KẾT CẤU MÁI DÂY TREO

KẾT CẤU MÁI DÂY TREO

Thành phố Hồ Chi Minh. Tháng 8 năm 2022


MỤC LỤC : CHUYÊN ĐỀ KẾT CẤU MÁI TREO
MỞ ĐẦU..............................................................................................................................................3
1. Phần 1: Giới thiệu chung về kết cấu treo..................................................................................4
1.1. Lịch sử hình thành và phát triển kết cấu treo:......................................................................4
1.2. Định nghĩa kết cấu dây và mái treo:.......................................................................................6
1.3. Đặc điểm chung..........................................................................................................................6
2.

Phần 2: Đặc điểm kỹ thuật thi công.......................................................................................7

2.1. Kết cấu mái dây 1 lớp.................................................................................................................7
2.2. Kết cấu mái dây 2 lớp ......................................................................................................10
2.3. Hệ mái treo dạng consol (Kết cấu hỗn hợp dây và thanh) ............................12
2.4. Kết cấu dàn dây.................................................................................................................13
3. Một số công trình sử dụng kết cấu treo trên thế giới............................................................19
3.1 Nhóm các cơng trình thể thao..................................................................................................20
3.2 Nhóm các cơng trình triển lãm................................................................................................33
3.3 Nhóm các cơng trình sản xuất..................................................................................................39
4. Một số cơng trình sử dụng kết cấu treo tại Việt Nam............................................................49
KẾT LUẬN........................................................................................................................................55
CẢM NHẬN VỀ MÔN HỌC..........................................................................................................56

1


MỞ ĐẦU

Kết cấu dây treo là một kết cấu được áp dụng rộng rãi trong nhiều cơng trình
dân dụng, cơng nghiệp và giao thông trên thế giới về những ưu điểm nổi bật của
nó: trọng lượng nhẹ, vượt nhịp lớn, thi cơng lắp ráp nhanh, hình dáng kiến trúc đa
dạng và phong phú. Ở nước ta kết cấu dây treo đó được nhiều tác giả nghiên cứu
áp dụng và từ đó tạo nhiều thành tựu to lớn. Trong thời kì mở cửa và hội nhập, kết
cấu dây treo đã và đang gớp phần quan trọng vào các cơng trình tải điện và quyết
định trong việc đảm bảo giao thông miền núi và đồng bằng sông Cửu long, mái che
các công trình nhịp lớn như sân vận dộng nhà triển lãm, nhà ga...
Nghiên cứu kết cấu treo giúp tìm được các giải pháp về thiết kế và thi công
phù hợp với các dạng cơng trình phức tạp và mới chưa được áp dụng nhiều tại Việt
Nam.
Việc lựa chọn giải pháp kết cấu và phương pháp thi cơng hợp lí đảm bảo
được chất lượng của cơng trình, tiến độ thi cơng, đảm bảo an tồn, bảo vệ mơi
trường và đem lại nhiều dấu ấn riêng về kiến trúc và thẩm mỹ.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: Vận dụng kiến thức về kết cấu, biện
pháp thi công, sử dụng các phần mềm tính tố n kết cấu. Sử dụng làm tài liệu phục
vụ cho học tập.


1. Phần 1: Giới thiệu chung về kết cấu treo
1.1. Lịch sử hình thành và phát triển kết cấu treo:
Năm 1968, kiến trúc sư Gunnar Birkerts đã ứng dụng kết cấu cầu treo cho thiết
kế tòa nhà Ngân hàng dự trữ liên bang của bang Minnesota ở Mỹ. Tòa nhà được
xây dựng xong năm 1972, được giới kiến trúc đánh gia cao, được coi là một thành
tựu kiến trúc và dành được một số giải thưởng kiến trúc uy tín năm 1974;
Kết cấu cầu treo là một trong những kết cấu được dùng phổ biến khi thiết kế
cầu nhịp lớn do những ưu điểm của nó. Hệ kết cấu cầu treo điển hình gồm hai tháp
cao ở hai đầu, sàn cầu bê tông cốt thép hoặc thép, hai dây cáp lớn căng ngang nối
hai đỉnh tháp và các dây cáp nhỏ treo sàn bê tông cốt thép vào hai dây cáp lớn.
Dạng kết cấu này có ưu điểm là các cấu kiện chính chỉ chịu lực đơn giản: tháp chịu

