I. Tổng quan đồ án thiết kế tòa nhà Southern Cross Sky View
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng tòa nhà Southern Cross Sky View là công trình nghiên cứu toàn diện về thiết kế kiến trúc và kết cấu. Công trình được thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Thanh Phong. Dự án bao gồm nhiều phần quan trọng. Phần kiến trúc tập trung vào đặc điểm khí hậu TP.HCM. Các phân khu chức năng được bố trí hợp lý. Hệ thống kỹ thuật bao gồm điện, cấp thoát nước, thoát rác, thông thoáng chiếu sáng và phòng cháy chữa cháy. Phần kết cấu tính toán chi tiết các yếu tố chịu lực. Sàn tầng điển hình được thiết kế theo tiêu chuẩn. Cầu thang được tính toán cốt thép và tải trọng. Hồ nước mái được bố trí trên đỉnh công trình. Tải trọng gió được phân tích thành phần tĩnh và động. Khung không gian được giải bằng phần mềm ETABS. Các chỉ tiêu cơ lý đất nền được thống kê đầy đủ. Đồ án thể hiện khả năng vận dụng kiến thức chuyên môn vào thực tế.
1.1. Đặc điểm khí hậu và phân khu chức năng
Khí hậu TP.HCM thuộc vùng nhiệt đới gió mùa. Nhiệt độ trung bình năm cao. Lượng mưa tập trung vào mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11. Độ ẩm không khí luôn ở mức cao. Những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến thiết kế kiến trúc công trình. Phân khu chức năng được bố trí khoa học. Các khu vực sinh hoạt, làm việc, thương mại được phân chia rõ ràng. Hệ thống thông gió tự nhiên được tận dụng tối đa. Mái che và ban công được tính toán phù hợp với điều kiện mưa nắng. Thiết kế đảm bảo công năng sử dụng và tính thẩm mỹ cao.
1.2. Các hệ thống kỹ thuật công trình
Hệ thống điện được thiết kế đáp ứng nhu cầu sử dụng tòa nhà. Cấp nước sạch được tính toán theo lưu lượng sinh hoạt và chữa cháy. Hệ thống thoát nước mưa và nước thải được bố trí riêng biệt. Hệ thống thoát rác có ống thu gom rác tại mỗi tầng. Thông thoáng tự nhiên kết hợp với hệ thống quạt hút cơ khí. Chiếu sáng đảm bảo tiêu chuẩn về độ sáng. Hệ thống phòng cháy chữa cháy bao gồm báo cháy tự động, sprinkler, bình chữa cháy. Đường thoát hiểm được bố trí tại nhiều vị trí. Các hệ thống này tuân thủ quy chuẩn kỹ thuật quốc gia.
II. Phân tích kết cấu sàn và cầu thang tòa nhà Southern Cross
Phần kết cấu công trình Southern Cross Sky View được tính toán kỹ lưỡng theo tiêu chuẩn Việt Nam. Sàn tầng điển hình được xác định bề dày dựa trên khẩu độ nhịp lớn nhất. Tải trọng gồm tĩnh tải và hoạt tải được quy đổi ra tải trọng tính toán. Cốt thép được tính cho các ô bản kê bốn cạnh và bản dầm. Độ võng sàn được kiểm tra để đảm bảo an toàn sử dụng. Cầu thang bộ là kết cấu quan trọng trong tòa nhà cao tầng. Cấu tạo cầu thang tầng điển hình bao gồm bản thang và dầm chiếu nghỉ. Tải trọng tác dụng lên cầu thang gồm tĩnh tải bản thân và hoạt tải người sử dụng. Nội lực được xác định bằng phần mềm ETABS. Cốt thép được tính cho hai vế thang tại nhịp và gối. Dầm chiếu nghỉ cũng được tính toán riêng biệt. Tải trọng truyền lên dầm chiếu nghỉ bao gồm phản lực từ bản thang. Cốt đại dầm chiếu nghỉ đảm bảo khả năng chịu lực tổng thể.
2.1. Tính toán sàn tầng điển hình
Bề dày sàn được xác định theo công thức liên quan đến khẩu độ nhịp. Sàn bốn cạnh kê trên dầm được tính theo lý thuyết bản. Tĩnh tải bao gồm trọng lượng bản thân bê tông, lớp hoàn thiện sàn, trần. Hoạt tải tiêu chuẩn cho nhà ở là 200 kg/m2. Tải trọng tính toán bằng tổng tĩnh tải nhân hệ số an toàn cộng hoạt tải nhân hệ số quá tải. Cốt thép chịu lực chính được bố trí theo phương có moment lớn nhất. Cốt thép phân bố đặt theo phương vuông góc. Hàm lượng cốt thép phải thỏa mãn điều kiện cấu tạo tối thiểu và tối đa.
2.2. Thiết kế cầu thang và dầm chiếu nghỉ
Bản thang được tính như dầm nghiêng chịu uốn. Chiều cao bậc thang và chiều rộng vế thang tuân thủ quy chuẩn. Tải trọng bản thân gồm trọng lượng bê tông, gạch ceramic, vữa trát. Hoạt tải cầu thang lấy theo tiêu chuẩn thiết kế. Moment uốn lớn nhất xuất hiện tại nhịp hoặc gối bản thang. Cốt thép chịu lực chọn thép CB300-V hoặc CB400-V. Dầm chiếu nghỉ truyền tải trọng từ hai vế thang. Cốt thép dầm chiếu nghỉ được tính theo nguyên tắc dầm chữ nhật. Cốt đai bố trí dọc dầm để chịu lực cắt. Kiểm tra điều kiện cấu tạo về khoảng cách cốt thép.
III. Giải pháp tính toán hồ nước mái và tải trọng gió công trình
Hồ nước mái là bộ phận kỹ thuật quan trọng trên đỉnh tòa nhà Southern Cross Sky View. Dung tích bể chứa được tính dựa trên lượng nước sinh hoạt và nước chữa cháy. Kết cấu bể nước bao gồm bản nắp, bản đáy và bản thành hồ. Bản nắp bể chịu tải trọng từ người sử dụng và trọng lượng bản thân. Dầm nắp bể được thiết kế để đỡ bản nắp. Bản đáy chịu tải trọng từ áp lực nước bên trong và phản lực đất bên dưới. Kiểm tra nứt ở bản đáy đảm bảo tính kín nước. Bản thành hồ chịu áp lực nước ngang. Tải trọng gió là yếu tố quan trọng đối với tòa nhà cao tầng. Thành phần gió tĩnh được xác định theo tiêu chuẩn. Thành phần động được tính dựa trên dao động riêng của công trình. Phần mềm ETABS hỗ trợ xác định tần số và dạng dao động cơ bản. Tổng tải trọng gió là tổng hợp hai thành phần tĩnh và động.
3.1. Thiết kế kết cấu hồ nước mái
Dung tích bể nước mái được tính theo nhu cầu sử dụng hàng ngày và dự trữ chữa cháy. Bản nắp bể được tính như bản kê bốn cạnh chịu tải trọng đều. Cốt thép bản nắp được bố trí theo hai phương. Dầm nắp bể DN1 chịu tải trọng truyền từ bản nắp. Bản đáy bể chịu tải trọng nước bên trong và tải trọng đất bên dưới. Kiểm tra nứt tại gối và nhịp bản đáy đảm bảo không thấm nước. Bản thành hồ chịu áp lực nước thay đổi theo chiều cao. Cốt thép bản thành được tính theo nguyên tắc bản đứng kê hai cạnh. Vật liệu bê tông chống thấm được sử dụng cho toàn bộ bể.
3.2. Phân tích tải trọng gió tác động lên tòa nhà
Tải trọng gió bao gồm thành phần tĩnh và thành phần động. Thành phần tĩnh dựa trên áp lực gió cơ bản và hệ số khí động lực. Giá trị áp lực gió phụ thuộc vào chiều cao công trình và địa hình xung quanh. Thành phần động tính đến hiệu ứng dao động do gió gây ra. Sơ đồ tính động lực được thiết lập theo mô hình lumped mass. Khối lượng tập trung ở mỗi tầng được xác định từ kết cấu và bao che. Tần số dao động cơ bản được xuất từ phần mềm ETABS. Dạng dao động theo phương OX và OY cần xét đến. Tổng tải trọng gió là tổ hợp hai thành phần theo quy chuẩn.
IV. Kết luận thiết kế khung không gian và ứng dụng thực tế
Khung không gian là hệ kết cấu chịu lực chính của tòa nhà Southern Cross Sky View. Kích thước sơ bộ các phần tử dầm và cột được chọn dựa trên kinh nghiệm và quy chuẩn. Tải trọng tác dụng lên khung bao gồm tải trọng đứng và tải trọng ngang. Tải trọng đứng gồm tĩnh tải và hoạt tải. Tải trọng ngang chủ yếu từ lực gió. Các loại tải trọng được tổ hợp theo quy chuẩn hiện hành. Nội lực khung được giải bằng phần mềm ETABS. Cốt thép dầm khung được tính cho cốt dọc và cốt đai. Các trục 3 và B được thiết kế chi tiết. Kiểm tra độ võng dầm đảm bảo điều kiện sử dụng. Vách cứng được tính toán cốt thép để chịu lực ngang. Cốt thép cột được bố trí theo trình tự tính toán cụ thể. Các chỉ tiêu cơ lý đất nền được thống kê cho lớp đất á sét, laterite, cát. Kết quả thiết kế đảm bảo an toàn và kinh tế.
4.1. Thiết kế khung và vách cứng chịu lực
Khung không gian được mô hình hóa trên phần mềm ETABS. Phần tử dầm được chọn theo tiết diện ngang ban đầu. Phần tử cột được xác định dựa trên tải trọng và chiều cao tầng. Tải trọng đứng bao gồm trọng lượng bản thân kết cấu và hoạt tải sử dụng. Tải trọng ngang từ gió được tính theo hướng bất lợi nhất. Các tổ hợp tải trọng tuân theo hệ số quy chuẩn. Vách cứng đóng vai trò chống ngang chính. Cốt thép vách cứng bao gồm thép dọc và thép ngang. Khả năng chịu lực vách cứng được kiểm tra đầy đủ. Cấu tạo cốt thép đảm bảo liên kết tốt giữa các lớp thép.
4.2. Thống kê chỉ tiêu cơ lý đất nền và ứng dụng
Đất nền công trình bao gồm nhiều lớp với tính chất khác nhau. Lớp đất á sét có chỉ tiêu cơ học và vật lý được xác định từ thí nghiệm. Lớp đất laterite lẫn á sét được đánh giá riêng biệt. Lớp á sét lẫn ít sỏi sạn laterite có tính chất chịu lực tốt hơn. Lớp cát vừa lẫn bột bời rời là lớp sâu dưới đáy móng. Các giá trị tiêu chuẩn được xác định cho từng loại chỉ tiêu. Kết quả thống kê phục vụ tính toán thiết kế móng. Ứng dụng thực tế đòi hỏi kỹ sư hiểu rõ đặc tính đất. Thiết kế móng phải phù hợp với điều kiện địa chất thực tế.
