Kết cấu vỏ mỏng – thiết kế và ứng dụng trong đời sống

Kết cấu vỏ mỏng có tính ứng dụng rất cao trong lối kiến trúc hiện đại, kết cấu vỏ mỏng – mỏng thì rất mỏng nhưng độ chịu lực vẫn phải cao. Vậy, bạn đã hiểu về loại kết cấu này?

Định nghĩa Kết cấu vỏ mỏng 

Kết cấu vỏ mỏng là sử dụng bê tông cốt thép dạng vỏ dưới hình cầu hoặc một phần hình cầu, thích hợp cho mục đích che phủ không gian rộng hay tạo điểm nhấn trang trí. Chiều dày của thiết kế này nếu so với phần khẩu độ không gian bao trùm thì chiếm tỉ lệ rất nhỏ, nên được coi là “vỏ mỏng”

Một điểm đặc biệt của kết cấu này là tuy mang tên “vỏ mỏng” nhưng độ chịu lực tốt, chống va đập cao, thường có tính toán cụ thể rõ ràng về sức bền vật liệu.

Thông thường các kết cấu vỏ mỏng có bề mặt cong và chiều cao tiết diện rất nhỏ. Truyền lực cho phần gối đỡ chỉ thông qua phương thức nén, kéo và cắt, khác hoàn toàn với kết cấu vòm mái không có khả năng chống lại lực kéo. Nên bạn có thể dựa vào điểm này để phân biệt, mặc dù nhìn bên ngoài kết cấu vỏ mỏng với kết cấu vòm mái khá giống nhau.

Ưu điểm của kết cấu vỏ mỏng

Nếu đề cập đến ưu điểm của kết cấu vỏ mỏng thì có rất nhiều, cụ thể là:

  • Đơn giản vì độ mỏng, trọng lượng của nó sẽ vô cùng nhỏ khi so sánh với thiết kế khác có cùng độ mở rộng.
  • Giảm thiểu nhiều vật liệu trong quá trình xây dựng
  • Lực tác động phân bố đều trên toàn bộ bề mặt cong, nên chịu được tải trọng lớn
  • Tính liên tục và đồng nhất trong tổng thể cao hơn nhiều so với kết cấu vòm cuốn, sức bền cũng được đánh giá cao hơn loại vật liệu dựng bằng gạch đá xi măng, dễ dàng vượt qua những thiên tai lớn như động đất, bão lũ
  • Cốt của kết cấu vỏ mỏng thường dùng cốt gỗ hoặc thép, bề mặt phủ bê tông, nên thuận lợi trong việc tạo hình, bạn có thể thoải mái sáng tạo theo ý thích và trí tưởng tượng
  • Hoàn toàn có thể tách rời phần mái vỏ mỏng để thi công riêng, chờ cứng rồi dùng máy cẩu đặt lên đúng vị trí, chỉ cần ráp nối cẩn thận là công trình của bạn đã hoàn thành rồi

Kết cấu vỏ mỏng ứng dụng trong đời sống như thế nào

Trong tự nhiên, ta có thể dễ dàng bắt gặp kết cấu vỏ mỏng ở vỏ trứng hay hộp sọ. Nhờ vào tiết diện mỏng, truyền lực đều nên có tính chống va đập cao. Nhưng lại không có khả năng chống lại tải trọng tập trung gây võng cục bộ nên các kiến trúc ứng dụng kết cấu này phải có cốt chắc chắn bằng thép, gỗ, kim loại. Các dạng ứng dụng của kết cấu vỏ mỏng trong đời sống dễ gặp như:

Vỏ mỏng một phương

Mang hình dáng các vỏ mỏng dạng trụ, tạo hình bằng cách tính tiến một đường cong dọc theo một mặt phẳng nằm ngang, hay gặp nhất là hình bán nguyệt và panobola.

kết cấu vỏ mỏng

 

Vỏ mỏng nhiều phương

Áp dụng cho những cấu trúc cần độ cong nhiều, độ uốn lượn cao, theo các phương khác nhau, tạo hình của conoid, hyperbolic, paraboloid… Hình thành bắt đầu bằng những đường thẳng di chuyển theo đường cong có tính toán trước. So với vỏ mỏng một phương, vỏ mỏng nhiều phương tăng thêm độ mềm mại cho công trình, tăng tính linh hoạt.

kết cấu vỏ mỏng 

Vỏ mỏng dạng bát úp

Thiết kế này khá là phổ biến và dễ gặp trong cuộc sống hàng ngày. Được tạo ra bằng cách xoay một đường cong quanh 1 trục cố định đủ 360 độ. Vòm bát úp thông dụng nhất là hình vòm cầu, đường cong ở đây là ¼ đường tròn, quay quanh trục thẳng đứng. 

Lực tác dụng của vỏ mỏng dạng này là lực đạp ngang hướng ra ngoài nên có thể tăng thêm độ vững chắc bằng cách tăng chiều dày diện tích tiếp xúc của chân vòm, mà không cần trụ giằng hay trụ liền tường.

kết cấu vỏ mỏng

Vỏ mỏng dạng gấp nếp

Lại là một loại kết cấu có tính nghệ thuật cao trong kết cấu vỏ mỏng. Ở đây, thay bằng bề mặt cong thì lại là các tấm phẳng, được sắp xếp theo lối gấp khúc. Dạng kết cấu này thi công khá dễ, chỉ mất công lắp ghép theo bản thiết kế. Lực tác động từ mái lên phần gối chủ yếu là áp suất kéo, nén và cắt.

Cấu trúc này dựa trên các gối ở góc và làm việc như thanh dầm lớn theo phương chiều dài. Vì vậy, các ứng suất trong cấu trúc này giống như các ứng suất uốn trong thanh dầm, phần phía trên luôn trong trạng thái nén dọc còn bên dưới lại thuộc trạng thái kéo.

 

kết cấu vỏ mỏng

Nhà thờ Axis mundi sử dụng kết cấu vỏ mỏng nếp gấp để tạo điểm nhấn

Kết cấu vỏ mỏng trong các công trình nổi tiếng trên thế giới

Vừa đẹp vừa lạ lại dễ làm, nhiều tiện ích, kết cấu vỏ mỏng xuất hiện rất nhiều ở các địa danh nổi tiếng thế giới như

Nhà hát Sydney

Một biểu tượng của nước Úc, còn được gọi là “Nhà hát Con sò” bởi hình dáng như những chiếc vỏ sò trắng muốt, úp chồng cạnh nhau bên bờ biển xanh trong. Kết cấu vỏ mỏng ứng dụng ở đây là kết hợp của vòm sườn và tấm vỏ mặt cong hình cầu. Mái ngói còn có đặc điểm tự làm sạch bề mặt và đặc biệt là thiết kế này giúp gió biển có thể luồn vào bên trong nhà hát.

kết cấu vỏ mỏng

 

Trung tâm Công nghiệp và Công nghệ mới Paris – CNIT

Nằm tại ngoại ô thành phố Paris – La Defense – xây dựng từ năm 1958, CNIT đã gây vang danh trong giới kiến trúc thời bấy giờ với chiều cao 50m, mặt bằng là tam giác đều với cạnh 218m. Và đã trở thành kiến trúc vỏ mỏng có khẩu độ lớn nhất trên thế giới.

Trải qua cải tạo vào năm 2009, Trung tâm vẫn giữ nguyên nét đặc sắc vốn có và mở rộng thêm diện tích phần sảnh để tăng công năng sử dụng

kết cấu vỏ mỏng

 

Đền Hoa sen Ấn Độ

Nằm tại phía Nam New Delhi, ngôi đền này nhìn từ xa đã như một bông sen kiều diễm đang hé nở. Khởi công vào năm 1980 và mất đến 6 năm để hoàn thiện dưới bàn tay tài hoa của kiến trúc sư lừng danh Fariborz Sabha.

kết cấu vỏ mỏng

 

Tổng cộng có 27 cánh sen từ chất liệu đá cẩm thạch trắng, chia làm 3 vòng từ trong vào, cách điệu thành mái vòm hành lang, kết hợp cùng hoa văn trên cửa và tường, tạo ra một công trình độc đáo khiến bạn không thể rời mắt và không ngớt trầm trồ.

Đã đủ nghệ thuật cho các công trình dùng kết cấu vỏ mỏng như trên chưa bạn? Hãy thử áp dụng cho thiết kế sắp tới của mình nhé!

Bài mới

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *