MỤC LỤC
A. PHẦN MỞ ĐẦU
B. PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN KẾT CẤU DÀN PHẲNG
I.1. Sơ lược
I.2. Đặc điểm chung
I.3. Phân loại
I.4. Giới thiệu công trình
CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN
II.1. Cơ sở tính toán
II.1.1. Chiều cao kết cấu
II.1.2. Tiết diện thanh dàn
II.1.3. Cấu kiện chịu kéo đúng tâm
II.1.4. Cấu kiện chịu nén đúng tâm
II.2. Biện pháp thi công
II.2.1. Phương pháp lắp dựng bằng cẩu
II.2.2. Phương pháp lắp dựng theo từng mô-đun
II.2.3. Phương pháp lắp dựng theo từng mô-đun
II.2.4. Phương pháp lắp dựng dàn phẳng bằng phương pháp "phản lực"
CHƯƠNG III: HỆ KẾT CẤU DÀN PHẲNG KẾT HỢP HỆ THỐNG
GERBERETTE TRONG TRUNG TÂM NGHỆ THUẬT VÀ VĂN HÓA QUỐC
GIA GEORGES-POMPIDOU
III.1. Các thành phần chính hệ kết cấu
III.2. Cấu tạo hệ kết cấu chính
III.3. Hệ kết cấu phẳng kiểu dầm dàn
III.4. Cấu kiện Gerberette
III.5. Các chi tiết khác
III.6. Sơ đồ momen phân tích lực
III.7. Vật liệu
C. PHẦN KẾT LUẬN
1. Tính hiệu quả về không gian
2. Tính ứng dụng của hệ thống
CẢM NHẬN VỀ MÔN HỌC
PHẦN PHỤ LỤC
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
Hình 1: Trung tâm nghệ thuật và văn hóa quốc gia Georges-Pompidou
Hệ kết cấu dàn phẳng là một giải pháp kết cấu chịu lực hiệu quả, được ứng dụng phổ biến trong lĩnh vực xây dựng hiện nay. Đặc trưng của loại kết cấu này nằm ở trọng lượng nhẹ, khả năng vượt nhịp lớn và tính tiết kiệm vật liệu, đáp ứng tốt các yêu cầu về kinh tế, độ bền vững và hiệu quả kỹ thuật. Hệ kết cấu này không chỉ phổ biến trong các công trình như cầu, nhà xưởng, mà còn được ứng dụng trong các thiết kế mái che nhịp lớn, nhà thi đấu, và những công trình kiến trúc có yêu cầu cao về thẩm mỹ. Tại Việt Nam, loại kết cấu này ngày càng được nghiên cứu và triển khai rộng rãi, góp phần mang đến những giải pháp xây dựng hiện đại, bền vững, và phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật cũng như xu hướng kiến trúc tiên tiến.
Trung tâm Nghệ thuật và Văn hóa Quốc gia Georges-Pompidou, nằm tại trung tâm Paris, là điển hình cho việc ứng dụng hệ kết cấu dàn phẳng này vào thiết kế. Đặc biệt là sự kết hợp hệ kết cấu phẳng kiểu dầm dàn với hệ thống
Gerberette – một giải pháp đột phá giúp tối ưu hóa khả năng chịu lực và tạo không gian mở thoáng đãng bên trong công trình.
B. PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN KẾT
CẤU DÀN PHẲNG
I.1. Sơ lược kết cấu dàn phẳng
Dàn là một tổ hợp tam giác phân bố tải trọng đến gối tựa thông qua các thành phần kết hợp với nhau bằng liên kết khớp theo những hình tam giác, để nhờ đó tất cả thành phần chỉ chịu nén hoặc kéo (không chịu uốn hoặc cắt), và tải trọng được phân bố đều qua gối tựa bản thân dàn hợp. Trong thực tế, cần quan sát các liên kết đó để xây ra dàn mà sát của liên kết có vai trò tương phản bố tác động lên các thành phần đã được xây ra tạo liên kết; những ứng lực đó thường nhỏ so với các lực dọc trục và thường được bỏ qua trong tính toán.
Hình tam giác là đơn vị hình học căn bản của dàn. Hình tam giác là hình có khả năng giữ hình dạng không bị thay đổi nếu các cạnh không bị tháo ra.
Nếu một hệ kết cấu có các liên kết khớp được tạo ra với các liên kết khớp khác (hình chỉ nhận chằng hạn) đều bất ổn định.
