I. Tổng quan thiết kế kết cấu công trình The Arena Cam Ranh
Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM tập trung giải quyết bài toán thiết kế cho dự án The Arena Cam Ranh. Đây là công trình tổ hợp dịch vụ thương mại kết hợp căn hộ du lịch nghỉ dưỡng quy mô lớn tại bờ biển Cam Ranh. Công trình sở hữu chiều cao 54,4 m với kích thước mặt bằng lớn gồm chiều rộng phương X đạt 74,64 m và phương Y đạt 119,95 m. Nhiệm vụ thiết kế đòi hỏi kỹ sư phải nắm vững kiến trúc, vật liệu và phương pháp mô hình hóa tiên tiến. Sinh viên Lê Quốc Sang dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Lê Anh Thắng đã hoàn thành toàn diện hồ sơ kỹ thuật kết cấu công trình. Nghiên cứu thực hiện tính toán chi tiết từ cấu kiện sàn, cầu thang bộ, dầm, vách cứng cho đến giải pháp móng cọc khoan nhồi sâu trong lòng đất. Toàn bộ quy trình tính toán đều tuân thủ chặt chẽ hệ thống quy chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam. Mô hình kết cấu vừa đáp ứng công năng không gian kiến trúc biển, vừa đảm bảo tính kinh tế và an toàn chịu lực lâu dài.
1.1. Thông tin đồ án và bối cảnh kiến trúc The Arena Cam Ranh
Đề tài tốt nghiệp thực hiện tại Khoa Đào tạo Chất lượng cao thuộc Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM vào tháng 1 năm 2025. Dự án The Arena Cam Ranh tọa lạc ven biển tỉnh Khánh Hòa. Kiến trúc công trình sở hữu hình khối uốn lượn đặc thù mô phỏng đấu trường La Mã. Mặt bằng công trình phục vụ căn hộ nghỉ dưỡng và trung tâm thương mại cao cấp. Không gian yêu cầu độ thông thoáng lớn và giảm thiểu cột chắn tầm nhìn biển. Do đó, hệ khung kết cấu phải điều chỉnh linh hoạt theo kiến trúc tổng thể. Người thiết kế kết hợp hài hòa thẩm mỹ nghỉ dưỡng và khả năng chịu lực của khung bê tông cốt thép toàn khối.
1.2. Lựa chọn vật liệu bê tông cốt thép theo TCVN 5574 2018
Vật liệu xây dựng quyết định độ bền vững của công trình ven biển. Hồ sơ thiết kế lựa chọn bê tông cấp độ bền B30 và B35 cho hệ kết cấu chịu lực chính. Cường độ tính toán Rb đạt 17 MPa, đảm bảo độ cứng cho dầm, sàn, vách và móng. Phần cốt thép sử dụng hai nhóm chính theo quy chuẩn kỹ thuật. Thép CB240-T có giới hạn chảy Rs đạt 210 MPa dùng cho cốt đai và thép phân bố. Thép CB400-V có giới hạn chịu lực Rs đạt 350 MPa đóng vai trò cốt thép dọc chịu lực chính. Chiều dày lớp bê tông bảo vệ cấu kiện được thiết lập nghiêm ngặt từ 20 mm đến 70 mm. Giải pháp này giúp ngăn chặn triệt để nguy cơ ăn mòn cốt thép do hơi ẩm và muối biển.
II. Phân tích tải trọng thiết kế kết cấu công trình The Arena Cam Ranh
Công trình xây dựng cao tầng tại dải bờ biển Cam Ranh chịu tác động lớn từ các điều kiện tự nhiên khắc nghiệt. Phân tích tải trọng là bước then chốt quyết định sự ổn định của kết cấu toàn công trình. Tải trọng tác động gồm trọng lượng bản thân kết cấu, tĩnh tải hoàn thiện sàn tường, và hoạt tải sử dụng theo tiêu chuẩn mới TCVN 2737:2023. Bên cạnh tải trọng thẳng đứng, hệ kết cấu chịu tải trọng ngang phức tạp do gió bão vùng biển và áp lực động đất gây ra. Mặt bằng công trình rộng hơn 100 m đòi hỏi việc thiết lập tổ hợp tải trọng phải bao quát mọi kịch bản bất lợi. Đồ án xây dựng các tổ hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn 1 để kiểm tra cường độ chịu lực. Đồng thời, các tổ hợp trạng thái giới hạn 2 được áp dụng để kiểm soát độ võng và nứt của dầm sàn. Việc đánh giá chính xác các tham số tải trọng giúp loại bỏ nguy cơ biến dạng quá mức và đảm bảo tuổi thọ phục vụ dài hạn cho công trình.
2.1. Thiết lập tổ hợp tải trọng theo TCVN 2737 2023
Tiêu chuẩn TCVN 2737:2023 đưa ra các quy định cập nhật về phân loại và tổ hợp tải trọng xây dựng. Hoạt tải tính toán được tách biệt rõ ràng giữa thành phần ngắn hạn và thành phần dài hạn. Đồ án phân chia chi tiết tĩnh tải gồm trọng lượng bản thân kết cấu và tải hoàn thiện sàn tường. Hoạt tải sử dụng bao gồm tải trọng người và thiết bị nội thất theo công năng căn hộ khách sạn. Tác động của gió bão được chia thành hai phương trực giao Wx và Wy dọc theo trục chính tòa nhà. Tải trọng động đất Ex và Ey được đưa vào tính toán với hệ số tổ hợp chuẩn xác. Bảng ma trận tổ hợp tải trọng giúp kỹ sư xác định chính xác các trường hợp nội lực cực hạn trong từng tiết diện cấu kiện.
2.2. Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể và chống lật
Kiểm tra ổn định tổng thể là khâu bắt buộc đối với công trình xây dựng ven biển. Đồ án áp dụng tiêu chuẩn TCXD 198:1997 để đánh giá khả năng chống lật và dao động động lực học. Tòa nhà có chiều cao đỉnh H = 54,4 m, chiều rộng đáy BX = 74,64 m và BY = 119,95 m. Tỷ số giữa chiều cao và chiều rộng theo cả hai phương đều đạt giá trị dưới 1, nhỏ hơn rất nhiều so với ngưỡng khống chế 5. Do đó, công trình hoàn toàn thỏa mãn độ an toàn chống lật dưới tác động của mômen uốn do bão. Bên cạnh đó, gia tốc cực đại tại đỉnh công trình dưới tải trọng gió được phân tích tỉ mỉ. Các chỉ số chuyển vị ngang đỉnh và độ lệch tầng đều nằm trong giới hạn tiêu chuẩn cho phép.
III. Giải pháp tính toán thiết kế kết cấu công trình The Arena Cam Ranh
Giải pháp kết cấu cho dự án The Arena Cam Ranh được xây dựng dựa trên sự phối hợp đồng bộ giữa mô hình tính toán số và phương pháp phân tích thực nghiệm. Kỹ sư xây dựng mô hình không gian ba chiều bằng phần mềm kết cấu chuyên dụng để mô phỏng chính xác ứng xử của toàn bộ công trình. Hệ thống vách bê tông cốt thép dày kết hợp khung dầm cột chịu tải phân bố không gian hiệu quả. Sàn tầng điển hình được phân tích nội lực bằng phương pháp phần tử hữu hạn nhằm bố trí thép tối ưu theo từng vùng tập trung ứng suất. Cầu thang bộ dạng bản nghiêng được tính toán độc lập nhằm đảm bảo độ cứng thoát hiểm an toàn khi xảy ra sự cố. Phương pháp thiết kế cấu kiện bám sát tiêu chuẩn TCVN 5574:2018 với việc kiểm tra khả năng chịu nén, uốn và cắt. Ngoài ra, giải pháp móng cọc khoan nhồi sâu truyền tải trọng xuống lớp địa chất chịu lực tốt, giảm thiểu tối đa độ lún lệch cho toàn bộ khối đế.
3.1. Tính toán thiết kế cấu kiện phần thân dầm sàn và vách
Hệ sàn tầng điển hình chịu tải trọng bản thân và hoạt tải sử dụng phân bố đều. Sinh viên chia ô bản sàn theo kích thước lưới cột để xác định mômen uốn theo hai phương. Chiều dày sàn được chọn hợp lý nhằm thỏa mãn điều kiện độ võng và cách âm. Hệ dầm chính và dầm phụ tính toán chịu mômen dương tại giữa nhịp và mômen âm tại gối tựa. Cốt thép dọc chịu kéo CB400-V được bố trí đầy đủ, neo chắc chắn vào các nút khung. Cốt đai CB240-T được tăng cường dày đặc tại vùng gần gối dầm để kháng ứng suất cắt lớn. Vách cứng bê tông cốt thép B35 đóng vai trò xương sống chịu lực cắt do gió và động đất. Các vách cứng được bố trí liên tục theo phương thẳng đứng từ móng lên mái.
3.2. Phương án nền móng cọc khoan nhồi và biện pháp thi công
Địa chất khu vực bờ biển Cam Ranh chứa nhiều lớp cát rời xen kẹp bùn sét yếu. Đồ án lựa chọn giải pháp móng cọc khoan nhồi đường kính lớn chịu tải trọng cho toàn bộ tòa tháp. Sức chịu tải của cọc đơn được tính toán đồng thời theo chỉ tiêu cơ lý đất nền và độ bền vật liệu bê tông. Mũi cọc được ngàm sâu vào tầng đất tốt có chỉ số cơ học cao. Đài móng khối lớn liên kết cụm cọc giúp phân phối lực từ chân vách truyền xuống. Bên cạnh việc tính toán kết cấu, đồ án lập biện pháp thi công ván khuôn và giàn giáo chi tiết. Quy trình kiểm soát chất lượng đổ bê tông móng và giằng móng được xây dựng khoa học nhằm hạn chế hiện tượng rỗ khí và nứt nhiệt.
IV. Đánh giá ứng dụng thiết kế kết cấu công trình The Arena Cam Ranh
Đồ án tốt nghiệp thiết kế kết cấu The Arena Cam Ranh tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM khẳng định năng lực tính toán chuyên sâu của sinh viên kỹ thuật. Toàn bộ quy trình từ xử lý hồ sơ kiến trúc, lựa chọn vật liệu đến mô hình hóa và kiểm tra kết cấu đều được thực hiện bài bản. Việc ứng dụng linh hoạt các tiêu chuẩn TCVN 5574:2018 và TCVN 2737:2023 mang lại độ tin cậy kỹ thuật cao cho toàn bộ hồ sơ tính toán. Kết quả tính toán chứng minh hệ khung vách chịu lực hoàn toàn đủ khả năng chống chịu tải trọng bão biển mà vẫn đảm bảo tính kinh tế. Đồ án không chỉ hoàn thành nhiệm vụ đào tạo kỹ sư chất lượng cao mà còn là tài liệu tham khảo học thuật giá trị. Các kỹ sư xây dựng có thể khai thác kinh nghiệm thiết kế dầm, sàn, vách và móng cọc khoan nhồi của đồ án để áp dụng vào các dự án bất động sản nghỉ dưỡng tương đương. Công trình thể hiện rõ tinh thần gắn kết giữa đào tạo lý thuyết và thực tiễn thi công tại Việt Nam.
4.1. Đóng góp học thuật và giá trị đào tạo kỹ sư của đồ án
Đồ án tốt nghiệp là minh chứng cho chương trình đào tạo kỹ sư xây dựng tiên tiến tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Công trình đòi hỏi sinh viên tổng hợp kiến thức từ cơ học kết cấu, bê tông cốt thép đến nền móng và kỹ thuật thi công. Dưới sự hướng dẫn của giảng viên, đồ án thể hiện quy trình phân tích bài bản và khoa học. Phương pháp tính toán giải quyết hiệu quả bài toán hình học phức tạp và tương tác tải trọng ven biển. Kết quả nghiên cứu là tài liệu học tập hữu ích cho các khóa sinh viên chuyên ngành xây dựng tiếp theo. Sinh viên rèn luyện tư duy độc lập và kỹ năng xử lý các tình huống kỹ thuật trong thực tiễn thiết kế.
4.2. Khả năng ứng dụng thực tiễn cho dự án nghỉ dưỡng cao tầng
Giải pháp thiết kế kết cấu của công trình mang tính thực tiễn cao cho thị trường nghỉ dưỡng ven biển. Mô hình móng cọc khoan nhồi sâu cung cấp phương án an toàn cho địa tầng cát ven biển. Việc bố trí vách lõi thang kết hợp dầm biên chịu lực giúp tối ưu hóa không gian phòng nghỉ đón gió. Các giải pháp cốt thép và cấu tạo lớp bảo vệ chống ăn mòn biển giúp gia tăng tuổi thọ công trình. Đồ án thiết lập nền tảng kỹ thuật vững chắc để kỹ sư tham khảo khi triển khai thi công tại Cam Ranh. Những giải pháp kỹ thuật này vừa đảm bảo an toàn tuyệt đối, vừa mang lại hiệu quả đầu tư kinh tế cao.
