Bối cảnh và nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng của tác giả Lê Minh Tuấn (lớp 2016X8, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, khóa 2016–2021) thực hiện nhiệm vụ thiết kế toàn diện công trình Chung cư CT12 tại quận Đống Đa, thành phố Hà Nội. Công trình được phân cấp công trình cấp I, bậc chịu lửa cấp I, xây dựng trên khu đất bằng phẳng trong đô thị, tiếp giáp hạ tầng giao thông thuận lợi cho công tác vận chuyển vật tư và thiết bị cơ giới. Dự án được triển khai dưới sự hướng dẫn chuyên môn của ba giảng viên: ThS. Lê Thị Thanh Hà (phần Kiến trúc và Kết cấu), ThS. Võ Thị Thư Hường (phần Nền móng) và ThS. Lê Văn Nam (phần Thi công).

Theo thuyết minh và nhiệm vụ thiết kế đồ án, các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể được phân bổ theo 4 phần kỹ thuật chính:

  1. Phần Kiến trúc (chiếm 10% khối lượng): Nghiên cứu dây chuyền công năng, thể hiện hệ thống bản vẽ tổng thể gồm các mặt bằng kiến trúc từ tầng 1 đến tầng mái, mặt đứng và các mặt cắt công trình; thiết lập giải pháp kỹ thuật hạ tầng (chiếu sáng, cấp thoát nước, thông gió, điều hòa không khí và phòng cháy chữa cháy).
  2. Phần Kết cấu (chiếm 45% khối lượng): Xác định giải pháp kết cấu chịu lực, mô hình hóa không gian công trình; xác định toàn bộ hệ thống tĩnh tải, hoạt tải và tải trọng gió (bao gồm thành phần gió tĩnh và thành phần gió động); thiết kế chi tiết kết cấu sàn tầng điển hình bằng hai phương án; thiết kế khung chịu lực chính (khung trục 2 và khung trục 4); tính toán các cấu kiện điển hình gồm cột, dầm khung và cầu thang bộ trục 3–4.
  3. Phần Nền móng: Đánh giá điều kiện địa chất công trình; lựa chọn giải pháp móng cọc chống ngàm vào tầng đất tốt; xác định sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý đất nền và kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (áp dụng công thức Nhật Bản); tính toán và kiểm tra móng cột M1 (trục 4-A) và móng cột M2 (trục 4-B) theo trạng thái giới hạn.
  4. Phần Kỹ thuật thi công và Tổ chức thi công: Thiết lập biện pháp kỹ thuật thi công phần ngầm (khoan cọc nhồi, ép và nhổ cừ Larsen, đào đất, đổ bê tông đài giằng); thiết kế biện pháp thi công phần thân (cột, vách, dầm, sàn bằng ván khuôn thép, bê tông bơm); lập tiến độ thi công toàn công trình; tính toán thiết kế tổng mặt bằng thi công (nhà tạm, kho bãi, mạng lưới cấp điện 380/220V, trạm biến áp, cấp nước tạm) và biện pháp an toàn lao động, vệ sinh môi trường.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là công trình chung cư cao 13 tầng (gồm 12 tầng nổi điển hình và 1 tầng áp mái/tum thang), chiều cao tổng thể tính từ cốt 0,00 đến đỉnh mái tum là 48,3 m. Mặt bằng công trình có diện tích xây dựng 1000 m², tổng diện tích sàn tầng 1 là 953 m², các tầng điển hình có diện tích 610 m² và tầng mái là 72,5 m². Chiều cao tầng 1 là 4,2 m; các tầng điển hình (tầng 2 đến 12) cao 3,6 m; tầng áp mái cao 4,5 m. Phạm vi không gian nghiên cứu nằm tại quận Đống Đa, Hà Nội; thời gian hoàn thành đồ án vào tháng 1 năm 2021.

