Trụ sở mới của ngân hàng Santander tại Vương quốc Anh đã hợp nhất bốn văn phòng hiện có thành một trung tâm chính tại Milton Keynes, cách London khoảng 80 km về phía bắc. Dự án mang tên Unity Place sẽ là nơi làm việc của khoảng 5.000 nhân viên Santander. Với tổng vốn đầu tư 150 triệu bảng Anh, công trình bao gồm bốn tòa nhà mới xây dựng trên nền một bãi đỗ xe cũ, được kết nối bằng ba giếng trời lớn nhằm tối ưu hóa ánh sáng tự nhiên trong toàn bộ tổ hợp. Ngoài ra, dự án còn bao gồm bãi đỗ xe ô tô và xe đạp tại hai tầng hầm, cùng không gian cảnh quan xanh với cây xanh và khu vực ghế nghỉ. Santander đã lựa chọn WSP làm đối tác thiết kế cho công trình này.
Tuy nhiên, tầm nhìn của Santander đối với Unity Place vượt xa chức năng của một trụ sở ngân hàng thông thường. Là một trong những công trình đầu tiên mà hành khách nhìn thấy khi ra khỏi ga tàu Milton Keynes, tòa nhà được kỳ vọng sẽ trở thành một biểu tượng trung tâm của cộng đồng — nơi làm việc, tham quan và sinh sống.
Do đó, tổ hợp còn tích hợp các không gian thương mại đô thị, cửa hàng bán lẻ, khu tư vấn, khán phòng, và các tiện ích sức khỏe như phòng gym và phòng tập yoga. Mái nhà sẽ được mở cửa công cộng, bao gồm sân hiên và đường chạy bộ. Nhiệm vụ của WSP là thiết kế một kết cấu công trình ổn định, bền vững mà không làm ảnh hưởng đến tầm nhìn kiến trúc đầy tham vọng của Santander.
Santander có những yêu cầu đặc biệt về thẩm mỹ cho tòa nhà, dẫn đến một thiết kế không giống như thông thường. Mặc dù các khớp nối chuyển động thường được sử dụng để bù đắp sự thay đổi nhiệt độ trong các tòa nhà do sự co ngót và nứt của bê tông theo thời gian, nhưng khớp nối chuyển động không được áp dụng cho dự án này. “Chúng tôi gặp thử thách trong việc thiết kế một tòa nhà mà không sử dụng khớp nối chuyển động, vì những khớp nối này thường đòi hỏi phải thêm các cột đôi, điều này sẽ ảnh hưởng lớn đến tính thẩm mỹ của bố trí nội thất,” ông Billy Kelham, kỹ sư kết cấu tại WSP cho biết.
Để giải quyết vấn đề chuyển động nhiệt trong suốt quá trình thi công, WSP đã phải tìm cách áp dụng các khớp nối chuyển động tạm thời để cho phép bê tông co giãn, sau đó xây dựng các yếu tố kề cận và lấp đầy các khớp nối tạm thời sau khi quá trình xử lý bê tông hoàn tất.
Mặc dù thiết kế có độ phức tạp cao, WSP vẫn phải tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường nghiêm ngặt. Để đạt được mục tiêu của Vương quốc Anh là xây dựng các công trình không phát thải carbon (carbon zero) vào năm 2050, Chính phủ Anh đã thành lập Sáng kiến Chuyển đổi Năng lượng London, một nhóm gồm hơn 1.000 chuyên gia môi trường, nhằm đặt ra các hướng dẫn và biện pháp mới cho tất cả các công trình xây dựng mới phải tuân thủ để đạt được mục tiêu này.
Các biện pháp này yêu cầu tổng lượng carbon được tích lũy trong toàn bộ các công trình xây dựng mới không được vượt quá 600 kg/m² vào năm 2020 và 350 kg/m² vào năm 2030. Điều này bao gồm toàn bộ công trình, từ kết cấu, thiết bị cơ điện, hệ thống ống nước, mặt tiền, đến các hoàn thiện kiến trúc. Unity Place phải đáp ứng các tiêu chuẩn này, nhưng nhận ra rằng việc xây dựng văn phòng truyền thống với kết cấu thép hỗ trợ các tấm kim loại tổng hợp sẽ tạo ra quá nhiều khí thải do năng lượng cao trong quá trình sản xuất các yếu tố thép.
Đối mặt với những thách thức này, WSP cần có khả năng thiết kế kết cấu tiên tiến để tiến hành giải pháp kết cấu bằng bê tông.
Tổ chức đã nhận ra rằng họ có thể đáp ứng tất cả các yêu cầu của dự án bằng cách sử dụng các ứng dụng kỹ thuật kết cấu từ Bentley Systems. Họ đầu tiên xác định rằng một kết cấu bê tông sẽ là lựa chọn ưu việt hơn so với kết cấu thép, vì kết cấu bê tông sẽ tạo ra ít carbon hơn trong quá trình thi công. Sử dụng RAM Concept, họ tối ưu hóa kết cấu sàn bê tông căng kéo có mặt trong tám tầng của kết cấu chính trong giai đoạn đầu của thiết kế, chi tiết hóa cách tạo ra một sàn làm việc an toàn và hiệu quả.
Một ví dụ khác về cách nhóm thiết kế sử dụng phần mềm Bentley để cải thiện hiệu quả thiết kế và giảm lượng carbon tích lũy là thiết kế của móng bè. Sàn bê tông có độ sâu thay đổi từ 0.8 mét đến 1 mét và chịu tải lên lớp đất sét ở độ sâu 10 mét dưới mặt đất do có hai tầng hầm. Khi đất sét được giải phóng, quá trình đào đất xảy ra sẽ khiến đất sét giãn nở, tạo ra lực nâng gọi là "heave". Sử dụng các nghiên cứu địa kỹ thuật, nhóm thiết kế tính toán lực nâng này tương đương với 60 kilopascal, nhưng sẽ được phân tán hoàn toàn sau khi đạt độ giãn nở 12 milimet.
Nhóm thiết kế đã sử dụng RAM Concept của Bentley để tạo mô hình lực nâng của móng bè, bao gồm lực nâng 60 kilopascal, nhưng cho phép sàn bê tông giãn nở lên trên cho đến khi lực nâng giảm xuống dưới 12 milimet. Vào thời điểm này, nhóm biết rằng lực nâng sẽ hoàn toàn phân tán. Họ đã giảm độ sâu của móng bè bằng cách tạo ra một sàn linh hoạt cho phép lực nâng phân tán, thay vì sử dụng kết cấu cứng sẽ cần phải chống lại lực nâng lớn.
Việc phân tích địa kỹ thuật với PLAXIS của Seequent, công ty con của Bentley Subsurface, đã giúp nhóm thiết kế đánh giá tác động của chuyển động đất đối với cơ sở hạ tầng và dịch vụ lịch sử gần đó.
Ngoài ra, RAM Concept cũng giúp WSP xác định cách loại bỏ việc sử dụng các móng tạm thời với tám cọc cho mỗi cần cẩu tháp trong quá trình xây dựng. Việc loại bỏ các kết cấu tạm thời này trong quá trình xây dựng sàn cuối sẽ mất thêm thời gian, chi phí và năng lượng. Nhóm thiết kế đã lặp lại các phương án thiết kế và xác định cách tính toán kích thước và vị trí của các móng đệm để hỗ trợ cần cẩu cho đến khi đất ổn định dưới trọng lượng và tải trọng làm việc. Những móng đệm này sau đó được kết nối với phần còn lại của móng bè và trở thành một phần của móng bè vĩnh viễn. Phương pháp này ước tính đã loại bỏ được tổng cộng 32 cọc, tiết kiệm được khoảng 700 tấn bê tông và rút ngắn thời gian thi công. Sau đó, họ sử dụng RAM Concept để thiết kế các sàn tầng trệt và sàn móng. Ứng dụng này cũng tạo ra một liên kết kỹ thuật số liền mạch giữa đội thiết kế của WSP và nhóm chi tiết tại Ấn Độ, rút ngắn quá trình đánh dấu kế hoạch và yêu cầu gia cố thiết kế từ một hoặc hai ngày xuống gần như ngay lập tức.
TÓM TẮT DỰ ÁN
Tổ chức: WSP
Giải pháp: Kỹ thuật kết cấu
Vị trí: Milton Keynes, Buckinghamshire, Vương quốc Anh
Mục tiêu dự án:
- Tạo thiết kế kết cấu cho trụ sở chính sáng tạo đáp ứng tầm nhìn thẩm mỹ của khách hàng.
- Phát triển thiết kế kết cấu giảm thiểu lượng bê tông và giảm mạnh phát thải carbon.
Ứng dụng: PLAXIS, RAM
Thông tin nổi bật:
- Dự án Unity Place trị giá 150 triệu bảng Anh sẽ xây dựng trụ sở chính mới cho Santander UK và trở thành trung tâm cộng đồng.
- Để giảm thiểu phát thải carbon trong quá trình thi công, WSP đã lựa chọn sử dụng kết cấu bê tông thay vì kết cấu thép.
- WSP sử dụng các ứng dụng của Bentley và Seequent® để tối ưu hóa thiết kế, đồng thời giảm bớt lượng bê tông sử dụng khi có thể.
Lợi ích:
- WSP đã sử dụng thiết kế lặp lại để giảm lượng bê tông cần thiết tới 16,000 tấn, tiết kiệm chi phí vật liệu đáng kể và giảm mạnh phát thải carbon.
- Việc tích hợp các hỗ trợ cần cẩu tạm thời vào sàn bê tông vĩnh viễn đã ngăn chặn việc phát triển 32 móng cọc, tiết kiệm được 700 tấn bê tông.
- Thiết kế cẩn thận đã giúp phát thải carbon của công trình chỉ đạt 218 kg mỗi mét vuông, thấp hơn mục tiêu của Sáng kiến Chuyển đổi Năng lượng London 2030.
RAM và PLAXIS giúp chúng tôi thực hiện các thiết kế hiệu quả và chi tiết trong một khoảng thời gian hợp lý, từ đó giảm thiểu tổng thời gian thiết kế cần thiết. Điều này giúp chúng tôi giải phóng nguồn lực trong suốt dự án, tạo cơ hội để dành nhiều thời gian hơn cho việc thúc đẩy các sáng tạo khác.
THIẾT KẾ MẠNH MẼ VỚI TIẾT KIỆM CARBON VÀ CHI PHÍ
Bằng cách sử dụng RAM Concept để tạo ra thiết kế kết cấu bê tông tối ưu và bù đắp lực nâng lên từ nền đất với lượng vật liệu tối thiểu, WSP đã giảm thiểu đáng kể việc sử dụng bê tông. Khả năng thiết kế kéo căng sau của RAM Concept đã được sử dụng để phân tích mặt sàn điển hình, giúp giảm chiều dày của sàn bê tông xuống 25 milimét. Sự giảm này trên diện tích 53,000 mét vuông đã tiết kiệm được 3,000 tấn bê tông và 200 tấn carbon.
Sử dụng khả năng thiết kế kéo căng sau, họ đã tạo ra tốc độ lưu thông đồng nhất, tiếp tục giảm chiều dày sàn xuống còn 275 milimét. Kết quả là, họ đã giảm lượng bê tông cần thiết tới 16,000 tấn, tiết kiệm chi phí vật liệu đáng kể và giảm mạnh phát thải carbon từ quá trình thi công.
WSP sử dụng các ứng dụng này để thiết kế một nền móng trực tiếp trên lớp đất sét và chỉ hỗ trợ hai tầng hầm. Thiết kế của họ đã làm giảm trọng lượng của tòa nhà, loại bỏ nhu cầu móng cọc, rút ngắn thời gian thiết kế xuống 50% và tiết kiệm thêm 2,000 tấn bê tông. Việc tích hợp các móng cẩu tạm thời vào sàn vĩnh viễn đã ngăn chặn việc phát triển 32 móng cọc tạm thời, giúp tiết kiệm chi phí.
Bằng cách giảm bớt tối đa lượng bê tông, WSP đã giảm phát thải carbon trong quá trình thi công lên tới 3,000 tấn, và việc tích hợp các móng cẩu vào sàn đã tiết kiệm thêm 50 kg phát thải. Việc tập trung cẩn thận vào thiết kế các yếu tố quan trọng như nền móng và sàn kết cấu đã giúp tổng phát thải carbon của công trình chỉ đạt 219 kg carbon/m2, thấp hơn nhiều so với mục tiêu 228 kg carbon/m2 vào năm 2030, mặc dù chỉ cần đáp ứng mục tiêu nhẹ nhàng hơn của năm 2020.
“Đây là một con số mà chúng tôi thực sự tự hào và là nỗ lực chung của tất cả những người tham gia,” ông Kelham cho biết.
