Sự phát triển của các đô thị lớn và siêu đô thị trên thế giới khi bắt đầu bước sang thế kỷ 21 Thiên niên kỷ thứ III đã dẫn đến những thay đổi phản khí hậu sâu sắc của tự nhiên, xóa bỏ các cảnh quan kiến trúc bởi các hệ thống quy hoạch đô thị. Trong 50 nước dẫn đầu thế giới có mức độ đô thị hóa tới trên 70%, còn ở châu Âu-trên 80%.
Đô thị hóa nền kinh tế của các nước phát triển và một ngành công nghiệp xây dựng phát triển năng động đã quyết định một thế hệ mới đối với loại hình xây dựng của nước Nga. Những công nghệ khá phổ biến trên thế giới để xây dựng những công trình như các trụ cầu và cống, các ống khói và tháp nước, các đê và tường kè, cũng đã được ứng dụng đối với xây dựng nhà cao tầng. Việc xây dựng các công trình đặc biệt này đòi hỏi những giải pháp kết cấu và công nghệ phi tiêu chuẩn. Cùng với việc đó, quy phạm xây dựng các nhà và công trình cao tầng khác nhau, về nguyên lý, có rất nhiều điểm chung.
Kinh nghiệm của Matxcơva. Những vấn đề và những hạn chế
Tại Hội nghị quốc tế về bê tông và bê tông cốt thép diễn ra tại Matxcơva từ 5 đến 9/9/2005, Thị trưởng thành phố Matxcơva Iu.M.Lugiơcôp đã đọc báo cáo về tình hình xây dựng ở thành phố Matxcơva và dành nhiều thời gian phân tích Chương trình xây dựng Đường vành đai mới Matxcơva, trong đó xem xét xây dựng các tổ hợp cao tầng tại 60 vùng vành đai của thành phố thủ đô.
Các tòa nhà cao tầng sẽ được xây dựng ở bên ngoài Vành đai giao thông thứ 3 và sẽ trở thành những công trình cao tầng tiêu biểu về kiến trúc của các vùng ngủ yên được xây dựng từ những năm 70-80 của thế kỷ 20. Chức năng của các ngôi nhà sẽ khác nhau như nhà ở, nhà văn phòng, trung tâm thương mại và các khách sạn.
Những tòa nhà cao tầng cũng được đưa vào danh mục các công trình xây dựng thực nghiệm của Matxcơva trong những năm sắp tới. Trong quá trình thực hiện xây dựng, sẽ xem xét áp dụng các giải pháp nhằm bảo đảm chống cháy và độ ổn định đối với phá hoại lũy tiến trong các tình trạng khẩn cấp, áp dụng các giải pháp kết cấu mới, các giải pháp tiết kiệm năng lượng.v.v.
Theo ý kiến của GS.Viện sỹ A.I.Zviozơđôv-Chủ tịch tiểu ban Xây dựng của Viện Hàn lâm Kiến trúc & Xây dựng Nga, chủ tịch Hiệp hội Bê tông cốt thép Nga, thì ngày nay đang tồn tại một vấn đề gay cấn về bảo vệ con người không chỉ khỏi các tác động của thiên nhiên mà cả của con người gây ra và của các hoạt động khủng bố. Những ví dụ gần đây về các thảm họa xảy ra đã gây ảnh hưởng rất lớn về xã hội và chính trị.
Trong khuôn khổ của việc chuẩn bị và thực hiện Chương trình Đường vành đai mới của Matxcơva, đã xem xét áp dụng các tiêu chuẩn định mức tiên tiến của nước ngoài trong xây dựng các ngôi nhà cao tầng của Matxcơva. Với mục đích này, Tổ hợp kiến trúc, xây dựng, phát triển và cải tạo đô thị đã được thành lập và đã tiến hành 2 cuộc hội thảo: Kinh nghiệm xây dựng nhà cao tầng có sự tham gia của các chuyên gia của Mỹ và Nhật Bản. Theo sự thỏa thuận giữa Công ty kiến trúc France Ulliam & Partners của Mỹ với Công ty Mostproekt-2, đã xây dựng một Công ty liên doanh Trung tâm Quốc tế xây dựng nhà cao tầng.