Cơ sở thiết kế và phương pháp tính toán

Hệ thống tính toán kỹ thuật trong đồ án được xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam, kết hợp cùng các mô hình phần tử hữu hạn và phương pháp giải tích quốc tế:

  • Hệ thống tiêu chuẩn thiết kế: TCVN 2737-1995 (Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế); TCXDVN 229-1999 (Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió); TCVN 5574-2012 và TCVN 356-2005 (Tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép); TCVN 9386-2012 (Thiết kế công trình chịu động đất – Cấu tạo kháng chấn); TCVN 198-1997 (Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối); TCVN 2287-78 và TCVN 296:2004 (An toàn lao động và giàn giáo trong xây dựng).
  • Vật liệu sử dụng: Bê tông cấp độ bền B25 ($R_b = 14,5\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1,05\text{ MPa}$); cốt thép dọc chịu lực nhóm CIII/AIII ($R_s = R_{sc} = 365\text{ MPa}$); cốt thép đai và thép phân bố nhóm CI ($R_{sw} = 175\text{ MPa}$).
  • Phương pháp phân tích kết cấu: Sử dụng mô hình không gian phần tử hữu hạn trên phần mềm ETABS (phiên bản V15, 2016, V17.1) để phân tích dao động riêng và xác định nội lực (mômen, lực dọc, lực cắt) theo sơ đồ đàn hồi không biến dạng. Phần mềm SAFE được sử dụng để phân tích nội lực bản sàn và so sánh đối chứng với phương pháp tra bảng giải tích truyền thống.
  • Phương pháp tính toán tiết diện cấu kiện:
    • Cột chịu lực: Áp dụng phương pháp gần đúng theo tiêu chuẩn BS 8110 (Anh) và ACI 318 (Mỹ) để quy đổi trạng thái nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng tương đương thông qua hệ số chuyển đổi $m_0$.
    • Dầm khung: Phân tích theo cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật tại gối (vùng mômen âm) và tiết diện chữ T có cánh chịu nén tại nhịp (vùng mômen dương).
  • Nguồn dữ liệu: Hồ sơ khảo sát địa chất công trình tại quận Đống Đa; bản đồ phân vùng áp lực gió Việt Nam (quận Đống Đa thuộc vùng II-B, áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 0,95\text{ kN/m}^2$, dạng địa hình C nội thành); hệ thống định mức dự toán xây dựng công trình các tập hiệu AC, AF, AK, AH.

Nội dung kỹ thuật chi tiết theo các phần của đồ án

Phần 1: Thiết kế kiến trúc và giải pháp công trình (10%)

Mặt bằng công trình hình chữ nhật được tổ chức đối xứng qua trục sảnh chính nhằm tối ưu hóa giao thông nội bộ và tăng cường hiệu quả vận hành. Hệ thống lưới cột có nhịp khung điển hình khoảng 8,4 m và bước khung lớn nhất đạt 8,4 m. Cơ cấu công năng phân bổ theo tầng như sau:

Tầng Diện tích sàn Công năng bố trí
Tầng 1 $953\text{ m}^2$ Sảnh tầng, hành lang, khu dịch vụ, phòng quản lý bảo vệ, phòng sinh hoạt cộng đồng, thang bộ, sảnh thang máy, khu vệ sinh, nhà trẻ
Tầng 2 – 12 $610\text{ m}^2$ Căn hộ ở (ban công, phòng ngủ, phòng khách, phòng ăn, khu vệ sinh), hành lang, buồng thang bộ và thang máy
Tầng áp mái $610\text{ m}^2$ Bể nước mái, phòng kỹ thuật thang máy, thang bộ
Tầng mái/tum $72,5\text{ m}^2$ Sân mái, tum thang và hệ thống kỹ thuật

Công trình được trang bị hệ thống chiếu sáng tự nhiên kết hợp nhân tạo; trạm biến áp cấp điện ngầm trung thế 15 kV cùng 1 máy phát điện dự phòng chạy dầu Diesel phục vụ hệ thống PCCC, thoát hiểm và thang máy; hệ thống cấp nước tự động gồm bể ngầm tầng hầm bơm lên téc nước thể tích $100\text{ m}^3$ trên mái; hệ thống thoát nước phân lưu qua sê-nô và bể xử lý nước thải; hệ thống PCCC đạt chuẩn cấp I với buồng thang bộ thoát hiểm có cửa tự đóng ngăn khói và quạt hút gió chống ngạt.

