1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
-------------------------------

VŨ THÁI HOÀNG
KHÓA 2014 – 2016 LỚP CH14X2

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÁCH LIÊN HỢP TRONG
KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD &CN
MÃ SỐ: 60.58.02.08

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS. TS. ĐOÀN THỊ TUYẾT NGỌC

HÀ NỘI - 2016


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên cho phép tác giả bày tỏ tình cảm biết ơn đến các thầy cô
giáo trong Khoa Sau đại học, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội đã dạy đỗ,
giúp đỡ và chỉ dẫn tác giả hoàn thành chương trình cao học.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Tiểu ban đánh
giá đề cương và kiểm tra tiến độ, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội đã có

những ý kiến đóng góp quý báu cho bản thảo luận văn của tác giả. Đặc biệt,
tác giả xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Đoàn Thị Tuyết Ngọc đã tận tình
giúp đỡ, trực tiếp hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi, cũng như cung cấp tài
liệu và động viên tác giả trong quá trình hoàn thiện luận văn.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn ban lãnh đạo nhà trường, các cán bộ của
Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, bạn bè và đồng nghiệp đã tạo điều kiện
giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập và hoàn thành khóa học.

Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2016
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Vũ Thái Hoàng


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa
học độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của luận văn là
trung thực và có nguồn gốc rõ ràng.
Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2016
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Vũ Thái Hoàng


DANH MỤC HÌNH VẼ

Số hiệu hình

Tên hình


Hình 1.1.

Bố trí lưới cột trong nhà cao tầng [6]

Hình 1.2.

Mặt bằng bố trí hệ giằng [6]

Hình 1.3.

Các giải pháp tổ hợp lưới dầm [6]

Hình 1.4.

Các phương án sàn cho nhà mặt bằng vuông có lõi cứng giữa [6]

Hình 1.5.

Bố trí hệ dàn giằng theo phương đứng [6]

Hình 1.6.

Các phương pháp liên kết gối [8]

Hình 1.7.

Các dạng tiết diện cột liên hợp thép bêtông [5]

Hình 1.8.


Kết cấu sàn liên hợp sử dụng tấm tôn sóng [5]

Hình 1.9.

Một số dạng liên hợp của vách trong kết cấu nhà cao tầng [5]

Hình 2.1.

Các dạng của vách liên hợp [10]

Hình 2.2.

Thành phần chính của vách liên hợp chịu cắt điển hình [10]
Sự kháng cắt của tấm thép trong vách liên hợp chịu cắt và vách thép

Hình 2.3.

chịu kéo dưới tác dụng của trường ứng lực [10]

Hình 2.4.

Kháng cắt theo trường lực nén trên đường chéo của tấm bê tông [10]

Hình 2.5.

Kết cấu thép điển hình với vách cắt liên hợp [10]

Hình 2.6.

Hình ảnh của tường cắt liên hợp truyền thống và sáng tạo [10]

Vách liên hợp sau khi khi qui đổi phần bê tông thành các sườn dọc và

Hình 2.7.

ngang [10]

Hình 2.8.

Liên kết của bản thép với dầm và cột biên [10]

Hình 2.9.

Lực kéo trong chốt của vách liên hợp [10]

Hình 3.1.

Mô hình etab cao tầng

Hình 3.2.

Mặt bằng công trình

Hình 3.3.

Khai báo kích thước tiết diện cột

Hình 3.4.

Khai báo kích thước tiết diện dầm


Hình 3.5.

. Khai báo phổ phản ứng

Hình 3.6.

Khai báo trường hợp tải trọng động đất

Hình 3.7.

Tổ hợp tải trọng động đất


DANH MỤC BẢNG, BIỂU

Số hiệu bảng biểu

Tên bảng, biểu

Bảng 1.1.

Các đặc trưng cơ học của bê tông theo Eurocode 4 [6]

Bảng 1.2.

Hệ số đặc tính riêng của bê tông γc [6]

Bảng 1.3.
Bảng 1.4.
Bảng 3.1.


Thép thanh dùng cho kết cấu bê tông cốt thép theo TCXDVN
365:2005
Các đặng trưng cơ bản cho bê tông thép AISC
Phân phối tải trọng động đất theo phương ngang lên các tầng
( phương pháp lực tĩnh ngang tương đương)


MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các hình vẽ
Danh mục các bảng, biểu
MỞ ĐẦU
* Lý do chọn đề tài ........................................................................................ 1
* Mục đích nghiên cứu.................................................................................. 2
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................. 2
* Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 2
* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................. 2
* Cấu trúc luận văn ...................................................................................... 2
* Hình ảnh minh họa .................................................................................... 3
NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG
DÙNG TRONG NHÀ CAO TẦNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM..4
1.1. Khái niệm về kết cấu nhà cao tầng...................................................... 4
1.1.1. Đặc điểm nhà cao tầng .........................................................................4
1.1.2. Tổ hợp kết cấu chịu lực nhà cao tầng ..................................................7
1.1.3.Tình hình ứng dụng kết cấu nhà cao tầng trên thế giới và ở Việt Nam
......................................................................................................................13

1.2. Giải pháp kết cấu liên hợp thép bê tông cho nhà nhiều tầng ở Việt
Nam .............................................................................................................17
1.2.1. Giải pháp cấu tạo cấu kiện cho kết cấu liên hợp .............................. 18
1.2.1.a. Cột liên hợp dùng trong nhà cao tầng ..........................................18
1.2.1.b. Sàn liên hợp dùng trong nhà cao tầng ..........................................18
1.2.1.c. Hệ vách lõi liên hợp ......................................................................19
1.2.2. Tính ưu việt của kết cấu liên hợp ......................................................20


1.2.3. Vật liệu sử dụng cho kết cấu liên hợp ( tiêu chuẩn Eurocode ) ........ 21
1.2.4. Vật liệu sử dụng cho kết cấu liên hợp (tiêu chuẩn AISC) ................ 26
1.3. Quá trình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp trên thế giới ..... 27
1.4. Quá trình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp tại Việt Nam..... 29
CHƯƠNG 2. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN VÁCH LIÊN HỢP.................33
2.1. Cấu tạo vách liên hợp ....................................................................... 33
2.2. Ưu điểm của vách liên hợp ............................................................... 33
2.3. Các thành phần chính của một bức vách liên hợp ..........................34
2.4. Hệ thống kết cấu sử dụng vách liên hợp ...........................................39
2.5. Nguyên lý làm việc của kết vách liên hợp.........................................40
2.5.1. Tải trọng động đất cho vách liên hợp................................................ 41
2.5.2. Các dạng phá hoại chính của vách liên hợp .......................................45
2.6. Quy định khi thiết kế vách liên hợp chịu cắt ................................... 47
2.7. Khả năng chống lại mô men lật của vách liên hợp ......................... 50
2.8. Nguyên tắc thiết kế liên kết của thép tấm với dầm biên và cột biên.
......................................................................................................................50
2.9. Nguyên tắc thiết kế chốt chịu cắt ...................................................... 52
2.10. Nguyên tắc thiết kế dầm biên, cột biên ...........................................53
CHƯƠNG 3 : VÍ DỤ TÍNH TOÁN CẤU TẠO VÁCH LIÊN HỢP...........54
3.1. Ví dụ tính toán ................................................................................... 54
3.2. Kiểm tra khả năng chịu lực của phần vách thép ............................ 64

3.2.1. Kiểm tra khả năng chịu kéo của tấm vách thép do trường ứng lực gây
nên .............................................................................................................. 64
3.2.2. Kiểm tra khả năng chịu nén của vách thép khi chịu nén dọc ........... 64
3.2.3. Kiểm tra khả năng chịu cắt của chốt neo ......................................... 65
3.2.4.Kiểm tra cấu tạo của vách bê tông .................................................... 67


3.2.5. Kiểm tra sự phá hoại của liên kết giữa tấm vách thép với cột và dầm
biên ............................................................................................................. 67
3.2.6. Kiểm tra cột biên và dầm biên ở hai bên vách liên hợp ................... 68
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................72
Kết Luận.....................................................................................................72
Kiến nghị.................................................................................................... 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


