Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Đồ án được thực hiện trong bối cảnh TP. Thủ Đức — được hình thành sau khi tách Quận 2, Quận 9 và Quận Thủ Đức khỏi TP. Hồ Chí Minh — trải qua giai đoạn tăng trưởng mạnh về nhu cầu không gian làm việc văn phòng. Quỹ đất đô thị bị thu hẹp trong khi giá đất liên tục leo thang, khiến nhiều doanh nghiệp không có khả năng tự xây dựng trụ sở độc lập. Thực tế này thúc đẩy xu hướng đầu tư cao ốc văn phòng cho thuê nhằm đáp ứng nhu cầu không gian làm việc chất lượng cao, đồng thời thu hút nguồn vốn đầu tư nước ngoài ngày càng mở rộng vào thị trường địa phương.
Đồ án đặt ra các nhiệm vụ thiết kế cụ thể theo ba phần:
- Phần kiến trúc (15%): Thể hiện tổng mặt bằng; mặt bằng các tầng; mặt đứng chính, mặt đứng bên; mặt cắt ngang; thiết kế cầu thang di chuyển; các chi tiết cấu tạo.
- Phần kết cấu (60%): Tính toán thiết kế phương án kết cấu công trình; tính toán và bố trí cốt thép sàn tầng điển hình và tầng mái; tính toán bố trí cốt thép khung trục 11; thiết kế móng cọc khoan nhồi.
- Phần thi công (25%): Thiết kế biện pháp kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi, đào đất phần ngầm, ván khuôn đài móng; lập tiến độ thi công phần ngầm; đảm bảo an toàn lao động.
Đối tượng nghiên cứu: Tòa nhà trụ sở hành chính LEGACY — công trình dân dụng cấp C2, 14 tầng + tầng kỹ thuật + mái, tổng chiều cao 55 m tính từ cos ±0,000.
Phạm vi không gian: Phường Bình Trưng Đông, Quận 2, TP. Thủ Đức. Địa điểm có điều kiện giao thông đường bộ thuận lợi, kết nối các tuyến đường đi cầu Phú Mỹ, Quận 7, Quận 9; địa hình tương đối bằng phẳng, không cần san lấp mặt bằng.
Thời gian thực hiện: Hoàn thành và nộp tháng 01 năm 2024.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung tiêu chuẩn và quy chuẩn áp dụng
Toàn bộ tính toán thiết kế tuân theo hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành và tham khảo Eurocode:
| Tiêu chuẩn / Quy chuẩn |
Nội dung áp dụng |
| TCVN 5574:2018 |
Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép |
| TCVN 2737:2023 |
Tải trọng và tác động |
| QCVN 03:2022/BXD |
Phân cấp công trình phục vụ thiết kế xây dựng |
| QCVN 06:2022/BXD |
An toàn cháy cho nhà và công trình |
| QCVN 02:2022/BXD |
Số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng |
| TCVN 1651-1, 1651-2:2018 |
Thép cốt bê tông (thép tròn trơn và thép vằn) |
| TCVN 10304:2014 |
Móng cọc — Tiêu chuẩn thiết kế |
| TCVN 9395:2012 |
Thi công và nghiệm thu cọc khoan nhồi |
| TCVN 9386:2012 |
Thiết kế công trình chịu động đất |
| TCVN 9362:2012 |
Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình |
| TCVN 12041:2017 |
Yêu cầu về độ bền lâu trong môi trường xâm thực |
| Eurocode 2 – 2004 |
Tham khảo thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép |
Phương pháp và mô hình tính toán
Đồ án sử dụng sơ đồ tính toán chưa biến dạng (sơ đồ đàn hồi), trong đó kết cấu được phân tích theo khung không gian làm việc theo 2 phương, căn cứ tỷ số kích thước mặt bằng L/B = 45,44/20,5 = 2,2.
Phần mềm tính toán sử dụng:
- CSI ETABS v18 — phân tích kết cấu khung không gian, nội lực, chuyển vị
- CSI SAP 2000 v14 — phân tích kết cấu bổ trợ
- SciE-CalBeam theo TCVN 5574:2018 — tính cốt thép dầm, cột, sàn
- Microsoft Office 2016 — tính toán thủ công và bảng biểu
- AutoCAD 2020 — thể hiện bản vẽ kỹ thuật
Phương pháp xác định tải trọng: Tĩnh tải hoàn thiện tính theo khối lượng từng lớp cấu tạo; tải trọng gió theo TCVN 2737:2023 với vùng gió II (W₀ = 95 daN/m²); tải trọng động đất theo phương pháp tĩnh lực tương đương dựa trên đỉnh gia tốc nền a_gR = 0,06×g, nền đất loại D.
Nguồn dữ liệu địa chất: Số liệu khoan cọc thực tế tại công trình, cung cấp mặt cắt địa chất gồm 6 lớp đất với các chỉ tiêu cơ lý cụ thể.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1 (Phần I): Tổng quan về kiến trúc công trình
Chương này trình bày đầy đủ điều kiện tự nhiên tại địa điểm xây dựng theo QCVN 02:2022/BXD và TCVN 2737:2023, bao gồm: khí hậu nhiệt đới gió mùa vùng VII, nhiệt độ trung bình 27°C, lượng mưa trung bình 1.949 mm/năm, vùng gió II với v₁₀ₘ,₅₀ = 31 m/s, mật độ sét đánh 13,7 lần/km²/năm, và đặc điểm nền đất loại D với a_gR = 0,06×g.
Công trình được phân cấp C2 theo QCVN 03:2022/BXD. Các thông số quy mô: diện tích xây dựng khoảng 1.000 m²; diện tích mặt bằng sử dụng mỗi tầng khoảng 859,5 m²; tổng diện tích mặt bằng sử dụng 13.034 m²; tổng chiều cao 55 m; chiều sâu đào móng −2,85 m. Mặt bằng hình chữ nhật cân xứng, lưới cột đều đặn.
Về giải pháp kiến trúc, phong cách hiện đại được áp dụng với mặt đứng kết hợp kính chịu lực và đá granite. Giao thông đứng gồm 1 thang máy và 2 cầu thang bộ (1 giữa nhà, 1 bên trái). An toàn cháy đạt bậc chịu lửa I theo QCVN 06:2022/BXD, công trình thuộc nhóm nguy hiểm cháy theo công năng F4.
Chương 1 (Phần II): Tổng quan về kết cấu công trình
Chương này phân tích lý do lựa chọn hệ kết cấu và xác lập các tiêu chí thiết kế. Sau khi so sánh 5 loại hệ sàn phổ biến (sàn sườn, sàn ô cờ, sàn không dầm, sàn ứng lực trước, sàn bóng/hộp), đồ án chọn hệ sàn sườn do phù hợp với chiều cao và nhịp vừa phải của công trình, dễ thi công và đã được dùng phổ biến tại Việt Nam.
Hệ kết cấu chịu lực sử dụng bê tông cốt thép với sơ đồ khung không gian. Vật liệu bê tông gồm cấp độ bền B35 (Rb = 19,5 MPa, Rbt = 1,3 MPa, Eb = 34,5×10³ MPa) và B40 (Rb = 22 MPa, Rbt = 1,4 MPa, Eb = 36×10³ MPa). Cốt thép dùng CB300-T (Ø < 10 mm, Rs = 260 MPa) và CB400-V (Ø ≥ 10 mm, Rs = 350 MPa).
Các tiêu chí kiểm soát chuyển vị: chuyển vị đỉnh không vượt H/500 = 110 mm; chuyển vị lệch tầng do động đất không vượt 1/500; độ võng sàn dài hạn không vượt L/250, tức thời không vượt L/500 (với L = 7.500 mm).
Chương 2 (Phần II): Sơ bộ tiết diện và tải trọng tác dụng
Tiết diện sàn điển hình được sơ bộ từ ô sàn nguy hiểm nhất có cạnh ngắn L₁ = 4,25 m, kết quả chọn h_s = 130 mm. Tiết diện dầm chính lớn nhất D1 (nhịp 7,5 m): 600 × 300 mm. Dầm phụ DP (nhịp 7,5 m): 450 × 250 mm. Vách cứng chọn B = 220 mm.
Tải trọng gió theo 2 phương X và Y được khai báo tác dụng vào tâm hình học công trình. Tải trọng động đất khai báo theo phương pháp tĩnh lực tương đương theo cả 2 phương. Tổ hợp tải trọng được lập theo trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGH1 — phá hoại) và trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH2 — võng, nứt), bao gồm cả tổ hợp kể đến động đất.
Chương 3 (Phần II): Thiết kế kết cấu khung trục trên phần mềm ETABS v18
Mô hình 3D toàn công trình được xây dựng trong ETABS v18 với đầy đủ khai báo vật liệu, tiết diện khung, tiết diện sàn, tiết diện vách. Tâm cứng Diaphragm được gán cho từng sàn tầng. Kết quả phân tích cho thấy biểu đồ mô-men 3-3, lực cắt, lực dọc khung trục 11 theo tổ hợp BAO TTGH1 (max và min). Đồ án kiểm tra chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh công trình theo GX và GY, chuyển vị lệch tầng do động đất DX và DY, và độ võng sàn tầng điển hình theo phương UZ trong tổ hợp SLS1.
Chương 4 (Phần II): Tính toán cốt thép cho công trình
Chương này trình bày chi tiết tính cốt thép cho các cấu kiện chính:
- Sàn tầng điển hình và tầng mái: Tính theo dải strip A và B, bố trí cốt thép hai phương.
- Dầm khung trục 11: Tính cốt thép dọc chịu uốn và cốt đai chịu cắt theo TTGH1; kiểm tra nứt theo TTGH2.
- Cột khung trục 11: Tính cốt thép lệch tâm xiên cho các nhóm cột C1, C2, C4, C5, C6, C7, C8 qua từng nhóm tầng; kiểm tra cốt đai.
- Cầu thang 3 vế: Tính riêng kích thước, tải trọng và cốt thép cho vế thang V1, V2, V3 và dầm chiếu tới; sử dụng phần mềm SAP 2000 v14 với 3 sơ đồ tính.
Chương 5 (Phần II): Tính toán móng cho công trình
Điều kiện địa chất 6 lớp đất được đánh giá chi tiết. Căn cứ tải trọng lớn của công trình cao tầng, đồ án lựa chọn giải pháp móng cọc khoan nhồi. Ba loại đài móng được thiết kế:
| Móng |
Nội lực tính toán |
Số lượng cọc sơ bộ |
Kiểm tra |
| M1 |
Xác định từ ETABS |
Sơ bộ theo tải trọng |
Lực đầu cọc, độ lún, xuyên thủng, cốt thép đài |
| M2 |
Xác định từ ETABS |
Sơ bộ theo tải trọng |
Lực đầu cọc, độ lún, xuyên thủng, cốt thép đài |
| M3 |
Xác định từ ETABS |
Sơ bộ theo tải trọng |
Lực đầu cọc, độ lún, xuyên thủng, cốt thép đài |
Sức chịu tải cọc được tính theo ba phương pháp: theo vật liệu (công thức lý thuyết), theo đất nền (ma sát thành và sức kháng mũi), và theo chỉ số SPT. Độ cứng cọc được khai báo trong ETABS để phân tích phản lực đầu cọc. Cốt thép đài cọc tính theo dải strip 1 m theo 2 phương.
Chương 6 (Phần III): Thiết kế biện pháp kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi
Trình bày sơ đồ trình tự các giai đoạn thi công cọc khoan nhồi với các thông số thiết bị cụ thể. Máy khoan và máy trộn Bentonite BE 15-A được lựa chọn với thông số kỹ thuật chi tiết. Máy cẩu MKG-25BR phục vụ cẩu lắp lồng thép. Thời gian các giai đoạn thi công cọc khoan nhồi được lập thành bảng.
Chương 7 (Phần III): Thiết kế biện pháp kỹ thuật thi công đào đất phần ngầm
Chương này xác định phương án đào đất, tính toán khối lượng đất đào hố móng, khối lượng đất đắp và khối lượng đất chở đi. Hình dạng hố đào được xác định và tổ máy thi công được chọn phù hợp với quy mô công trình.
Chương 8 (Phần III): Thiết kế biện pháp kỹ thuật thi công đài móng và tiến độ phần ngầm
Tính toán ván khuôn đài móng M1 theo sơ đồ 2 đầu tựa vào sườn đứng và sơ đồ cột chống. Khối lượng công tác phần ngầm được lập đầy đủ, bao gồm: bê tông lót giằng móng, xây tường gạch làm copha giằng móng, cốt thép giằng móng, bê tông giằng móng, lấp đất. Tổ chức thi công theo phân đoạn, tính nhịp công tác và số lao động theo Thông tư 12-2021.
Chương 9 (Phần III): An toàn lao động
Quy định an toàn được trình bày cho các công tác: đào đất, sử dụng dụng cụ và vật liệu, di chuyển máy, vận chuyển bê tông, đổ và đầm bê tông, bảo dưỡng bê tông, ván khuôn và cốt thép.
Kết quả và đóng góp
Kết quả kết cấu chính
- Sàn điển hình: chiều dày 130 mm, bố trí cốt thép CB400-V hai phương theo dải strip A và B.
- Dầm D1 (nhịp 7,5 m): tiết diện 600 × 300 mm, cốt thép dọc và cốt đai được bố trí đầy đủ theo tổ hợp BAO TTGH1.
- Cột tầng 1–2: tiết diện lớn nhất C3/C4 tại vị trí C-3, B-3 là 800 × 500 mm (tầng 1) và 700 × 500 mm (tầng 2–6).
- Vách cứng: chiều dày 220 mm toàn bộ chiều cao công trình.
- Chuyển vị đỉnh: kiểm tra theo GX và GY không vượt giới hạn H/500 = 110 mm.
- Chuyển vị lệch tầng do động đất: kiểm tra DX và DY không vượt 1/500.
- Móng cọc khoan nhồi: ba loại đài M1, M2, M3 với sức chịu tải thiết kế xác định từ ba phương pháp tính (vật liệu, đất nền, SPT), kiểm tra độ lún và chống xuyên thủng đạt yêu cầu.
Giải pháp và kiến nghị
Đồ án đề xuất áp dụng hệ sàn sườn bê tông cốt thép thay vì các hệ sàn phức tạp hơn do phù hợp với quy mô công trình. Giải pháp móng cọc khoan nhồi được kiến nghị do địa chất khu vực có lớp đất yếu ở độ sâu nông (lớp 1 và lớp 2), trong khi các lớp đất tốt (lớp 3, 4, 5, 6) nằm từ độ sâu trên 11 m. Tiến độ thi công phần ngầm được lập chi tiết theo phân đoạn nhằm tối ưu hóa sử dụng nhân công và thiết bị.
Đóng góp
Đồ án hoàn thành trọn vẹn ba phần thiết kế (kiến trúc, kết cấu, thi công) cho một công trình thực tế tại TP. Thủ Đức, áp dụng đồng thời bộ tiêu chuẩn Việt Nam cập nhật nhất (TCVN 2737:2023, QCVN 02, 03, 06:2022/BXD) cùng phần mềm phân tích kết cấu ETABS v18 và SAP 2000 v14. Đây là trường hợp thiết kế tích hợp đồng bộ từ kiến trúc đến móng, có giá trị tham chiếu cho các công trình văn phòng tương tự tại khu vực TP. Thủ Đức.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Tác giả thừa nhận giới hạn về kiến thức và kinh nghiệm trong quá trình thực hiện, có thể dẫn đến một số sai sót trong tính toán chi tiết. Phạm vi đồ án giới hạn ở phần ngầm (thi công cọc khoan nhồi và đào đất), chưa bao gồm biện pháp kỹ thuật và tiến độ thi công phần thân và phần hoàn thiện. Dự toán công trình chưa được lập đầy đủ cho toàn bộ các hạng mục.
Hướng mở rộng có thể bao gồm: thiết kế và lập tiến độ thi công phần thân; lập dự toán toàn bộ công trình; so sánh thêm các phương án kết cấu (sàn ứng lực trước hoặc sàn bóng) đối với nhịp lớn; phân tích phi tuyến hình học (P-Delta) và phi tuyến vật liệu cho đánh giá ứng xử động đất chi tiết hơn.
Giá trị tham khảo
Đồ án phù hợp để tham khảo đối với các đối tượng:
- Sinh viên ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp đang thực hiện đồ án tốt nghiệp về thiết kế nhà văn phòng cao tầng từ 10–20 tầng, đặc biệt cần tham khảo quy trình sơ bộ tiết diện, mô hình ETABS v18 và tính toán móng cọc khoan nhồi.
- Sinh viên học phần Kết cấu bê tông cốt thép cần ví dụ tính cốt thép lệch tâm xiên cho cột nhà cao tầng, tính cốt đai dầm và cốt thép đài cọc theo TCVN 5574:2018.
- Sinh viên học phần Nền móng có thể tham khảo quy trình xác định sức chịu tải cọc khoan nhồi theo ba phương pháp song song (vật liệu, đất nền, SPT) và kiểm tra độ lún móng cọc.
- Sinh viên học phần Thi công có thể tham khảo biện pháp kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi với thiết bị Bentonite BE 15-A và máy cẩu MKG-25BR, cũng như phương pháp tổ chức thi công phần ngầm theo phân đoạn theo Thông tư 12-2021.
Phần đáng tham khảo nhất là Chương 2 (sơ bộ tiết diện và tải trọng), Chương 3 (mô hình ETABS) và Chương 5 (thiết kế móng cọc khoan nhồi cho địa chất nhiều lớp).
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao đồ án chọn hệ sàn sườn thay vì sàn không dầm hay sàn ứng lực trước?
Sau khi phân tích ưu nhược điểm năm loại hệ sàn, đồ án kết luận hệ sàn không dầm có độ cứng ngang nhỏ, không phù hợp với công trình cao tầng 55 m chịu tải trọng ngang lớn; sàn ứng lực trước có quy trình tính toán phức tạp và TCVN chưa có tiêu chuẩn riêng; sàn bóng/hộp là công nghệ mới chưa phổ biến tại Việt Nam. Hệ sàn sườn được chọn vì đơn giản, phù hợp với chiều cao nhịp vừa phải của công trình và dễ thi công theo điều kiện thực tế.
2. Vì sao công trình sử dụng hai cấp độ bền bê tông B35 và B40?
Theo Bảng II trong đồ án, bê tông B35 (Rb = 19,5 MPa) và B40 (Rb = 22 MPa) đều dùng cho kết cấu dầm, sàn, cầu thang, cột và móng. Việc phân biệt hai cấp cho phép tối ưu kinh tế: các cấu kiện chịu lực lớn hơn (đặc biệt cột và móng các tầng dưới) có thể sử dụng bê tông B40 để giảm tiết diện trong khi các cấu kiện ít chịu lực hơn dùng B35.
3. Sức chịu tải thiết kế của cọc khoan nhồi được xác định như thế nào?
Đồ án tính song song ba phương pháp: (i) theo vật liệu cọc dựa trên tiết diện và cường độ bê tông; (ii) theo đất nền gồm ma sát thành và sức kháng mũi cọc từ các chỉ tiêu cơ lý 6 lớp đất; (iii) theo chỉ số SPT từ số liệu khoan thực tế tại công trình. Sức chịu tải thiết kế cuối cùng lấy giá trị bất lợi nhất trong ba kết quả, sau đó dùng để xác định sơ bộ số lượng cọc cho từng đài M1, M2, M3.
4. Tải trọng động đất được khai báo và tính toán theo phương pháp nào?
Đồ án sử dụng phương pháp tĩnh lực tương đương theo TCVN 9386:2012, với đỉnh gia tốc nền tham chiếu a_gR = 0,06×g (g = 9,81 m/s²), nền đất loại D. Tải động đất được khai báo theo cả hai phương X và Y trong ETABS v18 và đưa vào tổ hợp tải trọng kể đến động đất để kiểm tra chuyển vị lệch tầng tỉ đối không vượt 1/500.
5. Thi công phần ngầm được tổ chức theo bao nhiêu giai đoạn và chia phân đoạn như thế nào?
Thi công phần ngầm được chia thành hai giai đoạn chính: Giai đoạn 1 bao gồm các công tác sau khi đào đất (bê tông lót đài móng, lắp cốt thép, đổ bê tông đài); Giai đoạn 2 bao gồm bê tông lót giằng móng, xây tường gạch làm copha giằng, lắp cốt thép giằng, đổ bê tông giằng và lấp đất. Mỗi giai đoạn được chia phân đoạn thi công, tính nhịp công tác và số lao động phân công theo tổ đội chuyên môn dựa trên định mức Thông tư 12-2021.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế trụ sở hành chính LEGACY TP. Thủ Đức" hoàn thành đầy đủ ba phần yêu cầu: kiến trúc công trình 14 tầng cao 55 m tại Phường Bình Trưng Đông; kết cấu bê tông cốt thép theo sơ đồ khung không gian với hệ sàn sườn, mô hình hóa toàn bộ trong ETABS v18 và tính toán cốt thép chi tiết cho sàn, dầm, cột, cầu thang và móng cọc khoan nhồi; thi công phần ngầm bao gồm cọc khoan nhồi, đào đất và ván khuôn đài móng. Toàn bộ thiết kế tuân theo hệ thống tiêu chuẩn và quy chuẩn Việt Nam cập nhật nhất tính đến năm 2023–2024, có tham khảo Eurocode 2. Đây là tài liệu tham chiếu thiết thực cho các đồ án thiết kế công trình văn phòng cao tầng tương tự trong điều kiện địa chất và khí hậu khu vực TP. Thủ Đức và các đô thị phía Nam.