KẾT CẤU MÁI DÂY TREO

Kết cấu dây treo là một kết cấu được áp dụng rộng rói trong nhiều công trình dân dụng, công nghiệp và giao thông trên thế giới về những ưu điểm nổi bật của nó: trọng lượng nhẹ, vượt nhịp lớn, thi công lắp ráp nhanh, hình dáng kiến trúc đa dạng và phong phú. Ở nước ta kết cấu dây treo đó được nhiều tác giả nghiên cứu áp dụng và từ đó tạo nhiều thành tựu to lớn. Trong thời kì mở cửa và hội nhập, kết cấu dây treo đã và đang gớp phần quan trọng vào các công trình tải điện và quyết định trong việc đảm bảo giao thông miền núi và đồng bằng sông Cửu long, mái che các công trình nhịp lớn như sân vận dộng nhà triển lãm, nhà ga... 
 

Nghiên cứu kết cấu treo giúp tìm được các giải pháp về thiết kế và thi công phù hợp với các dạng công trình phức tạp và mới chưa được áp dụng nhiều tại Việt Nam. 
Việc lựa chọn giải pháp kết cấu và phương pháp thi công hợp lí đảm bảo được chất lượng của công trình, tiến độ thi công, đảm bảo an toàn, bảo vệ môi trường và đem lại nhiều dấu ấn riêng về kiến trúc và thẩm mỹ.

1. Kết Cấu treo 
Lịch sử hình thành và phát triển kết cấu treo: 
Năm 1968, kiến trúc sư Gunnar Birkerts đã ứng dụng kết cấu cầu treo cho thiết kế tòa nhà Ngân hàng dự trữ liên bang của bang Minnesota ở Mỹ. Tòa nhà được xây dựng xong năm 1972, được giới kiến trúc đánh gia cao, được coi là một thành tựu kiến trúc và dành được một số giải thưởng kiến trúc uy tín năm 1974; 
Kết cấu cầu treo là một trong những kết cấu được dùng phổ biến khi thiết kế cầu nhịp lớn do những ưu điểm của nó. Hệ kết cấu cầu treo điển hình gồm hai tháp cao ở hai đầu, sàn cầu bê tông cốt thép hoặc thép, hai dây cáp lớn căng ngang nối hai đỉnh tháp và các dây cáp nhỏ treo sàn bê tông cốt thép vào hai dây cáp lớn. Dạng kết cấu này có ưu điểm là các cấu kiện chính chỉ chịu lực đơn giản: tháp chịu nén là chính, các dây cáp lớn và nhỏ chỉ chịu kéo, sàn cầu chịu mô men uốn tương đối nhỏ.

Hình 1.1. Tòa nhà ngân hàng dự trữ liên bang)ở TP Minneapoliss, tiểu bang Minnesota (Mỹ) (sưu tầm)

Về mặt công nghệ xây dựng, giải pháp kết cấu cầu treo có tính khả thi cao đứng trên khía cạnh thiết kế và thi công. Chúng ta thấy là tòa nhà Ngân hàng dự trữ liên bang của bang Minneapoliss được thiết kế từ năm 1968, khi máy tính điện tử và các phần mềm tính toán kết cấu còn chưa phát triển. Ngày nay với sự hỗ trợ của máy tính điện tử và các phần mềm phân tích kết cấu, công việc thiết kế và thi công có thể được thực hiện với chất lượng và độ chính xác cao hơn nhiều. 
Kết cấu cầu treo là một giải pháp ưu việt khi phải vượt qua nhịp lớn. Kết cấu này không chỉ sử dụng cho cầu mà còn được ứng dụng cho nhà cao tầng từ rất sớm khi mà máy tính điện tử còn chưa phát triển. Điều nay chứng tỏ tính cách mạng của các nhà đầu tư và các nhà quản lý xây dựng trong việc ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật tạo nên hiệu quả to lớn về kinh tế xã hội, tạo ra các công trình kiến trúc đặc sắc.

Hình 1.2. Hệ kết cấu cầu treo cho nhà cao tầng, dự án Dolphin Plaza 

Định nghĩa kết cấu dây và mái treo:
Kết cấu dây và mái treo là hệ kết cấu được cấu tạo từ những dây mềm, chỉ chịu kéo, bỏ qua khả năng chịu uốn của dây. Các dạng kết cấu dây bao gồm dây tải điện, dây văng, cầu dây các loại và mái treo. Kết cấu dây còn được dùng liên hợp với các hệ kết cấu cứng khác như: dầm, dàn hoặc tấm tạo nên hệ kết cấu liên hợp như mái treo dầm cứng, cầu dây văng;
Cáp dùng trong kết cấu dây có loại, có cường độ gấp sáu lần nhưng giá thành chế tạo chỉ đắt hơn hai lần thép xây dựng thông thường]. Do tận dụng được sức chịu kéo lớn như vậy, nên kết cấu dây có trọng lượng nhẹ, cho phép vượt được nhịp lớn. Hình dạng kiến trúc của kết cấu dây nói chung và mái treo bằng dây nói riêng cũng đa dạng và phong phú. 

Đặc điểm chung 
Khả năng chịu lực của kết cấu dây treo được xác định theo độ bền, bởi chúng chỉ có nội lực kéo. Kết cấu làm việc chịu kéo nên cho phép sử dụng triệt để khả năng chịu lực của dây cáp, đồng thời với cường độ cao của vật liệu nên trọng lượng của kết cấu ở đây tương đối nhỏ; 
Đây là hệ kết cấu chịu lực được tạo bởi hệ dây cáp chịu kéo có cường độ cao (b =120 – 140 KN/cm2). Các dây cáp này được neo vào các gối cứng là các dàn, dầm, khung… bằng thép hay BTCT. Dùng cho các công trình có nhịp lớn với dạng kết cấu khác nhau: hệ dây một lớp, hệ dây hai lớp, hệ dàn dây, hệ yên ngựa, hệ yên ngựa, hệ hỗn hợp, vỏ mỏng…

Ưu điểm
Khả năng chịu lực của mái dây được xác định theo độ bền bởi chúng chí có lực kéo. Kết cấu làm việc chịu kéo lên chúng sử dụng triệt dể khả năng chịu lực của dây cáp, đồng thời với cường đô cao cua vật liệu trọng lượng của kết cấu chịu lực tương dối nhỏ. Với dạng kết cấu này khi nhịp tăng cho hiê u quà sư dụng kết cấu tăng. Ưu việt hơn nưa là kết cấu dây treo dễ vận chuyền và có khả năng lắp ráp không cần dàn giáo, chúng vượt nhịp lớn, dễ vận chuyển và thi công.
• Kết cấu chịu kéo nên sử dụng được hết khả năng chịu lực của cáp.
• Hệ kết cấu mái dây 2 lớp: nhờ có lớp dây căng cùng làm việc với lóp dây chu làm tăng dô ồn định hình dạng của hệ dây , làm cho hệ có độ cứng và có khả năng chịu được tải trọng đổi chiều.
• Kêt cấu dàn dây: làm cho hệ có độ cứng cao hơn , có ổn định hình dạng cao , chuyển vị nhỏ sát giả thiết.
• Kết cấu mái dây hình yên ngựa: nhờ có lớp dây căng trước sao cho trong dây luôn có lực kéo với bất kì tải trọng bất lợi nào , dà làm tăng tính ôn dịnh hình dạng về độ cứng cho hệ cũng như làm giảm được sự gia tăng độ võng của hệ chịu tai trọng.

Khuyết điểm: 
Có biến dạng lớn do mô-đun đàn hồi của cáp thấp (E=1.5 – 1.8.106 daN/ cm2) nhỏ hơn thép cán và khả năng làm việc của thép cường độ cao lại lớn hơn thép thường nên biến dạng tỉ đối của cáp trong giai đoạn đàn hồi lớn hơn so với thép CT3 vài lần.. Có tính biến hình lớn. Khi sơ đồ tác dụng của tải trọng thay đổi thì sơ đồ hình học của hệ thay đổi lớn. Để giảm nhẹ chuyển vị đó, các mái thường được thiết kế căng trước và có giải pháp cấu tạo đặc biệt làm tăng khả năng ổn định hình dạng của hệ.
Kết cấu cầu treo là một giải pháp ưu việt khi phải vượt qua nhịp lớn. Kết cấu này không chỉ sử dụng cho cầu mà còn được ứng dụng cho nhà cao tầng từ rất sớm khi mà máy tính điện tử còn chưa phát triển. Điều nay chứng tỏ tính cách mạng của các nhà đầu tư và các nhà quản lý xây dựng trong việc ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật tạo nên hiệu quả to lớn về kinh tế xã hội, tạo ra các công trình kiến trúc đặc sắc.