Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đề tài "Thiết kế Chung cư Quang Trung – Nghệ An" là đồ án tốt nghiệp đại học ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng do sinh viên Vũ Đức Phú thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Thế Trường Phong tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (khóa 2019, bảo vệ tháng 06/2024).

Bối cảnh thực tiễn của đề tài xuất phát từ chủ trương xây dựng lại khu chung cư Quang Trung tại thành phố Vinh, tỉnh Nghệ An. Mục tiêu của dự án là tái thiết một khu dân cư văn minh, hiện đại, đóng vai trò điểm nhấn cảnh quan đô thị, đồng thời giải quyết nhu cầu nhà ở và tạo quỹ nhà tái định cư tại chỗ cho cư dân địa phương.

Nhiệm vụ thiết kế và nghiên cứu được quy định cụ thể theo các nội dung đánh số sau:

  1. Thể hiện các bản vẽ kiến trúc của công trình dựa trên hồ sơ kiến trúc được cung cấp.
  2. Mô hình, phân tích, tính toán và thiết kế sàn tầng điển hình theo phương án sàn dầm bê tông cốt thép.
  3. Mô hình, phân tích, tính toán và thiết kế cầu thang bộ tầng điển hình.
  4. Mô hình, phân tích, tính toán và thiết kế hệ khung chịu lực gồm hệ dầm, vách và lõi thang máy (theo vị trí chỉ định của giảng viên hướng dẫn).
  5. Mô hình, phân tích, tính toán và thiết kế hệ móng cọc khoan nhồi dựa trên số liệu khảo sát địa chất.
  6. Mô hình, phân tích, tính toán và thiết kế tường vây cùng hệ thanh chống đỡ hố đào.

Đối tượng nghiên cứu là kết cấu công trình Chung cư Quang Trung – công trình dân dụng cấp 1 gồm 1 tầng hầm, 20 tầng nổi, 1 tầng tum và 1 tầng mái. Chiều cao toàn bộ công trình là 68,500 m (tính từ cao độ ±0.000 m đến đỉnh mái, chưa bao gồm chiều sâu tầng hầm), diện tích sàn xây dựng điển hình là 1.399 m². Không gian nghiên cứu đặt tại đường Quang Trung, thành phố Vinh, tỉnh Nghệ An (vùng chịu tác động của khí hậu nhiệt đới gió mùa, vùng áp lực gió III và vùng có gia tốc nền động đất). Thời gian thực hiện đồ án từ ngày 15/01/2024 đến ngày 12/06/2024. Sản phẩm hoàn thành gồm 01 tập thuyết minh tính toán, 01 tập phụ lục và 20 bản vẽ kỹ thuật khổ A1 (gồm 5 bản vẽ kiến trúc và 15 bản vẽ kết cấu).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng

Đồ án vận dụng lý thuyết tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo trạng thái giới hạn, gồm Trạng thái giới hạn I (về độ bền và khả năng chịu lực, chống phá hoại và ổn định hình học) và Trạng thái giới hạn II (về điều kiện sử dụng bình thường, khống chế độ võng, vết nứt, dao động và chuyển vị công trình).

Hệ thống quy chuẩn và tiêu chuẩn kỹ thuật cốt lõi được áp dụng trong đồ án bao gồm:

  • Cơ sở pháp lý: Nghị định số 12/2009/NĐ-CP về quản lý dự án đầu tư xây dựng; Nghị định số 15/2013/NĐ-CP về quản lý chất lượng công trình xây dựng.
  • Tiêu chuẩn tải trọng và tác động: TCVN 2737:2023 (Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế); TCXD 229:1999 (Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió); TCVN 9386:2012 (Thiết kế công trình chịu động đất).
  • Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu: TCVN 5574:2018 (Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế); TCXD 198:1997 (Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối); TCVN 5575:2012 (Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế).
  • Tiêu chuẩn nền móng và địa kỹ thuật: TCVN 10304:2014 (Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế); TCVN 9362:2012 (Thiết kế nền nhà và công trình); TCVN 9379:2012 (Kết cấu xây dựng và nền); TCVN 9351:2012 (Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT); TCVN 4420:2012 (Phương pháp xác định nén lún trong phòng thí nghiệm); TCVN 9395:2012 (Cọc khoan nhồi – Thi công và nghiệm thu).
  • Quy chuẩn an toàn và môi trường: QCVN 06:2010/BXD (An toàn cháy cho nhà và công trình); QCXDVN 02:2009/BXD và QCVN 02:2022/BXD (Số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng).

Phương pháp nghiên cứu và tính toán

Đồ án kết hợp phương pháp số (phân tích phần tử hữu hạn) và phương pháp giải tích truyền thống:

  • Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) làm công cụ chủ đạo để rời rạc hóa hệ kết cấu không gian phức tạp của tòa nhà, giải hệ phương trình vi phân nhằm trích xuất nội lực, chu kỳ dao động và chuyển vị biến dạng của các cấu kiện khung, vách, lõi và sàn.
  • Kết hợp công thức giải tích cổ điển để kiểm chứng độc lập sức chịu tải của cấu kiện chịu nén lệch tâm xiên, kiểm tra độ võng sàn có xét nứt và tính toán sức chịu tải đơn cọc theo đất nền và vật liệu.
  • Giả thiết tính toán: Mặt sàn được xem là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của nó; liên kết giữa sàn vào cột, vách là liên kết ngàm tại cùng cao trình; bỏ qua biến dạng ngoài mặt phẳng của sàn; chân cột và vách ngàm cứng tại mặt trên của đài móng; tải trọng ngang quy về lực tập trung đặt tại tâm cứng của từng tầng.

Nguồn dữ liệu và công cụ phần mềm

Dữ liệu đầu vào bao gồm: Hồ sơ thiết kế kiến trúc hoàn chỉnh của tòa nhà; Hồ sơ báo cáo kết quả khảo sát địa kỹ thuật tại khu đất xây dựng trên đường Quang Trung, thành phố Vinh (hình trụ hố khoan, chỉ tiêu cơ lý đất nền, kết quả thí nghiệm SPT); Số liệu khí tượng thủy văn và gia tốc nền động đất của tỉnh Nghệ An.

Hệ thống phần mềm kỹ thuật được sử dụng:

Tên phần mềm Phiên bản / Môi trường Phạm vi ứng dụng
ETABS Phiên bản 17 Mô hình hóa không gian 3D, phân tích dao động, tính toán tải trọng gió động, động đất và trích xuất nội lực hệ khung - vách - lõi
SAFE Phiên bản v16.0 Phân tích phần tử hữu hạn dải sàn (Strip-based analysis), kiểm tra độ võng đàn hồi, tính toán thép sàn và phân tích đài móng cọc
AutoCAD Phiên bản 2020 Khai triển chi tiết và thể hiện hệ thống bản vẽ kiến trúc và kết cấu 2D
Microsoft Office 365, VBA, Maple Tích hợp văn phòng / Toán học Lập bảng tính toán tự động, lập thuyết minh tính toán và phụ lục kết cấu

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan kiến trúc công trình

Chương này mô tả công năng, hình khối và hạ tầng kỹ thuật của khối nhà. Chung cư Quang Trung được phân loại là công trình dân dụng cấp 1. Quy mô gồm 1 tầng hầm (cao độ đáy -3.x m, bố trí bãi đỗ xe, trạm bơm, bể nước ngầm, phòng kỹ thuật điện nước), tầng trệt (Ban quản lý, khu thương mại, phòng sinh hoạt cộng đồng), tầng 2 đến tầng 4 (khu dịch vụ thương mại), tầng 5 đến tầng 20 (căn hộ chung cư tiêu chuẩn), tầng tum và mái (bể nước mái, phòng kỹ thuật thang máy). Tổng chiều cao công trình từ cốt ±0.000 m đến đỉnh mái đạt 68,500 m, diện tích xây dựng 1.399 m².

Hình khối bên ngoài là khối hộp chữ nhật đối xứng. Hệ thống giao thông đứng gồm 4 thang máy đặt tập trung giữa 2 lõi cứng BTCT và 2 buồng thang bộ thoát hiểm bố trí tại khu vực trung tâm nhằm tối ưu độ cứng không gian. Các giải pháp cơ điện (MEP) bao gồm: cấp điện từ 2 nguồn (lưới điện TP Vinh và máy phát điện dự phòng đặt dưới tầng hầm); cấp nước thông qua trạm bơm ngầm tự động đẩy lên bể mái; thoát nước thải qua bể tự hoại trước khi ra cống thành phố; hệ thống thông gió kết hợp quạt hút cơ khí và thông gió tự nhiên; mạng lưới chữa cháy vách tường tuân thủ TCVN 2622:1995; hệ thống chống sét phát tia tiên đạo sớm Stormaster ESE tuân thủ TCVN 46-84; rác thải thu gom bằng hệ thống gen rác trục đứng dẫn về buồng rác kín tại tầng hầm.

Chương 2: Tổng quan kết cấu công trình

Tác giả đề xuất giải pháp hệ chịu lực không gian dạng khung – vách – lõi bê tông cốt thép toàn khối. Hệ vách và lõi thang máy đóng vai trò chủ đạo tiếp thu tải trọng ngang (gió, động đất) và truyền tải trọng xuống móng; đồng thời 4 vách cứng được bố trí tại 4 góc biên nhằm tăng cường độ cứng chống xoắn. Sơ bộ kích thước tiết diện cấu kiện dựa trên các điều kiện về độ võng, khả năng chịu lực và giới hạn chịu lửa theo QCVN 06:2010/BXD:

  • Dầm chính: Tiết diện $b \times h = 300 \times 800\text{ mm}$ (với nhịp danh định $L = 9,0\text{ m}$).
  • Cột khung: Tiết diện $900 \times 900\text{ mm}$, thỏa mãn lực dọc tác dụng $N = 15.828,2\text{ kN}$ và tỷ số chiều cao thông thủy trên cạnh tiết diện theo quy định TCXD 198:1997.
  • Vách, lõi cứng: Chiều dày chọn đồng bộ $t = 300\text{ mm}$ (lớn hơn giới hạn tối thiểu $h_{tầng}/20 = 155\text{ mm}$).
  • Chiều dày sàn tầng: $h_s = 140\text{ mm}$.

Vật liệu kết cấu được quy định: Bê tông cấp độ bền B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$, sử dụng xi măng PCB40, tỷ lệ N/XM $\le 0,4$, cấp chống thấm W12) cho cọc khoan nhồi, đài móng, vách, lõi và sàn hầm; Bê tông lót móng cấp B15. Cốt thép dọc chịu lực dùng nhóm CB400-V ($R_s = R_{sc} = 350\text{ MPa}$, đường kính $\phi \ge 12\text{ mm}$); Cốt thép đai và thép cấu tạo dùng nhóm CB300-T ($R_s = R_{sc} = 260\text{ MPa}$, $R_{sw} = 210\text{ MPa}$, đường kính $\phi \le 10\text{ mm}$). Lớp bê tông bảo vệ cấu kiện: móng và cọc $50\text{ mm}$, dầm và vách $40\text{ mm}$, sàn $30\text{ mm}$, cầu thang $20\text{ mm}$.

Chương 3: Tổ hợp và tổ hợp tải trọng

Chương 3 chi tiết hóa việc xác định tĩnh tải, hoạt tải và các tác động ngang:

  • Tĩnh tải: Bao gồm trọng lượng bản thân kết cấu được phần mềm tự động tính toán, tải trọng các lớp hoàn thiện sàn (gạch lát nền, vữa tráng, vữa trát trần, trần thạch cao, ống thiết bị kỹ thuật) và tải trọng tường xây (tường dày 220 mm và 100 mm gạch sét nung trọng lượng riêng $18\text{ kN/m}^3$).
  • Hoạt tải sử dụng: Tra cứu theo TCVN 2737:2023, phân chia thành hoạt tải toàn phần và thành phần dài hạn (phòng ngủ/phòng khách: $1,95\text{ kN/m}^2$, hành lang sảnh: $3,0\text{ kN/m}^2$, khu thương mại: $4,0\text{ kN/m}^2$, ban công - lô gia: $2,0\text{ kN/m}^2$).
  • Tải trọng gió: Tính toán theo TCVN 2737:2023 tại địa bàn thành phố Vinh thuộc vùng gió III, dạng địa hình C (địa hình ngoại ô nhiều vật cản, độ cao gradient $z_g$, hệ số số mũ $\alpha = 7$). Áp lực gió cơ sở $W_0 = 1,1\text{ kPa}$, vận tốc gió 3 giây chu kỳ lặp 50 năm $V_{3s,50} = 50\text{ m/s}$. Tải trọng gió chuẩn tính toán tại các tầng bao gồm hệ số khí động $c$ và hệ số hiệu ứng giật $G_f$ (gió phương X có $G_f$ xác định dựa trên tần số dao động cơ bản $n_1 = 0,64\text{ Hz}$).
  • Tải trọng động đất: Phân tích theo TCVN 9386:2012 bằng phương pháp phổ phản ứng đàn hồi. Các thông số gồm đỉnh gia tốc nền tham chiếu $a_{gR} = 0,1041\text{g}$, hệ số tầm quan trọng $\gamma_I = 1,25$ (công trình cấp I), gia tốc nền thiết kế $a_g = 1,78\text{ m/s}^2$. Đất nền phân loại loại C ($S = 1,0$). Hệ số ứng xử kết cấu $q = 1,6$ ($q_0 = 2,6$, $k_w = 1,0$). Phân tích modal xác định 6 dạng dao động chính tham gia (Mode 1, 2, 5, 6, 8, 9) với tổng khối lượng tham gia dao động vượt 90% (Mode 1 phương Y chu kỳ $T_1 = 1,0004\text{ s}$, Mode 2 phương X $T_2 = 1,037\text{ s}$). Lực cắt đáy $F_{bi}$ và lực động đất phân phối lên các tầng $F_i$ được tổ hợp theo quy tắc căn bậc hai của tổng bình phương (SRSS).
  • Tổ hợp tải trọng: Xây dựng các tổ hợp tải trọng cơ bản và đặc biệt theo Trạng thái giới hạn I (kiểm tra cường độ) và Trạng thái giới hạn II (kiểm tra biến dạng).

Chương 4: Kiểm tra trạng thái giới hạn II

Chương này thực hiện các bước kiểm tra tổng thể công trình theo điều kiện làm việc bình thường:

  • Kiểm tra ổn định chống lật của toàn nhà dưới tác động bất lợi của tải trọng ngang.
  • Kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình: So sánh giá trị chuyển vị ngang tại đỉnh tòa nhà thu được từ mô hình ETABS với giới hạn cho phép $[u] = H/500$.
  • Kiểm tra gia tốc đỉnh nhằm đảm bảo tiện nghi sinh hoạt cho người sử dụng bên trong công trình dưới tác động của gió giật.
  • Kiểm tra độ võng ngang lệch tầng (chuyển vị trôi giữa các tầng kề nhau) nhằm bảo vệ hệ kết cấu bao che và vách ngăn không bị nứt vỡ, tuân thủ giới hạn cho phép theo TCVN 9386:2012 và TCXD 198:1997.
  • Kiểm tra hiệu ứng phi tuyến hình học P-Delta theo cả hai phương X và Y để đảm bảo độ cứng tổng thể của hệ khung - vách không bị suy giảm nghiêm trọng dưới tác dụng đồng thời của lực dọc và lực ngang.

Chương 5: Thiết kế cầu thang bộ tầng điển hình

Tác giả tính toán cầu thang bộ hai vế dạng bản BTCT toàn khối tại tầng 5. Sơ đồ tính xem bản thang và bản chiếu nghỉ ngàm vào dầm chiếu tới và dầm chiếu nghỉ:

  • Tĩnh tải và hoạt tải quy đổi phân bố trên dải bản rộng $b = 1,0\text{ m}$.
  • Xác định biểu đồ mô men uốn và lực cắt của bản thang bằng phương pháp cơ học kết cấu.
  • Tính toán diện tích cốt thép dọc chịu mô men dương ở nhịp và mô men âm tại gối cho bản thang, sử dụng thép CB400-V.
  • Kiểm tra khả năng chống cắt của bê tông bản thang không cần cốt đai.
  • Tính toán cốt thép dọc và cốt thép đai chịu xoắn - cắt đồng thời cho dầm chiếu tới và dầm chiếu nghỉ.

Chương 6: Tính toán – thiết kế sàn điển hình

Sàn tầng điển hình (phương án sàn dầm sườn toàn khối dày 140 mm) được mô hình và phân tích bằng phần mềm SAFE v16.0:

  • Mặt bằng sàn được chia thành các dải Strip theo hai phương trực giao X và Y (gồm dải trên cột Column Strip và dải giữa nhịp Middle Strip).
  • Xuất biểu đồ mô men uốn tập trung trong từng dải Strip để tính toán diện tích cốt thép lớp trên (chịu mô men âm tại gối dầm) và lớp dưới (chịu mô men dương tại nhịp).
  • Kiểm tra độ võng đàn hồi ban đầu từ kết quả phần tử hữu hạn.
  • Tính toán độ võng dài hạn có xét đến hiện tượng từ biến, co ngót và sự hình thành vết nứt trong bê tông theo chỉ dẫn của TCVN 5574:2018. Đoạn nhịp được chia thành 6 phân đoạn để tính toán độ cong tại giữa nhịp và các tiết diện gối nhằm tích phân ra độ võng cuối cùng, đảm bảo nhỏ hơn độ võng giới hạn $[f] = L/250$.

Chương 7: Thiết kế khung

Chương này đi sâu vào tính toán cấu kiện dầm, cột và vách lõi:

  • Thiết kế dầm: Trích xuất cặp nội lực tính toán $(M, Q)$ bất lợi nhất từ ETABS cho các dầm chính tiết diện $300 \times 800\text{ mm}$. Tính toán cốt thép dọc chịu uốn, bố trí thép tăng cường tại gối và nhịp; tính toán cốt thép đai CB300-T chịu lực cắt; xác định chiều dài đoạn neo cốt thép vào cột và chiều dài đoạn nối buộc cốt thép theo TCVN 5574:2018.
  • Thiết kế cột: Cột điển hình kích thước $900 \times 900\text{ mm}$ được tính toán theo bài toán cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm xiên (tác dụng đồng thời của lực dọc $N$ và hai mô men uốn $M_x, M_y$). Áp dụng phương pháp phân tích gần đúng theo tiết diện chữ nhật hoặc phương pháp biểu đồ tương tác để chọn diện tích cốt thép dọc đối xứng, đảm bảo hàm lượng cốt thép hợp lý ($1% \le \mu \le 3%$).
  • Thiết kế vách và lõi thang máy: Mô hình hóa vách chữ L (W-L) và lõi thang máy thành các phần tử Pier trong ETABS; rời rạc hóa thành các phân đoạn nhỏ để xác định trục quán tính chính và tọa độ trọng tâm; tính toán cốt thép phân bố theo phương đứng và phương ngang chịu lực cắt và mô men lật chân vách.

Chương 8: Thiết kế móng

Chương móng giải quyết bài toán móng sâu đỡ tòa tháp 21 tầng:

  • Đánh giá hồ sơ địa chất gồm nhiều lớp đất; lựa chọn cọc khoan nhồi bê tông B30 đường kính lớn cắm vào lớp đất tốt có chỉ tiêu cơ lý cao.
  • Tính toán sức chịu tải đơn cọc $R_{cd}$ theo 4 phương pháp: theo độ bền vật liệu cọc ($R_v$), theo chỉ tiêu cơ lý đất nền, theo cường độ đất nền (áp lực hữu hiệu và sức kháng cắt không thoát nước $c_u/\sigma'_v$), và theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT. Giá trị sức chịu tải thiết kế được chọn là giá trị nhỏ nhất có nhân hệ số an toàn.
  • Thiết kế đài cọc móng cột đơn M1, M2 và móng lõi thang (MLT/F1): Xác định số lượng cọc trong đài, khoảng cách giữa các tim cọc; kiểm tra phản lực đầu cọc lớn nhất ($P_{max} \le 1,2 R_{cd}$) và nhỏ nhất ($P_{min} \ge 0$); kiểm tra điều kiện ổn định nền đất dưới khối móng quy ước (áp lực tiêu chuẩn dưới đáy đài $p_{tb} \le R_{tc}$, $p_{max} \le 1,2 R_{tc}$); tính toán độ lún móng bằng phương pháp cộng lún từng lớp.
  • Kiểm tra đài móng về khả năng chống chọc thủng (xuyên thủng từ cột và từ cọc lên đáy đài), kiểm tra khả năng chống cắt trên các mặt cắt nguy hiểm và tính toán cốt thép chịu uốn cho đài móng theo hai phương.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

Đồ án đã giải quyết đầy đủ và nhất quán chuỗi bài toán thiết kế kỹ thuật từ kiến trúc đến kết cấu cho công trình chung cư cao 21 tầng (kể cả tum):

Hạng mục cấu kiện Giải pháp thiết kế và tiết diện Cấp độ bền vật liệu Tiêu chuẩn kiểm tra chính Kết quả tính toán chủ yếu
Hệ khung cột Tiết diện cột $900 \times 900\text{ mm}$ Bê tông B30, Thép CB400-V TCVN 5574:2018 Thỏa mãn nén lệch tâm xiên dưới tải trọng đứng $N = 15.828,2\text{ kN}$ kết hợp mô men hai phương
Hệ dầm chính Tiết diện dầm $300 \times 800\text{ mm}$, nhịp $9,0\text{ m}$ Bê tông B30, Thép CB400-V TCVN 5574:2018 Thỏa mãn khả năng chịu uốn và cắt dưới các tổ hợp tải trọng TTGH I
Sàn điển hình Sàn sườn toàn khối $h_s = 140\text{ mm}$ Bê tông B30, Thép CB400-V TCVN 5574:2018 Thỏa mãn điều kiện chịu lực dải Strip và khống chế độ võng dài hạn có nứt
Vách và lõi cứng Vách BTCT dày $300\text{ mm}$, bố trí lõi và 4 góc Bê tông B30, Thép CB400-V TCXD 198:1997 Khống chế chuyển vị ngang công trình, chu kỳ dao động cơ bản $T_1 = 1,0004\text{ s}$ (Y) và $T_2 = 1,037\text{ s}$ (X)
Tải trọng gió Vùng gió III, địa hình C, $W_0 = 1,1\text{ kPa}$ - TCVN 2737:2023 Đã tính toán hệ số xung, hệ số giật $G_f$, vận tốc gió $V_{3s,50} = 50\text{ m/s}$
Tải động đất Cấp I, Đất loại C, $a_g = 1,78\text{ m/s}^2$, $q = 1,6$ - TCVN 9386:2012 6 mode dao động đạt trên 90% khối lượng tham gia, tổ hợp phản ứng SRSS
Móng sâu Cọc khoan nhồi, đài móng M1, M2, đài lõi thang Bê tông B30, thép CB400-V TCVN 10304:2014 Đảm bảo phản lực đầu cọc, chống xuyên thủng đáy đài, ổn định khối móng quy ước và độ lún trong giới hạn

Đề xuất và kiến nghị kỹ thuật của tác giả

  • Thi công bê tông toàn khối cho các cấu kiện cột, vách, dầm, sàn đòi hỏi quy trình bảo dưỡng ẩm nghiêm ngặt, sử dụng phụ gia giảm nước để duy trì tỷ lệ N/XM $\le 0,4$, bảo đảm mác chống thấm W12 và yêu cầu chống ăn mòn trong môi trường ven biển Bắc Trung Bộ.
  • Quá trình thi công móng cọc khoan nhồi cần tuân thủ nghiêm ngặt TCVN 9395:2012, kiểm soát dung dịch khoan bentonite hoặc polymer và tiến hành thí nghiệm kiểm tra độ toàn vẹn (PIT), thí nghiệm siêu âm ống vách và nén tĩnh cọc trước khi thi công đài.
  • Bố trí mạch ngừng thi công hợp lý tại các vị trí dầm, sàn và vách lõi theo đúng quy định kết cấu để không làm suy giảm khả năng chịu cắt của công trình.

Đóng góp thực tiễn

Tác giả đã cập nhật trực tiếp tiêu chuẩn tải trọng mới TCVN 2737:2023 vào quy trình tính toán công trình nhà cao tầng thực tế, đặc biệt là việc xác định hệ số giật gió $G_f$ và phân vùng gió theo quy chuẩn mới thay cho phương pháp cũ. Đồng thời, đồ án đã tích hợp đồng bộ quy trình thiết kế từ bài toán phân tích tổng thể 3D trong ETABS, truyền dữ liệu tải trọng sang SAFE để xử lý sàn - móng và khai triển chi tiết 20 bản vẽ thi công đúng quy cách kỹ thuật.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Về phạm vi tính toán tải trọng gió: Thuyết minh tính toán tác động gió theo phương pháp tĩnh tương đương và thành phần động tuyến tính qua tần số dao động thứ nhất; chưa thực hiện mô phỏng thí nghiệm ống khí động (Wind Tunnel Test) đối với các hiệu ứng khí động phức tạp hoặc nhiễu loạn xoáy do hình khối công trình gây ra.
  • Về mô hình tương tác đất - kết cấu: Mô hình phân tích khung vách trên ETABS vẫn sử dụng giả thiết chân cột và vách ngàm cứng tuyệt đối tại mặt trên của đài móng; chưa mô hình hóa tương tác phi tuyến đồng thời giữa đất nền, hệ cọc và kết cấu phần thân (Soil-Structure Interaction - SSI).
  • Về bài toán hố đào: Phần nhiệm vụ có đề cập đến hệ tường vây và thanh chống đỡ hố đào tầng hầm, tuy nhiên trong các chương tính toán kết cấu chính tác giả tập trung chủ yếu vào cọc khoan nhồi và đài móng; các bước phân tích chuyển vị tường vây và độ lún vùng đất lân cận bằng phần mềm địa kỹ thuật chuyên sâu (như PLAXIS 2D/3D) chưa được trình bày chi tiết trong phần thân thuyết minh kết cấu.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo trực tiếp và hữu ích cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp đang thực hiện đồ án tốt nghiệp hoặc các đồ án môn học Nhà cao tầng, Bê tông cốt thép 2, Nền móng.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu mới vào nghề cần tài liệu mẫu chuẩn mực về việc áp dụng tiêu chuẩn tải trọng TCVN 2737:2023 và tiêu chuẩn kháng chấn TCVN 9386:2012 vào việc lập mô hình tính toán thực tế.
  • Các nội dung đáng tham khảo nhất bao gồm: quy trình lập bảng tính toán tải trọng gió động theo tiêu chuẩn mới; cách phân tích và tổ hợp phản ứng dao động động đất; quy trình mô hình hóa dải Strip và kiểm tra võng dài hạn có nứt sàn bê tông trong SAFE v16.0; và phương pháp kiểm tra xuyên thủng đài cọc chịu mô men lệch tâm lớn.

Câu hỏi thường gặp

1. Tải trọng gió tác dụng lên công trình Chung cư Quang Trung được tính toán dựa trên tiêu chuẩn nào và các thông số đầu vào chính là gì?
Tải trọng gió được tính toán theo tiêu chuẩn hiện hành TCVN 2737:2023. Công trình đặt tại thành phố Vinh, tỉnh Nghệ An thuộc vùng áp lực gió III với áp lực gió cơ sở $W_0 = 1,1\text{ kPa}$, vận tốc gió 3 giây chu kỳ lặp 50 năm là $V_{3s,50} = 50\text{ m/s}$, dạng địa hình đón gió là địa hình C. Tải trọng gió gồm thành phần áp lực tĩnh và thành phần phản ứng giật tính qua hệ số $G_f$ dựa trên chu kỳ dao động cơ bản của công trình.

2. Công trình có thuộc diện bắt buộc tính toán kháng chấn không và các thông số động đất được quy định ra sao?
Có. Theo TCVN 9386:2012, công trình thuộc cấp công trình I ($\gamma_I = 1,25$), đặt tại Nghệ An có đỉnh gia tốc nền tham chiếu $a_{gR} = 0,1041\text{g}$, dẫn đến gia tốc nền thiết kế $a_g = \gamma_I \times a_{gR} = 1,78\text{ m/s}^2$. Do đó bắt buộc phải tính toán và cấu tạo kháng chấn. Phân loại đất nền thuộc loại C ($S = 1,0$), hệ số ứng xử kết cấu $q = 1,6$ và phân tích thông qua 6 mode dao động chính (1, 2, 5, 6, 8, 9) bằng phương pháp phổ phản ứng dao động đàn hồi.

3. Cấp độ bền bê tông và chủng loại cốt thép chịu lực chính được lựa chọn sử dụng trong đồ án là gì?
Toàn bộ các cấu kiện chịu lực chính như cọc khoan nhồi, đài móng, sàn tầng hầm, vách lõi và hệ khung tầng thân đều sử dụng bê tông cấp độ bền B30 (tương đương xi măng PCB40 hàm lượng tối thiểu $450\text{ kg/m}^3$, cấp chống thấm W12). Cốt thép dọc chịu lực chính dùng loại CB400-V ($R_s = R_{sc} = 350\text{ MPa}$ đối với thanh thép $\phi \ge 12\text{ mm}$); cốt thép đai và thép cấu tạo dùng loại CB300-T ($R_s = R_{sc} = 260\text{ MPa}$ đối với thanh thép $\phi \le 10\text{ mm}$).

4. Kích thước tiết diện sơ bộ của các cấu kiện kết cấu chính (cột, dầm, vách, sàn) được lựa chọn là bao nhiêu?
Tiết diện dầm khung chính được chọn là $300 \times 800\text{ mm}$ cho nhịp danh định 9 m; cột khung chịu lực chọn tiết diện vuông $900 \times 900\text{ mm}$ cho các tầng dưới; vách phẳng và lõi thang máy có chiều dày $300\text{ mm}$; chiều dày sàn sườn bê tông cốt thép tầng điển hình chọn $140\text{ mm}$.

5. Sức chịu tải của cọc khoan nhồi trong đồ án được xác định dựa trên những phương pháp nào?
Sức chịu tải của cọc khoan nhồi được xác định và so sánh qua 4 phương pháp tính toán: theo độ bền của vật liệu bê tông cốt thép cọc ($R_v$); theo chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền hố khoan; theo chỉ tiêu cường độ đất nền (sức kháng cắt không thoát nước $c_u$ và áp lực hữu hiệu $\sigma'_v$); và theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT hiện trường theo TCVN 9351:2012.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế Chung cư Quang Trung – Nghệ An" của sinh viên Vũ Đức Phú là một công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh, thể hiện khối lượng tính toán lớn và đạt độ chuẩn xác học thuật cao trong ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng. Tác giả đã làm chủ quy trình phân tích kết cấu nhà cao tầng hiện đại bằng cách kết hợp hiệu quả các phần mềm chuyên dụng ETABS, SAFE và hệ thống bảng tính tự lập. Các kết quả kiểm tra về độ bền cấu kiện, trạng thái giới hạn thứ hai, ổn định tổng thể dưới tải trọng gió động và động đất đều thỏa mãn các tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam, cung cấp hồ sơ kỹ thuật có giá trị thực tiễn và tham khảo chuyên môn cao.