Ket Cau Be Tong An Tuong

Pgs.Ts Nguyễn Bảo Huân (CDC - Bộ Xây dựng)

Kết cấu bê tông ấn tượng & độc đáo cho toà tháp đôi cao nhất thế giới. PGS.TS Nguyễn Bảo Huân (cdc - bộ xây dựng)

Mở đầu Tháp đôi Petronas do kiến trúc sư người Argentina, Cesar Pezli, Hiệp hội ADAMSON KUMPULAN SENRIKA thiết kế theo mô típ nghệ thuật đạo Hồi, Tôn giáo chính thống ở Malaysia. Công trình được xây dựng tại trung Tâm Thủ Đô KUALA LUMPUR. Hệ kết cấu mỗi tháp gồm 16 khung cột sỉêu rộng bố trí theo chu vi tạo thành hình ống lăng trụ tròn với vách kính bao che kết hợp Lõi cứng ở bên đều bằng vật liệu bê tông cốt thép. Bê tông khác xa với kết cấu thép nhẹ ở hầu hết các toà nhà cao tầng trên thế giới vì trọng lượng truyền xuống móng nặng gấp đôi. Nó không những là kết cấu mẫu mực thanh mảnh mà đặc biệt còn là sự đột phá công nghệ xây dựng mới Bê tông cường độ cao – kiểm tra độ thẳng đứng tháp bằng kĩ thật GPS (Vệ tinh toàn cầu) kết nối hệ máy tính. Đây là một kỳ tích mà trước đây chưa ai làm được ở Malaysia, một thử thách xây dựng

Thiết kế của Petronas được lấy cảm hứng từ các tũa nhà đạo Hồi. Ảnh: Pbase

trên cao mang dấu ấn thời đại ở cuối thế kỷ XX. Với chiều cao tháp là 451,9m( 1483fs) bằng khoảng 1/4 chiều cao nhất của đồi sinh thái Gunnung Tahan 2186m. Tháp được Hội đồng Tư vấn xây dựng Nhà cao tầng và môi trường nhà ở Punnsyvannia Hoa Kỳ công bố tháng 4 năm 1999 rằng đây là toà nhà cao nhất thế giới. Hai thí nghiệm chất tải cộc khoan nhồi tỉ lệ thực 1:1 nhằm xác định các thông số nén để thiết kế móng. Các mô đun đàn hồi đất nền được tính toán kiểm tra lại từ số liệu thí nghiệm nén tĩnh cọc. Kết quả so sánh với giá trị môđun trung bình từ thí nghiệm nén tĩnh có đến ảnh hưởng chu kỳ chất tải lặp một cách chính xác hợp lý. Bài này tham khao

Hai tũa thỏp nhỡn từ trờn cao. Ảnh: Flatrock.

một phần của Merdeka / Kỷ niệm ngày Malaysia độc lập từ Website của Petronas và Journal- institution of Engineer Malaysia 1995. www.cad.vn

1

Pgs.Ts Nguyễn Bảo Huân (CDC - Bộ Xây dựng)

Tháp Petronas dự kiến nằm trên thửa đất trước đây là bãi cỏ xanh khuôn viên Câu lạc bộ Selangor Turf, trường đua xe công thức 1. Tháp Petronas nằm trong một phần của dự án phát triển qui hoạch trung tâm thành phố KUALA LUMPUR có diện tích 1,7 triệu mét vuông sàn sử dụng hỗn hợp làm văn phòng, siêu thị bách hoá bán lẻ và bãi đỗ xe công cộng. Tháp cao 451,9m dưới ánh mặt trời ban ngày chiếu lên đỉnh mái chap tạo nên ảo giác cao, về đêm tháp in bang lộng lẫy trên nền trời Kuala Lumpar. Mỗi tháp có 88 tầng với tổng diện tích sàn gần bằng 180.000m2 sử dụng làm siêu thị, khách sạn 5 sao tiêu chuẩn Quốc tế và căn hộ cao cấp, văn phòng không gian Kết cấu tháp trang nhã, đơn giản và hài hoà với môi

Petronas Twin Towers ban ngày... Ảnh: Wikipedia.

trường sinh thái của quy hoạch Thủ đô, do các kỹ sư kết cấu THORSON TOMASTTI & RANHLL BERSEKUTU thiết kế. Vật liệu bê tông đem lại hiệu quả tối ưu cho công trình tháp vì trọng lượng nặng có dao động riêng khá lớn, thi công đơn giản dễ dàng sử dụng nhân lực địa phương. Công nghệ bê tông quen thuộc ở châu á, nhưng Bê tông cường độ cao thì lần đầu tiên phát triển đột phá ở Malysia. Tháp đôi có 5 tầng hầm chìm sâu dưới mặt đất và 6 tầng quây xung quanh

