Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đề tài "Chung cư Sơn An" (Son An Apartment) là đồ án tốt nghiệp kỹ sư thuộc ngành Kỹ thuật Xây dựng (chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân dụng và Công nghiệp), thực hiện bởi sinh viên Vũ Phi Long (MSSV: 18149022), dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Văn Chúng tại Khoa Đào tạo Chất lượng cao / Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (khóa học 2018 – 2023, hoàn thành tháng 06/2023).

Bối cảnh thực tiễn được tác giả nêu rõ bắt nguồn từ tốc độ đô thị hóa gia tăng nhanh chóng tại khu vực Đông Nam Bộ nói chung và thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai nói riêng. Nhu cầu về nhà ở tiện nghi, hiện đại thay thế cho các khu nhà thấp tầng và khu dân cư xuống cấp trở thành định hướng thiết yếu nhằm tối ưu hóa quỹ đất và thay đổi cảnh quan kiến trúc đô thị.

Nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật của đồ án bao gồm các mục tiêu cụ thể sau:

  1. Nghiên cứu tổng quan kiến trúc và bố trí mặt bằng công năng công trình chung cư cao tầng.
  2. Lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực chính, kết cấu sàn và hệ nền móng phù hợp với quy mô công trình và điều kiện địa chất.
  3. Xác định các loại tải trọng tác động (tĩnh tải, hoạt tải sử dụng, gió tĩnh, gió động và động đất) cùng các tổ hợp tải trọng bất lợi theo tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành.
  4. Kiểm tra độ ổn định tổng thể của công trình (chuyển vị đỉnh, chuyển vị lệch tầng tương đối, điều kiện ổn định chống lật).
  5. Tính toán thiết kế chi tiết kết cấu sàn tầng điển hình, kiểm tra võng và nứt theo trạng thái giới hạn thứ hai.
  6. Thiết kế chi tiết cấu kiện cầu thang bộ thoát hiểm.
  7. Mô hình hóa không gian và thiết kế cốt thép cho hệ khung - vách chịu lực (dầm, cột, vách lõi thang máy).
  8. Thiết kế hệ nền móng cọc khoan nhồi (tính toán sức chịu tải cọc, kiểm tra tải trọng tác dụng, kiểm tra đâm thủng, tính lún khối móng quy ước và bố trí cốt thép đài móng) và bể nước ngầm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Tòa nhà Chung cư Sơn An quy mô 18 tầng (gồm 1 tầng hầm và 17 tầng nổi), tổng diện tích khu đất là 6.379 m², diện tích xây dựng là 2.994 m², cung cấp 408 căn hộ sinh sống.
  • Phạm vi không gian: Công trình tọa lạc tại hẻm cách mặt tiền đường Đồng Khởi 50–60 m, thuộc phường Tân Hiệp, thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai (tiếp giáp sau Cục Hải quan Đồng Nai, gần Bệnh viện Đa khoa Đồng Nai, Sân vận động Đồng Nai, siêu thị Big C, Lotte và các Khu công nghiệp Amata, Biên Hòa 1, Biên Hòa 2). Địa hình xây dựng có cao độ trung bình từ 5 m đến 10 m so với mực nước biển.
  • Phạm vi dữ liệu và thời gian: Hồ sơ kiến trúc đã được hiệu chỉnh kích thước theo yêu cầu của giảng viên hướng dẫn; tài liệu địa chất công trình do giảng viên cung cấp; thời gian thực hiện đồ án từ ngày giao đề tài 02/03/2023 đến khi nghiệm thu tháng 06/2023. Khối lượng bàn giao gồm 01 thuyết minh tính toán và 19 bản vẽ kỹ thuật khổ A1 (06 bản vẽ kiến trúc, 08 bản vẽ kết cấu thân, 05 bản vẽ kết cấu móng).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án được triển khai dựa trên hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành của Việt Nam:

  • TCVN 2737:1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCVN 5574:2018: Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép.
  • TCVN 5575:2012: Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCVN 10304:2014: Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCVN 9386:2012: Thiết kế công trình chịu động đất.
  • TCVN 9362:2012: Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình.
  • TCVN 9153:2012: Công trình thủy lợi – Phương pháp chỉnh lý kết quả thí nghiệm đất.
  • TCXD 229:1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió.
  • TCXD 198:1997: Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối.

Nguyên lý tính toán kết cấu bê tông cốt thép dựa trên hai nhóm trạng thái giới hạn (TTGH):

  • Nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất: Đảm bảo độ bền và khả năng chịu lực của cấu kiện, ngăn ngừa sự phá hoại do tải trọng, sự mất ổn định hình dạng, vị trí hoặc phá hoại do mỏi.
  • Nhóm trạng thái giới hạn thứ hai: Đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của công trình, hạn chế độ biến dạng (độ võng, chuyển vị ngang, góc xoay) và khống chế sự mở rộng khe nứt trong giới hạn cho phép.

Phương pháp nghiên cứu và xác định nội lực:

  • Kết hợp phương pháp giải tích thủ công (tính toán sơ bộ tiết diện, tính tải trọng hoàn thiện, tải trọng gió, phân tích sơ đồ uốn cầu thang) với phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method - FEM) trên các phần mềm kết cấu chuyên dụng.
  • Phần mềm ETABS 2020: Mô hình hóa không gian 3D toàn bộ công trình, phân tích ứng xử động học, chu kỳ dao động riêng, phân tích lực động đất theo phổ phản ứng đàn hồi và xuất nội lực khung - vách.
  • Phần mềm SAFE V16: Mô hình hóa phân tích nội lực bản sàn tầng điển hình, kiểm tra độ võng dài hạn có xét đến hiện tượng co ngót, từ biến của bê tông và kiểm tra bề rộng khe nứt theo Eurocode 2 tương đương tiêu chuẩn TCVN 5574:2018.
  • Phần mềm SAP2000 V16: Phân tích cấu kiện thanh và các bài toán cục bộ.

Vật liệu quy định sử dụng trong thiết kế:

  • Bê tông: Cấp độ bền B30 cho toàn bộ cấu kiện sàn, dầm, cột, vách lõi, cầu thang, móng và cọc khoan nhồi, có cường độ chịu nén tính toán $R_b = 17\text{ MPa}$, cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1,2\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_b = 32,5 \times 10^3\text{ MPa}$. Vữa xây trát sử dụng vữa xi măng cát cấp độ bền B5/B7.5.
  • Cốt thép: Thép có đường kính $\phi < 10\text{ mm}$ sử dụng nhóm CB240T ($R_s = R_{sc} = 210\text{ MPa}$, $R_{sw} = 170\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_s = 2,1 \times 10^5\text{ MPa}$); thép có đường kính $\phi \ge 10\text{ mm}$ sử dụng nhóm CB400V ($R_s = R_{sc} = 350\text{ MPa}$, $R_{sw} = 280\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_s = 2,0 \times 10^5\text{ MPa}$).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan kiến trúc công trình (Overview of Construction Architecture)

Chương này trình bày mục đích xây dựng, vị trí địa lý, điều kiện khí hậu và giải pháp kiến trúc tổng thể của công trình:

  • Điều kiện khí hậu: Thành phố Biên Hòa mang đặc trưng nhiệt đới gió mùa, 2 mùa mưa nắng rõ rệt (mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 2 năm sau). Nhiệt độ trung bình 28–30°C; tổng số ngày nắng đạt 280 ngày/năm (2800 giờ nắng/năm); lượng mưa trung bình 1800–2000 mm. Tần suất bão trung bình từ 4–6 cơn bão/năm.
  • Quy mô và phân khu chức năng: Chiều cao tầng hầm là -3,800 m. Tầng hầm bố trí bãi đỗ xe ô tô, xe máy, trạm phát điện dự phòng, bể nước ngầm và bể tự hoại. Tầng 1 và tầng lửng là trung tâm thương mại, khu sinh hoạt cộng đồng và khu vui chơi trẻ em. Từ tầng 2 đến tầng 16 bố trí các căn hộ cao cấp phân hạng A, B, C, D, E, F. Tầng mái đặt các hệ thống máy móc, dàn nóng điều hòa không khí và thiết bị kỹ thuật viễn thông.
  • Giải pháp kỹ thuật kiến trúc: Vách bao che dùng khung thép kính cường lực; tường ngăn căn hộ dày 200 mm, tường ngăn phòng nội bộ dày 100 mm. Giao thông trục đứng gồm 2 thang máy vận hành liên tục 24/24 và 2 buồng thang bộ thoát hiểm. Hệ thống phòng cháy chữa cháy lắp đặt họng nước chữa cháy vách tường tại hành lang mỗi tầng và đèn chiếu sáng sự cố dùng pin tự sạc tại buồng thang bộ.

Chương 2: Tổng quan kết cấu công trình (Overview of Construction of Works)

Chương này phân tích và lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực, nguyên lý tính toán và sơ bộ kích thước tiết diện:

  • Lựa chọn giải pháp kết cấu: Do công trình cao trên 16 tầng và có bước cột lớn, tác giả chọn hệ kết cấu khung kết hợp vách - lõi cứng (frame-wall structure system) bằng bê tông cốt thép toàn khối để tăng độ cứng chống tải trọng ngang. Hệ sàn là sàn dầm toàn khối; nền móng sử dụng cọc khoan nhồi liên kết đài cọc.
  • Sơ bộ kích thước tiết diện cấu kiện:
    • Bản sàn: Nhịp ô sàn lớn nhất là $L_1 \times L_2 = 10\text{ m} \times 10\text{ m}$. Chiều dày sàn tầng điển hình, tầng 1 và tầng lửng chọn $h_s = 160\text{ mm}$ (thỏa mãn công thức kinh nghiệm $h_s = \frac{D}{m} L_1$ với $D=0,8 \div 1,4$ và $m=40 \div 50$); sàn vệ sinh dày 145 mm; sàn mái dày 120 mm; bản sàn tầng hầm dày 300 mm.
    • Dầm: Dầm chính có tiết diện $b_{dc} \times h_{dc} = 300 \times 750\text{ mm}$; dầm biên $b_{db} \times h_{db} = 400 \times 800\text{ mm}$; dầm phụ $b_{dp} \times h_{dp} = 200 \times 500\text{ mm}$.
    • Cột: Sơ bộ diện tích theo tải trọng tương đương $A_b = \frac{k \cdot N}{\gamma_b R_b + \mu_{min} R_s}$ với suất tải trọng sàn $q = 13,5\text{ kN/m}^2$, hệ số $k = 1,2$ cho cột giữa, $1,3$ cho cột biên và $1,5$ cho cột góc. Cột giữa lớn nhất tại các tầng dưới có kích thước $1200 \times 1200\text{ mm}$, thỏa mãn điều kiện độ mảnh $h_{thongthuy}/h_c \le 25$ theo TCXD 198:1997.
    • Vách: Chiều dày vách lõi thang chọn $b_w = 300\text{ mm}$, vách khung chọn $b_w = 400\text{ mm}$, thỏa mãn điều kiện diện tích vách $F_v \ge 0,015 F_{san}$ và bề dày $b_w \ge h_t/20 = 175\text{ mm}$.

Chương 3: Tải trọng và tổ hợp tải trọng (Load and Load Combination)

Chương này xác định các giá trị tải trọng tác dụng lên công trình và thiết lập ma trận tổ hợp tải trọng:

  • Tĩnh tải hoàn thiện: Trọng lượng các lớp sàn được tính toán chi tiết:
Khu vực sàn Chiều dày bản BTCT (mm) Trọng lượng bản thân BTCT ($kN/m^2$) Trọng lượng các lớp hoàn thiện ($kN/m^2$) Tổng tĩnh tải tính toán ($kN/m^2$)
Sàn tầng hầm 300 7,50 (tính riêng) 1,81 8,81
Sàn điển hình 160 4,00 (tính riêng) 1,99 5,39
Sàn khu vệ sinh 145 3,63 (tính riêng) 2,52 5,84
Sàn mái 120 3,00 (tính riêng) 1,26 4,26

Tĩnh tải tường xây gồm tường 200 mm ($\gamma_t = 3,3\text{ kN/m}^2$) và tường 100 mm ($\gamma_t = 1,8\text{ kN/m}^2$) với hệ số vượt tải $n = 1,1$.

  • Hoạt tải sử dụng: Tra cứu theo TCVN 2737:1995 với hệ số vượt tải $n = 1,2 \div 1,3$: phòng ngủ, phòng khách có hoạt tải toàn phần $0,95\text{ kN/m}^2$; khu vệ sinh, bếp, giặt $1,95\text{ kN/m}^2$; phòng thể thao $1,40\text{ kN/m}^2$; mái có sử dụng $0,95\text{ kN/m}^2$; mái không sử dụng $0,30\text{ kN/m}^2$.
  • Tải trọng gió: Công trình xây dựng tại Biên Hòa thuộc vùng áp lực gió IA, dạng địa hình B, áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 55\text{ daN/m}^2$ ($0,55\text{ kN/m}^2$). Hệ số khí động mặt đón gió $c_d = +0,8$, mặt khuất gió $c_g = -0,6$. Thành phần động của tải trọng gió được tính theo TCXD 229:1999 với tần số dao động giới hạn $f_L = 1,1\text{ Hz}$, tính toán cho dạng dao động cơ bản (Mode 1) theo hai phương trục X và Y.
  • Tải trọng động đất: Tính toán theo TCVN 9386:2012 bằng phương pháp phổ phản ứng đàn hồi. Các thông số gồm: gia tốc nền cực đại tham chiếu $a_{gR} = 0,25\text{ m/s}^2$; gia tốc thiết kế $a_g = 0,5567\text{ m/s}^2$; hệ số ứng xử $q = 3,90$; nền đất loại C có hệ số nền $S = 1,15$; các chu kỳ giới hạn $T_B = 0,20\text{s}$, $T_C = 0,60\text{s}$, $T_D = 2,00\text{s}$; hệ số cận dưới phổ ngang $\beta = 0,20$; hệ số tổ hợp tác động động đất cho khu chung cư $\psi_E = 0,24$.
  • Tổ hợp tải trọng: Thiết lập 13 trường hợp tải trọng cơ bản (TLBT, HOANTHIEN, TUONG, HT>=2, HT<2, GTX, GTXX, GTY, GTYY, DDX, DDY, GDX1, GDY1), ghép nối thành 9 tổ hợp cơ bản mang tải trọng gió và 4 tổ hợp đặc biệt mang tải trọng động đất (tổ hợp $100%$ phương chính $+ 30%$ phương trực giao theo TCVN 9386:2012) cùng 1 tổ hợp bao (BAO).
  • Kiểm tra ổn định tổng thể công trình:
    • Chuyển vị ngang đỉnh công trình: Chiều cao từ đỉnh móng đến mái $H = 78,7\text{ m}$. Chuyển vị giới hạn cho phép theo TCVN 5574:2018 là $f_u = H/500 = 78700/500 = 157,4\text{ mm}$. Kết quả phân tích mô hình: phương X có $f_x = 24,28\text{ mm} < 157,4\text{ mm}$; phương Y có $f_y = 61,2\text{ mm} < 157,4\text{ mm}$ (đều thỏa mãn).
    • Chuyển vị lệch tầng tương đối: Kiểm tra theo điều kiện $d_c \le [d_c] = h/500$ cho tất cả các tầng, kết quả các tầng từ 1 đến mái đều thỏa mãn.
    • Độ ổn định chống lật: Tỷ số chiều cao trên bề rộng công trình $H/B = 78,9675 / 40 \approx 1,97 < 5$, theo quy định của TCXD 198:1997 công trình không cần phải kiểm tra điều kiện chống lật tổng thể.

Chương 4: Tính toán thiết kế sàn điển hình (Typical Floor Design Calculations)

Chương này thực hiện thiết kế chi tiết cốt thép cho ô sàn tầng điển hình kích thước $10\text{ m} \times 10\text{ m}$:

  • Cơ sở tính toán: Dải bản tính toán có bề rộng $b = 1\text{ m}$, chiều dày $h = 160\text{ mm}$, chiều dày lớp bảo vệ $a = 20 \div 30\text{ mm}$ ($h_0 = 130 \div 140\text{ mm}$). Bê tông B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$), cốt thép chịu lực CB400V ($R_s = 350\text{ MPa}$, $\xi_R = 0,533$). Hàm lượng cốt thép tối thiểu khống chế $\mu_{min} = 0,05%$.
  • Phân tích nội lực: Trích xuất dải moment uốn (strip moment) theo phương X và phương Y từ mô hình SAFE V16 để tính toán diện tích cốt thép lớp trên (gối) và lớp dưới (nhịp).
  • Kiểm tra độ võng sàn: Sử dụng phần mềm SAFE phân tích phi tuyến nứt, co ngót và từ biến. Độ võng tổng cộng xác định theo công thức $f = f_1 - f_2 + f_3$ của TCVN 5574:2018 (với $f_1$ do toàn bộ tải trọng ngắn hạn, $f_2$ do tải trọng dài hạn ngắn hạn, $f_3$ do tải trọng dài hạn dài hạn có xét hệ số từ biến và co ngót). Độ võng lớn nhất ghi nhận trên mô hình là $f_{max} \approx 9\text{ mm}$, nhỏ hơn giới hạn cho phép $f_{gh} = L/250 = 10000/250 = 40\text{ mm}$.
  • Kiểm tra bề rộng khe nứt: Giá trị bề rộng khe nứt tính toán từ các tổ hợp tải trọng gồm $A_{crc1} = 0,249\text{ mm}$ (dài hạn), $A_{crc2} = 0,203\text{ mm}$, $A_{crc3} = 0,182\text{ mm}$.
    • Bề rộng vết nứt ngắn hạn: $a_{crc} = A_{crc1} + A_{crc2} - A_{crc3} = 0,249 + 0,203 - 0,182 = 0,270\text{ mm} \le [a_{crc}] = 0,4\text{ mm}$.
    • Bề rộng vết nứt dài hạn: $a_{crc} = A_{crc1} = 0,249\text{ mm} \le [a_{crc}] = 0,3\text{ mm}$. Kết quả kiểm tra thỏa mãn điều kiện chống nứt theo TCVN 5574:2018.

Chương 5: Thiết kế cầu thang bộ (Design of Staircase)

Chương này trình bày tính toán bản thang bộ 2 vế của tầng điển hình:

  • Kích thước hình học: Chiều cao tầng 3,5 m; số bậc thiết kế là 25 bậc; chiều cao bậc $h_{bac} = 140\text{ mm}$; bề rộng mặt bậc $b_{bac} = 250\text{ mm}$.
  • Tải trọng: Tính toán tĩnh tải bản nghiêng (trọng lượng bản bê tông, lớp vữa lót, bậc xây gạch, tay vịn) và tĩnh tải chiếu nghỉ; hoạt tải lấy theo tiêu chuẩn nhà công cộng tập trung người.
  • Sơ đồ tính và nội lực: Phân tích bản thang theo hai sơ đồ biên (khớp hai đầu và ngàm hai đầu) để xác định biểu đồ bao moment uốn lớn nhất, phục vụ tính toán bố trí cốt thép chịu lực dọc cho bản nghiêng và bản chiếu tới/chiếu nghỉ.

Chương 6: Thiết kế kết cấu khung (Frame Structural Design)

Chương này thực hiện thiết kế cốt thép hệ thống dầm, cột và vách lõi:

  • Mô hình hóa khung không gian: Sử dụng ETABS 2020 để phân tích khung không gian tương tác giữa dầm, cột và vách cứng dưới tác động của các tổ hợp tải trọng đứng và ngang.
  • Thiết kế cốt thép dầm: Tính toán cốt thép dọc chịu uốn tại các tiết diện gối và nhịp nguy hiểm nhất; tính toán cốt đai chịu cắt và tính toán cốt treo (cốt đai gia cường) tại các nút liên kết giữa dầm phụ truyền lực vào dầm chính.
  • Thiết kế cốt thép cột: Tính toán cấu kiện chịu nén uốn lệch tâm xiên hai phương theo biểu đồ tương tác $(N, M_x, M_y)$; bố trí thép dọc đảm bảo hàm lượng cốt thép hợp lý và bố trí cốt đai dày tại vùng chân cột và nút khung để tăng khả năng kháng chấn.
  • Thiết kế vách lõi cứng: Tính toán vách thang máy và vách khung chịu lực tổng hợp từ mô hình phần tử vỏ (shell/wall), xác định diện tích cốt thép chịu uốn đặt tập trung ở hai biên vách và lưới thép phân bố ngang/dọc thân vách chịu lực cắt.

Chương 7: Thiết kế móng (Foundation Design)

Chương này thiết kế hệ kết cấu móng cọc cho tòa nhà:

  • Lựa chọn giải pháp móng: Sử dụng móng cọc khoan nhồi bằng bê tông B30 cắm sâu vào tầng địa chất tốt, liên kết hệ đài cọc bê tông cốt thép khối lớn. Chiều sâu chôn đài được tính toán dựa trên cao độ tầng hầm (-3,800 m).
  • Xác định sức chịu tải cọc: Tính toán sức chịu tải đơn của cọc khoan nhồi theo điều kiện cường độ vật liệu ($P_{vl}$) và theo các chỉ tiêu cơ lý của đất nền ($P_{đn}$) tuân thủ TCVN 10304:2014, từ đó lựa chọn sức chịu tải thiết kế cho phép của cọc.
  • Thiết kế các đài móng đại diện (M1, M2, M3):
    • Thu thập tải trọng chân cột và chân vách từ tổ hợp bao của ETABS truyền xuống mặt đài móng.
    • Xác định sơ bộ số lượng cọc trong đài và bố trí mạng lưới cọc.
    • Kiểm tra tải trọng tác dụng lên từng cọc trong nhóm cọc theo công thức nén uốn, đảm bảo $P_{max} \le 1,2 P_{tk}$, $P_{tb} \le P_{tk}$ và không xuất hiện lực nhổ ($P_{min} > 0$).
    • Kiểm tra điều kiện xuyên thủng/chọc thủng đài cọc do chân cột/vách và do phản lực đầu cọc.
    • Kiểm tra ổn định khối móng quy ước tại đáy cọc và tính toán độ lún công trình theo TCVN 9362:2012, đảm bảo độ lún nằm trong giới hạn cho phép.
    • Tính toán moment uốn tại các tiết diện ngàm đài cọc và xác định diện tích cốt thép đài móng theo hai phương.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành đầy đủ các nội dung tính toán thiết kế kỹ thuật công trình nhà cao tầng với các số liệu kiểm chứng cụ thể:

Hạng mục kiểm tra kỹ thuật Giá trị tính toán từ mô hình Giới hạn tiêu chuẩn quy định Đánh giá Tiêu chuẩn áp dụng
Chuyển vị đỉnh phương X ($f_x$) 24,28 mm 157,40 mm ($H/500$) Thỏa mãn TCVN 5574:2018
Chuyển vị đỉnh phương Y ($f_y$) 61,20 mm 157,40 mm ($H/500$) Thỏa mãn TCVN 5574:2018
Chuyển vị lệch tầng tương đối ($d_c$) Đạt mọi tầng $h/500$ Thỏa mãn TCVN 5574:2018
Tỷ số ổn định chống lật ($H/B$) 1,97 5,00 Không cần xét lật TCXD 198:1997
Độ võng dài hạn sàn điển hình ($f_{max}$) $\approx 9,00\text{ mm}$ 40,00 mm ($L/250$) Thỏa mãn TCVN 5574:2018
Vết nứt ngắn hạn sàn điển hình ($a_{crc}$) 0,270 mm 0,40 mm Thỏa mãn TCVN 5574:2018
Vết nứt dài hạn sàn điển hình ($a_{crc}$) 0,249 mm 0,30 mm Thỏa mãn TCVN 5574:2018

Các giải pháp kỹ thuật chính được đồ án đề xuất:

  • Ứng dụng hệ kết cấu liên hợp khung kết hợp vách - lõi cứng bê tông cốt thép toàn khối, giúp kiểm soát chuyển vị ngang công trình dưới 40% so với ngưỡng giới hạn tiêu chuẩn.
  • Bố trí chiều dày sàn hợp lý: sàn hầm dày 300 mm chịu áp lực lớn; sàn điển hình dày 160 mm tối ưu hóa trọng lượng bản thân cho ô nhịp lớn $10\text{ m} \times 10\text{ m}$.
  • Giải pháp móng cọc khoan nhồi liên kết đài khối lớn đảm bảo truyền tải an toàn xuống nền đất chịu lực, triệt tiêu nguy cơ lún lệch và chọc thủng đài.

Đóng góp của đồ án:

  • Hoàn thiện trọn vẹn quy trình thiết kế kỹ thuật từ kiến trúc, kết cấu phần thân đến nền móng cho một dự án chung cư cao 18 tầng thực tế tại Đồng Nai.
  • Thực hiện đầy đủ việc phân tích đồng thời tải trọng động của gió (TCXD 229:1999) và tải trọng động đất theo phương pháp phổ phản ứng đàn hồi (TCVN 9386:2012).
  • Thể hiện chi tiết quy trình kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai cho kết cấu sàn bê tông cốt thép khẩu độ lớn bằng phần mềm SAFE theo tinh thần của TCVN 5574:2018.
  • Xuất bản bộ hồ sơ kỹ thuật đồng bộ gồm 1 thuyết minh tính toán và 19 bản vẽ A1 phục vụ định hướng thi công.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Hồ sơ kiến trúc được tinh chỉnh cục bộ một số kích thước theo yêu cầu học thuật; các số liệu khảo sát địa chất sử dụng số liệu mẫu do giảng viên chỉ định, chưa đại diện đầy đủ các biến động phức tạp của toàn bộ mặt bằng thực địa.
  • Phân tích nội lực kết cấu phần thân và móng thực hiện qua các bài toán tách biệt (phân tích khung thân trong ETABS, lấy phản lực gán vào mô hình móng), chưa xét đến bài toán tương tác đồng thời đất - cọc - kết cấu (Soil-Structure Interaction - SSI) phi tuyến.
  • Chưa đi sâu vào thiết kế biện pháp thi công tầng hầm sâu 3,8 m trong điều kiện hẻm hẹp 50 m (như giải pháp tường vây cừ larsen, tường vây bê tông cốt thép hay thi công semi-topdown).

Hướng phát triển tiếp theo:

  • Ứng dụng phân tích phi tuyến tĩnh (Pushover Analysis) hoặc phân tích lịch sử thời gian phi tuyến (Nonlinear Time-History Analysis) để đánh giá chi tiết hơn khả năng kháng chấn của kết cấu vách lõi khi chịu động đất cấp cao.
  • Nghiên cứu mô phỏng không gian tương tác giữa khối móng đài cọc và nền đất nhiều lớp trên các phần mềm địa kỹ thuật chuyên sâu (như PLAXIS 3D).
  • Triển khai mô hình thông tin công trình (BIM) trên phần mềm Revit để quản lý xung đột không gian giữa hệ thống kết cấu, kiến trúc và cơ điện (MEP), đồng thời bóc tách khối lượng và lập tiến độ thi công thực tế.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án tốt nghiệp này cung cấp giá trị tham khảo chuyên môn cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng, Kỹ thuật Công trình Dân dụng và Công nghiệp đang thực hiện đồ án tốt nghiệp, đồ án môn học Nhà cao tầng, Kết cấu Bê tông cốt thép và Nền móng.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu mới ra trường cần tài liệu mẫu về quy trình tính toán tải trọng gió động (TCXD 229:1999) và động đất (TCVN 9386:2012) tích hợp trong phần mềm ETABS.
  • Người làm chuyên môn tham khảo quy trình phân tích độ võng dài hạn có xét nứt, từ biến và co ngót của sàn khẩu độ lớn ($10\text{ m} \times 10\text{ m}$) trên phần mềm SAFE theo TCVN 5574:2018.

Các nội dung đáng tham khảo nhất trong văn bản gồm: Chương 3 (phương pháp lập các tổ hợp tải trọng gió và động đất), Chương 4 (quy trình kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai của sàn) và Chương 7 (quy trình kiểm tra tải trọng cọc và đâm thủng đài móng).

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình Chung cư Sơn An có quy mô số tầng, chiều cao và diện tích như thế nào?
Công trình gồm 18 tầng (01 tầng hầm có cao độ -3,800 m và 17 tầng nổi), chiều cao tổng thể từ đỉnh móng đến mái là 78,7 m. Tòa nhà được xây dựng trên khu đất rộng 6.379 m² với diện tích xây dựng là 2.994 m², cung cấp 408 căn hộ.

2. Giải pháp kết cấu chịu lực chính được tác giả lựa chọn cho công trình là gì?
Tác giả lựa chọn hệ kết cấu khung kết hợp vách - lõi cứng bê tông cốt thép toàn khối (frame-wall structure system). Hệ kết cấu này phù hợp cho công trình cao trên 16 tầng nhằm tăng độ cứng không gian và kiểm soát hiệu quả chuyển vị ngang do tải trọng gió và động đất gây ra.

3. Kết quả kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình do gió tác dụng có đạt yêu cầu tiêu chuẩn không?
Có. Chiều cao công trình $H = 78,7\text{ m}$, giới hạn chuyển vị đỉnh cho phép theo TCVN 5574:2018 là $f_u = H/500 = 157,4\text{ mm}$. Kết quả phân tích mô hình ETABS ghi nhận chuyển vị đỉnh theo phương X là $f_x = 24,28\text{ mm}$ và theo phương Y là $f_y = 61,2\text{ mm}$, đều nhỏ hơn nhiều so với giới hạn 157,4 mm.

4. Sàn tầng điển hình dày bao nhiêu và kết quả kiểm tra võng, nứt theo TCVN 5574:2018 ra sao?
Sàn tầng điển hình có chiều dày sơ bộ được chọn là 160 mm cho ô bản kích thước $10\text{ m} \times 10\text{ m}$. Kết quả kiểm tra bằng phần mềm SAFE cho thấy độ võng lớn nhất đạt khoảng 9 mm (nhỏ hơn giới hạn $L/250 = 40\text{ mm}$); bề rộng khe nứt ngắn hạn là 0,270 mm (nhỏ hơn giới hạn 0,4 mm) và vết nứt dài hạn là 0,249 mm (nhỏ hơn giới hạn 0,3 mm).

5. Tác giả đã áp dụng các thông số động đất nào trong phần mềm ETABS theo TCVN 9386:2012?
Tác giả thiết lập phổ phản ứng đàn hồi với gia tốc nền cực đại tham chiếu $a_{gR} = 0,25\text{ m/s}^2$, gia tốc thiết kế $a_g = 0,5567\text{ m/s}^2$, hệ số ứng xử $q = 3,90$, địa hình nền đất loại C với hệ số nền $S = 1,15$, các chu kỳ đặc trưng $T_B = 0,20\text{s}$, $T_C = 0,60\text{s}$, $T_D = 2,00\text{s}$, hệ số cận dưới $\beta = 0,20$ và hệ số tổ hợp hậu quả $\psi_E = 0,24$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Chung cư Sơn An" của sinh viên Vũ Phi Long là một công trình thiết kế kỹ thuật xây dựng dân dụng hoàn chỉnh, bao quát từ giai đoạn tổng hợp kiến trúc, sơ bộ tiết diện đến mô hình hóa phân tích kết cấu và thiết kế móng cọc. Thông qua việc ứng dụng các phần mềm chuyên ngành ETABS, SAFE và SAP2000 kết hợp hệ thống tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (TCVN 5574:2018, TCVN 9386:2012, TCXD 229:1999), đồ án đã chứng minh tính an toàn, độ ổn định tổng thể và khả năng chịu lực của tòa nhà 18 tầng dưới tác động đồng thời của tải trọng đứng và ngang. Toàn bộ tính toán được kiểm chứng định lượng rõ ràng qua các chỉ số chuyển vị, độ võng, bề rộng khe nứt và được cụ thể hóa bằng bộ hồ sơ 19 bản vẽ kỹ thuật phục vụ thi công.