Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn

Quá trình đô thị hóa nhanh chóng cùng với sự gia tăng dân số tại các đô thị lớn ở Việt Nam dẫn đến nhu cầu về nhà ở và không gian tiện ích ngày càng bức thiết. Trong điều kiện quỹ đất hạn hẹp, phát triển công trình cao tầng là giải pháp tất yếu nhằm tối ưu hóa diện tích xây dựng, tích hợp không gian cư trú với các dịch vụ thương mại, vui chơi giải trí và tiện nghi sinh hoạt. Đồ án tốt nghiệp thực hiện thiết kế công trình "Chung cư Lạc Trung", tọa lạc tại Quận 9, Thành phố Hồ Chí Minh, nhằm đáp ứng nhu cầu tái định cư và nâng cao chất lượng cuộc sống cho cư dân khu vực cửa ngõ phía Đông thành phố.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát của đồ án là hoàn thành hồ sơ thiết kế kỹ thuật toàn diện cho một tòa nhà chung cư cao tầng bê tông cốt thép, bảo đảm các yêu cầu về an toàn chịu lực, độ bền sử dụng, tiện nghi công năng và tính khả thi trong thi công. Nhiệm vụ thiết kế được xác định cụ thể theo 5 nội dung chính:

  1. Kiến trúc: Khảo sát tổng mặt bằng, phân tích công năng các tầng, tổ chức hệ thống giao thông đứng - ngang và hệ thống kỹ thuật công trình (điện, cấp thoát nước, thông gió, chiếu sáng, phòng cháy chữa cháy).
  2. Xác lập tải trọng và kiểm tra ổn định tổng thể: Thiết lập mô hình không gian, xác định các tổ hợp tải trọng tác động (tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng gió tĩnh - gió động, tải trọng động đất) và kiểm tra chuyển vị đỉnh, chuyển vị lệch tầng, hiệu ứng P-Delta, ổn định lật.
  3. Thiết kế kết cấu cấu kiện phần thân: Tính toán sàn tầng điển hình, cầu thang bộ, bể nước mái, hệ chịu tải trọng ngang (dầm chính, dầm phụ, vách phẳng, lõi thang máy) và chi tiết neo nối cốt thép.
  4. Thiết kế nền móng: Phân tích điều kiện địa chất công trình, xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi, thiết kế móng đài cọc điển hình (đài móng M5) và móng lõi thang (đài móng M9).
  5. Thiết kế biện pháp kỹ thuật thi công: Thiết kế hệ thống ván khuôn (cốp pha sàn, dầm, vách) và lập quy trình kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu bê tông cốt thép toàn khối của công trình Chung cư Lạc Trung kết hợp trung tâm thương mại.
  • Phạm vi không gian: Khu đất xây dựng tại Quận 9, TP. Hồ Chí Minh. Ranh giới tiếp giáp: phía Bắc, phía Nam và phía Đông giáp khu dân cư hiện hữu; phía Tây giáp trục đường giao thông Xa lộ Hà Nội; bán kính 1 km kết nối thuận tiện với trường học, chợ và khu thể dục thể thao.
  • Quy mô công trình: Công trình dân dụng cấp II (theo Phụ lục 2 Thông tư số 06/2021/TT-BXD). Chiều cao tổng thể đạt 60,95 m tính từ cốt mặt đất tự nhiên; tổng diện tích sàn xây dựng đạt 25.436 m²; quy mô bao gồm 1 tầng trệt (sảnh và khu để xe), 1 tầng lửng (trung tâm thương mại), 16 tầng căn hộ điển hình (từ tầng 2 đến tầng 17), 1 tầng áp mái (bố trí bể nước và phòng kỹ thuật) và tầng mái.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung tiêu chuẩn, quy chuẩn áp dụng

Đồ án áp dụng đồng bộ hệ thống quy chuẩn xây dựng và tiêu chuẩn quốc gia hiện hành của Việt Nam trong công tác tính toán tải trọng, thiết kế kết cấu bê tông cốt thép và nền móng:

Nhóm lĩnh vực Ký hiệu tiêu chuẩn / quy chuẩn Tên tiêu chuẩn / quy chuẩn
Quy chuẩn chung QCVN 01:2021/BXD
QCVN 02:2022/BXD
QCVN 03:2012/BXD
QCVN 04:2021/BXD
QCVN 06:2022/BXD		 Quy hoạch xây dựng
Số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng
Phân loại, phân cấp công trình dân dụng, công nghiệp
Nhà chung cư
An toàn cháy cho nhà và công trình
Tải trọng & Tác động TCVN 2737:1995
TCXD 229:1999
TCVN 9386:2012		 Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế
Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió
Thiết kế công trình chịu động đất
Kết cấu bê tông cốt thép TCVN 5574:2018
TCXDVN 198:1997		 Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép
Nhà cao tầng - Thiết kế bê tông cốt thép toàn khối
Địa kỹ thuật & Nền móng TCVN 9362:2012
TCVN 10304:2014
TCVN 9393:2012		 Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình
Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế
Phương pháp thử nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục
Thi công & Nghiệm thu TCVN 4453:1995
TCVN 4447:2012		 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép toàn khối - Quy phạm thi công và nghiệm thu
Công tác đất - Thi công và nghiệm thu

Phương pháp nghiên cứu và công cụ phần mềm

Tác giả so sánh hai phương pháp xác định nội lực: phương pháp giải tích cổ điển và phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method - FEM). Đồ án lựa chọn phương pháp phần tử hữu hạn làm phương pháp chủ đạo thông qua các phần mềm chuyên ngành, kết hợp giải tích kiểm tra độc lập tại các cấu kiện cục bộ:

  • ETABS 19: Thiết lập mô hình 3D tổng thể phân tích động học, dao động riêng, xác định nội lực khung - vách - lõi dưới tác động của tải trọng trọng trường, gió tĩnh, gió động và động đất.
  • SAFE V12: Mô hình hóa và phân tích hệ sàn sườn toàn khối tầng điển hình và đài móng cọc; xuất biểu đồ moment theo dải Strip để tính thép và kiểm tra võng, nứt theo trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH II).
  • SAP2000: Phân tích mô hình không gian 3D của bể nước mái (bản nắp, bản đáy, bản thành và hệ dầm đỡ).
  • Revit 2019 & AutoCAD 2021: Triển khai mô hình không gian kiến trúc, kết cấu và trích xuất bản vẽ kỹ thuật thi công 2D.

Đặc tính cơ lý của vật liệu

Vật liệu sử dụng trong thiết kế kết cấu tuân thủ TCVN 5574:2018:

  • Bê tông: Sử dụng cấp độ bền B30 cho toàn bộ dầm, sàn, cột, vách, lõi và đài móng. Các chỉ tiêu cơ lý: cường độ chịu nén tính toán $R_b = 17\text{ MPa}$, cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1{,}15\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_b = 32{,}5 \times 10^3\text{ MPa}$. Hệ số điều kiện làm việc của bê tông: $\gamma_b = 1{,}0$ (đối với dầm, sàn) và $\gamma_b = 0{,}85$ (đối với cột, vách, lõi).
  • Cốt thép: Thép dọc chịu lực sử dụng nhóm CB400-V có cường độ tính toán chịu kéo $R_s = 350\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_s = 20 \times 10^4\text{ MPa}$. Thép đai và thép cấu tạo sử dụng nhóm CB240-T có $R_{sw} = 170\text{ MPa}$.
  • Vật liệu xây và hoàn thiện: Khối lượng thể tích gạch xây $\gamma = 18\text{ kN/m}^3$; vữa trát $\gamma = 18\text{ kN/m}^3$; gạch lát nền và đá hoa cương $\gamma = 20\text{ kN/m}^3$.

Nội dung chính theo từng chương

TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH

Chương này giới thiệu chi tiết vị trí khu đất tại Quận 9, TP. Hồ Chí Minh với mặt tiền hướng Tây giáp Xa lộ Hà Nội. Tác giả trình bày sơ đồ tổ chức công năng 18 tầng: tầng 1 là sảnh đón và khu để xe; tầng lửng bố trí khu dịch vụ thương mại; các tầng 2 đến tầng 17 bố trí các căn hộ chung cư khép kín; tầng áp mái bố trí bể nước sinh hoạt và các phòng kỹ thuật phụ trợ. Hệ thống giao thông đứng gồm 4 buồng thang máy tập trung tại lõi trung tâm và 2 buồng thang bộ thoát hiểm bố trí đối xứng. Hệ thống kỹ thuật công trình được thiết kế đồng bộ:

  • Cấp điện: Nguồn 3 pha thành phố kết hợp máy phát điện dự phòng công suất 250 kVA đặt tại tầng 1 phục vụ thang máy, bơm chữa cháy và chiếu sáng khẩn cấp.
  • Cấp thoát nước: Nước mưa thu gom qua hệ thống ống đứng $d = 140\text{ mm}$; nước thải sinh hoạt phân tách đường ống riêng dẫn về bể xử lý trước khi xả ra cống chung.
  • Thông gió - chiếu sáng: Kết hợp chiếu sáng tự nhiên qua hệ thống cửa sổ các căn hộ với chiếu sáng nhân tạo tại hành lang; hệ thống điều hòa không khí kết hợp quạt hút thông gió khu vệ sinh dẫn trục đứng lên mái.
  • Phòng cháy chữa cháy: Hệ thống báo cháy tự động, bình chữa cháy cầm tay và các họng nước cứu hỏa bố trí theo TCVN 2622-1995.

TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU – TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG CÔNG TRÌNH

Tác giả đề xuất giải pháp kết cấu chịu lực cho công trình là hệ khung - vách lõi bê tông cốt thép toàn khối. Khung chịu tải trọng thẳng đứng; vách và lõi cứng chịu đồng thời tải đứng, tải trọng ngang (gió, động đất) và tăng độ cứng chống xoắn. Hệ sàn là sàn dầm toàn khối với chiều dày sơ bộ $h_s = 150\text{ mm}$; kích thước dầm chính chọn $300 \times 600\text{ mm}$, dầm phụ $250 \times 500\text{ mm}$, dầm ban công $200 \times 300\text{ mm}$; chiều dày vách lõi chọn $300\text{ mm}$ (thỏa mãn tổng diện tích tiết diện vách $F_v = 23{,}08\text{ m}^2$ theo TCXDVN 198:1997).

Tác giả thiết lập hệ thống tải trọng và phương pháp tính toán:

  1. Tải trọng đứng: Tĩnh tải bản thân kết cấu (TLBT), tĩnh tải hoàn thiện (TLCT) xác định theo từng lớp cấu tạo sàn (sàn thường, sàn vệ sinh), tĩnh tải tường xây trên dầm và tường ngăn phân bố đều trên sàn ($g_{ttt}$ với hệ số vượt tải $n = 1{,}1$). Hoạt tải sử dụng (HT1, HT2) xác định theo bảng 3 TCVN 2737:1995.
  2. Tải trọng gió: Công trình thuộc vùng áp lực gió II-A, dạng địa hình C với áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 0{,}83\text{ kN/m}^2$, hệ số khí động $c = 1{,}4$, hệ số độ tin cậy $\gamma = 1{,}25$. Gió tĩnh được quy đổi thành tải trọng tập trung đặt tại tâm hình học các tầng. Tính toán thành phần động của tải trọng gió thực hiện theo TCXD 229:1999 với hệ số độ giảm loga dao động $\delta = 0{,}3$, tần số giới hạn $f_L = 1{,}3\text{ Hz}$. Qua phân tích dao động trên ETABS, tần số dao động riêng mode 3 đạt $f_3 = 0{,}1\text{ Hz} < f_L$, do đó tác giả tính toán gió động cho 2 dạng dao động đầu tiên (Mode 1 uốn theo phương Y, Mode 2 uốn theo phương X).
  3. Tải trọng động đất: Tính toán theo TCVN 9386:2012 bằng phương pháp phổ phản ứng dao động đàn hồi. Thông số thiết kế: đỉnh gia tốc nền tham chiếu $a_{gR} = 0{,}733\text{ m/s}^2$, hệ số tầm quan trọng $\gamma_I = 1{,}0$, gia tốc nền thiết kế $a_g = 0{,}7848\text{ m/s}^2$; đất nền loại C ($S = 1{,}15$, $T_B = 0{,}2\text{ s}$, $T_C = 0{,}6\text{ s}$, $T_D = 2{,}0\text{ s}$); cấp dẻo trung bình (DCM), hệ số ứng xử kết cấu $q = 3{,}45$. Khai báo nguồn khối lượng (mass source) tham gia dao động: $1{,}0\text{ Tĩnh tải} + 0{,}24\text{ Hoạt tải}$.
  4. Tổ hợp tải trọng: Thiết lập 11 tổ hợp cơ bản theo TTGH I (COMB1 đến COMB11 và tổ hợp bao CBTT) để tính toán cường độ cốt thép; 11 tổ hợp tiêu chuẩn theo TTGH II (COMB12 đến COMB22 và tổ hợp bao CBCV) để kiểm tra biến dạng, võng và nứt.

KIỂM TRA ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNH

Chương này thực hiện kiểm chứng các chỉ tiêu ổn định biến dạng tổng thể của tòa nhà theo quy chuẩn:

  • Chuyển vị ngang tại đỉnh: Giá trị chuyển vị đỉnh lớn nhất xuất từ ETABS theo phương X là $f_x = 16{,}84\text{ mm}$, nhỏ hơn nhiều so với giới hạn cho phép theo mục 2.3 TCXDVN 198:1997 là $[f] = H / 1000 = 60950 / 1000 = 60{,}95\text{ mm}$.
  • Chuyển vị lệch tầng do gió: Chuyển vị ngang tương đối giữa hai tầng kề nhau do gió ($\text{Drift}$) tại tất cả các tầng từ tầng 1 đến tầng mái đều thỏa mãn điều kiện $\text{Drift} \le [\text{Drift}] = 1/500 = 0{,}002$ theo TCVN 5574:2018.
  • Chuyển vị lệch tầng do động đất: Giá trị chuyển vị thiết kế tương đối $d_r \cdot \nu$ thỏa mãn ngưỡng khống chế $0{,}005h$ (với hệ số chiết giảm $\nu = 0{,}4$ áp dụng cho công trình cấp quan trọng II theo TCVN 9386:2012).
  • Hiệu ứng P-Delta (bậc hai): Hệ số độ nhạy chuyển vị tương đối $\theta = (P_{tot} \cdot d_r) / (V_{tot} \cdot h)$ theo phương X đạt cực đại $\theta_{x,\max} = 0{,}019903 < 0{,}1$; theo phương Y đạt cực đại $\theta_{y,\max} = 0{,}026406 < 0{,}1$. Do $\theta < 0{,}1$ ở toàn bộ các tầng nên kết cấu không cần xét đến hiệu ứng bậc hai trong mô hình.
  • Ổn định lật: Tỷ số chiều cao trên chiều rộng công trình $H/B < 5$, công trình thỏa mãn điều kiện ổn định chống lật theo mục 3.2 TCXDVN 198:1997 mà không cần tính toán chi tiết.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ SÀN

Tác giả tính toán chi tiết hệ sàn tầng điển hình (tầng 2 đến tầng 16) bằng phần mềm SAFE V12:

  • Sàn bê tông B30 dày $150\text{ mm}$, tải trọng gán vào mô hình gồm trọng lượng bản thân, tải hoàn thiện, tải tường xây quy đổi và hoạt tải các phòng. Do mặt bằng kết cấu đối xứng qua trục 9, tác giả thực hiện tính toán cho nửa mặt bằng từ trục 1 đến trục 9 và bố trí đối xứng cho nửa còn lại.
  • Mô hình chia dải Strip bề rộng $1{,}0\text{ m}$ theo hai phương X và Y để trích xuất moment uốn tại nhịp và gối.
  • Minh họa tính toán cốt thép cho dải Strip SA9 phương X ($b \times h = 1000 \times 150\text{ mm}$, chiều cao làm việc $h_0 = 125\text{ mm}$): moment nhịp tính toán $M = 10{,}117\text{ kNm}$, tính được $\alpha_m = 0{,}038$, hệ số chiều cao vùng nén $\xi = 0{,}039 < \xi_R = 0{,}531$. Diện tích cốt thép yêu cầu $A_s = 236\text{ mm}^2$, bố trí thép $\phi 10a200$ ($A_{sc} = 393\text{ mm}^2$), hàm lượng cốt thép $\mu = 0{,}314%$ nằm trong khoảng an toàn $\mu_{\min} = 0{,}059% \le \mu \le \mu_{\max}$.
  • Kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai trên SAFE: độ võng ngắn hạn, độ võng dài hạn, bề rộng khe nứt ngắn hạn và khe nứt dài hạn đều nằm trong phạm vi cho phép của TCVN 5574:2018.

THIẾT KẾ CẦU THANG BỘ TẦNG ĐIỂN HÌNH VÀ BỂ NƯỚC MÁI

  1. Thiết kế cầu thang bộ: Cầu thang 2 vế dạng bản dầm bê tông cốt thép toàn khối liên kết vào dầm chiếu nghỉ và dầm tầng. Tác giả lập sơ đồ tính dạng dầm đơn giản chịu uốn, xác định tải trọng bản thang nghiêng và bản chiếu nghỉ, xác định moment uốn, tính toán cốt thép dọc chịu lực, cốt đai dầm chiếu nghỉ và kiểm tra độ võng, bề rộng khe nứt theo TTGH II.
  2. Thiết kế bể nước mái: Bể nước bằng bê tông cốt thép đặt trên tầng áp mái, kích thước hình học được sơ bộ hóa. Tác giả mô hình hóa không gian 3D bể nước trên phần mềm SAP2000 chịu các trường hợp tải trọng: tĩnh tải bản thân, áp lực nước thủy tĩnh tác dụng lên bản thành và bản đáy, áp lực gió. Trích xuất nội lực moment $M_{11}, M_{22}$ của bản nắp, bản đáy, bản thành và hệ dầm đỡ để tính cốt thép; đồng thời kiểm tra chuyển vị dài hạn và bề rộng vết nứt mặt trên, mặt dưới của các bản thành và bản đáy.

THIẾT KẾ HỆ CHỊU TẢI TRỌNG NGANG

Nội dung chương tập trung vào các cấu kiện chịu lực chính của hệ khung - vách:

  • Thiết kế dầm: Trình bày lý thuyết tính toán cấu kiện chịu uốn theo TCVN 5574:2018; tính toán minh họa cho dầm chính B11 tại vị trí gối trái với moment uốn âm $M = -124\text{ kNm}$; tính toán cốt đai chịu lực cắt, kiểm tra TTGH II và tính toán cốt treo tại vị trí dầm phụ kê lên dầm chính.
  • Thiết kế vách phẳng: Áp dụng phương pháp phân tích vùng biên chịu uốn cho vách P2 (tiết diện $300 \times 1300\text{ mm}$); tính toán cốt thép dọc tập trung ở hai đầu biên chịu kéo/nén và cốt thép đai giằng vách chống phình.
  • Thiết kế lõi thang máy: Mô hình hóa lõi thang dưới dạng phần tử Pier trong ETABS, phân chia tiết diện phức tạp thành các phân tố nhỏ để xác định trọng tâm và diện tích tương đương, tính toán cốt thép chịu lực kết hợp uốn nén lệch tâm không gian.
  • Neo và nối cốt thép: Xác định chiều dài đoạn neo cơ sở, chiều dài neo tính toán và chiều dài đoạn nối buộc cốt thép theo quy định của TCVN 5574:2018.

THIẾT KẾ MÓNG

Tác giả phân tích số liệu khảo sát địa chất công trình, đánh giá mực nước ngầm và các chỉ tiêu cơ lý đất nền:

  • Lựa chọn giải pháp móng: Do công trình cao 18 tầng chịu tải trọng chân cột và vách lõi rất lớn, nền đất có chiều dày lớp yếu bên trên, giải pháp móng sâu sử dụng cọc khoan nhồi đường kính $D = 800\text{ mm}$ cắm vào tầng chịu lực tốt được lựa chọn.
  • Sức chịu tải của cọc: Xác định sức chịu tải thiết kế theo cường độ vật liệu bê tông cốt thép và theo đất nền (sử dụng chỉ tiêu cơ lý và số liệu thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT theo công thức Nhật Bản).
  • Tính toán móng cọc khoan nhồi M5: Xác định nội lực tính toán và tiêu chuẩn từ chân cột, bố trí số lượng cọc, kiểm tra phản lực đầu cọc lớn nhất và nhỏ nhất ($P_{\max} \le 1{,}2R_{tc}$, $P_{tb} \le R_{tc}$, $P_{\min} > 0$), kiểm tra điều kiện áp lực đáy móng khối quy ước, tính lún móng cọc đơn và khối móng quy ước, kiểm tra xuyên thủng đài móng và tính cốt thép đài móng theo hai phương.
  • Tính toán móng cụm cọc lõi thang M9: Tiếp nhận cặp nội lực tổng thể từ lõi vách, xác định sơ bộ số lượng cọc nhồi, kiểm tra phản lực đầu cọc, kiểm tra chống xuyên thủng đáy đài, tính toán lún dựa trên đường cong quan hệ $e-p$ và tính thép lưới đài móng theo hai phương chịu moment.

THIẾT KẾ COPPHA

Chương này thực hiện thiết kế chi tiết hệ thống ván khuôn cho các cấu kiện bê tông:

  • Vật liệu sử dụng: Ván khuôn gỗ ép phủ phim Tekom chịu nước; hệ sườn đứng, sườn ngang và gông bằng thép hộp Hòa Phát; cây chống đơn và hệ giáo chống chịu lực bằng thép.
  • Tính toán coppha vách P2 ($300 \times 1300\text{ mm}$): Xác định áp lực ngang của vữa bê tông mới đổ và tải trọng chấn động khi đầm; tính toán khả năng chịu lực và độ võng của ván khuôn vách, sườn đứng, sườn ngang, hệ gông và ty giằng vách.
  • Tính toán coppha sàn: Xác định sơ đồ truyền tải trọng thi công, tính toán độ bền và độ võng của ván mặt sàn, hệ sườn trên (sườn phụ), sườn dưới (sườn chính) và lựa chọn khoảng cách cây chống sàn.
  • Tính toán coppha dầm chính ($300 \times 600\text{ mm}$): Tính toán ván đáy dầm, ván thành dầm, sườn dọc đáy dầm, sườn ngang, sườn đứng thành dầm, ty giằng thành dầm và hệ cột chống dầm.

THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI

Nội dung chương trình bày quy trình kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi đường kính $D = 800\text{ mm}$:

  • Thiết bị thi công: Sử dụng máy khoan chuyên dụng HITACHI-KH125 và cần cẩu phục vụ hạ lồng thép HITACHI-KH100D.
  • Dung dịch giữ thành hố khoan: Sử dụng dung dịch Bentonite; kiểm soát nghiêm ngặt các chỉ tiêu kỹ thuật (tỷ trọng, độ nhớt, hàm lượng cát, độ pH) nhằm chống sập vách hố đào trong suốt quá trình khoan qua các tầng địa chất ngậm nước.
  • Trình tự thi công chuẩn: Định vị tim cọc $\rightarrow$ Hạ ống vách tạm (casing) $\rightarrow$ Khoan phá đất tạo lỗ đến cao độ thiết kế $\rightarrow$ Làm sạch đáy hố khoan và xử lý cặn lắng lần 1 $\rightarrow$ Gia công, vận chuyển và hạ lồng cốt thép (bố trí cóc nối thép và con kê tạo lớp bảo vệ) $\rightarrow$ Lắp đặt ống đổ bê tông (ống Tremie) và thổi rửa đáy hố khoan lần 2 $\rightarrow$ Đổ bê tông dưới nước theo phương pháp rút ống Tremie $\rightarrow$ Rút ống vách tạm, vệ sinh đầu cọc và hoàn thiện.
  • Kiểm soát chất lượng và an toàn: Quy định công tác thí nghiệm kiểm tra chất lượng cọc (phương pháp siêu âm kiểm tra độ đồng nhất của bê tông thân cọc và thí nghiệm nén tĩnh dọc trục); đưa ra các giải pháp xử lý sự cố công trình (sập thành hố khoan, nghẹt ống đổ, mất dung dịch) và biện pháp bảo đảm an toàn lao động tại công trường.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán kết cấu và kiểm định an toàn

Các kết quả phân tích số liệu trên các mô hình phần mềm cho thấy hệ kết cấu công trình Chung cư Lạc Trung đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật:

Hạng mục kiểm tra Giá trị tính toán Giới hạn quy chuẩn Tiêu chuẩn áp dụng Đánh giá
Chuyển vị đỉnh tầng mái ($f_x$) $16{,}84\text{ mm}$ $60{,}95\text{ mm}$ ($H/1000$) TCXDVN 198:1997 Đạt yêu cầu
Chuyển vị lệch tầng do gió ($\text{Drift}$) Tầng 1 đến Tầng Mái $\le 0{,}002$ ($1/500$) TCVN 5574:2018 Đạt yêu cầu
Chuyển vị tương đối do động đất $d_r \cdot \nu$ các tầng $\le 0{,}005h$ TCVN 9386:2012 Đạt yêu cầu
Hệ số P-Delta phương X ($\theta_x$) $\theta_{x,\max} = 0{,}0199$ $< 0{,}10$ TCVN 9386:2012 Không cần xét bậc 2
Hệ số P-Delta phương Y ($\theta_y$) $\theta_{y,\max} = 0{,}0264$ $< 0{,}10$ TCVN 9386:2012 Không cần xét bậc 2
Ổn định chống lật $H/B < 5$ Không yêu cầu tính TCXDVN 198:1997 Đạt ổn định lật
Cốt thép dải sàn Strip SA9 $A_s = 236\text{ mm}^2$ (chọn $\phi 10a200$) $\mu = 0{,}314% \ge 0{,}059%$ TCVN 5574:2018 Đạt khả năng chịu lực

Giải pháp kỹ thuật và đóng góp của đồ án

  • Về giải pháp kết cấu: Đồ án đã chứng minh tính hợp lý của hệ kết cấu chịu lực hỗn hợp khung - vách lõi bê tông cốt thép đối với nhà cao 18 tầng tại khu vực TP. Hồ Chí Minh. Việc bố trí lõi cứng trung tâm kết hợp các hệ vách phẳng và khung biên đã giúp khống chế biến dạng ngang do gió và động đất ở mức rất nhỏ ($f_x = 16{,}84\text{ mm}$, chỉ chiếm khoảng $27{,}6%$ ngưỡng cho phép), đồng thời loại trừ hoàn toàn ảnh hưởng bất lợi của hiệu ứng P-Delta.
  • Về ứng dụng phần mềm chuyên ngành: Đồ án thiết lập quy trình tính toán liên hoàn giữa các phần mềm kỹ thuật: ETABS phân tích không gian tổng thể, SAFE phân tích cục bộ bản sàn và đài móng cọc theo dải Strip, SAP2000 phân tích kết cấu bể nước mái dạng vỏ mỏng. Phương pháp này giúp phản ánh chính xác trạng thái làm việc thực tế của kết cấu hơn so với các phương pháp giải tích truyền thống.
  • Về giải pháp công nghệ thi công: Đề xuất đồng bộ giải pháp cốp pha phủ phim định hình kết hợp hệ khung thép hộp, tính toán đầy đủ các điều kiện chịu lực và độ võng của sườn, gông, ty giằng. Lập quy trình thi công cọc khoan nhồi $D = 800\text{ mm}$ với đầy đủ các bước kiểm soát dung dịch Bentonite, xử lý đáy hố khoan và phương án ứng phó sự cố thực tế trên công trường.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án

  • Giả định tính toán sàn: Mô hình ETABS áp dụng giả thiết sàn là màng cứng tuyệt đối trong mặt phẳng (rigid diaphragm), chưa xét đến ảnh hưởng của độ mềm cục bộ tại các vị trí sàn khoét lỗ lớn hoặc các dải sàn hẹp kết nối giữa khung và lõi.
  • Mô hình tương tác nền - móng - công trình: Khi phân tích khung thân trên ETABS, các chân cột và vách lõi được giả định ngàm cứng lý tưởng tại mặt trên của móng; chưa xét đến sự làm việc đồng thời giữa kết cấu phần thân, độ cứng của đài móng và nền đất xung quanh (tương tác Soil-Structure Interaction - SSI).
  • Phạm vi tính toán cấu kiện: Đồ án mới tập trung tính toán chi tiết một số cấu kiện đại diện (ô sàn điển hình, dầm B11, vách P2, đài móng M5 và M9), các cấu kiện còn lại được bố trí tương tự dựa trên tính đối xứng và bao nội lực.

Hướng mở rộng

  • Nghiên cứu mô hình tương tác đàn hồi giữa hệ cọc - nền đất và kết cấu phần thân thông qua các hệ số độ cứng lò xo (Spring constants) gán vào chân cột/vách trong phần mềm ETABS nhằm đánh giá chính xác hơn sự phân phối lại nội lực trong công trình.
  • Áp dụng các phương pháp phân tích phi tuyến (Pushover analysis hoặc Time-history analysis) để kiểm chứng ứng xử của hệ khung - vách lõi dưới các cấp động đất mạnh vượt mức quy chuẩn.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp "Chung cư Lạc Trung Quận 9" là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực tiễn chuyên môn cho các đối tượng:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng / CNKT Công trình Xây dựng: Cung cấp mẫu hình chuẩn mực về một đồ án tốt nghiệp thiết kế nhà nhiều tầng bằng bê tông cốt thép; hướng dẫn chi tiết các bước tính toán tải trọng gió động (TCXD 229:1999), tải trọng động đất theo phổ phản ứng (TCVN 9386:2012) và áp dụng tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép hiện hành TCVN 5574:2018.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu công trình: Tham khảo quy trình mô hình hóa liên kết giữa ETABS, SAFE và SAP2000; cách thức khai báo mass source, tổ hợp tải trọng theo hai trạng thái giới hạn; phương pháp bóc tách dải Strip tính thép sàn và giải pháp bố trí thép vách lõi theo phương pháp vùng biên.
  • Kỹ sư giám sát và chỉ huy trưởng công trường: Tham khảo quy trình tính toán hệ thống cốp pha vách, dầm, sàn chịu áp lực bê tông tươi; quy trình kiểm soát chất lượng dung dịch Bentonite và các bước thi công cọc khoan nhồi trong điều kiện địa chất đô thị.

Câu hỏi thường gặp

1. Chiều cao tổng thể và quy mô số tầng của công trình Chung cư Lạc Trung là bao nhiêu?
Công trình có chiều cao $60{,}95\text{ m}$ tính từ cốt mặt đất tự nhiên. Quy mô công trình gồm 18 tầng nổi (1 tầng trệt làm sảnh và để xe, 1 tầng lửng làm trung tâm thương mại, 16 tầng điển hình từ tầng 2 đến tầng 17 bố trí căn hộ) và 1 tầng áp mái bố trí bể nước cùng phòng kỹ thuật.

2. Công trình sử dụng loại bê tông và cốt thép nào trong thiết kế kết cấu chịu lực?
Toàn bộ các cấu kiện chịu lực (dầm, sàn, cột, vách, lõi, đài móng) sử dụng bê tông cấp độ bền B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1{,}15\text{ MPa}$, $E_b = 32{,}5 \times 10^3\text{ MPa}$). Cốt thép dọc chịu lực sử dụng nhóm CB400-V ($R_s = 350\text{ MPa}$), cốt thép đai và cấu tạo sử dụng nhóm CB240-T.

3. Thành phần động của tải trọng gió được tính toán cho những dạng dao động nào?
Theo kết quả phân tích tần số dao động trên ETABS và đối chiếu với điều kiện $f_s \le f_L$ của TCXD 229:1999 ($f_L = 1{,}3\text{ Hz}$ ứng với độ giảm loga $\delta = 0{,}3$), công trình có tần số mode 3 đạt $f_3 = 0{,}1\text{ Hz} < f_L$. Do đó, thành phần động của tải trọng gió được tính toán cho 2 dạng dao động đầu tiên (Mode 1 uốn theo phương Y và Mode 2 uốn theo phương X), mode 3 bị xoắn.

4. Kết quả kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình có thỏa mãn tiêu chuẩn không?
Kết quả chuyển vị lớn nhất tại đỉnh công trình (tầng mái) xuất từ ETABS theo phương X đạt $16{,}84\text{ mm}$. Giá trị này nhỏ hơn nhiều so với giới hạn chuyển vị cho phép theo mục 2.3 TCXDVN 198:1997 là $[f] = H / 1000 = 60{,}95\text{ mm}$, do đó công trình hoàn toàn đảm bảo điều kiện ổn định biến dạng ngang.

5. Giải pháp móng nào được lựa chọn cho công trình và các đài móng điển hình nào được tính toán chi tiết?
Đồ án lựa chọn giải pháp móng cọc khoan nhồi đường kính $D = 800\text{ mm}$ cắm vào tầng đất chịu lực tốt. Hai đài móng được tính toán thiết kế chi tiết là đài móng cọc M5 (dưới chân cột/vách điển hình) và đài móng cọc M9 (đài móng khối lớn dưới cụm vách lõi thang máy).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Chung cư Lạc Trung Q9 – TP. HCM" do sinh viên Đỗ Đăng Phong thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Sỹ Hùng là một công trình thiết kế hoàn chỉnh, đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành của Việt Nam. Tác giả đã vận dụng bài bản phương pháp phần tử hữu hạn thông qua các phần mềm ETABS, SAFE và SAP2000 để giải quyết trọn vẹn từ bài toán động học tổng thể đến thiết kế chi tiết các cấu kiện bê tông cốt thép phần thân và móng cọc khoan nhồi. Các chỉ tiêu về chuyển vị đỉnh, chuyển vị lệch tầng, hiệu ứng bậc hai và an toàn chịu lực của hệ khung - vách lõi đều được kiểm chứng thỏa mãn nghiêm ngặt các quy định của TCVN 5574:2018, TCVN 9386:2012 và TCXDVN 198:1997. Công trình có độ tin cậy cao về mặt khoa học kỹ thuật và mang lại giá trị tham khảo rõ ràng cho sinh viên cũng như kỹ sư trong lĩnh vực thiết kế và thi công nhà cao tầng.