Đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng: Thiết kế thư viện Đại học Quốc gia Hà Nội - Kiến trúc, kết cấu, nền móng

Tôi sẽ tạo meta tags cho bài viết theo yêu cầu. Dưới đây là kết quả: { "ai_description": "Phương pháp xây dựng dân dụng công nghiệp tại Thư viện ĐHQG Hà

• Tác giả: Hoàng Đình Trí
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Vũ Thị Bích Quyên
• Trường học: Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
• Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng và công nghiệp
• Đề tài: Thư viện Đại học Quốc gia Hà Nội
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về đồ án ngành xây dựng công nghiệp và dân dụng

Đồ án ngành xây dựng công nghiệp và dân dụng là công trình nghiên cứu tổng hợp, yêu cầu sinh viên vận dụng toàn bộ kiến thức chuyên môn đã học. Đồ án bao gồm hai phần chính: kiến trúc và kết cấu. Phần kiến trúc tập trung vào giải pháp bố trí mặt bằng, hệ thống cửa, hoàn thiện và các giải pháp kỹ thuật như điện nước, phòng cháy chữa cháy, thông gió chiếu sáng. Phần kết cấu đòi hỏi tính toán chi tiết các cấu kiện chịu lực như sàn, dầm, cột, cầu thang và nền móng. Một đồ án tiêu biểu như Thư viện Đại học Quốc gia Hà Nội minh họa rõ quy trình thiết kế từ khâu lập sơ đồ tính đến xác định nội lực và bố trí cốt thép. Sinh viên phải tuân thủ các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành, sử dụng phần mềm ETABS để mô phỏng tải trọng và kiểm tra an toàn cấu trúc.

1.1. Mục tiêu và yêu cầu của đồ án tốt nghiệp

Đồ án tốt nghiệp ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp nhằm đánh giá khả năng tổng hợp kiến thức của sinh viên. Yêu cầu bao gồm: lập giải pháp kiến trúc phù hợp công năng sử dụng, tính toán kết cấu chịu lực đảm bảo an toàn, thiết kế hệ thống kỹ thuật đạt chuẩn. Sinh viên phải thể hiện năng lực đọc bản vẽ, tra cứu tiêu chuẩn TCVN và sử dụng phần mềm chuyên ngành. Đồ án Thư viện ĐHQG Hà Nội là ví dụ điển hình với quy mô lớn, đòi hỏi tính toán khung nhiều tầng, tải trọng gió phức tạp.

1.2. Cấu trúc chung của một đồ án xây dựng

Một đồ án xây dựng hoàn chỉnh gồm nhiều chương, bắt đầu từ giới thiệu công trình, quy mô và giải pháp kiến trúc. Tiếp theo là phần giải pháp kỹ thuật: điện, nước, PCCC, giao thông, thông gió. Phần kết cấu chiếm tỷ trọng lớn nhất, bao gồm lựa chọn giải pháp chịu lực, xác định kích thước sơ bộ, thiết kế sàn, cầu thang, khung và dọc trụ. Mỗi chương đều có sơ đồ tính, bảng tải trọng, tổ hợp nội lực và tính toán cốt thép chi tiết. Mục lục rõ ràng giúp người đọc dễ dàng tra cứu.

II. Phân tích các vấn đề kỹ thuật trong đồ án xây dựng

Quá trình thực hiện đồ án xây dựng đặt ra nhiều thách thức kỹ thuật cần giải quyết. Về tải trọng, công trình phải chịu trọng lượng bản thân, hoạt tải sử dụng, tải trọng gió và tổ hợp tải trọng phức tạp. Việc xác định sơ đồ liên kết giữa sàn và dầm ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả tính toán nội lực. Các quan niệm về liên kết ngàm, khớp hoặc tự do cần được xem xét dựa trên tỉ số độ cứng giữa sàn và dầm biên. Đối với tính toán sàn, phương pháp sơ đồ đàn hồi áp dụng cho các ô sàn có kích thước nhỏ. Tải trọng gió được xác định theo TCVN 2737:1995 với các hệ số áp lực gió đẩy và hút khác nhau tùy dạng địa hình. Việc tổ hợp tải trọng cơ bản và đặc biệt đòi hỏi sự chính xác cao để đảm bảo an toàn công trình.

2.1. Xác định tải trọng và tổ hợp tải trọng

Tải trọng tác dụng lên công trình gồm tĩnh tải và hoạt tải. Tĩnh tải bao gồm trọng lượng bản thân kết cấu, các lớp cấu tạo sàn, tường và vách kính. Hoạt tải gồm tải trọng sử dụng theo từng tầng và tải trọng gió theo bốn phương X+, X-, Y+, Y-. Tải trọng gió được tính dựa trên vùng áp lực gió, dạng địa hình và chiều cao tầng. Tổ hợp tải trọng cơ bản bao gồm các trường hợp: tĩnh tải cộng hoạt tải đứng, tĩnh tải cộng gió theo từng hướng. Mỗi tổ hợp được xây dựng trong mô hình ETABS để kiểm tra ứng suất và biến dạng.

2.2. Bài toán liên kết sàn dầm và xác định nội lực

Xác định sơ đồ liên kết giữa sàn và dầm là vấn đề then chốt trong tính toán kết cấu. Nếu sàn liên kết với dầm biên, liên kết được xem là khớp; với dầm giữa thì xem là ngàm. Khi dầm biên là dầm khung, liên kết coi là ngàm; nếu là dầm phụ thì coi là khớp. Nội lực trong bản được xác định bằng cách cắt dải bản rộng 1m theo phương tính toán. Đối với ô sàn kê bốn cạnh, hệ số mô men mi1, mi2 và ki1, ki2 được tra bảng để tính mô men nhịp và gối. Phương pháp này đảm bảo tính chính xác cho các ô sàn có tỷ lệ l2/l1 ≤ 2.

III. Giải pháp thiết kế và tính toán kết cấu công trình

Giải pháp thiết kế kết cấu trong đồ án xây dựng đòi hỏi quy trình tính toán có hệ thống. Đầu tiên là lựa chọn vật liệu: bê tông cấp độ bền B25 với cường độ Rb=14,5MPa, cốt thép CB240-T có cường độ Rs=210MPa cho thép đường kính nhỏ hơn 10mm. Kích thước sơ bộ các cấu kiện được xác định: bản sàn dày 10cm, dầm và cột có tiết diện phù hợp nhịp và tải trọng. Thiết kế sàn tầng điển hình bao gồm tính toán cốt thép cho các ô bản kê dầm và kê bốn cạnh. Cầu thang bộ được thiết kế với bản thang, bản chiếu nghỉ và dầm chiếu nghỉ. Khung chịu lực được tính toán bằng phần mềm ETABS với mô hình không gian, xác định nội lực dầm và cột theo các tổ hợp tải trọng. Cốt thép dọc và cốt đai được bố trí đảm bảo khả năng chịu lực và cấu tạo.

3.1. Thiết kế sàn và cầu thang bộ

Thiết kế sàn sử dụng phương pháp sơ đồ đàn hồi, cắt dải bản rộng 1m để tính toán. Bê tông B25 và cốt thép CB240-T được sử dụng cho các cấu kiện mỏng. Đối với ô sàn kê dầm, sơ đồ tính là bản kê hai cạnh; ô sàn kê bốn cạnh sử dụng hệ số phân phối mô men. Cầu thang bộ bao gồm bản thang, bản chiếu nghỉ và hai dầm chiếu nghỉ DCN1, DCN2. Mỗi cấu kiện được xác định tải trọng tác dụng, sơ đồ tính, nội lực và cốt thép cần thiết. Chiều dài neo cốt thép được kiểm tra theo quy chuẩn.

3.2. Thiết kế khung chịu lực và nền móng

Khung chịu lực được thiết kế theo trục điển hình, sử dụng phần mềm ETABS để mô phỏng không gian công trình. Tải trọng bao gồm trọng lượng bản thân kết cấu, hoạt tải sử dụng và tải trọng gió theo TCVN 2737:1995. Dầm khung được tính cốt thép dọc và kiểm tra nối thép. Cột được thiết kế cốt thép dọc, cốt đai và kiểm tra chiều dài nốt. Cấu tạo nút khung đảm bảo liên kết dầm-cột an toàn. Nền móng được tính toán dựa trên tải trọng từ khung và điều kiện địa chất công trình.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn của đồ án xây dựng

Đồ án ngành xây dựng công nghiệp và dân dụng là bước đệm quan trọng giữa đào tạo đại học và thực hành nghề nghiệp. Qua quá trình thực hiện, sinh viên tích lũy kinh nghiệm về quy trình thiết kế toàn diện từ kiến trúc đến kết cấu. Các kỹ năng tra cứu tiêu chuẩn, sử dụng phần mềm ETABS, tính toán thủ công và lập bản vẽ kỹ thuật được rèn luyện chuyên sâu. Đồ án Thư viện Đại học Quốc gia Hà Nội minh chứng khả năng áp dụng lý thuyết vào công trình thực tế quy mô lớn. Kết quả tính toán bao gồm kích thước tiết diện, bố trí cốt thép và kiểm tra an toàn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật. Kinh nghiệm từ đồ án giúp kỹ sư tương lai tự tin xử lý các bài toán thiết kế phức tạp trong thực tế công trình dân dụng và công nghiệp.

4.1. Kỹ năng và kiến thức tích lũy từ đồ án

Quá trình làm đồ án giúp sinh viên phát triển nhiều kỹ năng thiết yếu. Thứ nhất là khả năng đọc hiểu và áp dụng tiêu chuẩn TCVN trong tính toán kết cấu. Thứ hai là kỹ năng sử dụng phần mềm ETABS để xây dựng mô hình không gian, nhập tải trọng và phân tích nội lực. Thứ ba là năng lực tính toán thủ công các cấu kiện cơ bản như bản, dầm, cột. Cuối cùng là kỹ năng trình bày bản vẽ và báo cáo khoa học. Những kỹ năng này là nền tảng vững chắc cho công việc thiết kế thực tế tại các công ty tư vấn xây dựng.

4.2. Ứng dụng vào thực tế thiết kế công trình

Kết quả từ đồ án tốt nghiệp có thể áp dụng trực tiếp vào thiết kế công trình dân dụng và công nghiệp. Quy trình tính toán tải trọng, tổ hợp tải trọng và xác định nội lực là công việc hàng ngày của kỹ sư kết cấu. Phần mềm ETABS được sử dụng rộng rãi trong các dự án thực tế. Kinh nghiệm thiết kế sàn, cầu thang, khung và móng giúp kỹ sư xử lý đa dạng loại công trình từ nhà ở đến tòa nhà cao tầng. Đồ án cũng hình thành tư duy an toàn và tối ưu hóa vật liệu, giảm chi phí thi công.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU 1.1 Cơ sở tính toán kết cấu và tài liệu tham khảo: - Giải pháp kiến trúc và hồ sơ kiến trúc. - TCVN 5574-2018: Thiết kế bê tông và bê tông cốt thép. - TCVN 2737-1995: Tải trọng và tác động. - TCXDVN 229-1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió.

- Tiêu chuẩn, chỉ dẫn, tài liệu được ban hành. - Tham khảo tài liệu “ Sổ tay thực hành kết cấu công trình ” – PGS. Vũ Mạnh Hùng, nhà xuất bản Xây Dựng, năm 1999. - Tham khảo tài liệu “Sàn sườn BTCT toàn khối”- GS.

Nguyễn Đình Cống, nhà xuất bản Xây Dựng, năm 2008. Giải pháp kết cấu. Phương án kết cấu sàn. 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 điều 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. Căn cứ vào đặc điểm kiến trúc, đặc điểm kết cấu, tải trọng của công trình, những ưu điểm như tính toán đơn giản, sử dụng phổ biến trên các công trình ở nước ta với công nghệ thi công phong phú nên em chọn phương án sàn sườn bê tông toàn khối. Hệ kết cấu chịu lực.

Căn cứ vào quy mô và đặc điểm công trình nên công trình có phương án kết cấu phù hợp như: - Hệ khung bê tông cốt thép Dựa vào đặc điểm công trình và yêu cầu kiến trúc: Công trình là một khối cao 21,2m. Nên ta lựa chọn hệ kết cấu chịu lực cho công trình là hệ kết cấu khung bê tông cốt thép. Phương pháp tính toán hệ kết cấu. Căn cứ vào giải pháp kiến trúc, và các bản vẽ kiến trúc ta thấy hình khối nhà khá vuông vắn và có dạng đối xứng, do vậy ta tính toán kết cấu công trình theo sơ đồ khung không gian Chiều cao các tầng : - Tầng 1 đến tầng 5 cao 3,6 m.

Tổ hợp và tính toán nội lực. Sử dụng phần mềm ETABS V17.01 để tính toán nội lực cho cấu kiện công trình và cốt thép cho khung và sàn, phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam. SVTH: HOÀNG ĐÌNH TRÍ – LỚP: 15X9 6 TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2015-2020 KHOA XÂY DỰNG THƯ VIỆN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN CÁC CẤU KIỆN 2. Lập mặt bằng kết cấu Mặt bằng kết cấu các tầng: - Mặt bằng kết cấu tầng 2 - Mặt bằng kết cấu sàn tầng điển hình ( tầng 3,4,5 ) - Mặt bằng kết cấu tầng tum - Mặt bằng kết cấu tầng mái 2.

