Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế chung cư Tân Tạo" (tên tiếng Anh: TAN TAO BULDINH) được thực hiện bởi sinh viên Nguyễn Văn An (MSSV: 14149002 / 14149173, lớp 149493), dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn Hậu tại Khoa Xây dựng & Cơ học Ứng dụng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, hoàn thành vào tháng 07/2018 (thời gian thực hiện từ ngày 05/10/2017 đến ngày 02/07/2018). Đề tài thuộc chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng, tập trung vào lĩnh vực thiết kế kết cấu công trình bê tông cốt thép nhà cao tầng.

Về bối cảnh thực tiễn, tác giả chỉ ra rằng trong tiến trình đô thị hóa và phát triển kinh tế, đời sống người dân được nâng cao dẫn đến nhu cầu tìm kiếm không gian an cư tiện nghi, có môi trường trong lành và tích hợp đồng bộ các dịch vụ tiện ích. Trong bối cảnh quỹ đất tại khu vực trung tâm Thành phố Hồ Chí Minh ngày càng khan hiếm, việc phát triển các dự án chung cư cao tầng tại các quận huyện vùng ven là giải pháp phù hợp với chủ trương khuyến khích đầu tư của thành phố, góp phần giải quyết nhu cầu nhà ở và hoàn thiện hệ thống hạ tầng đô thị. Công trình chung cư Tân Tạo được định vị xây dựng tại mặt tiền Quốc lộ 1A, thuộc khu dân cư Bắc Lương Bèo, phường Tân Tạo, quận Bình Tân, Thành phố Hồ Chí Minh, liền kề Khu công nghiệp Tân Tạo và Khu công nghiệp Pou Chen (Pou Yen), nằm tại nút giao thông kết nối Quận 6, Quận 12, quận Tân Phú và huyện Bình Chánh.

Mục tiêu và nhiệm vụ thiết kế của đồ án được phân định cụ thể theo tỷ trọng khối lượng:

  1. Thể hiện lại hồ sơ thiết kế kiến trúc công trình (chiếm 2% khối lượng đồ án).
  2. Thiết kế kết cấu phần thân: Xây dựng mô hình không gian, phân tích động lực học và thiết kế kết cấu sàn tầng điển hình; tính toán và thiết kế hệ thống cầu thang bộ; lập mô hình, phân tích nội lực và thiết kế khung trục 4 và khung trục B; tính toán thiết kế hồ nước mái.
  3. Thiết kế kết cấu nền móng: Đánh giá điều kiện địa chất công trình, lựa chọn và tính toán giải pháp móng sâu (phương án cọc bê tông cốt thép ly tâm ứng suất trước và kiểm tra móng cọc khoan nhồi), thiết kế đài móng điển hình M1 và đài móng lõi thang máy.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Giải pháp kiến trúc và hệ kết cấu chịu lực bê tông cốt thép toàn khối của tòa nhà chung cư cao tầng.
  • Phạm vi không gian: Công trình có quy mô 22 tầng (gồm 2 tầng hầm, 20 tầng nổi và 1 tầng mái), chiều cao đỉnh khối xây dựng đạt +67,800 m (cao độ đỉnh mái +73,960 m), diện tích xây dựng tầng điển hình là 1.234,8 m², tổng diện tích sàn xây dựng đạt 18.522 m², bố trí 104 căn hộ.
  • Phạm vi thời gian: Số liệu địa chất, khí tượng và quy chuẩn xây dựng được thu thập, áp dụng trong giai đoạn 2017 – 2018 tại địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh.

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 các phương pháp cơ học kết cấu công trình cao tầng:

Hệ thống tiêu chuẩn và chỉ dẫn thiết kế:

  • TCVN 2737:1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế (xác định tĩnh tải, hoạt tải sử dụng và tải trọng gió tĩnh).
  • TCXD 229:1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió cho nhà cao tầng.
  • TCVN 9386:2012: Thiết kế công trình chịu động đất (phục vụ thiết lập tổ hợp tải trọng đặc biệt).
  • TCXD 198:1997: Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối.
  • TCVN 5574:2012 và TCVN 356:2005: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • Phương pháp tính toán cột chịu nén lệch tâm xiên theo hướng dẫn của GS. Nguyễn Đình Cống (chuyển đổi bài toán nén lệch tâm xiên về nén lệch tâm phẳng tương đương dựa trên việc đối chiếu tiêu chuẩn BS 8110 và ACI 318 phù hợp với TCVN).
  • Các tiêu chuẩn hệ thống kỹ thuật công trình: TCVN 333:2005 (chiếu sáng nhân tạo), TCVN 4513:1988 và TCXDVN 33:2006 (cấp nước), TCVN 4474:1987 (thoát nước), TCVN 5687:2010 (thông gió - điều hòa), TCVN 7447-553:2005 (lắp đặt điện), TCVN 2622:1995 (phòng cháy chữa cháy) và TCVN 9385:2012 (chống sét).

Phương pháp nghiên cứu và tính toán kết cấu:

  • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) áp dụng cho mô hình rời rạc không gian 3 chiều: Sử dụng phần mềm ETABS phiên bản 9.7 để phân tích dao động riêng, xác định tần số, chu kỳ dao động và xuất nội lực khung không gian (cột, dầm sử dụng phần tử thanh - Frame; vách cứng, lõi thang và sàn sử dụng phần tử tấm vỏ - Shell).
  • Các giả thuyết tính toán: Sàn được coi là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng ngang (Diaphragm); ngàm cứng chân cột và chân vách tại cao độ mặt đài móng; bỏ qua biến dạng cong ngoài mặt phẳng của sàn và biến dạng dọc trục của dầm sàn; phân phối lực ngang thông qua tâm cứng của từng tầng.

Nguồn dữ liệu đầu vào:

  • Hồ sơ bản vẽ kiến trúc công trình do giảng viên hướng dẫn cung cấp.
  • Hồ sơ khảo sát địa chất công trình tại vị trí xây dựng thuộc khu dân cư Bắc Lương Bèo, phường Tân Tạo, quận Bình Tân, Thành phố Hồ Chí Minh.
  • Bản đồ phân vùng áp lực gió theo TCVN 2737:1995 (Thành phố Hồ Chí Minh thuộc vùng gió II-A, áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 83\text{ daN/m}^2 = 0,83\text{ kN/m}^2$, dạng địa hình C).

Nội dung chính theo từng chương

Phần I. Kiến trúc — Chương 1: Tổng quan về kiến trúc

Chương này thuyết minh giải pháp mặt bằng, mặt đứng và hạ tầng kỹ thuật của công trình:

  • Quy mô công trình: Tòa nhà gồm 2 tầng hầm (cao độ đáy sàn tầng hầm -6,000 m, diện tích 1.520 m² dùng làm bãi đỗ xe), 1 tầng trệt (cao độ ±0,000 m bố trí khu thương mại - dịch vụ, showroom; cốt đất tự nhiên -1,100 m), 20 tầng căn hộ điển hình và 1 tầng mái. Chiều cao toàn công trình đạt 67,800 m.
  • Kích thước mặt bằng: Chiều dài 40,4 m; chiều rộng 38 m. Tổng diện tích sàn xây dựng là 18.522 m², diện tích sàn điển hình là 1.234,8 m². Mỗi tầng bố trí 8 căn hộ gồm 4 căn hộ hạng A (diện tích 105 m²) và 4 căn hộ hạng B (diện tích 95 m²), tổng quy mô 104 căn hộ.
  • Giao thông và tiện ích: Giao thông đứng gồm 4 thang máy bố trí tại trung tâm tòa nhà và 3 thang bộ thoát hiểm (2 thang hai bên sườn, 1 thang ở giữa); hành lang giao thông ngang thông thoáng. Công trình dành 15% diện tích cho cây xanh và dải cách ly với Quốc lộ 1A. Hệ thống kỹ thuật (cấp thoát nước, thông gió, PCCC, thu gom rác từ các tầng xuống hầm) được thiết kế đồng bộ theo các TCVN tương ứng.

Phần II. Kết cấu — Chương 2: Tổng quan về thiết kế nhà cao tầng

Tác giả phân tích và lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực:

  • Kết cấu chịu lực thẳng đứng: Đánh giá ưu nhược điểm của các hệ khung, hệ tường chịu lực, hệ lõi cứng, hệ khung - giằng, khung - vách và hệ ống. Với quy mô 20 tầng nổi và 2 tầng hầm, tác giả lựa chọn hệ kết cấu chịu lực hỗn hợp khung - vách - lõi bê tông cốt thép toàn khối. Hệ khung cột chịu tải trọng đứng, vách và lõi cứng tập trung tiếp nhận phần lớn tải trọng ngang (gió, động đất) nhằm tăng độ cứng chống xoắn và hạn chế chuyển vị đỉnh.
  • Kết cấu chịu lực nằm ngang: So sánh 4 phương án sàn gồm sàn sườn, sàn ô cờ, sàn không dầm thông thường và sàn không dầm ứng lực trước. Tác giả kết luận chọn phương án hệ sàn phẳng bê tông cốt thép toàn khối để giảm chiều cao kết cấu tầng, tối ưu không gian kiến trúc và thuận lợi cho bố trí đường ống kỹ thuật.
  • Vật liệu sử dụng: Bê tông cấp độ bền B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1,2\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_b = 32,5 \times 10^3\text{ MPa}$, khối lượng riêng $25\text{ kN/m}^3$). Cốt thép sử dụng thép gân nhóm CIII đường kính $\Phi \ge 10\text{ mm}$ ($R_s = R_{sc} = 365\text{ MPa}$, $R_{sw} = 290\text{ MPa}$, $E_s = 20 \times 10^4\text{ MPa}$) và thép trơn nhóm CI đường kính $\Phi < 10\text{ mm}$ ($R_s = R_{sc} = 255\text{ MPa}$, $R_{sw} = 175\text{ MPa}$, $E_s = 21 \times 10^4\text{ MPa}$).
  • Đánh giá hình học: Mặt bằng công trình có tính đối xứng cao, tỷ số kích thước mặt bằng $L/B = 40,4 / 38 = 1,063 \le 1,5$, thỏa mãn yêu cầu khống chế chống động đất cấp 8 và 9 theo TCXD 198-1997. Kích thước hình học theo phương đứng đồng đều, không giật cấp cục bộ, bảo đảm tâm khối lượng và tâm cứng không thay đổi đột ngột giữa các tầng.

Chương 3: Khai báo tải trọng tác động và phân tích dao động công trình

Chương này tập trung xác định các thông số tải trọng và tính toán động lực học:

  • Tĩnh tải sàn hoàn thiện: Xác định chi tiết cho từng khu vực: sàn tầng điển hình dày 250 mm có tổng tĩnh tải tính toán $7,300\text{ kN/m}^2$; sàn tầng hầm dày 300 mm có tổng tĩnh tải $8,400\text{ kN/m}^2$; sàn mái dày 150 mm có tổng tĩnh tải $5,642\text{ kN/m}^2$. Tĩnh tải tường xây gồm tường gạch ống 100 mm ($1,372\text{ kN/m}^2$) và 200 mm ($3,682\text{ kN/m}^2$), tương đương tải trọng phân bố đều trên sàn là $1,2\text{ kN/m}^2$.
  • Hoạt tải sử dụng: Phòng khách, phòng ngủ, phòng ăn, vệ sinh có giá trị tiêu chuẩn $1,5\text{ kN/m}^2$ (tính toán $1,95\text{ kN/m}^2$); ban công, văn phòng có giá trị tính toán $4,0\text{ kN/m}^2$; sảnh, hành lang, cầu thang có giá trị tính toán $3,6\text{ kN/m}^2$; gara ô tô và thương mại có giá trị tiêu chuẩn $5,0\text{ kN/m}^2$ (tính toán $6,0\text{ kN/m}^2$); mái bằng BTCT có giá trị tính toán $0,9\text{ kN/m}^2$.
  • Phân tích dao động riêng: Thiết lập nguồn khối lượng tham gia dao động (Mass Source) bằng 100% Tĩnh tải + 50% Hoạt tải ($TT + 0,5HT$) theo TCXD 229:1999. Khảo sát 12 mode dao động đầu tiên trên ETABS. Kết quả các mode dao động chủ đạo gồm: Mode 1 tịnh tiến theo phương X với chu kỳ $T_1 = 2,001\text{ s}$ (tần số $f_1 = 0,500\text{ Hz}$); Mode 2 tịnh tiến theo phương Y với $T_2 = 1,904\text{ s}$ ($f_2 = 0,525\text{ Hz}$); Mode 3 dao động xoắn quanh trục Z với chu kỳ $T_3 = 1,540\text{ s}$ ($f_3 = 0,649\text{ Hz}$).
  • Tính toán tải trọng gió: Do công trình có chiều cao $H = 67,8\text{ m} > 40\text{ m}$, tải trọng gió được tính bao gồm thành phần tĩnh và thành phần động. Vùng gió II-A có áp lực cơ bản $W_0 = 0,83\text{ kN/m}^2$, địa hình C. Tần số giới hạn xét gió động $f_L = 1,3\text{ Hz}$ (ứng với độ giảm chấn loga $\delta = 0,3$). Do các tần số dao động đầu tiên nhỏ hơn $f_L$, tác giả thực hiện tính toán thành phần gió động cho 7 mode dao động theo quy trình 5 bước của TCXD 229:1999 (xác định hệ số áp lực động $\zeta$, hệ số tương quan không gian $\nu$, hệ số động lực $\xi$ và lực quán tính).
  • Kiểm tra ổn định tổng thể:
    • Ổn định chống lật: Tỷ số chiều cao trên bề rộng công trình $H/B = 67,8 / 38 = 1,78 < 4$, kết luận công trình bảo đảm an toàn chống lật tổng thể mà không cần tính toán chi tiết phản lực nhổ móng.
    • Kiểm tra chuyển vị đỉnh: Đối với kết cấu khung - vách - lõi, chuyển vị đỉnh cho phép khống chế theo điều kiện $[f] = H / 500 = 67.800 / 500 = 135,6\text{ mm}$. Kết quả phân tích ETABS cho thấy chuyển vị đỉnh thực tế của công trình thỏa mãn điều kiện cho phép.

Chương 4: Tổ hợp tải trọng tác dụng

Xác lập các tổ hợp nội lực nguy hiểm tác động lên hệ kết cấu dựa trên TCVN 2737:1995 và TCVN 9386:2012:

  • Tổ hợp bao gồm 37 trường hợp tải trọng cộng dồn (Add) và 1 tổ hợp bao (ComboBao dạng Envelope):
    • Tổ hợp cơ bản 1: $TT + HT$.
    • Tổ hợp cơ bản 2: $TT + \text{Gió tĩnh } (GTX, GTY)$ và $TT + 0,9(HT + \text{Gió tĩnh})$.
    • Tổ hợp có xét thành phần gió động: $TT + 0,63(\text{Gió động } GDX, GDY)$ và $TT + 0,9(GDX, GDY)$.
    • Tổ hợp tải trọng đặc biệt: Kết hợp tĩnh tải với tải trọng động đất theo hai phương trực giao (DX, DY) và xét hiệu ứng ngẫu nhiên với tỷ lệ tải trọng $1,0DX + 0,3DY$ hoặc $0,3DX + 1,0DY$ theo quy định của TCVN 9386:2012.

Chương 5: Thiết kế kết cấu khung (Cột và Vách)

  • Tính toán cột khung chịu nén lệch tâm xiên: Áp dụng phương pháp gần đúng của GS. Nguyễn Đình Cống chuyển đổi trạng thái nén lệch tâm xiên ($N, M_x, M_y$) thành nén lệch tâm phẳng tương đương với mô men quy đổi $M = M_1 + m_0 \cdot M_2 \cdot (h / b)$. Phương pháp áp dụng cho tiết diện cột chữ nhật có tỷ lệ cạnh $0,5 \le C_x / C_y \le 2$ với cốt thép bố trí đều theo chu vi. Quá trình tính toán xét đến độ lệch tâm ngẫu nhiên $e_a$, hệ số uốn dọc $\eta$ và phân biệt các trường hợp nén lệch tâm bé hay lớn để tính diện tích cốt thép dọc $A_{st}$ và bố trí cốt đai chịu cắt.
  • Tính toán vách cứng chịu lực: Áp dụng phương pháp vùng biên chịu mô men (Boundary Zone Method). Thép dọc tập trung được tính toán và bố trí tại hai vùng biên của vách để tiếp nhận toàn bộ mô men uốn lật; phần thân vách bố trí cốt thép ngang và thép dọc cấu tạo bảo đảm khả năng chống cắt do lực cắt đáy gây ra.

Chương 6: Tính toán sàn tầng điển hình

  • Mô hình hóa nội lực: Phân tích nội lực bản sàn phẳng chịu uốn trên phần mềm chuyên dụng; xác định mô men uốn cục bộ tại nhịp và mô men âm trên đầu cột/vách theo hai phương X và Y.
  • Tính toán cốt thép và kiểm tra trạng thái giới hạn: Tính toán lượng cốt thép dọc chịu mô men dương ở đáy sàn và mô men âm ở lớp trên; tiến hành kiểm tra độ võng đàn hồi của sàn trong phạm vi cho phép; kiểm tra khả năng chống chọc thủng (xuyên thủng) của bản sàn tại vị trí liên kết với đầu cột và kiểm tra bề rộng khe nứt theo TCVN 5574:2012.