... Và buổi tối. Ảnh: Tropicalisland

2 tháp nối bên trên là Suria KLCC, một trong những trung tâm thương mại lớn nhất Malaysia và Dewean Filharmonik Petronas của dàn nhạc Filharmonik nổi tiếng ở Malaysia, Bên ngoài toàn tháp là công viên có đường Lối đi ở cầu trên không, nối liền hai tũa thỏp. Ảnh: Wikipedia.

www.cad.vn

chạy bộ, lối đi dạo, một đài phun nước có trình diễn ca nhạc và sân chơi trẻ em.

2

Pgs.Ts Nguyễn Bảo Huân (CDC - Bộ Xây dựng)

Các phương án kết cấu Có 5 phương án kết cấu khung – lõi của toà tháp Đôi Petronas lần lượt được các nhà tư vấn và ban quản lý Đầu tư Dự án phân tích lựa chọn. Mỗi hệ kết cấu chính được xem xét tổng quan về tính khả thi xây dựng, tính kinh tế hợp lý, sự trung thành với ý tưởng kiến trúc của kỹ thuật mà không làm mất đi tính thoải mái cho người làm việc trong toà tháp. Các hệ kết cấu chính đã được lựa chọn đầu tiên là. I/ Lõi bằng thép / hệ cột và giằng chu vi hình ống lăng trụ bằng thép. II/ Lõi bằng bê tông / hệ cột và giằng chu vi hình ống lăng trụ bằng thép III/ Lõi bằng Thép / hệ cột và giằng ống lăng trụ bằng thép bộc bê tông. IV/ Lõi bằng bê tông / kết cấu hệ ống hình trụ bằng thép bọc bê tông. V/ Lõi bằng bê tông / hệ kết cấu cột ống hình lăng trụ cũng bằng bê tông Kết quả so sánh các phương án trên đã kiến nghị sử dụng hệ kết cấu đứng bằng bê tông : lõi/cột (V). Phương án này có ý nghĩa quan trọng, nó có nhiều ưu điểm hơn các hệ kết cấu khác. Bê rông đổ tại chỗ là vật liệu sẵn có ở địa phương và không đắt tiền, đôí với cấu kiện chịu nén nó có hiệu quả vô cùng kết cấu bê tông, nói chung công trình có độ mảnh và chiều cao lớn bê tông tăng độ cứng, chống rung bên trong rộng hơn so với kết cấu thép vì thế nó đem lại cảm giác để chịu hơn cho người làm việc trong toà tháp. Hệ kết cấu Kết cấu tháp đôi sử dụng hai loại vật liệu bê tông và thép hình nhằm khai thác tính ưu việt riêng của mỗi loại. Kết cấu hệ khung – lõi bê tông thoả mãn mọi yêu cầu thách thức về độ cao: 451,9 m. Hệ kết cấu này có khả năng chịu tải trọng đứng tốt và chống đỡ tối ưu các lực thiên nhiên tác động lên toà nhà siêu cao tầng. Trên vùng trời Kuala Lumpar vận tốc gió cơ bản V=35,1m/giây.

Mặt bằng tầng 31-33 (tháp số 2)

Đây là tốc độ gió giật mạnh kéo dài trong 3 giây đo ở độ cao 10m trên mặt đất với chu kỳ lặp lại trong 50 năm. www.cad.vn

3

Pgs.Ts Nguyễn Bảo Huân (CDC - Bộ Xây dựng)

Hệ kết cấu gồm 5 loại thành phần như liệt kê dưới đây. 1. Lõi tháp hình vuông cạnh 23x23m tại mặt đất và giảm dần đến tầng trên còn 19x22m tường chu vi lõi có chiều dày thay đổi 3 lần : 750:750:350mm. Các tường ngang song song bên trong lõi theo hướng Bắc Nam nói chung không chừa lỗ, có chiều dầy không đổi.Kết cấu này ảnh hưởng tối ưu đến độ cứng ngang công trình và kết quả; là lõi chịu đựơc gần nửa một nửa momen lát tại móng công trình. 2. Mặt bằng tháp có 16 cột tròn bê tông toàn khối tạo thành ống hình lăng trụ tròn với đường kính 46m. Khoảng cách tim- tim các cột 8 đến 9m. Kích thước tiết diện cột thay đổi 5 lần : từ đường kính 2,4m ở tầng trong đường kính các cột trung gian từ 2,1 m xuống 1,8; rồi 1,5 và đến gần đỉnh mái đường kính cột còn 1,2m. Cường đọ bê tông thay đổi từ 80MPa; 60; đến 40. Các tiết diện giằng cột chu vi thay đổi hình nêm, chiều cao giằng tại mép cột là 1150mm tại giữa nhịp dầm cao còn 725mm, tiết diện thay đổi làm tăng thêm 34% đọ cứng so với tiết diện đều có chiều cao trung bình. 3. Tấm dàn dầm cứng có trụ chống ở giữa nhịp liên kết thành dàn Virendelle nối từ hệ giằng cột vào 4 góc lõi tường cứng theo hướng đông tây tại sàn thứ 38-40 thông tầng. Nhờ có dàn Virendlle nối liền hệ khung bao chu vi ngoài tháp với lõi cứng bên trong đều bằng kết cấu bê tông cường độ cao tạo ra khả năng siêu cứng cho toàn hệ liên kết cấu chống lực ngang đạt hiệu quả tốt nhất. 4. Hệ kết cấu truyền thống sàn thép bao gồm những dầm thép hợp kim khoảng cách timtim dầm là 3m có chiều dài điển hình và chiều cao 457mm. Nhịp bản sàn là hợp kim 20 sâu 51mm và sàn lát đá dày 63mm. Hệ dầm sàn thép được gối vào từng lõi bê tông và một đầu liên kết vào má dầm giằng các cột. Sàn thép từ trên tầng 73 là đồng nhất khuôn mãu “Sàn nhà điển hình” có đặc trưng lặp lại nên thời gian hoàn thiện kỷ lục 5. Hai khớp đỡ chân vòm kết cấu

mềm đỡ cầu trên không năng 750 tấn nối lion 42 độ cao cách mặt đất 170m để mỗi ngày có tới 1400 lượt du khách tham quan ngắm nhìn toàn cảnh thủ đo từ trên cao và lưu thông giữa các tầng tháp cao hơn phải chuyển đổi đặt theo hướng võng lên nhằm

Mặt bằng khung tầng 51-55 (tháp số

2) www.cad.vn

4

Pgs.Ts Nguyễn Bảo Huân (CDC - Bộ Xây dựng)

6.

loại trừ võng đo trọng lượng bản thân và giảm đáng kể ứng suet gây ra do tác động

lực biến dạng. Mặt bằng bố trí kết cấu của toà tháp là 16 cột – khung sàn duy nhất bao ngoài chu vi tháp tạo thành hình ống lăng trụ tròn xoay. Hệ sàn có các dầm thép điển hình thay đổi mác từ 80MPa đến 40MPa. Khối tích bê tông căng cường độ cao là điều kiện chống lật tối thiểu, còn ứng suất bê tông nói chung chuyển biến thêm. Gía trị môđun đàn hồi của bê tông cường đọ cao là 4,83KPa làm tăng ảnh hưởng đáng kể đến độ cứng kết cấu công trình.

Móng cọc ma sátbarrette - Tường vâydiaphrargm wall - Neo trong đất Móng tháp đôi nằm trên địa chất công trình cùng đồi Kenny gồm tầng đất cứng phủ trên bề mặt tầng đá vôi đã phong hoá. Tại mặt cắt địa chất đi qua móng chân tháp đôi cho thấy tầng đất đồi thay đổi từ chỗ nông là 20-75 mm đến chỗ sâu nhất là 180- 200m gặp tầng đá vôi tính từ mặt đất. Tại côngtrường đã thực hiện khảo sát hơn 400 hố khoan nhằm thu thập số liệu địa kỹ thuật phục vụ thiết kế móng sâu. Móng mỗi tháp nặng 300.000 tấn trên bè bê tông trong địa chất công trình phức tạp trên có nhiều ý kiến khác nhau về lựa chọn phương án móng. Vì trong tầng đá vôi có nhiều hang hóc, hơn nữa một nửa bè

Mặt bằng bố trí cọc barrete

móng nằm trực tiếp trong đá có độ dốc nghiêng lớn trải dài 180m, nửa bè kia nằm trên đất sâu. Hậu quả móng bị lún không đều sẽ gây ra sự cố công trình bị nghiêng. song giải pháp cọc ma sát lại phải di chuyển qui hoạch ban đầu về phía đông nam khoản 50-60m để, móng cọc đủ sâu ngàm trong đất, móng công trình sẽ ổn định và an toàn cao hơn. Cuối cùng phương án dài bè đường kính 50 dày 4,5m nằm trên 85 cọc ma sát Berrette được duyệt. Tuỳ theo mặt dốc thềm đá vôi mà cọc có đô sâu nông khác nhau. Móng cho 2 tháp chính là 170 cọc Berrette loại 1,2x2,8m sâu từ 60-125m, dài trung bình 83m (37.3 000m3 bê tông) loại 0,8x2,8m sâu từ 40-60m trung bình 45m (3100m3).Vữa gia cường ma sát đất cọc cho toàn bộ cọc là 150.000 mét dài. Đài bè chung cho cả tháp chính và tháp phụ có khối 13.200m3 đổ bê tông liên khối lượng khổng lổ liên tục trong 52 tiếng đồng hồ không có mạch ngừng thi công tại độ sâu -20m tính từ mặt đất thiên nhiên. www.cad.vn

5

Pgs.Ts Nguyễn Bảo Huân (CDC - Bộ Xây dựng)

Hồ đào 5 tầng hầm sâu 20m đã phải sử dụng tường bê tông liên tục trong đất sâu 30m dầy 0,8m chạy dài 970m kết hợp neo trong dất chống đỡ tường bị chuyển vị. Đặc trưng kết cấu tường trong đất là rất mảnh, độ cứng rất mềm, dưới áp lực nước ngầm và lực đẩy ngang của đất phía ngoài tường luôn luôn đe doạ tường dễ bị biến dạng và tại đỉnh tường chuyển vị lớn. Diện tích tường bê tông là 29.000m2 cần đến trọng lượng 2.300 tấn. Đây là một kỉ lục lục xây dựng tầng hầm sâu cho nhà cao tầng Tất cả các hang hốc casteur ngầm trong than đá vôi ở độ sâu 150m ngay trong phạm vi dưới mặt bằng chân tháp, và các vùng đất bị lún sụt nơi tiếp giáp giữa đất đồi Kenny và bề mặt đá vôi đều đã được xử lý bằng phun vữa xi măng áp lực cao. Kết luận Kết cấu Tháp đôi thanh mảnh đem lại an toàn tuyệt đối và hiệu quả kinh tế cao. Đây là giải pháp xây dựng khả thi như thách thức với thiết kế kết cấu các nhà cao tầng nhất trên thế giới. Giải pháp kết cấu các nhà cao tầng nhất trên thế giới. Giải pháp kết cấu đứng bằng bê tông và các sàn bằng thép hình có tốc độ xây dựng nhanh. Bêtông tại chỗ có khối tích nặng có khả năng chống lực ngang tốt, có gia tốc động tối ưu. Phương án tường bê tông trong đất kết hợp neo trong đất là giải pháp thi công hiện đại tiên tiến về mặt công nghệ và lần đầu tiên được áp dụng tại Malaysia. Ngày 31/08/1999 Thủ Tướng Dakutu Seri và T.S Mahathir đã cắt băng khánh thành. Giám đốc Dự án Tháp đôi ông M.Hilme Hassan đã phát biểu rằng “Tôi đang nghĩ và ước ao được sống cùng gia đình nơi tôi đã xây dựng”. Gìơ đây Petronas đã là khách sạn cao cấp năm sao. Toà tháp thứ nhất là văn phòng tổng hành dinh của hãng ESSO Malaysia, trụ sở công ty Petronas, chủ đầu tư công trình và các chi nhánh. Toà tháp còn lại hầu hết dành cho các doanh nghiệp tên tuổi nổi tiếng nước ngoài thuê đặt tụ sở tại đây như Accenture, Al Jazcera International, Bloomberg, Boeing, IBM, Khazanah National Berhad, Mekisney & Co.Microsoft và Newfield Exploration. Ngày 12/9/2001 một ngày sau vụ khủng bố làm sập toà tháp đôi WTC ở Newyork nước Mỹ, Petronas Towers Malaysia cũng bị báo động đánh bom!

www.cad.vn

6

Pgs.Ts Nguyễn Bảo Huân (CDC - Bộ Xây dựng)

Phối cảnh cầu trên không

www.cad.vn

7

Pgs.Ts Nguyễn Bảo Huân (CDC - Bộ Xây dựng)

Tháp song sinh Petronas

www.cad.vn

8