Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình phát triển kinh tế - xã hội và đô thị hóa tại Việt Nam, nhu cầu về cơ sở hạ tầng và nhà ở cho người dân tại các đô thị lớn trở thành một vấn đề cấp thiết. Thực trạng gia tăng dân số nhanh chóng khiến nhu cầu đất xây dựng nhà ở tăng cao, trong khi quỹ đất trung tâm đô thị ngày càng khan hiếm và giá đất leo thang, làm giảm khả năng tiếp cận nhà ở riêng lẻ của đại đa số người dân. Trước bối cảnh đó, giải pháp quy hoạch phát triển các khu dân cư ra các khu vực ngoại vi trung tâm thành phố và xây dựng các khối chung cư cao tầng hiện đại được xác định là hướng đi phù hợp, giải quyết đồng thời bài toán an sinh xã hội và sử dụng hiệu quả quỹ đất. Bên cạnh đó, việc thực hiện các dự án nhà cao tầng tạo điều kiện tiếp thu, áp dụng các kỹ thuật tính toán, công nghệ mô hình hóa và phương pháp thi công tiên tiến. Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế Chung cư Đại Phú" do sinh viên Cao Lê Minh Trung (khoa Xây dựng & Cơ học Ứng dụng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh) thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Trần Tuấn Kiệt nhằm giải quyết các yêu cầu kỹ thuật thực tiễn này.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được phân chia thành các phần kỹ thuật cụ thể:

  1. Nhiệm vụ kiến trúc: Thể hiện lại và chuẩn hóa hệ thống bản vẽ kiến trúc công trình dựa trên hồ sơ tham khảo.
  2. Nhiệm vụ kết cấu: Sơ bộ kích thước tiết diện; tính toán và thiết kế sàn tầng điển hình; tính toán và thiết kế kết cấu cầu thang bộ; xây dựng mô hình không gian, phân tích nội lực và thiết kế hệ khung chịu lực gồm dầm, cột và vách lõi cứng.
  3. Nhiệm vụ nền móng: Tổng hợp, xử lý số liệu địa chất công trình; xác định sức chịu tải của cọc đóng ép qua các phương pháp; tính toán và thiết kế các đài móng cọc chịu lực cho công trình chính và hệ thống móng cần trục tháp thi công.
  4. Khối lượng sản phẩm hoàn thành: 01 tập thuyết minh tính toán, 01 tập phụ lục số liệu và 26 bản vẽ kỹ thuật khổ A1 (gồm 4 bản vẽ kiến trúc, 17 bản vẽ kết cấu, 2 bản vẽ móng, 2 bản vẽ nâng cao và 1 bản vẽ ghi chú chung).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Tòa nhà chung cư kết hợp thương mại dịch vụ thuộc Khu đô thị Đại Phú. Công trình thuộc cấp II (theo phân loại 9 ≤ số tầng ≤ 19 tại Phụ lục G - TCXD 375:2006).
  • Phạm vi không gian: Công trình tọa lạc tại đường Ngôi Sao, ấp Tân Hòa, phường Đông Hòa, thị xã Dĩ An, tỉnh Bình Dương; nằm trong khu vực tam giác kinh tế Sài Gòn - Bình Dương - Biên Hòa, giáp ranh Quận 9, Thủ Đức, Đồng Nai và vành đai Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh. Mặt bằng xây dựng có kích thước 30m x 41m (diện tích 1.230 m²). Chiều cao công trình đạt +65,350 m tính từ cốt ±0,000 đến đỉnh mái (chưa tính tầng hầm), quy mô gồm 1 tầng hầm (cốt -2,...), 1 tầng trệt (cao 4,0 m), tầng 2 làm văn phòng (cao 4,0 m), 16 tầng lầu làm căn hộ (tầng 3 đến sân thượng, chiều cao tầng điển hình 3,5 m, chiều cao thông thủy ≥ 2,7 m), 1 tầng sân thượng (cốt +61,000 m) và 1 tầng mái (cốt +65,350 m).
  • Phạm vi thời gian: Đồ án được giao nhiệm vụ ngày 02/03/2017 và hoàn thành vào tháng 06/2017.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng trong đồ án bao gồm hệ thống tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam và tiêu chuẩn quốc tế:

