Phân tích công trình tháp đôi văn phòng petronas tháp biểu tượng của đất nước malaysia

Phân tích công trình tháp đôi văn phòng petronas tháp biểu tượng của đất nước malaysia

CHUYÊN ĐỀ KIẾN TRÚC NHÀ CAO TẦNG

PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH

THÁP ĐÔI VĂN PHÒNG PETRONAS

THÁP BIỂU TƯỢNG CỦA ĐẤT NƯỚC MALAYSIA

GVHD: ThS KTS VĂN TẤN HOÀNG

T H Á P Đ Ô I P E T R O N A S - K T S C e s a r P e l l i

MỤC LỤC

I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ THÁP ĐÔI PETRONAS

1 Thông tin tổng quan

III GIẢI PHÁP HỆ THỐNG KẾT CẤU CHỊU LỰC THÁP

1 Giải pháp thiết kế kết cấu đặc thù

2 Các cấu kiện: Móng, cột, dầm, sàn, lõi cứng

IV CÁC HỆ THỐNG KỸ THUẬT CỦA THÁP ĐÔI PETRONAS.

1 Hệ thống thang máy – Thang cuốn

Những toà nhà chọc trời cao nhất thế giới

THIẾT KẾ KIẾN TRÚC: KTS CESAR PELLI

và các đồng sự của ông

THIẾT KẾ KẾT CẤU: Thornton Tomasetti,

Ranhill BersekutuTHIẾT KẾ MEP: Công ty WSP Flack + Kurtz

ĐƠN VỊ THI CÔNG CHÍNH:

+ Tháp 1: Hazama Corporation

+ Tháp 2: Samsung Engineering - Contruction & Kukdong Engineering – Contruction

B.L Harbert InternationalĐỊA ĐIỂM: TP Kuala Lumpur, thủ đô của Malaysia

TỔNG QUAN

I GIỚI THIỆU

VỀ THÁP ĐÔI PETRONAS

1 Thông tin tổng quan: THÁP ĐÔI PETRONAS

(Petronas Twin Towers)

T Ổ N G Q U A N V Ề T H Á P Đ Ô I P E T R O N A S

TỔNG CHI PHÍ XÂY DỰNG: 1,600,000,000 USD

CÔNG NĂNG: Tháp đôi Petronas là cao ốc văn phòng

Nhưng ngoài công năng chính, Tháp còn là một trung tâm mua sắm lớn Hiện Hãng dầu khí Petronas – Hãng dầu khí hùng mạnh nhất Malaysia sử dụng toàn bộ tòa tháp thứ nhất làm văn phòng cho hãng, cho các công ty con và công ty liên kết Tại tòa tháp thứ hai hiện diện văn phòng của nhiều hãng lớn như Accenture, Al Jazeera International, Barclays Capitol, Bloomberg, Boeing, Exact Sofware, IBM, Khazanah Nasional Berhad, McKinsey & Co, Microsoft, Newfield Exploration, Reuters…

Tháp đôi PETRONAS là tháp chọc trời (Skycraper) cao nhất thế giới trong khoảng thời gian 1998-2004, phá vỡ kỷ lục

về độ cao trước đó của tháp Willis (Chicago – Hoa Kỳ) Kỷ lục

về độ cao của Tháp đôi Petronas sau này bị phá vỡ bởi những công trình cao hơn:

NĂM THIẾT KẾ: 1991

NĂM HOÀN THÀNH: 1997

ĐƠN VỊ QUẢN LÝ: KLCC (Kuala Lumpur City Center)

Cho đến thời điểm này, tháp đôi Petronas vẫn nắm giữ kỷ lục

là toà tháp đôi cao nhất thế giới

Diện tích gần đúng của mỗi

để nối liền đất nước Đó là ẩn

dụ của Cesar Pelli Hình ảnh như là hai người đang

đoàn kết nắm chặt tay nhau

Q U Á T R Ì N H X Â Y D Ự N G

KTS Cesar Pelli

1991 - Kế hoạch xây dựng toà nhà cao nhất thế giới được lập nên.

Thủ tướng Malaysia, Dr.Mahathir Mohammed là người đàn ông đầu tiên châm ngòi cho các ý tưởng để xây dựng tòa nhà cao nhất thế giới.

Ông có ý định cạnh tranh với Chicago và New York.

1993 - Quá trình xây dựng tháp đã bắt đầu.

Đầu năm 1993, việc xây dựng

bắt đầu với sự tham gia John

Dunsford và Bob Pratt bởi danh

tiếng tuyệt vời của họ trong việc tạo

tòa nhà chọc trời, Malaysia thuê họ

để biến kế hoạch trở thành hiện

thực.

Bob Pratt được giao cho lãnh

đạo công nhân xây dựng tòa tháp 1

trong khi đối thủ của ông, John

Dunsford chăm sóc tower thứ 2.

Bob Pratt và nhóm của ông

bắt đầu xây dựng các tòa tháp đầu

tiên một tháng trước khi John

Dunsford bắt đầu dự án tháp thứ 2.

Cả hai ông ganh đua nhau về tốc

độ xây dựng.

 Nhưng, ở Malaysia, không có đủ thép để xây dựng tòa tháp đôi

 Các nguồn duy nhất mà có sẵn ở Malaysia là bê tông.

 cách duy nhất để xây dựng các Tháp là dùng chủ yếu bê tông

Các kỹ sư đã tổ chức một cuộc họp để thảo luận làm thế nào để

bê tông chịu được trọng lượng của cả tòa nhà chọc trời.

 Các kỹ sư Petronas rất cần công thức mới để bê tông bình thường

có thể cứng như thép.

 CTL, một trong những phòng thí nghiệm bê tông thử nghiệm lớn

nhất ở Chicago sẽ được chỉ định để tìm ra công thức.

 Các nhà khoa học làm việc trong CTL đã phải đối mặt với rất nhiều

thất bại mà làm cho họ gần như bỏ cuộc.

 Họ trộn bê tông với nhiều yếu tố có sẵn trên Trái Đất này như

nước, đá, xi măng và nhiều hơn nữa để tăng cường năng lực của

bê tông để chịu nặng.

 Các biện pháp cuối cùng là trộn bê tông với sillicat Họ tiến hành

thí nghiệm.

 Kết quả gây ngạc nhiên cho cả các nhà khoa học và kỹ sư.

 Bê tông mới trộn với sillicat bây giờ có thể chịu được trọng lượng

của toàn bộ tòa tháp đôi.

 Cesar Pelli, John Dunsford và Bob Pratt rất vui khi nghe tin về về

loại bê tông mới Giờ đây vấn đề của họ được giải quyết.

1995 - T hang máy được gắn vào toà tháp đôi Cùng

năm, cầu nối được xây dựng

1997 – Toà tháp được hoàn thành.

 Cuối cùng sau sáu năm,Tháp đôi Petronas đã đạt đến độ cao thiết kế trên bầu trời.

 Chiều cao của tháp đôi đã vượt qua tòa nhà cao nhất thế giới lúc bấy giờ là tháp Sears ở Chicago và Trung tâm

Thương mại Thế giới ở New York.

 Thủ tướng Malaysia, Dr.Mahathir Mohammad cảm thấy rất tự hào và hài lòng với những thành tích này.

 Cho đến tận bây giờ, Tháp đôi Petronas vẫn là niềm tự hào của toàn dân Malaysia.

KLCC

"Chúng tôi muốn một cái gì đó đặc biệt và đó là những

gì Ngài Pelli đã cho chúng tôi Thiết kế của anh có những yếu tố của kiến trúc Hồi giáo mang tính chất của đất nước chúng tôi Các mẫu thiết kế kiến trúc sư khác 'trông như thể họ có thể xây ở bất cứ nơi nào "

TÓM TẮT CÁC SỰ KIỆN CHÍNH

Thi công phần đỉnh tháp

Cột lớn bao quanh chu vi Tháp

đang được thi công

Tiến độ xây dựng toà tháp

đôi là nhanh nhờ những tiến bộ

KHKT thời ấy (những năm

1990): tiến bộ trong thông tin

liên lạc, trong quản lý dự án

bằng máy móc, nhà thầu và kỹ

sư có kinh nghiệm cao (đã từng

xây nhiều công trình cao tầng

khác và thành công về nhiều

mặt)

Thi công Skybridge

1 VỊ TRÍ XÂY DỰNG

Tháp đôi Petronas Tọa lạc tại vị trị đắc địa thuộc trung tâm thành phố Kuala Lumpur, giữa hai con đường là Ampang và Raja Chulan, nơi trước đây từng tồn tại trường đua ngựa của Selamgor Turf Club, Tháp đôi Petronas là một kiến trúc độc đáo của thế kỷ XX, XXI, lấy cảm hứng từ tinh hoa kiến trúc Hồi giáo với các hình xoắn ốc, nhỏ dần về phía đỉnh

HƯỚNG NAM

HƯỚNG BẮC

HƯỚNG TÂY

HƯỚNG ĐÔNG

Vị trí công trình Tháp đôi Petronas

so với bốn hướng Đông-Tây-Nam-Bắc

Khu vực xây dựng Tháp đôi Petronas có các khách sạn

(khách sạn G Tower, Mandarin Oriental, Grand Hyatt Kuala Lumpur và Intercontinental Kuala Lumpur Hotel,…), Thánh đường Hồi giáo,

Trung tâm thương mại sầm uất, khu vui chơi, giải trí, có công

viên rất rộng,… và tất cả đều trong khoảng cách đi bộ

V Ị T R Í X Â Y D Ự N G

2 MẶT BẰNG TỔNG THỂ

1 Tháp PETRONAS 1 và 2

2 Sảnh trung tâm

3 Trung tâm thương mại Suria KLCC

4 Tháp văn phòng (Menara Maxis, Menara Esso)

5 Khách sạn Mandarin Oriental

6 Những công trình tương lai sẽ xây dựng

BẢN ĐỒ TRUNG TÂM THÀNH PHỐ KUALA LUMPUR

M Ặ T B Ằ N G T Ổ N G T H Ể

LỐI VÀO CHÍNH

CÔNG VIÊN

SƠ ĐỒ MẶT BẰNG TẦNG 1 – TRỆT

CÔNG VIÊN KLCC

SẢNH TRUNG TÂM

BUSTER

LỐI VÀO CHÍNH

BUSTER

HỒ NƯỚC

HƯỚNG VÀO TỪ NHÀ GA KLCC

THANG CUỐN LÊN TRUNG TÂM SURIA

THANG CUỐN THANG CUỐN

S Ơ Đ Ồ P H Â N K H U C H Ứ C N Ă N G

4 KIẾN TRÚC THÁP – MẶT BẰNG

Kiến trúc của Petronas lấy cảm hứng từ kiến trúc nhà thờ Hồi giáo với hình xoắn ốc nhỏ dần về phía đỉnh cộng với những nét hiện đại đã mang đến cho tòa tháp đôi này một phong cách độc nhất vô nhị trên thế giới

Ý tưởng mặt bằng của KTS Cesar Pelli

MB của Tháp có nhiều sự tương đồng với MB của các đền thờ Hồi giáo cổ

MB MỘT TẦNG CỦA

THÁP PETRONAS

MB CỦA MỘT ĐỀN THỜ HỒI GIÁO CỔ Ở TRUNG ĐÔNG

K I Ế N T R Ú C T H Á P - M Ặ T B Ằ N G

Ý tưởng mặt bằng của KTS Cesar Pelli

32,000 Ô CỬA SỔ.

1,765 BẬC THANG

88 TẦNG

MẶT BẰNG TẦNG 1 – TRỆT

THÁP 1 THÁP 2

Tiếp cận với tháp thông

qua một thang tự chuyển

Tiếp cận với tháp thông qua một thang tự chuyển

TẦNG 1 TRỆT – THÁP ĐÔI PETRONAS

Hướ ng

từ N hà

ga KLC C

THOÁT HIỂM

MẶT BẰNG

Vệ sinh

NHỜ KẾT CẤU LÕI CỨNG VÀ CÁC CỘT LỚN Ở NGOÀI CHU VI, PHẦN NẰM GiỮA LÕI VÀ CÁC CỘT HOÀN TOÀN KHÔNG CẦN THÊM CỘT NÀO KHÁC NÊN KHÔNG GIAN RỘNG

MẶT BẰNG BỐ TRÍ VẬT DỤNG ĐIỂN HÌNH CỦA CÁC TẦNG THẤP

Vệ sinh

Các văn phòng

Cột BTCT siêu cường lựcThang máy

Cột BTCT Chịu lực cho tháp Bustle

TẦNG 43

MẶT BẰNG TẦNG 28 – TẦNG 34 ĐIỂN HÌNH

DiỆN TÍCH SÀN VĂN PHÒNG: 2030 m2

BUSTLETHOÁT HIỂM

Vệ sinh

MẶT BẰNG TẦNG 40

DiỆN TÍCH SÀN VĂN PHÒNG: 1850 m2

BUSTLE

THOÁT HIỂMTHOÁT HIỂM

Vệ sinh

(*) Tầng 41 có cầu nối giữa hai Tháp Đây cũng

là tầng chuyển thang Tất cả thang máy đi lên hay đi xuống đều chỉ đến đây.

Vệ sinh

MẶT BẰNG TẦNG 47-56 ĐIỂN HÌNH

DiỆN TÍCH SÀN VĂN PHÒNG: 1604 m2

THOÁT HIỂM

Vệ sinh

MẶT BẰNG TẦNG 61

DiỆN TÍCH SÀN VĂN PHÒNG: 1286 m2

THOÁT HIỂM

Vệ sinh

MẶT BẰNG TẦNG 76

DiỆN TÍCH SÀN VĂN PHÒNG: 882 m2

THOÁT HIỂM

Vệ sinh

MẶT BẰNG BỐ TRÍ VẬT DỤNG ĐIỂN HÌNH CỦA CÁC TẦNG CAO

(*) Phần lõi cứng không còn là hình vuông nữa

Thép – Kính bao bọc phần ngoài

tải trọng giảm Chi

tiết tiết diện cột:

phần Kết cấu.

TẦNG 76

5 KIẾN TRÚC THÁP - MẶT ĐỨNG

K I Ế N T R Ú C T H Á P - M Ặ T Đ Ứ N G

DẦM ĐỠ SKYBRIDGE SKYBRIDGE

TẢI TRỌNG GIÓ NGANG

TẢI TRỌNG GIÓ NGANG

TẢI TRỌNG GIÓ NGANG

TẢI TRỌNG GIÓ NGANG

TẢI TRỌNG GIÓ NGANG

TẢI TRỌNG GIÓ NGANG

TẢI TRỌNG GIÓ NGANG

TẢI TRỌNG GIÓ NGANG

BUSTLE BUSTLE

TẢI TRỌNG ĐỨNG TẢI TRỌNG ĐỨNG

+ 451.9 m

+ 378.6 m

+ 375.0 m

+ 170.0 m

MẶT CẮT THÁP CHO THẤY PHẦN KẾT CẤU NGẦM

TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI

CẦU NỐI TRÊN CAO 170 m

bố trí ở vị trí thích hợp Tháp có dạng đăng đối,

đó là thuận lợi nhưng nền đất thì khác nhau Tại khu vực tiếp giáp giữa khối cao tầng và khối thấp tầng thì có bố trí khe.

vuông, trong khi các tầng

trên cùng không vuông.

Xử

lý cột BTCT ở những vị trí mặt bằng

tháp nhỏ lại theo chiều cao

TẢI TRỌNG GIÓ NGANG

TẢI TRỌNG GIÓ NGANG

TẢI TRỌNG GIÓ NGANG

TẢI TRỌNG GIÓ NGANG

LỰC ĐẠP CỦA ĐẤT LÊN TƯỜNG HẦM

PHẢN LỰC CỦA ĐẤT

TẢI TRỌNG THÁP CHÍNH

TẢI TRỌNG THÁP BUSTLE

TẢI TRỌNG PHẦN ĐẾ

Tải trọng ngang của gió lên công trình

CHI TIẾT CẤU TẠO VỊ TRÍ CHUYỂN CỘT

7 PHÂN KHU KHÔNG GIAN

PHÂN KHU CHỨC NĂNG CÔNG TRÌNH THEO CHIỀU ĐỨNG

+ 451.9 m

+ 378.6 m + 375.0 m

+ 170.0 m

8 THOÁT HIỂM

THANG BỘ

Hướng thoát ra khỏi công trình

THOÁT HIỂM:

Giả sử rằng, khi có sự

cố, hai tháp không bị cùng lúc,

người làm việc phía trên cầu

nối sẽ theo thang thoát hiểm,

đi băng qua cầu nối để sang

tháp còn lại Người làm việc

phía dưới cầu nối sẽ theo

thang bộ thoát bình thường.

T H O Á T H i Ể M

III GIẢI PHÁP HỆ THỐNG

Hệ kết cấu đứng gồm lõi cứng trên mặt bằng hình vuông và khung cột - dầm giằng biên theo chu vi tháp tròn sử dụng bê tông cường độ cao Các bản sàn bằng thép hợp kim, thi công vừa

nhanh vừa kinh tế, cải tạo-nâng cấp kiến trúc trong tương lai sẽ linh hoạt, tạo ra công nghệ xây dựng mới ở Malaysia Hình dáng thanh mảnh của tháp và của các cấu kiện mà Dự án yêu cầu

quan tâm thận trọng là dao động và gió bão

1 GIẢI PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG KẾT CẤU ĐẶC THÙ

G i Ả I P H Á P H Ệ T H Ố N G K Ế T C Ấ U Đ Ặ C T H Ù

VÍ DỤ VỀ HỆ THỐNG KẾT CẤU CỦA TẦNG 43

BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN CÁC KÍCH THƯỚC VÀ CƯỜNG ĐỘ

BÊ TÔNG DỌC THEO CHIỀU CAO CỦA THÁP

THÉP ĐỈNH

PHẦN THÁP CHỈNHPHẦN THÁP NHỎ PHÍA TRƯỚC

(43 TẦNG) – GỌI LÀ BUSTLE

NHỜ HÌNH THỨC THÁP CONG, ÁP LỰC GIÓ NGANG LÊN BÊN MẶT CÔNG TRÌNH CŨNG GiẢM ĐÁNG KỂ

Dầm cứng bố trí ở tầng 38 đến 40 theo hướng Đông - Tây liên kết giữa các góc lõi cứng và các dầm giằng cột trên chu vi tháp Gió tác động theo hướng Đông - Tây từ chính diện tháp

phụ và tháp chính là diện tích lớn hơn Ở giữa nhịp các dầm

cứng ở ba tầng kề liền được liên kết lại với nhau bằng các trụ

cột và hệ hai giằng chéo tạo thành một dầm Vierendelle đủ

cứng chống móng lật, làm giảm đến tối thiểu độ chênh lệch lực ngang phân phối giữa lõi và hệ cột

mười hai cột có tiết diện bé hơn bao quanh tháp phụ

đỡ các dầm giằng (tại cao độ nửa tháp chính mà tháp

Do mặt bằng khá cứng, móng của Petronas Towers được đào sâu tới 120 m, một kỷ lục với các công trình xây dựng nhà cao tầng trên thế giới Đã phải có một lượng bê tông khổng lồ được đổ ở phần móng để đảm bảo sự vững chắc

Thiếu thép do chi phí nhập khẩu quá cao, tòa nhà đã được xây dựng theo thiết kế bê tông siêu chịu lực, một kết cấu khá quen thuộc ở châu Á, giúp tiết kiệm rất nhiều Tuy nhiên, phần móng sẽ phải chịu sức nặng gấp đôi so với những tòa nhà kết cấu thép

MÓNG

Để giải bài toán này, các kiến trúc sư và nhà thiết kế đã phải gia cố nền bằng 208 cọc bê-tông có kích thước 23m x 23m ở mỗi tháp, chôn ở độ sâu từ 40m - 115m cho đến khi gặp lớp đá nền Ngoài ra còn phải đào sâu đến 30m và đổ khối móng bằng cốt thép trên những chiếc cột bê-tông này với trọng lượng khoảng 32.350 tấn cho mỗi tòa tháp Trên nền móng đó, người ta lại xây một vách tường khổng lồ cao 21m với chu vi 1.000m

MẶT BẰNG MÓNG THÁP PETRONAS

KẾT CẤU TRÊN MẶT ĐẤT (Structure)

KẾT CẤU NGẦM (Sub-structure)

Nhằm tăng ma sát đất, cọc Barette thi công tiến hành phun vữa xi măng áp lực cao trên suốt chiều dài hai má thành cọc Barette Bằng thí nghiệm nén tĩnh tỷ lệ sẽ xác định được giá trị lực ma sát thành cọc Tuỳ theo mặt dốc của thềm đá vôi mà cọc

có chiều dài ngắn khác nhau, chỗ thềm đá càng dốc thì cọc dài hơn để tạo cho móng lún đều

Bê tông cọc Barette sử dụng cường độ 45MPa Đài bè cường độ 60MPa, dầy 4,5m, diện tích 13.200m2, được thi công liên tục không có mạch ngừng trong suốt 44 đến 50 giờ Nhiệt

độ phát sinh trong bê tông khối lớn là tối thiểu do dùng nước lạnh để trộn bê tông, điều kỳ lạ xảy ra là chỉ sau một tháng, bê

Cột sử dụng ván khuôn thép (coppha) dùng lại nhiều lần và mở khuôn để quan sát tại hầu hết các mặt

sàn sau khi hoàn thiện, đổ bù bê tông vào các lỗ trống,

lỗ rò do sai sót kỹ thuật gây ra và sơn bả bề mặt rồi sơn hoàn thiện

Tháp chính có mười sáu cột, đường kính cột thay đổi tối thiểu năm lần trên năm đoạn dọc theo chiều cao

tháp từ đường kính 2,4m; 2,1; 1,8; 1,5 đến 1,2m Mác

bê tông thay đổi tương ứng từ 80MPa; 60 đến 40MPa,

giá thành tắng thêm phụ theo mỗi lần thay đổi kích

thước ván khuôn Mười hai cột của tháp phụ có kích

thước thay đổi ba lần từ đường kính 1,4; 1,2 đến 1m

Tại các tầng 60; 73; 82 chỗ sàn lùi vào không có dầm

giằng biên chịu lực vì sử dụng cột xiên dài thông suốt ba tầng tháp Một nửa tiết diện cột tròn nhô ra phía ngoài

để neo giữ các sàn ban công con sơn Nửa phía trong

thay đổi hình dạng từ từ hướng vào phía trong cộng

thêm bê tông đổ đầy các tấm panel giằng cứng các cột

tại mỗi tầng Những cột tròn nghiêng sử dụng ván khuôn được hiệu chỉnh thêm tiết diện hai đầu cho đúng mặt

sàn phẳng

Phía trên tầng 84 vì độ nghiêng cột lớn nhất nên phải sử dụng thép hình làm kết cấu dầm giằng và cột, vì nếu là kết cấu bê tông phải sử dụng ván khuôn sẽ phức tạp và thi công chậm tiến độ

CỘT

C Á C C Ấ U K i Ệ N M Ó N G , C Ộ T , D Ầ M , S À N , L Õ I C Ứ N G

Các dầm giằng bê tông của khung trên chu vi tháp chính

và tháp phụ có tiết diện thay đổi hình nêm Chiều cao dầm tại

mép cột là 1,15m, là 725mm tại giữa vùng sàn ở tháp chính

hoặc là 775mm tại giữa nhịp vùng sàn chỗ có đường ống kỹ

thuật chạy qua

Tiết diện dầm giằng thay đổi sẽ có lợi chống lại

độ nghiêng các cột về một phía, làm tăng độ cứng

thêm 34% so với dầm tiết diện đều có cùng chiều cao

trung bình Sự thay đổi khẩu độ giữa các sàn do tiết

diện cột thay đổi và do mặt đứng lùi vào (bán kính xây

dựng thu nhỏ hơn) tạo cho sàn phẳng nhịp giữa có

dạng vòm sườn được sử dụng lại nhiều lần Mác bê

tông dầm ngang liên quan với mác bê tông cột sao

cho thi công bơm và đổ đơn giản

CẤU TẠO HỆ DẦM BAO QUANH CHU VI

(Perimeter Ring Frame)

C Á C C Ấ U K i Ệ N M Ó N G , C Ộ T , D Ầ M , S À N , L Õ I C Ứ N G