Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình đô thị hóa nhanh chóng tại các đô thị lớn dẫn đến nhu cầu gia tăng về không gian cư trú, nghỉ ngơi và tiện ích sinh hoạt đồng bộ. Việc phát triển các công trình nhà ở cao tầng nhằm thay thế các khu nhà thấp tầng hoặc khu dân cư xuống cấp là xu hướng tất yếu trong quy hoạch xây dựng hiện đại. Đề tài đồ án tốt nghiệp "Căn hộ An Phú" được thực hiện nhằm giải quyết bài toán thiết kế kết cấu cho một công trình chung cư cao tầng kết hợp thương mại dịch vụ tại khu vực đô thị mới.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu được quy định cụ thể theo nhiệm vụ đồ án (Capstone Project's Task) bao gồm:

  1. Về kiến trúc: Thể hiện lại hồ sơ bản vẽ kiến trúc của công trình (chiếm 0% khối lượng tính toán kỹ thuật).
  2. Về kết cấu: Xây dựng mô hình hình học, phân tích nội lực và thiết kế sàn tầng điển hình; tính toán và thiết kế chi tiết kết cấu cầu thang bộ; mô hình hóa không gian 3D, phân tích nội lực và thiết kế khung trục 4 cùng khung trục B chịu tổ hợp tải trọng đứng và tải trọng ngang.
  3. Về nền móng: Tính toán sức chịu tải của cọc và thiết kế hệ thống móng cọc khoan nhồi cho công trình.

Đối tượng nghiên cứu là hệ kết cấu bê tông cốt thép toàn khối của công trình Căn hộ An Phú. Phạm vi nghiên cứu về mặt không gian là khu đất xây dựng tại khu đô thị mới Thảo Điền, Quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh; công trình có quy mô mặt bằng hình chữ nhật kích thước 51,0 m x 29,0 m, diện tích xây dựng 1.479 m², bao gồm 16 tầng nổi (kể cả tầng mái), 1 tầng hầm với tổng chiều cao công trình là 57,2 m tính từ cốt mặt đất tự nhiên. Phạm vi thời gian thực hiện nghiên cứu kéo dài từ ngày 05/10/2017 đến ngày 01/01/2018.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án vận dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành của Việt Nam kết hợp tham khảo tiêu chuẩn nước ngoài để thực hiện các phân tích cơ học và kiểm tra an toàn cấu kiện:

  • Tiêu chuẩn tải trọng và tác động: TCVN 2737:1995 (Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế); TCVN 229:1999 (Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737:1995).
  • Tiêu chuẩn kết cấu bê tông cốt thép: TCVN 5574:2012 (Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế); TCVN 198:1997 (Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối); tiêu chuẩn Anh BS 8110-1997.
  • Tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn: TCVN 9386:2012 (Thiết kế công trình chịu động đất).
  • Tiêu chuẩn thiết kế nền móng: TCXDVN 205:1998 (Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế); TCXDVN 195:1997 (Nhà cao tầng – Thiết kế cọc khoan nhồi); TCVN 10304:2014 (Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế); TCVN 9395:2012 (Cọc khoan nhồi – Thi công và nghiệm thu); TCVN 9396:2012 (Cọc khoan nhồi – Phương pháp xung siêu âm xác định tính đồng nhất của bê tông).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và tính toán kỹ thuật:

  • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Ứng dụng để mô hình hóa kết cấu không gian 3D, phân tích dao động động lực học, trường ứng suất và chuyển vị của hệ khung - vách và sàn phẳng.
  • Phương pháp dải bản (Strip Method): Chia mặt bằng sàn thành các dải strip theo hai phương trực giao để trích xuất biểu đồ mômen và diện tích cốt thép.
  • Phương pháp phân tích động lực học công trình: Xác định các mode dao động riêng, chu kỳ dao động và tần số dao động để tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCXD 229:1999.
  • Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương: Phân tích lực cắt đáy và phân bố lực động đất dọc theo chiều cao công trình theo TCVN 9386:2012.
  • Phương pháp khối móng quy ước: Kiểm tra áp lực đất nền tại cao trình mũi cọc và dự báo độ lún của nhóm cọc khoan nhồi.

Nguồn dữ liệu đầu vào phục vụ tính toán bao gồm:

  • Hồ sơ kiến trúc công trình (Architectural Profile) do giảng viên hướng dẫn cung cấp.
  • Hồ sơ khảo sát địa chất công trình (Soil Profile) cung cấp các chỉ tiêu cơ lý, cường độ đất nền và chỉ số SPT tại hiện trường.

Công cụ và phần mềm tính toán hỗ trợ:

  • Phần mềm ETABS: Mô hình hóa kết cấu không gian chịu tải trọng đứng, gió tĩnh, gió động và động đất; xuất nội lực khung, vách và chuyển vị đỉnh.
  • Phần mềm SAFE: Mô hình hóa phần tử hữu hạn cho sàn phẳng tầng điển hình, kiểm tra võng và chọc thủng.
  • Phần mềm SAP2000, AutoCAD (triển khai 17 bản vẽ kỹ thuật khổ A1).
  • Bảng tính tự lập trình trên Microsoft Excel kết hợp macro VBA để xử lý số liệu diện tích cốt thép từ dải strip sang quy cách thanh thép thực tế.

Thiết kế và triển khai giải pháp kết cấu

Giải pháp kết cấu chịu lực chính của công trình được lựa chọn là hệ kết cấu tường chịu lực (vách cứng) kết hợp lõi thang máy bê tông cốt thép toàn khối, ngàm chặt vào hệ đài móng. Hệ vách và lõi đảm nhận đồng thời nhiệm vụ đỡ tải trọng đứng và tiếp nhận toàn bộ tải trọng ngang (gió và động đất), giúp giải phóng không gian bên trong căn hộ khỏi hệ thống cột dày đặc.

Hệ sàn chịu lực sử dụng phương án sàn phẳng không dầm (không có mũ cột), kết hợp hệ dầm biên viền quanh chu vi công trình. Bản sàn có chiều dày sơ bộ được chọn là 250 mm cho lưới ô sàn điển hình nhịp lớn nhất 9,0 m x 9,0 m. Hệ dầm biên có kích thước tiết diện 300 mm x 700 mm. Chiều dày các vách cứng chịu lực chính được thiết kế đồng nhất 360 mm chạy suốt chiều cao tầng.

Vật liệu kết cấu được quy định trong thiết kế tuân theo cấp độ bền bê tông và nhóm cốt thép:

Vị trí kết cấu Cấp độ bền bê tông Cường độ $R_b$ (MPa) Loại cốt thép Cường độ $R_s$ / $R_{sc}$ (MPa) Chiều dày lớp bảo vệ (mm)
Bê tông lót B10 (~M150) 6,0 - - -
Cọc khoan nhồi, tường vây B25 (~M350) 14,5 Thép gân AIII ($\varnothing > 10$) 365 35
Dầm biên, sàn phẳng, cầu thang B25 (~M350) 14,5 Thép gân AIII ($\varnothing > 10$) 365 25
Bản thang, cốt đai dầm/vách B25 (~M350) 14,5 Thép tròn trơn AI ($\varnothing \le 10$) 225 ($R_{sw} = 175$) 20 – 25

Phương án móng sử dụng hệ móng sâu cọc khoan nhồi đường kính lớn liên kết với hệ đài giằng BTCT toàn khối, đặt mũi cọc tựa vào tầng địa chất tốt ở độ sâu lớn nhằm đảm bảo khả năng chịu tải trọng thẳng đứng và chống lật cho toàn bộ khối tháp 16 tầng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về công trình

Chương này thuyết minh công năng kiến trúc, các hệ thống kỹ thuật hạ tầng và luận chứng lựa chọn phương án kết cấu cho công trình Căn hộ An Phú:

  • Công năng phân tầng: Tầng hầm đặt tại cốt -3,00 m phục vụ đỗ xe ô tô và bố trí các phòng máy kỹ thuật (bể ngầm sinh hoạt, trạm bơm cấp nước, trạm xử lý nước thải, trạm biến áp cao thế - hạ thế, phòng quạt thông gió). Tầng trệt (cốt $\pm 0,00$ m) và tầng lửng bố trí khu dịch vụ thương mại, siêu thị. Tầng kỹ thuật bố trí hệ thống điều hòa trung tâm và thiết bị viễn thông. Từ tầng 3 đến tầng 15 bố trí các căn hộ ở khép kín. Chiều cao toàn công trình đạt 57,2 m tính từ cốt mặt đất tự nhiên.
  • Hệ thống hạ tầng kỹ thuật: Hệ thống điện lấy từ lưới đô thị kết hợp máy phát điện dự phòng tại tầng ngầm; hệ thống cấp nước qua trạm bơm tự động từ bể ngầm lên căn hộ; hệ thống thoát nước phân tách sau xử lý nối vào cống chung đô thị; hệ thống gom rác trục đứng qua các gen rác kín xả về hầm; hệ thống chống sét chủ động sử dụng kim thu sét phát xạ sớm Dynasphere đặt tại tầng mái; hệ thống phòng cháy chữa cháy trang bị bình khí CO2 dọc hành lang, bể nước cứu hỏa trên mái và bố trí 3 lối thang thoát hiểm.
  • So sánh các phương án sàn: Tác giả phân tích ưu - nhược điểm của 4 giải pháp: sàn sườn truyền thống, sàn ô cờ, sàn không dầm thông thường và sàn không dầm ứng lực trước. Trên cơ sở khẩu độ nhịp 9,0 m, tính đơn giản hóa trong gia công cốp pha, giảm chiều cao tầng để giảm tải trọng ngang, phương án sàn phẳng không dầm (không mũ cột) kết hợp vách cứng được lựa chọn.
  • Xác định kích thước sơ bộ: Bản sàn phẳng chọn chiều dày $h_s = 250$ mm; dầm biên viền ngoài chọn $b \times h = 300 \times 700$ mm; chiều dày vách cứng $b_w = 360$ mm thỏa mãn điều kiện $b_w \ge 150$ mm và $b_w \ge h_{tang}/20 = 3400/20 = 170$ mm theo TCVN 198:1997.

Chương 2: Tính toán, thiết kế sàn tầng điển hình

Nội dung chương tập trung xác định tải trọng thẳng đứng và giải bài toán cơ học sàn phẳng bằng mô hình phần tử hữu hạn:

  • Tải trọng tác dụng: Tĩnh tải các lớp hoàn thiện sàn điển hình là 1,659 kN/m² (tổng tĩnh tải gồm trọng lượng bản thân sàn 250 mm là 7,908 kN/m²); sàn vệ sinh có tổng tĩnh tải là 8,139 kN/m²; sàn tầng hầm dày 300 mm có tổng tĩnh tải là 8,85 kN/m²; sàn mái dày 150 mm có tổng tĩnh tải là 5,642 kN/m². Tải trọng tường xây ngăn phòng (dày 20 cm, cao 305 cm) với tổng chiều dài tường 209 m được quy đổi thành tải phân bố đều trên diện tích sàn 830 m² của tầng điển hình. Hoạt tải tiêu chuẩn xác định theo TCVN 2737:1995: căn hộ đạt 1,5 kN/m² (tính toán 1,95 kN/m²), hành lang và sảnh đạt 3,0 kN/m² (tính toán 3,6 kN/m²), ban công đạt 2,0 kN/m² (tính toán 2,8 kN/m²).
  • Phân tích nội lực trên SAFE: Bản sàn được mô hình hóa đàn hồi với các gối đỡ là vách cứng và dầm biên. Mặt bằng được chia dải strip theo phương X và Y để tích hợp mômen uốn.
  • Kiểm tra võng và chọc thủng: Độ võng lớn nhất xuất hiện tại vị trí nhịp tự do lớn nhất (nhịp 9,0 m) có giá trị $f = -34,6$ mm. So sánh với độ võng giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn $[f] = L/250 = 9000/250 = 36$ mm, giá trị tính toán thỏa mãn điều kiện độ võng ($34,6 \text{ mm} \le 36 \text{ mm}$). Kiểm tra điều kiện chống đâm thủng quanh tiết diện vách lớn nhất W36x200 theo công thức $F \le R_{bt} \cdot u_m \cdot h_0$ của TCVN 5574:2012 cho thấy khả năng chịu lực của bê tông bản sàn đạt yêu cầu, không cần đặt thép chống xuyên thủng. Cốt thép sàn lớp trên và lớp dưới được xuất kết quả tính toán tự động qua bảng tính Excel - VBA.

Chương 3: Thiết kế cầu thang

Chương này thực hiện thiết kế chi tiết cho cầu thang bộ thoát hiểm 2 vế dạng bản của tầng điển hình:

  • Cấu tạo kiến trúc: Chiều cao tầng 3,4 m; mỗi vế thang gồm 11 bậc với kích thước bậc $h = 15$ cm, $b = 30$ cm (góc nghiêng bản thang $\alpha = 30^\circ$). Chiều dày bản thang chọn $h_b = 120$ mm. Tiết diện dầm thang chọn $200 \text{ mm} \times 300 \text{ mm}$.
  • Tải trọng tính toán: Tải trọng phân bố tính toán tác dụng lên 1 m bề rộng bản nghiêng là $q = 11,02$ kN/m; tác dụng lên bản chiếu nghỉ là $q = 7,96$ kN/m.
  • Tính toán bản thang: Sơ đồ tính là dầm gãy khúc tựa ngàm vào vách cứng và tựa khớp vào dầm chiếu tới. Cốt thép dọc chịu lực được tính toán theo mômen uốn lớn nhất xuất từ sơ đồ biến dạng. Tại các vị trí mômen rất bé gần gối và nhịp chiếu nghỉ, tác giả bố trí cốt thép cấu tạo $\varnothing 6\text{a}200$.
  • Tính toán dầm thang: Nhịp tính toán dầm đơn giản 2 đầu khớp $L = 3,06$ m. Tải trọng tác dụng gồm phản lực bản thang truyền vào ($q_1 = 57,08$ kN/m) và tải trọng bản chiếu tới quy đổi tương đương ($q_2 = 9,35$ kN/m), tổng tải trọng phân bố $q = 66,43$ kN/m. Mômen lớn nhất giữa nhịp $M_{max} = 77,76$ kNm, lực cắt lớn nhất tại gối $Q_{max} = 101,7$ kN. Bê tông tiết diện có khả năng chịu cắt $Q_{bt} = 50,02$ kN $< Q_{max}$, do đó bắt buộc phải tính toán cốt đai chịu cắt. Thiết kế chọn đai $\varnothing 8$ hai nhánh ($R_{sw} = 175$ MPa), khoảng cách $s = 100$ mm đoạn sát gối ($\varnothing 8\text{a}100$) và $s = 150$ mm đoạn giữa nhịp ($\varnothing 8\text{a}150$). Khả năng chịu cắt tổng cộng của cốt đai và bê tông đạt $Q_{bsw} = 146,82$ kN $> 101,7$ kN; kiểm tra ứng suất nén chính của bê tông đạt 214,1 kN $> 101,7$ kN, cấu kiện hoàn toàn đảm bảo an toàn chịu lực.

Chương 4: Thiết kế hệ khung

Chương này thực hiện mô hình hóa không gian toàn bộ công trình trên ETABS để tính toán và thiết kế dầm biên và vách cứng khung trục 4 và khung trục B:

  • Mô hình không gian 3D: Dầm biên mô hình bằng phần tử thanh (Frame), sàn và vách cứng mô hình bằng phần tử tấm vỏ (Shell), chân cột và chân vách ngàm cứng vào móng. Khai báo nguồn khối lượng dao động (Mass Source) gồm: Tĩnh tải + 0,5 Hoạt tải.
  • Tính toán tải trọng gió: Chiều cao công trình 57,2 m ($> 40$ m) nên tính toán đầy đủ thành phần tĩnh và thành phần động của gió theo TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999. Khảo sát 18 mode dao động riêng trên ETABS; tần số giới hạn $f_L = 1,3$ Hz. Mode 1 có chu kỳ $T_1 = 2,544$ s dao động theo phương X; mode 3 có tần số $f_3 = 0,51$ Hz; mode 4 có $f_4 > f_L$, do đó tác giả lấy 3 dạng dao động đầu tiên để xác định lực gió động tác dụng vào tâm khối lượng các tầng. Gió tĩnh tác dụng vào tâm hình học.
  • Tính toán tải trọng động đất: Thực hiện theo TCVN 9386:2012 bằng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương. Thông số đất nền loại C ($S = 1,15$; $T_B = 0,2$ s; $T_C = 0,6$ s; $T_D = 2,0$ s), gia tốc nền dẫn xuất theo tọa độ vị trí công trình $a_{gR}/g$, hệ số cản nhớt 5%. Xác định lực cắt đáy $F_b$ và phân bố lực ngang động đất lên từng tầng tỉ lệ với khối lượng và cao độ hình học.
  • Tổ hợp tải trọng và thiết kế tiết diện: Lập các tổ hợp COMB cộng tác động giữa tĩnh tải, hoạt tải, các trường hợp tải gió (tĩnh + động) và động đất. Xuất nội lực kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình, dao động tổng thể. Tính cốt thép dọc và cốt thép đai chống cắt dầm biên 300x700 mm (bố trí đai dày vùng tới hạn kháng chấn). Tính toán vách cứng khung trục 4 và trục B: phân chia vách thành các phần tử nhỏ, bố trí thép biên chịu mômen và thép lưới phân bố chịu lực cắt, tuân thủ các quy định neo nối và cấu tạo kháng chấn.

Chương 5: Tính toán – thiết kế móng

Nội dung chương trình bày việc xử lý nền móng cho công trình dựa trên số liệu khảo sát địa chất:

  • Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi: Phân tích sức chịu tải đơn cọc theo 4 chỉ tiêu: (1) Theo độ bền vật liệu bê tông B25; (2) Theo chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền; (3) Theo số búa thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT; (4) Theo chỉ tiêu cường độ đất nền. Từ đó lựa chọn sức chịu tải thiết kế an toàn cho cọc.
  • Thiết kế các đài móng điển hình: Triển khai tính toán cho đài móng M1, đài móng M2 và đài móng lõi thang máy M3.
  • Các bước kiểm tra kỹ thuật trên từng đài:
    • Kiểm tra tải trọng tác dụng lên đầu cọc: Xác định $P_{max}$, $P_{min}$ dưới các tổ hợp tải trọng bất lợi nhất, thỏa mãn điều kiện $P_{max} \le 1,2 P_{tk}$ và $P_{min} \ge 0$ (cọc không bị nhổ).
    • Kiểm tra áp lực đất nền dưới đáy khối móng quy ước.
    • Tính toán độ lún nhóm cọc, so sánh với độ lún giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn.
    • Kiểm tra khả năng chống xuyên thủng (chọc thủng) của đài móng dưới tác dụng của phản lực cọc.
    • Tính toán diện tích cốt thép đáy đài móng theo hai phương chịu uốn từ mômen chân vách và phản lực đầu cọc.
    • Kiểm tra phản lực đầu cọc cho toàn bộ các đài móng còn lại trên mặt bằng tổng thể.

Kết quả và đóng góp

Các kết quả định lượng cụ thể thu được từ quá trình tính toán và kiểm tra kết cấu công trình:

Hạng mục cấu kiện Thông số hình học chính Nội lực / Chuyển vị lớn nhất Kết quả kiểm tra an toàn theo tiêu chuẩn
Sàn tầng điển hình Dày $h_s = 250$ mm; nhịp 9,0 m x 9,0 m Độ võng lớn nhất $f = 34,6$ mm Đạt yêu cầu ($f \le [f] = 36$ mm); an toàn chọc thủng quanh vách
Cầu thang bộ Bản dày 120 mm; dầm $200 \times 300$ mm Dầm thang: $M_{max} = 77,76$ kNm; $Q_{max} = 101,7$ kN Đạt; bố trí đai dầm $\varnothing 8\text{a}100$ ($Q_{bsw} = 146,82 \text{ kN} > Q_{max}$)
Khung không gian Chiều cao 57,2 m; 16 tầng nổi, 1 hầm Chu kỳ dao động cơ bản $T_1 = 2,544$ s 3 mode dao động đầu phục vụ tính gió động ($f_3 = 0,51 \text{ Hz} < 1,3 \text{ Hz}$)
Hệ móng cọc Móng cọc khoan nhồi; đài M1, M2, M3 Phản lực cọc $P_{max}, P_{min}$ tổ hợp COMB Cọc không chịu nhổ ($P_{min} \ge 0$), đài móng đủ khả năng chống chọc thủng

Sản phẩm hoàn chỉnh của đồ án tốt nghiệp bao gồm:

  • 01 quyển Thuyết minh tính toán chi tiết và 01 tập Phụ lục bảng biểu kết quả nội lực.
  • 17 bản vẽ kỹ thuật khổ A1, bao gồm: 04 bản vẽ kiến trúc (mặt bằng, mặt đứng, mặt cắt), 10 bản vẽ kết cấu (mặt bằng bố trí thép sàn, dầm biên, vách khung trục 4, vách khung trục B, cầu thang), và 03 bản vẽ nền móng (mặt bằng móng cọc khoan nhồi, chi tiết đài M1, M2, M3).

Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất:

  • Việc lựa chọn sơ đồ kết cấu tường chịu lực (vách cứng) kết hợp sàn phẳng không dầm giúp giảm chiều cao tầng, từ đó làm giảm tổng chiều cao công trình xuống còn 57,2 m, kéo theo việc giảm áp lực gió và lực quán tính động đất tác dụng lên công trình.
  • Tận dụng việc đóng trần cục bộ tại khu vực vệ sinh và để lộ trần phẳng tại phòng khách, phòng ngủ giúp tối ưu hóa không gian sử dụng, thuận tiện trong bố trí đường ống kỹ thuật cơ điện (MEP).

Đóng góp kỹ thuật mà đồ án nêu bật:

  • Xây dựng quy trình tính toán khép kín kết hợp linh hoạt giữa các phần mềm chuyên dụng (ETABS phân tích tổng thể không gian, SAFE phân tích cục bộ bản sàn phẳng) cùng các macro Excel - VBA hỗ trợ trích xuất thép dải strip tự động, giúp giải quyết khối lượng tính toán lớn của kết cấu nhà nhiều tầng một cách chính xác.
  • Triển khai đầy đủ tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCXD 229:1999 và tải trọng động đất theo TCVN 9386:2012 bằng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương cho công trình có chiều cao trên 40 m.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Các hạn chế được rút ra từ phạm vi và điều kiện thực hiện của đồ án:

  • Phạm vi phân tích ứng xử kết cấu trong đồ án dừng lại ở giai đoạn làm việc đàn hồi tuyến tính của vật liệu; chưa xét đến các hiệu ứng phi tuyến hình học, phi tuyến vật liệu hoặc sự suy giảm độ cứng của bê tông cốt thép khi chịu chấn động động đất mạnh.
  • Khối lượng thiết kế kết cấu chỉ tập trung chuyên sâu vào sàn điển hình, cầu thang bộ, khung trục 4, khung trục B và 3 đài móng đại diện (M1, M2, M3); các cấu kiện phụ trợ khác và các đài móng còn lại chỉ dừng lại ở bước kiểm tra phản lực tổng thể.
  • Đồ án chưa thực hiện bài toán so sánh định lượng về chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật (khối lượng bê tông, hàm lượng thép, chi phí cốp pha và nhân công) giữa phương án sàn phẳng được chọn với phương án sàn dầm ứng lực trước.

Hướng phát triển tiếp được đề xuất:

  • Mở rộng phân tích công trình chịu tải trọng động lực học phi tuyến theo thời gian (Time-history analysis) hoặc phân tích đẩy dần (Pushover analysis) để đánh giá cơ chế phá hoại của các vách cứng chịu lực khi xảy ra động đất vượt cấp thiết kế.
  • Nghiên cứu chi tiết hóa các giải pháp gia cường cục bộ chống chọc thủng tại các nút liên kết vách - sàn mỏng và giải pháp thi công hạ cọc khoan nhồi trong điều kiện địa chất đô thị phức tạp.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp đang thực hiện đồ án tốt nghiệp hoặc đồ án môn học kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép.
  • Các kỹ sư thiết kế kết cấu công trình cần tài liệu tham khảo về quy trình tính toán sàn phẳng không dầm bằng phần mềm SAFE theo phương pháp dải strip (TCVN 5574:2012).
  • Người nghiên cứu quy trình xác định thành phần động của tải trọng gió theo TCXD 229:1999 dựa trên trích xuất chu kỳ dao động riêng từ mô hình ETABS và quy trình tính toán kháng chấn bằng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương theo TCVN 9386:2012.

Các phần có giá trị tham khảo kỹ thuật cao trong văn bản bao gồm:

  • Toàn bộ quy trình tính toán kiểm tra độ võng và điều kiện chọc thủng của sàn phẳng quanh tiết diện vách mỏng tại Chương 2.
  • Quy trình từng bước tính toán cốt đai chịu cắt dầm thang khi bê tông không đủ khả năng chịu lực tại Chương 3.
  • Các công thức xác định hệ số xung vận tốc, hệ số động lực và lực quán tính gió động tại Chương 4.
  • Phương pháp kiểm tra phản lực cọc, khối móng quy ước và tính lún đài cọc khoan nhồi tại Chương 5.

Câu hỏi thường gặp

Sàn phẳng tầng điển hình của công trình có kích thước và chiều dày bao nhiêu, kết quả kiểm tra độ võng có thỏa mãn tiêu chuẩn không?

Bản sàn phẳng tầng điển hình có chiều dày thiết kế sơ bộ $h_s = 250$ mm, vượt nhịp ô sàn lớn nhất là 9,0 m x 9,0 m. Khi mô hình hóa và phân tích trên phần mềm SAFE, độ võng đàn hồi lớn nhất xuất hiện tại vị trí tự do giữa nhịp là $f = -34,6$ mm. Theo TCVN 5574:2012, độ võng giới hạn cho phép đối với ô sàn nhịp $L = 9,0$ m là $[f] = L/250 = 9000/250 = 36$ mm. Vì $34,6 \text{ mm} \le 36 \text{ mm}$, bản sàn hoàn toàn thỏa mãn điều kiện sử dụng bình thường về độ võng.

Tại sao tác giả chỉ sử dụng 3 mode dao động đầu tiên để tính toán thành phần động của tải trọng gió?

Theo quy định của TCXD 229:1999, việc tính toán thành phần động của tải trọng gió chỉ cần xét cho $s$ dạng dao động đầu tiên có tần số dao động riêng thỏa mãn điều kiện $f_s < f_L$, trong đó tần số giới hạn $f_L$ đối với công trình bê tông cốt thép lấy bằng 1,3 Hz. Khi khảo sát 18 mode dao động trên ETABS, mode 1 có $T_1 = 2,544$ s ($f_1 \approx 0,39$ Hz), mode 3 có tần số $f_3 = 0,51$ Hz $< 1,3$ Hz, trong khi sang mode 4 tần số dao động đã vượt ngưỡng $f_L$ ($f_4 = 1,34$ Hz $> 1,3$ Hz). Do đó, việc chỉ tính toán gió động cho 3 dạng dao động đầu tiên là tuân thủ chính xác quy chuẩn hiện hành.

Dầm cầu thang tầng điển hình chịu lực cắt lớn nhất bao nhiêu và giải pháp bố trí cốt thép đai chịu cắt được tính toán như thế nào?

Dầm cầu thang có nhịp tính toán 3,06 m chịu tổng tải trọng phân bố $q = 66,43$ kN/m, phát sinh lực cắt lớn nhất tại gối tựa $Q_{max} = 101,7$ kN. Khả năng chịu cắt của tiết diện bê tông là $Q_{bt} = 50,02$ kN $< Q_{max}$, tức bê tông không đủ khả năng chịu cắt độc lập. Tác giả đã tính toán bố trí cốt đai thép tròn trơn AI đường kính $\varnothing 8$ hai nhánh ($R_{sw} = 175$ MPa), bước đai $s = 100$ mm tại đoạn gần gối tựa ($\varnothing 8\text{a}100$) và $s = 150$ mm tại đoạn giữa nhịp ($\varnothing 8\text{a}150$). Khả năng chịu cắt tổng hợp của cốt đai và bê tông đạt $Q_{bsw} = 146,82$ kN, lớn hơn $Q_{max} = 101,7$ kN, đảm bảo cấu kiện không bị phá hoại giòn do ứng suất cắt.

Phương pháp nào được sử dụng để xác định tải trọng động đất tác dụng lên công trình Căn hộ An Phú?

Tải trọng động đất được xác định bằng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương theo TCVN 9386:2012. Phương pháp này được áp dụng do công trình thỏa mãn điều kiện chu kỳ dao động cơ bản $T_1 \le 4 \cdot T_C$ và $T_1 \le 2,0$ s (hoặc thỏa mãn các điều kiện quy định tại Điều 4.3.3.2 của tiêu chuẩn). Các thông số tính toán dựa trên điều kiện đất nền loại C ($S = 1,15$; $T_B = 0,2$ s; $T_C = 0,6$ s; $T_D = 2,0$ s), đỉnh gia tốc nền thiết kế $a_{gR}/g$, và giả thiết các sàn tầng là màng cứng tuyệt đối trong mặt phẳng để phân phối lực cắt đáy $F_b$ lên hệ kết cấu vách chịu tải ngang theo cao độ các tầng.

Hồ sơ sản phẩm bàn giao của đồ án tốt nghiệp bao gồm những thành phần cụ thể nào?

Sản phẩm của đồ án gồm 01 tập Thuyết minh kỹ thuật, 01 tập Phụ lục tính toán và 17 bản vẽ kỹ thuật chuyên ngành in khổ A1. Trong 17 bản vẽ A1 có 04 bản vẽ kiến trúc (mặt bằng các tầng, mặt đứng, mặt cắt công trình), 10 bản vẽ kết cấu (mô hình chi tiết cốt thép sàn phẳng tầng điển hình, cốt thép cầu thang bộ, dầm biên và hệ vách cứng khung trục 4, khung trục B), cùng 03 bản vẽ nền móng (mặt bằng bố trí móng cọc khoan nhồi, chi tiết bố trí thép đài móng M1, M2 và đài lõi thang M3).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Căn hộ An Phú" của tác giả Trịnh Nguyễn Bảo Trân đã thực hiện hoàn chỉnh quy trình thiết kế kết cấu bê tông cốt thép cho công trình chung cư cao 16 tầng và 1 tầng hầm tại Thành phố Hồ Chí Minh. Việc lựa chọn hệ kết cấu chịu lực vách cứng kết hợp sàn phẳng không dầm dày 250 mm đã giải quyết hài hòa giữa yêu cầu thẩm mỹ kiến trúc không gian căn hộ và khả năng chịu lực dưới các tác động tải trọng ngang phức tạp (gió động và động đất). Các kết quả phân tích chuyển vị, độ võng, kiểm tra chọc thủng và thiết kế nền móng cọc khoan nhồi đều tuân thủ chặt chẽ hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành của Việt Nam, cung cấp một hồ sơ kỹ thuật chi tiết có độ tin cậy thực nghiệm và giá trị tham khảo học thuật cao.