Nếu một dây cáp được treo giữ hai điểm neo, ứng lực theo phương ngang được chằng chỉ bởi các gối tựa (Hình 2a)
Nếu số dây càng lớn mà tổ hợp có các liên kết khớp có độ dài bất cố định, sẽ có độ động, do đó là bất ổn định. Cả hai phản lực gối tựa là không chịu phản lực theo phương dọc (kéo hoặc nén) mà chỉ chịu phản lực dọc trục (không kể uốn và cắt) để giữ không bị tháo liên kết khi tổ hợp mở rộng bằng cách thêm vào các dây liên kết (Hình 2b).
Để chống lại lực này (và làm cho hệ ổn định), một thanh ngang có thể được thêm vào. Tổ hợp này làm việc giống như một dàn đơn giản, nhờ vào đặc điểm hình tam giác, các liên kết khớp, và khả năng nội tại chống lại ứng lực của nó (Hình 2c).
Hình 2: Dây cáp nhận lực ở giữa có (a) hai liên kết khớp cố định (ổn định), (b) liên kết khớp di động (không ổn định), (c) khớp di động với thanh ngang kháng chịu lực ngang (ổn định).
Dàn xuất phát từ các dây cáp và thanh. Tất cả liên kết là khớp. Thanh chỉ chịu ứng suất nén và dây cáp chỉ chịu ứng suất kéo. Thanh chuyển thành dây cáp và ngược lại vì lực trong các thành phần dàn hoán đổi.
- Đơn vị dây cáp căn bản; (phải) hình thức lật ngược tương ứng là một vòm cung ba khớp căn bản. (Hình 3a)
- Dàn đơn giản được hình thành bằng cách thêm thanh ngang để chịu ứng lực hướng vào trong; (phải) hình thức dàn tương ứng được hình thành
bằng cách thêm dây cáp để chịu ứng lực hướng ra ngoài. (Hình 3b)
- Hình thức này có thể được nâng cao bởi các thanh đứng (dây cáp mới ở biên dưới không chịu ứng suất trực tiếp nhưng cần thiết để đảm bảo sự ổn
định phương ngang) (Hình 3c)
- Dàn phức tạp hơn được tạo ra bằng cách tưởng tượng rằng toàn bộ tổ hợp trong hình 3c được chịu bởi một dây cáp khác. (Hình 3d) (Hình 3e)
- Một thanh ngang cần được thêm vào để chịu ứng lực của dây cáp mới, có thể được tiếp tục để tạo ra hình thức dàn phức tạp hơn. (Hình 3f)
Hình 3: Sự phát triển các hình thức dàn phức tạp (Các dàn ở bên phải là hình thức tương ứng lật ngược của các dàn ở bên trái)
Các thành phần dàn ở trên và dưới cùng được gọi là biên trên và biên dưới. Tất cả thành phần dàn ở giữa biên trên và dưới được gọi là các thành phần thân dàn. Dàn phẳng có tất cả các thành phần nằm trong một mặt phẳng, vượt một phương.
I.2. Đặc điểm chung
Kết cấu không gây áp lực đạp lên gối tựa. Kết cấu gối tựa có thể là khung rất cứng nhưng chỉ xem là gối tựa cố định.
Có khả năng vượt nhịp: 40m – 60m, tối đa 80m
Thường dùng làm kết cấu cung thể theo, nhà hát, nhà triển lãm,… để tạo các không gian sử dụng lớn
Hệ thanh bụng chọn phụ thuộc vào tải trọng tác dụng, liên kết các cấu kiện khác và chọn sao cho trọng lượng của dàn và cồn chế tạo ít nhất.
Trên mặt bằng nhà, có thể dùng hệ chịu lực phổ thông khi bước dàn ≤ 12m. Khi bước dàn lớn hơn, có thể dùng hệ phức tạp, giữa 2 dàn chính là các dàn rtung gian đặt theo phương dọc của nhà. (Hình 4)
Hình 4: Dàn phẳng 2 nhịp
Các thanh chịu lực: Các thanh trong dàn phẳng chịu tải trọng chủ yếu theo lực kéo hoặc nén, nhưng ít khi chịu uốn. Các thanh này thường được nối với nhau tại các điểm nối (mối nối) (Hình 5)
Hình 5: Các thanh chịu lực nén và kéo trong hệ dàn
Hình 6: Sơ đồ một số kiểu dàn mái phổ biến
Hình bao ngoài của hầu hết dàn phẳng là hình tam giác, hình chữ nhật, hình thang), hình cánh cung (cạnh trên hoặc dưới cong), hay hình hạt đậu (cạnh trên và dưới cong),... Những hình bao ngoài này được chia nhỏ thành các đơn vị tam giác nhỏ hơn theo các cách khác nhau. Tất cả thành phần dàn (dây cáp hay thanh) đều không liên tục tại điểm liên kết, và tất cả liên kết làm việc kiểu khớp. (Hình 6)
Dàn cánh song song: Hình 6a, 6b
Dùng cho nhà mái có độ dóc nhỏ
Sơ đồ đơn giản hoặc liên tục L ≤ 60m
Rất nhiều nút giống nhau
Hình 7: Ứ ng suất kéo và nén trong dàn cánh song song
Dàn cánh hình thang: Hình 6c, 6d
Độ dốc cánh phù hợp với yêu cầu độ dốc mái lớn: i = 1/12 ÷ 1/15
Dàn cánh đa giác: Hình 6e
Cánh trên gãy khúc
Tiết kiệm vật liệu, chế tạo phức tạp
Dùng cho nhà có nhịp L = 60m ÷ 90m
Dàn cánh tam giác: Hình 6g, 6h có nhiều kiểu biến thể
Hình 8: Ứ ng suất kéo và nén trong dàn hình tam giác
Sự ổn định trong các cấu trúc dàn:
Dàn bất định: phần giữa dàn khôn ghình tam giác sẽ biến dạng rất lớn khi có tải trọng tác động, dẫn đến cả dàn sụp đổ (Hình 9a)
Dàn ổn định: Các thanh của dàn tạo thành các hình tam giác (Hình 9b,9c)
Dàn ổn định một phần: Kết hợp giữa hai dàn đơn giản, tạo thành một cấu trúc ổn định nhưng không hoàn toàn là hình tam giác (Hình 9d)
Hình 9: Sự ổn định trong các cấu trúc dàn
Dàn cánh cung: Hình 6i, 6k
Nội lực trong các thanh phân bố hợp lý
Vượt nhịp lớn L = 60m ÷ 100m
I.4. Giới thiệu công trình
Trung tâm nghệ thuật và văn hóa quốc gia Georges-Pompidou
- Xây dựng: năm 1971 - 1977
- Thiết kế: Renzo Piano, Richard Rogers và Gianfranco Franchini.
- Địa điểm xây dựng: Paris, Pháp
- Hệ thống kết cấu: kết cấu thép
dầm dàn phẳng với sàn bê tông cốt thép.
- Quy mô: 2ha
- Tổng quan về kiến trúc:
Hình 10: KTS Renzo Piano
Tòa nhà chính của trung tâm Pompidou có 8 tầng, mỗi tầng có diện tích sàn 7.500 m², ngoài ra còn có 2 tầng hầm. Tòa nhà cao 42m, dài 166m và rộng 60m. Mặt ngoài của tòa nhà được bố trí rất nhiều ống, cột với hệ thống thang trời. Các hệ thống ống này được sơn màu theo chức năng, các ống điều hòa có màu xanh da trời, các ống nước có màu xanh lá cây còn các đường ống điện có màu vàng. Riêng hệ thống thang trời được đặt trong một ống màu đỏ Các ống màu trắng là hệ thống thông gió của tầng ngầm.
Hình 11: Mặt đứng trung tâm Georges-Pompidou
12: Phối cảnh toàn khu trung tâm Georges-Pompidou
Hình 13: Mặt bằng tổng thể trung tâm Georges-Pompidou
Hình
Hình 14: Mặt bằng tổng thể quảng trường phái sau trung tâm GeorgesPompidou
Hình 15: Mặt bằng tầng trệt
Hình 16: Mặt bằng tầng lầu
Hình 17: Sơ đồ khối tổng thể trung tâm Georges-Pompidou
Hình 17: Phối cảnh từ góc đường
Hình 18: Một số phối cảnh khác của công trình
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
II.1. Cơ sở tính toán
II.1.1. Chiều cao kết cấu
Hình 19: Kí hiệu tính toán trên công thức
Chiều cao h kết cấu phụ thuộc vào dạng dàng:
Dạng cánh song song: h = (1/8 ÷ 1/14)L
Dạng hình thang: h = (1/8 ÷ 1/12)L
Dạng hình tam giác: h = (1/6 ÷ 1/9)L
Dạng cánh trên song song, cánh dưới thanh căng: (1/6 ÷ 1/10)L; cánh trên (1/12 ÷ 1/20)L
