Nghiên cứu giải pháp công nghệ thi công công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo

Bộ giáo dục và đào tạo
Bộ Xây dựng
Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội

Lê văn nam
nghiên cứu giải pháp công nghệ
thi công công trình dân dụng
sử dụng kết cấu treo
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chuyên nghành : Xây dựng dân dụng và công nghiệp
Hà Nội - 2011
Bộ giáo dục và đào tạo
Bộ Xây dựng
Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội

Lê văn nam
Phụ lục tính toán
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chuyên nghành : Xây dựng dân dụng và công nghiệp
Hà Nội - 2011
Bộ giáo dục và đào tạo
Bộ Xây dựng
Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội

Lê văn nam
Khóa: 2008-2011 Lớp ch08x
Nghiên cứu giải pháp công nghệ
thi công công trình dân dụng
sử dụng kết cấu treo
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng & công nghiệp

Mã số: 60.58.20
Ngời hớng dẫn khoa học:
TS. đỗ đình đức
Hà Nội - 2011
Bộ giáo dục và đào tạo
Bộ Xây dựng
Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội

Lê văn nam
Khóa: 2008-2011 Lớp ch08x
Phụ lục tính toán
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng & công nghiệp
Mã số: 60.58.20
Ngời hớng dẫn khoa học:
TS. đỗ đình đức
Hà Nội - 2011
Lời cam đoan danh dự
Tôi xin cam đoan đây là công trình của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu
trong luận văn là trung thực.
Hà Nội, tháng năm 20
Tác giả
Lê Văn Nam
Lời cảm ơn
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với TS. Đỗ Đình Đức đã tận
tình giúp đỡ, hớng dẫn, cung cấp tài liệu và động viên tác giả trong quá trình
nghiên cứu và hoàn thiện luận văn.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo, các cán bộ Khoa Sau đại
học, Khoa Xây dựng và đặc biệt là các thầy, cô giáo giảng dạy Bộ môn Công
nghệ và Tổ chức Thi công Trờng Đại học Kiến trúc Hà Nội cùng các bạn

đồng nghiệp đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình trong quá trình hoàn thành luận văn
này!
Tác giả
Lê Văn Nam
1
Mục lục
Mở đầu 8
*Mục tiêu nghiên cứu
*Đối tợng và phạm vi nghiên cứu
*Phơng pháp nghiên cứu
Chơng 1: tổng quan công trình bằng kết cấu treo 10
1.1. Kết cấu treo 10
1.1.1. Lịch sử phát triển kết cấu treo 10
1.1.2. Định nghĩa kết cấu dây và mái treo 15
1.1.3. Phân loại kết cấu treo 16
1.2. Một số công trình sử dụng hệ kết cấu treo 18
1.2.1. Nhóm các công trình thể thao 18
1.2.2. Nhóm các công trình triển lãm 19
1.2.3. Nhóm các công trình sản xuất 20
1.2.4. Một số các công trình khác 20
1.3. Công nghệ thi công công trình kết cấu treo ở Việt Nam và trên thế giới.21
1.3.1. Tại Việt Nam 21
1.3.2. Trên thế giới 33
Chơng2: cơ sở khoa học của giảI pháp công nghệ thi
công công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo 35
2.1. Các vấn đề đặc thù trong giải pháp kết cấu công trình dân dụng sử dụng
kết cấu treo 35
2.1.1. Cấu tạo hệ kết cấu treo 35
2.1.2. Công thức tính toán cáp 39
2

2.2. Các vấn đề đặc thù trong giải pháp thi công công trình dân dụng sử dụng
kết cấu treo 42
2.3. Sự làm việc và tính ổn định của công trình sử dụng kết cấu treo 42
2.3.1. Kết cấu mái dây một lớp 43
2.3.2. Kết cấu mái dây hai lớp 45
2.3.3. Kết cấu dàn dây 47
2.3.4. Kết cấu mái dây hình yên ngựa 47
2.3.5. Kết cấu hỗn hợp dây và thanh 48
2.3.6. Mái treo vỏ mỏng 49
Chơng 3: Nghiên cứu giải pháp công nghệ thi công công
trình dân dụng kết cấu treo 50
3.1. Nghiên cứu giải pháp thiết kế và thi công công trình Bảo tàng Hà Nội 50
3.1.1. Vị trí, qui mô công trình 50
3.1.2. Giải pháp về kiến trúc và kết cấu công trình 51
3.1.3. Tính toán và cấu tạo hệ giáo chống phục vụ thi công 62
3.2. Đề xuất qui trình thi công công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo 76
3.2.1. Các tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu 76
3.2.2. Qui trình thi công 77
3.2.3. An toàn trong thi công kết cấu treo 93
Kết luận và kiến nghị 96
Kết luận 96
kiến nghị 96
tài liệu tham khảo 97
phụ lục tính toán 100
3
Danh mục các hình vẽ
Hình 1.1. Toà nhà ngân hàng dự trữ liên bang(Marquette Plaza) 11
Hình 1. 2. Cầu treo Runyang ở Trung Quốc 12
Hình 1. 3. Nghiên cứu ứng dụng hệ kết cấu cầu treo cho nhà cao tầng - Dự án
Dolphin Plaza 15

Hình 1. 4. Một số công trình mái treo đã xây dựng 19
Hình 1. 5. Công trình cầu nổi tiếng thế giới và Việt Nam 20
Hình 1. 6. Sân vận động Mỹ Đình Hà Nội 22
Hình 1. 7. Kết cấu sân vận động Mỹ Đình Hà Nội 23
Hình 1. 8. Thi công hệ dầm chính sân vận động Mỹ Đình Hà Nội 24
Hình 1. 9. Thi công lắp đặt cột sân vận động Mỹ Đình Hà Nội 24
Hình 1. 10. Lắp đặt kết cấu mái sân vận động Mỹ Đình Hà Nội 25
Hình 1. 11. Lợp mái sân vận động Mỹ Đình Hà Nội 26
Hình 1. 12. Cầu Bãi Cháy Quảng Ninh 27
Hình 1. 13.Thi công móng giếng chìm Cầu Bãi Cháy 28
Hình 1. 14. Thi công trụ Cầu Bãi Cháy Quảng Ninh 29
Hình 1. 15. Thi công cáp Cầu Bãi Cháy Quảng Ninh 29
Hình 1. 16. Bảo tàng Hà Nội 30
Hình 1. 17. Kết cấu phần thân - Bảo tàng Hà Nội 31
Hình 1. 18. Chi tiết liên dầm conson - Bảo tàng Hà Nội 32
Hình 1. 19. Thi công dầm treo vào vách - Bảo tàng Hà Nội 33
Hình 1. 20. Cầu treo tự neo San Francisco - Oakland Bay 33
4
Hình 2. 1. Các giải pháp ổn định mái treo 36
Hình 2. 2. Sơ đồ và mặt cắt dọc công trình Bể bơi Olimpic ở Tokyo 36
Hình 2. 3. Bể bơi Wuppertal, dùng khung sàn, cột khán đài chịu lực neo 37
Hình 2. 4. Mặt bằng mái nhà triển lãm New York 37
Hình 2. 5. Một số chi tiết cấu tạo khối neo 38
Hình 2. 6. Mặt cắt một số dạng cáp dùng trong mái treo 38
Hình 2. 7. Cáp chịu tải trọng đứng và phân bố đều 40
Hình 2. 8. Cáp chịu tải trọng tập trung ở giữa 41
Hình 2. 9. Sơ đồ kết cấu mái dây một lớp ở Kraxnoyarxk 43
Hình 2. 10. Sơ đồ kết cấu mái dây một lớp ở sân vận động ở Montebydeo 44
Hình 2. 11. Hệ một lớp dây cứng 45
Hình 2. 12. Sơ đồ kết cấu hệ dây hai lớp 46

