Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự gia tăng dân số nhanh chóng tại các đô thị lớn như Thành phố Hồ Chí Minh kéo theo áp lực gay gắt về nhu cầu nhà ở, trong khi quỹ đất trung tâm ngày càng hạn hẹp và giá bất động sản liên tục tăng cao. Thực trạng này đặt ra yêu cầu quy hoạch, mở rộng các khu dân cư ra vùng ngoại vi trung tâm và đẩy mạnh xây dựng các tòa nhà chung cư cao tầng. Đồng thời, sự phát triển kinh tế và làn sóng đầu tư vào phân khúc văn phòng, thương mại dịch vụ đòi hỏi ngành kỹ thuật xây dựng dân dụng phải không ngừng tiếp thu, chuẩn hóa các công nghệ tính toán, thiết kế và thi công kết cấu hiện đại.

Đồ án tốt nghiệp thực hiện thiết kế công trình chung cư cao tầng HHP Central Apartment, được triển khai dựa trên hồ sơ kiến trúc của dự án thực tế "Phúc Yên Building". Công trình tọa lạc tại mặt tiền đường Phan Huy Ích, Phường 15, Quận Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh, nằm ngay nút giao với đường Trường Chinh (lộ giới 60 m, đường Phan Huy Ích lộ giới 30 m), gần Cầu Tham Lương và Sân bay Quốc tế Tân Sơn Nhất. Khu đất xây dựng có diện tích khoảng 13.000 m², địa hình bằng phẳng, thuận lợi về hạ tầng giao thông cung cấp vật tư và đã hoàn thiện hệ thống lưới điện, cấp thoát nước.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án bao gồm:

  1. Thể hiện và hoàn thiện giải pháp kiến trúc công trình dựa trên hồ sơ cơ sở, đáp ứng yêu cầu công năng, tiện nghi vi khí hậu và an toàn kỹ thuật.
  2. Lựa chọn giải pháp và thiết kế hệ thống kết cấu chịu lực toàn diện cho tòa nhà (bao gồm kết cấu phần thân, cấu kiện sàn, cầu thang, khung không gian trục chính, vách lõi thang và kết cấu móng cọc khoan nhồi).
  3. Lập biện pháp kỹ thuật và tính toán an toàn cho hệ thống cốp pha, đà giáo của các cấu kiện bê tông cốt thép điển hình phục vụ giai đoạn thi công.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Công trình dân dụng cấp II (nhóm nhà ở chung cư kết hợp thương mại dịch vụ, quy mô 15 tầng nổi và 1 tầng hầm).
  • Phạm vi không gian: Tòa nhà cao 15 tầng nổi và 1 tầng hầm trên khu đất tại Quận Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh; tập trung thiết kế kết cấu khung trục 1, khung trục A, sàn tầng điển hình, cầu thang bộ tầng 3–14, hệ thống móng cọc khoan nhồi đài đơn và đài lõi thang, cùng hệ cốp pha tầng 1, tầng 2 và móng.
  • Phạm vi thời gian: Đồ án được triển khai và hoàn thành trong giai đoạn từ ngày 01/09/2024 đến ngày 24/12/2024.
  • Khối lượng sản phẩm hoàn thành: 01 tập thuyết minh tính toán chi tiết dày 221 trang cùng 19 bản vẽ khổ A1 (gồm 3 bản vẽ kiến trúc, 14 bản vẽ kết cấu và 2 bản vẽ tổ chức thi công cốp pha).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật áp dụng

Toàn bộ quá trình phân tích tải trọng, xác định nội lực và thiết kế cấu kiện trong đồ án được căn cứ nghiêm ngặt theo hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam:

  • Tiêu chuẩn tính toán tải trọng và tác động: TCVN 2737:2023 (Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế), thay thế cho phiên bản cũ 1995, cập nhật phương pháp tính toán tải trọng gió và hệ số độ tin cậy tải trọng mới.
  • Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép: TCVN 5574:2018 (Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép) áp dụng phương pháp trạng thái giới hạn.
  • Tiêu chuẩn nhà cao tầng: TCXD 198:1997 (Nhà cao tầng – Thiết kế bê tông cốt thép toàn khối).
  • Tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn: TCVN 9386:2012 (Thiết kế công trình chịu động đất) theo phương pháp phổ phản ứng đàn hồi.
  • Tiêu chuẩn thiết kế nền móng: TCVN 10304:2014 (Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế) và TCVN 9362:2012 (Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình).
  • Quy chuẩn kỹ thuật chuyên ngành: QCVN 04:2021/BXD (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nhà chung cư); QCVN 06:2010/BXD và TCVN 2622-1995 (An toàn phòng cháy chữa cháy cho nhà và công trình); QCXDVN 02:2009/BXD (Số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng); QCVN 09:2013/BXD (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả); TCVN 46-84 (Chống sét cho các công trình xây dựng).

Phương pháp nghiên cứu và mô hình hóa tính toán

Đồ án kết hợp phương pháp mô hình hóa phần tử hữu hạn số trị với phương pháp giải tích lý thuyết và bảng tính bán tự động:

  • Mô hình phần tử hữu hạn không gian 3D: Sử dụng phần mềm Etabs 2020 để thiết lập mô hình tổng thể khung – lõi không gian, phân tích các trường hợp tải trọng tĩnh, hoạt tải đứng chất tầng so le, tải trọng gió tĩnh kết hợp gió động theo TCVN 2737:2023 và tải trọng động đất theo hai phương trực giao X, Y.
  • Mô hình phân tích bản sàn và móng: Sử dụng phần mềm SAFE 2020 để mô hình hóa mạng lưới ô sàn tầng điển hình, xét bài toán tấm uốn theo phương pháp phần tử hữu hạn, giải quyết bài toán độ võng phi tuyến dài hạn (có kể đến từ biến và co ngót của bê tông), kiểm tra nứt và tính toán cốt thép; đồng thời ứng dụng SAFE để giải bài toán đài móng cụm vách lõi thang máy (M5) làm việc trên nền cọc đàn hồi.
  • Phân tích kết cấu bộ phận: Ứng dụng phần mềm SAP2000 để phân tích mô hình 2D cầu thang bộ hai vế và dầm chiếu nghỉ/chiếu tới dưới tác động của các tổ hợp tải trọng sử dụng.
  • Tính toán tiết diện cấu kiện: Lập bảng tính tự động trên Microsoft Excel để tính toán cốt thép dầm chịu uốn, cột chịu nén lệch tâm xiên (chuyển đổi về bài toán phẳng tương đương), vách cứng theo lý thuyết phân bố ứng suất đàn hồi, sức chịu tải cọc đơn, kiểm tra lún khối móng quy ước và kiểm tra ổn định cốp pha.
  • Kỹ thuật thể hiện bản vẽ: Sử dụng AutoCAD 2021 để triển khai hệ thống 19 bản vẽ chi tiết cấu tạo kiến trúc, kết cấu và biện pháp thi công.

Nguồn số liệu đầu vào

  • Hồ sơ bản vẽ kiến trúc dự án Phúc Yên Building.
  • Báo cáo số liệu khảo sát địa chất công trình từ hố khoan hiện trường tại khu vực xây dựng (thống kê chỉ tiêu cơ lý, cường độ và kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT của từng lớp địa tầng).
  • Số liệu khí tượng thủy văn, áp lực gió cơ sở và đỉnh gia tốc nền động đất của khu vực Quận Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh theo QCXDVN 02:2009/BXD và TCVN 9386:2012.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH

Chương này trình bày chi tiết về quy mô, bố trí mặt bằng không gian và các hệ thống kỹ thuật của công trình HHP Central Apartment:

  • Quy mô và diện tích: Tòa nhà gồm 15 tầng nổi và 1 tầng hầm, thuộc công trình dân dụng cấp II theo Phụ lục 2 Thông tư số 06/2021/TT-BXD. Tổng diện tích sàn xây dựng tầng hầm là 1.000 m² (trong đó bãi đỗ xe chiếm 856 m² kết hợp các phòng kỹ thuật). Diện tích sàn xây dựng căn hộ mỗi tầng là 1.000 m². Chiều cao tầng hầm là 3,9 m; chiều cao các tầng căn hộ điển hình (tầng 3 đến tầng 14) là 3,1 m.
  • Phân bố công năng: Tầng 1 và tầng 2 phục vụ mục đích thương mại dịch vụ; từ tầng 3 đến tầng 14 là khối căn hộ ở cho thuê. Mỗi tầng điển hình bố trí 12 căn hộ thuộc 3 loại hình:
    • Căn hộ loại 1: Gồm 6 căn, diện tích 55 m², bố trí 2 phòng ngủ, 2 WC, phòng khách, bếp và phòng ăn.
    • Căn hộ loại 2: Gồm 4 căn, diện tích 72 m², bố trí 2 phòng ngủ, 3 WC, phòng khách, bếp và phòng ăn.
    • Căn hộ loại 3: Gồm 2 căn, diện tích 56 m², bố trí 2 phòng ngủ, 2 WC, không gian sinh hoạt chung thoáng đãng.
  • Giao thông và giải pháp kỹ thuật: Giao thông đứng gồm 2 thang bộ (đóng vai trò thoát hiểm chính) và 4 thang máy chia làm hai cụm tại vị trí trung tâm nhằm tối ưu cự ly tiếp cận.
  • Giải pháp công trình xanh và tiện ích: Kiểm soát tỷ lệ kính/tường nhằm giảm hấp thụ bức xạ nhiệt mặt trời; khai thác hệ thống thông gió tự nhiên qua hành lang và giếng trời; sử dụng sơn ngoại thất sáng màu có chỉ số phản xạ mặt trời SRI từ 70% đến 75%; cách nhiệt mái bằng tấm xốp polyurethane đáp ứng QCVN 09:2013/BXD. Hệ thống cấp điện dùng 2 nguồn: điện lưới thành phố và máy phát điện dự phòng 150 kVA kèm trạm biến áp đặt tại tầng hầm. Hệ thống cấp nước từ mạng lưới đô thị qua bể ngầm bơm lên bể mái điều áp. Hệ thống PCCC tuân thủ TCVN 2622-1995; hệ thống chống sét thiết kế theo TCVN 46-84; rác thải được thu gom qua kho chứa kín từng tầng và chuyển xuống hầm xử lý.

CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP KẾT CẤU

Tác giả tiến hành phân tích ưu nhược điểm của các dạng kết cấu chịu lực nhằm lựa chọn phương án tối ưu về kỹ thuật và kinh tế:

  • Hệ kết cấu phương đứng: So sánh giữa kết cấu khung thuần túy, kết cấu tường/vách, kết cấu khung – vách/lõi và kết cấu ống. Đối với công trình 15 tầng chịu tải trọng gió và động đất, đồ án lựa chọn hệ kết cấu "Khung – lõi bê tông cốt thép chịu lực" để tiếp nhận toàn bộ tải trọng đứng và tải trọng ngang.
  • Hệ kết cấu phương ngang: Phân tích 5 dạng kết cấu sàn: sàn sườn, sàn không dầm, sàn không dầm ứng lực trước, panel lắp ghép và sàn bóng Bubbledeck. Đồ án lựa chọn giải pháp "Sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối" do tính ổn định cao, sơ đồ truyền lực rõ ràng, cấu tạo đơn giản và phù hợp với năng lực thi công phổ biến.
  • Giải pháp móng: Lựa chọn phương án móng sâu sử dụng "Cọc khoan nhồi" nhằm chịu được tải trọng nén và mô men lật lớn từ khối tháp 15 tầng truyền xuống qua hệ cột và vách lõi.
  • Thông số vật liệu sử dụng trong thiết kế:
Loại vật liệu Ký hiệu / Cấp bền Cường độ chịu nén tính toán ($R_b$, $R_{sc}$) Cường độ chịu kéo tính toán ($R_{bt}$, $R_s$) Cường độ chịu cắt/cốt đai ($R_{sw}$) Mô đun đàn hồi ($E$)
Bê tông B30 $17\text{ MPa}$ $1,15\text{ MPa}$ - $32.500\text{ MPa}$
Thép nhóm 1 ($\phi \le 10\text{ mm}$) CB300-T $260\text{ MPa}$ $260\text{ MPa}$ $210\text{ MPa}$ $200.000\text{ MPa}$
Thép nhóm 2 ($\phi > 10\text{ mm}$) CB400-V $350\text{ MPa}$ $350\text{ MPa}$ $280\text{ MPa}$ $200.000\text{ MPa}$
  • Sơ bộ kích thước tiết diện cấu kiện:
    • Dầm chính: Chiều cao $h_{dc} = (1/12 \div 1/16)L = (750 \div 562,5)\text{ mm}$, chọn $h_{dc} = 700\text{ mm}$; chiều rộng $b_{dc} = (1/2 \div 1/3)h_{dc}$, chọn $b_{dc} = 300\text{ mm}$.
    • Dầm phụ: Chọn tiết diện $250 \times 500\text{ mm}$.
    • Bản sàn: Chiều dày sàn tầng điển hình, sàn trệt và mái chọn $h_s = 120\text{ mm}$; sàn khu vệ sinh dày $120\text{ mm}$ (hạ cao độ mặt và đáy $-50\text{ mm}$); sàn tầng hầm dày $200\text{ mm}$.
    • Vách lõi thang: Chiều dày thành vách chọn $t_w = 300\text{ mm}$ suốt chiều cao công trình.
    • Cột khung: Xác định theo diện truyền tải $A_c \ge k N / (R_b + \mu R_s)$, phân nhóm cột giữa, cột biên và cột góc với tiết diện giảm dần theo các tầng (từ tầng 1 đến tầng 14).

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CẦU THANG

Nội dung chương tập trung tính toán cầu thang bộ hai vế dạng bản tầng điển hình:

  • Kích thước hình học: Mỗi vế gồm 12 bậc, chiều cao bậc $h_b = 154\text{ mm}$, chiều rộng bậc $l_b = 300\text{ mm}$, góc nghiêng $\alpha = 27^\circ$ ($\tan\alpha = 0,513$). Nhịp tính toán bản nghiêng $L_0 = 1400 + 3600 = 5000\text{ mm}$. Chiều dày bản thang chọn $h_b = 150\text{ mm}$. Kích thước dầm chiếu nghỉ và dầm chiếu tới chọn $200 \times 300\text{ mm}$.
  • Xác định tải trọng tác dụng:
    • Tĩnh tải bản nghiêng: Gồm trọng lượng bản thân bê tông ($h=150\text{ mm}$), vữa trát trần ($15\text{ mm}$), đá hoa cương ($20\text{ mm}$ quy đổi tương đương $t_{di} = 26,94\text{ mm}$), vữa xi măng lót và bậc xây gạch ($154\text{ mm}$ quy đổi tương đương $68,53\text{ mm}$), cùng trọng lượng tay vịn sắt lấy $0,15\text{ kN/m}$.
    • Hoạt tải: Lấy giá trị tiêu chuẩn $p^{tc} = 3,0\text{ kN/m²}$ nhân hệ số độ tin cậy theo TCVN 2737:2023.
    • Tải trọng tính toán trên 1 m bề rộng: Bản thang nghiêng chịu tải $q_{bt,ng} = (g + p) \times 1 + 1,74\text{ kN/m}$; dầm chiếu tới chịu tải phân bố từ bản thang ($R_A = 29,35\text{ kN/m}$) và dải sàn truyền vào.
  • Nội lực và bố trí cốt thép: Mô hình hóa kết cấu 2D trên SAP2000 với sơ đồ 1 gối cố định và 1 gối di động. Để tránh nứt gối do liên kết thực tế có độ ngàm nhất định, tác giả thực hiện phân phối lại mô men gối $M_{gối} = (30% \div 40%)M_{nhịp}$.
    • Bản thang nghiêng: Với mô men nhịp $M_{max} = 36,97\text{ kNm}$, tác giả bố trí cốt thép chịu lực chính theo phương nghiêng và thép mũ chống nứt gối $\phi 10a200$.
    • Dầm chiếu nghỉ và dầm chiếu tới: Chịu lực cắt $Q_{max} = 44,97\text{ kN}$. Kiểm tra khả năng chịu ứng suất chính trên tiết diện nghiêng theo TCVN 5574:2018 ($Q \le 0,3\phi_{w1}\phi_{b1}R_b b h_0 = 159,12\text{ kN}$). Bố trí cốt đai 2 nhánh $\phi 6a150$ tại các đoạn $1/4$ nhịp đầu dầm và $\phi 6a250$ tại $1/2$ nhịp giữa dầm.

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH

Chương này triển khai xác định tải trọng, mô hình hóa và kiểm tra trạng thái giới hạn cho sàn tầng điển hình:

  • Tĩnh tải các lớp cấu tạo hoàn thiện: Xác định cho từng khu vực chức năng gồm sàn phòng căn hộ ($g_{tt} = 1,17\text{ kN/m²}$), sàn hành lang chung ($g_{tt} = 1,17\text{ kN/m²}$) và sàn khu vệ sinh có bổ sung lớp chống thấm dày 20 mm ($g_{tt} = 1,43\text{ kN/m²}$). Tải trọng tường xây gạch đặc dày 100 mm ($5,34\text{ kN/m}$) và tường dày 200 mm ($11,28\text{ kN/m}$) được gán trực tiếp lên hệ dầm chính hoặc thông qua dầm ảo (dầm none) trên mặt bằng bản sàn.
  • Hoạt tải tính toán: Xác định theo Bảng 4 của TCVN 2737:2023 với các hệ số vượt tải tương ứng:
Loại phòng / Khu vực Ký hiệu Hoạt tải tiêu chuẩn $p^{tc}$ ($\text{kN/m²}$) Hệ số tin cậy $n$ Hoạt tải tính toán $p^{tt}$ ($\text{kN/m²}$)
Phòng ở căn hộ (khách, ngủ, bếp) S $1,50$ $1,30$ $1,95$
Sảnh, hành lang SHL $3,00$ $1,30$ $3,90$
Phòng vệ sinh SVS $1,50$ $1,30$ $1,95$
Tầng thương mại STM $4,00$ $1,20$ $4,80$
Tầng hầm SH $3,55$ - $5,00$
  • Phân tích mô hình trên SAFE 2020: Nhập toàn bộ lưới cột, hệ dầm và ô bản sàn $h_s = 120\text{ mm}$. Tiến hành giải bài toán nội lực uốn theo hai phương X và Y, xuất biểu đồ mô men uốn tại các dải strip (dải trên cột và dải giữa nhịp) để bố trí cốt thép.
  • Kiểm tra biến dạng và nứt: Khai báo đặc tính phi tuyến vật liệu để kiểm tra độ võng đàn hồi, độ võng dài hạn có xét co ngót và từ biến của bê tông; kiểm tra bề rộng vết nứt ngắn hạn ($a_{crc,nganhan}$) và bề rộng vết nứt dài hạn ($a_{crc,daihan}$) đảm bảo đều nằm trong giới hạn cho phép theo TCVN 5574:2018.

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN KHUNG KHÔNG GIAN

Chương này thực hiện phân tích tổng thể công trình chịu tải trọng không gian 3D trên Etabs 2020:

  • Tác động ngang do gió: Tính toán tải trọng gió theo tiêu chuẩn mới TCVN 2737:2023. Xác định áp lực gió cơ sở $W_0$, hệ số suy giảm/tăng áp lực theo độ cao và dạng địa hình $B$, xác định các hệ số khí động áp lực ngoài $c_e$ cho tường chắn gió thẳng đứng của mặt bằng công trình hình chữ nhật, từ đó quy đổi thành lực gió tĩnh tác dụng vào từng mức sàn tầng theo hai phương trực giao X và Y.
  • Tác động ngang do động đất: Phân tích theo tiêu chuẩn TCVN 9386:2012. Xác định các thông số phổ phản ứng đàn hồi dựa trên phân vùng gia tốc nền lãnh thổ, hệ số tầm quan trọng của công trình cấp II, loại nền đất hiện trường. Thực hiện phân tích bằng phương pháp phổ phản ứng đàn hồi tuyến tính, xác định lực cắt đáy và phân bố lực động đất tác dụng lên các tầng theo cả phương X và Y.
  • Tổ hợp tải trọng và kiểm tra ổn định tổng thể: Lập hệ thống tổ hợp tải trọng cơ bản và tổ hợp đặc biệt (xét tải trọng động đất). Kiểm tra nghiêm ngặt các điều kiện ổn định nhà cao tầng:
    • Chuyển vị đỉnh công trình: Đảm bảo không vượt quá giới hạn $H/500$.
    • Gia tốc đỉnh: Kiểm tra ngưỡng tiện nghi tâm lý cho người sử dụng.
    • Chuyển vị lệch tầng: Đảm bảo tỷ số góc xoay và chuyển vị trôi lệch tầng ($\Delta / h$) do gió và động đất thỏa mãn quy định tiêu chuẩn.
    • Kiểm tra ổn định chống lật: Tỷ số mô men chống lật trên mô men gây lật thỏa mãn điều kiện an toàn.
    • Hiệu ứng P – Delta: Đánh giá hệ số độ nhạy độ lệch tầng $\theta$ để xác định mức độ ảnh hưởng của biến dạng hình học thứ cấp.
  • Thiết kế cấu kiện phần thân:
    • Dầm khung (khung trục 1 và trục A): Xuất biểu đồ bao mô men và lực cắt lớn nhất tại từng tầng; tính cốt thép dọc chịu mô men âm tại gối, mô men dương tại nhịp; tính cốt đai kháng cắt và tính toán bố trí cốt đai treo gia cường (cốt treo dầm phụ) tại các vị trí nút giao dầm phụ truyền tải tập trung vào dầm chính.
    • Cột khung: Tính toán cốt thép cột theo bài toán nén uốn lệch tâm xiên ($N, M_x, M_y$), chuyển đổi về bài toán lệch tâm phẳng tương đương theo TCVN 5574:2018, bảo đảm hàm lượng cốt thép trong khoảng $\mu_{min} \le \mu \le \mu_{max}$.
    • Vách lõi thang máy: Áp dụng phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi, chia nhỏ các phân tử vách pier/spandrel để xác định trường ứng suất pháp $\sigma_z$, từ đó tính toán cốt thép thẳng đứng và cốt thép phân bố ngang chịu cắt cho từng dải vách.

CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ MÓNG CHO CÔNG TRÌNH

Chương này giải quyết bài toán tiếp nhận toàn bộ tải trọng công trình truyền xuống đất nền:

  • Địa chất công trình: Đánh giá số liệu các lớp đất từ báo cáo khoan khảo sát, xác định các chỉ tiêu cơ lý (dung trọng, góc ma sát trong $\varphi$, lực dính $c$, hệ số rỗng $e$, mô đun biến dạng $E$) và chỉ số SPT ($N_{30}$). Phân tích điều kiện địa chất cho thấy các lớp đất phía trên có cường độ chịu lực thấp, đòi hỏi giải pháp móng cọc sâu tựa vào tầng đất tốt bên dưới.
  • Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi đơn: Tính toán kiểm tra sức chịu tải thiết kế $R_{cd}$ của cọc thường và cọc lõi thang dựa trên 4 phương pháp độc lập theo TCVN 10304:2014:
    1. Theo cường độ vật liệu bê tông cốt thép cọc ($R_v$).
    2. Theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền.
    3. Theo chỉ tiêu cường độ đất nền (sức kháng mũi và ma sát thành bên).
    4. Theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT ($R_{spt}$). Từ các kết quả tính toán, tác giả lựa chọn sức chịu tải cực hạn và xác định sức chịu tải thiết kế cho phép của cọc đơn đưa vào tính toán bố trí đài móng.
  • Thiết kế chi tiết các đài móng:
    • Móng M1, M2, M3 (móng dưới các cụm cột khung): Xác định số lượng cọc, bố trí khoảng cách tim cọc thỏa mãn điều kiện cọc làm việc theo nhóm, kiểm tra phản lực đầu cọc lớn nhất ($P_{max} \le 1,2 R_{cd}$) và nhỏ nhất ($P_{min} > 0$); kiểm tra điều kiện áp lực tiêu chuẩn dưới đáy khối móng quy ước ($p_{tb} \le R_{tc}$, $p_{max} \le 1,2 R_{tc}$); tính độ lún kết cấu đài móng bằng phương pháp cộng lún từng lớp; kiểm tra điều kiện xuyên thủng/chọc thủng đài cọc và tính cốt thép đài móng theo hai phương.
    • Móng M5 (đài móng lớn vách lõi thang máy): Mô hình hóa đài móng M5 trên SAFE 2020 bằng phần tử tấm chịu uốn trên gối tựa đàn hồi (mô phỏng độ cứng lò xo của các đầu cọc khoan nhồi). Xuất phản lực đầu cọc kiểm tra an toàn chịu tải; kiểm tra lún khối móng quy ước và xuất mô men uốn hai phương để bố trí thép đài.

CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ CỐP PHA CẤU KIỆN ĐIỂN HÌNH

Chương này thực hiện thiết kế kỹ thuật và kiểm tra an toàn cho biện pháp thi công cốp pha:

  • Lựa chọn vật liệu và phụ kiện: Sử dụng ván khuôn gỗ ép công nghiệp phủ phim nhiều lớp chịu nước (thông số cơ lý lấy theo chứng chỉ nhà cung cấp); sườn đỡ bằng thép hộp vuông/chữ nhật làm sườn đứng và sườn ngang; hệ giàn giáo chịu lực sử dụng giàn giáo nêm và giàn giáo Ringlock liên kết đĩa đa hướng; thanh chống xiên điều chỉnh và hệ ty giằng ren thép suốt.
  • Tính toán cốp pha móng đài cọc: Tính toán áp lực ngang của bê tông tươi đổ vào khối móng M1 và móng lõi thang M5; kiểm tra độ bền uốn và độ võng của ván phủ phim, sườn đứng thép hộp, sườn ngang và thanh chống xiên chịu lực xô ngang.
  • Tính toán cốp pha cột C-2 (tầng 1): Xác định biểu đồ áp lực ngang của hỗn hợp bê tông tươi có xét vận tốc đổ bê tông và chấn động đầm; tính toán kiểm tra bền và biến dạng cho ván khuôn cột, sườn đứng, sườn ngang thép hộp, thanh chống xiên định vị và kiểm tra khả năng chịu kéo của ty ren giằng cột.
  • Tính toán cốp pha sàn tầng 2 (ô bản sàn số 3): Tính tải trọng tĩnh (trọng lượng bê tông cốt thép sàn $h=120\text{ mm}$, trọng lượng ván khuôn), tải trọng thi công và rung động đầm; kiểm tra độ võng ván khuôn sàn; tính toán khoảng cách bố trí sườn trên và sườn dưới; xác định diện tích truyền tải và kiểm tra khả năng chịu lực nén đứng của cây chống giàn giáo Ringlock.
  • Tính toán cốp pha dầm chính DC-8 (tầng 2): Tính toán riêng cho cốp pha đáy dầm (ván đáy, sườn đỡ trên, sườn dưới và thanh chống giàn giáo Ringlock đỡ dưới đáy) và cốp pha thành dầm (ván thành, sườn ngang và thanh chống xiên định hình thành dầm).

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán thiết kế chính

Đồ án đã xác lập đầy đủ hệ thống thông số thiết kế kỹ thuật cho toàn bộ công trình HHP Central Apartment:

Cấu kiện / Hạng mục Quy cách tiết diện thiết kế Cốt thép / Cấu tạo bố trí
Dầm chính khung $300 \times 700\text{ mm}$ Thép dọc CB400-V; cốt đai $\phi 8 / \phi 10$; bổ sung cốt đai treo gia cường nút giao dầm phụ
Dầm phụ sàn $250 \times 500\text{ mm}$ Thép dọc CB400-V; đai cấu tạo CB300-T
Bản sàn tầng điển hình $h_s = 120\text{ mm}$ Thép lớp dưới và lớp trên tính toán theo SAFE 2020; thép sàn WC hạ cốt $-50\text{ mm}$
Vách lõi thang máy Dày $t_w = 300\text{ mm}$ Bê tông B30; thép phân bố đứng và ngang tính theo phân bố ứng suất đàn hồi
Cầu thang bộ 2 vế Bản thang dày $h_b = 150\text{ mm}$ Thép bản nghiêng $\phi 10$; thép mũ gối $\phi 10a200$; đai dầm chiếu $\phi 6a150$ và $\phi 6a250$
Nền móng khối tháp Móng cọc khoan nhồi Cọc tựa vào tầng chịu lực tốt; đài móng M1, M2, M3 và đài lõi thang M5 liên kết trên cọc
Cốp pha thi công Ván ép phủ phim, đà hộp thép Hệ giàn giáo Ringlock và giáo nêm chịu lực; ty giằng ren cột C-2 và chống xiên thành dầm

Giải pháp kỹ thuật và đóng góp của đồ án

  • Áp dụng đồng bộ tiêu chuẩn mới TCVN 2737:2023: Đồ án là một trong những nghiên cứu đồ án tốt nghiệp cập nhật việc tính toán tải trọng gió tĩnh và gió động theo tiêu chuẩn TCVN 2737:2023, phân tích chi tiết các hệ số áp lực khí động $c_e$ cho công trình mặt bằng chữ nhật, giúp sinh viên và kỹ sư tiếp cận quy trình tính toán chuyển đổi từ tiêu chuẩn cũ sang tiêu chuẩn mới.
  • Hoàn thiện chuỗi mô hình hóa liên kết 3D và 2D: Kết hợp linh hoạt Etabs 2020 trong phân tích khung không gian chịu tải ngang phức tạp (động đất, gió), SAFE 2020 trong việc mô hình hóa dải sàn và đài móng bè cọc phức tạp, cùng SAP2000 cho các cấu kiện phụ trợ cục bộ (cầu thang bộ).
  • Giải pháp xử lý nứt thực tế cho cầu thang và dầm sàn: Đưa ra giải pháp phân phối lại mô men âm tại gối dầm và bản thang ($30% \div 40% M_{nhịp}$), khắc phục hiện tượng nứt chân bậc và bong tróc gạch ốp lát thường gặp trong thực tế thi công do mô hình hóa khớp lý thuyết thuần túy.
  • Tính toán biện pháp thi công bằng công nghệ giàn giáo hiện đại: Thay thế các hệ giàn giáo tiệp truyền thống bằng việc tính toán an toàn cho hệ giàn giáo Ringlock chịu tải trọng thi công sàn dầm tầng 2, đảm bảo khả năng chịu lực nén đứng và an toàn lao động tại công trường.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án

  • Phạm vi tính toán cấu kiện: Do khối lượng thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp có hạn, tác giả chỉ đi sâu tính toán chi tiết cho hai hệ khung trục đại diện (khung trục 1 và khung trục A), chưa triển khai toàn bộ các trục khung còn lại của mặt bằng công trình.
  • Phương pháp phân tích vách: Việc tính toán cốt thép vách lõi thang máy dừng lại ở phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi, chưa áp dụng các mô hình phần tử thanh tương đương (Pier section) kết hợp biểu đồ tương tác không gian ba chiều hoặc phân tích phi tuyến giải phóng khớp dẻo.
  • Phần biện pháp thi công: Mới chỉ giải quyết việc tính toán cốp pha, đà giáo cho một số cấu kiện kết cấu tầng dưới (tầng 1 và 2) và móng, chưa lập biện pháp kỹ thuật thi công cho kết cấu vách lõi trượt/leo và chưa triển khai thiết kế biện pháp đào đất sâu, tường vây ngầm cho tầng hầm.

Hướng nghiên cứu và mở rộng

  • Nghiên cứu mô hình hóa biện pháp thi công tầng hầm bằng giải pháp tường vây barrette kết hợp phương pháp đào mở có hệ văng chống (bracing) hoặc thi công bán ngầm (Semi-Topdown).
  • Ứng dụng phương pháp phân tích phi đàn hồi (Pushover analysis) để đánh giá khả năng tiêu tán năng lượng kháng chấn của kết cấu vách lõi thang máy dưới tác động động đất cực hạn.
  • Đánh giá so sánh kinh tế – kỹ thuật giữa phương án sàn sườn truyền thống với phương án sàn bê tông dự ứng lực căng sau cho khối nhà nhịp lớn.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích đối với:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Công trình Xây dựng / Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp: Cung cấp tài liệu mẫu hoàn chỉnh về cấu trúc một đồ án tốt nghiệp bao gồm cả 3 mảng kiến trúc, kết cấu và thi công theo đúng khung chương trình đào tạo của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu mới ra trường: Cung cấp quy trình chi tiết về việc gán tải trọng, mô hình hóa và tổ hợp tải trọng theo tiêu chuẩn mới TCVN 2737:2023 kết hợp kiểm tra kháng chấn theo TCVN 9386:2012 trên phần mềm Etabs 2020.
  • Kỹ sư phụ trách thi công và an toàn lao động: Cung cấp tài liệu tra cứu các công thức và quy trình kiểm tra ổn định, độ bền, độ võng của hệ ván khuôn phủ phim kết hợp giàn giáo Ringlock cho các cấu kiện móng, cột, dầm, sàn nhà cao tầng.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình HHP Central Apartment lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực nào cho phần thân và phần móng?
Tác giả lựa chọn hệ kết cấu khung – lõi bê tông cốt thép toàn khối cho kết cấu phần thân nhằm tiếp nhận đồng thời tải trọng đứng và tải trọng ngang (gió, động đất). Kết cấu sàn sử dụng hệ sàn sườn bê tông cốt thép. Phần móng công trình sử dụng giải pháp móng sâu cọc khoan nhồi tựa vào tầng địa chất tốt.

2. Đồ án áp dụng những phần mềm chuyên ngành nào trong việc tính toán kết cấu và thi công?
Đồ án sử dụng Etabs 2020 để mô hình hóa phân tích khung không gian 3D; SAFE 2020 để tính toán nội lực, độ võng phi tuyến, nứt sàn tầng điển hình và đài móng lõi thang M5; SAP2000 để giải kết cấu cầu thang bộ 2D; Microsoft Excel để tính toán cốt thép cấu kiện và móng; và AutoCAD 2021 để thể hiện 19 bản vẽ A1.

3. Cấp độ bền của bê tông và các loại thép được lựa chọn trong tính toán thiết kế là gì?
Toàn bộ kết cấu sử dụng bê tông cấp độ bền B30 ($R_b = 17\text{ MPa}, R_{bt} = 1,15\text{ MPa}, E_b = 32.500\text{ MPa}$). Cốt thép đường kính $\phi \le 10\text{ mm}$ sử dụng nhóm thép CB300-T ($R_s = R_{sc} = 260\text{ MPa}$); cốt thép đường kính $\phi > 10\text{ mm}$ sử dụng nhóm thép CB400-V ($R_s = R_{sc} = 350\text{ MPa}$).

4. Điểm mới trong việc xác định tải trọng ngang của đồ án này là gì?
Đồ án cập nhật và áp dụng tiêu chuẩn TCVN 2737:2023 mới ban hành để xác định tải trọng gió (thay cho bản 1995 cũ), tính toán chi tiết áp lực gió cơ sở, dạng địa hình B và hệ số khí động $c_e$ cho tường đứng mặt bằng chữ nhật; đồng thời tổ hợp với tải trọng động đất phân tích theo phổ đàn hồi của TCVN 9386:2012.

5. Trong Chương 7, hệ cốp pha và đà giáo nào được chọn để tính toán cho sàn và dầm tầng 2?
Tác giả lựa chọn giải pháp ván ép công nghiệp phủ phim nhiều lớp, hệ sườn đỡ trên và dưới bằng thép hộp, kết hợp hệ thống cây chống chịu lực sử dụng giàn giáo Ringlock (giáo đĩa) có khả năng định vị và chịu lực nén đứng an toàn.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "HHP Central Apartment" của sinh viên Phansena Thavisouk (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) là một công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh, giải quyết trọn vẹn khối lượng công việc từ kiến trúc, kết cấu đến tổ chức thi công cho tòa nhà chung cư 15 tầng nổi và 1 tầng hầm. Bản thuyết minh 221 trang thể hiện rõ tính chuẩn xác qua việc ứng dụng đồng bộ các công cụ tính toán phần tử hữu hạn hiện đại (Etabs 2020, SAFE 2020) và tuân thủ chặt chẽ hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật mới nhất của Việt Nam như TCVN 2737:2023 và TCVN 5574:2018. Kết quả tính toán kết cấu khung trục, móng cọc khoan nhồi và biện pháp đà giáo Ringlock cung cấp nguồn tư liệu học thuật và kỹ thuật thực tế cho công tác nghiên cứu, đào tạo kỹ sư xây dựng.