Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đề tài đồ án tốt nghiệp tập trung vào công tác tính toán và thiết kế kết cấu cho công trình nhà cao tầng "Chung cư Carillon 3 Tân Bình", do sinh viên Phan Hữu Nghĩa (MSSV: 19149289, Lớp 191491B) thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Ngọc Dương tại Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (bảo vệ tháng 7/2023).

Trong bối cảnh tốc độ đô thị hóa nhanh và mật độ dân số tại các đô thị lớn như Thành phố Hồ Chí Minh không ngừng gia tăng, quỹ đất xây dựng ngày càng trở nên hạn chế. Việc phát triển các tổ hợp chung cư cao tầng là giải pháp tất yếu nhằm giải quyết nhu cầu nhà ở, đồng thời tối ưu hóa không gian cho hạ tầng kỹ thuật và mảng xanh. Tuy nhiên, các công trình cao tầng chịu tác động đồng thời của tải trọng trọng trường và các tải trọng ngang phức tạp (gió động, động đất). Điều này đòi hỏi quy trình thiết kế kết cấu phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy chuẩn kỹ thuật hiện hành, từ khâu lựa chọn hệ kết cấu chịu lực, mô hình hóa phân tích nội lực không gian đến kiểm tra các trạng thái giới hạn và thiết kế móng sâu trên nền đất yếu.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được triển khai cụ thể theo các nội dung sau:

  1. Tìm hiểu kiến trúc, công năng và điều kiện tự nhiên, hạ tầng kỹ thuật tại địa điểm xây dựng công trình.
  2. Lựa chọn giải pháp kết cấu phần thân, sơ bộ kích thước tiết diện các cấu kiện chịu lực chính (bản sàn, dầm, cột, vách lõi).
  3. Xác định các loại tải trọng tác dụng lên công trình gồm tĩnh tải, hoạt tải sử dụng, thành phần tĩnh và động của tải trọng gió, cùng tải trọng động đất theo tiêu chuẩn hiện hành.
  4. Thiết kế chi tiết kết cấu sàn tầng điển hình và kết cấu cầu thang bộ.
  5. Kiểm tra các điều kiện về trạng thái giới hạn thứ hai (chuyển vị ngang đỉnh, chuyển vị lệch tầng, chu kỳ dao động, ổn định chống lật và hiệu ứng P-Delta).
  6. Phân tích nội lực và tính toán cốt thép cho hệ khung phẳng trục 3 (dầm, cột) và vách lõi thang máy.
  7. Thiết kế và so sánh hai phương án nền móng sâu: phương án móng cọc khoan nhồi và phương án móng cọc ly tâm ứng suất trước; lựa chọn giải pháp tối ưu cho đài móng M3 và M8.
  8. Tính toán thiết kế hệ ván khuôn, sườn gia cường và ty giằng đài móng cho khung trục 3 phục vụ thi công.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống kết cấu bê tông cốt thép toàn khối phần thân và phần ngầm của công trình Chung cư Carillon 3.
  • Phạm vi không gian: Công trình tọa lạc tại số 171C Hoàng Hoa Thám, Quận Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh. Quy mô công trình gồm 1 tầng hầm (cao độ đáy sàn -2.8m), 17 tầng nổi, cao độ tầng thượng +50.2m, tổng chiều cao tính toán động lực học 53.8m (tổng chiều cao kiến trúc đạt 63.1m). Diện tích mặt bằng trung bình theo phương X là 50.5m, theo phương Y là 31.0m.
  • Phạm vi thời gian và tiêu chuẩn: Nghiên cứu hoàn thành vào tháng 7 năm 2023, căn cứ trên hệ thống tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam hiện hành tại thời điểm tính toán.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật được áp dụng trong đồ án:

  • TCVN 5574:2018: Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép.
  • TCXD 198:1997: Nhà cao tầng – Thiết kế bê tông cốt thép toàn khối.
  • TCVN 2737:1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCXD 229:1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737-1995.
  • TCVN 9386:2012: Thiết kế công trình chịu động đất.
  • TCVN 2622:1995: Phòng cháy, chống cháy cho nhà và công trình – Yêu cầu thiết kế.

