Kết cấu kiến trúc là gì?

Kết cấu kiến trúc là gì? Phân loại & các hệ kết cấu độc đáo

Trong nhiều năm qua, công nghệ và vật liệu xây dựng đã có những tiến bộ vượt bậc, từ những kết cấu đơn giản đến những công cụ mô phỏng và mô hình hóa hiện đại, giúp việc xây dựng các công trình trở nên thuận tiện hơn. Không chỉ tuân theo những kết cấu truyền thống và phổ biến, sự sáng tạo của con người đã khai phá ra những thiết kế kết cấu kiến trúc đặc biệt hơn. Vậy bạn có biết kết cấu kiến trúc là gì và để đảm bảo một công trình kiến trúc có kết cấu đảm bảo an toàn thì cần những điều kiện gì không? Trong bài viết dưới đây, Xây Dựng Phú Cường sẽ chia sẻ một số kiến thức về kết cấu kiến trúc, phân loại và những hệ kết cấu độc đáo nhất hiện nay.

Kết cấu kiến trúc là gì? Phân loại

Kết cấu chính là yếu tố then chốt trong việc xây dựng bất kỳ một công trình dân dụng hay công trình kiến trúc nào. Nó đảm nhiệm vai trò là khung sườn và là bộ phận chịu tải trọng chủ yếu của công trình đó. Kết cấu kiến trúc gồm nhiều cấu kiện được kết hợp với nhau để tạo nên bộ khung của công trình như: dầm, cột, vách, móng, sàn… Hiện nay, các vật liệu thường được dùng chủ yếu trong kết cấu kiến trúc là bê tông cốt thép, gỗ, gạch đá, thép… Đây là những loại vật liệu mang tính chắc chắn, đảm bảo chất lượng và có tính thẩm mỹ cao nên được sử dụng rộng rãi.

Các loại kết cấu trong kiến trúc được chia thành 4 nhóm sau:

• Phân loại theo vật liệu: Bê tông, bê tông cốt thép, bê tông dự ứng cục, gỗ, gạch, thép, nhôm, một số kim loại khác, nhựa, chất dẻo, đất, đá, kính…
• Phân loại theo dạng công trình: Công trình nhà ở công trình kết cấu cầu và công trình kết cấu hầm, bể chứa…
• Phân loại theo sơ đồ chịu lực: kết cấu tĩnh định, kết cấu phẳng, kết cấu không gian, kết cấu siêu tĩnh.
• Phân loại theo phương pháp thi công: Thi công toàn khối, thi công tại chỗ, thi công lắp ghép và bán lắp ghép.

Mối liên hệ của kết cấu kiến trúc trong thiết kế

Kết cấu và kiến trúc trong thiết kế công trình xây dựng thường có những mối liên hệ chặt chẽ sau:

Kết cấu chịu lực mang vẻ đẹp kiến trúc

Trong lối kiến trúc phương Tây, đặc biệt ở Hy Lạp cổ đại thường coi trọng sự hợp lý của kết cấu và được thể hiện rõ ràng trên hệ thống cột dầm. Đền Parthenon ở Athens là một ví dụ điển hình cho kiểu kiến trúc này. Tuy nhiên, sau một thời gian thì các kiến trúc sư ở thời đại này đã tách kiến trúc ra để thể hiện vai trò mang đến vẻ đẹp riêng cho hình thức bên ngoài, còn hệ thống kết cấu chỉ được ẩn mình bên trong để thực hiện đúng vai trò chịu lực của nó.

Nhưng với sự phát triển của vật liệu xây dựng, nhất là thép, đã mở ra những khả năng mới cho kết cấu và kiến trúc vào những năm ở thế kỉ XX. Những công trình độc đáo có hệ thống vòm chịu lực, như trạm ga Rail Terminal ở Waterloo Station, Anh quốc, cho thấy mối liên hệ của kiến trúc với kết cấu là không thể tách rời.

Vẻ đẹp tiềm ẩn của kết cấu

Một cách phân loại hình thái kiến trúc “vẻ đẹp tiềm ẩn của kết cấu” là dựa vào tính biểu tượng của chúng.

• Một số công trình mang tính biểu tượng, ví dụ như vòm cổng chào của trụ sở Lloyds lấy cảm hứng từ công nghệ hàng không, có những cấu kiện thép cong tạo thành những lỗ lấy sáng giống như thân máy bay.
• Một số công trình mang tính nhân tạo đã tạo ra những hệ kết cấu không cần thiết để làm nên sự khác biệt, như trung tâm Pompidou ở Pháp sử dụng hệ dầm có đầu mút thừa với mục đích làm giảm độ võng.
• Một số công trình khác sử dụng những kết cấu phản logic, những công trình này thường lựa chọn phương án là dựa vào kiến trúc để xác định phương pháp xây dựng kết cấu.

Những công trình này đều mang một thông điệp rõ ràng rằng họ muốn thể hiện một góc nhìn mang tính kỹ thuật, phù hợp với chức năng, sự bền vững nhưng vẫn mang đậm nét đẹp kiến trúc.

Sự phối hợp trong kết cấu kiến trúc

Mối liên hệ này là sự hợp tác chặt chẽ giữa kiến trúc sư và kỹ sư kết cấu, với sự phối hợp của công nghệ vật liệu tiên tiến như bê tông cốt thép và thép. Lối kiến trúc áp dụng mối liên kết này cho phép tạo ra những công trình kết cấu kiến trúc độc đáo, mang tính biểu tượng cho địa phương, như công trình nhà nhịp lớn, nhà cao tầng hay những công trình nhẹ, có thể di chuyển được.

Sự phối hợp này cho ra những công trình xây dựng phù hợp với thời đại mới. Khi những kiến trúc sư không bị hạn chế bởi khả năng kỹ thuật của mình, mà có thể thể hiện ý tưởng sáng tạo của mình, trong khi kỹ sư kết cấu đảm bảo hệ thống chịu lực an toàn và hiệu quả.

Kết cấu đóng vai trò chủ đạo trong thiết kế kiến trúc

Hình thái kết cấu mới tạo ra những ảnh hưởng lớn đến hình dáng của công trình, và cũng tương tác với các yếu tố kiến trúc và nhu cầu sử dụng của người dùng. Hệ sàn phẳng là một minh chứng rõ ràng cho thấy kết cấu đóng vai trò chủ đạo trong thiết kế kiến trúc. Một ví dụ nổi bật là Văn phòng Willis Faber & Dumas ở Ipswich, Anh, 1974.

Những công trình có hình thái kết cấu này thường phù hợp với lối kiến trúc không gian mở, nó không bị giới hạn bởi dầm, mà còn giúp tăng được chiều cao tầng.

Sự ngó lơ kết cấu

Một công trình kiến trúc có thể được tạo ra mà không cần quan tâm đến kết cấu, mà chỉ dựa trên ý tưởng sáng tạo của kiến trúc sư. Những công trình mang tính nghệ thuật cao, có hình dáng độc đáo, mang nét đặc trưng và khác biệt so với những công trình kiến trúc thông thường. Một ví dụ nổi bật của loại công trình này là nhà hát Opera Sydney, nó biểu tượng của nước Úc và là một kiệt tác của kiến trúc, được thiết kế mà không phụ thuộc vào vật liệu hay tính toán kết cấu truyền thống.

Để đảm bảo một kết cấu kiến trúc hoàn hảo cần những điều kiện nào?

Để có một kết cấu kiến trúc xây dựng vững chắc, không chỉ cần chú ý đến kết cấu mà còn phải tuân thủ những điều kiện sau đây:

• Đầu tiên, các kết cấu, cấu kiện bên ngoài phải đảm bảo chịu được những tác động bên ngoài như lực và trọng tải mà không bị hư hại hay biến dạng.
• Thứ hai, kết cấu kiến trúc công trình phải giữ được hình dạng ban đầu sau khi bị tải trọng tác động mà vẫn vững vàng, không bị sụp đổ.
• Thứ ba, kết cấu phải đảm bảo được sự ổn định và an toàn trong quá trình vận hành, không bị biến dạng hay xô lệch quá mức so với mức độ được nêu ra trong bản thiết kế của dự án công trình.
• Những điều kiện này phải được thể hiện rõ ràng trong bản thiết kế và đảm bảo phải tuân thủ nghiêm ngặt khi thi công công trình kết cấu xây dựng.

Kỹ sư về kết cấu công trình kiến trúc làm những công việc gì?

Một kỹ sư kết cấu không chỉ là người đảm nhận việc thiết kế kết cấu cho các công trình hay dự án xây dựng, mà còn phải thực hiện nhiều nhiệm vụ khác như:

• Tối ưu hóa chi phí thi công: Mục tiêu của mỗi công trình là hoàn thành với chi phí thấp nhất có thể, nhưng không làm giảm chất lượng hay độ an toàn. Các kỹ sư kết cấu phải tìm ra những giải pháp tốt nhất để đáp ứng yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật của công trình kiến trúc.
• Hiện thực hóa ý tưởng thiết kế: Các kỹ sư kết cấu không chỉ là người vẽ bản thiết kế, mà còn là người biến bản thiết kế thành hiện thực. Công việc của họ là phải quản lý và phối hợp các đơn vị thi công, giám sát, kiểm tra quá trình xây dựng, đảm bảo công trình được hoàn thành đúng với tiến độ và đạt chất lượng.
• Bảo đảm tiêu chí an toàn: Các kỹ sư kết cấu phải luôn chú ý đến sự an toàn của các công nhân xây dựng trong suốt quá trình thi công. Các công trình có quy mô càng lớn hay càng cao tầng thì càng có nhiều rủi ro, vì thế nên các kỹ sư kết cấu phải hướng dẫn và giám sát các công nhân khi làm việc với các vật liệu nặng, phức tạp… để quá trình thi công diễn ra một cách thuận lợi và an toàn nhất.

Top 6 hệ kết cấu kiến trúc độc đáo nhất hiện nay

Sau khi đã hiểu rõ về kết cấu là gì và nó có mối liên hệ như thế nào với kiến trúc thì sau đây, SGL Viet Nam sẽ giới thiệu đến bạn 6 hệ kết cấu kiến trúc độc đáo được ưa chuộng nhất hiện nay:

Hệ kết cấu kiến trúc Weaire – Phelan

Weaire – Phelan hay còn gọi là kết cấu bong bóng là một cấu trúc lập thể dạng bọt, trong đó các bong bóng có cùng kích cỡ và hình dạng. Cấu trúc này được sử dụng để thiết kế Trung tâm thể thao dưới nước ở Bắc Kinh, nơi tổ chức các môn bơi lội và nhảy cầu tại Thế vận hội Mùa hè năm 2008. Trung tâm này có khung thép nhẹ theo hình Weaire – Phelan, bao phủ bởi các lớp ETFE trong suốt, tạo ra hiệu ứng bong bóng khổng lồ với vẻ đẹp độc đáo, mang cảm giác mới lạ cho người nhìn.

Hệ kết cấu kiến trúc vỏ mỏng

Một loại kết cấu phổ biến nữa trong kiến trúc là kết cấu vỏ mỏng. Đây là những bề mặt cong uốn lượn có độ dày nhỏ so với kích thước khác. Kết cấu vỏ mỏng có nhiều ưu điểm như nhẹ, tiết kiệm vật liệu và chịu được tải trọng cao do phân bố đồng đều áp lực. Kết cấu kiến trúc vỏ mỏng thường được dùng làm mái che cho các công trình nhẹ hoặc bao quanh các cấu trúc khác, có thể dùng một hoặc nhiều điểm trên mặt đất để làm điểm tựa chịu lực.

Hệ kết cấu kiến trúc hình cây

Mô phỏng kết cấu theo hình dáng của thân cây để tạo “giá đỡ” cho bề mặt trên cao. Các cột đứng trên mặt đất như thân cây và chia nhánh ở gần đỉnh như những cành cây nhỏ để tạo kết nối qua một nhịp rộng hơn. Các cột này phù hợp cho các công trình nhịp rộng hoặc các không gian gấp đôi chiều cao.

Hệ kết cấu kiến trúc tấm gấp

Cấu trúc gấp là một loại cấu trúc vỏ mỏng có đặc điểm là các mặt phẳng được gấp theo hình thức origami. Các nếp gấp này giúp tăng cứng cho cấu trúc, giảm thiểu sự cần thiết của các tấm ngang thẳng. Các nếp gấp cũng có chức năng kết nối các tấm ngang và dầm dọc để chịu lực từ các cột đỡ hoặc truyền lực xuống đất.

Hệ kết cấu kiến trúc hộp

Hệ thống này được lấy cảm hứng từ các hình hộp đa dạng kích cỡ xếp chồng lên nhau, như một kiểu biến tấu kiến trúc nhà tầng thêm đẹp mắt và sáng tạo hơn. Tuy nhiên, để đảm bảo an toàn cho loại hình kết cấu này, các hộp xếp chồng lên nhau phải được tính toán một cách cẩn thận về độ cân bằng. Do vậy, nên có những kết cấu bổ sung hỗ trợ bằng lõi kết cấu bê tông hoặc thép hay công xôn để tăng độ an toàn cho công trình.

Hệ kết cấu kiến trúc chịu kéo

Kết cấu chịu kéo là loại kết cấu kiến trúc mà các phần tử chỉ chịu lực kéo căng, thay vì chịu lực nén. Lều cắm trại là một minh họa đơn giản cho kết cấu này. Khi vải, cọc và dây thừng được căng đều, lều sẽ càng vững vàng hơn. Sự kết hợp giữa kiến trúc và kỹ thuật sẽ làm cho kết cấu này tạo ra những hình dáng uốn lượn, bền bỉ, chịu được tải trọng lớn và phù hợp với nhiều điều kiện môi trường khác nhau.

Như vậy, bài viết trên đã tổng quan được kiến thức và thông tin cơ bản về kết cấu kiến trúc cũng như giới thiệu đến bạn đọc những hệ kết cấu kiến trúc độc đáo, thú vị trong thiết kế. Và nếu bạn có hứng thú đến những bài viết về kiến thức kiến trúc, hãy ghé vào trang web của chúng tôi để đọc thêm nhiều bài viết bổ ích và thú vị khác nhé!

Nguồn: Internet

Công ty TNHH TV TK&QH xây dựng Phú Cường

Đ/c: Số 04 Trần Nguyên Hãn, KP6, P.Phú Tài, Tp. Phan Thiết, Tỉnh Bình Thuận.

Hotline: 0917.717.198 (Dũng)

               0911.022.292 (Nghị)

E: congtyphucuong2020@gmail.com