Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng thực hiện thiết kế kỹ thuật cho công trình "Trung tâm thương mại dược phẩm – Văn phòng Công ty Xuất nhập khẩu Y tế 2". Bối cảnh xây dựng xuất phát từ nhu cầu mở rộng cơ sở hạ tầng thương mại và văn phòng chất lượng cao tại Thành phố Hồ Chí Minh, đáp ứng tiến trình đô thị hóa và làn sóng đầu tư vào lĩnh vực y dược phẩm. Hồ sơ thiết kế ban đầu của công trình được lập từ năm 2007.

Mục tiêu chính của đề tài là hoàn thành trọn vẹn giải pháp thiết kế kiến trúc, kết cấu chịu lực, nền móng và biện pháp kỹ thuật thi công cho tòa nhà cao tầng bằng bê tông cốt thép toàn khối, tuân thủ hệ thống quy chuẩn và tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam. Nhiệm vụ nghiên cứu và tính toán cụ thể được phân định theo 5 nhóm nội dung chính:

  1. Thể hiện các bản vẽ kiến trúc công trình dựa trên hồ sơ gốc.
  2. Mô hình hóa, phân tích nội lực, tính toán và thiết kế hệ sàn dầm trực giao tầng điển hình.
  3. Mô hình hóa, phân tích nội lực và bố trí cốt thép cầu thang bộ tầng điển hình (tầng 4).
  4. Xây dựng mô hình không gian 3D, phân tích tải trọng (tĩnh tải, hoạt tải, gió tĩnh, gió động, động đất), tổ hợp nội lực và kiểm tra các trạng thái giới hạn cho hệ kết cấu khung – vách/lõi; tính toán cốt thép dầm, cột, vách lõi thang máy.
  5. Xử lý số liệu địa chất, lựa chọn phương án và thiết kế đài móng cọc khoan nhồi; tính toán hệ ván khuôn, cây chống cho thi công cột, dầm, sàn.

Đối tượng nghiên cứu là giải pháp kết cấu chịu lực và công nghệ thi công công trình dân dụng cấp 2. Về phạm vi không gian, công trình tọa lạc tại Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh; mặt chính tiếp giáp đường Võ Thị Sáu, mặt bên trái tiếp giáp đường Phan Liêm, mặt bên phải và mặt sau tiếp giáp các khu đất lân cận. Mặt bằng khu đất có dạng hình chữ nhật với tổng diện tích sử dụng khoảng 1500 m². Quy mô công trình gồm 1 tầng hầm (cao độ đáy -3,300 m), 1 tầng trệt, 11 tầng lầu và 1 tầng mái; tổng chiều cao công trình tính từ cốt 0,000 m lên đỉnh mái là 45,300 m. Về phạm vi thời gian, đề tài được giao thực hiện từ ngày 08/02/2023 đến ngày 12/07/2023.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Đồ án vận dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng Việt Nam để làm căn cứ tính toán kết cấu bê tông cốt thép, tải trọng và tác động:

  • TCVN 5574:2018: Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép.
  • TCXD 198:1997: Nhà cao tầng – Thiết kế bê tông cốt thép toàn khối.
  • TCVN 2737:1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCXD 229:1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737:1995.
  • TCVN 9386:2012: Thiết kế công trình chịu động đất.
  • Thông tư 06/2021/TT-BXD: Phân cấp công trình xây dựng (xếp công trình vào cấp II).

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa tính toán lý thuyết giải tích truyền thống và phương pháp phần tử hữu hạn thông qua các phần mềm chuyên ngành kết cấu (ETABS 18.1, SAFE). Tải trọng gió động được xác định bằng phương pháp phân tích dao động riêng và xung vận tốc gió theo TCXD 229:1999. Tác động động đất được mô hình hóa bằng phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động đàn hồi dạng đa mốt (Response Spectrum Analysis) theo TCVN 9386:2012.

Nguồn số liệu đầu vào phục vụ thiết kế do giảng viên hướng dẫn cung cấp, bao gồm: hồ sơ bản vẽ thiết kế kiến trúc công trình; hồ sơ số liệu khảo sát địa chất hiện trường với các tầng đất cát, sét, sét pha kéo dài từ mặt đất tự nhiên xuống độ sâu -50,000 m cùng các chỉ tiêu cơ lý và kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT).

Vật liệu xây dựng được quy định thống nhất trong toàn bộ kết cấu chịu lực:

  • Bê tông cấp độ bền B30: khối lượng riêng $\gamma = 25\text{ kN/m}^3$, cường độ chịu nén tính toán $R_b = 17\text{ MPa}$, cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1,15\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_b = 32,5 \times 10^3\text{ MPa}$.
  • Cốt thép nhóm CB-240T (dùng cho bản sàn, thép đai): $R_s = R_{sc} = R_{sw} = 210\text{ MPa}$, $E_s = 2 \times 10^5\text{ MPa}$.
  • Cốt thép nhóm CB400-V (dùng cho khung, dầm, cột, vách chịu lực chính): $R_s = R_{sc} = 350\text{ MPa}$, $R_{sw} = 210\text{ MPa}$, $E_s = 2 \times 10^5\text{ MPa}$.
  • Khối lượng thể tích vữa xi măng và khối xây tường gạch: $\gamma = 18\text{ kN/m}^3$.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan kiến trúc công trình

Chương này mô tả mục đích xây dựng và đặc điểm kiến trúc của công trình Trung tâm thương mại dược phẩm – Văn phòng Công ty Xuất nhập khẩu Y tế 2 tại Quận 1, TP.HCM. Công trình gồm 1 tầng hầm và 12 tầng nổi (trệt + 11 lầu + mái), chiều cao xây dựng 45,3 m, tổng diện tích mặt bằng khoảng 1500 m². Mặt tiền bọc kính phản quang kết hợp tường xây. Công năng từng khu vực được phân chia cụ thể:

  • Tầng hầm (-3,300 m): Bãi đỗ xe 2 bánh và 4 bánh, phòng quản lý, bể nước ngầm và khu chứa rác thải sinh hoạt (gồm 3 bộ phận trung chuyển rác).
  • Tầng trệt: Khu sảnh đón, quầy tiếp tân, không gian trưng bày và giới thiệu sản phẩm dược phẩm, triển lãm.
  • Tầng 1 đến tầng 11: Không gian văn phòng làm việc và phòng tiếp khách.
  • Tầng mái: Khu vực kỹ thuật, hệ thống thoát nước mái bằng ống đường kính 140 mm, bể nước sinh hoạt và cứu hỏa kích thước $6 \times 6,6 \times 2\text{ m}$ (dung tích khoảng 173 m³), hệ thống kim thu lôi chống sét.
  • Điều kiện tự nhiên khu vực TP.HCM: Khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, nhiệt độ trung bình 26°C (dao động từ 22°C đến 30°C), lượng mưa trung bình 1000–1800 mm/năm, độ ẩm trung bình 78%. Tốc độ gió trung bình 1,4–1,6 m/s, tần suất lặng gió 26%.
  • Giải pháp kỹ thuật công trình: Bố trí 2 cụm thang bộ thoát hiểm bề rộng vế 2,6 m và 2 thang máy tập trung tại lõi trung tâm (khoảng cách di chuyển từ vị trí xa nhất đến thang bộ nhỏ hơn 30 m). Hệ thống cấp điện sử dụng 2 nguồn độc lập (điện lưới đô thị và máy phát điện dự phòng 150 kVA đặt tại tầng hầm), dây dẫn đi ngầm trong hộp kỹ thuật, ngắt điện tự động từ 1A đến 80A. Cấp nước kết hợp nguồn nước thủy cục và giếng ngầm qua trạm bơm trung chuyển. Hệ thống phòng cháy chữa cháy gồm họng cứu hỏa vòi dài 20 m, bình bột/CO2 xách tay và đầu báo nhiệt tự động tại các phòng.

Chương 2: Lựa chọn giải pháp kết cấu cho công trình

Chương 2 phân tích, so sánh các phương án kết cấu sàn (sàn sườn toàn khối, sàn không dầm, sàn có hệ dầm trực giao) và phương án kết cấu chịu lực phương đứng. Với lưới cột điển hình kích thước $8,5 \times 7,0\text{ m}$, tác giả chọn phương án sàn có hệ dầm trực giao nhằm giảm chiều dày bản sàn, hạn chế độ võng và chống rung khi bước nhịp vượt quá 6 m.

Hệ chịu lực phương đứng sử dụng hệ kết cấu hỗn hợp khung – vách/lõi bê tông cốt thép toàn khối: hệ khung đảm nhận tải trọng đứng, lõi vách thang máy vừa tiếp nhận tải trọng đứng vừa tăng cường độ cứng chống chuyển vị ngang do tải trọng gió và động đất. Phần móng lựa chọn phương án móng sâu cọc khoan nhồi cắm vào tầng địa chất tốt ở độ sâu dưới -50 m.

Kích thước sơ bộ các cấu kiện được xác định:

  • Chiều dày sàn điển hình, sàn trệt, tầng 1 và sàn mái chọn $h_s = 160\text{ mm}$ (dựa trên công thức $h_s = \frac{D}{m} L_1$ với $D=0,8$, $m=40 \div 50$, $L_1 = 7000\text{ mm}$); sàn tầng hầm chọn dày $250\text{ mm}$.
  • Tiết diện dầm chính vượt nhịp 8,5 m: $b \times h = 300 \times 700\text{ mm}$; dầm trực giao phụ: $b \times h = 250 \times 500\text{ mm}$.
  • Vách lõi thang máy: Chiều dày vách bê tông chọn $300\text{ mm}$ (thỏa mãn điều kiện lớn hơn 150 mm và không nhỏ hơn $1/20$ chiều cao tầng).
  • Tiết diện cột bê tông: Tính toán sơ bộ dựa trên diện truyền tải và công thức $A_c = k \frac{N}{R_b}$ với suất tải trọng $q = 15\text{ kN/m}^2$, hệ số uốn $k = 1,1$ cho cột giữa và $k = 1,2$ cho cột biên. Kích thước cột tầng dưới cùng lên tới $800 \times 1000\text{ mm}$ và giảm dần lên các tầng trên.

Chương 3: Thiết kế cầu thang bộ tầng điển hình (Tầng 4)

Thiết kế chi tiết cầu thang 2 vế dạng bản của tầng 4 với chiều cao tầng 3,6 m. Kích thước bậc thang: chiều cao bậc $h_b = 0,164\text{ m}$, bề rộng mặt bậc $l_b = 0,28\text{ m}$, số lượng 11 bậc mỗi vế, chiều dày bản thang nghiêng $h_b = 100\text{ mm}$.

  • Sơ đồ tính toán: Bản thang và bản chiếu nghỉ được quan niệm như dầm gãy khúc tựa lên dầm chiếu tới (liên kết khớp cố định do liên kết liền khối với sàn tầng) và dầm chiếu nghỉ (liên kết khớp di động do một phía là bản hẫng). Dải bản đơn vị rộng 1 m được cắt ra để tính nội lực.
  • Tải trọng bản chiếu nghỉ: Tĩnh tải tiêu chuẩn gồm đá hoa cương, vữa lót sàn dày 20 mm, bản BTCT dày 100 mm cho tổng tĩnh tải tính toán là $3,6\text{ kN/m}^2$; tổng tải trọng tính toán gộp hoạt tải là $6,532\text{ kN/m}^2$.
  • Tải trọng bản nghiêng: Quy đổi chiều dày các lớp hoàn thiện theo phương nghiêng qua hệ số góc dốc $\cos\alpha = 0,841$; tổng tĩnh tải tính toán là $4,03\text{ kN/m}^2$; tổng tải trọng tính toán cả tĩnh tải và hoạt tải trên 1 m² bản thang đạt $7,484\text{ kN/m}^2$.
  • Kết quả nội lực và thép bản thang: Mô men uốn nhịp lớn nhất $M_{\text{nhịp}} = 12,26\text{ kNm}$, mô men gối $M_{\text{gối}} = 6,75\text{ kNm}$; bố trí cốt thép chịu lực dọc thỏa mãn điều kiện cường độ và độ võng giới hạn.
  • Dầm chiếu nghỉ ($b \times h = 250 \times 500\text{ mm}$): Chịu trọng lượng bản thân dầm ($1,65\text{ kN/m}$), tường xây gạch 200 mm cao 1,8 m ($6,184\text{ kN}$), vữa trát ($0,78\text{ kN/m}$) và phản lực từ bản thang truyền vào ($R_B = 18,2\text{ kN/m}$). Tính toán dầm đơn giản có phân phối lại mô men: $M_{\text{max}} = 12,9\text{ kNm}$, lực cắt $Q = 23,2\text{ kN}$. Bố trí thép dọc và cốt đai $\phi 6\text{a}150$ (2 nhánh, $R_{sw} = 210\text{ MPa}$) đảm bảo khả năng chịu cắt của bê tông và cốt đai $Q_{DB}$.
  • Dầm chiếu tới: Chịu trọng lượng bản thân ($1,44\text{ kN/m}$) cùng phản lực bản nghiêng ($R_D = 20,2\text{ kN/m}$); kiểm tra lực cắt và bố trí cốt thép uốn dọc, cốt đai theo cấu tạo tương tự dầm chiếu nghỉ.

Chương 4: Tổ hợp tải trọng và kiểm tra các trạng thái giới hạn

Chương này xác định đầy đủ các thành phần tải trọng tác động lên không gian công trình, thiết lập tổ hợp nội lực và kiểm tra các tiêu chí an toàn giới hạn:

  • Tải trọng cấu tạo sàn (SDL): Sàn phòng điển hình và tầng 1 có tổng tĩnh tải tính toán $1,60\text{ kN/m}^2$ (gồm gạch ceramic, vữa lót, trần, hệ thống kỹ thuật); sàn vệ sinh/ban công/lô gia là $1,97\text{ kN/m}^2$; sàn mái có lớp gạch chống nóng, vữa tạo dốc, lớp chống thấm, trát trần và thiết bị kỹ thuật đạt $2,15\text{ kN/m}^2$.
  • Tải trọng tường xây (WL): Tường 100 mm và 200 mm xây trên dầm và sàn; tải trọng tính toán tường 100 trên dầm tầng điển hình đạt $6,276\text{ kN/m}$, tường 200 đạt $13,88\text{ kN/m}$; tường tầng 1 có tải trọng $25,502\text{ kN/m}$.
  • Hoạt tải sử dụng (LL): Căn cứ TCVN 2737:1995: Phòng kỹ thuật ($7,6\text{ kN/m}^2$), phòng họp ($5,48\text{ kN/m}^2$), showroom trưng bày ($5,48\text{ kN/m}^2$), ban công/lô gia ($2,4\text{ kN/m}^2$), sảnh/hành lang/cầu thang ($3,6\text{ kN/m}^2$), mái có sử dụng ($0,9\text{ kN/m}^2$).
  • Tải trọng gió: Vùng áp lực gió IIA, dạng địa hình C tại Quận 1, TP.HCM; áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 83\text{ daN/m}^2$ ($0,83\text{ kN/m}^2$). Do chiều cao $H = 45,3\text{ m} > 40\text{ m}$, thành phần động của tải trọng gió được tính toán theo TCXD 229:1999. Khảo sát dao động trên mô hình ETABS (khai báo Mass Source: 100% DL + 50% LL): Chu kỳ dao động riêng mốt 1 (phương X) $T_1 = 1,534\text{ s}$; mốt 2 (phương Y) $T_2 = 1,601\text{ s}$; mốt 3 là mốt xoắn. Tần số dao động thứ nhất nhỏ hơn tần số giới hạn $f_L = 1,3\text{ Hz}$, do đó lực gió động tính toán đến lực xung vận tốc gió và quán tính theo các tầng, gán vào tâm khối lượng công trình.
  • Tải trọng động đất: Tính toán theo TCVN 9386:2012 bằng phương pháp phân tích phổ phản ứng đàn hồi. Công trình cấp II, hệ số tầm quan trọng $\gamma_I = 1,0$; gia tốc đỉnh nền tham chiếu tại Quận 1 là $a_{gR} = 0,0848g$, gia tốc nền thiết kế $a_g = 0,0832\text{ m/s}^2$ (cấp động đất VII theo thang MSK-64). Nền đất loại C có các tham số phổ $S = 1,15$, $T_B = 0,2\text{ s}$, $T_C = 0,6\text{ s}$, $T_D = 2,0\text{ s}$. Hệ số ứng xử kết cấu hỗn hợp khung – vách với cấp dẻo trung bình $q = 3,9$. Thành phần động đất đứng bỏ qua vì $a_{vg} < 0,25g$. Khai báo Mass Source động đất: $1\text{DL} + 1\text{SDL} + 1\text{WL} + 0,24\text{LL}$.
  • Các trường hợp và tổ hợp tải trọng: Bao gồm 15 trường hợp tải trọng đơn lẻ (DL, SDL, WL, LL1, LL2, WAX, WAY, WDX, WDY, EX, EY...). Thiết lập tổ hợp cơ bản 1 (COMB1 đến COMB5: Tĩnh tải + 1 Hoạt tải/Gió), tổ hợp cơ bản 2 (COMB6 đến COMB9: Tĩnh tải + 0,9 Hoạt tải + 0,9 Gió), các tổ hợp động đất (COMB10 đến COMB13: Tĩnh tải + Động đất phương chính + 0,3 phương trực giao), tổ hợp bao (THBAO), tổ hợp kiểm tra chuyển vị đỉnh (CVD) và chuyển vị lệch tầng (CVLT).
Nhóm tổ hợp Ký hiệu Thành phần tổ hợp tải trọng
Tổ hợp cơ bản 1 COMB1 Tĩnh tải + Hoạt tải
COMB2, 3 Tĩnh tải $\pm$ Gió X
COMB4, 5 Tĩnh tải $\pm$ Gió Y
Tổ hợp cơ bản 2 COMB6, 7 Tĩnh tải + 0,9 Hoạt tải $\pm$ 0,9 Gió X
COMB8, 9 Tĩnh tải + 0,9 Hoạt tải $\pm$ 0,9 Gió Y
Tổ hợp động đất COMB10, 11 Tĩnh tải + 0,3 Động đất Y $\pm$ Động đất X
COMB12, 13 Tĩnh tải + 0,3 Động đất X $\pm$ Động đất Y
Kiểm tra biến dạng CVD Bao chuyển vị đỉnh do các tổ hợp gió
CVLT Bao chuyển vị lệch tầng
THBAO Envelope (COMB1 $\rightarrow$ COMB13)
  • Kiểm tra các trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH 2):
    1. Điều kiện ổn định chống lật: Tỷ số chiều cao trên bề rộng công trình $H/B = 45,3 / 30,05 = 1,51 < 5$. Theo quy chuẩn, công trình không cần kiểm tra lật tổng thể ($M_{CL} \ge 1,5 M_{GL}$).
    2. Gia tốc đỉnh công trình: Gia tốc đỉnh do gió động theo phương X đạt $a_X = 5,873\text{ mm/s}^2$; theo phương Y đạt $a_Y = 5,665\text{ mm/s}^2$. Cả hai giá trị đều nhỏ hơn nhiều so với ngưỡng gia tốc đỉnh cho phép $[a] = 150\text{ mm/s}^2$ theo TCXD 198:1997.
    3. Chuyển vị ngang tại đỉnh: Giới hạn cho phép đối với kết cấu khung - vách là $[f] = H / 500 = 45300 / 500 = 90,6\text{ mm}$. Kết quả phân tích mô hình tại tầng 12 cho chuyển vị lớn nhất phương X là $14,81\text{ mm} < 90,6\text{ mm}$, thỏa mãn điều kiện độ cứng.
    4. Chuyển vị lệch tầng: Tỷ số chuyển vị ngang tương đối giữa các tầng kế cận $d_c / h_s$ do tải trọng gió tại tầng 12 lớn nhất đạt $0,000362$, nhỏ hơn giới hạn quy định $1/500 = 0,002$ theo TCVN 5574:2018.
    5. Kiểm tra hiệu ứng P-Delta: Hệ số độ nhạy chuyển vị nằm trong phạm vi cho phép của tiêu chuẩn.

Chương 5: Thiết kế khung

Chương 5 đi sâu vào phân tích và bố trí cốt thép cho hệ thống chịu lực không gian:

  • Thiết kế hệ sàn dầm: Mô hình phân tích dải strip theo hai phương X và Y, trích xuất biểu đồ mô men uốn; kiểm tra điều kiện võng dài hạn đàn hồi và kiểm tra bề rộng khe nứt ngắn hạn ($a_{crc1}$), bề rộng khe nứt dài hạn ($a_{crc2}$) dưới tác dụng của tải trọng tiêu chuẩn; tính toán diện tích cốt thép lớp trên và lớp dưới.
  • Thiết kế dầm: Phân tích biểu đồ bao nội lực mô men và lực cắt dầm chính (tiết diện chữ T chịu nén ở cánh), dầm phụ trên các trục khung; tính diện tích thép dọc chịu uốn, kiểm tra neo nối cốt thép và kiểm tra mô men xoắn kết hợp lực cắt.
  • Thiết kế cột: Tính toán cấu kiện chịu nén uốn lệch tâm xiên theo hai phương cho hệ cột (tập trung khảo sát khung trục B); lựa chọn số lượng thanh thép dọc, kiểm tra hàm lượng cốt thép hợp lý và bố trí đai dày ở vùng nối cốt thép đầu cột.
  • Thiết kế vách lõi thang máy: Chia nhỏ phần tử tấm vỏ (pier shell), xác định lực dọc, lực cắt và mô men uốn trong từng vách phẳng; tính toán mạng cốt thép đứng, cốt thép ngang và cốt đai chống phình vách.
  • Thiết kế lanh tô: Tính toán cấu kiện dầm nối lanh tô cửa thang máy chịu uốn và cắt lớn trong hệ vách cứng.

Chương 6: Thiết kế móng

Chương 6 giải quyết bài toán tiếp nhận và truyền tải trọng công trình xuống nền đất:

  • Xử lý số liệu địa chất: Thống kê chỉ tiêu cơ lý các lớp đất (đất sét, sét pha, cát) từ cao trình mặt đất tự nhiên đến độ sâu -50,000 m.
  • Lựa chọn giải pháp móng: Chọn móng cọc khoan nhồi đường kính D800 và D1000 cắm sâu vào tầng đất tốt.
  • Xác định sức chịu tải cọc đơn:
    • Sức chịu tải theo cường độ vật liệu cọc ($R_c^{vl}$).
    • Sức chịu tải theo chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền ($R_c^{cl}$).
    • Sức chịu tải theo chỉ tiêu cường độ đất nền ($R_c^{cđ}$).
    • Sức chịu tải của cọc dựa trên kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT ($R_c^{SPT}$). Tổng hợp các kết quả để chọn giá trị sức chịu tải thiết kế đại diện cho cọc nhồi D800 và D1000.
  • Thiết kế các đài móng M1, M2, M3, M4:
    • Xác định sơ bộ số lượng cọc dưới đáy từng đài móng và độ cứng cọc đơn.
    • Kiểm tra phản lực tác dụng lên từng đầu cọc dưới tác dụng của tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn (lực dọc $N$, mô men hai phương $M_x, M_y$), đảm bảo $P_{max} \le 1,2 R_{tk}$ và $P_{tb} \le R_{tk}$.
    • Kiểm tra điều kiện làm việc của khối móng quy ước (kiểm tra ứng suất đáy khối móng quy ước và độ lún kết cấu).
    • Kiểm tra chọc thủng đài móng (tháp nén thủng tự do đài cọc do cột và phản lực đầu cọc xuyên qua).
    • Tính toán cốt thép chịu mô men uốn theo hai phương X và Y cho bản đài móng M1, M2, M3, M4.

Chương 7: Thiết kế phần thi công

Nội dung chương trình bày biện pháp kỹ thuật thi công bê tông toàn khối cho tầng điển hình:

  • Vật liệu ván khuôn và giàn giáo đỡ: Sử dụng ván dán phủ phim Tekcom, hệ xương sườn và gông bằng thép hộp vuông Mạnh Tiến Phát Steel, hệ giằng đỡ bằng giàn giáo nêm, cây chống ren đơn và hệ bu lông ti giằng xuyên tường.
  • Thiết kế ván khuôn cột: Tính toán tải trọng áp lực ngang của hỗn hợp bê tông tươi mới đổ kết hợp tải trọng đầm rung và tải trọng gió tác dụng vào cột biên, cột giữa. Lập sơ đồ tính dầm liên tục nhiều nhịp, vẽ biểu đồ mô men để kiểm tra ứng suất uốn và độ võng cho lớp ván phủ phim, hệ sườn đứng, gông thép hộp và khả năng chịu lực của cây chống xiên cùng dây cáp neo.
  • Thiết kế cốp pha sàn: Xác định tải trọng bản thân sàn bê tông cốt thép, tải trọng ván khuôn, hoạt tải người và phương tiện thi công đổ bê tông. Kiểm tra khả năng chịu lực uốn và độ võng của lớp ván mặt, hệ sườn trên (sườn phụ), hệ sườn dưới (sườn chính) và hệ giàn giáo nêm chịu lực.
  • Thiết kế cốp pha dầm: Phân chia thành thiết kế cốp pha thành dầm (chịu áp lực ngang bê tông) và cốp pha đáy dầm (chịu toàn bộ tải trọng đứng của dầm và sàn phụ truyền vào). Kiểm tra độ bền, độ võng của ván đáy dầm, sườn dọc đáy dầm, sườn ngang và thanh chống đỡ.

Thiết kế và kiểm tra kỹ thuật công trình

Các thông số kỹ thuật kiểm định an toàn của công trình dưới tác động của tải trọng ngang và tải trọng gió/động đất được tổng hợp chi tiết:

Hạng mục kiểm tra Giá trị tính toán thực tế Giới hạn quy chuẩn cho phép Tiêu chuẩn tham chiếu Kết luận kỹ thuật
Tỷ số chống lật ($H/B$) 1,51 5,00 TCXD 198:1997 Thỏa mãn (không cần kiểm tra lật)
Gia tốc đỉnh phương X $5,873\text{ mm/s}^2$ $150\text{ mm/s}^2$ TCXD 198:1997 Đảm bảo an toàn sinh lý người dùng
Gia tốc đỉnh phương Y $5,665\text{ mm/s}^2$ $150\text{ mm/s}^2$ TCXD 198:1997 Đảm bảo an toàn sinh lý người dùng
Chuyển vị ngang đỉnh ($f_{\text{max}}$) $14,81\text{ mm}$ $90,60\text{ mm}$ ($H/500$) TCXD 198:1997 Đảm bảo độ cứng tổng thể
Chuyển vị lệch tầng gió ($d_c/h_s$) 0,000362 0,002000 ($1/500$) TCVN 5574:2018 Đảm bảo chuyển vị tương đối
Tần số dao động mốt 1 ($f_1$) Nhỏ hơn $f_L = 1,3\text{ Hz}$ $f_L = 1,3\text{ Hz}$ TCXD 229:1999 Phải xét thành phần động của gió
Gia tốc nền động đất ($a_g$) $0,0832\text{ m/s}^2$ Cấp động đất VII TCVN 9386:2012 Thuộc diện bắt buộc kháng chấn

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Đồ án hoàn thành trọn vẹn quy trình phân tích và thiết kế một tòa nhà văn phòng kết hợp thương mại cao 12 tầng nổi và 1 tầng hầm:

  • Thiết lập giải pháp kết cấu sàn dầm trực giao dày 160 mm vượt lưới cột $8,5 \times 7,0\text{ m}$, giải quyết mâu thuẫn giữa yêu cầu giảm chiều cao tầng và kiểm soát độ võng bản sàn so với phương án sàn dầm truyền thống.
  • Làm rõ ứng xử không gian của hệ kết cấu khung kết hợp vách lõi thang máy; kiểm chứng bằng số liệu cụ thể cho thấy lõi vách tiếp nhận phần lớn tải trọng ngang, giữ cho chuyển vị đỉnh ($14,81\text{ mm}$) và chuyển vị lệch tầng ($0,000362$) thấp hơn rất nhiều so với ngưỡng biến dạng cho phép.
  • Triển khai phương pháp phân tích phổ phản ứng đàn hồi (TCVN 9386:2012) để xác định nội lực động đất với hệ số ứng xử $q = 3,9$, minh chứng kết cấu khung vách cấp dẻo trung bình đủ khả năng phân tán năng lượng địa chấn tại khu vực Quận 1, TP.HCM.
  • Xử lý bài toán địa kỹ thuật móng cọc khoan nhồi D800 và D1000 qua 4 phương pháp tính sức chịu tải, hoàn thành cấu tạo các đài cọc chịu tải trọng nén và uốn lớn (M1 đến M4).
  • Cung cấp mô hình tính toán chi tiết và biện pháp cốp pha công nghiệp hóa (ván phủ phim Tekcom kết hợp thép hộp Mạnh Tiến Phát Steel và giàn giáo nêm), tính toán cụ thể từ ván khuôn, sườn đỡ, gông cột đến hệ cây chống chịu lực.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án xuất phát từ phạm vi thiết kế và các giả thiết tính toán:

  • Tải trọng gió mới chỉ xem xét thành phần gió dọc theo hai trục trực giao X và Y theo TCXD 229:1999, bỏ qua hiệu ứng gió ngang (vortex shedding) và xoắn khí động học.
  • Động đất được phân tích bằng phương pháp phổ phản ứng dao động đàn hồi tuyến tính; chưa xét đến ứng xử phi tuyến thời gian (Time-history analysis) hoặc phân tích đẩy dần (Pushover analysis) khi công trình chịu động đất mạnh vượt thiết kế.
  • Móng cọc mới chỉ khảo sát cọc chịu tải trọng nén uốn và kiểm tra theo khối móng quy ước, chưa xét chi tiết đến tương tác động lực học giữa đất và cọc (Soil-Structure Interaction) cũng như biến dạng nhóm cọc theo mô hình phần tử hữu hạn 3D nền đất.

Hướng mở rộng cho các nghiên cứu và đồ án kỹ thuật tiếp theo bao gồm: áp dụng mô hình phân tích phi tuyến tĩnh/động cho kết cấu bê tông cốt thép; nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực gió ngang và xoắn đối với các dạng mặt bằng phức tạp; tính toán bài toán thi công hố móng sâu (tường vây barrette, hệ shoring/anchorage) cho khối tầng hầm công trình.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu thực hành thiết kế kết cấu và thi công cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Công nghệ Kỹ thuật Xây dựng dân dụng và công nghiệp đang thực hiện đồ án tốt nghiệp hoặc đồ án môn học Bê tông cốt thép, Nền móng, Thi công.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu mới vào nghề cần mẫu thuyết minh chuẩn về quy trình mô hình hóa ETABS, khai báo phổ động đất theo TCVN 9386:2012 và tính toán gió động theo TCXD 229:1999.
  • Nội dung đáng tham khảo nhất: Bảng quy trình tổ hợp tải trọng không gian 13 trường hợp; các bước kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai (chống lật, gia tốc đỉnh, chuyển vị lệch tầng); phương pháp tính toán dầm trực giao và quy trình kiểm tra cốp pha chịu lực bằng giàn giáo nêm.

Câu hỏi thường gặp

  1. Quy mô và chiều cao thiết kế của công trình là bao nhiêu?
    Công trình gồm 1 tầng hầm (cao độ -3,300 m) và 12 tầng nổi (gồm 1 tầng trệt, 11 tầng lầu và 1 tầng mái kỹ thuật). Tổng chiều cao công trình tính từ cốt 0,000 m lên đến đỉnh mái là 45,300 m (chưa kể tầng hầm); diện tích mặt bằng sử dụng khoảng 1500 m².

  2. Vì sao công trình phải tính toán thành phần động của tải trọng gió và kết quả kiểm tra chu kỳ ra sao?
    Theo mục 1.2 tiêu chuẩn TCXD 229:1999, công trình nhiều tầng có chiều cao lớn hơn 40 m bắt buộc phải tính thành phần động của tải trọng gió. Với chiều cao 45,3 m, mô hình ETABS cho kết quả chu kỳ dao động riêng mốt 1 phương X là $T_1 = 1,534\text{ s}$ và mốt 2 phương Y là $T_2 = 1,601\text{ s}$; tần số dao động thứ nhất nhỏ hơn tần số giới hạn $f_L = 1,3\text{ Hz}$ nên thành phần động được tính toán dựa trên xung vận tốc gió và lực quán tính.

  3. Thông số tính toán kháng chấn cho công trình tại Quận 1, TP.HCM được xác lập như thế nào?
    Theo TCVN 9386:2012, công trình cấp II có hệ số tầm quan trọng $\gamma_I = 1,0$; gia tốc đỉnh nền tham chiếu tại Quận 1 là $a_{gR} = 0,0848g$, gia tốc nền thiết kế $a_g = 0,0832\text{ m/s}^2$ (thuộc cấp động đất VII thang MSK-64, bắt buộc