NHÀ NHỊP LỚN KẾT CẤU LƯỚI KHÔNG GIAN
SVTH: VÕ NGỌC MINH PHÚC
1. Đặt vấn đề
Hiện nay trên thế giới, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đặt biệt là sự giúp sức của
các phần mềm thiết kế, con người đã sáng tạo ra nhiều phương pháp xây dựng tiến bộ, vượt trội, nổi bật
trong số đó có lẽ là hệ kết cấu lưới không gian. Ngày càng được ứng dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế
giới. và tạo ra được nhiều cơng trình mang tính bước ngoặt. Cùng với sự biến hóa về hình dạng cũng
như tạo cho mọi người cảm nhận về sự rộng lớn, đồ sộ. Trong bài tiểu luận này, chúng ta cùng tìm hiểu
sâu hơn về khái niệm cũng như các dạng kết cấu đặt trưng của kết cấu nhịp không gian và các cơng
trình tiêu biểu của hình thức kiến trúc này. Bài tiểu luận này chia làm 3 phần chính, phần 1 là phần đặt
vấn đề, phần hai là một số đặc điểm khái niệm của kết cấu lưới không gian, phần cịn lại là một số cơng
trình tiêu biểu của kết cấu này.

2. Nhà nhịp lớn kết cấu lưới không gian
2.1. Khái niệm chung
Kết cấu giàn không gian hay kết cấu giàn không gian thép là một kết cấu chịu lực trong cơng trình
xây dựng, được tổ hợp bởi các phần tử kết cấu dạng thanh, thường được làm bằng thép. Kết cấu này
thường dùng khi người ta muốn tạo nhịp lớn (có thể đến hàng chục mét) mà với kết cấu bê tơng, gạch
đá thì khó làm hoặc làm không hiệu quả. Kết cấu này được thấy nhiều nhất ở phần mái của cơng trình
có khơng gian lớn (như nhà thi đấu, sân vận động, nhà hát, nhà cơng nghiệp, giàn khoan trên biển,…).
Nhiều hình thức của kết cấu dạng này góp phần làm tăng vẻ đẹp thẩm mỹ cho cơng trình. Vật liệu
chính là thép. Tải trọng được truyền theo hai phương; mọi phân tố dọc, ngang của hệ đều tham gia
chịu lực. Kết cấu không gian nhẹ hơn kết cấu phẳng, thơng thường có dáng kiến trúc đẹp hơn. Tính
tốn chính xác kết cấu khơng gian địi hỏi nhiều cơng sức hơn và phải có sự trợ giúp của phần mềm
tính tốn kết cấu. Hệ kết cấu thép mái không gian nhịp lớn thường dùng là dạng hệ lưới thanh không
gian liên kết. Nhược điểm là nút liên kết rất phức tạp, việc chế tạo và lắp ráp địi hỏi độ chính xác cao.
Kết cấu mái không gian thép chia làm hai loại: hệ kết cấu mái lưới thanh không gian và hệ kết cấu
không gian dạng vỏ. Tuy vậy trong bài này chúng ta tìm hiểu hệ kết cấu mái lưới thanh không gian là
chủ yếu. Hệ kết cấu này thường được dùng cho các cơng trình nhịp nhỏ (l< 30 m), nhịp vừa ( l =3060m) hoặc nhịp lớn L > 60 m.

2.2. Ưu nhược điểm của giàn không gian

Kết cấu lưới không gian có một số ưu điểm như có tính thẩm mỹ cao, đáp ứng được các yêu cầu
về kiến trúc. có khả năng vượt nhịp lớn, giảm thiểu tối đa trọng lượng cho phần móng. có độ ổn định,

1


bền vững cao, giúp chống chọi với thời tiết khắc nghiệt như gió, mưa, bão, dễ dàng vận chuyển do
khối lượng nhẹ. dễ dàng lắp ráp, gia công. dễ dàng sửa chữa, thay thế những bộ phận bị hư hỏng.
Tuy nhiên kết cấu này cũng có một số hạn chế đó là địi hỏi một q trình thi cơng phức tạp, địi
hỏi đội ngũ thực hiện phải có tay nghề cao. Chỉ phù hợp với các cơng trình có nhịp lớn để tối ưu chi
phí

2.3. Đặc điểm của hệ giàn phẳng
Hệ giàn phẳng: Là hệ kết cấu giàn mà các phần tử kết cấu của nó chịu lực trong một mặt phẳng
làm việc, thơng thường hệ giàn phẳng cịn được gọi là hệ giàn vì kèo.
Hệ lưới khơng gian phẳng là một hệ thống các dàn cánh song song đặt giao nhau.
Hệ lưới không gian phẳng được sử dụng rộng rãi cho các cơng trình nhà nhịp lớn có mặt bằng
hình vng hay chữ nhật. Ngồi ra cũng có thể sử dụng cho các cơng trình có mặt bằng hình trịn, tam
giác đều, đa giác đều. Nhịp thơng thường từ 30 - 60m, có thể đến 100m. Chiều cao của hệ bằng
1/15÷1/20 nhịp.

Hình 1. Các dạng tổ hợp dàn thẳng đứng giao nhau

2.4. Đặc điểm của hệ lưới không gian dạng vỏ trụ
Hệ gồm các thanh thép đặt xiên tạo kiểu lưới hình thoi kết hợp với các thanh chống dọc (song
song sinh) hoặc gồm các thanh thép đặt vuông góc tạo kiểu lưới hình chữ nhật kết hợp với các thanh
chống xiên.Các thành phần cấu tạo chính gồm: thanh chịu lực, nút liên kết, vách5 cứng đầu hồi và đai
dọc nhà.
Có 2 loại lưới khơng gian vỏ trụ. Thứ nhất đó là hệ vỏ trụ một lớp là hệ gồm các thanh thép đặt
xiên tạo kiểu lưới hình thoi kết hợp với các thanh chống dọc (song song ng sinh) hoặc gồm các thanh

thép đặt vng góc tạo kiểu lưới hình chữ nhật kết hợp với các thanh chống xiên. Các thành phần cấu
tạo chính gồm: thanh chịu lực, nút liên kết, vách cứng đầu hồi và đai dọc nhà.
2


Hình 2. Các dạng vỏ trụ 1 lớp
Thứ 2 là hệ lưới không gian dạng vỏ trụ 2 lớp. Hệ gồm các dàn phẳng đặt song song theo đường
sinh và các dàn phẳng đặt xiên hoặc tổ hợp từ các đơn ngun hình chóp. Các thành phần cấu chính
gồm: thanh chịu lực, nút liên kết, gối tựa dọc nhà (c t ho c d m n i các u c t). Các chi tiết thanh, nút liên
kết tương tự như hệ lưới khơng gian phẳng.

Hình 3. Các dạng vỏ trụ 2 lớp

2.5. Hệ lưới Cu-pon
Hệ lưới không gian dạng vỏ cu-pơn là hệ thống các thanh thép hoặc các vịm thép đặt giao nhau,
có mặt ngồi cong hai chiều, được sử dụng cho các cơng trình có mặt bằng hình trịn hoặc đa giác đều,
nhịp đến 60m.
Có ba loại lưới cu-pơn chính, thứ nhất là dạng Cu-pơn sườn hướng tâm. Hệ gồm các sườn đặt
hướng tâm. Chân các sườn đặt lên vòng gối tựa và đỉnh các sườn hội tụ tại vòng đỉnh. Vòng đỉnh được
chế tạo rất cứng để chịu nén, uốn và xoắn. Các sườn được liên kết khớp tại vịng đỉnh. Đường kính
vịng đỉnh nhỏ và từng đơi sườn đối xứng qua tâm có thể coi là vòm 3 khớp. Các sườn được liên kết
với nhau bằng hệ xà gồ và giằng giữa các xà gồ.

3


Hình 4. Cupon sườn hướng tâm
Dạng thứ 2 là Cu-pơn sườn vòng. Hệ cũng gồm các sườn (vòm) đặt hướng tâm. Chân các sườn
đặt lên vòng gối tựa và đỉnh các sườn hội tụ tại vòng đỉnh. Các xà gồ vòng liên kết với các sườn hướng
tâm tạo thành một hệ kết cấu không gian vững chắc. Các xà gồ vòng tham gia chịu lực cùng với sườn

và là gối tựa trung gian cho các sườn, do đó trọng lượng cu-pơn sườn vịng nhẹ hơn cu-pơn sườn
hướng tâm.

Hình 5. Cupon sườn vịng
Dạng cuối cùng là Cu-pơn lưới Hệ gồm sườn hướng tâm, sườn vịng và thanh chéo tạo thành các
ơ lưới. Ơ lưới của hệ có thể là tam giác đều, hình thoi, hình thang với một hoặc hai đường chéo. Hệ có
dạng vỏ lưới 1 lớp hoặc 2 lớp. Thông thường các thanh của cu-pôn lưới được làm bằng thép ống, liên
kết khớp với nhau tại nút. Các thanh của cu-pôn chỉ chịu lực dọc trục và nội lực được dàn đều trên bề
mặt nên cu-pơn lưới có trọng lượng nhỏ nhất trong tất cả ba loại cu-pơn.

Hình 6. Một số dạng cupon lưới

3. Cơng trình tiêu biểu
4


3.1. Cơng trình trung tâm Cơng trình Trung tâm văn hóa Heyda Aliyev
3.1.1 Giới thiệu chung

Cơng trình Trung tâm văn hóa Heyda Aliyev là một cơng trình nổi tiếng ở thủ đô Baku và được
thiết kế bởi kiến trúc sư nổi tiếng thế giới hiện nay Zaha Hadid – chủ nhân giải thưởng Pritzker năm
2004, cơng trình Heydar Aliyev được đánh giá rất cao với vai trò trung tâm văn hóa của Baku,
Azerbaijan. Được thiết kế để vinh danh vị tổng thống của Azerbaijan, cơng trình này được đặt tên theo
tên của Tổng thống Ilham Aliyev.
Cơng trình bắt đầu khởi công vào năm 2007, hy vọng sẽ trở thành biểu tượng cho vẻ đẹp của
thành phố Baku. Trung tâm văn hóa là một tịa nhà đa dụng bao gồm: thư viện, bảo tàng, phòng họp,
hội trường, các phòng triển lãm nhỏ và khu ẩm thực. Tất cả được bố trí trên tổng mặt bằng diện tích
90,071 m2. Cơng trình được hồn thành và mở cửa vào tháng 9 năm 2013.
Cơng trình được xây dựng hịa hợp với cảnh quan xung quanh với thiết kế như những con sóng
tỏa ra từ tịa nhà chính, đồng thời có tác dụng hình thành và sắp xếp dịng lưu thơng du khách tới trung

tân văn hóa – nơi tổ chức các hoạt động ngồi trời, biểu diễn…

3.1.2 Đặc điểm cấu tạo cơng trình
Trung tâm Aliyev Heydar bao gồm hai phần chính: một cấu trúc bê tông kết hợp với hệ thống
dàn không gian. Để giải phóng bước cột tạo được những khơng gian lớn giúp người xem trải nghiệm
những sự uyển chuyển của nội thất, các cấu trúc chịu lực chính là lớp khung dàn bao che và hệ thống
tường chịu lực. Hình khối đặc biệt thúc đẩy các giải pháp cấu trúc độc đáo, chẳng hạn như sự ra đời
đường cong của cây “cột khởi động” để tạo sự nghịch đảo của bề mặt từ mặt đất tới phía Tây của tịa
nhà, và “mộng đuôi én” của dầm console hỗ trợ lớp vỏ bao che phía Đơng của cơng trình.

5


Giải pháp kết cấu chính của cơng trình là sử dụng một hệ thống giàn không gian như yếu tố kết
cấu chính của cơng trình trở thành lớp bao phủ bao che tạo khung cho hệ vách kính chế tạo đặc biệt.

Khung thép
Cơng trình được sử dụng các vật liệu tấm ốp bên ngồi dễ dàng làm sạch, vì có nhà máy lọc dầu
gần đó gây ơ nhiễm nặng nề khơng khí làm bẩn lớp sơn phủ màu trắng. Cơng trình được sử dụng lưới
sợi thủy tinh (GFRP)cho vật liệu bao che. Nói chung, tất cả các hệ thống bao che cơng trình được lựa
chịn phải có độ bền cao và tuổi thọ lâu dài đồng thời công tác bảo trì thấp.
GFRC là một vật liệu bền nhẹ mà có thể được đúc thành các hình dạng gần như khơng giới hạn,
màu sắc và kết cấu. Có hai q trình cơ bản được sử dụng để chế tạo GFRC - quá trình phun và quá
trình trộn. Quá trình trộn tiếp tục được chia thành các kỹ thuật sản xuất khác nhau như phun trộn, đúc
trộn, kéo thanh và tạo bề mặt.

Vật liệu GFRC
Đối với mục đích thẩm mỹ, lớp bao che cơng trình khơng chỉ làm cho nó có hình dạng như một
hình khối liên tục mà cịn có hiệu ứng liên kết các không gian với nhau. Các đường nối tấm bao che
6



chạy song song với nhau, làm nổi bật thiết kế lượn sóng của cơng trình. Vật liệu ốp phải đáp ứng được
việc kháng tia cực tím và phản xạ ánh sáng.

Hệ dầm BTCT

Kết cấu chính của Trung tâm văn hóa Heydar Aliyev là sự kết hợp bê tông cốt thép, kết cấu
khung thép, và dầm tổng hợp và sàn. Bê tông cốt thép chủ yếu được sử dụng để xây dựng các bức
tường chịu cắt như vách ngăn để ngăn cách các khơng gian chính và để hỗ trợ giàn khung bên ngồi.
phần móng của tịa nhà cũng được làm bằng bê tông cốt thép. Động đất là một trong những mối đe dọa
lớn nhất đối với việc xây dựng ở Baku, tòa nhà phải được gia cố bởi dầm bê tông dài 150 foot được
chôn dưới bề mặt đất để có thể chịu được trận động đất có cường độ lên tới 7,0 độ richter.

Phần lõi bê tông bên trong tòa nhà.

7


Hệ thống dàn không gian cho phép việc xây dựng những hình thức cấu trúc đa dạng và tiết kiệm
thời gian đáng kể trong suốt quá trình xây dựng, nhờ vào sự phát triển của công nghệ kỹ thuật đã tạo
sự kết hợp linh hoạt giữa lớp lưới cứng nhắc của khung không gian và các đường nối tự do cho bên
ngoài. Các đường nối được bắt nguồn từ một q trình hợp lý hố hình học phức tạp, tính ứng dụng và
thẩm mỹ của dự án. Sợi thủy tinh gia cố Polyester được chọn là vật liệu sơn phủ lý tưởng, vì chúng
cho phép một độ co dãn mạnh mẽ để đáp ứng những nhu cầu chức năng khác nhau: quảng trường, khu
chuyển tiếp và vỏ bao che.

3.2. Công trình Jewel Changi Airport

3.2.1 Giới thiệu chung

Cơng trình Jewel Changi Airport là một cơng trình nổi tiếng do kiến trúc sư Safdie Architects
thiết kế, là sự kết hợp giữa trung tâm mua sắm và vườn cảnh quan. Cơng trình được hoàn thành vào
năm 2019 tải sân bay Changi, Singapore.
Trung tâm của cơng trình này là một thác nước trong nhà cao nhất thế giới, bên cạnh đó cịn có
các hạng mục khác như khu rừng trong nhà, đường đi bộ trên cây, nhà hàng, khu bán lẻ và một loạt các
địa điểm tập trung khác, mở cửa cho cả khách du lịch và người dân địa phương.
Bao bọc xung quanh thác nước và cũng là không gian chủ đạo của Jewel chính là một khu vườn
nhiệt đới với khoảng 3.000 cây xanh phủ đều từ tầng 1 đến tầng 5.
Không gian cây xanh khiến bên trong Jewel như một thung lũng tuyệt đẹp với đủ thác nước và hoa lá.
Nhiệt độ bên trong ln được duy trì ở mức lý tưởng 23 độ C. Đây cũng có thể coi là vườn cây trong
nhà lớn nhất Singapore.

8


3.2.2. Đặc điểm cơng trình
Đây là cơng trình lưới khơng gian có dạng vỏ trụ. Khái niệm "vỏ lưới" ban đầu hệ thống cấu
trúc một lớp sẽ tối đa hóa ánh sáng trong không gian. Dàn thép và các tấm thủy tinh này được tạo
thành từcác phần tử thép hình lăng trụ giao nhau tại các nút thép đặc. Công trình có chiều ngang là
200m và chiều rộng là 150m
Cơng trình này vượt ra khỏi quy tắc về cơng trình vỏ bọc truyền thống. nó khơng chỉ có chứa
lực màng trong vỏ mà cịn cả lực ngồi mặt phẳng làm cong vỏ. Để chống lại sự kết hợp của các lực
này, nhóm thiết kế đã kiểm tra các lực trong lớp vỏ và đưa vào các phần tử sâu hơn tại các vị trí chịu
lực uốn cơng và làm cho lực phân tán qua các vùng khác nhau.

9


Hình ảnh phân tích các lực chính của khối cơng trình


Mặt cắt cơng trình
Cột chịu lực chính của cơng trình

Kết cấu liên kết thép

Thiết kế hình mái vịm là một khung lưới được hỗ trợ bởi một vòng tròn gồm 14 cột với hình dạng
giống như cây. Được tạo thành từ 9.000 tấm kính, mỗi tấm có hình dạng và kích thước độc đáo để tạo
sức nâng đỡ cần thiết cho cấu trúc chung.
Nặng hơn 6.000 tấn, tương đương với trọng lượng của 10 chiếc máy bay A380, các tấm kính được
làm bằng kính cản nhiệt ba lớp, giúp truyền ánh sáng nhưng đồng thời giảm nhiệt. Mỗi tấm có khe hở
khơng khí 16mm để giảm thiểu tiếng ồn.

Phần nhiệt
phản chiếu
lại

10


Một phần ánh sáng tự nhiên
xuyên qua.

4. Kết luận.
Kỹ thuật về giàn không gian đã được ứng dụng rộng rãi tại các quốc gia phát triển như Đức,
Pháp, Nga, Mỹ…từ những năm 1950. Ngành xây dựng nói chung và kết cấu giàn khơng gian nói riêng
của Việt Nam cũng bắt đầu có những bước tiến vượt bậc chục năm trở lại đây. Với những đặc tính và
ưu điểm nổi bật, như có tính thẩm mỹ cao, đáp ứng được các yêu cầu về kiến trúc. có khả năng vượt
nhịp lớn, giảm thiểu tối đa trọng lượng cho phần móng. có độ ổn định, bền vững cao, giúp chống chọi
với thời tiết khắc nghiệt như gió, mưa, bão, dễ dàng vận chuyển do khối lượng nh, dễ dàng lắp ráp, gia
công. dễ dàng sửa chữa, thay thế những bộ phận bị hư hỏng.

Vì vậy, một vài năm gần đây, kết cấu giàn không gian đã dần thay thế những kết cấu mái thép và
bê tông thông thường. Ở Viêt Nam, ta có thể dễ dàng tìm thấy nó ở các trung tâm thương mại lớn,
khách sạn, trung tâm triển lãm,…Chính những ưu điểm vượt trội của nó đã giúp cho các nhà kết cấu
11


lựa chọn phương án giàn khơng gian thay vì kết cấu vì kèo thép hoặc bê tơng như trước kia. Nó cũng
mang lại hình thức mới cho nền kiến trúc hiện đại của Việt Nam.

12


Tài liệu tham khảo
(1) Nguyễn Thị Tâm Đan – Võ Thị Lệ Thi, Bài giảng cấu tạo Kiến Trúc 2, Nhà nhịp lớn, Trường
Đại học Xây Dựng Miền Tây,
(2) Trung tâm Văn Hóa Heyda
Aliyev.
(3) />Yêu máy bay, ngày 17/4/2019.

Vĩnh Long, 2022 .
Sinh viên thực hiện

Võ Ngọc Minh Phúc

Blog