Với sơ đồ liên tục h giảm 15% ÷ 20%: d = 6 ÷ 9m, L là bội số của d
II.1.2. Tiết diện thanh dàn
Chiều cao tiết diện thanh không vượt quá 1/8 – 1/10 chiều dài thanh để
giảm ứng suất phụ do độ cứng của nút
Nên dùng thép có cường độ cao: σc > 400 daN/cm2 và σc > 5900 daN/cm2
Độ mảnh của các thanh: λ = 40 - 60
Hình 20: Tiết diện thanh dàn
II.1.3. Cấu kiện chịu kéo đúng tâm: [TCVN 5575 : 2012]
Cấu kiện chịu kéo đúng tâm tính toán về bền theo công thức:
Trong đó:
N là lực kéo đúng tâm tính toán;
An là diện tích tiết diện thực của cấu kiện
II.1.4. Cấu kiện chịu nén đúng tâm: [TCVN 5575 : 2012]
Tính toán về bền của cấu kiện nén đúng tâm giống cấu kiện chịu nén
đúng tâm, theo công thức:
Tính toán về ổn định của cấu kiện đặc chịu nén đúng tâm theo công thức:
Trong đó:
A là diện tích tiết diện nguyên
Hệ số uốn dọc φ tra bảng từ độ mảnh λmax: λmax= max(λx, λy) <= λgh
II.2. Biện pháp thi công
II.2.1. Phương pháp lắp dựng bằng cẩu (Cần cẩu)
Đây là phương pháp phổ biến và đơn giản nhất trong việc lắp dựng kết cấu dàn phẳng, sử dụng cần cẩu để nâng và di chuyển các bộ phận kết cấu từ
mặt đất lên vị trí mong muốn. (Hình 12)
Ưu điểm:
Dễ dàng lắp dựng nhanh chóng tại công trường.
Thích hợp với mọi loại kết cấu và công trình có không gian rộng.
Nhược điểm:
Cần sử dụng các cần cẩu có sức nâng lớn, làm tăng chi phí thi công.
Đối với các công trình cao hoặc phức tạp, cần có kế hoạch quản lý chặt chẽ để
đảm bảo an toàn.
Hình 21: Phương pháp lắp dựng bằng cẩu
II.2.2. Phương pháp lắp dựng theo từng mô-đun (Modular Construction)
Phương pháp này liên quan đến việc sản xuất các mô-đun (hoặc bộ phận
kết cấu) trong nhà máy, sau đó vận chuyển và lắp ráp chúng tại công trường.
Các mô-đun có thể bao gồm các phần lớn của dàn phẳng đã được gia công sẵn. (Hình 13)
Ưu điểm:
Tiết kiệm thời gian thi công, đặc biệt là với các công trình quy mô lớn.
Tăng độ chính xác và giảm sai sót trong thi công.
Nhược điểm:
Chi phí vận chuyển mô-đun lớn.
Cần có không gian rộng để lắp ráp và bảo quản mô-đun.
Hình 22: Phương pháp lắp dựng theo từng mô-đun
II.2.3. Phương pháp lắp dựng trượt (Sliding Erection Method)
Phương pháp này sử dụng kỹ thuật "trượt" kết cấu dàn phẳng từ một vị trí
thấp lên cao bằng các thiết bị trượt hoặc bánh xe, thường được sử dụng trong các công trình như cầu, nhà cao tầng hoặc các cấu kiện lớn (Hình 14)
Ưu điểm:
Thích hợp cho các công trình có chiều cao lớn hoặc các kết cấu phức tạp.
Giảm thiểu sự can thiệp của thiết bị nâng cẩu
Nhược điểm:
Phương pháp này yêu cầu hệ thống trượt rất đặc biệt, chi phí cao.
Độ chính xác trong việc điều khiển trượt rất quan trọng.
Hình 23: Phương pháp lắp dựng trượt
II.2.4. Phương pháp lắp dựng dàn phẳng bằng phương pháp "phản lực" (Push-up Method)
Phương pháp này sử dụng các thiết bị đặc biệt để đẩy các bộ phận của dàn phẳng từ dưới lên trên thông qua các lực phản lực hoặc các cơ cấu nâng. (Hình 15)
Ưu điểm:
Thích hợp cho các công trình có chiều cao lớn mà không cần sử dụng thiết bị nâng cẩu.
Nhược điểm:
Phương pháp này yêu cầu thiết bị chuyên dụng và có thể tốn kém.
Hình 24: Phương pháp lắp dựng theo từng mô-đun
CHƯƠNG III: HỆ KẾT CẤU DÀN PHẲNG KẾT HỢP HỆ THỐNG
GERBERETTE TRONG TRUNG TÂM NGHỆ THUẬT VÀ VĂN HÓA QUỐC
GIA GEORGES-POMPIDOU
III.1. Các thành phần chính hệ kết cấu
Hình 25: Mặt cắt trích đoạn hệ thống kết cấu chính công trình
Các thành phần chính của kết cấu bên trong công trình, chủ yếu cáu cấu kiện kết cấu là thép chữ I, thép ống, ngoài ra còn có các chi tiết đặc biệt như gerberettes được chế tạo riêng cho kết cấu công trình, ngoài ra hai phần ống thang của công trình cũng được năng đỡ bằng những cấu kiện mảnh mai không quá đồ sộ, nặng nề.
III.2. Cấu tạo hệ kết cấu chính
Hình 26: Bước và nhịp của khung kết cấu
Mục tiêu của công trình là tạo ra khoảng không gian rộng lớn bên trong mà không bị giới hạn bởi các cột, tường hay các cầu thang. Để đáp ứng được yêu cầu đó các kiến trúc sư đã sáng tạo nên hệ khung đặc biệt với bước là 13m và nhịp là 61m mà không hề có cột ở giữa.
Hệ kết cấu hoàn toàn bằng thép, mặt bằng với 14 cột thép mỗi bên, sử dụng một hệ khung lặp lại cho 7 tầng, mỗi tầng phải cao để cho dầm bằng giàn thép có đủ không gian vượt một khoảng lớn ở giữa. (Hình 26)
Hệ khung theo chiều dọc gồm 6 khung lặp lại, theo chiều ngang gồm 13 khung lặp lại.
Hình 27: Các bước lắp ghép hệ khung
Hình 28: Các bước lắp ghép hệ khung trên mô hình thực tế
Ta có thể thấy rõ các dàn thép khổng lồ đặt trên các thanh “gerberettes”.
Các thành phần của dàn thép giữ tỉ lệ khung hình rất gần với 20:1, giới hạn của các phần tử chịu uốn. Hệ thống “gerberettes” chính là yếu tố cho phép tạo ra nhịp ấn tượng như vậy, đồng thời giữ cho lớp bao che của tòa nhà tương đối nhẹ. (Hình 28)
Các “gerberettes” được liên kết bằng khớp xoay với các cột, và dàn thép
được đặt lên chúng từ phía trong. Các cột sau đó được cố định xuống mặt đất. Bằng cách này, các kiến trúc sư và kỹ sư đã giảm được khoảng cách nhịp mà dàn thép thực sự phải vượt qua, và do đó giảm kích thước của chúng. Tuy nhiên, do “gerberette” được liên kết bằng khớp xoay với cột, chúng sẽ xoay khi chịu các lực khác nhau tác động lên. Để cân bằng các phản lực này, các “gerberettes” được liên kết bởi một cấu trúc thép lộ thiên, chịu lực kéo. Lực kéo là loại lực hiệu quả nhất, cho phép cấu trúc bên ngoài trở nên rất nhẹ.
Công trình không sử dụng liên kết cứng giữa “gerberettes” và các cột, làm như vậy sẽ dẫn đến các phần tử dày hơn nhiều. Điều này sẽ khó xây dựng hơn, tốn kém hơn, và cuối cùng dẫn đến một tòa nhà có vẻ ngoài nặng nề hơn với ít khoảng trống hơn và diện mạo kém thanh thoát hơn (Hình 29)
Hình 29: Liên kết giữa hệ dầm dàn nằm trên hệ thống “gerberettes” với cột
Sơ
III.3. Hệ kết cấu phẳng kiểu dầm dàn
Hệ dàn dạng Warren là một trong các loại kết cấu dàn phẳng được thiết kế với các thanh chịu lực tạo thành một chuỗi các tam giác đều hoặc gần đều.
Đây là một trong những kiểu kết cấu dàn phổ biến và hiệu quả, thường được sử dụng trong các công trình như cầu, mái nhà, và các kết cấu chịu lực lớn.
Đặc điểm của hệ dàn dạng Warren:
Hình dạng đặc trưng:
Các thanh của dàn dạng Warren được sắp xếp để tạo thành một loạt các
tam giác liên tiếp, trong đó các cạnh tam giác có thể song song hoặc đối
xứng nhau.
Không có thanh đứng (vertical members), chỉ bao gồm các thanh nghiêng
(diagonal members) và thanh dưới hoặc thanh trên (bottom/top chord).
Nguyên lý làm việc:
Lực tải trọng tác động được phân phối đều qua các tam giác, giúp giảm biến dạng và tăng tính ổn định cho kết cấu.
Các thanh chịu lực chủ yếu theo phương kéo hoặc nén, tránh được các ứng suất uốn (moment), do đó tiết kiệm vật liệu.
Hình 31: Hệ dàn dạng Warren trong trung tâm Georges-Pompidou
Hình 32: Sơ đồ truyền lực của một nhịp cột bên trong
Hình 33: Sơ đồ truyền lực của nhịp cột đầu hồi với các thanh nối cố định hệ khung LỰC NÉN LỰC KÉO
Hình 34: Sơ đồ truyền lực của các thành phần dầm dàn kiểu warren trong hệ thống
III.4. Cấu kiện Gerberette
Đây là một loại cấu kiện thép đặc biệt, được thiết kế để hỗ trợ và phân phối tải trọng từ các dàn thép lớn (trusses) xuống các cột chịu lực chính của tòa nhà. Cấu kiện này đóng vai trò như một liên kết trung gian giữa các dàn thép và hệ cột.
35: Cấu kiện Gerberette
Hình 36: Chi tiết cấu tạo cấu kiện Gerberette
Hình 37: Sơ đồ hoạt động lực của cấu kiện “gerberette”
Hình
Hình 38: Mô hình mô phòng lắp ráp cấu kiện “gerberette” trong hệ thống
Hình 39: Chi tiết liên kết giữa sàn, dầm, cột
Liên kết bu lông
Ưu điểm: thuận tiện khi tháo lắp, không cần máy móc và năng lượng khi thi công, chịu được tải trọng động.
Nhược điểm: Giảm yếu do khoét lỗ, với bulong thường: vẫn còn khe hở giữa lỗ buloong và thân bu lông nên liên kết không thật chặt, dễ bị tuột ốc, tốn vật liệu và công chế tạo hơn so với liên kết hàn.
Hình 40: Sự khác nhau gi ữa trước khi dùng cấu kiện Gerberettes và sau khi dùng Mỗi nhịp khung được hỗ trợ bởi cột hai bên, để ổn định kết cấu các kiến trúc sư dùng cấu kiện “gerberettes”, là chi tiết thanh đỡ tương tự công-xôn có thể xoay được để kết nối cột chính và cột phụ, nút buộc bên ngoài để phân bố lực dọc của công trình. Điểm tựa của cấu kiện “gerberettes” với cột chính là nguyên nhân cột chính chịu lực nén, còn bản thân cấu kiện chịu lực kéo.
III.5. Các chi tiết khác
III.5.1. Thanh nối
Chi tiết cho thấy một số thanh chống gắn mặt dưới của giàn với
sàn bên dưới. Ở đây, một kết nối
chân được sử dụng ở phần cuối của một bộ phận có cấu trúc rỗng. Bản
thân iàn bao gồm các cấu kiện tròn
nhỏ hơn (một số đặc và một số rỗng) đã được hàn hoàn toàn để
các chi tiết trông sạch sẽ.
Thanh giằng X một cái ở ngay phía sau phía trước, một cái có thể
thấy trong ảnh. Thành phần trung
tâm được đúc và các phần liên kết
là cấu kiện rỗng tròn được hàn vào
đầu nối này giúp cấu kiện này sạch
sẽ và ổn định nhất để tạo mối nối.
Để giải quyết nhiều cấu kiện vào một
điểm trên giá đỡ của dây buộc cho lối đi, người ta dùng một tấm hình bánh tròn
dẹp. Hình dạng tròn có thể dễ dàng phân
chia các góc khác nhau của các cấu kiện
tới. Các kết nối chốt được bắt vít cho phép
xoay trong quá trình lắp dựng. Những mối
nối này sử dụng chốt cotter để liên kết các
bu lông chứ không phải đai ốc.
Các thanh nối chéo ở mặt trước của
tòa nhà được phân chia bằng một mối nối
hình tròn, rỗng và các lỗ được khoan vào
mặt bên của mối nối để cho phép các cấu
kiện giàn vào và thanh nối chữ X bắt vít
xuyên qua. Một tấm được gắn chặt vào
mặt trước của vòng tròn để làm sạch bề
ngoài cũng như bịt các mối nối khỏi độ ẩm quá mức và mối nối này phải kín nếu
không nước sẽ gây rỉ hoặc đảmbảo mối nối được phép thoát nước
III.5.2. Cột chính
Hình 42: Sơ đồ mình họa cột
chính của công trình
Cột chính trong công trình là
ống thép rỗng đường kính
850mm với phần dưới dày
85mm và phần trên mỏng
40mm. Điều này giúp cột đều
từ dưới lên mà không cần thay
đổi tiết diện cột theo độ cao. Vì
đặc điểm chịu lửa kém của
thép nên cột được đổ đầy
nước bên trong
Hình 43: Cột chính công trình
III.5.3. Hệ giằng
Hệ giằng của tòa nhà được đưa ra mặt ngoài (façade), với các dây cáp thép được bố trí chéo để tạo giằng ngang cho công trình. Hệ giằng dọc (longitudinal bracing) được tích hợp vào hệ kết cấu chính và cuối cùng được cố định xuống nền đất, trong khi hệ giằng ngang (transversal bracing) được liên kết trực tiếp với các hệ thống dầm và dàn thép của tòa nhà.
Cách sắp xếp này tạo ra một không gian nội thất hoàn toàn mở, không có bất kỳ cấu trúc hay chướng ngại nào bên trong. Gần như toàn bộ lực tác động được truyền qua kết cấu siêu ngoài (superstructure) bằng phương pháp chịu
lực kéo. Đây là một cách tiếp cận hoàn toàn mới mẻ và chưa từng được thực
hiện trong kiến trúc trước đây, đánh dấu một cuộc cách mạng thực sự trong cả lĩnh vực kỹ thuật kết cấu và kiến trúc.
Hình 44: Hệ thống giằng trong công trình
III.5.4. Khung thép facade
Hình 45: Hệ 14 cột chính ở trong
Hình 46: Hệ 14 cột phụ bên ngoài với các thanh nối chéo để cố định hệ khung
Mặt ngoài công trình được bọc lại với tấm màn thép dạng lưới, các thanh nối thép đường kính 60mm nối chéo nhau, ngoài ra các hệ thống điều khiển, điện, nước, ống dẫn cũng được để trần ra bên ngoài khung xương thép giúp việc bảo hành, sửa chữa trở nên thuận tiện hơn, vừa đáp ứng về yêu cầu công năng và thẩm mỹ cho công trình.
Hình 47: Hệ thống khung tạo nên facde
Hình 48: Diagram hệ khung, các hệ thống kết cấu và hệ thống giao thông
III.5.5. Khung thép facade
Thang máy là thang cuốn có khung bằng thep và bao quanh bằng kính có dạng hình ống, chạy xiên từ tầng trệt lên tầng 6 của công trình. bên ngoài thang được đỡ bằng các chi tiết kết cấu rất thanh mảnh ở phía trên thang, các kết cấu đỡ này truyền trọng lực của thang máy vào cột bên trong và từ cột truyền xuống móng bê tông bên dưới.
Hình 49: Sơ đồ minh họa các chi tiết treo thang máy
Hình 50: Sơ đồ truyền tải trọng thang máy
III.5.6. Đường ống
Nhờ vào hệ quả của kết cấu khung thép, các đường ống kết cấu công trình được để lộ ra và được mã hóa bằng cách sơn màu theo chức năng vừa tạo thẩm mỹ vừa góp phần giúp việc tu sửa, bảo trì dễ dàng hơn:
+ Màu xanh biển: đường ống điều hòa không khí
+ Màu trắng: đường ống HVAC
+ Màu đỏ: đường ống thang máy, thang bộ
+ Màu xanh lá: hệ thống ống nước
+ Màu vàng: hệ thống điện
Hình 51: Hệ thống ống neo ngoài vào hệ kết cấu công trình
Hình 52: Sơ đồ Moment hệ khung chịu lực
Hình 53: Sơ đồ lực nén của hệ khung
Hình 54: Sơ đồ biến dạng của hệ khung
Hình 55: Sơ đồ chi tiết biến dạng của hệ khung chịu lực
Qua các sơ đồ phân tích hệ lực của khung ta thấy lực chủ yếu dồn xuống
chân cột nên tiết diện thép hình của cột phần dưới phình ra để chịu lực tốt hơn là rất hợp lý.
Lực cắt ở điểm giao nhau của dàn warren với cột chính là rất lớn nên ở
các đầu hồi được bổ sung các thanh chống phân bố lực và ổn định hệ khung
tốt hơn.
Sự biến dạng của hệ khung lớn nhất ở giữa nên các máy móc, thang
thoát hiểm, thang máy đều đặt cập bên ngoài công trình để không gây những
tác động xấu bất ngờ đến hệ khung.
Các cấu kiện kết cấu đều được sản xuất và xử lý kỹ lưỡng không gây
cảm giác nặng nề cho công trình.
Hình 56: Mặt cắt ngang công trình
Hình 57: Chi tiết các lớp vật liệu chính trong công trình
C. PHẦN KẾT LUẬN
1. Tính hiệu quả về không gian
Ưu điểm
Kết cấu thép giúp tạo ra không gian vượt nhịp lớn mà không hề có bất cứ vật cản nào ( vượt 48m ), tạo nên được không gian đặc thù cho nhiều công
năng của công trình.
Sự sáng tạo bằng cách mã màu hệ thống kết cấu của kiến trúc sư đã tạo nên nét đặc trưng riêng cho công trình cả không gian nội thất lẫn ngoại thất.
Kết hợp vật liệu khung thép hoàn toán và kính giúp công trình không có cảm giác nặng nề như các vật liệu bằng đá, bê tông cốt thép.
Nhược điểm
Kết cấu thép chịu lửa kém, khi nhiệt độ cao thép sẽ biến dạng, nên cần có các biện pháp chống cháy hợp lý cho công trình.
Kết cấu thép để trần như công trình phải cần được tu ửa bảo dưỡng cẩn thận để không bị gỉ sét gây hư hại phần cứng, công trình có thể sụp đổ.
Hình 58: Các không gian trogn công trình
2. Tính ứng dụng của hệ thống
Hệ kết cấu dàn phẳng kết hợp hệ thống Gerberette trong Trung tâm
Nghệ thuật và Văn hóa Quốc gia Georges-Pompidou (Trung tâm Pompidou)
mang tính đột phá, và các đặc điểm này mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng trong tương lai.
Ứng dụng trong các công trình kiến trúc lớn và công cộng: không gian
mở tối ưu, tính thẩm mỹ hiện đại hướng công nghiệp hóa
Khả năng áp dụng trong các công trình xanh và bền vững: giảm sử dụng vật liệu vào hệ thống kết cấu
Ứng dụng trong các công trình mang tính công nghệ cao: có thể được
điều chỉnh để chịu các tải trọng thay đổi hoặc sử dụng vật liệu tiên tiến hơn
như thép hợp kim nhẹ hoặc sợi carbon
Tiềm năng trong công trình hạ tầng đô thị: giúp tối ưu hóa các công trình cầu vượt nhịp lớn bằng cách giảm tải trọng trực tiếp lên hệ cột, giảm kích thước cấu kiện và cải thiện khả năng chịu lực tổng thể như cầu, cảnh quan.
CẢM NHẬN VỀ MÔN HỌC
Trong quá trình học Kết cấu mới, em đã đạt hoàn thành đầy đủ các buổi học. Chính vì thế, em thấy môn học như là phần tổng hợp lại các kiến thức đã học từ hai môn Kết cấu trước, vừa như mở mang thêm các kết cấu mới xuất hiện tại Việt Nam và trên thế giới như kết cấu gỗ trong nhà cao tầng,… Đặc biệt, sau khi được giáo viên hướng dẫn qua về kết cấu hình cây, em đang có kế hoạch tìm hiểu chuyên sâu và ứng dụng vào bài tốt nghiệp sắp tới.
Đến với bài thu hoạch, em đã chọn công trình mang thuần vẻ đẹp kết cấu, từ hình thức thẫm mỹ cho tới công năng. Thông qua bài này, em đã được tiếp cận với đạng công trình nhưu thế này, vẻ đẹp theo hướng công nghiệp, vẻ đẹp của sự phô kết cấu, góp phần làm phong phó hơn kiến trúc quan của em.
Kết thúc môn học, em xin chân thành cảm ơn giảng viên môn học Kết cấu mới Ths.KTs. Trần Quốc Hùng đã tận tâm vì bài giảng trong khi địa điểm học không được thoải mái, lịch công tác bận rộn, sinh viên rất đông nhưng vẫn hoàn thành tiết học.
Hình 59: Chi tiết hệ khung Warren, liên kết khung với Gerberette
Hình 60: Chi tiết thanh nối của hệ khung Warren
Hình 61: Chi tiết các cấu kiện trong hệ khung
Warren, liên kết của hệ khung
Warren với sàn
Hình 62: Chi tiết hệ khung Warren
Hình 62: N
Hình 63: Các cấu
1. Woei Cherng Low, Amer Sassila, Jorge Serra. Drew Gingrich.
http://drewgingrich.com/centre-pompidou
2. Adelyn Perez, Architecture Classics: Centre Georges Pompidou / Renzo Piano Building Workshop + Richard Rogers ArchDaily
https://www.archdaily.com/64028/ad-classics-centre-georges-pompidou-renzopiano-richard-rogers?ad_medium=gallery
3. Modern Architecture: A Visual Lexicon, Centre Georges Pompidou, Richard Rogers & Renzo Piano
https://visuallexicon.wordpress.com/2017/10/09/pompidou-centre-richardrogers-renzo-piano/
4. KTS. Nguyễn Đình Vinh, Bài giảng Kết cấu thép
5. Lài Diệp Phát, Kết cấu khung phẳng, 2021
6. Nguyễn Đặng Thảo Vy, Kết cấu thép, 2021