Thứ hai,11/12/2006 00:00
I. Tổng quan: Có 3 yếu tố cơ bản tạo nên một hệ thống xây dựng là: vật liệu làm kết cấu, loại hình kết cấu và phương pháp thi công. Việc lựa chọn hệ thống xây dựng nhà cao tầng, việc lựa chọn vật liệu làm kết cấu, loại hình kết cấu và phương pháp thi công để thực hiện kết cấu chủ thể của ngôi nhà nhằm làm nó trở thành một sản phẩm xây dựng có công năng sử dụng nhất định, có chiều cao và hình khối phù hợp và thoả mãn những điều kiện công trình được thiết kế ra.
Như ta đã biết, công năng sử dụng của các loại sản phẩm xây dựng như nhà ở, khách sạn, văn phòng làm việc...là rất khác nhau.
Trong nhà ở, căn hộ là đơn nguyên cơ bản nhỏ nhất, những bức tường ngăn cách các căn hộ với nhau yêu cầu phải kiên cố, cách âm tốt. Trong một căn hộ lại ngăn chia thành các phòng nhỏ như phòng ở, khu vệ sinh, bếp...Những bức tường ngăn cách các phòng đó có thể giảm bớt một cách thích đáng yêu cầu cách âm và độ kiên cố. Có thể nhận thấy đặc điểm của nhà ở là tường nhiều, không gian nhỏ, có sự phân biệt nhất định giữa không gian trong và ngoài căn hộ. Để nâng cao tính linh hoạt trong sử dụng, tạo khả năng có thể bố cục lại mặt bằng của căn hộ, người ta thường ngăn giữa các phòng bằng các bức vách nhẹ không chịu lực. Nhà nhiều tầng dựa vào cầu thang bộ để tạo nên đơn nguyên; nhà cao tầng thì dựa vào thang máy là chính để tổ chức đơn nguyên.
Trong phòng khách, phòng đơn là đơn vị chủ thể. Phòng khách yêu cầu phải là một môi trường yên tĩnh để nghỉ ngơi. Ngày nay người ta đã không hoan nghênh tình trạng những người xa lạ không hiểu biết lẫn nhau ở cùng nhau trong một cưn phòng lớn nữa. Do đó, những khách sạn xây dựng gần đây phần lớn có phòng khách không chỉ rộng chừng 20 m2, lớn hơn một chút so với phòng ở trong nhà ở.
Những khách sạn du lịch, nhà khách cao cấp thường bố trí khu vệ sinh gắn liền phòng khách. Một số khách sạn cũ và bình dân vẫn bố trí tập trung các khu vệ sinh và phòng tắm rửa riêng cho nam, nữ trong từng tầng nhà. Có thể nhận thấy đặc điểm của các tầng phòng trong các khách sạn tường nhiều, buồng nhỏ, càng định hình hơn so với nhà ở.
Trong khách sạn, ngoài phòng khách ra, thông thường còn có phòng ăn, sảnh chiêu đãi, bếp, cửa hàng, phòng giải trí và các loại phòng dịch vụ khác nữa. Ngoài ra còn có các phòng làm việc nội bộ, nhà ăn của nhân viên, gara, kho tàng, phòng máy, lò hơi, trạm biến thế và các loại nhà phụ trợ khác. Những loại phòng nói trên, một số yêu cầu diện tích nhỏ, một số khác yêu cầu diện tích lớn hơn. Đối với khách sạn cao tầng, có thể bố trí các phòng công cộng và phụ trợ nói trên ở dưới các tầng phòng ngủ và tầng hầm.
Những nhà làm việc, cửa hàng thương nghiệp cao tầng hoặc các nhà cao tầng đa năng, yêu cầu nhưng không gian lớn để hoạt động, có thể bố trí một cách linh hoạt. Đối với những nhà hành chính, văn phòng làm việc, lớp học, bệnh phòng, các loại phòng hội thảo khoa học, nghiên cứu lại yêu cầu những không gian hoạt động thích hợp.
Những nhà cao tầng dùng làm nhà máy công nghiệp, kho tàng...yêu cầu những không gian lớn rộng rãi.
Những yêu cầu khác nhau đối với những sản phẩm xây dựng có các công năng sử dụng khác nhau trên một mức độ rất lớn - quyết định sự lựa chọn hệ xây dựng nhà cao tầng.
Chiều cao của nhà cao tầng cũng có ảnh hưởng rất lớn tới việc lựa chọn hệ thống xây dựng. Do chuyển vị nằm ngang của các tầng sàn sinh ra dưới tác dụng của tải trọng nằm ngang của ngôi nhà tỷ lệ thuận với luỹ thừa bậc 4 của chiều cao ngôi nhà, nên khi lựa chọn hệ thống xây dựng của những ngôi nhà cao tầng, ta phải xem xét một cách chu đáo và tỷ mỷ yêu cầu thoả mãn độ cứng.
Điều kiện thiên nhiên và điều kiện thi công khác nhau cũng ảnh hưởng tới sự lựa chọn hệ thống xây dựng nhà cao tầng. Khi xây dựng ở những vùng có động đất, lại càng phải nhấn mạnh tính tổng thể toàn khối của kết cấu nhà. Ngoài ra, các điều kiện hiện trường cụ thể của công trình, phương pháp và công nghệ thi công quen thuộc của địa phương cũng như trình độ trang bị của đơn vị nhà thầu cũng có tác động đến sự lựa chọn hệ thống xây dựng nhà cao tầng.
II. Phân loại hệ thống xây dựng theo vật liệu làm kết cấu
1. Kết cấu gạch đá
Những kiến trúc cao tầng thời cổ đại như những tháp hải đăng tại thành phố Alexandri của Ai Cập, các tháp chùa cao tại Hà Nam, Vân Nam, Trung Quốc là những công trình cổ tồn tại hàng ngàn năm trước đây. Ở nước ta cũng có những tháp cao đến 13 tầng, xây từ năm 1121 như tháp Sùng Thiện diên linh là một điển hình của kết cấu gạch đá cao tầng.
Ưư điểm của kết cấu gạch đá là vật liệu sẵn có gần nơi xây dựng, giá thành hạ, tính bền vững cao, nhưng nhược điểm là cường độ khối xây thấp, độ dẻo kém, bất lợi đối với việc chống lún và kháng chấn.
Trong những thập kỷ 60, 70 của thế kỷ trước, chúng ta xây nhiều tầng phần lớn là kết cấu gạch đá và gạch cốt thép, một số ít nhà cao tầng từ 8 đến 11 tầng thì xây bằng kết cấu hỗn hợp khung bê tông cốt thép và tường bằng khối xây gạch và gạch đá cốt thép.
2. Kết cấu thép
Nhà cao tầng của thời kỳ cận đại là sản phẩm của sự phát triển công nghiệp gang thép của thế kỷ thứ 19. Năm 1801, ngôi nhà đầu tiên cao 7 tầng làm bằng kết cấu khung dầm - cột thép được xây dựng trong nhà máy dệt ở Manchester Anh Quốc – năm 1854, tại Hoa Kỳ ra đời tháp hải đăng bằng thép. Sau năm 1883, ở Chicago và một số nơi khác ở Hoa Kỳ, người ta xây dựng những ngôi nhà từ 10 tầng trở lên bằng thép.
Ưu điểm của kết cấu thép là cường độ chịu kéo, cường độ chịu nén, cường độ chống xoắn đều rất tốt, tính năng kháng chấn dẻo dai, độ chính xác trong chế tạo tại các nhà máy cao, tốc độ lắp ráp nhanh, tiết kiệm nhân công, hiện trường thi công gọn ghẽ văn minh, đặc biệt thích hợp với việc xây dựng nhà siêu cao và nhà hoặc công trình có khẩu độ lớn.
Theo số liệu thống kê của nước ngoài, trên thế giới ngày nay cứ 100 ngôi nhà siêu cao quá 212 m thì sẽ có 65 ngôi nhà làm bằng kết cấu hỗn hợp thép, còn lại 12 ngôi nhà nữa làm bằng kết cấu bê tông cốt thép; trong đó có 11 ngôi nhà cao nhất cao từ 296 đến 443 m đều làm bằng kết cấu thép và kết cấu thép – bê tông cốt thép.
Ở Nhật Bản, 100 ngôi nhà cao nhất đều làm bằng kết cấu thép. Ở Trung Quốc từ năm 1985 trở lại đây, có 11 ngôi nhà cao tầng làm bằng kết cấu thép và kết cấu hỗn hợp thép – bê tông cốt thép phân bố tại Bắc Kinh, Thượng Hải và Thâm Quyến, trong đó cóa 8 ngôi nhà siêu cao mà chiều cao vượt quá 100 m. Ngôi nhà cao nhất là cao ốc Kinh quảng tại Bắc Kinh cao 208 m. Gần đây cao ốc Ngân hàng Trung Quốc ở Hồng Kông cao 368 m làm bằng kết cấu thép là ngôi nhà cao nhất ở Hoa Kỳ ra.
Kết cấu thép tuy có những ưu điểm như đã nói ở trên, nhưng khi dùng để làm nhà cao tầng thì chi phí vật liệu thép khá lớn từ 110 – 300kg/m2 xây dựng tương đương từ 2- 3 lần chi phí vật liệu thép của kết cấu bê tông cốt thép, do đó giá thành cao so với kết cấu bê tông cốt thép xấp xỉ gấp đôi. Bản thân kết cấu thép không tự phòng cháy được, mà phải có một lớp bảo vệ phòng cháy bọc ở ngoài bề mặt các kết cấu thép. Đây cũng là một nhân tố quan trọng trong làm giá thành cao.
Chính vì vậy mà ở Trung Quốc, một nước đã có nền công nghiệp gang thép khá phát triển - người ta vẫn cho rằng quy cách sản phẩm và sản lượng không đủ để cho phép sử dụng đại trà kết cấu thép vào làm nhà cao tầng.
3. Kết cấu bê tông cốt thép
Sự ra đời của kết cấu bê tông cốt thép muộn hơn kết cấu thép, nhưng sau khi được sử dụng để xây dựng nhà cao tầng thì nó đã có sự phát triển rộng rãi.
Năm 1824, người ta đã phát minh ra xi măng poóc lăng. Năm 1850 xuất hiện kết cấu bê tông cốt thép. Năm 1903 bắt đầu sử dụng loại kết cấu này để làm nhà cao tầng. Năm 1976, ngôi nhà quảng trường tháp nước ở Chicago 74 tầng cao 262 m được khánh thành. Năm 1990, cũng ở Chicago xây dựng ngôi nhà được coi là cao nhất thế giới thời đó với kết cấu bê tông cốt thép tại 311 phố Wacker 65 tầng, cao 295 m.
Tại Trung Quốc, kết cấu bê tông cốt thép cũng ra đời từ đầu thế kỷ 20. Năm 1910 trụ sở Công ty Điện thoại Thượng Hải được xây dựng bằng kết cấu bê tông cốt thép lần đầu tiên. Đến những năm 50 của thế kỷ trước, trong xây dựng nhà ở cao tầng ở đây, người ta đã sử dụng kết cấu bê tông cốt thép khá rộng rãi. Đặc biệt là từ 20 năm nay, sự phát triển của kết cấu bê tông cốt thép rất mạnh mẽ. Theo thống kê của Bộ Xây dựng Trung Quốc thì kết cấu bê tông cốt thép – trong toàn bộ các công trình xây dựng của Nhà nước - chiếm tỷ trọng 21,4% năm 1980, tăng lên đến 46,8% năm 1987. Những ngôi nhà cao 10 tầng trở lên sử dụng kết cấu bê tông cốt thép chiếm tỷ trọng từ 91,7% năm 1984 tăng lên đến 97,3% năm 1987.
Trung tâm Hợp hoà của Hồng Kông xây dựng xong vào năm 1980, 65 tầng cao 216 m. Năm 1985, khánh thành trung tâm mậu dịch quốc tế Thâm Quyến 50 tầng cao 160 m và năm 1987 bắt đầu khởi công xây dựng cao ốc quốc tế Quảng Châu 63 tầng, cao 199 m đều sử dụng kết cấu bê tông cốt thép. Lượng thép sử dụng từ 94 – 132 kg/m2, lượng bê tông sử dụng từ 0,54 – 0,7 m3/m2.
Cuối những năm 90 của thế kỷ trước đã xây dựng được 87 ngôi nhà siêu cao trên 100 m, trong đó có 79 ngôi nhà bằng kết cấu bê tông cốt thép.
Nguyên nhân khiến kết cấu bê tông cốt thép chiếm địa vị chủ đạo trong xây dựng nhà cao tầng ở Trung Quốc là tại đây, nguồn nguyên liệu làm bê tông rất phong phú, lượng thép sử dụng tương đối thấp so với kết cấu thép, độ cứng của kết cấu lớn, tính năng chịu lửa tốt, giá thành hạ so với kết cấu thép. Nhược điểm của kết cấu bê tông cốt thép là ở chỗ trọng lượng bản thân của kết cấu lớn, sử dụng nhân công tại hiện trường nhiều, thời gian xây dựng tương đối lâu. Muốn khắc phục, cần phải cải thiện tính năng của vật liệu, hoàn thiện hệ thống kết cấu, phát triển các loại phương pháp công xưởng hoá thi công.
Điều quan trọng nhằm giảm bớt trọng lượng bản thân của kết cấu là phải nâng cao cường độ của bê tông để từ đó giảm bớt tiết diện của kết cấu.
Trong những ngôi nhà từ 20 tầng trở xuống, cường độ của bê tông thường từ mác 200 đến mác 300 có nghĩa là cường độ chịu nén từ 20 đến 30 MPa. Đối với những ngôi nhà cao hơn nữa thì càn sử dụng mác từ 300 đến 450. Ví dụ cao ốc Mậu Dịch Thâm Quyến, bê tông của các cột tiết diện hình chữ nhật ở 4 tầng bên dưới sử dụng mác 450 thì kích thước của tiết diện vẫn cần đến 650 x 1000 mm, còn khoảng cách giữa các cột chỉ là 3750 mm.
Trong khi dó, ở Hoa Kỳ có 10 ngôi nhà siêu cao từ 50 đến 75 tầng bằng kết cấu bê tông cốt thép, người ta đã sử dụng ở đây, cường độ thiết kế cực đại của bê tông là từ 7000 đến 9000 psi theo hệ số nguyên pound/feet2 tương đương với 4920 – 6330 N/cm2; cao ốc lớn nhất tại phố Wacker ở Chicago đã sử dụng cột bê tông cốt thép từ móng đến tầng thứ 15 với cường độ bê tông là 12.000 psi tương đương với 8440 N/cm2.
So sánh việc sử dụng cường độ bê tông giữa các công trình của hai nước nói trên, Trung Quốc cần phải tiếp tục nâng cao hơn nữa mác của bê tông. Gần đây ở Bắc Kinh khi thi công khách sạn Tân Thế Kỷ 31 tầng cao 111m đã sử dụng bê tông mác 600 đối với 4 tầng dưới của hệ cột bê tông cốt thép, tiết diện lớn nhất của cột thu nhỏ còn là 900 x 900 mm. Ở Liêu Ninh, người ta cũng xây dựng ngôi nhà giao lưu kỹ thuật công nghiệp 18 tầng, cao 62m với 12 tầng bên dưới của hệ thống cột bê tông cốt thép sử dụng bê tông mác 600.
Một biện pháp nữa để giảm bớt trọng lượng bản thân của kết cấu là sử dụng vật liệu bê tông nhẹ, nếu giảm trọng lượng bê tông từ 2400 kg/m3 xuống 1900kg/m3 thì có thể giảm bớt trọng lượng bản thân của kết cấu một cách đáng kể. Từ đó, giảm bớt được tải trọng lên trên đất nền giảm chi phí về nền móng, nâng cao năng suất của vận tải và cấu kiện lắp cấu kiện. Và như vậy lại càng thích hợp đối với việc xây dựng kết cấu nhà cao tầng và khẩu độ lớn. Bê tông nhẹ còn có tính năng cách nhiệt tốt, nếu dùng làm kết cấu bao che thì lại phát huy được tác dụng đó.
Những năm đầu của thế kỷ 20, Hoa Kỳ, Liên Xô, Nhật Bản, Đan Mạch, Anh và một số nước khác đã triển khai nghiên cứu để phát triển cốt liệu nhẹ nhân tạo và hết sức tận dụng cốt liệu nhẹ thiên nhiên, cũng như áp dụng cốt liệu phế thải công nghiệp.
Ở Australia, năm 1968 tại Sidney đã hoàn thành một ngôi nhà 50 tầng cao 183 m có dáng hình viên trụ đường kính 41,15m. Toàn bộ kết cấu của 8 tầng bên trên sử dụng loại cốt liệu nhẹ có tính trương nở để đúc bê tông cường độ bình quân đạt 32 MPa. Người ta đã dùng phương pháp ván khuôn trượt để thi công ngôi nhà đó; cứ 5 ngày lên được 1 tầng.
Ở Hoa Kỳ, tại Chicago đã xây dựng toà tháp đôi Marina 64 tầng; ở Nam Phi tại Giohannesbớc đã xây dựng toà nhà ngân hàng tiêu chuẩn 32 tầng đều sử dụng cốt liệu kêzamzit để đúc bê tông.
Ở Nhật Bản, Liên Xô, Pháp, người ta cũng đã sử dụng kêzamzit làm cốt liệu để làm bê tông nhẹ xây dựng những ngôi nhà cao tầng trên dưới 20 tầng.
Ở Trung Quốc, từ năm 1956, người ta đã nghiên cứu sử dụng nhiều loại cốt liệu nhẹ như kêzamit đất sét, kêzamit than bột, đá bọt, xỉ núi lửa, tahn xỉ trương nở chủ yếu để làm tường ngoài và tường chịu lực.
Tại Bắc Kinh năm 1983 xây xong 3 ngôi nhà ở 20 tầng bước gian là 5,4 m và 5,7 m; chiều sâu lòng nhà tính theo thông thuỷ là 9m, không có tường dọc bên trong. Chiều dầy tường ngang bên trong là 24 cm, chiều dầy tường ngoài là 35 cm. Toàn bộ đều sử dụng bê tông nhẹ cốt liệu kêzamit cường độ 200 và 250, trọng lượng thể tích của bê tông đều thấp hơn 1900 kg/m3. Người ta đã sử dụng phương pháp ván khuôn trượt đúc tại chỗ, cứ 3 ngày lên 1 tầng, trog vòng 2 tháng hoàn thành kết cấu nhà 20 tầng.
Trường đại học công nghiệp Thẩm Dương, đã xây dựng những ngôi nhà từ tầng 17 trở lên đến 19 tầng bằng bê tông cốt liệu nhẹ xỉ núi lửa.
4. Kết cấu hỗn hợp
Nhưng loại hình kết cấu nói trên, mỗi loại đều có ưu nhược điểm riêng của nó. Ta có thể dùng phương pháp bù trừ lấy cái nọ bù cái kia; trong một ngôi nhà cao tầng, các bộ phận khác nhau của nhà có thể sử dụng các loại vật liệu khác nhau. Trong cùng một bộ phận kết cấu cũng có thể sử dụng các loại vật liệu khác nhau thành hình dạng kết cấu hỗn hợp phức tạp.
Ở Bắc Kinh và Thượng Hải có khách sạn như vậy, ở Thâm Quyến cũng đã phát triển những cao ốc sử dụng loại kết cấu hỗn hợp Khung thép kết hợp với ống lồng bê tông cốt thép. Trong cao ốc Kinh thành ở Bắc Kinh, người ta đã sử dụng kết cấu khung thép kết hợp với tường chống trượt làm bằng tấm bê tông cốt thép đúc sẵn. Loại kết cấu hỗn hợp này so với kết cấu thuần tuý bằng thép có thể giảm lượng thép sử dụng đi rất nhiều, hạ bớt giá thành đồng thời giảm nhỏ chuyển vị ngang của kết cấu một cách đáng kể.
Với kết cấu nhà cao tầng, tại tầng hầm và tầng một phi tiêu chuẩn, người ta thường dùng bê tông cốt thép cứng, đưa thép hình trong cột của kết cấu bên trên kéo sâu xuống phần cột ở tầng hầm, vừa nâng cao năng lực chịu tải của cột, vừa thoả mãn được yêu cầu phòng cháy đối với thép hình.
Cột của nhà cao tầng kết cấu bê tông cốt thép, ở phần tầng hầm và tầng một, để nâng cao khả năng chịu lực hoặc giảm bớt tiết diện của kết cấu, ta cũng có thể sử dụng kết cấu hỗn hợp bọc bê tông cốt thép ở bên ngoài của thép hình.
III. Phân loại hệ thống xây dựng theo sự làm việc của kết cấu
Như ta đã biết, kết cấu nhà cao tầng vừa phải chịu tải trọng thẳng đứng vừa phải chịu tải trọng nằm ngang rất lớn. Tải trọng thẳng đứng yêu cầu kết cấu phải có đủ cường độ chịu nén. Tải trọng ngang lại đòi hỏi kết cấu phải có cường độ chịu uốn và chịu cắt đồng thời phải có đủ độ cứng và độ dẻo. Với việc gia tăng chiều cao của nhà cao tầng, tác dụng của tải trọng ngàng càng trở nên có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Các loại hình kết cấu khác nhau có khả năng chịu tải trọng ngang rất khác nhau. Mỗi loại hình có đặc điểm riêng và phạm vi sử dụng riêng.
Kết cấu nhà cao tầng có thể phân ra một số loại hình sau: kết cấu khung, kết cấu tường chống trượt, kết cấu khung - tường chống trượt, kết cấu ống.
1. Kết cấu khung
Hệ kết cấu toàn bộ là khung được cấu thành bởi cột, dầm và bản sàn làm chức năng chịu lực. Do trong nhà không có bố trí tường chịu lực nên mặt nhà bố cục rất linh hoạt, có thể hình thành những không gian khá lớn, đặc biệt thích hợp đối với các loại nhà công cộng, xưởng máy và kho tàng.
Nếu dầm giữa các cột có chiều cao được gò bằng chiều cao của bản sàn thì trở thành những dầm ẩn trong sàn và hệ này được gọi là hệ bản - cột. Hệ này có mặt bằng bố trí càng linh hoạt hơn, chiều cao tầng cũng có thể giảm bớt một cách thích đáng.
Năng lực chịu tải trọng thẳng đứng của kết cấu khung thuần tuý là lớn, nhưng năng lực chịu tải trọng ngang của nó tương đối yếu, độ cứng phía mặt bên kém, do đó chuyển vị nằm ngang tương đối lớn.
Trong những vùng có động đất cường độ cao, thường không nên dùng hệ kết cấu khung thuần tuý để xây nhà cao tầng. Nếu vì lý do nào đó buộc phải sử dụng thì cần dùng những biện pháp cấu tạo trong thiết kế như đối với kết cấu mềm. Ví dụ khách sạn Trường Thành cao 22 tầng kết cấu khung cột thuần tuý, toàn bộ được đúc liền tại chỗ, cốt thép cột dùng thép cấp III ø 32 đến ø 40 mm, bên ngoài dùng tường kính dầy liên kết mềm; để ngăn che bên trong đều dùng tường vaác nhẹ giấy thạch cao có gân là thép hình.
Khách sạn trung tâm Trường Phú dùng kết cấu khung thép hình thuần tuý, cả phần trên mặt đất và dưới mặt đất cộng lại tất cả là 28 tầng; tầng hầm, tầng một và tầng hai đều làm bằng bê tông cốt thép cứng. Lượng hao phí sắt thép so với kết cấu tường chống trượt của ngôi nhà bê tông cốt thép có công năng và chiều cao tương tự tăng xấp xỉ gấp đôi.
Trên thế giới, nhà cao tầng kết cấu khung thuần tuý đã có từ lâu. Về cơ bản, đầu thế kỷ 20 nhà cao tầng được xây dựng chủ yếu bằng kết cấu khung thép và khung bê tông cốt thép.
Người ta đã rút ra kinh nghiệm xây dựng nhà cao tầng kết cấu khung tại những vùng có dộng đất và những vùng không có động đất như sau;
Đối với những vùng có động đất cấp 9, không nên sử dụng kết cấu khung thuần tuý. Ở những vùng có động đất cấp 8 thì chiều cao cho phép đối với kết cấu khung đúc tại chỗ không được vượt quá 40 m, đối với kết cấu khung lắp ghép không được vượt quá 25 m. Ở những vùng có động đất cấp 7 thì chiều cao cho phép của kết cấu khung đúc tại chỗ và lắp ghép phân biệt là 50 m và 39 m.
Chiều cao của kết cấu khung thuần tuý trong vùng không có động đất cũng không nên vượt quá 60 m.
2. Kết cấu tường chống trượt
Kết cấu tường chống trượt là hệ kết cấu chịu lực cấu thành bởi những bức tường chịu lực và sàn nhà. Trong hệ này, tường chịu lực thay thế dầm, cột trong khung để chịu các tải trọng đứng và tải trọng ngang. Do tường chịu lực của nhà cao tầng ngoài việc phải chịu lực nén thẳng đứng do tải trọng thẳng đứng gây ra, còn phải chịu lực trượt và mômen do tải trọng ngang sinh ra, cho nên ta mới gọi là kết cấu tường chống trượt.
Ở nước ngoài, có nơi gọi là tường kết cấu.
Kết cấu tường chống trượt so với kết cấu thì có khả năng chịu tải trọng ngang lớn hơn, độ cứng lớn và chuyển vị ngang nhỏ. Tường chống trượt vừa làm chức năng tường chịu lực, lại vừa làm chức năng tường ngăn che. Hệ này phù hợp với nhà cao tầng có nhiều bức tường như khách sạn, nhà ở...
Từ giữa những năm 60 lại đây, ở Trung Quốc và một số nước Đông Nam Á, kết cấu tường chống trượt bê tông cốt thép phát triển rất mạnh để xây dựng nhà cao tầng và dần dần trở thành chủ thể của kết cấu nhà ở cao tầng. Để xây dựng khách sạn cao tầng, người ta cũng sử dụng loại kết cấu này rất nhiều.
Những kinh nghiệm rút ra trong xây dựng nhà cao tầng bằng kết cấu tường chống trượt ở các nước mà ta có thể tham khảo là ở những vùng có động đất cấp 9 thì chiều cao hạn chế là 80m, ở những vùng có động đất cấp 8 thì chiều cao hạn chế là 110 m, còn ở những vùng có động đất cấp 7 thì chiều cao hạn chế là 140 m. Ở những vùng không có động đất, thường không nên vượt quá 150 m.
Nhà có kết cấu tường chống trượt do có nhiều tường chịu lực nên không linh hoạt bằng kết cấu khung. Một trong những bện pháp để cải thiện tình trạng đó là mở rộng khoảng cách của tường chịu lực, sử dụng bước gian lớn. Ví dụ như bước gian của nhà ở từ 2,4 đến 4,2 m phát triển lên đến 4,8 – 7,2 m. Tường ngăn giữa các căn hộ vẫn dùng tường chịu lực. Trong nội bộ căn hộ, sử dụng vách năng nhẹ để ngăn che giữa các phòng sử dụng. Khách sạn có khoảng cách giữa các phòng khách từ 3,3 m đến 4 m phát triển lên đến 6,6 - 9,0 m, cứ hai gian một ta đặt một bức tường chịu lực và một bức vách ngăn nhẹ. Biện pháp thứ hai để cải thiện tình trạng không linh hoạt nói trên là giảm bớt các bức tường dọc bên trong dùng để chịu lực, để tăng thêm tính linh hoạt trên phương chiều sâu lòng nhà.
Để giải quyết đòi hỏi phải có những không gian lớn làm phòng ăn, phòng hội nghị, sảnh tiếp dân bố trí tại tầng dưới của nhà cao tầng kết cấu tường chống trượt, người ta cũng có thể sử dụng kết cấu khung ở phần tầng dưới còn các tầng tiêu chuẩn bên trên thì sử dụng kết cấu tường chống trượt.
Ở những vùng có động đất, cho phép sử dụng kết cấu tường chống trượt có khung đỡ bên duới dạng ‘chân gà nói trên, mà phải kéo dài một bộ phận tường chống trượt xuống tận đất để tạo thành hệ ống khép kín như một hệ kết cấu tường chống trượt tựa trên khung có dạng chân voi.
Khoảng cách L giữa các bức tường chống trượt có chân ra xuống tới đất không được lớn hơn 2,5 lần chiều rộng B của ngôi nhà.
3. Kết cấu khung - tường chống trượt
Khi trong hệ kết cấu khung, người ta lại bố trí một số tường chống trượt thì có thể hình thành một hệ kết cấu khác. Đó là hệ kết cấu khung - tường chống trượt có tác động cộng đồng chịu lực giữa khung và tường chống trượt.
So với kết cấu khung thuần tuý, thì hệ kết cấu này tăng cường được khả năng chịu tải trọng ngang, nâng độ cứng hướng bên của nhà; về cơ bản vẫn duy trì được ưu điểm linh hoạt của bố cục mặt bằng. Tải trọng thẳng đứng của ngôi nhà, thông qua sàn nhà, truyền xuống cho khung và tường chống trượt cộng đồng gánh chịu, còn tải trọng ngang chủ yếu do tường chống trượt gánh chịu.
Do kết cấu khung - tường chống trượt có được ưu điểm của cả kết cấu khung và kết cấu tường chống trượt nên nó nhanh chóng được áp dụng rất rộng rãi trong việc xây dựng những ngôi nhà công cộng như khách sạn, nhà xưởng, kho tàng.
Tổng kết kinh nghiệm thực tế người ta đi đến khuyến nghị: Trong những vùng có động đất, kết cấu khung - tường chống trượt có thể cho phép chiều cao lên đến 50 m đối với những vùng có động đất cấp 9, 90 m đối với những vùng có động đất cấp 8; 120 m đối với những vùng có động đất cấp 7; đối với những vùng không có động đất thì chiều cao tối đa của kết cấu khung - tường chống trượt có thể lên tới 130 m.
Nguyễn Hồng Tiệp
Nguồn tin: Tạp chí Người Xây dựng số 11 năm 2006