Chuyên đề kết cấu bao che nhà cao tầng

Việc phát triển công nghệ trong kết cấu xây dựng bằng vật liệu và lý thuyết kết cấu, mà trong đó kết cấu bê tông cốt thép và kết cấu thép đã giải phóng các bức tường nặng nề, cùng những

BÙI MINH TÚ

VÕ HẢI TUẤN NGUYỄN NGỌC LINH

Trong thời đại hiện nay, thành phố phát triển dựa trên cơ sở của

các yếu tố đô thị hiện đại, mà công trình cao tầng là một trong các

yếu tố đó Ưu điểm của loại hình nhà cao tầng là sự đầu tư xây dựng

với mức tài chính hợp lý, tạo lợi nhuận tối đa, tận dụng và tiết kiệm

đất đai xây dựng

Ngày nay, ngoài việc đáp ứng và thể hiện được chức năng công

trình thì hình thức kiến trúc mặt đứng công trình cao tầng còn phải

đạt được nhu cầu về “thời trang” và phải đáp ứng yêu cầu phù hợp

với môi trường cảnh quan, đặc biệt là khí hậu khu vực (để mang tính

địa phương, gìn giữ bản sắc kiến trúc) theo xu hướng tiết kiệm năng

lượng

Vật liệu xây dựng ngày càng phong phú hơn giúp cho các nhà

thiết kế, các kiến trúc sư có nhiều sự lựa chọn cho giải pháp kiến trúc

- nội thất cũng như giải pháp kỹ thuật

LỜI NÓI ĐẦU

Mặt đứng công trình là sự nơi thể hiện sự sáng tạo kiến trúc, tạo

nên hình ảnh của công trình Đối với đô thị hiện đại, công nghệ thi

công tiên tiến, vật liệu phong phú và đa dạng thì yêu cầu về tính thẩm

mỹ của công trình kiến trúc mang tính biểu hiện ngày càng đòi hỏi ở

mức cao hơn

Việc phát triển công nghệ trong kết cấu xây dựng bằng vật liệu

và lý thuyết kết cấu, mà trong đó kết cấu bê tông cốt thép và kết cấu

thép đã giải phóng các bức tường nặng nề, cùng những yêu cầu công

nghiệp hoá xây dựng, đã là điều kiện cho các loại vật liệu bao che

cùng phát triển, làm đa dạng cho bộ mặt của công trình kiến trúc

I/ Vai trò của kết cấu bao che trong tòa nhà cao tầng

Trong cuộc sống hiện nay, hệ thống bao che trong các dự án

nhà cao tầng trở nên ngày càng quan trọng hơn xét trên các mặt như:

công năng, thẩm mỹ, giá thành Riêng về mặt kinh tế, giá thành của hệ

thống bao che có thể lên tới 30% tổng giá thành xây dựng của một

công trình cao tầng

Với sự phát triển của kinh tế trong nước, các khu đô thị, khu

công nghiệp mới liên tục được mở rộng xây dựng Vì thế, nhu cầu vật

liệu xây dựng là rất lớn, đặc biệt là những sản phẩm chất lượng, công

nghệ cao

Ví dụ như vật liệu kính hiện đại đã góp phần thay đổi bộ mặt

kiến trúc, hỗ trợ rất lớn cho kiến trúc sư trong sáng tạo không gian,

hình khối kiến trúc đa dạng, tạo cảm giác nhẹ nhàng bay bổng

3

II/ Các loại kết cấu bao che nhà cao tầng, ưu và nhược điểm:

 Các loại kết cấu bao che nhà cao tầng gồm có:

- Vật liệu xây dựng không nung (Gạch Block, gạch bê tông bọt khí,

gạch xi măng – cốt liệu, tường thạch cao, tường panel bê tông nhẹ…);

- Khung kính;

- Gạch xây dựng đất sét nung, gạch tuynel;

- Các loại kết cấu bao che kết hợp (Kính+ gạch, kính + vách, kính + vật

liệu không nung….);

II.1/ Gạch xây dựng không nung:

-Vật liệu sử dụng cho tường xây gạch nhẹ là các loại gạch blook, bê

tông khí…

- Khối xây bằng blook và gạch nhẹ được thi công với vữa xây xi măng

cát thông thường hoặc với vữa dán khô trộn sẵn Trát, ốp hoàn thiện bề

mặt khối xây được tiến hành tương tự như đối với khối xây gạch đất sét

nung

- Chiều dày tường xây block, gạch nhẹ được chỉ định theo yêu cầu cách

nhiệt Các tính toán cho thấy, với cùng khả năng cách nhiệt, chiều dày

tường sử dụng block, gạch nhẹ có thể giảm từ 1/3 đến 1/2 so với gạch

đất sét nung

- Sau đây nhóm xin giới thiệu bảng so sánh gạch nhẹ và gạch đất nung

như sau:

STT THÔNG SỐ GẠCH NUNG GẠCH NHẸ

ƯU ĐIỂM CỦA GẠCH NHẸ SO VỚI GẠCH NUNG

Dùng lớp đất nông nghiệp, tạo ô nhiễm môi trường

Xi măng, tro bay, cát, nước, phụ gia (trộn đều)

Tốt cho môi trường; Không ô nhiễm, gạch nhẹ

có thể SX tại công trường

2 Tỷ trọng

Nhẹ hơn, giảm thép kết cấu móng đến 15%

3 Số viên

gạch/m3

721 viên kích thước tiêu chuẩn 6x10.5x22 cm

125 viên kích thước 8x30x60

cm

Tốn ít vữa xây và rút ngắn thời gian xây

4 Số lượng

1 viên gạch nhẹ =

13 viên gạch đất nung và xây nhanh hơn gạch nung

STT THÔNG SỐ GẠCH NUNG GẠCH NHẸ

ƯU ĐIỂM CỦA GẠCH NHẸ SO VỚI GẠCH NUNG

Cách âm tốt hơn, giảm ồn do các thiết bị bên ngoài

5

STT THÔNG SỐ GẠCH NUNG GẠCH NHẸ

ƯU ĐIỂM CỦA GẠCH NHẸ SO VỚI GẠCH NUNG

10 Độ chính xác

chiều dày gạch Không tiêu chuẩn ± 1

Chính xác cao hơn gạch nung

11 Lắp ráp đường

Thao tác nhanh, dễ dàng

- Hiện nay Bộ xây dựng đã ban hành thông tư 09/2012/TT-BXD quy định

và khuyến khích sử dụng vật liệu không nung trong các công trình xây

dựng, Thông tư này có hiệu lực thi hành kể từ ngày 15 tháng 01 năm

2013 Trích “Điều 2 Các công trình xây dựng bắt buộc sử dụng vật liệu

xây không nung” theo thông tư như sau:

+ Tại các đô thị loại 3 trở lên phải sử dụng 100% vật liệu xây không nung

kể từ ngày Thông tư này có hiệu lực

+ Tại các khu vực còn lại phải sử dụng tối thiểu 50% vật liệu xây không

nung kể từ ngày Thông tư này có hiệu lực đến hết năm 2015, sau năm

2015 phải sử dụng 100%

+ Các công trình xây dựng từ 9 tầng trở lên không phân biệt nguồn vốn,

từ nay đến năm 2015 phải sử dụng tối thiểu 30% và sau năm 2015 phải sử

dụng tối thiểu 50% vật liệu xây không nung loại nhẹ trong tổng số vật liệu

xây (tính theo thể tích khối xây)

Trích “Điều 3 Khuyến khích sử dụng vật liệu xây không nung trong các

công trình xây dựng” như sau:

Khuyến khích sử dụng vật liệu xây không nung trong các công trình xây

dựng không phân biệt nguồn vốn, không phân biệt khu vực đô thị, không

phân biệt số tầng

Vì thế theo thời gian thì vật liệu không nung sẽ dần thay thế vật liệu đất

sét nung, gạch tuynel

 Phạm vi áp dụng:

-Vật liệu khung nung sử dụng cho các công trình cao tầng để giảm tải

trọng cho công trình Xây dựng các công trình trên nền đất yếu, các

công trình ở vùng sông nước như Miền Tây Nam Bộ

 Ví dụ về một số Quốc gia trên thế giới dùng vật liệu nhẹ:

- Những năm đầu của thế kỷ 20, Hoa Kỳ, Liên Xô, Nhật Bản, Đan

Mạch, Anh và một số nước khác đã triển khai nghiên cứu để phát triển

cốt liệu nhẹ nhân tạo và hết sức tận dụng cốt liệu nhẹ thiên nhiên, cũng

như áp dụng cốt liệu phế thải công nghiệp

-Ở Australia, năm 1968 tại Sidney đã hoàn thành một ngôi nhà 50 tầng

cao 183 m có dáng hình viên trụ đường kính 41,15m Toàn bộ kết cấu

của 8 tầng bên trên sử dụng loại cốt liệu nhẹ có tính trương nở để đúc

bê tông cường độ bình quân đạt 32 MPa Người ta đã dùng phương

pháp ván khuôn trượt để thi công ngôi nhà đó; cứ 5 ngày lên được 1

tầng

- Ở Hoa Kỳ, tại Chicago đã xây dựng toà tháp đôi Marina 64 tầng; ở

Nam Phi tại Giohannesbớc đã xây dựng toà nhà ngân hàng tiêu chuẩn

32 tầng đều sử dụng cốt liệu kêzamzit để đúc bê tông

- Ở Nhật Bản, Liên Xô, Pháp, người ta cũng đã sử dụng kêzamzit làm

cốt liệu để làm bê tông nhẹ xây dựng những ngôi nhà cao tầng trên dưới

20 tầng

-Ở Trung Quốc, từ năm 1956, người ta đã nghiên cứu sử dụng nhiều

loại cốt liệu nhẹ như kêzamit đất sét, kêzamit than bột, đá bọt, xỉ núi

lửa, than xỉ trương nở chủ yếu để làm tường ngoài và tường chịu lực

Ưu điểm:

- Nhẹ nên giảm tải trọng rất nhiều, giảm chi phí làm móng và hệ thống

kết cấu cho nhà cao tầng

- Gạch thích hợp xây nhà cao tầng, cơi nới tầng, vách ngăn, công trình

trên nền đất yếu

- Tính năng cách âm, cách nhiệt rất tốt

- Không thấm nước, nhẹ hơn gấp 2 lần so với gạch ống (có thể nổi trên

mặt nước); Chống cháy rất tốt

7

 Ưu điểm:

- Không độc hại; Thi công nhanh, đơn giản

- Tường sử dụng bê tông nhẹ còn có tác dụng thẩm thấu và điều hoà

không khí trong phòng, giảm tải trọng cho toàn bộ công trình nhưng

vẫn giữ được sự chắc chắn

- Ngoài ra loại vật liệu này còn có ưu điểm thân thiện với môi trường từ

sản xuất tới tiêu thụ, không độc hại và có thể tái sản xuất dễ dàng

Nhược điểm:

- Gạch không nung, bê tông bọt khí, gạch blook, gạch siêu nhẹ vẫn còn

có những hạn chế nhất định, như khả năng chịu lực theo phương ngang

yếu, không linh hoạt khi thiết kế kiến trúc với nhiều góc cạnh, do các

tấm xốp và lưới thép làm sẵn không thể uốn cong

- Cường độ chịu lực kém hơn so với vật liệu khác

- Tuy nhiên, để thay thế tính phổ biến của gạch nung, tâm lý của người

sử dụng, gạch nhẹ vẫn cần phải có một thời gian dài để thâm nhập vào

thực tiễn và thay thế hoàn toàn cho sản phẩm gạch nung, nên hiện nay

vẫn chưa được sử dụng rộng rãi

- Tính an ninh không tốt, dễ bị đục phá

Tòa nhà Habico Tower Công trình sử dụng gạch không nung

Tòa nhà Lotte

Công trình sử dụng gạch không nung

Sông Giá Resort – Hải Phòng

Công trình sử dụng gạch không nung

9

Hình ảnh về gạch không nung

Hình ảnh về gạch không nung

Hình ảnh về gạch không nung

Hình ảnh về gạch không nung

11

Hình ảnh về gạch không nung

Hình ảnh về gạch không nung

 Giới thiệu thêm về tường thạch cao:

- Một trong những phương pháp được nhiều chuyên gia đánh giá cao

trong việc tiết kiệm chi phí, thời gian thi công là thay tường gạch truyền

thống bằng vách thạch cao Giải pháp giảm thiểu chi phí đối với công

trình nhà ở xã hội, nhà cao tầng vẫn còn là bài toán nan giải

- Trong xu hướng phát triển mảng vật liệu không nung, nguyên liệu

thạch cao ở Việt nam đang có rất nhiều thuận lợi để phát triển Tuy

nhiên, do ý thức làm tường nhà bằng gạch đã đi sâu vào tâm lý của

người dân, nên việc ứng dụng vật liệu này vẫn còn hạn chế Trong khi

thực tế, với công nghệ sản xuất hiện đại như ngày nay, vật liệu thạch

cao còn có độ cứng, khả năng cách âm, cách nhiệt không thua kém gì

tường gạch

-Tấm thạch cao là một trong những vật liệu phổ biến dùng để làm trần

hoặc tường nội thất trong xây dựng gia dụng và thương mại Vật liệu

này ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong xây dựng dân dụng và

công nghiệp do có đặc tính thi công nhanh gọn, tính thẩm mỹ cao,

không độc hại, không cháy, cách âm, cách nhiệt

Đặc tính:

- Bề mặt mịn, phẳng, đẹp mắt, dễ dàng trang trí và có độ cứng tốt

- Dễ dàng ghép nối các tấm lại với nhau, tường nhà và trần sẽ rất phẳng

mịn Hơn nữa vì bề mặt của tấm thạch cao mịn láng hơn tất cả các loại

tường bê tông nên nó tạo cho ngôi nhà một dáng vẻ vượt trội

-Sau khi hoàn tất trang trí, có thể sử dụng sơn tay hay sơn xịt hoặc các

loại trang trí khác như giấy dán tường hoặc gạch trang trí

- Đặc tính hữu cơ của tấm thạch cao là mềm dẻo nên không bị nứt dù

được sử dụng một thời gian dài, đó là một lợi thế đáng kể trong việc sử

dụng tấm thạch cao cho các công trình xây dựng

- Tấm thạch cao cũng có thể dễ dàng ứng dụng cho các trần nhà và

tường có độ cong vênh

- Khả năng cách nhiệt, cách âm, chống cháy tốt Nó không hấp thụ độ

nóng và tỷ lệ dẫn nhiệt thấp hơn so với các vật liệu khác như bê tông,

gạch kính

13

CẤU TẠO TẤM THẠCH CAO

Vách thạch cao có khả năng cách nhiệt vượt trội tường gạch

Mô hình mặt cắt vách thạch cao

Công trình Keangnam Hanoi dự kiến các bức tường

sẽ được lắp đặt bằng vách thạch cao

15

II.2/ Vật liệu kính:

- Trong cuộc sống hiện đại, kính ngày càng được sử dụng nhiều Vẻ đẹp

và công dụng của sản phẩm này cũng phản ánh một căn nhà hiện đại, sự

tiện lợi tối ưu cho người sử dụng

- Kính xây dựng là sản phẩm có nhiều tính năng ưu việt nên được sử

dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng và đời sống xã hội, việc

hiểu rõ công dụng của kính và biết áp dụng đúng sẽ tăng giá trị và nét

thẩm mỹ của căn nhà, của công trình

-Việc sử dụng kính rất hữu ích bởi nó phát tán ánh sáng mặt trời một

cách trực tiếp vào ngôi nhà Kính có thể làm cho ngôi nhà trông rộng rãi

hơn Những ngôi nhà trước đây sử dụng kính cho hầu hết không gian đã

mang dòng chảy tự nhiên từ ngoài vào trong để đem đến sự bình yên

cũng như sự sáng sủa cho ngôi nhà

- Cùng với tốc độ phát triển không ngừng của công nghệ vật liệu, thì vật

liệu kính cũng có rất nhiều thay đổi về chủng loại, kiểu dáng và màu sắc

có thể đáp ứng trong thiết kế nội và ngoại thất công trình rất phong phú

và đa dạng

-Ngày nay những toà nhà chọc trời thường được đặt ở những khu đất

đắt đỏ, như ở trung tâm của những thành phố lớn Chúng được xây

dựng không chỉ vì mục đích kinh tế, mà còn được xem như biểu tượng

về sức mạnh kinh tế của mỗi thành phố, giống như vai trò của

những ngôi đền hoặc cung điện, lâu đài trong quá khứ

- Trong một số trường hợp đặc biệt, chiều cao của một toà nhà chọc trời

được lựa chọn không chỉ xuất phát từ nhu cầu sử dụng mà còn nhằm

làm nổi bật nét đặc sắc và giúp quảng bá hình ảnh và sức mạnh của

thành phố (Xem hình Slide sau)

- Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại kính để sử dụng trong xây

- Tùy theo thiết kế kiến trúc của công trình mà vách kính có nẹp ngang

và nẹp dọc, khung xương hay không, có nan nhôm trang trí hay không

17

 Ưu điểm:

- Giảm tải trọng, giảm diện tích chiếm mặt sàn, chịu được các điều kiện

thời tiết, chống thấm tuyệt đối ở bề mặt, cho ánh sáng xuyên qua

-Kính còn được dùng làm vách ngăn bên trong thay tường truyền thống,

đặc biệt trong các không gian văn phòng làm việc, không gian công

cộng như bảo tàng, trung tâm thương mại, nhà ga hàng không, nhà

hàng…

- Kính đóng vai trò phân định không gian chức năng, định tuyến giao

thông nhưng không hạn chế tầm nhìn, không cản ánh sáng Sử dụng

kính ngăn chia hợp lý sẽ làm rộng không gian về mặt thị giác và tạo nên

những hiệu quả ánh sáng hữu dụng và thẩm mỹ cao

- Với các toà nhà cao tầng có nhiều diện tích vách tiếp xúc trực tiếp với

ánh nắng mặt trời thì chi phí điện năng cho hệ thống điều hoà, thông gió

nhằm ổn định điều kiện không khí trong toà nhà rất lớn, ngăn chặn các

tia tử ngoại, tránh tác động của gió và khí độc, đón nguồn năng lượng tự

nhiên

- Việc sử dụng cửa nhôm và vách nhôm kính lớn với hộp kính cách âm,

cách nhiệt, kính an toàn… là giải pháp chính trong việc tiết kiệm điện

năng

 Nhược điểm:

- Trước hết kính tạo nên hiệu ứng lồng kính, làm tăng nhiệt ở môi

trường bên trong Hệ quả của việc này là phải dùng máy lạnh, gây tiêu

tốn năng lượng và ảnh hưởng tiêu cực tới môi trường Việc thi công, lắp

đặt và sử dụng, vận hành với vật liệu kính cũng gây ra nhiều rủi ro (vỡ)

với chính công trình và người sử dụng

- Bên cạnh đó, việc điều chỉnh thiết kế, sửa chữa, cải tạo hay phá dỡ

cũng là một vấn đề không đơn giản với loại vật liệu này Bởi các loại

kính được sử dụng làm kết cấu bao che, ngăn chia không thể tái sử dụng

với kích thước, quy cách khác được (không thể gia công cơ học như cắt,

khoan, mài) Và việc tái chế như một loại phế thải đòi hỏi chi phí cao,

việc tiêu huỷ càng khó Kính xây dựng hiện nay cũng là một vấn nạn

với môi trường

- Ðặc biệt khi xảy ra cháy nổ, khả năng chịu nhiệt của nó rất kém

Công trình sử dụng vật liệu kính

Trung tâm Nghệ thuật Phương Đông

(Thượng Hải)

Trump International Hotel and Tower

19

Công trình sử dụng vật liệu kính

Công trình sử dụng vật liệu kính