I. Toàn cảnh đồ án tốt nghiệp công trình Chung cư Long Thành
Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng với đề tài "Chung Cư Long Thành" là một công trình nghiên cứu khoa học bài bản, chi tiết. Đồ án trình bày toàn bộ quy trình thiết kế một công trình dân dụng cấp II, từ giai đoạn lên ý tưởng kiến trúc đến hoàn thiện hồ sơ kỹ thuật thi công. Công trình được định vị tại Phường An Phú, Quận 2, TP.HCM, một khu vực có tốc độ phát triển đô thị nhanh chóng. Mục tiêu của đồ án không chỉ là áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực tiễn mà còn đưa ra một giải pháp nhà ở hiện đại, an toàn và tối ưu về chi phí. Nội dung đồ án bao quát nhiều hạng mục quan trọng, bao gồm việc lựa chọn giải pháp kết cấu, phân tích tải trọng và tác động, sử dụng các phần mềm chuyên dụng như ETABS và SAFE để mô hình hóa, và lập biện pháp thi công chung cư chi tiết. Thuyết minh đồ án tốt nghiệp đi kèm với bộ bản vẽ CAD chung cư đầy đủ, tạo thành một bộ tài liệu tham khảo chất lượng cao cho sinh viên và kỹ sư trong ngành. Đây là minh chứng cho năng lực tổng hợp, phân tích và giải quyết vấn đề kỹ thuật phức tạp của sinh viên.
1.1. Mục tiêu và quy mô dự án chung cư trong đồ án
Công trình Chung cư Long Thành được thiết kế nhằm đáp ứng nhu cầu nhà ở ngày càng tăng tại khu vực phía Đông TP.HCM, góp phần giảm áp lực cho các quận trung tâm. Về quy mô, công trình là tòa nhà dân dụng cấp II, bao gồm 1 tầng hầm, 15 tầng nổi và 1 tầng thượng. Chức năng các tầng được phân chia rõ ràng: Tầng hầm dành cho bãi đỗ xe và các phòng kỹ thuật điện, nước. Tầng trệt bố trí các khu thương mại dịch vụ và không gian sinh hoạt cộng đồng. Từ tầng 2 đến tầng 15 là các căn hộ điển hình được thiết kế tối ưu không gian. Tầng thượng là nơi đặt bể nước mái và các hệ thống kỹ thuật khác. Tổng thể, đây là một dự án thiết kế chung cư cao tầng tiêu biểu.
1.2. Phân tích điều kiện tự nhiên và địa chất công trình
Vị trí công trình tại Quận 2, TP.HCM, có điều kiện giao thông thuận lợi và hạ tầng kỹ thuật đồng bộ. Khu vực này mang đặc trưng khí hậu nhiệt đới gió mùa với hai mùa mưa-khô rõ rệt, ảnh hưởng trực tiếp đến việc tính toán tải trọng gió và tổ chức thi công. Đặc biệt, phần địa chất công trình Long Thành (khu vực lân cận và có cấu trúc tương tự) được khảo sát kỹ lưỡng qua các hố khoan sâu. Kết quả cho thấy các lớp đất yếu xen kẽ, đòi hỏi phải có giải pháp móng sâu để đảm bảo ổn định. Các số liệu về sức chịu tải, độ lún của từng lớp đất là cơ sở quan trọng để lựa chọn và tính toán kết cấu móng.
1.3. Lựa chọn giải pháp kết cấu và vật liệu xây dựng
Dựa trên quy mô và yêu cầu kiến trúc, đồ án lựa chọn giải pháp kết cấu khung – vách – lõi bê tông cốt thép toàn khối. Hệ thống này có khả năng chịu lực theo cả phương đứng và phương ngang tốt, đảm bảo độ cứng và ổn định tổng thể cho công trình. Đối với sàn, giải pháp sàn sườn toàn khối được áp dụng. Về vật liệu xây dựng, đồ án sử dụng bê tông cấp độ bền B30 (Rb = 17 MPa) và hai loại cốt thép chính: CB240-T (cho cốt đai Ø < 10) và CB400-V (cho cốt chịu lực Ø ≥ 10). Việc lựa chọn này vừa đảm bảo khả năng chịu lực theo tiêu chuẩn thiết kế nhà cao tầng, vừa phù hợp với điều kiện thi công phổ biến tại Việt Nam.
II. Thách thức chính trong đồ án Tải trọng và ổn định kết cấu
Một đồ án tốt nghiệp xây dựng hoàn chỉnh phải giải quyết được những thách thức cốt lõi về kỹ thuật. Đối với một công trình cao tầng như Chung cư Long Thành, thách thức lớn nhất là việc xác định chính xác các loại tải trọng và đảm bảo ổn định tổng thể. Tải trọng không chỉ bao gồm tĩnh tải từ kết cấu và vật liệu, hoạt tải sử dụng, mà còn có các tác động phức tạp từ môi trường như tải trọng gió và động đất. Việc tính toán sai lệch có thể dẫn đến rủi ro mất an toàn hoặc gây lãng phí vật liệu. Đồ án đã tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn thiết kế nhà cao tầng hiện hành của Việt Nam như TCVN 2737:2023 (Tải trọng và tác động) và TCVN 9386:2012 (Thiết kế công trình chịu động đất). Quá trình phân tích không chỉ dừng lại ở việc tính toán lý thuyết mà còn được mô hình hóa 3D để kiểm tra các yếu tố như chuyển vị đỉnh, độ lệch tầng, đảm bảo công trình làm việc an toàn trong giới hạn cho phép. Đây là bước nền tảng quyết định sự thành công của toàn bộ quá trình thiết kế.
2.1. Xác định các loại tải trọng và tác động lên công trình
Tải trọng và tác động được phân thành hai nhóm chính: tải trọng đứng và tải trọng ngang. Tải trọng đứng bao gồm tĩnh tải (trọng lượng bản thân kết cấu, tường, các lớp hoàn thiện) và hoạt tải (phụ thuộc vào công năng từng khu vực như căn hộ, hành lang, ban công). Tải trọng ngang là yếu tố quan trọng đối với nhà cao tầng, bao gồm tải trọng gió tính toán theo TCVN 2737:2023 và tải trọng động đất phân tích theo phương pháp phổ phản ứng dạng dao động theo TCVN 9386:2012. Tất cả các giá trị tải trọng đều được nhân với hệ số vượt tải tương ứng để đưa vào các tổ hợp tính toán nguy hiểm nhất.
2.2. Các tiêu chuẩn áp dụng trong thiết kế nhà cao tầng
Đồ án tuân thủ một hệ thống tiêu chuẩn thiết kế nhà cao tầng của Việt Nam. Các tiêu chuẩn chủ chốt bao gồm: TCVN 5574:2018 cho kết cấu bê tông cốt thép, TCVN 2737:2023 về tải trọng, TCVN 9386:2012 cho kháng chấn, và TCVN 10304:2014 cho thiết kế móng cọc. Việc áp dụng đúng và đủ các tiêu chuẩn này đảm bảo tính pháp lý, khoa học và an toàn cho hồ sơ thiết kế, là yêu cầu bắt buộc đối với một kỹ sư công trình.
2.3. Lựa chọn sơ bộ kích thước tiết diện các cấu kiện
Trước khi đi vào tính toán kết cấu chi tiết, việc lựa chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm, cột, sàn và vách là bước quan trọng. Kích thước được xác định dựa trên các công thức kinh nghiệm và yêu cầu kiến trúc. Ví dụ, chiều dày sàn được chọn sơ bộ theo công thức h = (D/m)L_ngắn, chiều cao dầm được chọn trong khoảng (1/12 – 1/8) nhịp. Tiết diện cột được tính toán sơ bộ dựa trên diện tích chịu tải và cấp độ bền vật liệu. Bước này giúp định hình mô hình kết cấu ban đầu để tiến hành phân tích nội lực bằng phần mềm, sau đó sẽ được kiểm tra và hiệu chỉnh lại.
III. Phương pháp thiết kế kết cấu phần thân chung cư cao tầng
Thiết kế kết cấu phần thân là nội dung trọng tâm của đồ án, quyết định khả năng chịu lực và sự bền vững của công trình. Phương pháp tiếp cận hiện đại là sử dụng các phần mềm phân tích kết cấu để mô hình hóa toàn bộ công trình dưới dạng không gian 3D. Đồ án này đã ứng dụng bộ đôi phần mềm ETABS và SAFE, những công cụ mạnh mẽ và phổ biến nhất hiện nay. Mô hình 3D trên ETABS cho phép phân tích tổng thể, xác định nội lực trong cột, vách, dầm dưới tác dụng của các tổ hợp tải trọng phức tạp, bao gồm cả động đất. Trong khi đó, SAFE được dùng để phân tích chi tiết các ô sàn, kiểm tra độ võng và tính toán cốt thép sàn một cách chính xác. Quá trình tính toán kết cấu được thực hiện tuần tự: từ việc gán vật liệu, tiết diện, chất tải, chạy phân tích, xuất nội lực và cuối cùng là thiết kế cốt thép cho từng cấu kiện. Toàn bộ kết quả đều được đối chiếu với các tiêu chuẩn thiết kế nhà cao tầng để đảm bảo độ tin cậy.
3.1. Mô hình hóa và phân tích kết cấu bằng Etabs và SAFE
Việc phân tích kết cấu bằng Etabs được thực hiện trên mô hình không gian 3D. Toàn bộ hệ thống dầm, cột, vách và lõi thang máy được mô hình hóa chính xác theo bản vẽ CAD chung cư. Tải trọng đứng và ngang được gán vào mô hình theo đúng vị trí và giá trị tính toán. Phần mềm sau đó thực hiện phân tích phần tử hữu hạn để xác định nội lực (moment, lực dọc, lực cắt) và chuyển vị tại mọi điểm trên kết cấu. Dữ liệu nội lực này là cơ sở để thiết kế cốt thép. Song song, các ô sàn điển hình được xuất sang phần mềm SAFE để tính toán chi tiết hơn, đặc biệt là kiểm tra võng dài hạn có kể đến từ biến và co ngót.
3.2. Tính toán kết cấu dầm sàn bê tông cốt thép chi tiết
Sau khi có nội lực từ ETABS và SAFE, đồ án tiến hành tính toán kết cấu cho từng cấu kiện. Đối với dầm và sàn bê tông cốt thép, việc tính toán cốt thép dọc chịu uốn và cốt đai chịu cắt được thực hiện theo TCVN 5574:2018. Các bảng tính Excel được lập trình để tự động hóa quá trình này, giúp tăng tốc độ và giảm sai sót. Đồ án cũng thực hiện các kiểm tra quan trọng khác như kiểm tra nứt và kiểm tra võng cho dầm, đảm bảo cấu kiện làm việc ở trạng thái giới hạn sử dụng bình thường.
3.3. Thiết kế vách cứng và lõi thang máy trong đồ án
Trong nhà cao tầng, vách cứng và lõi thang máy đóng vai trò là hệ chịu lực ngang chủ yếu. Đồ án áp dụng phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi để thiết kế cốt thép cho các cấu kiện này. Vách và lõi được chia thành các phần tử nhỏ, ứng suất trên mỗi phần tử được xác định dựa trên tổ hợp lực dọc và moment uốn hai phương. Từ đó, lượng cốt thép cần thiết cho từng vùng (vùng biên và vùng thân) được tính toán. Cách tiếp cận này giúp bố trí cốt thép hợp lý, tập trung thép vào những vùng chịu ứng suất lớn, tối ưu hóa khả năng làm việc của kết cấu.
IV. Giải pháp thiết kế móng cọc bê tông cốt thép cho đồ án
Nền móng là bộ phận quan trọng nhất, quyết định sự ổn định của toàn bộ công trình. Với điều kiện địa chất công trình Long Thành phức tạp, giải pháp móng sâu là lựa chọn bắt buộc. Đồ án đã phân tích và đề xuất hai phương án kết cấu phần ngầm là móng cọc bê tông cốt thép dạng cọc khoan nhồi và cọc ly tâm ứng suất trước. Phương án cọc khoan nhồi D800 được lựa chọn để tính toán chi tiết. Sức chịu tải của cọc được xác định bằng nhiều phương pháp (theo chỉ tiêu cơ lý, theo chỉ tiêu cường độ, theo kết quả SPT) để có kết quả tin cậy nhất. Dựa trên nội lực tại chân cột và vách xuất từ mô hình ETABS, đồ án tiến hành thiết kế chi tiết cho từng đài móng: bố trí số lượng cọc, xác định kích thước đài, kiểm tra phản lực đầu cọc và tính toán cốt thép cho đài. Các kiểm tra quan trọng như kiểm tra lún và xuyên thủng cũng được thực hiện đầy đủ theo TCVN 10304:2014.
4.1. Lựa chọn giải pháp móng cọc khoan nhồi và ly tâm
Giải pháp kết cấu phần ngầm được lựa chọn dựa trên phân tích tải trọng công trình và đặc điểm địa chất. Móng cọc khoan nhồi (đường kính D800) được xem xét vì khả năng chịu tải lớn, có thể xuyên qua các lớp đất yếu để tựa vào tầng đất tốt ở độ sâu lớn. Bên cạnh đó, cọc ly tâm ứng suất trước (D600) cũng được phân tích như một phương án thay thế, có ưu điểm về chất lượng chế tạo sẵn và tốc độ thi công nhanh. Đồ án đã tính toán sức chịu tải cho cả hai loại cọc để so sánh và lựa chọn phương án tối ưu.
4.2. Tính toán sức chịu tải của cọc theo điều kiện đất nền
Sức chịu tải của một cọc đơn được xác định theo hai thành phần: sức kháng mũi (do đất ở mũi cọc chịu) và sức kháng thân (do ma sát giữa thân cọc và đất xung quanh). Đồ án đã áp dụng các công thức trong TCVN 10304:2014, sử dụng các chỉ tiêu cơ lý của đất từ báo cáo khảo sát địa chất. Để tăng độ chính xác, sức chịu tải còn được tính toán dựa trên chỉ số SPT (Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn). Kết quả sức chịu tải thiết kế của cọc (Rc,d) là giá trị nhỏ nhất sau khi so sánh các phương pháp và áp dụng hệ số an toàn.
4.3. Thiết kế đài cọc và kiểm tra điều kiện xuyên thủng
Với nội lực chân cột và sức chịu tải cọc đã biết, số lượng cọc cho mỗi đài được xác định. Kích thước đài móng được bố trí đảm bảo khoảng cách tối thiểu giữa các tim cọc (thường là 3D). Sau đó, đài móng được mô hình hóa trong SAFE để tính toán kết cấu thép chịu uốn theo hai phương. Một trong những kiểm tra quan trọng nhất là chống xuyên thủng. Đài móng phải đủ dày để chống lại lực cắt do phản lực đầu cọc gây ra tại mặt cắt cách mép cột một khoảng h0/2. Đồ án đã kiểm tra điều kiện này một cách cẩn thận cho tất cả các loại đài móng.
V. Biện pháp thi công chung cư và quản lý dự án xây dựng
Một đồ án tốt nghiệp xây dựng chất lượng không chỉ dừng lại ở bản vẽ thiết kế mà còn phải đề xuất được giải pháp thi công khả thi. Phần này trình bày các biện pháp thi công chung cư Long Thành, từ công tác chuẩn bị mặt bằng, thi công móng cọc đến hoàn thiện công trình. Nội dung này thể hiện sự liên kết chặt chẽ giữa thiết kế và thực tế sản xuất. Việc lập kế hoạch tổ chức thi công và tiến độ chi tiết giúp đảm bảo dự án được thực hiện đúng thời hạn, tối ưu hóa việc sử dụng nhân lực và máy móc. Đặc biệt, yếu tố an toàn lao động trong xây dựng được đặt lên hàng đầu trong suốt quá trình. Các biện pháp an toàn cho công tác đào đất, thi công trên cao, vận hành thiết bị được quy định rõ ràng. Ngoài ra, đồ án cũng đề cập đến các vấn đề về quản lý chất lượng và bảo vệ môi trường, thể hiện tầm nhìn toàn diện của một kỹ sư công trình xây dựng.
5.1. Lập biện pháp thi công chung cư từ móng đến mái
Biện pháp thi công chung cư được trình bày theo trình tự logic. Bắt đầu với công tác thi công cọc khoan nhồi, đào đất và thi công đài móng. Tiếp theo là quy trình thi công phần thân, bao gồm lắp dựng coppha, gia công cốt thép, đổ bê tông cho cột, vách, dầm, sàn theo từng tầng. Các công nghệ thi công hiện đại như coppha nhôm, bê tông thương phẩm được đề xuất để đẩy nhanh tiến độ và đảm bảo chất lượng. Cuối cùng là các công tác hoàn thiện và lắp đặt hệ thống cơ điện (M&E).
5.2. Tổ chức thi công và lập tiến độ dự án xây dựng
Việc tổ chức thi công bao gồm việc bố trí tổng mặt bằng công trường (kho bãi, lán trại, đường vận chuyển nội bộ), lập kế hoạch cung ứng vật liệu xây dựng, và điều phối nhân công, máy móc. Tiến độ thi công được lập dưới dạng sơ đồ ngang (Gantt chart), thể hiện rõ thời gian bắt đầu, kết thúc của từng công việc và mối quan hệ giữa chúng. Việc lập tiến độ chi tiết là công cụ quan trọng cho quản lý dự án xây dựng, giúp kiểm soát tiến độ và chi phí hiệu quả.
5.3. Yêu cầu về an toàn lao động trong xây dựng công trình
An toàn lao động trong xây dựng là ưu tiên hàng đầu. Đồ án đề ra các biện pháp cụ thể như: trang bị đầy đủ bảo hộ lao động cho công nhân; lắp đặt lưới an toàn, lan can bảo vệ xung quanh công trình; xây dựng quy trình vận hành an toàn cho các thiết bị nâng hạ; và tổ chức các buổi huấn luyện an toàn định kỳ. Các biện pháp phòng chống cháy nổ và vệ sinh môi trường cũng được tích hợp, đảm bảo một môi trường làm việc an toàn và chuyên nghiệp.