KẾT CẤU MỚI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KIẾN TRÚC CHUYÊN ĐỀ KẾT CẤU MỚI KẾT CẤU MÁI DÂY TREO GVHD: TH.S TRẦN QUỐC HÙNG SVTH: PHAN KHƯƠNG CHÍ TÂM MSSV: 18510101309 - KT18/A5

MỤC LỤC PHẦN I – MỞ ĐẦU PHẦN II – KẾT CẤU MÁI TREO 1. GIỚI THIỆU CHUNG 2. PHÂN LOẠI PHẦN III – CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC TIÊU BIỂU 1. Yoyogi National Gymnasium 2. Warsaw National stadium 3. Maracana Stadium 4. Moses Mabhida Stadium PHẦN IV – LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN KẾT CẤU MÁI TREO PHẦN V – KẾT LUẬN PHẦN VI – NHẬN XÉT VÀ CẢM NGHĨ VỀ MÔN HỌC

PHẦN I – MỞ ĐẦU KẾT CẤU MÁI DÂY TREO 2 Kết cấu dây treo là một kết cấu được áp dụng rộng rói trong nhiều công trình dân dụng, công nghiệp và giao thông trên thế giới về những ưu điểm nổi bật của nó: trọng lượng nhẹ, vượt nhịp lớn, thi công lắp ráp nhanh, hình dáng kiến trúc đa dạng và phong phú. Ở nước ta kết cấu dây treo đó được nhiều tác giả nghiên cứu áp dụng và từ đó tạo nhiều thành tựu to lớn. Trong thời kì mở cửa và hội nhập, kết cấu dây treo đã và đang góp phần quan trọng vào các công trình tải điện và quyết định trong việc đảm bảo giao thông miền núi và đồng bằng sông Cửu long, mái che các công trình nhịp lớn như sân vận động nhà triển lãm, nhà ga… Công trình Olympic Stadium, Kiev, Ukraine

PHẦN II – KẾT CẤU MÁI DÂY TREO GIỚI THIỆU CHUNG 3 1. ĐỊNH NGHĨA KẾT CẤU MÁI DÂY TREO Kết cấu dây và mái treo là hệ kết cấu được cấu tạo từ những dây mềm, chỉ chịu kéo, bỏ qua khả năng chịu uốn của dây. Các dạng kết cấu dây bao gồm dây tải điện, dây văng, cầu dây các loại và mái treo. Kết cấu dây còn được dùng liên hợp với các hệ kết cấu cứng khác như: dầm, dàn hoặc tấm tạo nên hệ kết cấu liên hợp như mái treo dầm cứng, cầu dây văng. Cáp dùng trong kết cấu dây có loại, có cường độ gấp sáu lần nhưng giá thành chế tạo chỉ đắt hơn hai lần thép xây dựng thông thường. Do tận dụng được sức chịu kéo lớn như vậy, nên kết cấu dây có trọng lượng nhẹ, cho phép vượt được nhịp lớn. Hình dạng kiến trúc của kết cấu dây nói chung và mái treo bằng dây nói riêng cũng đa dạng và phong phú. Các dạng thường gặp: Hệ dây 1 lớp, Hệ dây 2 lớp, Hệ dây trực giao, Hệ hỗn hợp. Thường được dùng cho công trình thể thao hoặc cho các công trình có công dụng riêng nhịp lớn. PHẠM VI ỨNG DỤNG Công trình Moses Mabhida Stadium Công trình Yoyogi National Gymnasium

Công trình Millennium Dome London, Anh. Kết cấu chịu kéo nên sử dụng được hết khả năng chịu lực của cáp. Trọng lượng kết cấu chịu lực nhỏ, có khả năng vượt nhịp lớn, dễ vận chuyển và thi công. Có biến dạng lớn do môđun đàn hồi của cáp nhỏ E = 1,5- 1,8.106 daN/cm2 và khả năng làm việc của thép cường độ cao lớn hơn thép thường. Có tính biến hình

PHẦN II – KẾT CẤU MÁI DÂY TREO GIỚI THIỆU CHUNG 4 2. ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU MÁI DÂY TREO Kết cấu mái dây treo hệ kết cấu chịu lực được tạo bởi hệ dây cáp chịu kéo có cường độ cao (σb= 120 – 140 KN/cm2). Các dây cáp này được neo vào các gối cứng là các dàn, dầm, khung ... bằng thép hay BTCT. Dùng cho các công trình có nhịp lớn với dạng kết cấu khác nhau: hệ dây một lớp, hệ dây hai lớp, hệ dàn dây , hệ yên ngựa, hệ hỗn hợp, vỏ mỏng.

