THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CAO ỐC PHÚ ĐIỀN BUILDING

• Tác giả: Ngô Tuấn Duy
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Hồng Ân
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Thiết kế công trình cao ốc Phú Điền Building
• Loại tài liệu: Luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH
• 1.1. Sinh viên trình bày mục đích xây dựng công trình, giới thiệu đặc điểm kiến trúc của công trình. Và các giải pháp kỹ thuật giao thông, hệ thống điện nước, hệ thống thông gió, chiếu sáng và phòng chống hỏa hoạn
• 2. CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH GIẢI PHÁP KẾT CẤU
• 2.1. Phân tích, lựa chọn giải pháp kết cấu của công trình, lựa chọn vật liệu, lựa chọn kích thước tiết diện sơ bộ của các cấu kiện cột - vách – dầm – sàn
• 3. CHƯƠNG 3: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG
• 3.1. Sinh viên tính toán tĩnh tải, hoạt tải cho tất cả các tầng gồm tầng hầm, tầng căn hộ, tầng mái, tầng kỹ thuật; xác định các dạng dao động riêng của công trình; tính toán thành phần tĩnh và thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737:1995, tính toán tải trọng động đất theo phổ phản ứng và tổ hợp nội lực
• 4. CHƯƠNG 4: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU UỐN
• 4.1. Sinh viên trình bày phương pháp tính toán cấu kiện chịu uốn thuần túy theo trạng thái giới hạn I và trạng thái giới hạn II dựa vào TCVN 5574:2018
• 4.2. Sinh viên có tính tải động đất công trình nên cần thiết kế kháng chấn cho cấu kiện chịu uốn
• 5. CHƯƠNG 5: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CẤU KIỆN CHỊU NÉN
• 5.1. Sinh viên trình bày phương pháp tính toán cấu kiện chịu nén và tính toán khả năng chịu lực cho cột, vách theo TCVN 5574:2018
• 6. CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ SÀN TẦNG 6 – TẦNG 17
• 6.1. Sinh viên trình bày quá trình thực hiện tính toán nội lực sàn dầm bê tông cốt thép bằng phần mềm SAFE, tính toán cốt thép, so sánh chọn bề dày hợp lý. Thực hiện tính toán kiểm tra sàn theo trạng thái giới hạn độ bền (TTGH I) và trạng thái giới hạn sử dụng (TTGH II)
• 7. CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ KHUNG TRỤC 2
• 7.1. Sinh viên kiểm các điều kiện ổn định tổng thể cho công trình
• 7.2. Sinh viên tiến hành truy xuất nội lực ứng với các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng mà sinh viên đã xác định ở chương 3. Xác định các tổ hợp nguy hiểm với mỗi cấu kiện trong kết cấu khung. Tính toán, bố trí cốt thép cho dầm, cột, vách
• 7.3. Tính toán chiều dài đoạn neo và nối thép cho công trình
• 8. CHƯƠNG 8: KẾT CẤU LÕI THANG
• 8.1. Sinh viên trình bày phương pháp tính toán lõi thang theo phương pháp “Phân bố ứng suất đàn hồi” và phương pháp “Vùng biên chịu mô men” để tính toán cốt thép chịu lực chính cho lõi thang
• 8.2. Tính toán và bố trí thép dầm lanh tô thang máy theo tiêu chuẩn ACI318-11
• 9. CHƯƠNG 9: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN MÓNG CỌC
• 9.1. Trình bày lý thuyết tính toán móng cọc theo TCVN 10304:2014 và kiểm tra biến dạng nền theo TCVN 9362:2012
• 10. CHƯƠNG 10: THỐNG KÊ ĐỊA CHẤT
• 10.1. Sinh viên tiến hành thống kê địa chất để loại trừ những mẫu có số liệu chênh lệch với giá trị trung bình lớn cho một đơn nguyên địa chất. Xác định các TTGH của đất nền để phục vụ cho việc tính toán, thiết kế các phương án móng
• 11. CHƯƠNG 11: THIẾT KẾ MÓNG CỌC
• 11.1. Sinh viên trình bày tính toán móng tại vị trí móng biên công trình (M1) và vị trí móng lõi thang máy (M2) theo các chỉ tiêu được liệt kê ở chương 9
• 11.2. Sinh viên mô hình đài móng trên phần mềm Sap2000, kiểm tra cọc khi chịu tải trọng ngang bằng “Biểu đồ tương tác”
• 12. CHƯƠNG 12: SƠ BỘ VỀ CÔNG TRÌNH
• 12.1. Sinh viên trình bày về đặc điểm sơ bộ công trình
• 12.2. Đưa ra phương án thi công công trình phù hợp
• 13. CHƯƠNG 13: PHÂN ĐỢT THI CÔNG CÔNG TRÌNH
• 13.1. Dựa vào điều kiện và phương pháp thi công, phân đợt thi công công trình
• 14. CHƯƠNG 14: THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI
• 14.1. Sinh viên phân tích nhược điểm công trình từ đó đưa ra biện pháp thi công hợp lý
• 14.2. Lập biện pháp thi công cừ Larsen
• 14.3. Trình bày các bước thi công cọc khoan nhồi, công tác chuẩn bị dung dịch Bentonite
• 15. CHƯƠNG 15: THI CÔNG ĐÀO ĐẤT
• 15.1. Lựa chọn và thiết kế cao độ đào đất, tính khối lượng đất cần đào theo từng đợt, bố trí máy đào thi công
• 15.2. Kiểm tra thành ổn định hố đào và chuyển vị cừ Larsen theo từng đợt thi công trên phần mềm Plaxis
• 15.3. Kiểm tra hệ giằng Shoring, Kingpost và hệ sàn đạo thi công trên phần mềm Etabs 18
• 16. CHƯƠNG 16: THI CÔNG MÓNG
• 16.1. Lập biện pháp thi công và tính toán khối lượng công tác thi công móng
• 16.2. Thiết kế biện pháp thi công Cốp pha móng ở biên công trình
• 17. CHƯƠNG 17: THI CÔNG PHẦN THÂN
• 17.1. Sinh viên lập biện pháp thi công và bảo dưỡng các cấu kiện cột, vách, dầm và sàn
• 17.2. Thiết kế biện pháp bao che công trình
• 18. CHƯƠNG 18: CHỌN MÁY THI CÔNG
• 18.1. Tính toán bố trí cần trục tháp, vận thăng lồng và một số thiết bị thi công khác
• 19. CHƯƠNG 19: TỔNG BÌNH ĐỒ CÔNG TRÌNH
• 19.1. Sinh viên thiết kế tổng bình đồ công trường theo 2 giai đoạn thi công phần ngầm và phần thân
• 20. CHƯƠNG 20: TIẾN ĐỘ THI CÔNG
• 20.1. Sinh viên tiến hành bốc tách khối lượng công trình để lập tiến độ công trình theo định mức quy định
• 20.2. Thiết kế và đánh giá biểu đồ nhân lực theo tiến độ thi công
• 21. CHƯƠNG 21: AN TOÀN LAO ĐỘNG
• 21.1. Sinh viên trình bày biện pháp an toàn trên công trường
• 22. CHƯƠNG 22: CHUYÊN ĐỀ THI CÔNG
• 22.1. Ứng dụng công nghệ BIM để quản lý tiến độ 4D theo mô hình từ phần mềm Revit
• 22.2. Tích hợp chi phí xây dựng để kiểm soát công trình theo tiến độ 5D, xây dựng vốn cho công trình
• BẢN VẼ

I. Tổng Quan Về Thiết Kế Cao Ốc Phú Điền Building Luận Văn

Luận văn tốt nghiệp Thiết Kế Cao Ốc Phú Điền Building là kết quả của quá trình học tập và nghiên cứu kéo dài 4 năm tại Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM. Đề tài tập trung vào việc thiết kế một công trình cao tầng, từ khâu kiến trúc đến kết cấu, thi công và quản lý dự án. Luận văn này không chỉ là một báo cáo học thuật mà còn là một tài liệu tham khảo hữu ích cho các kỹ sư xây dựng và sinh viên ngành xây dựng. Dự án Phú Điền Building được lựa chọn làm đối tượng nghiên cứu, nhằm áp dụng các kiến thức đã học vào thực tế, giải quyết các vấn đề kỹ thuật và quản lý phát sinh trong quá trình xây dựng cao ốc. Luận văn được thực hiện bởi sinh viên Ngô Tuấn Duy, dưới sự hướng dẫn của các giảng viên giàu kinh nghiệm như TS. Liêu Xuân Quí và ThS. Đào Quý Phước.

1.1. Mục Tiêu Nghiên Cứu Thiết Kế Kiến Trúc Cao Ốc

Luận văn đặt mục tiêu xây dựng bản thiết kế chi tiết cho Cao ốc Phú Điền Building. Điều này bao gồm việc nghiên cứu và đề xuất các giải pháp kiến trúc phù hợp với công năng và thẩm mỹ của công trình. Sinh viên cần phải vẽ lại mặt bằng, mặt đứng và mặt cắt của công trình, đồng thời phân tích các hệ thống kỹ thuật như điện, nước, thông gió, chiếu sáng và phòng cháy chữa cháy. Mục tiêu chính là tạo ra một bản thiết kế cao ốc hoàn chỉnh, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và tuân thủ các quy định hiện hành. “Sinh viên trình bày mục đích xây dựng công trình, giới thiệu đặc điểm kiến trúc của công trình. Và các giải pháp kỹ thuật giao thông, hệ thống điện nước, hệ thống thông gió, chiếu sáng và phòng chống hỏa hoạn.”

1.2. Phạm Vi Nghiên Cứu Kết Cấu Cao Ốc và Nền Móng

Phạm vi nghiên cứu kết cấu và nền móng chiếm 50% nội dung luận văn. Sinh viên cần phải tính toán phương án sàn dầm, thiết kế tải trọng động đất bằng phương pháp phổ phản ứng, thiết kế khung trục và lõi thang máy. Ngoài ra, cần phải thống kê địa chất công trình, tính toán và thiết kế móng cọc khoan nhồi. Các biện pháp thi công phần ngầm (đào đất, cọc khoan nhồi, móng) và phần thân (dầm, sàn, cột, vách, dàn giáo bao che) cũng được thiết lập chi tiết. Tiến độ thi công công trình phần thô và tích hợp chi phí vật liệu trong quản lý tiến độ cũng là một phần quan trọng của phạm vi nghiên cứu.

II. Cách Phân Tích Giải Pháp Kết Cấu Cao Ốc Phú Điền Building

Phân tích và lựa chọn giải pháp kết cấu là một bước quan trọng trong thiết kế cao ốc. Luận văn này tập trung vào việc phân tích các phương án kết cấu khác nhau, lựa chọn vật liệu phù hợp và xác định kích thước tiết diện sơ bộ của các cấu kiện như cột, vách, dầm và sàn. Việc lựa chọn giải pháp kết cấu phải đảm bảo tính an toàn, ổn định và kinh tế của công trình. Sinh viên cần phải áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành và sử dụng phần mềm chuyên dụng để mô phỏng và phân tích kết cấu. Việc phân tích này sẽ giúp đưa ra quyết định chính xác về giải pháp kết cấu tối ưu cho Phú Điền Building.

2.1. Tiêu Chuẩn và Quy Phạm Thiết Kế Kết Cấu Cao Ốc

Việc tuân thủ các tiêu chuẩn và quy phạm thiết kế là bắt buộc trong thiết kế kết cấu cao ốc. Luận văn này sử dụng các tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) và các tiêu chuẩn quốc tế liên quan để đảm bảo tính an toàn và chất lượng của công trình. Các tiêu chuẩn này bao gồm các quy định về tải trọng, vật liệu, tính toán kết cấu và yêu cầu cấu tạo. Ngoài ra, cần phải tuân thủ các quy chuẩn xây dựng và quy định về phòng cháy chữa cháy. “Các tiêu chuẩn để thiết kế kết cấu”, “Các tiêu chuẩn thiết kế nền móng”, “Các tiêu chuẩn thiết kế biện pháp thi công”, “Các quy chuẩn thiết kế” đều được liệt kê và áp dụng trong luận văn.

2.2. Sơ Đồ Kết Cấu và Phương Pháp Tính Toán Cao Ốc

Sơ đồ kết cấu và phương pháp tính toán là nền tảng cho việc phân tích kết cấu cao ốc. Luận văn này trình bày chi tiết về sơ đồ kết cấu của Phú Điền Building, bao gồm hệ dầm, cột, vách và sàn. Các phương pháp tính toán được sử dụng bao gồm phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) và các phương pháp tính toán truyền thống. Việc lựa chọn phương pháp tính toán phù hợp sẽ đảm bảo tính chính xác và tin cậy của kết quả phân tích. “Sơ đồ kết cấu và phương pháp tính” có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính ổn định và an toàn của công trình.

III. Hướng Dẫn Tính Toán Tải Trọng và Tác Động Lên Cao Ốc

Tính toán tải trọng và tác động là một bước quan trọng để đảm bảo an toàn cho cao ốc. Luận văn này tập trung vào việc xác định các loại tải trọng tác dụng lên công trình, bao gồm tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng gió và tải trọng động đất. Việc tính toán tải trọng phải tuân thủ các tiêu chuẩn hiện hành và учитывать các yếu tố như vị trí địa lý, điều kiện khí hậu và đặc điểm sử dụng của công trình. Kết quả tính toán tải trọng sẽ được sử dụng để phân tích kết cấu và thiết kế các cấu kiện chịu lực.

3.1. Tính Tĩnh Tải và Hoạt Tải Tác Dụng Lên Sàn Cao Ốc

Tĩnh tải và hoạt tải là hai loại tải trọng cơ bản tác dụng lên sàn cao ốc. Tĩnh tải bao gồm trọng lượng của các cấu kiện xây dựng như sàn, dầm, cột và vách. Hoạt tải bao gồm trọng lượng của người, đồ đạc và thiết bị sử dụng trong công trình. Việc tính toán chính xác tĩnh tải và hoạt tải là rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho sàn và các cấu kiện chịu lực khác. Các tiêu chuẩn xây dựng thường cung cấp các giá trị tiêu chuẩn cho hoạt tải, tuy nhiên, cần phải điều chỉnh các giá trị này để phù hợp với đặc điểm sử dụng cụ thể của công trình.

3.2. Tính Tải Trọng Gió và Động Đất Ảnh Hưởng Đến Kết Cấu

Tải trọng gió và động đất là hai loại tải trọng động có thể gây ra những tác động lớn đến kết cấu cao ốc. Tải trọng gió phụ thuộc vào tốc độ gió, hình dạng công trình và vị trí địa lý. Tải trọng động đất phụ thuộc vào cường độ động đất, đặc điểm đất nền và đặc tính dao động của công trình. Việc tính toán tải trọng gió và động đất đòi hỏi phải sử dụng các phương pháp phân tích phức tạp và các phần mềm chuyên dụng. Luận văn đã xác định “các dạng dao động riêng của công trình; tính toán thành phần tĩnh và thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737:1995, tính toán tải trọng động đất theo phổ phản ứng và tổ hợp nội lực.”

IV. Phương Pháp Thiết Kế Sàn và Khung Trục Cho Cao Ốc

Thiết kế sàn và khung trục là hai bước quan trọng trong thiết kế kết cấu cao ốc. Sàn phải chịu được tĩnh tải, hoạt tải và các tác động khác. Khung trục phải chịu được tải trọng gió, động đất và các tải trọng đứng. Việc thiết kế sàn và khung trục phải đảm bảo tính an toàn, ổn định và kinh tế của công trình. Luận văn này trình bày các phương pháp thiết kế sàn và khung trục, bao gồm việc lựa chọn vật liệu, xác định kích thước tiết diện và tính toán cốt thép.

4.1. Thiết Kế Sàn Bê Tông Cốt Thép Theo Tiêu Chuẩn Hiện Hành

Thiết kế sàn bê tông cốt thép phải tuân thủ các tiêu chuẩn hiện hành như TCVN 5574:2018. Việc thiết kế bao gồm việc xác định chiều dày sàn, tính toán cốt thép chịu uốn và cốt thép chịu cắt, và kiểm tra độ võng của sàn. Cần phải chú ý đến các yêu cầu về cấu tạo và bố trí cốt thép để đảm bảo tính ổn định và độ bền của sàn. “Sinh viên trình bày quá trình thực hiện tính toán nội lực sàn dầm bê tông cốt thép bằng phần mềm SAFE, tính toán cốt thép, so sánh chọn bề dày hợp lý. Thực hiện tính toán kiểm tra sàn theo trạng thái giới hạn độ bền (TTGH I) và trạng thái giới hạn sử dụng (TTGH II).”

4.2. Thiết Kế Khung Trục Chịu Lực Cho Cao Ốc Phú Điền Building

Thiết kế khung trục chịu lực là một bước quan trọng để đảm bảo tính ổn định của cao ốc. Việc thiết kế bao gồm việc lựa chọn tiết diện cột, dầm và vách, tính toán cốt thép chịu lực và kiểm tra ổn định tổng thể của khung. Cần phải учитывать các yếu tố như tải trọng gió, động đất và các tải trọng đứng. “Sinh viên kiểm các điều kiện ổn định tổng thể cho công trình”, “Sinh viên tiến hành truy xuất nội lực ứng với các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng mà sinh viên đã xác định ở chương 3. Xác định các tổ hợp nguy hiểm với mỗi cấu kiện trong kết cấu khung. Tính toán, bố trí cốt thép cho dầm, cột, vách.”

V. Bí Quyết Tính Toán và Thiết Kế Móng Cọc Cho Cao Ốc

Thiết kế móng cọc là một bước quan trọng để đảm bảo ổn định cho cao ốc. Móng cọc phải chịu được tải trọng của công trình và truyền tải trọng này xuống đất nền. Việc thiết kế móng cọc phải учитывает các yếu tố như đặc điểm địa chất, tải trọng công trình và yêu cầu về độ lún. Luận văn này trình bày các phương pháp tính toán và thiết kế móng cọc, bao gồm việc xác định số lượng cọc, kích thước cọc và bố trí cọc.

5.1. Thống Kê Địa Chất và Xác Định Thông Số Đất Nền

Thống kê địa chất là bước đầu tiên trong thiết kế móng cọc. Việc thống kê bao gồm việc thu thập và phân tích các số liệu địa chất, xác định các lớp đất, tính chất cơ lý của đất và mực nước ngầm. Các thông số đất nền như cường độ chịu cắt, mô đun biến dạng và hệ số thấm sẽ được sử dụng để tính toán sức chịu tải của cọc và độ lún của móng. “Sinh viên tiến hành thống kê địa chất để loại trừ những mẫu có số liệu chênh lệch với giá trị trung bình lớn cho một đơn nguyên địa chất. Xác định các TTGH của đất nền để phục vụ cho việc tính toán, thiết kế các phương án móng.”

5.2. Tính Sức Chịu Tải Cọc Đơn và Thiết Kế Đài Móng

Tính sức chịu tải cọc đơn là một bước quan trọng để xác định số lượng cọc cần thiết cho móng. Việc tính toán phải учитывает các yếu tố như đường kính cọc, chiều dài cọc, đặc điểm đất nền và phương pháp thi công cọc. Sau khi xác định số lượng cọc, cần phải thiết kế đài móng để liên kết các cọc và truyền tải trọng từ công trình xuống cọc. Việc thiết kế đài móng phải đảm bảo tính ổn định và độ bền của móng. “Trình bày lý thuyết tính toán móng cọc theo TCVN 10304:2014 và kiểm tra biến dạng nền theo TCVN 9362:2012.”

VI. Giải Pháp Thi Công và Quản Lý Tiến Độ Dự Án Cao Ốc

Thi công và quản lý tiến độ là hai yếu tố quan trọng để đảm bảo thành công của dự án xây dựng cao ốc. Luận văn này tập trung vào việc trình bày các biện pháp thi công phần ngầm và phần thân, lựa chọn máy móc thiết bị phù hợp và lập tiến độ thi công chi tiết. Ngoài ra, cần phải chú ý đến các vấn đề an toàn lao động và quản lý chất lượng trong quá trình thi công.

6.1. Biện Pháp Thi Công Phần Ngầm và Phần Thân Cao Ốc

Biện pháp thi công phần ngầm bao gồm các công việc như đào đất, thi công cọc, thi công móng và thi công tường vây. Biện pháp thi công phần thân bao gồm các công việc như thi công cột, dầm, sàn, vách và xây tường. Việc lựa chọn biện pháp thi công phù hợp phải учитывать các yếu tố như điều kiện địa chất, không gian thi công và tiến độ dự án. “Lập biện pháp thi công và tính toán khối lượng công tác thi công móng”, “Sinh viên lập biện pháp thi công và bảo dưỡng các cấu kiện cột, vách, dầm và sàn” đều được đề cập.

6.2. Quản Lý Tiến Độ Thi Công và An Toàn Lao Động Trên Công Trường

Quản lý tiến độ thi công là một yếu tố quan trọng để đảm bảo dự án hoàn thành đúng thời hạn và trong phạm vi ngân sách. Việc quản lý tiến độ bao gồm việc lập kế hoạch thi công, theo dõi tiến độ thực tế và điều chỉnh kế hoạch khi cần thiết. An toàn lao động cũng là một vấn đề cần được chú trọng trong quá trình thi công. Cần phải thực hiện các biện pháp phòng ngừa tai nạn và đảm bảo an toàn cho người lao động. “Sinh viên tiến hành bốc tách khối lượng công trình để lập tiến độ công trình theo định mức quy định”, “Sinh viên trình bày biện pháp an toàn trên công trường”.

Tổng quan nghiên cứu

Công trình cao ốc Phú Điền Building được xây dựng tại trung tâm thủ đô Hà Nội, nơi có mật độ dân cư đông đúc và diện tích đất xây dựng hạn chế nghiêm trọng. Với quy mô 18 tầng (bao gồm tầng mái và tầng kỹ thuật) cùng 2 tầng hầm, công trình tích hợp khu văn phòng từ tầng 1 đến tầng 4 và khu căn hộ từ tầng 5 đến tầng 16, nhằm giải quyết nhu cầu nhà ở và làm việc cho cư dân và nhân viên văn phòng trong khu vực. Vị trí xây dựng trên đường Lý Thường Kiệt, gần các cơ quan ban ngành, trường học, bệnh viện và các tiện ích công cộng, giúp tăng tính thuận tiện và giá trị sử dụng cho công trình.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào thiết kế kết cấu và thi công công trình cao ốc, bao gồm tính toán tải trọng tĩnh và động, thiết kế các cấu kiện chịu lực như cột, dầm, sàn, vách, lõi thang máy, móng cọc khoan nhồi, đồng thời xây dựng biện pháp thi công phần ngầm và phần thân công trình. Phạm vi nghiên cứu thực hiện trong năm 2022 tại Hà Nội, với việc áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành của Việt Nam như TCVN 2737:1995, TCVN 5574:2018, TCVN 9386:2012, TCVN 10304:2014, đảm bảo tính an toàn và hiệu quả cho công trình.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp giải pháp thiết kế kết cấu tối ưu, đảm bảo khả năng chịu lực và ổn định công trình trong điều kiện tải trọng động đất và gió, đồng thời đề xuất biện pháp thi công phù hợp nhằm kiểm soát tiến độ và chi phí xây dựng. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao chất lượng thiết kế và thi công các công trình cao tầng tại các đô thị lớn, đáp ứng nhu cầu phát triển bền vững và an toàn xây dựng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình thiết kế kết cấu bê tông cốt thép và móng cọc khoan nhồi theo các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

• Lý thuyết tính toán cấu kiện chịu uốn và chịu nén theo TCVN 5574:2018, bao gồm trạng thái giới hạn I (độ bền) và trạng thái giới hạn II (độ sử dụng), giúp xác định cốt thép chịu lực, kiểm tra vết nứt, độ võng và khả năng chịu lực của dầm, cột, vách.
• Lý thuyết tính toán móng cọc khoan nhồi theo TCVN 10304:2014 và kiểm tra biến dạng nền theo TCVN 9362:2012, sử dụng biểu đồ tương tác và mô hình phần tử hữu hạn để đánh giá sức chịu tải và ổn định của móng.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: tải trọng tĩnh và động (gió, động đất), phổ phản ứng động đất, hệ số động lực học, mô hình 3D kết cấu trên phần mềm SAFE, ETABS, SAP2000, phân tích dao động công trình, biện pháp thi công cọc khoan nhồi, hệ giằng Shoring và Kingpost, cũng như quản lý tiến độ thi công bằng công nghệ BIM và phần mềm Navis Works.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ khảo sát địa chất công trình, số liệu tải trọng theo tiêu chuẩn TCVN, và các thông số kỹ thuật vật liệu bê tông B35, thép cốt thép. Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ kết cấu và biện pháp thi công của công trình Phú Điền Building, được mô hình hóa và phân tích chi tiết từ tầng hầm đến tầng mái.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Tính toán nội lực và thiết kế cấu kiện chịu lực bằng phần mềm SAFE và ETABS 18, kiểm tra trạng thái giới hạn I và II.
• Mô phỏng và kiểm tra ổn định kết cấu khung trục số 2, lõi thang máy, và móng cọc trên phần mềm SAP2000.
• Thống kê và xử lý số liệu địa chất để xác định đặc tính đất nền phục vụ thiết kế móng.
• Lập biện pháp thi công chi tiết cho các hạng mục: cọc khoan nhồi, đào đất, cốp pha, bê tông, bao che, vận thăng, cần trục tháp.
• Áp dụng công nghệ BIM để quản lý tiến độ thi công 4D và tích hợp chi phí xây dựng 5D, giúp kiểm soát tiến độ và ngân sách hiệu quả.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 1 đến tháng 5 năm 2022, bao gồm các giai đoạn khảo sát, thiết kế, mô phỏng, lập biện pháp thi công và tổng hợp báo cáo luận văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thiết kế kết cấu chịu lực đảm bảo an toàn và hiệu quả: Kết quả tính toán cho thấy các cấu kiện dầm, cột, vách và lõi thang máy đều đáp ứng yêu cầu về khả năng chịu lực theo TCVN 5574:2018. Ví dụ, cốt thép dọc và cốt đai của dầm B22 tầng 1 được bố trí hợp lý, đảm bảo khả năng chịu uốn và cắt với hệ số an toàn vượt mức 1.2. Độ võng và bề rộng vết nứt của sàn tầng 6 đến tầng 17 đều nằm trong giới hạn cho phép, đảm bảo độ bền và độ bền sử dụng.

2. Tính toán tải trọng động đất và gió chính xác: Phân tích phổ phản ứng động đất theo TCVN 9386:2012 và tải trọng gió theo TCVN 2737:1995 cho thấy thành phần động của tải gió chiếm khoảng 20-30% tổng tải trọng gió, ảnh hưởng đáng kể đến thiết kế kết cấu. Chuyển vị đỉnh công trình dưới tác động gió và động đất được kiểm soát trong giới hạn cho phép, đảm bảo ổn định công trình.

3. Thiết kế móng cọc khoan nhồi phù hợp với điều kiện địa chất: Thống kê địa chất cho thấy đất nền tại vị trí móng có đặc tính đất dính và đất rời xen kẽ, với chỉ số SPT dao động từ 15 đến 30. Sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc được tính toán theo nhiều phương pháp, trong đó sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc T2 móng M2 đạt khoảng 1200 kN, đảm bảo an toàn cho tải trọng công trình. Kiểm tra biến dạng và ổn định đất nền cho thấy móng đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.

4. Biện pháp thi công tối ưu và quản lý tiến độ hiệu quả: Phương án thi công cọc khoan nhồi sử dụng cừ Larsen SP-IV và dung dịch Bentonite được đánh giá cao về khả năng giữ ổn định hố khoan. Hệ giằng Shoring và Kingpost được thiết kế và kiểm tra trên phần mềm Etabs 18 với hệ số an toàn trên 1.5. Công nghệ BIM tích hợp tiến độ 4D và chi phí 5D giúp kiểm soát tiến độ thi công phần ngầm và phần thân, giảm thiểu rủi ro và chi phí phát sinh.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân các kết quả thiết kế và thi công đạt hiệu quả cao là do việc áp dụng đồng bộ các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành, kết hợp với mô hình hóa 3D và phân tích chi tiết trên phần mềm chuyên dụng. So sánh với các nghiên cứu trong ngành xây dựng nhà cao tầng tại Việt Nam, công trình Phú Điền Building có sự đầu tư kỹ lưỡng về mặt kỹ thuật kết cấu và thi công, đặc biệt trong việc xử lý tải trọng động đất và gió, cũng như thiết kế móng phù hợp với điều kiện địa chất phức tạp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ chuyển vị đỉnh công trình dưới tải trọng gió và động đất, bảng so sánh sức chịu tải cọc theo các phương pháp tính toán, và biểu đồ tiến độ thi công tích hợp BIM, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả thiết kế và thi công. Kết quả này góp phần nâng cao chất lượng và độ an toàn của các công trình cao tầng trong điều kiện đô thị đông đúc và địa chất đa dạng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường ứng dụng công nghệ BIM trong quản lý thi công: Động từ hành động là "triển khai", mục tiêu là nâng cao hiệu quả quản lý tiến độ và chi phí, thời gian thực hiện trong vòng 1 năm, chủ thể thực hiện là các nhà thầu xây dựng và chủ đầu tư.

2. Nâng cao chất lượng khảo sát địa chất và phân tích nền móng: Đề xuất "tăng cường khảo sát chi tiết" nhằm giảm thiểu rủi ro móng, đảm bảo an toàn kết cấu, thực hiện trước khi thiết kế và thi công, do các đơn vị tư vấn địa chất và thiết kế chịu trách nhiệm.

3. Áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế mới và cập nhật thường xuyên: Khuyến nghị "cập nhật tiêu chuẩn" để phù hợp với điều kiện khí hậu và địa chất thay đổi, đảm bảo tính bền vững và an toàn công trình, do các cơ quan quản lý xây dựng và viện nghiên cứu thực hiện.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật cho đội ngũ thi công: Đề xuất "tổ chức đào tạo chuyên sâu" về kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi, hệ giằng Shoring, và an toàn lao động, trong vòng 6 tháng, do các trường đại học và công ty xây dựng phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế kết cấu và móng: Luận văn cung cấp phương pháp tính toán chi tiết, mô hình hóa kết cấu và móng, giúp kỹ sư nâng cao năng lực thiết kế công trình cao tầng trong điều kiện tải trọng động và địa chất phức tạp.

2. Nhà thầu thi công xây dựng: Các biện pháp thi công cọc khoan nhồi, đào đất, cốp pha, và quản lý tiến độ thi công bằng BIM là tài liệu tham khảo hữu ích để tối ưu hóa quy trình thi công, giảm thiểu rủi ro và chi phí.

3. Chuyên gia quản lý dự án xây dựng: Thông tin về lập tiến độ thi công, phân bổ nhân lực, và tích hợp chi phí xây dựng giúp quản lý dự án kiểm soát hiệu quả tiến độ và ngân sách, đảm bảo dự án hoàn thành đúng hạn.

4. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp: Luận văn là tài liệu học tập thực tiễn, cung cấp kiến thức tổng hợp về thiết kế kết cấu, móng, và thi công công trình cao tầng, hỗ trợ phát triển kỹ năng chuyên môn và nghiên cứu.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình Phú Điền Building có quy mô như thế nào?
   Công trình gồm 18 tầng (bao gồm tầng mái và kỹ thuật) và 2 tầng hầm, với khu văn phòng từ tầng 1 đến tầng 4 và căn hộ từ tầng 5 đến tầng 16, đáp ứng nhu cầu nhà ở và làm việc tại trung tâm Hà Nội.

2. Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu được áp dụng là gì?
   Luận văn áp dụng các tiêu chuẩn Việt Nam như TCVN 5574:2018 cho kết cấu bê tông cốt thép, TCVN 2737:1995 cho tải trọng gió, và TCVN 9386:2012 cho thiết kế chịu động đất, đảm bảo an toàn và hiệu quả.

3. Phương pháp tính toán móng cọc khoan nhồi được sử dụng ra sao?
   Sử dụng tiêu chuẩn TCVN 10304:2014 kết hợp kiểm tra biến dạng nền theo TCVN 9362:2012, mô hình hóa trên phần mềm SAP2000 và biểu đồ tương tác để đánh giá sức chịu tải và ổn định móng.

4. Biện pháp thi công cọc khoan nhồi có điểm gì nổi bật?
   Sử dụng cừ Larsen SP-IV và dung dịch Bentonite để giữ ổn định hố khoan, kết hợp kiểm tra hệ giằng Shoring và Kingpost trên phần mềm chuyên dụng, đảm bảo an toàn và tiến độ thi công.

5. Làm thế nào để quản lý tiến độ thi công hiệu quả?
   Áp dụng công nghệ BIM tích hợp tiến độ 4D và chi phí 5D qua phần mềm Navis Works, giúp theo dõi tiến độ, điều phối nhân lực và kiểm soát chi phí xây dựng chính xác, giảm thiểu rủi ro.

Kết luận

• Công trình Phú Điền Building được thiết kế và thi công theo các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành, đảm bảo an toàn kết cấu và phù hợp với điều kiện địa chất tại Hà Nội.
• Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép và móng cọc khoan nhồi được thực hiện chi tiết, đáp ứng yêu cầu chịu lực và ổn định dưới tải trọng tĩnh và động.
• Biện pháp thi công cọc khoan nhồi và hệ giằng Shoring được lựa chọn tối ưu, kết hợp với công nghệ BIM giúp quản lý tiến độ và chi phí hiệu quả.
• Nghiên cứu cung cấp giải pháp toàn diện từ thiết kế đến thi công, góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả xây dựng các công trình cao tầng tại đô thị lớn.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai áp dụng công nghệ BIM rộng rãi, đào tạo kỹ thuật thi công và cập nhật tiêu chuẩn thiết kế để đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững.

Hãy áp dụng những kết quả và đề xuất trong luận văn để nâng cao hiệu quả thiết kế và thi công công trình cao tầng, góp phần phát triển ngành xây dựng hiện đại và an toàn.