Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Căn hộ 251 - Hoàng Văn Thụ" do sinh viên Nguyễn Chí Thiện thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Tổng tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (khoá 2015 – 2019, hoàn thành tháng 07/2019). Đề tài thuộc ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng, chuyên ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp.

Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh tại Thành phố Hồ Chí Minh, nhu cầu về nhà ở hiện đại tích hợp hệ thống dịch vụ tiện ích ngày càng gia tăng. Việc đầu tư xây dựng các khu chung cư cao tầng là hướng đi tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu an cư, tối ưu hóa quỹ đất và hoàn thiện hệ thống hạ tầng đô thị. Dự án Căn hộ 251 Hoàng Văn Thụ do Công ty Cổ phần Đầu tư Xây dựng Tân Bình ICC làm chủ đầu tư, xây dựng tại vị trí số 251 Hoàng Văn Thụ, Phường 2, Quận Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh, được lựa chọn làm đối tượng thiết kế kỹ thuật thực tế cho đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng.

Mục tiêu nghiên cứu và nhiệm vụ kỹ thuật của đồ án bao gồm bốn khối lượng công tác chính:

  1. Phân tích giải pháp kiến trúc, tổ chức mặt bằng không gian, phân khu chức năng, hệ thống giao thông đứng – ngang và hạ tầng kỹ thuật của công trình (hoàn thiện 04 bản vẽ kiến trúc).
  2. Lựa chọn hệ kết cấu chịu lực hợp lý cho phần thân và phần ngầm; thiết kế chi tiết kết cấu sàn phẳng tầng điển hình (tầng 9 đến tầng 23) và kết cấu cầu thang bộ hai vế.
  3. Thiết lập mô hình không gian tổng thể trên phần mềm ETABS, tính toán phân tích các loại tải trọng tác dụng (tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng gió tĩnh, gió động và động đất); kiểm tra các điều kiện chuyển vị, dao động; tính toán cốt thép dầm, vách, lõi thang; thiết kế kết cấu móng cọc khoan nhồi và đài móng trên SAFE (hoàn thiện 13 bản vẽ kết cấu).
  4. Thực hiện chuyên đề nâng cao: Mô phỏng bài toán địa kỹ thuật hố đào sâu 2 tầng hầm bằng phần mềm PLAXIS 2D, kiểm tra biến dạng, ổn định của tường vây bê tông cốt thép và hệ thanh chống shoring qua các giai đoạn thi công, tính toán cốt thép tường vây (hoàn thiện 05 bản vẽ thi công).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ kết cấu bê tông cốt thép toàn khối của công trình Căn hộ 251 Hoàng Văn Thụ.
  • Phạm vi không gian: Công trình nhà cao tầng gồm 2 tầng hầm và 23 tầng nổi (tổng cộng 24 tầng danh định theo kiến trúc), chiều cao tổng thể 81,4 m, diện tích sàn xây dựng điển hình 736 $\text{m}^2$.
  • Phạm vi thời gian và tiêu chuẩn: Đồ án được thực hiện trong thời gian hơn 3 tháng (học kỳ 2 năm học 2018 – 2019), áp dụng hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam tại thời điểm năm 2019.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án tuân thủ chặt chẽ hệ thống văn bản quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng Việt Nam và các nguyên lý cơ học kết cấu:

  • TCVN 2737:1995: Tiêu chuẩn thiết kế tải trọng và tác động.
  • TCVN 5574:2012: Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép.
  • TCVN 10304:2014: Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCVN 9386:2012: Thiết kế công trình chịu động đất.
  • QCXDVN 02:2008/BXD và TCVN 198:1997: Xác định áp lực gió và cấp kháng chấn tại khu vực xây dựng (Quận Tân Bình chịu động đất cấp 7 theo thang MSK-64, áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 83\text{ daN/m}^2$).

Phương pháp nghiên cứu và tính toán kỹ thuật:

  • Phương pháp trạng thái giới hạn (TTGH): Cấu kiện bê tông cốt thép được tính toán theo TTGH I (kiểm tra khả năng chịu lực theo cường độ uốn, nén, cắt của tiết diện thẳng góc và tiết diện nghiêng) và kiểm tra theo TTGH II (kiểm tra biến dạng, độ võng đàn hồi, độ võng dài hạn và bề rộng khe nứt).
  • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM):
    • Sử dụng phần mềm ETABS để mô hình hóa không gian 3D kết cấu chịu lực khung – vách – lõi, phân tích mode dao động, khối lượng tham gia dao động, phản ứng động lực học của công trình dưới tác động của thành phần động của tải trọng gió và tải trọng động đất theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương.
    • Sử dụng phần mềm SAFE để phân tích nội lực bản sàn phẳng theo các dải strip (phương X, phương Y), kiểm tra độ võng dài hạn xét đến từ biến, co ngót và nứt bê tông; phân tích ứng suất và phản lực cọc trong hệ đài móng.
    • Sử dụng phần mềm PLAXIS 2D mô phỏng sự tương tác giữa đất nền và kết cấu tường vây, thanh chống theo từng pha thi công hạ mực nước ngầm và đào đất hố móng.
  • Tự động hóa tính toán: Ứng dụng phần mềm Microsoft Excel kết hợp lập trình Visual Basic for Applications (VBA) để tổ hợp nội lực từ kết quả xuất ra của ETABS/SAFE và tính toán bố trí diện tích cốt thép.

Vật liệu kết cấu quy định trong tính toán:

Loại vật liệu Cấp độ bền / Nhóm thép Cường độ chịu nén tính toán ($R_b, R_{sc}$) Cường độ chịu kéo tính toán ($R_{bt}, R_s$) Cường độ chịu cắt $R_{sw}$ Mô đun đàn hồi ($E_b, E_s$)
Bê tông B25 (trọng lượng riêng $25\text{ kN/m}^3$) $14,5\text{ MPa}$ $1,05\text{ MPa}$ — $30.000\text{ MPa}$
Cốt thép dọc Nhóm AIII ($\phi > 8\text{ mm}$) $365\text{ MPa}$ $365\text{ MPa}$ $290\text{ MPa}$ $200.000\text{ MPa}$
Cốt đai, phân bố Nhóm AI ($\phi \le 8\text{ mm}$) $225\text{ MPa}$ $225\text{ MPa}$ $175\text{ MPa}$ $210.000\text{ MPa}$
Cốt thép phụ Nhóm AII $280\text{ MPa}$ $280\text{ MPa}$ $225\text{ MPa}$ $210.000\text{ MPa}$

Lớp bê tông bảo vệ tuân thủ Điều 8.3 của TCVN 5574:2012: đối với bản sàn và tường dày trên $100\text{ mm}$ lấy $15\text{ mm}$ (trong nhà) và $20\text{ mm}$ (ngoài trời); đối với dầm, cột lấy $20\text{ mm}$ ($25\text{ mm}$); đài móng có lớp lót lấy $35\text{ mm}$, không có lót lấy $70\text{ mm}$.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu tổng quan kiến trúc

Chương 1 trình bày quy mô kiến trúc và các giải pháp kỹ thuật công trình Căn hộ 251 Hoàng Văn Thụ. Công trình có quy mô cao 24 tầng (chiều cao đỉnh 81,4 m), diện tích sàn xây dựng $736\text{ m}^2$, bao gồm 176 căn hộ cao cấp. Phân khu chức năng theo chiều đứng: tầng hầm bố trí hệ thống để xe thông minh; tầng 1 và tầng 2 là khu shophouse thương mại, VIP lounge, nhà hàng, quán cà phê; tầng 3 đến tầng 22 bố trí các căn hộ ở; tầng thượng là căn hộ penthouse. Giao thông trục đứng gồm 2 buồng thang bộ thoát hiểm và cụm 3 thang máy đặt tại trung tâm lõi nhà.

Hệ thống kỹ thuật công trình (MEP) bao gồm:

  • Cấp điện: Nhận điện từ lưới điện đô thị qua trạm biến áp/phòng máy điện; bố trí máy phát điện dự phòng tại tầng hầm phục vụ sự cố.
  • Cấp thoát nước: Nước cấp từ mạng lưới khu vực được đưa lên bể chứa tầng mái, sau đó phân phối trọng lực kết hợp bơm tăng áp qua hộp kỹ thuật đến từng căn hộ; nước thải gom về hệ thống thoát nước chung đô thị.
  • Thông gió và chiếu sáng: Tận dụng tối đa thông gió tự nhiên kết hợp hệ thống điều hòa không khí; chiếu sáng khu căn hộ bằng đèn huỳnh quang và compact tiết kiệm điện, ngoài trời dùng đèn cao áp chống thấm.
  • Phòng cháy chữa cháy và thoát hiểm: Kết cấu bê tông cốt thép kết hợp tường ngăn gạch rỗng cách âm, cách nhiệt; bố trí bình khí $\text{CO}_2$ dọc hành lang; lối thoát hiểm thông qua 2 cầu thang bộ khép kín; hệ thống kim thu sét đặt tại tầng mái dẫn truyền xuống bãi tiếp địa; hệ thống thu gom rác bố trí buồng gom tại mỗi tầng dẫn xuống phòng rác trung tâm ở tầng hầm.

Chương này cũng thiết lập các nguyên tắc chung về xác định tĩnh tải, hoạt tải, tổ hợp nội lực nguy hiểm và cơ sở tính toán theo hai trạng thái giới hạn.

Chương 2: Lựa chọn giải pháp kết cấu

Chương 2 đánh giá các điều kiện biên hình học và cơ lý để đề xuất giải pháp kết cấu phần thân, phần ngầm:

  • Kết cấu phương đứng: Công trình có tỷ số mặt bằng $L/B = 38,915 \le 6$ và tỷ số chiều cao trên bề rộng $H/B \le 6$. Với chiều cao 81,4 m và chịu tải trọng ngang lớn (động đất cấp 7, gió cấp II-A), tác giả lựa chọn hệ chịu lực khung – vách – lõi bê tông cốt thép hỗn hợp. Vách và lõi thang máy tiếp nhận phần lớn tải trọng ngang, đồng thời cùng hệ cột – dầm nâng đỡ tải trọng đứng truyền xuống móng. Chiều dày vách cứng được chọn sơ bộ $t_w = 30\text{ cm}$.
  • Kết cấu phương ngang: So sánh kinh tế – kỹ thuật giữa phương án sàn sườn (sàn dầm) và phương án sàn phẳng (sàn không dầm). Tác giả lựa chọn phương án sàn phẳng với chiều dày chọn sơ bộ $h_s = 220\text{ mm}$ do ưu điểm giảm chiều cao kết cấu tầng, tăng chiều cao thông thủy, ván khuôn thi công đơn giản, không mất thời gian gia công cốp pha nách dầm.
  • Kết cấu nền móng: Với lực nén chân công trình lớn truyền xuống từ 24 tầng, phương án móng cọc khoan nhồi được lựa chọn thay thế cho cọc ép hoặc móng nông.
  • Kích thước sơ bộ tiết diện dầm khung:
    • Dầm trục chính B1: Nhịp $8,3\text{ m} \div 10,8\text{ m}$, tiết diện chọn $300 \times 600\text{ mm}$.
    • Dầm trung gian B2: Nhịp $6,35\text{ m} \div 6,8\text{ m}$, tiết diện chọn $300 \times 500\text{ mm}$.
    • Dầm phụ, dầm giằng B3: Nhịp $2,0\text{ m} \div 6,15\text{ m}$, tiết diện chọn $200 \times 400\text{ mm}$.
  • Tải trọng tác dụng lên sàn: Xác định chi tiết tĩnh tải sàn thường ($1,28\text{ kN/m}^2$), tĩnh tải sàn vệ sinh ($1,034\text{ kN/m}^2$, có lớp chống thấm và vữa tạo dốc), tĩnh tải quy đổi của tường xây gạch dày $100\text{ mm}$ và $200\text{ mm}$; hoạt tải sử dụng theo TCVN 2737:1995 (phòng ngủ: $0,95\text{ kN/m}^2$; hành lang/sảnh: $1,6\text{ kN/m}^2$; thương mại: $1,8\text{ kN/m}^2$; để xe: $6,0\text{ kN/m}^2$; phòng thiết bị: $9,0\text{ kN/m}^2$).