lớn. Khi sơ đồ tác dụng của tải trọng thay đổi thì sơ đồ hình học của hệ thay đổi lớn ƯU ĐIỂM KHUYẾT ĐIỂM Chọn dạng dây phù hợp với đa giác dây của tải trọng để giảm chuyển vị động học. Ứng lực trước cho dây khi lợp mái để giảm chuyển vị đàn hồi. BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC BIÊN DẠNG

Với mặt bằng hình tròn: kết cấu gồm các dây chịu lực đặt hướng tâm neo vào vành biên và vành ở trung tâm; vành biên làm bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép chịu nén; vành trung tâm bằng thép, chịu kéo. Hệ dây là chỗ tựa cho các lớp mái, các tầm mái liên kết vào dây và liên kết với nhau. Hệ kết cấu gồm các dây thép hình I cán sẵn, được cố định vào hai gối cứng hai đầu. Các gối cứng là dàn dây cáp hoặc kết cấu cứng đảm bảo liên kết chắc các dây cứng vào nó. Dây được làm bằng thép hình chữ I và được liên kết cố định

PHẦN II – KẾT CẤU MÁI DÂY TREO PHÂN LOẠI 5 Dùng trong các công trình hangar, nhà triển lãm, nhà thi đấu, sân vận động, vượt nhịp khoảng 70-100 m . Kết cấu dây có hai loại: dây mềm bằng cáp, dây cứng bằng thép hình. Dây được neo vào hệ gối cứng hay vànhCáccứng.tấmmái bằng BTCT hay hợp kim nhôm được liên kết cứng với nhau. Dùng cho mặt bằng hình chữ nhật hoặc hình tròn. Với mặt bằng chữ nhật: hệ gồm dây rải đều neo chắc vào gối cứng ở hai biên song song với mặt bằng mái, hệ gối này thường là các dầm biên song song với mặt bằng mái.

với hai gối cứng ở hai đầu. Dây cứng làm việc chịu kéo và uốn dưới tác dụng của tải trọng. Các gối cứng phải đảm bảo liên kết chắc và chịu được lực từ các dây cứng truyền vào. HỆ MỘT LỚP DÂY MỀM1. KẾT CẤU MÁI TREO MỘT LỚP HỆ MỘT LỚP DÂY CỨNG Hệ một lớp dây mềm Hệ một lớp dây cứng Sân vận động Metrodome

2. KẾT CẤU MÁI TREO DẠNG CONSOLE PHẦN II – KẾT CẤU MÁI DÂY TREO PHÂN LOẠI 6 Là dạng đơn giản nhất, làm việc tương tự như consol. Đây là hệ kết cấu mái kết hợp giữa dây và kết cấu cứng. Tải trọng được đặt trên kết cấu cứng Hệ số giãn nở nhiệt độ tương đối lớn. Vì vậy, gối tựa không thể ngàm cứng được mà phải là liên kết khớp. Khi căng dây, tải trọng mái đè xuống, làm cho kết cấu bị căng. Mái cong ở trên truyền tải thẳng xuống Làm consol ổn định. TOÀN BỘ HỆ KẾT CẤU ĐƯỢC XEM LÀ CONSOLE

3. KẾT CẤU MÁI DÂY HAI LỚP Lớp dây võng xuống là lớp dây chịu lực gọi là lớp dây chủ. Lớp dây vồng lên là lớp dây căng làm tăng độ ổn định hình dạng, tạo độ cứng và làm cho hệ dây có khả năng chịu lực đổi chiều. Để dây căng đủ khả năng làm việc với dây chủ, lực căng trước trong lớp dây này phải lớn hơn nội lực nén do tải trọng. Nối hai lớp dây trên là các thanh chống cứng chịu nén. PHẦN II – KẾT CẤU MÁI DÂY TREO 7 Yubileyny Sports Palace ở Nga SƠ ĐỒ KẾT CẤU HỆ DÂY 2 LỚP Yubileyny Sports Palace ở Nga CHI TIẾT KẾT CẤU MÁI DÂY 2 LỚP PHÂN LOẠI - Lớp võng xuống là lớp chịu lực - Lớp vồng lên là dây căng (lớp dây ổn định) - Các thanh chống chịu nén (có khi kéo như ở sơ đồ ) - Hệ chịu lực được 2 chiều - Tính toán hệ dây 2 lớp theo phương pháp gần đúng.

PHẦN II – KẾT CẤU MÁI DÂY TREO PHÂN LOẠI 8 4. KẾT CẤU HỆ DÀN TREO ( HỆ DÀN DÂY ) Là hệ thống có hai hệ thống dây cải tiến, các thanh cánh dàn dây là dây chủ và dây căng, dây trên và dưới nối nhau bằng hệ dây trung gian (giống thanh bụng), hệ thanh bụng tam giác đó là các dây xiên. Sơ đồ làm việc của hệ giống như dàn. Yêu cầu: Gối tựa phải lớn và rất cứng. Kết cấu dàn dây làm hệ có độ cứng lớn, độ ổn định hình dạng cao. Trong hệ kết cấu dây, dây nào cong xuống thì dây chịu lực cáp chịu lực. Hệ dây nào vồng lên là hệ cáp căng. Để kết cấu làm việc như dàn cần căng trước tạo cho các thanh có lực kéo dưới bất kỳ tổ hợp nội lực nào. Để hệ dàn dây chịu lực được thì phải căng trước dây dưới, kéo toàn hệ bị căng. Sân vận động Arena zagreb

PHẦN II – KẾT CẤU MÁI DÂY TREO PHÂN LOẠI 5. KẾT CẤU MÁI DÂY HÌNH YÊN NGỰA Được tạo bởi hai lớp dây trực giao, neo chắc chắn vào các gối cứng là các vành biên và dầm biên. Lớp dây chủ chịu lực võng xuống. Lớp dây căng (dây vồng lên) đặt trực tiếp lên dây chủ và được căng trước sao cho nội lực trong các dây luôn chịu nén tăng độ cứng, độ ổn định hình dáng, giảm độ võng của mái. Sân vận động Christopher’s Pavilion Các tấm mái cứng được liên kết để tạo thành vỏ cứng. Ổn định hình dạng và chuyển vị động học của hệ dây phụ thuộc vào hình dạng của mặt cong. Mặt cong Paraboloid – Hyperbolic cho chuyển vị động nhỏ nhất. DORTON ARENA Một số sơ đồ kết cấu mái dây hình yên ngựa

PHẦN II – KẾT CẤU MÁI DÂY TREO PHÂN LOẠI 10 6. KẾT CẤU HỆ MÁI DÂY TREO KIỂU VÀNH BÁNH XE ĐẠP Dùng thích hợp cho mặt bằng hình tròn, bầu dục, đa giác đều. Hệ đơn giản nhất: Hệ chỉ 1 lớp dây. Hệ chịu lực chỉ có một lớp dây. Lúc này các tấm lợp phải đặt dốc hướng vào trong Khó thoát nước. Hệ vỏ hai lớp: Vòng ngoài vẫn giữ nguyên một lớp, còn vòng trong được tách ra làm đôi. Hệ dây dưới sẽ là hệ chịu lực, hệ dây trên là hệ cáp căng. Vật liệu lợp đặt trên cáp căng và hệ mái dốc thoát nước ra phía ngoài. Sân vận động quốc gia Brasil Có thể tách vòng ngoài thành hai lớp, vòng trong hai lớp, làm hệ dây nối từ tầng trên vòng ngoài nối tầng dưới vòng trong và ngược lại. Giữa hai hệ này đặt thêm các thanh chống đứng, làm cho cả hệ bị căng. Trường hợp tách vòng ngoài và vòng trong ra làm đôi, tạp khối cứng đủ sức chịu lực căng dây. Người ta căng các hệ cáp căng, và nối hai hệ này bằng các thanh chống

TRÌNHCÔNGKIẾN TRÚC TIÊU BIỂUYOYOGI NATIONAL GYMNASIUM ARENA ZAGREB STADIUM MARACANA STADIUM MOSES MABHIDA STADIUM

PHẦN III – CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC TIÊU BIỂU YOYOGI NATIONAL GYMNASIUM 12 Kiến trúc sư : Kenzo Tange Địa điểm: Tokyo , Nhật Bản Năm dự án: 1964 Tổng diện tích sàn: 34,204,000 ㎡ Chiều cao: 47 40,37mm ( khối nhà thi đấu chính) 42,29m ( khối nhà thi đấu phụ) THÔNG TIN CÔNG TRÌNH Nhà thi đấu Quốc gia Yoyogi đã trở thành một biểu tượng kiến trúc với thiết kế đặc biệt của nó. Được thiết kế bởi một trong những kiến trúc sư hiện đại nổi tiếng nhất Nhật Bản, Kenzo Tange, phòng tập thể dục là sự kết hợp giữa thẩm mỹ hiện đại phương Tây và kiến trúc truyền thống của Nhật Bản. Các đường cong tinh tế của các dây cáp kết cấu, mặt phẳng mái quét và nền bê tông uốn lượn dường như xuất hiện từ địa điểm xuất hiện như một thực thể tích hợp. Tange sử dụng một “cột sống” cấu trúc trung tâm từ nơi bắt nguồn của cấu trúc và mái nhà.

Mặt bằng có dạng hai hình bán nguyệt, hơi lệch so với nhau, với các đầu không nối của chúng được kéo dài thành các điểm. Các lối vào được bố trí ở các mặt lõm. Mái nhà được đỡ trên hai cột bê tông cốt thép và được tạo thành từ một hệ thống dây cáp thép trên đó các tấm thép tráng men sau đó được hàn. Hình thức uốn lượn của mái nhà giúp cho nó có

khả năng chống gió tốt hơn, có thể đạt đến sức mạnh như vũ bão ở khu vực này. PHẦN III – CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC TIÊU BIỂU KẾT CẤU MÁI DÂY TREO 13 1. KHỐI NHÀ THI ĐẤU CHÍNH Hệ kết cấu dựa trên một cột sống chính bao gồm hai dây cáp có đường kính 13 inch (330.2mm) được neo vào hai gối tựa bê tông lớn ở hai đầu công trình và neo vào hai cột kết cấu. Các sợi dây cáp mô tả một đường cong parabol (về mặt kỹ thuật, nó được gọi là dây võng) từ đó các dây cáp nhỏ hơn được lắp đặt vuông góc, để tạo thành hình dạng giống như một túp lều. Hai cáp chịu lực chính Cột kết cấu chính Các dây cáp căng Gối tựa BTCT NHÀ THI ĐẤU CHÍNH KẾT CẤU MÁI DÂY TRYÊN NGỰA Gối tựa BTCT Chi tiết kết cấu cột chịu lực chính Bản vẽ sân vận động

PHẦN III – 14KẾT CẤU MÁI DÂY TREO NHÀ THI ĐẤU PHỤ KẾT CẤU MÁI DÂY TREO YÊN NGỰABản vẽ sân vận động

ARENA ZAGREB STADIUM 15 Địa điểm: CROATIA Kiến trúc sư: UPI-2M Diện tích: 90340 m² Năm: 2009 PHẦN III – CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC TIÊU BIỂU THÔNG TIN CÔNG TRÌNH Sân vận động Arena Zagreb được tạo hình như một cái bát màu trắng có gân hình bầu dục, 86 cột cong bê tông dự ứng lực lớn, đúc sẵn tạo thành mặt tiền chính. Chúng được kết nối với nhau bằng một lớp vỏ polycarbonate hai lớp nửa trong mờ chiếu sáng cho hiệu ứng ánh sáng khác nhau.

16PHẦN III – CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC TIÊU BIỂU KẾT CẤU MÁI DÂY TREO 1. ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH Mạng lưới lắp đặt tuân theo phân vùng chức năng, điều này cũng cho phép sử dụng độc lập và sử dụng chỉ một phần nhỏ của toàn bộ tòa nhà với chức năng lắp đặt hoạt động riêng biệt và độc lập với tòa nhà còn lại. Một số điểm kết nối điện được bố trí khắp nơi trên sân và các kênh dẫn cáp quang được bố trí trên toàn bộ địa điểm. Trong sân không có ánh sáng tự nhiên được bật để tránh nhiễu phản xạ ánh sáng để phát sóng TV chất lượng. Các mái vòm lấy sáng trên bầu trời, được sử dụng để hút khói, cũng có thể được mở bằng tay và được sử dụng để chiếu sáng tự nhiên trong các sự kiện nhất định và thời gian bảo trì, và để thông gió tự nhiên. Mặt tiền chính bao gồm lớp vỏ polycarbonate bán trong mờ thông gió cho phép giảm thất thoát nhiệt, đảm bảo ánh sáng ban ngày trong các hành lang tròn xung quanh khán đài và cung cấp không gian để chiếu sáng lắp đặt mặt tiền chính. Lớp bao này được đặt giữa các lam bê tông cong, có bề mặt màu trắng nhờ đặc tính phản xạ của nó cũng ngăn ngừa quá nhiệt. Tất cả các vật liệu đã qua sử dụng khác đều được lựa chọn bằng cách cân nhắc đến chất lượng, độ bền khả năng mài mòn của chúng - tất cả về chi phí bảo trì mà còn thân thiện với môi trường. ƯU ĐIỂM: - Chịu được cường độ va đập cao và an toàn cho người dùng nhờ không vỡ thành mảnh nhỏ. - Tấm lấy sáng có thể đứng vững trước tác động của tuyết và nắng nóng nhờ khả năng năng co giãn theo nhiệt - Cách nhiệt, cách âm, cách điện tốt - Trọng lượng nhẹ, dễ thi công lắp đặt, uốn - Chống cháy, dễ lau chùi, ít bám bẩn - Lắp đặt theo module, dễ bảo trì NHƯỢC ĐIỂM: - Không có khả năng chống trầy xước và vếtlõm trên bề măt

POLYCARBONATE

17PHẦN III – CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC TIÊU BIỂU Cấu trúc mái treo trọng trường nhẹ đã chọn với nhịp đến 110m. Phương pháp thiết kế cấu trúc này cung cấp tải trọng cố định tối thiểu, nhưng mặt khác giải quyết các vấn đề ổn định do tải trọng thay đổi như gió và tuyết. 2. GIẢI PHÁP KẾT CẤU Dây cáp chịu lựcCộtchínhkết cấu chính Các dây cáp căng SƠ ĐỒ KẾT CẤU MÁI TREO MẶT KHÔNGBẰNGGIAN KẾT CẤU Kết cấu chịu lực của mái bao gồm 23 dầm thép treo với nhịp khoảng 100m, được kết nối với nhau bằng hai dầm không gian ổn định và một mạng lưới đường đi bộ. Từ kết cấu này, tải trọng được chuyển đến các cột bê tông dự ứng lực có hình dạng cong - lam - đặt xung quanh chu vi của địa điểm. Chúng đã được sản xuất tại địa điểm với sự hỗ trợ của nhà máy sản xuất bê tông được lắp đặt tại địa điểm và sử dụng vật liệu sỏi lọc từ việc đào hố, do đó việc vận chuyển không cần thiết đã được tránh. Tổng cộng có 86 cột cong bê tông có chiều cáo từ 28-37m được thiết kế. Tải trọng 2000kN từ cấu trúc mái được đặt trên mỗi đỉnh cột.Ở các tầng có lối lên xuống, tất cả cột bê tông cót thép được kết nối với khung. Khi các cột được cố định, chúng tạo thành một cấu trúc nguyên khối. Cấu trúc này cung cấp sự ổn định ngang của các cột trong điều kiện địa chấn cao. Bê tông C50/60 đã được sử dụng. KẾT CẤU MÁI DÂY TREO

MARACANA STADIUM 18 Kiến trúc sư: Schlaich Bergermann and partner Diện tích: 45700 m² Năm: 2013 Địa điểm: RIO DE JANEIRO, BRAZIL PHẦN III – CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC TIÊU BIỂU THÔNG TIN CÔNG TRÌNH Maracana là một sân vận động ngoài trời De Janeiro, Brazil. Được đặt tên theo vùng Maracana, sân vận động được xây dựng vào năm 1950. Nơi đây đã tổ chức nhiều trận đấu bóng đá, bao gồm cả trận chung kết của FIFA World Cup 1950. Maracana ban đầu được xây dựng bằng bê tông cốt thép. Nó có hình bầu dục và bao gồm hai tầng được chia bởi các ô mở cỡ vừa. Một mái nhà hẫng kéo dài 30m bao phủ 34 hàng ở phía sau của sân vận động.

19PHẦN III – CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC TIÊU BIỂU KẾT CẤU MÁI DÂY TREO 1. ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH Lớp phủ mái bao gồm một màng sợi thủy tinh tráng PTFE, lơ lửng giữa các trục chính xuyên tâm. Các cáp xuyên tâm hỗ trợ ổn định bề mặt. Ở độ cao của các đạo cụ được hỗ trợ bằng cáp, những sợi cáp này được treo về phía vòng căng thấp hơn, đóng vai trò thoát nước. Bằng cách này, các phần màng bộc lộ được hình dạng cong duyên dáng đặc trưng của chúng. Thiết kế hấp dẫn bắt nguồn từ viền bên trong và bên ngoài cực kỳ thanh mảnh. Điều này nhấn mạnh sự can thiệp có chủ đích thận trọng và cân nhắc vào kết cấu hiện có SỢI THUỶ TINH TRÁNG PTFE ƯU ĐIỂM: •Có thể chịu được nhiệt độ -73 C đến +232 C •Độ bền kéo 500.000 PSI (gấp 10 lần độ bền kéo của thép) •Trơ hoá học •Chịu được thời tiết • Chống lại vi sinh vật • Chống ẩm • Miễn dịch với sự suy giảm tia cực tím • Chống lại sự tích tụ của ô nhiễm môi trường • Không bạc màu theo thời gian • Không trở nên giòn theo thời gian

20PHẦN III – CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC TIÊU BIỂU KẾT CẤU MÁI DÂY TREO 2. GIẢI PHÁP KẾT CẤU Một phân tích về kết cấu sân vận động hiện tại cho thấy rằng mái bê tông đúc sẵn ban đầu không chỉ trở nên không phù hợp về mặt chức năng mà còn thiếu sự an toàn về cấu trúc về lâu dài. Vì vậy, sơ đồ bao gồm các cột bê tông cốt thép hiện có của tô sân vận động cũ để hỗ trợ một kết cấu mái nhẹ mới dựa trên nguyên tắc của một bánh xe quay ngang. Một sự lựa chọn sáng tạo của hệ thống này, có một vòng nén và ba vòng căng được làm bằng vật liệu hiệu suất cao, tạo điều kiện cho một mái nhà gần như nổi. Ngay cả về tính bền vững, giải pháp này đánh bại tất cả các cấu trúc mái thông thường. Các dây cáp có chấu được thắt chặt giữa vành bánh xe - được gọi là "vòng nén" trong kỹ thuật kết cấu - và các vòng căng được phân bổ ở mép trong của mái . SƠ ĐỒ PHÂN TÍCH LỰC THÔNG SỐ KỸ THUẬT •Quang điện: đỉnh 330 kW •Sức chứa: 77.000 khán giả •Diện tích sàn có mái che: 45.700 m² •Kết cấu thép: 2900 tấn thép; 1000 tấn cáp + bộ phận đúc •Bề mặt màng: 46.700 m² •Kết cấu thép: 2900 tấn thép; 1000 tấn cáp + bộ phận đúc MẶT CẮT PHỐI CẢNHCHI TIẾT CẤU TẠO

MOSES MABHIDA STADIUM 21PHẦN III – CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC TIÊU BIỂU THÔNG TIN CÔNG TRÌNH Sân vận động Moses Mabhida nằm trong một khu thể thao ở Durban trên bờ biển Ấn Độ Dương và có mái vòm cao 105 mét nhô lên trên sân vận động hình tròn. Sân vận động có sức chứa 70.000 nằm trên một sân ga trên cao, với mặt tiền bằng tấm kim loại đục lỗ và mái che bằng dây cáp. Kiến trúc sư: GMP Architekten Kích thước : 320 m × 280 m × 45 m Mái vòm: 100 m Năm: 2009 Địa điểm: DURBAN, CỘNG HOÀ NAM PHI

22PHẦN III – CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC TIÊU BIỂU KẾT CẤU MÁI DÂY TREO 1. ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH Một đài quan sát, nơi du khách có thể ngắm toàn cảnh thành phố và đại dương, nằm trên đỉnh của vòm và có thể đến bằng cáp treo. Moses Mabhida còn có một hệ thống đèn lớn, không những chỉ dùng để chiếu sáng sân mà còn dùng để làm nổi bật kiến trúc tuyệt đẹp này. MÁI VÒM “MÀNG TẾ BÀO” Điều đặc biệt nhất ở sân vận động này là hệ thống mái vòm tinh xảo. Với thiết kế như màng tế bào, sân vận động vẫn nhận được ánh sáng mặt trời đầy đủ trong khi vẫn giữ được bóng mát. Lấy cảm hứng từ những màu sắc của cảnh quan ven biển, hệ thống ghế ở đây được mang bảng màu “hàng hải” với các màu xanh dương, xanh lá cây nhẹ. Độ đậm màu ở ghế được chuyển từ thấp lên cao, tạo ra một sự kết hợp nhẹ nhàng cho toàn sân. NỘI THẤT BÊN TRONG

23PHẦN III – CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC TIÊU BIỂU KẾT CẤU MÁI DÂY TREO 2. GIẢI PHÁP KẾT CẤU Vòm được kết nối bằng hệ thống cáp với các mép ngoài của mái, chịu trọng lượng của màng bên trong của mái. Vòm bao gồm một hộp rỗng bằng thép 5 × 5m và nặng 2.600 tấn. Một đường sắt leo núi đưa du khách từ phía bắc của sân vận động đến đài quan sát trên đỉnh vòm, cung cấp tầm nhìn ra thành phố và đại dương. Mái sân vận động Moses Mabhida bao gồm một màng sợi thủy tinh, phủ Teflon, phủ Teflon rộng 46.000 m 2 , tạo ra ánh sáng mờ khi sân vận động được thắp sáng. Chúng được gắn vào vòm bằng dây cáp thép đường kính 95mm. Mặt đứng có hơn 100 cột bao quanh sân vận động. Chiều cao của các cột thay đổi xung quanh sân vận động, nhưng cao nhất là 46m. Tổng cộng 15.000 m 2 lớp bỏ bao che. Tổng cộng có 550 thanh lam gió bằng nhôm phù hợp giữa các cột chính. Tấm kim loại đục lỗ được đặt giữa các lam gió bằng nhôm, nếu cần. Gối tựa BTCT Gối tựa BTCT Cột định hình Cột định hình Dây căng thép chịu lực chính cho hệ mái Các dây cáp căng mái

SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DÂY ĐƠN VÀ HỆ DÂY Phương pháp nghiên cứu dây mềm được nghiên cứu từ lâu: Galliei G. (1564 – 1642) đã phân tích bài toán dây mềm treo trên hai gối tựa và cho rằng dây cong theo đường parabol. Sau đó Huygens Ch. (1629 – 1695) đã phân tích lại bài toán này và tìm thấy đường cong theo hình dạng đường dây xích. Năm 1823, Navier H. ( 1785 – 1836 ) đã thiết lập phương trình của dây xích chịu tải trọng thẳng đứng phân bố bất kỳ, phân tích sự thay đổi dạng hình học của dây và xác định được chuyển vị giữa nhịp. Nói chung trong thời kì đầu này đều xem dây không dãn ( không có biến dạng đàn hồi ) và chuyển vị nhỏ.

Các phương pháp tính toán dây hiện nay cũng xuất phát từ dạng võng của đâyo trọng lượng bản than gây ra. Các tác giả đơn giản hoá khi tính biến dạng dây ( tính đến đạo hàm bậc nhất của độ võng ), xét đây làm việc trong miền đàn hồi, Dưới đây trình bày tóm tắt tất cả các phương pháp tính dây đơn và hệ kết cấu dây thường dùng hiện với các công trình khác, thiết kế kết cấu dây và mái treo có đặc điểm là phải xét đến lực neo dây và tính chất đôgnj lực học của hệ kết cấu. Khi chịu tải trọng thay đổi như gió, hệ kết cấu dây và mái treo dễ kích động và xảy ra các hiện tượng bất ổn định khí động học, đàn hồi ( aeroelastic ).

PHÁPPHƯƠNG

TÍNH TOÁN KẾT CẤU MÁI TREO

nay.So

25PHẦN IV – LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN KẾT CẤU MÁI DÂY TREO Thường dùng cho mặt bằng chữ nhật. Gối cứng ở 2 biên song song của mặt bằng; gồm dầm biên tưa vào khung Đâycứnglà kết cấu chịu lực chính, các tấm mái liên kết với nhau và với dây làm tăng độ cứng cho hệ. Để dễ thoát nước mái: từ dây đầu hồi đến dây giữa căng dần tạo độ dốc ra 2 phía đầu hồi. Khi lợp mái thường gia tải cho dây dãn, chèn mạch ở các tấm mái, bỏ tải dây co lại, nén tấm mái vào tạo cứng cho mái. (đây chính là phương pháp ứng lực cho dây).Dây được tính toán với sơ đồ làm việc riêng rẽ. HỆ MỘT LỚP DÂY MỀM DÂY MỀM KHÔNG DÃN TỈ TH1:LỆ ( dây quá chùng ) TH2: ( dây quá căng ) Bỏ qua biến dạng đàn hồi. Lực kéo trong dây tại vị trí X: Tại vị trí X được xác định như tại dầm đơn giản. Trong đó: - H : Phản lực ngang ở gối tựa. - V : Phản lực đứng ở gối tựa Với tải trọng phân bố đều, chiều dài dây được xác định theo công thức: Trong đó: - D : đặc trưng của tải trọng Sơ đồ kết cấu mái dây một lớp ở Kraxnoyarxk.

26PHẦN IV – LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN KẾT CẤU MÁI DÂY TREO DÂY MỀM ĐÀN HỒI Khi Dây quá căng, biến dạng đàn hồi lớn, khi tính toán phải kể đến biến dạng của dây. Phương trình dây mềm đàn hồi: Trong đó: : Do, Ho : đặc trưng của tải trọng, phân lực ngang ở trạng thái đầu (dây chỉ chịu tải trọng thường xuyên). - D, H : đặc trưng của tải trọng, phản lực ngang ở trạng thái sau (dây chịu cả tải trọng thường xuyên và tạm thời). - Ed, Ad : mô đun đàn hồi và diện tích tiết diện của dây. - Với tải phân bố ( D ): tra bảng Có H, V tìm được Tmax , công thức: ĐỘ VÕNG CỦA DÂY ( ∆f ) Tải phân bố đều Với q phân bố không đều

27PHẦN IV – LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN KẾT CẤU MÁI DÂY TREO HỆ MỘT LỚP DÂY CỨNG Dây là thép hình cán nóng dạng chữ I. Gối cứng là dàn đảm bảo chịu lực từ dây truyền vào. Dây làm việc trong trạng thái kéo uốn. Tính toán dây có xét đến độ cứng chống uốn của dây. Hệ một lớp dây cứng (một nhà hàng ở yalta) . CÔNG THỨC Gọi : f là độ võng ban đầu (chỉ chịu g) f0 là độ võng khi sử dụng (chịu g + p) Giả sử tải trọng phân bố đều, độ võng được xác định theo: Trong đó: - A : tiết diện ngang của dây. Ho : phản lực ngang ban đầu. - J: mô men quán tính của tiết diện dây tính với trục uốn. Phản lực gối: Mô men lớn nhất ở đây:

Kết cấu treo ngày càng được sử dụng rộng rải trong thiết kế các công trinhf dân dụng – công nghiệp – công cộng với một số ưu điểm nổi bật. Dễ dàng chuyên môn hoá trong thi công, có khả năng đẩy nhanh tiến độ, nâng cao chất lượng công trình.Tận dụng tối đa công suất các thiết bị cầu lắp, tạo khả năng áp dụng các giải pháp công nghệ và thi công hiện đại ( chia nhóm các công việc, thi công lắp ráp dây chuyền,…) Hệ thống đỡ tạm phải đuọc tính toán kỹ càng có kể đến các yaau cầu về bền vững, ổn định cục bộ, ổn định tổng thể à khả năng tháo lắp dễ dàng. Ở nước ta hiện nay kết cấu dây treo phần lớn được sử dụng trong các công trình cầu đường, cần đối với với các công trình thể thao, dân dụng thì chỉ có số lượng ít. Công nghê thi công đã đề xuất có thể áp dụng để triển khai cho các công trình tương tự tại các khu đô thị lớn ở nước ta, nơi mà dân cư sinh sống động đúc, mặt bằng thi công chật hẹp, ở các công trình giao thông, sân vận động, triễn lãm, nhà hát bể bơi,…Vì thế nên hãy vận dụng và phát triển loại hình kết cấu mái dây treo ở nước ta bởi việc lựa chọn giải pháp kết cấu và phương pháp thi công hợp lý bảo đảm được chất lượng của công trình, tiến độ thi cong, đảm bảo về an toàn lao động, góp phần bảo vệ môi trường và đem lại nhiều dấu ấn riêng, thẩm mỹ cho kiến trúc Việt Nam. KẾT CẤU MÁI DÂY TREO

HỆ

KẾT LUẬN

Có lẽ sau khi nộp bài tập lớn này của thầy xong em sẽ không còn được nhận những bài giảng từ thầy nữa nhưng em sẽ không để kiến thức của mình dừng lại ở đó. Em sẽ cố gắng tiếp tục tìm hiểu về vô số những công trình trên thế giới với nhưng kết cấu mới thú vị, mở mang tầm nhìn và sự hiểu biết của bản thân. Như vậy thì em mới không còn bị kìm hãm sự sáng tạo của bản thân và sợ sệt rằng không giải quyết được kết cấu nữa. Em cảm thấy môn học “ Kết cấu mới” này là một môn học thật sự cần thiết cho sinh viên Kiến Trúc. Bởi vì sau khi học xong, chúng em được trau dồi kiến thức về kết cấu, mở mang tầm nhìn. Không chỉ là tầm nhìn về những vẻ đẹp của kiến trúc , mà còn là vẻ đẹp của kết cấu nữa. Sau khi tìm hiểu về nhiều công trình có kết cấu mái dây treo, em thật sự cảm thấy ngôn ngữ dây treo rất đẹp, và em rất mong muốn được đưa những ngôn ngữ kết cấu này vào trong những thiết kế của mình. Cuối cùng, em xin cảm ơn thầy đã giảng dạy và đem đến những kiến thức bổ ích cho chúng em có thể phát triển tư duy sáng tạo, mở rộng hiểu biết của mình.

Sau một khoảng thời gian cùng làm việc với thầy và các bạn về môn học “ Kết cấu mới”. Ban đầu, em sợ môn này sẽ rất khó tiếp thu và thầy sẽ khó tính lắm những cuối cùng nhờ thầy cố gắng truyền đạt kiến thức nên em đã hoàn thành tốt tiểu luận cuối khoá này . Trước khi bắt đầu đề tài, đứng nhiều sự lựa chọn thì em cũng chỉ nghĩ đơn giản là chọn đề tài “ hệ kết cấu mái dây treo” vì sắp tới em có đồ án về Sân vận động không gian lớn. Em mong muốn có thể phát triển đồ án của mình thông qua nghiên cứu về hệ kết cấu mái đặc biệt, một phần cũng là vì dễ tạo hình và thẩm mỹ.

VỀ MÔN HỌC KẾT CẤU MỚI

NHẬN XÉT VÀ CẢM NGHĨ