Phân tích Mặt kính trong kiến trúc là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong thiết kế của tòa nhà, và không kém phần quan trọng là bề mặt bên ngoài của tòa nhà.
Các công trình có thể có một bề mặt trước lớn, hỗ trợ các tấm kính để giữ cho vẻ đẹp thẩm mỹ với diện mạo tối giản. Những loại công trình này có thể bao gồm:
- Trung tâm mua sắm
- Các khu phức hợp thương mại
- Nhà ga sân bay
- Bảo tàng
Kiến trúc sư muốn ít cấu trúc hỗ trợ nhất có thể trong khi kỹ sư muốn tối ưu hóa các cấu trúc hỗ trợ.
Để hỗ trợ trọng lượng lớn của tấm kính và tác động ngang do tải trọng gió, kiến trúc sư sử dụng một phương pháp thông thường: hệ thống khung thép (Hình 1a), tuy nhiên, chúng có xu hướng to và vụng về.
Một kỹ thuật khác là tận dụng khả năng chịu căng của các thành viên “Chỉ căng” như các yếu tố cáp.
Vì trong chung quy, các thành viên có khả năng chịu tải tốt hơn khi ở trạng thái căng thẳng hơn là ở trạng thái nén ép (vì hiện tượng uốn cong nén bị loại bỏ ở đây), và chúng ta có thể sử dụng các thành viên để chịu tải bằng đặc tính căng của chúng, chúng ta có thể giảm thiểu một lượng vật liệu đáng kể. Đó là lý do tại sao các cầu treo có dây cáp trở nên phổ biến.
Hệ thống mặt kính với cáp căng trước (Hình 1b) tận dụng khả năng chịu tải căng của cáp để chịu trọng lượng của trọng lực cũng như các tải trọng ngang mà bề mặt ngoài của tòa nhà trải qua. Những cáp này được căng trước ̶ giống như dây vợt tennis ̶ để chịu tải.
Kết quả là, những hệ thống này mang tính kiến trúc đẹp mắt. Hỗ trợ cấu trúc cho mặt dựng kính sử dụng các phụ kiện “spider fittings” để kết nối các mảnh kính (Hình 2). Những sợi cáp nối các tấm bê tông theo hướng dọc được kết nối bởi các sợi thép không gỉ được ướn trước. Những khung thép hoặc giằng cứng đặc biệt được kết nối giữa các vật liệu và các phụ kiện “spider fittings” được cố định với những khung thép đó. Kính được kết nối trong các phụ kiện bằng các khớp nối xoay và keo kín giữa các khớp kính. Kết hợp với nhau, nó tạo ra một vẻ nhẹ nhàng cho mặt dựng kính.
Năm lợi ích của Hệ thống Mặt Dựng Cáp Căng ướn trước:
- Tạo nhiều tùy chọn cho mục đích thẩm mỹ.
- Không cồng kềnh như hệ thống giằng xà truyền thống.
- Giảm thiểu sự cản trở của ánh sáng đến.
- Các sợi cáp trong trạng thái căng giống như những lò xo, với các rung động phát triển dọc theo chiều dài của tường, giúp hấp thụ gió có tốc độ khác nhau trên các khu vực khác nhau.
- Lắp đặt nhanh chóng và chất lượng.
Về mặt kết cấu, các thành viên cáp này có tính phi tuyến tính về hình học do tính đàn hồi và tính linh hoạt cao của chúng, trong đó các độ lệch lớn là rất phổ biến. Và để thu được phản ứng phi tuyến này, việc giải quyết vấn đề cáp phi tuyến là cần thiết.
Sử dụng phần mềm phân tích và thiết kế kết cấu 3D tiên tiến STAAD, cả hai tùy chọn phân tích cáp tuyến tính và phi tuyến đều có sẵn.
Phân tích mặt kính, phân tích cáp tuyến tính được thực hiện bằng cách sử dụng lệnh MEMBER TENSION kết hợp với lệnh MEMBER CABLE. Phương pháp này hoạt động tốt, miễn là các cáp không bị nén, nhưng không phù hợp với độ lệch nhỏ.
Phân tích cáp phi tuyến, tuy nhiên, là thủ tục phân tích mạnh mẽ nhất cho các thành viên cáp. Ngoài khả năng xử lý vấn đề cáp phi tuyến của chúng, phương pháp này cũng xem xét lý thuyết cáp catenar (Hình 3b), vì vậy phương pháp này phù hợp cho các mô hình phức tạp lớn có nhiều cáp kết nối.
Phương pháp phân tích cáp phi tuyến này còn khắt khe hơn khi ma trận độ cứng được điều chỉnh ở mỗi vòng lặp. Điều này còn được gọi là phương pháp MA TRẬN ĐỘ CỨNG GÓC (TANGENT STIFFNESS MATRIX) (Hình 3a).
Lập mô hình trong STAAD - Phân tích mặt kính
STAAD có thể xử lý những vấn đề dây cáp phi tuyến tính này một cách hiệu quả. Ví dụ, hãy xem xét cấu trúc mạng cáp đơn giản trong Hình minh họa (Hình 4). Những sợi cáp được căng trước này chạy qua bộ lắp nút thông qua các lỗ thủng. Những nút này được kết nối với các bộ phận “spider” giữ kết cấu kính thông qua các khớp nối rotules.
Chúng tôi đã mô hình các dự án tương tự cho một khách hàng trong STAAD (Hình 5). Mạng cáp trông có vẻ tương đồng.
Hình 6: Tải trọng tác dụng lên hệ thống cáp dự ứng lực (mẫu STAAD).
Nếu bạn sử dụng một phân tích tuyến tính bình thường, chương trình không thể hiệu quả xem xét được hành vi phi tuyến của cáp, vì vậy bạn sẽ tạo ra một độ dịch chuyển không thực tế cao dẫn đến tình trạng không ổn định.
Chúng tôi sau đó đã bắt đầu sử dụng phân tích dây không tuyến tính với giá trị căng ban đầu là 2,4 KN.
Sau khi phân tích, giải pháp không thể được hội tụ. Bạn có thể thấy rằng giải pháp đang phân kỳ (Hình 8) cho trường hợp tải trọng trọng lực. Kết quả là sự chênh lệch vô hạn của điểm nằm đối với tải trọng trọng lực.
Hình 8: Phân tích cáp phi tuyến (độ căng cáp ban đầu 2,4 KN).
Hình 9: Phân tích cáp phi tuyến (độ căng cáp ban đầu 2,4 KN). Dịch chuyển cao vô hạn.
Tiếp theo, chúng tôi bắt đầu tăng giá trị căng ban đầu từ 2,4 KN lên 24 KN.
Lần này, giải pháp được hội tụ và kết quả dịch chuyển nằm trong giới hạn thực tế, mặc dù nó cao ở một số nút. Khi tăng giá trị căng ban đầu thêm, các giá trị dịch chuyển này có thể được đưa vào phạm vi cho phép.
Khi chạy mô hình với phân tích cáp phi tuyến, chương trình hiệu quả hóa giải pháp bằng cách cung cấp lệch tâm thực tế mà mặt tiền kính trải qua. Tại giải pháp mong muốn, tấm kính sẽ treo chắc chắn trên lưới cáp.
Hình 12 là một ví dụ khác về hệ thống mặt tiền bằng cáp dự ứng lực.
Hình 13: Hệ thống mặt tiền cáp dự ứng lự
Hình 16: Phân tích cáp tiên tiến phi tuyến.
Thuê phần mềm STAAD.Pro và STAAD.Pro Advanced
Đối với dạng thuê: Khi mua qua Micad quý khách hàng nhận được những quyền lợi sau:
1. MICAD sẽ hỗ trợ Quý Khách Hàng thực hiện các thủ tục nộp thuế WHT cho cơ quan Thuế Việt Nam.
2. MICAD tặng Quý Khách Hàng Tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm
3. Cho mỗi giấy phép dạng này, Quý Khách Hàng sẽ nhận được từ Bentley một số giờ đào tạo/tư vấn trực tuyến tương thích với sản phẩm đã mua. Việc chọn nội dung cho đào tạo/tư vấn trực tuyến được thực hiện trực tiếp giữa Bentley và Quý Khách Hàng. Xem chi tiết tại đây.
Xem thêm nhiều lợi ích khi thuê phần mềm tại đây!
Giá phần mềm STAAD.Pro khi thuê 01 năm: 2,706 USD