  • Tiêu chuẩn tải trọng và tác động: TCVN 2737:1995 (Tải trọng và tác động); TCXD 229:1999 (Chỉ dẫn tính toán thành phần gió động của tải trọng gió); TCVN 9386:2012 (Thiết kế công trình chịu tải trọng động đất).
  • Tiêu chuẩn kết cấu bê tông cốt thép: TCVN 5574:2012 (Kết cấu bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế); TCXD 198:1997 (Nhà cao tầng bê tông cốt thép toàn khối - Quy trình thiết kế); TCXDVN 356:2005 (Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép); BS 8110-1997 (Tiêu chuẩn Anh về thiết kế kết cấu bê tông); Eurocode 2 (áp dụng trong xác định hệ số từ biến và co ngót tính độ võng sàn).
  • Tiêu chuẩn nền móng và thiết bị: TCVN 9362:2012 (Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình); TCVN 10304:2014 (Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế); TCVN 4244:2005 (Quy phạm an toàn thiết bị nâng).

Vật liệu kết cấu quy định trong tính toán:

  • Bê tông: Sàn và cầu thang sử dụng bê tông cấp độ bền B20 (cường độ tính toán chịu nén $R_b = 11,5\text{ MPa}$, cường độ tính toán chịu kéo $R_{bt} = 0,9\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_b = 27.000\text{ MPa}$). Khung chịu lực và móng sử dụng bê tông cấp độ bền B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1,2\text{ MPa}$, $E_b = 32.500\text{ MPa}$).
  • Cốt thép: Thép nhóm AI dùng cho đường kính $\phi \le 10\text{ mm}$ ($R_s = R_{sc} = 225\text{ MPa}$, $R_{sw} = 175\text{ MPa}$, $E_s = 210.000\text{ MPa}$). Thép nhóm AII dùng cho $\phi > 10\text{ mm}$ ($R_s = R_{sc} = 280\text{ MPa}$, $R_{sw} = 225\text{ MPa}$, $E_s = 210.000\text{ MPa}$). Thép nhóm AIII dùng cho $\phi > 10\text{ mm}$ ($R_s = R_{sc} = 365\text{ MPa}$, $R_{sw} = 290\text{ MPa}$, $E_s = 200.000\text{ MPa}$).

Phương pháp nghiên cứu và công cụ xử lý:

  • Phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (FEM) áp dụng cho mô hình không gian toàn công trình, mô hình dải bản sàn và mô hình thanh - bản thang.
  • Công cụ phần mềm chuyên ngành: ETABS (phân tích nội lực không gian toàn công trình và xác định các đặc trưng động lực học, mode dao động); SAFE v12 (mô hình hóa, tính toán nội lực theo dải strip và kiểm tra độ võng phi tuyến sàn tầng điển hình); SAP2000 (mô hình hóa nội lực cấu kiện cầu thang bộ).
  • Bảng tính Excel tích hợp mã lập trình VBA (Visual Basic for Applications) được sử dụng để tự động hóa khâu xử lý tổ hợp tải trọng và tính toán diện tích cốt thép cho dầm, cột, vách và móng.
  • Nguồn dữ liệu đầu vào: Hồ sơ kiến trúc tham khảo đã qua chỉnh sửa kỹ thuật và hồ sơ khảo sát địa chất công trình kèm kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về kiến trúc công trình

Chương này mô tả tổng thể dự án do Công ty TNHH Đại Phúc làm chủ đầu tư và thi công, Công ty Interluck Canada thực hiện tư vấn thiết kế. Dự án tổng thể gồm 10 tòa nhà cao từ 18 đến 25 tầng, khu thể thao, trung tâm thương mại và bãi đỗ xe ngầm. Tòa nhà thiết kế có mặt bằng hình chữ nhật kích thước 30m x 41m, diện tích 1.230 m². Công năng từng tầng được phân chia rõ ràng: tầng hầm dùng làm bãi đậu xe, bố trí ram dốc tiếp cận và phòng kỹ thuật rác; tầng trệt và tầng 2 bố trí trung tâm thương mại, khu văn phòng; tầng 3 đến sân thượng là khu căn hộ ở gồm 7 căn hộ mỗi tầng (diện tích dao động từ 45 m² đến 92,6 m²), hành lang rộng $\ge 2\text{ m}$ kết hợp giếng trời lấy sáng và thông gió; tầng sân thượng làm không gian rèn luyện thể dục và thư giãn; tầng mái bố trí bể nước bê tông cốt thép cấp nước sinh hoạt và PCCC.

Về giải pháp kết cấu, công trình sử dụng hệ kết cấu chịu lực khung - vách lõi bê tông cốt thép toàn khối; tải trọng ngang được tiếp nhận bởi sàn dầm và lõi thang máy; tải trọng đứng truyền qua hệ thống cột và vách xuống móng cọc. Tường bao che xây dày 200 mm, tường ngăn chia bên trong dày 100 mm. Các giải pháp kỹ thuật phụ trợ bao gồm: hệ thống cấp điện 3 pha 380V/220V tần số 50 Hz; cấp nước qua đường ống thép tráng kẽm; thoát nước mưa qua ống nhựa dẫn ra cống thành phố; thoát nước thải qua bể tự hoại; hệ thống PCCC trang bị hộp họng nước cứu hỏa cùng 4 bình chữa cháy $CO_2$ MFZ4 (loại 4 kg) phân bổ 2 hộp mỗi tầng; hệ thống chống sét cho nhà cao tầng; hệ thống thu gom rác qua đường ống dẫn từ các tầng xuống phòng rác tại tầng hầm.

Chương 2: Thiết kế sàn tầng điển hình

Tác giả tiến hành sơ bộ kích thước các cấu kiện dầm sàn dựa trên lưới cột lớn nhất kích thước $7,0\text{ m} \times 7,5\text{ m}$. Chiều dày bản sàn được chọn là $h_s = 160\text{ mm}$ (dựa trên công thức $h_s = D \cdot L / m$ với bản kê 4 cạnh, thỏa mãn điều kiện $h_{min} = 60\text{ mm}$ theo TCVN 5574:2012). Kích thước dầm chính được xác định $b \times h = 200 \times 500\text{ mm}$, dầm phụ $200 \times 400\text{ mm}$. Tiết diện vách chịu lực được chọn dày $t = 300\text{ mm}$, đáp ứng các tiêu chí quy định tại điều 3.1 TCXD 198:1997 ($t \ge 200\text{ mm}$, $t \ge h_t/20$ và diện tích vách $F_{VCL} / F_S \ge 0,015$).

Tải trọng tác dụng lên sàn gồm tĩnh tải hoàn thiện (gạch ceramic dày 20 mm, vữa lót, vữa trát trần dày 15 mm, trọng lượng tường xây 100 mm và 200 mm có xét hệ số giảm trừ do cửa 0,85) và hoạt tải sử dụng theo TCVN 2737:1995 (phòng ở và vệ sinh có hoạt tải tiêu chuẩn $1,5\text{ kN/m}^2$, hệ số vượt tải $n = 1,3$; phòng thể thao $4,0\text{ kN/m}^2$, $n = 1,2$; hành lang $3,0\text{ kN/m}^2$, $n = 1,2$). Mô hình dầm sàn được phân tích nội lực trên phần mềm SAFE v12 bằng phương pháp chia dải (strip) theo phương X và phương Y. Diện tích cốt thép tính toán $A_s$ được xác định theo trạng thái giới hạn thứ nhất kết hợp kiểm tra hàm lượng cốt thép hợp lý ($\mu_{min} = 0,05% \le \mu \le \mu_{max}$). Tác giả kiểm tra độ võng sàn phi tuyến dài hạn có xét nứt, từ biến và co ngót theo TCXDVN 356:2005 qua biểu thức $f = f_1 - f_2 + f_3$ với hệ số từ biến $CR = 1$ tra cứu từ Eurocode 2, kết quả chuyển vị lớn nhất $f_{max}$ thỏa mãn giới hạn cho phép $L/200$.

Chương 3: Thiết kế cầu thang

Chương này thực hiện thiết kế cầu thang bộ 2 vế dạng bản bê tông cốt thép toàn khối tầng điển hình. Sơ bộ hình học chọn kích thước bậc thang có chiều cao $h_b = 160\text{ mm}$, bề rộng mặt bậc $l_b = 280\text{ mm}$, thỏa mãn điều kiện nhân trắc $l_b + 2h_b = 600\text{ mm}$ (trong khoảng cho phép $600 - 620\text{ mm}$); góc nghiêng bản thang $\alpha \approx 29,7^\circ$; số bậc trên một tầng cao 3,5 m là 22 bậc. Chiều dày bản nghiêng thang được chọn $h_s = 180\text{ mm}$ tương ứng với nhịp tính toán $L_0 = 4.650\text{ mm}$; dầm chiếu nghỉ chọn tiết diện $b \times h = 200 \times 400\text{ mm}$.

Xét tỷ số độ cứng $h_s / h_b = 180 / 160 = 1,125 < 3$, tác giả xem liên kết giữa bản thang và dầm chiếu nghỉ là liên kết khớp. Mô hình thanh - bản của một vế thang đối xứng được thiết lập trên SAP2000 để xuất biểu đồ bao mô men uốn và lực cắt dưới tác dụng của tĩnh tải các lớp hoàn thiện (đá hoa cương dày 20 mm, vữa lót, bản BTCT) và hoạt tải tập trung/phân bố. Trên cơ sở dải cắt rộng $b = 1.000\text{ mm}$, chiều cao làm việc $h_0 = 160\text{ mm}$, tác giả bố trí cốt thép chịu uốn cho bản thang tại gối và nhịp. Đối với dầm chiếu nghỉ, tải trọng tính toán gồm trọng lượng bản thân dầm và phản lực truyền từ bản thang quy đổi phân bố đều ($R = 32,\dots\text{ kN/m}$); mô men nhịp lớn nhất đạt $M_{max} = 43,\dots\text{ kNm}$. Cốt đai chịu cắt của dầm chiếu nghỉ được tính toán bố trí đai 2 nhánh $\phi 6a100$ tại vùng gần gối tựa và dãn bước $\phi 6a200$ ở giữa dầm, đảm bảo điều kiện chịu cắt $Q_{sw} > Q_{max}$.

Chương 4: Thiết kế khung

Tác giả thiết lập mô hình không gian tổng thể trên phần mềm ETABS nhằm xác định ứng xử của công trình dưới tác dụng của tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng gió và động đất. Do công trình có chiều cao $65,350\text{ m} > 40\text{ m}$, tải trọng gió được tính toán bao gồm cả thành phần tĩnh và thành phần động theo TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999. Vùng áp lực gió được xác định là vùng II-A với áp lực tiêu chuẩn $W_0 = 0,83\text{ kN/m}^2$, hệ số khí động mặt đón gió $c = +0,8$ và mặt hút gió $c = -0,6$ (hệ số tổng $c = 1,4$), hệ số tin cậy $\gamma = 1,2$. Lực gió tĩnh được quy đổi thành các lực tập trung đặt tại tâm cứng từng tầng sàn.

Thành phần gió động được xác định dựa trên sơ đồ thanh công xôn quy đổi có các điểm tập trung khối lượng tại cao trình sàn; hệ số chiết giảm hoạt tải khi tính khối lượng dao động lấy bằng 0,5 theo TCXD 229:1999. Tác giả khảo sát 6 mode dao động đầu tiên trên ETABS, trong đó Mode 1 có chu kỳ dao động riêng cơ bản $T = 2,349\text{ s}$ với chuyển vị dao động chủ yếu theo phương Y. Sau khi phân tích tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất từ các trường hợp tải trọng, tác giả sử dụng bảng tính lập trình VBA để tính toán và kiểm tra diện tích cốt thép dọc, cốt đai cho hệ dầm sàn tầng điển hình, hệ cột chịu nén uốn lệch tâm xiên thuộc hai khung trục phẳng trực giao đại diện (khung trục 4 và khung trục D) cùng hệ thống vách cứng lõi thang máy bằng bê tông B30 và thép AIII.

Chương 5: Tính toán thiết kế móng cọc

Chương 5 phân tích các điều kiện địa chất công trình dựa trên số liệu hố khoan khảo sát và các chỉ tiêu cơ lý đất nền, kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT. Sức chịu tải tính toán của cọc đóng ép được xác định và đối chiếu qua 4 phương pháp: sức chịu tải theo vật liệu làm cọc, sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền, sức chịu tải theo cường độ đất nền và sức chịu tải theo chỉ số SPT.

Tác giả thực hiện tính toán thiết kế chi tiết cho ba hạng mục móng đại diện:

  1. Móng M1 (đài móng dưới chân cột C11): Tiếp nhận phản lực chân cột, xác định số lượng cọc, bố trí mặt bằng cọc, kiểm tra ứng suất ổn định đất nền tại đáy móng khối quy ước, tính lún công trình ($S \le S_{gh}$), kiểm tra điều kiện chống đâm thủng đài móng, kiểm tra phản lực đầu cọc lớn nhất/nhỏ nhất và tính toán cốt thép đài móng theo hai phương.
  2. Móng M2 (đài móng cụm kết hợp hai cột C37 và C38): Xác định phản lực tổng hợp, bố trí mạng cọc, kiểm tra điều kiện lún, kiểm tra xuyên thủng đài và bố trí cốt thép đài móng chịu uốn.
  3. Móng vách lõi thang máy (M3): Tiếp nhận tải trọng đứng và mô men lật lớn từ chân vách; tính toán số lượng cọc và bố trí cọc theo chu vi chân vách; kiểm tra phản lực đầu cọc, độ lún lệch và tính toán cốt thép lưới đài móng bản dày.

Chương 6: Thiết kế móng cần trục tháp

Chương 6 là phần thiết kế kỹ thuật phục vụ thi công lắp dựng nhà cao tầng. Tác giả xác định thông số kỹ thuật, tầm với và vị trí lắp đặt cần trục tháp trên tổng mặt bằng xây dựng. Các tải trọng tác dụng lên cẩu tháp được tính toán chi tiết bao gồm: tải trọng bản thân kết cấu cần trục, tải trọng vật nâng định mức, lực quán tính phát sinh do quá trình phanh xe con, lực tiếp tuyến khi quay cần và áp lực gió tác dụng lên thân tháp theo tiêu chuẩn TCVN 4244:2005 ứng với hai trạng thái làm việc và không làm việc.

Tác giả xác định các trường hợp tải trọng nguy hiểm nhất truyền xuống chân tháp (tổ hợp TH1, TH2, TH3). Từ phản lực chân tháp, đồ án tiến hành thiết kế đài móng cọc cho cần trục tháp: lựa chọn kích thước đài, xác định số lượng và khoảng cách bố trí cọc, kiểm tra ổn định nền đất, kiểm tra lún và kiểm tra phản lực đầu cọc. Cuối cùng, tác giả tính toán bố trí cốt thép cho đài móng cẩu tháp và tính toán đường kính, độ sâu chôn của hệ thống bu lông neo chân cần trục tháp vào đài móng bê tông cốt thép nhằm đảm bảo an toàn chống lật.

Kết quả và đóng góp

Đồ án hoàn thành trọn vẹn các nội dung tính toán thiết kế kỹ thuật công trình chung cư cao tầng quy mô 18 tầng nổi và 1 tầng hầm với các thông số kỹ thuật chính:

Hạng mục thông số Giá trị kỹ thuật thiết kế Tiêu chuẩn / Phương pháp áp dụng
Quy mô công trình 1 hầm, 1 trệt, 16 lầu, 1 thượng, 1 mái Chiều cao $H = 65,350\text{ m}$; cấp II
Bê tông sàn & cầu thang B20 ($R_b = 11,5\text{ MPa}$; $R_{bt} = 0,9\text{ MPa}$) TCVN 5574:2012
Bê tông khung & móng B30 ($R_b = 17,0\text{ MPa}$; $R_{bt} = 1,2\text{ MPa}$) TCVN 5574:2012
Cốt thép sử dụng Thép AI ($\phi \le 10$), AII và AIII ($\phi > 10$) TCVN 5574:2012
Tiết diện sàn điển hình Chiều dày $h_s = 160\text{ mm}$ Sơ bộ theo ô bản $7,0\text{m} \times 7,5\text{m}$; SAFE v12
Kích thước hệ dầm Dầm chính $200 \times 500\text{ mm}$; dầm phụ $200 \times 400\text{ mm}$ Sơ bộ theo nhịp dầm $L = 7,5\text{ m}$
Chiều dày vách cứng $t = 300\text{ mm}$ TCXD 198:1997 ($F_{VCL}/F_S \ge 0,015$)
Kích thước bậc thang Cao $h_b = 160\text{ mm}$; rộng $l_b = 280\text{ mm}$ Công thức bước chân $l_b + 2h_b = 600\text{ mm}$
Bản thang & dầm chiếu nghỉ Bản thang dày 180 mm; dầm $200 \times 400\text{ mm}$ SAP2000; đai dầm $\phi 6a100$ và $\phi 6a200$
Tải trọng gió tính toán Gió tĩnh và gió động; vùng II-A ($W_0 = 0,83\text{ kN/m}^2$) TCVN 2737:1995; TCXD 229:1999
Dao động riêng cơ bản Mode 1 có chu kỳ $T = 2,349\text{ s}$ (phương Y) Khảo sát 6 mode trên ETABS
Giải pháp nền móng Móng cọc đóng ép (móng M1, M2, lõi thang M3) TCVN 10304:2014; TCVN 9362:2012
Thiết kế phục vụ thi công Móng cọc và bu lông neo cần trục tháp TCVN 4244:2005 (xét 3 tổ hợp tải trọng)

Các giải pháp kỹ thuật do tác giả đề xuất:

  • Giải pháp kết cấu phần thân: Sử dụng hệ kết cấu khung kết hợp vách lõi bê tông cốt thép, bố trí vách lõi tập trung tại khu vực thang máy trung tâm để tiếp nhận phần lớn lực cắt đáy và mô men uốn do tải trọng ngang (gió động, động đất) gây ra, bảo đảm độ cứng và kiểm soát chuyển vị đỉnh công trình.
  • Kiểm soát biến dạng sàn: Áp dụng phương pháp phân tích phi tuyến có xét nứt, từ biến và co ngót dài hạn theo TCXDVN 356:2005 và Eurocode 2 trên SAFE v12 để đánh giá chính xác độ võng thực tế của ô bản sàn lớn ($7,0\text{ m} \times 7,5\text{ m}$).
  • Biện pháp an toàn thi công: Thiết kế độc lập hệ thống móng cọc và bu lông neo liên kết cho cần trục tháp dựa trên việc tổng hợp các trạng thái tải trọng động lực học của thiết bị nâng theo TCVN 4244:2005, xử lý triệt để bài toán ổn định lật và chịu lực của thiết bị cẩu lắp trên công trường.

Đóng góp của đồ án:

  • Hoàn thành đầy đủ một quy trình thiết kế kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng cao tầng từ giai đoạn phân tích mặt bằng kiến trúc, sơ bộ tiết diện, tính toán cấu kiện sàn, cầu thang, phân tích không gian hệ khung chịu lực đến giải pháp kết cấu móng công trình và móng thiết bị thi công.
  • Tự xây dựng và tích hợp thành công các bảng tính Excel kết hợp VBA để tự động hóa việc xuất nội lực từ phần mềm phân tích và tính toán diện tích cốt thép theo tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Phạm vi thiết kế khung chịu lực chỉ tập trung giải quyết chi tiết cho hai khung trục phẳng vuông góc đại diện (khung trục 4 và khung trục D) cùng hệ thống vách lõi, chưa triển khai bóc tách cốt thép cho toàn bộ các khung trục còn lại của công trình.
  • Nội dung tính toán tải trọng động đất mới dừng ở mức xác lập nguyên lý theo TCVN 9386:2012, chưa thực hiện mô phỏng phân tích động học phi tuyến theo phổ phản ứng hoặc biểu đồ lịch sử thời gian (Time-history analysis).
  • Dữ liệu địa chất công trình và bản vẽ kiến trúc sử dụng trong đồ án dựa trên hồ sơ khảo sát tham khảo, chưa bao gồm khảo sát trực tiếp tại hiện trường xây dựng.

Hướng phát triển tiếp theo:

  • Mở rộng phân tích kết cấu công trình chịu tải trọng đặc biệt (cháy nổ, động đất cấp cao) bằng các phương pháp phân tích phi tuyến tĩnh (Pushover analysis) hoặc phân tích động lực học theo thời gian thực.
  • Nghiên cứu mô hình tương tác đồng thời giữa đất nền, móng và kết cấu công trình phía trên (Soil-Structure Interaction - SSI) thay vì giả thiết ngàm cứng tại chân cột và vách.
  • Ứng dụng mô hình thông tin công trình (BIM) để tích hợp dữ liệu thiết kế kết cấu với hồ sơ kiến trúc, hệ thống cơ điện (MEP) và lập tiến độ, biện pháp tổ chức thi công chi tiết.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Công nghệ Kỹ thuật Xây dựng khi thực hiện đồ án tốt nghiệp, đồ án môn học Kết cấu Bê tông cốt thép, Thi công hoặc Nền móng công trình.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu công trình dân dụng cần tham khảo quy trình tính toán thực tế cho các công trình chung cư cao tầng có chiều cao trên 40 m.

Các phần nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu:

  • Phương pháp phân tích thành phần gió động công trình cao tầng dựa trên sự phối hợp giữa phần mềm ETABS và các quy định của TCXD 229:1999 (xác định tần số dao động, hệ số tương quan không gian, hệ số động lực).
  • Quy trình phân tích nội lực theo dải strip và kiểm tra độ võng phi tuyến dài hạn của sàn bê tông cốt thép trên phần mềm SAFE v12 kết hợp chỉ dẫn của Eurocode 2 và TCXDVN 356:2005.
  • Trình tự thiết kế kết cấu móng cọc cho lõi thang máy chịu mô men lớn và phương pháp tính toán thiết kế móng cọc, bu lông neo cho cần trục tháp thi công theo TCVN 4244:2005.

Câu hỏi thường gặp

  1. Công trình Chung cư Đại Phú có chiều cao bao nhiêu và tại sao bắt buộc phải tính toán thành phần động của tải trọng gió? Công trình có chiều cao tính từ cốt ±0,000 đến đỉnh mái là +65,350 m (chưa kể chiều sâu tầng hầm). Theo quy định tại TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999, các công trình có chiều cao lớn hơn 40 m bắt buộc phải tính toán cả thành phần tĩnh và thành phần động của tải trọng gió nhằm đảm bảo an toàn cho công trình dưới tác động dao động do xung vận tốc gió.

  2. Cấp độ bền của bê tông và các nhóm cốt thép được lựa chọn như thế nào trong đồ án? Đồ án quy định cấp độ bền bê tông khác nhau tùy theo cấu kiện: cấu kiện sàn và cầu thang bộ sử dụng bê tông cấp độ bền B20 ($R_b = 11,5\text{ MPa}$, $R_{bt} = 0,9\text{ MPa}$); hệ khung chịu lực (cột, dầm, vách) và kết cấu móng sử dụng bê tông cấp độ bền B30 ($R_b = 17,0\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1,2\text{ MPa}$). Về cốt thép, thép nhóm AI dùng cho thanh có đường kính $\phi \le 10\text{ mm}$ ($R_s = 225\text{ MPa}$), thép nhóm AII và AIII dùng cho thanh có đường kính $\phi > 10\text{ mm}$ ($R_s$ lần lượt là $280\text{ MPa}$ và $365\text{ MPa}$).

  3. Chiều dày sàn, dầm chính và vách cứng tầng điển hình được xác định với kích thước sơ bộ là bao nhiêu? Trên cơ sở ô lưới sàn lớn nhất $7,0\text{ m} \times 7,5\text{ m}$, chiều dày sàn được chọn $h_s = 160\text{ mm}$ (thỏa mãn $h_{min} = 60\text{ mm}$ theo TCVN 5574:2012). Dầm chính có kích thước tiết diện $b \times h = 200 \times 500\text{ mm}$, dầm phụ có kích thước $200 \times 400\text{ mm}$. Tiết diện vách cứng lõi thang máy được chọn dày $t = 300\text{ mm}$, thỏa mãn các quy định $t \ge 200\text{ mm}$, $t \ge h_t/20$ và diện tích vách $F_{VCL} / F_S \ge 0,015$ của TCXD 198:1997.

  4. Cầu thang bộ tầng điển hình được cấu tạo với kích thước hình học nào và liên kết với dầm chiếu nghỉ được giả thiết ra sao? Cầu thang bộ 2 vế có bậc thang cao $h_b = 160\text{ mm}$, rộng $l_b = 280\text{ mm}$ (thỏa mãn hệ thức $l_b + 2h_b = 600\text{ mm}$), góc dốc thang $\alpha \approx 29,7^\circ$, chiều dày bản nghiêng thang $h_s = 180\text{ mm}$ và dầm chiếu nghỉ kích thước $200 \times 400\text{ mm}$. Do tỷ số độ cứng giữa bản thang và bậc thang là $h_s / h_b = 180 / 160 = 1,125 < 3$, liên kết giữa bản thang và dầm chiếu nghỉ được giả thiết là liên kết khớp trong sơ đồ tính toán trên SAP2000.

  5. Chuyên đề thi công cần trục tháp trong đồ án giải quyết những yêu cầu tính toán cụ thể nào? Chương 6 của đồ án tính toán tổng hợp các tải trọng tác dụng lên đỉnh và thân cần trục tháp (tự trọng, tải nâng, lực phanh xe con, lực quay tiếp tuyến, tải trọng gió theo TCVN 4244:2005) qua 3 trường hợp tải trọng bất lợi nhất. Từ đó, tác giả tiến hành thiết kế đài móng cọc chịu lực cho chân cẩu tháp, kiểm tra ứng suất đất nền, độ lún, phản lực đầu cọc, tính toán cốt thép đài móng và xác định kích thước, kiểm tra khả năng chịu lực của hệ thống bu lông neo chân tháp vào đài móng.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế Chung cư Đại Phú" của sinh viên Cao Lê Minh Trung là một công trình thiết kế kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng cao tầng có cấu trúc hoàn chỉnh và logic. Bằng việc kết hợp các tiêu chuẩn thiết kế xây dựng Việt Nam với các phần mềm phân tích kết cấu hiện đại (ETABS, SAFE, SAP2000) và bảng tính VBA tự lập, đồ án đã giải quyết thành công bài toán tính toán từ kết cấu bộ phận (sàn, cầu thang), hệ khung không gian chịu lực chịu gió động đến hệ thống nền móng công trình và móng cần trục tháp thi công. Các thông số, dữ liệu và quy trình tính toán được trình bày chi tiết trong thuyết minh mang lại giá trị tham khảo học thuật và thực hành thiết kế thiết thực cho sinh viên và kỹ sư xây dựng công trình.