Chung cư Ung Văn Khiêm

Đồ án tốt nghiệp thiết kế kết cấu công trình chung cư Ung Văn Khiêm - ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

• Tác giả: Nguyễn Tuân
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Đức
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng
• Đề tài: Chung cư Ung Văn Khiêm
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về đồ án thiết kế kết cấu chung cư Ung Văn Khiêm

Đồ án thiết kế kết cấu chung cư Ung Văn Khiêm giải quyết bài toán kỹ thuật cho công trình cao tầng tại Bình Thạnh. Dự án do sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh thực hiện. Đề tài phát triển dựa trên hồ sơ kiến trúc hoàn chỉnh và tài liệu khảo sát địa chất thực tế. Công trình phục vụ nhu cầu nhà ở hiện đại kết hợp thương mại dịch vụ tại khu vực đô thị đông đúc. Mục tiêu chính hướng tới việc xác lập sơ đồ kết cấu chịu lực tối ưu. Hệ thống dầm, sàn, cột, vách cứng được bố trí nhằm kiểm soát biến dạng và chuyển vị ngang. Quy trình phân tích tuân thủ nghiêm ngặt hệ thống Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam hiện hành. TCVN 5574:2018 giữ vai trò nền tảng cho việc thiết kế bê tông cốt thép. Mặt bằng kiến trúc phân chia rõ ràng các phân khu chức năng. Hệ thống kỹ thuật cơ điện, cấp thoát nước và phòng cháy chữa cháy tích hợp đồng bộ vào kết cấu. Bản thiết kế thiết lập tiền đề kỹ thuật vững chắc cho quá trình thi công an toàn.

1.1. Bối cảnh dự án và quy mô công trình

Công trình chung cư Ung Văn Khiêm tọa lạc tại quận Bình Thạnh, Thành phố Hồ Chí Minh. Khu vực có tốc độ đô thị hóa nhanh và mật độ dân cư cao. Vị trí địa lý đòi hỏi giải pháp kiến trúc tối ưu không gian sinh hoạt. Hồ sơ kiến trúc quy định chiều cao tầng, diện tích sàn và mật độ xây dựng cụ thể. Hệ thống giao thông nội bộ kết nối trực tiếp với trục đường huyết mạch xung quanh. Công trình bao gồm tầng hầm kỹ thuật, khối đế dịch vụ và các tầng căn hộ. Mặt bằng tầng bố trí hệ thống thang bộ và thang máy trung tâm. Quy mô công trình đòi hỏi độ ổn định chịu tải trọng rất cao.

1.2. Hệ thống kỹ thuật phụ trợ tích hợp

Thiết kế kết cấu luôn gắn liền với việc bố trí hạ tầng kỹ thuật phụ trợ. Hệ thống cấp nước đi ngầm trong các hộp kỹ thuật xuyên suốt chiều cao tầng. Đường ống cứu hỏa chính phân bố đều tại các sảnh giao thông công cộng. Hệ thống thoát nước tách biệt hoàn toàn giữa nước mưa và nước thải sinh hoạt. Nước mưa trên mái chảy vào ống thoát đường kính 140 mm xuống cống ngầm. Nước thải phân khu vệ sinh đi qua bể xử lý cục bộ. Hệ thống thông gió tận dụng cửa sổ tự nhiên và quạt hút cưỡng bức. Mạng lưới phòng cháy chữa cháy tuân thủ tiêu chuẩn TCVN 2622-1995. Các đầu báo khói và họng cứu hỏa vách tường bảo đảm an toàn cao.

II. Phân tích tải trọng thiết kế kết cấu chung cư Ung Văn Khiêm

Quá trình phân tích tải trọng cho chung cư Ung Văn Khiêm đối mặt nhiều thách thức phức tạp. Công trình cao tầng chịu tác động đồng thời của tĩnh tải, hoạt tải sử dụng và tải trọng gió. Địa chất khu vực quận Bình Thạnh có tầng bùn sét dày và sức chịu tải yếu. Hiện tượng lún không đều dễ xảy ra nếu mô hình móng không phản ánh đúng thực tế cơ lý đất nền. Tải trọng bản thân của kết cấu bê tông cốt thép chiếm tỷ trọng rất lớn trong tổng tải trọng thẳng đứng. Hoạt tải phân bố trên các sàn căn hộ và khu vực hành lang thay đổi liên tục theo công năng. Tải trọng gió tại Thành phố Hồ Chí Minh tạo ra mô men lật và lực cắt đáy đáng kể lên hệ khung. Chuyển vị đỉnh công trình cần được kiểm soát nghiêm ngặt nhằm tránh rung lắc gây mất an toàn. Việc phân tích tương tác giữa kết cấu bên trên và nền đất đòi hỏi phương pháp tiếp cận chính xác. Kỹ sư phải mô hình hóa độ cứng của hệ dầm, cột, vách lõi và móng một cách chi tiết. Sai số trong giả thiết tính toán có thể gây lãng phí hoặc phá hoại giòn nguy hiểm.

2.1. Đặc điểm địa chất công trình tại quận Bình Thạnh

Điều kiện địa chất tại khu vực Ung Văn Khiêm, Bình Thạnh mang tính chất trầm tích sông biển đặc thù. Báo cáo khảo sát địa chất chỉ ra các lớp đất mặt chủ yếu là bùn sét có sức chịu tải rất kém. Tầng đất yếu này có hệ số rỗng cao, độ ẩm lớn và chỉ số nén lún mạnh. Lớp đất tốt thường nằm ở độ sâu lớn từ 30 đến 40 mét so với mặt đất. Mực nước ngầm xuất hiện nông gây áp lực thủy tĩnh lên sàn đáy tầng hầm. Sự biến thiên đất nền gây khó khăn cho việc chọn mũi cọc. Kỹ sư phải tính toán kỹ ma sát thành âm và độ lún lâu dài.

2.2. Khó khăn trong tính toán tải trọng gió và động đất

Tải trọng gió là yếu tố chi phối lớn nhất đến độ cứng ngang của công trình. Khu vực quận Bình Thạnh chịu áp lực gió vùng II-A với hệ số phức tạp. Vận tốc gió tăng dần theo chiều cao tạo lực đẩy ngang rất lớn. Gió giật còn kích thích các dao động nguy hiểm của khung bê tông. Mô hình tính toán cần phân tích nhiều dạng dao động riêng biệt. Sự mất đối xứng mặt bằng kiến trúc có thể gây ra hiện tượng xoắn nguy hiểm. Các cột biên và vách cứng phải chịu thêm nội lực xoắn cục bộ. Kỹ sư phải kiểm soát chuyển vị lệch tầng nhằm bảo vệ vách ngăn và khung kính.

III. Phương pháp thiết kế kết cấu chung cư Ung Văn Khiêm hiệu quả

Đồ án triển khai các giải pháp thiết kế kết cấu hiện đại và đồng bộ. Hệ thống kết cấu chính sử dụng khung bê tông cốt thép kết hợp vách cứng phẳng. Phần mềm chuyên dụng Etabs hỗ trợ thiết lập mô hình không gian ba chiều toàn diện. Kỹ sư phân tích nội lực các cấu kiện dưới tác động của nhiều tổ hợp tải trọng. Bản sàn tầng điển hình được phân loại thành bản một phương hoặc hai phương. Tiêu chuẩn TCVN 5574:2018 đóng vai trò chỉ dẫn cốt lõi trong tính toán bê tông cốt thép. Chiều dày sàn điển hình chọn 140 mm giúp tối ưu hóa độ võng và cách âm. Lớp bê tông bảo vệ dày 20 mm bảo vệ cốt thép chống oxy hóa. Phương pháp tính toán sàn bám sát sơ đồ phần tử hữu hạn. Đối với phần ngầm, giải pháp móng cọc khoan nhồi được lựa chọn ưu tiên. Mũi cọc cắm sâu vào tầng cát chặt nhằm huy động tối đa sức kháng mũi và ma sát hông. Giải pháp này triệt tiêu nguy cơ sụt lún không đều cho khối tháp.

3.1. Quy trình tính toán cốt thép sàn theo TCVN 5574 2018

Quy trình tính toán cốt thép sàn bắt đầu bằng việc xác định mô men uốn. Với ô sàn S1 chiều dày 140 mm, chiều cao làm việc giả định đạt 115 mm. Chiều dày lớp bê tông bảo vệ quy định là 20 mm. Hệ số biến dạng alpha_m được tính từ giá trị mô men và cường độ nén bê tông Rb. Giá trị alpha_m phải nhỏ hơn giới hạn alpha_R nhằm ngăn ngừa nứt gãy. Diện tích cốt thép yêu cầu tính theo công thức chuẩn tiêu chuẩn. Cốt thép chọn phi 8 rải đều khoảng cách 200 mm thỏa mãn chịu uốn. Hàm lượng thép luôn vượt mức tối thiểu 0,1% và dưới mức khống chế tối đa.

3.2. Thiết kế hệ khung dầm cột và móng cọc khoan nhồi

Hệ khung không gian của tòa nhà gồm hệ dầm liên kết với cột và vách. Vách bê tông cốt thép bố trí tại lõi thang nhằm hấp thụ lực xô ngang. Thiết kế cấu kiện tuân theo nguyên lý cột khỏe dầm yếu truyền thống. Ở phần móng, cọc khoan nhồi là lựa chọn phù hợp nhất cho nền đất yếu. Đường kính và chiều sâu chôn cọc tính toán dựa trên tải trọng chân cột. Đài móng kiên cố liên kết các đầu cọc thành khối làm việc đồng đều. Kiểm soát chất lượng cọc khoan nhồi đòi hỏi thí nghiệm siêu âm và nén tĩnh thực tế ngoài hiện trường.

IV. Đánh giá ứng dụng thiết kế kết cấu chung cư Ung Văn Khiêm

Đồ án thiết kế kết cấu chung cư Ung Văn Khiêm mang giá trị ứng dụng thực tiễn to lớn. Kết quả tính toán cung cấp hồ sơ bản vẽ kỹ thuật đầy đủ cho từng cấu kiện. Mô hình kết cấu đáp ứng toàn diện các tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng Việt Nam. Độ võng của sàn và chuyển vị ngang của khung đều nằm trong giới hạn cho phép. Giải pháp móng cọc khoan nhồi giải quyết triệt để nguy cơ lún không đều nền đất. Dự án là tài liệu tham khảo giá trị cho sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật xây dựng. Sinh viên có thể học hỏi cách áp dụng tiêu chuẩn TCVN 5574:2018 vào tính toán. Thuyết minh tính toán thể hiện quy trình phân tích khoa học và mạch lạc. Giải pháp bố trí kết cấu hài hòa giữa yếu tố an toàn và tiết kiệm chi phí. Đồ án khẳng định năng lực giải quyết bài toán công trình thực tế phức tạp. Đây là cơ sở vững chắc cho các dự án chung cư cao tầng tương lai.

4.1. Khả năng tối ưu chi phí và vật liệu xây dựng

Giải pháp thiết kế trong đồ án giúp tối ưu chi phí xây dựng công trình. Việc tính toán cốt thép chính xác loại bỏ tình trạng lãng phí vật tư. Sàn dày 140 mm với cốt thép 8a200 mang lại hiệu quả kinh tế vượt trội. Tiết diện dầm cột thay đổi linh hoạt theo chiều cao giúp giảm tải trọng bản thân. Tải trọng truyền xuống móng giảm làm hạ giá thành thi công cọc khoan nhồi. Cốt thép bố trí theo biểu đồ nội lực giúp tiết kiệm thép gia cường. Bản vẽ chi tiết tạo điều kiện thuận lợi cho việc gia công lắp dựng. Công trình vừa tiết kiệm chi phí vừa bảo đảm tuổi thọ lâu dài.

4.2. Bài học kinh nghiệm cho kỹ sư xây dựng tương lai

Đồ án cung cấp nhiều bài học thực hành quý báu cho kỹ sư công trình. Kỹ sư phải hiểu rõ bản vẽ địa chất để chọn độ sâu cọc thích hợp. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng phải đi liền với kiểm tra cơ học. Hàm lượng thép theo TCVN 5574:2018 quyết định độ an toàn chống sụp đổ. Việc bố trí cốt thép cần chừa không gian cho ống cứu hỏa và hộp kỹ thuật. Mọi chi tiết kết cấu cần tính đến khả năng thi công thực tế. Đồ án rèn luyện tư duy kỹ thuật chuẩn xác, nghiêm túc và trách nhiệm nghề nghiệp. Đây là hành trang quan trọng cho sự nghiệp kỹ thuật sau này.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình đô thị hóa nhanh chóng tại các đô thị lớn như Thành phố Hồ Chí Minh dẫn đến nhu cầu nhà ở gia tăng áp lực lớn lên quỹ đất nội thành vốn có hạn. Giá đất nội đô tăng cao hạn chế khả năng tiếp cận nhà ở riêng lẻ của phần lớn người dân. Do đó, việc xây dựng các tổ hợp chung cư cao tầng tại các khu vực ven hoặc tiếp giáp trung tâm như quận Bình Thạnh là giải pháp quy hoạch phù hợp nhằm tối ưu hóa diện tích đất, đồng thời mở rộng không gian sống đồng bộ về hạ tầng kỹ thuật và xã hội. Bên cạnh giải quyết nhu cầu cư trú, các dự án nhà cao tầng đòi hỏi ứng dụng tiêu chuẩn kỹ thuật hiện đại trong phân tích kết cấu, thi công và quản lý vận hành.

Đồ án tốt nghiệp "Chung cư Ung Văn Khiêm" được thực hiện với các mục tiêu và nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể:

1. Hoàn thiện và thể hiện hồ sơ bản vẽ kiến trúc công trình đã được hiệu chỉnh thông số kỹ thuật.
2. Mô hình hóa, phân tích nội lực, tính toán và bố trí cốt thép cho hệ sàn tầng điển hình (tầng 2).
3. Mô hình hóa, phân tích nội lực, thiết kế và kiểm tra khả năng chịu lực của cầu thang bộ điển hình.
4. Xây dựng mô hình không gian tổng thể trên phần mềm chuyên dụng, phân tích tải trọng tĩnh, hoạt tải, tải trọng gió (thành phần tĩnh và động), tải trọng động đất; kiểm tra ổn định tổng thể công trình và thiết kế chi tiết hệ khung chịu lực (dầm, cột, vách) cho khung trục 4 được chỉ định.
5. Đánh giá điều kiện địa chất công trình, xác định sức chịu tải của cọc và thiết kế hệ móng cọc khoan nhồi cho các đài móng M1, M2, M3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Giải pháp kiến trúc, kết cấu bê tông cốt thép toàn khối và nền móng cọc khoan nhồi của công trình nhà cao tầng.
• Phạm vi không gian: Công trình Chung cư Ung Văn Khiêm tại Quận Bình Thạnh, Thành phố Hồ Chí Minh.
• Quy mô công trình: Tòa nhà gồm 21 tầng nổi, 1 tầng hầm và 1 tầng mái; tổng chiều cao công trình đạt 78,40 m.
• Phạm vi thời gian thực hiện: Đề tài thực hiện trong thời gian 20 tuần (giai đoạn từ ngày 29/08/2022 đến ngày 11/02/2023).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và tiêu chuẩn thiết kế

Đồ án áp dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia trong thiết kế kết cấu bê tông cốt thép, tải trọng tác động và nền móng công trình:

• TCVN 2737-1995: Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế.
• TCVN 5574:2018: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế.
• TCXD 198:1997: Nhà cao tầng - Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối.
• TCVN 229-1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió.
• TCVN 9386:2012: Thiết kế công trình chịu động đất.
• TCVN 10304:2014: Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế.
• TCVN 9362:2012: Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình.
• TCXD 195-1997: Nhà cao tầng - Tiêu chuẩn thiết kế cọc khoan nhồi.
• TCVN 2622-1995: Phòng cháy, chống cháy cho nhà và công trình - Yêu cầu thiết kế.
• TCVN 6203:2012: Cơ sở thiết kế kết cấu - Các ký hiệu - Ký hiệu quy ước chung.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán

• Phương pháp phân tích - tổng hợp lý thuyết: Nghiên cứu các sơ đồ làm việc của bản sàn (bản kê 4 cạnh, bản dầm 1 phương), sơ đồ biến dạng cắt của khung kết hợp biến dạng uốn của vách/lõi bê tông cốt thép.
• Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Mô hình hóa không gian 3 chiều công trình chịu các tổ hợp tải trọng trọng trường và tải trọng ngang (gió, động đất) trên phần mềm Etabs; mô hình hóa đài móng phức tạp trên phần mềm SafeV12; tính toán các sơ đồ kết cấu đơn giản bằng SAP2000.
• Phương pháp tra bảng và giải tích: Sử dụng bảng tra hệ số bản sàn đàn hồi theo tài liệu cơ học kết cấu; tính toán động lực học công trình xác định các tần số, chu kỳ dao động riêng và áp lực gió động theo các mode dao động.

Dữ liệu và vật liệu sử dụng

• Nguồn dữ liệu: Hồ sơ thiết kế kiến trúc và hồ sơ số liệu khảo sát địa chất công trình tại Quận Bình Thạnh do giảng viên hướng dẫn cung cấp.
• Bê tông kết cấu phần thân và móng: Cấp độ bền B30 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 $E_b = 32,5 \times 10^3\text{ MPa}$.
• Cốt thép:
  • Cốt thép gân đường kính $\phi \ge 10\text{ mm}$ dùng loại CB400-V có $R_s = R_{sc} = 350\text{ MPa}$, $R_{sw} = 280\text{ MPa}$, $E_s = 2,0 \times 10^5\text{ MPa}$.
  • Cốt thép trơn đường kính $\phi < 10\text{ mm}$ dùng loại CB240-T có $R_s = R_{sc} = 210\text{ MPa}$, $R_{sw} = 170\text{ MPa}$, $E_s = 2,0 \times 10^5\text{ MPa}$.
• Trọng lượng thể tích vật liệu: Bê tông cốt thép $\gamma = 25\text{ kN/m}^3$; vữa lót trát $\gamma = 18\text{ kN/m}^3$; gạch lát $\gamma = 20\text{ kN/m}^3$; tường gạch ống dày 100 mm là $1,8\text{ kN/m}^2$, dày 200 mm là $3,3\text{ kN/m}^2$; tường gạch thẻ dày 100 mm là $2,0\text{ kN/m}^2$, dày 200 mm là $4,0\text{ kN/m}^2$.

Thiết kế kỹ thuật và giải pháp kết cấu

Công trình có quy mô cao 78,40 m, chịu tác động đồng thời của tải trọng thẳng đứng lớn và tải trọng ngang do gió, động đất. Tác giả tiến hành so sánh các phương án kết cấu chịu lực chính (hệ khung thuần túy, hệ vách phẳng, hệ khung - vách và hệ khung - lõi) và các phương án sàn (sàn sườn toàn khối, sàn dầm bẹt, sàn ô cờ, sàn phẳng, sàn nấm và các loại sàn rỗng U-boot, VRO, sàn bóng, sàn 3D).

Hạng mục kết cấu	Giải pháp lựa chọn	Lý do lựa chọn kỹ thuật
Hệ chịu lực chính	Khung - lõi bê tông cốt thép toàn khối	Tận dụng độ cứng uốn của lõi thang máy/thang bộ để kiểm soát chuyển vị ngang, kết hợp hệ khung chịu tải đứng linh hoạt; phù hợp chiều cao 21 tầng theo TCXD 198:1997.
Hệ kết cấu sàn	Sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối	Độ cứng trong và ngoài mặt phẳng lớn, truyền lực rõ ràng, thi công toàn khối ổn định, tương thích với lưới cột và tường ngăn căn hộ.
Chiều dày bản sàn	$h_s = 140\text{ mm}$	Đảm bảo độ võng, khả năng cách âm, chống rung và khả năng chịu tải trọng tường xây trực tiếp trên sàn.
Hệ thống dầm	Dầm khung $300 \times 700\text{ mm}$, $300 \times 500\text{ mm}$; Dầm phụ $200 \times 400\text{ mm}$	Thỏa mãn điều kiện tỷ lệ nhịp $L/8 - L/12$, đảm bảo chiều cao thông thủy kiến trúc tầng căn hộ.
Hệ thống móng	Móng cọc khoan nhồi	Tải trọng công trình truyền xuống chân cột rất lớn; cọc khoan nhồi ngàm vào tầng đất chịu lực tốt bên dưới, giảm thiểu độ lún lệch và lún tuyệt đối.

Các hệ thống kỹ thuật công trình (MEP) được tích hợp trong giải pháp kiến trúc:

• Hệ thống cấp điện: Lấy từ cáp trung thế mạng vòng dẫn về trạm biến áp đặt tại tầng trệt; trang bị máy phát điện diesel dự phòng tự động đóng điện trong 10 giây qua bộ chuyển nguồn tự động ATS.
• Hệ thống cấp - thoát nước: Nguồn nước cấp từ mạng lưới đô thị bơm vào bể ngầm, đẩy lên bể nước mái và phân phối trọng lực; thoát nước mưa qua hệ thống ống đứng đường kính $D = 140\text{ mm}$; nước thải sinh hoạt dẫn về bể xử lý trước khi xả ra cống ngoài.
• Hệ thống phòng cháy chữa cháy: Bố trí theo TCVN 2622-1995 với trung tâm báo cháy, đầu báo tự động, hệ thống chữa cháy vách tường, sprinkler tự động, màng ngăn Drencher tại tầng hầm và khí FM200 cho các khu vực kỹ thuật đặc thù.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan về kiến trúc công trình

Chương 1 trình bày tổng quan về dự án, vị trí địa lý, đặc điểm khí hậu và giải pháp kiến trúc của công trình Chung cư Ung Văn Khiêm tại quận Bình Thạnh, TP. Hồ Chí Minh. Khu đất xây dựng bằng phẳng, thuận lợi về hạ tầng giao thông và nguồn cấp điện, cấp nước. Khí hậu mang đặc trưng nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, nhiệt độ trung bình $27^\circ\text{C}$, độ ẩm trung bình $79,5%$, thuộc vùng ít chịu tác động trực tiếp của bão lụt lớn.

Mặt bằng công trình hình chữ nhật với hình khối khỏe khoắn, hiện đại. Tầng hầm phục vụ đỗ xe và đặt các phòng kỹ thuật; tầng điển hình bố trí 14 căn hộ khép kín; tầng mái thiết kế mái bằng. Giao thông đứng gồm 4 thang máy và 2 thang bộ thoát hiểm; giao thông ngang sử dụng hành lang giữa thông suốt. Toàn bộ các hệ thống kỹ thuật công trình bao gồm cấp điện, cấp thoát nước, thông gió, chiếu sáng, phòng cháy chữa cháy, chống sét và hệ thống ống thu gom rác tầng hầm được trình bày rõ ràng về nguyên lý vận hành.

Chương 2. Lựa chọn giải pháp kết cấu

Chương này đánh giá các sơ đồ kết cấu chịu lực nhà nhiều tầng. Tác giả phân tích ưu - nhược điểm của các dạng kết cấu chịu lực thẳng đứng (khung, vách, khung - vách kết hợp, khung - lõi) và phương án sàn (sàn sườn, sàn dầm bẹt, sàn ô cờ, sàn phẳng, sàn nấm, sàn rỗng). Qua đánh giá chiều cao công trình 21 tầng và yêu cầu ngăn chia căn hộ, giải pháp hệ kết cấu chịu lực chính được chọn là hệ khung - lõi bê tông cốt thép toàn khối, hệ sàn là sàn sườn toàn khối.

Chương 2 cũng liệt kê đầy đủ hệ thống tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam hiện hành, quy định đơn vị sử dụng (kN, m, mm, $\text{cm}^2$), chủng loại vật liệu bê tông B30, thép CB400-V, thép CB240-T và các chỉ tiêu cường độ cơ lý. Đồng thời, chương này giới thiệu bộ công cụ phần mềm phục vụ tính toán gồm Etabs (phân tích không gian khung), SAP2000 (giải quyết các sơ đồ phụ trợ) và SafeV12 (tính toán móng).

Chương 3. Thiết kế sàn tầng 2

Chương 3 tập trung vào thiết kế chi tiết sàn tầng 2 (sàn tầng điển hình). Mặt bằng sàn được chia thành các ô bản từ S1 đến S18 dựa trên lưới dầm đỡ và công năng từng phòng. Dựa trên tỷ số hai cạnh ô bản $L_2/L_1$, tác giả phân loại sự làm việc của bản sàn:

• Nếu $L_2/L_1 \le 2$: Ô bản làm việc hai phương (bản kê 4 cạnh).
• Nếu $L_2/L_1 > 2$: Ô bản làm việc một phương (bản dầm, ví dụ S17, S18).

Chiều dày bản sàn được chọn sơ bộ $h_s = 140\text{ mm}$ cho toàn mặt bằng. Tải trọng tác dụng bao gồm tĩnh tải trọng lượng bản thân sàn, các lớp hoàn thiện (gạch ceramic, vữa lót tạo dốc, lớp chống thấm, hệ thống kỹ thuật treo trần) và tĩnh tải tường xây phân bố tương đương trên mặt sàn. Hoạt tải sử dụng được tra cứu theo TCVN 2737-1995 nhân hệ số độ tin cậy $n = 1,3$. Tác giả tính toán nội lực theo sơ đồ bản đơn liên kết ngàm 4 cạnh (tra bảng hệ số $\alpha_1, \beta_1$) và sơ đồ dầm 1 phương liên kết 2 đầu ngàm. Cốt thép sàn được tính toán uốn theo trạng thái giới hạn thứ nhất, kiểm tra hàm lượng cốt thép hợp lý $\mu \ge \mu_{\min} = 0,1%$, đồng thời kiểm tra nứt và võng theo trạng thái giới hạn thứ hai.

Loại ô bản	Ký hiệu tiêu biểu	Kích thước $L_1 \times L_2$ (m)	Tỷ số $L_2/L_1$	Sơ đồ tính toán	Chiều dày sàn $h_s$	Cốt thép nhịp phương ngắn
Bản kê 2 phương	S1 (Phòng ngủ)	$4,00 \times 4,00$	1,00	Sơ đồ 9 (ngàm 4 cạnh)	140 mm	$\phi 8\text{a}200$ ($A_s = 2,51\text{ cm}^2/\text{m}$)
Bản dầm 1 phương	S17 (Vệ sinh + HL)	$2,00 \times 5,92$	2,96	Sơ đồ c (dầm 2 đầu ngàm)	140 mm	Tính theo dải bản $b=1\text{ m}$

Chương 4. Thiết kế cầu thang bộ

Chương 4 thiết kế cầu thang bộ điển hình phục vụ giao thông đứng và thoát hiểm. Cầu thang có dạng 2 vế dạng bản nghiêng đổ toàn khối tựa lên dầm chiếu nghỉ và dầm chiếu tới. Tác giả chọn sơ bộ chiều dày bản thang, bản chiếu nghỉ và kích thước tiết diện dầm thang. Tải trọng phân bố vuông góc với mặt nghiêng bản thang được xác định từ trọng lượng các bậc xây, bản bê tông nghiêng, lớp ốp trát và hoạt tải người sử dụng có xét hệ số vượt tải.

Sơ đồ tính toán đưa về hệ thanh gãy khúc chịu uốn và cắt. Nội lực mô men uốn và lực cắt được xác định để tính toán diện tích cốt thép chịu lực chính dọc theo vế thang và cốt thép phân bố cấu tạo. Cốt thép dầm chiếu tới (DCT) và dầm chiếu nghỉ cũng được phân tích nội lực uốn - cắt, tính cốt thép dọc và cốt thép đai chống cắt theo TCVN 5574:2018.

Chương 5. Thiết kế khung

Chương 5 là phần tính toán kết cấu thân quan trọng nhất của đồ án. Tác giả thiết lập mô hình không gian tổng thể trên phần mềm Etabs để phân tích kết cấu khung - lõi chịu tải trọng tĩnh tải, hoạt tải và tải trọng ngang:

• Tĩnh tải: Khối lượng bản thân kết cấu, lớp hoàn thiện sàn các tầng, tải trọng tường gạch xây trên sàn và tường xây trực tiếp trên hệ dầm khung.
• Hoạt tải: Áp dụng trên các sàn chức năng (phòng ngủ, phòng khách, vệ sinh, hành lang, tầng kỹ thuật, mái).
• Tải trọng gió: Xác định theo TCVN 2737-1995 (thành phần tĩnh) và TCVN 229-1999 (thành phần động). Do công trình cao 78,40 m, thành phần động của gió được tính toán chi tiết dựa trên phân tích các dạng dao động riêng (mode 1, mode 3) theo cả hai phương X và Y, xác định chu kỳ dao động, tần số và hệ số động lực $\xi$.
• Tải trọng động đất: Xác định dựa trên phổ thiết kế đàn hồi và các thông số dẫn xuất kháng chấn theo TCVN 9386:2012.

Kết quả mô hình được dùng để kiểm tra độ ổn định kết cấu: chuyển vị ngang đỉnh công trình và chuyển vị lệch tầng dưới tác động của gió và động đất đều nằm trong giới hạn cho phép của tiêu chuẩn. Sau đó, tác giả trích xuất tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất để tính toán cốt thép dầm khung và cột khung trục 4 (chịu nén uốn lệch tâm xiên), tính cốt thép đai chịu cắt và tính toán cốt thép treo gia cường tại vị trí dầm phụ liên kết vào dầm chính.

Chương 6 (và 7). Thiết kế móng công trình

Nội dung thiết kế móng tập trung đánh giá điều kiện địa chất công trình dựa trên số liệu khoan hiện trường, mực nước ngầm và chỉ tiêu cơ lý các lớp đất. Tác giả lựa chọn giải pháp móng cọc khoan nhồi cho khối nhà cao tầng. Sức chịu tải thiết kế của cọc đơn được xác định và so sánh qua nhiều phương pháp:

• Sức chịu tải theo độ bền vật liệu cọc bê tông cốt thép.
• Sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền xung quanh và mũi cọc.
• Sức chịu tải theo chỉ tiêu cường độ đất nền.
• Sức chịu tải cực hạn do ma sát theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (công thức Nhật Bản).

Nội dung chương trình bày chi tiết việc tính toán ba đài móng cọc đại diện M1, M2 và M3:

• Xác định tải trọng tính toán và tải trọng tiêu chuẩn tại đáy đài do khung truyền xuống.
• Bố trí mạng lưới cọc trong đài, kiểm tra tải trọng tác dụng lên từng đầu cọc (không vượt quá sức chịu tải cho phép của cọc đơn).
• Kiểm tra điều kiện chọc thủng đài móng dưới tác dụng của chân cột và tháp xuyên cọc.
• Kiểm tra hiệu ứng cọc làm việc theo nhóm, kiểm tra độ ổn định và tính lún của nền đất dưới đáy móng khối quy ước (dựa trên kết quả thí nghiệm nén nhanh).
• Đài móng M3 được lập mô hình phần tử hữu hạn trên phần mềm SafeV12 để phân tích biểu đồ mô men dải (strip) theo hai phương X, Y và phản lực đầu cọc ở tổ hợp bao, từ đó tính toán và bố trí cốt thép chịu uốn cho đài.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

• Hoàn thành thiết kế hệ kết cấu chịu lực khung - lõi bê tông cốt thép toàn khối cho công trình quy mô 21 tầng nổi, 1 hầm, chiều cao 78,40 m tại Quận Bình Thạnh.
• Thiết kế hệ sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối dày $h_s = 140\text{ mm}$ đảm bảo điều kiện chịu lực và độ võng. Cốt thép nhịp ô sàn điển hình S1 ($4,0 \times 4,0\text{ m}$) đạt yêu cầu với thép $\phi 8\text{a}200$ ($A_s = 2,51\text{ cm}^2/\text{m}$).
• Xác định chính xác các đặc trưng động lực học công trình: Phân tích chu kỳ, tần số dao động riêng và tính toán đầy đủ thành phần động của tải trọng gió (theo mode 1 và mode 3) kết hợp phổ động đất, kiểm soát chuyển vị đỉnh và chuyển vị lệch tầng trong ngưỡng an toàn của TCXD 198:1997.
• Hoàn thành tính toán cốt thép dọc, thép đai, cốt thép treo dầm và cốt thép cột cho toàn bộ khung trục 4.
• Lựa chọn giải pháp móng cọc khoan nhồi, tính toán sức chịu tải cọc theo SPT công thức Nhật Bản và cơ lý đất nền; hoàn thành tính toán các đài móng M1, M2, M3 kết hợp ứng dụng phần mềm SafeV12 trong phân tích phản lực đầu cọc và dải mô men uốn đáy đài.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

• Ứng dụng hệ khung kết hợp lõi cứng đặt tại vị trí cụm thang máy và thang bộ thoát hiểm giúp cân bằng độ cứng, giảm đáng kể mô men và chuyển vị ngang cho các cột khung ngoài biên.
• Tại các vị trí liên kết giằng giữa khung và vách/lõi xuất hiện nội lực cục bộ lớn bất thường, cần chú ý cấu tạo neo nối cốt thép và bố trí thép đai gia cường chống nứt.
• Ở các ô sàn có tường xây ngăn cách không bố trí dầm phụ đỡ trực tiếp bên dưới, quy đổi tải trọng tường thành tải trọng phân bố đều trên ô bản sàn giúp tăng tính linh hoạt cho phương án bố trí không gian căn hộ.

Đóng góp so với quy trình nghiên cứu

• Tác giả đã tự hoàn thiện một chuỗi tính toán kỹ thuật hoàn chỉnh cho một công trình cao tầng thực tế: Từ xử lý kiến trúc, sơ bộ tiết diện, phân tích tải trọng tĩnh - động theo các tiêu chuẩn mới (TCVN 5574:2018), mô hình hóa 3D không gian đến thiết kế móng cọc nhồi chịu tải trọng lớn bằng công cụ hiện đại (Etabs, Safe).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế của đề tài: Do giới hạn phạm vi của đồ án tốt nghiệp, công tác tính toán thiết kế chi tiết cấu kiện khung mới chỉ tập trung cho một khung phẳng được chỉ định (khung trục 4) thay vì triển khai chi tiết toàn bộ các khung còn lại của mặt bằng công trình; phần nền móng chỉ thiết kế đại diện 3 đài móng M1, M2, M3.
• Hướng mở rộng nghiên cứu: Tiếp tục mở rộng mô hình hóa phi tuyến đánh giá biến dạng dẻo của vách và lõi chịu động đất cấp cao; khảo sát chi tiết bài toán tương tác giữa đất nền - móng - kết cấu phần thân (Soil-Structure Interaction); tối ưu hóa hình học tiết diện cột vách giảm dần theo chiều cao công trình để tiết kiệm vật liệu.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp "Chung cư Ung Văn Khiêm" là tài liệu tham khảo trực tiếp và hữu ích đối với sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Kỹ thuật Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp đang thực hiện đồ án tốt nghiệp, đồ án môn học Bê tông cốt thép hoặc Đồ án nền móng.

Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên môn cao bao gồm:

• Quy trình tính toán sàn sườn toàn khối có xét đến tải trọng tường ngăn phân bố tương đương theo TCVN 5574:2018.
• Phương pháp xác định thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 229-1999 thông qua việc khai thác các mode dao động riêng từ mô hình phần mềm Etabs.
• Quy trình kiểm tra ổn định công trình (chuyển vị đỉnh, chuyển vị lệch tầng do gió và động đất).
• Phương pháp tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi theo công thức SPT Nhật Bản và mô hình hóa đài móng cọc nhóm phức tạp trên phần mềm SafeV12.

Câu hỏi thường gặp

Công trình Chung cư Ung Văn Khiêm có quy mô chiều cao và số tầng như thế nào?
Công trình có tổng chiều cao $78,40\text{ m}$, bao gồm 21 tầng nổi, 1 tầng hầm và 1 tầng mái. Mặt bằng tầng điển hình được bố trí 14 căn hộ.

Giải pháp kết cấu chịu lực chính và kết cấu sàn được lựa chọn cho tòa nhà là gì?
Công trình sử dụng giải pháp hệ khung - lõi bê tông cốt thép đổ toàn khối làm hệ chịu lực chính theo phương đứng và ngang, kết hợp với hệ kết cấu sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối dày $140\text{ mm}$.

Chủng loại vật liệu bê tông và cốt thép được sử dụng trong tính toán công trình là loại nào?
Tác giả sử dụng bê tông cấp độ bền B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1,2\text{ MPa}$). Cốt thép chịu lực chính đường kính $\phi \ge 10\text{ mm}$ là thép gân CB400-V ($R_s = 350\text{ MPa}$); cốt thép đường kính $\phi < 10\text{ mm}$ là thép trơn CB240-T ($R_s = 210\text{ MPa}$).

Thành phần động của tải trọng gió được tính toán dựa trên tiêu chuẩn và phương pháp nào?
Thành phần động của tải trọng gió được xác định theo TCVN 229-1999, dựa trên việc khảo sát chu kỳ và tần số của các dạng dao động riêng từ mô hình động lực học Etabs (tính toán chi tiết cho dao động ở mode 1 và mode 3).

Những phần mềm chuyên ngành nào đã được tác giả ứng dụng để phân tích kết cấu và nền móng?
Đồ án sử dụng phần mềm Etabs để mô hình hóa và phân tích nội lực khung không gian tổng thể; SAP2000 để giải quyết các sơ đồ tính toán đơn giản; và SafeV12 để mô hình hóa kiểm tra nội lực, phản lực đầu cọc và cốt thép đài móng M3.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Chung cư Ung Văn Khiêm" của sinh viên Nguyễn Tuân (ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh) là một công trình thiết kế kỹ thuật xây dựng hoàn chỉnh, có tính thực tiễn cao cho một tòa nhà cao tầng 21 tầng tại TP. Hồ Chí Minh. Đề tài đã giải quyết tuần tự và nhất quán các nhiệm vụ từ tổng quan kiến trúc, lựa chọn hệ chịu lực khung - lõi và sàn sườn, phân tích tải trọng tĩnh - động theo các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành, đến việc thiết kế chi tiết cấu kiện sàn, cầu thang, khung trục 4 và móng cọc khoan nhồi. Việc kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết tính toán kết cấu bê tông cốt thép và các công cụ phần mềm chuyên dụng như Etabs, Safe, SAP2000 đảm bảo tính an toàn chịu lực và tính khả thi trong thi công công trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH 1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH 1. Mục đích xây dựng công trình Một đất nước muốn phát triển một cách mạnh mẽ trong tất cả các lĩnh vực kinh tế xã hội, trước hết cần phải có một cơ sở hạ tầng vững chắc, tạo điều kiện tốt, và thuận lợi nhất cho nhu cầu sinh sống và làm việc của người dân.

Đối với nước ta, là một nước đang từng bước phát triển và ngày càng khẳng định vị thế trong khu vực và cả quốc tế, để làm tốt mục tiêu đó, điều đầu tiên cần phải ngày càng cải thiện nhu cầu an sinh và làm việc cho người dân. Mà trong đó nhu cầu về nơi ở là một trong những nhu cầu cấp thiết hàng đầu. Trước thực trạng dân số phát triển nhanh nên nhu cầu mua đất xây dựng nhà ngày càng nhiều trong khi đó quỹ đất của Thành phố thì có hạn, chính vì vậy mà giá đất ngày càng leo thang khiến cho nhiều người dân không đủ khả năng mua đất xây dựng. Để giải quyết vấn đề cấp thiết này giải pháp xây dựng các chung cư cao tầng và phát triển quy hoạch khu dân cư ra các quận, khu vực ngoại ô trung tâm Thành phố là hợp lý nhất.

Bên cạnh đó, cùng với sự đi lên của nền kinh tế của Thành phố và tình hình đầu tư của nước ngoài vào thị trường ngày càng rộng mở, đã mở ra một triển vọng thật nhiều hứa hẹn đối với việc đầu tư xây dựng các cao ốc dùng làm văn phòng làm việc, các khách sạn cao tầng, các chung cư cao tầng… với chất lượng cao nhằm đáp ứng nhu cầu sinh hoạt ngày càng cao của mọi người dân. Có thể nói sự xuất hiện ngày càng nhiều các cao ốc trong thành phố không những đáp ứng được nhu cầu cấp bách về cơ sở hạ tầng mà còn góp phần tích cực vào việc tạo nên một bộ mặt mới cho thành phố, đồng thời cũng là cơ hội tạo nên nhiều việc làm cho người dân. Hơn nữa, đối với ngành xây dựng nói riêng, sự xuất hiện của các nhà cao tầng cũng đã góp phần tích cực vào việc phát triển ngành xây dựng thông qua việc tiếp thu và áp dụng các kỹ thuật hiện đại, cônSg nghệ mới trong tính toán, thi công và xử lý thực tế, các phương pháp thi công hiện đại của nước ngoài… Chính vì thế, công trình “CHUNG CƯ UNG VĂN KHIÊM ”được thiết kế và xây dựng nhằm góp phần giải quyết các mục tiêu trên. Đây là một khu nhà cao tầng hiện đại, đầy đủ tiện nghi, cảnh quan đẹp… thích hợp cho sinh sống, giải trí và làm việc, một chung cư cao tầng được thiết kế và thi công xây dựng với chất lượng cao, đầy đủ tiện nghi để phục vụ cho nhu cầu sống của người dân.

Vị trí và điều kiện tự nhiên 1.1 Vị trí công trình Công trình được xây dựng tại Quận Bình Thạnh, Thành Phố Hồ Chính Minh. Công trình ở vị trí thoáng và đẹp sẽ tạo điểm nhấn, đồng thời tạo nên sự hài hòa, hợp lý và hiện đại cho tổng thể quy hoạch khu dân cư. Công trình nằm trên trục đường giao thông chính nên rất thuận lợi cho việc cung cấp vật tư và giao thông ngoài công trình. Đồng thời, hệ thống cấp điện, cấp nước trong khu vực đã hoàn thiện đáp ứng tốt các yêu cầu cho công tác xây dựng.

SVTH: NGUYỄN TUÂN MSSV: 18149199 TRANG 13 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUNG CƯ UNG VĂN KHIÊM Khu đất xây dựng công trình bằng phằng, hiện trạng không có công trình cũ, không có công trình ngầm bên dưới đất nên rất thuận lợi cho công việc thi công và bố trí tổng bình đồ.