Đồ án Thiết kế Khu Căn Hộ Cao Cấp Quốc Cường 2 - ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Khám phá đồ án thiết kế khu căn hộ cao cấp Quốc Cường 2 tại HCMUTE. Phân tích chi tiết kiến trúc, tiện ích và không gian sống đẳng cấp.

• Tác giả: Phan Văn Hiển
• Người hướng dẫn: TS. Hà Duy Khánh
• 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: Thiết kế khu căn hộ cao cấp Quốc Cường 2
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về đồ án Thiết kế Khu Căn Hộ Cao Cấp Quốc Cường 2

Đồ án Thiết kế Khu Căn Hộ Cao Cấp Quốc Cường 2 là đề tài tốt nghiệp thuộc ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (HCMUTE). Sinh viên thực hiện là Phan Văn Hiển, dưới sự hướng dẫn của TS. Hà Duy Khánh, hoàn thành năm 2017. Dự án tập trung vào thiết kế kết cấu khu căn hộ cao cấp, áp dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam hiện hành. Đồ án bao gồm phân tích tải trọng, tính toán sàn, dầm, cột, móng và kiểm tra ổn định công trình. Công trình sử dụng phần mềm ETABS để mô phỏng và phân tích nội lực. Đây là minh chứng điển hình cho việc áp dụng kiến thức chuyên ngành vào thực tế thiết kế xây dựng dân dụng quy mô lớn tại Việt Nam.

1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của đồ án

Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế toàn bộ hệ kết cấu chịu lực cho khu căn hộ cao cấp Quốc Cường 2. Phạm vi nghiên cứu bao gồm xác định tải trọng, tính toán tiết diện sàn, dầm, cột và thiết kế móng. Đồ án áp dụng tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 về tải trọng và tác động, cùng tiêu chuẩn TCXD 229:1999 về tổ hợp nội lực. Hệ số độ tin cậy được xác định theo bảng quy chuẩn. Kết quả đầu ra gồm bản vẽ kết cấu và bảng tính chi tiết phục vụ thi công.

1.2. Giới thiệu về Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM và khoa Xây dựng

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (HCMUTE) là cơ sở đào tạo uy tín trong lĩnh vực kỹ thuật xây dựng. Khoa Xây dựng và Cơ học Ứng dụng chịu trách nhiệm đào tạo ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng. Chương trình đào tạo tích hợp lý thuyết với thực hành, đặc biệt qua đồ án tốt nghiệp. Sinh viên được trang bị kiến thức về kết cấu bê tông cốt thép, địa chất công trình và phần mềm phân tích. Đồ án tốt nghiệp là bước tổng hợp toàn bộ kiến thức học tập.

II. Phân tích tải trọng và các vấn đề kỹ thuật trong thiết kế

Phân tích tải trọng là bước quan trọng trong thiết kế kết cấu khu căn hộ cao cấp Quốc Cường 2. Tải trọng bao gồm tĩnh tải, hoạt tải và tải trọng gió. Tĩnh tải được tính toán chi tiết cho từng khu vực chức năng: sàn khu ở, hành lang và khu vệ sinh. Mỗi loại sàn có cấu tạo vật liệu riêng biệt, từ gạch Ceramic, lớp vữa đến lớp chống thấm. Hoạt tải được xác định theo TCVN 2737-1995 tùy theo mục đích sử dụng. Tải trọng gió được phân tích thành phần tĩnh và động theo hai phương X, Y. Phần mềm ETABS hỗ trợ tính toán nội lực và chuyển vị công trình. Việc tổ hợp tải trọng tuân thủ nghiêm ngặt tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam, đảm bảo an toàn và kinh tế cho công trình.

2.1. Tính toán tĩnh tải và hoạt tải cho các khu vực chức năng

Tĩnh tải được xác định dựa trên cấu tạo sàn thực tế của từng khu vực. Sàn khu ở bao gồm gạch Ceramic dày 1cm, lớp vữa dày 2cm, lớp vữa trát 1.35cm và hệ thống đường ống thiết bị. Sàn vệ sinh có thêm lớp chống thấm tăng cường. Tổng tĩnh tải khu ở đạt khoảng 1.3 kN/m². Hoạt tải khu ở lấy theo tiêu chuẩn là 2.0 kN/m². Các giá trị này được sử dụng làm đầu vào cho phần mềm phân tích ETABS.

2.2. Phân tích tải trọng gió và tổ hợp nội lực theo tiêu chuẩn

Tải trọng gió được phân tách thành thành phần tĩnh và thành phần động. Thành phần động tính theo phương pháp phổ công suất, xét các dạng dao động riêng của công trình. Tần số riêng phương X và Y được xác định qua phân tích modal trong ETABS. Tổ hợp nội lực sử dụng công thức X = Xt + Σ(Xđ) theo TCXD 229:1999. Kết quả tổng hợp tải trọng gió được gán vào sàn và dầm biên theo từng tầng. Giá trị gió đẩy và gió hút được tính toán riêng biệt cho mỗi tầng.

III. Giải pháp thiết kế kết cấu và phương pháp tính toán áp dụng

Giải pháp thiết kế kết cấu khu căn hộ Quốc Cường 2 áp dụng hệ khung bê tông cốt thép toàn khối. Chi dày sàn được xác định bằng công thức hs = L/45, với L là chiều dài cạnh ngắn bản 2 phương lớn nhất. Kết quả chọn hs = 120mm cho tất cả các tầng sàn. Dầm và cột được tính toán đảm bảo khả năng chịu lực và giới hạn võng cho phép. Móng được thiết kế phù hợp với điều kiện địa chất công trình tại TP.HCM. Phần mềm ETABS được sử dụng làm công cụ phân tích chính, mô hình hóa toàn bộ hệ kết cấu ba chiều. Phương pháp tính toán tuân thủ TCVN 5574:2012 về kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Kiểm tra ứng suất, biến dạng và ổn định được thực hiện đầy đủ trước khi hoàn thiện hồ sơ thiết kế.

3.1. Thiết kế tiết diện sàn bê tông cốt thép

Tiết diện sàn được thiết kế theo nguyên lý bản mỏng chịu uốn. Chiều dày sàn hs = 120mm được chọn dựa trên tỷ lệ L/45 theo khuyến cáo kỹ thuật. Sàn được bố trí cốt thép hai phương, đảm bảo khả năng chịu uốn và cắt. Kiểm tra võng sàn tuân thủ giới hạn L/250 cho sàn khu ở. Bảng tĩnh tải chi tiết cho từng khu vực được lập để tính toán chính xác. Kết quả thiết kế đáp ứng yêu cầu chịu lực và kinh tế.

3.2. Sử dụng phần mềm ETABS trong phân tích kết cấu

ETABS là phần mềm chuyên dụng phân tích và thiết kế công trình nhiều tầng. Mô hình 3D của khu căn hộ được xây dựng với đầy đủ dầm, cột, sàn và tường. Tải trọng được gán theo từng trường hợp: tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng gió tĩnh và động. Phân tích modal xác định tần số riêng và dạng dao động. Kết quả nội lực bao gồm moment, lực cắt, lực dọc được xuất ra để kiểm tra tiết diện. Phần mềm giúp rút ngắn thời gian tính toán và tăng độ chính xác.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn của đồ án thiết kế

Đồ án Thiết kế Khu Căn Hộ Cao Cấp Quốc Cường 2 đã hoàn thành đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật. Hệ kết cấu bê tông cốt thép toàn khối được thiết kế an toàn, kinh tế và thi công được. Chi tiết sàn 120mm đáp ứng yêu cầu chịu lực cho khu căn hộ cao cấp. Tải trọng gió được phân tích kỹ lưỡng với cả thành phần tĩnh và động. Phần mềm ETABS chứng tỏ hiệu quả trong phân tích kết cấu phức tạp. Đồ án là tài liệu tham khảo giá trị cho sinh viên và kỹ sư xây dựng. Kết quả áp dụng được vào thực tế thiết kế công trình dân dụng cao tầng tại Việt Nam. Quá trình thực hiện rèn luyện kỹ năng tính toán, sử dụng phần mềm và tư duy thiết kế cho sinh viên tốt nghiệp.

4.1. Ý nghĩa học tập và kỹ năng đạt được từ đồ án

Đồ án tốt nghiệp là cơ hội tổng hợp kiến thức tích lũy trong bốn năm đại học. Sinh viên rèn luyện kỹ năng tính toán kết cấu, đọc hiểu tiêu chuẩn và sử dụng phần mềm chuyên ngành. Quá trình làm đồ án phát triển khả năng giải quyết vấn đề thực tế trong xây dựng. Kỹ năng lập báo cáo, trình bày bản vẽ kỹ thuật được nâng cao đáng kể. Đồ án tạo nền tảng vững chắc cho công việc kỹ sư kết cấu sau khi ra trường.

4.2. Khả năng áp dụng vào dự án xây dựng thực tế tại Việt Nam

Phương pháp thiết kế trong đồ án áp dụng được cho các dự án căn hộ cao cấp tương tự. Tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 và TCXD 229:1999 là cơ sở pháp lý được sử dụng rộng rãi. Phần mềm ETABS phổ biến tại các công ty tư vấn thiết kế tại Việt Nam. Kết quả tính toán tải trọng và nội lực có thể tham chiếu cho dự án quy mô tương đương. Đồ án góp phần nâng cao chất lượng đào tạo kỹ sư xây dựng tại HCMUTE.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG Tên công trình: KHU CĂN HỘ CAO CẤP QUỐC CƯỜNG 2 Địa chỉ: QUẬN 7 - TPHCM Quy mô công trình gồm, 1 tầng hầm, 3 tầng dịch vụ, 16 tầng điển hình, 1 tầng thượng. Chiều cao công trình: 75.8 m tính từ sàn tầng hầm Diện tích 1 sàn tầng điển hình: 1800 m2. PHÂN KHU CHỨC NĂNG Tầng hầm với chức năng chính là nơi để xe, đặt máy bơm nước, máy phát điện.Ngoài ra còn bố trí phòng kỹ thuật điện, nước, chữa cháy, phòng bảo vệ … Hệ thống hồ chứa nước được đặt ở góc của tầng hầm.

Tầng 1,2 được sử dụng làm khu thương mại phục vụ nhu cầu trong tòa nhà, nơi làm việc của ban quản lý siêu thị,kho hàng … Tầng 3 được sử dụng làm khu sinh hoạt công cộng, hồ bơi, giải trí,phòng tập Gymnastic,phòng thư giãn. Các tầng trên được sử dụng làm phòng ở, căn hộ cho thuê. Chiều cao tầng là 3,3m. Có 5 loại căn hộ với diện tích từ 99 – 300 m2 và mỗi tầng có 12 căn hộ.

Trên đỉnh công trình có bể chứa nước 100m3 và phòng bơm. Công trình có 2 hệ thống thang máy và 4 thang bộ đáp ứng đủ nhu cầu di chuyển của toàn bộ khu chung cư. Ngoài ra công trình còn có ramp dốc vận chuyển hàng và dành cho người đi xe lăn… 1. CÁC HỆ THỐNG KỸ THUẬT KHÁC Hệ thống điện: hệ thống đường dây điện được bố trí ngầm trong tường và sàn, có thể lắp đặt hệ thống phát điện riêng phục vụ cho công trình khi cần thiết.

Hệ thống cấp nước: nguồn nước được lấy từ hệ thống cấp nước của thành phố kết hợp với nguồn nước ngầm do khoan giếng dẫn vào hồ chứa ở tầng hầm và được bơm lên hồ nước mái. Từ đó nước được dẫn đến mọi nơi trong công trình. Hệ thống thoát nước : nước thải sinh hoạt được thu từ các ống nhánh, sau đó tập trung tại các ống thu nước chính bố trí thông tầng. Nước được tập trung ở tầng hầm, được xử lý và đưa vào hệ thống thoát nước chung của thành phố.

Hệ thống thoát rác : ống thu rác sẽ thông suốt các tầng, rác được tập trung tại ngăn chứa ở tầng hầm, sau đó có xe đến vận chuyển đi.1:Mặt bằng kiến trúc tầng điển hình 1. GIẢI PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU Giải pháp kết cấu phần thân - Hệ kết cấu chịu lực chính của công trình là hệ bao gồm các dầm BTCT kết hợp với vách để chịu toàn bộ tải trong đứng và tải trọng ngang. Vách bằng BTCT có bề dày 300 mm. Hệ kết cấu dầm - sàn là dầm – sàn bê tông cốt thép có bề dày là 120 mm kết hợp với các dầm.

- Dầm - Sàn tầng hầm: chọn chiều dày 300mm kết hợp với đà kiềng, bê tông cấp độ bền B30 có phụ gia chống thấm. - Giải pháp kết cấu phần móng: Phương án móng cọc khoan nhồi BTCT. Đường kính cọc D = 1m 1. PHẦN MỀM ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN Mô hình hệ kết cấu công trình: ETABS, SAFE 2 n Tính toán cốt thép và tính móng cho công trình: Sử dụng phần mềm EXCEL kết hợp với lập trình VBA.

TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG - Công việc thiết kế được tuân theo các quy phạm, các tiêu chuẩn thiết kế do nhà nước Việt Nam quy định đối với nghành xây dựng. Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế; TCVN 5574- 2012. Tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép; TCXD 198- 1997. Nhà cao tầng –Thiết kế bê tông cốt thép toàn khối; TCXD 10304-2012: Móng cọc- tiêu chuẩn thiết kế; TCVN 9362:2012.

Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình; TCVN 9386-2012. Thiết kế công trình chịu động đất; - Bên cạnh các tài liệu trong nước, để giúp cho quá trình tính toán được thuận lợi, đa dạng về nội dung tính toán, đặc biệt những cấu kiện (phạm vi tính toán) chưa được tiêu chuẩn thiết kế trong nước qui định rõ như: Thiết kế các vách cứng, lõi cứng. Nên trong quá trình tính toán có tham khảo các tiêu chuẩn nước ngoài như: ACI 318-2005 - Ngoài các tiêu chuẩn quy phạm trên còn sử dụng một số sách, tài liệu chuyên ngành của nhiều tác giả khác nhau. VẬT LIỆU SỬ DỤNG - Bê tông: Bê tông sử dụng trong công trình là loại bê tông có cấp độ bền B30 với các thông số tính toán như sau: Cường độ tính toán chịu nén: Rb = 17 MPa + Cường độ tính toán chịu kéo: Rbt = 1.4 MPa + Mô đun đàn hồi: Eb = 36000 MPa - Cốt thép: Cốt thép loại AI (đối với cốt thép có Ø ≤ 10) + Cường độ tính toán chịu nén: Rsc = 225 MPa + Cường độ tính toán chịu kéo: Rs = 225 MPa + Cường độ tính toán cốt ngang: Rsw = 175 MPa + Mô đun đàn hồi: Es = 210000 MPa - Cốt thép loại AIII (đối với cốt thép có Ø > 10) + Cường độ tính toán chịu nén: Rsc = 365 MPa + Cường độ tính toán chịu kéo: Rs = 365 MPa + Mô đun đàn hồi: Es = 200000 MPa 3 n CHƯƠNG 2.

THIẾT KẾ SÀN 2. SƠ BỘ CHIỀU DÀY BẢN SÀN, KÍCH THƯỚC DẦM CHÍNH - Chọn kích thước dầm chính Dầm chính tựa lên vách. Nhịp vách lớn nhất theo hai phương là 6800 mm Chọn: L = 6800 mm để xác định kích thước dầm  1 1  hd =    L  12 16   1 1  hd =    x6800 = (566÷425) mm  12 16  Vì các nhịp khác có kích thước bé hơn, nên chọn hd = 500 mm để phù hợp với toàn bộ hệ kết cấu 1 1 bd =    hd = (250÷170) mm  2 3 Chọn bd = 300 mm Vậy kích thước tiết diện dầm theo 2 phương là 300x500. - Chọn chiều dày bản sàn Quan niệm tính: xem sàn là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng ngang.

Sàn không bị rung động, không bị dịch chuyển khi chịu tải trọng ngang. Chuyển vị tại mọi điểm trên sàn là như nhau khi chịu tác động của tải trọng ngang. Chọn chiều dày của sàn phụ thuộc vào nhịp và tải trọng tác dụng, có thể xác định sơ bộ chiều dày hs theo biểu thức : D hs = L1 m Trong đó: + m = 40÷45, chọn m = 45 + D = 0.4 hệ số phụ thuộc vào tải trọng, chọn D = 0.8 + L1: chiều dài cạnh ngắn bản 2 phương lớn nhất (S11).8  hs =   x5850 = 120 mm  45  Sau khi tính toán và kiểm tra lại chọn tiết diện sàn hợp lý như sau: Chọn hs = 120 mm Vậy chọn chiều dày bàn sàn hs = 120 mm cho tất cả các tầng sàn 4 n Hình 2.1: mặt bằng sàn tầng điển hình 2. XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG - Các số liệu về tải trọng lấy theo TCVN 2737 – 1995 : Tải trọng và tác động tiêu chuẩn thiết kế.

Hệ số độ tin cậy đối với các tải trọng lấy theo bảng 1, trang 10 – TCVN 2737 - 1995. Trọng lượng riêng của các thành phần cấu tạo sàn lấy theo “ sổ tay thực hành kết cấu công trình” ( TS. Vũ Mạnh Hùng ) 5 n - Tĩnh tải Theo yêu cầu sử dụng, các khu vực có chức năng khác nhau sẽ có cấu tạo sàn khác nhau, do đó tĩnh tải sàn tương ứng cũng có giá trị khác nhau. Các kiểu cấu tạo sàn tiêu biểu là sàn khu ở (Văn Phòng, phòng khách, phòng ăn + bếp, phòng ngủ), sàn hành lang và sàn vệ sinh.

Các loại sàn này có cấu tạo như sau : -Sàn khu sảnh, phòng ngủ, phòng khách, phòng bếp, văn phòng: Hình 2.2: Sàn khu sảnh, phòng ngủ, phòng khách, phòng bếp, văn phòng Hình 2.3: Sàn khu vệ sinh Bảng 2.1: Tĩnh tải khu ở,hành lang TĨNH TẢI KHU Ở, HÀNH LANG Các lớp vật liệu d (cm)  (kN/m3) gtc (kN/m2) n gtt (kN/m2) g Gạch Ceramic 1 20 0.24 Lớp vữa dày 2 18 0.468 Lớp vữa trát dày 1.35 Đường ống, thiết bị 0.60 Tổng tải tính toán 1.2: Tĩnh tải khu vệ sinh TĨNH TẢI KHU VỆ SINH g Các lớp vật liệu d (cm) gtc (kN/m2) n gtt (kN/m2) (kN/m3) Gạch Ceramic 1 20 0.24 Lớp vữa dày 2 18 0.468 Lớp chống thấm 3 22 0.79 Lớp vữa trát dày 1.35 Đường ống, thiết bị 0.70 Tổng tải tính toán 2.55 Thông thường dưới các tường thường có kết cấu dầm đỡ, nhưng để tăng tính linh hoạt trong việc bố trí tường ngăn , vì vậy một số tường này không có dầm đỡ bên dưới (Tại các vị trí có tường ngăn, người ta sẽ đặt theo cấu tạo 2  12 ). Do đó khi xác định tải trọng tác dụng lên ô sàn ta phải kể thêm trọng lượng tường ngăn, tải này được quy về phân bố đều trên từng ô sàn. Được xác định theo công thức : Bt  H t  l t  g t g ttt  S   n kN / m 2  Trong đó : Bt : bề rộng tường (m) Ht : Chiều cao tường (m) lt : chiều dài tường(m) t : trọng lượng riêng của tường xây (kN/m3) S : diện tích ô sàn có tường (m2) n : hệ số vượt tải Chú ý : Trong trường hợp có ô sàn vừa chứa ( phòng ăn, ngủ, khách và phòng vệ sinh) thì tải trọng tĩnh phân bố đều trên được tính theo công thức sau: g vs S 1 g vp  S 2 tt tt g  tt S1  S 2 Trong đó: gttvs : Tải trọng tĩnh tính toán phần sàn phòng vệ sinh gttvp : Tải trọng tĩnh tính toán phần sàn phòng (khách, ngủ, ăn) S1 : Diện tích phần sàn phòng vệ sinh S2 : Diện tích phần sàn phòng (khách, ngủ,ăn) 7 n Bảng 2.3: Tải tường trên các ô sàn Chiều dài Chiều Chiều cao gtt L1 L2 Ô Sàn tường dài tường tường (kN/m2) 100 (m) 200 (m) (n=1.4: Tổng hợp tải trọng tác dụng lên từng ô sàn Tải trọng Tổng tĩnh Tải trọng bản thân tải tường STT Ô Sàn L1 (mm) L2 (mm) Sàn hoàn tính toán các tính toán thiện ô sàn (kN/m2) (kN/m2) (kN/m2) 1 S1 4000 4650 1.5: Hoạt tải Theo TCXD 2737-1995 Loại sàn ptc (kN/m2) ptt (kN/m2) Phòng khách, ngủ, bếp, vệ sinh .95 Sảnh, hành lang, phòng họp… 3.60 Ban công, lô gia… 4.80 Kho, phòng kỹ thuật… 5.6: Hoạt tải cho từng ô sàn Ô sàn ptt (kN/m2) 9,10 3. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC Nội lực các ô bản được tính toán bằng phần mềm SAFE V12 Hình 2.4: Mô hình sàn 10 n Hình 2.5: Chuyển vị sàn Hình 2.6: Nội lực dải theo phương x,y 11 n 2.

CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN CHUNG Các công thức tính toán : M m  (2.