Công tác thiết kế nhà cao tầng là công việc vô cùng quan trọng. Đây là công việc chịu áp lực và trách nhiệm nghề nghiệp cao nhất trong tư vấn thiết kế xây dựng.  Sau một thời gian hình thành và phát triển nhà ở cao tầng, một số loại hình thiết kế cũ đã bị loại bỏ, một số xu hướng mới xuất hiện theo xu hướng phát triển công nghiệp hóa. Vì điều đó, ở thời điểm này, cần có những đánh giá đầy đủ về các loại hình và xu hướng thiết kế căn hộ chung cư cũng như hoàn thiện đồng bộ các định hướng thiết kế, để có được những ứng dụng thiết kế căn hộ tốt nhất phù hợp với các yêu cầu thực tiễn đặt ra, đem lại cuộc sống bền vững cho người dân.

Việc đầu tiên của công tác tư vấn thiết kế nhà cao tầng là lựa chọn hệ kết cấu chịu lực để thiết kế: thiết kế kết cấu khung chịu lực, thiết kế kết cấu khung vách, thiết kế kết cấu ống/trụ chịu lực … Việc quyết định hệ kết cấu chịu lực và lựa chọn vị trí lõi thang máy, lõi thang bộ sẽ ảnh hưởng rất lớn đến mặt bằng thiết kế kiến trúc mà đôi khi xãy ra rất nhiều xung đột giữa kiến trúc sư và kỹ sư kết cấu mà phải mất khá nhiều thời gian để đi đến phương án thống nhất dung hòa giữa hai bộ môn.

THIẾT KẾ KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG

Việc lựa chọn hệ chịu lực kết cấu hợp lý về mặt cấu tạo, tốt nhất là hệ kết cấu đối xứng cả hai phương, sẽ dẫn đến các cấu kiện kết cấu của công trình sẽ được phân bố nội lực đồng đều, tận dụng hết khả năng chịu lực của kết cấu thép và có hệ số an toàn cao không những dưới tác động của các tải trọng cơ bản mà còn có khả năng tự phân bố lại nội lực một cách an toàn dưới tác động của các tổ hợp lực đặc biệt như gió động, động đất, cháy nổ …

Trách nhiệm và tài năng của kỹ sư thiết kế kết cấu không chỉ là việc đảm bảo an toàn tuyệt đối cho kết cấu chịu lực của công trình mà còn là việc tiết kiệm chi phí thi công trong việc lựa chọn các giải pháp thiết kế kết cấu từ việc chọn mác bê tông, cường độ thép đến giải pháp móng và biện pháp thi công tầng hầm. Các giải pháp khác nhau có thể dẫn đến chi phí chênh lệch vài chục đến vài trăm tỉ đồng cho các dự án tổ hợp nhà cao tầng là chuyện bình thường.

Các công trình nhà cao tầng xây chen trong các khu trung tâm thành phố có địa chất cát pha sét là có nhiều phương án khả thi về kết cấu phần ngầm nhất mà kỹ sư thiết kế kế cấu cần phải cân nhắc. Việc tính toán tất cả các phương án khả thi và lựa chọn phương án kinh tế nhất là công việc phải làm của kỹ sư thiết kế kết cấu thép.

Công tác tư vấn thiết kế nhà cao tầng còn phải chịu một áp lực rất cao về thời gian. Đơn vị thiết kế bắt đầu tính toán sau khi phương án kiến trúc đã được phê duyệt. Việc nhập tải trọng bắt đầu từ mái xuống móng, nhưng trong khi kiến trúc còn chưa quyết định hết công năng của từng khu vực thì đơn vị thi công yêu cầu cần phải có bản vẽ móng để bắt đầu công tác thi công cọc thí nghiệm rồi cọc đại trà, nhằm rút ngắn thời gian thi công công trình. Vậy nên có thể nói công tác thiết kế kết cấu là việc “đi sau nhưng phải về trước” so với thiết kế kiến trúc và đồng thời phải chạy song hành với công trường thi công trong giai đoạn làm phầm ngầm rất căng thẳng.

NHỮNG CÂN NHẮC THIẾT KẾ NHÀ CAO TẦNG QUAN TRỌNG

1) ĐÁNH GIÁ

Điểm xuất phát của bạn phải là để hiểu – và để làm việc bên trong – các yêu cầu tuân thủ địa phương và thực tế địa chất của tòa nhà.

Về mặt tuân thủ, bạn nên xác minh các yếu tố như hạn chế chiều cao tòa nhà, sở thích thiết kế của thành phố và các yêu cầu khác, chẳng hạn như tuân thủ LEED.

Về địa chất, bạn phải có được thông tin khảo sát về khả năng xử lý biến dạng chịu tải của khu vực.

2) TÍNH TOÀN VẸN CẤU TRÚC

Về mặt đảm bảo tính toàn vẹn về cấu trúc, bạn nên xác thực các yếu tố như độ cứng không gian và khả năng chịu tải của tòa nhà.

Xác nhận khả năng chịu tải dọc và ngang là rất cần thiết: tòa nhà không được mất tính toàn vẹn của nó do mất một vài cấu trúc chịu tải bên trong do tai nạn.

Nói chung, một kỹ sư dân sự sẽ có mặt để thực hiện các tính toán này. Trong điều kiện thực tế, các vấn đề toàn vẹn về cấu trúc nên đăng ký như các xung đột thiết kế trong bộ thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD) của bạn; điều bắt buộc là bạn phải giải quyết chúng trong quá trình thiết kế.

3) CƠ KHÍ, ĐIỆN & HỆ THỐNG NƯỚC

Xét về các cân nhắc thiết kế nhà cao tầng, cơ sở hạ tầng MEP có thể là một trong những yếu tố thiết kế nội bộ phức tạp nhất. Nói chung, các hệ thống MEP bao gồm:

• Thang máy
• Chiếu sáng
• Hạ tầng viễn thông
• Hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí (HVAC)
• PCCC
• Quản lý cấp nước
• Hệ thống xử lý chất thải

Chẳng hạn, một hệ thống HVAC sẽ yêu cầu một hệ thống ống dẫn để phân phối không khí đến từng tầng và phòng của tòa nhà. Ngoài ra, bạn sẽ cần kết nối hệ thống HVAC với hệ thống quản lý / cung cấp điện và nước.

4) HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Câu hỏi về hiệu quả năng lượng xây dựng MEP. Ví dụ, nếu bạn chịu trách nhiệm đạt được chứng nhận LEED, thì bạn sẽ cần xác định các cách để giảm mức sử dụng điện và nước của tòa nhà. Bạn có thể thực hiện những bước đi mạnh mẽ bằng cách nhắm mục tiêu người dùng năng lượng quan trọng nhất.

Ví dụ, một hệ thống HVAC trong tòa nhà văn phòng có thể tiêu thụ tới 39% tổng năng lượng của tòa nhà (tiếp theo là chiếu sáng ở mức 25%).

Bạn có thể giảm chi phí năng lượng tới 30% bằng cách tích hợp phân phối không khí dưới sàn (UFAD) – hệ thống HVAC dựa trên cơ sở. Bằng cách tận dụng các tầng truy cập được nâng lên , các hệ thống UFAD sử dụng năng lượng thấp hơn bằng cách khuếch tán không khí từ mức sàn, tức là gần nhất với người cư ngụ.

5) TÍNH BỀN VỮNG VÀ THÂN THIỆN VỚI MÔI TRƯỜNG XANH

Tiết kiệm năng lượng mà bạn tích lũy thông qua hệ thống HVAC hiệu quả (cũng như các phương pháp khác, như thúc đẩy sử dụng ánh sáng mặt trời tự nhiên) sẽ nâng cao sự thân thiện xanh của tòa nhà.

Chỉ riêng hệ thống HVAC sẽ giúp giảm việc sử dụng điện và lãng phí nước.

Ngoài ra, bạn cũng có thể cải thiện mức độ bền vững của mình bằng cách chọn nhà cung cấp thân thiện với môi trường và vật liệu bền vững, chẳng hạn như thép tái chế, các hình thức bê tông cách nhiệt, v.v.

6) TIỆN NGHI NGƯỜI DÙNG

Về sự thoải mái của người sử dụng, bạn sẽ cần xem xét việc đảm bảo chất lượng không khí trong nhà tốt (IAQ) cũng như mức độ thoải mái nhiệt cao và tiện nghi âm thanh.

Bạn có thể giải quyết cả ba thông qua một giải pháp HVAC hiệu quả.

Ví dụ, hệ thống HVAC dựa trên UFAD sẽ khuếch tán không khí ấm từ sàn nhà (tức là gần nhất với người cư ngụ) và sử dụng dòng chảy lên tự nhiên của không khí ấm để sưởi ấm căn phòng. Các cư dân không cần phải điều chỉnh quạt tối đa (và chịu tiếng ồn) để giữ ấm cho mình.

Tương tự như vậy, HVAC với hệ thống ống dẫn là rất cần thiết để kéo không khí ô nhiễm từ các phòng và thay thế nó bằng không khí trong lành.

7. TÍNH THẨM MỸ

Bạn có thể tác động đến sự hấp dẫn trực quan của ngoại thất tòa nhà thông qua công việc thiết kế của bạn và bằng cách chọn vật liệu phù hợp. Về nội thất, bạn có thể giải phóng không gian sàn bằng cách tận dụng các tầng tiếp cận được nâng lên để chứa ống dẫn HVAC cũng như hệ thống dây điện và cáp.

Rõ ràng là các hệ thống HVAC đóng một vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến thiết kế của một tòa nhà cao tầng. Tuy nhiên, tích hợp các hệ thống HVAC vào thiết kế tòa nhà của bạn là một nhiệm vụ phức tạp; đi vào nó một mình có thể gây nguy cơ chậm trễ và chi phí vượt dự án của bạn.

LỰA CHỌN KẾT CẤU THÉP CHO CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG

So với kết cấu bê tông truyền thống, việc sử dụng vật liệu thép trong xây dựng cho ta những kết cấu có cường độ cao, tạo ra nhiều khoảng không gian trống phù hợp với nhiều mục đích khác nhau. Các thực nghiệm chỉ ra rằng việc sử dụng kết cấu thép hoàn toàn giúp giảm được kích thước các kết cấu, tiết kiệm chi phí thi công và thời gian thi công. Để các thiết kế hợp lý hơn, ta có thể đưa vào sử dụng thép được sản xuất theo quy trình cơ nhiệt hoặc kết cấu thép bằng bê tông.

Những lợi thế của kết cấu thép trong thiết kế, thi công các công trình nhà cao tầng đã được chứng minh qua rất nhiều công trình nhà cao tầng chất lượng. WorldSteel đã thành công trong việc triển khai các dự án nhà cao tầng bằng kết cấu thép. Trong đó 2 dự án nổi bật nhất có thể kể đến là: Nhà máy Tongwei Tiền Giang, Dự án văn phòng WorldSteel,…