Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đề tài "Ký túc xá Trường Đại học Tôn Đức Thắng" được thực hiện trong bối cảnh nhu cầu về chỗ ở nội trú của sinh viên và giảng viên tại Trường Đại học Tôn Đức Thắng ngày càng tăng cao. Việc đầu tư xây dựng công trình nhằm giải quyết bài toán lưu trú, tạo lập môi trường sinh hoạt, học tập và nghiên cứu ổn định, góp phần đáp ứng mục tiêu phát triển và nhiệm vụ giáo dục của nhà trường.

Công trình được xây dựng tại đường Nguyễn Hữu Thọ, phường Tân Phong, Quận 7, Thành phố Hồ Chí Minh. Căn cứ theo Bảng 2 của Thông tư 03/2016/TT-BXD quy định về phân cấp công trình và hướng dẫn áp dụng trong quản lý hoạt động đầu tư xây dựng, công trình thuộc cấp II. Quy mô kiến trúc của tòa nhà bao gồm 1 tầng trệt có chiều cao 4,2 m; 15 tầng điển hình với chiều cao mỗi tầng là 3,3 m; 1 tầng kỹ thuật (tầng 16) và 1 tầng mái. Tổng chiều cao công trình từ mặt đất tự nhiên đến đỉnh là 56,7 m (chiều cao tính toán hình học trong mô hình đạt 60,2 m).

Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế kỹ thuật được giao trong văn bản bao gồm các nội dung cụ thể sau:

  1. Thể hiện lại và chuẩn hóa hồ sơ bản vẽ kiến trúc theo số liệu cập nhật mới nhất, phân bổ các không gian chức năng và hệ thống hạ tầng kỹ thuật phụ trợ.
  2. Thiết kế kết cấu phần thân: Tính toán, bố trí cốt thép cho bản sàn tầng điển hình; tính toán thiết kế kết cấu cầu thang bộ hai vế dạng bản; xây dựng mô hình không gian phân tích nội lực và thiết kế hệ khung chịu lực gồm dầm, vách phẳng và hệ lõi vách thang máy.
  3. Thiết kế kết cấu phần ngầm: Phân tích số liệu địa chất, tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi, mô hình hóa và thiết kế các đài móng đơn, móng đôi và móng cụm vách lõi thang máy.
  4. Thiết kế biện pháp kỹ thuật thi công: Lựa chọn vật liệu và tính toán kiểm tra khả năng chịu lực của hệ thống cốp pha (ván khuôn, sườn đỡ, cây chống, ty giằng) cho các cấu kiện sàn, dầm, vách và móng.

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống kết cấu bê tông cốt thép toàn khối của khối nhà ký túc xá cao tầng. Phạm vi nghiên cứu về mặt không gian đặt tại khu đất xây dựng thuộc Quận 7, Thành phố Hồ Chí Minh (với đặc trưng khí hậu nhiệt đới gió mùa, vùng gió II và dạng địa hình C bị che chắn mạnh); phạm vi thời gian thực hiện hoàn thành vào tháng 12 năm 2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án được triển khai dựa trên hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành của Việt Nam kết hợp với các phương pháp cơ học kết cấu công trình:

  • Tiêu chuẩn tải trọng và tác động: TCVN 2737:1995 và TCVN 2737:2023 dùng để xác định tĩnh tải, hoạt tải sử dụng và đặc biệt là tính toán thành phần gió tĩnh, gió động kèm hiệu ứng giật; QCVN 02:2022/BXD tra cứu các thông số khí hậu và áp lực gió tại Quận 7, TP.HCM.
  • Tiêu chuẩn kết cấu bê tông cốt thép: TCVN 5574:2018 dùng để tính toán tiết diện, bố trí cốt thép chịu uốn, chịu nén, chịu cắt và kiểm tra các trạng thái giới hạn; TCXD 198:1997 áp dụng cho thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối nhà cao tầng.
  • Tiêu chuẩn kháng chấn: TCVN 9386:2012 quy định về thiết kế công trình chịu động đất, khai báo phổ phản ứng đàn hồi và khối lượng tham gia dao động.
  • Tiêu chuẩn nền móng: TCVN 9362:2012 thiết kế nền nhà và công trình; TCXD 10304:2012 quy định tính toán móng cọc.
  • Tiêu chuẩn an toàn và phòng cháy: TCVN 2622-1995 về phòng cháy chữa cháy cho nhà và công trình; Thông tư 03/2016/TT-BXD về phân cấp công trình xây dựng.

