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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỤNG

Nguyễn Thị Minh Thùy

NGHIÊN c ú n ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA CÂU
TẠO MÁI CHE VÀ GỢI Ý ỦNG DỤNG TRONG
KIẾN TRÚC
Chuyên ngành: Hình học hoạ hình - Vẽ kỹ thuật

LUẬN VÀN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội (2008)


LỜI CẢM ƠN

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

Xin chân thành cảm ơn các Thầy giảo tham gia giảng dạy lớp cao
học Hình Họa & Vẽ kỹ thuật trường ĐHXD, đã nhiệt tình truyền thụ
kiến thức tạo nền móng vững chắc cho tôi để có thể hoàn thành tốt
luận vãn tốt nghiệp.

Tôi cũng gửi lời cảm ơn sâu 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 tổt 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!

Hà Nội, thảng 6 năm 2008


MỎ ĐẢƯ
Mái là bộ phận quan trọng của ngôi nhà, không chỉ về mặt chức năng bao che
mà còn ở chức năng thẩm mỹ, mang lại vẻ đẹp và sự mới lạ cho môi căn nhà.
Sự phát triển của các hình thức mái nhà trên thế giói 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. Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của
nền kinh tế, ngành Kiến trúc, xây dựng cũng có nhiều biển chuyển, đòi hòi sự
ra đời của nhiều hình thức mái phong phú hiện đại, từ những mái nhà dân
dụng đến mái các công trình công 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 vấn đề khó khăn trong giải pháp kỹ 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 trưng hình học của cấu tạo mái che để áp dụng
vào thực tế 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 chiểu, tạo điều kiện thuận lợi để biểu diễn các mái. Đồng thời, từ các
hình biểu diễn trên hình chiếu ta có thể làm phong phú hơn các nguyên tắc
hình học.

Luận văn Thạc sỹ

-2 -

Nguyễn 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 đon 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 đê 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 vói 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 cứu 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 cửu, trong luận vãn này chỉ tập trung nghiên cứu

phương pháp ghép các mảnh mặt được cắt ra từ các mặt đơn 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

-

112

-

Nguyễn Thị Minh Thùy

KÉT LUẬN

Qua luận văn này, tác giả đã giải quyết những vấn đề cơ bản sau
- Từ các dạng mái sẵn có, đã hệ thống hóa và phân loại mái dựa trên đặc
trưng hình học của mái.

- Dựa ừên hệ thống 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 phang 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 đưòng tròn có bán kính r cho trước để tạo ra nhiều hình
thức mái phong phú và độc đáo hơn nữa.
Hướng phát triển
- 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 ừình.
- 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 vãn 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. Đặn a Thái Hoàng
Lược khảo nghệ thuật kiến trúc thế siới
Nhà xuất bản văn hóa, Hà Nội 1978.
3. Trần Văn Năm
c
Praca doktorska
Krakow 1982
4. Nguyễn Năm Phất
Hình học sơ cấp
Hà nội 1979
5. Hỉnh học xạ ảnh
Nguyễn Cảnh Toàn
Hà nội 1979
6. Nguyễn Đức Thiềm
Nguyên lý thiết kế kiến trúc nhà dân dụng
Hà nội 1999
7. A. aHHiueHKO
ApxHTeKTypa coopyaceHHH c BHcaaHMH noKptrnwMH
kuebl970
8. Edward Otto
Krzywe stozkowe
Warszawa 1969
9. Stefan przewtocki
Ksztattowanie geometryczne konstrukcji Powtokowych.
Warszawa 1969
10Jerry Krzemi’nski
Konstruckcje powtokowe
Warszawa 1979

Luận văn Thạc sỹ

-114-

Nguyễn Thị Minh Thùy

MỤC LỤC
M Ở ĐẦU

1

ChưoTig 1

3
TỔNG QUAN VÈ M ÁI CHE

1.1.

Lịch sử p h át 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 đăc trư n g hình hoc của cấu tao m ái che

21

C hưong 2

22
PHÂN LO Ạ I M Á I CHE

2.1.

Đỉnh nghĩa m ảnh m ảt

22

2.2.

Phân loại

22

2.2.1. Mái đơn

22

2.2.1. ỉ.

Mái phảng đơn

22

2.2.1.2.

Mải cong đơn

23

2.2.2. Mái ghép

27

2.2.2.1.

Mải ghép giữa các mảnh phảng

27

2.2.2.2.

Mái ghép giữa mảnh phẳng và mảnh cong

30

2.2.2.3.

Mái ghép từ các mảnh cong

31
33

C hương 3

PHƯ ƠNG PHÁP TẠO M ÁI CH E D ự A TRÊN ĐẶC TRƯ NG H ÌN H
HỌ C CỦA M ÁI
3.1.

M ột số khái niệm về đường cong và m ặt cong bậc hai

3.1.1. Đường cong bậc hai

34

34

3.1.1.1.

Elip

34

3. ỉ. 1.2.

Hypeboỉ

35

3. ỉ. 1.3.

Parabol

37


Luận văn Thạc sỹ

-115-

Nguyễn Thị Minh Thùy

3.1.2. Xác định giao điểm của đường thẳng vói đường cong bậc hai

38

3.1.2. ỉ. Tìm giao điểm của đường thảng với eỉip

38

3.1.2.2. Tim giao điếm của đường thắng với Hypebol

40

3.1.2.3. Tìm giao điểm của đường thẳng với Parabol

41

3.1.3. Mặt cong bậc hai

43

3.1.3.1. Mặt nón và mặt trụ

43

3.1.3.2. Mặt elipxoỉt elliptic

44

3.1.3.3. Mặt Hypeboloit một tầng

44

3.1.3.4. Mặt Paraboloit elliptic

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 Elỉpxoit

46

3.1.4.3. Tiết diện tròn của Nón Eỉiptic

48

3.1.4.4. Tiết diện tỉ'òn của Hypeboloỉt một tầng

50

3.1.4.5. Tiết diện tròn của Paraboloit elỉptic

50

3.2.

M ái cấu tạo từ các m ảnh phẳng

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 đon giản

54

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

55

3.2.4.1. V í d ụl

56

3.2A.2.

Ví dụ 2

59

3.2A.3.

Ví dụ 3

61

3.2.4A.

Ví dụ 4

63

3.2.4.5.

Ví dụ 5

65

3.2A.6.

Ví dụ 6

67

3.2A.7.

Ví dụ 7

69


Luận vãn Thạc sỹ

3.3.

-116-

Nguyễn Thị Minh Thùy

M ái ghép giữa m ảnh phẳng vói m ảnh của m ặt kẻ (đường ghép nối
là đường thẳng)

70

3.3.1. Mái ghép từ mảnh phang vói mảnh của nón

70

3.3.2. Mái ghép từ mảnh phẳng với mảnh của trụ

72

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

73

3.33.1.

Ví dụ ỉ

73

3.33.2.

Ví dụ 2

75

33.33.
33.3.4.
3.4.

Ví dụ 3
Ví dụ 4

M ái ghép giữa các m ảnh của m ặt b ậc hai

3.4.1. Giới hạn nghiên cứu
3.4.2. Bài toán xuất xứ

76
78
80

80
80

3.4.2.1. Bài toán 1

80

3.4.2.2. Bài toán 2

83

3.4.23. Bài toán 3

85

3.4.2.4. Bài toán 4

87

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

90

3.43.1.

Ví dụ ỉ

90

3.43.2.

Vỉ dụ 2

92

3.43.3.

Vỉ dụ 3

93

3.43.4.

Ví dụ 4

94

3.43.5.

Vỉ dụ 5

97

3.43.6.

Ví dụ 6

99

3.43.7.

Ví dụ 7

102

3.43.8.

Vỉ dụ 8

104

3.43.9.

Ví dụ 9

107


Luận văn Thạc sỳ

3.5.

- 117-

Các gọi ý mái mô phỏng kiến trú c dân tộc

Nguyễn Thị Minh Thùy

109

3.5.1. Ví dụ 1

109

3.5.2. Ví dụ 2

111

K ẾT LUẬN

112

TÀ I LIỆU THAM KHẢO

113

MỤC LỤC

114

MUC

• LUC
• HÌNH VẼ

118


Luận văn Thạc sỹ

-118 -

Nguyễn Thị Minh Thùy

MỤC LỤC H ÌN H VẼ
Chương 1

Hình 1-1. Phòng đá

3

Hình 1-2. Các dạng mái lều

4

Hình 1-3. Kim tự tháp

5

Hĩnh 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. Đền thờ Goharshad

9

Hĩnh 1-11. Đền Taj- Mahal

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


Luận văn Thạc sỹ

-119 -

Nguyên Thị Minh Thùy

Hình 1-26. Trung tâm hội nghị quốc gia

18

Hình 1-27. Đại nam quốc tự

19

Hình 1-28. Nhà biểu diễn cá heo

20

C hưong 2

Hình 2-1. Mái phẳng đcm

22

Hình 2-2. Tòa nhà CNIT

23

Hình 2-3. Bảo tàng chiến tranh Duxford

23

Hình 2-4. Tháp Swiss- London

24

Hình 2-5. Reichtag Dome - Berlin

24

Hình 2-6. Cornell weill

24

Hỉnh 2-7. Planetarium

24

Hình 2-8. Viện công nghệ Massachusetts

24

Hình 2-9. Cung thiên văn Mcdonnell

25

Hình 2-10. Tháp làm mát

25

Hỉnh 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

Hình 2-16. Chòi nghỉ dạng mặt Paraboloit Hypebolic

26

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

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. Centro Coop

32


Luận vãn Thạc sỹ

-

120

Nguyễn Thị Minh Thùy

-

Chưcrng 3

Trang Hình

Trang Hình

Trang

Hình

Trang Hình

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

Hĩnh 3-4

35

Hình 3-28 57

Hình 3-52 82

Hình 3-76

111

Hĩnh 3-5

36

Hình 3-29 58

Hình 3-53

Hình 3-6

36

Hình 3-30 58

Hình 3-54 86

Hình 3-7

37

Hình 3-31 59

Hình 3-55

Hình 3-8

38

Hĩnh 3-32 60

Hĩnh 3-56 90-91

Hình 3-9

39

Hĩnh 3-33 61

Hĩnh 3-57 92

Hĩnh 3-10 40

Hình 3-34 62

Hình 3-58 93-94

Hình 3-11 41

Hình 3-35 63

Hình 3-59 95

Hình 3-12 42

Hình 3-36 64

Hĩnh 3-60 96

Hình 3-13 43

Hình 3-37 65

Hình 3-61

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

Hĩnh 3-65

101

Hình 3-18 45

Hình 3-42 70

Hĩnh 3-66

102

Hình 3-19 47

Hình 3-43 71

Hĩnh 3-67

103

Hình 3-20 49

Hình 3-44 72

Hĩnh 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

Hĩnh 3-47 75

Hĩnh 3-71

107

Hình 3-24 53

Hình 3-48 76

Hình 3-72

108

84

89

97