Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa thúc đẩy tốc độ đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ tại các đô thị lớn và khu vực phụ cận. Tình trạng gia tăng dân số cơ học nhanh chóng dẫn tới áp lực lớn về nhu cầu nhà ở, trong khi quỹ đất khu vực nội thành ngày càng khan hiếm và thị trường bất động sản biến động khiến việc sở hữu nhà ở riêng lẻ vượt quá khả năng tài chính của đại bộ phận người dân. Việc phát triển các khu chung cư cao tầng tại các đô thị vệ tinh giáp ranh trung tâm kinh tế được xem là định hướng quy hoạch phù hợp để giải quyết bài toán an sinh xã hội, đồng thời tạo điều kiện cho ngành kỹ thuật xây dựng tiếp thu các giải pháp kết cấu và công nghệ thi công hiện đại.

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế chung cư Đại Phú" do sinh viên Đoàn Minh Tuấn thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn Chúng tại Khoa Xây dựng & Cơ học ứng dụng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (khóa 2014-2018). Công trình thuộc quy hoạch tổng thể Khu đô thị Đại Phú, tọa lạc tại Đường Ngôi Sao, Ấp Tân Hòa, Phường Đông Hòa, Thị xã Dĩ An, Tỉnh Bình Dương. Khu đất nằm tại giao điểm tam giác kinh tế Sài Gòn - Bình Dương - Biên Hòa, tiếp giáp Quận 9, Quận Thủ Đức (TP.HCM), tỉnh Đồng Nai và tuyến vành đai Đại học Quốc gia TP.HCM. Dự án tổng thể bao gồm 10 khối nhà cao từ 18 đến 25 tầng, khu phức hợp thể thao, trung tâm thương mại và hệ thống tầng hầm đậu xe.

Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế của đồ án được triển khai theo ba nhóm nội dung chính:

  1. Kiến trúc: Thể hiện lại và hiệu chỉnh hồ sơ bản vẽ kiến trúc phù hợp với công năng sử dụng và dây chuyền giao thông.
  2. Kết cấu: Tính toán và thiết kế sàn tầng điển hình; tính toán và thiết kế cầu thang bộ; lập mô hình tính toán, phân tích tải trọng (tĩnh tải, hoạt tải, gió tĩnh, gió động, động đất) và thiết kế hệ khung không gian chịu lực (dầm, cột, vách thang máy).
  3. Nền móng: Tổng hợp và xử lý số liệu khảo sát địa chất công trình; tính toán sức chịu tải cọc bê tông cốt thép và thiết kế móng cọc cho các vị trí chân cột, vách chịu lực điển hình.

Đối tượng nghiên cứu là khối nhà chung cư cao tầng kết hợp trung tâm thương mại - dịch vụ, thuộc nhóm công trình dân dụng cấp II (áp dụng theo Phụ lục G - TCXD 375:2006 cho nhà từ 9 đến 19 tầng). Phạm vi thiết kế không gian bao gồm 1 tầng hầm (cao độ đáy sàn -2.700m), 1 tầng trệt, 1 tầng lầu văn phòng (tầng 2), 14 tầng căn hộ ở điển hình (tầng 3 đến tầng 16), 1 tầng sân thượng và 1 tầng mái. Chiều cao đỉnh mái công trình đạt +65.350m tính từ cốt chuẩn ±0.000m; diện tích mặt bằng xây dựng là 30m x 41m (tổng diện tích 1.230 m²). Phạm vi thời gian thực hiện đồ án diễn ra từ tháng 03/2018 đến tháng 06/2018; sản phẩm hoàn thành gồm 01 tập thuyết minh tính toán, 01 tập phụ lục và 19 bản vẽ khổ A1 (5 bản vẽ kiến trúc, 12 bản vẽ kết cấu, 2 bản vẽ nền móng).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Hồ sơ tính toán của đồ án được xây dựng dựa trên hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành của Việt Nam kết hợp tiêu chuẩn nước ngoài:

  • Tiêu chuẩn tải trọng và tác động: TCVN 2737:1995 (Tải trọng và tác động) và TCXD 229:1999 (Chỉ dẫn tính toán thành phần gió động của tải trọng gió).
  • Tiêu chuẩn tải trọng động đất: TCVN 9386:2012 (Thiết kế công trình chịu tải động đất).
  • Tiêu chuẩn kết cấu bê tông cốt thép: TCVN 5574:2012 (Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế) và TCXD 198:1997 (Nhà cao tầng bê tông cốt thép toàn khối).
  • Tiêu chuẩn nền móng: TCVN 9362:2012 (Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình) và TCVN 10304:2014 (Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế).
  • Tiêu chuẩn tham chiếu quốc tế: BS 8110:1997.

Về mặt lý thuyết, tác giả áp dụng phương pháp trạng thái giới hạn (TTGH) trong tính toán cấu kiện bê tông cốt thép, bao gồm trạng thái giới hạn thứ nhất (kiểm tra khả năng chịu lực cường độ uốn, nén, cắt) và trạng thái giới hạn thứ hai (kiểm tra biến dạng võng và nứt). Với tải trọng gió trên công trình cao trên 40m, tác giả áp dụng lý thuyết động lực học kết cấu xem công trình như hệ thanh công xôn nhiều bậc tự do có khối lượng tập trung tại sàn các tầng để phân tích chu kỳ, tần số và dạng dao động riêng, từ đó xác định thành phần động của gió và lực quán tính. Phần nền móng sử dụng lý thuyết tương tác đất nền - móng cọc, tính toán sức chịu tải cọc đơn qua 4 phương pháp và kiểm tra độ lún móng cọc theo mô hình móng khối quy ước.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và công cụ mô phỏng được phân định theo từng cấu kiện:

  • Hệ kết cấu toàn khối 3D: Sử dụng phần mềm ETABS để mô hình hóa hệ khung - vách không gian, phân tích dao động riêng và xuất nội lực dầm, cột, vách dưới các tổ hợp tải trọng tĩnh, hoạt tải, gió và động đất.
  • Sàn tầng điển hình: Sử dụng phần mềm SAFE v12 chia dải strip theo hai phương X và Y để phân tích phân bố mô men uốn và kiểm tra độ võng phi tuyến dài hạn.
  • Cầu thang bộ: Sử dụng phần mềm SAP2000 mô hình hóa kết cấu bản dầm chịu uốn theo sơ đồ thanh không gian 2D/3D.
  • Công cụ tự động hóa: Sử dụng Microsoft Excel kết hợp lập trình VBA để xử lý số liệu tổ hợp nội lực, tính toán diện tích cốt thép dầm, cột chịu nén uốn xiên và đài cọc.

Bảng thông số cơ lý của vật liệu sử dụng trong đồ án:

Loại vật liệu Cấp độ bền / Nhóm cốt thép Cường độ chịu nén tính toán ($R_b$ hoặc $R_{sc}$) Cường độ chịu kéo tính toán ($R_{bt}$ hoặc $R_s$) Cường độ chịu cắt cốt đai ($R_{sw}$) Mô đun đàn hồi ($E_b$ hoặc $E_s$) Bộ phận kết cấu áp dụng
Bê tông B20 11.5 MPa 0.90 MPa - 27.000 MPa Sàn tầng điển hình, cầu thang bộ
Bê tông B30 17.0 MPa 1.20 MPa - 32.500 MPa Khung (cột, dầm, vách), móng cọc
Cốt thép AI ($\phi \le 10$) 225 MPa 225 MPa 175 MPa 210.000 MPa Cốt thép bản sàn, cốt đai cấu kiện
Cốt thép AII ($\phi > 10$) 280 MPa 280 MPa 225 MPa 210.000 MPa Cốt thép dọc dầm, sàn
Cốt thép AIII ($\phi > 10$) 365 MPa 365 MPa 290 MPa 200.000 MPa Cốt thép dọc chịu lực khung, cột, vách, móng

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan về kiến trúc công trình

Chương 1 trình bày chi tiết về thông tin dự án, mặt bằng, mặt cắt, hình khối và các giải pháp hạ tầng kỹ thuật. Công trình do Công ty TNHH Đại Phúc làm chủ đầu tư kiêm đơn vị thi công, đơn vị tư vấn là Công ty Interluck Canada. Tòa nhà có mặt bằng hình chữ nhật kích thước 30m x 41m. Tầng hầm (cốt -2.700m) bố trí nhà xe và gian tập kết rác thải, thiết kế hệ ram dốc thuận tiện cho lưu thông. Tầng trệt và tầng 2 có chiều cao tầng 4.0m, được sử dụng làm khu trung tâm thương mại và không gian văn phòng. Từ tầng 3 đến tầng 16 và tầng thượng là không gian căn hộ sinh sống với chiều cao tầng 3.5m (chiều cao thông thủy phòng ở đạt trên 2.7m). Mặt bằng tầng điển hình gồm 7 căn hộ, diện tích dao động từ 45.0 m² đến 92.6 m², hành lang giữa rộng trên 2.0m kết hợp hệ giếng trời lấy sáng tự nhiên. Mặt bằng sân thượng (cao độ +61.000m) được tận dụng làm sân thể dục, bố trí bể nước sinh hoạt và PCCC; cao độ đỉnh mái đạt +65.350m.

Hệ thống kết cấu kiến trúc được xác lập là hệ khung - vách lõi bê tông cốt thép toàn khối; tường bao che dày 200mm, tường ngăn dày 100mm. Về giải pháp kỹ thuật, công trình sử dụng mạng điện thành phố điện áp 3 pha 380V/220V tần số 50Hz; nước sinh hoạt cấp từ bể mái qua hệ thống ống thép tráng kẽm; thoát nước mưa qua rãnh thu quanh nhà; nước thải dẫn xuống bể tự hoại; trang bị 4 bình cứu hỏa CO2 MFZ4 loại 4kg/tầng chia làm 2 hộp PCCC cạnh nút giao thông thang bộ; rác thải thu gom qua hệ thống ống xả rác dẫn xuống buồng rác tại tầng hầm.

Chương 2: Thiết kế sàn tầng điển hình

Chương 2 thực hiện sơ bộ kích thước tiết diện và tính toán cốt thép bản sàn bê tông cốt thép tầng điển hình. Căn cứ ô sàn có kích thước lớn nhất là 7.0m x 7.5m, chiều dày sàn được chọn theo công thức kinh nghiệm $h_s = (D/m) \cdot l$ với bản kê 4 cạnh ($m = 40 \div 45$), cho kết quả tính toán dao động từ 155.56mm đến 175.0mm; tác giả thống nhất chọn chiều dày sàn $h_s = 160\text{ mm}$ cho toàn bộ mặt bằng. Tiết diện dầm chính được xác định theo nhịp $L = 7.5\text{m}$, chọn $b \times h = 200 \times 500\text{ mm}$; dầm phụ chọn $b \times h = 200 \times 400\text{ mm}$; chiều dày vách lõi chọn $t = 300\text{ mm}$ (thỏa mãn điều kiện $t \ge 200\text{ mm}$ và $t \ge h_t/20$ theo TCXD 198:1997).

Tải trọng tác dụng lên sàn gồm tĩnh tải bản thân các lớp cấu tạo (gạch ceramic 20mm, vữa lót, bản bê tông cốt thép 160mm, vữa trát trần dày 15mm) và tĩnh tải tường xây (tường 100mm và 200mm có xét hệ số giảm trừ cửa 0.85). Hoạt tải sử dụng được phân loại theo công năng: phòng ở và khu vệ sinh có hoạt tải tiêu chuẩn 150 daN/m² (tính toán 195 daN/m², hệ số $n = 1.3$); phòng thể thao 400 daN/m² (tính toán 480 daN/m², $n = 1.2$); hành lang 300 daN/m² (tính toán 360 daN/m², $n = 1.2$). Mô hình tính toán được lập trên phần mềm SAFE v12, chia dải strip theo hai phương để xuất nội lực mô men uốn. Cốt thép được tính toán theo cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn ($a = 15\text{ mm}$, $h_0 = 135\text{ mm}$), kiểm tra hàm lượng cốt thép nằm trong ngưỡng $\mu_{\min} = 0.05% \le \mu \le \mu_{\max}$, bố trí thép lưới bản dạng $\phi 10\text{a}130$ cho các dải nhịp và gối chịu lực lớn. Kiểm tra biến dạng trên SAFE cho thấy độ võng lớn nhất của sàn đạt $f_{\max} = 3.x\text{ mm}$, nhỏ hơn giới hạn cho phép $[f] = L/200 = 7000/200 = 35\text{ mm}$.

Chương 3: Thiết kế cầu thang

Chương 3 trình bày tính toán cầu thang bộ hai vế dạng bản dầm tại tầng điển hình (chiều cao tầng 3.5m). Kích thước bậc thang được lựa chọn gồm chiều cao bậc $h_b = 160\text{ mm}$, chiều rộng bậc $l_b = 280\text{ mm}$, góc dốc bản thang $\alpha \approx 29.74^\circ$ ($\text{tg}\alpha = 160/280$), thỏa mãn điều kiện nhân trắc học $l_b + 2h_b = 280 + 2 \times 160 = 600\text{ mm} \in [600, 620]\text{ mm}$. Số bậc thang trong một tầng là 22 bậc (tính toán lý thuyết $3500/160 = 21.875$). Chiều dày bản thang nghiêng được sơ bộ theo nhịp tính toán $L_0 = 4650\text{ mm}$, chọn $h_s = 180\text{ mm}$ (thuộc dải $L_0/30 \div L_0/25 = 155 \div 186\text{ mm}$). Dầm chiếu nghỉ chọn tiết diện $b \times h = 200 \times 400\text{ mm}$.

Do tỉ số $h_s / h_b = 180 / 160 = 1.125 < 3$, liên kết giữa bản thang và dầm chiếu nghỉ được xem là liên kết khớp. Tác giả sử dụng SAP2000 mô hình hóa một vế thang đối xứng chịu tác dụng của tĩnh tải các lớp hoàn thiện (đá hoa cương 20mm, vữa lót, bản bê tông, vữa trát và bậc xây gạch) cùng hoạt tải quy chuẩn ($p = 300\text{ daN/m}^2$, tính toán $360\text{ daN/m}^2$). Biểu đồ bao nội lực cho giá trị mô men cực đại bản thang $M_{\max} = 41.x\text{ kNm}$ (với mô men nhịp $M_n$ và mô men gối $M_g$), tính toán cốt thép cho dải bản rộng 1.0m ($h_0 = 160\text{ mm}$). Dầm chiếu nghỉ chịu tải trọng phân bố đều gồm trọng lượng bản thân dầm ($g_d = 1.21\text{ kN/m}$) và phản lực tựa truyền từ vế thang ($R = 32.x\text{ kN/m}$), sinh mô men nhịp cực đại $M_{\max} = 43.x\text{ kNm}$ và lực cắt gối $Q_{\max} = 33.304\text{ kN}$. Cốt đai dầm được tính toán bố trí 2 nhánh $\phi 6\text{a}100$ ở vùng gần gối tựa và $\phi 6\text{a}200$ ở đoạn giữa dầm, bảo đảm điều kiện chịu cắt của bê tông và cốt đai ($Q_{sw} > Q_{\max}$).

Chương 4: Thiết kế khung

Chương 4 thực hiện phân tích tải trọng ngang và thiết kế hệ khung chịu lực không gian. Với chiều cao công trình $H = 65.35\text{ m} > 40\text{ m}$, tải trọng gió bắt buộc phải tính toán bao gồm cả thành phần tĩnh (theo TCVN 2737:1995) và thành phần động (theo TCXD 229:1999). Áp lực gió tiêu chuẩn $W_0$ được tác giả trích dẫn đối chiếu giữa vùng địa lý Dĩ An - Bình Dương (vùng I-A, $W_0 = 0.55\text{ kN/m}^2$) và vùng II-A ($W_0 = 0.83\text{ kN/m}^2$ hay $830\text{ N/m}^2$). Tải trọng gió tĩnh được tính với hệ số khí động $c = +0.8$ cho mặt đón gió và $c = -0.6$ cho mặt hút gió (tổng $c = 1.4$), hệ số độ tin cậy $\gamma = 1.2$, quy về đặt tại tâm cứng từng sàn.

Để xác định thành phần động của gió, mô hình ETABS được thiết lập nhằm phân tích tần số dao động riêng. Kết quả khảo sát 6 mode dao động đầu tiên được tổng hợp như sau:

Mode dao động Chu kỳ $T$ (giây) Tần số $f$ (Hz) Dạng dao động chính Đánh giá tính toán gió động
Mode 1 2.349 0.426 Tịnh tiến phương Y Tính thành phần gió động
Mode 2 2.483 0.403 Tịnh tiến phương X Tính thành phần gió động
Mode 3 - - Dao động xoắn Bỏ qua, không tính gió động
Mode 4 0.272 3.676 Tịnh tiến phương Y Bậc cao, không tính
Mode 5 0.969 1.032 Tịnh tiến phương X Bậc cao, không tính
Mode 6 - - Dao động bậc cao Không tính

Nhận xét từ kết quả: Tần số dao động riêng cơ bản $f_3 < f_L = 1.3\text{ Hz}$ (tra bảng 2 TCXD 229:1999 ứng với kết cấu bê tông cốt thép có độ giảm loga dao động $\delta = 0.3$), do đó công trình phải tính toán gió động có kể đến cả tác dụng của xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình tương ứng với các dạng dao động đầu. Tác giả tiến hành xác định hệ số động lực $\xi_i$ qua đồ thị, hệ số tương quan không gian $\nu$ (phụ thuộc vào tham số $\rho$ và $\chi$), chuyển vị ngang tỉ đối $y_{ji}$ và lực gió động quy về tâm cứng các tầng. Nội lực từ ETABS được tổ hợp theo TCVN 2737:1995 và kiểm tra động đất theo TCVN 9386:2012 để tiến hành tính toán cốt thép dầm tầng điển hình, cột khung trục 4, cột khung trục D và vách lõi thang máy ($t = 300\text{ mm}$, bê tông B30, thép AIII).

Chương 5: Tính toán thiết kế móng cọc

Chương 5 trình bày xử lý số liệu địa chất và thiết kế kết cấu phần ngầm. Dữ liệu địa chất công trình từ hố khoan khảo sát cung cấp các lớp đất phân tầng, chỉ tiêu cơ lý tính toán (dung trọng, góc nội ma sát $\varphi$, lực dính $c$, mô đun biến dạng $E$) và số búa thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT). Sức chịu tải của cọc đóng/ép được tính toán độc lập theo 4 phương pháp:

  1. Sức chịu tải theo độ bền vật liệu cọc bê tông cốt thép ($R_{c,vl}$).
  2. Sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền.
  3. Sức chịu tải theo công thức giải tích cường độ đất nền.
  4. Sức chịu tải tính toán dựa trên số búa thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT.

Trên cơ sở sức chịu tải cọc đơn được xác lập, tác giả thực hiện thiết kế chi tiết 3 cụm móng cọc đại diện:

  • Móng M1 (Móng cọc dưới chân cột biên C11): Tiếp nhận phản lực chân cột từ tổ hợp nội lực ETABS, xác định số lượng cọc trong đài, bố trí mặt bằng cọc, kiểm tra ứng suất đất nền tại đáy móng khối quy ước, tính độ lún móng cọc ($S \le [S] = 8\text{ cm}$), kiểm tra khả năng chống xuyên thủng đài cọc, kiểm tra phản lực đầu cọc ($P_{\max} \le 1.2 R_c$ và $P_{\min} > 0$), tính toán diện tích cốt thép đài móng theo phương X và phương Y.
  • Móng M2 (Móng cọc chân cột đôi C37 và C38): Thiết kế đài cọc gộp chịu phản lực từ hai cột sát nhau, xác định số lượng cọc, kiểm tra lún tuyệt đối và lún lệch, kiểm tra đài cọc chống đâm thủng và tính toán cốt thép chịu uốn đài móng.
  • Móng lõi thang máy (Móng M3): Tiếp nhận tải trọng thẳng đứng rất lớn kết hợp mô men lật hai phương từ vách cứng lõi thang máy, bố trí mạng lưới cọc bên dưới đài bè/đài vách dày, kiểm tra điều kiện lún và tính cốt thép đài cọc.

Kết quả và đóng góp

Đồ án tốt nghiệp hoàn thành đầy đủ khối lượng tính toán và thiết kế kỹ thuật cho công trình nhà cao tầng bê tông cốt thép cấp II, đưa ra các số liệu và giải pháp kết cấu cụ thể:

  • Hoàn thiện giải pháp mặt bằng kiến trúc 1.230 m² với 18 tầng nổi và 1 tầng hầm, chiều cao tổng thể đạt +65.350m, phân chia 7 căn hộ/tầng đảm bảo thông thoáng và dây chuyền thoát hiểm.
  • Xác lập giải pháp sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối dày $h_s = 160\text{ mm}$ kết hợp hệ dầm chính $200 \times 500\text{ mm}$ cho ô lưới lớn nhất 7.0m x 7.5m, độ võng dài hạn kiểm tra trên phần mềm SAFE v12 đạt $f_{\max} = 3.x\text{ mm}$, hoàn toàn nằm trong giới hạn cho phép $[f] = 35\text{ mm}$.
  • Phân tích động lực học kết cấu trên phần mềm ETABS, trích xuất chính xác 6 mode dao động đầu tiên (Mode 1 chu kỳ $T = 2.349\text{ s}$ theo phương Y; Mode 2 chu kỳ $T = 2.483\text{ s}$ theo phương X), giải quyết bài toán tải trọng gió động tầng theo TCXD 229:1999 cho công trình cao trên 40m.
  • Tính toán thành công hệ thống móng cọc bê tông cốt thép, so sánh sức chịu tải cọc đơn qua 4 phương pháp tính toán tiêu chuẩn, thiết kế chi tiết 3 loại đài móng đại diện (M1 chân cột đơn, M2 chân cột đôi, M3 móng lõi vách thang máy) bảo đảm ổn định chịu tải, xuyên thủng và lún giới hạn.

Bảng tổng hợp thông số kết cấu và phương án thiết kế chính:

Cấu kiện kết cấu Quy cách tiết diện Cấp bền bê tông Nhóm thép dọc Tiêu chuẩn / Phương pháp tính toán áp dụng
Sàn tầng điển hình Chiều dày $h_s = 160\text{ mm}$ B20 AI ($\phi 10$) TCVN 5574:2012, dải strip phần mềm SAFE v12
Dầm chính khung $b \times h = 200 \times 500\text{ mm}$ B30 AIII TCVN 5574:2012, mô hình ETABS
Dầm phụ sàn $b \times h = 200 \times 400\text{ mm}$ B30 AII/AIII TCVN 5574:2012
Cột khung chịu lực Theo bảng sơ bộ và kiểm tra nén uốn xiên B30 AIII TCVN 5574:2012, Excel VBA
Vách lõi thang máy Chiều dày $t = 300\text{ mm}$ B30 AIII TCXD 198:1997, mô hình ETABS
Bản thang bộ Chiều dày $h_s = 180\text{ mm}$, bậc $160 \times 280\text{ mm}$ B20 AI/AII TCVN 5574:2012, mô hình SAP2000
Dầm chiếu nghỉ $b \times h = 200 \times 400\text{ mm}$, đai $\phi 6\text{a}100/200$ B20 AII TCVN 5574:2012, tính uốn và cắt
Đài móng cọc (M1, M2, M3) Đài cọc BTCT khối ngàm B30 AIII TCVN 10304:2014, TCVN 9362:2012, kiểm tra SPT

Về mặt đóng góp học thuật và kỹ thuật, đồ án đã hệ thống hóa quy trình thiết kế kỹ thuật công trình cao tầng bằng việc kết hợp đồng bộ các phần mềm chuyên ngành (ETABS, SAFE, SAP2000) với các công cụ bảng tính tự lập bằng Excel VBA. Quá trình tính toán phản ánh sự chuẩn hóa trong việc kết hợp các tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam hiện hành từ giai đoạn kiến trúc, tính toán tải trọng động lực học, thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép đến thiết kế nền móng cọc.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Phạm vi thiết kế kết cấu chỉ tập trung triển khai chi tiết cho các cấu kiện đại diện (bản sàn tầng điển hình, một vế cầu thang bộ, hai khung trục vuông góc gồm khung trục 4 và khung trục D, vách lõi thang và ba móng cọc M1, M2, M3), chưa triển khai chi tiết toàn bộ các khung trục và hệ móng trên mặt bằng.
  • Phương pháp tính toán tải trọng động đất được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 nhưng chưa áp dụng phương pháp phân tích động lực học phi tuyến theo lịch sử thời gian (Time-history analysis).
  • Số liệu khảo sát địa chất và bản vẽ kiến trúc ban đầu là tài liệu tham khảo đã qua chỉnh sửa phục vụ đào tạo tốt nghiệp, chưa phản ánh đầy đủ các yếu tố phát sinh phức tạp tại hiện trường thi công thực tế.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp:

  • Triển khai tính toán tự động hóa cho toàn bộ hệ thống khung, dầm, cột còn lại của công trình và tối ưu hóa việc phân bố diện tích cốt thép.
  • Nghiên cứu mô hình tương tác đất - cọc - kết cấu (Soil - Structure Interaction) nhằm đánh giá sự phân bố lại nội lực trong hệ khung - vách khi móng cọc xuất hiện độ lún không đều dưới tác dụng của tải trọng ngang.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo trực tiếp cho sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Kỹ thuật Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp trong quá trình thực hiện đồ án môn học Bê tông cốt thép, đồ án Nền móng và đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng. Tài liệu cũng hỗ trợ các kỹ sư kết cấu mới tiếp cận công tác bóc tách tải trọng và thực hành mô hình hóa công trình cao tầng.

Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên môn cao bao gồm:

  • Quy trình bóc tách và phân tích thành phần gió động công trình cao tầng theo TCXD 229:1999 từ số liệu dao động riêng của ETABS.
  • Trình tự chia dải strip và kiểm tra độ võng sàn tầng điển hình trên phần mềm SAFE v12.
  • Phương pháp xác lập mô hình liên kết khớp và tính toán bản nghiêng cầu thang bộ trên SAP2000.
  • Quy trình đối sánh và lựa chọn sức chịu tải cọc đơn qua 4 phương pháp theo TCVN 10304:2014.

Câu hỏi thường gặp

  1. Quy mô chiều cao và số tầng của Chung cư Đại Phú được thiết kế cụ thể như thế nào?
    Công trình gồm 1 tầng hầm (cốt đáy sàn -2.700m), 1 tầng trệt và 1 tầng lầu văn phòng (chiều cao tầng 4.0m), 14 tầng căn hộ điển hình (tầng 3 đến 16, cao 3.5m), 1 tầng sân thượng (cốt +61.000m) và 1 tầng mái. Tổng chiều cao công trình tính từ cốt ±0.000m đến đỉnh mái là +65.350m, diện tích mặt bằng xây dựng là 1.230 m² (30m x 41m).

  2. Cấp độ bền của bê tông và các loại cốt thép được phân bố cho các cấu kiện ra sao?
    Công trình sử dụng bê tông cấp độ bền B20 ($R_b = 11.5\text{ MPa}$, $R_{bt} = 0.9\text{ MPa}$) cho sàn tầng điển hình và cầu thang bộ; bê tông cấp độ bền B30 ($R_b = 17.0\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1.2\text{ MPa}$) cho khung chịu lực (cột, dầm, vách lõi) và hệ móng cọc. Cốt thép sử dụng gồm nhóm AI ($\phi \le 10$, $R_s = 225\text{ MPa}$) làm thép bản sàn và thép đai; nhóm AII ($\phi > 10$, $R_s = 280\text{ MPa}$) và nhóm AIII ($\phi > 10$, $R_s = 365\text{ MPa}$) làm cốt thép dọc chịu lực chính cho dầm, cột, vách và đài móng.

  3. Vì sao công trình bắt buộc phải tính toán thành phần gió động và chu kỳ dao động riêng của các mode đầu tiên là bao nhiêu?
    Theo quy định tại TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999, công trình có chiều cao $H = 65.35\text{ m} > 40\text{ m}$ bắt buộc phải tính thành phần động của gió. Kết quả phân tích trên ETABS cho thấy Mode 1 có chu kỳ dao động $T = 2.349\text{ s}$ (tịnh tiến theo phương Y) và Mode 2 có $T = 2.483\text{ s}$ (tịnh tiến theo phương X); tần số dao động cơ bản $f_3 < f_L = 1.3\text{ Hz}$ nên phải tính gió động có kể đến cả xung vận tốc gió và lực quán tính công trình.

  4. Sức chịu tải của cọc đơn được xác định dựa trên những phương pháp tính toán nào?
    Sức chịu tải cọc đơn được tính toán và đối chiếu theo 4 phương pháp độc lập theo TCVN 10304:2014: tính toán theo độ bền của vật liệu cọc bê tông cốt thép, theo các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền hố khoan, theo công thức giải tích cường độ đất nền, và theo số búa của thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT ngoài hiện trường.

  5. Kích thước tiết diện của sàn tầng điển hình và vách thang máy được lựa chọn với thông số nào?
    Bản sàn tầng điển hình được chọn chiều dày $h_s = 160\text{ mm}$ cho ô sàn lớn nhất 7.0m x 7.5m, dầm chính kích thước $200 \times 500\text{ mm}$, dầm phụ $200 \times 400\text{ mm}$. Chiều dày vách lõi thang máy được thiết kế dày $t = 300\text{ mm}$, thỏa mãn điều kiện $t \ge 200\text{ mm}$ và $t \ge h_t/20$ theo tiêu chuẩn nhà cao tầng TCXD 198:1997.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế chung cư Đại Phú" của sinh viên Đoàn Minh Tuấn là công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một tòa nhà cao tầng bê tông cốt thép cấp II cao 65.350m tại Dĩ An, Bình Dương. Nội dung đồ án bao quát toàn diện từ giải pháp phân chia không gian kiến trúc, thiết kế kết cấu phần thân (sàn SAFE, cầu thang SAP2000, khung vách ETABS) đến kết cấu phần ngầm móng cọc đóng ép trên nền địa chất phức tạp. Toàn bộ các bước tính toán đều tuân thủ chặt chẽ hệ thống tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam hiện hành và kết hợp hiệu quả các công cụ mô hình hóa kỹ thuật, tạo nên tài liệu tham khảo có độ tin cậy và giá trị thực hành cao cho sinh viên và kỹ sư ngành xây dựng công trình.