở tầng thứ i và i+1 
 Ai , Ai + 1 : Diện tích mặt cắt chịu cắt tính toán của vách thứ i và i+1 đ−ợc 
tính theo (I.2) 
 AW : Diện tích toàn bộ mặt cắt hữu hiệu theo chiều tính toán. 
 Ac : diện tích mặt cắt toàn bộ cột. 
 hi, hi + 1 : chiều cao tầng thứ i và i +1 
c. Bố trí lõi – ống. 
Những ngôi nhà có chiều cao lớn trên 100m th−ờng dùng hệ chịu lực 
lõi, ống,ống trong ống. Vai trò khung cột ,nếu có chỉ để giảm khẩu độ sàn ,hầu 
nh− không tham gia 
vào chịu các tải trong 
ngang. Khi hệ khung 
cột đ−ợc bố trí dầy 
đặc dọc theo chu vi 
công trình và có độ cứng lớn đáng kể so với độ cứng của lõi tạo thành một hệ 
kêt cấu khung không gian cùng tham gia chịu lực với lõi ,ống bên trong thì ta 
a) b) c)
Hình 1.14. Bố trí vách trên mặt bằng hình chữ nhật
Hình 6.15. các sơ đồ bố trí lõi, hộp trên mặt bằng
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 20
có thể xem nh− hệ hộp trong hộp ( hình 6 .4a, 6.5b,d ). Cũng nh− các hệ chịu 
lực khung - vách , nên bố trí các lõi ,hộp cân x−ng trên mặt bằng và không bố 
trí lõi lệch một bên nh− trên hình (6 .15d ). 
Việc thiết kế ống trong ống cần thoả mãn các yêu cầu sau: 
 - Tỷ số giữa chiều cao và chiều rộng của ống cần lớn hơn 3. 
 - Khoảng cách giữa cột ống ngoài không nên lớn hơn chiều cao tầng và 
nên nhỏ hơn 3m. Mặt cắt cột ngoài cần dùng dạng chữ nhật hoặc chữ T. Diện 
tích của cột góc có thể dùng vách góc hình chữ L hoặc ống góc. 
 - Khoảng cách giữa ống trong và ống ngoài khi không tính đến động đất 
không nên lớn hơn 12m, tr−ờng hợp ng−ợc lại không nên lớn hơn 10m. Khi cần 
v−ợt qua giới hạn này cần dùng các hệ dầm sàn có độ cứng lớn và bê tông ứng 
lực tr−ớc, hoặc sàn bê tông- thép kết hợp. 
 Thông th−ờng giữa ống trong và ống ngoài không bố tri cột để tạo thuận 
sử dụng các không gian lớn. 
 Tại các góc th−ờng bố trí các cột ,ống ,hoặc vách có độ cứng lớn hơn 
độ cứng uốn của khung, cột ống ngoài biên nh−ng không nên quá 50 lần. 
Ch−ơng 7 
Nguyên lý Tính toán kết cấu nhμ cao tầng. 
7.1 Các khái niệm chung . 
7 .1.1 Giả thiết tính toán . 
 Tính toán kết cấu nhà cao tầng là việc xác định trạng thái ứng suất – biến 
dạng trong từng hệ, từ bộ phận cho đến từng cấu kiện chịu lực d−ới tác động 
của mọi loại tải trọng. ở đây chúng ta chủ yếu xét đến phản ứng của hệ kết cấu 
thẳng đứng khung, vách, lõi d−ới tác động của các loại tải trọng ngang. 
 Hầu nh− trong các loại nhà cao đến 30 tầng đều kết hợp sử dụng cả 3 hệ 
chịu lực khung – vách – lõi. Việc lựa chọn và giả thiết sơ đồ tính toán phải làm 
sao vừa phù hợp với thực tế bố trí, cấu tạo các kết cấu chịu lực còn phải thoả 
mãn điều kiện về sự cùng làm việc của các hệ kết cấu đó rất khác nhau về độ 
cứng, hình dạng, kích th−ớc. Mỗi giả thiết th−ờng chỉ phù hợp với từng mô 
hình tính toán ,không có giả thiết chung cho mọi sơ đồ tính toán. Giả thiết nào 
phản ánh đ−ợc mối quan hệ truyền lực giữa các hệ với nhau thông qua giải 
pháp thiết kế, cấu tạo cụ thể trong công nghệ xây lắp sẽ đ−ợc xem là phù hợp 
và cho ta những kết quả đáng tin cây. Cũng cần phân biệt giữa độ chính xác