Tư vấn thiết kế kiến trúc

Đây là một công trình tượng đài bằng thép rộng 293.000 ft (89.300 m2), không chỉ phục vụ những người yêu âm nhạc mà còn dành cho Giàn hợp xướng Los Angeles. Là một phần của Trung tâm âm nhạc Los Angeles, nó cũng hoạt động kết hợp với Diễn đàn Mark Taper, Nhà hát Ahmanson, Nhà trưng bày Dorothy Chandler, là một công trình có các tường nghiêng, các bề mặt dốc và cong, mái gấp bằng thép không gỉ, trông giống như con thuyền đang căng buồm hết cỡ.

Lillian Disney muốn có một cung hòa nhạc tầm cỡ thế giới dành cho cộng đồng và là một công trình văn hóa tiêu biểu của thành phố. Ý tưởng kiến trúc do Frank O. Gehry Partners, LLP đưa ra, kết hợp với nhà âm thanh học nổi tiếng Yasuhisa Toyota - giám đốc của Tokyo-Nagata Acoustics, Nhật Bản và là giám đốc văn phòng Los Angeles của Công ty.

 Tổ hợp WDCH có vị trí ở phía bắc của khu thương mại trung tâm của thành phố Los Angeles tiếp giáp với đại lộ Grand Avenue về phía đông, đường Hope về phía tây, đường số 1 về phía bắc và đường số 2 về phía Nam. Từ đây cũng có thể đi bộ tới các công trình tiêu biểu của thành phố như Nhà thờ Bà Chúa của các Thiên thần, nằm ở góc đông-bắc của đại lộ Grand Avenue và đường Temple.

 Một gara ô tô ngầm 7 tầng đã tạo ra kết cấu móng cho công trình, nằm trên vị trí mặt nghiêng giật cấp. Kết cấu gara đã được đặt trên móng băng và áp dụng thiết kế tấm phẳng trong đó các cột bê tông nối trực tiếp với các tấm sàn bê tông. Thiết kế các tấm sàn dày 9-11 inch (228-280 mm) làm sàn gara và có kích thước 466 x 321 ft (142 x 98 m), độ dày tấm trên cùng bằng 45 inch (1.143 mm) sẽ là cấp nền của công trình Cung hòa nhạc. Độ dày đặc biệt này của tấm đã được thiết kế để chịu được trọng lượng của các cần cẩu thi công đối với chính bản thân công trình và sau này giúp cho việc truyền các tải trọng của thép kết cấu Cung hòa nhạc theo thiết kế.

 Trên cạnh phía đông và tây của Cung hòa nhạc có 2 khu vực, làm việc như các kho chứa hành lý, sẽ chứa các lồng cầu thang, thang máy, các ban công và atơri. Một sảnh trước phòng hòa nhạc và một phòng dành cho những người làm từ thiện được bố trí ở phía bắc phòng hòa nhạc, và các phòng luyện tập, các phòng thay quần áo, phòng dành cho những người trình diễn, các cánh gà (lobbi) và các phòng khác phục vụ theo nhu cầu của các chương trình được bố trí xung quanh phòng hòa nhạc. Các chi tiết của tầng nền ăn thông sang sảnh chung từ Đại lộ Grand Avenue có quầy hàng tặng phẩm, nhà ăn, tiệm cà phê, và các nhân viên quản lý vẫn có thể nhìn rõ phòng hòa nhạc. Bên trong của tổ hợp đã được nâng cấp bằng việc tăng cường sử dụng ánh sáng mặt trời, ánh sáng thiên nhiên từ các kênh ngầm, các cửa sổ cho phép quan sát được toàn cảnh Los Angeles từ bên trong.

 Công trình cũng bao gồm một khu vườn rất đẹp, một nhà hát bậc vòng tròn 300 chỗ ngồi biểu diễn dành cho trẻ em, một đài phun nước hình bông hồng để tặng bà Lillian Disney, một nhà hát bậc vòng 120 chỗ có sàn trình diễn và các bề mặt phản âm thanh cong hướng ra ngoài, và một nhà văn phòng 2 tầng dùng làm trụ sở quản lý của Hiệp hội yêu âm nhạc Los Angeles. Ngôi nhà này được ốp bằng đá hoa Italia, kết hợp với các tấm che bằng thép không gỉ của Cung hòa nhạc làm tăng thêm vẻ đẹp và tăng tầm nhìn tới các trung tâm văn hóa nằm ở các khu vực bên cạnh.

 Trận động đất Northridge năm 1994 đã gây thiệt hại 40 tỷ USD, đã có nhiều bài học về công trình được đưa vào trong thiết kế kết cấu mới của Cung Hòa nhạc Los Angeles.

 Phòng trình diễn chính đã được thiết kế như một sân khấu thân mật với các khán giả bao quanh sân khấu. Không gian, các bề mặt, vật liệu đã được kết hợp với nhau để tạo ra âm thanh rõ ràng và sôi động từ các công cụ hòa và tăng âm và giọng hát. Thiết kế âm thanh đòi hỏi các góc phải có khoảng cách đủ 65-100 ft (20-30 m) từ sân khấu để loại bỏ những tần số trầm. Các mặt lồi trên trần và tường đã được lắp đặt bằng gỗ linh sam Douglas, được đề xuất làm các dụng cụ âm nhạc, và gỗ tuyết tùng Alaska mềm lát trên mặt sân khấu làm tăng sự dội âm từ các dụng cụ âm nhạc. Các tường và mái bê tông dày đảm bảo cho các phòng ghi âm không bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn của máy bay lên thẳng bay ở bên trên. Mái 220 x 150 ft (67 x 45 m), dày 12 inch (305 mm) dốc từ tâm theo 2 phương cũng theo tính toán về âm thanh.

Trận động đất Northridge có ảnh hưởng lớn tới thiết kế của Cung hòa nhạc, ngay cả đối với gara ngầm mặc dù đang thi công trong thời gian đó không bị hư hỏng. Cung hòa nhạc ban đầu được thiết kế khung mô men thép kết cấu để chịu các tải trọng ngang. Mặc dù các khung mô men thép kết cấu đã được sử dụng rộng rãi và tin rằng có các biểu hiện đặc biệt trong thời gian động đất, nhưng một số đáng kể các mối nối rầm-cột trong các khung này đã bị hư hỏng trong thời gian động đất. Điều đó đã dẫn đến câu hỏi về biểu hiện của các mối nối đó trong động đất như thế nào và dẫn đến nghi ngờ một phần Quy chuẩn xây dựng của California và đã cho phép thiết kế theo lệnh các kiểu mối nối này.

 Bởi vậy, khi JAMA bắt tay vào công việc, đã dành sự ưu tiên đầu tiên cho việc thiết kế một hệ kết cấu khả thi cho tổ hợp và khẳng định rằng hệ kết cấu này có thể làm việc kết hợp với gara ô tô. Tuy nhiên, những bài học thu được trong trận động đất Northridge và những thay đổi trong các Quy chuẩn xây dựng đã khiến cho công việc thực hiện dự án từ đó càng trở lên phức tạp. Gara đáp ứng các yêu cầu của Quy chuẩn xây dựng của tỉnh Los Angeles ban hành năm 1990, nhưng các điều khoản của quy chuẩn động đất mới lại dựa trên những bài học rút ra từ trận động đất Northridge. Các kỹ sư đã sử dụng động đất chỉ có 10% cơ hội xảy ra trong hơn 50 năm - tương đương với cường độ 6,5 - 7 trong hướng dẫn thiết kế hệ kết cấu của họ.

 Các kỹ sư đầu tiên đã tính đến sử dụng khung thép mô men, đã được đề xuất từ đầu. Theo Quy chuẩn xây dựng Los Angeles năm 1996 và xem xét việc đình chỉ của bang đối với thực tế thiết kế theo lệnh, các mối nối này có thể được thử trước khi được phê chuẩn. Nhưng do sự phức tạp và thực chất đường cong của kết cấu, đã có một số mối nối trực giao trong thiết kế và rất ít mối nối điển hình có thể được kiểm tra. Ngoài ra, có nhiều chi tiết cong và nhiều thí dụ trong đó có các rầm đa chức năng cùng kết hợp trong mối nối đơn. Trong các cuộc thảo luận với các nhà xây dựng của Los Angeles, các kỹ sư của JAMA phát hiện ra rằng việc thử đơn giản sẽ không có tính thực tiễn.

 Sau đó JAMA đã tiến hành khai thác sử dụng một số phương pháp khác đối với hệ kết cấu của Cung hòa nhạc. Một trong số những sơ đồ đầu tiên có ý tưởng duy trì thiết kế khung mô men, nhưng bổ sung thêm phần cách ly nền. Các ly nền có tác dụng hạn chế được tác động của các lực động đất gây ra đối với kết cấu công trình. Đầu tiên các kỹ sư đã nghiên cứu khảo sát việc đặt các bộ cách ly trên mặt nền, nhưng phát hiện thấy rằng giải pháp này không khả thi bởi vì nó đòi hỏi toàn bộ ngôi nhà phải được nâng cao lên 4-5 ft (1,2-1,5 m) để đặt các bộ cách ly và tạo ra không gian cần thiết để phục vụ cho chúng. Sau đó đã tính đến cách ly phía dưới cấp nền, nhưng phái tạo ra chiều cao thông thủy, chống cháy và các vấn đề cách ly cả tòa nhà, chưa nói đến làm mất hoàn toàn một cấp nền của gara.

 Trong khi khảo sát nguyên lý cần thiết cách ly nền, thì JAMA cũng tính đến nguyên lý giải pháp tiêu hao năng lượng. Các phương pháp này không thể được áp dụng với nguyên lý khung mô men ban đầu, do các vấn đề thử nghiệm. Và sử dụng các phương pháp phân tán năng lượng kết hợp với hệ khung giằng là không khả thi bởi vì có sự chuyển vị khác nhau của hệ này khi kết cấu chịu các tải trọng động đất. Các kỹ sư cũng đã tính đến sử dụng sơ đồ khung bê tông cốt thép, nhưng những hạn chế về không gian và sự tăng nhu cầu đối với công trình hiện có đã phản đối ý tưởng này.

 JAMA đã quyết định sử dụng giải pháp kết cấu khung giằng thép không có các bộ phân tán năng lượng. Giải pháp này cho phép các nhà thầu xây dựng sử dụng một số thép được mua theo thiết kế ban đầu để trong kho và cũng chia sẻ được các đòi hỏi về động đất tác động lên kết cấu bằng cách phân chia các tải trọng từ ngôi nhà sang đỉnh của công trình gara hiện có và sau đó truyền xuống qua tường và các móng. Bằng quan điểm đó, các yêu cầu đã được thỏa mãn nhằm phù hợp với sự thay đổi về kiến trúc: Quyết định đã được đưa ra nhằm làm thay đổi kiến trúc bao che bên ngoài từ đá sang thép không gỉ, làm giảm đáng kể khối lượng của công trình.

 Công tác thiết kế kết cấu đã được chia ra làm 3 mảng riêng biệt, mặc dù vẫn có sự liên quan mật thiết với nhau. Thứ nhất là thiết kế các công trình chính bên trên cấp nền. Thứ hai là kiểm tra và nâng cấp kết cấu gara hiện có để phù hợp với các tải trọng thiết kế sửa đổi của WDCH. Thứ ba là cần phải làm việc với thiết kế Nhà hát CalArts và hạn chế sự tác động của nhà hát này đối với công trình gara hiện có.

 Gehry Partners đã quyết định sử dụng CATIA, là hệ thiết kế không gian 3 chiều tiên tiến với sự trợ giúp của máy tính do Dassault Systems, tỉnh Suresnes của Pháp đưa ra, để thiết kế WDCH. Hệ CATIA đã được ứng dụng rộng rãi trong thiết kế máy bay, hầu hết các máy bay Boeing 777 vừa qua đã được thiết kế theo cách này. Phần mềm đã được sử dụng trong trường hợp nhằm hạn chế những mâu thuẫn giữa các hệ kết cấu khác nhau được tập hợp lại trên một mặt bằng nhỏ trước khi tiến hành lắp đặt máy bay. JAMA đã kết hợp hệ máy tính này vào văn phòng và sử dụng nó trong suốt quá trình thực hiện dự án. Phần mềm có khả năng phân chia các bề mặt của các mô hình (model) của WDCH đã được lập trong văn phòng của Gehry Partners, và khi đó đã hoàn thành bộ khung sợi kết cấu chịu lực để đỡ các bề mặt này. Sử dụng các khung sợi, trong đó gồm có việc kiểm tra kích thước thiết kế, các kỹ sư có khả năng bố trí các bộ phận kết cấu vào trong mô hình máy tính. Một khả năng có thể xảy ra đó là quá trình được đổi mới hoàn toàn, cả quá trình thiết kế lẫn những thay đổi được thực hiện.

 Các kỹ sư của JAMA đã không thể sử dụng khả năng thiết kế kết cấu của hệ CATIA để lặp lại các lực theo mức quy định trong 3 phương, bởi vậy họ đã phát triển một chương trình tận dụng cho phép chúng truyền thông tin về kết cấu sang các chương trình như SAP-2000 và RISA 3D nhằm hoàn thành chức năng này. Chương trình sử dụng phiên bản đó đã được thiết kế để kiểm tra độ toàn vẹn của kết cấu của ngôi nhà trên cơ sở chi tiết x chi tiết, nút x nút và bộ phận x bộ phận.

 Hệ kết cấu đã được phân tích, kiểm tra ứng suất, kiểm tra độ xoắn và tối ưu hóa bằng việc ứng dụng phân tích theo SAP-2000 và một số phương tiện tính toán khác. Trong mô hình SAP-2000, các sàn và mái bê tông được lập mô hình sử dụng các chi tiết vỏ hoặc diaphragma. Mỗi phần tử hữu hạn của vỏ đã sử dụng toàn bộ 6 bậc tự do của mỗi nút. Các kỹ sư tiến hành tính toán động học không gian 3 chiều sử dụng các vectơ 50 Ritz. Tải trọng động đất đã được lấy từ quang phổ phản xạ lan truyền sang công trường được giả thiết bằng 5% giảm chấn cực hạn, tức là chính bản thân kết cấu có thể hấp thụ 5% tải trọng động đất theo thiết kế. Các cột và tường dốc là những thách thức rất lớn, bởi vậy JAMA đã tập trung sự chú ý lớn tới sự liên tục khi thi công, đạt tới giá trị cực hạn trong các trường hợp này. Trong nhiều khu vực, hệ khung thứ cấp đã được phát triển để đỡ hoàn thiện bên ngoài của các chi tiết khác nhau. Các kỹ sư phát hiện thấy rằng hệ khung giằng chịu tải trọng ngang, được coi như các tường bê tông chịu cắt được kéo dài ra từ gara ô tô tới mức 32 ft (9,8 m) phía trên mặt đất có tác dụng như các vách cứng (diaphragma), tạo ra độ cứng và giúp đạt tới những phần đua ra của khung kết cấu trong Cung hòa nhạc chính.

 Trong thiết kế WDCH, các kỹ sư đã không ngừng tuân thủ các yêu cầu của dự án về âm thanh. Điều này là thực tế, đặc biệt trên mái nhà, nơi quy định độ dày của bê tông lên tới 12 inch (305 mm) để đạt được những kết quả âm thanh theo ý muốn. Các kỹ sư không chỉ phải tính đến việc đỡ tải trọng thẳng đứng mà còn cả tải trọng ngang.

 Để kiểm tra sự phù hợp của sàn cấp nền hiện có và gia cường những chỗ cần thiết, các kỹ sư của JAMA đã xây dựng mô hình máy tính. Những thay đổi bất kỳ về hình học, việc thiết kế cửa số cho phù hợp với nhà hát CalArts, và mô hình cấu tạo từ các chi tiết khác nhau của WDCH đã được đưa vào chương trình, và mô hình thậm chí đã chứa tới 388.000 bậc tự do. Chương trình đã tạo ra cho các nhà thiết kế khả năng xác định được rằng sàn cấp nền đòi hỏi gia cường để chịu lực cắt động đất của diaphragm từ các chi tiết khác nhau đối với tường nền, đó là các chi tiết chịu lực ngang của tổ hợp nằm dưới cấp nền. Các kỹ sư cũng cũng thấy cần phải gia cường và phục hồi lại nhiều cột và móng ở dưới ngầm để chịu các tải trọng mới và do thay đổi thiết kế hệ kết cấu Cung hòa nhạc. Các cột đã được sửa chữa bằng cách làm tróc lớp vỏ bê tông của chúng, cho thêm lớp vỏ thanh thép xung quanh chúng và phun bê tông vào lớp vỏ này. Các móng đã được gia cường bằng cách tăng kích thước của chúng thêm 3 - 4 ft (1 - 1,3 m) theo mỗi chiều.

Thi công Cung hòa nhạc cũng gặp nhiều thách thức. Kết cấu gara hiện có cần phải thay đổi để tiếp nhận Cung hòa nhạc trước khi thi công diễn ra và phải được tính toán để thẩm định lại các cần cẩu bố trí ở đâu và di chuyển như thế nào trong dự án. Ngoài ra, các khu vực sàn dày hơn và chịu cắt lớn phải được bố trí dọc theo tuyến tải trọng đã được xác định trước, tuyến này phải được đánh dấu trên sàn nền nhằm chịu được sự di chuyển của cần cẩu.

 Những vấn đề thường xảy ra khi lắp đặt thép đã được tính đến, nhưng tất nhiên lường hết được sự phức tạp của công trình. Nhiều bản vẽ đã được kiểm tra trên mô hình không gian 3 chiều. Các đội thi công đã được chuẩn bị và có trình độ hiểu biết, và việc hàn thép được thực hiện rất tốt. Có nhiều cuộc tọa đàm đã được tổ chức bàn về tiến độ thi công và việc tháo giằng tạm thời là những thách thức đối với các kỹ sư, nhưng đã đưa ra được những giải pháp làm thỏa mãn các nhà thầu. Tất nhiên, có những thay đổi dường như làm ám ảnh các kỹ sư kết cấu ở mọi nơi.Vai trò của các kỹ sư dân dụng và kết cấu làm việc cho Sở Công chính Los Angeles tăng lên khi dự án diễn ra.

Về truyền thống, các kỹ sư này đảm bảo cho các kế hoạch và thi công phải đáp ứng những yêu cầu tối thiểu về an toàn theo các Quy chuẩn xây dựng, nhưng đối với dự án này đã đề cập tới vai trò của lãnh đạo trong dự án và quản lý thi công, cũng như trách nhiệm của các chủ đầu tư, tiến hành phê duyệt thiết kế kỹ thuật nhằm mục đích nâng cao chất lượng của dự án thi công.

 Những giám sát kỹ thuật của Tỉnh cũng được thực hiện đúng tiến độ và kịp thời ở nơi nào cần thiết. Quá trình này bao gồm việc chia thành các phần để xem xét, vẽ lên các khu vực sát hạch đối với các thành viên đặc biệt, nêu ra những vấn đề liên quan nảy sinh có lợi trong quá trình quản lý, nhưng cơ sở của sự thành công sẽ được xác định khi xem xét được trình lên Văn phòng của Gehry Partners để đánh giá các mô hình xây dựng. Với các bề mặt nghiêng, cong bên trong và bên ngoài cần thiết trên cả 2 phương, mọi cố gắng đều nhằm đảm bảo được hình học của ngôi nhà trên cơ sở các bản vẽ thi công 2 phương.

 Khi dự án tiến tới giai đoạn thi công, thì tỉnh như một chủ công trình gara đã quan tâm tới việc bảo vệ tài sản này khỏi bị hư hỏng trong thời gian thi công. Kiểm tra chắc chắn rằng các tải trọng thi công cũng sẽ được đỡ bởi công trình gara hiện có hoặc truyền qua các giằng qua 7 tầng gara tới đất ở phía dưới là cần thiết phải quan tâm. Thi công diễn ra các bước sau đây:Trước tiên lựa chọn và gia cường các móng gara, các cột, các sàn; Sau đó phá dỡ và phục hồi các tầng gara trước đây mà hiện đang xây dựng nhà hát CalArts. Cần phải gia cường kết cấu gara cho tới cấp nền trước khi bắt đầu thi công phía trên đã được phản ánh trong tiến độ thi công. Các chi tiết duy trì các bước thi công, tải trọng đáng kể và chống được đưa ra trong kế hoạch của nhà hát CalArts, gồm có 19 bước phá dỡ, chống đỡ và phục hồi. Ngoài ra, kế hoạch cũng bao gồm việc lắp đặt thép-các tải trọng từ cần cẩu, gom đống vật liệu, tăng cường sử dụng chống tạm thời để đỡ các phần dốc và chìa ra ngoài của bộ khung chính đã được đưa ra để bảo vệ gara. Chống được tháo ra khi hàn xong và các diaphragm đã được bổ sung nhằm đảm bảo cho hệ kết cấu ban đầu được thực hiện theo dự kiến.

&lt&lt Trang trước                    Trang sau >>