Phần 2: Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép (45%)

Chương 2 & 3: Tổng quan giải pháp kết cấu và xác định sơ bộ kích thước tiết diện

Giải pháp kết cấu chịu lực chính là hệ khung – vách/lõi bê tông cốt thép đổ toàn khối kết hợp hệ dầm chính và dầm phụ sàn sườn. Kích thước tiết diện các cấu kiện được sơ bộ xác định:

  • Bản sàn: Chiều dày chọn thống nhất $h_b = 12\text{ cm}$ dựa trên điều kiện ô bản lớn nhất $5,02 \times 5,7\text{ m}$.
  • Dầm khung: Nhịp lớn nhất $l_d = 8,4\text{ m}$, chiều cao chọn $h = 800\text{ mm}$, bề rộng $b = 300\text{ mm}$ (tiết diện $300 \times 800\text{ mm}$); dầm phụ có nhịp lớn nhất $l_d = 5,45\text{ m}$.
  • Vách/lõi thang máy: Chiều dày chọn $t = 300\text{ mm}$, thỏa mãn điều kiện quy định TCVN 198-1997 ($b \ge 150\text{ mm}$ và $b \ge H/20 = 4200/20 = 210\text{ mm}$).
  • Cột khung: Xác định theo diện truyền tải $F_a$ và tải trọng tương đương $q = 13\text{ kN/m}^2$. Tiết diện cột thay đổi giảm dần theo chiều cao để tiết kiệm vật liệu nhưng giữ nguyên độ cứng tổng thể: cột tầng 1 kích thước $800 \times 1000\text{ mm}$ (cột giữa C1) và $700 \times 900\text{ mm}$ (cột biên C15); lên tầng 12 giảm xuống $600 \times 800\text{ mm}$. Kiểm tra độ mảnh theo phương ngang đều thỏa mãn giới hạn $\lambda = l_0 / b \le \lambda_{0b} = 31$.

Chương 4: Xác định tải trọng lên công trình

  • Tĩnh tải: Gồm trọng lượng bản thân cấu kiện BTCT (do ETABS tự động tính toán); trọng lượng các lớp cấu tạo hoàn thiện sàn tầng điển hình, sàn vệ sinh (có thiết bị $4,9\text{ kN/m}^2$, tổng tải hoàn thiện $5,9\text{ kN/m}^2$), sàn mái ($3,65\text{ kN/m}^2$); tĩnh tải tường gạch đặc và gạch rỗng dày 220 mm và 110 mm.
  • Hoạt tải sử dụng: Áp dụng TCVN 2737-1995: phòng ở đạt $195\text{ daN/m}^2$ ($\gamma = 1,3$); sảnh, hành lang, cầu thang $360\text{ daN/m}^2$ ($\gamma = 1,2$); ban công $480\text{ daN/m}^2$ ($\gamma = 1,2$); phòng kỹ thuật $600\text{ daN/m}^2$ ($\gamma = 1,2$).
  • Tải trọng gió: Áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 0,95\text{ kN/m}^2$ (vùng II-B, địa hình C). Hệ số tin cậy $\gamma = 1,2$; hệ số khí động đẩy $C_đ = 0,8$, hút $C_h = 0,6$. Tải trọng gió tĩnh được tính toán quy về lực phân bố tại cao độ các mức sàn tầng từ cốt 0,00 đến 48,3 m.
  • Thành phần gió động: Tính toán theo TCXDVN 229-1999 với tần số dao động giới hạn $f_L = 1,3\text{ Hz}$. Tổ hợp khối lượng tham gia dao động trong mô hình ETABS được gán qua biểu thức $\text{Mass Source} = 1\text{TT} + 0,5\text{HT}$. Các mode dao động riêng cho thấy:
    • Phương X: Mode 1 có chu kỳ $T = 1,638\text{ s}$, tần số $f = 0,611\text{ Hz} < f_L$, hệ số động lực $\xi_1 = 1,714$.
    • Phương Y: Mode 2 có chu kỳ tương ứng thỏa mãn điều kiện tính gió động với hệ số động lực $\xi_2 = 1,646$; Mode 3 có hệ số $\xi_3 = 1,592$.
    • Tải trọng gió động được phân tích và cộng dồn với gió tĩnh để lập các trường hợp tải trọng: Tĩnh tải (TT), Hoạt tải (HT), Gió X+ ($GX+$), Gió X- ($GX-$), Gió Y+ ($GY+$), Gió Y- ($GY-$).