Vật liệu kết cấu sử dụng trong tính toán:

  • Bê tông: Sử dụng bê tông cấp độ bền B30 cho toàn bộ kết cấu dầm, sàn, cột, vách, cầu thang và đài móng. Các chỉ tiêu cơ lý: khối lượng thể tích $\gamma = 25\text{ kN/m}^3$; cường độ chịu nén tính toán $R_b = 17\text{ MPa}$; cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1.2\text{ MPa}$; môđun đàn hồi ban đầu $E_b = 32.5\times 10^3\text{ MPa}$. Vữa xi măng có khối lượng thể tích $\gamma = 18\text{ kN/m}^3$.
  • Cốt thép: Sử dụng hai nhóm thép gồm CB-240T (thép thanh tròn trơn) và CB-400V / CB-400T (thép thanh vằn).
Loại cốt thép $R_s\text{ (MPa)}$ $R_{sc}\text{ (MPa)}$ $E_s\text{ (MPa)}$ $R_{sw}\text{ (MPa)}$ Phạm vi sử dụng
CB-240T 210 210 $2.0 \times 10^5$ 210 Cốt thép sàn, cốt đai cấu kiện dầm, cột, vách
CB-400T / CB-400V 350 350 $2.0 \times 10^5$ 280 Cốt thép dọc chịu lực chính trong dầm, cột, vách, móng

Phương pháp mô hình hóa và phân tích kết cấu:

  • Đồ án ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM). Mô hình không gian 3 chiều tổng thể của công trình được xây dựng trên phần mềm chuyên dụng ETABS (phiên bản 2019): các cấu kiện thanh (cột, dầm) được mô hình bằng phần tử Frame; cấu kiện dạng tấm (vách cứng, lõi thang) được mô hình bằng phần tử Shell; sàn tầng được gán giả thiết màng cứng tuyệt đối trong mặt phẳng (Rigid Diaphragm) để phân phối lực ngang.
  • Thiết kế sàn tầng điển hình được thực hiện trên phần mềm SAFE thông qua việc phân chia các dải dải phẳng (Design Strips) theo hai phương trực giao X và Y.
  • Phân tích động lực học công trình: Xác định các chu kỳ, tần số và dạng dao động riêng (với khối lượng tham gia dao động lấy theo Mass Source: $1\text{TT} + 0.3\text{HT}$). Tải trọng gió động được tính toán theo TCXD 229:1999 dựa trên dạng dao động riêng cơ bản. Tải trọng động đất được xác định bằng phương pháp phân tích phổ phản ứng đàn hồi (Response Spectrum Analysis) theo TCVN 9386:2012 với hệ số ứng xử $q = 3.9$ (hệ kết cấu hỗn hợp khung - vách, cấp dẻo trung bình DCM).
  • Tính toán nền móng: Địa tầng công trình thuộc nền đất loại D. Sức chịu tải của cọc đơn được xác định và đối chứng qua 4 cơ sở: độ bền vật liệu cọc, chỉ tiêu cường độ đất nền, chỉ tiêu cơ lý đất nền và phương pháp xuyên tiêu chuẩn SPT (công thức Nhật Bản). Kiểm tra lún đài móng dựa trên phương pháp khối móng quy ước.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Kiến trúc và tổng quan công trình

Chương 1 trình bày đặc điểm tổng thể dự án Chung cư Carillon 3 tại số 171C Hoàng Hoa Thám, Quận Tân Bình, TP. Hồ Chí Minh. Công trình nằm trên trục đường giao thông thuận lợi, có hệ thống hạ tầng cấp điện và cấp thoát nước đô thị hoàn chỉnh.

  • Quy mô kiến trúc: Tòa nhà có 1 tầng hầm sâu -2.8m và 17 tầng nổi, cao độ tầng mái đạt +50.2m.
  • Bố trí công năng: Tầng hầm bố trí bãi đỗ xe và các phòng kỹ thuật; tầng trệt dành cho siêu thị, cửa hàng thương mại, văn phòng ban quản lý; các tầng trên là căn hộ ở; tầng mái đặt phòng kỹ thuật thang máy và bồn nước sinh hoạt.
  • Giao thông: Phương đứng gồm 2 buồng thang máy đặt tại trung tâm lõi và 2 buồng thang bộ thoát hiểm; giao thông ngang sử dụng hành lang giữa kết nối trực tiếp đến các căn hộ.
  • Hệ thống hạ tầng kỹ thuật: Nguồn điện cung cấp từ lưới điện thành phố kết hợp hệ thống 2 máy phát điện dự phòng công suất $2 \times 1600\text{ kVA}$; hệ thống cấp nước sạch từ mạng lưới đô thị qua bể ngầm, trạm bơm đẩy lên mái rồi phân phối trọng lực xuống các tầng; nước mưa mái thoát bằng ống D80; hệ thống phòng cháy chữa cháy trang bị họng nước cứu hỏa bố trí theo TCVN 2622:1995.

Chương 2: Lựa chọn giải pháp kết cấu và sơ bộ kích thước cấu kiện chịu lực

Tác giả tiến hành phân tích ưu nhược điểm của các giải pháp kết cấu sàn và kết cấu chịu lực phương đứng nhằm lựa chọn phương án thích hợp cho công trình cao 17 tầng:

  • Giải pháp kết cấu: Lựa chọn hệ kết cấu hỗn hợp "khung – vách lõi" bê tông cốt thép toàn khối. Hệ khung tiếp nhận chủ yếu tải trọng đứng; vách lõi thang máy tăng cường độ cứng ngang, tiếp nhận mômen uốn và giảm đáng kể chuyển vị ngang của công trình. Hệ sàn lựa chọn phương án sàn dầm trực giao (sàn sườn toàn khối) phù hợp chiều cao thông thủy mỗi tầng 3.6m.
  • Sơ bộ chiều dày sàn: Kích thước ô sàn điển hình cạnh ngắn $l_1 = 5.0\text{ m}$, áp dụng công thức $h_s = (D/m) \cdot l_1$ chọn chiều dày sàn tầng điển hình $h_s = 120\text{ mm}$; riêng sàn tầng hầm chịu áp lực đất và tiếp xúc trực tiếp nền đất được chọn dày $h_s = 250\text{ mm}$ nhằm đảm bảo điều kiện chịu lực và chống thấm.
  • Sơ bộ tiết diện dầm: Dầm chính nhiều nhịp có nhịp tính toán $L = 11.0\text{ m}$, chiều cao chọn $h_d = 700\text{ mm}$, bề rộng $b_d = 300\text{ mm}$ (kích thước $300 \times 700\text{ mm}$); dầm phụ chọn kích thước $300 \times 600\text{ mm}$.
  • Sơ bộ vách và cột: Chiều dày vách lõi thang máy chọn $300\text{ mm}$ (bằng bề rộng dầm). Tiết diện cột tính toán sơ bộ dựa trên diện truyền tải và tải trọng quy ước $q = 15\text{ kN/m}^2$, hệ số mômen $k = 1.1$ cho cột giữa và $k = 1.2$ cho cột biên. Tiết diện cột lớn nhất ở các tầng dưới: cột giữa chọn $1200 \times 1300\text{ mm}$ ($F_{\text{chọn}} = 15600\text{ cm}^2$), cột biên chọn $900 \times 1000\text{ mm}$ ($F_{\text{chọn}} = 9000\text{ cm}^2$).

Chương 3: Tính toán tải trọng

Chương này thiết lập toàn bộ giá trị tải trọng tác động vào mô hình tính toán:

  • Tĩnh tải (Dead Load - DL & Tĩnh tải hoàn thiện - SDL): Trọng lượng bản thân sàn do phần mềm tự động tính toán. Tải trọng các lớp hoàn thiện sàn tầng hầm gồm vữa tạo dốc và chống thấm; sàn tầng điển hình gồm gạch ceramic, vữa lót và trần kỹ thuật ($0.3\text{ kN/m}^2$); sàn sân thượng có thêm gạch chống nóng và vữa tạo dốc. Tải trọng tường xây chèn (tường gạch dày 100mm và 200mm, trọng lượng thể tích $\gamma_t = 18\text{ kN/m}^3$) được quy đổi thành tải phân bố trên dầm ($kN/m$) hoặc phân bố đều trên diện tích sàn ($kN/m^2$).
  • Hoạt tải sử dụng (Live Load - LL): Tra cứu theo TCVN 2737:1995: Phòng kỹ thuật ($7.2\text{ kN/m}^2$, tính toán $6.0\text{ kN/m}^2$); sảnh, hành lang, thương mại tầng 1 ($4.0\text{ kN/m}^2$); phòng ở căn hộ ($1.95\text{ kN/m}^2$); ban công, lô gia ($2.0\text{ kN/m}^2$); sảnh, hành lang tầng căn hộ ($3.0\text{ kN/m}^2$); khu vực bồn nước tầng mái ($30.0\text{ kN/m}^2$).
  • Tải trọng gió: Vị trí xây dựng tại Quận Tân Bình, thuộc vùng áp lực gió II-A ($W_0 = 0.83\text{ kN/m}^2$), dạng địa hình C. Do công trình có chiều cao tính toán $53.8\text{ m} > 40\text{ m}$, thành phần động của tải trọng gió bắt buộc phải được tính toán theo TCXD 229:1999. Tần số dao động riêng thứ nhất $f_1$ được xác định qua mô hình ETABS và so sánh với tần số giới hạn $f_L = 1.3\text{ Hz}$. Thành phần gió động theo phương X tính theo Mode 1, theo phương Y tính theo Mode 2; giá trị lực gió quy đổi về lực tập trung đặt tại tâm hình học mỗi tầng.
  • Tải trọng động đất: Tính theo TCVN 9386:2012 với đỉnh gia tốc nền tham chiếu $a_{gR} = 0.689\text{ m/s}^2$, hệ số tầm quan trọng $\gamma_I = 1.0$ (công trình cấp II), gia tốc nền thiết kế $a_g = 0.785\text{ m/s}^2$. Đất nền loại D có các tham số phổ $S = 1.80$, $T_B = 0.20\text{s}$, $T_C = 0.80\text{s}$, $T_D = 2.0\text{s}$. Hệ số ứng xử kết cấu $q = 3.9$. Thành phần động đất đứng bỏ qua do $a_{vg} < 0.25g$. Phổ phản ứng được khai báo vào ETABS để phân tích dao động.
  • Tổ hợp tải trọng: Thiết lập các tổ hợp tải trọng cơ bản (CB1 đến CB9) và các tổ hợp bao nội lực phục vụ kiểm tra trạng thái giới hạn chịu lực và trạng thái giới hạn sử dụng.

Chương 4: Thiết kế sàn tầng điển hình

Tác giả tiến hành tính toán chi tiết sàn dầm trực giao tầng điển hình bằng phần mềm SAFE kết hợp kiểm tra thủ công theo TCVN 5574:2018:

  • Khai báo tải trọng tác dụng gồm tĩnh tải bản thân, tĩnh tải hoàn thiện SDL, hoạt tải sử dụng và tải tường phân bố trên sàn.
  • Kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai: Kiểm tra độ võng tức thời và độ võng dài hạn của bản sàn dưới tác dụng của tải trọng tiêu chuẩn; kết quả độ võng lớn nhất tại giữa ô sàn đạt yêu cầu cho phép theo quy chuẩn ($f \le [f] = L/200$).
  • Kiểm tra điều kiện nứt: Xác định mômen chống nứt của tiết diện bê tông cốt thép, kiểm tra điều kiện hình thành vết nứt và tính toán bề rộng vết nứt dài hạn, ngắn hạn; kết quả bề rộng khe nứt đều nhỏ hơn giới hạn cho phép ($a_{crc} \le 0.3\text{ mm}$ đối với nứt dài hạn).
  • Bố trí thép sàn: Dựa trên biểu đồ mômen uốn trích xuất từ các dải Strip theo hai phương X và Y, tính toán diện tích cốt thép yêu cầu $A_s$ tại nhịp và gối, lựa chọn đường kính và khoảng cách rải thép lớp dưới và lớp trên.

Chương 5: Thiết kế cầu thang bộ điển hình

Chương này thực hiện thiết kế kết cấu cầu thang bộ dạng bản nghiêng hai vế bằng bê tông cốt thép toàn khối:

  • Kích thước hình học: Xác định chiều rộng bản thang, kích thước bậc thang (chiều rộng mặt bậc, chiều cao cổ bậc), kích thước bản chiếu nghỉ và dầm chiếu tới.
  • Xác định tải trọng: Tính toán tĩnh tải bậc thang, vữa lót, gạch ốp cùng tải trọng bản thân bản nghiêng bê tông cốt thép; tĩnh tải bản chiếu nghỉ phẳng; hoạt tải người sử dụng trên cầu thang lấy $3.0\text{ kN/m}^2$.
  • Phân tích nội lực và tính thép: Tách bản thang thành sơ đồ dầm đơn giản chịu tải trọng phân bố, xác định biểu đồ mômen uốn và lực cắt; tính toán cốt thép dọc chịu uốn cho bản thang xiên, bản chiếu nghỉ và dầm chiếu tới chịu lực cắt và mômen.

Chương 6: Kiểm tra trạng thái giới hạn II của công trình

Kiểm tra biến dạng tổng thể của hệ thống kết cấu dưới tác động của tải trọng ngang tiêu chuẩn (gió và động đất) thông qua mô hình ETABS:

  • Kiểm tra độ cứng ngang: Độ võng chuyển vị ngang tại đỉnh công trình thỏa mãn giới hạn cho phép của tiêu chuẩn ($u_{\text{đỉnh}} \le H/500$). Chuyển vị tương đối giữa các tầng kế cận ($\Delta u / h_{\text{tầng}}$) theo cả hai phương X và Y đều nằm trong phạm vi cho phép ($1/500$).
  • Kiểm tra dao động riêng: Xem xét chu kỳ dao động tự do các mode cơ bản, xác định mode 1 tịnh tiến phương X, mode 2 tịnh tiến phương Y và mode 3 xoắn; tỷ số chu kỳ thỏa mãn tính ổn định dao động theo quy chuẩn.
  • Kiểm tra ổn định chống lật: Xác định tỷ số giữa mômen giữ ổn định (do trọng lượng bản thân công trình tạo ra) và mômen gây lật (do tải trọng gió và động đất), kết quả cho thấy hệ số an toàn chống lật lớn hơn 1.5.
  • Kiểm tra hiệu ứng P-Delta: Hệ số độ nhạy dịch chuyển tầng $\theta$ theo hai phương X và Y đều nhỏ hơn giới hạn 0.1, chứng minh kết cấu đủ độ cứng và không cần xét đến ảnh hưởng bậc hai của hiệu ứng P-Delta.

Chương 7: Thiết kế hệ khung trục 3

Chương này đi sâu vào tính toán cốt thép chi tiết cho các cấu kiện chịu lực chính thuộc hệ khung trục 3 (khung điển hình chịu lực lớn của công trình):

  • Thiết kế dầm khung: Trích xuất các tổ hợp mômen uốn ($M_{\max}, M_{\min}$) và lực cắt ($Q_{\max}$) từ ETABS. Tính toán cốt thép dọc chịu uốn tại các tiết diện gối dầm và nhịp dầm theo TCVN 5574:2018; tính toán cốt đai chịu cắt, kiểm tra khả năng chịu nén của dải bê tông nghiêng giữa các vết nứt xiên; xác định chiều dài neo và nối cốt thép dọc.
  • Thiết kế cột khung (tập trung vào cột C2): Phân tích trạng thái chịu nén uốn lệch tâm xiên dưới tác dụng đồng thời của lực nén dọc $N$ và hai mômen uốn $M_x, M_y$. Lựa chọn phương pháp tính toán cột lệch tâm xiên theo biểu đồ tương tác hoặc quy đổi về lệch tâm phẳng tương đương; tính toán cốt thép dọc chịu lực và bố trí cốt đai gia cường chống nở hông.
  • Thiết kế vách lõi thang máy: Chia vách thành các phần tử Pier/Spandrel. Áp dụng phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi và phương pháp giả thuyết vùng biên chịu mômen để xác định diện tích cốt thép tập trung ở vùng biên chịu kéo/nén và cốt thép phân bố thân vách, tính toán cốt đai chống phình cho vách lõi.

Chương 8: Thiết kế móng cọc khoan nhồi

Đưa ra giải pháp thiết kế móng sâu sử dụng cọc khoan nhồi chịu tải trọng lớn truyền từ kết cấu phần thân xuống tầng địa chất tốt:

  • Lựa chọn cọc: Xác định đường kính cọc, chiều sâu hạ cọc ngàm vào lớp đất chịu lực.
  • Tính toán sức chịu tải cọc đơn:
    1. Theo điều kiện cường độ vật liệu bê tông B30 và cốt thép.
    2. Theo chỉ tiêu cường độ chống cắt của đất nền (lực ma sát bên và sức kháng mũi).
    3. Theo chỉ tiêu cơ lý của các lớp địa tầng đất nền.
    4. Theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT dựa trên công thức của Viện Kiến trúc Nhật Bản (AIJ). Từ 4 giá trị trên, xác định sức chịu tải thiết kế cho phép của cọc đơn và sơ bộ số lượng cọc cho từng đài móng.
  • Thiết kế chi tiết đài móng M3 (đài móng vách lõi thang) và đài móng M8 (đài móng cột biên):
    • Xác định phản lực đầu cọc lớn nhất, nhỏ nhất dưới tác dụng của tổ hợp tải trọng chân cột; kiểm tra điều kiện $P_{\max} \le 1.2 P_{tk}$ và $P_{tb} \le P_{tk}$.
    • Kiểm tra điều kiện chọc thủng đài móng do cọc và do chân cột/vách.
    • Tính toán kiểm tra ứng suất tiếp xúc đáy khối móng quy ước, tính toán độ lún của đài móng bằng phương pháp cộng lún từng lớp; so sánh với độ lún giới hạn cho phép ($S \le [S] = 8\text{ cm}$).
    • Tính toán và bố trí cốt thép chịu uốn theo hai phương trong đài móng M3 và M8.

Chương 9: Thiết kế móng cọc ly tâm ứng suất trước

Chương này nghiên cứu phương án móng cọc ly tâm dự ứng lực thay thế nhằm mục đích so sánh kỹ thuật và kinh tế:

  • Cấu tạo cọc và vật liệu: Tra cứu catalogue cọc ly tâm đúc sẵn, sử dụng bê tông mác cao và cốt thép cường độ cao; cấu tạo đài bê tông B30 ngàm đầu cọc.
  • Xác định sức chịu tải cọc ly tâm: Tính toán sức chịu tải vật liệu cọc ép và sức chịu tải theo địa chất (chỉ tiêu cường độ, cơ lý đất nền và SPT Nhật Bản); xác định sức chịu tải cho phép của cọc đơn.
  • Thiết kế đài móng M3 và M8 với cọc ly tâm: Bố trí mặt bằng tim cọc, kiểm tra phản lực đầu cọc, kiểm tra chống chọc thủng đài, kiểm tra ổn định khối móng quy ước và tính lún đài móng; tính toán diện tích cốt thép đài móng.
  • Lựa chọn phương án móng: Tổng hợp và đánh giá so sánh hai phương án (cọc khoan nhồi và cọc ly tâm ứng suất trước) dựa trên các chỉ tiêu kỹ thuật (mức độ kiểm soát lún, độ an toàn chịu lực của vách lõi) và chỉ tiêu kinh tế, mặt bằng thi công để lựa chọn giải pháp móng khả thi nhất cho công trình.

Chương 10: Công tác ván khuôn đài móng khung trục 3

Nội dung chương 10 phục vụ trực tiếp công tác tổ chức thi công đài móng phần ngầm:

  • Lựa chọn giải pháp cốp pha: Sử dụng hệ ván khuôn phủ phim chịu nước kết hợp hệ sườn gỗ/thép và thanh ty giằng liên kết chịu lực.
  • Tính toán kiểm tra an toàn hệ ván khuôn:
    1. Xác định tải trọng tác dụng: Áp lực ngang của hỗn hợp bê tông tươi mới đổ, tải trọng xung động khi đổ bê tông và tải trọng đầm dùi bê tông.
    2. Tính toán độ bền và độ võng của ván mặt cốp pha.
    3. Tính toán kiểm tra khả năng chịu lực của hệ sườn đứng (khoảng cách sườn, ứng suất uốn, độ võng đàn hồi).
    4. Tính toán kiểm tra hệ sườn ngang đỡ sườn đứng.
    5. Tính toán kiểm tra khả năng chịu kéo của thanh ty giằng và kiểm tra bu lông, bát chuồn liên kết, đảm bảo an toàn tuyệt đối trong suốt quá trình đổ và đầm bê tông đài móng.

Kết quả tính toán thiết kế và đóng góp kỹ thuật

Kết quả tính toán chính của đồ án

Đồ án đã hoàn thành đầy đủ khối lượng tính toán cho công trình Chung cư Carillon 3 Tân Bình, phản ánh qua các bảng số liệu trích xuất từ mô hình kết cấu:

Hạng mục cấu kiện Thông số hình học chọn Kết quả kiểm tra kỹ thuật Tiêu chuẩn đánh giá
Sàn tầng điển hình Chiều dày $h_s = 120\text{ mm}$ (bê tông B30) Độ võng tức thời và dài hạn $< L/200$; bề rộng khe nứt $a_{crc} \le 0.3\text{ mm}$ Thỏa mãn TCVN 5574:2018
Hệ dầm khung Dầm chính $300 \times 700\text{ mm}$; dầm phụ $300 \times 600\text{ mm}$ Bố trí thép dọc chịu mômen âm, dương; cốt đai thỏa mãn khả năng chống cắt $Q_{\max}$ Thỏa mãn TCVN 5574:2018
Cột khung trục 3 Cột C2 ($1200 \times 1300\text{ mm}$ tầng dưới) Chịu nén uốn lệch tâm xiên ($N, M_x, M_y$); hàm lượng cốt thép $\mu$ nằm trong giới hạn $1% - 3%$ Thỏa mãn TCXD 198:1997
Vách lõi thang máy Chiều dày $b = 300\text{ mm}$ Vùng biên chịu kéo/nén và lưới thép thân vách đảm bảo chịu uốn và cắt Thỏa mãn TCVN 5574:2018
Biến dạng tổng thể Chiều cao động học $H = 53.8\text{ m}$ Chuyển vị đỉnh $u_{\text{đỉnh}} \le H/500$; chuyển vị tầng $\Delta u / h \le 1/500$; hệ số $\theta < 0.1$ Thỏa mãn TCXD 198:1997 & TCVN 9386:2012
Phương án móng cọc Đài M3 (vách lõi) và M8 (cột biên) $P_{\max} \le 1.2 P_{tk}$; độ lún tuyệt đối $S < [S] = 8\text{ cm}$; an toàn chọc thủng Thỏa mãn TCVN 10304:2014 & TCVN 5574:2018

Giải pháp và kiến nghị kỹ thuật đề xuất

  • Đề xuất áp dụng hệ kết cấu liên hợp khung – vách lõi bê tông cốt thép cho các tòa nhà có quy mô 17–20 tầng tại khu vực địa chất Thành phố Hồ Chí Minh, giúp cân bằng giữa độ cứng ngang chống gió động/động đất và sự linh hoạt trong bố trí mặt bằng công năng kiến trúc căn hộ.
  • Khuyến nghị sử dụng cọc khoan nhồi cho khu vực móng vách lõi (đài M3) do nội lực tập trung rất lớn, trong khi các móng cột biên chịu tải trọng thấp hơn có thể xem xét phương án cọc ly tâm ép trước để tiết kiệm chi phí thi công.
  • Trong thi công ván khuôn đài móng khối lớn, cần tuân thủ khoảng cách bố trí ty giằng và sườn gia cường đã được kiểm tra ứng suất, hạn chế tối đa biến dạng phình cốp pha dưới áp lực thủy tĩnh của bê tông tươi cấp độ bền B30.

Đóng góp kỹ thuật của đồ án

  • Xây dựng một quy trình tính toán khép kín từ khâu kiến trúc, phân tích tải trọng tĩnh - động (gió động, động đất), mô hình hóa kết cấu không gian 3D, thiết kế chi tiết cấu kiện đến biện pháp tổ chức thi công ván khuôn đài móng.
  • Thực hiện tính toán so sánh trực quan giữa hai phương án móng sâu (cọc khoan nhồi và cọc ly tâm ứng suất trước) dựa trên số liệu địa chất cụ thể tại Quận Tân Bình, cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng về sức chịu tải và độ lún khối móng quy ước.

Hạn chế và hướng phát triển

Dựa trên nội dung và phạm vi nghiên cứu được trình bày trong văn bản:

  • Hạn chế của đồ án:
    • Do khối lượng tính toán đồ án tốt nghiệp có giới hạn, tác giả tập trung tính toán cốt thép chi tiết cho một khung trục đại diện (khung phẳng trục 3) và hai đài móng điển hình (M3, M8), chưa triển khai bóc tách cốt thép cho toàn bộ các khung trục còn lại của công trình.
    • Phân tích động đất dừng lại ở phương pháp phổ phản ứng đàn hồi tuyến tính (Response Spectrum), chưa thực hiện phân tích phi tuyến theo lịch sử thời gian (Time-history analysis) hoặc tĩnh phi tuyến (Pushover) để đánh giá sự phân bố khớp dẻo chi tiết khi xảy ra động đất cực đại.
    • Thành phần động đất theo phương đứng được lược bỏ căn cứ theo điều kiện gia tốc nền $a_{vg} < 0.25g$ của tiêu chuẩn.
  • Hướng phát triển tiếp theo:
    • Mở rộng phân tích tương tác động lực học giữa đất nền - móng - kết cấu (Soil - Structure Interaction - SSI) nhằm đánh giá chính xác hơn dao động của công trình trên nền đất loại D.
    • Tối ưu hóa kích thước tiết diện dầm, cột dọc theo chiều cao tầng nhà (giảm dần tiết diện ở các tầng trên) nhằm giảm tĩnh tải bản thân công trình và nâng cao hiệu quả kinh tế.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo thực tế cho các nhóm đối tượng sau:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng, Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng đang thực hiện đồ án tốt nghiệp hoặc đồ án môn học Nhà cao tầng, Bê tông cốt thép 2, Nền móng.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu mới vào nghề cần tài liệu mẫu về quy trình tính toán tải trọng gió động theo TCXD 229:1999 và tải trọng động đất theo TCVN 9386:2012 nhập vào phần mềm ETABS.
  • Các phần có giá trị tra cứu cao:
    • Quy trình khai báo phổ phản ứng dao động và tổ hợp tải trọng trong ETABS 2019.
    • Phương pháp kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai của sàn phẳng/sàn dầm trực giao bằng SAFE (kiểm tra võng dài hạn và bề rộng vết nứt).
    • Phương pháp tính toán sức chịu tải cọc đơn từ dữ liệu SPT theo công thức Nhật Bản và quy trình kiểm tra lún khối móng quy ước cho đài móng cọc.
    • Quy trình tính toán kiểm tra hệ ván khuôn, sườn gia cường và ty giằng đài móng chịu áp lực bê tông tươi.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình Chung cư Carillon 3 sử dụng những loại vật liệu bê tông và cốt thép nào trong tính toán kết cấu? Theo văn bản đồ án, công trình sử dụng bê tông cấp độ bền B30 cho toàn bộ dầm, sàn, cột, vách, cầu thang và đài móng ($R_b = 17\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1.2\text{ MPa}$, $E_b = 32.5\times 10^3\text{ MPa}$). Cốt thép gồm hai loại: CB-240T ($R_s = 210\text{ MPa}$) dùng cho cốt thép bản sàn và cốt đai; CB-400V / CB-400T ($R_s = 350\text{ MPa}$, $R_{sw} = 280\text{ MPa}$) dùng làm cốt thép dọc chịu lực chính cho khung dầm, cột, vách và đài móng.

2. Tại sao công trình phải tính toán thành phần động của tải trọng gió và căn cứ vào tiêu chuẩn nào? Công trình có chiều cao tính toán là $53.8\text{ m}$. Căn cứ theo mục 1.2 tiêu chuẩn TCXD 229:1999, các công trình xây dựng có chiều cao trên $40\text{ m}$ bắt buộc phải kể đến tác động của thành phần động của tải trọng gió. Với vị trí tại Quận Tân Bình (vùng gió II-A, $W_0 = 0.83\text{ kN/m}^2$, địa hình C), tác giả sử dụng phần mềm ETABS xác định tần số dao động riêng cơ bản và so sánh với tần số giới hạn $f_L = 1.3\text{ Hz}$ để tính toán gió động cho Mode 1 (phương X) và Mode 2 (phương Y).

3. Tải trọng động đất được xác định bằng phương pháp nào và các thông số phổ kháng chấn chính là gì? Tác giả sử dụng phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động đàn hồi theo TCVN 9386:2012. Công trình đặt tại Quận Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh, nền đất loại D, hệ số tầm quan trọng $\gamma_I = 1.0$, đỉnh gia tốc nền tham chiếu $a_{gR} = 0.689\text{ m/s}^2$, gia tốc nền thiết kế $a_g = 0.785\text{ m/s}^2$. Hệ số ứng xử kết cấu chọn $q = 3.9$ (hệ kết cấu hỗn hợp khung - vách, cấp dẻo trung bình). Các tham số phổ đàn hồi gồm $S = 1.80$, $T_B = 0.20\text{s}$, $T_C = 0.80\text{s}$, $T_D = 2.0\text{s}$. Tải trọng động đất theo phương đứng được bỏ qua do $a_{vg} < 0.25g$.

4. Kích thước tiết diện ban đầu của các cấu kiện chịu lực chính được lựa chọn ra sao? Chiều dày sàn tầng điển hình chọn $h_s = 120\text{ mm}$, sàn hầm chọn $h_s = 250\text{ mm}$. Dầm chính nhiều nhịp chọn kích thước $300 \times 700\text{ mm}$, dầm phụ chọn $300 \times 600\text{ mm}$. Chiều dày vách lõi thang máy chọn $300\text{ mm}$. Tiết diện cột ở các tầng dưới cùng được chọn dựa trên diện truyền tải và cường độ chịu nén của bê tông B30: cột giữa chọn $1200 \times 1300\text{ mm}$, cột biên chọn $900 \times 1000\text{ mm}$.

5. Đồ án đã so sánh những phương án móng nào cho công trình và tính toán những đài móng cụ thể nào? Tác giả đã lập và tính toán đối chứng hai giải pháp móng sâu là móng cọc khoan nhồi (Chương 8) và móng cọc ly tâm ứng suất trước (Chương 9) qua 4 phương pháp xác định sức chịu tải cọc đơn (vật liệu, cường độ đất nền, cơ lý đất nền và SPT theo công thức Nhật Bản). Hai đài móng được thiết kế chi tiết là đài móng vách lõi thang M3 và đài móng cột biên M8, bao gồm việc kiểm tra phản lực đầu cọc, khả năng chống chọc thủng, tính toán lún khối móng quy ước và tính cốt thép đài.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Chung cư Carillon 3 Tân Bình" của sinh viên Phan Hữu Nghĩa là công trình học thuật chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng, hoàn thành đầy đủ và chặt chẽ các bước tính toán thiết kế kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép toàn khối quy mô 17 tầng nổi và 1 tầng hầm. Tác giả đã kết hợp hiệu quả giữa lý thuyết cơ học kết cấu, hệ thống tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam hiện hành và các công cụ phần mềm mô hình hóa chuyên dụng ETABS, SAFE để giải quyết bài toán chịu lực tổng thể phần thân lẫn phần ngầm. Kết quả nghiên cứu cung cấp hệ thống số liệu tin cậy về kiểm tra chuyển vị, dao động, thiết kế cấu kiện chịu lực và đề xuất phương án móng sâu khả thi, đóng góp tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao cho sinh viên và kỹ sư xây dựng công trình dân dụng.