Có mấy hệ vật liệu kết cấu nhà cao tầng?
Kết cấu nhà cao tầng hiện nay có 5 hệ chính, mỗi hệ dùng vật liệu khác nhau và phù hợp với chiều cao công trình, Điều kiện địa chất và yêu cầu kiến trực. Việc chọn dùng hệ kết cấu quyết định lượng vật liệu, tốc độ thi công và chi phí tổng thể. Cang cao tầng, hệ kết cấu cang phức tạp và yêu cầu vật liệu cường độ cang cao.
Hệ 1: BTCT thuan (Reinforced Concrete Frame)
Hệ BTCT thuan là hệ phổ biến nhất tại Việt Nam cho nha 8–25 tầng. Kết cấu gồm cột, dầm và sàn BTCT chịu lực, lõi cứng BTCT chịu lực ngang (gió, động đất). Vật liệu: bê tông B25–B35, thép CB400V, dày sàn 200–250 mm (sàn dầm) hoặc 200–220 mm (sàn phẳng ứng suất trước).
Ưu điểm: vật liệu phổ biến, nha thau quen thi công, chi phí thấp. Nhược điểm: Cột bê tông lớn ở các tầng thấp (chiều ngang 800×800 mm đổi với nha 20 tầng), an vào không gian sử dụng; khó đất chiều cao sàn thông thủy lớn.
Hệ 2: Khung thép (Structural Steel Frame)
Khung thép dùng thép hình I, H hoặc box cho cột và dầm, sàn composite (sàn thép + bê tông toàn khỏi hoặc BTCT trên tôn sàn). Vật liệu: thép hình SS400/A36 hoặc A572 Gr50, bu lông cường độ cao A325/A490, bê tông sàn B25. Hệ nay phổ biến cho nha văn phòng quốc tế 20–40 tầng cần cot nhờ, không gian thoang và thi công nhanh (lắp tung và noi dùng sàn theo mỏ-dul). Nhược điểm: giá thép hình cao hơn BTCT, yêu cầu bảo vệ cháy (intumescent paint hoặc boc bê tông) theo QCVN 06.
Hệ 3: SRC — Thép hình boc bê tông (Steel Reinforced Concrete)
Hệ SRC đất thép hình (I, H, box) vào bên trong cot BTCT, tạo nền cot chịu tải cuc lớn (hang nghin tấn) trong tiết điện nhờ. Vật liệu: thép hình SS400 hoặc A572, bê tông B35–B45, thép cần CB400V. Hệ SRC phù hợp cho cot góc và lõi cứng nha siêu cao tầng 40+ tầng, noi tải trọng đơn còn quá lớn để giai quyết bảng cot BTCT thuan.
Ưu điểm chính của SRC là tiết điện cot nhờ hơn BTCT thuan 20–35% cung tải trọng, tầng không gian sử dụng; ngoài ra thép hình là khung chịu lực trong quá trình thi công trước khi bê tông đất cường độ. Nhược điểm: thi công phức tạp, cần thứ nhiều kỹ trong.
Hệ 4: Lõi cứng BTCT + Sàn phẳng ứng suất trước (Flat plate PT slab)
Hệ nay dùng lõi cứng BTCT (core wall) để chịu lực ngang và cot biển BTCT để chịu lực dùng, sàn phẳng ứng suất trước (prestressed flat plate) thay cho dầm, dày sàn 200–230 mm thay vi 250–350 mm khí dùng dầm. Vật liệu: bê tông B30–B40, cot ứng suất trước (PC strand 15,2 mm, fp = 1860 MPa), thép CB400V cho cot và loi. Đây là hệ ưu Việt cho nha cần chiều cao sàn thông thủy lớn (văn phòng, khách sạn, cần ho hang A).
Ưu điểm: giảm chiều cao tầng 300–500 mm (giảm tổng chiều cao công trình hoặc tầng số tầng trong cung giới hạn chiều cao), mặt sàn phẳng không dầm gió dep, phù hợp Cột điện và điều hóa âm tran. Yêu cầu kỹ thuật cao: keo cot ứng suất trước phải dùng thiết bị chuyên dụng và kiểm tra luc keo bảng đồng ho.
Hệ 5: Mega-core và Outrigger (Nha siêu cao tầng)
Với nha siêu cao tầng (trên 150 m), hệ mega-core + outrigger được áp dụng: loi BTCT cường độ cao (B45–B60) ở trung tâm công trình, cột mega (cot siêu lớn bề mặt) xung quanh, và các dan outrigger (dan cau ngang) kết noi loi với cột mega tại các tầng kỹ thuật. Hệ nay phân phối luc ngang hiệu quả, giảm dao động công trình dưới tác động gió. Vật liệu: bê tông B45–B60 (cần phụ gia đặc biệt), thép hình box A572 Gr65 cho outrigger, khop (damper) cần đồng giảm dao động tại cột mega.
Bảng So sánh 5 hệ kết cấu
| Hệ kết cấu | Tầng dùng | Vật liệu chủ dao | Chi phí tường đổi |
|---|---|---|---|
| BTCT thuan | 8–25 | B25–B35, CB400V | Thấp nhất |
| Khung thép | 15–40 | Thép hình SS400, sàn composite | Trung binh cao |
| SRC | 25–60 | Thép hình + B40–B45 | Cao |
| Loi + sàn PT | 15–50 | B30–B40, PC strand | Trung binh |
| Mega-core + Outrigger | 50+ | B45–B60, thép box A572 | Cao nhất |
Chọn hệ kết cấu theo mức tiêu công trình
Cần ho thường mái 15–25 tầng tại Việt Nam: hệ BTCT thuan hoặc loi + sàn PT là lựa chọn kính tế, đáp ứng yêu cầu thị trường. Văn phòng hang A 20–35 tầng: hệ khung thép hoặc SRC để có cot nhờ, thông tầng lớn. Nhà cao tầng trên 40 tầng: bắt buộc phải dùng hệ SRC hoặc mega-core, cần từ vận từ kỹ sư kết của có kính nghiem đủ an lớn.
Câu hỏi thường gặp (FAQ)
- Sàn ứng suất trước có chịu được rung động không?
- Có, sàn PT được tính toán chịu tải trọng dùng và hoạt tại theo TCVN. Cot ứng suất trước giu sàn on định và hạn chế nứt có nước ngầm.
- Hệ SRC có được dùng phổ biến ở Việt Nam không?
- Hệ SRC dạng được dùng trong các đủ an lớn tại Tp.HCM và Ha Noi, những chứa phổ biến độ yêu cầu kỹ thuật cao và chi phí lớn hơn BTCT thuan.
- Nha 10 tầng có cần thép CB500V không?
- Thường không cần; CB400V là đủ cho nha 10–20 tầng. CB500V chủ yếu dùng cho các đủ an trên 30 tầng hoặc cột mega chịu tải cuc lớn.