Woỉfgang Schueller

High- Rise

Buildỉng
Struotures

John Wiiey & Sons
New York . London . Sydney . Toronto


w . SULLƠ

KẾT CẤU
NHÀ CAO TẦNG
BẢN DỊCH TỪ TIÊNG NGA
(Tái bản)
Những người dịch:
PTS. PHẠM N G Ọ C KHÁNH
K.S. L Ê M Ạ N H LÂ N
K TS. TR Ầ N TR O N G CHI

NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG
HÀ N Ộ I - 2 0 1 1


Tên bản gổc tiế n g Anh :
H igh - R ise B u ild in g S tru ctu res
Đ ã x u ấ t bàn ở :
N ew Y ork - London - Sydney - Toronto

L Ị I G IĨ I THIỆU
H iện n ay ở nước ta đã b ất đầu thời kỳ xây dự ng n h ữ n g n h à cao
tầ n g - Đ ể g iú p b ạn đọc có th ê m tài liệu nghiên cứu th iế t k ế n h à
cao tẩng, N h à X uất bản X ây d ự n g xin giới th iệu với bạn đọc cuốn
sách "KẾT CẤU N H À CAO TẦ N G ” của tác giả người Mỹ W.Sullơ.
Trên cơ sở n g h iên cứ u to à n diện hàng loạt các c ơ n g trìn h cao
tấ n g đă được x â y d ự n g ở cá c nư ớc phát triển, đ ặc b iệt là ở M ỹ (m ời
b ạn đọc x em d an h m ụ c cá c c ô n g trinh cao tầ n g đã đư ợc tá c g ià

d ù n g làm tư liệu ở p hần cuối cuốn sách này) tá c giả đã trìn h bày
khá ngán gọn và m ạch lạc nhữ ng vấn đề cốt yếu n h ấ t cần th iết
cho việc th iế t k ế n hà cao tầ n g như : tài trọng và tác động, n hất là
tả i trọn g giđ và đ ộng đất; các sơ đổ kết cấu nhà cao tầng; phương
pháp tính v.v... Đ ổng thờ i tác giả cũng đã cung cấp cho bạn đọc
n h iéu thí dụ tính tốn b ằn g só. Vì vậy cuốn sách được xem như
m ộ t tà i liệu q u í cho n h ữ n g a i quan tâm đến v iệc th iế t k ế v à x â y
d ự n g n h à cao tẩ n g , n h ấ t là cá c kiến trúc sư v à kỹ sư x â y dự n g.
Q uá trìn h b iên d ịch v à x u ấ t bản có thể còn n h ữ n g sa i sổ t, N h à
X uất bản X ây dự ng rất m on g nhận được nhừng ý k iến đđng gđp

quí báu củ a bạn đọc.
N h à X uất b ả n X â y d ự n g

5



K ín h


LỊ I NĨI ĐẰU C

ủ a

tặ n g T h ầ y M ẹ tôi

tá c

g iả

Mục tiêu cuốn sách này là làm một tổng quan cố hệ thốn g về
kết cấu nhà cao tẩng. Sự sáp đặt các kết cấu chịu lực các ngôi nhà
khác nhau được xem x ét theo quan điểm tương tác của các cấu
kiện. Các giải pháp kết cấu các tòa nhà đã thiết kế và xây dựng
được giới thiệu qua m ặt bằng, m ặt cắt và nhối cảnh trục đo. H ình
th ể n gơi n h à được phân tích từ góc độ tiếp nhận tải trọ n g n goài

m à tổ hợp của chúng là khá phức tạp. Cuốn sách là bản giải trình
m ột số vấn đề phức tạp của kỹ thuật xây dựng bằng các cách đơn
giàn, dễ h iểu cho những ai quan tâm đến việc xây dựng nhà
cao tẩ n g .
D o tín h ch ất làm việc của kết cấu nhà cao tần g là siêu tĩn h bậc
cao n ên ở đây tập tru n g chú ý nhiều vào việc mô tả các sơ đổ k ết cấu.
N h ữ n g ví dụ tín h tốn b ằn g số được dùng như là các b iện pháp
cầ n th iế t g ầ n đ ú n g với đặc thù làm việc về ch ấ t củ a k ết cấu

xây dựng.
N h ữ n g k iến th ứ c về tốn học (các tính tốn được th ự c h iện ch ín h
x á c với sự trợ giúp củ a thước tín h lơgarỉt), vế cơ học xây d ự n g địi
hỏi ở trìn h độ của các giáo trìn h cơ bản. Các bộ phận k ết cấu nhà

k hác n h au được tín h tốn bằn g các phương pháp khá đơn g iả n với

việc sử dụng những chỉ dẫn hiện hành của Viện B êtôn g Mỹ (ACI),
Viện kết cấu thép Mỹ (AISC) và m ột số chỉ dẫn của Viện gốm (SCPI)
m à m ộ t số nội dung của những chỉ dẫn đố được trỉnh bày tđm lược
tr o n g sá ch này.