nén là chính, các dây cáp lớn và nhỏ chỉ chịu kéo, sàn cầu chịu mơ men uốn tương
đối nhỏ.
Hình 1.1. Tòa nhà ngân hàng dự trữ liên bang (Marquette Plaza) ở TP
Minneapoliss, tiểu bang Minnesota (Mỹ) (sưu tầm)


Về mặt công nghệ xây dựng, giải pháp kết cấu cầu treo có tính khả thi cao
đứng trên khía cạnh thiết kế và thi cơng. Chúng ta thấy là tịa nhà Ngân hàng dự
trữ liên bang của bang Minneapoliss được thiết kế từ năm 1968, khi máy tính điện
tử và các phần mềm tính tốn kết cấu cịn chưa phát triển. Ngày nay với sự hỗ trợ
của máy tính điện tử và các phần mềm phân tích kết cấu, cơng việc thiết kế và thi
cơng có thể được thực hiện với chất lượng và độ chính xác cao hơn nhiều.
Kết cấu cầu treo là một giải pháp ưu việt khi phải vượt qua nhịp lớn. Kết cấu
này không chỉ sử dụng cho cầu mà còn được ứng dụng cho nhà cao tầng từ rất sớm
khi mà máy tính điện tử cịn chưa phát triển. Điều nay chứng tỏ tính cách mạng của
các nhà đầu tư và các nhà quản lý xây dựng trong việc ứng dụng các tiến bộ khoa
học kỹ thuật tạo nên hiệu quả to lớn về kinh tế xã hội, tạo ra các cơng trình kiến
trúc đặc sắc.
Hình 1.2. Nghiên cứu ứng dụng hệ kết cấu cầu treo cho nhà
cao tầng Dự án Dolphin Plaza (sưu tầm)


1.2. Định nghĩa kết cấu dây và mái treo:
Kết cấu dây và mái treo 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]. Do tận dụng được sức

chịu kéo lớn như vậy, nên kết cấu dây có trọng lượng nhẹ, cho phép vượt được
nhịp lớn. Hình dạng kiến trúc của kết cấu dây nói chung và mái treo bằng dây nói
riêng cũng đa dạng và phong phú.
1.3. Đặc điểm chung
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;
Đây là hệ kết cấu chịu lực được tạo bởi hệ dây cáp chịu kéo có cường độ cao
(ᵹ b =120 – 140 KN/cm2). Các dây cáp này được neo vào các gối cứng là các dàn,
dầm, khung… bằng thép hay BTCT. Dùng cho các cơng trình có nhịp lớn với dạng
kết cấu khác nhau: hệ dây một lớp, hệ dây hai lớp, hệ dàn dây, hệ yên ngựa, hệ yên
ngựa, hệ hỗn hợp, vỏ mỏng…
*Ưu điểm:
Khả năng chịu lực của mái dây được xác định theo độ bền bởi chúng chí có
lực kéo. Kết cấu làm việc chịu kéo lên chúng sử dụng triệt dể khả năng chịu lực
của dây cáp, đồng thời với cường đô cao cua vật liệu trọng lượng của kết cấu chịu
lực tương dối nhỏ. Với dạng kết cấu này khi nhịp tăng cho hiê u quà sư dụng kết
cấu tăng. Ưu việt hơn n ữa là kết cấu dây treo dễ vận chuyền và có khả năng lắp ráp
không cần dàn giáo, chúng vượt nhịp lớn, dễ vận chuyển và thi công.
 Kết cấu chịu kéo nên sử dụng được hết khả năng chịu lực của cáp.


Hệ kết cấu mái dây 2 lớp: nhờ có lớp dây căng cùng làm việc với lóp dây



chu làm tăng dơ ồn định hình dạng của hệ dây , làm cho hệ có độ cứng và
có khả năng chịu được tải trọng đổi chiều.
Kêt cấu dàn dây : làm cho hệ có độ cứng cao hơn , có ổn định hình dạng



cao , chuyển vị nhỏ sát giả thiết.
Kết cấu mái dây hình n ngựa: nhờ có lớp dây căng trước sao cho trong

dây ln có lực kéo với bất kì tải trọng bất lợi nào , dà làm tăng tính ôn
dịnh hình dạng về độ cứng cho hệ cũng như làm giảm được sự gia tăng độ
võng của hệ chịu tai trọng.
* Khuyết điểm:
Có biến dạng lớn do mơ-đun đàn hồi của cáp thấp (E=1.5 – 1.8.10 6 daN/ cm 2 )
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. Khi sơ đồ tác dụng của tải trọng thay đổi thì sơ đồ hình
học của hệ thay đổi lớn. Để giảm nhẹ chuyển vị đó, các mái thường được thiết kế
căng trước và có giải pháp cấu tạo đặc biệt làm tăng khả năng ổn định hình dạng
của hệ.
2. Phần 2: Đặc điểm kỹ thuật thi công
2.1. Kết cấu mái dây 1 lớp
- Dùng trong cấc cơng trình hangar, nhà triển lãm, thi đấu, sân vận động...
vượt nhịp khoảng 70 – 100 m
- Kết cấu dây có hai loại: dây mềm bằng cáp và dây cứng bằng thép hình.
- Dây được neo vào hệ gối cúng và vành cứng.
- Các tấm mái bằng BTCT hay hợp kim nhôm được liền kết cứng với nhau.

Hình 1.3. Sơ đồ kết cấu mái dây một lớp ở Kraxnoyarxk



Hình 1.4. Sơ đồ kết cấu mái dây một lớp của sân vận động ở Montebydeo
* Hệ một lớp dây mềm:
- Dùng cho mặt bằng hình chữ nhật hoặc hình tròn.
- Với mặt bằng chữ nhật: hệ gồm dây rải 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 trịn: 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 bê tông cốt
thép chịu nén; vành trung tâm bằng thép, chiu kéo.
- Hệ dây là chỗ tựa cho các lớp mái, các tầm mái liên kết vào dây và liên kết
với nhau.


*Hệ một lớp dây cứng:
- Hệ kết cấu gồm các dây thép hình I cán sẵn, được cố định vào hai gối cứng
hai đầu. Các gối cứng là dàn dây cáp hoặc kết cấu cứng đảm bảo liên kết
chắc các dây cứng vào nó.
- Dây được làm bằng thép hình chữ I và được liên kết cố định với hai gối cứng
ở hai đầu.
- Dây cứng làm việc chịu kéo và uốn dưới tác dụng của tải trọng.
- Các gối cứng phải đảm bảo liên kết chắc và chịu được lực từ các dây cứng
truyền vào.

Hình 1.5. Hệ một lớp dây cứng (một nhà hàng ở Yalta)


2.2. Kết cấu mái dây 2 lớp

Kết cấu mái dậy hai lớp gồm:
- Lớp dây võng xuống là lớp dây chịu lực, gọi là lớp dây chủ.
- Lớp dây vồng lên là lớp dây căng, làm tăng độ ổn định hình dạng, tạo độ
cứng và làm cho hệ dây có khả năng chịu lực đổi chiều. Để dây căng đủ khả
năng làm việc với dây chủ, lực căng trước trong lớp dây này phải lớn hơn
nội lực nén do tải trọng sinh ra.
- Nối hai lớp dây trên là các thanh chống cứng chịu nén.

HÌnh 1.6. Sơ đồ kết cấu hệ dây hai lớp


Hình1.7 . Kết cấu dây â lớp của sân vận dộng Yubileinui ở Nga


2.3. Hệ mái treo dạng consol (Kết cấu hỗn hợp dây và thanh)
- Sử dụng cho cơng trình hăng ga, nhà triển lãm...
- 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 u cầu kinh tế
của cơng 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 khơng 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.
- VD: Hệ kết cấu chịu lực Cơng trình Norkfol Sunset

Hình 1.8. Toàn bộ kết cấu xem như là hệ consol


2.4. Kết cấu dàn dây
Hệ dàn treo (Hệ dàn dây):
- Là hệ thống có hai hệ thống dây 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 toàn hệ bị
căng.
- Để kết cấu làm việc như dàn cần căng trước tạo cho các thanh có lực kéo
dưới bất kỳ tổ hợp nội lực nào.
- Kết cấu dàn dây làm hệ có độ cứng lớn, độ ổn định hình dạng cao.

Hình 1.9. Hệ dàn treo

HÌnh 1.10. Kết cấu dàn dây của mái sân vận dộng Stockholm


Kết cấu mái dây hình yên ngựa
2.5.

Được tạo nên từ hai lớp dây trực giao, neo chắc chắn vào các gối cứng là
các vành biên và dầm biên.
2.6. Lớp dây chủ chịu lực võng xuống.

2.7. 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.
2.8. Các tấm mái cứng được liên kết để tạo thành vỏ cứng.
2.9. Ổn định hình dạng và chuyển vị dộng học của hệ dây phụ thuộc vào hình
dạng của mặt cong. Mặt cong Paraboloid – Hyperbolic cho chuyển vị
động nhỏ nhất.

Hình 1.11. Một số sơ đồ kết cấu mái dây hình yên ngựa


Hình 1.12. Sơ đồ kết cấu mái dây hình yên ngựa


Hình 1.13. Cơng trình Minh họa cho loại kết cấu mái dây hình yên ngựa


Hình 1.14. Cơng trình minh họa cho Kết cấu mái dây hình yên ngựa

Hình 1.15. Mái dây yên ngựa ở nhà hát Kharkov - Ukraina


Mái treo vỏ mỏng
2.10. Hệ chịu lực của mái treo có thể là vỏ mỏng bằng các tấm kim loại. Vỏ
được tạo từ các bản thép dày 6mm hàn với nhau, liên kết với vành biên
BTCT tiết diện 4000x1000mm, vành này tựa lên hệ dầm biên BTCT tiết
diện 1400x500mm.
2.11. Kết cấu vỏ chịu kéo và được tăng cường theo nguyên lý của hệ dây hai
lớp; vỏ tương ứng như lớp dây chủ, vùng giữa là các dàn hướng tâm đặt
trên vỏ, ở vùng biên được tăng cường bằng lớp dây căng hướng tâm.

2.12. Hệ kết cấu như trên tạo cho cơng trình chịu lực tốt nhất khi chịu gió bốc,
tăng tính ổn định, hạn chế biến dạng quá mức của vỏ mỏng khi chịu
tải không đều đồng thời giải quyết việc thoát nước mái.
Hệ mái dây kiểu vành bánh xe đạp
2.13. Dùng thích hợp cho mặt bằng hình trịn, bàu dục, đa giác đều.
2.14. 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 thốt nước.
2.15. Hệ vỏ hai lớp: Vịng ngồi vẫn giữ ngun một lớp, cịn vịng 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 thoát nước ra phía ngồi.
2.16. Có thể tách vịng ngồi thành hai lớp, vòng trong hai lớp, làm hệ dây nối
từ tầng trên vịng ngồi nối tầng dưới vịng trong và ngược lại. Giữa hai
hệ này đặt thêm các thanh chống đứng, làm cho cả hệ bị căng.
2.17. Trường hợp tách vòng ngồi và vịng trong ra làm đơi, 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.


Hình 1.16. Sơ đồ kết cấu mái kiểu vành bánh xe đạp


3. Một số cơng trình sử dụng kết cấu treo trên thế giới
Kết cấu mái treo đầu tiên trên thế giới
hiện năm
1896
tại
Hội
chợ
triển
Thành phố Nhigiegorod (Nga) với các dạng

(D=68m), ô van (Dmax=100m) và hình chữ

xuất
lãm
trịn
nhật

(30x70m) do kỹ sư xây dựng người Nga V. G.
Shukhov thiết kế.
Tháp nước Hyperboloid - cấu trúc kéo đầu tiên
trên thế giới của kỹ sư người Nga và nhà khoa học
Vladimir Shukhov (1853-1939) năm 1896. Triển
lãm công nghiệp và triển lãm toàn Nga năm 1896 ở
Nizhny Novgorod. Sou.
Hình 2.1 Tháp nước Hyperboloid
Nhưng mãi sau đó, đến năm 1932 mới có cơng trình tiếp theo được xây dựng ở
Mỹ là băng tải nâng hàng ở Allbaney. Từ thời gian đó, nhiều cơng trình lớn sử
dụng kết cấu dây và mái treo ra đời.
Cầu treo xuất hiện sớm hơn, cầu treo đầu tiên được xây dựng vượt sông Tess ở
Anh năm 1741 có nhịp 21m. Một số cơng trình cầu treo, mái treo đã trở thành biểu
tượng văn hóa, điểm thăm quan du lịch hoặc biểu tượng khoa học kỹ thuật của địa
phương và của cả quốc gia. Có thể nêu một số cơng trình ví dụ như sau:


3.1 Nhóm các cơng trình thể thao
Cơng trình sân vận động Olimpic Seun (Hàn Quốc) có mặt bằng trịn với
đường kính 393ft (khoảng 120m); nhà thi đấu tại Dortmund (CHLB Đức) có mặt
bằng chữ nhật 80x110m [17], cơng trình bể bơi thành phố Wuppertal (CHLB Đức)
[14] kích thước mái 38x65m; bể bơi tại Bil (Thuỵ Sĩ) kích thước mái 35x70m[9],
[10]; nhà thi đấu tại Zheshuv (Ba Lan) kích thước mái37,6x39,2m; sân băng

Juhenneshof tại Stockholn (Thuỵ Điển) kích thước mái 83x118m; bể bơi Olimpic
tại Tokyo (Nhật Bản) [15] kích thước mái 120x214m…
a) Cơng trình sân vận động Olympic Seun (Hàn Quốc)
Sử dụng hệ mái dây treo kiểu vành bánh xe đạp. Có 1 trục ở giữ neo phía trên hệ
dàn mái, các dây treo neo vào trục này và thanh dàn mái. Mặt bằng trịn với đường
kính 393ft (khoảng 120m)

.

Hình 2.4 Mặt bằng tổng thể cơng trình sân vận động Olympic Seun


Mặt cắt Cơng trình sân vận động Olympic Seun

Hình 2.5

Hình 2.6

Kết cấu mái Cơng trình sân vận động
Olimpic Seun

Hình 2.7

Hình 2.8

Hình 2.9

Hình 2.10

b) Nhà thi đấu Signal Iduna Park tại Dortmund (CHLB Đức)
Sử dụng hệ mái treo dạng consol (kết cấu hỗn hợp thanh và dây). Có mặt bằng chữ
nhật 80 x 110m

Hình 2.11

Hình 2.13

Hình 2.12

Hình 2.14

Các hình ảnh Signal
Iduna Park (CHLB Đức)

Hình 2.15


c) Cơng trình Stadtbad Wuppertal bể bơi ở thành phố Wuppertal (CHLB Đức)
Sử dụng kết cấu dàn dây. Kích thước mái 38 x 65m

Hình 2.16

Hình 2.17

Hình 2.18
Các hình ảnh
Cơng trình
Stadtbad
Wupperta

(CHLB Đức)
Hình 2.19

Hình 2.20


d) Sân vận động J.S Dorton Arena (Hoa Kỳ)
Sử dụng loại kết cấu mái dây hình n ngựa. Diện tích 5261 m 2

Hình 2.21

Hình 2.22
Sân vận động J.S Dorton Arena