Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Chung cư 194" được thực hiện bởi sinh viên Nguyễn Thuyền dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn Tiếng (cùng Th. Huỳnh Phước Sơn) tại Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng / Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp, mã số đồ án SKL 008382).

Bối cảnh thực tiễn của đề tài xuất phát từ quá trình đô thị hóa nhanh tại Thành phố Hồ Chí Minh, nơi mật độ dân cư tập trung cao dẫn đến nhu cầu cấp thiết về nhà ở và cơ sở hạ tầng kỹ thuật. Việc phát triển các tòa nhà cao tầng không chỉ giải quyết bài toán quỹ đất đô thị mà còn đòi hỏi ngành xây dựng phải tiếp thu và ứng dụng các phương pháp mô hình hóa, tính toán tải trọng phức tạp và công nghệ thi công hiện đại. Trong bối cảnh đó, dự án đầu tư xây dựng Trung tâm thương mại và dịch vụ 194 được quy hoạch tại khu vực cửa ngõ phía Nam Thành phố Hồ Chí Minh trên khu đất có diện tích tự nhiên 41.577 m², tiếp giáp đường quy hoạch nội bộ Khu 9a-10 (lộ giới 14 m) ở phía Bắc, nút giao đường Nguyễn Văn Linh (lộ giới 120 m) - Quốc lộ 50 ở phía Nam và Đông, cùng Quốc lộ 50 (lộ giới 40 m) ở phía Tây. Tổng thể quy hoạch gồm: khu văn phòng điều hành (1.928 m²), siêu thị thương mại (6.362 m²), cao ốc văn phòng cho thuê Lô N2 (3.172 m²), khu tái định cư 20 tầng Lô S (2.820 m²), bãi đậu xe Lô P (10.837 m²), cây xăng Lô X (1.500 m²), dịch vụ bãi xe Lô M (5.610 m²), phần diện tích còn lại dành cho giao thông nội bộ và cây xanh.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án tập trung vào việc thiết kế kỹ thuật toàn diện cho hạng mục Khối nhà tái định cư 20 tầng (Lô S) thuộc dự án, bao gồm các nội dung chính được đánh số theo văn bản nhiệm vụ:

  1. Kiến trúc: Thể hiện lại hồ sơ các bản vẽ kiến trúc theo kích thước đã được cán bộ hướng dẫn điều chỉnh (gồm 4 bản vẽ khổ A1).
  2. Kết cấu:
    • Tính toán, thiết kế sàn tầng điển hình theo phương án kết cấu sàn sườn / sàn phẳng có dầm biên.
    • Tính toán, thiết kế cầu thang bộ tầng điển hình.
    • Xây dựng mô hình tính toán không gian, phân tích nội lực và thiết kế khung trục 2 và khung trục B (cũng như khảo sát khung trục 4 và khung trục D trong thuyết minh).
  3. Nền móng:
    • Tổng hợp và xử lý số liệu khảo sát địa chất công trình.
    • Thiết kế phương án móng khả thi: móng cọc khoan nhồi cho các cụm móng điển hình (móng M1, M2 và móng lõi thang M3/M6).
  4. Hồ sơ sản phẩm: Hoàn thành 01 tập thuyết minh tính toán, 01 tập phụ lục và 20 bản vẽ kỹ thuật khổ A1 (gồm 4 bản vẽ kiến trúc, 9 bản vẽ kết cấu, 4 bản vẽ mặt bằng và 3 bản vẽ nền móng).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Giải pháp kết cấu bê tông cốt thép toàn khối cho công trình nhà cao tầng chịu tác động đồng thời của tải trọng thẳng đứng (tĩnh tải, hoạt tải) và tải trọng ngang (gió tĩnh, gió động, động đất).
  • Phạm vi không gian: Khối chung cư tái định cư Lô S gồm 20 tầng (01 tầng hầm để xe và phòng kỹ thuật điện nước, tầng trệt bố trí sảnh tiếp tân, sinh hoạt cộng đồng, thương mại; 18 tầng lầu căn hộ và văn phòng; 01 tầng kỹ thuật thang máy trên mái). Tổng diện tích sàn xây dựng đạt 17.135 m², quy mô 102 căn hộ và 51 phòng làm việc; chiều cao mỗi tầng là 3,5 m; chiều cao công trình tính đến đỉnh mái là 67,7 m.
  • Phạm vi thời gian và điều kiện tự nhiên: Số liệu khí tượng thủy văn tại Thành phố Hồ Chí Minh với mùa mưa (tháng 5 đến tháng 11, nhiệt độ 20°C - 36°C, lượng mưa trung bình 274,4 mm, gió Tây Nam chiếm 66%) và mùa khô (tháng 12 đến tháng 4, nhiệt độ 27°C - 40°C, gió Đông Nam chiếm 30% - 40%), áp lực gió cơ sở khu vực rất ít chịu bão. Thời gian thực hiện đồ án từ ngày 22/02/2017 đến ngày 16/06/2017.

