Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình đô thị hóa nhanh chóng và chính sách mở cửa nền kinh tế tại các đô thị lớn như Thành phố Hồ Chí Minh dẫn đến nhu cầu gia tăng về không gian sống, làm việc và giải trí tiện nghi cho cư dân cũng như các chuyên gia, khách nước ngoài đến công tác, làm việc. Công trình Chung cư Sơn Thịnh được thiết kế nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế về nhà ở căn hộ kết hợp dịch vụ thương mại trong khu vực đô thị phát triển.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu - thiết kế của đồ án tốt nghiệp bao gồm:

  1. Hoàn thiện giải pháp kiến trúc và quy hoạch công trình chung cư cao tầng trên cơ sở bản vẽ kiến trúc có sẵn bằng phần mềm AutoCAD.
  2. Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối cho sàn tầng điển hình và cầu thang bộ, ứng dụng phần mềm SAFE để giải nội lực và kiểm tra biến dạng.
  3. Xây dựng mô hình không gian tổng thể bằng phần mềm ETABS, tính toán và thiết kế hệ khung chịu lực (tập trung vào khung trục C và khung trục 5) chịu tác động của tải trọng đứng (tĩnh tải, hoạt tải) và tải trọng ngang (gió tĩnh, gió động, động đất).
  4. Phân tích tài liệu địa chất hố khoan, tính toán lựa chọn phương án nền móng cọc khoan nhồi cho các đài móng M1, M3 và móng lõi thang.
  5. Lập biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công hạng mục cọc khoan nhồi, lựa chọn thiết bị cơ giới phục vụ thi công.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng: Công trình nhà cao tầng Chung cư Sơn Thịnh (Sơn Thịnh Building Apartment).
  • Phạm vi không gian: Khu đất xây dựng tại Huyện Nhà Bè, Thành phố Hồ Chí Minh (cách trung tâm thành phố khoảng 5 km, tiếp giáp hệ thống hạ tầng kỹ thuật của Quận 7). Công trình có quy mô 16 tầng nổi, chiều cao đỉnh công trình đạt 56,5 m; kích thước mặt bằng tổng thể là 60 m × 21,5 m.
  • Phạm vi thời gian và hồ sơ: Đồ án được hoàn thành vào tháng 08/2020 tại Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. Khối lượng hồ sơ thực hiện gồm 01 tập thuyết minh tính toán kèm phụ lục dữ liệu và 16 bản vẽ khổ A1 (04 bản vẽ kiến trúc, 07 bản vẽ kết cấu, 03 bản vẽ nền móng, 02 bản vẽ biện pháp thi công).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án vận dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành của Việt Nam kết hợp các phương pháp tính toán cơ học kết cấu công trình:

  • Hệ thống tiêu chuẩn thiết kế:

    • TCVN 2737-1995: Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế.
    • TCVN 5574-2012: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế.
    • TCVN 229-1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió.
    • TCVN 9386-2012: Thiết kế công trình chịu động đất.
    • TCVN 198-1997: Nhà cao tầng - Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối.
    • TCVN 2622-1995: Phòng cháy, chống cháy cho nhà và công trình - Yêu cầu thiết kế.
    • Trọng lượng riêng của các lớp vật liệu cấu tạo tham khảo theo Sổ tay thực hành kết cấu công trình.

  • Phương pháp tính toán và công cụ hỗ trợ:

    • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Sử dụng phần mềm SAFE để mô hình hóa hệ dầm - sàn làm việc đồng thời, chia dải strip theo hai phương X và Y, tính toán diện tích cốt thép và kiểm tra độ võng phi tuyến có xét đến nứt, co ngót và từ biến dài hạn của bê tông.
    • Phương pháp mô hình hóa không gian 3D: Sử dụng phần mềm ETABS để mô hình hóa hệ kết cấu khung - vách chịu lực của toàn bộ tòa nhà; xác định các mode dao động riêng, chu kỳ dao động ($T_i$), tần số ($f_i$), từ đó tính toán thành phần động của tải trọng gió và phân tích động đất theo phương pháp phổ phản ứng đàn hồi.
    • Phương pháp tự động hóa xử lý số liệu: Lập trình bảng tính Excel VBA để trích xuất nội lực từ ETABS/SAFE, tự động tổ hợp nội lực và tính toán diện tích cốt thép cho dầm, cột, vách và móng.
    • Phương pháp phân tích chỉ tiêu cơ lý địa chất: Đánh giá các chỉ tiêu dung trọng, độ ẩm, độ sệt, góc ma sát trong, lực dính và chỉ số SPT từ tài liệu khảo sát địa chất để xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền và tính lún đài móng.

  • Vật liệu sử dụng trong tính toán:

    • Bê tông cấp độ bền B30: cường độ chịu nén tính toán $R_b = 17\text{ MPa}$, cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1,2\text{ MPa}$.
    • Cốt thép nhóm AI ($d \le 10\text{ mm}$): $R_s = R_{sc} = 225\text{ MPa}$, $R_{sw} = 175\text{ MPa}$, môđun đàn hồi $E_s = 210 \times 10^3\text{ MPa}$.
    • Cốt thép nhóm AII/AIII ($d > 10\text{ mm}$): $R_s = R_{sc} = 280\text{ MPa} - 365\text{ MPa}$, $R_{sw} = 290\text{ MPa}$, môđun đàn hồi $E_s = 200 \times 10^3\text{ MPa}$.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống công trình được thiết kế đồng bộ từ giải pháp kiến trúc, kết cấu chịu lực chính đến các hệ thống hạ tầng kỹ thuật và công nghệ thi công phần ngầm:

1. Giải pháp kiến trúc và công năng công trình

  • Phân bố công năng theo phương đứng:
    • Tầng trệt và tầng 2: Khu sinh hoạt chung, sảnh đón tiếp, các dịch vụ tiện ích, cửa hàng thương mại và phòng quản lý điều hành cao ốc.
    • Tầng điển hình (tầng 3 đến tầng 15): Bố trí căn hộ ở cho thuê, mỗi tầng gồm 12 căn hộ tiếp cận qua hành lang chung, chiều cao tầng điển hình là 3,60 m (chiều cao thông thủy khoảng 3,0 m).
    • Tầng 16 (tầng thượng): Khu vui chơi, giải trí và không gian câu lạc bộ sinh hoạt cộng đồng.
  • Cơ cấu căn hộ:
    • Căn hộ loại A: Diện tích xây dựng $89\text{ m}^2$ (02 phòng ngủ, 02 phòng vệ sinh, phòng khách, phòng ăn và bếp).
    • Căn hộ loại B: Diện tích xây dựng $77\text{ m}^2$ (02 phòng ngủ, phòng vệ sinh, phòng khách, phòng ăn, bếp, ban công).
    • Căn hộ loại C: Diện tích xây dựng $72\text{ m}^2$ (02 phòng ngủ, phòng vệ sinh, phòng khách, bếp, ban công).
    • Căn hộ loại D: Diện tích xây dựng $67\text{ m}^2$ (02 phòng ngủ, phòng vệ sinh, phòng khách, phòng ăn, bếp, ban công).
  • Giao thông và thoát hiểm: Bố trí 04 thang máy tại lõi trung tâm và 02 buồng thang bộ 2 vế phục vụ giao thông đứng và thoát hiểm; khoảng cách từ cửa căn hộ xa nhất đến thang bộ không vượt quá 25 m.

