Hệ lưới thanh không gian DIAGRID và the gherkin

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC
TP. HỒ CHÍ MINH

K H O A

X Â Y

D Ự N G

Ấ

U

M

Ớ

I

HỌC PHẦN KẾT CẤU MỚI – GVHD: Thầy HOÀNG BẮC AN

K

T

S

.

N

O

R

M

A

N

F

O

S

T

E

R

K

Ế

T

C

&
NHÓM

2

1 8 . 1 2 . 2 0 1 4
K Ế T

C Ấ U

D I A R I D

T R O N G

C Ô N G

T R Ì N H

“ T H E

G H E R K I N ”

–

K T S .

N O R M A N

F O S T E R

I - Giới thiệu chung về công trình The Gherkin:

•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Địa chỉ: 30St Mary Axe, London, United Kingdom
Xây dựng từ 3-2001 đến 2003
Mở cửa vào 28-4 -2004
Diện tích khu đất: 0,57 ha
Chiều cao công trình : 179,8m
Có 40 tầng và một tầng hầm
Chiều cao tính từ sàn đến trần là 2,75 m
Chiều cao từ sàn dưới đến sàn trên là 4,15m
Tầng 1 có đường kính 49,3 m
Tầng 17 có đường kính 56,5 m
Tầng 39 có đường kính 26,5 m

Bãi đậu xe: không có bãi đậu xe ôtô, chỉ có 52 chỗ cho xe máy và 118 xe đạp
Số lượng thang máy :18
Công trình được tập đoàn Foster & Partner xây dựng, theo đơn đặt hàng của hãng bảo hiểm
Swiss Re

•
•
•
•
•
•
•

Chức năng sử dụng chính của công trình:
Tầng 1: Nhà hàng, Bar
Tầng 2-15 là văn phòng làm việc của hãng bảo hiểm Swiss Re
Tầng 16-34 là văn phòng cho thuê
Nhà hàng và bar nằm ở các tầng trên cùng
Vật liệu sử dụng: aluminium, kính, thép, granite
Chi phí xây dựng 630 tr bang anh, nhà thầu Skanska

I -

G I Ớ I

T H I Ệ U

C H U N G

V Ề

C Ô N G

T R Ì N H

T H E

G H E R K I N


Thông số về công trình:
Kích thước:
Chiều cao đến đỉnh vòm: 179,8m
Chiều cao đến tầng sử dụng cao nhất: 167,1m
Số tầng phía trên mặt đất: 40
Số tầng hầm: một
Đường kính tầng rộng nhất tính từ vỏ ngoài (tầng17): 56,15m
Diện tích khu đất: 0,57ha.
Phân khu chứ năng:
Khu văn phòng 46,450 m2
Khu bán lẻ 1400m2
Tổng diện tích sàn mang kết cấu đặc biệt: 74,300m2
Đặc điểm cấu trúc khung thép của tòa nhà:
Tổng khối lượng thép: 8358 tấn.


Tổng số thép đó bao gồm:

29% thuộc lưới khung chịu lực ngoài.
24% trong lõi lứng.

47% trong các dầm.
Tổng chiều dài: 54,56km
Nền móng:
Cọc thẳng đường kính 750mm .
Số lượng cọc: 333
Tổng chiều dài các thanh cọc: 9km
Công suất chứa thiết kế: 117000 tấn.


SƠ ĐỒ PHÂN KHU CHỨC NĂNG THEO CHIỀU
ĐỨNG
Tầng 36-41
Không gian dịch vụ

Tầng 16-36
Văn phòng cho thuê

Tầng 2-16
1-2
Không gian
Công cộng

Công ty Swiss insurance


Giải pháp lối giao thông:
Một lõi thang máy đi từ tầng hầm lên tầng trệt
Một lõi thang máy đi từ tầng trệt lên tầng 11
Một lõi thang máy đi từ tầng trệt lên tầng 37
( chỉ dừng lại ở các tầng từ tầng 10 đến tầng 22 và từ

tầng 34 đến tầng 37)
Một lõi thang máy đi từ tầng trệt lên tầng 34
( chỉ dừng lại ớ các tầng từ tầng 22 đến tầng 34)
Ngoài ra còn có hệ thống thang bộ chạy
xuyên suốt từ tầng hầm lên đến tầng cao nhất (tầng
40)

Mặt bằng tầng trệt có 18
thang máy tính cả thang
phục vụ. Thang máy cho
khách chia thành 2 cụm,
một cụm để khách đi lên
công ty Swiss insurance,
cụm khác để khách đi lên
khối văn phòng và các dịch
vụ ở trên.


Thang máy từ trệt lên công ty Swiss
insurance

Thang service
Mặt bằng tầng 15-công ty Swiss insurance

Mặt bằng tầng trệt

Thang máy từ công tầng trệt lên công ty Swissin surance được bố trí riêng biệt với thang lên các chức năng khác nhằm tạo sự an ninh, riêng tư
cho công ty. Có 11 thang máy từ trệt lên thẳng các tầng văn phòng mà được tách riêng với thang máy lên công ty Swissinsurance.
Lõi thang có phần hành lang tròn xung quanh để phục vụ va thoát hiểm

Thang máy lên

Thang bộ lên

Nhà hàng

Đỉnh tòa nhà

Thang bộ lên
Đỉnh tòa nhà
Mb tầng dịch vụ
Giao thông đứng
Có 18 thang máy chở khách trong tòa nhà.
378 người có thể được vận chuyển theo chiều dọc thông qua việc xây dựng ở tốc độ tối đa 6m mỗi giây bất cứ lúc nào.
Ngoài ra, có hàng hóa và thang máy cứu hỏa, cũng như một thang máy bãi đỗ xe để tiếp nhận từ các tầng hầm.
Hai thang máy đưa đón đặc biệt phục vụ các tầng trên cùng của tòa nhà.
KONEAlta™ đáp ứng yêu cầu của các kiến trúc sư cho xe ôtô thang máy và tùy chỉnh Signalization.
3 cấp độ khác nhau:
Tăng thấp đi từ sảnh đến cấp độ 12.
Thang máy gia tăng vừa đi từ sảnh đến 22 dừng lại từ cấp 11.
Thang máy ở tầng cao đi từ sảnh đến 34 dừng lại từ cấp 22.
Shuttle thang máy đi từ cấp 34 đến cấp 39.

Mb tầng đỉnh mái


Công trình có hình dạng trụ tròn, gió
sẽ dễ dàng lướt qua bề mặt mà không
tăng nhiều lực xô ngang

lên bề mặt công trình.
Hình thức của tòa nhà được định hình
để hỗ trợ cho việc giảm tải trọng ngang lên
công trình. Vì nó cao đến 180m, áp lực gió
cao, giảm lực tải ngang cũng là giảm cho
phần gia cố móng nền, tiết kiệm chi phí.

Gió với công trình

Gió với công trình

Hình hộp

The Gherkin


Xu hướng thẩm mỹ của công trình

•

Công trình thuộc thể loại hiện đại mang tính sinh thái vì tiết kiệm ½ năng lượng điện tiêu
thụ so với các công trình cùng thể loại.

•

Công trình được đánh giá là tập hợp của các tiêu chuẩn tiên tiến và cũng táo bạo nhất về
mặt kỹ thuật, kiến trúc, xã hội va xử lý không gian. Những bức tường kính và mái nhọn đã
hấp thụ ánh sáng và tạo những góc nhìn thú vị.

•

Vật liệu công trình sử dụng là thép, kính, granite, aluminium. Phần khung bên ngoài của
toà nhà sử dụng 5500 tấm kính hình tam giác và các tấm kính hình thoi. Lối vào chính có 3
khớp hình tam giác cộng với mảng tường cong tạo hiệu ướng lấp lánh như bạc khi người
ta nhìn vào


•

Đặc điểm nổi bật của công trình:
Công trình được đặt ở quảng trường đi bộ nên nhà
xe không có bãi đậu cho xe hơi
Mỗi tầng của công trình xoay 5o so với tầng dưới

•
•Công trình tiêu thụ năng lượng ít hơn 2 lần so với

một toà nhà chọc trời cổ điển. Mỗi tầng trong số 41
tầng của nó được bố trí thành hình ngôi sao 6 cánh
tương ứng với 6 luồng ánh sáng từ bên ngoài chiếu
vào. Các nhu cầu chiếu sáng nhân tạo do đó được
giảm bớt nhiều.


Tính bền vững và thông gió

•

Sáu giếng ánh sáng xoắn ốc cho phép ánh sáng ban ngày
chiếu xuống các tầng

•Cửa sổ và rèm được máy
•

tính điều khiển

Cửa sổ mở ra khi nhiệt độ

• Rèm năng lượng mặt trời

bên ngoài là từ 20 ° C đến 26

để đòi lại hoặc từ chối

° C và tốc độ gió ít hơn 10

nhiệt

mph

NICMAR GOA CAMPUS

12


Sử dụng năng lượng

•

Nhiệt độ có thể được kiểm soát ở một số khu vực riêng biệt trên mỗi tầng

•

Nguồn năng lượng chính là khí gas

•

Tòa nhà sử dụng cửa sổ mở và thông gió tự nhiên để giảm chi phí năng
lượng.

13


Đặc điểm hình thức

Mặt dù tòa nhà hình dáng trụ cong nhưng chỉ có
các tấm kính ở mái vòm là được uốn cong còn lại
những tấm kính ở các tầng đều là kính phẳng.
Công trình sử dụng 2 lớp kính nhằm tăng khả
năng lấy sáng vì nước anh là sứ sở sương mù gần
như quanh năm nên ánh sáng không được dồi dào
như các nước nhiệt đới


Mái vòm kính nhìn được toàn cảnh
trên cùng của công trình được gọi là
‘’ống kính’’ nó gợi lại mái vòm xưa
của trụ sở giao dịch Baltic cũ – công
trình nằm trên khu đất của «quả dưa
chuột» bây giờ

Mái vòm của tầng trệt sở giao dịch Baltic cũ

Mái vòm của «quả dưa chuột»
ngày nay


I I /

H Ệ

K Ế T

C Ấ U

D I A G R I D


HỆ THỐNG LƯỚI THANH KHÔNG GIAN DIAGRID
1. ĐỊNH NGHĨA

DIAGRID

DIAgonal
Đường chéo

GRID
Hệ lưới

DIAGRID = DIAgonal + 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 Hệ thống lưới thanh không gian DIAGRID, bao gồm mạng lưới các
thanh đan chéo, kết nôi theo tỷ lệ nhất định và đồng dạng, liên kết tại các mắt nối đặc biệt và sự hỗ trợ lẫn nhau đón nhận tất cả các đối tượng tải trọng lên
công trình.

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. 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.

Đường nét của một mảng nút đơn giản (mô đun cơ bản ban đầu dạng tam giác, sau mở rộng thành tứ
giác, hình tròn...). Nhưng khả năng phát triển hình thái học các mảng nút của Diagrid lại gần như là vô tận.

Biểu tượng của Hệ Diagrid , dựa trên hình ảnh tinh thể kim cương


MÔ TẢ:
Hệ kết cấu bao quanh công trình hình thành cấu trúc ống rỗng bao gồm các thanh cột sát nhau và những thanh chéo, nguyên tắc
truyền lực theo phương ngang tuân thủ cấu trúc vỏ trứng.

Mặt bằng của công trình sử dụng hệ diagrid có lợi nhất thường là tròn, gần tròn, elip, vỏ trứng. Một bài công trình có các dạng hình
có cạnh thường là do đặc điểm các công trình xung quanh khu đất, do khu đất, hoặc do yêu cầu thiết kế.

TỔ HỢP VÀ PHÂN CHIA HỆ THANH: Việc phát triển module tam giác theo nguyên

“Trong tương lai, với sự phát triển

tắc đồng dạng và liên tục với số đo các góc thay đổi phù hợp với không gian và ý đồ tạo hình

của kỹ thuật, rất có thể giới kiến trúc, xây
dựng sẽ còn định nghĩa lại hệ lưới thanh

kiến trúc

Diagrid, các quy luật đồng dạng có thể
không cần giữ nữa.”

“Không còn giữ quy luật nữa khác
với phá vỡ quy luật”

Diagrid trong tự nhiên


2. LƯỢC SỬ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN
“Kiến trúc đôi khi không song hành cùng với lịch sử nhân loại”

KTS. Shukhov

KS. Buckminster Fuller

KTS. Norman Foster

Quả cầu sinh học, Đảo Sainte-Hélène, Montréal, KS.
Fuller

Toà nhà dùng hệ diagrid đầu tiên trên thế giới, 1896, KTS.
Vladimr Shukhov, Phái kết cấu Nga

1 . 3 .

Ư U /

N H Ư Ợ C

Đ I Ể M

C Ủ A

H Ệ

D I A G R I D


QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG


BẢNG SO SÁNH SƠ BỘ GIỮA KẾT CẤU KHUNG VÀ KẾT CẤU DIAGRID
KẾT CẤU KHUNG

1.

Các tấm sàn được đỡ bằng hệ cột, dầm liên kết

KẾT CẤU DIAGRID

1.

với nhau thành hệ khung.

2.
3.
4.

Lớp vỏ không chịu lực.
Tiết diện của thép dày hơn diagrid
Áp dụng rộng rãi cho nhiều thể loại công trình.

Các tấm sàn được đỡ bằng hệ cột, dầm liên kết với nhau
thành hệ khung.

2.
3.
4.

Lớp vỏ chịu lực chính
Tiết diện của thép thanh mảnh hơn
Vẫn còn khuyết điểm trong việc vươn lên theo chiều cao.
Áp dụng chủ yếu cho các công trình có chiều cao vừa
phải (vẫn có ngoại lệ)

5.

Lớp vỏ ngoài chức năng kết cấu còn mang lại tính thẩm
mỹ cho công trình

6.

Chịu tải trọng gió ngang tốt hơn.

“Công nghệ tôi luyện thép cùng những cố gắng tuyệt vời của các KTS, KS đã cho ra đời hệ diagrid”

Cao ốc bước sang Bước 4: dạng ống

Sự giới hạn của hệ kết cấu khung thông thường trong việc tìm kiếm các ý tưởng hình khối và công nghệ thi công cho phép ứng
dụng các giải pháp mới như:

+ Công nghệ thông tin: khả năng tính toán, thiết kế được mô hình hoá trên máy tính, cho phép tối ưu hoá, kiểm soát các tham số,
các lỗi kỹ thuật.

+ Công nghệ vật liệu: sự phát triển của các vật liệu có tính nặng đa dạng, khả năng tạo hình thoả mãn các yêu cầu khác nhau của
vỏ bao che công trình.

Sự phát triển của kết cấu công trình cao tầng từ hệ khung thông thường sang dạng Tubular Systems như một nhu cầu tất yếu,
trong đó hệ thống cột bên trong được giải phóng hoàn toàn hoặc chỉ còn một số khu vật không gian nhỏ thì có cột (nhưng vai trò của cột
bên trong không còn quá quan trọng nữa). Chịu lực chính giờ đây là hệ vỏ bên ngoài kết hợp với lõi cứng.


3. ƯU/ NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ DIAGRID

ƯU ĐIỂM

-Các công trình có khả năng giải phóng cột rất cao nên mặt bằng thông thoáng, hình dạng mặt bằng đẹp, dễ bố trí không gian, khả năng
xử lý hình khối tốt.

-Tính năng chịu lực vượt trội so với các dạng kết cấu thông thường.
- Khả năng tính toán, thiết kế dựa trên công nghệ máy tính cho phép tối ưu hoá và kiểm soát các tham số mà 5 hoặc 6 năm trước đây
chưa từng có;
- Sự xuất hiện các dạng vật liệu xây dựng mới, ví dụ như Bảo tàng
Guggenheim ở Bilbao, Tây Ban Nha của Frank Lloyd Wright nổi
tiếng với những miếng kim loại được đúc bằng sự tính toán của
máy móc đã tạo nên những đường cong của nó. Về bản chất công

trình đó cũng được tổ hợp từ một dạng diagrid, một dạng các tam
giác được biến thể theo bề mặt;

1 . 3 .

Ư U /

N H Ư Ợ C

Đ I Ể M

C Ủ A

H Ệ

D I A G R I D


- Diagrid là một dạng liên kết mở, tạo ra suy nghĩ cho mọi người về một hình ảnh bền vững, thường bị kết cấu bao che của công trình che
lấp, không rõ nội dung bên trong; Bản thân hệ thống kết cấu chính Diagrid cũng đã là vẻ đẹp cho mặt ngoài công trình
- Diagrid cho phép tạo thành các giếng thông gió và tiếp nhận có hiệu quả ánh sáng tự nhiên tại vỏ công trình, qua đó có thể giảm tiêu thụ
năng lượng;
- Diagrid xuất hiện phù hợp với xu thế phải thay đổi, đổi mới của xã hội hiện đại..., tạo ra các hình thức kiến trúc mới mà các dạng kết cấu
hiện tại khó đáp ứng

30 St. Mary Axe

Trung tâm ngân hàng

Vertical Park – Mexico City

Macquarie (Sydney)

Một số dạng Diagrid thông dụng trong kiến trúc – xây dựng
(hình tam giác, hình vuông, hình tròn, hình thoi, lục giác...)

NHỜ NHỮNG ƯU ĐIỂM NỔI TRỘI, HỆ DIAGRID ỨNG DỤNG CHỦ YẾU TRONG XÂY DỰNG NHÀ CAO TẦNG HOẶC ĐÔI KHI LÀ
CÁC CÔNG TRÌNH THẤP TẦNG CÓ YÊU CẦU VƯỢT NHỊP LỚN.


PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG:

"Phát triển, đáp ứng các nhu cầu của hiện tại mà không
ảnh hưởng đến khả năng của các thế hệ tương lai."

(Ủy ban Brundtland, 1987)

Tính bền vững trong các thiết kế
của KTS. Norman Foster