Đã triển khai Dự án về những định mức xây dựng đô thị Matxcơva và một gói hướng dẫn thiết kế, thi công và khai thác sử dụng những ngôi nhà và tổ hợp cao tầng đa chức năng, bao gồm cả những vấn đề về quy hoạch và xây dựng các địa bàn thành phố, xác định những tải trọng và những tác động tới các ngôi nhà và tổ hợp cao tầng đa chức năng, tới việc thiết kế nền và móng, tới các kết cấu xây dựng phần bên trên mặt đất, xây dựng các hệ thống kỹ thuật hạ tầng và điều hòa không khí, các thiết bị nângthang máy, thu gom chất thải .v.v.
Xây dựng nhà cao tầng ở Matxcơva được lập kế hoạch chủ yếu bằng bê tông cốt thép. Bê tông cốt thép mà cơ bản là đổ liền khối mônolit, là vật liệu kiến trúc và kết cấu mềm dẻo, cho phép tạo ra những hình dạng bất kỳ, thực hiện được những giải pháp kiến trúc táo bạo nhất. Bê tông ngày nay không chỉ là một loại đá nhân tạo, nhờ có một dải rộng các phụ gia nó đã trở thành một vật liệu composite đẳng hướng nhiều thành phần với các thông số về cấu trúc và độ bền điều chỉnh được. Nói cách khác, bê tông có thể đạt được các tính năng theo yêu cầu như độ bền băng giá, cường độ, độ chống thấm nước, độ bền axit và bền cháy, chống phóng xạ và bức xạ, có độ đặc, độ dẫn điện, bền sinh học, độ linh động , có thời gian đông cứng và phát triển cường độ cần thiết trong phạm vi dao động rộng của nhiệt độ. Bê tông có cấu tạo từ các vật liệu nguồn gốc thiên nhiên như đá dămcuội, sỏi, cát, chất kết dínhxi măng, chất kết dính hỗn hợp và nước. Khi cho các chất biến tính tổ hợp vào bê tông, có thể đưa các tính chất của bê tông tăng lên ngang với kim loại, gốm và polime.
Trong các khung nhà cao tầng, bê tông cốt thép liền khối có một loạt những ưu điểm so với kim loại. Thứ nhất là, độ dẫn nhiệt của bê tông thấp hơn 40 lần so với của thép, dẫn đến khả năng chống cháy của các kết cấu bê tông cốt thép cao hơn so với các kết cấu thép. Thứ hai là, sự phân tán có hiệu quả năng lượng dao động của nhà dưới các tải trọng gió. Thứ ba là, các tiết diện ngang của lõi cứng có thể có diện tích rộng, đảm bảo cho biến dạng không đáng kể của các ngôi nhà này. Dao động theo phương nằm ngang của nóc nhà so với chiều cao thường không vượt quá 1/1000.
Nổi bật là, khi xây dựng ngôi nhà 90 tầng Triumph International ở Chicago khởi công năm 2005, trong quá trình thiết kế bằng thép đã được thay bằng bê tông cốt thép, nhờ đó mà Công ty thiết kế SOM đã có thể tăng thêm 2 tầng nữa.
Khi nói bê tông là vật liệu đảm bảo an toàn cho môi trường ở trong thế kỷ mới, cần nhấn mạnh rằng các ngôi nhà bê tông cốt thép có độ kháng động đất cao, điều này đã được khẳng định sau các trận động đất lớn trong những năm vừa qua.
Bê tông cốt thép có khả năng chống cháy cao. Vụ cháy khách sạn Vindsor 32 tầng cao 106 m ở Madrid, Tây Ban Nha ngày 13/2/2005 đã chứng minh phẩm chất này của bê tông cốt thép. Các kết cấu chịu lực chịu nhiệt độ rất cao mà không bị phá hoại. Vụ cháy kéo dài 21 giờ, chỉ ngừng sau khi cả tòa nhà đã bị cháy hết, tất cả các panel treo của cả 4 mặt trước của tòa nhà đều bị phá hủy, chỉ có bộ khung bằng kết cấu bê tông cốt thép chịu lực của tòa nhà là còn nguyên.
