Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Chung cư Thiên Ân" do sinh viên Nguyễn Thị Diệu Trang thực hiện (ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh; hướng dẫn bởi TS. Nguyễn Văn Hậu, bảo vệ tháng 06/2024). Đề tài tập trung vào việc thiết kế kiến trúc tổng quan, tính toán kết cấu chịu lực và lập biện pháp kỹ thuật thi công cho một công trình cao tầng dân dụng kết hợp thương mại dịch vụ tại đô thị.

Bối cảnh thực tiễn được tác giả nêu rõ xuất phát từ tốc độ đô thị hóa nhanh chóng tại Thành phố Hồ Chí Minh nói chung và khu vực Thành phố Thủ Đức nói riêng. Sự gia tăng dân số cơ học tạo sức ép lớn lên quỹ đất và nhu cầu nhà ở, đòi hỏi các công trình chung cư cao tầng phải tối ưu hóa không gian sử dụng, đáp ứng yêu cầu thẩm mỹ, đảm bảo an toàn chịu lực dưới các tác động tải trọng tĩnh và động (gió, động đất), đồng thời ứng dụng công nghệ thi công sàn hiện đại để rút ngắn tiến độ.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được triển khai qua các nội dung chính:

  1. Đề xuất giải pháp kiến trúc tổng thể và hệ thống hạ tầng kỹ thuật (MEP, PCCC, thoát hiểm) phù hợp với quy mô công trình cấp I.
  2. Lựa chọn hệ kết cấu chịu lực hợp lý: hệ kết cấu chịu tải trọng đứng và tải trọng ngang (khung vách lõi) kết hợp giải pháp sàn phẳng bê tông dự ứng lực căng sau cho nhịp lớn.
  3. Xác định, tính toán các loại tải trọng và tác động tác dụng lên công trình theo hệ thống tiêu chuẩn cập nhật, đặc biệt là tải trọng gió theo TCVN 2737:2023 và tải trọng động đất theo TCVN 9386:2012.
  4. Lập mô hình tính toán, phân tích nội lực và thiết kế các cấu kiện chịu lực chính: sàn tầng điển hình (SAFE), cầu thang bộ, hệ khung - cột - vách - dầm (ETABS) và nền móng cọc khoan nhồi (TCVN 10304:2014).
  5. Thiết lập quy trình kỹ thuật thi công sàn bê tông dự ứng lực căng sau và các biện pháp an toàn lao động, vệ sinh môi trường trên công trường.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu bê tông cốt thép toàn khối kết hợp bê tông dự ứng lực căng sau của tòa nhà Chung cư Thiên Ân.
  • Phạm vi không gian: Công trình được quy hoạch xây dựng tại Đường số 11, phường Thảo Điền, Thành phố Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh. Khu đất xây dựng có diện tích giả định 45.000 m², diện tích xây dựng tầng trệt 3.128 m² (mặt bằng 56 m × 34 m), tổng diện tích sàn xây dựng khoảng 56.700 m². Phía Tây và phía Bắc giáp sông, phía Nam giáp đường số 11, phía Đông giáp khu dân dụng hiện hữu.
  • Quy mô công trình: 22 tầng nổi và 2 tầng ngầm, chiều cao đỉnh mái là 68,2 m (chưa kể tầng hầm; tổng chiều cao hình học phục vụ tính động đất là 71,5 m). Theo Thông tư 06/2021/TT-BXD, công trình thuộc cấp công trình dân dụng cấp I.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Hệ thống quy chuẩn và tiêu chuẩn kỹ thuật

Đồ án áp dụng các tiêu chuẩn và quy chuẩn hiện hành trong thiết kế kết cấu công trình xây dựng:

  • Tải trọng và tác động: TCVN 2737:2023 (Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế), QCVN 03:2022/BXD (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về phân cấp công trình).
  • Kết cấu bê tông cốt thép: TCVN 5574:2018 (Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế), TCXD 198:1997 (Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối).
  • Thiết kế kháng chấn: TCVN 9386:2012 (Thiết kế công trình chịu động đất).
  • Kết cấu dự ứng lực: Tiêu chuẩn Hoa Kỳ ACI 318-11 (Building Code Requirements for Structural Concrete) phục vụ tính toán sàn ứng lực trước căng sau.
  • Nền móng và địa kỹ thuật: TCVN 10304:2014 (Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế), TCVN 9362:2012 (Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình).
  • Tổ chức thi công và an toàn: TCVN 4055:2012, TCVN 4447:2012, TCVN 5308:1991, TCVN 8163:2009.

Phương pháp tính toán và các giả thiết kết cấu

Đồ án kết hợp phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) trên mô hình không gian 3D với phương pháp giải tích truyền thống:

  • Giả thiết sàn: Bản sàn làm việc như một tấm cứng tuyệt đối trong mặt phẳng (rigid diaphragm), biến dạng dọc trục của sàn không đáng kể; các điểm trên cùng một sàn tầng có cùng giá trị chuyển vị ngang.
  • Giả thiết liên kết: Chân cột và chân vách được ngàm cứng tại cao độ đỉnh đài móng. Liên kết giữa các cấu kiện dầm - cột - vách là liên kết cứng.
  • Trạng thái giới hạn: Kết cấu được kiểm tra theo Trạng thái giới hạn 1 (ULS - độ bền, khả năng chịu lực, ổn định chống lật với hệ số an toàn $K \ge 1{,}5$, chống trượt $K \ge 1{,}5$, chống đẩy nổi $K \ge 1{,}6$) và Trạng thái giới hạn 2 (SLS - hạn chế biến dạng, độ võng, bề rộng khe nứt).

Vật liệu sử dụng

Cấu kiện Cấp độ bền bê tông Cường độ chịu nén tính toán $R_b$ (MPa) Cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt}$ (MPa) Nhóm cốt thép Cường độ chịu kéo cốt thép $R_s$ (MPa)
Móng, Cột, Vách, Dầm, Sàn B30 ($f'_{c} = 25\text{ N/mm}^2$) 17,15 1,20 CB300-V, CB400-V ($\varnothing > 10$) 260 - 350
Cốt đai, cấu tạo B30 17,15 1,20 CB240-T ($\varnothing \le 10$) 210
Bê tông lót B10 6,56 0,66 - -
Cáp dự ứng lực Cáp 15 mm (ASTM A416 Gr.270) - - Cáp 7 sợi không bám dính/có bám dính $f_{pu} = 1860$

Công cụ phần mềm và nguồn số liệu

  • Phần mềm tính toán: ETABS (phân tích nội lực khung không gian, dao động riêng, tải gió và phổ phản ứng động đất), SAFE 2020 (phân tích ứng suất, biến dạng và kiểm tra chọc thủng sàn DƯL), AutoCAD, Revit, MS Excel.
  • Dữ liệu đầu vào: Hồ sơ khảo sát địa chất công trình tại Thảo Điền - Quận 2 (thống kê 5 lớp đất, chỉ số $N_{\text{SPT}}$ từ 0 đến 21); dữ liệu khí hậu, gió khu vực Thành phố Hồ Chí Minh (vùng gió II, dạng địa hình C).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về kiến trúc công trình

Chương 1 trình bày vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên và giải pháp tổ chức không gian:

  • Tòa nhà gồm 22 tầng nổi, 2 tầng hầm; mặt bằng hình chữ nhật kích thước $56\text{ m} \times 34\text{ m}$.
  • Tầng hầm (chiều cao 3,4 m) bố trí bãi đỗ xe, phòng máy biến thế, phòng kỹ thuật điện, phòng quạt. Tầng 1 và 2 phục vụ trung tâm thương mại và dịch vụ công cộng. Tầng 3 đến 20 là tầng căn hộ điển hình (bố trí 7 căn hộ/tầng). Tầng mái bố trí khu kỹ thuật, bể nước sinh hoạt và PCCC.
  • Hệ thống giao thông đứng gồm 4 thang máy tải khách hiệu Thiên Nam (model P21-CO60, cửa mở trung tâm) và 2 buồng thang bộ thoát hiểm được bố trí ở lõi trung tâm.
  • Giải pháp kỹ thuật bao gồm hệ thống điện 2 nguồn (lưới điện thành phố và máy phát điện dự phòng), hệ thống cấp thoát nước phân vùng, hệ thống thông gió chiếu sáng tự nhiên kết hợp quạt hút cơ khí, cùng hệ thống báo cháy tự động và chữa cháy vách tường.

