Bối cảnh và nhiệm vụ thiết kế

Đồ án tốt nghiệp "Dự án Căn hộ SORA GARDEN I – Khối A" do sinh viên Đoàn Nhật Anh thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Tổng tại Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (khóa 2020, hoàn thành tháng 6/2024, mã số lưu trữ SKL012946). Dự án nghiên cứu và thiết kế kết cấu cho công trình chung cư cao tầng tọa lạc tại Đường Hùng Vương, phường Phú Mỹ, thành phố Thủ Dầu Một, tỉnh Bình Dương.

Về quy mô, công trình có tổng chiều cao 59,4 m tính từ cốt mặt đất tự nhiên, gồm 17 tầng nổi, 1 tầng tum và tầng mái. Công năng của tòa nhà được phân bổ cụ thể:

  • Tầng 1 đến tầng 3: Khu vực bãi đỗ xe và không gian kỹ thuật.
  • Tầng 4 đến tầng 15: Bố trí các căn hộ ở phục vụ cư dân.
  • Tầng tum và tầng mái: Bố trí phòng kỹ thuật thang máy, bể nước và hệ thống thu lôi thoát sét.

Công trình được xếp vào Công trình Dân dụng Cấp II theo quy định phân cấp quy mô kết cấu tại QCVN 03:2022/BXD. Về hệ thống giao thông và hạ tầng kỹ thuật:

  • Giao thông phương ngang tổ chức theo dạng hành lang giữa bao quanh lõi thang đứng, đảm bảo khoảng cách di chuyển từ cửa căn hộ xa nhất đến buồng thang không vượt quá 30 m.
  • Giao thông phương đứng gồm 4 thang máy chở khách, 2 buồng thang máy chuyên dụng cho phòng cháy chữa cháy (PCCC) và 2 buồng thang bộ thoát hiểm khép kín bằng bê tông cốt thép.
  • Hệ thống cơ điện và an toàn: Cung cấp điện từ lưới điện thành phố kết hợp máy phát điện dự phòng, dây dẫn đi ngầm trong hộp kỹ thuật tường; cấp nước mạng thành phố và thoát nước phân lưu (nước mưa mái dẫn qua rãnh gom ngoài nhà, nước thải xử lý qua bể tự hoại); chống sét sử dụng kim thu sét phát xạ sớm Dynasphere trên mái nối dây đồng xuống bãi tiếp địa; bình khí CO2 PCCC đặt dọc hành lang các tầng.

Nhiệm vụ thiết kế của đồ án bao gồm các hạng mục kỹ thuật:

  1. Thể hiện các bản vẽ kiến trúc tổng thể và mặt bằng công trình.
  2. Mô hình hóa, phân tích nội lực, tính toán và bố trí cốt thép sàn tầng điển hình theo phương án sàn dầm toàn khối.
  3. Thiết kế chi tiết cầu thang bộ dạng bản hai vế chịu lực.
  4. Xây dựng mô hình không gian tổng thể, phân tích và thiết kế khung bê tông cốt thép (hệ dầm, cột, vách và lõi thang máy) chịu tải trọng đứng và tải trọng ngang.
  5. Xử lý địa chất, tính toán sức chịu tải cọc và thiết kế kết cấu đài móng cọc khoan nhồi (móng lõi thang máy và móng cột điển hình).
  6. Lập quy trình công nghệ và tổ chức thi công cọc khoan nhồi.
  7. Thực hiện chuyên đề mở rộng: Thiết kế, kiểm tra võng, nứt và chống xuyên thủng cho phương án sàn phẳng tầng điển hình.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán

Hệ thống quy chuẩn kỹ thuật quốc gia, tiêu chuẩn thiết kế xây dựng và văn bản pháp lý được tác giả áp dụng trong toàn bộ đồ án bao gồm:

  • Pháp lý đầu tư và chất lượng: Nghị định số 12/2009/NĐ-CP về quản lý dự án đầu tư xây dựng; Nghị định số 15/2013/NĐ-CP về quản lý chất lượng công trình xây dựng.
  • Tải trọng, khí quyển và địa chấn: QCVN 02:2022/BXD (Số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng); TCVN 2737:2023 (Tải trọng và tác động); TCVN 9386:2012 (Thiết kế công trình chịu động đất); TCXD 229-1999 (Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió).
  • Kết cấu và an toàn công trình: TCVN 5574:2018 (Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép); QCVN 06:2010/BXD (An toàn cháy cho nhà và công trình); TCXD 198-1997 (Nhà cao tầng - Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối).
  • Địa kỹ thuật, nền móng và thi công: TCVN 10304:2014 (Móng cọc); TCVN 9362:2012 (Thiết kế nền nhà và công trình); TCVN 9395:2012 (Cọc khoan nhồi - Thi công và nghiệm thu); TCVN 9351:2012 (Đất xây dựng - Phương pháp thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT).

Phương pháp nghiên cứu và phân tích kết cấu dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn (FEM), chuyển đổi hệ kết cấu phức tạp thành mô hình rời rạc để giải ma trận độ cứng, xác định trường ứng suất, nội lực và biến dạng thông qua các phần mềm chuyên dụng. Phương pháp giải tích giải tích truyền thống cũng được kết hợp đồng thời để xác định sơ bộ tiết diện và đối chứng kiểm tra một số cấu kiện độc lập.

Các giả thuyết cơ bản trong tính toán kết cấu:

  • Sàn các tầng được xem là màng cứng tuyệt đối trong mặt phẳng nằm ngang, có khả năng phân phối tải trọng ngang tới các cấu kiện thẳng đứng tỷ lệ với độ cứng của chúng.
  • Bỏ qua biến dạng uốn ngoài mặt phẳng của sàn khi truyền lực ngang vào cột và vách.
  • Chân cột, vách và lõi thang máy được coi là liên kết ngàm tuyệt đối tại cao trình mặt trên của đài móng.
  • Tải trọng ngang (gió, động đất) được quy đổi thành các lực tập trung tác dụng tại tâm cứng hoặc tâm khối lượng của từng tầng.

Hệ thống công cụ phần mềm phục vụ tính toán và thể hiện bản vẽ:

  • ETABS 2016: Mô hình hóa không gian 3D phân tích dao động, nội lực hệ khung dầm, cột, vách, lõi thang và kiểm tra biến dạng ngang tổng thể.
  • SAFE 2016: Mô hình hóa, phân tích nội lực, kiểm tra võng dài hạn, nứt và thiết kế cốt thép sàn dầm, sàn phẳng và hệ đài móng cọc.
  • AutoCAD 2022: Thể hiện chi tiết các bản vẽ kiến trúc và bản vẽ thi công kết cấu.
  • Microsoft Excel và Word: Lập bảng tính tự động kiểm tra tải trọng, cốt thép, lún móng và trình bày thuyết minh.

Thông số chỉ tiêu cơ lý của vật liệu xây dựng sử dụng:

Cấu kiện kết cấu Cấp độ bền bê tông Cấp chống thấm Cốt thép dọc chịu lực Cốt thép đai / cấu tạo Chiều dày lớp bảo vệ (mm)
Móng cọc, đài móng B30 (PCB40, XM $\ge$ 450 kg/m³, N/XM $\le$ 0,4) W12 CB400-V ($R_s = R_{sc} = 350$ MPa) CB300-T ($R_{sw} = 210$ MPa) 40
Cột, vách, lõi thang B30 (PCB40, XM $\ge$ 450 kg/m³, N/XM $\le$ 0,4) W12 CB400-V ($R_s = R_{sc} = 350$ MPa) CB300-T ($R_{sw} = 210$ MPa) 30
Dầm khung thông thường B30 - CB400-V ($R_s = R_{sc} = 350$ MPa) CB300-T ($R_{sw} = 210$ MPa) 25
Dầm chuyển (nếu có) B40 - CB400-V ($R_s = R_{sc} = 350$ MPa) CB300-T ($R_{sw} = 210$ MPa) 30
Sàn dầm, bản thang B30 - CB300-V ($R_s = R_{sc} = 260$ MPa) CB300-T ($R_{sw} = 210$ MPa) Sàn: 25; Bản thang: 20

Thiết kế và triển khai kỹ thuật

Lựa chọn phương án kết cấu chịu tải đứng và tải ngang

Qua phân tích mặt bằng kiến trúc có nhịp lớn nhất lên tới 11,5 m, chiều cao tầng 3,3 m, mật độ tường ngăn xây bằng gạch có lỗ lớn và phân bố không đều, tác giả đã đánh giá so sánh giữa ba phương án: sàn dầm, sàn phẳng và sàn ô cờ. Kết quả lựa chọn phương án sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối (sàn dầm) cho các tầng điển hình do phù hợp với mạng lưới tường ngăn phía trên, kỹ thuật thi công quen thuộc và độ võng được kiểm soát tốt bởi hệ dầm đỡ. Đối với kết cấu chịu tải ngang, chiều cao công trình 59,4 m tạo ra moment lật và lực cắt đáy đáng kể dưới tác động của gió và động đất, đồng thời mặt bằng có tính bất đối xứng dẫn đến nguy cơ xoắn. Do đó, hệ kết cấu chịu lực ngang dạng Vách - Lõi bê tông cốt thép (kết hợp khung dầm - cột) được lựa chọn nhằm tối ưu hóa độ cứng chống dịch chuyển ngang.

Kích thước hình học sơ bộ các cấu kiện chịu lực

  • Bản sàn tầng điển hình dày $h_s = 180$ mm; sàn khu vệ sinh và ban công dày $h_s = 150$ mm; bản cầu thang dày $h_s = 150$ mm.
  • Hệ dầm khung chính có tiết diện $b_d \times h_d = 300 \times 600$ mm; dầm đỡ thang bộ có kích thước $200 \times 400$ mm.
  • Vách cứng và vách lõi thang máy có chiều dày thay đổi $b_w = 250 - 300$ mm, đảm bảo tỷ lệ độ mảnh $h_t / 20 \le b_w$.

Cơ sở tải trọng và tác động

  1. Tĩnh tải ($Dead Load$): Trọng lượng bản thân kết cấu được gán tự động trong phần mềm ETABS; tĩnh tải hoàn thiện cấu tạo sàn tính từ các lớp gạch ceramic, vữa lót, trần treo và hệ thống đường ống kỹ thuật (sàn căn hộ $1,48$ kN/m², sàn vệ sinh $1,26$ kN/m², sàn mái $1,43$ kN/m²); tải trọng tường xây gạch rỗng trát 2 mặt truyền vào dầm hoặc phân bố đều trên ô sàn ($q_{tuong} = Q_t / S$).
  2. Hoạt tải ($Live Load$): Xác định chuẩn xác theo TCVN 2737:2023. Phòng ngủ, phòng ăn và bếp lấy hoạt tải tiêu chuẩn $1,5$ kN/m² (hệ số vượt tải $\gamma_f = 1,3$, giá trị tính toán $1,95$ kN/m²); hành lang, sảnh và cầu thang bộ lấy $3,0$ kN/m² ($\gamma_f = 1,3$, giá trị tính toán $3,9$ kN/m²); ban công và logia lấy $2,0$ kN/m² ($\gamma_f = 1,2$, giá trị tính toán $2,4$ kN/m²); phòng kỹ thuật lấy $2,0$ kN/m²; mái bằng không sử dụng lấy $0,3$ kN/m² ($\gamma_f = 1,3$, tính toán $0,39$ kN/m²).
  3. Tải trọng gió: Vị trí xây dựng tại Thủ Dầu Một thuộc vùng áp lực gió I theo QCVN 02:2022/BXD, áp lực gió cơ sở $W_0 = 65$ daN/m², vận tốc gió cơ sở chu kỳ lặp 50 năm $V_{3s,50} = 36$ m/s, dạng địa hình B. Áp lực gió động được tính toán dựa trên hệ số hiệu ứng giật $G_f$ (phân chia thành khối đế từ chân đến tầng 3 và khối thân tháp từ tầng 4 lên mái) theo TCVN 2737:2023. Kết quả chu kỳ dao động riêng cơ bản thứ nhất theo phương X là $T_{1X} = 1,331$ s ($f_{1X} = 0,76$ Hz), phương Y là $T_{1Y} = 1,312$ s ($f_{1Y} = 0,76$ Hz).
  4. Tải trọng động đất: Tính theo phương pháp phổ phản ứng đàn hồi của TCVN 9386:2012. Địa danh Thủ Dầu Một có đỉnh gia tốc nền tham chiếu $a_{gR} = 0,08013g$, hệ số tầm quan trọng công trình cấp II là $\gamma_I = 1,0 \rightarrow a_g = 0,08013g$ (cấp động đất MSK-64 cấp VII). Nền đất phân loại C ($S = 1,6$; $T_B = 0,2$ s; $T_C = 0,6$ s; $T_D = 2,0$ s). Hệ số ứng xử kết cấu theo phương ngang $q = q_0 \times k_w = 3,12$. Phản ứng dao động của các mode được tổng hợp bằng phương pháp căn bậc hai tổng bình phương (SRSS).
  5. Tổ hợp tải trọng: Bao gồm 17 tổ hợp cơ bản và đặc biệt theo Trạng thái giới hạn I (TTGH I) để tính toán cốt thép cấu kiện (kể cả tải trọng động đất $DDX, DDY$ với hệ số kết hợp hoạt tải $0,3$) và tổ hợp theo Trạng thái giới hạn II (TTGH II) để kiểm tra biến dạng.

Nội dung chi tiết theo từng chương

Chương 1: Tổng quan công trình kiến trúc

Chương này giới thiệu địa điểm xây dựng tại đường Hùng Vương, phường Phú Mỹ, thành phố Thủ Dầu Một, Bình Dương; làm rõ vai trò công năng của công trình căn hộ chung cư 17 tầng. Tác giả trình bày bản vẽ mặt bằng tổng thể, mặt đứng trục BF-BA, giải pháp tổ chức mặt bằng căn hộ, giao thông đứng gồm 6 thang máy (2 thang PCCC) và 2 thang bộ, hạ tầng cấp thoát nước, mạng lưới điện âm tường, hệ thống chống sét quả cầu Dynasphere và giải pháp an toàn thoát nạn khi xảy ra hỏa hoạn.

Chương 2: Cơ sở thiết kế

Tác giả hệ thống hóa các văn bản quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam áp dụng trong đồ án. Trình bày chi tiết quan điểm tính toán kết cấu theo hai trạng thái giới hạn (TTGH I về cường độ, TTGH II về độ võng và khe nứt); so sánh ưu nhược điểm giữa phương pháp giải tích vi phân và phương pháp phần tử hữu hạn trên máy tính; công bố các thông số cường độ tính toán của bê tông cấp bền B30, cốt thép CB300-T, CB300-V, CB400-V. Bảng phân tích lựa chọn phương án kết cấu chỉ rõ lý do chọn sàn dầm chịu tải đứng, hệ vách - lõi chịu tải ngang và phương án móng cọc khoan nhồi cắm vào tầng đất tốt sâu.

Chương 3: Tải trọng và tổ hợp tải trọng

Nội dung chương tập trung xác định chi tiết tải trọng tác dụng lên công trình. Thống kê tĩnh tải các lớp sàn hoàn thiện cho từng khu chức năng; lập bảng tính tải trọng tường xây ngăn phòng trên ô sàn và tường xây trực tiếp trên dầm; tính toán hoạt tải sử dụng theo TCVN 2737:2023. Tác giả trình bày phương pháp xác định tải trọng gió theo mô hình gió giật của tiêu chuẩn mới, tính toán hệ số khí động $c_d$, hệ số phản ứng nền $Q$, hệ số cộng hưởng $R$ và hệ số giật $G_f$ cho hai khối công trình. Phân tích dao động động đất xuất 12 mode dao động từ ETABS, xác định lực cắt đáy mode 1 và lực cắt tầng theo phổ phản ứng thiết kế $S_d(T)$, thiết lập hệ thống 17 tổ hợp tải trọng cho thiết kế cường độ và sử dụng.

Chương 4: Kiểm tra trạng thái giới hạn II

Chương 4 thực hiện các kiểm tra bắt buộc về chuyển vị và ổn định công trình chịu tác động ngang:

  • Ổn định chống lật: Tỷ số moment giữ trên moment gây lật $M_{CL} / M_L$ ở cả hai phương đều thỏa mãn điều kiện an toàn $\ge 1,5$ theo TCXD 198-1997.
  • Chuyển vị ngang đỉnh công trình: Kiểm tra dưới các tổ hợp tải trọng gió tiêu chuẩn. Giá trị chuyển vị đỉnh lớn nhất ghi nhận tại đỉnh mái theo phương X ứng với tổ hợp TH9 là $8,x$ mm, nhỏ hơn nhiều so với giá trị chuyển vị giới hạn $f_u = H / 500 = 59400 / 500 = 118,8$ mm theo TCVN 2737:2023.
  • Gia tốc đỉnh cực đại: Kiểm tra mức độ tiện nghi sinh lý cho người sử dụng dưới tải trọng gió. Chu kỳ dao động riêng thứ nhất $T_{1X} = 1,331$ s và $T_{1Y} = 1,312$ s cho giá trị gia tốc đỉnh dao động nhỏ hơn giới hạn cho phép $[a] = 150$ mm/s² theo TCXD 198-1997.
  • Chuyển vị ngang lệch tầng (Drift): Tính toán theo TCVN 9386:2012 với hệ số ứng xử chuyển vị $q_d = 3,12$ và hệ số chiết giảm chu kỳ lặp $\nu = 0,4$. Độ lệch tầng tại toàn bộ 17 tầng đều thỏa mãn điều kiện $d_r \times \nu \le 0,005h$.
  • Hiệu ứng P-Delta (bậc 2): Tính toán hệ số độ nhạy chuyển vị tương đối $\theta = (P_{tot} \times d_r) / (V_{tot} \times h)$. Tất cả các tầng đều có giá trị $\theta \le 0,1$ (giá trị lớn nhất đạt khoảng $0,027$), kết luận kết cấu an toàn và không cần phải xét tới hiệu ứng P-Delta trong tính toán nội lực.

Chương 5: Thiết kế cầu thang bộ

Thiết kế cầu thang bộ thoát hiểm 2 vế dạng bản bằng bê tông cốt thép toàn khối. Chiều cao tầng $3300$ mm, mỗi vế gồm 10 bậc, chiều cao bậc $165$ mm, bề rộng mặt bậc $250$ mm, bề dày bản thang nghiêng $150$ mm, góc nghiêng $33^\circ$. Bản thang được mô hình dưới dạng dầm/bản đơn giản tựa khớp lên hệ dầm chiếu tới và dầm chiếu nghỉ. Tác giả tính toán chi tiết tĩnh tải quy đổi theo phương nghiêng, hoạt tải $3,0$ kN/m² (tính toán $3,9$ kN/m²), xác định biểu đồ moment uốn, tính toán diện tích cốt thép chịu uốn và kiểm tra khả năng chịu ứng suất cắt của bê tông bản thang.

Chương 6: Thiết kế sàn tầng điển hình

Tác giả sử dụng phần mềm SAFE 2016 để xây dựng mô hình phần tử hữu hạn sàn dầm tầng căn hộ điển hình. Vạch các dải dải Strip theo phương X và phương Y, gán tải trọng tĩnh tải hoàn thiện và các trường hợp hoạt tải xen kẽ. Trích xuất biểu đồ bao moment uốn tại các gối tựa trên dầm và nhịp ô bản sàn, tiến hành tính thép theo TCVN 5574:2018. Kiểm tra độ võng đàn hồi tức thời, kiểm tra khả năng hình thành vết nứt tại các gối và nhịp, xác định độ cong cấu kiện có xét tới từ biến và co ngót của bê tông để kiểm tra độ võng dài hạn, đảm bảo độ võng tổng thể nằm trong giới hạn cho phép $L / 250$.

Chương 7: Thiết kế khung

Mô hình hóa khung không gian trong ETABS. Trích xuất nội lực bất lợi nhất từ 17 tổ hợp tải trọng và tổ hợp bao cho hệ dầm tầng 15 (minh họa dầm B153), tính toán diện tích cốt thép dọc, cốt đai chịu cắt và tính toán chiều dài neo, đoạn nối cốt thép theo quy định. Đối với vách phẳng và hệ vách lõi thang máy WCORE, tác giả chia vách thành các phần tử nhỏ dạng Pier để trích xuất moment, lực dọc và lực cắt; tính toán cốt thép phân bố thân vách kết hợp cấu tạo cốt đai kháng chấn vùng biên chịu nén theo TCVN 9386:2012. Hệ cột chịu nén uốn xiên được tính toán cốt thép dọc và bố trí cốt đai dày chống nứt vỡ trong vùng khớp dẻo ở hai đầu cột.

Chương 8: Thiết kế móng

Dựa trên hồ sơ khoan khảo sát địa chất công trình và chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT, tác giả xác định phương án móng cọc khoan nhồi đường kính lớn tựa mũi vào lớp đất tốt. Sức chịu tải của cọc đơn được xác định và đối chứng qua 4 phương pháp:

  1. Sức chịu tải theo độ bền vật liệu bê tông cốt thép cọc ($R_{vl}$).
  2. Sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền ($R_{cl}$).
  3. Sức chịu tải theo cường độ kháng cắt của đất nền.
  4. Sức chịu tải tính từ kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT ngoài hiện trường.

Từ đó, xác định sức chịu tải thiết kế $P_{tk}$ để bố trí số lượng cọc cho đài móng cụm vách lõi thang và móng cột F40. Sử dụng phần mềm SAFE để kiểm tra phản lực đầu cọc cực đại $P_{max} \le 1,2 P_{tk}$, $P_{min} > 0$ (không bị nhổ cọc). Kiểm tra điều kiện làm việc của khối móng quy ước (áp lực đáy móng, tính lún theo phương pháp cộng lún từng lớp $\le [S] = 8$ cm), kiểm tra chống chọc thủng đài cọc do cột/vách gây ra, kiểm tra khả năng chống cắt trên tiết diện nghiêng và tính toán cốt thép lưới đáy đài móng theo hai phương.

Chương 9: Thi công cọc khoan nhồi

Trình bày chi tiết biện pháp kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi tại công trường:

  • Quy trình công nghệ: Định vị tim cọc $\rightarrow$ Khoan hạ ống vách dẫn hướng (casing) $\rightarrow$ Khoan tạo lỗ bằng mũi khoan guồng xoắn kết hợp gầu múc và giữ thành vách hố khoan bằng dung dịch giữ thành bentonite $\rightarrow$ Nạo vét mùn lắng và thổi rửa đáy hố khoan $\rightarrow$ Lắp dựng lồng cốt thép có gắn con kê định vị $\rightarrow$ Hạ ống đổ bê tông tremie và thổi rửa lần 2 $\rightarrow$ Đổ bê tông bằng phương pháp rút ống liên tục $\rightarrow$ Rút ống vách và hoàn thiện đầu cọc.
  • Lập bảng tính toán định mức khối lượng vật liệu cho một cọc, lựa chọn máy khoan, cẩu phục vụ, máy bơm, xác định biểu đồ nhân lực thi công và tổng tiến độ thi công cọc nhồi cho toàn bộ công trình.

Chương 10: Thiết kế sàn phẳng

Chương chuyên đề mở rộng nghiên cứu giải pháp kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép (không dầm) cho tầng điển hình nhằm so sánh với phương án sàn dầm:

  • Thiết lập mô hình sàn phẳng trên SAFE 2016, chọn chiều dày sàn sơ bộ và bố trí hệ thống mũ cột/bản treo nếu cần.
  • Chia dải dải Strip trên cột (Column Strip) và dải giữa nhịp (Middle Strip) theo hai phương để lấy nội lực moment uốn tính toán cốt thép.
  • Kiểm tra điều kiện chống xuyên thủng (chọc thủng) giữa sàn và cột, sàn và mép vách theo công thức của TCVN 5574:2018; xác định chu vi mặt cắt tới hạn và tính toán cốt thép chống chọc thủng dạng đai hoặc chốt thép.
  • Kiểm tra trạng thái nứt và tính toán độ cong để xác định độ võng dài hạn có kể đến vết nứt và từ biến, so sánh hiệu quả kinh tế - kỹ thuật với phương án sàn dầm.

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Kết quả tính toán chính có số liệu trong văn bản

  • Các chỉ số kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng (TTGH II) của tòa nhà cao 59,4 m đều thỏa mãn giới hạn an toàn quy định:
    • Hệ số an toàn chống lật $M_{CL} / M_L > 1,5$.
    • Chuyển vị đỉnh mái dưới tác dụng của gió phương X đạt giá trị lớn nhất ở TH9 là $8,x$ mm, nhỏ hơn giới hạn cho phép $f_u = 118,8$ mm.
    • Chuyển vị ngang lệch tầng của tất cả 17 tầng đều thỏa mãn điều kiện $d_r \times \nu \le 0,005h$.
    • Gia tốc đỉnh cực đại thỏa mãn tiêu chuẩn tiện nghi sinh lý $[a] \le 150$ mm/s² dựa trên chu kỳ dao động riêng $T_{1X} = 1,331$ s và $T_{1Y} = 1,312$ s.
    • Hệ số độ nhạy hiệu ứng bậc hai lớn nhất chỉ đạt $\theta = 0,027 \le 0,1$, chứng minh công trình không bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng P-Delta.
  • Về nền móng: Xác định đầy đủ sức chịu tải cọc theo vật liệu, chỉ tiêu cơ lý và SPT; kiểm tra phản lực đầu cọc, lún khối móng quy ước và chống xuyên thủng cho đài móng lõi thang và móng F40 đều đạt điều kiện bền theo TCVN 10304:2014.
  • Kết cấu sàn và khung: Tính toán đầy đủ diện tích cốt thép dầm B153, cột, vách đơn, vách lõi thang WCORE kèm theo chi tiết đai kháng chấn theo TCVN 9386:2012; kiểm soát độ võng dài hạn của ô sàn tầng điển hình theo TCVN 5574:2018.

Giải pháp và đề xuất của tác giả

  • Đề xuất lựa chọn hệ kết cấu chịu lực thẳng đứng là sàn dầm toàn khối cho thiết kế chính nhằm thích ứng với kiến trúc căn hộ chung cư có mật độ tường xây ngăn phòng dày đặc.
  • Lựa chọn giải pháp móng cọc khoan nhồi cắm sâu vào tầng đất tốt nhằm thay thế phương án cọc ly tâm ứng suất trước, khắc phục triệt để khó khăn khi ép cọc qua các lớp địa tầng có trạng thái nửa cứng và hạn chế rủi ro nứt vỡ mối nối trong điều kiện tải trọng chân cột lớn.
  • Bố trí cấu tạo đai kháng chấn chuyên biệt tại các vùng biên chịu nén của vách, lõi và hai đầu đoạn khớp dẻo của cột khung nhằm nâng cao độ dẻo dai của công trình khi xảy ra động đất cấp VII.

Đóng góp kỹ thuật của đồ án

  • Tác giả đã cập nhật và vận dụng quy chuẩn, tiêu chuẩn mới nhất của ngành xây dựng tại thời điểm làm đồ án (đặc biệt là TCVN 2737:2023 về gió động với các hệ số hiệu ứng giật $G_f$ cho nhà nhiều tầng, phối hợp đồng bộ với TCVN 9386:2012 và TCVN 5574:2018).
  • Cung cấp mô hình phân tích so sánh song song giữa hai phương án kết cấu sàn dầm và sàn phẳng (kiểm tra chọc thủng, nứt và độ võng dài hạn), cung cấp cơ sở kỹ thuật rõ ràng trong việc lựa chọn giải pháp kết cấu sàn cho nhà cao tầng.

Hạn chế và phạm vi áp dụng

  • Đồ án được thực hiện trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp đại học ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng, do đó khối lượng thiết kế tập trung chuyên sâu vào một số cấu kiện đại diện được người hướng dẫn chỉ định (sàn tầng điển hình, cầu thang điển hình, dầm B153, hệ vách lõi thang WCORE, móng lõi và móng F40), chưa triển khai bóc tách cốt thép cho toàn bộ các cấu kiện còn lại trong công trình.
  • Các phân tích kết cấu dựa trên giả thuyết sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng ngang và chân cột ngàm chặt vào đỉnh đài móng, chưa mô hình tương tác động học đồng thời giữa đất - móng - kết cấu thượng tầng (Soil - Structure Interaction - SSI).
  • Biện pháp thi công mới dừng lại ở việc lập tiến độ và tổ chức thi công hạng mục cọc khoan nhồi, chưa mở rộng cho toàn bộ giai đoạn thi công phần ngầm (hầm, đài giằng móng) và phần thân của tòa nhà.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • 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 hoặc các đồ án môn học như Bê tông cốt thép, Nền móng, Nhà cao tầng.
  • Các kỹ sư thiết kế kết cấu trẻ cần tài liệu tham khảo thực tế về quy trình áp dụng tiêu chuẩn tải trọng mới TCVN 2737:2023 (tính toán thành phần gió động bằng phương pháp hiệu ứng giật $G_f$) kết hợp kiểm tra kháng chấn theo TCVN 9386:2012 và tính toán bê tông theo TCVN 5574:2018.
  • Phần đáng tham khảo nhất bao gồm: quy trình lập bảng tính tải trọng gió động và động đất chi tiết, kỹ thuật mô hình hóa vách lõi phân chia phần tử Pier trên ETABS, phương pháp kiểm tra xuyên thủng móng và kiểm tra võng dài hạn có kể đến nứt của sàn trên phần mềm SAFE.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình Căn hộ Sora Garden I - Khối A có quy mô và phân cấp kỹ thuật như thế nào?

Công trình cao 59,4 m tính từ mặt đất, quy mô gồm 17 tầng nổi, 1 tầng tum và tầng mái. Trong đó tầng 1-3 là bãi giữ xe, tầng 4-15 bố trí căn hộ. Tòa nhà thuộc Công trình Cấp II theo phân cấp quy chuẩn QCVN 03:2022/BXD.

2. Tải trọng gió tác dụng lên công trình được xác định theo tiêu chuẩn nào và có những thông số gì đặc biệt?

Tải trọng gió được tính toán theo tiêu chuẩn mới TCVN 2737:2023. Địa điểm tại thành phố Thủ Dầu Một, Bình Dương thuộc vùng gió I, áp lực gió cơ sở $W_0 = 65$ daN/m², vận tốc gió $V_{3s,50} = 36$ m/s, dạng địa hình B. Tác giả phân chia kết cấu thành khối đế và khối tháp trên để tính toán hệ số hiệu ứng gió giật $G_f$, ứng với chu kỳ dao động riêng thứ nhất $T_{1X} = 1,331$ s và $T_{1Y} = 1,312$ s.

3. Tác giả đã kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH II) của công trình qua những điều kiện nào?

Tác giả đã kiểm tra đầy đủ 5 điều kiện kỹ thuật theo quy định:

  1. Ổn định chống lật: Hệ số $M_{CL} / M_L \ge 1,5$ theo TCXD 198-1997.
  2. Chuyển vị đỉnh mái: Giá trị thực tế $8,x$ mm nhỏ hơn giới hạn cho phép $H / 500 = 118,8$ mm theo TCVN 2737:2023.
  3. Gia tốc đỉnh cực đại: Thỏa mãn giới hạn tiện nghi $[a] \le 150$ mm/s² theo TCXD 198-1997.
  4. Chuyển vị ngang lệch tầng (Drift): Thỏa mãn điều kiện $d_r \times \nu \le 0,005h$ theo TCVN 9386:2012.
  5. Hiệu ứng bậc hai P-Delta: Hệ số độ nhạy $\theta \le 0,1$ (cực đại đạt $0,027$) theo TCVN 9386:2012, chứng minh không cần xét P-Delta.

4. Tại sao đồ án lựa chọn móng cọc khoan nhồi thay vì cọc ép bê tông ứng suất trước?

Địa tầng công trình có các lớp đất yếu phân bố phía trên, trong khi lớp đất chịu lực tốt nằm sâu. Tải trọng toàn khối của công trình 17 tầng truyền xuống chân cột và lõi thang rất lớn. Nếu sử dụng cọc ép ly tâm sẽ gặp trở ngại lớn khi ép xuyên qua các lớp đất trạng thái cứng/nửa cứng, đồng thời bị giới hạn về chiều dài đoạn cọc và số mối nối. Cọc khoan nhồi có đường kính lớn, chiều sâu ngàm sâu vào đất tốt và sức chịu tải cao hàng nghìn tấn, giúp giảm đáng kể số lượng cọc trong phạm vi diện tích đài móng hạn chế.

5. Cấp độ bền của bê tông và các chủng loại cốt thép chính được sử dụng cho công trình là gì?

Cấu kiện móng, vách, cột, lõi thang và dầm sàn thông thường sử dụng bê tông cấp độ bền B30 (riêng dầm chuyển dùng cấp B40; bê tông móng và vách ngầm có cấp chống thấm W12). Về cốt thép: cốt đai đường kính $\le 10$ mm dùng thép CB300-T ($R_{sw} = 210$ MPa); cốt thép sàn và bản thang đường kính $\ge 10$ mm dùng thép CB300-V ($R_s = 260$ MPa); cốt thép dọc chịu lực cho dầm, cột, vách, lõi, đài móng và cọc dùng thép CB400-V ($R_s = 350$ MPa).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Dự án Căn hộ SORA GARDEN I – Khối A" của sinh viên Đoàn Nhật Anh là một công trình tính toán thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh và bài bản cho kết cấu nhà chung cư bê tông cốt thép 17 tầng. Tác giả đã vận dụng phương pháp phần tử hữu hạn trên các phần mềm chuyên ngành ETABS và SAFE, kết hợp việc cập nhật hệ thống tiêu chuẩn mới gồm TCVN 2737:2023, TCVN 9386:2012 và TCVN 5574:2018. Toàn bộ các kiểm tra về độ bền, độ ổn định chống lật, chuyển vị ngang, gia tốc đỉnh và biến dạng nền móng đều thỏa mãn các giới hạn kỹ thuật cho phép. Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực tiễn cao cho sinh viên và kỹ sư ngành kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng.