Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế tính toán Chung cư Long Thành" do sinh viên Nguyễn Đình Đức thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Ngọc Dương (Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, bảo vệ tháng 06/2024). Đề tài xuất phát từ yêu cầu thực tiễn về phát triển đô thị tại Thành phố Hồ Chí Minh. Nhằm đáp ứng nhu cầu gia tăng dân số, giảm tải áp lực hạ tầng cho khu vực trung tâm đô thị và hoàn thiện quy hoạch khu dân cư phía Đông thành phố, dự án Chung cư Long Thành được đề xuất xây dựng tại Phường An Phú, Quận 2 (nay thuộc Thành phố Thủ Đức), Thành phố Hồ Chí Minh.

Mục tiêu chính của đề tài là hoàn thành đồ án thiết kế kỹ thuật công trình dân dụng nhiều tầng bằng bê tông cốt thép toàn khối, đảm bảo các yêu cầu về an toàn chịu lực, độ bền sử dụng, mỹ quan kiến trúc và tính khả thi trong thi công. Các nhiệm vụ nghiên cứu và tính toán cụ thể được tác giả phân định rõ ràng trong đồ án bao gồm:

  1. Tìm hiểu tổng quan kiến trúc, công năng các tầng và các yếu tố điều kiện tự nhiên, khí hậu, địa chất tại địa điểm xây dựng.
  2. Phân tích, so sánh và lựa chọn các giải pháp kết cấu chịu lực phần thân (theo phương đứng và phương ngang), giải pháp móng và giải pháp vật liệu xây dựng.
  3. Lựa chọn sơ bộ kích thước tiết diện cấu kiện (bản sàn, dầm khung, cột, vách và lõi thang máy).
  4. Thiết kế và tính toán chi tiết cấu kiện phụ: Cầu thang bộ hai vế dạng bản của tầng điển hình.
  5. Thiết kế và tính toán bản sàn tầng điển hình bằng phương pháp phần tử hữu hạn trên phần mềm SAFE, kiểm tra độ võng dài hạn kể đến từ biến và co ngót của bê tông.
  6. Thiết lập mô hình không gian 3D của hệ kết cấu trên phần mềm ETABS; xác định và gán các tải trọng tác dụng (tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng gió theo tiêu chuẩn mới và tải trọng động đất); tổ hợp nội lực; kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể của tòa nhà (chuyển vị đỉnh, chuyển vị lệch tầng do gió và động đất); tính toán cốt thép dầm, cột, vách phẳng và lõi thang máy.
  7. Xử lý số liệu địa chất hiện trường, phân tích lựa chọn và thiết kế nền móng sâu cho công trình; đối sánh hai giải pháp móng cọc khoan nhồi đường kính D800 và cọc ống bê tông ly tâm ứng suất trước D600; tính toán chi tiết các đài móng đại diện từ M1 đến M6 (bao gồm sức chịu tải của cọc, kiểm tra phản lực đầu cọc, kiểm tra áp lực đáy móng quy ước, tính lún phân tố, kiểm tra chọc thủng và tính thép đài cọc).

Đối tượng nghiên cứu là khối nhà Chung cư Long Thành, thuộc loại công trình dân dụng cấp II (theo phân cấp công trình xây dựng có quy mô từ 9 đến 19 tầng). Quy mô công trình gồm 1 tầng hầm ở cao độ -2,400 m, 15 tầng nổi và 1 tầng thượng (tổng chiều cao đỉnh công trình đạt 60,7 m). Phạm vi không gian nghiên cứu định vị tại Phường An Phú, Quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh với điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa và phân vùng áp lực gió II. Phạm vi thời gian nghiên cứu dựa trên hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng và các văn bản quy phạm pháp luật hiện hành tính đến tháng 06/2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án được xây dựng dựa trên hệ thống văn bản quy phạm pháp luật và tiêu chuẩn thiết kế xây dựng hiện hành của Việt Nam:

  • Nghị định số 12/2009/NĐ-CP và Nghị định số 15/2013/NĐ-CP về quản lý dự án và quản lý chất lượng công trình xây dựng.
  • TCVN 2737:2023: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế (tiêu chuẩn mới quy định việc tính toán gió theo vận tốc 3 giây chu kỳ lặp 10 năm kèm hệ số chuyển đổi áp lực gió cơ sở $W_0$, dạng địa hình C và hệ số hiệu ứng giật $G_f$).
  • TCVN 5574:2018: Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép (áp dụng tính toán tiết diện cấu kiện theo trạng thái giới hạn thứ nhất về độ bền và trạng thái giới hạn thứ hai về nứt, võng).
  • TCVN 9386:2012: Thiết kế công trình chịu động đất (phân loại đất nền loại C, xác định gia tốc nền $a_g$, hệ số ứng xử $q = 3,9$ cho hệ hỗn hợp khung - vách).
  • TCVN 10304:2014: Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCVN 9362:2012: Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình (tính toán áp lực tiêu chuẩn $R_{II}$ và độ lún theo phương pháp cộng lún từng lớp phân tố).
  • TCXD 229:1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió.
  • TCVN 198:1997: Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối.
  • TCVN 9395:2012 và TCVN 4420:2012: Tiêu chuẩn thi công, nghiệm thu cọc khoan nhồi và phương pháp nén lún đất trong phòng thí nghiệm.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa phương pháp giải tích lý thuyết và phương pháp số:

  • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Ứng dụng để mô phỏng sự làm việc đồng thời của hệ không gian 3D chịu tải trọng đứng và ngang phức tạp trên phần mềm ETABS v17, cũng như mô hình hóa bản sàn và đài móng trên phần mềm SAFE v16.
  • Phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động (Response Spectrum Analysis): Được lựa chọn bắt buộc để xác định tác động động đất do chu kỳ dao động cơ bản của công trình vượt quá giới hạn cho phép của phương pháp tĩnh lực ngang tương đương ($T_1 = 2,036\text{ s} > 2,0\text{ s}$).
  • Phương pháp dải strip (Strip Method): Tích hợp trong phần mềm SAFE để phân tích mô men uốn và lực cắt, từ đó xác định diện tích cốt thép trong bản sàn hai phương và các bản đài cọc.
  • Phương pháp phân tích ứng suất đàn hồi: Phân chia phần tử vách phẳng và lõi thang máy thành các dải chịu lực để tính toán cốt thép chịu nén - uốn và chịu cắt.
  • Phương pháp cộng lún từng lớp phân tố: Tính toán biến dạng lún của khối móng quy ước đến độ sâu giới hạn dừng lún theo điều kiện ứng suất bản thân và ứng suất gây lún.

Nguồn dữ liệu đầu vào bao gồm: Hồ sơ thiết kế kiến trúc tòa nhà; Báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình tại vị trí xây dựng (các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất, chỉ số SPT); Số liệu khí tượng thủy văn khu vực Thành phố Hồ Chí Minh (áp lực gió cơ sở vùng II là $W_0 = 95\text{ daN/m}^2$, nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm); Các thông số đặc trưng cơ lý của vật liệu bê tông B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1,15 - 1,2\text{ MPa}$, $E_b = 32500\text{ MPa}$) và cốt thép CB240-T, CB400-V ($E_s = 200000\text{ MPa}$). Công cụ hỗ trợ tính toán gồm ETABS v17, SAFE v16/v12, SAP2000, AutoCAD 2018 và bảng tính Microsoft Excel lập trình VBA.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan về kiến trúc công trình

Chương 1 trình bày điều kiện tự nhiên, công năng kiến trúc và các giải pháp hạ tầng kỹ thuật của dự án. Công trình xây dựng tại Phường An Phú, Quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh, có khí hậu nhiệt đới gió mùa với hai hướng gió chủ đạo là Tây - Tây Nam (tốc độ trung bình 3,6 m/s) và Bắc - Đông Bắc. Quy mô gồm 1 tầng hầm (cốt -2,400 m, bố trí 2 ram dốc $i = 20%$, bãi đỗ xe ô tô, xe máy, phòng kỹ thuật điện - nước), tầng trệt (khu sinh hoạt chung, sảnh đón, cửa hàng, siêu thị mini, phòng quản lý cao ốc), các tầng 2 đến 15 (bố trí căn hộ ở gia đình) và tầng thượng (bố trí bể nước mái phục vụ sinh hoạt và cứu hỏa).

Giao thông đứng bố trí tại lõi trung tâm gồm 2 buồng thang máy và 2 cầu thang bộ thoát hiểm. Giao thông ngang là hệ thống hành lang giữa liên hoàn dẫn đến từng căn hộ. Giải pháp kỹ thuật tích hợp đồng bộ: Chiếu sáng tự nhiên kết hợp nhân tạo (lưới điện 3 pha 380V/220V, 50Hz); Cấp nước từ mạng thành phố qua bể ngầm bơm lên bể mái; Thoát nước mưa mái và thoát nước thải sinh hoạt qua bể tự hoại; Hệ thống PCCC trang bị họng nước vách tường tại nút giao thông và mỗi tầng bố trí 6 bình bột chữa cháy $CO_2$ MFZ4 (loại 4kg) chia làm 2 cụm tủ.

Chương 2. Giải pháp kết cấu

Chương 2 phân tích cơ sở kinh tế - kỹ thuật để lựa chọn giải pháp kết cấu và vật liệu:

  • Kết cấu phương đứng: Tác giả so sánh hệ khung thuần túy, hệ vách, hệ khung - vách, khung - lõi và hệ ống. Đối với công trình cao 16 tầng nổi và 1 hầm, đồ án chọn hệ kết cấu hỗn hợp khung - vách - lõi bê tông cốt thép toàn khối nhằm khai thác độ cứng chống chuyển vị ngang của vách và lõi thang máy kết hợp với tính linh hoạt của khung cột.
  • Kết cấu phương ngang: So sánh sàn sườn, sàn phẳng không dầm, sàn không dầm ứng suất trước, panel lắp ghép và sàn Bubbledeck. Phương án sàn sườn toàn khối có dầm biên được lựa chọn vì công nghệ thi công quen thuộc, đảm bảo tính liên kết khung cứng và phù hợp với lưới cột công trình.
  • Vật liệu sử dụng: Bê tông cấp độ bền B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1,2\text{ MPa}$, $E_b = 32500\text{ MPa}$). Cốt thép gồm nhóm CB240-T cho đường kính $\varnothing < 10\text{ mm}$ ($R_s = R_{sc} = 210\text{ MPa}$) và nhóm CB400-V cho đường kính $\varnothing \ge 10\text{ mm}$ ($R_s = R_{sc} = 350\text{ MPa}$).
  • Sơ bộ kích thước tiết diện:
    • Chiều dày sàn: Sàn căn hộ tầng điển hình chọn $h_s = 160\text{ mm}$; sàn khu vệ sinh dày $130\text{ mm}$ (hạ cốt âm 30 mm); sàn trệt, kỹ thuật và mái dày $180\text{ mm}$.
    • Dầm: Dầm chính chọn kích thước $b \times h = 300 \times 650\text{ mm}$; dầm phụ chọn $200 \times 500\text{ mm}$.
    • Cột: Dựa trên diện tích truyền tải và tải trọng tương đương $q = 13\text{ kN/m}^2$, các cột biên C1, C2, C3 chọn kích thước $600 \times 600\text{ mm}$; cột giữa C4 chọn $800 \times 800\text{ mm}$.
    • Vách phẳng và lõi thang máy: Chiều dày chọn sơ bộ $200\text{ mm}$, thỏa mãn điều kiện cấu tạo không nhỏ hơn $150\text{ mm}$ và không nhỏ hơn $1/20$ chiều cao tầng.

Chương 3. Thiết kế cầu thang bộ

Nội dung chương này tính toán bản thang bộ 2 vế của tầng điển hình (chiều cao tầng $3600\text{ mm}$, gồm 21 bậc, chiều cao bậc $h_{bac} = 171,4\text{ mm}$, bề rộng bậc $b_{bac} = 300\text{ mm}$, góc dốc nghiêng $\alpha = 29,7^\circ$). Chiều dày bản thang chọn $h_b = 160\text{ mm}$, dầm chiếu tới có tiết diện $b \times h = 200 \times 400\text{ mm}$.

Tải trọng tính toán gồm tĩnh tải bản nghiêng, tĩnh tải chiếu nghỉ ($g_{tc} = 1,47\text{ kN/m}^2$ chưa kể sàn BTCT) và hoạt tải theo TCVN 2737:2023 với $q_{tc} = 3,0\text{ kN/m}^2$, $q_{tt} = 3,9\text{ kN/m}^2$. Sơ đồ làm việc quy ước một đầu khớp và một đầu gối di động, mô men tại gối và nhịp lấy bằng $0,7 M_{max}$. Lực cắt lớn nhất phát sinh $Q_{max} = 22,2\text{ kN}$ nhỏ hơn khả năng chịu cắt của dải bê tông nghiêng nên không cần bố trí cốt thép chống cắt riêng cho bản thang. Bản thang được bố trí thép chịu mô men gối ($M = -8,388\text{ kNm}$) và mô men nhịp ($M = 14,x\text{ kNm}$). Dầm chiếu tới chịu tải trọng tính toán $q_{tt} = 31,1\text{ kN/m}$, cốt dọc chọn theo mô men gối ($M = -14,574\text{ kNm}$) và nhịp ($M = 6,574\text{ kNm}$), cốt đai $\varnothing 8$ bố trí khoảng cách $a100$ ở đoạn đầu dầm $L/4$ và $a200$ ở đoạn giữa dầm. Kiểm tra độ võng đàn hồi cho thấy $f_{max} = 2,7\text{ mm} < [f] = L/175 = 25,7\text{ mm}$, hoàn toàn thỏa mãn yêu cầu.

Chương 4. Thiết kế tầng sàn điển hình

Chương 4 thực hiện tính toán chi tiết bản sàn sườn tầng điển hình bằng phần mềm SAFE v16 thông qua mô hình phần tử hữu hạn dạng tấm vỏ:

  • Xác định tải trọng tác dụng: Tĩnh tải gồm trọng lượng bản thân sàn bê tông dày $160\text{ mm}$ ($4,0\text{ kN/m}^2$), các lớp hoàn thiện (gạch Ceramic dày 10 mm, vữa lót dày 20 mm, lớp trần kỹ thuật tổng cộng $1,12\text{ kN/m}^2$). Tĩnh tải sàn vệ sinh dày $130\text{ mm}$ tính thêm lớp chống thấm và lớp tạo dốc $1%$. Tải trọng tường xây gạch ống $200\text{ mm}$ phân bố lên dầm chính là $3,57\text{ kN/m}$, lên dầm phụ là $3,9\text{ kN/m}$; tường $100\text{ mm}$ lên dầm chính là $1,22\text{ kN/m}$. Hoạt tải sử dụng tra theo TCVN 2737:2023: phòng ngủ và phòng khách $1,5\text{ kN/m}^2$ (hệ số vượt tải $n = 1,3$ thành $1,95\text{ kN/m}^2$), sảnh hành lang và thang $3,0\text{ kN/m}^2$, ban công $2,0\text{ kN/m}^2$.
  • Tính toán nội lực và cốt thép: Bản sàn được chia thành các dải strip theo hai phương X và Y. Dựa trên biểu đồ mô men uốn xuất ra từ SAFE, tác giả tính toán cốt thép lớp trên tại gối và lớp dưới tại nhịp (sử dụng thép CB400-V), hàm lượng cốt thép luôn đảm bảo $\mu \ge \mu_{min} = 0,05%$.
  • Kiểm tra độ võng phi tuyến: Tác giả khai báo 3 trường hợp tải trọng $f_1$ (võng ngắn hạn do toàn bộ tải trọng), $f_2$ (võng ngắn hạn do tải dài hạn) và $f_3$ (võng dài hạn kể đến biến dạng co ngót $SH = 0,x$ và hệ số từ biến $CR = 1,x$ theo TCVN 5574:2018). Độ võng tổng cộng $f = f_1 - f_2 + f_3$ được chứng minh nằm trong giới hạn cho phép $[f] = L/200 = 45\text{ mm}$ cho ô sàn nhịp $9\text{ m}$.

Chương 5. Thiết kế kết cấu chung

Chương này giải quyết bài toán phân tích tổng thể hệ không gian tòa nhà chịu các tổ hợp tải trọng không gian phức tạp:

  • Mô hình hóa: Thiết lập mô hình khung không gian 3D trên ETABS v17 gồm hệ cột, dầm, vách phẳng và lõi thang máy.
  • Tải trọng gió (TCVN 2737:2023): Địa điểm xây dựng thuộc vùng gió II ($W_0 = 95\text{ daN/m}^2$), dạng địa hình C ($z_g = 365,76\text{ m}$, $\alpha = 7$). Áp lực gió tiêu chuẩn $W_k = W_{3s,10} \cdot k(z_e) \cdot c \cdot G_f$, với hệ số $T = 0,852$, hệ số khí động $c_x = 1,439$, hệ số hiệu ứng giật $G_f = 0,87$. Lực gió được quy đổi thành tải trọng tập trung gán vào tâm khối lượng của từng tầng theo cả hai phương X và Y.
  • Tải trọng động đất (TCVN 9386:2012): Khai báo nguồn khối lượng dao động (Mass Source) bằng $1,0\text{DL} + 1,0\text{SDL} + 1,0\text{WALL} + 0,24\text{LIVE}$ (với $\psi_{E,i} = \varphi \cdot \psi_{2,i} = 0,8 \times 0,3 = 0,24$). Phân tích dao động cho kết quả chu kỳ dao động cơ bản dạng thứ nhất $T_1 = 2,036\text{ s} > 2,0\text{ s}$, do đó không áp dụng được phương pháp tĩnh lực ngang tương đương mà phải dùng phương pháp phổ phản ứng dạng dao động. Tham số tính toán: Đỉnh gia tốc nền quy đổi $a_{gR0} = 0,06$ (cấp động đất VI theo thang MSK-64), gia tốc nền thiết kế $a_g = 0,589\text{ m/s}^2$, đất nền loại 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 $q = 3,9$.
  • Tổ hợp nội lực: Thiết lập 17 tổ hợp tải trọng tính toán trạng thái giới hạn thứ nhất (ULS01 đến ULS17), các tổ hợp tiêu chuẩn (SLS) và tổ hợp bao (ENVE).
  • Kiểm tra ổn định tổng thể:
    • Chuyển vị đỉnh công trình: Chiều cao $H = 60,7\text{ m}$, giới hạn chuyển vị $[f] = H/500 = 0,121\text{ m}$ ($121\text{ mm}$). Kết quả chuyển vị lớn nhất do gió theo phương X là $f_x = 0,008\text{ m}$ ($8\text{ mm}$), theo phương Y là $f_y = 0,022\text{ m}$ ($22\text{ mm}$), nhỏ hơn rất nhiều so với giới hạn.
    • Chuyển vị lệch tầng do gió thỏa mãn điều kiện $\Delta d / h \le 1/500$.
    • Chuyển vị ngang tương đối giữa các tầng do động đất thỏa mãn điều kiện $d_r \cdot \nu \le 0,005h$ (với hệ số chiết giảm $\nu = 0,4$).
  • Thiết kế cấu kiện phần thân:
    • Dầm: Chọn tầng 3 làm tầng điển hình, tính toán cốt thép dầm chính B1 ($300 \times 650\text{ mm}$) chịu uốn theo tổ hợp bao ENVE (ví dụ: gối trái chọn $3\varnothing 20 + 2\varnothing 18$, gối phải chọn $3\varnothing 20 + 2\varnothing 18$, nhịp chọn $3\varnothing 16 + 2\varnothing 16$), tính cốt đai chịu cắt, kiểm tra khả năng chịu xoắn, kiểm tra nứt và tính toán cốt treo tại nút giao dầm chính - dầm phụ.
    • Cột: Tính toán thép cho cột khung trục 2 và khung trục B chịu nén uốn lệch tâm xiên.
    • Vách phẳng và lõi thang máy: Tính toán nội lực chân vách tại tầng hầm bằng phương pháp ứng suất đàn hồi, bố trí thép chịu lực đứng và thép cấu tạo phân bố.

Chương 6. Thiết kế móng

Chương 6 tập trung xử lý địa kỹ thuật và thiết kế nền móng sâu cho công trình:

  • Đánh giá địa chất: Khảo sát và tổng hợp chỉ tiêu cơ lý các lớp đất nền, phân chia trạng thái, xác định sức kháng bên $f_i$ và sức kháng mũi $q_p$ theo chỉ số SPT và cường độ đất nền.
  • So sánh hai giải pháp móng cọc: Đồ án tiến hành tính toán song song hai phương án: Móng cọc khoan nhồi đường kính D800 và móng cọc ống ly tâm ứng suất trước đường kính D600.
  • Thiết kế chi tiết 6 đài móng đại diện (M1 đến M6):
    • Đài M1 (chân cột biên C1); Đài M2; Đài M3 (chân cụm cột C5, C8, C9, C12 gồm 12 cọc); Đài M4 (chân cột C6, C7, C10, C11 gồm 20 cọc); Đài M5 (dưới chân vách W1 - W4 gồm 12 cọc); Đài M6 (đài bè cọc dưới chân lõi thang máy gồm 90 cọc).
    • Kiểm tra phản lực đầu cọc: Sử dụng SAFE xác định phản lực $P_{max}$, $P_{min}$ trên từng cọc, đối chiếu với sức chịu tải thiết kế $R_{c,d}$ đã chiết giảm theo hệ số nhóm cọc $\eta \approx 0,8$. Ví dụ: Móng M3 có $P_{max} = 963\text{ kN} < R_{c,d} = 1572\text{ kN}$; Móng M4 có $P_{max} = 1176\text{ kN} < R_{c,d}$; Móng M5 có $P_{max} = 1052\text{ kN} < R_{c,d}$; Móng M6 có $P_{max} = 1397\text{ kN} < R_{c,d} = 1785,9\text{ kN}$.
    • Kiểm tra áp lực đáy móng quy ước: Xác định kích thước khối móng quy ước theo góc ma sát trong trung bình $\varphi_{tb} \approx 22^\circ$; kiểm tra điều kiện áp lực $P_{tc,max} \le 1,2 R_{II}$ và $P_{tc,tb} \le R_{II}$ theo TCVN 9362:2012 (đều thỏa mãn).
    • Kiểm tra biến dạng lún: Áp dụng phương pháp cộng lún từng lớp phân tố với chiều dày $h_i = 1\text{ m}$. Vị trí dừng lún khi $\sigma_{bt} \ge 5 \sigma_{gl}$. Kết quả tính lún: Đài M1 và M2 có độ lún $S \approx 0,7\text{ cm}$; Đài M3 có $S = 0,63\text{ cm}$; Đài M4 có $S = 1,6\text{ cm}$; Đài M5 có $S = 0,73\text{ cm}$; Đài M6 (đài lõi thang) có $S = 5,5\text{ cm}$. Tất cả đều nhỏ hơn độ lún giới hạn cho phép $[S] = 10\text{ cm}$.
    • Kiểm tra chọc thủng đài cọc: Tính toán hình tháp đâm thủng theo TCVN 5574:2018, kiểm tra tương tác giữa lực dọc gây xuyên $F$ và mô men tập trung $M_x, M_y$ so với khả năng chống chọc thủng của bê tông đài ($F/F_{b,u} + M_x/M_{bx,u} + M_y/M_{by,u} \le 1$).
    • Tính toán thép đài cọc: Sử dụng dải strip trong phần mềm SAFE để xác định mô men uốn và bố trí cốt thép hai phương trên và dưới cho từng đài móng.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã giải quyết hoàn chỉnh quy trình thiết kế kỹ thuật công trình nhà nhiều tầng bằng bê tông cốt thép, cung cấp đầy đủ các chỉ số định lượng có căn cứ kỹ thuật rõ ràng:

Hạng mục kiểm tra / Cấu kiện Giá trị tính toán thực tế Giới hạn tiêu chuẩn quy định Đánh giá an toàn
Chiều cao tổng thể công trình $H = 60,7\text{ m}$ (1 hầm + 15 nổi + 1 mái) Cấp II (9 đến 19 tầng) Phù hợp quy chuẩn
Chu kỳ dao động thứ nhất ($T_1$) $T_1 = 2,036\text{ s}$ $T \le 2,0\text{ s}$ (tĩnh lực tương đương) Bắt buộc dùng phổ phản ứng
Chuyển vị đỉnh do tải trọng gió ($f_x, f_y$) $f_x = 0,008\text{ m}$; $f_y = 0,022\text{ m}$ $[f] = H/500 = 0,121\text{ m}$ ($121\text{ mm}$) Đạt yêu cầu ổn định
Chuyển vị lệch tầng do gió $\Delta d / h$ các tầng $\le 1/500$ Đạt yêu cầu
Chuyển vị lệch tầng do động đất $d_r \cdot \nu$ các tầng $\le 0,005h$ (với $\nu = 0,4$) Đạt yêu cầu
Độ võng cầu thang bộ $f_{max} = 2,7\text{ mm}$ $[f] = L/175 = 25,7\text{ mm}$ Đạt yêu cầu biến dạng
Độ lún đài cọc móng M1, M2 $S \approx 0,7\text{ cm}$ $[S] = 10\text{ cm}$ Đạt yêu cầu lún
Độ lún đài cọc móng M3 $S = 0,63\text{ cm}$ $[S] = 10\text{ cm}$ Đạt yêu cầu lún
Độ lún đài cọc móng M4 $S = 1,6\text{ cm}$ $[S] = 10\text{ cm}$ Đạt yêu cầu lún
Độ lún đài cọc móng M5 $S = 0,73\text{ cm}$ $[S] = 10\text{ cm}$ Đạt yêu cầu lún
Độ lún đài cọc móng lõi thang (M6) $S = 5,5\text{ cm}$ (đài 90 cọc) $[S] = 10\text{ cm}$ Đạt yêu cầu lún
Khả năng chống xuyên thủng đài cọc Biểu thức tương tác $\le 1$ $F/F_{b,u} + M_x/M_{bx,u} + M_y/M_{by,u} \le 1$ Không bị xuyên thủng

Về mặt giải pháp và kiến nghị kỹ thuật, tác giả đề xuất lựa chọn hệ kết cấu chịu lực hỗn hợp khung - vách - lõi toàn khối để tối ưu hóa không gian sử dụng và kiểm soát tốt chuyển vị ngang. Bản sàn tầng điển hình nên sử dụng sàn sườn dầm biên để đảm bảo độ cứng uốn và độ võng dài hạn. Đối với kết cấu móng, tác giả lập hồ sơ tính toán đối sánh chi tiết giữa hai phương án cọc khoan nhồi D800 và cọc ly tâm ứng suất trước D600, qua đó chứng minh cả hai giải pháp đều đảm bảo khả năng chịu tải và độ lún cho phép, tạo cơ sở cho chủ đầu tư lựa chọn theo năng lực thi công và giá thành thực tế.

Đóng góp nổi bật của đồ án là việc cập nhật và áp dụng nghiêm ngặt tiêu chuẩn tải trọng mới TCVN 2737:2023 trong việc xác định áp lực gió (tính toán hệ số áp lực gió theo vận tốc 3 giây chu kỳ lặp 10 năm kết hợp hệ số chuyển đổi và hệ số giật $G_f$ cho nhà cao tầng), đồng thời xử lý chuẩn xác bài toán động đất theo TCVN 9386:2012 bằng phương pháp phổ phản ứng dạng dao động trên phần mềm ETABS khi chu kỳ dao động $T_1 > 2,0\text{ s}$.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Mô hình tính toán kết cấu phần thân dựa trên giả thiết làm việc đàn hồi tuyến tính của vật liệu, chưa xét đến ứng xử phi tuyến vật liệu và phi tuyến hình học khi xảy ra chấn động động đất mạnh.
    • Mô hình tính toán móng cọc trên SAFE và mô hình khung trên ETABS được thực hiện riêng rẽ; liên kết chân cột được ngàm hóa khi tính khung, chưa xét đến bài toán tương tác đồng thời giữa đất - móng - kết cấu (Soil - Structure Interaction - SSI).
    • Phạm vi thiết kế chi tiết dầm, cột chỉ giới hạn ở một số cấu kiện đại diện (dầm tầng 3, cột trục 2 và trục B, 6 đài móng đại diện M1-M6) mà chưa xuất bản vẽ thi công toàn bộ các cấu kiện còn lại của tòa nhà.
  • Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp:
    • Nghiên cứu ứng xử phi tuyến của kết cấu công trình chịu tải trọng động đất bằng phương pháp phân tích tĩnh phi tuyến (Pushover Analysis) hoặc phân tích động phi tuyến theo lịch sử thời gian (Time-history Analysis).
    • Thực hiện mô hình hóa bài toán tương tác đồng thời đất - móng - kết cấu để đánh giá chính xác hơn sự phân phối lại nội lực trong hệ khung khi có lún lệch đài móng.
    • Lập bài toán tối ưu hóa kinh tế định lượng giữa hai phương án móng cọc khoan nhồi D800 và cọc ly tâm D600 dựa trên đơn giá dự toán xây dựng tại thời điểm thi công.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực tiễn cho sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp chuẩn bị làm đồ án tốt nghiệp hoặc đồ án môn học Kết cấu nhà cao tầng, Bê tông cốt thép và Nền móng.

Các nội dung có giá trị tham khảo cao nhất trong đồ án bao gồm:

  1. Quy trình áp dụng tiêu chuẩn tải trọng mới TCVN 2737:2023 để xác định tải trọng gió lên công trình cao tầng (hệ số $W_{3s,10}$, hệ số dạng địa hình C và hệ số hiệu ứng giật $G_f$).
  2. Trình tự phân tích tải trọng động đất theo TCVN 9386:2012, từ việc kiểm tra điều kiện chu kỳ cơ bản $T_1$, khai báo hệ số Mass Source, đến việc xây dựng phổ thiết kế đàn hồi và gán phổ dao động trong phần mềm ETABS v17.
  3. Phương pháp kiểm tra độ võng dài hạn của bản sàn có xét đến co ngót và từ biến trên phần mềm SAFE theo hướng dẫn của TCVN 5574:2018.
  4. Toàn bộ chuỗi tính toán chi tiết kết cấu móng sâu (từ việc thống kê địa chất, xác định sức chịu tải cọc, kiểm tra phản lực cọc qua SAFE, tính lún khối móng quy ước, kiểm tra tháp xuyên thủng đến việc tính cốt thép đài móng bè lõi thang M6 với 90 cọc).

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình Chung cư Long Thành có quy mô kiến trúc và chiều cao tổng thể như thế nào?
Công trình là nhà dân dụng cấp II gồm 1 tầng hầm ở cao độ -2,400 m, 15 tầng nổi và 1 tầng thượng với tổng chiều cao đỉnh công trình là $60,7\text{ m}$. Tầng hầm phục vụ đỗ xe và kỹ thuật; tầng trệt bố trí không gian sinh hoạt chung, sảnh đón, siêu thị; các tầng 2 đến 15 là căn hộ chung cư; tầng thượng đặt bể nước mái.

2. Vì sao đồ án không sử dụng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương mà bắt buộc dùng phương pháp phân tích phổ phản ứng để tính động đất?
Theo TCVN 9386:2012, phương pháp tĩnh lực ngang tương đương chỉ được áp dụng khi chu kỳ dao động cơ bản $T_1$ thỏa mãn điều kiện $T_1 \le 4 T_C$ và $T_1 \le 2,0\text{ s}$. Kết quả phân tích dao động của mô hình 3D trên ETABS cho thấy chu kỳ dao động riêng thứ nhất $T_1 = 2,036\text{ s} > 2,0\text{ s}$, do đó công trình không thỏa mãn điều kiện áp dụng phương pháp tĩnh lực tương đương mà bắt buộc phải dùng phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động.

3. Tải trọng gió tác dụng lên công trình được tính toán theo tiêu chuẩn nào và kết quả chuyển vị đỉnh ra sao?
Tải trọng gió được tính toán theo tiêu chuẩn mới TCVN 2737:2023 ứng với phân vùng áp lực gió II ($W_0 = 95\text{ daN/m}^2$), dạng địa hình C. Kết quả chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh công trình do gió theo phương X là $f_x = 0,008\text{ m}$ ($8\text{ mm}$) và phương Y là $f_y = 0,022\text{ m}$ ($22\text{ mm}$), nhỏ hơn rất nhiều so với giới hạn chuyển vị cho phép $[f] = H/500 = 0,121\text{ m}$ ($121\text{ mm}$).

4. Những giải pháp kết cấu móng sâu nào được tính toán trong đồ án?
Tác giả đề xuất và tính toán song song hai phương án móng cọc sâu: Phương án 1 sử dụng cọc khoan nhồi đường kính D800 và Phương án 2 sử dụng cọc ống bê tông ly tâm ứng suất trước đường kính D600. Cả hai giải pháp đều được tính toán sức chịu tải cọc đơn, kiểm tra phản lực đầu cọc và thiết kế chi tiết cho 6 đài móng đại diện (M1 đến M6).

5. Kết quả kiểm tra biến dạng lún của đài móng lõi thang máy (M6) đạt giá trị bao nhiêu và có thỏa mãn điều kiện tiêu chuẩn không?
Đài móng lõi thang máy (M6) được bố trí 90 cọc dưới dạng đài bè dày $1,5\text{ m}$. Kết quả tính lún theo phương pháp cộng lún từng lớp phân tố cho thấy tổng độ lún $S = 5,5\text{ cm}$, nhỏ hơn giới hạn độ lún cho phép theo quy định của TCVN 9362:2012 là $[S] = 10\text{ cm}$, đảm bảo an toàn tuyệt đối về biến dạng lún của nền móng công trình.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế tính toán Chung cư Long Thành" của sinh viên Nguyễn Đình Đức là một công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một tòa nhà chung cư 16 tầng nổi và 1 tầng hầm tại Thành phố Hồ Chí Minh. Tác giả đã vận dụng bài bản các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành của Việt Nam, đặc biệt là việc cập nhật TCVN 2737:2023 và TCVN 9386:2012 kết hợp với các phần mềm phân tích số chuyên ngành ETABS và SAFE. Các kết quả tính toán kiểm tra về ổn định tổng thể, chuyển vị, độ võng cấu kiện và biến dạng lún móng đều thỏa mãn đầy đủ các trạng thái giới hạn kỹ thuật. Đồ án đáp ứng trọn vẹn yêu cầu chuyên môn của ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng và mang lại giá trị tham khảo học thuật cao cho sinh viên và kỹ sư thiết kế kết cấu công trình.