Kết cấu giàn không gian: Cấu tạo và tiêu chuẩn thiết kế

Dàn không gian hay giàn không gian là kết cấu được sử dụng nhiều trong việc xây dựng các công trình công cộng trên thế giới và cả ở Việt Nam. Cùng tìm hiểu dàn không gian là gì và có ưu điểm vượt trội như thế nào so với các kết cấu truyền thống khác.

gian-khong-gian-la-gi-1
Từ những năm 1950, dàn không gian đã được ứng dụng trong các công trình lớn tại các quốc gia phát triển như Đức, Pháp, Nga, Mỹ… Khoảng chục năm trở lại đây, kết cấu dàn không gian của Việt Nam cũng bắt đầu có những bước tiến vượt bậc. Đặc biệt là vài năm gần đây, dàn không gian đã dần thay thế cho những kết cấu mái thép và bê tông thông thường.

Dàn không gian là gì?

Dàn không gian (tiếng Anh là Space Frame Structure) là hệ kết cấu giàn mà các phần tử kết cấu của nó chịu lực theo nhiều chiều trong không gian. Nó được thiết kế mô phỏng theo mô hình kết cấu phân tử hóa học của Cacbon, Natri,  Kim cương…

Khái niệm

Các bạn có thể hiểu khái niệm Giàn (dàn) không gian một cách chung và dễ hiểu như sau:

Kết cấu giàn không gian hay kết cấu dàn không gian là một kết cấu chịu lực trong lĩnh vực công trình xây dựng, kết cấu này được tổ hợp bởi các phần tử mang tính kết cấu dạng thanh, thường được làm bằng thép. Kết cấu dàn không gian thường dùng khi người ta muốn tạo nhịp lớn (có thể đến hàng chục mét) cho công trình mà với kết cấu bê tông, gạch đá thì khó làm hoặc làm không hiệu quả. Kết cấu này được thấy nhiều nhất ở phần mái của công trình có không gian lớn (như nhà thi đấu, sân vận động, nhà hát, nhà công nghiệp, giàn khoan trên biển,…). Nhiều hình thức của kết cấu dạng này góp phần làm tăng vẻ đẹp thẩm mỹ cho công trình.

Chi tiết cấu tạo giàn không gian

Các chi tiết cấu tạo dàn không gian gồm có các thanh chịu lực (nhiều kích thước khác nhau) và các chi tiết nối, hỗ trợ.

Cấu tạo chi tiết giàn không gian

Cấu tạo chi tiết giàn không gian

Chú thích

  1. Nút cầu
  2. Ống lồng
  3. Đầu côn
  4. Thanh giàn
  5. Bu lông

Hiện nay kết cấu giàn thép không gian này càng được các kiến trúc sư, các nhà đầu tư ưu tiên sử dụng với nhiều ưu điểm và xác định được các nhược điểm của kết cấu này rồi tìm giải pháp khắc phục.

Đặc điểm của kết cấu giàn không gian

  • Tải trọng của mái được truyền theo hai phương; mọi phân tố dọc, ngang của hệ kết cấu đều tham gia chịu lực.
  • Kết cấu không gian nhẹ hơn so với kết cấu phẳng, thông thường có dáng kiến trúc đẹp hơn.
  • Tính toán chính xác được kết cấu không gian đòi hỏi người kiến trúc sư nhiều công sức hơn và phải có sự trợ giúp của phần mềm tính toán kết cấu chi tiết.
  • Hệ kết cấu thép mái không gian nhịp lớn thường dùng là dạng hệ lưới thanh không gian liên kết. Nhược điểm của kết cấu này là nút liên kết rất phức tạp, việc chế tạo và lắp ráp bắt buộc đòi hỏi độ chính xác cao.
  • Kết cấu mái không gian thép chia làm hai loại chính là: hệ kết cấu mái lưới thanh không gian và hệ kết cấu không gian dạng vỏ. 
  • Dùng cho các công trình nhịp nhỏ (l < 30 m), nhịp vừa ( l =30- 60m) hoặc nhịp lớn L > 60 m.

