[Design Talk #2] Triển khai thiết kế Nhà máy sản xuất sử dụng cấu kiện bê tông đúc sẵn – Giải pháp kết cấu Pontech

Chương 1: Giới thiệu dự án

Trong chuyên mục Design Talk số 2, Pontech xin giới thiệu cho quý độc giả một chủ đề thú vị về việc thiết kế sử dụng kết cấu bê tông đúc sẵn thông qua Dự án nhà máy sản xuất Pontech đã từng triển khai. Tại dự án này, Pontech đảm nhận việc chuyển hóa ý tưởng thiết kế ban đầu thành các bản vẽ thi công chi tiết (shop drawings) chính xác, hỗ trợ cho quá trình sản xuất và lắp dựng cấu kiện tại công trường.

Để thực hiện vai trò này, Pontech đã ứng dụng quy trình số hóa toàn diện trong thiết kế. Cụ thể, công ty sử dụng mô hình thông tin xây dựng (BIM) và AutoCAD làm hai công cụ chính cho dự án nhà máy sản xuất sử dụng kết cấu bê tông đúc sẵn. Phần mềm BIM 3D cho phép mô hình hóa kết cấu bê tông và thép, đặc biệt hữu ích cho việc chi tiết hóa cấu kiện đúc sẵn và tự động trích xuất bản vẽ. Trong khi đó, AutoCAD hỗ trợ hiệu chỉnh bản vẽ 2D truyền thống, đảm bảo hồ sơ bàn giao dễ dàng sử dụng tại nhà máy và công trường. Sự kết hợp giữa 2 phần mềm giúp Pontech tận dụng ưu điểm của cả mô hình 3D lẫn bản vẽ 2D, tạo ra quy trình thiết kế hiệu quả và chính xác.

Chương 2: Triển khai thiết kế cột bê tông đúc sẵn

2.1. Bố trí mặt bằng và đánh số cột đúc sẵn

Trong dự án, việc triển khai thiết kế cột bê tông đúc sẵn bắt đầu bằng việc nghiên cứu kỹ lưỡng bản vẽ mặt bằng kết cấu do đơn vị thiết kế cơ sở cung cấp. Dựa trên bản vẽ này, các kỹ sư xác định vị trí, cao độ, và tiết diện sơ bộ của từng cột.

Để quản lý hiệu quả, một lớp (layer) riêng cho hệ thống cột được tạo trên bản vẽ CAD. Tiếp theo là công đoạn đánh số cột theo một quy tắc nhất quán: ưu tiên đánh số từ khu vực trung tâm ra biên, từ trên xuống dưới. Mỗi loại cột, được phân định dựa trên chiều cao, loại liên kết, và vị trí (cột giữa, cột biên), sẽ được gán một mã hiệu duy nhất. Ví dụ, một cột tiết diện 300×300 ở giữa sẽ có mã hiệu khác với cột biên cùng tiết diện nhưng có thêm vai cột (console) để đỡ dầm.

Quy trình này tạo ra một danh sách mã hiệu cột hoàn chỉnh, đóng vai trò là cơ sở dữ liệu để quản lý sản xuất tại nhà máy và lắp dựng tại công trường, đảm bảo mỗi cấu kiện được sản xuất và lắp đặt đúng vị trí thiết kế.

2.2. Lập bản vẽ chi tiết cột (COF & ARM)

Sau công đoạn đánh số và phân loại, Pontech tiến hành triển khai bản vẽ chi tiết cho từng loại cột. Mỗi bản vẽ cột đúc sẵn thường bao gồm hai phần chính: bản vẽ COF và bản vẽ ARM. Đây là thuật ngữ kỹ thuật mà Pontech sử dụng:

• COF (Coffrage): là bản vẽ cốp pha hoặc bản vẽ hình dáng bê tông của cột. Bản vẽ COF thể hiện hình dạng hình học của cột (mặt cắt ngang, chiều cao, vị trí gờ, lỗ chờ nếu có), cũng như các đường nét thể hiện bề mặt bê tông sau khi đúc.
• ARM (Armature): là bản vẽ cốt thép của cột. Bản vẽ ARM trình bày chi tiết bố trí cốt thép dọc, cốt đai, móc neo, thép chờ… bên trong cột, bao gồm kích thước, số lượng và khoảng cách thép.

Mô hình thể hiện liên kết giữa cột và dầm precast. Có thể thấy rõ các bulong neo, bản đệm (shim plate) và khe hở thi công cần thiết.

Ảnh thực tế tại công trường thi công, cột đã được lắp đặt đúng theo bản vẽ COF & ARM. Cẩu đang tiến hành lắp đặt dầm chính lên hệ cột precast.

Để thực hiện, các loại cột được dựng mô hình 3D chi tiết. Mô hình này chứa đựng toàn bộ thông tin về hình học và cốt thép, cho phép kiểm tra xung đột và tính chính xác trước khi xuất bản vẽ. Từ mô hình 3D, các bản vẽ COF và ARM được tạo tự động và sau đó được kiểm tra, tinh chỉnh trên AutoCAD để đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn trình bày.

Trong dự án, hai loại cột chính là cột giữa và cột biên được phân biệt rõ ràng. Cột biên thường có thêm các chi tiết gờ hoặc console (Kết cấu nhô ra khỏi tường hoặc cột, chỉ được đỡ ở một đầu, dùng để đỡ dầm, sàn, mái hiên, lan can, v.v.) để liên kết với dầm biên, do đó bản vẽ chi tiết cũng sẽ khác biệt. Việc phân loại và đánh số chi tiết đến từng yếu tố (tiết diện, chiều cao, kiểu liên kết) đảm bảo rằng mỗi cấu kiện sản xuất ra đều chính xác tuyệt đối theo yêu cầu. Kết quả là một bộ bản vẽ thi công hoàn chỉnh, sẵn sàng cho việc gia công tại nhà máy và lắp dựng tại công trường.

Chương 3: Triển khai thiết kế dầm bê tông đúc sẵn

3.1. Sơ đồ mặt bằng mái và đánh số dầm

Bên cạnh cột, dầm bê tông đúc sẵn (precast beam) cũng là cấu kiện quan trọng trong kết cấu khung của dự án. Quá trình triển khai dầm bắt đầu từ bản vẽ bố trí hệ dầm trên mặt bằng mái hoặc mặt bằng kết cấu sàn mái. Bản vẽ này thể hiện sơ đồ dầm chính, dầm phụ, nhịp dầm, và vị trí tương quan với cột và tường.

Một layer riêng cho hệ dầm được thiết lập trên bản vẽ để quản lý. Việc đánh số dầm cũng tuân theo một hệ thống logic, thường là từ trên xuống dưới và từ trong ra ngoài. Các dầm được phân loại và gán mã hiệu duy nhất dựa trên các tiêu chí:

• Chức năng: Dầm chính (nối các cột) và dầm phụ (gác lên dầm chính hoặc tường) có ký hiệu riêng biệt.
• Đặc điểm hình học: Tiết diện, chiều dài, độ dốc mái (nếu có).
• Vị trí và liên kết: Dầm ở nhịp biên có thể có cấu tạo khác với dầm ở nhịp giữa.

Sau khi hoàn thành, danh sách mã hiệu dầm được đối chiếu với hệ thống cột để đảm bảo tính đồng bộ và chính xác của toàn bộ hệ khung kết cấu.

3.2. Lập bản vẽ chi tiết dầm (COF & ARM)

Với hệ thống mã hiệu đã được thiết lập, mỗi loại dầm được triển khai bản vẽ chi tiết COF và ARM. Quy trình thực hiện bao gồm:

• Mô hình hóa 3D: Tất cả các loại dầm được dựng mô hình chi tiết, bao gồm đầy đủ tiết diện, chiều dài, độ dốc, lỗ chờ và các chi tiết thép chờ liên kết.
• Xuất bản vẽ: Từ mô hình 3D, các bản vẽ 2D sẽ được xuất ra để phục vụ thi công, bao gồm các bản vẽ COF (thể hiện hình dáng, kích thước, vị trí gối tựa) và ARM (thể hiện bố trí cốt thép dọc, cốt đai, thép gia cường tại gối, thép chờ).
• Phân nhóm và hoàn thiện: Các bản vẽ được phân nhóm theo dầm chính và dầm phụ để dễ quản lý. Dầm chính thường có khẩu độ lớn và yêu cầu kết cấu phức tạp hơn. Các ghi chú, ký hiệu được rà soát và hoàn thiện trên AutoCAD.

