Siêu kết cấu CAPITAL GATE

Trường Đại Học Kiến Trúc TP HCM

BÀI TIỂU LUẬN MÔN KẾT CẤU MỚI

CAPITAL GATE
TOWER
Abu Dhabi, United Arap
Emirates

ỳ
ố
ị
ỳ
ụ
ạ

ỹ
ậ
ộ
ấ

TP HCM, 20/08/2017

ũ


Trường Đại Học Kiến Trúc TP HCM

BÀI TIỂU LUẬN MÔN KẾT CẤU MỚI

CAPITAL GATE

TOWER
Abu Dhabi, United Arap
Emirates

MỤC LỤC
I.
II.

GIỚI THIỆU.
NỘI DUNG:

1.

KẾT CẤU MÓNG.

2.

KẾT CẤU LÕI.

3.

KẾT CẤU DIAGRID.

4.

KẾT CẤU CANTILEVER.

5.

GIẢI PHÁP KẾT CẤU MỚI.

III. TỔNG KẾT.

TP HCM, 20/08/2017


Ngày hoàn thành:
2011
Chiều cao công trình:
165 m I. GIỚI THIỆU
Số tầng:
35
1. TỔNG QUAN
Tổng diện tích sàn:
53,100 m2
CÔNG TRÌNH
Chức năng sử dụng: khách san & văn phòng
Chủ đầu tư:
ADNEC Group
Kiến trúc sư:
RMJM
Kết cấu:
RMJM
M&E:
RMJM
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
Quản lí dự án:
Mace

- Được khởi công xây
dựng từ tháng 9 năm
2007 đến đầu năm 2011
công trình đã được hoàn
thành và đưa vào sử
dụng.Capital Gate hiện
là khách sạn 5 sao Hyatt
Capital Gate và các văn
phòng bổ sung.
- Capital Gate là một
trong những tòa nhà
chọc trời cao nhất thành
phố
- Năm 2006 thì kỷ lục
guinness thế giới đã
công nhận Capital Gate
là “tòa tháp nhân tạo
nghiêng nhiều nhất thế
giới” với góc nghiêng là
18 độ, gấp 5 lần độ
nghiêng của tháp Pisa
(Ý).

01


2. VỊ TRÍ
Công trình tọa lạc ở vùng vinh Ba Tư, trung tâm Abu Dhabi thuộc các tiểu
vương quốc Ả Rập.
Với tọa độ :

-

24,418637 * N
54,434692 * E

3. Ý TƯỞNG

Ý tưởng tòa nhà với những đường cong thanh thoát này được lấy cảm hứng
mạnh mẽ từ biển và sa mạc, vốn là hai hình ảnh thiên nhiên gắn liền với
vương quốc Abu Dhabi.

02


4. ĐẶC ĐIỂM
KIẾN TRÚC

- Capital Gate là kiến trúc
đặc biệt được chủ động thiết
kế nghiêng dần từ tầng thứ
12 trở lên mà vẫn đảm bảo

an toàn.
- Cấu trúc kỳ lạ của Capital
Gate không chỉ nằm ở phần
tháp nghiêng mà còn ở kết
cấu hình ống khói của nó.
Nhìn từ xa có thể thấy rõ
ngọn tháp mở rộng theo hình
xoắn ốc từ dưới trở lên.

- Bằng việc tạo ra dàn mái
không gian nối liền từ sân
vận động quốc gia, là một
công trình gắn liền với lịch
sử quốc gia lên đến giữa tòa
nhà Capital Gate đã nhấn
mạnh được sự liên kết giữa
truyền thống và đương đại,
giữ quá khứ và tương lai, đó
cũng là chiến lược phát triển
quan trọng của ADNEC.

03


5. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO

-

Sơ lược về kết cấu : Capital
Gate sử dụng một hệ lõi trung

tâm làm trục chính cho tòa
nhà. Từ đây các tấm sàn
được vươn ra thông qua các
hệ thống kỹ thuật phứt tạp.

-

Dự án Capital Gate có thể đạt
được độ nghiêng của nó
thông qua kỹ thuật kỹ thuật,
được gọi là pre-cambering,
cho phép các tấm sàn được
xếp chồng lên nhau theo
chiều dọc lên đến tầng 12 và
xen 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.

04


II.

KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

1. KẾT CẤU MÓNG

18o

- Với hình dáng kiến trúc
nghiêng đến 18o nên công trình
không thể thiết kế lõi cứng
thẳng đứng để truyền lực từ
trên mái xuống móng như
những công trình nhà cao tầng
thông thường.
- Do hình dáng tòa nhà có xu
hướng to đần lên và nghiêng
dần về phía tây, điều này làm
cho công trình xuất hiện một
moment xoay có xu hướng làm
công trình lật nhào về phía
nghiêng của nó.

- Và để cho lực được phân bố
đồng đều lên toàn bộ hệ thống
cọc, người ta tạo thêm một tấm
bê-tông lớn dày khoảng 2m có
tác dụng như một cái móng bè.

05


1. KẾT CẤU MÓNG
Để xử lý vấn đề này, người
ta phải sử dụng hệ thống
490 cọc bê tông chằng chịt

cắm sâu xuống nền đất
khoảng 30m. Nó hoạt động
theo 2 cách :
- Một nửa số cọc được
đóng xuống bình thường
khoảng 20m giúp truyền tải
trọng từ 17 tầng dưới của
tòa nhà.
- Một nửa số cọc còn lại
được cắm sâu đến tận lớp
đá dưới lòng đất khoảng
30m để giữ cho nửa trên
của tòa nhà nghiêng ra đến
30m so với lõi cứng, chống
lại sức căng làm bật móng
tòa nhà lên.

06


2. KẾT CẤU LÕI CỨNG

- Ở nhà cao tầng, yếu tố gió và
động đất là yếu tố quan trọng chi
phối hầu như toàn bộ hình dáng
kiến trúc và loại hình kết cấu dùng
cho công trình.
- Để tối ưu những vấn đề đó,các
kĩ sư thường chọn lõi cứng cùng
với hệ khung giúp truyền lực tòa

nhà xuống đất và chống lại lực
xoáy của gió.
- Tòa nhà vươn ra quá nhiều (lớn
nhất tới 33m), phần nhô ra sẽ kéo
lõi về 1 bên, điều đó sẽ làm cong
và gãy nếu sử dụng lõi thường.

07


2. KẾT CẤU LÕI CỨNG

- Bình thường nhà
được xây quanh
một
lõi
thẳng
mỏng, và lõi truyền
toàn bộ tải trọng
lực tòa nhà xuống
móng. Tuy nhiên
với Capital Gate,
công trình có phần
nhô ra nhiều thì lõi
cứng
thường
không
còn
tác
dụng.

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 lõi
cong ngược lại với
chiều nghiêng (precambered), khi toà
nhà xây cao lên,
trọng lượng sẽ nắn
lõi thẳng, bê tông bị
kéo bởi phần nhô
sẽ được nén và gia
cố, lõi cứng đã
được xây cong ra
tối đa là 350 mm.

08


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 146
dây chằng được căng
thẳng qua bê tông, mỗi
dây dài 20m chạy dọc 7

tầng tòa nhà chồng lên
nhau để có lực căng tối
ưu nhất. Áp lực trung
hòa lực kéo giữa phần
sàn nhô ra và lõi cứng
sẽ làm cho bê tông
không bị vỡ nứt.

3. BÃI ĐÁP TRỰC THĂNG
- 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.

09


3. KẾT CẤU VỎ DIAGRID
Giới thiệu :
Đặc điểm
- 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.

Diagrid trong tự nhiên

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
hình kiến trúc.
- kết cấu bao quanh công trình Mặt
bằng của công trình sử dụng hệ
diagrid có lợi nhất thường là tròn,
gần tròn, elip, vỏ trứng

Công trình sủ dụng Diagrid

10

3. KẾT CẤU VỎ DIAGRID

Các thông số kĩ thuật :
Diagrid module
Tác động của tải trọng :

Tác động của moment :

Tác động của lực cắt :

11


3. KẾT CẤU VỎ DIAGRID
Từ viết tắt

Mô tả

Outrigger

Hệ kết cấu Outrigger

Diagrid 42°

Cấu trúc Diagrid với độ nghiêng các đường chéo
42°

Diagrid 60°

Cấu trúc Diagrid với độ nghiêng các đường chéo
60°

Diagrid 75°

Cấu trúc Diagrid với độ nghiêng các đường chéo
75°

Outrigger

Màu

Diagrid 42°

Diagrid 60°

Diagrid 75°

SLS

Dead

Gk

Tamp

Qk

Qn

W+X

W-X

W+Y

W-Y

COMB5

1

1

1

0,7

0,5

1

-

-

-

COMB6

1

1

1

0,7

0,5

-

1

-

-

COMB7

1

1

1

0,7

0,5

-

-

1

-

COMB8

1

1

1

0,7

0,5

-

-

-

1

12

3. KẾT CẤU VỎ DIAGRID
ULS

Dead

Gk

Tamp

Qk

Qn

W+X

W-X

W+Y

W-Y

DEAD

1

-

-

-

-

-

-

-

-

VERT

1

1

1

-

-

-

-

-

-

+STATIC PUSHOVER FORCES

ULS – Tổ hợp tải trọng gây xoắn:

Vật liệu :
Thép S275 được sử dụng
cho tất cả các thành phần
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

S275 (UNI EN 10025-2)
Modulus of Elasticity
E
Poisson’s Ratio
n
Yield Strength
fyk
Tensile Strength
fyk
S460N/NL (UNI EN 10025-3)
Modulus of Elasticity
E

Poisson’s Ratio
n
Yield Strength
fyk
Tensile Strength
fyk

210000
0,3
275
430

N/mm2

210000
0,3
430
540

N/mm2

430

N/mm2

S460N/NL (UNI EN 10025-3)
Modulus of Elasticity
E

210000

N/mm2

Poisson’s Ratio
Yield Strength

n
fyk

0,3
430

N/mm2

Tensile Strength

fyk

540

N/mm2

Tensile Strength

fyk

N/mm2
N/mm2

N/mm2

N/mm2

Z (m)

144
96
48
0
0

0,1

0,2

0,3

0,4

U1 (m)
Diagrid 42°

Diagrid 60°

13


3. KẾT CẤU VỎ 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.

14

Một công trình sử dụng Diagrid
của KTS.Norman Foster


3. KẾT CẤU VỎ DIAGRID
Chi tiết liên kết Diagrid

- 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
tòa nhà là tầng 17.

Liên kết giữa các dầm thép với
các Diagrids :
- Sàn công trình sử dụng sàn tổ hợp
metal deck kết hợp với hệ dầm
thép.
Liên kết chính cho các cấu kiện thép
là liên kết bu lông, bản mã và liên
kết hàn

15


3. KẾT CẤU VỎ DIAGRID
- Mỗi tầng của công trình đc
bao quanh bới 18 module hình
tam giác của DIAGRID. Có tác
dụng như vỏ bao bọc của công
trình, DIAGRID cung cấp 1
vành đai kết cấu có thể biến
dạng theo mang lưới hình học
của công trình, nhờ vậy mà giải
phóng được hầu hết các cột
kiến trúc, còn nếu ko thì sẽ ảnh
hưởng đến sự phân khu và

không gian sàn sử dụng và
mạng lưới kiến trúc thông
thường sẽ ko thể áp dụng vào
công trình.

16

Lớp Diagrid ngoài

- Tòa nhà đã sử dụng 2 hệ lưới
đặc biệt, một hệ lưới bên ngoài
là thành phần chính tạo nên
hình khối của tòa nhà , một hệ
lưới bên trong nằm ở thông
tầng nhằm kết nối các sàn của
tầng trên, truyền tải trọng của
nó vào lõi cứng.

Lớp Diagrid trong

Lớp Diagrid trong


3. KẾT CẤU VỎ DIAGRID
- 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
tấm kính điều có kích cỡ khác nhau.
Bằng việc chia nhỏ bề mặt ra thành
những modul tam giác và ghép
chúng lại thành mảng lớn, nó có thể
tạo thành bất kì bề mặt nào của công
trình.

17


3. KẾT CẤU VỎ DIAGRID
Hiệu quả năng lượng từ hệ
DIAGRID
Lớp vỏ kính của tòa tháp
được phân chia thành vô số

miếng tam giác lớn nhỏ, điều
này không chỉ giúp thi công
các đường cong được dễ
dàng hơn, mà còn giúp giảm
BXMT chiếu trực tiếp vào
công trình
Đăt biệt còn có một hệ bao
che nối dài dạng lưới( khung
thép lợp tấm poly carbonard)
cho phép tầm nhìn từ bên
trong công trình ra ngoài là
90%. Được lắp ở phía lối
vào của tòa tháp và được
thiết kế bo cong theo hình
dạng công trình vừa tạo
điểm nhấn, vừa có tác dụng
che nắng. Lớp vỏ này có thể
giảm được 30% lượng nhiệt
mà nó nhận trực tiếp đến
công trình.

18


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 giai đoạn 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
xây dựng.
- Lắp đặt các cấu kiện
DIAGRID
Các thành phần DIAGRID nối
với dầm sàn đc chế tạo thành
các ống hình tròn rỗng và đc sản
xuất thành các hình chữ X lớn,
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,

19


4. KẾT CẤU CANTILEVER

- Tại vị trí tầng 18_19, treo cách mặt đất
100m, là một nhà hàng và một bể bơi,
với tổng khối lượng lên đến hơn 200 tấn
đưa ra khỏi công trình, nhịp dầm là
12m.
- Có khối lượng hơn 200 tấn, nhưng
yêu cầu nữa hệ giá đỡ cần được gia cố
nhưng 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 đỡ
dưới, chúng sẽ truyền lực vào tòa nhà.
Các dầm chia phân tán lực từ sức nặng
bên trên lên các thanh giằng
- Các thanh giằng rất chắc chắn và
cũng rất thanh tú. Nó được mô phỏng
như các côn trùng đi trên nước, chúng
nhẹ đến nỗi sức căng mặt nước là
chúng nỗi
- Hệ cột thép này đỡ cho bộ 6 thanh
dầm sàn thép với tổng trọng lượng lên
đến 140 tấn.

Mô phỏng kết cấu chân Nhện tự nhiên

20


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.

- Nó còn có nhiệm vụ là một hệ giằng
gió chống lại lực gió làm xoắn tòa
nhà.
- Lớp kính bọc khung lưới thép đó
được làm từ kính giảm bức xạ mặt
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 lượng cho tòa nhà.

21


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.

22


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.

23