Chương 5 & 7: Thiết kế sàn tầng điển hình và đối chứng phần mềm SAFE

Tác giả chia sàn thành các ô bản làm việc hai phương (bản kê bốn cạnh) và một phương (bản loại dầm). Phân tích nội lực theo phương pháp giải tích sơ đồ đàn hồi và mô hình tấm vỏ trên phần mềm SAFE. Kết quả cho thấy sự phân bố mômen uốn trên bản sàn có độ tương thích cao, khẳng định chiều dày $h_b = 12\text{ cm}$ bảo đảm khả năng chịu lực và biến dạng võng trong giới hạn tiêu chuẩn.

Chương 8: Tính toán cốt thép cho cấu kiện khung chịu lực

Cốt thép cột được tính toán theo phương pháp quy đổi nén lệch tâm xiên sang nén lệch tâm phẳng tương đương. Kết quả tính toán các cấu kiện đại diện:

Cấu kiện Tiết diện ($b \times h$) Cặp nội lực nguy hiểm nhất Trường hợp tính toán Cốt thép dọc lựa chọn Cốt đai kháng chấn
Cột C1 (Tầng 1) $800 \times 1000\text{ mm}$ $N = -15292,7\text{ kN}$
$M_x = -45,99\text{ kNm}$
$M_y = -91,06\text{ kNm}$		 Lệch tâm rất bé (gần đúng tâm) $24\Phi28$
($A_s = 147,82\text{ cm}^2$)		 $\Phi8a150$
(vùng tới hạn $u = 100\text{ mm}$)
Cột C15 (Tầng 1) $700 \times 900\text{ mm}$ $N = -9901,72\text{ kN}$
$M_x = 189,25\text{ kNm}$
$M_y = 77,87\text{ kNm}$		 Lệch tâm rất bé $14\Phi20$
($A_s = 43,92\text{ cm}^2$)		 $\Phi8a150$
(vùng tới hạn $u = 100\text{ mm}$)
Cột C1 (Tầng 12) $600 \times 800\text{ mm}$ $N = -915,67\text{ kN}$
$M_x = -72,47\text{ kNm}$
$M_y = -388,82\text{ kNm}$		 Lệch tâm lớn $14\Phi20$
($A_s = 43,92\text{ cm}^2$)		 $\Phi8a150$
(vùng tới hạn $u = 100\text{ mm}$)

Chi tiết neo cốt thép cột đạt chiều dài đoạn neo $L_{an} = 1200\text{ mm}$; đoạn nối buộc $L_{an} = 800\text{ mm}$ (cho thanh $\Phi20$) và $1200\text{ mm}$ (cho thanh $\Phi28$). Nút khung góc trên cùng được gia cường nách khung với thép bố trí $2\Phi20$ ($A_s = 5,71\text{ cm}^2$).

Dầm khung B105 (tiết diện $300 \times 800\text{ mm}$) được tính toán tại ba mặt cắt đặc trưng:

  • Mặt cắt 1-1 (gối trái): $M = -604,11\text{ kNm}$, $Q = -330,97\text{ kN}$; tính theo tiết diện chữ nhật; bố trí cốt thép chịu kéo $4\Phi28 + 2\Phi25$ ($A_s = 34,45\text{ cm}^2$).
  • Mặt cắt 2-2 (giữa nhịp): $M = +250,63\text{ kNm}$, $Q = -29,11\text{ kN}$; trục trung hòa qua cánh sàn ($M < M_f = 2119,3\text{ kNm}$), tính theo tiết diện chữ T; bố trí $2\Phi25$ ($A_s = 9,82\text{ cm}^2$).
  • Mặt cắt 3-3 (gối phải): $M = -489,64\text{ kNm}$, $Q = 285,90\text{ kN}$; tính theo tiết diện chữ nhật; bố trí $2\Phi28 + 2\Phi25$ ($A_s = 22,13\text{ cm}^2$).
  • Cốt đai dầm: Sử dụng đai $\Phi8$ hai nhánh ($A_{sw} = 100,6\text{ mm}^2$), khoảng cách đai bố trí theo điều kiện tính toán lực cắt $Q$ kết hợp khoảng cách cấu tạo $S_{ct} = 226\text{ mm}$.

Phần 3: Thiết kế nền móng công trình

Giải pháp móng công trình là hệ móng cọc bê tông cốt thép ngàm vào lớp đất chịu lực tốt dựa theo số liệu khảo sát khoan địa chất. Tác giả trích xuất tổ hợp nội lực chân cột bất lợi từ mô hình ETABS để tính toán:

  • Xác định sức chịu tải cọc: Tính toán sức chịu tải đơn cọc theo cường độ đất nền kết hợp chỉ số SPT theo công thức kinh nghiệm của Nhật Bản.
  • Bố trí móng đài cọc: Thiết kế chi tiết móng M1 cho cột biên trục 4-A và móng M2 cho cột giữa trục 4-B. Bố trí số lượng cọc trong đài, kiểm tra phản lực đầu cọc cực đại dưới tải trọng lệch tâm ($P_{max} \le 1,2 R_{c}$), kiểm tra biến dạng lún nền móng theo trạng thái giới hạn II, kiểm tra chọc thủng đài móng và xác định diện tích cốt thép đài móng theo hai phương.

Phần 4: Thiết kế kỹ thuật thi công và tổ chức xây dựng

Kỹ thuật thi công phần ngầm và phần thân

  • Phần ngầm: Khối lượng khoan tạo lỗ cọc nhồi đạt $2374\text{ m}$; sử dụng 330 tấm cừ Larsen ép bảo vệ thành hố đào; đào đất bằng máy đào dung tích lớn ($1825\text{ m}^3$) kết hợp máy nhỏ ($411\text{ m}^3$) và thủ công ($104\text{ m}^3$); đập đầu cọc ($28,1\text{ m}^3$); đổ bê tông lót móng ($26,6\text{ m}^3$); gia công lắp dựng $63,5\text{ tấn}$ cốt thép đài và giằng móng; gia công $427,5\text{ m}^2$ ván khuôn đài; đổ $399,5\text{ m}^3$ bê tông đài giằng bằng máy bơm công suất $60\text{ m}^3/\text{h}$; hoàn trả mặt bằng và nhổ 330 tấm cừ Larsen.
  • Phần thân: Áp dụng công nghệ ván khuôn thép định hình kết hợp hệ chống điều chỉnh được; vận chuyển bê tông thương phẩm bằng máy bơm $60\text{ m}^3/\text{h}$; vận chuyển vật liệu lên cao bằng 1 vận thăng lồng ($3,7\text{ kW}$) và 2 vận thăng tải ($2,5\text{ kW/cái}$). Chi tiết khối lượng luân chuyển theo tầng:
Hạng mục công tác Tầng 1 Tầng 2 – 4 (mỗi tầng) Tầng 5 – 12 (mỗi tầng) Tầng mái
Bê tông cột, vách lõi $50,8\text{ m}^3$ $41,8\text{ m}^3$ $34,8\text{ m}^3$ $19,8\text{ m}^3$
Ván khuôn cột, vách $389\text{ m}^2$ $289\text{ m}^2$ $289\text{ m}^2$ $189\text{ m}^2$
Bê tông dầm, sàn $157,8\text{ m}^3$ $119,8\text{ m}^3$ $119,8\text{ m}^3$ $12,8\text{ m}^3$
Ván khuôn dầm, sàn $1361\text{ m}^2$ $1061\text{ m}^2$ $1061\text{ m}^2$ $161\text{ m}^2$
Cốt thép dầm, sàn $11,1\text{ tấn}$ $9,1\text{ tấn}$ $9,1\text{ tấn}$ $0,1\text{ tấn}$
Khối lượng trát trong $2926,63\text{ m}^2$ $3071,81\text{ m}^2$ $3071,81\text{ m}^2$ $312,04\text{ m}^2$
  • Phần hoàn thiện toàn công trình: Trát ngoài toàn bộ $4852,47\text{ m}^2$; lăn sơn trong nhà $37028,58\text{ m}^2$; sơn ngoài nhà $4852,47\text{ m}^2$; lắp dựng cửa các loại $574,96\text{ m}^2$ (diện tích lắp khuôn $7851,25\text{ m}^2$).

Tổ chức thi công và thiết kế tổng mặt bằng

  • Tiến độ thi công: Tổng thời gian thi công $T = 410\text{ ngày}$; tổng hao phí lao động $S = 21.015\text{ công}$. Biểu đồ nhân lực đạt số công nhân cực đại $A_{max} = 67\text{ người}$, trung bình $A_{tb} = 52\text{ người}$. Hệ số không điều hòa sử dụng nhân công $K_1 = A_{max} / A_{tb} = 67 / 52 = 1,29$; lượng lao động dôi dư $S_{dư} = 1757\text{ công}$.
  • Thiết kế lán trại và công trình tạm: Tổng nhân sự trên công trường tính toán gồm 114 cán bộ công nhân viên (Nhóm A hiện trường: 67; Nhóm B phụ trợ: 21; Nhóm C kỹ thuật: 6; Nhóm D hành chính: 6; Nhóm E phục vụ: 7; dự phòng ốm đau, nghỉ phép 6%). Bố trí diện tích: nhà làm việc cán bộ $50\text{ m}^2$; nhà ở công nhân $55\text{ m}^2$ (bố trí cho 40% công nhân ở lại, giường 2 tầng); nhà để xe $35\text{ m}^2$; nhà ăn tập thể $30\text{ m}^2$; nhà vệ sinh và nhà tắm $15\text{ m}^2$; nhà bảo vệ $6\text{ m}^2$.
  • Kho bãi vật tư: Bãi lộ thiên chứa đá ($17,89\text{ m}^2$), cát vàng ($10,07\text{ m}^2$), cát mịn ($7,21\text{ m}^2$), gạch xây ($17,28\text{ m}^2$); kho kín chứa xi măng $19,02\text{ m}^2$ ($5 \times 5\text{ m}$); kho và xưởng gia công ván khuôn $45\text{ m}^2$ ($9 \times 5\text{ m}$); kho gia công cốt thép bố trí độc lập.
  • Hệ thống cấp điện và cấp nước tạm:
    • Cấp điện: Tổng công suất thiết bị thi công $P_1 = 32,8\text{ kW}$; chiếu sáng trong nhà $3885\text{ W}$; bảo vệ ngoài nhà $3000\text{ W}$. Chọn 1 máy biến áp 3 pha ngâm dầu công suất $100\text{ kVA}$. Đường cáp cao thế $200\text{ m}$ dùng dây nhôm A-35; cáp phân phối động lực 4 lõi đồng tiết diện $10\text{ mm}^2$ ($[I] = 110\text{ A}$); cáp chiếu sáng và sinh hoạt tiết diện $6\text{ mm}^2$ ($[I] = 75\text{ A}$).
    • Cấp nước: Lưu lượng tính toán tổng cộng $Q_t = 8,21\text{ l/s}$ (gồm nước sản xuất bê tông, bảo dưỡng, vữa xây trát và sinh hoạt). Tuyến ống cấp nước chính sử dụng đường kính $D = 100\text{ mm}$ (vận tốc dòng chảy $v = 1,0 \div 1,5\text{ m/s}$).
    • Giao thông tạm: Đường đá dăm 2 lớp dày tổng cộng $30\text{ cm}$, bề rộng mặt đường $4,0\text{ m}$ phục vụ 1 làn xe tải.

