Giới thiệu dự án
Sự phát triển kinh tế – xã hội tại các đô thị ven biển tạo ra nhu cầu cấp thiết về cơ sở hạ tầng y tế chất lượng cao. Tại TP. Nha Trang (Khánh Hòa) – trung tâm du lịch đón hơn 7 triệu lượt khách/năm, mạng lưới y tế công lập thường xuyên quá tải với công suất sử dụng giường bệnh vượt 110–125%. Dự án Bệnh viện Đa khoa Tâm Trí Nha Trang được nghiên cứu và thiết kế nhằm giải quyết bài toán cấp thiết về hạ tầng y tế kỹ thuật cao, phục vụ người dân địa phương và khách du lịch quốc tế.
+------------------------------------------------------------------------------------+
| QUY MÔ CÔNG TRÌNH: BỆNH VIỆN ĐA KHOA TÂM TRÍ NHA TRANG |
| - Địa điểm: Số 57 Cao Thắng, Phường Phước Long, TP. Nha Trang, Tỉnh Khánh Hòa |
| - Quy mô: 12 tầng nổi | Chiều cao: +46.00 m | Kích thước mặt bằng: 31 m x 52 m |
| - Công suất thiết kế: 200 giường bệnh nội trú | 8 phòng mổ áp lực dương |
| - Kết cấu: Khung không gian bê tông cốt thép (BTCT) toàn khối kết hợp vách lõi |
+------------------------------------------------------------------------------------+
Vấn đề kỹ thuật đặt ra (Problem Statement)
Thiết kế công trình y tế 12 tầng trên nền đất ven biển Nha Trang đối mặt với 3 thách thức kỹ thuật lớn:
- Yêu cầu không gian chức năng y tế nghiêm ngặt: Khẩu độ lưới cột lớn ($6.0\text{ m} \times 6.6\text{ m}$), tải trọng thiết bị nặng (MRI, CT Scanner, hệ thống bồn oxy lỏng) và tải trọng hoạt tải lớn ($4.8\text{ kN/m}^2$).
- Khí hậu ven biển và tải trọng gió vùng II-A: Chiều cao đỉnh $46.0\text{ m}$ đòi hỏi hệ kết cấu kháng chấn và chống chuyển vị ngang chuẩn xác theo TCVN 2737:2020 và TCXDVN 229:1999.
- Địa chất phức tạp: Lớp đất mặt yếu dạng sét pha cấp II đòi hỏi giải pháp móng sâu tối ưu nhằm kiểm soát lún lệch tuyệt đối cho hệ thống máy móc chẩn đoán hình ảnh.
Mục tiêu dự án
- Kiến trúc (15%): Hoàn thiện tổng mặt bằng, phân khu 200 giường bệnh, luồng giao thông sạch – dơ phân tách 1 chiều, hệ thống giếng trời thông tầng lõi trung tâm.
- Kết cấu (60%): Thiết kế hệ thống chịu lực bê tông cốt thép toàn khối B25 ($R_b = 14.5\text{ MPa}$), kiểm toán an toàn bản sàn tầng 5, cầu thang bộ, khung không gian trục 8 và móng cọc chịu tải trọng động.
- Thi công & Dự toán (25%): Lập biện pháp kỹ thuật thi công phần thân (tầng 1–5), tính toán tiến độ cơ giới hóa và lập dự toán chi phí chi tiết.
Phạm vi và giới hạn (Scope & Limitations)
- Phạm vi: Khảo sát tải trọng 12 tầng nổi, tính toán chi tiết sàn tầng 5, khung trục 8, so sánh 2 phương án móng cọc (cọc ép BTCT $350\times350\text{ mm}$ vs cọc khoan nhồi $D800\text{ mm}$) và lập dự toán phần thân tầng 1–5.
- Giới hạn: Không bố trí tầng hầm do mực nước ngầm và điều kiện cho thuê đất hiện hữu; tính toán kết cấu ngàm cứng tại mặt trên đài móng.
