Kết cấu chống xoắn là yếu tố giúp công trình văn phòng duy trì độ ổn định và an toàn trong điều kiện động đất ngày càng khó lường. Trong bối cảnh đô thị phát triển theo chiều cao, nhiều tòa nhà văn phòng được xây dựng với kiến trúc mở, mặt bằng phức tạp và hệ kết cấu linh hoạt dễ bị tác động khi có địa chấn xảy ra. Do đó, trong bài viết này, hãy cùng Xây dựng Khải Minh tìm hiểu vì sao kết cấu chống xoắn lại đặc biệt quan trọng khi có động đất ngay trong bài viết dưới đây.
Vì sao cần kết cấu chống xoắn trong thiết kế công trình văn phòng?
Khi xảy ra động đất, công trình chịu tác động theo nhiều hướng khác nhau dọc, ngang và xoay quanh trục. Trong đó, chuyển động xoắn là một trong những nguyên nhân chính gây nên hiện tượng lệch tầng, gãy kết cấu và dẫn đến sập đổ cục bộ hoặc toàn bộ công trình. Hiện tượng này đặc biệt dễ xảy ra ở các công trình không có thiết kế đối xứng hoặc có sự phân bố tải trọng, độ cứng không đồng đều giữa các phương.
Kết cấu chống xoắn trong thiết kế công trình văn phòng
Đối với văn phòng nơi thường xây dựng dạng cao tầng với không gian mở, kết cấu nhẹ và nhiều cửa kính rủi ro chịu xoắn trong động đất lại càng cao. Khi thiếu kết cấu chống xoắn, sự vặn xoắn quanh trục trọng tâm của tòa nhà có thể khiến các cột, dầm lệch tâm chịu tải trọng không đều, dẫn tới phá hoại kết cấu nhanh chóng dù cường độ địa chấn chưa lớn.
Do đó, ứng dụng kết cấu chống xoắn trong công trình văn phòng là một giải pháp thiết yếu nhằm nâng cao độ ổn định tổng thể, phân phối lực đều hơn khi có dao động ngang, và từ đó đảm bảo an toàn cho con người lẫn tài sản bên trong công trình.
Cách thiết kế kết cấu chống xoắn hiệu quả?
Nhiều chủ đầu tư quan tâm đâu là cách thiết kế kết cấu chống xoắn hiệu quả? Thực tế đây là quá trình kỹ thuật phức tạp, đòi hỏi phải xử lý đồng thời cả về hình học kiến trúc, phân bố tải trọng, tính chất vật liệu và hành vi dao động của toàn công trình khi chịu tác động động đất. Dưới đây là các giải pháp được thực hiện nhằm đảm bảo kết cấu có khả năng chống xoắn hiệu quả:
Bố trí lõi cứng hợp lý
Kết cấu chống xoắn cần bắt đầu từ việc bố trí lõi cứng ở các khu vực chứa thang máy, thang thoát hiểm, hộp kỹ thuật. Lõi này nên được đặt gần trọng tâm khối lượng để làm giảm lệch tâm gây xoắn.
Bố trí lõi cứng hợp lý khi thi công kết cấu chống xoắn
Gia tăng độ cứng sàn ngang
Sàn trong công trình cao tầng phải đảm bảo là sàn cứng toàn khối , giúp truyền đều tải trọng động đất từ các tầng về hệ kháng lực. Sàn đúc liền khối bằng bê tông cốt thép là lựa chọn phổ biến vì vừa dễ thi công, vừa chống xoắn hiệu quả. Ngoài ra, tại các tầng sử dụng không gian mở, cần tăng thêm dầm phụ hoặc bố trí hệ giằng sàn ngầm để hạn chế biến dạng.
Sử dụng hệ khung chịu lực đối xứng và đồng đều
Nếu muốn tăng hiệu quả kết cấu chống xoắn cần bố trí hệ khung dầm, cột đối xứng và đồng đều theo cả hai phương (X và Y) của công trình. Điều này giúp lực động đất không tập trung vào một khu vực mà được chia đều khắp công trình, giảm nguy cơ xoắn lệch.
Tăng độ liên kết giữa các nút dầm, cột, tường
Các điểm nối giữa dầm và cột, giữa cột và tường, giữa tường và sàn là nơi truyền tải lực chính. Khi có động đất, nếu các liên kết này không đủ độ cứng, chúng sẽ trở thành điểm yếu và gây ra chuyển vị lệch giữa các tầng yếu tố làm gia tăng độ xoắn. Vì vậy, liên kết tại các nút cần được thiết kế dạng cứng, có khả năng chịu mô men và lực cắt, đặc biệt là ở các tầng thấp, nơi chịu tải động đất lớn nhất.
Tăng độ liên kết giữa các nút dầm, cột, tường
Tăng cường bằng hệ tường kháng cắt và giằng chéo
Kết cấu chống xoắn hiệu quả cần có các liên kết dạng cứng, có khả năng truyền mô men và chịu lực cắt cao, đặc biệt ở các tầng thấp nơi chịu lực địa chấn lớn nhất. Các nút liên kết yếu có thể dẫn đến những phát sinh chuyển vị chênh lệch giữa các tầng. Đây là nguyên nhân trực tiếp dẫn tới xoắn.
Kiểm tra và điều chỉnh chu kỳ dao động tự nhiên
Mỗi công trình có chu kỳ dao động riêng. Nếu chu kỳ này trùng với chu kỳ dao động của nền đất tại khu vực xây dựng (hiện tượng cộng hưởng), mức độ rung lắc và xoắn sẽ gia tăng gấp nhiều lần. Bằng cách tính toán chu kỳ dao động qua mô hình kết cấu, kỹ sư có thể thay đổi chiều cao tầng, tăng độ cứng dọc ngang hoặc bố trí giảm chấn để tránh cộng hưởng. Đây là yếu tố thiết kế rất quan trọng trong vùng có nền đất yếu hoặc thường xảy ra động đất cấp 7 trở lên.
Nguyên lý cơ bản khi thiết kế kết cấu chống động đất
Để xây dựng được một công trình thực sự an toàn, bên cạnh giải pháp kết cấu chống địa chấn, mà toàn bộ hệ thống phải đáp ứng được tiêu chuẩn thiết kế chịu lực khi xảy ra động đất. Dưới đây là những nguyên lý nền tảng trong thiết kế này:
Xác định tải trọng động đất
Đây là cơ sở đầu tiên để bố trí kết cấu chống xoắn phù hợp, tránh bị động trong thiết kế. Tải trọng động đất là lực rung chuyển phát sinh từ nền đất khi có địa chấn, truyền vào công trình theo nhiều phương. Tải trọng này phụ thuộc vào cấp động đất, đặc điểm địa chất khu vực, chiều cao công trình và phân bố khối lượng. Kỹ sư cần xác định được cường độ và phương tác động để đưa ra sơ đồ nội lực hợp lý.
Áp dụng giải pháp kết cấu chống địa chấn
Lựa chọn vật liệu phù hợp
Vật liệu xây dựng sử dụng trong hệ thống kết cấu chống xoắn của công trình phải có khả năng chịu uốn, chịu kéo và đàn hồi tốt. Các loại vật liệu thường được dùng gồm bê tông cốt thép, thép hình, vật liệu composite hoặc bê tông dự ứng lực. Vật liệu không chỉ cần chịu được tải trọng thường xuyên mà còn phải đảm bảo đàn hồi khi có biến dạng do động đất.
Hệ thống giằng và liên kết chống xoắn
Hệ thống giằng được sử dụng để tăng độ cứng ngang, giúp giữ ổn định tổng thể và giảm dao động khi có địa chấn. Đồng thời, liên kết giữa các dầm, cột, tường, sàn phải có độ liên kết cao, không được mềm yếu hay chịu xoắn kém.
Hệ kết cấu chống xoắn tốt sẽ được tổ chức như một “khối cứng đồng nhất”, thay vì các phần riêng lẻ dễ bị lệch pha trong chuyển động.
Thiết bị giảm chấn
Một số công trình văn phòng cao cấp ứng dụng thiết bị giảm chấn như hệ lò xo đàn hồi để hấp thụ và triệt tiêu một phần năng lượng địa chấn. Thiết bị này đóng vai trò như bộ “giảm sóc” cho công trình, giúp kết cấu không chịu lực quá đột ngột và giảm thiểu biến dạng tổng thể.
Ứng dụng thiết bị giảm chấn như hệ lò xo đàn hồi để hấp thụ và triệt tiêu một phần năng lượng địa chấn
Phân tích và mô phỏng động đất
Đây là một phần không thể thiếu nếu muốn xây dựng công trình đạt tiêu chuẩn quốc tế về kết cấu chống xoắn và kháng địa chấn. Trước khi đưa vào thi công, mọi công trình cần được phân tích kỹ lưỡng các kịch bản địa chấn thông qua phần mềm mô phỏng chuyên dụng. Kỹ sư sẽ kiểm tra dao động tầng, chuyển vị ngang, nội lực xoắn tại các nút để điều chỉnh hệ thống kết cấu phù hợp.
Cân bằng giữa trọng lực và lực động đất
Công trình thiết kế chịu lực khi xảy ra động đất cần có độ ổn định cả trong điều kiện thông thường và khi chịu tác động động đất. Thiết kế phải giúp công trình “giữ thăng bằng” giữa lực trọng trường và lực địa chấn, tránh hiện tượng mất ổn định do cộng hưởng hoặc dao động lệch tâm.
Tuân thủ tiêu chuẩn thiết kế chống động đất
Áp dụng các tiêu chuẩn như TCVN 9386:2012, tiêu chuẩn Eurocode 8 hoặc các tiêu chuẩn quốc tế về kháng địa chấn là điều bắt buộc khi thiết kế kết cấu. Đây là cách đảm bảo mọi chi tiết, thông số kỹ thuật đều tuân thủ giới hạn an toàn và có thể kiểm soát rủi ro thực tế.
Thi công công trình cao tầng chống động đất
Hy vọng qua chia sẻ trên đây, bạn đã nắm được thông tin chi tiết về kết cấu chống xoắn trong cách câu trình xây dựng. Để được tư vấn, hỗ trợ chi tiết hãy liên hệ Xây dựng Khải Minh theo hotline. Khải Minh là đơn vị tiên phong trong việc áp dụng giải pháp kết cấu vào các dự án thực tế, đặc biệt là các công trình văn phòng tại khu vực đô thị và vùng có nguy cơ địa chấn cao. Chúng tôi cam kết thi công đồng bộ, vật liệu chuẩn hóa, kỹ thuật tiên tiến và đội ngũ kỹ sư giàu chuyên môn giúp chủ đầu tư an tâm về hiệu quả đầu tư dài hạn.
CÔNG TY CỔ PHẦN TVGS THIẾT KẾ XÂY DỰNG KHẢI MINH
- Website: https://xaydungkhaiminh.vn/
- Fanpage: https://www.facebook.com/xaydungkhaiminh
- Tiktok: https://www.tiktok.com/@xd_khaiminh.jsc
- Youtube: https://www.youtube.com/@xaydungkhaiminh2157
- HOTLINE: 0901 999 998
- Email: hungthinhkhaiminhgroup@gmail.com
