Việc xây dựng một công trình sao cho vững chắc là điều mà các kiến trúc sư và kỹ sư đều phải tính toán dựa trên những yêu cầu thực tế. Trong những công trình nhà ở thông thường, D-CREA đã giới thiệu về những loại kết cấu như tường chịu lực, khung chịu lực được ứng dụng rộng rãi. Bài viết này sẽ thảo luận về hệ thống kết cấu không gian với quy mô và những ưu điểm vượt trội.
Hệ thống không gian – giàn không gian là gì?
Dàn không gian (space frame structure) là một hệ kết cấu chịu lực trong công trình. Nó là tập hợp các khung dạng thanh được thiết kế để chịu lực theo nhiều chiều, với cấu trúc mô phỏng phân tử hóa học của các nguyên tố như Carbon, Natri, kim cương…
Nó có thể chịu tải tập trung, tải trọng động và tải không đối xứng, đồng thời có khả năng chịu được dư chấn tốt. Với đặc điểm vượt qua được những khẩu độ lớn mà không cần hỗ trợ bên trong, giàn không gian thường được sử dụng trong các công trình công cộng như sân bay, sân vận động, triển lãm, bể bơi, tháp…
Từ những năm 1950, kỹ thuật xây dựng bằng cấu trúc giàn không gian đã được áp dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia phát triển như Đức, Pháp, Nga và Mỹ. Ở Việt Nam, những công trình sử dụng kỹ thuật này đang ngày một phổ biến, đánh dấu một bước tiến lớn trong ngành xây dựng với quy mô ngày càng hoành tráng và mang tính thẩm mỹ cao.
Cấu tạo của kết cấu không gian
Kết cấu không gian được hình thành bởi các phần tử cấu trúc dạng thanh và các chi tiết kết nối, hỗ trợ. Các thanh này được ghép với nhau bằng các nút để tạo thành một hệ thống vững chắc. Cấu trúc này có thể có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau tùy theo thiết kế cụ thể.
Các chi tiết nối bao gồm Nút công nghiệp là điểm gắn kết các thanh với nhau. Đây là
các bản thép được hàn vào thép ống (thanh cánh trên, cánh dưới) để liên kết với các thanh bụng tạo thành hệ giàn không gian. Các bản mã này được gia công tùy theo các góc nghiêng của các thanh bụng liên kết vào nút. Trên bản mã có các lỗ bu lông để liên kết các thanh giàn.
Các thanh bụng được đập bẹp đầu và đục lỗ bu lông để liên kết vào nút. Sau đó được tẩy rửa, phốt phát hóa bề mặt và sơn tĩnh điện theo màu do thiết kế chỉ định.
Thép là vật liệu phổ biến để tạo ra cấu trúc giàn không gian. Ngoài ra, những bộ phận quan trọng khác của kết cấu cũng có thể được làm từ vật liệu chất lượng cao như nhôm hoặc kim loại chịu mài mòn.
Một số loại kết cấu không gian phổ biến:
- Sườn không gian 3 chiều : phỏng theo cấu trúc của đầu khớp xương động vật.
- Hình thức mặt xếp : phỏng theo cấu trúc của lá buông, lá dừa.
- Hình thức vỏ mỏng: phỏng theo cấu trúc của vỏ trứng, vỏ sò, sọ động vật.
- Hình thức kết cấu dây căng: phỏng theo cấu trúc của mạng nhện.
Những ưu – nhược điểm của kết cấu không gian
Khung không gian là một loại kết cấu có nhiều ưu điểm:
- Trọng lượng tương đối thấp.
- Các phần khung không gian có thể xếp chồng lên nhau, tạo điều kiện thuận tiện khi vận chuyển và giảm chi phí trong quá trình này.
- Loại cấu trúc này thích hợp cho các thiết kế không đối xứng hay độc đáo, có tính thẩm mỹ cao, đáp ứng được các yêu cầu về kiến trúc.
- Khung không gian có khả năng chịu chấn động tốt hơn so với các loại khác.
- Phân bố tải trọng đồng đều, không có điểm yếu đơn lẻ, giúp cấu trúc tổng thể vững chắc, mạnh mẽ.
- Thích hợp cho nhiều tòa nhà cao cấp.
- Tiện ích bao phủ diện tích rộng: Khung không gian cho phép bao phủ diện tích lớn mà không cần hỗ trợ bên trong và không cần chiều cao quá lớn.
- Với việc sản xuất các cấu kiện có thể lắp ghép, việc lắp đặt trở nên dễ dàng.
Tuy nhiên, cũng cần lưu ý một số hạn chế:
- Đòi hỏi độ chính xác cao trong lắp ráp, đặc biệt là khi xây dựng khung không gian cao cần sự hỗ trợ của máy móc đặc biệt như cần cẩu hạng nặng.
- Cấu trúc khung không gian vẫn có giới hạn về chiều cao nếu không có sự gia cố và các yếu tố phụ trợ phù hợp.
Trên đây là những đặc điểm, ưu điểm và nhược điểm của kết cấu khung không gian. D-CREA hy vọng rằng bài viết này đã phần nào giúp bạn giải đáp những thắc mắc về vấn đề kỹ thuật trong xây dựng.
Ảnh: Internet.
Bài viết có tham khảo sách “Nguyên lý thiết kế cấu tạo các công trình kiến trúc” – NXB Xây dựng và các nguồn internet.