Chương 3: Tính toán sàn tầng điển hình (tầng 9 – 23)

Chương 3 trình bày quy trình tính toán bản sàn phẳng tầng điển hình bằng phần mềm SAFE:

  • Sơ bộ chiều dày sàn: Ô sàn lớn nhất có kích thước nhịp $10,8\text{ m} \times 9,5\text{ m}$, áp dụng công thức $h_s = (D / m) \cdot L_1$ với $m = 50$, tính ra chiều dày sơ bộ $216\text{ mm}$, lựa chọn $h_s = 220\text{ mm}$.
  • Mô hình hóa SAFE: Khai báo bản sàn, định vị hệ vách và cột, chia các dải strip theo phương X và phương Y.
  • Kiểm tra độ võng đàn hồi: Chuyển vị đàn hồi lớn nhất $f_{\text{sàn}} \le [f] = L/250 = 960/250 = 3,84\text{ cm}$, đáp ứng điều kiện giới hạn sử dụng tức thời.
  • Tính toán cốt thép theo dải strip: Áp dụng lý thuyết cấu kiện chịu uốn theo TCVN 5574:2012 với lớp bê tông bảo vệ $a = 15\text{ mm}$, chiều cao làm việc $h_0 = 205\text{ mm}$. Tại ô sàn S5 chịu mô men lớn nhất ($M = 175\text{ kNm}$ trên dải MSB1), tính toán diện tích cốt thép yêu cầu $A_s = 1178\text{ mm}^2$, bố trí thép $\phi 14\text{a}100$ ($A_{sc} = 1539\text{ mm}^2$), đạt hàm lượng cốt thép $\mu = 0,75% > \mu_{min} = 0,23%$.
  • Kiểm tra độ võng dài hạn (TTGH II): Tính toán độ võng toàn phần có xét đến từ biến, co ngót và nứt bê tông theo công thức $f = f_1 - f_2 + f_3$ trên SAFE. Giá trị độ võng dài hạn kiểm tra thỏa mãn giới hạn cho phép $[f] = L/150 = 960/150 = 6,4\text{ cm}$.
  • Kiểm tra nứt theo TCVN 5574:2012: Mô men chống nứt của tiết diện $M_{cr} = R_{bt,ser} \cdot W_{pl}$. Tại ô sàn S5, mô men tác dụng $M_c = 44,34\text{ kNm} > M_{cr} = 39,26\text{ kNm}$, bê tông vùng kéo xuất hiện vết nứt. Tác giả tiến hành kiểm tra bề rộng vết nứt $a_{cr}$ theo công thức bán thực nghiệm với hệ số $\eta = 1,0$ (thép thanh có gờ), kiểm tra ô sàn S3 cho thấy bề rộng khe nứt $a_{cr} \le [a_{cr}] = 0,3\text{ mm}$ (cấp chống nứt 3), đáp ứng yêu cầu sử dụng bình thường.

Chương 4: Tính toán cầu thang tầng điển hình

Chương 4 thực hiện thiết kế chi tiết buồng thang bộ tầng điển hình:

  • Cấu tạo: Cầu thang hai vế dạng bản nghiêng đổ toàn khối, mỗi vế gồm 11 bậc, kích thước bậc thang $h_b = 150\text{ mm}$, $l_b = 300\text{ mm}$, góc nghiêng $\alpha$ có $\tan\alpha = 150/300 = 0,5$.
  • Kích thước sơ bộ: Chiều dày bản thang $h_b = 150\text{ mm}$ (tính theo nhịp tính toán $L_0 = 4300\text{ mm}$ chia cho $30 \div 35$). Kích thước dầm chiếu nghỉ và dầm chiếu tới được chọn $b_d \times h_d = 200 \times 350\text{ mm}$.
  • Tải trọng và nội lực: Phân tích tĩnh tải bản nghiêng (trọng lượng bậc gạch, vữa lót, bản bê tông cốt thép, trát trần), tĩnh tải bản chiếu nghỉ và hoạt tải tiêu chuẩn lấy $3,0\text{ kN/m}^2$ ($n = 1,2$). Xác định mô men uốn nhịp và gối tựa của bản thang, kiểm tra điều kiện độ võng và khả năng chịu cắt của tiết diện bê tông bản.
  • Bố trí cốt thép: Tính toán và lập bảng cốt thép chịu lực cho bản thang, bản chiếu nghỉ và hệ thống dầm thang $200 \times 350\text{ mm}$.

Chương 5: Thiết kế kết cấu khung

Chương 5 là nội dung trọng tâm về phân tích động lực học và thiết kế các cấu kiện khung không gian:

  • Tải trọng gió: Xác định thành phần tĩnh và thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737:1995. Dựa trên 3 mode dao động đầu tiên (mode 1 uốn theo phương X, mode 2 xoắn, mode 3 uốn theo phương Y), tác giả tính toán hệ số động lực, gia tốc và áp lực gió động theo từng tầng, sau đó tổ hợp gán tải trọng vào tâm hình học sàn.
  • Tải trọng động đất: Tính toán theo TCVN 9386:2012 bằng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương. Xác định chu kỳ dao động cơ bản, lực cắt đáy và phân phối lực cắt đáy dọc theo chiều cao công trình cho cả hai phương X và Y.
  • Tổ hợp tải trọng và nội lực: Thiết lập các tổ hợp tải trọng cơ bản và đặc biệt (tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng gió tĩnh, gió động $W_X, W_Y$, tải trọng động đất $E_X, E_Y$) để tìm ra tổ hợp đường bao nội lực bất lợi nhất (THBAO).
  • Kiểm tra các điều kiện vận hành nhà cao tầng:
    • Chuyển vị đỉnh công trình: Thỏa mãn giới hạn $\Delta/H \le 1/500$.
    • Kiểm tra gia tốc đỉnh nhằm đảm bảo tiện nghi sinh hoạt cho người sử dụng.
    • Chuyển vị tương đối giữa các tầng kế cận: Đạt giới hạn cho phép $\Delta h / h \le 1/350$.
    • Kiểm tra ổn định tổng thể chống lật của công trình dưới tải trọng ngang.
  • Thiết kế cấu kiện dầm và vách:
    • Tính toán cốt thép dọc chịu mô men âm/dương và cốt đai chịu lực cắt cho hệ dầm tầng điển hình (tầng 22 xuất phát từ tổ hợp THBAO của ETABS).
    • Thiết kế hệ vách phẳng P1 và vách chữ U (lõi buồng thang máy): Áp dụng phương pháp vùng biên chịu mô men kết hợp phương pháp ứng suất đàn hồi, kiểm tra điều kiện chịu nén uốn đồng thời và bố trí thép phân bố, cốt thép gia cường vùng biên.

Chương 6: Thiết kế kết cấu móng

Chương 6 giải quyết bài toán tiếp nhận toàn bộ tải trọng chân công trình truyền xuống nền đất:

  • Giải pháp móng: Sử dụng cọc khoan nhồi bê tông cốt thép. Tác giả tính toán sức chịu tải đơn cọc theo 4 phương pháp độc lập theo TCVN 10304:2014:
    1. Theo chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền.
    2. Theo chỉ tiêu cường độ chống cắt của đất nền.
    3. Theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT).
    4. Theo cường độ vật liệu bê tông cốt thép của cọc.
  • Xác định sức chịu tải tính toán của cọc $R_{cd}$ từ các kết quả trên và xác định sơ bộ số lượng cọc cho từng đài móng. Tính toán độ cứng lò xo đàn hồi của cọc để gán vào mô hình phân tích móng trên SAFE.
  • Thiết kế chi tiết móng vách F1 (vách P1) và móng lõi thang F7:
    • Kiểm tra phản lực đầu cọc: Phản lực lớn nhất $P_{max} \le 1,2 R_{cd}$ và phản lực nhỏ nhất $P_{min} > 0$ (cọc không bị nhổ) bằng cả công thức giải tích cổ điển và mô hình SAFE.
    • Kiểm tra ổn định nền và độ lún móng: Áp dụng phương pháp cộng lún từng lớp dưới đáy khối móng quy ước, độ lún tổng thể thỏa mãn $[s] \le 8\text{ cm}$.
    • Kiểm tra điều kiện đâm thủng (xuyên thủng) của đài móng do cột/vách gây ra.
    • Tính toán cốt thép chịu uốn cho bản đài móng F1 và F7 theo hai phương X, Y từ biểu đồ mô men bao.

Chương 7: Chuyên đề nâng cao – Biện pháp thi công hố đào sâu

Chương 7 nghiên cứu giải pháp kỹ thuật thi công tầng ngầm (2 tầng hầm):

  • Lựa chọn phương pháp thi công: So sánh ba phương án thi công hố đào sâu trong đô thị: Bottom-up (từ dưới lên), Top-down (từ trên xuống) và Semi Top-down (bán mở). Đánh giá về tiến độ, mặt bằng thi công và điều kiện địa chất để lựa chọn giải pháp tường vây cọc bản/barrette kết hợp hệ thanh chống shoring bằng thép hình và cột đỡ tạm Kingpost.
  • Mô hình toán PLAXIS 2D: Khai báo các thông số cơ lý đất nền và phần tử kết cấu; mô phỏng tuần tự các giai đoạn (phases) thi công:
    • Phase 1: Thi công tường vây và cột Kingpost.
    • Phase 2: Hạ mực nước ngầm trong hố móng, đào đất đợt 1.
    • Phase 3: Lắp đặt hệ thanh chống thép Shoring tầng 1.
    • Phase 4: Đào đất đợt 2 đến cao độ đáy đài móng.
  • Kết quả phân tích:
    • Xuất biểu đồ mô men uốn bao, lực cắt và chuyển vị ngang của tường vây qua từng phase thi công.
    • Xác định lực nén tác dụng lên hệ thanh chống shoring.
    • Kiểm tra chuyển vị trồi đáy hố đào và độ lún của nền đất lân cận đỉnh hố đào.
  • Kiểm tra an toàn và tính cốt thép:
    • Kiểm tra hệ số ổn định trượt sâu và ổn định tổng thể hố đào.
    • Kiểm tra bền và ổn định uốn dọc của thanh chống shoring và cột Kingpost.
    • Tính toán bố trí cốt thép dọc và cốt thép đai cho tường vây bê tông cốt thép.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành hồ sơ thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho công trình Căn hộ 251 Hoàng Văn Thụ với các kết quả cụ thể:

Các kết quả tính toán kỹ thuật chính

Hạng mục cấu kiện Thông số kích thước / Tiết diện Tải trọng / Nội lực tính toán Kết quả kiểm tra an toàn Bố trí cốt thép
Sàn tầng điển hình (S5) Chiều dày $h_s = 220\text{ mm}$ (ô $10,8 \times 9,5\text{ m}$) Mô men strip $M = 175\text{ kNm}$; $M_c = 44,34\text{ kNm}$ Võng dài hạn $f \le 6,4\text{ cm}$; vết nứt $a_{cr} \le 0,3\text{ mm}$ Thép nhịp $\phi 14\text{a}100$ ($A_{sc} = 1539\text{ mm}^2$)
Dầm khung tầng 22 $300 \times 600\text{ mm}$, $300 \times 500\text{ mm}$, $200 \times 400\text{ mm}$ Mô men và lực cắt xuất từ tổ hợp THBAO ETABS Đảm bảo khả năng chịu mô men uốn và lực cắt Cốt thép dọc nhóm AIII, cốt đai nhóm AI
Vách cứng và lõi thang Chiều dày vách $t_w = 300\text{ mm}$ Lực dọc $N$, mô men $M_X, M_Y$, lực cắt $Q$ Vùng biên chịu mô men và ứng suất đàn hồi đạt yêu cầu Thép phân bố vách kết hợp gia cường vùng biên
Móng cọc đài F1 & F7 Cọc khoan nhồi liên kết đài móng khối quy ước Phản lực cọc $P_{max}, P_{min}$ từ SAFE $P_{max} \le 1,2 R_{cd}$, $P_{min} > 0$; lún $s \le [s] = 8\text{ cm}$ Thép đài móng tính theo mô men uốn đáy đài
Tường vây hố đào sâu Tường bê tông cốt thép kết hợp thanh chống shoring Lực nén thanh chống, áp lực đất chủ động/bị động Kiểm tra ổn định tổng thể, chuyển vị đỉnh và bụng đạt giới hạn Cốt thép dọc và đai tường vây từ biểu đồ mô men PLAXIS

Đóng góp kỹ thuật của đồ án:

  • Tổng hợp quy trình thiết kế đồng bộ từ phương án kiến trúc, mô hình hóa kết cấu thượng tầng, tính toán nền móng đến phân tích biện pháp thi công tầng hầm sâu trong đô thị chật hẹp.
  • Ứng dụng thành công các công cụ mô phỏng chuyên ngành (ETABS, SAFE, PLAXIS 2D) kết hợp với các thuật toán kiểm tra tự động bằng Excel-VBA, giải quyết bài toán kiểm tra biến dạng dài hạn và nứt sàn phẳng nhịp lớn theo TCVN 5574:2012.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Các hạn chế được rút ra từ phạm vi và giả thiết tính toán của đồ án:

  • Về mô hình tải trọng tường trên sàn: Tác giả áp dụng phương pháp quy đổi tải trọng trọng lượng bản thân tường ngăn thành tải trọng phân bố đều trên sàn phẳng. Cách tiếp cận này mang tính chất gần đúng trong thực hành, chưa phản ánh chính xác sự tập trung ứng suất uốn và cắt cục bộ ngay dưới chân tường xây.
  • Về mô hình bài toán hố đào: Chuyên đề nâng cao sử dụng mô hình bài toán phẳng biến dạng phẳng (2D) trong PLAXIS. Mô hình 2D chưa mô phỏng được hiệu ứng góc hố đào (3D effect), sự làm việc không gian của hệ dầm giằng văng góc và sự biến động phức tạp của dòng thấm nước ngầm xung quanh chu vi hố móng.
  • Về tương tác kết cấu và nền đất: Tính toán móng mới chỉ xét đến độ cứng lò xo cọc độc lập trên SAFE, chưa xét đến bài toán tương tác đồng thời giữa toàn bộ hệ khung – móng bè cọc – nền đất (piled raft foundation) có xét đến ảnh hưởng của thời gian thi công.

Hướng phát triển tiếp theo:

  • Ứng dụng mô hình phần tử hữu hạn 3D (như PLAXIS 3D) để đánh giá toàn diện chuyển vị của tường vây và độ lún của các công trình lân cận tại các vị trí góc hố đào.
  • Áp dụng các mô hình sàn phẳng có đặt tải trọng tường cục bộ dạng tải đường (line load) để kiểm tra chính xác khả năng chịu cắt cục bộ và nứt cục bộ của bản sàn.

Giá trị tham khảo

Đồ án "Căn hộ 251 - Hoàng Văn Thụ" là tài liệu học thuật hữu ích cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng, Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp đang trong giai đoạn làm đồ án tốt nghiệp hoặc đồ án môn học Bê tông cốt thép 2, Nhà cao tầng, Nền móng và Thi công công trình ngầm.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu trẻ cần một tài liệu mẫu chi tiết về trình tự thiết lập tải trọng gió động, tải trọng động đất, kiểm tra các chỉ tiêu sử dụng công trình theo tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành.
  • Phần đáng tham khảo nhất trong tài liệu:
    • Quy trình kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai cho sàn phẳng nhịp lớn ($10,8\text{ m}$) bao gồm cả độ võng dài hạn (từ biến, co ngót) và kiểm tra bề rộng khe nứt theo TCVN 5574:2012 tại [Chương 3].
    • Trình tự mô hình hóa các giai đoạn đào đất và hạ mực nước ngầm của hố đào sâu 2 tầng hầm bằng phần mềm PLAXIS 2D tại [Chương 7].

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình có quy mô, chức năng và địa điểm xây dựng cụ thể như thế nào?
Công trình là dự án Căn hộ 251 Hoàng Văn Thụ do Công ty Cổ phần Đầu tư Xây dựng Tân Bình ICC làm chủ đầu tư, xây dựng tại số 251 Hoàng Văn Thụ, Phường 2, Quận Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh. Tòa nhà cao 24 tầng (gồm 2 tầng hầm để xe thông minh, tầng 1 – 2 là shophouse, sảnh VIP, nhà hàng; tầng 3 – 22 là 176 căn hộ cao cấp; tầng thượng là căn hộ penthouse), tổng chiều cao 81,4 m và diện tích sàn xây dựng điển hình là 736 $\text{m}^2$.

2. Tác giả lựa chọn hệ kết cấu chịu lực phương đứng và phương ngang như thế nào cho công trình?
Do công trình cao 81,4 m nằm tại khu vực Quận Tân Bình chịu động đất cấp 7 và áp lực gió $W_0 = 83\text{ daN/m}^2$, hệ kết cấu chịu lực phương đứng được chọn là hệ khung – vách – lõi hỗn hợp bê tông cốt thép, với vách dày $t_w = 30\text{ cm}$. Đối với phương ngang, tác giả lựa chọn phương án sàn phẳng (sàn không dầm) dày $h_s = 220\text{ mm}$ nhằm tối ưu chiều cao tầng, thi công nhanh và đơn giản hóa cốp pha.

3. Quy trình kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH II) cho sàn phẳng tầng điển hình được thực hiện ra sao?
Tác giả kiểm tra hai điều kiện: độ võng và bề rộng vết nứt. Độ võng đàn hồi ban đầu được kiểm tra trên SAFE đạt $f \le L/250 = 3,84\text{ cm}$. Độ võng dài hạn xét nứt, từ biến và co ngót được tính theo công thức $f = f_1 - f_2 + f_3$ trên SAFE, thỏa mãn điều kiện giới hạn $[f] = L/150 = 6,4\text{ cm}$. Do mô men uốn tại ô S5 ($44,34\text{ kNm}$) vượt mô men chống nứt ($39,26\text{ kNm}$), tác giả kiểm tra bề rộng vết nứt $a_{cr}$ theo TCVN 5574:2012 và kết quả đạt dưới giới hạn cho phép $[a_{cr}] = 0,3\text{ mm}$ (cấp chống nứt 3).

4. Tải trọng ngang tác động vào công trình được tính toán dựa trên các tiêu chuẩn nào?
Tải trọng gió (gồm thành phần tĩnh và thành phần động ứng với các mode dao động riêng) được tính toán theo TCVN 2737:1995. Tải trọng động đất được xác định theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương dựa trên TCVN 9386:2012. Số liệu gia tốc và áp lực gió quy chuẩn được tra cứu từ QCXDVN 02:2008/BXD và TCVN 198:1997.

5. Chuyên đề nâng cao của đồ án tập trung giải quyết bài toán kỹ thuật gì?
Chuyên đề nâng cao nghiên cứu biện pháp thi công hố đào sâu cho 2 tầng hầm. Tác giả sử dụng phần mềm PLAXIS 2D để mô phỏng tương tác đất – kết cấu qua 4 giai đoạn (phases) hạ mực nước ngầm và đào đất, đánh giá nội lực mô men, lực cắt của tường vây bê tông cốt thép, lực nén của hệ thanh chống shoring, kiểm tra chuyển vị đỉnh, bụng tường vây, độ trồi đáy hố đào và tính toán cốt thép cho tường vây.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Căn hộ 251 - Hoàng Văn Thụ" của sinh viên Nguyễn Chí Thiện là một công trình thiết kế kỹ thuật xây dựng dân dụng hoàn chỉnh, bao quát từ giai đoạn phân tích kiến trúc đến thiết kế chi tiết kết cấu phần thân, nền móng và biện pháp thi công tầng hầm. Tác giả đã kết hợp chặt chẽ cơ sở lý thuyết trạng thái giới hạn theo hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành với các công cụ mô phỏng số hiện đại như ETABS, SAFE và PLAXIS 2D. Kết quả tính toán đảm bảo độ tin cậy về khả năng chịu lực, điều kiện sử dụng cũng như tính khả thi trong thi công thực tế tại Thành phố Hồ Chí Minh.