Phân tích và thiết kế giải pháp
Phân tích hiện trạng
| Tiêu chí so sánh |
Giải pháp Kết cấu Khung thuần túy |
Giải pháp Khung BTCT + Vách cứng lõi (Chọn) |
Giải pháp Kết cấu Thép liên hợp |
| Độ cứng chống xoắn/ngang |
Thấp, chuyển vị đỉnh $\Delta > H/500$ |
Rất cao ($\Delta/H \le 1/750$) |
Cao nhưng nhạy cảm rung động |
| Khả năng chống ăn mòn biển |
Khá |
Tối ưu (bê tông B25 phủ dày $\ge 25\text{ mm}$) |
Kém, chi phí sơn bảo vệ cao |
| Chi phí xây lắp m2 sàn |
Trung bình (100%) |
Tối ưu kinh tế (108%) |
Cao (145–160%) |
| Phù hợp công năng bệnh viện |
Bị giới hạn tiết diện cột lớn |
Lõi giếng thang máy tận dụng làm vách chịu lực |
Yêu cầu bọc chống cháy phức tạp |
Ma trận ưu tiên yêu cầu kỹ thuật (MoSCoW)
- Must-have: Khung không gian BTCT toàn khối B25; Vách thang máy $b_{vach} = 200\text{ mm}$; Khả năng chịu gió bão cấp 12 vùng II-A ($W_0 = 0.83\text{ kN/m}^2$).
- Should-have: Hệ thống phòng mổ vô trùng áp lực dương; Cửa chì bọc chống xạ phòng X-quang/CT; Lớp chống thấm Sika Membrane 3 lớp sàn vệ sinh/kỹ thuật.
- Could-have: Tối ưu hóa hàm lượng cốt thép dầm chính $< 1.8%$, cột $< 2.5%$.
- Won't-have: Kết cấu sàn dự ứng lực căng sau (chưa áp dụng cho công trình này để giảm chi phí đầu tư ban đầu).
Thiết kế hệ thống
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| SƠ ĐỒ HỆ THỐNG KẾT CẤU KHUNG KHÔNG GIAN + VÁCH CỨNG (TRỤC 8) |
| |
| [MÁI +46.00m] =====[ Dầm chính 300x500 ]=====[ Dầm chính 300x500 ]===== |
| | | |
| [TẦNG 5-11] |-- Cột C1 (600x800) --| |-- Vách Lõi b=200mm --| |
| | Sàn hs=140mm | | Sàn hs=140mm | |
| [TẦNG 1-4] |-- Cột C1 (700x900) --| |-- Vách Lõi b=200mm --| |
| | | |
| [MÓNG cọc ép] [Đài móng 5 cọc 350x350] [Đài móng 6 cọc 350x350] |
| Sức chịu tải: Qa=950 kN Sức chịu tải: Qa=950 kN |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
1. Thông số vật liệu và quy chuẩn áp dụng
- Tiêu chuẩn thiết kế: TCVN 2737:2020 (Tải trọng & Tác động), TCVN 5574:2018 (Kết cấu BTCT), TCXD 198:1997 (Nhà cao tầng BTCT toàn khối), TCVN 10304:2014 (Móng cọc).
- Bê tông: Cấp độ bền B25 có $R_b = 14.5\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1.05\text{ MPa}$, môđun đàn hồi $E_b = 30 \times 10^3\text{ MPa}$.
- Cốt thép:
- $\Phi < 10\text{ mm}$: Thép CB240-T ($R_s = 225\text{ MPa}, R_{sw} = 175\text{ MPa}, E_s = 21 \times 10^4\text{ MPa}$).
- $\Phi \ge 10\text{ mm}$: Thép CB300-V / CII ($R_s = 280\text{ MPa}, R_{sw} = 225\text{ MPa}, E_s = 21 \times 10^4\text{ MPa}, \xi_R = 0.623$).
2. Thuật toán và công thức tính toán cấu kiện chính
a. Sơ bộ chiều dày bản sàn
Chiều dày bản sàn $h_s$ được xác định theo điều kiện độ võng và nhịp cạnh ngắn $L_1$:
$$h_s = \frac{D}{m} \cdot L_1$$
Trong đó: $D = 0.8 \div 1.4$ (chọn $D = 1.0$ phụ thuộc tải trọng); $m = 40 \div 45$ cho bản kê 4 cạnh ($L_2/L_1 \le 2$), $m = 30 \div 35$ cho bản dầm 1 phương ($L_2/L_1 > 2$).
- Với ô bản sàn điển hình S19 ($5.9\text{ m} \times 6.0\text{ m}$): Tỷ số $L_2/L_1 = 6.0 / 5.9 = 1.01 < 2 \rightarrow$ Bản kê 4 cạnh.
- Tính toán: $h_s = \frac{1}{40 \div 45} \times 5900 = 131.1 \div 147.5\text{ mm} \rightarrow$ Chọn $h_s = 140\text{ mm}$.
b. Tải trọng tác dụng lên sàn tầng 5
Cấu tạo sàn tầng 5 (Không chống thấm):
1. Gạch Ceramic dày 10mm : gamma = 20 kN/m3; n = 1.1 -> gstt = 0.22 kN/m2
2. Vữa lót M50 dày 30mm : gamma = 18 kN/m3; n = 1.2 -> gstt = 0.65 kN/m2
3. Bản BTCT B25 dày 140mm : gamma = 25 kN/m3; n = 1.1 -> gstt = 3.85 kN/m2
4. Trần treo & ống kỹ thuật M&E : gamma = 0.5 kN/m2;n = 1.2 -> gstt = 0.60 kN/m2
----------------------------------------------------------------------------------
TỔNG TĨNH TẢI BẢN THÂN (gstt) = 5.32 kN/m2
HOẠT TẢI TÍNH TOÁN (ptt): Buồng bệnh = 2.40 kN/m2 | Hành lang = 4.80 kN/m2
Tải trọng tường xây trên sàn được quy đổi tương đương phân bố đều:
$$g_t = \frac{\delta \cdot l \cdot h \cdot \gamma}{F} \cdot n$$
(Ví dụ ô S14: tường dày $\delta=0.1\text{ m}$, cao $h=4.06\text{ m}$, dài $l=4.5\text{ m}$, diện tích $F=31.32\text{ m}^2 \rightarrow g_t = 2.52\text{ kN/m}^2$).
c. Sơ bộ tiết diện cột khung
Diện tích tiết diện cột $A_c$ tính theo lực dọc tích lũy $N$:
$$A_c \ge k \cdot \frac{N}{R_b} = k \cdot \frac{\sum (q_i \cdot n_i \cdot S_i)}{R_b}$$
Trong đó: $k = 1.1 \div 1.3$ (kể đến uốn lệch tâm); $q_i = 12 \div 15\text{ kN/m}^2$; $S_i$ là diện tích truyền tải.
- Tiết diện cột tầng 1–4: chọn Cột $700 \times 900\text{ mm}$; Tầng 5–8: Cột $600 \times 800\text{ mm}$; Tầng 9–12: Cột $500 \times 600\text{ mm}$.
d. Vách cứng thang máy
Theo TCXD 198:1997, chiều dày vách thỏa mãn:
$$b_{vach} \ge \max\left(150\text{ mm}, \frac{h_{tang}}{20}\right) = \max\left(150, \frac{3800}{20} = 190\text{ mm}\right) \rightarrow \text{Chọn } b_{vach} = 200\text{ mm}$$
Methodology
Quy trình triển khai đồ án kết hợp mô hình phân tích kết cấu 3 chiều (3D FEM) và quản lý khối lượng thi công đồng bộ:
[Khảo sát địa chất & Kiến trúc]
Quản lý rủi ro kỹ thuật (Risk Assessment)
- Lún lệch đầu cọc móng: Áp dụng phương pháp cọc ngàm vào tầng sét chặt có sức chịu tải $Q_a \ge 950\text{ kN}$, kiểm tra khối móng quy ước tại lớp đất yếu phía dưới.
- Nứt co ngót bản sàn tầng lớn ($31\text{ m} \times 52\text{ m}$): Bố trí khe co giãn hoặc phụ gia giảm co ngót trương nở, đặt thép mũ chịu momen âm liên tục tại gối dầm.
Implementation và kết quả
Development process & Tính toán kết cấu
1. Phân tích nội lực khung trục 8 (Mô hình ETABS/SAP2000)
Mô hình khung phẳng trục 8 chịu tác động của tải trọng đứng (Tĩnh tải $G$, Hoạt tải $P$) và tải trọng ngang (Gió trái $W_T$, Gió phải $W_P$, Gió động $W_D$).
# Pseudo-code / Algorithm logic tính toán cốt thép dầm chịu uốn (TCVN 5574:2018)
def design_beam_flexure(M_u, b, h, a, R_b, R_s):
"""
Tính diện tích cốt thép dọc cho tiết diện chữ nhật b x h
M_u: Momen uốn tính toán (kNm)
"""
h_0 = h - a # Chiều cao làm việc (mm)
alpha_m = (M_u * 1e6) / (R_b * b * (h_0 ** 2))
# Giới hạn chiều cao vùng nén
alpha_R = 0.437 # với bê tông B25, thép CB300-V
if alpha_m > alpha_R:
return "Cần đặt cốt kép (As & As')"
zeta = 0.5 * (1 + (1 - 2 * alpha_m) ** 0.5)
A_s = (M_u * 1e6) / (R_s * zeta * h_0)
mu_percent = (A_s / (b * h_0)) * 100
return A_s, mu_percent
# Kết quả kiểm toán dầm trục 8 tầng 1 (Dầm B267: 300x500mm, M_max = 184.5 kNm):
# -> A_s yêu cầu = 1682 mm2 -> Bố trí 4 Phi 22 + 2 Phi 20 (A_s chọn = 2148 mm2, mu = 1.56%)
2. Kiểm tra khả năng chịu cắt cốt đai dầm:
Lực cắt lớn nhất $Q_{max} = 142.6\text{ kN}$. Khả năng chịu cắt của bê tông:
$$Q_b = \frac{1.5 R_{bt} b h_0^2}{c} \ge 0.5 R_{bt} b h_0 = 0.5 \times 1.05 \times 300 \times 460 = 72.45\text{ kN}$$
Bố trí đai $\phi 8\text{a}100$ tại đoạn $1/4$ nhịp gần gối và $\phi 8\text{a}200$ ở giữa nhịp, thỏa mãn điều kiện chống cắt: $Q \le Q_b + Q_{sw}$.
Testing và validation
Kiểm toán các chỉ tiêu biến dạng & chuyển vị công trình
| Thông số kiểm tra |
Giá trị tính toán |
Giới hạn tiêu chuẩn |
Trạng thái kỹ thuật |
| Chu kỳ dao động riêng $T_1$ (Mode 1) |
1.12 s |
$< 1.50\text{ s}$ |
Đạt yêu cầu động lực học |
| Chuyển vị ngang đỉnh nhà ($\Delta_{max}$) |
$41.8\text{ mm}$ |
$\le H/500 = 46000/500 = 92\text{ mm}$ |
An toàn tuyệt đối (Đạt 45.4% max) |
| Góc xoay lệch tầng ($\Delta h / h$) |
$1/920$ |
$\le 1/600$ |
Khống chế biến dạng nứt tường xây |
| Độ võng dài hạn sàn S19 ($f_{max}$) |
$11.4\text{ mm}$ |
$\le L/200 = 5900/200 = 29.5\text{ mm}$ |
Thỏa mãn TTGH II |
| Độ mở rộng vết nứt ($a_{crc}$) |
$0.18\text{ mm}$ |
$\le a_{crc,gh} = 0.30\text{ mm}$ |
Không rỉ cốt thép ven biển |
Kết quả đạt được
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| TỔNG HỢP KHỐI LƯỢNG XÂY LẮP CHÍNH (PHẦN THÂN TẦNG 1 - TẦNG 5) |
| |
| 1. Bê tông thương phẩm B25 : 3,412.50 m3 |
| 2. Ván khuôn định hình thép/gỗ : 18,240.00 m2 |
| 3. Cốt thép xây dựng (CB240/300): 426.50 tấn (Hàm lượng tb: 125 kg/m3 bê tông) |
| 4. Khối xây tường gạch ống : 4,890.00 m2 |
| 5. Công tác trát và bả sơn : 12,350.00 m2 |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
- Tiến độ thi công: 180 ngày cho phần kết cấu thân từ tầng 1 đến tầng 5, áp dụng chu kỳ luân chuyển ván khuôn 14 ngày/sàn.
- Sai số dự toán: Bóc tách chi tiết đến từng cấu kiện đài cọc, cột, dầm, sàn đạt mức tương thích 98% theo bộ định mức dự toán xây dựng hiện hành.
Đổi mới và đóng góp
- Tối ưu hóa sơ đồ kết cấu chịu lực: Sử dụng hệ kết cấu Khung kết hợp Lõi cứng thang máy giúp tăng độ cứng tổng thể của công trình lên 32% so với khung thuần túy, giảm tiết diện cột trung tâm từ $900\times1100\text{ mm}$ xuống $700\times900\text{ mm}$, tăng diện tích thông thủy buồng bệnh thêm $148\text{ m}^2$.
- So sánh - Lựa chọn giải pháp móng kinh tế:
- Phương án 1: Móng cọc ép $350\times350\text{ mm}$ (Sức chịu tải $Q_a = 950\text{ kN}$, cọc dài $24\text{ m}$).
- Phương án 2: Móng cọc khoan nhồi $D800\text{ mm}$ (Sức chịu tải $Q_a = 2850\text{ kN}$).
- Đánh giá: Phương án móng cọc ép $350\times350\text{ mm}$ tiết kiệm 18.5% chi phí xây lắp móng, giảm thời gian thi công nhờ điều kiện mặt bằng rộng rãi và nguồn cung cọc đúc sẵn dồi dào tại Khánh Hòa.
- Bố trí kiến trúc vi khí hậu bệnh viện: Thiết kế lõi giếng trời thông tầng giữa tâm công trình giúp tăng cường thông gió tự nhiên, giảm năng lượng làm mát HVAC dự kiến 14.2%.
Ứng dụng thực tế và triển khai
Khả năng ứng dụng thực tiễn
Hồ sơ thiết kế và biện pháp thi công của đồ án đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn vận hành thực tế cho dự án Bệnh viện Đa khoa Tâm Trí Nha Trang tại 57 Cao Thắng:
- Tổ chức thi công: Bố trí 01 cẩu tháp cố định tầm với $R=55\text{ m}$, tải trọng đầu cần $2.5\text{ tấn}$; 02 vận thăng lồng $1.5\text{ tấn}$ vận chuyển vật tư hoàn thiện.
- Biện pháp an toàn: Hệ thống lưới chắn bụi ngoài nhà bao che toàn bộ chu vi $31\times52\text{ m}$, hệ giàn giáo chịu lực định hình đạt chuẩn tải trọng $P \ge 2.5\text{ kN/m}^2$.
KẾ HOẠCH TIẾN ĐỘ THI CÔNG TẦNG ĐIỂN HÌNH (14 NGÀY/TẦNG):
[Ngày 1-3] : Thi công cốt thép, ván khuôn cột & vách lõi thang máy
[Ngày 4] : Đổ bê tông cột vách B25
[Ngày 5-8] : Lắp dựng hệ đà giáo, ván khuôn dầm và sàn
[Ngày 9-11] : Gia công lắp đặt cốt thép dầm sàn, lắp ống luồn M&E âm sàn
[Ngày 12] : Đổ bê tông dầm sàn bằng bơm cần
[Ngày 13-14] : Bảo dưỡng ẩm bê tông, tháo dỡ định kỳ và luân chuyển cốp pha
Hạn chế và hướng phát triển
Hạn chế kỹ thuật
- Đồ án tính toán theo phương pháp khung phẳng trục 8 giải tích, chưa xét đến hiệu ứng tương tác đất – kết cấu (Soil-Structure Interaction – SSI) phi tuyến toàn diện trong bài toán động đất.
- Chưa áp dụng giải pháp sàn ô cờ hoặc sàn bóng rỗng BubbleDeck để giảm tĩnh tải bản thân cho nhịp lớn $> 8\text{ m}$.
Hướng phát triển
- Ứng dụng mô hình hóa thông tin công trình (BIM - Revit Structure & Navisworks) để phát hiện xung đột không gian (clash detection) giữa kết cấu BTCT và hệ thống cơ điện lạnh MEP bệnh viện.
- Nghiên cứu giải pháp kháng chấn cách chấn đáy móng (Base Isolation - gối cao su chì LRB) cho các khối phòng mổ đặc biệt.
Đối tượng hưởng lợi
- Sinh viên & Kỹ sư mới tốt nghiệp: Tài liệu mẫu chuẩn mực về tính toán kết cấu nhà cao tầng từ sàn, cầu thang, khung không gian đến đài móng cọc ép theo chuỗi tiêu chuẩn TCVN mới nhất.
- Chủ đầu tư & Ban quản lý dự án y tế: Nắm bắt cơ cấu phân bổ chi phí xây lắp (phần kết cấu chiếm ~60%, hoàn thiện ~25%, móng ~15%) và tiến độ kiểm soát giải ngân.
- Đơn vị tư vấn thiết kế & Nhà thầu thi công: Giải pháp tham chiếu về tổ hợp tải trọng gió động miền Trung và biện pháp luân chuyển ván khuôn an toàn cho nhà cao tầng.
Câu hỏi thường gặp
1. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi để triển khai thi công sàn tầng 5 bệnh viện?
Sàn tầng 5 chứa 8 phòng mổ yêu cầu mác bê tông B25, độ dày bản sàn $h_s = 140\text{ mm}$, tải trọng tĩnh lớp hoàn thiện $5.32\text{ kN/m}^2$, hoạt tải buồng bệnh $2.4\text{ kN/m}^2$ và bố trí lớp chống thấm bề mặt đàn hồi Polyurethane chuyên dụng.
2. Tại sao chọn móng cọc ép $350\times350\text{ mm}$ thay vì cọc khoan nhồi?
Nền địa chất tại vị trí xây dựng có lớp sét pha dẻo cứng ở độ sâu $-18\text{ m}$ đến $-24\text{ m}$. Cọc ép $350\times350\text{ mm}$ hạ bằng máy ép thủy lực $P_{max} = 200\text{ tấn}$ đảm bảo sức chịu tải thiết kế $950\text{ kN/cọc}$, không gây ồn, không sạt lở thành vách như cọc khoan nhồi và tiết kiệm $18.5%$ tổng kinh phí móng.
3. Kiểm soát chuyển vị đỉnh công trình $46\text{ m}$ trước bão biển Nha Trang như thế nào?
Bằng cách bổ sung vách cứng lõi thang máy dày $200\text{ mm}$, độ cứng ngang tăng vọt, giúp chuyển vị đỉnh tính toán chỉ đạt $41.8\text{ mm}$, hoàn toàn nằm trong giới hạn cho phép $H/500 = 92\text{ mm}$ theo TCXD 198:1997.
4. Công tác hoàn thiện tường phòng X-Quang, CT Scanner có gì đặc biệt?
Tường ngăn phòng chụp X-quang được trát vữa Barit dày $\ge 25\text{ mm}$ hoặc ốp tấm chì dày $2\text{ mm}$, cửa đi bọc chì chống bức xạ thứ cấp theo tiêu chuẩn an toàn y tế quốc tế.
5. Suất đầu tư xây thô công trình bệnh viện 12 tầng này là bao nhiêu?
Theo tính toán dự toán phần thân tầng 1–5, suất đầu tư xây thô phần kết cấu bê tông cốt thép dao động khoảng $4.2 - 4.8\text{ triệu VNĐ/m}^2$ sàn xây dựng (thời giá hoàn thành đồ án).
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế Bệnh viện Đa khoa Tâm Trí Nha Trang" do sinh viên Nguyễn Văn Trọng thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Lê Chí Phát, ThS. Lê Thị Kim Anh và ThS. Lê Thị Phượng đã hoàn thành trọn vẹn và xuất sắc khối lượng nghiên cứu:
- Đưa ra giải pháp kiến trúc y tế chuẩn mực 200 giường bệnh, phân khu thông minh với lõi thông tầng vi khí hậu.
- Thiết kế hệ kết cấu khung không gian BTCT kết hợp vách cứng thang máy chịu lực an toàn dưới tổ hợp tải trọng gió bão vùng II-A và tải trọng thiết bị y tế nặng.
- Tối ưu hóa bài toán kinh tế móng cọc ép và lập kế hoạch tổ chức thi công – dự toán minh bạch, khả thi.
Nghiên cứu là tài liệu tham khảo giá trị cao cho cộng đồng kỹ sư xây dựng dân dụng & công nghiệp trong thiết kế và thi công các công trình y tế cao tầng ven biển Việt Nam.