Kết cấu thép: Tính toán chi tiết

Công trình văn phòng cho thuê Phó Minh nằm trong quy hoạch các khu đô thị mới thuộc huyện Từ Liêm, Hà Nội. Đây là một công trình xây dựng mới, nằm trong tổng thể nhiều nhà cao tầng hiện đại, tạo nên một diện mạo kiến trúc độc đáo và hài hòa cho khu vực. Công trình có chiều cao tổng thể 38.4m, bao gồm tầng hầm, 9 tầng nổi và 1 tầng mái. Mặt bằng công trình có hình chữ nhật với kích thước 16,45m x 49,45m. Vì là văn phòng cho thuê nên yêu cầu thiết kế phải đảm bảo đầy đủ chức năng của một văn phòng hiện đại, tạo cảm giác thoải mái, tiện nghi cho người sử dụng. Việc bố trí các phòng, nội thất, máy móc, bàn ghế và nhà vệ sinh phải được sắp xếp hợp lý và thuận tiện. Hệ thống cửa sổ, cửa kính cần được bố trí để người làm việc có thể ngắm cảnh từ trên cao. Công trình này phản ánh xu hướng phát triển ngày càng phổ biến của các công trình kiến trúc cao tầng tại Việt Nam, đáp ứng nhu cầu nhà ở, nhà làm việc và văn phòng trong bối cảnh quỹ đất tại các thành phố lớn đang ngày càng khan hiếm.

Điều kiện tự nhiên tại khu vực Phó Minh, Từ Liêm, Hà Nội, nơi công trình được xây dựng, ảnh hưởng đến thiết kế và thi công. Tuy nhiên, chi tiết về điều kiện tự nhiên cụ thể không được nêu rõ trong tài liệu. Về điều kiện kinh tế - xã hội, Hà Nội với vị thế là thủ đô và đang trong quá trình mở rộng, có điều kiện thuận lợi để phát triển kinh tế, văn hóa và xã hội. Sự phát triển này tạo ra nhu cầu lớn về các công trình nhà cao tầng, trong đó có văn phòng cho thuê, góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành xây dựng tại khu vực này. Việc xây dựng công trình văn phòng cũng góp phần vào việc nâng cấp cơ sở hạ tầng của thành phố, đặc biệt trong bối cảnh kỷ niệm 1000 năm Thăng Long.

Công trình được thiết kế với hai khối liền kề, có kích thước 16,45 x 24,725m (tính theo trục định vị). Giải pháp mặt bằng rất quan trọng đối với công trình văn phòng, đảm bảo việc sắp xếp và bố trí thiết bị văn phòng hợp lý. Thiết kế chú trọng đến việc tạo không gian làm việc thoải mái và tiện nghi, bao gồm bố trí hợp lý các phòng chức năng, máy móc, bàn ghế và nhà vệ sinh. Để tạo điều kiện cho việc ngắm cảnh từ trên cao, hệ thống cửa sổ và cửa kính được bố trí một cách thuận tiện. Tổng chiều cao công trình là 38.4m, bao gồm 1 tầng hầm phục vụ khu vực kỹ thuật.

Nguồn nước được lấy từ hệ thống cấp nước thành phố qua đường ống dẫn xuống các bể chứa đặt dưới tầng hầm, sau đó được bơm lên các bể trên mái. Dung tích bể được tính toán dựa trên số lượng người sử dụng và lượng dự trữ đề phòng sự cố mất nước. Hệ thống đường ống được bố trí chạy ngầm trong các hộp kỹ thuật xuống các tầng và trong tường ngăn đến các phòng chức năng và khu vệ sinh. Hệ thống thoát nước không được đề cập cụ thể trong phần tài liệu này.

Điện năng được lấy từ lưới điện thành phố. Để đề phòng mất điện, một máy phát điện dự phòng được bố trí để đảm bảo cung cấp đủ công suất cho toàn nhà. Từ trạm biến thế ngoài công trình, điện được cấp cho bảng phân phối trong công trình bằng cáp điện ngầm dưới đất. Từ bảng phân phối điện đến các tủ điện của các tầng, các thiết bị phân tải. Mỗi tầng được bố trí tủ điện riêng để dễ quản lý và theo dõi. Một tủ điện chung được bố trí cho các thiết bị phân tải như trạm bơm, điện cứu hỏa tự động, thang máy… Sử dụng Aptomat để khống chế và bảo vệ cho từng đường dây, từng khu vực, từng phòng sử dụng điện. Hệ thống tiếp đất an toàn được thiết kế đầy đủ cho trạm biến thế, tủ điện và các thiết bị điện cố định, sử dụng thanh thép kết hợp với các cực tiếp đất.

