Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Khu cao ốc văn phòng SUSAN0175" được thực hiện bởi sinh viên Tôn Quốc Cường, chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Minh Đức. Bối cảnh thực hiện đề tài gắn liền với yêu cầu tổng hợp, hệ thống hóa toàn bộ kiến thức chuyên ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp sau khóa đào tạo 2015–2019, đồng thời giải quyết bài toán thiết kế kết cấu cho một công trình cao tầng có công năng phức hợp trong điều kiện đô thị hiện đại.

Mục tiêu tổng quát của đồ án là thiết lập phương án kiến trúc hiệu chỉnh, tính toán và thiết kế hoàn chỉnh hệ thống kết cấu chịu lực cùng hệ thống nền móng cho công trình cao tầng bê tông cốt thép. Các nhiệm vụ nghiên cứu và thực hiện cụ thể được phân định theo 3 mảng công việc chính trong văn bản:

  1. Kiến trúc: Thể hiện lại hệ thống bản vẽ mặt bằng, mặt cắt và mặt đứng theo phương án kiến trúc mới sau khi đã hiệu chỉnh kích thước theo hướng dẫn của giảng viên.
  2. Kết cấu: Tính toán và thiết kế sàn tầng điển hình; tính toán và thiết kế hệ thống cầu thang bộ; xây dựng mô hình không gian, phân tích nội lực và thiết kế hệ khung chịu lực (dầm, cột, vách cứng và vách lõi thang máy).
  3. Nền móng: Tổng hợp và xử lý số liệu địa chất công trình; lựa chọn giải pháp móng và thiết kế chi tiết phương án móng cọc khoan nhồi cho các cấu kiện chịu lực chính.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là giải pháp kết cấu bê tông cốt thép toàn khối và nền móng cọc khoan nhồi của công trình Cao ốc thương mại văn phòng SUSAN0175. Phạm vi nghiên cứu về không gian và thời gian được xác định như sau:

  • Phạm vi không gian: Công trình được xây dựng trên khu đất tại địa chỉ số 69 đường Mai Chí Thọ, Phường An Phú, Quận 2, TP. Hồ Chí Minh. Quy mô mặt bằng xây dựng hình chữ nhật với chiều dài 50 m, chiều rộng 43 m, diện tích xây dựng 2.150 m². Công trình gồm 18 tầng nổi (chiều cao 56,5 m tính từ cốt sàn tầng 2 ở cao trình 0,00 m, cao hơn mặt đất tự nhiên 1,0 m) và 2 tầng hầm (tầng 1 ở cao trình sàn -3,2 m, đáy xây dựng móng ở mức -0,4 m bên dưới), tổng chiều cao xây dựng toàn bộ công trình đạt 61,0 m.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được giao ngày 10/9/2019, hoàn thành nghiệm thu và nộp ngày 30/12/2019, bảo vệ tốt nghiệp vào tháng 12/2019.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở tính toán kết cấu trong đồ án dựa trên phương pháp trạng thái giới hạn theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam, bao gồm hai nhóm trạng thái giới hạn bắt buộc:

  • Nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGH I): Đảm bảo khả năng chịu lực của cấu kiện và toàn bộ công trình, ngăn ngừa hiện tượng phá hoại do tải trọng, mất ổn định về hình dáng và vị trí, phá hoại do mỏi hoặc do tác động đồng thời của tải trọng và môi trường.
  • Nhóm trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH II): Đảm bảo điều kiện sử dụng bình thường của công trình, hạn chế bề rộng khe nứt không vượt quá giới hạn cho phép và khống chế các biến dạng đàn hồi như độ võng, góc xoay, chuyển vị ngang và dao động.

Hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật được tác giả trích dẫn và áp dụng xuyên suốt đồ án:

  • TCVN 5574:2012: Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép.
  • TCVN 2737-1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCXD 229:1999: Hướng dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo tiêu chuẩn TCVN 2737-1995.
  • TCVN 9386:2012: Thiết kế công trình chịu động đất.
  • TCVN 198-1997: Nhà cao tầng – Thiết kế bê tông cốt thép toàn khối.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm số và công cụ mô phỏng:

  • Phần mềm ETABS: Mô phỏng không gian 3D toàn bộ hệ kết cấu chịu lực, khảo sát 12 mode dao động riêng, xác định chu kỳ dao động, tính toán tải trọng gió tĩnh, gió động, phân tích phổ phản ứng động đất và xuất nội lực tổ hợp cho hệ dầm, cột, vách.
  • Phần mềm SAFE: Mô hình hóa sàn bê tông cốt thép tầng điển hình, phân chia dải Strip theo hai phương, kiểm tra độ võng phi tuyến có kể đến nứt dài hạn và xác định biểu đồ phân bố moment uốn để tính thép sàn.
  • Phần mềm SAP 2000: Mô hình hóa hệ kết cấu cầu thang bộ dạng bản chịu lực hai vế, xác định biểu đồ nội lực bản thang và dầm chiếu nghỉ, dầm chiếu tới.
  • Các phương pháp giải tích chuyên ngành: Phương pháp vùng biên chịu moment dùng cho thiết kế vách phẳng và lõi thang máy; phương pháp móng khối quy ước để kiểm tra độ lún và khả năng chịu tải của đất nền dưới đáy đài cọc.

Nguồn dữ liệu sử dụng: Hồ sơ bản vẽ kiến trúc đã hiệu chỉnh kích thước theo yêu cầu của cán bộ hướng dẫn; hồ sơ khảo sát địa chất công trình tại khu đất xây dựng Quận 2 với các chỉ tiêu cơ lý, chỉ tiêu cường độ và số liệu thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (mũi cọc đặt tại lớp đất có chỉ số NSPT = 39).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan kiến trúc công trình

Chương này mô tả tổng thể quy mô, tiện ích công năng và giải pháp kỹ thuật của dự án Cao ốc thương mại văn phòng SUSAN0175:

  • Quy mô và công năng: Diện tích chiếm đất 2.150 m² (50 m x 43 m). Tầng hầm bố trí thang máy ở vị trí trung tâm, xung quanh là bãi đỗ xe ô tô cùng các hạng mục kỹ thuật như bể nước sinh hoạt, trạm bơm và trạm xử lý nước thải. Tầng trệt phục vụ mục đích thương mại với cửa hàng bách hóa, nhà hàng và khu vui chơi thiếu nhi. Các tầng từ 3 đến 15 bố trí các căn hộ ở. Tầng 16 là tầng kỹ thuật lắp đặt hệ thống máy điều hòa, thiết bị cơ điện và viễn thông. Tầng mái đặt hồ nước phục vụ cấp nước sinh hoạt và cứu hỏa.
  • Giao thông và giải pháp kỹ thuật: Giao thông ngang là hệ thống hành lang bao quanh lõi. Giao thông đứng gồm hệ thống thang máy trung tâm và 3 cụm cầu thang bộ (2 thang bố trí ở mép biên công trình, 1 thang bố trí cạnh lõi thang máy). Hệ thống điện sử dụng nguồn lưới đô thị kết hợp máy phát điện dự phòng. Cấp thoát nước sử dụng bể mái cấp nước tự chảy và hệ thống xử lý nước thải cục bộ trước khi xả ra cống khu vực. Chống sét bằng hệ thống kim thu sét chủ động Dynasphire trên mái kết nối lưới tiếp địa bằng dây đồng. Rác thải sinh hoạt thu gom qua gen rác kín dẫn xuống buồng rác tại tầng hầm.

Chương 2: Tổng quan kết cấu công trình

Chương 2 trình bày các nguyên tắc thiết kế, giải pháp vật liệu, kết cấu chịu lực và tính toán sơ bộ tiết diện cấu kiện:

  • Giải pháp kết cấu: Lựa chọn hệ khung – vách bê tông cốt thép đổ toàn khối kết hợp lõi cứng trung tâm (khu vực thang máy và thang bộ). Kết cấu sàn dùng hệ dầm sàn bê tông cốt thép truyền thống. Cột và vách cứng đóng vai trò chịu lực thẳng đứng và kháng lực ngang chính.
  • Vật liệu xây dựng: Sử dụng bê tông cấp độ bền B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1,2\text{ MPa}$, $E_b = 32,5 \times 10^3\text{ MPa}$) cho hệ kết cấu chịu lực chính và bê tông B25 ($R_b = 14,5\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1,2\text{ MPa}$, $E_b = 30,0 \times 10^3\text{ MPa}$) cho sàn và cầu thang. Cốt thép dọc chịu lực dùng loại AIII cho đường kính $\phi > 8$ ($R_s = 365\text{ MPa}$, $R_{sw} = 290\text{ MPa}$, $E_s = 20 \times 10^4\text{ MPa}$); cốt thép đai và cấu tạo dùng loại AII cho đường kính $\phi \le 8$ ($R_s = 280\text{ MPa}$, $R_{sw} = 225\text{ MPa}$, $E_s = 21 \times 10^4\text{ MPa}$). Chiều dày lớp bê tông bảo vệ tuân thủ TCVN 5574:2012 (bản sàn 15 mm, dầm/cột 20 mm, dầm móng 30 mm, móng toàn khối có lót 35 mm).
  • Sơ bộ tiết diện: Chiều cao dầm chính chọn theo nhịp 10 m cho ra kích thước $250 \times 700\text{ mm}$ (dầm khung trục 3) và $250 \times 800\text{ mm}$ (dầm khung trục C); dầm phụ chọn $250 \times 500\text{ mm}$. Chiều dày bản sàn chọn $h_b = 120\text{ mm}$. Tiết diện cột thay đổi giảm dần theo chiều cao định kỳ 3 tầng một lần: Hầm 1 đến Tầng 1 là $900 \times 900\text{ mm}$; Tầng 2 đến T4 là $800 \times 800\text{ mm}$; T5 đến T7 là $700 \times 700\text{ mm}$; T8 đến T10 là $600 \times 600\text{ mm}$; T11 đến T13 là $500 \times 500\text{ mm}$; T14 đến T16 là $400 \times 400\text{ mm}$. Chiều dày vách phẳng và vách lõi thang chọn $b = 300\text{ mm}$ (đạt yêu cầu lớn hơn 150 mm và lớn hơn $1/20$ chiều cao tầng theo TCVN 198-1997).

Chương 3: Tải trọng tác dụng và tổ hợp tải trọng

Chương này tổng hợp các loại tải trọng tác động và thiết lập các tổ hợp tính toán:

  • Tĩnh tải: Bao gồm trọng lượng bản thân các kết cấu chịu lực, lớp trát, lát gạch ceramic và tải trọng tường gạch xây. Tường gạch dày 200 mm (tổng chiều dài 248 m) và tường 100 mm (tổng chiều dài 324 m) được quy đổi thành tải phân bố đều trên mặt sàn tương ứng với tải trọng tính toán $q_{20} = 2678,25\text{ kN}$ quy về diện tích sàn và $q_{10} = 1749,2\text{ kN}$.
  • Hoạt tải: Tra theo TCVN 2737-1995 với hệ số vượt tải $n = 1,3$. Giá trị hoạt tải tiêu chuẩn: sảnh, hành lang, cầu thang đạt $3,6\text{ kN/m}²$ (tính toán); phòng ăn, bếp, phòng khách, phòng ngủ đạt $1,95\text{ kN/m}²$; ban công đạt $2,6\text{ kN/m}²$; sàn thương mại, bách hóa đạt $4,8\text{ kN/m}²$; tầng hầm đỗ xe đạt $5,0\text{ kN/m}²$.
  • Tải trọng gió: Công trình cao 57,5 m ($> 40\text{ m}$) thuộc vùng gió II-A tại TP.HCM ($W_0 = 0,83\text{ kN/m}²$ hay $83\text{ daN/m}²$), dạng địa hình C. Hệ số điều chỉnh theo thời gian 50 năm $\beta = 1,2$, hệ số độ tin cậy $n = 1,2$. Tác giả tính toán cả thành phần tĩnh và thành phần động của tải trọng gió. Mô hình ETABS xác định 12 mode dao động, trong đó tần số giới hạn $f_L = 1,3\text{ Hz}$. Do tần số dao động riêng $f_3 = 0,3281\text{ Hz} < f_L$, tác giả xét thành phần động cho 2 dạng dao động đầu tiên (mode 2 tác động theo phương X, mode 1 tác động theo phương Y). Khối lượng tham gia dao động gió lấy theo Mass Source: $100%\text{ Tĩnh tải} + 50%\text{ Hoạt tải}$.
  • Tải trọng động đất: Tính toán theo phương pháp phổ phản ứng của TCVN 9386:2012 với Mass Source $100%\text{ Tĩnh tải} + 24%\text{ Hoạt tải}$. Đất nền loại C (dựa trên chỉ số $N_{\text{SPT}} = 39$ tại mũi cọc), các thông số phổ thiết kế: $S = 1,15$ (hoặc 1,6), $T_B = 0,2\text{ s}$, $T_C = 0,6\text{ s}$, $T_D = 2,0\text{ s}$. Gia tốc nền đỉnh tham chiếu $a_{gR}/g = 0,0843$ ứng với $a_{gR} = 0,827\text{ m/s}²$. Công trình cấp II có hệ số tầm quan trọng $\gamma_I = 1,0$. Hệ số ứng xử kết cấu bê tông cốt thép chọn $q = 3,9$ (kết cấu hỗn hợp khung – vách nhiều tầng, nhiều nhịp, cấp dẻo trung bình).
  • Tổ hợp tải trọng: Thiết lập hệ thống tổ hợp tải trọng cho sàn trong SAFE (các trường hợp nứt dài hạn $f_1, f_2, f_3$, tổ hợp tính thép CB-TT, tổ hợp độ võng CB-DV); tổ hợp cho hệ khung trong ETABS (COMBO1 đến COMBO14 và các tổ hợp kiểm tra chuyển vị tiêu chuẩn CV1 đến CV4 với hệ số 0,83 của gió); và tổ hợp tải trọng móng.

Chương 4: Thiết kế sàn tầng điển hình

Tác giả sử dụng phần mềm SAFE để giải nội lực bản sàn tầng điển hình:

  • Mô hình hóa kết cấu sàn với chiều dày bản sàn, gán đầy đủ tải trọng tĩnh tải hoàn thiện, tải tường phân bố và hoạt tải sử dụng theo từng phòng.
  • Chia dải Strip theo phương X và phương Y để tích hợp nội lực biểu đồ moment uốn dải trên và dải dưới.
  • Kiểm tra độ võng đàn hồi và độ võng phi tuyến dài hạn có xét đến nứt bê tông, kết quả đáp ứng giới hạn cho phép.
  • Tính toán cốt thép sàn theo bài toán cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật: Chiều dày bảo vệ $a = 20\text{ mm}$, chiều cao làm việc $h_0 = 180\text{ mm}$ (ứng với chiều dày tính toán $h = 200\text{ mm}$), hệ số điều kiện làm việc $\gamma_b = 1,0$, tính toán hệ số $\alpha_m$, $\zeta$, diện tích cốt thép $A_s$, khống chế giới hạn $\xi_R = 0,541$ và hàm lượng cốt thép $\mu_{\min} = 0,1%$, $\mu_{\max} = 2,52%$. Lập bảng tổng hợp diện tích thép và bố trí thép sàn theo phương X và phương Y.

Chương 5: Thiết kế cầu thang tầng điển hình

Thiết kế cầu thang bộ 2 vế phục vụ giao thông tầng điển hình (chiều cao tầng 3,5 m):

  • Thông số hình học: Cầu thang 2 vế dạng bản chịu lực không dầm cơi (không limon), mỗi vế gồm 10 bậc, kích thước mỗi bậc $L \times b \times h = 1400 \times 270 \times 175\text{ mm}$ xây gạch đinh. Chiều dày bản thang chọn $h_b = 120\text{ mm}$. Tiết diện dầm chiếu tới (dầm sàn DS) và dầm chiếu nghỉ chọn $200 \times 300\text{ mm}$.
  • Tải trọng và kiểm tra biến dạng: Tĩnh tải hoàn thiện bản thang quy đổi gồm gạch lát, vữa lót và gạch xây bậc; tĩnh tải chiếu nghỉ gồm gạch và vữa. Hoạt tải tiêu chuẩn $p^{tc} = 3,0\text{ kN/m}²$, hoạt tải tính toán $p^{tt} = 3,6\text{ kN/m}²$. Kiểm tra điều kiện độ võng: độ võng tính toán của bản thang $f_{bn} = 0,0723\text{ mm}$, nhỏ hơn nhiều so với độ võng giới hạn cho phép $f_{gh} = 24,75\text{ mm}$, kết cấu thỏa mãn điều kiện độ võng.
  • Phân tích nội lực và tính thép: Dùng phần mềm SAP 2000 mô hình hóa dải bản rộng 1 m. Xác định moment uốn tại gối và nhịp, tính toán cốt thép chịu lực bằng thép AIII ($R_s = 365\text{ MPa}$), bê tông B25 ($R_b = 14,5\text{ MPa}$); bố trí cốt thép chịu moment âm tại gối, thép chịu moment dương tại nhịp và cốt thép cấu tạo phân bố phương ngang $\phi 8a200$. Dầm chiếu tới được tính toán chịu tải trọng bản sàn truyền vào, trọng lượng bản thân dầm và phản lực tập trung từ bản thang truyền vào ($R_A = 23,85\text{ kN}$).

Chương 6: Thiết kế khung

Chương 6 tập trung vào phân tích tổng thể công trình trên mô hình ETABS và thiết kế chi tiết các cấu kiện chịu lực chính trên khung trục 3 và khung trục C:

  • Kiểm tra điều kiện sử dụng công trình: Kiểm tra chuyển vị ngang tại đỉnh công trình dưới tác động của tải trọng gió và động đất; kiểm tra chuyển vị lệch tầng giữa các tầng liền kề đảm bảo nằm trong giới hạn cho phép của TCVN; kiểm tra ổn định chống lật tổng thể của công trình.
  • Thiết kế dầm khung: Trình bày lý thuyết tính toán cấu kiện chịu uốn, trình tự xác định cốt thép dọc và cốt thép đai. Thực hiện tính toán chi tiết cho dầm B14 và tính cốt thép đai cho dầm B30 tại tầng 16 thuộc khung trục 3; lập bảng kết quả tính thép dọc và thép đai dầm điển hình.
  • Thiết kế cột khung trục 3 và C: Tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm xiên chịu đồng thời lực dọc $N$ và moment uốn hai phương $M_x, M_y$. Xác định diện tích cốt thép dọc đối xứng và bố trí cốt thép đai chống nở ngang bê tông theo đúng quy phạm.
  • Thiết kế vách cứng và lõi thang máy: Áp dụng phương pháp vùng biên chịu moment để tính toán cốt thép cho vách phẳng P3 (tại tầng 18 khung C) và vách lõi thang máy. Phương pháp phân chia vách thành vùng biên tập trung cốt thép chịu kéo/nén chính do moment gây ra và vùng thân vách bố trí lưới thép chịu lực cắt.

Chương 7: Thiết kế kết cấu móng

Chương cuối cùng giải quyết phương án nền móng công trình trên cơ sở điều kiện địa chất khảo sát:

  • Lựa chọn giải pháp móng: Công trình tải trọng lớn xây dựng trên nền đất yếu ở tầng mặt nên chọn phương án móng sâu cọc khoan nhồi đường kính $D = 800\text{ mm}$.
  • Sức chịu tải của cọc khoan nhồi: Tính toán sức chịu tải cực hạn và sức chịu tải cho phép của cọc đơn D800 theo 4 phương pháp độc lập:
    1. Theo cường độ vật liệu bê tông cốt thép của thân cọc.
    2. Theo chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền (sức kháng ma sát thành và sức kháng mũi).
    3. Theo chỉ tiêu cường độ đất nền (lực dính $c$ và góc ma sát trong $\varphi$).
    4. Theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (với cao trình mũi cọc đặt vào lớp đất tốt có $N_{\text{SPT}} = 39$). Từ đó xác định sức chịu tải thiết kế an toàn của cọc và tính toán sơ bộ số lượng cọc cần thiết cho từng cụm tải trọng chân cột, chân vách.
  • Thiết kế chi tiết các đài móng đại diện:
    • Móng M1 (móng dưới chân cột): Kiểm tra phản lực đầu cọc dưới tác dụng của tổ hợp tải trọng thẳng đứng và moment; kiểm tra độ lún và ổn định đất nền theo mô hình móng khối quy ước; kiểm tra điều kiện chống xuyên thủng đáy đài (tháp xuyên thủng); tính toán diện tích cốt thép đài móng.
    • Móng M2 (móng dưới chân vách phẳng): Kiểm tra phản lực cọc, ứng suất gây lún móng khối quy ước, xuyên thủng đáy đài móng vách và tính cốt thép chịu lực đài M2.
    • Móng M3 (móng bè/đài móng lớn dưới lõi thang máy): Phân tích mô hình làm việc không gian, kiểm tra phản lực cực đại và cực tiểu tại đầu cọc, tính toán ứng suất gây lún, kiểm tra xuyên thủng móng lõi M3 và tính toán cốt thép đài móng theo hai phương X, Y.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành toàn bộ khối lượng thiết kế từ phần trên đến phần ngầm của công trình theo nhiệm vụ được giao. Các kết quả tính toán chính và thông số kỹ thuật được tổng hợp trong bảng dưới đây:

Hạng mục cấu kiện / Kết cấu Kích thước / Thông số kỹ thuật Cơ sở / Kết quả kiểm tra
Quy mô công trình Mặt bằng $50 \times 43\text{ m}$; 18 tầng nổi, 2 tầng hầm; cao 61,0 m Diện tích sàn $2.150\text{ m}²$; cốt đỉnh mái $+56,5\text{ m}$
Khung dầm chính $250 \times 700\text{ mm}$ (trục 3); $250 \times 800\text{ mm}$ (trục C); Dầm phụ $250 \times 500\text{ mm}$ Bê tông B30; Thép dọc AIII; Thép đai AII
Cột chịu lực Thay đổi từ $900 \times 900\text{ mm}$ (Hầm–T1) xuống $400 \times 400\text{ mm}$ (T14–T16) Nén lệch tâm xiên ($N, M_x, M_y$); Thỏa mãn chuyển vị
Vách và lõi thang Chiều dày $b = 300\text{ mm}$ Tính theo phương pháp vùng biên chịu moment
Bản sàn tầng điển hình Chiều dày chọn sơ bộ $h_b = 120\text{ mm}$ Mô hình SAFE, kiểm tra võng phi tuyến nứt dài hạn
Cầu thang bộ điển hình Bản thang $h_b = 120\text{ mm}$, bậc $1400 \times 270 \times 175\text{ mm}$ Võng $f_{bn} = 0,0723\text{ mm} < f_{gh} = 24,75\text{ mm}$
Tải trọng gió & Động đất Gió vùng II-A ($W_0 = 0,83\text{ kN/m}²$); Động đất $a_{gR} = 0,827\text{ m/s}²$ Gió động xét 2 mode ($f_3 < 1,3\text{ Hz}$); Động đất phổ $q = 3,9$
Móng cọc khoan nhồi Đường kính cọc $D = 800\text{ mm}$; Mũi cọc đặt tại lớp đất $N_{\text{SPT}} = 39$ Thiết kế đài móng cột M1, móng vách M2, móng lõi M3

Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất:

  • Kết hợp hệ khung không gian dầm - cột với hệ vách cứng và lõi trung tâm bê tông cốt thép toàn khối, tạo độ cứng không gian lớn, kiểm soát hiệu quả biến dạng ngang do gió và động đất.
  • Sử dụng giải pháp móng cọc khoan nhồi D800 ngàm sâu vào tầng đất tốt có $N_{\text{SPT}} = 39$, kết hợp kiểm tra độ lún theo lý thuyết móng khối quy ước và kiểm tra xuyên thủng nhằm đảm bảo an toàn cho công trình tải trọng lớn.

Đóng góp của đồ án theo tự nhận của tác giả: Đồ án là sản phẩm tổng hợp và hệ thống hóa toàn diện các kiến thức kỹ thuật công trình, thể hiện quy trình tính toán kết cấu nhà cao tầng chặt chẽ từ tải trọng gió động, phổ phản ứng động đất đến việc áp dụng các phần mềm chuyên ngành hiện đại (ETABS, SAFE, SAP 2000) vào thực tiễn thiết kế kết cấu và nền móng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Tác giả tự đánh giá trong lời cảm ơn rằng do kiến thức và kinh nghiệm thực tế còn bước đầu tích lũy, đồ án khó tránh khỏi những điểm thiếu sót về mặt giải pháp chi tiết và tính tối ưu kinh tế.
  • Về phạm vi tính toán kết cấu, đồ án tập trung chi tiết vào một số cấu kiện điển hình đại diện: hệ khung trục 3 và trục C; dầm B14 và B30 tầng 16; vách phẳng P3 tầng 18; và 3 đài móng đại diện M1, M2, M3 chứ chưa thể hiện toàn bộ các cấu kiện khác trên mặt bằng.

Hướng mở rộng và nghiên cứu tiếp:

  • Dựa trên phạm vi đồ án, các hướng tiếp theo có thể mở rộng bao gồm việc thiết kế chi tiết toàn bộ các khung trục còn lại, tối ưu hóa hàm lượng cốt thép và tiết diện cấu kiện nhằm tiết kiệm chi phí xây dựng.
  • Đi sâu phân tích biện pháp thi công tầng hầm và tường vây hố móng sâu trong điều kiện địa chất cụ thể tại Quận 2; kiểm tra ứng xử phi tuyến cấp tiến của kết cấu chịu tải trọng động đất mạnh.

Giá trị tham khảo

Đồ án có giá trị tham khảo rõ ràng cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng, Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng đang chuẩn bị thực hiện đồ án tốt nghiệp hoặc các học phần thiết kế nhà cao tầng:

  • Cung cấp tài liệu mẫu về quy trình tính toán tải trọng gió động theo TCXD 229:1999 và tải trọng động đất theo TCVN 9386:2012 với các bước trích xuất chu kỳ, tần số và hệ số ứng xử.
  • Cung cấp phương pháp thực hành mô hình hóa sàn bằng dải Strip trong SAFE và tính toán vách cứng chịu lực bằng phương pháp vùng biên chịu moment.
  • Minh họa bài toán thiết kế cọc khoan nhồi D800 từ số liệu địa chất SPT thực tế và quy trình kiểm tra đài móng cọc (phản lực cọc, lún khối quy ước, xuyên thủng tháp đài).

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình Cao ốc SUSAN0175 có quy mô số tầng và chiều cao xây dựng như thế nào?
Công trình gồm 18 tầng nổi và 2 tầng hầm (tầng 1 ở cao trình -3,2 m và tầng hầm). Chiều cao từ cốt 0,00 m (sàn tầng 2, cao hơn mặt đất tự nhiên 1,0 m) đến đỉnh mái là 56,5 m; chiều sâu xây dựng dưới đất đến cốt -0,4 m bên dưới, nâng tổng chiều cao xây dựng của toàn công trình lên 61,0 m.

2. Thành phần động của tải trọng gió được tính toán cho những dạng dao động nào?
Theo TCXD 229:1999, do công trình cao 57,5 m ($> 40\text{ m}$) và có tần số dao động riêng thứ ba $f_3 = 0,3281\text{ Hz} < f_L = 1,3\text{ Hz}$, đồ án tính toán thành phần động của gió cho 2 dạng dao động đầu tiên gồm mode 2 tác động theo phương X và mode 1 tác động theo phương Y.

3. Tải trọng động đất tác dụng lên công trình được xác định với các thông số chính nào theo TCVN 9386:2012?
Tải trọng động đất được tính theo phương pháp phổ phản ứng với Mass Source gồm $100%\text{ Tĩnh tải} + 24%\text{ Hoạt tải}$. Đất nền loại C (chỉ số $N_{\text{SPT}} = 39$ tại mũi cọc), tỷ số gia tốc nền tham chiếu $a_{gR}/g = 0,0843$ ($a_{gR} = 0,827\text{ m/s}²$), hệ số tầm quan trọng công trình cấp II $\gamma_I = 1,0$ và hệ số ứng xử kết cấu $q = 3,9$.

4. Giải pháp nền móng của công trình sử dụng loại cọc nào và sức chịu tải của cọc được tính theo những phương pháp nào?
Công trình sử dụng móng cọc khoan nhồi đường kính $D = 800\text{ mm}$ với mũi cọc đặt tại lớp đất tốt có $N_{\text{SPT}} = 39$. Sức chịu tải của cọc đơn được xác định đồng thời qua 4 phương pháp: theo vật liệu bê tông cốt thép thân cọc, theo chỉ tiêu cơ lý đất nền, theo chỉ tiêu cường độ đất nền ($c, \varphi$) và theo chỉ số thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT.

5. Kết cấu vách phẳng và lõi thang máy của công trình được tính toán cốt thép bằng phương pháp gì?
Vách phẳng và vách lõi thang máy có bề dày $b = 300\text{ mm}$ được tính toán và bố trí cốt thép bằng phương pháp vùng biên chịu moment, trong đó lực kéo/nén do moment uốn gây ra được tập trung bố trí cho các dải biên của vách, còn phần thân vách chịu lực cắt được bố trí hệ thép lưới phân bố.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Khu cao ốc văn phòng SUSAN0175" của sinh viên Tôn Quốc Cường là một công trình thiết kế kỹ thuật xây dựng hoàn chỉnh, giải quyết bài bản các yêu cầu kiến trúc, kết cấu và nền móng cho tòa nhà cao 18 tầng tại Quận 2, TP. Hồ Chí Minh. Tác giả đã vận dụng đúng đắn hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành (TCVN 5574:2012, TCVN 2737-1995, TCXD 229:1999, TCVN 9386:2012) kết hợp với các phần mềm phân tích kết cấu ETABS, SAFE và SAP 2000. Toàn bộ các cấu kiện sàn, cầu thang, khung dầm, cột, vách cứng và đài móng cọc khoan nhồi D800 đều được kiểm tra an toàn theo hai nhóm trạng thái giới hạn, cung cấp một hồ sơ thiết kế kỹ thuật có độ tin cậy cao và giàu giá trị học thuật.