Bối cảnh và nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng thực hiện đề tài thiết kế kết cấu công trình "Block 2 Khu nhà ở Quân đội K96", do sinh viên Bùi Thị Ngát (Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh) thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Châu Đình Thành và cán bộ phản biện là TS. Nguyễn Thế Trường Phong (giai đoạn từ tháng 09/2022 đến tháng 02/2023).

Bối cảnh và lý do thực hiện đề tài

Nhu cầu nhà ở cho đội ngũ sĩ quan, quân nhân chuyên nghiệp, công nhân và viên chức quốc phòng là một nội dung trọng tâm trong hệ thống chính sách hậu phương quân đội của Đảng và Nhà nước. Trước thực trạng quỹ đất đô thị ngày càng khan hiếm và nhu cầu nhà ở gia đình quân nhân không ngừng gia tăng, việc triển khai xây dựng các khu chung cư cao tầng hiện đại đóng vai trò cấp thiết nhằm giải quyết chính sách nhà ở, ổn định đời sống cán bộ phục vụ quân đội. Dự án Block 2 Khu nhà ở Quân đội K96 được quy hoạch và thiết kế để đáp ứng trực tiếp mục tiêu an sinh xã hội này.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu chịu lực bê tông cốt thép toàn khối của công trình Block 2 thuộc dự án Khu nhà ở Quân đội K96.
  • Vị trí xây dựng: Số 718 đường Kinh Dương Vương, Phường 13, Quận 6, Thành phố Hồ Chí Minh. Khu đất nằm gần công viên Phú Lâm và khu vực trung tâm Chợ Lớn; mặt bằng hiện trạng bằng phẳng, có công trình nhà dân dụng cũ cần phá dỡ và san lấp trước khi thi công, không có công trình ngầm hiện hữu bên dưới.
  • Quy mô và cấp công trình: Công trình dân dụng cấp II (chiều cao 64,4 m tính từ cốt 0.00; gồm 1 tầng hầm, 17 tầng nổi và 1 tầng tum mái). Kích thước mặt bằng xây dựng là 26 m × 37,2 m, diện tích chiếm đất khoảng 967,2 m².

Nhiệm vụ thiết kế của đồ án

Theo văn bản giao nhiệm vụ ngày 13 tháng 02 năm 2023, đồ án bao gồm 5 nội dung kỹ thuật trọng tâm:

  1. Tính toán và thiết kế kết cấu sàn tầng 2 điển hình bằng phần mềm chuyên dụng SAFE.
  2. Tính toán và thiết kế kết cấu cầu thang bộ tầng điển hình.
  3. Xác định và tính toán tải trọng gió động, tải trọng động đất tác động lên toàn bộ công trình.
  4. Tính toán và thiết kế khung bê tông cốt thép: dầm tầng 2, cột khung trục B và trục 4, vách cứng điển hình.
  5. Tính toán và thiết kế hệ thống móng dưới chân khung trục B và lõi thang máy.

Sản phẩm hoàn thành bao gồm tập thuyết minh kỹ thuật khổ A4 định dạng PDF kèm theo các tệp mô hình kết cấu và bảng tính chi tiết.

Cơ sở lý thuyết, tiêu chuẩn và phương pháp tính toán

Hồ sơ thiết kế áp dụng hệ thống tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam kết hợp tiêu chuẩn quốc tế trong thiết kế kết cấu bê tông cốt thép nhà cao tầng:

Tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng

  • TCVN 2737:1995: Tải trọng và tác động — Tiêu chuẩn thiết kế (xác định tĩnh tải các lớp hoàn thiện, hoạt tải sử dụng theo chức năng phòng, tải trọng tường xây, áp lực gió tĩnh).
  • TCVN 229:1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió tác động lên công trình cao tầng.
  • TCVN 9386:2012: Thiết kế công trình chịu động đất (phương pháp phổ phản ứng dao động, phân tích dạng dao động riêng).
  • TCVN 5574:2018: Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép (tính toán cấu kiện chịu uốn, nén lệch tâm, tính toán cốt thép dọc, cốt đai, kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai về độ võng và bề rộng khe nứt).
  • BS 8110-1997: Tiêu chuẩn kết cấu được thiết lập trong mô hình SAFE để hỗ trợ phân tích nội lực bản sàn bê tông cốt thép.

Phương pháp nghiên cứu và công cụ mô hình hóa

  • Phân tích kết cấu không gian: Sử dụng phần mềm ETABS để lập mô hình kết cấu không gian 3D toàn bộ khối tháp từ tầng hầm đến đỉnh mái. Khai báo khối lượng tham gia dao động (Mass Source), phân tích dạng dao động (Mode), chu kỳ dao động riêng nhằm tính toán thành phần động của gió và phổ gia tốc động đất. Mô hình dùng để kiểm tra các chỉ tiêu ổn định tổng thể (chuyển vị đỉnh, chuyển vị lệch tầng, hiệu ứng P-Delta, tỷ số nén của cột) và trích xuất nội lực dầm, cột, vách, lõi.
  • Phương pháp phần tử hữu hạn cho bản sàn: Sử dụng phần mềm SAFE v16 để mô hình hóa hình học và tải trọng sàn tầng 2. Chia dải tính toán (Design Strips) theo phương ngang (X) và phương đứng (Y) với quy chuẩn bề rộng $L/4$ tại gối và $L/2$ tại nhịp. Độ võng toàn phần của sàn có xét đến từ biến và co ngót được xác định theo nguyên lý cộng tác dụng của TCVN 5574:2018 ($f = f_1 - f_2 + f_3$), đồng thời kiểm tra bề rộng vết nứt ngắn hạn và dài hạn ($a_{crc} \le a_{crc,u}$).
  • Phương pháp tính toán nền móng: Tính toán sức chịu tải đơn cọc cọc khoan nhồi theo 3 phương pháp độc lập: chỉ tiêu cơ lý đất nền, cường độ kháng cắt của đất nền và số đòn đập thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT). Phân tích sự làm việc của nhóm cọc, kiểm tra phản lực đầu cọc, ứng suất nén dưới đáy khối móng quy ước, tính lún tầng chịu nén và kiểm tra xuyên thủng đài móng trên SAFE.
  • Nguồn số liệu đầu vào: Hồ sơ bản vẽ kiến trúc công trình Block 2 K96; báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình tại khu vực số 718 Kinh Dương Vương, Quận 6; các thông số kỹ thuật thang máy hãng Fuji Lift Korea.

Quy cách vật liệu sử dụng trong thiết kế

  • Bê tông cấu kiện chịu lực chính (cột, vách, lõi, dầm, sàn, móng): Cấp độ bền B25 ($R_b = 14,5\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1,05\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_b = 30 \times 10^3\text{ MPa}$) và cấp B35 ($R_b = 19,5\text{ MPa}$, $E_b = 34,5 \times 10^3\text{ MPa}$).
  • Cốt thép phân bố, cốt đai ($\phi < 10\text{ mm}$): Thép thanh cán nóng mác CB240-T ($R_s = R_{sc} = 210\text{ MPa}$, $R_{sw} = 170\text{ MPa}$, $E_s = 2,0 \times 10^5\text{ MPa}$).
  • Cốt thép chịu lực dọc ($\phi \ge 10\text{ mm}$): Thép thanh có gờ mác CB400-V ($R_s = R_{sc} = 350\text{ MPa}$, $R_{sw} = 280\text{ MPa}$, $E_s = 2,0 \times 10^5\text{ MPa}$).
  • Chiều dày lớp bê tông bảo vệ theo TCVN 5574:2018: 20 mm đối với bản sàn và cấu kiện trong phòng khô ráo; 25 mm đối với dầm, cột, vách; 40 mm đối với kết cấu móng chôn trong đất có lớp bê tông lót.

Thiết kế và giải pháp kỹ thuật công trình

Giải pháp kiến trúc và bố trí mặt bằng công năng

Mặt bằng khối tháp có dạng hình học đối xứng gần với hình chữ nhật ($26\text{ m} \times 37,2\text{ m}$):

  • Tầng hầm (cao độ đáy sàn -3,50 m): Sử dụng chủ yếu làm gara để xe máy và ô tô cho cư dân; bố trí phòng trực bảo vệ an ninh ngay lối vào; lắp đặt hệ thống hố thu ga, mương dẫn nước thải và các hộp gen kỹ thuật. Tầng hầm kết nối với mặt đất bên ngoài thông qua 2 ram dốc giao thông có độ dốc $i = 19%$.
  • Tầng 1 (cao độ sàn +5,50 m): Không gian tiện ích chung phục vụ cộng đồng dân cư, bao gồm 3 khu nhà trẻ độc lập (mỗi khu đều bố trí phòng vệ sinh riêng) và 1 phòng sinh hoạt cộng đồng phục vụ hội họp dân đồng cư. Lối vào sảnh chính bố trí 2 ram dốc thoải $i = 10%$ dành cho người đi bộ và trẻ nhỏ; sảnh phụ phía bên phải bố trí ram dốc $i = 15%$.
  • Tầng điển hình (tầng 2 đến tầng 17): Chiều cao mỗi tầng 3,3 m, bố trí các căn hộ chung cư hoàn chỉnh với các phòng ngủ, phòng khách, bếp, khu vệ sinh và lô gia ban công thông thoáng.
  • Tầng tum mái: Khu vực kỹ thuật đặt bể nước sinh hoạt, bố trí phễu thu và hệ thống ống thoát nước mưa đường kính $\phi 90 - 140\text{ mm}$.

Hệ thống giao thông trục đứng và hạ tầng kỹ thuật

  • Giao thông trục đứng: Trung tâm khối nhà bố trí 2 buồng thang máy chở khách nhãn hiệu Fuji Lift Korea và 2 buồng thang bộ thoát hiểm hai bên với bề rộng vế thang $1,3\text{ m}$. Lõi thang máy đặt tại vị trí trung tâm nhằm khống chế khoảng cách di chuyển từ cửa căn hộ xa nhất tới thang thoát hiểm luôn nhỏ hơn ngưỡng giới hạn $30\text{ m}$ theo quy chuẩn PCCC.
  • Hệ thống cấp điện và chiếu sáng: Sử dụng nguồn điện lưới trung thế thành phố hạ trạm. Nguồn dự phòng khi mất điện là tổ máy phát điện Doosan công suất 630 kVA nhập khẩu đồng bộ. Dây dẫn trục chính đi ngầm trong các hộp gen kỹ thuật, sàn và tường xây; mái công trình tích hợp hệ pin năng lượng mặt trời. Chiếu sáng tự nhiên được tối ưu thông qua hệ cửa sổ khung kính phản quang ở 4 mặt tháp kết hợp hệ thống đèn huỳnh quang/LED nhân tạo.
  • Hệ thống cấp thoát nước và vệ sinh: Nguồn nước sạch được cấp từ tuyến ống đô thị thuộc Công ty Cổ phần Cấp nước Chợ Lớn / Công ty Nước sạch Quận 6 (trụ sở tại 97 Phạm Hữu Chí, Phường 12, Quận 5) dẫn vào bể chứa ngầm, sau đó bơm tăng áp lên các tầng. Rác thải sinh hoạt được bỏ qua cửa gom rác tại các tầng, rơi tự do qua ống dẫn rác kỹ thuật xuống phòng chứa rác kín tại tầng hầm và được vận chuyển xử lý định kỳ.
  • Phòng cháy chữa cháy (PCCC): Mỗi tầng nhà trang bị hệ thống cảm biến báo cháy tự động, họng nước vách tường có cuộn vòi dài 20 m, 4 bình bọt/khí chữa cháy $CO_2$ đặt dọc hành lang và chiếu nghỉ thang bộ, có biển báo dạ quang chỉ dẫn lối thoát hiểm.

Giải pháp kết cấu tổng thể

  • Phần thân: Lựa chọn hệ kết cấu chịu lực không gian hỗn hợp "Khung - Vách - Lõi" bê tông cốt thép toàn khối. Trong hệ này, khung cột dầm chịu tải trọng đứng và tham gia chịu lực cắt tại các tầng dưới; vách cứng và vách lõi thang máy phát huy độ cứng chống uốn tại các tầng trên, giúp triệt tiêu hiện tượng biến dạng xoắn và khống chế chuyển vị ngang do tải trọng gió và động đất.
  • Phần sàn: Áp dụng hệ kết cấu sàn sườn toàn khối (dầm chính, dầm phụ và bản sàn làm việc liên tục). Phương án này đảm bảo tính kinh tế, tính linh hoạt khi bố trí hệ thống MEP treo dưới trần và thi công thuận tiện.
  • Phần móng: Do tải trọng truyền xuống chân công trình 17 tầng rất lớn, giải pháp móng sâu được lựa chọn là cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đường kính D800 (dưới chân cột, vách đơn) và cọc khoan nhồi đường kính D1000 (dưới chân lõi thang máy), liên kết thông qua hệ đài móng hộp bê tông cốt thép toàn khối ngàm chặt vào lớp đất tốt.

Nội dung chính theo từng chương của thuyết minh

Hồ sơ thuyết minh tốt nghiệp gồm 147 trang nội dung, chia thành các chương chuyên mục:

Chương 1: Tổng quan kiến trúc

Giới thiệu địa điểm xây dựng tại 718 Kinh Dương Vương, Quận 6; phân tích đặc điểm khí hậu cận xích đạo của TP.HCM (nhiệt độ trung bình $27,55^\circ\text{C}$, độ ẩm trung bình 79,5%, hai mùa mưa - nắng rõ rệt, hướng gió thịnh hành Tây - Tây Nam và Bắc - Đông Bắc). Trình bày đầy đủ giải pháp mặt bằng tầng hầm, tầng 1, tầng điển hình và tầng mái; phân tích giải pháp giao thông trục đứng (2 buồng thang máy Fuji Lift, 2 thang bộ bề rộng 1,3 m), hệ thống cấp thoát nước, thông gió, chiếu sáng, trạm máy phát điện dự phòng Doosan 630 kVA và hệ thống PCCC.

Chương 2: Giải pháp kết cấu

Phân tích lựa chọn sơ đồ chịu lực phần thân dạng khung - vách - lõi và hệ sàn sườn toàn khối. Thiết lập kích thước tiết diện sơ bộ của các cấu kiện:

  • Chiều dày bản sàn ($h_s$): Bản sàn tầng điển hình chọn $150\text{ mm}$ (dựa trên nhịp ngắn nhất $l_1 = 6,2\text{ m}$ của ô bản hai phương lớn nhất $6,2\text{ m} \times 7,2\text{ m}$ với hệ số $m = 40 \div 50$); sàn tầng 1 dày $150\text{ mm}$; sàn mái dày $100\text{ mm}$; bản đáy tầng hầm dày $250\text{ mm}$.
  • Kích thước tiết diện dầm: Dầm chính nhịp $l = 7,2\text{ m}$ chọn kích thước $b \times h = 300\text{ mm} \times 700\text{ mm}$; dầm phụ nhịp $l = 6,5\text{ m}$ chọn $b \times h = 250\text{ mm} \times 500\text{ mm}$.
  • Chiều dày vách cứng và lõi thang máy: Vách phẳng biên chống xoắn chọn dày $300\text{ mm}$ (kích thước tiết diện $300\text{ mm} \times 1500\text{ mm}$); bản vách ngoài lõi thang máy chọn dày $300\text{ mm}$, bản vách ngăn trong dày $200\text{ mm}$.
  • Sơ bộ tiết diện cột: Dựa trên diện tích truyền tải $S_i$, tải trọng đơn vị tích lũy qua các tầng ($q_i = 14\text{ kN/m}^2$, hệ số tăng tải $k = 1,3 \div 1,5$) và cường độ chịu nén của bê tông $R_b$. Tiết diện cột chuyển tiếp giảm dần từ tầng dưới lên tầng trên (cột góc $1\text{-A}, 1\text{-D}, 6\text{-A}, 6\text{-D}$; cột biên $2\text{-D}, 5\text{-D}$; cột giữa $2\text{-C}, 5\text{-C}, 2\text{-B}, 5\text{-B}$).

Chương 3: Thiết kế sàn bằng SAFE

Trình bày quy trình chi tiết thiết kế sàn tầng 2 bằng SAFE v16:

  • Tĩnh tải sàn điển hình ($g^{tc} = 4,89\text{ kN/m}^2$, $g^{tt} = 5,46\text{ kN/m}^2$ gồm gạch ceramic dày 10 mm, vữa lót dày 20 mm, bê tông sàn dày 150 mm, vữa trát trần 15 mm và đường ống thiết bị treo $0,5\text{ kN/m}^2$); tĩnh tải sàn vệ sinh ($g^{tc} = 5,11\text{ kN/m}^2$, $g^{tt} = 5,78\text{ kN/m}^2$ bổ sung lớp chống thấm); tải trọng tường xây ngăn phòng gạch ống dày 100 mm và 200 mm gán trực tiếp lên dầm hoặc quy đổi phân bố đều trên ô sàn ($S_2$ quy đổi đạt $g^{tt} = 1,228\text{ kN/m}^2$).
  • Hoạt tải tiêu chuẩn theo TCVN 2737:1995: phòng ngủ, phòng khách $1,5\text{ kN/m}^2$ (hệ số vượt tải $n = 1,2$, hoạt tải tính toán $1,8\text{ kN/m}^2$); vệ sinh $1,5\text{ kN/m}^2$; hành lang $3,0\text{ kN/m}^2$ (tính toán $3,6\text{ kN/m}^2$); lô gia $2,0\text{ kN/m}^2$ (tính toán $2,4\text{ kN/m}^2$).
  • Khai báo vật liệu theo BS 8110-1997 với bê tông B35 quy đổi và thép CB400-V ($f_y = 347,8\text{ MPa}$). Bố trí lưới dải Strip phương X và Y.
  • Kiểm tra độ võng dài hạn có xét từ biến ($CR = 1,5$) và co ngót ($SH = 0,8$) theo điều kiện $f \le f_u$: độ võng thực tế lớn nhất nằm trong phạm vi cho phép.
  • Kiểm tra bề rộng khe nứt $a_{crc} \le a_{crc,u}$ theo mục 8.3 TCVN 5574:2018.
  • Tính toán và bố trí cốt thép cho 18 ô bản sàn điển hình ($S_1$ đến $S_{18}$) theo hai phương.
Ô bản Vị trí Moment tính toán $M_i$ (kN.m) Chiều cao làm việc $h_0$ (m) Diện tích thép yêu cầu $A_s$ (mm²) Thép chọn ($\phi$ - @) Diện tích thép chọn $A_{sc}$ (mm²) Hàm lượng $\mu$ (%)
S1 (phương X) Gối 18,326 0,120 451,58 $\phi 10\text{ a}150$ 524 0,436
Nhịp 6,356 0,120 153,10 $\phi 8\text{ a}200$ 251 0,209
S2 (phương X) Gối 10,777 0,120 261,71 $\phi 8\text{ a}150$ 335 0,279
Nhịp 5,734 0,120 137,95 $\phi 8\text{ a}200$ 251 0,209
S1 (phương Y) Gối 16,694 0,120 410,05 $\phi 10\text{ a}150$ 524 0,436
Nhịp 6,844 0,120 164,99 $\phi 8\text{ a}200$ 251 0,209
S2 (phương Y) Gối 12,611 0,120 307,33 $\phi 8\text{ a}150$ 335 0,279
Nhịp 7,096 0,120 171,14 $\phi 8\text{ a}200$ 251 0,209

Chương 4: Tính toán cầu thang bộ

Thiết kế cầu thang bộ dạng bản hai vế chịu lực (chiều rộng vế thang $1,3\text{ m}$). Xác định tĩnh tải bản nghiêng, bản chiếu tới, bản chiếu nghỉ và hoạt tải người đi lại ($3,0\text{ kN/m}^2$). Tính toán nội lực mômen uốn, lực cắt bằng sơ đồ dầm đơn giản tương đương, xác định diện tích cốt thép chịu lực dọc trong bản thang và cốt đai, cốt dọc dầm chiếu nghỉ.

Chương 5: Tải trọng và tác động

Phân loại tải trọng thường xuyên, tải trọng tạm thời ngắn hạn và dài hạn:

  • Tải trọng đứng: Tự trọng bản thân kết cấu, tải trọng lớp hoàn thiện sàn các tầng, sàn hầm, sàn mái và tải trọng tường xây bao che, tường ngăn phòng.
  • Tải trọng ngang do gió: Tính toán theo TCVN 2737:1995 kết hợp phụ lục A tiêu chuẩn 229:1999. Xác định áp lực gió tĩnh theo độ cao địa hình B; tính toán thành phần động của tải trọng gió theo phương X và Y ứng với các mode dao động riêng trích xuất từ ETABS (mode 1 uốn theo phương Y, mode 3 uốn theo phương X, mode 2 dao động xoắn).
  • Tải trọng động đất: Khai báo phổ phản ứng thiết kế theo TCVN 9386:2012, xác định hệ số gia tốc nền thiết kế, hệ số ứng xử $q$, thiết lập ma trận khối lượng tham gia dao động (tổ hợp $100%\text{ tĩnh tải} + 50%\text{ hoạt tải}$).
  • Thiết lập hệ thống tổ hợp tải trọng: Tổ hợp tiêu chuẩn phục vụ kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng (chuyển vị, vết nứt, áp lực nền) và tổ hợp tính toán (Combobao) phục vụ kiểm tra cường độ cấu kiện.

Chương 6: Kiểm tra ổn định tổng thể

Sử dụng dữ liệu chuyển vị và nội lực từ mô hình ETABS để kiểm tra an toàn hệ thống:

  • Kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình do tải trọng gió và động đất so với giới hạn cho phép ($H/500$).
  • Kiểm tra độ lệch tầng giữa các tầng liền kề ($\Delta/h$) dưới tác động của gió X, gió Y và tải trọng động đất.
  • Kiểm tra gia tốc đỉnh nhằm đảm bảo tiện nghi sinh hoạt cho người sử dụng theo quy chuẩn chống rung lắc.
  • Kiểm tra hiệu ứng P-Delta (ảnh hưởng bậc hai của lực nén dọc trục và chuyển vị ngang) xác nhận độ cứng công trình đạt yêu cầu an toàn.
  • Kiểm tra tỷ số nén của các cột chịu tải trọng lớn nhất ở tầng dưới.

Chương 7: Thiết kế dầm, cột, vách

  • Thiết kế dầm: Tính toán cốt thép dọc chịu mômen âm tại gối và mômen dương tại nhịp cho dầm tầng 2 (tiết diện $300\text{ mm} \times 700\text{ mm}$ và $250\text{ mm} \times 500\text{ mm}$); tính toán cốt đai chịu lực cắt lớn nhất $Q_{max}$ từ tổ hợp bao; tính toán neo cốt thép và liên kết dầm phụ gối lên dầm chính (cốt treo dạng đai).
  • Thiết kế cột: Tính cốt thép chịu nén uốn xiên cho các cột khung điển hình (C13 trục 4-A; C36 trục 4-C; C44 trục 4-D; C18, C19, C20, C21 trên trục B). Kiểm tra hàm lượng cốt thép $\mu \ge \mu_{min}$, chiều dài nối buộc cốt thép và cốt đai gia cường tại vùng nút khung.
  • Thiết kế vách và lõi: Tính toán bố trí cốt thép vách phẳng phân bố đều và vách góc biên (P151, P15D, P126, P12D, P50, P51). Tính toán lõi thang máy dựa trên các đặc trưng hình học hình học xác định trên AutoCAD kết hợp nội lực trích xuất từ ETABS (lực dọc $N$, mômen $M_x$, $M_y$, lực cắt $Q_x$, $Q_y$), bố trí cốt thép sườn chịu nén uốn không gian và lưới cốt thép phân bố chống cắt.

Chương 8: Thiết kế móng cho cột - vách đơn và lõi thang máy

Dựa trên báo cáo địa chất công trình gồm các lớp đất khảo sát (thông số cơ lý, góc ma sát trong $\varphi$, lực dính $c$, môđun biến dạng $E_0$, chỉ số SPT qua từng tầng đất):

  • Móng dưới chân cột - vách đơn (đài móng M1, M3, M5): Sử dụng cọc khoan nhồi đường kính D800. Tính toán sức kháng của cọc $R_{tk}$ theo chỉ tiêu cơ lý, cường độ đất nền và SPT; xác định số lượng cọc trong đài; kiểm tra lực nén lớn nhất tác dụng lên đầu cọc ($P_{max} \le P_{cp}$, $P_{min} > 0$); kiểm tra xuyên thủng đài móng; kiểm tra ứng suất nén và tính lún đài cọc theo mô hình móng khối quy ước; tính toán cốt thép đài móng theo dải strip trong SAFE.
  • Móng vách lõi thang máy (đài móng M2): Tải trọng đứng tập trung đặc biệt lớn, lựa chọn phương án cọc khoan nhồi đường kính D1000. Kiểm tra sức chịu tải thiết kế của cọc D1000 theo SPT và chỉ tiêu cơ lý; bố trí hệ cọc theo chu vi chân lõi; lập mô hình đài móng trên SAFE v16 để xác định phản lực đầu cọc, biểu đồ mômen uốn theo hai phương, kiểm tra phá hoại đâm thủng và tính toán hàm lượng cốt thép đáy đài móng.

Kết quả và giải pháp kỹ thuật đề xuất

Kết quả tính toán kết cấu chính

  • Bản sàn bê tông cốt thép: Sàn tầng 2 dày $150\text{ mm}$ hoàn toàn thỏa mãn các điều kiện chịu uốn, độ võng dài hạn xét từ biến và bề rộng vết nứt cho phép theo TCVN 5574:2018. Thép sàn bố trí linh hoạt từ $\phi 8\text{ a}150$, $\phi 8\text{ a}200$ đối với nhịp và gối chịu mômen bé; đến $\phi 10\text{ a}150$ tại các vùng gối chịu mômen lớn (như ô bản $S_1$, $S_6$, $S_9$, $S_{10}$, $S_{16}$, $S_{17}$).
  • Hệ khung, vách chịu lực: Kích thước dầm chính $300 \times 700\text{ mm}$, dầm phụ $250 \times 500\text{ mm}$, vách dày $300\text{ mm}$ (vách biên và vách bao lõi) và $200\text{ mm}$ (vách ngăn lõi) đảm bảo kiểm soát chuyển vị ngang công trình nằm trong phạm vi cho phép của TCVN. Thép cột và vách đều nằm trong giới hạn hàm lượng kinh tế ($1% \le \mu \le 3%$).
  • Hệ nền móng: Phương án cọc khoan nhồi D800 cho cột/vách và D1000 cho lõi thang máy cắm sâu vào tầng chịu lực tốt đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu ổn định sức chịu tải đầu cọc, không phát sinh lực nhổ, độ lún tuyệt đối nằm dưới ngưỡng giới hạn cho phép ($S \le 8\text{ cm}$) theo TCVN.

Giải pháp và kiến nghị kỹ thuật của tác giả

  • Tổ chức thi công và môi trường: Do công trình tiếp giáp trực tiếp đường Kinh Dương Vương có mật độ giao thông đông đúc và khu dân cư hiện hữu, tác giả đề xuất biện pháp thi công cọc khoan nhồi sử dụng dung dịch giữ thành vách bentonite hoặc polymer có hệ thống thu hồi xử lý tuần hoàn để tránh sạt lở và không làm bùn thải tràn ra hệ thống thoát nước đô thị.
  • Kỹ thuật mối nối và neo cốt thép: Đối với thép chịu lực CB400-V đường kính lớn ($\phi \ge 20\text{ mm}$) trong cột và đài móng, cần tuân thủ nghiêm ngặt chiều dài đoạn nối buộc hoặc chuyển sang giải pháp nối bằng ống ren cơ khí (coupler) nhằm giảm mật độ cốt thép tại các vị trí nút khung trọng yếu, đảm bảo chất lượng đổ bê tông.

Hạn chế và hướng phát triển

  • Hạn chế: Phạm vi đồ án tốt nghiệp giới hạn ở việc tính toán thiết kế chi tiết một số cấu kiện đại diện điển hình (sàn tầng 2, cầu thang 2 vế điển hình, hệ khung phẳng thuộc trục B và trục 4, vách P151/lõi thang máy, móng chân khung trục B và móng lõi M2). Hồ sơ chưa triển khai bản vẽ thi công toàn diện cho tất cả các trục khung và cấu kiện móng còn lại của tòa nhà. Chưa mô hình hóa sự tương tác động lực học phi tuyến giữa cọc và đất nền (Soil-Structure Interaction - SSI).
  • Hướng phát triển: Tiếp tục hoàn thiện mô hình tương tác đất - cọc - kết cấu phần thân; áp dụng mô hình thông tin công trình (BIM) để tích hợp đồng bộ giữa hồ sơ kết cấu với hệ thống cơ điện (MEP) và PCCC; nghiên cứu tối ưu hóa tiết diện vách lõi theo chiều cao công trình nhằm tiết kiệm khối lượng bê tông và cốt thép.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Xây dựng: Cung cấp tài liệu mẫu chi tiết về quy trình hoàn chỉnh tính toán một công trình nhà cao tầng bê tông cốt thép cấp II quy mô 17 tầng, từ khâu sơ bộ tiết diện, tính tải trọng gió động (TCVN 229:1999), động đất (TCVN 9386:2012) đến thiết kế cấu kiện theo TCVN 5574:2018.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu: Tham khảo phương pháp mô hình hóa sàn dải strip trên SAFE, quy trình kiểm tra võng dài hạn có xét từ biến - co ngót, phương pháp kiểm tra ổn định tổng thể nhà cao tầng trên ETABS (hiệu ứng P-Delta, lệch tầng, tỷ số nén), và bảng tính sức chịu tải cọc khoan nhồi D800 - D1000 theo kết quả thí nghiệm SPT thực tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình Block 2 K96 sử dụng giải pháp kết cấu chịu lực phần thân nào?

Công trình áp dụng hệ kết cấu không gian chịu lực hỗn hợp Khung - Vách - Lõi bê tông cốt thép toàn khối. Trong đó khung dầm cột chịu tải trọng đứng và tham gia chịu lực cắt tầng dưới, còn hệ thống vách cứng biên và lõi thang máy chịu uốn và khống chế chuyển vị ngang do tải trọng gió và động đất.

2. Kích thước hình học sơ bộ của các cấu kiện dầm, sàn tầng điển hình là bao nhiêu?

Theo tính toán sơ bộ của tác giả, chiều dày sàn tầng điển hình $h_s = 150\text{ mm}$ (dựa trên ô bản hai phương lớn nhất kích thước $6,2\text{ m} \times 7,2\text{ m}$); dầm chính chịu lực có kích thước tiết diện $300\text{ mm} \times 700\text{ mm}$; dầm phụ có kích thước $250\text{ mm} \times 500\text{ mm}$.

3. Việc kiểm tra độ võng sàn tầng 2 trong SAFE được thực hiện theo tiêu chuẩn nào?

Tác giả kiểm tra độ võng toàn phần của sàn theo TCVN 5574:2018 thông qua công thức cộng tác dụng $f = f_1 - f_2 + f_3$ có kể đến tác dụng dài hạn của tải trọng, sử dụng hệ số từ biến bê tông B35 là $CR = 1,5$ và hệ số co ngót $SH = 0,8$.

4. Giải pháp nền móng nào được lựa chọn cho chân cột và lõi thang máy của tòa nhà?

Đồ án lựa chọn giải pháp móng cọc khoan nhồi bê tông cốt thép cắm sâu vào tầng đất tốt: đường kính cọc D800 bố trí cho các đài móng dưới chân cột và vách đơn (như đài M1, M3, M5), và đường kính cọc D1000 bố trí cho đài móng khối lớn dưới chân vách lõi thang máy (đài M2).

5. Công trình được trang bị hệ thống nguồn điện dự phòng và cấp nước sinh hoạt từ đơn vị nào?

Nguồn điện dự phòng khi xảy ra sự cố mất điện lưới là tổ máy phát điện Doosan công suất 630 kVA. Nguồn cấp nước sinh hoạt được lấy từ hệ thống cấp nước sạch thành phố do Công ty Nước sạch Quận 6 (trụ sở tại số 97 Phạm Hữu Chí, Phường 12, Quận 5) quản lý và cung cấp.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Block 2 Khu nhà ở Quân đội K96" của sinh viên Bùi Thị Ngát là công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một tòa nhà chung cư cao tầng bê tông cốt thép cấp II quy mô 17 tầng nổi, 1 hầm và 1 mái tại Quận 6, TP.HCM. Bằng việc kết hợp chặt chẽ giữa hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam (TCVN 5574:2018, TCVN 2737:1995, TCVN 229:1999, TCVN 9386:2012) và các phần mềm chuyên ngành ETABS, SAFE v16, tác giả đã giải quyết thành công các bài toán kết cấu từ sàn sườn, cầu thang, hệ khung vách chịu tải trọng gió động, động đất cho đến hệ thống móng cọc khoan nhồi D800 và D1000. Đây là tập tài liệu học thuật có độ tin cậy cao, cấu trúc mạch lạc và có giá trị tham khảo rõ ràng trong công tác đào tạo kỹ sư công trình xây dựng.