Tại New York, Mỹ, ngày 11/9/2001, vụ khủng bố đã đánh sập tòa tháp đôi Trung tâm Thương mại Thế giớiWTC. Bộ khung thép của tầng nhà nơi xuất hiện cháy đã bị mất ổn định do nhiệt độ cao, tạo ra sự phá hoại lũy tiến toàn bộ tòa nhà. Tòa nhà không đứng vững trong 2 giờ, số người chết lên tới trên 6000.
Trường hợp cháy Tháp truyền hình Oxtankino ở Matxcơva, tất cả các kết cấu thép của ăng ten và một phần các ròng rọc đều bị hư hỏng, nhưng chính bản thân kết cấu bê tông cốt thép của tháp không chỉ đứng vững mà cho tới nay vẫn ở trạng thái rất tốt.
Trong Tổ hợp kiến trúc và xây dựng đô thị Matxcơva, với sự tham gia của các nhà khoa học Viện Bê tông và Bê tông cốt thép Liên bangNIIGIƠB, đã xem xét sử dụng bê tông cốt thép để xây dựng tất các các kiểu chính của các công trình cao tầng của thành phố. Sự phân tích đã khẳng định khả năng chống các tác động phá hoại cao của bê tông cốt thép.
Những khả năng và công nghệ thực hiện chúng
Môi trường đô thị là thích hợp hơn cả cho xây dựng nhà cao tầng. Trong nhiều trường hợp bị hạn chế về diện tích xây dựng cũng như thời hạn xây dựng.
Địa bàn chật hẹp không chỉ ảnh hưởng đến diện tích để xếp và lắp đặt các kết cấu trên mặt đất, mà còn hạn chế bãi tập kết thiết bị kỹ thuật xây dựng. Những khó khăn xuất hiện như thời gian hoạt động của cần cẩu, hạn chế sức nâng cần cẩu do diện tích thi công hẹp. Tải trọng rất lớn đối với các kết cấu khung chịu lực do sử dụng hàng loạt và những giải pháp phức tạp của các nút liên kết.
Những hạn chế của cần cẩu không chỉ về sức nâng, mà còn về việc di chuyển các tải trọng, không có điều kiện cho thi công lắp ghép các ngôi nhà cao tầng trong điều kiện môi trường đô thị. Những kích thước lớn của nhà và chi phí dẫn đến áp lực đối với thời hạn thi công, dẫn đến phải thi công liên tục tất cả các chu trình sản xuất. Sự tăng tải trọng gió theo độ cao của nhà dẫn đến những điều kiện phụ đặt ra về sự không phụ thuộc của thi công vào các cần cẩu. Những vấn đề này về nguyên tắc sẽ quyết định giải pháp kết cấu tối ưu của tòa nhà, cũng như công nghệ thi công, và bộ thiết bị cần thiết và đủ cho thi công.
Một dạng tương đối mới đối với nước Nga, nhưng đã được sử dụng khá phổ biến trên thế giới đó là thi công nhà bê tông cốt thép liền khối mônolit. Chi phí cao cho lao động trình độ tay nghề cao và các giải pháp thi công các tầng tương đối giống nhau của các nhà cao tầng đã kích thích sự phát triển các hệ thống ván khuôn kỹ thuật đồ sộ. Điều đó cho phép giảm chi phí lao động, dẫn đến sự phụ thuộc ít nhất vào kỹ thuật nâng cẩu, vào mức độ tác động đáng kể của gió, yếu tố khí hậu, cũng không kém quan trọng đối với các điều kiện đô thị, tải trọng tiếng ồn đối với các tổ hợp nhà ở bên ngoài thời gian thi công bình thường. Sự bảo vệ an toàn và hàng rào dày bao quanh khu vực thi công cũng bảo đảm an toàn cho công việc, đã khắc phục được tai nạn do ngã từ trên cao và tăng năng suất lao động ở độ cao bất kỳ.
| ' border=0 src='/image/images?img_id=com.vportal.portlet.vcms.model.VcmsArticle.3787.492' /> |
| Ván khuôn tự nâng hiệu quả khi thi công các tháp có tiết diện không đổi hoặc hẹp, các trụ hình cung có tiết diện không đổi hoặc thay đổi |
Những hãng lớn sản xuất các thiết bị chuyên dụng như PERI, ACSAutomatic Climbing System, DOKA, SKE 50/100, HUNEBECK của Đức, và hãng MESA của Thổ Nhĩ kỳ.
Mỗi một thiết bị đều có một loạt các giải pháp kết cấu, và tương ứng là các giải pháp công nghệ. Các hệ ván khuôn dù phụ thuộc nhiều hay ít vào cần cẩu trong quy định của Tiêu chuẩn GOST P 52086-2003 Ván khuôn. Thuật ngữ và định nghĩa và GOST P 52085-2003 Ván khuôn. Những điều kiện kỹ thuật chung đều thuộc về kiểu Ván khuôn nâng-leo tựa lên công trình.
Các hệ ván khuôn phụ thuộc vào cần cẩu cấu tạo từ những công-xon hoặc các cơ cấu neo, gồm các blốc 2 hoặc 3 ngăn giàn dáo và các chi tiết khác của ván khuôn. Phần hoạt động chính của giàn dáo được sử dụng để liên kết hệ thống lên công trình đang thi công và công tác ván khuôn, ngăn trên cùng để thi công bê tông và lắp đặt cốt thép trong giai đoạn bê tông đang phát triển cường độ, ngăn dưới cùng để tháo dỡ các chi tiết neo ra khỏi bê tông hoặc các công-xon, tạo các lỗ rỗng kỹ thuật.
Các bục, bệ về nguyên lý đều được liên kết với một nút di động, trên đó ván khuôn được liên kết, bám chắc và dịch chuyển. Sự di chuyển của toàn bộ hệ thống sang ngăn tiếp theo được thực hiện bằng cần cẩu nâng móc vào các móc lắp ráp hoặc bằng các cơ cấu chuyên dụng ở bên thành khung ván khuôn.
Không phụ thuộc vào cần cẩu là các hệ thống tự nâng nhờ có các giải pháp liên kết tự nâng của các bộ phận nâng theo mô đun và ván khuôn, lắp đặt trên các khung hình G, các sàn thao tác hoặc kết hợp giữa chúng, trong đó có tời và cơ cấu vận chuyển của máy bơm bê tông.
Quá trình chuyển động của tất cả các hệ thống không phụ thuộc vào cần cẩu diễn ra từng bước nhờ cơ cấu nâng theo trình tự sau: Liên kết phần trên cùng- Kéo và cố định phần dưới cùng- Sau đó nâng phần trên cùng. Nguyên tắc này được coi là cơ bản đối với tất cả các giải pháp công nghệ được xem xét.
Các sàn thao tác đến lượt mình có thể di chuyển theo thanh định hướng, cũng có thể tựa trực tiếp lên công trình.
Tại Nga kinh nghiệm sử dụng ván khuôn nâng-leo lần đầu tiên được thực hiện trong công trình tháp làm nguội nước cao 150 m của Nhà máy điện nguyên tử Kalininxki.
Trong xây dựng dân dụng hệ ván khuôn này được công ty ENKA của Thổ Nhĩ kỳ sử dụng trong thi công tòa nhà tháp thuộc tổ hợp công trình Cung Hòa nhạc ở Matxcơva, còn kết hợp với hệ khuôn DOKA đã được sử dụng trong công trình Xôcônhiki. Đã xây dựng 15 tầng trên mặt đất, trong thời gian tới dự kiến sẽ tăng tốc độ thi công các tầng bằng hệ ván khuôn mới DOKA SKE-50 mới được đưa vào sử dụng ở Nga.
Trong tổ hợp Federation của Trung tâm Giao dịch Quốc tế Moscow City, nơi có độ cao của Tháp A bằng 356 m, tháp B-239,9 m, đã sử dụng hệ ván khuôn MESA của Thổ Nhĩ kỳ, hệ ván khuôn lớn thi công tường và cột MEVA của Đức và ván khuôn sàn PSK-CUP của Nga.
Các công ty Don Strôi và Krost chuyên về thi công các công trình cao tầng, đã thi công tòa nhà Núi Chim sẻ cao 160 m, một tòa nhà ở cao nhất châu Âu 250 m Triumph Palace và Cánh buồm đỏ đã được thi công bằng hệ ván khuôn DOKA Framax, ván khuôn tháo dời Top-50 để thi công tường và DOKA FLEX để thi công sàn. Công ty Krost đã kết hợp sử dụng các hệ ván khuôn khác nhau để thi công công trình Olimpia cao 12 m hệ ván khuôn tường Peri Trio, hệ ván khuôn sàn Peri Multiflex. Theo kinh nghiệm thi công của nước ngoài cho thấy các giải pháp ván khuôn thường được sửa đổi nhiều lần cho phù hợp với các điều kiện thực tế thi công.
Hệ thống kết cấu của nhà và hệ ván khuôn nhằm mục đích tối ưu hóa các hệ thống lắp ráp ngay cả trong những trường hợp giống nhau , thì các chuyên gia đều cần phải xem xét lại sau mỗi lần thi công.
Trong những năm gần đây, những điều kiện thuận lợi về đầu tư cho xây dựng Matxcơva hầu như không có ảnh hưởng tới sự phát triển của chính bản thân các hệ thống ván khuôn. Không có những phản ứng đối với thiết bị đang sử dụng không có nghĩa là chúng đã hoàn hảo, những cố gắng của các nhà xây dựng muốn giải quyết các vấn đề kỹ thuật bằng năng lực của mình đã không khuyến khích các nhà cung cấp hướng tới hoàn thiện thiết bị.
Một trong những yếu tố kìm hãm sự phát triển đó là còn thiếu môi trường luật pháp bình thường và không có sự hợp tác hỗ trợ ở trong nước. Khả năng bảo vệ thấp đối với sản phẩm của lao động trí tuệ là những đối tượng của sở hữu công nghiệp, đó là những phát minh, đã thu được từ những kết quả nghiên cứu triển khai chúng như ván khuôn tường và sàn bằng nhôm, một loạt các tổ chức và cá nhân đã kinh doanh thiết bị này. Tuy nhiên, những thiết bị họ đưa ra thị trường có chất lượng thấp, không hoàn lại được vốn đầu tư cho nghiên cứu chế tạo. Nếu quyền tác giả chịu áp lực của các nhà lập pháp nước ngoài, thì vẫn còn thiếu sự bảo vệ từ phía Nhà nước Nga, bởi vậy các đối tượng của sở hữu công nghiệp trong nhận thức của phần lớn các nhà hoạt động kinh doanh vẫn được coi như lợi ích chung của toàn xã hội.
| ' border=0 src='/image/images?img_id=com.vportal.portlet.vcms.model.VcmsArticle.3787.493' /> |
| Bước di chuyển của hệ ván khuôn tự nâng HUNNEBECK và sự làm việc của nút diễn ra không phụ thuộc vào cần cẩu |
Nếu nói về việc sử dụng các phương tiện kỹ thuật, thì trong mỗi trường hợp có một bộ cần thiết bao gồm ít nhất như cần cẩu tháp, máy bơm bê tông với cơ cấu phân phối và máy nâng người và vật nặng. Ngoài các cần cẩu được sản xuất ở Nga, thiết bị còn lại đều nhập khẩu. Một khối lượng cần thiết và những đặc điểm kỹ thuật của thiết bị trong mỗi trường hợp riêng đều được xác định theo điều kiện thi công công trình cụ thể và có thể được hạn chế nhờ vào những khả năng của hãng cho thuê.
Những công nghệ hiện đại cho phép làm được rất nhiều những gì mà trước đây coi là rủi ro. Kinh nghiệm xây dựng một trăm năm của thế giới chứng tỏ tương lai phát triển của xây dựng cao tầng. Tại Nhật Bản, những ngôi nhà cao tầng ngày một nhiều thêm, mặc dù có động đất. Tại Các Tiểu vương quốc A Rập thống nhất đã xây dựng nhà cao tầng trên nền cát. Điều chủ yếu là phải có một cách tiếp cận khoa học được suy nghĩ và tính toán thấu đáo tới từng chi tiết và ứng dụng thực tế một cách chính xác.
Đinh Bá Lô dịch
Nguồn: T/C Kỹ thuật và công nghệ xây dựng Nga N1/2006