Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình đô thị hóa và hội nhập kinh tế, nhu cầu về nhà ở, không gian sinh hoạt và nghỉ ngơi tiện nghi của người dân tại các đô thị ngày càng gia tăng. Việc đầu tư xây dựng các khu chung cư cao tầng hiện đại nhằm thay thế các khu nhà thấp tầng hoặc khu dân cư đã xuống cấp là một giải pháp thiết yếu, góp phần chỉnh trang và nâng cấp diện mạo cảnh quan đô thị. Dự án Chung cư Sơn An được nghiên cứu và thiết kế nhằm đáp ứng nhu cầu nhà ở thực tế, đồng thời tối ưu hóa quỹ đất và không gian sống tại khu vực đang phát triển.

Nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án tốt nghiệp được giao thực hiện nhằm hoàn thiện thiết kế kỹ thuật công trình với 9 nội dung tính toán và thiết kế cụ thể:

  1. Tổng quan về kiến trúc công trình.
  2. Tổng quan về kết cấu công trình.
  3. Tính toán các tải trọng và ảnh hưởng tác động.
  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 khung bê tông cốt thép (dầm, cột).
  7. Tính toán và thiết kế vách lõi thang máy.
  8. Tính toán và thiết kế nền móng (phương án cọc khoan nhồi).
  9. Tính toán và thiết kế bể nước ngầm.

Hồ sơ bàn giao của đồ án bao gồm: 01 tập thuyết minh tính toán, 01 tập phụ lục và 19 bản vẽ khổ A1 (gồm 6 bản vẽ kiến trúc, 8 bản vẽ kết cấu và 5 bản vẽ nền móng).

Đối tượng nghiên cứu là giải pháp kiến trúc và hệ thống kết cấu chịu lực của công trình Chung cư Sơn An với quy mô 22 tầng (gồm 21 tầng nổi và 1 tầng hầm), cung cấp tổng cộng 408 căn hộ. Phạm vi không gian của công trình nằm trên khu đất có tổng diện tích 6.379 m², diện tích xây dựng 2.994 m², tọa lạc tại phường Tân Hiệp, trung tâm thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai. Vị trí này nằm cách mặt tiền đường Đồng Khởi 60 m (nằm trong ngõ cách trục đường chính 50 m), phía sau Cục Hải quan Đồng Nai, liền kề Bệnh viện Đồng Nai, gần Khu công nghiệp Amata, Khu công nghiệp Biên Hòa 1, Biên Hòa 2, Sân vận động Đồng Nai và các trung tâm thương mại lớn. Phạm vi thời gian thực hiện đồ án bắt đầu từ ngày 29/08/2022 và hoàn thành ngày 02/02/2023.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung tiêu chuẩn và quy chuẩn áp dụng

Đồ án tuân thủ hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam trong toàn bộ quá trình xác định tải trọng, phân tích nội lực và cấu tạo cấu kiện:

  • Tiêu chuẩn tải trọng và tác động: TCVN 2737–1995.
  • Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép: TCVN 5574–2018.
  • Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép: TCVN 5575–2012.
  • Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc: TCVN 10304–2014.
  • Tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất: TCVN 9386–2012.
  • Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình: TCVN 9362–2012.
  • Phương pháp chỉnh lý kết quả thí nghiệm đất xây dựng thủy lợi: TCVN 9153–2012.
  • Hướng dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió: TCXD 229–1999 (TCXDVN 229–1999).
  • Tiêu chuẩn thiết kế nhà cao tầng bê tông cốt thép toàn khối: TCXD 198–1997.
  • Tiêu chuẩn Eurocode 2: Kết hợp áp dụng trong phần mềm SAFE để xác định hệ số từ biến và co ngót khi tính toán độ võng phi tuyến dài hạn của sàn.

