Thiết kế kết cấu nhà cao tầng

Phần này tập trung mô tả hệ thống kết cấu chịu lực của nhà cao tầng. Kết cấu chính là bê tông cốt thép, được thiết kế để chịu tải trọng lớn, đặc biệt là tải trọng ngang do gió. Để tăng cường khả năng chịu lực ngang, công trình sử dụng hệ thống tường cứng (vách cứng) bố trí dọc và ngang theo chu vi thang máy, tạo thành lõi cứng chịu lực. Lõi cứng này được nhúng vào hệ đài, giúp tăng độ cứng chống xoắn cho toàn bộ công trình. Hình dạng mặt bằng công trình chữ nhật (51.2m x 41m, tỷ số L/B = 1.1) và chiều cao 32.8m dẫn đến tải trọng đứng và ngang rất lớn, đòi hỏi phải có hệ thống lõi cứng và vách cứng để đảm bảo độ bền và ổn định. Hệ thống này được thiết kế để đảm bảo sự liên kết chặt chẽ giữa các phần tử kết cấu, giúp phân tán tải trọng hiệu quả. Việc bố trí các vách cứng không chỉ đảm bảo tính ổn định mà còn tối ưu hóa khả năng chịu lực của toàn bộ công trình. Điều này đặc biệt quan trọng trong các công trình nhà cao tầng, nơi mà lực ngang tác động rất lớn. Các yếu tố này kết hợp tạo nên một hệ thống kết cấu vững chắc và an toàn cho tòa nhà.

Phần này đề cập đến thiết kế và tính toán hệ thống sàn của nhà cao tầng. Yêu cầu về khả năng chịu lực của sàn được nhấn mạnh, đặc biệt là khả năng chịu tải trọng ngang và truyền tải trọng. Giả thiết sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của nó để truyền tải trọng ngang và chuyển vị. Trong quá trình tính toán, tác động của các lỗ khoan để lắp đặt các thiết bị kỹ thuật (ống điện, nước, thông gió) được bỏ qua. Việc tính toán sàn tầng điển hình và khung sử dụng các quy định trong tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép Hoa Kỳ ACI 318. Điều này đòi hỏi phải sử dụng các giá trị đầu vào chính xác về vật liệu và tải trọng. Quá trình chuyển đổi cường độ vật liệu cũng được đề cập. Đặc biệt, để đáp ứng chức năng là chung cư cao cấp, các hệ tường ngăn có thể thay đổi vị trí mà không làm tăng đáng kể nội lực và độ võng của sàn. Yêu cầu về khả năng chống cháy cũng được xem xét.

Phần này giải thích mô hình tính toán được sử dụng để phân tích kết cấu nhà cao tầng. Do không thể mô hình hóa tất cả các hệ kết cấu dưới dạng hệ có một bậc tự do động (BTDĐ), nên mô hình tính toán bao gồm nhiều bậc tự do. Mô hình này xem xét hệ kết cấu có khối lượng tập trung, khối lượng phân bố rải rác, hay nói cách khác là hệ có nhiều BTDĐ. Mỗi tầng được mô hình hóa với ba bậc tự do: hai chuyển vị ngang và một chuyển vị xoay quanh trục đứng. Để đơn giản hóa, mô hình có thể được đưa về hệ phẳng, mỗi tầng chỉ có một bậc tự do là chuyển vị theo phương ngang. Phương trình tần số vòng của hệ dao động được trình bày, giải phương trình này cho phép xác định tần số dao động riêng của hệ. Tần số vòng có giá trị nhỏ nhất được gọi là tần số vòng cơ bản, các tần số khác là tần số vòng bậc cao. Việc lựa chọn vector riêng để biểu diễn dạng dao động riêng không quan trọng, người ta thường sử dụng vector riêng đầu tiên hoặc cuối cùng bằng đơn vị.

Phần này mô tả cách nhập tải trọng gió vào mô hình tính toán. Do tải trọng gió được gán dưới dạng các lực tập trung đặt tại cao trình các tầng, nên để tính nội lực, người ta nhập vào mô hình công trình các lực tập trung gió tĩnh đặt tại trọng tâm hình học và lực tập trung gió động đặt tại tọa độ tâm khối lượng của từng sàn. Phương pháp này giúp mô phỏng chính xác hơn tác động của gió lên kết cấu nhà cao tầng, từ đó đảm bảo tính toán thiết kế chính xác và an toàn. Việc tính toán chính xác tải trọng gió là rất quan trọng để đảm bảo độ bền và sự ổn định của công trình, đặc biệt là đối với các công trình nhà cao tầng có chiều cao lớn như trong trường hợp này. Mô hình hóa tải trọng gió cần sự chính xác cao để phản ánh đúng thực tế và đảm bảo kết quả tính toán đáng tin cậy.

