Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trước thực trạng đô thị hóa và tốc độ tăng trưởng dân số nhanh chóng tại các đô thị lớn, nhu cầu về đất ở và nhà ở của người dân ngày càng gia tăng. Trong khi đó, phần lớn người dân đô thị có mức thu nhập vừa phải, khó có điều kiện kinh tế để mua đất tự xây dựng nhà ở riêng lẻ. Việc phát triển các tổ hợp chung cư cao tầng, quy hoạch lại khu dân cư và thay thế các công trình thấp tầng hoặc khu nhà ở đã xuống cấp là giải pháp phù hợp nhằm giải quyết bài toán quỹ đất, đáp ứng nhu cầu an cư, đồng thời chỉnh trang diện mạo cảnh quan kiến trúc đô thị hiện đại.

Trong bối cảnh thực tiễn đó, đồ án tốt nghiệp "Thiết kế tòa nhà Diamond Tower" được tác giả Phạm Công Minh (sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, khóa 2015 – 2019) thực hiện dưới sự hướng dẫn của Th.S Nguyễn Thanh Tú. Đề tài tập trung thiết kế một tòa nhà hỗn hợp chung cư cao cấp kết hợp trung tâm thương mại và dịch vụ hiện đại.

Mục tiêu của đề tài là xây dựng hoàn chỉnh hồ sơ tính toán thiết kế kỹ thuật kết cấu cho công trình, bảo đảm khả năng chịu lực dưới các tác động tải trọng đứng và tải trọng ngang nguy hiểm (gió bão, động đất), đồng thời thỏa mãn các điều kiện sử dụng bình thường. Căn cứ theo văn bản giao nhiệm vụ đồ án ngày 01/08/2019, các nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể bao gồm:

  1. Tổng quan về kiến trúc công trình.
  2. Tổng quan về giải pháp kết cấu.
  3. Tính toán các tải trọng và tác động lên công trình.
  4. Tính toán và thiết kế sàn tầng điển hình.
  5. Tính toán và thiết kế cầu thang bộ.
  6. Tính toán và thiết kế bể nước mái.
  7. Tính toán và thiết kế dầm sàn.
  8. Tính toán và thiết kế vách cứng.
  9. Tính toán và thiết kế nền móng cọc khoan nhồi.

Hồ sơ bàn giao của đồ án gồm 01 tập thuyết minh tính toán kèm phụ lục và 24 bản vẽ kỹ thuật khổ A1 (gồm 6 bản vẽ kiến trúc và 14 bản vẽ kết cấu cùng các bản vẽ chi tiết cấu kiện).

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là khối công trình nhà cao tầng Diamond Tower có quy mô 16 tầng (gồm 01 tầng hầm và 15 tầng nổi, tầng 16 là tầng mái), với chiều cao tổng thể $59,4\text{ m}$. Phạm vi không gian của công trình được định vị tại số 77 đường Kinh Dương Vương, thành phố Đà Nẵng, trên khu đất xây dựng có diện tích $3.850\text{ m}^2$. Thời gian thực hiện đồ án từ ngày 01/08/2019 và hoàn thành bảo vệ vào ngày 03/02/2020.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án thuộc loại hình nghiên cứu ứng dụng thiết kế kỹ thuật công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp. Toàn bộ quá trình tính toán kết cấu bê tông cốt thép được triển khai dựa trên nguyên lý thiết kế theo hai nhóm trạng thái giới hạn:

  • Trạng thái giới hạn thứ 1 (TTGH I): Đảm bảo khả năng chịu lực và độ ổn định tổng thể của kết cấu, chống lại sự phá hoại do tải trọng tính toán, mất ổn định hình dáng, mỏi vật liệu và ảnh hưởng bất lợi của môi trường.
  • Trạng thái giới hạn thứ 2 (TTGH II): Đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của công trình, khống chế bề rộng khe nứt trong giới hạn cho phép và giới hạn các biến dạng đàn hồi như độ võng, góc xoay, chuyển vị đỉnh và dao động.

Hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng Việt Nam được tác giả áp dụng bao gồm:

  • TCVN 2737:1995: Tiêu chuẩn thiết kế Tải trọng và tác động, áp dụng để xác định 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 theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 đối với công trình có chiều cao lớn hơn $40\text{ m}$.
  • TCXDVN 375:2006: Tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất, sử dụng phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động đàn hồi.
  • TCXD 198:1997: Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối.
  • TCVN 10304:2014: Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc, đặc biệt là quy trình tính toán sức chịu tải của cọc theo Phụ lục G và số liệu thí nghiệm hiện trường.

Về phương pháp nghiên cứu và công cụ tính toán, tác giả phối hợp giữa phương pháp giải tích truyền thống (tính tay) và phương pháp số:

  • Phương pháp tính tay: Áp dụng trong bước sơ bộ kích thước tiết diện dầm, cột, bản sàn, vách cứng; lập bảng tính truyền tải trọng theo diện chịu tải; tính toán quy đổi tải trọng tường xây và hoàn thiện.
  • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Xây dựng mô hình không gian 3D của toàn bộ kết cấu công trình trên phần mềm chuyên dụng Autodesk Robot Structural Analysis 2019 để phân tích dao động riêng (tìm tần số, chu kỳ, dạng dao động), phân tích nội lực các cấu kiện dưới các tổ hợp tải trọng không gian.
  • Phần mềm phụ trợ: Phần mềm Etabs hỗ trợ trích xuất tham số dao động và tính toán thành phần tải trọng động đất.

Nguồn dữ liệu đầu vào phục vụ thiết kế gồm: Hồ sơ thiết kế kiến trúc công trình do giảng viên hướng dẫn chỉ định và hiệu chỉnh; số liệu báo cáo khảo sát địa chất công trình tại khu đất xây dựng ở số 77 Kinh Dương Vương, thành phố Đà Nẵng; bản đồ phân vùng áp lực gió và bản đồ phân vùng gia tốc nền động đất lãnh thổ Việt Nam.

Hệ thống vật liệu thiết kế được lựa chọn đồng bộ: Bê tông cấp độ bền B30 cho toàn bộ kết cấu chịu lực chính (bản sàn, dầm, cột, vách, cầu thang, bể nước, đài móng và cọc khoan nhồi) với các chỉ tiêu 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 $E_b = 32,5 \times 10^3\text{ MPa}$; thép AI ($\Phi < 10$) có $R_s = R_{sc} = 225\text{ MPa}$; thép AII ($\Phi \ge 10$) có $R_s = R_{sc} = 280\text{ MPa}$; thép AIII ($\Phi \ge 10$) có $R_s = R_{sc} = 365\text{ MPa}$; vữa trát và xây tường dùng vữa xi măng cát mác B5.

Loại vật liệu Cấp bền / Mác thép Chỉ tiêu cường độ tính toán Mô đun đàn hồi ($E$) Phạm vi kết cấu sử dụng
Bê tông B30 $R_b = 17\text{ MPa}$; $R_{bt} = 1,2\text{ MPa}$ $32,5 \times 10^3\text{ MPa}$ Sàn, dầm, cột, vách, cầu thang, móng, cọc
Thép nhóm AI $\Phi < 10\text{ mm}$ $R_s = R_{sc} = 225\text{ MPa}$; $R_{sw} = 175\text{ MPa}$ $2,1 \times 10^5\text{ MPa}$ Cốt thép đai, cốt cấu tạo
Thép nhóm AII $\Phi \ge 10\text{ mm}$ $R_s = R_{sc} = 280\text{ MPa}$; $R_{sw} = 225\text{ MPa}$ $2,1 \times 10^5\text{ MPa}$ Cốt thép chịu lực dầm, sàn
Thép nhóm AIII $\Phi \ge 10\text{ mm}$ $R_s = R_{sc} = 365\text{ MPa}$; $R_{sw} = 290\text{ MPa}$ $2,0 \times 10^5\text{ MPa}$ Cốt thép dọc chịu lực cột, dầm chính, vách
Vữa xi măng Mác B5 Theo tiêu chuẩn cấp phối vữa — Xây tường bao che, tường ngăn, trát hoàn thiện

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu công trình

Chương này trình bày tổng quan về nhu cầu xã hội, vị trí địa lý, quy hoạch tổng thể và giải pháp kiến trúc của tòa nhà Diamond Tower. Công trình được xây dựng trên khu đất $3.850\text{ m}^2$ tại số 77 Kinh Dương Vương, thành phố Đà Nẵng, có hình khối đứng hiện đại với tổng chiều cao $59,4\text{ m}$. Phân khu chức năng theo phương đứng được bố trí cụ thể:

  • Tầng hầm (cốt cao độ $-1,20\text{ m}$): Bố trí hệ thống ram dốc dẫn từ mặt đất vào, dùng làm bãi đỗ xe ô tô, xe máy phục vụ cư dân và bố trí hệ thống phòng kỹ thuật, hộp gen trung tâm.
  • Tầng 1 và tầng 2: Khu trung tâm thương mại, dịch vụ công cộng và sảnh đón tiếp.
  • Tầng kỹ thuật và văn phòng: Bố trí không gian làm việc và khu chức năng vận hành tòa nhà.
  • Tầng 3 đến tầng 15: Khu căn hộ cao cấp chuẩn 3 sao, phân bổ xung quanh hành lang giao thông chung, tối ưu hóa tiện nghi vi khí hậu (chiếu sáng và thông gió tự nhiên).
  • Tầng 16: Tầng mái phẳng bằng bê tông cốt thép có hệ thống cách nhiệt và xử lý chống thấm.

Giải pháp giao thông của tòa nhà gồm hệ thống hành lang theo phương ngang; phương đứng trang bị 2 lõi thang máy trung tâm (gồm 4 thang máy mỗi bên vận hành 24/24), kết hợp 2 cụm buồng thang bộ thoát hiểm khép kín chống tụ khói chạy suốt chiều cao tòa nhà. Vật liệu hoàn thiện mặt đứng ưu tiên đá Granite ốp chân đế, hệ vách kính an toàn cách âm - cách nhiệt, khung nhôm inox và sơn nước phủ ngoài. Tường bao ngoài và tường ngăn căn hộ dày $200\text{ mm}$, tường ngăn chia phòng dày $100\text{ mm}$.

Chương 2: Tải trọng tác động vào công trình

Tác giả phân tích và lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực chính là hệ khung – vách bê tông cốt thép toàn khối kết hợp sàn phẳng/sàn sườn, móng cọc khoan nhồi cắm vào tầng đất tốt. Chiều dày bản sàn, kích thước dầm, tiết diện cột và chiều dày vách cứng được sơ bộ theo công thức lý thuyết và điều kiện làm việc:

  • Sơ bộ kích thước bản sàn: Dựa trên ô bản ngắn nhất/dài nhất $8,5 \times 8,02\text{ m}$ làm việc 2 phương với $m = 50$, chiều dày tính toán $h_s = 170 \div 213\text{ mm}$; chọn chiều dày sàn $h_s = 180\text{ mm}$ (thỏa mãn $h_s > h_{min} = 50\text{ mm}$).
  • Sơ bộ kích thước dầm: Dầm chính nhịp $L = 10,4\text{ m}$ chọn chiều cao $h = 700\text{ mm}$, bề rộng $b = 300\text{ mm}$ ($D700 \times 300$); dầm phụ nhịp $L = 9,0\text{ m}$ chọn $h = 500\text{ mm}$, $b = 300\text{ mm}$ ($D500 \times 300$).
  • Sơ bộ tiết diện cột: Xác định theo lực dọc danh định $N = m_S \cdot F_S \cdot q$ với tải trọng tương đương $q = 15\text{ kN/m}^2$, hệ số $k_t = 1,2$ (cột giữa), $1,3$ (cột biên), $1,5$ (cột góc). Kiểm tra độ mảnh $\lambda = l_0 / b \le \lambda_0 = 31$: Cột tầng hầm ($H = 3,2\text{ m}$) có $\lambda = 8,96 \le 31$; cột tầng 1, 2 ($H = 4,5\text{ m}$) có $\lambda = 12,6 \le 31$; cột tầng điển hình ($H = 3,4\text{ m}$) có $\lambda = 12,6 \le 31$.
  • Sơ bộ vách cứng: Chiều dày vách biên và vách ngăn lõi thang máy chọn đồng bộ $300\text{ mm}$ (thỏa điều kiện $\ge 200\text{ mm}$ và $\ge H/20 = 225\text{ mm}$).
Cấu kiện Kích thước tiết diện thiết kế Công thức / Căn cứ xác định sơ bộ Kiểm tra điều kiện giới hạn
Sàn điển hình Dày $h_s = 180\text{ mm}$ $h_s = D \cdot (L_1 / m)$ với $m = 40 \div 50$ $h_s > h_{min} = 50\text{ mm}$ (đạt)
Dầm chính $b \times h = 300 \times 700\text{ mm}$ $h = (1/12 \div 1/15)L$; $b = (1/3 \div 2/3)h$ Phù hợp nhịp khung $L = 10,4\text{ m}$
Dầm phụ $b \times h = 300 \times 500\text{ mm}$ $h = (1/15 \div 1/20)L$; $b = (1/3 \div 2/3)h$ Phù hợp nhịp khung $L = 9,0\text{ m}$
Cột khung Thay đổi theo tầng (cột lớn nhất ở hầm) $A_0 = (k_t \cdot N) / R_b$; tải trọng $q = 15\text{ kN/m}^2$ Độ mảnh $\lambda \le 31$ (lớn nhất đạt $12,6$)
Vách lõi thang Dày $b_v = 300\text{ mm}$ Quy định $b_v \ge 200\text{ mm}$ và $\ge H_{tầng} / 20$ $300\text{ mm} > 225\text{ mm}$ (đạt)

Tải trọng tác dụng lên công trình được tính toán gồm:

  • Tĩnh tải sàn điển hình và sàn vệ sinh (lớp ceramic, vữa lót tạo dốc, lớp chống thấm, vữa trát trần, tải thiết bị treo).
  • Tĩnh tải tường xây: Tường xây dày $220\text{ mm}$ cao $2,7\text{ m}$ truyền lên dầm là $8,01\text{ kN/m}$; tường dày $110\text{ mm}$ cao $3,4\text{ m}$ là $5,9\text{ kN/m}$; tường ban công cao $1,2\text{ m}$ là $3,45\text{ kN/m}$.
  • Hoạt tải: Khu thương mại dịch vụ lấy $3,0\text{ kN/m}^2$ ($n = 1,2$); sảnh sinh hoạt và cầu thang lấy $3,0\text{ kN/m}^2$ ($n = 1,6$); phòng ngủ, phòng khách lấy giá trị tính toán $0,95\text{ kN/m}^2$; mái không sử dụng lấy $0,975\text{ kN/m}^2$.
  • Tải trọng gió: Vùng gió II-B (Đà Nẵng), áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 95\text{ daN/m}^2$ ($0,95\text{ kN/m}^2$), hệ số khí động tổng cộng mặt đón và khuất gió $c = 1,4$, hệ số vượt tải $\gamma = 1,2$. Do công trình cao $59,4\text{ m} > 40\text{ m}$, tác giả tính toán thành phần động của gió theo TCXD 229:1999. Khảo sát 10 mode dao động trên phần mềm Robot Structural, tần số giới hạn $f_L = 1,3\text{ Hz}$ (ứng với độ giảm loga $\delta = 0,3$). Kết quả cho thấy Mode 1 ($f_1 = 0,31\text{ Hz}$) và Mode 3 có $f < f_L$ được đưa vào tính toán gió động (Mode 1 tính cho phương X, Mode 3 tính cho phương Y; Mode 2 là dao động xoắn nên loại bỏ).
  • Tải trọng động đất: Chu kỳ dao động cơ bản $T_1 = 3,349\text{ s}$ vượt quá giới hạn $4T_C = 2,0\text{ s}$, do đó không thỏa mãn điều kiện áp dụng phương pháp lực ngang tương đương. Tác giả áp dụng phương pháp phổ phản ứng dao động theo TCXDVN 375:2006. Các thông số động đất: Gia tốc nền thiết kế $a_{gR} = 0,094\text{g}$, hệ số tầm quan trọng $\gamma_I = 1,0$, nền đất loại C, hệ số cận dưới của phổ $0,2$, hệ số ứng xử kết cấu theo phương ngang $q = 3,9$.

Chương 3: Tính toán thiết kế sàn điển hình

Chương 3 tập trung mô hình hóa và thiết kế cốt thép cho bản sàn tầng điển hình:

  • Mô hình tính toán: Sàn được mô hình hóa bằng các phần tử tấm vỏ chịu uốn trên Robot Structural 2019 nhằm phản ánh sự làm việc không gian liên tục qua các gối tựa dầm và vách.
  • Tính toán cốt thép: Bản sàn dày $h = 180\text{ mm}$, lớp bê tông bảo vệ $a = 25\text{ mm}$ ($\Rightarrow h_0 = 155\text{ mm}$). Cốt thép chịu uốn tính toán với bê tông B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$), cốt thép AIII ($R_s = 365\text{ MPa}$), hệ số giới hạn vùng nén $\xi_R = 0,563$. Diện tích cốt thép yêu cầu $A_s$ được xác định theo mô men uốn cục bộ tại nhịp và gối trên dải bản $1\text{ m}$, bảo đảm tỷ lệ cốt thép nằm trong khoảng cho phép $\mu_{min} = 0,05% \le \mu \le \mu_{max}$.
  • Kiểm tra trạng thái giới hạn thứ 2:
    • Kiểm tra độ võng: Giá trị độ võng lớn nhất của sàn tính toán từ Robot Structural dưới tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn TTGH II là $f = 19,8\text{ mm}$, thỏa mãn điều kiện độ võng cho phép của tiêu chuẩn kết cấu.
    • Kiểm tra nứt: Mô men uốn lớn nhất xuất hiện tại nhịp là $M = 38,4\text{ kNm}$. Tính toán mô men chống nứt của tiết diện theo công thức lý thuyết đạt $W_{pl} = 80.572.088,4\text{ kN}\cdot\text{mm}^3$ (hay $M_{crc} > M$), kết luận ô sàn không bị nứt dưới tải trọng khai thác.

Chương 4: Thiết kế cầu thang

Nội dung chương trình bày quy trình thiết kế cấu kiện cầu thang bộ hai vế dạng bản BTCT toàn khối:

  • Xác định kích thước hình học bản thang, chiều dài vế nghiêng, bề rộng mặt bậc, chiều cao cổ bậc và chiều dày bản chiếu nghỉ, chiếu tới.
  • Tính toán tĩnh tải riêng biệt tác dụng lên bản chiếu nghỉ và bản thang nghiêng (trọng lượng bậc gạch xây, lớp vữa lót, gạch ốp lát, vữa trát đáy bản thang và lan can tay vịn).
  • Hoạt tải sử dụng tác dụng lên cầu thang lấy giá trị tính toán theo TCVN 2737:1995.
  • Mô hình hóa sơ đồ tính toán cầu thang trên Robot Structural, xác định biểu đồ mô men uốn và lực cắt dọc theo bản thang; tiến hành tính toán và bố trí cốt thép chịu lực cho các thớ bản thang và thép cấu tạo liên kết vào dầm chiếu nghỉ, dầm chiếu tới.

Chương 5: Thiết kế kết cấu khung

Chương 5 là phần tính toán trọng tâm cho hệ kết cấu chịu lực không gian:

  • Mô hình tính toán: Xây dựng mô hình 3D tổng thể trên phần mềm Robot Structural Analysis, bao gồm hệ cột, vách thang máy, dầm chính và dầm phụ liên kết ngàm vào hệ móng.
  • Tổ hợp tải trọng: Thiết lập các tổ hợp tải trọng cơ bản và tổ hợp tải trọng đặc biệt bao gồm tĩnh tải bản thân, tĩnh tải hoàn thiện, tĩnh tải tường, hoạt tải đứng (xét các trường hợp chất lệch tầng, lệch nhịp) phối hợp cùng tải trọng gió tĩnh, gió động theo hai phương X, Y và lực động đất theo phương X, Y.
  • Kiểm tra ổn định tổng thể: Kiểm tra chuyển vị ngang đỉnh công trình và kiểm tra điều kiện ổn định chống lật toàn khối dưới tác động của tải trọng ngang.
  • Tính toán cốt thép dầm: Tính toán diện tích cốt thép dọc chịu mô men uốn dương ở nhịp và mô men uốn âm tại gối tựa; tính toán cốt đai chịu lực cắt và kiểm tra khả năng chịu nén trên tiết diện nghiêng; quy định chiều dài neo và nối cốt thép dầm theo TCXD 198:1997.
  • Tính toán cốt thép cột và vách: Tính toán cốt thép dọc chịu nén uốn xiên đồng thời cho hệ cột khung chịu lực; tính toán bố trí cốt thép vách cứng lõi thang máy chịu lực nén, uốn và trượt ngang theo các tổ hợp nguy hiểm nhất.

Chương 6: Tính toán móng công trình

Chương 6 giải quyết bài toán kỹ thuật nền móng công trình:

  • Khảo sát địa chất: Phân tích các lớp đất đá từ báo cáo khoan khảo sát địa chất tại khu đất 77 Kinh Dương Vương; trích xuất các chỉ tiêu cơ lý (dung trọng, góc ma sát trong $\varphi$, lực dính $c$, mô đun biến dạng $E_0$) và chỉ số thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT ($N_{SPT}$).
  • Lựa chọn giải pháp móng: Do tải trọng đứng của công trình 16 tầng rất lớn kết hợp tải trọng ngang do gió bão và động đất, phương án được chọn là móng sâu sử dụng hệ cọc khoan nhồi BTCT kết hợp hệ đài cọc.
  • Xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi:
    • Sức chịu tải theo độ bền vật liệu làm cọc ($R_c^{vl}$).
    • Sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý đất nền theo Phụ lục G tiêu chuẩn TCVN 10304:2014 ($R_c^{cl}$).
    • Sức chịu tải của cọc đơn dựa trên kết quả thí nghiệm SPT ($R_c^{SPT}$).
    • So sánh và xác định giá trị sức chịu tải thiết kế cho phép của cọc nhồi.
  • Thiết kế chi tiết các đài móng (M1, M2, M3, M4):
    • Xác định số lượng cọc cần thiết cho từng đài móng và bố trí cọc trên mặt bằng đài.
    • Kiểm tra áp lực đất nền tác dụng dưới mũi cọc: Kiểm tra ứng suất trung bình ($P_{tb} \le R_{tc}$) và ứng suất lớn nhất ($P_{max} \le 1,2 R_{tc}$).
    • Kiểm tra lún cho khối móng quy ước theo phương pháp cộng lún từng lớp, bảo đảm độ lún tổng thể nhỏ hơn độ lún giới hạn quy định ($S \le [S]$).
    • Kiểm tra điều kiện chống xuyên thủng đài móng: Bảo đảm sức chống xuyên thủng của bê tông đài lớn hơn lực xuyên thủng do tải trọng chân cột gây ra ($P_{cx} > P_{xt}$).
    • Kiểm tra độ bền chống cắt của đài móng trên các tiết diện nghiêng.
    • Tính toán và bố trí mạng lưới cốt thép chịu lực cho đáy đài móng M1, M2, M3 và đài móng vách lõi thang máy M4 (M-LTM).

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã thiết lập thành công mô hình tính toán và xuất hồ sơ thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho tòa nhà Diamond Tower 16 tầng tại Đà Nẵng, bảo đảm an toàn chịu lực và khả năng làm việc bình thường theo các quy chuẩn hiện hành. Các kết quả cụ thể bao gồm:

  • Xác lập thông số hình học và hệ kết cấu hợp lý: Hệ khung – vách cứng toàn khối với sàn dày $180\text{ mm}$, dầm chính kích thước $300 \times 700\text{ mm}$, dầm phụ $300 \times 500\text{ mm}$, vách lõi thang máy dày $300\text{ mm}$, bê tông cấp bền B30 kết hợp thép AIII.
  • Độ ổn định của cột: Tất cả các cột ở mọi cao trình đều đạt độ mảnh khống chế $\lambda \le 31$ (cột tầng hầm đạt $\lambda = 8,96$; cột tầng 1, 2 và tầng điển hình đạt $\lambda = 12,6$).
  • Kiểm định sàn điển hình: Độ võng lớn nhất của bản sàn tính toán qua mô hình phần tử hữu hạn là $f = 19,8\text{ mm}$ (nằm trong giới hạn cho phép); tính toán kiểm tra nứt với mô men nhịp $M = 38,4\text{ kNm}$ xác nhận tiết diện sàn hoàn toàn không bị nứt dưới tải trọng tĩnh và hoạt tải khai thác.
  • Đặc trưng động lực học: Xác định được tần số dao động riêng Mode 1 là $0,31\text{ Hz}$ và Mode 3 nhỏ hơn tần số giới hạn $f_L = 1,3\text{ Hz}$, làm cơ sở chuẩn xác để tính toán gió động theo TCXD 229:1999; chu kỳ dao động cơ bản $T_1 = 3,349\text{ s}$ khẳng định sự cần thiết của phương pháp phổ phản ứng dao động cho tải trọng động đất theo TCXDVN 375:2006.
  • Nền móng an toàn: Thiết kế hoàn chỉnh 4 loại đài móng cọc khoan nhồi (M1, M2, M3, M4), bảo đảm đầy đủ các điều kiện kiểm tra áp lực đất nền mũi cọc, độ lún công trình, điều kiện chịu cắt và điều kiện chống đâm thủng đài ($P_{cx} > P_{xt}$).

Về giải pháp đề xuất và đóng góp kỹ thuật, đồ án đã chứng minh tính hiệu quả của phương án vách cứng kết hợp lõi thang máy dày $300\text{ mm}$ chạy suốt chiều cao công trình, giúp triệt tiêu phần lớn mô men xoắn tổng thể và hạn chế chuyển vị ngang do áp lực gió bão ven biển miền Trung (vùng áp lực gió II-B, $W_0 = 95\text{ daN/m}^2$). Việc áp dụng đồng bộ phần mềm Robot Structural 2019 trong phân tích phần tử hữu hạn 3D đã giúp phản ánh sát thực tế sự làm việc không gian của hệ kết cấu khung – vách so với các phương pháp chia cắt phẳng thủ công.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Trong phần thuyết minh, tác giả đã chỉ ra một số hạn chế kỹ thuật do điều kiện khách quan:

  • Tương thích phần mềm: Quá trình mô hình hóa và liên kết qua lại giữa các phần mềm tính toán và các phiên bản hỗ trợ gặp khó khăn kỹ thuật, buộc sinh viên phải sử dụng mô hình phân tích khác phiên bản ở một số bộ phận cấu kiện.
  • Giả thiết biên trong tính toán giải tích: Một số cấu kiện phụ khi tính toán bằng phương pháp thủ công phải sử dụng giả thiết liên kết ngàm hoặc khớp lý tưởng và quy đổi gần đúng tải trọng truyền diện tích, chưa phản ánh đầy đủ đặc tính làm việc phi tuyến đàn dẻo của bê tông cốt thép.
  • Giới hạn phạm vi thiết kế: Đồ án tập trung hoàn toàn vào công tác tính toán thiết kế kết cấu phần thân và đài cọc chịu lực chính; chưa mở rộng tính toán biện pháp kỹ thuật thi công móng sâu, tường vây tầng hầm hoặc giải pháp hạ mực nước ngầm trong điều kiện địa chất ven biển.

Hướng phát triển tiếp theo của đề tài bao gồm việc chuẩn hóa mô hình thông tin công trình (BIM) liên kết liền mạch sang mô hình phân tích kết cấu để loại bỏ sai lệch phiên bản, đồng thời ứng dụng mô hình tương tác đất – kết cấu (Soil-Structure Interaction - SSI) nhằm đánh giá ứng xử của móng cọc khoan nhồi dưới tác động động đất phức tạp.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật chuyên sâu đối với sinh viên ngành Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng hoặc Kỹ thuật Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp đang trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp hoặc đồ án môn học kết cấu nhà nhiều tầng, kết cấu bê tông cốt thép và nền móng.

Các nội dung có giá trị tham khảo ứng dụng cao trong tài liệu gồm:

  • Quy trình từng bước xác định thành phần động của tải trọng gió theo TCXD 229:1999 (từ phân tích mode dao động, xác định tần số riêng, tính hệ số tương quan không gian $\nu$, áp lực động $\xi$ đến lực quán tính tầng).
  • Phương pháp thiết lập các tham số phổ thiết kế động đất theo TCXDVN 375:2006 (gia tốc nền $a_{gR}$, chu kỳ dao động $T_1$, hệ số ứng xử $q$, phổ $S_d(T)$) đưa vào phần mềm Robot Structural.
  • Phương pháp mô hình hóa, tổ hợp tải trọng và quy trình kiểm tra võng, nứt bản sàn theo trạng thái giới hạn thứ 2 bằng phương pháp phần tử hữu hạn.
  • Trình tự tính toán sức chịu tải đơn cọc khoan nhồi và kiểm tra xuyên thủng, tính toán cốt thép đài móng nhiều cọc theo TCVN 10304:2014.

Câu hỏi thường gặp

1. Tòa nhà Diamond Tower có quy mô kiến trúc và chiều cao cụ thể như thế nào?
Công trình gồm 16 tầng (01 tầng hầm ở cốt $-1,20\text{ m}$ và 15 tầng nổi, tầng 16 là tầng mái), tổng chiều cao công trình là $59,4\text{ m}$, được xây dựng trên khu đất $3.850\text{ m}^2$ tại số 77 đường Kinh Dương Vương, thành phố Đà Nẵng.

2. Tại sao công trình bắt buộc phải tính toán thành phần động của tải trọng gió và sử dụng những dạng dao động nào?
Theo tiêu chuẩn TCXD 229:1999, công trình có chiều cao $59,4\text{ m}$ (lớn hơn ngưỡng $40\text{ m}$) nên bắt buộc phải tính thành phần động của gió. Khảo sát 10 mode dao động trên phần mềm Robot Structural cho thấy Mode 1 ($f = 0,31\text{ Hz}$) và Mode 3 có tần số nhỏ hơn tần số giới hạn $f_L = 1,3\text{ Hz}$ nên được sử dụng để tính toán (Mode 1 tính theo phương X, Mode 3 tính theo phương Y; Mode 2 bị loại do là dao động xoắn).

3. Vì sao đồ án không sử dụng phương pháp lực ngang tương đương để tính tải trọng động đất?
Theo tiêu chuẩn TCXDVN 375:2006, chu kỳ dao động cơ bản của công trình là $T_1 = 3,349\text{ s}$, không thỏa mãn điều kiện khống chế $T_1 \le 4T_C = 2,0\text{ s}$. Do đó, đồ án bắt buộc phải chuyển sang tính toán động đất bằng phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động với hệ số ứng xử $q = 3,9$ và gia tốc nền thiết kế $a_{gR} = 0,094\text{g}$.

4. Kết quả kiểm tra độ võng và khả năng chống nứt của sàn tầng điển hình đạt giá trị bao nhiêu?
Bản sàn dày $180\text{ mm}$ bằng bê tông B30 và thép AIII có độ võng lớn nhất tính toán trên Robot Structural là $f = 19,8\text{ mm}$, thỏa mãn điều kiện độ võng giới hạn. Về điều kiện nứt, mô men uốn nhịp lớn nhất $M = 38,4\text{ kNm}$ nhỏ hơn mô men chống nứt của tiết diện $W_{pl} = 80.572.088,4\text{ kN}\cdot\text{mm}^3$, bảo đảm cấu kiện không bị nứt dưới tải trọng sử dụng.

5. Sức chịu tải của cọc khoan nhồi trong đồ án được xác định dựa trên những phương pháp nào?
Sức chịu tải của cọc khoan nhồi được tính toán và so sánh qua 3 phương pháp độc lập: Tính theo độ bền của vật liệu làm cọc ($R_c^{vl}$); tính theo chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền dựa trên công thức Phụ lục G tiêu chuẩn TCVN 10304:2014 ($R_c^{cl}$); và tính toán dựa trên số búa thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT ngoài hiện trường ($R_c^{SPT}$).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế tòa nhà Diamond Tower" của sinh viên Phạm Công Minh là công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một chung cư cao cấp 16 tầng kết hợp thương mại dịch vụ tại thành phố Đà Nẵng. Nghiên cứu đã làm chủ quy trình tính toán hệ kết cấu chịu lực không gian khung – vách bê tông cốt thép toàn khối, xử lý đầy đủ các bài toán tải trọng ngang phức tạp bao gồm thành phần động của gió và phổ dao động động đất. Toàn bộ các cấu kiện sàn, dầm, cột, vách thang máy và hệ móng cọc khoan nhồi đều được kiểm toán thỏa mãn các điều kiện bền, biến dạng và ổn định theo hệ thống tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam.