Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu ảnh hưởng của khối xây chèn có lỗ cửa đến sự làm việc của khung bê tông cốt thép nhà cao tầng

Bộ Giáo dục và Đào tạo Bộ Xây dựng
Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội



Tăng Bá Bay
Khóa: 2008 - 2010 lớp: ch08x




Nghiên cứu ảnh hởng của khối xây chèn
có lỗ cửa đến sự làm việc của khung
bê tông cốt thép nhà cao tầng

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chuyên ngành: Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số : 60.58.20



Ngời hớng dẫn khoa học:
1: PGS. TS. Vơng Ngọc Lu
2: TS. Vũ Hoàng Hiệp



Hà Nội - 2011

3

Lời cảm ơn
Trong khi thực hiện luận văn này tôi đã nhận đợc sự quan tâm, giúp đỡ rất
nhiệt tình của các thầy, các cô giáo trong khoa Sau đại học - Trờng Đại học kiến
trúc Hà Nội. Qua đây, với lòng biết ơn và kính trọng nhất tôi xin đợc cảm ơn tất cả
mọi ngời đặc biệt là 2 thầy giáo hớng dẫn chính là: Pgs. TS Vơng Ngọc Lu và
TS. Vũ Hoàng Hiệp đã tận tình giúp đỡ, cung cấp tài liệu tham khảo, hớng dẫn tôi
hoàn thành đề tài này.

























4

Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan rằng: Luận văn:
Nghiên cứu ảnh hởng của khối xây
chèn có lỗ cửa đến sự làm việc của khung bê tông cốt thép nhà cao
tầng
là công trình nghiên cứu của riêng mình tôi.
Các số liệu trong luận văn đợc sử dung trung thực, khách quan, có tính kế
thừa. Kết quả nghiên cứu trong Luận văn này là các kết quả cha từng đợc công bố
tại bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác từ trớc tới nay.

Hà Nội, ngày 20 tháng 3 năm 2011
Tác giả luận văn


Tăng Bá Bay















5

mục lục
Trang
Lời cảm ơn 3

Lời cam đoan 4

mở đầu 9

Chơng 1: 11

Tổng quan về nhà cao tầng và ảnh hởng của khối xây chèn
trong khung Bê tông cốt thép nhà cao tầng 11

1.1 Tình hình phát triển nhà cao tầng hiện nay tại Việt nam: 11

1.2 Các dạng kết cấu chịu lực chính trong nhà cao tầng: 13

1.3 Sơ lợc về các loại vật liệu sử dụng làm khối xây chèn trong khung bê tông
cốt thép nhà cao tầng: 15

1.4 Tình hình nghiên cứu sự làm việc kết cấu khung bê tông cốt thép có tờng
chèn: 21

Chơng 2: 35

Sự làm việc của khối xây chèn có lỗ cửa trong khung Bê
tông cốt thép nhà cao tầng - các mô hình tính toán 35

2.1 Sự làm việc của khối xây chèn có lỗ cửa trong khung bê tông cốt thép khi có
tải trọng động tác động: 35

2.2.1 Mô hình hóa khối xây chèn bằng 1 thanh chịu nén: 36

2.2.2 Mô hình hóa khối xây chèn bằng nhiều thanh chịu nén: 36

2.2.3 Mô hình hóa khối xây chèn thành phần tử tấm: 37

2.2.4 Mô hình hóa khối xây chèn thành phần tử tấm có giải phóng liên kết với đáy
dầm của khung bê tông cốt thép: 38

2.3 So sánh các mô hình tính toán để lựa chọn mô hình phù hợp nhất để tính
toán cho khung bê tông cốt thép nhà cao tầng: 39

2.3.1 Trờng hợp 1: Lỗ cửa ở vị trí số 1 (giữa nhịp dầm, phía dới) 43

2.3.2 Trờng hợp 2: Lỗ cửa ở vị trí số 2 (lỗ cửa ở vị trí chính giữa khối xây) 53

2.3.3 Trờng hợp 3: Lỗ cửa ở vị trí số 3 (lỗ cửa ở giữa nhịp dầm, phía trên) 56

2.3.4 Trờng hợp 4: Lỗ cửa ở vị trí số 4 (lỗ cửa có vị trí sát góc khung) 60

Chơng 3: 70

Khảo sát sự làm việc của khối xây có lỗ cửa đến sự làm
việccủa khung bê tông cốt thép nhà cao tầng theo mô hình
phần tử tấm có giải phóng liên kết với đáy dầm 70

3.1 Các số liệu khảo sát: 70

3.2 Khảo sát cho các trờng hợp lỗ cửa ở các vị trí khác nhau trong khối xây
chèn xem có ảnh hởng nh thế nào đến độ cứng tổng thể của công trình: 71

3.2.1 Trờng hợp 1: Vị trí của lỗ cửa ở giữa các nhịp tại mặt trên của các dầm
sàn 73

3.2.2 Trờng hợp 2: Lỗ cửa ở vị trí giữa trung tâm của khối xây. 74

3.2.3 Trờng hợp 3: Lỗ cửa có vị trí ở giữa các nhịp và phía dới đáy các dầm 76

3.2.4 Trờng hợp 4: Lỗ cửa ở vị trí sát góc của khung. 78


6

3.3 Khảo sát các trờng hợp bố trí các khối xây ở các vị trí khác nhau trong
không gian tổng thể của khung bê tông cốt thép nhà cao tầng: 81

3.3.1 Trờng hợp 1 (TH1): Khối xây có lỗ 2,0x2,0 m ở 2 trục đầu hồi dọc theo
phơng Y từ tầng 1 đến tầng 10: 82

3.3.2 Trờng hợp 2 (TH2): Khối xây có lỗ 2,0x2,0 m tại 2 trục 3 và trục 4 ở giữa
nhà dọc theo phơng Y từ tầng 1 đến tầng 10: 83

3.3.3 Trờng hợp 3 (TH3): Khối xây tại 2 trục đầu hồi theo phơng Y tại 3 tầng
trên cùng của nhà (từ tầng 8 đến tầng 10): 84

3.3.4 Trờng hợp 4 (TH4): Khối xây tại 2 trục đầu hồi theo phơng Y tại 3 tầng
giữa nhà (từ tầng 5 đến tầng 7) 85

3.3.5 Trờng hợp 5 (TH5): Khối xây tại 2 trục đầu hồi theo phơng Y tại 3 tầng
giữa nhà (từ tầng 1 đến tầng 3) 86

3.4 Khảo sát các trờng hợp bố trí lỗ cửa có kích thớc khác nhau trong 1 khối
xây để xét tới sự cần thiết phải kể tới ảnh hởng của khối xây chèn có lỗ cửa: 87

Kết luận và kiến nghị 90

Tài liệu Tham Khảo 92


Danh mục các bảng biểu
Bảng 1. 1: Bảng quy cách của gạch bê tông khí chng áp: 20

Bảng 2. 1: So sánh các chu kỳ dao động với lỗ cửa ở vị trí số 1: 67

Bảng 2. 2: So sánh các chu kỳ dao động với lỗ cửa ở vị trí số 2: 67

Bảng 2. 3: So sánh các chu kỳ dao động với lỗ cửa ở vị trí số 3: 68

Bảng 2. 4: So sánh các chu kỳ dao động với lỗ cửa ở vị trí số 4: 68

Bảng 3. 1: So sánh giữa trờng hợp 1 và trờng hợp 2: 87

Bảng 3. 2: So sánh giữa trờng hợp 3; 4 và 5: 87


Danh Mục Các hình vẽ
Hình 1. 1: Hình ảnh dạng gạch đất nung dạng Tuynel 4 lỗ 16

Hình 1. 2: Hình ảnh một cơ sở có dây chuyền sản xuất gạch không nung 18

Hình 1. 3: Hình ảnh một đoạn tờng sử dụng gạch không nung 18

Hình 1. 4: Hình ảnh gạch không nung sản xuất từ đất tự nhiên 19

Hình 1. 5: Dải đờng chéo bị nén tơng đơng của khối xây chèn 29

Hình 2. 1: Mô tả khối xây chèn bằng phần tử 1 thanh chịu nén. 36

Hình 2. 2: Mô tả khối xây chèn bằng nhiều thanh chịu nén 37

Hình 2. 3: Mô hình miêu tả khối xây chèn bằng các phần tử tấm 38

Hình 2. 4: Mô hình mô tả khối xây chèn bằng các phần tử tấm, các phần tử tấm ở
trên cùng không liên kết cứng với đáy dầm của khung bê tông cốt thép 39

Hình 2. 5: Các vị trí chủ yếu của lỗ cửa trong khối xây. 41

Hình 2. 6: Sơ đồ mặt bằng công trình khảo sát 43


7

Hình 2. 7: Trờng hợp MH1-1: Mô hình không gian 44

không kể ảnh hởng của khối xây chèn có lỗ cửa 44

Hình 2. 8: Trờng hợp MH1-2: Mặt bằng bố trí khối xây và lỗ cửa ở vị trí số 1 45

Hình 2. 9: Sơ đồ vị trí của lỗ cửa để tính trị số

47

Hình 2. 10: Trờng hợp MH1-2: Mô hình không gian mô tả dải khối xây 48

là 1 thanh chịu nén 48

Hình 2. 11: Trờng hợp MH1-3: Vị trí liên kết các thanh chịu nén với cột 49

và dầm 49

Hình 2. 12: Trờng hợp MH1-3: Mô hình không gian mô tả dải khối xây 50

là 3 thanh chịu nén 50

Hình 2. 13: Trờng hợp MH1-4: Mô hình không gian mô tả cả khối xây chèn là
những phần tử tấm 51

Hình 2. 14: Trờng hợp MH1-5: Mô hình không gian mô tả cả khối xây chèn là
những phần tử tấm có giải phóng liên kết ở đáy dầm 52

Hình 2. 15: Sơ đồ vị trí của lỗ cửa ở vị trí 2 trong khối xây 53

Hình 2. 16: Trờng hợp MH2-4: Mô hình không gian mô tả cả khối xây chèn là
những phần tử tấm 55

Hình 2. 17: Trờng hợp MH2-5: Mô hình không gian mô tả cả khối xây chèn là
những phần tử tấm có giải phóng liên kết tại đáy dầm 56

Hình 2. 18: Sơ đồ vị trí của lỗ cửa ở vị trí 3 trong khối xây 57

Hình 2. 19: Trờng hợp MH3-4: Mô hình không gian mô tả cả khối xây chèn là
những phần tử tấm 59

Hình 2. 20: Trờng hợp MH3-5: Mô hình không gian mô tả cả khối xây chèn là
những phần tử tấm có giải phóng liên kết tại đáy dầm 60

Hình 2. 21: Trờng hợp 4: Sơ đồ vị trí của lỗ cửa sát góc

khung 61

Hình 2. 22: Trờng hợp MH4-2: Mô hình không gian mô tả dải khối xây 62

là 1 thanh chịu nén 62

Hình 2. 23: Trờng hợp MH4-3: Vị trí liên kết các thanh chịu nén với cột và dầm
của 3 tahnh chịu nén 63

Hình 2. 24: Trờng hợp MH4-3: Mô hình không gian mô tả dải khối xây 64

là 3 thanh chịu nén liên kết với dầm và cột 64

Hình 2. 25: Trờng hợp MH4-4: Mô hình không gian mô tả khối xây bằng các phần
tử tấm liên kết 4 mặt với cột và dầm 65

Hình 2. 26: Trờng hợp MH4-5: Mô hình không gian mô tả khối xây bằng các phần
tử tấm có giải phóng liên kết ở các tấm ngay đáy dầm 66

Hình 3. 1: Sơ đồ mặt bằng công trình từ tầng 1 đến tầng 10 71

Hình 3. 2: Sơ đồ vị trí các lỗ cửa cho các trờng hợp khảo sát 72

Hình 3. 3: Sơ đồ lỗ cửa của 1 Panô khối xây theo TH1 73

Hình 3. 4: Sơ đồ không gian mô tả các khối xây có lỗ cửa theo trờng hợp 1 (TH1)
đợc bố trí dọc theo 6 trục theo phơng Y ở cả 10 tầng. 74

Hình 3. 5: Sơ đồ lỗ cửa của 1 Panô khối xây theo TH2 75

Hình 3. 6: Sơ đồ không gian mô tả các khối xây có lỗ cửa theo trờng hợp 2 (TH2)
đợc bố trí dọc theo 6 trục theo phơng Y ở cả 10 tầng. 76

Hình 3. 7: Sơ đồ lỗ cửa của 1 Panô khối xây theo TH3 77


8

Hình 3. 8: Sơ đồ không gian mô tả các khối xây có lỗ cửa theo trờng hợp 3 (TH3)
đợc bố trí dọc theo 6 trục theo phơng Y ở cả 10 tầng. 78

Hình 3. 9: Sơ đồ lỗ cửa của 1 Panô khối xây theo TH4 79

Hình 3. 10: Sơ đồ không gian mô tả các khối xây có lỗ cửa theo trờng hợp 4
(TH4)đợc bố trí dọc theo 6 trục theo phơng Y ở cả 10 tầng. 80

Hình 3. 11: So đồ bố trí lỗ cửa khối xây hai trục đầu hồi 82

và sơ đồ không gian của công trình (TH1) 82

Hình 3. 12: Sơ đồ bố trí lỗ cửa khối xây ở hai trục giữa nhà - Trục 3, trục 4 83

và sơ đồ không gian của công trình (TH2) 83

Hình 3. 13: So đồ bố trí lỗ cửa khối xây ở hai trục đầu hồi khối xây ở 3 tầng 84

từ tầng 8 đến tầng 10 và sơ đồ không gian của công trình (TH3) 84

Hình 3. 14 :Sơ đồ bố trí lỗ cửa khối xây ở hai trục đầu hồi khối xây ở 3 tầng 85

từ tầng 5 đến tầng 7 và sơ đồ không gian của công trình (TH4) 85

Hình 3. 15: So đồ bố trí lỗ cửa khối xây ở hai trục đầu hồi khối xây ở 3 tầng 86





















9

mở đầu
1. Lý do chọn đề tài:
Hiện nay, trên thế giới và trong nớc cũng đã xuất hiện rất nhiều loại công
trình với nhiều hình khối về kiến trúc khác nhau, có các công năng khác nhau nhng
nhìn chung xét về mặt kết cấu chịu lực chính thì chỉ có một số các loại hình kết cấu
chủ yếu nh: tờng chịu lực; khung chịu lực; lõi; ống; và có sự kết hợp giao thoa của
các loại phơng án kết cấu trên. Đối với nớc ta việc xây dựng các loại nhà cao tầng
có số tầng từ 9 đến 30 tầng rất phổ biến và chiếm đại đa số các công trình xây dựng
dân dụng hiện nay. Về mặt kết cấu đại đa số sử dụng hệ kết cấu khung bê tông cốt
thép chịu lực chính. Để ngăn chia các không gian chức năng và bao che cho công
trình xây dựng loại này hầu nh đều sử dụng phơng án xây chèn gạch trong khung
bê tông cốt thép. Nh vây:
- Nếu chỉ sử dụng mô hình tính toán khung chịu lực chính và thay các tờng
gạch xây chèn là các tải trọng tĩnh rời rạc thì tải trọng công trình sẽ rất lớn, khối
lợng kết cấu chịu lực công trình tăng cao. Mặt khác, hệ tờng xây chèn ngoài khả
năng chịu tải bản thân của nó thì thực tế nó cũng tham gia chịu tải chung cho công
trình (theo các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thí nghiệm công trình trong các báo
cáo nghiên cứu của các nhà khoa học trớc đây).
- Nếu xét về mặt kinh tế thì việc không đa tờng kết hợp chịu lực sẽ lãng phí,
bởi vì trách nhiệm chịu tải toàn bộ công trình lại dồn sang hệ khung bê tông cốt
thép, do đó các kết cấu chịu lực chính cho công trình phải có khối lợng lớn hơn
thực tế gây tốn kém đầu t. Hiện nay, với việc ứng dụng các kết quả nghiên cứu lý
thuyết và thực nghiệm đã đợc chứng minh, vận dụng các phần mềm tính toán kết
cấu vào trong thiết kế công trình, khoa học công nghệ về vật liệu xây dựng, công
nghệ, kỹ thuật thi công xây dựng công trình cũng rất phát triển nên càng đỏi hỏi tính
cấp bách phải nghiên cứu ảnh hởng của khối xây chèn đến sự làm việc của khung
bê tông cốt thép nhà cao tầng.
Các nghiên cứu trớc đây chủ yếu chỉ tập trung vào khối xây đặc, tuy nhiên
các khối xây trong công trình đại đa số là các khối xây có lỗ cửa nên việc nghiên
cứu ảnh hởng của khối xây có lỗ cửa là rất cần thiết.
2. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu:
Công trình có sử dụng khung bê tông cốt thép chèn gạch có lỗ cửa làm kết cấu
chịu lực.


10

Chỉ nghiên cứu các đặc trng về dao động nh: chu kỳ, tần số dao động., có xét
đến cả ảnh hởng của khối lợng của khối xây chèn.
Các lỗ cửa trong nghiên cứu này chỉ là các lỗ cửa có hình dạng phổ biến nhất
trong các công trình là lỗ cửa hình chữ nhật.
3. Mục tiêu nghiên cứu:
- Đa ra kết quả so sánh các mô hình tính toán có sự ảnh hởng của khối xây
chèn có lỗ cửa đến sự làm việc của khung bê tông cốt thép nhà cao tầng.
- Đề xuất mô hình tính toán hợp lý nhất, mang tính tự động hóa thiết kế cao,
giảm các bớc tính trung gian mà vẫn phù hợp với mô hình lý thuyết truyền thống.
- Đa ra đợc nhận xét về tấm ảnh hởng của lỗ cửa theo các đặc trng của
chúng nh: kích thớc, vị trí
4. Phơng pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu lý thuyết, kế thừa các kết quả nghiên cứu trớc đây.
- Khảo sát trên máy tính.
- Phân tích, tổng hợp đa ra các kết quả khảo sát.















11

Chơng 1:
Tổng quan về nhà cao tầng và ảnh hởng của khối xây chèn
trong khung Bê tông cốt thép nhà cao tầng

1.1 Tình hình phát triển nhà cao tầng hiện nay tại Việt nam:
Cho đến giờ khái niệm Nhà cao tầng ở Việt Nam không còn mới mẻ nữa,
hiện nay chúng ta đã có khai niệm về nhà cao tầng, đã có một hệ thống các tiêu
chuẩn liên quan đến công tác thiết kế, thi công nhà cao tầng tơng đối đồng bộ.
Trên thực tế trong khoảng 10 năm trở lại đây, chúng ta có rất nhiều những công
trình đã và đang đợc xây dựng tại các thành phố lớn nh: Hà Nội, thành phố Hồ
Chí Minh, và các thành phố khác trong cả nớc với một tốc độ phát triển khá cao.
Sau 20 năm hội nhập cùng với nền kinh tế thế giới, bộ mặt đô thị nớc ta thay đổi rõ
rệt, đặc biệt là trong lĩnh vực xây dựng cơ bản, trong đó nhà cao tầng chiếm một mật
độ khá cao, nhà cao tầng hiện diện ở các công trình khác nhau từ: Khách sạn, ngân
hàng thơng mại, trụ sở làm việc của cơ quan nhà nớc, của doanh nghiệp t nhân
đến các nhà ở chung c Về mặt thiết kế kết cấu, đối với các kỹ s kết cấu ở Việt
Nam khi đứng trớc một bài toán công trình nhà cao tầng chúng ta không còn e dè,
xa lạ ngại tiếp cận nữa, mặt khác chúng ta hoàn toàn có thể tự thiết kế, thi công nhà
cao tầng hoặc trao đổi kinh nghiệm với các chuyên gia nớc ngoài.
Sự phát triển về kinh tế trên thế giới kéo theo xu hớng toàn cầu hóa, Việt
Nam cũng không nằm ngoài xu thế đó, vì vậy nhà cao tầng hình thành và phát triển
ở Việt Nam là một quá trình tất yếu ở nớc ta trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện
đại hóa. Hiện nay, sự bùng nổ dân số ở các thành phố lớn nh Hà Nội, thành phố Hồ
Chí Minh mấy năm gần đây diễn ra với tốc độ khủng khiếp, đi kèm với nó là sự
thiếu thốn trầm trọng về nhà ở, diện tích công viên, cây xanh, các công trình phúc
lợi xã hội bị thu hẹp nhanh chóng. Để hạn chế các vấn đề trên, các nhà hoạch định
chiến lợc tại Việt Nam phải có một quy hoạch tổng thể gắn liền với việc u tiên
phát triển nhà cao tầng tại một số nơi trong đô thị. Do đó nhà cao tầng phát triển rất
nhanh, chỉ vài năm trở lại đây các loại hình nhà ở, trụ sở nhà làm việc, trung tâm
thơng mại, khách sạn, nhà nghỉ chủ yếu đợc thiết kế, xây dựng theo hớng u tiên

12

nhà cao tầng. Về mặt cảnh quan nhà cao tầng còn có ý nghĩa tạo các điểm nhấn cho
các khu vực chức năng khác nhau trong đô thị.
Sau đây xin liệt kê một số công trình nhà cao tầng điển hình đã tồn tại hoặc
đang đợc triển khai xây dựng tại Việt Nam:
* Tại Hà Nội:
- Tòa nhà Kengnam Hà Nội Lanmark Tower: đợc coi là cao nhất Việt Nam
hiện nay và đứng thứ 17 trên thế giới với quy mô của nó gồm 3 tòa tháp: Tháp A cao
70 tầng; tháp B và C cao 47 tầng.
- Khách sạn Thăng Long, Giảng Võ - Hà Nội 20 tầng.
- Khách sạn K5, Nghi Tàm 22 tầng.
- Hà Nội Tower 24 tầng.
- Sofitel Plaza Hà Nội, số 1 đờng Thanh Niên, quận Tây Hồ.
- Hotel Nikko Hà Nội 17 tầng.
- Tòa nhà tháp đôi Vicom đờng Bà Triệu, 27 tầng và 01 tầng ngầm.
- Khách sạn trung tâm thơng Hà Nội Melia, 44 Lý Thờng Kiệt cao 22 tầng.
- Chung c Láng Hạ cao 27 tầng, chung c Huỳnh Thúc Kháng cao 19 tầng.
- Tổ hợp các nhà chung c và nhà làm việc từ 20 đến trên 30 tầng tại các khu
đô thị mới nh: Mỹ Đình, Trung Hòa - Nhân Chính, Dịch Vọng, Hà Đông, Linh
Đàm
* Tại thành phố Hồ Chí Minh:
- Sài Gòn Tower 18 tầng, 29 đờng Lê Duẩn.
- Trung tâm thơng mại Sài Gòn, số 37 đờng Tôn Đức Thắng, gồm 33 tầng
+ 01 tầng hầm.
- New Wolrd cao 14 tầng bao gồm 2 khối nhà.
- Công trình nhà ở cao cấp số 8 đờng Nguyễn Bỉnh Khiêm, 14 tầng + 01
tầng hầm.
- Khách sạn BUROTEL, số 4 đờng Tôn Đức Thắng, 14 tầng.
- Cao ốc thơng mại - Văn phòng Mê Linh 22 tầng.
- Trung tâm thơng mại số 14 đờng Lê Duẩn, cao 23 tầng (công trình sử
dụng kết cấu thép).

13

- Khách sạn Plaza Hotel.
Ngoài ra còn rất nhiều công trình cao tầng khác đã và đang đợc xây dựng
trên khắp các thành phố và mọi miền của đất nớc.
Qua đó, chúng ta có thể nhận thấy rằng sự hình thành, tồn tại và phát triển
của nhà cao tầng tại Việt Nam là một quá trình tất yếu. Việc nghiên cứu lý thuyết,
thực nghiệm trong mọi vấn đề của nhà cao tầng và đặc biệt là vấn đề kết cấu nhà cao
tầng là cấp bách và cần thiết.
1.2 Các dạng kết cấu chịu lực chính trong nhà cao tầng:
Nhà cao tầng không những giải quyết đợc vấn đề tiết kiệm diện tích mặt
bằng đất đai cho các đô thị lớn mà còn là tiêu chí để đánh giá mức độ hiện đại của
các đô thị trên thế giới. Vì vậy, tùy theo trình độ phát triển tại các quốc gia mà mỗi
quốc gia có những khái niệm khác nhau về nhà cao tầng. Ví dụ đối với quan niệm
nhà cao tầng: ở Trung Quốc nhà ở từ 10 tầng trở lên, các công trình khác cao trên
24 m; ở Singapo nhà ở trên 10 tầng, các công khác từ 7 tầng trở lên; ở Mỹ nhà ở từ
22 tầng trở lên, các công trình khác từ 7 tầng trở lên; ở Nhật công trình từ 11 tầng
hoặc cao trên 31 mvì vậy tùy theo điều kiện kinh tế xã hội, đặc điểm tự nhiên ở
mỗi nớc và các loại hình công trình khác nhau mà có các khái niệm khác nhau về
nhà cao tầng. ở nớc ta công trình cao từ 9 tầng trở lên đợc coi là nhà cao tầng,
việc thiết kế tính toán từ kiến trúc đến kết cấu, hệ thống hạ tầng kỹ thuật phải tuân
thủ theo các quy chuẩn, tiêu chuẩn, quy phạm có liên quan về thiết kế nhà cao tầng.
Theo tiêu chuẩn XDVN 194: 2006 - Nhà cao tầng - Công tác khảo sát địa kỹ thuật
của Bộ Xây dựng thì coi nhà cao tầng là nhà ở và các công trình công cộng có số
tầng lớn hơn 9. Tuy nhiên, khái niệm này cha bao hàm hết các vấn đề đã nêu trên,
hiện nay khái niệm nhà cao tầng có thể coi là đầy đủ và khái quát nhất đợc hiểu
nh sau: Nhà cao tầng là những công trình nhà mà chiều cao của nó có ảnh hởng
nhiều đến việc quy hoạch, thiết kế thi công và sử dụng công trình.
Đối với các công trình thấp tầng từ 4, 5 tầng trở lại thì khi thiết kế các kỹ s
kết cấu chủ yếu quan tâm đến các tải trọng thẳng đứng nh là tĩnh tải, hoạt tải sử
dụng, hệ kết cấu chịu lực chính cho công trình chủ yếu dùng kết cấu tờng xây gạch
chịu lực hay là khung Bê tông cốt thép toàn khối chịu lực (bao gồm: Dầm, cột, sàn).

14

Nhng đối với nhà cao tầng thì vấn đề chính nhất khi thiết kế kết cấu là phải quan
tâm đến các loại tải trọng ngang, đồng thời phải tính toán đến vấn đề động lực học
công trình, các tải trọng ngang thờng gặp nhất là tải trọng gió, tải trọng động đất.
Chính vì vậy khi thiết kế nhà cao tầng phải đảm bảo các điều kiện sau:
- Hạn chế chuyển vị ngang của công trình (đảm bảo độ cứng tổng thể): Kết
cấu phải đảm bảo độ cứng nhất định để hạn chế các chuyển vị ngang của công trình
bởi vì sự gia tăng của chuyển vị ngang công trình cũng đi liền với sự phát triển ảnh
hởng của biến dạng, dao động đối với công trình.
- Kết cấu công trình phải có bậc siêu tĩnh càng nhiều càng tốt: Để khi kết cấu
công trình chịu tải trọng nói chung và tải trọng ngang nói riêng thì kết cấu vẫn còn
có khả năng biến dạng dẻo để phân phối lại nội theo hớng hình thành các khớp dẻo
để tự hình thành lại sơ đồ kết cấu giúp công trình chịu đợc các tải trọng tăng lên
một cách đột biến.
- Đối với nhà cao tầng thì yêu cầu về thiết kế chống động đất cũng cần phải
quan tâm đến: Kết cấu công trình phải có độ dẻo nhất định với mục đích là để phân
tán năng lợng mà công trình tiếp nhận đợc do động đất, gió và các tải trọng khác
gây ra.
- Bên cạnh các giải pháp về kết cấu trên thì phơng án giảm nhẹ trọng lợng
bản thân của công trình cũng nh của bộ phận kết cấu chịu lực cũng có ý nghĩa
giảm ảnh hởng của thành phần động của các tải trọng ngang, cụ thể là làm giảm
ảnh hởng của lực quán tính công trình: F=ma.
Để giải quyết các vấn đề trên thì tùy theo đặc điểm của các công trình cũng
nh yêu cầu về kiến trúc, kỹ thuật, công năng sử dụng của các chủ đầu t mà có
nhiều giải pháp về kết cấu khác nhau, nhng nhìn chung về mặt kết cấu chính trong
nhà cao tầng có các dạng nh sau:
+ Dạng 1: Hệ kết cấu thuần khung (Frame), đó là hệ kết cấu có không gian
lớn, bố trí mặt bằng linh hoạt có thể đáp ứng đầy đủ các yêu cầu sử dụng công trình
nhng độ cứng theo phơng ngang của hệ kết cấu này không cao, khả năng chịu tải
trọng ngang không lớn. Để khắc phục nhợc điểm này ngời ta tăng kích thớc mặt

15

cắt của dầm, cột, bố trí cốt thép tơng đối lớn, bố trí các hệ giằng ngang trên một số
tầng dọc theo chiều cao nhà.
+ Dạng 2: Hệ kết cấu vách cứng (hệ giằng): Đây là hệ kết cấu có độ cứng
ngang lớn, khả năng chịu tải ngang tốt, còn các khung là các liên kết khớp không
chịu tải trọng ngang. Nhng do thực tế yêu cầu về kiến trúc có bố trí các không gian
sử dụng của công trình theo yêu cầu nên nếu sử dụng hệ kết cấu này nhiều khi
không khả thi. Loại hình kết cấu này thờng đợc dùng trong các công trình nh
nhà ở, khách sạn, công sở
+ Dạng 3: Hệ kết cấu khung - giằng: Đây là hệ kết cấu kết hợp khung và vách
cứng, hệ kết cấu này thiết kế cho vách (hoặc lõi cứng) chịu phần lớn tải trọng ngang,
khung chịu tải trọng đứng và phần tải trọng ngang còn lại. Trong thực tế ở Việt Nam
các công trình có chiều cao trên dới 30 tầng thì hệ kết cấu này đợc sử dụng nhiều
nhất.
+ Dạng 4: Hệ kết cấu dạng ống: Hệ kết cấu này là vách cứng tạo thành ống
không gian vỏ mỏng, có thể một hoặc nhiều ống trên mặt bằng. Kết cấu dạng ống có
độ cứng ngang lớn, có tính năng chống lực cắt tốt và đợc ứng dụng trong các công
trình có chiều cao rất lớn.
1.3 Sơ lợc về các loại vật liệu sử dụng làm khối xây chèn trong khung bê tông
cốt thép nhà cao tầng:
Đối với nớc ta việc xây dựng các loại nhà cao tầng từ 10 tầng đến 30 tầng
hiện nay rất phổ biến và chiếm đại đa số các công trình xây dựng dân dụng. Về mặt
kết cấu chịu lực chính thì đại đa số các công trình sử dụng hệ kết cấu khung bê tông
cốt thép chịu lực hoặc hệ kết cấu khung - giằng. Để ngăn chia các không gian chức
năng và bao che cho công trình xây dựng đại loại đều sử dụng phơng án xây chèn
gạch trong khung bê tông cốt thép với các loại gạch khác nhau nh: gạch tuynel,
gạch đặc, gạch dạng viên Block
Khi tính toán kết cấu công trình thì:
- Nếu chỉ sử dụng mô hình tính toán khung chịu lực chính và thay các tờng
gạch xây chèn là tải trọng tĩnh rời rạc thì tải trọng ngoài của công trình sẽ rất lớn.

16

Mặt khác, các hệ tờng xây ngoài khả năng chịu tải bản thân thì thực tế nó cũng
tham gia chịu tải chuung cho công trình (Từ các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thí
nghiệm công trình của các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học).
- Nếu xét về mặt kinh tế thì việc không đa tờng kết hợp chịu lực sẽ lãng phí,
bởi vì trách nhiệm chịu tải toàn bộ công trình lại dồn sang hệ khung Bê tông cốt
thép, do đó các kết cấu chịu lực chính cho công trình phải có khối lợng lớn hơn nếu
không xét tới khả năng chịu lực của khối xây chèn.
Hiện nay, với việc ứng dụng các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm
đã đợc chứng minh, các phần mềm kết cấu vào trong tính toán thiết kế, bên cạnh
đó khoa học công nghệ về vật liệu xây dựng, công nghệ, kỹ thuật thi công xây dựng
công trình cũng rất phát triển nên có đầy đủ cơ sở để có thể nghiên cứu sự tham gia
chịu lực chung với hệ khung của các loại tờng xây chèn trong công trình.
Khối xây chèn đợc sử dụng phổ biến và rộng rãi nhất hiện nay chính là khối
xây gạch nung, kích cỡ của khối xây này thờng dày 110, 220 chính là các vách
ngăn chia không gian hoặc bao che cho công trình. Phần tử chính của khối xây
chính là các viên gạch: có nhiều loại khác nhau nh: gạch đặc dạng viên kích thớc
105x210x55, các dạng viên gạch Tuynel có lỗ: viên 2 lỗ, 4 lỗ, 6 lỗ

Hình 1. 1: Hình ảnh dạng gạch đất nung dạng Tuynel 4 lỗ.
Nhng sử dụng gạch đất nung có nhiều mặt hạn chế, cụ thể theo nh dự báo ở
nớc ta đến năm 2020 sẽ tiêu tốn từ 41 đến 43 tỷ viên một năm, với số lợng này
phải tiêu tốn khoảng 57-60 triệu m
3
đất sét và từ 5,3 đến 5,6 triệu tấn than. Nh vậy

17

mức độ hao hụt đất nông nghiệp là vô cùng lớn, cha kể đến sự gia tăng về ô nhiễm
môi trờng và lãng phí tài nguyên không tái tạo lại đợc. Do vậy, hiện nay trên thị
trờng và thực tế nhiều công trình đang xây dựng sử dụng gạch không nung cho các
khối xây chèn. Việc dùng vật liệu không nung dùng trong các khối xây chèn có
nhiều lợi ích nh sau: Hàng năm sử dụng khoảng từ 15-20 triệu tấn phế thải công
nghiệp (tro xỉ nhiệt điện, xỉ lò cao) để sản xuất vật liệu xây không nung, tiết kiệm
đợc khoảng 1000 ha đất nông nghiệp và hàng trăm hecta diện tích đất chứa phế
thải, tiến tới xóa bỏ hoàn toàn các cơ sở sản xuất gạch đất sét nung bằng thủ công.
Bên cạnh đó, so với đất sét nung, vật liệu không nung có nhiều u điểm nổi bật nh
nguồn nguyên liệu dồi dào, dễ kiếm, không ảnh hởng đến trồng trọt, tận dụng
nguồn phế thải công nghiệp, giảm chi phí năng lợng, đặc biệt là giảm khí thải, bảo
vệ môi trờng. Có thể sản xuất gạch không nung ở quy mô nhỏ, đơn giản, dễ tạo ra
chất lợng sản phẩm theo cờng độ, kích thớc, có độ chính xác cao. Bên cạnh đó
gạch không nung nhẹ, cách nhiệt, cách ẩm tốt, góp phần tiết kiệm năng lợng trong
điều kiện thời tiết nóng ẩm ở Việt Nam. Ví dụ: Giữa xây tờng bằng gạch Tuynel
hai lỗ thông dụng với một loại vật liệu xây không nung lò là gạch Block rỗng SHB2-
150 có kích thớc 390x150x190 mm cho thấy xây gạch block tiết kiệm 60 %, thời
gian xây 1 m
2
giảm 60%, giá viên gạch đã quy kích thớc tiêu chuẩn giảm 25%











18






H×nh 1. 2: H×nh ¶nh mét c¬ së cã d©y chuyÒn s¶n xuÊt g¹ch kh«ng nung


H×nh 1. 3: H×nh ¶nh mét ®o¹n t−êng sö dông g¹ch kh«ng nung

19

Bênh cạnh các loại dạng gạch nêu trên hiện nay còn có loại gạch không nung
tự nhiên từ các biến thể và sản phẩm phong hóa của đá Bazan. Loại gạch này chủ
yếu sử dụng ở các vùng có nguồn Puzolan tự nhiên, tuy nhiên hình thức sản xuất còn
tự phát, mang tính chất địa phơng, qui mô nhỏ

Hình 1. 4: Hình ảnh gạch không nung sản xuất từ đất tự nhiên
Hiện nay trên thị trờng vật liệu ở Việt Nam, đang giới thiệu và chào bán loại
gạch Bê tông khí chng áp VIGLACERA-AAC có tỷ trọng tơng đối nhẹ từ 400 -
1000 kg/m
3
, nh vậy chỉ tơng đơng từ 1/3 gạch đặc, 2/3 gạch rỗng 2 lỗ, bằng 1/5
tỷ trọng của gạch bê tông thông thờng, nh vậy tải trọng tĩnh tải của công trình sẽ
giảm đáng kể, nhất là đối với nhà cao tầng. Theo ý kiến của các chuyên gia tính toán
kết cấu: khi sử dụng sản phẩm gạch bê tông khí chng áp thay thế cho gạch rỗng 2
lỗ thông thờng trong công trình nhà cao tầng thì chi phí xây thô sẽ giảm khoảng từ
10 đến 12% do giảm chi phí kết cấu. Do sản phẩm gạch bê tông khí chng áp nhẹ
nên tốc độ thi công nhanh, giảm tiêu hao nhân công và đẩy nhanh tiến độ xây dựng
công trình. Chi phí xây dựng 1m
3
xây khi sử dụng vật liệu gạch bê tông khí chng
áp thay thế gạch xây thông thờng giảm 10,8%. Hệ số dẫn nhiệt của gạch bê tông
khí chng áp vào khoảng 0,11 đến 0,22 W/m
0
k, nh vậy chỉ bằng 1/4 đến 1/5 hệ số
dẫn nhiệt của gạch đất nung (trong khi gạch đất nung là 0,814 W/m
0
k, gạch xỉ, cát

20

là 0,8 W/m
0
k), tơng đơng 1/6 hệ số nhiệt của gạch bê tông thông thờng. Thực tế
đã chứng minh hiệu quả bảo ôn của tờng gạch bê tông khí có chiều dày 20 cm sẽ
tơng đơng hiệu quả bảo ôn của tờng gạch đất nung có chiều dày 49 cm, các
chuyên gia đã tính toán, với điều kiện khí hậu nhiệt đới, sử dụng sản phẩm bê tông
khí sẽ giảm tới 40% chi phí điện năng tiêu thụ cho điều hòa nhiệt độ. Vì gạch bê
tông khí chng áp có kết cấu nhiều lỗ khí, lợng lỗ khí đợc phân bố đều đặn với
mật độ cao, chính vì vậy nó có tính năng cách âm tốt hơn nhiều so với loại vật liệu
xây dựng khác, so với gạch xây thông thờng khả năng cách âm tốt hơn 2 lần. Khi ở
nhiệt độ cao 600
0
C, cờng độ kháng nén của gạch bê tông khí chng áp tơng
đơng với khi ở nhiệt độ thờng, chính vì vậy tính năng chống cháy của gạch bê
tông khí chng áp trong xây dựng đạt tiêu chuẩn cấp I theo tiêu chuẩn Quốc gia.
Thực tế tại Nhật Bản đã chứng minh những ngôi nhà sử dụng một phần hay toàn bộ
gạch bê tông khí chng áp đã cho thấy khả năng chống lại những chấn động địa chất
tốt. Vì trọng lợng của bê tông khí thấp nên trọng lực đặt lên mặt đất thấp.
Bảng 1. 1: Bảng quy cách của gạch bê tông khí chng áp:
Chiều dài
(mm)
Chiều rộng
(mm)
Chiều cao
(mm)
Thông số kỹ thuật
75

100
200
125
300 150
400 175
200
600
250
Tỷ trọng: 400 đến 1000
kg/m
3


Cờng độ chịu nén: từ:
4,0 đến 5,0 MPa

Nh vậy, vật liệu xây chèn trong khung bê tông cốt thép nhà cao tầng rất đa
dạng và phong phú, việc sử dụng loại gạch nào phụ thuộc vào điều kiện thực tế tại
công trình, giá thành của vật liệu đến chân công trình, do nhà thiết kế chỉ định


21

1.4 Tình hình nghiên cứu sự làm việc kết cấu khung bê tông cốt thép có tờng
chèn:
Sự kết hợp giữa khung Bê tông cốt thép với khối xây chèn hoặc với vật liệu
chèn khác đã đợc thử nghiệm và có hiệu quả thực tế trong xây dựng công trình.
Các kết cấu từ dạng sơ đồ hỗn hợp này cho thấy chúng chịu tải trọng ngang tốt.
Những thống kê về trận động đất ở Tokyo của Nhật Bản vào năm 1923 cho thấy:
trong 710 ngôi nhà có cấu tạo tơng tự nhau từ khung bê tông cốt thép có 60 ngôi
nhà h hại (chiếm 8,4%) và 16 ngôi nhà bị phá hủy (chiếm 2,2%). Trong đó có 485
ngôi nhà xây bằng gạch với kết cấu tờng chịu lực thì h hại 383 ngôi nhà (chiếm
79%) và bị phá hủy hoàn toàn 47 ngôi nhà (chiếm 9,7%). Loại kết cấu khung Bê
tông cốt thép xây chèn gạch đợc ứng dụng rộng rãi tại các vùng có tác động địa
chấn của Liên Xô, Bungari, Mỹ và nhiều nớc khác, nó có hiệu quả cao về mặt chịu
tải trọng ngang và tính kinh tế cao. Tại Bungari ngời ta đã xây dựng những ngôi
nhà cao tới 14 tầng với kết cấu khung Bê tông cốt thép chèn gạch. Xét về mặt kinh
tế thì tờng chèn trong khung dùng Bê tông xốp có chiều dày từ 15 đến 25 cm hoặc
các vật liệu chèn là khối xây đều mang lại hiệu quả cao về mặt chịu tác động tải
trọng ngang. So với các loại nhà xây thì trọng lợng tờng ở các nhà khung chèn
giảm đáng kể, nh vậy lực quán tính cũng giảm theo khi chịu tải trọng động.
Năm 1949 J.R.Benjamin và H.A.William đã thí nghiệm thành công mô hình
có khối xây chèn tại trờng Đại học tổng hợp Staford Bang Califonia và tại viện
công nghệ của bang Masachuset (Mỹ) mục đích nghiên cứu của hai tác giả là:
+ Xác định khả năng chịu tải của mảng tờng xây thông thờng.
+ Xác định khả năng chịu tải của khung Bê tông cốt thép.
+ Xác định khả năng chịu tải của khung BTCT với khối xây chèn.
+ Xác định cờng độ của khối xây dới tác động của tải trọng xiên để thiết kế các
công trình chịu áp lực do các vụ nổ nguyên tử gây ra.
Sau khi thử nghiệm, nghiên cứu họ đã có những kết luận nh sau, trong đó có
liên quan đến vấn đề khối xây chèn:
1. Tỷ số chiều dài trên chiều cao của khối xây có ảnh hởng lớn đến khả
năng chịu tải và độ cứng của kết cấu.

22

2. Việc sử dụng công thức toán học chính xác để giải bài toán này trên thực
tế là không thể thực hiện đợc vì sự thay đổi quá lớn các đặc trng cơ lý
của vật liệu khối xây chèn và khung mà chỉ có thể tính toán đến một mức
độ gần đúng nào đó.
3. Độ cứng của nút khung ảnh hởng lớn đến khả năng chịu tải của hệ kết
cấu khung. Nếu khung có cấu tạo nút cứng thì khả năng chịu tải của nó
cao hơn khung có cấu tạo nút khớp.
4. Khung có khối xây chèn chịu tải trọng ngang trung bình từ 2 đến 3 lần
lớn hơn khung cùng loại không có khối xây chèn.
Tại Nga, những ngời đầu tiên nghiên cứu loại kết cấu này là S.V.Poliakov và
các cộng sự của ông. S.V.Poliakov đã tiến hành khảo sát các khung có khối xây
chèn chịu tải trọng ngang, cụ thể: Tác giả đã thí nghiệm khung thép có liên kết khớp
đợc chèn gạch có kích thớc 120cmx120cm; 200cmx200cm. Tờng chèn dày 12
cm và 25 cm. Lực dính kết khối xây là 1,7 - 3,5 kg/cm
2
. Kết quả thí nghiệm cho
thấy ở giai đoạn đầu khung và khối xây chèn làm việc nh một hệ liền khối, ở giai
đoạn tiếp theo tại vùng cuối của đờng chéo chịu kéo xuất hiện các vết nứt tách giữa
các bộ phận khung với khối xây chèn. Khi giữa dầm và khối xây chèn còn lại 20% -
30% vùng tiếp xúc thì vết nứt xiên trong khối xây chèn xuất hiện. Đặc trng phân bố
vết nứt xiên trong khối xây chèn phụ thuộc vào tỷ số = L/H; ở đây L là chiều dài
khối xây chèn và H là chiều cao khối xây chèn =1 thì vết nứt xiên trong khối xây
chèn một phần cắt qua các mặt vữa và một phần cắt qua gạch. Nếu 1,5 thì vết nứt
xiên chỉ cắt qua mạch vữa. Ngoài ra, S.V.Poliakov còn thí nghiệm các khung chèn
với tải trọng đổi dấu và các khung có lỗ cửa khác nhau. Trong đó S.V.Poliakov đã
thí nghiệm các mô hình khung chèn gạch nhng cho chịu nén dọc theo đờng chéo
khung. Kết quả cho thấy sự phá hoại của mẫu không khác với sự phá hoại khi nén
mẫu thông thờng. S.V.Poliakov cũng đi tới kết luận là mẫu khối xây chèn có khung
bao quanh khi bị nén dọc trục theo đờng chéo khung, biến dạng của mẫu tơng tự
nh biến dạng của mẫu thông thờng có lực nén vuông góc với mạch vữa xây [6].

23

Theo S.V Poliakov thì khi chịu tải trọng ngang mỗi khối xây chèn trong một
khung của khung có thể thay bằng một thanh xiên có liên kết khớp với khung tại 2
đầu thanh. Độ cứng của thanh xiên đợc xác định theo công thức [12]:








+=


b
aZ 2
(1-1)
Trong đó:
a, b: là một nửa chiều dài, nửa chiều cao của khối xây chèn
b
a
=

(1-2)
vl
n
nm
ad
D
Z
)(
2
=
(1-3)
ở đây:
(
)
[
]
93,22 10.12
6
+=


n
D
(1-4)
d: Chiều dày của khối xây chèn;
m
l
=1 khi khối xây không có lỗ cửa;
Khi có lỗ cửa:
3
4
2
2
1
1







=
a
a
m
l
(1-5)
Chiều cao của lỗ cửa b
1
phải thỏa mãn đợc điều kiện

7,0
2
55,0
1

b
b
(1-6)
Trong đó a
2
: là bề rộng của lỗ cửa;
kx
v
h
n
5,7
=
(1-7)
Với h
kx
: là chiều dày một hàng xây.

24

Phơng pháp này tuân theo giả thiết độ cứng của dầm ở một khoang là vô
cùng và kích thớc ở mỗi khoang là nh nhau. Phần tải trọng ngang đợc truyền lên
khung đợc tính nh sau:
( )

=

=

1
1,,,
t
ntntnTn
XXNA
(1-8)
Trong đó:
t: là thứ tự thanh xiên trong khung tính từ trái qua phải, từ trên xuống dới;
n: là thứ tự tầng từ trên xuống dới;
N
T,n
: lực ngang từng tầng;
Lực dọc trong khung đợc xác định nh sau:
''
,
'
,, ntntnt
NNN +=
(1-9)
Trong đó:

'
,nt
N
: là lực dọc đợc xác định khi tính toán khung không có thanh
xiên;

''
,nt
N
: là lực dọc phụ do lực trong thanh xiên gây ra;
Thành phần nội lực nằm ngang của thanh xiên X
t,n
phải thỏa mãn điều kiện sau:
[
]
ntnt
XX
,,

(1-10)
Trong đó:
[
]
nt
X
,
: là khả năng chịu tải của khối xây chèn lên phơng nằm ngang.
Giá trị của X
t,n
đợc xác định nh sau:








+=






2
.
4
11
2
11
2
2
11
, nnt
N
r
rX
(1-11)
Trong đó:

11

: là chuyển vị ngang của đỉnh khung do lực bằng đơn vị gây ra với
giả thiết khoang trên cùng không có khối xây chèn so với các khoang dới;
N
n
: là tổng các lực ngang tính từ trên xuống mặt cắt đang xét;

25

Thành phần nội lực thẳng đứng đợc xác định nh sau:
ntntnt
XtgV
,,,
.

=
(1-12)
Trong đó:

nt ,

: là góc nghiên của thanh xiên với đờng nằm ngang.
Nh vậy, ta thấy bản chất của phơng pháp S.V Poliakov là thay việc tính
toán một hệ khung có các thanh xiên bằng việc tính toán một hệ khung thông
thờng. Tải trọng ngang tác động lên khung thông thờng là phần tải trọng sau khi
đã trừ đi thành phần nằm ngang của nội lực trong các thanh xiên.
Tại Anh B.S.Smith đã thí nghiệm các khung có kích thớc thật gồm 3 khung
thép hàn với kích thớc 60inchs x 60 inchs x 25 Lb và tại đỉnh các khung này có
chất tải trọng ngang là lực tập trung.
Khi tải trọng ngang tăng lên, khối xây dần dần tách khỏi khung ở khoảng ở
chiều dài mỗi cạnh. Tại hai đầu dọc đờng chéo chịu nén vùng tiếp xúc chỉ còn
khoảng ở chiều dài mỗi cạnh, qua các đồng hồ đo đặt tại đây chỉ thấy nội lực xuất
hiện ở đây rất lớn, còn ở đầu đối diện hầu nh nội lực rất bé. Trên cơ sở đó B.S.Smth
đã thiết lập sơ đồ sự làm việc của khung có khối xây chèn chịu tải trọng ngang.
Trong sơ đồ này, khối xây chèn đợc thay thế bằng một đờng chéo. Mặt khác tác
giả cho rằng để làm sáng tỏ sự làm việc của hệ kết cấu, cần phải biết đợc độ cứng
của khối xây chèn khi có tải tập trung tác động dọc theo đờng chéo và kiểm chứng
với độ cứng của khối xây chèn có khung bao quanh. B.S. Smith đã đi tới kết luận
nh sau:
1. Khối xây chèn có thể thay thế bằng một đờng chéo.
2. Độ cứng của khối xây chèn dọc theo đờng chéo phụ thuộc vào nhiều yếu
tố khác nhau nh: Chiều dày tờng chèn, loại vật liệu chèn, tải trọng tác
động lên hệ.
Để làm rõ hơn sự làm việc chịu nén dọc theo đờng chéo B.Smith đã thí
nghiệm thêm trên các mảng khối xây chèn có kích thớc 6 x6 x1 inchs, 9 x6 x 1
inchs và 12 x 6 x1 inchs. Các mảng này có hai loại: mảng có khung bao quanh và
mảng không có khung bao quanh. Trên cơ sở thí nghiệm này B.S.Smith đi tới kết

26

luận là: Sự phá hoại khối xây khi bị nén theo đờng chéo không khác lắm so với sự
phá hoại khi nén mẫu khi xây theo cách thông thờng. Ngoài ra B.S.Smith còn thí
nghiệm 8 loại khung có nút cứng và nút khớp. Kết quả cho thấy trên khung có nút
cứng vết nứt xiên xuất hiện đầu tiên tại vùng trung tâm khối chèn và phát triển trở về
2 phía đầu đờng chéo, còn ở khung có nút khớp thì sự phá hoại lại bắt đầu tại các
góc đặt lực của khung hoặc nó bị phá hoại ngay trên đầu đờng chéo chịu nén và
mang tính chất phá hoại cục bộ.
Để nghiên cứu sự trợt giữa khung và khối xây chèn D.V.Mallick và
R.I.Svern đã thí nghiệm 2 nhóm khung: Nhóm thứ nhất gồm 2 khung 1 tầng nh
nhau, trong đó 1 khung có râu thép. Khi chịu tải trọng ngang không quan sát thấy sự
tách ra giữa khung và khối xây chèn ở những khung có râu thép. Trên đồ thị biểu
diễn chuyển vị ngang của khung không có râu thép và khung có râu thép. Đờng
cong I có thể chia ra làm 3 phần ứng với 3 giai đoạn làm việc của kết cấu. Đoạn 0A
- đặc trng cho độ cứng lớn nhất của kết cấu, ở đây khung và khối xây chèn làm
việc nh một hệ kết cấu liền khối. Tải trọng lớn nhất của đoạn này chiếm 1/3 giá trị
tải trọng gây ra vết nứt xiên đầu tiên trong khối xây hoặc là giá trị tải trọng gây ra
phá hoại cục bộ tại góc chất tải của khung. Đoạn AB - Tơng ứng với giai đoạn tách
giữa khối xây chèn và khung. Đoạn BC- giai đoạn phá hủy kết cấu.
D.V.Mallick và R.P.Garg đã tiến hành các thí nghiệm khung với khối xây
chèn có lỗ cửa dới tác động của tải trọng ngang. Họ đa ra các kết luận nh sau:
1. Nếu lỗ cửa nằm một trong các góc chất tải thì khả năng chịu tải của các kết
cấu giảm đi 75% còn độ cứng tơng ứng giảm đi từ 70% - 80% so với kết cấu không
cso lỗ cửa cùng loại.
2. Nếu lỗ cửa vuông nằm ở trung tâm khối xây chèn và kích thớc cạnh của
nó không vợt quá 1/5 cạnh ngắn của khối xây chèn thì khả năng chịu tải và độ
cứng giảm xuống từ 25% - 50% so với khung có khối xây chèn không có lỗ cửa
cùng loại.
M.Endcla và I.Senoga xem xét loại vật liệu chèn bằng Bê tông xốp. Các tác
giả đã đi tới kết luận nh sau:

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×