Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Quá trình đô thị hóa nhanh chóng tại các thành phố lớn ở Việt Nam, đặc biệt là Thủ đô Hà Nội, đặt ra thách thức lớn về sự gia tăng dân số và quỹ đất xây dựng ngày càng hạn hẹp. Để đáp ứng nhu cầu an sinh, nâng cao điều kiện sinh sống, đồng thời tạo cơ sở hạ tầng phục vụ các hoạt động thương mại - văn phòng và đầu tư, giải pháp phát triển các công trình tổ hợp chung cư cao tầng tại các khu vực ven trung tâm được đánh giá là định hướng hợp lý. Bên cạnh đó, việc xây dựng các tòa nhà cao tầng đòi hỏi ngành xây dựng phải tiếp thu, làm chủ các quy chuẩn hiện hành, áp dụng công nghệ tính toán kết cấu hiện đại và các giải pháp kỹ thuật thi công tiên tiến.
Đề tài đồ án tốt nghiệp tập trung vào công trình "Tổ hợp chung cư, văn phòng kết hợp dịch vụ thương mại KOSMO TÂY HỒ", cụ thể là khối tháp Tower 3. Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế được phân chia thành hai phần chính:
- Phần Kiến trúc: Tiếp nhận hồ sơ thiết kế, chỉnh sửa, thể hiện và hoàn thiện các bản vẽ kiến trúc của tháp Tower 3 bằng phần mềm đồ họa kỹ thuật.
- Phần Kết cấu:
- Mô hình, phân tích nội lực, tính toán và thiết kế cốt thép cho sàn tầng điển hình;
- Mô hình, phân tích, tính toán và thiết kế kết cấu cầu thang bộ tầng điển hình;
- Xây dựng mô hình không gian tổng thể, phân tích tải trọng (tĩnh tải, hoạt tải, gió tĩnh, gió động, động đất, nhiệt độ), kiểm tra các điều kiện ổn định tổng thể và thiết kế hệ khung chịu lực trục 28 (gồm hệ dầm, cột, vách đơn P12 và vách lõi thang CW-01, CW-03);
- Đánh giá điều kiện địa chất, tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi và thiết kế các đài móng cọc (PC-2A, PC-4, PC-6, PC-24);
- Mô phỏng, kiểm tra chuyển vị, nội lực và tính toán cốt thép tường vây cọc Barrette theo biện pháp thi công Semi Top-down.
Về đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu bê tông cốt thép toàn khối của khối tháp Tower 3 thuộc tổ hợp KOSMO Tây Hồ, bao gồm các cấu kiện phần thân (bản sàn, cầu thang, khung dầm - cột, vách cứng, lõi cứng) và kết cấu phần ngầm (đài móng cọc khoan nhồi, tường vây Barrette và hệ kết cấu tầng hầm).
- Phạm vi không gian: Địa điểm xây dựng tại Phường Xuân Tảo, Quận Bắc Từ Liêm, Thành phố Hà Nội. Công trình thuộc cấp I, quy mô tổng thể gồm 3 tầng hầm và 3 khối tháp độc lập (Tower 1 cao 21 tầng, Tower 2 cao 29 tầng, Tower 3 cao 35 tầng). Khối tháp Tower 3 được chọn thiết kế có chiều cao xây dựng 93,40 m (tính từ cao độ $\pm 0.000$ m, chưa kể 3 tầng hầm). Tổng diện tích khu đất là 10,9 ha, mật độ xây dựng khối đế khoảng 43%, khối tháp khoảng 30%, tổng số lượng căn hộ toàn dự án là 648 căn.
- Phạm vi thời gian: Đồ án hoàn thành vào tháng 01 năm 2020 trong khuôn khổ chương trình đào tạo kỹ sư ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung pháp lý và hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật
Quy trình thiết kế công trình được thực hiện theo quy định tại Điều 23, Nghị định số 59/2015/NĐ-CP về quản lý dự án đầu tư xây dựng, áp dụng quy trình thiết kế 3 bước (Thiết kế cơ sở, Thiết kế kỹ thuật và Thiết kế bản vẽ thi công). Hệ thống tiêu chuẩn quốc gia (TCVN) và tiêu chuẩn xây dựng (TCXD) được áp dụng bao gồm:
| STT |
Ký hiệu tiêu chuẩn |
Tên tiêu chuẩn |
| 1 |
TCVN 2737:1995 |
Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế |
| 2 |
TCXD 229:1999 |
Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737:1995 |
| 3 |
TCVN 9386:2012 |
Thiết kế công trình chịu động đất |
| 4 |
TCVN 5574:2018 |
Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép |
| 5 |
TCXD 198:1997 |
Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối |
| 6 |
TCVN 10304:2014 |
Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế |
| 7 |
TCXD 195:1997 |
Nhà cao tầng – Thiết kế cọc khoan nhồi |
| 8 |
TCVN 9395:2012 |
Cọc khoan nhồi – Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu |
| 9 |
TCVN 9396:2012 |
Cọc khoan nhồi – Xác định tính đồng nhất của bê tông bằng phương pháp siêu âm |
| 10 |
TCVN 9379:2012 |
Kết cấu xây dựng và nền – Nguyên tắc cơ bản về tính toán |
| 11 |
TCVN 9393:2012 |
Cọc – Phương pháp thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục |
| 12 |
TCVN 9397:2012 |
Cọc – Kiểm tra khuyết tật bằng phương pháp động biến dạng nhỏ |
| 13 |
TCVN 4088:1985 |
Số liệu khí hậu dùng trong thiết kế xây dựng |
Phương pháp nghiên cứu và công cụ kỹ thuật
- Phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (FEM): Ứng dụng để thiết lập mô hình không gian 3D toàn khối của công trình nhằm phân tích dao động riêng, nội lực và chuyển vị dưới tác dụng của các tổ hợp tải trọng tĩnh và động.
- Phương pháp tính toán động lực học: Xác định thành phần động của tải trọng gió theo TCXD 229:1999 dựa trên các dạng dao động riêng từ mô hình phần tử hữu hạn; tính toán tải trọng động đất theo phương pháp phổ phản ứng đàn hồi theo TCVN 9386:2012.
- Phương pháp phân tích phi tuyến nứt và từ biến: Sử dụng để kiểm tra độ võng dài hạn của bản sàn theo TCVN 5574:2018.
- Phương pháp phần tử hữu hạn địa kỹ thuật: Sử dụng mô hình tương tác đất - kết cấu trong môi trường liên tục để mô phỏng từng giai đoạn thi công đào hố móng sâu và thi công tầng hầm.
- Phần mềm chuyên dụng:
- ETABS v16.1: Mô hình hóa khung - vách không gian 3D, phân tích dao động, tính toán tải trọng gió động, động đất, tải nhiệt và nội lực khung dầm, cột, vách cứng.
- SAFE v16: Mô hình hóa bản sàn tầng điển hình, gán tải trọng, vẽ dải strip phân tích mô men và kiểm tra độ võng phi tuyến dài hạn.
- PROKON: Kiểm tra khả năng chịu lực của vách lõi thang máy (CW-01, CW-03) thông qua biểu đồ tương tác 2D và 3D.
- PLAXIS 2D: Phân tích biến dạng, áp lực đất, chuyển vị ngang của tường vây Barrette, độ lún/phình trồi đáy hố đào và tính toán hệ số an toàn ổn định tổng thể hố móng qua từng giai đoạn thi công Semi Top-down.
- AutoCAD: Thể hiện bản vẽ kỹ thuật kiến trúc và chi tiết bố trí cốt thép kết cấu.
Nguồn dữ liệu
- Hồ sơ bản vẽ thiết kế kiến trúc khối tháp Tower 3 - Tổ hợp Kosmo Tây Hồ.
- Báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình tại vị trí xây dựng (hố khoan HK1), bao gồm các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất, chỉ số thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT.
Thiết kế và tính toán kỹ thuật
Lựa chọn giải pháp kết cấu và vật liệu
- Kết cấu phần thân:
- Hệ chịu lực đứng: Sử dụng hệ kết cấu khung - lõi bê tông cốt thép toàn khối. Hệ khung cột đảm nhận tải trọng thẳng đứng; hệ vách và lõi cứng (khu vực thang máy, thang bộ) chịu toàn bộ tải trọng ngang (gió, động đất) và tăng cường độ cứng tổng thể. Tiết diện cột gồm các nhóm: $250 \times 400$, $300 \times 400$, $1200 \times 1500$ mm; chiều dày vách cứng gồm: 250, 300, 350, 400 và 500 mm.
- Hệ chịu lực ngang: Lựa chọn giải pháp sàn sườn toàn khối (dày 180 mm cho sàn điển hình, 150 mm cho sàn khu vệ sinh; hệ dầm kích thước $300 \times 650$ mm, $250 \times 550$ mm), đảm bảo tính toán đơn giản, liên kết chặt chẽ với hệ khung vách và thi công thuận lợi.
- Kết cấu phần ngầm và nền móng:
- Nền móng: Sử dụng giải pháp móng cọc khoan nhồi đường kính lớn ($D = 1200$ mm) ngàm vào tầng đất tốt để tiếp nhận tải trọng lớn từ tháp 35 tầng truyền xuống.
- Tường chắn giữ hố đào: Sử dụng tường vây cọc Barrette bê tông cốt thép dày 800 mm, thi công theo biện pháp Semi Top-down kết hợp các sàn tầng hầm làm hệ giằng chống.
- Quy cách vật liệu chính:
- Bê tông: Cấp độ bền B30 có cường độ chịu nén tính toán $R_b = 17$ MPa, cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1,103$ MPa (sử dụng cho cột, vách, dầm, sàn, cầu thang, đài móng); vữa xi măng cát mác B5C dùng cho xây tô trát.
- Cốt thép: Thép thanh tròn trơn $\text{AI}$ ($\Phi < 10$ mm) có $R_s = R_{sc} = 225$ MPa; thép có gờ $\text{CB400V}$ ($\Phi \ge 10$ mm) có $R_s = R_{sc} = 350$ MPa; thép $\text{CB500V}$ ($\Phi \ge 10$ mm) có $R_s = R_{sc} = 435$ MPa; mô đun đàn hồi $E_s = 2,0 \times 10^5$ MPa.
- Chiều dày lớp bê tông bảo vệ: 20 mm (phòng khô ráo, độ ẩm $\le 75%$), 25 mm (phòng ẩm ướt $> 75%$), 40 mm (kết cấu tiếp xúc trực tiếp với đất và trong móng có lớp bê tông lót).
Xác định tải trọng và tác động
- Tĩnh tải hoàn thiện: Sàn điển hình ($1,529\text{ kN/m}^2$), sàn vệ sinh ($1,952\text{ kN/m}^2$), sàn hành lang ($1,952\text{ kN/m}^2$), sàn sân thượng và mái ($3,84\text{ kN/m}^2$). Tĩnh tải tường xây gạch ($18,2\text{ kN/m}^3$) gồm tường dày 200 mm ($9,72\text{ kN/m}$) và tường dày 100 mm ($4,86\text{ kN/m}$).
- Hoạt tải sử dụng: Nhà để xe ($1,00\text{ kN/m}^2$), phòng triển lãm/kho ($1,80\text{ kN/m}^2$), thang/sảnh/hành lang ($1,95\text{ kN/m}^2$), phòng kỹ thuật ($1,60\text{ kN/m}^2$), mái có sử dụng ($0,95\text{ kN/m}^2$).
- Tải trọng gió: Công trình xây dựng tại Hà Nội thuộc vùng áp lực gió II-B ($W_0 = 0,95\text{ kN/m}^2$), dạng địa hình B, hệ số độ tin cậy $n = 1,2$, hệ số khí động $c = 1,4$. Thành phần động của tải trọng gió được tính toán theo TCXD 229:1999 dựa trên 12 dạng dao động từ ETABS, trong đó xác định các mode dao động cơ bản: Mode 1 theo phương Y ($T_1 = 3,265\text{ s}$), Mode 2 theo phương X ($T_2 = 3,327\text{ s}$), Mode 5 theo phương X ($T_5 = 0,1905\text{ s}$).
- Tải trọng động đất: Xác định theo TCVN 9386:2012 tại Quận Bắc Từ Liêm. Đỉnh gia tốc nền tham chiếu $a_{gR} = 0,1081\text{g}$; công trình cấp I có hệ số tầm quan trọng $\gamma_I = 1,25$; gia tốc nền thiết kế $a_g = 1,326\text{ m/s}^2$; loại đất nền C ($S = 1,15; T_B = 0,15\text{ s}; T_C = 0,6\text{ s}; T_D = 2,0\text{ s}$). Hệ số ứng xử theo phương ngang $q = 3,90$ ($q_0 = 3,0 \times (\alpha_u / \alpha_1) = 3,0 \times 1,3 = 3,90; k_w = 1,0$). Nguồn khối lượng tham gia dao động (Mass Source) thiết lập bằng $100%\text{ Tĩnh tải} + 24%\text{ Hoạt tải}$.
- Tải trọng nhiệt độ: Hệ số giãn nở nhiệt của bê tông lấy $\alpha_{bt} = 1,0 \times 10^{-5}\text{ /}^\circ\text{C}$ theo TCVN 5574:2018. Độ chênh lệch nhiệt độ tính toán tại Hà Nội theo TCVN 4088:1985 là $\Delta t = 40^\circ\text{C} - 20^\circ\text{C} = 20^\circ\text{C}$, được gán vào sàn tầng mái, sàn tầng 28, hệ dầm biên và vách biên.
- Tải trọng áp lực đất: Xác định áp lực đất chủ động theo độ sâu $z$ tác dụng lên tường vây qua 4 lớp đất khảo sát (Lớp 1: Đất lấp; Lớp 2 và 3: Sét - sét pha dẻo cứng đến nửa cứng; Lớp 4: Cát bụi kết cấu xốp đến chặt vừa).
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Khái quát về kiến trúc công trình & Cơ sở thiết kế
Chương này giới thiệu tổng quan mục đích đầu tư xây dựng dự án Tổ hợp KOSMO Tây Hồ tại Phường Xuân Tảo, Quận Bắc Từ Liêm, Hà Nội; phân tích các tiện ích hạ tầng xã hội xung quanh (gần Hồ Tây, Sông Hồng, các bệnh viện lớn, hệ thống trường học quốc tế, công viên). Thuyết minh xác lập quy mô tháp Tower 3 gồm 35 tầng nổi và 3 tầng hầm với tổng chiều cao 93,40 m. Đồng thời, chương trình bày quy trình thiết kế xây dựng công trình theo Nghị định 59/2015/NĐ-CP và tổng hợp danh mục 13 tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam hiện hành được áp dụng xuyên suốt đồ án.
Chương 2: Lựa chọn giải pháp kết cấu, Vật liệu & Xác định tải trọng
Nội dung chương tập trung so sánh ưu nhược điểm của các hệ kết cấu chịu lực đứng (khung, khung - vách, khung - lõi, ống tổ hợp) và hệ kết cấu sàn (sàn sườn, sàn không dầm, sàn ứng lực trước, sàn BubbleDeck), từ đó luận chứng lựa chọn hệ kết cấu khung - lõi kết hợp sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối B30 và móng cọc khoan nhồi. Thuyết minh thiết lập cụ thể các thông số cường độ vật liệu bê tông và cốt thép (AI, CB400V, CB500V), quy định lớp bê tông bảo vệ; tính toán chi tiết giá trị tiêu chuẩn và tính toán của tĩnh tải sàn, tường xây, hoạt tải sử dụng, tải trọng gió tĩnh, gió động (phân tích 12 mode dao động), phổ phản ứng động đất theo TCVN 9386:2012, tải trọng nhiệt độ và áp lực đất chủ động.
Chương 3: Thiết kế cầu thang bộ tầng điển hình
Tác giả tiến hành tính toán thiết kế cầu thang bộ dạng bản hai vế của tầng điển hình. Thuyết minh xác định kích thước hình học bản thang, tính toán tĩnh tải (gạch ceramic, lớp vữa lót, bậc gạch xây, bản BTCT, vữa trát trần) và hoạt tải tác dụng. Cấu kiện được quy đổi về dải bản bề rộng $b = 1$ m để mô hình 2D trong ETABS. Nội lực mô men và độ võng được trích xuất để tính toán cốt thép chịu lực và kiểm tra điều kiện võng giới hạn theo TCVN 5574:2018 ($f < f_{gh} = L/250$, kết quả đạt $1,15\text{ mm} \le 15,2\text{ mm}$). Cấu kiện dầm chiếu nghỉ kích thước $D30 \times 20$ ($b \times h = 200 \times 300$ mm) tiếp nhận phản lực $R_A = 17,969$ kN từ bản thang truyền vào cũng được mô hình, phân tích nội lực và bố trí cốt thép chịu uốn hoàn chỉnh.
Chương 4: Tính toán thiết kế sàn tầng điển hình
Chương này thực hiện mô hình hóa toàn bộ mặt bằng sàn tầng điển hình (bản sàn dày 180 mm, sàn vệ sinh dày 150 mm, hệ dầm $300 \times 650$ mm và $250 \times 550$ mm) bằng phần mềm SAFE v16. Tác giả thiết lập các trường hợp tải trọng phân tích phi tuyến:
- Phân tích nứt ngắn hạn: $\text{SH1} (1\text{DL})$, $\text{SH2} (1\text{DL} + 1\text{SDL})$, $\text{SH3-1} (1\text{LL1} + 1\text{LL2})$, $\text{SH3-2} (0,3\text{LL2})$.
- Phân tích từ biến dài hạn: $\text{LT1} (1\text{DL})$, $\text{LT2} (1\text{DL} + 1\text{SDL})$, $\text{LT3} (0,3\text{LL2})$.
- Tổ hợp kiểm tra độ võng dài hạn: $f = f_1 - f_2 + f_3 = 1(\text{SH3-1}) - 1(\text{SH3-2}) + 1(\text{LT3})$ theo TCVN 5574:2018.
- Tổ hợp tính toán cốt thép: $\text{COMBO TINH THEP} = 1\text{DL} + 1\text{DLS} + 1\text{WL} + 1,3\text{LL2}$.
Nội lực được phân tích thông qua biểu đồ màu mô men $M_{11}, M_{22}$ và hệ thống dải strip theo Layer A, Layer B để xuất giá trị mô men tính toán, từ đó bố trí cốt thép cho từng ô bản sàn.
Chương 5: Tính toán - thiết kế hệ khung trục và vách cứng
Chương này xây dựng mô hình không gian tổng thể công trình trong ETABS, thực hiện gán các trường hợp tải trọng tĩnh, hoạt tải lệch tầng, tải trọng gió 4 phương ($+X, -X, +Y, -Y$), tải trọng động đất theo phổ phản ứng và tải trọng chênh lệch nhiệt độ. Kết quả mô hình được dùng để:
- Kiểm tra ổn định tổng thể: Chuyển vị đỉnh công trình, chuyển vị lệch tầng giữa các tầng kề nhau ($\Delta/h$), hiệu ứng $P-\Delta$ và hệ số nén $\theta$.
- Thiết kế hệ dầm khung trục 28: Tính toán cốt thép dọc chịu mô men uốn và cốt thép đai chịu lực cắt theo trạng thái giới hạn thứ nhất.
- Thiết kế vách phẳng đơn P12: Tính toán cốt thép dọc chịu nén uốn đồng thời và cốt thép ngang chịu cắt.
- Thiết kế vách lõi thang máy CW-01 và CW-03: Phân chia phần tử vách thành các phân đoạn pier/spandrel, phân phối nội lực và kiểm tra khả năng chịu lực nén - uốn lệch trục không gian bằng biểu đồ tương tác 2D và 3D trong phần mềm chuyên dụng PROKON.
Chương 6: Tính toán nền móng công trình
Dựa trên số liệu địa chất hố khoan HK1, tác giả lựa chọn giải pháp móng cọc khoan nhồi đường kính $D = 1200$ mm. Sức chịu tải của cọc đơn được xác định và tổng hợp từ các phương pháp: tính theo chỉ tiêu cơ lý của đất đá, theo cường độ đất nền và theo chỉ số SPT, từ đó xác định sức chịu tải thiết kế cho phép của cọc. Tiến hành mô hình và thiết kế chi tiết cho 4 loại đài móng đại diện:
- Đài móng PC-2A (đài 2 cọc);
- Đài móng PC-4 (đài 4 cọc);
- Đài móng PC-6 (đài 6 cọc);
- Đài móng PC-24 (đài nhiều cọc dưới cụm vách lõi).
Nội dung tính toán cho từng đài móng bao gồm: Xác định số lượng cọc sơ bộ, mô hình đài móng gắn lò xo tương đương độ cứng cọc ($k$), kiểm tra phản lực đầu cọc ($R_{max} \le 1,2 R_{tk}$), kiểm tra ứng suất và sức chịu tải dưới đáy khối móng quy ước, tính toán độ lún của khối móng quy ước theo phương pháp cộng lún từng lớp, kiểm tra điều kiện chống xuyên thủng/chọc thủng đài móng và tính toán bố trí cốt thép chịu uốn cho đài theo 2 phương.
Chương 7: Tính toán thiết kế tường vây cọc Barrette theo biện pháp thi công Semi Top-down
Chương này trình bày toàn bộ quy trình công nghệ thi công 3 tầng hầm bằng biện pháp Semi Top-down kết hợp tường vây Barrette dày 800 mm. Tác giả thiết lập bài toán trong phần mềm PLAXIS 2D mô phỏng tuần tự các giai đoạn thi công:
- Thi công tường vây Barrette và hệ cọc khoan nhồi, cọc chống tạm (Kingpost);
- Đào đất giai đoạn 1 đến cao độ thi công sàn tầng trệt (cos $\pm 0.000$ m);
- Đổ bê tông sàn trệt mở lỗ công nghệ, thi công đồng thời phần thân lên trên và đào đất xuống cao độ $-6,0$ m;
- Thi công sàn hầm 1, tiếp tục đào đất đến cao độ $-10,0$ m;
- Thi công sàn hầm 2, đào đất đến cao độ đáy đài móng ($-13,0$ m);
- Thi công đài móng, sàn đáy tầng hầm 3 và hoàn thiện kết cấu ngầm.
Kết quả phân tích từ PLAXIS 2D cung cấp: Biểu đồ nội lực (mô men uốn, lực cắt), biến dạng chuyển vị ngang của tường vây qua từng giai đoạn, độ lún mặt đất ngoài hố đào, độ phình trồi đáy hố móng, hệ số an toàn ổn định tổng thể hố đào tại các cao độ đào ($-6$ m, $-10$ m, $-13$ m) và tính toán bố trí cốt thép dọc chịu lực trong tường vây Barrette.
Kết quả và đóng góp
Kết quả tính toán chính có trong văn bản
- Ổn định công trình: Công trình đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu chuyển vị đỉnh, kiểm tra biến dạng lệch tầng, hệ số nén và an toàn hiệu ứng $P-\Delta$ dưới tổ hợp tải trọng gió động và động đất cấp I ($a_g = 1,326\text{ m/s}^2, q = 3,90$).
- Kết cấu sàn và cầu thang: Độ võng bản thang đạt $f = 1,15\text{ mm} < f_{gh} = 15,2\text{ mm}$; độ võng dài hạn của bản sàn tầng điển hình tính toán qua phân tích phi tuyến nứt và từ biến trong SAFE v16 thỏa mãn điều kiện giới hạn theo TCVN 5574:2018.
- Phản lực và lún móng cọc: Phản lực đầu cọc lớn nhất tại các đài PC-2A, PC-4, PC-6, PC-24 đều nằm trong giới hạn chịu tải cho phép của cọc D1200; ứng suất dưới đáy khối móng quy ước và độ lún tính toán của các móng cọc đều đạt yêu cầu kỹ thuật quy định.
- An toàn hố đào và tường Barrette: Mô phỏng PLAXIS 2D cho thấy tường vây Barrette dày 800 mm kiểm soát tốt chuyển vị ngang qua các pha đào; đáy hố đào không xảy ra hiện tượng mất ổn định phình trồi quá mức; hệ số an toàn tổng thể tại các bước đào sâu $-6$ m, $-10$ m, $-13$ m đều đáp ứng tiêu chuẩn ổn định hố móng sâu.
Sản phẩm hoàn thành
- 01 tập Thuyết minh tính toán chi tiết kèm theo 01 tập Phụ lục bảng tính.
- Hệ thống bản vẽ kỹ thuật khổ A3 thể hiện đầy đủ phương án kiến trúc và các bản vẽ thiết kế kết cấu (mặt bằng dầm sàn, chi tiết dầm, cột, vách P12, lõi CW-01/CW-03, đài móng và tường vây hố đào).
Đóng góp kỹ thuật tự nêu
- Vận dụng đồng bộ các tiêu chuẩn kết cấu và tải trọng mới (TCVN 5574:2018, TCVN 9386:2012, TCVN 10304:2014) vào giải quyết bài toán thiết kế thực tế cho tổ hợp nhà cao tầng 35 tầng có 3 tầng hầm.
- Làm chủ quy trình phối hợp đa phần mềm chuyên ngành: phân tích kết cấu thân (ETABS), phân tích nứt - võng sàn (SAFE), kiểm tra biểu đồ tương tác vách lõi không gian (PROKON) và phân tích địa kỹ thuật - thi công tầng hầm (PLAXIS 2D).
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Phạm vi tính toán cấu kiện: Do giới hạn nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp, phần thiết kế khung thân chỉ tập trung phân tích chi tiết cho hệ khung trục 28, vách phẳng P12 và hai vách lõi thang máy CW-01, CW-03 theo chỉ định của giảng viên hướng dẫn, chưa triển khai bóc tách chi tiết toàn bộ các trục khung còn lại của khối tháp.
- Mô hình hóa địa kỹ thuật: Bài toán tường vây cọc Barrette và hố đào 3 tầng hầm mới được phân tích theo bài toán phẳng 2D trong PLAXIS; hướng phát triển tiếp theo có thể mở rộng mô phỏng không gian 3D nhằm đánh giá chính xác hơn ảnh hưởng góc hố đào và biến dạng của các công trình lân cận.
- Số liệu đầu vào: Tính toán nền móng và tường chắn dựa trên tài liệu khảo sát của hố khoan đại diện HK1; thực tế thi công cần kết hợp thêm số liệu quan trắc chuyển vị thực tế và thí nghiệm nén tĩnh cọc tại hiện trường.
Giá trị tham khảo
Tài liệu đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho:
- Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng / Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng: Làm tài liệu mẫu hoàn chỉnh về phương pháp luận, quy trình tính toán thuyết minh và thể hiện bản vẽ đồ án tốt nghiệp công trình bê tông cốt thép cao tầng (trên 30 tầng) có tầng hầm sâu.
- Kỹ sư thiết kế kết cấu công trình: Tham khảo quy trình tính toán gió động theo TCXD 229:1999, tải trọng động đất theo TCVN 9386:2012, phương pháp kiểm tra độ võng sàn phi tuyến trong SAFE v16 theo TCVN 5574:2018, và quy trình mô phỏng thi công Semi Top-down trong PLAXIS 2D.
Câu hỏi thường gặp
1. Khối tháp Tower 3 của dự án Kosmo Tây Hồ có quy mô kiến trúc và kết cấu như thế nào?
Tháp Tower 3 có quy mô 35 tầng nổi và 3 tầng hầm, chiều cao công trình đạt 93,40 m (tính từ cos $\pm 0.000$ m, chưa kể tầng hầm), thuộc nhóm công trình dân dụng cấp I. Hệ kết cấu chịu lực chính của phần thân là hệ khung - lõi bê tông cốt thép toàn khối B30 kết hợp hệ sàn sườn toàn khối.
2. Tải trọng động đất tác dụng lên công trình được xác định với các thông số kỹ thuật nào theo TCVN 9386:2012?
Công trình đặt tại Quận Bắc Từ Liêm, Hà Nội, có đỉnh gia tốc nền tham chiếu $a_{gR} = 0,1081\text{g}$, hệ số tầm quan trọng $\gamma_I = 1,25$ (công trình cấp I), gia tốc nền thiết kế $a_g = 1,326\text{ m/s}^2$. Đất nền thuộc loại C ($S = 1,15; T_B = 0,15\text{ s}; T_C = 0,6\text{ s}; T_D = 2,0\text{ s}$), hệ số ứng xử phương ngang $q = 3,90$ ($q_0 = 3,9; k_w = 1,0$), khối lượng dao động lấy từ $100%\text{ Tĩnh tải} + 24%\text{ Hoạt tải}$.
3. Phương pháp nào được sử dụng để kiểm tra độ võng dài hạn của bản sàn tầng điển hình trong đồ án?
Độ võng dài hạn của bản sàn dày 180 mm được xác định theo công thức $f = f_1 - f_2 + f_3$ tuân thủ tiêu chuẩn TCVN 5574:2018, thực hiện thông qua mô hình phân tích phần tử hữu hạn phi tuyến trong phần mềm SAFE v16 với các trường hợp nứt ngắn hạn (SH3-1, SH3-2) và từ biến dài hạn (LT3).
4. Giải pháp kết cấu phần ngầm và biện pháp thi công 3 tầng hầm được lựa chọn là gì?
Phần ngầm sử dụng móng cọc khoan nhồi đường kính $D = 1200$ mm kết hợp các đài móng PC-2A, PC-4, PC-6, PC-24. Hệ tường chắn giữ hố đào là tường vây cọc Barrette dày 800 mm, thi công theo biện pháp Semi Top-down được mô phỏng kiểm tra ổn định và chuyển vị qua từng giai đoạn bằng phần mềm PLAXIS 2D.
5. Cấp độ bền bê tông và các chủng loại cốt thép sử dụng trong công trình gồm những loại nào?
Công trình sử dụng bê tông cấp độ bền B30 ($R_b = 17$ MPa, $R_{bt} = 1,103$ MPa) cho toàn bộ cấu kiện chịu lực chính (cột, vách, dầm, sàn, đài móng). Cốt thép sử dụng gồm thép AI ($\Phi < 10$ mm, $R_s = 225$ MPa), thép CB400V và CB500V ($\Phi \ge 10$ mm có $R_s$ lần lượt là $350$ MPa và $435$ MPa).
Kết luận
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp của tác giả Lê Ngô Anh Tuấn đã hoàn thành toàn diện các nhiệm vụ thiết kế kiến trúc và kết cấu cho công trình tháp Tower 3 - Tổ hợp Kosmo Tây Hồ (35 tầng nổi, 3 tầng hầm, cao 93,40 m). Toàn bộ quá trình phân tích tải trọng tĩnh - động, kiểm tra ổn định tổng thể, thiết kế cấu kiện thân (sàn sườn, cầu thang, khung dầm, cột, vách lõi thang máy) và kết cấu ngầm (đài móng cọc khoan nhồi D1200, tường vây Barrette thi công Semi Top-down) đều tuân thủ chặt chẽ các tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam hiện hành. Đồ án thể hiện việc ứng dụng hiệu quả hệ thống phần mềm chuyên ngành (ETABS, SAFE, PROKON, PLAXIS 2D) để giải quyết bài toán kỹ thuật công trình cao tầng phức tạp một cách có hệ thống và đầy đủ cơ sở khoa học.
