Đồ án Tốt nghiệp: Thiết kế Bệnh viện Đa khoa Phúc Lộc Thọ - Phan Văn Hùng - ĐHSPKT TP.HCM

Đồ án tốt nghiệp Bệnh viện Đa khoa Phúc Lộc Thọ, Bình Dương tập trung vào việc phát triển và triển khai hệ thống quản lý bệnh viện hiện đại, giúp tối ưu hóa

• Tác giả: Phan Văn Hùng
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Ngọc Dương
• 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 Bệnh viện Đa khoa Phúc Lộc Thọ Bình Dương
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan đồ án tốt nghiệp bệnh viện đa khoa Phúc Lộc Thọ

Đồ án tốt nghiệp bệnh viện đa khoa Phúc Lộc Thọ Bình Dương là công trình nghiên cứu thiết kế quy mô lớn thuộc ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng. Đề tài do sinh viên Phan Văn Hùng thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Ngọc Dương tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Công trình nằm tại tỉnh Bình Dương, một khu vực đang phát triển mạnh về hạ tầng y tế. Bệnh viện đa khoa được thiết kế theo tiêu chuẩn hiện hành, đảm bảo công năng khám chữa bệnh đa khoa phục vụ nhu cầu chăm sóc sức khỏe nhân dân. Đồ án bao gồm toàn bộ quy trình tính toán kết cấu từ móng đến mái, áp dụng các tiêu chuẩn Việt Nam như TCVN 5574:2012 về kết cấu bê tông cốt thép, TCVN 2737:1995 về tải trọng và tác động. Dự án thể hiện khả năng vận dụng kiến thức chuyên môn vào thực tiễn thiết kế công trình y tế có yêu cầu kỹ thuật cao.

1.1. Quy mô và vị trí dự án bệnh viện Phúc Lộc Thọ

Bệnh viện đa khoa Phúc Lộc Thọ được quy hoạch tại tỉnh Bình Dương, khu vực trọng điểm kinh tế phía Nam. Dự án có quy mô nhiều tầng, đáp ứng tiêu chuẩn bệnh viện đa khoa theo quy định của Bộ Y tế. Công trình bao gồm các khu khám bệnh, điều trị nội trú, phòng mổ, khu cấp cứu và các dịch vụ hỗ trợ. Vị trí xây dựng được lựa chọn thuận lợi cho giao thông, dễ dàng tiếp cận người dân trong vùng. Thiết kế kiến trúc đảm bảo ánh sáng tự nhiên, thông thoáng và vệ sinh môi trường.

1.2. Mục tiêu và phạm vi đồ án thiết kế bệnh viện

Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế hoàn chỉnh hệ thống kết cấu chịu lực cho bệnh viện đa khoa. Phạm vi bao gồm tính toán tải trọng, thiết kế khung dầm cột, thiết kế bản sàn và hệ thống móng. Đồ án sử dụng phương pháp tính toán thủ công kết hợp phần mềm hỗ trợ để kiểm tra kết quả. Các tiêu chuẩn áp dụng gồm TCVN 5574:2012 về bê tông cốt thép, TCVN 9386:2012 về thiết kế chịu động đất. Kết quả đầu ra là bộ hồ sơ thiết kế kỹ thuật đầy đủ phục vụ thi công xây dựng.

II. Phân tích thiết kế kết cấu bệnh viện đa khoa Phúc Lộc Thọ

Phân tích kết cấu bệnh viện đa khoa Phúc Lộc Thọ Bình Dương đòi hỏi tính toán chi tiết nhiều loại cấu kiện chịu lực. Hệ thống khung bê tông cốt thép toàn khối được chọn làm giải pháp kết cấu chính, phù hợp với công trình công cộng có nhiều tầng. Tải trọng tính toán bao gồm tải trọng bản thân, tải trọng sử dụng, tải trọng gió và tải trọng động đất theo TCVN 2737:1995. Các dầm có tiết diện phổ biến 300x550mm và 200x400mm, cột có tiết diện từ 300x300mm đến 500x500mm tùy vị trí. Kết quả tính toán cho thấy momen uốn, lực cắt và ứng suất trong các cấu kiện đều nằm trong giới hạn cho phép. Hệ thống móng cọc khoan nhồi được thiết kế theo TCVN 10304:2014, đảm bảo khả năng chịu tải và ổn định cho toàn bộ công trình trên nền đất yếu.

