Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Dự án cải tạo và xây dựng mới khu chung cư Quang Trung tại phường Quang Trung, thành phố Vinh, tỉnh Nghệ An được phê duyệt xuất phát từ thực trạng xuống cấp nghiêm trọng của khu nhà ở cũ. Khu chung cư Quang Trung nguyên bản được khởi công xây dựng từ năm 1976 và hoàn thành vào năm 1982. Sau hơn 40 năm vận hành, chất lượng công trình đã suy giảm nặng nề, không còn đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn chịu lực và đe dọa trực tiếp đến tính mạng cũng như sinh hoạt của cư dân trong khu vực. Trước tình hình đó, công tác quy hoạch, cải tạo và xây dựng mới công trình được triển khai nhằm tái định cư và chỉnh trang đô thị.

Nhiệm vụ trọng tâm của đồ án tốt nghiệp kỹ sư (Capstone Project) là thực hiện thiết kế kiến trúc tổng thể, xác định sơ bộ kích thước kết cấu, tính toán tải trọng - tác động (bao gồm tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng gió động và động đất) và tính toán cốt thép, kiểm tra trạng thái giới hạn cho kết cấu sàn tầng điển hình của khối nhà Block 1B thuộc Khu B dự án.

Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế kỹ thuật được phân định cụ thể như sau:

  1. Nghiên cứu giải pháp kiến trúc, tổ chức không gian giao thông đứng - ngang và các hệ thống hạ tầng kỹ thuật (cơ điện, cấp thoát nước, thông gió, chiếu sáng, phòng cháy chữa cháy).
  2. Lựa chọn vật liệu kết cấu (bê tông, cốt thép) và xác định sơ bộ kích thước các cấu kiện chịu lực chính (bản sàn, dầm, cột, vách thang máy).
  3. Xác định các loại tải trọng tác dụng lên công trình; phân tích dao động riêng và tính toán thành phần động của tải trọng gió theo tiêu chuẩn chuyên ngành; phân tích tải trọng động đất bằng phương pháp phổ phản ứng dao động trên mô hình không gian.
  4. Thiết lập mô hình kết cấu, tổ hợp tải trọng, trích xuất nội lực và tính toán bố trí cốt thép chịu uốn, chịu cắt cho sàn tầng điển hình; kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai về hình thành và mở rộng vết nứt.

Phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung vào công trình chung cư Hoàng Diệu (Block 1B thuộc Khu B dự án cải tạo chung cư Quang Trung, thành phố Vinh, tỉnh Nghệ An). Công trình có quy mô gồm 2 tầng hầm, 20 tầng nổi và 1 tầng mái, với chiều cao tổng thể $H = 71{,}1\text{ m}$. Đồ án được hoàn thành vào tháng 5 năm 2023 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án áp dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành của Việt Nam để tính toán kết cấu và tải trọng tác động:

  • TCVN 5574:2018: Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Tiêu chuẩn này được sử dụng để xác định đặc trưng vật liệu, tính toán diện tích cốt thép chịu mômen uốn, kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông và kiểm tra biến dạng, nứt theo trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH II).
  • TCVN 2737:1995: Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế. Tiêu chuẩn được áp dụng để xác định tĩnh tải, hoạt tải sử dụng theo chức năng phòng và thành phần tĩnh của tải trọng gió.
  • TCXD 229:1999: Chỉ 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. Tiêu chuẩn được dùng để xác định phổ phản ứng thiết kế, hệ số tầm quan trọng, gia tốc nền và kiểm tra chuyển vị lệch tầng dưới tác động của động đất.
  • TCXD 198:1997 và TCXDVN 6160:1996: Tiêu chuẩn thiết kế nhà cao tầng bê tông cốt thép toàn khối và quy định an toàn phòng cháy chữa cháy cho nhà cao tầng.
  • TCVN 2622:1995 và TCVN 46:2007: Tiêu chuẩn thiết kế hệ thống phòng cháy chữa cháy và chống sét cho công trình.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán thực tế bao gồm:

  • Phương pháp mô hình hóa phần tử hữu hạn: Sử dụng phần mềm ETABS để mô hình hóa không gian 3D toàn bộ hệ kết cấu khung - vách chịu lực của tòa nhà, khai báo khối lượng tham gia dao động (Mass Source), xuất các dạng dao động (Mode shapes), chu kỳ dao động ($T$) và phân tích nội lực cấu kiện.
  • Phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động (Response Spectrum Analysis): Phân tích 20 dạng dao động đầu tiên để tính toán tác động động đất đa phương, đảm bảo tổng khối lượng hữu hiệu tham gia dao động đạt trên 90%.
  • Phương pháp giải tích và tra bảng tiêu chuẩn: Tính toán dải bản sàn chịu uốn rộng 1m, giải tích biến dạng nứt dựa trên các công thức quy đổi mặt cắt tương đương trong trạng thái giới hạn II.

Nguồn dữ liệu tính toán được trích xuất trực tiếp từ hồ sơ thiết kế kiến trúc khu chung cư Hoàng Diệu, các thông số khí tượng thủy văn - địa chất tại thành phố Vinh (vùng áp lực gió III-B, gia tốc nền địa chấn $a_{gR} = 0{,}041\text{ m/s}^2$, đất nền loại C) và cơ sở dữ liệu vật liệu xây dựng thực tế.

Giải pháp kiến trúc và hệ thống kỹ thuật công trình

Công trình được thiết kế với mặt bằng hình chữ nhật đối xứng có kích thước $34\text{ m} \times 38\text{ m}$. Lõi thang cứng gồm 2 cụm thang được bố trí ở vị trí trung tâm kết hợp với hành lang giữa. Khối 1B bố trí 05 căn hộ trên mỗi tầng điển hình, đảm bảo đầy đủ không gian sinh hoạt kết hợp các tiện ích công cộng kèm theo như không gian sinh hoạt cộng đồng và khu vui chơi.

Hạng mục kỹ thuật Giải pháp thiết kế trong công trình
Giao thông đứng Bố trí 3 thang máy tại trung tâm; 2 buồng thang bộ chạy suốt chiều cao công trình; hệ bậc cấp tiếp cận từ tầng trệt lên tầng 1. Thiết kế 2 thang bộ thoát hiểm đáp ứng khoảng cách thoát nạn theo TCXDVN 6160:1996 ($\le 50\text{ m}$ giữa hai thang, $\le 25\text{ m}$ cho phòng có 1 lối thoát).
Giao thông ngang Hành lang giao thông giữa rộng $4\text{ m}$ chạy dọc chiều dài tòa nhà, liên kết trực tiếp các căn hộ với buồng thang bộ và sảnh thang máy, tạo luồng di chuyển thông thoáng và thuận lợi cho thoát nạn khi có sự cố.
Thông gió & Chiếu sáng Chiếu sáng tự nhiên qua hệ thống cửa sổ mặt ngoài kết hợp giếng trời phân tầng (cascading well) lấy sáng từ đỉnh mái. Hệ thống điều hòa không khí trung tâm đặt tại các tầng kỹ thuật, quạt hút khí cục bộ cho khu vệ sinh dẫn trục đứng thoát lên mái.
Hệ thống điện Nguồn điện 3 pha từ tủ phân phối khu vực cấp vào phòng kỹ thuật điện tòa nhà; trang bị máy phát điện dự phòng đặt tại tầng hầm (có biến áp cách âm, chống rung). Cáp ngầm đi trong hộp gen kỹ thuật âm tường và sàn; aptomat bảo vệ tự động từ 1A đến 80A phân tầng.
Cấp thoát nước Nước cấp từ mạng lưới đô thị qua đồng hồ vào bể ngầm và bể nước mái, tự động bơm bù. Thoát nước tách biệt 2 nhánh (nước thải sinh hoạt và nước xí qua bể tự hoại). Nước mưa mái thoát qua phễu thu vào trục ống đứng đường kính $\phi 140\text{ mm}$.
PCCC & Chống sét Hệ thống báo cháy tự động trong căn hộ, bình chữa cháy xách tay và họng nước chữa cháy vách tường bố trí theo TCVN 2622:1995; đầu phun chữa cháy tự động; hệ thống chống sét trực tiếp thiết kế theo TCVN 46:2007.
Hạ tầng thi công Vận chuyển vật tư đường bộ; trang bị cần trục tháp, vận thăng lồng, máy trộn vữa, máy bơm bê tông tĩnh/động, máy toàn đạc điện tử định vị tim cột/vách, máy thủy chuẩn đo cao độ, đầm dùi bê tông và thiết bị gia công thép.

Nội dung chính theo từng chương

Chapter 1. Architech of Construction

Chương 1 trình bày tổng quan về dự án cải tạo chung cư Quang Trung với tổng diện tích đất $39{,}174\text{ m}^2$ và tổng mức đầu tư $1{,}534$ tỷ đồng. Khu B của dự án có quy mô diện tích sàn xây dựng $30{,}960\text{ m}^2$, trong đó Block 1B gồm 2 tầng hầm, 20 tầng nổi và 1 tầng mái.

Chương này tập trung làm rõ:

  • Các giải pháp tổ chức không gian kiến trúc, bố trí căn hộ trên mặt bằng $34\text{ m} \times 38\text{ m}$.
  • Thiết kế mạng lưới giao thông đứng (3 thang máy, 2 thang thoát nạn) và giao thông ngang (hành lang rộng $4\text{ m}$).
  • Nguyên lý hoạt động của hệ thống kỹ thuật công trình: điều hòa không khí, cấp điện 3 pha ngầm, cấp thoát nước phân vùng, xử lý nước thải tại bể ngầm và mạng lưới camera an ninh CCTV, hệ thống âm thanh công cộng, kiểm soát ra vào.
  • Điều kiện tổ chức thi công tại thành phố Vinh: nguồn điện 3 pha công trường kèm máy phát dự phòng, hệ thống cấp nước thi công từ mạng đô thị và danh mục máy móc thiết bị chủ lực (cần trục tháp, vận thăng, máy toàn đạc).

Chapter 2: Material and Preliminary Size of Construction

Chương 2 xác định các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu xây dựng và tính toán chọn sơ bộ tiết diện cấu kiện chịu lực:

  • Bê tông: Cấp độ bền B30 có cường độ chịu nén tính toán $R_b = 17\text{ MPa}$, cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1{,}5\text{ MPa}$ (hoặc $1{,}8\text{ MPa}$ theo tính toán TTGH II), mô đun đàn hồi $E_b = 32{,}500\text{ MPa}$, hệ số điều kiện làm việc $\gamma_b = 1{,}0$.
  • Cốt thép: Cốt thép dọc chịu lực dùng thép có gờ CB400-V ($6 \le \phi \le 50$) có $R_s = R_{sc} = 350\text{ MPa}$, $R_{sw} = 280\text{ MPa}$, $E_s = 2{,}0 \times 10^5\text{ MPa}$; cốt thép phân bố hoặc bản sàn dùng thép tròn trơn CB300-T ($R_s = R_{sc} = 260\text{ MPa}$, $R_{sw} = 210\text{ MPa}$) và CB240-T cho đường kính nhỏ ($R_s = 210\text{ MPa}$).
  • Xác định giới hạn vùng nén $\xi_R$ theo TCVN 5574:2018: Với cặp vật liệu B30 và CB400-V, biến dạng tương đối của cốt thép chịu kéo $\varepsilon_{s,el} = R_s / E_s = 350 / 200000 = 1{,}75 \times 10^{-3}$, từ đó xác định chiều cao tương đối của vùng bê tông chịu nén giới hạn $\xi_R$.

Quy cách kích thước sơ bộ các cấu kiện được xác lập:

  • Chiều dày sàn ($h_s$): Tính theo ô bản lớn nhất có nhịp ngắn $l = 8{,}5\text{ m}$ theo công thức $h_s = \frac{D}{m} \times l$ với $D = 0{,}4$, $m = 40 \div 45$, đưa ra chiều dày sàn điển hình $h_s = 140\text{ mm}$.
  • Kích thước dầm: Áp dụng công thức kinh nghiệm $h_d = \left(\frac{1}{8} \div \frac{1}{16}\right) L$ và $b = \left(\frac{1}{2} \div \frac{1}{4}\right) h_d$. Tiết diện dầm D1 chọn $300 \times 700\text{ mm}$, dầm D2 chọn $300 \times 500\text{ mm}$.
  • Kích thước cột: Diện tích tiết diện cột sơ bộ xác định qua công thức $A_c = \frac{k_t \times N}{R_b}$, với $k_t$ là hệ số xét đến uốn và độ mảnh ($k_t = 1{,}5$ cho cột biên/góc, $k_t = 1{,}2$ cho cột giữa), lực nén sơ bộ lấy tải trọng tương đương $q = 13\text{ kN/m}^2$. Tiết diện cột B1 tầng 1 có diện tích truyền tải $8{,}5\text{ m} \times 8{,}5\text{ m}$ được chọn kích thước $1000 \times 1000\text{ mm}$. Quy tắc giảm tiết diện thực hiện sau mỗi 4-5 tầng, đảm bảo độ cứng tầng trên không nhỏ hơn 70% tầng dưới liền kề và tổng giảm qua 4 tầng không quá 50%.
  • Vách cứng: Theo TCXD 198:1997, chiều dày vách thỏa mãn $b \ge 150\text{ mm}$, $b \ge \frac{1}{20} H_t = \frac{3600}{20} = 180\text{ mm}$ và $b \ge b_{dc} = 300\text{ mm}$. Chiều dày vách lõi thang được chọn là $300\text{ mm}$.

Chapter 3: Load and Impact

Chương 3 trình bày chi tiết việc thu thập và tính toán toàn bộ các dạng tải trọng tác động lên công trình:

  • Tĩnh tải (Dead Load): Trọng lượng bản thân kết cấu bê tông cốt thép được phần mềm tự động tính toán; tĩnh tải hoàn thiện gồm gạch lát, vữa lót, trần treo cho sàn tầng điển hình, sàn vệ sinh, sàn tầng hầm và sàn mái (gạch chống nóng, lớp chống thấm); tải trọng tường xây 100mm và 200mm tác dụng lên dầm ($g_1 = n \times \gamma_t \times b_t \times h_t$).
  • Hoạt tải sử dụng (Live Load) theo TCVN 2737:1995: Phòng ngủ, phòng khách, vệ sinh ($1{,}8\text{ kN/m}^2$); cầu thang, hành lang, sảnh ($3{,}0\text{ kN/m}^2$, dài hạn $1{,}0\text{ kN/m}^2$, tính toán $2{,}6\text{ kN/m}^2$); ban công, mái có sử dụng ($4{,}0\text{ kN/m}^2$); tầng hầm và ram dốc ($5{,}0\text{ kN/m}^2$).
  • Tải trọng gió: Do chiều cao công trình $H = 71{,}1\text{ m} > 40\text{ m}$, tải trọng gió gồm thành phần tĩnh và thành phần động.
    • Áp lực gió tiêu chuẩn tại thành phố Vinh (vùng III-B): $W_0 = 1{,}25\text{ kN/m}^2$, hệ số tin cậy tải trọng $\gamma = 1{,}2$.
    • Thành phần tĩnh: $W_{tt} = W_0 \times k \times c \times n$, quy đổi thành lực tập trung tại tâm hình học các tầng dựa trên diện tích đón gió $S_i = \frac{h_i + h_{i-1}}{2} \times B$.
    • Thành phần động: Khai báo Mass Source trong ETABS gồm 100% tĩnh tải + 50% hoạt tải theo TCXD 229:1999. Tần số giới hạn $f_L = 1{,}3\text{ Hz}$. Dạng dao động cơ bản Mode 1 có chu kỳ $T_1 = 2{,}08\text{ s}$. Xác định lực động $W_{P(ji)} = M_j \times y_{ji} \times \xi_i \times \psi_i$ với hệ số suy giảm dao động kết cấu $\delta = 0{,}3$. Tổ hợp gió theo hai phương $X$ và $Y$: $GX = GTX + GDX$, $GY = GTY + GDY$.
  • Tải trọng động đất: Khai báo Mass Source gồm 100% tĩnh tải + 24% hoạt tải theo TCVN 9386:2012. Chu kỳ $T_1 = 2{,}227\text{ s} > 2{,}0\text{ s}$ không thỏa điều kiện tĩnh lực ngang tương đương nên bắt buộc phân tích phổ phản ứng dao động với 20 dạng dao động đầu tiên. Gia tốc nền tham chiếu $a_{gR} = 0{,}041\text{ m/s}^2$, hệ số tầm quan trọng $\gamma_1 = 1{,}25$ (công trình cấp I), đất nền loại C, hệ số ứng xử $q = 2{,}88$.
  • Tổ hợp tải trọng và kiểm tra chuyển vị: Thiết lập các tổ hợp từ CB1 đến CB25 và tổ hợp bao ENV1 (bao nội lực tính toán), ENV2 (bao tiêu chuẩn kiểm tra gió), ENV3 (bao kiểm tra động đất).
    • Kiểm tra chuyển vị lệch tầng do gió theo TCVN 5574:2018: $\frac{f_{i+1} - f_i}{h_{s,i}} \le \frac{1}{300} = 3{,}33 \times 10^{-3}$. Giá trị lớn nhất xuất hiện tại tầng 10 đạt $\Delta f = 0{,}6\text{ mm}$, thỏa mãn điều kiện.
    • Kiểm tra chuyển vị lệch tầng do động đất theo TCVN 9386:2012: $d_{r,i} \times \frac{v}{h_{s,i}} = q \times drift_{si} \times v \le 0{,}005$ (với $v = 0{,}4$, $q = 2{,}88$). Chuyển vị lớn nhất tại tầng 12 đạt $\Delta f = 0{,}6 \times 10^{-3} \le 0{,}005$, công trình bảo đảm ổn định.

Chapter 4: Typical Floor Design

Chương 4 thực hiện thiết kế chi tiết bản sàn tầng điển hình có chiều dày $h_s = 140\text{ mm}$, lớp bê tông bảo vệ $a = 25\text{ mm}$ ($h_0 = 115\text{ mm}$):

  • Trích xuất biểu đồ mômen uốn theo hai phương $X$ và $Y$ từ phần mềm ETABS cho dải bản 1m ($b = 1000\text{ mm}$).
  • Quy trình tính toán cốt thép chịu uốn:
    • Tính hệ số biến dạng nén tương đối: $\alpha_m = \frac{M}{\gamma_b R_b b h_0^2}$.
    • Tính chiều cao vùng nén tương đối: $\xi = 1 - \sqrt{1 - 2\alpha_m}$, thỏa mãn điều kiện $\xi \le \xi_R$.
    • Tính diện tích cốt thép yêu cầu: $A_s = \frac{\xi \gamma_b R_b b h_0}{R_s}$.
    • Kiểm tra hàm lượng cốt thép: $\mu_{min} = 0{,}1% \le \mu_{tt} = \frac{A_s}{b h_0} \le \mu_{max}$.
  • Kiểm tra ứng suất cắt: Lực cắt do bê tông chịu $Q_{b,min} = 0{,}5 \gamma_b R_{bt} b h_0 = 37{,}125\text{ kN}$. Giá trị lực cắt tính toán lớn nhất trên dải sàn nhỏ hơn $Q_{b,min}$, kết luận bản sàn đủ khả năng chịu cắt mà không cần bố trí cốt thép đai.
  • Kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH II) theo TCVN 5574:2018 qua quy trình 8 bước:
    1. Xác định diện tích tiết diện ngang quy đổi $A_{red} = b h + \alpha A_s + \alpha A'_s$ với hệ số quy đổi $\alpha = \frac{E_s}{E_b}$.
    2. Xác định mômen tĩnh quy đổi $S_{t,red}$ đối với thớ bê tông chịu kéo nhiều nhất.
    3. Tính khoảng cách từ thớ chịu kéo ngoài cùng đến trọng tâm tiết diện quy đổi $y_t = \frac{S_{t,red}}{A_{red}}$.
    4. Tính mômen quán tính quy đổi $I_{red} = \frac{b h^3}{12} + \alpha A_s (h_0 - y_c)^2 + \alpha A'_s (y_c - a')^2$ với $y_c = h - y_t$.
    5. Xác định mômen kháng uốn đàn hồi $W_{red} = \frac{I_{red}}{y_t}$.
    6. Tính mômen kháng uốn dẻo $W_{pl}$.
    7. Xác định mômen hình thành vết nứt $M_{crc} = R_{bt,ser} W_{pl} \pm M_{rp}$ (có xét đến ứng suất co ngót $\sigma_{sc} = 40\text{ MPa}$).
    8. Kiểm tra điều kiện xuất hiện vết nứt $M \le M_{crc}$ và tính toán bề rộng khe nứt ngắn hạn/dài hạn theo tiêu chuẩn.

Kết quả và đóng góp

Hạng mục kết cấu / Thông số Kết quả định lượng được xác lập trong đồ án
Quy mô kết cấu Tòa nhà 20 tầng nổi, 2 tầng hầm, 1 tầng mái; chiều cao $H = 71{,}1\text{ m}$; mặt bằng $34\text{ m} \times 38\text{ m}$.
Kích thước cấu kiện chính Sàn dày $h_s = 140\text{ mm}$; dầm chính $300 \times 700\text{ mm}$, dầm phụ $300 \times 500\text{ mm}$; cột tầng 1 kích thước $1000 \times 1000\text{ mm}$; vách thang dày $300\text{ mm}$.
Đặc trưng động lực học Chu kỳ dao động riêng cơ bản Mode 1: $T_1 = 2{,}08\text{ s}$ (tính gió động) và $T_1 = 2{,}227\text{ s}$ (tính động đất); 20 mode dao động đầu tiên có tổng khối lượng hữu hiệu tham gia $> 90%$.
Chuyển vị lệch tầng Chuyển vị lệch tầng do gió lớn nhất tại tầng 10 đạt $\Delta f = 0{,}6\text{ mm} \le 3{,}33 \times 10^{-3}$; do động đất tại tầng 12 đạt $0{,}6 \times 10^{-3} \le 0{,}005$.
Khả năng chịu cắt bản sàn Khả năng chịu cắt của bê tông sàn $Q_{b,min} = 37{,}125\text{ kN}$ lớn hơn ứng lực cắt thực tế, đảm bảo an toàn chịu lực cục bộ.

Đồ án đã đưa ra các giải pháp kỹ thuật cụ thể:

  • Lựa chọn giải pháp kết cấu khung bê tông cốt thép kết hợp lõi vách cứng trung tâm đối xứng, giúp cân bằng độ cứng công trình theo cả hai phương $X$ và $Y$, hạn chế hiện tượng xoắn do tải trọng ngang.
  • Tích hợp đầy đủ quy trình tính toán tải trọng gió động (TCXD 229:1999) và phân tích phổ phản ứng động đất (TCVN 9386:2012) cho công trình nhà cao tầng tại vùng khí hậu Bắc Trung Bộ.
  • Xây dựng quy trình 8 bước kiểm tra nứt và biến dạng cho sàn theo TCVN 5574:2018, bảo đảm tính toán chính xác trạng thái giới hạn thứ hai thay vì chỉ dựa trên giả thiết sơ bộ.

Hạn chế và phạm vi áp dụng

Đồ án có phạm vi áp dụng và một số giới hạn kỹ thuật được xác định theo nội dung văn bản:

  • Phạm vi thiết kế kết cấu chi tiết trong thuyết minh tập trung chủ yếu vào cấu kiện sàn tầng điển hình của Block 1B; các cấu kiện móng sâu (cọc khoan nhồi/cọc ép), hệ dầm chuyển tầng lửng và chi tiết nút khung - vách chịu động đất phức tạp chưa được trình bày toàn diện trong phần trích xuất này.
  • Số liệu địa chất và khí động học áp dụng riêng cho địa bàn phường Quang Trung, thành phố Vinh, tỉnh Nghệ An (vùng gió III-B, gia tốc nền $a_{gR} = 0{,}041\text{ m/s}^2$); khi áp dụng cho các địa phương khác cần cập nhật lại bản đồ phân vùng áp lực gió và gia tốc kháng chấn tương ứng.
  • Mô hình phân tích động lực học thực hiện trên phần mềm ETABS theo giả thiết sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng nằm ngang.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên môn hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng (Civil Engineering), chuyên ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp đang thực hiện đồ án tốt nghiệp, đồ án môn học Bê tông cốt thép hoặc Kết cấu nhà nhiều tầng.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu cần tham khảo quy trình thực hành tính toán tải trọng gió động theo TCXD 229:1999, khai báo khối lượng động lực học và phổ phản ứng động đất theo TCVN 9386:2012 trên phần mềm ETABS.
  • Phần quy trình 8 bước tính toán mômen kháng uốn nứt $M_{crc}$, độ mở rộng vết nứt và kiểm tra chuyển vị lệch tầng theo TCVN 5574:2018 cung cấp biểu mẫu giải tích rõ ràng để kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng của bản sàn phẳng.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình được xây dựng tại đâu và quy mô tổng thể của tòa nhà Block 1B như thế nào? Công trình thuộc dự án cải tạo chung cư Quang Trung, tọa lạc tại phường Quang Trung, thành phố Vinh, tỉnh Nghệ An. Tòa nhà Block 1B có quy mô gồm 2 tầng hầm, 20 tầng nổi, 1 tầng mái, với chiều cao tổng thể đạt $71{,}1\text{ m}$ và kích thước mặt bằng xây dựng là $34\text{ m} \times 38\text{ m}$.

2. Cấp độ bền bê tông và chủng loại cốt thép được lựa chọn trong thiết kế là gì? Công trình sử dụng bê tông cấp độ bền B30 với cường độ chịu nén tính toán $R_b = 17\text{ MPa}$ và mô đun đàn hồi $E_b = 32{,}500\text{ MPa}$. Cốt thép dọc chịu lực chính dùng thép thanh có gờ CB400-V ($R_s = 350\text{ MPa}$); cốt thép bản sàn và cốt thép cấu tạo dùng thép tròn trơn CB300-T ($R_s = 260\text{ MPa}$) và CB240-T ($R_s = 210\text{ MPa}$).

3. Tại sao công trình phải tính toán thành phần động của tải trọng gió và phương pháp tính như thế nào? Do công trình có chiều cao $H = 71{,}1\text{ m} > 40\text{ m}$, theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999 bắt buộc phải tính toán cả thành phần tĩnh và thành phần động của tải trọng gió. Tác giả đã sử dụng phần mềm ETABS khai báo nguồn khối lượng dao động (100% tĩnh tải + 50% hoạt tải), xác định chu kỳ dao động Mode 1 ($T_1 = 2{,}08\text{ s}$) và tính toán lực gió động phân bố trên các tầng dựa trên hệ số động lực $\xi_i$ và hệ số tương quan không gian $\psi_i$.

4. Vì sao tác giả phải dùng phương pháp phổ phản ứng dao động thay vì phương pháp lực tĩnh ngang tương đương để tính động đất? Theo TCVN 9386:2012, phương pháp lực tĩnh ngang tương đương chỉ được áp dụng khi chu kỳ dao động cơ bản thỏa mãn $T_1 \le 4T_C$ và $T_1 \le 2{,}0\text{ s}$. Trong công trình này, chu kỳ dao động riêng $T_1 = 2{,}227\text{ s} > 2{,}0\text{ s}$ nên không thỏa mãn điều kiện, bắt buộc phải sử dụng phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động (Response Spectrum) với 20 dạng dao động đầu tiên trên phần mềm ETABS.

5. Bản sàn tầng điển hình có kích thước bao nhiêu và được kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai như thế nào? Bản sàn tầng điển hình có chiều dày thiết kế $h_s = 140\text{ mm}$, lớp bê tông bảo vệ $a = 25\text{ mm}$ ($h_0 = 115\text{ mm}$). Việc kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH II) được thực hiện theo TCVN 5574:2018 thông qua 8 bước giải tích: tính diện tích tiết diện quy đổi, xác định trọng tâm, tính mômen quán tính quy đổi $I_{red}$, tính mômen kháng uốn dẻo $W_{pl}$, xác định mômen nứt $M_{crc}$ có xét đến ứng suất co ngót $\sigma_{sc} = 40\text{ MPa}$, và so sánh $M \le M_{crc}$ để kiểm tra điều kiện xuất hiện và độ mở rộng khe nứt.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Capstone Project: Hoang Dieu Apartment" của tác giả Bùi Quang Tường đã giải quyết hoàn chỉnh các nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật cho công trình chung cư cao tầng tại thành phố Vinh, tỉnh Nghệ An. Nội dung đồ án bao quát từ khâu tổ chức mặt bằng kiến trúc, sơ bộ kích thước cấu kiện, xác định tải trọng tĩnh - động (gió động, động đất) cho đến tính toán cốt thép và kiểm tra nứt sàn tầng điển hình theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2018. Kết quả tính toán khẳng định tính an toàn chịu lực, độ cứng chuyển vị lệch tầng và độ bền sử dụng của hệ thống kết cấu công trình.