Phần II. Các hệ kết cấu vượt nhịp lớn trong
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc
1. Kết cấu sàn không dầm Bubbledeck kết họp với lõi cứng, tường, cột chịu lực
b.cấu tạo :
Sàn Bubbledeck là loại kết cấu sàn rỗng làm việc theo hai phương trong đó các quả bóng nhựa có vai trò giảm thiểu lượng bê tông ở vùng không cần thiết đối với kết cấu.
Bằng cách phối hợp lỗ rỗng tạo ra do trái bóng và bố trí các thanh của lưới thép, kết cấu bê tông có thể được tối ưu hoá và tối đa hóa việc sử dụng đồng thời các vùng chịu moment uốn và vùng chịu lực cắt.
PHẦN 2: CÁC HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC VƯỢT NHỊP LỚN TRONG NHÀ CAO TẦNG
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc
1. Kết cấu sàn không dầm Bubbledeck kết họp với lõi cứng, tường, cột chịu lực
c. Các loại sàn bubbleDeck:
-BubbleDeck loại A: Module cốt thép, dạng cấu kiện “lưới bóng”
chế tạo sẵn được đặt trên ván khuôn truyền thống và đổ bêtông trực tiếp tại công trường.
-BubbleDeck loại B: Cấu kiện bán toàn khối, đáy của lưới bóng được cấu tạo một lớp bê tông đúc sẵn, dày 60mm thay cho ván khuôn tại công trường.
-BubbleDeck loại C:Tấm sàn thành phẩm, sản phẩm phân phối tới chân công trình dưới dạng tấm sàn bê tông hoàn chỉnh.
PHẦN 2: CÁC HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC VƯỢT NHỊP LỚN TRONG NHÀ CAO TẦNG
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc
1. Kết cấu sàn không dầm Bubbledeck kết họp với lõi cứng, tường, cột chịu lực
d. Đặc tính kỹ thuật của sàn BubbleDeck:
PHẦN 2: CÁC HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC VƯỢT NHỊP LỚN TRONG NHÀ CAO TẦNG
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc
1. Kết cấu sàn không dầm Bubbledeck kết họp với lõi cứng, tường, cột chịu lực
*CÔNG TRÌNH VÍ DỤ: TRỤ SỞ NGÂN HÀNG QUỐC TẾ RABOBANK Ở UTRECHT, HÀ LAN
-Thiết kế : công ty kiến trúc Kraaijvanger Urbis
-Năm hoàn thành: 2006
*Một số thông số quan trọng:
-Gồm 2 tháp, cao 105 m + gồm 27 tầng
+ Diện tích sàn: 49 000 m²
-Đế thương mại (kích thước130 mx45 m ) +2 tầng Cao 8 m
+ Diện tích sàn: 7.000m ² -Tầng hầm để xe
+4 tầng hầm, sâu 14 m, 620 chỗ đậu xe + Diện tích sàn: 17 000 m2
*kết cấu:
-cột bê tông cốt thép, lõi cứng.
-sàn Bubbledeck modul loại B ( bán toàn khối) , dày 280mm
khoảng cách vượt nhịp lớn nhất là 18m.
Một số vị trí có bổ sung dầm thép nhằm giảm độ võng (dù hệ kết cấu đủ khả năng chịu lực).
PHẦN 2: CÁC HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC VƯỢT NHỊP LỚN TRONG NHÀ CAO TẦNG
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc
1. Kết cấu sàn không dầm Bubbledeck kết họp với lõi cứng, tường, cột chịu lực
*CÔNG TRÌNH VÍ DỤ: TRỤ SỞ NGÂN HÀNG QUỐC TẾ RABOBANK Ở UTRECHT, HÀ LAN PHẦN 2: CÁC HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC VƯỢT NHỊP LỚN TRONG NHÀ CAO TẦNG
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc
1. Kết cấu sàn không dầm Bubbledeck kết họp với lõi cứng, tường, cột chịu lực
*CÔNG TRÌNH VÍ DỤ: TRỤ SỞ NGÂN HÀNG QUỐC TẾ RABOBANK Ở UTRECHT, HÀ LAN PHẦN 2: CÁC HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC VƯỢT NHỊP LỚN TRONG NHÀ CAO TẦNG
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc
1. Kết cấu sàn không dầm Bubbledeck kết họp với lõi cứng, tường, cột chịu lực
*CÔNG TRÌNH VÍ DỤ: TRỤ SỞ NGÂN HÀNG QUỐC TẾ RABOBANK Ở UTRECHT, HÀ LAN PHẦN 2: CÁC HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC VƯỢT NHỊP LỚN TRONG NHÀ CAO TẦNG
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc
1. Kết cấu sàn không dầm Bubbledeck kết họp với lõi cứng, tường, cột chịu lực
a. Đặc điểm của kết cấu liên hợp thép bê tông
(1 dạng vật liệu composite):
•. Kết cấu liên hợp thép bêtông là loại kết cấu sử dụng thép kết hợp với bêtông hoặc bêtông cốt thép để chúng cùng tham gia chịu lực.
•. Kết cấu liên hợp thép bêtông đã tận dụng được các ưu điểm riêng về đặc trưng cơ lý của cả hai loại vật liệu thép và bêtông. Vật liệu thép có cường
độ chịu kéo và nén cao, khả năng cho phép biến dạng dẻo lớn, độ tin cậy, độ an toàn chịu lực cao nhưng khả năng chịu lửa kém và giá thành lại cao. Trong khi đó vật liệu bêtông mặc dù chỉ có cường độ chịu nén tương đối nhưng lại có tính chịu lửa tốt, giá thành rẻ và được sử dụng phổ biến. Như vậy, so với trường hợp chỉ sử dụng kết cấu bêtông cốt thép thuần tuý thì việc sử dụng giải pháp kết cấu liên hợp thép bêtông sẽ đảm bảo tăng khả năng chịu lực và nâng cao độ tin cậy của kết cấu, do bao gồm khả năng chịu lực của cả 2 thành phần kết cấu thép hình và bêtông cốt thép cùng kết hợp tham gia chịu lực. Hơn nữa, nếu so sánh với trường hợp chỉ sử dụng giải pháp kết cấu thép thuần tuý thì việc sử dụng kết cấu liên hợp thép bêtông ngoài việc làm tăng khả năng chịu lực còn tăng độ cứng ngang, tăng khả năng ổn định và nâng cao tính chịu lửa.
•. Khả năng vượt nhịp của dạng kết cấu này rất lớn tùy thuộc cấu tạo, kích thước cấu kiện.
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 2. Kết cấu liên hợp Thép – Bê tông (composite)
b. cấu tạo các cấu kiện:
Cấu kiện dầm:
-Các giải pháp cấu tạo thường được sử dụng đối với loại kết cấu cột liên hợp là thép định hình, thép tổ hợp hàn dạng chữ H được bọc bêtông một phần hoặc toàn bộ, hoặc thép ống được nhồi đầy bêtông hoặc bêtông cốt thép (hình 1).
-Một giải pháp nữa là
sử dụng dầm cao (deep beam) (hình 1).
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 2. Kết cấu liên hợp Thép – Bê tông (composite)
Cấu kiện sàn:
-Đối với kết cấu sàn liên hợp thì giải pháp sử dụng thường là bản sàn bêtông cốt thép được đặt lên trên dầm thép hình chữ I.
-Để thép và bêtông cùng tham gia chịu lực đồng thời, các chốt neo có hình dạng hợp lý được hàn tại bề mặt thép kết cấu tiếp xúc với bêtông nhằm tăng khả năng liên kết toàn khối giữa thép hình và bêtông.
-Hoặc dạng kết cấu lõi cứng bê tông cốt thép kết hợp khung thép chịu lực hiện tại là giải pháp thường thấy ở các tòa nhà siêu cao tầng hiện nay.
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 2. Kết cấu liên hợp Thép – Bê tông (composite)
b. cấu tạo các cấu kiện:
-Thiết kế : Foster + Partners -Năm hoàn thành: 2006
-Chức năng: văn phòng, thương mại, triển lãm, công cộng.
*kết cấu liên hợp:
-lõi cứng bê tông cốt thép
-khungthép chịu lực, giằng thép -cột bê tông cốt thép, lõi cứng.
-sàn, dầm composite vượt nhịp 12m.
-Tòa nhà gồm 42 tầng, diện tích sàn 79,525m2 , cao 182m.
-6 tầng đế giữ nguyên vỏ mặt tiền cổ điển, bên trong là 1 giếng trời lớn và hệ kết cấu của khối cao ốc , mặt tiền các tầng phía trên là kính và thép.
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 2. Kết cấu liên hợp Thép – Bê tông (composite)
CÔNG TRÌNH VÍ DỤ: Hearst Tower, New York, Mỹ
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 2. Kết cấu liên hợp Thép – Bê tông (composite)
CÔNG TRÌNH VÍ DỤ: Hearst Tower, New York, Mỹ
Kết cấu sàn composite
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 2. Kết cấu liên hợp Thép – Bê tông (composite)
CÔNG TRÌNH VÍ DỤ: Hearst Tower, New York, Mỹ
Hệ treo được được coi là hệ tối ưu nhất trong việc sử dụng vật liệu xây dựng và tạo dáng đối với nhà có nhịp lớn. Trong hệ treo cơ bản chỉ gồm các cấu kiện chịu kéo gánh tải trọng công trình rồi truyền cho kết cấu chịu nén truyền xuống móng. Các cấu kiện chịu kéo chỉ chịu lực kéo và cấu kiện chịu nén cũng không bị nén lệch tâm nên hệ này hầu như không chịu momen uốn, vì thế kích thước cấu kiện có thể được giảm tới mức thấp nhất.
Tuy nhiên, nhược điểm của hệ treo là tính không ổn định nếu thiếu các biện pháp giằng, neo (ví dụ tính không ổn định khi gió thổi hoặc là rung động do động đất) làm phức tạp thêm các phương pháp thiết kế và thi công. Ngoài ra sự tập trung ứng suất cao trong các cấu kiện chịu kéo tạo nên khó khăn nhất định cho việc neo chúng vào điểm neo (cột hoặc giá đỡ…)
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 3. Hệ kết cấu dạng treo
Dưới đây là phân loại hệ thống các giải pháp nhà cao tầng có kết cấu dây treo:
HỆ TREO
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 3. Hệ kết cấu dạng treo
nguyên lý lõi cứng:
Khi thiết kế đa số cao ốc hiện đại người ta đã sử dụng nguyên lý lõi cứng.
Một hoặc nhiều lõi chịu toàn bộ trọng lượng ngôi nhà và làm việc như những dầm công xôn khi chịu tải trọng gió.
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 3. Hệ kết cấu dạng treo
-Dạng cầu treo:
Kết cấu cầu treo là một trong những kết cấu được dùng phổ biến khi thiết kế cầu nhịp lớn do những ưu điểm của nó. Hệ kết cấu cầu treo điển hình gồm hai tháp cao ở hai đầu, sàn cầu bê tông cốt thép hoặc thép, hai dây cáp lớn căng ngang nối hai đỉnh tháp và các dây cáp nhỏ treo sàn bê tông cốt thép vào hai dây cáp lớn. Dạng kết cấu này có ưu điểm là các cấu kiện chính chỉ chịu lực đơn giản: tháp chịu nén là chính, các dây cáp lớn và nhỏ chỉ chịu kéo, sàn cầu chịu mô men uốn tương đối nhỏ.
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 3. Hệ kết cấu dạng treo
Ví dụ 1:
Năm 1968, kiến trúc sư Gunnar Birkerts đã ứng dụng kết cấu cầu treo cho thiết kế tòa nhà Ngân hàng dự trữ liên bang của bang Minnesota (hiện giờ đổi thành Marquette Plaza) ở Mỹ (Hình 1). Tòa nhà được xây dựng xong năm 1973, được giới kiến trúc đánh giá cao, được coi là một thành tựu kiến trúc và dành được một số giải thưởng kiến trúc uy tín năm 1974. Tòa nhà này sử dụng kết cấu hai dây cáp treo gắn vào hai tháp ở hai đầu vượt qua nhịp 100m. Tòa nhà thông hai tầng dưới cùng để cho người đi bộ qua. Bên trên là 11 tầng kết cấu khung thép. Phần ngầm bên dưới chiếm hai phần ba không gian của tòa nhà là các hầm chứa và văn phòng. Lõi thang máy gắn vào phía đông của tòa nhà.
Năm 2000, tòa nhà được cải tạo lại thành 15 tầng, cao 67m và được sử dụng tốt đến ngày nay.
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 3. Hệ kết cấu dạng treo
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 3. Hệ kết cấu dạng treo
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 3. Hệ kết cấu dạng treo
Tòa nhà trụ sở ngân hàng HSBC ở Hồng Kông:
-Vị trí: số 1 Queen's Road, Hồng Kông -Thiết kế: KTS Norman Foster
-Năm hoàn thành: 1986
-Số tầng: 47 tầng và 4 tầng hầm -Diện tích sàn: 99000 m²
-Cao: 183 m
Công trình đã sử dụng khoảng 30.000 tấn thép và 4.500 tấn aluminium, được thiết kế theo dạng module. Có rất nhiều phần đã được gia công tại Anh, sau đó chuyển qua đường tàu biển tới Hong Kong.
-Hệ kết cấu : cầu treo
Tòa nhà là một trong số ít những cao ốc không có thang máy nâng từ tầng dưới lên đến tầng trên cùng. Thay vào đó, thang máy chỉ dừng ở một số ít tầng và các tầng được nối với nhau bằng những thang cuốn. Tổng cộng có 62 thang cuốn trong tòa nhà.
Một phần hành lang và ban công mới của khu nhà do KTS Greg Pearce của One Space thiết kế. Pearce cũng là KTS chính của hệ thống ga tàu tốc hành RMT Hong Kong. Ý tưởng chính của tác giả là sử dụng hệ thống kính với phong cách tối giản, phần hành lang mới được thiết kế để tạo sự tương đồng cho thiết kế hiện có của Foster.
Ví dụ 2 II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 3. Hệ kết cấu dạng treo
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 3. Hệ kết cấu dạng treo
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 3. Hệ kết cấu dạng treo
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 3. Hệ kết cấu dạng treo
Dạng kết cấu này sử dụng các cấu kiện thép liên kết thành bộ khung thép có hình dạng hợp lý, liên kết với sàn để chịu toàn bộ tải trọng công trình và cũng là thành phần chịu tải trọng ngang cho công trình. Bên cạnh đó thường có lõi cứng hỗ trợ chịu lực .
Vì thép có tính dẻo cao nên để đảm bảo bảo độ ổn định cho công trình thì thường phải có hệ giằng, neo để gia cố cho toàn hệ thống.
CÔNG TRÌNH VÍ DỤ:
Tòa nhà Swiss Re ( còn gọi là Tòa nhà Quả dưa chuột ) ở Anh Quốc.
-thiết kế: Foster and Partners -năm hoàn thành: 2004
-Hệ kết cấu: khung thép, các cấu kiện thép được ghép tạo thành dạng lưới mắt cáo, rồi bổ sung thêm hệ giằng ngang tạo thành các liên kết tam giác ( bất biến hình) để tăng cường chịu tải trọng ngang (sức gió) và chống rung.
