Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình đô thị hóa nhanh chóng tại các thành phố lớn ở Việt Nam kéo theo sự gia tăng mật độ dân số và sự khan hiếm quỹ đất xây dựng. Tại trung tâm thành phố Đà Nẵng, nhu cầu về nhà ở kết hợp văn phòng làm việc và tiện ích thương mại ngày càng trở nên cấp thiết. Việc phát triển các công trình nhà cao tầng bằng kết cấu bê tông cốt thép là giải pháp quy hoạch không gian hiệu quả nhằm tối ưu hóa diện tích sử dụng đất, nâng cao tiện nghi sinh hoạt cho cán bộ, công nhân viên chức và người có thu nhập trung bình.

Dự án Chung cư cao cấp LaPaz Tower được xây dựng nhằm hiện thực hóa mục tiêu trên. Công trình tọa lạc tại địa chỉ số 38 đường Nguyễn Chí Thanh, phường Hải Châu, quận Hải Châu, thành phố Đà Nẵng. Khu đất xây dựng có diện tích quy hoạch 811 m², trong đó diện tích xây dựng chiếm 581 m², tổng mức đầu tư khoảng 106 tỷ đồng. Công trình có hướng nhìn trực diện ra sông Hàn và nằm kề cận trung tâm hành chính thành phố; các phía Bắc, Nam, Tây giáp khu dân cư hiện hữu, phía Đông giáp trục giao thông chính Nguyễn Chí Thanh.

Mục tiêu của đồ án tốt nghiệp là hoàn thành hồ sơ thiết kế kỹ thuật toàn diện cho công trình LaPaz Tower từ giai đoạn kiến trúc, tính toán thiết kế kết cấu đến biện pháp kỹ thuật thi công. Cụ thể, các nhiệm vụ nghiên cứu và thực hiện được xác định như sau:

  1. Thể hiện hồ sơ bản vẽ kiến trúc công trình dựa trên công năng quy hoạch.
  2. Mô hình, phân tích nội lực và thiết kế sàn tầng điển hình theo phương án sàn dầm toàn khối.
  3. Mô hình, phân tích nội lực và tính toán cốt thép cầu thang bộ điển hình.
  4. Mô hình không gian 3D, phân tích tải trọng tĩnh và động (gió động, động đất), thiết kế hệ khung chịu lực gồm dầm, cột và lõi thang máy (hệ khung vách).
  5. Phân tích địa chất, lựa chọn phương án móng và thiết kế móng cọc khoan nhồi cho cột và lõi thang.
  6. Tính toán, kiểm tra an toàn hệ ván khuôn (cốp pha) và cây chống phục vụ thi công đài móng, cột, dầm, sàn tầng điển hình.

Đối tượng nghiên cứu là kết cấu chịu lực của công trình nhà cao tầng bê tông cốt thép toàn khối LaPaz Tower. Phạm vi công trình bao gồm quy mô 17 tầng nổi, 1 tầng hầm và tầng mái; chiều cao đỉnh công trình đạt 64,8 m; tầng đế bố trí 2 tầng văn phòng và siêu thị mini; từ tầng 3 trở lên bố trí 99 căn hộ ở (diện tích 45 m² – 96 m²) và 6 căn penthouse tại tầng trên cùng. Phạm vi thời gian thực hiện đồ án từ ngày 15/03/2023 đến ngày 12/07/2023.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung pháp lý và tiêu chuẩn kỹ thuật

Quá trình phân tích tải trọng, nội lực và thiết kế các cấu kiện kết cấu tuân thủ nghiêm ngặt hệ thống Tiêu chuẩn Quốc gia (TCVN) và Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia (QCVN) hiện hành:

  • TCVN 2737-1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCVN 5574-2018: Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép.
  • TCVN 10304-2014: Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCVN 9386-2012: Thiết kế công trình chịu động đất.
  • TCVN 198-1997: Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối.
  • TCVN 229-1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737-1995.
  • QCVN 06-2010/BXD: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn cháy cho nhà và công trình.

Vật liệu và thông số tính toán

Hệ kết cấu sử dụng bê tông cấp độ bền B30 kết hợp với cốt thép thanh cán nóng nhóm CB-240T (thép trơn làm cốt đai, thép bản sàn mỏng) và CB-400V (thép có gờ làm cốt dọc chịu lực).

Vật liệu Cường độ chịu nén tính toán ($R_b$ hoặc $R_{sc}$) Cường độ chịu kéo tính toán ($R_{bt}$ hoặc $R_s$) Cường độ cốt ngang ($R_{sw}$) Môđun đàn hồi ($E$)
Bê tông B30 $17\text{ MPa}$ $1,15\text{ MPa}$ — $32,5 \times 10^3\text{ MPa}$
Thép CB-240T $210\text{ MPa}$ $210\text{ MPa}$ $210\text{ MPa}$ $2,0 \times 10^5\text{ MPa}$
Thép CB-400V $350\text{ MPa}$ $350\text{ MPa}$ $280\text{ MPa}$ $2,0 \times 10^5\text{ MPa}$

Chiều dày lớp bê tông bảo vệ được quy định cụ thể: cọc và đài móng là 50 mm; kết cấu tiếp xúc trực tiếp với đất là 35 mm; bản sàn và bản cầu thang là 20 mm; dầm và vách chịu lực là 50 mm.

Phương pháp nghiên cứu và công cụ phần mềm

  • Phương pháp giải tích và phần tử hữu hạn (FEM): Phân tích khung không gian ba chiều bằng phần mềm ETABS 2018 để giải quyết bài toán tải trọng tĩnh, dao động riêng, tải trọng gió động và động đất. Phân tích nội lực bản sàn và hệ móng đài cọc bằng phần mềm SAFE 2016.
  • Phương pháp phân tích động lực học công trình: Xác định thành phần động của tải trọng gió theo phương pháp dao động riêng (Modal Analysis) dựa trên TCVN 229-1999; phân tích phản ứng kháng chấn theo phương pháp phổ phản ứng đàn hồi (Response Spectrum Method) dựa trên TCVN 9386-2012.
  • Phương pháp tính toán sức chịu tải móng cọc: Kết hợp đồng thời sức chịu tải theo cường độ vật liệu, chỉ tiêu cơ lý đất nền (tra bảng), chỉ tiêu cường độ (Phụ lục G2, TCVN 10304-2014) và kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT).
  • Nguồn dữ liệu đầu vào: Hồ sơ thiết kế kiến trúc hoàn chỉnh; số liệu báo cáo khảo sát địa chất công trình tại vị trí 38 Nguyễn Chí Thanh, quận Hải Châu, Đà Nẵng; số liệu khí tượng thủy văn vùng gió II-A (áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 0,95\text{ kN/m}^2$, dạng địa hình B).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Giới thiệu tổng quan công trình

Chương này trình bày bối cảnh đầu tư, công năng quy hoạch và các giải pháp kỹ thuật công trình. Tòa nhà có chiều cao 64,8 m gồm 17 tầng nổi và 1 tầng hầm, diện tích xây dựng 581 m². Tầng đế phục vụ hoạt động văn phòng và thương mại mini; từ tầng 3 trở lên là 99 căn hộ dân cư khép kín (45 – 96 m²) và 6 căn penthouse trên đỉnh tháp; tầng mái bố trí bể nước sinh hoạt và kỹ thuật.

Về hệ thống kỹ thuật công trình, tòa nhà sử dụng nguồn điện lưới thành phố kết hợp máy phát điện dự phòng, dây dẫn đi ngầm trong hộp kỹ thuật. Hệ thống cấp nước phân vùng với bể ngầm, trạm bơm đẩy lên mái, téc nước dự trữ và bơm tăng áp/van giảm áp cấp tới từng căn hộ. Hệ thống thoát nước tách biệt đường ống vệ sinh và đường ống nước thải sinh hoạt/nước bếp có bẫy mỡ xử lý sơ bộ. Hệ thống phòng cháy chữa cháy tích hợp bể nước cứu hỏa ngầm, họng tiếp nước ngoài nhà, hệ thống chữa cháy họng nước vách tường cuộn vòi 50 mm, hệ thống đầu phun Sprinkler tự động và bình chữa cháy khí ($CO_2$, Nitơ). Hệ kết cấu chịu lực toàn bộ là khung bê tông cốt thép kết hợp vách cứng lõi thang máy.

Chương 2. Cơ sở thiết kế

Nội dung chương tập trung xác định các giả thiết tính toán, quy chuẩn thiết kế và sơ bộ kích thước hình học cấu kiện. Tác giả so sánh ba phương án sàn: hệ sàn sườn toàn khối (sàn dầm), sàn phẳng không dầm và sàn ô cờ trực giao. Do công trình có lưới cột và mặt bằng tường ngăn kiến trúc phức tạp, phương án sàn sườn toàn khối được lựa chọn nhằm bảo đảm khả năng chịu lực uốn, giảm chiều dày bản sàn, kiểm soát độ võng và độ rung, đồng thời phù hợp với năng lực thi công thực tế.

Giả thiết cơ bản xem sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng ngang, liên kết giữa sàn vào cột và vách là liên kết ngàm cùng cao trình. Kích thước tiết diện được chọn sơ bộ:

  • Chiều dày bản sàn: $h_b = (140 \div 220)\text{ mm}$, chọn cho ô bản lớn nhất kích thước $7,0\text{ m} \times 10,04\text{ m}$.
  • Dầm chính: tiết diện $b_d \times h_d = 400 \times 700\text{ mm}$ (với nhịp tính toán $L = 10,4\text{ m}$).
  • Dầm phụ: tiết diện $b_d \times h_d = 300 \times 500\text{ mm}$.
  • Tiết diện cột: sơ bộ dựa trên lực nén dọc quy đổi theo diện tích sàn truyền tải, cường độ chịu nén của bê tông và hàm lượng cốt thép hợp lý.

Chương 3. Tải trọng và tác động

Chương 3 tính toán chi tiết các tổ hợp tải trọng tác động lên hệ kết cấu:

  • Tĩnh tải: Tĩnh tải tường xây bao che dày 200 mm và tường ngăn dày 100 mm với hệ số vượt tải $n = 1,3$; tĩnh tải các lớp hoàn thiện sàn tầng 1, 2 đạt $6,0\text{ kN/m}^2$; tĩnh tải sàn tầng điển hình đạt $5,0\text{ kN/m}^2$.
  • Hoạt tải: Tra theo TCVN 2737-1995 gồm phòng kỹ thuật ($7,2\text{ kN/m}^2$), sảnh hành lang thương mại ($4,0\text{ kN/m}^2$), phòng ngủ và phòng khách căn hộ ($1,95\text{ kN/m}^2$), ban công logia ($2,0\text{ kN/m}^2$), bể nước kỹ thuật mái ($30\text{ kN/m}^2$).
  • Tải trọng gió: Địa điểm xây dựng thuộc vùng áp lực gió II-A, địa hình B ($W_0 = 0,95\text{ kN/m}^2$, hệ số độ tin cậy $\gamma = 1,2$, độ giảm loga $\delta = 0,3$). Vì công trình cao 64,8 m ($> 40\text{ m}$), thành phần gió động bắt buộc phải xét đến theo TCVN 229-1999. Chu kỳ dao động cơ bản tính toán đạt $T_1 = 1,558\text{ s}$ (phương X) và $T_3 = 1,651\text{ s}$ (phương Y). Tần số dao động thứ nhất nhỏ hơn tần số giới hạn $f_L = 1,3\text{ Hz}$, do đó gió động được tính toán bao gồm cả xung vận tốc gió và lực quán tính công trình tương ứng với các mode dao động.
  • Tải trọng động đất: Tính toán theo TCVN 9386-2012. Công trình thuộc khu vực quận Hải Châu, Đà Nẵng có gia tốc nền tham chiếu quy đổi $a_{gR} = 0,1006$, gia tốc thiết kế $a_g = 0,9869\text{ m/s}^2$, điều kiện địa chất nền loại D, hệ số tầm quan trọng công trình cấp II ($\gamma_1 = 1,0$). Do chu kỳ dao động cơ bản $T_1 = 1,793\text{ s} > 2\text{ s}$ và không thỏa mãn điều kiện $T_1 \le 4T_C$, phương pháp tĩnh lực ngang tương đương không thể áp dụng; đồ án sử dụng phương pháp phổ phản ứng đàn hồi với hệ số ứng xử $q = 3,6$.
  • Tổ hợp nội lực: Thiết lập các trường hợp tải trọng và tổ hợp theo trạng thái giới hạn thứ nhất (ULS - kiểm tra cường độ) và trạng thái giới hạn thứ hai (SLS - kiểm tra biến dạng, lún, nứt).

Chương 4. Kiểm tra trạng thái giới hạn 2

Đồ án thực hiện các bước kiểm tra tổng thể độ an toàn của tòa nhà dưới tác động của tải trọng ngang:

  • Điều kiện ổn định chống lật: Theo TCVN 198-1997, tỷ số giữa chiều cao và bề rộng công trình $H/B = 64,8 / 25,3 = 2,56 < 5$. Do đó, công trình thỏa mãn tự ổn định, không bắt buộc phải tính toán chi tiết mômen chống lật.
  • Gia tốc đỉnh: Tính toán gia tốc dao động đỉnh lớn nhất $a_{\max} = (2\pi f)^2 f_{d\max}$ thỏa mãn tiêu chuẩn sinh lý đối với chuyển động nhà cao tầng.
  • Chuyển vị ngang đỉnh công trình: Chuyển vị đỉnh lớn nhất dưới tổ hợp tải trọng gió theo phương X là $\Delta_X = 32,8\text{ mm}$, theo phương Y là $\Delta_Y = 42,5\text{ mm}$. Cả hai giá trị đều nhỏ hơn chuyển vị giới hạn cho phép $[f] = H/500 = 64800 / 500 = 129\text{ mm}$.
  • Chuyển vị lệch tầng do động đất: Giá trị chuyển vị tương đối giữa các tầng $d_r \cdot \nu$ (với hệ số chiết giảm $\nu = 0,5$) đều nằm trong phạm vi cho phép $0,005h \div 0,0075h$ theo quy định TCVN 9386-2012.
  • Hiệu ứng P-Delta (P-$\Delta$): Hệ số độ nhạy chuyển vị ngang $\theta = (P_{tot} \cdot d_r) / (V_{tot} \cdot h)$ tại mọi tầng đều nhỏ hơn 0,1. Kết quả này chứng minh không cần phải xét đến hiệu ứng biến dạng bậc hai (P-Delta) trong mô hình tính toán.

Chương 5. Thiết kế cầu thang bộ

Chương này tính toán kết cấu cầu thang bộ 2 vế tại tầng điển hình (nằm trong phạm vi trục 2a, 3a, B1, C). Chiều cao tầng $3400\text{ mm}$, mỗi vế gồm 10 bậc, chiều rộng mặt bậc $270\text{ mm}$, chiều cao bậc $162\text{ mm}$, chiều dài bậc $1150\text{ mm}$, góc nghiêng bản thang $31^\circ$. Chiều dày bản thang bê tông cốt thép chọn $h_s = 150\text{ mm}$, dầm chiếu tới có kích thước tiết diện $200 \times 300\text{ mm}$.

Tĩnh tải tác dụng lên bản nghiêng gồm lớp đá hoa cương, bậc gạch xây và bản bê tông cốt thép đạt $5,9643\text{ kN/m}^2$; hoạt tải tiêu chuẩn $p^{tc} = 3,0\text{ kN/m}^2$ (hoạt tải tính toán $3,6\text{ kN/m}^2$ với hệ số vượt tải 1,2). Bản thang được mô hình hóa và phân tích nội lực trên ETABS 2D. Kết quả mômen uốn và lực cắt làm căn cứ tính thép chịu lực dọc (thép CB-400V) và cốt thép phân bố chống nứt. Bản chiếu tới có tỷ số kích thước $L_2 / L_1 = 2900 / 1250 = 2,32 > 2$, được tính toán theo sơ đồ bản kê 1 phương làm việc theo cạnh ngắn dưới tải trọng tổng cộng $q_s = 5,16\text{ kN/m}^2$.

Chương 6. Tính toán và thiết kế sàn tầng điển hình

Nội dung tập trung thiết kế sàn tầng 3 điển hình bằng phần mềm chuyên dụng SAFE 2016. Mặt bằng kết cấu sàn được phân chia thành các dải strip theo phương X và phương Y. Dựa trên biểu đồ mômen tại gối và nhịp của từng dải, tác giả tính toán diện tích cốt thép yêu cầu $A_s$, bố trí các lớp thép chịu mômen âm và mômen dương. Sàn được kiểm tra độ võng đàn hồi kết hợp nứt dài hạn; độ võng lớn nhất ở giữa các nhịp bản lớn đều nằm trong ngưỡng biến dạng cho phép theo TCVN 5574-2018.

Chương 7. Thiết kế hệ khung

Chương 7 triển khai tính toán hệ kết cấu chịu lực chính của công trình:

  • Thiết kế dầm: Lấy nội lực bao mômen và lực cắt từ mô hình ETABS cho dầm tầng điển hình; bố trí cốt thép dọc chịu kéo và chịu nén. Tính toán cốt đai chịu lực cắt kết hợp cấu tạo kháng chấn trong vùng khớp dẻo (critical region) ở hai đầu dầm, kiểm tra neo và nối cốt thép theo TCVN 5574-2018.
  • Thiết kế cột: Điển hình tính toán cho cột C1B khung trục B. Cột được tính toán theo cấu kiện chịu nén uốn lệch tâm xiên hai phương ($M_x, M_y, N$). Tính toán cốt đai tăng cường kháng chấn và chiều dài đoạn neo nối thép dọc qua các tầng.
  • Thiết kế vách lõi thang máy (W1): Phân chia lõi thang thành các phần tử vách thẳng đứng, xác định đặc trưng hình học tiết diện và tọa độ trọng tâm từ tầng hầm lên đến mái. Sử dụng phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi để tính toán lực dọc và mômen trong từng mảng vách, bố trí cốt thép thẳng đứng và cốt thép giằng ngang.

Chương 8. Thiết kế móng

Địa chất công trình gồm các lớp đất hạt mịn ở trạng thái cứng tại tầng sâu chịu lực. Tác giả chọn giải pháp móng cọc khoan nhồi đường kính $D = 800\text{ mm}$ cắm sâu vào tầng đất tốt. Sức chịu tải của cọc đơn được xác định qua 4 phương pháp độc lập:

  1. Sức chịu tải theo cường độ vật liệu bê tông B30 và thép.
  2. Sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý đất nền (phương pháp tra bảng).
  3. Sức chịu tải theo chỉ tiêu cường độ đất nền (áp dụng Phụ lục G2, TCVN 10304-2014).
  4. Sức chịu tải tính toán dựa trên số búa thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT).

Độ lún cọc đơn được xác minh theo Phụ lục B, TCVN 10304-2014. Đồ án thiết kế chi tiết hai loại móng chính: móng đài cọc đơn M1E dưới cột và móng cụm cọc dưới lõi thang máy. Quá trình tính toán bao gồm: kiểm tra phản lực đầu cọc dưới tác dụng của tổ hợp tải trọng chân cột ($P_{\max} \le 1,2 R_{ct}$, $P_{\min} > 0$), kiểm tra sức chịu tải của nhóm cọc và tải trọng ngang, xác định kích thước khối móng quy ước, kiểm tra ứng suất ổn định và độ lún tại đáy khối móng quy ước ($S \le [S] = 8\text{ cm}$), kiểm tra điều kiện chọc thủng, xuyên thủng đài móng và tính toán cốt thép lưới đài móng hai phương.

Chương 9. Thiết kế phần thi công

Nội dung chương trình bày biện pháp tính toán ván khuôn và cây chống đỡ phục vụ thi công bê tông tại hiện trường. Vật tư được lựa chọn gồm:

  • Ván khuôn: Ván ép phủ phim TEKCOM ECO có độ bền cơ lý và khả năng chống thấm nước cao.
  • Sườn chịu lực: Hệ thép hộp Hòa Phát làm sườn đứng và sườn ngang.
  • Hệ đỡ: Cây chống thép đơn Trường Thành có khả năng điều chỉnh khẩu độ chiều cao.

Tác giả thiết lập sơ đồ tính, tải trọng tác dụng (trọng lượng bê tông tươi, cốt thép, tải trọng người và thiết bị đổ, áp lực ngang của vữa bê tông tươi khi đầm dùi) và kiểm tra khả năng chịu lực, độ võng cho các bộ phận: ván khuôn và sườn đài móng M1E; ván khuôn, sườn đứng, sườn ngang và ty giằng cột C1B; ván khuôn thành, ván đáy dầm và sườn đỡ dầm; ván đáy sàn tầng điển hình, sườn trên, sườn dưới và hệ cây chống sàn. Toàn bộ thông số bố trí khoảng cách vật tư được tổng hợp thành bảng quy cách thi công chi tiết.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán kỹ thuật chính

Các chỉ số cơ lý, kiểm tra an toàn và kết quả thiết kế kết cấu của công trình được tổng hợp cụ thể trong bảng dưới đây:

Hạng mục kiểm tra / Thiết kế Thông số tính toán trong đồ án Giới hạn quy chuẩn cho phép Kết luận an toàn
Tỷ số chiều cao / bề rộng ($H/B$) $64,8 / 25,3 = 2,56$ $< 5$ (TCVN 198-1997) Thỏa mãn tự ổn định chống lật
Chuyển vị đỉnh phương X ($\Delta_X$) $32,8\text{ mm}$ $\le 129\text{ mm}$ ($H/500$) Đạt yêu cầu sử dụng bình thường
Chuyển vị đỉnh phương Y ($\Delta_Y$) $42,5\text{ mm}$ $\le 129\text{ mm}$ ($H/500$) Đạt yêu cầu sử dụng bình thường
Hệ số độ nhạy P-Delta ($\theta$) $< 0,1$ (tại tất cả các tầng) $\theta \le 0,1$ Bỏ qua hiệu ứng P-Delta bậc hai
Chu kỳ dao động cơ bản ($T_1$) $1,558\text{ s}$ (Mode 1 - X) $T_1 = 1,793\text{ s}$ (tổng thể) Phải dùng phổ phản ứng động đất
Phương án sàn tầng điển hình Sàn sườn BTCT, $h_b = 140 \div 220\text{ mm}$ Phù hợp lưới cột nhịp lớn Giảm võng và tiện lắp dựng cốp pha
Tiết diện dầm chính / Dầm phụ $400 \times 700\text{ mm}$ / $300 \times 500\text{ mm}$ Cấu tạo dầm bê tông cốt thép Đảm bảo khả năng chịu mômen, cắt
Phương án móng sâu Cọc khoan nhồi $D = 800\text{ mm}$ Ngàm vào tầng địa chất tốt Đảm bảo phản lực và độ lún nhóm
Hệ ván khuôn thi công Ván TEKCOM ECO, hộp Hòa Phát Kiểm tra bền và độ võng sườn Đảm bảo ổn định chịu áp lực đổ bê tông

Đóng góp kỹ thuật của đồ án

Về mặt tính toán kết cấu móng cọc, tác giả đã khắc phục nhược điểm của phương pháp truyền thống vốn tính toán tách rời sức chịu tải của nền đất, sức chịu tải vật liệu và độ lún của cọc. Theo phân tích của tác giả, cách tính truyền thống theo TCVN 10304-2014 thông thường chỉ xác định sức chịu tải cực hạn mà không đồng bộ với độ lún, dẫn đến trường hợp tải trọng thiết kế thỏa mãn điều kiện bền nhưng vi phạm giới hạn lún; đồng thời giả định lực dọc lớn nhất tập trung tại đỉnh cọc là chưa phản ánh chính xác hiện tượng ma sát âm.

Đồ án đã áp dụng phương pháp phối hợp đồng thời ba yếu tố: sức chịu tải đất nền, độ lún cọc và sức bền vật liệu cọc. Phương pháp này giải quyết việc xác định lực dọc cực đại trong thân cọc tại vị trí mặt phẳng trung hòa (khi độ dịch chuyển của nền đất lớn hơn độ dịch chuyển của thân cọc), sử dụng giá trị này để so sánh với sức chịu tải vật liệu, mang lại hệ số an toàn cao hơn cho kết cấu phần ngầm công trình cao tầng. Ngoài ra, việc thiết kế chi tiết hệ cốp pha chịu áp lực vữa tươi đài móng, cột và dầm sàn mang lại tính thực tiễn cao cho công tác triển khai ngoài hiện trường.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Mô hình tính toán kết cấu giả thiết sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng ngang (Rigid Diaphragm), chưa xét đến ảnh hưởng của biến dạng cục bộ tại các vị trí sàn bị khoét lỗ lớn hoặc các góc mở kiến trúc phức tạp.
    • Phạm vi thiết kế chi tiết chỉ tập trung vào một số cấu kiện đại diện (sàn tầng 3, cột trục B, vách lõi W1, móng M1E và móng lõi thang) chứ chưa thể hiện toàn bộ các cấu kiện khác trên mặt bằng.
    • Phần thi công tập trung vào kiểm tra khả năng chịu lực của ván khuôn và cây chống, chưa đi sâu vào biện pháp kỹ thuật thi công tầng hầm sâu trong đô thị (như tường vây diaphragm wall, hệ shoring giằng chống hố đào hay phương pháp Semi-Topdown).
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Phân tích ứng xử động học phi tuyến (Nonlinear Pushover Analysis hoặc Time-History Analysis) để khảo sát mức độ tiêu tán năng lượng và sự hình thành khớp dẻo của khung nhà dưới tác động động đất mạnh.
    • Mô hình hóa bài toán tương tác đất - kết cấu (Soil - Structure Interaction - SSI) cho hệ móng cọc khoan nhồi thay cho liên kết ngàm cứng tuyệt đối tại đáy đài.
    • Lập biện pháp thi công chi tiết hố đào tầng hầm và tiến độ tổ chức thi công tổng thể cho toàn bộ dự án.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị thực tiễn cao cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng, Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp: Cung cấp trình tự mẫu mực để hoàn thiện đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng, từ bước tổng hợp kiến trúc, sơ bộ tiết diện, gán tải trọng đến phân tích nội lực và thi công.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu: Tham khảo quy trình phân tích động lực học công trình chịu tải trọng gió động theo TCVN 229-1999 và tải trọng động đất theo phương pháp phổ phản ứng đàn hồi của TCVN 9386-2012 trên phần mềm ETABS.
  • Kỹ sư thi công và quản lý dự án: Tham khảo bảng thông số kỹ thuật, công thức tính toán kiểm tra bền và độ võng của hệ ván khuôn phủ phim, sườn thép hộp và cây chống đơn cho các cấu kiện móng, cột, dầm, sàn nhà cao tầng.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao công trình LaPaz Tower không cần kiểm tra điều kiện ổn định chống lật?

Căn cứ theo mục hướng dẫn trong TCVN 198-1997 về thiết kế nhà cao tầng bê tông cốt thép toàn khối, chỉ những công trình có tỷ lệ giữa chiều cao và chiều rộng đáy ($H/B$) lớn hơn 5 mới bắt buộc phải kiểm tra điều kiện an toàn chống lật ($M_{CL} \ge 1,5 M_{GL}$). Tòa nhà LaPaz Tower có chiều cao $H = 64,8\text{ m}$ và bề rộng cạnh đáy nhỏ nhất $B = 25,3\text{ m}$, cho tỷ lệ $H/B = 64,8 / 25,3 = 2,56 < 5$. Do đó, công trình thỏa mãn khả năng tự ổn định chống lật dưới tác động của tải trọng ngang.

2. Vì sao đồ án phải sử dụng phương pháp phổ phản ứng thay vì phương pháp tĩnh lực ngang tương đương khi tính toán động đất?

Theo TCVN 9386-2012, phương pháp tĩnh lực ngang tương đương chỉ áp dụng khi công trình không chịu ảnh hưởng đáng kể bởi các dao động bậc cao và phải thỏa mãn đồng thời hai điều kiện về chu kỳ dao động cơ bản: $T_1 \le 4T_C$ và $T_1 \le 2,0\text{ s}$. Kết quả phân tích dao động của công trình LaPaz Tower cho thấy chu kỳ dao động cơ bản $T_1 = 1,793\text{ s}$ không đáp ứng đầy đủ điều kiện quy chuẩn để áp dụng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương. Do đó, tác giả bắt buộc phải áp dụng phương pháp phổ phản ứng đàn hồi (Response Spectrum Method) với hệ số ứng xử $q = 3,6$ trên phần mềm ETABS.

3. Phương án móng nào được lựa chọn và sức chịu tải của cọc được xác định bằng những phương pháp nào?

Công trình sử dụng giải pháp móng cọc khoan nhồi đường kính $D = 800\text{ mm}$ do tải trọng chân cột lớn và địa chất lớp dưới là đất hạt mịn ở trạng thái cứng. Sức chịu tải của cọc khoan nhồi được tính toán qua 4 phương pháp độc lập theo TCVN 10304-2014: tính theo cường độ vật liệu bê tông cốt thép, tính theo chỉ tiêu cơ lý đất nền (tra bảng), tính theo chỉ tiêu cường độ đất nền (Phụ lục G2) và tính theo số búa thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT).

4. Kết quả kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình theo hai phương X và Y có thỏa mãn yêu cầu tiêu chuẩn không?

Theo TCVN 5574-2018, độ võng ngang (chuyển vị đỉnh) giới hạn cho phép của kết cấu khung - vách nhà cao tầng dưới tác dụng của tải trọng gió là $[f] = H / 500 = 64800 / 500 = 129\text{ mm}$. Kết quả phân tích mô hình khung không gian của công trình cho thấy chuyển vị đỉnh lớn nhất theo phương X đạt $\Delta_X = 32,8\text{ mm}$ và theo phương Y đạt $\Delta_Y = 42,5\text{ mm}$. Cả hai giá trị đều nhỏ hơn nhiều so với giới hạn $129\text{ mm}$, bảo đảm độ cứng và an toàn sử dụng.

5. Hệ ván khuôn và cây chống phục vụ thi công cấu kiện sử dụng các chủng loại vật tư cụ thể nào?

Trong thiết kế biện pháp thi công ở Chương 9, tác giả lựa chọn ba chủng loại vật tư chính: ván ép phủ phim TEKCOM ECO dùng làm ván khuôn bề mặt tiếp xúc bê tông; sườn đứng và sườn ngang bằng hệ thép hộp mạ kẽm Hòa Phát; hệ đỡ chịu lực thẳng đứng sử dụng cây chống thép đơn của thương hiệu Trường Thành có ren điều chỉnh khẩu độ chiều cao.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Khánh Toàn đã giải quyết toàn diện bài toán thiết kế công trình nhà cao tầng bê tông cốt thép LaPaz Tower quy mô 17 tầng nổi và 1 tầng hầm tại Đà Nẵng. Nghiên cứu kết hợp nhuần nhuyễn giữa hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng Việt Nam hiện hành (TCVN 5574-2018, TCVN 9386-2012, TCVN 10304-2014) với các công cụ mô hình hóa phần tử hữu hạn hiện đại (ETABS, SAFE). Tất cả các điều kiện an toàn chịu lực của hệ dầm, cột, vách lõi thang, móng cọc khoan nhồi và hệ ván khuôn thi công đều được tính toán rõ ràng, bảo đảm độ tin cậy và khả năng ứng dụng thực tế cho ngành kỹ thuật xây dựng công trình.