Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Quá trình đô thị hóa nhanh tại Việt Nam cùng sự tập trung dân số cơ học tại các đô thị đặc biệt và đô thị loại I tạo ra áp lực lớn về hạ tầng kỹ thuật và không gian cư trú. Tại Thành phố Hồ Chí Minh, quỹ đất tại khu vực trung tâm ngày càng hạn hẹp khiến giá đất tăng cao, dẫn đến giải pháp phát triển các khu chung cư cao tầng tại các khu vực tiếp giáp trung tâm như Quận 2 trở thành xu hướng tất yếu nhằm giải quyết nhu cầu an sinh xã hội và ổn định chỗ ở cho người dân. Bên cạnh áp lực nhà ở, việc xây dựng các công trình cao tầng còn thúc đẩy ngành xây dựng tiếp cận và làm chủ các kỹ thuật tính toán, thiết kế kết cấu hiện đại và công nghệ thi công tiên tiến.
Trong bối cảnh đó, đồ án tốt nghiệp kỹ sư ngành Kỹ thuật Công trình Xây dựng thực hiện thiết kế công trình "Chung cư Thiên Ân" nhằm đề xuất một giải pháp công trình dân dụng đồng bộ từ phương án kiến trúc, mô hình hóa phân tích kết cấu chịu lực, tính toán nền móng cọc đến biện pháp tổ chức thi công xây dựng.
Mục tiêu và các nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể của đồ án bao gồm:
- Thiết kế tổng mặt bằng, phân chia công năng các tầng và hoàn thiện giải pháp kiến trúc, hệ thống kỹ thuật công trình (điện, cấp thoát nước, thông gió, phòng cháy chữa cháy).
- Lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực, xác định tải trọng, mô hình hóa không gian và tính toán thiết kế các cấu kiện chịu lực chính (sàn sườn toàn khối tầng điển hình, khung trục B phẳng/không gian).
- Đánh giá điều kiện địa chất - thủy văn tại địa điểm xây dựng và thiết kế phương án móng sâu (móng cọc bê tông cốt thép).
- Lập biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công công trình gồm thi công phần ngầm (cọc ép, đào đắp đất, đài giằng móng), thi công phần thân (ván khuôn, cốt thép, bê tông dầm sàn cột) và bố trí tổng mặt bằng công trường.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng: Công trình dân dụng cấp II - Chung cư Thiên Ân với quy mô 1 tầng hầm và 9 tầng nổi.
- Phạm vi không gian: Khu đất xây dựng có diện tích 3.200 m² tại Quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh.
- Phạm vi thời gian và tiêu chuẩn: Đồ án hoàn thành vào tháng 12 năm 2018 tại Bộ môn Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam, áp dụng hệ thống tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam hiện hành tại thời điểm thực hiện.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận được triển khai dựa trên hệ thống cơ sở pháp lý và các tiêu chuẩn, quy chuẩn xây dựng Việt Nam:
- Văn bản pháp lý: Nghị định số 12/2009/NĐ-CP ngày 10/02/2009 về quản lý dự án đầu tư xây dựng; Nghị định số 15/2013/NĐ-CP ngày 06/02/2013 về quản lý chất lượng công trình xây dựng.
- Tiêu chuẩn tải trọng và tác động: TCVN 2737:1995 (Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế); TCVN 229:1999 (Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải gió); TCVN 9386:2012 (Thiết kế công trình chịu tải trọng động đất).
- Tiêu chuẩn kết cấu và nền móng: TCVN 5574:2012 (Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế); TCXDVN 198:1997 (Nhà cao tầng - Thiết kế bê tông cốt thép toàn khối); TCXD 9362:2012 (Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình); TCXD 10304:2014 (Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế); TCVN 9394:2012 (Đóng và ép cọc - Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu); TCVN 9395:2012 (Cọc khoan nhồi - Thi công và nghiệm thu).
- Tiêu chuẩn thi công: TCVN 4447:2012 (Công tác đất - Quy phạm thi công và nghiệm thu).
Nguyên tắc tính toán kết cấu tuân thủ hai nhóm trạng thái giới hạn:
- Trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGH I): Đảm bảo khả năng chịu lực, độ bền và độ ổn định tổng thể của kết cấu ($T \le T_{td}$), chống phá hoại giòn, mỏi hoặc mất ổn định hình dạng.
- Trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH II): Hạn chế biến dạng và nứt nhằm đảm bảo điều kiện làm việc bình thường ($f \le f_{gh}$).
Phương pháp nghiên cứu và công cụ kỹ thuật áp dụng:
- Phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (FEM): Thiết lập mô hình không gian 3D đàn hồi của toàn bộ công trình bằng phần mềm chuyên dụng ETABS (phiên bản V9.7.4) nhằm xác định nội lực (mômen uốn, lực cắt, lực dọc) dưới tác động của tĩnh tải, hoạt tải và tải trọng gió.
- Phương pháp giải tích kết cấu: Ứng dụng lý thuyết bản sàn đàn hồi tra bảng theo Sổ tay kết cấu công trình (Vũ Mạnh Hùng) cho các ô sàn 2 phương kê 4 cạnh liên kết ngàm (sơ đồ số 9); phân tích dầm 2 đầu ngàm chịu tải phân bố đều đối với các ô sàn 1 phương.
- Nguồn dữ liệu: Hồ sơ khảo sát địa chất công trình tại khu đất xây dựng Quận 2; số liệu khí tượng trạm Tân Sơn Nhất về chế độ gió và độ ẩm; các bảng tra thông số kỹ thuật thang máy từ catalogue nhà sản xuất.
Thiết kế và giải pháp kỹ thuật công trình
Giải pháp kiến trúc và quy mô hình học
Công trình được thiết kế theo phong cách hiện đại với hình khối chữ nhật, kết hợp vật liệu hoàn thiện mặt đứng bằng đá Granite và vách kính màu xanh:
- Diện tích khu đất: 3.200 m².
- Diện tích xây dựng: 1.500 m² (mật độ xây dựng đạt 46,8%).
- Diện tích sàn các tầng điển hình: 947,52 m²; tổng diện tích sàn xây dựng: 8.527 m².
- Chiều cao công trình: Tầng hầm sâu -3,20 m (cốt -3,30 m); tầng trệt cao 4,50 m; các tầng điển hình (tầng 2 đến tầng 9) cao 3,30 m (chiều cao thông thủy $\ge$ 2,90 m); tầng thượng và mái đạt cao độ +34,20 m (tổng chiều cao tính toán hệ khung là 36,20 m).
- Bố trí công năng: Tầng hầm dùng làm khu để xe và bố trí gian rác; tầng trệt làm trung tâm thương mại, dịch vụ tiện ích và phòng quản lý; tầng 2 đến tầng 9 bố trí các căn hộ ở cho thuê.
- Giao thông: Bố trí 1 ram dốc xuống hầm có độ dốc $i = 20%$; hệ thống giao thông đứng gồm 2 buồng thang bộ 2 vế (chiều rộng mỗi vế 1,2 m) kết hợp thoát hiểm và 2 thang máy bố trí tại lõi trung tâm, đảm bảo khoảng cách di chuyển từ cửa căn hộ xa nhất đến thang nhỏ hơn 25 m.
Giải pháp kết cấu và vật liệu sử dụng
- Hệ kết cấu chịu lực chính: Hệ khung bê tông cốt thép toàn khối chịu toàn bộ tải trọng đứng và tải trọng ngang.
- Kết cấu sàn: Hệ sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối kết hợp dầm trực giao. Sàn tầng điển hình dày 100 mm, sàn tầng hầm dày 200 mm.
- Bê tông: Cấp độ bền B25 có cường độ chịu nén tính toán $R_b = 14,5\text{ MPa}$, cường độ chịu kéo $R_{bt} = 1,05\text{ MPa}$, môđun đàn hồi $E_b = 3 \times 10^4\text{ MPa}$.
- Cốt thép: Thép nhóm AI ($\phi \le 10$) dùng cho bản sàn và cốt đai ($R_s = R_{sc} = 225\text{ MPa}$, $E_s = 2,1 \times 10^5\text{ MPa}$); thép nhóm AIII ($\phi > 10$) dùng cho cốt dọc chịu lực của dầm, cột, đài móng ($R_s = R_{sc} = 365\text{ MPa}$, $R_{sw} = 280\text{ MPa}$, $E_s = 2,0 \times 10^5\text{ MPa}$).
- Chiều dày lớp bê tông bảo vệ: Tuân thủ TCVN 5574:2012 (bản sàn 15 mm, dầm 20 mm, cột 20 mm, móng có bê tông lót 35 mm).
Hệ thống kỹ thuật công trình (MEP)
- Hệ thống điện: Nguồn điện 3 pha 380V/220V tần số 50 Hz từ lưới điện sinh hoạt đô thị.
- Cấp thoát nước: Nước cấp dẫn từ bể chứa đặt trên tầng mái xuống các tầng thông qua hệ thống ống thép tráng kẽm; nước mưa trên mái thu gom qua đường ống dẫn về rãnh xung quanh công trình; nước thải sinh hoạt dẫn vào bể tự hoại ngầm xử lý trước khi thoát ra cống thành phố.
- Phòng cháy chữa cháy và an toàn: Bố trí họng chữa cháy vách tường tại các nút giao hành lang - thang bộ; trang bị 4 bình bọt chữa cháy CO2 MFZ4 loại 4 kg tại mỗi tầng; trang bị kim thu sét trên mái và hệ thống kho chứa rác có ống thu rác xả về hầm.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan về kiến trúc công trình
Chương này trình bày các dữ liệu tự nhiên, quy hoạch và đặc điểm kiến trúc của chung cư Thiên Ân tại Quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh. Các dữ liệu khí tượng trạm Tân Sơn Nhất cho thấy lượng mưa tập trung từ tháng 5 đến tháng 11, độ ẩm trung bình năm đạt 79,5%, hướng gió chủ đạo là Tây - Tây Nam và Bắc - Đông Bắc, không chịu gió bão trực tiếp nhưng chịu ảnh hưởng triều cường. Tác giả trình bày chi tiết bản vẽ mặt bằng tầng trệt, mặt bằng tầng điển hình (tầng 2-9), mặt cắt và mặt đứng trục A-F tỷ lệ 1/100, xác định chỉ tiêu mật độ xây dựng đạt 46,8% trên tổng diện tích 3.200 m². Đồng thời, chương 1 thuyết minh các giải pháp kỹ thuật phụ trợ gồm hệ thống cấp điện, cấp thoát nước, thông gió tự nhiên kết hợp cây xanh che nắng, chiếu sáng tự nhiên, phòng cháy chữa cháy và đường ống thoát rác.
Chương 2: Tổng quan về kết cấu công trình
Nội dung chương tập trung so sánh, đánh giá để lựa chọn sơ đồ kết cấu tối ưu cho công trình 9 tầng nổi và 1 tầng hầm:
- Đánh giá hệ chịu lực đứng: So sánh giữa hệ kết cấu khung, khung - vách, khung - lõi và ống. Tác giả chọn hệ khung bê tông cốt thép toàn khối chịu lực chính do quy mô dưới 10 tầng, mặt bằng kiến trúc linh hoạt và sơ đồ làm việc rõ ràng.
- Đánh giá giải pháp sàn: Phân tích ưu nhược điểm của sàn sườn, sàn không dầm, sàn không dầm ứng lực trước, tấm panel lắp ghép và sàn bóng Bubbledeck. Kết luận lựa chọn giải pháp sàn sườn toàn khối dầm trực giao do tính phổ biến, quy trình thi công phù hợp và độ cứng sàn lớn.
- Vật liệu và kích thước sơ bộ: Xác định mác bê tông B25, cốt thép AI, AIII. Thiết lập công thức sơ bộ kích thước tiết diện cột theo tải trọng phân bố $q = 11\text{ kN/m}^2$, diện tích truyền tải $S_i$ và hệ số vị trí $k$ ($k=1,1$ cho cột giữa; $k=1,2$ cho cột biên; $k=1,3$ cho cột góc).
Chương 3: Nguyên tắc tính toán
Chương 3 thiết lập cơ sở toán học và cơ học kết cấu cho toàn bộ công trình:
- Quy định các tổ hợp tải trọng theo TCVN 2737:1995: Tổ hợp cơ bản 1 (Tĩnh tải + 1 Hoạt tải), Tổ hợp cơ bản 2 (Tĩnh tải + các Hoạt tải nhân hệ số 0,9), Tổ hợp đặc biệt (có tải trọng động đất, bỏ qua tải trọng gió). Để thiên về an toàn, tác giả tính toán với toàn bộ tải trọng mà không áp dụng hệ số giảm tải hoạt tải.
- Tải trọng thang máy: Quy đổi thành tải trọng tập trung/phân bố đều đặt lên sàn mái tính từ trọng lượng bản thân và sức tải (1.000 kg - 1.250 kg) với hệ số động $k = 1,2$ cho cụm 2 thang máy.
- Giả thiết mô hình: Coi sàn là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng ngang; bỏ qua biến dạng cong ngoài mặt phẳng và biến dạng dọc trục của dầm sàn; liên kết giữa chân cột với móng là liên kết ngàm cứng tuyệt đối.
- Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn và phần mềm ETABS V9.7.4 phục vụ phân tích ma trận độ cứng công trình.
Chương 4: Thiết kế sàn tầng điển hình - Tầng 3
Thực hiện tính toán chi tiết sàn tầng 3 với chiều dày bản sàn lựa chọn $h_s = 100\text{ mm}$ (dựa trên công thức kinh nghiệm $h_s = \frac{D}{m_s}l$ với $m_s = 40 \div 45$ cho bản kê 4 cạnh nhịp 3,8 m):
- Phân loại ô bản: Toàn bộ mặt bằng gồm các ô bản từ S1 đến S6. Tỷ số cạnh dài trên cạnh ngắn $l_d/l_n \le 2$ được tính theo bản kê 4 cạnh làm việc 2 phương; ô bản S5, S6 có tỷ số $l_d/l_n > 2$ tính theo bản loại dầm làm việc 1 phương.
- Xác định tải trọng: Tĩnh tải sàn phòng ở/hành lang gồm gạch ceramic dày 10 mm ($0,22\text{ kN/m}^2$), vữa lót 20 mm, bản BTCT 100 mm ($2,5\text{ kN/m}^2$), vữa trát trần 15 mm; sàn vệ sinh bổ sung lớp chống thấm tạo dốc. Hoạt tải tính toán phòng ngủ, phòng khách lấy $p^{tt} = 195\text{ daN/m}^2$ ($n = 1,3$). Tải trọng tường xây gạch ống phân bố đều lên sàn.
- Nội lực và cốt thép ô bản 2 phương S1 ($l_1 = 3,8\text{ m}$; $l_2 = 4,25\text{ m}$): Tính toán mômen giữa nhịp và trên gối theo sơ đồ số 9. Kết quả bố trí cốt thép:
- Giữa nhịp phương cạnh ngắn $l_1$: Chọn $\phi 6\text{a}150$ ($A_s = 1,88\text{ cm}^2$).
- Giữa nhịp phương cạnh dài $l_2$: Chọn $\phi 6\text{a}150$ ($A_s = 1,88\text{ cm}^2$).
- Trên gối phương cạnh ngắn $l_1$: Chọn $\phi 8\text{a}120$ ($A_s = 4,19\text{ cm}^2$).
- Trên gối phương cạnh dài $l_2$: Chọn $\phi 8\text{a}150$ ($A_s = 3,35\text{ cm}^2$).
- Nội lực và cốt thép ô bản 1 phương S6 (hành lang, $l_1 = 2,04\text{ m}$; $l_2 = 7,6\text{ m}$): Mômen nhịp tính theo $ql^2/24$, mômen gối tính theo $ql^2/12$. Kết quả bố trí cốt thép: nhịp đặt $\phi 6\text{a}200$ ($A_s = 1,41\text{ cm}^2$), gối đặt $\phi 8\text{a}200$ ($A_s = 2,51\text{ cm}^2$). Kiểm tra hàm lượng cốt thép $\mu$ đều nằm trong ngưỡng an toàn $0,3% \div 0,98%$.
Chương 5: Thiết kế khung trục B
Mô hình hóa không gian khung phẳng/không gian trục B kết hợp phần mềm ETABS:
- Phân tích tải trọng tác dụng: Tĩnh tải dầm, sàn truyền vào; tải trọng tường xây trên dầm (tường biên và ngăn phòng dày 200 mm hoặc 100 mm dùng gạch ống với trọng lượng quy đổi phân bố đều); tải trọng gió tĩnh phân bố dọc chiều cao theo TCVN 2737:1995 với hệ số khí động đẩy $c = +0,8$, hút $c = -0,6$. Theo TCVN 229:1999, công trình có chiều cao $H = 36,20\text{ m} < 40\text{ m}$ nên không phải tính toán thành phần động của tải trọng gió.
- Tổ hợp nội lực: Xuất các cặp nội lực nguy hiểm ($M_{max}, N_{tu}$, $M_{min}, N_{tu}$, $N_{max}, M_{tu}$) từ ETABS cho các tiết diện chân cột, gối và giữa nhịp dầm.
- Tính toán cốt thép: Tính toán thép dọc chịu uốn, thép đai chịu cắt cho dầm khung trục B; tính toán cốt thép dọc chịu nén lệch tâm và thép đai cho cột khung.
- Kiểm tra biến dạng: Kiểm tra ổn định tổng thể gồm chuyển vị ngang đỉnh công trình và kiểm tra chống lật đảm bảo giới hạn cho phép của quy chuẩn.
Chương 6: Thiết kế móng công trình
- Đánh giá địa chất: Khảo sát địa tầng khu vực xây dựng tại Quận 2, xác định các lớp đất nền từ trên xuống dưới và mực nước ngầm để lựa chọn lớp đất đặt mũi cọc.
- Giải pháp móng: Đề xuất phương án móng sâu sử dụng cọc ép bê tông cốt thép tiết diện vuông đúc sẵn.
- Sức chịu tải của cọc đơn: Tính toán sức chịu tải theo điều kiện vật liệu ($R_v$) và sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền ($R_đ$) để xác định sức chịu tải thiết kế $P_{tk}$.
- Tính toán móng đài cọc:
- Móng cột biên M1 và móng cột giữa M2: Xác định sơ bộ số lượng cọc trong đài, khoảng cách giữa các cọc; kiểm tra lực truyền lên cọc đơn lớn nhất $P_{max} \le 1,2 P_{tk}$; kiểm tra ứng suất dưới đáy khối móng quy ước theo trạng thái giới hạn II ($P_{tb} \le R_{tc}$, $P_{max} \le 1,2 R_{tc}$); tính lún khối móng quy ước ($S \le S_{gh} = 8\text{ cm}$).
- Kết cấu đài móng: Kiểm tra điều kiện chọc thủng đài cọc của cột và cọc góc; tính toán diện tích cốt thép lưới đáy đài móng theo hai phương.
- Tính toán cấu tạo cọc: Bố trí thép dọc, thép đai cọc và kiểm tra khả năng chịu lực của cọc trong giai đoạn vận chuyển, cẩu lắp (sơ đồ cẩu 1 điểm và 2 điểm).
Chương 7: Kỹ thuật thi công phần ngầm
Nội dung chương trình bày biện pháp kỹ thuật thi công móng và tầng hầm:
- Điều kiện mặt bằng: Khu đất rộng 3.200 m², diện tích xây dựng 1.500 m², thuận lợi cho việc bố trí kho bãi, tuyến di chuyển máy ép cọc và nhà tạm.
- Thi công ép cọc: Lựa chọn phương pháp ép trước bằng máy ép thủy lực; tuân thủ quy trình kỹ thuật theo TCXD 9394:2012; xác định lực ép nhỏ nhất $P_{ep,min}$ và lớn nhất $P_{ep,max}$, tính toán nhân công và năng suất ép cọc.
- Thi công đất: Áp dụng TCVN 4447:2012 cho công tác đào đất hố móng bằng máy đào gàu nghịch kết hợp sửa thủ công; biện pháp lấp đất đầm chặt từng lớp xung quanh đài giằng móng.
- Thi công bê tông đài giằng: Quy trình xử lý đập đầu cọc lộ cốt thép ngàm vào đài; đổ bê tông lót dày 100 mm; gia công lắp dựng cốt thép đài móng, cốt thép giằng móng; lắp dựng ván khuôn móng và đổ bê tông bằng máy bơm.
Chương 8: Kỹ thuật thi công phần thân công trình
Thiết lập quy trình công nghệ thi công kết cấu bê tông cốt thép tầng thân:
- Trắc địa công trình: Biện pháp dẫn mốc cao độ và trục định vị lên các tầng bằng máy kinh vĩ và máy thủy bình.
- Thiết kế hệ ván khuôn và đà giáo: Sử dụng hệ giáo pan (đà giáo khung thép) kết hợp cột chống đơn kim loại. Tính toán kiểm tra khả năng chịu lực và độ võng của ván khuôn dầm chính nhịp A-B tầng 5, khoảng cách gông cột, khoảng cách sườn ngang và xà gồ đỡ đáy sàn.
- Chọn máy móc thi công: Lựa chọn cần trục tháp căn cứ vào bán kính quay, chiều cao nâng và tải trọng nâng lớn nhất; tính toán năng suất cần trục phục vụ vận chuyển cốt thép, ván khuôn.
- Công tác cốt thép và bê tông: Trình tự lắp dựng cốt thép cột, nghiệm thu cốt thép; đổ bê tông cột bằng phễu rót; lắp dựng ván khuôn dầm sàn, rải thép sàn 2 lớp có con kê; đổ bê tông dầm sàn bằng trạm bơm bê tông phối hợp đầm dùi, đầm bàn.
- Công tác hoàn thiện: Quy trình xây tường ngăn gạch ống, lắp đặt mạng lưới đường ống điện nước ngầm và thi công hệ trần thạch cao khung chìm.
Chương 9: Bố trí tổng mặt bằng công trường
Chương cuối cùng giải quyết việc tổ chức không gian thi công tổng thể trên khu đất 3.200 m²:
- Xác định nhu cầu nhân lực: Tính toán biểu đồ nhân công, xác định số lượng công nhân cao điểm trên công trường để tính toán dân số công trường.
- Tính toán diện tích nhà tạm: Bố trí văn phòng ban chỉ huy công trường, nhà ở tạm công nhân, phòng bảo vệ, nhà vệ sinh, trạm y tế.
- Tính toán kho bãi: Thiết kế bãi tập kết vật liệu rời (cát, đá), bãi tập kết thép gia công, bãi đúc và chứa cọc bê tông, kho chứa xi măng kín chống ẩm.
- Mạng lưới hạ tầng tạm: Thiết kế mạng lưới cấp điện thi công lấy từ trạm biến áp khu vực, có máy phát dự phòng; mạng lưới cấp nước thi công và cứu hỏa; hệ thống thoát nước mặt tránh ngập úng khi mưa và triều cường; bố trí cổng ra vào, trạm rửa xe và đường giao thông tạm cho xe tải vận chuyển.
Bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật chính
| Hạng mục thông số |
Giá trị thiết kế trong đồ án |
Tiêu chuẩn / Cơ sở áp dụng |
| Địa điểm xây dựng |
Quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh |
Khí hậu nhiệt đới gió mùa, trạm Tân Sơn Nhất |
| Cấp công trình |
Cấp II (1 hầm, 9 tầng nổi) |
TCVN 9386:2012 |
| Diện tích khu đất / Diện tích xây dựng |
3.200 m² / 1.500 m² |
Mật độ xây dựng: 46,8% |
| Chiều cao công trình (đến đỉnh mái) |
34,20 m (hệ khung tính toán: 36,20 m) |
Chiều cao tầng điển hình: 3,30 m |
| Bê tông sử dụng |
Cấp độ bền B25 ($R_b = 14,5\text{ MPa}$) |
TCVN 5574:2012 |
| Cốt thép sử dụng |
AI ($\phi \le 10$), AIII ($\phi > 10$) |
TCVN 5574:2012 |
| Chiều dày bản sàn điển hình |
100 mm (sàn hầm 200 mm) |
Sơ bộ: $h_s = \frac{D}{m_s}l$ ($m_s = 40 \div 45$) |
| Tải trọng tính toán sàn S1 |
Tĩnh tải: $3,64\text{ kN/m}^2$; Hoạt tải: $1,95\text{ kN/m}^2$ |
TCVN 2737:1995 |
| Bố trí thép sàn S1 (nhịp / gối) |
Nhịp: $\phi 6\text{a}150$ / Gối: $\phi 8\text{a}120$, $\phi 8\text{a}150$ |
Bản tra Vũ Mạnh Hùng (sơ đồ 9) |
| Tải trọng gió |
Chỉ tính gió tĩnh, không tính thành phần động |
TCVN 229:1999 (chiều cao $H < 40\text{ m}$) |
| Phương án nền móng |
Móng sâu cọc bê tông cốt thép ép |
TCXD 10304:2014, TCXD 9394:2012 |
Kết quả và đóng góp
Về kết quả kỹ thuật, đồ án đã hoàn thành hồ sơ thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho công trình chung cư cao tầng quy mô 10 tầng:
- Đã xác định toàn diện các tổ hợp tải trọng và giải bài toán kết cấu không gian bằng ETABS V9.7.4, bảo đảm các điều kiện ổn định chuyển vị đỉnh và kiểm tra chống lật của công trình dưới tác động của tải trọng đứng và gió tĩnh.
- Tính toán chi tiết hàm lượng cốt thép cho hệ sàn sườn tầng điển hình, hệ dầm khung và cột khung trục B, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu chịu lực uốn, cắt, nén lệch tâm theo TCVN 5574:2012.
- Giải quyết bài toán móng cọc ép bê tông cốt thép cho hai vị trí chịu lực điển hình (cột biên M1 và cột giữa M2), kiểm tra đạt yêu cầu về sức chịu tải của cọc, độ lún khối móng quy ước dưới 8 cm và chống chọc thủng đài cọc.
- Thiết lập quy trình thi công chi tiết cho công tác ép cọc, công tác đất, thiết kế cốp pha đà giáo tầng 5 và bản vẽ bố trí tổng mặt bằng công trường.
Về đóng góp so với các nghiên cứu và đồ án kỹ thuật tương tự:
- Tác giả đã tích hợp đồng bộ giữa mô hình tính toán kết cấu phần thân với các giải pháp thi công ngoài hiện trường, không tách rời lý thuyết kết cấu với biện pháp kỹ thuật lắp dựng cốp pha hay tải trọng thi công.
- Đưa ra sự so sánh định tính và định lượng giữa các giải pháp kết cấu sàn hiện đại (sàn bóng Bubbledeck, sàn không dầm ứng lực trước) với sàn sườn truyền thống nhằm chứng minh tính hợp lý về kinh tế - kỹ thuật của giải pháp dầm sàn toàn khối đối với công trình chung cư dưới 10 tầng tại khu vực TP.HCM.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Dựa trên các giả thiết và phạm vi tính toán mà tác giả đã nêu trong văn bản, đồ án tồn tại một số điểm hạn chế:
- Trong mô hình phân tích kết cấu, tác giả giả thiết sàn là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng ngang và bỏ qua hoàn toàn biến dạng cong ngoài mặt phẳng cũng như biến dạng dọc trục của dầm sàn; liên kết chân cột được quan niệm ngàm cứng tại mặt đài mà chưa xét đến tương tác mềm giữa đất nền - móng - kết cấu phần thân.
- Về tải trọng gió, do công trình có chiều cao $36,2\text{ m} < 40\text{ m}$, đồ án loại bỏ việc tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 229:1999; đồng thời tác giả thiên về an toàn nên không xét đến hệ số giảm tải hoạt tải theo số tầng dồn tải.
- Các công nghệ sàn bê tông mới (Bubbledeck, sàn panel lắp ghép, sàn dự ứng lực) chỉ mới dừng lại ở mức độ phân tích tổng quan lý thuyết trong chương 2 mà chưa được lập mô hình số đối chứng trực tiếp với phương án sàn sườn đã chọn.
Hướng nghiên cứu và phát triển mở rộng:
- Xem xét mô hình tương tác đàn hồi giữa kết cấu khung thân và nền đất nhiều lớp thông qua mô hình lò xo cọc để phản ánh chính xác hơn nội lực chân cột và biến dạng lún lệch của móng.
- Bổ sung phân tích động học công trình dưới tác động của tải trọng động đất theo TCVN 9386:2012 khi áp dụng cho các khu vực có cấp động đất cao hơn.
Giá trị tham khảo
Khóa luận tốt nghiệp này có giá trị tham khảo chuyên môn cao đối với:
- Sinh viên các ngành Kỹ thuật Xây dựng, Kỹ thuật Công trình Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp đang thực hiện đồ án tốt nghiệp hoặc các đồ án môn học Bê tông cốt thép, Nền móng, Kỹ thuật thi công và Tổ chức thi công.
- Các kỹ sư thiết kế kết cấu trẻ cần tài liệu tham khảo thực tế về các bước tính toán sàn 2 phương bằng phương pháp đàn hồi tra bảng, quy trình dồn tải trọng tường và sàn vào khung không gian ETABS, và quy trình tính toán móng cọc ép BTCT theo các tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5574:2012, TCVN 2737:1995, TCXD 10304:2014).
- Cán bộ kỹ thuật phụ trách biện pháp thi công tại hiện trường có thể tham khảo phần tính toán kiểm tra ván khuôn dầm sàn, gông cột và bố trí tổng mặt bằng công trường cho các công trình có quy mô hầm và diện tích tương tự.
Câu hỏi thường gặp
1. Công trình Chung cư Thiên Ân được xếp vào cấp công trình nào và quy mô số tầng ra sao?
Theo văn bản, công trình thuộc loại công trình dân dụng cấp II căn cứ theo TCVN 9386:2012 (dành cho công trình có $9 \le \text{số tầng} \le 19$). Quy mô công trình gồm 1 tầng hầm (cốt sàn -3,20 m) và 9 tầng nổi, tổng chiều cao tính từ cốt $\pm0.000$ đến đỉnh mái là 34,20 m.
2. Tác giả sử dụng loại vật liệu bê tông và cốt thép nào cho các cấu kiện chịu lực chính?
Công trình sử dụng bê tông cấp độ bền B25 ($R_b = 14,5\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1,05\text{ MPa}$, $E_b = 3 \times 10^4\text{ MPa}$) cho toàn bộ cột, dầm, sàn, cầu thang và bể nước. Cốt thép sử dụng gồm thép trơn AI ($\phi \le 10$, $R_s = 225\text{ MPa}$) bố trí cho bản sàn và cốt đai; thép gai AIII ($\phi > 10$, $R_s = 365\text{ MPa}$) bố trí cho cốt dọc chịu lực của cột, dầm và đài móng.
3. Tại sao trong tính toán tải trọng gió, tác giả không tính toán thành phần động của gió?
Tác giả căn cứ theo tiêu chuẩn TCVN 229:1999 "Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải gió", trong đó quy định các công trình có chiều cao nhỏ hơn 40 m thì không bắt buộc phải tính toán thành phần động của tải trọng gió. Do công trình Chung cư Thiên Ân có chiều cao thiết kế là $36,20\text{ m} < 40\text{ m}$ nên đồ án chỉ tính toán thành phần tĩnh của gió theo TCVN 2737:1995.
4. Ô sàn điển hình S1 được phân loại và bố trí cốt thép thực tế như thế nào?
Ô sàn S1 có kích thước nhịp ngắn $l_1 = 3,8\text{ m}$ và nhịp dài $l_2 = 4,25\text{ m}$. Do tỷ số $l_2/l_1 = 4,25 / 3,8 = 1,12 \le 2$ nên được phân loại là ô bản kê 4 cạnh làm việc 2 phương. Kết quả tính toán theo sơ đồ đàn hồi số 9 bố trí cốt thép: nhịp $l_1$ dùng $\phi 6\text{a}150$, nhịp $l_2$ dùng $\phi 6\text{a}150$, gối $l_1$ dùng $\phi 8\text{a}120$, gối $l_2$ dùng $\phi 8\text{a}150$.
5. Phương án kết cấu móng và kỹ thuật thi công cọc được đồ án lựa chọn là gì?
Tác giả lựa chọn giải pháp móng sâu sử dụng móng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn liên kết hệ đài móng BTCT. Biện pháp thi công là phương pháp ép cọc trước bằng hệ thống máy ép thủy lực theo đúng các yêu cầu kỹ thuật của tiêu chuẩn TCXD 9394:2012.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế Chung cư Thiên Ân – Thành phố Hồ Chí Minh" của tác giả Lê Văn Thuần là một công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh và đồng bộ, giải quyết toàn diện các bài toán từ kiến trúc, kết cấu khung bê tông cốt thép, nền móng cọc ép đến kỹ thuật tổ chức thi công công trình dân dụng cấp II quy mô 10 tầng. Khóa luận tuân thủ nghiêm ngặt hệ thống tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam hiện hành, kết hợp chặt chẽ giữa công cụ mô hình hóa phần tử hữu hạn hiện đại (ETABS) và các phương pháp giải tích cơ học truyền thống. Toàn bộ các thông số cấu kiện, số liệu nội lực, bố trí cốt thép và biện pháp ván khuôn đều được tính toán với độ tin cậy kỹ thuật cao, tạo nguồn tài liệu tham khảo hữu ích cho đào tạo kỹ sư xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp.
