Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình đô thị hóa nhanh chóng cùng với sự gia tăng dân số cơ học tại Thủ đô Hà Nội đã tạo ra áp lực lớn lên quỹ đất nội đô, kéo theo giá nhà đất tăng cao và nhu cầu cấp thiết về nhà ở kết hợp dịch vụ thương mại. Việc mở rộng quy hoạch không gian đô thị ra các khu vực ngoại vi và phát triển các tổ hợp chung cư cao tầng hiện đại là giải pháp thực tiễn nhằm giải quyết nhu cầu an sinh xã hội, đồng thời tạo diện mạo kiến trúc mới cho thành phố. Song song đó, sự phát triển của công trình cao tầng đòi hỏi việc áp dụng các quy chuẩn, công nghệ tính toán kết cấu và kỹ thuật thi công tiên tiến.

Trong bối cảnh đó, đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng thực hiện đề tài thiết kế toàn diện công trình tổ hợp GAMUDA HH2 RESIDENTIAL TOWERS. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định cụ thể theo đề cương giao nhiệm vụ bao gồm:

  1. Hoàn thiện và thể hiện hồ sơ bản vẽ kiến trúc công trình theo định hướng tổ hợp đa chức năng.
  2. Mô hình hóa, phân tích nội lực, tính toán và thiết kế kết cấu sàn tầng điển hình theo trạng thái giới hạn.
  3. Phân tích nội lực và tính toán thiết kế kết cấu cầu thang bộ điển hình.
  4. Xây dựng mô hình không gian 3D, phân tích tải trọng ngang (gió động, động đất), kiểm tra các điều kiện ổn định tổng thể và thiết kế hệ khung chịu lực (dầm tầng điển hình, vách đơn, vách lõi thang).
  5. Đánh giá điều kiện địa chất công trình, tính toán sức chịu tải cọc và thiết kế kết cấu móng cọc khoan nhồi (các đài móng đơn M4, M5, M6 và đài móng lõi thang).
  6. Mô phỏng, kiểm tra ổn định hố đào sâu và thiết kế hệ tường vây cọc khoan nhồi đường kính nhỏ kết hợp hệ thanh chống đỡ (Shoring) theo phương pháp phần tử hữu hạn.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu bê tông cốt thép toàn khối, hệ thống nền móng và tường vây hố đào sâu của công trình nhà cao tầng.
  • Phạm vi không gian: Công trình xây dựng tại phường Trần Phú, quận Hoàng Mai, thành phố Hà Nội (khu vực công viên Yên Sở). Quy mô công trình thuộc cấp I với 22 tầng nổi (1 tầng trệt, 19 tầng căn hộ, 1 tầng tum kỹ thuật, 1 tầng mái) và 2 tầng hầm; chiều cao công trình 85,30 m (chưa kể tầng hầm); tổng diện tích sàn xây dựng đạt 17.880 m².
  • Phạm vi thời gian: Đồ án được triển khai thực hiện từ ngày 28/01/2019 đến ngày 11/06/2019.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án được xây dựng dựa trên hệ thống văn bản pháp lý, quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành của Việt Nam kết hợp các tiêu chuẩn quốc tế liên quan:

  • Văn bản pháp lý và quy chuẩn xây dựng: 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; Thông tư 03/2016/TT-BXD quy định phân cấp công trình; QCXDVN 02-2009/BXD (Số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng); QCVN 06-2010/BXD (An toàn cháy cho nhà và công trình).
  • Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu và tải trọng: TCVN 2737-1995 (Tải trọng và tác động); TCXD 229-1999 (Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải gió); TCVN 9386-2012 (Thiết kế công trình chịu tải trọng động đất); TCVN 5574-2012 (Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép); TCVN 5575-2012 (Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế); TCXD 198-1997 (Nhà cao tầng - Thiết kế bê tông cốt thép toàn khối).
  • Tiêu chuẩn nền móng và công trình ngầm: TCVN 9362-2012 (Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình); TCVN 10304-2014 (Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế); TCVN 9394-2012 và TCVN 9395-2012 (Thi công và nghiệm thu cọc ép, cọc khoan nhồi).
  • Tiêu chuẩn quốc tế tham khảo: ACI 318-10 (hệ số giảm độ cứng cấu kiện), Eurocode 2 (kiểm tra lực dọc quy đổi), NBCC-2005 (kiểm tra gia tốc đỉnh công trình).

Phương pháp nghiên cứu và công cụ xử lý:

  • Phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (FEM): Ứng dụng để mô phỏng không gian 3D, phân tích nội lực, chuyển vị và dao động riêng của công trình.
  • Phương pháp phân tích động lực học kết cấu: Tính toán tải trọng gió động theo phương pháp dao động riêng và tải trọng động đất bằng phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động (Response Spectrum Analysis).
  • Phương pháp mô hình hóa địa kỹ thuật: Ứng dụng mô hình đàn - dẻo Mohr-Coulomb trong môi trường Plaxis 2D để phân tích ứng suất hữu hiệu, áp lực nước lỗ rỗng, biến dạng hố đào và dòng thấm qua các giai đoạn thi công (Staged Construction).
  • Công cụ phần mềm: Phân tích kết cấu bằng CSI ETABS 17 (khung không gian), CSI SAFE v12 (sàn và móng), CSI SAP2000 v20/v21 (cầu thang và hệ thanh chống Shoring), Plaxis 2D (địa kỹ thuật và tường vây), lập trình tự động hóa liên kết dữ liệu bằng VBA Excel kết hợp API, thể hiện bản vẽ trên AutoCAD 2018 và Autodesk Revit 2019.

Nguồn dữ liệu: Hồ sơ thiết kế kiến trúc và hồ sơ báo cáo khảo sát địa chất công trình tại địa điểm xây dựng bao gồm tài liệu khoan thăm dò (BH1 đến BH4), thí nghiệm nén cố kết xác định mô-đun biến dạng $E_{oed}$, thí nghiệm đổ nước hiện trường xác định hệ số thấm $k$, và chỉ số thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan về kiến trúc công trình

Chương 1 trình bày chi tiết về quy mô, công năng và các giải pháp kiến trúc của tổ hợp GAMUDA HH2 Residential Towers:

  • Quy mô và công năng: Công trình cấp I, cao 85,30 m với 22 tầng nổi và 2 tầng hầm. Phân bổ công năng gồm: Tầng hầm B1, B2 và tầng 2 đến tầng 5 làm bãi đỗ xe (bố trí ram dốc và thang xoắn); Tầng 1 làm khu dịch vụ thương mại; Tầng 6 là tầng dịch vụ giải trí và là tầng chuyển kết cấu; Tầng 7 đến tầng 20 là khu phức hợp căn hộ cao cấp (diện tích căn hộ từ 47 m² đến 306 m²); Tầng tum kỹ thuật và tầng mái bố trí phòng kỹ thuật và bồn nước.
  • Hình khối và mặt bằng: Khối công trình có mặt bằng dạng chữ Y khuyết cạnh phù hợp với hình dáng khu đất. Giao thông trục đứng gồm cụm thang máy, thang bộ thoát hiểm và thang xoắn ốc; hành lang giữa rộng $\ge 2$ m.
  • Giải pháp kỹ thuật công trình: Thiết kế đồng bộ hệ thống điện 3 pha 380V/220V tần số 50Hz, hệ thống cấp thoát nước sinh hoạt và nước mưa, hệ thống thông gió - điều hòa, hệ thống phòng cháy chữa cháy (trang bị họng nước cứu hỏa và 4 bình $CO_2$ MFZ4 4kg mỗi tầng), hệ thống chống sét và trục thu gom rác thải chuyên dụng.

Chương 2. Tổng quan về kết cấu công trình

Chương 2 phân tích lựa chọn sơ đồ kết cấu, vật liệu xây dựng và xác định kích thước sơ bộ các cấu kiện:

  • Giải pháp kết cấu chịu lực: Lựa chọn hệ kết cấu chịu lực chính là hệ khung - vách - lõi bê tông cốt thép toàn khối kết hợp hệ dầm - sàn chuyển tại tầng 6 để chuyển đổi hệ thống cột đỡ tầng dưới sang hệ vách chịu lực tầng trên. Hệ sàn sử dụng phương án sàn dầm kết hợp sàn ô cờ cho các nhịp từ 7 m đến 11 m.
  • Thông số vật liệu sử dụng:
    • Bê tông: Bê tông cấp độ bền B30 ($R_b = 22\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1{,}4\text{ MPa}$, $E_b = 36 \times 10^3\text{ MPa}$) cho kết cấu chịu lực chính (móng, cột, dầm, sàn, vách); Bê tông B25 cho các kết cấu phụ (cầu thang, bể nước).
    • Cốt thép: Thép AI ($\varnothing < 10\text{ mm}$, $R_s = R_{sc} = 225\text{ MPa}$); Thép AII ($\varnothing \ge 10\text{ mm}$, $R_s = R_{sc} = 280\text{ MPa}$); Thép AIII ($\varnothing \ge 10\text{ mm}$, $R_s = R_{sc} = 365\text{ MPa}$).
  • Kích thước sơ bộ cấu kiện:
    • Vách và lõi thang máy: chiều dày $t = 300\text{ mm}$; Sàn hầm dày $200\text{ mm}$; Tường tầng hầm dày $400\text{ mm}$.
    • Tiết diện cột: Cột dưới (từ hầm đến tầng 6) kích thước $1200\times1200\text{ mm}$, $1200\times2000\text{ mm}$, $2000\times1200\text{ mm}$, và cột tròn đường kính $d_c = 800\text{ mm}$; Cột tầng mái $300\times300\text{ mm}$, $300\times600\text{ mm}$, $600\times300\text{ mm}$.
    • Tiết diện dầm: Dầm tầng 1 kích thước $300\times500\text{ mm}$, $300\times900\text{ mm}$; Dầm các tầng còn lại $300\times500\text{ mm}$, $200\times500\text{ mm}$, $300\times300\text{ mm}$.
Cấu kiện Kích thước / Chiều dày Cấp độ bền bê tông Chiều dày lớp bảo vệ ($a$)
Vách, lõi thang máy $t = 300\text{ mm}$ B30 $30\text{ mm}$
Sàn tầng hầm $h_s = 200\text{ mm}$ B30 $35\text{ mm}$ (tiếp xúc đất)
Cột khung (Hầm - T6) $1200\times1200\text{ mm} \div 2000\times1200\text{ mm}$ B30 $30\text{ mm}$
Dầm tầng điển hình $300\times500\text{ mm}, 200\times500\text{ mm}$ B30 $30\text{ mm}$
Bản móng, cọc Cọc $\varnothing800\text{ mm}$, đài $h = 2000\text{ mm}$ B30 $50\text{ mm}$

Chương 3. Tải trọng và tác động

Chương 3 tổng hợp và xác định toàn bộ các giá trị tải trọng tác dụng lên công trình theo tiêu chuẩn:

  • Tĩnh tải và hoạt tải: Xác định tĩnh tải các lớp hoàn thiện sàn (sàn điển hình: $1{,}59\text{ kN/m²}$, sàn tầng 1: $1{,}59\text{ kN/m²}$, sàn tầng 6: $1{,}68\text{ kN/m²}$, sàn mái: $1{,}70\text{ kN/m²}$, sàn vệ sinh: $1{,}28\text{ kN/m²}$), tải trọng tường xây 110 mm và 170 mm. Hoạt tải tính toán theo TCVN 2737-1995 cho từng khu vực chức năng (nhà để xe, căn hộ, ban công, phòng kỹ thuật).
  • Tải trọng gió: Địa điểm xây dựng thuộc vùng áp lực gió II-B ($W_0 = 0{,}95\text{ kN/m²}$), dạng địa hình C. Tải trọng gió gồm thành phần tĩnh và thành phần động (tính theo TCXD 229-1999 với 4 mode dao động đầu tiên có tần số $f_N < f_L = 1{,}3\text{ Hz}$). Do mặt bằng không đối xứng, tải trọng gió được đặt tại tâm khối lượng kèm theo mô-men xoắn $M_z = \text{Gió tĩnh} \times e_0$.
  • Tải trọng động đất: Tính theo TCVN 9386-2012 bằng phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động với các thông số: Gia tốc đỉnh $a_{gR} = 0{,}1001g$, hệ số tầm quan trọng $\gamma_I = 1{,}25$, gia tốc nền thiết kế $a_g = 1{,}228\text{ m/s²}$, loại đất nền C ($S = 1{,}15; T_B = 0{,}2\text{s}; T_C = 0{,}6\text{s}; T_D = 2{,}0\text{s}$), hệ số ứng xử $q = 2{,}76$ (đã chiết giảm 20% do tính không đều đặn theo mặt đứng). Lực cắt đáy $F_b$ được xác định cho 6 mode dao động chủ đạo và phân phối thành lực động đất tác dụng lên từng tầng.
Thông số động đất Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Gia tốc nền thiết kế $a_g$ $1{,}228$ $\text{m/s²}$
Hệ số tầm quan trọng $\gamma_I$ $1{,}25$ -
Loại đất nền - C -
Hệ số nền $S$ $1{,}15$ -
Hệ số ứng xử theo phương ngang $q$ $2{,}76$ -
Chu kỳ giới hạn dưới / trên của phổ $T_B / T_C$ $0{,}2 / 0{,}6$ $\text{s}$
Điểm bắt đầu dịch chuyển không đổi $T_D$ $2{,}0$ $\text{s}$

Chương 4. Thiết kế sàn điển hình

Chương 4 thực hiện mô hình hóa và tính toán cốt thép cho sàn tầng căn hộ điển hình bằng phần mềm CSI SAFE:

  • Mô hình hóa kết cấu sàn kết hợp hệ dải Strip theo hai phương Layer A và Layer B.
  • Thiết lập các trường hợp chất tải ngắn hạn và dài hạn xét đến tính chất phi tuyến nứt của bê tông (Nonlinear Crack): tĩnh tải bản thân (S-DL), tĩnh tải hoàn thiện (S-SDL), tường xây (S-BW), hoạt tải toàn phần (S-LL) và hoạt tải dài hạn (LT-LL).
  • Kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng (TTGH II): Tính toán độ võng ngắn hạn, độ võng dài hạn và độ võng toàn phần $f = f_1 - f_2 + f_3$ theo quy định của TCVN 5574-2012, đảm bảo nằm trong giới hạn cho phép.
  • Tính toán diện tích cốt thép chịu uốn theo dải strip và kiểm tra bề rộng khe nứt của sàn.

Chương 5. Thiết kế cầu thang

Chương 5 trình bày việc tính toán kết cấu cầu thang bộ 2 vế dạng bản BTCT toàn khối:

  • Xác định kích thước hình học, tĩnh tải hoàn thiện và hoạt tải sử dụng trên bản nghiêng, bản chiếu tới và bản chiếu nghỉ.
  • Lập sơ đồ tính toán và phân tích nội lực (mô-men uốn $M$, lực cắt $Q$) bằng phần mềm chuyên dụng.
  • Kiểm tra điều kiện chuyển vị độ võng của bản thang và tính toán bố trí cốt thép chịu lực cho bản chiếu tới, bản nghiêng và bản chiếu nghỉ.

Chương 6. Thiết kế khung

Chương 6 tập trung vào phân tích tổng thể hệ kết cấu chịu lực phần thân trên mô hình không gian ETABS 17:

  • Kiểm tra ổn định tổng thể: Kiểm tra gia tốc đỉnh ở đỉnh công trình theo tiêu chuẩn NBCC-2005; kiểm tra điều kiện ổn định chống lật; kiểm tra chuyển vị đỉnh và chuyển vị lệch tầng tương đối; kiểm tra mức độ ảnh hưởng của hiệu ứng $P-\Delta$; kiểm tra lực dọc quy đổi trên cột và vách theo tiêu chuẩn Eurocode 2.
  • Thiết kế dầm tầng điển hình: Phân tích nội lực tổ hợp dầm, tính toán cốt thép dọc chịu uốn, cốt thép đai chịu cắt, kiểm tra đoạn neo nối cốt thép và bố trí cốt đai gia cường vùng tới hạn thỏa mãn yêu cầu cấu tạo kháng chấn theo TCVN 9386-2012.
  • Thiết kế vách phẳng và vách lõi thang: Tính toán vách phẳng đơn (P01 đến P04) và vách lõi thang máy (phân chia lõi thành 7 phần tử phẳng, xác định trọng tâm, phân phối nội lực nén - uốn - cắt cho từng phần tử) và bố trí cốt thép dọc, cốt thép ngang kháng chấn.

Chương 7. Thiết kế móng

Chương 7 giải quyết bài toán thiết kế nền móng công trình chịu tải trọng lớn:

  • Lựa chọn phương án: Đánh giá điều kiện địa chất nền và kiểm tra khả năng hóa lỏng cát theo TCVN 9386-2012; lựa chọn giải pháp móng sâu sử dụng cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đường kính $D = 800\text{ mm}$.
  • Sức chịu tải cọc: Tính toán sức chịu tải thiết kế của cọc $D800$ theo vật liệu bê tông B30, theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền, theo chỉ tiêu cường độ chống cắt ($c, \varphi$) và theo kết quả thí nghiệm SPT.
  • Thiết kế đài móng: Bố trí mặt bằng cọc và tính toán chi tiết các đài móng đại diện gồm đài cọc đơn M4 (trục X5-Y8), M5 (trục X5-Y9), M6 (trục X4-Y9) và móng cụm lõi thang máy (MLT, trục X4-Y4).
  • Kiểm tra kỹ thuật đài móng:
    • Kiểm tra phản lực đầu cọc: $P_{max} \le 1{,}2 R_{cọc}$ và $P_{min} \ge 0$.
    • Kiểm tra ổn định nền đất dưới đáy khối móng quy ước: $P_{tb}^{tc} \le R_{II}$ và $P_{max}^{tc} \le 1{,}2 R_{II}$.
    • Tính toán độ lún khối móng quy ước theo phương pháp cộng tác dụng từng lớp phân tố, đảm bảo $S \le [S] = 8\text{ cm}$.
    • Kiểm tra điều kiện chống xuyên thủng đài móng theo TCVN 5574-2012 và tính toán diện tích cốt thép đài móng theo hai phương.

Chương 8. Thiết kế tường vây và hệ thanh chống

Chương 8 thiết kế hệ thống giữ thành hố đào sâu phục vụ thi công 2 tầng hầm (chiều sâu đào $-7{,}10\text{ m}$):

  • Giải pháp kết cấu hố đào: Tường vây sử dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ $D = 400\text{ mm}$, chiều dài cọc $L = 15\text{ m}$. Hệ giằng giữ sử dụng 2 tầng thanh chống thép hình $H350\times350\times12\times19$ kết hợp cọc định vị Kingpost, mác thép CCT42 ($f = 2450\text{ daN/cm²}$). Phương án thi công hố móng theo phương pháp Bottom-Up gồm 9 giai đoạn đào đất, hạ mực nước ngầm và lắp đặt thanh chống tuần tự.
  • Mô hình địa kỹ thuật Plaxis 2D: Sử dụng mô hình Mohr-Coulomb với các thông số đầu vào từ địa chất: Lớp 1 (sét dẻo), Lớp 2a (sét pha), Lớp 2 (cát bụi). Mô-đun đàn hồi $E_{oed}$ được xác định từ đường cong nén cố kết $p-e$; hệ số thấm $k$ tính từ thí nghiệm đổ nước hố khoan và công thức Hazen. Phụ tải thi công xung quanh hố đào quy đổi $q = 15\text{ kN/m²}$.
  • Kết quả phân tích Plaxis 2D:
    • Hệ số an toàn ổn định tổng thể hố móng đạt $FS_{min} = 2{,}1939 > [FS] = 1{,}4$.
    • Kiểm tra chuyển vị ngang đỉnh cọc và bụng cọc tường vây nằm trong phạm vi cho phép.
    • Kiểm tra ổn định chống đẩy trồi đáy hố móng theo điều kiện dòng thấm: hệ số an toàn $FS = 2{,}008 > [FS] = 2{,}0$.
  • Thiết kế kết cấu tường vây và thanh chống:
    • Tính toán cốt thép chịu lực cọc tường vây $D400$ ($M_{max} = 561{,}44\text{ kNm/m}$, $Q_{max} = 256{,}01\text{ kN/m}$): chọn bố trí $10\varnothing20$ ($A_s = 31{,}4\text{ cm²}$) và đai cấu tạo $\varnothing8a200$.
    • Thiết kế hệ thanh chống Shoring $H350\times350\times12\times19$ trên phần mềm SAP2000: kiểm tra điều kiện bền chịu lực nén - uốn, kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng và ngoài mặt phẳng khung theo TCVN 5575-2012, kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng và bản cánh.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế kỹ thuật công trình cao tầng GAMUDA HH2 Residential Towers với các kết quả định lượng cụ thể:

Hạng mục kiểm tra Tiêu chuẩn áp dụng Giá trị tính toán Giới hạn cho phép Đánh giá
Hệ số ổn định tổng thể hố đào ($FS$) Plaxis 2D (Mohr-Coulomb) $2{,}1939$ $\ge 1{,}40$ Đạt yêu cầu
Hệ số chống trồi đáy hố đào ($FS_{trồi}$) Cơ học đất dòng thấm $2{,}008$ $\ge 2{,}00$ Đạt yêu cầu
Độ lún khối móng quy ước đài M6 TCVN 9362-2012 Thỏa mãn ($S < [S]$) $[S] = 8{,}0\text{ cm}$ Đạt yêu cầu
Ứng suất nén uốn thanh chống H350 TCVN 5575-2012 $\le 201{,}3\text{ daN/cm²}$ $f_c = 2450\text{ daN/cm²}$ Đạt yêu cầu
Khả năng chịu cắt bê tông cọc tường vây TCVN 5574-2012 $Q_{bt} > 256{,}01\text{ kN}$ $Q_{max} = 256{,}01\text{ kN}$ Đạt yêu cầu

Các giải pháp kỹ thuật đề xuất:

  • Đề xuất áp dụng giải pháp kết cấu khung - vách - lõi kết hợp hệ sàn chuyển tại tầng 6, giải quyết mâu thuẫn không gian kiến trúc giữa khu đỗ xe/thương mại nhịp lớn ở các tầng dưới và khu căn hộ chia nhỏ ở các tầng trên.
  • Đề xuất quy trình thi công tầng hầm Bottom-Up 9 bước đồng bộ với việc hạ mực nước ngầm theo từng phân đoạn và lắp đặt hệ thanh chống Shoring 2 tầng, kiểm soát biến dạng hố đào an toàn cho các công trình liền kề.
  • Ứng dụng công cụ lập trình VBA kết hợp API để tự động hóa quá trình trích xuất nội lực từ phần mềm phân tích kết cấu sang bảng tính thiết kế cốt thép.

Đóng góp của đồ án:

  • Cung cấp một bộ hồ sơ tính toán hoàn chỉnh từ phần kiến trúc, kết cấu phần thân, kết cấu nền móng đến biện pháp thi công tầng hầm cho công trình nhà cao tầng cấp I quy mô 22 tầng nổi và 2 tầng hầm tại Hà Nội.
  • Áp dụng đầy đủ và nhất quán các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn (TCVN 9386-2012), tải trọng gió động (TCXD 229-1999) và phân tích tương tác đất - kết cấu theo phương pháp phần tử hữu hạn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi thực hiện của đồ án tốt nghiệp, một số hạn chế và hướng mở rộng được ghi nhận:

  • Hạn chế về phạm vi tính toán: Đồ án tập trung đi sâu thiết kế chi tiết các cấu kiện đại diện (sàn điển hình, cầu thang điển hình, khung trục chỉ định, các đài móng M4, M5, M6, móng lõi thang và mặt cắt tường vây điển hình), chưa mở rộng tính toán chi tiết cho toàn bộ các nút khung phi tiêu chuẩn trên toàn bộ mặt bằng.
  • Phương pháp phân tích động đất: Tác động động đất được tính toán theo phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động đàn hồi có xét hệ số ứng xử $q$, chưa thực hiện phân tích phi tuyến theo lịch sử thời gian (Time-History Analysis) hoặc phân tích đẩy dần (Pushover Analysis) để đánh giá sự hình thành khớp dẻo thực tế trong kết cấu.
  • Mô hình tương tác địa kỹ thuật: Bài toán tường vây và hố đào trong Plaxis 2D được mô hình hóa theo điều kiện biến dạng phẳng (Plane Strain), chưa phản ánh hết hiệu ứng không gian 3 chiều tại các vị trí góc hố móng phức tạp.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp: Có thể tham khảo làm tài liệu hướng dẫn thực hiện đồ án tốt nghiệp, đồ án môn học Nhà cao tầng, Bê tông cốt thép 2, Nền móng và Công trình ngầm.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu: Tham khảo quy trình tính toán thực tế cho công trình có tầng chuyển, phương pháp tính toán tải trọng gió động (TCXD 229-1999) kết hợp mô-men xoắn do lệch tâm hình học, phương pháp tính toán kháng chấn (TCVN 9386-2012), và quy trình thiết kế hố đào sâu sử dụng Plaxis 2D kết hợp kiểm tra hệ thanh chống thép theo TCVN 5575-2012.
  • Các phần nội dung nổi bật: Toàn bộ Chương 3 (tính toán tải trọng ngang), Chương 7 (tính toán móng cọc khoan nhồi và khối móng quy ước), và Chương 8 (mô phỏng Staged Construction và tính toán Shoring).

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình GAMUDA HH2 Residential Towers có quy mô, chiều cao và phân chia công năng các tầng như thế nào?
Công trình là công trình dân dụng cấp I, có chiều cao 85,30 m (chưa kể tầng hầm), gồm 2 tầng hầm (B1, B2) và 22 tầng nổi (tầng 1 dịch vụ thương mại, tầng 2 đến tầng 5 để xe, tầng 6 khu giải trí và là tầng chuyển kết cấu, tầng 7 đến tầng 20 là khu căn hộ cao cấp, 1 tầng tum kỹ thuật và 1 tầng mái).

2. Giải pháp kết cấu phần thân và kết cấu sàn được lựa chọn cho công trình là gì?
Kết cấu phần thân sử dụng hệ chịu lực hỗn hợp khung - vách - lõi bê tông cốt thép toàn khối kết hợp hệ dầm - sàn chuyển tại tầng 6. Kết cấu sàn sử dụng phương án sàn dầm kết hợp sàn ô cờ cho các nhịp từ 7 m đến 11 m.

3. Tải trọng gió và động đất tác dụng lên công trình được tính toán dựa trên các thông số chính nào?
Tải trọng gió tính theo vùng gió II-B ($W_0 = 0{,}95\text{ kN/m²}$), địa hình C, xét thành phần tĩnh và động cho 4 mode dao động đầu tiên ($f_N < 1{,}3\text{ Hz}$) kèm mô-men lệch tâm $M_z$. Động đất tính theo TCVN 9386-2012 với gia tốc nền thiết kế $a_g = 1{,}228\text{ m/s²}$, đất nền loại C ($S = 1{,}15$), hệ số ứng xử $q = 2{,}76$, xét 6 mode dao động chủ đạo.

4. Phương án móng và biện pháp thi công tầng hầm của công trình được thiết kế như thế nào?
Phần móng sử dụng móng cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đường kính $D = 800\text{ mm}$ ngàm vào lớp đất chịu lực. Biện pháp giữ thành hố đào sâu 2 tầng hầm (sâu $-7{,}10\text{ m}$) sử dụng tường vây cọc khoan nhồi đường kính nhỏ $D = 400\text{ mm}$ dài 15 m kết hợp 2 tầng thanh chống thép hình $H350\times350\times12\times19$, thi công theo phương pháp Bottom-Up qua 9 giai đoạn.

5. Kết quả kiểm tra độ ổn định hố đào và khả năng chịu lực của tường vây đạt những chỉ số kỹ thuật nào?
Phân tích Plaxis 2D cho thấy hệ số an toàn ổn định tổng thể nhỏ nhất của hố đào đạt $FS = 2{,}1939 > 1{,}4$; hệ số chống trồi đáy hố đạt $FS = 2{,}008 > 2{,}0$. Cọc tường vây $D400$ chịu mô-men $M_{max} = 561{,}44\text{ kNm/m}$ và lực cắt $Q_{max} = 256{,}01\text{ kN/m}$, được bố trí $10\varnothing20$ ($A_s = 31{,}4\text{ cm²}$) và đai $\varnothing8a200$, đảm bảo điều kiện chịu lực và biến dạng cho phép.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "GAMUDA HH2 RESIDENTIAL TOWERS" của sinh viên Phan Văn Anh Nhật đã hoàn thành việc thiết kế kết cấu toàn diện cho một tổ hợp nhà cao tầng 22 tầng nổi và 2 tầng hầm tại Hà Nội. Đồ án áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành của Việt Nam kết hợp các tiêu chuẩn quốc tế để giải quyết từ bài toán kết cấu chịu lực phần thân, kết cấu dầm sàn chuyển, kết cấu móng cọc khoan nhồi cho đến bài toán địa kỹ thuật hố đào sâu. Các kết quả tính toán trên các phần mềm chuyên ngành (ETABS, SAFE, SAP2000, Plaxis 2D) đều thỏa mãn các điều kiện về cường độ, độ võng, bề rộng khe nứt và ổn định tổng thể. Đây là công trình đồ án có tính thực tiễn cao, cung cấp quy trình và tài liệu tham khảo chi tiết cho công tác thiết kế kết cấu công trình dân dụng cao tầng.