Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng với đề tài "Trung tâm thương mại An Bình" do sinh viên Đặng Đình Đan thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Văn Khoa và ThS. Huỳnh Phước Sơn tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (hoàn thành tháng 07/2018). Bối cảnh thực tiễn được tác giả xác định là yêu cầu tổng hợp, hệ thống hóa toàn bộ kiến thức chuyên ngành kỹ thuật xây dựng công trình sau 4 năm đào tạo, đồng thời rèn luyện kỹ năng tính toán, xử lý các bài toán thiết kế kỹ thuật thực tế cho một công trình cao tầng có công năng dịch vụ thương mại phức hợp.

Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể trong đồ án được đánh số và xác định rõ trong văn bản:

  1. Thể hiện hồ sơ giải pháp kiến trúc: tái lập và chuẩn hóa hệ thống bản vẽ kiến trúc công trình phục vụ thiết kế kết cấu.
  2. Thiết kế kết cấu phần thân: lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực chính, mô hình hóa và tính toán thiết kế sàn tầng điển hình, tính toán thiết kế hệ thống cầu thang bộ thoát hiểm.
  3. Mô hình hóa không gian hệ khung – vách: xác định các loại tải trọng tác động (tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng gió tĩnh, gió động và tải trọng động đất), phân tích nội lực và tính toán cốt thép hệ khung chịu lực (tập trung vào khung trục 4 và khung trục B).
  4. Thiết kế kết cấu phần ngầm: tổng hợp số liệu khảo sát địa chất, tính toán sức chịu tải của cọc và thiết kế hệ thống móng cọc khoan nhồi (các đài móng M1, M2 và móng lõi thang M3).

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống kết cấu chịu lực bê tông cốt thép toàn khối của công trình Trung tâm thương mại An Bình. Phạm vi nghiên cứu về không gian được xác lập trên khu đất xây dựng có diện tích 2.546 m² tại tỉnh Bình Dương; quy mô công trình gồm 16 tầng (1 tầng hầm, tầng trệt, lầu 1 đến lầu 13 và tầng kỹ thuật mái), chiều cao tính đến sàn mái là 58,0 m và chiều cao tính đến đỉnh mái là 61,6 m. Phạm vi nghiên cứu về thời gian thực hiện kéo dài từ tháng 12/2017 đến tháng 07/2018. Khối lượng hồ sơ hoàn thành gồm 01 tập thuyết minh tính toán, 01 tập phụ lục và 14 bản vẽ khổ A1 (gồm 4 bản vẽ kiến trúc và 10 bản vẽ kết cấu).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng hệ thống tính toán dựa trên các quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành của Việt Nam:

  • Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép: TCXDVN 5574:2012.
  • Tiêu chuẩn tải trọng và tác động: TCVN 2737:1995.
  • Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió: TCXD 229:1999.
  • Tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất: TCVN 9386:2012.
  • Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình: TCVN 9362:2012.
  • Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc: TCXDVN 10304:2014.
  • Tiêu chuẩn thiết kế và thi công nhà cao tầng: TCXD 198:1997.
  • Tiêu chuẩn phòng cháy chữa cháy cho nhà và công trình: TCVN 2622-78.

Phương pháp nghiên cứu thực tế dựa trên phương pháp giải tích phần tử hữu hạn (FEM) áp dụng cho mô hình không gian 3 chiều, kết hợp các giả thiết cơ bản trong tính toán nhà cao tầng: sàn được xem là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng ngang (diaphragm); bỏ qua biến dạng uốn ngoài mặt phẳng của sàn; các điểm nút khung trên cùng một cao trình tầng có chuyển vị ngang như nhau; chân cột và chân vách được ngàm cứng tại mặt đài móng; bỏ qua biến dạng dọc trục của dầm và sàn.

