Nguyên tắc thiết kế kết cấu nhà cao tầng đảm bảo an toàn

Để đảm bảo an toàn cho công trình, thiết kế kết cấu nhà cao tầng cần tuân thủ các nguyên tắc cơ bản như đảm bảo tính ổn định, độ bền, khả năng chịu lực và khả năng chống chịu. Đồng thời, thiết kế phải phù hợp với các quy chuẩn xây dựng hiện hành và được tính toán chính xác để đạt hiệu quả cao nhất.

Cùng 618 Architects tìm hiểu rõ hơn các nguyên tắc thiết kế kết cấu thông qua bài viết dưới đây.

Nguyên tắc thiết kế kết cấu nhà cao tầng

Xác định tải trọng trong thiết kế kết cấu nhà cao tầng

Trong thiết kế kết cấu nhà cao tầng, việc xác định tải trọng là bước nền tảng để đảm bảo an toàn cho công trình. Mỗi loại tải trọng sẽ tác động khác nhau đến kết cấu chịu lực, vì vậy kỹ sư cần tính toán đầy đủ các yếu tố sau:

1.1 Tĩnh tải của công trình

Tĩnh tải của công trình là tổng trọng lượng của toàn bộ các bộ phận cố định, không thay đổi trong suốt quá trình sử dụng. Bao gồm:

Trọng lượng bản thân kết cấu như dầm, cột, sàn, tường, mái được tính toán dựa trên kích thước và vật liệu chế tạo.
Lớp hoàn thiện và trang trí như gạch lát, lớp trát, trần, sơn, vật liệu ốp, vừa có chức năng thẩm mỹ vừa góp phần bảo vệ kết cấu.
Hệ thống kỹ thuật lắp đặt cố định như đường ống cấp thoát nước, hệ thống dây điện, điều hòa âm trần, ống thông gió,…

Việc tính toán tĩnh tải chính xác ngay từ giai đoạn thiết kế là rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến lựa chọn kích thước cấu kiện, khả năng chịu lực lâu dài và độ an toàn của công trình.

►► Tìm hiểu thêm: Biện pháp thi công nhà cao tầng theo quy định mới nhất

Bản vẽ kết cấu chi tiết cấu tạo và bố trí các bộ phận cố định của công trình

1.2 Hoạt tải trong quá trình sử dụng

Trong thiết kế kết cấu nhà cao tầng, hoạt tải là yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền và khả năng chịu lực của công trình. Hoạt tải bao gồm tải trọng thay đổi trong suốt quá trình sử dụng, chẳng hạn:

Sự di chuyển và sinh hoạt của con người.
Trọng lượng của nội thất, thiết bị gia dụng hoặc văn phòng.
Máy móc, thiết bị sản xuất (đối với công trình hỗn hợp).

Khi tính toán, kỹ sư cần căn cứ vào tiêu chuẩn và mục đích sử dụng của từng sàn để xác định giá trị hoạt tải phù hợp, giúp công trình vừa an toàn vừa tối ưu chi phí thi công.

1.3 Tải trọng gió tác động lên nhà cao tầng

Tải trọng gió tác động mạnh đến mô hình kết cấu nhà cao tầng, đặc biệt khi độ cao tăng khiến áp lực gió lớn hơn. Việc thiết kế cần dựa trên tốc độ gió của khu vực xây dựng, đồng thời tính đến rung lắc và cộng hưởng có thể xảy ra.

Giải pháp thường áp dụng gồm hệ giằng gió hoặc lõi cứng nhằm tăng độ ổn định cho công trình. Với nhà cao tầng ở ven biển hoặc vùng bão, tải trọng gió trở thành yếu tố then chốt quyết định phương án kết cấu.

1.4 Tải trọng động đất theo tiêu chuẩn kháng chấn

Đối với các khu vực nằm trong vùng có nguy cơ động đất, thiết kế kết cấu của nhà cao tầng phải đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn kháng chấn để đảm bảo an toàn:

Xác định cấp động đất thiết kế theo quy chuẩn, làm cơ sở cho mọi tính toán kết cấu.
Lựa chọn hệ kết cấu và vật liệu phù hợp, có khả năng phân tán năng lượng chấn động.
Sử dụng mô hình phân tích dao động để kiểm tra khả năng chống chịu và biến dạng của công trình.

Việc tuân thủ các nguyên tắc trên giúp hạn chế hư hại nghiêm trọng và tránh nguy cơ sụp đổ khi xảy ra động đất.

Bản vẽ kết cấu theo cấu tạo không kháng chẩn

Đảm bảo độ ổn định trong thiết kế kết cấu

Độ ổn định là khả năng kết cấu giữ nguyên trạng thái cân bằng dưới tác động tải trọng mà không bị biến dạng vượt giới hạn. Với nhà cao tầng, cần lưu ý:

Bố trí hệ kết cấu hợp lý: Khung, lõi cứng và tường cứng phải được sắp xếp khoa học để tăng khả năng chống lật và chống xoắn.
Kết hợp nhiều hệ kết cấu: Ví dụ, sử dụng khung thép kết hợp lõi bê tông cốt thép nhằm tăng độ cứng tổng thể và phân tán tải trọng hiệu quả.
Giải pháp móng phù hợp: Với nền đất yếu, cần áp dụng móng cọc khoan nhồi hoặc móng bè gia cường để tăng độ ổn định.
Hệ giằng gió: Bổ sung giằng gió hoặc khung chống gió để giảm rung lắc và xoắn khi chịu tác động của gió mạnh.

Nếu trong quá trình thiết kế kết cấu không đảm bảo độ ổn định, công trình có thể gặp hiện tượng dao động quá mức, gây khó chịu cho người sử dụng và tiềm ẩn nguy hiểm về an toàn.

Công trình hoàn thiện đảm bảo độ ổn định trong thiết kế kết cấu

Đảm bảo độ bền trong thiết kế

Độ bền là yếu tố then chốt phản ánh khả năng kết cấu chịu lực chống lại sự phá hoại theo thời gian và tác động môi trường. Trong thiết kế kết cấu nhà cao tầng, để đạt được độ bền cao cần lưu ý:

Chọn vật liệu phù hợp: Ưu tiên bê tông cường độ cao, thép hợp kim chống gỉ hoặc vật liệu composite hiện đại.
Bảo vệ kết cấu thép: Dùng sơn chống ăn mòn hoặc bọc bê tông để hạn chế hư hại.
Chống thấm và thoát nước hiệu quả: Đặc biệt ở móng, tầng hầm và mái nhằm ngăn suy giảm cường độ kết cấu.
Thiết kế kháng cháy: Sử dụng lớp phủ chống cháy hoặc bê tông bọc thép để tăng thời gian chịu lửa.

Một kết cấu bền vững không chỉ kéo dài tuổi thọ công trình mà còn giảm chi phí bảo trì, đảm bảo an toàn lâu dài cho người sử dụng.

Tính toán kết cấu trong thiết kế

Bước tính toán là công đoạn chuyển các thông số tải trọng, vật liệu, hình dạng thành mô hình của kết cấu để dự đoán khả năng chịu lực của công trình.

►► Tìm hiểu thêm: Biện pháp thi công móng cọc cho công trình nhà cao tầng

4.1 Chuyển thông số thành mô hình

Trong thiết kế kết cấu nhà cao tầng, kỹ sư sẽ thu thập và xử lý các thông số tải trọng, vật liệu, hình dạng để xây dựng mô hình của kết cấu. Mô hình này giúp dự đoán chính xác khả năng chịu lực và phản ứng của công trình trước các tác động như gió, tải trọng sử dụng, động đất.

4.2 Sử dụng phần mềm mô phỏng chuyên dụng

Các phần mềm như ETABS, SAP2000, Tekla Structural Designer,… hỗ trợ phân tích ứng suất, biến dạng và kiểm tra độ ổn định của kết cấu. Việc sử dụng phần mềm giúp rút ngắn thời gian tính toán và nâng cao độ chính xác.

Công trình cao tầng đảm bảo an toàn cần tính toán kỹ lưỡng trong thiết kế kết cấu

4.3 Kiểm tra theo tiêu chuẩn của kết cấu

Kết quả phân tích cần được đối chiếu với tiêu chuẩn kết cấu hiện hành để đảm bảo an toàn và chất lượng công trình. Tại Việt Nam, các tiêu chuẩn thường áp dụng như:

TCVN 5574:2018: Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép
TCVN 2737:1995: Tải trọng và tác động
TCVN 9386:2012: Thiết kế công trình chịu động đất

Ngoài ra, tùy dự án có thể tham khảo tiêu chuẩn quốc tế như Eurocode (Châu Âu), ACI (Mỹ) hay ASCE để nâng cao độ tin cậy và đáp ứng yêu cầu của chủ đầu tư quốc tế.

►► Tìm hiểu thêm: Thiết kế hệ thống cấp thoát nước nhà cao tầng tiêu chuẩn 2025

4.4 Kiểm toán an toàn công trình

Kỹ sư sẽ so sánh khả năng chịu lực của kết cấu với các tải trọng tính toán bao gồm tải trọng tĩnh, tải trọng gió, tải trọng động đất,… Đồng thời, họ đảm bảo hệ số an toàn theo đúng tiêu chuẩn để giảm thiểu nguy cơ hư hỏng hoặc sập đổ trong quá trình thi công và vận hành công trình.

4.5 Tối ưu hóa thiết kế

Trong thiết kế kết cấu nhà cao tầng, việc lựa chọn kích thước dầm, cột, sàn hợp lý sẽ giúp hệ kết cấu đạt hiệu quả tối đa, vừa đảm bảo an toàn vừa tiết kiệm chi phí. Ngoài ra, tối ưu hóa còn giúp giảm trọng lượng công trình, hạn chế tải trọng tác dụng lên móng và nâng cao hiệu quả sử dụng vật liệu.

618 Architects – Đơn vị thiết kế & thi công các công trình cao cấp uy tín

Với nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực thiết kế kết cấu nhà cao tầng, 618 Architects luôn đảm bảo công trình vừa vững chắc về kỹ thuật vừa đạt tính thẩm mỹ cao.

Chúng tôi áp dụng các mô hình kết cấu hiện đại, đáp ứng tiêu chuẩn kết cấu quốc gia và quốc tế, giúp tối ưu khả năng chịu lực, giảm trọng lượng công trình và tiết kiệm chi phí xây dựng.

618 Architects – Đơn vị thiết kế & thi công các công trình cao cấp uy tín

Qua bài viết này, hy vọng bạn đã nắm rõ các nguyên tắc và tiêu chuẩn thiết kế kết cấu nhà cao tầng quan trọng trong năm 2025. Nếu bạn còn thắc mắc liên quan đến thiết kế & thi công nhà cao tầng đạt chuẩn an toàn và chất lượng, hãy liên hệ ngay hotline 0937 099 888 để 618 Architects tư vấn chi tiết và chuyên sâu.

Các câu hỏi thường gặp:

►► Dịch vụ thiết kế căn hộ chung cư tại Đà Nẵng trọn gói ở đâu uy tín?

►► Quy định về mật độ xây dựng tại Đà Nẵng năm 2025 là gì?

►► Hệ thống thiết bị PCCC thi công nhà cao tầng gồm những gì?

Công ty TNHH Kiến trúc 618 || 618 Architects

Kiến trúc & Nội thất | Architecture & Interior Design

Phát triển thiết kế & tối ưu khôi tích | Design Development & Masing

Thi công - Giám sát - Thẩm định | Construction - Supervision - Verification

=======================

“Thức tỉnh cuộc sống" trong từng công trình

Địa chỉ: 94 Duy Tân, Hoà Cường, Đà Nẵng

Xưởng SX: La Bông 3, Hòa Vang, Đà Nẵng