Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Đồ án môn học "Kết cấu Bê tông cốt thép công trình dân dụng" (Mã học phần: CN521) do sinh viên Vũ Hoàng Minh (MSSV: B2204215, Ngành Kỹ thuật Xây dựng - Khóa 48) thực hiện dưới sự hướng dẫn của Cán bộ hướng dẫn Cao Tấn Ngọc Thân tại Trường Bách Khoa – Trường Đại học Cần Thơ (năm 2025). Đề tài tập trung vào việc tính toán, thiết kế kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) cho một công trình dân dụng nhiều tầng, đảm bảo sự làm việc an toàn, ổn định và đáp ứng ba tiêu chí cốt lõi trong xây dựng: mỹ thuật, kỹ thuật và giá thành.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu được xác định cụ thể gồm:
- Thiết lập các số liệu thiết kế ban đầu dựa trên hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam, đặc biệt là việc cập nhật tiêu chuẩn tải trọng mới TCVN 2737:2023 và tiêu chuẩn kết cấu bê tông cốt thép TCVN 5574:2018.
- Phân tích lựa chọn phương án kết cấu sàn, xác định sơ bộ kích thước tiết diện dầm - bản sàn, tính toán tải trọng tác dụng và bố trí cốt thép cho sàn tầng 1 (sàn tầng điển hình) bằng phương pháp giải tích đối với cả ô bản sàn một phương và ô bản sàn hai phương.
- Phân tích kết cấu không gian công trình, xác định sơ bộ kích thước tiết diện dầm, cột cho khung trục điển hình (khung trục 1); lập mô hình kết cấu 3D trên phần mềm ETABS để phân tích nội lực dưới tác dụng của tổ hợp tải trọng thẳng đứng (tĩnh tải, hoạt tải) và tải trọng ngang (tải trọng gió).
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu bê tông cốt thép toàn khối của công trình dân dụng, bao gồm hệ sàn sườn tầng 1 và hệ khung chịu lực trục 1 (dầm, cột).
- Phạm vi không gian: Công trình dân dụng có quy mô 6 tầng, trong đó tầng 1 có chiều cao 4,0 m, các tầng 2 đến tầng 5 có chiều cao 3,6 m, tổng chiều cao công trình là 19,7 m.
- Phạm vi thời gian và địa điểm: Đồ án được hoàn thành vào năm 2025 tại Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Bách Khoa – Trường Đại học Cần Thơ.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết và hệ thống văn bản quy chuẩn áp dụng:
- Tiêu chuẩn TCVN 2737:2023: "Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế", dùng để phân loại tải trọng thường xuyên ($G$), tải trọng tạm thời ngắn hạn ($Q_t$), tải trọng gió chính ($W_k$), xác định các hệ số độ tin cậy ($\gamma_f$), hệ số chuyển đổi chu kỳ lặp áp lực gió ($\gamma_\tau = 0,852$), hệ số khí động ($c$) và hệ số hiệu ứng giật ($G_f$).
- Tiêu chuẩn TCVN 5574:2018: "Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép", quy định các chỉ tiêu cơ lý tính toán của bê tông (cấp độ bền B20, B25) và cốt thép (nhóm CB240-T, CB300-V), các điều kiện tính toán cấu kiện chịu uốn, cấu kiện chịu nén đúng tâm/lệch tâm và kiểm tra hàm lượng cốt thép hợp lý ($\mu_{min} \le \mu \le \mu_{max}$).
- Lý thuyết tính toán bản sàn: Phương pháp đàn hồi tra bảng theo Sơ đồ 9 (bản kê bốn cạnh ngàm) đối với sàn hai phương và phương pháp cắt dải bản một mét xem như dầm liên tục đối với sàn một phương.
- Lý thuyết hệ thanh không gian: Mô hình hóa hệ khung bê tông cốt thép toàn khối với nút cứng và chân cột ngàm vào móng.
Phương pháp nghiên cứu và tính toán thực tế:
- Phương pháp giải tích kết cấu: Ứng dụng công thức giải tích cổ điển trong cơ học kết cấu và kết cấu bê tông cốt thép để tính toán nội lực mômen uốn ($M_1, M_2, M_I, M_{II}$), diện tích cốt thép yêu cầu ($A_s$), hệ số $\alpha_m$, $\zeta$ cho hệ sàn tầng 1.
- Phương pháp mô hình hóa phần tử hữu hạn: Xây dựng sơ đồ tính toán khung không gian 3D trên phần mềm chuyên dụng ETABS nhằm xác định ứng lực và phản lực của các cấu kiện cột, dầm dưới tác dụng của các trường hợp tải trọng.
- Phương pháp thống kê và tra cứu tiêu chuẩn: Sử dụng bảng số liệu phân vùng áp lực gió, dạng địa hình, trọng lượng riêng vật liệu và hoạt tải tiêu chuẩn.
Nguồn dữ liệu sử dụng:
- Mặt bằng kiến trúc công trình dân dụng 6 tầng với hệ lưới cột gồm các trục A, B, C, D, E, F và các nhịp $4,5\text{ m}$, $7,0\text{ m}$.
- Bảng tra thông số vật liệu và bảng tải trọng trích xuất từ TCVN 2737:2023 và TCVN 5574:2018.
Thiết kế và triển khai
Lựa chọn giải pháp kết cấu sàn:
Tác giả tiến hành so sánh ba giải pháp kết cấu sàn phổ biến trong xây dựng công trình dân dụng trước khi đi vào tính toán chi tiết:
- Hệ sàn sườn (sàn dầm toàn khối): Có ưu điểm tính toán đơn giản, công nghệ thi công phổ biến, tạo độ cứng tổng thể lớn cho công trình; nhược điểm là chiều cao dầm chiếm không gian thông thủy khi vượt nhịp lớn.
- Hệ sàn không dầm (không có mũ cột): Giảm chiều cao tầng, dễ bố trí cơ điện; tuy nhiên độ cứng chống chuyển vị ngang kém, đòi hỏi chiều dày bản sàn lớn để chống chọc thủng.
- Hệ sàn ô cờ: Thích hợp không gian lớn, thẩm mỹ cao; tuy nhiên cấu tạo ván khuôn phức tạp và chi phí thi công cao.
Kết luận lựa chọn: Tác giả quyết định chọn hệ sàn sườn đổ toàn khối làm giải pháp kết cấu cho công trình.
Thông số vật liệu sử dụng trong thiết kế:
- Bê tông bản sàn: Sử dụng bê tông cấp độ bền B20 có $R_b = 11,5\text{ MPa}$ ($115\text{ daN/cm}^2$), $R_{bt} = 0,9\text{ MPa}$ ($9\text{ daN/cm}^2$), môđun đàn hồi $E_b = 2,75 \times 10^5\text{ daN/cm}^2$.
- Bê tông khung (dầm, cột): Sử dụng bê tông cấp độ bền B25 có $R_b = 14,5\text{ MPa}$ ($145\text{ daN/cm}^2$), $R_{bt} = 1,05\text{ MPa}$ ($10,5\text{ daN/cm}^2$).
- Cốt thép: Nhóm CB240-T cho cốt đai và cốt thép có đường kính $\phi < 10\text{ mm}$ ($R_s = R_{sc} = 2100\text{ daN/cm}^2, R_{sw} = 1700\text{ daN/cm}^2$); Nhóm CB300-V cho cốt thép chịu lực chính có đường kính $\phi \ge 10\text{ mm}$ ($R_s = R_{sc} = 2600\text{ daN/cm}^2, R_{sw} = 2100\text{ daN/cm}^2$).
Xác định sơ bộ tiết diện các cấu kiện kết cấu:
- Chiều dày bản sàn ($h_s$): Xác định theo công thức của Mỹ $h_s = (L_1 + L_2) / (80 \div 100) \ge h_{min}$ cho ô sàn lớn nhất kích thước $4,5\text{ m} \times 4,5\text{ m}$ (hoặc $4,5\text{ m} \times 6,5\text{ m}$), cho kết quả $11,88\text{ cm}$. Tác giả chọn chiều dày bản sàn $h_s = 12\text{ cm}$ ($120\text{ mm}$) thống nhất cho toàn mặt bằng để khống chế độ võng và thuận tiện thi công.
- Tiết diện dầm khung trục 1:
- Các nhịp biên $L = 4,5\text{ m}$ (trục A1-B1, B1-C1, D1-E1, E1-F1): Chiều cao dầm chọn $h = 350\text{ mm}$, bề rộng $b = 200\text{ mm}$ (tiết diện $350 \times 200\text{ mm}$).
- Nhịp giữa $L = 7,0\text{ m}$ (trục C1-D1): Chiều cao dầm chọn $h = 550\text{ mm}$, bề rộng $b = 200\text{ mm}$ (tiết diện $550 \times 200\text{ mm}$).
- Tiết diện cột khung trục 1: Xác định sơ bộ theo công thức $F = k \cdot N / R_b$, trong đó $N = n_t \cdot q_i \cdot A_i$ ($n_t = 6$ tầng, $k = 1,25$):
- Cột góc (trục F): Diện tích truyền tải $A_i = 5,06\text{ m}^2$, diện tích yêu cầu $434,8\text{ cm}^2 \rightarrow$ Chọn tiết diện $250 \times 250\text{ mm}$ ($625\text{ cm}^2$).
- Cột biên (trục E): Diện tích truyền tải $A_i = 9,0\text{ m}^2$, diện tích yêu cầu $772,6\text{ cm}^2 \rightarrow$ Chọn tiết diện $250 \times 350\text{ mm}$ ($875\text{ cm}^2$).
- Cột giữa (trục B): Diện tích truyền tải $A_i = 15,75\text{ m}^2$, diện tích yêu cầu $1350\text{ cm}^2 \rightarrow$ Chọn tiết diện $400 \times 400\text{ mm}$ ($1600\text{ cm}^2$).
- Kiểm tra điều kiện độ mảnh của cột: Độ mảnh $\lambda_b = l_0 / b \le \lambda_{0b} = 31$ (với $l_0 = 0,7 H_0$), tất cả các cột đều thỏa mãn điều kiện ổn định.
Mô hình hóa kết cấu trên phần mềm ETABS:
- Khung không gian 3D được khai báo đầy đủ các tầng từ tầng trệt đến tầng mái với liên kết nút cứng và liên kết ngàm chân cột.
- Trọng lượng bản thân kết cấu được phần mềm tự động tính toán.
- Tải trọng tường xây gạch ống 100 ($1,8\text{ kN/m}^2$) và gạch ống 200 ($2,0\text{ kN/m}^2$) được quy đổi thành tải phân bố đều trên dầm.
- Tải trọng gió được tính theo phân vùng áp lực gió cơ sở $W_0$, độ cao tương đương $Z_e$, hệ số địa hình $k(Z_e)$, hệ số khí động $c$ và gán vào tâm hình học/tâm khối lượng của từng tầng.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Số liệu thiết kế
Chương này tổng hợp các căn cứ pháp lý kỹ thuật, tiêu chuẩn áp dụng và phương pháp xác định các loại tải trọng, chỉ tiêu cơ lý của vật liệu xây dựng.
- Tiêu chuẩn thiết kế: Tuân thủ TCVN 2737:2023 và TCVN 5574:2018.
- Phân loại và nguyên tắc tính toán tải trọng:
- Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải $G$): Khối lượng bản thân kết cấu chịu lực, kết cấu bao che, các lớp hoàn thiện kiến trúc, áp lực đất. Hệ số độ tin cậy $\gamma_f$ quy định: bê tông cốt thép lấy 1,1; vữa xi măng cát lấy 1,3; gạch ceramic lấy 1,2; thiết bị kỹ thuật lấy 1,05.
- Trọng lượng riêng tiêu chuẩn của vật liệu: Bê tông cốt thép đạt $25\text{ kN/m}^3$; vữa xi măng cát đạt $18\text{ kN/m}^3$; gạch ceramic đạt $20\text{ kN/m}^3$; trần thạch cao chìm đạt $0,2\text{ kN/m}^2$; tường gạch ống dày 100 đạt $1,2\text{ kN/m}^2$; tường gạch ống dày 200 đạt $3,2\text{ kN/m}^2$; màng chống thấm đạt $0,3\text{ kN/m}^2$.
- Tải trọng tạm thời ngắn hạn ($Q_t$): Xác định qua công thức $Q_t = Q_{k,t} \cdot \gamma_f$, với phòng họp có hoạt tải tính toán $1,95\text{ kN/m}^2$ (hoặc $4,0\text{ kN/m}^2$ tùy tổ hợp sàn), phòng làm việc đạt $1,9\text{ kN/m}^2$, hành lang và ban công đạt $3,0\text{ kN/m}^2$.
- Tải trọng gió: Xác định theo TCVN 2737:2023 với công thức giá trị tiêu chuẩn $W_k = W_{3s,10} \cdot k(Z_e) \cdot c \cdot G_f$, trong đó áp lực gió chu kỳ lặp 10 năm $W_{3s,10} = 0,852 \cdot W_0$. Hệ số độ cao $k(Z_e) = 2,01 (Z_e / Z_g)^{2/\alpha}$ phụ thuộc ba dạng địa hình A, B, C. Hệ số tin cậy tải trọng gió chính lấy bằng 2,1.
- Chỉ tiêu vật liệu: Trình bày chi tiết bảng cường độ tính toán chịu kéo ($R_{bt}, R_s, R_{sw}$), chịu nén ($R_b, R_{sc}$) và môđun đàn hồi ($E_b, E_s$) của bê tông và cốt thép theo TCVN 5574:2018.
| Loại vật liệu |
Cấp độ bền / Nhóm thép |
Cường độ chịu nén ($R_b, R_{sc}$) |
Cường độ chịu kéo ($R_{bt}, R_s$) |
Môđun đàn hồi ($E$) |
| Bê tông |
B20 |
$11,5\text{ MPa}$ ($115\text{ daN/cm}^2$) |
$0,90\text{ MPa}$ ($9,0\text{ daN/cm}^2$) |
$2,75 \times 10^5\text{ daN/cm}^2$ |
| Bê tông |
B25 |
$14,5\text{ MPa}$ ($145\text{ daN/cm}^2$) |
$1,05\text{ MPa}$ ($10,5\text{ daN/cm}^2$) |
$3,00 \times 10^5\text{ daN/cm}^2$ |
| Cốt thép |
CB240-T |
$2100\text{ daN/cm}^2$ |
$2100\text{ daN/cm}^2$ |
$2,00 \times 10^5\text{ MPa}$ |
| Cốt thép |
CB300-V |
$2600\text{ daN/cm}^2$ |
$2600\text{ daN/cm}^2$ |
$2,00 \times 10^5\text{ MPa}$ |
Chương 2: Thiết kế sàn tầng điển hình (Thiết kế sàn tầng 1)
Chương này thực hiện việc thiết kế chi tiết bản sàn tầng 1, bao gồm việc phân loại ô sàn, xác định tải trọng, tính toán nội lực và bố trí cốt thép.
- Cấu tạo lớp sàn: Sàn phòng làm việc gồm gạch ceramic ($1\text{ cm}$), vữa lót ($4\text{ cm}$), bản BTCT ($12\text{ cm}$), vữa trát trần ($1,5\text{ cm}$), thiết bị kỹ thuật (tổng tải thường xuyên hoàn thiện $0,184\text{ T/m}^2$). Sàn vệ sinh bổ sung lớp chống thấm ($5\text{ cm}$) và lớp vữa tạo dốc.
- Phân chia và phân loại ô sàn tầng 1:
- Tác giả lập bảng phân loại 12 ô sàn (S1 đến S12).
- Ô sàn hai phương ($\alpha = L_2/L_1 \le 2$): Gồm các ô S1 ($4,0\text{m} \times 4,5\text{m}, \alpha = 1,13$), S2 ($4,5\text{m} \times 4,5\text{m}, \alpha = 1,0$), S3 ($\alpha = 1,14$), S4 ($\alpha = 1,29$), S5, S6, S7, S8.
- Ô sàn một phương ($\alpha = L_2/L_1 > 2$): Gồm các ô S9 ($2,5\text{m} \times 5,2\text{m}, \alpha = 2,09$), S10 ($\alpha = 2,43$), S11 ($\alpha = 2,25$), S12 ($\alpha = 2,75$).
- Tính toán ô bản hai phương đại diện (Ô S1: $4,0\text{ m} \times 4,5\text{ m}$):
- Tải trọng: Tĩnh tải $g_{tt} = 484\text{ daN/m}^2$, hoạt tải $Q_t = 198\text{ daN/m}^2$, tổng tải trọng $P = 12222\text{ daN}$.
- Chiều cao làm việc: $h_{01} = 10\text{ cm}$ (phương ngắn), $h_{02} = 9\text{ cm}$ (phương dài).
- Thép chịu mômen dương nhịp ngắn ($M_1 = 241,5\text{ daN.m}$): Chọn thép $\phi 6\text{a}150$ ($A_s = 1,88\text{ cm}^2$), kiểm tra hàm lượng thép $\mu = 0,16% > \mu_{min} = 0,1%$.
- Thép chịu mômen dương nhịp dài ($M_2 = 188,1\text{ daN.m}$): Chọn thép $\phi 6\text{a}150$ ($A_s = 1,88\text{ cm}^2$), hàm lượng $\mu = 0,19%$.
- Thép chịu mômen âm gối ngắn ($M_I = 558,5\text{ daN.m}$): Chọn thép $\phi 8\text{a}150$ ($A_s = 3,35\text{ cm}^2$), hàm lượng $\mu = 0,33%$.
- Thép chịu mômen âm gối dài ($M_{II} = 437,1\text{ daN.m}$): Chọn thép $\phi 8\text{a}150$ ($A_s = 3,35\text{ cm}^2$).
- Tính toán ô bản một phương đại diện (Ô S9: $L_1 = 2,5\text{ m}$):
- Tải trọng toàn phần $q = 679\text{ daN/m}^2$.
- Mômen nhịp $M_1 = q L_1^2 / 24 = 176,8\text{ daN.m} \rightarrow$ Chọn thép $\phi 6\text{a}150$ ($A_s = 1,88\text{ cm}^2$).
- Mômen gối $M_I = q L_1^2 / 12 = 353,6\text{ daN.m} \rightarrow$ Chọn thép $\phi 8\text{a}150$ ($A_s = 3,35\text{ cm}^2$), đặt ở thớ trên và vươn ra đoạn $1/4 L_1$.
| Ký hiệu ô sàn |
Kích thước $L_1 \times L_2$ (m) |
Tỉ số $\alpha = L_2/L_1$ |
Loại bản sàn |
Thép nhịp phương ngắn |
Thép nhịp phương dài |
Thép gối âm |
| S1 |
$4,00 \times 4,50$ |
1,13 |
Sàn 2 phương |
$\phi 6\text{a}150$ |
$\phi 6\text{a}150$ |
$\phi 8\text{a}150$ |
| S2 |
$4,50 \times 4,50$ |
1,00 |
Sàn 2 phương |
$\phi 6\text{a}150$ |
$\phi 6\text{a}150$ |
$\phi 8\text{a}150$ |
| S9 |
$2,50 \times 5,20$ |
2,09 |
Sàn 1 phương |
$\phi 6\text{a}150$ |
Cấu tạo ($1/4 A_s$) |
$\phi 8\text{a}150$ |
Chương 3: Thiết kế khung bê tông cốt thép (Khung trục 1)
Chương này thực hiện phân tích hệ kết cấu chịu lực chính của công trình theo phương đứng và phương ngang.
- Đặc điểm hình học và cấu tạo khung: Khung trục 1 là khung phẳng điển hình thuộc hệ khung không gian 6 tầng. Tầng 1 có chiều cao $4,0\text{ m}$, các tầng trên cao $3,6\text{ m}$. Liên kết giữa các phần tử dầm - cột là nút cứng, chân cột liên kết ngàm vào móng.
- Xác định sơ bộ tiết diện dầm khung trục 1:
- Dầm chính nhịp $4,5\text{ m}$ (A1-B1, B1-C1, D1-E1, E1-F1): $h = 350\text{ mm}$, $b = 200\text{ mm}$.
- Dầm chính nhịp $7,0\text{ m}$ (C1-D1): $h = 550\text{ mm}$, $b = 200\text{ mm}$.
- Xác định sơ bộ tiết diện cột khung trục 1 và kiểm tra độ mảnh:
- Cột góc ($250 \times 250\text{ mm}$): Diện tích tiết diện $A_c = 625\text{ cm}^2$, chiều cao tính toán $l_0 = 0,7 \times (4,0 - 0,6) = 2,38\text{ m}$, độ mảnh $\lambda = 9,52 \le 31$ (thỏa mãn).
- Cột biên ($250 \times 350\text{ mm}$): Diện tích tiết diện $A_c = 875\text{ cm}^2$, độ mảnh $\lambda = 9,52 \le 31$ (thỏa mãn).
- Cột giữa ($400 \times 400\text{ mm}$): Diện tích tiết diện $A_c = 1600\text{ cm}^2$, độ mảnh $\lambda = 5,95 \le 31$ (thỏa mãn).
- Tác giả giữ nguyên tiết diện cột cho cả 6 tầng nhằm tăng tính ổn định tổng thể và thuận tiện cho công tác cốp pha.
- Tải trọng tác dụng lên khung:
- Tĩnh tải phân bố do tường xây: Tường 10 gạch ống cao $3,4\text{ m}$ truyền tải lên dầm giá trị $0,6435\text{ T/m}$; tường 20 gạch ống truyền tải tương ứng theo chiều cao dầm.
- Tải trọng gió: Do công trình có chiều cao $19,7\text{ m} < 40\text{ m}$, công trình không thuộc nhóm nhà cao tầng chịu tác động động lực học gió lớn. Tác giả lựa chọn phương pháp gán tải trọng gió tập trung vào tâm khối lượng của các tầng sau khi phân tích mô hình 3D trên phần mềm ETABS.
| Vị trí cột khung |
Kích thước tiết diện ($b \times h$) |
Diện tích $A_c$ ($\text{cm}^2$) |
Chiều cao tính toán $l_0$ (m) |
Độ mảnh tính toán $\lambda$ |
Giới hạn $\lambda_0$ |
Kết luận kiểm tra |
| Cột góc (Trục F) |
$250 \times 250\text{ mm}$ |
625 |
2,38 |
9,52 |
31 |
Thỏa mãn |
| Cột biên (Trục E) |
$250 \times 350\text{ mm}$ |
875 |
2,38 |
9,52 |
31 |
Thỏa mãn |
| Cột giữa (Trục B) |
$400 \times 400\text{ mm}$ |
1600 |
2,38 |
5,95 |
31 |
Thỏa mãn |
Kết quả và đóng góp
Kết quả kỹ thuật đạt được:
- Xác định đầy đủ các thông số tải trọng và vật liệu theo tiêu chuẩn hiện hành: Cập nhật quy trình tính toán tải trọng gió và hoạt tải theo TCVN 2737:2023 kết hợp tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép TCVN 5574:2018.
- Hoàn thành thiết kế bản sàn tầng 1: Xác định chiều dày sàn đồng nhất $h_s = 12\text{ cm}$; thiết kế và bố trí cốt thép chịu mômen dương nhịp ($\phi 6\text{a}150$) và mômen âm gối ($\phi 8\text{a}150$) cho toàn bộ 12 ô bản sàn, thỏa mãn điều kiện độ bền và khống chế hàm lượng cốt thép $\mu$ trong khoảng $0,16% \div 0,33%$.
- Xác lập kích thước hình học hệ khung dầm - cột trục 1: Tiết diện dầm nhịp ngắn $350 \times 200\text{ mm}$, dầm nhịp dài $550 \times 200\text{ mm}$; tiết diện cột góc $250 \times 250\text{ mm}$, cột biên $250 \times 350\text{ mm}$, cột giữa $400 \times 400\text{ mm}$ với độ mảnh $\lambda$ đều nhỏ hơn giới hạn 31.
Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất:
- Thống nhất kích thước tiết diện cột từ tầng 1 đến tầng 6: Giải pháp này tránh việc phải thay đổi kích thước ván khuôn nhiều lần trong quá trình thi công, giảm chi phí nhân công và gia công cốp pha, đồng thời nâng cao độ cứng chống xoắn và chuyển vị ngang cho công trình.
- Áp dụng phương pháp phân nhóm ô sàn: Phân chia 12 ô sàn thành các nhóm có kích thước và tải trọng tương đồng (sai lệch dưới 10–20%), tính toán đại diện cho ô nguy hiểm nhất để bố trí chung, giúp rút ngắn thời gian thiết kế và thuận tiện cho việc đặt thép ngoài hiện trường.
Đóng góp của đồ án:
- Đồ án thể hiện quy trình tính toán đồng bộ từ phân tích lý thuyết giải tích đến mô hình hóa số bằng phần mềm ETABS, cập nhật đầy đủ các điểm mới của tiêu chuẩn TCVN 2737:2023 trong tính toán tải trọng gió và tổ hợp tải trọng công trình dân dụng nhiều tầng.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của đồ án:
- Phạm vi tính toán chi tiết cốt thép mới chỉ dừng lại ở hệ sàn tầng 1 và xác định kích thước sơ bộ dầm - cột khung trục 1; chưa trình bày toàn bộ bảng tính cốt thép chi tiết cho tất cả các tiết diện dầm, cột của khung trục 1 và các khung trục còn lại trong văn bản đồ án.
- Phân tích tải trọng gió mới áp dụng phương pháp gán tĩnh tương đương vào tâm khối lượng do công trình có chiều cao $19,7\text{ m} < 40\text{ m}$, chưa xét đến các hiệu ứng khí động học phức tạp hoặc tải trọng động đất.
Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo:
- Hoàn thiện việc trích xuất biểu đồ bao mômen và lực cắt từ mô hình ETABS để tính toán, bố trí cốt thép dọc và cốt đai chi tiết cho toàn bộ hệ dầm, cột của khung trục 1.
- Triển khai tính toán thiết kế hệ thống móng (móng cọc BTCT hoặc móng đơn/móng băng) tiếp nhận tải trọng truyền xuống từ chân cột của mô hình khung 3D.
Giá trị tham khảo
Tài liệu hữu ích cho:
- Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng, Kỹ thuật Công trình Xây dựng đang thực hiện đồ án môn học Kết cấu Bê tông cốt thép, đồ án tốt nghiệp hoặc các học phần thiết kế công trình dân dụng.
- Kỹ sư thiết kế kết cấu mới vào nghề cần tài liệu tham khảo về quy trình tính toán sàn sườn toàn khối và phương pháp xác định sơ bộ kích thước tiết diện kết cấu theo các tiêu chuẩn mới TCVN 2737:2023 và TCVN 5574:2018.
Các phần nội dung có giá trị tham khảo cao:
- Phương pháp phân loại ô bản sàn 1 phương và 2 phương, quy trình tính toán nội lực theo Sơ đồ 9 và các bước kiểm tra hàm lượng cốt thép hợp lý.
- Bảng biểu tổng hợp tải trọng hoàn thiện sàn, tải tường gạch phân bố trên dầm và quy trình xác định tải trọng gió theo tiêu chuẩn TCVN 2737:2023 gán vào phần mềm ETABS.
- Công thức kinh nghiệm và bảng tính kiểm tra độ mảnh cho các loại cột góc, cột biên và cột giữa.
Câu hỏi thường gặp
-
Đồ án áp dụng những tiêu chuẩn thiết kế xây dựng nào của Việt Nam?
Đồ án áp dụng hai tiêu chuẩn thiết kế chính của Bộ Xây dựng và Nhà nước Việt Nam là TCVN 2737:2023 ("Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế") và TCVN 5574:2018 ("Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép").
-
Chiều dày bản sàn tầng điển hình được lựa chọn là bao nhiêu và căn cứ vào công thức nào?
Chiều dày bản sàn tầng 1 được chọn là $h_s = 12\text{ cm}$ ($120\text{ mm}$), được xác định dựa trên công thức tính toán của tài liệu thiết kế Mỹ: $h_s = (L_1 + L_2) / (80 \div 100)$ áp dụng cho ô sàn lớn nhất nhằm khống chế độ võng của bản sàn.
-
Quy mô hình học và các loại tiết diện cột của công trình được xác định ra sao?
Công trình gồm 6 tầng với tổng chiều cao $19,7\text{ m}$ (tầng 1 cao $4,0\text{ m}$, tầng 2–5 cao $3,6\text{ m}$). Hệ cột khung trục 1 được phân loại và chọn tiết diện gồm: cột góc kích thước $250 \times 250\text{ mm}$, cột biên kích thước $250 \times 350\text{ mm}$ và cột giữa kích thước $400 \times 400\text{ mm}$, giữ nguyên kích thước cho toàn bộ 6 tầng.
-
Loại cốt thép nào được sử dụng để bố trí cho bản sàn tầng 1?
Bản sàn tầng 1 sử dụng bê tông B20 kết hợp hai loại cốt thép: cốt thép chịu mômen dương ở nhịp sử dụng thép nhóm CB300-V đường kính $\phi 6$ bố trí khoảng cách $\text{a}150$ ($\phi 6\text{a}150$), cốt thép chịu mômen âm ở gối sử dụng thép đường kính $\phi 8$ bố trí khoảng cách $\text{a}150$ ($\phi 8\text{a}150$).
-
Tại sao tải trọng gió tác dụng lên công trình lại được gán vào tâm khối lượng của các tầng trên mô hình ETABS?
Do công trình có tổng chiều cao $19,7\text{ m} < 40\text{ m}$, không thuộc diện công trình nhà cao tầng phải tính toán dao động mất ổn định khí động hay kích động xoáy cộng hưởng phức tạp, do đó tải trọng gió chính được quy đổi thành tải tập trung tác dụng vào tâm hình học/tâm khối lượng của từng tầng trong mô hình 3D.
Kết luận
Đồ án môn học "Kết cấu BTCT công trình dân dụng" của sinh viên Vũ Hoàng Minh tại Trường Bách Khoa – Đại học Cần Thơ đã hoàn thành việc tính toán thiết kế kết cấu bê tông cốt thép cho công trình 6 tầng theo đúng quy chuẩn xây dựng hiện hành. Đề tài kết hợp phương pháp giải tích để thiết kế chi tiết bản sàn sườn tầng 1 và phương pháp mô hình hóa không gian 3D trên ETABS để xác định sơ bộ tiết diện dầm, cột khung trục 1 chịu tải trọng đứng và tải trọng gió. Các kết quả tính toán kích thước cấu kiện, bố trí cốt thép và kiểm tra độ mảnh đều thỏa mãn các điều kiện kỹ thuật của tiêu chuẩn TCVN 2737:2023 và TCVN 5574:2018.
