S T E E L C O N S T R U C T I O N C E N T R E G E O R G E S TIỂU LUẬN CUỐI KHÓA KẾT CẤU CÔNG TRÌNH 2 GVHD: Th.S. Đỗ Huy Thạc SVTH: Nguyễn Đặng Thảo Vy MSSV: 18510101431 BÀI THU HOẠCH ĐÃ HOÀN THÀNH THÁNG 7 NĂM 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HỒ CHÍ MINH KHOA XÂY DỰNG MÔN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH 2 P O M P I D O U
| MỤC LỤC | 2 LỜI NÓI ĐẦU GIỚI THIỆU KẾT CẤU THÉP VÀ CÔNG TRÌNH PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 2 3 4 5 3 4 17 37 38
ĐỀ BÀI TIỂU LUẬN Chọn một công trình nhà nhịp lớn, sau đó phân tích hệ Kết cấu chính được sử dụng và giải thích vì sao? ĐỀ 3
MỤC LỤC
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Từ khi kết cấu thép xuất hiện trong xây dựng, hình thái kiến trúc của công trình đã bước sang một trang mới, những chủ nghĩa kiến trúc mới ra đời hoàn toàn khác xa với hình thái trước đó đã cho thấy tầm quan trọng của thép đối với xây dựng. Kết cấu thép là một trong những vật liệu giúp hiện thực hóa các ý tưởng của kiến trúc sư. Nhà nhịp lớn xuất hiện đã đánh dấu
bước phát triển mới của xây dựng và kiến trúc.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Nội dung bài tiểu luận được khai thác và chắt lọc từ nhiều nguồn thông tin internet, và một số tài liệu
khác:
- Giáo trình giảng dạy của thầy Đỗ Huy Thạc
- Các tài liệu từ internet và sách kết cấu.
MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Nhận biết được nhà nhịp lớn, các hệ kết cấu thép
cùng với mục đích và vai trò của vật liệu thép trong
xây dựng hiện nay.
- Phân tích và tổng hợp
- So sánh
- Tính toán
- Tham khảo và chắc lọc
| LỜI NÓI ĐẦU | 3
PHÁP NGHIÊN CỨU
PHƯƠNG
1. LỜI NÓI ĐẦU
KẾT CẤU THÉP
2.1 SƠ LƯỢC KẾT CẤU THÉP
Thép đã được biết đến từ thời cổ đại nhưng kỹ thuật tôi luyện không cao, thép luyện ra còn kém. Khoảng thế kỷ XIX, kỹ thuật luyện gang thép đã có nhiều tiến bộ đáng kể, các kiến trúc sư đã sáng tạo công trình của mình bằng nhiều phương pháp khác nhau, tận dụng các ưu điểm của gang thép tạo nên hình
thái kiến trúc mới, hay còn gọi là xu hướng “kỹ thuật mới”.
Kết cấu thép cho phép công trình vượt được nhịp xa hơn, tạo được nhiều
không gian mở nhưng thi công nhanh trong thời gian ngắn rất phù hợp với các
thể loại công trình công cộng trong cuộc cách mạng công nghiệp trên thế giới. Ngày nay, kết cấu thép giữ vị rất quan trọng trong xây dựng nhà công nghiệp, nhà cao tầng
Triển lãm toàn cầu ở Pháp từ năm 1855 - 1900 Để trưng bày những thành tựu về công nghiệp, phô bày những những tiềm lực về kỹ thuật, quy mô của quốc gia các cuộc triển lãm quốc tế nổ ra mạnh mẽ và được triển lãm bên trong những lồng kính lớn bằng thép. Yêu cầu về quy mô, kỹ thuật cũng như thời gian thi công được đặt ra cho công trình triển lãm và hội chợ triển lãm quốc tế đã giải quyết được các yếu tố đó, điển hình là Cung cơ khí (1889) hay Tháp Effiel (1887-1889)
| GIỚI THIỆU KẾT CẤU THÉP | 4 2
GIỚI
.
THIỆU
Hình 1.1: Bên trong Cung cơ khí (Palais des machines)
Hình 1.2: Tháp Effiel
2.2 KHÁI NIỆM KẾT CẤU THÉP
- Kết cấu thép là một cấu trúc kim loại được hình thành từ các
cấu kiện thép* liên kết với nhau để truyền tải và chịu lực. Nhờ
cường độ chịu lực cao của thép, kết cấu này rất chắc chắn và
đòi hỏi ít nguyên liệu hơn các loại kết cấu khác như kết cấu
bê tông hay kết cấu gỗ.
- Cấu kiện thép là vật liệu xây dựng thép được chế tạo với
hình dạng và thành phần hoá học cụ thể, phù hợp với yêu cầu
kỹ thuật của từng dự án.
- Tùy thuộc vào chi tiết kỹ thuật áp dụng cho từng dự án, cấu
kiện thép có nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau, cách chế
tạo khác nhau (cán nóng, hàn các tấm thép với nhau hoặc
uốn cong tấm thép). Các hình dạng phổ biến bao gồm I-beam,
HSS, thép chữ C, thép góc và thép dĩa…
- Kết cấu từ thép cũng rất đa dạng tùy theo từng thể loại yêu
cầu về xây dựng và thẩm mỹ.
Hình 2.1: Các dạng khung thép
Hình 2.2: Thanh thép ngang
Hình 2.3: Một số liên kết cột thép
Hình 2.4: Một số dạng vì kèo thép
Hình 2.5: Hệ khung phẳng thép
Hình 2.6: Một số cách kết nối hệ dàn
| GIỚI THIỆU KẾT CẤU THÉP | 5
2.3 PHẠM VI ỨNG DỤNG
- Phạm vi ứng dụng của thép trong xây dựng ngày nay rất rộng rãi và phổ biến ở nhiều thể loại công trình: + Kết cấu nhà công nghiệp + Kết cấu mái nhà nhịp lớn + Kết cấu cầu đường bộ, cầu đường sắt + Kết cấu tháp cao, tháp tải điện,.. + Khung nhà cao tầng + Kết cấu bản vỏ (bể chứa dầu, khí) + Kết cấu di động (cần trục)
| GIỚI THIỆU KẾT CẤU THÉP | 6
Hình 3.1: Kết cấu khung cao tầng của Sears Tower Hình 3.2: Kết cấu thép của nhà công nghiệp Turbine, Berlin Hình 3.5: Vòm thép US
Hình 3.4: Một số loại hình cáp căng bằng thép Hình 3.3: Kết cấu thép của cầu xe lửa,
Pavilion, Buckminster Fuller
Garabit Viaduct
2.4 ƯU ĐIỂM, NHƯỢC ĐIỂM
ƯU ĐIỂM: + Khả năng chịu lực lớn, độ tin cậy cao, là vật liệu có có cường độ cao, đồng nhất, đẳng hướng phù hợp với nhiều giả thiết tính toán + Trọng lượng bản thân kết cấu nhẹ nhất so với kết cấu chịu lực như gỗ, BTCT, gạch đá. + Đạt được trình độ công nghiệp hóa cao + Thời gian dựng lắp nhanh nhất + Có tính kín (không thấm nước), tính khí (bể chứa).
NHƯỢC ĐIỂM: + Dễ bị xâm thực trong môi trường ẩm, thép bị gỉ. + Chịu lửa kém, mặc dù thép không cháy.
* Nhờ các ưu điểm của thép người ta đã kết hợp
ra kết cấu hỗn hợp Thép - Bê tông gọi chung là
kết cấu liên hợp, bê tông cốt cứng rất phù hợp
công trình chịu tải trọng gió lớn, động đất,...
Hình 4.2: Một số tiết diện cột hỗn hợp Bê tông - Thép
Hình 4.1: Tiết diện cột hỗn hợp bê tông cốt cứng
Hình 4.3: Kết cấu khung thép hỗn hợp
| GIỚI THIỆU KẾT CẤU THÉP | 7
Hình 4.4: Khung thép bên ngoài và lõi bê tông ở New Foundland
2.5 SƠ BỘ NHÀ NHỊP LỚN
Tuy được xem là thi công khó nhất trong kết cấu thép nhưng nó thể hiện được ưu điểm vượt trội giúp không gian công trình được mở rộng tối đa. Ngoài ra, độ bền bỉ cao, chống chịu tốt cũng như dễ dàng thi công và lắp đặt giúp tiết kiệm được chi phí xây dựng. Hiện nay kết cấu thép nhà nhịp lớn được sản xuất từ các nhà máy sẵn rồi được vận chuyển ra công trình để lắp đặt. Nhờ vậy mà chúng giúp việc thi công xây dựng đạt được tiến độ vượt trội so với thi công xây dựng thông thường. Công trình nhịp lớn không phải là những công trình xây dựng hàng loạt mà là các công trình đơn chiếc. Biện pháp giải pháp về kiến trúc và cấu tạo mang tính chất hoàn toàn riêng biệt cho công trình kiến trúc đó, vì vậy rất khó tiêu chuẩn hoá và định hình hóa.
Kết cấu dàn được chọn theo yêu cầu sử dụng, yêu cầu kiến trúc… và được chia ra thành các
dạng như sau: + Dàn cánh song song (L = 60m). Chế tạo đơn giản nên được sử dụng rộng rãi.
+ Dàn cánh hình thang: Dùng khi dộ dốc không
lớn.
+ Dàn đa giác: Tiết kiệm vật liệu nhưng chế tạo
phức tạp (L = 60 – 90m).
+ Dàn tam giác: Được dùng khi cần độ dốc lớn (i = 1/5 – 1/7), (L = 40 – 50m).
+ Dàn hình cung: Nội lực trong thanh cánh gần
bằng nhau, nội lực thanh bụng nhỏ nên tiết kiệm
vật liệu.
Dàn dạng Warren của công trình Pompidou Center
Dàn dạng Prismatic của công trình IBM Sport Center
Dàn không gian với mặt bằng hình vuông và tam giác
| GIỚI THIỆU KẾT CẤU THÉP | 8
2.6 ĐẶC ĐIỂM NHÀ NHỊP LỚN
Kết cấu nhịp lớn chính yếu chịu trọng tải
do trọng lượng bản than và tấm lợp nên
việc giảm trọng lượng kết cấu là nhiệm vụ
cơ bản của người thiết kế.
Có thể giảm trọng lượng bản thân kết cấu
bằng phương pháp sử dụng vật liệu bằng
thép cường độ cao, hợp kim nhôm, vật liệu mái nhẹ… hay dùng phương án kết cấu hợp lý (kết cấu ứng suất trước, hệ không gian, hệ mái dây…).
Những dạng kết cấu thép nhà nhịp lớn: hệ dầm khung, vòm cuón, cupôn, mái hệ thanh, hệ treo.
- Kết cấu kiểu dầm, khung: thường được sử dụng nhất vì rất phù hợp với ko gian thông thường trong nhà là hình chữ nhật.
- Hệ vòm: Có dạng hình kiến trúc đẹp hơn, tiết kiệm vật liệu hơn (khi nhịp > 80m).
- Hệ treo: sử dụng lúc nhịp rất lớn ( ≥ 200m), khó cấu tạo, điểm neo dây xa nên góc chết lớn, ít được sử dụng.
- Cupôn: sử dụng khi mặt bằng nhà có hình tròn hoặc hình đa giác. Bảng so sánh độ dài cho phép của các cấu kiện gỗ, thép, bê tông ta thấy cấu kiện thép chiếm ưu thế mạnh nhất, là vật liệu tốt nhất cho các công trình nhà nhịp lớn
| GIỚI THIỆU KẾT CẤU THÉP | 9
2.5 CÔNG TRÌNH CENTRE POMPIDOU
Trung tâm nghệ thuật và văn hóa quốc gia Georges-Pompidou
- Xây dựng: năm 1971 - 1977
- Thiết kế: Renzo Piano, Richard Rogers và Gianfranco Franchini.
- Địa điểm xây dựng: Paris, Pháp
- Hệ thống kết cấu: kết cấu thép với sàn bê tông cốt thép.