7


Tồn bộ tính chất phức tạp của các tải trọng đôi với m ột ngôi
nhà được xem x ét ở chương I. N hữ ng độc giả ít quen thuộc với
n hư n g nguyên tắc cơ bàn trong th iết kế nhà nhiều tầng, cổ th ể
ngay từ đấu cẩn làm quen với số vấn đề được trình bày trong
chương II. ở chương này, nhà cao tẩn g được xem xét dưới các góc
độ ngun tắc bơ cục, lịch sử phát triển và các tiền để khác khi
th iế t kế. Các chương III và VII nghiên cứu các kết cấu chịu lực
chính của ngơi nhà : các kết cấu đứng (khung và diaírắc - tường)
và các kết cấu ngang (sàn). Chương IV xem x é t các nguyên tắc
th iế t k ế kết cấu các loại nhà thơn g thường. Chương VI dành cho
các phương pháp tính toán gẩn đúng những sơ đổ kết cấu phổ biến
nhất. Các chương V và IX tập trung vào những nguyên tắc bố cục
và tín h tốn ngơi nhà có giải pháp kết cấu khác biệt so với những
giải pháp thư ờng dùng. Các đặc điểm áp dụng loại kết cấu láp ghép
được đ iểm qua ở chương VIII, xét từ phương diện cấu t.ạo và thay
th ế được cho nhau của các cấu kiện điển hình.
Sách này trước h ết dành cho các kiến trúc sư, những người tạo
ra cái d áng vẻ đầu tiên của ngôi nhà và cần h iểu được những qui
lu ậ t cũ n g như tính ch ất phân bố lực trong k ết cấu của ngơi nhà.
Vì vậy bắt buộc họ phải có các kiến thức cơ bản về vật lý như

m ột tro n g nhữ ng yếu tố quan trọng bậc n h ất khi xác định các
n guyên tắc tạo dáng cho cơn g trình. N hữ ng kiến thức này cũng cần
th iế t cho sự cộn g tác ch ặt chẽ với các kỹ sư kết cấu.
Sách có th ể d ùng làm giáo trình về kết cấu xây dự ng cho sinh
viên các khoa kiến trúc và xây dựng, những người đ ang cẩn các
kiến thức cơ bản vể cơ học xây dựng, về phương pháp tính tốn
k ết cấu thép và bê tơ n g cốt thép. Sư có m ặt của m ột sổ lương lớn
các ví dụ tín h tốn kết cấu làm cho cuốn sách trở thành cuốn cẩm
n a n g tổt đ ể tính tốn các nhà cao tấng. Sách cũ n g giúp được các
kỹ sư trẻ lần đẩu tiếp xúc với cơng tác th iết kế. T ính chất đối chiếu
khi xem x ét kết cấu các ngôi nhà hiện đại (dưới dạng các catalog
và các cẩm nang), cũ n g như danh m ục tài liệu đính kèm sách làm
cho cuốn sách trở nên rất hữu hiệu đối với các kỹ sư kết cấu và
các kiến trúc sư th iết kế.
8


Sự trình bày các nguyên lý thiết kế nhà cao tầ n g của ch ú n g tôi
mới chi nên xem như m ột giáo trinh nháp môn. Tuy n hiên cđ th ể
hy vọng rằng qua quá trình làm quen với những cơ sở th iết k ế và
thực tiễn xây dựng, độc giả sẽ quan tâm sáu sắc đến kết cấu nhà
cao tần g, m à những kiến thức ở sách này sẽ đặt cho họ m ột nền
tản g trong việc tích lũy kiến thức tiếp sau và trong sự sá n g tạo.
Tác giả xin cảm ơn tấ t cả những ai đã đóng gđp vào việc chuẩn
bị xu ất bản cuốn sách này.

V .S u llơ

Niu loóc
Thảng 11 năm 1976


9



V ÀO Đ Ê

N h à cao tầ n g x u ấ t h iện do hậu quả của việc tă n g dân th à n h
phố, th iếu đ ất xâ y d ự n g và g iá đất cao. Việc xây d ự n g n h à cao tầ n g
h à n g lo ạ t phản á n h q u a n đ iể m của các nhà th iế t k ế k h i g iả i q u y ết
các bài tốn xây d ự n g đơ thị.

N gôi nhà cao tầ n g cđ th ể đứng độc ỉập (phát tr iể n theo phương
th ẳ n g đ ứ n g và khá u y ể n c h u y ể n hoặc trài rộng th e o p h ư ơ n g n g a n g )
h oặc n h ậ p với cá c n h à ca o tầ n g khác, qua đó tạo n ê n m ộ t q u ầ n th ể
nhà cao tần g, Trong cả 2 trường hợp, ngôi nhà tự th â n nđ trở n ên
m ộ t th ự c th ể khá n ổ i b ậ t.
Tuy n h iên tr o n g tư ơ n g lai nhà cao tầ n g s ẽ trở th à n h m ột bộ
p h ận k h ô n g th ể th iếu được trong quần thể x â y d ự n g lớn củ a đơ
thị, ở đó m ọi n h à cử a v à tr u n g tâm sầm uất được n ố i liền nhờ hệ
th ốn g n hữ n g m ối th ôn g tin liên lạc nhiều tầ n g cấp.

C húng ta xếp n h iìn g nhà từ ]0 đến 100 tẩ ĩig bay hơn nữa vào
lo ạ i.n h à n h iéu tầ n g (1). V iệc xác định cao độ và m ứ c đ ộ p h á t tr iể n
n gôỉ n h à trên m ặ t b ầ n g là m ộ t chu trình chọn lựa g iả i pháp bó cụ c
hình khối khá phức tạp. R ất nhiều yếu tố phải tính đ ến tron g này :
m ột m ặt - đđ là* n h ữ n g đòi hỏi của người đặt h àn g. M ặt kRác m ả n h đ ấ t cụ th ể d à n h ch o x â y dựng, vị trí của n gơi n h à tư ơ n g q u an
với c á c c ô n g trìn h xâ y d ự n g ở xu n g quanh (ví dụ : c á c k ên h kỹ
th u ậ t v.à dịch vụ c ấ n ch o sự vận hành ngôi n h à v à ch o cá c ngư ời
số n g tr o n g đđ), sự b iể u cảm sin h thái của ngôi n h à v à cá c đ ặc th ù

cảnh quan trang trí.

N H À CAO T A N G T R O N G QUY H O Ạ C H C H U N G
C Ủ A T H À N H PH Ố
S ự p h á t tr iể n x â y d ự n g ca o tầ n g liên quan m ậ t t h iế t đ ến sự lớn
m ạ n h củ a m ộ t th à n h phố.

Q uá trỉnh đô thị h ốa được khởi đẩu từ kỷ n gun cơ n g nghiệp
vẫn c ị n đ a n g tiếp d iễn tr ê n n h iểu phẩn của trá i đ ấ t.
(1) Tại Hội tháo quốc tế SỈB lan thứ nhất ịMatskva Ị 0 -7 ỉ ị dă de xuất phân loại nhà
nhỉeu tang, trong đố có thể được chấp nhận ngưởng qui ước của nhà cao tằng là 30 tầng.

11


ở nước Mỹ quá trình này bắt đẩu từ th ế kỷ 19. Dân ch ú n g di
ch u yển từ n h ữ n g vù ng thôn quê vào thành phố làm tãn g nhanh
m ật độ xây d ự ng tron g th àn h phổ. Hậu quà của quá trỉnh này là
sự hình thành n hữ n g cơn g trình k ết cấu khung nhẹ bằng thép, các
th iết bị th a n g m áy, hệ th ó n g cấp điện rất cần thiết tron g điểu kiện
xây dự ng đô thị dày đặc p hát triể n theo chĩêu cao.
Vào đầu th ế kỷ này các ngôi nhà riên g lẻ cd chiéu cao tới 20
tầ n g được đặt giáp m ặt nhau, chỉ cách nhau bằng nhữ ng dải phố
hẹp tối tăm , tạo thành các hẻm núi đô thị. N hiệm vụ chính là sáp
xếp được số lư ợn g người tối đa trên n hữ n g lãnh thổ cđ d iện tích
tối th iểu . Trong quá trình th iết kế, hẳn chưa m ấy ai tính đến sự
quá tải m ật độ x u ấ t hiện do n hữ n g hậu quả của tình trạn g trên và
ảnh hưởng của nđ đến con người, đến thành phố như m ột h ệ th ốn g
th ốn g n h ất gắn bđ với nhau m ột cách hữu cơ. Đòi hỏi vê chiếu sáng,
th ơn g khí và khoản g khơn g mở trên m ặt đất cần cho hoạt động

của con người đả dẫn đến sự xu ất hiện ngôi nhà chọc trời đ ứ n g độc
lập. Nđ cao hơn rất nhiéu so với n h ữ n g cô n g trình xây d ự ng x u n g
quanh, vỉ phải đảm bảo m ột m ật độ cư dân chí ít cũ n g n g a n g với
m ật độ khi xây d ự n g n h ữ n g ngôi nhà th ôn g thường trên khu đất
m à ngôi nhà cao tá n g này thay vào. Mức độ phát triể n kỹ th u ật
ngày n ay đủ cao đ ể đảm bảo khà n ă n g xây dựng n hữ n g n hà chọc
trời độc lập với n h ữ n g ch i phí rất phải chăng.
Dưới gđc độ kỹ thu ật, việc th iế t k ế các ngôi nhà cao tầ n g trong
thời đại ngày nay đã được n gh iên cứu khá cặn kẽ, như ng sự tìm
h iểu nhu cầu của con người và sự thích nghi của họ với khơng gian
vẫn cịn đ an g ở giai đoạn đấu. Sự b iệt lập và m ối giao lưu dưới mức
cần th iế t giữa n h ữ n g người số n g tro n g m ột nhà, sự m ất đi m ối liên
hệ với phố xá là m ột tro n g n hữ n g vấn đề m à các nhà th ĩết k ế đ ang
cố gáng vượt qua.
Mặc dù ở m ột m ức độ nào đđ m ật độ xây dựng nhà cao tá n g ở
các thàn h phố được điều hòa b ằn g các quy phạm quy hoạch, son g
những tín h tốn này k hơn g dựa trên n h ữ n g cách thứ c đủ tính tổ n g
hợp và n ă n g đ ộng đối với việc hình thàn h các đơ thị.
N h ữ n g hậu quả củ a sự dày đặc n h à cao tẩ n g là cực kỳ n ặ n g n ề
cho đời số n g m ột thàn h phố.

12


Sự tá c đ ộ n g do độ lớn của h àn g loạt nhà siôu ch ọc trời lên thành
phố, c h ẳ n g hạn ngôi n h à 109 tầ n g "Sirxơ Tầoơ" ở S icagô cao đến
4 4 0 m , là quá rõ ràn g. M ạn g lưới cấp điện của n gôi nhà n ày cố th ể
p h ụ c vụ cho cà m ột th à n h phố với 147 ngàn dân, hoặc với sự trợ
giú p củ a m ột tru n g tâm đ iểu hòa khơng khí - cho 6 0 0 0 ngơi n h à
g ia đìn h riên g lẻ. Mỗi n gày cần cố đến 102 th a n g m áy đ ể vận


ch u yển 1 6.500 người tới m ọi nơi, mọi chỗ của ngôi nhà.
Đ ối với n h iêu th àn h phó th ủ đơ, nhà cao tẩ n g là b iện pháp duy
n h ấ t cđ t h ể giải q u yết n ạn k h ôn g ngừ ng táng m ậ t độ d ân số. K hôn g
n ê n từ bỏ nđ, cho dù co n h ữ n g m ặt tác động tiêu cự c đ ến đời số n g
con người, hoặc chi vỉ nổ là biểu trưng của tiến bộ kỹ thu ật, N gược
lạ i, các trư ờ ng, cá c cơ sở n g h iên cứu khoa học c ầ n phải đầu tư
n h ữ n g cố g ắ n g lớn hơn cho việc khảo sát có hệ th ố n g c á c khu x â y
d ự n g nhà cao tầ n g th à n h phố và nghiên cứu các vấ n đ ề ản h hư ởn g
củ a m ôi trường bên trong những ngôi nhà này đến việc cải thiện
đ iều kiện sinh số n g ở trrrỉg đđ.

N H À C A O T Ầ N G VÀ CÁC K Ế T c ấ u

CHỊU L ự c CỦA CHÚNG
K h ống lệ thuộc vào chức năng sử dụng chẳng hạn như nhà ở,
trụ sở, trường học, bệnh viện hoặc nhà đa năng, việc th iết k ế nhà
cao tầ n g đòi hỏi xem x ét m ột cách tồn diện m ọi khía cạnh của
c ô n g tá c th iế t kế, gia cô n g các k ết cấu xây dựng và th i công. N gư ờ i
k iến trúc sư điểu phối côn g việc của cả một nhổm các chuyên gia
sao cho sự lựa chọn vật liệu sự giao thông và việc đảm bảo cho vận
h àn h ngôi nhà được xem x é t như m ột thực th ể th ố n g nhất. K hông
n ên nổi nhiều về sự tự do quyết định giải pháp chỉ riên g của kiến
tr ú c sư. H ọ bị h ạ n c h ế k h ôn g chỉ bởi m ột khối hộp đ d n g k ín củ a
tị a ca o ốc và sự bắt buộc phải sử dụng các loại v ậ t liệu có h iệu
q uả, m à cịn cần phải đảm bảo thực thi nhiéu điềụ kiện khác cđ
liê n q u an đ ến sự đảm bảo an n in h chung, đến cá c tiêu ch u ẩ n p h ò n g
cứu hỏa và vệ sinh.
K iế n trú c sư cẩ n phải tiếp cận việc thiết k ế m ộ t n gôi n h à n h ư
m ộ t h ệ th ố n g th ổ n g n h ấ t, tro n g đđ kết cấu ch ịu lự c ch ín h là m ột


13


bộ phận hữu cơ củ a cơ n g trình xu ất hiện tron g quá trình sán g tạo
bản đồ án, chứ k h ô n g n ên tách nđ ra như m ột sự bổ su n g cá biệt
của người kỹ sư vào sơ đổ côn g n ãn g ch u n g của côn g trình.
M ặc dù cách tiếp cận tổ n g hợp như vậy áp d ụ n g vào th iết kế
m ột côn g trỉnh k iến trú c bất kỳ nào, vai trò củ a nđ vẫn tăng thêm
với qui mô xây d ự n g cao tần g, tron g đó địi hỏi th iế t lập những kết
cấu chịu lực phức tạp đ ể tiếp nhận tải trọn g v ậ t lý và tác động của
m ôi trường xu n g q uan h - là nhữ ng yếu tố xác định trong th iết kế.
N gôi nhà cẩn phải ch ốn g chịu được các tải trọn g đứng thường
xuyên và tải trọn g gio n g a n g cũ n g như tác đ ộng củ a động đất.
Các kết cấu phía n gồi của ngơi nhà cần phải tiếp nhận sự khác
b iệt về n h iệt độ, áp lực khí q uyển và độ ẩm giữ a m ôi trường trong
và ngoài nhà. N h ữ n g k ết cấu chịu lực cần phải tiếp nhận tấ t cả
các tác động này. Các cấu kiện của kết cấu cần phải được phân bổ
và liên kết sao cho cố th ể tiếp nhận được n h ữ n g tá c động này và
tru yển ch ú ng x u ố n g n ền m ột cách đảm bảo với nhữ ng hao tổn
thấp nhất.
M ột kỉến trúc sư h iểu được các tải trọng' này và nguổn gốc phát
sin h của chúng, c ũ n g như cảm nhận được sự làm việc của kết cấu,
cđ th ể ngay từ bước th iế t k ế đẩu tiên đã đề xu ất được những giải
pháp bố cục kiến trúc hợp lý. K iến trúc sư cố th ể thỏa thuận với
kỹ sư kết cấu, vì cù n g co ch u n g m ột ngôn ngữ kỹ th u ật. Ndi cách
khác, kiến trúc sư h iể u được nhữ ng nguyên tác xây dựng cơ bản,
có th ể cộng tác m ộ t cách cđ hiệu quả với các chuyên gia xây dựng
tron g quá trình đễ x u ấ t n hữ n g giải pháp tối ưu củ a ngôi nhà.
K ết cấu chịu lực là bộ khung xương của n gôi nhà, và công việc

