Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong tiến trình phát triển kinh tế - xã hội và tốc độ đô thị hóa gia tăng nhanh chóng tại Việt Nam, sự gia tăng mật độ dân số tại các đô thị lớn đặt ra bài toán cấp bách về nhu cầu nhà ở. Việc phát triển các công trình nhà ở cao tầng được xác định là giải pháp tối ưu nhằm khai thác hiệu quả quỹ đất đô thị, tiết kiệm chi phí đầu tư hạ tầng kỹ thuật và đáp ứng đồng bộ các điều kiện tiện nghi sinh hoạt cho người dân. Xuất phát từ bối cảnh thực tiễn đó, đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng của sinh viên Tô Thị Lan Hương (Lớp XDD52-ĐH2, Khoa Công trình, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam) lựa chọn đề tài thiết kế kỹ thuật cho công trình "Chung cư cao tầng Hạnh Phúc - TP Hồ Chí Minh".
Văn bản đồ án xác định rõ các mục tiêu và nhiệm vụ thiết kế cụ thể:
- Củng cố và hệ thống hóa toàn bộ kiến thức chuyên ngành kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng đã được đào tạo trong chương trình đại học.
- Tìm hiểu, vận dụng các lý thuyết tính toán kết cấu bê tông cốt thép và công nghệ thi công xây dựng hiện đại phổ biến trong thực tế.
- Hoàn thiện đồ án tốt nghiệp với ba phần nội dung chính:
- Phần 1: Thiết kế kiến trúc công trình.
- Phần 2: Tính toán và thiết kế kết cấu công trình.
- Phần 3: Lập biện pháp công nghệ và tổ chức xây dựng.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án được xác định như sau:
- Đối tượng nghiên cứu: Giải pháp kiến trúc, kết cấu chịu lực và hệ thống kỹ thuật của công trình nhà chung cư cao tầng.
- Phạm vi không gian: Công trình được quy hoạch xây dựng tại Thành phố Hồ Chí Minh, với quy mô 10 tầng nổi (chiều cao tổng thể 38,4 m; kích thước mặt bằng 18,4 m × 60,30 m).
- Phạm vi thời gian và pháp lý: Đồ án hoàn thành vào ngày 21 tháng 11 năm 2015 tại Hải Phòng, dưới sự hướng dẫn chuyên môn của ThS.KTS. Lê Văn Cường (hướng dẫn kiến trúc) và ThS. Nguyễn Xuân Hòa (hướng dẫn kết cấu).
Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế
Đồ án được thực hiện dựa trên hệ thống lý thuyết tính toán kết cấu công trình và các phương pháp kỹ thuật xây dựng dân dụng:
Nội dung chính theo từng chương
Lời nói đầu: Khái quát nhiệm vụ và cơ cấu đồ án
Phần mở đầu nêu rõ tầm quan trọng của việc đào tạo đội ngũ kỹ sư xây dựng đáp ứng quá trình hiện đại hóa đất nước. Tác giả trình bày lời cảm ơn gửi đến các giảng viên Khoa Công trình - Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, cùng hai cán bộ hướng dẫn trực tiếp. Bố cục đồ án được công bố bao gồm 3 phần độc lập nhưng gắn kết chặt chẽ: Thiết kế kiến trúc, Thiết kế kết cấu, Công nghệ và tổ chức thi công.
Chương 1: Giới thiệu chung về công trình
1. Đặc điểm kinh tế - xã hội và quy hoạch tổng thể
Tác giả phân tích tính tất yếu của mô hình nhà ở chung cư tại các đô thị phát triển: tiết kiệm quỹ đất, giảm chi phí đầu tư hạ tầng kỹ thuật và đáp ứng nhanh chóng số lượng lớn diện tích sàn ở. Công trình "Chung cư cao tầng Hạnh Phúc" nằm trong quy hoạch tổng thể đồng bộ của đô thị, tiếp giáp mạng lưới giao thông chính, có khuôn viên cây xanh và khu vui chơi giải trí phụ trợ.
2. Điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng
- Khí hậu: Khu vực Thành phố Hồ Chí Minh mang đặc trưng nhiều nắng, nhiều gió, không có mùa đông và có mức độ khô hạn cao. Khí hậu chia thành 2 mùa rõ rệt gồm mùa mưa (từ tháng 5 đến tháng 10) và mùa khô (từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau). Nhiệt độ trung bình dao động từ 25 °C đến 28 °C; tổng tích ôn trong năm đạt từ 6800 °C đến 9900 °C/năm; độ ẩm không khí trung bình từ 76% đến 86%; lượng mưa trung bình hàng năm từ 800 mm đến 2000 mm, có xu hướng tăng dần về phía Nam.
- Địa chất công trình: Dữ liệu địa chất bên dưới móng công trình bao gồm 7 lớp địa tầng:
| Thứ tự lớp |
Tên phân lớp địa chất |
Chiều dày / Trạng thái cơ lý |
| Lớp 1 |
Đất lấp cát hạt mịn đến nhỏ |
Chiều dày 1,5 m |
| Lớp 2 |
Đất sét pha màu xám xanh, xám nâu |
Trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng |
| Lớp 3 |
Đất sét pha lẫn hữu cơ màu xám ghi, xám đen |
Trạng thái dẻo chảy đến dẻo mềm |
| Lớp 4 |
Sét pha xám xanh, xám vàng, xám nâu |
Trạng thái dẻo cứng |
| Lớp 5 |
Cát mịn |
Trạng thái hạt mịn |
| Lớp 6 |
Cát thô màu xám ghi |
Trạng thái dẻo cứng |
| Lớp 7 |
Cuội sỏi |
Tầng cuội sỏi chịu lực tốt |
3. Các giải pháp kiến trúc công trình
- Giải pháp mặt bằng: Tòa nhà cao 10 tầng. Tầng 1 có chiều cao thông thủy 3,6 m, đảm nhiệm công năng gara để xe chung cho toàn bộ cư dân. Từ tầng 2 đến tầng 10 là không gian bố trí các căn hộ sinh hoạt khép kín. Trục giao thông đứng trung tâm gồm 2 buồng thang bộ và 2 giếng thang máy.
- Giải pháp mặt đứng: Tổng chiều cao công trình đạt 38,4 m, chiều dài mặt đứng 60,3 m và chiều rộng 18,4 m. Mặt đứng sử dụng hệ thống cửa sổ vách kính lớn tăng khả năng lấy sáng tự nhiên. Các ban công bố trí tại từng căn hộ hỗ trợ nhu cầu phơi phóng và mở rộng không gian sử dụng. Tường bao che và ngăn cách giữa các căn hộ dày 220 mm; tường ngăn chia các phòng nội bộ trong căn hộ dày 110 mm.
- Giải pháp mặt cắt: Chiều cao đồng đều giữa các tầng từ tầng 1 đến tầng 10 là 3,6 m. Bản vẽ mặt cắt 1-1 xác lập cao trình và kích thước tiết diện hình học của các cấu kiện kiến trúc.
4. Các giải pháp kết cấu chịu lực
- Kết cấu sàn: Sử dụng sàn bê tông cốt thép toàn khối với bề dày hợp lý nhằm hạn chế tối đa tĩnh tải tác dụng lên hệ khung và móng.
- Kết cấu thẳng đứng: Hệ thống cột và dầm bê tông cốt thép liên kết nút cứng tạo thành khung không gian. Vách cứng đặt tại lõi thang máy làm tăng độ cứng ngang của công trình và chịu tải trọng gió.
5. Hệ thống kỹ thuật công trình (MEP và PCCC)
- Hệ thống giao thông: Bố trí 2 thang bộ thoát hiểm và 2 thang máy vận chuyển tại khu vực trung tâm.
- Chiếu sáng và điện: Kết hợp chiếu sáng tự nhiên qua ô cửa sổ kính với hệ thống đèn chiếu sáng nhân tạo. Dây dẫn điện đi ngầm trong tường, sàn và được bọc vỏ cách điện; các tuyến cáp điện trục đứng đi trong hộp kỹ thuật kín.
- Hệ thống thông gió: Kết hợp thông gió tự nhiên với thông gió cưỡng bức thông qua quạt gió và máy điều hòa nhiệt độ.
- Cấp thoát nước: Nguồn nước sạch lấy từ mạng lưới đô thị dẫn về bể ngầm đặt tại chân công trình. Hệ thống máy bơm tự động đẩy nước cấp lên các tầng thông qua hộp gen kỹ thuật bố trí sát khu vệ sinh.
- Hệ thống phòng cháy và chữa cháy: Thiết bị báo cháy tự động trang bị tại từng phòng, từng tầng và khu vực công cộng; tín hiệu báo cháy truyền về trung tâm điều khiển bảo vệ. Nước chữa cháy lấy từ họng cứu hỏa vách tường kết hợp bình chữa cháy cầm tay. Hai buồng thang bộ thoát hiểm ở hai đầu nhà được trang bị hệ thống chiếu sáng tự động và quạt thông gió động lực tạo áp chống ngạt khói khi hỏa hoạn.
Chương 2: Tính toán kết cấu công trình (Trích đoạn thiết kế sơ bộ)
Nội dung trích đoạn của Chương 2 tập trung vào việc xác định kích thước tiết diện cột khung, bề dày vách thang máy và tải trọng phân bố trên sàn:
1. Xác định tiết diện cột và kiểm tra độ mảnh
- Tiết diện cột được phân nhóm theo chiều cao công trình: tầng 1–3, tầng 4–6 và tầng 7–10 dựa trên diện tích truyền tải $F_{ct}$ và cường độ chịu nén tính toán của vật liệu bê tông ($R = 1450$).
- Tiết diện cột giữa tầng 1–3 được tính toán với diện tích $F = 0,154 \text{ m}^2$, bề rộng sơ bộ $b = 0,40 \text{ m}$. Cột tầng 4–6 và 7–10 duy trì kích thước bề rộng cạnh $b = 0,40 \text{ m}$.
- Kiểm tra điều kiện độ mảnh cho phép: Chiều cao tầng $l = 3,6 \text{ m}$, chiều dài tính toán $l_0 = 0,7 \times 3,6 = 2,52 \text{ m}$. Với tiết diện cột kiểm tra có bề rộng $b = 0,5 \text{ m}$, độ mảnh tính toán đạt:
$$\lambda = \frac{l_0}{b} = \frac{2,52}{0,5} = 5,04 \le [\lambda_0] = 31$$
Kết quả cho thấy tiết diện cột thỏa mãn điều kiện ổn định nén dọc theo quy chuẩn.
2. Xác định sơ bộ bề dày vách cứng
Chiều dày vách thang máy được tính toán khống chế theo điều kiện:
$$b \ge \frac{h}{20} = \frac{3600}{20} = 180 \text{ mm} \quad \text{và} \quad b \ge 150 \text{ mm}$$
Tác giả quyết định chọn bề dày thực tế của vách thang máy là $b = 25 \text{ cm}$ ($250 \text{ mm}$).
3. Bảng tính toán tĩnh tải sàn
Tĩnh tải sàn tầng điển hình và sàn khu vệ sinh được phân tích chi tiết dựa trên trọng lượng riêng và hệ số vượt tải của từng lớp vật liệu cấu tạo:
| STT |
Lớp vật liệu cấu tạo |
Chiều dày (mm) |
Trọng lượng riêng $\gamma$ ($\text{kG/m}^3$) |
Tải trọng tiêu chuẩn $P^{tc}$ ($\text{kG/m}^2$) |
Hệ số vượt tải $n$ |
Tải trọng tính toán $P^{tt}$ ($\text{kG/m}^2$) |
| 1 |
Gạch lát Seterra |
15 |
2000 |
30 |
1,1 |
33,0 |
| 2 |
Vữa lót #50 |
20 |
1800 |
36 |
1,3 |
46,8 |
| 3 |
Vữa trát trần |
15 |
1800 |
27 |
1,3 |
35,1 |
| 4 |
Bản sàn bê tông cốt thép |
150 |
2500 |
375 |
1,1 |
412,5 |
| 5 |
Trần giả trang trí |
- |
- |
50 |
1,3 |
65,0 |
| Tổng cộng |
Tổng tĩnh tải sàn tầng điển hình |
- |
- |
518 |
- |
592,4 |
| Ghi chú |
Tổng tĩnh tải không kể bản sàn BTCT |
- |
- |
143 |
- |
179,9 |
Bảng tĩnh tải sàn khu vệ sinh (Bảng 2-6) có các thông số lớp cấu tạo tương tự sàn tầng điển hình, cho tổng tải trọng tiêu chuẩn $P^{tc} = 518 \text{ kG/m}^2$ và tổng tải trọng tính toán $P^{tt} = 592,4 \text{ kG/m}^2$.
Kết quả và đóng góp
Đồ án tốt nghiệp đã thiết lập một hệ thống thông số kỹ thuật rõ ràng cho công trình nhà ở cao tầng:
-
Thông số hình học và quy mô kiến trúc:
- Quy mô: 10 tầng nổi với tổng chiều cao 38,4 m; kích thước mặt bằng xây dựng là 18,4 m × 60,30 m.
- Phân vùng chức năng: Tầng 1 làm gara để xe cao 3,6 m; từ tầng 2 đến tầng 10 là các căn hộ ở có chiều cao 3,6 m/tầng.
- Tổ chức ngăn chia: Tường ngăn căn hộ dùng gạch xây dày 220 mm, tường ngăn phòng dày 110 mm.
-
Thông số kỹ thuật kết cấu chịu lực:
- Bản sàn bê tông cốt thép dày 150 mm, tạo ra tĩnh tải tiêu chuẩn $375 \text{ kG/m}^2$ và tĩnh tải tính toán $412,5 \text{ kG/m}^2$. Tổng tĩnh tải hoàn thiện mặt sàn đạt $592,4 \text{ kG/m}^2$.
- Kích thước vách thang máy được chọn dày 25 cm, lớn hơn giá trị giới hạn tính toán lý thuyết ($180 \text{ mm}$).
- Cột khung bê tông cốt thép được kiểm toán thỏa mãn điều kiện độ mảnh với $\lambda = 5,04 < 31$.
-
Đóng góp kỹ thuật của đồ án:
- Thiết kế đồng bộ giữa công năng kiến trúc và giải pháp kỹ thuật công trình, xử lý tốt hệ thống cấp thoát nước, thông gió và an toàn cháy nổ (hệ thống quạt động lực chống ngạt trong buồng thang bộ thoát hiểm).
- Tác giả tự xác định đồ án đã hoàn thành việc liên kết, vận dụng lý thuyết kết cấu khung - vách và công nghệ thi công bê tông cốt thép phổ biến vào bài toán thiết kế một công trình cao tầng cụ thể.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Giá trị tham khảo
Tài liệu đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho:
- Đối tượng tham khảo: Sinh viên chuyên ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp (thuộc các trường đại học kỹ thuật), kỹ sư thiết kế kết cấu mới ra trường đang thực hiện đồ án tốt nghiệp hoặc thiết kế sơ bộ các công trình nhà ở nhiều tầng.
- Phần nội dung có giá trị ứng dụng cao:
- Bảng tổng hợp số liệu tĩnh tải cấu tạo sàn bê tông cốt thép và sàn vệ sinh hoàn thiện với đầy đủ hệ số tin cậy $n$.
- Quy trình sơ bộ lựa chọn kích thước bề dày vách thang máy theo chiều cao tầng và kiểm tra điều kiện độ mảnh của cột bê tông cốt thép.
- Phương pháp phân chia công năng mặt bằng kiến trúc và bố trí hệ thống kỹ thuật an toàn phòng cháy chữa cháy cho nhà chung cư 10 tầng.
Câu hỏi thường gặp
1. Kích thước hình học tổng thể và phân bổ chức năng các tầng của công trình được thiết kế như thế nào?
Tòa nhà có kích thước mặt bằng 18,4 m × 60,30 m, gồm 10 tầng với tổng chiều cao là 38,4 m (chiều cao mỗi tầng là 3,6 m). Tầng 1 làm gara để xe chung; từ tầng 2 đến tầng 10 là các căn hộ sinh hoạt khép kín.
2. Điều kiện địa chất bên dưới móng công trình gồm những lớp nào?
Báo cáo địa chất công trình ghi nhận 7 lớp địa tầng: Lớp 1 (đất lấp cát hạt mịn đến nhỏ dày 1,5 m); Lớp 2 (đất sét pha xám xanh, xám nâu trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng); Lớp 3 (đất sét pha lẫn hữu cơ màu xám ghi, xám đen trạng thái dẻo chảy đến dẻo mềm); Lớp 4 (sét pha xám xanh, xám vàng, xám nâu trạng thái dẻo cứng); Lớp 5 (cát mịn); Lớp 6 (cát thô màu xám ghi trạng thái dẻo cứng); Lớp 7 (cuội sỏi).
3. Bề dày vách cứng thang máy được tính toán và lựa chọn với kích thước bao nhiêu?
Theo quy chuẩn tính toán sơ bộ, bề dày vách không được nhỏ hơn $h/20 = 3600/20 = 180 \text{ mm}$ và không nhỏ hơn $150 \text{ mm}$. Tác giả đã lựa chọn bề dày thực tế của vách lõi thang máy là $b = 25 \text{ cm}$ ($250 \text{ mm}$).
4. Trọng lượng bản thân của bản sàn bê tông cốt thép và tổng tĩnh tải sàn tầng điển hình là bao nhiêu?
Bản sàn bê tông cốt thép dày 150 mm có trọng lượng riêng $2500 \text{ kG/m}^3$, cho tải trọng tiêu chuẩn $P^{tc} = 375 \text{ kG/m}^2$ và tải trọng tính toán $P^{tt} = 412,5 \text{ kG/m}^2$ ($n = 1,1$). Tổng tĩnh tải toàn bộ các lớp cấu tạo sàn tầng điển hình đạt $P^{tc} = 518 \text{ kG/m}^2$ và $P^{tt} = 592,4 \text{ kG/m}^2$.
5. Giải pháp kỹ thuật nào được áp dụng để đảm bảo an toàn thoát hiểm khi xảy ra hỏa hoạn?
Công trình bố trí 2 buồng thang bộ thoát hiểm đặt ở hai đầu nhà. Bên trong lồng thang được trang bị hệ thống chiếu sáng tự động và hệ thống quạt thông gió động lực tạo áp nhằm chống ngạt khói cho cư dân trong quá trình thoát nạn.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Chung cư cao tầng Hạnh Phúc - TP Hồ Chí Minh" của sinh viên Tô Thị Lan Hương đã giải quyết trọn vẹn các yêu cầu cơ bản về giải pháp kiến trúc, tổ chức hệ thống kỹ thuật và tính toán sơ bộ kết cấu cho một công trình chung cư 10 tầng. Các giải pháp chịu lực chính như sàn bê tông cốt thép toàn khối, hệ khung liên kết nút cứng và vách cứng thang máy được lựa chọn phù hợp với điều kiện tải trọng và địa chất công trình. Hệ thống số liệu tính toán tĩnh tải sàn và kiểm tra ổn định cột thể hiện phương pháp làm việc chuẩn xác theo các nguyên lý cơ bản của ngành kỹ thuật xây dựng. Đây là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và kỹ thuật thực tế đối với sinh viên chuyên ngành xây dựng dân dụng khi triển khai các đồ án tốt nghiệp công trình nhà cao tầng.