Chương 7: Thiết kế cầu thang bộ

  • Thiết lập sơ đồ tính: Cầu thang bộ dạng bản hai vế chịu lực; xác định kích thước hình học gồm chiều rộng bản thang, chiều rộng chiếu nghỉ và kích thước bậc thang.
  • Tải trọng và cốt thép: Xác định tĩnh tải (trọng lượng bản thân bản BTCT, bậc xây gạch, vữa lót, tay vịn) và hoạt tải sử dụng ($3,6\text{ kN/m}^2$). Tính toán nội lực vế thang nghiêng và bản chiếu nghỉ bằng phần mềm ETABS, từ đó xác định cốt thép chịu lực cho bản thang, bản chiếu nghỉ và dầm chiếu nghỉ.

Chương 8: Thiết kế hồ nước mái

  • Xác định dung tích: Tính toán lượng nước sinh hoạt và nước dự phòng chữa cháy cần thiết cho toàn bộ cư dân trong tòa nhà để chọn kích thước hình học bể nước mái.
  • Tính toán kết cấu bể: Xác định áp lực nước tác dụng lên thành bể, đáy bể và tải trọng người sửa chữa lên nắp bể; tính toán nội lực bản nắp, bản thành (cạnh ngắn, cạnh dài) và bản đáy theo sơ đồ bản kê 4 cạnh hoặc ngàm 3 cạnh; thiết kế cốt thép chống nứt và chống thấm.

Chương 9: Thiết kế móng

  • Khảo sát địa chất: Đánh giá các lớp đất nền tại khu vực xây dựng (quận Bình Tân, TP.HCM), xác định các chỉ tiêu cơ lý, mực nước ngầm và khả năng chịu tải của các tầng đất.
  • Lựa chọn giải pháp móng: So sánh phương án móng cọc khoan nhồi và móng cọc ly tâm ứng suất trước; tác giả lựa chọn giải pháp móng cọc ly tâm ứng suất trước hạ bằng phương pháp ép cọc.
  • Tính toán sức chịu tải cọc: Tính toán sức chịu tải của cọc đơn theo độ bền vật liệu làm cọc ($P_{vl}$) và sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý, chỉ tiêu cường độ đất nền ($P_{đn}$); xác định sức chịu tải thiết kế an toàn của cọc.
  • Thiết kế đài cọc: Tính toán chi tiết đài móng cột điển hình M1 và đài móng cụm vách lõi thang máy. Nội dung gồm: xác định số lượng cọc, bố trí mặt bằng cọc, xác định chiều sâu chôn đài, kiểm tra áp lực lên đầu cọc, kiểm tra ổn định khối móng quy ước, kiểm tra điều kiện chọc thủng đài cọc, kiểm tra độ lún tổng thể và tính toán bố trí cốt thép đài móng.

Kết quả và đóng góp

Hạng mục thiết kế Thông số / Giải pháp kỹ thuật trong đồ án
Quy mô công trình 22 tầng (2 tầng hầm cao -6,0 m; 20 tầng nổi; 1 tầng mái), cao +67,8 m; kích thước 40,4 m × 38 m; diện tích sàn 18.522 m².
Hệ kết cấu chịu lực Hệ khung - vách - lõi bê tông cốt thép toàn khối kết hợp sàn phẳng; bố trí 4 thang máy trung tâm và 3 thang bộ thoát hiểm.
Vật liệu sử dụng Bê tông B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1,2\text{ MPa}$); Thép gân CIII $\Phi \ge 10$ ($R_s = 365\text{ MPa}$), thép trơn CI $\Phi < 10$ ($R_s = 255\text{ MPa}$).
Đặc trưng động học Khảo sát 12 mode; Mode 1 ($T_1 = 2,001\text{ s}$, tịnh tiến X); Mode 2 ($T_2 = 1,904\text{ s}$, tịnh tiến Y); Mode 3 ($T_3 = 1,540\text{ s}$, xoắn Z).
Kiểm tra tải trọng gió Vùng II-A ($W_0 = 0,83\text{ kN/m}^2$, địa hình C); tính gió động cho 7 mode theo TCXD 229:1999 do $H = 67,8\text{ m} > 40\text{ m}$ và $f_1, f_2 < f_L = 1,3\text{ Hz}$.
Ổn định tổng thể Tỷ số chống lật $H/B = 1,78 < 4$ (bảo đảm an toàn chống lật); chuyển vị đỉnh kiểm tra thỏa mãn giới hạn $[f] \le H/500 = 135,6\text{ mm}$.
Tổ hợp tải trọng 37 tổ hợp cơ bản và đặc biệt (kết hợp $TT, HT, GTX, GTY, GDX, GDY$, động đất theo TCVN 9386:2012) và 1 tổ hợp bao.
Giải pháp cấu kiện Cột tính nén lệch tâm xiên theo phương pháp thực hành của GS. Nguyễn Đình Cống; vách tính theo vùng biên chịu mô men; móng cọc ly tâm UST.

Đóng góp kỹ thuật của đồ án:

  • Thiết lập quy trình tính toán hoàn chỉnh cho công trình chung cư cao tầng cấp II tại TP.HCM từ khâu mô hình hóa kiến trúc, phân tích động lực học kết cấu, đến thiết kế chi tiết cấu kiện thân và móng.
  • Áp dụng chuẩn xác tiêu chuẩn TCXD 229:1999 vào việc tính toán thành phần động của tải trọng gió thông qua 7 mode dao động xuất từ ETABS, phản ánh đúng đặc tính dao động của công trình có chiều cao trên 40 m.
  • Thực hiện phương pháp gần đúng trong thiết kế cột chịu nén lệch tâm xiên chuyển đổi về lệch tâm phẳng theo chỉ dẫn chuyên môn, giải quyết vướng mắc khi TCVN giai đoạn này chưa có hướng dẫn chi tiết về nén lệch tâm xiên.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án theo phạm vi thực hiện:

  • Phần kiến trúc chỉ dừng lại ở mức độ thể hiện lại bản vẽ có sẵn (chiếm 2% khối lượng) để phục vụ thiết kế kết cấu, chưa đi sâu vào việc tối ưu hóa vi khí hậu hay giải pháp kiến trúc xanh.
  • Mô hình kết cấu áp dụng giả thiết sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng ngang (Rigid Diaphragm), chưa xét đến ảnh hưởng của biến dạng cục bộ tại các vị trí sàn có lỗ mở thang máy hoặc vách lõi.
  • Điều kiện biên ngàm cứng tại mặt đài móng bỏ qua sự làm việc đồng thời giữa kết cấu phần thân, móng và đất nền (tương tác Soil-Structure Interaction - SSI).
  • Tính toán động đất mới dừng lại ở việc gán tải trọng tĩnh tương đương trong các tổ hợp tải trọng đặc biệt theo TCVN 9386:2012, chưa thực hiện phân tích phổ phản ứng dao động đàn hồi (Response Spectrum Analysis) hay phân tích lịch sử thời gian (Time-history analysis).

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp:

  • Áp dụng mô hình màng sàn đàn hồi (Semi-rigid Diaphragm) để đánh giá tập trung ứng suất quanh lỗ mở vách lõi và đầu cột.
  • Phân tích tương tác động lực học giữa nền đất, cọc và kết cấu phần thân nhằm phản ánh chính xác hơn nội lực chân cột và biến dạng lún lệch của công trình.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng, Kỹ thuật Công trình Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp hoặc đồ án môn học Nhà cao tầng, Bê tông cốt thép 2 và Nền móng.

Các nội dung có giá trị tham khảo ứng dụng thực tế:

  • Bảng tính chi tiết tải trọng hoàn thiện các lớp sàn (sàn điển hình, tầng hầm, tầng mái) và giá trị hoạt tải sử dụng theo TCVN 2737:1995.
  • Quy trình 5 bước tính toán tải trọng gió động theo TCXD 229:1999 kết hợp xuất dữ liệu khối lượng tầng và dạng dao động từ ETABS.
  • Bảng thiết lập 37 tổ hợp tải trọng bao gồm cả tải trọng gió động và động đất trực giao theo TCVN 9386:2012.
  • Quy trình thực hành tính toán cốt thép cột chịu nén lệch tâm xiên và phương pháp vùng biên chịu mô men cho vách cứng.

Câu hỏi thường gặp

1. Quy mô hình học và phân khu chức năng của công trình chung cư Tân Tạo được thiết kế như thế nào?

Tòa nhà có quy mô 22 tầng gồm 2 tầng hầm (sâu -6,0 m, diện tích 1.520 m² để xe), 1 tầng trệt (cao độ ±0,000 m dùng làm dịch vụ thương mại, showroom), 20 tầng căn hộ và 1 tầng mái. Chiều cao toàn công trình đạt 67,800 m. Kích thước mặt bằng là 40,4 m × 38 m, diện tích sàn điển hình là 1.234,8 m², tổng diện tích sàn xây dựng 18.522 m², gồm 104 căn hộ (mỗi tầng có 4 căn hộ loại A diện tích 105 m² và 4 căn hộ loại B diện tích 95 m²).

2. Vật liệu bê tông và cốt thép được chỉ định trong đồ án có các thông số cơ lý nào?

Tác giả sử dụng bê tông B30 có khối lượng riêng $25\text{ kN/m}^3$, cường độ chịu nén tính toán $R_b = 17\text{ MPa}$, cường độ chịu kéo $R_{bt} = 1,2\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_b = 32,5 \times 10^3\text{ MPa}$. Cốt thép dọc chịu lực chính dùng thép gân CIII đường kính $\Phi \ge 10\text{ mm}$ có cường độ $R_s = R_{sc} = 365\text{ MPa}$, cốt đai dùng nhóm CI đường kính $\Phi < 10\text{ mm}$ có cường độ $R_s = R_{sc} = 255\text{ MPa}$ và $R_{sw} = 175\text{ MPa}$.

3. Vì sao công trình phải tính toán thành phần động của tải trọng gió và áp dụng cho bao nhiêu mode dao động?

Theo TCXD 229:1999, công trình có chiều cao $H = 67,8\text{ m} > 40\text{ m}$ nên bắt buộc phải kể đến thành phần động của tải trọng gió. Với kết cấu bê tông cốt thép có hệ số giảm chấn loga $\delta = 0,3$, tần số giới hạn tra được là $f_L = 1,3\text{ Hz}$. Vì các mode dao động ban đầu có tần số nhỏ hơn $f_L$ ($f_1 = 0,500\text{ Hz}$, $f_2 = 0,525\text{ Hz}$), tác giả tiến hành tính toán thành phần gió động cho 7 mode dao động đầu tiên.

4. Phương pháp nào được sử dụng để tính toán cốt thép cột khung trong đồ án?

Do tiêu chuẩn TCVN thời điểm đó chưa quy định công thức trực tiếp cho nén lệch tâm xiên, tác giả áp dụng phương pháp gần đúng của GS. Nguyễn Đình Cống (tổng hợp từ tiêu chuẩn BS 8110 và ACI 318 phù hợp TCVN 356-2005 / TCVN 5574:2012). Phương pháp này biến đổi cặp mô men hai phương $M_x, M_y$ thành mô men uốn phẳng tương đương $M = M_1 + m_0 \cdot M_2 \cdot (h / b)$ để tính toán cốt thép bố trí theo chu vi cho cột chữ nhật có tỷ lệ cạnh $0,5 \le C_x / C_y \le 2$.

5. Giải pháp móng nào được lựa chọn để đỡ tải trọng công trình 22 tầng này?

Dựa trên kết quả khảo sát địa chất tại phường Tân Tạo, quận Bình Tân, tác giả lựa chọn giải pháp móng cọc bê tông cốt thép ly tâm ứng suất trước hạ bằng phương pháp ép cọc. Các đài cọc (đài móng cột M1 và đài lõi thang máy) được tính toán kiểm tra sức chịu tải của cọc đơn theo vật liệu và đất nền, kiểm tra xuyên thủng, kiểm tra lún và ổn định khối móng quy ước.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế chung cư Tân Tạo" của sinh viên Nguyễn Văn An là một công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một tòa nhà cao tầng bê tông cốt thép quy mô 22 tầng tại Thành phố Hồ Chí Minh. Tác giả đã vận dụng phương pháp phần tử hữu hạn trên phần mềm ETABS để mô hình hóa kết cấu khung - vách - lõi kết hợp sàn phẳng, phân tích 12 mode dao động và tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCXD 229:1999. Các cấu kiện cột lệch tâm xiên, vách cứng, sàn phẳng và móng cọc ly tâm ứng suất trước đều được tính toán và kiểm tra đạt các yêu cầu kỹ thuật theo hệ thống tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam.