Trung tâm thương mại Hải quân TP.HCM

Đồ án tốt nghiệp thiết kế kết cấu công trình Trung tâm thương mại Hải quân TP.HCM - ĐH SPKT

• Tác giả: Trần Thành Duy
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Ngọc Dương
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật công trình xây dựng
• Đề tài: Trung tâm thương mại Hải quân TP.HCM
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan thiết kế kết cấu Trung tâm thương mại Hải quân TP

Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM mang tính thực tiễn cao. Sinh viên Trần Thành Duy thực hiện đề tài dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Nguyễn Ngọc Dương. Nhiệm vụ chính là thiết kế hệ thống kết cấu hoàn chỉnh cho dự án Trung tâm thương mại Hải quân TP.HCM. Công trình đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa tính toán kỹ thuật và biện pháp thi công ngoài hiện trường. Hồ sơ đồ án cung cấp mười hai bản vẽ kết cấu chi tiết. Kèm theo đó là mười một bản vẽ biện pháp tổ chức thi công hoàn chỉnh. Công trình có quy mô sàn thương mại lớn, mật độ công năng phức tạp và yêu cầu nghiêm ngặt về khả năng chịu lực. Các nội dung bao gồm tính toán sàn sườn toàn khối, cầu thang bộ, khung không gian và móng cọc sâu. Đồ án bám sát hệ thống tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam. Đây là tài liệu tham khảo giá trị cho sinh viên và kỹ sư thiết kế kết cấu nhà nhiều tầng.

1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu đồ án tốt nghiệp

Đề tài tập trung hoàn thành trọn vẹn hai mảng kiến thức cốt lõi gồm thiết kế kết cấu và lập biện pháp thi công. Phạm vi thiết kế kết cấu bao gồm tính toán sàn tầng điển hình theo phương án sàn dầm bê tông cốt thép. Sinh viên mô hình hóa và kiểm tra nội lực cầu thang bộ hai vế chịu lực phức tạp. Hệ khung không gian gồm dầm, cột, vách cứng được phân tích chi tiết nhằm kiểm soát chuyển vị. Phần kết cấu móng sử dụng giải pháp cọc khoan nhồi sâu vào tầng địa chất tốt. Về mặt thi công, đồ án lập biện pháp đào đất tầng hầm kết hợp hệ văng chống shoring bảo vệ hố đào an toàn.

1.2. Khối lượng sản phẩm kỹ thuật và hồ sơ bản vẽ đồ án

Khối lượng sản phẩm đồ án phản ánh khối lượng công việc chuyên môn đồ sộ của sinh viên kỹ thuật. Hồ sơ thuyết minh trình bày chi tiết cơ sở lý thuyết, các bảng tra số liệu và bảng tính toán kết cấu. Sinh viên hoàn thiện mười hai bản vẽ kết cấu khổ lớn. Các bản vẽ thể hiện mặt bằng định vị cột, bố trí thép dầm sàn, chi tiết cầu thang và đài móng cọc khoan nhồi. Bên cạnh đó, mười một bản vẽ thi công mô tả quy trình đào đất, lắp đặt giằng chống shoring và tiến độ thi công hố móng. Bộ hồ sơ đảm bảo tính quy chuẩn theo quy định bảo vệ tốt nghiệp ngành Xây dựng.

II. Phân tích tải trọng kết cấu Trung tâm thương mại Hải quân

Phân tích tải trọng là bước then chốt quyết định độ an toàn của toàn bộ tòa nhà. Trung tâm thương mại tập trung đông người và chứa nhiều thiết bị kỹ thuật nặng. Tải trọng tác động lên công trình gồm tĩnh tải các lớp hoàn thiện và hoạt tải sử dụng theo quy chuẩn TCVN. Tĩnh tải sàn gồm trọng lượng bản thân sàn bê tông cốt thép, lớp vữa lót, gạch lát ceramic và hệ thống MEP treo trần. Các khu vực vệ sinh và mái có thêm lớp bê tông chống thấm chuyên dụng. Hệ số tin cậy hay hệ số vượt tải đóng vai trò kiểm soát các biến thiên bất thường ngoài thực tế. Hệ số này giúp bảo đảm khả năng chịu lực an toàn trong điều kiện sử dụng khắc nghiệt nhất. Hoạt tải tập trung tại các khu vực dịch vụ thương mại luôn biến đổi lớn theo giờ cao điểm. Việc tính toán sai lệch tải trọng sàn sẽ gây nứt võng sàn hoặc phá hoại giòn cấu kiện bê tông cốt thép. Ngoài ra, cầu thang bộ cũng chịu lực phức tạp do hoạt tải phân bố không đều giữa bản xiên và chiếu nghỉ.

2.1. Phân loại và tính toán tĩnh tải các lớp hoàn thiện sàn

Tĩnh tải tác dụng lên sàn tầng điển hình được xác định dựa trên trọng lượng riêng và chiều dày từng lớp vật liệu. Bản bê tông cốt thép dày một trăm năm mươi milimét có tải trọng tiêu chuẩn khoảng ba phẩy sáu mươi tám kN/m2. Khi nhân hệ số vượt tải một phẩy một, tĩnh tải tính toán đạt bốn phẩy không lăm kN/m2. Lớp vữa lát nền dày ba mươi milimét cùng gạch ceramic tạo tải trọng đáng kể lên mặt sàn. Ngoài ra, trần thạch cao và hệ thống đường ống kỹ thuật MEP bổ sung tải trọng thường trực bốn mươi tám phần trăm kN/m2. Tổng tĩnh tải hoàn thiện sàn thương mại lên tới mức một phẩy sáu mươi tư kN/m2.

2.2. Vấn đề hoạt tải và liên kết ngàm thực tế tại cầu thang

Hoạt tải cầu thang bộ trong công trình thương mại chịu áp lực tập trung đông người khi có sự cố khẩn cấp. Tiêu chuẩn xây dựng quy định giá trị hoạt tải tính toán bản xiên đạt ba phẩy sáu mươi bảy kN/m2 và chiếu nghỉ là ba phẩy chín kN/m2. Khó khăn thực tế nảy sinh trong quá trình thi công hiện trường giữa bản thang và vách bê tông. Bản thang thường thi công sau hệ dầm cột chính. Việc tạo liên kết ngàm cứng hoàn hảo giữa vách và bản thang rất khó đạt được. Nếu tính toán sai sơ đồ khớp ngàm, gối tựa dễ bị nứt gãy bất ngờ do mô men cục bộ.

III. Giải pháp thiết kế kết cấu sàn dầm và móng cọc khoan nhồi

Đồ án đưa ra phương án kết cấu sàn sườn dầm toàn khối cho mặt bằng trung tâm thương mại. Phương án dầm sàn bê tông cốt thép truyền thống mang lại độ cứng uốn cao và hạn chế rung động lớn. Việc phân phối tải trọng từ sàn sang hệ dầm chính và dầm phụ giúp giảm ứng suất cục bộ. Đối với cầu thang bộ, đồ án sử dụng sơ đồ dầm liên tục gãy khúc làm việc một phương. Sơ đồ tính chọn một đầu gối cố định và một đầu gối di động tựa lên dầm chiếu tới. Cách tiếp cận này bảo đảm an toàn khi liên kết ngàm với vách không đạt độ cứng lý tưởng ngoài hiện trường. Về kết cấu móng, giải pháp cọc khoan nhồi tiết diện lớn được lựa chọn để chịu tải trọng thẳng đứng khổng lồ từ thân công trình. Mũi cọc tựa vào lớp đất cát hạt thô cuội sỏi có sức chịu tải cao. Đối với tầng hầm, biện pháp đào đất kết hợp hệ văng chống thép hình shoring giữ ổn định thành vách đất. Hệ shoring ngăn chặn triệt để nguy cơ trồi đất đáy móng và nứt lún các công trình lân cận trong suốt quá trình xây dựng hố đào sâu.

3.1. Phương pháp tính toán bản thang và bố trí thép gối tựa

Sinh viên thiết kế cầu thang theo nguyên lý bản làm việc một phương chịu uốn thuần túy. Quá trình tính toán thực hiện cắt một dải bản rộng một mét theo phương cạnh ngắn. Sơ đồ tính toán quy đổi thành một dầm liên tục bị gãy khúc liên kết khớp hai đầu. Vị trí gối đỡ đặt tại dầm chiếu tới chịu phản lực truyền từ bản xiên và chiếu nghỉ. Do giả định liên kết khớp, mô men uốn tại nhịp tăng lên đáng kể. Điều này giúp tính toán thép nhịp thiên về hướng an toàn tối đa. Kỹ sư bố trí thêm cốt thép tăng cường tại các vị trí gối nhằm triệt tiêu vết nứt phát sinh.

3.2. Giải pháp thi công đào đất và lắp hệ giằng chống shoring

Thi công tầng hầm trong đô thị đòi hỏi giải pháp chống đỡ vách đất cực kỳ nghiêm ngặt. Đồ án áp dụng biện pháp đào hở kết hợp hệ văng chống shoring bằng thép hình định hình. Đơn vị thi công tiến hành ép tường vây cừ larsen hoặc cọc xi măng đất xung quanh chu vi hố móng. Khi đào đất theo từng lớp chiều sâu quy định, công nhân lắp đặt dầm văng wale và hệ thanh chống ngang kingpost. Hệ giằng chống giữ cho vách cừ không bị biến dạng uốn trước áp lực chủ động của đất và mạch nước ngầm. Quá trình quan trắc độ lún được duy trì liên tục để phát hiện kịp thời các biến dạng bất lợi.

IV. Kết luận và giá trị ứng dụng của đồ án thiết kế kết cấu

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Trần Thành Duy đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu đề ra. Toàn bộ giải pháp kết cấu từ dầm sàn, cầu thang, khung thân đến móng cọc khoan nhồi đều đảm bảo tính an toàn chịu lực và độ võng tiêu chuẩn. Các số liệu tính toán minh chứng cho sự cẩn trọng và tư duy kỹ thuật vững vàng. Phương án cấu tạo sàn bê tông cốt thép dày 150 mm cùng hệ dầm trực giao tạo nên không gian thông thoáng cho trung tâm thương mại. Đây là mô hình kết cấu tiêu biểu cho các công trình dịch vụ công cộng hiện đại. Hơn nữa, phương án thi công hố đào với hệ chống shoring mang lại bài học thực tế quý giá cho công tác thi công đô thị. Hồ sơ bản vẽ chi tiết hóa đầy đủ các nút khung, mặt cắt móng và mặt bằng văng chống. Đồ án không chỉ giúp sinh viên khẳng định năng lực kỹ sư xây dựng trước hội đồng phản biện. Tài liệu này còn đóng góp nguồn tài nguyên học thuật tham khảo hữu ích cho các khóa sinh viên kế tiếp tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.

4.1. Đánh giá độ tin cậy và khả năng chịu lực của công trình

Kết quả tính toán khẳng định giải pháp kết cấu đáp ứng toàn diện các điều kiện về trạng thái giới hạn một và hai. Cấu kiện sàn dầm bảo đảm khả năng chịu uốn và cắt dưới mọi tổ hợp tải trọng tĩnh hoạt tải nguy hiểm nhất. Độ võng của dầm chính và bản sàn luôn duy trì trong giới hạn cho phép theo TCVN 5574. Kết cấu móng cọc khoan nhồi kiểm soát độ lún tuyệt đối và lún lệch ở mức an toàn cao. Hệ khung bê tông cốt thép phân bố nội lực đồng đều, tránh hiện tượng tập trung ứng suất tại các điểm nối. Công trình đạt tính bền vững và an toàn trọn vẹn suốt tuổi thọ sử dụng.

4.2. Khả năng ứng dụng thực tế trong thiết kế xây dựng đô thị

Quy trình triển khai đồ án phản ánh chân thực các công đoạn thiết kế xây dựng công trình thương mại nhiều tầng ngoài thực tế. Các phương pháp mô hình hóa và kiểm tra kết cấu sàn, móng, giằng shoring đều có tính ứng dụng cao. Kỹ sư xây dựng có thể vận dụng trực tiếp các bảng tính tĩnh tải, tổ hợp hoạt tải và sơ đồ tính cầu thang vào các dự án tương đồng. Bên cạnh đó, giải pháp đào đất shoring là phương án hữu hiệu cho các khu đất nội đô có mật độ hạ tầng dày đặc. Đề tài đóng góp tài liệu kỹ thuật hoàn thiện cho việc chuẩn hóa thiết kế kết cấu dân dụng.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh tại các trung tâm kinh tế lớn như Thành phố Hồ Chí Minh, nhu cầu xây dựng các tổ hợp công trình đa năng có chiều cao lớn kết hợp chức năng thương mại và dịch vụ ngày càng gia tăng. Việc thiết kế các công trình nhà cao tầng đòi hỏi kỹ sư xây dựng phải xử lý đồng thời bài toán chịu tải trọng thẳng đứng lớn, các tác động ngang phức tạp từ tải trọng gió động và động đất, cũng như các rủi ro địa kỹ thuật khi thi công hố đào sâu trong khu vực đô thị mật độ cao.

Đồ án tốt nghiệp "Trung tâm thương mại hải quân TP.HCM" do sinh viên Trần Thành Duy thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Ngọc Dương tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh (chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng) giải quyết trọn vẹn bài toán thiết kế kỹ thuật từ kết cấu phần thân đến giải pháp móng và biện pháp thi công phần ngầm.

Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế của đồ án được xác định cụ thể theo các nội dung sau:

1. Mô hình hóa, phân tích nội lực, tính toán và thiết kế hệ sàn tầng điển hình theo phương án sàn dầm bê tông cốt thép.
2. Mô hình hóa, phân tích nội lực, tính toán và thiết kế kết cấu cầu thang bộ điển hình dạng hai vế.
3. Mô hình hóa không gian, phân tích tải trọng tĩnh và động, tính toán thiết kế hệ khung chịu lực gồm dầm và cột (điển hình khung trục 7).
4. Phân tích điều kiện địa chất công trình, xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi và thiết kế các đài móng cọc chịu lực chính.
5. Thiết lập giải pháp kỹ thuật và mô phỏng biện pháp thi công đào đất, lắp đặt hệ giằng chống shoring cho hố đào sâu tầng hầm bằng công cụ số.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Giải pháp kết cấu chịu lực bê tông cốt thép toàn khối và biện pháp kỹ thuật thi công hố đào sâu cho công trình "Trung tâm thương mại hải quân TP.HCM".
• Phạm vi không gian: Công trình có quy mô 2 tầng hầm và 19 tầng nổi, tổng chiều cao tính từ mặt đất tự nhiên đến đỉnh mái là 75,7 m; mặt bằng xây dựng có kích thước phương X là 33,2 m và phương Y là 60,7 m; vị trí xây dựng tại Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh.
• Phạm vi thời gian và sản phẩm: Đồ án được hoàn thành vào tháng 12 năm 2024 (Học kỳ I, năm học 2024–2025). Sản phẩm bàn giao gồm tập thuyết minh kỹ thuật chi tiết cùng 23 bản vẽ chuyên ngành (12 bản vẽ kết cấu và 11 bản vẽ thi công).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung tiêu chuẩn và cơ sở lý thuyết thiết kế

Thiết kế kết cấu và nền móng trong đồ án được xây dựng dựa trên hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam:

• Thiết kế bê tông và bê tông cốt thép: Áp dụng TCVN 5574:2018 cho tính toán cấu kiện chịu lực theo trạng thái giới hạn thứ nhất (khả năng chịu lực, cường độ, ổn định) và trạng thái giới hạn thứ hai (độ võng, biến dạng và bề rộng khe nứt).
• Xác định tải trọng và tác động: Áp dụng TCVN 2737:2023 để xác định tĩnh tải bản thân, hoạt tải sử dụng theo chức năng phòng, và đặc biệt là phương pháp tính toán thành phần động của tải trọng gió có xét đến hệ số hiệu ứng giật ($G_f$) cho công trình cao trên 40 m. Số liệu khí hậu cơ sở tra cứu theo QCVN 02:2022/BXD.
• Thiết kế công trình chịu động đất: Áp dụng TCVN 9386:2023 (kết hợp các nguyên lý của TCVN 9386:2012) để đánh giá gia tốc nền, phân loại tầm quan trọng công trình và thiết lập phổ phản ứng đàn hồi.
• Thiết kế kết cấu nhà cao tầng toàn khối: Tuân thủ các quy định cấu tạo vách và lõi cứng chịu lực ngang theo TCXD 198:1997.

Phương pháp nghiên cứu và công cụ kỹ thuật

Tác giả kết hợp linh hoạt giữa phương pháp tính toán cơ học giải tích truyền thống và phương pháp phân tích số hiện đại:

• Phân tích động lực học kết cấu: Sử dụng phần mềm Autodesk Robot Structural Analysis 2024 để mô hình hóa không gian 3D, phân tích các dạng dao động riêng (modes), dao động xoắn, tính toán phản ứng dao động do gió động và phổ phản ứng động đất (Response Spectrum Analysis).
• Phân tích địa kỹ thuật và tương tác đất - kết cấu: Sử dụng phần mềm Plaxis 3D v24 để mô phỏng không gian quá trình đào đất từng giai đoạn, kích hoạt các thanh chống shoring, kingpost và hạ mực nước ngầm. Mô hình đất nền được khảo sát dựa trên ba mô hình cơ sở: đàn hồi tuyến tính (Linear Elastic), Mohr-Coulomb và mô hình đất hóa cứng (Hardening-Soil - HS) nhằm phản ánh đúng sự biến thiên độ cứng của đất theo ứng suất.
• Phương pháp trạng thái giới hạn: Đánh giá an toàn cấu kiện thông qua việc phân chia các tổ hợp tải trọng cơ bản và tổ hợp tải trọng đặc biệt theo TTGH 1 và TTGH 2.

Nguồn dữ liệu sử dụng

Nghiên cứu sử dụng số liệu trực tiếp từ:

1. Hồ sơ bản vẽ kiến trúc công trình Trung tâm thương mại hải quân TP.HCM.
2. Báo cáo khảo sát địa chất công trình tại khu đất xây dựng thuộc Quận 1, TP. Hồ Chí Minh với số liệu chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền.
3. Bản đồ phân vùng áp lực gió và phân vùng gia tốc nền lãnh thổ Việt Nam theo các quy chuẩn hiện hành.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan kết cấu công trình

Nội dung chương tập trung phân tích đặc điểm kiến trúc và lựa chọn sơ đồ làm việc tối ưu cho toàn bộ công trình:

• Giải pháp kết cấu phần thân: Công trình cao 75,7 m (19 tầng nổi, 2 tầng hầm) thuộc nhóm công trình chịu tải trọng ngang lớn. Tác giả phân tích ưu nhược điểm của các hệ kết cấu (khung, khung - vách, khung - lõi, ống) và quyết định lựa chọn hệ kết cấu chịu lực là hệ khung - lõi bê tông cốt thép toàn khối. Lõi cứng bố trí tại khu vực thang máy và thang bộ nhằm hấp thụ phần lớn lực cắt đáy do gió và động đất.
• Giải pháp mặt sàn: Lựa chọn giải pháp hệ sàn sườn toàn khối (gồm bản sàn liên kết dầm chính, dầm phụ) để tăng cường độ cứng màng sàn theo phương ngang.
• Giải pháp phần ngầm: Lựa chọn móng sâu cọc khoan nhồi để chịu tải trọng đứng lớn và lực nhổ, lực xô ngang phát sinh từ chân vách và cột.
• Lựa chọn vật liệu: Toàn bộ kết cấu dầm, sàn, cột, vách sử dụng bê tông cấp độ bền B30; cốt thép dọc chịu lực dùng nhóm CB400-V, cốt thép đai và cấu tạo dùng nhóm CB240-T.

Loại vật liệu	Cấp độ bền / Mác	Trọng lượng riêng $\gamma$ ($kN/m^3$)	Cường độ tính toán nén $R_b / R_{sc}$ (MPa)	Cường độ tính toán kéo $R_{bt} / R_s$ (MPa)	Modun đàn hồi $E_b / E_s$ (MPa)
Bê tông	B30	25,0	17,0	1,15	$3,25 \times 10^4$
Cốt thép tròn trơn	CB240-T ($\phi 6 - 8$)	78,5	210,0	210,0	$2,0 \times 10^5$
Cốt thép có gờ	CB400-V ($\phi 10 - 50$)	78,5	350,0	350,0	$2,0 \times 10^5$

• Sơ bộ tiết diện cấu kiện:
  • Bản sàn: Sàn tầng điển hình chọn chiều dày đồng bộ $h_s = 150\text{ mm}$ (sau khi tính toán sơ bộ 8 ô sàn từ S1 đến S8 có chiều dày yêu cầu từ 57,14 mm đến 182,50 mm); bản sàn tầng hầm chọn $h_s = 300\text{ mm}$.
  • Hệ dầm: Dầm chính phương ngang và phương dọc có nhịp $L = 9000 - 11000\text{ mm}$ chọn kích thước $800 \times 350\text{ mm}$; dầm phụ chọn kích thước $600 \times 300\text{ mm}$.
  • Cột khung: Tiết diện cột được giảm dần theo chiều cao; cột góc 1A thay đổi từ $1200 \times 1200\text{ mm}$ (tầng hầm) giảm về $600 \times 600\text{ mm}$ (các tầng trên); cột biên 2A thay đổi từ $1000 \times 1000\text{ mm}$ về $500 \times 600\text{ mm}$; cột giữa 2B thay đổi từ $1000 \times 1400\text{ mm}$ về $600 \times 700\text{ mm}$.
  • Vách lõi: Chiều dày vách lõi cứng chọn không đổi $400\text{ mm}$ suốt chiều cao công trình để đảm bảo tính đồng đều về độ cứng.

Chương 2: Tải trọng và tác động

Chương 2 trình bày chi tiết việc phân loại, xác định trị số tiêu chuẩn, hệ số tin cậy và tổ hợp các tải trọng tác dụng lên công trình:

• Tĩnh tải: Xác định chính xác trọng lượng kết cấu chịu lực, các lớp hoàn thiện mặt sàn (vữa lát, gạch ceramic, hệ thống cơ điện MEP) với tĩnh tải hoàn thiện sàn điển hình là $1,64\text{ kN/m}^2$, sàn vệ sinh/logia/mái là $1,75\text{ kN/m}^2$; tĩnh tải tường gạch xây 200 mm cao 3,65 m có kể hệ số mở cửa là $11,56\text{ kN/m}$.
• Hoạt tải sử dụng: Tra cứu theo TCVN 2737:2023, phân chia thành phần dài hạn và ngắn hạn: khu vực phòng ngủ/khách ($2,03\text{ kN/m}^2$), sảnh hành lang thang ($4,05\text{ kN/m}^2$), văn phòng ($2,7\text{ kN/m}^2$), phòng gym ($5,4\text{ kN/m}^2$), tầng hầm đậu xe ($5,6\text{ kN/m}^2$).
• Tải trọng gió (TCVN 2737:2023): Địa điểm xây dựng tại Quận 1, TP.HCM thuộc vùng gió II ($W_0 = 95\text{ daN/m}^2$), dạng địa hình B. Với chiều cao $H = 75,7\text{ m}$, tác giả phân tích dao động công trình qua Robot Structural Analysis để tính thành phần động và hiệu ứng giật. Áp lực gió chu kỳ 10 năm đạt $W_{3s,10} = 0,8094\text{ kN/m}^2$; hệ số hiệu ứng giật phương X là $G_f = 0,87$, phương Y là $G_f = 0,86$; tần số dao động cơ bản thứ nhất đạt $n_1 = 0,83\text{ Hz}$. Tải trọng gió tác dụng lên tâm các tầng được tổng hợp chi tiết từ tầng 1 đến mái.
• Tải trọng động đất: Công trình thuộc mức quan trọng II ($\gamma_I = 1,0$), xây dựng tại Quận 1 với đỉnh gia tốc nền tham chiếu $a_{gR} = 0,0848g$. Do $a_g = 0,0848g > 0,08g$, công trình bắt buộc phải thiết kế kháng chấn theo TCVN 9386:2023. Tác giả chọn phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động trên nền đất loại C ($S = 1,15; T_B = 0,20\text{s}; T_C = 0,60\text{s}; T_D = 2,00\text{s}$), hệ số ứng xử $q = 3,9$.
• Tổ hợp tải trọng: Thiết lập hệ thống tổ hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn thứ nhất (TTGH 1) và thứ hai (TTGH 2) bao gồm tải trọng thường xuyên, các trường hợp hoạt tải ngắn hạn/dài hạn, 4 trường hợp gió ($+Wx, -Wx, +Wy, -Wy$) và các tổ hợp động đất kết hợp hệ số $\psi_{2,i}$.

Chương 3: Thiết kế kết cấu cầu thang bộ

Chương này thực hiện thiết kế chi tiết kết cấu cầu thang bộ hai vế dạng bản đặt trong lõi công trình từ tầng 4 đến tầng thượng:

• Thông số hình học: Chiều cao tầng $3,8\text{ m}$; tổng số 21 bậc (vế 1 gồm 11 bậc, vế 2 gồm 10 bậc); chiều cao bậc $h_b = 181\text{ mm}$, bề rộng mặt bậc $l_b = 280\text{ mm}$, góc nghiêng bản thang $\alpha = 32,87^\circ$. Chiều dày bản thang chọn $h_{bt} = 120\text{ mm}$, dầm chiếu tới kích thước $200 \times 350\text{ mm}$.
• Tải trọng bản thang: Tổng tĩnh tải tính toán bản xiên đạt $7,55\text{ kN/m}^2$ (kể cả trọng lượng bậc xây và lớp ốp đá hoa cương). Hoạt tải tính toán lấy theo quy định đối với nhà cao trên 75 m: $q_{k,t} \ge 5,0\text{ kN/m}^2$, giá trị hoạt tải tính toán bản xiên là $3,67\text{ kN/m}^2$ (ngắn hạn) và $1,28\text{ kN/m}^2$ (dài hạn).
• Sơ đồ tính toán: Để xét đến thực tế thi công bản thang đổ sau các vách lõi (khó đảm bảo ngàm cứng hoàn toàn), tác giả lựa chọn sơ đồ tính an toàn là dầm gãy khúc liên tục 1 đầu gối cố định, 1 đầu gối di động, khớp nối vào vách và tựa lên dầm chiếu tới, đồng thời bố trí thép tăng cường tại gối để chống nứt. Tính toán bố trí cốt thép chịu uốn và kiểm tra khả năng chịu cắt của bản thang.

Chương 4: Tính toán thiết kế sàn điển hình

• Quy trình thiết kế: Tính toán chi tiết bản sàn sườn tầng 4 (tầng điển hình) chịu tải trọng phân bố.
• Kiểm tra trạng thái giới hạn 1 & 2: Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông bản sàn, tính toán kiểm tra sự hình thành vết nứt và độ mở rộng khe nứt theo TCVN 5574:2018.
• Kiểm tra võng và chọc thủng: Xác định độ võng dài hạn của ô sàn có nhịp lớn nhất, đối chiếu với giới hạn cho phép; kiểm tra ứng suất cắt chọc thủng tại các liên kết bản - vách/cột.

Chương 5: Kiểm tra ổn định tổng thể công trình

Chương 5 đánh giá sự an toàn của toàn bộ khối công trình cao tầng dưới tác động đồng thời của tải trọng thẳng đứng và tải trọng ngang:

• Ổn định chống lật: Kiểm tra mômen gây lật do tải trọng gió và động đất so với mômen giữ do tĩnh tải công trình.
• Chuyển vị đỉnh và gia tốc đỉnh: Đảm bảo chuyển vị ngang tại đỉnh công trình ($f_{max}$) nằm trong giới hạn cho phép ($H/500$); gia tốc đỉnh nằm trong ngưỡng sinh lý cho phép của con người để chống say dao động.
• Chuyển vị lệch tầng (Drift): Kiểm tra tỷ số chuyển vị lệch tầng giữa các tầng kề cận dưới tác động của gió và động đất theo TCVN 9386.
• Hiệu ứng P - Delta: Đánh giá hệ số độ nhạy góc lệch tầng để kiểm soát hiệu ứng hình học bậc hai đối với hệ kết cấu khung - lõi.

Chương 6: Thiết kế kết cấu khung

• Mô hình hóa khung: Sử dụng mô hình không gian 3D trên phần mềm Robot Structural Analysis 2024, trích xuất tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất cho hệ khung phẳng trục 7.
• Thiết kế dầm khung trục 7: Phân tích biểu đồ bao mômen $M$ và lực cắt $Q$; tính toán bố trí cốt thép dọc chịu mômen âm (tại nút khung) và mômen dương (giữa nhịp) cho phần tử thanh điển hình (thanh 310) và toàn bộ các dầm thuộc trục 7. Tính toán cốt đai chịu cắt và thiết kế cốt treo gia cường tại các vị trí dầm phụ gác lên dầm chính.
• Thiết kế cột khung trục 7: Tính toán cốt thép dọc chịu nén uốn xiên ($N, M_x, M_y$) theo biểu đồ tương tác; bố trí cốt đai dày trong vùng nối thép và vùng uốn dẻo ở hai đầu cột nhằm đảm bảo khả năng kháng chấn.

Chương 7: Thiết kế kết cấu móng

• Đánh giá địa chất: Phân tích địa tầng, mực nước ngầm và các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất tại vị trí xây dựng Quận 1; quy ước chiều nội lực từ chân cột truyền xuống đáy đài móng.
• Tính toán sức chịu tải cọc: Sơ bộ kích thước cọc và đài móng; xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo cường độ vật liệu và theo chỉ tiêu đất nền (sức kháng mũi và ma sát thành bên).
• Thiết kế các đài móng điển hình:
  • Móng M1 dưới cột trục 7-B và móng M1 dưới cột trục 1-B.
  • Móng M3 dưới cột trục 7-D.
  • Móng M4 dưới cột trục 8-C.
  • Móng cụm vách lõi thang máy F1: Xác định số lượng cọc khoan nhồi, bố trí cọc trong đài, kiểm tra lực tác dụng lên từng cọc, tính toán khả năng chống đâm thủng đài cọc và bố trí cốt thép đài móng hai phương.

Chương 8: Lập biện pháp thi công tầng hầm bằng phần mềm Plaxis 3D v24

• Đánh giá giải pháp thi công ngầm: So sánh ba biện pháp thi công: đào mở thông thường từ dưới lên (Bottom-up), thi công từ trên xuống (Top-down) và bán Top-down (Semi Top-down).
• Kết cấu chắn giữ: Lựa chọn phương án tường vây cọc nhồi liên tục kết hợp hệ thanh chống thép (shoring) nhiều tầng và hệ cột chống tạm (kingpost) nhằm bảo vệ an toàn cho các công trình lân cận.
• Mô hình hóa trên Plaxis 3D v24: Áp dụng mô hình Hardening-Soil (HS) với các thông số độ cứng tham chiếu ($E_{50}^{ref}, E_{oed}^{ref}, E_{ur}^{ref}$) và số mũ m để mô phỏng chính xác ứng xử phi tuyến của các lớp đất nền.
• Phân tích giai đoạn thi công: Mô phỏng toàn bộ quy trình: thi công tường vây, hạ mực nước ngầm từng đợt, đào đất lớp 1, lắp đặt tầng shoring 1, đào đất các lớp tiếp theo, lắp hệ shoring 2, đổ bê tông đài móng và sàn đáy. Trích xuất chuyển vị ngang của tường vây, độ lún bề mặt đất xung quanh hố đào và nội lực trong hệ thanh chống qua từng pha thi công.
• Kỹ thuật thi công chi tiết: Quy định biện pháp thi công cọc khoan nhồi, dung dịch giữ thành vách, kiểm soát chất lượng đổ bê tông dưới nước, quy trình hạ mực nước ngầm bằng hệ thống giếng kim và an toàn lao động trong hố đào sâu.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật cụ thể

• Xác lập giải pháp kết cấu hoàn chỉnh cho công trình 19 tầng nổi và 2 tầng hầm cao 75,7 m: Hệ chịu lực chính là khung - lõi bê tông B30; kích thước dầm chính $800 \times 350\text{ mm}$, dầm phụ $600 \times 300\text{ mm}$, bản sàn dày 150 mm; chiều dày vách lõi cứng 400 mm đảm bảo các tiêu chí ổn định tổng thể (chống lật, gia tốc đỉnh và độ võng ngang).
• Tính toán đầy đủ tải trọng gió động và tải trọng kháng chấn: Khai thác đúng quy định mới của TCVN 2737:2023 với áp lực gió cơ sở $W_0 = 95\text{ daN/m}^2$, hệ số hiệu ứng giật $G_f$ từ 0,86 đến 0,87; xác định mức gia tốc nền $a_g = 0,0848g$ và tính toán phổ phản ứng động đất đàn hồi tương ứng hệ số ứng xử $q = 3,9$.
• Bản thang bộ được thiết kế an toàn: Chiều dày bản $h_{bt} = 120\text{ mm}$, góc dốc $32,87^\circ$, chịu hoạt tải lớn $5,0\text{ kN/m}^2$ theo tiêu chuẩn nhà trên 75 m.
• Hệ thống nền móng và hố đào sâu được kiểm chứng: Xác định chi tiết bố trí cọc khoan nhồi cho các đài móng độc lập (M1, M3, M4) và đài lõi thang máy F1; hoàn thiện mô hình 3D kiểm tra chuyển vị tường vây cọc nhồi và hệ giằng shoring trên Plaxis 3D v24 đạt ngưỡng an toàn cho phép.

Đóng góp kỹ thuật và ứng dụng thực tiễn

1. Cập nhật tiêu chuẩn thiết kế mới: Đồ án là một trong những tài liệu học thuật hoàn thành vào cuối năm 2024 áp dụng đồng bộ tiêu chuẩn tải trọng mới TCVN 2737:2023 (thay thế TCVN 2737:1995 cũ) vào việc xác định thành phần động của gió và hiệu ứng giật cho nhà cao tầng.
2. Ứng dụng công cụ mô phỏng 3D chuyên sâu: Thay vì các mô hình phẳng 2D đơn giản, tác giả sử dụng phần mềm Robot Structural Analysis 2024 để phân tích dao động không gian và Plaxis 3D v24 với mô hình Hardening-Soil để kiểm soát chính xác bài toán thi công hố đào biến dạng phi tuyến.
3. Bộ hồ sơ sản phẩm toàn diện: Cung cấp đầy đủ cơ sở lý thuyết tính toán đi kèm bộ bản vẽ kỹ thuật gồm 12 bản vẽ kết cấu và 11 bản vẽ thi công, có tính khả thi cao khi ứng dụng vào thi công thực tế.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án

• Phạm vi thiết kế kết cấu phần thân tập trung giải quyết chi tiết hệ khung trục 7 điển hình và các cấu kiện tiêu biểu (sàn tầng 4, một vế cầu thang, các đài móng đại diện), chưa thể hiện chi tiết toàn bộ các khung còn lại của mặt bằng công trình.
• Mô phỏng địa kỹ thuật hố đào trên Plaxis 3D v24 sử dụng các thông số đầu vào của mô hình Hardening-Soil được suy diễn từ báo cáo khảo sát địa chất tiêu chuẩn, chưa có điều kiện đối chứng với số liệu quan trắc thực tế (in-situ monitoring) về chuyển vị tường và mực nước ngầm ngoài hiện trường.

Hướng phát triển và mở rộng

• Nghiên cứu phân tích ứng xử phi tuyến thời gian (Nonlinear Time-History Analysis) cho kết cấu dưới tác động của các trận động đất thực tế để kiểm tra mức độ tiêu tán năng lượng của các khớp dẻo trong khung và vách.
• Đưa vào bài toán tương tác động lực học giữa đất nền - móng - công trình (Soil-Structure Interaction - SSI) nhằm đánh giá sự thay đổi chu kỳ dao động riêng và nội lực kết cấu khi đất nền bị biến dạng.
• Bổ sung quy trình tự động hóa liên kết mô hình thông tin công trình (BIM) từ khâu tính toán kết cấu sang mô hình hóa cốt thép chi tiết và lập tiến độ thi công 4D/5D.

Giá trị tham khảo

Đồ án là nguồn tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực tiễn cao đối với:

• Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng, Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng tại các trường đại học kỹ thuật trong quá trình thực hiện đồ án môn học (Bê tông cốt thép, Nền móng, Thi công) và đồ án tốt nghiệp kỹ sư về công trình nhà nhiều tầng.
• Kỹ sư thiết kế kết cấu mới vào nghề: Cung cấp tài liệu mẫu về các bước tính toán tải trọng gió động theo TCVN 2737:2023, quy trình khai báo phổ phản ứng động đất theo TCVN 9386 trong Robot Structural Analysis 2024.
• Kỹ sư địa kỹ thuật và thi công công trình ngầm: Tham khảo trình tự thiết lập mô hình, lựa chọn thông số mô hình đất Hardening-Soil và phân tích các giai đoạn đào đất lắp hệ shoring trên Plaxis 3D.

Câu hỏi thường gặp

1. Quy mô, chiều cao và vị trí xây dựng của công trình được xác định như thế nào?

Công trình "Trung tâm thương mại hải quân TP.HCM" được thiết kế xây dựng tại Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh. Quy mô bao gồm 2 tầng hầm và 19 tầng nổi, tổng chiều cao từ cốt mặt đất tự nhiên đến đỉnh mái là 75,7 m. Mặt bằng công trình có chiều rộng theo phương X là 33,2 m và chiều dài theo phương Y là 60,7 m.

2. Vì sao công trình bắt buộc phải tính toán thiết kế kháng chấn và phương pháp phân tích nào được áp dụng?

Theo TCVN 9386:2023, công trình thuộc nhóm công trình nhà ở, chung cư kết hợp thương mại (mức quan trọng II, $\gamma_I = 1,0$), xây dựng tại Quận 1 có đỉnh gia tốc nền tham chiếu $a_{gR} = 0,0848g$. Do gia tốc nền tính toán $a_g = a_{gR} \times \gamma_I = 0,0848g > 0,08g$, công trình bắt buộc phải tính toán và cấu tạo kháng chấn. Do độ cứng công trình thay đổi theo chiều cao (tiết diện cột giảm dần qua các tầng), tác giả sử dụng phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động (Response Spectrum Analysis) trên nền đất loại C với hệ số ứng xử $q = 3,9$.

3. Giải pháp kết cấu phần thân và kích thước các cấu kiện chịu lực chính được lựa chọn ra sao?

Tác giả lựa chọn hệ kết cấu chịu lực là hệ khung - lõi bê tông cốt thép toàn khối, sử dụng bê tông B30 ($R_b = 17,0\text{ MPa}$) và thép CB400-V, CB240-T. Kích thước các bộ phận chính bao gồm:

• Sàn sườn tầng điển hình dày $h_s = 150\text{ mm}$ (sàn tầng hầm dày 300 mm).
• Dầm chính kích thước $800 \times 350\text{ mm}$, dầm phụ kích thước $600 \times 300\text{ mm}$.
• Vách lõi thang cứng giữ chiều dày không đổi 400 mm suốt chiều cao nhà.
• Cột khung giảm dần từ các tầng dưới lên trên, điển hình cột giữa 2B giảm từ $1000 \times 1400\text{ mm}$ (tầng hầm) xuống $600 \times 700\text{ mm}$ (các tầng đỉnh).

4. Hoạt tải sử dụng cho bản thang bộ được xác định dựa trên cơ sở nào?

Cầu thang bộ là loại thang 2 vế dạng bản nằm trong lõi cứng, chiều cao tầng 3,8 m gồm 21 bậc (kích thước bậc $181 \times 280\text{ mm}$, bản dày 120 mm). Căn cứ theo mục 8.3 và Bảng 4 của TCVN 2737:2023, đối với cầu thang bộ của nhà ở và tổ hợp công trình có chiều cao trên 75 m, giá trị tiêu chuẩn của tải trọng tạm thời ngắn hạn bắt buộc lấy không nhỏ hơn $q_{k,t} = 5,0\text{ kN/m}^2$.

5. Phần mềm và mô hình địa kỹ thuật nào được sử dụng để kiểm tra an toàn hố đào tầng hầm?

Biện pháp thi công hố đào sâu 2 tầng hầm sử dụng tường vây cọc khoan nhồi kết hợp hệ thanh chống shoring và cột chống kingpost. Quá trình đào đất và lắp đặt thanh chống được mô phỏng không gian 3D trên phần mềm Plaxis 3D v24. Tác giả áp dụng mô hình đất hóa cứng (Hardening-Soil Model) để mô phỏng chính xác sự phụ thuộc của độ cứng đất nền vào trạng thái ứng suất và biến dạng dẻo trong từng pha đào.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Trung tâm thương mại hải quân TP.HCM" của sinh viên Trần Thành Duy là một công trình học thuật chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng được thực hiện công phu, chuẩn mực và có độ tin cậy kỹ thuật cao. Nghiên cứu đã giải quyết đồng bộ và chặt chẽ chuỗi nhiệm vụ thiết kế từ sơ bộ tiết diện, phân tích tải trọng gió động và động đất theo các tiêu chuẩn mới nhất (TCVN 2737:2023, TCVN 9386:2023), cho đến tính toán chi tiết cấu kiện thân, móng cọc khoan nhồi và mô phỏng 3D hố đào sâu bằng Plaxis 3D. Với hệ thống số liệu minh bạch cùng 23 bản vẽ thiết kế thi công đi kèm, đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho công tác đào tạo kỹ sư xây dựng cũng như công tác thiết kế nhà cao tầng trong thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH 1. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU.1 Hệ kết cấu chính theo phương đứng. Căn cứ vào sơ đồ làm việc thì kết cấu nhà cao tầng có thể phân loại như sau: - Các hệ kết cấu cơ bản: Kết cấu khung, kết cấu tường chịu lực, kết cấu lõi cứng và kết cấu ống.

- Các hệ kết cấu hỗn hợp: Kết cấu khung-giằng, kết cấu khung-vách, kết cấu ống lõi và kết cấu ống tổ hợp. - Các hệ kết cấu đặc biệt: Hệ kết cấu có tầng cứng, hệ kết cấu có dầm truyền, kết cấu có hệ giằng liên tầng và kết cấu có khung ghép. Mỗi loại kết cấu trên đều có những ưu nhược điểm riêng tùy thuộc vào nhu cầu và khả năng thi công thực tế của từng công trình. Hệ kết cấu khung.

Được cấu tạo từ các cấu kiện dạng thanh (cột, dầm) liên kết cứng với nhau tạo nút. Hệ khung có khả năng tạo ra không gian tương đối lớn và linh hoạt với những yêu cầu kiến trúc khác nhau. Sơ đồ làm việc rõ ràng, tuy nhiên khả năng chịu tải trọng ngang kém, sử dụng tốt cho công trình có chiều cao đến 15 tầng nằm trong vùng tính toán chống động đất cấp 7, 10-12 tầng nằm trong vùng tính toán chống động đất cấp 8 và không nên áp dụng cho công trình nằm trong vùng tính toán chống động đất cấp 9. Hệ kết cấu khung vách.

Sử dụng phù hợp với mọi giải pháp kiến trúc nhà cao tầng. Thuận tiện cho việc áp dụng linh hoạt các công nghệ xây khác nhau như vừa có thể lắp ghép vừa có thể đổ tại chỗ các kết cấu bê tông cốt thép. Vách cứng chủ yếu chịu tải trọng ngang, được đổ toàn khối bằng hệ thống ván khuôn trượt, có thể thi công sau hoặc trước. Hệ khung vách có thể sử dụng hiệu quả với các kết cấu có chiều cao trên 40m.

Hệ kết cấu khung lõi. Lõi cứng chịu tải trọng ngang của hệ, có thể bố trí trong hoặc ngoài biên. Hệ sàn gối trực tiếp lên tường lõi hoặc qua các cột trung gian. Phần trong lõi thường bố trí thang máy, cầu thang và các hệ thống kỹ thuật của nhà cao tầng.

Sử dụng hiệu quả với các công trình có độ cao trung bình hoặc lớn có mặt bằng đơn giản. SVTH: TRẦN THÀNH DUY 9 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOÁ 2020-2024 1. Hệ kết cấu khung lõi hộp. Thích hợp cho công trình siêu cao tầng vì khả năng làm việc đồng đều của kết cấu và chịu tải trọng ngang rất lớn.

Kết luận: Quy mô công trình 2 tầng hầm và 19 tầng nổi, tổng chiều cao 75,7 (m),lựa chọn hệ khung lõi làm kết cấu chịu lực cho công trình.2 Hệ kết cấu theo phương ngang. Trong công trình hệ sàn có ảnh hưởng rất lớn tới sự làm việc không gian của kết cấu. Việc lựa chọn phương án sàn hợp lý là rất quan trọng. Do vậy, cần phải có sự phân tích đúng để lựa chọn ra phương án phù hợp với kết cấu của công trình.

Do vậy, cần phải có sự phân tích đúng để lựa chọn ra phương án phù hợp với kết cấu của công trình. Kết luận: Chọn phương án hệ sàn sườn cho công trình. Cấu tạo bao gồm hệ dầm và bản sàn.3 Lựa chọn giải pháp kết cấu phần ngầm.