Thiết kế kết cấu nhà ở Văn Khê

Công trình nhà ở cao tầng này nằm tại Văn Khê, Hà Nội, do Tổng công ty Đầu tư Phát triển Nhà Đô thị Hà Nội làm chủ đầu tư. Với quy mô 9 tầng nổi, tổng chiều cao 34.7m, công trình được thiết kế tối ưu về vị trí, nằm gần các tuyến giao thông đô thị, có khoảng cách tối ưu so với các công trình lân cận, mặt bằng vuông vắn và rộng rãi, phù hợp với cảnh quan chung của khu đô thị mới. Thiết kế hướng đến việc tiết kiệm đất đai, đáp ứng nhu cầu về diện tích nhanh chóng và tạo điều kiện sống tốt về nhiều mặt: môi trường sống, giáo dục, nghỉ ngơi, quan hệ xã hội, trang thiết bị kỹ thuật, khí hậu học, bộ mặt đô thị hiện đại văn minh; thỏa mãn nhu cầu tâm sinh lý, giao tiếp xã hội và giáo dục, nuôi dưỡng con cái. Tầng 1 dùng cho mục đích chung, các tầng từ 2-9 dành cho nhà ở, mỗi tầng có 6 căn hộ, sử dụng hành lang chung làm giao thông theo phương ngang. Các phòng trong một căn hộ liên hệ với nhau qua các cửa.

Giải pháp kỹ thuật tập trung vào việc đảm bảo thông gió và chiếu sáng tự nhiên, đặc biệt là chống lạnh ở miền khí hậu Bắc Việt Nam bằng cách tránh hướng gió lạnh. Vấn đề cách nhiệt chống lạnh không yêu cầu cao nên sử dụng kết cấu bao che là tường gạch rộng. Giải pháp chống nóng bao gồm: che bức xạ mặt trời chiếu lên kết cấu và chiếu trực tiếp vào phòng bằng lớp tôn, kết hợp cây xanh để giảm bức xạ mặt trời tác động lên các mặt đứng; sử dụng các kết cấu che nắng hợp lý như ban công, lan can, cửa sổ, cửa chớp gỗ, rèm… để giảm bức xạ mặt trời trực tiếp. Việc thông gió được xem xét kỹ lưỡng vì cảm giác nóng có nguyên nhân cơ bản là sự chuyển động chậm của không khí. Bố trí mặt bằng tiểu khu cần xem xét vấn đề thông gió tự nhiên, đảm bảo gió xuyên phòng. Khoảng cách hợp lý giữa các công trình, góc gió khoảng 30 độ thì khoảng cách H/L=1.5 được xem là đảm bảo yêu cầu thông gió. Về mặt bằng: bố trí hành lang giữa, thông gió xuyên phòng; chọn lựa kích thước cửa đi và cửa sổ phù hợp để đảm bảo lưu lượng thông gió (lỗ cửa càng cao thì vận tốc gió càng tăng). Cửa sổ ba lớp: chớp – song – kính… Hướng cửa sổ, hướng làm việc không về phía bầu trời quá sáng hoặc phía có các bề mặt tường sáng bị mặt trời chiếu vào. Không sử dụng các kết cấu che nắng có hệ số phản xạ quá cao. Tổ chức chiếu sáng hợp lý đạt được sự thích ứng tốt của mắt.