của kiến trúc sư là gợi ra và nhấn m ạnh nhữ ng kết cấu đổ để đảm
bảo sứ c b iểu cảm kiến trúc của ngôi nhà, sao cho vẫn phản ánh và
xác định được chứ c n ă n g của no' như khi đảm bảo hình khối bể
ngồi cùa cơn g trìn h đối với nhữ n g hệ tư ơ ng tác khác nhau.

14


Chương I
TẢ I T R Ọ N G Đ Ố I V Ó I N H À C A O T A N G

Tài tr ọ n g tá c d ụ n g trực tiếp lên ngôi nhà gây ra bởi n h ữ n g lự c
củ a tự n h iên h oặc do chín h con người, cố nghĩa là do 2 n gu ổn gốc
ch ín h : n g u ổ n gốc vật lý địa cầu (thiên nhiên) v à n gu ổn gốc n h â n

tạo (do con người) (H ỉnh 1.1).
Tài tr ọ n g v ậ t lý địa cầu là kết quả sự vận đ ộ n g k h ôn g n g ừ n g
tro n g th iê n n h iên , ch ú n g cđ th ể chia thành : trọ n g lực, lực g â y ra
do khí tư ợ n g và động đất.
Đ ối với n gôi n h à th ì trọ n g lực chính là trọn g lư ợ n g riên g củ a n ố

và được gọi là tải trọng thường xuyên, nó khơng đổi trong suốt q
trình sử dụng. Trong q trình sử dụng cịn có thêm những phụ tải
th ẳ n g đ ứ n g th a y đổi th eo thời gian. Tải trọ n g thời tiế t b iến đổi
th eo th ờ i g ia n và th ay đổi cả điểm đặt lực, nđ b iểu h iện dưới d ạ n g
tả i tr ọ n g gió, sự th ay đổi của n h iệt độ và độ ẩm , m ưa, tu y ế t
và băng.
Tải trọ n g n h â n tạo cđ th ể chia ra : Sự thay đổi do tá c đ ộ n g va
đ ập củ a các m áy m đc, th a n g m áy, các th iết bị cơ học ; các tả i trọ n g
do sự dĩ c h u y ể n củ a con người và các th iết bị gây ra như n ổ và va

chạm . N gồi ra trong các kết cấu cơng trình cổ th ể xu ất hiện nội
lự c tr o n g quá trìn h c h ế tạo và xây dựng. Đ ể đ ảm bảo ổn địn h c ơ n g
trìn h có th ể phải cầ n cổ ứ ng su ấ t trước, khi đđ c ủ n g x u ấ t h iện
n ội lực.
N h ữ n g n g u ồ n tải trọ n g do v ậ t lý địa cấu và n h â n tạ o đổi với
ngôi nhà thư ờng phụ thuộc lẫn nhau. Khối lượng, kích thước, hỉnh

d ạn g và v ậ t liệu của kết cấu ngôi nhà gây ra tải trọn g địa vật lý.
Ví dụ, nếu các cấu kiện của ngơi nhà liên k ết chặt với nhau m à
khi n h iệ t độ h oặc độ ẩm bị giảm đi thì tron g ch ú n g sẽ x u ấ t h iện
n ộ i lực. T rong n h ữ n g phần dưới đây sẽ xem x é t các d ạ n g tả i tr ọ n g
và n h ữ n g tá c đ ộng của chúng đối với ngôi nhà.

