Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp V-STAR BUILDING được thực hiện trong bối cảnh tốc độ đô thị hóa tại Thành phố Hồ Chí Minh ngày càng tăng nhanh, trong khi quỹ đất nội thành có hạn khiến giá đất leo thang và nhu cầu nhà ở trở thành vấn đề cấp thiết. Tác giả xác định giải pháp xây dựng công trình cao tầng đa năng — kết hợp trung tâm thương mại, văn phòng và chung cư — là hướng đi phù hợp để giải quyết đồng thời nhu cầu ở, làm việc và giải trí cho người dân, đồng thời đóng góp vào sự phát triển ngành xây dựng thông qua việc tiếp thu và áp dụng kỹ thuật tính toán, thi công hiện đại.

Nhiệm vụ thiết kế được tác giả xác định gồm các nhóm nội dung:

  1. Nghiên cứu giải pháp kiến trúc tổng thể, hiểu rõ cấu tạo, đặc điểm sử dụng và điều kiện tự nhiên – xã hội của công trình.
  2. Lựa chọn và tính toán hệ kết cấu khung vách (sàn – dầm – vách cứng – lõi cứng).
  3. Thiết kế sàn tầng điển hình và cầu thang bộ hai vế tầng điển hình.
  4. Thiết kế khung trục bằng mô hình không gian ba chiều.
  5. Đề xuất và kiểm tra phương án nền móng sâu (móng cọc bê tông ly tâm ứng suất trước).
  6. Thiết kế coppha móng và coppha vách trong phần thi công.

Đối tượng nghiên cứu là công trình V-STAR BUILDING — tổ hợp trung tâm thương mại, văn phòng và chung cư — tọa lạc tại phường Phú Thuận, Quận 7, Thành phố Hồ Chí Minh. Phạm vi giới hạn trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật, không bao gồm quản lý dự án hay thi công thực tế. Thời gian thực hiện từ ngày 10/02/2024 đến 12/06/2024.


Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Hệ tiêu chuẩn áp dụng

Đồ án sử dụng đồng thời hệ thống quy chuẩn và tiêu chuẩn Việt Nam lẫn tiêu chuẩn nước ngoài, bao gồm:

Nhóm Tiêu chuẩn chính
Kết cấu bê tông cốt thép TCVN 5574:2018; TCVN 198:1997
Tải trọng và tác động TCVN 2737:1995; TCVN 2737:2023; TCVN 229:1999
Thiết kế kháng chấn TCVN 9386:2012
Nền và móng TCVN 9362:2012; TCVN 10304:2014
Cọc bê tông ly tâm TCVN 7888:2014
Thí nghiệm SPT TCVN 9351:2012
An toàn cháy QCVN 06:2022/BXD
Tiêu chuẩn nước ngoài ACI 318-19

Phương pháp và phần mềm

Phương pháp chủ đạo là thiết kế hệ thống kỹ thuật kết hợp phân tích số theo phương pháp phần tử hữu hạn. Cụ thể:

  • Phân tích và mô hình hóa kết cấu: sử dụng phần mềm ETABS để lập mô hình không gian ba chiều, phân tích dao động riêng, tính toán tải trọng gió tĩnh và động, tải trọng động đất theo phổ phản ứng thiết kế, và xuất nội lực cho tất cả cấu kiện.
  • Thiết kế sàn và đài móng: sử dụng phần mềm SAFE (kết nối trực tiếp từ ETABS) để phân tích theo phương pháp dải Strip, xác định moment, kiểm tra độ võng và tính cốt thép.
  • Tính toán thủ công và bảng tính: sử dụng Microsoft Excel 2021 để lập bảng thống kê địa chất, tính sức chịu tải cọc, kiểm tra các trạng thái giới hạn (TTGH I và TTGH II).
  • Thống kê địa chất: xử lý hồ sơ khảo sát địa chất bằng phương pháp thống kê toán học (xác định hệ số biến động, loại trừ sai số thô, tính giá trị tiêu chuẩn và đặc trưng tính toán theo TTGH I và TTGH II).
  • Tính toán cốt thép: áp dụng lý thuyết trạng thái giới hạn nhóm 1 (TTGH I – độ bền) và nhóm 2 (TTGH II – sử dụng bình thường) theo TCVN 5574:2018, bao gồm kiểm tra hình thành vết nứt, bề rộng vết nứt và độ võng.

Nguồn dữ liệu đầu vào: hồ sơ kiến trúc được giao; hồ sơ khảo sát địa chất công trình (kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp, thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT, thống kê các chỉ tiêu cơ lý đất); thông số kỹ thuật cọc bê tông ly tâm ứng suất trước của Công ty Cổ phần Đầu tư Phan Vũ.


Thiết kế và triển khai

Kiến trúc tổng thể

Công trình V-STAR BUILDING là tổ hợp đa năng (trung tâm thương mại, văn phòng, chung cư), gồm 13,5 tầng nổi (không tính tầng hầm), xếp cấp công trình cấp II theo Thông tư 06/2021/TT-BXD, niên hạn sử dụng 100 năm, bậc chịu lửa bậc I theo TCVN 6160:1996. Chiều cao đỉnh mái cách mặt đất tự nhiên là 22,0 m. Công trình bố trí hệ thống điện trung thế 15 kV, hai máy phát điện Diesel dự phòng, và hệ thống phòng cháy chữa cháy với đầu phun nước cách nhau 3 m một cái.

Hệ kết cấu

Hệ kết cấu chịu lực được lựa chọn là khung – vách – lõi cứng bê tông cốt thép đổ tại chỗ, không sử dụng cột độc lập. Toàn bộ kết cấu đứng gồm vách cứng và lõi cứng (dày 300 mm). Kết cấu ngang là sàn sườn toàn khối dày 140 mm (sàn thông thường) và 250 mm (sàn hầm), kết hợp dầm chính tiết diện 300 × 600 mm (nhịp 8 000 mm và 7 600 mm) và dầm phụ 300 × 450 mm. Vật liệu sử dụng: bê tông cấp độ bền B30 (Rb = 17 MPa), cốt thép CB300-T (Rs = 260 MPa, dùng cho Ø < 10) và CB400-V (Rs = 260 MPa, dùng cho Ø ≥ 10).

Hệ móng

Phương án được thiết kế chi tiết là móng cọc bê tông ly tâm ứng suất trước đường kính D800 của Công ty Phan Vũ. Sức chịu tải thiết kế của cọc được xác định theo ba nhóm phương pháp (cường độ vật liệu, chỉ tiêu cơ lý đất nền, chỉ tiêu cường độ đất nền) và thí nghiệm SPT hiện trường, sau đó tổng hợp để chọn giá trị an toàn cho từng loại móng.

Kiểm tra kết cấu

Các kiểm tra tổng thể thực hiện trong ETABS bao gồm: kiểm tra chuyển vị ngang đỉnh công trình, chuyển vị lệch tầng giữa các tầng, gia tốc đỉnh và ổn định chống lật. Kết cấu sàn và đài móng được kiểm tra trong SAFE theo cả TTGH I (độ bền chịu uốn, chọc thủng) và TTGH II (hình thành vết nứt, bề rộng vết nứt, độ võng). Hệ coppha được thiết kế và kiểm tra riêng cho coppha móng M1 và coppha vách, gồm các cấu kiện: ván khuôn ép phủ phim, sườn đứng, sườn ngang bằng thép hộp mạ kẽm Hòa Phát, chân kích K-105, ty ren và bát chuồn D16.


Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan kiến trúc công trình

Trình bày tính chất dự án, cấp công trình, công năng từng tầng (tầng hầm để xe; tầng điển hình ở, văn phòng, thương mại; tầng mái kỹ thuật), điều kiện khí hậu vùng nhiệt đới xavan của TP.HCM, và các giải pháp kỹ thuật tòa nhà (cấp điện, cấp thoát nước, phòng cháy chữa cháy, thông gió, giao thông đứng – ngang).

Chương 2: Cơ sở thiết kế và lựa chọn giải pháp kết cấu

Xác lập toàn bộ hệ quy chuẩn, tiêu chuẩn áp dụng. Lựa chọn sơ bộ tiết diện cấu kiện: sàn 140 mm, sàn hầm 250 mm, vách hầm 300 mm, vách cứng và lõi cứng 300 mm, dầm chính 300 × 600 mm, dầm phụ 300 × 450 mm. Trình bày lý thuyết tính toán cốt thép theo cả hai trạng thái giới hạn, bao gồm công thức kiểm tra vết nứt (Mcrc = WplRbt,ser) và công thức tính độ võng theo độ cong (f = sL²·(1/r)max).

Chương 3: Tải trọng và tác động

Tổ hợp đầy đủ tải trọng đứng (tĩnh tải, hoạt tải sàn ngắn hạn và dài hạn, tải tường truyền vào dầm) và tải trọng ngang. Tải trọng gió được tính theo TCVN 2737:2023 và TCVN 229:1999, gồm thành phần tĩnh và thành phần động, phân tích theo bốn hướng (Wx, Wxx, Wy, Wyy). Tải trọng động đất xác định theo TCVN 9386:2012, lập phổ phản ứng thiết kế theo phương ngang và phương đứng, nhập vào ETABS dưới dạng phổ gia tốc. Kiểm tra ổn định tổng thể gồm: chuyển vị ngang đỉnh, chuyển vị lệch tầng, gia tốc đỉnh và chống lật.

Chương 4: Thiết kế kết cấu sàn điển hình

Tính toán sàn bằng phần mềm SAFE với phương pháp dải Strip (Strip A theo phương X, Strip B theo phương Y). Xuất biểu đồ moment hai phương, tính và chọn cốt thép sàn theo TTGH I, sau đó kiểm tra toàn bộ theo TTGH II: hình thành vết nứt, bề rộng vết nứt so sánh với giới hạn Bảng 17 TCVN 5574:2018, và độ võng so sánh với giới hạn Bảng G1 TCVN 2737:2023.

Chương 5: Thiết kế kết cấu cầu thang bộ

Cầu thang bộ hai vế điển hình. Xác định sơ bộ chiều dày vế thang, tiết diện dầm chiếu nghỉ và dầm chiếu tới. Tính tải trọng thường xuyên theo từng lớp cấu tạo và tải trọng tạm thời ngắn hạn. Xác định nội lực (moment và phản lực) bằng sơ đồ dầm đơn giản, tính cốt thép bản thang (TTGH I) và kiểm tra hàm lượng cốt thép tại gối và nhịp.

Chương 6: Thiết kế kết cấu khung

Mô hình toàn bộ công trình trong ETABS, trích xuất nội lực (biểu đồ bao moment M3-3, lực cắt V2-2, lực dọc N) cho hệ dầm, vách cứng và lõi cứng theo tổ hợp bao ENVE 1-2. Thiết kế thép dọc dầm (cấu tạo kháng chấn theo TCVN 9386:2012), thép đai dầm (gồm cốt treo dạng đai và dạng vai bò tại vị trí dầm phụ kê lên dầm chính). Thiết kế vách cứng theo ba phương pháp: phân bố ứng suất đàn hồi, giả thuyết vùng biên chịu moment, và xây dựng biểu đồ tương tác (sử dụng CSi COL). Tính toán chiều dài neo và nối cốt thép cho tất cả loại thép theo TCVN 5574:2018.

Chương 7: Nền móng — hồ sơ địa chất và thiết kế kết cấu móng

Xử lý thống kê địa chất công trình: thống kê dung trọng tự nhiên γw, khối lượng riêng Gs, độ ẩm w, hệ số rỗng e₀, giới hạn Atterberg (WL, Wp, Ip), lực dính C và góc ma sát trong φ. Xác định sức chịu tải một cọc D800 bằng bốn phương pháp độc lập và tổng hợp theo từng móng. Kiểm tra nhóm cọc (hiệu ứng nhóm), kiểm tra ổn định đất nền dưới khối móng quy ước, kiểm tra lún (phân bố ứng suất và tính độ lún theo từng lớp đất), kiểm tra chống chọc thủng đài và tính cốt thép đài theo TTGH I.

Chương 8: Thi công coppha móng – coppha cột vách

Lựa chọn và kiểm tra hệ coppha cho hai đối tượng: coppha móng M1 và coppha vách. Vật liệu sử dụng: ván ép phủ phim, thép hộp mạ kẽm Hòa Phát, cây chống K-105, giàn giáo nêm, chân kích đế U, ty ren D16 và bát chuồn. Kiểm tra lần lượt: ván khuôn, sườn đứng, sườn ngang, ty ren và chống xiên với tải trọng bê tông tươi và đầm rung tác dụng lên coppha.


Kết quả và đóng góp

Đồ án hoàn thành 01 quyển thuyết minh và 01 phụ lục tính toán, kèm 23 bản vẽ khổ A1 gồm 8 bản vẽ kiến trúc, 12 bản vẽ kết cấu và 3 bản vẽ thi công. Các kết quả kỹ thuật cụ thể đã xác lập được trong văn bản:

  • Chiều dày sàn điển hình chọn hs = 140 mm; sàn hầm 250 mm; vách hầm 300 mm.
  • Tiết diện dầm chính 300 × 600 mm (nhịp 8 000 mm và 7 600 mm); dầm phụ 300 × 450 mm.
  • Chiều dày vách cứng và lõi cứng b = 300 mm, thỏa mãn điều kiện b ≥ 1/20 × H tầng.
  • Cọc thiết kế là cọc bê tông ly tâm ứng suất trước D800 của Phan Vũ; sức chịu tải thiết kế được tổng hợp từ bốn phương pháp tính và chọn riêng cho từng vị trí móng.
  • Hệ coppha vách và coppha móng đã được kiểm tra đủ điều kiện chịu lực cho tất cả các cấu kiện (ván khuôn, sườn đứng, sườn ngang, ty ren, chống xiên).

Đóng góp của đồ án là triển khai đầy đủ quy trình thiết kế một công trình cao tầng thực tế từ kiến trúc đến kết cấu và thi công, có tích hợp kiểm tra kháng chấn theo TCVN 9386:2012 và áp dụng tiêu chuẩn tải trọng mới nhất TCVN 2737:2023 song song với phiên bản 1995.


Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Văn bản không nêu trực tiếp phần hạn chế. Dựa trên phạm vi đồ án, một số giới hạn có thể nhận thấy: (1) công trình chỉ kiểm tra một phương án móng cọc ly tâm ứng suất trước D800, chưa so sánh với phương án cọc khoan nhồi; (2) phần thi công chỉ trình bày thiết kế coppha móng và coppha vách, chưa bao gồm tổ chức thi công tổng thể, tiến độ và biện pháp an toàn lao động; (3) mô hình ETABS sử dụng giả thiết sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng ngang cho phân tích tải trọng ngang, chưa xét đến hiệu ứng sàn mềm tại các khu vực có lỗ mở lớn.


Giá trị tham khảo

Đồ án phù hợp để tham khảo cho:

  • Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng đang thực hiện đồ án tốt nghiệp về nhà cao tầng bê tông cốt thép, đặc biệt ở phần quy trình lựa chọn sơ bộ tiết diện, lập mô hình ETABS – SAFE và xuất kết quả tính cốt thép.
  • Sinh viên học phần Nền móng có thể tham khảo quy trình xử lý thống kê địa chất đầy đủ (từ dữ liệu thô đến bảng tổng hợp TTGH I và TTGH II) và quy trình tính sức chịu tải cọc theo bốn phương pháp.
  • Sinh viên học phần Kết cấu bê tông cốt thép nâng cao tham khảo phần kiểm tra TTGH II (vết nứt, độ võng) theo TCVN 5574:2018 được trình bày chi tiết theo từng bước công thức.
  • Sinh viên làm đồ án kỹ thuật thi công tham khảo chương thiết kế coppha có kèm bảng thông số vật liệu (ván ép phủ phim, thép hộp Hòa Phát, cây chống K-105, giàn giáo nêm) và sơ đồ kiểm tra từng cấu kiện.

Câu hỏi thường gặp

1. V-STAR BUILDING có bao nhiêu tầng và được xếp cấp công trình nào? Công trình có 13,5 tầng nổi (không tính tầng hầm), nằm trong khoảng 8–20 tầng, được xếp cấp II theo Thông tư 06/2021/TT-BXD, niên hạn sử dụng 100 năm, bậc chịu lửa bậc I theo TCVN 6160:1996.

2. Tại sao công trình không dùng cột mà chỉ dùng vách cứng và lõi cứng? Văn bản ghi rõ: "Công trình không sử dụng kết cấu cột". Hệ kết cấu chịu lực theo phương đứng được chọn là hệ khung – vách, trong đó toàn bộ kết cấu đứng do vách cứng và lõi cứng (dày 300 mm) đảm nhận, phù hợp với lưới cột và yêu cầu kiến trúc đã được giao.

3. Chiều dày sàn điển hình được chọn như thế nào và dựa trên tiêu chí gì? Tác giả áp dụng công thức sơ bộ hs = D × L₁/m với D = 0,4 và m = 40÷45 cho ô sàn hai phương. Sau khi tính sơ bộ và kiểm tra lại nhiều lần, kết quả cuối cùng được chọn là hs = 140 mm cho tất cả các tầng điển hình, đáp ứng điều kiện hs ≥ 100 mm đối với nhà cao tầng.

4. Sức chịu tải của cọc D800 được xác định bằng những phương pháp nào? Sức chịu tải một cọc D800 được tính theo bốn phương pháp: (1) theo cường độ vật liệu cọc; (2) theo chỉ tiêu cơ lý đất nền; (3) theo chỉ tiêu cường độ đất nền; (4) theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT hiện trường. Kết quả từ bốn phương pháp được tổng hợp và chọn sức chịu thiết kế riêng cho từng vị trí móng trên mặt bằng.

5. Hệ coppha vách được kiểm tra theo những cấu kiện nào và vật liệu gì? Coppha vách sử dụng ván ép phủ phim, sườn ngang và sườn đứng bằng thép hộp mạ kẽm Hòa Phát, chân kích K-105, giàn giáo nêm, ty ren D16 và bát chuồn. Kiểm tra lần lượt bốn thành phần: ván khuôn, sườn ngang, sườn đứng và ty ren, với tải trọng đầu vào là áp lực bê tông tươi và tải trọng đầm rung tác dụng lên mặt coppha.


Kết luận

Đồ án tốt nghiệp V-STAR BUILDING của sinh viên Đặng Thanh Tân (Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, 2024) trình bày đầy đủ quy trình thiết kế kỹ thuật một công trình cao tầng đa năng từ kiến trúc tổng thể, phân tích kết cấu không gian ba chiều bằng ETABS và SAFE, đến thiết kế nền móng cọc ly tâm ứng suất trước và thiết kế coppha thi công. Toàn bộ tính toán tuân thủ hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành (TCVN 5574:2018, TCVN 2737:2023, TCVN 9386:2012, TCVN 10304:2014) kết hợp với ACI 318-19. Sản phẩm cuối gồm một quyển thuyết minh, một phụ lục và 23 bản vẽ A1, phản ánh khối lượng công việc của một đồ án thiết kế kỹ thuật công trình xây dựng cấp II điển hình.