Hệ thống điện bao gồm hệ thống thu lôi chống sét và lưới điện sinh hoạt. Cấu tạo hệ thu lôi gồm kim thu phi 16 dài 1.5m bố trí ở chóp thang và các góc của công trình; dây dẫn sét phi 12 nối khép kín các kim và dẫn xuống đất tại các góc công trình, được đi ngầm trong các cột trụ. Hai hệ cọc tiếp đất bằng đồng phi 16, L=2.5m, mỗi cụm gồm 5 cọc cách nhau 3m và cách mép công trình tối thiểu là 2m, tiếp địa đặt sâu -0.7m so với mặt đất (tính toán theo tiêu chuẩn an toàn chống sét). Giao thông theo phương ngang sử dụng hành lang chung trong mặt bằng một tầng. Giao thông theo phương đứng sử dụng một thang máy có kích thước lòng là cao 2.4m rộng 1m, dài 2.2m và thang bộ kết hợp với giếng trời có kích thước là 4.5x4.2m. Chiều rộng và độ cao mặt bậc đảm bảo tiêu chuẩn, thuận tiện cho việc đi lại. Điện sinh hoạt lấy từ mạng lưới hạ thế của tiểu khu qua cáp dẫn vào công trình qua tủ điện tổng, từ đó theo trục đứng được dẫn vào phân phối cho các tầng. Mạng lưới điện được tính toán và bố trí hợp lý, thiên về tính an toàn và đảm bảo yêu cầu về kinh tế kỹ thuật. Nước cứu hỏa được cấp đến các hang cứu hỏa bằng ống phi 50 và đặt tại các vị trí hợp lý, vẫn đảm bảo kiến trúc của ngôi nhà. Nước thoát chia làm hai hệ thống riêng biệt: nước xí tiểu theo ống đứng xuống bể phốt và thoát ra sau khi đã được xử lý sinh học; nước rửa, nước giặt… được dẫn theo ống PVC xuống rãnh thoát nước quanh công trình và ra ống chung của tiểu khu, ống cấp dùng loại ống tráng kẽm, ống thoát dùng ống nhựa Tiền Phong. Hệ thống thoát nước mái: ngoài nhà được đậy bằng tấm dan bê tông nhằm đảm bảo vệ sinh môi trường cũng như thẩm mỹ cho công trình. Nước mái từ mái dốc qua các rãnh đi về sân, có lưới chắn rác theo ống xuống hệ rãnh phía dưới công trình rồi ra cống chung của tiểu khu mà không cần qua xử lý lắng cặn như nước thải sinh hoạt.

Kết cấu bê tông cốt thép là một trong những hệ kết cấu chịu lực được dùng nhiều nhất trên thế giới. Các nguyên tắc quan trọng trong thiết kế và cấu tạo kết cấu bê tông cốt thép liền khối cho nhà nhiều tầng được tóm tắt. Với qui mô công trình này có 9 tầng nổi, tổng chiều cao là 34.7 m ta lựa chọn giải pháp vật liệu cho công trình là bê tông cốt thép. Giải pháp này cũng phù hợp với điều kiện khí hậu và điều kiện thi công ở Việt Nam. Căn cứ vào TCVN 356-2005 ta chọn thông số của vật liệu là: cốt thép được sử dụng cho công trình là các loại thép CI, CII tùy theo đường kính cốt thép và được quy định cụ thể trong các bản vẽ kết cấu. Cường độ của các nhóm cốt thép như sau: Thép: <12mm thì dùng thép CI; ≥12mm thì dùng thép CII. Nhược điểm của vật liệu bê tông cốt thép thông thường là chiều cao dầm và độ võng của bản sàn thường rất lớn khi vượt khẩu độ lớn, dẫn đến chiều cao tầng của công trình lớn nên gây bất lợi cho kết cấu công trình khi chịu tải trọng ngang và không tiết kiệm được không gian sử dụng. Ưu điểm: cọc được chế tạo sẵn với nhiều loại kích thước tiết diện khác nhau và được chế tạo từng đoạn riêng biệt, giữa các đoạn có mối nối hàn vào nhau rất thuận tiện khi thi công. Hơn nữa từng đoạn cọc ngắn nên ở điều kiện chật chội vẫn có thể thi công được vì hạ bằng phương pháp ép cọc nên không gây chấn động, ít ảnh hưởng đến công trình lân cận.

Công trình nhà ở cao tầng 9 tầng này sử dụng bê tông cốt thép làm vật liệu xây dựng chính. Việc lựa chọn này dựa trên quy mô công trình (chiều cao 34.7m), phù hợp với điều kiện khí hậu và điều kiện thi công tại Việt Nam. Theo tiêu chuẩn TCVN 356-2005, cốt thép sử dụng là thép CI (đường kính <12mm) và thép CII (đường kính ≥12mm), cụ thể được quy định trong bản vẽ kết cấu. Mặc dù bê tông cốt thép có ưu điểm về khả năng chịu lực, dễ thi công (cọc được chế tạo sẵn từng đoạn, thuận tiện vận chuyển và thi công ở điều kiện chật hẹp), nhưng cũng có nhược điểm là chiều cao dầm và độ võng của bản sàn lớn khi vượt khẩu độ lớn, dẫn đến chiều cao tầng lớn và không tiết kiệm không gian sử dụng. Do đó, việc tối ưu thiết kế để khắc phục nhược điểm này là rất cần thiết.

Công ty Cổ phần Xây dựng 47 là đơn vị đảm nhiệm việc thi công công trình. Công ty này có đội ngũ cán bộ quản lý giỏi, kỹ sư, chuyên viên nghiệp vụ và công nhân lành nghề, giàu kinh nghiệm. Việc đảm bảo chất lượng công trình bao gồm khả năng chịu lực và điều kiện biến dạng của công trình theo đúng quy phạm trong hồ sơ thiết kế. Đồng thời, công ty cam kết đảm bảo an toàn về sức khỏe và tính mạng cho công nhân trực tiếp thi công, không ảnh hưởng đến cuộc sống của nhân dân quanh khu vực công trường bằng cách thực hiện đúng, đầy đủ, nghiêm túc các biện pháp an toàn lao động. Thiết kế ván khuôn phải đảm bảo dễ lắp và tháo dỡ, không làm ảnh hưởng đến sự làm việc của ván khuôn trong thời gian thi công, bảo dưỡng bê tông và giảm tiến độ thi công vô ích. Thiết kế hệ thống giằng giáo, cây chống và các bộ phận khác phải đảm bảo ổn định, đủ khả năng chịu lực phục vụ tốt nhất cho công tác thi công và sự luân chuyển hợp lý nhằm tiết kiệm kinh phí và thời gian.

Trình tự thi công bao gồm các bước: đập đầu cọc, đổ bê tông lát, gia công lắp dựng cốt thép, lắp dựng ván khuôn, đổ bê tông và bảo dưỡng bê tông, tháo dỡ ván khuôn, lấp đất. Yêu cầu kỹ thuật đối với cốt thép: cung cấp đầy đủ, đúng thời gian, đúng chủng loại theo hồ sơ thiết kế, không gỉ, gập, han gỉ hoặc đã qua sử dụng; trước khi gia công phải có biện pháp đánh gí, nắn thẳng; phải kiểm tra chất lượng bê tông về độ nhuần, độ sệt và cấp phối; sau khi đổ bê tông khoảng 6 giờ, dùng bao tải đậy lên mặt, tưới nước thường xuyên để đảm bảo độ ẩm; trong lúc bảo dưỡng tránh đi lại trên bề mặt bê tông vừa đổ xong ảnh hưởng đến quá trình ninh kết. Công tác hoàn thiện đảm bảo kỹ thuật, thẩm mỹ tạo cảm giác trang nhã hài hòa: tô trát nhãn đẹp, lát gạch phẳng, chỉ nhỏ, đạt độ dốc theo yêu cầu… Công việc hoàn thiện được tiến hành khi phần thô đã tương đối hoàn thiện, trình tự làm từ cao xuống thấp. Xây dựng các nhà tạm: gồm xưởng và kho gia công, lán trại tạm, nhà vệ sinh… Lắp các hệ thống điện nước. Để đảm bảo yêu cầu tiến độ, nhà thầu đặt hàng với nhà máy chế tạo và vận chuyển cọc tới tận công trình theo tiến độ thi công. Toàn bộ công tác nghiệm thu cốt thép, bê tông cọc được quản lý chặt chẽ, có chứng chỉ xuất xưởng và được kiểm tra trước khi vận chuyển tập kết đến công trình. Vạch các đường tim lên trên cọc để kiểm tra trong quá trình ép.

Sử dụng máy kinh vĩ để gióng mặt bằng công trình; xác định vị trí góc thứ nhất công trình với sự thỏa thuận của bên chủ đầu tư và bên xây lắp công trình, sau đó dùng máy kinh vĩ để xác định các góc còn lại của công trình, cần kiểm tra lại theo các hướng khác nhau để tăng độ chính xác. Thiết bị được lựa chọn để ép cọc phải thỏa mãn các yêu cầu: lực nén (định danh) lớn nhất của thiết bị không nhỏ hơn 1,4 lần lực nén lớn nhất Pmax theo yêu cầu của thiết kế; lực nén của kích phải đảm bảo tác dụng dọc trục cọc khi ép định hoặc tác dụng đều trên mặt bê tông. Ép đoạn cọc Đ1 có mối nhận: đoạn cọc Đ1 là đoạn cọc quan trọng nhất, nó quyết định chất lượng trong thi công ép cọc. Vì vậy cần thi công hết sức cẩn thận. Dùng cần trục móc vào đầu cọc và từ từ nâng cần trục đến khi cọc ở vị trí thẳng đứng, quay cần trục đưa cọc đến vị trí ép. Căn chỉnh chính xác để trục của Đ1 trùng với đường trục của kích và đi qua điểm tim cọc đã đánh dấu, sai số không vượt quá 1cm; hạ cọc từ từ để đưa cọc vào khung dẫn động. Trong những giây đầu tiên nên tăng áp lực 1 cách từ từ để cọc cắm sâu vào đất nhẹ nhàng với vận tốc xuyên không quá 1cm/giây. Với đất trồng trọt thường có những dị vật nhỏ, cọc có thể xuyên qua dễ dàng nhưng có thể gây ra nghiêng cọc nên phải theo dõi cẩn thận. Nếu phát hiện nghiêng cọc thì phải dừng lại và căn chỉnh ngay. Khi đoạn cọc Đ1 còn nhô lên khỏi mặt đất 1 khoảng 30cm thì…

Công tác quản lý chất lượng vật liệu được thực hiện nghiêm ngặt. Vật liệu xây dựng, đặc biệt là bê tông và thép, phải được kiểm tra kỹ lưỡng về chất lượng trước khi đưa vào thi công. Bê tông phải đạt đúng mác thiết kế. Thép phải đảm bảo đúng chủng loại, không bị gỉ sét, cong vênh hay hư hỏng. Việc bảo quản vật liệu cũng được chú trọng để đảm bảo chất lượng trong suốt quá trình thi công. Đối với cốt thép, các yêu cầu về việc đánh gí, nắn thẳng trước khi gia công được nêu rõ. Sau khi đổ bê tông, cần đậy bao tải và tưới nước thường xuyên để đảm bảo độ ẩm, tránh đi lại trên bề mặt để đảm bảo quá trình ninh kết. Công tác quản lý chất lượng cũng bao gồm việc kiểm tra, nghiệm thu các hạng mục công trình như cốt thép, bê tông cọc… trước khi vận chuyển và lắp đặt. Nhà thầu chịu trách nhiệm đặt hàng với nhà máy chế tạo và vận chuyển vật liệu đúng tiến độ.

Quá trình thi công được tổ chức chặt chẽ, hợp lý, đảm bảo tiến độ và chất lượng. Các bước thi công được trình bày chi tiết, bao gồm đập đầu cọc, đổ bê tông lát, lắp dựng cốt thép, lắp dựng ván khuôn, đổ bê tông và bảo dưỡng, tháo dỡ ván khuôn, và lấp đất. Yêu cầu kỹ thuật trong từng bước được nhấn mạnh, ví dụ như việc ràng buộc cốt thép phải chắc chắn, không để cốt thép bị lệch khỏi vị trí thiết kế; việc sử dụng ván khuôn phải đảm bảo dễ lắp đặt và tháo dỡ; đổ bê tông liên tục từng lớp, mỗi lớp từ 20-30cm, dùng đầm chìm ngay sau mỗi lần trát bê tông… Việc lựa chọn hệ thống ván khuôn hợp lý được đề cập, nhấn mạnh hiệu quả về thời gian thi công và chất lượng công trình, đặc biệt là đối với công trình cao tầng. Xu hướng sử dụng hệ ván khuôn định hình được đề cập đến với ưu điểm về tính tiện lợi và hệ số luân chuyển lớn, tuy nhiên cần linh hoạt trong việc bố trí.

An toàn lao động được đặt lên hàng đầu. Nhà thầu chịu trách nhiệm đảm bảo an toàn sức khỏe và tính mạng cho công nhân, không ảnh hưởng đến cuộc sống nhân dân xung quanh công trường. Các biện pháp an toàn lao động phải được thực hiện nghiêm túc và đầy đủ. Bảo vệ môi trường cũng được quan tâm. Sử dụng tấm đan bê tông đậy hệ thống thoát nước mái nhà nhằm đảm bảo vệ sinh môi trường và thẩm mỹ. Việc xử lý nước thải sinh hoạt cũng được đề cập, đảm bảo không gây ô nhiễm môi trường.

Giai đoạn thi công phần thân công trình chiếm thời gian dài nhất, đòi hỏi khối lượng lớn nguyên vật liệu, nhân công và công tác quản lý chặt chẽ. Việc lập biện pháp thi công phần thân cần căn cứ vào tính chất công việc, khả năng cung ứng máy móc, thiết bị, nhân công, mặt bằng khu đất thi công và tình hình thực tế của công trường. Để đảm bảo tiến độ, nhà thầu phải đặt hàng vật liệu và vận chuyển đúng thời gian. Việc tổ chức thi công phải được tiến hành chặt chẽ, hợp lý, các quá trình thực hiện liên tục, nhịp nhàng, liên quan chặt chẽ với nhau. Ví dụ, việc chia phân đoạn trên mặt bằng xây dựng, phân chia đều khối lượng công tác cho từng thời điểm… Do chiều cao tường cần xây là 2,5m nên trong mỗi phân đoạn ta chia làm 2 đợt xây cách nhau một ngày để đảm bảo cường độ khối xây. Sử dụng các phương pháp tối ưu như hệ giằng giáo PAL hoặc kết hợp giằng giáo PAL và cột chống thép cho dầm và sàn.