1

MỞ ĐẦU
* Lý do chọn đề tài.
- Hiện nay kết cấu nhà cao tầng được sử dụng phổ biến trên thế giới và ở
Việt Nam. Hệ thống kết cấu chịu lực của nó rất đa dạng. Kết cấu khung chủ
yếu chỉ chịu tải trọng đứng, các kết cấu cứng như vách lõi chịu một phần tải
trọng đứng và chủ yếu chịu tải trọng ngang như động đất, gió động. Tùy theo
yêu cầu của công trình mà chủ đầu tư cân nhắc, lựa chọn kết cấu là vật liệu bê
tông, thép hoặc liên hợp. Hiện nay do tính ưu việt của hệ liên hợp mà các kỹ sư
thiết kế thường chọn hệ chịu lực cho nhà cao tầng là hệ này. Theo thống kê đã
cho thấy về phương diện hiệu quả kinh tế kỹ thuật, chi phí vật liệu dùng để chịu
tác động của tải trọng ngang tăng với tốc độ nhanh hơn nhiều so với chi phí vật

liệu dùng để chịu tải trọng đứng khi tăng số tầng nhà. Do vậy dù lựa chọn vật
liệu cho kết cấu chịu lực là bê tông hay thép, kết cấu vách lõi cũng nên lựa
chọn dùng vách lõi liên hợp là tốt nhất.
- Với các nhà cao tầng từ trước tới nay, thường được chọn hệ thống vách
lõi là kết cấu bê tông hoặc kết cấu thép. Tuy nhiên khi chịu tải trọng ngang lớn
đặc biệt là tải trọng động đất, các vách lõi này thường chiếm diện tích khá lớn
trên mặt bằng, điều này ảnh hưởng đến không gian sử dụng của nhà. Mặt khác
khi chịu tải trọng lật, đổi chiều kết cấu dễ hư hỏng, nứt khó có thể sửa chữa,
ảnh hưởng tới toàn bộ hệ thống kết cấu chịu lực của tòa nhà. Khi áp dụng hệ
thống vách lõi liên hợp cần phải biết hệ thống vách lõi có cấu tạo như thế nào,
vị trí đặt ở đâu trên mặt bằng nhà, dùng cho nhà bao nhiêu tầng là phù hợp. Sự
làm việc của nó khi chịu tải trọng động đất và gió đứng ra sao. Đó là các vấn đề
mà các sinh viên, ký sư xây dựng cần phải biết. Với lý do đó đề tài của em
nghiên cứu về: "Nghiên cứu tính toán vách liên hợp trong kết cấu nhà cao
tầng" . Đề tài đáp ứng được với các nhu cầu cấp thiết hiện nay.


2

* Mục đích nghiên cứu.
- Nghiên cứu cấu tạo vách liên hợp
- Sự làm việc tổng thể của kết cấu vách liên hợp trong kết cấu nhà cao tầng.
- Các công thức tính toán vách liên hợp theo tiêu chuẩn AISC.
- Dùng ví dụ tính toán để minh họa và từ đó rút ra các kết luận và kiến nghị .
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
- Đối tượng nghiên cứu: Vách liên hợp trong kết cấu nhà cao tầng.
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu cấu tạo và phương pháp tính toán vách liên
hợp theo tiêu chuẩn AISC 1997.
* Phương pháp nghiên cứu.
- Nghiên cứu cơ sở cấu tạo vách liên hợp theo AISC .

- Tính toán công trình cụ thể để có kết luận so sánh về kết cấu khi dùng vách
liên hợp.
* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
Đề tài - Dùng cho các nghiên cứu về vách liên hợp trong nhà cao tầng
- Dùng cho các kỹ sư và sinh viên ngành xây dựng trong quá trình tính
toán thực tế
* Cấu trúc luận văn.
Cấu trúc luận văn được chia làm ba chương chính và các phần mở đầu,
kết luận, kiến nghị và tài liệu tham khảo:
Chương I : Tổng quan chung
Chương II : Cấu tạo và tính toán vách liên hợp
Chương III : Ví dụ áp dụng


3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG
DÙNG TRONG NHÀ CAO TẦNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.1. Khái niệm về kết cấu nhà cao tầng
1.2. Giải pháp kết cấu liên hợp thép bê tông cho nhà nhiều tầng ở Việt Nam
1.3. Quá trình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp trên thế giới
1.4. Quá trình nghiên cứu ứng dụng kết cấu liên hợp tại Việt Nam
CHƯƠNG 2. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN VÁCH LIÊN HỢP
2.1. Cấu tạo vách liên hợp.
2.2. Ưu nhược điểm của vách liên hợp
2.3 Các thành phần chính của một bức vách liên hợp
2.4. Hệ thống kết cấu sử dụng vách liên hợp
2.5. Nguyên lý làm việc của kết vách liên hợp.
2.6. Quy định khi thiết kế vách liên hợp chịu cắt
2.7. Khả năng chống lại mô men lật của vách liên hợp

