THUYẾT TRÌNH THÁP ĐÔI PETRONAS

Thi công phần đỉnh thápCột 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

PHÂN TÍCH CÔNG TRÌNH

T H Á P Đ Ô I VĂ N P H Ò N G P E T R O N A S

THÁP BIỂU TƯỢNG CỦA ĐẤT NƯỚC MALAYSIA

LƯU TOÀN ĐỨCNGUYỄN TRỌNG THANH HƯNG

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

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

Tháp đôi Petronas thuộc trường phái kiến trúc High – Tech.

Kiến trúc High - Tech là một trào lưu quan trọng của kiến trúc thế giới xuất hiện từ những năm 1970 khi KH-KT phát triển vượt bậc.

THIẾT KẾ KẾT CẤU:

THIẾT KẾ MEP: Công ty WSP Flack + Kurtz

ĐƠN VỊ THI CÔNG CHÍNH:

+ Tháp 1:

+ Tháp 2:

Hazama Corporation Samsung Engineering - Contruction & Kukdong Engineering – Contruction B.L Harbert International

ĐỊA ĐIỂM: TP Kuala Lumpur, thủ đô của Malaysia

I GIỚI THIỆU

1 Thông tin tổng quan:

THIẾT KẾ KIẾN TRÚC:

THÁP ĐÔI PETRONAS

(Petronas Twin Towers)

KTS CESAR PELLI và các đồng sự của ông: Thornton Tomasetti, Ranhill Bersekutu

Những toà nhà chọc trời cao nhất thế giới

ĐẾN ĐỈNH THÁP ĂNG TEN: ĐẾN MÁI:

SÀN TRÊN CÙNG:

451.9 m 378.6 m 375.0 m

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:

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

Có thể xem cuộc chạy đua xây dựng những toà tháp biểu tượng chọc trời là một cuộc đua quyết liệt, mang lại vinh dự cho quốc gia nơi ngọn tháp được xây dựng

Một số kỷ lục mà Tháp đôi Petronas đạt được ngay sau khi khánh thành (1997):

Diện tích gần đúng của mỗi tháp là 218.000m2 là một phần trong 1,7 triệu mét vuông diện tích phát triển

sử dụng hỗn hợp của Trung tâm thành phố Kuala Lumpur.

Cho đến thời điểm này, tháp đôi Petronas vẫn nắm giữ kỷ lục Là toà tháp đôi cao nhất thế giới.

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.

1995 - Thang 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.

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

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

HƯỚNG BẮC

2 MẶT BẰNG TỔNG THỂ

BẢN ĐỒ TRUNG TÂM THÀNH PHỐ KUALA LUMPUR

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

LỐI VÀO CHÍNH

CÔNG VIÊN

HỒ NƯỚC

HƯỚNG VÀO TỪ NHÀ GA KLCC

THANG CUỐN LÊN TRUNG TÂM SURIA

3 SƠ ĐỒ PHÂN KHU CHỨC NĂNG

SƠ ĐỒ MẶT BẰNG TẦNG 1 – TRỆT

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

ĐÔNG

Ý tưởng mặt bằng của KTS Cesar Pelli

32,000 Ô CỬA SỔ.

1,765 BẬC THANG

88 TẦNG

PHÂN TÍCH KẾT CẤU CHỊU LỰC Ở CÁC TẦNG KHÁC NHAU

MẶT BẰNG TẦNG 1 – TRỆT

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 BTCTsiêu cường lựcThang máy

Cột BTCTChịu 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 40DiỆN TÍCH SÀN VĂN PHÒNG: 1850 m2

BUSTLE

THOÁT HIỂMTHOÁT HIỂM

Vệ sinh

CẦU NỐI

BUSTLE

THOÁT HIỂMTHOÁT HIỂM

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

thang máy đi lên hay đi xuống đều chỉ đến đây.

MẶT BẰNG TẦNG 41DiỆN TÍCH SÀN VĂN PHÒNG: 1736 m2

Vệ sinh

(*) Tầng 43 là tầng cao nhất của tháp Bustle

MẶT BẰNG TẦNG 43DiỆN TÍCH SÀN VĂN PHÒNG: 1402 m2

THOÁT HIỂM

THOÁT HIỂM

Vệ sinh

THOÁT HIỂM

(*) Số lượng thang mái giảm lại vì lưu lương sử dụng giảm

MẶT BẰNG TẦNG 45DiỆN TÍCH SÀN VĂN PHÒNG: 1483 m2

Vệ sinh

MẶT BẰNG TẦNG 47-56 ĐIỂN HÌNHDiỆN TÍCH SÀN VĂN PHÒNG: 1604 m2THOÁT HIỂM

Vệ sinh

MẶT BẰNG TẦNG 61DiỆN TÍCH SÀN VĂN PHÒNG: 1286 m2THOÁT HIỂM

Vệ sinh

MẶT BẰNG TẦNG 76

DiỆN TÍCH SÀN VĂN PHÒNG: 882 m2THOÁT HIỂM

Vệ sinh

THOÁT HIỂM

(*) Phần lõi không còn là hình vuông nữa

MẶT BẰNG TẦNG 82DiỆN TÍCH SÀN VĂN PHÒNG: 608 m2

Vệ sinh

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

Thép – Kính bao bọc phần ngoài

G B

Ố T

RÍ V

ẬT D Ụ N G

ĐI Ể

N HÌ N

H C Ủ

A C Á

C TẦ N G

C A O

TẦNG 76

THOÁT HIỂM

(*) Phần lõi không còn là hình vuông nữa

MẶT BẰNG TẦNG 85-86DiỆN TÍCH SÀN VĂN PHÒNG: 0

Vệ sinh

5 KIẾN TRÚC THÁP - MẶT ĐỨNG

6 KIẾN TRÚC THÁP - MẶT CẮT

MẶT CẮT NGANG QUA HAI THÁP

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

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

+ 378.6 m

+ 375.0 m

+ 170.0 m

THÁP NHỎ HƠN CAO 38 TẦNG (BUSTLE)

CẦU NỐI TRÊN CAO 170 m

Tầng 41, 42

MÓNG CỌC ĐÓNG SÂU

MẶT CẮT THÁP CHO THẤY PHẦN KẾT CẤU NGẦM

TRUNG TÂM THƯƠNG MẠI

1 trệt - 5 lầu

5 tầng hầm

Khe lún, khe nhiệt

độ, khe kháng chấn được bố trí ở vị trí thích

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

TẢI TRỌNG THÁP CHÍNH

TẢI TRỌNG THÁP BUSTLE

TẢI TRỌNG PHẦN ĐẾ

Tải trọng ngang của gió lên công trình và tải trọng đứng của bản thân công trình, con

người, nội thất là rất lớn Tải trọng đứng

BTCT nữa mà sử dụng thép Đây là nguyên nhân chính làm

phần lõi ở các tầng dưới là hình vuông, trong khi các tầng

trên cùng không vuông.

CHI TIẾT CẤU TẠO VỊ TRÍ CHUYỂN CỘT

+ 170.0 m

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.

III GIẢI PHÁP HỆ THỐNG

KẾT CẤU CHỊU LỰC THÁP

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

VÍ DỤ VỀ HỆ THỐNG KẾT CẤU CỦA TẦNG 43

THÉP ĐỈNH

PHẦN THÁP CHỈNHPHẦN THÁP NHỎ PHÍA TRƯỚC

TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG KẾT CẤU

Bê tông đổ tại chỗ sử dụng cho tường tầng hầm, cọc ma sát Barrette, các đài hoặc bè cọc liên tục, kết cấu các tầng dưới mặt đất.

Kết cấu thép được dùng cho các dầm điển hình nhịp lớn đỡ các bản sàn thép phủ bê tông phẳng mặt.

Kết cấu thép được dùng cho lõi trung tâm, mười sáu cột tại chu vi tháp chính đỡ các dầm giằng và mười hai cột có tiết diện bé hơn bao quanh tháp phụ đỡ các dầm giằng (tại cao độ nửa tháp chính mà tháp phụ gắn liền vào)

Dầm dàn cứng tại tầng 38-40 liên kết giữa lõi cứng và dầm giằng tại ba tầng quanh chu vi tháp sẽ làm tăng thêm độ cứng cho hệ kết cấu lõi - cột một cách hiệu quả.

2 CÁC CẤU KIỆN MÓNG, CỘT, DẦM, SÀN, LÕI CỨNG

DẦM GIA CƯỜNG CỨNG

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

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

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

TẢI TRỌNG TRUYỀN XUỐNG MÓNG

CÁC THANH CỌC CẮM SÂU XUỐNG LÒNG ĐẤT

MẶT BẰNG MÓNG THÁP PETRONAS

KẾT CẤU TRÊN MẶT ĐẤT (Structure)

KẾT CẤU NGẦM (Sub-structure)

Phần kết cấu dưới mặt đất hay phần móng công trình giúp thu tải

trọng từ phần tháp phía trên mặt đất và chuyển vào đất

Móng tháp đôi nằm trong địa chất công trình vùng đồi Kenny gồm tầng đất cứng phủ trên bề mặt thềm đá vôi bị phong hoá, tại mặt cắt địa chất đi ngang qua tháp cho thấy chiều dày tầng đất này thay đổi thất thường từ 75m-180m, thiết kế chỉ tính toán cọc chịu ma sát đơn thuần

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 tông đã cứng như một đảo đá

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

tông dầm ngang liên quan với mác bê tông cột sao cho thi công bơm và đổ đơn giản.

Để tính toán lõi như “dầm con sơn” cần phải làm cho lõi hoàn toàn cứng và hiệu quả Kết quả là lõi chịu được gần nửa giá trị môment lật tại chân móng

do lực gió gây ra Tường lõi dầy, các góc tường cấu tạo cốt thép dầy đặc để chịu lực kéo

TƯỜNG LÕI CỨNG CỦA THÁP ĐÔI PETRONAS

(Các tầng thấp)

Mặt bằng lõi các tầng dưới hình vuông mỗi cạnh 23m và theo chiều cao tháp kích thước mặt bằng lõi được giảm dần còn 19 x 22m Riêng tường chu vi lõi

có chiều dầy thay đổi dọc chiều cao 3 lần: đoạn tường dưới dầy 750mm đoạn tường giữa 500mm và đoạn trên cùng dầy 350mm.Còn tiết diện các tường bên trong lõi không đổi suốt dọc chiều cao tháp nhằm giảm độ phức tạp cho cabine thang máy và hệ thang bộ