Chọn sơ bộ kích thước sàn cho tầng điển hình D - Chiều dày bản xác định sơ bộ theo công thức: hb  l. m - Trong đó: D = (0,8  1,4) là hệ số phụ thuộc tải trọng, lấy D = 1. m: là hệ số phụ thuộc loại bản. m  30  35 với bản loại dầm.

m  40  45 với bản kê bốn cạnh. l : là chiều dài cạnh ngắn. - Sơ bộ kích thước sàn tầng điển hình, tầng mái: Do có nhiều ô bản có kích thước và tải trọng khác nhau dẫn đến có chiều dày bản sàn khác nhau, nhưng để thuận tiện thi công cũng như tính toán ta thống nhất chọn một chiều dày bản sàn. - Xét tỉ số L2/L1 = 6,2/3,1=2  Bản sàn thuộc loại bản kê 4 cạnh D  1 1   hb  l.     0,068  0,078  (m) m  40 45   Chọn chiều dày bản hb = 10cm 2.

Chọn sơ bộ kích thước dầm cho tầng điển hình Tiết diện dầm khung phụ thuộc chủ yếu vào nhịp, độ lớn của tải trọng đứng,tải trọng ngang, số lượng nhịp và cả chiều cao tầng, chiều cao nhà. Công thức tính sơ bộ kích thước dầm cho tầng điển hình là tầng 3 - Kích thước dầm chính :  Dầm D.60  (18  30)cm Chọn sơ bộ: bdc = 22 cm  Dầm D.30  (10  15)cm Chọn sơ bộ: bdc = 22 cm - Kích thước dầm phụ:  Dầm D.50  (15  25)cm Chọn sơ bộ: bdp = 22 cm  Dầm D.40  (12  20)cm Chọn sơ bộ: bdc = 22 cm Các kích thước dầm còn lại được thể hiện trên bản vẽ mặt bằng kết cấu. Chọn sơ bộ kích thước cột Kích thước tiết diện cột được xác định sơ bộ theo N công thức: A  kt. Rb Trong đó: Kt = 1,1 ÷ 1,5: Hệ số xét đến ảnh hưởng khác như mômen uốn, hàm lượng cốt thép, độ mảnh của cột (lấy k = 1,1 với cột giữa, k = 1,3 với cột biên, k = 1,5 với cột góc.) N: lực nén tác dụng lên cột xác định theo diện tích truyền tải.qS Với: SB: diện tích mặt sàn truyền tải trọng lên cột đang xét n: số sàn phía trên tiết diện đang xét qS: tải trọng tương đương tính trên 1m2 mặt sàn, trong đó q bao gồm cả tải trọng thường xuyên và tạm thời trên bản sàn, trọng lượng dầm, tường, cột đem tính ra phân bố lên sàn.

Trong đồ án lấy q = 1,1 (T/m2) =1100 daN/m2 =11kN/m2 trên tất cả các tầng. Rb = 14,5 MPa = 1450(T/m2) = 1,45kN/cm2:: cường độ chịu nén tính toán của bê tông. + Cột giữa trục 3-C (cột C1) Chọn kt = 1,1 SVTH: HOÀNG ĐÌNH TRÍ – LỚP: 15X9 8 TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2015-2020 KHOA XÂY DỰNG THƯ VIỆN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Vùng diện tích truyền tải vào cột  6,2 6,2   6,2 4,5  SB        28,17(m ) 2  2 2   2 2   N  n.1405 => A   1065,86(cm 2 ) 1,45 Chọn sơ bộ tất cả cột tiết diện cột 22 x 50 cm Kiểm tra điều kiện cột về độ mảnh. Kích thước cột phải đảm bảo điều kiện ổn định.

Độ mảnh  được hạn chế như sau: l   0  0 , đối với cột nhà 0b  31. b l0 : Chiều dài tính toán của cấu kiện, đối với cột đầu ngàm đầu khớp: l0 = 0,7l l 2,52 Cột giữa tầng 1 có l0  l.0,7  2,52(m) , b  0   11,5  0b b 0, 22 Vậy cột đã chọn đảm bảo điều kiện ổn định. Vì các cột khác có chiều cao và tiết diện nhỏ hơn nên không cần kiểm tra về độ mãnh. Tính toán cho các cột còn lại ta được bảng sau: Nhập thông số Tên m q F N k Rb Ftinh Fchon h chọn b chọn cột số tầng (kG/m2) 2 (m ) (kG) hệ số (kG/Cm 2) (cm2) 2 (cm ) cm cm C1 5 1000 28.28 484 22 22 + Chọn kích thước tường : * Tường bao + tường ngăn.

SVTH: HOÀNG ĐÌNH TRÍ – LỚP: 15X9 9 TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2015-2020 KHOA XÂY DỰNG THƯ VIỆN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI - Được xây chung quanh chu vi nhà, do yêu cầu chống thấm, chống ẩm nên tường dày 22cm xây bằng gạch đặc M75. Tường có hai lớp trát dày 2x1,5cm. Ngoài ra sử dụng tường dày11cm được xây làm tường ngăn cách giữa các phòng với nhau Các tầng khác ta cũng lựa chọn kích thước các cấu kiện tương tự như tầng điển hình để đảm bảo về mặt chịu lực và thẩm mỹ Mặt bằng kết cấu tầng điển hình SVTH: HOÀNG ĐÌNH TRÍ – LỚP: 15X9 10 TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2015-2020 KHOA XÂY DỰNG THƯ VIỆN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BẢN SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH 3. Xác định tải trọng 3.

Tĩnh tải  Tĩnh tải bao gồm trọng lượng bản thân các kết cấu như cột, dầm, sàn và tải trọng do tường, vách kính đặt trên công trình.  Tĩnh tải bao gồm trọng lượng các vật liệu cấu tạo nên công trình. + Thép : 78,5 kN/m3 + Bê tông cốt thép : 25 kN/m3 + Khối xây gạch đặc : 18 kN/m3 + Khối xây gạch rỗng : 15 kN/m3 + Vữa trát, lát : 18 kN/m3 + Cửa kính và khung gỗ: 0,25kN/m2  Tĩnh tải bản thân phụ thuộc vào cấu tạo các lớp sàn. Cấu tạo các lớp sàn phòng làm việc, phòng ở và phòng vệ sinh như hình vẽ.

 Tĩnh tải sàn thư viện Dày  TTTC TTTT Tên lớp cấu tạo n  m m (kN/m2) (kN/m2) Gạch lát ceramic 0,01 20 0,2 1,1 0,22 Lớp vữa lót gạch 0,04 18 0,72 1,3 0,936 Sàn BTCT 0,1 25 2,5 1,1 2,75 Lớp vữa trát trần 0,015 18 0,27 1,3 0,351 Hệ thống kĩ thuật + 0,2 1,3 0,26 trần thạch cao Tổng cộng các lớp 3,89 4,517  Tĩnh tải sàn vệ sinh  TTTC TTTT Tên lớp cấu tạo Dày  m n m (kN/m2) (kN/m2) Gạch lát ceramic 0,01 20 0,2 1,1 0,22 Lớp vữa lót gạch 0,02 18 0,36 1,3 0,468 Lớp vữa tạo dốc 0,01 18 0,18 1,3 0,234 Sàn BTCT 0,09 25 2,25 1,1 2,475 Bê tông chống thấm 0,01 22 0,22 1,1 0,242 sàn Lớp vữa trát trần 0,015 18 0,27 1,3 0,351 Hệ thống kĩ thuật 0,15 1,3 0,195 Tổng cộng các lớp 3,63 4,185 SVTH: HOÀNG ĐÌNH TRÍ – LỚP: 15X9 11 TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2015-2020 KHOA XÂY DỰNG THƯ VIỆN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI 3. Hoạt tải - Hoạt tải phân bố đều trên sàn xác định theo TCVN 2737 – 1995 số liệu như sau: Ptt = n.P0 Trong đó: n = 1,3 với P0 < 2 kN/m2 n = 1,2 với P0 ≥ 2 kN/m2 Tải trọng Hệ số Tải trọng Các phòng chức năng tiêu chuẩn vượt tải tính toán (Kn/m2) (Kn/m2) Phòng đọc sách không có giá sách 2.40 Văn phòng 2,00 1,2 2,40 Kho sách thư viện với tải trọng 2,4Kn/m3, 4,80 1,2 5,76 giả sử giá sách cao 2m Hành lang nhà công cộng 4,00 1,2 4,80 Phòng vệ sinh nhà công cộng 2,00 1.2 2,40 Mái bằng có sử dụng 1,50 1,3 1,95 Mái bằng không sử dụng 0,75 1,3 0,98 Cầu thang 3. Sơ đồ tính toán sàn tầng điển hình ( Tầng 3)  Mặt bằng các ô sàn: SVTH: HOÀNG ĐÌNH TRÍ – LỚP: 15X9 12 TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2015-2020 KHOA XÂY DỰNG THƯ VIỆN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Mặt bằng chia các ô sàn - Số liệu tính toán: Bê tông cấp độ bền B25 cường độ Rb = 14,5 Mpa, Rbt=1,05MPa.