Thiết kế kết cấu nhà cao tầng

Phần này nêu bật bối cảnh xây dựng khu giảng đường C1 tại Đại học Hàng Hải Việt Nam, phản ánh xu hướng phát triển đô thị với các công trình nhà cao tầng. Công trình có chiều cao 36.1m và diện tích mặt bằng lớn do thành phố cấp. Mục tiêu xây dựng là đáp ứng nhu cầu học tập, nghiên cứu của sinh viên. Tuy nhiên, trong phạm vi đồ án tốt nghiệp, sinh viên chủ yếu tập trung vào việc thiết kế kết cấu và phương pháp thi công, phối hợp với bản vẽ kiến trúc sẵn có để đưa ra giải pháp tối ưu. Điều kiện xây dựng được đề cập bao gồm vị trí gần khu dân cư, đường phố, đòi hỏi sự chú trọng đến các biện pháp bảo vệ môi trường và an toàn lao động trong quá trình thi công, giảm thiểu tiếng ồn, bụi bẩn và đảm bảo vệ sinh môi trường xung quanh.

Đồ án phân tích hai hệ kết cấu chính: hệ tường chịu lực và hệ khung chịu lực. Hệ tường chịu lực, với các tường chịu tải trọng đứng và ngang, được đánh giá là thiếu linh hoạt về không gian kiến trúc và không đáp ứng yêu cầu kinh tế của công trình. Hệ khung chịu lực, với các cột và dầm liên kết cứng tạo thành hệ khung không gian, được đánh giá là linh hoạt hơn và phù hợp hơn với yêu cầu thiết kế. Việc lựa chọn hệ khung chịu lực được coi là giải pháp tối ưu cho công trình này, tạo không gian kiến trúc linh hoạt và đáp ứng tốt yêu cầu về chức năng của khu giảng đường. Chi tiết về tính toán kết cấu, lựa chọn vật liệu và phương pháp thi công sẽ được trình bày trong các phần tiếp theo của đồ án.

Để lựa chọn giải pháp kết cấu sàn phù hợp, đồ án so sánh hai phương án: sàn không dầm (sàn nấm) và sàn dầm. Sàn nấm có ưu điểm về chiều cao sử dụng và dễ thi công nhưng lại không kinh tế do tốn vật liệu. Sàn dầm, một giải pháp phổ biến cho nhà cao tầng, được đánh giá là phù hợp hơn cho công trình này vì độ cứng ngang cao, khối lượng bê tông ít hơn, và không ảnh hưởng nhiều đến thiết kế kiến trúc do chiều cao tầng đạt 3.2m. Dựa trên các yếu tố này, giải pháp kết cấu sàn dầm được lựa chọn cho khu giảng đường C1. Việc lựa chọn này góp phần đảm bảo tính ổn định và kinh tế cho toàn bộ công trình.

Dựa trên kết quả tính toán nội lực (lực dọc lớn nhất 500.5T) và khảo sát địa chất (địa tầng không đồng đều, yêu cầu độ lún nhỏ), đồ án đề xuất giải pháp móng sâu đặt xuống lớp đất tốt. Các loại cọc được xem xét bao gồm cọc chế tạo sẵn và cọc khoan nhồi. Cọc chế tạo sẵn có ưu điểm về thuận tiện thi công, đặc biệt trong điều kiện chật hẹp, và ít gây ảnh hưởng đến công trình lân cận. Tuy nhiên, việc lựa chọn loại cọc và phương pháp thi công cụ thể phụ thuộc vào khả năng và trình độ của đơn vị thi công. Cuối cùng, giải pháp móng cọc ép được chọn là giải pháp tối ưu và kinh tế nhất cho công trình, đảm bảo độ ổn định và chịu lực cần thiết cho khu giảng đường C1, đồng thời xem xét khả năng chịu tải của đất nền.

Công trình nằm ở vùng duyên hải đồng bằng Bắc Bộ, có khí hậu nắng hạn, mưa nhiều và thời tiết thất thường. Vì vậy, việc chuẩn bị cho thi công cần xem xét các yếu tố như che mưa, che nắng để đảm bảo chất lượng thi công và tiến độ. Ngoài ra, vị trí công trình gần khu dân cư và đường phố đòi hỏi phải có các biện pháp bảo vệ môi trường, như che chắn bụi, đảm bảo vệ sinh đường phố và khu vực sinh hoạt của công nhân. Sự chú trọng đến các yếu tố này thể hiện trách nhiệm xã hội và đảm bảo sự hài hòa giữa quá trình xây dựng và môi trường xung quanh.

Đồ án so sánh hai phương án kết cấu sàn: sàn không dầm (sàn nấm) và sàn dầm. Sàn nấm, với chiều dày nhỏ, dễ tạo không gian kỹ thuật nhưng không kinh tế do tốn vật liệu. Ngược lại, sàn dầm, giải pháp phổ biến cho nhà cao tầng, được đánh giá là phù hợp hơn vì tăng độ cứng ngang công trình, giảm chuyển vị, khối lượng bê tông ít hơn, và phù hợp với chiều cao tầng 3.2m của công trình. Bên dưới các dầm là tường ngăn, nên việc sử dụng sàn dầm không ảnh hưởng nhiều đến thiết kế kiến trúc. Do đó, kết cấu sàn dầm được lựa chọn cho công trình này, cân nhắc cả tính kinh tế và hiệu quả kỹ thuật.

