Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết cung cấp các thông tin tổng quan về dự án đầu tư xây dựng tháp truyền hình Tokyo SkyTree, đồng thời tập trung làm rõ giải pháp thiết kế, thi công nền móng của tòa tháp. Tọa lạc tại thủ đô Tokyo của Nhật Bản, Tokyo SkyTree cao 634 m là tòa tháp cao nhất thế giới hiện nay.
KHOA HC & CôNG NGHê Gii phỏp thit k, thi cơng móng tháp truyền hình Tokyo SkyTree, Nhật Bản Design and construction solution of Tokyo SkyTree Television Tower foundation, Japan Nguyễn Hồng Long, Nguyễn Cơng Giang Tóm tắt Bài viết cung cấp thông tin tổng quan dự án đầu tư xây dựng tháp truyền hình Tokyo SkyTree, đồng thời tập trung làm rõ giải pháp thiết kế, thi cơng móng tòa tháp Tọa lạc thủ đô Tokyo Nhật Bản, Tokyo SkyTree cao 634 m tòa tháp cao giới Móng tháp thiết kế theo phương pháp tường vây ngầm đất với phần kết cấu chính: Phần tường tạo thành chân móng có kết cấu liên hợp thép – bê tông cốt thép (SRC) bổ sung thêm mấu, chống lên lớp sỏi chặt độ sâu 50 m Phần tường kết nối chân móng có kết cấu bê tông cốt thép (RC), chống lên lớp sỏi chặt độ sâu 35 m Các cấu kiện tường vây thi công thành đoạn, đoạn tường khớp nối với chốt CWS dạng thép hình lượn sóng Kết cấu đảm bảo bền vững tháp trước tác động gió to động đất lớn Từ khóa: Tokyo SkyTree, thiết kế, thi cơng, móng Abstract This paper provides an overview of the Tokyo SkyTree television tower project and focuses on the design and construction of the tower foundation Located in Tokyo, Japan, the 634 m high Tokyo SkyTree is the tallest tower in the world today The foundation of the tower is designed according to the method of Continuous subterranbean wall pile foundation with two main structural components: The steel - reinforced concrete (SRC) walls with knuckles which form the foots of the foundation set in the firm gravel layer 50 m beneath the surface and The reinforced concrete (RC) walls which connect foots of the foundation set in the firm gravel layer 35 m beneath The subterranbean walls are constructed in sections which are joined together by corrugated steel type CWS joints This structure ensures the stability of the tower against the impacts of strong winds and large earthquakes Keywords: Tokyo SkyTree, design, construction, foundation ThS Nguyễn Hoàng Long VPĐD Hà Nội, Công ty Nikken Sekkei Civil Engineering Ltd Email: TS Nguyễn Công Giang Khoa Xây dựng Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Email: 66 Hình 1: Tồn cảnh dự án tháp truyền hình Tokyo SkyTree (nguồn: [2]) Tổng quan dự án tháp truyền hình Tokyo SkyTree Khai trương từ tháng năm 2012, Tokyo SkyTree - với chiều cao 634 mét - tòa tháp cao giới, đồng thời cơng trình xây dựng cao thứ nhì giới (sau tòa nhà Burj Khalifa Dubai, Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất) Được thiết kế tập đồn Nikken Sekkei, thi cơng tập đoàn Obayashi, nhà thầu thiết bị Panasonic, Hitachi, Toshiba, vv… doanh nghiệp Nhật Bản, tháp truyền hình Tokyo SkyTree minh chứng thuyết phục cho kỹ thuật ưu tú toàn diện ngành kiến trúc - xây dựng Nhật Bản Năm 2003, Nhật Bản bắt đầu xúc tiến chuyển đổi hình thức thu phát sóng truyền hình từ analog sang kỹ thuật số mặt đất (digital), đài truyền hình quốc gia NHK với đài truyền hình tư nhân Tokyo đưa ý tưởng xây dựng tháp truyền hình cao khoảng 600 m – chiều cao cần thiết để phủ sóng digital cho bán kính 87 km tồn vùng Kanto (bao gồm thủ đô Tokyo tỉnh lân cận) Tháp truyền hình thay cho tháp truyền hình Tokyo cao 333 m bị tòa nhà cao 200 – 300 m khu trung tâm Tokyo cản trở tín hiệu thu phát sóng, đồng thời kỳ vọng trở thành biểu tượng du lịch thành phố Tokyo kỷ 21 Năm 2005 công ty Đường sắt Tobu trở thành chủ đầu tư dự án xây dựng tháp Tháp SkyTree tọa lạc quận Sumida, nhìn sơng Sumida phía Tây sơng Arakawa phía Đơng, tiếp giáp với sơng Jukken phía Nam, cách mốc ki-lô-mét số thủ đô Tokyo khoảng km hướng Đông Bắc Khu đất dự án rộng 36.800 m2, thon dài theo phương Đông – Tây, trước vốn bãi tập kết hàng đường sắt vận tải hàng hóa Tobu Tháp SkyTree nằm trung tâm khu đất, hai phía Đơng, Tây tháp tổ hợp cơng trình bao gồm tòa nhà khách sạn - văn phòng cao 31 tầng, quần thể nhà hàng, cửa hiệu, khu vui chơi giải trí, rạp chiếu bóng mái vòm, thủy cung, quảng trường khơng gian mở, cơng viên mặt nước sàn cao Toàn tổ hợp cơng trình xây dựng đồng dự án tháp truyền hình Tokyo SkyTree Tobu Bên cạnh chức thu phát sóng, Tokyo TP CH KHOA HC KIƯN TRC - XY DẳNG Hình 2: Kết cấu thân tháp Tokyo SkyTree (nguồn: [3]) Hình 3: Đặc điểm địa chất đất xây dựng tháp SkyTree (nguồn: [2]) SkyTree đồng thời cơng trình du lịch với hai đài ngắm cảnh độ cao 350 m 450 m Hai đài ngắm cảnh có mặt hình tròn để đảm bảo tầm nhìn 360° bao quát xung quanh thành phố Phía đài quan sát bố trí nhà hàng, quán cà phê, quầy bán đồ lưu niệm,… Tổng chi phí xây dựng Tokyo SkyTree vào khoảng 6,5 tỷ yên (590 triệu USD theo tỷ giá nay) Tobu dự kiến thu hồi từ tiền cho đài truyền hình th cột ăng ten phát sóng đỉnh tháp, tiền vé tham quan khách du lịch lợi nhuận từ tổ hợp cơng trình thương mại - dịch vụ - vui chơi giải trí xung quanh tháp Tổng quan kết cấu thân tháp Khác với dạng chữ bát, chỗi dần phía đế tháp Eiffel hay tháp Tokyo, SkyTree có hình dạng thon gọn từ xuống gần giống cột thẳng Thiết kế giúp giảm diện tích chiếm chỗ mặt đất tháp, phù hợp với quy mơ hình dáng thon dài khu đất dự án (chiều dài phương Bắc – Nam khu đất khoảng 60 m) Để đảm bảo tòa tháp 634 m đứng vững với tiết diện đáy không lớn, kiến trúc sư thiết kế đế tháp theo kiểu “kiềng ba chân”, ba chân tháp tạo thành mặt hình tam giác có cạnh dài 68 m (Trong đó, tháp Tokyo cao 333 m có mặt đáy dạng hình vng với chân đế, chiều dài cạnh khoảng 90 m) Mặt khác, để đảm bảo mặt hình tròn cho đài quan sát, mặt cắt ngang SkyTree nắn dần từ hình tam giác phía đáy thành hình tròn phía đỉnh Kết cấu Tokyo SkyTree bao gồm hệ thống ống thép cường lực đan thành khung lưới bao bọc xung quanh kết nối với lõi bê tơng cốt thép hình trụ thẳng đứng, rỗng ruột, trung tâm Ống thép loại lớn có đường kính ngồi 2,3 m, chiều dày 0,1 m sử dụng để xây chân đế tháp Kết cấu thép tháp có cường độ chịu lực lớn thép thông thường Thép cột ăng ten phát sóng đỉnh tháp có cường độ lớn kết cấu 630 MPa, gấp đôi cường độ thép thông thường Cường độ cao giúp giảm bớt khối lượng thép, qua giảm diện tích bề mặt chịu tác động tải trọng gió, nâng cao độ bền vững kết cấu Tổng khối lượng khung thép khoảng 36.000 Lõi trung tâm giải pháp chống động đất lấy cảm hứng từ kiến trúc tháp năm tầng chùa cổ Nhật Bản Horyu-ji (thế kỷ 7), To-ji (thế kỷ 8), Daigo-ji (thế kỷ 10), vv… Các tòa tháp năm tầng xây dựng hồn tồn gỗ bị phá hủy bão hay hỏa hoạn, trải qua 1300 năm với nhiều trận đại địa chấn, chưa có tòa tháp bị đổ động đất Các tòa tháp có trụ trung tâm làm từ gỗ lớn cao 10~50 m, xuyên suốt từ mặt đất lên đỉnh tháp Khi xảy động đất, cột trụ đóng vai trò nặng giao động ngược với tòa tháp, triệt tiêu phần rung lắc tháp năm tầng Đối với tháp SkyTree, lõi trung tâm đóng vai trò phòng chứa cầu thang Đồng thời, có động đất, lõi trung tâm kết hợp với đệm cao su đáy lõi giảm chấn dầu xung quanh lõi trở thành hệ thống giảm chấn tương tự tháp năm tầng, giảm bớt tới 50% xung động Có thể nói thiết kế tháp Tokyo SkyTree kết hợp đại truyền thống, công nghệ, vật liệu tiên tiến hàng đầu với tinh hoa kiến trúc cổ Nhật Bn Sơ 27 - 2017 67 KHOA HC & CôNG NGHª Hình 4: Giải pháp thiết kế, thi cơng móng tháp Tokyo SkyTree (nguồn: [3, 6]) Giải pháp thiết kế, thi cơng móng tháp Tải trọng gió tải trọng động đất hai yếu tố ngoại lực quan trọng cần tính tốn thiết kế tháp Do tiết diện đáy không lớn so với chiều cao, lần tháp rung lắc gió động đất, lực tác động theo phương thẳng đứng phương ngang vào chân đế tháp lớn Đồng thời, nêu trên, việc sử dụng thép cường độ cao giúp giảm trọng lượng diện tích tiếp xúc với gió, qua nâng cao khả thích ứng với động đất gió kết cấu Tuy nhiên, khối lượng không lớn so với chiều cao làm giảm sức chống chọi kết cấu lực đẩy gây gió to động đất lớn Để đảm bảo ổn định tòa tháp, móng tháp cần có kết cấu đủ mạnh để chống lại lực Nền đất chân tháp từ mặt đất độ sâu 60 m chia thành lớp sau: 1) Lớp đất mặt, 2) Lớp Yurakucho, 3) Lớp sét cổ, 4) Lớp thềm sông cổ, 5) Lớp Tokyo 6) Lớp Kazusa Bên lớp đất mặt lớp Yurakucho có bề dày 25~30 m, bao gồm phần dày khoảng m chủ yếu đất tính cát, rời rạc phần đất tính sét, mềm Đây lớp trầm tích bồi tích hình thành thời kỳ biển tiến, lòng sơng cổ từ kỷ băng hà bị nước biển tràn vào phủ lấp (Lớp Yurakucho có nhiều điểm tương đồng với địa tầng Hải Hưng đất Hà Nội) Tiếp lớp Yurakucho lớp sét cổ có nguồn gốc từ tro núi lửa phân đại Đệ Tứ Các lớp đất yếu, có số búa N thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn chủ yếu nhỏ 10 Do móng tháp đặt lớp sỏi độ sâu 35 m (lớp sỏi hình thành thời kỳ nước biển dâng cao phủ lấp thềm sông cổ) độ sâu 50 m (lớp sỏi địa tầng Tokyo) Đây lớp đất có khả chịu tải tốt với giá trị N nằm khoảng 50~60 Móng tháp thiết kế theo phương pháp tường vây ngầm đất (tường vây đóng vai trò cọc móng) với phần kết cấu chính: Phần tường chân móng có kết cấu liên hợp thép – bê tông cốt thép (SRC - Steel Reinforced 68 Concrete) Phần tường nối có kết cấu bê tơng cốt thép (RC - Reinforced Concrete) Phần kết cấu SRC bao gồm tổ hợp tường vây tạo thành chân móng, cắm sâu xuống đất vị trí tương ứng với chân đế tháp bên Tường dày 1,2 m, gồm nhiều cấu kiện tường có chiều dài khác từ khoảng 3~20 m, chống xuống độ sâu 50 m Tường có tác dụng chịu tải cơng trình chống lại lực đẩy gió to động đất lớn tác động vào tháp Trong kết cấu SRC, bê tông