Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án môn học "Thực hành thiết kế kết cấu công trình bê tông cốt thép" được thực hiện bởi sinh viên Nguyễn Minh Hiếu (MSSV: 19509961), lớp Kỹ thuật xây dựng khóa 2019 – 2023, thuộc Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn chuyên môn của TS. Nguyễn Văn Nam. Đề tài được giao thực hiện từ ngày 12/08/2022 và hoàn thành ngày 11/11/2022.

Bối cảnh thực tiễn của đồ án là bài toán thiết kế kỹ thuật cho một công trình trường học bằng bê tông cốt thép toàn khối, quy mô gồm 6 tầng có kiến trúc mặt bằng các tầng điển hình đồng nhất. Hồ sơ thiết kế được xây dựng dựa trên các tham số kỹ thuật được chỉ định theo Mã đề số 6:

  • Khoảng cách giữa các trục định vị: trục theo phương ngang gồm $L_1 = 3,8\text{ m}$, trục hành lang $L_2 = 2,0\text{ m}$, và trục phòng học $L_3 = 7,8\text{ m}$.
  • Chiều cao mỗi tầng: $H = 3,8\text{ m}$, tổng chiều cao 6 tầng công trình là $22,8\text{ m}$.
  • Hoạt tải sử dụng: Hoạt tải toàn phần tiêu chuẩn $P_{tp,tc} = 2,7\text{ kN/m}^2$; hoạt tải dài hạn tiêu chuẩn $P_{dh,tc} = 0,9\text{ kN/m}^2$; hệ số độ tin cậy của hoạt tải $n = 1,3$.
  • Kết cấu bao che: Tường bao che ngoài dày 220 mm; tường ngăn chia bên trong dày 110 mm.
  • Điều kiện tự nhiên: Công trình xây dựng trên dạng địa hình A, thuộc vùng áp lực gió III.B.

Nhiệm vụ thiết kế của đồ án được xác định rõ ràng qua 3 nội dung trọng tâm đánh số theo văn bản nhiệm vụ:

  1. Thiết kế kết cấu sàn: Lập sơ đồ tính toán, xác định tĩnh tải và hoạt tải tác dụng, giải nội lực và tính toán bố trí cốt thép cho hệ thống các ô sàn điển hình.
  2. Thiết kế kết cấu dầm: Xác định sơ đồ tính, gom tải trọng tĩnh và hoạt tải từ các ô sàn truyền vào, mô hình hóa dầm liên tục trục C trên phần mềm chuyên dụng, tổ hợp tải trọng và tính toán cốt thép dọc, cốt đai.
  3. Thiết kế kết cấu khung: Thiết kế khung phẳng trục 3 chịu tải trọng đứng (trọng lượng bản thân, tường xây, sàn truyền vào) và tải trọng ngang (gió trái, gió phải), tính toán cốt thép dầm khung, cốt thép cột nén lệch tâm phẳng đối xứng và tính toán cốt treo gia cường nút giao dầm chính - dầm phụ.

Sản phẩm kỹ thuật dự kiến bàn giao của đồ án gồm có tập thuyết minh tính toán chi tiết và 01 bản vẽ kỹ thuật khổ A1 thể hiện mặt bằng kết cấu, chi tiết bố trí cốt thép sàn, dầm và khung.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán

Hồ sơ tính toán của đồ án dựa trên các tiêu chuẩn thiết kế xây dựng, giáo trình chuyên ngành và phương pháp cơ học kết cấu hiện hành:

  • Tiêu chuẩn tải trọng: TCVN 2737:1995 "Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế" được áp dụng để xác định tải trọng gió với áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 125\text{ daN/m}^2$ ($1,25\text{ kN/m}^2$) ứng với vùng gió III.B, hệ số tin cậy vượt tải $n = 1,2$, cùng hệ số khí động $c = +0,8$ đối với phía gió đẩy và $c = -0,6$ đối với phía gió hút trên địa hình A.
  • Giáo trình tham chiếu: Giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép (Tập 2) – Phụ lục 15 được tác giả sử dụng làm căn cứ tra bảng các hệ số mô men ($m, k$) tính toán nội lực ô bản đơn theo lý thuyết đàn hồi.
  • Phương pháp tính toán cấu kiện: Áp dụng phương pháp trạng thái giới hạn (TTGH) tính toán cấu kiện bê tông cốt thép theo điều kiện cường độ chịu uốn, chịu cắt và nén lệch tâm.