2.1. Tính toán tải trọng và phân tích nội lực khung

Tải trọng tác động lên bệnh viện được xác định theo TCVN 2737:1995 bao gồm nhiều thành phần. Tải trọng bản thân kết cấu tính theo thể tích bê tông cốt thép. Tải trọng sử dụng cho bệnh viện đạt 200-300 kg/m² tùy khu vực. Tải trọng gió tính theo TCVN 229:1999 với áp suất gió đặc trưng cho vùng Bình Dương. Phân tích nội lực khung sử dụng phương pháp phương trình vi phân và bảng kết quả. Các trị số momen uốn, lực dọc và lực cắt được xác định tại các vị trí nguy hiểm nhất của dầm, cột.

2.2. Thiết kế tiết diện dầm và cột bê tông cốt thép

Thiết kế dầm tuân thủ TCVN 5574:2012 về kết cấu bê tông cốt thép. Các dầm chính có tiết diện 300x550mm với chiều dày bản 120mm. Cốt thép chịu uốn được tính toán dựa trên momen uốn lớn nhất tại các vị trí neo. Dầm biên và dầm giữa có bố trí cốt thép khác nhau phù hợp tải trọng. Cột được thiết kế với tiết diện thay đổi theo tầng, tầng dưới có kích thước lớn hơn. Cốt thép dọc cột tính theo lực dọc kết hợp momen uốn. Kiểm tra khả năng chịu cắt đảm bảo an toàn trước khi phá hoại.

III. Giải pháp kỹ thuật trong đồ án bệnh viện Phúc Lộc Thọ

Giải pháp kỹ thuật áp dụng trong đồ án bệnh viện đa khoa Phúc Lộc Thọ Bình Dương thể hiện sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành. Hệ kết cấu khung bê tông cốt thép toàn khối được lựa chọn vì tính kinh tế và khả năng chịu lực tốt. Giải pháp móng cọc khoan nhồi đường kính Ø600-Ø800mm phù hợp với điều kiện địa chất Bình Dương. Thiết kế sàn sử dụng bản đặc dày 120mm cho các tầng, đảm bảo độ võng giới hạn. Hệ thống chống động đất được tính theo TCVN 9386:2012 với hệ số gia tốc nền đặc trưng cho khu vực. Các mối nối cấu kiện được thiết kế đảm bảo tính liên tục và truyền tải trọng hiệu quả. Giải pháp thi công được đề xuất theo từng giai đoạn, ưu tiên tiến độ và chất lượng công trình.

3.1. Giải pháp móng cọc khoan nhồi cho công trình

Móng cọc khoan nhồi là giải pháp tối ưu cho bệnh viện đa khoa trên nền đất yếu Bình Dương. Cọc có đường kính Ø600mm và Ø800mm, chiều dài tính toán theo tầng đất chịu lực. Thiết kế theo TCVN 10304:2014 và TCVN 205:1998 về móng cọc. Sức chịu tải đơn cọc được xác định qua công thức lý thuyết và kiểm tra bằng thí nghiệm tĩnh. Đài móng liên kết các cọc với nhau, phân phối tải trọng từ cột xuống hệ cọc. Biện pháp thi công cọc khoan nhồi sử dụng bentonite ổn định thành hố khoan.

3.2. Thiết kế hệ thống sàn và chống động đất

Sàn bê tông cốt thép toàn khối dày 120mm được thiết kế theo phương pháp bản đàn hồi. Bố trí cốt thép hai phương đảm bảo chịu lực tốt cho tải trọng phân bố đều. Các vị trí lỗ hở trên sàn được gia cường bằng dầm bổ sung. Hệ thống chống động đất sử dụng khung cứng kết hợp giằng ngang. Thiết kế theo nguyên tắc cột yếu hơn dầm để đảm bảo cơ chế phá hoại có lợi. Chi tiết cốt thép tại mối nối dầm-cột được bố trí đầy đủ theo quy định TCVN 9386:2012.