15


TẤI TRỌNG THƯỜNG XUYÊN
X ét tải trọng trọ n g trư ờn g tác dụng lền ngơi nhà có th ể chia
thành 2 loại. Tài trọ n g tĩn h và tải trọn g động.
Tải trọn g tĩnh là tải trọn g thư ờn g xuyên. Tài trọng động là tạm
thời và thay đổi theo thời gian.
Tải trọ n g thư ờng xu y ên là các lực tĩnh, đđ là trọng lượng của
các kết cấu và các cấu kiện củ a ngôi nhà. Các lực này bao gồm
trọn g lư ợng các kết cấu chịu lực th ẳ n g đứng, các kết cấu sàn và
m ái, các v ậ t tran g trí trên trẩn , nhữ n g vách ngăn, nhữ ng vật trang
trí ở m ặt chính, các nhà kho, các hệ thốn g phân phối kiểu cơ học
v.v... trọn g lượng tổ n g cộ n g của các thành phẩn này là tải trọng
thư ờng xu yên đối với ngôi nhà.
V iệc xác định trọ n g lư ợng củ a các vật ỉiệu, tức là xác định tải
trọng thư ờng xuyên đối với ngôi n hà là rất đơn giản. Tuy nhiên, do

khd phân tích m ột cách chính x ác các tác động nên việc xác định
này thư ờn g tầ n g từ 15 -ĩ- 20% và hơn nữa [1.1,a]. ở giai đoạn đầu
của quá trình th iế t k ế khôn g th ể x á c định m ột cách chính xác trọng
lượng của nhữ n g k ết cấu còn chư a được thiết kế. Đổ là những kết
cấu khôn g chịu lực đ ặc b iệt cần phải chọn như là các tấm tường
ngoài sả n x u ấ t sản , th iế t bị ch iếu sán g, các kết cấu trần treo, đường
ốn g dẫn nước, th iết bị điều hoà, th iế t bị cấp điện và những th iết
bị tron g nhà. Trọng lư ợ n g của các liên kết và nhữ ng chi tiết nối
cũ n g chiếm m ột số p hần trảm nào đó của khung thép. Trọng lượng
riên g củ a các loại v ậ t liệu được sử d ụn g hoặc lấy theo tiêu chuẩn
(quy phạm ) không phải lúc nào củ n g đúng vối nhữ ng vật liệu của
các chi tiế t đã được sả n xu ất. K ích thước tiêu chuẩn của các chi
tiết củ n g cđ th ể khác với kích thước thực, ví dụ sai sổ vể độ dấy
của lớp đổ bê tô n g cố th ể đến l,2 c m .
H à n g loạt nhữ n g ví dụ đã x em x ét chứng tỏ rằng trong điểu
kiện k hôn g co n h ữ n g số liệu chi tiế t thì khơng th ể xác định được
tải trọn g thư ờng x u y ên n ày là chính xác tuyệt đối

16


Các ngn tải trọng tác dụng lẽn ngơi nhà

Hình LI

nh chính
Nhào

C o ch u kỳ
v(fun§KỈỘng)


jùng

A

,* * * £ * * ■ ?

*án J ễ„ *Hẫn/\\
3 ỉ f à và/
) k\ cần
ẩ àtrụcĩ 3

Tải trong ^ I tín kìhon^thườngxưyệnLúnkhon

\

Nhà" Nhà N
cơng cỏn
jvjhĩệp
cộng

y

/Áp lục v^Gió giât
Thuờng xun
Nởthế tích

'Cán
iự ngót
. truong

Co thể
tích

chuyển

fìiât

\>cb0m

đị lại
Thay đổi cua con ngườ
diêu kiện
sử dụng


TẢI TRỌNG TẠM THỜI
Tải trọng tạm thời khác vễ bản chất với tải trọn g thường xuyên :
ch ú ng thay đổi và k h ôn g biết trước. Tải trọ n g tạm thời không
những thay đổi theo thời gian mà còn thay đổi cà điểm đặt nữa.
Sự thay đổi này cổ th ể ngắn cũ n g cổ th ể dài n ên thực tế ta không
th ể biết trước được như loại tải trọng tỉnh.
Tải trọng do các th iế t bị gây ra gọi là tả i trọng sử dụng ; tải
trọn g này bao gổm : trọ n g lượng người, đổ gỗ, các bức ngăn di động,
tủ bảo vệ, sách vở, tủ tài liệu, các thiết bị cơ học (ví dụ : các m áy
tính, nhữ ng m áy m ốc thư ơ n g m ại), ô tô, các th iết bị công nghiệp
và tất cả các tải trọ n g bán cố định hoặc tạm thời khác không nằm
trong danh m ục tải trọ n g thư ờng xuyên.
Với những nhà cao tầ n g sử dụng vạn nãng thực tế không th ể kể
trước được hết các tải trọng tác dụng lên cơng trình. Tay nhiên dựa
trên kinh nghiệm khai thác và những nghiên cứu đã tiến hành trong

những điều kiện khác nhau cđ th ể đưa ra những trị số kiến nghị của
tải trọng. N hững số liệu này cho dưới dạng bàng tải trọng chỉ ra trong
các tiêu chuẩn xây d ự ng kèm theo những hệ số độ tin cậy kinh nghiệm
liên quan tới điểu kiện tải trọng lớn nhất cổ th ể xẩy ra.
Độ lớn của tải trọ n g được đưa ra dưới d ạn g tài trọng phân bố
đểu tương đương và tải trọng tập trung. Tầi trọn g phân bố đễu
tương đương đặc trư n g cho điêu kiện thay đổi thực của tải trọng
sử dụng. Trị số đưa ra khi xấp xỉ tài trọng tác d ụng thường thiên
lớn. Tài liệu nghiên cứu nhừ n g giá trị thực của tải trọng sử dụng
đối với nhữ ng nhà làm việc chỉ ra rằng : tài trọn g lớn nhất ch ừ n g
200 KG/m 2, tron g khi đđ tải trọng tính tốn kiến nghị là 4 00
KG/m2. Theo k ết quả n gh iên cứu tải trọng đối với nhà ở thì sa u 10
năm , cường độ lớn n h ấ t của tài trọng cỡ 130K G /m 2,trong khi
đó
trong tính tốn lấy 2 0 0 KG/m2 [1.1,a].
Tải trọng tập tru n g đặc trưng cho nhữ ng lực đơn vị tru yên vào
những vị trí-n h ỏ ví dụ như những bậc cầu thang, lối đi,- gara ôtô
(vỉ dụ tải gây ra khi kích để thay lốp xe), và tru yển vào nhữ n g vị
trí khác chịu tài trọ n g tập tru n g lớn.

18


Mặc dù đã chỉ ra rằng các kiến nghị về tải trọng thường lớn
hơn, son g tro n g tính tốn ln ln chứa đựng yếu tố khơng xác
định được.
Hệ số an toàn tiêu chuẩn nhỏ nhất đảm bảo cho nhữ ng tình
huống khơng dự đốn trước được, những tinh huống đặc biệt như
sự tập tru n g đông người trong các buổi lễ, các buổi liên hoan, chữa
cháy hoặc khi bộ phận nào đổ của ngôỉ nhà bị quá tải. N hữ n g tình

huống khi cố sự thay đổi chức năng của ngôi nhà, chảng hạn thay
th ế đổ gỗ, sắ p xếp lại bên trong nhà thì cũng gây nên tải trọng tập
trưng tại n h ữ n g vùng nào đó.
Xác su ấ t x u ấ t hiện tải trọng đầy đù đồng thời trên từ n g m ét
vuông của m ỗi sàn là rất nhỏ. Tài trọng thực t ế với m ức độ khác
nhau phụ th u ộc vào diện tích chịu tải. Thơng thường, diện tích chịu
tải càn g nhị thì cường độ tải trọng càng lớn. Tầi trọng sử dụng
tác dụng lên sàn không khi nào là tải trọng phân bố đêu. Tiêu
chuẩn xây dự ng đâ tính đến điéu này bằng cách đưa vào hệ số giảm
đối với tải trọ n g tạm thời. Ví dụ Tiêu chuẩn xây dựng của B ang
N iu Iođc [1.17] sẽ xem x ét dưới đây cho phép lấy 80% tải trọng sử
dụng đối với 3 sàn trên cùng và giảm 5% mà trường hợp cực đoan
đến 50% tả i trọn g đê xu ất đối với mỗi sàn.
c 3 0 4 - 2 . Tải trọng tạm thời
c 3 0 4 - 2 .1 . Đ iều khoản chung
b) Khi k hôn g cố tài trọng tập trung đậc biệt thì những cấu kiện
của kết cấu và tấm sàn nằm trong nhịp giữa những kết cấu giữ
ch ú ng phải được tính với tài trọn g phân bố đều hoặc tải trọn g tập
trung lấy tro n g bảng c 3 0 4 -2 .2 tuỳ thuộc vào loại nào trong chúng
gây ra ứng su ấ t lớn hơn.
c) Tải trọng phân bố đểu lên dấm hoặc xà, trừ những tải trọng
trong các nhà kho và tải trọng do các phượng tiện giao thông di động
gây ra, cũ n g như đối với các cấu kiện chịu lực do mái truyễn vào hoặc
với những sàn cổ diện tích lớn hơn 14m2 thì có th ể giảm như sau :
Khi tài trọ n g thư ờng xuyên không iớn hơn l2 0 K G /m 2 thì hệ số
giảm R k h ơn g được lớn hơn 20%. Khi tài trọng thường xuyêĩr vượt
quá 120K G /m 2, còn tải trọng tạm thời nhỏ hơn 490K G /m 2 thì hệ
số giảm tải không được lớn hơn tiêu chuẩn nhỏ nhất trong ba tiêu

19



chuẩn sau : 60% ; 0,08% cho 0,1 m 2 diện tích chịu lực ; 100% tổ n g
tải trọng thường x u y ên (DL) và tải trọng tạm thời (LL) chia cho
4 ,3 3 lần tải trọn g tạ m thời :
DL + LL
4,33 LL
d)
Đối với cột, dầm , n hữ n g cột phụ, n h ữ n g tường chịu lực và
các tường m óng đỡ d iện tích m ái hoặc diện tích sàn > 14m 2, trừ
các tải trọng tro n g các nhà kho và tải trọn g do các phương tiện
giao th ôn g di động gây ra, thì tài trọng tạm thời phân bố đểu đối
với những cấu kiện n ày khôn g được nhỏ hơn các trị số sau đây tính
bằng % của tải trọ n g tạm thời trong những điều kiện khác nhau :
80% cho m ái ; 80% cho sà n kể với m ái ; 80% cho sàn thứ 2 kể từ
m ái xuống ; lẩn lư ợt giảm 5% đối với m ỗi sàn (từ 75% đối với sàn
thứ 3 đến 55% đối với sàn thứ 8 tín h từ m ái xuống) ; 50% cho sàn
thứ 8, thứ 9, thứ 10 và các sàn tiếp theo tín h từ mái.
Tiêu chuẩn cho rằ n g k hông giảm tải trọn g tạm thời đối với các
kết cấu của ngơi n h à vì tron g quá trình biến d ạn g các hệ liên tục
ctí khả năng phân phối lại tải trọng. M ặt khác khả n ăn g chịu lực
của kết cấu bị giảm do h iện tượng mỏi gây ra do sự thay đổi của
tải trọng g ió , n h ữ n g tác d ụn g rung động, sự thay đổi của n h iệt độ,
độ lún và nhữ ng thay đồi không ngừ ng của các tài trọng củ a môi
trường chung quanh tro n g thời gian dài. Tuy nhiên bê tô n g và khối
gạch xây cđ xu th ế tă n g độ bễn theo thời gia n làm cho khả n á n g
chịu lực của các k ết cấu làm b ằng cá c loại vật liệu này tả n g lên.
Đ ể chcn giải pháp k ết cấu cẩn nghiên cứu 3 yếu tó sau : Tài trọn g
tác dụng, tính ch ấ t củ a vật liệu làm kết cấu chịu lực, sơ đổ tru yển
tài trọng từ nhà x u ố n g n ền .

B ằng việc tính to á n tới 3 yếu tổ này người kỹ sư kết cấu sỗ tìm
được những mơ hình hợp lý đ ể đánh giá sự làm việc của k ết cấu
nối riêng và của cơ n g trìn h nđi chung. Khi đđ đ ể xác định cư ờng
độ tải trọng ta sử d ụ n g các côn g thức kinh nghiệm . Đ iều này gặp
những m âu thuán vì sự tiế t kiệm trong xây d ự ng và lượng tiêu hao
vật liệu cố trường hợp được kể đến cũ n g cố trường hợp k hác lại
không kể đến. N h ữ n g n g h iên cứu sau này cho phép tiếp cậ n tới
20


việc xác định chính xác hơn điéu kiện thực của tải trọn g đổi với
n hà cao tẩng.

TẨI TRỌNG LẮP GHÉP
Các k ết cấu chịu lực thường được tính tốn với tải trọn g thư ờng
xuyên và tài trọn g tạm thời. Tuy nhiên trong quá trỉnh xây dự ng
ngôi nhà cổ cấu kiện của kết cấu có thể phải chịu tải trọ n g lớn hơn
tải trọng tính tốn. N h ữ n g tải trọng này gọi là tải trọn g lấp ghép
và là thành phẩn quan trọng sẽ được tính tốn khi th iế t kế.
C àng ngày người ta cà n g cải tiến phương pháp xây d ự ng và cà n g
tiế t kiệm hơn. N gười kiến trúc sư có thể thiết k ế ngôi nhà xu ất
phát từ m ột phư ơng pháp xây dựng nhất định, anh ta cổ th ể k hông
h iểu biết đặc đ iểm riên g của trỉnh tự xâv dựng. N h ữ n g người xây
d ự n g thường tập tru n g những thiết bị va những sản phẩm n ặng
trên những d iện t.ích khơng lớn của cơng trinh. Đ iều đó diin tới
n hữ n g tải trọ n g tập tru n g lớn hơn nhiểu so với tảĩ trọn g đà tín h
tốn th iết k ế và cố th ể dẫn tới hậu quả phá huỷ kết cấu của ngôi
n h à đ ang xây dựng.
Vấn đé khố khăn n h ất khi xây dựng những kết cấu bê tô n g cốt
thép đổ liền khối là việc bào đảm đủ thời gian dường hô bê tông

trước khi tháo dd cốp pha và dàn giáo. Bê tôn g sẽ tăn g cường độ
theo thời gian n hư n g do thời hạn xây dựng rất quan trọn g đối với
người th ầu khốn nên họ có th ể tháo dỡ cốp pha trước khi bê tô n g
đ ạt cư ờn g độ tín h tốn tối th iểu . Khi đó nếu tải trọng tru yén đến
cấu kiện chịu lực m à vượt quá khả năng chịu lực của nđ có th ể
dẫn tới sự phá hủy.
Khi th iết k ế dẩm cần phài tính tốn tải trọng láp ghép vì rằn g
dầm được xem như làm việc liên hợp với sàn bê tô n g cốt thép,
n hư n g trong lúc xây d ự ng khơng có một liỗn kết tạm thời nào cả.
Do đó dầm cù n g phải được kiểm tra điêu kiện chịu tải trọ n g láp
ghép khi làm việc k hông cố sàn.
Khi xây dựng, với bê tô n g cốt thép ứng su ất trước thì m ơ m eii
nguy h iểm n h ấ t ỉà khi n ân g panen nặng khỏi m ặt đất. C ần phải
21