TIỂU LUẬN môn học CÔNG NGHỆ và kết cấu mới b1 1 kết cấu dây 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,

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

CÔNG NGHỆ VÀ KẾT CẤU MỚI

B1.1: KẾT CẤU DÂY TREO

GVHD: THS KTS LÊ HỒNG MẠNH SVTH: NGUYỄN QUỐC LÂN LỚP: 2018K2.MSSV: 1851010203

BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

HÀ NỘI 9/2022

MỤC LỤC

I Giới thiệu II.Tính chất (nguyên lý hoạt động) III Cấu tạo (các cấu trúc, bộ phận cơ bản)

• 1 Tổ hợp nhà thi đấu quốc gia Yoyogi, Tokyo, Nhật Bản (1961)

• 2 Khu phức hợp thể thao Madison Square gardens, New York, Mỹ (1968)

• 3 Sân vận động Stade de Frane 1998, Pháp

• 4 Nhà thi đấu đa năng Zabreg, Croatia (2009)

• 5 Sân vận động Mose Mabhida, Durban, Nam Phi (2009)

• 6 Sân vận động Juventus (Nuovou Stadio Juventus), Ý (2011)

 Công trình triển lãm

• 7 Nhà triển lãm O2 ở Luân Đôn, Anh (1999)

 Công trình công nghiệp

• 8 Nhà máy sản xuất giấy Burgo Paper Mill (1964)

• Kết cấu dây 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

• 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, công trình giao thông, công trình

kiến trúc( mái che các công trình nhịp lớn như sân

vận động nhà triển lãm, nhà ga )

I Giới thiệu

Sân vận động Olympic Munich nằm ở München, Đức.

1 Mở đầu

• Kết cấu treo hay kết cấu chịu

kéo là một cái tên mới mẻ tuy

nhiên kết cấu này đã xuất hiện

từ rất lâu đời Bằng chứng là từ

rất lâu trước đây con người đã

biết ứng dụng cấu trúc chịu kéo

để dựng các túp lều, thuyền

buồm, và cả những cây cầu với

khoảng vượt bất ngờ (800

feet=243.84m) chỉ từ vật liệu tre

và dây thừng Cột buồm(a) xuất hiện 5000 năm trước, rạp xiếc(b) vào thế kỷ 20, Cầu treo được làm từ

dây thừng và tre xuất hiện 4000 năm trước(c)

Các túp lều cổ trên (a,b) và Yurt(c) ở vùng thảo nguyên Sebiria từ 4000 năm trước

2 Lịch sử hình thành và phát

triển của kết cấu dây treo

• Tuy nhiên kết cấu chịu kéo chưa bao giờ thực sự phát triển

cho đến sau thế chiến thứ II Có rất nhiều nhà tiên phong đã

có những cống hiến và nỗ lực để đóng góp cho sự phát triển

cho kết cấu này như Kts.Kenzo Tange, Kts.Gunnar Birkers,

Kts.Vladimir Shukhov, Kts.Iakov Chernikhov,

Tòa nhà ngân hàng dự trự liên bang ở TP Minneapoliss, tiểu bang Minnesota(Mỹ), 1968-1974, Kts.Gunnar Birkers Các thử nghiệm của Iakov Chernikhov với cấu trúc kiến trúc, 1925-1932

Tháp Shabolovaka, Moscow, 1922, Kts.Vladimir Shukhov

• Cấu trúc ứng xuất trước

- Mái dây hình yên ngựa

- Màng căng

• Hệ một lớp dây mềm

- Dùng cho mặt bằng hình chữ nhật hoặc hình tròn

- Với mặt bằng chữ nhật: hệ gồm dây rồi 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 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 bề 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 dậy

và liên kết với nhau

II.Tính chất (nguyên lý hoạt động)

1 Mái dây một lớp

Hệ một lớp dây mềm ở Kraxnoyarxk

• Hệ một lớp dây cứng

- Dây được làm bằng các thép hình chữ I và được liên kết cố định

với hai đầu gối cứng ở hai đầu

- Dây cứng làm việc chịu kéo và chịu uốn dưới tác dụng của tải

trọng

- Các gối cứng phải đảm bảo liên kết chắc chắn và chịu được lực từ

các dây cứng truyền vào

- Dây văng cấu trúc tạo ra một yêu cầu cho việc neo đậu của các

lực lượng do căng thẳng Một số trong những giải pháp thường là

phản ứng theo chiều dọc và ngang được cung cấp bởi các yếu tố

trục nạp - ở cột được sử dụng với các neo mặt đất

Hệ một lớp dây cứng (một nhà hàng ở Italia)

• Lớp dây võng xuống là lớp dây chịu lực gọi là lớp dây chú

• Lớp dây vồng lên là lớp dây căng, gọi là lớp dây ổn định, làm

tăng độ ổn định hình dạng cho hệ dây, làm cho hệ có độ cứng

và có khả năng chịu được tải trọng đổi chiều Để dây căng có

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 hoặc

chịu kéo

• Dây chịu lực cao hơn dây căng — các hệ thanh chịu lực đều

chịu kéo tốt

• Dây căng cao hơn dây chịu lực tiết kiệm được 1 vành trong

hệ thanh chống chịu nên không tốt

2 Mái dây hai lớp

Mái dây 2 lớp của sân vận động Yubileinui ở Nga

• Dây dàn cáp là hệ kết cấu dây 2 lớp 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

• 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 hệ dàn dây chịu lực được thì phải căng trước dây dưới,

kéo tòan hệ bị căng

3 Giàn dây

Giàn dây của sân vận động Stockholm

• Thường dung cho nhà triển lãm, sân ga máy bay,.

• 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 Hệ kết cấu gồm các

xà consol và các dây cáp treo các xà này, các dây liên kết chắc vào

xà kèo vượt qua đỉnh cột trụ neo vào kết cấu phụ

• Hệ kết cấu đáp ứng nhu cầu sử dụng không gian rộng lớn và yêu

cầu kinh tế của công trình

• Có thể tăng số lượng dây neo và điều chỉnh lực kéo trong chúng

có thể giảm tối đa mơmen uốn trong xà hợp lý hơn

• Tải trọng được đặt trên kết cấu cứng

• Hệ số giản 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

4 Hỗn hợp dây và thanh cứng

Một nhà triển lãm tại triển lãm thế giới

năm 1958 ở Brussels

• 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

thóat nước

• Hệ vỏ hai lớp: Vỏng ngòai 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

thóat nước ra phía ngoài

• 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

5 Vành bánh xe

Sơ đồ kết cấu mái kiểu vành bánh xe đạp

• Cấu trúc Tensegrity là một cấu trúc khung không gian ba chiều ổn

định được hình thành từ các dây cáp và thanh chống, trong đó dây

cáp nối tiếp nhau liên tục nhưng các thanh chống không chạm với

nhau Được điêu khắc gia Kenneth Snelson sáng chế năm 1948, và

được Buckminster Fuller phát triển và lấy bằng sáng chế năm

1961

• Những cấu trúc này ổn định nhờ vào những thanh chống chịu nén

được đỡ chịu giữa các bộ dây cáp căng đối nhau

6 Cấu trúc Tensegrity

Khối 12 mặt tensegrity

• Được tạo nên từ 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

• 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

7 Mái dây hình yên ngựa

Sơ đồ kết cấu mái dây hình yên ngựa

• Cấu trúc màng căng là một màng mỏng, cong hai chiều ngược

nhau, được chịu bởi vòng cung hay cột chống chịu nén Có thể

xem đây là một biến dạng của cấu trúc dây cáp võng hai chiều

cong mà khoảng cách giữa các dây cáp nhỏ bằng không và bề mặt

là 1 màng liên tục

• Trong cấu trúc màng căng, tấm màng chịu tất cả hoặc một phần

lực kéo Khi khoảng vượt gia tăng, lựu kéo gia tăng, diện tích bề

mặt phải được chia nhỏ bởi các dây cáp – chịu tải trọng kéo chủ

yếu – và màng căng vượt giữa các dây cáp tựa chịu nén khác

nhau

8 Màng căng

Hypar Form

5 Vành bánh xe

- Cấu tạo gồm:+ Giằng

+ Thanh chống+ Dây căng

• Ưu điểm

- Là kết cấu chịu kéo nên sử dụng được hết khả năng chịu lực của cáp

- Trọng lượng kết cấu chịu lực nhỏ, khả năng vượt nhịp lớn, dễ vận chuyển và thi công

- Có khả năng lắp ráp nhanh không cần dàn giáo

- Hình dáng kiến trúc đa dạng và phong phú

• Khả năng

- Khả năng chịu lực của kết cấu dây treo được xác định theo độ bền, bởi chúng chỉ có nội lực kéo

- Kết cấu làm việc chịu kéo nên cho phép sử dụng triệt để khả năng chịu lực của dây cáp, đồng thời với cường độ cao của vật liệu nên trọng lượng của kết cấu ở đây tương đối nhỏ

• Có biến dạng lớn do mô-đun đàn hồi của cáp thấp (E=1.5 – 1.8.106 daN/ cm2) nhỏ hơn thép cán và khả năng làm việc của thép cường độ cao lại lớn hơn thép thường nên biến dạng tỉ đối của cáp trong giai đoạn đàn hồi lớn hơn so với thép CT3 vài lần Có tính biến hình lớn, rất rễ mất ổn định khí động Khi sơ đồ tác dụng của tải trọng thay đổi thì sơ đồ hình học của hệ thay đổi lớn.

2 Nhược điểm

V Các công trình được sử dụng

 Công trình thể thao

1 Tổ hợp nhà thi đấu quốc gia Yoyogi, Tokyo, Nhật Bản (1961)

2 Khu phức hợp thể thao Madison Square gardens, New York, Mỹ (1968)

3 Sân vận động Stade de Frane 1998, Pháp

4 Nhà thi đấu đa năng Zabreg, Croatia (2009)

5 Sân vận động Mose Mabhida, Durban, Nam Phi (2009)

6 Sân vận động Juventus (Nuovou Stadio Juventus), Ý (2011)

 Công trình triển lãm

7 Nhà triển lãm O2 ở Luân Đôn, Anh (1999)

 Công trình công nghiệp

8 Nhà máy sản xuất giấy Burgo Paper Mill (1964)

- Giới thiệu chung:

+ Nhà thi đấu quốc gia Yoyogi ở Tokyo, được xây dựng để phục vụ Thế vận hội năm 1964, là công trình nổi tiếng nhất của kiến trúc sư người Nhật Kenzo Tange, đưa ông trở thành tên tuổi nổi tiếng trên trường quốc tế Thiết kế khí động học, hoành tráng và gợi mở của nó đã trở thành biểu tượng của thủ đô Nhật Bản và là chuẩn mực trong phong trào "Chuyển hoa luận” (Metabollist Movement), tách mình khỏi Phong cách Quốc tế Khi hoàn thành, nhà thi đấu trở thành công trình mãi treo lớn nhất thế giới lúc bấy giờ

+ Tổ hợp nhà thi đấu gồm hai công trình đều là sự đột phá về kết cấu và công nghệ xây dựng tiên tiến ở một quốc gia

thường xuyên bị ảnh hưởng bởi động đất và sóng thần

+ Với sức chứa 10.000 người, nhà thi đấu chính có thể tổ chức các sự kiện bơi lội, cũng như các môn thể thao như bóng rổ và khúc côn cầu Khán đài được bố trí đối xứng theo hai hướng Bắc-Nam, nhấn mạnh hướng Đông - Tây ở cả phần mái và vị trí các lối vào

+ 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

Tấm lợp có độ cong khác với độ cong của các sợi cáp, tạo ra một cấu trúc mái thanh lịch và duyên dáng.

Bề mặt mái là sự kết hợp giữa đường cong Parabol và Hypebol (về mặt kỹ thuật, nó được gọi là một

paraboloid hyperbol) nên có sự thay đổi ở mọi góc nhìn

+ Kenzo Tange tận dụng khoảng trống giữa hai đường cong để đề xuất lối vào hình tam giác trong thật hùng vĩ.

+ Trước hai lối vào là các sảnh hoặc quảng trường, được phân biệt với phần còn lại của công viên bằng một giếng trời nhỏ

+ Một chi tiết khác tạo nên sự nhẹ nhàng về mặt thị giác cho kết cấu là các console lặp lại theo nhịp điều tạo lỗi giác rằng tòa nhà sẽ bay lên

+ Một điểm đáng lưu ý nữa ở mãi của công trình là mặc dù nó được sử dụng công nghệ hiện đại vào thời điểm đó, nhưng vẫn gợi lên những yếu tố của kiến trúc truyền thống Nhật Bản, giống như là mà của các đền thờ Thần đạo Có thể nói công trình như một biểu tượng gợi nhắc ngôi đền Ise

- Nhà thi đấu phụ:

+ Có sức chứa 5,300 khán giả và được sử dụng cho các môn thể thao nhỏ Không gian được tổ chức xung quanh hai vòng tròn không đồng tâm, nên các khán đài đối diện không đều nhau Không giống như nhà thi đấu chính, nhà thi đấu phụ chỉ có một cột chịu lực

+ Kết cấu: mái dây hình yên ngựa.Sử dụng nguyên tắc kết cấu như nhà thi

đấu chính, tuy nhiên ở nhà thi đấu phụ KTS chỉ sử dụng một cột kết cấu

chịu lực và một gối tựa tạo nên một cột buồm khổng lồ

+ Trong cuốn "Bản đồ Kiến trúc, Tập 1" (Aflats of Architecture, Volumne I)

của mình, Werner Muller và Gunther Vogel đã đưa ra phân tích sau:

Mái nhà được cấu tạo như một cấu trúc tách lớp, theo nguyên tắc tương tự

như một lưới dây với các cạnh cứng

Vành cứng được tạo thành bởi một vòng dọc theo cạnh ngoài của vỏ công

trình, và được chia thành hai dầm cong trên (8) và dưới (9) được nối bằng

các đai (7)

Thay vì sử dụng các dây cấp như ban đầu thì cấu trúc được hình thành bởi

một tập hợp các dầm treo (6) nằm giữa vòng ngoài và một ống thép (5) xoắn

ốc hướng lên trên Ống thép này được đặt thay cho dây cáp chính tạo thành

sườn của mái treo đống vai trò như một bệ đỡ (4) ở đầu ngoài của lối vào

chính, tạo thành một đường cong, ban đầu mềm nhưng sau đó dần vuông

góc về phía cột tháp (3), được liên kết với bệ đỡ bằng tưởng bê tông ngầm

Trong số các dầm treo có các dầm nhỏ hơn được bố trí theo đường chéo đều

đặn, trên đó đặt phần bên ngoài của tấm lợp, gồm các tấm thép dày 4-5 mm

Dầm cong trên Dầm cong dưới

Ống thép

Bệ đỡ Cột tháp

Dầm treo Đai Các bước

Pista

2 Khu phức hợp thể thao Madison Square gardens, New York, Mỹ (1968)

- Giới thiệu chung:

+ Madison Square Garden(MSG) ban đầu (1874) được chuyển đổi từ một ga đường sắt tại Quảng trường Madison; Vào năm

1891, một sân thi đấu thể thao dành riêng cho quyền anh được xây dựng trên địa điểm này và được thiết kế bởi Stanford

White Năm 1925, Madison Square Garden mới được xây dựng tại Đại lộ số 8 và đường số 50, với một sân thi đấu thích hợp cho bóng rổ, khúc côn cầu và các môn thể thao khác Nhà thi đấu hiện tại, được mở cửa vào năm 1968 trên địa điểm của Nhà ga Pennsylvania trước đây ở Đại lộ Số 8 và đường số 33,

là một khu phức hợp lớn với khán đài có sức chứa 20.000 chỗ ngồi Việc cải tạo khu phức hợp được hoàn thành vào năm 1991

- Kết cấu:

+ Sử dụng kết cấu mái dây treo kiểu vành bánh xe đạp

+ Kết cấu hình tròn khổng lồ của MSG được đặc biệt quan tâm vì những

công năng khổng lồ nhất từ trước đến giờ được tìm thấy trong thiết kế của

nó

+ Đường kính mái 404ft (123.139m) kết cấu mái dây treo kiểu vành bánh

xe đạp đầu tiên và lớn nhất ở Mỹ lúc bấy giờ

+ Cột thép đỡ vành cứng : 48 cột – không gian bên trong được giải phóng

cột khiến cho khán đài bên trong có tầm nhìn thông thoáng ở bất cứ vị trí

nào

+ 48 dây cáp căng tráng kẽm( D= 13/4, chiều dài) :Tổng trọng lượng 163

tấn, mỗi sợi cáp được cấu thành từ 272 dây thép, tải trọng tối đa có thể chịu

được là 822 tấn Hai giữ mỗi dãy cáp có trọng lượng 659lb (299kg)

Hệ cấp căng chịu lực đỡ tấm lợp mái bằng BTCT và hệ khung thép hai lớp

tạo thành tầng kỹ thuật trên mái chứa các tháp giải nhiệt thứ cấp và thiết bị

cơ khí,giảm chấn

+ Vành cứng chịu nén: Được tạo thành tử 48 phần hộp thép hàn đặt trên 48

đầu cột, kích thước mỗi hộp thép là : dài 8.5m x rộng 2.4m x cao 0.9m

48 sợi cáp Dây cáp căng chịu kéo

Vành cứng chịu nén

Vòng trong bằng thép

48 cột Cột thép đỡ vành cứng

D= 123.139m