Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trước thực trạng gia tăng dân số nhanh chóng tại Thành phố Hồ Chí Minh, nhu cầu sử dụng đất ở ngày càng gia tăng trong khi quỹ đất nội thành hạn chế và giá đất leo thang. Để giải quyết áp lực về nhu cầu nhà ở và hạ tầng kỹ thuật, chính quyền Thành phố chủ trương mở rộng không gian đô thị theo mô hình đa tâm ra các khu vực ngoại vi (như Nam Sài Gòn, Thủ Thiêm, Tây Bắc, Hiệp Phước, Phước Kiểng) và đẩy mạnh xây dựng các công trình cao tầng chất lượng cao tại các quận đang có tốc độ đô thị hóa nhanh (Quận 2, Quận 7, Gò Vấp, Bình Tân, Tân Bình). Việc phát triển các tòa nhà cao tầng đòi hỏi tiếp thu và ứng dụng các giải pháp kỹ thuật, công nghệ tính toán kết cấu và phương pháp thi công hiện đại nhằm tối ưu hóa chi phí và đảm bảo an toàn chịu lực.

Đề tài "Đồ án tốt nghiệp: Công trình Chung cư Carillon (Carillon Apartment)" do sinh viên Phạm Lê Đan Thy thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Phan Tuấn Bình tại Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (hoàn thành tháng 01/2024), tập trung vào nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật công trình dân dụng cao tầng với các mục tiêu cụ thể:

  1. Hoàn thiện và thể hiện hồ sơ bản vẽ kiến trúc công trình theo công năng chung cư cao cấp.
  2. Thiết kế kết cấu chịu lực: Phân tích, tính toán hệ kết cấu chịu lực chính (khung - vách - lõi bê tông cốt thép); tính toán thiết kế sàn sườn toàn khối (phương án 1); thiết kế sàn phẳng không dầm bê tông ứng suất trước (phương án 2); thiết kế cầu thang bộ điển hình; thiết kế bể nước mái; thiết kế hệ dầm, cột khung và hệ vách - lõi thang; thiết kế móng cọc ly tâm ứng suất trước và so sánh với móng cọc khoan nhồi.
  3. Thiết kế biện pháp kỹ thuật thi công: Lựa chọn và thẩm định hệ thống cốp pha nhôm cho sàn tầng điển hình; lập biện pháp kỹ thuật thi công ép cọc móng.

Đối tượng nghiên cứu là tòa nhà Chung cư Carillon tọa lạc tại số 171A Hoàng Hoa Thám, Quận Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh. Phạm vi công trình thuộc dự án dân dụng cấp II theo Thông tư số 06/2021/TT-BXD, bao gồm 01 tầng hầm, 17 tầng nổi và 01 tầng mái (tổng cộng 18 tầng nổi), diện tích khu đất là 1.466,40 m², tổng chiều cao công trình tính từ cốt ±0.000 m đến đỉnh mái là H = 65,60 m (chiều cao tính toán kết cấu là 68,80 m tính từ chân móng).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng quy trình tính toán và kiểm tra kết cấu dựa trên hệ thống quy chuẩn kỹ thuật quốc gia, tiêu chuẩn thiết kế xây dựng của Việt Nam cùng một số tiêu chuẩn quốc tế tương đương:

  • Tiêu chuẩn tải trọng và tác động: TCVN 2737:2023 (Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế), QCVN 02:2022/BXD (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng).
  • Tiêu chuẩn kháng chấn: TCVN 9386:2012 (Thiết kế công trình chịu tải trọng động đất) và EN 1998 (Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance).
  • Tiêu chuẩn kết cấu bê tông cốt thép: TCVN 5574:2018 (Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép), TCXD 198:1997 (Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối), EN 1992 (Eurocode 2: Design of concrete structures), tài liệu thiết kế sàn dự ứng lực của Viện Bê tông Dự ứng lực Hoa Kỳ (PTI Manual) và tài liệu kỹ thuật từ các công ty chuyên ngành (Freyssinet, CCL).
  • Tiêu chuẩn nền móng: 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 – Thiết kế cọc khoan nhồi).
  • Tiêu chuẩn an toàn, phòng cháy và thi công: QCVN 06:2022/BXD, TCVN 2622:1995 (Phòng cháy, chống cháy cho nhà và công trình), TCVN 9385:2012 (Chống sét cho công trình xây dựng - thay thế TCVN 46-84).

Phương pháp nghiên cứu thực hiện bao gồm:

  • Phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (FEM) mô hình hóa không gian 3D đàn hồi tuyến tính trên phần mềm chuyên dụng ETABS để xác định phản ứng động lực học (dao động riêng, chu kỳ, mode shape) và nội lực tổng thể dưới tác động của tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng gió động và động đất.
  • Phương pháp dải phần tử (Strip-based FEM) trên phần mềm SAFE để phân tích ứng suất, nội lực uốn, cắt chọc thủng, độ võng dài hạn và bề rộng vết nứt cho hệ sàn dầm, sàn phẳng dự ứng lực và hệ đài móng.
  • Phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động (Response Spectrum Analysis) cho tải trọng động đất theo TCVN 9386:2012.
  • Phương pháp biểu đồ tương tác (P-M Interaction Diagram) để kiểm toán khả năng chịu nén uốn đồng thời hai phương cho cấu kiện cột khung và hệ vách - lõi cứng.
  • Nguồn dữ liệu đầu vào sử dụng trực tiếp từ hồ sơ thiết kế kiến trúc công trình Carillon, tài liệu báo cáo khảo sát địa chất công trình tại hố khoan HK01 ở khu đất số 171A Hoàng Hoa Thám, Quận Tân Bình, và các số liệu khí tượng thủy văn chuẩn của khu vực Thành phố Hồ Chí Minh.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về kiến trúc công trình

Chương này giới thiệu địa điểm xây dựng tại số 171A Hoàng Hoa Thám, Quận Tân Bình, đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa Thành phố Hồ Chí Minh (nhiệt độ trung bình 27°C, lượng mưa bình quân 1.949 mm/năm, vận tốc gió mùa cực đại 4,5 m/s). Công trình có diện tích khu đất 1.466,40 m², quy mô 1 tầng hầm (cốt -2,40 m đến -2,60 m, bố trí 2 ram dốc 20%, phục vụ đỗ xe và phòng kỹ thuật), tầng trệt (khu quản lý, siêu thị, sinh hoạt chung), tầng 2 đến 18 (căn hộ chung cư) và tầng mái (bể nước mái, phòng kỹ thuật). Chiều cao đỉnh công trình đạt 65,60 m. Hệ thống giao thông gồm 2 thang máy và 2 buồng thang bộ đặt tại lõi trung tâm. Các giải pháp kỹ thuật đi kèm gồm hệ thống cấp điện hạ thế và máy phát dự phòng, cấp thoát nước, thông gió cơ khí kết hợp tự nhiên, hệ thống PCCC theo TCVN 2622:1995 và hệ thống chống sét phát tia tiên đạo sớm Stormaster ESE.

Chương 2: Tổng quan về giải pháp kết cấu công trình

Tác giả phân tích sơ đồ làm việc và quyết định chọn hệ kết cấu chịu lực chính là hệ khung - vách - lõi bê tông cốt thép toàn khối, phù hợp với công trình cao 65,60 m (vượt mốc 40 m) nhằm kiểm soát độ cứng ngang. Bước nhịp công trình dao động từ 10,0 m đến 10,4 m. Vật liệu kết cấu quy định: Cột, vách, móng sử dụng bê tông cấp độ bền B40 ($R_b = 22\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1,4\text{ MPa}$, $E_b = 36\times 10^3\text{ MPa}$); dầm, sàn, cầu thang dùng B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1,15\text{ MPa}$, $E_b = 32,5\times 10^3\text{ MPa}$). Thép thanh chịu lực $\ge \phi 10$ dùng nhóm CB400-V ($R_s = R_{sc} = 350\text{ MPa}$), thép $\phi < 10$ dùng CB240-T ($R_s = R_{sc} = 210\text{ MPa}$). Tiết diện sơ bộ: Sàn sườn dày $h_s = 140\text{ mm}$, dầm chính $300\times 700\text{ mm}$, dầm phụ $300\times 500\text{ mm}$; sàn phẳng DUL dày $h_s = 250\text{ mm}$ kết hợp mũ nấm $h_n = 150\text{ mm}$; sàn hầm dày 600 mm, tường tầng hầm dày 250 mm; vách lõi thang dày 300 mm. Lớp bê tông bảo vệ cấu kiện: sàn 20 mm, dầm/cột/vách 35 mm, móng 50 mm.

Chương 3: Tải trọng và tác động

Chương 3 trình bày việc tính toán chi tiết các loại tải trọng:

  • Tĩnh tải hoàn thiện: Sàn tầng hầm ($g_{tc} = 0,61\text{ kN/m}^2$), sàn tầng điển hình ($g_{tc} = 1,20\text{ kN/m}^2$, $g_{tt} = 1,43\text{ kN/m}^2$), sàn mái ($g_{tc} = 1,61\text{ kN/m}^2$), sàn vệ sinh ($g_{tc} = 1,54\text{ kN/m}^2$), tải trọng tường xây 100 mm và 200 mm trên dầm và sàn.
  • Hoạt tải: Phòng ngủ, khách, bếp ($p_{tc} = 1,50\text{ kN/m}^2$, phần dài hạn $0,95\text{ kN/m}^2$); hành lang, sảnh, thang ($p_{tc} = 3,00\text{ kN/m}^2$); hầm xe ($p_{tc} = 5,00\text{ kN/m}^2$).
  • Tải trọng gió (TCVN 2737:2023): Địa hình dạng B, vùng áp lực gió II, áp lực gió cơ sở $W_{3s,10} = 0,58\text{ kN/m}^2$ (ứng với vận tốc gió cơ bản $V_{3s,50} = 44\text{ m/s}$, hệ số chuyển đổi $K_{s,T} = 0,84$). Kích thước đón gió: Bề rộng $B = 31,0\text{ m}$, chiều dài $D = 47,2\text{ m}$, chiều cao tính toán $H = 68,8\text{ m}$, độ mảnh hiệu dụng $\lambda_e = 4,93$, hệ số giật $G_f = 0,87$, hệ số khí động cản chính diện $c_x = 1,33$.
  • Tải trọng động đất (TCVN 9386:2012): Địa bàn Quận Tân Bình, nền đất loại D ($S = 1,2$, $T_C = 0,5\text{ s}$), cấp dẻo trung bình (DCM), hệ số ứng xử $q = 3,9$. Đỉnh gia tốc nền tham chiếu $a_{gR0} = 0,06$, gia tốc nền thiết kế $a_g = 0,785\text{ m/s}^2$ ($a_g < 0,08g$), kết luận công trình thuộc vùng động đất yếu, chỉ yêu cầu áp dụng các biện pháp cấu tạo kháng chấn theo tiêu chuẩn và chỉ cần tính toán thành phần dao động ngang với $a_{vg} = 0,45g$.

Chương 4: Kiểm tra trạng thái giới hạn II

Chương 4 thực hiện kiểm tra các điều kiện an toàn chuyển vị và độ cứng tổng thể của mô hình kết cấu 3D theo TCVN 5574:2018 và tiêu chuẩn nhà cao tầng:

  • Kiểm tra chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh công trình dưới tác động của tải trọng gió và động đất, đối chiếu với giới hạn chuyển vị cho phép $[f] = H/500$.
  • Kiểm tra chuyển vị lệch tầng tương đối ($\Delta/h$) theo hai phương X và Y đảm bảo giới hạn cho phép nhằm tránh phá hoại các cấu kiện bao che, ngăn chia.
  • Kiểm tra điều kiện ổn định chống lật tổng thể của công trình dưới tác dụng của mô men lật do gió và động đất.
  • Kiểm tra gia tốc đỉnh công trình nhằm thỏa mãn tiện nghi sinh hoạt của người sử dụng.
  • Kiểm tra ảnh hưởng của hiệu ứng hình học bậc hai P-Delta theo hai trục phương chính X và Y.

Chương 5: Thiết kế sàn tầng điển hình

Tác giả thiết kế phương án 1 với sàn sườn toàn khối bê tông cốt thép thường, chiều dày ô bản $h_s = 140\text{ mm}$. Sàn được mô hình hóa và phân tích nội lực trên phần mềm SAFE theo phương pháp phần tử hữu hạn. Từ biểu đồ phân bố mô men dương ở nhịp và mô men âm ở gối tựa dải sàn (Moment Strip theo hai phương X và Y), tác giả tính toán bố trí cốt thép chịu lực lớp dưới và lớp trên, đồng thời thực hiện kiểm tra độ võng dài hạn (tính đến từ biến, co ngót của bê tông) và kiểm tra bề rộng khe nứt theo giới hạn quy định của TCVN 5574:2018.

Chương 6: Thiết kế cầu thang điển hình

Thiết kế cầu thang bộ dạng bản hai vế chịu lực kết hợp dầm chiếu nghỉ và dầm chiếu tới. Chương này xác định các thông số hình học hình học bản thang, tải trọng tĩnh tải hoàn thiện (bậc xây gạch, vữa lót, đá ốp, tay vịn) và hoạt tải người sử dụng ($3,0\text{ kN/m}^2$). Cấu kiện được tách thành sơ đồ tính dầm đơn giản chịu uốn, xác định biểu đồ mô men uốn và lực cắt, từ đó tính toán diện tích cốt thép dọc cho bản thang, bản chiếu nghỉ và kiểm tra điều kiện võng nứt.

Chương 7: Thiết kế bể nước mái

Chương này tính toán dung tích bể nước mái phục vụ nhu cầu trữ nước sinh hoạt và hệ thống PCCC của toàn bộ 18 tầng. Kết cấu bể bằng BTCT toàn khối gồm bản nắp, bản đáy, thành bể, hệ dầm nắp và dầm đáy. Bể nước được mô hình hóa không gian 3D chịu áp lực thủy tĩnh, tĩnh tải bản thân, hoạt tải sửa chữa và tải trọng gió tác dụng trực tiếp trên mái. Tác giả tính toán cốt thép chịu lực cho các tấm bản và hệ dầm khung đỡ bể, kiểm tra tính toán cốt treo tại vị trí dầm giao nhau chịu lực tập trung lớn, kiểm tra điều kiện hình thành và bề rộng vết nứt của bản đáy bể nhằm đảm bảo khả năng chống thấm tuyệt đối ($w_{max} \le 0,2\text{ mm}$).

Chương 8: Thiết kế dầm tầng điển hình

Dầm tầng điển hình được trích xuất nội lực từ mô hình ETABS tổng thể theo các tổ hợp tải trọng nguy hiểm nhất (tổ hợp bao cực hạn ULS-Max và ULS-Min). Tiết diện dầm chính $300\times 700\text{ mm}$ được tính toán uốn theo tiết diện chữ T (kể đến sự tham gia chịu nén của bản cánh sàn). Chương này thể hiện quy trình tính toán cốt thép dọc chịu mô men âm tại gối và mô men dương tại nhịp, tính toán cốt thép đai chịu lực cắt, bố trí chi tiết cấu tạo kháng chấn cho dầm nút khung theo cấp dẻo trung bình DCM (TCVN 9386:2012) và kiểm tra bề rộng vết nứt dưới tổ hợp tải trọng sử dụng.

Chương 9: Thiết kế cột khung

Kiểm tra điều kiện tỷ số nén của tiết diện cột bê tông ($N / (R_b \cdot A) \le 0,65$) để đảm bảo độ dẻo và tính năng kháng chấn. Cốt thép dọc chịu lực của cột được xác định dựa trên biểu đồ tương tác không gian (P-Mx-My) quy đổi theo tiêu chuẩn Eurocode kết hợp TCVN 5574:2018 cho các cột chịu nén uốn lệch tâm xiên nguy hiểm nhất (ví dụ vị trí cột trục 2, cột C23). Tác giả so sánh kết quả tính toán giữa phương pháp đúng tâm tương đương và phương pháp biểu đồ tương tác, đồng thời tính toán cốt đai gia cường tại các vùng nối thép và vùng tới hạn đầu cột theo quy định kháng chấn.

Chương 10: Thiết kế vách và lõi thang

Hệ thống vách phẳng và lõi thang máy (vách biên P1, lõi cứng Core-A) là cấu kiện chịu tải trọng ngang chủ yếu của công trình. Chương này kiểm tra tỷ số nén của các đoạn vách biên và vách lõi, xác định vùng biên chịu nén (vùng cấu tạo dẻo) theo yêu cầu kháng chấn TCVN 9386:2012. Sử dụng mô hình tích hợp nội lực Pier trong ETABS kết hợp phương pháp biểu đồ tương tác chịu lực nén - uốn hai trục để tính toán diện tích cốt thép phân bố thân vách, cốt thép tập trung đầu vách và cốt thép đai giằng liên kết chống nén uốn cục bộ.

Chương 11: Thiết kế móng

Chương 11 đánh giá điều kiện địa chất công trình dựa trên số liệu hố khoan HK01 (các chỉ tiêu dung trọng $\gamma$, góc ma sát trong $\varphi$, lực dính $c$, chỉ số nén lún và hệ số rỗng $e$). Tác giả thiết kế và so sánh hai phương án móng sâu:

  • Phương án 1 (chọn làm phương án thi công): Cọc ống bê tông ly tâm ứng suất trước (theo catalogue Công ty Phan Vũ). Tính toán sức chịu tải đơn cọc theo đất nền bằng 3 công thức: Phương pháp chỉ tiêu cơ lý đất nền, phương pháp viện Kiến trúc Nhật Bản (AIJ) và phương pháp Meyerhof dựa trên chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT. Thiết kế chi tiết móng cột đơn F-C1, móng cụm F-C2, móng vách F-W1 và móng lõi thang F-W2; kiểm tra phản lực đầu cọc dưới tải trọng đứng, tải trọng gió và động đất; kiểm tra điều kiện chọc thủng đài móng, tính độ lún móng cọc và tính cốt thép đài móng.
  • Phương án 2: Cọc khoan nhồi đường kính lớn. Tính toán sức chịu tải cọc theo vật liệu và theo đất nền (công thức Nhật Bản, Meyerhof, chỉ tiêu cường độ). Lập bảng so sánh kỹ thuật - kinh tế tổng hợp giữa cọc ly tâm UST và cọc khoan nhồi.

Chương 12: Lựa chọn phương án cốp pha

Phân tích yêu cầu kỹ thuật, độ an toàn, tiến độ thi công và chất lượng bề mặt bê tông của công trình cao 18 tầng. So sánh ưu nhược điểm của các hệ cốp pha thông dụng: Cốp pha gỗ phủ phim, cốp pha định hình thép và cốp pha nhôm (Aluminium Formwork System). Tác giả lựa chọn phương án cốp pha nhôm cho kết cấu sàn và tường/cột tầng điển hình nhờ khả năng luân chuyển cao, trọng lượng nhẹ, tốc độ lắp dựng nhanh và bề mặt bê tông hoàn thiện đạt độ phẳng cao.

Chương 13: Thẩm định cốp pha nhôm cho sàn

Chương này đi sâu vào kiểm toán khả năng chịu lực của hệ thống ván khuôn nhôm:

  • Phân tích đặc tính cơ lý của vật liệu hợp kim nhôm cấu thành tấm Panel sàn, dầm tăng cứng chính, dầm tăng cứng phụ và cột chống đỡ (Prop).
  • Xác định tổ hợp tải trọng tác dụng trong quá trình đổ bê tông: Trọng lượng bản thân cốp pha, trọng lượng bê tông cốt thép mới đổ ($25\text{ kN/m}^3$), tải trọng do người và thiết bị thi công, lực chấn động khi đổ bê tông.
  • Kiểm tra độ bền uốn, khả năng chịu cắt và độ võng của các tấm panel nhôm và dầm đỡ.
  • Kiểm tra khả năng chịu lực của sàn tầng dưới sau khi tháo dỡ ván khuôn theo tiến độ luân chuyển cột chống và biểu đồ phát triển cường độ bê tông theo thời gian.

Chương 14: Biện pháp thi công ép cọc

Trình bày quy trình công nghệ thi công ép cọc ly tâm ứng suất trước cho hệ móng công trình: Lựa chọn thiết bị máy ép thủy lực phù hợp với lực ép thiết kế và lực ép lớn nhất ($P_{ep,max}$), quy trình vận chuyển, cẩu lắp và định vị cọc. Quy trình thi công chi tiết qua 3 giai đoạn: Hạ đoạn cọc dẫn đầu tiên, hàn nối và hạ đoạn cọc thứ 2, thi công đoạn cọc cuối cùng đến cao độ thiết kế đạt áp lực nén và chiều sâu dừng ép quy định. Lập bảng thống kê khối lượng công việc ép cọc và tổng hợp các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiệm thu thi công ép cọc móng.

Chương 15: Phương án sàn 2: Sàn dự ứng lực

Đây là chuyên đề nâng cao nghiên cứu phương án sàn phẳng không dầm bê tông ứng suất trước căng sau (Post-tensioned unbonded slab) cho tầng điển hình:

  • Tiêu chuẩn áp dụng: ACI 318, tiêu chuẩn PTI và EN 1992-1-1. Sơ bộ kích thước: Bản sàn phẳng dày $h_s = 250\text{ mm}$, bổ sung mũ nấm tại đỉnh cột dày $h_n = 150\text{ mm}$ để chống chọc thủng.
  • Kiểm tra sơ bộ và tính toán chống chọc thủng (Punching shear) xung quanh tiết diện cột biên, cột giữa và mũ cột.
  • Chia dải tính toán sàn theo hai phương Column Strip và Middle Strip; lựa chọn cáp bọc không bám dính 7 sợi (Strand 12.7 mm hoặc 15.2 mm), lập quỹ đạo cáp dạng parabol, xác định cao độ tim cáp tại gối và nhịp.
  • Ước tính các tổn hao ứng suất tức thời (ma sát, tụt neo, biến dạng đàn hồi) và tổn hao dài hạn (từ biến, co ngót bê tông, chùng ứng suất cốt thép).
  • Mô hình hóa dải cáp trong SAFE, kiểm tra ứng suất nén/kéo của thớ bê tông ở 3 giai đoạn làm việc: Giai đoạn buông cáp (Transfer Stage), giai đoạn khai thác sử dụng (Service Load Stage với tổ hợp SLS1 và SLS2), và giai đoạn tới hạn chịu uốn cực hạn (Ultimate Load Stage). Bố trí cốt thép thường gia cường tại các vùng mô men âm trên gối và mô men dương giữa nhịp, lập bảng so sánh chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật với sàn sườn toàn khối.

Kết quả và đóng góp

Đồ án hoàn thành trọn vẹn khối lượng tính toán thiết kế cho công trình chung cư cao tầng Carillon với các kết quả cụ thể:

Hạng mục cấu kiện Phương án kỹ thuật được lựa chọn Thông số kích thước / Vật liệu Tiêu chuẩn / Phương pháp kiểm toán
Hệ chịu lực chính Khung - vách - lõi BTCT toàn khối Bê tông B40 (cột, vách, móng), B30 (dầm, sàn); Thép CB400-V, CB240-T Phân tích đàn hồi 3D ETABS, kiểm tra TTGH II theo TCVN 5574:2018
Sàn tầng điển hình (PA1) Sàn sườn toàn khối Bản sàn $h_s = 140\text{ mm}$; Dầm chính $300\times 700\text{ mm}$; Dầm phụ $300\times 500\text{ mm}$ Mô hình FEM SAFE, tính toán võng nứt theo TCVN 5574:2018
Sàn tầng điển hình (PA2) Sàn nấm dự ứng lực căng sau Bản sàn phẳng $h_s = 250\text{ mm}$; Mũ nấm dày thêm $h_n = 150\text{ mm}$ Mô hình SAFE, kiểm tra ứng suất 3 giai đoạn theo tiêu chuẩn PTI
Kháng chấn & Tải gió Áp dụng cấu tạo DCM; Gió địa hình B $W_{3s,10} = 0,58\text{ kN/m}^2$, $a_g = 0,785\text{ m/s}^2$ ($a_g < 0,08g$) TCVN 2737:2023, TCVN 9386:2012 (Phổ phản ứng dao động)
Cột và Vách - Lõi Tiết diện cột đến $800\times 800\text{ mm}$, vách lõi dày $t = 300\text{ mm}$ Cột C23, Vách biên P1, Lõi Core-A Kiểm tra tỷ số nén, tính toán bằng Biểu đồ tương tác (P-M Interaction)
Nền móng công trình Cọc ống ly tâm UST (Phan Vũ) Chọn phương án cọc ép ly tâm thay thế phương án cọc khoan nhồi TCVN 10304:2014, công thức AIJ Nhật Bản, Meyerhof và chỉ tiêu cơ lý
Biện pháp cốp pha Cốp pha nhôm (Aluminium Formwork) Hệ tấm panel sàn, dầm tăng cứng và cây chống điều chỉnh Thẩm định chịu lực, võng và kiểm tra luân chuyển tháo dỡ

Về mặt giải pháp đề xuất và đóng góp kỹ thuật:

  • Đồ án đã cập nhật và áp dụng tiêu chuẩn tải trọng mới TCVN 2737:2023, đặc biệt là việc tính toán thành phần áp lực gió 3s với chu kỳ lặp 10 năm ($W_{3s,10}$), tích hợp hệ số hiệu ứng giật $G_f$ và hệ số khí động theo độ mảnh hiệu dụng $\lambda_e$.
  • Nghiên cứu song song hai giải pháp sàn cho bước nhịp lớn ($10,4\text{ m}$): Chứng minh tính vượt trội của sàn nấm dự ứng lực trong việc giảm chiều cao tầng kết cấu, giảm tải trọng bản thân truyền xuống móng và nâng cao tính thẩm mỹ kiến trúc so với sàn sườn dầm truyền thống.
  • Làm rõ tính kinh tế và hiệu quả thi công của móng cọc ly tâm ứng suất trước so với cọc khoan nhồi trong điều kiện địa chất cụ thể tại công trình, đồng thời đưa ra quy trình công nghệ ép cọc và thẩm định hệ cốp pha nhôm hiện đại.

Hạn chế và phạm vi áp dụng

Dựa trên hồ sơ thiết kế và phạm vi thực hiện của đồ án tốt nghiệp, một số hạn chế và điều kiện biên kỹ thuật được ghi nhận:

  • Dữ liệu địa chất công trình phục vụ tính toán sức chịu tải móng cọc chỉ dựa trên tài liệu hố khoan HK01 tại hiện trường; các phân tích lún giả định lớp đất đồng nhất theo mặt bằng mà chưa xét đến sự biến thiên địa tầng đa chiều qua nhiều hố khoan thăm dò.
  • Phân tích động đất dừng lại ở phương pháp phổ phản ứng dao động đàn hồi tuyến tính (Response Spectrum Analysis) kết hợp hệ số ứng xử $q$, chưa thực hiện phân tích phi tuyến tĩnh (Pushover) hay phân tích động học phi tuyến theo lịch sử thời gian (Time-history Analysis).
  • Do gia tốc nền thiết kế tại khu vực xây dựng thuộc diện động đất yếu ($a_g = 0,785\text{ m/s}^2 < 0,08g$), công trình chỉ áp dụng các biện pháp cấu tạo dẻo kháng chấn mức trung bình (DCM) mà không bắt buộc tính toán thiết kế chi tiết các vùng khớp dẻo tiêu tán năng lượng phức tạp.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp "Công trình Chung cư Carillon" là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và ứng dụng thực hành kỹ thuật rõ rệt cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Kỹ thuật Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp đang chuẩn bị làm đồ án tốt nghiệp hoặc các học phần thiết kế nhà cao tầng, thiết kế kết cấu bê tông cốt thép, nền móng và tổ chức thi công.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu mới vào nghề cần mẫu tính toán thực tế cập nhật theo các tiêu chuẩn mới: TCVN 2737:2023 (tính gió tĩnh và động), TCVN 9386:2012 (kháng chấn) và TCVN 5574:2018.
  • Các phần đáng tham khảo đặc biệt gồm:
    1. Quy trình chi tiết tính toán và kiểm tra sàn phẳng dự ứng lực căng sau nhịp $10,4\text{ m}$ (kiểm toán ứng suất 3 giai đoạn buông cáp, sử dụng và cực hạn theo tiêu chuẩn PTI).
    2. Phương pháp mô hình hóa và thiết kế vách lõi chịu lực phức tạp bằng biểu đồ tương tác P-M xuất từ phần mềm ETABS.
    3. Quy trình tính toán kiểm toán hệ thống cốp pha nhôm và bài toán so sánh kỹ thuật giữa cọc ly tâm UST và cọc khoan nhồi.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao công trình lựa chọn hệ kết cấu chịu lực chính là hệ khung - vách - lõi bê tông cốt thép toàn khối?
Công trình có chiều cao $H = 65,60\text{ m}$ (vượt quá 40 m) và quy mô 18 tầng nổi, bước nhịp lớn ($10,0\text{ m} \times 10,4\text{ m}$). Hệ khung kết hợp vách và lõi cứng phân bố tải trọng ngang (gió, động đất) tối ưu; vách và lõi thang đảm nhận phần lớn lực cắt đáy và hạn chế chuyển vị ngang đỉnh tháp, giúp các cột khung chủ yếu chịu tải trọng đứng, đồng thời tạo điều kiện đổ bê tông toàn khối bằng cốp pha định hình hiện đại.

2. Công trình nằm ở cấp động đất nào và việc thiết kế kháng chấn được xử lý ra sao?
Tại khu vực số 171A Hoàng Hoa Thám, Quận Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh, trên nền đất loại D, gia tốc nền thiết kế tính toán được là $a_g = 0,785\text{ m/s}^2$. Do giá trị $a_g < 0,08g$ ($0,08 \times 9,81 = 0,7848\text{ m/s}^2$), theo TCVN 9386:2012, công trình thuộc vùng động đất yếu, không cần thiết kế chịu tải chấn động toàn diện mà chỉ yêu cầu áp dụng các biện pháp cấu tạo kháng chấn theo cấp dẻo trung bình (DCM) và chỉ xét thành phần gia tốc nằm ngang ($a_{vg} = 0,45g$).

3. Sự khác biệt về kích thước hình học giữa hai phương án sàn tầng điển hình là gì?
Ở phương án 1 (sàn sườn toàn khối thép thường), chiều dày ô bản sàn là $h_s = 140\text{ mm}$, kết hợp dầm chính tiết diện $300\times 700\text{ mm}$ và dầm phụ $300\times 500\text{ mm}$. Ở phương án 2 (sàn phẳng dự ứng lực), bản sàn có chiều dày đều $h_s = 250\text{ mm}$, loại bỏ hệ dầm ngang qua căn hộ và chỉ tăng cường thêm mũ nấm dày $h_n = 150\text{ mm}$ tại các đỉnh cột để chống chọc thủng.

4. Cấp độ bền bê tông và chủng loại thép nào được quy định cho các cấu kiện công trình?
Theo TCVN 5574:2018, công trình sử dụng bê tông B40 ($R_b = 22\text{ MPa}$) cho các cấu kiện chịu lực chủ yếu gồm móng, cột và vách lõi; sử dụng bê tông B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$) cho dầm, sàn, cầu thang và bể nước. Thép chịu lực chính đường kính $\ge 10\text{ mm}$ sử dụng nhóm CB400-V ($R_s = R_{sc} = 350\text{ MPa}$), thép đai và thép phân bố đường kính $< 10\text{ mm}$ sử dụng nhóm CB240-T ($R_s = R_{sc} = 210\text{ MPa}$).

5. Vì sao tác giả lựa chọn phương án móng cọc ly tâm ứng suất trước thay vì cọc khoan nhồi?
Qua việc tính toán sức chịu tải theo các chỉ tiêu địa chất hố khoan HK01 (theo phương pháp cơ lý, công thức AIJ Nhật Bản và Meyerhof) và so sánh hai phương án, cọc ly tâm ứng suất trước đúc sẵn của hãng Phan Vũ cho thấy tính khả thi vượt trội về giá thành, chất lượng chế tạo cọc đồng đều trong nhà xưởng, tốc độ thi công ép cọc thủy lực nhanh gọn, không gây ô nhiễm sình lầy tại hiện trường nội đô Quận Tân Bình so với phương pháp cọc khoan nhồi.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Phạm Lê Đan Thy đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu thiết kế công trình Chung cư Carillon theo đúng chức năng công trình dân dụng cấp II cao 18 tầng tại Thành phố Hồ Chí Minh. Các phương án kết cấu chịu lực, từ hệ khung - vách lõi, sàn sườn, sàn dự ứng lực cho đến hệ móng sâu đều được tính toán và kiểm toán chặt chẽ bằng các phần mềm chuyên ngành (ETABS, SAFE) trên cơ sở cập nhật đầy đủ các tiêu chuẩn hiện hành như TCVN 2737:2023, TCVN 9386:2012 và TCVN 5574:2018. Bên cạnh phần kết cấu, việc đưa ra giải pháp thi công bằng cốp pha nhôm và quy trình ép cọc ly tâm ứng suất trước đã làm tăng tính khả thi, tính kinh tế và giá trị thực tiễn cho toàn bộ hồ sơ thiết kế kỹ thuật của công trình.