Phương pháp nghiên cứu thực tế được tác giả áp dụng là phương pháp phân tích mô hình số thông qua phần tử hữu hạn (FEM):

  • Sử dụng phần mềm ETABS 2020 để mô hình hóa toàn bộ không gian chịu lực 3D của công trình, phân tích động học tìm chu kỳ, tần số dao động riêng, phân phối tải trọng ngang do gió và động đất, đồng thời trích xuất nội lực phục vụ thiết kế khung và vách lõi.
  • Sử dụng phần mềm SAFE để thiết lập mô hình tính toán sàn tầng điển hình theo phương pháp dải bản (Strip Method), phân tích nội lực mô men uốn hai phương, tính toán độ võng đàn hồi, độ võng dài hạn xét đến co ngót và từ biến, cũng như xác định bề rộng vết nứt bản sàn.
  • Phương pháp giải tích kết hợp lập bảng tính bảng biểu trên Microsoft Excel để tính toán diện tích cốt thép dầm, vách, cầu thang, phân tích sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo 4 phương pháp tiêu chuẩn và kiểm tra ổn định cốp pha.

Nguồn dữ liệu đầu vào sử dụng trong đồ án gồm hồ sơ thiết kế kiến trúc cập nhật của công trình Ký túc xá Trường Đại học Tôn Đức Thắng và hồ sơ khảo sát địa chất công trình tại vị trí xây dựng ở Quận 7, TP.HCM.

Loại vật liệu Cấp độ bền / Nhóm thép Thông số đặc trưng cơ lý Cấu kiện áp dụng
Bê tông B30 $R_b = 17\text{ MPa}$; $R_{bt} = 1,15\text{ MPa}$; $E_b = 32,5 \times 10^3\text{ MPa}$ Móng, cột, dầm, sàn, vách, cầu thang, bể nước
Thép thanh tròn trơn / gân CB240-T ($\phi < 10\text{ mm}$) $R_s = R_{sc} = 210\text{ MPa}$; $R_{sw} = 170\text{ MPa}$; $E_s = 2,0 \times 10^5\text{ MPa}$ Cốt đai dầm, cột, vách; cốt thép bản sàn, cầu thang
Thép thanh vằn CB400-V ($\phi \ge 10\text{ mm}$) $R_s = R_{sc} = 350\text{ MPa}$; $R_{sw} = 280\text{ MPa}$; $E_s = 2,0 \times 10^5\text{ MPa}$ Cốt thép dọc dầm, vách lõi, đài móng, cốt thép chịu lực chính

Thiết kế và triển khai

Hệ thống kết cấu chịu lực của công trình được thiết kế theo sơ đồ không gian liên hợp khung - vách - lõi bê tông cốt thép đổ toàn khối kết hợp với hệ sàn sườn:

  • Kết cấu chịu tải trọng đứng: Sử dụng hệ sàn sườn toàn khối gồm bản bê tông liên kết trực tiếp với mạng lưới dầm đỡ. Kích thước tiết diện cấu kiện được sơ bộ xác định: dầm chính chịu lực nhịp 8,0 m có kích thước $300 \times 700\text{ mm}$; dầm phụ nhịp 5,0 m có kích thước $300 \times 500\text{ mm}$; dầm bo ban công có tiết diện $200 \times 400\text{ mm}$; bản sàn dày từ 100 mm đến 120 mm.
  • Kết cấu chịu tải trọng ngang: Sử dụng hệ thống vách cứng phẳng và vách lõi thang máy bằng bê tông cốt thép B30 với chiều dày $\ge 200\text{ mm}$ (thỏa mãn điều kiện tối thiểu không nhỏ hơn 1/20 chiều cao tầng). Vách và lõi được bố trí tập trung tại các khu vực hộp kỹ thuật, sảnh thang và buồng thang bộ nhằm tối ưu hóa độ cứng chống xoắn, tiếp nhận phần lớn lực cắt đáy và mô men lật do tải trọng gió và động đất gây ra.
  • Kết cấu phần ngầm: Tải trọng công trình được truyền xuống tầng đất tốt thông qua hệ móng cọc khoan nhồi, bao gồm các cụm móng cọc đài đơn M1, móng đôi M2 và khối móng phức hợp dưới vách lõi thang máy MLT.

Quy trình triển khai mô hình tính toán được lập thành chuỗi các bước: khởi tạo hình học và lưới trục; định nghĩa vật liệu B30, thép CB240-T, CB400-V; gán tiết diện khung dầm, cột và phần tử vách (Wall/Shell); khai báo khối lượng tham gia dao động (Mass Source); phân tích tải trọng tĩnh, hoạt tải các phòng, tải trọng gió theo hai phương chính và phổ phản ứng động đất; kiểm tra an toàn theo Trạng thái giới hạn thứ II; sau đó trích xuất nội lực sang bảng tính để tính toán diện tích cốt thép chi tiết.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Khái quát về kiến trúc công trình

Chương này trình bày mục đích xây dựng, vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên tại khu đất và các giải pháp kiến trúc, hạ tầng kỹ thuật của khối ký túc xá:

  • Điều kiện tự nhiên: Khu vực mang đặc trưng khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, nhiệt độ trung bình năm $27^\circ\text{C}$, lượng mưa bình quân từ 1.000 mm/năm (tập trung vào mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11). Chế độ gió tương đối ổn định, hướng gió chủ đạo mùa khô là Đông và Đông Bắc, mùa mưa là Tây và Tây Nam.
  • Bố trí công năng mặt bằng: Tầng trệt phục vụ các tiện ích công cộng bao gồm siêu thị, căn tin, phòng sinh hoạt tập thể và phòng làm việc của bác sĩ với 2 lối thoát hiểm chính. Từ tầng 2 đến tầng 15 là các phòng ở khép kín dành cho sinh viên và giảng viên nội trú. Tầng 16 bố trí các phòng vận hành hệ thống kỹ thuật. Tầng mái được bố trí lớp chống nóng và hệ thống bể nước mái. Giao thông trục đứng được giải quyết bằng 2 thang máy tốc độ cao và 2 buồng thang bộ thoát hiểm.
  • Giải pháp kỹ thuật công trình: Nguồn cấp điện lấy từ lưới điện thành phố kết hợp máy phát điện dự phòng công suất 150 kVA; mạng lưới dây dẫn ngầm hóa hoàn toàn trong hộp kỹ thuật và sàn. Nước sạch cấp từ mạng lưới đô thị qua bể ngầm và bơm lên mái; hệ thống thoát nước mưa và nước thải sinh hoạt tách riêng, nước thải phân hủy qua bể tự hoại trước khi xả vào hệ thống chung. Hệ thống phòng cháy chữa cháy trang bị báo cháy tự động và bình chữa cháy theo tiêu chuẩn TCVN 2622-1995; rác thải thu gom qua hệ thống gen rác trục đứng.

Chương 2: Tổng quan kết cấu

Tác giả phân tích các giải pháp kết cấu phần thân theo phương ngang và phương đứng, từ đó lựa chọn phương án phù hợp:

  • Đánh giá các hệ kết cấu: So sánh giữa hệ khung thuần túy (kém hiệu quả khi công trình vượt quá 20 tầng), hệ vách - lõi cứng (chịu tải ngang tốt nhưng chiếm diện tích kiến trúc) và hệ khung - giằng kết hợp. Quyết định lựa chọn hệ kết cấu khung - vách - lõi bê tông cốt thép, trong đó vách và lõi thang chịu phần lớn tải trọng ngang, hệ khung cột dầm chịu tải trọng đứng.
  • Sơ bộ kích thước: Áp dụng công thức giải tích kinh nghiệm để lựa chọn kích thước dầm chính $300 \times 700\text{ mm}$, dầm phụ $300 \times 500\text{ mm}$, dầm ban công $200 \times 400\text{ mm}$, chiều dày vách bê tông chọn tối thiểu 200 mm.
  • Giải pháp vật liệu: Quy định toàn bộ kết cấu móng, dầm, sàn, cột, vách và bể nước dùng bê tông B30; thép thanh $\phi < 10\text{ mm}$ dùng loại CB240-T; thép thanh $\phi \ge 10\text{ mm}$ dùng CB400-V.

Chương 3: Thiết kế sàn tầng điển hình

Nội dung chương tập trung xác định tải trọng và tính toán bản sàn tầng điển hình:

  • Xác định tải trọng: Tĩnh tải gồm trọng lượng bản thân bê tông cốt thép, các lớp gạch lát Ceramic, vữa lót, vữa trát trần và hệ thống tường gạch xây trực tiếp trên sàn với trọng lượng riêng gạch xây $\gamma_t = 18\text{ kN/m}^3$. Hoạt tải sử dụng quy định theo từng chức năng: sảnh và hành lang $3,0\text{ kN/m}^2$ (hệ số vượt tải 1,2); phòng vệ sinh $1,5\text{ kN/m}^2$ (hệ số 1,3); phòng kho $5,0\text{ kN/m}^2$ (hệ số 1,2); phòng giặt $2,0\text{ kN/m}^2$ (hệ số 1,2).
  • Mô hình hóa và phân tích nội lực: Dùng phần mềm SAFE chia lưới phần tử hữu hạn và tích hợp dải Strip bề rộng 1 m theo hai phương X và Y để xác định biểu đồ mô men uốn gối và nhịp.
  • Kiểm tra trạng thái giới hạn thứ II: Độ võng đàn hồi tính được lớn nhất $f = 31,38\text{ mm}$, thỏa mãn độ võng cho phép $f_u = L/200 = 8000/200 = 40\text{ mm}$; độ võng dài hạn có xét từ biến và co ngót đạt $f = 17,12\text{ mm} \le 40\text{ mm}$. Bề rộng vết nứt ngắn hạn tính toán đạt $a_{crc} = 0,206\text{ mm} \le 0,3\text{ mm}$; bề rộng vết nứt dài hạn đạt $a_{crc} = 0,12\text{ mm} \le 0,2\text{ mm}$, đáp ứng các quy định của TCVN 5574:2018.

Chương 4: Thiết kế cầu thang

Thiết kế cầu thang bộ 2 vế tầng điển hình dạng bản chịu uốn:

  • Thông số hình học: Cầu thang gồm 2 vế đối xứng, mỗi vế 10 bậc; chiều cao bậc $h_b = 160\text{ mm}$, chiều rộng bậc $b_b = 270\text{ mm}$ (góc nghiêng bậc $30,65^\circ$). Chiều dày bản thang chọn $h_{ban} = 150\text{ mm}$, bề rộng chiếu nghỉ $l_1 = 1,9\text{ m}$, chiều dài bản nghiêng $l_2 = 2,7\text{ m}$.
  • Tính toán tải trọng và cốt thép: Cắt dải bản rộng 1 m để xác định tĩnh tải bản nghiêng (đá Granite, vữa xi măng, bậc xây gạch, bản BTCT, vữa trát và tay vịn lan can $0,3\text{ kN/m}$) và hoạt tải tính toán ($3,6\text{ kN/m}^2$). Tính thép nhịp chịu mô men dương và phân phối $40%$ giá trị mô men nhịp cho gối tựa tại vị trí liên kết với tường để chống nứt cục bộ.
  • Dầm chiếu nghỉ: Tiết diện dầm chọn $200 \times 400\text{ mm}$. Tổng tải trọng phân bố tính toán tác dụng lên dầm $g = 19,41\text{ kN/m}$. Lực cắt tính toán lớn nhất $Q_{max} = 58,75\text{ kN}$ nhỏ hơn khả năng chịu cắt của bê tông ($71,75\text{ kN}$), do đó bố trí cốt đai cấu tạo $\phi 8a200$ và tính toán cốt thép dọc chịu mô men uốn gối và nhịp.

Chương 5: Tải trọng và tác động

Xác định các dạng tải trọng tác động lên toàn bộ mô hình không gian công trình:

  • Tải trọng gió: Áp dụng TCVN 2737:2023. Công trình nằm tại Quận 7 thuộc vùng gió II ($w_{3s,10} = 0,8094\text{ kN/m}^2$), dạng địa hình C có cao độ građient $z_g = 400\text{ m}$ và hệ số $\alpha = 7$. Do công trình có chu kỳ dao động riêng thứ nhất $T_1 > 1\text{ s}$ (kết cấu mềm), tải trọng gió được tính toán bổ sung thành phần động thông qua hệ số hiệu ứng giật $G_f$.
Thông số tính toán gió động Phương X Phương Y
Bề rộng đón gió $b$ (m) 18,50 45,00
Chiều sâu công trình $d$ (m) 45,00 18,50
Tần số dao động riêng cơ bản thứ nhất $n_1$ (Hz) 0,446 0,625
Độ rối tại cao độ tương đương $I(z_s)$ 0,245 0,244
Hệ số phản ứng cộng hưởng $R$ 0,165 0,155
Hệ số phản ứng nền $Q$ 0,379 0,340
Độ cản kết cấu bê tông cốt thép $\beta$ 0,02 0,02
Hệ số hiệu ứng giật tính toán $G_f$ 0,898 0,840
  • Tải trọng động đất: Khai báo phổ phản ứng đàn hồi theo TCVN 9386:2012, xác định hệ số ứng xử $q$, gia tốc nền thiết kế và ma trận khối lượng tầng (Mass Source) tham gia dao động.
  • Tổ hợp tải trọng: Thiết lập các tổ hợp nội lực cơ bản và tổ hợp bao cho Trạng thái giới hạn 1 (tính toán cường độ cấu kiện) và Trạng thái giới hạn 2 (kiểm tra biến dạng, chuyển vị).

Chương 6: Kiểm tra trạng thái giới hạn II

Chương này thực hiện kiểm tra độ an toàn tổng thể của mô hình kết cấu ETABS:

  • Kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình dưới tác dụng của tải trọng gió và động đất, đảm bảo nhỏ hơn ngưỡng cho phép $H/500$.
  • Kiểm tra chuyển vị lệch tầng giữa các sàn kế tiếp do tải gió và tải động đất, kiểm soát độ biến dạng ngang tránh gây phá hoại các cấu kiện bao che chèn tường.
  • Kiểm tra độ ổn định chống lật tổng thể của công trình dưới tác động của mô men lật do gió và động đất so với mô men giữ do tĩnh tải trọng lượng bản thân.
  • Kiểm tra hiệu ứng P-Delta theo hai phương X và Y, bảo đảm độ cứng ngang của công trình đủ lớn để bỏ qua hoặc kiểm soát ảnh hưởng của tải trọng đứng tác động lên độ lệch trục ngang.

Chương 7: Thiết kế hệ khung

Tính toán cốt thép cho các cấu kiện chịu lực chính của khung không gian:

  • Thiết kế dầm tầng điển hình: Từ biểu đồ bao mô men và lực cắt trích xuất từ ETABS, tính toán cốt thép dọc chịu kéo tại tiết diện gối tựa (mô men âm) và nhịp giữa (mô men dương); kiểm tra hàm lượng cốt thép hợp lý $\mu_{min} \le \mu \le \mu_{max}$. Tính toán cốt thép đai chịu lực cắt theo dải bê tông nghiêng theo TCVN 5574:2018.
  • Thiết kế hệ vách và lõi thang máy: Chia phần tử Pier cho các đoạn vách phẳng đơn và tổ hợp vách lõi buồng thang. Xác định tổ hợp cặp nội lực nguy hiểm nhất ($N, M_x, M_y$), tính toán diện tích cốt thép chịu nén uốn đồng thời và mạng lưới cốt thép phân bố theo phương ngang chống cắt.

Chương 8: Thiết kế móng cho công trình

Chương này giải quyết bài toán nền móng công trình dựa trên hồ sơ địa chất thực tế:

  • Đánh giá địa chất: Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý, độ sệt, góc ma sát trong, lực dính và chỉ số đập tiêu chuẩn SPT của từng lớp đất nền qua các hố khoan khảo sát tại công trường.
  • Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi: Tính toán và tổng hợp sức chịu tải cho phép của cọc đơn theo 4 phương pháp độc lập gồm: sức chịu tải theo độ bền vật liệu bê tông cốt thép, theo chỉ tiêu cơ lý đất nền, theo chỉ tiêu cường độ đất nền và theo chỉ số thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT. Từ đó chọn ra sức chịu tải thiết kế an toàn của cọc.
  • Thiết kế các khối móng cọc: Triển khai thiết kế chi tiết cho móng M1, móng đôi M2 và khối móng vách lõi thang máy MLT:
    • Xác định số lượng cọc trong đài và bố trí mặt bằng cọc.
    • Kiểm tra phản lực đầu cọc lớn nhất $R_{max}$ và nhỏ nhất $R_{min}$ dưới các tổ hợp tải trọng.
    • Kiểm tra điều kiện ổn định và áp lực tiếp xúc của đất nền dưới đáy khối móng quy ước.
    • Tính toán độ lún của đài móng cọc theo phương pháp cộng lún từng lớp.
    • Kiểm tra điều kiện chống xuyên thủng đài cọc do cột và vách gây ra.
    • Tính toán diện tích và bố trí cốt thép chịu uốn cho bản đài móng.

Chương 9: Thiết kế cốp pha

Thiết kế hệ thống cốp pha phục vụ công tác thi công đổ bê tông toàn khối:

  • Lựa chọn vật liệu: Sử dụng ván ép phủ phim công nghiệp làm ván khuôn bề mặt; hệ sườn đứng và sườn ngang gia công từ thép hộp chịu lực; hệ thống chống đỡ sử dụng cây chống ống thép ren điều chỉnh chiều cao kết hợp thanh giằng và ty giằng chịu lực kéo.
  • Tính toán cốp pha sàn: Xác định tải trọng thi công gồm trọng lượng bê tông ướt, cốt thép, tải trọng người và thiết bị đổ bê tông, tải trọng đầm rung chấn động; tính toán khoảng cách sườn ngang, sườn dọc và bước bố trí cây chống sàn.
  • Tính toán cốp pha dầm và vách: Xác định áp lực ngang của vữa bê tông tươi mới đổ tác dụng lên thành cốp pha dầm và cốp pha vách; tính toán tiết diện sườn, kiểm tra độ bền và độ võng của ván khuôn thành dầm, đáy dầm; kiểm tra khả năng chịu lực của ty giằng ren giữ vách.
  • Thiết kế cốp pha móng M2: Xác định tải trọng áp lực đẩy ngang khi đổ khối bê tông đài lớn; tính toán kiểm tra ổn định của hệ thanh chống xiên và sườn đứng cốp pha móng.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã trích xuất và đạt được các kết quả kỹ thuật định lượng có trong văn bản:

  • Mô hình hóa hoàn chỉnh hệ thống chịu lực không gian 3D của công trình 17 tầng (cao 56,7 m) trên phần mềm ETABS 2020 và SAFE.
  • Kết quả kiểm tra độ võng sàn tầng điển hình: độ võng đàn hồi $f = 31,38\text{ mm}$ và độ võng dài hạn có co ngót từ biến $f = 17,12\text{ mm}$, hoàn toàn thỏa mãn giới hạn cho phép $f_u = 40\text{ mm}$ ($L/200$ với nhịp dầm $L = 8,0\text{ m}$).
  • Kết quả kiểm tra nứt sàn bê tông: bề rộng vết nứt ngắn hạn lớn nhất đạt $0,206\text{ mm} \le 0,3\text{ mm}$; bề rộng vết nứt dài hạn đạt $0,12\text{ mm} \le 0,2\text{ mm}$.
  • Xác định đầy đủ các thông số gió động theo tiêu chuẩn mới TCVN 2737:2023 với hệ số hiệu ứng giật $G_{f-x} = 0,898$ (ứng với tần số riêng $n_{1-x} = 0,446\text{ Hz}$) và $G_{f-y} = 0,840$ (ứng với $n_{1-y} = 0,625\text{ Hz}$).
  • Thiết kế hệ kết cấu cầu thang với lực cắt dầm chiếu nghỉ lớn nhất $Q_{max} = 58,75\text{ kN} < 71,75\text{ kN}$, cho phép đặt cốt đai cấu tạo $\phi 8a200$ và áp dụng nguyên tắc phân phối $40%$ mô men nhịp cho gối để triệt tiêu nguy cơ nứt tại góc liên kết.
  • Xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi trên cơ sở so sánh 4 phương pháp tính toán, hoàn thiện thiết kế kiểm tra xuyên thủng, độ lún và thép chịu lực cho các đài móng M1, M2 và móng vách lõi thang MLT.
  • Thiết kế hoàn chỉnh giải pháp cốp pha ván ép phủ phim kết hợp thép hộp và cây chống đơn cho sàn, dầm, vách và móng đài M2.

Đóng góp của đồ án thể hiện ở việc cập nhật đồng bộ tiêu chuẩn tải trọng và tác động mới TCVN 2737:2023 vào việc xác định thành phần gió động thông qua hệ số hiệu ứng giật $G_f$ cho công trình nhà cao tầng thuộc dạng kết cấu mềm, thay thế cho phương pháp phân tích xung vận tốc cũ. Đồng thời, đồ án xây dựng một chu trình thiết kế kỹ thuật khép kín từ khâu hoàn thiện hồ sơ kiến trúc, mô hình hóa phân tích nội lực kết cấu phần thân, thiết kế kết cấu phần móng dựa trên số liệu địa chất thực tế đến thiết kế biện pháp kỹ thuật thi công cốp pha.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Nội dung tính toán tập trung chủ yếu vào các cấu kiện điển hình của công trình như sàn tầng điển hình, cầu thang bộ tầng điển hình, các đài móng cọc đại diện (M1, M2, MLT) và biện pháp cốp pha cho một số cấu kiện cụ thể, chưa bao quát toàn bộ các cấu kiện đặc thù ở tầng trệt hoặc tầng kỹ thuật tum mái.
  • Việc phân tích động đất mới dừng lại ở phương pháp phổ phản ứng đàn hồi tuyến tính theo TCVN 9386:2012 mà chưa thực hiện mô phỏng ứng xử phi tuyến theo lịch sử thời gian.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp:

  • Nghiên cứu ứng xử phi tuyến hình học và vật liệu (Pushover hoặc Time-history Analysis) của hệ thống vách lõi chịu lực dưới tác động của các trận động đất có gia tốc nền lớn.
  • Khảo sát các giải pháp tối ưu hóa tiết diện bê tông và hàm lượng cốt thép để giảm tải trọng bản thân truyền xuống móng.
  • Mở rộng nghiên cứu lập tiến độ thi công tổng thể và thiết kế mặt bằng tổ chức thi công hoàn chỉnh cho toàn bộ khối nhà.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp đang thực hiện đồ án tốt nghiệp hoặc thiết kế các công trình nhà cao tầng bằng bê tông cốt thép từ 15 đến 20 tầng.

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

  • Quy trình tra cứu, tính toán hệ số thay đổi áp lực gió theo độ cao và xác định hệ số hiệu ứng giật $G_f$ của tải trọng gió động theo tiêu chuẩn mới TCVN 2737:2023.
  • Phương pháp mô hình hóa, gán dải Strip tính toán thép sàn, kiểm tra biến dạng co ngót, từ biến và kiểm tra bề rộng vết nứt sàn bằng phần mềm SAFE theo TCVN 5574:2018.
  • Phương pháp tổng hợp và đối sánh 4 cách tính sức chịu tải của cọc khoan nhồi từ số liệu địa chất và chỉ số SPT.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình Ký túc xá Đại học Tôn Đức Thắng có quy mô và cấp công trình như thế nào?
Công trình là công trình cấp II (theo Bảng 2 - Thông tư 03/2016/TT-BXD), gồm 1 tầng trệt (cao 4,2 m), 15 tầng điển hình (cao 3,3 m), 1 tầng kỹ thuật và 1 tầng mái. Chiều cao công trình từ mặt đất tự nhiên là 56,7 m.

2. Các loại vật liệu bê tông và cốt thép được sử dụng trong công trình có cấp độ bền nào?
Công trình sử dụng bê tông B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1,15\text{ MPa}$, $E_b = 32,5 \times 10^3\text{ MPa}$); cốt thép $\phi < 10\text{ mm}$ dùng nhóm CB240-T ($R_s = 210\text{ MPa}$); cốt thép $\phi \ge 10\text{ mm}$ dùng nhóm CB400-V ($R_s = 350\text{ MPa}$).

3. Tải trọng gió động tác dụng lên công trình được tính toán theo tiêu chuẩn nào và hệ số hiệu ứng giật ($G_f$) đạt bao nhiêu?
Tải trọng gió được tính theo TCVN 2737:2023 với địa bàn Quận 7 thuộc vùng gió II ($w_{3s,10} = 0,8094\text{ kN/m}^2$), dạng địa hình C. Do chu kỳ dao động $T_1 > 1\text{ s}$, công trình thuộc kết cấu mềm với hệ số hiệu ứng giật tính toán được là $G_{f-x} = 0,898$ (tần số $n_{1-x} = 0,446\text{ Hz}$) và $G_{f-y} = 0,840$ (tần số $n_{1-y} = 0,625\text{ Hz}$).

4. Kết quả kiểm tra độ võng và vết nứt sàn tầng điển hình trên phần mềm SAFE có thỏa mãn tiêu chuẩn không?
Các kết quả đều thỏa mãn TCVN 5574:2018: Độ võng đàn hồi đạt $31,38\text{ mm}$ và độ võng dài hạn có co ngót từ biến đạt $17,12\text{ mm}$ (giới hạn cho phép là $40\text{ mm}$); bề rộng vết nứt ngắn hạn là $0,206\text{ mm} \le 0,3\text{ mm}$ và vết nứt dài hạn là $0,12\text{ mm} \le 0,2\text{ mm}$.

5. Sức chịu tải của cọc khoan nhồi trong đồ án được xác định dựa trên những phương pháp nào?
Sức chịu tải cọc được tính toán và đối chiếu qua 4 phương pháp: sức chịu tải theo độ bền vật liệu cọc, sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền, sức chịu tải theo chỉ tiêu cường độ đất nền, và sức chịu tải theo chỉ số thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Võ Duy Chiến là công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho dự án Ký túc xá Trường Đại học Tôn Đức Thắng quy mô 17 tầng tại Thành phố Hồ Chí Minh. Tác giả đã tuân thủ nghiêm ngặt hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành, đặc biệt là việc áp dụng tiêu chuẩn mới TCVN 2737:2023 trong tính toán tải trọng gió động và phân tích biến dạng sàn, khung, vách bằng các phần mềm chuyên ngành ETABS và SAFE. Các kết quả kiểm tra trạng thái giới hạn về cường độ, chuyển vị đỉnh, nứt, võng, ổn định móng cọc khoan nhồi và an toàn cốp pha thi công đều đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, phản ánh đầy đủ năng lực thiết kế công trình xây dựng dân dụng cao tầng.