Hình 2. 13. Kết cấu dây hai lớp của mái sân vận dộng Yubileinui ở Nga 46
Hình 2. 14. Kết cấu dàn dây của mái sân vận dộng Stockholm 47
Hình 2. 15. Một số sơ đồ kết cấu mái dây hình yên ngựa 48
Hình 2. 16. Mái dây hình yên ngựa ở nhà hát Kharkov 49
Hình 3. 1. Kiến trúc tổng thể Bảo tàng Hà Nội 50
Hình 3. 2. Đại sảnh Bảo tàng Hà Nội 51
Hình 3. 3. Mặt bằng hệ dầm mái BTCT kết hợp hệ dàn thép 52
Hình 3. 4. Mặt bằng kết cấu tầng mái 53
Hình 3. 5. Mặt bằng kết cấu tầng 5 54
5
Hình 3. 6. Mặt bằng kết cấu tầng 4 55
Hình 3. 7. Mặt bằng kết cấu tầng 3 56
Hình 3. 8. Mặt bằng kết cấu tầng 2 57
Hình 3. 9. Mặt bằng kết cấu tầng 1 58
Hình 3. 10. Chi tiết dầm BRF-03 60
Hình 3. 11. Chi tiết neo đầu dầm 60
Hình 3. 12. Chi tiết liên kết treo sàn bê tông 62
Hình 3. 13. Tải trọng đầu cột 66
Hình 3. 14. Mô hình không gian hệ dàn giáo thi công 68
Hình 3. 15. Hệ giáo chống phục vụ công tác lắp dựng thi công dàn mái 68
Hình 3. 16. Chi tiết cột rỗng 69
Hình 3. 17. Liên kết dầm HE-A500 70
Hình 3. 18. Liên kết cột rỗng và dầm thép tổ hợp 70
Hình 3. 19. Liên kết dầm thép vào vách bê tông cốt thép 71
Hình 3. 20. Liên kết xà gồ mái 71
Hình 3. 21. Cẩu lắp dựng LB7300 250 (tấn) 72
Hình 3. 22. Thi công lõi vách công trình 72
Hình 3. 23. Thi công hệ giàn giáo 73
Hình 3. 24. Thi công hệ dầm congson 73
Hình 3. 25. Tháo dỡ giáo chống 74

Hình 3. 26. Thi công kết cấu trụ đỡ vĩnh viễn 85
Hình 3. 27. Hạ cấu kiện xuống tại hiện trờng 86
6
Hình 3. 28. Chi tiết giáo chống bổ xung 88
Hình 3. 29. Mặt bằng tổ hợp và kéo dầm 89
Hình 3. 30. Mặt cắt tổ hợp và kéo dầm 90
Hình 3. 31. Biện pháp kéo lật dầm 91
Hình 3. 32. Căn chỉnh và hàn định vị dầm 91
Hình 3. 33. Thi công sàn treo bê tông cốt thép 92
Hình 3. 34. Công tác an toàn và vệ sinh trên công trờng 93
Hình 3. 35. Mặt bằng sàn thao tác tầng mái 94
Hình 3. 36. Chi tiết lan cam an toàn 95
7
Danh mục các bảng
Bảng 2.1. Bảng phân loại cáp 39
Bảng 3.1. Các tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu 77
Bảng 3.2. Các qui định trong thi công 77
Bảng 3.3. Kiểm tra mối hàn 81
Bảng 3.4. Dung sai trong quá trình hàn và tiêu chuẩn áp dụng 82
Bảng 3.5. Sai lệch cho phép khi khoan lô bu lông 82
Bảng 3.6. Chỉ tiêu kỹ thuật trong quá trình sơn 83
Bảng 3.7. Dung sai trong quá trình gia công kết cấu thép 84
Bảng 3.8. Thiết bị phục vụ thi công 84
8
Mở đầu
Kết cấu dây treo là một kết cấu đợc áp dụng rộng rãi trong nhiều công
trình dân dụng, công nghiệp và giao thông trên thế giới vì những u điểm nổi
bật của nó: trọng lợng nhẹ, vợt nhịp lớn, thi công lắp ráp nhanh, hình dáng
kiến trúc da dạng và phong phú. ở nớc ta kết cấu dây treo đã đợc nhiều tác
giả nghiên cứu áp dụng và đã đạt đợc nhiều thành tựu to lớn trong nhiều công

trình thuộc ngành giao thông, xây dựng công nghiệp và dân dụng. Cầu dây và
cầu treo đã góp phần quan trọng trong cuộc chiến tranh chống Mỹ cứu nớc,
Trong thời kỳ mở cửa và hội nhập hiện nay hóa kết cấu dây treo đã và đang
đóng góp hiệu quả vào các công trình tải điện và giao thông. Đặc biệt, kết cấu
dây treo đóng vai trò quan trọng và quyết định trong việc đảm bảo giao thông
miền núi và đồng bằng sông Cửu long, mái che các công trình nhịp lớn nh
sân vân động, nhà triển lãm, nhà ga v.v
Nghiên cứu kết cấu treo trong xây dựng dân dụng để tìm đợc các giải
pháp về thiết kế và thi công phù hợp đối với dạng công trình phức tạp và mới
cha đợc áp dụng nhiều tại Việt Nam;
Việc lựa chọn giải pháp kết cấu, và phơng pháp thi công hợp lý đảm bảo
đợc chất lợng công trình, tiến độ thi công, bảo đảm an toàn lao động, vệ
sinh môi trờng và đem lại dấu ấn riêng về kiến trúc và thẩm mỹ.
* Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu giải pháp công nghệ thi công công trình dân dụng sử dụng
kết cấu treo. Tìm ra các giải pháp về thiết kế và thi công phù hợp với thực
trạng xây dựng tại Việt Nam.
* Đối tợng và phạm vi nghiên cứu
Công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo.
* Phơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết, phân tích, so sánh và các phơng pháp thi công
công trình dân dụng sử dụng kết cấu treo;
9
- Khảo sát thực tế tại hiện trờng;
- Vận dụng kiến thức về kết cấu, biện pháp thi công, sử dụng các phần
mềm về tính toán giàn giáo, cột chống;
* ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Luận văn nghiên cứu giải pháp thiết kế và thi công công trình dân dụng
sử dụng kết cấu treo, phơng án thi công hợp lý đảm bảo chất lợng công
trình, thẩm mỹ và an toàn lao dộng;

- Luận văn có thể sử dụng nh một tài liệu tham khảo phục vụ cho công
tác giảng dạy và công tác sản xuất thực tế.
10
Chơng 1: Tổng quan công trình bằng
kết cấu treo
1.1. Kết cấu treo
1.1.1. Lịch sử phát triển kết cấu treo
Năm 1968, kiến trúc s 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 đợc xây dựng xong năm 1972, đợc giới kiến trúc đánh gia cao,
đợc coi là một thành tựu kiến trúc và dành đợc một số giải thởng kiến trúc
uy tín năm 1974;
Kết cấu cầu treo là một trong những kết cấu đợc dùng phổ biến khi thiết
kế cầu nhịp lớn do những u 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 u 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 mô men uốn tơng đối nhỏ;
11
Hình 1.1 Tòa nhà ngân hàng dự trữ liên bang (Marquette Plaza) ở TP
Minneapoliss, tiểu bang Minnesota (Mỹ) (Tác giả su tầm)
Kết cấu cầu treo có lịch sử rất sớm. Những dạng cầu treo đơn giản đã
xuất hiện trớc công nguyên ở Trung Quốc. Hình 1.2 thể hiện hình ảnh cầu
treo Runyang ở Trung Q ốc vợt qua nhịp lớn nhất là 1490 m xây dựng xong
năm 2005. Nh vậy có thể thấy là kết cấu cầu treo có lịch sử lâu đời và đợc
sử dụng để vợt qua những khẩu độ lớn;
Kết cấu cầu treo hiện đại đợc xây dựng từ đầu thế kỷ XIX. Cầu treo
Clifton vợt qua nhịp lớn nhất là 214m xây dựng xong năm 1864. Thế kỷ XX
và XXI chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ công nghệ xây dựng cầu treo nhịp

