Một loại kết cấu mới đ−ợc áp dụng nhiều trong thời gian gần đây, mặc dù ở n−ớc ngoài đã đ−ợc sử dụng trên 30 năm, là kết cấu dàn không gian, hoặc còn gọi là kết cấu cấu trúc tinh thể. Công trình nhà ga T1 Nội Bài , hàng chục công trình nhà thể thao, nhà triển lãm, hội tr−ờng đã ap dụng loại kết cấu không gian này.
4.1 Đặc điểm kết cấu. Đặc điểm của loại kết cấu này là nó gồm một hệ thống dàn giao nhau theo 2 hoặc 3 ph−ơng ; những dàn này không thẳng đứng mà đặt nghiêng nên các thanh bụng tạo nên một hệ không gian có độ cứng chống xoắn (hình 9.15) . Về cấu tạo, hệ dàn không gian có thể coi nh− gồm nhiều cấu trúc giống nhau (gọi là cấu trúc tinh thể) ghép lại. Do tự do ghép thêm các tinh thể một cách tuỳ ý nên kết cấu có mặt bằng rất linh hoạt, coi là bất kì. Sự làm việc của kết cấu giống nh−
một tấm phẳng tựa lên các cột. Mômen uốn của tấm (gồm mômen uốn theo hai ph−ơng và mômen xoắn) đ−ợc phân phối cho các thanh cánh và bụng.
Hình 9.15. Sơ đồ kết cấu và chi tiết
Kết cấu dàn không gian có những −u khuyết điểm sau :
- độ cứng không gian lớn, làm đ−ợc nhịp rộng ; chiều cao dàn nhỏ chỉ 1/14 đến 1/20 nhịp (bằng nửa dàn thông th−ờng) nên tiết kiệm không gian của nhà.
- có thể dùng cho mặt bằng bất kì, gối tựa bố trí bất kì ;
- các cấu kiện thanh và nút đ−ợc dùng lặp lại, tiện việc chế tạo tiêu chuẩn hoá
- làm việc an toàn do có độ siêu tĩnh cao, không sợ bị phá hoại cục bộ.
- chế tạo khó, đặc biệt là các nút. Cần có công nghệ riêng để chế tạo hàng loạt với chất l−ợng đảm bảo. Sai số chế tạo yêu cầu thật nhỏ nh− ở sản phẩm cơ khí.
- muốn chỉ dùng ít loại thanh để thống nhất hoá sẽ dẫn đến việc nhiều thanh không sử dụng hết khả năng. Nếu dùng một loại tiết diện thanh thì chỉ có 1% só thanh là làm việc hết khả năng, dẫn đến lãng phí vật liệu.
4.2 Đặc điểm cấu tạo : Quan trọng nhất là nút dàn. Yêu cầu của nút dàn là sao cho có thể liên kết đ−ợc rất nhiều thanh theo các góc khác nhau, mà đảm bảo thi công dễ dàng và đủ chịu lực. Có đến hàng trăm kiểu cấu tạo nút dàn khác nhau đã đ−ợc đăng kí bản quyền trên thế giới. Có thể gộp thành các nhóm nh− sau :
- nút cầu, gồm khối hình cầu đúc, có các lỗ sâu có ren, đầu thanh có bulông vặn vào khối cầu. Nút dùng với thanh tiết diện ống, có thể liên kết tới 18 thanh (hình 9.16). Tiêu biểu là nút nổi tiếng Merot của Đức. Kiểu nút này có −u điểm là đẹp, dễ lắp ghép nh−ng khả năng chịu lực không cao, trọng l−ợng khối cầu lớn (chiếm tới 20% trọng l−ợng kết cấu). Khi đ−ờng kính quả cầu lớn, có thể dùng quả cầu rỗng, tạo từ hai nửa cầu hàn lại, các thanh ống hàn trực tiếp vào khối cầu. Loại này có khả năng chịu lực lớn nh−ng lắp ráp phức tạp.
-nút bulông gồm một hay nhiều bulông bắt trực tiếp vào đầu mút các thanh đã đ−ợc gia công cho có hình thích hợp. Một loại nút tiêu biểu là nút của hệ thống Harley (Uc) (hình 9.17).
-nút các kiểu nút dùng bản mã đ−ợc tạo hình, các thanh liên kết vào bản mã bằng bulông .
Hình 9.17 Nút kiểu Harley
Tại Việt Nam chỉ mới áp dụng chủ yếu loại nút cầu đúc và một số loại khác có liên kết bulông.Việc áp dụng loại kết cấu này sẽ có triển vọng rất lớn trong t−ơng lai gần. Hiện tại một số nhà máy lớn n−ớc ta đã có nhập những dây chuyền để chuyên sản xuất các bộ phận của kết cấu và đã tiến hành thực thi công trình. Hình 9.18 thể hiện thiết kế của mái dàn không gian của một nhà thể thao đang đ−ợc xây dựng phục vụ Seagames 2003.
4.3 Những vấn đề thiết kế, chế tạo và dựng lắp.
Việt Nam ch−a có những tiêu chuẩn quy phạm t−ơng ứng về các vấn đề này. Hiện tại, mọi công trình đã đ−ợc xây dựng đều dựa vào quy phạm n−ớc ngoài, đặc biệt là của Trung Quốc.Việc chọn sơ đồ kết cấu và chọn sơ bộ kích th−ớc thanh đ−ợc làm theo các ph−ơng pháp gần đúng, coi kết cấu nh− một tấm. Việc tính toán nội lực kết cấu và chọn tiết diện thanh đ−ợc thực hiện bằng các phần mềm máy tính quen thuộc, nên không mấy phức tạp. Ta đã có một số đề tài nghiên cứu lớn và đã làm nhiều thí nghiệm về nút cầu, về bulông c−ờng độ cao nh−ng các kết quả ch−a đ−ợc phổ biến áp dụng. Vấn đề lớn hiện nay là các quy định kĩ thuật về chế tạo, về dung sai chế tạo và dựng lắp v.v. ch−a có và do đó đ−ợc chọn dùng không nhất quán tại các đơn vị khác nhau. Bộ Xây dựng và vài địa ph−ơng đã có kế hoạch biên soạn gấp các văn bản này trong thời gian tới.