Chung cư Imperial An Phú

Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật công trình xây dựng: Chung cư Imperial An Phú

• Tác giả: Nguyễn Thành Lộc
• Người hướng dẫn: ThS. Phan Tuấn Bình
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng
• Đề tài: Chung cư Imperial An Phú
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về đồ án thiết kế chung cư Imperial An Phú HCMUTE

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng về chung cư Imperial An Phú phản ánh trọn vẹn quy trình thiết kế kỹ thuật công trình dân dụng cao tầng. Đề tài được thực hiện bởi sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Nội dung đồ án tổng hợp các kiến thức chuyên ngành từ giai đoạn kiến trúc đến tính toán kết cấu chịu lực. Công trình nằm tại khu vực đô thị phát triển của Thành phố Hồ Chí Minh. Vị trí này đòi hỏi giải pháp không gian tối ưu cùng công năng tiện ích hiện đại. Dự án tích hợp hệ thống kỹ thuật tiên tiến bao gồm trục thu gom rác ngầm và hệ thống xử lý mùi kín đáo. Các giải pháp quy hoạch bảo đảm tính thông thoáng tự nhiên cho toàn bộ khối tháp. Quy chuẩn xây dựng Việt Nam được áp dụng nghiêm ngặt nhằm xác định quy mô và công năng từng hạng mục. Đồ án tạo tiền đề vững chắc cho việc thiết lập sơ đồ hình học và tải trọng kết cấu.

1.1. Bối cảnh đề tài và cơ sở đào tạo HCMUTE

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh là đơn vị đào tạo kỹ thuật uy tín. Ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng tại trường luôn chú trọng kỹ năng thực hành và tư duy kỹ thuật độc lập. Đồ án tốt nghiệp thiết kế chung cư Imperial An Phú được thực hiện dưới sự hướng dẫn của Thạc sĩ Phan Tuấn Bình. Đề tài kiểm tra toàn diện năng lực tiếp cận dự án quy mô lớn của sinh viên. Nhiệm vụ bao gồm xử lý hồ sơ kiến trúc, lựa chọn vật liệu và tính toán hệ chịu lực. Quá trình làm việc đòi hỏi sự cẩn trọng và tuân thủ các quy định hiện hành. Công trình mang tính thực tế cao và phù hợp với xu thế phát triển nhà ở đô thị.

1.2. Mục tiêu kỹ thuật của đồ án tốt nghiệp

Mục tiêu trọng tâm của đề tài là xây dựng phương án kết cấu an toàn và tiết kiệm kinh phí. Sinh viên phải xác định các tổ hợp tải trọng tác động lên công trình một cách chính xác. Mô hình tính toán phản ánh trung thực phản ứng ứng suất và chuyển vị của từng cấu kiện. Các yêu cầu về an toàn sinh mạng và độ bền vững lâu dài luôn đặt lên hàng đầu. Đồ án giải quyết hài hòa mối quan hệ giữa thẩm mỹ kiến trúc và tính khả thi thi công. Kết quả nghiên cứu cung cấp hệ thống bản vẽ chi tiết cùng thuyết minh tính toán hoàn chỉnh. Đây là căn cứ kỹ thuật quan trọng nhằm bảo đảm chất lượng tổng thể của công trình cao tầng.

II. Phân tích kết cấu và bài toán kỹ thuật chung cư Imperial An Phú

Thiết kế nhà cao tầng đặt ra nhiều thách thức cơ học phức tạp đối với kỹ sư kết cấu. Công trình chung cư Imperial An Phú chịu đồng thời tải trọng đứng và tải trọng ngang. Tải trọng đứng gồm trọng lượng bản thân cấu kiện, tải trọng hoàn thiện và hoạt tải sử dụng theo quy chuẩn. Tải trọng ngang do gió gây ra dao động và mô men lật lớn cho toàn bộ hệ thống tháp. Việc phân bố vách cứng và lõi thang máy quyết định độ cứng tổng thể của công trình. Sự bất đối xứng trong mặt bằng kiến trúc có thể dẫn đến hiện tượng xoắn nguy hiểm khi chịu gió mạnh. Ngoài ra, điều kiện địa chất đô thị đòi hỏi giải pháp móng thích hợp nhằm hạn chế lún lệch. Kỹ sư phải kiểm soát biến dạng của từng sàn tầng để tránh hư hỏng hệ tường ngăn và hoàn thiện. Bài toán nứt sàn bê tông cốt thép cũng cần được phân tích kỹ lưỡng nhằm ngăn chặn hiện tượng thấm nước và suy giảm khả năng chịu lực. Toàn bộ thông số tính toán phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy chuẩn an toàn quốc gia.

2.1. Yêu cầu an toàn phòng cháy theo QCVN 06 2022

Công trình chung cư Imperial An Phú thuộc nhóm nhà F1.3 với tính chất cư trú đông người. Vì vậy, quy chuẩn QCVN 06:2022/BXD quy định nghiêm ngặt về bậc chịu lửa của các cấu kiện chịu lực chính. Bột bê tông bảo vệ cốt thép đóng vai trò quyết định đến giới hạn chịu lửa REI. Chiều dày lớp bảo vệ phải đủ lớn nhằm ngăn ngừa nhiệt độ cao tác động trực tiếp vào cốt thép khi xảy ra hỏa hoạn. Vách buồng thang bộ, sàn tầng điển hình và cột chịu lực đều phải đạt định mức chịu lửa theo quy định. Việc lựa chọn thông số vật liệu chính xác bảo đảm kết cấu duy trì độ ổn định trong suốt thời gian cứu nạn.

2.2. Kiểm soát nứt và võng theo TCVN 5574 2018

Tiêu chuẩn TCVN 5574:2018 đặt ra các điều kiện khắt khe về trạng thái giới hạn thứ hai. Kết cấu sàn không chỉ đáp ứng khả năng chịu lực mà còn phải khống chế bề rộng khe nứt cho phép. Hiện tượng nứt quá mức làm giảm tuổi thọ công trình và gây tâm lý hoang mang cho cư dân. Ngoài ra, độ võng của dầm và sàn cần được kiểm soát chặt chẽ dưới tác động của tải trọng dài hạn. Sự gia tăng biến dạng theo thời gian do từ biến bê tông đòi hỏi quy trình đánh giá phi tuyến chi tiết. Việc tính toán chuẩn xác bề rộng khe nứt giúp bảo vệ cốt thép khỏi nguy cơ ăn mòn điện hóa.

III. Giải pháp mô hình hóa và thiết kế sàn chung cư Imperial An Phú

Đồ án ứng dụng các công cụ tính toán kết cấu hiện đại để giải quyết bài toán cơ học công trình. Kỹ sư xây dựng sử dụng phần mềm SAFE kết hợp hệ tiêu chuẩn tiên tiến để mô hình hóa kết cấu sàn. Phương pháp phần tử hữu hạn phân tích chính xác ứng suất cục bộ tại các vị trí tập trung nội lực. Mặt bằng sàn tầng điển hình được chia thành các dải strip có chiều rộng một mét theo hai phương trực giao. Cách phân chia này giúp xác định biểu đồ mô men uốn M11 và M22 trực quan. Trên cơ sở nội lực dải strip, kỹ sư bố trí diện tích cốt thép dọc phù hợp với biểu đồ bao mô men. Đối với bài toán biến dạng dài hạn, đồ án áp dụng phương pháp phân tích phi tuyến vật liệu nứt kết hợp hiệu ứng co ngót và từ biến. Tỷ lệ hoạt tải dài hạn trên toàn phần được chọn với hệ số alpha bằng 0,35. Kết quả kiểm tra xác nhận độ võng toàn phần nằm trong giới hạn cho phép của tiêu chuẩn thiết kế.

3.1. Phương pháp dải Strip trong phần mềm SAFE

Ứng dụng công nghệ phần mềm SAFE giúp tự động hóa quá trình tính toán kết cấu bản sàn. Sinh viên thiết lập dải Strip chiều rộng 1m dọc theo phương X và phương Y của mặt bằng. Giải pháp này chuyển đổi trường ứng suất 2D phức tạp thành biểu đồ nội lực 1D dễ quản lý. Kỹ sư thuận tiện trích xuất mô men nhịp và mô men gối tại từng tiết diện nguy hiểm. Lượng cốt thép yêu cầu được tính toán trực tiếp từ các dải nội lực. Thiết kế này vừa bảo đảm khả năng chịu lực cục bộ vừa tối ưu hóa hàm lượng thép thi công.

3.2. Thuật toán kiểm tra độ võng phi tuyến dài hạn

Độ võng dài hạn của sàn được xác định theo nguyên lý cộng tác dụng phi tuyến f = f1 - f2 + f3. Trong đó, f1 thể hiện biến dạng ngắn hạn dưới tác dụng của toàn bộ tải trọng SW, SDL, WALL và LL. Giá trị f2 là độ võng ngắn hạn gây ra bởi tĩnh tải cộng với hoạt tải dài hạn. Thành phần f3 đại diện cho biến dạng dài hạn có xét đến co ngót và từ biến bê tông theo thời gian. Hệ số hoạt tải dài hạn alpha được ấn định ở mức 0,35 theo điều kiện làm việc thực tế. Quy trình này phản ánh chính xác trạng thái làm việc thực của kết cấu sàn.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn đồ án chung cư Imperial An Phú

Đồ án tốt nghiệp thiết kế chung cư Imperial An Phú là một công trình học thuật có giá trị thực tiễn cao. Kết quả tính toán chứng minh tính khả thi của giải pháp kết cấu bê tông cốt thép toàn khối cho công trình cao tầng. Hồ sơ thiết kế đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn hiện hành về khả năng chịu lực và biến dạng sử dụng. Bản vẽ kỹ thuật thể hiện rõ ràng các giải pháp cấu tạo, từ móng cọc đến khung thân và sàn mái tầng trên cùng. Các chỉ tiêu an toàn cháy và độ bền môi trường đều được thẩm định cẩn thận theo quy chuẩn Việt Nam. Ngoài giá trị bảo vệ tốt nghiệp tại HCMUTE, đồ án còn là tài liệu tham khảo bổ ích cho sinh viên khóa sau. Tài liệu cung cấp quy trình mẫu về mô hình hóa sàn bằng phần mềm SAFE kết hợp phân tích phi tuyến. Hơn nữa, các kỹ sư trẻ có thể ứng dụng phương pháp luận này vào việc thiết kế các dự án căn hộ thương mại tương đương trong thực tế xây dựng.

4.1. Đóng góp học thuật cho sinh viên ngành xây dựng

Đề tài là tấm gương điển hình về việc kết hợp nhuần nhuyễn giữa lý thuyết cơ học và công cụ tính toán số học. Sinh viên nắm vững chu trình thiết kế kết cấu hoàn chỉnh từ bước lập mô hình đến xuất bản vẽ. Tài liệu làm sáng tỏ các điểm mới trong việc cập nhật quy chuẩn QCVN 06:2022 và TCVN 5574:2018. Khóa luận cung cấp cơ sở dữ liệu tin cậy cho sinh viên khóa sau học tập và tra cứu. Qua đó, người học rèn luyện được tư duy phản biện và năng lực xử lý số liệu kỹ thuật phức tạp một cách độc lập.

4.2. Khả năng triển khai vào thực tế dự án nhà ở

Giải pháp kết cấu của chung cư Imperial An Phú hoàn toàn có thể triển khai xây dựng trên thực tế. Việc bố trí thép theo biểu đồ dải Strip 1m tạo sự thuận tiện tối đa cho công tác lắp đặt tại công trường. Biện pháp thi công và bảo dưỡng bê tông được dự trù nhằm hạn chế co ngót nhiệt và nứt mặt sàn. Các thông số kiểm tra độ võng phi tuyến bảo đảm sự an toàn cho hệ thống tường ngăn gạch nhẹ. Bản vẽ kỹ thuật tuân thủ nghiêm ngặt quy định thi công giúp nhà thầu dễ dàng dự toán và kiểm soát chất lượng.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trước thực trạng gia tăng dân số đô thị và sự khan hiếm của quỹ đất trung tâm tại Thành phố Hồ Chí Minh, giá đất gia tăng dẫn đến khó khăn trong việc tiếp cận nhà ở của người dân. Định hướng quy hoạch phát triển đô thị của thành phố chủ trương mở rộng không gian ra các vùng ngoại vi và hình thành mô hình đô thị đa tâm (như các trục Quận 2, Quận 7, Thủ Thiêm, Nhà Bè, Củ Chi). Sự phát triển của các công trình chung cư cao tầng là giải pháp giải quyết nhu cầu hạ tầng nhà ở, đồng thời thúc đẩy ứng dụng công nghệ tính toán và thi công hiện đại trong ngành xây dựng. Đề tài "Chung cư Imperial An Phú" được thực hiện nhằm mục tiêu thiết kế toàn diện một công trình cao tầng hiện đại phục vụ nhu cầu cư trú.

Nhiệm vụ nghiên cứu được giao cụ thể theo văn bản giao nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp:

1. Về kiến trúc: Thể hiện và hoàn thiện hồ sơ bản vẽ kiến trúc công trình.
2. Về kết cấu:
   • Mô hình, phân tích, tính toán và thiết kế cấu kiện cầu thang bộ điển hình.
   • Mô hình, phân tích, tính toán và thiết kế sàn tầng điển hình.
   • Mô hình, phân tích, tính toán và thiết kế hệ khung chịu lực (cột, dầm, vách phẳng và vách lõi thang).
   • Mô hình, phân tích, tính toán và thiết kế móng cọc khoan nhồi.
3. Về thi công: Tính toán cốp pha cho cấu kiện điển hình (phần móng và phần vách).

Đối tượng nghiên cứu là khối nhà chung cư Imperial An Phú, thuộc loại công trình dân dụng cấp II (theo Thông tư số 03/2022/BXD), quy mô gồm 1 tầng hầm, 14 tầng nổi và 1 tầng mái. Chiều cao tổng thể công trình là H = 53,7 m (tính từ cốt ±0.000 m, chưa bao gồm tầng hầm). Phạm vi không gian xây dựng tọa lạc tại Số 5, Đường Đông Tây 1, Phường An Phú, Quận 2, TP. Hồ Chí Minh; khu đất có diện tích 1.232 m² với diện tích xây dựng 44 m², phía Nam giáp đường Đông Tây 1, phía Bắc giáp Xa lộ Hà Nội, phía Đông và Tây tiếp giáp khu đất trống. Thời gian thực hiện đồ án từ ngày 02/09/2024 đến ngày 16/12/2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Thiết kế kết cấu công trình tuân thủ hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành của Việt Nam kết hợp tiêu chuẩn quốc tế:

• Tiêu chuẩn tải trọng và tác động: TCVN 2737:2023.
• Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép: TCVN 5574:2018.
• Tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn: Tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu tải trọng động đất.
• Tiêu chuẩn nhà cao tầng: TCVN 198-1995 / TCXD 198-1997 về thiết kế bê tông cốt thép toàn khối.
• Tiêu chuẩn nền móng và thi công cọc: Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình; Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế; TCVN 9395:2012 về cọc khoan nhồi.
• Quy chuẩn an toàn cháy và phân cấp công trình: QCVN 06:2022/BXD, QCVN 03:2022/BXD, QCVN 02:2022/BXD.
• Tiêu chuẩn thi công cốp pha: TCVN 4453:1995.
• Tiêu chuẩn kiểm tra biến dạng võng, nứt phi tuyến sàn: Eurocode 2-2004 kết hợp TCVN 5574:2018.

Nguyên tắc tính toán dựa trên hai nhóm trạng thái giới hạn: Trạng thái giới hạn I (khả năng chịu lực, phá hoại do uốn, cắt, mỏi, mất ổn định hình học) và Trạng thái giới hạn II (điều kiện sử dụng bình thường, giới hạn độ võng và bề rộng khe nứt).

Phương pháp nghiên cứu và công cụ kỹ thuật sử dụng:

• Phần mềm CSI ETABS 2016: Xây dựng mô hình không gian 3D, phân tích dao động riêng, chu kỳ dao động, tính toán tải trọng gió động (xét hệ số giật $G_f$) và tải trọng động đất bằng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương; xuất nội lực khung, cột, dầm, vách để kiểm tra chuyển vị lệch tầng và điều kiện P-Delta.
• Phần mềm CSI SAFE 2016: Mô hình hóa phần tử hữu hạn bản sàn tầng điển hình và kết cấu móng; phân tích nội lực theo dải strip 1m, tính toán độ võng phi tuyến dài hạn có xét đến hiện tượng từ biến, co ngót và nứt bê tông; phân tích phản lực đầu cọc đài móng.
• Phần mềm AutoCAD 2021 và Microsoft Office 2016: Thể hiện hồ sơ 24 bản vẽ khổ A1 và lập bảng tính tự động xử lý nội lực, tổ hợp tải trọng và tính toán cốt thép.

Vật liệu sử dụng trong tính toán công trình được tổng hợp như sau:

Loại vật liệu	Cấp bền / Nhóm thép	Cường độ tính toán	Mô đun đàn hồi	Bộ phận kết cấu áp dụng
Bê tông	B30 (M400)	$R_b = 17$ MPa; $R_{bt} = 1,15$ MPa	$E_b = 32.500$ MPa	Cột, vách, dầm, sàn, móng, cầu thang
Bê tông	B15 (M200)	$R_b = 8,5$ MPa; $R_{bt} = 0,75$ MPa	$E_b = 24.000$ MPa	Lanh tô, ô văng, bổ trụ, giằng tường
Bê tông	B7.5 (M150)	$R_b = 4,5$ MPa; $R_{bt} = 0,48$ MPa	$E_b = 16.000$ MPa	Bê tông lót
Thép dọc ($d \ge 10$)	CB400-V	$R_s = R_{sc} = 350$ MPa	$E_s = 2 \cdot 10^5$ MPa	Thép dọc dầm, cột, vách, bản sàn, cầu thang
Thép đai ($d \le 10$)	CB300-T	$R_{sw} = 210$ MPa; $R_s = 260$ MPa	$E_s = 2 \cdot 10^5$ MPa	Cốt thép đai dầm, cột, vách, thép cấu tạo

Thiết kế và triển khai kỹ thuật

Hệ thống kết cấu chịu lực của công trình là hệ khung - vách - lõi bê tông cốt thép toàn khối. Giải pháp này kết hợp khả năng tạo không gian linh hoạt của hệ khung dầm cột với độ cứng chống tải trọng ngang lớn của vách phẳng và lõi cứng buồng thang máy đặt tại trung tâm hình học của mặt bằng.

Hệ thống dầm sàn được phân chia theo khu vực chức năng:

• Phần thân (tầng 2 đến tầng 15): Sử dụng giải pháp sàn bê tông cốt thép toàn khối có dầm, chiều dày sàn chọn sơ bộ $h_s = 200$ mm theo điều kiện $h_s = (1/50 \div 1/40)L$, kết hợp hệ dầm chính kích thước $300 \times 600$ mm.
• Phần ngầm: Sử dụng kết cấu sàn không dầm bê tông cốt thép thông thường (conventional flat slabs), chiều dày sàn tầng hầm chọn $h_s = 250$ mm.
• Phần móng: Do tải trọng công trình lớn truyền xuống từ 16 mặt bằng sàn cùng điều kiện địa chất yếu tại các lớp trên, tác giả lựa chọn phương án móng cọc khoan nhồi sâu chịu lực vào tầng đất tốt, liên kết thông qua hệ đài móng cọc đơn và đài nhóm cho hệ cột, vách, lõi thang.

Biện pháp ván khuôn thi công được thiết kế cho cấu kiện móng và vách: sử dụng hệ ván khuôn gỗ ép phủ phim TEKCOM liên kết hệ sườn đứng và sườn ngang bằng thép hộp $50 \times 50 \times 2$ mm, chống đỡ bằng hệ cây chống tăng kim loại và thanh chống xiên định hình.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về kiến trúc công trình

Chương này giới thiệu tổng quan về quy hoạch, điều kiện tự nhiên khí hậu tại khu vực Quận 2 (nhiệt độ trung bình 27°C, lượng mưa trung bình 1.949 mm/năm, chịu ảnh hưởng gió Tây - Tây Nam và Bắc - Đông Bắc). Công trình có bậc chịu lửa cấp I theo QCVN 06:2022/BXD, chiều cao phòng cháy chữa cháy trên 50 m. Công năng mặt bằng phân bổ rõ ràng: tầng hầm ở cao độ -2,40 m bố trí bãi đỗ xe ô tô, xe máy cùng các phòng kỹ thuật và 2 ram dốc độ dốc $i = 20%$; tầng trệt là khu vực sinh hoạt cộng đồng, ban quản lý và siêu thị mini; tầng 2 đến tầng 15 bố trí các căn hộ chung cư; tầng mái chứa phòng kỹ thuật và hồ nước mái. Hệ thống hạ tầng kỹ thuật bao gồm hệ thống điện 2 nguồn (lưới điện thành phố và máy phát điện dự phòng tại hầm), cấp nước tự động bơm lên mái qua ống PVC, thoát nước phân lưu, chống sét chủ động bằng kim Stormaster ESE và hệ thống thu gom rác kín qua ống gen tầng hầm.

Chương 2: Tổng quan về kết cấu

Chương 2 trình bày các cơ sở lý thuyết, phân tích ưu nhược điểm của các dạng kết cấu chịu lực cao tầng (kết cấu khung, vách cứng, lõi cứng, kết cấu ống, khung - giằng, ống - lõi). Dựa trên phân tích kinh tế - kỹ thuật, tác giả lựa chọn hệ kết cấu chịu lực chính là khung - vách - lõi. Tiết diện các cấu kiện chịu lực chính được tính toán sơ bộ:

• Bản sàn: Chiều dày $h_s = 200$ mm (tầng điển hình, tầng trệt, tầng mái), riêng tầng hầm $h_s = 250$ mm và sàn vệ sinh âm cốt 50 mm.
• Dầm khung: Tiết diện $b \times h = 300 \times 600$ mm xác định theo công thức $h = (1/20 \div 1/8)L$ với nhịp $L = 10$ m.
• Vách cứng: Bề dày chọn tối thiểu $h_w = 200$ mm theo quy chuẩn $h_w \ge h_t/20$.
• Cột khung: Tiết diện chọn $600 \times 600$ mm, thỏa mãn điều kiện hạn chế mảnh $h_t / h_c \le 25$ ($3500 / 600 = 5,83 < 25$) và yêu cầu bề rộng cột $b_c \ge 220$ mm. Quy định chiều dày lớp bê tông bảo vệ theo QCVN 06:2022/BXD và TCVN 5574:2018: cọc và đài móng 50 mm; cột 50 mm; dầm 55 mm; vách 40 mm; sàn tầng 25 mm; bản thang 30 mm.

Chương 3: Thiết kế cầu thang bộ

Nội dung chương tập trung tính toán cầu thang bộ 2 vế dạng bản của tầng điển hình (chiều cao tầng $h_t = 3,5$ m). Tổng số bậc gồm 25 bậc (vế 1 gồm 12 bậc, vế 2 gồm 13 bậc), kích thước bậc $h \times b = 140 \times 300$ mm, góc nghiêng bản thang $\alpha = 25^\circ 01'$. Chiều dày bản thang chọn $h_b = 150$ mm (theo sơ bộ $L_0 / 35 \div L_0 / 30$). Dầm chiếu tới có kích thước $b \times h = 200 \times 400$ mm.

• Tải trọng: Hoạt tải sử dụng $3,0$ kN/m² (theo TCVN 2737:2023). Tĩnh tải bản nghiêng có quy đổi góc dốc và lớp gạch hoa cương hoàn thiện.
• Kết quả nội lực và kiểm tra biến dạng: Chuyển vị đàn hồi lớn nhất là 15,x mm, thỏa mãn giới hạn độ võng cho phép $f_{gh} = L/200 = 5200/200 = 26$ mm theo phụ lục M TCVN 5574:2018. Lực cắt lớn nhất trong bản thang $Q = 39$ kN, kiểm tra khả năng chịu cắt bê tông thỏa mãn $Q \le Q_{b1}$.
• Cốt thép: Thép bản thang chịu uốn bố trí thép dọc chịu mô men dương và âm, thép cấu tạo $\phi 8a200$. Dầm chiếu tới chịu tải trọng phản lực từ bản thang $q_1 = 39,76$ kN/m và tường xây, lực cắt lớn nhất $Q_{max} = 78,3$ kN; khả năng chịu cắt của bê tông và cốt đai đạt $Q_{DB} = 104,98$ kN > $Q_{max}$; dầm được bố trí cốt đai $\phi 8a250$.

Chương 4: Thiết kế sàn tầng điển hình

Tác giả chia các sàn công trình thành 3 nhóm, tập trung thiết kế nhóm sàn từ tầng 2 đến tầng 16 với chiều dày $h_s = 200$ mm.

• Xác định tải trọng: Tĩnh tải các lớp cấu tạo hoàn thiện tầng điển hình là $g_{tc} = 1,30$ kN/m² (chưa gồm trọng lượng bản thân sàn); tải trọng tường xây 200 mm phân bố trên dầm là $11,15$ kN/m, tường 100 mm là $7,46$ kN/m. Hoạt tải tính toán theo TCVN 2737:2023 (phòng ở $1,95$ kN/m², ban công $2,6$ kN/m², hành lang $3,9$ kN/m²).
• Mô hình hóa: Mô hình SAFE 2016 sử dụng phần tử tấm vỏ, khai báo vật liệu bê tông B30, thép CB400-V, dải strip tính toán rộng 1 m theo hai phương X và Y.
• Kiểm tra trạng thái giới hạn II: Kiểm tra độ võng đàn hồi $f = 47,1$ mm so với giới hạn $L/200 = 10000/200 = 50$ mm. Độ võng dài hạn phi tuyến có xét từ biến và co ngót xác định theo công thức $f = f_1 - f_2 + f_3$ (với tỷ lệ hoạt tải dài hạn $\alpha = 0,35$ theo Eurocode 2) đạt $47,55$ mm, nằm trong ngưỡng an toàn cho phép. Tiến hành kiểm tra bề rộng khe nứt ngắn hạn và dài hạn $a_{crc}$.

Chương 5: Thiết kế khung

Chương 5 là nội dung trọng tâm tính toán không gian tổng thể công trình chịu tải trọng thẳng đứng và tải trọng ngang.

• Tải trọng gió: Tính toán theo TCVN 2737:2023 với áp lực gió cơ sở $W_0$, hệ số điều chỉnh theo độ cao $k(z_e)$, hệ số khí động $c$, và đặc biệt tính toán hệ số giật $G_f$ theo hai phương X và Y cho từng cao trình tầng.
• Tải trọng động đất: Tính toán bằng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương, xác định khối lượng tham gia dao động (Mass Source), chu kỳ dao động riêng và phổ phản ứng thiết kế $S_d$ theo gia tốc nền của khu vực xây dựng.
• Kiểm tra tổng thể: Kiểm tra chuyển vị ngang đỉnh công trình, góc xoay, chuyển vị lệch tầng do gió và động đất, kiểm tra ổn định tổng thể theo hiệu ứng P-Delta.
• Thiết kế cấu kiện:
  • Dầm: Tính toán cốt thép dọc chịu mô men lớn nhất từ các tổ hợp tải trọng và bố trí đai gia cường chống động đất trong vùng tới hạn theo quy định kháng chấn.
  • Cột: Tính toán cột kích thước $600 \times 600$ mm chịu nén uốn xiên theo phương pháp nội lực giới hạn, kiểm tra cốt đai chịu cắt và đai kháng chấn.
  • Vách phẳng và vách lõi thang: Phân tích phần tử vách P01 chia theo vùng biên và vùng bụng; phân chia vách lõi thang thành các phân đoạn phần tử, xác định trọng tâm lõi, phân phối nội lực mô men và lực cắt để bố trí thép đứng vùng biên và thép đai giằng vách.

Chương 6: Thiết kế móng

Chương này giải quyết bài toán móng công trình dựa trên tài liệu địa chất hố khoan BH1.

• Địa chất và lựa chọn giải pháp: Phân loại các lớp đất, chỉ tiêu cơ lý, độ sệt, góc nội ma sát, lực dính và số búa thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT). Sức chịu tải của cọc đơn được xác định dựa trên hai phương pháp: tính toán theo chỉ tiêu cơ lý đất nền và tính toán theo số búa SPT. Lựa chọn cọc khoan nhồi cắm vào tầng chịu lực tốt.
• Thiết kế đài móng: Thiết kế chi tiết các đài móng đơn M1 (chân cột), đài móng M2, đài móng M3 và đài móng lớn dưới vách lõi thang máy.
• Tính toán kiểm tra: Xác định phản lực đầu cọc lớn nhất và nhỏ nhất; so sánh kết quả phản lực đầu cọc giữa phương pháp giải tích (tính tay) với kết quả mô hình phần tử hữu hạn bằng phần mềm SAFE và ETABS; tính lún công trình theo mô hình khối móng quy ước sử dụng hệ số nén lún và chỉ số rỗng $e$; tính toán cốt thép chịu uốn đáy đài móng theo hai phương và kiểm tra điều kiện chọc thủng đài.

Chương 7: Công tác cốp pha

Nội dung chương trình bày thiết kế biện pháp kỹ thuật thi công cốp pha cho kết cấu móng và vách bê tông cốt thép.

• Vật liệu ván khuôn: Sử dụng ván gỗ ép phủ phim công nghiệp TEKCOM chịu nước, hệ sườn đứng và sườn ngang bằng thép hộp $50 \times 50 \times 2$ mm, kết hợp hệ thanh chống tăng điều chỉnh chiều cao.
• Tính toán tải trọng tác dụng: Tải trọng thẳng đứng (trọng lượng bản thân ván khuôn, bê tông cốt thép mới đổ, người và thiết bị thi công) và tải trọng ngang gồm áp lực ngang của hỗn hợp bê tông mới đổ và tải trọng chấn động cơ học khi đổ bê tông theo tiêu chuẩn TCVN 4453:1995.
• Kiểm tra an toàn: Tính toán và kiểm tra khả năng chịu lực uốn và độ võng đàn hồi của ván khuôn gỗ; tính toán sức chịu uốn và độ võng của sườn đứng, sườn ngang; kiểm tra khả năng chịu lực nén ổn định của thanh chống xiên cốp pha móng và vách.

Kết quả và giải pháp kỹ thuật

Hồ sơ đồ án đưa ra các kết quả tính toán số liệu và giải pháp kết cấu cụ thể:

Cấu kiện kết cấu	Quy cách tiết diện thiết kế	Cấp độ bền vật liệu	Cốt thép chủ / Cốt thép đai	Tiêu chuẩn / Phương pháp kiểm tra
Sàn tầng điển hình	Dày $h_s = 200$ mm	Bê tông B30	CB400-V (Strip 1 m)	Kiểm tra võng phi tuyến SAFE ($f = 47,1$ mm $\le 50$ mm)
Cầu thang bộ	Bản dày $h_b = 150$ mm; Dầm $200 \times 400$ mm	Bê tông B30	Thép dọc CB400-V; Đai $\phi 8a250$	Độ võng $f = 15,$x mm $\le 26$ mm; Kiểm tra cắt bê tông $Q_{DB} > Q_{max}$
Dầm khung chính	$b \times h = 300 \times 600$ mm	Bê tông B30	CB400-V; Đai kháng chấn CB300-T	Bao mô men lớn nhất từ ETABS; kiểm tra nứt và neo cốt thép
Cột chịu lực	Tiết diện $600 \times 600$ mm	Bê tông B30	Thép dọc CB400-V; Cốt đai CB300-T	Nén uốn xiên theo TCVN 5574:2018; khống chế mảnh $h_t/h_c \le 25$
Vách phẳng và lõi	Bề dày vách $h_w \ge 200$ mm	Bê tông B30	Thép biên và thép phân bố CB400-V	Chia phần tử vách; phân phối lực cắt và mô men uốn
Móng công trình	Cọc khoan nhồi, đài đơn và đài lõi	Bê tông B30, lót B7.5	Cọc nhồi chịu tải; thép đài CB400-V	Tính lún khối quy ước; đối chiếu phản lực tính tay và SAFE
Cốp pha thi công	Ván ép TEKCOM, hộp $50 \times 50 \times 2$ mm	Gỗ phủ phim, thép	Cây chống tăng, sườn đôi	TCVN 4453:1995; kiểm tra uốn, võng sườn và chống xiên

Các giải pháp kỹ thuật đề xuất bởi tác giả:

• Áp dụng hệ kết cấu chịu lực Khung - Vách - Lõi trung tâm nhằm hạn chế chuyển vị ngang công trình dưới tác động của tải trọng gió bão vùng Thành phố Hồ Chí Minh và động đất cấp thiết kế.
• Sử dụng mô hình tính toán sàn dải strip 1m kết hợp kiểm tra độ võng phi tuyến dài hạn (xét nứt, co ngót, từ biến) theo tiêu chuẩn châu Âu Eurocode 2, khắc phục hạn chế của việc chỉ kiểm tra độ võng đàn hồi thông thường.
• Thiết kế cốt đai dầm và cột tuân thủ các quy định kháng chấn ở vùng tới hạn (đoạn nối chồng và đầu nút khung) để tăng tính dẻo cho kết cấu.

So với các đồ án tính toán khung phẳng truyền thống, đồ án này tự xây dựng mô hình không gian 3D tương tác toàn diện giữa khung, vách phẳng và lõi thang máy, đồng thời cập nhật tiêu chuẩn tải trọng mới TCVN 2737:2023 (tính toán chi tiết hệ số giật của gió động theo hai phương) và QCVN 06:2022/BXD về an toàn phòng cháy chữa cháy cấu kiện.

Hạn chế và phạm vi áp dụng

Đồ án được giới hạn trong phạm vi học thuật với các đặc điểm kỹ thuật cụ thể:

• Dữ liệu khảo sát địa chất chỉ dựa trên kết quả khảo sát của hố khoan đại diện (hố khoan BH1), các thông số cơ lý đất nền được nội suy phục vụ tính toán cọc đơn và khối móng quy ước.
• Phạm vi thiết kế kết cấu phần thân tập trung giải quyết chi tiết tầng sàn điển hình (nhóm sàn tầng 2 - 16), hệ khung trục chỉ định, vách phẳng P01 và móng cho các vị trí điển hình (M1, M2, M3 và móng lõi), chưa triển khai toàn bộ hồ sơ thi công cho mọi cấu kiện đơn lẻ.
• Phần biện pháp thi công mới dừng lại ở công tác tính toán ván khuôn và cây chống cấu kiện móng và vách; chưa mở rộng sang giải pháp thi công tầng hầm sâu (như hệ tường vây barrette, giằng shoring hay phương pháp thi công semi-topdown).

Giá trị tham khảo

Bản thuyết minh và hệ thống 24 bản vẽ A1 của đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho:

• Sinh viên 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 chuyên ngành Nhà cao tầng, Bê tông cốt thép, Nền móng.
• Kỹ sư thiết kế kết cấu mới vào nghề cần tài liệu mẫu về quy trình ứng dụng tiêu chuẩn mới TCVN 2737:2023 vào việc xác định thành phần động của tải trọng gió (tính hệ số giật $G_f$) cho công trình cao trên 50 m.
• Các phần đáng tham khảo nhất trong tài liệu gồm: quy trình mô hình hóa và kiểm tra võng nứt sàn phi tuyến bằng phần mềm SAFE theo Eurocode 2 kết hợp TCVN 5574:2018 (Chương 4), phương pháp phân chia phần tử và tính toán thép vách lõi buồng thang máy (Chương 5), và bảng đối chiếu phản lực đầu cọc khoan nhồi giữa lý thuyết tính tay và phần mềm chuyên dụng (Chương 6).

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình Imperial An Phú áp dụng tiêu chuẩn nào để xác định tải trọng gió và phương pháp tính có điểm gì mới?
Công trình áp dụng tiêu chuẩn TCVN 2737:2023. Khác với tiêu chuẩn cũ TCVN 2737:1995 (tính thành phần động qua xung vận tốc và hệ số tương quan không gian $\nu$), tiêu chuẩn mới xác định áp lực gió cơ sở $W_0$, hệ số điều chỉnh theo độ cao $k(z_e)$, hệ số khí động $c$ và tính toán hệ số giật $G_f$ (gust effect factor) độc lập theo từng phương X và Y tại từng cao trình tầng.

2. Sơ bộ kích thước tiết diện cột, dầm, vách và sàn tầng điển hình được chọn trên cơ sở nào?

• Sàn tầng điển hình chọn $h_s = 200$ mm theo tỷ lệ nhịp ngắn $h_s = (1/50 \div 1/40)L$ ($L = 10.000$ mm).
• Dầm khung chọn $b \times h = 300 \times 600$ mm theo $h = (1/20 \div 1/8)L$ và $b = (1/4 \div 1/2)h$.
• Vách bê tông cốt thép chọn dày tối thiểu $h_w = 200$ mm theo điều kiện $h_w \ge h_t/20$ của TCVN 198-1995.
• Cột tầng dưới chọn kích thước $600 \times 600$ mm dựa trên diện truyền tải, cường độ chịu nén của bê tông B30 và kiểm tra điều kiện độ mảnh $h_t/h_c \le 25$.

3. Quy trình kiểm tra độ võng dài hạn của sàn tầng điển hình trong phần mềm SAFE được tiến hành ra sao?
Tác giả áp dụng mô hình phần tử hữu hạn phi tuyến có xét đến từ biến và co ngót của bê tông theo Eurocode 2-2004 và TCVN 5574:2018. Độ võng dài hạn được xác định qua công thức $f = f_1 - f_2 + f_3$; trong đó $f_1$ là độ võng ngắn hạn toàn bộ tải trọng, $f_2$ là độ võng ngắn hạn của tải trọng dài hạn, $f_3$ là độ võng dài hạn của tải trọng dài hạn với hệ số hoạt tải dài hạn lấy bằng $\alpha = 0,35$. Kết quả tính toán đạt $47,1 \div 47,55$ mm, nhỏ hơn độ võng giới hạn $L/200 = 50$ mm.

4. Vì sao công trình chọn phương án móng cọc khoan nhồi thay vì cọc ép hay cọc barrette?
Dựa trên bảng so sánh đánh giá phương án móng (Chương 2), công trình có tải trọng lớn (quy mô 16 tầng sàn), tầng đất bề mặt yếu. Móng nông không đảm bảo khả năng chịu lực; cọc ép không đáp ứng về mặt kinh tế và chiều sâu ngàm khi gặp lớp đất tốt chịu tải lớn; cọc barrette có đơn giá thi công rất cao. Phương án cọc khoan nhồi dung hòa được khả năng chịu tải lớn, ít gây chấn động đến các công trình lân cận, đáp ứng tính khả thi kỹ thuật và hiệu quả kinh tế.

5. Cấu tạo và vật liệu sử dụng cho hệ cốp pha thi công móng và vách gồm những gì?
Hệ cốp pha sử dụng ván khuôn gỗ ép công nghiệp phủ phim TEKCOM, hệ sườn đứng và sườn ngang bằng thép hộp quy cách $50 \times 50 \times 2$ mm, kết hợp hệ thanh chống tăng kim loại và cây chống xiên định hình. Hệ ván khuôn được kiểm tra khả năng chịu áp lực ngang của vữa bê tông tươi mới đổ và tải trọng chấn động cơ học theo tiêu chuẩn TCVN 4453:1995.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Chung cư Imperial An Phú" của sinh viên Nguyễn Thành Lộc thể hiện đầy đủ quy trình thiết kế kỹ thuật công trình nhà cao tầng bằng bê tông cốt thép toàn khối. Đề tài đã giải quyết trọn vẹn các nội dung từ hoàn thiện giải pháp kiến trúc, mô hình phân tích không gian chịu lực khung - vách - lõi dưới tác động của tải trọng đứng, gió động và động đất, cho đến thiết kế nền móng cọc khoan nhồi và biện pháp kỹ thuật thi công cốp pha. Thuyết minh và hệ thống bản vẽ kèm theo có tính cập nhật cao nhờ bám sát hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn xây dựng mới nhất của Việt Nam, cung cấp nguồn dữ liệu thực chứng có giá trị tham khảo chuyên môn cho sinh viên và kỹ sư ngành xây dựng công trình.