Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư ngành Kỹ thuật Xây dựng (chuyên ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp) của tác giả Trần Duy Hùng tại Trường Đại học Thủy Lợi thực hiện nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật toàn diện cho công trình "Chung cư cao cấp quận 1, TP Hồ Chí Minh". Trong bối cảnh phát triển đô thị hóa và hiện đại hóa tại các trung tâm kinh tế lớn, nhu cầu về không gian ở cao tầng kết hợp hạ tầng kỹ thuật đồng bộ, tiện nghi và tiết kiệm quỹ đất đô thị là một đòi hỏi thực tế. Đồ án được xây dựng nhằm giải quyết bài toán thiết kế một công trình nhà ở nhiều tầng hiện đại, đáp ứng các yêu cầu về thẩm mỹ kiến trúc, công năng sử dụng, độ an toàn chịu lực và tính khả thi trong thi công xây dựng.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được phân chia theo 4 khối lượng công việc chính với tỷ lệ phần trăm cụ thể:
- Nhiệm vụ Kiến trúc (chiếm 10% khối lượng): Tìm hiểu đặc điểm kiến trúc, đề xuất giải pháp kiến trúc mặt bằng, mặt đứng, mặt cắt và các giải pháp kỹ thuật công trình; thể hiện qua 4 bản vẽ khổ lớn (KT_01 đến KT_04).
- Nhiệm vụ Kết cấu (chiếm 45% khối lượng): Lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực, xác định sơ bộ kích thước tiết diện, tính toán tải trọng tác dụng, phân tích mô hình không gian và xác định nội lực, tính toán cốt thép các cấu kiện điển hình (sàn, cầu thang, bể nước mái, khung phẳng trục E); thể hiện qua 9 bản vẽ (KC_01 đến KC_09).
- Nhiệm vụ Nền móng (chiếm 20% khối lượng): Đánh giá điều kiện địa chất, xác định tải trọng chân cột truyền xuống móng, lựa chọn giải pháp móng cọc khoan nhồi, tính toán sức chịu tải của cọc và thiết kế kết cấu đài móng.
- Nhiệm vụ Thi công (chiếm 25% khối lượng): Lập biện pháp kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi, công tác đào đất hố móng, bê tông móng, thi công kết cấu phần thân (cột, dầm, sàn, cốp pha - đà giáo), lập tiến độ thi công, thiết kế tổng mặt bằng xây dựng và các biện pháp an toàn lao động; thể hiện qua 7 bản vẽ (TC_01 đến TC_07).
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Tòa nhà chung cư cao tầng quy mô 14 tầng nổi và 1 tầng hầm, thuộc loại công trình dân dụng cấp II theo phân cấp xây dựng.
- Phạm vi không gian: Khu đất xây dựng tiếp giáp đường A, Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh; công trình lùi cách chỉ giới mặt đường 7 m, mặt cắt đường xung quanh rộng 25 m; diện tích khu đất xây dựng có mặt bằng kích thước 35,0 m x 33,0 m, diện tích sàn sử dụng điển hình là 1092,575 m². Chiều cao toàn bộ công trình từ mặt đất đến đỉnh mái đạt 50,36 m (chiều cao tính toán động lực học 54,45 m).
- Phạm vi thời gian: Đồ án được giao nhiệm vụ ngày 20/09/2021 và hoàn thành nghiệm thu ngày 03/01/2022.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế
Hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn xây dựng và văn bản pháp lý được áp dụng trực tiếp trong đồ án bao gồm:
- Tiêu chuẩn kiến trúc và công năng: TCVN 4451:2012 (Nhà ở - Nguyên tắc cơ bản để thiết kế), TCVN 4450:1987 (Căn hộ ở - Tiêu chuẩn thiết kế), TCVN 9210:2012 (Nhà ở cao tầng - Tiêu chuẩn thiết kế), Thông tư 03/2016/TT-BXD (Quy định phân cấp công trình xây dựng).
- Tiêu chuẩn tải trọng và kết cấu: TCVN 2737:1995 (Tải trọng và tác động), TCVN 5574:2012 / TCVN 5574:2018 (Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép), TCXD 229:1999 (Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737:1995), TCXD 198:1997 (Nhà cao tầng - Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối), TCVN 9386:2012 (Thiết kế công trình chịu động đất).
- Tiêu chuẩn nền móng và địa chất: TCVN 9362:2012 (Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình), TCVN 10304:2014 (Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế), TCXD 195:1997 (Nhà cao tầng - Thiết kế cọc khoan nhồi).
- Tiêu chuẩn hạ tầng kỹ thuật và an toàn: TCVN 2622:1978 (Phòng cháy, chống cháy cho nhà và công trình), TCVN 9385:2012 (Chống sét cho công trình xây dựng), TCVN 4513:1988 (Cấp nước bên trong), TCVN 4474:1987 (Thoát nước bên trong), TCVN 5687:2010 (Thông gió, điều hòa không khí), TCVN 6772:2000 (Chất lượng nước thải sinh hoạt).
Phương pháp nghiên cứu và tính toán:
- Phương pháp phân tích kết cấu công trình: Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM - mô hình rời rạc hóa kết cấu không gian). Mô hình hóa hệ chịu lực gồm các phần tử thanh (frame) cho dầm, cột và phần tử tấm vỏ (shell) cho bản sàn và vách cứng lõi thang máy.
- Giả thiết tính toán: Sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng ngang, có vai trò truyền lực ngang phân phối vào các cấu kiện thẳng đứng (cột, vách) theo tỷ lệ độ cứng; liên kết ngàm tuyệt đối tại chân cột và vách ở mặt đài móng; biến dạng dọc trục của dầm và sàn được bỏ qua.
- Phương pháp xác định tải trọng: Dồn tải trọng theo diện truyền tải; tính toán tải trọng gió tĩnh và phân tích thành phần động của tải trọng gió theo các mode dao động riêng bậc thấp thông qua ma trận khối lượng và tần số dao động.
- Công cụ và phần mềm sử dụng: Sử dụng phần mềm ETABS phiên bản 9.4 để phân tích tĩnh học và động lực học (xuất chu kỳ dao động, dạng mode dao động, nội lực mômen, lực cắt, lực dọc); phần mềm Microsoft Excel hỗ trợ dồn tải, lập bảng tính toán cốt thép và kiểm tra tiết diện theo tiêu chuẩn hiện hành.
Nguồn dữ liệu:
- Hồ sơ khảo sát địa chất công trình và điều kiện thủy văn tại khu vực xây dựng.
- Bản đồ phân vùng gió và áp lực gió tiêu chuẩn theo TCVN 2737:1995.
- Các thông số chỉ tiêu cơ lý của vật liệu xây dựng (bê tông cấp độ bền B30, thép nhóm CI và CII).
Nội dung chính theo từng chương
Phần 1: Kiến trúc công trình (10%)
Chương 1. Tổng quan về công trình
Nội dung chương trình bày quy mô và vị trí xây dựng công trình tại mặt đường A, Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh. Tòa nhà có chức năng hỗn hợp gồm khu căn hộ cao cấp và các dịch vụ công cộng nội khu. Mặt bằng công trình được thiết kế dạng khối chữ nhật trải dài theo trục giao thông chính với kích thước chiều dài 35,0 m (gồm 5 nhịp: 5,5 m + 8,0 m + 8,0 m + 8,0 m + 5,5 m) và chiều rộng 33,0 m (gồm 4 nhịp: 4,0 m + 8,0 m + 9,0 m + 8,0 m + 4,0 m). Chiều cao tầng hầm là 3,0 m; tầng trệt cao 3,6 m; các tầng căn hộ điển hình (tầng 2 đến tầng 13) cao 3,5 m; chiều cao tầng mái đến đỉnh buồng thang máy đạt 4,4 m; tổng chiều cao toàn công trình đạt 50,36 m.
Công năng mặt bằng được phân chia theo từng cao trình:
- Tầng hầm (cốt -3,060 m): Bố trí đường giao thông nội bộ và diện tích đỗ xe (1083 m²), sảnh thang máy (72 m²).
- Tầng trệt và tầng lửng: Tổng diện tích 1155 m², bao gồm đại sảnh đón tiếp (117 m²), phòng sinh hoạt cộng đồng (99 m²), khu dịch vụ công cộng và giao thông trục chính.
- Tầng 2 đến tầng 13 (tầng căn hộ điển hình): Diện tích sàn 1093 m²/tầng, bao gồm diện tích căn hộ ở (980 m²), thang thoát hiểm (30 m²), phòng kỹ thuật điện nước (12 m²), hành lang và diện tích phụ trợ (71 m²).
- Tầng mái: Tổng diện tích sàn 182 m², gồm bể nước sinh hoạt và PCCC, phòng kỹ thuật kết hợp buồng máy thang (72 m²), sân thượng kỹ thuật.
Chương cũng trình bày các giải pháp kỹ thuật chuyên ngành:
- Cấp điện và chống sét: Hệ thống thu lôi chống sét cấp 1 sử dụng kim thu sét thép tròn đường kính 18 mm dài 1 m mạ kẽm trên mái; dây dẫn sắt đường kính 10 mm tráng kẽm đặt trong trụ ống thép đường kính 100 mm dài 12 m khoan sâu 1-13 m; hệ tiếp địa dùng cọc thép ống 50-60 mm dài 12 m.
- Cấp thoát nước: Bể nước ngầm tại tầng hầm nhận nước từ mạng lưới đô thị, bơm tăng áp lên bể mái; hệ thống thoát nước mưa ống nhôm mạ kẽm đường kính 100-120 mm đặt trong hộp kỹ thuật; nước thải sinh hoạt dẫn xuống bể tự hoại tầng hầm xử lý trước khi xả ra cống ngoài.
- Phòng cháy chữa cháy: Hai lối thoát nạn chính gồm thang bộ trung tâm rộng 1,5 m và thang thoát hiểm cuối hành lang rộng 0,9 m; hành lang rộng 2,0 m; khoảng cách từ cửa phòng xa nhất đến lối thoát hiểm là 22 m (thỏa mãn quy phạm < 25 m); hệ thống điều áp chống tụ khói cho buồng thang và báo cháy tự động.
Phần 2: Kết cấu công trình (45%)
Chương 1. Giải pháp kết cấu cho công trình
Chương này đánh giá các đặc điểm làm việc chịu tải trọng thẳng đứng và tải trọng ngang của nhà cao tầng. Tác giả so sánh 4 giải pháp kết cấu cơ bản: hệ tường chịu lực, hệ khung chịu lực thuần túy, hệ lõi chịu lực và hệ hộp chịu lực; từ đó lựa chọn giải pháp kết cấu hỗn hợp: hệ khung - giằng (khung bê tông cốt thép kết hợp lõi cứng vách thang máy). Khung và lõi làm việc đồng thời chịu tải trọng đứng và ngang, trong đó lõi thang máy chịu phần lớn lực cắt ngang do gió tác dụng, giúp giảm đáng kể mômen uốn và chuyển vị ngang cho các cột khung.
Về phương án sàn, tác giả so sánh sàn nấm, sàn sườn, sàn ô cờ và sàn bê tông dự ứng lực, quyết định chọn hệ sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối có dầm phụ vì lý do tạo độ cứng ngang lớn, giảm dao động, phù hợp năng lực thi công và giá thành kinh tế.
Vật liệu kết cấu được quy định:
- Bê tông: B30 có khối lượng riêng $\gamma = 25\text{ kN/m}^3$, cường độ chịu nén tính toán $R_b = 17\text{ MPa}$ ($170\text{ daN/cm}^2$), cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1,2\text{ MPa}$ ($12\text{ daN/cm}^2$), mô đun đàn hồi $E_b = 3,25 \times 10^7\text{ kN/m}^2$.
- Cốt thép: Thép gân dọc chịu lực nhóm CII (đường kính $\ge 10\text{ mm}$) có $R_s = R'_s = 280\text{ MPa}$ ($2800\text{ daN/cm}^2$); cốt thép trơn nhóm CI (đường kính $< 10\text{ mm}$) có $R_s = R'_s = 225\text{ MPa}$ ($2250\text{ daN/cm}^2$).
- Lớp bê tông bảo vệ tuân thủ TCVN 5574:2012: bản sàn dày 15 mm, dầm và cột 20-25 mm, móng 35-70 mm.
Chương 2. Lựa chọn sơ bộ kích thước
Tác giả tính toán sơ bộ tiết diện các cấu kiện theo lý thuyết và công thức kinh nghiệm:
- Chiều dày bản sàn: Sàn làm việc 2 phương, tính theo công thức $h_b = (D/m) \cdot l_t$ với $D = 0,8 - 1,4$, chọn $m = 45$, nhịp ngắn $l_t$, thu được $h_b \ge 11\text{ cm}$. Tác giả chọn chiều dày sàn điển hình $h_b = 120\text{ mm}$ ($12\text{ cm}$).
- Tiết diện dầm: Dầm chính có nhịp lớn nhất $L = 9000\text{ mm}$, chiều cao dầm $h = (1/8 - 1/12)L$ tương đương 750-1125 mm, bề rộng $b = (0,3 - 0,5)h$. Các tiết diện được chọn trên mặt bằng gồm: dầm chính DC 350x800 mm, D1 300x700 mm, D1 300x500 mm; dầm phụ DP1 220x300 mm, DP2 220x300 mm, D5/D7 220x350 mm.
- Tiết diện cột: Xác định từ diện tích truyền tải $S$ và lực dọc nén tương đương $N$ theo công thức $A_0 = k_t \cdot N / R_b$. Cột giữa C1 có diện tích truyền tải $S = 57,375\text{ m}^2$, lực nén $N = 14256,7\text{ kN}$, chọn tiết diện C1 kích thước $1000 \times 1000\text{ mm}$. Cột biên và cột góc C2 có diện truyền tải $S = 11\text{ m}^2$, lực nén tổng cộng $N = 3411,2\text{ kN}$, tính sơ bộ chọn $600 \times 600\text{ mm}$ (trên mặt bằng kết cấu bố trí biến đổi thành $450 \times 800\text{ mm}$ hoặc $300 \times 700\text{ mm}$); cột phụ C3 kích thước $300 \times 500\text{ mm}$.
- Vách thang máy: Yêu cầu $b \ge h_t/20 = 3600/20 = 180\text{ mm}$. Tác giả chọn bề rộng vách $b = 300\text{ mm}$ ($30\text{ cm}$) để tăng cường độ cứng chống tải trọng ngang.
| Cấu kiện |
Kích thước tiết diện thiết kế |
Căn cứ tính toán sơ bộ |
| Sàn điển hình |
Dày $h_b = 120\text{ mm}$ |
Bản kê 4 cạnh 2 phương, nhịp tính toán $l_t$ |
| Dầm chính |
$350 \times 800\text{ mm}$; $300 \times 700\text{ mm}$ |
Nhịp dầm $L = 8\text{ m} - 9\text{ m}$, tỷ lệ $h/L = 1/8 - 1/12$ |
| Dầm phụ |
$220 \times 300\text{ mm}$; $220 \times 350\text{ mm}$ |
Nhịp dầm phụ $L = 4\text{ m} - 5,5\text{ m}$ |
| Cột giữa C1 |
$1000 \times 1000\text{ mm}$ |
Diện dồn tải $57,375\text{ m}^2$, lực dọc $N = 14256,7\text{ kN}$ |
| Cột góc C2 |
$600 \times 600\text{ mm}$ / $450 \times 800\text{ mm}$ |
Diện dồn tải $11\text{ m}^2$, lực dọc $N = 3411,2\text{ kN}$ |
| Cột phụ C3 |
$300 \times 500\text{ mm}$ |
Diện dồn tải biên nhỏ $S = 2,05\text{ m}^2$ |
| Vách lõi thang |
Bề dày $b = 300\text{ mm}$ |
Điều kiện độ mảnh $h_t/20$ và khả năng chịu lực ngang |
Chương 3. Xác định tải trọng tác dụng
Chương 3 tổng hợp và tính toán chi tiết giá trị tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) và tải trọng tạm thời (hoạt tải, tải trọng gió):
- Tĩnh tải hoàn thiện các lớp sàn (chưa kể trọng lượng bản thân sàn BTCT tự động tính trong ETABS):
- Tầng trệt và tầng lửng: $0,2123\text{ T/m}^2$ (kể cả bản BTCT là $0,5423\text{ T/m}^2$).
- Tầng căn hộ điển hình (T2-T13): Tĩnh tải sàn không tường là $0,5423\text{ T/m}^2$; tĩnh tải tính toán có tường xây phân bố là $0,7816\text{ T/m}^2$.
- Sàn vệ sinh (WC): $0,4949\text{ T/m}^2$ (lớp hoàn thiện tĩnh tải $0,1616\text{ T/m}^2$).
- Sàn tầng mái R1 (có lớp bảo vệ, chống nóng sika): $0,9625\text{ T/m}^2$ (lớp hoàn thiện $0,6325\text{ T/m}^2$); mái R2: $0,9344\text{ T/m}^2$ (lớp hoàn thiện $0,6286\text{ T/m}^2$).
- Trọng lượng tường xây: Tường 220 dày tính toán bằng $513,6\text{ daN/m}^2$ ($0,5136\text{ T/m}^2$); tường 110 dày tính toán bằng $295,8\text{ daN/m}^2$ ($0,2958\text{ T/m}^2$).
- Hoạt tải tiêu chuẩn và tính toán theo TCVN 2737:1995: Phòng ở căn hộ $0,18\text{ T/m}^2$; sảnh công cộng $0,48\text{ T/m}^2$; phòng hội thảo sinh hoạt $0,48\text{ T/m}^2$; khu vệ sinh $0,0975\text{ T/m}^2$; mái không sử dụng $0,0975\text{ T/m}^2$.
- Tải trọng gió tĩnh: Tra theo vùng áp lực gió III.B, dạng địa hình B, áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 125\text{ daN/m}^2$. Hệ số khí động đón gió $c_d = +0,8$, hút gió $c_h = -0,6$. Chiều dài mặt đón gió $L = 35\text{ m}$, chiều rộng $D = 33\text{ m}$.
- Tải trọng gió động: Chiều cao công trình $54,45\text{ m} > 40\text{ m}$ nên bắt buộc phải tính toán thành phần động của gió theo TCXD 229:1999. Tần số giới hạn $f_L = 1,3\text{ Hz}$. Qua phân tích dao động trong ETABS thu được:
- Tần số dao động riêng phương X: $f_{1x} = 0,62\text{ Hz} < f_L$ (Mode 3).
- Tần số dao động riêng phương Y: $f_{1y} = 0,71\text{ Hz} < f_L$ (Mode 2).
Do $f_1 < f_L$, tác giả phải xác định thành phần động của gió cho các tầng ứng với các mode dao động riêng theo công thức $W_{pk}^{(i)} = M_k \cdot \xi_i \cdot \psi_i \cdot y_{ik}$.
Chương 4. Mô hình hóa và phân tích kết cấu
Tác giả thiết lập mô hình không gian 3D trên phần mềm ETABS 9.4:
- Trục khung đứng lấy trùng tim tường/cột; trục dầm lấy theo cốt sàn.
- Khai báo các tổ hợp tải trọng (tĩnh tải, hoạt tải các trường hợp, gió tĩnh và gió động các phương X, Y).
- Trích xuất biểu đồ bao nội lực (mômen uốn $M$, lực cắt $Q$, lực dọc $N$) cho hệ dầm - cột khung trục E, sàn điển hình, thang bộ và bể nước mái.
Thiết kế các cấu kiện cụ thể
- Thiết kế sàn điển hình: Tính toán ô bản kê bốn cạnh chịu uốn 2 phương cho ô sàn phòng ở và ô sàn vệ sinh hạ cốt, xác định mômen nhịp và mômen gối để bố trí cốt thép.
- Thiết kế thang bộ: Xác định sơ đồ tính bản thang hai vế dạng conson/bản kê, tính toán bản nghiêng, bản chiếu nghỉ và dầm thang.
- Thiết kế bể nước mái: Tính toán sơ bộ chiều dày các bản nắp, bản đáy, bản thành và hệ dầm đỡ đáy bể nước sinh hoạt - cứu hỏa đặt trên tầng mái.
- Thiết kế khung trục E: Tổ hợp nội lực bất lợi nhất, tính toán cốt thép dọc và cốt đai cho các tiết diện cột, dầm và kiểm tra vùng nút khung bê tông cốt thép.
Phần 3: Nền móng công trình (20%)
- Nghiên cứu điều kiện địa chất và cơ lý của đất nền tại vị trí xây dựng công trình.
- Xác định tải trọng từ cột, vách công trình truyền xuống mặt móng dựa trên kết quả giải nội lực từ ETABS.
- Lựa chọn giải pháp nền móng: Sử dụng móng cọc khoan nhồi chịu lực do tải trọng công trình 14 tầng có giá trị rất lớn ($N_{max} \approx 14256\text{ kN}$).
- Thiết kế cọc khoan nhồi: Lựa chọn đường kính cọc, vật liệu bê tông và cốt thép cọc, tính toán sức chịu tải của cọc đơn theo chỉ tiêu cơ lý đất nền và theo cường độ vật liệu làm cọc.
- Thiết kế đài cọc: Tính toán số lượng cọc trong đài, khoảng cách bố trí cọc, kiểm tra điều kiện chọc thủng đài cọc, tính toán cốt thép đài móng cho đài cọc giữa (dưới cột C1) và đài cọc biên/góc (dưới cột C2).
Phần 4: Thi công công trình (25%)
- Chương giới thiệu đặc điểm công trình và lựa chọn giải pháp công nghệ thi công cọc khoan nhồi (công tác chuẩn bị, định vị, khoan tạo lỗ giữ vách bằng dung dịch bentonite, hạ lồng thép, đổ bê tông bằng phương pháp ống đổ dịch chuyển tremie, công tác thi công và thí nghiệm cọc thử).
- Công tác thi công đất: Lựa chọn máy đào đất gầu nghịch, tính toán khối lượng đào đất hố móng tầng hầm sâu 3 m, biện pháp kỹ thuật chống sạt lở thành hố đào và nghiệm thu đất.
- Thi công bê tông đài móng và sàn tầng hầm: Lựa chọn phương án bơm bê tông thương phẩm, tính toán chia đợt đổ và quy trình bảo dưỡng khối lớn.
- Thi công kết cấu phần thân (cột, dầm, sàn): Tính toán thiết kế hệ ván khuôn (cốp pha phủ phim) và hệ cây chống định hình; tính toán kiểm tra điều kiện bền và độ võng của cốp pha sàn, dầm; lựa chọn cần trục tháp phục vụ vận chuyển vật liệu lên cao.
- Tiến độ thi công: Lập biểu tiến độ thi công toàn công trình từ phần ngầm đến phần thân và hoàn thiện.
- Chương 8. Tổ chức thi công:
- Nguyên tắc lập tổng mặt bằng xây dựng theo từng giai đoạn (phần móng và phần thân).
- Tính toán nhu cầu nhà tạm, kho bãi vật liệu, trạm biến áp, mạng lưới cấp điện và cấp thoát nước thi công.
- Các biện pháp an toàn lao động trong thi công đào đất, thi công bê tông trên cao và vệ sinh môi trường khu vực công trường.
Kết quả và đóng góp kỹ thuật
Kết quả tính toán thiết kế của đồ án:
- Về kiến trúc: Đồ án hoàn thành trọn vẹn giải pháp mặt bằng và hình khối cho công trình cấp II quy mô 14 tầng nổi và 1 tầng hầm, giải quyết hợp lý mối liên hệ giữa không gian công cộng (sảnh 117 m², phòng sinh hoạt 99 m²), không gian căn hộ (980 m²/tầng) và các yêu cầu kỹ thuật thoát hiểm, PCCC, chống sét theo quy chuẩn.
- Về kết cấu phần thân:
- Lựa chọn thành công hệ kết cấu hỗn hợp khung - vách lõi cứng chịu lực, đảm bảo độ cứng chống lại chuyển vị ngang do gió bão mà không làm gia tăng quá mức tiết diện cột dầm.
- Xác định chính xác các đặc trưng động lực học công trình qua ETABS 9.4: tần số dao động riêng phương X ($f_{1x} = 0,62\text{ Hz}$), phương Y ($f_{1y} = 0,71\text{ Hz}$). Cả hai tần số đều nhỏ hơn tần số giới hạn $f_L = 1,3\text{ Hz}$, làm cơ sở pháp lý và kỹ thuật bắt buộc để xác định tải trọng gió động tầng theo TCXD 229:1999.
- Cụ thể hóa kích thước cấu kiện chịu lực chính: sàn sườn $120\text{ mm}$, cột chịu lực lớn nhất $1000 \times 1000\text{ mm}$, vách lõi thang dày $300\text{ mm}$, dầm chính $350 \times 800\text{ mm}$.
- Về nền móng và thi công:
- Đưa ra giải pháp móng cọc khoan nhồi và tính toán thiết kế chi tiết kết cấu đài móng tiếp nhận tải trọng lớn truyền xuống từ 14 tầng nhà.
- Lập biện pháp thi công khả thi cho hố móng sâu và kết cấu bê tông khối lớn; hoàn thiện thiết kế hệ cốp pha chịu lực và tổng mặt bằng thi công đảm bảo an toàn lao động.
Đóng góp kỹ thuật mà đồ án thể hiện:
- Kết nối logic toàn bộ chuỗi quy trình thiết kế công trình xây dựng dân dụng: từ ý tưởng quy hoạch kiến trúc, sơ bộ tiết diện, tính toán động lực học gió, phân tích nội lực 3D, thiết kế chi tiết cấu kiện đến lập biện pháp tổ chức thi công thực tế tại hiện trường.
- Đề xuất sơ đồ truyền tải trọng hợp lý nhờ kết hợp vách cứng thang máy với hệ khung bê tông, giúp hạn chế tải trọng ngang tác động cục bộ lên từng nút khung dầm - cột.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của tài liệu:
- Văn bản thuyết minh đồ án có sự không đồng nhất về mặt số liệu địa lý: tiêu đề và thuyết minh kiến trúc xác định địa điểm xây dựng tại Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh, nhưng ở phần tính toán tải trọng gió lại ghi nhận số liệu phân vùng áp lực gió III.B thuộc Thành phố Thanh Hóa ($W_0 = 125\text{ daN/m}^2$).
- Mô hình phân tích kết cấu trong ETABS 9.4 được thực hiện theo giả thiết chân cột ngàm tuyệt đối ở mặt đài, chưa xét đến bài toán tương tác động lực học giữa đất nền, móng cọc và kết cấu công trình bên trên (Soil-Structure Interaction).
- Do giới hạn thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp, phần tính toán kết cấu mới dừng lại ở việc thiết kế chi tiết cho một khung trục điển hình (khung trục E) và một số cấu kiện sàn, thang, bể nước đơn lẻ, chưa xuất toàn bộ hồ sơ thiết kế cốt thép cho tất cả các trục khung còn lại.
Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp:
- Chuẩn hóa lại các tham số khí hậu theo đúng địa điểm xây dựng thực tế tại Thành phố Hồ Chí Minh (vùng gió II.A với $W_0 = 83\text{ daN/m}^2$ hoặc theo QCVN 02:2022/BXD).
- Ứng dụng tiêu chuẩn kết cấu bê tông cốt thép mới nhất (TCVN 5574:2018) và tiêu chuẩn tải trọng TCVN 2737 phiên bản cập nhật thay cho tiêu chuẩn cũ TCVN 2737:1995.
- Nghiên cứu mô hình hóa phi tuyến và tính toán kiểm tra dao động công trình chịu tác động động đất chi tiết theo TCVN 9386:2012.
Giá trị tham khảo
Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo chuyên ngành thiết thực cho:
- Sinh viên chuyên ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp, Kỹ thuật Công trình Xây dựng trong quá trình làm đồ án môn học Bê tông cốt thép, đồ án Nền móng, Đồ án Thi công và Đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng.
- Kỹ sư thiết kế kết cấu bước đầu tiếp cận quy trình tính toán nhà cao tầng: từ khâu phân tích mặt bằng kiến trúc, sơ bộ hình học, xác định thành phần động tải trọng gió theo TCXD 229:1999, thiết lập mô hình không gian trong ETABS đến việc triển khai cốt thép cấu kiện.
- Kỹ sư giám sát và quản lý thi công tham khảo giải pháp công nghệ khoan nhồi, thiết kế cốp pha đà giáo và tổ chức tổng mặt bằng công trường cho công trình có tầng hầm.
Câu hỏi thường gặp
1. Công trình trong đồ án sử dụng hệ kết cấu chịu lực chính nào và tại sao lại chọn giải pháp đó?
Công trình sử dụng hệ kết cấu hỗn hợp khung - vách bê tông cốt thép kết hợp lõi cứng buồng thang máy (sơ đồ khung giằng). Giải pháp này được lựa chọn vì công trình cao 14 tầng chịu tải trọng ngang lớn; việc kết hợp lõi thang máy với khung giúp lõi tiếp nhận phần lớn lực cắt ngang do gió, giảm đáng kể chuyển vị ngang và mômen uốn cho các cột khung, đồng thời giữ được không gian kiến trúc thông thoáng cho các căn hộ.
2. Căn cứ nào buộc đồ án phải tính toán thành phần động của tải trọng gió?
Theo quy định của tiêu chuẩn TCXD 229:1999, công trình nhà nhiều tầng có chiều cao trên 40 m bắt buộc phải kể đến ảnh hưởng của thành phần động của tải trọng gió. Tòa chung cư trong đồ án có chiều cao tính toán $54,45\text{ m} > 40\text{ m}$, đồng thời tần số dao động riêng bậc thứ nhất theo cả hai phương ($f_{1x} = 0,62\text{ Hz}$, $f_{1y} = 0,71\text{ Hz}$) đều nhỏ hơn tần số dao động giới hạn ($f_L = 1,3\text{ Hz}$), do đó bắt buộc phải tính toán thành phần gió động ứng với các mode dao động riêng.
3. Các thông số kích thước cấu kiện chịu lực chính được lựa chọn sơ bộ ra sao?
Bản sàn được thiết kế sàn sườn toàn khối dày $h_b = 120\text{ mm}$ ($12\text{ cm}$). Hệ dầm chính có tiết diện lớn nhất là $350 \times 800\text{ mm}$ cho các nhịp 8-9 m. Tiết diện cột giữa C1 tiếp nhận diện truyền tải $57,375\text{ m}^2$ chịu lực nén lớn nhất được chọn kích thước $1000 \times 1000\text{ mm}$. Cột góc C2 chọn $600 \times 600\text{ mm}$ (trên mặt bằng bố trí $450 \times 800\text{ mm}$ hoặc $300 \times 700\text{ mm}$). Vách thang máy chọn chiều dày $b = 300\text{ mm}$ ($30\text{ cm}$).
4. Vật liệu bê tông và cốt thép được quy định sử dụng có các chỉ tiêu cơ bản nào?
Đồ án sử dụng bê tông cấp độ bền B30 cho cột, dầm, sàn và vách với cường độ chịu nén tính toán $R_b = 17\text{ MPa}$ ($170\text{ daN/cm}^2$), cường độ chịu kéo $R_{bt} = 1,2\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_b = 3,25 \times 10^7\text{ kN/m}^2$. Cốt thép dọc chịu lực dùng thép gân nhóm CII (đường kính $\ge 10\text{ mm}$) có cường độ tính toán $R_s = R'_s = 280\text{ MPa}$; cốt thép đai và cấu tạo dùng thép trơn nhóm CI (đường kính $< 10\text{ mm}$) có cường độ tính toán $R_s = R'_s = 225\text{ MPa}$.
5. Hồ sơ đồ án tốt nghiệp bao gồm những phần việc và bản vẽ kỹ thuật nào?
Nhiệm vụ đồ án gồm 4 phần: Kiến trúc (10%), Kết cấu (45%), Nền móng (20%), Thi công (25%). Toàn bộ kết quả thiết kế được thể hiện trong thuyết minh tính toán và hệ thống bản vẽ kỹ thuật khổ A1 gồm: 4 bản vẽ kiến trúc (KT_01 đến KT_04), 9 bản vẽ kết cấu (KC_01 đến KC_09) và 7 bản vẽ thi công (TC_01 đến TC_07).
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế công trình chung cư cao cấp quận 1 TP Hồ Chí Minh" của sinh viên Trần Duy Hùng là một công trình học thuật hoàn chỉnh của chương trình đào tạo kỹ sư Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp tại Trường Đại học Thủy Lợi. Tác giả đã hoàn thành khối lượng tính toán kỹ thuật đa diện từ kiến trúc, kết cấu chịu lực, nền móng cọc khoan nhồi đến biện pháp tổ chức thi công công trình nhiều tầng theo hệ thống tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam. Dù còn tồn tại một vài điểm sai lệch nhỏ trong việc viện dẫn số liệu địa phương ở phần tính gió, đồ án vẫn cung cấp dữ liệu thiết kế rõ ràng và phương pháp mô hình hóa kết cấu thực tế, có giá trị học tập và tham khảo kỹ thuật tin cậy.
