Một khu phức hợp căn hộ đang được xây dựng tại Tallinn, Estonia, thuộc dự án quy mô lớn của công ty Innopolis Insenerid OÜ. Dự án nổi bật không chỉ về quy mô mà còn về yêu cầu kết cấu phức tạp, bao gồm các bộ phận bê tông đúc sẵn hình dạng bất thường có vùng gián đoạn ứng suất.
Giới thiệu dự án khu căn hộ Kalaranna Tallinn
Khu Kalaranna là khu đô thị hiện đại rộng sáu héc-ta bao gồm 12 tòa nhà căn hộ cùng nhà hàng và không gian thương mại, tất cả được kết nối bởi bãi đỗ xe ngầm. Giai đoạn thứ ba của dự án khổng lồ này, bao gồm bốn tòa nhà năm tầng, được giao cho công ty thiết kế kết cấu Innopolis Insenerid OÜ. Innopolis là công ty kiến trúc và kỹ thuật toàn diện chuyên về giải pháp thiết kế xây dựng số hóa trên khu vực Bắc Âu và Baltic.
Kết cấu được thiết kế bằng bê tông cốt thép. Hệ chịu lực đứng bao gồm các bức tường bê tông đúc sẵn hình dạng thông thường, trong khi hệ chịu lực ngang bao gồm sàn rỗng được đỡ bởi các bộ phận bê tông đúc sẵn hoặc bộ phận thép. Một số tòa nhà hướng ra đường phố, đòi hỏi kiểm tra theo tiêu chuẩn về khả năng chịu va chạm xe và tác động đến tính toàn vẹn kết cấu.
Những thách thức kỹ thuật lớn
Yêu cầu đúc sẵn tối đa và tiến độ chồng chéo
Chủ đầu tư yêu cầu toàn bộ kết cấu được thiết kế sử dụng bộ phận đúc sẵn, hạn chế tối đa bê tông đúc tại chỗ để đảm bảo an toàn tại hiện trường và tiết kiệm thời gian cũng như chi phí. Toàn bộ quá trình thiết kế gặp nhiều khó khăn, không chỉ vì độ phức tạp hình dạng của các bộ phận bê tông, mà còn do áp lực lớn về tiến độ hoàn thành tất cả bản vẽ. Hơn nữa, giai đoạn thiết kế chi tiết trùng lặp với giai đoạn thi công, đòi hỏi điều chỉnh theo thời gian thực mà không được thay đổi phương án kiến trúc đã được phê duyệt và bị khóa tuyệt đối.
Vùng gián đoạn ứng suất và tường đúc sẵn cao 8 mét
Một trong những thách thức kỹ thuật chính của thiết kế là xử lý các vùng gián đoạn ứng suất, đặc biệt là các lỗ mở cho hệ thống thông gió điều hòa không khí, tạo ra điểm yếu trên bộ phận kết cấu. Dự án cũng bao gồm các bức tường đúc sẵn cao bất thường lên đến 8 mét với lỗ mở cửa sổ lớn. Một thách thức đáng kể khác là hình dạng tường khác nhau ở các tầng khác nhau, làm phức tạp việc truyền tải lực xuống các tầng dưới. Điều này đòi hỏi phân tích chi tiết để đảm bảo đường truyền tải trọng được quản lý hợp lý.
Truyền tải lực phức tạp và kết cấu ngầm cố định
Một thách thức khác xuất hiện ở kết cấu ngầm, nơi các bức tường từ tầng trên truyền tải trọng trực tiếp lên cột mà không có khả năng thiết kế lại hệ chịu lực. Điều này là do bố cục kết cấu đã bị khóa từ giai đoạn thiết kế sơ bộ, để lại rất ít linh hoạt cho thay đổi trong giai đoạn thiết kế chi tiết. Trong một trường hợp, các kỹ sư phải thiết kế dầm hộp thép tùy chỉnh để đỡ các lỗ mở lớn, đảm bảo tính toàn vẹn kết cấu của tường bất chấp tải trọng đáng kể.
Giải pháp IDEA StatiCa Detail mang lại hiệu quả vượt trội
Để giải quyết các thách thức của dự án này, Innopolis Insenerid OÜ đã sử dụng phần mềm IDEA StatiCa trong quy trình làm việc để đẩy nhanh tốc độ thiết kế tối đa. Cụ thể, ứng dụng IDEA StatiCa Detail ( nằm trong Bộ ứng dụng IDEA StatiCa Concrete) được sử dụng để mô hình hóa các dầm sâu phức tạp có vùng gián đoạn ứng suất.
“So với các phần mềm khác, tôi thích sự đơn giản của IDEA StatiCa và sự tập trung vào các ứng dụng thường ngày. Nhờ IDEA StatiCa, tôi có thể hình dung rõ ràng hành vi của tường dưới ứng suất thực tế, đặc biệt đối với các giải pháp phức tạp.”
Artur Andersalu
Kỹ sư Kết cấu Innopolis Insenerid OÜ
Estonia
Mô hình hóa dầm sâu có lỗ mở và vùng gián đoạn
Kỹ sư Artur Andersalu đã phân tích các bức tường bị suy yếu do lỗ mở cửa và cửa sổ. Ông có thể dễ dàng xác định điều kiện biên, chẳng hạn như cột thép được mô hình hóa bằng đỡ lò xo chỉ chịu nén và tường đỡ được mô hình hóa bằng tấm chịu lực cho điểm đỡ. Ông cũng mô hình hóa trần nhà để tính đến sự phân bố tải trọng đứng từ các tầng trên, đạt được luồng ứng suất chính xác hơn theo hình học và tải trọng. Các ứng suất đáng kể xuất hiện ở các góc, dẫn đến việc bổ sung cốt thép để tránh vết nứt rộng. Hơn nữa, ông có thể xác định và kiểm tra biến dạng theo tiêu chuẩn.
Xác minh độ tin cậy bằng phương pháp thanh giằng chùm nén
Để đảm bảo độ chính xác của thiết kế, kỹ sư cũng đã xác minh kết quả do IDEA StatiCa Detail tạo ra bằng phương pháp thanh giằng chùm nén. Việc so sánh được thực hiện trên dầm sâu không có lỗ mở để đánh giá sự phân bố lực. Bằng cách kiểm tra chéo kết quả, kỹ sư đã xác nhận độ tin cậy của phân tích từ phần mềm.
Tối ưu cốt thép và thiết kế gối đỡ cột
Thiết kế cũng bao gồm các dầm bê tông có lỗ mở đặt gần mép, tạo ra thách thức do lực cắt lớn ở các khu vực này. Để đảm bảo dầm có thể chịu được ứng suất, đội ngũ kỹ sư đã sử dụng IDEA StatiCa để phân tích sự phân bố tải trọng và tối ưu hóa cốt thép.
Để giải quyết tải trọng tập trung từ các tầng trên truyền trực tiếp lên cột trong kết cấu ngầm, đội ngũ kỹ sư đã thiết kế cột có gối đỡ. Các gối đỡ này phân bố ứng suất tốt hơn tại điểm đỡ của bộ phận tường, tránh các vấn đề về kiểm soát ứng suất giới hạn sử dụng. Bằng cách tích hợp gối đỡ, các kỹ sư đã duy trì tính toàn vẹn của đường truyền tải trọng mà không cần thay đổi thiết kế kiến trúc ban đầu, điều này cực kỳ quan trọng vì dự án không cho phép bất kỳ thay đổi kết cấu nào.
Kết luận và thành tựu dự án
Việc xây dựng khu phức hợp căn hộ tại Tallinn, Estonia là dự án đòi hỏi sự phối hợp cẩn thận và thiết kế kết cấu tiên tiến. IDEA StatiCa Detail là công cụ quan trọng trong việc kiểm tra tiêu chuẩn cho cột có gối đỡ và dầm sâu có vùng gián đoạn đáng kể, giúp đội ngũ vượt qua các thách thức như đường truyền tải trọng bất thường và lực cắt xung quanh lỗ mở.
Về Innopolis Insenerid OÜ
Innopolis là công ty kiến trúc và kỹ thuật toàn diện chuyên về giải pháp thiết kế xây dựng số hóa trên khu vực Bắc Âu và Baltic.
