Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Liberty Apartment" được thực hiện bởi sinh viên Nguyễn Phạm Đăng Khôi, ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Lê Anh Thắng (hoàn thành vào tháng 12 năm 2024).

Đề tài bắt nguồn từ thực tiễn phát triển đô thị tại Thành phố Hồ Chí Minh, nơi có tốc độ đô thị hóa nhanh và nhu cầu ngày càng cao về các công trình phức hợp cao tầng kết hợp giữa khu thương mại dịch vụ và căn hộ ở chất lượng cao. Dự án Liberty Apartment được định vị là một chung cư cao cấp tọa lạc tại vị trí trung tâm Quận 7, đòi hỏi giải pháp thiết kế kiến trúc hiện đại, tiện nghi, đồng thời phải đảm bảo hệ kết cấu chịu lực an toàn, bền vững dưới tác động của tải trọng đứng, tải trọng gió động và động đất, kết hợp cùng biện pháp thi công khả thi, tối ưu tiến độ.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định cụ thể qua ba mảng nội dung chính:

  1. Nhiệm vụ kiến trúc: Nghiên cứu công năng, hoàn thiện và thể hiện hồ sơ bản vẽ kiến trúc (mặt bằng, mặt đứng, mặt cắt, giải pháp giao thông và mạng lưới hạ tầng kỹ thuật phụ trợ).
  2. Nhiệm vụ kết cấu:
    • Mô hình hóa, phân tích nội lực và thiết kế kết cấu sàn dầm tầng điển hình (tầng 7) bằng phần mềm chuyên dụng;
    • Tính toán và thiết kế cấu kiện cầu thang bộ hai vế điển hình và bể nước mái;
    • Mô hình hóa không gian 3D, phân tích dao động, kiểm tra các điều kiện ổn định tổng thể của công trình (chuyển vị đỉnh, chuyển vị lệch tầng, chống lật, hiệu ứng P-Delta);
    • Phân tích và thiết kế hệ khung chịu lực trục 5 (bao gồm hệ cột, dầm, vách phẳng và lõi thang máy);
    • Tính toán sức chịu tải của cọc và thiết kế móng cọc khoan nhồi (móng đài cọc M3).
  3. Nhiệm vụ thi công: Nghiên cứu biện pháp thi công bê tông toàn khối, trong đó tập trung tính toán kiểm tra hệ cốp pha nhôm cho cấu kiện cột vách và hệ cây chống giàn giáo Ringlock đỡ cốp pha sàn dầm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Tòa nhà chung cư cao cấp Liberty, công trình dân dụng cấp II gồm 2 tầng hầm, 1 tầng trệt (khu thương mại - sảnh đón), 16 tầng căn hộ (tầng 2 đến tầng 17) và 1 tầng tum/mái; tổng chiều cao hình học công trình đạt 58,0 m tính từ cốt ±0.000 (chiều cao đỉnh mái đạt 57,0 m).
  • Phạm vi không gian: Khu đất xây dựng có diện tích 1.500 m2 tại địa chỉ 74 Nguyễn Thị Thập, Phường Tân Thuận, Quận 7, Thành phố Hồ Chí Minh; phía Bắc giáp đường Nguyễn Thị Thập, phía Tây giáp Bệnh viện Quận 7, phía Đông và phía Nam giáp các khu dân cư hiện hữu.
  • Phạm vi thời gian và tài liệu: Số liệu khảo sát địa chất và bản vẽ kiến trúc gốc do giảng viên hướng dẫn bàn giao; các tiêu chuẩn thiết kế cập nhật được áp dụng trong giai đoạn 2023 - 2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung pháp lý và hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng trong đồ án:

  • 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; Thông tư số 03/2016/TT-BXD quy định phân cấp 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).
  • Tiêu chuẩn kháng chấn: TCVN 9386:2012 (Thiết kế công trình chịu tải trọng động đất).
  • Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép: TCVN 5574:2018 (Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép); TCXD 198-1997 (Nhà cao tầng - Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối).
  • Tiêu chuẩn địa kỹ thuật và nền móng: TCVN 10304:2014 (Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế); TCVN 9362:2012 (Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình); TCVN 9394:2012 (Đóng và ép cọc - Thi công và nghiệm thu); TCVN 7888:2014 (Cọc bê tông ly tâm ứng lực trước).
  • Quy chuẩn chuyên ngành: QCVN 06:2010/BXD (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn cháy cho nhà và công trình); QCXDVN 02:2009/BXD (Số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng).

Phương pháp nghiên cứu và công cụ kỹ thuật thực hiện:

  • Phương pháp phân tích kết cấu giải tích và mô hình phần tử hữu hạn (FEM): Thiết lập mô hình không gian 3D đàn hồi của toàn bộ công trình để phân tích tĩnh học và động học.
  • Phân tích động lực học công trình: Xác định các mode dao động riêng, chu kỳ dao động, tần số dao động để tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCXD 229-1999; phân tích phổ phản ứng và tính toán lực động đất theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương dựa trên hệ số ứng xử theo TCVN 9386:2012.
  • Ứng dụng phần mềm chuyên ngành:
    • ETABS: Mô hình hóa hệ kết cấu không gian chịu lực khung - vách - lõi, trích xuất chu kỳ dao động, kiểm tra các chỉ tiêu ổn định công trình, lấy nội lực thiết kế cột, dầm, vách và phản lực chân cột truyền xuống móng.
    • SAFE v12: Mô hình hóa bản sàn tầng điển hình theo dải dầm ảo (Design Strips), tính toán phân phối mô men uốn, kiểm tra võng ngắn hạn, võng dài hạn và bề rộng vết nứt của sàn.
    • SAP2000: Mô hình hóa kết cấu vỏ bản không gian của hệ bể nước mái chịu áp lực thủy tĩnh và tải trọng bản thân.
    • AutoCAD: Khai triển chi tiết bản vẽ kiến trúc, kết cấu và thi công.
  • Nguồn dữ liệu: Hồ sơ bản vẽ kiến trúc sơ bộ, báo cáo kết quả khảo sát địa kỹ thuật hiện trường (gồm chỉ tiêu cơ lý các lớp đất và thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT) do giảng viên hướng dẫn cung cấp; các thông số khí tượng thủy văn khu vực Thành phố Hồ Chí Minh (vận tốc và áp lực gió cơ sở, phân vùng động đất).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về kiến trúc công trình

Chương này mô tả vị trí địa lý, điều kiện khí hậu tự nhiên tại Quận 7, Thành phố Hồ Chí Minh (thuộc vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, không có gió bão trực tiếp) và phân cấp công trình cấp II theo quy mô kết cấu (chiều cao 58,0 m, gồm 17 tầng nổi và 2 tầng hầm). Tác giả làm rõ giải pháp mặt bằng hình chữ nhật kích thước 48,0 m × 28,5 m:

  • Hai tầng hầm (sàn hầm 1 ở cao độ -3,000 m, hầm 2 ở cao độ -6,300 m, chiều cao tầng 3,3 m) được thiết kế làm bãi đậu xe máy, ô tô, phòng máy phát điện và kho kỹ thuật, kết nối giao thông bằng 4 ram dốc riêng biệt với độ dốc i = 20,5%.
  • Tầng trệt (cao độ ±0.000 m, chiều cao tầng 4,2 m) bố trí sảnh đón, khu sinh hoạt công cộng và siêu thị thương mại, mặt ngoài ốp đá granite kết hợp kính phản quang 2 lớp dày 10,38 mm.
  • Tầng điển hình từ tầng 2 đến tầng 17 (chiều cao mỗi tầng 3,3 m, chiều cao thông thủy ≥ 2,7 m) bố trí 12 căn hộ cao cấp/tầng, diện tích dao động từ 78 m2 đến 100 m2, hành lang giữa rộng 2,2 m và có giếng trời lấy sáng.
  • Tầng mái và sân thượng ở cao độ đỉnh +57,000 m bố trí sân thể dục và bể chứa nước sinh hoạt, cứu hỏa. Hệ thống kỹ thuật công trình gồm: cấp nước bằng ống thép tráng kẽm; thoát nước mưa tách biệt thoát nước thải sinh hoạt qua bể tự hoại; hệ thống điện 3 pha 380V/220V; hệ thống phòng cháy chữa cháy trang bị họng nước chữa cháy và 4 bình CO2 MFZ4 loại 4 kg mỗi tầng; hệ thống chống sét và kho thu gom rác trung chuyển tại tầng hầm.

Chương 2: Tổng quan về kết cấu công trình

Nội dung chương tập trung so sánh các giải pháp kết cấu phần thân và phần móng để đưa ra lựa chọn phù hợp với công năng kiến trúc:

  • Hệ chịu lực phương đứng: Tác giả phân tích ưu nhược điểm giữa hệ khung thuần túy, hệ khung - vách, khung - lõi và hệ ống. Nhận định công trình cao 17 tầng nằm trong vùng cần kháng chấn, tác giả chọn hệ kết cấu liên hợp khung - vách - lõi bê tông cốt thép toàn khối, trong đó hệ khung cột - dầm gánh phần lớn tải trọng đứng và hệ vách - lõi thang máy tiếp nhận tải trọng ngang do gió và động đất.
  • Hệ sàn: So sánh hệ sàn dầm truyền thống, sàn không dầm, sàn không dầm ứng lực trước và sàn BubbleDeck. Tác giả chọn phương án sàn dầm bê tông cốt thép toàn khối nhờ độ cứng ngang lớn, quy trình tính toán rõ ràng và biện pháp thi công phổ biến.
  • Vật liệu sử dụng: Bê tông cấp độ bền B35 (cường độ chịu nén tính toán $R_b = 19,5$ MPa, cường độ chịu kéo $R_{bt} = 1,30$ MPa) dùng cho móng, dầm, sàn, cột, vách hầm, bể nước; bê tông lót móng dùng cấp B15. Cốt thép dùng nhóm CB240-T cho thanh có đường kính $\phi < 10$ mm ($R_s = R_{sc} = 240$ MPa) và nhóm CB400-V cho thanh có đường kính $\phi \ge 10$ mm ($R_s = R_{sc} = 350$ MPa).
  • Lớp bê tông bảo vệ: Cọc và đài móng dày 50 mm; kết cấu ngầm tiếp xúc đất dày 40 mm; dầm, cột, vách dày 30 mm; bản sàn, bản thang, bản bể nước dày 25 mm.
  • Sơ bộ kích thước cấu kiện: Chiều dày bản sàn chọn $h_s = 200$ mm; vách thang máy và tường tầng hầm dày $t = 300$ mm; dầm chính kích thước $300 \times 700$ mm; dầm phụ kích thước $300 \times 500$ mm và $300 \times 700$ mm; cột biên chọn kích thước $500 \times 600$ mm và $600 \times 700$ mm; cột giữa chọn kích thước $600 \times 700$ mm và $800 \times 900$ mm.
Cấu kiện Kích thước tiết diện sơ bộ (mm) Cấp độ bền bê tông Nhóm cốt thép Chiều dày lớp bảo vệ (mm)
Sàn điển hình Dày 200 B35 CB240-T, CB400-V 25
Dầm chính $300 \times 700$ B35 CB400-V 30
Dầm phụ $300 \times 500$; $300 \times 700$ B35 CB400-V 30
Cột khung $500 \times 600$; $600 \times 700$; $800 \times 900$ B35 CB400-V 30
Vách, lõi thang Dày 300 B35 CB400-V 30
Đài cọc móng Chiều cao đài chọn theo lực cắt B35 CB400-V 50

Chương 3: Tải trọng và tác động

Chương 3 trình bày chi tiết các giá trị tải trọng tác dụng lên công trình theo tiêu chuẩn mới TCVN 2737:2023:

  • Tĩnh tải hoàn thiện: Tổng hợp chi tiết tải trọng các lớp cấu tạo gồm lớp gạch ceramic ($20\text{ kN/m}^3$), vữa lót ($18\text{ kN/m}^3$), vữa trát trần ($18\text{ kN/m}^3$), lớp mút chống nóng XPS dày 50 mm trên sân thượng và lớp màng chống thấm dày 2 mm. Tĩnh tải tường xây bao che dày 200 mm và tường ngăn phòng dày 100 mm bằng gạch rỗng đất sét nung ($15\text{ kN/m}^3$) được quy đổi thành tải trọng phân bố trên mét dài dầm hoặc tải phân bố đều trên sàn.
  • Hoạt tải sử dụng: Tra theo TCVN 2737:2023 với hệ số vượt tải phân tách thành phần dài hạn và ngắn hạn: nhà để xe và ram dốc lấy $1,60\text{ kN/m}^2$; sảnh và hành lang lấy $1,95\text{ kN/m}^2$; ban công, lô gia lấy $0,60\text{ kN/m}^2$; sàn mái có sử dụng lấy $0,95\text{ kN/m}^2$; khu thương mại lấy $2,40\text{ kN/m}^2$.
  • Tải trọng gió: Do công trình có chiều cao đỉnh 57,0 m (lớn hơn ngưỡng 40 m quy định tại TCXD 229-1999), tác giả tiến hành tính toán cả thành phần tĩnh và thành phần động của tải trọng gió. Áp lực gió tĩnh tính toán theo công thức $W_k = W_{3s,10} \cdot k_{ze} \cdot c \cdot G_f$, trong đó áp lực gió cơ sở $W_{3s,10}$ được chuyển đổi từ chu kỳ lặp 20 năm xuống 10 năm bằng hệ số $\gamma_T = 0,852$. Thành phần động được xác định dựa trên mode dao động thứ nhất theo hai phương X và Y, tính toán thông qua hệ số tương quan không gian $\nu$ và hệ số áp lực động $\xi$.
  • Tải trọng động đất: Thiết lập khối lượng tham gia dao động (Mass Source) từ tổ hợp tĩnh tải cùng phần hoạt tải dài hạn; phân tích phổ thiết kế đàn hồi theo TCVN 9386:2012 theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương để xác định lực cắt đáy và phân bố lực động đất lên từng tầng.
  • Tổ hợp tải trọng: Xây dựng các tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn (phục vụ kiểm tra võng, nứt, lún), tổ hợp tải trọng tính toán (trạng thái giới hạn thứ nhất về cường độ) và tổ hợp tải trọng đặc biệt có xét đến tác động của động đất.

Chương 4: Kiểm tra ổn định tổng thể công trình

Chương 4 thực hiện các kiểm tra tĩnh và động tổng thể từ kết quả mô hình hóa không gian bằng phần mềm ETABS:

  • Kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình dưới tác dụng của tải trọng gió và động đất để đảm bảo nhỏ hơn ngưỡng cho phép $H/500$.
  • Kiểm tra chuyển vị lệch tầng tương đối giữa các tầng kế cận theo quy định của TCVN 9386:2012 nhằm chống phá hoại các cấu kiện phi kết cấu (tường xây, vách kính).
  • Kiểm tra hệ số an toàn chống lật của toàn bộ tòa nhà dưới tổ hợp tải trọng nguy hiểm nhất.
  • Kiểm tra hiệu ứng P-Delta: Đánh giá hệ số độ nhạy góc lệch tầng $\theta_x, \theta_y$ trên các tầng; kết quả cho thấy các giá trị đều nằm trong giới hạn đàn hồi an toàn, không làm xuất hiện nguy cơ mất ổn định hình học tổng thể.

Chương 5: Thiết kế cầu thang bộ

Nội dung chương bao gồm quy trình thiết kế chi tiết cụm cầu thang bộ thoát hiểm 2 vế dạng bản chịu lực toàn khối:

  • Sơ bộ hình học: Chiều rộng vế thang, chiều cao bậc, chiều rộng mặt bậc, bề dày bản nghiêng và bản chiếu nghỉ.
  • Phân tích tải trọng: Tĩnh tải bậc xây gạch, lớp vữa lót, gạch ốp, lan can tay vịn và hoạt tải người sử dụng theo TCVN 2737:2023.
  • Tính toán nội lực: Thiết lập sơ đồ dầm đơn giản có khớp hoặc ngàm đàn hồi, xuất biểu đồ mô men uốn và lực cắt từ ETABS 2018; kiểm tra khả năng chịu cắt của tiết diện bê tông bản thang.
  • Bố trí thép: Tính toán diện tích cốt thép chịu uốn dọc cho bản nghiêng và bản chiếu nghỉ đảm bảo hàm lượng cốt thép hợp lý ($\mu_{min} \le \mu \le \mu_{max}$); tính toán và bố trí cốt thép cho hệ dầm chiếu tới, dầm chiếu nghỉ đỡ bản thang.

Chương 6: Tính toán thiết kế bể nước mái

Tác giả thiết kế bể nước mái đặt trên sân thượng dùng cho sinh hoạt và chữa cháy:

  • Xác định dung tích bể dựa trên số lượng cư dân và lưu lượng dự trữ chữa cháy theo tiêu chuẩn.
  • Sơ bộ kích thước hình học: Chiều cao thành bể, bề dày bản nắp, bản đáy và hệ dầm đỡ đáy bể.
  • Thiết lập mô hình phần tử vỏ trong phần mềm SAP2000, gán tải trọng bản thân, tĩnh tải hoàn thiện, hoạt tải sửa chữa bản nắp và áp lực thủy tĩnh của nước tác dụng vuông góc lên các bản thành và bản đáy.
  • Trích xuất biểu đồ mô men uốn, lực cắt và độ võng của các tấm vỏ; tính toán cốt thép chịu lực cho bản nắp, dầm nắp, bản thành, bản đáy và hệ dầm đáy bể nước mái.

Chương 7: Thiết kế sàn tầng điển hình

Chương 7 trình bày quy trình tính toán bản sàn dầm tầng 7 điển hình:

  • Sử dụng mô hình SAFE v12 liên kết dữ liệu trực tiếp với mô hình kết cấu tổng thể từ ETABS.
  • Chia dải dầm ảo (Design Strips) theo phương X (Strip A) và phương Y (Strip B) để tích phân nội lực mô men uốn.
  • Kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai: Kiểm tra độ võng ngắn hạn và dài hạn của các ô sàn có nhịp lớn dưới tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn; kiểm tra bề rộng vết nứt dài hạn và ngắn hạn theo TCVN 5574:2018.
  • Tính toán và chọn cốt thép sàn lớp trên (gối) và lớp dưới (nhịp) theo cả hai phương X, Y.

Chương 8: Thiết kế dầm tầng điển hình

  • Lấy tổ hợp bao nội lực (mô men uốn $M_{max}, M_{min}$ và lực cắt $V_{max}$) của các dầm thuộc tầng điển hình từ mô hình ETABS (tác giả quy đổi tên dầm ETABS tương ứng trên bản vẽ kỹ thuật, ví dụ dầm B102 - DX04).
  • Tính toán diện tích cốt thép dọc chịu lực tại các tiết diện gối tựa và giữa nhịp; kiểm tra hàm lượng cốt thép dầm.
  • Tính toán cốt đai chịu cắt và cấu tạo cốt đai kháng chấn (bước đai dày ở vùng khớp dẻo đầu dầm theo TCVN 9386:2012).
  • Xác định chiều dài đoạn neo và đoạn nối chồng cốt thép chịu kéo, chịu nén theo TCVN 5574:2018.

Chương 9: Thiết kế khung trục 5

Chương 9 tập trung tính toán hệ khung phẳng chịu lực chính tại trục 5:

  • Thiết kế cột: Tính toán cốt thép dọc cho cột chịu nén uốn lệch tâm xiên hai phương $(N, M_x, M_y)$ tại các vị trí cột C15, kiểm tra điều kiện khống chế lực nén dọc; tính toán cốt đai gia cường chống nở ngang và đảm bảo dẻo dai kháng chấn.
  • Thiết kế vách và lõi thang máy: Phân tích sự làm việc của vách phẳng và lõi cứng dưới tác dụng của lực cắt và mô men lật; chia vách thành các phần tử nhỏ, sử dụng lệnh Massprop trong AutoCAD hoặc trích xuất đặc trưng hình học tiết diện vách góc; tính toán cốt thép phân bố đứng, thép phân bố ngang và vùng cấu tạo biên (Boundary Elements) của vách theo TCVN 198-1997 và TCVN 9386:2012.

Chương 10: Tính toán và thiết kế móng

  • Xử lý thông tin địa chất: Phân loại, đánh giá các lớp đất nền và tổng hợp chỉ tiêu cơ lý (dung trọng, góc ma sát trong, lực dính, mô đun biến dạng) cùng số búa SPT.
  • Lựa chọn giải pháp móng: Phân tích địa chất khu đất Quận 7 có các lớp bùn sét yếu phía trên; tác giả chọn giải pháp móng cọc khoan nhồi đường kính $D = 800$ mm ngàm vào tầng đất tốt.
  • Xác định sức chịu tải của cọc đơn:
    • Sức chịu tải theo vật liệu bê tông B35 và cốt thép;
    • Sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền;
    • Sức chịu tải theo cường độ đất nền;
    • Sức chịu tải tính theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT.
  • Thiết kế đài móng M3 (tại vị trí cột C-18): Xác định tải trọng chân cột từ ETABS; sơ bộ số lượng cọc; kiểm tra phản lực đầu cọc lớn nhất và nhỏ nhất; kiểm tra ổn định và tính lún của khối móng quy ước; kiểm tra điều kiện chọc thủng đài móng; tính toán và bố trí cốt thép đài móng theo hai phương.

Chương 11: Thi công bê tông toàn khối

Chương này đề xuất biện pháp kỹ thuật thi công phần thân bằng công nghệ cốp pha hiện đại:

  • Chọn vật liệu cốp pha: Sử dụng hệ cốp pha nhôm (bản rộng tiêu chuẩn 450 mm) cho cấu kiện cột, vách và hệ giàn giáo chống Ringlock đỡ cốp pha sàn dầm.
  • Tính toán tải trọng tác dụng lên cốp pha: Trọng lượng bản thân cốp pha, vữa bê tông mới đổ, cốt thép, tải trọng người và thiết bị thi công, tải trọng xung kích khi đổ bê tông và áp lực ngang của vữa bê tông tươi lên thành vách W450.
  • Kiểm tra điều kiện làm việc: Kiểm tra cường độ chịu uốn và độ võng của bản mặt nhôm, sườn nhôm và thanh văng khung nhôm; kiểm tra khả năng chịu lực của thanh chống đứng Ringlock dưới sàn.
  • Biện pháp thi công bê tông: Lập biện pháp đổ bê tông cột vách bằng cần trục tháp kết hợp thùng đổ; đổ bê tông dầm sàn bằng máy bơm bê tông tĩnh kết hợp cần phân phối.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán định lượng:

  • Xác định thông số vật liệu và kích thước tiết diện hợp lý: Cột kích thước từ $500 \times 600$ mm đến $800 \times 900$ mm; dầm chính $300 \times 700$ mm; sàn dày 200 mm; vách lõi dày 300 mm sử dụng bê tông B35 và thép CB400-V, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về khả năng chịu lực theo TCVN 5574:2018.
  • Các chỉ tiêu ổn định công trình: Chuyển vị đỉnh, chuyển vị lệch tầng và hệ số ổn định P-Delta thỏa mãn giới hạn cho phép của TCVN 9386:2012 và TCXD 198-1997 dưới tác động của tổ hợp tải trọng gió động và động đất.
  • Kết cấu móng: Cọc khoan nhồi đường kính $D = 800$ mm được lựa chọn với sức chịu tải xác định qua chỉ tiêu cơ lý và thí nghiệm SPT; đài móng M3 đảm bảo điều kiện chống xuyên thủng và độ lún khối móng quy ước nằm trong phạm vi cho phép.
  • Biện pháp thi công: Hệ cốp pha nhôm cột vách W450 và cây chống Ringlock đáp ứng đủ điều kiện về cường độ và độ võng dưới áp lực vữa bê tông tươi và tải trọng thi công.

Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất:

  • Sử dụng sơ đồ kết cấu chịu lực liên hợp khung - vách - lõi, tập trung lõi cứng ở khu vực thang máy và thang bộ giữa mặt bằng, giúp cân bằng tâm cứng và tâm khối lượng, giảm thiểu hiệu ứng xoắn tổng thể cho công trình.
  • Đề xuất ứng dụng hệ cốp pha nhôm kết hợp cây chống Ringlock nhằm tăng tốc độ luân chuyển cốp pha, nâng cao chất lượng bề mặt bê tông và giảm thời gian thi công hoàn thiện.

Đóng góp của đồ án:

  • Tác giả đã cập nhật và áp dụng đồng bộ hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật mới nhất, đặc biệt là tiêu chuẩn tải trọng TCVN 2737:2023 (phân chia thành phần hoạt tải ngắn hạn/dài hạn, quy đổi áp lực gió chu kỳ lặp) kết hợp phương pháp tính gió động theo TCXD 229-1999 và kháng chấn theo TCVN 9386:2012.
  • Hoàn thiện trọn vẹn quy trình thiết kế kỹ thuật từ kiến trúc, kết cấu đến biện pháp tổ chức thi công cho một công trình cao tầng thực tế với đầy đủ bảng biểu tính toán, hồ sơ thuyết minh và 22 bản vẽ kỹ thuật khổ A1.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Phạm vi thiết kế kết cấu chi tiết chỉ tập trung vào một số cấu kiện đại diện (khung phẳng trục 5, sàn dầm tầng 7, móng M3 tại cột C-18, cốp pha vách W450) do giới hạn về mặt thời gian của đồ án tốt nghiệp, chưa thực hiện bóc tách và khai triển chi tiết cho toàn bộ các khung và đài móng khác trên công trình.
  • Mô hình phân tích kháng chấn mới dừng lại ở phương pháp tĩnh lực ngang tương đương dựa trên phổ phản ứng thiết kế đàn hồi; chưa mô phỏng phân tích phi tuyến (Pushover analysis hoặc phân tích lịch sử thời gian) để đánh giá sự hình thành khớp dẻo cụ thể khi chịu động đất mạnh.
  • Quá trình thực hiện chịu ảnh hưởng gián đoạn do yếu tố khách quan từ đại dịch như tác giả đã nêu trong lời cảm ơn.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo:

  • Mở rộng tự động hóa tính toán và trích xuất cốt thép cho toàn bộ hệ thống cột, dầm, vách trên mô hình không gian 3D.
  • Ứng dụng mô hình thông tin công trình (BIM) để tích hợp dữ liệu giữa bản vẽ kiến trúc, mô hình kết cấu và lập tiến độ thi công 4D/5D cho công tác cốp pha nhôm và đổ bê tông toàn khối.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo phù hợp cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng, Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng đang thực hiện đồ án môn học Kết cấu Bê tông cốt thép, Đồ án Nhà cao tầng hoặc Đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu mới vào nghề cần tham khảo quy trình thực hành tính toán tải trọng gió động và động đất theo sự kết hợp giữa TCVN 2737:2023, TCXD 229-1999 và TCVN 9386:2012.

Các phần nội dung đáng tham khảo nhất trong tài liệu:

  • Bảng tổng hợp chi tiết tĩnh tải hoàn thiện các lớp sàn, tải trọng tường xây và bảng tra hoạt tải theo tiêu chuẩn mới TCVN 2737:2023 tại Chương 3.
  • Quy trình mô hình hóa và phân tích dải Strip thiết kế sàn dầm bằng SAFE v12 và mô hình vỏ bản bể nước mái bằng SAP2000.
  • Phương pháp tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi từ số liệu địa chất và thí nghiệm SPT, kết hợp các bước kiểm tra đài móng cọc tại Chương 10.
  • Bảng tính toán kiểm tra ổn định và khả năng chịu lực của cốp pha nhôm và cây chống Ringlock tại Chương 11.

Câu hỏi thường gặp

  1. Công trình Liberty Apartment có quy mô, chiều cao và cấp công trình như thế nào? Công trình thuộc loại công trình dân dụng cấp II (theo quy chuẩn số tầng 18 < 20), gồm 2 tầng hầm (sàn hầm 1 ở cao độ -3,000 m, sàn hầm 2 ở cao độ -6,300 m), 1 tầng trệt cao 4,2 m, 16 tầng lầu (tầng 2 đến tầng 17 cao 3,3 m/tầng) và 1 tầng tum/mái. Chiều cao đỉnh mái công trình đạt 57,0 m và tổng chiều cao công trình tính từ cốt ±0.000 là 58,0 m.

  2. Những loại vật liệu bê tông và cốt thép nào được chỉ định cho các kết cấu chính? Vật liệu sử dụng chính gồm: bê tông lót móng cấp độ bền B15; móng, đài cọc, cột, dầm, sàn, cầu thang, vách hầm, bể nước mái dùng bê tông cấp B35 (cường độ chịu nén tính toán $R_b = 19,5$ MPa). Cốt thép chịu lực có đường kính $\phi \ge 10$ mm dùng thép thanh vằn nhóm CB400-V ($R_s = 350$ MPa); cốt thép đai và thép có đường kính $\phi < 10$ mm dùng thép trơn nhóm CB240-T ($R_s = 240$ MPa).

  3. Vì sao công trình bắt buộc phải tính toán thành phần động của tải trọng gió? Theo quy định tại Mục 6 của TCVN 2737:2023 và chỉ dẫn TCXD 229-1999, các công trình dân dụng có chiều cao trên 40 m bắt buộc phải tính đến thành phần động của tải trọng gió. Tòa nhà Liberty Apartment có chiều cao đỉnh 57,0 m (vượt qua ngưỡng 40 m), do đó phải xác định thành phần động dựa trên lực xung của vận tốc gió và lực quán tính của công trình ứng với các mode dao động riêng.

  4. Phương án kết cấu chịu lực và kết cấu móng được tác giả lựa chọn trong đồ án là gì? Phương án kết cấu phần thân là hệ chịu lực liên hợp khung - vách - lõi bê tông cốt thép toàn khối kết hợp sàn dầm truyền thống dày 200 mm. Phương án móng là hệ móng cọc khoan nhồi đường kính $D = 800$ mm chịu tải trọng thông qua sức kháng thành và sức kháng mũi cọc ngàm vào tầng địa chất tốt, liên kết bởi các đài móng bê tông cốt thép.

  5. Trong phần kỹ thuật thi công, tác giả đã lựa chọn và tính toán kiểm tra những hệ cốp pha nào? Tác giả lựa chọn giải pháp thi công bê tông toàn khối sử dụng hệ cốp pha hợp kim nhôm (tấm tiêu chuẩn rộng 450 mm) để thi công hệ cột, vách và hệ cây chống giàn giáo Ringlock đỡ cốp pha dầm sàn; quy trình tính toán kiểm tra tập trung vào độ bền chịu uốn, độ võng của mặt nhôm, sườn nhôm dưới áp lực vữa bê tông tươi và sức chịu tải của thanh chống đứng Ringlock.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Liberty Apartment" của sinh viên Nguyễn Phạm Đăng Khôi là một công trình học thuật hoàn chỉnh, thể hiện chi tiết quy trình thiết kế kỹ thuật công trình chung cư cao cấp cao 17 tầng nổi và 2 tầng hầm tại Thành phố Hồ Chí Minh. Nghiên cứu đã giải quyết đồng bộ từ quy hoạch mặt bằng kiến trúc, mô hình hóa phân tích kết cấu khung - vách - lõi chịu tải trọng tĩnh và động lực học (gió động, động đất), thiết kế nền móng cọc khoan nhồi cho đến biện pháp thi công cốp pha nhôm hiện đại. Điểm nổi bật của đề tài là việc cập nhật kịp thời tiêu chuẩn tải trọng mới TCVN 2737:2023 và TCVN 5574:2018, mang lại giá trị tham khảo rõ ràng cho sinh viên và kỹ sư ngành xây dựng công trình.