IV. Kết luận và ứng dụng đồ án bệnh viện Phúc Lộc Thọ

Đồ án tốt nghiệp bệnh viện đa khoa Phúc Lộc Thọ Bình Dương đã hoàn thành mục tiêu thiết kế kết cấu công trình y tế quy mô lớn. Kết quả tính toán cho thấy các cấu kiện đều đáp ứng yêu cầu chịu lực và độ bền theo tiêu chuẩn hiện hành. Hệ thống khung bê tông cốt thép toàn khối hoạt động ổn định, an toàn dưới tác dụng của các loại tải trọng. Giải pháp móng cọc khoan nhồi phù hợp với điều kiện địa chất địa phương, đảm bảo độ lún cho phép. Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho các dự án bệnh viện tương tự tại khu vực phía Nam. Kinh nghiệm từ dự án giúp sinh viên nắm vững quy trình thiết kế công trình thực tế. Công trình sau khi xây dựng sẽ đáp ứng nhu cầu khám chữa bệnh ngày càng tăng của nhân dân Bình Dương.

4.1. Đánh giá kết quả và tính khả thi của dự án

Kết quả đồ án cho thấy thiết kế đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật. Các trị số nội lực nằm trong giới hạn cho phép của tiêu chuẩn. Tiết diện cấu kiện hợp lý, tiết kiệm vật liệu mà vẫn đảm bảo an toàn. Giải pháp móng phù hợp với khảo sát địa chất thực tế. Dự án có tính khả thi cao về mặt kỹ thuật và kinh tế. Hồ sơ thiết kế đầy đủ, chi tiết phục vụ tốt cho giai đoạn thi công xây dựng thực tế.

4.2. Ứng dụng thực tiễn và hướng phát triển

Đồ án có thể áp dụng trực tiếp làm cơ sở thiết kế bệnh viện đa khoa tại Bình Dương. Kết quả tính toán và bản vẽ kỹ thuật đáp ứng yêu cầu hồ sơ thi công. Kinh nghiệm từ dự án áp dụng được cho các công trình công cộng tương tự. Hướng phát triển bao gồm tối ưu hóa kết cấu bằng phần mềm phân tích hiện đại. Nghiên cứu thêm giải pháp kết cấu thép hoặc kết hợp bê tông-thép cho công trình y tế. Ứng dụng công nghệ BIM trong quản lý và thi công dự án.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU  Công trình bệnh viện gồm 9 tầng 1 tầng áp mái, 1 mái.  Hệ kết cấu sử dụng là kết cấu khung - vách cứng (lõi cứng). Do đó việc tính toán khung phải là kết cấu khung không gian.  Việc tính toán khung không gian là rất phức tạp, do đó việc tính toán nội lực sẽ được tính toán bằng phần mềm ETABS.

 Việc tính toán sẽ được thực hiện theo các bước sau đây:  Bước 1: Chọn sơ bộ kích thước.  Bước 2: Tính toán tải trọng.  Bước 3: Tổ hợp tải trọng.  Bước 4: Tính toán nội lực bằng phần mềm ETABS.

 Bước 5: Tính toán thép cho khung trục 3 và khung trục A 4. TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG  Ngoài tác dụng của tĩnh tải và hoạt tải từ sàn truyền vào, khi tính toán hệ khung nhà cao tầng thì tải trọng ngang là vô cùng quan trong cần phải kể đến. Tính toán tải gió  Theo TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999: gió nguy hiểm nhất là gió vuông góc với mặt đón gió.  Công trình cao 42 (m) > 40 (m) nên tải gió gồm thành phần tĩnh và thành phần động.

1) Gió tĩnh  Tải trọng gió tĩnh được tính toán theo TCVN 2737 : 1995 như sau:  Áp lực gió tĩnh tính toán tại cao độ z tính theo công thức:Wtc = Wo × kz × c Trong đó: Wo là giá trị của áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng phụ lục D và điều 6. Công trình đang xây dựng ở Bình Dương thuộc khu vực I-A, ảnh hưởng của gió 2 bão được đánh giá là yếu, lấy Wo = 0.  Thành phần tĩnh của tải trọng gió nhập vào tâm hình học công trình.  Kết quả tính toán gió tĩnh theo phương X và phương Y 36 2) Gió động  Công trình có chiều cao 42 m > 40m nên cần phải tính thành phần động của gió.

 Để xác định thành phần động của gió ta cần xác định tần số dao động riêng của công trình.  Thiết lập sơ đồ tính toán động lực học và các bước tính:  Sơ đồ tính toán là hệ thanh công xôn hữu hạn điểm tập trung khối lượng.  Chia công trình thành n phần sao cho mỗi phần có độ cứng và áp lực gió lên bề mặt công trình có như không đổi.  Vị trí các điểm tập trung khối lượng đặt tại cao trình sàn.

 Giá trị khối lượng tập trung bằng tổng khối lượng của bản thân kết cấu, tại trọng các lớp cấu tạo sàn và hoạt tải tham gia vào công trình để tính thành phần động của gió. TCVN 2737:1995 và TCXD 229-1999 cho phép sử dụng hệ số chiết giảm khối lượng đối với hoạt tải là 0.  Khai báo Mass Source trong mô hình: Tĩnh tải + 0.1 Sơ đồ tính toán động lực tải gió tác dụng lên công trình  Việc tính toán dao động riêng rất phức tạp, cần có sự hỗ trợ của phần mềm. Đồ án sử dụng ETABS để phân tích các dạng dao động của mô hình.

 Thiết lập sơ đồ tính toán động lực học.2 Sơ đồ tính toán gió động lên công trình  Việc mô hình trong chương trình Etabs được thực hiện như sau: 3 7  Dầm biên được mô hình bằng phần tử Frame  Vách và sàn được mô hình bằng phần tử Shell  Trọng lượng bản thân của kết cấu do Etabs tự tính toán  Trọng lượng các lớp cấu tạo sàn được phân đều trên sàn  Trọng lượng bản thân tường được gán thành từng dãy trên sàn  Hoạt tải được gán phân bố đều trên sàn, sử dụng hệ số chiết giảm khối lượng là 0.3 Mô hình công trình trong ETABS  Trong TCXD 229 : 1999, quy định chỉ cần tính toán thành phần động của tải trọng gió ứng với s dạng dao động đầu tiên, với tần số dao động riêng cơ bản thứ s thỏa mãn bất đẳng thức: f s  f L  fs 1 Trong đó: fL được tra trong bảng 2 TCXD 229 : 1999, đối với kết cấu sử dụng bê tông cốt thép, lấy δ = 0.3, ta được fL = 1. Cột và vách được ngàm với móng.  Gió động của công trình được tính theo 2 phương X và Y, mỗi dạng dao động chỉ xét theo phương có chuyển vị lớn hơn. Tính toán thành phần động của gió gồm các bước sau:  Bước 1: Xác định tần số dao động riêng  Sử dụng phần mềm EATABS khảo sát 18 Mode dao động đầu tiên  Kết quả chu kì và tần số của 18 dạng dao động lấy từ ETABS Bảng 4.1 - Tần số và chu kì khi phân tích dao động tính gió động 38 TABLE: Modal Periods and Frequencies Case Mode Period sec Modal 1 1.202  Tại Mode 5 có tần số f= 1.1 và tại mode 6 có tần số f = 1.1  Do đó ta chỉ sử dụng các mode trước mode 6 để tính toán thành phần động của gió.

 Căn cứ vào bảng chuyển vị của các Diagphragm tại mỗi mode (Bảng phụ lục) ta đánh giá dạng dao động theo các phương như sau: Bảng 4.2 - Tần số và chu kì khi phân tích dao động tính gió động Case Mode Period Frequency Direction sec cyc/sec Modal 1 1.079 Y  Bước 2: Tính toán thành phần động của tải trọng theo Điều 4.  Tính giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió khi chỉ kể đến ảnh hưởng của 39 xung vận tốc gió, có thứ nguyên là lực, xác định theo công thức: W  W  S  (Công thức 4.6 TCXD 229-1999) Fj j j j     Giá trị 1 được lấy theo bảng 4, TCXD 229:1999, phụ thuộc vào 2 tham số và. Tra bảng 5, TCXD 229:1999 để có được 2 thông số này (mặt ZOX), D và H được xác định như hình sau (mặt màu đen là mặt đón gió): Hình 4.4 Hệ tọa độ khi xác định hệ số không gian  n y W  ji Fj  Xác định các hệ số:  i  j1 n (Công thức 4.5 TCXD 229-1999) y ji M j2 j1 Trong đó: y ji : Chuyển vị ngang tương đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng dao động i, không thứ nguyên. Xác định từ Etabs.

 Bước 3: Xác định hệ số động lực ( i ) ứng với dạng dao động thứ 1 dựa vào hệ số i ) ( và đường số 1, Hình 2, TCXD 229:1999. W0  Ta có:  i  (Công thức 4.4 TCXD 229-1999) 940fi i Hình 4.5 Đồ thị xác định hệ số động lực - Trong đó:  là hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, lấy bằng 1. W0 là giá trị áp lực gió tiêu chuẩn ( N / m2 ). 40 f là tần số dao động riêng thứ 1 (Hz).

