CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI. Vai trò của nhà cao tầng và siêu cao tầng. Nhà cao tầng ra đời và phát triển ngày càng mạnh mẽ trên thế giới cũng như trong nước ta bởi lẽ thực tiễn đã chứng minh được những ưu điểm của nó. Tiết kiệm đất xây dựng.
Tiết kiệm đất xây dựng là động lực chủ yếu thúc đẩy việc phát triển nhà cao tầng trong đô thị. Kinh tế đô thị phát triển và sự tập trung dân số đã đặt ra yêu cầu đối với nhà ở nói riêng và kiến trúc đô thị nói chung. Đất xây dựng ngày càng khan hiếm; do đó biện pháp giải quyết là ngoài việc mở rộng thích đáng quy mô thành phố ra, còn phải tập trung suy nghĩ vào vấn đề làm sao trong một diện tích hữu hạn có thể tạo nên được càng nhiều nơi cư trú và hoạt động tốt của con người. Kinh nghiệm của các nước trên thế giới đều chỉ rõ, trong các khu nhà ở nếu ta xây một tỷ lệ nhất định nhà cao tầng thì so với phương án xây toàn bộ chỉ là nhà nhiều tầng thôi, có thể tăng thêm được từ 20 đến 80% diện tích sử dụng.
Còn trong những khu vực trung tâm phồn hoa của đô thị, nếu ta xây dựng nhà cao tầng để làm thương nghiệp và dịch vụ thì so với phương án chỉ xây nhà nhiều tầng thôi, cũng có thể tăng diện tích sử dụng lên nhiều lần, và rõ ràng là có thể tiết kiệm một cách có hiệu quả việc sử dụng đất. Thuận lợi cho sản xuất, làm việc và sử dụng. Nhà cao tầng làm cho môi trường sản xuất, làm việc và sinh hoạt của con người được không gian hoá cao hơn, các mối liên hệ theo phương nằm ngang và theo phương thẳng đứng có thể kết hợp lại, rút ngắn khoảng cách của các điểm, tiết kiệm thời gian, nâng cao hiệu suất thuận lợi cho sử dụng. Ví dụ: trong một khách sạn nếu các phòng ngủ, phòng ăn, phòng công cộng, phòng làm việc, gara xe cộ được bố trí riêng trong một số tầng thì không những mất đi một diện tích chiếm đất rất lớn mà còn dẫn đến nhiều bất tiện lớn cho khách và cho người quản lý khách sạn.
3 Nếu ta tập trung xây một khách sạn cao tầng thoả mãn đầy đủ các chức năng ấy, thì có thể giải quyết được mâu thuẫn trong sử dụng và quản lý khách sạn. Đối với các ngành công nghiệp nhẹ và trung tâm kỹ thuật cao, nếu ta đem các gian xưởng, các kho nguyên liệu và thành phẩm, các hệ thống sinh hoạt và quản lý đều bố trí ở trên mặt đất, thì thời gian trung chuyển phí sản xuất và phí tổn quản lý chiếm tỷ trọng lớn. Còn khi tập trung cả trong một ngôi nhà cao tầng thì có thể rút ngắn khoảng cách vận hành của các loại thiết bị đường ống và quá trình sản xuất, để từ đó hạ thấp giá thành sản xuất. Tạo điều kiện để phát triển loại nhà đa năng.
Để giải quyết rất nhiều mâu thuẫn trong quá trình làm việc, cư trú và sinh hoạt của con người trong không gian phát triển của đô thị, đòi hỏi phải thoả mãn các nhu cầu sử dụng khác nhau trong một ngôi nhà. Ví dụ, đối với cư dân, ngoài nhu cầu về ở ra, người ta còn phải mua bán hàng ngày những đồ dùng sinh hoạt dưới dạng các vật phẩm khác nhau. Ngoài ra còn cần các dịch vụ công cộng khác nữa. Vì vậy, ngoài việc xây dựng nhà ở ra còn cần phải xây dựng các công trình thương nghiệp và dịch vụ khác ở chung quanh đó.
Nếu ta đem kết hợp hai loại hình trên với nhau mà bố trí những không gian lớn tại các tầng dưới của nhà ở để sử dụng làm thương nghiệp và dịch vụ, thì rõ ràng là vừa tiết kiệm sử dụng đất vừa làm cho sinh hoạt của người dân thêm thuận tiện. Trong các khu vực trung tâm của đô thị, loại nhà đa năng như vậy rất cần thiết. Ở các tầng bên trên của nhà, người ta bố trí các nhà ở và phòng ngủ khách sạn; ở các tầng giữa, bố trí văn phòng làm việc, ở các tầng bên dưới đất, sử dụng để làm gara xe cộ, kho tàng.Như vậy, càng có lợi hơn trong việc làm dịu căng thẳng và mật độ giao thông đô thị, giảm bớt áp lực của nhu cầu ở và giải quyết mâu thuẫn của việc thiếu đất đai xây dựng, có lợi cho sản xuất và làm việc của người dân. Làm phong phú diện mạo của đô thị.
Căn cứ vào đặc điểm khác nhau của đô thị vùng đất xây dựng, tiến hành thiết kế quy hoạch một cách tỷ mỷ khoa học, bố trí các ngôi nhà cao tầng với hình khối, diện mạo khác nhau có thể hình thành đường siluoét hấp dẫn của thành phố. Một số nhà cao tầng đột xuất vươn lên như điểm nhấn, tạo nên cảnh quan và dáu ấn đặc sắc của thành phố. Ví dụ: những ngôi nhà cao tầng 4 xuất hiện tại Hà Nội và TP. HCM trong hai thập kỷ lại đây đã trở thành bộ phận cấu thành quan trọng của hai thành phố lớn của đất nước trong thời hiện đại.
Nhà cao tầng cho phép ta dành được càng nhiều diện tích đất cho những khoảng không gian thoáng đãng để làm xanh hoá thành phố, cho những công trình vui chơi giải trí, còn đóng góp vào việc làm đẹp cảnh quan môi trường đô thị. Trên đỉnh một số ngôi nhà cao tầng nhất ta còn có thể bố trí tầng “Panorama” chuyển động để làm nơi tham quan giải trí công cộng cho các du khách có nhu cầu thưởng ngoạn thành phố, thúc đẩy du lịch phát triển. Quá trình phát triển nhà cao tầng trên thế giới (các hệ kết cấu chính). Xây dựng Nhà cao tầng, việc lựa chọn hệ thống xây dựng nhà cao tầng, việc lựa chọn vật liệu làm kết cấu, loại hình kết cấu và phương pháp thi công để thực hiện kết cấu chủ thể của ngôi nhà nhằm làm nó trở thành một sản phẩm xây dựng có công năng sử dụng nhất định, có chiều cao và hình khối phù hợp và thoả mãn những điều kiện công trình được thiết kế ra là một vấn đề rất quan trọng nó phụ thuộc vào các yếu tố: 1.
Công năng của nhà. Những nhà làm việc, cửa hàng thương nghiệp cao tầng hoặc các nhà cao tầng đa năng, yêu cầu nhưng không gian lớn để hoạt động, có thể bố trí một cách linh hoạt. Đối với những nhà hành chính, văn phòng làm việc, lớp học, bệnh phòng, các loại phòng hội thảo khoa học, nghiên cứu lại yêu cầu những không gian hoạt động thích hợp. Những nhà cao tầng dùng làm nhà máy công nghiệp, kho tàng.yêu cầu những không gian lớn rộng rãi.
Những yêu cầu khác nhau đối với những sản phẩm xây dựng có các công năng sử dụng khác nhau trên một mức độ rất lớn - quyết định sự lựa chọn hệ xây dựng nhà cao tầng. Chiều cao của nhà. Chiều cao của nhà cao tầng cũng có ảnh hưởng rất lớn tới việc lựa chọn hệ thống xây dựng. Do chuyển vị nằm ngang của các tầng sàn sinh ra dưới tác dụng của tải trọng nằm ngang của ngôi nhà tỷ lệ thuận với luỹ thừa 5 bậc 4 của chiều cao ngôi nhà, nên khi lựa chọn hệ thống xây dựng của những ngôi nhà cao tầng, ta phải xem xét một cách chu đáo và tỷ mỷ yêu cầu thoả mãn độ cứng.
Điều kiện tự nhiên và điều kiện thi công. Điều kiện thiên nhiên và điều kiện thi công khác nhau cũng ảnh hưởng tới sự lựa chọn hệ thống xây dựng nhà cao tầng. Khi xây dựng ở những vùng có động đất, lại càng phải nhấn mạnh tính tổng thể toàn khối của kết cấu nhà. Ngoài ra, các điều kiện hiện trường cụ thể của công trình, phương pháp và công nghệ thi công quen thuộc của địa phương cũng như trình độ trang bị của đơn vị nhà thầu cũng có tác động đến sự lựa chọn hệ thống xây dựng nhà cao tầng.
Vật liệu, hệ kết cấu. Kết cấu gạch đá. Những kiến trúc cao tầng thời cổ đại như những tháp hải đăng tại thành phố Alexandri của Ai Cập, các tháp chùa cao tại Hà Nam, Vân Nam, Trung Quốc là những công trình cổ tồn tại hàng ngàn năm trước đây. Ở nước ta cũng có những tháp cao đến 13 tầng, xây từ năm 1121 như tháp Sùng Thiện diên linh là một điển hình của kết cấu gạch đá cao tầng.
Ưu điểm của kết cấu gạch đá là vật liệu sẵn có gần nơi xây dựng, giá thành hạ, tính bền vững cao, nhưng nhược điểm là cường độ khối xây thấp, độ dẻo kém, bất lợi đối với việc chống lún và kháng chấn. Trong những thập kỷ 60, 70 của thế kỷ trước, chúng ta xây nhiều tầng phần lớn là kết cấu gạch đá và gạch cốt thép, một số ít nhà cao tầng từ 8 đến 11 tầng thì xây bằng kết cấu hỗn hợp khung bê tông cốt thép và tường bằng khối xây gạch và gạch đá cốt thép. Kết cấu thép. Nhà cao tầng của thời kỳ cận đại là sản phẩm của sự phát triển công nghiệp gang thép của thế kỷ thứ 19.
Năm 1801, ngôi nhà đầu tiên cao 7 tầng làm bằng kết cấu khung dầm - cột thép được xây dựng trong nhà máy dệt ở Manchester Anh Quốc – năm 1854, tại Hoa Kỳ ra đời tháp hải đăng bằng thép. Sau năm 1883, ở Chicago và một số nơi khác ở Hoa Kỳ, người ta xây dựng những ngôi nhà từ 10 tầng trở lên bằng thép. 6 Ưu điểm của kết cấu thép là cường độ chịu kéo, cường độ chịu nén, cường độ chống xoắn đều rất tốt, tính năng kháng chấn dẻo dai, độ chính xác trong chế tạo tại các nhà máy cao, tốc độ lắp ráp nhanh, tiết kiệm nhân công, hiện trường thi công gọn ghẽ văn minh, đặc biệt thích hợp với việc xây dựng nhà siêu cao và nhà hoặc công trình có khẩu độ lớn. Theo số liệu thống kê của nước ngoài, trên thế giới ngày nay cứ 100 ngôi nhà siêu cao quá 212 m thì sẽ có 65 ngôi nhà làm bằng kết cấu hỗn hợp thép, còn lại 12 ngôi nhà nữa làm bằng kết cấu bê tông cốt thép; trong đó có 11 ngôi nhà cao nhất cao từ 296 đến 443 m đều làm bằng kết cấu thép và kết cấu thép – bê tông cốt thép.
Ở Nhật Bản, 100 ngôi nhà cao nhất đều làm bằng kết cấu thép.