Bối cảnh và nhiệm vụ thiết kế đồ án

Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn

Đề tài đồ án tốt nghiệp tập trung vào việc thiết kế công trình chung cư cao tầng "Y&I Apartment" tại khu vực đô thị hóa nhanh của Thành phố Hồ Chí Minh. Dự án tọa lạc tại số 183 đường Đỗ Xuân Hợp, phường Phước Long B, Quận 9 (nay thuộc thành phố Thủ Đức), Thành phố Hồ Chí Minh. Vị trí xây dựng nằm trên trục đường lộ giới 40 m, tiếp giáp ven rạch Ông Cày, đối diện khu Thể dục Thể thao Quốc gia Rạch Chiếc, sân Golf và Khu công nghệ cao. Về liên kết vùng, khu đất nằm gần hai trục giao thông huyết mạch gồm đường cao tốc Sài Gòn – Long Thành – Vũng Tàu (cách 500 m) và đường Vành đai phía Đông nối sân bay Tân Sơn Nhất với khu đô thị Nam Sài Gòn, cách hầm Thủ Thiêm 9 km và chợ Bến Thành 12 km. Mục đích đầu tư xây dựng là hình thành khu nhà ở chung cư cho thuê hiện đại, giải quyết nhu cầu an cư của người dân trong khu vực đô thị mở rộng phía Đông thành phố.

Mục tiêu và nhiệm vụ thiết kế

Nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp kỹ sư ngành Kỹ thuật Công trình Xây dựng được phân chia cụ thể thành các phần lý thuyết, tính toán và thể hiện bản vẽ:

  1. Nhiệm vụ kiến trúc: Tái hiện và thể hiện hồ sơ bản vẽ kiến trúc công trình với tổng cộng 3 bản vẽ khổ A1.
  2. Nhiệm vụ kết cấu phần thân:
    • Tính toán và thiết kế kết cấu sàn tầng điển hình theo phương án sàn sườn toàn khối loại bản dầm.
    • Tính toán và thiết kế kết cấu cầu thang bộ tầng điển hình.
    • Xây dựng mô hình không gian, phân tích tải trọng tĩnh, tải trọng động (gió động, động đất) và tính toán thiết kế hệ kết cấu chịu lực khung – vách lõi cứng.
    • Thiết kế bổ sung phương án sàn phẳng (không dầm) để so sánh giải pháp chịu lực.
  3. Nhiệm vụ nền móng và thi công:
    • Tổng hợp và phân tích số liệu địa chất tại hiện trường xây dựng.
    • Tính toán và thiết kế nền móng cọc khoan nhồi dưới chân cột và vách lõi (thể hiện 2 bản vẽ khổ A1).
    • Lập quy trình công nghệ, biện pháp kỹ thuật và xử lý sự cố trong thi công cọc khoan nhồi.
  4. Khối lượng hồ sơ hoàn thành: 1 tập thuyết minh tính toán, 1 tập phụ lục và 16 bản vẽ kỹ thuật khổ A1 (gồm 3 bản vẽ kiến trúc, 8 bản vẽ kết cấu, 2 bản vẽ nền móng và các bản vẽ liên quan).

Đối tượng và phạm vi thiết kế

  • Đối tượng thiết kế: Hệ thống kiến trúc, kết cấu bê tông cốt thép và nền móng công trình chung cư cao tầng Y&I Apartment.
  • Phạm vi không gian: Khu đất xây dựng tại số 183 Đỗ Xuân Hợp, phường Phước Long B, Quận 9, TP. Hồ Chí Minh. Mặt bằng tầng điển hình có kích thước 42 m × 46 m, hệ lưới cột chia thành 4 nhịp theo cả hai phương với nhịp nhỏ nhất là 8,0 m và nhịp lớn nhất là 9,0 m.
  • Quy mô công trình: Tòa nhà gồm 20 tầng căn hộ điển hình, 1 tầng bán hầm (chiều cao hầm nhô trên mặt đất tự nhiên) và 1 tầng thượng kỹ thuật. Tổng chiều cao tính từ mặt đất tự nhiên đến đỉnh mái là +78,6 m (chiều cao tính toán kết cấu là 71,8 m).
  • Phạm vi thời gian thực hiện: Từ tháng 01/2019 đến tháng 06/2019.

Cơ sở lý thuyết, quy chuẩn và phương pháp tính toán

Khung quy chuẩn và tiêu chuẩn thiết kế

Quá trình phân tích tải trọng, nội lực và cấu tạo kết cấu tuân thủ hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành của Việt Nam:

  • TCVN 2737:1995: "Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế", dùng để xác định tĩnh tải hoàn thiện, hoạt tải sử dụng theo chức năng phòng và thành phần tĩnh của tải trọng gió.
  • TCXD 229:1999: "Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió dưới tác động của gió bão", áp dụng tính toán thành phần xung vận tốc và lực quán tính cho công trình cao trên 40 m.
  • TCXD 198:1997: "Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối", áp dụng cho việc lựa chọn quy luật thay đổi độ cứng tiết diện cột, kích thước thành vách và cấu tạo kháng chấn.
  • TCXDVN 356:2005 và TCVN 5574:2012: "Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế", dùng để chọn sơ bộ tiết diện cấu kiện, tính toán diện tích cốt thép dọc, cốt đai và kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai (độ võng, nứt).
  • Tiêu chuẩn thiết kế tải trọng động đất theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương và phương pháp phổ thiết kế cho phân tích đàn hồi.
  • Tiêu chuẩn SPT và công thức của Viện Kiến trúc Nhật Bản (AIJ) dùng trong xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn.

Phương pháp nghiên cứu và công cụ tính toán

  • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Sử dụng phần mềm ETABS để thiết lập mô hình không gian 3D của toàn bộ tòa nhà. Cột và dầm được mô hình hóa bằng phần tử thanh (Line), sàn và vách lõi thang được mô hình hóa bằng phần tử tấm vỏ (Area). Khối lượng bản thân kết cấu được chương trình tự động trích xuất.
  • Phương pháp phân tích dải (Strip Method): Sử dụng phần mềm SAFE để mô hình hóa bản sàn tầng điển hình và bản sàn phẳng, chia dải theo hai phương trục X và Y để trích xuất biểu đồ mô men, kiểm tra võng dài hạn và tính thép.
  • Phương pháp phân tích trực tiếp (DDM - Direct Design Method): Áp dụng bổ sung để tính toán mô men tổng cộng và phân phối mô men vào dải cột, dải giữa nhịp trong phương án sàn phẳng.
  • Phương pháp tính toán giải tích và lập bảng tính Excel: Dùng để tính toán truyền tải trọng đứng lên từng cột theo diện truyền tải, tính toán sức chịu tải đơn cọc, kiểm tra phản lực đầu cọc, tính toán đài móng và diện tích cốt thép cấu kiện dầm, cột, vách.

Nguồn số liệu đầu vào và vật liệu sử dụng

  • Số liệu địa chất công trình: Lấy từ báo cáo khảo sát địa chất hiện trường tại Quận 9, bao gồm tọa độ lỗ khoan, bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý đất nền và kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT dọc theo chiều sâu địa tầng.
  • Số liệu khí hậu TP. Hồ Chí Minh: Khu vực xây dựng thuộc vùng áp lực gió II-A theo TCVN 2737:1995, áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 0{,}83\text{ kN/m}^2$ ($83\text{ daN/m}^2$), dạng địa hình B. Mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 11 với hướng gió thịnh hành Tây Nam, mùa khô có gió Đông Nam và Đông.
  • Đặc tính vật liệu bê tông: Sử dụng cấp độ bền B25 và B30.
    • Bê tông B25: Cường độ chịu nén tính toán $R_b = 14{,}0\text{ MPa}$, cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1{,}20\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_b = 30000\text{ MPa}$.
    • Bê tông B30: Cường độ chịu nén tính toán $R_b = 17{,}0\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_b = 32500\text{ MPa}$.
  • Đặc tính vật liệu cốt thép:
    • Thép nhóm AI ($\varnothing \le 10\text{ mm}$): Cường độ chịu kéo và nén tính toán $R_s = R_{sc} = 225\text{ MPa}$, cường độ tính toán cốt ngang $R_{sw} = 175\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_s = 210000\text{ MPa}$.
    • Thép nhóm AIII ($\varnothing > 10\text{ mm}$): Cường độ chịu kéo và nén tính toán $R_s = R_{sc} = 365\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_s = 200000\text{ MPa}$.

Nội dung chi tiết theo từng chương mục thiết kế

Phần Kiến trúc và giải pháp kỹ thuật công trình

Chương mở đầu xác định công năng và bố cục không gian toàn diện của dự án Y&I Apartment:

  • Phân khu chức năng:
    • Tầng hầm: Chiều cao 3,0 m, bố trí bãi đỗ xe, các phòng kỹ thuật điện – nước, trạm biến áp, phòng máy bơm, bể nước ngầm sinh hoạt, trạm bơm PCCC, bể tự hoại và hệ thống xử lý nước thải.
    • Tầng 1: Chiều cao 3,6 m, phục vụ các dịch vụ thương mại, khu ẩm thực và cửa hàng tiện ích.
    • Tầng 2 đến tầng 20: Tầng căn hộ điển hình, chiều cao mỗi tầng là 3,4 m. Mỗi tầng bố trí 8 căn hộ với 4 loại diện tích: Loại 1 ($120\text{ m}^2$), Loại 2 ($110\text{ m}^2$), Loại 3 ($105\text{ m}^2$), Loại 4 ($100\text{ m}^2$).
    • Tầng thượng: Chiều cao 3,3 m, bố trí phòng kỹ thuật thang máy và bể nước mái.
  • Hạ tầng kỹ thuật: Thông gió kết hợp điều hòa không khí và thông gió tự nhiên thông qua hệ thống giếng trời thông tầng; chiếu sáng tận dụng vách kính mặt ngoài; hệ thống điện lưới quốc gia đi ngầm trong tường kết hợp máy phát dự phòng; hệ thống cấp nước tự động bơm từ bể ngầm lên bể mái; hệ thống thoát nước mưa và nước thải riêng biệt; hệ thống PCCC trang bị mạng lưới đầu báo khói, báo nhiệt, tủ điều khiển, bình bọt/khí $\text{CO}_2$ và họng nước chữa cháy vách tường tại các sảnh tầng; rác thải được xả qua hệ thống ống dẫn đứng về phòng rác tầng hầm.

Tính toán sàn tầng điển hình

Tác giả chọn giải pháp kết cấu sàn sườn bê tông toàn khối loại bản dầm với quan điểm tính toán xem sàn là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng nằm ngang:

  • Chọn sơ bộ tiết diện: Chiều dày bản sàn xác định theo công thức kinh nghiệm $h_b = (D/m) L_{\min}$, với $m = 40 \div 45$ cho bản kê bốn cạnh, chọn chiều dày sàn $h_b = 170\text{ mm}$ (lớn hơn $h_{\min}$ theo tiêu chuẩn nhằm đảm bảo độ võng và độ cứng sàn nhà cao tầng). Dầm chính vượt nhịp 9,0 m và 8,5 m được chọn theo công thức $h_d = (1/12 \div 1/8) L$, bề rộng $b_d = (1/4 \div 1/2) h_d$; kích thước tiết diện dầm chính được thống nhất là $300 \times 700\text{ mm}$.
  • Tải trọng sàn: Tĩnh tải các lớp cấu tạo hoàn thiện (gạch ceramic, vữa lót, trần, đường ống kỹ thuật treo sàn) tính toán được $g^{tt} = 4{,}91\text{ kN/m}^2$. Hoạt tải sử dụng tiêu chuẩn phân bố đều lấy theo TCVN 2737:1995: phòng ngủ, phòng khách, bếp, WC là $1{,}5\text{ kN/m}^2$ (tính toán nhân hệ số độ tin cậy $n=1{,}2$ là $1{,}40\text{ kN/m}^2$); khu vực sảnh, hành lang, ban công là $3{,}0\text{ kN/m}^2$ (tính toán $3{,}60\text{ kN/m}^2$). Tải trọng tường xây ngăn dày 100 mm cao 3,28 m phân bố đều lên dầm là $3{,}46\text{ kN/m}$.
  • Kết quả phân tích trên SAFE: Mô hình dải sàn (design strip) theo phương X và Y cho thấy chuyển vị võng lớn nhất của sàn đạt $f_{\max} = 9\text{ mm}$. So sánh với độ võng giới hạn theo TCVN 5574:2012 đối với nhịp $L = 9\text{ m}$ ($[f] = L/250 = 9000/250 = 36\text{ mm}$), sàn thỏa mãn điều kiện biến dạng ($9\text{ mm} < 36\text{ mm}$). Cốt thép tính toán từ mô men dải thỏa mãn hàm lượng cốt thép tối thiểu $\mu_{\min} = 0{,}05% \div 0{,}1%$.

Tính toán – thiết kế cầu thang bộ

  • Cấu tạo kiến trúc: Cầu thang bộ tầng điển hình là dạng cầu thang 3 vế; vế 1 và vế 3 gồm 8 bậc, vế 2 gồm 4 bậc; kích thước mỗi bậc $L \times H = 300 \times 170\text{ mm}$. Góc nghiêng bản thang xác định qua hệ thức $\tan\alpha = 170/300 \approx 0{,}567$ ($\alpha \approx 29^\circ 33'$, $\cos\alpha = 0{,}87$). Chiều dày bản thang chịu lực là $120\text{ mm}$.
  • Tải trọng: Tải trọng đứng gồm trọng lượng bản thân bậc xây, lớp ốp đá hoa cương, vữa lót, vữa trát trần và tải trọng lan can ($0{,}11\text{ kN/m}^2$). Tổng tĩnh tải tính toán tác dụng lên bản thang nghiêng là $g^{tt} = 5{,}242\text{ kN/m}$, bản chiếu nghỉ là $3{,}06\text{ kN/m}$. Hoạt tải tính toán tác dụng lên chiếu nghỉ là $p^{tt} = 3{,}6\text{ kN/m}$, lên bản nghiêng là $3{,}132\text{ kN/m}$.
  • Nội lực và cốt thép: Phân tích mô hình 2D hai đầu khớp trên phần mềm ETABS, trích xuất nội lực tổ hợp: bản thang vế 1 có mô men gối $M_{\text{gối}} = -4{,}15\text{ kNm}$, mô men nhịp $M_{\text{nhịp}} = 4{,}31\text{ kNm}$; dầm consol chịu mô men $M_{\text{gối}} = -7{,}04\text{ kNm}$. Cốt thép bản thang được tính toán với chiều dày làm việc $h_0 = 105\text{ mm}$, bố trí cốt thép chịu lực chính và dầm consol bố trí $4\varnothing12$ cùng cốt đai $\varnothing6a100$.

Tính toán – thiết kế hệ khung và vách cứng

Hệ kết cấu chịu lực của công trình là hệ hỗn hợp khung – vách lõi bê tông cốt thép không gian:

  • Sơ bộ cấu kiện đứng: Tiết diện cột được xác định dựa trên lực dọc quy đổi $N = m \cdot q \cdot F$ và diện tích yêu cầu $A_c \ge 1{,}5 N / R_b$. Theo quy định TCXD 198:1997, cứ 4 tầng thay đổi tiết diện một lần để độ cứng giảm dần đều và thuận lợi thi công; cột tầng dưới cùng có kích thước lên đến $1000 \times 1000\text{ mm}$. Vách cứng thang máy được chọn chiều dày $b_w = 300\text{ mm}$, thỏa mãn điều kiện $b_w \ge 150\text{ mm}$ và $b_w \ge H_{\text{tầng}}/20 = 3400/20 = 170\text{ mm}$.
  • Tính toán tải trọng ngang:
    • Tải trọng gió tĩnh: Áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 0{,}83\text{ kN/m}^2$, hệ số khí động đón gió $c = +0{,}8$, hút gió $c = -0{,}6$ (tổng hệ số $c = 1{,}4$), hệ số tin cậy $\gamma = 1{,}2$. Lực gió quy đổi thành lực tập trung đặt tại tâm cứng của từng tầng.
    • Tải trọng gió động: Chiều cao $71{,}8\text{ m} > 40\text{ m}$ bắt buộc phải tính thành phần động. Tác giả khảo sát 12 mode dao động từ ETABS; Mode 1 có chu kỳ $T_1 = 2{,}025\text{ s}$. Do tần số dao động thứ 4 nhỏ hơn giới hạn $f_L = 1{,}3\text{ s}^{-1}$ theo TCXD 229:1999, công trình phải xét thành phần động của gió đối với 3 dạng dao động đầu tiên (loại bỏ Mode 2 do dao động xoắn). Lực quán tính và xung áp lực gió động được gán tại tâm khối lượng.
    • Tải trọng động đất: Khảo sát theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương và phổ phản ứng thiết kế đàn hồi cho kết cấu bê tông cốt thép với hệ số ứng xử $q$.
  • Tổ hợp tải trọng và thiết kế tiết diện: Thực hiện các tổ hợp tải trọng cơ bản và đặc biệt trong ETABS. Kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình và gia tốc đỉnh nằm trong giới hạn cho phép. Tiến hành tính toán cốt thép dọc, cốt đai, cấu tạo đoạn neo nối và vùng tới hạn kháng chấn cho dầm tầng 11, cột khung trục 3 và trục B, cùng cốt thép dọc và ngang cho vách cứng.

Tính toán – thiết kế nền móng cọc khoan nhồi

  • Đánh giá địa chất: Số liệu khoan khảo sát cho thấy nền đất có các tầng địa chất phân bố từ bùn sét yếu đến cát hạt trung và sét dẻo cứng ở tầng sâu. Giải pháp kỹ thuật được lựa chọn là móng cọc khoan nhồi tựa vào tầng đất tốt.
  • Xác định sức chịu tải cọc: Tính toán sức chịu tải đơn cọc theo 4 phương pháp:
    • Theo cường độ vật liệu bê tông cốt thép làm cọc.
    • Theo chỉ tiêu cơ lý đất nền.
    • Theo chỉ tiêu cường độ đất nền.
    • Theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (công thức Viện Kiến trúc Nhật Bản AIJ). Sức chịu tải tính toán của cọc được chọn từ giá trị nhỏ nhất của các điều kiện đất nền và vật liệu.
  • Thiết kế đài móng: Thiết kế các đài móng điển hình M1, M2, M3 và móng cụm vách thang máy MLT. Kiểm tra số lượng và khoảng cách bố trí cọc trong đài; kiểm tra ứng suất nén/nhổ lớn nhất tại đầu cọc ($P_{\max}, P_{\min}$); kiểm tra ổn định nền đất dưới đáy khối móng quy ước, tính toán độ lún công trình; kiểm tra điều kiện chọc thủng/xuyên thủng đài cọc và tính toán lượng cốt thép trong đài theo mô men uốn tổ hợp bất lợi nhất (COMB7).

Thiết kế sàn phẳng (Phương án so sánh bổ sung)

Nhằm đánh giá phương án thay thế sàn sườn, tác giả thực hiện tính toán thiết kế phương án sàn phẳng không dầm:

  • Phương pháp trực tiếp (DDM): Xác định tổng mô men tĩnh tác dụng lên nhịp theo hai phương $M_{0x}$ và $M_{0y}$, sau đó nhân với các hệ số phân phối mô men vào dải trên cột (column strip) và dải giữa nhịp (middle strip) ở gối và nhịp.
  • Phương pháp phần tử hữu hạn trên SAFE: Chia lưới phần tử, mô hình hóa ứng xử phi tuyến của bê tông; kiểm tra độ võng dài hạn; kiểm tra ứng suất cắt và khả năng chống đâm thủng (chọc thủng) tại các liên kết sàn – cột; tính toán diện tích cốt thép lớp trên, lớp dưới và giải pháp tăng cường cốt thép mũ cột hoặc bản nấm nếu xảy ra hiện tượng vượt tải chọc thủng.

Công nghệ và quy trình thi công cọc khoan nhồi

Chương kỹ thuật thi công trình bày biện pháp thi công cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đổ tại chỗ trong điều kiện đô thị:

  • Biện pháp giữ thành vách: Sử dụng ống vách tạm (casing) cho đoạn cổ cọc phía trên kết hợp dung dịch sét bentonite có tỷ trọng được kiểm soát chặt chẽ để giữ ổn định thành hố khoan trong suốt chiều sâu qua các lớp đất bùn yếu và cát bão hòa nước.
  • Quy trình công nghệ gồm các bước tuần tự:
    1. Công tác chuẩn bị mặt bằng, định vị tim mốc cọc bằng máy trắc địa.
    2. Đưa máy khoan vào vị trí thiết kế và lắp đặt ống vách tạm.
    3. Khoan tạo lỗ lấy đất và liên tục bổ sung dung dịch bentonite giữ vách.
    4. Vệ sinh hố khoan lần 1 (thổi rửa đáy hố khoan để lắng cặn).
    5. Gia công và hạ lồng cốt thép, định vị các con kê bảo vệ và lắp đặt sẵn ống thép siêu âm kiểm tra độ toàn vẹn cọc.
    6. Lắp đặt đường ống dẫn đổ bê tông (ống tremie) và tiến hành làm sạch hố khoan lần 2 trước khi đổ bê tông.
    7. Đổ bê tông cọc theo phương pháp dâng vữa liên tục, đầu ống tremie luôn ngập sâu trong bê tông tối thiểu 2 m; đồng thời thu hồi dung dịch bentonite tràn ra.
    8. Rút ống vách tạm sau khi hoàn tất khối lượng bê tông cọc.
  • Xử lý sự cố thi công: Đồ án phân tích các rủi ro kỹ thuật như sự cố sập vách hố khoan (nguyên nhân do tụt áp dung dịch bentonite hoặc mực nước ngầm cao), sự cố kẹt ống vách/mũi khoan, sự cố tắc nghẽn ống đổ bê tông và đề xuất các giải pháp kỹ thuật khắc phục trực tiếp tại công trường.

Kết quả tính toán và giải pháp kỹ thuật chính

Bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật và kết quả phân tích

Hạng mục kết cấu Thông số đầu vào và quy cách thiết kế Kết quả tính toán và kiểm tra kỹ thuật
Quy mô công trình 20 tầng điển hình, 1 tầng bán hầm, 1 tầng thượng; lưới nhịp 8,0 m – 9,0 m; mặt bằng 42 m × 46 m. Tổng chiều cao công trình đạt +78,6 m; tổng chiều cao tính toán kết cấu là 71,8 m.
Vật liệu sử dụng Bê tông B25 ($R_b=14\text{ MPa}$), B30 ($R_b=17\text{ MPa}$); Thép AI ($R_s=225\text{ MPa}$), AIII ($R_s=365\text{ MPa}$). Đảm bảo tính toán chịu lực cho toàn bộ cấu kiện sàn, dầm, cột, vách và móng cọc.
Bản sàn tầng điển hình Chiều dày bản $h_b = 170\text{ mm}$; dầm chính $300 \times 700\text{ mm}$; tĩnh tải hoàn thiện $4{,}91\text{ kN/m}^2$. Độ võng lớn nhất $f_{\max} = 9\text{ mm} < [f] = 36\text{ mm}$ (thỏa mãn tiêu chuẩn TCVN 5574:2012).
Bản thang bộ Cấu tạo 3 vế; bậc $300 \times 170\text{ mm}$; chiều dày bản $120\text{ mm}$; góc nghiêng $\alpha \approx 29^\circ 33'$. Mô men gối vế 1: $-4{,}15\text{ kNm}$; dầm consol chịu $M_{\text{gối}} = -7{,}04\text{ kNm}$, bố trí $4\varnothing12$, đai $\varnothing6a100$.
Kết cấu cột và vách Cột kích thước giảm dần từ $1000 \times 1000\text{ mm}$; vách thang máy dày $b_w = 300\text{ mm}$. Thỏa mãn quy định giảm độ cứng không vượt quá 30% giữa 2 tầng kề và 50% sau 4 tầng (TCXD 198:1997).
Phân tích động lực gió Áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 0{,}83\text{ kN/m}^2$; địa hình B; chu kỳ dao động Mode 1 là $T_1 = 2{,}025\text{ s}$. Tần số dao động $f_4 < 1{,}3\text{ s}^{-1}$; tính toán thành phần động qua 3 mode đầu (loại bỏ Mode 2 xoắn).
Nền móng sâu Móng cọc khoan nhồi tựa vào tầng chịu lực; thiết kế các đài móng M1, M2, M3 và móng vách MLT. Kiểm tra thỏa mãn điều kiện lún, phản lực đầu cọc ($P_{\max} \le 1{,}2 R_{\text{cọc}}$), chống chọc thủng đài cọc.
Biện pháp thi công móng Thi công cọc khoan nhồi bằng dung dịch giữ thành bentonite và ống vách casing. Quy trình chuẩn 8 bước; kiểm soát chất lượng qua ống siêu âm cọc và quy trình làm sạch đáy 2 lần.

Đề xuất kỹ thuật của tác giả

  • Lựa chọn hệ kết cấu khung – vách kết hợp sàn sườn toàn khối làm phương án thiết kế chính thức: Giải pháp này phát huy khả năng chịu uốn và chịu cắt tổng thể của công trình cao tầng chịu tải trọng ngang lớn, đồng thời dễ thi công và kiểm soát chất lượng hơn so với sàn phẳng không dầm trong điều kiện thực tế tại địa phương.
  • Nguyên tắc thay đổi tiết diện cột: Cứ 4 tầng giảm kích thước một lần nhằm tiết kiệm bê tông, giảm tải trọng bản thân truyền xuống móng mà vẫn đảm bảo độ cứng không bị thay đổi đột ngột dọc theo chiều cao công trình theo khuyến cáo của TCXD 198:1997.
  • Kiểm soát công nghệ thi công cọc khoan nhồi: Tác giả nhấn mạnh việc duy trì cao trình dung dịch bentonite cao hơn mực nước ngầm tối thiểu 1,5 m và vệ sinh đáy hố khoan nghiêm ngặt qua 2 giai đoạn để triệt tiêu lớp bùn lắng, đảm bảo sức chịu tải mũi cọc đạt đúng giá trị thiết kế.

Hạn chế và hướng mở rộng

Hạn chế được ghi nhận từ phạm vi đề tài

  • Phạm vi thiết kế chi tiết: Do giới hạn thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp, tác giả chỉ tiến hành tính toán và bố trí cốt thép chi tiết cho một số cấu kiện đại diện gồm: dầm tầng 11, cột khung trục 3 và trục B, bản sàn tầng điển hình, 4 loại đài móng (M1, M2, M3, MLT); các cấu kiện còn lại của 20 tầng chưa được thể hiện chi tiết toàn bộ hồ sơ thi công.
  • Giả thiết liên kết móng: Khi phân tích mô hình khung không gian trên ETABS, các nút chân cột và chân vách được gán ngàm cứng tuyệt đối với móng, chưa mô hình hóa sự làm việc đồng thời của đất nền – móng – kết cấu phần thân (hiệu ứng tương tác Soil – Structure Interaction).

Hướng nghiên cứu mở rộng

  • Ứng dụng mô hình tương tác đàn hồi giữa cọc, đài móng và nền đất nhiều lớp trong việc tính toán phân phối lại nội lực khung nhà cao tầng.
  • Mở rộng phân tích phi tuyến (Pushover Analysis hoặc phân tích theo lịch sử thời gian Time-History) để đánh giá khả năng kháng chấn của kết cấu vách lõi khi chịu động đất cấp cao, thay cho phương pháp tĩnh lực ngang tương đương.
  • Nghiên cứu so sánh chi tiết chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật giữa phương án sàn sườn truyền thống và phương án sàn phẳng bê tông ứng lực trước căng sau (Post-tensioned concrete slab) cho công trình cùng quy mô nhịp.

Giá trị tham khảo và đối tượng tiếp cận

Đối tượng sử dụng tài liệu

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Công trình Xây dựng (Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp): Tài liệu cung cấp trình tự mẫu mực để hoàn thiện một đồ án tốt nghiệp chuyên ngành kỹ thuật xây dựng công trình nhiều tầng từ khâu kiến trúc, kết cấu thân, kết cấu móng đến quy trình thi công.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu mới vào nghề: Cung cấp phương pháp thực hành tính toán tải trọng gió động, tải trọng động đất theo các tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 2737:1995, TCXD 229:1999) bằng các phần mềm thương mại phổ biến (ETABS, SAFE, Excel).
  • Cán bộ kỹ thuật và tư vấn giám sát công trường: Tham khảo tài liệu quy trình kiểm soát kỹ thuật và các biện pháp xử lý sự cố trong công tác thi công cọc khoan nhồi sử dụng dung dịch bentonite.

Các phần nội dung có giá trị tham khảo cao

  • Quy trình tính toán gió động cho nhà cao tầng: Các bước tra cứu bảng, xác định hệ số tương quan không gian $\nu$, hệ số động lực $\xi$ và cách khai báo kết hợp Mode dao động trong phần mềm ETABS.
  • Trình tự thiết kế sàn bê tông cốt thép trên phần mềm SAFE: Phương pháp chia dải thiết kế (design strips) và quy trình kiểm tra trạng thái biến dạng võng thực tế so với giới hạn tiêu chuẩn.
  • Các bước thiết kế nền móng cọc khoan nhồi: Cách đối chiếu sức chịu tải cọc giữa các công thức lý thuyết cơ học đất và chỉ số hiện trường SPT theo hướng dẫn của Viện Kiến trúc Nhật Bản.

Câu hỏi thường gặp

1. Quy mô hình học và phân khu công năng chính của công trình Y&I Apartment là gì?

Công trình gồm 20 tầng căn hộ điển hình, 1 tầng bán hầm và 1 tầng thượng kỹ thuật. Tổng chiều cao công trình tính từ mặt đất tự nhiên đến đỉnh mái là +78,6 m (chiều cao tính toán kết cấu là 71,8 m). Mặt bằng tầng điển hình có kích thước 42 m × 46 m, lưới cột chia thành 4 nhịp mỗi phương (nhịp từ 8,0 m đến 9,0 m). Tầng hầm cao 3,0 m dùng để xe và đặt hệ thống kỹ thuật; tầng 1 cao 3,6 m làm khu dịch vụ; các tầng 2–20 cao 3,4 m bố trí 8 căn hộ/tầng (diện tích 100, 105, 110 và 120 $\text{m}^2$); tầng thượng cao 3,3 m bố trí phòng máy kỹ thuật.

2. Các thông số cơ lý của bê tông và cốt thép được chọn trong đồ án là bao nhiêu?

Đồ án sử dụng bê tông cấp độ bền B25 và B30 cùng hai nhóm cốt thép:

  • Bê tông B25: Cường độ chịu nén tính toán $R_b = 14{,}0\text{ MPa}$, cường độ chịu kéo $R_{bt} = 1{,}20\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_b = 30000\text{ MPa}$.
  • Bê tông B30: Cường độ chịu nén tính toán $R_b = 17{,}0\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_b = 32500\text{ MPa}$.
  • Cốt thép AI ($\varnothing \le 10\text{ mm}$): Cường độ chịu kéo/nén tính toán $R_s = R_{sc} = 225\text{ MPa}$, cường độ cốt ngang $R_{sw} = 175\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_s = 210000\text{ MPa}$.
  • Cốt thép AIII ($\varnothing > 10\text{ mm}$): Cường độ chịu kéo/nén tính toán $R_s = R_{sc} = 365\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_s = 200000\text{ MPa}$.

3. Tại sao công trình phải tính thành phần động của gió và tác giả đã khảo sát dao động như thế nào?

Theo quy định của TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999, công trình có chiều cao $71{,}8\text{ m} > 40\text{ m}$ bắt buộc phải tính toán thành phần động của tải trọng gió (bao gồm xung vận tốc gió và lực quán tính). Tác giả đã mô hình hóa công trình trên ETABS và khảo sát 12 mode dao động riêng. Kết quả cho thấy chu kỳ dao động Mode 1 là $T_1 = 2{,}025\text{ s}$ và tần số dao động riêng thứ 4 nhỏ hơn giá trị giới hạn $f_L = 1{,}3\text{ s}^{-1}$ ($f_4 < f_L$). Do đó, thành phần động của gió được tính toán ứng với 3 mode dao động đầu tiên (trong đó Mode 2 có dạng dao động xoắn nên được loại bỏ khỏi tổ hợp tải trọng gió động).

4. Kích thước tiết diện các cấu kiện chịu lực chính được lựa chọn sơ bộ ra sao?

  • Bản sàn tầng điển hình: Chọn chiều dày bản $h_b = 170\text{ mm}$ theo công thức bản kê bốn cạnh.
  • Dầm chính sàn tầng điển hình: Chọn kích thước $b_d \times h_d = 300 \times 700\text{ mm}$ cho các nhịp 8,5 m và 9,0 m.
  • Vách cứng lõi thang: Chọn chiều dày thành vách $b_w = 300\text{ mm}$ (thỏa mãn điều kiện $b_w \ge 150\text{ mm}$ và không nhỏ hơn $1/20$ chiều cao tầng là $3400/20 = 170\text{ mm}$).
  • Tiết diện cột: Cột tầng dưới cùng có kích thước $1000 \times 1000\text{ mm}$, được chia nhóm và giảm dần tiết diện sau mỗi 4 tầng để đảm bảo sự chuyển tiếp độ cứng điều hòa.

5. Biện pháp kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi gồm các công đoạn cơ bản nào?

Quy trình thi công cọc khoan nhồi đổ bê tông tại chỗ bao gồm 8 công đoạn liên hoàn: chuẩn bị mặt bằng và định vị tim cọc; đưa máy khoan vào vị trí và ép hạ ống vách tạm (casing); tiến hành khoan phá đất và bơm bổ sung dung dịch bentonite giữ ổn định thành vách hố khoan; thổi rửa vệ sinh cặn lắng đáy hố khoan lần 1; gia công lắp đặt lồng cốt thép có tích hợp sẵn ống thép siêu âm; lắp dựng hệ thống ống dẫn đổ bê tông rút dần (ống tremie) và làm sạch đáy hố khoan lần 2; đổ bê tông liên tục theo phương pháp vữa dâng; rút ống vách tạm và hoàn thiện đầu cọc.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Công trình Y&I Apartment" của tác giả Trần Phước Giàu đã hoàn thành một khối lượng công việc thiết kế kỹ thuật toàn diện cho một tòa nhà chung cư cao 20 tầng bằng bê tông cốt thép tại Thành phố Hồ Chí Minh. Nghiên cứu giải quyết thấu đáo chuỗi nhiệm vụ thiết kế từ giải pháp kiến trúc, mô hình hóa động lực học hệ khung – vách chịu tải ngang (gió động, động đất), tính toán sàn tầng điển hình và sàn phẳng, đến tính toán móng cọc khoan nhồi sâu và lập biện pháp thi công thực địa. Nhờ tuân thủ hệ thống tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam hiện hành kết hợp với các công cụ phân tích kết cấu hiện đại (ETABS, SAFE, Excel), các kết quả tính toán có độ tin cậy kỹ thuật cao. Công trình đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn rõ ràng cho sinh viên chuyên ngành và các kỹ sư thiết kế công trình xây dựng dân dụng nhiều tầng.