Luận án Tiến sĩ Kiến trúc: Cấu trúc mặt đứng đa lớp nhà phố thích ứng với điều kiện khí hậu thành phố Hồ Chí Minh ứng dụng phương pháp tham số

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:263

Thêm vào BST

Báo xấu

23
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kiến trúc "Cấu trúc mặt đứng đa lớp nhà phố thích ứng với điều kiện khí hậu thành phố Hồ Chí Minh ứng dụng phương pháp tham số" trình bày việc thiết lập mặt đứng nhà phố thích ứng với điều kiện khí hậu TP.HCM nhằm giải quyết mối quan hệ giữa kiến trúc với khí hậu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kiến trúc: Cấu trúc mặt đứng đa lớp nhà phố thích ứng với điều kiện khí hậu thành phố Hồ Chí Minh ứng dụng phương pháp tham số

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI PHẠM THANH TRÀ CẤU TRÚC MẶT ĐỨNG ĐA LỚP NHÀ PHỐ THÍCH ỨNG VỚI ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP THAM SỐ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KIẾN TRÚC HÀ NỘI – 2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI PHẠM THANH TRÀ CẤU TRÚC MẶT ĐỨNG ĐA LỚP NHÀ PHỐ THÍCH ỨNG VỚI ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP THAM SỐ CHUYÊN NGÀNH : KIẾN TRÚC MÃ SỐ : 9580101 9580102 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS.KTS Nguyễn Minh Sơn 2. TS.KTS Lê Thị Hồng Na HÀ NỘI – 2022
Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Tác giả luận án ThS. KTS Phạm Thanh Trà
Lời cảm ơn Sau thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường đại học Kiến trúc Hà Nội, luận án “CẤU TRÚC MẶT ĐỨNG ĐA LỚP NHÀ PHỐ THÍCH ỨNG VỚI ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP THAM SỐ” đã được hoàn thành. Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng tri ân cũng như sự biết ơn sâu sắc tới thầy PGS.TS.KTS Nguyễn Minh Sơn và cô TS.KTS Lê Thị Hồng Na đã tận tình hướng dẫn khoa học, động viên và khuyến khích tôi hoàn thành luận án. Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa sau đại học Trường đại học Kiến trúc Hà Nội đã quan tâm và giúp đỡ trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường. Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo, chuyên gia trong các bộ môn sau đại học đã có nhiều trao đổi, trực tiếp đóng góp nhiều ý kiến quý báu và động viên trong suốt quá trình làm luận án, đặc biệt là trong những lúc khó khăn nhất. Nghiên cứu sinh cũng gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, các bạn sinh viên đã hỗ trợ và phụ giúp thực hiện một phần công việc nhằm hoàn thành luận án đúng thời hạn quy định. Tác giả luận án
i MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT……………………………………………………. .v DANH MỤC HÌNH ẢNH……………………………………………………. ……vi DANH MỤC SƠ ĐỒ, BẢNG BIỂU ………………………………………….…….x MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 3 3. Đối tượng nghiên cứu.................................................................................... 3 4. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu ................................................................... 3 5. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 4 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn....................................................................... 4 7. Những đóng góp mới của luận án ................................................................. 4 8. Cấu trúc luận án ............................................................................................ 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẶT ĐỨNG NHÀ PHỐ THÍCH ỨNG VỚI ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU ...................................................................... 6 1.1 Các định nghĩa và khái niệm ....................................................................... 6 1.2 Thực tiễn mặt đứng nhà phố tại các nước có điều kiện tương đồng và tại Việt Nam ......................................................................................................... 10 1.2.1 Tại các nước có điều kiện tương đồng ............................................... 10 1.2.2 Tại Việt Nam ...................................................................................... 16 1.3 Hiện trạng mặt đứng thích ứng với điều kiện khí hậu tại TP.HCM ......... 21 1.3.1 Hiện trạng mặt đứng nhà phố tại TP.HCM ........................................ 24 1.3.2 Điều kiện khí hậu TP.HCM và chất lượng môi trường bên trong nhà phố ............................................................................................................... 33 1.4 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài ......................................................... 37 1.5 Các vấn đề trọng tâm cần giải quyết ......................................................... 41