rất lớn lên tới 2 km (Cầu treo Akashi-Kaikyo ở Nhật, có nhịp dài 1991 m xây
dựng năm 1998);
12
Điều đáng chú ý là từ trớc những năm 60 của thế kỷ XX, khi mà máy
tính điện tử còn cha phát triển thì các nhà thiết kế đã có thể thiết kế những
cây cầu vợt khẩu độ tới 1,3km (Cầu Cổng Vàng ở Mỹ xây dựng năm 1937 có
nhịp dài 1,280m);
Năm 1968, kiến trúc s 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
(Hình 1.1). Tòa nhà đợc xây dựng xong năm 1973, đợc giới kiến trúc đánh
giá cao, đợc coi là một thành tựu kiến trúc và dành đợc một số giải thởng
kiến trúc uy tín năm 1974. Tòa nhà này sử dụng kết cấu hai dây cáp treo gắn
vào hai tháp ở hai đầu vợt qua nhịp 100m. Tòa nhà thông hai tầng dới cùng
để cho ngời đi bộ qua. Bên trên là 11 tầng kết cấu khung thép. Phần ngầm
bên dới chiếm hai phần ba không gian của tòa nhà là các hầm chứa và văn
phòng. Lõi thang máy gắn vào phía đông của tòa nhà. Năm 2000, tòa nhà
đợc cải tạo lại thành 15 tầng, cao 67m và đợc sử dụng tốt đến ngày nay;
Hình 1.2 Cầu treo Runyang ở Trung Quốc có nhịp lớn nhất là 1.490m
(Tác giả s tầm)
Năm 2008, công ty kiến trúc DP của Singapore đề xuất thiết kế kiến
trúc cho dự án căn hộ cao cấp Dolphin Plaza ở Hà Nội (Hình 1.3). Dự án gồm
13
bốn tòa nhà cao 121m. Mỗi tòa nhà có hai vách bê tông cốt thép ở hai đầu đỡ
toàn bộ kết cấu vợt qua khẩu độ 52m. Tòa nhà để thông 30m kể từ mặt đất
dành cho không gian siêu thị và nghỉ ngơi. Bên trên là 22 tầng kết cấu bê tông
cốt thép. Thiết kế kiến trúc đặc sắc này đặt ra một thách thức lớn cho các kỹ
s kết cấu. Dự án đợc rất nhiều chuyên gia kết cấu trong nớc và quốc tế
quan tâm và đề xuất một số giải pháp kết cấu;
Giải pháp phổ biến nhất là giảm bớt khẩu độ nhà bằng cách thêm các cột
bê tông cốt thép vào khoảng giữa hai vách. Giải pháp thứ hai là tăng kích

thớc của dầm truyền nối hai tháp. Giải pháp thứ ba là kết hợp cả hai giải
pháp trên. Các giải pháp này phá vỡ ý tởng kiến trúc độc đáo của công trình
và làm tăng chi phí xây dựng. Hệ kết cấu này giúp cho công trình có vẻ đẹp
thẩm mỹ cao và tiết kiệm hàng chục tỷ đồng chi phí xây dựng.
a) Giải pháp kết cấu do Công ty ACH đề xuất:
Trong dự án Dolphin Plaza, kết cấu cầu treo đợc áp dụng với những điều
chỉnh nhất định. Dây cáp lớn đợc thay thế bằng hệ dầm và sàn của các tầng
còn các dây cáp nhỏ đợc thay thế bởi các cột.
b) Thông tin chung về tòa nhà:
Tòa nhà có hai tầng hầm, phần nổi cao 121m, để thông tầng tới cao độ
30m dành cho không gian siêu thị và nghỉ ngơi. Bên trên dầm truyền gồm 22
tầng căn hộ cao 90m, chiều cao tầng điển hình là 3,5m;
Trong bốn tòa nhà của dự án, hai tòa nhà đặt cạnh nhau đợc nối với
nhau bằng một lõi cứng chứa thang máy. Việc tính toán kết cấu thực hiện trên
từng cặp hai tòa nhà.
*Kích thớc chính của các cấu kiện là:
Vách đầu hồi dày 1,5m;
Dầm truyển dày 1m;
Sàn tầng điển hình dày 0,2m;
Dầm tầng điển hình kích thớc 0,6 x 0,6m.
14
Công trình sử dụng bê tông B30-B60, thép AI-AIII. Tải trọng tính toán
tác dụng lên công trình áp dụng tiêu chuẩn Việt Nam. Riêng tải trọng động
đất tính theo tiêu chuẩn UBC 97 và áp dụng phơng pháp phân tích phổ phản
ứng với các thông số sau:
Vùng động đất: 2A
Dạng đất nền: SD
Hệ số gia tốc: Ca = 0,22
Hệ số vận tốc: Cv = 0,32
Kết quả phân tích tính toán cho thấy các cấu kiện đảm bảo khả năng chịu

lực. Chuyển vị tính toán theo phơng ngang do gió hoặc động đất tối đa là
18cm. Giá trị này nhỏ hơn giá trị cho phép là H/500 = 24cm. Chuyển vị tính
toán lớn nhất theo phơng đứng ở đáy dầm truyền là 8cm. Giá trị này nhỏ hơn
giá trị cho phép là L/500 = 10cm. Nh vậy là kết cấu thỏa mãn điều kiện chịu
lực và biến dạng;
So với tòa nhà Ngân hàng dự trữ liên bang của bang Minneapoliss, mỗi tòa
nhà trong dự án Dolphin Plaza có nhịp chỉ nhỏ bằng một nửa (52m) nhng có
chiều cao tháp tính từ mặt dầm truyền lớn gấp đôi (90m). Nh vậy có thể thấy
là nếu sử dụng kết cấu cầu treo tơng tự nh tòa nhà Ngân hàng dự trữ liên
bang của bang Minneapoliss, tức là sử dụng hai cáp treo, Dolphin Plaza sẽ
cứng hơn rất nhiều. Nói một cách khác, về mặt chịu lực, thiết kế dự án này dễ
hơn tòa nhà Ngân hàng dự trữ liên bang của bang Minneapoliss;
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 công. Chúng ta thấy là tòa nhà Ngân hàng
dự trữ liên bang của bang Minneapoliss đợc thiết kế từ năm 1968, khi máy
tính điện tử và các phần mềm tính toán kết cấu còn cha phát triển. Ngày nay
với sự hỗ trợ của máy tính điện tử và các phần mềm phân tích kết cấu, công
việc thiết kế và thi công có thể đợc thực hiện với chất lợng và độ chính xác
cao hơn nhiều;
15
Hình 1.3 Nghiên cứu ứng dụng hệ kết cấu cầu treo cho nhà cao tầng - Dự án
Dolphin Plaza (Tác giả su tầm)
Kết cấu cầu treo là một giải pháp u việt khi phải vợt qua nhịp lớn. Kết
cấu này không chỉ sử dụng cho cầu mà còn đợc ứng dụng cho nhà cao tầng từ
rất sớm khi mà máy tính điện tử còn cha phát triển. Điều nay chứng tỏ tính
cách mạng của các nhà đầu t 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 công trình kiến trúc đặc sắc.
1.1.2. Định nghĩa kết cấu dây và mái treo
Kết cấu dây và mái treo là hệ kết cấu đợc 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
16
đợc dùng liên hợp với các hệ kết cấu cứng khác nh: dầm, dàn hoặc tấm tạo
nên hệ kết cấu liên hợp nh mái treo dầm cứng, cầu dây văng;
Cáp dùng trong kết cấu dây có loại, có cờng độ gấp sáu lần nhng giá
thành chế tạo chỉ đắt hơn hai lần thép xây dựng thông thờng [1], [23]. Do tận
dụng đợc sức chịu kéo lớn nh vậy, nên kết cấu dây có trọng lợng nhẹ, cho
phép vợt đợc 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 [34].
1.1.3. Phân loại kết cấu treo
a) Kết cấu mái dây 1 lớp
- Dùng cho các công trình nhịp lớn: gara, hănga, nhà triển lãm, nhà thi
đấu, sân vận động, các công trình thờng có mặt bằng hình chữ nhật, hình
tròn, elip [1];
- Có thể vợt nhịp L=70-100m, các dây neo chắc chắn vào gối cứng.
*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 thờng là các dầm biên song
song với mặt bằng mái;
- Với mặt bằng hình tròn: kết cấu gồm các dây chịu lực đặt hớng 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, đợc 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.

17
b) Kết cấu mái dây 2 lớp
- Gồm hai hệ thống dây, lớp dây võng xuống là lớp dây chịu lực (dây
chủ) và lớp dây vồng lên (dây căng) gọi là lớp dây ổn định, liên hệ hai lớp dây
này là các thanh chống cứng chịu nén;
- Nhờ có lớp dây căng cùng làm việc với dây chủ làm tăng độ ổn định
hình dáng cho hệ dây, nâng cao độ cứng và có khả năng chịu tải trọng đổi
chiều.
c) Kết cấu dàn dây
- Là hệ thống có hai hệ thống dây cải tiến, các thanh cánh dàn dây là dây
chủ và dây căng, liên kết hai lớp dây này là hệ thanh bụng tam giác đó là các
dây xiên;
- Để kết cấu làm việc nh dàn cần căng trớc tạo cho các thanh có lực
kéo dới bất kỳ tổ hợp nội lực nào;
- Kết cấu dàn dây làm hệ có độ cứng lớn, độ ổn định hình dạng cao.
d) Kết cấu mái dây hình yên ngựa
- Đợc tạo nên từ hai lớp dây trực giao, neo chắc chắn vào gối cứng là
các vành biên và dầm biên; Hai lớp dây gồm lớp dây võng xuống (dây chủ)
chịu lực và lớp dây căng (vồng lên). Nhờ có lớp dây căng trớc cho trong các
dây luôn có nội lực kéo với bất kỳ tải trọng nào làm tăng độ ổn định hình dạng
và độ cứng cho hệ;
- Độ ổn định hình dạng cũng nh chuyển vị động học của hệ dây phụ
thuộc vào lựa chọn mặt cong.
e) Kết cấu hỗn hợp dây và thanh
- Sử dụng cho công trình hăng ga, nhà triển lãm;
- Hệ kết cấu gồm các xà consơn và các dây cáp treo các xà này, các dây
liên kết chắc vào xà kèo vợt 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;
18