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 với tiêu chuẩn nước ngoài trong phân tích nội lực và kiểm tra cấu kiện:

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

Vật liệu kết cấu được quy định đồng bộ theo cấp độ bền và nhóm cốt thép:

Hạng mục cấu kiện Loại vật liệu Cấp độ bền / Mác Cường độ tính toán chịu nén Rb (MPa) Cường độ tính toán chịu kéo Rbt (MPa) Mô đun đàn hồi Eb (MPa)
Bê tông lót móng Bê tông nặng B10 (~ M150) 6,0 - -
Cọc khoan nhồi, tường vây Bê tông nặng B25 (~ M350) 14,5 1,05 30.000
Dầm, sàn, cột, vách, cầu thang Bê tông nặng B30 (~ M450) 17,0 - 17,5 1,20 32.500

Cốt thép sử dụng gồm hai nhóm: thép thanh có gờ đường kính phi > 10 mm dùng nhóm AIII (cường độ tính toán chịu kéo Rs = 365 MPa, chịu nén Rsc = 365 MPa, mô đun đàn hồi Es = 200.000 MPa); thép tròn trơn đường kính phi <= 10 mm dùng nhóm AI (Rs = Rsc = 225 MPa, Es = 210.000 MPa). Chiều dày lớp bê tông bảo vệ cấu kiện: tiếp xúc với đất (đài móng, tường chắn, mặt trong bể xử lý nước thải) là 35 mm; phần sàn tiếp xúc đất là 20 mm; cấu kiện không tiếp xúc đất (vách, dầm, sàn tầng trên) là 25 mm.

Phương pháp nghiên cứu và công cụ tính toán:

  • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Thiết lập mô hình kết cấu không gian 3D trên phần mềm ETABS, trong đó cấu kiện thanh (cột, dầm biên) được mô hình bằng phần tử Frame, cấu kiện tấm vỏ (sàn phẳng, vách cứng, lõi thang máy) được mô hình bằng phần tử Shell nhằm phản ánh sự làm việc đồng thời của hệ không gian.
  • Phương pháp dải biên (Strip Method) và phần tử hữu hạn trên SAFE: Phân tích nội lực bản sàn phẳng nhiều nhịp theo hai phương X và Y dưới tác dụng của tải trọng đứng.
  • Phương pháp giải tích kết cấu trên SAP2000: Mô hình hóa bản thang bộ dạng hệ thanh dầm chịu uốn phẳng để xuất nội lực và phản lực gối tựa.
  • Lập trình tính toán tự động bằng VBA trên Microsoft Excel: Tác giả tự xây dựng 6 module tiện ích chuyên biệt gồm: tính toán gió tĩnh và gió động; tính toán phổ phản ứng động đất; tính diện tích cốt thép dầm; tính diện tích cốt thép vách cứng; tính diện tích cốt thép sàn sườn toàn khối; tính toán sức chịu tải và kiểm tra móng cọc khoan nhồi.
  • Nguồn dữ liệu: Hồ sơ bản vẽ kiến trúc điều chỉnh và hồ sơ khoan khảo sát địa chất công trình tại địa điểm xây dựng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày tổng quan kiến trúc, công năng, giải pháp kỹ thuật công trình và lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực:

  • Giải pháp kiến trúc và công năng: Tòa nhà gồm 1 hầm và 19 tầng nổi (18 lầu + 1 tầng kỹ thuật mái), phân khu căn hộ có bước tầng 3,5 m. Mặt bằng bố trí 4 thang máy chính, 2 thang bộ thoát hiểm; hệ thống cấp nước kết hợp bể ngầm tầng hầm bơm lên bể mái; hệ thống thoát nước phân trục đứng; hệ thống thu rác thông tầng gom về hầm; đường dây điện đi ngầm tường/sàn.
  • Lựa chọn giải pháp kết cấu: So sánh giữa các hệ kết cấu chịu lực phương đứng (khung, tường chịu lực, khung - vách, ống), tác giả lựa chọn hệ kết cấu khung - vách bê tông cốt thép toàn khối liên kết qua sàn phẳng có dầm biên. Đây là giải pháp tối ưu nhằm tăng độ cứng không gian, kiểm soát biến dạng ngang do gió và động đất. Đối với kết cấu sàn, lựa chọn hệ sàn sườn bê tông toàn khối có dầm biên và dầm bẹt nhằm tối ưu chiều cao thông thủy và khả năng chịu lực.
  • Xác định sơ bộ kích thước cấu kiện:
    • Chiều dày sàn tầng điển hình: Chọn ô sàn kích thước lớn nhất (7 m x 10 m), áp dụng công thức kinh nghiệm hs = (D/m).L với D = 0,8 - 1,4; m = 40 - 45 đối với bản kê bốn cạnh; xác định sơ bộ hs = 160 mm.
    • Tiết diện cột: Xác định theo diện tích chịu tải và lực dọc đúng tâm sơ bộ Ac = k.N / Rb, với suất tải trọng sàn q = 12 kN/m², k = 1,1 - 1,5.
    • Tiết diện dầm biên: Chiều cao dầm chọn theo nhịp lớn nhất L = 10,7 m theo công thức hd = (1/16 - 1/12)L cho ra kích thước hd = 668 - 891 mm, bề rộng dầm bd = (1/4 - 1/2)hd; trong phương án sàn phẳng dầm biên tác giả sơ bộ chọn kích thước dầm biên 200 mm x 400 mm.
    • Vách cứng và lõi thang máy: Theo TCVN 198:1997, chiều dày vách bw không nhỏ hơn 150 mm và không nhỏ hơn 1/20 chiều cao tầng (3400/20 = 170 mm); chọn sơ bộ bề dày vách bw = 300 mm chạy suốt từ móng lên mái.

Chương 2: Tính toán – Thiết kế sàn phẳng

Chương 2 thực hiện tính toán chi tiết sàn tầng điển hình:

  • Tải trọng tác dụng lên sàn:
    • Tĩnh tải: Tính toán chi tiết cho từng khu vực gồm trọng lượng bản thân sàn bê tông cốt thép dày 160 mm, lớp gạch lót, vữa lót, vữa trát trần (khu vực phòng khách, phòng ngủ đạt 0,468 - 0,92 kN/m² cho các lớp hoàn thiện); khu vực vệ sinh bổ sung lớp chống thấm và vữa tạo dốc dày 35 mm (tĩnh tải hoàn thiện đạt 1,262 kN/m²); tĩnh tải tường xây bằng gạch ống quy về tải phân bố trên dầm biên và dầm sàn (tường 200 dày q = 12,28 kN/m; tường 100 dày q = 6,14 kN/m).
    • Hoạt tải tính toán: Tra theo TCVN 2737:1995 kết hợp hệ số độ tin cậy vượt tải: phòng khách/ngủ/ăn đạt 1,95 kN/m²; ban công, lô gia, văn phòng đạt 2,8 kN/m²; sảnh, hành lang, cầu thang đạt 4,8 kN/m²; ga ra ô tô và thương mại đạt 6,0 kN/m²; mái bằng đạt 0,975 kN/m².
  • Phân tích nội lực và độ võng bằng SAFE:
    • Sàn được mô hình hóa bằng phần tử tấm vỏ hữu hạn, chia dải thiết kế (design strips) theo phương X và phương Y. Dưới tải trọng đứng, SAFE xuất biểu đồ mô-men uốn dải cột và dải giữa nhịp.
    • Kiểm tra độ võng dài hạn xét đến từ biến và co ngót: Độ võng lớn nhất xuất hiện tại vị trí mép biên tự do nhịp 12 m có giá trị f = -26,75 mm. So sánh với độ võng giới hạn cho phép [f] = L/250 = 12000/250 = 48 mm, nhận thấy f = 26,75 mm < 48 mm, kết cấu sàn đảm bảo điều kiện sử dụng bình thường.
  • Tính toán cốt thép sàn và dầm biên:
    • Cốt thép sàn được tính toán cấu kiện chịu uốn theo TCVN 5574:2012 với bê tông B30 (Rb = 17 MPa), thép AIII (Rs = 365 MPa), chiều cao làm việc h0 = 135 mm, kiểm soát hàm lượng cốt thép trong khoảng mu_min = 0,1% đến mu_max.
    • Thiết kế dầm biên tiết diện 200 mm x 400 mm: Bố trí thép dọc theo bao mô-men xuất từ ETABS (đặt thép cấu tạo 4 phi 12 tại các vị trí mô-men nhỏ). Cốt đai dầm biên chịu lực cắt lớn nhất Qmax = 314,252 kN (tại vị trí dầm trục B tiết diện 700x300 liên kết): khả năng chịu cắt của bê tông Qbt không đủ chịu cắt, tác giả tính toán bố trí cốt đai 4 nhánh phi 8a100 ở đoạn đầu dầm chịu lực cắt lớn (khả năng chịu cắt tổng cộng Q = 384,252 kN > Qmax), đoạn giữa dầm bố trí đai phi 8a200.

Chương 3: Tính toán – Thiết kế cầu thang

Chương 3 thiết kế cầu thang bộ 2 vế tầng điển hình:

  • Cấu tạo hình học: Chiều cao tầng 3,5 m; thang gồm 2 vế, mỗi vế 10 bậc; kích thước bậc hb = 150 mm, rộng bậc lb = 280 mm; góc nghiêng bản thang alpha = 28°11' (cos alpha = 0,868). Chiều dày bản thang hb = 150 mm, chiều dày bản chiếu nghỉ và chiếu tới 150 mm; nhịp tính toán bản thang L0 = 6,15 m.
  • Xác định tải trọng:
    • Tĩnh tải: Tính theo công thức quy đổi chiều dày tương đương theo phương nghiêng tdi = (lb + hb)i.cos(alpha) / lb. Trọng lượng tính toán bản chiếu nghỉ gtt = 5,520 kN/m; bản thang nghiêng gtt = 7,463 kN/m; tổng tĩnh tải phân bố đứng có kể đến lan can tay vịn đạt 7,883 kN/m.
    • Hoạt tải: Hoạt tải tiêu chuẩn 3,0 kN/m² nhân hệ số vượt tải 1,2; hoạt tải tính toán trên bản thang ptt = 3,12 kN/m, trên chiếu nghỉ ptt = 3,60 kN/m.
    • Tổng tải trọng tính toán: Bản thang qtt = 11,003 kN/m (7,883 + 3,12); bản chiếu nghỉ qtt = 9,120 kN/m (5,520 + 3,60).
  • Sơ đồ tính và phân tích nội lực:
    • Tỷ số độ cứng giữa dầm chiếu nghỉ và bản thang hd/hs = 400/150 = 2,667 < 3, do đó liên kết được mô hình là khớp (sơ đồ dầm đơn giản 1 đầu gối cố định, 1 đầu di động).
    • Phân tích trên phần mềm SAP2000 với các trường hợp tĩnh tải (DEAD) và hoạt tải (LIVE) theo tổ hợp COMBO01.
  • Bố trí cốt thép bản thang và dầm chiếu tới:
    • Bản thang: Chiều rộng tính toán b = 1000 mm, h0 = 130 mm, tính toán thép chịu mô-men dương ở nhịp và thép gối theo TCVN 5574:2012, thỏa mãn điều kiện hàm lượng cốt thép tối thiểu mu_min = 0,1%.
    • Dầm chiếu tới: Tiết diện 200 mm x 400 mm, nhịp L0 = 2,5 m, chịu tải trọng bản thân và phản lực đứng từ bản thang truyền vào (q = 40,81 kN/m). Mô-men uốn cực đại Mmax = 31,88 kNm, lực cắt cực đại Qmax = 50,81 kN. Bê tông đủ khả năng chịu cắt (Qbt > Qmax), bố trí cốt đai cấu tạo 2 nhánh phi 6a200 dọc suốt chiều dài dầm.

Chương 4: Tính toán – Thiết kế hệ khung

Chương 4 là nội dung trọng tâm của đồ án, phân tích khung không gian chịu tải trọng tĩnh và động:

  • Mô hình hóa kết cấu: Mô hình 3D trong ETABS cho toàn bộ 20 tầng công trình. Dầm, cột dùng phần tử Frame; sàn, vách cứng dùng phần tử Shell; chân cột và chân vách ngàm cứng tại cao trình móng. Khối lượng tham gia dao động được quy đổi từ tĩnh tải (100%) và hoạt tải (nhân hệ số chiết giảm 0,5 theo TCXD 229:1999).
  • Tính toán tải trọng gió (TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999):
    • Do chiều cao công trình H = 67,7 m > 40 m nên bắt buộc tính toán thành phần động của gió.
    • Kết quả khảo sát 12 dạng dao động (Mode) từ ETABS cho thấy: Mode 1 có chu kỳ T1 = 2,401 s (phương Y); Mode 2 có T2 = 2,444 s (phương X); Mode 4 có T4 = 0,299 s (xoắn). Tần số dao động f1 = 0,416 Hz và f2 = 0,409 Hz đều nhỏ hơn tần số giới hạn fL = 1,3 Hz, do đó công trình phải tính thành phần động của tải gió cho cả hai phương.
    • Thành phần gió tĩnh quy về lực tập trung đặt tại tâm hình học các tầng; thành phần gió động quy về lực quán tính đặt tại tâm khối lượng các tầng.
  • Tính toán tải trọng động đất (TCVN 9386:2012):
    • Đất nền thuộc loại C (chỉ số N_SPT từ 15 đến 50). Gia tốc nền tham chiếu tại Quận Tân Bình, TP.HCM: agR = 0,6887 m/s²; hệ số tầm quan trọng gamma_I = 1,0; gia tốc nền thiết kế ag = 0,84 m/s² (thuộc vùng động đất yếu, không bắt buộc thiết kế kháng chấn đặc biệt nhưng vẫn tính toán kiểm tra).
    • Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp phổ phản ứng đàn hồi dạng dao động (Response Spectrum Analysis) do chu kỳ T1 > 2,0 s không thỏa điều kiện dùng tĩnh lực tương đương. Hệ số ứng xử kết cấu q = 3,6 (hệ khung - vách hỗn hợp). Thành phần động đất đứng bỏ qua do gia tốc đứng avg = 0,452 m/s² < 0,25g.
  • Tổ hợp tải trọng: Thiết lập 17 tổ hợp tải trọng cơ bản (COMB01 đến COMB17) bao gồm các tương tác giữa tĩnh tải (TT), hoạt tải (HT), gió tĩnh và gió động phương X/Y (WX, WY), động đất phổ phản ứng (QX, QY), cùng tổ hợp bao (COMBBAO).
  • Kiểm tra các điều kiện an toàn tổng thể:
    • Chuyển vị đỉnh công trình: Chuyển vị ngang đỉnh lớn nhất kiểm tra với COMBBAO đạt fmax = 0,07467 m (74,67 mm). Chuyển vị cho phép theo TCVN 198:1997 đối với hệ khung - vách là [f] = H/750 = 67,7 / 750 = 0,0902 m (90,2 mm). Kết quả fmax < [f], công trình thỏa mãn điều kiện chuyển vị đỉnh.
    • Kiểm tra gia tốc dao động đỉnh: Gia tốc đỉnh cực đại dưới tác dụng của gió động được xác định qua chu kỳ T1 và chuyển vị mode 1 đạt amax = 4,64 mm/s²; nhỏ hơn rất nhiều so với gia tốc cực đại cho phép bảo đảm tiện nghi tâm lý con người theo TCVN 198:1997 là [a] = 150 mm/s².
    • Kiểm tra ổn định tổng thể: Thiết lập bài toán thanh công-xôn ngàm kiểm tra điều kiện trọng lượng bản thân công trình không vượt quá trọng lượng cực hạn chống lật (Gkp).
  • Thiết kế cốt thép cấu kiện:
    • Thiết kế cột: Tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm xiên theo hai phương (Mx, My, N) xuất từ tổ hợp bao nội lực ETABS, kiểm tra hàm lượng cốt thép và bố trí thép đai kháng chấn.
    • Thiết kế dầm: Tính thép dọc chịu uốn (cốt đơn hoặc kép) và thép đai chịu cắt theo bao mô-men uốn và lực cắt.
    • Thiết kế vách cứng: Áp dụng phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi và phương pháp vùng biên chịu mô-men để bố trí cốt thép tập trung ở vùng biên vách kết hợp cốt thép ngang phân bố.
    • Cấu tạo kháng chấn: Quy định chi tiết neo, nối cốt thép, gia cường cốt đai dày tại các vùng khớp dẻo tiềm năng ở đầu dầm, chân cột theo TCVN 9386:2012.

Chương 5: Tính toán – Thiết kế móng

Chương 5 giải quyết giải pháp nền móng công trình:

  • Địa chất công trình: Địa tầng gồm các lớp đất sét, cát pha có chỉ số thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn N_SPT biến thiên từ 15 đến 50 ở các độ sâu chịu lực.
  • Lựa chọn giải pháp móng: Công trình 20 tầng có tải trọng chân cột và vách rất lớn, giải pháp móng cọc khoan nhồi chịu lực vào tầng đất tốt được lựa chọn để hạn chế lún và lún lệch.
  • Sức chịu tải của cọc khoan nhồi:
    • Sức chịu tải theo vật liệu bê tông B25 và cốt thép dọc (Pvl).
    • Sức chịu tải cực hạn theo đất nền tính toán theo 3 phương pháp: theo chỉ tiêu cơ lý đất nền (Mục 7 TCVN 10304:2014), theo chỉ số thí nghiệm SPT dọc thân cọc và mũi cọc, và theo công thức lý thuyết của Berezantzev (1961). Tổng hợp xác định sức chịu tải thiết kế cho phép của cọc [P].
  • Thiết kế các đài móng điển hình:
    • Móng đơn dưới cột M1 và M2: Bố trí cụm cọc khoan nhồi dưới đài; kiểm tra lực tác dụng lên đầu cọc lớn nhất Pmax <= 1,2[P] và Pmin > 0 (không chịu nhổ); kiểm tra ứng suất nén dưới đáy khối móng quy ước Ptb <= Rtc; kiểm tra độ lún tuyệt đối nhóm cọc S <= [S] = 8 cm; kiểm tra điều kiện chọc thủng đài móng theo tháp đâm thủng 45°; tính toán diện tích cốt thép lưới đáy đài móng theo hai phương chịu mô-men uốn.
    • Móng cụm lõi thang máy M3 (M6): Tiếp nhận toàn bộ tải trọng đứng và mô-men uốn lớn từ vách thang máy. Phân bố hệ cọc khoan nhồi dày đặc dưới đài bè, kiểm tra chọc thủng tại các tiết diện thành vách, kiểm tra lún và tính toán cốt thép đài móng dày kết hợp bố trí hố pít thang máy.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán kỹ thuật đạt được trong đồ án:

  1. Đảm bảo điều kiện biến dạng và ổn định công trình cao tầng:
    • Độ võng lớn nhất của sàn tầng điển hình hs = 160 mm dưới tác dụng của tải trọng đứng dài hạn (xét co ngót, từ biến) là f = 26,75 mm, nhỏ hơn giới hạn cho phép [f] = 48 mm (L/250 đối với nhịp 12 m).
    • Chuyển vị ngang đỉnh công trình dưới tổ hợp tải trọng nguy hiểm nhất COMBBAO là fmax = 74,67 mm (0,07467 m), nhỏ hơn chuyển vị giới hạn [f] = 90,2 mm (H/750 với chiều cao H = 67,7 m theo TCVN 198:1997).
    • Gia tốc dao động đỉnh cực đại do gió động gây ra đạt amax = 4,64 mm/s², thấp hơn nhiều so với ngưỡng quy định tiện nghi tâm lý người sử dụng [a] = 150 mm/s².
  2. Giải pháp kết cấu và nền móng được định lượng cụ thể:
    • Hệ chịu lực phương đứng là khung - vách lõi cứng bê tông B30, bề dày vách 300 mm, dầm biên 200 mm x 400 mm; cốt đai dầm biên được gia cường 4 nhánh phi 8a100 ở đầu dầm chịu lực cắt Qmax = 314,252 kN.
    • Nền móng sử dụng cọc khoan nhồi bê tông B25 ngàm vào tầng đất chịu lực có N_SPT cao; các đài móng M1, M2 và móng lõi thang M3 đều thỏa mãn điều kiện chịu tải đầu cọc (Pmax, Pmin), điều kiện áp lực đất nền khối móng quy ước, khả năng chống xuyên thủng và độ lún giới hạn.
  3. Đóng góp về phương pháp tính toán và công cụ hỗ trợ (tác giả tự nêu):
    • Xây dựng hoàn chỉnh quy trình phân tích động lực học công trình chịu tải trọng gió động theo TCXD 229:1999 (xét 12 mode dao động, phân tích mode 1 và mode 2 có tần số nhỏ hơn fL = 1,3 Hz) và phổ phản ứng động đất theo TCVN 9386:2012 kết hợp trích xuất dữ liệu từ ETABS.
    • Tự lập trình thành công hệ thống 6 chương trình tính toán / bảng tính VBA trên Microsoft Excel để tự động hóa các khâu phức tạp: tính gió tĩnh/động, động đất, tính diện tích cốt thép dầm chịu uốn - cắt, thép vách cứng chịu nén uốn theo phương pháp biên, thép sàn sườn và kiểm tra móng cọc khoan nhồi.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Phạm vi thiết kế kết cấu chỉ tập trung giải quyết khối nhà tái định cư 20 tầng (Lô S), chưa triển khai phân tích tương tác kết cấu giữa các khối lân cận trong tổng thể dự án 41.577 m² (như khối siêu thị thương mại, tháp văn phòng Lô N2).
  • Về nội dung tính toán khung, đồ án tập trung tính toán và bố trí cốt thép chi tiết cho các hệ khung đại diện (khung trục 2 và khung trục B hoặc khung trục 4 và D), chưa thể hiện chi tiết cho toàn bộ các khung còn lại trên mặt bằng.
  • Số liệu địa chất công trình sử dụng trong đồ án là tài liệu sưu tầm tham khảo cho khu vực thực hiện, chưa bao gồm các thí nghiệm nén tĩnh cọc thực tế tại hiện trường.

Hướng phát triển tiếp:

  • Mở rộng phân tích bài toán tương tác động học giữa đất nền - cọc - kết cấu bên trên (SSI) đối với nhà cao tầng đặt trên móng cọc khoan nhồi khi chịu tải trọng động đất.
  • Nghiên cứu chi tiết biện pháp kỹ thuật và trình tự thi công phần ngầm (thi công hố đào sâu, tường vây, hệ văng chống shoring) cho tầng hầm công trình trong điều kiện mực nước ngầm đô thị.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp "Chung cư 194" là tài liệu tham khảo trực tiếp và 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 công trình bê tông cốt thép cao tầng hoặc đồ án môn học Nhà cao tầng, Nền móng.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu cần tài liệu tham khảo về quy trình tính toán thực hành tải trọng gió động (TCXD 229:1999) và tải trọng động đất dạng phổ phản ứng (TCVN 9386:2012) áp dụng trong phần mềm ETABS.
  • Các phần đáng tham khảo nhất trong tài liệu:
    • Phương pháp phân tích dải sàn phẳng và kiểm tra độ võng đàn hồi kết hợp co ngót, từ biến bằng phần mềm SAFE (Chương 2).
    • Quy trình xác định thông số động lực học, 12 mode dao động và cách gán lực gió tĩnh tại tâm hình học, gió động tại tâm khối lượng công trình (Chương 4).
    • Trình tự tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi theo SPT, Berezantzev và quy trình kiểm tra khối móng quy ước, tính lún nhóm cọc cho đài bè lõi thang máy (Chương 5).

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình Chung cư 194 có quy mô số tầng, chiều cao và diện tích xây dựng cụ thể là bao nhiêu?
Công trình gồm 20 tầng (01 tầng hầm, tầng trệt, 18 tầng lầu căn hộ/văn phòng và 01 tầng kỹ thuật mái). Chiều cao mỗi tầng điển hình là 3,5 m; tổng chiều cao đỉnh mái công trình đạt 67,7 m. Khối nhà có tổng diện tích sàn xây dựng là 17.135 m², bố trí 102 căn hộ và 51 văn phòng làm việc.

2. Tại sao công trình phải tính toán thành phần động của tải trọng gió và căn cứ vào tiêu chí nào?
Theo quy định của TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999, công trình có chiều cao H = 67,7 m (> 40 m) nên bắt buộc phải xét thành phần động của tải gió. Khi khảo sát 12 dạng dao động bằng ETABS, tần số dao động riêng cơ bản của Mode 1 (phương Y, f1 = 0,416 Hz) và Mode 2 (phương X, f2 = 0,409 Hz) đều nhỏ hơn giá trị giới hạn fL = 1,3 Hz, do đó tải trọng gió phải bao gồm cả thành phần tĩnh và xung động của vận tốc gió.

3. Tải trọng động đất tác dụng vào công trình được tính toán theo phương pháp nào và có xét thành phần đứng không?
Tải trọng động đất được tính toán theo phương pháp phân tích phổ phản ứng đàn hồi dạng dao động (Response Spectrum Analysis) theo TCVN 9386:2012 trên nền đất loại C với hệ số ứng xử q = 3,6. Công trình không cần xét đến thành phần đứng của tải trọng động đất vì đỉnh gia tốc nền theo phương đứng tại khu vực xây dựng là avg = 0,452 m/s² nhỏ hơn ngưỡng quy định 0,25g (khoảng 2,45 m/s²).

4. Kết quả kiểm tra chuyển vị đỉnh và gia tốc đỉnh của công trình có thỏa mãn tiêu chuẩn nhà cao tầng không?
Có. Chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh nhà dưới tổ hợp tải trọng bao đạt fmax = 74,67 mm, nhỏ hơn giới hạn cho phép [f] = H/750 = 90,2 mm theo TCVN 198:1997. Đồng thời, gia tốc dao động đỉnh cực đại do gió động gây ra đạt amax = 4,64 mm/s², thấp hơn rất nhiều so với ngưỡng tiện nghi tâm lý người sử dụng [a] = 150 mm/s².

5. Giải pháp nền móng được lựa chọn cho công trình là gì và kiểm tra những điều kiện kỹ thuật nào?
Đồ án lựa chọn giải pháp móng cọc khoan nhồi bê tông B25 ngàm vào lớp đất tốt có N_SPT cao. Quy trình thiết kế kiểm tra: sức chịu tải của cọc theo vật liệu và theo đất nền (SPT, chỉ tiêu cơ lý, công thức Berezantzev); điều kiện tải tác dụng đầu cọc (Pmax <= 1,2[P], Pmin > 0); áp lực đất đáy khối móng quy ước (Ptb <= Rtc); độ lún nhóm cọc (S <= 8 cm); khả năng chống chọc thủng đài móng và tính toán cốt thép đài móng theo hai phương.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Chung cư 194" của sinh viên Nguyễn Thuyền là công trình nghiên cứu và thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một khối nhà tái định cư 20 tầng bằng bê tông cốt thép toàn khối tại Thành phố Hồ Chí Minh. Tác giả đã kết hợp chặt chẽ giữa hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành (TCVN 5574:2012, TCVN 2737:1995, TCXD 229:1999, TCVN 9386:2012, TCVN 10304:2014) với các phần mềm chuyên ngành hiện đại (ETABS, SAFE, SAP2000) và các công cụ VBA tự lập trình. Toàn bộ các cấu kiện sàn phẳng dầm biên, cầu thang bộ, khung không gian chịu tải trọng tĩnh - động và móng cọc khoan nhồi đều được tính toán, kiểm tra chuyển vị, gia tốc và độ ổn định đạt yêu cầu kỹ thuật. Đồ án cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết, có giá trị học thuật và thực tiễn cao cho sinh viên và kỹ sư xây dựng công trình dân dụng.