Thiết kế kết cấu chung cư Sunrise Apartment Building

Đồ án tốt nghiệp thiết kế kết cấu chung cư Sunrise Apartment Building - ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

• Tác giả: Trần Văn Nhật Anh
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Anh Thắng
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Thiết kế kết cấu chung cư Sunrise Apartment Building
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan thiết kế kết cấu chung cư Sunrise Apartment Building

Dự án Sunrise Apartment Building là đồ án tốt nghiệp tiêu biểu của Khoa Đào tạo Chất lượng cao thuộc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Đồ án do sinh viên Trần Văn Nhật Anh thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Lê Anh Thắng. Mục tiêu chính là xây dựng giải pháp kết cấu toàn diện cho tòa nhà chung cư cao tầng. Công trình đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa công năng kiến trúc và độ an toàn kết cấu. Các hạng mục tính toán bao gồm sàn điển hình, cầu thang bộ, bể nước, khung thân và móng cọc khoan nhồi. Hồ sơ thiết kế dựa trên các dữ liệu khảo sát địa chất và bản vẽ kiến trúc thực tế. Kỹ sư thực hiện đã chuyển hóa các yêu cầu kiến trúc thành mô hình chịu lực chính xác. Toàn bộ quy trình thiết kế tuân thủ hệ thống tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam hiện hành. Hệ kết cấu bảo đảm khả năng chịu lực dưới các tác động bất lợi của tải trọng bản thân, tải trọng sử dụng và tải trọng môi trường. Đây là tài liệu tham khảo giá trị cho sinh viên ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp.

1.1. Bối cảnh đề tài tốt nghiệp tại ĐH SPKT TP.HCM

Khoa Đào tạo Chất lượng cao tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM luôn chú trọng đào tạo thực tiễn. Đề tài tốt nghiệp chung cư Sunrise Apartment Building phản ánh đúng năng lực giải quyết vấn đề của sinh viên. Đồ án đòi hỏi người học vận dụng kiến thức từ cơ học công trình đến thiết kế chuyên sâu. Sinh viên phải tự chủ trong việc đọc hiểu bản vẽ kiến trúc và báo cáo địa chất. Quá trình làm việc đòi hỏi sự cẩn trọng cao độ đối với từng thông số vật liệu. Từng bước tính toán đều được giáo viên hướng dẫn kiểm soát nghiêm ngặt. Sản phẩm hoàn thiện không chỉ mang tính học thuật mà còn có giá trị ứng dụng thực tế.

1.2. Mục tiêu kỹ thuật và phạm vi thiết kế kết cấu

Mục tiêu trọng tâm của dự án là thiết lập mô hình kết cấu tối ưu cho tòa nhà. Phạm vi công việc trải dài từ kết cấu phần trên đến kết cấu phần ngầm. Kết cấu phần trên bao gồm sàn sườn bê tông cốt thép, cầu thang bộ và hệ thống bể nước mái. Phần thân công trình tập trung vào hệ khung kết hợp vách cứng và lõi thang máy. Phần móng giải quyết bài toán móng cọc khoan nhồi cắm vào tầng địa chất tốt. Toàn bộ thiết kế hướng tới việc thỏa mãn hai trạng thái giới hạn: cường độ và độ võng nứt. Độ an toàn tổng thể của công trình được đặt lên hàng đầu trong mọi tình huống.

II. Phân tích kỹ thuật thiết kế kết cấu chung cư Sunrise Apartment

Thiết kế nhà cao tầng đối mặt với nhiều thách thức cơ học phức tạp. Công trình Sunrise Apartment chịu tác động đồng thời của nhiều dạng tải trọng khác nhau. Tĩnh tải gồm trọng lượng bản thân kết cấu và các lớp hoàn thiện kiến trúc. Hoạt tải sử dụng thay đổi liên tục theo chức năng từng căn hộ và khu vực công cộng. Đặc biệt, tải trọng ngang từ gió và động đất đóng vai trò quyết định độ ổn định công trình. Tác động của gió bão tại khu vực TP.HCM đòi hỏi mô hình tính toán chuẩn xác theo TCVN 2737-1995. Bên cạnh đó, việc phân tích động đất cần tuân theo quy chuẩn TCVN 9386-2012 và TCXDVN 375-2006. Khi gia tốc nền vượt ngưỡng quy định, kỹ sư phải xét thêm thành phần chấn động phương đứng. Sự phối hợp bất lợi giữa các tổ hợp tải trọng có thể gây chuyển vị lớn. Biến dạng ngang quá mức sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến tiện nghi và an toàn của cư dân. Ngoài ra, điều kiện địa chất đô thị phức tạp cũng đặt ra bài toán hóc búa cho nền móng. Kỹ sư phải giải quyết triệt để nguy cơ lún lệch và mất ổn định tổng thể.

2.1. Phân tích tải trọng gió và tác động động đất

Tải trọng gió tác dụng lên bề mặt công trình tạo ra lực đẩy và lực hút lớn. Công trình tại TP.HCM thuộc vùng gió áp lực tiêu chuẩn đặc trưng. Kỹ sư phân tích áp lực gió theo các phương trục X và Y. Động đất được phân tích bằng phổ phản ứng đàn hồi theo TCVN 9386-2012. Tác động địa chấn kích thích dao động uốn và xoắn trong tòa nhà. Nếu tần số dao động riêng trùng với tần số kích động, hiện tượng cộng hưởng có thể xảy ra. Do đó, việc xác định chính xác chu kỳ dao động tự nhiên là nhiệm vụ cấp thiết. Kết quả phân tích giúp kiểm soát chuyển vị đỉnh và độ lệch tầng.

2.2. Thiết lập các tổ hợp tải trọng giới hạn ULS và SLS

Quy trình thiết kế đòi hỏi kiểm tra hai trạng thái giới hạn cơ bản. Trạng thái giới hạn thứ nhất ULS bảo đảm khả năng chịu lực tối đa của cấu kiện. Các tổ hợp ULS kết hợp tải trọng bản thân, tĩnh tải hoàn thiện, tải tường và hoạt tải. Tổ hợp đặc biệt bổ sung thêm lực động đất dọc theo phương X và Y. Trạng thái giới hạn thứ hai SLS kiểm soát điều kiện sử dụng bình thường. SLS đánh giá chính xác độ võng dầm sàn và bề rộng khe nứt bê tông. Mỗi tổ hợp tải trọng được gán hệ số tin cậy theo đúng TCVN 2737-1995. Việc phân chia bài bản giúp tránh lãng phí vật liệu nhưng vẫn giữ độ an toàn cao.

III. Phương pháp giải pháp thiết kế kết cấu chung cư Sunrise Apartment

Giải pháp thiết kế Sunrise Apartment áp dụng công nghệ mô hình hóa không gian 3D hiện đại. Phần mềm chuyên dụng ETABS được khai thác để phân tích ứng xử toàn khối của khung và vách cứng. Sàn điển hình được mô hình hóa và tính toán chi tiết bằng SAFE hoặc phương pháp phần tử hữu hạn. Vách cứng và lõi thang máy được bố trí đối xứng nhằm giảm thiểu hiệu ứng xoắn tổng thể. Sự kết hợp giữa khung bê tông và vách lõi tạo nên hệ kết cấu chịu lực hỗn hợp vững chắc. Hệ thống dầm cột được bố trí hợp lý theo lưới cột kiến trúc. Đối với phần móng, giải pháp cọc khoan nhồi tiết diện lớn được lựa chọn để truyền tải xuống tầng đất chịu lực tốt. Sức chịu tải của cọc được xác định kỹ lưỡng theo cường độ đất nền và vật liệu bê tông cốt thép. Đài móng được thiết kế với chiều dày bảo đảm chống chọc thủng và uốn cục bộ. Hệ thống bể nước ngầm và bể nước mái được mô hình hóa thành các tấm vỏ chịu áp lực thủy tĩnh. Từng cấu kiện đều được bố trí cốt thép chịu uốn và cắt theo tiêu chuẩn hiện hành.

3.1. Mô hình hóa khung bê tông và vách lõi chịu lực

Mô hình không gian 3D mô phỏng trung thực các liên kết cứng giữa dầm, cột và vách. Tiết diện cột thay đổi theo chiều cao tầng nhằm tối ưu hóa chi phí vật liệu. Lõi thang máy đóng vai trò chịu tải trọng ngang chính từ gió và động đất. Các phần tử dầm được gán mô men uốn và lực cắt từ các tổ hợp tải trọng. Quy trình phân tích nội lực giúp phát hiện các vị trí tập trung ứng suất cao. Kỹ sư bố trí thép tăng cường tại các nút khung xung yếu để tăng khả năng dẻo. Giải pháp này giúp công trình phân tán năng lượng chấn động một cách an toàn.

3.2. Tính toán sàn điển hình và móng cọc khoan nhồi

Sàn tầng điển hình chịu tải trọng bản thân và hoạt tải phòng ở. Sơ đồ tính toán sàn áp dụng phương pháp dải bản hoặc phần tử hữu hạn. Thép sàn bố trí theo biểu đồ mô men uốn tại nhịp và gối tựa. Độ võng sàn được kiểm tra kỹ nhằm ngăn ngừa nứt nẻ lớp hoàn thiện. Ở phần móng, cọc khoan nhồi được tính toán chịu tải trọng thẳng đứng và lực cắt ngang. Chiều sâu chôn cọc bảo đảm cắm sâu vào tầng cuội sỏi chịu tải cao. Đài cọc liên kết các đầu cọc tạo thành khối móng cứng cáp dưới đáy lõi và cột lớn. Thiết kế bảo đảm công trình lún đều trong giới hạn cho phép.

IV. Kết luận đánh giá thiết kế kết cấu chung cư Sunrise Apartment

Đồ án thiết kế kết cấu chung cư Sunrise Apartment Building hoàn thành trọn vẹn các mục tiêu kỹ thuật đề ra. Hồ sơ tính toán cung cấp luận cứ khoa học vững chắc cho từng cấu kiện công trình. Giải pháp kết cấu bảo đảm sự cân bằng giữa yêu cầu chịu lực và tính khả thi thi công. Quy trình thiết kế phản ánh sự am hiểu sâu sắc về tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam. Các biện pháp chống rung lắc và kiểm soát chuyển vị ngang đạt hiệu quả cao. Kết quả phân tích khẳng định tòa nhà vận hành ổn định trong suốt vòng đời dự án. Công trình thể hiện tính thực tiễn cao của chương trình đào tạo tại ĐH SPKT TP.HCM. Bản thuyết minh và bản vẽ chi tiết có thể làm tài liệu mẫu cho các dự án chung cư tương tự. Việc nắm vững quy trình tính toán giúp sinh viên tự tin đảm nhận công tác thực tế sau tốt nghiệp. Đồ án cũng gợi mở hướng ứng dụng mô hình thông tin công trình BIM vào quản lý thiết kế. Đây là bước đệm quan trọng trong việc nâng cao chất lượng thiết kế xây dựng dân dụng tại Việt Nam.

4.1. Hiệu quả kinh tế kỹ thuật của giải pháp kết cấu

Giải pháp kết cấu được tối ưu giúp tiết kiệm khối lượng bê tông và thép. Kích thước cột giảm dần theo chiều cao tầng làm giảm tải trọng bản thân truyền xuống móng. Việc lựa chọn móng cọc khoan nhồi cắm vào tầng địa chất tốt giúp giảm số lượng tim cọc. Thời gian thi công phần ngầm được rút ngắn đáng kể nhờ bố trí đài cọc hợp lý. Hệ vách cứng và sàn phẳng tạo không gian kiến trúc thông thoáng, nâng cao giá trị sử dụng căn hộ. Dự án thể hiện sự hài hòa giữa độ an toàn cơ học và lợi ích kinh tế đầu tư.

4.2. Ứng dụng thực tiễn trong công trình chung cư cao tầng

Quy trình thiết kế Sunrise Apartment Building có thể nhân rộng cho nhiều dự án tương tự tại đô thị. Các kỹ sư thiết kế có thể vận dụng phương pháp tổ hợp tải trọng và bố trí thép trong đồ án. Giải pháp kiểm soát chuyển vị ngang dưới tác động của gió và động đất mang tính ứng dụng cao. Tài liệu cung cấp góc nhìn thực tế về quy trình xử lý giao thoa giữa kiến trúc và cơ điện ME. Mọi quy chuẩn kỹ thuật đều tương thích với quy định xây dựng hiện đại tại các thành phố lớn. Đây là tư liệu tham khảo bổ ích cho đào tạo và hành nghề kỹ sư xây dựng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING GRADUATION THESIS AUTOMOTIVE ENGINEERING SUNRISE APARTMMENT BUILDING $'9,625ASSOC. LE ANH7+$1* STUDENT: 75$19$11+$7$1+  SKL010727 Ho Chi Minh City, June 202 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING CAPSTONE PROJECT SUNRISE APARTMMENT BUILDING Student: TRAN VAN NHAT ANH Student ID: 18145002 Course: 2018 Major: CIVIL ENGINEERING TECHNOLOGY Advisor: ASSOC. LE ANH THANG Ho Chi Minh City, June 2023 Faculty for High Quality Training – HCMC University of Technology and Education THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom – Happiness -------- Ho Chi Minh City, February, 2023 CAPSTONE PROJECT ASSIGNMENT Student name: TRAN VAN NHAT ANH Student ID: 18145002 Major: Civil Engineering Technology Class: 18149CLA Advisor: Assoc. LE ANH THANG Phone number: 0908479455 Date of assignment: 05/02/2023 Date of submission: 22/06/2023 1.

Project title: SUNRISE APARTMENT BUILDING 2. Initial materials provided by the advisor: - Architectural profile of the project. - Geotechnical profile of the project. Content of the project: a.

Architectural: - Introduction to the architecture of the project. - Functions of building architecture. - Show architectural drawings. Structural: - Modeling, analyzing, calculating and designing typical slab.

- Modeling, analyzing, calculating and designing typical stairs. - Check the overall stability of the project. - Modeling, analyzing, calculating, designing frames, columns, rigid wall, core. - Modeling, analysis, calculation and design of bored pile foundation.

- Modeling, analyzing, calculating and designing water tanks. Final product: - 01 explanation. CHAIR OF THE PROGRAM ADVISOR (Sign with full name) (Sign with full name) THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- Ho Chi Minh City, June, 2023 ADVISOR’S EVALUATION SHEET Student name: TRAN VAN NHAT ANH Student ID: 18145002 Major: Civil Engineering Technology Class: 18149CLA2 Project title: SUNRISE APARTMENT BUILDING Advisor: Assoc. LE ANH THANG EVALUATION 1.

Content of the project:. Approval for oral defense? (Approved or denied) .) Ho Chi Minh City, month day, year ADVISOR (Sign with full name) THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- Ho Chi Minh City, June, 2023 PRE-DEFENSE EVALUATION SHEET Student name: TRAN VAN NHAT ANH Student ID: 18145002 Major: Civil Engineering Technology Class: 18149CLA Project title: SUNRISE APARTMENT BUILDING Advisor: Assoc. LE ANH THANG Name of Reviewer: Assoc. Content and workload of the project:.

Approval for oral defense? (Approved or denied) .) Ho Chi Minh City, month day, year REVIEWER (Sign with full name) ACKNOWLEDGEMENT For each construction student, the Capstone Project is like a big first project in life when preparing to end the study process at the University, and at the same time opening up a new direction in life. reality in the future. Through the process of doing the Project, I have more opportunities to synthesize and systematize the knowledge I have learned, and at the same time collect and add new knowledge that I still lack, practice my calculation ability. and solve problems that may arise in practice.

During the time of writing my thesis, I have received a lot of guidance and enthusiastic help from Mr. Le Anh Thang. I would like to express my sincere and deepest gratitude to Mr. Le Anh Thang.

The knowledge and experience that you have imparted to me is the foundation, the golden key for me to be able to complete this Capstone Project. Although I have tried my best, but due to limited knowledge and experience, it is difficult to avoid errors in my project, I hope to receive your guidance so that I can try and improve my skills, improve your knowledge. Finally, I would like to wish you success and good health so that you can continue your career of imparting knowledge to the next generation. Thank you sincerely.

Ho Chi Minh City, June, 2023 Student TRAN VAN NHAT ANH CAPSTONE PROJECT – SUNRISE APARTMENT CHAPTER 1: PROJECT OVERVIEW. Purpose of building construction:. Location and project characteristics:. Scale of construction works:.

Construction ground solutions:. Construction traffic solutions:. Other technical solutions:. Water supply system.

Fire protection system. Garbage drainage system.23 CHAPTER 2: STRUCTURAL OVERVIEW. Analysis and selection of structural:.