+ Đường cong 1 – Sử dụng cho các công trình BTCT và gạch đá kể cả các công trình bằng khung thép có kết cấu bao che.  Bước 4: Tính giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió có xét đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió.3 TCXD 229-1999) p( ji) j i i  Bước 5: Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió có xét đến ảnh hưởng xung vận tốc gió và lực quán tính.2 : hệ số tin cậy đối với tải trọng gió.   1: Hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian sử dụng Bảng 6, TCXD 299- 1999, lấy 50 năm.4–Bảng tổng hợp tải trọng gió theo phương X W (kN) W (kN) W (kN ) 2 W (kN) px px x W (kN) tx W (kN) STORY Z(m) m(T) k Sx (m ) Fx px mode 2 mode 4 MAI 42.12 TANG THƯỢNG 38.5–Bảng tổng hợp tải trọng gió theo phương y 2 W (kN) W (kN) W (kN) TORY Z(m) m(T) k Sy (m ) WFy (kN) Wty (kN) py py Wpy (kN) y mode 3 mode 5 MAI 42.48 TANG THƯỢNG 38. Nội lực và chuyển vị do tải trọng gió X X  S ) t d  Nội lực cho thành phần tĩnh và động của tải gíó xác định như i1 2 sau: Trong đó:  X: Moment uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc, hoặc chuyển vị ở đây ta xem là tải trọng tổng hợp của 2 thành phần tĩnh và động.

 Xt : Moment uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc, hoặc chuyển vị do thành phần tĩnh trọng gió gây ra, ở đây ta xem là tải thành phần tĩnh.  X di Moment uốn (xoắn), lực cắt, lực dọc, hoặc chuyển vị do thành phần động trọng gió gây ra khi dao động ở dạng thứ i, ở đây ta xem là tải thành phần động  s: số dạng dao động tính toán  Việc tổ hợp nội lực gió chúng ta phải nhờ đến phần mền ETABS để thực hiện công việc này do quá trình tính toán tổ hợp này rất phức tạp và khối lượng tính toán quá lớn.  Vì giới hạn đồ án là phân tích theo giai đoạn đàn hồi tuyến tính, do đó giá trị tải trọng tỉ lệ với giá trị nội lực gây ra. Vì vậy để đơn giản trong tính toán, tổ hợp nội lực được thay bằng tổ hợp tải trọng.

Kết quả vẫn đảm bảo trong trường hợp phân tích trong giai đoạn đàn hồi.  Quá trình tổ hợp tải trọng được thực hiện theo các bước sau:  Tạo ra các loại tải trọng: (Load Case) trong ETABS Gió tĩnh theo phương X (cùng chiều và ngược chiều): WTX Gió tĩnh theo phương Y (cùng chiều và ngược chiều): WTY Gió động theo phương X ứng với dạng dao động thứ nhất (mode 1): WDX1 Gió động theo phương Y ứng với dạng dao động thứ nhất (mode 2): WDY1  Khai báo các tổ hợp cho các trường hợp tải (COMB) Tổ hợp nội lực thành phần tĩnh và động của tải trọng gió thông qua 2 COMB  Gió theo phương X: WX = WDX “+” WTX  Gió theo phương Y: WY = WDY “+” WTY “+”: Tổ hợp theo dạng ADD  Giá trị tải trọng gió tĩnh ta sẽ gán vào mô hình ETABS ở tâm hình học còn gió động gán vào tâm khối lượng của công trình  Lưu ý: Khi tạo các trường hợp tải trọng gió (thành phần động và tĩnh) chỉ tạo 1 trường hợp theo mỗi phương, đối với hướng gió thay đổi sẽ được khai báo hệ số trong khi tổ hợp nội lực. Tải trọng động đất Bảng 4.3 - Tần số và chu kì khi phân tích động đất Case Mode Period Fr sec Modal 1 1.079  Động đất được xem như là một trong những yêu cầu bắt buộc không thể thiếu và là yêu cầu quan trọng nhất khi thiết kế các công trình cao tầng. Do đó, bất kỳ công trình xây dựng nào nằm ở phân vùng về động đất phải tính toán tải trọng động đất.