Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Đồ án tốt nghiệp "Tòa nhà Carillon 4" được thực hiện bởi sinh viên Lê Thanh Quang (MSSV: 19149170, Lớp 19149CL3A) dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Thanh Tú tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng, nộp tháng 01/2024).
Đề tài xuất phát từ yêu cầu thực tế trong việc thiết kế kết cấu và tổ chức thi công công trình nhà ở cao tầng kết hợp thương mại dịch vụ tại khu vực đô thị có mật độ dân cư cao. Công trình đòi hỏi giải pháp không gian linh hoạt, đáp ứng quy chuẩn phòng cháy chữa cháy, kiểm soát chuyển vị ngang dưới tác động của tải trọng gió và động đất, đồng thời giải quyết bài toán thi công phần ngầm trong điều kiện địa chất đô thị.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu:
Căn cứ theo nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp được giao, nội dung thực hiện gồm 10 nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể:
- Tổng quan về kiến trúc công trình.
- Tổng quan về giải pháp kết cấu và vật liệu.
- Tính toán các loại tải trọng và tác động (tĩnh tải, hoạt tải, gió, động đất) và tổ hợp tải trọng.
- Tính toán và thiết kế kết cấu sàn tầng điển hình.
- Tính toán và thiết kế kết cấu cầu thang bộ.
- Tính toán và thiết kế dầm, khung chịu lực.
- Tính toán và thiết kế vách và lõi thang máy.
- Tính toán và thiết kế nền móng cọc khoan nhồi.
- Tính toán và thiết kế cốp pha vách – dầm – sàn tầng điển hình.
- Lập biện pháp kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu chịu lực bê tông cốt thép toàn khối và công nghệ thi công phần thô, cọc khoan nhồi của khối công trình chung cư cao tầng.
- Phạm vi không gian: Dự án Tòa nhà Carillon 4 tọa lạc tại hẻm số 262/3 và 284 đường Lũy Bán Bích, phường Hòa Thạnh, quận Tân Phú, TP. Hồ Chí Minh. Khu đất có diện tích quy hoạch 3.029,10 m², hình khối chữ L tiếp giáp hai mặt đường nội bộ lộ giới 12 m và 16 m.
- Quy mô công trình: Gồm 1 block, 01 tầng hầm diện tích 2.827,00 m², 01 tầng hầm lửng diện tích 1.686,00 m², 20 tầng nổi (tầng 1–2 là shophouse, nhà trẻ; tầng 3–19 là căn hộ; tầng mái và tum kỹ thuật). Chiều cao đỉnh công trình là 67,95 m; tổng diện tích sàn xây dựng không kể hầm là 21.211,00 m² (tính cả hầm là 26.831,00 m²); mật độ xây dựng đạt 39,95%.
- Phạm vi thời gian: Dữ liệu quy chuẩn, tiêu chuẩn tính toán và công nghệ thi công cập nhật đến niên khóa 2019–2023, hoàn thành bảo vệ vào tháng 01/2024.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế
Khung tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật áp dụng:
Thiết kế kết cấu và biện pháp thi công trong đồ án tuân thủ hệ thống tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam:
- Quy chuẩn an toàn và tải trọng: TCVN 2737:2023 (Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế); TCXD 198:1997 (Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối); TCXDVN 229:1999 (Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió); TCVN 9386:2012 (Thiết kế công trình chịu động đất); QCVN 06:2022/BXD (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn cháy cho nhà và công trình).
- Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép: TCVN 5574:2018 (Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép); TCVN 1651-1:2008 (Thép cốt bê tông).
- Nền móng và thi công: TCVN 10304:2014 (Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế); TCVN 9362:2012 (Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình); TCVN 9395:2012 (Cọc khoan nhồi – Thi công và nghiệm thu); TCVN 4453:1995 (Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép toàn khối – Quy phạm thi công và nghiệm thu).
Nguyên lý và trạng thái giới hạn tính toán:
Kết cấu được tính toán theo nguyên lý trạng thái giới hạn (TTGH):
- Trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGH 1 - ULS): Đảm bảo điều kiện bền và ổn định tổng thể (chống lật, trượt, chống chọc thủng, khả năng chịu uốn và nén lệch tâm của dầm, vách, đài móng) dưới các tổ hợp tải trọng tính toán bất lợi nhất.
- Trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH 2 - SLS): Kiểm soát điều kiện sử dụng bình thường, bao gồm kiểm tra chuyển vị đỉnh, chuyển vị lệch tầng, độ võng dài hạn của bản sàn, dầm và bề rộng mở rộng vết nứt của cấu kiện bê tông cốt thép ($a_{crc} \le a_{crc,max}$).
Phương pháp xác định nội lực và phần mềm sử dụng:
- Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Sử dụng phần mềm ETABS (phiên bản 9.4) để phân tích mô hình không gian 3D, xác định chu kỳ dao động riêng, dạng dao động, gia tốc đỉnh và phân phối nội lực khung – vách dưới tải trọng tĩnh, gió động và động đất. Phần mềm SAFE (phiên bản 2016) được dùng để mô phỏng, phân tích biến dạng, võng phi tuyến và nội lực dải strip cho hệ sàn tầng điển hình và hệ thống móng đài cọc. Phần mềm Prokon hỗ trợ kiểm tra biểu đồ tương tác mặt cắt vách.
- Phương pháp giải tích: Áp dụng các sơ đồ giải tích cổ điển từ cơ học kết cấu để tính toán cấu kiện độc lập như bản thang bộ hai vế, dầm chiếu nghỉ, sườn ván khuôn và xà gồ đỡ cốp pha.
Thông số vật liệu sử dụng trong mô hình:
- Bê tông: Cấp độ bền B30 cho dầm, sàn, cột, vách, ram dốc và móng cọc (cường độ chịu nén tính toán $R_b = 17,0\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_b = 32.500\text{ MPa}$). Bê tông lót sử dụng cấp độ bền B12.5; khu vực tầng hầm và bể nước ngầm sử dụng bê tông B30 có cấp chống thấm W6 đến W10.
- Cốt thép: Nhóm CB300-T cho cốt thép trơn đường kính $\phi < 10\text{ mm}$ ($R_s = R_{sc} = 260\text{ MPa}$); nhóm CB400-V cho cốt thép vằn $10\text{ mm} \le \phi < 16\text{ mm}$ ($R_s = R_{sc} = 350\text{ MPa}$); nhóm CB500-V cho cốt thép chịu lực chính đường kính lớn.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan kiến trúc
Chương 1 hệ thống hóa các chỉ tiêu quy hoạch và giải pháp kiến trúc của Tòa nhà Carillon 4. Công trình được quy hoạch với diện tích xây dựng tầng 1 là 1.196,00 m², hệ số sử dụng đất 7,0 lần. Khối đế cao 2 tầng phục vụ 8 căn shophouse (diện tích sàn tầng 1 là 932 m², tầng 2 là 792 m²) và khu nhà trẻ rộng 258 m². Khối tháp từ tầng 3 đến tầng 19 bố trí 221 căn hộ với cơ cấu: căn 1 phòng ngủ (45,44 – 50,33 m², chiếm 15,38%), căn 2 phòng ngủ (65,17 m², chiếm 76,93%) và căn 3 phòng ngủ (93,82 m², chiếm 7,69%), phục vụ quy mô dân số dự kiến 574 người.
Hệ thống giao thông đứng gồm 4 thang máy (1 thang tải trọng 1150 kg và 3 thang 900 kg với 20–21 điểm dừng) cùng 3 buồng thang bộ thoát hiểm. Mặt đứng công trình xử lý kết hợp mảng kính cường lực, đá granite ốp khối đế và hệ tường xây gạch không nung dày 200 mm bao che bên ngoài.
| Chỉ tiêu quy hoạch kiến trúc |
Thông số thiết kế |
| Diện tích khu đất phù hợp quy hoạch |
3.029,10 m² |
| Diện tích xây dựng khối tháp |
1.107,00 m² |
| Mật độ xây dựng toàn khu |
39,95% |
| Chiều cao tối đa công trình |
67,95 m |
| Tổng diện tích đỗ xe (hầm và lửng hầm) |
3.788,90 m² |
Chương 2: Cơ sở tính toán và lựa chọn vật liệu
Tác giả xác lập các giả thiết tính toán: sàn và dầm được xem là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng ngang; liên kết chân vách và cột ngàm chặt tại đỉnh đài móng; tải trọng ngang truyền vào sàn rồi phân phối về các phần tử thẳng đứng theo độ cứng. Về giải pháp kết cấu, công trình sử dụng hệ chịu lực phương đứng là hệ hỗn hợp "khung – vách – lõi" bê tông cốt thép toàn khối, khắc phục hiện tượng xoắn và tăng độ cứng ngang. Hệ kết cấu sàn là sàn sườn toàn khối (sàn có dầm) truyền thống.
Chiều dày lớp bê tông bảo vệ được quy định chặt chẽ theo QCVN 06:2022/BXD và TCVN 5574:2018: cột chịu lửa R120 có lớp bảo vệ 50 mm; vách chịu lực R120 lớp bảo vệ 50 mm; bản thang và sàn tầng R60 lớp bảo vệ 20 mm; dầm R120 lớp bảo vệ 25 mm; cấu kiện móng tiếp xúc đất nền chọn 50 mm. Khoảng cách thông thủy giữa các cốt thép dọc lấy tối thiểu từ 25 đến 50 mm tùy theo vị trí đổ bê tông.
Chương 3: Tải trọng - Tổ hợp tải trọng và sơ bộ tiết diện
Tác giả thiết lập hệ thống tải trọng tác động lên công trình:
- Tĩnh tải: Trọng lượng bản thân kết cấu được gán hệ số độ tin cậy $n = 1,1$; tĩnh tải hoàn thiện (SDL) sàn căn hộ gồm gạch lót 10 mm, vữa lót 50 mm, trần thạch cao tính toán đạt $1,39\text{ kN/m²}$; sàn vệ sinh và ban công có lớp vữa tạo dốc 100 mm đạt $2,46\text{ kN/m²}$; sàn mái chống nóng đạt $2,46\text{ kN/m²}$.
- Hoạt tải: Xác định theo TCVN 2737:2023, phân loại theo công năng: phòng ở đạt $1,95\text{ kN/m²}$; khu thương mại, văn phòng, hành lang thương mại đạt $4,0\text{ kN/m²}$; khu vực để xe tầng hầm đạt $5,0\text{ kN/m²}$; ban công đạt $1,6\text{ kN/m²}$; thang bộ đạt $3,0\text{ kN/m²}$.
- Tải trọng gió và động đất: Tải trọng gió được tính theo tiêu chuẩn mới TCVN 2737:2023 với áp lực gió 3 giây chu kỳ lặp 10 năm ($W_{3s,10} = \gamma_T \cdot W_0$, với $\gamma_T = 0,852$), áp dụng cho địa hình dạng B và C với các thông số $z_g$, $z_{min}$, $\alpha$ và hệ số giật $G_f$. Động đất được xác định theo TCVN 9386:2012 với hệ số ứng xử $q$.
- Sơ bộ tiết diện: Bản sàn chọn chiều dày $h_s = 180\text{ mm}$ (khu vực hành lang, vệ sinh) và $h_s = 220\text{ mm}$ (các ô bản lớn kích thước $8,0\text{ m} \times 9,5\text{ m}$). Dầm chính tầng điển hình chọn $b \times h = 400 \times 500\text{ mm}$, dầm phụ $200 \times 400\text{ mm}$ đến $300 \times 500\text{ mm}$. Dầm tầng 1 và tầng hầm chuyển sang dầm bẹp kích thước $500 \times 400\text{ mm}$ do khống chế chiều cao thông thủy. Vách cứng có chiều dày $h_w \ge 200\text{ mm}$, thỏa mãn điều kiện $h_w \ge H/20$ và tổng diện tích mặt cắt vách lớn hơn 1,5% diện tích sàn.
Chương 4: Thiết kế kiểm tra khung kết cấu
Chương này thực hiện phân tích tổng thể mô hình 3D trên ETABS để đánh giá các chỉ tiêu ổn định của tòa nhà theo quy chuẩn nhà cao tầng:
- Kiểm tra chuyển vị ngang đỉnh công trình dưới tác dụng của tải trọng gió và động đất, đối chiếu với giới hạn chuyển vị cho phép ($f_{max} \le H/500$).
- Kiểm tra gia tốc đỉnh công trình theo hai phương X và Y nhằm đảm bảo tiện nghi sinh hoạt cho người sử dụng, không gây hiện tượng say sóng do dao động ngang.
- Kiểm tra khả năng chống lật của toàn khối công trình thông qua tỷ số giữa mô men giữ ổn định và mô men gây lật.
- Đánh giá chuyển vị lệch tầng giữa các tầng kế cận và phân tích ảnh hưởng của hiệu ứng bậc hai (P-Delta) theo phương X và phương Y, khẳng định kết cấu đủ độ cứng tổng thể và không xảy ra nguy cơ mất ổn định hình học.
Chương 5: Tính toán cầu thang
Tác giả thiết kế buồng thang bộ thoát hiểm N1 (dạng thang hai vế bản dầm). Tải trọng tính toán bao gồm trọng lượng bản thân bậc thang xây gạch (chiều dày quy đổi $62,5\text{ mm}$), lớp vữa trát, hoàn thiện đá mài và hoạt tải sử dụng $3,0\text{ kN/m²}$ (nhân hệ số tin cậy ra $3,6\text{ kN/m²}$).
Mô hình tính toán giải tích bản thang được xét theo hai sơ đồ khớp - ngàm tại vị trí liên kết dầm chiếu nghỉ và dầm chiếu tới. Sau khi xác định biểu đồ mô men uốn và lực cắt lớn nhất, tác giả tính toán bố trí cốt thép chịu lực theo TTGH 1. Ở TTGH 2, tác giả thực hiện kiểm tra nứt và độ võng theo TCVN 5574:2018: tính toán bề rộng khe nứt hình thành do tác dụng dài hạn ($a_{crc,1}$), tác dụng ngắn hạn ($a_{crc,2}$ và $a_{crc,3}$), chứng minh $a_{crc} \le a_{crc,gh} = 0,3\text{ mm}$; đồng thời tính toán độ võng qua ba thành phần $f_1, f_2, f_3$, đảm bảo độ võng toàn phần $f \le L/200$.
Chương 6: Tính toán thiết kế sàn điển hình
Phân tích sàn sườn tầng điển hình được thực hiện trên phần mềm SAFE 2016. Tác giả gán đầy đủ tĩnh tải bản thân, tải hoàn thiện SDL ($1,39\text{ kN/m²}$ căn hộ, $2,46\text{ kN/m²}$ vệ sinh), hoạt tải LL và tĩnh tải tường xây trực tiếp lên sàn. Kiểm tra TTGH 2 trên mô hình SAFE cho thấy: độ võng đàn hồi tức thời, độ võng dài hạn xét đến từ biến và co ngót của bê tông thỏa mãn giới hạn cho phép ($f_{max} \le L/250$); bề rộng khe nứt $w_{max}$ tại các vùng chịu kéo không vượt quá quy định của TCVN 5574:2018.
Dựa trên dải phân cách (design strip) theo hai phương X và Y, tác giả trích xuất biểu đồ bao mô men gối và mô men nhịp để tính toán diện tích cốt thép $A_s$, sau đó bố trí thép lớp trên và thép lớp dưới dạng lưới, tăng cường cốt thép tại các vị trí tập trung ứng suất quanh vách thang máy.
Chương 7: Tính toán khung
Nội dung chương trình bày quy trình tính toán cấu kiện dầm và vách lõi:
- Thiết kế dầm: Áp dụng lý thuyết cấu kiện chịu uốn theo TTGH 1, tính toán diện tích cốt thép dọc chịu mô men dương tại giữa nhịp và mô men âm tại nút khung; tính toán cốt đai chịu lực cắt theo dải bê tông giữa các vết nứt nghiêng; kiểm tra khoảng cách cốt đai trong vùng tới hạn theo yêu cầu kháng chấn và cấu tạo neo, nối cốt thép.
- Thiết kế vách và lõi thang: Áp dụng phương pháp vùng biên chịu mô men (phân chia vách thành các phần tử biên chịu nén/kéo tập trung kết hợp vùng bụng vách) và phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi. Tác giả tiến hành tính toán chi tiết cho vách phẳng W-A2 và vách lõi thang máy VTM-1 (phần tử P28), xuất dữ liệu lực dọc $N$, mô men uốn $M_x, M_y$ và lực cắt $Q$ từ ETABS để dựng biểu đồ tương tác không gian P-M, từ đó chọn cốt thép dọc và cốt đai gia cường vùng biên vách.
Chương 8: Tính toán móng công trình
Dựa trên hồ sơ khảo sát địa chất và số liệu thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT), tác giả lựa chọn phương án móng sâu sử dụng cọc khoan nhồi đường kính $D = 1200\text{ mm}$ ngàm vào lớp đất tốt. Sức chịu tải của cọc được tính toán và so sánh qua ba phương pháp:
- Sức chịu tải theo độ bền vật liệu bê tông B30 và cốt thép.
- Sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý đất nền (theo Phụ lục G1 của TCVN 10304:2014) thông qua sức kháng mũi cọc $q_b$ và sức kháng ma sát bên $f_i$.
- Sức chịu tải tính toán từ số đòn đập thí nghiệm SPT tại hiện trường.
Từ sức chịu tải cho phép của cọc đơn ($R_{c,cp}$), tác giả xác định độ cứng đàn hồi của lò xo liên kết cọc ($K_z$) phục vụ mô hình hóa móng trong SAFE. Tác giả thiết kế chi tiết 3 đài móng đặc trưng: đài móng 4 cọc M1, đài móng M2 dưới chân cột vách và đài móng cụm cọc lõi thang máy MLT. Nội dung kiểm tra bao gồm: phân phối phản lực đầu cọc ($P_{max} \le 1,2 R_{c,cp}$, $P_{min} > 0$), kiểm tra ổn định nền đất dưới đáy khối móng quy ước, kiểm tra chống chọc thủng đài móng, tính toán độ lún công trình ($S \le S_{gh}$) và bố trí cốt thép đài móng theo hai phương.
Chương 9: Công tác ván khuôn
Tác giả lập biện pháp thiết kế hệ thống cốp pha cho vách, dầm và sàn tầng điển hình theo tiêu chuẩn TCVN 4453:1995:
- Vật liệu cốp pha: Sử dụng ván gỗ dán ép phủ phim TEKCOM chiều dày 18 mm kết hợp hệ khung xương chịu lực bằng thép hộp Hòa Phát ($50 \times 50\text{ mm}$ và $50 \times 100\text{ mm}$) và hệ cây chống thép điều chỉnh chiều cao.
- Tải trọng tác dụng: Tĩnh tải ván khuôn, trọng lượng bê tông cốt thép mới đổ ($25\text{ kN/m³}$), hoạt tải người và thiết bị thi công, tải trọng xung động khi đổ bê tông từ thùng rót/bơm bê tông, áp lực ngang của hỗn hợp vữa bê tông mới đổ và tải trọng gió tác động vào hệ vách ngoài.
- Kiểm tra tính toán: Xác định khoảng cách tối ưu giữa các sườn đứng, sườn ngang, khoảng cách bố trí ty giằng vách, thanh chống xiên cốp pha vách; tính toán khả năng chịu uốn và độ võng cho ván đáy dầm, sườn dọc đáy dầm, ván đáy sàn và cây chống đơn, đảm bảo độ võng $f \le [f] = L/400$.
Chương 10: Biện pháp thi công cọc khoan nhồi
Chương cuối cùng xây dựng quy trình công nghệ thi công cọc khoan nhồi đường kính $D1200$:
- Công tác chuẩn bị: Định vị hệ thống mốc trắc địa, giác móng và xác định vị trí tim cọc bằng máy toàn đạc điện tử.
- Hạ ống vách dẫn hướng (Casing): Cấu tạo ống vách thép chuyên dụng chiều dài 6 m, sử dụng búa rung thủy lực ICE-416 phối hợp với cần trục bánh xích CH-40 để rung hạ ống vách định vị tim và chống sập thành hố đào phía trên.
- Khoan tạo lỗ: Sử dụng máy khoan xoay gầu ED-400 và EB-4000; giữ ổn định thành vách hố khoan bằng dung dịch bentonite có tỷ trọng và độ nhớt kiểm soát nghiêm ngặt.
- Làm sạch hố khoan và kiểm tra: Sử dụng phương pháp bơm thổi khí nén và gầu vét để xử lý cặn lắng; kiểm tra cao độ đáy hố khoan và độ sâu bằng thước dây quả dọi chuyên dụng.
- Gia công, hạ lồng thép và đổ bê tông: Chế tạo lồng thép theo phân đoạn, lắp đặt con kê bảo vệ, hạ lồng thép bằng cẩu; lắp đặt hệ thống ống đổ Tremie kín khít; kiểm tra độ sụt của hỗn hợp bê tông thương phẩm trước khi đổ và tiến hành đổ bê tông liên tục theo nguyên tắc rút dần ống Tremie đảm bảo đầu ống luôn ngập sâu trong bê tông tối thiểu 2 m.
Kết quả thiết kế và đóng góp kỹ thuật
Tổng hợp các kết quả kỹ thuật định lượng:
Đồ án đã hoàn thành hồ sơ thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho Tòa nhà Carillon 4, đưa ra các kích thước tiết diện và giải pháp thi công cụ thể:
| Cấu kiện / Hạng mục |
Quy cách tiết diện / Thông số thiết kế |
Tiêu chuẩn / Cơ sở kiểm tra |
| Sàn tầng căn hộ |
Bê tông B30; dày $h_s = 180\text{ mm}$ và $220\text{ mm}$ |
SAFE 2016, kiểm tra nứt và võng dài hạn |
| Dầm khung chính |
$b \times h = 400 \times 500\text{ mm}$ (dầm bẹp tầng hầm: $500 \times 400\text{ mm}$) |
TCVN 5574:2018, chịu uốn và cắt |
| Vách cứng, lõi thang |
Bê tông B30; dày $h_w \ge 200\text{ mm}$, vách VTM-1, W-A2 |
Phân tích phần tử biên, biểu đồ tương tác P-M |
| Móng cọc công trình |
Cọc khoan nhồi $D1200\text{ mm}$, mũi ngàm vào tầng sét tốt |
TCVN 10304:2014, SPT, kiểm tra khối móng quy ước |
| Hệ ván khuôn thi công |
Ván phủ phim TEKCOM 18 mm, thép hộp Hòa Phát |
TCVN 4453:1995, kiểm tra ứng suất và độ võng $[L/400]$ |
| Thiết bị cọc nhồi |
Búa rung ICE-416, cẩu CH-40, máy khoan EB-4000/ED-400 |
TCVN 9395:2012, phương pháp rút ống Tremie |
Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất:
- Chuyển đổi linh hoạt tiết diện dầm khung tầng 1 và tầng hầm thành dầm bẹp ($500 \times 400\text{ mm}$) nhằm duy trì chiều cao thông thủy 3,0 m phục vụ công năng thương mại và đỗ xe mà không làm giảm khả năng chịu lực.
- Áp dụng phương pháp phân tích vùng biên chịu mô men để giải quyết bài toán cốt thép tập trung cho hệ vách và lõi thang máy, tối ưu hóa lượng cốt thép so với cách tính phân bố đều truyền thống.
- Thiết lập biện pháp thi công cọc khoan nhồi chi tiết gắn liền với cấu hình thiết bị cơ giới thực tế (búa rung ICE-416, máy khoan xoay ED-400), đảm bảo tính khả thi khi triển khai trên công trường chật hẹp tại đô thị.
Đóng góp về mặt phương pháp của đồ án:
- Cập nhật và vận dụng trực tiếp tiêu chuẩn tải trọng mới TCVN 2737:2023 vào tính toán thành phần gió động theo chu kỳ lặp 10 năm chuyển đổi, kết hợp kiểm tra gia tốc đỉnh và biến dạng lệch tầng theo quy chuẩn quốc gia.
- Kết hợp đồng bộ các công cụ tính toán hiện đại (ETABS, SAFE, Prokon) từ khâu phân tích động lực học kết cấu tổng thể đến tính toán nội lực chi tiết từng cấu kiện dầm, sàn, vách và móng đài cọc.
Hạn chế và hướng mở rộng của đồ án
Hạn chế được ghi nhận từ văn bản:
- Tác giả thừa nhận trong phần lời cảm ơn rằng khối lượng tính toán của đồ án rất lớn trong khi kiến thức và kinh nghiệm thực tiễn của sinh viên còn hạn chế, do đó một số nội dung thiết kế khó tránh khỏi sai sót cục bộ.
- Phân tích động lực học công trình dưới tác động của động đất chủ yếu dừng lại ở phương pháp tĩnh lực ngang tương đương hoặc phổ phản ứng đàn hồi quy định trong TCVN 9386:2012, chưa thực hiện mô phỏng phân tích phi tuyến theo lịch sử thời gian (Time-History Analysis) để kiểm tra khớp dẻo của khung vách.
- Việc tính toán nền móng cọc khoan nhồi dựa trên mô hình lò xo cọc đàn hồi đơn giản hóa ($K_z$), chưa xét đến bài toán tương tác phi tuyến không gian giữa đất nền – cọc – đài móng dưới tải trọng động đất chu kỳ lớn.
- Khối lượng tính toán chi tiết chỉ tập trung vào một số cấu kiện đại diện (sàn tầng điển hình, vách W-A2, lõi VTM-1, móng M1, M2, MLT, cầu thang N1) mà chưa mô hình hóa chi tiết cho toàn bộ các tầng chuyển và hệ dầm ram dốc phức tạp của tầng hầm.
Hướng nghiên cứu và hoàn thiện tiếp theo:
- Áp dụng phân tích tĩnh phi tuyến (Pushover Analysis) để đánh giá khả năng tiêu tán năng lượng và sự hình thành khớp dẻo trên dầm và cột vách khi chịu chấn động mạnh.
- Tiến hành quan trắc biến dạng, độ lún thực tế của khối móng cọc khoan nhồi và dao động thực tế của tòa nhà Carillon 4 sau khi xây dựng để hiệu chỉnh mô hình phần tử hữu hạn số.
Giá trị tham khảo thực tiễn
Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực hành chuyên môn rõ rệt đối với:
- Sinh viên chuyên ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp (CNKT Công trình Xây dựng): Cung cấp một bộ khung thuyết minh mẫu mực, bao quát toàn diện các bước thiết kế từ kiến trúc, kết cấu phần thân, kết cấu phần ngầm cho đến biện pháp kỹ thuật thi công hoàn chỉnh của một công trình nhà cao tầng cấp 2.
- Kỹ sư thiết kế kết cấu công trình: Cung cấp quy trình áp dụng tiêu chuẩn tải trọng TCVN 2737:2023 trong tính toán áp lực gió 3 giây và hệ số giật $G_f$; tham khảo quy trình mô hình hóa sàn nứt và võng dài hạn trên phần mềm SAFE 2016.
- Kỹ sư giám sát và thi công hiện trường: Tham khảo quy trình tính toán kiểm tra hệ cốp pha ván phủ phim khung thép hộp theo TCVN 4453:1995 và bảng trình tự thi công cọc khoan nhồi $D1200$ bằng phương pháp ống vách kết hợp dung dịch bentonite.
Câu hỏi thường gặp
1. Công trình Tòa nhà Carillon 4 có quy mô số tầng và chiều cao thiết kế là bao nhiêu?
Công trình gồm 01 khối tháp có 01 tầng hầm (2.827,00 m²), 01 tầng hầm lửng (1.686,00 m²) và 20 tầng nổi (tầng 1–2 là shophouse và nhà trẻ, tầng 3–19 là căn hộ, trên cùng là tầng tum mái). Chiều cao tối đa của công trình là 67,95 m.
2. Tác giả lựa chọn hệ kết cấu chịu lực phương đứng và phương ngang cho công trình theo giải pháp nào?
Hệ kết cấu chịu lực phương đứng là hệ hỗn hợp khung – vách – lõi bê tông cốt thép đổ toàn khối. Hệ kết cấu chịu lực phương ngang là sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối (sàn dầm) với chiều dày sàn từ 180 mm đến 220 mm.
3. Tiêu chuẩn tải trọng gió nào được sử dụng trong đồ án và cách thức xác định hệ số tải trọng ra sao?
Đồ án sử dụng tiêu chuẩn TCVN 2737:2023. Tải trọng gió được tính theo giá trị áp lực gió 3 giây ứng với chu kỳ lặp 10 năm ($W_{3s,10} = \gamma_T \cdot W_0$, hệ số chuyển đổi $\gamma_T = 0,852$), áp dụng cho địa hình dạng B và C kết hợp hệ số hiệu ứng giật $G_f$.
4. Cấp độ bền của bê tông và các chủng loại cốt thép sử dụng trong kết cấu chính là gì?
Kết cấu dầm, sàn, vách, cầu thang và móng sử dụng bê tông cấp độ bền B30 (mô đun đàn hồi $E_b = 32.500\text{ MPa}$). Bê tông lót dùng cấp B12.5. Cốt thép gồm nhóm CB300-T cho thanh trơn đường kính $\phi < 10\text{ mm}$ ($R_s = 260\text{ MPa}$), nhóm CB400-V cho cốt thép vằn $10\text{ mm} \le \phi < 16\text{ mm}$ ($R_s = 350\text{ MPa}$) và nhóm CB500-V cho cốt thép chịu lực chính đường kính lớn.
5. Giải pháp móng sâu được tác giả tính toán với đường kính và công nghệ thi công như thế nào?
Móng công trình sử dụng cọc khoan nhồi đường kính $D = 1200\text{ mm}$. Biện pháp thi công sử dụng búa rung ICE-416 phối hợp cẩu CH-40 hạ ống vách casing dẫn hướng chiều dài 6 m, khoan xoay tạo lỗ bằng máy ED-400/EB-4000 dưới dung dịch giữ thành bentonite, và đổ bê tông cọc nhồi liên tục bằng phương pháp rút ống Tremie.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Tòa nhà Carillon 4" của sinh viên Lê Thanh Quang là một công trình thiết kế kỹ thuật xây dựng hoàn chỉnh, giải quyết trọn vẹn từ tổng quan kiến trúc, tính toán kết cấu phần thân khung – vách – lõi, thiết kế nền móng cọc khoan nhồi cho đến biện pháp tổ chức thi công ván khuôn và hạ cọc. Bằng việc kết hợp hệ thống phần mềm chuyên ngành ETABS, SAFE, Prokon cùng việc cập nhật tiêu chuẩn TCVN 2737:2023 và TCVN 5574:2018, tác giả đã chứng minh được tính an toàn chịu lực và tính khả thi trong thi công của dự án. Đây là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho sinh viên và kỹ sư ngành xây dựng công trình dân dụng trong công tác thiết kế nhà cao tầng đô thị.
