Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng với đề tài "Thiết kế tòa nhà văn phòng" được thực hiện dựa trên nhu cầu thực tế về việc cải tạo, đầu tư xây dựng mới cơ sở làm việc tại số 170 Nguyễn Đình Chiểu, Phường 6, Quận 3, Thành phố Hồ Chí Minh. Khu đất này nguyên là cơ quan chiêu hồi của chính quyền Sài Gòn trước năm 1975, sau đó được bàn giao cho Bộ Thông tin Văn hóa quản lý và trở thành cơ quan đại diện phía Nam của Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch.
Kết quả kiểm định chất lượng công trình hiện hữu cho thấy khối nhà chính xây dựng từ thời Pháp thuộc đã có niên hạn sử dụng trên 70 năm; hệ thống thiết bị và kết cấu chịu lực đã quá hạn; cường độ bê tông mẫu khoan không đạt chuẩn; tường xuất hiện nhiều vết nứt và thấm dột. Hơn nữa, kiến trúc nhà biệt thự cũ có công năng sử dụng manh mún, không đáp ứng được yêu cầu làm việc tập trung, tổ chức hội nghị và quản lý nhà nước chuyên ngành trong bối cảnh phát triển đô thị hiện đại. Do đó, Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch đã quyết định đầu tư xây dựng mới công trình Trung tâm điều hành Nghiệp vụ Văn hóa nhằm tích hợp hai chức năng: cơ quan quản lý nhà nước trực thuộc Bộ và cơ sở làm việc của các hiệp hội, liên đoàn văn hóa, thể thao, du lịch tại khu vực phía Nam.
Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế của đồ án được xác định theo các nội dung cụ thể sau:
- Kiến trúc: Thể hiện lại và chuẩn hóa hệ thống bản vẽ kiến trúc phù hợp với quy chuẩn đô thị và dây chuyền công năng văn phòng làm việc kết hợp không gian triển lãm, hội nghị.
- Kết cấu:
- Tính toán và thiết kế 01 phương án sàn tầng điển hình (tầng 5).
- Tính toán và thiết kế hệ thống cầu thang bộ thoát hiểm.
- Xây dựng mô hình kết cấu không gian 3D, tính toán nội lực và thiết kế cốt thép cho khung trục 3, khung trục B và vách cứng lõi thang máy.
- Nền móng:
- Tổng hợp, phân tích số liệu địa chất và cao độ mực nước ngầm tại khu đất xây dựng.
- Thiết kế chi tiết phương án móng cọc khoan nhồi cho các móng cột điển hình và móng lõi thang.
- Hồ sơ sản phẩm: Hoàn thành 01 tập Thuyết minh tính toán, 01 tập Phụ lục nội lực và 14 bản vẽ kỹ thuật khổ A1 (gồm 04 bản vẽ Kiến trúc, 08 bản vẽ Kết cấu và 02 bản vẽ Nền móng).
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu bê tông cốt thép toàn khối công trình nhà cao tầng (Tòa nhà văn phòng - Trung tâm điều hành Nghiệp vụ Văn hóa).
- Phạm vi không gian: Khu đất xây dựng có diện tích 2.988,3 m² tại số 170 Nguyễn Đình Chiểu, Phường 6, Quận 3, TP. Hồ Chí Minh; tiếp giáp đường lộ giới 20 m và các khu dân cư hiện hữu.
- Phạm vi thời gian: Đồ án được giao nhiệm vụ từ ngày 01/03/2018 và hoàn thành bảo vệ vào ngày 30/06/2018.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung tiêu chuẩn và cơ sở lý thuyết
Đồ án áp dụng hệ thống tiêu chuẩn thiết kế xây dựng hiện hành của Việt Nam kết hợp tiêu chuẩn quốc tế:
- Tiêu chuẩn tải trọng và tác động: TCVN 2737:1995 (Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế), TCVN 229:1999 (Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737:1995).
- Tiêu chuẩn kết cấu bê tông cốt thép: TCVN 5574:2012 (Kết cấu bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế), TCVN 198:1997 (Nhà cao tầng - Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối), ACI 318:2011 (Building Code Requirements for Structural Concrete).
- Tiêu chuẩn kháng chấn: TCVN 9386:2012 (Thiết kế công trình chịu động đất), TCXDVN 375:2006.
- Tiêu chuẩn nền móng và địa kỹ thuật: TCVN 10304:2014 và TCVN 205:1998 (Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế), TCVN 195:1997 (Nhà cao tầng - Thiết kế cọc khoan nhồi), TCVN 9362:2012 (Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình).
- Tài liệu chuyên khảo: Hệ thống giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép và Nhà cao tầng BTCT của tác giả Võ Bá Tầm; Nền móng nhà cao tầng của tác giả Nguyễn Văn Quảng và Châu Ngọc Ẩn.
Phương pháp nghiên cứu và tính toán thực tế
- Mô hình hóa phần tử hữu hạn không gian 3D: Sử dụng phần mềm ETABS để mô hình hóa toàn bộ hệ thống khung - vách không gian chịu lực. Các cấu kiện cột và dầm được khai báo bằng phần tử thanh (Frame Element); sàn phẳng và vách cứng lõi thang được khai báo bằng phần tử tấm vỏ (Shell Element).
- Phân tích động lực học kết cấu:
- Tải trọng gió động: Phân tích dao động riêng (Modal Analysis) lấy 12 dạng dao động (Mode), xác định các mode uốn và xoắn chủ đạo để tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 229:1999.
- Tải trọng động đất: Áp dụng phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động và phương pháp tĩnh lực ngang tương đương theo TCVN 9386:2012 dựa trên gia tốc nền tham chiếu và hệ số ứng xử $q$.
- Phương pháp tính toán tiết diện cấu kiện:
- Cột chịu nén lệch tâm xiên: Sử dụng phương pháp chuyển đổi trạng thái nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng tương đương, có xét đến hệ số uốn dọc $\eta$, độ lệch tâm tĩnh học $e_1$ và độ lệch tâm ngẫu nhiên $e_a$.
- Vách cứng: Tính toán theo phương pháp vùng biên chịu mômen, phân bổ ứng suất nén/kéo tại mép vách và bố trí thép chống cắt.
- Bản sàn: Mô hình hóa sàn phẳng trên phần mềm chuyên dụng SAFE, phân chia dải Strip theo Layer A (phương X) và Layer B (phương Y) để tính toán mômen uốn và kiểm tra chọc thủng.
- Sức chịu tải móng cọc: Tính toán tổng hợp sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo 4 phương pháp: độ bền vật liệu làm cọc, chỉ tiêu cơ lý của đất nền, chỉ tiêu cường độ đất nền và kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT.
Nguồn dữ liệu
- Hồ sơ khảo sát địa chất công trình tại khu đất 170 Nguyễn Đình Chiểu gồm 3 hố khoan sâu, xác định biểu đồ số búa xuyên tiêu chuẩn SPT ($N_{SPT}$), cao độ mực nước ngầm và các chỉ tiêu cơ lý từng lớp đất.
- Bản đồ phân vùng áp lực gió và phân vùng gia tốc nền lãnh thổ Việt Nam (TP. Hồ Chí Minh thuộc vùng gió II-A với áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 0{,}83\text{ kN/m}^2$; gia tốc nền tham chiếu khu vực Quận 3 là $a_{gR}/g = 0{,}0843$).
Nội dung chính theo từng chương
Phần Tổng quan và Giải pháp Kiến trúc
Nội dung phần này trình bày cơ sở pháp lý, hiện trạng mặt bằng, các chỉ tiêu quy hoạch kiến trúc và phân khu chức năng của tòa nhà:
- Quy mô mặt bằng: Khu đất có diện tích $2.988{,}3\text{ m}^2$, diện tích xây dựng công trình $1.331{,}68\text{ m}^2$, mật độ xây dựng đạt $40{,}99%$, diện tích sân vườn và giao thông nội bộ $1.763{,}34\text{ m}^2$.
- Phân khu chức năng theo chiều cao (19 tầng):
- Tầng hầm: Bố trí bãi đỗ xe và các phòng kỹ thuật phụ trợ.
- Tầng trệt: Khu vực sảnh chính, sảnh văn phòng cơ quan Bộ và phòng quản lý tòa nhà.
- Tầng 1: Không gian triển lãm nghệ thuật, văn hóa.
- Tầng 2: Hệ thống phòng hội nghị, hội thảo.
- Tầng 3 đến tầng 10: Khu vực văn phòng làm việc tiêu chuẩn.
- Tầng mái: Khu kỹ thuật đặt bể nước sinh hoạt, bồn nước mái và hệ thống dàn nóng máy lạnh trung tâm.
- Giao thông và thoát hiểm: Trục đứng gồm 3 thang máy tải trọng 1.000 kg và 3 thang bộ thoát hiểm khép kín. Bán kính thoát hiểm từ điểm xa nhất đến cửa thang bộ nhỏ hơn 20 m, đáp ứng quy chuẩn PCCC.
| Chỉ tiêu kiến trúc - quy hoạch |
Giá trị thiết kế |
Đơn vị tính |
| Diện tích khu đất |
$2.988{,}30$ |
$\text{m}^2$ |
| Diện tích xây dựng tầng trệt |
$1.331{,}68$ |
$\text{m}^2$ |
| Diện tích sân đường, cây xanh |
$1.763{,}34$ |
$\text{m}^2$ |
| Mật độ xây dựng |
$40{,}99$ |
$%$ |
| Tầng cao công trình (kể cả hầm) |
19 |
Tầng |
| Chiều cao công trình (đến đỉnh mái) |
$69{,}70$ |
$\text{m}$ |
| Diện tích sàn xây dựng (không kể hầm, mái) |
$19.975{,}20$ |
$\text{m}^2$ |
| Tổng diện tích sàn xây dựng toàn bộ |
$22.638{,}56$ |
$\text{m}^2$ |
Chương 2: Tính toán – Thiết kế hệ khung
Chương này là nội dung trọng tâm của đồ án, xử lý toàn bộ quy trình tính toán hệ thống kết cấu chịu lực chính của công trình:
- Lựa chọn sơ đồ và vật liệu kết cấu: Công trình có kích thước lưới cột $39{,}6\text{ m} \times 30{,}0\text{ m}$, sử dụng hệ kết cấu khung kết hợp vách cứng (lõi thang máy) bê tông cốt thép toàn khối. Vật liệu sử dụng là bê tông cấp độ bền B30 (cường độ nén tính toán $R_b = 17\text{ MPa}$).
- Kích thước sơ bộ cấu kiện:
- Tiết diện cột được giảm dần theo chiều cao nhằm tối ưu hóa vật liệu nhưng đảm bảo độ cứng giữa hai tầng liền kề không giảm quá $30%$: Tầng Hầm đến Tầng 5 dùng tiết diện $900 \times 900\text{ mm}$; Tầng 6 đến Tầng 10 dùng $750 \times 750\text{ mm}$; Tầng 11 đến Tầng 15 dùng $600 \times 600\text{ mm}$; Tầng 16 đến Tầng 18 dùng $400 \times 400\text{ mm}$.
- Vách cứng lõi thang máy chọn chiều dày $b_w = 300\text{ mm}$ (thỏa mãn điều kiện $b_w \ge 150\text{ mm}$ và $b_w \ge H_{tầng}/20 = 180\text{ mm}$).
- Tính toán tải trọng gió (Tĩnh và Động):
- Công trình có chiều cao đỉnh $H = 69{,}7\text{ m} > 40\text{ m}$, thuộc dạng địa hình B/C tại TP.HCM ($W_0 = 0{,}83\text{ kN/m}^2$, hệ số tin cậy $\gamma = 1{,}2$).
- Phân tích 12 mode dao động trong ETABS xác định chu kỳ dao động: Mode 1 có chu kỳ $T_1 = 2{,}2016\text{ s}$ ($f_1 = 0{,}454\text{ Hz}$, dạng xoắn/uốn); Mode 2 có chu kỳ $T_2 = 2{,}128\text{ s}$ ($f_2 = 0{,}470\text{ Hz}$, tịnh tiến theo phương X); Mode 3 có chu kỳ $T_3 = 2{,}070\text{ s}$ ($f_3 = 0{,}483\text{ Hz}$, tịnh tiến theo phương Y).
- Do các tần số dao động $f_i < f_L = 1{,}3\text{ Hz}$, thành phần gió động được tính toán chi tiết cho từng tầng dựa trên khối lượng tập trung $M_j$, hệ số động lực $\xi_i$, hệ số tương quan không gian $\nu_i$ và chuyển vị tương đối $y_{ji}$.
- Tính toán tải trọng động đất:
- Đất nền thuộc loại C ($N_{SPT} > 20$ tại độ sâu $-20\text{ m}$). Tỷ số gia tốc nền $a_{gR}/g = 0{,}0843$.
- Hệ số tầm quan trọng của công trình cấp II: $\gamma_I = 1{,}25$. Hệ số ứng xử $q = 3{,}9$ (ứng với hệ kết cấu hỗn hợp tương đương khung, cấp dẻo trung bình DCM).
- Áp dụng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương (do chu kỳ cơ bản thỏa điều kiện $T_1 \le 4T_C = 2{,}4\text{ s}$). Lực cắt đáy động đất xác định được: theo phương X là $F_{bx} = 721{,}57\text{ kN}$; theo phương Y là $F_{by} = 592{,}42\text{ kN}$. Lực động đất được phân bổ theo chiều cao từng tầng.
- Tổ hợp nội lực và thiết kế cấu kiện:
- Thiết lập 30 trường hợp tổ hợp tải trọng (Load Combinations) bao gồm Tĩnh tải bản thân, Tĩnh tải hoàn thiện, Hoạt tải chất cách tầng, Gió tĩnh và Gió động theo hai phương (X, Y), Động đất theo hai phương và Tổ hợp bao (COMBBAO).
- Tính toán cốt thép cột theo bài toán nén lệch tâm xiên: Minh họa chi tiết tính toán cột C2 (tầng hầm), xác định mômen tương đương, độ lệch tâm tính toán, bố trí thép dọc $10\phi22$ ($A_s = 53{,}19\text{ cm}^2$), hàm lượng cốt thép $\mu = 1{,}48%$ nằm trong giới hạn cho phép ($\mu_{min} = 0{,}5% \le \mu \le \mu_{max} = 3%$).
- Cấu tạo kháng chấn cho cột: Xác định chiều dài vùng tới hạn $l_{cr} = \max(h_c; l_{cl}/6; 0{,}45\text{ m})$, bố trí đai kín chống nở hông với bước đai $s \le \min(b_0/2; 175\text{ mm}; 8d_{bL})$.
- Thiết kế vách cứng: Tính toán cốt thép dọc tập trung ở vùng biên chịu mômen và cốt thép đai, thép giằng chịu lực cắt trong thân vách.
| Thông số dao động & động lực học |
Mode 1 |
Mode 2 |
Mode 3 |
| Chu kỳ dao động $T$ (giây) |
$2{,}2016$ |
$2{,}1280$ |
$2{,}0700$ |
| Tần số dao động $f$ ($1/\text{s}$) |
$0{,}4542$ |
$0{,}4699$ |
$0{,}4831$ |
| Dạng dao động chủ đạo |
Xoắn / Uốn |
Tịnh tiến X |
Tịnh tiến Y |
| Chuyển vị đỉnh tầng 18 do gió (m) |
- |
$0{,}014$ |
$0{,}014$ |
| Tải trọng gió động tầng 18 ($W_{pj}^{tt}$ - kN) |
- |
$113{,}11$ |
$122{,}54$ |
Chương 3: Tính toán – Thiết kế móng
Chương này thực hiện thiết kế giải pháp nền móng cọc khoan nhồi chịu tải trọng lớn từ công trình 19 tầng truyền xuống:
- Đánh giá địa chất công trình: Địa tầng gồm các lớp đất sét pha, cát mịn đến cát hạt trung, mực nước ngầm nằm cách mặt đất tự nhiên khoảng $-1{,}5\text{ m}$ đến $-2{,}0\text{ m}$.
- Lựa chọn phương án cọc: Đề xuất phương án móng cọc khoan nhồi đường kính lớn cắm vào lớp đất tốt có chỉ số $N_{SPT}$ cao. Tính toán sức chịu tải đơn của cọc qua 4 chỉ tiêu để chọn sức chịu tải thiết kế cho phép $P_{tk}$.
- Thiết kế các đài móng điển hình:
- Móng M1 (dưới cột C17): Xác định số lượng cọc, bố trí mặt bằng cọc, kiểm tra phản lực đầu cọc lớn nhất và nhỏ nhất ($P_{max}, P_{min} \le 1{,}2 P_{tk}$), kiểm tra điều kiện đâm thủng/chọc thủng đài cọc và kiểm tra ổn định khối móng quy ước. Tính toán diện tích cốt thép đài móng theo biểu đồ mômen của tổ hợp bao.
- Móng M2 (dưới cột C6) và Móng M3 (dưới cột C3): Kiểm tra khả năng chịu lực nén, uốn của cọc biên dưới tác động của mômen lật do tải trọng gió và động đất; kiểm tra xuyên thủng đáy đài và bố trí lưới cốt thép đài móng theo 2 phương.
- Móng lõi thang máy: Tính toán móng bè cọc chịu tải trọng đứng và mômen lật tập trung lớn từ vách thang máy. Kiểm tra hiệu ứng nhóm cọc, kiểm tra lún móng cọc theo phương pháp cộng lún từng lớp dưới đáy khối móng quy ước và tính toán cốt thép đài chịu uốn không gian.
Chương 4: Thiết kế cầu thang bộ
Thiết kế chi tiết cầu thang bộ 2 vế tầng điển hình (tầng 5):
- Cấu tạo kiến trúc: Xác định kích thước bậc thang ($b \times h = 300 \times 150\text{ mm}$), góc nghiêng bản thang, chiều dày bản bê tông cốt thép chịu lực.
- Tải trọng tác dụng: Xác định tĩnh tải bản thân các lớp hoàn thiện (gạch granit, vữa lót, bản bê tông) và hoạt tải tiêu chuẩn cho thang thoát hiểm văn phòng ($p = 3{,}0\text{ kN/m}^2$, có nhân hệ số độ tin cậy $\gamma = 1{,}2$).
- Mô hình và bố trí thép: Mô hình hóa bản thang dạng dầm/bản chịu uốn nghiêng, tính toán nội lực mômen nhịp và mômen gối, bố trí cốt thép dọc chịu lực bản thang, thiết kế dầm chiếu nghỉ và dầm chiếu tới chịu uốn - xoắn kết hợp.
Chương 5: Thiết kế sàn tầng điển hình (Tầng 5)
Nội dung này trình bày phương án kết cấu sàn cho tầng làm việc văn phòng:
- Lựa chọn giải pháp sàn: Phân tích giải pháp sàn phẳng bê tông cốt thép, xác định sơ bộ chiều dày bản sàn $h_s = 180\text{ mm}$ và kích thước dầm bao quanh.
- Tải trọng sàn: Tĩnh tải các lớp cấu tạo sàn khu văn phòng, hành lang, khu vệ sinh và hoạt tải sử dụng theo quy chuẩn TCVN 2737:1995.
- Phân tích trên phần mềm SAFE: Mô hình hóa hình học ô sàn tầng 5, gán tải trọng, chia dải Strip theo 2 phương X (Layer A) và phương Y (Layer B).
- Kết quả tính toán: Xuất chuyển vị võng của bản sàn, kiểm tra ứng suất cắt chống xuyên thủng (Punching Shear) tại vị trí liên kết cột - sàn và xuất diện tích cốt thép yêu cầu để bố trí lưới thép trên, lưới thép dưới cho từng ô bản sàn.
Kết quả và đóng góp
Kết quả kỹ thuật đạt được
Đồ án đã giải quyết toàn diện bài toán thiết kế kỹ thuật cho công trình nhà cao tầng 19 tầng chịu tác động đồng thời của tải trọng trọng trường và tải trọng động lực học:
| Hạng mục kết cấu |
Kết quả và thông số kỹ thuật chính |
Căn cứ tiêu chuẩn / Phương pháp |
| Hệ kết cấu chính |
Khung - vách (lõi thang) BTCT toàn khối, Bê tông B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$) |
TCVN 198:1997, TCVN 5574:2012 |
| Tải trọng gió động |
Chu kỳ $T_1 = 2{,}20\text{ s}, T_2 = 2{,}13\text{ s}, T_3 = 2{,}07\text{ s}$; Tải gió đỉnh $122{,}54\text{ kN}$ |
TCVN 229:1999 (Phân tích 12 Mode ETABS) |
| Tải trọng động đất |
$a_{gR}/g = 0{,}0843$; Cấp dẻo DCM, $q = 3{,}9$; Cắt đáy $F_{bx}=721{,}57\text{ kN}, F_{by}=592{,}42\text{ kN}$ |
TCVN 9386:2012 (Tĩnh lực ngang tương đương) |
| Cốt thép cột |
Cột C2 ($450 \times 450\text{ mm}$): Đặt $10\phi22$ ($A_s = 53{,}19\text{ cm}^2, \mu = 1{,}48%$), đai kháng chấn |
Phương pháp nén lệch tâm xiên quy đổi |
| Vách cứng |
Bề dày $b_w = 300\text{ mm}$, bố trí cốt thép vùng biên chịu uốn và đai chống cắt |
Phương pháp vùng biên chịu mômen |
| Nền móng |
Móng cọc khoan nhồi cắm vào tầng chịu lực tốt; kiểm tra đạt đâm thủng, lún |
TCVN 10304:2014, TCVN 195:1997 |
| Sàn tầng điển hình |
Bản sàn mô hình hóa trên SAFE; kiểm tra đạt võng, chọc thủng và bố trí dải Strip |
Phân tử hữu hạn (SAFE) theo TCVN 5574:2012 |
Giải pháp và kiến nghị kỹ thuật
- Giảm dần tiết diện cột theo chiều cao: Đề xuất mức giảm kích thước cột theo 4 phân đoạn chiều cao không vượt quá $30%$ diện tích và độ cứng giữa 2 tầng kề cận, giúp kết cấu không bị biến dạng đột ngột (tránh hiện tượng tầng yếu - soft story).
- Kết hợp phân tích không gian 3D: Sử dụng ETABS kết hợp SAFE giúp phản ánh chính xác sự phân phối nội lực giữa hệ khung và vách cứng, khai thác tối đa khả năng chịu lực không gian của công trình.
- Áp dụng nghiêm ngặt cấu tạo kháng chấn: Bố trí chi tiết vùng tới hạn $l_{cr}$ ở hai đầu cột và đài cọc với đai móc kín dày đặc nhằm tăng tính dẻo kết cấu, ngăn ngừa hiện tượng phá hoại giòn khi xảy ra rung chấn.
Đóng góp học thuật và thực tiễn của đồ án
- Xây dựng một quy trình tính toán hoàn chỉnh từ khâu lập hồ sơ kiến trúc, mô hình hóa động lực học kết cấu đến thiết kế chi tiết cấu kiện bê tông cốt thép và nền móng cọc khoan nhồi cho công trình nhà cao tầng cấp II.
- Cung cấp bộ dữ liệu tính toán mẫu về tải trọng gió động và động đất áp dụng trực tiếp các tiêu chuẩn TCVN 229:1999 và TCVN 9386:2012 cho khu vực TP. Hồ Chí Minh.
- Cung cấp 14 bản vẽ thiết kế kỹ thuật thi công khổ A1 đạt chuẩn đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của đồ án
- Phạm vi cấu kiện chi tiết: Do giới hạn khối lượng của đồ án tốt nghiệp kỹ sư, phần tính toán kết cấu khung mới tập trung giải quyết chi tiết cho khung trục 3, khung trục B, sàn tầng 5, cầu thang tầng 5 và một số đài móng đại diện (M1, M2, M3, móng lõi thang); chưa thể hiện toàn bộ bản vẽ chi tiết cho tất cả các trục khung và các tầng còn lại.
- Phương pháp tính toán động đất: Đồ án mới áp dụng phương pháp phân tích tĩnh lực ngang tương đương trong miền đàn hồi tuyến tính theo TCVN 9386:2012, chưa thực hiện phân tích phi tuyến tĩnh (Pushover Analysis) hoặc phân tích động biến dạng phi tuyến theo lịch sử thời gian (Time-History Analysis) để đánh giá sự hình thành khớp dẻo thực tế.
- Mô hình tương tác đất - kết cấu: Phân tích nội lực công trình trên ETABS giả định ngàm cứng tại mặt ngàm móng, chưa xét đến hiệu ứng tương tác động lực học đồng thời giữa đất nền, cọc và kết cấu phần thân (Soil-Structure Interaction - SSI).
Hướng nghiên cứu tiếp
- Ứng dụng mô hình tương tác đất - cọc - kết cấu (sử dụng các phần tử lò xo phi tuyến mô phỏng độ cứng đất nền theo chỉ tiêu địa chất) để đánh giá lại nội lực khung và vách cứng khi chịu tải trọng ngang lớn.
- Nghiên cứu ứng dụng các giải pháp kết cấu sàn hiện đại như sàn bê tông ứng lực trước (Post-tensioned Concrete) hoặc sàn nhẹ không dầm nhằm tăng khẩu độ lưới cột và giảm tải trọng bản thân công trình văn phòng.
- Thực hiện phân tích phi tuyến bậc cao để đánh giá khả năng tiêu tán năng lượng của công trình khi chịu động đất vượt cấp thiết kế.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị cao cho các đối tượng sau:
- Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng, Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp: Sử dụng làm tài liệu mẫu để thực hiện đồ án tốt nghiệp kỹ sư, đồ án môn học Bê tông cốt thép, Nhà cao tầng và Nền móng công trình.
- Kỹ sư thiết kế kết cấu mới vào nghề: Tham khảo quy trình tính toán tải trọng gió động theo TCVN 229:1999 (bảng tra thông số tương quan không gian $\nu$, hệ số động lực $\xi$), phương pháp tính động đất theo TCVN 9386:2012 và quy trình thiết lập 30 tổ hợp tải trọng trong phần mềm ETABS.
- Phần nội dung đáng tham khảo nhất:
- Bảng tính chi tiết thành phần động của gió theo từng tầng cho 3 mode dao động đầu tiên.
- Thuật toán và các bước tính toán cốt thép cột chịu nén lệch tâm xiên quy đổi về nén lệch tâm phẳng.
- Phương pháp kiểm tra sức chịu tải, đâm thủng và tính toán cốt thép đài móng cọc khoan nhồi dưới lõi thang máy.
Câu hỏi thường gặp
1. Vị trí xây dựng và quy mô tổng thể của công trình Tòa nhà văn phòng là gì?
Công trình được xây dựng tại số 170 Nguyễn Đình Chiểu, Phường 6, Quận 3, TP. Hồ Chí Minh trên khu đất $2.988{,}3\text{ m}^2$. Quy mô công trình gồm 19 tầng (1 tầng hầm, tầng trệt, tầng 1 triển lãm, tầng 2 phòng họp, tầng 3 đến 10 văn phòng làm việc và tầng kỹ thuật mái) với mật độ xây dựng $40{,}99%$ và tổng diện tích sàn xây dựng $22.638{,}56\text{ m}^2$.
2. Công trình sử dụng hệ kết cấu chịu lực nào và giải pháp vật liệu bê tông cốt thép ra sao?
Công trình sử dụng hệ kết cấu chịu lực không gian khung kết hợp vách cứng (lõi thang máy) bê tông cốt thép toàn khối. Bê tông sử dụng có cấp độ bền B30 với cường độ nén tính toán $R_b = 17\text{ MPa}$. Tiết diện cột được chọn giảm dần từ $900 \times 900\text{ mm}$ ở các tầng dưới xuống $400 \times 400\text{ mm}$ ở các tầng trên cùng, vách thang máy dày $300\text{ mm}$.
3. Tải trọng gió động và động đất của công trình được tính toán dựa trên các thông số nào?
Tải trọng gió tính theo TCVN 2737:1995 và TCVN 229:1999 tại TP.HCM thuộc vùng II-A ($W_0 = 0{,}83\text{ kN/m}^2$, dạng địa hình B/C), tính thành phần động cho 3 mode dao động đầu có tần số $f_1 = 0{,}454\text{ Hz}, f_2 = 0{,}470\text{ Hz}, f_3 = 0{,}483\text{ Hz}$. Tải trọng động đất tính theo TCVN 9386:2012 với gia tốc nền tham chiếu khu vực Quận 3 là $a_{gR}/g = 0{,}0843$, nền đất loại C ($N_{SPT} > 20$), hệ số tầm quan trọng $\gamma_I = 1{,}25$, hệ số ứng xử $q = 3{,}9$, cho lực cắt đáy $F_{bx} = 721{,}57\text{ kN}$ và $F_{by} = 592{,}42\text{ kN}$.
4. Phương pháp nào được sử dụng để tính toán cốt thép cột chịu lực trong đồ án?
Cốt thép cột được tính toán theo mô hình nén lệch tâm xiên, quy đổi gần đúng về bài toán nén lệch tâm phẳng tương đương. Phương pháp xét đến độ mảnh của cột qua hệ số uốn dọc $\eta$, độ lệch tâm ngẫu nhiên $e_a$, phân chia trường hợp nén lệch tâm rất bé, bé hoặc lớn để tính diện tích cốt thép $A_{st}$, đồng thời kiểm tra hàm lượng thép tối thiểu $\mu_{min} = 0{,}5%$ và tuân thủ yêu cầu kháng chấn đối với bước đai trong vùng tới hạn $l_{cr}$.
5. Phương án nền móng của công trình được lựa chọn và tính toán như thế nào?
Công trình sử dụng giải pháp móng cọc khoan nhồi cắm vào tầng đất chịu lực tốt dựa trên số liệu khảo sát 3 hố khoan địa chất. Đồ án kiểm tra sức chịu tải của cọc theo 4 phương pháp (vật liệu, cơ lý đất, cường độ đất và chỉ tiêu SPT), tiến hành thiết kế móng đơn đài cọc cho các cột C17 (Móng M1), C6 (Móng M2), C3 (Móng M3) và móng bè cọc cho lõi thang máy; kiểm tra đầy đủ các điều kiện đâm thủng, lún và ổn định khối móng quy ước.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế tòa nhà văn phòng" của sinh viên Nguyễn Thành Tài là một công trình học thuật thực hành hoàn chỉnh, giải quyết trọn vẹn bài toán thiết kế kiến trúc, kết cấu và nền móng cho công trình nhà cao tầng quy mô 19 tầng tại trung tâm TP. Hồ Chí Minh. Tác giả đã vận dụng bài bản hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam kết hợp các công cụ mô hình hóa chuyên dụng ETABS và SAFE để phân tích ứng xử động lực học (gió động, động đất) và tính toán chi tiết cấu kiện bê tông cốt thép kháng chấn. Toàn bộ nội dung thuyết minh và 14 bản vẽ A1 kèm theo thể hiện khối lượng nghiên cứu nghiêm túc, cung cấp tài liệu tham khảo có giá trị kỹ thuật cao cho sinh viên và kỹ sư ngành xây dựng công trình.
