Đang tải... (xem toàn văn)
Trong những năm gần đây, hệ thống mặt dựng tường kính ngày càng được sử dụng nhiều cho các nhà cao tầng tại Việt Nam. Hệ thống mặt dựng là một trong những bộ phận đắt tiền của nhà cao tầng và giá thành của hệ thống mặt dựng có thể lên tới 20% tổng giá thành xây dựng của một công trình cao tầng. Do đó, công tác thiết kế và kiểm tra chất lượng cho hệ thống mặt dựng tường kính rất được coi trọng. Bài báo trình bày một số kết quả nghiên cứu về mặt dựng tường kính của nhà cao tầng.
MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ MẶT DỰNG TƯỜNG KÍNH CỦA NHÀ CAO TẦNG TS VŨ THÀNH TRUNG Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Trong năm gần đây, hệ thống mặt dựng tường kính ngày sử dụng nhiều cho nhà cao tầng Việt Nam Hệ thống mặt dựng phận đắt tiền nhà cao tầng giá thành hệ thống mặt dựng lên tới 20% tổng giá thành xây dựng công trình cao tầng Do đó, công tác thiết kế kiểm tra chất lượng cho hệ thống mặt dựng tường kính coi trọng Bài báo trình bày số kết nghiên cứu mặt dựng tường kính nhà cao tầng Từ khóa: Mặt dựng tường kính, nhà cao tầng Đặt vấn đề Trong vòng hai mươi năm trở lại đây, hệ thống mặt dựng tường kính dự án nhà cao tầng trở nên phổ biến Việt Nam (hình 1) Hệ thống mặt dựng phận quan trọng nhà cao tầng ngày quan trọng xét mặt như: công năng, thẩm mỹ, giá thành Riêng mặt kinh tế, giá thành hệ thống mặt dựng lên tới 20% tổng giá thành xây dựng công trình cao tầng Ngoài ra, mặt dựng tường kính hệ chịu tải trọng gió nhà cao tầng từ truyền đến hệ thống chịu tải trọng ngang nhà (cột, vách, lõi, ) thiết kế hệ thống mặt dựng nhôm kính chịu tải trọng gió yêu cầu bắt buộc Hình Mặt dựng tường kính cho công trình nhà cao tầng Các hệ mặt dựng tường kính 2.1 Mặt dựng tường kính hệ Stick Mặt dựng tường kính hệ Stick (hình 2(a)) sản xuất gia công nhôm, kính số chi tiết khác nhà máy, toàn công việc liên kết, lắp dựng hoàn thiện thực công trường Mặt dựng nhôm kính lớn hệ Stick sử dụng cho loại bề mặt bên nhà, đặc biệt phù hợp với bề mặt nhà có kiến trúc phức tạp có nhiều điểm nối Hệ thống mặt dựng Stick triển khai lắp đặt chi tiết cấu thành nên mặt dựng công trình, theo tiến độ xây dựng hoàn thiện phần thô công trình Việc thi công Stick triển khai theo bước cụ thể: - Các đố đứng (đố dọc) lắp trước tiên lắp nối tiếp nhịp với nhau; - Các đố ngang lắp liên kết với đố đứng đố đứng hoàn chỉnh; - Công đoạn cuối lắp kính, nhôm bơm keo hoàn thiện * Ưu điểm: - Có kết cấu an toàn chống thấm tốt; - Ưu điểm lớn phương pháp thiết kế thi công mặt dựng nhôm kính lớn hệ Stick linh hoạt trình vận chuyển, thi công lắp đặt; - Cho phép thi công công trình có độ phức tạp cao bề mặt góc cạnh, không đồng * Nhược điểm: - Việc kiểm soát chất lượng sản phẩm công trình khó khăn so với thi công hệ Unitized, đòi hỏi trình độ tay nghề công nhân thi công phải cao có mặt nhiều kỹ sư chuyên môn công trình; - Thời gian thi công lâu hơn, đòi hỏi nhiều công đoạn thi công công trường; - Việc triển khai thi công thực phần lớn từ phía bên tòa nhà: phải chuẩn bị nhiều thiết bị nâng, đu dây cho công nhân làm việc; - Đòi hỏi có mặt kho công trình rộng rãi để lưu trữ vật tư, thời gian lưu trữ, quản lý vật tư kéo dài suốt trình thi công 2.2 Mặt dựng tường kính hệ Unitized Mặt dựng tường kính hệ Unitized (hình 2(b)) hệ thống vách nhôm kính lớn sản xuất, gia công hoàn thiện thành panel từ nhà máy, sau chuyển đến công trình để lắp dựng hoàn thiện tổng thể Mặt dựng tường kính lớn hệ Unitized sử dụng tốt cho công trình có mặt đồng tầng có chiều cao Đặc điểm phương án lắp dựng kính theo hệ Unitized khung nhôm kính sản xuất lắp ghép hoàn thiện sẵn nhà máy, bao gồm hoàn thiện toàn cấu thành khung nhôm kính – gọi modul Sau đó, modul hoàn thiện vận chuyển từ nhà máy đến công trình sử dụng thiết bị cẩu nâng chuyên dụng để đưa lên vị trí lắp ghép chuẩn bị sẵn Các vị trí lắp ghép đặt sẵn bảng mã từ thời điểm đổ bê tông sàn đà cột giám sát đội ngũ kỹ sư thiết bị trắc đạt tọa độ * Ưu điểm: - Bề mặt mặt dựng tường kính lớn hệ Unitized đồng nên đảm bảo tiêu chí mặt mỹ thuật; - Thi công dễ dàng, thời gian thi công nhanh đáp ứng yêu cầu công trình đòi hỏi tiến độ gấp; - Kiểm soát chặt chẽ chất lượng sản phẩm nhà máy; - Hệ thống vững chắc, khả bám chịu đặc biệt tốt, thích nghi với tác động dịch chuyển tòa nhà; - Kết cấu kín khít, đảm bảo độ cách âm, cách nhiệt chống thấm cho công trình; - Không chiếm nhiều không gian diện tích thi công công trường; - Mặt dựng khung bao lớn, đảm bảo tầm nhìn thẩm mỹ cho công trình * Nhược điểm: - Đòi hỏi công nhân lắp đặt có trình độ tay nghề cao; - Giá thành cao mặt dựng tường kính hệ Stick; - Việc vận chuyển panel công trường phức tạp 2.3 Mặt dựng tường kính hệ Spider Mặt dựng tường kính hệ Spider (hình 2(c)) phương pháp hệ thống tường kính không khung, chủ yếu dùng chốt giữ kính để tạo thành điểm liên kết kết nối kính lại với (a) Mặt dựng tường kính hệ Stick (b) Mặt dựng tường kính hệ Unitized (c) Mặt dựng tường kính hệ Spider Hình Các loại mặt dựng tường kính Các loại tải trọng tác dụng lên mặt dựng tường kính 3.1 Các loại tải trọng Các loại tải trọng tác dụng lên mặt dựng tường kính (hình 3) bao gồm: - Tĩnh tải; - Tải trọng gió; - Tải trọng động đất; - Tải trọng nhiệt; - Tải trọng nổ; Trong đó, tải trọng gió loại tải trọng chủ yếu quan trọng (đặc biệt vùng động đất yếu Việt Nam) Tải trọng gió động đất Tải trọng thân mặt dựng tường kính Lực liên kết ngang Hình Sơ đồ tải trọng tác dụng lên mặt dựng tường kính 3.2 Tải trọng gió lên mặt dựng tường kính Rất công trình cao tầng bị sụp đổ gió phá hoại hệ thống bao che nhà cao tầng thường hay xảy (hình 4) Kích cỡ cửa ngày lớn yêu cầu thiết kế mặt dựng tường kính chịu nhiều tổ hợp lực khác gió, hiệu ứng nhiệt gây Mặt dựng tường kính thiết kế chịu tải trọng lớn mà phải chịu xoắn vặn công trình gây Sự phá hoại mặt dựng tường kính gây hư hại cho nội thất công trình (do mưa gió gây ra), công trình người xung quanh Thiết kế mặt dựng tường kính chịu tải trọng ngang (tải trọng gió) quan tâm kỹ sư thiết kế Mặc dù hư hỏng mặt dựng tường kính kính vỡ nghiêm trọng sụp đổ kết cấu chi phí cho việc thay đền bù cho việc gây thương tích cho người cần đặc biệt quan tâm Sự phá hoại kết cấu mặt dựng gió bão gây tượng hay xảy Khả chịu lực kính chịu ảnh hưởng yếu tố xạ mặt trời, chi tiết ô cửa keo dán, loại kính (kính cường lực hay không cường lực, kính dán hay kính hộp) (a) Mặt dựng tường kính nhà (c) Kính bị phá hoại tác dụng vật thể bay bão (b) Mặt dựng tường kính nhà cao tầng Hồng Kông bị phá hoại (d) Nột thất nhà cao tầng bị hư hỏng sau mặt dựng tường kính bị phá hoại Hình Hình ảnh hư hỏng mặt dựng tường kính tác dụng tải trọng gió Không có phương pháp tính toán chuẩn cho thiết kế mặt dựng tường kính với kích thước hình dáng khác Mặc dù tất tiêu chuẩn tải trọng tác động giới thể vùng có áp lực gió cao góc công trình Đặc biệt công trình đại có xu hướng không đặn có hình dáng phức tạp xây dựng vùng có ảnh hưởng mạnh địa hình công trình xung quanh (trung tâm đô thị lớn) thí nghiệm ống thổi khí động để xác định tải trọng gió lên hệ thống bao che cần thiết (hình 5) Tải trọng gió tác dụng lên công trình gồm có hai loại: - Tải trọng gió toàn bộ; - Tải trọng gió cục Tải trọng gió cục tải trọng gió tác động lên khu vực cụ thể công trình quan trọng mặt dựng tường kính Tải trọng gió cục dùng để phục vụ cho công tác thiết kế mặt dựng tường kính bao che Tải trọng gió cục có áp lực âm dương Hai loại tải trọng gió có số đặc điểm khác nhau: - Tải trọng gió cục bị ảnh hưởng nhiều hình dạng công trình tải trọng gió toàn lên toàn công trình; - Tải trọng gió cục lớn xảy vị trí công trình, tải trọng tổng thể tổng áp lực dương âm, xảy đồng thời toàn bề mặt công trình; - Trong cường độ đặc tính tải trọng gió cục bề mặt công trình khác cho hướng gió vận tốc gió tải trọng gió toàn chủ yếu khác theo hướng gió cụ thể; - Tải trọng gió cục nhậy cảm với tức thời gió thường xác định vận tốc gió giật giây giây; - Các áp lực gió gây lọt khí qua hệ thống bao che có tác động nhiều tải trọng gió cục lên hệ thống bao che không ảnh hưởng nhiều đến tải trọng gió toàn Sự xác định áp lực gió hút đẩy lên bề mặt cụ thể công trình theo hướng gió vận tốc gió khác vấn đề phức tạp Địa hình công trình xung quanh hình dạng công trình ảnh hưởng nhiều đến tác động gió lên mặt dựng nhôm kính Cần có nhiều nghiên cứu ảnh hưởng cấu tạo kiến trúc đến tác động gió lên công trình hệ thống bao che hệ mái công xon, hệ thống cửa nhô ra, thụt vào, Vì vậy, việc sử dụng thí nghiệm ống thổi khí động để xác định tải trọng gió lên công trình cần thiết Trong nhiều trường hợp, áp lực gió hút tác dụng lên bề mặt hệ bao che lớn giá trị tính toán từ tiêu chuẩn Các áp lực gió cục hút nhiều khí lớn hai lần tải trọng gió cục đẩy Trong đa số trường hợp phá hoại cục hệ thống bao che, kính bị thổi bay khỏi mặt dựng tường kính đa số phá hoại xảy góc công trình Vì vậy, hệ thống neo cần thiết kế để đảm bảo khả chịu lực gió hút, đặc biệt vị trí góc Kết từ thí nghiệm gió cho thấy tải trọng gió, hút đẩy lúc tăng dần với độ cao áp lực gió hút lên mặt bao che thường lớn áp lực gió đẩy Áp lực gió tác động lên mặt công trình khác thay đổi tùy theo vị trí Áp lực gió nhiều vị trí tầng lớn có giá trị gần vị trí góc đỉnh Các kết từ thí nghiệm ống thổi khí động giúp nhiều cho công tác thiết kế mặt dựng tường kính cho công trình thí nghiệm khả chịu lực mặt dựng tường kính mô hình thực (mock up test) Hình Thí nghiệm ống thổi khí động Thí nghiệm mặt dựng tường kính Thí nghiệm đánh giá chất lượng mặt dựng tường kính (mock up test) sử dụng phổ biến giới Đây loại thí nghiệm cần thiết giúp nhiều cho công tác kiểm tra chất lượng mặt dựng tường kính khả chịu lực tác động áp lực gió, độ kín khí, độ kín nước, khả chịu tải trọng động đất, khả chịu va đập, cách âm, cách nhiệt, Nhiều công trình Việt Nam tiến hành thí nghiệm kiểm tra chất lượng mặt dựng tường kính trước đưa vào lắp đặt như: tòa nhà tài Bitexco (Hồ Chí Minh), tổ hợp công trình Keangnam (Hà Nội), tòa nhà PV GAS (Hồ Chí Minh), tòa nhà Petroland (Hồ Chí Minh) Gần đây, Phòng Nghiên cứu Thí nghiệm Gió - Viện KHCN xây dựng tiến hành đầu tư hệ thống thiết bị để phục vụ công tác thí nghiệm đánh giá chất lượng mặt dựng tường kính Đơn vị tiến hành nhiều thí nghiệm để kiểm tra chất lượng mặt dựng tường kính cho nhiều công trình Việt Nam (hình 6): tòa nhà PV GAS (Hồ Chí Minh), tòa nhà Petroland (Hồ Chí Minh), tòa nhà Trụ sở Hải quan (Hà Nội), nhà ga hành khách quốc tế sân bay Đà Nẵng, a) Thí nghiệm mặt dựng tường kính công trình tòa nhà PV GAS (Hồ Chí Minh) b) Thí nghiệm mặt dựng tường kính công trình tòa nhà Petroland (Hồ Chí Minh) c) Thí nghiệm mặt dựng tường kính công trình tòa nhà trụ sở hải quan (Hà Nội) Hình Hình ảnh thí nghiệm mặt dựng tường kính cho số công trình Phòng Nghiên cứu Thí nghiệm Gió - Viện KHCN Xây dựng Sơ đồ thí nghiệm khả chịu lực tác động áp lực gió, độ lọt khí, độ kín nước mặt dựng tường kính thể hình 7, A Mẫu thí nghiệm Van điều tiết Van điều tiết Máy bơm hút khí Đồng hồ đo áp lực khí A Mặt cắt A-A Hình Sơ đồ thí nghiệm khả chịu lực tác động áp lực gió mặt dựng tường kính A Mẫu thí nghiệm Đồng hồ đo dòng Van điều tiết Máy bơm hút khí Buồng Bộ phận điều chỉnh dòng khí Đồng hồ đo áp lực khí A Mặt cắt A-A Hình Sơ đồ thí nghiệm kiểm tra độ lọt khí mặt dựng tường kính A Mẫu thí nghiệm Van điều tiết Dàn phun nước Buồng khí Van điều tiết Máy bơm hút khí A Đồng hồ áp lực nước Van điều tiết Đồng hồ đo áp lực khí Mặt cắt A-A Hình Sơ đồ thí nghiệm kiểm tra độ kín nước mặt dựng tường kính Áp lực gió thí nghiệm lớn cho mặt dựng tường kính số công trình thể bảng Từ bảng cho thấy áp lực gió dùng để thí nghiệm lớn đặt tới áp lực gió tương đương với thang bão Beaufort cấp 17 Bảng Áp lực gió thí nghiệm cho số công trình Áp lực gió thí STT Tên công trình Vận tốc gió tương Thang bão Beaufort đương (m/s) tương đương 6000 98 17 nghiệm lớn (Pa) Tổ hợp công trình Keangnam (Hà Nội) Tòa nhà PV GAS (Hồ Chí Minh) 2700 66 17 Tòa nhà Petroland (Hồ Chí Minh) 2400 62 17 Tòa nhà trụ sở hải quan (Hà Nội) 1200 44 13 Các mẫu thí nghiệm tiến hành theo hệ thống tiêu chuẩn thí nghiệm Mỹ (ASTM, AAMA), Úc (AS) đảm bảo yêu cầu qui định kỹ thuật thiết kế Các thí nghiệm giúp nhiều cho nhà thầu thi công khắc phục khiếm khuyết (cấu tạo liên kết mặt dựng nhôm kính công trình, độ kín mặt dựng ) mặt dựng tường kính trước đưa vào lắp đặt công trình Kết luận Bài báo trình bày số kết nghiên cứu mặt dựng tường kính nhà cao tầng Hệ mặt dựng tường kính gồm nhiều loại chịu nhiều tải trọng khác (trong tải trọng gió quan trọng nhất), cần có phương pháp thiết kế phù hợp để đảm bảo khả chịu lực yêu cầu chất lượng khác Công tác kiểm tra chất lượng mặt dựng tường kính thí nghiệm mô hình thực cần thiết cần áp dụng rộng rãi cho công trình xây dựng Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO AHSAN KAREEM and RACHEL BASHOR, “Performance of Glass/Cladding of High-Rise Buildings in Hurricane Katrina”, NatHaz Modeling Laboratory, University of Notre Dame, 2007 AHSAN KAREEM, “Saga of Glass Damage in Urban Environments Continues:Consequences of Aerodynamics and Debris Impact During Hurricane Ike”, NatHaz Modeling Laboratory, University of Notre Dame, 2008 VŨ THÀNH TRUNG “Báo cáo kết thí nghiệm hệ thống mặt dựng công trình tòa nhà PV GAS (Hồ Chí Minh)”, Phòng Nghiên cứu Thí nghiệm Gió - Viện KHCN xây dựng, tháng năm 2011 VŨ THÀNH TRUNG “Báo cáo kết thí nghiệm hệ thống mặt dựng hệ Unitized Stick công trình tòa nhà Petroland (Hồ Chí Minh)”, Phòng Nghiên cứu Thí nghiệm Gió - Viện KHCN xây dựng, tháng năm 2011 VŨ THÀNH TRUNG “Báo cáo kết thí nghiệm hệ thống mặt dựng tòa nhà Trụ sở Hải Quan (Hà Nội)”, Phòng Nghiên cứu Thí nghiệm Gió - Viện KHCN xây dựng, tháng năm 2011 Report on the Wind Tunnel Test for VINAFOR Tower, Hanoi, Vietnam, August 2011