Tóm tắt tiêu chuẩn TCVN 198:1997 – Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối

1. Giới thiệu chung

Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh, nhu cầu xây dựng nhà cao tầng ngày càng gia tăng. Để đảm bảo an toàn, độ bền và tính kinh tế, việc thiết kế kết cấu bê tông cốt thép cần có cơ sở pháp lý và kỹ thuật rõ ràng. Tiêu chuẩn TCVN 198:1997 – Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối được ban hành nhằm đáp ứng nhu cầu này, đưa ra các yêu cầu và nguyên tắc cơ bản khi thiết kế kết cấu chịu lực bằng bê tông cốt thép toàn khối cho các công trình cao tầng.

Tiêu chuẩn dựa trên nguyên lý cơ học kết cấu, lý thuyết bê tông cốt thép, đồng thời tham khảo các tiêu chuẩn quốc tế phù hợp với điều kiện xây dựng tại Việt Nam.

2. Phạm vi áp dụng

TCVN 198:1997 áp dụng cho:

• Nhà cao tầng từ 9 tầng trở lên, có kết cấu chịu lực chính bằng bê tông cốt thép toàn khối.

• Các công trình công cộng, văn phòng, chung cư, khách sạn và những tòa nhà có chiều cao lớn.

• Tiêu chuẩn không áp dụng cho nhà công nghiệp, kết cấu thép, bê tông lắp ghép hoặc các loại kết cấu đặc biệt như nhà cao tầng siêu nhẹ, nhà bằng vật liệu mới chưa được quy định.

3. Tài liệu viện dẫn

Trong quá trình thiết kế theo TCVN 198:1997, cần kết hợp với một số tiêu chuẩn liên quan, ví dụ:

• TCVN 5574: Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép.

• TCVN 2737: Tải trọng và tác động.

• TCVN 9386: Thiết kế công trình chịu động đất.

• Các tiêu chuẩn vật liệu xây dựng khác về thép, bê tông, gạch, vữa.

4. Nguyên tắc thiết kế nhà cao tầng

Khi thiết kế nhà cao tầng, phải đảm bảo các nguyên tắc:

• An toàn chịu lực: công trình chịu được tải trọng tĩnh, tải trọng gió, tải trọng động đất và tác động bất lợi khác.

• Độ cứng và ổn định: hạn chế chuyển vị ngang, đảm bảo công trình không bị nghiêng, lật hoặc dao động quá mức.

• Độ bền lâu: kết cấu bền vững trong suốt vòng đời thiết kế, chống lại ăn mòn, tác động môi trường.

• Kinh tế: sử dụng hợp lý vật liệu, tối ưu hóa tiết diện, giảm chi phí thi công.

5. Hệ kết cấu trong nhà cao tầng

TCVN 198:1997 quy định một số hệ kết cấu bê tông cốt thép toàn khối thường dùng:

• Hệ khung chịu lực: gồm dầm và cột, thích hợp cho công trình từ 9–15 tầng.

• Hệ vách cứng: sử dụng tường bê tông cốt thép dày, chịu tải trọng ngang, áp dụng cho nhà cao từ 15–30 tầng.

• Hệ lõi cứng: bố trí lõi thang máy, thang bộ bằng bê tông cốt thép toàn khối, kết hợp với khung chịu lực.

• Hệ hỗn hợp (khung – vách – lõi): sử dụng cho nhà siêu cao tầng trên 30 tầng, nhằm tăng độ cứng và ổn định tổng thể.

6. Vật liệu sử dụng

• Bê tông: phải đảm bảo cường độ nén, độ bền lâu, tính công tác và tính chống thấm. Cường độ thường dùng từ B20 đến B40 cho nhà cao tầng.

• Thép cốt bê tông: sử dụng thép cán nóng, có gân, đáp ứng yêu cầu cơ tính theo các tiêu chuẩn thép xây dựng (TCVN 1651, TCVN 6285, TCVN 6287).

• Vật liệu phụ: cốt liệu, phụ gia, nước trộn bê tông phải đạt tiêu chuẩn chất lượng, không gây ảnh hưởng xấu đến cường độ bê tông.

7. Tải trọng và tác động

Khi thiết kế theo TCVN 198:1997, phải tính đến các loại tải trọng:

• Tải trọng thường xuyên: trọng lượng bản thân kết cấu, tường ngăn, sàn, mái.

• Tải trọng tạm thời: tải sử dụng, tải do người, thiết bị, nội thất.

• Tải trọng gió: rất quan trọng đối với nhà cao tầng, ảnh hưởng đến dao động ngang.

• Tải trọng động đất: áp dụng đối với vùng có nguy cơ địa chấn, cần tính toán theo TCVN 9386.

• Tải trọng nhiệt độ và co ngót bê tông: gây nội lực thứ cấp, đặc biệt trong kết cấu lớn.

8. Yêu cầu thiết kế chi tiết

• Cột: phải đảm bảo ổn định tổng thể, chịu nén đúng tâm và lệch tâm.

• Dầm: thiết kế theo uốn, cắt, kiểm soát nứt.

• Sàn: có thể là sàn dầm, sàn không dầm hoặc sàn ô cờ, đảm bảo khả năng phân phối tải.

• Vách cứng và lõi cứng: thiết kế chịu lực ngang, kiểm soát biến dạng, tính đến tương tác với khung.

• Móng: sử dụng móng cọc, móng bè hoặc móng hộp, đảm bảo truyền tải trọng xuống nền.

9. Kiểm tra và tính toán

Các bước kiểm tra bao gồm:

• Tính toán cường độ: đảm bảo tiết diện chịu được nội lực thiết kế.

• Kiểm tra độ võng và chuyển vị ngang: không vượt quá giới hạn cho phép.

• Kiểm soát nứt: tính toán chiều rộng khe nứt, hạn chế nứt trong sử dụng.

• Ổn định tổng thể: công trình không bị lật, trượt hoặc dao động cộng hưởng.

10. Thi công và nghiệm thu

• Thiết kế phải xét đến khả năng thi công, bao gồm đổ bê tông toàn khối, cốp pha, giàn giáo, thời gian tháo dỡ.

• Phải có biện pháp kiểm soát chất lượng vật liệu ngay từ đầu.

• Nghiệm thu kết cấu dựa trên hồ sơ thiết kế, hồ sơ thi công và kết quả thí nghiệm vật liệu, cấu kiện.

11. Ý nghĩa áp dụng TCVN 198:1997

Việc áp dụng tiêu chuẩn này mang lại nhiều lợi ích:

• Đảm bảo an toàn: công trình cao tầng có khả năng chịu được tải trọng phức tạp.

• Nâng cao tuổi thọ công trình: kết cấu bền vững, ít hư hỏng.

• Tính kinh tế: sử dụng hợp lý vật liệu, giảm chi phí sửa chữa.

• Thống nhất thiết kế: tạo sự đồng bộ trong ngành xây dựng, giúp quản lý chất lượng dễ dàng hơn.

• Hội nhập quốc tế: tạo cơ sở để so sánh, đối chiếu với tiêu chuẩn nước ngoài, thuận lợi trong hợp tác và đầu tư.

12. Kết luận

TCVN 198:1997 – Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối là tiêu chuẩn quan trọng trong lĩnh vực xây dựng đô thị, giúp đảm bảo an toàn, ổn định và độ bền cho công trình cao tầng. Tiêu chuẩn quy định từ nguyên tắc thiết kế, lựa chọn vật liệu, tính toán tải trọng, cấu tạo chi tiết cho đến kiểm tra và nghiệm thu.

Trong bối cảnh phát triển đô thị hiện nay, khi các thành phố lớn ở Việt Nam ngày càng nhiều tòa nhà cao tầng, việc áp dụng TCVN 198:1997 là yêu cầu bắt buộc, đồng thời cũng là cơ sở để nâng cao chất lượng, an toàn và hiệu quả kinh tế cho công trình.