Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng của sinh viên Huỳnh Minh Tâm (Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, thực hiện tháng 2 năm 2023 dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Thế Anh) giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật công trình nhà cao tầng: Chung cư Hòa Bình Tower.

Về bối cảnh thực tiễn, công trình được đầu tư xây dựng bởi Công ty Cổ phần Đầu tư Phát triển Nhà Đà Nẵng tại địa chỉ số 38 Nguyễn Chí Thanh, Phường Thạch Thang, Quận Hải Châu, Thành phố Đà Nẵng. Khu đất xây dựng tiếp giáp đường Nguyễn Chí Thanh ở phía Đông (hướng nhìn ra sông Hàn), ba phía Bắc, Nam và Tây tiếp giáp khu dân cư hiện hữu, cách sân bay Đà Nẵng và bãi biển khoảng 3 km, cách cầu sông Hàn khoảng 2 km. Dự án định vị thuộc phân khúc chung cư cho người có thu nhập trung bình tại khu vực trung tâm đô thị Đà Nẵng. Về điều kiện tự nhiên, công trình chịu tác động của khí hậu nhiệt đới gió mùa ven biển với nhiệt độ trung bình năm 25,6ºC (cao nhất vào tháng 6 đạt 29,2ºC, thấp nhất vào tháng 2 đạt 21,2ºC), độ ẩm trung bình 83,4%, lượng mưa trung bình năm 1.355 mm tập trung vào mùa mưa từ tháng 8 đến tháng 12.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án bao gồm:

  1. Nghiên cứu tổng quan kiến trúc, đề xuất dây chuyền công năng, giải pháp mặt bằng, mặt đứng và các hệ thống kỹ thuật công trình (MEP, PCCC, chống sét, giải pháp công trình xanh).
  2. Lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực tối ưu cho phần thân và phần ngầm; xác định sơ bộ kích thước tiết diện cấu kiện chịu lực chính (sàn, dầm, cột, vách).
  3. Thiết kế chi tiết cấu kiện cầu thang bộ tầng điển hình theo trạng thái giới hạn.
  4. Lập mô hình tính toán, phân tích nội lực, kiểm tra võng, nứt phi tuyến và thiết kế cốt thép cho ô sàn sườn tầng điển hình (tầng 4).
  5. Xây dựng mô hình không gian tổng thể phân tích hệ kết cấu khung - vách lõi chịu tải trọng đứng, tải trọng gió (thành phần tĩnh và động) cùng tải trọng động đất; kiểm tra các điều kiện ổn định tổng thể (chuyển vị đỉnh, gia tốc đỉnh, độ lệch tầng, hiệu ứng P-Delta); thiết kế cốt thép dầm, cột và vách lõi thang máy.
  6. Đánh giá điều kiện địa chất công trình, xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi và thiết kế chi tiết kết cấu móng cho các vị trí đặc trưng (móng cột biên M18, móng M3 và móng cụm vách lõi thang MTM).

Đối tượng nghiên cứu là giải pháp kiến trúc và hệ thống kết cấu bê tông cốt thép toàn khối của tòa nhà Hòa Bình Tower. Phạm vi nghiên cứu về không gian là công trình cấp II gồm 20 tầng nổi (chiều cao H = 71,6 m tính từ cốt +0.00 m) và 01 tầng bán hầm (cốt sàn -1,800 m), xây dựng trên khu đất 980 m2 với diện tích xây dựng 697,5 m2, mật độ xây dựng 71%, tổng diện tích sàn xây dựng 13.950 m2, kích thước mặt bằng điển hình 25 m x 30 m. Phạm vi thời gian nghiên cứu và chu kỳ số liệu hoàn thành vào tháng 2 năm 2023.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án vận dụng hệ thống quy chuẩn kỹ thuật quốc gia và tiêu chuẩn thiết kế xây dựng hiện hành của Việt Nam:

  • Tiêu chuẩn tải trọng và tác động: TCVN 2737:1995 (tính toán tĩnh tải, hoạt tải sử dụng và tải trọng gió tĩnh); TCXD 229:1999 (chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió); TCVN 9386:2012 (thiết kế công trình chịu động đất bằng phương pháp phổ phản ứng).
  • Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và nền móng: TCVN 5574:2018 (thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép theo trạng thái giới hạn); TCVN 5575:2012 (kết cấu thép); TCXD 198:1997 (thiết kế nhà cao tầng bê tông cốt thép toàn khối); TCVN 10304:2014 (tiêu chuẩn thiết kế móng cọc); TCVN 9362:2012 (tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình).
  • Quy chuẩn an toàn và phân cấp: QCVN 06:2010/BXD (an toàn cháy cho nhà và công trình); Thông tư số 06/2021/TT-BXD của Bộ Xây dựng quy định về phân cấp công trình xây dựng.

Phương pháp nghiên cứu chủ đạo là phương pháp cơ học kết cấu và phương pháp phần tử hữu hạn (FEM). Tác giả tiến hành tính toán kiểm tra theo hai nhóm trạng thái giới hạn: Trạng thái giới hạn I (TTGH I - kiểm tra độ bền, khả năng chịu lực, độ ổn định hình học) và Trạng thái giới hạn II (TTGH II - kiểm tra điều kiện sử dụng bình thường bao gồm độ võng đàn hồi, độ võng dài hạn có xét nứt và từ biến, bề rộng khe nứt). Phương pháp giải tích tính tay kết hợp lập bảng tính bảng biểu được đối chiếu trực tiếp với kết quả mô phỏng số.

Bộ công cụ phần mềm ứng dụng trong đồ án gồm:

  • ETABS 2017: Thiết lập mô hình không gian 3D, phân tích dao động riêng, tính toán nội lực khung - vách dưới tác động của tổ hợp tải trọng tĩnh, gió động và động đất.
  • SAP2000: Mô hình hóa và phân tích nội lực, biến dạng của hệ kết cấu cầu thang bộ dạng bản nghiêng.
  • SAFE 2016 và SAFE v12: Mô hình hóa phần tử tấm vỏ để phân tích nội lực sàn tầng điển hình, kiểm tra độ võng phi tuyến (Nonlinear Cracked Analysis), phân tích đài cọc móng và phản lực đầu cọc.
  • AutoCAD 2019 và bộ công cụ Microsoft Office: Triển khai bản vẽ kỹ thuật và xử lý số liệu thuyết minh.

Thông số vật liệu sử dụng trong thiết kế được chuẩn hóa theo TCVN 5574:2018:

  • Bê tông cấp độ bền B30: khối lượng riêng $\gamma = 2,5 \text{ T/m}^3$, cường độ chịu nén tính toán $R_b = 17 \text{ MPa}$, cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1,15 \text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_b = 32,5 \times 10^3 \text{ MPa}$.
  • Cốt thép dọc chịu lực có gờ ($\phi \ge 10 \text{ mm}$): Thép CB400-V có $R_s = R_{sc} = 350 \text{ MPa}$, $R_{sw} = 280 \text{ MPa}$, $E_s = 2,0 \times 10^5 \text{ MPa}$.
  • Cốt thép đai và thép phân bố trơn ($\phi < 10 \text{ mm}$): Thép CB240-T có $R_s = R_{sc} = 210 \text{ MPa}$, $R_{sw} = 170 \text{ MPa}$, $E_s = 2,0 \times 10^5 \text{ MPa}$.
  • Chiều dày lớp bê tông bảo vệ ($a_{bv}$): cọc và đài móng 200 mm (kết cấu tiếp xúc đất có lót là 35 mm), dầm 40 mm, vách - lõi 40 mm, sàn 20 mm, cầu thang 15 mm.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH

Chương này giới thiệu toàn diện quy mô, bố trí công năng và hệ thống kỹ thuật của công trình Hòa Bình Tower. Công trình gồm 1 tầng bán hầm (cao độ sàn -1,800 m) làm bãi đỗ xe và phòng kỹ thuật điện, nước; tầng 1 và tầng 2 phục vụ văn phòng quản lý, siêu thị mini, sảnh chung và văn phòng cho thuê; từ tầng 3 đến tầng 19 là 112 căn hộ ở tiêu chuẩn (7 căn hộ/tầng, diện tích từ 45 m2 đến 96 m2; diện tích tầng điển hình từ 72 m2 đến 90 m2/căn, chiều cao tầng 3,4 m); tầng mái bố trí bể nước sinh hoạt - PCCC và phòng kỹ thuật thang máy. Hệ thống giao thông đứng gồm 2 thang máy trung tâm, 1 buồng thang bộ chính nằm sát lõi cứng và 1 cầu thang thoát hiểm độc lập ở hành lang ngoài. Giải pháp kỹ thuật MEP quy định nguồn điện 3 pha 380V/220V kèm máy phát điện dự phòng tại tầng hầm; hệ thống cấp nước tự động qua bể ngầm và bể mái bằng ống PVC bọc trong hộp kỹ thuật; hệ thống thoát nước phân ly dẫn về bể tự hoại trước khi ra cống thành phố; chiếu sáng theo TCXD 16-1986; thông gió điều hòa trung tâm kết hợp thông gió tự nhiên qua giếng trời; PCCC tuân thủ TCVN 2622-1995; chống sét sử dụng kim phát tia tiên đạo sớm Stormaster ESE. Giải pháp công trình xanh ứng dụng dải cây xanh mặt tiền cản bụi - ồn, mở lỗ đón gió hành lang và lắp đặt hệ thống pin năng lượng mặt trời trên mái cấp điện chiếu sáng khu vực công cộng.

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

Tác giả phân tích so sánh để lựa chọn giải pháp kết cấu tối ưu cho tòa nhà 20 tầng. Qua bảng đánh giá định tính, hệ kết cấu chịu lực ngang được lựa chọn là "Khung - vách lõi bê tông cốt thép toàn khối" do thỏa mãn yêu cầu truyền lực liên tục, khả năng chịu tải trọng ngang lớn cho nhà cao 71,6 m và tối ưu hóa không gian mặt bằng. Về hệ sàn, phương án sàn sườn toàn khối (dầm - bản) được chọn thay vì sàn phẳng hay sàn ô cờ, đáp ứng khẩu độ nhịp lớn nhất 9,0 m - 10,0 m và phân bố tải tường xây ổn định. Về móng, phương án móng cọc khoan nhồi được chọn so với cọc ly tâm và cọc ép do hạn chế ảnh hưởng công trình lân cận, sức chịu tải đơn cọc lớn và thi công được vào các tầng địa chất sâu có chướng ngại vật. Kích thước tiết diện cấu kiện sơ bộ được xác lập:

  • Bản sàn tầng điển hình dày $h_s = 150 \text{ mm}$ (dựa trên nhịp ngắn $l_1 = 7500 \text{ mm}$ với tỷ lệ $h_s = (1/40 \div 1/50)l_1$); sàn tầng bán hầm dày $h_{sh} = 250 \text{ mm}$.
  • Kích thước dầm chính $b \times h = 300 \times 700 \text{ mm}$ (nhịp $L = 9 \text{ m}$); dầm phụ $b \times h = 200 \times 500 \text{ mm}$.
  • Tiết diện cột xác định sơ bộ theo diện tích truyền tải $S$, số tầng và hệ số kể đến mô men ($k=1,2$ cho cột giữa; $k=1,3$ cho cột biên; $k=1,5$ cho cột góc). Kích thước cột tầng dưới chọn lần lượt: cột giữa C3 ($650 \times 650 \text{ mm}$), cột biên C2 ($600 \times 600 \text{ mm}$), cột góc C1 ($500 \times 500 \text{ mm}$).
  • Chiều dày vách lõi thang máy sơ bộ chọn $t = 300 \text{ mm}$ (thỏa mãn điều kiện $t \ge 150 \text{ mm}$, $t \ge H_{tang}/20 = 180 \text{ mm}$ và diện tích vách $F_v \ge 0,015 F_{san}$). Tác giả lập bảng chi tiết xác định tĩnh tải cấu tạo (gạch lát ceramic, vữa lót, vữa trát trần, tải trọng hệ thống kỹ thuật M&E) và tải trọng tường xây 100 mm ($q^{tt} = 3,346 \text{ kN/m}$), tường 200 mm ($q^{tt} = 6,692 \text{ kN/m}$), tường 200 mm trên dầm tầng thượng ($q^{tt} = 7,356 \text{ kN/m}$). Hoạt tải tính toán được chuẩn hóa theo TCVN 2737:1995: phòng ăn $p^{tc} = 2,0 \text{ kN/m}^2$ ($n=1,3 \rightarrow p^{tt} = 2,6 \text{ kN/m}^2$); phòng khách, phòng ngủ, vệ sinh $p^{tc} = 2,0 \text{ kN/m}^2$ ($n=1,2 \rightarrow p^{tt} = 2,4 \text{ kN/m}^2$).
Bộ phận kết cấu Tiết diện / Chiều dày sơ bộ Ghi chú cấu tạo & tính toán
Sàn tầng điển hình $h_s = 150 \text{ mm}$ Bê tông B30, bản sàn 2 phương
Sàn tầng bán hầm $h_{sh} = 250 \text{ mm}$ Chịu tải trọng sàn xe và tầng kỹ thuật
Dầm chính $300 \times 700 \text{ mm}$ Nhịp dầm $L = 9,0 \text{ m}$
Dầm phụ $200 \times 500 \text{ mm}$ Nhịp dầm $L = 9,0 \text{ m}$
Cột giữa C3 $650 \times 650 \text{ mm}$ Tải đúng tâm quy ước lớn nhất, $k = 1,2$
Cột biên C2 $600 \times 600 \text{ mm}$ Hệ số ảnh hưởng mô men $k = 1,3$
Cột góc C1 $500 \times 500 \text{ mm}$ Hệ số ảnh hưởng mô men $k = 1,5$
Vách lõi cứng $t = 300 \text{ mm}$ Thang máy và thang bộ trung tâm

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CẦU THANG TẦNG ĐIỂN HÌNH

Cầu thang bộ tầng điển hình thiết kế theo dạng thang 2 vế dạng bản chịu lực, chiều cao tầng 3,4 m gồm 20 bậc (chiều cao bậc $h_{bac} = 170 \text{ mm}$, bề rộng bậc $b_{bac} = 270 \text{ mm}$, góc nghiêng $\alpha = 32^\circ 11'$). Chiều rộng vế thang là 1,2 m; bề rộng chiếu nghỉ là 1,5 m; chiều dày bản thang chọn $h_b = 140 \text{ mm}$. Kích thước dầm chiếu tới chọn $b_{dct} \times h_{dct} = 200 \times 400 \text{ mm}$. Khi xét liên kết giữa bản nghiêng và dầm chiếu tới theo lý thuyết kết cấu bê tông cốt thép, tỷ số $h_d / h_s = 400 / 170 = 2,35 < 3$ nên liên kết được mô hình hóa là liên kết khớp.

Tác giả tính toán chi tiết tĩnh tải bản nghiêng (trọng lượng quy đổi tương đương của bậc xây, đá granite, vữa lót, bản BTCT, vữa trát và lan can tay vịn $g^{tc} = 50 \text{ daN/m}$) cho ra tổng tĩnh tải tính toán $g_s^{tt} = 6,26 \text{ kN/m}^2$; hoạt tải tính toán $p_s^{tt} = 3,6 \text{ kN/m}^2$ (với $p^{tc} = 300 \text{ daN/m}^2$, $n=1,2$). Tổng tải trọng tính toán trên 1 m bề rộng bản nghiêng là $q_1 = 9,72 \text{ kN/m}$; trên bản chiếu nghỉ là $q_2 = 8,89 \text{ kN/m}$. Mô phỏng trên phần mềm SAP2000/ETABS cho thấy mô men nhịp lớn nhất đạt $M_n = 20,44 \text{ kNm}$, mô men gối $M_g = -26,44 \text{ kNm}$. Kiểm tra chuyển vị theo Bảng M.1 TCVN 5574:2018 cho thấy độ võng lớn nhất của cầu thang đạt $f_{max} = 0,7 \text{ mm}$, nhỏ hơn độ võng giới hạn cho phép $[f] = L_0/200$, kết cấu đảm bảo độ võng. Cốt thép dọc bản thang tính với bê tông B30 và thép CB300V/CB400-V cho ra thép nhịp và gối đạt yêu cầu; dầm chiếu tới chịu tải bản truyền về $q_{bt}^{tt} = 25,48 \text{ kN/m}$ kết hợp trọng lượng bản thân cho ra cốt thép dọc $2\phi 16$ và cốt đai $\phi 6a100$ thỏa mãn điều kiện chịu cắt của bê tông ($Q_{max} \le Q_0$).

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH

Chương này đi sâu thiết kế chi tiết sàn tầng 4 dạng sàn sườn toàn khối dày 150 mm bằng phần mềm SAFE 2016. Ô sàn điển hình có kích thước nhịp $9,0 \times 7,5 \text{ m}$. Tác giả gán đầy đủ các trường hợp tải trọng: tĩnh tải bản thân (DL), tĩnh tải hoàn thiện (SDL), tải trọng tường xây trực tiếp trên sàn (WL) và các trường hợp hoạt tải cách ô (LL1, LL2). Độ võng đàn hồi ban đầu từ phần mềm là $f = 7,0 \text{ mm}$, nhỏ hơn độ võng giới hạn $[f] = L/200 = 9000/200 = 45 \text{ mm}$ (theo Phụ lục M TCVN 5574:2018).

Đặc biệt, tác giả thiết lập quy trình kiểm tra độ võng phi tuyến có xét đến nứt bê tông, từ biến và co ngót dài hạn theo đúng công thức TCVN 5574:2018: $$f = f_1 - f_2 + f_3$$ Trong đó:

  • $f_1$: Độ võng do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng ($DL + SDL + WL + LL1 + LL2$).
  • $f_2$: Độ võng do tác dụng ngắn hạn của tải trọng dài hạn ($DL + SDL + WL + \psi LL1 + \psi LL2$).
  • $f_3$: Độ võng do tác dụng dài hạn của tải trọng dài hạn ($DL + SDL + WL + \psi LL1 + \psi LL2$) với hệ số chuyển đổi $\psi$ lấy theo TCVN 2737:1995.

Trong SAFE 2016, tác giả khai báo 7 trường hợp tải phi tuyến kế thừa trạng thái biến dạng (Continue from State at End of Nonlinear Case): Sh1, Sh2, Sh3-1, Sh3-2 (ngắn hạn - Short-term Cracked) và Lt1, Lt2, Lt3 (dài hạn - Long-term Cracked). Kết quả tổng độ võng toàn phần sau khi xét nứt và từ biến vẫn nằm trong giới hạn cho phép $[f] = 0,0432 \text{ m}$ (43,2 mm). Đồng thời, bề rộng khe nứt ngắn hạn và dài hạn được kiểm tra theo Bảng 17 TCVN 5574:2018 (giới hạn $[a_{cr1}] = 0,3 \div 0,4 \text{ mm}$), kết quả ô sàn đảm bảo điều kiện làm việc bình thường. Nội lực mô men uốn được tích hợp qua hệ thống dải Strip theo phương X và phương Y để xác định diện tích cốt thép lớp trên (gối) và lớp dưới (nhịp).

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG

Chương 5 là nội dung trọng tâm về phân tích hệ kết cấu chịu lực không gian trên phần mềm ETABS 2017:

  • Tải trọng tác dụng: Xác định tải trọng thẳng đứng (tĩnh tải kết cấu, hoàn thiện, tường xây và hoạt tải); tải trọng gió tĩnh phân bố vào tâm hình học từng tầng theo TCVN 2737:1995; tải trọng gió động tính toán theo TCXD 229:1999 (xác định các dạng dao động riêng, khối lượng tham gia dao động, hệ số động lực $\xi$ để tính thành phần động theo phương X ở Mode 1 và phương Y ở Mode 3); tải trọng động đất tính toán theo phương pháp phổ phản ứng quy định tại TCVN 9386:2012 với các tham số gia tốc nền, loại đất nền và hệ số ứng xử $q$.
  • Tổ hợp tải trọng: Thiết lập các tổ hợp tải trọng theo TTGH I để tính toán độ bền cấu kiện và TTGH II để kiểm tra biến dạng.
  • Kiểm tra ổn định tổng thể: Kiểm tra chuyển vị ngang đỉnh công trình $f_u \le H/500$; kiểm tra gia tốc đỉnh chống say sóng; kiểm tra độ lệch tầng (drift) đảm bảo yêu cầu cấu tạo chống hư hỏng tường bao che; kiểm tra phân tích hiệu ứng bậc hai $P-\Delta$ chứng minh độ cứng tổng thể của hệ vách lõi đủ lớn để bỏ qua tác động mất ổn định hình học.
  • Thiết kế cấu kiện: Tính toán cốt thép dọc và cốt đai chịu cắt cho hệ dầm tầng 4; tính toán cốt thép dọc và kiểm tra cốt đai chịu cắt cho cột khung trục 4 và trục C/F qua các tổ hợp nội lực nguy hiểm ($N, M_x, M_y$); tính toán vách lõi thang máy sử dụng phương pháp vùng biên chịu mô men (Boundary Element Method) phân chia vách thành các phần tử biên tập trung cốt thép và dải vách giữa.

CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ TÍNH MÓNG CHO CÔNG TRÌNH

Chương cuối giải quyết bài toán địa kỹ thuật và nền móng công trình:

  • Điều kiện địa chất: Đánh giá các lớp đất nền từ tài liệu khoan khảo sát địa chất công trình, xác định các chỉ tiêu cơ lý trung bình và chỉ số SPT của từng lớp đất dưới đáy móng.
  • Sức chịu tải cọc khoan nhồi: Lựa chọn giải pháp móng sâu cọc khoan nhồi đường kính lớn hạ vào tầng đất tốt. Sức chịu tải thiết kế của cọc đơn được xác định từ giá trị nhỏ nhất giữa sức chịu tải theo độ bền vật liệu bê tông cốt thép ($P_{vl}$) và sức chịu tải theo đất nền ($P_{đn}$ tính theo chỉ tiêu cơ lý và số búa xuyên tiêu chuẩn SPT). Cường độ kháng ma sát bên ($f_i$) và sức kháng mũi cọc ($q_p$) được tổng hợp qua các bảng tính cho cọc móng thường và cọc móng vách lõi.
  • Thiết kế chi tiết đài cọc: Lựa chọn ba đối tượng móng đại diện: móng M18, móng M3 và móng cụm vách lõi thang máy (MTM). Tác giả tiến hành xác định số lượng cọc, bố trí mặt bằng cọc, kiểm tra phản lực đầu cọc lớn nhất và nhỏ nhất ($R_{max} \le 1,2 P_{tk}$, $R_{min} > 0$), kiểm tra điều kiện chọc thủng/xuyên thủng đài móng, tính toán độ lún móng khối quy ước và so sánh kết quả tính tay giải tích với mô hình phần tử hữu hạn trên SAFE v12. Cốt thép đài móng được bố trí theo phương X và phương Y dựa trên mô men uốn tại các tiết diện ngàm qua mép cột và mép vách.

Kết quả và đóng góp

Đồ án hoàn thành trọn vẹn chu trình thiết kế kỹ thuật công trình chung cư cao tầng Hòa Bình Tower với các kết quả cụ thể:

  1. Xác lập kích thước hình học hợp lý cho toàn bộ các cấu kiện chịu lực chính: sàn sườn $150 \text{ mm}$, sàn bán hầm $250 \text{ mm}$, dầm chính $300 \times 700 \text{ mm}$, dầm phụ $200 \times 500 \text{ mm}$, cột từ $500 \times 500 \text{ mm}$ đến $650 \times 650 \text{ mm}$, vách lõi thang dày $300 \text{ mm}$.
  2. Kiểm chứng độ an toàn của hệ kết cấu theo tiêu chuẩn hiện hành: độ võng cầu thang ($f_{max} = 0,7 \text{ mm} \le [f]$); độ võng đàn hồi của sàn ($f = 7,0 \text{ mm}$) và độ võng phi tuyến dài hạn ($f_1 - f_2 + f_3 \le 43,2 \text{ mm}$); bề rộng khe nứt sàn nằm trong ngưỡng cho phép $0,3 \div 0,4 \text{ mm}$; chuyển vị đỉnh và độ lệch tầng công trình thỏa mãn quy định TCVN 5574:2018 và TCVN 9386:2012.
  3. Đề xuất phương án kết cấu móng cọc khoan nhồi phù hợp với địa chất trung tâm Đà Nẵng, tính toán sức chịu tải cọc chính xác theo kết quả SPT và chỉ tiêu cơ lý, hoàn thành thiết kế móng đơn M18, M3 và móng hợp khối lõi thang MTM với độ lún và phản lực đầu cọc nằm trong giới hạn an toàn.
  4. Về mặt học thuật và thực tiễn thiết kế, đóng góp nổi bật của đồ án là việc áp dụng đầy đủ quy trình tính toán sàn theo TCVN 5574:2018 bằng mô hình phi tuyến nứt - từ biến trên phần mềm SAFE 2016 (thay vì chỉ kiểm tra võng đàn hồi tuyến tính đơn giản như các nghiên cứu trước đây); tích hợp đồng thời phân tích động lực học gió (TCXD 229:1999) và phổ phản ứng động đất (TCVN 9386:2012) trong mô hình ETABS 2017.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án xuất phát từ phạm vi thực hiện của một khóa luận tốt nghiệp kỹ sư:

  • Chưa đi sâu vào thiết kế chi tiết biện pháp thi công phần ngầm, giải pháp tường vây chắn đất và bài toán hạ mực nước ngầm khi thi công tầng bán hầm tại khu vực đô thị có mật độ dân cư lân cận đông đúc.
  • Phạm vi thiết kế cấu kiện chi tiết mới tập trung vào các cấu kiện điển hình (sàn tầng 4, khung trục 4 và trục C/F, móng M18, M3, MTM), chưa triển khai toàn bộ các cấu kiện chuyển tiếp hoặc dầm chuyển tại các tầng dịch vụ thương mại.
  • Mô hình móng cọc trên SAFE v12 và tính lún khối quy ước sử dụng các giả thiết đàn hồi tiêu chuẩn, chưa mô phỏng bài toán tương tác phi tuyến phức tạp giữa cọc - đất nền - kết cấu phần trên (Soil - Structure Interaction).

Hướng phát triển tiếp theo được gợi mở từ tài liệu:

  • Mở rộng phân tích kết cấu dưới tác động của tải trọng đặc biệt như cháy nổ hoặc sự cố phá hủy cục bộ (tiến trình sụp đổ dây chuyền - Progressive Collapse).
  • Nghiên cứu mô hình tương tác đất - kết cấu (SSI) bằng các phần mềm địa kỹ thuật chuyên sâu (như PLAXIS 3D) để đánh giá chính xác hơn nội lực đài móng và phân bố phản lực đầu cọc.
  • Lập biện pháp kỹ thuật thi công và quan trắc chuyển vị thực tế cho hố đào sâu và cọc khoan nhồi của công trình.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao cho sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng, Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Kỹ thuật Công trình Biển hoặc Kiến trúc trong quá trình làm đồ án môn học Bê tông cốt thép, Nền móng và đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng công trình dân dụng - công nghiệp.

Các nội dung có giá trị tham khảo kỹ thuật nổi bật gồm:

  • Quy trình 2 bước thiết lập các trường hợp tải trọng phi tuyến (Short-term Cracked và Long-term Cracked) trong phần mềm SAFE 2016 để kiểm tra độ võng sàn toàn phần theo công thức $f = f_1 - f_2 + f_3$ của TCVN 5574:2018.
  • Trình tự phân tích thành phần động của tải trọng gió theo TCXD 229:1999 và khai báo phổ gia tốc phản ứng thiết kế động đất theo TCVN 9386:2012 trong ETABS 2017.
  • Phương pháp tính toán vách lõi cứng chịu lực bằng phương pháp vùng biên chịu mô men và quy trình thiết kế đài móng cụm vách lõi thang máy (MTM) kết hợp giữa phương pháp giải tích truyền thống và mô hình phần tử hữu hạn.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình Hòa Bình Tower sử dụng giải pháp kết cấu chịu lực ngang nào và căn cứ vào đâu để lựa chọn?
Tác giả lựa chọn hệ kết cấu "Khung - vách lõi bê tông cốt thép toàn khối". Giải pháp này được lựa chọn dựa trên bảng phân tích đánh giá mức độ phù hợp với công trình cao 20 tầng (H = 71,6 m), thỏa mãn khả năng chịu tải trọng ngang lớn do gió bão và động đất, đồng thời tận dụng khu vực lõi thang máy và cầu thang bộ trung tâm làm lõi cứng chịu lực, đảm bảo tính liên tục của bề mặt truyền lực và tạo không gian kiến trúc thông thoáng.

2. Quy trình kiểm tra độ võng dài hạn của sàn tầng điển hình được thực hiện như thế nào trong SAFE 2016 theo TCVN 5574:2018?
Quy trình được thực hiện qua việc tính toán độ võng toàn phần $f = f_1 - f_2 + f_3$. Tác giả khai báo các trường hợp tải phi tuyến kế thừa trạng thái biến dạng trước đó: Sh1, Sh2, Sh3-1, Sh3-2 (cho tải trọng ngắn hạn có xét nứt) và Lt1, Lt2, Lt3 (cho tải trọng dài hạn có xét nứt và từ biến). Sau đó, kết hợp các tổ hợp tương ứng để trích xuất giá trị độ võng thực tế, so sánh với chuyển vị cho phép $[f] = L/200 = 43,2 \text{ mm}$.

3. Vì sao liên kết giữa bản thang nghiêng và dầm chiếu tới lại được mô hình hóa là liên kết khớp trong bài toán cầu thang?
Theo cơ sở lý thuyết kết cấu bê tông cốt thép (giáo trình của tác giả Võ Bá Tầm được trích dẫn trong văn bản), tính chất liên kết phụ thuộc vào tỷ số giữa chiều cao dầm chiếu tới ($h_d$) và chiều dày bản thang nghiêng ($h_s$). Cụ thể, nếu $h_d / h_s \ge 3$ thì liên kết xem như ngàm; nếu $h_d / h_s < 3$ thì liên kết được xem là khớp. Trong đồ án, $h_d = 400 \text{ mm}$ và $h_s = 170 \text{ mm}$ (chiều dày bậc thang quy đổi), cho tỷ số $400 / 170 = 2,35 < 3$, do đó liên kết được xác định chính xác là liên kết khớp.

4. Các loại vật liệu bê tông và cốt thép chính được tác giả quy định sử dụng trong công trình có chỉ tiêu kỹ thuật ra sao?
Công trình sử dụng bê tông cấp độ bền B30 với khối lượng riêng $2,5 \text{ T/m}^3$, cường độ chịu nén tính toán $R_b = 17 \text{ MPa}$, cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1,15 \text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_b = 32,5 \times 10^3 \text{ MPa}$. Cốt thép dọc chịu lực có gờ ($\phi \ge 10 \text{ mm}$) sử dụng nhóm CB400-V với $R_s = R_{sc} = 350 \text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_s = 2,0 \times 10^5 \text{ MPa}$. Cốt thép trơn ($\phi < 10 \text{ mm}$) dùng nhóm CB240-T có $R_s = R_{sc} = 210 \text{ MPa}$.

5. Phương án móng nào được áp dụng cho tòa nhà và những đài móng cụ thể nào được tính toán chi tiết?
Tác giả lựa chọn phương án móng sâu sử dụng cọc khoan nhồi đường kính lớn hạ vào tầng địa chất tốt nhằm đảm bảo sức chịu tải và hạn chế ảnh hưởng đến các công trình khu dân cư xung quanh. Ba đài móng đại diện được tính toán chi tiết là: móng cột biên M18, móng M3 và móng cụm vách lõi thang máy (MTM), được kiểm tra đầy đủ về phản lực đầu cọc, xuyên thủng, tính lún và bố trí cốt thép đài móng.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế tòa nhà Hòa Bình Tower" của tác giả Huỳnh Minh Tâm là một công trình nghiên cứu và thực hành thiết kế kết cấu công trình xây dựng dân dụng hoàn chỉnh, đạt chuẩn mực học thuật và kỹ thuật chuyên ngành. Tác giả đã giải quyết nhất quán từ khâu quy hoạch kiến trúc, lựa chọn giải pháp kết cấu, mô phỏng số trên ETABS, SAP2000, SAFE đến tính toán chi tiết cốt thép sàn, khung, vách và móng cọc khoan nhồi theo hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành (đặc biệt là TCVN 5574:2018 và TCVN 9386:2012). Toàn bộ số liệu tính toán và kiểm tra trạng thái giới hạn chứng minh công trình đạt yêu cầu chịu lực, ổn định và sử dụng an toàn trong điều kiện tự nhiên tại trung tâm thành phố Đà Nẵng.