Royal Ontario Museum: Giải pháp kết cấu liên kết khối di sản và hiện đại

Bảo tàng Royal Ontario (ROM) là một trong những ví dụ tiêu biểu cho giải pháp liên kết giữa hai khối kiến trúc, giữa kiến trúc cổ điển và hiện đại, mang đến sự tương phản mạnh mẽ. Sự xuất hiện của khối tinh thể "The Crystal" không chỉ tạo ra một bước ngoặt về thẩm mỹ, mà còn đặt ra bài toán phức tạp về mặt kỹ thuật, làm thế nào để liên kết hai hệ kết cấu hoàn toàn khác biệt về vật liệu, tải trọng và thời gian xây dựng, mà vẫn bảo toàn nguyên vẹn giá trị của công trình cũ. Qua bài viết này, Đước Việt sẽ cùng bạn tìm hiểu những giải pháp kết cấu được áp dụng trong công trình Royal Ontario Museum.

>>>Xem thêm: Royal Ontario Museum: Từ tòa nhà lịch sử đến biểu tượng đương đại

1.Tổng quan về Royal Ontario Museum (ROM)

Royal Ontario Museum tọa lạc tại trung tâm thành phố Toronto, tỉnh Ontario, Canada. Công trình được khánh thành vào năm 1914 với phong cách kiến trúc Tân cổ điển, nổi bật bởi bố cục đối xứng, mặt đứng cân đối và các chi tiết trang trí đặc trưng. Đến năm 2007, bảo tàng được mở rộng với khối Michael Lee-Chin Crystal (The Crystal) do kiến trúc sư Daniel Libeskind thiết kế. Phần mở rộng mang hình khối đa diện, bất đối xứng cùng vật liệu hiện đại, đã tạo nên sự tương phản rõ nét với công trình lịch sử. Sự kết hợp hài hòa giữa kiến trúc truyền thống và đương đại, đã góp phần đưa Royal Ontario Museum trở thành một trong những công trình kiến trúc tiêu biểu của thành phố Toronto.

2. Đặc điểm nổi bật của kết cấu The Crystal

Để liên kết giữa hai khối công trình mới và cũ là một bài toán khó, vì kết cấu và vật liệu của 2 khối đều khác nhau, và phải có những giải pháp hạn chế tác động đến khối nhà cũ. The Crystal với hình khối phi đối xứng và kết cấu phức tạp, công trình đã sở hữu nhiều đặc điểm kết cấu nổi bật, tạo nên sự khác biệt với các khối nhà cũ.

Không có góc vuông truyền thống

Hình khối được mô phỏng theo hình dáng tinh thể tự nhiên, vì thế mà khối The Crystal rất hiếm có góc vuông. Mặt đứng công trình gần như đều nghiêng về một hướng, có xu hướng đi lên để tái hiện lại hình ảnh của các tinh thể, và các đường thẳng cũng có những điểm giao khác nhau. Vì hình dáng đặc biệt, không có đường thẳng vuông vức và nghiêng ở một góc cố định nên hình khối công trình đã tạo nên thử thách trong quá trình thi công.  

Mỗi cấu kiện thép gần như là duy nhất

Các đường thẳng của công trình đều có hướng nghiêng về một phía, tuy nhiên độ nghiêng và kích thước từng góc lại khác nhau, vì thế vật liệu cho từng vị trí đều phải được thiết kế riêng cho phù hợp, không thể sản xuất hàng loạt. Vì đặc thù đó mà chi phí thiết kế, thi công và vật liệu của công trình tăng lên đáng kể. Để kích thước vật liệu phù hợp, công trình đã được gia công bằng công nghệ mô hình hóa kỹ thuật số 3D, giúp tính toán chính xác kích thước của từng linh kiện, từ đó giúp quá trình cắt CNC chính xác tuyệt đối với các nút nối thuộc hệ khung thép đan chéo (diagrid) phức tạp, giúp lắp ghép thành công các khối lăng trụ nghiêng mà không cần tường hay cột thẳng đứng truyền thống.

3. Kết cấu chịu lực của khối Crystal

Kết cấu giàn không gian (Steel Space Frame)

Hệ kết cấu lưới ba chiều được cấu thành từ các thanh thép liên kết với nhau tại các nút nối, tạo thành hình tam giác hoặc khối lập phương, nhờ kết cấu này giúp lực được truyền theo cả 3 chiều trong không gian, giúp tối ưu hóa khả năng chịu lực ủa từng thành thép. Kết cấu không gian này đã mang lại nhiều ưu điệm vượt trội:   

• Khả năng vượt nhịp siêu lớn: Có thể dễ dàng vươn xa từ vài chục đến hàng trăm mét mà không cần cột chống ở giữa, giúp tối ưu hóa không gian sử dụng.

• Giảm trọng lượng bản thân: Nhờ hình học 3D tối ưu, lượng thép sử dụng ít hơn đáng kể so với dầm thép hình hay bê tông cốt thép truyền thống trên cùng một diện tích.

• Tăng khả năng chịu lực của công trình: Khả năng chống rung lắc, chịu tải trọng động (gió bão, động đất, tuyết) tốt do lực được phân bổ đều ra toàn bộ hệ thống chứ không tập trung vào một điểm.

• Tính thẩm mỹ và linh hoạt cao: Dễ dàng tạo hình cho khối công trình với nhiều dạng khác nhau, từ đó tạo ấn tượng thị giác mạnh mẽ khi để lộ kết cấu.

• Thi công module hóa: Các thanh và nút được chế tạo hàng loạt tại nhà máy, vận chuyển dễ dàng và lắp ghép nhanh chóng tại công trường.

Hệ kết cấu tự chịu lực

Khác với khung thép vuông góc truyền thống (gồm cột đứng và dầm ngang), phần nổi của khối The Crystal được tạo thành từ hệ khung thép lưới chéo Diagrid, kéo dài 3 chiều trong không gian:

• Toàn bộ tường nghiêng đều tham gia chịu lực: Các thanh dầm thép hình chữ I và thép hộp được đan chéo thành các hình tam giác, cấu trúc này có độ cứng vô cùng cao, giúp quá trình truyền lực từ trên xuống dưới diễn ra nhanh chóng.

• Không có cột đứng bên trong không gian trưng bày: Nhờ hệ lưới thép vách nghiêng gánh toàn bộ tải trọng cho lớp vỏ bao che bên ngoài, nên không gian triển lãm bên trong hoàn toàn thông thoáng, tạo cảm giác như đang bước vào bên trong một viên pha lê rỗng khổng lồ.

Kết cấu sàn và móng

Để tạo nên vẻ ngoài táo bạo với những khối lăng trụ pha lê nghiêng tự do vươn ra không trung của ROM, các kiến trúc sư và kỹ sư kết cấu đã phải giải bài toán phức tạp về tải trọng và độ ổn định. Phía sau lớp vỏ bao che ấn tượng là hệ móng bê tông cốt thép kiên cố và kết cấu sàn hiện đại. 

• Móng bê tông: Khối The Crystal có 5 tầng và đua ra xa, đã tạo nên hiện tượng lệch tải trọng tâm, để neo giữ khối công trình lại cần sử dụng hệ khung chịu lực bằng thép và móng bê tông chắc chắn. Hệ móng bê tông cốt thép khối lớn (móng đài giằng và cọc khoan nhồi) đóng vai trò là "neo trọng lực", chịu toàn bộ lực nén khổng lồ và lực lật do phần kết cấu thép bên trên tác động xuống.

• Sàn: Các sàn của khối mới đều dùng sàn thép liên hợp (Composite Steel Floor) có cấu tạo từ các tấm sàn thép được định hình, kết hợp với lớp bê tông cốt thép mỏng bên trên. Giải pháp này vừa đảm bảo độ cứng cho mặt sàn, vừa giảm tối đa tải trọng bản thân sàn lên các thanh dầm thép nghiêng.

• Lõi công trình: Là nơi bố trí trục giao thông đứng (gồm thang máy, thang thoát hiểm, thang cuốn kết nối các tầng) và đóng vai trò là điểm tựa trọng lực khổng lồ, tiếp nhận các mô-men xoắn và lực đẩy ngang từ các tầng vươn ra xa, từ đó truyền lực xuống hệ móng cọc sâu bên dưới.

>>>Xem thêm: Hệ Thống Cấu Trúc Buttressed Core – Bí Quyết Giúp Burj Khalifa Chinh Phục Độ Cao 828m

4. Vật liệu được sử dụng

Để tạo nên sự đối lập mạnh mẽ giữa khối nhà di sản và hiện đại, khối The Crystal đã được xây dựng từ các vật liệu mới, có độ bền cao với màu sắc đối lập hoàn toàn với công trình cũ.

Vỏ bao che

Royal Ontario Museum có tỉ lệ vật liệu dùng cho vỏ bao che là 25% kính và 75% nhôm. Do toàn bộ các tấm kính đều được thiết kế và gia công theo kích thước riêng, để phù hợp cho từng vị trí lắp đặt, vì thế đã khiến chi phí xây dựng của công trình tăng lên đáng kể. Ngoài ra, để đáp ứng yêu cầu bảo tồn hiện vật nghiêm ngặt, công trình sử dụng hệ kính dán an toàn hai hoặc ba lớp phủ Low-E, giúp cản tia UV và giảm tối đa bức xạ mặt trời, từ đó bảo vệ các hiện vật khỏi nguy cơ phai màu và hư hại.

Khối The Crystal có cấu trúc phức tạp và không có góc vuông đã tạo ra thách thức trong quá trình chịu lực của công trình. Vật liệu nhôm có trọng lượng nhẹ và độ bền cao được áp dụng cho kết cấu bao che, giúp giảm tải trọng bản thân của khối The Crystal và tránh ảnh hưởng đến kết cấu khối nhà di sản. Thêm vào đó, nhôm có khả năng chống ăn mòn bởi mưa và tuyết, thích hợp sử dụng cho khí hậu lạnh ở Canada.

Thép

Nằm ẩn bên dưới lớp vỏ bao che của khối The Crystal là một hệ khung thép chịu lực cực kỳ phức tạp. Được cấu thành từ hơn 3.000 tấn thép với hàng nghìn liên kết phi tiêu chuẩn, hệ kết cấu này đóng vai trò như "bộ xương" vững chắc, nâng đỡ toàn bộ công trình. Vì hình dáng vươn xa của khối và không sử dụng cột thẳng truyền thống để chịu lực, nên cần sử dụng thép với khả năng vượt nhịp lớn, giải phóng không gian trưng bày, từ đó tăng thêm không gian trải nghiệm.

>>>Xem thêm: Thép thanh vằn trong xây dựng: Từ khái niệm đến thực tế thi công bền vững

Bê tông

Khác với kết cấu nổi thanh thoát bằng thép diagrid, vật liệu bê tông được tập trung ở hệ móng khối lớn bên dưới và lõi kỹ thuật kiên cố ở trung tâm để chịu toàn bộ tải trọng nén, chống lực lật và mô-men xoắn cực lớn do các khối lăng trụ nghiêng tạo ra. Bên cạnh đó, bê tông còn kết hợp linh hoạt với tôn mạ sóng để tạo nên hệ sàn đĩa đệm composite nhẹ, vừa tối ưu hóa khả năng chịu tải cho các tầng trưng bày, vừa đóng vai trò kết nối mặt phẳng cứng truyền lực ổn định xuống nền móng.

>>>Xem thêm: Sự khác biệt giữa bê tông dự ứng lực căng trước và căng sau: lựa chọn nào cho công trình hiện đại?

5. Kết luận

Hình khối kiến trúc đặc biệt và tạo ấn tượng mạnh của Royal Ontario Museum là kết quả của những giải pháp kết cấu hiện đại, tư duy kiến trúc sáng tạo. Với hệ kết cấu không gian phức tạp, hình khối bất đối xứng và các giải pháp thi công hiện đại, không chỉ giúp bảo tàng đáp ứng khả năng chịu lực tốt, mà còn tạo điểm nhấm và tránh tác động nhiều lên các khối di sản xung quanh. Nhờ vào kết cấu hiện đại và giải pháp kết nối độc đáo này đã giúp Royal Ontario Museum đạt giải thưởng Ontario Steel Design Awards của Viện Xây Dựng Thép Canada vào năm 2007. Từ đó, Royal Ontario Museum không chỉ trở thành một biểu tượng kiến trúc đương đại của Canada, mà còn là minh chứng cho sự phát triển của kỹ thuật kết cấu trong việc đáp ứng những yêu cầu thiết kế phức tạp, và giàu tính biểu tượng.

Nguồn tham khảo

1.     https://en.wikiarquitectura.com/building/michael-lee-chin-crystal/

2.     https://libeskind.com/work/royal-ontario-museum/

3.     https://www.arch2o.com/royal-ontario-museum-studio-daniel-libeskind/

Nếu bạn muốn sở hữu một ngôi nhà đẹp, tiện nghi và bền vững theo thời gian, thì đừng quên liên hệ Đước Việt qua fanpage hoặc zalo: 0909.846.159 để được tư vấn chi tiết các dịch vụ thiết kế thi công trọn gói cho không gian sống. 

Những dịch vụ Đước Việt Architecture & Construction cung cấp bao gồm:

- Tư vấn, thiết kế kiến trúc công trình:

- Xây dựng trọn gói công trình: nhà phố, biệt thự, văn phòng,...

- Thiết kế - thi công trọn gói Nội Thất: nhà phố, biệt thự, văn phòng...

- Thiết kế ý tưởng thiết kế kiến trúc, lên hồ sơ mặt bằng công năng và triển khai concept các dự án.

CÔNG TY TNHH TƯ VẤN THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG ĐƯỚC VIỆT

🌐Website: Duocviet-ac.com

☎️ Điện thoại tư vấn, khảo sát: 0909.846.159 hoặc 0943.578.019

📮 Email: ctyduocviet@gmail.com

🧰 Địa chỉ: Tầng 2 - Toà nhà The Root, số 29A Cao Thắng, Phường Bàn Cờ, HCM (Quận 3 cũ)