2. Hệ thống kỹ thuật công trình (MEP)

  • Hệ thống điện: Cung cấp từ 02 nguồn gồm lưới điện thành phố và máy phát điện dự phòng công suất 150 kVA (kèm máy biến áp đặt tại tầng hầm); đường dây đi ngầm trong hộp gen kỹ thuật, tường và sàn; tủ ngắt điện tự động (từ 1A đến 80A) phân chia theo tầng và khu vực.
  • Hệ thống cấp - thoát nước: Nước cấp từ mạng lưới đô thị vào bể chứa ngầm, dùng máy bơm tự động bơm lên bể nước mái và phân phối xuống các tầng qua hộp gen; hệ thống thoát nước mưa riêng biệt (ống đứng $D = 140\text{ mm}$) và hệ thống thoát nước thải sinh hoạt dẫn về bể xử lý trước khi xả vào mạng lưới chung.
  • Hệ thống phòng cháy chữa cháy (PCCC) và chống sét: Bố trí họng cứu hỏa dọc hành lang và sảnh theo TCVN 2622-1995; trang bị hệ thống báo cháy tự động cho từng căn hộ; hệ thống kim thu sét và mạng nối đất theo tiêu chuẩn nhà cao tầng.
  • Hệ thống thông gió và rác thải: Thông gió tự nhiên qua cửa kính mặt ngoài kết hợp quạt hút cưỡng bức tại các khu vệ sinh thổi qua hộp kỹ thuật lên mái; trục thu rác thẳng đứng xả về phòng chứa rác kín tại tầng hầm.

3. Quy trình thi công cọc khoan nhồi

Hạng mục móng cọc khoan nhồi được triển khai theo quy trình công nghệ:

  1. Định vị tim cọc bằng máy trắc địa và gửi mốc chuẩn ra ngoài phạm vi ảnh hưởng.
  2. Dùng búa rung hạ ống vách thép (casing) để giữ ổn định thành hố khoan tầng đất mặt.
  3. Khoan tạo lỗ bằng máy khoan xoay kết hợp bơm tuần hoàn dung dịch Bentonite giữ thành vách hố đào.
  4. Nạo vét mùn khoan và làm sạch đáy hố khoan bằng phương pháp thổi rửa khí nén.
  5. Lắp dựng và hạ lồng cốt thép (bố trí con kê bê tông đảm bảo chiều dày lớp bảo vệ).
  6. Lắp đặt ống Tremie, đổ bê tông dưới dung dịch bằng phương pháp dâng vữa liên tục.
  7. Rút ống vách sau khi đổ bê tông đến cao độ thiết kế; tiến hành thí nghiệm kiểm tra chất lượng cọc (thử tải tĩnh, siêu âm cọc, khoan lấy mẫu).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Mục đích thiết kế và giới thiệu công trình

Chương này tổng quan về vị trí xây dựng tại Huyện Nhà Bè, đặc điểm khí tượng nhiệt đới gió mùa tại TP. Hồ Chí Minh (lượng mưa trung bình năm 1.949 mm, 159 ngày mưa/năm, độ ẩm trung bình 79,5%, áp lực gió theo vùng II-A). Trình bày đầy đủ giải pháp quy hoạch tổng mặt bằng, phân chia công năng các tầng, hình khối kiến trúc mặt đứng sử dụng kính phản quang kết hợp ốp đá granite tầng trệt, cùng các sơ đồ nguyên lý hệ thống cơ điện (điện, cấp thoát nước, thông gió, PCCC, chống sét, thoát rác).

Chương 2: Thiết kế kết cấu sàn tầng điển hình

Phân loại sàn toàn nhà thành 3 nhóm (nhóm 1: tầng hầm và tầng 2; nhóm 2: tầng 3 đến tầng 15; nhóm 3: tầng thượng và mái), trong đó nhóm 2 được lựa chọn để tính toán chi tiết. Hệ kết cấu dầm sàn bằng bê tông cốt thép toàn khối:

  • Kích thước sơ bộ: Dầm chính kích thước $300 \times 600\text{ mm}$ (nhịp $L = 7,5\text{ m}$), dầm phụ kích thước $250 \times 500\text{ mm}$, chiều dày bản sàn $h_s = 100\text{ mm} - 130\text{ mm}$.
  • Tải trọng tác dụng lên ô sàn:
    • Tĩnh tải hoàn thiện ô sàn ở (phòng khách, ngủ, bếp, hành lang): $g_{tt} = 4,76\text{ kN/m}^2$.
    • Tĩnh tải hoàn thiện ô sàn vệ sinh, ban công: $g_{tt} = 4,92\text{ kN/m}^2$ (sử dụng giá trị tính toán trung bình $g_{stt} = 4,84\text{ kN/m}^2$).
    • Tải trọng tường ngăn không có dầm đỡ được quy đổi thành tải phân bố đều trên mặt sàn.
    • Hoạt tải sử dụng tiêu chuẩn theo TCVN 2737-1995: phòng ở lấy $p_{tc} = 1,5\text{ kN/m}^2$ (hệ số vượt tải $n = 1,3 \rightarrow p_{tt} = 1,95\text{ kN/m}^2$), hành lang/sảnh lấy $p_{tc} = 3,0\text{ kN/m}^2$ ($n = 1,2 \rightarrow p_{tt} = 3,6\text{ kN/m}^2$).
  • Mô hình phần tử hữu hạn: Dùng phần mềm SAFE chia lưới phần tử hữu hạn kết hợp dải strip phương X và Y để trích xuất biểu đồ mômen uốn, tính toán diện tích cốt thép $A_s$ thỏa mãn điều kiện hàm lượng cốt thép $\mu_{min} \le \mu \le \mu_{max}$.
  • Kiểm tra độ võng sàn phi tuyến: Thiết lập 3 tổ hợp phi tuyến nứt và từ biến:
    • $f_1$: Chuyển vị do toàn bộ tĩnh tải và hoạt tải ngắn hạn.
    • $f_2$: Chuyển vị do tĩnh tải và hoạt tải dài hạn.
    • $f_3$: Chuyển vị dài hạn có kể đến từ biến ($CR = 1,0$) và co ngót ($SH = 0,0003$).
    • Độ võng tổng cộng: $f = f_1 - f_2 + f_3 = 31,44\text{ mm}$, nhỏ hơn độ võng giới hạn $[f] = L/250 = 8000/250 = 32,0\text{ mm}$.
Thông số kiểm tra sàn tầng điển hình Giá trị tính toán Giới hạn quy phạm Kết luận
Chiều dày bản sàn ($h_s$) $100 - 130\text{ mm}$ $\ge 50\text{ mm}$ Thỏa mãn
Tĩnh tải tính toán trung bình ($g_{stt}$) $4,84\text{ kN/m}^2$ - -
Hoạt tải tính toán phòng ở ($p_{tt}$) $1,95\text{ kN/m}^2$ Theo TCVN 2737-1995 Thỏa mãn
Độ võng dài hạn lớn nhất ($f_{max}$) $31,44\text{ mm}$ $[f] = 32,00\text{ mm}$ Đảm bảo điều kiện võng

Chương 3: Tính toán kết cấu cầu thang

Thiết kế cầu thang bộ 2 vế dạng bản chịu lực cho tầng điển hình cao 3,60 m:

  • Góc nghiêng bản thang $\tan\alpha = 0,25$, chiều dày bản thang chọn sơ bộ $h_{bt} = 150\text{ mm}$, dầm chiếu nghỉ kích thước $200 \times 400\text{ mm}$.
  • Tải trọng: Tĩnh tải bản thang dốc tính toán $g = 9,83\text{ kN/m}^2$, hoạt tải $p_{tt} = 3,6\text{ kN/m}^2$; tổng tải trọng trên bản nghiêng $q = 7,21\text{ kN/m}^2$, trên chiếu nghỉ $q = 5,08\text{ kN/m}^2$.
  • Nội lực và cốt thép bản thang: Cắt dải bản rộng $b = 1\text{ m}$ để tính toán, mômen lớn nhất tại nhịp $M_n = 32,83\text{ kNm}$, mômen tại vị trí gãy khúc $M_{gk} = 29,8\text{ kNm}$.
  • Tính toán dầm chiếu nghỉ: Sơ đồ dầm đơn giản nhịp tính toán gối khớp lên cột, chịu tải bản thân dầm ($138\text{ daN/m}$), phản lực bản thang ($R = 2929\text{ daN/m}$) và tải tường ($437\text{ daN/m}$); tổng tải trọng phân bố $q_{tong} = 3504\text{ daN/m}$. Mômen lớn nhất giữa nhịp $M_{max} = 26,52\text{ kNm}$, diện tích cốt thép dọc tính toán $A_s = 3,08\text{ cm}^2$ (bố trí cốt thép chịu lực và $2\phi14$ tại gối; cốt đai $\phi6a100$ ở đoạn đầu dầm và $\phi6a200$ ở giữa dầm). Khả năng chịu cắt của bê tông $Q_b = 51,8\text{ kN} > Q_{max}$ đảm bảo an toàn chịu cắt.

Chương 4: Thiết kế kết cấu khung

Tập trung phân tích hệ khung vách không gian của công trình, đi sâu tính toán khung trục C và khung trục 5:

  • Kích thước sơ bộ cấu kiện: Dầm chính $300 \times 600\text{ mm}$, dầm phụ $250 \times 500\text{ mm}$, dầm console $250 \times 500\text{ mm}$; chiều dày vách thang máy $b_w = 300\text{ mm}$, vách thang bộ $b_w = 350\text{ mm}$ (thỏa mãn quy định $b_w \ge 150\text{ mm}$ và $\ge H_{tang}/20 = 170\text{ mm}$ theo TCVN 198-1997).
  • Tải trọng gió: Áp lực gió tiêu chuẩn vùng II-A là $W_0 = 0,83\text{ kN/m}^2$, dạng địa hình B ($c = 1,4$, hệ số vượt tải $n = 1,2$).
    • Thành phần gió tĩnh: Truyền vào tâm hình học của từng sàn.
    • Thành phần gió động: Tính toán dựa trên 3 mode dao động đầu tiên xuất từ mô hình ETABS:
      • Mode 1: Chu kỳ $T_1 = 1,863\text{ s}$ (dao động tịnh tiến theo phương X).
      • Mode 2: Chu kỳ $T_2 = 1,924\text{ s}$ (dao động tịnh tiến theo phương Y).
      • Mode 3: Chu kỳ $T_3 = 1,958\text{ s}$ (dao động xoắn quanh trục Z).
      • Mode 4 có tần số $f_4 = 3,3\text{ Hz} > f_L$ nên dừng tính toán ở 3 mode đầu. Tải trọng gió động được gán vào tâm khối lượng của các tầng.
  • Tính toán tải trọng động đất: Áp dụng phương pháp phổ phản ứng đàn hồi theo TCVN 9386-2012:
    • Đất nền thuộc loại C (chỉ số SPT từ 15 đến 50).
    • Gia tốc nền tham chiếu tại Huyện Nhà Bè: $a_{gR} = 0,803\text{ m/s}^2$; hệ số tầm quan trọng $\gamma_1 = 1,00$; gia tốc nền thiết kế $a_g = 0,84\text{ m/s}^2$.
    • Hệ số ứng xử kết cấu $q = 3,0$ (hệ kết cấu hỗn hợp có vách cứng đối xứng).
  • Tính toán cốt thép: Lập các tổ hợp tải trọng cơ bản và đặc biệt trong ETABS, xuất dữ liệu tính toán cốt thép dầm, cột và vách cứng P1 cho khung trục C và trục 5.
Mode dao động Chu kỳ $T$ (giây) Tần số $f$ (Hz) Dạng chuyển vị chủ đạo Ghi chú
Mode 1 1,863 0,537 Tịnh tiến phương X (UX) Kể vào tính gió động phương X
Mode 2 1,924 0,520 Tịnh tiến phương Y (UY) Kể vào tính gió động phương Y
Mode 3 1,958 0,511 Xoắn quanh trục Z (RZ) Kể vào tính gió động
Mode 4 - 3,300 Bậc cao $f > f_L$, không xét tiếp

Chương 5: Thống kê địa chất công trình và thiết kế kết cấu nền móng

Phân tích số liệu khảo sát địa chất hố khoan:

  • Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý lớp đất: dung trọng tự nhiên, độ ẩm, dung trọng đẩy nổi, giới hạn dẻo, chỉ số dẻo, độ sệt, hệ số rỗng theo các cấp áp lực, lực dính $c$ và góc ma sát trong $\varphi$.
  • Lựa chọn giải pháp móng sâu sử dụng cọc khoan nhồi chịu lực cho công trình tải trọng lớn.
  • Tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo vật liệu và theo chỉ tiêu cơ lý đất nền (kết hợp công thức sức kháng mũi, sức kháng ma sát thành cọc theo chỉ tiêu cơ lý và số liệu thí nghiệm hiện trường SPT).
  • Tính toán chi tiết đài móng M1, móng M3 và móng cụm vách lõi thang (MLT): kiểm tra điều kiện chọc thủng, tính toán cốt thép đài móng theo hai phương X, Y và tính độ lún tuyệt đối của móng.

Chương 6: Thi công cọc khoan nhồi

Trình bày chi tiết biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công cọc khoan nhồi tại hiện trường:

  • Công tác chuẩn bị mặt bằng, định vị tim cọc, kiểm soát cao độ.
  • Công nghệ giữ thành vách bằng ống vách thép kết hợp dung dịch sét bentonite (kiểm soát các chỉ tiêu tỷ trọng, độ nhớt, hàm lượng cát, độ pH).
  • Công tác hạ lồng thép, định vị lồng và quy trình đổ bê tông bằng ống dẫn Tremie.
  • Phương pháp kiểm tra chất lượng cọc: thí nghiệm nén tĩnh thử tải, phương pháp khoan lấy mẫu lõi bê tông và thí nghiệm siêu âm độ đồng nhất thân cọc.
  • Biện pháp phòng ngừa và xử lý sự cố thi công hố khoan: sập thành vách hố đào, rơi gàu khoan/nắp đáy, lồng thép bị nổi/trồi khi đổ bê tông, nghẹt ống dẫn bê tông Tremie và gặp chướng ngại vật ngầm.
  • Lựa chọn danh mục thiết bị cơ giới thi công: máy khoan tạo lỗ xoay phản tuần hoàn, máy trộn dung dịch bentonite, búa rung phục vụ hạ/rút ống vách, cần cẩu bánh xích XKG-40 và búa phá đầu cọc chuyên dụng TCB-200.

Kết quả và đóng góp

  • Kết quả tính toán định lượng:
    • Bản sàn tầng điển hình $h_s = 100 - 130\text{ mm}$ hoàn toàn thỏa mãn khả năng chịu uốn và có độ võng phi tuyến tổng cộng $f_{max} = 31,44\text{ mm} \le [f] = 32,0\text{ mm}$ theo TCVN 5574-2012.
    • Cầu thang bộ 2 vế được xác định nội lực chính xác với $M_{max} = 32,83\text{ kNm}$ tại nhịp bản thang; dầm chiếu nghỉ kích thước $200 \times 400\text{ mm}$ bố trí cốt thép chịu mômen $M_{max} = 26,52\text{ kNm}$ và lực cắt $Q_b = 51,8\text{ kN}$ đảm bảo an toàn chịu lực.
    • Phân tích động lực học kết cấu khung - vách xác định được 3 mode dao động tự nhiên chính ($T_1 = 1,863\text{ s}$; $T_2 = 1,924\text{ s}$; $T_3 = 1,958\text{ s}$), phản ánh đúng bản chất làm việc không gian của kết cấu cao 56,5 m; xác định gia tốc nền động đất thiết kế $a_g = 0,84\text{ m/s}^2$ tại Huyện Nhà Bè theo TCVN 9386-2012.
    • Thiết kế hoàn chỉnh các đài móng cọc khoan nhồi M1, M3 và móng lõi thang thỏa mãn điều kiện chịu lực, chống xuyên thủng và khống chế độ lún trong giới hạn cho phép.
  • Giải pháp và đề xuất kỹ thuật:
    • Đề xuất hệ kết cấu khung kết hợp vách cứng lõi thang máy đặt tại trung tâm giúp tăng độ cứng chống xoắn và giảm chuyển vị ngang cho toàn công trình.
    • Quy chuẩn hóa quy trình pha chế, tuần hoàn dung dịch bentonite và xử lý 5 sự cố điển hình trong quá trình thi công cọc khoan nhồi nhằm kiểm soát chất lượng móng sâu.
  • Đóng góp học thuật và thực tiễn: Thiết lập quy trình tính toán thiết kế đồng bộ từ mô hình hóa cấu kiện riêng lẻ (SAFE cho sàn, thang) đến mô hình không gian tổng thể (ETABS cho khung vách chịu gió động, động đất) và giải pháp thi công cọc khoan nhồi bám sát hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Đồ án tập trung tính toán chi tiết cho 2 khung trục điển hình (trục C và trục 5) và hệ sàn tầng 3 đến tầng 15; chưa tính toán chi tiết toàn bộ các khung trục còn lại và kết cấu sàn chuyển tại tầng trệt/hầm.
    • Để đơn giản hóa quá trình tính toán tải trọng gió động, tải trọng ngang theo phương Y được quy đổi lấy tương đương theo phương X dựa trên sự tương đồng về độ cứng và kích thước hình học.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng phân tích ứng xử phi tuyến hình học và phi tuyến vật liệu của toàn bộ khung vách khi chịu tải trọng động đất cấp độ cao (phân tích tĩnh phi tuyến Push-over hoặc phân tích theo lịch sử thời gian Time-history).
    • Nghiên cứu mô hình tương tác động lực học giữa nền đất - cọc - kết cấu (Soil - Structure Interaction - SSI) cho toàn bộ hệ móng cọc khoan nhồi.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên môn cho sinh viên và kỹ sư ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình, Công nghệ Kỹ thuật Xây dựng, Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp:

  • Phần kết cấu sàn (Chương 2): Cung cấp tài liệu tham khảo về phương pháp chia strip và thiết lập các tổ hợp phân tích phi tuyến nứt, co ngót, từ biến để kiểm tra độ võng sàn bằng phần mềm SAFE theo TCVN 5574-2012.
  • Phần khung - vách (Chương 4): Cung cấp các bước thực hành tính toán tải trọng gió động (TCVN 229-1999) qua các mode dao động riêng và phân tích tải trọng động đất theo phương pháp phổ phản ứng đàn hồi (TCVN 9386-2012) trên phần mềm ETABS.
  • Phần thi công cọc khoan nhồi (Chương 6): Cung cấp quy trình kiểm soát dung dịch bentonite, các bước thi công thực tế và cẩm nang xử lý sự cố hố khoan (sập vách, nghẹt ống tremie, trồi lồng thép) kèm bảng tính chọn máy móc thiết bị cơ giới.

Câu hỏi thường gặp

1. Quy mô hình học và phân chia công năng các tầng của Chung cư Sơn Thịnh được thiết kế như thế nào? Công trình có quy mô 16 tầng nổi với chiều cao đỉnh 56,5 m; kích thước mặt bằng 60 m × 21,5 m. Tầng trệt và tầng 2 phục vụ dịch vụ thương mại, sinh hoạt chung và phòng quản lý; tầng 3 đến 15 là các tầng căn hộ điển hình (mỗi tầng 12 căn hộ thuộc 4 loại diện tích từ $67\text{ m}^2$ đến $89\text{ m}^2$); tầng 16 là khu vui chơi, giải trí và câu lạc bộ.

2. Kết quả kiểm tra biến dạng võng dài hạn của bản sàn tầng điển hình trong phần mềm SAFE có thỏa mãn tiêu chuẩn không? Có. Qua mô hình phần tử hữu hạn trên SAFE với 3 tổ hợp phi tuyến nứt và từ biến ($f_1, f_2, f_3$), chuyển vị thẳng đứng lớn nhất của sàn đạt $f_{max} = 31,44\text{ mm}$, nhỏ hơn giới hạn cho phép $[f] = L/250 = 8000/250 = 32,0\text{ mm}$ quy định trong TCVN 5574-2012.

3. Các thông số động lực học cơ bản (chu kỳ và dạng dao động) của công trình xác định từ mô hình ETABS là bao nhiêu? Mô hình 3D trong ETABS cho ra 3 mode dao động đầu tiên gồm: Mode 1 có chu kỳ $T_1 = 1,863\text{ s}$ (tịnh tiến theo phương X), Mode 2 có $T_2 = 1,924\text{ s}$ (tịnh tiến theo phương Y), và Mode 3 có $T_3 = 1,958\text{ s}$ (dao động xoắn quanh trục Z). Mode 4 có tần số đạt $3,3\text{ Hz}$.

4. Gia tốc nền và các hệ số phục vụ tính toán động đất của công trình tại Huyện Nhà Bè được xác định như thế nào? Theo TCVN 9386-2012, công trình đặt trên nền đất loại C (chỉ số SPT từ 15 đến 50) tại Huyện Nhà Bè, TP.HCM có gia tốc nền tham chiếu $a_{gR} = 0,803\text{ m/s}^2$, hệ số tầm quan trọng công trình $\gamma_1 = 1,00$, dẫn đến gia tốc nền thiết kế $a_g = 0,84\text{ m/s}^2$ và sử dụng hệ số ứng xử $q = 3,0$ cho hệ kết cấu hỗn hợp có vách cứng.

5. Các thiết bị cơ giới chính nào được lựa chọn phục vụ công tác thi công cọc khoan nhồi trong đồ án? Hệ thống thiết bị cơ giới được lựa chọn bao gồm: búa rung phục vụ hạ và rút ống vách thép, máy khoan tạo lỗ dạng xoay phản tuần hoàn, máy trộn dung dịch bentonite, cần cẩu bánh xích XKG-40 phục vụ nâng hạ lồng thép/ống Tremie và búa phá bê tông đầu cọc chuyên dụng TCB-200.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế chung cư Sơn Thịnh" đã hoàn thành toàn diện các nhiệm vụ thiết kế từ giải pháp kiến trúc, tính toán chi tiết kết cấu bê tông cốt thép chịu lực (sàn, cầu thang, khung vách, nền móng) đến lập biện pháp tổ chức thi công cọc khoan nhồi cho công trình 16 tầng tại Huyện Nhà Bè, TP. Hồ Chí Minh. Việc ứng dụng hiệu quả các phần mềm chuyên ngành như SAFE, ETABS kết hợp bảng tính tự động hóa trên nền tảng hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành (TCVN 2737-1995, TCVN 5574-2012, TCVN 229-1999, TCVN 9386-2012) đảm bảo độ tin cậy và tính an toàn của giải pháp thiết kế. Kết quả tính toán và quy trình công nghệ trong đồ án mang giá trị tham khảo thực tiễn cao cho công tác nghiên cứu, học tập và triển khai thiết kế các công trình nhà cao tầng tương đương.