Công tác thi công cọc khoan nhồi bắt đầu bằng việc chuẩn bị kỹ lưỡng về nhân sự và thiết bị. Đội ngũ thi công cần có kinh nghiệm trong việc thi công cọc khoan nhồi. Các đầu cọc phải được bố trí theo đúng bản vẽ thiết kế, với độ lệch tối đa cho phép là 75mm theo bất kỳ hướng nào tính từ vị trí thiết kế. Độ thẳng đứng của cọc cũng được kiểm soát nghiêm ngặt, độ lệch tối đa cho phép là 20mm trên 1 mét chiều dài cọc. Điều này đảm bảo chất lượng và sự ổn định của toàn bộ kết cấu móng. Việc chuẩn bị đầy đủ về nhân lực và kinh nghiệm là yếu tố then chốt đảm bảo tiến độ và chất lượng công trình. Mọi sai sót trong khâu chuẩn bị đều có thể dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng về sau.

Quá trình khoan tạo lỗ và đổ bê tông cọc phải tuân thủ chặt chẽ tiến độ đã được trình Chủ đầu tư (CĐT) và Tư vấn giám sát (TVGS). Đặc biệt cần lưu ý không khoan các cọc quá gần các cọc vừa mới được đúc xong để bê tông kịp đông cứng. Trong quá trình khoan, cần thường xuyên theo dõi các lớp địa chất mà mũi khoan đi qua và đối chiếu với tài liệu khảo sát địa chất. Công tác khoan nên tiến hành liên tục và không được phép nghỉ nếu không có sự cố về máy móc và thiết bị khoan. Sau khi hạ xong cốt thép và ống đổ bê tông, nếu độ lỏng của hố khoan vượt quá 10cm hoặc tỷ trọng dung dịch bentonite quá cao (>1.15), cần tiến hành vệ sinh hố khoan lần 2 bằng phương pháp thổi rửa. Cần giảm tối thiểu thời gian tháo lắp ống đổ để tăng tốc độ đổ bê tông, tránh để bê tông tràn ra ngoài miệng phễu và rơi vào trong lòng cọc. Trong suốt quá trình đổ bê tông, phải thường xuyên kiểm tra chiều cao mặt bê tông trong lòng cọc bằng thước dây và roi để kịp thời điều chỉnh chiều cao chân ống dẫn cho phù hợp.

Việc vệ sinh hố khoan là một bước quan trọng trong quá trình thi công cọc khoan nhồi. Khi nhà thầu thấy việc thổi rửa làm sạch hố khoan đạt yêu cầu (hàm lượng cát <6%, tỷ trọng <1.15) và lượng chất bồi lắng đáy hố khoan sau khi đã vệ sinh không được dày quá 10cm, thì quá trình này mới được xem là hoàn tất. Sau khi nghiệm thu hố khoan, hố khoan vẫn tiếp tục được thổi rửa cho đến khi xe bê tông gần đến công trường. Điều này giúp rút ngắn thời gian thi công. Trong trường hợp thời gian từ lúc chấm dứt thổi rửa đến khi đổ bê tông quá 1 giờ, phải nghiệm thu lại độ lỏng. Nếu độ lỏng không đạt yêu cầu thì phải bơm thải hết dung dịch bentonite và lấp đầu bằng cát san lấp để đảm bảo an toàn. Dung dịch bentonite được bổ sung liên tục trong quá trình thi công để duy trì chất lượng và hiệu quả của quá trình khoan.

Chất lượng bê tông được kiểm soát chặt chẽ. Bê tông dùng cho cọc phải được thiết kế cấp phối để đảm bảo tỷ lệ nước – xi măng thích hợp cho độ sụt cao. Việc sử dụng phụ gia làm chậm đông được chấp thuận nhằm bảo đảm tính năng hoạt động của bê tông kéo dài lâu hơn sau khi đổ. Nhà thầu cần đưa các điều kiện này vào đơn giá cọc. Cần tiến hành thử nghiệm độ sụt của bê tông cho từng xe bê tông, đo độ sụt vào thời điểm xả bê tông vào trụ cọc hoặc vào thời điểm xả vào phễu bơm bê tông. Độ sụt cần theo đúng các tiêu chuẩn. Không được sử dụng bơm bê tông để đổ bê tông từ ống trực tiếp vào trụ cọc. Mỗi cọc hoàn thành phải có báo cáo kèm theo, bao gồm thông tin về vị trí, chiều sâu, chất lượng bê tông, và kết quả thử nghiệm tải trọng. Cọc không đạt yêu cầu kỹ thuật sẽ phải được thay thế hoặc sửa chữa cho đến khi đạt được sự chấp thuận của kỹ sư giám sát (KS).

Công trình được xây dựng tại Bình Dương. Khảo sát địa chất cho thấy lớp đất mặt là lớp đất đắp dày 1m, bên dưới là lớp bùn sét nhão với độ sâu trung bình -16m so với cao trình tự nhiên. Phạm vi đào phần ngầm của công trình nằm giữa hai lớp đất này. Do thiếu số liệu chỉ tiêu cơ lý của lớp đất đắp trên, để đơn giản hóa trong tính toán và bề dày lớp đất đắp này không lớn lắm, nên lớp đất đắp được coi như lớp đất bùn sét. Lớp sét pha vàng nâu ở trạng thái cứng, khả năng chịu tải lớn, biến dạng lún nhỏ, chiều dày lớn, được tìm thấy ở độ sâu -38.6m. Lớp đất này thích hợp cho phương án làm cọc nhồi; các phương án khác cần xem xét kỹ khi làm nền cho công trình. Sự hiểu biết rõ ràng về điều kiện địa chất là rất quan trọng để lựa chọn phương án thi công và vật liệu phù hợp, đảm bảo sự ổn định và an toàn của công trình.

Công trình là trung tâm thương mại và dịch vụ lớn, được xây dựng tại Bình Dương, một khu vực có nhiều khu công nghiệp và xí nghiệp. Việc cung ứng vật liệu xây dựng thuận lợi nhờ sự hiện diện của các nhà máy xi măng Hà Tiên, bãi cát đá, nhà máy gạch Thủ Đức, và các nhà máy bê tông tươi gần đó. Điều này giúp cho việc vận chuyển và đổ bê tông được tiến hành dễ dàng và hiệu quả. Nguồn nhân công chủ yếu là nội trú trong nội thành và các vùng ngoại thành lân cận. Do các vị trí đất xung quanh chưa xây dựng hết, có thể thuê đất để dựng lán trại tạm thời cho công nhân ở xa, đảm bảo nguồn nhân lực cho công trình. Tuy nhiên, mặt bằng thi công chật hẹp, nên việc bố trí kho bãi, lán trại và các bộ phận gia công cần được tính toán cẩn thận để tiết kiệm diện tích. Việc quản lý và vận chuyển vật liệu cần được lên kế hoạch kỹ lưỡng để đảm bảo tiến độ thi công.

Chất lượng bê tông được kiểm soát chặt chẽ. Kỹ sư (KS) có thể cho phép sử dụng bê tông trộn sẵn với điều kiện là toàn bộ các chi tiết về cấp phối và hoạt động phải được trình cho KS để được chấp thuận trước. KS chỉ có thể cho phép khi bê tông đó theo đúng yêu cầu của ĐKKT và tiêu chuẩn áp dụng. Nhà thầu (NT) phải bảo đảm rằng KS có quyền đến trạm trộn của nhà cung cấp vào mọi thời điểm để kiểm tra về chất lượng bê tông cung cấp. Mỗi xe bê tông sẽ phải kèm theo một phiếu giao hàng có đóng dấu thời gian trộn, đồng thời ghi rõ tên người nhận và khối lượng của từng loại vật liệu trong cấp phối, bao gồm nước và các chất phụ gia. Bê tông dùng cho cọc phải được thiết kế cấp phối để đảm bảo tỷ lệ nước - xi măng thích hợp để cho ra độ sụt cao. Trong trường hợp NT dùng phụ gia làm chậm đông được chấp thuận nhằm bảo đảm tính năng hoạt động của bê tông kéo dài lâu hơn sau khi đổ. NT cần đưa các điều kiện này vào đơn giá cọc. Mỗi lô bê tông phải được lấy mẫu thử nghiệm độ sụt, mẫu thử nghiệm 7 ngày và 28 ngày tuổi sau khi đúc.