ii CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CHO MẶT ĐỨNG NHÀ PHỐ THÍCH ỨNG VỚI ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU TP.HCM ỨNG DỤNG PPTS ....... 42 2.1 Cơ sở pháp lý ............................................................................................ 42 2.2 Cơ sở lý luận ............................................................................................. 44 2.2.1 Mối quan hệ giữa kiến trúc và khí hậu............................................... 44 2.2.2 Kiến trúc thích ứng............................................................................. 46 2.2.3 Thiết kế bị động (passive design) ...................................................... 47 2.2.4 Tiện nghi vi khí hậu ........................................................................... 50 2.2.5 Phương pháp tham số ......................................................................... 55 2.3 Cơ sở thực tiễn .......................................................................................... 61 2.3.1 Nhà ở hiệu quả năng lượng và thân thiện môi trường ....................... 61 2.3.2 Ứng dụng hệ vỏ kép (DSF) vào kiến trúc .......................................... 62 2.3.3 Thiết kế kiến trúc ứng dụng PPTS ..................................................... 64 2.4 Cơ sở ứng dụng PPTS cho mặt đứng nhà phố thích ứng với điều kiện khí hậu ................................................................................................................... 65 2.4.1 Cấu trúc hóa mặt đứng nhà phố (xác định cấu trúc hệ thống) ........... 65 2.4.2 Tham số hóa cấu trúc (biểu diễn cấu trúc thành tham số) ................. 75 2.4.3 Mô phỏng trên máy tính ..................................................................... 80 2.4.4 Xử lý dữ liệu mô phỏng ..................................................................... 81 2.5 Bài học kinh nghiệm về kiến trúc thích ứng ứng dụng PPTS ................... 82 2.5.1 Bài học về giải quyết mối quan hệ giữa kiến trúc và khí hậu ứng dụng PPTS ............................................................................................................ 82 2.5.2 Bài học về tạo hình kiến trúc ứng dụng PPTS ................................... 85 2.6 Khả năng thực hiện ................................................................................... 87 CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT MẶT ĐỨNG NHÀ PHỐ THÍCH ỨNG VỚI ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU TP.HCM ỨNG DỤNG PPTS .......................... 88 3.1 Quan điểm ................................................................................................. 88 3.2 Nguyên tắc................................................................................................. 88
iii 3.3 Hệ thống tiêu chí ....................................................................................... 89 3.3.1 Tiêu chí về cấu trúc hóa ..................................................................... 89 3.3.2 Tiêu chí về tính định lượng của cấu trúc ........................................... 89 3.3.3 Tiêu chí về tính thích ứng với điều kiện khí hậu ............................... 90 3.4 Đề xuất mặt đứng nhà phố thích ứng với điều kiện khí hậu TP.HCM ứng dụng PPTS ....................................................................................................... 91 3.4.1 Cấu trúc hóa mặt đứng nhà phố và các tổ hợp khác nhau ................. 91 3.4.2 Tham số hóa cấu trúc MĐĐL nhà phố và các giá trị khảo sát........... 98 3.4.3 Mô hình tham số hóa cấu trúc và các biến thể ................................. 100 3.4.4 Phương pháp tính mức độ thích ứng của cấu trúc qua dữ liệu mô phỏng và kết quả tính toán ................................................................................... 108 3.5 Chi tiết hóa giải pháp kiến trúc mặt đứng nhà phố thích ứng với điều kiện khí hậu TP.HCM dựa trên giá trị thích hợp của tham số tìm được............... 116 3.5.1 Đối với loại mặt đứng có 1 hoặc 2 lớp với lớp MĐ phụ bên trong . 116 3.5.2 Đối với loại mặt đứng 2 lớp với lớp MĐ phụ bên ngoài ................. 118 3.5.3 Đối với loại mặt đứng có 3 lớp ........................................................ 119 3.6 Ví dụ minh chứng .................................................................................... 123 3.6.1 Áp dụng cho công trình cải tạo ........................................................ 126 3.6.2 Áp dụng cho công trình xây mới ..................................................... 128 3.7 Bàn luận................................................................................................... 131 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 135 1. Kết luận .................................................................................................... 135 2. Kiến nghị .................................................................................................. 137 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ...................................................................... KH01 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................. TLTK 1 PHỤ LỤC …………………………………………………………………… PL 1
iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nội dung MĐĐL Mặt đứng đa lớpKhông gian sở hữukhông Lớp MĐ Lớp mặt đứng TPN Thành phần ngang TPĐ Thành phần đứng KGSD Không gian sử dụng KGBT Không gian bên trong KG Không gian PPTS Phương pháp tham số HTTS Hệ thống tham số HTTSTĐ Hệ thống tham số tác động HTTSNT Hệ thống tham số nội tại TMDV Thương mại dịch vụ BXMT Bức xạ mặt trời BĐSKH Biểu đồ sinh khí hậu ĐKTN Điều kiện tiện nghi TP.HCM Thành phố Hồ Chí Minh NCS Nghiên cứu sinh KTS Kiến trúc sư UBND Ủy ban nhân dân QH-KT Quy hoạch – kiến trúc DSF Hệ vỏ kép (Double Skin Façade) TKNL Tiết kiệm năng lượng
v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Vỏ bao che đa lớp và yếu tố tác động ............................................... 6 Hình 1.2 Mặt đứng nhà phố với các thành phần và các yếu tố tác động bên ngoài ........................................................................................................................... 8 Hình 1.3 Mặt đứng nhà phố tại các tuyến phố TMDV ở Bangkok ................ 10 Hình 1.4 Mặt đứng nhà phố tại thị trấn Pak Chong ........................................ 12 Hình 1.5 Mặt đứng nhà phố tại Kuala Lumpur ............................................... 13 Hình 1.6 Mặt đứng nhà phố tại Georgetown .................................................. 14 Hình 1.7 Mặt đứng nhà phố tại Colombo, Sri Lankan.................................... 16 Hình 1.8 Mặt đứng nhà phố kiến trúc Pháp tại phố cổ Hà Nội....................... 17 Hình 1.9 Mặt đứng nhà phố cổ tại phố cổ Hà Nội .......................................... 18 Hình 1.10 Mặt đứng nhà phố tại tuyến phố Lê Trọng Tấn - Hà Nội (Nguồn: V.V.Tuân – báo Tuổi trẻ, 14/05/2016)............................................................ 20 Hình 1.11 Mặt đứng nhà phố tại khu đô thị Phú Mỹ Hưng ............................ 20 Hình 1.12 Bản đồ phân khu đô thị TP.HCM (Nguồn: Sở QHKT TP.HCM) . 25 Hình 1.13 Số lượng nhà phố theo hướng nhà ................................................. 28 Hình 1.14 Số lượng nhà phố theo số tầng cao ................................................ 28 Hình 1.15 Số lượng nhà phố theo độ rộng nhà ............................................... 28 Hình 1.16 Hình chụp góc rộng mặt đứng các nhà phố trên tuyến đường Hai Bà Trưng, Quận 3 (trên) và Lê Thánh Tôn, Quận 1 (dưới) ................................. 29 Hình 1.17 Các giải pháp che nắng tự phát ...................................................... 30 Hình 1.18 Bản đồ bức xạ mặt trời Việt Nam (Nguồn: solargis.com) ............. 34 Hình 1.19 Cảm giác nhiệt của người dân được lấy ý kiến [13] ...................... 36 Hình 2.1 Thiết kế bị động tận dụng các nguồn năng lượng tự nhiên [72] ...... 48 Hình 2.2 Vùng tiện nghi của Olgyay (a) và biểu đồ sinh khí hậu của Givoni (b) ......................................................................................................................... 51
vi Hình 2.3 Các đường đồng mức nhiệt độ (a) Biểu đồ cảm giác nhiệt (b) ........ 52 Hình 2.4 Biểu đồ sinh khí hậu (Nguồn: Phạm Đức Nguyên, 2012) ............... 52 Hình 2.5 Tần suất xuất hiện(% năm) kiểu thời tiết theo các vùng sinh khí hậu (Nguồn : Phạm Đức Nguyên, 2012) ............................................................... 53 Hình 2.6 Quá trình thử các giá trị khác nhau của tham số để tìm ................... 55 Hình 2.7: Đường cong spline (Nguồn: Autodesk, 2017) ................................ 57 Hình 2.8 Thiết kế kiến trúc theo PPTS và 2 nhánh ứng dụng ........................ 58 Hình 2.9 Tính ưu việt của phương pháp tham số ............................................ 60 Hình 2.10 Nhà thụ động đầu tiên trên thế giới tại thành phố Darmstadt (Đức) (Nguồn: Passivhaus Institut – PHI, 2016)....................................................... 61 Hình 2.11 Công trình Deutsches Haus đạt chứng nhận LEED ở TP.HCM (Nguồn: Deutsches Haus Việt Nam - www.deutscheshausvietnam.com) ...... 62 Hình 2.12 Tính chất di chuyển của dòng không khí trong hệ DFS [51]......... 62 Hình 2.13 Xử lý nhiệt và thông gió trong công trình GSW Headquaters, Berlin, Đức .................................................................................................................. 63 Hình 2.14 Tòa nhà Hội đồng mới (CH2) thành phố Melbourne, Australia .... 64 Hình 2.15 Vật dụng nội thất được thiết kế kiểu dáng theo PPTS ................... 65 Hình 2.16 Quá trình thiết kế kiến trúc theo PPTS .......................................... 65 Hình 2.17 Cấu trúc hóa một hệ thống kiến trúc .............................................. 66 Hình 2.18: 8 thành phần cần được quan tâm của mặt đứng nhà phố .............. 67 Hình 2.19 Số lượng nhà phố theo độ rỗng và các kiểu cấu tạo tường mặt đứng ......................................................................................................................... 68 Hình 2.20 Số lượng nhà phố theo các loại vật liệu lỗ cửa .............................. 68 Hình 2.21 Số lượng nhà phố theo độ rỗng ô văng và mái hắt ........................ 69 Hình 2.22 Vị trí cửa sổ và cửa đi trên mặt đứng và số lần xuất hiện tại các ô vị trí ..................................................................................................................... 69 Hình 2.23 Số lượng nhà phố theo độ vươn ban công và độ lùi lô gia ............ 69 Hình 2.24 Số lượng nhà phố theo vật liệu và độ rỗng mặt lan can ................. 70
vii Hình 2.25 Vị trí ban công (/lô gia) trên mặt đứng với số lần xuất hiện tại các ô vị trí ................................................................................................................. 70 Hình 2.26 Số lượng nhà phố theo các kiểu mái che tại cao độ chuẩn mặt tiền ......................................................................................................................... 70 Hình 2.27 Số lượng nhà phố theo độ rỗng và vật liệu mái che....................... 71 Hình 2.28 Số lượng nhà phố theo khoảng cách xa nhất của hệ khung quảng cáo đến ranh lộ giới................................................................................................ 71 Hình 2.29 Số lượng nhà phố theo vật liệu bảng quảng cáo ............................ 72 Hình 2.30 Vị trí bảng quảng cáo trên mặt đứng với số lần xuất hiện tại các ô vị trí ..................................................................................................................... 72 Hình 2.31 Vị trí hệ lam che trên mặt đứng và số lần xuất hiện tại các ô vị trí 73 Hình 2.32 Số lượng nhà phố theo các kiểu và vật liệu lam che ...................... 73 Hình 2.33 Số lượng nhà phố theo độ rỗng hệ lam che.................................... 74 Hình 2.34 Số lượng nhà phố theo khoảng cách từ vòm lá đến tường mặt đứng ......................................................................................................................... 74 Hình 2.35 Vị trí vòm lá trên mặt đứng với số lần xuất hiện tại các ô vị trí .... 74 Hình 2.36 Mối quan hệ giữa các thành phần trong hệ thống kiến trúc ......... 76 Hình 2.37 Xây dựng hệ thống tham số cho cấu trúc ....................................... 76 Hình 2.38 Tham số đặc trưng về hình dáng tòa nhà: số tầng, tiết diện, hướng [42]. ................................................................................................................. 83 Hình 2.39 Mô hình một không gian văn phòng để nghiên cứu [45]. .............. 84 Hình 2.40 Kết quả tính toán ánh sáng với các giá trị tham số khác nhau [45]. ......................................................................................................................... 85 Hình 2.41 Công trình sân vận động Lansdowne Road Stadium (LRS) [74]. . 86 Hình 2.42 Mô hình và phương thức điều khiển các điểm nút [74]. ................ 86 Hình 3.1 Cấu trúc MĐĐL nhà phố và các lớp MĐ......................................... 92 Hình 3.2 Mặt cắt cấu trúc MĐĐL nhà phố ..................................................... 92
viii Hình 3.3 Các thành phần cấu trúc và mối liên hệ trong các lớp MĐ.............. 93 Hình 3.4 Các loại MĐĐL nhà phố theo số lớp MĐ ........................................ 94 Hình 3.5 Phân tích mặt đứng nhà phố phức tạp thành các trường hợp cấu trúc ......................................................................................................................... 97 Hình 3.6 Mô hình cấu trúc định lượng cho MĐĐL nhà phố với HTTS và các giá trị khảo sát ............................................................................................... 101 Hình 3.7 Các thành phần cấu trúc và HTTS cho biến thể K1....................... 103 Hình 3.8 Các thành phần cấu trúc và HTTS cho biến thể K2-1 ................... 103 Hình 3.9 Các thành phần cấu trúc và HTTS cho biến thể K2-2 ................... 103 Hình 3.10 Các thành phần cấu trúc và HTTS cho biến thể K2-3 ................. 104 Hình 3.11 Các thành phần cấu trúc và HTTS cho biến thể K2-4 ................. 104 Hình 3.12 Các thành phần cấu trúc và HTTS cho biến thể K2-5 ................. 105 Hình 3.13 Các thành phần cấu trúc và HTTS cho biến thể K2-6 ................. 105 Hình 3.14 Các thành phần cấu trúc và HTTS cho biến thể K2-7 ................. 106 Hình 3.15 Các thành phần cấu trúc và HTTS cho biến thể K3-1 ................. 106 Hình 3.16 Các thành phần cấu trúc và HTTS cho biến thể K3-2 ................. 107 Hình 3.17 Các thành phần cấu trúc và HTTS cho biến thể K3-3 ................. 107 Hình 3.18 Các thành phần cấu trúc và HTTS cho biến thể K3-4 ................. 108 Hình 3.19 Mô tả trường hợp gốc và kết quả mô phỏng BXMT ................... 109 Hình 3.20 Vị trí điểm khảo sát vận tốc gió và kết quả mô phỏng gió xung quanh nhà phố .......................................................................................................... 110 Hình 3.21 Kết quả mô phỏng ánh sáng cho trường hợp gốc ........................ 112 Hình 3.22 Thiết kế mặt đứng nhà phố thích ứng ứng dụng PPTS ................ 113 Hình 3.23 Nhà phố hiện trạng được chọn với mặt cắt và hình ảnh mặt đứng ....................................................................................................................... 123 Hình 3.24 Mô hình năng lượng cấu trúc MĐĐL nhà phố được chọn .......... 124 Hình 3.25 Lượng BXMT qua lỗ rỗng (trái) và qua tường (phải) của MĐĐL hiện trạng ............................................................................................................... 124
ix Hình 3.26 Sự chuyển động của gió khi đến cấu trúc hiện trạng ................... 125 Hình 3.27 Độ rọi vào các phòng ngủ 1,2,3 của nhà phố hiện trạng.............. 125 Hình 3.28 Lượng BXMT qua lỗ rỗng (trái) và qua tường (phải) nhà phố cải tạo ....................................................................................................................... 127 Hình 3.29 Độ rọi vào các phòng ngủ 1,2,3 của nhà phố cải tạo ................... 127 Hình 3.30 Mặt cắt và phối cảnh của công trình xây mới .............................. 129 Hình 3.31 Lượng BXMT qua lỗ rỗng (trái) và qua tường (phải) nhà phố xây mới................................................................................................................. 130 Hình 3.32 Sự chuyển động của gió khi đến nhà phố xây mới ...................... 130 Hình 3.33 Độ rọi vào các phòng ngủ 1,2,3 của nhà phố xây mới................. 130 DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1 Sơ đồ quá trình phát triển không gian đô thị TP.HCM .................. 21 Sơ đồ 2.1 Mối quan hệ giữa kiến trúc và khí hậu [5] ..................................... 44 Sơ đồ 3.1 Các bước xây dựng HTTS cho cấu trúc ......................................... 98 Sơ đồ 3.2 Các bước xác định 12 biến thể và giá trị đề xuất cho HTTS ........ 102 Sơ đồ 3.3 Tính mức độ thích ứng qua khả năng làm việc của cấu trúc ........ 108 Sơ đồ 3.4 Các bước tìm giá trị thích hợp cho HTTS .................................... 114 DANH MỤC BẢNG, BIỂU Bảng 1.1 Khảo sát mặt đứng nhà phố thuộc khu vực trung tâm cũ ................ 25 Bảng 1.2 Khảo sát mặt đứng nhà phố thuộc khu vực mở rộng kết nối .......... 26 Bảng 1.3 Khảo sát mặt đứng nhà phố thuộc khu vực mới – dự án ................. 26 Bảng 1.4 Sự lấn ra/ lùi vào so với ranh lộ giới ............................................... 27 Bảng 1.5 Các thành phần ngang thuộc mặt đứng nhà phố.............................. 31 Bảng 1.6 Các thành phần đứng thuộc mặt đứng nhà phố ............................... 32 Bảng 1.7 Hiện trạng IEQ trong nhà phố tại TP.HCM [13] ............................. 36
x Bảng 2.1 Tiêu chuẩn ánh sáng trong phòng (Nguồn: QCVN 12:2014/BXD) 55 Bảng 2.2 Các nguồn tác động trong dạng tác động ........................................ 77 Bảng 2.3 Tham số hóa đặc tính nổi trội các nguồn tác động .......................... 77 Bảng 2.4 Biểu diễn các dạng tác động thành hệ thống tham số tác động (HTTSTĐ) ....................................................................................................... 77 Bảng 2.5 Các thành phần nổi trội trong từng dạng kiến trúc .......................... 78 Bảng 2.6 Các các tham số đặc trưng của thành phần kiến trúc ...................... 78 Bảng 2.7 Hệ thống tham số nội tại (HTTSNT) ứng với từng dạng ................ 78 Bảng 2.8 Biểu diễn hệ thống tham số của kiến trúc ứng với .......................... 79 Bảng 2.9 Đặc điểm chung của 8 thành phần mặt đứng nhà phố ..................... 79 Bảng 3.1 Bốn kiểu sắp xếp các lớp MĐ.......................................................... 95 Bảng 3.2 Mười hai trường hợp cấu trúc dựa trên tổ hợp các thành phần MĐĐL ......................................................................................................................... 95 Bảng 3.3 Hệ thống các tham số cho cấu trúc MĐĐL nhà phố ....................... 99 Bảng 3.4 Đề xuất mức độ đáp ứng tiêu chí về tính thích ứng ...................... 112 Bảng 3.5 Tổng hợp các giá trị thích hợp cho HTTS của 12 biến thể ........... 115 Bảng 3.6 Bảng tổng hợp các giải pháp cấu trúc MĐĐL nhà phố thích ứng . 120
xi GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ LIÊN QUAN Tham số kiến trúc là các cơ sở dữ liệu về công trình kiến trúc. Tham số khí hậu là các cơ sở dữ liệu về khí hậu. Thử sai là việc thử hàng loạt các giá trị, các phương án khác nhau để tìm kết quả đúng, phù hợp. Độ rỗng mặt tường là tỉ lệ giữa diện tích lỗ cửa và tổng diện tích tường. Độ lớn MĐĐL là khoảng cách từ lớp MĐ bên trong đến lớp MĐ bên ngoài Cao độ chuẩn mặt tiền là vị trí cao nhất của mặt tiền được nêu rõ trong Quy định số 135/2007/QĐ-UBND về kiến trúc nhà liên kế trong khu đô thị hiện hữu trên địa bàn TP.HCM Ranh lộ giới là 1 thuật ngữ chuyên ngành được các cơ quan quản lý nhà nước sử dụng nhằm để chỉ ra ranh giới quy hoạch mở đường, mở hẻm hoặc là xây dựng. Trong đô thị thì lộ giới chính là phần đất được sử dụng dành riêng cho các công trình kỹ thuật hạ tầng, đường giao thông hoặc không gian công cộng Khoảng lưu không là khoảng không gian trên phần đất lưu không. Đất lưu không hay hành lang an toàn đường bộ là dải đất dọc hai bên đất của đường bộ, tính từ lề đường ra hai bên để bảo đảm an toàn giao thông đường bộ (Luật giao thông đường bộ 2008). Khoảng đệm là vùng không gian sát với tường mặt đứng, được giới hạn bởi một số thành phần cấu trúc. Khoảng đệm có thể nằm bên trong hoặc bên ngoài ranh lộ giới. Hệ vỏ kép (double skin façade -DSF) Trong “The Source book” của Viện nghiên cứu công trình Bỉ (BBRI), (2002), “Một lớp vỏ chủ động là lớp vỏ bao che một hoặc nhiều tầng gồm nhiều lớp kính. Những lớp kính này có thể bịt kín không khí hoặc không. Trong một số loại vỏ, lượng không khí bão hòa giữa các lớp được lưu thông tự nhiên hoặc cơ học. Cách lưu thông không khí có thể khác nhau tùy thời điểm. Các thiết bị và hệ thống kết hợp với phương pháp chủ động hoặc bị động để nâng cao điều kiện vi khí hậu. Phần lớn thời gian các hệ thống được quản lý bán tự động thông qua các hệ thống điều khiển”.
xii Từ “tham số”, tiếng Anh là “parametric”, được cấu thành bởi “para” và “metric” có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp. Đây là một đại lượng với tập hợp các giá trị xác định diễn tả một tính chất của sự vật hiện tượng hay một hệ thống… Một tham số là đại lượng hoặc loại dữ liệu nào đó giúp xác định hoặc phân loại một hệ thống cụ thể (có thể là một sự kiện, dự án, đối tượng, tình hình, vv…). Một tham số của hệ thống phải là một phần tử, yếu tố có ích hoặc quan trọng khi xác định hệ thống. Tham số có ý nghĩa cụ thể trong các lĩnh vực khác nhau bao gồm: toán học, giải pháp tính toán, lập trình máy tính, kỹ thuật, thống kê, logic và ngôn ngữ học… Trong kĩ thuật (đặc biệt trong thu thập dữ liệu) “tham số” có thể dùng để chỉ một loại dữ liệu được đo riêng lẻ. Ví dụ máy thu thập dữ liệu (flight data recorder) của một chuyến bay có thể thu thập 88 loại dữ liệu khác nhau, mỗi loại được gọi là “tham số”. Một trường hợp khác, nếu coi đường tròn trong hệ trục (x,y) đi qua gốc tọa độ O là một hệ thống xác định bởi 2 đại lượng là bán kính r và hệ số góc θ. Khi đó, với bán kính r là hằng số và góc θ là tham số thay đổi thì tạo nên 1 họ các đường tròn có chung bán kính và tâm chạy trên đường tròn quanh gốc O. Nếu góc θ là hằng số và r là tham số thì khi r thay đổi thì cũng dẫn đến vị trí tâm đường tròn cũng thay đổi nhưng tạo nên 1 họ các đường tròn khác có tâm cùng nằm trên đường thẳng.
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Phong trào bảo vệ môi trường ra đời từ những năm đầu thập niên 70 của thế kỷ 20 cùng với sự xuất hiện của khái niệm “phát triển bền vững”. Năm 1987, trong báo cáo “Tương lai chung của chúng ta” của Hội đồng Thế giới về Môi trường và Phát triển (WCED) của Liên hợp quốc, “phát triển bền vững” được định nghĩa “là sự phát triển đáp ứng được những yêu cầu của hiện tại, nhưng không gây trở ngại cho việc đáp ứng nhu cầu của các thế hệ mai sau” [1]. “Phát triển bền vững” là nhu cầu cấp bách và xu thế tất yếu trong tiến trình phát triển của xã hội loài người. Vì vậy, các quốc gia trên thế giới đã đồng thuận xây dựng thành Chương trình nghị sự cho từng thời kỳ phát triển của lịch sử [1]. Ngành kiến trúc cũng không thể nằm ngoài xu thế tất yếu này và “phát triển kiến trúc bền vững” ra đời, đóng góp vào sự phát triển bền vững của quốc gia và của toàn cầu, nhằm bảo tồn được hệ sinh thái, bảo vệ môi trường, tài nguyên thiên nhiên [22]. Thiết kế kiến trúc phù hợp với khí hậu địa phương, giảm thiểu các tác động xấu và phát huy tác dụng tốt của môi trường xung quanh là một phần tạo nên nền tảng trong “phát triển kiến trúc bền vững”. Trong đó, công tác quy hoạch luôn phải được quan tâm đầu tiên từ việc đánh giá các hướng tác động của môi trường, các đặc trưng khí hậu, địa hình cũng như hình thái của đô thị... Sau đó, từng tiểu khu được xem xét đến, ví dụ như lựa chọn các giải pháp thiết kế cho một tổ hợp nhà, tuyến phố ... Cuối cùng là việc lựa chọn vị trí, hướng, kiểu dáng công trình riêng lẻ... cho phù hợp. Đối với các công trình ít tầng và liền kề trên những tuyến phố cũ hay các khu phố mới ở TP.HCM, mặt đứng đóng vai trò quan trọng. Đây chính là thành phần kiến trúc ngăn cách giữa bên trong và bên ngoài công trình, góp phần to lớn trong việc tạo điều kiện tiện nghi nên phải được nghiên cứu có hệ thống. Mặt đứng đa lớp (MĐĐL) là thuật ngữ thể hiện cấu tạo nhiều lớp, tầng bậc của phần vỏ bao che trên mặt đứng công trình trong đô thị.
2 Nhằm đánh giá trước mức độ hoàn thiện của kiến trúc người ta xem xét đến tính hiệu quả của giải pháp kiến trúc đó như hiệu quả về mặt năng lượng, hiệu quả về mặt tiện nghi, hiệu quả về mặt kinh tế, hiệu quả về kết cấu chịu lực, hiệu quả thẩm mỹ... Ở nửa sau thế kỉ 20, lý thuyết về “Thiết kế kiến trúc dựa trên hiệu quả” (performance- based building design) đã được hình thành và ứng dụng vào thực tế. Gibson (Ủy ban kiến trúc và xây dựng quốc tế CIB 1982) đã đưa ra quan điểm cơ bản cho lý thuyết này như sau: “Đầu tiên và quan trọng nhất là tư duy và làm việc phải hướng đến kết quả chứ không phải là chọn phương tiện... công trình được xây dựng với mục đích và kết quả gì chứ không phải là xây dựng như thế nào...”. Đầu thiên niên kỉ thứ 3, tiến trình “Thiết kế dựa trên Hiệu quả” đã được đẩy nhanh hơn nhờ sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, sự tiến bộ vượt bậc của khoa học máy tính cùng với các công cụ hỗ trợ thiết kế (CAD), các phương tiện phần mềm mô phỏng trên máy tính, các phương pháp kỹ thuật v.v... Để đảm bảo tính hiệu quả, thiết kế kiến trúc ứng dụng phương pháp tham số (PPTS) làm một trong những giải pháp nổi trội. Trong đó, kiến trúc được biểu diễn dưới dạng là tập hợp các tham số đầu vào. Khi cho giá trị các tham số thay đổi thì kết quả đầu ra cũng thay đổi, so sánh các kết quả với nhau thì có thể xác định được kết quả tối ưu ứng với giá trị cụ thể của các tham số đó. Thiết kế kiến trúc theo PPTS giúp chúng ta đánh giá trước mức độ hiệu quả của các phương án kiến trúc gần giống nhau. Từ đó, có cơ sở để đưa ra quyết định phương án phù hợp nhất. Thiết kế kiến trúc theo PPTS còn khá mới mẻ tại Việt Nam. Một số KTS đã tìm tòi và nghiên cứu sử dụng phương pháp này nhưng chỉ dừng lại trong việc tạo hình và số lượng các công trình chưa nhiều. Riêng về đánh giá hiệu quả vi khí hậu của mặt đứng (MĐ) nhà phố thì phương pháp này hầu như chưa được tập trung nghiên cứu và ứng dụng có hệ thống. Khi đó, để cho các giải pháp thiết kế mặt đứng nhà phố đạt hiệu quả cao trong việc giảm thiểu tác động xấu của môi trường thì cần sử dụng phương pháp mang tính định lượng là thiết kế theo PPTS. Chính vì vậy, thiết lập “CẤU TRÚC MẶT ĐỨNG ĐA LỚP NHÀ PHỐ THÍCH ỨNG VỚI ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP THAM SỐ” là cần thiết, qua đó đưa ra hướng điều chỉnh, cải tạo
3 hoặc xây mới nhà phố trên các tuyến phố TMDV, phù hợp với khí hậu TP.HCM (trong bối cảnh cụ thể). 2. Mục đích nghiên cứu Thiết lập mặt đứng nhà phố thích ứng với điều kiện khí hậu TP.HCM nhằm giải quyết mối quan hệ giữa kiến trúc với khí hậu. Để đạt được mục đích nêu trên, những nhiệm vụ cụ thể được đưa ra là: - Cấu trúc hoá mặt đứng và tổ hợp thành các trường hợp cấu trúc → tham số hóa cấu trúc mặt đứng (xây dựng HTTS cho cấu trúc) → xây dựng mô hình tham số hóa, các biến thể và các giá trị khảo sát của tham số (Xây dựng dữ liệu đầu vào cho PPTS) - Mô phỏng trên máy tính theo các giá trị khảo sát của tham số - Đề xuất phương pháp tính mức độ thích ứng với điều kiện khí hậu theo dữ liệu mô phỏng đầu ra → tìm giá trị thích hợp cho HTTS của cấu trúc theo phương pháp tính (Xử lý dữ liệu đầu ra của PPTS) - Chi tiết hóa giải pháp kiến trúc cho các loại mặt đứng nhà phố khác nhau. 3. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận án là kiến trúc mặt đứng nhà phố có chức năng ở kết hợp với TMDV 4. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu Giới hạn thời gian: áp dụng đến năm 2040 theo chiến lược và tầm nhìn phát triển TP.HCM. Giới hạn về khu vực nghiên cứu: nghiên cứu nhà phố trên các tuyến phố TMDV tại khu trung tâm cũ TP.HCM. Những nhà phố được lựa chọn khảo sát là những nhà phố có mặt đứng mang những đặc điểm chung trên toàn tuyến và chịu tác động nhiều bởi nắng hướng Tây, bởi đây là hướng bất lợi nhất. Phạm vi nghiên cứu: - Coi giá trị các tham số khí hậu là cố định, còn giá trị các tham số kiến trúc được thay đổi để tìm kết quả mong muốn. - Tập hợp các thành phần trên mặt đứng nhà phố TMDV. - Lựa chọn nghiên cứu về tiện nghi nhiệt và ánh sáng.
4 5. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp điều tra khảo sát: Sử dụng mẫu phiếu điều tra hiện trạng kiến trúc mặt đứng để thu thập thông tin, đặc điểm và mối liên hệ giữa các thành phần của đối tượng nghiên cứu qua đó rút ra cấu trúc chung. Phương pháp phân tích, tổng hợp: sưu tầm, tìm hiểu, nghiên cứu các tài liệu trong nước và quốc tế có liên quan đến đề tài. Sau đó phân tích và xử lý tài liệu nhằm tạo những cơ sở nghiên cứu cho đề tài. Phương pháp mô phỏng và thực nghiệm khoa học:. Sử dụng các công cụ, các máy chuyên dụng để đo đạc, xử lý và tổng hợp các số liệu thực tế. Dùng các phần mềm có độ tin cậy để mô phỏng trên máy tính Phương pháp xin ý kiến chuyên gia: tổ chức các buổi chuyên đề về các vấn đề liên quan đến đề tài. Đồng thời tổ chức các hội thảo nhỏ xin ý kiến chuyên gia. Phương pháp tham số: thử các giá trị khác nhau của các tham số kiến trúc để tìm giá trị thích hợp dưới sự trợ giúp của phần mềm máy tính. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Tạo điều kiện thuận lợi cho KTS thiết kế kiến trúc ứng dụng PPTS qua việc cấu trúc hóa mặt đứng nhà phố sau đó tham số hóa cấu trúc này. - Giúp cho các KTS đơn giản hóa việc lựa chọn giải pháp & nâng cao hiệu quả thiết kế kiến trúc nhà phố nói chung và nhà phố tại TP.HCM nói riêng thông qua hệ thống các biến thể phù hợp. - Bổ sung vào nội dung nghiên cứu kiến trúc, vào chương trình khung đào tạo KTS cũng như bổ sung vào cơ sở dữ liệu cho hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn và sổ tay thiết kế, góp phần nâng cao năng lực trong công tác quản lý nhà nước. 7. Những đóng góp mới của luận án - Đề xuất quan điểm, nguyên tắc và hệ thống tiêu chí về xây dựng mặt đứng nhà phố thích ứng với điều kiện khí hậu TP.HCM ứng dụng PPTS - Định lượng được mặt đứng nhà phố thông qua cấu trúc hóa mặt đứng nhà phố (chia mặt đứng thành các lớp với các thành phần và mối quan hệ), tham số hóa cấu trúc (biểu diễn cấu trúc MĐĐL nhà phố thành hệ thống tham số), mô hình tham số hóa cấu trúc và các biến thể.