-số tầng: 40
-diện tích sàn: 46450m2 -chiều cao: 180m
-vượt nhịp lớn nhất: 14m
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 4. Kết cấu khung thép
Tòa nhà được thiết kế với rất nhiều yếu tố kiến trúc hiện đại để tiết kiệm năng lượng. Khoảng trống giữa các tầng được thiết kế để tạo thành hệ thống thông gió tự nhiên. Tòa bộ tòa nhà được phủ hai lớp kính để tăng cường chiếu sáng cho các phòng làm việc tạo thành một "quả dưa chuột"
phủ kính khổng lồ. Mặc dù phủ toàn bộ kính để tạo thành một đường cong nhưng chỉ có duy nhất tấm kính trên đỉnh tòa nhà được uốn cong, còn lại là các tấm kính phẳng. Trên tầng cao nhất của tòa nhà (tầng 40) có một quầy bar có thể quan sát thành phố đủ 360°.
Ở tầng 39 là một nhà hàng.
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 4. Kết cấu khung thép
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 4. Kết cấu khung thép
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 4. Kết cấu khung thép
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 4. Kết cấu khung thép
• Khung không gian là những hệ 3 chiều của các cấu kiện phẳng. Chúng (các thanh) được nối cứng, nối khớp hoặc nối hỗn hợp với nhau. Trong hệ nếu các cấu kiện nối khớp với nhau và tải trọng đặt vào nút theo phương bất kì sẽ chỉ gây ra lực dọc.
Khung không gian là kết cấu cứng nhất mà tiêu tốn vật liệu ít nhất vì tải trọng truyền trực tiếp cho các cấu kiện chịu lực.
• Khung không gian có thể lắp ghép từ số tối thiểu các cấu kiện định hình được sản xuất sẵn, do đó nó có thể tháo rời ra (phụ thuộc vào kiểu nút) và lại có thể lắp lại mà không cần tiêu tốn vật liệu phụ. Một ưu điểm khác nữa là khung không gian có thế tạo thành các không gian vượt nhịp lớn cho công trình.
• Do đó, khung không gian chủ yếu được sử dụng trong hệ có nhịp lớn để tạo không gian lớn không có cột (bể bơi, nhà máy, rạp hát v.v...). Chúng cũng được sử dụng khi xây dựng các tháp cột điện cao thế,… Các khung không gian cũng có thể đáp ứng được những chức năng của nhà cao tầng : khung có thể thay thế những kết cấu truyền thống như tường và sàn(chịu lực), dầm, hoặc là tạo phong cách không gian trong nhà thành các không gian kín nhỏ hơn.
• Nhược điểm của khung không gian là đòi kĩ thuật cao trong thiết kế và thi công.
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 5. Khung không gian
CÔNG TRÌNH VÍ DỤ:
Tòa nhà Kennedy Space Center:
Đây là nơi để lắp ghép các con tàu vũ trụ củ NASA ớ bang Florida, Mĩ, do Kts M.O.Uroban thiết kế. Công trình sử dụng kết cấu khung không gian bằng với chiều cao của bằng chiều cao ngôi nhà chọc trời 50 tầng (khoảng gần 180m), gồm 3 chiếc tháp. Khi chịu tải trọng ngang chúng như những dầm công xôn.
Hình: Mặt băng Tòa nhà Kennedy Space Center
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 5. Khung không gian
CÔNG TRÌNH VÍ DỤ:
Tòa nhà Kennedy Space Center:
Đây là nơi để lắp ghép các con tàu vũ trụ củ NASA ớ bang Florida, Mĩ, do Kts M.O.Uroban thiết kế. Công trình sử dụng kết cấu khung không gian bằng với chiều cao của bằng chiều cao ngôi nhà chọc trời 50 tầng (khoảng gần 180m), gồm 3 chiếc tháp. Khi chịu tải trọng ngang chúng như những dầm công xôn.
Hình: Mặt băng Tòa nhà Kennedy Space Center
II. Các hệ kết cấu chịu lực vượt nhịp lớn cho cao ốc 5. Khung không gian