CHUYÊN ĐỀ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG

1
1
HỘI XÂY DỰNG TP. HỒ CHÍ MINH
Ng
Ng
ư
ư
ơ
ơ
ø
ø
i soa
i soa
ï
ï
n : PGS. TS. NGUYỄN VĂN HIE
n : PGS. TS. NGUYỄN VĂN HIE
Ä
Ä
P
P
Pho
Pho
ù
ù
Gia
Gia
ù
ù
m
m

đ
đ
o
o
á
á
c Sơ
c Sơ
û
û
Xây d
Xây d
ự
ự
ng TP. Ho
ng TP. Ho
à
à
Ch
Ch
í
í
Minh
Minh




0903706108
0903706108

-
-
089325923
089325923
2006
CHUYÊN ĐỀ:
KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG
2
2
I. Chứng chỉ hành nghề (CCHN): PE, PA
• Các Hội nghề nghiệp chuyên ngành cấp và phải thi; thay vì Bộ Xây dựng cấp
tập trung và đơn giản như hiện nay.
• Phải có CCHN, mới đứng tên Chủ nhiệm đồ án
Chủ trì thiết kế các phần (móng, thượng tầng)
(Tham gia thiết kế thì không cần)
• Tương tự, các tiêu chuẩn thiết kế, sẽ do các Hội nghề nghiệp nghiên cứu, ban
hành và kinh doanh.
• Có học vò, nhưng không có CCHN, chỉ là “hàn lâm”, về nguyên tắc, không
được thiết kế.
• Rồi sẽ có CCHN về dự toán, để ràng buộc trách nhiệm trước xã hội (Q.S).
• Phải mua bảo hiểm nghề nghiệp, cho doanh nghiệp.
• Có CCHN, có con dấu riêng; được quyền hình thành pháp nhân độc lập, hay
lập công ty. Giám đốc doanh nghiệp tư vấn xây dựng, phải có CCHN (Chủ tòch
HĐQT thì không cần). Con dấu sẽ được đóng vào các bản vẽ, trước khi xuất
xưởng. PA, PE sẽ chòu trách nhiệm chính.
• Lưu ý chủ trương tư nhân hóa hiện nay, để xác đònh hướng “chuyển” phù hợp.
CHƯƠNG I. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUẨN BỊ CHO “HỘI NHẬP”
VÀ THIẾT KẾ NHÀ CAO TẦNG
3
3

II. Các yêu cầu khác, chuẩn bò hội nhập:
• Làm chủ (bản quyền) phần mềm.
• Tự sáng tạo phần mềm chuyên ngành cho đơn vò mình; tiến đến kinh doanh, nếu
có thể.
• Có những doanh nghiệp tư vấn hoạt động chuyên ngành (KT, KC, M-E, CTN, Dự
toán…) và hợp đồng kinh tế cũng có thể tách ra từng chuyên ngành; không làm
trọn gói; đặc biệt đối với những dự án lớn.
• Chi phí tư vấn: tính theo lương, người, để có giá trò hợp đồng tư vấn. Giá trò chi
phí tư vấn phải tính đúng, tính đủ, tính theo kinh nghiệm, chất lượng (không thể
theo %).
• Dự toán, tổng dự toán: là đơn giá tổng hợp, cả cho thiết kế lẫn đấu thầu.
• Phân biệt tiêu chuẩn tự nguyện và tiêu chuẩn bắt buộc áp dụng.
• Đối với công trình không sử dụng vốn ngân sách, các tiêu chuẩn là tự nguyện
áp dụng thì có thể sử dụng tiêu chuẩn của nước ngoài, tiên tiến hơn, để nâng
cao chất lượng sản phẩm.
Đối với công trình sử dụng vốn ngân sách, nếu muốn dùng tiêu chuẩn nước
ngoài, phải xin phép Bộ Xây dựng (quyết đònh 05/BXD/2005).
4
4
• Cam kết thực hiện hợp đồng đúng tiến độ, có chất lượng từ đầu.
• Tư vấn thẩm tra thiết kế phải có trách nhiệm cụ thể, xác đònh được; không
chung chung như hiện nay.
• Tiến dần đến nhà thầu thực hiện luôn bước thiết kế bản vẽ thi công (shop
drawing), để có phương án thiết kế tối ưu, đấu thầu (tổng thầu thiết kế – thi
công; EPC, CKTT).
• Tiến dần đến các CCHN kỹ sư ASEAN, kỹ sư APEC.
• Việc chỉ đònh xuất xứ, chủng loại vật liệu, phải được xem là đương nhiên, để dễ
quản lý chất lượng công trình, từ đầu.
• Công tác hoàn thiện công trình cần được xem trọng hơn, quản lý tốt hơn.
• Nâng cao dần, từ đầu, chất lượng đá, cát, cốt thép, đặc biệt là module độ lớn

của đá, cát cung cấp.
• Tư vấn thiết kế, đấu thầu riêng rẽ, sẽ chỉ có đấu thầu hạn chế.
• Thưởng, phạt trong hoạt động xây dựng dần phải nghiêm minh, chặt chẽ, có
trách nhiệm từ cả chủ đầu tư.
5
5
• Phân biệt lãng phí và an toàn trong công trình; đặc biệt là kết cấu.
Lãng phí là quá dư; biết là đủ, nhưng vẫn thêm và thêm tỷ lệ lớn.
An toàn là vừa đủ; đảm bảo công trình ổn đònh lâu dài.
• Thiết kế nhà cao tầng, tất cả các bộ phận kết cấu phải đảm bảo an toàn,
đặc biệt là phần móng.
• Khi thiết kế, phải dự trù và đề xuất biện pháp thi công, dù giải pháp chưa
đạt, để:
- Có cơ sở lập dự toán, tổng dự toán từ đầu, do những chi phí thiết bò, vật
tư để thi công, cần được tính đúng và đủ; đặc biệt khi chưa có suất đầu
tư chi tiết hoàn chỉnh và tình hình đòa chất phức tạp dưới công trình.
- Nói lên tính khả thi của phương án thiết kế.
- Có những hướng dẫn cần thiết, từ đầu cho các đơn vò khi đấu thầu,
giám sát, triển khai thi công, đặc biệt là đối với tầng hầm, nhiều tầng
hầm (NL-TN).
• 1 ví dụ của giải pháp “TOP – DOWN”
III. Các yêu cầu về thiết kế nhà cao tầng, cần lưu ý từ đầu:
6
6
7
7
• Nếu còn đất xung quanh, tầng hầm có thể tăng diện tích (vượt khỏi diện tích
khối đế) để tăng diện tích để xe các loại, đủ bố trí hồ nước ngầm, hầm phân
(trong điều kiện Việt Nam) và bộ phận kỹ thuật (điện, nước).
• Khi số tầng càng cao, kết cấu thép, kết cấu liên hợp hay BT DUL sẽ hiệu quả

hơn kết cấu BTCT thông thường. Hệ chòu lực của công trình sẽ do kết cấu quyết
đònh.
• KT, M-E, CTN và thang máy trong nhà cao tầng là rất quan trọng, không kém
phần kết cấu. Kết cấu ảnh hưởng đến sự bền vững của công trình, nhưng những
thiết kế chuyên ngành khác, phục vụ cho sự tiện nghi trong sử dụng công trình,
khi công trình đã bền vững, sự tiện nghi là yếu tố đảm bảo sự thành công
trong khai thác.
• Quan tâm thêm đến cách bố trí thang máy trong nhà cao tầng, nhà chọc trời.
• Chế độ bảo trì công trình là một trong những thành phần hồ sơ thiết kế phải nộp
cho chủ đầu tư từ đầu.
• Cần quy đònh rõ phương pháp và tiến độ phải quan trắc chuyển vò của CT.
• Công trình cao tầng thường là khối lớn, kích thước mỗi cạnh trên mặt bằng sẽ
vượt giới hạn cho phép. Do vậy, cần tiên lượng trước giải pháp về khe lún, khe
nhiệt; giải pháp về phân đợt thi công, ngay từ đầu.
8
8
• Nếu giải pháp móng sử dụng phương pháp TOP-DOWN, phải dự trù từ đầu, bằng
tính toán cụ thể, số lượng tầng sàn thượng tầng tối đa mà mỗi sàn hầm khi
xuống sâu hơn, có thể tiếp nhận được, cho đến khi tầng hầm được thi công
hoàn chỉnh.
Lưu ý quy ước đánh số thứ tự tầng hầm (1, 2, 3 ) là đánh từ tầng hầm ở vò trí
trên cùng, trở xuống.
• Đơn vò thiết kế, để giám sát quyền tác giả tốt hơn, vẫn cần phải biết những yêu
cầu và quy đònh trong thi công (sai số cho phép; giải pháp chờ thép, neo thép;
an toàn; hàn cốt thép; bơm bê tông ) và phải tiến hành nghiệm thu đầy đủ,
trước khi đổ bê tông. Đơn vò thiết kế nước ngoài FIDIC không quy đònh về giám
sát quyền tác giả. Kỹ sư giám sát toàn quyền quyết đònh nội dung này. Nếu
cần, họ sẽ tham vấn tư vấn thiết kế.
9
9

CHƯƠNG II. SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN MÓNG NHÀ CAO TẦNG
• Đảm bảo yêu cầu về chống lãng phí, thất thoát từ các phía (thiết kế là chủ yếu;
giám sát, thi công, quản lý dự án) đặc biệt trong tình hình hiện nay, khi ngày
càng có nhiều nhà cao tầng, kết cấu phức tạp.
• Nhà cao tầng có tải truyền xuống móng qua cột (vách, lõi) rất lớn; nền đất
nhiều khu vực là yếu, chiều dày lớn; cần phân tích để đảm bảo 2 yêu cầu:
- Kinh tế
- Khả thi: dễ thực hiện
Lưu ý rằng công trình càng cao, càng phải an toàn, đặc biệt là phần móng,
nhưng không được lãng phí.
• Trong tình hình hiện nay, trách nhiệm tư vấn thẩm tra thiết kế không rõ ràng; chủ
đầu tư được quyền thẩm đònh và phê duyệt thiết kế (dự toán), thường không đủ
chuyên môn, rất dễ xảy ra những nội dung bất cập, tranh cãi không lối ra, lúng
túng, bò động; ảnh hưởng cả tiến độ xây dựng và chất lượng sản phẩm (bế tắc
từ thiết kế!).
I. Sự cần thiết của việc so sánh phương án:
10
10
• Các tư vấn hiện nay thường né tránh, đặc biệt khi phân tích giải pháp móng
cho những công trình phức tạp ! Phải ý thức được trách nhiệm và lương tâm
nghề nghiệp.
• Đương nhiên, có những công trình, tình hình đòa chất thực tế vẫn có thể
“phán quyết” phương án hợp lý ngay từ đầu. Nhưng đây là tính khoa học và
trách nhiệm nghề nghiệp của cá nhân, đơn vò thiết kế.
• Giá trò phần móng (và 1 hầm!) đôi khi lên đến 30% giá trò xây lắp toàn bộ, đặc
biệt khi đất yếu có chiều dày lớn, nên cần phân tích kỹ.
11
11
II. Nội dung cần phân tích:
• Chọn phương án móng (băng, bè, bè có sườn trên nền thiên nhiên, cọc ép,

cọc đóng, cọc nhồi, cọc barrette trên đài đơn, đài bè, đài hộp ), tùy thuộc
vào số tầng hầm, đòa chất công trình.
• Chọn biện pháp thi công (đào trần, đào ngầm (TOP – DOWN)); chống vách;
vách cọc nhồi đường kính nhỏ Tính toán yêu cầu chòu lực phù hợp tiến độ
công việc và thiết bò thi công.
• Căn cứ tình hình thực tế của khu đất xây dựng (chen, trống, thưa dân cư), xét
ảnh hưởng của việc thi công đến môi trường sống của cộng đồng dân cư; tác
dụng phụ về lún đối với công trình lân cận.
• Thời gian thi công; thời điểm thi công; tiến độ thi công: không phải chỉ là vấn
đề của nhà thầu, giám sát, quản lý dự án thuần túy.
• Có thể trên 1 mặt bằng, có nhiều phương án móng, phối hợp nhau, tùy tình
hình thực tế của việc bố trí kiến trúc, hệ chòu lực.
12
12
III. Phân tích các phương án móng cụ thể:
1. Móng trên nền thiên nhiên:
• Chỉ trường hợp cho nhà cao tầng, trên đất tốt (≤ 20 tầng).
• Khi nền là đá, nhà cao tầng vẫn dùng móng bè (Hàn Quốc).
• Móng bè có sườn: khi MNN thấp!
Sườn bên dưới (cả 2 phương):
Thi công chậm
Kinh tế nhất, khối lượng đào đất ít nhất
Khả năng chống trượt cao
Xử lý đất nền đáy móng phải thật kỹ, chống lún ban đầu
Khó bố trí hầm phân, hồ nước đất, hệ thống thoát nước thải.
Sườn bên trên (cả 2 phương):
Khối lượng đào đất nhiều nhưng thi công nhanh
Tận dụng các ô sườn để làm hầm phần, hồ nước rất lợi
Tốn thêm 1 lớp BT làm nền hầm
Tải trọng do đất đắp lại, vào các ô sườn, làm tăng tải trọng công trình

Không sườn:
Tốn BTCT nhiều
Tăng tải trọng công trình không cần thiết
BT khối lớn (h
m
≥ 2m): dễ nứt do nhiệt
13
13
• Móng bè có thể trải rộng ra khỏi đáy hầm, theo các phương, nếu có thể.
• Bắt buộc phải tiến hành thử lại Module biến dạng của đất nền, khi đã đào
xong và đã đầm lèn xong và được nghiệm thu cẩn thận. Đơn vò thiết kế phải
có văn bản khẳng đònh giá trò E
o
là chấp nhận, an toàn !
• Cần phân tích kỹ hồ sơ đòa chất, trước khi quyết đònh.
• Lưu ý xử lý khe nhiệt cho móng bè, bằng các joint và cách nước.
14
14
15
15
2. Móng cọc ép, cọc đóng:
• Đối với nền phải xử lý móng cọc, phương án cọc đóng là rẻ nhất (nếu
đóng được !) và sau đó là cọc ép.
• Quan tâm đến cọc rỗng DUL, tròn ∅400, 500, 600, mác cao (600) sẽ ít mối
nối hơn, cọc dài hơn, tổng chiều dài mỗi cọc sâu hơn, có lợi hơn (giảm tim
cọc). Quan tâm đến việc neo cốt thép cọc vào đài, khi cọc DUL.
• Quy đònh khoảng cách tim 2 cọc ≥ 3d, nên chọn 3,05 ÷ 3,1)d, do cọc dễ bò
lệch tim, khi ép.
• Không nên thiết kế “ruộng” cọc (bố trí cọc dày đặc), dễ gây sự cố công
trình lân cận, dễ gãy cọc; các cọc ép sau không xuống được: Đền !

• Lưu ý là chiều dài cọc kéo thêm 1 ÷ 3 m/tim, vào đất tốt ở mũi, sức chòu tải
sẽ tăng lên rất đáng kể, hiệu quả cao !
• Cần phân tích tính khả thi rõ hơn, đối với công trình có số tầng hầm lớn, mà
lại sử dụng cọc ép cho các cột.
• Có thể tiến hành thử tải cọc trước, để khẳng đònh phương án thiết kế từ
đầu. Cọc thử tải có thể thử phá hoại (cạnh công trình), nếu có điều kiện.
• Chỉ có 1 cọc ép cho mỗi tim cột, vẫn phải có đài cọc !
16
16
17
17
18
18
19
19
20
20
• Bản vẽ thiết kế phải đònh rõ:
− Vò trí cọc thử, cách thử (nếu chưa thử); chiều dài cọc thử.
− Lực ép Pmax, Pmin.
− Cách thi công mối nối cọc.
− Độ lệch tim mỗi cọc giới hạn cho phép.
− Những vấn đề khác cần thống nhất (hỏi ý kiến) tư vấn thiết kế.
• Khoan mồi cho cọc:
− Chỉ khoan cục bộ ở những vùng đất được khoanh là “có vấn đề”.
− Không được khoan “đại trà”, vì ảnh hưởng của đường kính hố khoan
vào sức chòu tải của cọc chưa được nghiên cứu đầy đủ; rất tốn kém;
chậm tiến độ.
− Kích thước hố, độ sâu khoan, phải xác đònh thật cụ thể.
− Khoan, ép xong, về nguyên tắc phải thử lại cọc, vì nguyên lý làm việc

đã có thay đổi.
− Kiến nghò: hạn chế sử dụng.
21
21
3. Cọc nhồi:
• ∅ ≥ 600 (nhỏ hơn, chỉ khoan đáy giếng hay cọc nhồi giữ vách hầm, chống
sạt khi thi công – không được sử dụng cho hệ chòu lực, khi chưa có cơ sở
khoa học rõ ràng).
• Nên sử dụng càng ít loại đường kính cọc cho phương án thiết kế, càng tốt.
• Về nguyên tắc, phải đặt ống dò (siêu âm) cho tất cả các cọc. Về sau, chọn
cọc siêu âm. Không nên đặt ống dò ở những cọc chỉ đònh sẵn, vì như thế thi
công có thể sẽ chủ quan.
• Phương án cọc nhồi, trong mọi trường hợp, đều đắt hơn cọc ép. Nhưng có
những công trình nhà cao tầng, cọc ép có sức chòu tải không lớn, số tim cọc
ép nhiều, cọc nhồi lại khả thi hơn. Tuy nhiên, hiện nay, có nhiều đơn vò thiết
kế đang “lạm dụng” cọc nhồi.
• Thử cọc nhồi tốn tiền hơn.
• Chất lượng cọc nhồi, khó đảm bảo cao, do thi công phức tạp; hay đổ bê
tông ẩu; làm sạch mũi cọc như ý muốn là không dễ nên phương án thiết
kế cọc nhồi thường có “độ an toàn” cao.
• Mỗi cọc nhồi có sức chòu tải lớn, nên chọn dù dư một cọc, “độ lãng phí”
cũng cao. Tương tự cọc ép, nên tính đến phương án kéo dài thêm mỗi tim từ
1 ÷ 3m nữa, sức chòu tải cao hơn nhiều và dễ bớt tim cọc hơn.
22
22
23
23
• Những đoạn phía trên cùng của cọc nhồi, chất lượng bê tông không cao
phải đập bỏ, do vậy cần lường trước tình huống này trong thiết kế, đặc biệt
đối với cọc thử.

• Cốt thép trong cọc nhồi thường thiết kế rất dư, cần xem xét kỹ hơn khi thực
hiện bản vẽ thiết kế thi công.
• Cọc nhồi khoan sau, có thể lỗ khoan bò sạt, làm giảm đi ma sát của cọc đã
khoan (và đổ bê tông trước), cần lưu ý tiêu chí (3.05 ÷ 3.1)d. Không nên sử
dụng d + 1m, trừ khi cọc lẻ cọc chống và có thí nghiệm đầy đủ.
• Cọc nhồi, khi đổ bê tông, dù bentonite giữ vách tốt, có thể đất yếu xung
quanh thân cọc đã bò biến dạng 1 phần, rổng hơn; khi đổ bê tông, bê tông
không thể “thay chỗ” được, làm chất lượng cọc không cao, ma sát không
như ý.
• Không nên dùng cọc nhồi, nếu chọn giải pháp thi công là TOP-DOWN và
đặc biệt khi đó, công trình lại có nhiều tầng hầm.
• Nếu thiết kế cọc nhồi, đài cọc lại là đài bè, cần nghiên cứu trước cách đổ
bê tông để chống nứt do nhiệt, khi bê tông đông cứng.
• Đối với nhà cao tầng, tuy đất tốt, nhưng cọc ép không thể ép xuống được
(không khả thi), thì phương án cọc nhồi đương nhiên được quan tâm.
• Khi cột chỉ có 1 cọc nhồi, vẫn phải có đài
để tăng độ cứng.
24
24
4. Cọc barrette :
• Cách làm việc, sơ đồ tính, giống cọc nhồi. Chỉ khác là kích thước lớn hơn và
tiết diện là chữ nhật.
• Cần nghiên cứu kỹ tình hình thực tế của kích thước gàu đào phổ biến, để
thiết kế cho phù hợp. Đơn vò thiết kế thường “có lỗi” ở nội dung này.
• Đối với vách hầm, thiết kế barrette, chiều dài barrette có thể ngắn hơn các
barrette chòu lực của cột, vách và lõi cứng của nhà cao tầng.
• Barrette liên tục, có “mộng” âm-dương; barrette đơn, tiết diện chữ nhật
thuần tuý.
• Dưới 1 cột, vách, lỏi, có thể có nhiều barrettes. Có 1 hay nhiều barrettes, vẫn
phải có đài.

• Barrettes có thể là L, E, ZIC-ZAC, đều thi công được (lưu ý 1 cách thiết kế
barrette trong bản vẽ thiết kế mẫu, kèm theo).
• Cần kết hợp barrette chòu lực, “chỏi” vào barrette vách hầm để đỡ chi phí
gia cường vách hầm, khi đào thi công.
• Phương án barrette là tối ưu, khi sử dụng phương pháp TOP-DOWN. Lúc đó,
đoạn barrette trên cùng phải sử dụng cốt cứng chòu lực, để chòu những tải
trọng thượng tầng, khi những tầng hầm thi công chưa xong.
25
25
• Thi công barrette phải có đầy đủ kinh nghiệm, nên thường giá thành kèm
theo là cao.
• Vẫn phải đặt ống dò siêu âm toàn bộ barrette, sau đó chỉ đònh thực hiện
siêu âm.
• Sức chòu tải barrette là rất cao, nên chi phí thử cũng tốn kém và thậm chí
không làm được, đối với mặt bằng chật hẹp.
• Đơn vò thi công barrette, trong nhiều trường hợp, nhận thiết kế barrette luôn.