2.8. Nguyên tắc thiết kế liên kết của thép tấm với dầm biên và cột biên
2.9. Nguyên tắc thiết kế chốt chịu cắt
2.10. Nguyên tắc thiết kế dầm biên, cột biên
CHƯƠNG 3 : VÍ DỤ TÍNH TOÁN CẤU TẠO VÁCH LIÊN HỢP
3.1. Ví dụ tính toán
3.2. Kiểm tra khả năng chịu lực của phần vách thép
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
* Hình ảnh minh họa


THÔNG BÁO
Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui
lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện
– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội.
Email:

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN


72

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận: Qua nghiên cứu sự làm việc và tính toán vách liên hợp trong
kết cấu nhà cao tầng nhận thấy rằng:
- Vách liên hợp làm bằng thép, bê tông cốt thép dùng có hiệu quả trong
kết cấu nhà cao tầng và siêu cao tầng do vách có độ cứng lớn, trọng lượng nhỏ,
chế tạo thuận tiện cho công tác thi công và bố trí không gian kiến trúc bên
trong nhà.

- Vách có khả năng chịu cắt cao dưới tác động của lực động đất. Khi chịu
tải trong ngạng phần vách thép tiếp nhận ứng suất kéo sịnh bởi trường ứng suất,
phần vách vê tông ngoài chịu cắt, chịu kéo chống lại mô men gây lật còn có tác
dụng ngăn cản sự uốn dọc của vách thép, tăng độ cứng cho vách.
- Vách thép có chiều dày nhỏ nhất là 8mm, vách bê tông có chiều dày
nhỏ nhất là 10,2cm khi đặt ở 1 bên và 20,4cm khi đặt 2 bên, cốt thép đặt trong
bê tông có hàm lượng không được ít hơn 0,25%.
- Cột biên và dầm biên cấu tạo hai bên vách ngoài chịu tải trọng của tòa
nhà, còn cùng tham gia chịu lực với vách, là điểm neo cho vùng chịu kéo của
vách bê tông và vách thép khi chịu nén theo phương đường chéo.
- Các chốt neo liên kết vách thép với vách bê tông có tác dụng chịu cắt
do lực cắt tầng gây ra và chịu kéo do sự mất ổn định cục bộ của vách thép.
- Liên kết vách liên hợp với cột và dầm biên bằng bu lông và đường hàn,
liên kết chịu lực cắt tầng.
Kiến nghị: Trong vách liên hợp có đề xuất cấu tạo vách liên hợp cải
tiến, loại vách này có ưu điểm hơn so với vách liên hợp thông thường do vậy
cần nghiên cứu cấu tạo và tính toán loại vách này.


73

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
1. TCVN 2737-1995: Tải trọng và tác động– Tiêu chuẩn thiết kế, NXB Xây
Dựng, Hà Nội.
2. TCVN 9386-2012: Thiết kế công trình chịu động đất, NXB Xây Dựng,
Hà Nội
3. TCVN 5575-2012: Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép, NXB Xây Dựng, Hà
Nội
4. TCVN 5574-2012: Tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép, NXB Xây

Dựng, Hà Nội
5. Phạm Văn Hội, “Kết cấu liên hợp thép bêtông dùng trong nhà cao tầng ”.
NXB KHKT, Hà Nội, 2006.
6. Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn Tư, Lưu Văn Trường
(1998), Kết cấu thép 2 - Công trình dân dụng và công nghiệp, Nhà xuất
bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
7. Phạm Văn Các- Nguyễn Lê Ninh "Tính toán và cấu tạo kháng chấn các
công trình nhiều tầng". Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 1994
8. PGS.TS Nguyễn Quang Viên, "Kết cấu thép nhà dân dụng và công
nghiệp," Nhà Xuất bản khoa học và kỹ thuật
Tiếng Anh:
9. Eurocode 4. Design of composite steel and concrete structures: Part 1 -1:
General rules and rules for buildings, UK, 2005.
10. Abolhassan Astaneh-Asl, Ph.D., P.E., Professor. Seismic Behavior and
Design of composite Steel Plate Shear Walls;


74

11. AISC (1997), Seismic Provisions for Structural Steel Buildings,
American Institute.
12. AISC (1999), Load and Resistance Factor Design Specification,
American Institute.
13. ICC,

(2000),

"The

International


Building

International Code Council, Falls Church, VA.

Code,

IBC-2000,"