Siêu kết cấu CAPITAL GATE

Tuy nhiênvới Capital Gate,công trình có phầnnhô ra nhiều thì lõicứng thườngkhông còn tácdụng.Lõi cứng của tòa nhà chiếm phần lớn diện tích không gian trên mặt bằng cũng như mặt đứng của

BÀI TIỂU LUẬN MÔN KẾT CẤU MỚI

Trường Đại Học Kiến Trúc TP HCM

Trường Đại Học Kiến Trúc TP HCM

- Capital Gate là mộttrong những tòa nhàchọc trời cao nhất thànhphố

- Năm 2006 thì kỷ lụcguinness thế giới đãcông nhận Capital Gate

là “tòa tháp nhân tạonghiêng nhiều nhất thếgiới” với góc nghiêng là

18 độ, gấp 5 lần độnghiêng của tháp Pisa(Ý)

Chiều cao công trình: 165 m

Tổng diện tích sàn: 53,100 m2

Chức năng sử dụng: khách san & văn phòng

Chủ đầu tư: ADNEC Group

Thiết kế mặt đứng: Hyder Consulting

Thiết kế cảnh quang: Al Khatib Cracknell

Nhà thầu chính: Al Habtoor Engineering

Nhà thầu sản xuất thép: Eversendai

Nhà thầu mặt đứng: Waagner Biro

1 TỔNG QUAN CÔNG TRÌNH

- Được khởi công xâydựng từ tháng 9 năm

2007 đến đầu năm 2011công trình đã được hoànthành và đưa vào sửdụng.Capital Gate hiện

là khách sạn 5 sao HyattCapital Gate và các vănphòng bổ sung

- Công trình tọa lạc ở vùng vinh Ba Tư, trung tâm Abu Dhabi thuộc các tiểuvương quốc Ả Rập.

- Với tọa độ :

24,418637 * N54,434692 * E

Ý tưởng tòa nhà với những đường cong thanh thoát này được lấy cảm hứngmạnh mẽ từ biển và sa mạc, vốn là hai hình ảnh thiên nhiên gắn liền với

2 VỊ TRÍ

3 Ý TƯỞNG

- Cấu trúc kỳ lạ của CapitalGate không chỉ nằm ở phầntháp nghiêng mà còn ở kếtcấu hình ống khói của nó.Nhìn từ xa có thể thấy rõngọn tháp mở rộng theo hìnhxoắn ốc từ dưới trở lên.

- Capital Gate là kiến trúcđặc biệt được chủ động thiết

sử quốc gia lên đến giữa tòanhà Capital Gate đã nhấnmạnh được sự liên kết giữatruyền thống và đương đại,giữ quá khứ và tương lai, đócũng là chiến lược phát triểnquantrọng của ADNEC

4 ĐẶC ĐIỂM

KIẾN TRÚC

- Sơ lược về kết cấu : CapitalGate sử dụng một hệ lõi trungtâm làm trục chính cho tòanhà Từ đây các tấm sànđược vươn ra thông qua các

hệ thống kỹ thuật phứt tạp

- Dự án Capital Gate có thể đạtđược độ nghiêng của nóthông qua kỹ thuật kỹ thuật,được gọi là pre-cambering,cho phép các tấm sàn đượcxếp chồng lên nhau theochiều dọc lên đến tầng 12 vàxen kẽ nhau, khoảng từ 300

mm đến 1400 mm

Toà nhà có đường hầm được thiết kế đặc biệt để hấp thụ các lực do gió và tải địa chấn gây ra.

5 ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO

1 KẾT CẤU MÓNG

18o

- Do hình dáng tòa nhà có xuhướng to đần lên và nghiêngdần về phía tây, điều này làmcho công trình xuất hiện mộtmoment xoay có xu hướng làmcông trình lật nhào về phíanghiêng của nó

- Với hình dáng kiến trúcnghiêng đến 18o nên công trìnhkhông thể thiết kế lõi cứngthẳng đứng để truyền lực từtrên mái xuống móng nhưnhững công trình nhà cao tầngthông thường

- Và để cho lực được phân bốđồng đều lên toàn bộ hệ thốngcọc, người ta tạo thêm một tấmbê-tông lớn dày khoảng 2m cótác dụng như một cái móng bè

1 KẾT CẤU MÓNG

Để xử lý vấn đề này, người

ta phải sử dụng hệ thống

490 cọc bê tông chằng chịtcắm sâu xuống nền đấtkhoảng 30m Nó hoạt độngtheo 2cách :

- Một nửa số cọc đượcđóng xuống bình thườngkhoảng 20m giúp truyền tảitrọng từ 17 tầng dưới củatòa nhà

- Một nửa số cọc còn lạiđược cắm sâu đến tận lớp

đá dưới lòng đất khoảng30m để giữ cho nửa trêncủa tòa nhà nghiêng ra đến30m so với lõi cứng, chốnglại sức căng làm bật móngtòa nhà lên

2 KẾT CẤU LÕI CỨNG

- Ở nhà cao tầng, yếu tố gió vàđộng đất là yếu tố quan trọng chiphối hầu như toàn bộ hình dángkiến trúc và loại hình kết cấu dùngcho công trình

- Để tối ưu những vấn đề đó,các

kĩ sư thường chọn lõi cứng cùngvới hệ khung giúp truyền lực tòanhà xuống đất và chống lại lựcxoáy của gió

- Tòa nhà vươn ra quá nhiều (lớnnhất tới 33m), phần nhô ra sẽ kéolõi về 1 bên, điều đó sẽ làm cong

và gãy nếu sử dụng lõi thường

- Bình thường nhàđược xây quanhmột lõi thẳngmỏng, và lõi truyềntoàn bộ tải trọnglực tòa nhà xuốngmóng Tuy nhiênvới Capital Gate,công trình có phầnnhô ra nhiều thì lõicứng thườngkhông còn tácdụng.

Lõi cứng của tòa nhà chiếm phần lớn diện tích

không gian trên mặt bằng cũng như mặt đứng của

tòa nhà, để xây được lõi cứng của Capital Gate,

các kĩ sư kết cấu đã áp dụng công nghệ xây dựng

tiên tiến nhất với 2 đặc điểm nổi bật :

- Thứ nhất, xây lõicong ngược lại vớichiều nghiêng (pre-cambered), khi toànhà xây cao lên,trọng lượng sẽ nắnlõi thẳng, bê tông bịkéo bởi phần nhô

sẽ được nén và gia

cố, lõi cứng đãđược xây cong ratối đa là 350 mm

2 KẾT CẤU LÕI CỨNG

- Thứ hai, các kĩ sư sử dụng phương pháp dự

ứng lực bằng cách căng cáp sau khi đổ xong lõi

cứng (post tensioned)

- Capital Gate với 146dây chằng được căngthẳng qua bê tông, mỗidây dài 20m chạy dọc 7tầng tòa nhà chồng lênnhau để có lực căng tối

ưu nhất Áp lực trunghòa lực kéo giữa phầnsàn nhô ra và lõi cứng

sẽ làm cho bê tôngkhông bị vỡ nứt

-Là bộ phận được bổ sung ở giai đoạn

cuối khi công trình gần hoàn thiện

-Tạo thêm lực mới tác dụng vào lõi cứng

- Nguy cơ gió nghịch chiều và vùng lốc xoáy cao

- Lõi cứng được hạ thấp xuống, sân đáp trực thăng dính liền với lõi cứng

- Độ cao của sân đáp trực thăng giảm xuống 2m so với dự tính

2 KẾT CẤU LÕI CỨNG

3 BÃI ĐÁP TRỰC THĂNG

3 KẾT CẤU VỎ DIAGRID

Diagrid trong tự nhiên

Công trình sủ dụng Diagrid

Chức năng:

- Với hệ khung - vỏ này, có thể

giảm nhẹ hệ thống kết cấu khung

nhà, tạo sự linh hoạt trong bố trí

không gian sử dụng và bố trí hệ

thống trang thiết bị ngôi nhà

- Việc phát triển module đa giác

theo nguyên tắc đồng dạng và liên

tục với số đo các góc thay đổi phù

hợp với không gian và ý đồ tạo

- Diagird (Diagonol + grid) là sự kết

hợp giữa mạng lưới của các cấu

trúc có sẵn trong tự nhiên với

nguyên tắc tổ chức hệ thanh đan

chéo trong không gian

- Quá trình phát triển tự nhiên của

cấu trúc đan chéo đã cho ra đời kết

cấu diagrid, bao gồm mạng lưới các

thanh đan chéo, kết nôi theo tỷ lệ

nhất định và đồng dạng

- Hệ thống lưới thanh Diagrid (gọi

tắt là Hệ Diagrid) tạo ra một hệ

thống kết cấu không gian dạng vỏ

công trình, tiếp nhận tải trọng của

các tầng nhà và tải trọng gió

Từ viết tắt Mô tả Màu

Diagrid 42° Cấu trúc Diagrid với độ nghiêng các đường chéo

ULS – Tổ hợp tải trọng gây xoắn:

ULS D ead G k T amp Q k Q n W +X W -X W +Y W -Y

của hệ kết cấu outriggẻ và

cho nội thất của hệ kết cấu

diagrid

Thép S460N/NL với tính

chất cơ học tốt hơn, được

sử dụng cho cấu trúc chu vi

của tòa nhà diagrid

Mối liên hệ giữa lưới diagrid và

hình thức khung

- Hệ thống chịu lực theo phương

ngang được đỡ ở mỗi tầng tại các

nút giao chéo của khung lưới thép,

còn đồng thời giữ sự cân bằng cần

thiết tránh tình trạng chịu lực không

đồng đều

- Sự phối hợp hình thức hình học

như vậy dẫn tới tình trạng các thanh

dần được nén chặt hơn ở phần đỉnh

của công trình, thể hiện rõ qua sự

dốc, gắt hơn của hình thức lưới đan

chéo, đi từ tải trọng nhẹ hơn ở bên

trên dần xuống các tải trọng cực lớn

của phần giữa và phần dưới công

trình Kích cỡ của các thanh thép đơn

vị được tính toán dựa vào tiêu chuẩn

chịu lực Hình thức khung xoắn dựa

trên những nghiên cứu và tính toán

về động lực học.

3 KẾT CẤU VỎ DIAGRID

Một công trình sử dụng Diagrid của KTS.Norman Foster

- Liên kết chính cho các cấu kiện

thép là liên kết bu lông cường độ

cao và liên kết hàn

Hệ lưới kết nối các tầng trên và

truyền tải trọng xuống kết nối vào

trong lõi cứng tại tầng kĩ thuật của

Liên kết chính cho các cấu kiện thép

là liên kết bu lông, bản mã và liên

kết hàn

3 KẾT CẤU VỎ DIAGRID

Chi tiết liên kết Diagrid

- Tòa nhà đã sử dụng 2 hệ lướiđặc biệt, một hệ lưới bên ngoài

là thành phần chính tạo nênhình khối của tòa nhà , một hệlưới bên trong nằm ở thôngtầng nhằm kết nối các sàn củatầng trên, truyền tải trọng của

nó vào lõi cứng

3 KẾT CẤU VỎ DIAGRID

- Mỗi tầng của công trình đcbao quanh bới 18 module hìnhtam giác của DIAGRID Có tácdụng như vỏ bao bọc của côngtrình, DIAGRID cung cấp 1vành đai kết cấu có thể biếndạng theo mang lưới hình họccủa công trình, nhờ vậy mà giảiphóng được hầu hết các cộtkiến trúc, còn nếu ko thì sẽ ảnhhưởng đến sự phân khu vàkhông gian sàn sử dụng vàmạng lưới kiến trúc thôngthường sẽ ko thể áp dụng vàocông trình

Lớp Diagrid ngoài

Lớp Diagrid trong Lớp Diagrid trong

- Có tổng cộng tất cả 8250 cấu kiện

thép với kích thước, chiều dài, độ

dày và hướng khác nhau hoàn toàn

ghép thành 2 hệ lưới khổng lồ này

Trong đó có 822 mối nối thép (702

mối nối bên ngoài, 120 mối nối bên

trong), mỗi mối nối đều khác nhau về

kích cỡ và đặc điểm tạo góc

- Hệ lưới bên ngoài là tổ hợp bởi các

thanh thép vuông rỗng bên trong với

chu vi 600 x 600 mm, mỗi cấu kiện

thép điều có chiều dài và góc

nghiêng khác nhau, phụ thuộc vào

độ nghiêng của mỗi tầng

Mỗi cấu kiện thép như vậy, theo

chiều từ dưới đế lên đến mái tòa

nhà, có độ dày 80 mm và mỏng dần

đến 40 mm

Mặt kính vỏ bao che :

Bề mặt ngoài của công trình được

bao bọc bởi 12500 tấm kính với mỗi

Hiệu quả năng lượng từ hệ DIAGRID

Lớp vỏ kính của tòa thápđược phân chia thành vô sốmiếng tam giác lớn nhỏ, điềunày không chỉ giúp thi côngcác đường cong được dễdàng hơn, mà còn giúp giảmBXMT chiếu trực tiếp vàocông trình

Đăt biệt còn có một hệ baoche nối dài dạng lưới( khungthép lợp tấm poly carbonard)cho phép tầm nhìn từ bêntrong công trình ra ngoài là90% Được lắp ở phía lốivào của tòa tháp và đượcthiết kế bo cong theo hìnhdạng công trình vừa tạođiểm nhấn, vừa có tác dụngche nắng Lớp vỏ này có thểgiảm được 30% lượng nhiệt

mà nó nhận trực tiếp đếncông trình

3 KẾT CẤU VỎ DIAGRID

Quá trình nghiên cứu chế tạo các MODUN DIAGRID

-Khả năng biến bề mặt phức tạp

đc thiết lập trong mô hình thiết

kế thông qua công nghệ và mô

hình sản xuất, chế tạo thực hiện

ở độ chính xác cao

Những hồ sơ tài liệu đc xuất từ

Tekia Structures được đơn giản

hóa và kiểm tra lại độ chính xác

trong giaiđoạn chế tạo

- Còn về giai đoạn sản xuất các

thành phần của DIAGRID,

những modun tạm thời được tạo

ra từ các số liệu tình toán lấy từ

mô hình Trọng tâm và trọng

lượng của từng thành phần sau

đó được ghi lại và báo lên cho

phần mềm thiết kế nó Nhưng số

liệu này sau đó được dung để

tính toán cho phương pháp nâng

đỡ lên và kể cả trong kỹ thuật

sau đó đc tiến hành lắp đặt ngay

tại công trường Các tấm sàn

được kết nối với mạng lưới

DIAGRID bên ngoài công trình

và mạng lưới DIAGRID bên

trong công trình thông qua các

dầm sàn,

3 KẾT CẤU VỎ DIAGRID

- Tại vị trí tầng 18_19, treo cách mặt đất100m, là một nhà hàng và một bể bơi,với tổng khối lượng lên đến hơn 200 tấnđưa ra khỏi công trình, nhịp dầm là12m.

- Có khối lượng hơn 200 tấn, nhưngyêu cầu nữa hệ giá đỡ cần được gia cốnhưng không được thô và lộ kết cấu ra,

vì dễ làm mất thẩm mĩ của công trình

Các kĩ sư không sử dụng hệ thống dầm dầy và lớn, mà phải dùng thêm một kết cấu khác:

- Thiết kế gồm 22 thanh giằng thép đỡdưới, chúng sẽ truyền lực vào tòa nhà.Các dầm chia phân tán lực từ sức nặngbên trên lên các thanh giằng

- Các thanh giằng rất chắc chắn vàcũng rất thanh tú Nó được mô phỏngnhư các côn trùng đi trên nước, chúngnhẹ đến nỗi sức căng mặt nước làchúng nỗi

- Hệ cột thép này đỡ cho bộ 6 thanhdầm sàn thép với tổng trọng lượng lênđến 140 tấn

Mô phỏng kết cấu chân Nhện tự nhiên

4 KẾT CẤU CANTILEVER

- Hệ giàn lưới không gian nối liền từ

sân vân động quốc gia chạy dọc lên

đến tầng 19 của tòa nhà,đây là một

hệ lưới thép vuông, nó đứng vững

bằng cách nối chung vào các điểm

mối nối của hệ diagrid bằng các

thanh thép tròn, từ đó truyền tải trọng

xuống móng thông qua hệ lưới

diagrid của tòa nhà

trời (Low emissivity glass), nó hoàn

toàn trong suốt, giảm nhiệt và giảm

độ chói từ ánh nắng trực tiếp bên

ngoài

- Cả 2 hệ lưới thép và kính này tạo

lên một bề mặt hình khối với 2 lớp vỏ

bao che (Double skin) giúp làm mát

công trình và giảm bức xạ nhiệt tối

đa

t- Hệ lưới hép kính nối từ sân vận

động còn được bọc bởi những tấm

kính có chức năng như tấm pin năng

lượng mặt trời trong suốt

(Transparent Solar cell) , nhằm tái sử

dụng năng lượngcho tòa nhà

4 KẾT CẤU CANTILEVER

5 GIẢI PHÁP KẾT CẤU MỚI:

1 ConFlexPave – Tấm bê tông ConFlexPave:

- Bê tông tiêu biểu bao gồm xi

măng, nước, sỏi và cát Trong

khi hỗn hợp này làm cho bê tông

cứng và mạnh mẽ, nó không

thúc đẩy tính linh hoạt Vì vậy, bê

tông là giòn và dễ bị nứt nếu quá

nhiều trọng lượng được áp dụng

- ConFlexPave được thiết kế đặc

biệt để có một số loại vật liệu

cứng trộn lẫn với chất dẻo

polymer Việc bao gồm các sợi

tổng hợp đặc biệt, ngoài việc cho

phép bê tông uốn cong và uốn

cong dưới áp lực, cũng tăng

cường khả năng chống trượt

- Theo giáo sư Asst Prof Yang

En-Hua thuộc trường Kỹ sư môi

trường và dân sự của NTU,

người dẫn đầu nghiên cứu tại

NTU-JTC I³C, bước đột phá

quan trọng là tìm hiểu cách thức

các thành phần của vật liệu

tương tác với nhau về mặt cơ

học ở mức độ vi mô

5 GIẢI PHÁP KẾT CẤU MỚI:

2 Hybrid Concrete Construction – Giải pháp

thi công bê tông lai:

- Thi công bê tông ghép

+Cấu trúc cơ bản của Capital Gate

là một lõi bê tông thẳng đứng bao

quanh bởi một đường chéo bằng

thép mô tả dạng bên ngoài của

tháp Dầm thép trải dài giữa hai, hỗ

trợ sàn kim loại và sàn bê tông

composite sàn Trên cơ sở đó,

khoảng thông tầng được hình

thành với một diagrid thép nội bộ

gắn liền với lõi Các thanh chắn

thép nối trực tiếp giữa các tấm lưới

bên trong và bên ngoài, tạo không

gian không cột với các khoảng

vượt khoảng 12 mét

=> Với giải pháp thi công bê tông

lai - phương pháp xây dựng kết

hợp bê tông đúc sẵn và lát bê tông

tại chỗ sẽ giúp tận dụng tối đa

những đặc tính vốn có của

chúng Độ chính xác, tốc độ và kết

thúc chất lượng cao của các cấu

kiện đúc sẵn có thể được kết hợp

với nền kinh tế và tính linh hoạt của

bê tông tại chỗ

=> Đồng thời kết cấu bê tông xi

măng tạo ra cấu trúc đơn giản, xây

dựng và cạnh tranh Khách hàng

được giá trị tốt hơn và lợi ích của

nhà thầu từ việc gia tăng sản xuất

linh kiện ngoài nhà, xây dựng an

toàn và nhanh hơn và hiệu suất

phù hợp

5 GIẢI PHÁP KẾT CẤU MỚI:

2 Hybrid Concrete Construction – Giải pháp

thi công bê tông lai:

- Lợi ích của việc sử dụng Kết cấu bê tông Hybrid:

+ Giá cả

.Mặc dù khung kết cấu của tòa nhà chỉchiếm 10% tổng chi phí xây dựng, việclựa chọn vật liệu cho khung này cónhững hậu quả đáng kể cho các quátrình tiếp theo Kết cấu bê tông xi măng

có thể cung cấp tốc độ, chất lượng vànền kinh tế tổng thể nhanh hơn cho một

.Việc sử dụng bê tông có những lợi ích

bổ sung trong việc đánh giá chi phí toàn

bộ cuộc sống, một yếu tố quan trọngđối với người chủ sở hữu và các nhàkhai thác PFI Ví dụ, khối lượng nhiệtcủa bê tông có thể làm giảm nhu cầunăng lượng trong làm mát và sưởi ấmcác tòa nhà

+ Tính xây dựng

Khi bê tông đúc sẵn và bê tông tại chỗđược sử dụng ở những nơi thích hợpnhất, việc xây dựng trở nên tương đốiđơn giản và hợp lý Việc sử dụng kếtcấu bê tông lai khuyến khích các quyếtđịnh thiết kế và xây dựng phải đượcgiải quyết trong giai đoạn thiết kế Việc sử dụng kết cấu bê tông lai cũng

có nghĩa là một tỷ lệ khung được sảnxuất bởi một lực lượng lao động có taynghề trong một nhà máy chịu được thờitiết, kết quả là xây dựng nhanh hơn vàchất lượng tốt hơn

5 GIẢI PHÁP KẾT CẤU MỚI:

2 Hybrid Concrete Construction – Giải pháp

thi công bê tông lai:

- Lợi ích của việc sử dụng Kết cấu bê tông Hybrid:

+ Tính bền vững

Kết cấu bê tông xi măng tạo cơ hội đểkhai thác khối lượng nhiệt cố hữu của bêtông bằng cách phơi dưới sàn bê tông đúcsẵn Việc lưu trữ năng lượng vải của cấutrúc có thể giúp kiểm soát nhiệt độ trongbối cảnh xây dựng năng lượng thấp thônggió tự nhiên Kết thúc và hình dạng củacác đơn vị bê tông lộ ra cũng có thể được

sử dụng để giúp phân bố đồng đều ánhsáng và để giảm mức độ ồn

Hiện nay, đối với tất cả các tòa nhà tiêuthụ năng lượng hoạt động lớn hơn nhiều

so với sử dụng trong quá trình thi công,nhưng các tòa nhà bê tông sử dụng khốilượng nhiệt có thể làm giảm tác động nàylên môi trường bằng cách giảm thiểu nhucầu điều hòa không khí

+ An toàn

Một tỷ lệ cao công việc cho một dự ánxây dựng bê tông lai được thực hiện trongnhà máy đúc sẵn Tại hiện trường, việc sửdụng kết cấu bê tông lai giúp đảm bảo rằngmỗi kế hoạch an toàn được soạn thảo dựatrên thành tích cá nhân của dự án Thicông bê tông lai có thể làm giảm khả năngxảy ra tai nạn bằng cách cung cấp nềntảng công việc tiếp theo trên một trang web

ít bị lộn xộn