Công trình sử dụng kết cấu khung chịu lực toàn khối. Giải pháp này nhằm đáp ứng yêu cầu về độ bền vững của công trình và phù hợp với kiến trúc hiện đại. Các khung được liên kết với nhau bởi các dầm dọc đặt vuông góc với mặt phẳng khung. Kích thước của hệ thống khung dầm được lựa chọn đảm bảo yêu cầu chịu lực bền vững trong suốt thời gian sử dụng. Hệ thống giao thông ngang gồm các hành lang rộng rãi, liên hệ thuận tiện với hệ thống giao thông đứng là các cầu thang được bố trí linh hoạt, bao gồm cầu thang bộ và cầu thang máy. Hệ thống chống sét và tiếp đất được thiết kế theo đúng quy phạm hiện hành, bao gồm kim thu lôi, hệ thống dây thu lôi, dây dẫn bằng thép và các cực tiếp đất. Hệ thống cứu hỏa sử dụng nước từ bể ngầm và các đường cứu hỏa của khu vực, đầu phun nước được bố trí ở từng tầng theo tiêu chuẩn phòng cháy, chữa cháy. Mỗi phòng đều được trang bị bình cứu hỏa. Một thang bộ được bố trí cạnh thang máy.

Thiết bị phát hiện báo cháy được bố trí ở mỗi tầng và mỗi phòng, ở nơi công cộng của mỗi tầng. Mạng lưới báo cháy có gắn đồng hồ và đèn báo cháy. Khi phát hiện có cháy, phòng bảo vệ và quản lý sẽ nhận được tín hiệu và kịp thời kiểm soát, khống chế hỏa hoạn cho công trình. Hệ thống báo cháy được thiết kế để đảm bảo an toàn cho công trình, cho phép phát hiện và xử lý sự cố cháy một cách nhanh chóng.

Để đảm bảo các cột của các tầng không bị sai lệch trong quá trình thi công, sử dụng máy kinh vỉ để xác định vị trí trục và tim cột trước khi thi công. Sau khi đổ bê tông các sàn xong, tiến hành kiểm tra lại tim cột bằng máy kinh vỉ dựa trên mốc chuẩn ban đầu. Đặt máy trên mặt bằng song song với trục ngang nhà, ngắm dọc trục cột để xác định vị trí trục cột theo một phương. Sau đó, chuyển máy tới vị trí dọc nhà, ngắm máy vuông góc với phương đã xác định trước, giao của hai tia ngắm chính là trục cột. Chỉ cần xác định tim cột cho các cột biên của công trình, từ các cột này sẽ xác định được vị trí của các tim cột khác. Sau khi xác định xong tim cột, đánh dấu bằng móc sơn đỏ theo cả hai phương lên mặt sàn.

Cốt thép được gia công, làm sạch và cắt uốn trong xưởng theo đúng hình dạng, kích thước đã được thiết kế. Với cốt thép có đường kính nhỏ hơn 10, sử dụng thiết bị kéo thẳng cốt thép; với cốt thép có đường kính lớn hơn 10, sử dụng vam, búa để nắn thẳng. Cốt thép được buộc thành từng bó theo từng chủng loại và kích thước, vận chuyển lên cao bằng cần trục tháp. Người công nhân nối các thanh thép này với thép chế, đảm bảo đúng yêu cầu theo quy phạm. Để lắp dựng cốt thép thuận tiện, buộc chúng thành khung trước khi lắp dựng. Sau khi lắp dựng xong, buộc các con kê bằng bê tông dày 2cm, khoảng cách giữa các con kê từ 40-50cm. Điều chỉnh lại khung thép bằng dây đai và dùng cây chống xiên để ổn định tạm thời.

Sau khi lắp đặt xong cốt thép cột, tiến hành lắp dựng ván khuôn cột. Ván khuôn cột được gia công tại xưởng theo đúng kích thước đã thiết kế và phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật. Ván khuôn sau khi được gia công xong được vận chuyển lên cao bằng cần trục tháp. Ván khuôn cột được đóng trước 3 mặt khi cho vào vị trí, sau đó đóng nốt mặt còn lại. Trước khi lắp đặt ván khuôn, mặt trong của ván khuôn phải được quét dầu chống dính. Ở chân cột phải để cửa dẫn vệ sinh và cách mặt sàn 1.5m phải để cửa đổ bê tông, cửa mở phải được đặt ở bề mặt rộng. Kiểm tra đường kính cốt thép sử dụng so với đường kính thiết kế, sự phù hợp các loại thép chế và các chi tiết đặt sẵn so với thiết kế, mật độ các điểm kê và sai lệch chiều dày lớp bê tông bảo vệ so với thiết kế.

Bê tông được trộn tại nhà máy và vận chuyển tới công trường bằng xe chuyên dụng, cho vào phễu và vận chuyển lên cao bằng cần trục tháp. Bê tông được đổ trực tiếp vào cột qua ống mềm lắp vào thùng cẩu, trước khi đổ bê tông phải được kiểm tra độ sệt và phải được lấy mẫu để kiểm tra. Quá trình đổ bê tông phải liên tục thành nhiều lớp có chiều dày bằng nhau, phù hợp với đặc trưng của máy đầm sử dụng. Khi đầm bê tông, giữ cho đầm vuông góc với mặt nằm ngang của lớp bê tông; đầm phải ăn xuống lớp bê tông phía dưới từ 5-10cm để liên kết tốt hai lớp với nhau. Thời gian đầm tại mỗi vị trí 20-40 giây và khoảng cách giữa hai vị trí đầm là 1.5R0 = 50cm. Khi di chuyển đầm phải rót từ từ và không được tắt máy để lại lỗ hổng trong bê tông ở chỗ vừa đầm. Vì cột có tiết diện không lớn, lại vướng cốt thép khi đầm, nên phải dùng kết hợp các thanh thép 10 chèn vào các góc để hỗ trợ cho việc đầm.

Các lớp đất phía trên công trình (đất trồng trọt, sét dẻo nhão, cát pha ở trạng thái dẻo cứng, sét pha ở trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng) đều là đất yếu, khả năng chịu nền lớn yếu và không ổn định về tính chất cơ lý và bề dày. Chỉ lớp 5 (cát hạt trung chất vừa) là đất trung bình. Công trình có một tầng hầm, cột sàn tầng hầm cách mặt đất tự nhiên không lớn (-1,2m), do đó lượng giảm tải trọng lên đất do đào đất tầng hầm không đáng kể. Với quy mô và tải trọng công trình như vậy, giải pháp móng sâu (móng cọc) được xem là hợp lý hơn cả. Móng cọc sẽ được ngầm vào lớp 5. Chiều dài tự do của cọc lớn, việc tăng chiều sâu hạ cọc làm giảm tổng khối lượng của cọc, đài và vì thế làm giảm giá thành chung của móng. Tuy nhiên, phương án này có nhược điểm là giá thành móng cọc khoan nhồi tương đối cao, đòi hỏi kỹ thuật thi công cao và chuyên gia có kinh nghiệm, biện pháp kiểm tra chất lượng bê tông cọc thường phức tạp, tốn kém. Khi xuyên qua các vùng có hang hốc karst hoặc đá nứt phải dùng ống chống để lại sau khi đổ bê tông, làm tăng giá thành. Ma sát bên thân cọc giảm đáng kể so với cọc đóng và cọc ép do công nghệ khoan tạo lỗ. Chất lượng cọc chịu ảnh hưởng nhiều của quá trình thi công.

Dựa vào tải trọng tác dụng lên công trình, điều kiện địa chất và các phân tích trên, phương án cọc ép được lựa chọn. Cọc nhồi sẽ được cắm vào lớp đất cát hạt trung chất vừa. Kết quả tính toán cho thấy điều kiện về cường độ đất nền được đáp ứng, cho phép tính toán lún đất nền theo quan điểm nền biến dạng tuyến tính. Vị trí ép cọc được xác định đúng theo bản vẽ thiết kế, phải đầy đủ khoảng cách, sự phân bố các cọc trong đài và điểm giao nhau giữa các trục. Để định vị thuận lợi và chính xác, lấy 2 điểm làm mốc nằm ngoài để kiểm tra các trục có thể bị mất trong quá trình thi công. Quá trình ép cọc C1 được mô tả chi tiết, bao gồm điều chỉnh van tăng dần áp lực, kiểm tra độ thẳng đứng của cọc bằng 2 máy kinh vỉ đặt vuông góc với nhau, và đảm bảo lực ép đạt trị số thiết kế. Nếu không đạt yêu cầu, người thi công phải báo cho chủ công trình và thiết kế để xử lý kịp thời.

Dùng cọc cắm vào lớp đất cát hạt trung chất vừa được xem là hợp lý. Kết quả tính toán cho thấy điều kiện về cường độ đất nền được đáp ứng, cho phép tính toán lún đất nền theo quan điểm nền biến dạng tuyến tính. Đáy của khối quy ước có diện tích bé nên dùng mô hình nền là nửa không gian biến dạng tuyến tính để tính toán. Cần có đầy đủ báo cáo khảo sát địa chất công trình, kết quả xuyên tĩnh dùng để xác định sức chịu tải của cọc. Vị trí ép cọc được xác định đúng theo bản vẽ thiết kế, đảm bảo khoảng cách và sự phân bố cọc. Các bước tiến hành ép cọc, bao gồm điều chỉnh áp lực, kiểm tra độ thẳng đứng và đảm bảo lực ép đạt yêu cầu thiết kế, được trình bày chi tiết.

Dựa trên quy mô công trình, thực tế thi công tại Việt Nam hiện nay và trình độ hiểu biết của bản thân, vật liệu BTCT (bê tông cốt thép) được lựa chọn làm vật liệu chính cho công trình. Lựa chọn này dựa trên các lý do sau: BTCT khắc phục được một số nhược điểm của kết cấu thép như thi công đơn giản hơn, vật liệu rẻ hơn, bền với môi trường và nhiệt độ, tận dụng được tính chịu nén tốt của bê tông và tính chịu kéo của cốt thép nhờ sự làm việc chung giữa chúng. Tuy nhiên, vật liệu BTCT đòi hỏi kích thước cấu kiện lớn, tải trọng bản thân công trình tăng nhanh theo chiều cao, khiến việc lựa chọn các giải pháp kết cấu để xử lý là phức tạp. Kết cấu BTCT thường phù hợp với các công trình dưới 30 tầng. Các loại kết cấu khác như thép và kết cấu tổ hợp thép - bê tông cũng được đề cập nhưng không được lựa chọn cho công trình này.

Hiện nay phổ biến hai loại ván khuôn là gỗ và thép. Ván khuôn gỗ có ưu điểm là sản xuất dễ dàng nhưng nhược điểm là khả năng luân chuyển kém hơn ván khuôn thép, việc liên kết các tấm ván nhỏ thành các mảng lớn thường đóng bằng đinh nên ván khuôn chóng hỏng, dễ cong vênh hơn ván khuôn thép cùng kích cỡ. Vì vậy, ván khuôn kim loại định hình được sử dụng cho công trình này để đảm bảo chất lượng và độ bền. Trước khi đổ bê tông, kiểm tra ván khuôn và cốt thép xem có bị cong vênh, chiều dày lớp bảo vệ có đảm bảo không, kiểm tra tim cột. Nếu có sai sót phải khắc phục ngay trước khi đổ bê tông.

Bê tông cần được đổ liên tục thành nhiều lớp có chiều dày bằng nhau, phù hợp với đặc trưng của máy đầm sử dụng. Hỗn hợp bê tông bơm cần có kích thước tối đa của cốt liệu lớn <1/3 đường kính nhỏ nhất của ống dẫn; đối với cốt liệu hạt tròn có thể lên tới đường kính trong nhỏ nhất của ống dẫn. Yêu cầu về nước và độ sệt của bê tông bơm có liên quan với nhau và được xem là yêu cầu cực kỳ quan trọng. Lượng nước trong hỗn hợp ảnh hưởng tới cường độ hoặc độ sệt hoặc tính dễ bơm của bê tông. Lượng nước trên thay đổi tùy theo cỡ hạt tối đa của cốt liệu và cho từng độ sệt khác nhau của từng thiết bị bơm. Do đó, đối với bê tông bơm cần chọn được độ sệt hợp lý theo tính năng của loại máy bơm sử dụng và giữ ổn định trong suốt quá trình bơm. Quá trình bơm bê tông sử dụng 3 công nhân: 1 người điều chỉnh vòi bơm, 2 người tiến hành đầm. Đầm ngay khi đổ bê tông, tránh làm sai lệch vị trí cốt thép; lưu ý không để đầm chạm vào cốt thép gây xô lệch và chấn động đến vùng bê tông đã ninh kết hoặc đang ninh kết. Chiều dày mỗi lớp bê tông được quy định cụ thể và cần đảm bảo độ sệt để bơm được tốt, tránh phân tầng và tắc đường ống.