Giáo trình Nhà cao tầng - Phần 2: Kết cấu và nền móng - Chương 7: Nguyên lý tính toán kết cấu nhà cao tầng

 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 
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 21
trong sơ đồ kết cấu với độ chính xác trong mô hình toán học, hai vấn đề này 
không phải luôn thống nhất. Tuy nhiên có thể nêu một số giả thiết th−ờng đuợc 
sử dụng trong tính toán nhà cao tầng sau đây : 
Giả thiết ngôi nhà làm việc nh− một thanh conxon có chân ngàm với độ 
cứng t−ơng đ−ơng độ cứng của các hệ kết cấu hợp thành. Giả thiết này đơn giản 
nh−ng không phản ánh đúng thực tế chịu lực của cả hệ. Giả thiết này thuận tiện 
cho sơ đồ xác định các đặc tr−ng động của công trình. 
- Giả thiết mỗi hệ kết cấu chỉ có thể tiếp thu một phần tải trọng ngang tỷ 
lệ với độ cứng uốn ( xoắn) của chúng, nh−ng đ−ợc liên kết chặt chẽ với các hệ 
khác qua các thanh giằng có có liên kết khớp hai đầu. Độ cứng của các thanh 
giằng có giá trị lớn để có thể xem nh− không bị biến dạng co hoặc dãn dài. Các 
giằng ngang này chính là mô hình của hệ kết cấu dầm sàn có độ cứng lớn vô 
cùng trong mặt phẳng nằm ngang. 
- Giả thiết về các hệ chịu lực cùng có một dạng đuờng cong uốn. Giả 
thiết này chỉ thích hợp cho các nhà chỉ có một hệ khung hoặc vách hoặc lõi. 
Còn đối với nhà hệ khung – vách – lõi thì đ−ờng cong uốn của mỗi hệ khác 
nhau, trong cùng 1 sơ đồ tính toán. 
 7.1.2 ảnh h−ởng của kết cấu sàn đến sự làm việc của các hệ chịu lực 
thẳng đứng. 
 Với giả thiết sàn cứng tuyệt đối trong mặt phẳng, chỉ là sự t−ơng đối. 
Trong thực tế xây dựng kết cấu sàn nhà có nhiều loại. Sàn bê tông đổ liền khối, 
sàn bê tông lắp ghép, sàn bê thông thép, sàn nhiều lớp từ các vật liệu khác 
nhau. Mỗi loại sàn đều có liên kết cấu tạo riêng và không phải lức nào cũng có 
khả năng nh− một kết cấu liền khối, chỉ có các chuyển vị thẳng hoạc xoay chứ 
không có biến dạng góc. Với kết cấu sàn có dầm bê tông đổ liền khối dùng 
giả thiết sàn cứng tuyệt đối là phù hợp hơn cả. Trong nhà cao tầng th−ờng dùng 
các l−ới cột kích th−ớc lớn từ 6 đến 10m, nh−ng chiều cao tầng lại hạn chế đến 
mức có thể. Sự trái nguợc này th−ờng đuợc giải quyết bằng việc ứng dụng các 
kết cấu sàn không dầm hay gọi là sàn phẳng . Bản sàn đ−ợc kê trực tiếp lên các 
đầu cột, t−ờng, vách , lõi và th−ờng dùng bê tông ứng lực tr−ớc để tăng khả 
năng chống uốn, võng, và nứt. Đã có những nghiên cứu chứng tỏ, ứng với các 
giá trị độ cứng nhất định của sàn cần phải xét tới biến dạng của sàn trong tính 
toán 
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 22
 Vai trò của sàn cứng đặc biệt quan trọng khi nhà có hệ khung vách hoặc 
khung - lõi. Ví dụ trong hệ khung – vách, nhà sẽ có đ−ờng cong uốn nh− trên 
hình (7.1c). Đ−ờng cong uốn của hệ khung có dạng trên hình (7.1a) tại chân 
ngàm có lực cắt lớn nhất và góc nghiêng lớn nhất. Ng−ợc lại, tuờng cứng hoặc 
lõi cứng có đ−ờng cong uốn nh− thanh conxon, và góc nghiêng lớn nhất lại ở vị 
trí đỉnh t−ờng. Song để đạt đ−ợc sự đồng điệu trong biến dạng uốn cho toàn hệ 
thì trong các liên kết sẽ xuất hiện những phản ứng, nội lực khác nhau về giá trị 
và vị trí (hình 7.1c) . Kích th−ớc chiều dài các mũi tên chỉ độ lớn của các phản 
lực. Và nhờ vai trò của hệ giằng ngang mà hệ khung d−ờng nh− đẩy ngang hệ 
vách cứng ở phiá trên và co nó lại ở phía d−ới. Kết quả lực cắt sinh ra do tải 
trọng ngang đ−ợc hệ khung tiếp thu phần lớn ở phía trên còn vách, lõi tiếp thu 
phần lớn ở phía d−ới. 
Trong các 
ngôi nhà lõi 
hoặc hộp thì 
không những độ 
cứng của sàn mà 
khi có các tầng 
cứng (dạng dàn 
hoặc dầm kiểu 
Virendel có 
chiều cao bằng 
chiều cao tầng) 
ảnh h−ởng rõ rệt 
đến đ−ờng cong uốn và các giá trị và dạng biểu đồ mô-men uốn (hình8.2, 
ch−ơng8). Trong tr−ờng hợp tổng quát ,khi chấp nhận những giả thiết nêu trên 
thì mọi bộ phận kết cấu bố trí rời rạc trong công trình đều cùng chịu lực và tuân 
theo một quy luật nhất định trong một hệ kết cấu thống nhất, kể cả tr−ờng hợp 
các vách,lõi, khung bị giảm yếu ở những tầng d−ới ( hình7.2). Trong sơ đồ này, 
tải trọng ngang tác động vào công trình có thể đ−ợc xem nh− tổng các thành 
phần tải trọng do các kết cấu đơn vị tiếp nhận t−ơng ứng với độ cứng uốn của 
chúng. 
a) b) c)
Hình 7.1 a)Khung, b) Vách(lõi), c) Sơ đồ biến dạng của hệ thông qua các liên kết(giằng) đặt ở các mức sàn
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 23
7.1.3 Sơ đồ tính toán . 
Căn cứ vào những giả thiết tính toán có thể phân chia thành các sơ đồ 
tính toán theo nhiều cách khác nhau : 
 a. Sơ đồ phẳng tính toán theo hai chiều : 
Công trình đ−ợc mô hình hoá d−ới dạng những kết cấu phẳng theo hai 
ph−ơng mặt bằng chịu tác động của tải trọng trong mặt phẳng của chúng. Giữa 
các hệ đ−ợc giằng với nhau bởi các dãy liên kết khớp hai đầu và ở ngang mức 
sàn các tầng ( hình 7.3) 
Các sơ đồ tính toán trên đây đ−ợc dùng phổ biến cho hệ kết cấu khung – 
vách phẳng. Trong tr−ờng hợp dùng các vách hình chữ L, H, T, v.v. thiên về an 
toàn vẫn có thể chỉ xét tới một cánh của vách theo một trong hai ph−ơng cùng 
trong mặt phẳng khung đang xét. 
a) b) c)
q q1 q2
Hình 7.2 Sơ đồ kết cấu chịu tải trọng ngang. b,c) Sơ đồ liên kết và tải trọng thành phần
qy
Vách V1y 2xKhungky Vách V1y
2xKhungkx 2xVáchV1x
qx
qx
qx
a)
b)
c)
V1x
V1x
K
y
V
2y
V
1x
V
1x
V
1y
V
1y
K
y
Kx
Kx
Hình 7.3. a) mặt bằng kết 
cấu hệ khung-vách, b) Sơ 
đồ tính toán theo ph−ơng 
trục y; c) Sơ đồ tính toán 
theo ph−ơng trục x
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 24
Đôi khi trong hệ khung – vách – lõi với tổng độ cứng của lõi nhỏ hơn 
tổng độ cứng vách và khung, cũng có thể sử dụng sơ đồ tính toán theo 2 
ph−ơng . 
b. Sơ đồ tính toán ba chiều : 
 Công trình đ−ợc mô hình nh− một hệ khung và tấm không gian chịu tác 
động đồng thời của một hệ lực không gian 3 chiều (hình 7.4) 
Sơ đồ tính toán ba chiều th−ờng sử dụng cho tính toán nhà có mặt bằng 
phức tạp. Dùng sơ đồ này để tính toán có thể cho ta hình ảnh trạng thái ứng 
suất biến dạng của từng hệ kết cấu với những liên kết theo 3 chiều. Tuy nhiên 
đòi hỏi khối l−ợng tính toán khá lớn nhất là khi số tầng nhiều. 
Theo các giả thiết về liên kết và các quan niệm về khả năng tiếp thu các 
tải trọng ngang của từng hệ, còn có thể phân chia thành các sơ dồ khung - giằng 
và sơ đồ giằng. 
 Trong sơ đồ khung - giằng (hình 7.5a) ta quan niệm sự cùng chịu tải 
trọng ngang của các hệ tuân theo quy luật phân phối theo độ cứng của từng hệ 
theo từng ph−ơng tác động của tải trọng. 
 Trong 
thực tế 
không ít 
gặp những 
hệ chịu lực 
chủ yếu là 
vách hoặc 
lõi. Sự tham 
gia chịu tải 
trọng ngang 
của các hệ khung nếu có là không đáng kể ,có thể bỏ qua nên ta gọi sơ đồ này 
là sơ đồ giằng ( hình 7.5b). Cũng nh− vậy các hệ lõi, hộp cũng có thể tính toán 
theo sơ đồ giằng. 
7.1.4 Các ph−ơng pháp tính toán. 
Dựa theo các sơ đồ tính toán chúng ta có thể sử dụng nhiều ph−ơng pháp 
khác nhau trong cơ học kết cấu và trong toán học để xác định các nội lực và 
chuyển vị trong hệ và từng cấu kiện kết cấu chịu lực. 
a) Sơ đồ khung b) Sơ đồ giằng c) Sơ đồ khung-giằng
Hình 7.5 a) Sơ đồ khung; b) Sơ đồ giằng; c) Sơ đồ khung giằng
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 25
 Các ph−ơng pháp trong cơ học kết cấu nh− ph−ơng pháp lực, ph−ơng 
pháp chuyển vị, ph−ơng pháp lực – chuyển vị vẫn đ−ợc sử dụng có hiệu quả và 
cho những kết quả tin cậy cho từng tr−ờng hợp cụ thể. Các ph−ơng pháp biến 
phân, ph−ơng pháp sai phân hữu hạn để giải các hệ ph−ơng trình vi phân bậc 
cao cũng vậy còn đ−ợc sử dụng để giải các sơ đồ giằng, khung giằng phức tạp. 
 Trong số các ph−ơng pháp tính toán nhà cao tầng, ngày nay ph−ơng pháp 
phần tử hữu hạn (PTHH) đ−ợc sử dụng rộng rãi hơn cả vì hầu hết trong các 
phần mềm ch−ơng trình tính toán thực hiện trên máy tính đều xuất phát từ 
ph−ơng pháp này. 
 Các kết cấu ngôi nhà đ−ợc chia thành những phần tử nhỏ dạng thanh hay 
bản, và số phần tử có thể là hàng nghìn tuỳ theo số tầng nhà. Do vậy số l−ợng 
các ẩn số là các nội lực và chuyển vị cũng tăng theo ít nhất là 3 lần số phần tử. 
Nhờ có máy tính, khi khối l−ợng tính toán số học không còn là vấn đề trở ngại 
nữa, thì việc giải các ph−ơng tình đại số tuyến tính bậc cao cũng đ−ợc giải 
quyết nhanh chóng và chính xác. Những phần mềm mạnh hiện nay cho phép 
chúng ta đi sâu nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng của các hệ kết cấu 
phức tạp với các sơ đồ tính toán không gian phù hợp với sự làm việc thực của 
công trình. Tuy nhiên kết quả của bài toán còn phụ thuộc vào kỹ năng của 
ng−ời sử dụng các ch−ơng trình , nên những kết quả nhận đ−ợc từ máy luôn 
phải đ−ợc kiểm tra theo các điều kiện : 
 - Cân bằng lực. 
 - Tính liên tục của các chuyển vị. 
 - Sự phù hợp với các tiêu chuẩn quy phạm thiết kế hiện hành. 
 Trong các phần tiếp theo sẽ giới thiệu lần l−ợt các sơ đồ và ph−ơng pháp 
tính toán cơ bản hiện đang đ−ợc sử dụng rộng rãi trong và ngoài n−ớc khi thiết 
kế kết cấu nhà cao tầng. 
 Các b−ớc tính toán . 
Căn cứ vào giải pháp kiến trúc và bố trí mặt bằng các kết cấu chịu lực có 
thể tiến hành tính toan theo các b−ớc sau đây: 
 Chọn sơ đồ tính toán. 
 b. Xác định các loại tải trọng. 
 Xác định các đặc tr−ng hình học và độ cứng của kết cấu. 
 Phân phối tải trọng ngang vào các hệ chịu lực. 
 Xác định nội lực, chuyển vị trong từng hệ từng cấu kiện. 
 Kiểm tra các điều kiện bền, chuyển vị và các đặc tr−ng động. 
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 26
 Kiểm tra ổn định cục bộ và ổn định tổng thể công trình. 
7.2. Xác định tải trọng. 
Tải trọng tác động lên nhà và công trình bao gồm : 
Tải trọng thẳng đứng bao gồm. 
Tĩnh tải là tải trọng tác động th−ờng xuyên th−ờng có vị trí,ph−ơng, 
chiều tác động và giá trị không đổi trong quá trình sử dụng.Đó là trọng l−ợng 
bản thân kết cấu chịu lực, các kết cấu bao che, các lớp cách âm, cách nhiệt 
v.v... 
Hoạt tải là tải trọng tác động không th−ờng xuyên nh− ng−ời và vật dụng 
trong nhà . 
Tải trọng ngang bao gồm 
Tải trọng gíó do tác động của khí hậu và thời tiết thay đổi theo thời gian 
, độ cao, và địa điểm d−ới dạng áp lực trên các mặt hứng gió hoặc hút gió của 
ngôi nhà. 
Tải trọng động đất là một trong những tải trọng đặc biệt là các lực quán 
tính phát sinh trong công trình khi nền đất chuyển động. Tải trọng động đất có 
thể tác động đồng thời theo ph−ơng thẳng đứng và ph−ơng ngang .Trong tính 
toán kết cấu nhà cao tầng th−ờng chỉ xét tới tác động ngang của tải trọng động 
đất. 
Ngoài ra còn các tải trọng đặc biệt khác phát sinh do hoạt động của con 
ng−ời nh− hoả hoạn, cháy nổ, máy móc, xe cộ, thiết bị va đập vào công trình. 
D−ới đây sẽ xem sét cụ thể hai loại tải trọng cơ bản th−ờng tác động vào 
nhà và công trình là tải trọng thẳng đứng và tải trọng ngang do gió và động đất. 
7.2 .1 Tải trọng thẳng đứng 
Tải trọng thẳng đứng tác động lên hệ kết cấu chịu lực của nhà bao gồm 
hai loại : tĩnh tải do trọng l−ợng bản thân kết cấu chịu lực và kết cấu bao che; 
và hoạt tải là tải trọng sử dụng tác động th−ờng xuyên hoặc ngắn hạn trên sàn 
và mái nhà. 
Tĩnh tải đ−ợc xác định theo kích th−ớc hình học, tải trọng khối vật liệu 
dụng cho kết cấu chịu lực và không chịu lực trong nhà và công trình. 
Hoạt tải đ−ợc lấy theo quy định trong các tiêu chuẩn thiêt kế của từng 
n−ớc. Trong tiêu chuẩn thiết kế Tải trọng và tác động TCVN 2737-1995 quy 
định các giá trị tải trọng sử dụng tiêu chuẩn phân bố đều trên sàn và cầu thang 
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 27
các loại nhà và công trình (phụ lục 1). Ngoài những giá trị nêu trong tiêu chuẩn 
còn có thể sử dụng các giá trị tải trọng th−ờng gặp sau đây trong nhà cao tầng : 
- Các t−ờng ngăn cố định, vách ngăn tạm thời, đặt trên sàn có thể tính 
gần đúng nh− tải trọng phân bố đều và phải lấy theo tác dụng thực tế. Nếu là 
vách ngăn bằng vật liệu nhẹ cần lấy không ít hơn 75 daN/m2 . 
- Mái bằng sử dụng có trồng cây trên mái lấy không ít hơn 500 daN/m2 . 
Mái bằng nhà cao tầng còn có thể sử dụng làm bãi đỗ máy bay trực 
thăng. Tải trọng lớn nhất khi trực thăng cất hạ cánh có thể tính theo công thức: 
Q = kP/S (7.1) 
 Trong đó: 
k - hệ số động lực lấy bằng 3; 
 P - trọng l−ợng của trực thăng căn cứ vào loại máy bay sử dụng. Khi 
không có số liệu chính xác, trọng l−ợng của trực thăng loại nhỏ lấy bằng 20-
30kN, trực thăng loại trung bình từ 30 đến 50kN ; 
 S - diện tích chịu lực trong phạm vi khoảng cách giữa các bánh xe (m2) 
lấy theo số liệu thực tế hoặc lấy bằng 2x2m cho loại nhỏ và 2x3m cho loại 
trung bình. 
Theo TCVN2737-95 quy định việc giảm tải sử dụng cho hai tr−ờng hợp 
sau đây: 
 - Khi tính dầm , dầm khung ,bản sàn ,cột và móng chịu tải trọng từ một 
sàn, thì tải trọng sử dụng toàn phần ứng với các mục 1,2,3,4,5,bảng 3 tiêu 
chuẩn đều đ−ợc nhân với hệ số 
ψA1 = 0,4 +0,6 √ A/A1 ( 7. 2 ) 
 khiA > A1 = 9m
2 với A là diện tích truyền tải . 
Đối với các phòng nêu ở các mục 6,7,8,9,10,12,14(bảng 3 TCVN) và 
 ψ = 0,5 + 0,5 √ A/A ( 7. 3 ) 
 khi A>A1= 36 m
2
.. 
- Khi xác định lực dọc trong cột, t−ờng và móng chịu tải trọng từ 2 sàn 
trở lên , giá trị toàn phần tải trọng ở các mục 1,2,3,4,5 của tiêu chuẩn đ−ợc 
phép giảm bằng cách nhân với hệ số 
 ψn1 = 0,4 + (ψ A1 - 0,4 )/√ n ( 7.4 ) 
và hệ số 
ψ = 0,5 + (ψ A2 - 0,5 )/ √ n (7.5) 
với các phòng nêu ở mụ ...  
tính toán của áp lực gió đ−ợc xác định 
nh− sau: 
Tại đỉnh nhà : 
 qp = W0 ( 1+ ξ ).k.c.1,2 ( 7. 21) 
Tại đế nhà : 
 qp = 0,65 W0 .c. 1,2 , ( 7. 22) 
ở đây : 
 W0 - áp lực gió tiêu chuẩn lấy theo bảng phân vùng tải trọng gió, 
 1,2 - hệ số v−ợt tải, 
10m
20m
H
q
q
c
qa
qH1
Hq2
z
H
12
Hình 7.10
1. Biểu đồ áp lực gió tiêu chuẩn
2. Biểu đồ áp lực gió quy về dạng hình 
thang t−ơng đ−ơng
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 35
 k - hệ số tăng áp lực gió theo chiều cao. 
 c - hệ số khí động lấy theo tiêu chuẩn, 
 ξ - hệ số áp lực động tính tại đỉnh nhà theo dạng địa hình (bảng , phụ 
lục 2 ) . 
 Tại bất kỳ tại điểm nào trên chiều cao ngôi nhà cũng đ−ợc xác định 
theo công thức: 
 q(x) = q
p ( 1 + a - 1 .x ) / H ( 7. 23) 
 x - toạ độ tính từ đỉnh nhà, 
7. 2.3 Tải trọng động đất 
 A. Các khái niệm chung 
 Động đất hoặc địa chấn lầ những rung động tự nhiên của vỏ trái đất có 
ph−ơng h−ớng và c−ờng độ thay đổi theo thời gian. Trong thời gian động đất , 
chuyển động của nền đất làm phát sinh ra các lực quán tính ở các bộ phận 
công trình. Bởi vậy động đất không chỉ ảnh h−ởng trực tiếp tới nền móng công 
trình mà còn gây dao động , biến dạng lớn kết cấu thân nhà dẫn tới nứt nẻ ,h− 
hỏng, phá hoại cục bộ hoặc toàn bộ ngôi nhà. 
 Việc thiết kế kháng chấn (chống động đất) là nhằm bảo vệ, hạn chế đến 
mức thấp nhất tác hại do động đất gây ra cho nhà và công trình xây dựng 
trong vùng có động đất. Tr−ớc hết chúng ta hãy xem xét một số khái niệm cơ 
bản về động đất sau đây: 
 - Sóng địa chấn là sóng đàn hồi vật lý hình thành do việc giải phóng 
năng l−ợng từ điểm ( chấn tiêu ) phát ra năng l−ợng do động đất . 
 - C−ờng độ động đất. Để đánh giá c−ờng độ động đất ng−ời ta dựa vào 
hậu quả của nó đối với nhà và công trình hoặc năng l−ợng gây ra trận động đất 
ấy. Hiện nay trên thế giới sử dụng nhiều thang đo c−ờng động đất, trong số đó 
hai thang sau đây đ−ợc dùng phổ biến nhất. 
 Thang MSK-64 
 Để đáp ứng với yêu cầu kỹ thuật trong lĩnh vực xây dựng, xét tới mức độ 
ảnh h−ởng của động đất tới công trình, năm 1964 Medvedev cùng Sponheuer 
và Karnic đã đề ra thang đo c−ờng độ động đất MSK-64. Để xây dựng thang 
MSK - 64 các tác giả tr−ớc hết phân loại tác dụng phá hoại của động đất đến 
các công trĩnh xây dựng, sau đó đánh giá c−ờng độ động đất qua hàm chuyển 
dịch cực đại của con lắc tiêu chuẩn có chu kỳ dao động riêng T= 0,25sec. 
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 36
Thang MSK-64 có 12 cấp. Từ cấp 1 đến cấp 6 là động đất nhẹ không gây ảnh 
h−ởng lớn đến nhà và công trình. 
 Từ cấp 7 đến cấp 9 là động đất mạnh cần đ−ợc xét đến trong thiết kế 
nhà, công trình. Từ cấp 10 trở lên là động đất có mức độ huỷ diệt. 
 Thang Richter 
Thay cho việc đánh giá c−ờng độ thông qua việc đánh giá hậu quả của 
nó, năm 1935 Ch. Richter đã đề ra thang đo c−ờng độ động đất bằng cach đánh 
giá gần đúng năng l−ợng đ−ợc giải phóng ở chấn tiêu . Theo định nghĩa ,độ lớn 
M (Magnitud)của một trận động đất bằng logarit thập phân của biên độ cực đại 
A(μm) ghi đ−ợc tại một điểm cách chấn tâm D = 100km trên máy đo điạ chấn 
có chu kỳ dao động riêng T= 0,8 sec 
 M = logA 
 Quan hệ giữa năng l−ợng (Egi) đ−ợc giải phóng ở chấn tiêu với 
Magnitud đ−ợc tính theo công thức 
 LogE = 9,9 1,9M - 0,024M2 
 Về mặt lý thuyết thang M. Richter bắt đầu bằng con số 0 và không có 
giới hạn trên. Nh−ng cho đến nay ng−ời ta ch−a đo đ−ợc trận động đất nào có 
M đạt đến 9. 
 Bản đồ phân vùng động đất 
 Để dự báo các trận động đất có thể xảy ra trong t−ơng lai và làm cơ sở 
cho việc xây dựng tiêu chuẩn kháng chấn, ở mỗi quốc gia đèu phải nghiên cứu 
tình hình động đất trong khoảng thời gian dài tới nghìn năm và lập ra hai loại 
bản đồ phân vùng động đất : bản đồ phân vùng động đất lãnh thổ, và bản đồ vi 
phân vùng động đất. Trên các bản đồ thể hiện các đặc tr−ng động đất lứn nhất 
có thể sảy ra và tác động của nó đến các công trình xây dựng, ảnh h−ởng của 
nền đất, gia tốc cực đại và chu kỳ trội của nền đất, t−ơng tác động lực của nền - 
công trình. 
 Bản đồ phân vùng động đất trên toàn lãnh thổ n−ớc ta đã đ−ợc đ−a vào 
bộ Quy chuẩn xây dựng Việt nam từ năm 1997 ( phụ lục 3 ). 
 Theo các số liệu trên bản đồ thì động dất cấp 6,7,8 tập trung ở các tỉnh 
phía bắc, còn ở các vùng miền trung và vùng duyên hải phía nam thì động đất 
cấp 6và 7 theo thang MSK- 64. Theo tiêu chuẩn thiết kế nhà và công trình 
trong vùng động đất tới cấp 7 có thể không phải tính toán theo tải trọng động 
đất , nh−ng phải dùng các biện pháp cấu tạo . 
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 37
 B. Các ph−ơng pháp xác định tải trọng động đất 
 Việc xác định tải trọng động đất ( lực quán tính ) tác dụng lên công trình 
một cách chính xác là một việc làm rất khó khăn vì phụ thuộc nhiều vào tính 
chất chuyển động địa chấn, các tính chất động học công trình và của nền đất. 
Hiện nay trong các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn của các n−ớc đèu sử dụng 
một trong hai ph−ơng pháp xác định tải trọng động đất sau đây: 
 - Ph−ơng pháp động lực: xác định trực tiếp trạng thái ứng suất - biến 
dạng các kết cấu chịu tải từ các gia tốc do ghi đ−ợc chuyển động của nền đất 
khi động đất sảy ra. 
 Bản đồ phân vùng động đất phần lục địa lãnh thổViệt nam 
 với chu kỳ lặp ≤ 1000 năm 
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 38
- Ph−ơng pháp tĩnh lực : thay thế các lực động đất thực tác dụng lên công trình 
bằng các lực tĩnh ảo có hiệu ứng t−ơng đ−ơng nên còn gọi là ph−ơng pháp tải 
trọng ngang thay thế . 
 Từ năm 1997 trở về tr−ớc, khi bản đồ phân vùng động đất trên toàn lãnh 
thổ cả n−ớc ch−a đ−ợc công bố chính thức trong bộ Quy chuẩn xây dựng Việt 
nam, các ngôi nhà cao tầng, các công trình quan trọng.đều đ−ợc thiêt kế kháng 
chấn với động đất câp 7, 8, 9 theo tiêu chuẩn của Liên xô cũ (CHuΠ II- 7 - 81). 
Hiện nay, ngoài tiêu chuẩn trên đây còn có thể một số tiêu chuẩn kháng chấn 
n−ớc ngoài khác. D−ới đây sẽ trình bầy cách xác định tải trọng động đất theo 
tiêu chuẩn của CHLB Nga và của Hoa kỳ. 
 A. Xác định tải trọng động đất theo tiêu chuẩn của CHLB Nga 
(CHu∏II-7 81*) 
 Tiêu chuẩn thiết kế kháng của CHLB Nga CHuΠ II-7-81* là tiêu chuẩn 
của Liên xô cũ đã đ−ợc biên soạn bổ xung và có hiệu lực từ năm 1998. 
 Động đất có thể tác động lên nhà theo ph−ơng bất kỳ trong không gian . 
Nhà cao tầng th−ờng có hình dáng mặt bằng và mặt đứng đơn giản, nên tải 
trọng động đất đ−ợc xem nh− tác động theo hai ph−ơng theo các trục dọc và 
ngang của nhà. Tuy nhiên, khi mặt bằng nhà phức tạp cần chọn ph−ơng tính 
toán bất lợi nhất. 
 Tác động của tải trọng động đất theo ph−ơng thẳng đứng của nhà có thể 
không xét tới. Theo tiêu chuẩn, đối với các kết cấu công-xon nằm ngang hoặc 
xiên, kết cấu vòm, dàn khẩu độ từ 24m trở lên xây dựng trong vùng động đất 
còn phải tính toán theo ph−ơng thẳng đứng. 
 Theo tiêu chuẩn ,tải trọng động đất đ−ợc xác định theo ph−ơng pháp tĩnh 
lực hay tải trọng ngang thay thế. 
 Tải trọng động đất tính toán ngang theo ph−ơng đã chọn trên tầng thứ k 
ở dạng dao động thứ i, đ−ợc xác định theo công thức 
 Sik = K1. K2. So ik , ( 7. 24 ) 
 Trong đó 
 K1 - Hệ số xét tới sự h− hỏng cho phép trong ngôi nhà, công trình, đ−ợc 
lấy bằng : 
 1 - khi không cho phép có biến dang d− và các h− hỏng cục bộ (lún, 
nứt,...), đồng thời không v−ợt quá 1,5; 
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 39
 0,25- khi cho phép có biến dạng d−, có nứt và h− hỏng cục bộ, gây khó 
khăn cho sử dụng bình th−ờng công trình, nh−ng vẫn an toàn cho ng−ời, cho 
các thiết bị trong nhà và công trình; 
 0,12 - cho phép có biến dạng d− lớn, nứt, h− hỏng từng bộ phận, làm 
ng−ng trệ tạm thời sử dụng công trình ( nhà công, nông nghiệp một tầng 
 K2 - Hệ số kết cấu lấy bằng : 
 1+ 0,1 ( n - 5 ) cho nhà khung, blôc lớn có số tầng lớn hơn 5; 
 0,9 - cho nhà tấm lớn hay t−ờng bê tông đổ liền khối có số tầng ít hơn 5, 
và khi n > 5 thì lấy bằng 0,9 + 0,75 ( n- 5). 
 Soik- giá trị tải trọng động đất ứng với dạng dao động riêng thứ i của 
công trình đ−ợc xác định theo công thức 
 Soik = Qk. A. βi.Kw.nik ( 7. 25 ) 
ở đây: 
 Qk- trọng l−ợng tầng nhà thứ k tính ngang mức sàn có xét tới 
 các hệ số giảm tải. 
 A - hệ số lấy bằng 0,1; 0,2; 0,4 ứng với động đất câp 7, 8, 9 thang MSK-
64. βi - 
 hệ số động lực, phụ thuộc vào chu kỳ giao đông riêng và vào loại đất 
nền và có thể tính theo các công thức d−ới đây hoặc theo đồ thị ( hình II ). 
 Cho đất nền loại I (nền đá gốc ch−a bị phong hoá, đá hòn lớn, chứa 
không quá 30% đất sét và cát lấy theo đồ thị 1 (hình 7.4); 
 khi Ti≤ 0,08s βi =1+ 15Ti 
 khi 0,08s <Ti≤ 0,318s βi = 2,2 ( 7. 26 ) 
 khi Ti> 0,38s βi = 0,7/Ti 
 Cho đất loại II, III -đá gốc phong hoá mạnh, đá hòn lớn, cát sạn, sỏi chặt đến 
chặt vừa, cát hạt nhỏ có chiều dày bằng hoặc nhỏ hơn 30m - lấy theo đồ thị 2 
(hình 7. 4 ) 
 Khi Ti ≤ 0,1s βi = 1+15Ti 
 Khi 0,1s < Ti≤ 0,4s βi = 2,5s ( 7. 27 ) 
 Khi Ti > 0,4s βi=1/Ti 
Cho đất loại II, III nh− trên nh−ng có chiều dầy lớn hơn 30m lấy theo đồ thị 
số3( hình 7.4 ) 
 khiTi≤ 0,2s βi = 1+ 7,5Ti 
 khi 0,2 < Ti ≤ 0,76s βi = 2,5 ( 7. 28 ) 
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 40
 khi Ti> 0,76s βi = 1,9/ Ti 
Trong mọi tr−ờng hợp βi không đ−ợc nhỏ hơn 0,8. 
 Biểu đồ xác định hệ số động lực 
 Kw - Hệ số xét đến mối t−ơng quan giữa các kích th−ớc, của kết cấu , của 
nhà hoặc công trình đ−ợc lấy bằng 
 1,5 - cho công trình chiều cao lớn và kích th−ớc mặt bằng nhỏ nh− tháp, 
trụ, ống khói, lõi thang máy đứng độc lập ,và nhà khung mà t−ờng chèn không 
chịu lực , khi có tỷ lệ chiều cao khung trên chiều cao tiết diện cột khung theo 
ph−ơng tác động của tải trongj động đất H/h ≥ 25; 
 1 - cũng nh− trên khi tỷ số H/h < 15 . 
 nik - hệ số phụ thuộc vào biến dạng của công trình ở dạng giao động 
riêng thứ i, và vào điểm đặt tải trọng ,đ−ợc xác định nh− sau: 
 Đối với nhà đ−ợc tính theo sơ đồ thanh conxon 
 n 
 Xi(xk) . ∑ Qj . Xi (xj) 
 nik = ------n--
j=1---------------- ( 7. 29 ) 
 ∑Qj. Xi2.(xj) 
 j=1 
 ở đây : Xi(xk), Xi(xj) - chuyển vị công trình ỏ dạng dao động thứ i tại 
điểm k đang xét và trên tất cả các điểm j khi trọng l−ợng cảu tầng nhà đ−ợc 
xem nh− tải trọng tập trung ; Qj - trọng l−ợng tầng nhà tính ở điểm j ,có xét 
tới hệ số giảm tải nc.. 
 xk, xj - khoảng cách từ các điểm k và j đến mặt móng. 
0 0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9 1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1
2
3
1.0
T(s)
βi
1
2 3
Hình 7.11. Biểu đồ xác định hệ số động lực
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 41
 Đối với nhà cao đến 5 tầng, khi tải trọng và độ cứng ít thay đổi theo 
chiêù cao tầng, khi chu kỳ dao động riêng Tj < 4sec thì hệ số nk đ−ợc tính nh− 
sau: 
 xk ∑ Qj xj 
 j=1 
 nk = ---------------- ( 7. 30) 
 ∑ Qj xj 2 
 Khi xác định nội lực trong kết cấu chịu lực của 
ngôi nhà cần xét tới 3 dạng dao động riêng ban đầu , 
nếu nh− ỏ dạng dao động thứ nhất chu kỳ dao đông T1 
> 0,4 s. Lúc này tải trọng động đất toàn phần S i k cho ba 
dạng dao động đ−ợc xác định theo công thức. 
 S ik = S k1
2 + S k2
2 + S k3 
2 ( 7. 31) 
 ở đây : 
 Sk 1 , S k2 , S k3 - t−ơng ứng với các giá trị 
tải trọng động đất ở dạng dao động thứ 1, 2, 3. 
 Còn khi T1 ≤ 0,4s thì chỉ xét tới dạng dao động thứ nhất . 
 Các nội lực tính toán Np nh− mô-men uốn, lực dọc, lực cắt, mômen lật, 
ứng suất pháp, ứng suất tiếp sinh ra trong kết cấu do tải trọng động đất với giả 
thiết tác động tĩnh vào công trình có thể xác định theo công thức 
 n 
 Np = √ ∑ Ni2 ( 7. 32 ) 
 j = 1 
 ở đây : 
 Ni - giá trị nội lực hay ứng suất trong tiết diện đang sét do tải trọng 
động đất ở dạng dao động thứ i; 
 n - số dạng giao động đ−ợc xét. 
 Khi xét tới tổ hợp tải trọng đặc biệt có tác động của tải trọng động đất 
cần lấy hệ số tổ hợp nc nh− sau: 
 0,9 - cho tải trọng th−ờng xuyên , 
 0,8 - cho tải trọng tạm thời dài hạn, 
 0,5 - cho tải trọng tạm thời ngắn hạn tác động trên sàn 
 và mái. 
Q n
n-1Q
Q k
Q j
Q i
(zk)
Hình 7.12
X
 Zk
Zj
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 42
 Khi tính toán kết cấu theo c−ờng đọ và ởn định, ngoài các hệ số điều 
kiện làm việc lấy nh− trong tiêu chuẩn , còn cần bổ xung hệ số điều kiện làm 
việc mkp bằng 
 1,2 - cho bê tông nặng, cốt thép nhóm AI, AII, AIII ; 
 1,1- nh− trên , nh−ng với cốt thép nhóm khác. 
 Khi kiểm tra theo tiết diện nghiêng trong kết cấu bê tông cốt thép dùng 
cốt thép thanh và sợi : 
Cột nhà nhiều tầng mkp= 0,9, 
Các cấu kịên khác mkp= 1 
Đối với kết cấu thép nhà nhiều tầng : 
Khi tính toán theo c−ờng độ lấy mkp = 1,4; 
 Khi kiểm tra ổn định 
Cho cấu kiện có độ mảnh trên 100 mkp= 1, 
Cho cấu kiện có độ mảnh từ 20 đến 100 mkp=1-1,2 
Cho cấu kiện có độ mảnh đến 20 mkp= 1,2 
 B. Xác định tải trọng động đất theo tiêu chuẩn kháng chấn UBC 
(Uniform Building Code 1979 ) của Hoa Kỳ. 
 Theo tiêu chuẩn kháng chấn của Mỹ cũng nh− của một số n−ớc khác tải 
trọng động đất đ−ợc xác định từ việc xác định lực cắt ngang ở chân công trình 
tr−ớc rồi sau đó mới phân phối lên các tầng. Tổng lực cắt tại chân công trình 
do chuyển động địa chấn gây ra ở dạng giao động thứ i đ−ợc xác định theo 
biểu thức 
 Fi = Ci Q ( 7. 33 ) 
Trong đó: Q - trọng l−ợng toàn bộ công trình ; 
 Ci - hệ số địa chấn ở dạng thứ i 
 Ci = ZIKCS ( 7. 34 ) 
ở đây: Z - hệ số c−ờng độ địa chấn, Z =( 3/16) - 1, 
 I - hệ số tầm quan trọng công trình lấy bằng 1 - 1,5 ; 
 K- hệ số giảm chấn, lấy bằng 0,67 cho kết cấu mềm; 0,8 cho hệ 
khung giằng ; 1,3 cho hệ kết cấu hỗn hợp và bằng 1 cho các loại kết cấu khác; 
 C - hệ số động lực: 
 1 
 C = ---------- ≤ 0,12 
 15 √ Ti 
 S - hệ số cộng h−ởng nền đất - kết cấu 
 đỗ xuân bình 
doxuanbinh@gmail.com 43
 Ti Ti Ti 
 S = 1 + ----- - 0,5--- > 1 khi ----- ≤ 1,0 và 
 T 0 T0 T0 
 Ti Ti Ti 
 S = 1, - 0,6 ---- - 0,3 --- > 1 khi ----- > 1 
 T0 T0 T0 
 ở đây : T0 là chu kỳ dao động đặc tr−ng của nền đất . 
 Sau khi xác định đ−ợc lực cắt toàn phần tại chân công trình do động 
đất theo công thức ( 7. 32 ) đ−ợc xem nh− tổng tải trọng để phân phối cho 
các tầng trung gian nh− sau: 
 ( Q - Fi) Qi hi 
 Fi = ------------------ (7. 35) 
 ∑ Qi hi 
 trong đó : Qi - tải trọng thẳng đứng tác dụng lên tầng thứ i ; 
 hi - chiều cao tầng thứ i so kể từ mặt nền nhà. 
 Theo một số tiêu chuẩn thiết kế nhà và công trình trong vùng động đất 
của n−ớc ngoài thì có thể không tính toán với tải trọng động đất tới cấp 7 theo 
thang MSK - 64 ,nh−ng phải tuân thủ các yêu cầu cấu tạo kháng chấn đối với 
kết cấu chịu lực và kết câu tự mang ( bao che , vách ngăn  ) . 
 Những công tình xây dựng trong vùng áp lực gió từ II đến V của Việt 
nam, khi tính toán có sét tới thành phần động của gío, các giá trị nội lực trong 
kết cấu th−ờng lớn hơn các giá trị tính theo động đất cấp 7 ,nên tuỳ cấp độ, tầm 
quan trọng công trình mà có thể chỉ cần dùng các biện pháp cấu tạo kháng 
chấn cho kết cấu theo các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành . 
 CHƯƠNG 8 
 8. 1 Tính toán các hệ chịu lực theo sơ đồ phẳng 
 8. 1.1 Hệ khung - vách . 
 Trong nhà cao tầng hệ chịu lực khung - vách th−ờng đ−ợc bố trí song 
song với nhau theo một hay hai ph−ơng trên mặt bằng nên có thể dùng sơ đồ 
khung - giằng phẳng để tính toán cho toàn hệ. 
 Tuỳ theo cấu tạo của các vách cứng có thể có các sơ đồ tính toán khác 
nhau nh− trên hình (8.1): 
 - Khung - vách đặc ( hình 8.1a ).