Nguyên tắc tính toán

Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép tuân thủ nghiêm ngặt hai nhóm trạng thái giới hạn:

  • Trạng thái giới hạn thứ nhất (về khả năng chịu lực): Đảm bảo kết cấu không bị phá hoại giòn hoặc dẻo, không mất ổn định tổng thể và cục bộ, không bị phá hoại do mỏi hoặc do sự tác động đồng thời của các tổ hợp tải trọng bất lợi nhất.
  • Trạng thái giới hạn thứ hai (về điều kiện sử dụng bình thường): Kiểm soát khe nứt không vượt quá bề rộng giới hạn cho phép và khống chế độ võng, chuyển vị ngang, góc xoay nhằm bảo đảm công năng vận hành bình thường của công trình.

Phương pháp phân tích và nguồn dữ liệu

Nội lực kết cấu được xác định thông qua sự kết hợp giữa phương pháp giải tích truyền thống (tính tay sơ bộ, tra bảng cơ học) và phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) trên các phần mềm chuyên ngành:

  • Phần mềm ETABS 2017: Dùng để phân tích mô hình không gian tổng thể của công trình, xác định chu kỳ dao động riêng, phân tích tải trọng gió động, tải trọng động đất và xuất nội lực cho hệ khung - vách.
  • Phần mềm SAFE V12: Chuyên dùng phân tích nội lực bản sàn phẳng, sàn dầm và kiểm tra chuyển vị võng, bề rộng vết nứt của sàn tầng điển hình theo trạng thái phi tuyến có xét đến từ biến và co ngót của bê tông.
  • Phần mềm SAP2000 V14: Dùng để mô hình hóa và phân tích nội lực kết cấu bản thành, bản nắp, bản đáy và hệ dầm của bể nước ngầm.

Nguồn dữ liệu thiết kế bao gồm hồ sơ bản vẽ kiến trúc đã được giảng viên hướng dẫn hiệu chỉnh và số liệu khảo sát địa chất công trình tại khu đất xây dựng do giảng viên chỉ định.

Thiết kế kỹ thuật và giải pháp kết cấu

Giải pháp kết cấu công trình

  • Hệ kết cấu chịu lực chính: Đối với công trình có chiều cao 21 tầng nổi, đồ án lựa chọn hệ kết cấu hỗn hợp khung - vách bê tông cốt thép toàn khối. Hệ vách cứng và lõi thang máy được bố trí tập trung tại khu vực giao thông đứng, liên kết chặt chẽ với hệ dầm - cột khung không gian nhằm tăng cường độ cứng ngang, giảm dao động và hạn chế biến dạng lệch tầng.
  • Hệ kết cấu sàn: Sử dụng hệ sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối tựa trên hệ dầm chính và dầm phụ, tạo thành các đĩa cứng nằm ngang truyền tải trọng ngang về hệ cột và vách lõi.
  • Hệ thống móng: Sử dụng móng cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đường kính D1000 cắm vào tầng đất chịu lực tốt, liên kết thông qua hệ đài cọc chịu lực dưới cột và lõi thang.

Vật liệu sử dụng trong thiết kế

Loại vật liệu Cấp độ bền / Mác thép Thông số cơ lý chính Bộ phận kết cấu áp dụng
Bê tông Cấp B30 $R_b = 17\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1,2\text{ MPa}$, $E_b = 32,5 \times 10^3\text{ MPa}$ Bản sàn, dầm, vách, cột, cầu thang, đài móng, cọc khoan nhồi, bể nước
Vữa xây trát Mác B5C Vữa xi măng cát Khối xây tường ngăn, tường bao và lớp hoàn thiện
Cốt thép thanh CB240-T ($\phi < 10\text{ mm}$) $R_s = R_{sc} = 210\text{ MPa}$, $R_{sw} = 170\text{ MPa}$, $E_s = 2,1 \times 10^5\text{ MPa}$ Cốt thép phân bố bản sàn, cốt thép đai dầm, cột, vách
Cốt thép thanh CB400-V ($\phi \ge 10\text{ mm}$) $R_s = R_{sc} = 350\text{ MPa}$, $R_{sw} = 280\text{ MPa}$, $E_s = 2,0 \times 10^5\text{ MPa}$ Cốt thép dọc chịu lực chính của dầm, cột, vách lõi, đài móng, cọc

Sơ bộ kích thước tiết diện cấu kiện

  • Bản sàn: Chiều dày bản sàn tầng hầm chọn $h_s = 300\text{ mm}$; sàn tầng 1, tầng lửng và tầng điển hình chọn $h_s = 160\text{ mm}$ (cho ô sàn kích thước nhịp lớn nhất $10\text{ m} \times 10\text{ m}$); sàn khu vệ sinh chọn $h_s = 145\text{ mm}$; sàn tầng thượng chọn $h_s = 120\text{ mm}$.
  • Dầm: Dầm chính kích thước $b \times h = 300\text{ mm} \times 750\text{ mm}$; dầm biên kích thước $400\text{ mm} \times 800\text{ mm}$; dầm phụ kích thước $200\text{ mm} \times 500\text{ mm}$.
  • Cột: Tiết diện cột được xác định sơ bộ dựa trên diện truyền tải trọng đứng $S$, số tầng truyền tải $n$ và tải trọng quy đổi tương đương $q = 13,5\text{ kN/m}^2$, đảm bảo tỉ số giữa chiều cao thông thủy và kích thước cột không vượt quá 25 và bề rộng cột $b_c \ge 220\text{ mm}$.
  • Vách cứng và lõi thang: Bề rộng vách lõi thang chọn $b_w = 300\text{ mm}$, bề rộng vách khung chọn $b_w = 400\text{ mm}$, thỏa mãn điều kiện $b_w \ge h_t/20 = 3500/20 = 175\text{ mm}$ và diện tích vách $F_v \ge 0,015 F_{sàn}$ theo chỉ dẫn của TCXD 198–1997.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan kiến trúc công trình

Chương này trình bày chi tiết về sự cần thiết đầu tư, địa điểm xây dựng và quy hoạch tổng thể công trình Chung cư Sơn An tại thành phố Biên Hòa. Điều kiện tự nhiên khu vực mang tính chất nhiệt đới gió mùa với hai mùa mưa - khô rõ rệt, nhiệt độ trung bình từ $28^\circ\text{C}$ đến $30^\circ\text{C}$, độ ẩm $80\text{--}85%$, lượng mưa $1800\text{--}2000\text{ mm}$, tốc độ gió trung bình $2\text{--}2,3\text{ m/s}$.

Công trình có tổng chiều cao $78,7\text{ m}$ (tính đến sân thượng $+75,000\text{ m}$, cốt đáy tầng hầm $-3,850\text{ m}$), tổng chiều cao xây dựng đạt trên $81\text{ m}$. Công năng được phân bố như sau:

  • Tầng hầm: Bố trí bãi đỗ xe ô tô, xe máy, trạm biến áp, máy phát điện dự phòng, bể nước ngầm và hệ thống xử lý nước thải.
  • Tầng 1 và tầng lửng: Trung tâm thương mại, cửa hàng bách hóa, phòng sinh hoạt cộng đồng và khu vui chơi trẻ em.
  • Tầng 2 đến tầng 20: Bố trí 408 căn hộ điển hình với các loại diện tích từ A đến F.
  • Tầng thượng: Bố trí phòng kỹ thuật thang máy, hệ thống điều hòa không khí trung tâm và bể nước mái.

Hệ thống kỹ thuật gồm 2 thang máy vận hành liên tục, 2 buồng thang bộ thoát hiểm được tăng áp ngăn khói, hệ thống đèn chiếu sáng sự cố nguồn pin dự phòng và mạng lưới họng nước cứu hỏa vách tường đồng bộ.

Chương 2: Tổng quan kết cấu công trình

Nội dung chương tập trung luận chứng việc lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực chính là hệ khung - vách bê tông cốt thép toàn khối. Tác giả đưa ra các căn cứ phân loại kết cấu nhà cao tầng, so sánh ưu khuyết điểm của các hệ kết cấu cơ bản và hỗn hợp để lựa chọn giải pháp phù hợp với chiều cao 22 tầng. Chương này cũng trình bày chi tiết các nguyên tắc tính toán theo hai trạng thái giới hạn, công thức giải tích xác định sơ bộ kích thước tiết diện sàn, dầm, cột, vách và thiết lập chỉ tiêu cơ lý của các vật liệu bê tông B30, thép CB240-T và thép CB400-V.

Chương 3: Tải trọng và tổ hợp tải trọng

Chương 3 tổng hợp và xác định các loại tải trọng tác dụng lên công trình:

  • Tĩnh tải: Trọng lượng bản thân kết cấu được phần mềm tự động tính toán với trọng lượng riêng bê tông cốt thép $25\text{ kN/m}^3$; tĩnh tải hoàn thiện sàn tầng hầm ($1,81\text{ kN/m}^2$), sàn điển hình ($1,99\text{ kN/m}^2$), sàn vệ sinh ($2,52\text{ kN/m}^2$), sàn mái ($1,26\text{ kN/m}^2$); tĩnh tải tường xây gạch $100\text{ mm}$ ($\gamma = 1,8\text{ kN/m}^2$) và tường $200\text{ mm}$ ($\gamma = 3,3\text{ kN/m}^2$).
  • Hoạt tải: Tra cứu theo TCVN 2737–1995 cho từng không gian chức năng (phòng ngủ $0,95\text{ kN/m}^2$; hành lang, cầu thang $1,60\text{ kN/m}^2$; gara ô tô $1,30\text{ kN/m}^2$; kho hàng $2,88\text{ kN/m}^2$).
  • Tải trọng gió: Công trình thuộc vùng gió I-A, địa hình B ($W_0 = 55\text{ daN/m}^2$). Thành phần động của tải trọng gió được tính toán với tần số giới hạn $f_L = 1,1\text{ Hz}$, chu kỳ dao động dạng 1 theo phương Y và phương X đều có tần số riêng nhỏ hơn $f_L$, do đó phải xét đến lực quán tính của công trình ở dạng dao động cơ bản.
  • Tải trọng động đất: Tính toán theo TCVN 9386–2012 theo phương pháp phổ phản ứng đàn hồi; các thông số thiết kế gồm đỉnh gia tốc nền $a_{gR} = 0,4454\text{ m/s}^2$, hệ số tầm quan trọng công trình cấp 1 $\gamma_I = 1,25 \rightarrow a_g = 0,5567\text{ m/s}^2$, hệ số ứng xử $q = 3,90$, nền đất loại C có hệ số nền $S = 1,15$, các chu kỳ giới hạn $T_B = 0,20\text{ s}$, $T_C = 0,60\text{ s}$, $T_D = 2,00\text{ s}$.
  • Tổ hợp tải trọng: Xây dựng 14 tổ hợp tải trọng (tổ hợp cơ bản giữa tĩnh tải, hoạt tải với gió tĩnh, gió động theo các phương và tổ hợp động đất với hệ số tương tác $100% X + 30% Y$).
  • Kiểm tra ổn định tổng thể: Kết quả kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình cho thấy $f_x = 24,28\text{ mm}$ và $f_y = 61,2\text{ mm}$, nhỏ hơn giá trị giới hạn cho phép $f_u = H/500 = 78700/500 = 157,4\text{ mm}$. Tỉ số $H/B = 78,9675 / 40 < 5$ nên công trình không cần kiểm tra điều kiện lật.

Chương 4: Tính toán thiết kế sàn điển hình

Tác giả tiến hành tính toán thiết kế chi tiết bản sàn tầng 6 đại diện cho các tầng điển hình:

  • Mô hình hóa bản sàn trên phần mềm SAFE V12, chia dải strip theo hai phương X và Y để trích xuất biểu đồ mômen uốn.
  • Tính toán cốt thép theo cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật bề rộng $b = 1000\text{ mm}$, chiều dày $h = 160\text{ mm}$, chiều dày lớp bảo vệ $a = 20\text{ mm}$, bê tông B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$), thép CB400-V ($R_s = 350\text{ MPa}$). Kiểm tra hàm lượng cốt thép thỏa mãn điều kiện $\mu_{min} = 0,2% \le \mu \le \mu_{max}$.
  • Kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai: Sử dụng mô hình SAFE có xét đến hệ số từ biến và co ngót của bê tông theo Eurocode 2 để tính độ võng toàn phần $f = f_1 - f_2 + f3$. Kết quả độ võng lớn nhất đạt $f_{max} = 37,66\text{ mm}$, nhỏ hơn độ võng cho phép $[f] = L/250 = 10000/250 = 40\text{ mm}$.
  • Bề rộng vết nứt dài hạn tính toán đạt $a_{crc,1} = 0,249\text{ mm} \le [a_{crc}] = 0,3\text{ mm}$; bề rộng vết nứt ngắn hạn thỏa mãn giới hạn $0,4\text{ mm}$.

Chương 5: Thiết kế cầu thang

Thiết kế cầu thang bộ hai vế dạng bản dầm chịu lực tại tầng điển hình:

  • Kích thước hình học: Chiều cao tầng $3,5\text{ m}$, số bậc thang gồm 22 bậc, chiều cao mỗi bậc $160\text{ mm}$, bề rộng mặt bậc $245\text{ mm}$, góc nghiêng bản thang $\alpha \approx 33^\circ$ ($\cos \alpha = 0,837$). Chiều dày bản thang được chọn $h_s = 120\text{ mm}$.
  • Tải trọng tác dụng: Tĩnh tải các lớp cấu tạo hoàn thiện bản chiếu nghỉ, bản nghiêng và hoạt tải sử dụng theo tiêu chuẩn.
  • Phân tích nội lực: Lập sơ đồ tính và phân tích nội lực bản thang trên ETABS, từ đó tính toán diện tích cốt thép chịu uốn cho bản nghiêng, bản chiếu nghỉ và thiết kế hệ thống dầm đỡ cầu thang (dầm D1 và dầm D2).

Chương 6: Thiết kế kết cấu khung

  • Mô hình không gian 3D được thiết lập trong ETABS 2017 để trích xuất nội lực cho hệ thống dầm, cột và vách lõi thang.
  • Thiết kế dầm: Tính toán cốt thép dọc chịu mômen uốn dương và âm từ biểu đồ bao mômen (đặc biệt dầm khung trục D); tính toán cốt đai chịu lực cắt, bố trí cốt treo tại vị trí dầm phụ gác lên dầm chính, xác định vùng tới hạn tại hai đầu dầm chịu tác động động đất và quy định chiều dài neo, nối cốt thép.
  • Thiết kế cột: Tính toán cốt thép cột chịu nén uốn lệch tâm xiên theo biểu đồ tương tác, tính cốt đai giữ ổn định cho thanh thép dọc và chống cắt.
  • Thiết kế vách lõi thang: Ứng dụng phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi để tính toán hệ thống vách lõi thang máy (các phần tử Pier P1, P2), xác định tâm cứng, trục quán tính chính và bố trí cốt thép phân tán kết hợp cấu tạo cốt thép tập trung tại biên vách.

Chương 7: Tính toán móng công trình

  • Số liệu địa chất: Thống kê các chỉ tiêu cơ lý, thành phần hạt và phân chia trạng thái các lớp đất nền tại khu vực xây dựng theo TCVN 9362–2012 và TCVN 9153–2012.
  • Sức chịu tải cọc: Lựa chọn cọc khoan nhồi đường kính $D = 1000\text{ mm}$. Tính toán sức chịu tải cực hạn và sức chịu tải thiết kế của cọc theo TCVN 10304–2014 dựa trên 4 chỉ tiêu: cường độ vật liệu cọc, chỉ tiêu cơ lý của đất nền, chỉ tiêu cường độ chống cắt của đất và kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT).
  • Thiết kế chi tiết đài móng: Thiết kế đài móng M1 (vị trí cột 1-D), đài móng M2 (vị trí cột 2-D) và đài móng lõi thang (đài LT). Các bước tính toán bao gồm: xác định số lượng và khoảng cách bố trí cọc, kiểm tra phản lực đầu cọc lớn nhất và nhỏ nhất, kiểm tra sức chịu tải của nền đất dưới đáy khối móng quy ước, tính toán độ lún móng cọc, kiểm tra điều kiện chống đâm thủng đài móng và tính toán cốt thép chịu uốn trong đài theo hai phương.

Chương 8: Tính toán bể nước ngầm

  • Thiết kế bể nước ngầm bê tông cốt thép đặt tại tầng hầm công trình phục vụ nhu cầu sinh hoạt và phòng cháy chữa cháy.
  • Tải trọng và tổ hợp tác động: Tĩnh tải trọng lượng bản thân thành, nắp, đáy; áp lực nước bên trong bể; áp lực đất và áp lực nước ngầm bên ngoài bể.
  • Phân tích kết cấu: Sử dụng phần mềm SAP2000 mô hình hóa bể nước làm việc không gian dạng phần tử tấm vỏ chịu uốn và kéo/nén đồng thời.
  • Kết quả tính toán: Kiểm tra áp lực đáy bể lên đất nền, tính toán độ lún của bể nước, xác định nội lực và bố trí cốt thép chịu lực cho bản nắp, bản thành, bản đáy và hệ dầm nắp bể. Tiến hành kiểm tra điều kiện chống nứt và tính toán bề rộng khe nứt thành bể đảm bảo yêu cầu chống thấm.

Kết quả và đóng góp

Các kết quả tính toán chủ yếu

Đồ án đã lượng hóa toàn bộ các chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng của công trình thông qua số liệu cụ thể:

Hạng mục kiểm tra Giá trị tính toán Giá trị giới hạn cho phép Đánh giá
Chuyển vị đỉnh công trình (phương X) $f_x = 24,28\text{ mm}$ $[f] = H/500 = 157,40\text{ mm}$ Đạt yêu cầu
Chuyển vị đỉnh công trình (phương Y) $f_y = 61,20\text{ mm}$ $[f] = H/500 = 157,40\text{ mm}$ Đạt yêu cầu
Tỷ số ổn định chống lật tổng thể $H/B = 78,9675 / 40 = 1,97$ Ngưỡng kiểm tra $[H/B] = 5,0$ Không cần kiểm tra lật
Độ võng lớn nhất sàn tầng điển hình $f_{max} = 37,66\text{ mm}$ $[f] = L/250 = 40,00\text{ mm}$ Đạt yêu cầu
Bề rộng khe nứt dài hạn của sàn $a_{crc,1} = 0,249\text{ mm}$ $[a_{crc}] = 0,30\text{ mm}$ Đạt yêu cầu
Sơ bộ chiều dày bản sàn điển hình $h_s = 160\text{ mm}$ $h_{min} = 50\text{ mm}$ Đạt yêu cầu
Chiều cao và chiều rộng bậc thang $h_b = 160\text{ mm}; l_b = 245\text{ mm}$ Độ dốc $\alpha \approx 33^\circ$ Thuận tiện di chuyển

Giải pháp và kiến nghị đề xuất của tác giả

  • Ứng dụng giải pháp kết cấu hỗn hợp khung - vách lõi bê tông cốt thép là phương án tối ưu cho nhà 22 tầng, vừa đảm bảo khả năng chịu lực ngang do tải trọng gió và động đất, vừa giải phóng không gian kiến trúc căn hộ.
  • Kết hợp đồng thời các phần mềm ETABS, SAFE và SAP2000 giúp mô hình hóa sát với sự làm việc thực tế của kết cấu không gian, giải quyết triệt để sự tương tác giữa các cấu kiện dạng tấm và thanh mà tính toán thủ công khó đạt độ chính xác cao.
  • Trong tính toán sàn nhịp lớn ($10\text{ m} \times 10\text{ m}$), việc kiểm tra độ võng phi tuyến có xét đến từ biến và co ngót theo thời gian là bước bắt buộc để tránh hiện tượng nứt võng sàn trong quá trình khai thác dài hạn.

Đóng góp kỹ thuật của đồ án

Tác giả đã hoàn thiện một bộ hồ sơ thiết kế hoàn chỉnh từ kiến trúc, kết cấu thân đến kết cấu móng và công trình ngầm phụ trợ cho một công trình chung cư cao tầng cụ thể. Đồ án áp dụng đầy đủ quy trình tính toán tải trọng động đất theo tiêu chuẩn TCVN 9386–2012 và thành phần động của tải trọng gió theo TCXD 229–1999, đồng thời giải quyết bài toán móng cọc khoan nhồi chịu tải trọng lớn trên nền địa chất thực tế tại Biên Hòa, Đồng Nai.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và nội dung thuyết minh được trình bày, đồ án có các điểm giới hạn kỹ thuật:

  • Phạm vi thiết kế kết cấu phần thân tập trung giải quyết chi tiết bản sàn tầng 6 điển hình, hệ khung không gian tại trục D, hệ thống vách lõi thang và các cấu kiện thang bộ tiêu biểu; chưa triển khai chi tiết toàn bộ các tầng có sự biến đổi công năng đặc biệt như tầng lửng hoặc tầng kỹ thuật mái.
  • Phần tính toán móng tập trung giải quyết chi tiết 3 loại đài móng đặc trưng (đài M1 dưới cột biên/giữa, đài M2 và đài lõi thang LT); chưa phân tích tương tác phức tạp giữa cọc - đài cọc - đất nền dưới dạng mô hình liên tục đàn dẻo phi tuyến (Soil-Structure Interaction).
  • Hướng phát triển tiếp theo của đề tài là mở rộng nghiên cứu tối ưu hóa hàm lượng cốt thép trong các phân vùng chịu lực của vách lõi thang máy, mô phỏng quá trình thi công theo từng giai đoạn (construction sequence analysis) đối với công trình cao tầng có tầng hầm sâu và nghiên cứu giải pháp thi công tường vây cừ giữ hố móng trong đô thị.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp này là nguồn tư liệu học thuật và thực hành kỹ thuật có giá trị cho sinh viên và kỹ sư xây dựng:

  • Đối tượng tham khảo: Sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Kỹ thuật Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp đang thực hiện đồ án tốt nghiệp hoặc các đồ án môn học như Bê tông cốt thép 2, Nền móng, Nhà cao tầng.
  • Nội dung đáng tham khảo:
    • Bảng tính toán và quy trình xác định thành phần động của tải trọng gió (theo TCXD 229–1999) và tải trọng động đất theo phổ phản ứng đàn hồi (TCVN 9386–2012) tích hợp trong ETABS.
    • Quy trình mô hình hóa dải Strip và kiểm tra biến dạng võng nứt phi tuyến dài hạn cho bản sàn bê tông cốt thép nhịp lớn trên phần mềm SAFE.
    • Phương pháp phân tích sức chịu tải của cọc khoan nhồi đường kính lớn D1000 theo 4 phương pháp của TCVN 10304–2014 và quy trình tính toán khối móng quy ước, kiểm tra đâm thủng đài móng.
    • Phương pháp mô hình hóa và kiểm tra điều kiện chống nứt của bể nước ngầm bằng phần mềm SAP2000.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình Chung cư Sơn An có quy mô kiến trúc và công năng các tầng như thế nào?
Công trình gồm 22 tầng (21 tầng nổi và 1 tầng hầm), tổng chiều cao xây dựng trên $81\text{ m}$ (chiều cao tính toán kết cấu đến sân thượng là $78,7\text{ m}$), xây dựng trên khu đất $6.379\text{ m}^2$, diện tích xây dựng $2.994\text{ m}^2$, gồm 408 căn hộ. Tầng hầm phục vụ để xe và đặt hệ thống kỹ thuật, bể nước; tầng 1 và tầng lửng làm trung tâm thương mại, dịch vụ sinh hoạt chung; tầng 2 đến tầng 20 là căn hộ ở; tầng thượng đặt thiết bị kỹ thuật.

2. Công trình sử dụng cấp độ bền bê tông và mác thép nào cho các bộ phận chịu lực chính?
Toàn bộ hệ kết cấu chịu lực chính (bản sàn, dầm, vách, cột, cầu thang, đài móng, cọc khoan nhồi, bể nước) sử dụng bê tông cấp độ bền B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1,2\text{ MPa}$). Thép sử dụng gồm hai nhóm: thép thanh có đường kính $\phi < 10\text{ mm}$ dùng loại CB240-T ($R_s = 210\text{ MPa}$) làm cốt thép đai và thép phân bố; thép có đường kính $\phi \ge 10\text{ mm}$ dùng loại CB400-V ($R_s = 350\text{ MPa}$) làm cốt thép dọc chịu lực chính.

3. Tại sao công trình không cần thực hiện bước kiểm tra điều kiện ổn định chống lật?
Căn cứ theo mục chỉ dẫn của tiêu chuẩn TCXD 198–1997 về thiết kế kết cấu nhà cao tầng bê tông cốt thép toàn khối, điều kiện ổn định chống lật chỉ bắt buộc kiểm tra chi tiết khi tỉ số giữa chiều cao công trình và bề rộng đáy công trình lớn hơn hoặc bằng 5 ($H/B \ge 5$). Đối với công trình này, tỉ số hình học đạt $H/B = 78,9675 / 40 \approx 1,97 < 5$, do đó kết cấu tự động thỏa mãn ổn định chống lật mà không cần tính toán kiểm tra riêng.

4. Kết quả kiểm tra biến dạng võng và bề rộng vết nứt của sàn tầng điển hình có đạt tiêu chuẩn không?
Theo kết quả mô hình hóa trên phần mềm SAFE V12, sàn tầng 6 điển hình (dày $160\text{ mm}$, ô nhịp lớn nhất $10\text{ m} \times 10\text{ m}$) có độ võng toàn phần lớn nhất $f_{max} = 37,66\text{ mm}$, thỏa mãn điều kiện nhỏ hơn độ võng giới hạn $[f] = L/250 = 40\text{ mm}$. Bề rộng vết nứt dài hạn tính toán đạt $0,249\text{ mm}$, nhỏ hơn giới hạn cho phép $[a_{crc}] = 0,3\text{ mm}$ theo TCVN 5574–2018.

5. Các thông số đầu vào cơ bản để tính toán tải trọng động đất cho công trình là gì?
Tải trọng động đất được xác định theo TCVN 9386–2012 với địa điểm xây dựng tại thành phố Biên Hòa: đỉnh gia tốc nền tham chiếu $a_{gR} = 0,4454\text{ m/s}^2$; hệ số tầm quan trọng công trình cấp 1 là $\gamma_I = 1,25$, dẫn đến gia tốc nền thiết kế $a_g = 0,5567\text{ m/s}^2$; hệ số ứng xử theo phương ngang $q = 3,90$; nền đất thuộc loại C với hệ số nền $S = 1,15$; các chu kỳ đặc trưng của phổ phản ứng gồm $T_B = 0,20\text{ s}$, $T_C = 0,60\text{ s}$, $T_D = 2,00\text{ s}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế chung cư Sơn An" của sinh viên Mai Thế Sang là một công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh và chuẩn mực cho loại hình nhà cao tầng 22 tầng sử dụng kết cấu bê tông cốt thép toàn khối. Tác giả đã vận dụng bài bản các tiêu chuẩn xây dựng hiện hành cùng việc kết hợp hiệu quả giữa tính toán giải tích và phần mềm phần tử hữu hạn (ETABS, SAFE, SAP2000) để giải quyết toàn diện bài toán từ kiến trúc, tải trọng ngang phức tạp (gió động, động đất) đến thiết kế kết cấu thân, sàn phẳng nhịp lớn và hệ móng cọc khoan nhồi. Các kết quả tính toán đều thỏa mãn chặt chẽ các điều kiện an toàn chịu lực và tiện nghi sử dụng theo quy định của tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam.