Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn

Quá trình đô thị hóa diễn ra nhanh chóng tại các đô thị lớn kéo theo nhu cầu nâng cao điều kiện sống, nghỉ ngơi và sinh hoạt của người dân. Xu hướng hiện đại hóa đòi hỏi việc đầu tư xây dựng các công trình nhà ở cao tầng thay thế dần các công trình thấp tầng hoặc chung cư cũ đã xuống cấp. Trong bối cảnh đó, dự án Tổ hợp văn phòng và căn hộ ITASCO TOWER được thiết kế nhằm đáp ứng nhu cầu văn phòng làm việc và nhà ở hiện đại tại thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa, đồng thời góp phần chỉnh trang cảnh quan đô thị khu vực.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp thực hiện thiết kế hai phần chuyên môn chính với các nhiệm vụ được đánh số và phân định khối lượng cụ thể như sau:

  • Phần 1: Kiến trúc (chiếm 10% khối lượng đồ án)
    • Giới thiệu công trình.
    • Đề xuất giải pháp kiến trúc và kỹ thuật cho công trình.
    • Đề xuất giải pháp kết cấu cho công trình.
    • Thể hiện hệ thống bản vẽ kiến trúc.
  • Phần 2: Kết cấu (chiếm 55% khối lượng đồ án)
    1. Giới thiệu về kết cấu nhà cao tầng.
    2. Phân tích, lựa chọn giải pháp kết cấu cho công trình.
    3. Lựa chọn sơ bộ kích thước tiết diện cấu kiện.
    4. Tính toán tải trọng và tác động.
    5. Tính toán và so sánh nội lực sàn bê tông thường theo hai phương pháp phân tích kết cấu.
    6. Thiết kế sàn tầng điển hình theo phương án sàn bê tông cốt thép thường.
    7. Thiết kế sàn tầng điển hình theo phương án sàn rỗng không dầm U-Boot.
    8. So sánh và lựa chọn phương án kết cấu tối ưu.
    9. Thiết kế kết cấu đoạn thang bộ từ tầng 11 lên tầng 12.
    10. Thiết kế kết cấu khung trục 2.
    11. Tính toán hệ vách thang máy.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu chịu lực của công trình nhà cao tầng Tổ hợp văn phòng và căn hộ ITASCO TOWER.
  • Phạm vi không gian: Công trình xây dựng tại trục đường Lê Hồng Phong, phường Phước Hải, thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa. Khu đất có mặt bằng bằng phẳng, không có công trình cũ và công trình ngầm hiện hữu. Ranh giới tiếp giáp: phía Nam giáp đường giao thông chính Lê Hồng Phong; các phía Đông, Tây, Bắc giáp khu dân cư và công trình dân dụng.
  • Phạm vi thời gian: Đồ án tốt nghiệp khóa học 2014–2019, Khoa Xây dựng, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Khung tiêu chuẩn và cơ sở lý thuyết

Đồ án sử dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế và Việt Nam làm cơ sở tính toán:

  • Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép: ACI 318-2014 và ACI 318M-2014 của Viện Bê tông Hoa Kỳ.
  • Tiêu chuẩn tải trọng và tổ hợp tác động: ASCE 07-16 của Hiệp hội Kỹ sư Xây dựng Hoa Kỳ. Tác giả lập 15 tổ hợp nội lực từ COMB2 đến COMB14 và COMBBAO để xét đồng thời tĩnh tải (DEAD), hoạt tải (LIVE), tải trọng gió theo hai phương (WINDX, WINDY) và tải trọng động đất (SEISMIC X, SEISMIC Y).
  • Quy phạm cho sàn nhẹ U-Boot: Tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng Ý NTC/2014 (ban hành theo văn bản DM 14/01/2014), áp dụng Điều 4.1.1 cho hệ sàn hỗn hợp bê tông và nhựa, quy định toàn bộ khả năng chịu tải do phần bê tông và cốt thép đảm nhiệm.
  • Tiêu chuẩn cáp dự ứng lực: ASTM A416 Grade 270K cho cáp 7 sợi xoắn và ASTM A421.
  • Tiêu chuẩn chiếu sáng và quy chuẩn xây dựng: TCVN 16-1986 về chiếu sáng nhân tạo trong công trình dân dụng.
  • Quy đổi vật liệu giữa TCVN 5574:2012 và ACI 318: Tác giả đồng bộ công thức tính diện tích cốt thép chịu uốn $A_s$, xác lập hai công thức chuyển đổi gần đúng:
    • Cường độ chịu kéo cốt thép: $R_s \approx \phi \cdot f_y$ (với hệ số giảm cường độ $\phi = 0,9$).
    • Cường độ chịu nén tính toán của bê tông: $R_b \approx 0,85 \cdot f'_c$.

Phương pháp phân tích và mô hình hóa

  • Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH): Toàn bộ hệ thống dầm, sàn, cột, vách được phân tích bằng mô hình phần tử hữu hạn trên phần mềm ETABS 2016v2 và SAFE v12. Hệ phương trình cân bằng tổng thể được giải để xác định chuyển vị các nút, từ đó suy ra nội lực, ứng suất và biến dạng.
  • Lý thuyết bản Kirchhoff: Sử dụng để mô hình hóa quy đổi sàn nhẹ U-Boot thành sàn đặc tương đương có cùng chiều dày $h_s = 320\text{ mm}$ nhưng gán hệ số điều chỉnh độ cứng uốn ($0,82$) và khối lượng ($0,75$) tương ứng với hệ dầm trực giao tiết diện chữ I.
  • Phân tích phi tuyến theo giai đoạn thi công (Nonlinear Staged Construction): Tải trọng bản thân kết cấu và tải trọng tường xây được phân tích theo từng giai đoạn dựng tầng, có xét đến biến dạng co ngót và từ biến phụ thuộc thời gian của bê tông (mô hình chuỗi Dirichlet 5 số hạng, hệ số co ngót $B_{sc} = 5$, xi măng có hệ số đông cứng $s = 0,25$, độ ẩm môi trường $80%$).

Nguồn dữ liệu

  • Báo cáo số liệu khảo sát địa chất công trình tại vị trí xây dựng ở phường Phước Hải, Nha Trang.
  • Catalogue thông số kỹ thuật của hộp cốp pha rỗng U-Boot Beton.
  • Catalogue thông số hệ thống thiết bị kéo căng và đầu neo dự ứng lực của VSL (loại neo S15.7).

Thiết kế và triển khai giải pháp kỹ thuật

Quy mô công trình và phân bố công năng

ITASCO TOWER là công trình cấp 1, có bậc chịu lửa bậc 1. Diện tích xây dựng là $1496\text{ m}^2$, tổng chiều cao $83,6\text{ m}$ (tính từ cốt $\pm0.000$). Quy mô gồm 2 tầng hầm, 22 tầng nổi, 1 tầng áp mái và 1 tầng tum mái.

Tên tầng Công năng sử dụng chính Chiều cao tầng (m)
Tầng hầm 1 và 2 Gara để xe ô tô và xe máy 3,30 và 3,75
Tầng 1 Sảnh chính đón tiếp khu văn phòng 4,00
Tầng lửng đến tầng 3 Khu văn phòng làm việc 3,30
Tầng 4 Tầng kỹ thuật tòa nhà 3,30
Tầng 5 đến tầng 22 Căn hộ chung cư cao cấp 3,30
Tầng áp mái Khu vực sân mái 3,30
Tầng mái Phòng kỹ thuật thang máy 4,00

Hệ thống hạ tầng kỹ thuật (M&E, PCCC, giao thông)

  • Hệ thống giao thông nội bộ: Giao thông đứng bố trí 2 lõi cứng gồm 4 thang máy tải khách và 3 buồng thang bộ. Thang bộ dùng cửa chống cháy tự sập để ngăn khói, tích hợp hệ thống quạt hút gió động lực cưỡng bức chống ngạt. Giao thông ngang kết nối từ nút thang qua hành lang trung tâm.
  • Hệ thống cấp - thoát nước: Nước từ mạng lưới đô thị chảy qua đồng hồ đo vào bể ngầm, máy bơm trung chuyển lên téc mái để cấp nước tự chảy xuống các tầng; đường ống đi ngầm trong hộp kỹ thuật và sàn. Thoát nước tách riêng hai nhánh: một nhánh nước bẩn thoát ra hệ thống cống khu vực, một nhánh nước phân đưa vào bể tự hoại ngầm xử lý trước khi xả thải. Hệ thống ống thông hơi gom dẫn lên đỉnh mái.
  • Hệ thống cấp điện: Nguồn điện 3 pha dẫn từ trạm biến áp khu vực vào phòng kỹ thuật điện phân phối; trang bị máy phát điện dự phòng kết hợp bể chứa dầu ngầm dưới tầng hầm đảm bảo cung cấp điện khi mất lưới.
  • Hệ thống PCCC: Cảm biến báo cháy dạng khói và nhiệt lắp tại từng phòng và hành lang công cộng, kết nối chuông và đèn báo về phòng điều hành trung tâm. Mạng cấp nước chữa cháy riêng biệt độc lập với bơm sinh hoạt, có van áp lực liên thông hỗ trợ khi có sự cố, kết hợp 2 họng chờ tiếp nước cho xe chữa cháy ngoài nhà.

Giải pháp kết cấu tổng thể

Mặt bằng công trình có tính đối xứng theo hai phương X và Y, bước cột phân bố từ $7,5\text{ m}$ đến $10\text{ m}$.

  • Giải pháp phần ngầm: Hệ móng cọc khoan nhồi kết hợp tường trong đất (diaphragm wall) làm tường vây chịu áp lực đất, ngăn nước ngầm có áp và tham gia chịu tải trọng công trình.
  • Ba phương án kết cấu phần thân được nghiên cứu:
    1. Cột bê tông cốt thép, hệ dầm khung và sàn bê tông cốt thép toàn khối truyền thống.
    2. Cột bê tông cốt thép kết hợp sàn nhẹ không dầm sử dụng hộp cốp pha nhựa rỗng U-Boot Beton.
    3. Cột bê tông cốt thép kết hợp sàn nhẹ không dầm U-Boot ứng lực trước căng sau.

Nội dung chính theo từng phần và chương đồ án

Phần 1: Kiến trúc (10%)

Tác giả thuyết minh tổng quan về nhu cầu đầu tư, vị trí khu đất tại đường Lê Hồng Phong (Nha Trang), các chỉ tiêu quy hoạch, bố trí mặt bằng công năng các tầng từ hầm đến mái, giải pháp thông gió - chiếu sáng tự nhiên kết hợp vách kính ngoài, và hệ thống hạ tầng kỹ thuật phụ trợ.

Phần 2: Kết cấu (55%)

Chương 1: Giới thiệu về thiết kế nhà cao tầng

Trình bày các đặc điểm làm việc cơ bản, các dạng sơ đồ kết cấu chịu lực thường gặp trong nhà cao tầng (khung, vách, lõi cứng, hệ hỗn hợp).

Chương 2: Lựa chọn giải pháp kết cấu

Phân tích mặt bằng lưới cột của công trình ITASCO TOWER; so sánh sơ bộ ưu - nhược điểm của các phương án kết cấu dầm sàn thông thường so với phương án sàn phẳng, sàn rỗng nhằm giải phóng không gian kiến trúc cho nhịp lớn ($7,5\text{ m} - 10\text{ m}$).

Chương 3: Lựa chọn sơ bộ vật liệu và tiết diện

  • Vật liệu: Bê tông phần thân mác M400 có $R_b = 17\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1,2\text{ MPa}$, $E_b = 32,5\text{ GPa}$. Bê tông sàn dùng cấp bền B30 ($f'_c = 25\text{ MPa}$, $E_b = 32500\text{ MPa}$). Thép thanh chủ dùng nhóm CB400V ($f_y = 400\text{ MPa}$, $R_s = 365\text{ MPa}$). Thép đai và thép phân bố dùng nhóm CB240T ($f_y = 240\text{ MPa}$, $R_s = 225\text{ MPa}$).
  • Tiết diện cột phân theo chiều cao:
    • Trục biên (A-D): Tầng hầm đến tầng 7 dùng tiết diện $500 \times 1500\text{ mm}$; tầng 8 đến tầng 16 giảm xuống $500 \times 1400\text{ mm}$; tầng 17 đến mái dùng $500 \times 1300\text{ mm}$.
    • Trục giữa (B-C): Tầng hầm đến tầng 7 dùng $1200 \times 1200\text{ mm}$; tầng 8 đến tầng 16 dùng $1200 \times 1100\text{ mm}$; tầng 17 đến mái dùng $1100 \times 1100\text{ mm}$.

Chương 4: Tải trọng và tác động

Xác định các thành phần tĩnh tải sàn hoàn thiện, tải trọng bản thân kết cấu, tải tường xây chèn, hoạt tải sử dụng theo chức năng phòng, tải trọng gió tĩnh và gió động, tải trọng động đất tác dụng lên công trình.

Chương 5: Tính toán và so sánh nội lực phương án sàn sườn bê tông cốt thép theo 2 phương pháp phân tích kết cấu

Thiết lập mô hình không gian công trình, kiểm tra sự làm việc của sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối, tính toán tổ hợp nội lực cho dầm và bản sàn theo tiêu chuẩn ASCE 07-16.

Chương 6: Thiết kế phương án sàn bê tông cốt thép thường

  • Sàn tầng điển hình dày $150\text{ mm}$ ($h_s = 150\text{ mm}$, chiều dày làm việc $d = 125\text{ mm}$ với lớp bê tông bảo vệ $20\text{ mm}$).
  • Mô hình dải strip theo hai phương X, Y trên ETABS. Tính toán chi tiết dải strip giữa trục A-B: mô men uốn thiết kế $M_u = 117\text{ kNm}$, lực cắt $V_u = 108\text{ kN}$, bề rộng dải $b = 5\text{ m}$. Bố trí cốt thép chịu uốn $\phi10\text{a}150$ ($A_s = 2698\text{ mm}^2/\text{m}$).
  • Kiểm tra khả năng chịu cắt: Lực cắt giới hạn bê tông chịu được $\phi V_c = 478,207\text{ kN} > V_u = 108\text{ kN}$, kết luận bản sàn không cần đặt cốt thép chịu cắt. Các vị trí dải strip khác được bố trí thép $\phi10\text{a}150$ đến $\phi10\text{a}200$.

Chương 7: Thiết kế phương án sàn không dầm U-Boot

  • Cấu tạo cốp pha U-Boot: Sử dụng hộp nhựa rỗng polypropylene tái chế kích thước mặt bằng $52 \times 52\text{ cm}$, chiều cao hộp $H = 16\text{ cm}$ (đối với ô sàn mẫu 8x8m) hoặc $H = 20\text{ cm}$ (đối với nhịp lớn $10\text{ m}$), chân đế hình côn cao $p = 5\text{ cm} - 6\text{ cm}$. Khoảng hở giữa các hộp tạo thành hệ sườn dầm chữ I trực giao rộng $16\text{ cm} - 18\text{ cm}$.
  • Quy đổi thông số tính toán (nhịp 10 m, chiều dày sàn $h_s = 320\text{ mm}$):
    • Chiều dày sàn tương đương: $H_{std} = 32\text{ cm}$.
    • Mô men quán tính tấm dầm chữ I: $I_{dx} = 156480\text{ cm}^4$; mô men quán tính sàn đặc cùng kích thước: $I_{sx} = 191146,7\text{ cm}^4$. Tỷ số độ cứng: $I_{dx}/I_{sx} = 0,82$. Khai báo trong ETABS giảm độ cứng uốn còn 0,82 lần.
    • Thể tích hộp U-Boot là $0,039\text{ m}^3$. Thể tích bê tông sàn nhẹ $V_1 = 117800\text{ cm}^3$, thể tích sàn đặc $V_2 = 156800\text{ cm}^3$. Tỷ số khối lượng $V_1/V_2 = 0,75$ (giảm 25% trọng lượng bản thân so với sàn đặc cùng chiều dày).
    • Vùng mũ cột: Đổ bê tông đặc không đặt hộp U-Boot để chống chọc thủng. Kích thước mũ nấm chọn từ $1300\text{ mm}$ đến $1700\text{ mm}$ (dựa trên tỷ lệ $l_x/6$).
    • Dầm biên: Bố trí dầm chìm kích thước $b \times h = 220 \times 320\text{ mm}$.
  • Phân tích tiến độ thi công: Tốc độ thi công phần thô khai báo vào ETABS gồm tầng hầm 12 ngày/tầng; tầng 1 là 12 ngày/tầng; tầng lửng đến tầng kỹ thuật 10 ngày/tầng; tầng 5 đến áp mái 8 ngày/tầng; tầng mái 4 ngày/tầng.
  • Kết quả tính thép sàn U-Boot: Tại dải MSN7 giữa nhịp ($M_u = 409,5\text{ kNm}$, $V_u = -26,5\text{ kN}$), tính toán được $A_s = 3975,88\text{ mm}^2/\text{m}$, chọn thép $\phi12\text{a}120$ ($A_s = 4821\text{ mm}^2$). Các dải khác dùng thép $\phi12\text{a}120$ và $\phi12\text{a}200$.

Chương 8: Thiết kế phương án sàn U-Boot ứng lực trước phân tích theo giai đoạn thi công

  • Cơ sở áp dụng: Áp dụng cho các sàn tầng căn hộ điển hình (từ tầng 5 đến tầng áp mái) có nhịp lớn $7,5\text{ m} - 10\text{ m}$. Sàn hai tầng hầm và khối đế (tầng 1 đến tầng kỹ thuật) chịu tải lớn vẫn giữ nguyên phương án sàn bê tông cốt thép thường.
  • Vật liệu và thiết bị căng kéo:
    • Bê tông B30 ($f'_c = 25\text{ MPa}$, $E_b = 32500\text{ MPa}$).
    • Cáp dự ứng lực 7 sợi xoắn ASTM A416 Grade 270K: đường kính danh định $15,24\text{ mm}$, diện tích tiết diện $A_{ps} = 140\text{ mm}^2$, giới hạn bền $f_{pu} = 1860\text{ MPa}$, giới hạn chảy $f_{py} = 1690\text{ MPa}$.
    • Lực căng kéo danh định ban đầu: $80% f_{pu} = 1488\text{ MPa}$ (thỏa mãn điều kiện $f_{pi} \le 0,94 f_{py}$ và $f_{pi} \le 0,80 f_{pu}$).
    • Độ dãn dài lý thuyết: phương $L_1 = 34,4\text{ m}$ là $1,89\text{ mm}$; phương $L_2 = 51\text{ m}$ là $2,81\text{ mm}$.
    • Hệ số ma sát góc $\mu = 0,0048\text{ rad/m}$, độ tụt nêm đầu neo $6\text{ mm}$.
    • Ống gen luồn cáp: Ống dẹt mạ kẽm kích thước $70 \times 19\text{ mm}$.
    • Đầu neo: Sử dụng hệ neo VSL loại S15.7 (bó 4 sợi), gồm đầu neo sống (live end), đầu neo chết (dead end) và vòng xoắn lò xo gia cường cục bộ vùng neo. Căng kéo bằng kích thủy lực có đồng hồ đo áp lực.
    • Cốt thép thường bổ sung: Đặt tối thiểu $0,002 A_b$, dùng thép $\phi14$ gia cường tại gối và nhịp, khoảng cách không quá $300\text{ mm}$ hoặc $2h_s$. Chiều dày lớp bê tông bảo vệ cáp chọn $30\text{ mm}$.

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Số liệu kỹ thuật định lượng

Qua tính toán so sánh trên ô sàn điển hình kích thước lưới cột $8 \times 8\text{ m}$:

  • Phương án sàn dầm bê tông cốt thép truyền thống: Bản sàn dày $0,15\text{ m}$, dầm chính kích thước $0,4 \times 0,6\text{ m}$, dầm phụ kích thước $0,3 \times 0,5\text{ m}$.
  • Phương án sàn nhẹ U-Boot Beton: Chiều dày bản sàn $0,26\text{ m}$, hộp cốp pha $52 \times 52\text{ cm}$, cao $16\text{ cm}$, dầm chìm rộng $16\text{ cm}$.

Bảng so sánh các chỉ tiêu kỹ thuật giữa hai giải pháp:

Chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế Sàn dầm BTCT truyền thống Sàn nhẹ không dầm U-Boot Chênh lệch / Mức độ cải thiện
Chiều dày bản sàn làm việc ($h_s$) 150 mm 260 mm – 320 mm Tăng chiều dày làm tăng độ cứng chống uốn
Khối lượng bê tông ô sàn $8 \times 8\text{ m}$ Cơ sở tính toán chuẩn Giảm so với sàn thường Khối lượng bê tông giảm 33%
Tải trọng bản thân kết cấu sàn Cơ sở tính toán chuẩn Giảm từ 10% đến 30% Giảm tải trọng tác dụng xuống cột và móng
Chiều cao dầm lồi khỏi mặt sàn Dầm cao 500 – 600 mm Dầm biên chìm phẳng (bằng $h_s$) Tăng chiều cao thông thủy, tăng số tầng
Khả năng vượt nhịp kiến trúc Bị hạn chế bởi chiều cao dầm Vượt nhịp hiệu quả từ 7 m đến 20 m Phù hợp lưới cột 7,5 m – 10 m của công trình
Khả năng giảm chi phí thi công sàn Cơ sở tham chiếu Giảm ván khuôn, thép, công đào móng Tiết kiệm chi phí thi công lên tới 15%
Khối lượng sàn nhẹ so với sàn đặc tương đương – Khối lượng bằng 0,75 lần sàn đặc Giảm 25% tải trọng khối bê tông
Độ cứng uốn quy đổi ($I_{dx}/I_{sx}$) 1,00 0,82 Được bù lại bằng chiều dày làm việc lớn hơn

Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất

  • Kết hợp giải pháp kết cấu phân vùng theo công năng: Sàn tầng hầm và các tầng khối đế thương mại văn phòng (từ tầng 1 đến tầng 4) chịu tải trọng lớn và nhịp dầm biên phụ hợp lý nên giữ nguyên sàn bê tông cốt thép thường toàn khối.
  • Khu vực tầng căn hộ từ tầng 5 đến tầng áp mái có nhịp cột lớn ($7,5\text{ m} - 10\text{ m}$) sử dụng hệ sàn phẳng không dầm U-Boot kết hợp căng cáp ứng lực trước sau (dính kết). Giải pháp này vừa triệt tiêu ứng suất kéo trong bê tông, hạn chế nứt võng, vừa loại bỏ hoàn toàn hệ dầm phụ lộ trần, tạo không gian kiến trúc thông thoáng cho căn hộ.

Đóng góp kỹ thuật của đồ án

  • Thiết lập quy trình tính toán quy đổi độ cứng và khối lượng của cấu kiện sàn rỗng hai phương phức tạp về mô hình phần tử vỏ (shell) tương đương trong phần mềm ETABS thông qua hệ số hiệu chỉnh $0,82$ (độ cứng) và $0,75$ (khối lượng).
  • Ứng dụng phương pháp phân tích phi tuyến theo tiến độ thi công thực tế (Staged Construction), phản ánh chính xác sự tích lũy nội lực, ảnh hưởng của thời gian đóng rắn xi măng, từ biến và co ngót của bê tông đối với công trình cao tầng có chuyển tiếp giải pháp kết cấu.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án

  • Thuyết minh đồ án tập trung chi tiết vào sàn tầng điển hình, khung trục 2, hệ vách thang máy và thang bộ từ tầng 11 lên 12; nội dung tính toán chi tiết móng cọc nhồi, tường trong đất và các tầng khối đế được chuyển vào tập phụ lục đính kèm chứ không trình bày đầy đủ trong thuyết minh chính.
  • Việc so sánh hiệu quả kinh tế (mức tiết kiệm 15%) dựa trên định mức chiết tính lý thuyết của đơn vị tư vấn và tài liệu hãng U-Boot, chưa có số liệu kiểm chứng từ dự toán bóc tách chi tiết theo đơn giá thực tế tại địa phương Nha Trang ở thời điểm thiết kế.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp

  • Nghiên cứu kiểm tra độ võng dài hạn và dao động của sàn U-Boot ứng lực trước dưới tác động của hoạt tải biến đổi theo thời gian sử dụng thực tế.
  • Mở rộng bài toán phân tích tương tác động lực học giữa kết cấu bên trên với hệ móng cọc khoan nhồi và tường trong đất trong điều kiện địa chất ven biển có mực nước ngầm có áp tại thành phố Nha Trang.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng tham khảo: Sinh viên và học viên cao học ngành Kỹ thuật Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp; kỹ sư thiết kế kết cấu công trình nhà cao tầng.
  • Nội dung có giá trị chuyên môn cao:
    • Quy trình xác định thông số hình học, quy đổi độ cứng ($0,82$) và khối lượng ($0,75$) của sàn bóng/hộp rỗng U-Boot để khai báo trong phần mềm mô hình kết cấu PTHH (ETABS/SAFE).
    • Trình tự thiết lập bài toán phân tích phi tuyến theo giai đoạn thi công (Nonlinear Staged Construction), bao gồm khai báo vật liệu theo thời gian (chuỗi Dirichlet, hệ số co ngót, độ ẩm) và nhóm cấu kiện theo tiến độ dựng sàn.
    • Phương pháp tính toán cáp ứng lực trước căng sau trong sàn phẳng theo tiêu chuẩn ACI 318M-2014 kết hợp tiêu chuẩn vật liệu ASTM A416 Grade 270K.

Câu hỏi thường gặp

1. Đồ án quy đổi độ cứng và khối lượng của sàn rỗng U-Boot vào mô hình ETABS bằng cách nào?

Tác giả tính toán mô men quán tính của hệ dầm chữ I trực giao tạo bởi hộp U-Boot ($I_{dx} = 156480\text{ cm}^4$) và so sánh với mô men quán tính của tiết diện sàn đặc cùng chiều dày $32\text{ cm}$ ($I_{sx} = 191146,7\text{ cm}^4$), từ đó xác định tỷ số độ cứng uốn bằng $0,82$. Khối lượng sàn nhẹ được xác định bằng cách lấy thể tích khối sàn trừ thể tích hộp rỗng ($0,039\text{ m}^3$), cho ra tỷ số thể tích bê tông $V_1/V_2 = 0,75$. Khi khai báo phần tử bản sàn trong ETABS, tác giả giữ nguyên chiều dày thực tế $320\text{ mm}$ nhưng gán hệ số giảm độ cứng còn $0,82$ và khối lượng còn $0,75$.

2. Các thông số đầu vào nào được thiết lập để phân tích kết cấu phi tuyến theo tiến độ thi công?

Trong phần mềm ETABS, tác giả kích hoạt tính năng Nonlinear Staged Construction với các tham số phụ thuộc thời gian: chọn mô hình từ biến dạng chuỗi Dirichlet gồm 5 số hạng; hệ số đông kết xi măng loại bình thường $s = 0,25$; độ ẩm môi trường $80%$; hệ số co ngót $B_{sc} = 5$; thời điểm bắt đầu co ngót tính từ 0 ngày sau đổ bê tông. Tốc độ thi công tĩnh tải kết cấu được gán: tầng hầm và tầng 1 là 12 ngày/tầng; tầng lửng đến tầng kỹ thuật là 10 ngày/tầng; tầng 5 đến áp mái là 8 ngày/tầng; tầng mái là 4 ngày/tầng.

3. Vì sao tác giả không áp dụng sàn U-Boot ứng lực trước cho toàn bộ công trình?

Do các tầng hầm chịu áp lực đất và tải trọng xe nặng, các tầng khối đế (tầng 1 đến tầng kỹ thuật) chịu tải trọng sàn lớn của khu thương mại, sảnh văn phòng và phòng máy kỹ thuật, nên tác giả giữ nguyên phương án sàn bê tông cốt thép thường toàn khối để đảm bảo độ cứng tổng thể và thuận tiện thi công. Sàn U-Boot ứng lực trước căng sau chỉ áp dụng từ tầng 5 đến tầng áp mái nhằm giải quyết bài toán vượt nhịp lớn ($7,5\text{ m} - 10\text{ m}$) của khu căn hộ, tối ưu chiều cao thông thủy và giảm tải trọng bản thân dồn xuống móng.

4. Loại cáp và hệ neo dự ứng lực nào được lựa chọn để thiết kế sàn?

Đồ án sử dụng cáp 7 sợi xoắn không dính kết/dính kết trong ống gen dẹt ($70 \times 19\text{ mm}$) mạ kẽm theo tiêu chuẩn ASTM A416 Grade 270K, đường kính danh định $15,24\text{ mm}$, diện tích $140\text{ mm}^2$, cường độ chịu kéo $f_{pu} = 1860\text{ MPa}$, lực căng trước ban đầu bằng $80% f_{pu} = 1488\text{ MPa}$. Hệ neo được lựa chọn theo catalogue VSL là loại neo chùm S15.7 (bố trí 4 sợi cáp trong một đầu neo), đi kèm kích thủy lực chuyên dụng có kiểm soát áp lực căng.

5. Công thức quy đổi mác vật liệu từ TCVN 5574:2012 sang ACI 318 được đồ án thiết lập như thế nào?

Xuất phát từ việc cân bằng công thức tính diện tích cốt thép chịu uốn đặt đơn $A_s$ giữa hai tiêu chuẩn với mô men giới hạn danh định và cánh tay đòn nội lực, tác giả rút ra hai công thức chuyển đổi tương đương: cường độ kéo tính toán của cốt thép $R_s \approx \phi \cdot f_y$ (với $\phi = 0,9$) và cường độ chịu nén tính toán của bê tông $R_b \approx 0,85 \cdot f'_c$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Mai Thị Huyền (Khoa Xây dựng, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội) đã giải quyết hoàn chỉnh nhiệm vụ thiết kế kiến trúc và kết cấu cho công trình cao tầng ITASCO TOWER cao 83,6 m tại thành phố Nha Trang. Trọng tâm kỹ thuật nổi bật của đồ án là việc nghiên cứu, so sánh và ứng dụng thành công giải pháp sàn phẳng không dầm U-Boot kết hợp cáp ứng lực trước căng sau cho các tầng căn hộ có nhịp cột lên đến 10 m, giúp giảm 33% khối lượng bê tông ô sàn điển hình so với sàn dầm truyền thống. Phương pháp tính toán được thực hiện bài bản thông qua việc chuyển đổi tương đương độ cứng mô hình và áp dụng kỹ thuật phân tích phi tuyến theo giai đoạn thi công trên phần mềm ETABS theo tiêu chuẩn ACI 318-2014 và ASCE 07-16.