Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Chung cư cao cấp Văn Phú – Hà Đông" do sinh viên Nguyễn Thành Tài (MSSV: 20149221, lớp 20149CL5A) thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn Hậu tại Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (bảo vệ tháng 06/2024). Đề tài thuộc chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật công trình xây dựng, tập trung vào nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật và tính toán kết cấu toàn diện cho một công trình nhà ở cao tầng kết hợp thương mại dịch vụ.

Bối cảnh thực tế của đề tài xuất phát từ nhu cầu nhà ở và không gian thương mại ngày càng gia tăng tại khu vực đô thị phía Tây Nam thủ đô Hà Nội. Công trình được quy hoạch xây dựng tại Khu đô thị Văn Phú, quận Hà Đông, thành phố Hà Nội. Vị trí tiếp giáp địa lý của khu đất xây dựng được xác định cụ thể:

  • Phía Đông: Giáp tuyến đường quy hoạch của khu nhà liên kế rộng 11 m.
  • Phía Tây: Giáp tuyến đường giao thông đối ngoại rộng 22 m.
  • Phía Bắc: Tiếp giáp trực tiếp với khu dân cư hiện hữu.
  • Phía Nam: Giáp tuyến đường quy hoạch rộng 14 m.

Mục tiêu cốt lõi của đồ án là hoàn thiện hồ sơ thiết kế kỹ thuật phần thân, phần ngầm và giải pháp kiến trúc cơ bản cho khối công trình cấp I, đảm bảo độ bền vững, khả năng chịu lực dưới tác động của tổ hợp tải trọng đứng và ngang (gió, động đất), tuân thủ các quy chuẩn và tiêu chuẩn xây dựng hiện hành tại Việt Nam.

Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế được xác định gồm 6 nội dung trọng tâm:

  1. Thiết kế tổng mặt bằng, phân chia công năng kiến trúc và giải pháp kỹ thuật công trình (cơ điện, cấp thoát nước, thông gió, chiếu sáng, phòng cháy chữa cháy).
  2. Lựa chọn giải pháp kết cấu tổng thể, xác định sơ bộ kích thước tiết diện các cấu kiện chịu lực chính (cột, dầm, sàn, vách, lõi).
  3. Xác định tải trọng đứng, tải trọng ngang (áp dụng tiêu chuẩn tải trọng gió mới TCVN 2737:2023 và tiêu chuẩn động đất TCVN 9386:2012), thiết lập các tổ hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn.
  4. Xây dựng mô hình không gian phần tử hữu hạn 3D trên phần mềm ETABS và thực hiện kiểm tra ổn định tổng thể công trình (chuyển vị đỉnh, chuyển vị lệch tầng, hiệu ứng P-Delta, chống lật).
  5. Tính toán chi tiết cốt thép và kiểm tra độ võng, nứt cho các cấu kiện điển hình: sàn tầng điển hình, cầu thang bộ, khung không gian (cột, dầm), hệ vách phẳng và lõi thang máy.
  6. Thiết kế nền móng cọc khoan nhồi chịu tải trọng lớn và tính toán tường vây chắn đất thi công 2 tầng hầm.

Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong phạm vi quy mô công trình gồm 2 tầng hầm và 30 tầng thân (tổng chiều cao đỉnh mái đạt cốt +110.60 m), với diện tích xây dựng tầng hầm 2500 m² và mặt bằng tầng thân điển hình 1665 m² - 1935 m².

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung tiêu chuẩn và quy chuẩn áp dụng

Đồ án vận dụng hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng Việt Nam:

  • Tiêu chuẩn tải trọng và tác động: TCVN 2737:2023 (Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế), TCXD 229:1999 (Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió), TCVN 9386:2012 (Thiết kế công trình chịu động đất).
  • Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và cốt thép: TCVN 5574:2018 (Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế), TCVN 5575:2012 (Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế).
  • Tiêu chuẩn nền móng và địa chất công trình: TCVN 10304:2014 (Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế), TCVN 9362:2012 (Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình), TCVN 9395:2012 (Cọc khoan nhồi – Thi công và nghiệm thu), TCVN 9153:2012 (Phương pháp chỉnh lý kết quả thí nghiệm mẫu đất), TCVN 4200:2012 (Phương pháp xác định tính nén lún trong phòng thí nghiệm).
  • Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia: QCVN 02:2009/BXD (Số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng), QCVN 06:2010/BXD (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn cháy cho nhà và công trình), Thông tư 06/2021/TT-BXD (Quy định về phân cấp công trình xây dựng), TCVN 2622:1995 (Phòng cháy, chống cháy cho nhà và công trình).

Phương pháp nghiên cứu và mô hình tính toán

Tác giả kết hợp phương pháp phân tích lý thuyết giải tích truyền thống và phương pháp số thông qua phần mềm chuyên dụng:

  • Mô hình hóa phần tử hữu hạn (FEM): Toàn bộ kết cấu không gian 3D của tòa nhà được mô hình hóa bằng phần mềm ETABS phiên bản 20.0. Các cấu kiện dạng thanh (dầm, cột) được gán phần tử Frame; các cấu kiện dạng tấm phẳng (bản sàn, vách phẳng, vách lõi thang máy) được mô hình bằng phần tử Shell (Wall/Slab).
  • Giả thiết tính toán: Bản sàn được giả thiết là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng ngang (Rigid Diaphragm), biến dạng dọc trục của sàn bỏ qua; ngàm chân công trình đặt tại cao trình mặt trên đài móng; phân phối tải trọng ngang tập trung vào tâm cứng của từng tầng.
  • Phương pháp tính toán tải trọng gió động: Áp dụng phương pháp phân tích phổ và hệ số giật $G_f$ (Gust Effect Factor) theo TCVN 2737:2023, phân tích thành phần phản ứng nền và phản ứng cộng hưởng của công trình tương ứng với dạng địa hình C (vùng đô thị bị che chắn mạnh).
  • Phương pháp thiết kế tiết diện: Cột được tính toán theo mô hình nén uốn xiên; dầm tính toán chịu uốn, cắt kết hợp xoắn và bố trí cốt treo tại nút giao dầm phụ - dầm chính; sàn tính toán nội lực theo dải Strip theo hai phương X và Y kết hợp kiểm tra độ võng ngắn hạn, võng dài hạn (từ biến, co ngót) và bề rộng khe nứt ($a_{crc,1}$, $a_{crc,2}$) theo Trạng thái giới hạn II; vách và lõi tính thép theo phương pháp phân chia dải biên chịu mômen.
  • Phương pháp tính móng và hố đào: Tính sức chịu tải cọc đơn khoan nhồi theo chỉ tiêu cơ lý đất nền và kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT); kiểm tra ổn định móng cọc theo mô hình khối móng quy ước, lún đàn hồi và lún cố kết; tính toán tường vây cắm sâu trong đất qua các giai đoạn đào đất kết hợp hệ giằng neo và kiểm tra điều kiện chống trồi đáy hố móng.

Nguồn dữ liệu và vật liệu thiết kế

  • Số liệu địa chất: Báo cáo khảo sát địa chất công trình tại vị trí xây dựng khu đô thị Văn Phú – Hà Đông, cung cấp các lớp đất và chỉ tiêu cơ lý (dung trọng, góc ma sát trong $\varphi$, lực dính $c$, môđun biến dạng $E$, hệ số Poisson $\nu$, chỉ số SPT $N$).
  • Số liệu khí hậu: Vùng áp lực gió Hà Nội (Vùng II theo phân vùng lãnh thổ với áp lực gió cơ sở $W_0 = 0.8094\text{ kN/m}^2$).
  • Đặc tính vật liệu thiết kế:
    • Bê tông cấp độ bền B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1.15\text{ MPa}$, $E_b = 32.5 \times 10^3\text{ MPa}$) cho dầm, sàn, cầu thang và đài móng.
    • Bê tông cấp độ bền B35 ($R_b = 19.5\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1.30\text{ MPa}$, $E_b = 34.5 \times 10^3\text{ MPa}$) cho cột, vách đơn và lõi thang máy.
    • Thép thanh cán nóng CB240-T ($R_s = R_{sc} = 210\text{ MPa}$, $R_{sw} = 170\text{ MPa}$, $E_s = 20 \times 10^4\text{ MPa}$) dùng cho cốt đai, cốt phân bố có đường kính $\Phi < 10\text{ mm}$.
    • Thép thanh cán nóng CB400-V ($R_s = R_{sc} = 350\text{ MPa}$, $R_{sw} = 280\text{ MPa}$, $E_s = 20 \times 10^4\text{ MPa}$) dùng cho cốt dọc chịu lực có đường kính $\Phi \ge 10\text{ mm}$.
Loại vật liệu Cấp độ bền / Mác thép $R_b / R_s$ (MPa) $R_{bt} / R_{sw}$ (MPa) $E_b / E_s$ (MPa) Cấu kiện áp dụng
Bê tông B30 17.0 1.15 $32.5 \times 10^3$ Dầm, bản sàn, cầu thang, đài móng
Bê tông B35 19.5 1.30 $34.5 \times 10^3$ Cột chịu lực, vách phẳng, lõi thang
Cốt thép CB240-T ($\Phi < 10\text{ mm}$) 210.0 170.0 $20.0 \times 10^4$ Thép đai, thép phân bố, cốt cấu tạo
Cốt thép CB400-V ($\Phi \ge 10\text{ mm}$) 350.0 280.0 $20.0 \times 10^4$ Thép dọc chịu lực chính

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu tổng quan công trình

Chương 1 trình bày quy mô kiến trúc và các giải pháp kỹ thuật hạ tầng của công trình Chung cư cao cấp Văn Phú – Hà Đông. Công trình đạt cấp I, bậc chịu lửa bậc II, gồm 2 tầng hầm và 30 tầng thân (đỉnh mái cốt +110.60 m). Chiều cao các tầng: hầm 2 cao 2.9 m; hầm 1 cao 3.3 m; tầng 1 cao 5.0 m; tầng 2, 3, 5 cao 4.5 m; tầng 4 cao 5.5 m; các tầng căn hộ từ tầng 6 đến 24 cao 3.4 m; tầng 28 cao 3.7 m; tầng mái cao 4.2 m.

Về phân bố công năng: hầm 1 và 2 làm gara đỗ xe (diện tích gara hầm 1 là 2500 m²); tầng 1 đến 3 bố trí siêu thị và dịch vụ thương mại (diện tích siêu thị tầng 1: 1463 m², tầng 2: 1767 m², tầng 3: 1771 m²); tầng 4 bố trí nhà hàng (1637 m²) và khu bếp (123 m²); tầng 5 là khu dịch vụ hỗn hợp gồm câu lạc bộ thể thao (345 m²), phòng hội họp (420 m²), dịch vụ ăn uống (467 m²); tầng kỹ thuật bố trí không gian sinh hoạt cộng đồng (336 m²), buồng máy (92 m²), kho (110 m²); các tầng 6 đến 28 chia thành các căn hộ khép kín gồm phòng ngủ (425 m²), phòng sinh hoạt chung (461 m²), bếp (109 m²), vệ sinh (136 m²) và ban công/lô gia (334 m²).

Hệ thống kỹ thuật công trình gồm:

  • Giao thông: Hệ thống hành lang rộng 2.32 m; 2 thang máy chở hàng từ hầm 2 đến tầng 5, 4 thang máy chở người từ hầm 2 đến tầng mái; thang bộ 2 vế rộng 2.8 m và thang thoát hiểm phụ tầng siêu thị rộng 2.4 m.
  • Cấp điện: Tổng công suất thiết kế 430 kW, nguồn hạ thế 380/220V từ trạm biến áp khu vực; dây đồng bọc PVC; 1 máy phát điện Diesel dự phòng công suất 100 kVA kèm tủ chuyển nguồn tự động (ATS).
  • Cấp nước: Bể nước ngầm dung tích 485 m³ (chứa nước sinh hoạt và PCCC), bể nước mái 124 m³.
  • Thoát nước: Mạng lưới tách riêng nước thải sinh hoạt (ống đứng D110–D140), nước phân (ống D140 về bể tự hoại kèm ống thông hơi D60–D90 cao hơn mái 0.7 m) và hệ thống thoát nước mưa riêng biệt.
  • PCCC: Tính toán theo TCVN 2622:1995 với số họng chữa cháy cho 1 điểm $n = 3$, lưu lượng mỗi họng $q = 2.5\text{ l/s}$, thời gian dập cháy 3 giờ, yêu cầu dung tích nước dự trữ $W = 3 \times 3600 \times 2.5 \times 3 = 81000\text{ lít} = 81\text{ m}^3$ (thỏa mãn với dung tích bể mái 124 m³); bố trí bình bọt CO₂ MF4 tại chân hộp chữa cháy; khoảng cách từ cửa căn hộ đến lối thoát nạn gần nhất $\le 25\text{ m}$, từ phòng bất kỳ đến thang thoát hiểm $< 40\text{ m}$.

Chương 2: Giải pháp kết cấu công trình

Chương 2 phân tích các phương án kết cấu nhà cao tầng (kết cấu khung, vách cứng, lõi cứng, kết cấu ống, khung - giằng, ống - lõi, hệ dầm chuyển, hệ giằng liên tầng). Trên cơ sở chiều cao 110.60 m và mặt bằng công trình, tác giả lựa chọn hệ kết cấu chịu lực là hệ khung – lõi bê tông cốt thép toàn khối (sơ đồ khung giằng). Hệ thống vách và lõi cứng đặt tại khu vực buồng thang bộ và thang máy đảm nhận phần lớn tải trọng ngang, hệ khung cột dầm chịu tải trọng đứng và chia sẻ một phần tải trọng ngang.

Kích thước các cấu kiện được sơ bộ xác định:

  • Bản sàn: Ô sàn điển hình $9.0 \times 9.0\text{ m}$, chiều dày bản sàn xác định theo công thức $h_s = \frac{D}{m} l_1$ với $D = 1.0$, $m = 40 \div 45$, chọn $h_s = 0.15\text{ m}$ (150 mm) đồng nhất cho các tầng.
  • Dầm chính: Nhịp lớn nhất $L = 9.0\text{ m}$, chiều cao $h_{dc} = (\frac{1}{12} \div \frac{1}{14}) L = 0.65 \div 0.75\text{ m}$, chọn tiết diện $b \times h = 300 \times 700\text{ mm}$ ($0.3 \times 0.7\text{ m}$).
  • Dầm phụ: Chiều cao $h_{dp} = (\frac{1}{16} \div \frac{1}{20}) L = 0.45 \div 0.56\text{ m}$, chọn tiết diện $b \times h = 200 \times 500\text{ mm}$ ($0.2 \times 0.5\text{ m}$).
  • Cột chịu lực: Tính toán diện tích tiết diện sơ bộ $F = k \frac{N}{R_b}$ với diện tích truyền tải $S = 81\text{ m}^2$, tải trọng phân bố $q = 12\text{ kN/m}^2$, hệ số lệch tâm $k = 1.1 \div 1.3$, bê tông B35 ($R_b = 19.5\text{ MPa}$). Tiết diện cột được phân thành 3 giai đoạn thay đổi từ tầng hầm đến tầng mái, đảm bảo điều kiện độ mảnh $\lambda_0 = \frac{l_0}{C} \le 30$ (với $l_0 = 0.7H$).
  • Vách và lõi thang: Chiều dày vách lõi xác định theo điều kiện $b_v \ge \max(0.15\text{ m}; \frac{H_t}{20})$. Với chiều cao tầng lớn nhất $H_t = 5.5\text{ m}$ tại tầng 4 ($5.5 / 20 = 0.275\text{ m}$), chọn chiều dày vách lõi $b_v = 0.40\text{ m}$ (400 mm).

Chương 3: Tải trọng và tác động

Chương 3 thiết lập các giá trị tải trọng tác động lên công trình theo tiêu chuẩn TCVN 2737:2023:

  • Tĩnh tải sàn: Tĩnh tải bản thân và lớp hoàn thiện được lập bảng chi tiết cho từng loại sàn. Sàn mái có tổng tải tiêu chuẩn $g_i^{tc} = 4.07\text{ kN/m}^2$, tính toán $g_i^{tt} = 4.88\text{ kN/m}^2$; sàn tầng chung cư có $g_i^{tc} = 1.59\text{ kN/m}^2$, $g_i^{tt} = 1.95\text{ kN/m}^2$ (chưa kể bản thân bê tông 150 mm dày $3.75\text{ kN/m}^2$); sàn tầng kỹ thuật có $g_i^{tc} = 0.90\text{ kN/m}^2$, $g_i^{tt} = 1.15\text{ kN/m}^2$; sàn tầng dịch vụ có $g_i^{tc} = 1.59\text{ kN/m}^2$, $g_i^{tt} = 1.95\text{ kN/m}^2$.
  • Tải trọng tường xây: Quy đổi thành tải phân bố đều trên diện tích sàn: tầng chung cư đạt $g^{tc} = 2.31\text{ kN/m}^2$, $g^{tt} = 2.54\text{ kN/m}^2$; tầng kỹ thuật $g^{tc} = 0.74\text{ kN/m}^2$, $g^{tt} = 0.81\text{ kN/m}^2$; tầng thương mại $g^{tc} = 0.97\text{ kN/m}^2$, $g^{tt} = 1.07\text{ kN/m}^2$. Tải tường biên 220 mm phân bố trực tiếp lên dầm biên đạt $g^{tc} = 2.91\text{ kN/m}$, $g^{tt} = 3.20\text{ kN/m}$.
  • Hoạt tải sử dụng: Quy đổi phân bố đều trên sàn có xét hệ số giảm tải: sàn gara hầm $5.30\text{ kN/m}^2$; tầng 1 siêu thị $4.50\text{ kN/m}^2$; tầng 2 và tầng 3 đạt $4.10 \div 4.50\text{ kN/m}^2$; tầng 4 nhà hàng $3.90\text{ kN/m}^2$; tầng 5 dịch vụ $3.00\text{ kN/m}^2$; tầng kỹ thuật $3.435\text{ kN/m}^2$; tầng căn hộ điển hình $q_k^{tc} = 1.298\text{ kN/m}^2$ ($q_k^{tt} = 1.687\text{ kN/m}^2$); tầng mái $q_k^{tc} = 0.98\text{ kN/m}^2$.
  • Tải trọng gió (TCVN 2737:2023): Địa bàn quận Hà Đông thuộc Vùng II ($W_0 = 0.8094\text{ kN/m}^2$), dạng địa hình C ($z_g = 365.0\text{ m}$, $z_{min} = 10\text{ m}$, $\alpha = 0.22$). Chiều cao tính toán $h = 106.10\text{ m}$. Chu kỳ dao động riêng cơ bản thứ nhất theo kết quả phân tích ETABS $T_1 = 3.298\text{ s} > 1.0\text{ s}$ (tần số $n_1 = 0.303\text{ Hz}$), thuộc kết cấu mềm nên phải tính toán hệ số giật $G_f$. Các thông số tính toán động lực học: độ rối $I(z_s) = 0.231$ tại cao độ tương đương $z_s = 0.6h = 63.66\text{ m}$, vận tốc gió trung bình $V(z_s)_{3600,50} = 26.37\text{ m/s}$, hệ số đỉnh $g_R = 3.864$, hệ số phản ứng cộng hưởng $R = 0.373$, hệ số độ tin cậy tải trọng gió $\gamma_f = 2.1$.
  • Tổ hợp tải trọng: Thiết lập các tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt theo Trạng thái giới hạn 1 (TTGH1 - kiểm tra cường độ) và Trạng thái giới hạn 2 (TTGH2 - kiểm tra biến dạng, võng nứt), kết hợp giữa tĩnh tải (DEAD), hoạt tải (LIVE), tải gió các hướng ($WX, WY$) và động đất ($EQX, EQY$).
Loại tầng / Khu vực Tĩnh tải hoàn thiện $g^{tt}$ ($\text{kN/m}^2$) Tải tường quy đổi $g^{tt}$ ($\text{kN/m}^2$) Hoạt tải tính toán $q^{tt}$ ($\text{kN/m}^2$)
Sàn tầng hầm 1 (Gara) 1.95 - 6.89
Tầng 1 (Siêu thị) 1.95 1.07 5.85
Tầng 2 - 3 (Thương mại) 1.95 1.07 5.33
Tầng 4 (Nhà hàng) 1.95 1.07 5.07
Tầng 5 (Dịch vụ tổng hợp) 1.95 1.07 3.90
Tầng kỹ thuật 1.15 0.81 4.47
Tầng 6 - 28 (Căn hộ ở) 1.95 2.54 1.69
Tầng mái 4.88 - 1.27

Chương 4: Kiểm tra ổn định tổng thể công trình

Chương 4 thực hiện các phép kiểm tra động lực học và biến dạng không gian của toàn bộ tòa nhà:

  • Kiểm tra chuyển vị đỉnh: Chuyển vị ngang tại đỉnh công trình dưới tác dụng của tải trọng gió tiêu chuẩn theo hai phương X và Y được so sánh với giới hạn cho phép $[\Delta] = \frac{H}{500} = \frac{106.10}{500} = 0.2122\text{ m} = 212.2\text{ mm}$.
  • Kiểm tra chuyển vị lệch tầng: Chuyển vị lệch tầng tương đối giữa hai tầng liên tiếp ($\frac{\Delta_i}{h_i}$) do tải trọng gió thỏa mãn điều kiện $\le \frac{1}{500}$; do tải trọng động đất thỏa mãn điều kiện giới hạn quy định trong TCVN 9386:2012.
  • Kiểm tra hiệu ứng P-Delta: Hệ số độ nhạy góc xoay tầng $\theta$ tại tất cả các tầng đều nằm trong giới hạn cho phép $\theta \le 0.1$, khẳng định kết cấu không cần xét đến hiệu ứng phi tuyến hình học bậc hai P-Delta trong phân tích nội lực.
  • Kiểm tra ổn định chống lật: Tỷ số mômen giữ ổn định chống lật (do trọng lượng bản thân công trình) so với mômen gây lật (do tải trọng ngang gió và động đất) lớn hơn hệ số an toàn quy định $K_{cl} \ge 1.5$.

Chương 5: Thiết kế sàn tầng điển hình

Chương 5 trình bày chi tiết quy trình thiết kế bản sàn tầng căn hộ điển hình (tầng 6 đến 28) dày 150 mm bằng bê tông B30 và thép CB240-T/CB400-V:

  • Trích xuất biểu đồ mômen uốn theo dải phần tử Strip phương X và phương Y từ mô hình phân tích phần tử hữu hạn.
  • Tính toán diện tích cốt thép lớp trên (chịu mômen âm tại gối/dầm) và lớp dưới (chịu mômen dương tại nhịp).
  • Kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH II): Tính toán độ võng đàn hồi tức thời (ngắn hạn) và độ võng tích lũy dài hạn do co ngót, từ biến của bê tông dưới tác dụng của tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn dài hạn, đảm bảo độ võng tổng cộng $f \le [f] = \frac{L}{250} = \frac{9000}{250} = 36\text{ mm}$.
  • Tính toán kiểm tra bề rộng vết nứt ngắn hạn ($a_{crc,1}$) và dài hạn ($a_{crc,2}$), thỏa mãn điều kiện chống thấm và bảo vệ cốt thép $a_{crc} \le [a_{crc}] = 0.3\text{ mm}$ theo TCVN 5574:2018.

Chương 6: Thiết kế cầu thang tầng điển hình

Chương 6 thiết kế cầu thang bộ dạng 2 vế chữ U:

  • Kích thước hình học: Bậc thang rộng 300 mm, cao 150 mm; bản thang nghiêng và bản chiếu nghỉ bằng bê tông cốt thép B30, bề mặt lát đá Granito dày 20 mm.
  • Xác định tải trọng: Tĩnh tải bản thân, lớp vữa lót, đá Granito, gạch xây bậc và hoạt tải người đi lại $q^{tc} = 3.0\text{ kN/m}^2$ ($q^{tt} = 3.6\text{ kN/m}^2$).
  • Tính toán nội lực và bố trí cốt thép cho bản thang nghiêng, bản chiếu nghỉ, dầm đỡ cầu thang và dầm chiếu tới chịu uốn và cắt.

Chương 7: Thiết kế khung điển hình

Chương 7 thực hiện tính toán cấu kiện dầm và cột thuộc khung trục điển hình:

  • Thiết kế cột: Cột bê tông B35 được tính toán chịu nén uốn xiên theo cặp nội lực nguy hiểm nhất ($N, M_x, M_y$) trích xuất từ các tổ hợp tải trọng trong ETABS. Tính toán cốt thép dọc và bố trí cốt đai chịu cắt, kiểm tra hàm lượng cốt thép $\mu% \in [0.5%, 3.0%]$.
  • Thiết kế dầm: Dầm chính tiết diện $300 \times 700\text{ mm}$ và dầm phụ $200 \times 500\text{ mm}$ được tính cốt thép dọc chịu uốn theo mômen gối và mômen nhịp lớn nhất; tính cốt đai dày chịu lực cắt $Q_{max}$; kiểm tra khả năng chịu mômen xoắn kết hợp uốn - cắt cho dầm biên (B22).
  • Tính toán cốt treo: Tính toán và bố trí hệ cốt treo gia cường dạng đai bổ sung tại vị trí các dầm phụ (B60, B46) gác trực tiếp lên dầm chính để chống ứng suất kéo cục bộ gây phá hoại giật đứt liên kết.

Chương 8: Thiết kế vách và lõi thang

Chương 8 tính toán hệ thống vách phẳng và lõi buồng thang máy bằng bê tông B35 dày 400 mm:

  • Áp dụng phương pháp vùng biên chịu mômen: Chia tiết diện vách/lõi thành các phần tử dải đứng, xác định tọa độ trọng tâm hình học, trục quán tính chính và mômen quán tính.
  • Xác định nội lực tập trung ($N, M, Q$) tại chân vách (tầng 1) từ tổ hợp tải trọng nguy hiểm nhất (ví dụ: vách thứ 65).
  • Bố trí cốt thép dọc tập trung tại hai đầu biên vách để chịu kéo/nén do uốn và bố trí cốt thép phân bố thân vách dạng lưới 2 lớp kết hợp đai liên kết; tính cốt thép ngang chịu lực cắt trong mặt phẳng vách.

Chương 9: Thiết kế móng

Chương 9 trình bày phương án thiết kế móng sâu chịu tải trọng cho công trình 30 tầng:

  • Địa chất công trình: Thống kê 7 lớp đất khảo sát tại hiện trường, xác định chỉ tiêu cơ lý, hệ số nén lún và giá trị SPT $N$.
  • Lựa chọn phương án: So sánh các giải pháp móng nông, móng cọc ép và móng cọc khoan nhồi. Tác giả lựa chọn giải pháp móng cọc khoan nhồi đường kính D800 mm và D1400 mm, mũi cọc cắm sâu vào lớp đất tốt chịu lực (lớp cuội sỏi/cát chặt).
  • Tính toán sức chịu tải cọc đơn: Sức chịu tải tính toán theo vật liệu cọc $R_{vl}$ và sức chịu tải theo đất nền $R_{cu}$ (tính toán độc lập theo 3 phương pháp: chỉ tiêu cơ lý đất nền, cường độ đất nền và công thức SPT của Meyerhof/Viện Kiến trúc Nhật Bản). Sức chịu tải thiết kế cọc D1400 đạt trên $7500\text{ kN}$.
  • Thiết kế đài móng: Tính toán và kiểm tra móng cột điển hình MT1 và móng cụm lõi thang MLT. Kiểm tra ứng suất đáy móng khối quy ước, tính lún đàn hồi và lún cố kết của nền móng cọc, kiểm tra điều kiện chống đâm thủng (chọc thủng) đài cọc do cột/vách, kiểm tra khả năng chịu cắt của đài móng và tính cốt thép đài móng theo hai phương X, Y.

Chương 10: Thiết kế tường vây

Chương 10 giải quyết bài toán thi công phần ngầm sâu 2 tầng hầm (chiều sâu hố đào trên 7.0 m):

  • Giải pháp kết cấu: Sử dụng tường vây bê tông cốt thép đổ trong đất (Diaphragm Wall) dày 600 mm hoặc 800 mm kết hợp hệ thanh chống shoring hoặc neo trong đất (Ground Anchor).
  • Tính toán áp lực đất và nội lực: Xác định áp lực đất chủ động, áp lực đất bị động và áp lực thủy tĩnh tác dụng lên tường vây qua từng giai đoạn thi công đào đất (giai đoạn đào đất tầng hầm 1, thi công hệ neo tầng 1, đào đất tầng hầm 2, thi công sàn đáy).
  • Kiểm tra ổn định hố đào: Kiểm tra chiều sâu cắm tường vây trong đất chống xoay lật, kiểm tra ổn định chống trượt cung tròn và kiểm tra điều kiện chống trồi bùng đáy hố đào trong lớp đất sét yếu.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán kỹ thuật chính

  1. Về kiến trúc và kỹ thuật đô thị: Thiết lập hoàn chỉnh giải pháp kiến trúc cho công trình cao 110.60 m với 2 tầng hầm và 30 tầng nổi, tối ưu hóa công năng kết hợp giữa gara (2500 m²), trung tâm thương mại siêu thị (tầng 1-3), ẩm thực dịch vụ (tầng 4-5), không gian kỹ thuật/sinh hoạt cộng đồng và 23 tầng căn hộ gia đình.
  2. Về xác định tải trọng: Đồ án cập nhật quy chuẩn tải trọng mới TCVN 2737:2023, tính toán chi tiết thành phần động lực học của tải trọng gió cho công trình kết cấu mềm ($T_1 = 3.298\text{ s}$) tại dạng địa hình C với hệ số giật $G_f$, phản ánh đúng cơ chế tương tác khí động học của công trình thực tế.
  3. Về kết cấu phần thân: Xác định hệ kết cấu khung – lõi bê tông cốt thép là phương án tối ưu, đảm bảo các chỉ tiêu chuyển vị đỉnh ($\Delta \le H/500$), chuyển vị lệch tầng và ổn định P-Delta ($\theta \le 0.1$). Bố trí cốt thép hợp lý cho hệ dầm nhịp 9 m ($300 \times 700\text{ mm}$), bản sàn dày 150 mm thỏa mãn điều kiện võng dài hạn ($f \le 36\text{ mm}$) và vết nứt ($a_{crc} \le 0.3\text{ mm}$), cột nén uốn xiên và hệ vách lõi chịu lực cắt/uốn lớn.
  4. Về kết cấu phần ngầm: Hoàn thành thiết kế móng cọc khoan nhồi D800/D1400 cắm vào tầng chịu lực tốt và hệ thống tường trong đất đảm bảo an toàn ổn định chống trồi đáy và biến dạng hố đào 2 tầng hầm trong đô thị.

Đóng góp thực tiễn của đồ án

  • Đồ án là tài liệu kỹ thuật hoàn chỉnh tích hợp giữa việc cập nhật tiêu chuẩn tải trọng mới TCVN 2737:2023 vào quy trình mô hình hóa số trên phần mềm ETABS, giải quyết đồng bộ từ kết cấu phần thân đến kết cấu phần ngầm phức tạp.
  • Đề xuất quy trình tính toán phân chia dải Strip sàn và kiểm tra nứt võng phi tuyến theo TCVN 5574:2018, giúp sinh viên và kỹ sư thiết kế có tài liệu đối chiếu cụ thể giữa lý thuyết giải tích và phần mềm phần tử hữu hạn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Mô hình tính toán kết cấu phần thân và phần móng được tách rời tương đối (giả thiết ngàm cứng chân cột/vách tại mặt trên đài móng), chưa mô phỏng đồng thời bài toán tương tác động lực học phi tuyến giữa kết cấu – móng – đất nền (Soil-Structure Interaction - SSI).
    • Phân tích động đất mới dừng lại ở phương pháp phổ phản ứng dao động tuyến tính dạng đàn hồi theo TCVN 9386:2012, chưa thực hiện phân tích lịch sử thời gian phi tuyến (Nonlinear Time-History Analysis) hoặc phân tích đẩy dần (Pushover Analysis).
  • Hướng mở rộng:
    • Nghiên cứu ứng dụng mô hình tương tác kết cấu và đất nền liên tục để tối ưu hóa kích thước đài móng và phân phối lại nội lực chân cột.
    • Phân tích đánh giá hiệu quả kháng chấn phi tuyến của kết cấu khung - lõi khi chịu tác động của các trận động đất có gia tốc nền cực đại theo kịch bản rủi ro tại Hà Nội.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên ngành cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng / Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng: Dùng làm đồ án mẫu chuẩn mực cho đồ án tốt nghiệp kỹ sư công trình dân dụng và công nghiệp, đặc biệt ở khối lượng tính toán toàn diện (kiến trúc, tải trọng TCVN 2737:2023, sàn, khung, vách lõi, móng cọc khoan nhồi và tường vây hố đào).
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu công trình: Tham khảo quy trình thực hành tính toán tải trọng gió theo tiêu chuẩn mới TCVN 2737:2023 (phương pháp xác định hệ số $G_f$, các hệ số khí động dạng địa hình C) và phương pháp tính thép vách/lõi thang máy theo vùng biên chịu mômen.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình Chung cư cao cấp Văn Phú – Hà Đông có quy mô hình học và phân chia công năng các tầng như thế nào? Công trình thuộc cấp I, bậc chịu lửa bậc II, gồm 2 tầng hầm và 30 tầng thân với cao độ đỉnh mái đạt +110.60 m. Tầng hầm 1 và 2 làm gara đỗ xe (diện tích gara hầm 1 là 2500 m²); tầng 1 đến tầng 3 làm siêu thị thương mại (diện tích mỗi tầng từ 1463 m² đến 1771 m²); tầng 4 làm nhà hàng ẩm thực (1637 m²); tầng 5 bố trí thể thao, hội họp và giải khát; tầng kỹ thuật gồm phòng máy, kho và phòng sinh hoạt cộng đồng (336 m²); các tầng 6 đến 28 là các căn hộ ở khép kín. Chiều cao tầng điển hình là 3.4 m, tầng 1 cao 5.0 m và tầng 4 cao 5.5 m.

2. Đồ án áp dụng tiêu chuẩn tải trọng gió mới TCVN 2737:2023 với các thông số đầu vào cụ thể nào? Công trình đặt tại Hà Nội thuộc Vùng áp lực gió II với giá trị áp lực gió cơ sở $W_0 = 0.8094\text{ kN/m}^2$, dạng địa hình C ($z_g = 365.0\text{ m}$, $z_{min} = 10\text{ m}$, $\alpha = 0.22$). Với chiều cao công trình 106.10 m và chu kỳ dao động riêng thứ nhất $T_1 = 3.298\text{ s} > 1.0\text{ s}$ ($n_1 = 0.303\text{ Hz}$), công trình được tính toán theo mô hình kết cấu mềm với hệ số giật $G_f$ (độ rối $I(z_s) = 0.231$, vận tốc gió trung bình $V(z_s)_{3600,50} = 26.37\text{ m/s}$, hệ số đỉnh $g_R = 3.864$, hệ số cộng hưởng $R = 0.373$) và hệ số độ tin cậy tải trọng gió $\gamma_f = 2.1$.

3. Hệ kết cấu chịu lực chính của tòa nhà được lựa chọn là gì và kích thước sơ bộ các cấu kiện ra sao? Tác giả lựa chọn hệ kết cấu khung – lõi bê tông cốt thép toàn khối (sơ đồ khung giằng). Bản sàn chọn dày đồng nhất $h_s = 150\text{ mm}$ cho ô lưới $9 \times 9\text{ m}$. Dầm chính chọn tiết diện $300 \times 700\text{ mm}$, dầm phụ $200 \times 500\text{ mm}$. Cột chịu lực thay đổi tiết diện theo 3 phân đoạn chiều cao. Vách phẳng và lõi buồng thang máy chọn chiều dày $b_v = 400\text{ mm}$ thỏa mãn điều kiện $b_v \ge \max(0.15\text{ m}; H_t/20)$ với tầng cao nhất 5.5 m.

4. Giải pháp cấp nước sinh hoạt và phòng cháy chữa cháy của công trình được tính toán với dung tích bể chứa bao nhiêu? Nguồn cấp nước từ mạng lưới bên ngoài cấp vào bể nước ngầm dung tích 485 m³ (chứa cả nước sinh hoạt và dự trữ PCCC), kết hợp bể nước mái dung tích 124 m³. Theo tính toán PCCC theo TCVN 2622:1995 với 3 họng phun đồng thời tại 1 điểm, lưu lượng $2.5\text{ l/s}$ trong thời gian 3 giờ, lượng nước chữa cháy dự trữ yêu cầu là $W = 3 \times 3600 \times 2.5 \times 3 = 81000\text{ lít} = 81\text{ m}^3$, hoàn toàn đáp ứng bởi dung tích bể mái 124 m³.

5. Phương án kết cấu nền móng và hố đào tầng hầm được lựa chọn trong đồ án là gì? Phương án nền móng là móng cọc khoan nhồi đường kính D800 mm và D1400 mm cắm sâu vào lớp đất chịu lực tốt, đài cọc bê tông cốt thép B30 được kiểm tra khả năng chịu nén, chống chọc thủng, cắt và lún cố kết. Phần ngầm gồm 2 tầng hầm sâu trên 7.0 m được bảo vệ bằng giải pháp tường vây bê tông trong đất (Diaphragm Wall) kết hợp hệ giằng chống/neo đất, đảm bảo ổn định tổng thể và chống trồi bùng đáy hố đào.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Chung cư cao cấp Văn Phú – Hà Đông" của sinh viên Nguyễn Thành Tài là một công trình học thuật và thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh, thể hiện phương pháp làm việc chặt chẽ của kỹ sư xây dựng công trình cao tầng. Điểm nổi bật của đề tài là việc cập nhật kịp thời tiêu chuẩn tải trọng và tác động mới TCVN 2737:2023 vào mô hình phân tích kết cấu không gian 3D trên phần mềm ETABS kết hợp kiểm tra độ võng nứt theo TCVN 5574:2018. Toàn bộ các hạng mục từ giải pháp kiến trúc, kết cấu phần thân (sàn, dầm, cột, vách lõi) đến kết cấu phần ngầm (móng cọc khoan nhồi, tường vây chắn đất) đều được tính toán nhất quán, đáp ứng các yêu cầu về an toàn chịu lực, độ ổn định và tính khả thi trong thi công thực tế.