- Tòa nhà chính của trung tâm Pompidou có 8 tầng, mỗi tầng có diện tích sàn
7.500 m², ngoài ra còn có 2 tầng hầm. Tòa nhà cao 42m, dài 166m và rộng
60m. Mặt ngoài của tòa nhà được bố trí rất nhiều ống, cột với hệ thống thang
trời. Các hệ thống ống này được sơn màu theo chức năng, các ống điều hòa có màu xanh da trời, các ống nước có màu xanh lá cây còn các đường ống
điện có màu vàng. Riêng hệ thống thang trời được đặt trong một ống màu đỏ. Các ống màu trắng là hệ thống thông gió của tầng ngầm.
| GIỚI THIỆU CENTRE GEORGES POMPIDOU | 2. GIỚI THIỆU KẾT
CẤU THÉP
Hình 4.1: KTS Renzo Piano
| GIỚI THIỆU CENTRE GEORGES POMPIDOU | 11
MBTT
MẶT BẰNG TỔNG THỂ
| GIỚI THIỆU CENTRE GEORGES POMPIDOU | 12
Bằng Tổng Thể quảng trường phía sau công trình
Hình 5.1: Mặt
Hình 5.2: Mặt bằng tầng lầu Hình 5.3: Mặt bằng tầng trệt
MẶT BẰNG
| GIỚI THIỆU CENTRE GEORGES POMPIDOU | 13
TẦNG HẦM TẦNG BA
TẦNG TRỆT
TẦNG
BỐN
TẦNG MỘT
TẦNG
NĂM TẦNG HAI
TẦNG
SÁU
| GIỚI THIỆU CENTRE GEORGES POMPIDOU | 14 MẶT ĐỨNG MẶT ĐỨNG DỌC TRỤC ĐƯỜNG BEAUBOURG
| GIỚI THIỆU CENTRE GEORGES POMPIDOU | 15 MẶT ĐỨNG DỌC TRỤC ĐƯỜNG BEAUBOURG
| GIỚI THIỆU CENTRE GEORGES POMPIDOU | 16
MẶT ĐỨNG CHÍNH MẶT CẮT DỌC THEO MẶT ĐỨNG CHÍNH MẶT CẮT NGANG Tầng trệt Tầng một Tầng hai Tầng ba Tầng bốn Tầng năm Tầng sáu
MẶT ĐỨNG
| PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU | 17 HỆ KHUNG THÉP là kết cấu chính của công trình
MẶT CẮT NGANG Tầng hầm với kết cấu BÊ TÔNG để chịu lực từ kết cấu thép ở trên
VẬT LIỆU
3. PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU
3.1
CÁC THÀNH PHẦN
Hình 6.1: Mặt cắt trích đoạn cho thấy các thành phần chính của kết cấu bên trong công trình, chủ yếu cáu cấu kiện kết cấu là thép chữ I, thép ống, ngoài ra còn có các chi tiết đặc biệt như gerberettes được chế tạo riêng cho kết cấu công trình, ngoài ra hai phần ống thang của công trình cũng được năng đỡ bằng những cấu kiện mảnh mai không quá đồ sộ, nặng nề.
| PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU | 18
3.2 HỆ KẾT CẤU CHÍNH
Hình 7.1: Bước và nhịp của khung kết cấu
Mục tiêu của công trình là tạo ra khoảng không gian rộng
lớn bên trong mà không bị giới hạn bởi các cột, tường hay
các cầu thang. Để đáp ứng được yêu cầu đó các kiến trúc
sư đã sáng tạo nên hệ khung đặc biệt với bước là 13m và
nhịp là 61m mà không hề có cột ở giữa.
Hệ kết cấu hoàn toàn bằng thép, mặt bằng với 14 cột thép mỗi bên, sử dụng một hệ khung lặp lại cho 7 tầng, mỗi tầng phải cao để cho dầm bằng giàn thép có đủ không gian vượt
một khoảng lớn ở giữa.
Hệ khung theo chiều dọc gồm 6 khung lặp lại, theo chiều ngang gồm 13 khung lặp lại.
Cột chính chịu lực của hệ kết cấu
Hình 7.2: Các bước lắp ghép hệ khung
Cột phụ bên ngoài hỗ trợ kéo lực căng của dầm bên trong
| PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU | 19
Hình 8.1: Sơ đồ truyền tải lực trong hệ khung thép, lực được truyền từ dầm ra cột chính và cột phụ bên ngoài. Giữa cột chính và cột phụ có thanh nối căng lực từ
cột chính giúp hệ khung ổn định hơn
Mỗi nhịp khung được hỗ trợ bởi cột hai bên, để ổn định kết cấu các kiến trúc sư dùng cấu kiện “gerberettes”, là chi tiết thanh đỡ tương tự công-xôn có thể xoay được để kết nối cột chính và cột phụ, nút buộc bên ngoài để phân bố lực dọc của công trình. Điểm tựa của cấu kiện “gerberettes” với cột chính là nguyên nhân cột chính chịu lực nén, còn bản thân cấu kiện chịu lực kéo.
Khi chưa dùng “gerberettes”
Hình 8.2: Sự khác nhau giữa trước khi dùng cấu kiện Gerberettes và sau khi dùng
| PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU | 20
1 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2
Khi dùng “gerberettes”
Cột
3.3 HỆ ĐỘNG CỦA HỆ KẾT CẤU
Các nút
buộc
Chiều cao
công trình ở mặt đường BeauBourg Thanh nối
ở đầu hồi
Hình 9.1: Sơ đồ truyền lực của một nhịp cột bên trong
Cấu kiện Gerberette
Hệ dàn dạng “Warren”
Hình 9.3: Các nút giàn kết nối các ống xen kẽ nhau và là cân bằng lực căng và lực kéo ở các đường chéo
Chiều cao 1 tầng
Chiều cao tầng trệt
Hình 9.4: Hệ 14 cột chính ở trong
Hình 9.2: Sơ đồ truyền lực của nhịp cột đầu hồi với các thanh nối cố định hệ khung
Chiều cao công trình
ở mặt Plaza
Hình 9.5: Hệ 14 cột phụ bên ngoài với các thanh nối chéo để cố định hệ khung
Mặt ngoài công trình được bọc lại với tấm màn thép dạng lưới, các thanh nối thép đường kính 60mm
nối chéo nhau, ngoài ra các hệ
thống điều khiển, điện, nước, ống dẫn cũng được để trần ra bên
ngoài khung xương thép giúp việc
bảo hành, sửa chữa trở nên thuận
tiện hơn, vừa đáp ứng về yêu cầu
công năng và thẩm mỹ cho công
trình.
Hình 9.6: Diagram hệ khung, các hệ thống
kết cấu và hệ thống giao thông
| PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU | 21
3.4 CẤU KIỆN GERBERETTE
Hình 10.1: Sơ đồ hoạt động lực của cấu kiện “gerberette”
Thanh đỡ sàn
Hệ dầm cao 2.8m vượt nhịp dài 44m
Trục của gerberette được hình thành bởi một chốt thép liên kết bu lông cho phép cấu kiện có thể uốn cong và xoay mà không cần truyền mômen, tải trọng lệch tâm vào cột
Cột chính rỗng ở trong Cột phụ hỗ trợ ở bên ngoài
Hình 10.2: Chi tiết liên kết giữa sàn, dầm, cột
LIÊN KẾT BU LÔNG
Ưu điểm: thuận tiện khi tháo lắp, không cần máy móc và năng lượng khi thi công, chịu được tải trọng động.
Nhược điểm: Giảm yếu do khoét lỗ, với bulong thường: vẫn còn khe hở giữa lỗ buloong và thân bu lông nên liên kết không thật chặt, dễ bị tuột ốc, tốn vật liệu và công chế tạo hơn so với liên kết hàn.
Hình 10.3: Chi tiết cấu kiện Gerberette
| PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU | 22
3.4 CẤU TẠO MỘT SỐ CẤU KIỆN
THANH NỐI
Để giải quyết nhiều cấu kiện vào một điểm
trên giá đỡ của dây buộc cho lối đi, người ta dùng một tấm hình bánh tròn dẹp. Hình dạng
tròn có thể dễ dàng phân chia các góc khác
nhau của các cấu kiện tới. Các kết nối chốt
được bắt vít cho phép xoay trong quá trình
lắp dựng. Những mối nối này sử dụng chốt cotter để liên kết các bu lông chứ không phải đai ốc.
Các thanh nối chéo ở mặt trước của tòa nhà
được phân chia bằng một mối nối hình tròn,
rỗng và các lỗ được khoan vào mặt bên của
mối nối để cho phép các cấu kiện giàn vào
và thanh nối chữ X bắt vít xuyên qua. Một
tấm được gắn chặt vào mặt trước của vòng
tròn để làm sạch bề ngoài cũng như bịt các
mối nối khỏi độ ẩm quá mức và mối nối này
phải kín nếu không nước sẽ gây rỉ hoặc đảm bảo mối nối được phép thoát nước.
Chi tiết cho thấy một số thanh chống gắn
mặt dưới của giàn với sàn bên dưới. Ở đây,
một kết nối chân được sử dụng ở phần cuối
của một bộ phận có cấu trúc rỗng. Bản thân
giàn bao gồm các cấu kiện tròn nhỏ hơn
(một số đặc và một số rỗng) đã được hàn
hoàn toàn để các chi tiết trông sạch sẽ.
Thanh giằng X một cái ở ngay phía sau phía
trước, một cái có thể thấy trong ảnh. Thành
phần trung tâm được đúc và các phần liên
kết là cấu kiện rỗng tròn được hàn vào đầu
nối này giúp cấu kiện này sạch sẽ và ổn định
nhất để tạo mối nối.
Hình 11.1: Sơ đồ minh họa cột chính của công trình
CỘT
Cột chính trong công trình
là ống thép rỗng đường kính
850mm với phần dưới dày
85mm và phần trên mỏng
40mm. Điều này giúp cột đều
từ dưới lên mà không cần
thay đổi tiết diện cột theo
độ cao. Vì đặc điểm chịu lửa
kém của thép nên cột được
đổ đầy nước bên trong,
| PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU | 23
Hình 12.1: Sơ đồ minh họa các chi tiết treo thang máy
Thang máy là thang cuốn có
khung bằng thep và bao quanh
bằng kính có dạng hình ống, chạy xiên từ tầng trệt lên tầng
6 của công trình. bên ngoài thang được đỡ bằng các chi
tiết kết cấu rất thanh mảnh ở
phía trên thang, các kết cấu đỡ
này truyền trọng lực của thang
máy vào cột bên trong và từ
cột truyền xuống móng bê tông
bên dưới.
THANG MÁY
Hình 12.2: Sơ đồ truyền tải trọng thang máy
| PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU | 24
ĐƯỜNG ỐNG
Nhờ vào hệ quả của kết cấu khung thép, các đường ống kết cấu công trình được để lộ ra và được mã hóa bằng cách sơn màu theo chức năng vừa tạo thẩm mỹ vừa góp phần giúp việc tu sửa, bảo trì dễ dàng hơn: + Màu xanh biển: đường ống điều hòa không khí + Màu trắng: đường ống HVAC + Màu đỏ: đường ống thang máy, thang bộ + Màu xanh lá: hệ thống ống nước + Màu vàng: hệ thống điện
| PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU | 25
| PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU | 26 MỘT SỐ CHI TIẾT KẾT CẤU Hình 13.1: Chi tiết hệ khung Warren, liên kết khung với Gerberette
SỐ CHI TIẾT KẾT CẤU
| PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU | 27
Hình 14.1: Chi tiết thanh nối của hệ khung Warren
MỘT
| PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU | 28 MỘT SỐ CHI TIẾT
Hình 15.1: Chi tiết các cấu kiện trong hệ khung Warren, liên kết của hệ khung Warren với sàn
KẾT CẤU
SỐ CHI TIẾT KẾT CẤU
| PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU | 29
Hình 16.1: Chi tiết hệ khung Warren
MỘT
SỐ CHI TIẾT KẾT CẤU
| PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU | 30
Hình 17.1: Nội thất phối cảnh của kiến trúc sử cho thấy rõ được hệ khung được để trần không đóng trần
MỘT
Các cấu kiện kết cấu đều được sản xuất hàng loạt tại nhà máy và vận chuyển lại công trình để lắp ghép. Đây cũng là một trong những ưu điểm của kết cấu thép.
| PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU | 31
| PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU | 32 3.6 SƠ ĐỒ MOMENT
Hình 18.1: Sơ đồ Moment hệ khung chịu lực Hình 18.2: Sơ đồ lực cắt hệ khung chịu lực
PHÂN TÍCH LỰC
Hình 19.1: Sơ đồ lực nén của hệ khung
Hình 19.2: Sơ đồ biến dạng của hệ khung
KẾT LUẬN
+ Qua các sơ đồ phân tích hệ lực của khung ta thấy lực chủ yếu dồn xuống chân cột nên tiết diện thép hình của cột phần
dưới phình ra để chịu lực tốt hơn là rất hợp lý. + Lực cắt ở điểm giao nhau của dàn warren với cột chính
là rất lớn nên ở các đầu hồi được bổ sung các thanh chống
phân bố lực và ổn định hệ khung tốt hơn. + Sự biến dạng của hệ khung lớn nhất ở giữa nên các máy
móc, thang thoát hiểm, thang máy đều đặt cập bên ngoài
công trình để không gây những tác động xấu bất ngờ đến
hệ khung.
+ Các cấu kiện kết cấu đều được sản xuất và xử lý kỹ lưỡng
không gây cảm giác nặng nề cho công trình.
Hình 19.3: Sơ đồ chi tiết biến dạng của hệ khung chịu lực
| PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU | 33
3.7 HIỆU QUẢ VỀ KHÔNG GIAN
ƯU ĐIỂM + Kết cấu thép giúp tạo ra không gian vượt nhịp lớn mà không hề có bất cứ vật cản nào ( vượt 48m ), tạo nên được không gian đặc thù cho nhiều công năng của công trình. + Sự sáng tạo bằng cách mã màu hệ thống kết cấu của kiến trúc sư đã tạo nên nét đặc trưng riêng cho công trình cả không gian nội thất lẫn ngoại thất. + Kết hợp vật liệu khung thép hoàn toán và kính giúp công trình không có cảm giác nặng nề như các vật liệu bằng đá, bê tông cốt thép.
NHƯỢC ĐIỂM + Kết cấu thép chịu lửa kém, khi nhiệt độ cao thép sẽ biến dạng, nên cần có các biện pháp chống cháy hợp lý cho công trình. + Kết cấu thép để trần như công trình phải cần được tu sửa bảo dưỡng cẩn thận để không bị gỉ sét gây hư hại phần cứng, công trình có thể sụp đổ.
| PHÂN TÍCH HỆ KẾT CẤU | 34
3.7 TÍNH TOÁN CÁC CẤU KIỆN THÉP
CÁC BƯỚC SƠ BỘ CHỌN XÁC LẬP HỆ KẾT CẤU: + Bố trí lưới cột + Bố trí hệ kết cấu dầm sàn + Tính kích thước sơ bộ hệ kết cấu + Thuyết minh được giải pháp + Chọn sơ bộ phương án móng + Bố trí móng + Mặt bằng định vị cột + Mặt bằng bố trí hệ kết cấu dầm sàn + Mặt cắt kết cấu + Mặt bằng phương án móng + Thuyết minh phương án.
TÍNH TOÁN SƠ BỘ CÁC CẤU KIỆN CƠ BẢN: (thép hình tiết diện nguyên)
*Chú ý: phương pháp tính toán theo trạng thái giới hạn: là phương
pháp tính toán trong đó trạng thái giới hạn là trạng thái mà từ đó trở đi kết
cấu không thể thỏa mãn yêu cầu mà đề ra cho nó.
a. KÉO ĐÚNG TÂM: =>
Ath: diện tích tiết diện thực (đã trừ giảm yếu)
m: hệ số điều kiện làm việc. Bình thường m=1
Tăng A khoảng 10-15% nếu kể thêm sự giảm yếu
b. NÉN ĐÚNG TÂM:
a. Cấu kiện chịu nén đúng tâm
b. Cấu kiện chịu nén lệch tâm
VD: cột, thanh cánh thượng của vì kéo mái.
+ Ở điều kiện bền: + Ở điều kiện ổn định tổng thể: Chọn tiết diện ta có:
Độ mảnh giới hạn: thanh chịu lực chính (cột, thanh cánh, thanh đứng và thanh xiên ở gối truyền lực của vì kèo) λgh = 120, thanh bụng khác λgh = 150
Hệ số uốn dọc φ tra bảng từ độ mảnh λ max : λmax= max(λx, λy) <= λgh
| ĐẶC ĐIỂM TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP | 35
c. UỐN PHẲNG:
+ Theo trạng thái giới hạn 1:
+ Theo trạng thái giới hạn 2: f <= fgh hoặc:
b. UỐN XIÊN:
qx= qsinα => gây ra My và f x qy= qcosα => gây ra Mx và f y
Hình 20.1: Hệ khung thép có thể vượt nhịp lớn rất tốt, vượt đến 100m
Với dầm đơn giản:
Hình 20.2: Hình thức kết cấu có thể ở ngoài, trong vỏ bao che, công
trình Georges Pompidou là trường hợp kết cấu ngoài vỏ bao che.
| ĐẶC ĐIỂM TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP | 36
4. KẾT LUẬN
Thép là vật liệu có cường độ lớn nhất trong các vật liệu xây dựng nên kết cấu thép có khả năng chịu lực cao. Các khung nhà bằng thép luôn đủ vững chắc để đối phó với gió mạnh, mưa bão, động đất. Các công trình qui mô vừa và lớn tiết kiệm 20% – 30% chi phí so với các phương pháp xây dựng truyền thống. Các cấu kiện, bộ phận được thiết kế tối giản để giúp công trình nhẹ hơn và tiết kiệm đáng kể nguyên vật liệu nhưng vẫn đảm bảo độ vững chắc. Kết cấu thép vô cùng cơ động và linh hoạt trong việc sửa chữa, di dời hay cải tạo và mở rộng công trình. Khả năng tái chế của thép là vô hạn nên khi công trình đã hết thời gian sử dụng thì được phá dỡ, các thành phần của nó có thể được tái sử dụng hoặc quay trở lại quá trình sản xuất thép để tạo ra các thành phẩm hoàn toàn mới. Trong kiến trúc nói riêng, thép đã được các kiến trúc sư vận dụng tạo ra nhiều hình thái kiến trúc khác nhau, đa dạng về màu sắc, kết cấu phù hợp với các yếu tố công năng, thẩm mỹ, bền vững và thích dụng. Hiện nay và trong tương lai thép sẽ cáng đóng vai trò ngày càng quan trọng trong kiến trúc và xây dựng nên việc nghiên cứu và phát triển kết cấu thép là rất cần thiết.
Công trình Centre Georges Pompidou đã sử dụng
khéo léo các cấu kiện thép để tạo nên nét đặc
trưng riêng biệt về không gian kiến trúc cho bản
thân công trình, sự kết hợp hoàn hảo giữa các
cấu kiện tạo ra hệ khung phẳng vượt nhịp lớn rất
ấn tượng trong những công trình kiến trúc thế
kỷ 20.
| KẾT LUẬN | 37
Quét mã QR để xem thêm hình ảnh về công trình Centre Pompidou
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bài tham khảo từ web:
+ Historic Case Study Projects, Centre Georges Pompidou, Paris France - http://www. tboake.com/SSEF1/pompidou.shtml
+ A Structural Case Study, Centre Georges Pompidou - https://faculty.arch.tamu.edu/ media/cms_page_media/4433/PompidouF16.pdf
+ Modern Architecture: A Visual Lexicon, Centre Georges Pompidou, Richard Rogers & Renzo Piano - https://visuallexicon.wordpress.com/2017/10/09/pompidou-centre-richard-rogers-renzo-piano/
+ Structural Diagrams – Centre Georges Pompidou - https://cca9bparch2230.wordpress.com/2014/12/07/centre-georges-pompidou/
+ Centre Georges Pompidou - http://totoro-georgespompidou.blogspot.com/
+ Cultural Center George Pompidou - https://en.wikiarquitectura.com/building/cultural-center-george-pompidou/
+ Centre Pompidou - https://www.atlasofplaces.com/architecture/centre-pompidou/
+ Centre Pompidou - http://www.greatbuildings.com/cgi-bin/gbc-drawing.cgi/Centre_ Pompidou.html/Pompidou_Plan.html
2. Sách tiếng anh:
+ Steel Construction, Katrin Hanses
+ Structural Analysis and Design of Tall Buildings - Steel and Composite Construction, Bungale S. Taranath.
+ SCALE, Support | Materialise, Columns, Walls, Floors, Henning Baurmann, Jan Dilling, Cl Audia Euler, Julius Niederwohrmeier
Quét mã QR để xem thêm video về hình thành công trình Centre Pompidou
thông qua bài tiểu luận em đã học được nhiều kiến thức bổ ích để có thể vận dụng vào việc học tập trong tương lai. Cảm ơn thầy Đỗ Huy Thạc đã nhiệt tình giảng dạy tụi em qua những giờ học trên lớp và giải đáp các thắc mắc của tụi em ở bài tập lớn. Chúc thầy nhiều sức khỏe ạ!
38 | TÀI LIỆU THAM KHẢO |
Chân thành cảm ơn thầy và nhà trường đã tạo điều kiện cho em làm bài tiểu luận về kết cấu thép,