Xem chi tiết về kiến thức các loại hệ lưới không gian của kết cấu, các bạn có thể tham khảo trong tài liệu Giáo trình Kết cấu mái không gian nhà nhịp lớn.

Phân loại kết cấu giàn không gian

Giàn không gian có thể chia thành 3 loại hệ giàn cơ bản sau:

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, thông thường hệ giàn phẳng còn được gọi là hệ giàn vì kèo.

Hệ giàn không gian

Hệ giàn không gian là hệ kết cấu giàn mà các phần tử kết cấu của nó chịu lực theo nhiều chiều trong không gian. Hệ giàn không gian có ưu điểm vượt trội và được sử dụng nhiều trong việc xây dựng các công trình công cộng trên thế giới do tận dụng tối đa khả năng làm việc của các phần tử thanh (chịu lực dọc) dẫn đến tiết kiệm vật liệu và an toàn trong sử dụng. Kết cấu giàn không gian phổ biến là dạng mạng lưới tinh thể, ngoài ra còn có một số dạng khác như: hệ giàn 2 lớp, hệ vòm cong 1 lớp, vòm đạc,…

Hệ kết cấu mái lưới thanh không gian

Hệ kết cấu mái lưới thanh không gian được cấu tạo từ ba lớp lưới thanh gồm: lớp lưới cánh trên theo mặt mái, lớp lưới cánh dưới thường bố trí song song với cánh trên và lớp thứ ba là hệ thanh bụng liên kết lưới thanh cánh trên với lưới thanh cánh dưới, để bảo đảm độ cứng cần thiết cho hệ kết cấu;

Tính toán kích thước dàn không gian

Chỉ với cấu tạo đơn giản như trên, chúng ta có thể tạo nên những công trình có kích thước lớn nhờ giàn không gian. Vậy cụ thể cách tính toán kích thước mà dàn không gian có thể đạt được là bao nhiêu, chúng ta cần nắm được những yếu tố cơ bản sau:

1. Các giả thiết tính toán dàn
2. Tải trọng tác dụng lên dàn
3. Tính toán xà gồ mái
4. Xác định nội lực trong thanh dàn
5. Chiều dài tính toán và độ mảnh giới hạn của thanh dàn.
6. Tiết diện thanh dàn
7. Tiết diện hợp lý của thanh dàn
8. Chọn tiết diện thanh dàn

Để xem chi tiết cách tính toán cho từng yếu tố trên, các bạn tham khảo giáo trình dàn thép không gian.

Ưu điểm và nhược điểm

Lý do các nhà kết cấu lựa chọn dàn không gian thay vì kết cấu vì kèo thép hoặc bê tông như trước kia là do những ưu điểm vượt trội riêng có của nó.

Ưu điểm của dàn không gian

Ưu điểm vượt trội của dàn không gian là có kết cấu vững chắc, kiến trúc đẹp, độc đáo. Nó có khả năng tận dụng tối đa khả năng làm việc của các phần tử thanh (chịu lực dọc) từ đó giúp tiết kiệm vật liệu và an toàn trong sử dụng.

  • Có tính thẩm mỹ cao, đáp ứng được các yêu cầu về kiến trúc.
  • Công trình có khả năng vượt nhịp lớn.
  • Giảm thiểu tối đa trọng lượng cho phần móng cho công trình.
  • Kết cấu giàn không gian có độ ổn định, bền vững cao, giúp chống chọi với điều kiện thời tiết khắc nghiệt như gió, mưa, bão…
  • Dễ dàng vận chuyển do tính chất tháo lắp và có khối lượng nhẹ hơn so với kết cấu bê tông.
  • Dễ dàng sửa chữa, thay thế những bộ phận bị hư hỏng riêng lẻ trong toàn bộ kết cấu

Dàn không gian phù hợp với những công trình có không gian lớn như nhà hát, trạm thu phí, nhà thi đấu đa năng, nhà xưởng, mái che,… Dàn không gian không những đáp ứng được những yêu cầu kỹ thuật cao mà còn khẳng định tầm vóc của công trình, đem lại vẻ đẹp hoành tráng, độc đáo.

Sự ra đời của kết cấu dàn không gian được coi là một giải pháp tối ưu cho sự dung hoà giữa mỹ thuật và kinh tế, giúp các nhà kết cấu giải quyết được bài toán hóc búa của những công trình lớn.

Nhược điểm của dàn không gian

  • Quá trình thi công giàn không gian khá phức tạp, đòi hỏi đội ngũ thực hiện phải có tay nghề cao
  • Chỉ phù hợp với các công trình có nhịp lớn để tối ưu chi phí.

Ứng dụng của hệ giàn thép không gian

Kết cấu này đáp ứng nhu cầu công trình có vượt nhip lớn (≥40m)như nhà thi đấu, nhà xưởng, mái che sự ra đời của kết cấu dàn không gian là một giải pháp tối ưu cho sự dung hoà giữa mỹ thuật và kinh tế.

Giàn không gian có ưu điểm vượt trội về kết cấu vững chắc, kiến trúc đẹp, đa dạng, độc đáo. Kết cấu này đã và đang được sử dụng nhiều trong việc xây dựng các công trình công cộng trên thế giới do tận dụng tối đa khả năng làm việc của các phần tử thanh (chịu lực dọc) dẫn đến tiết kiệm vật liệu và an toàn trong sử dụng.

Quy trình thi công kết cấu giàn không gian

Quy trình thi công kết cấu giàn không gian

Bước 1: Kế hoạch và công tác chuẩn bị tại công trường

  • Khảo sát công trường
  • Kiểm tra vị trí để tập kết vật tư hàng hóa
  • Căn cứ vào điều kiện mặt bằng để lập kế hoạch thi công
  • Cần đảm bảo tiến độ cung cấp hàng hóa đồng bộ với các bộ phận khác.
  • Tiến hành kiểm tra và khảo sát các vị trí đấu nối sử dụng điện trước khi thi công
  • Tổ chức huấn luyện ATLĐ cho công nhân.
  • Kiểm tra thiết bị thi công, toàn bộ dụng cụ, thiết bị, và máy móc làm việc bình thường.

Bước 2: Kiểm tra khảo sát vị trí bulong neo

  • Trước khi lắp đặt kết cấu thép, cần tiến hành khảo sát lại vị trí và cao độ bulong neo.
  • Các mốc định vị, cao độ phải được dựa theo cao độ thiết kế yêu cầu.
  • Mọi thiết bị khảo sát phải được kiểm định chính xác.
  • Bulong neo phải được chống dịch chuyển vị trí.

Bước 3: Giao nhận vật tư tại công trường

  • Yêu cầu có phiếu giao hàng và bên tiếp nhận, bên giao vật tư ký xác nhận đầy đủ. Q
  • Đảm bảo đầy đủ các vật tư, cấu kiện để đảm bảo quá trình thi công lắp dựng được liên tục.

Bước 4: Bảo quản vật tư trên công trường

  • Chọn 1 khu vực vững chắc, được đầm nén chặt và khô ráo làm kho tạm chứa vật tư phụ.
  • Vật tư được xếp chồng tại các vị trí tương ứng sao cho thuận tiện trong phân loại và giao hàng trong suốt quá trình thi công.
  • Vật tư phải bảo quản đúng quy định tránh ảnh hưởng tới chất lượng vật tư và công trình.
  • Không được đi lại, dẫm đạp lên vật tư, cấu kiện.
  • Toàn bộ bulong, đai ốc, ốc vít, bản mã nhỏ và phụ tùng phải được đóng gói và ghi tên thích hợp.

Bước 5: Lắp dựng tại công trường

  • Trình tự/ biện pháp thi công phải được nghiên cứu và lập kế hoạch để có thể tiến hành thi công một cách an toàn, tiết kiệm và hiệu quả.
  • Quy trình biện pháp thi công cụ thể cho từng công trình phải được thảo luận trước, thể hiện chi tiết các yêu cầu trước khi triển khai thi công. Tùy từng đặc thù của từng công trình sẽ áp dụng biện pháp thi công khác nhau
  • Quy trình lắp dựng kết cấu thép

Bước 6: Kế hoạch giám sát và Kiểm tra nghiệm thu

a. Kiểm tra nghiệm thu

Quá trình ghiệm thu lắp dựng kết cấu giàn không gian được tiến hành theo các bước:

  • Kiểm tra từng hạng mục trước khi chuyển bước (nghiệm thu nội bộ)
  • Kiểm tra nghiệm thu hoàn thành hạng mục (đại diện TVGS nghiệm thu)
  • Kiểm tra nghiệm thu hoàn thành bàn giao công trình (đầy đủ các bên tham gia)

b. Kế hoạch giám sát và kiểm tra

  • Kiểm tra gian khóa
  • Kiểm tra lực siết bulong
  • Kiểm Tra Phương vị

c. Nghiệm thu

  • Việc nghiệm thu nội bộ phải thực hiện trước. Việc nghiệm thu này nhằm đảm bảo các yêu cầu chất lượng, cũng như để có kế hoạch căn chỉnh, lau chùi và sơn dặm.

Các công trình nổi tiếng

Công trình dàn thép không gian hiện nay thường dễ gặp ở khắp mọi nơi. Khi bạn di chuyển tới các địa điểm, địa phương khác nhau sẽ thấy được các kết cấu có quy mô, kích thước từ nhỏ tới lớn, từ hình dáng cơ bản cho tới các kết cấu phức tạp.

Dưới đây chúng tôi xin chia sẻ một số hình ảnh về công trình giàn không gian đẹp và tiêu biểu cho các bạn thưởng thức.

Công trình dàn thép của chúng tôi

Các công trình kết cấu giàn không gian thép đã được Công trình thép Việt thi công và bàn giao:

Các công trình dự án kết cấu giàn không gian mới nhất

Công trình giàn không gian năm 2021Công trình giàn không gian năm 20220
Thi công kết cấu giàn không gian mái trường bắn CHQS Vĩnh Phúc
Thi công kết cấu giàn mái nhà đa năng – Trường Đại học Thương mại
Thi công giàn không gian mái nhà thể chất trường PTTH Cao Bá Quát
Thi công giàn mái trạm thu phí cao tốc Hạ Long Vân Đồn
Thi công giàn mái cổng chào KDC Hà An – Gem Sky World Đồng Nai
Thi công giàn thép mái nhà thể chất trường THCS Ngô Quyền, Đông Anh
Thi công giàn mái nhà thể thao đa năng ĐH Y tế Hải Dương
Thi công kết cấu giàn không gian FLC Quy Nhơn
Thi công kết cấu giàn không gian mái che di tích Bãi cọc Cao Quỳ
Kết cấu giàn không gian mái vòm trường đại học Phenikaa
Công trình giàn không gian năm 2019Công trình giàn không gian năm 2018
Thi công giàn không gian mái nhà Đa năng và nhà Hành chính THPT chuyên Vĩnh Phúc
Thiết kế và thi công giàn mái Cổng KCN Quang Châu
Dự án giàn không gian tại Trung tâm đào tạo Vietcombank





Thi công giàn không gian tại trường THPT Lương Thế Vinh – Điện Biên
Công trình giàn không gian trạm BOT Cầu Việt Trì – Ba Vì
Thi công giàn không gian tại TT đăng kiểm xe cơ giới Lạng Sơn- 1202D
Thi công giàn không gian khán đài sân vận động Tràng Định
Công trình giàn không gian trạm thu phí QL6 đoạn Xuân Mai – Hòa Bình
Thi công giàn không gian mái sảnh nhà điều hành bến xe phía Bắc TP Vinh

Các công trình dự án kết cấu giàn không gian cũ hơn

Công trình giàn không gian năm 2017Công trình giàn không gian năm 2016
Thi công giàn không gian nhà giáo dục thể chất trường ĐHXD
Lắp đặt giàn không gian mái sảnh Bệnh viện Y dược cổ truyền
Thi công giàn không gian cổng nhà máy Lọc hóa dầu Dung Quất
Giàn không gian sân vận động của Học viện cảnh sát nhân dân
Giàn không gian mái nhà tại Chùa Ba Vàng, Quảng Ninh
Sản xuất thi công dàn không gian ở trường THCS Nguyễn Trãi
Sản xuất, thi công dàn không gian Trung tâm thể thao đa năng trường Cao đẳng phát thanh II
Sản xuất, gia công, lắp dựng hệ thống Cổng trạm thu phí QL1A
Gia công giàn không gian Nhà máy SINDOH VINA
Thiết kế, gia công, lắp đặt giàn không gian mái và hệ khung nhôm đỡ mái tại Trung Kính – Hà Nội
Sản xuất, gia công, lắp dựng dàn không gian tại doanh trại lữ đoàn 126/QCHQ
Chế tạo và lắp dựng giàn không gian mái vòm bến xe khách Thái Nguyên
Dàn không gian mái sảnh dự án Trụ sở Apatit Lào Cai
Thi công giàn mái nhà đa năng Trường đại học Phenika
Hình ảnh thi công mái cho nhà đa năng Trường đại học Phenika năm 2020 của Công trình thép
Công trình giàn mái không gian tại Hưng Yên - thi công năm 2019 của Công trình thép
Công trình mái không gian chi nhánh Vietcombank tại Hưng Yên – thi công năm 2019 của Công trình thép

Công trình không gian nổi tiếng thế giới

Kết cấu giàn không gian Nhà hát Ópera de Arame
Kết cấu không gian Nhà hát Ópera de Arame – công trình thép hoành tráng nổi tiếng thế giới
Dàn không gian sân vận động Emirates của CLB bóng đá Arsenal
Dàn không gian sân vận động Emirates của CLB bóng đá Arsenal
Giàn không gian tạo phần giàn mái ấn tượng cho Đập sông Thames
Dàn không gian tạo phần giàn mái ấn tượng cho Đập sông Thames

Báo giá thiết kế thi công lắp đặt giàn không gian với Công trình thép

Báo giá thiết kế thi công lắp đặt kết cấu không gian phụ thuộc vào nhiều yếu tố và chúng tôi không thể cho bạn báo giá cố định. Tuy nhiên một điều may mắn là các bạn hoàn toàn có thể yêu cầu các kỹ sư của chúng tôi cung cấp cho bạn báo giá kết cấu mái nhanh và chính xác nhất nếu bạn đã bản vẽ thiết kế. Trong trường hợp bạn chưa có chúng, Công trình thép sẽ làm việc chi tiết với bạn về bản vẽ thiết kế MIỄN PHÍ. Sau đó bạn sẽ làm việc các bước tiếp theo với chúng tôi,

Công trình thép công ty chuyên thi công các dàn không gian với gần 10 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực tư vấn thiết kế thi công công trình xây dựng mái. Với đội ngũ kiễn trúc sư; kỹ sư giàu kinh nghiệm. Chúng tôi tự tin mang đến cho quý khách hàng những công trình mang tính thời đại, vũng chắc cùng hiệu quả kinh tế tốt nhất.

Trên đây là các thông tin mà chúng tôi giới thiệu chung tới cho các bạn về khái niệm, chi tiết cấu tạo, tính toán cùng những ưu nhược điểm thực tế của giàn không gian trong đời sống hiện nay.

Các bạn cần thêm thông tin gì về loại kết cấu hiện đại này, hãy liên hệ với chúng tôi qua email: congtrinhthepviet@gmail.com hoặc số điện thoại: 0966357123 để được trao đổi, tư vấn miễn phí mọi vấn đề liên quan.

Bản quyền Copyright © 2011 cong trinh thep.

Địa chỉ: Thôn Tân Sơn 2 , Xã Tân Dĩnh , Huyện Lạng Giang , Tỉnh Bắc Giang. Văn Phòng: Minh Khai - Hà Nội

Điện thoại: 0966.357.123

congtrinhthepviet@gmail.com