Chương 2: Tổng quan kết cấu

Tác giả phân tích và lựa chọn các phương án kết cấu:

  • Phương án sàn: So sánh giữa sàn sườn (sàn dầm), sàn phẳng và sàn ô cờ cho nhịp lớn nhất $L = 9\text{ m}$, chiều cao tầng 3,2 m. Tác giả chọn sàn phẳng bê tông dự ứng lực căng sau nhằm giảm chiều cao thông thủy, thuận lợi bố trí hệ thống cơ điện (MEP) và tăng tính thẩm mỹ.
  • Phương án kết cấu chịu lực thẳng đứng: So sánh hệ khung, hệ khung - vách và hệ khung - vách - lõi. Với công trình 22 tầng nổi chịu tải trọng ngang lớn và mặt bằng có độ mảnh nhất định, hệ khung - vách - lõi được chọn nhằm tăng độ cứng chống xoắn và giảm chuyển vị ngang.
  • Phương án nền móng: Địa chất có các lớp sét và cát xen kẽ, công trình có 2 tầng hầm (cao độ đáy hầm $-6{,}0\text{ m}$), phương án móng cọc khoan nhồi đường kính lớn được chọn.
  • Vách ngăn: Chọn gạch bê tông khí chưng áp Eblock (gạch AAC) dày 100 mm thay cho gạch nung để giảm tải trọng bản thân lên kết cấu sàn.
  • Sơ bộ tiết diện cấu kiện: Chiều dày sàn phẳng $h_s = 250\text{ mm}$ (sàn khu vệ sinh giật cấp dày 200 mm); vách lõi thang máy dày 250 mm (thỏa mãn điều kiện chiều dày tối thiểu $t_v \ge 150\text{ mm}$ và tỷ lệ độ mảnh theo TCXD 198:1997); tiết diện cột được sơ bộ dựa trên diện tích truyền tải $N = \sum q_i \cdot S_i \cdot n$ và kiểm soát lực dọc quy đổi $v_d \le 0{,}65$ theo mục 5.1 TCVN 9386:2012.

Chương 3: Tải trọng và tác động

Chương này thực hiện phân loại, tính toán chi tiết các loại tải trọng tác dụng:

  • Tĩnh tải hoàn thiện: Sàn tầng điển hình đạt $1{,}22\text{ kN/m}^2$; sàn khu vệ sinh đạt $1{,}83\text{ kN/m}^2$. Trọng lượng tường gạch AAC dày 100 mm tác dụng lên sàn tầng điển hình là $0{,}98\text{ kN/m}$.
  • Hoạt tải sử dụng (theo TCVN 2737:2023): Khu căn hộ ở lấy $1{,}95\text{ kN/m}^2$; hành lang, cầu thang, phòng kỹ thuật lấy $3{,}0 - 3{,}6\text{ kN/m}^2$; khu thương mại lấy $5{,}0 - 6{,}0\text{ kN/m}^2$; khu đỗ xe tầng hầm lấy $5{,}0 - 6{,}0\text{ kN/m}^2$; đường dốc ram hầm lấy $7{,}0 - 8{,}4\text{ kN/m}^2$; mái bằng không sử dụng lấy $0{,}39\text{ kN/m}^2$. Tải trọng thang máy Thiên Nam P21-CO60 gồm 4 phản lực $R_1 = 80\text{ kN}$, $R_2 = 52\text{ kN}$, $R_3 = 95\text{ kN}$, $R_4 = 78\text{ kN}$, quy đổi gán vào 4 góc ở tầng mái ($33\text{ kN}$) và đáy giếng thang ($43{,}3\text{ kN}$).
  • Tải trọng gió (TCVN 2737:2023): Công trình thuộc phân vùng áp lực gió II, giá trị áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 0{,}85\text{ kN/m}^2$, địa hình C. Chu kỳ lặp 10 năm có $W_{3s,10} = 0{,}94\text{ kN/m}^2$. Tần số dao động cơ bản thứ nhất $n_1 \approx 0{,}309\text{ Hz}$ (chu kỳ $T_1 = 3{,}236\text{ s}$), tác giả tính toán đầy đủ thành phần tĩnh, thành phần phản ứng nền $Q$, hệ số phản ứng cộng hưởng $R$ và hệ số giật $G_f$ cho cả hai phương X và Y.
  • Tải trọng động đất (TCVN 9386:2012): Nền đất loại D (chỉ số $N_{\text{SPT}} = 0 - 21$); hệ số tầm quan trọng $\gamma_I = 1{,}0$ (công trình cấp II); gia tốc nền tham chiếu $a_{gR} = 0{,}81\text{ m/s}^2$, gia tốc thiết kế $a_g = 0{,}785\text{ m/s}^2$ ($a_g \ge 0{,}08g$, yêu cầu tính toán cấu tạo kháng chấn). Do chu kỳ cơ bản $T_1 = 3{,}003\text{ s} > 2{,}0\text{ s}$, tác giả áp dụng phương pháp phân tích phổ phản ứng (Response Spectrum Analysis) được thiết lập tự động trong ETABS.
  • Tổ hợp tải trọng: Thiết lập các tổ hợp trạng thái giới hạn cực hạn (Combo 1-13 cho tĩnh tải, hoạt tải, gió), tổ hợp đặc biệt xét động đất (Combo 14-17 kết hợp hệ số $\psi_{t,1} = 0{,}3$) và các tổ hợp bao nội lực (ENV).

Chương 4: Thiết kế sàn tầng điển hình

Chương 4 là trọng tâm kỹ thuật của đồ án, thiết kế sàn phẳng bê tông dự ứng lực căng sau cho nhịp lớn 9 m theo tiêu chuẩn ACI 318-11:

  • Cáp dự ứng lực sử dụng loại đường kính 15 mm, mác ASTM A416 Grade 270 (cường độ chịu kéo $f_{pu} = 1860\text{ MPa}$, diện tích danh định $140\text{ mm}^2$), đặt trong ống gen dẹt mạ kẽm kích thước $70\text{ mm} \times 19\text{ mm}$, sử dụng bộ neo VSL (neo sống và neo chết).
  • Bê tông cấp B30 quy đổi tương đương cường độ trụ $f'_c = 25\text{ N/mm}^2$, mô đun đàn hồi $E_c = 23.500\text{ N/mm}^2$. Mô hình hóa trên phần mềm SAFE 2020 bằng phương pháp dải bản (design strip).
  • Kiểm tra ứng suất qua 3 giai đoạn:
    1. Giai đoạn truyền ứng suất (Transfer): Kiểm tra ứng suất kéo và nén của bê tông ngay sau khi kích kéo cáp, đảm bảo không vượt quá ứng suất nén cho phép $0{,}6f'_{ci}$ và ứng suất kéo cho phép.
    2. Giai đoạn sử dụng (SLS): Kiểm tra võng tức thời và võng dài hạn (kể đến từ biến, co ngót của bê tông và tổn hao ứng suất cáp); kiểm soát ứng suất kéo thớ đáy sàn.
    3. Giai đoạn cực hạn (ULS): Tính toán khả năng chịu uốn; bố trí cốt thép thường gia cường chịu mô men âm tại mũ cột ($\varnothing 20a150$) và cốt thép lớp dưới tại giữa nhịp ($\varnothing 16a200$ hoặc $\varnothing 18a150$); kiểm tra điều kiện chọc thủng quanh cột theo ACI 318-11; tính toán cốt thép phân bố chống nứt nổ vùng đầu neo ($T_{burst}$).

Chương 5: Thiết kế cầu thang

Thiết kế hệ thống thang bộ thoát hiểm 2 vế dạng bản dầm bê tông cốt thép:

  • Tác giả lập hai sơ đồ phân tích: sơ đồ phẳng 2D và mô hình không gian 3D trên ETABS để so sánh nội lực (mô men uốn, lực cắt và phản lực gối tựa).
  • Tính toán và bố trí cốt thép dọc chịu mô men, cốt đai chịu cắt cho bản nghiêng, bản chiếu nghỉ và dầm chiếu nghỉ kích thước $200\text{ mm} \times 300\text{ mm}$.
  • Xuất phản lực gối tựa trung bình từ cầu thang để gán chính xác vào các nút khung chịu lực trong mô hình tổng thể.

Chương 6: Thiết kế hệ khung

Chương 6 tập trung vào phân tích tổng thể và thiết kế cấu kiện chịu lực chính của công trình:

  • Kiểm tra ổn định tổng thể: Kiểm tra điều kiện ổn định chống lật công trình; kiểm tra chuyển vị ngang đỉnh công trình do gió và động đất; kiểm tra chuyển vị ngang tương đối giữa các tầng (drift) thỏa mãn giới hạn cho phép; kiểm tra hiệu ứng $P-\Delta$.
  • Thiết kế dầm: Tính toán cốt thép dọc chịu uốn từ biểu đồ bao mô men và tính toán cốt đai chịu cắt theo TCVN 5574:2018.
  • Thiết kế cột: Xác định phương làm việc chính của cột; tính toán cốt thép dọc chịu nén - uốn lệch tâm xiên và cốt thép đai giằng theo quy trình TCVN 5574:2018.
  • Thiết kế vách và lõi cứng: Phân tích nội lực vách phẳng chữ L và vách lõi thang máy hình hộp theo phương pháp ứng suất đàn hồi (sử dụng phần tử Pier trong ETABS); bố trí cốt thép dọc phân bố, cốt thép tập trung ở biên vách và cốt đai ngang chịu cắt.
  • Chiều dài neo và nối: Tính toán chiều dài đoạn neo cơ sở, đoạn neo tính toán và đoạn nối chồng cốt thép cho từng nhóm thép theo tiêu chuẩn.

Chương 7: Thiết kế móng

Chương 7 giải quyết bài toán địa kỹ thuật và nền móng công trình:

  • Địa chất: Thống kê địa chất khu vực Thảo Điền - Quận 2 gồm 5 lớp đất; xác định các chỉ tiêu cơ lý, thành phần hạt, hệ số rỗng $e$, mô đun biến dạng $E$ từ thí nghiệm nén cố kết ($E_{oed}$).
  • Sức chịu tải cọc: Sử dụng cọc khoan nhồi đường kính $D = 1000\text{ mm}$. Sức chịu tải thiết kế của cọc đơn được xác định dựa trên cường độ vật liệu bê tông cốt thép và chỉ tiêu cơ lý đất nền (sức kháng mũi cọc và ma sát bên theo chỉ số SPT), có xét đến hệ số làm việc suy giảm trong điều kiện động đất.
  • Thiết kế đài móng: Lựa chọn thiết kế chi tiết đài móng cột M2 và đài móng vách lõi thang máy. Tiến hành kiểm tra phản lực đầu cọc lớn nhất và nhỏ nhất ($R_{\text{max}} \le 1{,}2 R_{tk}$, $R_{\text{min}} > 0$); kiểm tra điều kiện áp lực tiêu chuẩn dưới đáy khối móng quy ước; tính toán độ lún của cọc đơn và độ lún tổng thể của đài cọc; kiểm tra điều kiện chống đâm thủng đài móng, điều kiện chống cắt và tính toán cốt thép chịu uốn cho đài.

Chương 8: Thi công sàn dự ứng lực căng sau

Chương 8 trình bày biện pháp kỹ thuật thi công chuyên biệt cho sàn dự ứng lực:

  • Quy trình thi công: Lắp dựng cốp pha sàn -> Lắp đặt cốt thép thường lớp dưới -> Định vị tim cốt cáp, lắp đặt hệ ống gen dẹt mạ kẽm và luồn cáp bọc nhựa -> Lắp đặt cụm neo chết và neo sống -> Bố trí cốt thép thường lớp trên và thép gia cường mũ cột -> Kiểm tra nghiệm thu -> Đổ bê tông B30 -> Bảo dưỡng bê tông -> Khi bê tông đạt cường độ yêu cầu (tối thiểu 70-80% cường độ thiết kế), tiến hành căng kéo cáp bằng kích thủy lực theo trình tự quy định (trình tự bó 5, 4, 3 sợi) -> Lập báo cáo độ giãn dài thực tế so với tính toán -> Bơm vữa xi măng không co ngót lấp đầy ống gen -> Cắt tỉa đầu cáp và xử lý đổ bù bê tông bảo vệ đầu neo.
  • An toàn lao động và quản lý rủi ro: Quy định an toàn nghiêm ngặt vùng kéo cáp áp lực cao; biện pháp phòng ngừa các sự cố: đứt cáp, tụt nêm neo, vỡ bê tông cục bộ sau đầu neo, tắc nghẽn ống gen khi bơm vữa; quy định an toàn làm việc trên cao, an toàn thiết bị điện và công tác vệ sinh môi trường công trường.

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Các kết quả tính toán chính

Các thông số kết cấu và số liệu kiểm toán then chốt thu được từ đồ án:

Hạng mục cấu kiện / Tác động Thông số thiết kế & Kết quả kiểm toán Tiêu chuẩn / Mô hình áp dụng
Chiều dày sàn tầng điển hình $h_s = 250\text{ mm}$ (sàn phẳng vượt nhịp lớn nhất $L = 9\text{ m}$) ACI 318-11 / SAFE 2020
Cáp dự ứng lực sàn Cáp 15 mm, ASTM A416 Gr.270, $f_{pu} = 1860\text{ MPa}$, ống gen $70 \times 19\text{ mm}$ ACI 318-11 / Neo VSL
Thép gia cường sàn ULS Lớp trên mũ cột $\varnothing 20a150$; Lớp dưới nhịp $\varnothing 16a200$ ACI 318-11
Chiều dày vách lõi thang $t_v = 250\text{ mm}$, bê tông B30 TCXD 198:1997 / TCVN 5574:2018
Tải trọng gió động $W_0 = 0{,}85\text{ kN/m}^2$, địa hình C, $T_1 = 3{,}236\text{ s}$, áp lực $W_{3s,10} = 0{,}94\text{ kN/m}^2$ TCVN 2737:2023
Tác động động đất Đất loại D, $a_g = 0{,}785\text{ m/s}^2$, $T_1 = 3{,}003\text{ s} > 2\text{ s}$, phổ phản ứng TCVN 9386:2012 / ETABS
Cọc móng sâu Cọc khoan nhồi đường kính $D = 1000\text{ mm}$, ngàm vào tầng chịu lực TCVN 10304:2014 / 5 lớp đất Q.2
Đài móng kiểm toán Đài cột điển hình M2 và đài cụm lõi thang máy (thỏa mãn lún, cắt, chọc thủng) TCVN 10304:2014

Đóng góp kỹ thuật của đồ án

  • Ứng dụng thành công tiêu chuẩn mới TCVN 2737:2023 vào việc xác định áp lực gió 3 giây với các chu kỳ lặp 10 năm và 50 năm, kể đến đầy đủ thành phần phản ứng giật và hiệu ứng khí động cho công trình có chiều cao trên 68 m.
  • Giải quyết bài toán sàn phẳng nhịp lớn 9 m bằng công nghệ bê tông dự ứng lực căng sau, kết hợp tính toán kiểm tra 3 trạng thái (Transfer, SLS, ULS) theo tiêu chuẩn ACI 318-11 trên SAFE, khắc phục khoảng trống khi tiêu chuẩn TCVN 5574:2018 chưa có hướng dẫn chi tiết cho loại cấu kiện này.
  • Thiết lập chuỗi tính toán hoàn chỉnh từ phân tích tải trọng, nội lực khung không gian 3D, thiết kế móng cọc khoan nhồi đến quy trình thi công kéo cáp và an toàn ngoài hiện trường.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Số liệu địa chất công trình được sử dụng dựa trên hồ sơ khảo sát điển hình tại khu vực Thảo Điền (Quận 2 cũ), chưa có kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc cọc khoan nhồi tại hiện trường để đối chứng và kiểm chứng sức chịu tải lý thuyết của cọc D1000.
  • Thiết kế sàn dự ứng lực căng sau phải sử dụng tiêu chuẩn Hoa Kỳ (ACI 318-11) do hệ thống tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam hiện hành chưa ban hành tiêu chuẩn riêng biệt về thiết kế sàn phẳng bê tông ứng lực trước căng sau.
  • Mô hình phân tích kết cấu chưa xét đến sự tương tác phi tuyến động lực học giữa đất nền - cọc - kết cấu (Soil - Structure Interaction - SSI) mà giả thiết chân cột, chân vách ngàm cứng tuyệt đối tại mặt đài móng.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Thực hiện công tác thử tải nén tĩnh cọc khoan nhồi D1000 tại hiện trường và quan trắc độ lún thực tế của công trình trong giai đoạn thi công để hiệu chỉnh các thông số địa kỹ thuật.
  • Nghiên cứu so sánh hiệu quả kinh tế - kỹ thuật giữa phương án cáp dự ứng lực không bám dính (unbonded) và có bám dính (bonded) cho hệ sàn tầng điển hình.
  • Ứng dụng phương pháp phân tích phi tuyến tĩnh (Pushover) hoặc phân tích lịch sử thời gian (Time-history analysis) để đánh giá chi tiết hơn mức độ tổn thương của khung vách lõi dưới các cấp động đất mạnh.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp "Chung cư Thiên Ân" là tài liệu học thuật và thực hành có giá trị tham khảo cho nhiều nhóm đối tượng:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng / Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng: Cung cấp tài liệu mẫu chi tiết về cấu trúc một đồ án tốt nghiệp kỹ sư hoàn chỉnh, từ bước lập kiến trúc, tải trọng, kết cấu phần thân, nền móng đến tổ chức thi công.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu nhà cao tầng: Cung cấp hướng dẫn tham khảo về quy trình tính toán sàn phẳng dự ứng lực căng sau trên SAFE 2020 theo tiêu chuẩn ACI 318-11; phương pháp bóc tách tải trọng gió theo tiêu chuẩn mới TCVN 2737:2023 và tính toán động đất bằng phổ phản ứng trên ETABS theo TCVN 9386:2012.
  • Kỹ sư phụ trách thi công và giám sát: Cung cấp quy trình lắp đặt, kéo căng cáp dự ứng lực, quản lý chất lượng bơm vữa ống gen và các biện pháp an toàn lao động đặc thù trong công tác kéo cáp ứng lực trước.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao công trình Chung cư Thiên Ân lựa chọn phương án sàn phẳng dự ứng lực căng sau thay vì sàn dầm truyền thống?

Với nhịp sàn lớn nhất lên tới 9 m và chiều cao tầng thiết kế là 3,2 m, việc sử dụng sàn dầm truyền thống sẽ đòi hỏi chiều cao dầm lớn, làm giảm không gian thông thủy của căn hộ và gây xung đột nghiêm trọng với hệ thống đường ống cơ điện (MEP). Sàn phẳng dự ứng lực căng sau dày 250 mm giúp giảm trọng lượng bản thân kết cấu, tăng tính thẩm mỹ, tối ưu không gian kiến trúc và rút ngắn thời gian thi công cốp pha.

2. Tác giả tính toán tải trọng gió cho tòa nhà như thế nào theo tiêu chuẩn TCVN 2737:2023?

Công trình nằm trong phân vùng áp lực gió II (Thành phố Hồ Chí Minh) với địa hình C, áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 0{,}85\text{ kN/m}^2$. Áp lực gió tính toán $W_{3s,10} = 0{,}94\text{ kN/m}^2$ (chu kỳ lặp 10 năm). Với chu kỳ dao động cơ bản $T_1 = 3{,}236\text{ s}$ ($n_1 \approx 0{,}309\text{ Hz}$), tác giả xác định hệ số độ rối $I(z_s)$, hệ số đỉnh thành phần xung $g_v$, hệ số đỉnh cộng hưởng $g_R$, hệ số phản ứng nền $Q$, phản ứng cộng hưởng $R$ và hệ số hiệu ứng giật $G_f$ cho hai phương gió thổi vuông góc với mặt bằng $56\text{ m} \times 34\text{ m}$.

3. Căn cứ nào dẫn đến việc chọn phương pháp phân tích phổ phản ứng để tính động đất trong ETABS?

Theo TCVN 9386:2012, công trình thuộc mức độ quan trọng cấp II ($\gamma_I = 1{,}0$), xây dựng trên nền đất loại D (chỉ số $N_{\text{SPT}} = 0 - 21$), có gia tốc nền thiết kế $a_g = 0{,}785\text{ m/s}^2$ ($a_g \ge 0{,}08g$ nên bắt buộc phải thiết kế kháng chấn). Một trong các điều kiện tiên quyết để áp dụng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương là chu kỳ cơ bản $T_1 \le 2\text{ s}$. Do chu kỳ tính toán của tòa nhà là $T_1 = 3{,}003\text{ s} > 2\text{ s}$, tác giả bắt buộc phải sử dụng phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động (Response Spectrum Analysis).

4. Loại cáp dự ứng lực và các tiêu chuẩn kiểm tra sàn tầng điển hình gồm những gì?

Cáp dự ứng lực sử dụng là loại 15 mm theo tiêu chuẩn ASTM A416 Grade 270 (cường độ chịu kéo $f_{pu} = 1860\text{ MPa}$, diện tích danh định $140\text{ mm}^2$), đặt trong ống gen dẹt mạ kẽm $70 \times 19\text{ mm}$ kết hợp neo VSL. Hệ sàn được kiểm toán trên phần mềm SAFE 2020 theo mã ACI 318-11 qua 3 giai đoạn: Transfer (kiểm tra ứng suất kéo/nén khi kích cáp), SLS (kiểm tra độ võng tức thời, võng dài hạn kể đến từ biến co ngót và nứt), ULS (kiểm tra uốn, cắt chọc thủng quanh cột và bố trí cốt thép gia cường mũ cột $\varnothing 20a150$, cốt thép nhịp $\varnothing 16a200$).

5. Phương án nền móng của tòa nhà được thiết kế dựa trên các dữ liệu nào?

Công trình quy mô 22 tầng nổi, 2 tầng hầm (đáy móng sâu $-6{,}0\text{ m}$) đặt trên địa chất Thảo Điền - Quận 2 gồm 5 lớp đất (sét và cát xen kẽ). Tác giả lựa chọn phương án móng cọc khoan nhồi đường kính $D = 1000\text{ mm}$. Sức chịu tải của cọc được tính toán theo chỉ tiêu cơ lý đất nền và chỉ số SPT (có kể đến ảnh hưởng của động đất theo TCVN 9386:2012), kết hợp kiểm toán lún dài hạn qua mô đun cố kết $E_{oed}$, chống chọc thủng và chống cắt cho đài móng cột M2 và đài cụm vách lõi thang máy.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Chung cư Thiên Ân" của tác giả Nguyễn Thị Diệu Trang là một công trình nghiên cứu thiết kế kỹ thuật xây dựng công phu, chuẩn mực và bám sát thực tiễn công nghệ xây dựng nhà cao tầng hiện đại. Bằng việc làm chủ các công cụ mô phỏng kết cấu tiên tiến (ETABS, SAFE 2020) và cập nhật hệ thống quy chuẩn tiêu chuẩn kỹ thuật mới (TCVN 2737:2023, TCVN 9386:2012, ACI 318-11), đồ án đã giải quyết đồng bộ và chặt chẽ bài toán chịu tải ngang của hệ khung vách lõi cũng như bài toán nhịp lớn của hệ sàn phẳng dự ứng lực căng sau. Đây là nguồn tài liệu học thuật và thiết kế tham khảo có giá trị cao cho sinh viên ngành xây dựng công trình và các kỹ sư kết cấu dân dụng cao tầng.