- Có thể tăng số lợng dây neo và điều chỉnh lực kéo trong chúng có thể
giảm tối đa mômen uốn trong xà hợp lý hơn.
f) Mái treo vỏ mỏng
- Hệ chịu lực của mái treo có thể là vỏ mỏng bằng các tấm kim loại. Vỏ
đợc 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;
- Kết cấu vỏ chịu kéo và đợc tăng cờng theo nguyên lý của hệ dây hai
lớp; vỏ tơng ứng nh lớp dây chủ, vùng giữa là các dàn hớng tâm đặt trên
vỏ, ở vùng biên đợc tăng cờng bằng lớp dây căng hớng tâm;
- Hệ kết cấu nh trên tạo cho công 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 nớc mái.
1.2. Một số công trình sử dụng hệ kết cấu treo
Kết cấu mái treo đầu tiên trên thế giới xuất hiện năm 1896 tại Hội chợ
triển lãm Thành phố Nhigiegorod (Nga) với các dạng tròn (D=68m), ô van
(D
max
=100m) và hình chữ nhật (30x70m) do kỹ s xây dựng ngời Nga V. G.
Shukhov thiết kế [35]. Nhng mãi sau đó, đến năm 1932 mới có công trình
tiếp theo đợc xây dựng ở Mỹ là băng tải nâng hàng ở Allbaney. Từ thời gian,
đó nhiều công trình lớn sử dụng kết cấu dây và mái treo ra đời. Cầu treo xuất
hiện sớm hơn, cầu treo đầu tiên đợc xây dựng vợt sông Tess ở Anh năm
1741 có nhịp 21m [6]. Một số công trình cầu treo, mái treo đã trở thành biểu
tợng văn hóa, điểm thăm quan du lịch hoặc biểu tợng khoa học kỹ thuật của
địa phơng và của cả quốc gia. Có thể nêu một số công trình ví dụ nh sau:
1.2.1. Nhóm các công trình thể thao
Công trình sân vận động Olimpic Seun (Hàn Quốc) có mặt bằng tròn với
đờng kính 393ft (khoảng 120m); nhà thi đấu tại Dortmund (CHLB Đức) có
mặt bằng chữ nhật 80x110m [17], công trình bể bơi thành phố Wuppertal

(CHLB Đức) [14] kích thớc mái 38x65m; bể bơi tại Bil (Thuỵ Sĩ) kích thớc
19
mái 35x70m[9],[10]; nhà thi đấu tại Zheshuv (Ba Lan) kích thớc
mái37,6x39,2m; sân băng Juhenneshof tại Stockholn (Thuỵ Điển) kích thớc
mái 83x118m; bể bơi Olimpic tại Tokyo (Nhật Bản) [15] kích thớc mái
120x214m.
1.2.2. Nhóm các công trình triển lãm
Công trình Toà nhà triển lãm ở Thành phố New-York (Mỹ)[29], có mặt
bằng hình elíp, cao 30m, vành biên ngoài bằng bê tông cốt thép, đờng kính
lớn 110m, đờng kính nhỏ 79m; nhà triển lãm của Mỹ tại triển lãm thế giới tại
Bruxelles (Bỉ) [12] có mặt bằng tròn đờng kính 104m; nhà triển lãm tại
Oklahoma-city (Mỹ) kích thớc mái 97,5x122m; nhà triển lãm của Pháp tại
triển lãm thế giới tại Bruxelles (Bỉ) [11] kích thớc mái17x34m; nhà triển lãm
ở Bratislave
Bể bơi Olimpic tại Tokyo (Nhật) Bể bơi Wuppertal (CHLB Đức)
Toà thị chính Bremen (CHLB Đức) Nhà máy giấy Mantu (Italia)
Hình 1.4 Một số công trình mái treo đã xây dựng