cốt thép bao bọc xung quanh lõi thép Lõi thép gắn kết với kết cấu thép chân đế tháp thành thể thống Nhờ ngoại lực tác động vào thân tháp cao truyền trực tiếp xuống phần móng sâu đất Hơn nữa, độ sâu từ 35 m xuống 50 m, tường vây SRC thiết kế thêm mấu (knuckle) để tăng cường ma sát móng tháp địa tầng sỏi cứng Mỗi chân móng bố trí tổng cộng 40 mấu Khi ngoại lực tác động vào thân tháp theo hướng đẩy móng lên xuống dưới, mấu tì vào phần đất phía phía mấu, chống lại tác động gây chuyển vị móng Phần kết cấu RC bao gồm tường nối chân móng với thành cấu trúc móng hình tam giác Tường dày 1,2 m, dài khoảng 70 m, chống xuống độ sâu 35 m Tường có tác dụng chịu tải cơng trình ngăn chặn khuyếch đại động đất lớp đất yếu gần mặt đất, qua giảm độ rung lắc tháp xảy động đất Tồn kết cấu móng thi công theo phương pháp đúc bê tông chỗ Trước tiên rãnh sâu rộng tương ứng với kích cỡ tường vây đào máy Các lớp đất mềm phía đào máy đào dạng gàu ngoạm Super Kelly, lớp sỏi sâu bên đào máy đào dạng guồng xoắn Hydro Fraise Đối với phần tường vây có mấu cần sử dụng thêm máy khoét mấu Knuckle Scraper Lúc rãnh đào đổ đầy dung dịch chuyên dụng để giữ ổn định thành vách Song song với trình đào đất, T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG lồng cốt thép dài khoảng 20 m (đối với phần kết cấu RC) lồng cốt thép tích hợp lõi thép bên dài khoảng 40 m (đối với phần kết cấu SRC) lắp trường Khi rãnh đào hoàn tất, khung thép cẩu xuống rãnh ống tremie dùng để đổ bê tơng xuống rãnh nữa, sau cố định tồn lõi thép móng, vị trí lõi thép đo đạc tất sai lệch vị trí thiết kế với vị trí thực tế cập nhật lại vào thiết kế ban đầu khung thép Khung thép thân tháp sau thi cơng theo thiết kế hiệu chỉnh, đảm bảo khớp nối sn sẻ với móng Đối với phần tường nối RC, chiều dài tường lên tới khoảng 70 m nên khơng thể đào tồn lần Tường chia thành 12 đoạn thi công theo đoạn Để ngoại lực tác động theo phương ngang truyền tải nguyên vẹn qua 12 đoạn tường kết cấu thống nhất, mặt tiếp giáp hai đoạn tường liền kề nhau, thép hình lượn sóng gắn vào kết cấu để khớp nối đoạn tường theo phương pháp sử dụng chốt nối CWS (Complete Water Stop joint) Cụ thể, trước đổ bê tơng, nửa thép hình lượn sóng cắm vào vách đoạn tường thi công Khi đổ bê tông, cần che bịt thiết bị chuyên dụng để nửa bên thép không bị phủ lấp bê tông Sau đào đất để thi công đoạn tường tiếp theo, thiết bị che bịt chuyên dụng gỡ ra, lồng thép hạ xuống bê tông đổ vào, che phủ nốt nửa lại thép Như vậy, nửa thép cắm vào đoạn tường Tấm thép đóng vai trò chốt có tác dụng khớp nối hai đoạn tường lại với Kết luận Đối với phần tường chân móng SRC, cấu kiện tường có chiều dài lớn chia thi cơng theo nhiều đoạn Bên cạnh đó, lõi thép tường cố định vào đất xây dựng tường, sau khung thép thân tháp lắp đặt, gắn kết với lõi thép tường SRC Do vậy, cần đảm bảo độ xác khớp nối lõi thép móng với khung thép thân tháp Để đạt điều này, sức chịu tải phận khớp nối thiết kế có độ dơi dư, đủ để gắn kết móng với thân tháp trường hợp tồn lệch lạc nhỏ kết cấu thép hai phận Hơn Tài liệu tham khảo Tạp chí điện tử Nikkei Style đường link sau: https://style nikkei.com/article/DGXBZO32270600V10C11A7W02100/ Ấn phẩm đặc biệt tháng năm 2012 Shinkenchiku “Detail of TOKYO SKYTREE”, Nhà xuất Shinkenchikusha, 2012 (tiếng Nhật) Trang chủ công ty Nikken Sekkei đường link sau: http://www.nikken.co.jp/ja/skytree/structure/structure_04.php http://www.nikken.jp/ja/archives/history/12_03.html Sato Masahiro, “Kỹ thuật xây dựng Tokyo Sky Tree® Móng dạng tường có mấu để chống đỡ tòa tháp cao giới”, Hội thảo khoa học lần “Chủ đề: Thành tựu nghiên cứu ứng dụng thực tiễn tiên tiến Kiến trúc, Xây dựng lĩnh vực có liên quan khác” Viện nghiên cứu Khoa học Công nghệ, Trường đại học Nihon, Tokyo, Nhật Bản, 2010 (tiếng Nhật) Nhóm tác giả trình bày nét dự án đầu tư xây dựng tháp truyền hình Tokyo SkyTree, Nhật Bản Đồng thời, nhóm tác giả trình bày chi tiết giải pháp thiết kế, thi cơng móng tòa tháp cao giới Ngày 11 tháng năm 2011, trận động đất lịch sử mạnh độ richter xảy khơi vùng Đơng Bắc Nhật Bản với hệ sóng thần, hạt nhân gây thiệt hại kỷ lục người cho đất nước Nhật Bản Cách tâm chấn 350 km, khu vực phụ cận tháp Tokyo SkyTree ghi nhận rung chấn với độ địa chấn lớn độ yếu Khi ấy, lõi bê tông chống chấn chưa xây xong, cột ăng ten thu phát sóng nặng 3.000 chuẩn bị cẩu từ độ cao 619 m lên độ cao 625 m chưa cố định vào thân tháp Trong thời gian động đất, đỉnh cột ăng ten dao động với biên độ 4~6 m Tuy nhiên khơng xảy cố hay thiệt hại tháp, hệ thống cẩu tháp lực lượng nhân làm việc độ cao 600 m Trong đó, trận động đất bẻ cong cột ăng ten đỉnh tháp truyền hình Tokyo Đây minh chứng hùng hồn cho bền vững kết cấu SkyTree Nhóm tác giả hi vọng qua viết này, kinh nghiệm ngành kiến trúc - xây dựng Nhật Bản thiết kế, thi cơng tháp truyền hình Tokyo Sky Tree nói chung móng tháp nói riêng giúp ích phần cho bạn sinh viên, kiến trúc sư, kỹ sư xây dựng Việt Nam tham gia thiết kế, thi cơng cơng trình tương tự./ Nguyễn Cơng Giang, Nguyễn Hồng Long, Masaaki Katagiri, Kanta Oishi, Takao Sugimoto, Yukihiro Kohata, Nguyễn Quang Long, “Nghiên cứu điều kiện địa chất cơng trình Holocen khu vực trung tâm thành phố Hà Nội”, Hội nghị khoa học “Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, 45 năm phát triển hội nhập”, 290-300, 2014 Trang chủ công ty Obayashi đường link sau: https://www.obayashi.co.jp/chronicle/technology/c3s1.html https://www.obayashi.co.jp/press/news20031210 Takagi Hiroshi, “Xây dựng Tokyo SkyTree Hướng tới chiều cao số giới”, Tạp chí Hội Kỹ thuật Dầu mỏ Nhật Bản, 80, kỳ 4, 260-264, 2015 (tiếng Nhật) Atsuo Konishi, Masaru Emura, “Structural Design and Construction of the Foundation of TOKYO SKYTREE”, International Journal of High-Rise Buildings, Vol 4, No 4, 249259, 2015 S¬ 27 - 2017 69 ... cổ Nhật Bn Sơ 27 - 2017 67 KHOA HC & CôNG NGHª Hình 4: Giải pháp thi t kế, thi cơng móng tháp Tokyo SkyTree (nguồn: [3, 6]) Giải pháp thi t kế, thi cơng móng tháp Tải trọng gió tải trọng động đất... tháp truyền hình Tokyo Đây minh chứng hùng hồn cho bền vững kết cấu SkyTree Nhóm tác giả hi vọng qua viết này, kinh nghiệm ngành kiến trúc - xây dựng Nhật Bản thi t kế, thi cơng tháp truyền hình. .. nghiên cứu Khoa học Công nghệ, Trường đại học Nihon, Tokyo, Nhật Bản, 2010 (tiếng Nhật) Nhóm tác giả trình bày nét dự án đầu tư xây dựng tháp truyền hình Tokyo SkyTree, Nhật Bản Đồng thời, nhóm