Vật liệu kết cấu được quy định đồng bộ trong toàn bộ công trình:

  • Bê tông cấp độ bền B40: Cường độ chịu nén tính toán $R_b = 22.000\text{ kN/m}^2$ ($22\text{ MPa}$); cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1.400\text{ kN/m}^2$ ($1,4\text{ MPa}$); mô đun đàn hồi $E_b = 36.000.000\text{ kN/m}^2$ ($36 \times 10^3\text{ MPa}$).
  • Cốt thép bản sàn: Thép thanh cán nóng loại CB240-T có cường độ tiêu chuẩn chịu kéo $R_s = 210.000\text{ kN/m}^2$ ($210\text{ MPa}$).
  • Cốt thép dọc chịu lực (dầm, cột): Thép loại CB300-V có cường độ chịu kéo và nén tính toán $R_s = R_{sc} = 260.000\text{ kN/m}^2$ ($260\text{ MPa}$), mô đun đàn hồi $E_s = 210.000.000\text{ kN/m}^2$ ($210 \times 10^3\text{ MPa}$), hệ số giới hạn vùng nén $\xi_R = 0,583$.
  • Cốt thép đai và cốt treo: Thép loại CB240-T có cường độ chịu kéo tính toán của cốt đai $R_{sw} = 170.000\text{ kN/m}^2$ ($170\text{ MPa}$).

Phương pháp xác định nội lực kết cấu:

  • Đối với sàn: Sử dụng phương pháp tra bảng giải tích dựa trên tỷ số cạnh ô bản và điều kiện liên kết biên.
  • Đối với hệ dầm liên tục trục C và hệ khung không gian phẳng trục 3: Ứng dụng phần mềm phân tích kết cấu SAP2000 để thiết lập sơ đồ hình học, khai báo mặt cắt tiết diện, gán tải trọng tĩnh, chất các trường hợp hoạt tải cách nhịp, liền nhịp, tải trọng gió, từ đó xuất biểu đồ bao mô men uốn và lực cắt thông qua các tổ hợp tải trọng cơ bản 1 và cơ bản 2.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Thiết kế kết cấu sàn

Trong chương mở đầu, tác giả thực hiện xác định chiều dày sàn sơ bộ, phân loại sơ đồ tính, tính tải trọng và bố trí cốt thép cho 6 ô bản điển hình từ S1 đến S6.

Chiều dày bản sàn được lựa chọn sơ bộ theo công thức: $h_b = \frac{D}{m} \cdot L = \frac{1,1}{45} \cdot 3,8 \approx 0,0928\text{ m} = 9,28\text{ cm}$. Tác giả chọn chiều dày danh định $h_b = 100\text{ mm}$ ($10\text{ cm}$).

Tĩnh tải tác dụng lên sàn ($g_s$) được xác định bằng tổng trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo nhân với hệ số độ tin cậy tương ứng:

  • Lớp gạch hoàn thiện: dày 10 mm, $\gamma = 20\text{ kN/m}^3$, $n = 1,1 \rightarrow 0,22\text{ kN/m}^2$.
  • Lớp vữa lót: dày 20 mm, $\gamma = 18\text{ kN/m}^3$, $n = 1,2 \rightarrow 0,432\text{ kN/m}^2$.
  • Bản bê tông cốt thép: dày 100 mm, $\gamma = 25\text{ kN/m}^3$, $n = 1,1 \rightarrow 2,750\text{ kN/m}^2$.
  • Lớp vữa trát trần: dày 20 mm, $\gamma = 18\text{ kN/m}^3$, $n = 1,3 \rightarrow 0,468\text{ kN/m}^2$. Tổng tĩnh tải sàn tính toán thu được: $g_s = 3,87\text{ kN/m}^2$. Hoạt tải tính toán: $p_s = n \cdot P_{tp,tc} = 1,3 \times 2,7 = 3,51\text{ kN/m}^2$. Tổng tải trọng phân bố tính toán lên sàn: $q_s = g_s + p_s = 7,38\text{ kN/m}^2$.

Căn cứ vào tỷ số hai cạnh ô bản $\alpha = L_2 / L_1$, cả 6 ô bản đều có $\alpha \le 2$ (ô S1 – S4 có tỷ số $3,9 / 3,8 = 1,026$; ô S5 – S6 có tỷ số $3,8 / 2,0 = 1,900$), do đó toàn bộ sàn được tính toán theo mô hình bản kê uốn hai phương. Sơ đồ liên kết biên được xác định: S1 (sơ đồ 6), S2 (sơ đồ 7), S3 (sơ đồ 8), S4 (sơ đồ 9), S5 (sơ đồ 6), S6 (sơ đồ 8).

Ô sàn Kích thước $L_1 \times L_2$ (m) Tỷ số $L_2/L_1$ Sơ đồ tính Mô men nhịp lớn nhất (kNm) Mô men gối lớn nhất (kNm) Cốt thép nhịp chọn Cốt thép gối chọn
S1 $3,8 \times 3,9$ 1,026 Sơ đồ 6 $M_1 = 3,030$ $M_I = 7,033$ $\phi 6\text{a}150$ $\phi 8\text{a}120$
S2 $3,8 \times 3,9$ 1,026 Sơ đồ 7 $M_1 = 2,505$ $M_I = 6,103$ $\phi 6\text{a}150$ $\phi 8\text{a}120$
S3 $3,8 \times 3,9$ 1,026 Sơ đồ 8 $M_2 = 2,439$ $M_{II} = 6,005$ $\phi 6\text{a}150$ $\phi 8\text{a}130$
S4 $3,8 \times 3,9$ 1,026 Sơ đồ 9 $M_1 = 2,012$ $M_I = 4,692$ $\phi 6\text{a}200$ $\phi 8\text{a}200$
S5 $2,0 \times 3,8$ 1,900 Sơ đồ 6 $M_1 = 1,694$ $M_{II} = 3,472$ $\phi 6\text{a}250$ $\phi 8\text{a}200$
S6 $2,0 \times 3,8$ 1,900 Sơ đồ 8 $M_1 = 1,593$ $M_I = 3,197$ $\phi 6\text{a}250$ $\phi 8\text{a}200$

Hàm lượng cốt thép bố trí trong các ô bản dao động từ $0,14%$ đến $0,52%$, hoàn toàn thỏa mãn điều kiện hàm lượng cốt thép hợp lý cho bản sàn bê tông cốt thép.

Chương 2: Thiết kế kết cấu dầm trục C

Chương 2 tập trung tính toán dầm liên tục nhiều nhịp chạy dọc theo trục C. Kích thước tiết diện dầm được chọn sơ bộ $b \times h = 200 \times 300\text{ mm}$. Cột trục B3 đỡ dầm chịu tải trọng lớn nhất, diện tích tiết diện sơ bộ yêu cầu $A_c = 731,26\text{ cm}^2$, tác giả chọn kích thước cột $250 \times 500\text{ mm}$.

Tải trọng truyền từ bản sàn lên dầm trục C gồm:

  • Tĩnh tải sàn quy đổi kèm tải trọng dài hạn: $g_t = g_s + g_{dh} = 3,87 + 1,17 = 5,04\text{ kN/m}^2$. Tải này kết hợp với trọng lượng bản thân dầm để truyền lên trục dầm theo diện truyền tải hình thang và hình tam giác.
  • Hoạt tải sàn ngắn hạn tính toán: $p_{nh,tt} = 1,3 \times (2,7 - 0,9) = 2,34\text{ kN/m}^2$.

Trên phần mềm SAP2000, tác giả thiết lập mô hình dầm liên tục qua các gối tựa và gán các trường hợp chất tải: Tĩnh tải, Hoạt tải chất đầy, Hoạt tải 1 (nhịp chẵn), Hoạt tải 2 (nhịp lẻ), Hoạt tải 3 (liền nhịp 1-2), Hoạt tải 4 (liền nhịp 2-3), Hoạt tải 5 (liền nhịp 3-4). Biểu đồ bao nội lực được xuất từ các tổ hợp COMBO1 đến COMBO6.

Vị trí tiết diện Mô men tính toán $M$ (kNm) Hệ số $\alpha_m$ Cốt thép yêu cầu $A_{s,tt}$ ($\text{mm}^2$) Cốt thép chọn bố trí Diện tích chọn $A_{s,ch}$ ($\text{mm}^2$) Hàm lượng $\mu$ (%)
Nhịp biên $+24,32$ 0,0884 485,57 $3\phi 14$ 461,8 0,97
Gối 2 $-30,10$ 0,1095 609,19 $3\phi 16$ 603,2 1,22
Nhịp 2 $+14,94$ 0,0543 292,81 $2\phi 14$ 307,9 0,59
Gối 3 $-24,43$ 0,0888 487,67 $3\phi 14$ 461,8 0,98
Nhịp giữa $+18,00$ 0,0655 355,14 $2\phi 16$ 402,1 0,71

Tính toán cốt đai chịu cắt với lực cắt lớn nhất $Q_{max} = 37,7\text{ kN}$: bước đai tính toán theo cường độ kết hợp điều kiện cấu tạo $s_{ct} = h_0/2 = 12,5\text{ cm}$ và $s_{max}$. Tác giả chọn bố trí cốt đai 2 nhánh $\phi 8$: đoạn $L/4$ ở hai đầu dầm đặt đai $\phi 8\text{a}120$, đoạn $L/2$ giữa dầm đặt đai $\phi 8\text{a}240$.

Chương 3: Thiết kế kết cấu khung trục 3

Chương 3 triển khai thiết kế hệ khung phẳng trục 3 chịu tải trọng toàn diện của công trình 6 tầng. Kích thước tiết diện các cấu kiện khung được lựa chọn:

  • Dầm chính đoạn BD (nhịp lớn 7,8 m): $b \times h = 250 \times 600\text{ mm}$.
  • Dầm hành lang đoạn AB (nhịp 2,0 m): $b \times h = 250 \times 250\text{ mm}$.
  • Cột biên trục A: $b \times h = 250 \times 250\text{ mm}$.
  • Cột trung gian trục B và trục D: $b \times h = 250 \times 500\text{ mm}$.

Tải trọng tác dụng lên khung trục 3 gồm:

  • Tĩnh tải: Trọng lượng bản thân dầm, trọng lượng tường xây (tường bao 220 mm truyền lực $N_2 = 57,93\text{ kN}$ tại nút D; tường ngăn 110 mm truyền lực $N_2 = 28,97\text{ kN}$ tại nút B; nút C không có tường), tĩnh tải sàn phân bố hình thang/tam giác và các lực tập trung tại nút dầm dọc truyền vào ($N_D = 82,93\text{ kN}$, $N_C = 42,66\text{ kN}$, $N_B = 67,55\text{ kN}$).
  • Hoạt tải đứng: Hoạt tải sàn ngắn hạn truyền theo diện phân bố và truyền về nút.
  • Tải trọng gió ngang: Tính toán theo TCVN 2737:1995 với áp lực gió tăng theo cao độ từ tầng 1 đến tầng 6 ($z = 3,8\text{ m}$ đến $22,8\text{ m}$).
Tầng Độ cao $z$ (m) Hệ số thay đổi áp lực $k$ Bề rộng đón gió $B$ (m) Áp lực gió đẩy $W_d$ (kN/m) Áp lực gió hút $W_h$ (kN/m)
1 3,8 1,027 3,8 4,683 $-3,512$
2 7,6 1,126 3,8 5,125 $-3,848$
3 11,4 1,197 3,8 5,458 $-4,094$
4 15,2 1,242 3,8 5,664 $-4,248$
5 19,0 1,280 3,8 5,837 $-4,378$
6 22,8 1,312 3,8 5,983 $-4,487$

Nội lực khung được phân tích bằng SAP2000 qua 11 tổ hợp tải trọng (COMBO1 đến COMBO5 cho tổ hợp cơ bản 1; COMBO6 đến COMBO11 cho tổ hợp cơ bản 2 có hệ số giảm hoạt tải 0,9) và tổ hợp bao THBAO.

Tính cốt thép dầm khung trục 3:

  • Đoạn dầm BD ($250 \times 600\text{ mm}$): Mô men âm tại gối tầng 1 đạt cực trị $-381,71\text{ kNm}$, tính toán cốt thép cần thiết $A_{s,tt} = 3075,88\text{ mm}^2$, bố trí $6\phi 25$ ($A_{s,ch} = 2945,3\text{ mm}^2$, $\mu = 2,14%$). Mô men dương tại nhịp tầng 1 là $171,95\text{ kNm}$, bố trí $3\phi 25$ ($A_{s,ch} = 1472,6\text{ mm}^2$, $\mu = 1,07%$). Cốt đai chịu lực cắt $Q_{max} = 184,51\text{ kN}$ được chọn là đai $\phi 8$: đoạn $L/4$ đặt $\phi 8\text{a}150$, đoạn giữa đặt $\phi 8\text{a}300$.
  • Đoạn dầm AB ($250 \times 250\text{ mm}$): Mô men gối tầng 1 là $-67,84\text{ kNm}$ bố trí $4\phi 25$ ($A_{s,ch} = 1963,5\text{ mm}^2$); mô men nhịp tầng 1 là $51,31\text{ kNm}$ bố trí $3\phi 25$ ($A_{s,ch} = 1472,6\text{ mm}^2$). Lực cắt $Q_{max} = 66,34\text{ kN}$ bố trí cốt đai $\phi 8\text{a}100$ ở đầu dầm và $\phi 8\text{a}200$ ở giữa dầm.

Tính cốt thép cột khung trục 3: Cột được ghép thiết kế theo nhóm 2 tầng chịu nén lệch tâm phẳng đối xứng dựa trên 3 cặp nội lực nguy hiểm nhất: ($M_{max}, N_{tu}$), ($M_{min}, N_{tu}$), ($N_{max}, M_{tu}$).

  • Cột trục B và D ($250 \times 500\text{ mm}$): Tầng 1 – 2 chịu lực nén lớn nhất $N_{max} = -1577,14\text{ kN}$ ($M_{tu} = -235,12\text{ kNm}$), diện tích cốt thép tính toán yêu cầu $1157\text{ mm}^2$ mỗi bên; tác giả bố trí $3\phi 22$ mỗi bên ($A_{s,ch} = 1140,4\text{ mm}^2$, hàm lượng $\mu = 2,06%$). Các tầng trên (3 – 4 và 5 – 6) lần lượt chọn $3\phi 22$ hoặc $2\phi 22$, bố trí thống nhất $3\phi 22$ ở các vị trí chịu lực chính. Cốt đai cột chọn $\phi 8\text{a}100$.
  • Cột trục A ($250 \times 250\text{ mm}$): Tầng 1 – 2 cặp nguy hiểm $M_{min} = -38,08\text{ kNm}$, $N_{tu} = -349,31\text{ kN}$, tính ra diện tích yêu cầu $332\text{ mm}^2$, chọn bố trí $2\phi 16$ mỗi bên ($A_{s,ch} = 402,1\text{ mm}^2$, $\mu = 1,20%$).

Tính toán cốt treo cho khung trục 3: Tại nút giao giữa dầm chính BD và dầm phụ trục C, phản lực dầm phụ truyền vào dầm chính dưới dạng lực tập trung $F = 70,74\text{ kN}$. Để chống phá hoại giật đứt cục bộ theo phương trượt xiên đáy dầm, tác giả tính toán bố trí cốt treo dạng đai $\phi 8$ hai nhánh ($a_{sw} = 50,26\text{ mm}^2$, thép CB240-T có $R_s = 210.000\text{ kN/m}^2$). Kết quả tính ra số lượng đai yêu cầu $m = 6$ đai, bố trí đều 3 đai ở mỗi bên dầm phụ trong đoạn chiều cao gia cường $h_s = 275\text{ mm}$ với bước đai 100 mm, nằm trong vùng cho phép $S_{tr} = b_{dp} + 2h_s = 0,2 + 2 \times 0,275 = 0,75\text{ m}$.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã giải quyết hoàn chỉnh các nội dung tính toán thiết kế kỹ thuật cho công trình trường học 6 tầng theo số liệu đầu vào của Mã đề số 6:

  • Thiết lập đầy đủ quy trình xác định tải trọng tiêu chuẩn và tính toán, bao gồm tĩnh tải cấu tạo sàn ($3,87\text{ kN/m}^2$), hoạt tải sử dụng ($3,51\text{ kN/m}^2$), tải trọng bản thân kết cấu, tải trọng tường xây ngăn phòng và bao che, cùng bảng phân bổ tải trọng gió đẩy và hút chi tiết từ độ cao $3,8\text{ m}$ đến $22,8\text{ m}$.
  • Cung cấp hệ thống bảng biểu kết quả giải nội lực và lựa chọn thép cụ thể: sàn sử dụng thép $\phi 6$ và $\phi 8$ (mác CB240-T) với bước rải từ 120 mm đến 250 mm; dầm phụ trục C dùng thép dọc $3\phi 14$, $3\phi 16$, $2\phi 14$, $2\phi 16$ (CB300-V) và đai $\phi 8\text{a}120/\text{a}240$; dầm chính khung trục 3 bố trí thép dọc chịu mô men âm gối lên đến $6\phi 25$ và đai $\phi 8\text{a}150/\text{a}300$; cột khung bố trí thép dọc đối xứng $3\phi 22$ cho cột giữa ($250 \times 500\text{ mm}$) và $2\phi 16$ cho cột biên ($250 \times 250\text{ mm}$).
  • Đưa ra giải pháp kỹ thuật bổ sung cốt treo gia cường nút dầm (6 đai $\phi 8$ phân bố 2 bên dầm phụ với bước đai 100 mm), giải quyết triệt để nguy cơ phá hoại trượt cục bộ do lực tập trung $70,74\text{ kN}$ từ dầm phụ truyền vào thân dầm chính.
  • Toàn bộ các cấu kiện được kiểm tra nghiêm ngặt về điều kiện hạn chế trạng thái ứng suất, chiều cao vùng nén $\xi \le \xi_R$, khoảng hở cốt thép và hàm lượng cốt thép hợp lý ($\mu_{min} \le \mu \le \mu_{max}$), đảm bảo độ an toàn chịu lực của công trình theo tiêu chuẩn hiện hành.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Đồ án được giới hạn trong khuôn khổ đồ án môn học chuyên ngành, chỉ thực hiện thiết kế chi tiết cho một dầm phụ điển hình (trục C), một khung phẳng điển hình (khung trục 3) và các ô sàn của tầng điển hình; chưa mô hình hóa và tính toán toàn diện toàn bộ các khung khác trong công trình.
  • Phân tích khung dựa trên mô hình khung phẳng 2D, chưa xét đến tương tác không gian 3D tổng thể, hiệu ứng xoắn của công trình dưới tác dụng của tải trọng gió bất đối xứng.
  • Hồ sơ tính toán dừng lại ở phần kết cấu thân bên trên, chưa giải quyết phần kết cấu móng (móng cọc hoặc móng nông) và các cấu kiện phụ trợ như bản thang bộ, sê-nô hay hồ nước mái.

Hướng hoàn thiện tiếp theo:

  • Mở rộng mô hình tính toán toàn khối không gian 3D bằng phần mềm Etabs hoặc SAP2000 để đánh giá dao động riêng và chuyển vị đỉnh công trình.
  • Bổ sung nội dung thiết kế nền móng và các cấu kiện kiến trúc đặc thù để hoàn thiện hồ sơ đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng toàn diện.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án này mang lại giá trị thực hành trực tiếp cho sinh viên ngành Kỹ thuật xây dựng, Xây dựng dân dụng và công nghiệp trong quá trình thực hiện Đồ án môn học Bê tông cốt thép 2 hoặc phần kết cấu của Đồ án tốt nghiệp:

  • Bảng tính truyền tải trọng sàn dạng tam giác và hình thang lên hệ dầm trực diện, chi tiết và dễ áp dụng lại.
  • Bảng tính toán gió tĩnh theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 với các hệ số tra cứu theo cao độ tầng địa hình A được trình bày mạch lạc.
  • Trình tự tính toán cột nén lệch tâm phẳng đối xứng qua thuật toán kiểm tra hội tụ chiều cao vùng nén $x$ và diện tích cốt thép $A_s = A'_s$.
  • Bài toán mẫu về thiết kế và bố trí cốt treo dạng đai gia cường tại vị trí dầm phụ đặt lên dầm chính.

Câu hỏi thường gặp

Câu hỏi 1: Quy mô công trình và kích thước hình học các bước nhịp trong đồ án được xác định như thế nào?
Trả lời: Công trình là nhà trường học bê tông cốt thép gồm 6 tầng giống nhau, chiều cao mỗi tầng là $3,8\text{ m}$ (tổng chiều cao $22,8\text{ m}$). Hệ lưới trục định vị gồm các khoảng cách: nhịp ngang $L_1 = 3,8\text{ m}$, nhịp hành lang $L_2 = 2,0\text{ m}$, và nhịp phòng học lớn $L_3 = 7,8\text{ m}$.

Câu hỏi 2: Cấp độ bền của bê tông và các chủng loại cốt thép được tác giả sử dụng có thông số chịu lực ra sao?
Trả lời: Bê tông sử dụng cấp B40 có $R_b = 22.000\text{ kN/m}^2$, $R_{bt} = 1.400\text{ kN/m}^2$, mô đun đàn hồi $E_b = 36 \times 10^6\text{ kN/m}^2$. Cốt thép bản sàn và cốt đai dùng mác CB240-T có $R_s = 210.000\text{ kN/m}^2$, $R_{sw} = 170.000\text{ kN/m}^2$. Cốt thép dọc chịu lực của dầm và cột dùng mác CB300-V có $R_s = R_{sc} = 260.000\text{ kN/m}^2$, mô đun đàn hồi $E_s = 210 \times 10^6\text{ kN/m}^2$.

Câu hỏi 3: Vì sao toàn bộ các ô sàn S1 đến S6 đều được tính toán theo mô hình bản làm việc hai phương?
Trả lời: Theo nguyên lý tính toán bản sàn, tỷ số cạnh $L_2 / L_1 \le 2$ quy định bản làm việc hai phương (bản kê). Trong đồ án, các ô S1 đến S4 có kích thước $3,8 \times 3,9\text{ m}$ (tỷ số $1,026 \le 2$), các ô S5 và S6 có kích thước $2,0 \times 3,8\text{ m}$ (tỷ số $1,900 \le 2$), do đó tất cả các ô sàn đều thuộc loại bản kê uốn hai phương và được tra bảng xác định mô men theo Phụ lục 15.

Câu hỏi 4: Cột trung gian trục B và D của khung trục 3 được lựa chọn kích thước và bố trí thép như thế nào cho tầng dưới cùng?
Trả lời: Cột trục B và D tại tầng 1 – 2 được chọn kích thước tiết diện $250 \times 500\text{ mm}$. Cặp nội lực nguy hiểm nhất tại chân cột gồm lực nén lớn nhất $N_{max} = -1577,141\text{ kN}$ và mô men tương ứng $M_{tu} = -235,119\text{ kNm}$, dẫn đến diện tích thép tính toán $1157\text{ mm}^2$. Tác giả chọn bố trí thép đối xứng $3\phi 22$ mỗi bên ($A_{s,ch} = 1140,4\text{ mm}^2$, hàm lượng thép $\mu = 2,06%$).

Câu hỏi 5: Cốt treo gia cường tại nút giao giữa dầm phụ trục C và dầm chính BD được tính toán với giá trị lực tập trung nào và bố trí ra sao?
Trả lời: Cốt treo được thiết kế để tiếp nhận lực tập trung truyền từ dầm phụ lên dầm chính với giá trị $F = 70,74\text{ kN}$. Tác giả sử dụng cốt đai 2 nhánh $\phi 8$ ($a_{sw} = 50,26\text{ mm}^2$, mác CB240-T), tính ra số lượng 6 đai, bố trí mỗi bên dầm phụ 3 đai trong phạm vi chiều cao $h_s = 275\text{ mm}$ với khoảng cách giữa các đai là 100 mm.

Kết luận

Đồ án môn học của sinh viên Nguyễn Minh Hiếu là một công trình tính toán kỹ thuật hoàn chỉnh về kết cấu bê tông cốt thép cho tòa nhà trường học 6 tầng, tuân thủ chặt chẽ tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 và lý thuyết trạng thái giới hạn. Toàn bộ chuỗi quy trình từ xác định sơ bộ tiết diện, phân tích tải trọng đứng và gió ngang, mô hình hóa nội lực trên phần mềm SAP2000 đến kiểm tra tiết diện và bố trí cốt thép cho sàn, dầm phụ, dầm chính, cột và nút khung đều được trình bày với số liệu thực nghiệm nhất quán, logic và chính xác. Tài liệu cung cấp mẫu tính toán kết cấu chuẩn mực, có giá trị ứng dụng cao cho sinh viên ngành Kỹ thuật xây dựng trong các đồ án chuyên ngành và khóa luận tốt nghiệp.