Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Chung cư Tân Phước" do sinh viên Nguyễn Chí Chiến thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Văn Hậu tại Khoa Xây dựng & Cơ học Ứng dụng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh (hoàn thành tháng 07/2015). Đề tài tập trung vào việc thiết kế kỹ thuật toàn diện cho một công trình nhà cao tầng bê tông cốt thép phục vụ mục đích hỗn hợp nhà ở kết hợp thương mại - dịch vụ tại đô thị.

Công trình được xây dựng tại Quận 11, TP. Hồ Chí Minh trên khu đất có điều kiện địa chất tương đối tốt. Quy mô công trình gồm 18 tầng (01 tầng hầm, 01 tầng trệt, 16 tầng lầu và 01 tầng mái) với tổng chiều cao kiến trúc đạt 60,2 m. Diện tích mặt bằng xây dựng là 42 m x 63 m với hệ lưới cột chịu lực lớn 8 m x 9 m. Về mặt công năng, tầng hầm được bố trí làm bãi đỗ xe và khu kỹ thuật; tầng trệt sử dụng làm siêu thị thương mại; các tầng từ tầng 2 đến tầng 16 bố trí căn hộ chung cư (mỗi tầng điển hình gồm 24 căn hộ chia thành 12 căn loại 1 và 12 căn loại 2); tầng mái bố trí hệ thống kỹ thuật thoát nước, hệ thống chống sét thu lôi và 02 bể nước sinh hoạt.

Mục tiêu của đồ án là hoàn thiện hồ sơ thiết kế kỹ thuật từ khâu kiến trúc, phân tích tải trọng tĩnh và động, mô hình hóa tính toán kết cấu chịu lực không gian đến thiết kế hệ thống nền móng công trình. Các nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế cụ thể được giao bao gồm:

  1. Phần Kiến trúc: Thể hiện lại và chuẩn hóa hệ thống bản vẽ kiến trúc theo các kích thước hiệu chỉnh của giáo viên hướng dẫn, đảm bảo giải pháp giao thông đứng, giao thông ngang và các hệ thống kỹ thuật công trình (cấp điện, cấp thoát nước, thông gió, chiếu sáng, an toàn phòng cháy chữa cháy).
  2. Phần Kết cấu:
    • Tính toán và thiết kế kết cấu sàn điển hình tại tầng 4.
    • Tính toán và thiết kế kết cấu cầu thang bộ 2 vế (từ tầng 3 lên tầng 4) và bể nước sinh hoạt trên mái.
    • Xây dựng mô hình kết cấu không gian 3D, xác định các loại tải trọng tác dụng (tĩnh tải, hoạt tải, gió tĩnh, gió động và tải trọng động đất) để tính toán, thiết kế hệ khung không gian trục 3 và trục B (gồm dầm, cột, vách cứng lõi thang) tuân thủ các quy định cấu tạo kháng chấn.
  3. Phần Nền móng:
    • Xử lý, tổng hợp số liệu khảo sát địa chất công trình tại địa điểm xây dựng.
    • Thiết kế chi tiết 02 phương án móng khả thi: phương án móng cọc ép bê tông cốt thép và phương án móng cọc khoan nhồi (thiết kế các đài móng M1, M2, M3 và móng lõi thang MLT).
    • Phân tích, so sánh các chỉ tiêu kỹ thuật - kinh tế để lựa chọn giải pháp móng tối ưu.

Đối tượng nghiên cứu là kết cấu bê tông cốt thép toàn khối của công trình Chung cư Tân Phước. Phạm vi không gian giới hạn tại vị trí xây dựng ở Quận 11, TP. Hồ Chí Minh với khối lượng hồ sơ kỹ thuật gồm 01 tập thuyết minh tính toán, 01 tập phụ lục và 22 bản vẽ kỹ thuật khổ A1 (03 bản vẽ kiến trúc, 13 bản vẽ kết cấu và 06 bản vẽ nền móng). Thời gian thực hiện đồ án từ tháng 03/2015 đến ngày 03/07/2015.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án được thực hiện dựa trên hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn xây dựng hiện hành tại Việt Nam cùng các lý thuyết tính toán kết cấu bê tông cốt thép, cơ học đất và nền móng:

  • Hệ thống tiêu chuẩn thiết kế:

    • TCVN 2737:1995: Tiêu chuẩn tải trọng và tác động.
    • TCXD 198:1997: Nhà cao tầng - Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối (quy định về độ dẻo, cấu tạo kháng chấn cho khung và vách).
    • TCVN 10304:2014: Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế (phương pháp xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý và chỉ số SPT tại Phụ lục G3).
    • Tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn theo phương pháp phân tích phổ phản ứng (Response Spectrum Analysis).

  • Chỉ tiêu vật liệu chịu lực:

    • Bê tông cấp độ bền B25: Khối lượng riêng $\gamma = 25\text{ kN/m}^3$, cường độ chịu nén tính toán $R_b = 14,5\text{ MPa}$ ($14500\text{ kN/m}^2$), cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1,05\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_b = 3 \times 10^4\text{ MPa}$ ($3 \times 10^7\text{ kN/m}^2$).
    • Cốt thép nhóm AIII: Cường độ chịu kéo tính toán $R_s = 365\text{ MPa}$ ($365 \times 10^3\text{ kN/m}^2$), cường độ chịu nén tính toán $R_{sc} = 365\text{ MPa}$, sử dụng cho cốt thép dọc chịu lực của dầm, cột, vách, móng.
    • Cốt thép nhóm AI: Cường độ chịu kéo tính toán $R_s = 225\text{ MPa}$ ($225 \times 10^3\text{ kN/m}^2$), cường độ chịu nén tính toán $R_{sc} = 225\text{ MPa}$, sử dụng cho bản sàn, bản thang và cốt đai cấu tạo.
    • Vật liệu xây dựng khác: Gạch xây tường có khối lượng thể tích $\gamma = 18\text{ kN/m}^3$, gạch ceramic $\gamma = 20\text{ kN/m}^3$.

  • Phương pháp tính toán và công cụ hỗ trợ:

    • Phương pháp giải tích thực hành: Áp dụng sơ đồ dầm đơn giản, dầm gãy khúc tĩnh định và lý thuyết tính toán ô bản sàn theo bảng tra dải bản đàn hồi (ô bản số 9 ngàm 4 cạnh và bản loại dầm 1 phương).
    • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Ứng dụng phần mềm ETABS để thiết lập mô hình không gian 3D của toàn bộ công trình, phân tích dao động riêng (xác định chu kỳ, tần số dao động, chuyển vị ngang), tính toán tải trọng gió động và động đất, trích xuất biểu đồ mô men uốn ($M$), lực cắt ($Q$), lực dọc ($N$) cho các tổ hợp tải trọng.
    • Mô hình hóa chuyên biệt: Sử dụng phần mềm SAP2000 để mô hình hóa không gian hệ bể nước mái; sử dụng phần mềm SAFE để phân tích ứng suất và tính toán cốt thép đài móng lõi thang (MLT).
    • Phương pháp tính toán nền móng: Tính toán sức chịu tải đơn cọc theo đất nền (chỉ tiêu cơ lý, SPT) và theo vật liệu cọc; kiểm tra ổn định lún nền móng khối quy ước; kiểm tra đâm thủng đài cọc.

  • Nguồn dữ liệu đầu vào: Hồ sơ khảo sát địa chất công trình thực tế tại khu vực Quận 11, TP. Hồ Chí Minh và hồ sơ bản vẽ thiết kế kiến trúc đã qua chỉnh sửa theo yêu cầu chuyên môn.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1 : Kiến trúc

Chương 1 trình bày tổng quan về giải pháp không gian kiến trúc, điều kiện tự nhiên tại khu vực xây dựng và các giải pháp kỹ thuật hạ tầng của công trình:

  • Quy mô và công năng: Công trình có diện tích mặt bằng 42 m x 63 m, tổng chiều cao 60,2 m gồm 18 tầng (tầng hầm cao 3,0 m, các tầng điển hình cao 3,2 m đến 3,3 m). Khối hầm phục vụ đỗ xe và kỹ thuật; tầng trệt làm siêu thị; các tầng 2–16 gồm 24 căn hộ/tầng; tầng mái đặt 02 hồ nước sinh hoạt (kích thước mỗi hồ 8 m x 9 m x 2 m).
  • Điều kiện khí hậu: Khu vực TP. Hồ Chí Minh có 2 mùa rõ rệt. Mùa mưa (tháng 5 đến tháng 11) có gió Tây Nam chiếm 66% với vận tốc trung bình 2,15 m/s, lượng mưa cao nhất 638 mm (tháng 5). Mùa khô có gió Đông Nam chiếm 30–40% và gió Đông chiếm 20–30%, nhiệt độ cao nhất đạt 40°C. Khu vực rất ít chịu ảnh hưởng trực tiếp của bão.
  • Giao thông và hạ tầng kỹ thuật: Giao thông đứng bố trí 2 khối thang máy (mỗi khối gồm 2 thang máy, trong đó có 1 thang máy thoát hiểm) kết hợp 2 cầu thang bộ tạo thành lõi cứng trung tâm. Hệ thống điện sử dụng nguồn lưới kết hợp máy phát điện dự phòng 150 kVA tại tầng hầm. Hệ thống cấp nước kết hợp nước ngầm và nước máy dẫn qua bể ngầm tầng hầm, bơm lên 2 bể nước mái để phân phối tự chảy. Hệ thống PCCC trang bị hộp chữa cháy vòi 20 m, bình CO2, cảm biến báo nhiệt tự động và huy động nước từ bể mái (dung tích 110,5 m3 đến 288 m3) khi có sự cố.

Chương 2 : Tính toán và thiết kế sàn

Nội dung chương 2 tập trung vào việc lập sơ đồ tính, xác định tải trọng và tính toán cốt thép cho hệ sàn tầng 4:

  • Giải pháp kết cấu: Do lưới cột lớn 8 m x 9 m, mặt bằng sử dụng hệ dầm giao nhau để chia nhỏ các ô bản sàn. Chiều dày bản sàn được chọn sơ bộ $h_b = 180\text{ mm}$ (dựa trên tỷ lệ nhịp $L/40 \div L/45$). Hệ dầm chính có tiết diện 300 mm x 700 mm; hệ dầm console và dầm môi chọn 200 mm x 400 mm (thỏa mãn điều kiện tỷ số chiều cao trên chiều rộng không vượt quá 3 theo TCXD 198:1997).
  • Tải trọng tác dụng: Xác định chi tiết tĩnh tải gồm các lớp cấu tạo hoàn thiện (gạch ceramic/mem, vữa lót, vữa trát trần, đường ống thiết bị), trọng lượng bản thân sàn bê tông cốt thép, tĩnh tải tường gạch xây truyền lên sàn và hoạt tải sử dụng theo quy định của TCVN 2737:1995.
  • Xác định nội lực và tính thép: Với tỷ số chiều cao dầm trên chiều dày sàn $h_d / h_b = 700 / 180 = 3,89 > 3$, liên kết giữa sàn và dầm được xem là liên kết ngàm. Các ô bản từ S1 đến S5 có tỷ số cạnh $L_2 / L_1 < 2$ được tính toán theo sơ đồ bản kê 4 cạnh (ô bản số 9). Ô bản S6 có kích thước 9 m x 1,5 m ($L_2 / L_1 = 6 > 2$) được tính toán theo sơ đồ bản dầm làm việc 1 phương. Cốt thép sàn được lựa chọn là thép $\Phi 8$ và $\Phi 10$ với khoảng cách $a = 150 \div 200\text{ mm}$, đảm bảo điều kiện hàm lượng cốt thép hợp lý ($\mu_{min} \le \mu \le 4%$) và kiểm tra độ võng đàn hồi $f \le [f]$ cho ô bản S6 nhịp lớn ($L = 9\text{ m}$).

Chương 3 : Tính cầu thang

Chương 3 trình bày chi tiết việc thiết kế kết cấu cầu thang bộ 2 vế nối từ tầng 3 lên tầng 4:

  • Thông số hình học: Chiều cao tầng 3,3 m (chiều cao mỗi vế thang là 1,65 m với 11 bậc/vế). Chiều dày bản thang chọn $h_b = 110\text{ mm}$, nhịp tính toán $L_0 = 4,6\text{ m}$, góc nghiêng bản thang $\alpha = 29,65^\circ$ ($\tan \alpha \approx 0,57$).
  • Tải trọng và sơ đồ tính: Tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ, bản chiếu tới và bản thang nghiêng được quy đổi theo góc dốc (bao gồm trọng lượng bản thân, bậc gạch xây cao 150 mm, đá hoa cương dày 20 mm, vữa lót, vữa trát và tay vịn gỗ). Sơ đồ tính là dầm gãy khúc hai đầu khớp tĩnh định chịu tải trọng phân bố đều.
  • Kết quả tính toán: Xác định tọa độ mặt cắt có mô men uốn cực đại bằng phương pháp đạo hàm $dM_x/dx = 0$, thu được giá trị mô men tính toán $M_{max} = 24,6\text{ kNm}$. Cốt thép bản thang được tính toán và bố trí bằng thép nhóm AI; dầm chiếu tới (nhịp $l = 3\text{ m}$) được tính toán chịu mô men uốn nhịp $M_n = 52,43\text{ kNm}$ và phản lực gối tựa $R_A$, bố trí thép dọc nhóm AIII và thép đai chống cắt nhóm AI.

Chương 4 : Tính bể nước

Chương 4 thực hiện tính toán thiết kế chi tiết 02 bể nước sinh hoạt đặt trên mái công trình:

  • Xác định quy mô và dung tích: Kích thước hình học mỗi bể là dài $a = 9\text{ m}$, rộng $b = 8\text{ m}$, cao $H = 2\text{ m}$. Với điều kiện $H < 2a$ và $a < 3b$, bể thuộc loại kết cấu bể thấp. Tổng dung tích 2 bể đạt $V = 2 \times (2 \times 8 \times 9) = 288\text{ m}^3$. Nhu cầu nước sinh hoạt tính toán cho 1344 cư dân (24 căn/tầng x 14 tầng x 4 người/căn, tiêu chuẩn 120 lít/người/ngày) kết hợp 10% nước công cộng và 10% thương mại tầng trệt đạt $Q = 194\text{ m}^3/\text{ngày}$, chứng minh thể tích 288 m3 đáp ứng đầy đủ yêu cầu cấp nước.
  • Thiết kế cấu kiện bằng giải tích:
    • Bản nắp: Chọn chiều dày $h_b = 150\text{ mm}$, tính theo sơ đồ ô bản số 9 (ngàm 4 cạnh vào thành bể). Bố trí lỗ thăm kích thước 1000 mm x 1000 mm và gia cường bằng 3 thanh $\Phi 12$ ($A_s = 3,39\text{ cm}^2$) thay thế cho 6 thanh $\Phi 8$ bị cắt qua lỗ.
    • Bản thành: Chiều dày $h_b = 150\text{ mm}$, chia thành ô bản $9\text{ m} \times 2\text{ m}$ và $8\text{ m} \times 2\text{ m}$ làm việc 1 phương theo phương thẳng đứng. Xét trường hợp tổ hợp nguy hiểm nhất là "gió hút + bể đầy nước" do áp lực nước ($P_n = 22\text{ kN/m}^2$) và gió hút ($W_{hut} = 0,8\text{ kN/m}^2$) cùng chiều.
    • Bản đáy: Chiều dày $h_b = 250\text{ mm}$, tính toán theo sơ đồ ngàm 4 cạnh. Kết quả kiểm tra độ võng đàn hồi đạt $f = 0,327\text{ mm} \le [f] = 25\text{ mm}$. Bề rộng vết nứt tính toán $a_{crc}$ của bản đáy ($0,11\text{ mm}$) và bản thành ($0,013\text{ mm}$) đều nhỏ hơn giới hạn cho phép $a_{crc2} = 0,2\text{ mm}$ theo điều kiện chống thấm.
  • Mô hình kiểm chứng SAP2000: Thiết lập mô hình phần tử vỏ (shell) cho toàn bộ hệ nắp, thành và đáy bể nước trong SAP2000 để kiểm tra ứng suất không gian và tính toán cốt thép tối ưu.

Chương 5 : Tính toán-thiết kế khung trục 3,B

Chương 5 là nội dung trọng tâm về kết cấu chịu lực chính của công trình:

  • Mô hình hóa và sơ bộ tiết diện: Xây dựng mô hình 3D kết cấu khung - vách không gian bằng ETABS. Tiết diện cột được chọn sơ bộ giảm dần theo chiều cao công trình (tiết diện lớn ở tầng hầm và tầng trệt để chịu tải trọng thẳng đứng lớn). Hệ dầm khung chính chọn kích thước tiết diện phù hợp yêu cầu độ cứng và dẻo.
  • Xác định tải trọng tĩnh và động:
    • Tải trọng gió: Tính toán thành phần tĩnh và thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737:1995 (công trình nằm ở vùng gió IIA, $W_0 = 83\text{ daN/m}^2$, dạng địa hình B). Thành phần động được xác định qua việc phân tích các dạng dao động riêng (mode 2, mode 5 theo phương X; mode 3 theo phương Y), hệ số áp lực động $\xi_i$ và hệ số tương quan không gian $\nu$.
    • Tải trọng động đất: Ứng dụng phương pháp phân tích phổ phản ứng thiết kế theo phương nằm ngang, tính toán lực động đất tác dụng lên các tầng theo phương X và Y cho từng dạng dao động riêng biệt.
  • Tổ hợp tải trọng và nội lực: Tiến hành tổ hợp các trường hợp tải trọng cơ bản (tĩnh tải, hoạt tải, gió tĩnh $\pm X, \pm Y$, gió động $\pm X, \pm Y$, động đất $\pm X, \pm Y$) để xây dựng biểu đồ bao mô men uốn ($M$), lực cắt ($Q$) và lực dọc ($N$).
  • Tính toán và bố trí cốt thép cấu kiện:
    • Hệ dầm khung trục 3 và B: Tính thép dọc chịu mô men âm tại gối và mô men dương tại nhịp; tính toán cốt đai chịu lực cắt và bố trí cốt thép đai dày trong vùng tới hạn đầu dầm theo yêu cầu cấu tạo kháng chấn của TCXD 198:1997.
    • Hệ cột khung trục 3 và B: Tính toán cốt thép theo bài toán nén uốn lệch tâm xiên tổ hợp từ $(N, M_x, M_y)$, kiểm tra hàm lượng cốt thép và bố trí cốt đai gia cường chống nở hông.
    • Hệ vách cứng lõi thang: Trích xuất nội lực dải vách (vách P5 tầng 1, vách V1 trục B) từ ETABS, tính toán cốt thép chịu nén uốn và lực cắt theo phương đứng và ngang.

Chương 6 : Tính toán - thiết kế móng

Chương 6 trình bày việc xử lý số liệu địa chất, thiết kế chi tiết 02 phương án móng sâu và phân tích so sánh kỹ thuật - kinh tế:

  • Đặc điểm địa chất: Dựa trên kết quả khoan khảo sát địa chất tại hiện trường gồm các lớp đất cơ bản và chỉ số thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT.
  • Phương án 1 - Móng cọc ép bê tông cốt thép:
    • Xác định sức chịu tải đơn cọc theo 3 phương pháp: theo chỉ tiêu cơ lý đất nền, theo kết quả SPT (TCVN 10304:2014) và theo cường độ vật liệu cọc; kiểm tra ứng suất cẩu lắp và vận chuyển cọc.
    • Thiết kế chi tiết móng cọc ép M1, M2, M3 dưới chân cột khung và móng lõi thang MLT dưới vách thang máy.
    • Kiểm tra điều kiện áp lực đáy móng khối quy ước, độ lún công trình ($S \le [S]$), kiểm tra xuyên thủng đài cọc và tính toán cốt thép đài móng (sử dụng phần mềm SAFE để giải nội lực đài móng lõi thang phức tạp).
  • Phương án 2 - Móng cọc khoan nhồi:
    • Tính toán sức chịu tải cọc khoan nhồi theo cường độ vật liệu bê tông, chỉ tiêu cơ lý và thí nghiệm SPT.
    • Thiết kế chi tiết các móng cọc khoan nhồi M1, M2, M3 và móng lõi thang MLT.
    • Kiểm tra ổn định trượt lún nền đất, kiểm tra chống chọc thủng và tính thép đài cọc bằng SAFE.
  • So sánh và lựa chọn phương án: Phân tích tổng hợp về mặt kỹ thuật (khả năng chịu tải, độ lún công trình), công nghệ và biện pháp thi công trong đô thị Quận 11 (mức độ ảnh hưởng tiếng ồn, độ rung đến công trình lân cận, mặt bằng thi công) và chỉ tiêu kinh tế để kết luận phương án móng hợp lý nhất.

Kết quả và đóng góp

Đồ án hoàn thành trọn vẹn việc tính toán và lập hồ sơ thiết kế kỹ thuật cho công trình nhà cao tầng Chung cư Tân Phước. Các kết quả tính toán chính và giải pháp thiết kế tiêu biểu được tổng hợp trong các bảng số liệu sau:

Hạng mục cấu kiện Kích thước / Tiết diện thiết kế Cấp vật liệu Tiêu chuẩn / Phương pháp kiểm tra Kết quả kiểm tra chính
Sàn tầng 4 Chiều dày $h_b = 180\text{ mm}$ Bê tông B25, Thép AI ($\Phi 8, \Phi 10$) Bản kê 4 cạnh & bản dầm; TCVN 2737:1995 Đạt võng đàn hồi $f \le [f]$, hàm lượng $\mu$ hợp lý
Dầm chính Tiết diện $300\text{ mm} \times 700\text{ mm}$ Bê tông B25, Thép AIII TCXD 198:1997 (Cấu tạo kháng chấn) Thỏa mãn tỉ số $h_d/b_d \le 3$, đủ độ dẻo
Bản thang bộ Chiều dày $h_b = 110\text{ mm}$ Bê tông B25, Thép AI Dầm gãy khúc tĩnh định $M_{max} = 24,6\text{ kNm}$, bố trí thép AI
Bản đáy bể nước Chiều dày $h_b = 250\text{ mm}$ Bê tông B25, Thép AIII Trạng thái giới hạn II; SAP2000 Độ võng $f = 0,327\text{ mm} \le 25\text{ mm}$; Nứt $a_{crc} = 0,11\text{ mm} \le 0,2\text{ mm}$
Bản thành bể nước Chiều dày $h_b = 150\text{ mm}$ Bê tông B25, Thép AI/AIII Ngàm - khớp, tải "Gió hút + Nước đầy" Nứt $a_{crc} = 0,013\text{ mm} \le 0,2\text{ mm}$, an toàn chống thấm
Bản nắp bể nước Chiều dày $h_b = 150\text{ mm}$ Bê tông B25, Thép AI Ngàm 4 cạnh; Lỗ thăm $1\text{m} \times 1\text{m}$ Gia cường 3$\Phi 12$ ($A_s = 3,39\text{ cm}^2$) bù cắt 6$\Phi 8$

So sánh tổng hợp giữa 2 phương án nền móng được thiết kế trong đồ án:

Tiêu chí so sánh Phương án 1: Móng cọc ép BTCT Phương án 2: Móng cọc khoan nhồi
Cơ sở xác định sức chịu tải Chỉ tiêu cơ lý, chỉ số SPT (TCVN 10304:2014), vật liệu Chỉ tiêu cơ lý, chỉ số SPT (TCVN 10304:2014), vật liệu
Phạm vi thiết kế chi tiết Các đài M1, M2, M3 và đài móng lõi thang MLT Các đài M1, M2, M3 và đài móng lõi thang MLT
Công cụ tính toán đài MLT Mô hình hóa phần tử hữu hạn bằng phần mềm SAFE Mô hình hóa phần tử hữu hạn bằng phần mềm SAFE
Yếu tố thi công đô thị Yêu cầu mặt bằng ép cọc, tải trọng ép lớn; kiểm tra nứt khi cẩu lắp Giảm chấn động đến công trình lân cận; kiểm soát chất lượng dung dịch khoan
Kiểm tra trạng thái giới hạn Kiểm tra ổn định nền, độ lún khối quy ước, đâm thủng đài cọc Kiểm tra ổn định nền, độ lún móng, đâm thủng đài cọc

Các giải pháp và đóng góp kỹ thuật nổi bật do tác giả đề xuất bao gồm:

  • Thiết lập hệ kết cấu chịu lực không gian kết hợp khung bê tông cốt thép và lõi cứng trung tâm (buồng thang máy và thang bộ), nâng cao khả năng tiếp nhận tải trọng ngang do gió động và động đất cho tòa nhà cao 60,2 m.
  • Áp dụng nghiêm ngặt các quy định về cấu tạo kháng chấn theo TCXD 198:1997 cho dầm và cột (đoạn nối neo cốt thép, tăng cường mật độ cốt thép đai trong vùng tới hạn) nhằm đảm bảo công trình có đủ độ dẻo khi chịu chấn động.
  • Tính toán kiểm tra đồng thời độ bền cường độ và trạng thái giới hạn thứ hai (độ võng, bề rộng khe nứt $a_{crc} \le 0,2\text{ mm}$) cho bể nước sinh hoạt trên mái, kết hợp mô hình SAP2000 đối chứng giải tích.
  • Hoàn thiện quy trình thiết kế và so sánh đa phương án móng sâu dựa trên số liệu khảo sát địa chất thực tế, ứng dụng công cụ phần mềm SAFE để giải quyết sự tập trung ứng suất dưới chân vách cứng lõi thang.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên nội dung và phạm vi nghiên cứu được trình bày trong tài liệu, đề tài có các điểm giới hạn sau:

  • Phạm vi cấu kiện khung: Đồ án mới chỉ tập trung tính toán, bố trí cốt thép chi tiết cho 02 khung phẳng đại diện (khung trục 3 và khung trục B) cùng một dải vách lõi thang, chưa thể hiện toàn bộ bản vẽ chi tiết cho tất cả các trục khung không gian còn lại trên mặt bằng $42\text{ m} \times 63\text{ m}$.
  • Giả thiết tính toán độ võng và vết nứt: Việc xác định biến dạng và độ võng bản sàn cũng như bản đáy bể nước chủ yếu thực hiện trong giai đoạn đàn hồi (bê tông vùng kéo chưa hình thành khe nứt lớn), chưa xét đến ảnh hưởng phi tuyến vật liệu dài hạn (từ biến và co ngót của bê tông theo thời gian).
  • Mô hình tương tác đất nền - kết cấu: Quá trình phân tích động lực học kết cấu trên ETABS giả định chân cột và vách ngàm cứng lý tưởng tại mặt móng, chưa mô phỏng tương tác động lực phi tuyến giữa đất nền - móng cọc - kết cấu phần thân (Soil-Structure Interaction - SSI).

Các hướng phát triển tiếp theo có thể mở rộng từ đồ án gồm:

  • Thực hiện phân tích phi tuyến lịch sử thời gian (Nonlinear Time-History Analysis) để đánh giá chi tiết hơn mức độ tổn thương của kết cấu dưới tác động của các trận động đất thực tế.
  • Khảo sát bài toán thi công thực tế cho hố đào sâu của tầng hầm (tường vây barrette, hệ giằng chống shoring) trong điều kiện mặt bằng đô thị chật hẹp.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo chuyên môn hữu ích cho các nhóm đối tượng:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp, Cơ học Ứng dụng: Tài liệu cung cấp mẫu biểu đồ, bảng tính và thuyết minh tính toán hoàn chỉnh từ cấu kiện phụ (sàn, cầu thang, bể nước mái) đến cấu kiện chịu lực chính (khung, vách) và nền móng, hỗ trợ đắc lực cho đồ án môn học Bê tông cốt thép, Nhà nhiều tầng và Đồ án tốt nghiệp.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu công trình: Tham khảo quy trình phân tích thành phần động của tải trọng gió và phương pháp phân tích phổ phản ứng thiết kế động đất theo các tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam.

Các phần nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu nhất trong đồ án:

  • Phương pháp xác định tải trọng gió động (tính toán tần số, dạng dao động riêng, hệ số áp lực động $\xi$, hệ số tương quan không gian $\nu$) và tải trọng động đất theo các mode dao động.
  • Phương pháp kiểm tra nứt và độ võng cho bản đáy, bản thành bể chứa nước bê tông cốt thép.
  • Phương pháp tính toán móng lõi thang (MLT) chịu phản lực chân vách phức tạp sử dụng phần mềm SAFE.

Câu hỏi thường gặp

1. Quy mô hình học và phân khu chức năng chính của công trình Chung cư Tân Phước được thiết kế như thế nào?
Công trình gồm 18 tầng (01 hầm, 01 trệt, 16 tầng lầu, 01 tầng mái) với tổng chiều cao 60,2 m và kích thước mặt bằng 42 m x 63 m. Tầng hầm cao 3,0 m dùng làm bãi xe và phòng kỹ thuật; tầng trệt làm siêu thị; các tầng 2–16 gồm 24 căn hộ/tầng (12 căn loại 1 và 12 căn loại 2); tầng mái chứa 02 bể nước sinh hoạt $8\text{ m} \times 9\text{ m} \times 2\text{ m}$ và hệ thống chống sét.

2. Thể tích 02 bể nước sinh hoạt trên mái được xác định là bao nhiêu và căn cứ trên nhu cầu sử dụng nào?
Tổng thể tích 02 bể nước mái là $V = 2 \times (2 \times 8 \times 9) = 288\text{ m}^3$. Dung tích này được tính toán dựa trên nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt của 1344 người dân ($24\text{ căn/tầng} \times 14\text{ tầng} \times 4\text{ người/căn}$ với định mức $120\text{ lít/người/ngày}$) kết hợp 10% nước phục vụ công cộng/chữa cháy và 10% cho khu thương mại tầng trệt, tương đương tổng lưu lượng tiêu thụ $Q = 194\text{ m}^3/\text{ngày}$ (thỏa mãn $V > Q$).

3. Tại sao tổ hợp tải trọng "Gió hút + Bể đầy nước" lại là trường hợp nguy hiểm nhất khi tính toán bản thành bể nước?
Vì khi bể đầy nước, áp lực thủy tĩnh của nước tác dụng đẩy từ trong thành bể ra ngoài ($P_n = 22\text{ kN/m}^2$). Cùng lúc đó, lực gió hút bên ngoài cũng có chiều hướng kéo thành bể ra phía ngoài ($W_{hut} = 0,8\text{ kN/m}^2$). Do hai lực này tác dụng cùng chiều nên tạo ra mô men uốn tổng cộng lớn nhất tại tiết diện nhịp và gối của bản thành.

4. Tác giả đã sử dụng những phần mềm chuyên dụng nào trong quá trình tính toán kết cấu và nền móng?
Tác giả đã ứng dụng 3 phần mềm chuyên ngành: ETABS để thiết lập mô hình 3D toàn bộ công trình nhằm xác định dao động riêng, tải trọng gió động, động đất và nội lực hệ khung - vách; SAP2000 để mô hình hóa và kiểm chứng ứng suất hệ bể nước mái; SAFE để phân tích ứng suất và tính toán cốt thép cho đài móng lõi thang (MLT).

5. Cấu tạo kháng chấn cho hệ dầm và cột khung được tác giả thực hiện theo nguyên tắc nào?
Dựa trên TCXD 198:1997, tác giả chọn dầm thỏa mãn tỷ lệ $h_d/b_d \le 3$ (kích thước $300 \times 700\text{ mm}$); bố trí cốt đai dày trong vùng tới hạn đầu dầm và chân cột để tăng khả năng chống cắt và độ dẻo; tuân thủ nghiêm ngặt chiều dài đoạn neo nối cốt thép dọc chịu lực và bố trí đai tăng cường chống nở hông cho cột chịu nén uốn lệch tâm xiên.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Chung cư Tân Phước" của sinh viên Nguyễn Chí Chiến là một công trình thiết kế kỹ thuật xây dựng dân dụng hoàn chỉnh, chuẩn mực và có độ tin cậy cao. Đề tài đã giải quyết thấu đáo từ khâu quy hoạch công năng kiến trúc, tính toán các cấu kiện sàn, cầu thang, bể nước đến mô hình hóa kết cấu không gian 3D chịu tải trọng tĩnh - động phức tạp (gió động, động đất) và xử lý móng sâu chịu tải trọng lớn. Việc kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết giải tích theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 2737:1995, TCXD 198:1997, TCVN 10304:2014) và các phần mềm mô phỏng hiện đại (ETABS, SAP2000, SAFE) tạo nên giá trị tham khảo chuyên môn vững chắc cho công tác đào tạo kỹ sư xây dựng công trình nhà cao tầng.