Kết quả tính toán và giải pháp kỹ thuật đề xuất

Đồ án hoàn thành việc thiết lập giải pháp kỹ thuật và số liệu kiểm tra cho toàn bộ các hạng mục công trình:

  • Giải pháp kết cấu chịu lực: Khẳng định tính hợp lý của hệ kết cấu khung – lõi bê tông cốt thép toàn khối đối với công trình 13 tầng tại vùng gió II-B. Tần số dao động bậc 1 ($f = 0,611\text{ Hz}$) nhỏ hơn tần số giới hạn $1,3\text{ Hz}$, chứng minh việc xét thành phần gió động là yêu cầu bắt buộc và kết quả nội lực tính toán bảo đảm độ an toàn chịu tải ngang.
  • Cấu tạo kháng chấn: Thiết kế vùng tới hạn tại hai đầu cột với khoảng cách đai dày đặc $u = 100\text{ mm}$ (đoạn thông thủy), bố trí nách khung nút góc với thép bổ sung $2\Phi20$, chiều dài đoạn neo $1200\text{ mm}$ bảo đảm độ dẻo kết cấu cục bộ theo đúng tiêu chuẩn TCVN 9386-2012.
  • Giải pháp tổ chức thi công: Áp dụng hệ thống ván khuôn thép kết hợp bơm bê tông cơ giới hóa công suất $60\text{ m}^3/\text{h}$, sử dụng cừ Larsen chắn đất trong thi công tầng hầm và móng giúp kiểm soát an toàn mặt bằng chật hẹp trong đô thị. Biểu đồ nhân lực có hệ số điều hòa $K_1 = 1,29$ thể hiện tính khả thi và điều phối lao động nhịp nhàng trong suốt chu kỳ 410 ngày.

Hạn chế và phạm vi hoàn thiện của đồ án

  • Phạm vi tính toán cấu kiện: Do giới hạn thời gian và khối lượng thuyết minh của đồ án tốt nghiệp, tác giả chỉ đi sâu tính toán giải tích chi tiết cho một khung phẳng đại diện (khung trục 2 và khung trục 4), một dầm điển hình (B105), hai cột điển hình (C1, C15) và hai đài móng đại diện (M1, M2). Toàn bộ các cấu kiện còn lại được tổng hợp nội lực và bố trí thép tự động từ kết quả xuất mô hình ETABS.
  • Mô hình hóa tác động đặc biệt: Đồ án chủ yếu tập trung vào tổ hợp tải trọng tĩnh, hoạt tải và tải trọng gió (tĩnh và động). Các phân tích nâng cao về tương tác động đất phi tuyến động học lịch sử thời gian (Time-history analysis) hoặc bài toán chọc thủng sàn nấm chưa được triển khai chi tiết do công trình áp dụng giải pháp sàn sườn dầm chính – dầm phụ.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo thực tế cho sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp, kỹ sư thiết kế kết cấu và cán bộ kỹ thuật thi công công trình nhà cao tầng quy mô dưới 15 tầng:

  • Tham khảo tính toán tải trọng gió động: Bảng tính chi tiết xác định các thông số dao động, chu kỳ riêng, hệ số áp lực động, hệ số tương quan không gian và lực quán tính quy về các tầng theo đúng quy trình TCXDVN 229-1999.
  • Tham khảo tính cột lệch tâm xiên: Phương pháp thực hành quy đổi nén lệch tâm xiên sang lệch tâm phẳng tương đương theo tiêu chuẩn BS 8110 / ACI 318, tích hợp quy định kháng chấn TCVN 9386-2012.
  • Tham khảo thiết kế tổng mặt bằng và phụ trợ thi công: Chuỗi công thức tính toán chi tiết từ phụ tải điện thi công, chọn công suất máy biến áp ($100\text{ kVA}$), lưu lượng và đường kính ống nước tạm ($D100$), thiết kế diện tích kho bãi vật tư và lán trại theo quy mô nhân lực.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình Chung cư CT12 có quy mô chiều cao và diện tích như thế nào?
Công trình gồm 13 tầng (12 tầng nổi điển hình và 1 tầng áp mái/tum thang), tổng chiều cao từ cốt 0,00 đến đỉnh tum mái là 48,3 m. Diện tích xây dựng là 1000 m², tổng diện tích sàn tầng 1 là 953 m², diện tích sàn các tầng điển hình là 610 m² và sàn tầng mái là 72,5 m².

2. Tải trọng gió tác dụng lên công trình được xác định theo những thông số nào?
Công trình đặt tại quận Đống Đa, Hà Nội, thuộc vùng áp lực gió II-B với áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 0,95\text{ kN/m}^2$, dạng địa hình C (nội thành). Do tần số dao động riêng thứ nhất của công trình ($f = 0,611\text{ Hz}$) nhỏ hơn tần số giới hạn $f_L = 1,3\text{ Hz}$, tải trọng gió được tính toán bao gồm cả thành phần gió tĩnh và thành phần gió động theo TCXDVN 229-1999 với hệ số tin cậy $\gamma = 1,2$.

3. Phương pháp nào được sử dụng để tính toán cốt thép cột khung trong đồ án?
Tác giả sử dụng phương pháp gần đúng theo tiêu chuẩn BS 8110 và ACI 318 để quy đổi bài toán nén lệch tâm xiên hai phương ($M_x, M_y, N$) thành bài toán nén lệch tâm phẳng tương đương thông qua hệ số chuyển đổi $m_0$, kết hợp kiểm tra điều kiện độ mảnh $\lambda \le 31$ và bố trí đai tăng cường kháng chấn theo TCVN 9386-2012.

4. Kích thước và cốt thép lựa chọn cho cột giữa C1 tầng 1 là bao nhiêu?
Cột C1 tầng 1 có kích thước tiết diện $800 \times 1000\text{ mm}$, chịu cặp nội lực tính toán bất lợi $N = -15292,7\text{ kN}$, $M_x = -45,99\text{ kNm}$, $M_y = -91,06\text{ kNm}$. Rơi vào trường hợp nén lệch tâm rất bé (gần đúng tâm), cốt thép dọc được chọn gồm $24\Phi28$ ($A_s = 147,82\text{ cm}^2$), cốt đai $\Phi8a150$, vùng tới hạn đặt đai $u = 100\text{ mm}$.

5. Tiến độ và các chỉ tiêu sử dụng lao động trong đồ án được xác định ra sao?
Tổng thời gian thi công toàn bộ công trình là 410 ngày với tổng hao phí lao động đạt 21.015 công. Số lượng công nhân cao nhất trên công trường tại thời điểm cao điểm là 67 người, trung bình là 52 người, hệ số không điều hòa sử dụng nhân công đạt mức hợp lý $K_1 = 1,29$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Lê Minh Tuấn đã giải quyết hoàn chỉnh các nội dung thiết kế kỹ thuật của một công trình nhà ở cao tầng thực tế gồm kiến trúc, kết cấu bê tông cốt thép, nền móng cọc và tổ chức thi công. Việc áp dụng linh hoạt mô hình phần tử hữu hạn trên ETABS/SAFE kết hợp các tiêu chuẩn TCVN và phương pháp tính toán quốc tế giúp đảm bảo độ tin cậy chịu lực cho hệ khung – lõi 13 tầng tại Hà Nội. Các tính toán chi tiết về biện pháp cừ Larsen, máy biến áp 100 kVA, mạng cấp nước D100 và biểu đồ nhân lực 410 ngày cung cấp tài liệu kỹ thuật có giá trị thực tiễn cao cho công tác đào tạo kỹ sư xây dựng.