Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quá trình phát triển đô thị và hội nhập kinh tế, nhu cầu về nhà ở có chất lượng môi trường sống tốt, đầy đủ dịch vụ tiện ích ngày càng gia tăng. Tại các đô thị lớn và khu vực kinh tế trọng điểm giáp ranh như Thành phố Hồ Chí Minh và Bình Dương, quỹ đất nội thành ngày càng hạn hẹp. Xu hướng phát triển các dự án chung cư cao tầng tại các khu đô thị vùng ven là giải pháp kỹ thuật và xã hội phù hợp, giúp giải quyết nhu cầu nhà ở mật độ cao, tiết kiệm tài nguyên đất và hoàn thiện hệ thống hạ tầng đô thị. Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế Chung cư An Bình" của sinh viên Phạm Công Đạt (Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, thực hiện năm 2018) tập trung giải quyết bài toán thiết kế kiến trúc tổng quan, phân tích động lực học kết cấu và thiết kế chi tiết hệ kết cấu chịu lực bê tông cốt thép cho một công trình cao tầng cụ thể.

Mục tiêu và nhiệm vụ thiết kế được xác lập theo các nội dung chính sau:

  1. Đề xuất giải pháp kiến trúc tổng thể, mặt bằng phân khu chức năng, hệ thống giao thông và các giải pháp kỹ thuật công trình (điện, cấp thoát nước, thông gió, chiếu sáng, phòng cháy chữa cháy, chống sét và thoát rác).
  2. Lập sơ đồ kết cấu không gian chịu lực (hệ khung - vách bê tông cốt thép toàn khối) và lựa chọn sơ bộ kích thước các cấu kiện dầm, cột, sàn, vách cứng.
  3. Tính toán và thiết kế cấu kiện phụ trợ: cầu thang bộ hai vế tầng điển hình.
  4. Xác định các loại tải trọng tác dụng lên công trình gồm tĩnh tải, hoạt tải sử dụng, tải trọng gió (thành phần tĩnh và thành phần động) và tải trọng động đất.
  5. Thiết lập các tổ hợp tải trọng bất lợi nhất theo tiêu chuẩn hiện hành, mô hình hóa và phân tích nội lực hệ kết cấu bằng phần mềm ETABS, kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình và thiết kế cốt thép cho các khung trục chịu lực điển hình (khung trục B và khung trục 3).
  6. Mô hình hóa và tính toán thiết kế cốt thép hệ sàn tầng điển hình bằng phần mềm chuyên dụng SAFE.
  7. Đánh giá điều kiện địa chất, xác định sức chịu tải của cọc bê tông ly tâm ứng suất trước và thiết kế hệ thống đài móng cọc (móng dưới cột đơn và móng cụm dưới lõi vách thang máy).

Đối tượng nghiên cứu là tổ hợp công trình Chung cư An Bình có chiều cao 48,80 m, quy mô 17 tầng (gồm 1 tầng hầm, 1 tầng trệt thương mại - dịch vụ, 15 tầng căn hộ điển hình và 1 tầng mái) với tổng diện tích sàn xây dựng 1.890 m² (mặt bằng 45,0 m × 42,0 m), cung cấp 544 căn hộ. Phạm vi không gian xây dựng đặt tại đường Bình Đường 2, phường An Bình, thị xã Dĩ An, tỉnh Bình Dương. Phạm vi thời gian nghiên cứu và hoàn thành đồ án vào tháng 01 năm 2018.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung tiêu chuẩn và cơ sở lý thuyết áp dụng

Việc tính toán kết cấu công trình tuân thủ hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng của Việt Nam cùng các tài liệu quy phạm quốc tế tham khảo:

  • Tiêu chuẩn tải trọng và tác động: TCVN 2737:1995.
  • Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió: TCXD 229:1999 / TCVN 229:1999.
  • Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép: TCVN 5574:2012.
  • Tiêu chuẩn thiết kế nhà cao tầng bê tông cốt thép toàn khối: TCVN 198:1997.
  • Tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất: TCVN 9386:2012.
  • Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc: TCVN 10304:2014; Tiêu chuẩn cọc bê tông ly tâm ứng suất trước: TCVN 7888:2014.
  • Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu cọc khoan nhồi / cọc ép: TCVN 9395:2012, TCVN 195:1997.
  • Tiêu chuẩn và tài liệu tham khảo nước ngoài trong tính toán vách cứng và kết cấu đặc biệt: UBC 97, ACI 99, ACI 318-2002.

Nguyên tắc tính toán kết cấu bê tông cốt thép được tiến hành theo phương pháp hai trạng thái giới hạn:

  • Trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGH I): Đảm bảo khả năng chịu lực của tiết diện thẳng góc (tính toán uốn cho bản sàn, dầm; nén uốn lệch tâm xiên/phẳng cho cột và vách) và tiết diện nghiêng (khả năng chịu lực cắt của bê tông và cốt đai, cốt xiên).
  • Trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH II): Kiểm tra điều kiện biến dạng (độ võng của bản sàn, dầm) và kiểm tra chuyển vị ngang đỉnh công trình nhằm đảm bảo điều kiện sử dụng bình thường.

Phương pháp nghiên cứu và công cụ phân tích

  • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Mô hình hóa kết cấu không gian 3D của toàn bộ công trình. Dầm và cột được mô hình bằng phần tử thanh (Line element); sàn và vách cứng được mô hình bằng phần tử tấm vỏ (Area / Shell element).
  • Phương pháp phân tích dao động và động lực học: Khảo sát các dạng dao động riêng (Modes of vibration) để xác định chu kỳ dao động $T$ và tần số dao động $f$, từ đó tính toán lực quán tính của thành phần động tải trọng gió và lực cắt đáy do động đất.
  • Phương pháp tĩnh lực ngang tương đương (Equivalent Lateral Force Procedure): Ứng dụng theo TCVN 9386:2012 để phân bố lực động đất theo chiều cao công trình dựa trên dạng dao động cơ bản.
  • Phương pháp dải bản (Strip Method): Sử dụng trong phần mềm SAFE để tích hợp mô men uốn và tính toán diện tích cốt thép lớp trên, lớp dưới cho sàn bê tông toàn khối.
  • Công cụ phần mềm: ETABS (phân tích động lực học và nội lực khung - vách không gian), SAFE (phân tích uốn và biến dạng võng của sàn tầng điển hình), bảng tính Microsoft Excel kết hợp mã tự động hóa VBA để tính toán tiết diện cốt thép cấu kiện và móng cọc.

Thông số vật liệu sử dụng

Loại vật liệu Cấp độ bền / Nhóm thép Trọng lượng riêng $\gamma$ ($\text{kN/m}^3$) Cường độ nén tính toán $R_b / R_{sc}$ (MPa) Cường độ kéo tính toán $R_{bt} / R_s$ (MPa) Mô đun đàn hồi $E_b / E_s$ (MPa)
Bê tông khung sàn B25 25,0 14,5 1,05 $30.000$
Bê tông vách, móng B30 25,0 17,0 1,20 $32.500$
Bê tông cọc ép DƯL B50 (LAS-XD 1043) 25,0 - - -
Thép cốt dọc chính Nhóm AIII 78,5 365,0 365,0 $200.000$
Thép dầm/sàn phụ Nhóm AII 78,5 280,0 280,0 $210.000$
Thép đai, bản thang Nhóm AI 78,5 225,0 ($R_{sw}=175$) 225,0 $210.000$
Cốt thép dự ứng lực JIS G 3137 – 1994 - - - -

Nội dung chính theo từng chương

PHẦN A: Tổng quan về kiến trúc công trình

Phần này trình bày nhu cầu đầu tư, vị trí xây dựng và các giải pháp kiến trúc - kỹ thuật của Chung cư An Bình. Công trình gồm 1 khối nhà 17 tầng với 544 căn hộ, mặt bằng có chiều dài 45 m, chiều rộng 42 m, diện tích sàn xây dựng 1.890 m². Chiều cao tổng thể công trình là 48,80 m; cao độ sàn tầng trệt là ±0,000 m; đáy sàn tầng hầm đặt ở cao độ -3,600 m; chiều cao mỗi tầng điển hình là 3,20 m. Phân khu chức năng bao gồm: tầng hầm dùng để xe và bố trí máy phát điện dự phòng; tầng trệt phục vụ thương mại - dịch vụ; các tầng trên là căn hộ ở.

Giao thông đứng gồm 6 thang máy tập trung tại lõi trung tâm và 2 buồng thang bộ thoát hiểm. Hệ thống kỹ thuật hoàn chỉnh gồm: cấp điện từ mạng lưới khu vực kết hợp máy phát điện dự phòng tầng hầm; cấp nước từ bể chứa tầng mái thông qua hệ bơm tự động và hộp gen kỹ thuật; thông gió tự nhiên kết hợp điều hòa không khí nhân tạo; chiếu sáng dùng đèn huỳnh quang và compact tiết kiệm điện; tường ngăn gạch rỗng cách âm, cách nhiệt; trang bị bình chữa cháy CO2 dọc hành lang; hệ thống kim thu sét trên mái và giếng xả rác dẫn xuống buồng gom rác tầng hầm.

PHẦN B: Tính toán thiết kế khung

Trình bày các nguyên tắc cơ bản trong thiết kế kết cấu bê tông cốt thép nhà cao tầng: lập sơ đồ hình học, phân tích tải trọng theo TCVN 2737:1995, nguyên tắc truyền tải trọng từ bản sàn vào dầm (dạng tải tam giác, hình thang), tải trọng dầm phụ truyền vào dầm chính (tải tập trung) và truyền xuống hệ cột, vách rồi đến móng. Xác định nội lực cho từng trường hợp tải trọng riêng biệt và tiến hành tổ hợp nội lực tìm các giá trị bất lợi nhất ($M, N, Q$) để tính cốt thép theo TTGH I và kiểm tra vết nứt, biến dạng theo TTGH II.

CHƯƠNG 1: Tính toán cầu thang tầng điển hình

Thiết kế cầu thang bộ 2 vế tầng điển hình với chiều cao tầng 3,20 m. Mỗi vế thang gồm 10 bậc, kích thước bậc rộng × cao = $300 \times 160\text{ mm}$, góc nghiêng có $\tan\alpha = 160/300 \approx 0,533$ (trong thuyết minh ghi nhận thông số hình học tương ứng), chiều dày bản bê tông thang chọn $h_b = 12\text{ cm}$, kích thước tiết diện dầm chiếu tới DT01 là $20 \times 30\text{ cm}$.

Tổng tải trọng tính toán tác dụng lên cấu kiện cầu thang:

  • Bản chiếu nghỉ: $q = 4,25\text{ kN/m}^2$.
  • Bản chiếu tới: $q = 4,98\text{ kN/m}^2$.
  • Bản nghiêng: $q_1 = 6,\text{xx}\text{ kN/m}^2$ (kể cả trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo và hoạt tải).

Sơ đồ tính toán cắt dải bản rộng 1,0 m tính như dầm đơn. Bản chiếu tới được tính toán như ô bản kê 4 cạnh (liên kết khớp với dầm DT01 do $h_d = 300\text{ mm} < 3h_s = 360\text{ mm}$ và liên kết ngàm tại các cạnh tiếp giáp sàn/vách). Dầm DT01 được kiểm tra với 2 sơ đồ liên kết (ngàm và khớp tại hai đầu gắn vào vách) để đảm bảo an toàn. Kết quả nội lực lớn nhất trên dầm DT01: mô men nhịp $M_n = 18,\text{xx}\text{ kNm}$, mô men gối $M_g = -36,\text{xx}\text{ kNm}$, lực cắt lớn nhất $Q_{max} = 72,24\text{ kN}$. Dầm được bố trí cốt thép dọc và đai $\phi 8$ hai nhánh với bước đai $s = 100\text{ mm}$ tại đoạn $L/4$ hai đầu dầm và $s = 200\text{ mm}$ tại đoạn giữa nhịp.

CHƯƠNG 2: Tính toán – thiết kế hệ khung

Chương này thực hiện toàn bộ quy trình thiết kế hệ khung - vách không gian chịu lực chính của tòa nhà.

1. Sơ bộ kích thước tiết diện cấu kiện

  • Chiều dày sàn: Ô bản sàn lớn nhất có kích thước $9,5\text{ m} \times 9,0\text{ m}$ (tỷ số cạnh $9,5/9,0 = 1,06 < 2$, bản làm việc hai phương), chọn $m = 50$, chiều dày bản sàn xác định: $h_b = 9000 / 50 = 180\text{ mm}$ (thỏa mãn $h_b > h_{min} = 50\text{ mm}$).
  • Dầm chính: Nhịp $9,5\text{ m}$, chọn tiết diện $b \times h = 300 \times 700\text{ mm}$.
  • Dầm phụ: Nhịp $4,0\text{ m}$, chọn tiết diện $b \times h = 200 \times 400\text{ mm}$.
  • Vách cứng: Chiều dày vách bê tông cốt thép chọn $t_w = 0,30\text{ m} = 300\text{ mm}$.
  • Cột chịu lực: Tiết diện cột được chọn sơ bộ giảm dần theo chiều cao công trình:
Vị trí trục cột Tiết diện Tầng 1–4 (cm) Tiết diện Tầng 5–8 (cm) Tiết diện Tầng 9–12 (cm) Tiết diện Tầng 13–17 (cm)
A2, B1, A3 $85 \times 85$ $75 \times 75$ $65 \times 65$ $55 \times 55$
B2, B3 $105 \times 105$ $95 \times 95$ $85 \times 85$ $75 \times 75$
C1 $70 \times 70$ $60 \times 60$ $55 \times 55$ $50 \times 50$
C2 $90 \times 90$ $80 \times 80$ $70 \times 70$ $60 \times 60$

2. Tính toán tải trọng tác dụng

  • Tĩnh tải: Tải trọng bản thân sàn thường $1,432\text{ kN/m}^2$; sàn mái và khu vệ sinh $1,700\text{ kN/m}^2$; tải trọng tường xây gạch dày 200 mm là $9,0\text{ kN/m}^2$.
  • Hoạt tải sàn: Sảnh, hành lang, cầu thang lấy $1,60\text{ kN/m}^2$ (tiêu chuẩn) và $1,92\text{ kN/m}^2$ (tính toán); gara ô tô lấy $5,0\text{ kN/m}^2$ (tiêu chuẩn) và $6,0\text{ kN/m}^2$ (tính toán); phòng ngủ, phòng khách lấy $1,50\text{ kN/m}^2$ (tiêu chuẩn) và $1,95\text{ kN/m}^2$ (tính toán).
  • Tải trọng gió: Công trình cao $48,80\text{ m} > 40\text{ m}$, xây dựng tại Dĩ An (Bình Dương) thuộc vùng áp lực gió I-A ($W_0 = 55\text{ daN/m}^2 = 0,55\text{ kN/m}^2$), dạng địa hình A. Tải trọng gió gồm thành phần tĩnh và thành phần động. Tần số dao động riêng khảo sát từ ETABS:
    • Mode 1: Dao động tịnh tiến theo phương X, $f_1 = 0,61\text{ Hz}$ ($T_1 = 1,604\text{ s}$).
    • Mode 2: Dao động xoắn, $f_2 = 1,68\text{ Hz}$ (không xét tính gió động theo phương tịnh tiến).
    • Mode 3: Dao động tịnh tiến theo phương Y, $f_3 = 0,75\text{ Hz}$ ($T_3 = 1,302\text{ s}$). Vì $f_1 < f_L = 1,3\text{ Hz}$ nên thành phần động của tải trọng gió được tính toán có kể đến tác dụng của xung vận tốc và lực quán tính công trình, gán vào tâm khối lượng từng tầng.
  • Tải trọng động đất: Tính theo TCVN 9386:2012. Công trình thuộc cấp tầm quan trọng II ($\gamma_I = 1,0$), đỉnh gia tốc nền tham chiếu tại Dĩ An $a_{gR} = 0,06504\text{ g}$, gia tốc thiết kế $a_g = 0,06504\text{ g} < 0,08\text{ g}$ (động đất yếu, tính toán cấu tạo kháng chấn). Loại đất nền D, hệ số ứng xử theo phương ngang $q = 3,9$. Vì chu kỳ cơ bản $T_1 = 1,604\text{ s} \le 4T_C = 3,2\text{ s}$ và $T_1 \le 2,0\text{ s}$, phương pháp tĩnh lực ngang tương đương được áp dụng. Lực cắt đáy thu được: phương X là $F_{bX} = 10.955,10\text{ kN}$; phương Y là $F_{bY} = 13.498,\text{xx}\text{ kN}$.

3. Tổ hợp tải trọng và kiểm tra chuyển vị

Thiết lập 25 tổ hợp tải trọng cơ bản (kết hợp giữa Tĩnh tải Dead, Hoạt tải Live, Gió tĩnh và Gió động phương X/Y, Động đất phương X/Y) và 1 tổ hợp bao (COMBBAO dạng Envelope).

Kết quả kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình tại tầng mái (Point 11):

  • Chuyển vị lớn nhất: $U_x = -0,0061\text{ m} = 6,1\text{ mm}$.
  • Chuyển vị giới hạn cho phép theo TCVN 198:1997: $f_{cp} = H / 750 = 48,80 / 750 = 0,065\text{ m} = 65\text{ mm}$.
  • Đánh giá: $U_x = 6,1\text{ mm} \le 65\text{ mm}$, công trình thỏa mãn điều kiện độ cứng chuyển vị ngang.

Khảo sát biểu đồ nội lực khung trục A, B và khung trục 3 cho thấy mô men gối dầm tại vị trí liên kết với vách cứng lớn hơn nhiều so với vị trí liên kết cột. Nguyên nhân là do độ cứng của vách lớn hơn cột nhiều lần, dẫn đến chuyển vị ngang và chuyển vị đứng không đồng đều giữa hai đầu dầm, gây ra sự phân phối lại nội lực và tập trung ứng suất uốn lớn tại nút dầm - vách.

CHƯƠNG 3: Tính toán sàn tầng điển hình

Thực hiện mô hình hóa ô sàn tầng điển hình bằng phần mềm SAFE. Khai báo các trường hợp tải trọng gồm trọng lượng bản thân, tĩnh tải hoàn thiện, tải trọng tường xây và hoạt tải sử dụng. Mô hình được chia dải dầm ảo (Design Strips) theo phương X và phương Y để trích xuất biểu đồ mô men bao, từ đó tính toán và bố trí cốt thép chịu mô men dương ở nhịp và mô men âm ở gối, đồng thời kiểm tra độ võng đàn hồi và võng dài hạn của bản sàn trong giới hạn cho phép.

CHƯƠNG 4: Tính toán thiết kế móng

Đánh giá điều kiện địa chất: địa tầng gồm lớp đất sét lẫn dăm sạn laterite màu nâu đỏ, nâu vàng ở trạng thái nửa cứng, có chỉ số SPT $N = 7 < 15$ (thuộc loại đất nền D). Giải pháp móng sử dụng móng cọc ép bê tông ly tâm ứng suất trước đường kính D600 (PC D600) do nhà sản xuất BETON6 cung cấp, sử dụng bê tông cấp độ bền B50 và thép dự ứng lực JIS G 3137 – 1994.

Sức chịu tải tính toán của cọc được xác định theo:

  • Sức chịu tải theo vật liệu làm cọc (tuân thủ TCVN 7888:2014).
  • Sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý đất nền và chỉ tiêu cường độ đất nền.
  • Sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (áp dụng công thức Viện Kiến trúc Nhật Bản 1988).

Thực hiện thiết kế chi tiết:

  • Móng M1 (đài móng dưới chân cột C3 thuộc Khung 3): Xác định phản lực đầu cọc lớn nhất ($P_{max}$) và nhỏ nhất ($P_{min}$) từ tổ hợp COMBBAO, kiểm tra điều kiện ứng suất đáy móng quy ước, kiểm tra đâm thủng (xuyên thủng) đài cọc và tính cốt thép đài móng theo hai phương.
  • Móng lõi thang (đài móng bè cụm dưới vách thang bộ và thang máy): Tiếp nhận nội lực chân vách lớn, kiểm tra bố trí cọc, phân bố phản lực đầu cọc, kiểm tra chọc thủng và tính toán cốt thép đài móng theo phương X, Y.
  • Thiết kế móng M2 và các móng còn lại trên mặt bằng kết cấu.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật chính

  1. Kiến trúc và quy hoạch công năng: Đồ án hoàn thành thiết kế công trình dân dụng cao tầng 17 tầng với 544 căn hộ, diện tích sàn 1.890 m², chiều cao 48,80 m tại Dĩ An, Bình Dương, tích hợp đầy đủ hệ thống giao thông đứng (6 thang máy, 2 thang bộ) và các hạ tầng kỹ thuật phụ trợ.
  2. Động lực học công trình: Xác định chính xác các đặc trưng dao động riêng của tòa nhà với chu kỳ dao động cơ bản $T_1 = 1,604\text{ s}$ ($f_1 = 0,61\text{ Hz}$ theo phương X) và $T_3 = 1,302\text{ s}$ ($f_3 = 0,75\text{ Hz}$ theo phương Y). Tính toán đầy đủ thành phần động của tải trọng gió và xác định lực cắt đáy kháng chấn theo TCVN 9386:2012 ($F_{bX} = 10.955,10\text{ kN}$; $F_{bY} = 13.498,\text{xx}\text{ kN}$).
  3. Độ cứng và ổn định công trình: Chuyển vị ngang đỉnh công trình lớn nhất đạt $6,1\text{ mm}$, nhỏ hơn nhiều so với giới hạn chuyển vị cho phép $65\text{ mm}$ ($f/H = 1/8000 \le 1/750$).
  4. Giải pháp kết cấu chịu lực: Đề xuất và tính toán thành công hệ kết cấu khung - vách BTCT toàn khối; giải quyết được bài toán tập trung ứng suất mô men tại nút dầm liên kết với vách cứng; thiết kế hệ sàn dày 180 mm bằng SAFE và hệ móng cọc ly tâm DƯL PC D600 chịu tải an toàn trên nền địa chất sét laterite nửa cứng.

Đóng góp kỹ thuật của đồ án

  • Ứng dụng quy trình tính toán động lực học đồng thời cho cả tải trọng gió động (TCXD 229:1999) và tải trọng động đất (TCVN 9386:2012) cho công trình cao tầng vùng I-A.
  • Kết hợp đồng bộ hệ sinh thái phần mềm chuyên ngành: ETABS (phân tích khung không gian 3D), SAFE (phân tích ứng suất sàn theo dải strip) và Excel VBA (tự động hóa xử lý số liệu diện tích cốt thép và kiểm tra móng cọc).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Phân tích động đất trong đồ án áp dụng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương; chưa áp dụng phương pháp phân tích phổ phản ứng đàn hồi (Response Spectrum Analysis) hoặc phân tích phi tuyến tĩnh (Pushover Analysis) cho công trình có lõi vách phức tạp.
    • Sức chịu tải của cọc ly tâm ứng suất trước được tính toán dựa trên các công thức lý thuyết địa chất và số liệu SPT lưu trữ; chưa được đối chứng với kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc thực tế tại hiện trường.
    • Chưa xét đến tương tác động lực học giữa đất nền - đài cọc - kết cấu phần thân (Soil-Structure Interaction - SSI).
  • Hướng phát triển:
    • Áp dụng phân tích động lực học phi tuyến theo thời gian (Time-history analysis) để kiểm soát biến dạng dẻo của các cấu kiện dầm liên kết vách khi chịu tải trọng động đất mạnh.
    • Bổ sung công tác quan trắc lún thực tế và thí nghiệm thử tải cọc (PDA, nén tĩnh) để hiệu chỉnh chính xác sức chịu tải cọc thiết kế.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên môn phù hợp cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng / Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp hoặc đồ án môn học Nhà cao tầng, Bê tông cốt thép 2 và Nền móng.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu tham khảo quy trình phân tích tải trọng gió động theo TCXD 229:1999, tính toán kháng chấn theo TCVN 9386:2012 và phương pháp tổ hợp 25 trường hợp tải trọng trên phần mềm ETABS.
  • Phần đáng tham khảo nhất: Phương pháp thiết lập sơ đồ tính dầm - vách, phân tích nguyên nhân tập trung mô men gối dầm giáp vách và quy trình tính toán móng cọc ly tâm ứng suất trước PC D600 cho móng lõi thang máy.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao công trình Chung cư An Bình phải tính toán thành phần động của tải trọng gió?

Theo TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999, các công trình có chiều cao lớn hơn 40 m bắt buộc phải tính toán thành phần động của tải trọng gió. Chung cư An Bình có tổng chiều cao $H = 48,80\text{ m} > 40\text{ m}$. Hơn nữa, kết quả phân tích dao động cho thấy tần số dao động cơ bản của công trình ($f_1 = 0,61\text{ Hz}$ theo phương X và $f_3 = 0,75\text{ Hz}$ theo phương Y) nhỏ hơn tần số giới hạn $f_L = 1,3\text{ Hz}$ (đối với kết cấu bê tông cốt thép vùng áp lực gió I-A), do đó bắt buộc phải tính toán thành phần động của gió có kể đến tác dụng của xung vận tốc và lực quán tính công trình.

2. Phương pháp tính toán tải trọng động đất được áp dụng trong đồ án là gì và căn cứ vào điều kiện nào?

Đồ án áp dụng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương theo mục 4.3 của tiêu chuẩn TCVN 9386:2012. Phương pháp này được chấp thuận do công trình đáp ứng hai điều kiện tiêu chuẩn: chu kỳ dao động cơ bản $T_1 = 1,604\text{ s} \le 4T_C = 4 \times 0,80 = 3,20\text{ s}$ và $T_1 \le 2,0\text{ s}$. Gia tốc nền thiết kế xác định được là $a_g = a_{gR} \cdot \gamma_I = 0,06504\text{ g}$, lực cắt đáy tính toán đạt $F_{bX} = 10.955,10\text{ kN}$ và $F_{bY} = 13.498,\text{xx}\text{ kN}$.

3. Vì sao mô men tại vị trí dầm giao với vách cứng lại lớn hơn nhiều so với dầm liên kết giữa hai cột?

Hiện tượng này xuất phát từ sự chênh lệch độ cứng rất lớn giữa cột và vách. Khi chịu tải trọng đứng và tải trọng ngang, vách cứng có độ cứng chống uốn vượt trội nên chuyển vị ngang và chuyển vị đứng (độ lún, co ngắn đàn hồi) rất nhỏ, trong khi cột có chuyển vị lớn hơn. Sự chuyển vị không đều giữa hai đầu liên kết của dầm (một đầu tựa vào cột, một đầu tựa vào vách) làm xuất hiện mô men uốn thứ cấp cưỡng bức rất lớn tại gối dầm phía vách.

4. Giải pháp nền móng được lựa chọn cho công trình là gì?

Giải pháp móng được chọn là móng cọc ép bê tông ly tâm ứng suất trước đường kính D600 (PC D600) do công ty BETON6 sản xuất. Cọc sử dụng bê tông cấp độ bền B50, cốt thép dự ứng lực JIS G 3137–1994, được hạ xuyên qua các lớp địa chất yếu vào tầng đất sét lẫn dăm sạn laterite màu nâu đỏ nửa cứng (SPT $N=7$). Đài móng được thiết kế bằng bê tông B30 cho cả móng đơn dưới cột (M1, M2) và móng bè cụm dưới lõi thang.

5. Kết quả kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình có đạt yêu cầu kỹ thuật không?

Có, kết quả kiểm tra hoàn toàn đạt yêu cầu. Theo kết quả phân tích trên phần mềm ETABS, chuyển vị đỉnh lớn nhất tại cao trình tầng mái là $U_x = -0,0061\text{ m} = 6,1\text{ mm}$. Tiêu chuẩn TCVN 198:1997 quy định độ võng giới hạn đối với kết cấu khung - vách là $[f] = H / 750 = 48,80 / 750 = 0,065\text{ m} = 65\text{ mm}$. Giá trị thực tế $6,1\text{ mm}$ nhỏ hơn nhiều so với mức cho phép $65\text{ mm}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế Chung cư An Bình" của sinh viên Phạm Công Đạt là một công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho tòa nhà cao tầng 17 tầng tại Dĩ An, Bình Dương. Tác giả đã vận dụng chính xác các tiêu chuẩn thiết kế xây dựng hiện hành (TCVN 2737:1995, TCXD 229:1999, TCVN 5574:2012, TCVN 9386:2012, TCVN 10304:2014) để giải quyết bài toán phân tích động lực học kết cấu chịu tải trọng gió động và động đất. Các giải pháp kết cấu khung - vách bê tông cốt thép, hệ sàn tầng điển hình và móng cọc ly tâm ứng suất trước PC D600 được tính toán chi tiết, đảm bảo an toàn chịu lực theo trạng thái giới hạn I và đáp ứng nghiêm ngặt các điều kiện biến dạng theo trạng thái giới hạn II.