Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Cao ốc văn phòng Đông Dương" được thực hiện bởi sinh viên Phạm Văn Nam dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Trung Kiên tại Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng / Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp, khóa 2013–2017, hoàn thành tháng 01/2018).

Bối cảnh thực tiễn được tác giả xác định xuất phát từ quá trình phát triển kinh tế của Việt Nam sau hơn 20 năm đổi mới, sự gia tăng dòng vốn đầu tư trực tiếp nước ngoài (FDI) và việc hội nhập kinh tế quốc tế sau khi gia nhập WTO. Tình hình này thúc đẩy các doanh nghiệp trong và ngoài nước mở rộng quy mô hoạt động, kéo theo nhu cầu cấp thiết về diện tích làm việc tiêu chuẩn cao tại các đô thị lớn. Dự án Cao ốc Văn phòng Đông Dương được đầu tư xây dựng nhằm mục tiêu tạo ra khối văn phòng tiện nghi, tối ưu hóa công năng sử dụng đất, tránh lãng phí diện tích làm việc, đồng thời góp phần chỉnh trang không gian kiến trúc trung tâm Thành phố Hồ Chí Minh.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu trong đồ án được xác định cụ thể theo các phần việc sau:

  1. Nhiệm vụ kiến trúc: Thể hiện lại và điều chỉnh các bản vẽ thiết kế kiến trúc phù hợp với công năng văn phòng, trong đó có sự điều chỉnh về kích thước nhịp kết cấu và chiều cao các tầng.
  2. Nhiệm vụ kết cấu:
    • Tính toán, thiết kế sàn tầng điển hình theo phương án kết cấu sàn sườn toàn khối bê tông cốt thép.
    • Tính toán, thiết kế các cấu kiện phụ trợ gồm cầu thang bộ thoát hiểm và bể nước mái.
    • Thiết lập mô hình không gian, phân tích nội lực và tính toán cốt thép hệ dầm sàn tầng điển hình.
    • Mô hình hóa, phân tích nội lực và thiết kế hệ cột, vách cứng thuộc khung trục 2 và khung trục C chịu các tổ hợp tải trọng đứng và ngang.
  3. Nhiệm vụ nền móng:
    • Tổng hợp, phân tích số liệu địa chất công trình từ hồ sơ khảo sát.
    • Thiết kế phương án móng cọc ép bê tông cốt thép khả thi, bao gồm tính toán móng cọc đài đơn (M2) và móng cụm cọc đài lớn dưới lõi thang máy (M3).
  4. Khối lượng sản phẩm thực hiện: 01 tập thuyết minh tính toán, 01 tập phụ lục và 19 bản vẽ khổ A1 (gồm 05 bản vẽ kiến trúc, 12 bản vẽ kết cấu và 02 bản vẽ nền móng).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Công trình Cao ốc Văn phòng Đông Dương (công trình cấp I, quy mô 20 tầng nổi và 2 tầng hầm, chiều cao đỉnh công trình 71,5 m). Chủ đầu tư là Công ty Quản lý Kinh doanh Nhà Thành phố, được phê duyệt theo Quyết định số 10584/QLKDN-KHĐT ngày 14/11/2007 và Giấy phép xây dựng số 212 ngày 09/11/2007 của Sở Xây dựng TP.HCM.
  • Phạm vi không gian: Khu đất xây dựng tại địa chỉ số 25bis Nguyễn Thị Minh Khai, Quận 1, TP. Hồ Chí Minh. Tứ cận công trình: phía Tây Bắc giáp đường Nguyễn Thị Minh Khai, phía Tây Nam giáp Lãnh sự quán Hoa Kỳ, phía Đông Nam giáp Lãnh sự quán Pháp, phía Bắc giáp khu căn hộ cao cấp Somerset.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài nhận ngày 06/09/2017 và nộp hoàn thành ngày 15/01/2018.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán

Tác giả vận dụng hệ thống quy chuẩn xây dựng, tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia (TCVN, TCXDVN) cùng các lý thuyết cơ học kết cấu chuyên ngành để làm căn cứ tính toán:

Lĩnh vực thiết kế Tiêu chuẩn và quy chuẩn áp dụng
Quy hoạch và kiến trúc Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam tập 4; TCVN 3905-1984 (thông số hình học nhà ở và nhà công cộng); TCVN 4319-1986 (nguyên tắc cơ bản thiết kế công trình công cộng); Quy chuẩn Xây dựng Việt Nam tập 1, 2, 3 (năm 1997).
Tải trọng và tác động TCVN 2737-1995: Tải trọng và tác động (xác định tĩnh tải cấu tạo, hoạt tải sử dụng, áp lực gió phân vùng II-A với áp lực tiêu chuẩn $W_0 = 0{,}83\text{ kN/m}^2$, tính toán thành phần gió động và tải trọng động đất).
Kết cấu bê tông cốt thép TCXDVN 356:2005: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế (tính toán cấu kiện chịu uốn, nén lệch tâm phẳng, nén lệch tâm xiên, kiểm tra biến dạng võng và khe nứt).
Nền móng công trình TCXD 205:1998: Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế (xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý đất nền tại Phụ lục A, theo cường độ đất nền tại Phụ lục B và theo vật liệu cọc).
Hạ tầng kỹ thuật (MEP) & PCCC TCVN 5687-1992 và TCXDVN 323-2004 (thông gió, điều hòa không khí); TCXD 25-1991, TCXD 27-1991, TCXD 46-1984 (điện và chống sét); TCVN 4513-1988, TCXD 33-1985, TCVN 4474-1987, TCXD 51-1984 (cấp thoát nước); TCVN 2622-1995, TCVN 5760-1993, TCVN 7336-2003 (phòng cháy chữa cháy và hệ thống Sprinkler tự động).

Phương pháp nghiên cứu và công cụ kỹ thuật áp dụng trong đồ án:

  • Phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (FEM): Sử dụng phần mềm ETABS để mô hình hóa không gian 3D toàn bộ hệ khung - vách chịu lực, phân tích các mode dao động riêng, tính toán thành phần động của tải trọng gió, tác động động đất và xuất nội lực dầm, cột, vách cứng. Ứng dụng phần mềm SAFE để giải nội lực hệ sàn tầng điển hình và đài móng cọc lõi thang.
  • Phương pháp giải tích kết cấu: Áp dụng lý thuyết bản mỏng đàn hồi để tính toán nội lực bản nắp, bản đáy bể nước mái và các ô sàn làm việc 1 phương, 2 phương; phương pháp quy đổi nén lệch tâm xiên về nén lệch tâm phẳng tương đương để tính thép cột chịu lực phức tạp; phương pháp vùng biên chịu mô-men (Pier method) để tính toán vách cứng.
  • Nguồn dữ liệu: Hồ sơ bản vẽ kiến trúc gốc, báo cáo khảo sát địa chất công trình tại khu đất 25bis Nguyễn Thị Minh Khai, số liệu khí tượng thủy văn khu vực Quận 1, TP.HCM.

Thiết kế và triển khai giải pháp kỹ thuật

Giải pháp mặt bằng và chỉ tiêu kiến trúc

Công trình được quy hoạch trên khu đất trung tâm với các thông số kinh tế kỹ thuật:

  • Diện tích khu đất toàn khu sau khi trừ lộ giới: $5.338\text{ m}^2$.
  • Diện tích đất xây dựng công trình: $2.098\text{ m}^2$, gồm khối công vụ ($1.293\text{ m}^2$) và khối văn phòng ($805\text{ m}^2$).
  • Diện tích cây xanh, sân bãi và đường nội bộ: $1.298\text{ m}^2$.
  • Tổng diện tích sàn xây dựng: $13.352\text{ m}^2$; trong đó diện tích sàn văn phòng chiếm $11.591\text{ m}^2$.
  • Mật độ xây dựng: $39{,}3%$ (đáp ứng giới hạn $\le 40%$ theo tiêu chuẩn).
  • Hệ số sử dụng đất: $2{,}9$ lần (đáp ứng quy định $\le 5$ lần).
  • Khoảng lùi công trình so với ranh lộ giới đường Nguyễn Thị Minh Khai: $13{,}84\text{ m}$ (quy định tối thiểu là $6\text{ m}$).
  • Mặt bằng tầng điển hình hình chữ nhật, bố trí lõi cứng giao thông và kỹ thuật ở trung tâm (gồm 4 thang máy tải khách từ tầng hầm đến tầng 19, buồng thang bộ kín thoát hiểm, phòng kỹ thuật và vệ sinh). Các không gian văn phòng làm việc phân bố dọc chu vi để tận dụng ánh sáng tự nhiên qua hệ vách kính lớn kết hợp ốp đá granite.

Giải pháp kết cấu chịu lực

  • Phần thân: Sử dụng hệ kết cấu hỗn hợp khung - giằng bê tông cốt thép đổ toàn khối. Lõi cứng chịu phần lớn tải trọng ngang (gió, động đất), trong khi hệ khung cột xung quanh (bước nhịp lớn nhất $10\text{ m}$) đảm nhận chức năng đỡ tải trọng đứng từ hệ dầm sàn.
  • Phần ngầm: Tầng hầm gồm 2 tầng với tường chắn đất là vách Barrette bê tông cốt thép chịu lực kết hợp chống thấm. Móng sử dụng móng cọc ép bê tông cốt thép hạ vào tầng địa chất tốt.
  • Vật liệu sử dụng: Bê tông cấp độ bền B25 ($R_b = 14{,}5\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1{,}05\text{ MPa}$, $E_b = 30.000\text{ MPa}$); cốt thép nhóm AI đối với đường kính $\le 10\text{ mm}$ ($R_s = R_{sc} = 225\text{ MPa}$), cốt thép nhóm AII và AIII đối với đường kính $> 10\text{ mm}$ ($R_s = 280\text{ MPa}$ hoặc $365\text{ MPa}$).

Hệ thống hạ tầng kỹ thuật và cơ điện (MEP)

  • Cấp - thoát nước: Nguồn nước cấp từ mạng lưới đô thị dẫn vào bể ngầm ở sân trước, dùng trạm bơm tự động bơm lên bể nước mái dung tích $96{,}8\text{ m}^3$ để phân phối xuống các tầng. Hệ thống thoát nước thải sinh hoạt tách riêng với hệ thống thoát nước mưa sê nô mái, nước thải qua bể tự hoại xử lý trước khi xả ra cống thành phố (sử dụng ống thoát đường kính d114).
  • Thông gió và điều hòa không khí: Tầng hầm thông gió cưỡng bức bằng quạt hút ly tâm kết hợp đối lưu tự nhiên qua ram dốc; khối văn phòng dùng hệ thống điều hòa không khí VRV kết hợp máy lạnh trung tâm và cục bộ.
  • Điện và chiếu sáng: Trạm biến áp, máy biến thế và máy phát điện dự phòng bố trí tại tầng hầm 1. Đèn huỳnh quang chiếu sáng văn phòng, bố trí chiếu sáng sự cố tại lối thoát hiểm, hệ thống chống sét trực tiếp kết hợp cắt sét lan truyền.
  • Phòng cháy chữa cháy: Bố trí mạng lưới chữa cháy tự động Sprinkler (khoảng cách đầu phun $3\text{ m}$), họng nước vách tường, súng cứu hỏa và bình chữa cháy hóa chất đặt tại sảnh, chân cầu thang và hành lang mỗi tầng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về kiến trúc công trình

Chương này trình bày bối cảnh kinh tế - xã hội, nhu cầu phát triển bất động sản văn phòng cho thuê tại TP.HCM và giới thiệu tổng thể dự án Cao ốc Văn phòng Đông Dương. Văn bản nêu rõ các căn cứ pháp lý, thông tin chủ đầu tư, vị trí địa lý tại 25bis Nguyễn Thị Minh Khai, Quận 1 và bảng tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của công trình (quy mô 20 tầng nổi, 2 tầng hầm, chiều cao tối đa $71{,}5\text{ m}$, diện tích khu đất $5.338\text{ m}^2$, mật độ xây dựng $39{,}3%$).

Chương 2: Giải pháp kiến trúc

Tác giả thuyết minh hệ thống tiêu chuẩn thiết kế kiến trúc công trình công cộng cao tầng, quy hoạch tổng mặt bằng, mối liên hệ giao thông nội bộ và đối ngoại. Chương này phân tích chi tiết giải pháp tổ chức mặt bằng hình chữ nhật, ưu điểm lấy sáng tự nhiên của các diện kính mặt đứng hướng ngoại, đánh giá bố trí giao thông trục đứng gồm 4 thang máy và buồng thang bộ thoát hiểm kín. Tác giả cũng chỉ ra nhược điểm kiến trúc là công trình không thiết kế lôgia che nắng và khu vệ sinh chung chưa tách riêng cho từng khối văn phòng.

Chương 3: Giải pháp kết cấu

Nội dung chương phân tích tính hợp lý của phương án kết cấu khung - giằng chịu lực cho tòa nhà 20 tầng với bước nhịp lớn nhất $10\text{ m}$, tường vách hầm Barrette và móng cọc nhồi/cọc ép. Đồng thời, chương trình bày chi tiết các giải pháp kỹ thuật công trình đi kèm: hệ thống thông gió quạt ly tâm, điều hòa nhiệt độ VRV, trạm cấp điện tầng hầm 1, mạng lưới đường ống cấp thoát nước (ống d114), tiêu chuẩn và sơ đồ bố trí hệ thống PCCC tự động Sprinkler, cùng đặc điểm khí hậu gió vùng II-A tại TP.HCM.

Chương 4: Tính toán thiết kế bể nước mái

Chương 4 thực hiện thiết kế chi tiết bể nước đặt trên mái công trình:

  • Xác định dung tích: Với quy mô $N = 800$ người làm việc, tiêu chuẩn dùng nước $Q_{sd} = 200\text{ lít/người/ngày}$, hệ số dùng nước không điều hòa $k_{ngđ} = 1{,}2$, nhu cầu nước sinh hoạt $W_{sd} = 88\text{ m}^3$, lượng nước chữa cháy dự phòng $W_{cc} = 8{,}8\text{ m}^3$ ($10%$), tổng dung tích bể nước mái là $W_h = 96{,}8\text{ m}^3$.
  • Kích thước hình học: Chiều dài $L = 10{,}0\text{ m}$, chiều rộng $B = 5{,}6\text{ m}$, chiều cao $H = 2{,}0\text{ m}$ (chiều cao mực nước tính toán $1{,}6\text{ m}$). Tỷ số cạnh $a/b = 1{,}79 < 3$ và $h/a = 0{,}2 < 2$, phân loại là bể thấp đổ bê tông toàn khối.
  • Bản nắp: Chiều dày sơ bộ chọn $h_b = 100\text{ mm}$, tĩnh tải hoàn thiện kết hợp hoạt tải sửa chữa ($p^{tc} = 0{,}75\text{ kN/m}^2$, $q^{tt} = 3{,}88\text{ kN/m}^2$), tính toán nội lực theo ô bản 2 phương, bố trí thép chịu lực kết hợp thép cấu tạo $\phi 6@200$, gia cường lỗ thăm kích thước $800 \times 800\text{ mm}$ bằng $2\phi 10$. Độ võng tính toán $f_{sàn} = 0{,}34\text{ mm}$ nằm trong giới hạn cho phép.
  • Bản thành: Chiều dày chọn $h_{bt} = 120\text{ mm}$, tính toán với tổ hợp tải trọng bất lợi nhất (bể chứa đầy nước có gió hút), áp lực nước tác dụng $P_n = 24\text{ kN/m}^2$, tải trọng gió hút $P_{gh} = 1{,}926\text{ kN/m}^2$. Cấu kiện được tính theo sơ đồ bản dầm một phương ngàm tại đáy.
  • Bản đáy: Chiều dày chọn $h_b = 150\text{ mm}$, chịu tổng tải trọng đáy $q = 29{,}75\text{ kN/m}^2$ (gồm tĩnh tải bản thân, hoàn thiện và áp lực nước). Kiểm tra độ võng đạt yêu cầu; kiểm tra điều kiện xuất hiện vết nứt xác định bản đáy không xuất hiện vết nứt nguy hiểm ($a_{crc} \le a_{gh}$).
  • Hệ dầm nắp và dầm đáy: Mô hình hóa khung không gian bằng ETABS. Dầm nắp kích thước $200 \times 450\text{ mm}$ chịu lực cắt $Q = 63{,}2\text{ kN}$, bố trí đai $\phi 6a150$ ở đoạn $L/4$ đầu dầm và $\phi 6a300$ ở giữa nhịp. Dầm đáy kích thước $300 \times 700\text{ mm}$ chịu lực cắt lớn $Q = 330{,}3\text{ kN}$, bố trí cốt đai $\phi 8a150$ tại vùng đầu dầm.
  • Cột đỡ bể nước: Trình bày cơ sở lý thuyết nén lệch tâm xiên theo TCXDVN 356:2005, chuyển đổi mô-men hai phương $M_{x1}, M_{y1}$ về mô-men uốn phẳng tương đương $M = M_1 + m_0 M_2 (h/b)$ và phân loại 3 trường hợp độ lệch tâm ($e_0/h_0$) để xác định diện tích cốt thép $A_{st}$.

Chương 5: Cầu thang tầng điển hình

Nội dung chương trình bày việc lựa chọn kích thước hình học bản thang hai vế, bậc thang, bản chiếu nghỉ và dầm chiếu tới của tầng điển hình. Xác định tải trọng bản thân các lớp vữa, đá mài, trọng lượng bản bê tông và hoạt tải tiêu chuẩn. Tác giả sử dụng phần mềm ETABS để giải nội lực bản thang nghiêng và bản chiếu nghỉ, từ đó tính toán diện tích cốt thép dọc chịu mô-men uốn và bố trí cấu tạo chi tiết.

Chương 6: Tính toán – Thiết kế hệ khung

Chương 6 tập trung vào phân tích kết cấu chịu lực chính của công trình:

  • Sơ bộ tiết diện dầm, cột các tầng và vách cứng lõi thang. Thiết lập mô hình 3D tổng thể công trình trên phần mềm ETABS.
  • Tải trọng tác động: Tĩnh tải kết cấu và các lớp hoàn thiện; hoạt tải sử dụng theo chức năng văn phòng (chất tải lệch tầng, tầng chẵn, tầng lẻ); tải trọng gió tĩnh phân vùng II-A; tính toán thành phần động của gió theo phương X (chi phối bởi Mode 2) và phương Y (chi phối bởi Mode 1); tải trọng động đất xác định theo phổ phản ứng thiết kế $S_d(T)$.
  • Tổ hợp tải trọng: Lập các tổ hợp cơ bản và tổ hợp bao (COMBBAO), kiểm tra chuyển vị ngang đỉnh công trình đảm bảo điều kiện ổn định và độ cứng theo tiêu chuẩn.
  • Tính toán cốt thép: Xuất biểu đồ mô-men, lực cắt và lực dọc từ ETABS; thiết kế cốt thép dầm tầng điển hình (tầng 3); tính toán cốt thép dọc và cốt đai cho cột khung trục 2 và khung trục C; tính toán cốt thép ngang và dọc cho vách cứng theo phương pháp vùng biên chịu mô-men (Pier).

Chương 7: Kết cấu sàn tầng điển hình

Chương 7 trình bày quy trình tính toán sàn sườn toàn khối:

  • Phân loại các ô bản sàn theo tỷ số nhịp thành bản làm việc 1 phương ($L_2/L_1 > 2$) và bản kê bốn cạnh làm việc 2 phương ($L_2/L_1 \le 2$).
  • Xác định tĩnh tải cấu tạo sàn sinh hoạt, sàn khu vệ sinh và hoạt tải văn phòng.
  • Ứng dụng phần mềm SAFE để giải nội lực, xuất biểu đồ mô-men $M_x, M_y$ theo các dải dầm ảo (strip).
  • Tính toán diện tích cốt thép chịu mô-men âm ở gối và mô-men dương ở nhịp, kiểm tra hàm lượng cốt thép hợp lý ($\mu_{min} \le \mu \le \mu_{max}$) và kiểm tra độ võng các ô sàn điển hình.

Chương 8: Tính toán thiết kế móng cọc bê tông cốt thép

Chương 8 giải quyết phương án kết cấu móng cho công trình 20 tầng:

  • Đánh giá các chỉ tiêu cơ lý và địa tầng của đất nền từ hố khoan khảo sát tại khu vực 25bis Nguyễn Thị Minh Khai.
  • Thiết kế cọc ép bê tông cốt thép: Xác định chiều dài cọc, tiết diện cọc, kiểm tra ứng suất cọc trong các giai đoạn thi công (vận chuyển cẩu lắp cọc và dựng cọc vào giá ép), tính toán cốt thép móc cẩu treo.
  • Tính toán sức chịu tải đơn của cọc: Xác định theo cường độ vật liệu cọc, theo chỉ tiêu cơ lý đất nền (Phụ lục A TCXD 205:1998) và theo cường độ kháng cắt của đất nền (Phụ lục B TCXD 205:1998).
  • Thiết kế móng đơn đài cọc M2: Xác định tải trọng chân cột từ khung trục chuyển xuống móng, bố trí số lượng cọc trong đài, kiểm tra phản lực đầu cọc dưới tác dụng của tải trọng lệch tâm, kiểm tra độ lún móng theo mô hình móng khối quy ước, kiểm tra điều kiện chọc thủng đài móng và tính cốt thép lưới đài cọc.
  • Thiết kế móng lõi thang M3: Xác định cụm nội lực chân vách lõi, bố trí nhóm cọc, kiểm tra phản lực cọc, kiểm tra độ lún khối quy ước và sử dụng phần mềm SAFE chia dải strip để tính toán cốt thép đài móng theo hai phương X và Y.

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Kết quả tính toán chính trích xuất từ văn bản

  1. Chỉ tiêu hình học và quy hoạch:

    • Chiều cao công trình: $71{,}5\text{ m}$ (20 tầng nổi và 2 tầng hầm).
    • Tổng diện tích sàn: $13.352\text{ m}^2$, diện tích làm việc văn phòng $11.591\text{ m}^2$.
    • Mật độ xây dựng thực tế $39{,}3%$ (giới hạn tiêu chuẩn $\le 40%$), hệ số sử dụng đất đạt $2{,}9$ lần (giới hạn $\le 5$ lần), khoảng lùi $13{,}84\text{ m}$ (tiêu chuẩn tối thiểu $6\text{ m}$).

  2. Kết quả thiết kế cấu kiện bể nước mái:

    • Thể tích tính toán: $W_h = 96{,}8\text{ m}^3$ ($W_{sd} = 88\text{ m}^3$, $W_{cc} = 8{,}8\text{ m}^3$). Kích thước thông thủy $10 \times 5{,}6 \times 2{,}0\text{ m}$.
    • Bản nắp: Dày $100\text{ mm}$, tải trọng tính toán $q^{tt} = 3{,}88\text{ kN/m}^2$, cốt thép cấu tạo $\phi 6@200$, cốt thép gia cường lỗ thăm $2\phi 10$, độ võng $0{,}34\text{ mm}$.
    • Bản thành: Dày $120\text{ mm}$, chịu áp lực nước $P_n = 24\text{ kN/m}^2$ và gió hút $P_{gh} = 1{,}926\text{ kN/m}^2$.
    • Bản đáy: Dày $150\text{ mm}$, tổng tải trọng $29{,}75\text{ kN/m}^2$, kiểm tra thỏa mãn điều kiện chống nứt ($M \le M_{crc}$).
    • Dầm nắp DN1 ($200 \times 450\text{ mm}$): Lực cắt $Q = 63{,}2\text{ kN}$, bố trí cốt đai $\phi 6a150$ ở đoạn đầu dầm và $\phi 6a300$ ở đoạn giữa.
    • Dầm đáy DD1 ($300 \times 700\text{ mm}$): Lực cắt $Q = 330{,}3\text{ kN}$, khả năng chịu cắt của bê tông và cốt đai $Q_{sw} = 342{,}63\text{ kN} > Q$, cốt đai bố trí $\phi 8a150$ đoạn đầu dầm và $\phi 8a300$ đoạn giữa dầm.

  3. Kết quả phân tích hệ khung và sàn:

    • Phân tích động lực học kết cấu trong ETABS: Dao động riêng theo phương Y ứng với Mode 1 và theo phương X ứng với Mode 2.
    • Chuyển vị đỉnh công trình dưới tác dụng của tổ hợp tải trọng bao (COMBBAO) thỏa mãn giới hạn cho phép của nhà cao tầng.
    • Nội lực và cốt thép vách cứng lõi thang được kiểm soát thông qua mô hình phần tử Pier theo phương pháp vùng biên chịu mô-men.
    • Các ô sàn tầng điển hình được giải bằng SAFE đảm bảo điều kiện chịu uốn và độ võng vận hành.

  4. Kết quả thiết kế móng cọc ép:

    • Cọc ép bê tông cốt thép được kiểm tra an toàn trong các sơ đồ cẩu vận chuyển và dựng cọc.
    • Sức chịu tải của cọc đơn được kiểm tra theo cả 3 điều kiện: vật liệu, cơ lý đất nền và cường độ đất nền theo TCXD 205:1998.
    • Các đài móng M2 và móng cụm M3 lõi thang đều đạt yêu cầu về áp lực đầu cọc, khả năng chống xuyên thủng và độ lún giới hạn theo mô hình móng khối quy ước.

Đóng góp kỹ thuật của đồ án

Đồ án đã xây dựng một quy trình tính toán kỹ thuật hoàn chỉnh cho một công trình cao tầng có quy mô thực tế tại TP.HCM. Việc kết hợp phương pháp tính toán giải tích cổ điển (áp dụng TCXDVN 356:2005 cho cấu kiện tấm mỏng, cột nén lệch tâm xiên) với các phần mềm phần tử hữu hạn hiện đại (ETABS, SAFE) giúp tối ưu hóa việc phân bố vật liệu, kiểm soát chính xác sự làm việc không gian của hệ khung - vách và đảm bảo an toàn kết cấu móng trong điều kiện địa chất đô thị.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên các phân tích tự đánh giá và phạm vi thực hiện được ghi nhận trong văn bản đồ án:

  • Hạn chế về mặt giải pháp kiến trúc: Tác giả tự nhìn nhận công trình tận dụng tối đa diện tích xây dựng nên không có ban công/lôgia và thiếu hệ thống chắn nắng thụ động cho mặt đứng kính; cụm thang và khu vệ sinh gom ở lõi trung tâm nên hoàn toàn không có thông thoáng và chiếu sáng tự nhiên; nhà vệ sinh chung chưa được thiết kế độc lập riêng biệt cho từng phân khu văn phòng.
  • Cảnh báo về quy hoạch xây dựng: Mặc dù mật độ xây dựng ban đầu đạt $39{,}3%$ (thỏa mãn quy chuẩn $\le 40%$), tác giả lưu ý do khu đất có giá trị thương mại cao, các công trình phụ trợ có thể phát sinh thêm trong quá trình khai thác trên phần diện tích đất trống, tiềm ẩn nguy cơ làm tăng mật độ vượt mức cho phép.
  • Hạn chế về phạm vi thiết kế kết cấu: Do giới hạn thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp, phần tính toán hệ khung chỉ tập trung chi tiết vào khung trục 2 và khung trục C, chưa triển khai chi tiết cho tất cả các khung còn lại; phần nền móng chỉ thiết kế đại diện đài móng đơn M2 và đài lõi thang M3.
  • Hướng mở rộng: Cần hoàn thiện tính toán chi tiết toàn bộ các trục khung không gian còn lại; nghiên cứu bổ sung giải pháp kết cấu móng cọc nhồi sâu hoặc cọc barrette liên kết đài bè toàn khối cho công trình 20 tầng; thiết kế chi tiết hệ thống kết cấu bao che chống nắng thụ động nhằm giảm tải công suất tiêu thụ điện của hệ thống điều hòa VRV.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo cụ thể cho các nhóm đối tượng sau:

  • Sinh viên chuyên ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp, Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng: Làm tài liệu mẫu để thực hiện đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng công trình nhiều tầng, từ khâu thiết lập thuyết minh, lập mô hình tính toán đến thể hiện bản vẽ A1.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu công trình cao tầng: Tham khảo quy trình phân tích động lực học kết cấu (gió động, động đất) trên phần mềm ETABS, kỹ thuật chuyển đổi bài toán nén lệch tâm xiên của cột về nén lệch tâm phẳng theo TCXDVN 356:2005 và phương pháp vùng biên chịu mô-men để tính vách cứng (Pier).
  • Phần nội dung đáng tham khảo chuyên sâu:
    • Chương 4 về tính toán bể nước mái: Cung cấp đầy đủ công thức giải tích xác định dung tích dùng nước cho 800 người, cách xác định áp lực nước kết hợp tải gió hút, kiểm tra độ võng bản mỏng đàn hồi và kiểm tra vết nứt bản đáy bê tông.
    • Chương 8 về thiết kế nền móng: Cung cấp trình tự tính toán sức chịu tải cọc theo hai phụ lục A và B của TCXD 205:1998, các sơ đồ cẩu lắp kiểm tra cọc và phương pháp mô hình hóa đài móng lõi thang phức tạp bằng phần mềm SAFE.

Câu hỏi thường gặp

1. Cao ốc Văn phòng Đông Dương có quy mô tầng cao và các chỉ tiêu quy hoạch được duyệt như thế nào?

Theo hồ sơ dự án tại Chương 1, công trình có quy mô gồm 20 tầng nổi và 2 tầng hầm, chiều cao tối đa $71{,}5\text{ m}$. Công trình được xây dựng trên khu đất $5.338\text{ m}^2$ (sau khi trừ lộ giới) tại 25bis Nguyễn Thị Minh Khai, Quận 1, TP.HCM với diện tích đất xây dựng $2.098\text{ m}^2$, tổng diện tích sàn xây dựng $13.352\text{ m}^2$ (diện tích sàn văn phòng $11.591\text{ m}^2$). Các chỉ tiêu kỹ thuật gồm: mật độ xây dựng $39{,}3%$ (tiêu chuẩn quy định $\le 40%$), hệ số sử dụng đất $2{,}9$ lần (tiêu chuẩn $\le 5$ lần) và khoảng lùi công trình so với ranh lộ giới vỉa hè là $13{,}84\text{ m}$ (tiêu chuẩn tối thiểu $6\text{ m}$).

2. Dung tích và kích thước hình học của bể nước mái được tác giả tính toán dựa trên các thông số nào?

Tại Chương 4, dung tích bể nước mái được tính toán cho $N = 800$ người làm việc tại khu văn phòng, với mức tiêu chuẩn dùng nước $Q_{sd} = 200\text{ lít/người/ngày}$ và hệ số sử dụng $k_{ngđ} = 1{,}2$. Nhu cầu nước sinh hoạt xác định là $W_{sd} = 88\text{ m}^3$, lượng nước phục vụ công cộng và chữa cháy dự phòng lấy bằng $10%$ là $W_{cc} = 8{,}8\text{ m}^3$, cho ra tổng dung tích bể nước mái $W_h = 96{,}8\text{ m}^3$. Từ đó, tác giả chọn kích thước thông thủy bể là dài $10{,}0\text{ m}$, rộng $5{,}6\text{ m}$ và cao $2{,}0\text{ m}$ (chiều cao mực nước chứa $1{,}6\text{ m}$), thuộc loại bể thấp đổ bê tông toàn khối.

3. Đồ án áp dụng giải pháp kết cấu chịu lực nào cho phần thân và phần ngầm của tòa nhà?

Tại Chương 3 và Chương 6, phần thân tòa nhà cao 20 tầng sử dụng hệ kết cấu hỗn hợp khung - giằng bê tông cốt thép đổ toàn khối (bước nhịp cột lớn nhất $10\text{ m}$), trong đó lõi cứng ở trung tâm đảm nhận vai trò chịu tải trọng ngang chính (gió và động đất), còn hệ khung cột chịu tải trọng đứng. Phần ngầm 2 tầng hầm sử dụng hệ tường vách Barrette bê tông cốt thép chịu lực kết hợp chống thấm, hệ móng công trình sử dụng móng cọc ép bê tông cốt thép hạ vào tầng đất tốt.

4. Những phần mềm nào được tác giả ứng dụng để phân tích nội lực các bộ phận kết cấu?

Đồ án sử dụng hai phần mềm kết cấu chuyên dụng:

  • Phần mềm ETABS: Dùng để xây dựng mô hình không gian 3D toàn bộ công trình, phân tích các mode dao động riêng của tòa nhà, tính toán thành phần động của tải gió (Mode 2 cho phương X, Mode 1 cho phương Y), tải trọng động đất, kiểm tra chuyển vị đỉnh, xuất nội lực dầm, cột, vách khung trục 2 và khung trục C, đồng thời dùng mô hình hóa hệ dầm nắp và dầm đáy của bể nước mái.
  • Phần mềm SAFE: Dùng để phân tích nội lực, biểu đồ mô-men theo các dải dầm ảo (strip) cho hệ sàn sườn toàn khối tầng điển hình và tính toán ứng suất, cốt thép cho đài móng cụm cọc lõi thang M3.

5. Sức chịu tải của cọc ép đơn trong đồ án được xác định căn cứ vào những phương pháp và tiêu chuẩn nào?

Tại Chương 8, sức chịu tải giới hạn và tính toán của cọc ép bê tông cốt thép được xác định theo Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc TCXD 205:1998 qua ba điều kiện độc lập: tính theo chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền hố khoan khoan khảo sát (Phụ lục A), tính theo chỉ tiêu cường độ đất nền (Phụ lục B) và tính theo cường độ vật liệu bê tông cốt thép đúc cọc. Ngoài ra, tác giả còn kiểm tra khả năng chịu lực của cọc trong các giai đoạn thi công cẩu lắp vận chuyển và dựng cọc trước khi ép.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Cao ốc văn phòng Đông Dương" của sinh viên Phạm Văn Nam là công trình đồ án kỹ sư xây dựng hoàn chỉnh, giải quyết thấu đáo các bài toán kỹ thuật từ điều chỉnh kiến trúc, thiết kế kết cấu phần thân khung - giằng chịu tải trọng động lực học đến giải pháp móng cọc ép cho một công trình cao 20 tầng tại TP.HCM. Việc vận dụng chặt chẽ hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành kết hợp với các công cụ phân tích phần tử hữu hạn hiện đại như ETABS và SAFE mang lại độ tin cậy cao cho các kết quả tính toán cốt thép, kiểm tra độ võng, vết nứt và độ lún công trình. Công trình đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo học thuật và thực tiễn phong phú cho sinh viên và kỹ sư hoạt động trong lĩnh vực thiết kế xây dựng công trình dân dụng nhiều tầng.