Trong một vài thập kỉ gần đây, tại nhiều khu du lịch cũng như nhiều thành phố trên thế giới, việc xây dựng những cây cầu đa chức năng nhưng chỉ cho người đi bộ, xe đạp, xe ngựa, xe xích lô… đi qua, thường được gọi là cầu đi bộ, với những yêu cầu rất cao về thẩm mỹ và kiến trúc cảnh quan, ngày càng được chú trọng.
1. Đặt vấn đề
Cây cầu không còn chỉ là công trình phục vụ nhu cầu đi lại của con người, phục vụ kết nối giao thông mà còn là nơi gặp gỡ, kết nối con người với con người, là không gian văn hóa và giao lưu văn hóa, là biểu tượng kiến trúc cảnh quan, biểu tượng của sự sáng tạo về mỹ thuật cũng như kỹ thuật công nghệ. Yêu cầu này cũng đã nhận được sự quan tâm ngày càng tăng trong công tác nghiên cứu sáng tạo, tính toán thiết kế, đề xuất các giải pháp kết cấu, tạo hình… của các kiến trúc sư , các kỹ sư kết cấu, kỹ sư vật liệu xây dựng… trên toàn thế giới. Chỉ trong vòng chưa đầy một thấp kỉ vừa qua đã có tới 5 hội nghị quốc tế về cầu đi bộ đã được tổ chức.
Hội nghị quốc tế đầu tiên về cầu đi bộ do Hội Xây dựng Pháp (AFGC) và Văn phòng hỗ trợ kỹ thuật sử dụng thép (OTUA) tổ chức vào tháng 11 năm 2002 ở thủ đô Ánh sáng Paris. Tiếp theo là ở thành phố du lịch Venice của nước Ý vào năm 2005, ở thành phố Porto ngàn năm lịch sử của Bồ Đào Nha vào năm 2008 và gần đây nhất là hội nghị quốc tế về cầu đi bộ lần thứ 5 được Hiệp hội quôc tế về cầu và kết cấu (IABSE) phối hợp với Viện Hàn lâm khoa học Ba Lan, bộ Kết cấu hạ tầng Ba Lan, Thành phố Wroclaw và Trường Đại học Tổng hợp Wroclaw tổ chức tại thành phố Wroclaw, Balan, vào tháng 7 năm 2011 vừa qua với 162 báo cáo của các nhà khoa học đến từ 38 nước được trình bày trong 10 tiểu ban khác nhau.
Đã có nhiều cây cầu đi bộ trở thành những công trình kiến trúc, văn hóa nổi tiếng trên thế giới như cây cầu đi bộ Thiên niên kỉ ở London (Millenium Footbridge London) hoàn thành năm 2010, có chiều dài tổng cộng 333m, nhịp giữa 144m, bề rộng cầu 4m với chi phí xây dựng tính theo thời giá năm 2010 lên đến hơn 48 triệu bảng Anh, suất đầu tư là hơn 36 ngàn bảng Anh cho một mét vuông cầu (xem ảnh1).
Ảnh 1. Cầu thiên niên kỉ ở London (Millenium Footbridge London)
Cây cầu đi bộ Simone-de-Beauvoir bắc qua sông Seine ở Paris (hoàn thành năm 2006 có tổng chiều dài 304m, nhịp chính 190m rộng 12m, suất đầu tư 6.354 Euro/mét vuông, ảnh 2.) đã trở thành niềm tự hào không chỉ của người dân thủ đô nước Pháp mà còn là niềm kiêu hãnh của những người làm cầu trên thế giới.
Tuy là cầu đi bộ, chịu tải trọng sử dụng khai thác không lớn, qui mô tương đối nhỏ nhưng do yêu cầu đa dạng về công năng, yêu cầu kiến trúc thẩm mỹ độc đáo, mang tính biểu tượng cao, yêu cầu an toàn khắt khe nên suất đầu tư xây dựng loại cầu này thường cao hơn nhiều so với những câu cầu thông thường trên đường ô tô hay đường sắt. Brian Duguid đã tiến hành thu thập và phân tích về giá thành đối với khoảng 50 cây cầu đi bộ được xây dựng trong 15 năm gần đây chủ yếu ở các nước châu Âu và cho thấy, suất đầu tư xây dựng cầu đi bộ có thể lên đến hàng tỉ đồng Việt Nam cho một mét vuông cầu (43 803 Euro/m2, cầu Thiên niên kỉ ở Newcastle, Anh, hoàn thành năm 2001), còn trung bình vào khoảng 200 đến 300 triệu đồng/m2.
Ảnh 2. Cầu đi bộ Simone-de-Beauvoir bắc qua sông Seine ở Paris
Nhu cầu phát triển các đô thị hiện đại, các khu nghỉ dưỡng, các khu du lịch cao cấp hiện nay ở nước ta cũng đang đòi hỏi phải xây dựng các cây cầu đi bộ đa chức năng này. Chính vì vậy, vừa qua, thành phố Hồ Chí Minh đã có chủ trương xây dựng cầu đi bộ vượt qua sông Sài Gòn nối liền khu trung tâm quận 1 với khu đô thị mới Thủ Thiêm như một công trình mang biểu tượng của thành phố hiện đại mang tên Bác nhằm kết nối văn hóa, kết nối con người tạo thành không gian văn hóa trên sông Sài Gòn. Thành phố Đà Nẵng năng động và phát triển nhanh chóng cũng đã có chủ trương xây dựng cây cầu đi bộ bắc qua sông Hàn để tạo nên một không gian văn hóa của lễ hội, của festival pháo hoa quốc tế và kết nối giao lưu phát triển hai bờ sông Hàn ngay tại khu vực trung tâm của thành phố này.
Chính vì những nhu cầu này, bài viết này xin được giới thiệu một nghiên cứu đề xuất ý tưởng về kiến trúc và kết cấu của các tác giả nhằm tạo hình kiến trúc, tăng hiệu ứng thẩm mỹ cho công trình cầu đi bộ đa chức năng bằng cách sử dụng hệ kết cấu dàn không gian với những giải pháp thiết kế đặc trưng được thực hiện có sự hỗ trợ tính toán bằng công cụ máy tính. Hiệu quả kết cấu đạt được của nghiên cứu chính là sự “trang trí” cuốn hút và khách quan.
2. Cấu kiện cơ bản và phương pháp thiết kế với các tham số
Cấu kiện cơ bản được sử dụng là hệ thanh phẳng tạo thành mặt cắt ngang của kết cấu nhịp của cây cầu. Hệ thanh phẳng này được chọn có dạng đa giác hở. Chúng có thể là dạng tam giác, tứ giác, ngũ giác hoặc lục giác, … tùy vào tham số đề ra, nhưng có một cạnh hở. Trong hình 1 dưới đây, mặt cắt tại mố cầu là một hệ thanh phẳng có dạng một hình ngũ giác hở. Mặt cắt này vừa xoay vừa tịnh tiến theo dọc chiều dài của cầu đến vị trí giữa nhịp biên sẽ có dạng mặt cắt như hình giữa và đến vị trí trụ cầu sẽ có dạng mặt cắt như hình bên phải của hình 1.
Hình 1. Cấu kiện cơ bản và các mặt cắt ngang điển hình của kết cấu sau khi xoay cấu kiện cơ bản
Hai thanh biên, tức là hai thanh có một đầu hở, không liên kết với các thanh khác, trong khi cấu kiện cơ bản này vừa quay vừa tịnh tiến, sẽ được tăng dần chiều dài theo một qui luật được chọn trước và chiều dài của chúng có giá trị lớn nhất tại mặt cắt nằm trên trụ cầu. Qua vị trí trụ cầu, cấu kiện cơ bản sẽ được quay theo chiều ngược lại và các thanh biên lại được giảm dần chiều dài theo qui luật định trước cho đến mặt cắt giữa nhịp chính sẽ có chiều dài bé nhất. Cho cấu kiện cơ bản vừa xoay vừa tịnh tiến theo chiều dọc của cầu theo nguyên tắc trên sẽ có được mặt cắt dọc của một cây cầu có kết cấu là một hệ dàn không gian liên tục ba nhịp như hình 2.
Hình 2: Mặt cắt dọc cầu
3. Hiệu ứng và hiệu quả kiến trúc
Hiệu quả về thẩm mỹ và tính độc đáo về hình dạng kiến trúc của cây cầu đi bộ bằng hệ dàn không gian liên tục ba nhịp qua việc phát triển theo ý tưởng và phương pháp này được thể hiện trên các hình từ 3 đến 8.
Bề rộng mặt cầu sẽ thay đổi dọc theo chiều dài của cầu và sẽ được hệ kết cấu dàn không gian này phân chia thành các khu vực khác nhau. Việc thay đổi bề rộng mặt cầu do yêu cầu khách quan của hệ kết cấu chịu lực sẽ tạo ra các vị trí có những tính chất đặc trưng, riêng biệt trên mặt cầu, từ đó có thể bố trí được các điểm trồng cây, ngắm cảnh, tụ điểm nhỏ dành cho biểu diễn nghệ thuật quần chúng, …Việc tổ chức đi lại, dạo chơi, di chuyển trên mặt cầu nhờ đó cũng trở nên đa dạng, tạo nên không gian cảnh quan sống động và phong phú.
Chiều cao của hệ dàn không gian tại các mặt cắt ngang cầu thay đổi tạo ra kết cấu mái che mang tính tất yếu khách quan tồn tại trên phần mặt cầu xung quanh trụ cầu. Yếu tố khách quan này tạo cho cây cầu sự chuyển động mạnh mẽ. Từ các góc quan sát khác nhau, hệ kết cấu – kiến trúc dạng dàn không gian của giải pháp đề xuất này còn tạo ra vô vàn hình ảnh phong phú mang tính biểu tượng cao. Hình 8 là một ví dụ như vậy.
Hình 3. Phối cảnh nhìn từ trên cao
Hình 4. Góc nhìn từ một mố cầu
Hình 5. Góc nhìn từ một mố cầu khác
Hình 6. Tổ chức không gian, giao thông trên mặt cầu
Hình 7: Không gian cây xanh, mái che trên cầu
Hình 8. Biểu tượng có được từ một góc nhìn
Xin chân thành cám ơn PGS.TS. Tống Trần Tùng, ThS.KTS. Tống Trần Đức Tuấn đã có những chia sẻ rất hay và bổ ích.
Tài liệu tham khảo:
[1]. Footbridges for Urban Renewal, Third International Conference, 2 to 4 July 2008. Porto. Portugal
[2]. J. Biliszczuk; J. Bien; P. Hawryszkow; T. Kaminski: 4th International Conference Footbridge 2011. Wroclaw, Poland July 6-8 2011
[3]. Brian Duguid: Benchmarking cost and Value of Landmark Foobridges, 4th International Conference Footbridge 2011. Wroclaw, Poland