Mô hình 3D thể hiện chi tiết hệ dầm chính và dầm phụ trong kết cấu mái. Dầm được mã hóa rõ ràng, thể hiện đúng tiết diện, độ dốc, và vị trí liên kết. Đây là bước mô hình hóa quan trọng trước khi xuất bản vẽ COF và ARM.

Các mã hiệu dầm này có thể được sử dụng để gắn tem nhận dạng hoặc mã QR lên từng cấu kiện khi sản xuất, hỗ trợ việc truy xuất thông tin nhanh chóng tại công trường, thể hiện sự kết nối giữa thiết kế và thi công. Kết quả là một bộ hồ sơ bản vẽ dầm hoàn chỉnh, sẵn sàng cho sản xuất và lắp dựng.

Chương 4: Triển khai thiết kế tường bê tông đúc sẵn

4.1. Bố trí mặt đứng tường và phân chia panel

Việc triển khai tường bê tông đúc sẵn bắt đầu từ bản vẽ bố trí mặt đứng tường (wall elevation layout). Bước đầu tiên là lược bỏ các chi tiết không liên quan đến kết cấu (hoàn thiện, trang trí) để tập trung vào hình dạng và kích thước cốt lõi của tường.

Bước quan trọng nhất là phân chia các mảng tường lớn thành các tấm (panel) nhỏ hơn, dễ dàng cho việc sản xuất, vận chuyển và lắp dựng. Việc phân chia này dựa trên các tiêu chí kỹ thuật như giới hạn về trọng lượng của cẩu, kích thước vận chuyển và vị trí các lỗ cửa. Các khe nối (joint) giữa các tấm cũng được thiết kế và bố trí hợp lý để đảm bảo thẩm mỹ và khả năng truyền lực.

Cuối cùng, một layer riêng cho hệ tường được tạo và mỗi panel được đánh số. Hệ thống đánh số thường dựa trên độ dày và vị trí của tường (ví dụ: W150-1 cho tường dày 150mm, hoặc EW-1 cho tường bao che – Exterior Wall). Việc này giúp phân loại và quản lý các panel có cấu tạo cốt thép và yêu cầu kỹ thuật khác nhau (chống thấm, cách nhiệt cho tường ngoài).

Bước này đòi hỏi kinh nghiệm thực tiễn vì phải cân bằng giữa yêu cầu kết cấu (kích thước tấm đủ chịu lực, vị trí khe nối tránh gây yếu) và yêu cầu thi công thực tế (tấm không quá lớn gây khó vận chuyển, lắp đặt). Nhờ kinh nghiệm triển khai nhiều dự án bê tông đúc sẵn công nghiệp, Pontech đưa ra được phương án chia các tấm (panel) tối ưu.

4.2. Lập bản vẽ chi tiết tường (COF & ARM)

Dựa trên sơ đồ phân chia panel, bản vẽ chi tiết COF và ARM được lập cho từng loại tấm tường.

• Bản vẽ COF: Thể hiện chính xác kích thước (dài, rộng, dày) của tấm (panel), vị trí và kích thước các lỗ cửa. Đặc biệt, bản vẽ này chỉ rõ vị trí các chi tiết chôn sẵn (embedment) như bản mã liên kết, tai cẩu, bu lông chờ phục vụ cho quá trình lắp dựng.
• Bản vẽ ARM: Thể hiện chi tiết hệ lưới cốt thép (thường là 1 hoặc 2 lớp), thép gia cường tại các vị trí mép và xung quanh lỗ mở để chống nứt. Bảng thống kê cốt thép cũng được đính kèm.

Do tường đúc sẵn yêu cầu độ chính xác cực cao để các tấm có thể lắp ghép khớp với nhau, các bản vẽ luôn ghi rõ dung sai cho phép (ví dụ: dung sai kích thước ±5mm). Các chi tiết về liên kết giữa các tấm tường và liên kết với khung kết cấu cũng được thể hiện rõ ràng, đảm bảo khi ra công trường, đội lắp dựng biết cách ghép các panel tường lại với nhau và neo chúng vào khung kết cấu chính.

Thi công lắp dựng các tấm tường bê tông đúc sẵn tại công trường. Các panel tường được đúc sẵn giúp rút ngắn thời gian xây dựng và đảm bảo chất lượng bề mặt.

Chương 5: Chi tiết liên kết trong kết cấu bê tông đúc sẵn

Trong kết cấu bê tông đúc sẵn, các chi tiết liên kết (connection details) giữ vai trò quyết định đến khả năng làm việc đồng bộ của toàn hệ khung.

5.1. Liên kết dầm chính – dầm phụ (thép chờ – clavetage)

Liên kết giữa dầm chính và dầm phụ tại dự án được thực hiện theo dạng Clavetage – một kiểu “mạch khóa” bê tông. Dầm chính được đúc sẵn với hốc hoặc rãnh, dầm phụ có các thanh thép chờ đầu mút. Khi lắp dựng, thép chờ từ dầm phụ được đưa vào rãnh, xen kẽ với thép chờ từ dầm chính, sau đó rót vữa (grout) cường độ cao để khóa liên kết.

Chi tiết bản vẽ thể hiện số lượng, chiều dài, cao độ thép chờ, vật liệu vữa (ví dụ: non-shrink 50 MPa) và hướng dẫn thi công: đặt dầm, căn chỉnh tấm chêm (shim), giữ tạm, rồi rót vữa. Cách thiết kế này đảm bảo khả năng chịu lực, mô-men và độ võng theo yêu cầu tiêu chuẩn.

5.2. Liên kết cột – dầm (gối kê Neoprene và bản đệm)

Liên kết quan trọng thứ hai trong dự án kết cấu bê tông đúc sẵn là liên kết giữa dầm chính và cột. Dầm kết cấu bê tông đúc sẵn thường gối lên đầu cột hoặc console, sử dụng tấm cao su Neoprene để truyền tải trọng êm và giảm ứng suất tập trung. Bản vẽ Pontech chỉ rõ kích thước, vị trí đặt, độ cứng vật liệu (ví dụ: 70 Shore A) và số lượng tấm. Ngoài ra, bản đệm thép (shim plate) được dùng để điều chỉnh cao độ chính xác. Nếu dùng bu lông neo, bản vẽ thể hiện cả lỗ chờ, kích thước và cao độ bu lông.

Nhờ bản vẽ chi tiết này, quá trình lắp dầm lên cột diễn ra thuận lợi: đội thi công biết chính xác phải đặt bao nhiêu tấm Neoprene, chèn bao nhiêu tấm đệm để căn chỉnh cao độ, và xiết bu lông ra sao. Gối cao su Neoprene đóng vai trò giảm chấn và điều chỉnh sai số nhỏ, đảm bảo dầm truyền tải xuống cột một cách êm (tránh va chạm cứng) và tránh nứt vỡ bê tông cục bộ.

Ngoài hai liên kết trên, Pontech còn xem xét các chi tiết liên kết khác trong dự án như liên kết tường – cột/dầm (có thể bằng thép râu hoặc bản mã nhúng sẵn), liên kết chân tường vào nền móng, v.v. Tất cả được thiết kế tuân theo nguyên tắc chung: đảm bảo khả năng chịu lực, tính dễ thi công, và tuân thủ tiêu chuẩn thiết kế. Mỗi liên kết quan trọng đều có bản vẽ chi tiết kèm hướng dẫn lắp đặt rõ ràng.

Chương 6: Kết luận

Hoàn thành triển khai thiết kế chi tiết cho cột, dầm, tường và các liên kết, Pontech đã giúp dự án có được một bộ hồ sơ kỹ thuật chất lượng cao cho giải pháp kết cấu bê tông đúc sẵn. Quy trình làm việc chuyên nghiệp – từ số hóa mô hình kết cấu, đánh số cấu kiện, xuất bản vẽ COF/ARM – đảm bảo rằng mọi cấu kiện bê tông đúc sẵn đều được định nghĩa chính xác và phối hợp nhịp nhàng trong tổng thể công trình. Điều này không chỉ giúp nhà máy sản xuất và công trường thi công thuận lợi, mà còn giảm thiểu rủi ro sai sót, tiết kiệm thời gian và chi phí.

Bạn đọc quan tâm có thể tìm hiểu thêm về các dự án khác cũng như các bài phân tích chuyên sâu trên website chính thức của Pontech hoặc liên hệ trực tiếp với Pontech để được tư vấn về giải pháp kết cấu.