Các công cụ phần mềm chuyên dụng được tác giả lựa chọn và phân công nhiệm vụ cụ thể:

  • Phần mềm ETABS 2016: Sử dụng để dựng mô hình khung không gian 3 chiều, xác định chu kỳ dao động riêng, phân tích tải trọng gió động, tải trọng động đất theo phương pháp phổ phản ứng dao động, tổ hợp nội lực và kiểm tra các điều kiện ổn định, chuyển vị đỉnh, chuyển vị tầng, phục vụ tính thép dầm, cột, vách.
  • Phần mềm SAFE 2016: Sử dụng để chia dải strip phần tử tấm vỏ (shell), phân tích nội lực mômen uốn, tính toán cốt thép và kiểm tra độ võng của bản sàn tầng điển hình; đồng thời dùng để mô hình hóa và thiết kế hệ đài móng cọc.
  • Phần mềm SAP2000 V16: Sử dụng để giải nội lực hệ thanh, dầm gãy khúc cho kết cấu cầu thang bộ.

Nguồn dữ liệu tính toán bao gồm tập hồ sơ bản vẽ thiết kế kiến trúc hoàn chỉnh của công trình và tập số liệu báo cáo khảo sát địa chất tại địa điểm xây dựng (gồm các chỉ tiêu cơ lý đất nền và kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT).

Thiết kế và kiểm tra hệ thống kết cấu công trình

Thiết kế kết cấu công trình được triển khai chi tiết qua việc lựa chọn giải pháp vật liệu, tổ chức hệ chịu lực và kiểm tra biến dạng theo các trạng thái giới hạn:

Vật liệu xây dựng sử dụng:

  • Bê tông: Cấp độ bền B30 có cường độ chịu nén tính toán $R_b = 17\text{ MPa}$, cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1{,}103\text{ MPa}$ sử dụng cho toàn bộ cột, dầm, sàn, cầu thang, hồ nước và móng. Vữa xi măng cát cấp B5C dùng xây và trát tường.
  • Cốt thép: Thép nhóm AI đường kính $\phi < 10\text{ mm}$ ($R_s = R_{sc} = 225\text{ MPa}$, $R_{sw} = 175\text{ MPa}$, $E_s = 2{,}0 \times 10^5\text{ MPa}$); thép nhóm AII đường kính $\phi \ge 10\text{ mm}$ ($R_s = R_{sc} = 280\text{ MPa}$, $R_{sw} = 225\text{ MPa}$); thép nhóm AIII đường kính $\phi \ge 10\text{ mm}$ ($R_s = R_{sc} = 365\text{ MPa}$, $R_{sw} = 290\text{ MPa}$).
  • Lớp bê tông bảo vệ: Chiều dày $15\text{ mm}$ đối với bản sàn và tường; $20\text{ mm}$ đối với dầm và cột; $30\text{ mm}$ đối với dầm móng; $35\text{ mm}$ đối với đài móng có bê tông lót (tăng lên tương ứng khi tiếp xúc ngoài trời hoặc môi trường ẩm ướt).

Kiểm tra kiểm thử mô hình và điều kiện ổn định biến dạng:

  • Kiểm tra chuyển vị ngang đỉnh công trình: Giá trị chuyển vị lớn nhất tại đỉnh (tầng sân thượng) do tải trọng ngang sinh ra là $f_{\max} = 46{,}6\text{ mm}$. So sánh với chuyển vị ngang giới hạn theo tiêu chuẩn TCXD 198:1997 đối với hệ kết cấu khung – vách ($[f] = H / 500 = 61200 / 500 = 122{,}4\text{ mm}$), công trình hoàn toàn thỏa mãn điều kiện ổn định biến dạng ngang ($46{,}6\text{ mm} < 122{,}4\text{ mm}$). Chuyển vị theo phương X tại đỉnh là $U_X = 10{,}6\text{ mm}$.
  • Kiểm tra chống lật: Tỷ lệ giữa chiều cao và chiều rộng công trình được xác định là $H / B = 61{,}2 / 41 = 1{,}49$. Theo Điều 4.2 tiêu chuẩn TCXD 198:1997, tỷ lệ này nhỏ hơn 5 nên công trình không cần phải kiểm tra khả năng chống lật dưới tác động của tải trọng gió và động đất.
  • Kiểm tra độ võng sàn tầng điển hình: Kết quả phân tích biến dạng dài hạn trên SAFE cho thấy độ võng lớn nhất của sàn là $11\text{ mm}$ tại vị trí giao nhau giữa hai dầm phụ trực giao, nằm trong phạm vi cho phép của cấu kiện sàn khẩu độ lớn.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Kiến trúc

Phần này trình bày tổng quan về quy mô công trình và các giải pháp kiến trúc, công năng kỹ thuật:

  • Quy mô: Công trình cao 16 tầng trên khu đất $2.546\text{ m}^2$. Tầng hầm cao $4{,}0\text{ m}$ (diện tích $1.998\text{ m}^2$) bố trí phòng kỹ thuật, trạm điện, kho và bãi đỗ xe máy, ô tô. Tầng trệt cao $4{,}0\text{ m}$ và lầu 1 cao $3{,}6\text{ m}$ (diện tích mỗi tầng $1.998\text{ m}^2$) bố trí siêu thị thương mại. Lầu 2 đến lầu 13 có chiều cao tầng $3{,}6\text{ m}$, diện tích mặt bằng $2.035\text{ m}^2$/tầng, tổng diện tích mặt sàn toàn khu là $40.700\text{ m}^2$. Tầng kỹ thuật trên cùng đặt phòng kỹ thuật thang máy và hồ nước mái sinh hoạt, chữa cháy.
  • Giao thông và cơ điện: Giao thông ngang sử dụng hành lang kết nối; giao thông đứng bố trí 6 buồng thang máy, 2 cầu thang bộ thoát hiểm khép kín và hệ thống thang cuốn nối tầng trệt lên lầu 2. Hệ thống chiếu sáng kết hợp cửa sổ lấy sáng 4 mặt và chiếu sáng nhân tạo. Hệ thống điện sử dụng nguồn lưới khu vực kết hợp máy phát điện dự phòng tại tầng kỹ thuật. Cấp nước từ mạng lưới đô thị bơm lên hồ nước mái phân phối xuống các tầng. Thoát nước dẫn qua bể lắng lọc ở tầng hầm trước khi bơm xả ra mạng lưới chung. Bố trí báo cháy tự động và họng chữa cháy theo TCVN 2622-78.

Phần 2 - Chương 1: Tổng quan về thiết kế kết cấu nhà cao tầng

Tác giả hệ thống hóa các nguyên tắc cơ bản trong thiết kế kết cấu nhà cao tầng:

  • Lựa chọn vật liệu: Ưu tiên vật liệu có cường độ cao, trọng lượng thể tích nhỏ, khả năng biến dạng dẻo tốt, tính liền khối cao và chống cháy tốt nhằm giảm tải trọng bản thân và lực quán tính do động đất.
  • Hình dáng công trình: Mặt bằng cần đơn giản, ưu tiên tính đối xứng theo phương ngang để tránh hiện tượng xoắn; các bộ phận chịu lực chính (cột, vách, lõi) phải bố trí đối xứng và truyền tải trực tiếp xuống móng, tránh dùng console lớn. Theo phương đứng, độ cứng cần phân bố đều hoặc giảm dần lên trên, tránh việc thay đổi độ cứng đột ngột (như làm tầng thông tầng, cột hẫng chân hay sàn giật cấp).
  • Tải trọng và phân tích: Xác định các tổ hợp tải trọng đứng, tải trọng gió (tĩnh và động), tải trọng động đất, tác động nhiệt độ, từ biến và áp lực đất nền theo trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGH I - cường độ) và trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH II - độ võng, vết nứt, chuyển vị).

Phần 2 - Chương 2: Tổng quan về kết cấu công trình

Chương này đi sâu vào phân tích và lựa chọn các giải pháp kết cấu cụ thể:

  • So sánh giải pháp kết cấu sàn: Tác giả tiến hành so sánh 4 phương án gồm sàn sườn, sàn ô cờ, sàn không dầm (không mũ cột) và sàn không dầm ứng lực trước. Phân tích ưu nhược điểm về độ cứng, chiều cao tầng, khả năng chịu lực ngang, độ phức tạp thi công và giá thành. Đồ án lựa chọn phương án hệ sàn sườn toàn khối (hệ dầm chính, dầm phụ và bản sàn) do tính toán rõ ràng, liên kết khung vững chắc và phù hợp điều kiện thi công phổ biến.
  • Lựa chọn kết cấu chịu lực chính: Chọn hệ kết cấu khung – vách cứng bê tông cốt thép nhằm tận dụng vách cứng chịu phần lớn tải trọng ngang (gió, động đất) và khung chịu tải trọng đứng.
  • Giải pháp móng: Định hướng nghiên cứu hai phương án móng cọc khoan nhồi và móng cọc ép, trong đó phương án móng cọc khoan nhồi được chọn để triển khai chi tiết.
  • Thiết lập số liệu tải trọng vật liệu: Thể hiện trọng lượng riêng và hệ số vượt tải của bê tông cốt thép ($2.500\text{ daN/m}^3$, $n=1{,}1$), vữa trát lát ($1.800\text{ daN/m}^3$, $n=1{,}3$), gạch ốp lát ($2.000\text{ daN/m}^3$, $n=1{,}1$), tường xây gạch ống ($1.800\text{ daN/m}^3$, $n=1{,}2$).
STT Loại vật liệu Trọng lượng riêng Đơn vị tính Hệ số vượt tải ($n$)
1 Bê tông cốt thép 2500 $\text{daN/m}^3$ 1,1
2 Vữa xi măng trát, ốp, lát 1800 $\text{daN/m}^3$ 1,3
3 Gạch ốp lát 2000 $\text{daN/m}^3$ 1,1
4 Đất đầm nện chặt 2000 $\text{daN/m}^3$ 1,2
5 Tường xây gạch thẻ 2000 $\text{daN/m}^3$ 1,2
6 Tường xây gạch ống 1800 $\text{daN/m}^3$ 1,2
7 Bê tông sỏi nhám nhà xe 2000 $\text{daN/m}^3$ 1,1
8 Bê tông lót móng 2000 $\text{daN/m}^3$ 1,1

Phần 2 - Chương 3: Tính toán sàn tầng điển hình

Chương này thực hiện thiết kế chi tiết bản sàn sườn tầng điển hình:

  • Kích thước hình học sơ bộ: Với nhịp lớn nhất $L = 9.000\text{ mm}$, chiều dày sàn tính sơ bộ $h_s = (1/50 \div 2/3 \times 1/50) L \approx 125\text{ mm}$; tác giả quyết định chọn chiều dày bản sàn toàn bộ các tầng là $h_s = 150\text{ mm}$. Kích thước tiết diện dầm chính và dầm phụ được xác định theo khẩu độ nhịp.
  • Xác định tải trọng sàn: Tĩnh tải sàn gồm trọng lượng bản thân bản sàn ($150\text{ mm}$), lớp vữa lót, gạch men, lớp trát trần và hệ thống kỹ thuật treo với tổng tĩnh tải tính toán phòng ở/hành lang là $5{,}2\text{ kN/m}^2$; sàn vệ sinh và ban công có xét thêm lớp chống thấm. Hoạt tải sử dụng lấy theo TCVN 2737:1995 (khu vực hành lang $p^{tc} = 3{,}0\text{ kN/m}^2$, hệ số vượt tải $n = 1{,}2$). Tải trọng tường xây $100\text{ mm}$ không có dầm đỡ bên dưới được quy đổi thành tải phân bố đều trên ô sàn.
  • Phân tích và tính thép: Dựng mô hình sàn trong SAFE 2016, chia dải strip theo hai phương X và Y, gắn các trường hợp tải trọng tĩnh tải (TTBT, TTTX, TTCT) và hoạt tải (HT1, HT2). Xuất biểu đồ bao mômen uốn, tính toán diện tích cốt thép yêu cầu $A_s$ và hàm lượng cốt thép $\mu$ cho 25 ô sàn (từ S1 đến S25) tại các vị trí gối và nhịp, thỏa mãn hàm lượng cốt thép tối thiểu và tối đa.

Phần 2 - Chương 4: Thiết kế cầu thang bộ

Nội dung chương tập trung tính toán vế cầu thang bộ 2 vế tầng điển hình:

  • Cấu tạo hình học: Cầu thang gồm 22 bậc, bề rộng mặt bậc $b = 330\text{ mm}$, chiều cao bậc $h = 165\text{ mm}$, góc nghiêng $\tan\alpha = 165/330 = 0{,}5$. Chiều dày bản thang chọn $h_s = 130\text{ mm}$.
  • Tải trọng tác dụng: Tĩnh tải bản nghiêng và chiếu nghỉ tính từ các lớp đá hoa cương ($\delta = 20\text{ mm}$, $\gamma = 24\text{ kN/m}^3$), vữa lót, bậc xây gạch, bản bê tông cốt thép, vữa trát và lan can ($30\text{ daN/m}$). Hoạt tải tiêu chuẩn theo TCVN 2737:1995 là $p^{tc} = 3{,}0\text{ kN/m}^2$ ($n = 1{,}2$, hoạt tải tính toán $3{,}6\text{ kN/m}^2$).
  • Sơ đồ tính và bố trí thép: Cấu tạo mỗi vế thang thành một dầm gãy khúc tiết diện $b \times h = 1.000 \times 130\text{ mm}$. Phân tích nội lực qua 2 trường hợp tải trọng bất lợi trên SAP2000 (TH1: Mômen gối lớn; TH2: Mômen nhịp lớn). Xác định $a_{gt} = 20\text{ mm}$, chiều cao làm việc $h_0 = 110\text{ mm}$, tính toán và bố trí cốt thép chịu lực cho các tiết diện gối và nhịp bản thang.

Phần 2 - Chương 5: Tính toán thiết kế hệ khung

Chương này thực hiện phân tích không gian toàn bộ công trình:

  • Tải trọng gió: Địa điểm xây dựng tại Bình Dương thuộc vùng áp lực gió I-A, giá trị áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 55\text{ daN/m}^2$, dạng địa hình B, hệ số tin cậy niên hạn 50 năm là 1,2. Do công trình có chiều cao $61{,}6\text{ m} > 40\text{ m}$, tải trọng gió được tính toán bao gồm thành phần tĩnh và thành phần động theo TCXD 229:1999. Khối lượng tập trung các tầng được trích xuất từ ETABS (Mass Source = 1 Tĩnh tải + 0,5 Hoạt tải). Phân tích chu kỳ và tần số dao động cho thấy tần số dao động riêng cơ bản thỏa điều kiện cần tính toán thành phần động gió ứng với 3 dạng dao động đầu tiên (loại bỏ dạng dao động xoắn thứ 3).
  • Tải trọng động đất: Tính toán theo TCVN 9386:2012. Công trình tại Bình Dương có gia tốc nền tham chiếu $a_{gR}/g = 0{,}0853$, gia tốc đỉnh nền thiết kế $a_g = 0{,}0837g$ (tương ứng cấp động đất VII theo thang MSK-64), hệ số tầm quan trọng $\gamma_I = 1$, nền đất loại B ($S = 1{,}2$; $T_B = 0{,}15\text{ s}$; $T_C = 0{,}5\text{ s}$; $T_D = 2{,}0\text{ s}$), hệ số ứng xử kết cấu $q = 3{,}12$. Do chu kỳ $T_1 > 2{,}0\text{ s}$ không thỏa mãn phương pháp tĩnh lực ngang tương đương, tác giả áp dụng phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động (Response Spectrum Analysis), tổ hợp tác động 100% hướng chính kết hợp 30% hướng trực giao.
  • Tổ hợp và tính thép khung: Thiết lập các tổ hợp tải trọng trạng thái giới hạn I (tổ hợp cơ bản tĩnh tải + hoạt tải/gió theo TCVN 2737-1995; tổ hợp đặc biệt có động đất theo TCVN 9386:2012) và trạng thái giới hạn II. Trích xuất biểu đồ bao mômen uốn, lực cắt, lực dọc để tiến hành tính toán cốt thép dọc và cốt đai cho hệ dầm, cột, vách của khung trục 4 và khung trục B tuân thủ TCVN 5574:2012.

Khảo sát địa chất và tính toán - thiết kế nền móng

Phần nền móng tổng hợp điều kiện địa chất công trình và thiết kế kết cấu móng cọc:

  • Khảo sát địa chất: Đánh giá số liệu các lớp đất qua các hố khoan khảo sát, xác định các chỉ tiêu cơ lý (dung trọng, góc ma sát trong, lực dính, môđun biến dạng) và chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT ($N_{SPT}$) theo từng tầng đất.
  • Sức chịu tải cọc: Tính toán sức chịu tải thiết kế của cọc khoan nhồi theo 3 cơ sở độc lập: (1) Sức chịu tải theo vật liệu làm cọc ($P_{vl}$); (2) Sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý đất nền theo Mục 7 và Phụ lục G tiêu chuẩn TCXDVN 10304:2014 ($P_{ck}$); (3) Sức chịu tải theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT ($P_{spt}$). Từ đó xác định sức chịu tải cho phép của cọc đơn.
  • Thiết kế đài móng: Sử dụng phần mềm SAFE để mô hình hóa và kiểm tra tải trọng tác dụng, tính toán cốt thép và kiểm tra xuyên thủng cho đài móng cột M1, đài móng M2 và hệ thống móng bè/đài cọc dày của lõi thang máy M3.

Kết quả và đóng góp

Các kết quả định lượng cụ thể được trích xuất trực tiếp từ đồ án:

Thông số kỹ thuật Giá trị tính toán trong đồ án Căn cứ tiêu chuẩn / Ghi chú
Chiều cao đến đỉnh mái $61{,}6\text{ m}$ Mặt đất tự nhiên lên đỉnh tum kỹ thuật
Chiều cao đến sàn mái $58{,}0\text{ m}$ Cao trình sàn tầng kỹ thuật mái
Tổng diện tích sàn xây dựng $40.700\text{ m}^2$ 16 tầng nổi và 1 tầng hầm
Chiều dày bản sàn tầng điển hình $150\text{ mm}$ Hệ sàn sườn bê tông B30
Độ võng lớn nhất của bản sàn $11\text{ mm}$ Tại điểm giao dầm phụ trực giao (SAFE)
Cấp động đất thiết kế Cấp VII Thang MSK-64, $a_g = 0{,}0837g$ (Bình Dương)
Áp lực gió tiêu chuẩn $W_0$ $55\text{ daN/m}^2$ Vùng gió I-A, địa hình B (Bình Dương)
Chuyển vị đỉnh công trình lớn nhất $46{,}6\text{ mm}$ Nhỏ hơn giới hạn cho phép $[f] = 122{,}4\text{ mm}$
Tỷ số kích thước chống lật ($H/B$) $1{,}49$ Nhỏ hơn 5, không cần kiểm tra lật

Các giải pháp và kiến nghị kỹ thuật do tác giả đề xuất:

  • Lựa chọn giải pháp kết cấu khung kết hợp vách cứng bê tông cốt thép, bố trí các vách/lõi thang đối xứng nhằm tăng độ cứng không gian và triệt tiêu biến dạng xoắn dưới tác động của tải trọng ngang.
  • Áp dụng phương án sàn sườn toàn khối dày $150\text{ mm}$ kết hợp dầm chính, dầm phụ trực giao nhằm đảm bảo độ cứng uốn, hạn chế tối đa độ võng (chỉ đạt $11\text{ mm}$) và tạo điều kiện thuận lợi cho công tác thi công đổ bê tông toàn khối.
  • Ứng dụng giải pháp móng cọc khoan nhồi chịu tải trọng lớn, ngàm vào tầng đất tốt để đỡ hệ kết cấu 16 tầng và tầng hầm sâu $4{,}0\text{ m}$.

Đóng góp kỹ thuật do tác giả tự nêu: Đồ án đã xây dựng một quy trình thiết kế đồng bộ từ kiến trúc, kết cấu phần thân đến kết cấu nền móng ngầm; khai thác hiệu quả các công cụ phần mềm tính toán hiện đại (ETABS, SAFE, SAP2000) vào mô hình không gian 3 chiều giúp phản ánh chính xác sự làm việc thực tế của công trình thay vì các phương pháp gần đúng phẳng truyền thống.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án được ghi nhận dựa trên phạm vi và nội dung thuyết minh:

  • Khối lượng tính toán chi tiết kết cấu phần thân mới chỉ tập trung xử lý cho các khung trục đại diện (khung trục 4 và khung trục B), bản sàn một tầng điển hình và 3 loại móng điển hình (M1, M2, M3); chưa thực hiện tính toán chi tiết cho toàn bộ các trục khung còn lại.
  • Mô hình tính toán động đất mới dừng lại ở phân tích đàn hồi tuyến tính bằng phương pháp phổ phản ứng; chưa xét đến ứng xử phi tuyến của vật liệu và kết cấu khi chịu tải trọng động đất cực hạn.
  • Chưa phân tích ảnh hưởng tương tác động lực học giữa đất nền - móng - kết cấu (Soil - Structure Interaction - SSI) cũng như bài toán thi công hố đào sâu và tường vây tầng hầm.

Hướng mở rộng đề xuất:

  • Bổ sung tính toán chi tiết cốt thép cho toàn bộ các cấu kiện dầm, cột, vách của tất cả các trục khung trong không gian công trình.
  • Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp phân tích phi tuyến (Pushover analysis hoặc Time-history analysis) để kiểm soát biến dạng dẻo của khung vách khi xảy ra động đất mạnh.
  • Tính toán thiết kế biện pháp thi công tầng hầm, tường vây cọc barrette và hệ văng chống hố đào sâu trong đô thị.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên môn phù hợp cho sinh viên, học viên chuyên ngành Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp, cũng như các kỹ sư mới bắt đầu làm công tác thiết kế kết cấu nhà cao tầng.

Các nội dung có giá trị tham khảo cụ thể:

  • Quy trình chi tiết tính toán thành phần động của tải trọng gió cho công trình cao trên $40\text{ m}$ theo tiêu chuẩn TCXD 229:1999 và TCVN 2737:1995.
  • Phương pháp xác định các thông số phổ phản ứng thiết kế và quy trình mô hình hóa tải trọng động đất theo TCVN 9386:2012 trong phần mềm ETABS.
  • Kỹ thuật phân chia dải strip và mô hình hóa sàn sườn trong SAFE để xác định mômen uốn và kiểm tra độ võng đàn hồi kết hợp từ biến dài hạn theo TCVN 5574:2012.
  • Phương pháp tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi kết hợp giữa số liệu cơ lý đất nền và chỉ số SPT theo tiêu chuẩn TCXDVN 10304:2014.

Câu hỏi thường gặp

  1. Công trình Trung tâm thương mại An Bình có quy mô chiều cao và số tầng cụ thể như thế nào? Theo thuyết minh, công trình gồm 16 tầng kết hợp (1 tầng hầm cao $4{,}0\text{ m}$, tầng trệt cao $4{,}0\text{ m}$, lầu 1 cao $3{,}6\text{ m}$, lầu 2 đến 13 cao $3{,}6\text{ m}$/tầng và 1 tầng tum kỹ thuật mái). Chiều cao tính từ mặt đất tự nhiên đến sàn mái là $58{,}0\text{ m}$ và đến đỉnh mái là $61{,}6\text{ m}$.

  2. Tác giả đã lựa chọn giải pháp kết cấu sàn và chiều dày sàn tầng điển hình là bao nhiêu? Sau khi so sánh 4 phương án sàn (sàn sườn, sàn ô cờ, sàn không dầm và sàn không dầm ứng lực trước), tác giả lựa chọn phương án sàn sườn toàn khối bê tông cốt thép với chiều dày bản sàn được chọn thống nhất cho toàn bộ các tầng là $h_s = 150\text{ mm}$ (dựa trên nhịp tính toán lớn nhất $L = 9.000\text{ mm}$).

  3. Phương pháp nào được sử dụng để tính toán tải trọng động đất tác dụng lên công trình? Đồ án sử dụng phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động (Response Spectrum Analysis) theo tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 với sự trợ giúp của phần mềm ETABS 2016. Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương không được áp dụng do chu kỳ dao động cơ bản của công trình vượt quá giới hạn $4T_C$ và lớn hơn $2{,}0\text{ s}$.

  4. Kết quả kiểm tra chuyển vị ngang đỉnh công trình và độ võng sàn tầng điển hình đạt bao nhiêu? Chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh nhà (sàn thượng) là $f_{\max} = 46{,}6\text{ mm}$, nhỏ hơn giới hạn cho phép $[f] = H / 500 = 122{,}4\text{ mm}$ theo TCXD 198:1997. Độ võng lớn nhất của bản sàn tầng điển hình được kiểm tra trên phần mềm SAFE là $11\text{ mm}$ tại vị trí giao nhau giữa hai dầm phụ trực giao.

  5. Hệ thống móng của công trình được thiết kế theo giải pháp nào và tính toán dựa trên những cơ sở nào? Công trình sử dụng giải pháp móng cọc khoan nhồi (auger-cast pile). Sức chịu tải của cọc được tính toán và so sánh qua 3 phương pháp: theo độ bền vật liệu làm cọc, theo chỉ tiêu cơ lý đất nền (Mục 7 và Phụ lục G tiêu chuẩn TCXDVN 10304:2014) và theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT, trước khi đưa vào mô hình SAFE để thiết kế cốt thép đài móng M1, M2 và móng lõi thang M3.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Trung tâm thương mại An Bình" của sinh viên Đặng Đình Đan là công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một tòa nhà cao tầng bê tông cốt thép quy mô 16 tầng tại tỉnh Bình Dương. Tác giả đã giải quyết đồng bộ từ việc tổ chức kiến trúc, mô hình hóa không gian hệ khung – vách chịu tải trọng gió động và động đất, đến việc tính toán chi tiết sàn sườn, cầu thang bộ và hệ móng cọc khoan nhồi. Các kết quả tính toán kiểm tra về chuyển vị ngang đỉnh ($46{,}6\text{ mm}$) và độ võng sàn ($11\text{ mm}$) đều thỏa mãn nghiêm ngặt các quy chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành. Toàn bộ hồ sơ thuyết minh và bản vẽ thể hiện phương pháp tiếp cận khoa học, số liệu rõ ràng và đáp ứng đầy đủ yêu cầu của một đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng.