Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Chung cư Tiến Phát" được thực hiện bởi sinh viên Vũ Văn Bằng (MSSV: 11149011), dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Lê Anh Thắng tại Khoa Xây dựng & Cơ học Ứng dụng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh (hoàn thành tháng 07/2015, mã số lưu trữ SKL 003483). Bối cảnh thực tiễn của đề tài xuất phát từ nhu cầu phát triển công trình nhà ở cao tầng tại khu vực đô thị hóa nhanh của TP. Hồ Chí Minh, cụ thể là địa bàn Quận Tân Phú. Công trình được phân cấp quy mô đầu tư cấp I, bao gồm 20 tầng (01 tầng bán hầm, 01 tầng trệt, 16 tầng căn hộ và 02 tầng mái), xây dựng trên khu đất có kích thước mặt bằng 30 m × 24 m với chiều cao công trình vượt trên 40 m (cao trình đỉnh bể nước mái đạt mức 62,0 m đến 63,5 m).

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu, tính toán thiết kế của đồ án được quy định cụ thể theo văn bản giao nhiệm vụ:

  1. Số liệu ban đầu: Tiếp nhận và xử lý hồ sơ thiết kế kiến trúc (đã được giáo viên hướng dẫn hiệu chỉnh kích thước) và hồ sơ số liệu khảo sát địa chất công trình.
  2. Nội dung các phần học lý thuyết và tính toán kỹ thuật:
    • a. Kiến trúc: Thể hiện lại toàn bộ hệ thống bản vẽ kiến trúc công trình.
    • b. Kết cấu: Tính toán và thiết kế sàn tầng điển hình; tính toán và thiết kế hệ thống cấu kiện phụ gồm cầu thang bộ thoát hiểm và bể nước mái; thiết lập mô hình không gian, tính toán và thiết kế hệ khung chịu lực trục C và trục 3.
    • c. Nền móng: Tổng hợp số liệu địa chất công trình; tính toán và thiết kế 02 phương án móng sâu khả thi để so sánh lựa chọn.
  3. Hồ sơ sản phẩm hoàn thành: 01 tập thuyết minh tính toán (300 trang), 01 tập phụ lục tính toán và 22 bản vẽ kỹ thuật khổ A1 (gồm 04 bản vẽ kiến trúc và 18 bản vẽ kết cấu).

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống kết cấu bê tông cốt thép toàn khối của công trình nhà cao tầng Chung cư Tiến Phát. Phạm vi không gian giới hạn tại vị trí xây dựng công trình thuộc Quận Tân Phú, TP. Hồ Chí Minh; phạm vi thời gian thực hiện đồ án từ ngày giao nhiệm vụ (15/09/2014) đến ngày hoàn thành nghiệm thu (03/07/2015).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Công trình áp dụng hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành của Việt Nam trong việc xác định tải trọng, mô hình hóa và tính toán cốt thép:

  • 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.
  • 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.
  • TCVN 9386:2012: Thiết kế công trình chịu động đất.
  • TCVN 9362:2012: Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình.
  • TCVN 205:1998 và TCVN 10304:2014: Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCVN 195:1997: Nhà cao tầng – Thiết kế cọc khoan nhồi.
  • TCVN 33:2006: Tiêu chuẩn thiết kế cấp nước sinh hoạt đô thị.
  • Các quy chuẩn, tiêu chuẩn liên quan đến hệ thống kỹ thuật: Quy chuẩn xây dựng Việt Nam (tập 1, 2, 3 ban hành năm 1997 theo Quyết định số 439/BXD-CSXD), TCVN 3905-1984, TCVN 4319-1986, TCVN 185-1986, TCXD 25-1991, TCXD 27-1991, TCVN 95-1983, TCXD 16-1986, TCXD 29-1991, TCXD 46-1984, TCVN 4513-1988, TCXD 33-1985, TCVN 4474-1987, TCXD 51-1984.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán thực tế bao gồm:

  • Phương pháp phần tử hữu hạn không gian 3D trên phần mềm ETABS (phiên bản V9.5) để mô hình hóa toàn bộ kết cấu chịu lực chính của tòa nhà, phân tích các mode dao động riêng, xác định thành phần động của tải gió và tải trọng động đất, trích xuất tổ hợp nội lực (COMBBAO) phục vụ tính toán cốt thép dầm, cột và vách cứng.
  • Phương pháp phần tử hữu hạn trên phần mềm SAFE để mô hình hóa bản sàn tầng điển hình, phân chia dải strip theo hai phương X và Y, trích xuất biểu đồ mô men, tính thép và kiểm tra độ võng đàn hồi; đồng thời ứng dụng SAFE để mô hình hóa đài móng cụm cọc lõi thang máy.
  • Phương pháp mô hình hóa khung thanh trên phần mềm SAP2000 (khai báo hệ số trọng lượng bản thân Self Weight Multiplier = 1,1) để phân tích nội lực hệ dầm bản nắp và bản đáy của bể nước mái.
  • Phương pháp cơ học kết cấu giải tích và tra bảng: Tính toán bản sàn nắp, bản đáy bể nước theo sơ đồ ô bản số 9 (bản kê 4 cạnh liên kết ngàm với dầm); tính toán bản thành bể theo sơ đồ dải bản chịu uốn một phương liên kết ngàm ở đáy và khớp ở đỉnh; tính toán vách cứng khung trục C theo phương pháp vùng biên chịu mô men; tính toán cấu tạo kháng chấn cốt đai giam giữ bê tông (sự bó lõi bê tông).
  • Phương pháp tính toán móng cọc sâu: Xác định sức chịu tải của cọc đơn theo 4 phương pháp theo chỉ dẫn của TCXD 205:1998 (theo cường độ vật liệu cọc, theo chỉ tiêu cơ lý đất nền ở Phụ lục A, theo chỉ tiêu cường độ đất nền ở Phụ lục B, và theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT ở Phụ lục C).

Nguồn dữ liệu đầu vào sử dụng trong đồ án:

  • Hồ sơ khảo sát địa chất công trình gồm mặt cắt địa chất các hố khoan HK1 - HK2 với mực nước ngầm xuất hiện ở cao trình -7,0 m.
  • Vật liệu kết cấu quy chuẩn: Bê tông cấp độ bền B25 có cường độ chịu nén tính toán $R_b = 14,5\text{ MPa}$, cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1,05\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_b = 30.000\text{ MPa}$; Cốt thép nhóm AI (đường kính $\varnothing \le 10\text{ mm}$) có $R_s = R_{sc} = 225\text{ MPa}$, $R_{sw} = 175\text{ MPa}$, $E_s = 210.000\text{ MPa}$; Thép nhóm AII (sử dụng trong bể nước) có $R_s = R_{sc} = 280\text{ MPa}$; Thép nhóm AIII (đường kính $\varnothing > 10\text{ mm}$) có $R_s = R_{sc} = 365\text{ MPa}$, $E_s = 200.000\text{ MPa}$.

Thiết kế và triển khai giải pháp kỹ thuật

Hệ thống kết cấu và kỹ thuật của công trình được thiết kế đồng bộ với các giải pháp chính sau:

Hạng mục kỹ thuật Giải pháp lựa chọn trong đồ án Đặc tính kỹ thuật và thông số quy chuẩn
Kết cấu sàn Hệ sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối Gồm hệ dầm và bản sàn; ưu điểm thi công quen thuộc, nhược điểm dầm võng lớn ở nhịp lớn.
Kết cấu chịu lực chính Hệ hỗn hợp khung - vách - lõi cứng Khung bê tông cốt thép kết hợp lõi thang máy ở trung tâm và hệ vách biên, chịu tải đứng và tải ngang.
Hoạt tải tiêu chuẩn Xác định theo TCVN 2737:1995 Phòng khách, phòng ngủ: $1,5\text{ kN/m}^2$; phòng vệ sinh: $2,0\text{ kN/m}^2$; sảnh hành lang: $3,0\text{ kN/m}^2$.
Tải trọng gió Tính thành phần tĩnh và động Vùng II.A, địa hình B (nội thành TP.HCM), $W_0 = 83\text{ daN/m}^2$ ($0,83\text{ kN/m}^2$), hệ số khí động đẩy $c=0,8$, hút $c=0,6$.
Tải trọng động đất Phổ phản ứng đàn hồi TCVN 9386:2012 Phân tích tổ hợp dao động theo các mode riêng biệt theo hai phương trực giao X và Y.
Giao thông nội bộ 02 cầu thang bộ và 02 thang máy Thang bộ làm đường thoát hiểm chính khi xảy ra cháy nổ; hành lang quanh giếng trời $1,8\text{ m}$.
Hệ thống cấp điện Mạng hạ thế quận Tân Phú và máy phát Máy phát dự phòng đặt tại trệt đảm bảo liên tục 24/24h; dây dẫn đi trong hộp gain kỹ thuật.
Hệ thống cấp nước Cấp nước gián tiếp qua trạm bơm Bể ngầm tiếp nhận nước thủy cục, bơm lên 02 bể mái (mỗi bể $71,3\text{ m}^3$) rồi cấp tự chảy ống PVC.
Xử lý nước thải Phương pháp sinh học hiếu khí/kỵ khí Nước thải qua bể lắng, lọc vi sinh trước khi đấu nối vào hệ thống cống thoát nước chung thành phố.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày thông tin tổng quát về quy mô, kiến trúc, kết cấu và các thông số kỹ thuật đầu vào của dự án Chung cư Tiến Phát tại Quận Tân Phú, TP. Hồ Chí Minh. Tòa nhà có quy mô 20 tầng, mặt bằng 30 m × 24 m. Giải pháp kiến trúc tổ chức giao thông đứng gồm 2 cầu thang bộ và 2 thang máy; giao thông ngang là hành lang bao quanh giếng trời kích thước 1,8 m thông suốt từ tầng trệt đến tầng mái để đảm bảo thông gió, chiếu sáng tự nhiên. Hệ thống kết cấu sàn sử dụng sàn sườn toàn khối. Hệ kết cấu chịu lực chính là khung bê tông cốt thép kết hợp lõi thang máy ở giữa và hệ vách ở biên. Tải trọng tác động gồm tĩnh tải bản thân, tải hoàn thiện và hoạt tải sử dụng theo TCVN 2737:1995. Tác động ngang gồm tải trọng gió tính toán cho công trình cao trên 40 m với áp lực tiêu chuẩn $W_0 = 83\text{ daN/m}^2$ thuộc vùng áp lực II.A, địa hình B và tải trọng động đất theo TCVN 9386:2012. Vật liệu sử dụng chính là bê tông B25 cùng cốt thép AI và AIII.

Chương 2: Tính toán – Thiết kế cầu thang

Chương này thực hiện thiết kế chi tiết hệ thống cầu thang bộ tầng điển hình dạng bản 3 vế, tổng cộng 22 bậc với kích thước bậc $h_b = 160\text{ mm}$ (riêng bậc thứ 22 cao 140 mm), chiều rộng mặt bậc $l_b = 250\text{ mm}$, góc nghiêng thang đạt $\tan\alpha = 0,64$ ($\alpha = 32^\circ 37'$, $\cos\alpha = 0,842$). Sơ bộ chiều dày bản thang được chọn $h_b = 150\text{ mm}$ dựa trên điều kiện độ võng $L_0 / (25 \div 30)$; kích thước dầm cầu thang chọn $200\text{ mm} \times 400\text{ mm}$. Tác giả tính toán chi tiết tải trọng trên 1 mét dài: bản chiếu nghỉ chịu tĩnh tải hoàn thiện $g_{cn} = 5,53\text{ kN/m}$, hoạt tải tính toán $p = 1,60\text{ kN/m}$, tổng tải $q_1 = 7,13\text{ kN/m}$; bản thang nghiêng chịu tải trọng đứng gồm bản thân và hoàn thiện $q_{nghiêng} = 7,39\text{ kN/m}$, tải trọng lan can $0,69\text{ kN/m}$, hoạt tải quy đổi $p = 1,03\text{ kN/m}$, tổng tải trọng tác dụng $q_2 = 8,42\text{ kN/m}$. Sơ đồ tính toán được lựa chọn là dầm hai đầu gối cố định trên mô hình ETABS nhằm đảm bảo an toàn chịu lực tối đa cho lối thoát hiểm duy nhất khi có sự cố. Nội lực vế thang 2 cho phản lực gối tựa $R_A = R_B = 12,34\text{ kN}$, tải phân bố truyền vào bản chiếu nghỉ $q_{31} = 12,28\text{ kN/m}$. Momen tính toán nhịp lấy $M_{nhịp} = 0,4 M_{max}$. Thép chịu lực bản thang được tính toán dạng cấu kiện chịu uốn với chiều dày làm việc $h_0 = 130\text{ mm}$; cốt thép phân bố và cốt thép cấu tạo theo phương vuông góc được chọn đồng bộ là $\varnothing 8a200$.

Chương 3: Tính toán – Thiết kế bể nước mái

Nội dung chương tập trung xác định dung tích và thiết kế kết cấu 02 bể nước đặt trên mái công trình nhằm phục vụ nhu cầu sinh hoạt và phòng cháy chữa cháy. Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt lấy $q = 200\text{ lít/người/ngày}$ (TCVN 33:2006), hệ số không điều hòa ngày $k_{ngày.max} = 1,2$. Quy mô dân số tính toán từ tầng 2 đến tầng 17 là 512 người (16 tầng × 8 căn hộ × 4 người). Cộng thêm 10% nước phục vụ công cộng, cứu hỏa và 10% nhu cầu thương mại tầng trệt, công trình bố trí 2 hồ nước với chu kỳ bơm 1 lần/ngày; dung tích yêu cầu mỗi bể đạt $V = 71,3\text{ m}^3$. Bể nước có kích thước phủ bì $L \times B \times H = 7,5\text{ m} \times 7,8\text{ m} \times 1,5\text{ m}$ (chiều cao đài bể $1,5\text{ m}$), đáy bể cao hơn mặt sàn mái $1,0\text{ m}$. Tỉ số $H/L = 1,5 / 7,5 = 0,2 < 1$ xác định bể thuộc dạng bể thấp.

  • Bản nắp: Dày 150 mm, dầm nắp kích thước $200\text{ mm} \times 450\text{ mm}$, cột đỡ nắp $300\text{ mm} \times 300\text{ mm}$, bố trí lỗ thăm $600\text{ mm} \times 600\text{ mm}$. Tỉ số cạnh $L_2 / L_1 = 7800 / 7500 = 1,04 < 2$, tính toán theo ô bản số 9 (bản kê 4 cạnh liên kết ngàm).
  • Bản thành: Dày 150 mm, tỉ số $L_2 / L_1 = 7,5 / 1,5 = 5 > 2$ làm việc uốn một phương ngàm tại đáy và khớp tại đỉnh. Tải trọng tác dụng nguy hiểm nhất là tổ hợp áp lực nước cực đại cùng chiều với tải trọng gió hút tại cao trình đỉnh công trình $Z = 62\text{ m}$ ($W_0 = 0,83\text{ kN/m}^2$, $k = 1,45$, hệ số khí động gió hút $c = 0,6$).
  • Bản đáy: Chiều dày chọn 150 mm, hệ dầm đáy gồm dầm phụ kích thước $300\text{ mm} \times 500\text{ mm}$ và dầm chính $300\text{ mm} \times 700\text{ mm}$. Bản đáy chia thành các ô $3750\text{ mm} \times 3900\text{ mm}$ ($L_2 / L_1 = 1,04$), tính theo sơ đồ ô bản số 9 chịu hoạt tải nước $18\text{ kN/m}^2$ cùng tĩnh tải hoàn thiện chống thấm. Chương cũng thực hiện kiểm tra độ võng và bề rộng khe nứt cho bản đáy.
  • Hệ dầm nắp và đáy: Sử dụng phần mềm SAP2000 phân tích nội lực các dầm DN1, DN2, DD1, DD2, DD3, DD4 với trọng lượng bản thân nhân hệ số vượt tải 1,1; trích xuất mô men, lực cắt và tính toán cốt thép dọc, cốt đai.

Chương 4: Tính toán - Thiết kế hệ khung

Chương 4 là phần tính toán kết cấu phần thân chính của công trình. Mô hình không gian 3D được thiết lập trong ETABS với đầy đủ các cấu kiện cột, dầm, sàn và vách. Sơ bộ kích thước tiết diện cột thay đổi theo chiều cao công trình, dầm khung chịu lực và chiều dày vách cứng. Tính toán tải trọng gió gồm thành phần tĩnh và thành phần động theo TCVN 229:1999: xác định chu kỳ, tần số dao động riêng, tâm khối lượng và tâm cứng (Center Mass Rigidity), độ lệch tâm, chuyển vị ngang tỉ đối, hệ số áp lực động; tính toán thành phần động của gió phương X ứng với mode dao động 2 và phương Y ứng với mode dao động 1. Tính toán tải trọng động đất theo TCVN 9386:2012 dựa trên phổ phản ứng đàn hồi, xác định tổng trọng lượng hữu hiệu của các dạng dao động, trích xuất tải động đất phương X (các mode 2, 5, 8, 11) và phương Y (các mode 1, 4, 7, 10). Thực hiện các tổ hợp tải trọng cơ bản và tổ hợp bao (COMBBAO), kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình và độ ổn định tổng thể. Trên cơ sở nội lực bao, tác giả thiết kế chi tiết cốt thép dầm khung, cốt thép dọc và đai gia cường chống động đất cho cột khung trục 3 (các cột C1, C3, C6, C8) và khung trục C (các cột C5, C7), đồng thời thiết kế vách cứng trục C theo phương pháp vùng biên chịu mô men có kiểm tra cấu tạo bó lõi bê tông trong vùng tới hạn.

Chương 5: Tính toán sàn tầng điển hình

Chương 5 trình bày việc thiết kế hệ sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối tầng điển hình. Xác định sơ bộ chiều dày bản sàn và kích thước dầm sàn; tổng hợp tĩnh tải hoàn thiện (gạch lát, vữa lót, trát trần) cho các phòng khách, phòng ngủ, ban công, hành lang và sàn vệ sinh (có lớp chống thấm và tôn nền); xác định hoạt tải sử dụng theo quy chuẩn. Tác giả ứng dụng phần mềm SAFE để mô hình hóa toàn bộ mặt bằng sàn tầng điển hình, chia các dải strip thiết kế theo phương X và phương Y. Từ biểu đồ mô men uốn phân bố dọc theo các dải, tiến hành tính toán diện tích cốt thép yêu cầu, bố trí cốt thép gối và cốt thép nhịp, đồng thời xuất kết quả kiểm tra độ võng đàn hồi của sàn đảm bảo nằm trong giới hạn cho phép của tiêu chuẩn.

Chương 6: Tính toán thiết kế móng

Chương 6 giải quyết bài toán nền móng công trình dựa trên số liệu địa chất hố khoan HK1 - HK2 (mực nước ngầm ở độ sâu -7,0 m). Tác giả thiết kế và so sánh 2 phương án móng sâu khả thi:

  • Phương án 1 - Móng cọc ép bê tông ly tâm ứng suất trước: Xác định kích thước cọc sơ bộ; tính toán sức chịu tải cọc đơn theo vật liệu và theo 3 phương pháp đất nền của TCXD 205:1998 (Phụ lục A, Phụ lục B, Phụ lục C). Thực hiện tính toán thiết kế đài móng cọc dưới chân cột A-3 (point 19), cột C-3 và móng cụm cọc dưới lõi thang máy; kiểm tra phản lực đầu cọc ($P_{max}$, $P_{min}$), kiểm tra chống đâm thủng đài cọc, kiểm tra ổn định đất nền, tính toán độ lún móng cọc và tính cốt thép đài móng theo hai phương.
  • Phương án 2 - Móng cọc khoan nhồi bê tông cốt thép: Chọn đường kính và chiều dài cọc ngập vào tầng đất tốt; tính toán sức chịu tải cọc theo vật liệu bê tông B25 và theo đất nền (chỉ tiêu cơ lý, cường độ và chỉ số SPT); thiết kế đài cọc dưới chân cột A-2, cột C-3 và móng lõi thang; kiểm tra chọc thủng, tính lún và tính thép đài cọc.
  • So sánh và lựa chọn phương án: So sánh chi tiết hai phương án dựa trên yếu tố kỹ thuật, điều kiện thi công đô thị, mức độ rung chấn, tính khả thi và bài toán kinh tế (chi phí vật liệu, nhân công, thiết bị thi công) để kết luận lựa chọn phương án tối ưu cho công trình.

Chương 7: Kết luận

Chương cuối tóm tắt toàn bộ khối lượng tính toán, mô hình và thiết kế đã hoàn thành trong đồ án tốt nghiệp, khẳng định phương án kết cấu và nền móng lựa chọn đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về an toàn chịu lực, độ võng, vết nứt và độ ổn định dưới tác động của tải trọng đứng, tải trọng gió và động đất theo quy chuẩn Việt Nam.

Kết quả và đóng góp

Đồ án hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật công trình nhà cao tầng Chung cư Tiến Phát với các kết quả cụ thể:

  • Hoàn thành thiết kế kiến trúc và mô hình kết cấu cho công trình cấp I gồm 20 tầng (01 tầng bán hầm, trệt, 16 tầng căn hộ, 2 tầng mái), cao hơn 40 m, diện tích sàn 30 m × 24 m tại Quận Tân Phú, TP. Hồ Chí Minh.
  • Thiết kế hoàn chỉnh cấu kiện phụ: Cầu thang bộ bản 3 vế (22 bậc kích thước 160 mm × 250 mm, bản dày 150 mm, dầm $200\text{ mm} \times 400\text{ mm}$); 02 bể nước mái bê tông cốt thép dung tích mỗi bể $71,3\text{ m}^3$ ($7,5\text{ m} \times 7,8\text{ m} \times 1,5\text{ m}$, bản nắp/thành/đáy dày 150 mm, dầm phụ đáy $300\text{ mm} \times 500\text{ mm}$, dầm chính đáy $300\text{ mm} \times 700\text{ mm}$) đáp ứng tiêu chuẩn dùng nước $200\text{ l/người/ngày}$ cho 512 cư dân và lưu lượng cứu hỏa dự phòng.
  • Phân tích động lực học kết cấu thân trên ETABS: Tính toán đầy đủ thành phần động của tải gió (mode 2 phương X, mode 1 phương Y) và tải trọng động đất theo TCVN 9386:2012 qua các dạng dao động riêng (mode 2, 5, 8, 11 phương X; mode 1, 4, 7, 10 phương Y). Xác định tổ hợp tải trọng nguy hiểm nhất để bố trí thép chịu lực và cốt đai kháng chấn cho dầm, cột (C1, C3, C6, C8 trục 3; C5, C7 trục C) và vách cứng trục C theo phương pháp vùng biên chịu mô men.
  • Ứng dụng phần mềm SAFE phân tích nội lực bản sàn tầng điển hình theo dải strip, kiểm soát độ võng và bố trí thép sàn; đồng thời giải quyết bài toán móng đài cọc lõi thang máy.
  • Hoàn thiện bài toán so sánh kỹ thuật - kinh tế 02 phương án móng sâu:
Tiêu chí kỹ thuật & kinh tế Phương án 1: Cọc ly tâm ứng lực trước Phương án 2: Cọc khoan nhồi BTCT
Quy cách cọc tính toán Cọc tròn ly tâm ứng suất trước sản xuất sẵn Cọc tiết diện tròn thi công đổ bê tông tại chỗ
Cơ sở tính sức chịu tải Phụ lục A, B, C (SPT) theo TCXD 205:1998 Phụ lục A, B, C (SPT) theo TCXD 205:1998 & TCVN 195:1997
Vị trí đài cọc kiểm tra Cột A-3 (point 19), cột C-3, móng lõi thang Cột A-2, cột C-3, móng lõi thang
Đặc điểm thi công Dùng máy ép cọc, kiểm soát chất lượng tại nhà máy Dùng máy khoan, sử dụng dung dịch giữ thành hố khoan
Kiểm tra địa kỹ thuật Phản lực cọc ($P_{max}$, $P_{min}$), chọc thủng, lún móng Phản lực cọc, chống xuyên thủng đài, độ lún tổng thể
Đánh giá lựa chọn Phù hợp điều kiện mặt bằng, tiến độ nhanh, kinh tế Sức chịu tải cọc đơn rất lớn nhưng giá thành cao hơn

Đóng góp tự nêu của tác giả trong đồ án là đã tổng hợp, vận dụng hệ thống lý thuyết kết cấu công trình để giải quyết một bài toán thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho nhà cao tầng; kết hợp đồng bộ các phần mềm chuyên ngành hiện đại (ETABS V9.5, SAFE, SAP2000) với các tiêu chuẩn thiết kế xây dựng mới của Việt Nam thời điểm 2012 - 2014 (TCVN 5574:2012, TCVN 9386:2012, TCVN 10304:2014).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Phạm vi thiết kế kết cấu phần thân chỉ giới hạn tính toán chi tiết tại 02 khung trục đại diện (khung không gian trục 3 và khung phẳng trục C) cùng một số cột điển hình (C1, C3, C6, C8 trục 3; C5, C7 trục C), chưa triển khai tính toán chi tiết toàn bộ các khung và vách còn lại trên mặt bằng.
  • Trong tính toán cầu thang bộ, liên kết giữa bản thang và dầm chiếu nghỉ được giả thiết đơn giản hóa là liên kết khớp do yếu tố trình tự thi công thang sau vách; sơ đồ tính vế thang 2 đầu gối cố định là giải pháp thiên về an toàn chịu lực.
  • Bài toán nền móng mới dừng lại ở việc tính toán các đài móng đơn lẻ dưới một số trục cột điển hình (A-3, A-2, C-3) và cụm lõi thang, chưa mô hình hóa tương tác phi tuyến đồng thời giữa toàn bộ hệ kết cấu phần thân - đài móng - cọc - nền đất (bài toán Soil - Structure Interaction).

Hướng mở rộng đề tài:

  • Mở rộng mô hình tính toán chi tiết cốt thép cho toàn bộ các cấu kiện dầm, cột, vách của tất cả các trục khung trong không gian 3D.
  • Ứng dụng các phương pháp phân tích động lực học phi tuyến theo lịch sử thời gian (Time-history analysis) để kiểm tra ứng xử của tòa nhà dưới các cấp động đất mạnh.
  • Phân tích tương tác không gian giữa hệ móng cọc và đất nền nhiều lớp nhằm tối ưu hóa số lượng và chiều dài cọc cho toàn bộ mặt bằng tầng hầm công trình.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo trực tiếp cho sinh viên ngành Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp, kỹ sư thiết kế kết cấu công trình nhà cao tầng bê tông cốt thép. Những nội dung có giá trị tham khảo cao trong tài liệu gồm:

  • Quy trình thu thập tải trọng, xác định thành phần động của tải gió theo TCVN 229:1999 và tải trọng động đất theo TCVN 9386:2012 trên mô hình phần mềm ETABS.
  • Phương pháp phân tích dải strip trên SAFE để tính cốt thép sàn và đài móng lõi thang máy.
  • Quy trình tính toán cấu kiện vách cứng bê tông cốt thép chịu tải ngang theo phương pháp vùng biên chịu mô men có xét đến cấu tạo kháng chấn bó lõi bê tông.
  • Trình tự tính toán, kiểm tra sức chịu tải cọc theo 4 phương pháp của TCXD 205:1998 và phương pháp lập luận so sánh kỹ thuật - kinh tế lựa chọn giữa phương án móng cọc ly tâm ứng lực trước và móng cọc khoan nhồi.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình Chung cư Tiến Phát có quy mô kiến trúc và hệ kết cấu chịu lực chính như thế nào?
Công trình thuộc cấp I, gồm 20 tầng (01 tầng bán hầm, 01 tầng trệt, 16 tầng căn hộ và 02 tầng mái), chiều cao đỉnh trên 40 m (đỉnh bể nước đạt 62,0 m - 63,5 m), mặt bằng 30 m × 24 m tại Quận Tân Phú, TP.HCM. Hệ kết cấu chịu lực chính là hệ hỗn hợp khung bê tông cốt thép kết hợp lõi thang máy ở trung tâm và hệ vách cứng ở chu vi; kết cấu sàn dùng sàn sườn toàn khối.

2. Tác giả đã sử dụng các phần mềm chuyên ngành nào để phân tích nội lực các bộ phận kết cấu?
Tác giả sử dụng 3 phần mềm chuyên ngành: ETABS (phiên bản V9.5) để mô hình hóa 3D hệ khung - vách - lõi toàn nhà chịu tải trọng đứng, gió động và động đất; SAFE để mô hình hóa tính toán dải strip nội lực sàn tầng điển hình và đài cọc móng lõi thang; SAP2000 để phân tích nội lực hệ dầm bản nắp và bản đáy của bể nước mái.

3. Dung tích và kích thước hình học của 02 bể nước mái được thiết kế dựa trên các thông số nào?
Dung tích được tính dựa trên tiêu chuẩn $200\text{ lít/người/ngày}$ (TCVN 33:2006) cho 512 cư dân ($k_{ngày.max} = 1,2$), cộng thêm 10% cho chữa cháy/công cộng và 10% thương mại trệt. Bố trí 2 hồ nước bơm 1 lần/ngày, mỗi hồ có thể tích $71,3\text{ m}^3$ với kích thước $L \times B \times H = 7,5\text{ m} \times 7,8\text{ m} \times 1,5\text{ m}$, thuộc dạng bể thấp ($H/L = 0,2 < 1$).

4. Hai phương án móng cọc sâu được tính toán, so sánh trong đồ án là những phương án nào?
Tác giả thiết kế và so sánh: Phương án 1 dùng móng cọc ép bê tông ly tâm ứng suất trước (thiết kế đài cọc A-3, C-3 và lõi thang); Phương án 2 dùng móng cọc khoan nhồi bê tông cốt thép (thiết kế đài cọc A-2, C-3 và lõi thang). Sức chịu tải của cọc đơn được xác định dựa trên cường độ vật liệu và 3 phương pháp đất nền theo Phụ lục A, B, C (SPT) của TCXD 205:1998.

5. Tải trọng gió tác dụng lên công trình được xác định như thế nào trong thuyết minh?
Do công trình cao trên 40 m xây dựng tại Quận Tân Phú (vùng áp lực gió II.A, địa hình B), tải trọng gió gồm thành phần tĩnh ($W_0 = 83\text{ daN/m}^2$, hệ số vượt tải $n = 1,2$) và thành phần động tính toán theo TCVN 229:1999 dựa trên các mode dao động riêng trích xuất từ mô hình ETABS (mode 2 phương X và mode 1 phương Y).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Chung cư Tiến Phát" của sinh viên Vũ Văn Bằng đã hoàn thành đầy đủ các nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật từ kiến trúc, kết cấu phần thân, cấu kiện phụ đến hệ thống nền móng sâu cho tòa nhà 20 tầng. Bằng việc kết hợp các tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam hiện hành (TCVN 2737:1995, TCVN 5574:2012, TCVN 9386:2012, TCXD 205:1998) với các công cụ mô hình hóa phần tử hữu hạn (ETABS, SAFE, SAP2000), tác giả đã chứng minh tính an toàn chịu lực và tính khả thi thi công của công trình. Hồ sơ đồ án với 300 trang thuyết minh và 22 bản vẽ kỹ thuật khổ A1 cung cấp một tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao cho việc nghiên cứu và thực hành thiết kế kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép trong điều kiện địa chất đô thị.