Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trước thực trạng đô thị hóa và tốc độ tăng trưởng dân số nhanh chóng tại các đô thị lớn ở Việt Nam, nhu cầu về nhà ở trở thành một trong những vấn đề an sinh cấp thiết. Trong bối cảnh quỹ đất đô thị ngày càng khan hiếm và giá trị bất động sản tăng cao, việc phát triển các dự án chung cư cao tầng kết hợp quy hoạch khu dân cư đồng bộ là giải pháp tối ưu nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng đất, đáp ứng cơ sở hạ tầng và tạo diện mạo kiến trúc hiện đại cho thành phố. Đề tài đồ án tốt nghiệp kỹ sư ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng thực hiện nhiệm vụ thiết kế công trình "Chung cư Lapaz Đà Nẵng", giải quyết toàn diện các bài toán từ kiến trúc, kết cấu chịu lực đến biện pháp kỹ thuật thi công.
Mục tiêu chính của đề tài là ứng dụng các quy chuẩn, tiêu chuẩn xây dựng hiện hành để tính toán, thiết kế một công trình nhà cao tầng bê tông cốt thép toàn khối hoạt động an toàn dưới tác động của tải trọng đứng (tĩnh tải, hoạt tải) và tải trọng ngang (gió tĩnh, gió động, động đất), đồng thời lập giải pháp thi công phần móng sâu phù hợp với điều kiện địa chất công trình.
Nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được xác định theo 3 mảng nội dung chính:
- Kiến trúc: Thể hiện và phân tích các giải pháp mặt bằng, mặt cắt, giao thông đứng, giao thông ngang cùng hệ thống hạ tầng kỹ thuật phụ trợ; hoàn thành 05 bản vẽ kiến trúc khổ A1.
- Kết cấu: Lựa chọn giải pháp kết cấu phần thân và phần móng; mô hình hóa, phân tích nội lực và thiết kế cốt thép sàn tầng điển hình (sử dụng phần mềm SAFE); tính toán và thiết kế kết cấu cầu thang bộ 2 vế; mô hình hóa không gian hệ kết cấu khung - vách - lõi chịu lực (sử dụng phần mềm ETABS), kiểm tra các điều kiện về trạng thái giới hạn thứ hai (chuyển vị đỉnh, chuyển vị lệch tầng, hiệu ứng P-Delta, gia tốc đỉnh), tính toán cốt thép dọc và cốt đai cho dầm, cột khung trục điển hình; tính toán sức chịu tải cọc và thiết kế móng cọc khoan nhồi (đài móng M1, M2, móng lõi thang); hoàn thành 13 bản vẽ kết cấu khổ A1.
- Thi công: Lập biện pháp kỹ thuật, quy trình công nghệ và tổ chức thi công cọc khoan nhồi, tính toán khối lượng, thời gian, bố trí máy móc và nhân lực thi công; hoàn thành 01 bản vẽ thi công khổ A1.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Công trình Chung cư Lapaz Đà Nẵng, thuộc loại công trình dân dụng cấp II (theo quy định tại Phụ lục II - Thông tư số 07/2019/TT-BXD).
- Phạm vi không gian: Địa điểm xây dựng tại số 38 đường Nguyễn Chí Thanh, phường Thạch Thang, quận Hải Châu, thành phố Đà Nẵng. Quy mô công trình gồm 20 tầng (1 tầng hầm, 1 tầng trệt, 17 tầng lầu bao gồm tầng 18 là căn hộ Penthouse, 1 tầng sân thượng và 1 tầng mái), tổng chiều cao công trình là 70,0 m (tính từ cốt ±0.000), diện tích xây dựng là 800 m².
- Phạm vi thời gian: Đồ án được thực hiện trong khuôn khổ học kỳ 1 năm học 2022–2023, từ ngày 01/09/2022 đến ngày 04/02/2023.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Cơ sở pháp lý và tiêu chuẩn áp dụng
Quá trình tính toán, thiết kế kết cấu và lập biện pháp thi công trong đồ án tuân thủ hệ thống văn bản quy phạm pháp luật và tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng Việt Nam:
- Cơ sở pháp lý: Nghị định số 15/2021/NĐ-CP của Chính phủ về quản lý dự án đầu tư xây dựng; Nghị định số 06/2021/NĐ-CP về quản lý chất lượng và bảo trì công trình xây dựng; Thông tư số 07/2019/TT-BXD về phân cấp công trình xây dựng.
- Tiêu chuẩn tải trọng và tác động: TCVN 2737:1995 (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 tải trọng động đất).
- Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu và nền móng: TCVN 5574:2018 / TCVN 5574:2012 (Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép toàn khối – Tiêu chuẩn thiết kế); TCXDVN 323:2004 (Nhà cao tầng – Tiêu chuẩn thiết kế); TCVN 9362:2012 (Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình); TCVN 10304:2014 (Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế).
- Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu: TCVN 9393:2012 và các quy chuẩn thi công, nghiệm thu cọc khoan nhồi, cọc ép ly tâm hiện hành.
Phương pháp nghiên cứu và công cụ xử lý
- Phương pháp phân tích - tổng hợp lý thuyết: Thu thập, phân tích hồ sơ kiến trúc, tài liệu khảo sát địa chất công trình tại quận Hải Châu, Đà Nẵng để xác lập các thông số cơ lý của các lớp đất nền, mực nước ngầm và số búa thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT).
- Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) và mô hình hóa số:
- Sử dụng phần mềm SAFE để thiết lập mô hình bản sàn tầng điển hình, xác định chuyển vị võng và trường nội lực mô-men uốn theo hai phương ($M_x, M_y$) nhằm bố trí thép sàn.
- Sử dụng phần mềm ETABS để mô hình hóa không gian 3 chiều (3D) toàn bộ kết cấu chịu lực của tòa nhà; phân tích dao động riêng (modal analysis) để xác định chu kỳ dao động riêng $T_i$, tần số dao động $f_i$ và dạng dao động (mode shapes), làm cơ sở tính toán tải trọng gió động và phổ phản ứng động đất.
- Phương pháp thiết kế theo Trạng thái giới hạn (TTGH):
- Trạng thái giới hạn 1 (TTGH I): Tính toán cường độ, độ bền chịu uốn của dầm, sàn; độ bền chịu nén uốn lệch tâm xiên của cột; kiểm tra khả năng chịu lực cắt, nén thủng và sức chịu tải của cọc, đài móng.
- Trạng thái giới hạn 2 (TTGH II): Kiểm tra biến dạng độ võng của sàn, chuyển vị ngang tại đỉnh công trình ($u_{max} \le H/500$), chuyển vị lệch tầng tương đối giữa các tầng kế cận ($\Delta u/h \le 1/500$), gia tốc đỉnh và hiệu ứng uốn dọc uốn ngang bậc hai (P-Delta).
Nguồn dữ liệu
- Dữ liệu khảo sát địa chất công trình tại vị trí 38 Nguyễn Chí Thanh, Hải Châu, Đà Nẵng.
- Bản đồ phân vùng gió theo TCVN 2737:1995: Thành phố Đà Nẵng thuộc vùng áp lực gió II-B với giá trị áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 95\text{ daN/m}^2$ ($0,95\text{ kN/m}^2$), dạng địa hình đón gió loại C.
- Dữ liệu gia tốc nền động đất theo TCVN 9386:2012: Địa bàn xây dựng có cấp động đất tính toán là cấp VII theo thang MSK-64, nền đất thuộc loại C, gia tốc nền thiết kế cực hạn $a_g = 0,987\text{ m/s}^2$ ($a_{gR} = 0,1006g$), hệ số tầm quan trọng $\gamma_I = 1,0$.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan về kiến trúc công trình
Chương này mô tả chi tiết vị trí, điều kiện tự nhiên, công năng và các giải pháp kiến trúc của Chung cư Lapaz Đà Nẵng:
- Quy mô và công năng: Tòa nhà cao 70,0 m, gồm 20 tầng (1 hầm, 1 trệt, 17 tầng lầu, 1 sân thượng, 1 tầng mái), diện tích sàn xây dựng $800\text{ m}^2$. Tầng trệt cao 4,0 m, các tầng điển hình cao 3,3 m (chiều cao thông thủy 2,8 m). Mặt bằng căn hộ thiết kế theo dạng đối xứng, bố trí cụm lõi thang máy và thang bộ thoát hiểm ở khu vực trung tâm.
- Giao thông và kỹ thuật: Giao thông ngang sử dụng hành lang giữa rộng 1,8 m; giao thông đứng gồm 01 cầu thang bộ 2 vế và 02 thang máy chở khách. Hệ thống cấp điện sử dụng mạng 3 pha 380/220V, tần số 50Hz; hệ thống cấp nước từ bể chứa qua ống thép tráng kẽm; hệ thống thoát nước mưa riêng biệt với nước thải sinh hoạt (qua bể tự hoại); hệ thống phòng cháy chữa cháy trang bị họng nước vách tường và mỗi tầng có 02 bình chữa cháy CO2 MFZ4 (loại 4kg); rác thải gom qua ống thoát rác về phòng chứa rác tại tầng hầm.
Chương 2: Phương án thiết kế kết cấu
Tác giả so sánh ưu, nhược điểm của các hệ kết cấu chịu lực phương đứng (khung thuần, khung - vách, ống lõi) và phương ngang (sàn sườn dầm bản, sàn không dầm nấm, sàn ứng lực trước, sàn BubbleDeck), từ đó lựa chọn:
- Giải pháp phần thân: Hệ kết cấu khung bê tông cốt thép toàn khối chịu toàn bộ tải trọng đứng và tải trọng ngang.
- Giải pháp sàn: Hệ sàn dầm bê tông cốt thép toàn khối (sàn sườn) dày $h_s = 150\text{ mm}$ (xác định dựa trên ô bản lớn nhất kích thước $9,188\text{ m} \times 8,0\text{ m}$ theo công thức bản kê 4 cạnh).
- Vật liệu sử dụng:
- Bê tông cấp độ bền B30: Cường độ chịu nén tính toán $R_b = 17\text{ MPa}$, cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1,15\text{ MPa}$, mô-đun đàn hồi $E_b = 3,25 \times 10^4\text{ MPa}$.
- Cốt thép loại CB300-T (đường kính $\phi < 10\text{ mm}$ dùng cho sàn): $R_s = R_{sc} = 260\text{ MPa}$, $R_{sw} = 210\text{ MPa}$.
- Cốt thép loại CB400-V (đường kính $\phi \ge 10\text{ mm}$ dùng cho dầm, cột, vách, móng): $R_s = R_{sc} = 350\text{ MPa}$, $R_{sw} = 280\text{ MPa}$.
- Sơ bộ tiết diện cấu kiện: Dầm chính chọn kích thước $300 \times 800\text{ mm}$; dầm phụ chọn $200 \times 500\text{ mm}$; tiết diện cột phân bố từ $300 \times 300\text{ mm}$ (cột phụ/biên đỉnh) đến $800 \times 800\text{ mm}$ (cột trục A, F chịu tải trọng lớn nhất với lực dọc $N_{tt}$ lên tới $9860,1\text{ kN}$).
| Tên cấu kiện |
Vị trí / Ký hiệu |
Kích thước tiết diện ($B \times H$) |
| Bản sàn điển hình |
Sàn các tầng 1 đến 18, sân thượng |
Chiều dày $h_s = 150\text{ mm}$ |
| Dầm chính |
Hệ dầm khung chịu lực chính |
$300 \times 800\text{ mm}$ |
| Dầm phụ |
Dầm chia ô sàn, dầm môi |
$200 \times 500\text{ mm}$ |
| Cột tầng dưới |
COT-A1, COT-F1, COT-B2, COT-B3 |
$700 \times 700\text{ mm} \div 800 \times 800\text{ mm}$ |
| Cột tầng trung gian |
COT-C1, COT-B1, COT-A4, COT-B4 |
$600 \times 600\text{ mm} \div 700 \times 700\text{ mm}$ |
| Cột nhỏ / Cột biên |
COT-D3, COT-D2a, COT-D2b, COT-BC |
$300 \times 300\text{ mm} \div 500 \times 500\text{ mm}$ |
Chương 3: Tải trọng và tác động
Chương 3 thiết lập các bảng số liệu chi tiết về tĩnh tải, hoạt tải và phân tích động lực học công trình:
- Tĩnh tải ($g_s$): Tĩnh tải cấu tạo sàn tầng điển hình là $1,08\text{ kN/m}^2$; sàn mái là $1,782\text{ kN/m}^2$; sàn vệ sinh và ban công là $6,925\text{ kN/m}^2$ (do có thêm lớp bê tông gạch vỡ dày 244 mm và vữa tạo dốc dày 50 mm); tĩnh tải tường xây dày 100 mm và 200 mm trên dầm, trên sàn dao động từ $5,0\text{ kN/m}$ đến $14,7\text{ kN/m}$.
- Hoạt tải ($p_s$): Hoạt tải tính toán phòng căn hộ $1,95\text{ kN/m}^2$; khu vực sảnh, hành lang, cầu thang $1,60\text{ kN/m}^2$; khu vệ sinh $1,95\text{ kN/m}^2$; mái bằng không sử dụng $0,30\text{ kN/m}^2$.
- Tải trọng gió (TCXD 229:1999): Vì công trình cao $70\text{ m} > 40\text{ m}$, tải trọng gió được tính toán gồm thành phần tĩnh và thành phần động.
- Gió tĩnh được quy đổi thành tải phân bố tác dụng lên dầm biên các tầng đón gió và hút gió.
- Gió động được tính toán dựa trên phân tích dao động riêng từ ETABS: Tần số giới hạn $f_L = 1,1\text{ Hz}$. Mode 1 có chu kỳ $T_1 = 3,16\text{ s}$ ($f_1 = 0,316\text{ Hz} < f_L$, dạng dao động tịnh tiến theo phương X) dùng để tính gió động phương X; Mode 3 có chu kỳ $T_3 = 2,435\text{ s}$ ($f_3 = 0,411\text{ Hz} < f_L$, dạng dao động tịnh tiến theo phương Y) dùng để tính gió động phương Y. Lực gió động được gán tập trung vào tâm khối lượng từng tầng.
- Tải trọng động đất (TCVN 9386:2012): Tính toán theo phương pháp phổ phản ứng đàn hồi dạng dao động với nền đất loại C ($S = 1,15; T_B = 0,20\text{ s}; T_C = 0,60\text{ s}; T_D = 2,0\text{ s}$), hệ số ứng xử $q = 3,9$.
| Tầng |
Cao độ $z_j$ (m) |
Gió tĩnh phương X (kN) |
Gió động phương X (kN) |
Gió tĩnh phương Y (kN) |
Gió động phương Y (kN) |
| Tầng 2 |
6,5 |
158,23 |
17,54 |
176,85 |
16,79 |
| Tầng 5 |
17,6 |
103,57 |
35,07 |
115,76 |
33,58 |
| Tầng 8 |
27,5 |
116,51 |
66,89 |
130,22 |
64,05 |
| Tầng 11 |
37,4 |
127,48 |
83,62 |
142,48 |
96,07 |
| Tầng 14 |
47,3 |
136,16 |
100,34 |
152,18 |
112,08 |
| Tầng 17 |
57,2 |
143,17 |
113,73 |
160,01 |
140,00 |
| Sân thượng |
63,8 |
167,73 |
101,61 |
187,46 |
121,61 |
| Mái cao |
70,0 |
14,43 |
5,30 |
17,13 |
6,98 |
Chương 4: Thiết kế sàn điển hình
Sử dụng phần mềm SAFE để mô hình hóa toàn bộ mặt bằng sàn sườn tầng điển hình:
- Khai báo các lớp tải trọng tác dụng: Tĩnh tải bản thân sàn ($h_s = 150\text{ mm}$), tĩnh tải các lớp hoàn thiện, tải trọng tường xây trực tiếp trên bản sàn và hoạt tải sử dụng theo từng phòng chức năng.
- Phân tích chuyển vị: Kiểm tra độ võng đàn hồi và độ võng dài hạn của các ô sàn, đảm bảo giá trị chuyển vị nằm trong giới hạn cho phép ($f \le L/250$).
- Trích xuất biểu đồ mô-men uốn $M_x, M_y$ theo hai phương tại các dải Strip (dải trên gối dầm và dải giữa nhịp), từ đó tính toán diện tích cốt thép yêu cầu $A_s$ và bố trí thép sàn bằng thép CB300-T dạng lưới $\phi 8 \div \phi 10$.
Chương 5: Thiết kế kết cấu cầu thang bộ
Thiết kế chi tiết cụm cầu thang bộ thoát hiểm 2 vế dạng bản dầm bê tông cốt thép:
- Sơ bộ chiều dày bản thang và bản chiếu nghỉ; xác định góc nghiêng bản thang.
- Tính toán tải trọng tác dụng lên vế thang gồm tĩnh tải bậc xây gạch, bản bê tông nghiêng, lớp trát, tay vịn và hoạt tải người đi lại ($p = 3,0\text{ kN/m}^2$).
- Lập sơ đồ tính bản thang dạng dầm đơn giản kê lên dầm chiếu tới và dầm chiếu nghỉ; tính toán cốt thép chịu uốn cho bản thang, bản chiếu tới; kiểm tra khả năng chịu cắt của tiết diện bê tông.
- Tính toán kết cấu dầm chiếu nghỉ và dầm chiếu tới: Xác định mô-men uốn và lực cắt, tính toán bố trí cốt thép dọc chịu lực và cốt đai chống cắt.
Chương 6: Thiết kế khung điển hình
Mô hình hóa không gian toàn bộ công trình trong ETABS và tiến hành kiểm tra hai nhóm trạng thái giới hạn:
- Kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH II):
- Kiểm tra độ mảnh và hiệu ứng P-Delta theo hai phương uốn dọc, uốn ngang.
- Kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình dưới tác dụng của tải trọng gió và động đất, đối chiếu điều kiện $u_{max} \le H/500 = 70000/500 = 140\text{ mm}$.
- Kiểm tra chuyển vị lệch tầng giữa các tầng liền kề, đảm bảo $\Delta u / h \le 1/500$.
- Kiểm tra gia tốc dao động tại đỉnh công trình nhằm đảm bảo tiện nghi sinh hoạt cho người sử dụng.
- Tính toán thiết kế theo trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGH I):
- Tổ hợp tải trọng cơ bản và tổ hợp đặc biệt (có động đất) để tìm bao nội lực ($M_{max}, M_{min}, N_{tuongung}, Q_{max}$).
- Thiết kế cốt thép dầm tầng điển hình: Tính toán diện tích cốt thép dọc lớp trên (tại gối) và cốt thép dọc lớp dưới (tại nhịp); tính toán cốt đai chịu lực cắt và cốt treo tại các vị trí giao dầm phụ.
- Thiết kế cột khung trục A và khung trục 1: Tính toán cốt thép dọc chịu nén uốn lệch tâm xiên theo biểu đồ tương tác hoặc phương pháp gần đúng; tính toán cốt đai gia cường chống nở ngang và chịu cắt.
Chương 7: Thiết kế móng cho công trình
Chương 7 giải quyết bài toán nền móng công trình dựa trên số liệu địa chất tại hiện trường:
- Đánh giá địa chất: Đất nền gồm nhiều lớp trầm tích Đệ Tứ xen kẽ sét pha, cát pha và cuội sỏi, lớp chịu lực tốt nằm ở tầng sâu.
- Lựa chọn phương án móng: Áp dụng phương án móng cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đổ tại chỗ ngàm vào tầng đất tốt.
- Tính toán sức chịu tải của cọc đơn ($R_{cd}$):
- Sức chịu tải theo độ bền vật liệu bê tông cốt thép ($R_v$).
- Sức chịu tải theo các chỉ tiêu cơ lý và cường độ của đất nền ($R_ đất$).
- Sức chịu tải theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn ($R_{SPT}$).
- Lựa chọn sức chịu tải thiết kế cho phép của cọc sau khi áp dụng các hệ số an toàn $\gamma_R$.
- Thiết kế chi tiết đài móng:
- Bố trí lưới cọc và xác định kích thước hình học đài móng M1 (cột đơn), M2 (cột đôi/cột biên) và móng cụm lõi thang máy.
- Kiểm tra lực tác dụng lên đầu từng cọc ($P_{max} \le 1,2 R_{cd}; P_{tb} \le R_{cd}; P_{min} \ge 0$).
- Kiểm tra điều kiện ổn định của nền đất dưới khối móng quy ước; tính toán độ lún của móng khối quy ước ($S \le S_{gh} = 8\text{ cm}$).
- Kiểm tra độ bền xuyên thủng của đài móng do tác dụng của cột và phản lực đầu cọc.
- Tính toán diện tích cốt thép đáy đài móng theo hai phương chịu mô-men uốn.
Chương 8: Biện pháp thi công cọc khoan nhồi
Trình bày giải pháp tổ chức và biện pháp kỹ thuật thi công móng cọc khoan nhồi:
- Trình tự công nghệ: Định vị tim móng $\rightarrow$ Khoan hạ ống vách dẫn hướng $\rightarrow$ Khoan tạo lỗ lấy đất kết hợp bơm dung dịch giữ thành hố khoan (Bentonite / Polymer) $\rightarrow$ Thổi rửa, xử lý cặn lắng đáy hố khoan $\rightarrow$ Hạ lồng cốt thép $\rightarrow$ Lắp đặt ống đổ bê tông Tremie $\rightarrow$ Đổ bê tông bằng phương pháp rút ống $\rightarrow$ Nhổ ống vách và nghiệm thu cọc.
- Tổ chức thi công và nhân sự: Tính toán chi tiết khối lượng vật liệu cho 01 cọc (thể tích bê tông B30, khối lượng thép CB400-V, dung dịch Bentonite); xác định chu kỳ thời gian hoàn thành 01 cọc; lựa chọn tổ hợp thiết bị máy móc (máy khoan gầu xoay, cẩu phục vụ, máy trộn/bơm bentonite, trạm trộn bê tông, máy phát điện) và lập bảng phân công biểu đồ nhân công thi công trên công trường.
Kết quả và đóng góp
Kết quả tính toán kỹ thuật chính
Đồ án đã đưa ra các kết quả thiết kế định lượng hoàn chỉnh cho Chung cư Lapaz Đà Nẵng:
- Về giải pháp kiến trúc: Thiết kế hoàn chỉnh tổ chức không gian cho tòa nhà cao tầng diện tích sàn $800\text{ m}^2$, chiều cao $70,0\text{ m}$, quy mô 20 tầng với đầy đủ giải pháp giao thông, thoát hiểm và hệ thống kỹ thuật phụ trợ.
- Về vật liệu kết cấu: Áp dụng bê tông cấp độ bền B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$), thép sàn CB300-T ($R_s = 260\text{ MPa}$), thép khung dầm cột CB400-V ($R_s = 350\text{ MPa}$).
- Về thông số động lực học và tải trọng:
- Tần số dao động cơ bản của công trình: Phương X có $T_1 = 3,16\text{ s}, f_1 = 0,316\text{ Hz}$; Phương Y có $T_3 = 2,435\text{ s}, f_3 = 0,411\text{ Hz}$. Cả hai phương đều có $f < f_L = 1,1\text{ Hz}$, đòi hỏi phải kể đến thành phần động của tải trọng gió do xung vận tốc và lực quán tính.
- Phổ thiết kế động đất: Gia tốc nền $a_g = 0,987\text{ m/s}^2$, hệ số dẻo ứng xử của khung bê tông cốt thép $q = 3,9$.
- Về cấu kiện phần thân: Xác định chiều dày sàn $150\text{ mm}$; kích thước dầm chính $300 \times 800\text{ mm}$, dầm phụ $200 \times 500\text{ mm}$; hệ cột khung tiết diện $300 \times 300\text{ mm} \div 800 \times 800\text{ mm}$ đảm bảo an toàn chịu lực và thỏa mãn chuyển vị lệch tầng, chuyển vị đỉnh $u_{max} \le 140\text{ mm}$.
- Về kết cấu móng và thi công: Xác lập phương án móng cọc khoan nhồi chịu lực vào tầng đất tốt; thiết kế hoàn chỉnh đài cọc M1, M2, đài lõi thang và quy trình công nghệ thi công chi tiết cho 01 cọc khoan nhồi.
Đóng góp của đề tài
- Đồ án hệ thống hóa quy trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho công trình nhà ở cao tầng (20 tầng, cao 70m) xây dựng tại khu vực duyên hải miền Trung (Đà Nẵng) – nơi có đặc thù chịu tải trọng gió bão lớn (vùng gió II-B) và yêu cầu tính toán kháng chấn (cấp động đất VII).
- Ứng dụng đồng bộ các công cụ tính toán kết cấu hiện đại (ETABS, SAFE) kết hợp với các tiêu chuẩn xây dựng cập nhật của Việt Nam (TCVN 5574, TCVN 2737, TCXD 229, TCVN 9386), tạo ra bộ tài liệu thiết kế gồm 01 thuyết minh và 19 bản vẽ kỹ thuật A1 đạt chuẩn thực hành nghề nghiệp.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế
- Phạm vi tính toán cấu kiện: Do khối lượng thực hiện của một đồ án tốt nghiệp đại học, tác giả tập trung tính toán chi tiết cho các cấu kiện điển hình (sàn tầng điển hình, cầu thang bộ 2 vế, khung trục A, khung trục 1, đài móng M1, M2 và móng lõi thang), chưa thực hiện thiết kế chi tiết toàn bộ các khung trục phi điển hình khác của công trình.
- Phương pháp phân tích tải trọng gió: Việc phân tích tải trọng gió động áp dụng phương pháp giải tích quy đổi công trình về hệ console tương đương kết hợp trích xuất mode dao động từ ETABS theo tiêu chuẩn TCXD 229:1999; chưa thực hiện thí nghiệm mô hình hầm gió (wind tunnel test) để khảo sát hiện tượng xoáy khí động và áp lực cục bộ lên bề mặt vỏ bao che công trình cao tầng.
- Phân tích động đất: Phân tích động đất dừng ở phương pháp phổ phản ứng đàn hồi dạng dao động (Response Spectrum Analysis), chưa tiến hành phân tích lịch sử thời gian phi tuyến (Nonlinear Time-History Analysis) hoặc phân tích đẩy dần (Pushover Analysis) để đánh giá mức độ phá hoại dẻo của kết cấu khi chịu động đất mạnh.
Hướng phát triển
- Mở rộng phân tích bài toán tương tác động học giữa đất nền - móng - kết cấu công trình (Soil-Structure Interaction - SSI) nhằm đánh giá chính xác hơn dao động của tòa nhà trên nền móng cọc khoan nhồi.
- Nghiên cứu ứng dụng các giải pháp vật liệu mới như bê tông cường độ cao (HSC/HPC) hoặc hệ sàn bóng BubbleDeck, sàn dầm ứng lực trước căng sau để tối ưu hóa không gian kiến trúc và giảm tĩnh tải công trình.
Giá trị tham khảo
Tài liệu đồ án tốt nghiệp "Chung cư Lapaz Đà Nẵng" mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho các đối tượng:
- Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng / CNKT Công trình Xây dựng: Nguồn tài liệu mẫu tham khảo toàn diện về cấu trúc, phương pháp tính toán và trình bày đồ án tốt nghiệp công trình nhà cao tầng bê tông cốt thép từ 15 đến 25 tầng.
- Kỹ sư thiết kế kết cấu công trình: Tham khảo quy trình chi tiết về việc tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCXD 229:1999 (bài toán có $f < f_L$), quy trình trích xuất phổ động đất theo TCVN 9386:2012 và phương pháp kiểm tra các trạng thái giới hạn sử dụng (P-Delta, chuyển vị lệch tầng, chuyển vị đỉnh) trong phần mềm ETABS.
- Cán bộ kỹ thuật thi công móng: Tham khảo quy trình công nghệ, tính toán khối lượng vật tư và tổ chức thiết bị nhân lực cho công tác thi công cọc khoan nhồi đô thị.
Câu hỏi thường gặp
1. Quy mô hình học và phân cấp công trình của Chung cư Lapaz Đà Nẵng được quy định như thế nào?
Công trình là công trình dân dụng cấp II (theo Thông tư 07/2019/TT-BXD), gồm 20 tầng (1 tầng hầm, 1 tầng trệt cao 4,0 m, 17 tầng lầu cao 3,3 m, 1 sân thượng và 1 tầng mái), tổng chiều cao xây dựng là 70,0 m tính từ cốt ±0.000, diện tích xây dựng là $800\text{ m}^2$.
2. Tại sao công trình phải tính toán cả thành phần tĩnh và thành phần động của tải trọng gió?
Theo quy định tại mục 1.2 tiêu chuẩn TCXD 229:1999, các công trình có chiều cao lớn hơn 40 m bắt buộc phải tính toán cả thành phần tĩnh và thành phần động của tải trọng gió. Tòa nhà Chung cư Lapaz Đà Nẵng có chiều cao 70 m ($> 40\text{ m}$), tần số dao động riêng cơ bản là $f_1 = 0,316\text{ Hz}$ (phương X) và $f_3 = 0,411\text{ Hz}$ (phương Y), đều nhỏ hơn tần số dao động riêng giới hạn $f_L = 1,1\text{ Hz}$ (vùng gió II-B, độ giảm loga $\delta = 0,3$), do đó thành phần động của tải gió phải kể đến cả tác dụng của xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình.
3. Cấp độ bền của bê tông và các nhóm cốt thép sử dụng trong thiết kế có thông số cơ lý ra sao?
Công trình sử dụng bê tông cấp độ bền B30 với cường độ chịu nén tính toán $R_b = 17\text{ MPa}$, cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1,15\text{ MPa}$, mô-đun đàn hồi $E_b = 32.500\text{ MPa}$. Cốt thép bản sàn sử dụng loại CB300-T ($\phi < 10\text{ mm}$) có cường độ $R_s = R_{sc} = 260\text{ MPa}$, $R_{sw} = 210\text{ MPa}$. Cốt thép chịu lực khung, dầm, cột, móng sử dụng loại CB400-V ($\phi \ge 10\text{ mm}$) có cường độ $R_s = R_{sc} = 350\text{ MPa}$, $R_{sw} = 280\text{ MPa}$.
4. Kích thước tiết diện sơ bộ của các cấu kiện chịu lực chính được lựa chọn như thế nào?
Bản sàn tầng điển hình chọn chiều dày $h_s = 150\text{ mm}$. Hệ dầm chính có kích thước tiết diện $300 \times 800\text{ mm}$, dầm phụ có kích thước $200 \times 500\text{ mm}$. Tiết diện cột khung thay đổi theo tải trọng dọc tích lũy, phân bố từ $300 \times 300\text{ mm}$ (cột phụ COT-BC, COT-D2a) đến $800 \times 800\text{ mm}$ (cột chịu lực lớn COT-A1 với lực dọc tính toán $N_{tt} = 9860,1\text{ kN}$).
5. Các tham số đầu vào chính để tính toán tải trọng động đất theo TCVN 9386:2012 trong đồ án gồm những gì?
Công trình xây dựng tại quận Hải Châu, Đà Nẵng có cấp động đất cấp VII (thang MSK-64), nền đất loại C ($S = 1,15; T_B = 0,20\text{ s}; T_C = 0,60\text{ s}; T_D = 2,0\text{ s}$), gia tốc nền thiết kế cực hạn $a_g = 0,987\text{ m/s}^2$ ($a_{gR} = 0,1006g$), hệ số tầm quan trọng công trình $\gamma_I = 1,0$ (công trình cấp II) và hệ số ứng xử dẻo của kết cấu khung bê tông cốt thép $q = 3,9$.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Chung cư Lapaz Đà Nẵng" của sinh viên Nguyễn Bình An là công trình nghiên cứu và thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một tòa nhà chung cư cao tầng quy mô 20 tầng, chiều cao 70 m tại thành phố Đà Nẵng. Bản thuyết minh đã giải quyết mạch lạc ba phần nội dung cốt lõi gồm thiết kế kiến trúc công năng, tính toán kết cấu bê tông cốt thép toàn khối chịu tác động phức hợp của tải trọng đứng, tải trọng gió động và động đất, cùng với biện pháp kỹ thuật thi công móng cọc khoan nhồi. Các kết quả tính toán được kiểm tra chặt chẽ theo hai trạng thái giới hạn thông qua việc ứng dụng các phần mềm chuyên ngành ETABS, SAFE và hệ thống tiêu chuẩn xây dựng hiện hành. Đồ án là tài liệu tham khảo có tính hệ thống và giá trị thực tiễn cao cho sinh viên và kỹ sư ngành Kỹ thuật Công trình Xây dựng.
