Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng (thuộc Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh) do sinh viên Nguyễn Mạnh Tín thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Trung Kiên. Đề tài tập trung vào việc tính toán và thiết kế kết cấu công trình "Khu căn hộ Crystal".

Bối cảnh thực tiễn được tác giả xác định xuất phát từ quá trình phát triển kinh tế quốc gia, tốc độ gia tăng dân số đô thị nhanh chóng làm quỹ đất xây dựng ngày càng thu hẹp và giá đất tăng cao. Cùng với những tiến bộ của khoa học kỹ thuật xây dựng, sự phát triển của hệ thống thang máy, cơ giới hóa và điện khí hóa, nhu cầu về không gian sống tiện nghi, hiện đại của người dân tại các đô thị ngày một lớn. Dự án Khu căn hộ Crystal tại tỉnh Bình Dương được đề xuất nhằm đáp ứng nhu cầu nhà ở kết hợp trung tâm thương mại dịch vụ, đóng góp vào cảnh quan đô thị khu vực.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu/thiết kế được xác lập theo 4 nội dung kỹ thuật chính:

  1. Kiến trúc: Thể hiện và hoàn thiện hệ thống bản vẽ kiến trúc công trình (gồm 04 bản vẽ khổ A1 mô tả mặt đứng, mặt bằng các tầng và giao thông công trình).
  2. Kết cấu sàn và cầu thang: Tính toán và thiết kế kết cấu sàn tầng điển hình (Tầng 4) sử dụng giải pháp sàn phẳng bê tông cốt thép; tính toán và bố trí cốt thép cầu thang bộ 2 vế tại tầng 4.
  3. Kết cấu khung - vách: Thiết lập mô hình không gian 3D khung bê tông cốt thép kết hợp vách cứng; xác định tải trọng đứng (tĩnh tải, hoạt tải) và tải trọng ngang (gió tĩnh, gió động, động đất); kiểm tra ổn định tổng thể công trình; tính toán thiết kế cốt thép cột điển hình (vị trí trục B, 3 - Cột C24) và hệ vách cứng chịu lực.
  4. Nền móng và công trình ngầm: Phân tích số liệu địa chất hiện trường; thiết kế móng cọc khoan nhồi cho các vị trí điển hình gồm móng M2 (Cột C24), móng M3 (Cột C10) và đài móng dưới lõi thang máy; mô hình hóa và thiết kế kết cấu bể nước ngầm đặt tại tầng hầm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng: Toàn bộ giải pháp kết cấu chịu lực của công trình dân dụng cao tầng (sàn, cầu thang, khung cột, vách lõi, móng cọc khoan nhồi và bể nước ngầm).
  • Phạm vi không gian: Khu căn hộ Crystal được xây dựng tại tỉnh Bình Dương. Công trình thuộc cấp 1 (theo Thông tư số 10/2013/TT-BXD), quy mô gồm 17 tầng nổi và 01 tầng hầm, chiều cao tính từ mặt đất tự nhiên đến đỉnh mái là 58,4 m. Diện tích sàn tầng điển hình đạt $2.107\text{ m}^2$.
  • Phạm vi thời gian: Đồ án được triển khai thực hiện từ ngày 17/02/2019 đến ngày 28/06/2019.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án áp dụng phương pháp thiết kế kết cấu công trình theo trạng thái giới hạn (trạng thái giới hạn về cường độ - TTGH I và trạng thái giới hạn về điều kiện sử dụng bình thường - TTGH II). Cơ sở lý thuyết tính toán dựa trên hệ thống tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam kết hợp các phương pháp số trong cơ học kết cấu:

Hệ thống tiêu chuẩn và tài liệu kỹ thuật áp dụng:

  • TCVN 2737:1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCXD 229:1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737:1995.
  • TCVN 5574:2012: Kết cấu bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCVN 198:1997: Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối.
  • TCVN 9362:2012: Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình.
  • TCVN 10304:2014 và TCVN 205:1998: Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCVN 195:1997: Nhà cao tầng – Thiết kế cọc khoan nhồi.
  • TCVN 9386:2012 và TCXDVN 375:2006: Thiết kế công trình chịu động đất.
  • Các tài liệu chuyên khảo về bê tông cốt thép, sàn toàn khối, nền móng nhà cao tầng của PGS. Nguyễn Đình Cống, TS. Nguyễn Văn Quảng, PGS.TS. Châu Ngọc Ẩn.

Phương pháp nghiên cứu và công cụ tính toán:

  • Phương pháp giải tích và cơ học kết cấu truyền thống: Xác định sơ bộ kích thước tiết diện dầm, cột, vách, sàn; phân tích tải trọng tĩnh tải các lớp hoàn thiện, tải trọng tường xây quy đổi phân bố đều trên mặt sàn; tính toán sơ bộ sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý đất nền và theo cường độ vật liệu cọc.
  • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Ứng dụng giải quyết bài toán biến dạng và phân tích nội lực không gian phức tạp thông qua các phần mềm chuyên dụng:
    • ETABS v16.0 / v17.0: Mô hình hóa khung không gian 3D toàn bộ công trình, phân tích dao động riêng (khảo sát 12 mode dao động), xác định nội lực dưới tác động của tổ hợp tải trọng đứng và tải trọng ngang (gió tĩnh, gió động, động đất), kiểm tra chuyển vị đỉnh và độ lệch tầng.
    • SAFE v16: Mô hình hóa sàn phẳng tầng 4 và đài móng cọc; sử dụng phương pháp chia dải thiết kế (Design Strips: Strip A và Strip B) để tính toán mô men uốn; kiểm tra biến dạng võng đàn hồi - nứt và kiểm tra khả năng chống chọc thủng của sàn tại vị trí liên kết với cột và vách cứng.
    • SAP2000 v19: Mô hình hóa dầm thang và bản thang bộ; thiết lập mô hình vỏ 3D tấm - vỏ (Shell) cho bể nước ngầm kết hợp gán các liên kết đàn hồi mô phỏng phản lực nền đất (hệ số nền $C_z$).

Nguồn dữ liệu tính toán:

  • Hồ sơ kiến trúc công trình Khu căn hộ Crystal.
  • Hồ sơ khảo sát địa chất công trình tại địa điểm xây dựng (Bình Dương), bao gồm hình trụ lỗ khoan và bảng chỉ tiêu cơ lý của các lớp địa tầng.
  • Bản đồ phân vùng gió và phân vùng gia tốc nền động đất lãnh thổ Việt Nam theo TCVN 2737:1995 và TCVN 9386:2012 (khu vực Bình Dương thuộc vùng áp lực gió II-A với áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 83\text{ daN/m}^2$, dạng địa hình D).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu công trình

Tác giả trình bày tổng quan về địa điểm xây dựng, quy mô, giải pháp kiến trúc và các hệ thống kỹ thuật của Khu căn hộ Crystal.

  • Quy mô: Công trình cao 58,4 m gồm 17 tầng nổi và 1 tầng hầm. Tầng hầm sâu 3,6 m (cốt $-3,600\text{ m}$) dùng làm bãi đỗ xe máy, ô tô, bố trí các phòng kỹ thuật điện, nước, trạm xử lý rác thải. Tầng trệt cao 4,0 m và lầu 1 cao 3,4 m làm trung tâm thương mại, siêu thị. Tầng 2 đến tầng 15 cao 3,4 m bố trí 16 căn hộ/tầng. Tầng thượng đặt phòng kỹ thuật thang máy và hệ thống bể nước sinh hoạt, chữa cháy.
  • Giải pháp kiến trúc: Mặt bằng công trình hình chữ nhật đều đặn, tỷ lệ cạnh $L/B < 2$, khối xây vuông vức từ chân đến đỉnh giúp tăng khả năng cản tải trọng ngang (gió, động đất). Giao thông đứng gồm 06 thang máy và 02 cầu thang bộ thoát hiểm; giữa tầng trệt và lầu 1 có thang cuốn phục vụ khu mua sắm.
  • Hệ thống kỹ thuật: Hệ thống cấp điện đi ngầm có máy phát điện dự phòng; hệ thống cấp nước phân vùng từ bể ngầm bơm lên bể mái; hệ thống thoát nước mưa ống đứng đường kính $d = 140\text{ mm}$; hệ thống PCCC tự động và hệ thống kho thu gom rác kín chống mùi hôi tại từng tầng.

Chương 2: Sàn tầng điển hình (Tầng 4)

Chương này tập trung tính toán kết cấu sàn tầng điển hình với phương án sàn phẳng bê tông cốt thép toàn khối dày $h_b = 250\text{ mm}$ (bê tông cấp độ bền B25 có $R_b = 14,5\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1,05\text{ MPa}$; cốt thép nhóm AIII có $R_s = R_{sc} = 365\text{ MPa}$).

  • Tải trọng: Tĩnh tải bản thân sàn $6,468\text{ kN/m}^2$; tổng tĩnh tải hoàn thiện sàn điển hình $7,534\text{ kN/m}^2$; sàn mái $8,393\text{ kN/m}^2$. Tải trọng tường ngăn được quy đổi thành tải phân bố đều trên mặt sàn diện tích $2.107\text{ m}^2$ gồm: tường 100 dày 100 mm (chiều dài $201,32\text{ m}$) quy đổi $1,54\text{ kN/m}^2$; tường 200 dày 200 mm (chiều dài $501,32\text{ m}$) quy đổi $2,70\text{ kN/m}^2$. Hoạt tải sử dụng gán theo phòng: căn hộ $1,95\text{ kN/m}^2$; sảnh, hành lang, cầu thang $3,6\text{ kN/m}^2$; ban công, lô gia $2,6\text{ kN/m}^2$.
  • Phân tích nội lực và biến dạng: Sàn được mô hình hóa trong phần mềm SAFE v16, chia dải Strip A và Strip B. Kết quả kiểm tra độ võng lớn nhất của sàn đạt $f = 14,03\text{ mm}$, nhỏ hơn độ võng giới hạn cho phép $[f] = L/250 = 10.000/250 = 40\text{ mm}$, thỏa mãn điều kiện sử dụng bình thường.
  • Kiểm tra chọc thủng: Thực hiện kiểm tra điều kiện chọc thủng theo TCVN 5574:2012 ($F \le \alpha R_{bt} u_m h_0$):
    • Tại vị trí liên kết vách: Lực gây chọc thủng $F = 554,47\text{ kN} \le$ Khả năng chống chọc thủng của bê tông $1.101,47\text{ kN}$.
    • Tại vị trí cột kích thước $1000 \times 1000\text{ mm}$: Lực gây chọc thủng $F = 1.009,22\text{ kN} \le$ Khả năng chống chọc thủng $1.191,22\text{ kN}$.
    • Các tiết diện cột $700 \times 700\text{ mm}$ và $900 \times 900\text{ mm}$ đều thỏa mãn điều kiện chống chọc thủng.
  • Bố trí thép: Tính toán diện tích cốt thép lớp trên (gối) và lớp dưới (nhịp) theo từng dải strip, kiểm tra hàm lượng cốt thép hợp lý $\mu_{\min} \le \mu \le \mu_{\max}$.

Chương 3: Thiết kế cầu thang bộ (Tầng 4)

Thiết kế cầu thang bộ dạng bản hai vế bê tông cốt thép toàn khối, chiều cao tầng $H = 3,4\text{ m}$.

  • Cấu tạo: Gồm 21 bậc, vế 1 có 10 bậc, vế 2 có 11 bậc; kích thước bậc rộng $b = 300\text{ mm}$, cao $h = 162\text{ mm}$ (bậc cuối cao 160 mm), góc nghiêng bản thang $\alpha \approx 28^\circ$ ($\tan\alpha = 162/300 = 0,54$). Chiều dày bản thang $h_{bt} = 140\text{ mm}$, bản chiếu tới dày $h_{ct} = 100\text{ mm}$, dầm chiếu tới có tiết diện $b_d \times h_d = 200 \times 350\text{ mm}$. Bản chiếu nghỉ liên kết trực tiếp vào vách cứng nên không cần dầm chiếu nghỉ.
  • Tải trọng và nội lực: Tải trọng tính toán tác dụng lên vế thang $q^{tt} = 10,625\text{ kN/m}^2$, lên bản chiếu nghỉ $8,245\text{ kN/m}^2$; hoạt tải tính toán $p^{tt} = 3,6\text{ kN/m}^2$. Vế thang được tính toán theo sơ đồ đơn giản hai đầu khớp tựa lên dầm chiếu tới và vách cứng để thiên về an toàn. Phản lực gối tựa tác dụng từ bản thang lên dầm chiếu tới là $V_{bt1} = 49,42\text{ kN/m}$ (vế 1) và $V_{bt2} = 50,41\text{ kN/m}$ (vế 2). Dầm chiếu tới được tính theo sơ đồ dầm hai đầu ngàm vào vách, phân tích nội lực bằng SAP2000 v19.
  • Vật liệu và tính thép: Bê tông B25, cốt thép nhóm AI (CI) có $R_s = R_{sc} = 225\text{ MPa}$. Tác giả tính toán diện tích cốt thép chịu mô men nhịp lớn nhất ($M^+{\max}$) và mô men gối âm lớn nhất ($M^-{\max}$) cho bản thang và dầm thang, bố trí thanh thép đảm bảo hàm lượng cốt thép $\mu$ nằm trong giới hạn cho phép ($0,1% \le \mu \le 3,98%$).

Chương 4: Thiết kế kết cấu khung

Chương này giải quyết bài toán phân tích tổng thể hệ kết cấu khung - vách không gian chịu tải trọng tĩnh và động.

  • Sơ bộ tiết diện vách cứng: Áp dụng quy định TCVN 198:1997, tỷ lệ diện tích mặt cắt vách trên diện tích sàn $F_{vl} / F_{st} \ge 0,015$, tác giả chọn chiều dày vách cứng $b_w = 300\text{ mm}$ liên tục suốt chiều cao công trình.
  • Tải trọng gió: Công trình cao $58,4\text{ m} > 40\text{ m}$ thuộc vùng II-A, địa hình D, áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 83\text{ daN/m}^2$. Theo TCXD 229:1999, bắt buộc phải tính toán cả thành phần tĩnh và thành phần động của tải trọng gió.
  • Phân tích dao động và gió động: Sử dụng phần mềm ETABS phân tích 12 mode dao động của tòa nhà:
    • Mode 1: Dao động tịnh tiến theo phương X, chu kỳ $T_1 = 1,190\text{ s}$.
    • Mode 2: Dao động tịnh tiến theo phương Y.
    • Mode 3: Tần số $f_3 = 0,445\text{ Hz}$, là dạng dao động xoắn nên bị loại bỏ khi tính toán thành phần gió động tịnh tiến dọc công trình. Thành phần gió động được xác định dựa trên mode 1 (phương X) và mode 2 (phương Y).
  • Tổ hợp tải trọng và kiểm tra ổn định: Thiết lập các tổ hợp tải trọng cơ bản và đặc biệt theo tiêu chuẩn: tĩnh tải, hoạt tải, gió tĩnh, gió động ($\text{Combo gió động} = 1\text{TT} + 0,5\text{HT} + 1\text{Gió động}$), tải trọng động đất theo TCVN 9386:2012. Kết quả kiểm tra chuyển vị đỉnh và chuyển vị tương đối giữa các tầng (độ lệch tầng) do tải trọng gió và động đất đều nằm trong giới hạn cho phép của tiêu chuẩn.
  • Thiết kế cấu kiện: Tính toán thép cho cột điển hình C24 (trục B, 3) chịu nén uốn lệch tâm xiên và bố trí cốt đai kháng chấn theo TCXDVN 375:2006; tính toán cốt thép dọc và cốt thép ngang cho vách cứng chịu lực trục B, 3.

Chương 5: Thiết kế móng

Thiết kế kết cấu móng công trình dựa trên tài liệu địa chất và nội lực chân cột xuất từ mô hình ETABS.

  • Phương án móng: Lựa chọn móng cọc khoan nhồi chịu tải trọng lớn truyền từ các cột và vách lõi thang xuống tầng đất tốt.
  • Tính toán cọc và đài móng:
    • Thiết kế đài móng M2 (cho cột C24): Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo đất nền và theo vật liệu cọc; tính toán số lượng cọc, bố trí mặt bằng cọc; kiểm tra phản lực đầu cọc dưới tác dụng của tổ hợp tải trọng bất lợi nhất ($N_{\max}, M, Q$); tính toán kiểm tra điều kiện đâm thủng đài cọc; kiểm tra độ lún khối móng quy ước theo TCVN 9362:2012; tính toán và bố trí cốt thép chịu uốn cho đài móng M2.
    • Thiết kế đài móng M3 (cho cột C10): Trình tự tính toán tương tự, xác định phản lực cọc, kiểm tra chọc thủng, tính lún và tính cốt thép đài móng.
    • Thiết kế móng dưới lõi thang: Bố trí mạng cọc khoan nhồi dưới đài móng hợp khối của lõi vách cứng, phân tích nội lực và bố trí cốt thép đài móng.

Chương 6: Thiết kế bể nước ngầm

Thiết kế bể nước ngầm đặt tại tầng hầm phục vụ cấp nước sinh hoạt và hệ thống PCCC của chung cư.

  • Mô hình hóa: Thiết lập mô hình không gian 3D của bể bằng phần mềm SAP2000, sử dụng phần tử vỏ (Shell) mô phỏng bản nắp, bản đáy và các vách bao quanh bể. Đáy bể được gán liên kết lò xo đàn hồi mô phỏng sức kháng của nền đất bên dưới.
  • Tổ hợp tải trọng: Xét các trường hợp tải trọng bất lợi nhất gồm: trọng lượng bản thân bê tông, tải trọng xe trên nắp bể, áp lực nước bên trong khi bể đầy, và áp lực đất tĩnh/chủ động từ bên ngoài tác dụng lên các vách khi bể rỗng.
  • Kết quả nội lực và tính cốt thép: Xuất các biểu đồ mô men nhịp và mô men gối theo phương cạnh ngắn, cạnh dài của bản đáy, vách dài và vách ngắn; tính toán diện tích cốt thép chịu uốn và bố trí cốt thép bản đáy, bản thành bể đảm bảo điều kiện nứt và chống thấm bê tông.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành hồ sơ tính toán thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho công trình nhà cao tầng bê tông cốt thép cấp 1, tuân thủ hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam. Các kết quả định lượng cụ thể gồm:

Hạng mục cấu kiện Thông số kích thước / Đặc trưng vật liệu Kết quả tính toán & Kiểm tra giới hạn Trạng thái kỹ thuật
Sàn tầng 4 Chiều dày $h_b = 250\text{ mm}$; Bê tông B25 ($R_b = 14,5\text{ MPa}$); Thép AIII ($R_s = 365\text{ MPa}$) Độ võng lớn nhất $f = 14,03\text{ mm} < [f] = 40\text{ mm}$ ($L/250$); Lực chọc thủng cột 1000x1000: $F = 1.009,22\text{ kN} < 1.191,22\text{ kN}$ Đạt yêu cầu chịu lực và độ võng
Cầu thang bộ Bản 2 vế dày $h_{bt} = 140\text{ mm}$; 21 bậc ($b = 300\text{ mm}, h = 162\text{ mm}$); Dầm chiếu tới $200 \times 350\text{ mm}$ Phản lực vế 1: $49,42\text{ kN/m}$, vế 2: $50,41\text{ kN/m}$; Hàm lượng thép nằm trong ngưỡng $0,1% \le \mu \le 3,98%$ Đạt yêu cầu kháng uốn và cấu tạo
Hệ khung - vách Vách dày $b_w = 300\text{ mm}$ liên tục suốt 17 tầng ($F_{vl}/F_{st} \ge 0,015$); Cột điển hình C24 Mode 1 ($T_1 = 1,190\text{ s}$, phương X), Mode 2 (phương Y); Loại bỏ Mode 3 ($f_3 = 0,445\text{ Hz}$, mode xoắn); Chuyển vị tầng thỏa tiêu chuẩn Đạt độ cứng và ổn định công trình
Móng cọc khoan nhồi Cọc khoan nhồi chịu lực; Móng M2 (Cột C24), M3 (Cột C10), Móng lõi thang Phản lực đầu cọc nằm trong sức chịu tải cho phép; Độ lún tính theo khối móng quy ước nhỏ hơn độ lún cho phép Đạt an toàn cường độ và lún
Bể nước ngầm Bể bê tông cốt thép ngầm tại tầng hầm; Mô hình 3D vỏ mỏng gán lò xo nền trong SAP2000 Tính toán cốt thép bản đáy, bản thành theo mô men uốn nhịp và gối dưới tổ hợp áp lực nước và áp lực đất Đạt điều kiện bền và chống thấm

Các đóng góp chính do tác giả nêu trong đồ án:

  • Thiết lập quy trình tính toán hệ kết cấu sàn phẳng bê tông cốt thép toàn khối dày 250 mm cho nhà cao tầng, giải quyết bài toán chống chọc thủng đầu cột và xung quanh vách lõi mà không cần dùng mũ cột.
  • Áp dụng đầy đủ phương pháp tính toán thành phần động của tải trọng gió cho công trình cao trên 40 m theo TCXD 229:1999, kết hợp phân tích mode dao động trên ETABS và sàng lọc mode xoắn theo quy chuẩn.
  • Thực hiện thiết kế cấu kiện cột và vách cứng có xét đến yêu cầu cấu tạo kháng chấn theo TCXDVN 375:2006 (chiều dài vùng nén, vùng kéo, cốt đai giam giữ).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án (xác định dựa trên phạm vi và các giả thiết tính toán được tác giả trình bày trong văn bản):

  • Trong tính toán cầu thang bộ, liên kết giữa bản thang và vách bê tông được giả thiết là khớp đơn giản để thiên về an toàn (do điều kiện thi công vách trước khi đổ bản thang), chưa xét đến sự làm việc đồng thời thực tế dạng ngàm đàn hồi giữa bản thang và vách.
  • Việc tính toán thành phần động của tải trọng gió được thực hiện riêng biệt theo hai phương trực giao (phương X theo Mode 1, phương Y theo Mode 2) và loại bỏ Mode 3 do xoắn; chưa xét đến tác động đồng thời của thành phần gió xoắn và gió động ngẫu nhiên ba chiều.
  • Khối lượng tính toán thiết kế chi tiết chỉ tập trung vào một số cấu kiện đại diện (sàn tầng 4, thang tầng 4, cột C24, vách trục B, 3, móng M2, M3 và lõi thang), chưa thực hiện thiết kế chi tiết toàn bộ các cột, dầm chuyển và móng của các trục còn lại trên mặt bằng.

Hướng mở rộng và nghiên cứu tiếp:

  • Áp dụng các phiên bản tiêu chuẩn cập nhật mới hơn (như TCVN 5574:2018 cho kết cấu bê tông cốt thép và TCVN 2737:2023 cho tải trọng và tác động) để so sánh định lượng sự thay đổi về nội lực và diện tích cốt thép.
  • Thực hiện phân tích phi tuyến tĩnh (Pushover analysis) hoặc phân tích lịch sử thời gian (Time-history analysis) để đánh giá chính xác hơn ứng xử của hệ khung - vách dưới tác động của động đất mức độ mạnh.
  • Khảo sát bài toán tương tác động học giữa đất nền - móng - kết cấu (Soil - Structure Interaction - SSI) đối với hệ móng cọc khoan nhồi sâu thay vì giả thiết ngàm cứng chân cột/vách tại cao độ mặt đài.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho các nhóm đối tượng:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng, Kỹ thuật Công trình Dân dụng & Công nghiệp: Là tài liệu tham khảo trực quan trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp hoặc đồ án môn học Nhà cao tầng, Bê tông cốt thép 2, Nền móng. Sinh viên có thể tham khảo trực tiếp quy trình lập thuyết minh tính toán, cách tổ hợp tải trọng và các bảng tính cốt thép tiêu chuẩn.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu công trình: Cung cấp tài liệu tham khảo về các bước thực hành mô hình hóa sàn phẳng trên SAFE, cách gán dải Strip, kiểm tra bài toán đâm thủng và tính lún khối móng quy ước cho móng cọc khoan nhồi nhà cao tầng.
  • Các phần nội dung đáng tham khảo nhất trong văn bản:
    • Bảng tính toán thành phần tĩnh và động của tải trọng gió theo TCXD 229:1999 (Chương 4).
    • Quy trình kiểm tra điều kiện chọc thủng sàn phẳng theo TCVN 5574:2012 đối với cả tiết diện cột và vách (Chương 2).
    • Phương pháp mô hình hóa 3D bể nước ngầm có xét hệ số nền đất bằng phần tử tấm vỏ trong SAP2000 (Chương 6).

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình Khu căn hộ Crystal có quy mô và giải pháp mặt bằng kiến trúc như thế nào?

Theo Chương 1 của đồ án, Khu căn hộ Crystal là công trình cấp 1 xây dựng tại Bình Dương, gồm 17 tầng nổi và 1 tầng hầm với tổng chiều cao 58,4 m tính đến đỉnh mái. Tầng hầm cao 3,6 m làm bãi xe và khu kỹ thuật; tầng trệt cao 4,0 m và lầu 1 cao 3,4 m làm trung tâm thương mại; các tầng 2 đến 15 cao 3,4 m bố trí 16 căn hộ/tầng. Mặt bằng công trình có dạng hình chữ nhật với tỷ lệ hai cạnh $L/B < 2$, khối xây vuông vức từ mặt đất lên đỉnh, sử dụng hệ thống giao thông đứng gồm 6 thang máy và 2 buồng thang bộ thoát hiểm.

2. Vì sao công trình bắt buộc phải tính toán thành phần động của tải trọng gió và tác giả đã chọn mode dao động nào?

Theo quy định tại Mục 3.2 tiêu chuẩn TCXD 229:1999, các công trình có chiều cao lớn hơn 40 m bắt buộc phải tính toán thành phần động của tải trọng gió. Với chiều cao 58,4 m, Khu căn hộ Crystal phải xét đầy đủ cả gió tĩnh và gió động. Khi phân tích 12 mode dao động trong ETABS, tác giả nhận thấy mode 1 ($T_1 = 1,190\text{ s}$) là dạng dao động tịnh tiến theo phương X, mode 2 theo phương Y, còn mode 3 (tần số $f_3 = 0,445\text{ Hz}$) là dạng dao động xoắn. Do đó, mode 3 bị loại bỏ và thành phần gió động tịnh tiến được tính toán dựa trên mode 1 cho phương X và mode 2 cho phương Y.

3. Phương án kết cấu sàn tầng 4 được lựa chọn ra sao và kết quả kiểm tra võng, chọc thủng thế nào?

Sàn tầng 4 được thiết kế dạng sàn phẳng bê tông cốt thép toàn khối dày $h_b = 250\text{ mm}$, sử dụng bê tông B25 và cốt thép AIII. Khi mô hình hóa và phân tích trên SAFE v16, độ võng lớn nhất của sàn là $f = 14,03\text{ mm}$, nhỏ hơn độ võng giới hạn $[f] = L/250 = 40\text{ mm}$. Kiểm tra chọc thủng theo TCVN 5574:2012 cho thấy lực gây chọc thủng tại vách ($554,47\text{ kN}$) nhỏ hơn sức kháng chọc thủng ($1.101,47\text{ kN}$); tại cột $1000 \times 1000\text{ mm}$, lực chọc thủng ($1.009,22\text{ kN}$) nhỏ hơn sức kháng chọc thủng ($1.191,22\text{ kN}$). Các vị trí cột $700 \times 700\text{ mm}$ và $900 \times 900\text{ mm}$ cũng đều thỏa mãn điều kiện chống chọc thủng.

4. Sơ đồ tính toán và giải pháp kết cấu cầu thang bộ tầng 4 được thiết lập như thế nào?

Cầu thang bộ tầng 4 là dạng bản hai vế gồm 21 bậc, vế 1 có 10 bậc và vế 2 có 11 bậc (bậc rộng 300 mm, cao 162 mm, góc nghiêng $28^\circ$). Bản thang dày 140 mm, bản chiếu nghỉ dày 140 mm được ngàm trực tiếp vào vách cứng. Bản thang được tính toán theo sơ đồ đơn giản hai đầu khớp (một đầu gác lên dầm chiếu tới, một đầu tựa lên vách) nhằm thiên về an toàn do đặc thù thi công vách trước thang. Dầm chiếu tới có kích thước $200 \times 350\text{ mm}$ được xem như ngàm 2 đầu vào vách, tiếp nhận phản lực từ vế 1 ($49,42\text{ kN/m}$) và vế 2 ($50,41\text{ kN/m}$) để tính toán mô men và cốt thép trên phần mềm SAP2000.

5. Phương án kết cấu móng và phần ngầm của tòa nhà được giải quyết ra sao?

Phần móng công trình sử dụng giải pháp móng cọc khoan nhồi chịu lực vào tầng đất tốt bên dưới theo tiêu chuẩn TCVN 10304:2014 và TCVN 195:1997. Tác giả tiến hành tính toán chi tiết cho móng M2 (chân cột C24), móng M3 (chân cột C10) và đài móng hợp khối dưới lõi thang máy, kiểm tra phản lực đầu cọc, xuyên thủng đài và lún khối móng quy ước theo TCVN 9362:2012. Bên cạnh đó, bể nước ngầm tại tầng hầm được mô hình hóa không gian 3D dạng tấm vỏ trong SAP2000, gắn các liên kết lò xo nền để phân tích mô men uốn nhịp và gối của bản đáy, bản thành dưới tổ hợp áp lực nước và áp lực đất.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Mạnh Tín là một công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho tòa nhà cao tầng Khu căn hộ Crystal quy mô 17 tầng nổi và 1 tầng hầm tại Bình Dương. Tác giả đã vận dụng thành công các công cụ tính toán kết cấu hiện đại (ETABS, SAFE, SAP2000) kết hợp chặt chẽ với hệ thống tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam để giải quyết các bài toán kỹ thuật từ kết cấu sàn phẳng, cầu thang, hệ khung vách chịu tải trọng động đến kết cấu móng cọc khoan nhồi và bể nước ngầm. Thuyết minh tính toán thể hiện tính logic, trung thực với số liệu kỹ thuật, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu chuyên môn của một đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Xây dựng.