Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình đô thị hóa và gia tăng dân số nhanh chóng tại các khu vực kinh tế trọng điểm, nhu cầu về nhà ở ngày càng tăng cao trong khi quỹ đất xây dựng ngày một thu hẹp. Việc đầu tư xây dựng các công trình nhà ở cao tầng kết hợp thương mại dịch vụ thay thế cho các khu công trình thấp tầng hoặc khu dân cư đã xuống cấp là giải pháp quy hoạch không gian đô thị hợp lý, góp phần nâng cao chất lượng sống của cư dân và chỉnh trang diện mạo đô thị. Đề tài đồ án tốt nghiệp "Thiết kế công trình tổ hợp thương mại The Canary Heights – Block 2C" được thực hiện nhằm giải quyết trọn vẹn bài toán thiết kế kỹ thuật kết cấu cho một công trình cao tầng thực tế.

Công trình tọa lạc tại Số 01 Đại lộ Bình Dương, Khu phố Bình Giao, phường Thuận Giao, Thị xã Thuận An, Tỉnh Bình Dương, nằm liền kề Khu công nghiệp VSIP 1 và Trung tâm thương mại Aeon Mall, có vị trí giao thông thuận tiện kết nối về Thành phố Hồ Chí Minh. Dự án thuộc loại hình trung tâm thương mại kết hợp căn hộ chung cư cao cấp, là công trình dân dụng Cấp II với quy mô 22 tầng (bao gồm tầng trệt, các tầng căn hộ điển hình từ tầng 3 đến tầng 21, tầng kỹ thuật và tầng mái), tổng chiều cao công trình tính từ mặt đất đến đỉnh mái là +75.20 m. Diện tích xây dựng khối tháp Block 2C là 2.380 m². Mặt bằng kiến trúc không bố trí tầng hầm mà thực hiện đôn nền từ cao độ -0.55 m lên sàn tầng trệt (±0.00 m) với ram dốc độ dốc $i = 10%$; mỗi tầng điển hình bố trí 4 căn hộ với hệ thống giao thông gồm 4 thang máy đặt tại lõi trung tâm và 2 buồng thang bộ thoát hiểm.

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu, thiết kế của đồ án được xác định cụ thể theo các nội dung sau:

  1. Nghiên cứu tổng quan kiến trúc, điều kiện tự nhiên, địa chất công trình và các giải pháp mặt bằng, mặt đứng, mặt cắt của tổ hợp The Canary Heights – Block 2C.
  2. Xác định các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu bê tông cốt thép và lập bảng thông số tải trọng tác động lên công trình (tĩnh tải hoàn thiện, tải trọng tường xây, hoạt tải sử dụng theo chức năng, tải trọng gió tĩnh, gió động và tải trọng động đất).
  3. Thiết kế chi tiết sàn tầng điển hình sử dụng giải pháp sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối, mô hình hóa và phân tích nội lực bằng phần mềm SAFE 2016, kiểm tra trạng thái giới hạn về độ võng dài hạn có xét đến nứt và từ biến của bê tông.
  4. Tính toán và thiết kế kết cấu cầu thang bộ 2 vế dạng bản nghiêng chịu lực, so sánh kết quả nội lực giữa sơ đồ tính 2D và mô hình 3D.
  5. Xây dựng mô hình không gian tổng thể hệ khung – vách lõi bằng phần mềm ETABS 2016; kiểm tra các điều kiện ổn định tổng thể (chuyển vị đỉnh, chuyển vị lệch tầng); tính toán cốt thép dọc và cốt thép đai cho hệ dầm khung; tính toán thép vách lõi thang máy.
  6. Đánh giá điều kiện địa chất công trình, tính toán sức chịu tải đơn cọc (so sánh giữa cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và cọc khoan nhồi), mô hình hóa hệ móng và thiết kế các đài móng chịu lực lớn dưới chân vách (đài PC12, PC18, PC21).
  7. Hoàn thiện bộ hồ sơ thiết kế kỹ thuật gồm thuyết minh tính toán và 21 bản vẽ kỹ thuật khổ A1 (4 bản vẽ kiến trúc, 13 bản vẽ kết cấu, 4 bản vẽ nền móng).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án được triển khai dựa trên các quy định chung của Điều 78 Luật Xây dựng 2014 về quy trình thiết kế xây dựng công trình dân dụng, kết hợp hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành của Việt Nam và các tiêu chuẩn quốc tế chuyên ngành:

Lĩnh vực áp dụng Ký hiệu tiêu chuẩn Tên tiêu chuẩn / Quy chuẩn kỹ thuật
Tải trọng & Tác động TCVN 2737:1995 Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế
Tải trọng Gió động TCXD 229:1999 Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737:1995
Kháng chấn TCVN 9386:2012 / TCXDVN 375:2006 Thiết kế công trình chịu động đất – Tiêu chuẩn thiết kế
Kết cấu BTCT TCVN 5574:2012 / TCXDVN 356:2005 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế
Nhà cao tầng TCXD 198:1997 / TCVN 198:1997 Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối
Nền & Móng cọc TCVN 9362:2012; TCVN 10304:2014; TCXD 195:1997 Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà; Móng cọc; Thiết kế cọc khoan nhồi
Thí nghiệm & Kiểm định cọc TCVN 9393:2012; TCVN 9395:2012; TCVN 9396:2012; TCVN 9397:2012 Thử tải tĩnh cọc; Thi công nghiệm thu cọc khoan nhồi; Siêu âm cọc; Thử động biến dạng nhỏ
Tiêu chuẩn nước ngoài BS 8110:1997; ACI 318-08; ACI 318-11 Tiêu chuẩn Anh (thiết kế khung, sàn); Tiêu chuẩn Mỹ (thiết kế vách lõi và dầm spandrel)

Phương pháp nghiên cứu và công cụ kỹ thuật thực tế được tác giả ứng dụng:

  • Phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (FEM): Sử dụng phần mềm ETABS 2016 để phân tích động lực học công trình, xác định chu kỳ dao động riêng ($T_i$), tần số dao động ($f_i$), dạng mode dao động, nội lực khung không gian và vách lõi; phần mềm SAFE 2016 để phân tích hệ bản sàn theo phương pháp dải Strip; phần mềm SAP 2000 hỗ trợ tính toán không gian 3D cấu kiện cầu thang.
  • Phương pháp giải tích và bảng tính kỹ thuật: Xây dựng các thuật toán tính toán tự động trên Microsoft Excel để tính toán tải trọng gió động, phổ phản ứng động đất, sức chịu tải cọc đơn theo các phương pháp cơ lý, cường độ, SPT và kiểm tra lún khối móng quy ước.
  • Nguồn dữ liệu đầu vào: Hồ sơ thiết kế kiến trúc điều chỉnh công trình The Canary Heights – Block 2C; số liệu khảo sát địa chất công trình từ hố khoan HK1 tại hiện trường; bản đồ phân vùng áp lực gió và phân vùng gia tốc nền động đất lãnh thổ Việt Nam.

Thông số vật liệu chính sử dụng trong tính toán:

  • Bê tông: Cấp độ bền B30 dùng cho toàn bộ hệ kết cấu chịu lực (sàn, dầm, cột, vách lõi, cầu thang, đài móng, cọc khoan nhồi) với cường độ chịu nén tính toán $R_b = 17\text{ MPa}$, cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1.2\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_b = 32.5 \times 10^3\text{ MPa}$. Vữa xây trát sử dụng vữa xi măng cát mác B5C.
  • Cốt thép: Cốt thép dọc chịu lực nhóm A-III có cường độ tiêu chuẩn $R_{sn} = 390\text{ MPa}$, cường độ tính toán chịu kéo $R_s = 365\text{ MPa}$, chịu nén $R_{sc} = 365\text{ MPa}$, cốt đai chịu cắt $R_{sw} = 290\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_s = 2.0 \times 10^5\text{ MPa}$, hệ số giới hạn vùng nén $\xi_R = 0.541$.
  • Chiều dày lớp bê tông bảo vệ: Bản sàn và tường $\ge 15\text{ mm}$ (khi chiều dày $> 100\text{ mm}$); dầm và cột $\ge 20 - 25\text{ mm}$; dầm móng $\ge 30\text{ mm}$; đài móng $35\text{ mm}$ (khi có lớp bê tông lót) và $70\text{ mm}$ (khi không có bê tông lót).

