Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quá trình đô thị hóa tại các thành phố lớn, việc phát triển các dự án nhà ở cao tầng tích hợp trung tâm thương mại và tiện ích công cộng là giải pháp tối ưu hóa quỹ đất và giải quyết nhu cầu an cư của người dân. Đồ án tốt nghiệp "Chung cư Hy Vọng" của tác giả Nguyễn Hoàng Quang, chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng (Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, thực hiện tháng 12/2024 dưới sự hướng dẫn của TS. Phan Thành Trung), được xây dựng nhằm giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật kết cấu cho một công trình cao tầng cụ thể trong điều kiện đô thị hiện đại.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định rõ qua các nội dung kỹ thuật:

  1. Nghiên cứu tổng quan kiến trúc, công năng mặt bằng, mặt đứng và giao thông của công trình Chung cư Hy Vọng.
  2. Phân tích và lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực tối ưu cho phần thân, hệ sàn, vách lõi và móng công trình dựa trên điều kiện địa chất và tải trọng tác dụng.
  3. Xác định các giá trị tải trọng và tác động gồm tĩnh tải hoàn thiện, tĩnh tải tường xây, hoạt tải sử dụng, tải trọng gió (theo TCVN 2737:2023) và tải trọng động đất (theo TCVN 9386:2012); thiết lập các tổ hợp tải trọng thiết kế.
  4. Xây dựng mô hình tính toán không gian, kiểm tra các điều kiện ổn định tổng thể của công trình gồm chuyển vị đỉnh, chuyển vị ngang lệch tầng (drift), hiệu ứng bậc hai (P-Delta) và ổn định chống lật.
  5. Thiết kế chi tiết cốt thép cho các cấu kiện chịu lực chính: sàn tầng điển hình, dầm, cột, vách lõi thang máy, cầu thang bộ và hệ thống móng cọc khoan nhồi.
  6. Thiết kế và kiểm tra an toàn kỹ thuật cho công tác cốp pha thi công các cấu kiện cột, dầm, sàn.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là công trình bê tông cốt thép toàn khối nhà nhiều tầng "Chung cư Hy Vọng". Phạm vi không gian nghiên cứu đặt tại khu đất xây dựng có diện tích $1530\text{ m}^2$, tọa lạc tại địa chỉ số 456 Xô Viết Nghệ Tĩnh, Phường 25, Quận Bình Thạnh, Thành phố Hồ Chí Minh. Quy mô xây dựng gồm 1 tầng hầm để xe (cao độ $-3.500\text{ m}$), 1 tầng trệt thương mại và 18 tầng căn hộ cao cấp điển hình (chiều cao mỗi tầng là $3.9\text{ m}$), tổng chiều cao công trình từ cốt mặt sân hoàn thiện là $73.5\text{ m}$ (diện tích sàn xây dựng tầng điển hình là $1066\text{ m}^2$). Phạm vi thời gian nghiên cứu và dữ liệu áp dụng tính toán hoàn thành vào tháng 12 năm 2024, bám sát các tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng cập nhật tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án được triển khai dựa trên hệ thống cơ sở lý thuyết kết cấu công trình, cơ học đất - nền móng và các quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành tại Việt Nam và quốc tế:

  • Tiêu chuẩn TCVN 2737:2023: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế. Được dùng để xác định áp lực gió cơ sở, hệ số độ tin cậy, hệ số chuyển đổi chu kỳ lặp và tính toán hiệu ứng giật ($G_f$) cho kết cấu mềm có chu kỳ dao động lớn.
  • Tiêu chuẩn TCVN 9386:2012: Thiết kế công trình chịu động đất. Được dùng làm cơ sở xác định đỉnh gia tốc nền tham chiếu ($a_{gR}$), loại nền đất, cấp dẻo kết cấu (DCM), hệ số ứng xử ($q$) và áp dụng phương pháp phổ phản ứng dao động.
  • Tiêu chuẩn TCVN 5574:2018: Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Được sử dụng để tính toán tiết diện cốt thép cho các cấu kiện chịu uốn, chịu nén lệch tâm và kiểm tra giới hạn chuyển vị ngang tương đối giữa các tầng do gió.
  • Tiêu chuẩn TCXD 198:1997: Nhà cao tầng – Thiết kế bê tông cốt thép toàn khối. Được dùng để kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình và ổn định chống lật.
  • Tiêu chuẩn TCVN 9362:2012, TCVN 10304:2014, TCVN 9395:2012: Phục vụ thiết kế, kiểm tra sức chịu tải của cọc khoan nhồi và tính toán lún móng.
  • Tiêu chuẩn Eurocode 2:2004 (EN 1992-1-1): Tác giả áp dụng trong phần mềm SAFE 12.0 để kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai (độ võng dài hạn có xét nứt phi tuyến của bản sàn), do phần mềm chưa tích hợp tiêu chuẩn TCVN 5574:2018.

Phương pháp nghiên cứu và giải quyết bài toán kỹ thuật được thực hiện qua các bước thực tế:

  • Phương pháp mô hình hóa phần tử hữu hạn (FEM): Xây dựng mô hình 3D tổng thể không gian của tòa nhà bằng phần mềm ETABS nhằm xác định các dạng dao động riêng, chu kỳ dao động ($T_1, T_2, T_3$), giá trị chuyển vị và nội lực các cấu kiện khung, vách dưới các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng.
  • Phương pháp dải bản (Strip Method): Sử dụng phần mềm SAFE 12.0 để chia dải tính toán (dải trên gối - Column Strip và dải giữa nhịp - Middle Strip) cho mặt bằng bản sàn tầng điển hình theo hai phương trực giao X và Y.
  • Phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động (Response Spectrum Analysis): Áp dụng phân tích động học để xác định tải trọng động đất tác dụng lên công trình vì chu kỳ dao động cơ bản của công trình lớn hơn $2.0\text{ s}$, không thỏa mãn điều kiện áp dụng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương.
  • Phương pháp giải tích cơ học kết cấu: Tính toán cốt thép theo trạng thái giới hạn thứ nhất (về độ bền) và trạng thái giới hạn thứ hai (về độ võng, khe nứt). Kiểm tra khả năng chịu lực của hệ ván khuôn, sườn đỡ, xà gồ và cây chống cốp pha bằng các sơ đồ dầm liên tục.

Nguồn dữ liệu đầu vào bao gồm: hồ sơ kiến trúc công trình Chung cư Hy Vọng; số liệu khảo sát địa chất công trình tại khu vực Bình Thạnh (thuộc loại nền đất C theo phân loại TCVN 9386:2012); số liệu khí tượng và địa chấn trích xuất từ bản đồ phân vùng áp lực gió và gia tốc nền của các quy chuẩn, tiêu chuẩn Việt Nam.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan về kiến trúc công trình

Chương này giới thiệu tổng thể về vị trí địa lý, quy mô và các giải pháp kiến trúc của tòa nhà Chung cư Hy Vọng tại số 456 Xô Viết Nghệ Tĩnh, Phường 25, Quận Bình Thạnh, TP.HCM. Công trình gồm 1 tầng hầm (cao trình đáy $-3.500\text{ m}$, bố trí 2 ram dốc độ dốc $i=20%$), 1 tầng trệt làm khu dịch vụ thương mại, 18 tầng căn hộ điển hình (tầng 2 đến tầng 18, mỗi tầng có 8 căn hộ diện tích từ $66.5\text{ m}^2$) và tầng tum/mái. Chiều cao tầng điển hình đạt $3.9\text{ m}$, tổng chiều cao công trình từ mặt sân hoàn thiện là $73.5\text{ m}$. Về giao thông, công trình bố trí hành lang giữa rộng $3.0\text{ m}$ kết nối cùng lõi giao thông đứng gồm 2 buồng thang bộ thoát hiểm và 2 thang máy đặt ở trung tâm mặt bằng. Mặt đứng công trình sử dụng hình khối thẳng đứng kết hợp đá granite và mảng kính màu.

Chương 2. Tổng quan về kết cấu công trình

Nội dung chương tập trung phân tích, lựa chọn hệ kết cấu chịu lực và vật liệu xây dựng:

  • Hệ kết cấu phần thân: Phân tích so sánh giữa hệ khung thuần túy, hệ khung - vách, hệ lõi cứng và hệ ống. Tác giả chọn hệ kết cấu khung - vách lõi bê tông cốt thép toàn khối. Lõi vách thang máy đặt ở trung tâm tiếp nhận phần lớn tải trọng ngang (gió, động đất) và tăng độ cứng chống xoắn, hệ khung cột dầm chịu tải trọng đứng và phối hợp chịu tải trọng ngang.
  • Hệ sàn: So sánh giữa sàn sườn, sàn không dầm, sàn ứng lực trước và sàn BubbleDeck. Trong phần tính toán sơ bộ và thiết kế điển hình, tác giả lựa chọn phương án sàn sườn có dầm. Với ô sàn điển hình kích thước nhịp $8.7\text{ m} \times 9.0\text{ m}$, tỷ số $L_2/L_1 = 9.0/8.7 = 1.03$ (sàn làm việc 2 phương), chiều dày sàn sơ bộ chọn $h_s = 150\text{ mm}$ (sàn khu vệ sinh giật cấp âm $30\text{ mm}$).
  • Sơ bộ kích thước dầm, cột, vách: Dầm chính phương X chọn $300 \times 650\text{ mm}$, dầm phụ phương X chọn $250 \times 550\text{ mm}$, dầm chính phương Y chọn $300 \times 650\text{ mm}$. Kích thước cột giữa và cột biên được xác định theo diện tích truyền tải ($S_{bien} \approx 38.0\text{ m}^2$, $S_{giua} \approx 73.6\text{ m}^2$) và lực dọc tính toán sơ bộ. Chiều dày vách lõi chọn $t_v = 300\text{ mm}$ (thỏa mãn điều kiện $t_v \ge 200\text{ mm}$ và $t_v \ge h_{tang}/20 = 195\text{ mm}$).
  • Vật liệu sử dụng: Bê tông cấp độ bền B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1.15\text{ MPa}$ hoặc $1.103\text{ MPa}$); cốt thép dọc chịu lực dùng CB400-V ($R_s = R_{sc} = 350\text{ MPa}$, đường kính $\ge 10\text{ mm}$); cốt thép đai và cấu tạo dùng CB240-T ($R_s = R_{sc} = 210\text{ MPa}$, đường kính $< 10\text{ mm}$).
  • Giải pháp móng: Đề xuất phương án móng cọc khoan nhồi do tải trọng công trình 19 tầng lớn và địa chất khu vực xây dựng tương đối yếu.

Chương 3. Tải trọng và tác động

Chương này xác định các giá trị tải trọng tác động lên hệ thống kết cấu:

  • Tĩnh tải: Trọng lượng các lớp hoàn thiện sàn được tính toán chi tiết: sàn tầng điển hình có tổng tĩnh tải tính toán $g_{tt} = 2.13\text{ kN/m}^2$ (tiêu chuẩn $1.69\text{ kN/m}^2$); sàn tầng hầm có $g_{tt} = 1.12\text{ kN/m}^2$; sàn tầng mái có $g_{tt} = 2.53\text{ kN/m}^2$; sàn vệ sinh có $g_{tt} = 2.65\text{ kN/m}^2$ (chưa kể trọng lượng bản thân bê tông cốt thép sàn dày $150\text{ mm}$, $\gamma = 25\text{ kN/m}^3$). Tĩnh tải tường xây gồm tường dày $100\text{ mm}$ và $200\text{ mm}$ ($\gamma = 18\text{ kN/m}^3$) tác dụng lên dầm và quy đổi phân bố lên sàn.
  • Hoạt tải sử dụng: Tuân thủ TCVN 2737:2023: khu vực bãi đậu xe tầng hầm và thương mại lấy $5.0\text{ kN/m}^2$ (hoạt tải tính toán toàn phần $6.0 - 6.5\text{ kN/m}^2$); căn hộ lấy $1.5\text{ kN/m}^2$ ($p_{tt} = 1.95\text{ kN/m}^2$); ban công lấy $2.0\text{ kN/m}^2$ ($p_{tt} = 2.6\text{ kN/m}^2$); sảnh, hành lang và cầu thang lấy $3.0\text{ kN/m}^2$ ($p_{tt} = 3.9\text{ kN/m}^2$).
  • Tải trọng gió (TCVN 2737:2023): Công trình tại Bình Thạnh thuộc vùng áp lực gió II, áp lực gió cơ sở $W_0 = 95\text{ daN/m}^2$, dạng địa hình C ($z_g = 365.76\text{ m}$, $z_{min} = 9.14\text{ m}$, $\alpha = 7.0$). Áp lực gió $3\text{s}$ ứng với chu kỳ lặp 10 năm được tính đổi qua hệ số $\gamma_T = 0.852$ cho giá trị $W_{3s,10} = 80.94\text{ daN/m}^2$. Qua phân tích dao động, ba chu kỳ dao động cơ bản của công trình lần lượt là: Mode 1 $T_1 = 2.121\text{ s}$ (dao động tịnh tiến phương Y), Mode 2 $T_2 = 2.012\text{ s}$ (dao động tịnh tiến phương X), Mode 3 $T_3 = 1.920\text{ s}$ (dao động xoắn). Do $T_1 = 2.121\text{ s} > 1.0\text{ s}$, công trình thuộc kết cấu "mềm", phải xác định hệ số hiệu ứng giật $G_f$ cho từng tầng theo thành phần phản ứng nền ($Q$) và phản ứng cộng hưởng ($R$).
  • Tải trọng động đất (TCVN 9386:2012): Nền đất thuộc loại C ($v_{s,30} = 180 - 360\text{ m/s}$, $N_{SPT} = 15 - 50$). Đỉnh gia tốc nền tham chiếu $a_{gR} = 0.085\text{ m/s}^2$, hệ số tầm quan trọng công trình cấp II $\gamma_I = 1.0 \rightarrow$ gia tốc nền thiết kế $a_g = 0.085\text{ m/s}^2$ ($> 0.04g$, yêu cầu phải thiết kế kháng chấn). Cấp dẻo kết cấu chọn cấp trung bình (DCM), hệ số ứng xử $q = q_0 \cdot k_w = 3.0 \cdot 1.3 = 3.9$. Do chu kỳ cơ bản $T_1 = 2.121\text{ s} > 2.0\text{ s}$, đồ án áp dụng phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động.
  • Tổ hợp tải trọng: Xây dựng các tổ hợp tải trọng cơ bản (CB1 đến CB13) và tổ hợp đặc biệt chịu động đất (CBDB1, CBDB2) theo các công thức quy định tại TCVN 2737:2023 với hệ số tầm quan trọng $\gamma_n = 1.0$.

Chương 4. Kiểm tra ổn định công trình

Tác giả kiểm tra các chỉ tiêu ổn định kết cấu tổng thể dựa trên kết quả trích xuất từ mô hình ETABS:

  • Chuyển vị đỉnh do gió: Kiểm tra theo TCXD 198:1997 với điều kiện $f \le H/500 = 73500/500 = 147\text{ mm}$. Kết quả kiểm tra tại tầng Mái theo phương X (tổ hợp CBTT11) cho giá trị lớn nhất là $28.965\text{ mm} < 147\text{ mm}$ (thỏa mãn).
  • Chuyển vị ngang lệch tầng (Story Drift) do gió: Kiểm tra theo TCVN 5574:2018 với giới hạn $\Delta/h \le 0.002$. Giá trị drift lớn nhất tại Tầng 17 (phương X, CB11) và Tầng 8 (phương Y, CB12) đều nằm trong giới hạn cho phép.
  • Chuyển vị lệch tầng do động đất: Kiểm tra theo TCVN 9386:2012 theo điều kiện $d_r \cdot \nu \le 0.005h$ (với $\nu = 0.5$, hệ số ứng xử chuyển vị $q_d = 3.9$, giới hạn drift tương đối là $0.00256$). Drift lớn nhất tại Tầng 15 (phương X, CBDB1) và Tầng 12 (phương Y, CBDB2) đều thỏa mãn.
  • Hiệu ứng P-Delta: Hệ số độ nhạy chuyển vị ngang tương đối $\theta = (P_{tot} \cdot d_r) / (V_{tot} \cdot h)$ được xác định cho các tầng. Tại một số tầng, giá trị $\theta$ nằm trong khoảng $0.1 < \theta \le 0.2$, do đó tác giả kết luận cần kể đến hiệu ứng bậc hai bằng cách nhân hệ quả tác động động đất với hệ số khuếch đại $1 / (1 - \theta)$.
  • Ổn định chống lật: Tỷ số giữa chiều cao và bề rộng công trình $H/B = 73.5 / 40.2 = 1.83 < 5.0$, do đó công trình đảm bảo ổn định lật và không cần kiểm tra chi tiết theo quy định của TCXD 198:1997.

Chương 5. Thiết kế sàn tầng điển hình

Chương này thực hiện tính toán chi tiết bản sàn tầng 2 đến tầng 18:

  • Mô hình hóa nội lực: Sử dụng phần mềm SAFE, chia dải strip theo hai phương X và Y (bề rộng dải gối $L/4$, dải giữa nhịp $L/2$).
  • Tính toán cốt thép chịu uốn: Cốt thép ô sàn điển hình S1 ($8.7\text{ m} \times 9.0\text{ m}$) được tính toán theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2018 bằng vật liệu bê tông B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$), cốt thép CB400-V ($R_s = 350\text{ MPa}$). Lớp bảo vệ $a_0 = 15\text{ mm}$, chiều cao làm việc $h_0$ được giả thiết $a = 20\text{ mm}$ cho thép nhịp và $a = 25\text{ mm}$ cho thép gối. Diện tích cốt thép tính toán $A_s$ thỏa mãn hàm lượng cốt thép tối thiểu $\mu \ge \mu_{min} = 0.26%$.
  • Kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai (độ võng): Tác giả phân tích phi tuyến nứt dài hạn (Long term Cracked) trên SAFE 12.0 áp dụng tiêu chuẩn Eurocode 2:2004 theo công thức $f = f_1 - f_2 + f_3$ (trong đó $f_1$ là độ võng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng; $f_2$ và $f_3$ lần lượt là độ võng ngắn hạn và dài hạn của tải trọng thường xuyên và tạm thời dài hạn). Giá trị độ võng tổng cộng đạt $f = 28\text{ mm}$, nhỏ hơn độ võng giới hạn cho phép $f_{cp} = L/200 = 7800/200 = 39\text{ mm}$, thỏa mãn điều kiện sử dụng bình thường.

Tóm lược các chương thiết kế cấu kiện chuyên sâu và biện pháp thi công (Chương 6 đến Chương 10)

Căn cứ vào danh mục bảng biểu và hình ảnh trong đồ án, các chương tiếp theo bao gồm:

  • Chương 6 (Thiết kế cầu thang bộ): Tính toán tải trọng cấu tạo bản nghiêng, bản chiếu nghỉ; xác định nội lực momen, lực cắt; tính toán cốt thép cho bản thang và dầm chiếu tới, chiếu nghỉ.
  • Chương 7 (Thiết kế khung): Thiết kế dầm bê tông cốt thép tầng 15 (tính toán thép dọc chịu uốn và cốt đai chịu cắt dầm DY3-1 tại vị trí $L/4$); thiết kế chịu nén uốn cho các cột điển hình (cột C1, cột C6).
  • Chương 8 (Thiết kế vách lõi): Chia vách lõi buồng thang thành các phần tử phẳng; trích xuất nội lực từ ETABS tại tầng 2 để tính toán cốt thép dọc và cốt đai gia cường chống cắt cho lõi vách.
  • Chương 9 (Thiết kế móng): Đánh giá địa chất công trình; thiết kế cọc khoan nhồi đường kính D800; xác định sức chịu tải của cọc đơn theo chỉ tiêu cơ lý, cường độ đất nền và chỉ số SPT; xác định độ cứng đàn hồi của lò xo cọc; tính toán kiểm tra lún, kiểm tra chống xuyên thủng và tính cốt thép cho đài móng M1, móng M6/M8 và móng lõi thang.
  • Chương 10 (Công tác cốp pha): Lựa chọn ván khuôn phủ phim Tekcom; kiểm tra khả năng chịu lực và biến dạng của sườn đứng, sườn ngang, ty giằng, xà gồ lớp trên, xà gồ lớp dưới và cây chống cho hệ cốp pha cột, dầm và sàn.

Kết quả và đóng góp

Các kết quả tính toán kỹ thuật chính trong đồ án được tổng hợp cụ thể qua bảng số liệu sau:

Hạng mục kiểm tra / Thiết kế Tiêu chuẩn áp dụng Giá trị tính toán Giới hạn cho phép Đánh giá
Chuyển vị đỉnh mái phương X ($f_x$) TCXD 198:1997 $28.965\text{ mm}$ (CBTT11) $147\text{ mm}$ ($H/500$) Thỏa mãn
Chuyển vị lệch tầng do gió (Drift) TCVN 5574:2018 Lớn nhất tại Tầng 17 (X), Tầng 8 (Y) $0.002$ ($1/500$) Thỏa mãn
Chuyển vị lệch tầng do động đất TCVN 9386:2012 Lớn nhất tại Tầng 15 (X), Tầng 12 (Y) $0.00256$ Thỏa mãn
Tỷ số ổn định chống lật ($H/B$) TCXD 198:1997 $1.83$ $5.0$ Đảm bảo ổn định lật
Hệ số độ nhạy P-Delta ($\theta$) TCVN 9386:2012 $0.1 < \theta \le 0.2$ $\theta \le 0.1$ (không xét P-$\Delta$) Cần nhân hệ số $1/(1-\theta)$
Độ võng dài hạn ô sàn S1 ($f$) Eurocode 2 / SAFE $28\text{ mm}$ $39\text{ mm}$ ($L/200$) Thỏa mãn
Áp lực gió cơ sở $3\text{s}$ chu kỳ 10 năm TCVN 2737:2023 $W_{3s,10} = 80.94\text{ daN/m}^2$ Vùng II, địa hình C Cơ sở tính gió giật
Chu kỳ dao động cơ bản $T_1$ Phân tích modal $2.121\text{ s}$ (Phương Y) $> 1.0\text{ s}$ (Kết cấu mềm) Tính toán hiệu ứng $G_f$

Các giải pháp và đóng góp kỹ thuật mà tác giả tự thực hiện:

  • Áp dụng đầy đủ và chính xác phương pháp tính toán tải trọng gió theo tiêu chuẩn mới TCVN 2737:2023. Tác giả đã tính đổi chu kỳ lặp từ 20 năm về 10 năm ($\gamma_T = 0.852$) và xác định hệ số hiệu ứng giật $G_f$ chi tiết cho từng tầng do chu kỳ công trình $T_1 = 2.121\text{ s} > 1.0\text{ s}$.
  • Vận dụng phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động theo TCVN 9386:2012 thay cho phương pháp tĩnh lực ngang tương đương khi chu kỳ dao động cơ bản của công trình vượt mốc $2.0\text{ s}$, thiết lập hệ số ứng xử $q = 3.9$ và tính toán điều chỉnh nội lực theo hiệu ứng P-Delta.
  • Đề xuất giải pháp kiểm tra độ võng phi tuyến nứt dài hạn của sàn bê tông cốt thép thông qua tiêu chuẩn Eurocode 2 trên SAFE 12.0 để khắc phục hạn chế phần mềm thiếu mô đun TCVN 5574:2018.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Đồ án tập trung vào tính toán kết cấu phần thân và nền móng cọc khoan nhồi của một công trình điển hình theo phương pháp đàn hồi tuyến tính và phân tích phổ dao động; chưa xét đến mô hình tương tác động học phi tuyến giữa đất nền và kết cấu (Soil-Structure Interaction - SSI) khi xảy ra động đất mạnh. Bên cạnh đó, việc kiểm tra độ võng sàn tầng điển hình phải sử dụng tiêu chuẩn trung gian Eurocode 2:2004 do giới hạn phiên bản của phần mềm SAFE 12.0. Về mặt thi công, đồ án mới dừng lại ở công tác kiểm tra ván khuôn và cây chống Tekcom, chưa thể hiện toàn diện biện pháp kỹ thuật thi công tường vây và đào đất tầng hầm sâu trong đô thị.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Ứng dụng các thuật toán hoặc phần mềm có khả năng lập trình mô hình nứt và biến dạng phi tuyến thuần túy theo TCVN 5574:2018; phát triển bài toán phân tích phi tuyến tĩnh (Pushover Analysis) hoặc phân tích phi tuyến theo lịch sử thời gian (Time-History Analysis) để đánh giá chính xác hơn ứng xử của hệ khung - vách lõi dưới tác động động đất; nghiên cứu chuyên sâu giải pháp thi công tầng hầm bằng phương pháp Semi Top-down kết hợp quan trắc dịch chuyển nền đất.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên các ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Kỹ thuật Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp khi làm đồ án tốt nghiệp hoặc các học phần thiết kế nhà cao tầng, thiết kế kết cấu bê tông cốt thép, công trình chịu tải trọng đặc biệt.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu trẻ cần một tài liệu mẫu về quy trình tính toán tải trọng gió theo tiêu chuẩn mới TCVN 2737:2023 (đặc biệt là bài toán tính hệ số giật $G_f$ cho công trình có chu kỳ $T > 1\text{ s}$) và tính toán động đất theo TCVN 9386:2012.
  • Các phần nội dung đáng tham khảo nhất bao gồm: quy trình lập bảng tính tải trọng hoàn thiện; phương pháp xác định tải trọng gió động và phổ phản ứng động đất; trình tự kiểm tra ổn định tổng thể nhà cao tầng (chuyển vị đỉnh, story drift, P-Delta); quy trình chia strip và kiểm tra võng sàn nứt dài hạn bằng SAFE; quy trình kiểm tra các bộ phận cốp pha gỗ phủ phim Tekcom.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình Chung cư Hy Vọng có quy mô hình học, công năng và hệ thống chịu lực chính như thế nào? Công trình gồm 1 tầng hầm để xe (cao độ $-3.500\text{ m}$), 1 tầng trệt thương mại và 18 tầng căn hộ điển hình (chiều cao mỗi tầng $3.9\text{ m}$), tổng chiều cao $73.5\text{ m}$, diện tích khu đất $1530\text{ m}^2$, diện tích xây dựng tầng điển hình $1066\text{ m}^2$. Hệ kết cấu chịu lực chính là hệ khung - vách lõi bê tông cốt thép toàn khối, trong đó vách lõi thang máy đặt ở trung tâm chịu tải trọng ngang chính và hệ khung chịu tải đứng.

2. Vì sao tác giả không sử dụng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương để tính toán tải trọng động đất cho công trình? Theo quy định tại Điều 4.2 của TCVN 9386:2012, phương pháp tĩnh lực ngang tương đương chỉ được phép áp dụng khi chu kỳ dao động cơ bản của công trình thỏa mãn $T_1 \le 2.0\text{ s}$ và $T_1 \le 4T_C$. Kết quả phân tích dao động của Chung cư Hy Vọng cho thấy chu kỳ dao động cơ bản $T_1 = 2.121\text{ s} > 2.0\text{ s}$, do đó bắt buộc phải sử dụng phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động.

3. Tải trọng gió tác dụng vào công trình được tính toán dựa trên các thông số đặc trưng nào theo TCVN 2737:2023? Công trình đặt tại Quận Bình Thạnh, TP.HCM, thuộc vùng áp lực gió II với $W_0 = 95\text{ daN/m}^2$, dạng địa hình C ($z_g = 365.76\text{ m}, z_{min} = 9.14\text{ m}, \alpha = 7.0$). Do chu kỳ dao động cơ bản $T_{1y} = 2.121\text{ s} > 1.0\text{ s}$, công trình thuộc loại kết cấu mềm, do đó tải trọng gió tiêu chuẩn được tính bằng công thức $W_k = W_{3s,10} \cdot k(z_e) \cdot c \cdot G_f$, với áp lực gió chuyển đổi chu kỳ 10 năm $W_{3s,10} = 80.94\text{ daN/m}^2$ và hệ số hiệu ứng giật $G_f$ được xác định theo tần số dao động riêng và kích thước đón gió.

4. Kết quả kiểm tra chuyển vị đỉnh và chuyển vị lệch tầng của công trình có đạt yêu cầu quy chuẩn không? Tất cả các chỉ tiêu đều thỏa mãn tiêu chuẩn: Chuyển vị ngang tại đỉnh mái lớn nhất theo phương X là $28.965\text{ mm}$, nhỏ hơn giới hạn $H/500 = 147\text{ mm}$ theo TCXD 198:1997. Chuyển vị ngang lệch tầng (Story Drift) do gió đều nhỏ hơn ngưỡng $0.002$ theo TCVN 5574:2018. Chuyển vị tương đối do động đất tại các tầng kiểm tra đều nằm trong giới hạn cho phép của TCVN 9386:2012.

5. Tác giả đã giải quyết bài toán kiểm tra độ võng dài hạn của bản sàn tầng điển hình trên SAFE 12.0 như thế nào? Do phần mềm SAFE 12.0 chưa hỗ trợ tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2018, tác giả đã sử dụng tiêu chuẩn Eurocode 2:2004 tích hợp sẵn để thiết lập phân tích phi tuyến có xét nứt và từ biến dài hạn (Long term Cracked). Độ võng toàn phần được tính bằng công thức $f = f_1 - f_2 + f_3$. Kết quả độ võng lớn nhất của ô sàn điển hình S1 đạt $28\text{ mm}$, nhỏ hơn giới hạn cho phép $L/200 = 39\text{ mm}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Chung cư Hy Vọng" của sinh viên Nguyễn Hoàng Quang là một công trình thiết kế kỹ thuật kết cấu hoàn chỉnh cho tòa nhà cao tầng bê tông cốt thép quy mô 19 tầng nổi và 1 tầng hầm tại Thành phố Hồ Chí Minh. Tác giả đã áp dụng đồng bộ hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng mới của Việt Nam, đặc biệt là TCVN 2737:2023 và TCVN 9386:2012, để giải quyết chuẩn xác các bài toán tải trọng gió động, phân tích phổ động đất và kiểm tra ổn định tổng thể. Các giải pháp cấu tạo từ bản sàn sườn, hệ khung - vách lõi, móng cọc khoan nhồi D800 đến hệ thống ván khuôn Tekcom đều được tính toán rõ ràng, tạo lập nguồn dữ liệu tham khảo chuyên môn hữu ích cho sinh viên và kỹ sư ngành xây dựng công trình.