Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế Chung cư Hacom Galacity" được thực hiện trong bối cảnh nhu cầu phát triển cơ sở hạ tầng đô thị tại thành phố Phan Rang – Tháp Chàm, tỉnh Ninh Thuận ngày càng gia tăng. Khu đất xây dựng tọa lạc tại số 66 Lê Thánh Tôn, phường Thanh Sơn, nằm trong quy hoạch đô thị của thành phố Phan Rang – Tháp Chàm, thuộc vùng Nam Trung Bộ. Tác giả nhận định rằng việc xây dựng công trình này góp phần thay đổi diện mạo cảnh quan đô thị, đáp ứng nhu cầu nhà ở xã hội đang ngày càng cấp bách tại địa phương, đồng thời phù hợp với chính sách đổi mới và phát triển kinh tế – xã hội của Việt Nam.

Nhiệm vụ thiết kế được phân chia thành ba phần theo tỷ trọng điểm số:

  1. Phần Kiến trúc (15%): Thiết kế tổng mặt bằng, mặt bằng các tầng, mặt đứng chính, mặt đứng bên, mặt cắt và các chi tiết cấu tạo căn hộ.
  2. Phần Kết cấu (60%): Thiết kế dầm tầng 2, sàn tầng điển hình, cột từ tầng trệt đến tầng mái và hệ móng cọc.
  3. Phần Thi công (25%): Bóc khối lượng, lập tiến độ thi công, lập dự toán chi phí xây dựng phần thân tầng 6.

Đối tượng thiết kế là Khu B1 Chung cư Hacom Galacity — công trình dân dụng cấp II, gồm 13 tầng nổi và 1 tầng hầm, chiều cao tổng từ cốt 0,0 m là 45,2 m, kích thước mặt bằng 54,4 m × 30,6 m, bố trí theo hình chữ L. Phạm vi không gian giới hạn ở Khu B1 của dự án; thời gian hoàn thành và nộp đồ án là ngày 18/01/2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Hệ thống quy chuẩn và tiêu chuẩn áp dụng

Đồ án áp dụng đồng thời các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia và tiêu chuẩn thiết kế sau:

Ký hiệu Nội dung
QCVN 02:2022/BXD Số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng
QCVN 06:2022/BXD An toàn cháy cho nhà và công trình
QCVN 07:2019/BKHCN Thép làm cốt bê tông
TCVN 2737–2023 Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế
TCVN 5574–2018 Kết cấu bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế
TCVN 4453–1995 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép toàn khối – Thi công và nghiệm thu
TCVN 9386–2012 Thiết kế công trình chịu tải trọng động đất
TCVN 10304–2014 Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế
TCVN 9362–2012 Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình
EUROCODE 2–2004 Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông
TCXD 198:1997 Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối
TCVN 1651-1:2018 / TCVN 1651-2:2018 Thép cốt bê tông – Thép thanh tròn trơn / Thép thanh vằn

Vật liệu sử dụng

Loại vật liệu Thông số Phạm vi áp dụng
Bê tông B25 Rb = 14,5 MPa Cột, vách, móng, cầu thang, bể nước
Thép CB400-V Rs = Rsc = 350 MPa; Es = 20×10⁴ MPa Cốt thép cột, vách, sàn, móng
Thép CB300-T Rs = Rsc = 350 MPa; Es = 20×10⁴ MPa Cốt thép cầu thang, thép đai
Bê tông cốt thép γ = 25 kN/m³ Kết cấu chịu lực
Vữa xi măng – cát γ = 16 kN/m³ Xây, tô trát tường

Phương pháp và công cụ tính toán

Phương pháp chủ đạo là thiết kế kết cấu theo trạng thái giới hạn (ULS và SLS), kết hợp mô hình hóa và phân tích số bằng phần mềm chuyên dụng:

Phần mềm Mục đích
ETABS Mô hình hóa, phân tích kết cấu toàn bộ công trình
SAFE Tính toán kết cấu sàn, móng, mô hình sàn
SAP2000 Tính toán cầu thang bộ
AutoCAD Triển khai bản vẽ 2D
Word 365 Trình bày thuyết minh tính toán

Nguồn dữ liệu: Báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình Chung cư Hacom Galacity; bản vẽ kiến trúc, kết cấu file AutoCAD được giảng viên hướng dẫn duyệt; số liệu khí tượng và điều kiện tự nhiên theo QCVN 02:2022/BXD.

Nội dung chính theo từng chương

Phần I – Kiến trúc (15%)

Phần kiến trúc do ThS. Trần Vũ Tiến hướng dẫn, trình bày các nội dung:

Giới thiệu công trình và điều kiện tự nhiên: Công trình nằm tại vùng khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, chia hai mùa rõ rệt. Các thông số khí tượng chính gồm: nhiệt độ bình quân năm 23,7°C, lượng mưa trung bình năm 1.687,6 mm, tốc độ gió lớn nhất 45 m/s, gia tốc nền tham chiếu agr = 0,02g, cấp động đất MSK-64 cấp VII.

Địa tầng: Nền đất được phân thành 7 lớp từ trên xuống: Lớp 1 – cát hạt vừa màu vàng, ẩm đến bão hòa; Lớp 2 – cát hạt nhỏ bão hòa, trạng thái chặt vừa; Lớp 3 – cát hạt nhỏ lẫn san hô, vỏ sò; Lớp 4 – cát pha lẫn sỏi sạn, dăm kết, dẻo; Lớp 5 – cát hạt vừa, trạng thái chặt; Lớp 6 – cát pha lẫn sỏi sạn, cứng; Lớp 7 – đá granit nứt nẻ.

Giải pháp kiến trúc: Mặt bằng bố trí hình chữ L (54,4 m × 30,6 m), tổng diện tích xây dựng 18.608 m², tổng diện tích sàn xây dựng 17.584 m², bước cột 6,8 m. Tầng trệt + tầng lửng (cao 4,1–4,00 m) bố trí 15 căn hộ dịch vụ, phòng quản lý, phòng trực và 4 phòng kỹ thuật. Tầng 2–11 (cao 3,3 m mỗi tầng) gồm 187 căn nhà ở xã hội. Tầng kỹ thuật (cao 3,9 m) và tầng mái (cao 0,7 m).

Các hệ thống kỹ thuật được trình bày gồm: giao thông đứng (hai cầu thang bộ kiêm cầu thang thoát hiểm), hệ thống chiếu sáng tự nhiên và nhân tạo, điện dự phòng từ máy phát điện riêng, cấp nước theo mô hình bể ngầm – bơm lên bể mái – phân phối, thoát nước mưa và nước thải riêng biệt, hệ thống báo cháy và cứu hỏa tự động theo từng tầng.

Phần II – Kết cấu (60%)

Phần kết cấu do PGS.TS Nguyễn Thế Dương hướng dẫn, chiếm tỷ trọng lớn nhất của đồ án.

Lựa chọn giải pháp kết cấu: Tác giả lựa chọn hệ kết cấu khung – lõi (khung giằng) bê tông cốt thép đổ toàn khối tại chỗ, căn cứ theo điều 2.3 TCXD 198:1997. Hệ lõi và vách cứng bố trí tại khu vực thang máy và hai khối đầu nhà để chịu phần lớn tải trọng ngang; hệ cột và dầm sàn chịu tải trọng đứng là chủ yếu.

Tiêu chí thiết kế:

  • Chuyển vị đỉnh do gió: [f] = H/500 = 90,4 mm (H = 45,2 m, theo TCVN 2737–2023)
  • Lệch tầng do gió: δ = h_tầng/500
  • Chuyển vị lệch tầng do động đất: dr ≤ 0,0125 (theo TCVN 9386–2012, công trình mức độ quan trọng II, v = 0,04)
  • Độ võng dài hạn: ℓ/250; Độ võng ngắn hạn: ℓ/500
  • Nứt do tải trọng dài hạn: 0,3 mm; Ngắn hạn: 0,4 mm

Sơ bộ tiết diện các cấu kiện:

Cấu kiện Kích thước sơ bộ
Sàn căn hộ điển hình 150 mm (ô sàn 6,8 × 4,2 m)
Dầm chính D400 × 600 mm Nhịp lớn nhất 8,7 m
Dầm phụ D200 × 600 mm —
Cột 400 mm – 600 mm (điều chỉnh theo tính toán)
Vách, lõi 200 mm

Tải trọng và tổ hợp: Tải trọng tác dụng gồm tĩnh tải (các lớp cấu tạo sàn căn hộ, sàn vệ sinh, sàn mái, tải tường), hoạt tải sử dụng, tải trọng gió theo TCVN 2737–2023, và tải trọng động đất theo TCVN 9386–2012. Tổ hợp tải trọng bao gồm các trường hợp ULS (trạng thái giới hạn phá hoại), SLS (trạng thái giới hạn sử dụng về võng và nứt) và tổ hợp động đất.

Tính toán sàn tầng điển hình: Sàn bê tông cốt thép toàn khối, chiều dày 150 mm, phân tích bằng phần mềm SAFE với các Strip A và Strip B. Kết quả kiểm tra bao gồm biểu đồ momen USL1, biểu đồ momen tải dài hạn, kiểm tra điều kiện chống nứt và cốt thép tính toán cho từng mặt cắt.

Thiết kế kết cấu khung: Phân tích nội lực khung trục C trên ETABS (biểu đồ moment M2-2, M3-3, lực dọc, lực cắt 2-2, lực cắt 3-3 cho ULS12). Kết quả tính toán cốt thép cột được tổng hợp trong bảng, kiểm tra biểu đồ tương tác (interaction diagram) cho cột C153. Dầm tầng 2 được tính toán riêng với bảng điều kiện chống nứt và bảng tính dầm tầng 2.

Thiết kế cầu thang bộ trục 3–D: Phân tích bằng SAP2000, xác định tĩnh tải và hoạt tải tác dụng lên bản thang, lập biểu đồ momen và lực cắt, tính toán cốt thép cho bản thang.

Thiết kế phần ngầm – móng cọc: Địa tầng gồm 7 lớp đã mô tả ở phần kiến trúc. Sức chịu tải của cọc được xác định theo: (1) sức chịu tải theo vật liệu; (2) công thức Nhật Bản; (3) TCVN 10304:2014. Tính toán số lượng cọc, kích thước đài móng, kích thước tiết diện giằng móng. Mô hình hóa móng và giằng móng trên ETABS, kiểm tra phản lực đầu cọc (ULS1 và BAO), kiểm tra sức chịu tải và hệ số huy động của cọc, kiểm tra lún lệch dưới đáy móng. Tính toán cụ thể cho móng trục 6 với hai loại đài ĐM-1 và ĐM-2.

Phần III – Thi công (25%)

Phần thi công do ThS. Đoàn Vĩnh Phúc hướng dẫn.

Biện pháp thi công bê tông cốt thép phần thân: Lựa chọn ván khuôn gỗ phủ phim Plycore EXTRA và xà gồ thép hộp mạ kẽm Hoa Sen, cột chống đơn. Tính toán khoảng cách xà gồ lớp trên và lớp dưới sàn, khoảng cách cột chống sàn, khoảng cách xương dọc và sườn ngang dầm chính, khoảng cách gông cột, khoảng cách ty neo và phản lực tại ty neo. Tính toán tương tự cho ván khuôn cầu thang với biểu đồ momen cột chống cầu thang.

Lựa chọn máy thi công: Thiết kế phương án thi công, chọn thiết bị và máy thi công phù hợp với điều kiện thi công thực tế của công trình.

Dự toán chi phí xây dựng tầng 6: Lập dự toán theo phương pháp tính trực tiếp theo đơn giá. Hệ thống bảng biểu gồm: bảng tính trực tiếp theo đơn giá, bảng chi phí vật liệu đầu vào, bảng giá nhân công đầu vào, bảng chi phí ca máy đầu vào và dự toán chi phí xây dựng phần thân (đơn vị: Đồng). Cơ sở lập dự toán được trình bày rõ ràng trong chương 10.

Phụ lục đính kèm bao gồm bảng đo bóc khối lượng phần thân tầng 6 và bảng tiên lượng phần thân tầng 6.

Thiết kế và triển khai

Kiến trúc hệ thống kết cấu

Hệ kết cấu chịu lực của công trình là khung – lõi bê tông cốt thép toàn khối đổ tại chỗ, trong đó:

  • Hệ lõi và vách cứng (dày 200 mm) bố trí tại khu vực thang máy, thang bộ và hai khối đầu nhà, chịu phần lớn tải trọng ngang.
  • Hệ cột (tiết diện 400–600 mm) và hệ dầm (D400×600 mm, D200×600 mm) chịu tải trọng đứng là chủ yếu.
  • Sàn bê tông cốt thép toàn khối dày 150 mm.
  • Móng cọc với đài móng ĐM-1 và ĐM-2, có giằng móng liên kết.

Công cụ tính toán và kiểm tra

Mô hình 3D toàn bộ công trình được xây dựng trên ETABS, bao gồm mặt bằng kết cấu từ tầng 2 đến tầng thượng và mặt cắt theo các trục. Kết cấu sàn và móng được kiểm tra riêng biệt trên SAFE. Cầu thang bộ được phân tích trên SAP2000.

Kiểm tra kết quả bao gồm: chuyển vị đỉnh theo phương X và Y dưới tải gió, chuyển vị lệch tầng theo phương X và Y, kiểm tra độ võng dài hạn và ngắn hạn, kiểm tra phản lực đầu cọc theo hai trường hợp tải (ULS1 và BAO), kiểm tra hệ số huy động cọc dưới tải trọng đứng và tải trọng gió.

Ván khuôn và phụ trợ thi công

Ván khuôn được thiết kế và kiểm tra kết cấu cho ba hạng mục: sàn, dầm chính và cột, với các bảng thông số kỹ thuật của ván khuôn Plycore EXTRA, xà gồ thép hộp mạ kẽm Hoa Sen và cột chống đơn.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thiết kế chính

Đồ án hoàn thiện thiết kế đầy đủ cho công trình chung cư 13 tầng nổi + 1 tầng hầm, cao 45,2 m, gồm 187 căn nhà ở xã hội (tầng 2–11) và 15 căn hộ dịch vụ (tầng trệt + lửng):

  • Phần kiến trúc: Bộ bản vẽ hoàn chỉnh gồm tổng mặt bằng, mặt bằng tầng lửng, mặt bằng tầng điển hình (tầng 3), mặt đứng, mặt cắt A-A và B-B.
  • Phần kết cấu: Thiết kế sàn điển hình dày 150 mm; dầm D400×600 mm và D200×600 mm; cột tiết diện 400–600 mm; vách lõi 200 mm; hệ móng cọc với hai loại đài ĐM-1 và ĐM-2 được kiểm tra đầy đủ theo TCVN 10304:2014.
  • Phần thi công: Bộ tài liệu dự toán chi phí xây dựng phần thân tầng 6, bao gồm bóc khối lượng, tiên lượng, và dự toán theo đơn giá.

Giải pháp kỹ thuật đề xuất

Tác giả đề xuất và lý giải lựa chọn hệ kết cấu khung – lõi thay vì các phương án khác (sàn ô cờ, sàn phẳng, sàn ứng lực trước), căn cứ theo TCXD 198:1997 điều 2.3 về tính hiệu quả của hệ kết cấu khung – giằng cho nhà cao tầng đến 40 tầng. Tất cả cấu kiện đều được kiểm tra theo hai trạng thái giới hạn (ULS và SLS) và yêu cầu chống cháy theo QCVN 06:2022/BXD (bậc chịu lửa II, R150 cho cột và vách, REI120 cho sàn, R60 cho bản thang).

Đóng góp

Đồ án thực hành toàn diện quy trình thiết kế công trình dân dụng cao tầng, tích hợp đồng thời ba chuyên môn kiến trúc – kết cấu – thi công trong một dự án thực tế, áp dụng đồng bộ hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành (cập nhật đến TCVN 2737–2023, QCVN 06:2022/BXD) và tham chiếu EUROCODE 2–2004.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Văn bản đồ án không dành một mục riêng để nêu hạn chế; tuy nhiên, từ phạm vi thiết kế, có thể nhận thấy một số giới hạn:

  • Đồ án tập trung thiết kế Khu B1 của dự án Hacom Galacity, chưa bao quát toàn bộ dự án.
  • Dự toán chi phí chỉ được lập cho phần thân tầng 6, chưa bao gồm tổng dự toán toàn công trình.
  • Bản thân tác giả thừa nhận kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế, một số kết quả tính toán có thể chưa đạt độ chính xác tối ưu.
  • Hướng nghiên cứu tiếp có thể mở rộng sang thiết kế hệ thống MEP (cơ điện lạnh) chi tiết, tối ưu hóa phương án móng theo điều kiện nền đất thực tế tại Ninh Thuận, và lập tổng tiến độ thi công toàn bộ công trình.

Giá trị tham khảo

Đồ án phù hợp làm tài liệu tham khảo cho các đối tượng sau:

  • Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Xây dựng (chuyên ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp) đang chuẩn bị làm đồ án tốt nghiệp về thiết kế nhà cao tầng.
  • Sinh viên học các học phần Kết cấu bê tông cốt thép, Nền móng, Thi công, Dự toán xây dựng — đặc biệt trong việc tra cứu trình tự tính toán theo TCVN 5574–2018 và TCVN 10304:2014.
  • Người làm đề tài tương tự tại các khu vực Nam Trung Bộ có thể tham khảo cách xác định thông số khí tượng, địa chất theo QCVN 02:2022/BXD và phương pháp lập mô hình ETABS cho công trình khung – lõi.

Các phần đáng tham khảo nhất: Bảng tổng hợp quy chuẩn–tiêu chuẩn áp dụng (Bảng II 3.1); quy trình sơ bộ tiết diện và xây dựng mô hình ETABS; phương pháp tính sức chịu tải cọc theo công thức Nhật Bản và TCVN 10304:2014; quy trình thiết kế ván khuôn thi công.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao tác giả chọn hệ kết cấu khung – lõi mà không chọn hệ khung thuần túy? Tác giả dẫn chiếu TCXD 198:1997 điều 2.3, theo đó hệ kết cấu khung – giằng (khung và vách cứng) là hệ tối ưu cho nhà cao tầng đến 40 tầng; công trình 13 tầng cao 45,2 m nằm trong vùng động đất cấp VII (MSK-64), yêu cầu độ cứng ngang cao, do đó hệ lõi và vách cứng được bố trí tại khu vực thang máy và hai khối đầu nhà để chịu phần lớn tải trọng ngang.

2. Chiều dày sàn điển hình 150 mm được xác định theo căn cứ nào? Căn cứ công thức sơ bộ hb = (D/m) × l, trong đó D = 1,1, m = 45 (bản kê 4 cạnh), chiều dài cạnh ngắn l₁ = 4,2 m → hb tính toán = 0,12 m; chiều dày cuối cùng được lấy là 150 mm (15 cm) do phải đồng thời thỏa mãn yêu cầu chống cháy REI 120 theo QCVN 06:2022/BXD (chiều dày tối thiểu 125 mm cho sàn đặc) và yêu cầu cấu tạo tối thiểu 60 mm theo TCVN 5574–2018.

3. Sức chịu tải của cọc được xác định theo mấy phương pháp và phương pháp nào được dùng để thiết kế? Tác giả xác định sức chịu tải cọc theo ba phương pháp: (1) theo vật liệu, (2) theo công thức Nhật Bản, và (3) theo đất nền theo TCVN 10304:2014. Kết quả từ cả ba phương pháp được đối chiếu; phản lực đầu cọc được kiểm tra trên mô hình ETABS theo hai trường hợp tải ULS1 (tải trọng đứng) và BAO (tổ hợp bao), đồng thời kiểm tra hệ số huy động cọc và lún lệch dưới đáy móng.

4. Tiêu chí kiểm tra chuyển vị đỉnh và lệch tầng cho công trình này là bao nhiêu? Theo TCVN 2737–2023: chuyển vị đỉnh do gió [f] = H/500 = 45.200/500 = 90,4 mm; lệch tầng do gió δ = h_tầng/500. Theo TCVN 9386–2012 (công trình cấp quan trọng II, v = 0,04): chuyển vị lệch tầng do động đất dr ≤ 0,005 × (1/v) = 0,0125. Kết quả kiểm tra theo hai phương X và Y đều được thể hiện bằng biểu đồ từ mô hình ETABS.

5. Dự toán chi phí xây dựng được lập cho hạng mục nào và theo phương pháp nào? Dự toán được lập cho phần thân tầng 6 theo phương pháp tính trực tiếp theo đơn giá, bao gồm bốn bảng thành phần: chi phí vật liệu đầu vào, giá nhân công đầu vào, chi phí ca máy đầu vào, và bảng dự toán chi phí xây dựng tổng hợp (đơn vị: Đồng). Cơ sở số liệu đầu vào được lấy từ bảng đo bóc khối lượng và bảng tiên lượng phần thân tầng 6 trình bày trong phụ lục.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế Chung cư Hacom Galacity" của sinh viên Thái Mai Quang Minh (lớp 19XD2, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Đà Nẵng) trình bày quy trình thiết kế tích hợp ba phần kiến trúc – kết cấu – thi công cho công trình chung cư 13 tầng + 1 tầng hầm, cao 45,2 m, tại thành phố Phan Rang – Tháp Chàm. Phần kết cấu (60%) là trọng tâm, với hệ khung – lõi bê tông cốt thép toàn khối được phân tích trên ETABS và SAFE, áp dụng đồng bộ các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành từ TCVN 2737–2023 đến TCVN 10304:2014. Đồ án đáp ứng đầy đủ nhiệm vụ được giao, hoàn thành thuyết minh 215 trang kèm phụ lục và bộ bản vẽ khổ A1, được nộp ngày 18/01/2024 dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Thế Dương (kết cấu), ThS. Trần Vũ Tiến (kiến trúc) và ThS. Đoàn Vĩnh Phúc (thi công).