Lực dọc tính toán lớn nhất tác dụng xuống mặt móng là 500.5T. Khảo sát địa chất cho thấy địa tầng không đồng đều, đòi hỏi độ lún nhỏ. Vì vậy, giải pháp móng sâu đặt xuống lớp đất tốt được đề xuất. Đồ án xem xét các loại cọc như cọc chế tạo sẵn và cọc khoan nhồi, nhấn mạnh vào phương án cọc khoan đổ bê tông tại chỗ. Cọc chế tạo sẵn thuận tiện trong điều kiện chật hẹp, ít gây rung động. Đối với cọc khoan nhồi, cần đảm bảo độ sạch đáy hố, độ thẳng đứng, và chất lượng bê tông. Sau khi phân tích, giải pháp móng cọc ép được lựa chọn vì phù hợp với tải trọng không lớn và điều kiện địa chất, đồng thời đảm bảo tính kinh tế và ổn định cho công trình.

Vật liệu chính được sử dụng là bê tông thương phẩm, được đánh giá cao về chất lượng và thuận tiện thi công, kết hợp hiệu quả với máy bơm bê tông. Cốt thép được gia công tại công trường, việc vận chuyển và dự trữ được tính toán phù hợp với tiến độ. Việc lựa chọn bê tông thương phẩm nhằm đảm bảo chất lượng và đẩy nhanh tiến độ thi công. Đối với công tác cốt thép, việc gia công, vận chuyển và dự trữ được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo chất lượng và đáp ứng tiến độ thi công chung. Việc sử dụng bê tông thương phẩm và quản lý chặt chẽ chất lượng cốt thép là hai yếu tố quan trọng đảm bảo chất lượng công trình.

Do công trình có khối lượng lớn, nhiều tầng, việc tìm giải pháp thi công tối ưu là rất phức tạp. Mục tiêu là điều hòa nhân lực, công việc, sử dụng vật liệu hiệu quả, giảm chi phí và thời gian thi công, nhưng vẫn đảm bảo tính ổn định của kết cấu. Điều này đòi hỏi sự nghiên cứu kỹ lưỡng và tổ chức chặt chẽ, tuân thủ các quy trình, quy phạm kỹ thuật. Việc phối hợp giữa các tổ đội công nhân và máy móc chính là yếu tố then chốt để đảm bảo tiến độ và chất lượng công trình. Tất cả các công đoạn, từ chuẩn bị đến hoàn thiện, cần được lên kế hoạch cụ thể và thực hiện một cách tuần tự, nhịp nhàng.

Để đảm bảo chất lượng và đẩy nhanh tiến độ, bê tông thương phẩm được sử dụng cho toàn bộ công trình. Nếu chiều cao bơm không đủ, có thể bố trí trạm bơm trung gian. Đối với bê tông cột, vách, lõi có khối lượng nhỏ, việc sử dụng cần trục thay vì bơm bê tông được đề xuất để tránh lãng phí. Công tác đổ bê tông được tiến hành từng đợt, mỗi lớp dày 30-50cm, được đầm kỹ bằng đầm dùi. Việc bảo dưỡng bê tông được thực hiện cẩn thận, tưới nước thường xuyên trong 7 ngày đêm để đảm bảo độ ẩm và cường độ. Cần tuyệt đối tránh rung động và va chạm sau khi đổ bê tông, và xử lý ngay các khuyết tật nếu phát hiện.

Cốt thép được gia công tại công trường, vận chuyển và dự trữ theo tiến độ thi công, đảm bảo chất lượng. Hiện nay, thị trường có nhiều loại ván khuôn đáp ứng đa dạng nhu cầu. Để tối ưu hóa quá trình thi công, ván khuôn định hình bằng thép kết hợp với hệ đà giáo Pal, hệ thanh chống đơn kim loại được sử dụng. Hệ thống ván khuôn và cột chống được kiểm tra kỹ lưỡng trước khi thi công và được luân chuyển liên tục để đạt hiệu quả kinh tế cao. Công tác nghiệm thu ván khuôn được thực hiện nghiêm túc bởi cán bộ kỹ thuật và công nhân, đảm bảo độ bằng phẳng, vuông góc và cao trình chính xác trước khi lắp cốt thép.

Thời gian tháo ván khuôn chịu lực của sàn là 10 ngày, tuân thủ tiêu chuẩn kỹ thuật. Trình tự tháo dỡ ngược với trình tự lắp đặt, đảm bảo an toàn. Các yêu cầu về vật liệu, như vữa xi măng cát, phải đảm bảo độ đồng đều. An toàn lao động được đặc biệt chú trọng trong các công việc như ép cọc (kiểm tra độ thẳng đứng, xử lý sự cố), đào đất (gia cố vách đào, xử lý sạt lở), làm mái, quét vôi, sơn, và hàn. Việc sử dụng thiết bị bảo hộ cá nhân, kiểm tra thiết bị trước khi sử dụng, và tuân thủ các quy trình an toàn là bắt buộc để đảm bảo an toàn cho người lao động.