Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp kỹ sư ngành Công nghệ Kỹ thuật công trình Xây dựng thực hiện đề tài thiết kế kết cấu công trình Khách sạn cao cấp Hồ Tràm (Ho Tram Hotel). Dự án tọa lạc tại khu vực ven biển thuộc địa phận xã Bình Châu và thị trấn Long Hải, huyện Xuyên Mộc, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu. Đây là khu vực chịu tác động trực tiếp của khí hậu duyên hải, áp lực gió tương đối lớn cùng điều kiện địa chất tầng mặt có lớp cát pha và đất yếu trước khi tiếp cận tầng chịu lực sâu.

Nhiệm vụ trọng tâm của đồ án được xác định rõ ràng qua 2 phần khối lượng công việc chính:

  1. Hiệu chỉnh và hoàn thiện hồ sơ thiết kế kiến trúc theo định hướng công năng khách sạn cao tầng (bao gồm 13 bản vẽ khổ A1).
  2. Thiết kế toàn diện hệ thống kết cấu công trình chịu tải trọng đứng và tải trọng ngang (bao gồm 01 thuyết minh tính toán, 01 phụ lục và 24 bản vẽ kết cấu khổ A1). Cụ thể bao gồm: mô hình hóa và thiết kế sàn tầng điển hình; thiết kế cầu thang bộ; mô hình hóa, phân tích nội lực hệ khung không gian (thiết kế dầm, hệ vách phẳng và vách lõi thang máy); khảo sát, đánh giá tương tác nền đất và tải trọng móng; lựa chọn và thiết kế phương án móng cọc khoan nhồi; phân tích biện pháp thi công cọc và phương án tường vây/hệ giằng hầm; đồng thời thực hiện chuyên đề thiết kế sàn phẳng không dầm công nghệ hộp rỗng SBox.

Đối tượng nghiên cứu là giải pháp kết cấu bê tông cốt thép toàn khối của công trình khách sạn quy mô 1 tầng hầm và 17 tầng nổi, đạt cao độ đỉnh mái 57,55 m tính từ mặt đất tự nhiên (chiều cao tính toán kết cấu từ mặt móng đến trục đỡ xà mái là 80,7 m). Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong không gian xây dựng tại huyện Xuyên Mộc, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, với thời gian triển khai từ ngày 08/01/2024 đến ngày 04/06/2024.

Cơ sở thiết kế và phương pháp tính toán

Hệ thống tính toán và kiểm toán kết cấu của đồ án tuân thủ nghiêm ngặt các quy chuẩn, tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam:

  • QCVN 02:2022/BXD: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng.
  • QCVN 03:2022/BXD: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về phân cấp công trình phục vụ thiết kế xây dựng (công trình thuộc Cấp I theo quy mô kết cấu).
  • TCVN 2737:2023: Tiêu chuẩn thiết kế tải trọng và tác động.
  • TCVN 5574:2018: Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép.
  • TCVN 10304:2014: Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc.
  • TCVN 9386:2012: Tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất.
  • TCVN 9362:2012: Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình.
  • TCVN 9395:2012: Cọc khoan nhồi – Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu.
  • TCVN 9351:2012: Đất xây dựng – Phương pháp thí nghiệm hiện trường xuyên tiêu chuẩn (SPT).
  • TCXD 198:1997: Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối.
  • QCVN 06:2010/BXD: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn cháy cho nhà và công trình (xác định chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép).

Về quan điểm và giả thiết tính toán: Tác giả áp dụng mô hình sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng (rigid diaphragm), liên kết giữa sàn vào cột và vách là liên kết ngàm ở cùng cao trình, không xét đến biến dạng cong ngoài mặt phẳng của sàn. Các phần tử chịu lực trên cùng một tầng được giả định có chuyển vị ngang như nhau. Chân các cột và vách lõi được ngàm cứng vào đài móng. Tải trọng ngang quy tụ thành các lực tập trung tại tâm cứng của từng tầng rồi truyền qua hệ vách, lõi và cột xuống móng.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và mô hình hóa: Tác giả áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method - FEM) thông qua các phần mềm chuyên ngành: Etabs 2020 để phân tích hệ khung không gian, Safe 2016 để tính toán nội lực sàn tầng điển hình, sàn SBox và hệ móng; AutoCAD 2021 triển khai bản vẽ kỹ thuật; Microsoft Excel hỗ trợ lập bảng tính toán cốt thép và xử lý số liệu địa chất từ báo cáo khoan khảo sát hiện trường (thí nghiệm cơ lý đất và chỉ số SPT).

Vật liệu sử dụng trong thiết kế được chuẩn hóa theo bảng sau:

Loại vật liệu Cấp bền / Nhóm thép Thông số kỹ thuật Cấu kiện áp dụng
Bê tông B30 (PCB40/450, W12, XM/N ≤ 0,4) Cấp độ bền chịu nén theo TCVN 5574:2018 Toàn bộ cọc, đài móng, dầm, sàn, vách, lõi thang
Cốt thép đai CB300-T (đường kính $\Phi \le 10$ mm) $R_s = 260$ MPa; $R_{sc} = 260$ MPa; $R_{sw} = 210$ MPa Cốt đai dầm, vách, cấu kiện chịu uốn
Cốt thép dọc CB400-V (đường kính $\Phi \ge 10$ mm) $R_s = 350$ MPa; $R_{sc} = 350$ MPa; $R_{sw} = 280$ MPa Bản sàn, bản cầu thang, dầm tầng điển hình
Cốt thép chịu lực lớn CB500-V (đường kính $\Phi \ge 10$ mm) $R_s = 435$ MPa; $R_{sc} = 400$ MPa Đài móng, cọc khoan nhồi, hệ vách và lõi thang

Chiều dày lớp bê tông bảo vệ tối thiểu: cọc và đài móng 40 mm; vách và lõi thang 30 mm; dầm 25 mm; sàn và cầu thang 25 mm.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan kiến trúc công trình

Chương này mô tả chi tiết giải pháp kiến trúc và công năng của Khách sạn cao cấp Hồ Tràm. Công trình có chiều cao 57,55 m gồm 1 tầng hầm và 17 tầng nổi:

  • Tầng hầm: Bố trí bãi đỗ xe và các phòng kỹ thuật phụ trợ.
  • Tầng 1 và 2: Đại sảnh đón tiếp, quầy lễ tân và các dịch vụ công cộng.
  • Tầng 3 và 4: Hệ thống phòng ngủ tiêu chuẩn kết hợp phòng lưu trú chuyên biệt cho người khuyết tật.
  • Tầng 5 đến 14: Các tầng phòng ngủ khách sạn tiêu chuẩn.
  • Tầng 15: Sân thượng phục vụ ngắm cảnh và tiện ích ngoài trời.
  • Tầng 16: Tầng mái kỹ thuật.
  • Tầng 17: Kết cấu mái thép tạo điểm nhấn kiến trúc.

Hệ thống giao thông nội bộ tổ chức phân luồng mạch lạc: Giao thông ngang sử dụng hành lang giữa kết nối trực tiếp đến các phòng; giao thông đứng bố trí 3 thang máy chở khách, 1 thang máy chở hàng cùng 2 cụm cầu thang bộ thoát hiểm được cô lập chống cháy. Các giải pháp kỹ thuật công trình bao gồm: cấp điện từ lưới điện đô thị kết hợp máy phát điện dự phòng, đường dây đi ngầm trong hộp kỹ thuật; hệ thống thoát nước sinh hoạt qua bể tự hoại và thoát nước mưa mái riêng biệt; thông gió tự nhiên qua ban công kết hợp điều hòa không khí; phòng trực phòng cháy chữa cháy, bình khí $CO_2$ dọc hành lang; hệ thống chống sét chủ động sử dụng kim thu sét phát tia tiên đạo Dynasphere đặt tại tầng mái kết nối dây tiếp địa bằng đồng.

Chương 2: Cơ sở thiết kế

Tác giả tiến hành so sánh và lựa chọn phương án kết cấu:

  • Kết cấu chịu tải đứng: So sánh giữa sàn dầm, sàn phẳng và sàn ô cờ. Do chiều cao tầng điển hình 3,4 m, nhịp sàn lớn nhất lên đến 8,7 m, lưới cột không đồng đều và mật độ tường xây ngăn phòng lớn, phương án sàn dầm truyền thống được lựa chọn để đảm bảo khả năng chịu uốn và độ cứng sàn.
  • Kết cấu chịu tải ngang: So sánh hệ khung thuần túy, hệ khung giằng và hệ vách - lõi. Với quy mô 16-17 tầng, chịu tác động tải gió và lực xoắn lớn, tác giả chọn hệ vách - lõi bê tông cốt thép chịu tải ngang chính.
  • Phương án móng: Do tải trọng truyền xuống chân cột/vách rất lớn và lớp đất tốt nằm sâu, phương án móng cọc khoan nhồi đường kính lớn được lựa chọn nhằm hạn chế tiếng ồn, không gây chấn động nứt vỡ địa chất công trình lân cận như phương án cọc ép.

Kích thước sơ bộ cấu kiện được xác lập: Vách cứng dày $b_w = 300$ mm; chiều dày sàn tầng điển hình $h_s = 180$ mm, sàn hầm dày 200 mm, sàn khu vệ sinh dày 150 mm; tiết diện dầm chính gồm các loại $300 \times 600$ mm, $250 \times 600$ mm và dầm phụ $200 \times 400$ mm.

Chương 3: Tải trọng và tổ hợp tải trọng

Tác giả thiết lập chi tiết các loại tải trọng tác dụng:

  • Tĩnh tải: Tính toán trọng lượng các lớp cấu tạo hoàn thiện sàn (gạch ceramic, vữa lót, vữa trát trần, lớp chống thấm, đường ống thiết bị). Giá trị tĩnh tải tiêu chuẩn khi khai báo vào Etabs được chia cho hệ số quy đổi 1,2 để thống nhất hệ số vượt tải.
  • Tải tường xây: Tường dày 200 mm, cao 2,8 m xây bằng gạch rỗng có trọng lượng phân bố trên mét dài tiêu chuẩn là 9,21 kN/m; sau khi nhân hệ số giảm trừ cửa kính sổ ($n = 0,8$), tải trọng tính toán tác dụng lên dầm là 7,96 kN/m (chia hệ số quy đổi 1,1 khi khai báo vào Etabs).
  • Hoạt tải sử dụng: Tra cứu theo TCVN 2737:2023 (phòng ở: tiêu chuẩn 1,5 kN/m², tính toán 1,95 kN/m²; sảnh, hành lang, thang bộ: tiêu chuẩn 3,0 kN/m², tính toán 3,9 kN/m²; ban công: tiêu chuẩn 2,0 kN/m², tính toán 2,6 kN/m²).
  • Tải trọng gió: Công trình đặt tại thị trấn Long Hải, thuộc Vùng gió I, dạng địa hình C. Áp lực gió cơ sở $W_0 = 65$ daN/m² (0,65 kN/m²), vận tốc gió chu kỳ lặp 50 năm $V_{3s,50} = 36$ m/s, áp lực gió chu kỳ 10 năm $W_{3s,10} = 0,55$ kN/m². Hệ số khí động đón gió và hút gió $C_d = 0,6$. Tác giả tính toán chi tiết hệ số hiệu ứng giật $G_f$, độ rối ở cao độ tương đương $I(Z_s) = 0,244$, chiều dài rối $L(Z_s) = 146,82$ m, tần số dao động riêng thứ nhất $n_1 = 0,344$ Hz (chu kỳ $T_1 = 2,910$ s theo phương X).
  • Tải trọng động đất: Tra cứu phụ lục TCVN 9386:2012 tại huyện Xuyên Mộc: Đỉnh gia tốc nền quy chuẩn $a_{gR} = 0,0214g$, gia tốc nền thiết kế $a_g = 0,201$ m/s², công trình cấp II có hệ số tầm quan trọng $\gamma_I = 1,0$, hệ số cản nhớt $\xi = 5%$, thang động đất MSK-64 cấp V. Đất nền loại C ($S = 1,15$), hệ số ứng xử kết cấu $q = 1,6$. Phân tích dao động xuất lực cắt đáy Mode 1 và tổ hợp các mode theo phương pháp căn bậc hai tổng bình phương (SRSS).
  • Tổ hợp tải trọng: Khai báo 17 tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt (xét tải trọng tĩnh, hoạt tải dài hạn, hoạt tải ngắn hạn, các trường hợp gió tĩnh, gió động theo các phương và động đất DDX, DDY) phục vụ kiểm tra theo TTGH I và TTGH II.

Chương 4: Kiểm tra trạng thái giới hạn II

Chương này thực hiện toàn diện các phép kiểm tra biến dạng và chuyển vị của công trình:

  1. Kiểm tra ổn định chống lật: Theo TCXD 198:1997, tỷ số giữa chiều cao và chiều rộng công trình theo phương X là $H/B = 57,55 / 19 = 3,03 < 5$ và theo phương Y là $H/D = 57,55 / 60,48 = 0,95 < 5$. Do đó công trình hoàn toàn đảm bảo ổn định tổng thể, không bị lật dưới tác động của tải trọng gió.
  2. Kiểm tra chuyển vị đỉnh: Chuyển vị giới hạn $[f_u] = h/500 = 80700 / 500 = 161,4$ mm. Kết quả phân tích mô hình tại tầng Thượng:
    • Phương X (tổ hợp TH8): Chuyển vị lớn nhất đạt 14,3 mm.
    • Phương Y (tổ hợp TH13): Chuyển vị lớn nhất đạt 45,3 mm. Cả hai phương đều nhỏ hơn giới hạn cho phép, đảm bảo độ cứng uốn thân thiện.
  3. Kiểm tra gia tốc đỉnh: Nhằm thỏa mãn điều kiện sinh lý tiện nghi cho người sử dụng trong nhà cao tầng theo TCXD 198:1997, gia tốc cực đại giới hạn $[a] = 150$ mm/s². Với chu kỳ Mode 1 $T_1 = 2,61$ s và chuyển vị đỉnh $f_{dmax} = 10,3$ mm, gia tốc đỉnh tính toán đạt: $$a = \left(\frac{2\pi}{T_1}\right)^2 \times f_{dmax} = \left(\frac{2\pi}{2,61}\right)^2 \times 10,3 = 59,61 \text{ mm/s}^2 < 150 \text{ mm/s}^2 \quad (\text{Thỏa mãn})$$
  4. Kiểm tra chuyển vị lệch tầng (drift): Theo TCVN 9386:2012, với kết cấu gắn tường ngăn gạch (vật liệu giòn), điều kiện kiểm tra $d_r \times \nu \le 0,005h$ (với hệ số chiết giảm $\nu = 0,4$, giới hạn góc xoay tầng tương đối là 0,0078). Kết quả tại tất cả các tầng từ tầng Base đến đỉnh mái theo cả 2 phương X và Y đều nhỏ hơn 0,0078, thỏa mãn yêu cầu phi kết cấu.
  5. Kiểm tra hiệu ứng bậc hai (P-Delta): Hệ số độ nhạy chuyển vị tương đối $\theta = (P_{tot} \times d_r) / (V_{tot} \times h)$. Tại tất cả các tầng, giá trị $\theta$ đều nhỏ hơn 0,10 (xấp xỉ 0,00 đến 0,02), do đó kết cấu không cần phải xét đến biến dạng bậc hai P-Delta trong phân tích nội lực.

Chương 5: Thiết kế cầu thang bộ

Thiết kế chi tiết cụm thang bộ thoát hiểm 2 vế dạng bản bê tông cốt thép toàn khối:

  • Thông số hình học: Chiều cao tầng 3,4 m; số bậc 20 bậc; chiều cao bậc 155 mm; bề rộng mặt bậc 280 mm; góc dốc bản thang $22^\circ$; chiều dày bản thang $h_b = 150$ mm.
  • Sơ đồ tính toán: Tỷ số chiều cao dầm chiếu nghỉ và chiều dày bản thang $h_d/h_b = 400/150 = 2,67 < 3$, do đó liên kết giữa bản thang và dầm chiếu nghỉ được mô hình hóa là liên kết khớp.
  • Kiểm tra võng và lực cắt bản thang: Độ võng giới hạn $[f_u] = L/200 = 4100/200 = 20,5$ mm; độ võng thực tế lớn nhất xuất từ mô hình là $f_{max} = 0,5$ mm, hoàn toàn thỏa mãn. Lực cắt lớn nhất trong bản thang $Q_{max} = 19$ kN, nhỏ hơn rất nhiều so với khả năng chịu cắt của dải bê tông nghiêng $Q_b = 0,3 \times \varphi_{b1} \times R_b \times b \times h_0 = 152,125$ kN.
  • Thiết kế dầm chiếu nghỉ: Tiết diện dầm $200 \times 400$ mm. Dầm chịu đồng thời tải trọng bản thân, tường xây và phản lực truyền từ bản thang ($q_{bt} = 58,54$ kN). Do chịu tải lệch tâm từ bản thang và tường, dầm được kiểm toán chịu lực theo sơ đồ uốn xiên hai phương (tiết diện vùng nén hình thang).

Chương 6: Thiết kế sàn tầng điển hình

Tác giả sử dụng phần mềm Safe 2016 để mô hình hóa toàn bộ ô sàn tầng 9 với chiều dày 180 mm:

  • Phân tích dải strip theo phương X và phương Y để xác định biểu đồ mômen uốn dải trên gối và dải giữa nhịp.
  • Kiểm tra trạng thái chịu lực của các ô sàn có lỗ mở kỹ thuật hoặc sàn giảm tiết diện cục bộ.
  • Tính toán cốt thép theo TCVN 5574:2018 sử dụng thép CB400-V.
  • Kiểm toán trạng thái giới hạn II của bản sàn: Kiểm tra độ võng đàn hồi tức thời, phân tích độ cong sàn tại gối trái và giữa nhịp, tính toán mômen hình thành vết nứt ($M_{crc}$) và kiểm tra độ võng dài hạn có xét đến hiện tượng nứt bê tông cũng như từ biến, đảm bảo độ võng tổng thể nằm trong giới hạn cho phép $[f] = L/250$.

Chương 7: Thiết kế khung

Chương này tập trung tính toán các cấu kiện thanh và phần tử tấm chịu lực chính:

  • Thiết kế hệ dầm tầng điển hình: Phân tích biểu đồ bao mômen các dầm trục biên và dầm khung (như dầm B21). Tính toán cốt thép dọc chịu mômen âm tại gối, mômen dương tại nhịp; tính toán cốt đai chịu lực cắt theo dải nghiêng; đồng thời xác định chi tiết chiều dài đoạn neo và đoạn nối cốt thép theo TCVN 5574:2018.
  • Thiết kế vách đơn: Phân tích vách phẳng W7 có kích thước tiết diện $b_w \times L_w \times L_{vb} = 300 \times 2300 \times 300$ mm, bố trí cốt thép chịu nén uốn đồng thời theo mô hình cột ngắn tương đương.
  • Thiết kế vách lõi thang máy: Vách lõi WTM1 được chia thành 12 phân tử Pier thành phần trong Etabs. Xuất các cặp nội lực nguy hiểm nhất ($N, M_2, M_3, V_2, V_3$) từ 17 tổ hợp tải trọng để bố trí cốt thép phân bố thân vách và cốt thép tập trung tại các vùng biên chịu ứng suất nén/kéo cao.

Chương 8: Thiết kế móng

Chương này giải quyết bài toán tương tác kết cấu - nền móng:

  • Điều kiện địa chất: Xử lý số liệu từ các hố khoan khảo sát, xác định các lớp đất cát pha, sét dẻo và lớp đất chịu lực chính; lập biểu đồ biến thiên chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT, xác định môđun biến dạng $E$ và hệ số Poisson $\nu$ cho từng lớp đất.
  • Thiết kế cọc khoan nhồi: Đánh giá sức chịu tải của cọc đơn theo vật liệu bê tông B30 cốt thép CB500-V và theo cường độ đất nền (phương pháp giải tích theo chỉ tiêu cơ lý kết hợp phương pháp thống kê theo chỉ số SPT). Sức chịu tải thiết kế cho phép của cọc đạt trên 300 tấn/cọc.
  • Thiết kế đài móng lõi thang máy (móng FTM) và các đài vách đơn (F7, F8):
    • Xác định phản lực đầu cọc cực đại ($P_{max}$) và cực tiểu ($P_{min}$), kiểm tra điều kiện không xuất hiện lực nhổ cọc ở trạng thái tải trọng tiêu chuẩn.
    • Kiểm tra độ lún của móng cọc bằng phương pháp khối móng quy ước, tính toán ứng suất gây lún và tổng độ lún cố kết.
    • Kiểm toán đài cọc về khả năng chống xuyên thủng (chọc thủng đáy đài bởi chân vách và từng cọc đơn lẻ), kiểm tra khả năng chịu cắt theo tiết diện nghiêng và tính toán cốt thép đài móng theo hai phương.

Chương 9: Thi công cọc khoan nhồi

Trình bày quy trình công nghệ và tổ chức thi công hạng mục móng cọc khoan nhồi:

  • Công nghệ giữ thành vách lỗ khoan bằng dung dịch sét bentonite. Tác giả xác lập các chỉ tiêu kỹ thuật của dung dịch (tỷ trọng, độ nhớt Marsh, hàm lượng cát $< 4%$, độ pH từ 8 - 10) và quy trình chu kỳ tuần hoàn, lọc tách cát trước khi đổ bê tông.
  • Trình tự thi công: Định vị tim cọc, hạ ống vách dẫn hướng (casing), khoan tạo lỗ bằng máy khoan gầu xoay Nippon ED-5500, nạo vét mùn lắng đáy lỗ khoan, lắp dựng lồng cốt thép (kiểm soát chiều dài neo, định vị con kê tạo lớp bảo vệ), lắp đặt ống siêu âm kiểm tra chất lượng, đổ bê tông dưới dung dịch bằng phương pháp ống rút (tremie) với xe bồn trộn Daewoo K4MVF.
  • Công tác kiểm định chất lượng: Áp dụng phương pháp thí nghiệm đo sóng siêu âm (Sonic Logging) theo TCVN 9395:2012 để phát hiện các khuyết tật co thắt, rỗ xốp hoặc ngậm dung dịch trong thân cọc.
  • Thống kê hao phí: Lập bảng tính chi tiết thời gian chu kỳ thi công trung bình cho 1 cọc và tổng hợp định mức vật tư, nhân lực, thiết bị thi công cho toàn bộ 123 cọc khoan nhồi của dự án.

Chương 10: Thiết kế sàn SBox

Chuyên đề so sánh giải pháp sàn nhẹ không dầm sử dụng hộp tạo rỗng SBox bằng nhựa tái chế:

  • Cấu tạo và mô hình: Ô sàn được tạo thành từ hệ thống dầm chữ I hai phương giao nhau, giảm đáng kể trọng lượng bản thân sàn từ 30% đến 40% so với sàn đặc cùng chiều dày.
  • Phân tích mô hình Safe: Chia dải strip theo hai phương X và Y, tính toán mômen uốn cục bộ tại các sườn dầm.
  • Kiểm toán xuyên thủng đầu cột: Do sàn không có dầm đỡ, ứng suất cắt tập trung tại mũ cột rất lớn. Tác giả kiểm tra chi tiết chu vi chống chọc thủng tại mũ cột MLTM và cột M7, tính toán hệ thép chống xuyên thủng dạng đai hoặc thép gia cường mũ cột.
  • Kiểm toán biến dạng dài hạn: Tính toán kiểm tra khả năng chống nứt, độ cong tiết diện chữ I và độ võng dài hạn có xét nứt của ô sàn SBox, chứng minh hiệu quả giảm kích thước móng và cột nhờ tải trọng nhẹ.

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Đồ án đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế kết cấu nhà cao tầng chịu tải trọng phức tạp, đem lại các kết quả kiểm toán kỹ thuật định lượng cụ thể:

Hạng mục kiểm toán Tiêu chuẩn áp dụng Giá trị tính toán thực tế Ngưỡng giới hạn cho phép Đánh giá
Chuyển vị đỉnh phương X ($f_x$) TCVN 2737:2023 14,3 mm (TH8) $[f_u] = 161,4$ mm Đạt yêu cầu
Chuyển vị đỉnh phương Y ($f_y$) TCVN 2737:2023 45,3 mm (TH13) $[f_u] = 161,4$ mm Đạt yêu cầu
Gia tốc đỉnh cực đại ($a$) TCXD 198:1997 59,61 mm/s² $[a] = 150$ mm/s² Đạt tiện nghi sinh lý
Góc xoay lệch tầng ($d_r \times \nu / h$) TCVN 9386:2012 $\le 0,0049$ $\le 0,0078$ Đạt yêu cầu phi kết cấu
Hệ số nhạy P-Delta ($\theta$) TCVN 9386:2012 0,00 - 0,02 $\le 0,10$ Bỏ qua phân tích bậc hai
Độ võng bản thang bộ ($f_{thang}$) TCVN 2737:2023 0,5 mm $[f_u] = 20,5$ mm Đạt yêu cầu
Lực cắt bản thang ($Q$) TCVN 5574:2018 19,0 kN $Q_b = 152,125$ kN Đủ khả năng chịu cắt
Hệ số chống lật ($H/B$) TCXD 198:1997 3,03 (phương X) $\le 5,0$ Kết cấu ổn định

Về mặt giải pháp và đóng góp kỹ thuật:

  • Cập nhật và áp dụng toàn diện tiêu chuẩn tải trọng mới TCVN 2737:2023 trong tính toán thành phần động của tải trọng gió (xét chi tiết hệ số hiệu ứng giật $G_f$ và hệ số phản ứng nền $Q$) và động đất theo TCVN 9386:2012.
  • Xử lý bài toán uốn xiên hai phương đối với dầm chiếu nghỉ cầu thang bộ chịu xoắn và lực uốn ngang từ tường xây.
  • Thực hiện phương án so sánh đối chiếu giữa kết cấu sàn dầm truyền thống và công nghệ sàn rỗng SBox, làm rõ khả năng giảm tải trọng bản thân và phương pháp kiểm soát chọc thủng đầu cột.
  • Đề xuất quy trình thi công và quản lý chất lượng dung dịch bentonite cho 123 cọc khoan nhồi trong điều kiện địa chất ven biển.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và nội dung trình bày trong thuyết minh, đồ án tồn tại một số giới hạn kỹ thuật:

  • Phạm vi số liệu địa chất và khí tượng chỉ khu biệt tại khu vực ven biển Xuyên Mộc - Bà Rịa Vũng Tàu; chưa mở rộng so sánh cho các vùng áp lực gió cao hơn (như vùng ven biển miền Trung từ Vùng III trở lên).
  • Mô hình phân tích động đất mới dừng lại ở phương pháp phổ phản ứng đàn hồi (Response Spectrum Analysis); chưa thực hiện phân tích động học phi tuyến theo lịch sử thời gian (Nonlinear Time-History Analysis) hoặc phân tích đẩy dần (Pushover) để đánh giá sự hình thành khớp dẻo ở chân vách lõi khi chịu chấn động mạnh.
  • Chuyên đề sàn SBox chủ yếu tập trung vào tính toán cục bộ cho ô sàn tầng điển hình; chưa mô hình hóa đầy đủ độ mềm của sàn SBox vào tổng thể phân tích dao động không gian của toàn bộ tòa nhà.

Giá trị tham khảo thực tiễn

Tài liệu đồ án này có giá trị ứng dụng và tham khảo học thuật đối với:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Công trình Xây dựng dân dụng và công nghiệp chuẩn bị làm đồ án tốt nghiệp hoặc đồ án môn học Nhà cao tầng, Bê tông cốt thép 2, Thi công công trình.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu tham khảo quy trình thực hành tính toán tải trọng gió động theo tiêu chuẩn mới TCVN 2737:2023 kết hợp tiêu chuẩn bê tông TCVN 5574:2018.
  • Các phần có giá trị tham khảo chuyên sâu nhất:
    • Phương pháp gán tải và tính toán hệ số hiệu ứng giật $G_f$ của tải gió;
    • Quy trình kiểm tra trạng thái giới hạn II (đặc biệt là công thức tính gia tốc đỉnh và độ võng dài hạn có nứt);
    • Thiết kế chi tiết móng cọc khoan nhồi sâu kết hợp biện pháp kiểm soát dung dịch sét bentonite;
    • Trình tự tính toán kiểm tra chọc thủng và bố trí thép nón cho sàn phẳng tạo rỗng SBox.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình Khách sạn Hồ Tràm áp dụng thông số gió và động đất đầu vào như thế nào? Công trình tọa lạc tại huyện Xuyên Mộc, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, thuộc Vùng gió I, dạng địa hình C với áp lực gió cơ sở $W_0 = 65$ daN/m², vận tốc gió $V_{3s,50} = 36$ m/s. Về động đất, gia tốc nền thiết kế là $a_g = 0,201$ m/s² (tương ứng cấp động đất V theo thang MSK-64, $a_{gR} = 0,0214g$), loại đất nền C, hệ số ứng xử kết cấu $q = 1,6$.

2. Tại sao dầm chiếu nghỉ cầu thang bộ trong đồ án lại phải tính toán theo bài toán uốn xiên? Vì dầm chiếu nghỉ có tiết diện $200 \times 400$ mm ngoài việc chịu uốn phẳng do trọng lượng bản thân và phản lực đứng từ bản thang ($q_{bt} = 58,54$ kN), còn chịu tác dụng của tải trọng ngang lệch tâm do tường xây bên trên và phản lực nghiêng của bản thang truyền vào, tạo ra mômen uốn theo cả hai trục chính của tiết diện.

3. Kết quả kiểm tra chuyển vị đỉnh và gia tốc đỉnh của công trình có đáp ứng tiêu chuẩn tiện nghi cho con người không? Chuyển vị đỉnh lớn nhất ở tầng Thượng theo phương X là 14,3 mm và phương Y là 45,3 mm, nhỏ hơn nhiều so với giới hạn $[f_u] = 161,4$ mm ($h/500$). Gia tốc đỉnh cực đại tính toán đạt $59,61$ mm/s², nhỏ hơn ngưỡng giới hạn $150$ mm/s² quy định trong TCXD 198:1997, đảm bảo không gây cảm giác say lắc khó chịu cho người lưu trú.

4. Khối lượng và thiết bị chủ lực được lựa chọn để thi công hạng mục móng cọc khoan nhồi là gì? Dự án thi công tổng cộng 123 cọc khoan nhồi bê tông B30 ngàm vào tầng địa chất tốt. Thiết bị chính gồm máy khoan gầu xoay Nippon ED-5500, xe bồn chuyển trộn bê tông Daewoo K4MVF, hệ thống trạm trộn và bồn lắng lọc cát tuần hoàn dung dịch bentonite, cùng thiết bị thí nghiệm siêu âm cọc Sonic Logging.

5. Ưu điểm và lưu ý quan trọng nhất khi tính toán sàn SBox trong chuyên đề là gì? Sàn SBox giúp giảm tĩnh tải bản thân từ 30% đến 40% so với sàn đặc, tăng khẩu độ vượt nhịp đến 8,7 m mà không cần dầm phụ. Tuy nhiên, do bản sàn rỗng làm giảm diện tích bê tông chịu cắt xung quanh cột, vị trí liên kết giữa cột và sàn chịu ứng suất chọc thủng rất lớn, đòi hỏi phải thiết kế mũ cột đặc và bố trí cốt thép chống xuyên thủng nghiêm ngặt.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Văn Thanh đã hoàn thành một cách chỉn chu, bài bản toàn bộ khối lượng thiết kế kết cấu cho công trình Khách sạn cao cấp Hồ Tràm quy mô 18 tầng (1 hầm, 17 tầng nổi, cao 57,55 m). Bằng việc kết hợp hài hòa giữa phương pháp giải tích lý thuyết và mô hình phần tử hữu hạn thông qua các công cụ Etabs, Safe, tác giả đã chứng minh kết cấu hệ vách - lõi và móng cọc khoan nhồi hoàn toàn thỏa mãn các điều kiện bền (TTGH I) cũng như các chỉ tiêu sử dụng bình thường (TTGH II). Đồ án thể hiện năng lực chuyên môn kỹ thuật vững vàng, là tài liệu tổng hợp có tính chuẩn mực và giá trị ứng dụng cao cho kỹ sư cũng như sinh viên ngành xây dựng công trình.