Mặc dù kết cấu dây căng thường không sử dụng cho các công trình nhà dân bình thường. Tuy nhiên đối với những công trình lớn như sân vận động, nhà thi đấu, tòa nhà kiến trúc lớn…Thì kết cấu dây căng là vật dụng không thể thiếu. Hãy cùng Việt Nhật tìm hiểu rõ hơn qua bài viết dưới đây nhé!
Nguồn gốc xuất xứ kết cấu dây căng
Kết cấu dây căng được lấy cảm hứng từ nơi trú ẩn nhân tạo như cấu trúc của các bộ lạc người Mỹ bản địa hay lều da lạc đà của dân du mục ở vùng sa mạc Iran, Ả Rập Saudi và Sahara. Người đặt nền móng cho sự phát triển của loại hình này chính là Frei Otto, một kiến trúc sư người Đức.
Hiểu một cách đơn giản, kết cấu dây căng chỉ việc xây dựng mái nhà bằng cách dùng một màng căng được giữ cố định bởi các cáp thép. Đặc điểm chính của mô hình cấu trúc này là: Tính dễ uốn, vượt nhịp lớn, dễ chế tạo trước và hoạt động dưới sức căng.
Mặt khác, hệ thống này cần sử dụng một lượng vật liệu nhỏ các tấm bạt mỏng, khi chúng được kéo căng lên sẽ tạo ra những bề mặt chịu được các lực tác động lên đó.
Quá trình phát triển của kết cấu dây căng
Kết cấu dây căng thường sử dụng trong các sân vận động, trung tâm thể thao và công trình nông nghiệp – công nghiệp. Tuy nhiên kể từ thời La Mã cho tới giữa thế kỷ 20, do sự thiếu hụt các nhà máy sản xuất khiến sự xuất hiện của các tấm màng chắn càng trở nên khan hiếm. Chỉ đến khi xảy ra cuộc cách mạng công nghiệp thì kết cấu này mới có bước chuyển mình rõ rệt. Minh chứng là sự xuất hiện của các lều xiếc trong thời gian đó.
Hầu hết các nghiên cứu này là thành quả của kiến trúc sư, nhà nghiên cứu vật lý người Đức Frei Otto. Thời sinh viên ông vô tình nhìn thấy kiến trúc nhà thi đấu Raleigh ở Bắc Carolina và bắt đầu tìm tòi, nghiên cứu chúng.
Vì nhận thấy được lợi ích tuyệt vời của kết cấu dây căng, Otto đã bắt đầu thực hiện các dự án đầu tiên gồm câu lạc bộ, sân vận động, gian hàng ở Olympic. Theo thời gian, ông đã thiết kế ra nhiều công trình nổi tiếng như:
- Sân vận động Olympic Munich năm 1972
- Gian hàng Đức (German Pavilion) năm 1967
Nhờ sự thành công của các công trình nghiên cứu đó, Otto đã nhận được các giải thưởng:
- Huân chương Vàng RIBA năm 2006
- Pritzker năm 2015
- Tác giả cuốn sách Das Hangende Dach năm 1958
Xem thêm:
- Ứng dụng của bạt căng trong mặt đứng công trình hiện nay
- Tensile là gì ? Tổng quan Tensile trong ngành kiến trúc xây dựng
Phân loại kết cấu dây căng
Hiện có 3 cách phân loại kết cấu dây căng chủ yếu:
- Cấu trúc màng căng: Liên quan đến cấu trúc mà có một tấm màng được giữ chắc chắn bằng dây cáp. Việc này sẽ phân phối đều lực kéo ra toàn bộ cấu trúc.
- Cấu trúc lưới căng: Đây là các kết cấu có một lưới cáp chịu được lực và truyền lực đó đến các thành phần khác (có thể là gỗ hoặc tấm kính).
- Kết cấu khí nén: Đặc điểm là một tấm màng bảo vệ nhờ khí áp nâng đỡ.
Cấu tạo kết cấu dây căng
Về cơ bản cấu tạo kết cấu dây căng gồm 3 phần chính:
Các tấm màng
Vật liệu chủ yếu của các tấm màng là sợi polyester đã được bọc PVC, có giá thành thấp, dễ lắp ráp và độ bền cao tới 10 năm. Bên cạnh đó, nếu sử dụng tấm màng được làm từ sợi thủy tinh phủ PTFE thì độ bền sẽ cao hơn 30 năm và có sức chống chịu tốt. Nhưng loại này có giá thành rất cao bởi vì đòi hỏi lao động phải giỏi, lành nghề.
Cấu trúc chịu lực
Có 2 loại kết cấu chịu lực chủ yếu là gián tiếp và trực tiếp. Trong đó:
- Chịu lực gián tiếp được bố trí từ một điểm rồi nâng cao lên như cột khiến dây cáp căng ra.
- Chịu lực trực tiếp được bố trí trực tiếp trên phần còn lại của cấu trúc tòa nhà.
Dây cáp
Vai trò của dây cáp là phân phối lực kéo và căng cứng của tấm màng. Dựa vào phương thức hoạt động, dây cáp được chia thành: Chịu tải và ổn định. Chúng đều có công dụng bắt chéo trực giao, tránh biến dạng và đảm bảo cường độ theo hai hướng.
Tuy nhiên trong khi cáp chịu tải trực tiếp nhận tải từ bên ngoài, được đặt cố định ở vị trí cao nhất. Thì cáp ổn định lại hỗ trợ cho cáp chịu tải và vượt qua cáp chịu tải trực giao.
Mỗi loại cáp sẽ có tên gọi khác nhau tùy vào vị trí lắp đặt của chúng như: Cáp thung lũng (valley) là cáp thấp nhất, cáp sườn núi (ridge-line) là cáp cao nhất, cáp tròn là cáp ổn định đặt theo hình tròn.
Kết luận
Trên đây là những chia sẻ của Việt Nhật về nguồn gốc cũng quá trình phát triển của kết cấu dây căng. Mong rằng các thông tin trong bài viết đã giúp bạn hiểu rõ hơn cấu tạo cũng như công dụng của mô hình cấu trúc này trong cuộc sống.
Nếu còn vấn đề gì cần giải đáp hoặc muốn được tư vấn về các sản phẩm. Đừng ngần ngại mà hãy gọi ngay cho chúng tôi nhé!
Trả lời