TIỂU LUẬN KẾT CẤU MỚI - KHUNG THÉP PHẲNG

Trường Đại Học Kiến Trúc Thành Phố Hồ Chí Minh Khoa Xây Dựng Bộ môn Kết Cấu Mới TIỂU LUẬN

KẾT CẤU KHUNG THÉP PHẲNG

GVHD: Trần Quốc Hùng SVTH: Lê Đức Phát MSSV: 17510201213

MỤC LỤC A.

GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH

B.

PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC CỦA CÔNG TRÌNH

C.

BIỆN PHÁP THI CÔNG HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC

D.

KẾT LUẬN - CẢM NHẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO

A.

GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH Sainsbury Center for Visual Arts

Vị trí: University of East Anglia, Norfolk Road, Norwich NR4 7TJ, UK Năm hoàn thành: 1978 Diện tích: 6,186 m2 Kỹ sư kết cấu: Anthony Hunt Associates Kiến trúc sư: Foster & Partners

Được hoàn thành vào năm 1978, Trung tâm Nghệ thuật Thị giác Sainsbury là tòa nhà văn hóa đầu tiên được thiết kế bởi cặp vợ chồng Norman và Wendy Foster tại xưởng vẽ của họ, lúc đó được gọi là Foster Associates và bây giờ là Foster + Partners. Được xây dựng để trưng bày bộ sưu tập nghệ thuật của Robert và Lisa Sainsbury tại Đại học East Anglia ở Norfolk, Vương quốc Anh, tòa nhà là một cấu trúc thép lưới đơn giản, dài 135 mét được tráng men ở cả hai đầu.

A.

GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH

Trung tâm Sainsbury mang một cấp độ tinh chỉnh mới của cấu trúc nhẹ linh hoạt. Các yếu tố cấu trúc và dịch vụ được chứa trong các bức tường và mái hai lớp. Trong lớp vỏ này là một chuỗi các không gian kết hợp các phòng trưng bày: khu vực tiếp tân, Khoa Mỹ thuật, phòng sinh hoạt chung cao cấp và một nhà hàng.

A.

GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH

Foster Associates muốn tòa nhà trở thành một cấu trúc giống như nhà kho mở, đơn lẻ, không có văn phòng, cửa hàng và nhà vệ sinh gọn gàng. Để đạt được điều này, nó đã hình dung ra một lớp vỏ bao che kép được hỗ trợ bởi cấu trúc thép hình ống lưới được thiết kế bởi Antony Hunt, người chịu trách nhiệm về cấu trúc của phần lớn các tòa nhà công nghệ cao thời kỳ đầu.

Nhà vệ sinh, phòng tối, kho chứa và tất cả hệ thống sưởi và thông gió của tòa nhà đều được đặt trong khoảng cách giữa hai lớp bao che. Điều này có nghĩa là không chỉ các không gian bên trong có thể được gọn gàng mà còn các bề mặt bên trong và bên ngoài của các bức tường có thể được trang trí tự do.

A.

GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH

Với ý tưởng đem lại tầm nhìn xuyên suốt từ 2 đầu công trình và tạo ra những không gian tự do để trưng bày bộ sưu tập nghệ thuật, kiến trúc sư đã sử giải pháp kết cấu khung phẳng vượt nhịp lớn để không có cột trong không gian hoạt động.

Mặt bằng trệt tổng thể

Mặt cắt dọc

Mặt cắt ngang

Cấu trúc được làm từ các phần tử thép ống đúc sẵn, với 74 cột được chuyển đến địa điểm được lắp ráp hoàn chỉnh, có nghĩa là khung có thể được lắp ráp chỉ trong ba tuần.

Bên ngoài, toàn bộ các bức tường và mái nhà được ốp trong cùng một hệ thống bảng điều khiển do nhà máy sản xuất điều chưa từng được làm trước đây. Các tấm 1,8 mét x 1,2 mét, đã được tiêu chuẩn hóa và có thể hoán đổi cho nhau, được lắp đặt trên một mạng lưới các miếng đệm cao su tổng hợp cũng hoạt động như máng xối.

Hệ khung kết cấu

B. I. -

+ +

+ + + + 1.

-

-

-

PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC CỦA CÔNG TRÌNH KẾT CẤU KHUNG PHẲNG Hệ khung phẳng không chỉ được sử dụng rộng rãi trong các công trình kiến trúc dân dụng như trung tâm vận chuyển hàng hóa, trung tâm thương mại, nhà thi đấu thể thao… mà còn là lựa chọn phổ biến trong các công trình công nghiệp như nhà xưởng, kho, nhà máy… đòi hỏi vượt nhịp lớn. Đặc điểm làm việc Rường ngang liên kết với cột, làm việc như 1 khối kết cấu thống nhất giúp tiết kiệm vật liệu.

So với hệ dàn - dầm có nhịp tương ứng, chiều cao rường ngang trong khung nhỏ hơn, có độ cứng lớn hơn, chịu lực lớn hơn nên cũng giúp tiết kiệm vật liệu, chi phí. Ứng dụng trong công trình có nhịp lớn từ 50 - 150m nhưng chiều cao không quá lớn.

Phân loại Hệ khung đặc Hệ khung rỗng nặng Hệ khung rỗng nhẹ Hệ khung đặc Chế tạo đơn giản nhưng nặng, nên nhịp không lớn 50 - 60m.

Thường được thiết kế theo sơ đồ khung 2 khớp (ở chân cột). Được chế tạo từng đoạn rồi chuyển tới công trường lắp ráp.

Thường là tiết diện chữ I đặc tổ hợp. Tùy từng đoạn chọn nội lực để tính tiết diện.

Với cột: có thể thay đổi tiết diện nhưng phải đều từ trên xuống dưới, đặc biệt ở tiết diện: mắt khung, giữa cột, chân cột. Chủ yếu chịu nén uốn.

Với dầm: chiều cao tiết diện rường ngang thường chọn bằng 1/30 - 1/40L. Bản bụng thường mỏng vì còn có sườn cấu tạo làm tăng ổn định cho bản bụng. Có thể thay đổi tiết diện. Ở mắt nách khung: trong trường hợp ứng suất tập trung lớn, bản cánh được bo tròn theo một vòng lượn có bán kính cong và gia cường 1 số sườn để chống ứng suất tập trung ở nách khung.

Sườn cục bộ: ở trong phạm vi bán kính cong, sườn phụ đặt hướng tâm và về phía bản bụng chịu nén để tăng cường chịu nén.

B.

PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC CỦA CÔNG TRÌNH

2.

Hệ khung rỗng nặng Gặp nhiều, được tạo nên từ hệ thanh.

Sơ đồ khung 2 khớp hoặc không khớp.

Khớp ở chân: tiết diện cột ở chân bé nên không chiếm mặt bằng, được dùng nhiều nhất.

Khớp ở đỉnh: chân lớn nên chiếm mặt bằng, ít dùng Khung không khớp: có khả năng vượt nhịp lớn, tiết diện chân lớn (5 - 6m ) nên chỉ dùng khi nhịp lớn.

Khung chịu tải trọng lớn và nhịp lớn, tiết diện dàn khung tương tự tiết diện dàn nặng, chữ I hoặc C, chiều cao xà ngang bằng 1/12 - 1/20L. Bản giằng: là bản mắt ghép ốp 2 bên. Bản giằng đặt gián đoạn, tiết rỗng. Bản giằng trở thành 1 bộ phận trong tiết diện (tiết diện ống).

+ + + -

Khớp ở chân

2.

-

Khớp ở đỉnh

Khung không khớp

Hệ khung rỗng nhẹ Nhịp nhỏ, tải trọng nhỏ. Dàn khung rỗng giống dàn thường, được ghép bởi thép góc.

Bản mắt phải là đa giác lồi, kích thước bản mắt đủ liên kết các thanh..

Chiều dày khung phải như nhau để nối bản mắt, nếu không bản mắt sẽ bị kênh.

Do nội lực trong từng thanh khác nên chiều dày thanh cánh thanh bụng có thể thay đổi, nhưng chiều cao h không đổi.

Thanh thượng được cắt chéo, liên kết với thanh cánh ngoài của cột. Thanh cánh hạ cũng cắt chéo và liên kết với thanh cánh trong của cột.

Các thanh khác đặt úp để không bị đọng bụi và ẩm. Thanh cánh hạ đặt ngửa.

B.

PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC CỦA CÔNG TRÌNH

II.

ỨNG DỤNG HỆ KHUNG PHẲNG CHỊU LỰC TRONG CÔNG TRÌNH -

Với nhu cầu tạo ra 1 không gian xuyên suốt, trống cột phục vụ cho việc trưng bày bộ sưu tập nghệ thuật, công trình đòi hỏi một giải pháp kết cấu vượt nhịp lớn, là hệ kết cấu khung phẳng.

-

Ban đầu, hệ khung phẳng đặc được đề xuất để làm kết cấu chịu lực chính cho công trình. Hệ khung có tiết diện nhỏ và đặc, các đường ống kỹ thuật đi âm trần và âm tường, do đó các cấu kiện bị lộ trong không gian sử dụng, ảnh hưởng đến yêu cầu thẩm mỹ của công trình. Mặt khác, hệ khung đặc mang lại cảm giác nặng nề nhưng lại không mang tính đặc trưng cho công trình, khi không gian triển lãm đòi hỏi một điều gì đó độc đáo và đột phá hơn.

-

Sau đó, hệ khung phẳng được thay bằng hệ khung phẳng rỗng nhẹ tiết diện không gian. Đây là một giải pháp đột phá bấy giờ, đánh dấu lần đầu tiên cấu trúc thể hiện của phong cách công nghệ cao mới nổi, một loại hình được cho là chỉ phù hợp với nhà công nghiệp, được sử dụng cho một tòa nhà văn hóa lớn ở Anh. Mặt khác, chính vì hình thức đặc biệt của khung kết cấu, ý tưởng lớp vỏ bao che kép càng phát huy hết tiềm năng. Nhà vệ sinh, phòng tối, kho chứa và tất cả hệ thống sưởi và thông gió của tòa nhà đều được đặt trong khoảng cách giữa hai lớp vỏ. Điều này có nghĩa là không chỉ các không gian bên trong có thể được gọn gàng mà còn có thể cách nhiệt cho công trình, giúp cho nhiệt độ luôn ổn định bên trong nhà, từ đó giúp giảm chi phí cho việc điều hòa không khí.

Kết cấu khung rỗng cũng tạo khoảng trống cho các hệ thống kỹ thuật, thiết bị chiếu sáng, và đặc biệt là khai thác ánh sáng tự nhiên.

-

-

B. -

-

PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC CỦA CÔNG TRÌNH Điểm đặc biệt so với hệ khung phẳng cơ bản đó là cột và dầm cấu tạo từ các module hình chóp ngược cấu tạo từ các thanh thép tròn nhẹ, làm cho tiết diện khung có dạng không gian (tiết diện tam giác). Cấu trúc này giúp cho tiết diện 1 cạnh lớn hơn, điều đó có nghĩa là giảm được số lượng khung giúp tiết kiệm chi phí vật liệu, trong khi khả năng chịu tải vẫn đảm bảo.

Các khung lại được liên kết với nhau bằng các thanh giằng chéo tạo thành một khối thống nhất, tăng tính ổn định và độ cứng cho kết cấu.

Bản mã liên kết dầm và cột

Thanh giằng chéo liên kết các khung

B.

PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU CHỊU LỰC CỦA CÔNG TRÌNH

Sơ đồ truyền lực của hệ kết cấu

C. 1.

-

-

QUY TRÌNH THI CÔNG HỆ KẾT CẤU Tiếp nhận và bảo quản vật tư tại công trường: Cấu kiện được sản xuất tại nhà máy và vận chuyển đến công trường Đảm bảo vật tư được tập kết tại công trường những vị trí thuận lợi cho quá trình lắp dựng, bảo quản tốt, tránh làm xước, hỏng hóc, thất thoát.

2. Thi công lắp dựng cột, kèo, xà gồ: - Lắp dựng dầm kèo - Lắp đặt toàn bộ khung kèo và xà gồ - Lắp đặt kèo đầu hồi - Hoàn tất lắp đặt xà gồ và chống xà gồ

3.

Lắp dựng tấm bao che mái và tường - hoàn thiện:

D. -

-

KẾT LUẬN - CẢM NHẬN MÔN HỌC Hệ kết cấu khung phẳng là một giải pháp tốt cho những công trình vượt nhịp lớn và chịu tải trọng lớn. Với càng nhiều biến thể được phát minh ra như dàn phẳng tiết diện không gian (hình thang, hình tam giác, hình chữ nhật…) hệ khung phẳng ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn cho nhiều loại hình công trình. Điều đó có thể thấy rõ trong giai đoạn hiện nay, khi mà hệ khung phẳng không còn chỉ dành cho công trình công nghiệp mà ngay cả công trình công cộng như nhà hàng tiệc cưới, trung tâm thương mại, nhà thi đấu, bảo tàng… mà vẫn đảm bảo tính thẩm mỹ cao và nhu cầu về chịu lực.

Thông qua môn học, em được tiếp cận thêm những kiến thức hữu ích về những hệ kết cấu phổ biến hiện nay, nhờ đó có thêm cơ sở để ứng dụng vào những thiết kế của mình và làm cho chúng trở nên gần với thực tế hơn, có khả năng thi công hơn chứ không còn đơn thuần là bản vẽ trên giấy.

TÀI LIỆU THAM KHẢO -

https://www.dezeen.com/2019/11/08/norman-foster-sainsbury-centre-for-thevisual-arts-high-tech-architecture/#/ https://blog.hslu.ch/stahl2015/files/2015/04/Sainsbury_Center_-Nitharsen-Je yaraj.pdf http://www.mzystudio.com/wp-content/uploads/2018/09/SS_BookPages_Co mpleteFinal_090317.pdf https://www.fosterandpartners.com/projects/sainsbury-centre-for-visual-arts/ #construction