Thiết kế và triển khai giải pháp kết cấu

Hệ thống kết cấu công trình The Canary Heights – Block 2C được phân tích và lựa chọn đồng bộ từ phần thân đến phần ngầm:

  1. Hệ kết cấu chịu lực phần thân:

    • Sử dụng hệ kết cấu hỗn hợp Khung – Vách lõi bê tông cốt thép toàn khối. Hệ khung chịu tải trọng thẳng đứng; hệ vách lõi thang máy (trục CH và C8) cùng vách biên vừa tiếp nhận tải trọng đứng vừa đóng vai trò kháng tải trọng ngang (gió và động đất), tăng cường độ cứng chống xoắn cho tòa nhà. Chân vách và chân cột được ngàm chặt vào hệ đài móng.
    • Kích thước sơ bộ cấu kiện: Sàn sườn dày $h_s = 120\text{ mm}$ (chọn theo ô bản sàn kích thước lớn nhất $7.58\text{ m} \times 6.12\text{ m}$ với tỷ lệ $L_2/L_1 = 1.233 < 2$, làm việc uốn hai phương); hệ dầm chính có tiết diện $300 \times 600\text{ mm}$; hệ dầm phụ có tiết diện $250 \times 500\text{ mm}$; chiều dày thành vách lõi chọn $b_w = 200\text{ mm}$ và $250\text{ mm}$ (thỏa mãn điều kiện $b_w \ge 150\text{ mm}$ và $b_w \ge h_{tầng}/20 = 3200/20 = 160\text{ mm}$).

  2. Xác định tải trọng và tổ hợp tải trọng:

    • Tĩnh tải: Trọng lượng bản thân kết cấu do phần mềm tự động tính (hệ số $1.1$); tải trọng các lớp hoàn thiện sàn căn hộ ($1.24\text{ kN/m}^2$), sàn vệ sinh ($1.31\text{ kN/m}^2$), sàn mái ($2.14\text{ kN/m}^2$), sàn hành lang ($1.31\text{ kN/m}^2$); tĩnh tải tường xây 200 mm ($3.24\text{ kN/m}^2$) và tường 100 mm ($1.40\text{ kN/m}^2$).
    • Hoạt tải: Tra theo TCVN 2737:1995: Phòng ngủ/phòng khách căn hộ ($1.50\text{ kN/m}^2$), thang/sảnh/hành lang ($3.00\text{ kN/m}^2$, hệ số độ tin cậy $n=1.3$), phòng kỹ thuật ($5.00\text{ kN/m}^2$), mái có sử dụng ($1.50\text{ kN/m}^2$), mái không sử dụng ($0.75\text{ kN/m}^2$).
    • Tải trọng gió: Địa điểm xây dựng tại Thuận An, Bình Dương thuộc Vùng gió I-A, áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 65\text{ daN/m}^2$ ($0.65\text{ kN/m}^2$), dạng địa hình A ($Z_{0j} = 250\text{ m}$, $m_t = 0.14$). Do công trình cao $H = 75.2\text{ m} > 40\text{ m}$, tác giả tính toán đầy đủ thành phần tĩnh và thành phần động của gió theo TCXD 229:1999:
      • Chu kỳ dao động riêng: Phương Y ứng với Mode 1 ($T_1 = 1.9611\text{ s}$, $f_1 = 0.510\text{ Hz}$); phương X ứng với Mode 3 ($T_3 = 1.6210\text{ s}$, $f_3 = 0.617\text{ Hz}$).
      • Tần số giới hạn $f_L = 1.1\text{ Hz}$. Vì $f_1 < f_L$, thành phần động của tải trọng gió được xác định có kể đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió và lực quán tính công trình với hệ số tương quan không gian $\nu_{1X} = 0.643$ và $\nu_{1Y} = 0.574$.
    • Tải trọng động đất: Tính theo TCVN 9386:2012 bằng phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động đàn hồi. Địa chất nền loại C ($S = 1.15$, $T_B = 0.2\text{ s}$, $T_C = 0.6\text{ s}$, $T_D = 2.0\text{ s}$); gia tốc nền tham chiếu tại Thuận An $a_{gR} = 0.0812\text{ m/s}^2$; công trình cấp II có hệ số tầm quan trọng $\gamma_I = 1.0 \rightarrow a_g = 0.08\text{ m/s}^2$; hệ số ứng xử $q = 3.6$. Bỏ qua thành phần động đất theo phương đứng do gia tốc nền $a_{vg} = 0.0452\text{ m/s}^2 < 0.25g$.

  3. Giải pháp kết cấu nền móng:

    • Lựa chọn giải pháp móng sâu truyền tải trọng lớn của tòa nhà vào các lớp đất tốt phía dưới.
    • So sánh hai phương án: Móng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và Móng cọc khoan nhồi đường kính $D = 800\text{ mm}$.
    • Tính toán và bố trí đài cọc nhóm kết hợp kiểm tra chuyển vị lún, khả năng chống xuyên thủng đáy đài cho các móng đại diện: PC12, PC18 và PC21.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan công trình

Chương này trình bày chi tiết về sự cần thiết đầu tư, đặc điểm quy hoạch và các giải pháp kiến trúc của dự án The Canary Heights – Block 2C tại Thị xã Thuận An, Tỉnh Bình Dương. Về mặt kiến trúc, công trình có hình khối hiện đại, sử dụng đá Granite và hệ kính tấm lớn; chiều cao tầng điển hình là 3.25 m (chiều cao thông thủy 2.70 m), lanh tô cửa thang máy cao 700 mm. Chương 1 thiết lập toàn bộ cơ sở lý thuyết về quy trình thiết kế theo Luật Xây dựng 2014, thống kê các tiêu chuẩn áp dụng, xác định các thông số vật liệu bê tông B30, cốt thép A-III và quy định bề dày lớp bê tông bảo vệ.

Nội dung trọng tâm của chương là công tác tính toán tải trọng:

  • Phân tích chi tiết tĩnh tải hoàn thiện cho 4 loại sàn (điển hình, vệ sinh, mái, hành lang) và tĩnh tải tường xây gạch.
  • Xác lập bảng giá trị hoạt tải sử dụng theo chức năng phân loại phòng.
  • Tính toán thành phần tĩnh và động của tải trọng gió tác dụng lên 22 mức cao trình sàn theo hai phương X và Y. Lực gió quy đổi thành lực tập trung đặt tại tâm cứng của từng tầng.
  • Thiết lập biểu đồ phổ phản ứng đàn hồi theo phương ngang phục vụ tính toán kháng chấn trên mô hình ETABS.

Chương 2. Thiết kế sàn tầng điển hình

Chương 2 thực hiện thiết kế chi tiết hệ sàn sườn bê tông cốt thép tầng điển hình (tầng 3 đến 21). Bản sàn có chiều dày chọn $h_s = 120\text{ mm}$, bê tông B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$), thép A-III ($R_s = 365\text{ MPa}$).

Tác giả sử dụng phần mềm SAFE 2016 để mô hình hóa toàn bộ mặt bằng sàn:

  • Khai báo đầy đủ các trường hợp tải: Trọng lượng bản thân (TLBT, hệ số 1.0), Tải hoàn thiện (HOANTHIEN), Tải tường (TUONG), Hoạt tải cách ô HT1, HT2, Hoạt tải ngắn hạn (HTNH) và dài hạn (HTDH).
  • Khai báo các tổ hợp tải trọng tính toán kiểm tra cường độ và tổ hợp phi tuyến kiểm tra độ võng: Tổ hợp nứt ngắn hạn ($f_1, f_2$) và tổ hợp nứt dài hạn ($f_3$) có xét hệ số từ biến $CR = 1.0$, hệ số co ngót $SH = 0.0003$.
  • Chia dải phần tử Strip theo phương X và phương Y để trích xuất biểu đồ moment uốn gối và nhịp, từ đó tính toán diện tích cốt thép yêu cầu ($A_s$), lựa chọn đường kính và khoảng cách bố trí cốt thép, kết hợp kiểm tra chuyển vị võng dầm sàn $f = f_1 - f_2 + f_3$ thỏa mãn giới hạn cho phép.

Chương 3. Thiết kế cầu thang

Chương 3 tập trung tính toán hệ thống cầu thang bộ 2 vế phục vụ giao thông đứng và thoát hiểm cho tòa nhà:

  • Xác định kích thước hình học sơ bộ bản thang nghiêng, bản chiếu nghỉ và chiếu tới; xác định tải trọng tĩnh tải hoàn thiện bậc thang và hoạt tải phân bố ($3.0\text{ kN/m}^2$).
  • Thiết lập sơ đồ tính toán bản thang nghiêng và phân tích nội lực bằng hai phương pháp: Sơ đồ phẳng 2D (dầm gãy khúc chịu tải) và mô hình không gian 3D trên phần mềm SAP 2000.
  • So sánh kết quả moment, lực cắt và diện tích cốt thép tính toán từ 2 phương pháp; từ đó đưa ra nhận xét, đánh giá sự làm việc không gian của bản thang và bố trí cốt thép chịu lực hợp lý, đảm bảo an toàn chịu lực và thuận tiện thi công.

Chương 4. Tính toán – Thiết kế hệ khung

Chương 4 thực hiện phân tích tổng thể hệ kết cấu chịu lực của tòa nhà trên phần mềm ETABS 2016:

  • Thiết lập mô hình khung không gian 3D gồm hệ cột, dầm, vách lõi thang máy và sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng ngang.
  • Khai báo và gán các trường hợp tải trọng tĩnh, hoạt tải, gió tĩnh, gió động (Mode 1, Mode 3) và tải trọng động đất theo phương X, Y.
  • Kiểm tra các điều kiện ổn định tổng thể của tòa nhà cao tầng: Kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình dưới tác dụng của tải trọng ngang ($u_{đỉnh} \le H/500$) và kiểm tra chuyển vị lệch tầng tương đối giữa các tầng lân cận ($\Delta u / h \le 1/350$).
  • Tính toán cốt thép dầm khung: Trích xuất biểu đồ bao moment và lực cắt tại các tầng điển hình, tính toán cốt thép dọc chịu uốn theo trạng thái giới hạn thứ nhất và tính toán cốt đai chịu cắt theo TCVN 5574:2012 kết hợp tiêu chuẩn BS 8110:1997.
  • Tính toán cốt thép vách lõi thang máy (trục CH và C8): Ứng dụng phương pháp giả thuyết vùng biên chịu moment kết hợp nội lực phần tử Pier (P7) tầng trệt xuất từ ETABS để tính toán bố trí cốt thép dọc tập trung ở vùng biên và cốt thép phân bố thân vách theo ACI 318-08 và TCXDVN 375:2006.

Chương 5. Tính toán – Thiết kế móng

Chương 5 giải quyết bài toán thiết kế kết cấu phần ngầm và nền móng công trình:

  • Đánh giá điều kiện địa chất công trình dựa trên số liệu trụ hố khoan HK1, trích xuất các chỉ tiêu cơ lý (dung trọng $\gamma$, lực dính $c$, góc ma sát trong $\varphi$) và chỉ số SPT ($N_{SPT}$) qua từng lớp địa tầng.
  • Xác định sức chịu tải thiết kế của cọc đơn ($R_{tk}$ / $P_{cp}$) theo 4 phương pháp:
    1. Theo cường độ vật liệu bê tông và cốt thép làm cọc ($R_{vl}$).
    2. Theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền bằng phương pháp tra bảng ($R_{cl}$).
    3. Theo chỉ tiêu cường độ đất nền ($R_{cđ}$).
    4. Theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT ($R_{spt}$).
  • Đánh giá, so sánh kỹ thuật giữa phương án cọc vuông bê tông cốt thép đúc sẵn (kèm kiểm tra cẩu lắp) và cọc khoan nhồi đường kính $D = 800\text{ mm}$, xác định số lượng cọc sơ bộ dưới đáy đài.
  • Xác định độ cứng lò xo cọc đơn để gán liên kết móng vào mô hình ETABS nhằm phản ánh chính xác tương tác kết cấu - nền đất.
  • Thiết kế chi tiết các đài móng cụm vách lõi chịu tải trọng lớn: Đài PC12, PC18 và PC21. Thực hiện các bước kiểm tra lực tác dụng lên đầu cọc ($P_{max} \le 1.2 R_{tk}$), kiểm tra ứng suất và độ lún dưới đáy khối móng quy ước ($S \le S_{gh}$), kiểm tra khả năng chống đâm thủng đáy đài và tính toán diện tích cốt thép đài móng theo hai phương.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành toàn bộ khối lượng thiết kế kỹ thuật công trình với các kết quả định lượng cụ thể:

+---------------------------------------------------------------------------------------------------+
| THÔNG SỐ VÀ KẾT QUẢ KỸ THUẬT CHÍNH CỦA ĐỒ ÁN                                                      |
+==================================+================================================================+
| Quy mô & Kích thước              | 22 tầng, cao +75.20 m, diện tích xây dựng 2.380 m²             |
+----------------------------------+----------------------------------------------------------------+
| Vật liệu kết cấu chính           | Bê tông B30 (Rb=17 MPa), Thép A-III (Rs=365 MPa)               |
+----------------------------------+----------------------------------------------------------------+
| Hệ kết cấu chịu lực              | Khung – Vách lõi BTCT toàn khối                                |
+----------------------------------+----------------------------------------------------------------+
| Tiết diện cấu kiện cơ bản        | Sàn hs=120mm; Dầm chính 300x600mm; Dầm phụ 250x500mm;          |
|                                  | Vách lõi bw=200-250mm                                          |
+----------------------------------+----------------------------------------------------------------+
| Động lực học công trình          | Mode 1 (Phương Y): T1=1.9611 s, f1=0.510 Hz                    |
|                                  | Mode 3 (Phương X): T3=1.6210 s, f3=0.617 Hz                    |
+----------------------------------+----------------------------------------------------------------+
| Thông số tải trọng gió & chấn    | Gió Vùng I-A (W0=65 daN/m²); Động đất nền C (ag=0.08 m/s², q=3.6) |
+----------------------------------+----------------------------------------------------------------+
| Giải pháp nền móng               | Móng cọc khoan nhồi D800 / cọc ép đúc sẵn; Đài PC12, PC18, PC21|
+----------------------------------+----------------------------------------------------------------+
| Hồ sơ bàn giao                   | 01 Thuyết minh + Phụ lục tính toán; 21 Bản vẽ A1               |
+----------------------------------+----------------------------------------------------------------+

Các giải pháp và đóng góp kỹ thuật chính:

  • Tối ưu hóa sơ đồ kết cấu chịu lực: Ứng dụng hệ kết cấu hỗn hợp khung - vách lõi giúp công trình cao 75.2 m đứng vững dưới tác động đồng thời của tải trọng thẳng đứng và tải trọng ngang (gió động và động đất), thỏa mãn nghiêm ngặt các tiêu chí về chuyển vị đỉnh và chuyển vị lệch tầng.
  • Quy trình phân tích sàn toàn diện: Ứng dụng mô hình SAFE 2016 phân tích dải Strip kết hợp tổ hợp phi tuyến kiểm tra độ võng nứt dài hạn có xét đến hiện tượng từ biến và co ngót ($CR = 1.0$, $SH = 0.0003$), giúp kiểm soát nứt võng sàn thực tế chính xác hơn so với phương pháp đàn hồi truyền thống.
  • Tính toán móng cọc sâu đa phương pháp: Thực hiện so sánh sức chịu tải cọc trên 4 phương pháp tính toán độc lập theo chỉ tiêu cơ lý, cường độ, vật liệu và số liệu xuyên tiêu chuẩn SPT; mô hình hóa độ cứng cọc tương tác vào kết cấu thượng tầng, tính toán chi tiết kiểm tra xuyên thủng và độ lún cho các đài cọc chịu tải trọng chân vách lớn (PC12, PC18, PC21).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và nội dung thực hiện trong thuyết minh, đồ án có một số hạn chế và hướng mở:

  • Hạn chế:
    • Nghiên cứu tập trung chuyên sâu vào công tác tính toán kết cấu phần thân và móng cọc chịu lực chính, chưa đi sâu vào biện pháp kỹ thuật thi công chi tiết tại hiện trường (như biện pháp thi công cọc nhồi, tường vây hoặc hạ mực nước ngầm).
    • Phân tích động đất mới dừng ở phương pháp phân tích phổ phản ứng đàn hồi (Response Spectrum Analysis) theo TCVN 9386:2012; chưa thực hiện các phân tích phi tuyến nâng cao như phân tích tĩnh phi tuyến (Pushover) hay phân tích lịch sử thời gian (Time-history analysis).
    • Chưa thực hiện bài toán tối ưu hóa chi phí kinh tế - kỹ thuật toàn diện giữa các phương án kết cấu và chưa lập dự toán chi tiết toàn bộ công trình.
  • Hướng phát triển tiếp theo:
    • Ứng dụng mô hình thông tin công trình (BIM - Building Information Modeling) để phối hợp đồng bộ giữa mô hình kết cấu, kiến trúc và hệ thống cơ điện (MEP).
    • Nghiên cứu ứng dụng bê tông cường độ cao hơn (B40, B50) hoặc giải pháp sàn bê tông cốt thép ứng suất trước căng sau cho các ô sàn nhịp lớn nhằm giảm chiều cao dầm, tăng không gian thông thủy và giảm tải trọng bản thân công trình truyền xuống móng.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án tốt nghiệp là nguồn tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao đối với:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng / Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng: Cung cấp tài liệu mẫu hoàn chỉnh về phương pháp tính toán tải trọng gió động theo TCXD 229:1999, tải trọng động đất theo TCVN 9386:2012, phương pháp mô hình hóa sàn trong SAFE và hệ khung - vách không gian trong ETABS.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu công trình dân dụng: Tham khảo quy trình phân tích và thiết kế vách lõi thang máy theo tiêu chuẩn ACI 318 kết hợp tiêu chuẩn Việt Nam, cũng như phương pháp tính toán sức chịu tải cọc từ số liệu khảo sát địa chất SPT thực tế và kiểm tra lún khối móng quy ước cho các đài cọc lớn.
  • Các phần nội dung đáng chú ý nhất: Bảng tính toán gió động từng tầng chi tiết theo Mode 1 và Mode 3; thuật toán tổ hợp tải trọng kiểm tra võng nứt dài hạn trong SAFE 2016; bảng so sánh sức chịu tải cọc theo 4 phương pháp tiêu chuẩn.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình The Canary Heights – Block 2C có quy mô chiều cao và các đặc điểm kiến trúc chính như thế nào? Công trình là tổ hợp trung tâm thương mại và căn hộ chung cư cao cấp Cấp II, gồm 22 tầng (tầng trệt, tầng 3 đến tầng 21 là tầng căn hộ điển hình, tầng kỹ thuật và mái), tổng chiều cao công trình tính đến đỉnh mái là +75.20 m, diện tích xây dựng tháp Block 2C là 2.380 m². Mặt bằng không có tầng hầm, được đôn nền từ -0.55 m lên ±0.00 m tại sàn tầng trệt với ram dốc $10%$; mỗi tầng điển hình có 4 căn hộ, giao thông đứng gồm 4 thang máy trung tâm và 2 buồng thang bộ.

2. Giải pháp kết cấu chịu lực chính của phần thân công trình được lựa chọn là gì và vật liệu sử dụng gồm những loại nào? Tác giả lựa chọn hệ kết cấu hỗn hợp Khung – Vách lõi bê tông cốt thép toàn khối. Vật liệu sử dụng chính gồm: Bê tông cấp độ bền B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1.2\text{ MPa}$, $E_b = 32.5 \times 10^3\text{ MPa}$) cho toàn bộ sàn, dầm, vách, cầu thang, đài móng và cọc; cốt thép chịu lực nhóm A-III ($R_s = R_{sc} = 365\text{ MPa}$, $R_{sw} = 290\text{ MPa}$, $E_s = 2.0 \times 10^5\text{ MPa}$). Kích thước sơ bộ: bản sàn dày $h_s = 120\text{ mm}$, dầm chính $300 \times 600\text{ mm}$, dầm phụ $250 \times 500\text{ mm}$, vách lõi dày $200\text{ mm}$ và $250\text{ mm}$.

3. Vì sao công trình phải tính toán thành phần động của tải trọng gió và các thông số dao động riêng thu được là bao nhiêu? Theo TCXD 229:1999 (mục 6.1), công trình nhà nhiều tầng có chiều cao lớn hơn 40 m bắt buộc phải tính thành phần động của tải trọng gió ($H_{công trình} = 75.2\text{ m}$). Kết quả phân tích động lực học trên ETABS xác định: Dạng dao động cơ bản theo phương Y ứng với Mode 1 có chu kỳ $T_1 = 1.9611\text{ s}$ ($f_1 = 0.510\text{ Hz}$); dạng dao động cơ bản theo phương X ứng với Mode 3 có chu kỳ $T_3 = 1.6210\text{ s}$ ($f_3 = 0.617\text{ Hz}$). Vì các tần số này nhỏ hơn tần số giới hạn $f_L = 1.1\text{ Hz}$, gió động được tính toán kể đến cả xung vận tốc gió và lực quán tính công trình.

4. Tải trọng động đất tác dụng lên tòa nhà được xác định theo phương pháp và các thông số kỹ thuật nào? Tải trọng động đất được xác định theo phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động đàn hồi theo TCVN 9386:2012 với sự hỗ trợ của ETABS. Các thông số gồm: Địa chất nền loại C ($S = 1.15$, $T_B = 0.2\text{ s}$, $T_C = 0.6\text{ s}$, $T_D = 2.0\text{ s}$); vị trí xây dựng tại Thuận An, Bình Dương có gia tốc nền tham chiếu $a_{gR} = 0.0812\text{ m/s}^2$; hệ số tầm quan trọng công trình cấp II $\gamma_I = 1.0 \rightarrow a_g = 0.08\text{ m/s}^2$; hệ số ứng xử kết cấu $q = 3.6$. Bỏ qua thành phần gia tốc đứng do $a_{vg} = 0.0452\text{ m/s}^2 < 0.25g$.

5. Trong phần tính toán nền móng, tác giả đã so sánh những phương án nào và thực hiện kiểm tra chi tiết các đài móng nào? Tác giả đã tiến hành tính toán sức chịu tải đơn cọc trên 4 phương pháp độc lập (theo cường độ vật liệu, chỉ tiêu cơ lý đất nền, cường độ đất nền và số liệu thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT) để so sánh giữa 2 phương án: Móng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn và Móng cọc khoan nhồi đường kính $D = 800\text{ mm}$. Hệ đài móng được mô hình hóa gán độ cứng cọc vào ETABS và thực hiện tính toán thiết kế chi tiết cho 3 cụm móng vách lõi lớn gồm đài PC12, PC18 và PC21 (kiểm tra lực đầu cọc, kiểm tra lún khối móng quy ước, kiểm tra xuyên thủng và tính thép đài).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Hoàng Kha đã hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ thiết kế kết cấu công trình tổ hợp thương mại The Canary Heights – Block 2C quy mô 22 tầng tại Tỉnh Bình Dương. Bằng việc vận dụng chuẩn xác hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành của Việt Nam kết hợp các tiêu chuẩn thiết kế quốc tế và phần mềm chuyên dụng (ETABS 2016, SAFE 2016, SAP 2000), tác giả đã giải quyết toàn diện bài toán chịu lực từ sàn sườn, cầu thang, hệ khung - vách kháng chấn đến móng cọc sâu. Kết quả tính toán đảm bảo đầy đủ các điều kiện về cường độ, độ võng, độ lệch tầng và độ lún theo quy định, tạo nên một bộ hồ sơ thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh và có giá trị tham khảo học thuật - thực tiễn cao cho ngành Kỹ thuật Công trình Xây dựng.