Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự gia tăng dân số nhanh chóng tại các đô thị dẫn đến quỹ đất xây dựng ngày càng thu hẹp, giá đất tăng cao, đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc phát triển các công trình nhà ở cao tầng nhằm tối ưu hóa diện tích sử dụng đất. Bên cạnh đó, xu hướng chỉnh trang đô thị, thay thế các khu dân cư xuống cấp bằng các khu chung cư hiện đại, tiện nghi và đồng bộ về hạ tầng kỹ thuật là một định hướng quy hoạch tất yếu. Đề tài đồ án tốt nghiệp "Linh Tây Tower" được thực hiện nhằm giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật công trình chung cư cao tầng, kết hợp không gian sinh hoạt tiện ích với mật độ xây dựng hợp lý và các giải pháp kỹ thuật kết cấu an toàn, kinh tế.

Mục tiêu tổng quát của đồ án là hoàn thành hồ sơ thiết kế kỹ thuật kết cấu cho công trình chung cư cao tầng Linh Tây Tower, đảm bảo công trình chịu lực an toàn dưới tác động của các tổ hợp tải trọng đứng và tải trọng ngang, tuân thủ các quy chuẩn và tiêu chuẩn xây dựng hiện hành tại Việt Nam.

Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế của đồ án được triển khai cụ thể qua 5 nhiệm vụ chính:

  1. Nghiên cứu tổng quan kiến trúc, công năng sử dụng, điều kiện tự nhiên tại khu vực xây dựng và đề xuất giải pháp kỹ thuật, hệ thống hạ tầng cơ điện - môi trường cho công trình.
  2. Lựa chọn giải pháp kết cấu phần thân, kết cấu móng và sơ bộ kích thước tiết diện các cấu kiện chịu lực chính (bản sàn, dầm, cột, vách).
  3. Thiết kế chi tiết cấu kiện phụ trợ: tính toán bản thang, dầm chiếu tới, dầm chiếu nghỉ và kiểm tra độ võng đàn hồi của cầu thang bộ tầng điển hình.
  4. Lập sơ đồ tính toán, xác định tải trọng, mô hình hóa và phân tích nội lực, tính toán cốt thép và kiểm tra biến dạng võng, nứt của hệ sàn sườn tầng điển hình bằng phần mềm chuyên dụng.
  5. Xây dựng mô hình không gian tổng thể công trình chịu tải trọng đứng, tải trọng gió (thành phần tĩnh và động), tải trọng động đất; kiểm tra ổn định tổng thể (chuyển vị đỉnh, chuyển vị lệch tầng, hiệu ứng P-Delta); thiết kế cốt thép cho khung, vách đơn, vách lõi thang máy và thiết kế hệ thống móng cọc.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu bê tông cốt thép toàn khối của công trình chung cư cao tầng Linh Tây Tower, bao gồm các cấu kiện bản sàn, hệ dầm khung, cột, vách cứng, lõi thang máy và móng cọc.
  • Phạm vi không gian: Công trình được xây dựng tại địa chỉ số 220 đường Trần Hưng Đạo, phường 4, thành phố Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên. Công trình thuộc cấp II (theo Phụ lục II, Thông tư 06/2021/TT-BXD), có quy mô gồm 1 tầng hầm, 19 tầng nổi và 1 tầng lửng; tổng diện tích sàn xây dựng trên 11.841 m² trên khu đất có diện tích 2.274 m²; chiều cao tầng hầm là 3,2 m và chiều cao tầng điển hình (tầng 2 đến tầng 19) là 3,7 m; cung cấp 120 căn hộ.
  • Phạm vi thời gian và điều kiện tự nhiên: Đồ án hoàn thành vào tháng 06/2024. Số liệu khí hậu phục vụ tính toán tải trọng được lấy theo vùng áp lực gió II-B tại thành phố Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên với áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 0,95\text{ kN/m}^2$, vận tốc gió cực đại $V_0 = 30\text{ m/s}$, khí hậu nóng ẩm mang đặc trưng vùng Duyên hải Nam Trung Bộ.
Thông số quy mô Giá trị thiết kế
Địa điểm xây dựng 220 Trần Hưng Đạo, Phường 4, TP. Tuy Hòa, Tỉnh Phú Yên
Cấp công trình Cấp II (theo Thông tư 06/2021/TT-BXD)
Số tầng công trình 1 tầng hầm + 19 tầng nổi + 1 tầng lửng
Chiều cao tầng hầm 3,2 m
Chiều cao tầng điển hình (tầng 2 - 19) 3,7 m
Diện tích khu đất xây dựng 2.274 m²
Tổng diện tích sàn xây dựng > 11.841 m²
Tổng số lượng căn hộ 120 căn (Căn A: 80 m²; Căn B: 73 m²; Căn C: 98 m²; Căn D: 55 m²)
Áp lực gió tiêu chuẩn ($W_0$) 0,95 kN/m² (Vùng II-B)

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Khung pháp lý và hệ thống tiêu chuẩn áp dụng

Công tác tính toán và thiết kế kết cấu trong đồ án tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn xây dựng quốc gia của Việt Nam:

  • TCVN 2737:1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế (xác định tĩnh tải cấu tạo, hoạt tải sử dụng và tải trọng gió).
  • TCVN 5574:2018: Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép (xác định trạng thái giới hạn về cường độ và trạng thái giới hạn về điều kiện sử dụng bình thường - nứt, võng).
  • TCXD 198:1997: Nhà cao tầng – Thiết kế bê tông cốt thép toàn khối.
  • TCVN 9386:2012: Thiết kế công trình chịu động đất (phân tích tĩnh lực ngang tương đương và phân tích phổ phản ứng dạng dao động).
  • TCVN 10304:2014 (TCXD 10304-2012): Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCVN 9362:2012: Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình.
  • TCVN 7888:2014: Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước.
  • TCVN 2622:1995: Phòng cháy, chống cháy cho nhà và công trình.
  • TCVN 46:1984: Chống sét cho các công trình xây dựng.

Vật liệu xây dựng sử dụng

  • Bê tông: Sử dụng cấp độ bền B30 cho toàn bộ kết cấu phần thân và móng. Các chỉ tiêu cơ lý tính toán gồm: cường độ chịu nén tính toán $R_b = 17\text{ MPa}$, cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1,15\text{ MPa}$ (đến $1,2\text{ MPa}$), mô đun đàn hồi ban đầu $E_b = 32.500\text{ MPa}$.
  • Cốt thép:
    • Cốt thép nhóm CB300-T (dùng cho thanh có đường kính $\phi < 10\text{ mm}$ làm cốt đai, cốt cấu tạo): cường độ tính toán chịu kéo $R_s = 260\text{ MPa}$, cường độ chịu nén $R_{sc} = 260\text{ MPa}$, cường độ chịu cắt của cốt đai $R_{sw} = 210\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_s = 200.000\text{ MPa}$.
    • Cốt thép nhóm CB400-V (dùng cho thanh có đường kính $\phi \ge 10\text{ mm}$ làm cốt thép dọc chịu lực chính): cường độ tính toán chịu kéo $R_s = 350\text{ MPa}$, cường độ chịu nén $R_{sc} = 350\text{ MPa}$, cường độ tính toán cốt xiên $R_{sw} = 280\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_s = 200.000\text{ MPa}$.

Phương pháp nghiên cứu và công cụ tính toán

  • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Mô hình hóa kết cấu không gian 3D của tòa nhà nhằm phân tích ứng xử động học, phân phối nội lực dưới tác động của tải trọng đứng và tải trọng ngang.
  • Phương pháp phân tích phổ phản ứng và dao động riêng: Xác định các chu kỳ dao động tự nhiên, hệ số tham gia khối lượng của từng dạng dao động (Mode) để tính toán thành phần động của gió và tác động động đất theo các phương trực giao.
  • Phương pháp cộng dồn từng lớp: Tính toán độ lún của nền móng cọc dựa trên mô hình móng khối quy ước và đường cong quan hệ hệ số rỗng - áp lực ($e-p$).
  • Phần mềm ứng dụng:
    • ETABS (v16, v17): Dựng mô hình khung không gian 3D, gán tải trọng, phân tích động đất, gió động, hiệu ứng bậc 2 (P-Delta), trích xuất nội lực dầm, cột, vách lõi.
    • SAFE (v12): Mô hình hóa và phân tích bản sàn tầng điển hình và đài móng; chia dải Strip theo hai phương X và Y; kiểm tra ứng suất, độ võng đàn hồi, độ võng phi tuyến dài hạn có xét đến co ngót - từ biến và bề rộng vết nứt.
    • SAP2000: Hỗ trợ giải quyết các bài toán nội lực cục bộ.
    • Microsoft Excel kết hợp lập trình VBA: Thiết lập bảng tính tự động hóa việc tính toán diện tích cốt thép dầm, cột (chịu nén lệch tâm xiên), vách cứng và kiểm tra khả năng chịu lực của cọc móng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Khái quát về kiến trúc công trình

Chương này trình bày tổng quan về dự án chung cư Linh Tây Tower với quy mô diện tích sàn trên 11.841 m², bao gồm 1 tầng hầm, 19 tầng nổi và 1 tầng lửng. Công năng tầng hầm được bố trí bãi đỗ xe và hệ thống gian máy kỹ thuật; tầng 1 đến tầng 19 dành cho khu căn hộ với tổng số 120 căn hộ chia làm 4 loại diện tích: loại A ($80\text{ m}^2$, 40 căn), loại B ($73\text{ m}^2$, 40 căn), loại C ($98\text{ m}^2$, 20 căn) và loại D ($55\text{ m}^2$, 20 căn). Chiều cao tầng hầm là 3,2 m; tầng điển hình cao 3,7 m.

Về giải pháp giao thông đứng, tòa nhà bố trí 2 thang máy (đủ kích thước chuyên chở cáng cứu thương y tế) và 2 thang bộ thoát hiểm chạy thông suốt từ tầng 1 lên tầng mái. Hệ thống kỹ thuật công trình được thiết kế đồng bộ: mạng lưới điện phân phối kiểm soát bằng hệ thống PSM kèm máy phát điện dự phòng cấp điện cho máy bơm, thang máy và chiếu sáng khẩn cấp; hệ thống cấp nước ngầm dẫn qua hộp kỹ thuật; đường ống thoát nước mưa đường kính $\phi 140\text{ mm}$; hệ thống phòng cháy chữa cháy trang bị họng cứu hỏa theo TCVN 2622:1995; hệ thống chống sét trực tiếp thiết kế theo TCVN 46:1984; gian chứa rác thải đặt tại tầng hầm có đường ống thu gom riêng biệt từ các tầng. Công trình định hướng kiến trúc xanh, bố trí hướng chính đón sáng tự nhiên, giảm thiểu bức xạ hướng Tây, sử dụng vật liệu cách nhiệt và bổ sung cây xanh cảnh quan.

Chương 2. Giải pháp kết cấu

Tác giả phân tích các hệ thống kết cấu chịu lực phương đứng và phương ngang cho nhà cao tầng (hệ khung thuần túy, hệ khung - vách, hệ khung - lõi, ống tổ hợp). Do công trình có quy mô 20 tầng nổi, mặt bằng tương đối hẹp và chịu áp lực gió vùng biển, tác giả lựa chọn giải pháp kết cấu phần thân là hệ khung - vách kết hợp lõi thang máy bằng bê tông cốt thép toàn khối. Giải pháp sàn được chọn là hệ sàn sườn toàn khối có dầm biên bao quanh, giúp phân phối tải trọng rõ ràng và thuận tiện trong thi công.

Tiết diện các cấu kiện được chọn sơ bộ qua công thức giải tích kinh nghiệm:

  • Bản sàn: Chiều dày sơ bộ chọn theo tỷ lệ nhịp ngắn $h_s = (D/m) \cdot L_1$, với nhịp tính toán 9 m; chiều dày sàn tầng điển hình chọn $h_s = 160\text{ mm}$, sàn vệ sinh dày 160 mm giật cấp sàn -30 mm, sàn tầng trệt, sàn kỹ thuật và sàn mái đều chọn 160 mm.
  • Hệ dầm: Dầm chính có kích thước $b \times h = 300 \times 700\text{ mm}$ (với nhịp tính toán $L_d = 9\text{ m}$); dầm phụ có kích thước $b_{dp} \times h_{dp} = 200 \times 400\text{ mm}$.
  • Hệ cột: Tiết diện cột được xác định sơ bộ dựa trên diện tích truyền tải $S_i = 58,5\text{ m}^2$ cho mỗi sàn, tải trọng phân bố $q = 13\text{ kN/m}^2$, tích lũy lực nén dọc $N$ qua số tầng $n_i$ và hàm lượng thép giả định $\mu = 0,4%$. Tiết diện cột thay đổi giảm dần theo chiều cao công trình: từ tầng 1 đến tầng 5 sử dụng tiết diện $1100 \times 1000\text{ mm}$ ($F_{\text{chọn}} = 11.000\text{ cm}^2$ ứng với lực dọc cực đại tại tầng 1 là $15.210\text{ kN}$); tầng 6 đến tầng 10 sử dụng tiết diện $900 \times 900\text{ mm}$; tầng 11 đến tầng 15 sử dụng tiết diện $800 \times 800\text{ mm}$; tầng 16 đến tầng mái sử dụng tiết diện $700 \times 600\text{ mm}$.
Cấu kiện Tầng / Vị trí Kích thước tiết diện thiết kế
Bản sàn Tầng điển hình, tầng trệt, kỹ thuật, mái Chiều dày $h_s = 160\text{ mm}$
Bản sàn vệ sinh Khu vệ sinh các tầng Chiều dày $h_s = 160\text{ mm}$ (hạ cốt -30 mm)
Dầm chính Khung bao ngoài, dầm chịu lực chính Tiết diện $b \times h = 300 \times 700\text{ mm}$
Dầm phụ Dầm chia ô sàn nhịp phụ Tiết diện $b \times h = 200 \times 400\text{ mm}$
Cột khung Tầng 1 - Tầng 5 Tiết diện $b \times h = 1100 \times 1000\text{ mm}$
Cột khung Tầng 6 - Tầng 10 Tiết diện $b \times h = 900 \times 900\text{ mm}$
Cột khung Tầng 11 - Tầng 15 Tiết diện $b \times h = 800 \times 800\text{ mm}$
Cột khung Tầng 16 - Tầng 19, sân thượng Tiết diện $b \times h = 700 \times 600\text{ mm}$

Chương 3. Thiết kế cầu thang bộ

Chương này thực hiện thiết kế chi tiết cho thang bộ tầng điển hình. Cầu thang có dạng 2 vế dạng bản chịu lực, mỗi vế gồm 9 bậc với kích thước mỗi bậc là chiều cao $h_b = 177,8\text{ mm}$, chiều rộng $l_b = 240\text{ mm}$, góc nghiêng có hệ số $\tan\alpha = 0,803$. Chiều dày bản thang chọn sơ bộ $h_t = 160\text{ mm}$. Dầm cầu thang chọn tiết diện $b \times h = 200 \times 300\text{ mm}$.

Tải trọng tác dụng lên bản nghiêng gồm tĩnh tải cấu tạo (đá hoa cương 20 mm, vữa xi măng 20 mm, bậc gạch xây, bản BTCT 160 mm, vữa trát đáy 15 mm) và hoạt tải sử dụng theo TCVN 2737:1995. Tác giả tính toán chi tiết cho hệ dầm thang:

  • Dầm chiếu tới: Chịu tải trọng bản thang truyền vào $q_1 = 33,21\text{ kN/m}$, trọng lượng bản thân dầm $q_2 = 1,65\text{ kN/m}$, tải trọng sàn truyền vào $q_s = 7,242\text{ kN/m}$, tổng tải trọng tính toán $q_{tt} = 42,102\text{ kN/m}$. Mômen uốn cực đại tại nhịp $M_{max} = 47,59\text{ kNm}$, tính toán chọn cốt thép dọc chịu lực 2 thanh $\phi 20$ ($A_s = 628,3\text{ mm}^2$, hàm lượng thép $\mu = 1,12%$ thỏa mãn yêu cầu), lực cắt $Q_{max} = 190,36\text{ kN}$ được bê tông và đai 2 nhánh $\phi 6\text{a}200$ đảm bảo an toàn chịu cắt.
  • Dầm chiếu nghỉ: Chịu tải trọng phản lực bản nghiêng $q_4 = 29,14\text{ kN/m}$, trọng lượng bản thân và tường gạch xây, tổng tải trọng tính toán $q_{tt} = 38,69\text{ kN/m}$. Mômen nhịp tính toán $M_{max} = 43,526\text{ kNm}$, chọn cốt thép dọc 2 thanh $\phi 18$ ($A_s = 508,94\text{ mm}^2$, hàm lượng thép $\mu = 0,91%$), bố trí cốt đai 2 nhánh $\phi 6\text{a}200$.
  • Kiểm tra độ võng: Độ võng đàn hồi tính toán của bản thang là $f_{dh} = 0,4\text{ mm}$, nhỏ hơn giới hạn độ võng cho phép $[f] = L/150 = 3000/150 = 20\text{ mm}$ theo quy định TCVN 5574:2018.

Chương 4. Thiết kế tầng sàn điển hình

Tác giả thiết lập mặt bằng ô sàn tầng điển hình với chiều dày sàn 160 mm. Xác định tĩnh tải phân bố từ các lớp hoàn thiện (gạch lát, vữa lót, bản bê tông, vữa trát trần, tường xây ngăn phòng) và hoạt tải theo từng phòng chức năng theo TCVN 2737:1995. Sơ đồ tính toán sàn được thực hiện bằng mô hình phần tử vỏ trong phần mềm SAFE v12. Mô hình được chia dải Strip theo hai phương trục XX và YY để tích hợp mômen uốn.

Dựa trên kết quả nội lực mômen dải Strip, tác giả bố trí cốt thép cho bản sàn tại các vị trí nhịp và trên gối theo hai phương X và Y. Để đảm bảo điều kiện sử dụng bình thường theo TCVN 5574:2018, tác giả thực hiện kiểm tra biến dạng võng và vết nứt thông qua các tổ hợp tải trọng phi tuyến trong SAFE:

  • Khai báo các tổ hợp tải trọng: tổ hợp ngắn hạn, tổ hợp dài hạn có kể đến hiệu ứng từ biến và co ngót của bê tông.
  • Kiểm tra độ võng đàn hồi và độ võng tích lũy dài hạn.
  • Kiểm tra vết nứt ngắn hạn và vết nứt dài hạn, khẳng định bề rộng vết nứt nằm trong giới hạn cho phép của cấu kiện làm việc trong môi trường trong nhà.

Chương 5. Thiết kế kết cấu chung

Chương này tập trung phân tích động lực học và thiết kế hệ khung chịu lực không gian 3D của công trình bằng ETABS v17:

  • Tải trọng tác dụng: Khai báo tải trọng đứng (tĩnh tải, hoạt tải các tầng) và khối lượng tham gia dao động (Mass Source). Tải trọng ngang gồm tải trọng gió và tải trọng động đất. Tải trọng gió tính toán theo TCVN 2737:1995 gồm thành phần tĩnh và thành phần động (gió động tính theo Mode 1 theo hai phương X và Y dựa trên chu kỳ dao động riêng và tần số riêng giới hạn $f_L$). Tải trọng động đất được xác định theo TCVN 9386:2012 bằng hai phương pháp: tĩnh lực ngang tương đương và phổ phản ứng dạng dao động với hệ số ứng xử $q_0$ và loại nền đất C.
  • Tổ hợp tải trọng: Thiết lập các tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn, tổ hợp tải trọng tính toán và tổ hợp bao phục vụ kiểm tra trạng thái giới hạn.
  • Kiểm tra ổn định tổng thể:
    • Kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình dưới tác dụng của tải trọng ngang gió và động đất.
    • Kiểm tra gia tốc đỉnh nhằm đảm bảo tiện nghi cho người sử dụng.
    • Kiểm tra chuyển vị lệch tầng (drift) theo hai phương X và Y, bảo đảm không vượt quá giới hạn chuyển vị lệch tầng cho phép theo yêu cầu cấu tạo.
    • Phân tích hiệu ứng bậc hai (P-Delta) để đánh giá độ cứng ngang và độ ổn định hình học của toàn bộ kết cấu.
  • Thiết kế cốt thép cấu kiện:
    • Trích xuất mômen và lực dọc để thiết kế cốt thép dọc và cốt đai chịu cắt cho hệ dầm các tầng.
    • Tính toán cốt thép cột chịu nén uốn lệch tâm xiên từ dữ liệu nội lực ETABS cho các cột điển hình (cột C1, C3, C4).
    • Thiết kế vách đơn chịu lực (W1, W3, W5, W6): phân chia vùng biên chịu lực tập trung và vùng bụng vách theo phương pháp ứng suất đàn hồi.
    • Tính toán kết cấu vách lõi thang máy (Lõi P3): chia lõi thành các phân đoạn phần tử Pier/Spandrel để xác định nội lực nguy hiểm nhất tại tầng hầm và tính toán cốt thép chịu lực.

Chương 6: Thiết kế móng

Chương cuối cùng giải quyết bài toán nền móng công trình dựa trên số liệu khảo sát địa chất tại khu đất 220 Trần Hưng Đạo, thành phố Tuy Hòa:

  • Lựa chọn giải pháp móng: Sử dụng móng cọc khoan nhồi đường kính $D = 800\text{ mm}$ cho các khối móng cột độc lập, móng vách và móng cụm lõi thang máy (được tính toán kết hợp giải pháp cọc ép ly tâm ứng suất trước).
  • Xác định sức chịu tải của cọc:
    • Sức chịu tải theo cường độ vật liệu bê tông cốt thép của cọc.
    • Sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý và chỉ tiêu cường độ của các lớp đất nền.
    • Sức chịu tải tính toán theo chỉ số thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT).
    • Tổng hợp sức chịu tải thiết kế cho cọc đơn $D800$ phục vụ cho móng thường và móng cụm vách lõi thang máy.
  • Tính toán móng cọc cho các vị trí công trình:
    • Thiết kế đài móng M1 (chân cột C1), đài móng M2 (chân vách W3), đài móng M3 (chân vách W1), đài móng M4 và đài móng cụm vách lõi thang máy.
    • Kiểm tra phản lực đầu cọc dưới tác dụng của tải trọng đứng và mômen lệch tâm bằng phần mềm SAFE v12 và so sánh với phương pháp tính tích phân giải tích.
    • Kiểm tra khả năng chống chọc thủng đài móng và tháp xuyên thủng quanh chân cột/chân vách.
    • Tính toán độ lún móng cọc theo phương pháp móng khối quy ước kết hợp đường cong nén lún $e-p$.
    • Tính toán diện tích cốt thép đáy đài móng theo hai phương X và Y thông qua biểu đồ mômen dải Strip trích xuất từ phần mềm SAFE.

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Kết quả tính toán kỹ thuật đạt được

  1. Tiết diện và ứng xử của hệ dầm - sàn - cột: Đồ án đã xác định hợp lý chiều dày bản sàn điển hình $h_s = 160\text{ mm}$, tiết diện dầm chính $300 \times 700\text{ mm}$, dầm phụ $200 \times 400\text{ mm}$. Hệ cột chuyển tiếp hợp lý từ $1100 \times 1000\text{ mm}$ ở các tầng dưới về $700 \times 600\text{ mm}$ ở các tầng trên cùng, tối ưu hóa khối lượng bê tông và diện tích sử dụng căn hộ.
  2. Kiểm tra trạng thái giới hạn cấu kiện phụ và sàn:
    • Dầm cầu thang tầng điển hình được bố trí thép dọc $2\phi20$ (dầm chiếu tới) và $2\phi18$ (dầm chiếu nghỉ), cốt đai $\phi6\text{a}200$. Độ võng đàn hồi bản thang $f_{dh} = 0,4\text{ mm}$, hoàn toàn thỏa mãn giới hạn biến dạng cho phép $[f] = 20\text{ mm}$.
    • Kiểm tra võng và nứt sàn trên SAFE v12 chứng minh sàn sườn dày 160 mm đảm bảo yêu cầu độ võng dài hạn (kể đến co ngót, từ biến) và bề rộng khe nứt trong giới hạn tiêu chuẩn cho phép.
  3. Ổn định tổng thể khung không gian: Mô hình ETABS phản ánh đầy đủ chu kỳ dao động riêng và tỷ lệ tham gia khối lượng; chuyển vị ngang đỉnh công trình, chuyển vị lệch tầng (drift) và hiệu ứng P-Delta đều nằm trong ngưỡng an toàn của tiêu chuẩn TCVN 5574:2018 và TCVN 9386:2012 dưới tổ hợp tải trọng gió bão vùng II-B và chấn động động đất.
  4. Giải pháp nền móng cọc: Đã tính toán và kiểm tra đầy đủ sức chịu tải cọc khoan nhồi $D800$ theo vật liệu, cơ lý đất và chỉ số SPT. Các đài móng M1, M2, M3, M4 và móng lõi thang đều thỏa mãn điều kiện phản lực đầu cọc, không bị xuyên thủng đài và độ lún khối móng quy ước nằm trong phạm vi cho phép ($S \le [S] = 8\text{ cm}$).

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Đề xuất áp dụng hệ kết cấu liên hợp khung - vách - lõi cho các chung cư cao tầng trên quỹ đất hẹp chịu tải trọng gió lớn, giúp tập trung độ cứng ngang vào khu vực lõi thang máy và các vách biên, giải phóng không gian sử dụng trong các căn hộ.
  • Kết hợp đồng thời các công cụ tính toán tự động (ETABS, SAFE) với bảng tính kiểm tra thủ công và lập trình VBA nhằm kiểm soát chéo sai số trong tính toán cốt thép dầm, cột, vách và móng.

Đóng góp kỹ thuật của đồ án

  • Xây dựng một quy trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho công trình chung cư cao tầng 20 tầng tại khu vực miền Trung, tích hợp cập nhật các tiêu chuẩn thiết kế mới nhất của Việt Nam (đặc biệt là TCVN 5574:2018 về bê tông cốt thép và TCVN 9386:2012 về kháng chấn).
  • Cung cấp số liệu thiết kế chi tiết từ bước sơ bộ, phân tích động lực học kết cấu, kiểm tra biến dạng nứt võng phi tuyến đến chi tiết cốt thép cho từng cấu kiện chịu lực chính và phụ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Đồ án chủ yếu tập trung vào việc tính toán, thiết kế kết cấu bê tông cốt thép phần thân và móng cọc; chưa đi sâu thiết kế chi tiết biện pháp thi công tầng hầm (như tường vây cọc barrette, hệ giằng shoring hay phương pháp thi công Semi-Topdown).
    • Các hệ thống cơ điện (MEP), phòng cháy chữa cháy, chống sét mới dừng lại ở mức độ đề xuất giải pháp kiến trúc và nguyên lý cơ bản, chưa lập bảng tính thủy lực hoặc tính toán phụ tải chi tiết.
    • Tương tác giữa nền đất - cọc và kết cấu phần thân (Soil-Structure Interaction - SSI) được tính toán theo mô hình gối tựa đàn hồi và móng khối quy ước, chưa xét đến phân tích phi tuyến tương tác động lực học đất nền trong mô hình 3D tổng thể.
  • Hướng phát triển:
    • Mở rộng phân tích bài toán tương tác động giữa kết cấu và nền đất nhiều lớp trong môi trường phần mềm mô phỏng địa kỹ thuật nâng cao.
    • Nghiên cứu tối ưu hóa hàm lượng cốt thép và giải pháp sàn phẳng không dầm ứng lực trước (dự ứng lực) cho tầng căn hộ nhằm giảm chiều cao tầng và giảm tĩnh tải công trình.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp "Linh Tây Tower" là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực tiễn đối với:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp: Nắm bắt quy trình thực tế từ việc phân tích kiến trúc, lựa chọn giải pháp kết cấu, sơ bộ tiết diện, tính toán cấu kiện phụ (cầu thang bộ), thiết kế sàn bằng SAFE, phân tích khung không gian bằng ETABS đến thiết kế móng cọc chịu tải trọng lệch tâm.
  • Kỹ sư kết cấu trẻ: Tham khảo các bảng tính tải trọng gió động, tải trọng động đất theo tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành, phương pháp chia dải Strip tính thép sàn - móng và quy trình kiểm tra các trạng thái giới hạn sử dụng (võng, nứt, P-Delta, lệch tầng).
  • Phần đáng chú ý nhất: Chương 3 (tính toán chi tiết cấu kiện cầu thang bộ đầy đủ kiểm tra võng), Chương 4 (mô hình hóa sàn và kiểm tra nứt võng phi tuyến co ngót trên SAFE v12) và Chương 5 (thiết kế cốt thép vách đơn, vách lõi thang máy P3 chịu tải trọng ngang phức tạp).

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình Linh Tây Tower có quy mô kiến trúc và công năng các tầng như thế nào?
Công trình gồm 1 tầng hầm, 19 tầng nổi và 1 tầng lửng với tổng diện tích sàn xây dựng trên 11.841 m². Tầng hầm cao 3,2 m dùng làm bãi đỗ xe và phòng kỹ thuật; các tầng điển hình (từ tầng 2 đến tầng 19) cao 3,7 m với tổng cộng 120 căn hộ chia thành 4 loại diện tích: Căn A ($80\text{ m}^2$, 40 căn), Căn B ($73\text{ m}^2$, 40 căn), Căn C ($98\text{ m}^2$, 20 căn) và Căn D ($55\text{ m}^2$, 20 căn).

2. Giải pháp kết cấu chịu lực của công trình được lựa chọn là gì?
Kết cấu chịu lực phương đứng và ngang của phần thân là hệ khung - vách kết hợp lõi thang máy bằng bê tông cốt thép toàn khối. Hệ sàn sử dụng sàn sườn toàn khối có dầm biên với chiều dày bản sàn 160 mm. Kết cấu móng được thiết kế trên hệ móng cọc khoan nhồi đường kính $D = 800\text{ mm}$ (kết hợp sơ bộ cọc ép ly tâm ứng suất trước) liên kết qua hệ đài móng bê tông cốt thép.

3. Cấp độ bền của bê tông và nhóm cốt thép sử dụng trong tính toán kết cấu là gì?
Toàn bộ kết cấu sử dụng bê tông cấp độ bền B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1,15\text{ MPa}$, $E_b = 32.500\text{ MPa}$). Cốt thép gồm nhóm CB300-T cho thanh đường kính $\phi < 10\text{ mm}$ ($R_s = R_{sc} = 260\text{ MPa}$, $R_{sw} = 210\text{ MPa}$) và nhóm CB400-V cho thanh đường kính $\phi \ge 10\text{ mm}$ ($R_s = R_{sc} = 350\text{ MPa}$, $R_{sw} = 280\text{ MPa}$, $E_s = 200.000\text{ MPa}$).

4. Cầu thang bộ tầng điển hình có cấu tạo và kích thước chịu lực như thế nào?
Cầu thang bộ là loại cầu thang 2 vế dạng bản chịu lực gồm 9 bậc mỗi vế, kích thước bậc cao 177,8 mm và rộng 240 mm, góc nghiêng có hệ số $\tan\alpha = 0,803$. Chiều dày bản thang dày 160 mm; dầm chiếu tới và dầm chiếu nghỉ có tiết diện $200 \times 300\text{ mm}$. Cốt thép dọc dầm chiếu tới là $2\phi20$, dầm chiếu nghỉ là $2\phi18$, cốt đai $\phi6\text{a}200$; độ võng đàn hồi tính toán là $0,4\text{ mm}$, nhỏ hơn giới hạn cho phép $[f] = 20\text{ mm}$.

5. Tải trọng ngang tác dụng lên tòa nhà được phân tích theo các tiêu chuẩn nào và kiểm tra ổn định ra sao?
Tải trọng gió được xác định theo TCVN 2737:1995 cho vùng II-B ($W_0 = 0,95\text{ kN/m}^2$) gồm thành phần tĩnh và thành phần động (Mode 1). Tải trọng động đất được tính toán theo TCVN 9386:2012 bằng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương và phổ phản ứng dao động. Mô hình khung 3D trên ETABS được kiểm tra chuyển vị ngang đỉnh, gia tốc đỉnh, chuyển vị lệch tầng (drift) và hiệu ứng bậc hai P-Delta nhằm đảm bảo an toàn ổn định tổng thể.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Linh Tây Tower" của sinh viên Lê Huỳnh Anh Tuấn, dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Nguyễn Minh Đức tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, là một công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh và bài bản cho tòa nhà chung cư cao tầng quy mô 20 tầng nổi và 1 tầng hầm tại thành phố Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên. Tác giả đã vận dụng chính xác hệ thống tiêu chuẩn xây dựng hiện hành (TCVN 5574:2018, TCVN 2737:1995, TCVN 9386:2012) kết hợp với các phần mềm chuyên ngành hiện đại như ETABS, SAFE và bảng tính lập trình để giải quyết toàn diện bài toán chịu lực từ cấu kiện thang, hệ sàn sườn, hệ khung - vách - lõi chịu tải trọng động đất, gió động cho đến hệ nền móng cọc. Kết quả nghiên cứu và hồ sơ tính toán của đồ án đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật về khả năng chịu lực, ổn định hình học và điều kiện sử dụng bình thường của một công trình dân dụng cấp II.