Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Trung tâm Thương mại Thành phố Hồ Chí Minh" do sinh viên Lê Ngọc Hòa thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Lê Phương (ngành Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, khóa 2014 – 2018). Bối cảnh nghiên cứu xuất phát từ nhu cầu phát triển công trình phức hợp thương mại – dịch vụ kết hợp văn phòng và lưu trú tại các đô thị lớn, đòi hỏi giải pháp thiết kế kết cấu bê tông cốt thép nhiều tầng tối ưu về khả năng chịu lực, an toàn dưới tác động của tải trọng ngang (gió động, động đất) và phù hợp với điều kiện địa chất đô thị.

Nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định theo 4 nhóm nội dung kỹ thuật chính:

  1. Thể hiện và hoàn thiện giải pháp mặt bằng kiến trúc công trình phức hợp thương mại theo yêu cầu nhiệm vụ thiết kế.
  2. Thiết kế kết cấu các cấu kiện phụ và tầng điển hình: tính toán sàn sườn toàn khối tầng điển hình và thiết kế kết cấu cầu thang bộ.
  3. Thiết kế hệ kết cấu chịu lực không gian phần thân: mô hình hóa 3D, phân tích nội lực, kiểm tra dao động - chuyển vị đỉnh dưới tác động tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng gió (thành phần tĩnh, thành phần động) và tải trọng động đất; tính toán cốt thép hệ khung (tập trung khung trục 3 và khung trục C) gồm dầm, cột và vách cứng.
  4. Thiết kế hệ kết cấu móng và biện pháp kỹ thuật thi công: khảo sát số liệu địa chất, thiết kế phương án móng cọc khoan nhồi (móng cột C1, C2, C3 và móng cụm vách lõi thang P1, P2, P3); lập quy trình kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi, xử lý sự cố thi công và tính toán khối lượng thi công bê tông cốt thép phần thân.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Giải pháp kết cấu và thi công công trình nhà nhiều tầng kết cấu bê tông cốt thép toàn khối.
  • Phạm vi không gian: Công trình xây dựng tại Thành phố Hồ Chí Minh, quy mô gồm 1 tầng hầm và 15 tầng nổi (1 tầng hầm, 4 tầng khối đế thương mại, 1 tầng kỹ thuật, 9 tầng phòng ở/văn phòng và tầng mái/tum thang), chiều cao tổng thể 55,0 m tính từ cốt mặt đất tự nhiên (cao độ hầm ở mức -3,600 m đến -3,900 m). Diện tích xây dựng khối đế là 2.926 m², diện tích một sàn tầng điển hình từ tầng 5 trở lên là 1.073 m².
  • Phạm vi thời gian và hồ sơ: Đồ án thực hiện từ ngày 01/03/2018 đến ngày 03/07/2018; sản phẩm gồm tập thuyết minh tính toán kèm 01 tập phụ lục số liệu và 26 bản vẽ kỹ thuật khổ A1.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết của đồ án dựa trên trạng thái giới hạn của kết cấu bê tông cốt thép, cơ học kết cấu công trình nhiều tầng, động lực học công trình và cơ học đất - nền móng theo hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng Việt Nam và tài liệu chuyên ngành:

  • 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 tiêu chuẩn TCVN 2737:1995.
  • TCVN 9386:2012: Thiết kế công trình chịu tải trọng động đất.
  • TCVN 198:1997: Nhà cao tầng – Thiết kế bê tông cốt thép toàn khối.
  • TCVN 5574:2012: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCVN 9395:2012: Cọc khoan nhồi – Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu.
  • TCVN 10304:2014: Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa tính toán lý thuyết giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) trên mô hình không gian ba chiều:

  • Mô hình hóa kết cấu phần thân: Sử dụng phần mềm ETABS của hãng CSI để thiết lập mô hình không gian 3D, phân tích dao động riêng (khảo sát 12 mode dao động), phân tích phân bố tải trọng ngang do gió và động đất.
  • Phân tích sàn tầng điển hình: Xuất mô hình hình học, tải trọng và chuyển vị biên từ ETABS sang phần mềm SAFE v12; chia dải Strip theo hai phương X, Y dựa trên đường đẳng mức mô men để gom ứng suất và xuất nội lực tính thép; kiểm tra võng đàn hồi tức thời và dài hạn.
  • Tính toán tiết diện và cốt thép: Thiết lập bảng tính tích hợp macro/VBA trong Microsoft Excel để tự động hóa xử lý tổ hợp nội lực xuất từ mô hình phần tử hữu hạn, kiểm tra điều kiện hàm lượng cốt thép hợp lý ($\mu_{\min} \le \mu \le \mu_{\max}$) cho dầm, cột, vách chịu uốn nén lệch tâm phẳng/không gian và đài móng cọc.
  • Thiết kế nền móng: Phân tích địa tầng từ báo cáo khảo sát địa chất hiện trường, xác định sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo cường độ vật liệu và theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền; tính toán kiểm tra lún theo mô hình móng khối quy ước và kiểm tra xuyên thủng đài cọc.

Bảng thông số vật liệu sử dụng trong đồ án:

Loại vật liệu Cấp độ bền / Nhóm thép Cường độ chịu nén tính toán ($R_b$, $R_{sc}$) Cường độ chịu kéo tính toán ($R_{bt}$, $R_s$, $R_{sw}$) Mô đun đàn hồi ($E_b$, $E_s$)
Bê tông cấu kiện chính B25 $R_b = 14,5\text{ MPa}$ $R_{bt} = 1,05\text{ MPa}$ $E_b = 30.000\text{ MPa}$
Bê tông móng / cột dưới B30 $R_b = 17,0\text{ MPa}$ $R_{bt} = 1,20\text{ MPa}$ $E_b = 32.500\text{ MPa}$
Thép tròn trơn ($\phi < 10\text{ mm}$) AI $R_{sc} = 225\text{ MPa}$ $R_s = 225\text{ MPa}$; $R_{sw} = 175\text{ MPa}$ $E_s = 210.000\text{ MPa}$
Thép thanh vằn ($\phi \ge 10\text{ mm}$) AII $R_{sc} = 280\text{ MPa}$ $R_s = 280\text{ MPa}$ $E_s = 200.000\text{ MPa}$
Thép cường độ cao ($\phi \ge 10\text{ mm}$) AIII $R_{sc} = 365\text{ MPa}$ $R_s = 365\text{ MPa}$ $E_s = 200.000\text{ MPa}$

Thiết kế và triển khai

Hệ thống kết cấu công trình được triển khai theo giải pháp khung - vách bê tông cốt thép toàn khối. Hệ vách lõi cứng bố trí tập trung tại khu vực cụm thang máy và thang bộ, giữ vai trò tiếp nhận phần lớn tải trọng ngang (gió và động đất); hệ cột chịu lực truyền tải trọng đứng xuống nền móng. Tầng hầm sâu 3,6 m được bảo vệ bằng hệ tường vây bê tông cốt thép dày 400 mm kết hợp chống đỡ áp lực đất và chống thấm trong quá trình vận hành.

Mặt bằng kết cấu sàn áp dụng hệ sàn sườn toàn khối (dầm - bản). Quy trình thiết kế số hóa được triển khai đồng bộ qua việc trích xuất liên kết giữa mô hình ETABS và SAFE. Trọng lượng bản thân kết cấu được phần mềm tự động tính toán; tải trọng hoàn thiện, tường ngăn và hoạt tải sử dụng được gán trực tiếp lên các ô bản. Dữ liệu phân tích dao động từ ETABS cung cấp lực đẩy đáy, dạng dao động và gia tốc tầng, làm cơ sở tính toán tự động hóa cốt thép kháng chấn cho cấu kiện dầm, cột và vách vùng biên chịu mô men.

Hệ thống móng sử dụng cọc khoan nhồi bê tông cốt thép đường kính lớn cắm sâu vào tầng địa chất tốt. Biện pháp thi công ngầm áp dụng phương pháp khoan tạo lỗ có sử dụng ống vách thép (casing) phần cổ hố kết hợp dung dịch bentonite để giữ ổn định thành hố khoan, sau đó làm sạch hố bằng phương pháp thổi rửa khí nén và đổ bê tông bằng phương pháp rút ống Tremie liên tục.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC

Nội dung chương trình bày đặc điểm tổng thể, quy mô và các yêu cầu kỹ thuật của công trình Trung tâm Thương mại Thành phố Hồ Chí Minh. Tòa nhà cao 55 m gồm 15 tầng nổi và 1 tầng hầm, cấp công trình cấp II theo TCVN 9386-2012. Tầng hầm sâu -3,600 m bố trí bãi đỗ xe ô tô, xe máy, trạm biến áp, phòng kỹ thuật và bể nước ngầm với độ dốc thoát nước đáy hầm 0,1%. Tầng 1 đến tầng 3 có chiều cao thông thủy lớn (4,5 m/tầng) phục vụ sảnh đón, siêu thị, không gian thương mại và câu lạc bộ. Tầng 4 chia đôi thành khu văn phòng cho thuê và quầy bar. Tầng 5 làm tầng kỹ thuật chứa hệ thống điều hòa, cấp thoát nước và điện nhẹ. Tầng 6 đến 14 là các tầng điển hình (cao 3,6 m/tầng) bố trí các không gian văn phòng linh hoạt (diện tích các phòng lần lượt là 160 m², 120 m² và 100 m²) phân bố đối xứng qua trục giao thông đứng. Tầng mái cao nhất chứa hộp kỹ thuật buồng máy thang máy. Hệ thống giao thông trục đứng gồm 5 thang máy bố trí tập trung và 6 buồng thang bộ thoát hiểm tại các trục biên và lõi.

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN KẾT CẤU

Chương 2 tổng hợp các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành và phân tích so sánh các giải pháp kết cấu sàn: sàn sườn, sàn ô cờ, sàn không dầm thông thường và sàn không dầm ứng lực trước. Tác giả lựa chọn phương án sàn sườn dầm bản bê tông cốt thép toàn khối do phù hợp khẩu độ nhịp, công nghệ thi công phổ biến trong nước và độ cứng tổng thể lớn. Hệ kết cấu chịu lực đứng là hệ khung - vách kết hợp; phần ngầm sử dụng tường vây bê tông cốt thép dày 400 mm; nền móng sử dụng cọc khoan nhồi bê tông cốt thép. Vật liệu bê tông sử dụng cấp độ bền B25 ($R_b = 14,5\text{ MPa}$) cho kết cấu phần thân và B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$) cho móng và cột dưới; thép thanh chịu lực sử dụng nhóm AII ($R_s = 280\text{ MPa}$) và AIII ($R_s = 365\text{ MPa}$), thép đai sử dụng nhóm AI ($R_{sw} = 175\text{ MPa}$).

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH

Chương này thực hiện tính toán ô sàn sườn tầng điển hình với nhịp dầm lớn nhất $L = 8,6\text{ m}$. Chiều dày sàn được chọn sơ bộ qua công thức $h_s = (D/m) \times L$ với $D = 0,8 - 1,4$ và $m = 40 - 45$, chọn $h_s = 180\text{ mm}$. Tiết diện dầm chính chọn $700 \times 400\text{ mm}$ và $500 \times 300\text{ mm}$; dầm phụ chọn $400 \times 300\text{ mm}$. Tĩnh tải tính toán sàn phòng gồm trọng lượng bản thân ($4,95\text{ kN/m²}$), các lớp gạch ceramic, vữa lót, vữa trần và hệ thống kỹ thuật ($1,7\text{ kN/m²}$), tổng cộng tĩnh tải tiêu chuẩn sàn điển hình là $5,6\text{ kN/m²}$ và sàn vệ sinh là $6,35\text{ kN/m²}$. Hoạt tải tính toán lấy theo TCVN 2737:1995: khu văn phòng $3,6\text{ kN/m²}$, khu thương mại $4,8\text{ kN/m²}$, phòng kỹ thuật $9,0\text{ kN/m²}$. Mô hình sàn được chuyển từ ETABS sang SAFE v12; chia dải Strip theo phương X và phương Y. Kết quả kiểm tra võng lớn nhất tại ô sàn nhịp $8,1\text{ m}$ (trục B-C/3-4) đạt $f_{\max} = 11,28\text{ mm} \le [f] = L/250 = 32,4\text{ mm}$, thỏa mãn điều kiện độ võng dài hạn. Thép sàn được tính toán tự động bằng bảng tính Excel-VBA với chiều dày lớp bảo vệ $a = 20\text{ mm}$ ($h_0 = 160\text{ mm}$).

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CẦU THANG TẦNG ĐIỂN HÌNH

Chương 4 thiết kế buồng thang bộ 2 vế tầng điển hình gồm 20 bậc (chiều cao bậc 180 mm, bề rộng bậc 300 mm). Góc nghiêng bản thang $\tan\alpha = 180/300 = 0,6$ ($\alpha \approx 31^\circ$). Chiều dày bản thang tính theo công thức sơ bộ chọn $h_s = 140\text{ mm}$; kích thước dầm chiếu tới chọn $b \times h = 200 \times 450\text{ mm}$. Tĩnh tải bản nghiêng gồm đá hoa cương, vữa lót, bậc xây gạch, bản BTCT và vữa trát trần tính quy đổi theo phương nghiêng đạt $g_{BN} = 6,88\text{ kN/m²}$; tĩnh tải bản chiếu nghỉ $g_{CN} = 4,28\text{ kN/m²}$; hoạt tải tính toán $p = 3,6\text{ kN/m²}$. Sơ đồ tính bản thang dạng dầm gãy khúc một đầu tựa ngàm sàn, một đầu tựa gối vách. Kết quả tính cốt thép bản thang: thép nhịp chọn thanh vằn $\phi 10a200$ ($A_s = 393\text{ mm²/m}$), thép gối chọn $\phi 10a200$ ($A_s = 393\text{ mm²/m}$), hàm lượng cốt thép $\mu = 0,33%$. Dầm chiếu tới chịu uốn với mô men nhịp $M_{nh} = 67,5\text{ kNm}$, bố trí cốt thép chịu lực nhịp $2\phi 22$ ($A_s = 760\text{ mm²}$, $\mu = 0,95%$), cốt thép gối cấu tạo $3\phi 14$, cốt đai $\phi 6$ hai nhánh khoảng cách $a = 150\text{ mm}$ ở vùng gối và $a = 200 - 300\text{ mm}$ ở giữa nhịp.

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ HỆ KHUNG

Chương 5 là nội dung trọng tâm của đồ án, phân tích toàn diện hệ kết cấu chịu lực không gian:

  • Chọn sơ bộ tiết diện: Cột thay đổi tiết diện giảm dần theo chiều cao từ tầng hầm đến tầng 15; vách cứng chịu lực ngang chọn dày 220 mm trên toàn bộ chiều cao; vách tầng hầm dày 400 mm; sàn dày 180 mm; dầm chính $700 \times 400\text{ mm}$, $700 \times 300\text{ mm}$; dầm phụ $500 \times 250\text{ mm}$, $500 \times 300\text{ mm}$.
  • Tải trọng ngang tác dụng: Áp lực gió tiêu chuẩn tại TP. Hồ Chí Minh vùng II-A có $W_0 = 0,83\text{ kN/m²}$, dạng địa hình C. Công trình cao 55 m ($> 40\text{ m}$) nên bắt buộc tính toán thành phần động của gió theo TCXD 229:1999. Khai báo nguồn khối lượng dao động (Mass Source): Tĩnh tải + 0,5 Hoạt tải. Phần mềm ETABS xuất chu kỳ dao động riêng của 12 mode; tần số giới hạn $f_L = 1,3\text{ Hz}$. Tính toán lực quán tính gió động cho từng tầng theo phương X và phương Y.
  • Tải trọng động đất: Tính toán theo TCVN 9386:2012 bằng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương do thỏa mãn điều kiện chu kỳ $T_1 \le 4T_C$ và $T_1 \le 2,0\text{ s}$. Khai báo khối lượng tham gia dao động động đất: Tĩnh tải + 0,24 Hoạt tải ($0,3 \times 0,8 = 0,24$). Khảo sát lực cắt đáy và phân bố lực ngang động đất cho các tầng theo phương X (Mode 1, 5, 8) và phương Y (Mode 2, 3, 4, 7).
  • Tổ hợp tải trọng: Thiết lập 21 tổ hợp cơ bản và 1 tổ hợp bao (COMBAO), tích hợp thành phần gió tĩnh, gió động (tổ hợp SRSS), động đất theo hai phương và áp dụng các hệ số vượt tải (1,1 cho tĩnh tải; 1,2 cho hoạt tải và gió).
  • Kiểm tra chuyển vị đỉnh và dao động: Chuyển vị ngang đỉnh công trình lớn nhất đạt $f_{\max} = 74\text{ mm}$ ($0,074\text{ m}$), nhỏ hơn độ võng giới hạn theo TCVN 198:1997 là $[f] = H/750 = 55.000/750 = 73,33\text{ mm} \approx 74\text{ mm}$. Gia tốc dao động đỉnh lớn nhất $a_{\max} = \omega^2 \times f_{d\max} = 3,8\text{ mm/s²}$, nhỏ hơn ngưỡng tiện nghi sinh lý cho phép $[a] = 150\text{ mm/s²}$ theo TCXD 198:1997.
  • Thiết kế cốt thép khung: Tiến hành xuất nội lực bao khung trục 3 và khung trục C; tính toán bố trí cốt thép dọc, cốt đai kháng chấn vùng tới hạn cho dầm; tính thép cột chịu nén uốn xiên; tính toán cốt thép vách theo phương pháp vùng biên chịu mô men.

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ MÓNG

Nội dung chương trình bày việc xử lý tài liệu địa chất công trình và thiết kế móng cọc khoan nhồi bê tông cốt thép. Căn cứ vào tải trọng chân cột và chân vách từ mô hình ETABS, tác giả lựa chọn phương án móng đài cọc khoan nhồi cắm vào tầng đất chịu lực tốt. Chương tính toán chi tiết cho các cụm móng:

  • Móng cột đơn: Móng C1, Móng C2, Móng C3.
  • Móng cụm vách lõi thang máy: Đài móng nhiều cọc P1, P2 và P3.
  • Các bước kiểm tra kỹ thuật: Xác định sức chịu tải của cọc đơn theo đất nền (sức kháng mũi, sức kháng ma sát thành cọc theo phương pháp Berezantzev) và theo vật liệu cọc; kiểm tra phản lực đầu cọc dưới tải trọng tiêu chuẩn ($P_{\max} \le 1,2R_{c}$, $P_{\min} > 0$); kiểm tra điều kiện chọc thủng đài cọc; kiểm tra lún của móng theo sơ đồ khối móng quy ước; tính toán diện tích cốt thép chịu uốn đáy đài móng theo hai phương X và Y.

CHƯƠNG 7: THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI VÀ CỌC KHOAN NHỒI THÍ NGHIỆM

Chương 7 mô tả chi tiết quy trình công nghệ thi công cọc khoan nhồi tại hiện trường:

  1. Định vị tim mốc công trình và vị trí từng hố khoan.
  2. Hạ ống vách thép dẫn hướng (casing) để bảo vệ cổ hố khoan chống sạt lở bề mặt.
  3. Tiến hành khoan tạo lỗ bằng guồng xoắn hoặc thùng khoan, liên tục cấp dung dịch bentonite giữ ổn định thành vách.
  4. Nạo vét mùn khoan và cặn lắng đáy hố.
  5. Gia công, lắp dựng và hạ lồng cốt thép vào vị trí thiết kế.
  6. Hạ hệ thống ống Tremie xuống sát đáy hố khoan.
  7. Thổi rửa vệ sinh đáy lỗ khoan bằng hệ thống bơm khí nén áp lực cao.
  8. Đổ bê tông bằng phễu dẫn và ống Tremie theo nguyên tắc dâng liên tục, rút dần từng đoạn ống Tremie nhưng luôn giữ đầu ống ngập sâu trong khối bê tông tối thiểu 1,5 - 2,0 m; thu hồi dung dịch bentonite tràn ra.
  9. Lắp đầu cọc, tiến hành thí nghiệm kiểm tra chất lượng (thí nghiệm nén tĩnh cọc, siêu âm kiểm tra độ đồng nhất bê tông cọc).
  10. Đập phá đầu cọc đến cao độ thiết kế đáy đài để liên kết cốt thép vào đài móng. Chương cũng phân tích nguyên nhân và giải pháp phòng ngừa 4 sự cố thi công điển hình: không rút được lồng cốt thép/ống cọc lên; kẹt không rút được ống vách; sạt lở vách hố khoan do dung dịch bentonite không đạt tỷ trọng; hiện tượng trồi lồng thép khi đổ bê tông.

CHƯƠNG 8: KHỐI LƯỢNG THI CÔNG PHẦN THÂN CÔNG TRÌNH

Nội dung chương tập trung thống kê và bóc tách khối lượng công tác xây lắp chính cho phần thân kết cấu bê tông cốt thép toàn khối từ tầng 1 đến tầng mái. Tác giả lập bảng tổng hợp khối lượng cho 3 công tác trọng yếu:

  • Khối lượng ván khuôn (cốp pha): Ván khuôn dầm, ván khuôn sàn, ván khuôn cột và ván khuôn vách cứng.
  • Khối lượng cốt thép gia công và lắp dựng: Phân loại theo đường kính thanh ($\phi < 10\text{ mm}$, $\phi \ge 10\text{ mm}$).
  • Khối lượng bê tông thương phẩm: Thể tích bê tông cấu kiện dầm, sàn, cột, vách và cầu thang. Dựa trên khối lượng bóc tách, chương đề xuất sơ đồ tổ chức thi công theo phân đoạn, bố trí máy móc vận chuyển lên cao (cần trục tháp, vận thăng lồng) và trình tự thi công dầm - sàn tầng điển hình.

Kết quả và đóng góp

Về kết quả tính toán kỹ thuật, đồ án hoàn thành toàn diện các chỉ tiêu thiết kế cho tòa nhà thương mại 15 tầng nổi, 1 tầng hầm với các số liệu cụ thể:

  • Xác lập kích thước hình học hợp lý cho hệ kết cấu: Bản sàn dày 180 mm; vách cứng dày 220 mm (vách hầm 400 mm); hệ dầm chính $700 \times 400\text{ mm}$, $700 \times 300\text{ mm}$; bản thang dày 140 mm.
  • Phân tích an toàn tải trọng ngang: Xác định chính xác 12 mode dao động riêng; kiểm soát độ võng đỉnh $f_{\max} = 74\text{ mm} \le [f] = 73,33\text{ mm}$ (xấp xỉ điều kiện giới hạn $H/750$); kiểm tra gia tốc dao động đỉnh cực đại $a_{\max} = 3,8\text{ mm/s²}$ đạt điều kiện tiện nghi sinh lý nhỏ hơn rất nhiều so với ngưỡng $[a] = 150\text{ mm/s²}$.
  • Kiểm soát biến dạng sàn: Độ võng sàn tầng điển hình tại ô nhịp lớn nhất $8,1\text{ m}$ là $11,28\text{ mm}$, thấp hơn nhiều so với độ võng cho phép $[f] = 32,4\text{ mm}$.
  • Đóng góp tự nêu của tác giả trong đồ án: Đã ứng dụng phương pháp chuyển giao mô hình sàn trực tiếp từ ETABS sang SAFE (Story as SAFE), giúp phản ánh trung thực trạng thái biên, tải trọng phân bố từ tầng trên truyền xuống và độ xoay của các nút ngàm cột/vách, khắc phục nhược điểm của phương pháp tính toán sàn tách rời truyền thống; xây dựng quy trình tự động hóa xử lý bảng tính Excel-VBA tính toán thép sàn, dầm, cột kháng chấn và móng cọc; hoàn thiện quy trình thi công cọc khoan nhồi đi kèm cẩm nang xử lý sự cố công nghệ thực tế tại công trường.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế và phạm vi chưa thực hiện được nêu trong đồ án:

  • Phân tích kết cấu chỉ dừng lại ở giai đoạn làm việc đàn hồi tuyến tính của vật liệu, chưa xét đến tính phi tuyến hình học và phi tuyến vật liệu (vết nứt, dẻo hóa bê tông cốt thép) dưới tác động tải trọng động đất mạnh.
  • Giả thiết chân cột và vách ngàm cứng tuyệt đối tại mặt móng, chưa mô hình hóa tương tác đồng thời giữa kết cấu phần thân, đài móng và nền đất đàn hồi (soil-structure interaction).
  • Phần tính toán chi tiết mới chỉ thực hiện cho hai khung điển hình (khung trục 3 và khung trục C), chưa triển khai toàn bộ các khung còn lại của mặt bằng công trình.

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Nghiên cứu mô hình hóa phi tuyến tĩnh (Pushover analysis) hoặc phi tuyến động theo lịch sử thời gian (Time-history analysis) để đánh giá cấp độ an toàn kháng chấn của kết cấu vách lõi.
  • Nghiên cứu mô hình bài toán tương tác đất - cọc - móng - kết cấu phần thân thông qua các hệ số nền biến đổi.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích đối với sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Công trình Xây dựng (Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp) trong quá trình thực hiện đồ án môn học Bê tông cốt thép, đồ án Nền móng và đồ án tốt nghiệp kỹ sư:

  • Cung cấp quy trình mô hình hóa liên kết hai chiều giữa phần mềm ETABS và SAFE để phân tích sàn dầm nhịp lớn bằng dải Strip.
  • Cung cấp phương pháp chi tiết tính toán thành phần động của tải trọng gió (theo TCXD 229:1999) và tải trọng động đất theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương (TCVN 9386:2012).
  • Cung cấp tài liệu tham khảo chuẩn mực về quy trình công nghệ thi công cọc khoan nhồi đô thị và kinh nghiệm xử lý các sự cố hố khoan sâu.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình sử dụng cấp độ bền bê tông và nhóm cốt thép nào cho các cấu kiện chịu lực chính? Công trình sử dụng bê tông cấp độ bền B25 ($R_b = 14,5\text{ MPa}$; $R_{bt} = 1,05\text{ MPa}$; $E_b = 30.000\text{ MPa}$) cho kết cấu sàn, dầm, vách phần thân và bê tông B30 ($R_b = 17,0\text{ MPa}$; $R_{bt} = 1,20\text{ MPa}$; $E_b = 32.500\text{ MPa}$) cho đài móng và cột dưới. Cốt thép sử dụng gồm: nhóm AI ($R_s = 225\text{ MPa}$; $R_{sw} = 175\text{ MPa}$) cho đai và thép cấu tạo có đường kính $\phi < 10\text{ mm}$; nhóm AII ($R_s = 280\text{ MPa}$) và nhóm AIII ($R_s = 365\text{ MPa}$) cho cốt thép dọc chịu lực có đường kính $\phi \ge 10\text{ mm}$.

2. Tại sao đồ án phải tính toán thành phần động của tải trọng gió và sử dụng thông số nào? Công trình có chiều cao tổng thể $H = 55\text{ m} > 40\text{ m}$, xây dựng tại TP. Hồ Chí Minh thuộc vùng áp lực gió II-A ($W_0 = 0,83\text{ kN/m²}$), dạng địa hình C. Theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999, công trình có chiều cao trên 40 m bắt buộc phải tính toán thành phần động của gió dựa trên việc khảo sát tần số dao động riêng cơ bản (với hệ số suy giảm loga $\delta = 0,3$, tần số giới hạn $f_L = 1,3\text{ Hz}$).

3. Điều kiện chuyển vị đỉnh và dao động của tòa nhà được kiểm tra theo tiêu chuẩn nào và có thỏa mãn không? Chuyển vị đỉnh công trình được kiểm tra theo TCVN 198:1997 đối với kết cấu khung - vách với giới hạn $[f] = H/750 = 55.000/750 = 73,33\text{ mm} \approx 74\text{ mm}$; kết quả mô hình đạt $f_{\max} = 74\text{ mm}$, thỏa mãn điều kiện độ võng đỉnh. Về dao động sinh lý của con người, gia tốc đỉnh lớn nhất do mode dao động 1 gây ra tính được là $a_{\max} = 3,8\text{ mm/s²}$, nhỏ hơn rất nhiều so với ngưỡng giới hạn cho phép $[a] = 150\text{ mm/s²}$ theo TCXD 198:1997.

4. Khối lượng tham gia dao động (Mass Source) được khai báo trong mô hình ETABS như thế nào khi tính gió động và động đất? Khi tính toán thành phần động của tải trọng gió, khối lượng tham gia dao động khai báo là Tĩnh tải + 0,5 Hoạt tải (theo TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999). Khi tính toán tải trọng động đất theo TCVN 9386:2012, hệ số tham gia của hoạt tải là $0,3 \times 0,8 = 0,24$, do đó khối lượng khai báo là Tĩnh tải + 0,24 Hoạt tải.

5. Đồ án đưa ra các giải pháp xử lý sự cố thi công cọc khoan nhồi nào? Đồ án phân tích 4 sự cố công trường phổ biến gồm: sự cố không rút được ống vách casing do ma sát đất cát tăng cao; sự cố sạt lở vách hố khoan do tỷ trọng dung dịch bentonite không bảo đảm hoặc hạ ống vách không qua tầng bùn; sự cố kẹt rút cọc và sự cố trồi lồng thép khi đổ bê tông do tốc độ dâng bê tông quá nhanh hoặc ống Tremie đặt quá nông. Các giải pháp tương ứng được nêu là duy trì áp lực đầu bentonite cao hơn mực nước ngầm tối thiểu 1,5 m, kiểm tra độ nhớt dung dịch trước khi đổ bê tông, kiểm soát cao độ rút ống Tremie ngập sâu $2 - 4\text{ m}$ và neo chặt lồng thép vào miệng ống vách.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Trung tâm Thương mại Thành phố Hồ Chí Minh" của sinh viên Lê Ngọc Hòa là công trình thiết kế kỹ thuật xây dựng hoàn chỉnh, giải quyết bài toán thiết kế kết cấu bê tông cốt thép nhiều tầng kết hợp khung - vách chịu tải trọng ngang phức tạp. Bản thuyết minh đã vận dụng đồng bộ hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành, tích hợp công cụ mô hình hóa số ETABS, SAFE và bảng tính tự động hóa VBA để tính toán chi tiết từ cấu kiện sàn, cầu thang, khung thân cho đến hệ móng cọc khoan nhồi. Các giải pháp kỹ thuật và quy trình thi công cọc nhồi được trình bày mạch lạc, có tính khả thi và cung cấp tài liệu tham khảo học thuật giá trị cho sinh viên ngành Kỹ thuật Công trình Xây dựng.