Nghiên cứu cấu tạo đặc trưng hình học của cấu tạo mái che và gợi ý ứng dụng trong kiến trúc (tt)

L Ò ÌC Ả M Ơ N

Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết on chân thành đến TS. Trần
Văn Năm. Thầy đã tận tình chỉ bảo. hưởng dẫn và giúp đỡ Tôi hoàn
thành đề tài nghiên cứu này.

Xin chán thành cảm ơn các Thầy giáo tham gia giảng dạy lóp cao
học Hình Họa & Vẽ kỹ thuật trường ĐHXD, đã nhiệt tình ti'uvền thụ
kiến thức tạo nền móng vững chắc cho tôi để có thể hoàn thành tổt
luận văn tốt nghiệp.

Tôi cũng gửi lời cảm ơn sáu sắc tới Khoa sau đại học trường ĐHXD
đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho các học viên cao học trong suốt 3
năm học tập và thời gian làm tốt nghiệp.

Cuối cùng, Tôi xin cảm ơn người thân, gia đình và bạn bè đồng
nghiệp đã khích lệ động viên Tôi hoàn thành luận văn này ỉ

Hà Nội, tháng 6 năm 2008


J L /U C U I V C U 1

1 n a u

“ 1“

IN^UVUI i-111 ivmm ±nuy

MỎ ĐẢƯ

Mái là bộ phận quan trọna của ngôi nhà, khôna chỉ về mặt chức nãna bao che
mà còn ờ chức năng thâm mỹ, mang lại vẻ đẹp và sự mới lạ cho mỗi căn nhà.
Sự phát triển của các hình thức mái nhà trên thế giới rất đa dạng, phong phú
và có lịch sử lâu đời.
Tại Việt Nam, trước kia, các loại hình thức mái chủ yếu là mái dốc phẳng
truyền thống. Trona nhữna năm gần đâv, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của
nền kinh tế, ngành Kiến trúc, xây dựng cũng có nhiều biến chuyển, đòi hỏi sự
ra đời của nhiều hình thức mái phong phú hiện đại, từ những mái nhà dân
dụna đến mái các côna trình côna cộng có không gian lớn, yêu cầu thẩm mỹ
cao. Đồng thời, khi các loại hình mái trở nên đa dạng hơn, phức tạp hơn thì
cũng làm nảy sinh các vẩn đề khó khăn trong giải pháp kỳ thuật, thi công
mái...
Thực chất các mái che được hình thành dựa trên một nguyên tắc hình học
nhất định. Việc nghiên cứu chỉ ra các nguyên tắc hình học để cấu tạo mái tạo
điều kiện cho việc sáng tạo các mái che thêm phong phú.
Do đó, việc nghiên cứu đặc trung hình học của cấu tạo mái che để áp dụng
vào thực tể cuộc sống, đưa ra được nhiều hình thức mái đẹp và phong phú
hơn, cũng như giúp việc tính toán, thi công mái dễ dàng hơn là yêu cầu vô
cùng cấp thiết.
Hình họa - VKT là môn học nghiên cứu, biểu diễn không gian. Vì vậy, có thể
nghiên cứu biểu diễn các nguyên tắc hình học tạo ra mái trên các mặt phẳng
hình chiếu, tạo điều kiện thuận lợi để biểu diễn các mái. Đồng thời, từ các
hình biểu diễn trên hình chiểu ta có thể làm phong phú hơn các nguyên tắc
hình học.


Luận vãn Thạc sỹ

-2 -

Nguyên Thị Minh Thùy

Qua nghiên cứu các tài liệu về hình dạng mái che hiện có, chúng ta thấy mái
che được hình thành từ các mảnh mặt (hoặc dùng đơn lẻ các mảnh hoặc ghép
các mảnh với nhau).
Từ những suy nghĩ trên, luận văn sẽ chỉ ra nguyên tắc ghép các mảnh mặt với
nhau để hình thành các mái che.Thêm vào đó, với sự trợ giúp của máy tính,
việc mô hình hóa các phương pháp ghép mảnh trên máy tính điện tử giúp tạo
ra các hình thức mái vô cùng đa dạng và phong phú.
Vì vậy, đề tài: “Nghiên cứu đặc trưng hình học của cấu tạo mái che và gọi
ý ứng dụng trong thiết kế kiến trúc” là rất cần thiết và lý do bức thiết để
chọn đề tài.
Mục đích nghiên cứu của luận văn là làm rõ các đặc trưng hình học của cấu
tạo mái, tức là chỉ ra phương pháp ghép các mảnh mặt với nhau. Từ đó phân
loại, đánh giá và đề xuất một số ứng dụng giải pháp mái trong các công trình
kiến trúc. Mặt khác, việc nghiên cửu được thể hiện bằng phương pháp của bộ
môn Hình Học Họa Hình sẽ góp phần nâng cao tính thực tiễn của môn học.
v ề mặt giới hạn nghiên cứu, trong luận văn này chỉ tập trung nghiên cứu
phương pháp ghép các mảnh mặt được cắt ra từ các mặt đon giản: mặt phẳng
và mặt bậc 2.
Phương pháp nghiên cứu của luận văn là đi từ các nghiên cứu các dạng mái
đã tồn tại trong thực tế và rút ra đặc trưng hình học chung của các phương
pháp tạo mái. Từ đó hệ thống hóa các dạng mái và nguyên tắc chung để cấu
tạo các dạng mái, tạo cơ sở để các kiến trúc sư phát triển mái thêm đa dạng
nhưng vẫn đảm bảo tính khả thi trong xây dựng.


THÔNG BÁO
Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui
lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện

– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội.
Email:

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN


Luận văn Thạc sỹ

- 1 12

-

Nguyen

1 Ỉ1 Ị

M in n I tìũ y

KÉT LUẬN

Qua luận vãn này. tác giả đâ giải quyết những vấn đề cơ bản sau
-

Từ các dạng mái sẵn có, đã hệ thốne hóa và phân loại mái dựa trên đặc
trưng hình học của mái.

-

Dựa trên hệ thổn 2 phân loại mái đó, chỉ ra phương pháp tạo mái chung
cho các loại mái là

-

Mái phẳng: đưa ra nguyên tắc tạo mái có độ dốc a phủ lên mặt bằng
bất kỳ một cách nhanh chóng, tiện lợi.

-

Mái phẳng cong: chỉ ra cách ghép các mảnh phang và mảnh cong bậc
hai theo đường thẳng để tạo mái

-

Mái cong: hướng dẫn phương pháp ghép các mảnh mặt cong bậc hai lại
với nhau theo đường tròn có bán kính r cho trước để tạo ra nhiều hình
thức mái phong phú và độc đáo hơn nữa.

Hướng phát ừiển
-

Từ các kết quả thu được, ta có thể tiến tới mô hình hóa các phương
pháp tạo mái trên máy tính điện tử. Điều này sẽ có ý nghĩa ứng dụng
quan trọng với các kiến trúc sư, các kỹ sư xây dựng trong thiết kế, thi
công công trình.

-

Mở rộng hơn nữa, có thể ghép các mảnh mặt bậc hai theo đường cong

biên là các đường cong bậc hai như elip, parabol, hypebol...tức là giải
quyết bài toán đặt trên mặt bậc hai đường cong bậc hai có thông số cho
trước.


Luận văn Thạc sỹ

-113-

Nguyên Thị Minh Thùy

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Đình Điện (chủ biên)
Hình học họa hình Tập 1
Hà nội 1997
2. Đặna Thái Hoàng
Lược khảo nghệ thuật kiên trúc thế giới
Nhà xuất bản văn hóa, Hà Nội 1978.
3. Trần Văn Năm
Praca doktorska
Kraków 1982
4. Nguvễn Năm Phất
Hình học sơ cấp
Hà nội 1979
5. Hình học xạ ảnh
Nguyễn Cành Toàn
Hà nội 1979
6. Nguyễn Đức Thiềm
Nguyên lý thiết kế kiến trúc nhà dân dụng

Hà nội 1999
7. A. aHHmeHKo
ApxHTeKTvpa coopyHceHHH c BHCÍDMMH nOKpblTHHMH
kuebl970
8. Edward Otto
Krzywe stozkowe
Warszawa 1969
9. Steían przewtocki
Ksztattowanie geometryczne konstrukcji Powtokowych.
Warszawa 1969
10.Jerry Krzemi’nski
Konstruckcje powtokowe
Warszawa 1979


Luận văn I hạc sỹ

- 114-

Nguyên Thị Minh Thùy

MỤC LỤC
MỎ ĐẦU

1

C hưong1

3

TỐNG QUAN VÈ MÁI CHE
1.1.

Lịch sử phát triển của mái che

3

1.1.1. Định nghĩa mái che

3

1.1.2. Lịch sử phát triển

3

1.2.

Tình hình nghiên cứu đặc trưng hình học củacấu tạo mái che

21

Chưong 2

22
PHÂN LOẠI MÁI CHE

2.1.

Đinh nghĩa mảnh măt

22

2.2.

Phân loại

22

2.2.1. Mái đon

22

2.2.1. ỉ. Mải phảng đơn

22

2.2.1.2.

23

Mái cong đơn

2.2.2. Mái ghép

27

2.2.2. ỉ. Mái ghép giữa các mảnh phảng

27

2.2.2.2.

Mái ghép giữa mảnh phảng và mành cong

30

2.2.2.3.

Mái ghép từ các mảnh cong

31

Chương 3

33

PHƯƠNG PHÁP TẠO MÁI CHE DựA TRÊN ĐẶC TRƯNG HÌNH
HỌC CỦA MÁI
3.1.

Một số khái niệm về đường cong vàmặt cong bậc hai

3.1.1. Đường cong bậc hai

34
34

3.1.1.1.

Elip

34

3.1.1.2.

Hypebol

35

3.1.1.3.

Parabol

37


Luặn vãn 1hạc sỹ

-115

-

Nguyên Thị Minh Thùy

3.1.2. Xác định giao điểm của đườns thăng với đường cona bậc hai

38

3.1.2.1. Tim giao điểm của đường thẳng với elip

38

3.1.2.2. Tim giao điêm của đường thẳng với Hypebol

40

3.1.2.3. Tìm giao điểm của đường thẳng với Paraboỉ

41

3.1.3. Mặt cong bậc hai

43

3.1.3. ỉ. Mặt nón và mặt trụ

43

3.1.3.2.

M ặt elipxoit elliptic

44

3.1.3.3.

M ặt Hypeboloit một tầng

44

3.1.3.4.

M ặt Paraboỉoit eUiptic

45

3.1.4. Tiết diện tròn của mặt bậc hai

45

3.1.4.1.

Định nghĩa

45

3.1.4.2.

Tiết diện tròn của Elipxoit

46

3.1.4.3.

Tiết diện tròn của Nón Eliptỉc

48

3.1.4.4.

Tiết diện tròn của Hypeboloit một tầng

50

3.1.4.5. Tiết diện tròn của Paraboloit eỉỉptic
3.2.

Mái cấu tạo từ các mảnh phẳng

50
52

3.2.1. Vai trò và cấu tạo của mái dốc

52

3.2.2. Tính chất

52

3.2.3. Mái phẳng phủ một mặt bằng đơn giản

54

3.2.4. Xác định các mảnh ghép phủ trên mộtmặt bằng phức tạp

55

3.2.4.1. Ví dụ ỉ

56

3.2.4.2. Ví dụ 2

59

3.2.4.3. Ví dụ 3

61

3.2.4.4. Vỉ dụ 4

63

3.2.4.5. Vỉ dụ 5

65

3.2.4.6.

Ví dụ 6

67

3.2.4.7. Ví dụ 7

69


Luận văn 1hạc sỹ

3.3.

-

116

-

Nguyên Thị Minh Thùv

Mái ghép giữa mảnh phẳng vói m ảnh của m ặt kẻ (đường ghép nối
là đường thẳng)

3.3.1. Mái ahép từ mảnh

70
phẳng vói mảnh của nón

70

3.3.2. Mái ahép từ mảnh phẳng với mảnh của trụ

72

3.3.3. Mái ghép từ mảnh phẳng với mảnh mặt Hypeboloit một tầng

73

3.3.3.1.

Ví dụ]

73

3.3.3.2.

Vỉ dụ 2

75

3.3.3.3.

Vỉ dụ 3

76

3.3.3.4.

Ví dụ 4

78

3.4.

M ái ghép giữa các mảnh của m ặt bậc hai

80

3.4.1. Giới hạn nghiên cứu

80

3.4.2. Bài toán xuất xứ

80

3.4.2.1. Bài toán 1

80

3.4.2.2. Bài toán 2

83

3.4.2.3. Bài toán 3

85

3.4.2.4. Bài toán 4

87

3.4.3. Ghép siữa các mảnh mặt của các mặt bậc hai có đường cong biên là
các đường tròn bàng nhau - Ví dụ minh họa

90

3.4.3.1.

Vídụl

90

3.4.3.2.

Vỉ dụ 2

92

3.4.3.3.

Ví dụ 3

93

3.4.3.4.

Ví dụ 4

94

3.4.3.5.

Ví dụ 5

97

3.4.3.6.

Vỉ dụ 6

99

3.4.3.7.

Vỉ dụ 7

102

3.4.3.8.

Vỉ dụ 8

104

3.4.3.9.

Ví dụ 9

107


Luận văn Thạc sỹ

3.5.

- 117 -

Các gọi ý mái mô phỏng kiến trúc dân tộc

Nguyên Thị Minh Thùy

109

3.5.1. Ví dụ 1

109

3.5.2. Ví dụ 2

111

KẾT LUẬN

112

TÀI LIỆU THAM KHẢO

113

MỤC LỤC

114

MỤC LỤC HÌNH VẼ

118

Luận văn Thạc sỹ

- 118 -

Nguyên Thị Minh Thùy

MỤC LỤC HÌNH VẼ
Chưong 1
Hình 1-1. Phòng đá

3

Hình 1-2. Các dạng mái lều

4

Hình 1-3. Kim tự tháp

5

Hình 1-4. Mái dạng đa diện

6

Hình 1-5.

6

Hình 1-6. Thánh đường St-Mark ở Vienice

7

Hình 1-7. Nhà thờ St Peter

7

Hình 1-8. Các loại vòm

8

Hình 1-9. Nhà thờ Saint Shopie

8

Hình 1-10. Đen thờ Goharshad

9

Hình 1-11. Đền Taj-M ahal

9

Hình 1-12. Thiên đàn- Trung Quốc

9

Hình 1-13. Vỏ cong hai chiều chịu nén

11

Hình 1-14. Kết cấu vỏ mỏng chịu nén

12

Hình 1-15. Cấu trúc dây căng hay vỏ mỏng chịu kéo

13

Hình 1-16. Nhà hòa nhạc Tenerife

14

Hình 1-17. Quán ăn Candella

14

Hình 1-18. Tòa nhà Teepott

15

Hình 1-19. Airport Railway station lyon

15

Hình 1-20. Nhà thờ Jubilee

15

Hình 1-21. Mái nhà Việt cổ

16

Hình 1-22. Chùa Keo

17

Hình 1-23. Nhà rông

17

Hình 1-24. Rạp xiếc đảo Tuần Châu

18

Hình 1-25. Trung tâm hội chợ triển lãm thương mại và văn hóa Hải Phòng 18


-119-

Nguyên Thị Minh Thùv

Hình 1-26. Trung tâm hội nghị quốc gia

18

Hình 1-27. Đại nam quốc tự

19

Hĩnh 1-28. Nhà biểu diễn cá heo

20

Luận văn Thạc sỹ

Chương 2
Hình 2-1. Mái phẳng đơn

22

Hình 2-2. Tòa nhà CNIT

23

Hình 2-3. Bảo tàng chiến tranh Duxíord

23

Hình 2-4. Tháp Swiss- London

24

Hình 2-5. Reichtag Dome - Berlin

24

Hình 2-6. Comell weill

24

Hình 2-7. Planetarium

24

Hình 2-8. Viện côna nshệ Massachusetts

24

Hình 2-9. Cung thiên vãn Mcdonnell

25

Hình 2-10. Tháp làm mát

25

Hình 2-11. Nhà thờ Brazilia

25

Hình 2-12. Cung thể thao Onesti

25

Hình 2-13. Tháp Kobe_port

25

Hình 2-14. Tháp nước có dạng Hypeboloit một tầng

25

Hình 2-15. Nhà thờ St. Louis

26

Hĩnh 2-16. Chòi nghỉ dạng mặt Paraboloit Hypebolic

26

Hình 2-17. Một số kiểu mái dốc đơn giản thông dụna

28

Hình 2-18. Một số biệt thự với mái dốc phức tạp

29

Hình 2-19. Các dạng tấm gấp

29

Hình 2-20. Mái ghép giữa mảnh phang và cong

30

Hình 2-21. Cấu trúc hình học của mái nhà hát Opera Sidney

31

Hình 2-22. Cảng hàng không TWA

32

Hình 2-23. Cenữo Coop

32


- 120-

Luận văn Thạc sỹ

Nguyên Thị Minh Thùy

Chưong 3
Hình

Trang Hình

Trang Hình

Trang Hình

Trang

Hình 3-1

34

Hình 3-25

54

Hình 3-49

77

Hình 3-73

109

Hình 3-2

34

Hình 3-26

55

Hình 3-50

78

Hình 3-74

110

Hình 3-3

35

Hình 3-27

56

Hình 3-51

79

Hình 3-75

111

Hình 3-4

35

Hình 3-28

57

Hình 3-52

82

Hình 3-76

111

Hình 3-5

36

Hình 3-29

58

Hình 3-53

84

Hình 3-6

36

Hình 3-30

58

Hình 3-54

86

Hình 3-7

37

Hình 3-31

59

Hình 3-55

89

Hình 3-8

38

Hình 3-32

60

Hình 3-56

90-91

Hình 3-9

39

Hình 3-33

61

Hình 3-57

92

Hình 3-10

40

Hình 3-34

62

Hình 3-58

93-94

Hình 3-11

41

Hình 3-35

63

Hình 3-59

95

Hĩnh 3-12

42

Hình 3-36

64

Hình 3-60

96

Hình 3-13

43

Hình 3-37

65

Hĩnh 3-61

97

Hình 3-14 43

Hình 3-38

66

Hình 3-62

98

Hình 3-15

44

Hình 3-39

67

Hình 3-63

99

Hình 3-16

44

Hình 3-40

68

Hình 3-64

100

Hình 3-17

45

Hình 3-41

69

Hình 3-65

101

Hình 3-18

45

Hình 3-42

70

Hình 3-66

102

Hình 3-19 47

Hình 3-43

71

Hình 3-67

103

Hình 3-20 49

Hình 3-44

72

Hình 3-68

104

Hình 3-21

50

Hình 3-45

73

Hình 3-69

105

Hình 3-22

51

Hình 3-46

74

Hình 3-70

106

Hình 3-23

51

Hình 3-47

75

Hình 3-71

107

Hình 3-24

53

Hình 3-48

76

Hình 3-72

108