Trong thiết kế và thi công nhà cao tầng, cần phải tính toán trọng tải sinh ra trong quá trình xây dựng, chế tạo cũng như di chuyển các nguyên vật liệu trong quá trình xây dựng. Vậy đâu là những yêu cầu về tổ hợp tải trọng nhà cao tầng chuẩn nhất?
Tổ hợp tải trọng nhà cao tầng và những điều nên biết
Các thông tin về trọng tải
Tải trọng gồm 2 cấp: tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán.
Tải trọng tiêu chuẩn được hiểu là các đặc trưng cơ bản của tải trọng.
Tải trọng tính toán là tích của tải trọng tiêu chuẩn và hệ số độ tin cậy hay còn được gọi là hệ số vượt tải về tải trọng. Thông thường, tải trọng tính toán thường dùng để tính toán theo nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất.
Tải trọng tiêu chuẩn được dùng để kiểm tra theo nhóm trạng thái giới hạn thứ hai và khi tính toán về độ bền mỏi nếu không có các quy định nào khác trong tiêu chuẩn thiết kế liên quan. Tải trọng tiêu chuẩn được dùng khi thiết kế theo phương pháp ứng suất cho phép đối với kết cấu và nền – móng.
Tải trọng có thể được phân loại bao gồm:
- Tĩnh tải: phần kết cấu và bổ sung – phi kết cấu),
- Tải trọng do ứng lực trước: Hoạt tải trong quá trình sử dụng và bổ sung – trong quá trình thi công.
Các tải trọng thay đổi khác: biến dạng nền (tình trạng lún không đều), co ngót hay từ biến của vật liệu, chịu các tác động nhiệt thủy hóa, co ngót do đổ bê tông khối lớn gây ra.
Tác động môi trường: tải trọng gió (bão), tác động do lutj (quy định trong tiêu chuẩn Mỹ ASCE 7-2005) hoặc các tác động do thay đổi nhiệt độ, thời tiết…;
Tải trọng đặc biệt: do tác động động đất, tác động do nổ (khủng bố), tác động do hỏa hoạn, tải trọng do lốc xoáy (không xét đến trong trường hợp này trừ khi có yêu cầu riêng), tải trọng do vi phạm nghiêm trọng các quá trình công nghệ (nổ đường ống dẫn khí gas…), tác động của các biến dạng nền do thay đổi cấu trúc đất (khi thi công tàu điện ngầm hay sự hạ mực nước ngầm lớn trong tương lai bởi sự khai thác nước ngầm).
Tổ hợp trọng tải nhà cao tầng
Khi xây dựng và thiết kế nhà cao tầng thì chúng ta phải xét đến tất cả các loại trọng tải, các tác động khả dĩ có thể xuất hiện trong các quá trình xây dựng, sử dụng, sửa chữa và bảo trì công trình và tổ hợp bất lợi có thể xuất hiện.
Các loại tải trọng và tác động của chúng có thể tác dụng theo những phương thẳng đứng hay theo phương nằm ngang, tần suất có thể là các tác động thường xuyên hay các tác động thay đổi theo thời gian, hoặc thậm chí là các tác động bất thường, cũng có thể là các tác động do lún không đều, các ảnh hưởng từ môi trường, khí hậu trong suốt thời gian sử dụng công trình nhà cao tầng.
Các kết cấu cao tầng cần phải được tính toán, thiết kế nhằm đảm bảo an toàn (không bị phá hoại và không gây thương tích cho người sử dụng) trong suốt thời gian tính từ khi bắt đầu xây dựng cho đến khi hết thời hạn sử dụng của công trình dưới tổ hợp tải trọng bất lợi có thể xảy ra. Ngoài ra, đối với các công năng của tòa nhà cao tầng, tiện nghi cho người sử dụng cũng như sự vận hành của các thiết bị bên trong phải được đảm bảo trong quá trình sử dụng công trình.
Tùy thuộc vào hệ tiêu chuẩn được áp dụng, thông thường có 2 nhóm trạng thái giới hạn phải tính toán và kiểm tra khi thực hiện thiết kế kết cấu cao tầng, đó là: (i) nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất (độ bền hoặc trạng thái giới hạn cực hạn), (ii) nhóm trạng thái giới hạn thứ hai (trạng thái giới hạn về mức sử dụng bình thường).
Riêng đối với phần thiết kế động đất theo TCXDVN 375 : 2006 sẽ phải xét đến trạng thái giới hạn để hạn chế sự hư hỏng (có thể sửa chữa được). Đối với những kết cấu rất quan trọng mà sự hư hỏng không thể sửa chữa được hay chi phí sửa chữa rất lớn (ví dụ: dầm chuyển chịu tải trọng lớn), thì có thể phải áp dụng phương pháp ứng suất cho phép với hệ số an toàn cao.
Móng nhà cao tầng ở Hà Nội hay thành phố Hồ Chí Minh sẽ thường sử dụng hệ móng sâu (móng cọc). Trong khi thiết kế móng cọc, thông thường sẽ tính toán theo phương pháp ứng suất cho phép, nghĩa là tải trọng tác dụng lên phải nhỏ hơn sức chịu tải cho phép của cọc. Khi đó, một vấn đề được đặt ra là xác định tải trọng tiêu chuẩn đối với tải trọng gió và động đất như thế như thế nào?
Theo TCXD 205 : 1998 thì tải trọng tác dụng lên cọc sẽ là tải trọng tính toán, song sức chịu tải cho phép của cọc sẽ được lấy bằng sức chịu tải cực hạn của cọc chia cho hệ số an toàn là SF = 2 – 3 (nếu tính theo công thức của SNiP thì sử dụng sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc – đây là phương pháp trạng thái giới hạn trong thiết kế cọc).
Như vậy, phương pháp tính toán móng cọc theo tiêu chuẩn Việt Nam nằm ở giữa phương pháp ứng suất cho phép và phương pháp trạng thái giới hạn. Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc nói chung và cọc khoan nhồi nói riêng cần được xem xét về mức để để cho phù hợp với thực tế xây dựng nhà cao tầng hiện nay và hội nhập được với thế giới.
Phần tương tác cọc – nền (sức chịu tải theo đất nền) có thể được tính toán theo phương pháp ứng suất cho phép với hệ số an toàn là SF = 2 – 3. Với sức chịu tải theo vật liệu của cọc khoan nhồi sẽ thuộc về bài toán kết cấu (bao gồm tải dọc hay tải trọng ngang tác dụng lên cọc) thì nên được tính theo phương pháp trạng thái giới hạn với hệ số an toàn riêng của vật liệu. Ở đây sẽ lấy cao hơn so với các cấu kiện chịu nén – uốn thông thường vì cọc được thi công đổ tại chỗ dưới đất.
Trên đây là những thông tin cần thiết về tổ hợp tải trọng nhà cao tầng, hi vọng sẽ giúp ích cho bạn khi thực hiện tính toán thi công công trình này.
