BÁO CÁO TIỂU LUẬN KẾ CẤU MÁI DÂY TREO MÔN CHUYÊN ĐỀ KẾT CẤU MỚI

GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận môn Chuyên đề Kết cấu MỤC LỤC CHUYÊN ĐỀ KẾT CẤU MÁI TREO Mở đầu Kết cấu mái treo 1.1 Lịch sử hình thành phát triển kết cấu treo .3 1.2 Định nghĩa kết cấu dây mái treo 1.3 Đặc điểm chung 1.4 Phân loại kết cấu .6 a) Kết cấu mái dây lớp b) Kết cấu mái dây lớp c) Hệ mái treo dạng consol .11 d) Kết cấu dàn dây .12 e) Kết cấu mái dây hình yên ngựa 13 f) Mái treo vỏ mỏng 16 g) Hệ mái dây kiểu vành bánh xe đạp .16 Một số cơng trình sử dụng kết cấu treo giới 18 2.1 Nhóm cơng trình thể thao 19 2.2 Nhóm cơng trình triển lãm 32 2.3 Nhóm cơng trình sản xuất 38 Một số cơng trình sử dụng kết cấu treo Việt Nam 48 Kết luận .54 Cảm nhận môn học 55 GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận môn Chuyên đề Kết cấu MỞ ĐẦU Kết cấu dây treo kết cấu áp dụng rộng rói nhiều cơng trình dân dụng, cơng nghiệp giao thông giới ưu điểm bật nó: trọng lượng nhẹ, vượt nhịp lớn, thi cơng lắp ráp nhanh, hình dáng kiến trúc đa dạng phong phú Ở nước ta kết cấu dây treo nhiều tác giả nghiên cứu áp dụng từ tạo nhiều thành tựu to lớn Trong thời kì mở cửa hội nhập, kết cấu dây treo gớp phần quan trọng vào cơng trình tải điện định việc đảm bảo giao thông miền núi đồng sông Cửu long, mái che cơng trình nhịp lớn sân vận dộng nhà triển lãm, nhà ga Nghiên cứu kết cấu treo giúp tìm giải pháp thiết kế thi cơng phù hợp với dạng cơng trình phức tạp chưa áp dụng nhiều Việt Nam Việc lựa chọn giải pháp kết cấu phương pháp thi cơng hợp lí đảm bảo chất lượng cơng trình, tiến độ thi cơng, đảm bảo an tồn, bảo vệ mơi trường đem lại nhiều dấu ấn riêng kiến trúc thẩm mỹ Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: Vận dụng kiến thức kết cấu, biện pháp thi công, sử dụng phần mềm tính tốn kết cấu Sử dụng làm tài liệu phục vụ cho học tập GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận môn Chuyên đề Kết cấu Kết Cấu treo 1.1 Lịch sử hình thành phát triển kết cấu treo: Năm 1968, kiến trúc sư Gunnar Birkerts ứng dụng kết cấu cầu treo cho thiết kế tòa nhà Ngân hàng dự trữ liên bang bang Minnesota Mỹ Tòa nhà xây dựng xong năm 1972, giới kiến trúc đánh gia cao, coi thành tựu kiến trúc dành số giải thưởng kiến trúc uy tín năm 1974; Kết cấu cầu treo kết cấu dùng phổ biến thiết kế cầu nhịp lớn ưu điểm Hệ kết cấu cầu treo điển hình gồm hai tháp cao hai đầu, sàn cầu bê tông cốt thép thép, hai dây cáp lớn căng ngang nối hai đỉnh tháp dây cáp nhỏ treo sàn bê tông cốt thép vào hai dây cáp lớn Dạng kết cấu có ưu điểm cấu kiện chịu lực đơn giản: tháp chịu nén chính, dây cáp lớn nhỏ chịu kéo, sàn cầu chịu mô men uốn tương đối nhỏ Hình 1.1 Tịa nhà ngân hàng dự trữ liên bang (Marquette Plaza) TP Minneapoliss, tiểu bang Minnesota (Mỹ) (sưu tầm) GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận môn Chuyên đề Kết cấu Về mặt công nghệ xây dựng, giải pháp kết cấu cầu treo có tính khả thi cao đứng khía cạnh thiết kế thi cơng Chúng ta thấy tịa nhà Ngân hàng dự trữ liên bang bang Minneapoliss thiết kế từ năm 1968, máy tính điện tử phần mềm tính tốn kết cấu cịn chưa phát triển Ngày với hỗ trợ máy tính điện tử phần mềm phân tích kết cấu, cơng việc thiết kế thi cơng thực với chất lượng độ xác cao nhiều Kết cấu cầu treo giải pháp ưu việt phải vượt qua nhịp lớn Kết cấu khơng sử dụng cho cầu mà cịn ứng dụng cho nhà cao tầng từ sớm mà máy tính điện tử cịn chưa phát triển Điều chứng tỏ tính cách mạng nhà đầu tư nhà quản lý xây dựng việc ứng dụng tiến khoa học kỹ thuật tạo nên hiệu to lớn kinh tế xã hội, tạo cơng trình kiến trúc đặc sắc Hình 1.2 Nghiên cứu ứng dụng hệ kết cấu cầu treo cho nhà cao tầng Dự án Dolphin Plaza (sưu tầm) GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG 1.2 Báo cáo tiểu luận môn Chuyên đề Kết cấu Định nghĩa kết cấu dây mái treo: Kết cấu dây mái treo hệ kết cấu cấu tạo từ dây mềm, chịu kéo, bỏ qua khả chịu uốn dây Các dạng kết cấu dây bao gồm dây tải điện, dây văng, cầu dây loại mái treo Kết cấu dây dùng liên hợp với hệ kết cấu cứng khác như: dầm, dàn tạo nên hệ kết cấu liên hợp mái treo dầm cứng, cầu dây văng; Cáp dùng kết cấu dây có loại, có cường độ gấp sáu lần giá thành chế tạo đắt hai lần thép xây dựng thông thường] Do tận dụng sức chịu kéo lớn vậy, nên kết cấu dây có trọng lượng nhẹ, cho phép vượt nhịp lớn Hình dạng kiến trúc kết cấu dây nói chung mái treo dây nói riêng đa dạng phong phú 1.3 Đặc điểm chung Khả chịu lực kết cấu dây treo xác định theo độ bền, chúng có nội lực kéo Kết cấu làm việc chịu kéo nên cho phép sử dụng triệt để khả chịu lực dây cáp, đồng thời với cường độ cao vật liệu nên trọng lượng kết cấu tương đối nhỏ; Đây hệ kết cấu chịu lực tạo hệ dây cáp chịu kéo có cường độ cao (b =120 – 140 KN/cm2) Các dây cáp neo vào gối cứng dàn, dầm, khung… thép hay BTCT Dùng cho cơng trình có nhịp lớn với dạng kết cấu khác nhau: hệ dây lớp, hệ dây hai lớp, hệ dàn dây, hệ yên ngựa, hệ yên ngựa, hệ hỗn hợp, vỏ mỏng…  Ưu điểm: Khả chịu lực mái dây xác định theo độ bền chúng chí có lực kéo Kết cấu làm việc chịu kéo lên chúng sử dụng triệt dể khả chịu lực dây cáp, đồng thời với cường đô cao cua vật liệu trọng lượng kết cấu chịu lực tương dối nhỏ Với dạng kết cấu nhịp tăng cho hiê u quà sư dụng kết cấu tăng Ưu việt nưa kết cấu dây treo dễ vận chuyền có khả lắp ráp không cần dàn giáo, chúng vượt nhịp lớn, dễ vận chuyển thi công GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận môn Chuyên đề Kết cấu  Kết cấu chịu kéo nên sử dụng hết khả chịu lực cáp  Hệ kết cấu mái dây lớp : nhờ có lớp dây căng làm việc với lóp dây chu làm tăng dơ ồn định hình dạng hệ dây , làm cho hệ có độ cứng có khả chịu tải trọng đổi chiều  Kêt cấu dàn dây : làm cho hệ có độ cứng cao , có ổn định hình dạng cao , chuyển vị nhỏ sát giả thiết  Kết cấu mái dây hình n ngựa : nhờ có lớp dây căng trước cho dây ln có lực kéo với tải trọng bất lợi , dà làm tăng tính ơn dịnh hình dạng độ cứng cho hệ làm giảm gia tăng độ võng hệ chịu tai trọng  Khuyết điểm: Có biến dạng lớn mô-đun đàn hồi cáp thấp (E=1.5 – 1.8.106 daN/ cm2) nhỏ thép cán khả làm việc thép cường độ cao lại lớn thép thường nên biến dạng tỉ đối cáp giai đoạn đàn hồi lớn so với thép CT3 vài lần Có tính biến hình lớn Khi sơ đồ tác dụng tải trọng thay đổi sơ đồ hình học hệ thay đổi lớn Để giảm nhẹ chuyển vị đó, mái thường thiết kế căng trước có giải pháp cấu tạo đặc biệt làm tăng khả ổn định hình dạng hệ 1.4 Phân loại kết cấu treo a) Kết cấu mái dây lớp - Dùng cấc cơng trình hangar, nhà triển lãm, thi đấu, sân vận động vượt nhịp khoảng 70 – 100 m - Kết cấu dây có hai loại: dây mềm cáp dây cứng thép hình - Dây neo vào hệ gối cúng vành cứng - Các máibằng BTCT hay hợp kim nhôm liền kết cứng với GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận môn Chuyên đề Kết cấu Hình 1.3 Sơ đồ kết cấu mái dây lớp Kraxnoyarxk  Hình 1.4 Sơ đồ kết cấu mái dây lớp sân vận động Montebydeo GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận môn Chuyên đề Kết cấu Hệ lớp dây mềm: - Dùng cho mặt hình chữ nhật hình trịn - Với mặt chữ nhật: hệ gồm dây rải neo vào gối cứng hai biên song song với mặt mái, hệ gối thường dầm biên song song với mặt mái - Với mặt hình tròn: kết cấu gồm dây chịu lực đặt hướng tâm neo vào vành biên vành trung tâm; vành biên làm bê tông bê tông cốt thép chịu nén; vành trung tâm thép, chiu kéo - Hệ dây chỗ tựa cho lớp mái, tầm mái liên kết vào dây liên kết với  Hệ lớp dây cứng: - Hệ kết cấu gồm dây thép hình I cán sẵn, cố định vào hai gối cứng hai đầu Các gối cứng dàn dây cáp kết cấu cứng đảm bảo liên kết dây cứng vào - Dây làm thép hình chữ I liên kết cố định với hai gối cứng hai đầu - Dây cứng làm việc chịu kéo uốn tác dụng tải trọng - Các gối cứng phải đảm bảo liên kết chịu lực từ dây cứng truyền vào Hình 1.5 Hệ lớp dây cứng (một nhà hàng Yalta) GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận môn Chuyên đề Kết cấu b) Kết cấu mái dây lớp Kết cấu mái dậy hai lớp gồm: - Lớp dây võng xuống lớp dây chịu lực, gọi lớp dây chủ - Lớp dây vồng lên lớp dây căng, làm tăng độ ổn định hình dạng, tạo độ cứng làm cho hệ dây có khả chịu lực đổi chiều Để dây căng đủ khả làm việc với dây chủ, lực căng trước lớp dây phải lớn nội lực nén tải trọng sinh - Nối hai lớp dây chống cứng chịu nén HÌnh 1.6 Sơ đồ kết cấu hệ dây hai lớp GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận môn Chuyên đề Kết cấu Kết cấu Nhà máy sản xuất thiết bị điện tử Inmos Hình 2.83 Hình 2.83 Hình 2.84 Mơ hình kết cấu 41 GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận môn Chuyên đề Kết cấu c) Trung tâm công nghệ PA (Hoa Kỳ) 1983 Cấu trúc căng thẳng hỗ trợ từ giải pháp tương tự sử dụng Fleetguard nhà máy INMOS kế hoạch gần giống với INMOS, với cột sống / vòng quay trung tâm khung A, cung cấp lưu thông, nhà hàng nhân viên dịch vụ khác nằm bên lề không gian làm việc, trường hợp phịng thí nghiệm văn phịng Hình 2.85 Hình 2.86 Trung tâm cơng nghệ PA Hình 2.87 42 GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận mơn Chun đề Kết cấu Hình 2.88 Hình 2.89 Kết cấu Trung tâm cơng nghệ PA Hình 2.90 43 GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận môn Chuyên đề Kết cấu d) Nhà máy Fleetguard (Pháp) 1981 Cấu trúc bao gồm yếu tố địi hỏi chế tạo kết hợp đơn giản Các kết nối kết cấu cần thiết để mở rộng tịa nhà thực mà không cần loại bỏ lớp vỏ bọc có, tránh làm gián đoạn việc sử dụng tịa nhà Trọng lượng tồn thép 47kg / m², thấp khoảng 17% so với cấu trúc thơng thường có kích thước vịnh tương đương Lớp vỏ bọc rõ ràng từ khung kết cấu để tạo thuận lợi cho vị trí bay cách mở rộng vịnh mà khơng gây gián đoạn hoạt Hình 2.91 động Fleetguard tách khỏi khu vực mái dải kính cao cấp liên tục, đưa ánh sáng tự nhiên vào tất khu vực tịa nhà Hình 2.92 Hình 2.93 Mặt cắt Nhà máy Fleetguard 44 GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận mơn Chun đề Kết cấu Hình 2.94 Hình 2.96 Hình 2.95 Hình 2.97 Kết cấu Nhà máy Fleetguard 45 GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận môn Chuyên đề Kết cấu e) Trung tâm nghiên cứu Schlumberger Cambridge (Anh) 1992 Trong giàn mạng lưới tiếp xúc với khối mái phẳng họ theo cách tương tự Tòa nhà Crown Viện Cơng nghệ Illinois Ngồi cịn có lặp lặp lại bước Farnsworth House Lượt xem Hình 2.98 ngồi quan trọng Một đề xuất ban đầu để che bóng độ cao tồn kính với tán bị từ chối lợi ích người mù Venice, cửa sổ trở nên sống động vào buổi tối Lều liên kết với tiền lệ Frei Otto sân vận động Olympic Günther Behnisch Munich (1972) Hajj Terminal SOM Jeddah (1978) Hopkins khám phá ý tưởng đề xuất năm 1982 cho quảng trường mua sắm trung tâm Basildon Tại Schlumberger, kết không gian chuyển tiếp, không nhà (như phịng thí nghiệm văn phịng) ngồi trời Màng làm giảm tăng lượng mặt trời vào mùa hè không cách nhiệt, nhiệt mùa đơng Nó làm sợi thủy tinh phủ Teflon, lần sử dụng vật liệu Anh; sử dụng thành công số trung tâm mua sắm Bắc Mỹ Nó khơng phải vật liệu đơn giản để làm việc, không thay đổi "kích thước" suốt q trình sản xuất, địi hỏi căng thẳng áp dụng Hình 2.99 Hình 2.100 46 GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận mơn Chun đề Kết cấu Hình 2.101 Hình 2.102 Hình 2.103 Kết cấu mái dây treo Trung tâm nghiên cứu Schlumberger Cambridge 47 GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận môn Chuyên đề Kết cấu Một số cơng trình sử dụng kết cấu treo Việt Nam a) Sân vận động Mỹ Đình (Hà Nội) Sân vận động Mỹ Đình nằm đường Lê Đức Thọ, xã Mỹ Đình, huyện Từ Liêm – Hà Nội, cách trung tâm Hà Nội 10 km phía tây nam Sân có khán đài: Khán đài phía Tây phía Đơng có tầng cao 25,8m, khán đài phía Bắc phía Nam có tầng cao 8,4m Hệ kết cấu thép mái Hình 3.1 gồm: Cột thép, giàn đèn, hệ dầm thép, lợp - Cột đèn đỡ mái 1219*19.1mm, cao 54m, trọng lượng 54 tấn/1cột - Giàn thép dài 166m, nhịp 156m, mặt cắt giàn 16*12m (có dạng hình thoi) Hình 3.2 48 GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận mơn Chun đề Kết cấu Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Thi cơng mái SVĐ Hình 3.7 Thi cơng trụ chống 49 GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận môn Chuyên đề Kết cấu b) Bảo Tàng Hà Nội Hình 3.8 Bảo tàng Hà Nội xây dựng đường Phạm Hùng, nằm khuôn viên Trung tâm Hội nghị Quốc gia Bảo tàng có tổng diện tích 53.963m2, diện tích xây dựng cơng trình khoảng 11.925m2, diện tích sàn xây dựng 30.208m2, chiều cao 30,70m - Kết cấu phần thân: Kết cấu lõi trụ đường kính R=13,3m lõi bê tơng cốt thép có kích thước 8,4*8,4m - Kết cấu phần mái: + Hệ dầm bê tông cốt thép cao 5m đua consol 8,4m theo hướng; + Hệ dầm thép hệ conson đua 8,4m liên kết vào hệ lõi trụ; + Sàn bê tông cốt thép hệ sàn treo với dây treo liên kết trực tiếp vào mắt hệ dầm thép 50 GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận môn Chuyên đề Kết cấu HÌnh 3.9 Kết cấu phần thân Hình 3.10 Thi công dầm treo vào vách 51 GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận môn Chuyên đề Kết cấu Hình 3.11 Mặt hệ dầm mái BTCT kết hợp hệ dàn thép Bảo tàng Hà Nội Bảo tàng Hà Nội có hình dáng đặc biệt kết cấu phức tạp, gồm tầng treo vào cột bê tông (bên cầu thang bộ, thang máy), tầng phía rộng có diện tích 2000m2 tầng nhỏ dần Vì gọi hình kim tự tháp ngược Đây cơng trình dân dụng có kết cấu treo Việt Nam Nét độc đáo cơng trình tất hệ kết cấu treo hệ dầm bê tông đỉnh mái 52 GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận môn Chuyên đề Kết cấu Hình 3.12 Mặt kết cấu tầng mái 53 GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận môn Chuyên đề Kết cấu Kết luận Kết cấu treo ngày sử dụng rộng rãi thiết kế cơng trình dân dụng cơng nghiệp số ưu điểm bật sau: - Dễ dàng chun mơn hóa thi cơng, có khả đẩy nhanh tiến độ, nâng cao chất lượng công trình; - Tận dụng tối đa cơng suất thiết bị cẩu lắp, tạo khả áp dụng giải pháp cơng nghệ thi cơng đại (chia nhóm công việc, thi công theo dây truyền…) - Hệ chống đỡ tạm phải tính tốn kỹ có kể đến yêu cầu bền, ổn định cục bộ, ổn định tổng thể khả tháo lắp dễ dàng Ở nước ta kết câu dây treo phần lớn sử dụng cơng trình cầu đường, cịn cơng trình thể thao dân dụng có số lượng Cơng nghệ thi cơng đề xuất áp dụng để triển khai cho cơng trình tương tự khu đô thị lớn nước ta, nơi mà dân cư sinh sống đông đúc, mặt thi công chật hẹp, cơng trình giao thơng, sân vận động, triến lãm, nhà hát, bể bơi Vì nên vận dụng phát triển loại hình kết cấu mái dây treo nước ta việc lựa chọn giải pháp kết cấu phương pháp thi công hợp lí đảm bảo chất lượng cơng trình, tiến độ thi cơng, đảm bảo an tồn, bảo vệ mơi trường đem lại nhiều dấu ấn riêng kiến trúc thẩm mỹ 54 GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận môn Chuyên đề Kết cấu CẢM NHẬN VỀ MƠN HỌC Trước mơn học em học qua mơn học Kết cấu cơng trình 1-2, Khơng gian nhịp lớn mơn trươc học kiến thức kết cấu loại kết cấu, vật liệu thông dụng Ở môn học em học lại phần kĩ sâu chi tiết hơn, đặt biệt Kết cấu Thép, Kết cấu cho nhà nhịp lớn Ngồi cịn học Kết cấu liên hợp thép bê tông (Compisite), học cách áp dụng tính tốn loại kết cấu Sau học môn Kết cấu mới, làm tiểu luận chuyên đề, em có thời gian nghiên cứu tìm hiểu rộng loại kết cấu, em nhìn vào kết cấu cơng trình xác định thuộc loại kết cấu từ vận dụng kết cấu cho đồ án chuyên ngành Có thể thấy, cơng trình tiếng đặc biệt giới muốn đạt hình khối ấn tượng hay đặc biệt phải có kết hợp với hệ thống kết cấu riêng biệt cho Qua thấy tầm quan trọng kết cấu ngành xây dựng kiến trúc, nên hiêu sâu rộng để vận dụng tốt Theo em môn học cần thiết thiết thực sinh viên ngành Kiến trúc cơng trình kiến trúc ln gắn liền với kết cấu, kết cấu hỗ trợ làm đẹp cho cơng trình 55 ... men uốn tương đối nhỏ Hình 1.1 Tòa nhà ngân hàng dự trữ liên bang (Marquette Plaza) TP Minneapoliss, tiểu bang Minnesota (Mỹ) (sưu tầm) GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận môn Chuyên đề... ngựa Hình 1.13 Cơng trình Minh họa cho loại kết cấu mái dây hình yên ngựa 14 GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận môn Chuyên đề Kết cấu Hình 1.14 Cơng trình minh họa cho Kết cấu mái dây... cấu Sân vận động Jeonju World Cup 2002 Hình 2.40 Hình 2.41 28 GVHD: THẦY TRẦN QUỐC HÙNG Báo cáo tiểu luận môn Chuyên đề Kết cấu Kết cấu Sân vận động Jeonju World Cup 2002 Hình 2.42 Hình 2.43 Hình