Đồ án tốt nghiệp CNKT Công trình Xây dựng - ĐHSPKT TP.HCM - Chung cư Quận 9

Giới thiệu đồ án tốt nghiệp thiết kế chung cư tại quận 9, TP.HCM. Phân tích phương pháp quy hoạch, giải pháp kiến trúc và yếu tố bền vững trong dự án.

• Tác giả: Nguyễn Thị Sương Mai
• Người hướng dẫn: TS. Trần Tuấn Kiệt
• 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: Chung cư Quận 9
• 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 chung cư quận 9

Đồ án tốt nghiệp chung cư quận 9 thuộc ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Đề tài do sinh viên Nguyễn Thị Sương Mai thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Trần Tuấn Kiệt vào năm 2019. Công trình nghiên cứu tập trung vào thiết kế kết cấu tòa chung cư tại quận 9, TP.HCM. Phạm vi bao gồm tính toán khung chịu lực, sàn bê tông cốt thép, hệ thống móng và xác định khối lượng công việc. Đồ án sử dụng bản vẽ kiến trúc làm tài liệu đầu vào, từ đó triển khai các bước tính toán chi tiết theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam. Kết quả sản phẩm gồm báo cáo thuyết minh và bộ bản vẽ kỹ thuật hoàn chỉnh. Đây là bài tập tổng hợp kiến thức chuyên ngành, đòi hỏi vận dụng đồng thời lý thuyết kết cấu, cơ học đất và quy phạm thiết kế.

1.1. Giới thiệu đề tài và bối cảnh thực hiện

Quận 9 là khu vực đang phát triển mạnh về hạ tầng đô thị tại TP.HCM. Nhiều dự án chung cư mọc lên phục vụ nhu cầu nhà ở ngày càng tăng. Đồ án này ra đời trong bối cảnh đó, nhằm cung cấp giải pháp thiết kế kết cấu khả thi cho công trình cao tầng. Sinh viên tiếp cận bài toán thực tế với đầy đủ số liệu kiến trúc. Quá trình thực hiện kéo dài từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2019. Đồ án được đánh giá bởi giảng viên hướng dẫn và giáo viên phản biện theo quy trình bảo vệ chính thức.

1.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu chính là thiết kế hoàn chỉnh các kết cấu chịu lực của tòa chung cư. Cụ thể bao gồm khung bê tông cốt thép, các loại sàn cho từng khu vực chức năng, hệ thống móng phù hợp. Phạm vi tính toán áp dụng tiêu chuẩn TCVN và TCXD hiện hành của Việt Nam. Các tải trọng được xác định bao gồm tĩnh tải, hoạt tải và tải trọng gió. Đồ án không bao gồm thiết kế kiến trúc hay hệ thống MEP mà tập trung thuần túy vào kết cấu. Sản phẩm cuối cùng là báo cáo tính toán chi tiết kèm bản vẽ triển khai kết cấu.

II. Phân tích tải trọng và điều kiện thiết kế công trình

Phân tích tải trọng là bước quan trọng nhất trong thiết kế kết cấu chung cư quận 9. Đồ án xác định chi tiết tĩnh tải cho từng loại sàn gồm sàn khu dịch vụ, sàn ở, hành lang, ban công, sàn đậu xe, sàn vệ sinh và sàn mái. Mỗi loại sàn có cấu tạo lớp vật liệu riêng với trọng lượng riêng và hệ số độ tin cậy khác nhau. Vữa xi măng trát có trọng lượng riêng 18 kN/m³, gạch ốp lát đạt 22 kN/m³. Hệ số vượt tải trung bình được áp dụng là 1.2 cho các trường hợp thông thường. Đối với tải trọng gió, đồ án sử dụng TCXD 229:1999 để tính toán thành phần động. Các hệ số áp lực khí động được tra cứu theo độ cao từng tầng. Tải trọng gió được phân tích theo hai phương X và Y với ba dạng dao động khác nhau. Toàn bộ dữ liệu tải trọng được tổng hợp thành bảng tính chi tiết cho từng tầng của công trình.

2.1. Tĩnh tải và hoạt tải cho các khu vực chức năng

Tĩnh tải được tính riêng cho từng loại sàn dựa trên cấu tạo lớp vật liệu. S sàn khu dịch vụ và ở có tổng tĩnh tải 1.60 kN/m² bao gồm gạch Ceramic và vữa trát. Sàn đậu xe và hầm có tổng 1.96 kN/m² do lớp vữa lót tạo dốc dày 50mm. Sàn vệ sinh đạt 1.62 kN/m² với lớp chống thấm bổ sung. Sàn mái có cấu tạo phức tạp hơn với nhiều lớp bảo vệ. Mỗi loại tĩnh tải đều áp dụng hệ số vượt tải để đảm bảo an toàn. Hoạt tải được xác định theo công năng sử dụng của từng khu vực trong tòa nhà.

2.2. Tải trọng gió và ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên

Tải trọng gió đóng vai trò quan trọng đối với công trình cao tầng tại quận 9. Đồ án áp dụng TCXD 229:1999 để tính toán thành phần động của gió. Hệ số áp lực khí động thay đổi theo độ cao từng tầng của tòa nhà. Diện tích bề mặt đón gió có dạng hình chữ nhật, định hướng song song trục cơ bản. Hệ số tương quan không gian phụ thuộc vào tham số hình học và dạng dao động. Tải trọng gió được gán vào sàn theo hai phương X và Y. Giá trị tiêu chuẩn và giá trị tính toán được lập bảng riêng cho từng tầng.

III. Giải pháp thiết kế kết cấu khung sàn và móng chung cư

Giải pháp thiết kế kết cấu chung cư quận 9 áp dụng hệ khung bê tông cốt thép toàn khối. Cốt thép sử dụng gồm thép AIII đường kính từ 10mm trở lên với cường độ Rs 365 MPa và thép AI đường kính nhỏ hơn 10mm với Rs 225 MPa. Bê tông có cường độ chịu nén được chọn phù hợp với yêu cầu chịu lực từng bộ phận. Sàn được thiết kế theo phương pháp bản kê bốn cạnh hoặc hai cạnh tùy hình dạng ô sàn. Các mối nối giữa dầm và cột được tính toán đảm bảo truyền lực an toàn. Hệ thống móng được thiết kế dựa trên điều kiện địa chất khu vực quận 9. Đồ án cân nhắc tải trọng động đất theo quy chuẩn xây dựng Việt Nam. Toàn bộ kết quả tính toán được trình bày dưới dạng bảng số liệu và biểu đồ minh họa. Bản vẽ triển khai thể hiện đầy đủ bố trí cốt thép và kích thước cấu kiện.

3.1. Thiết kế khung và sàn bê tông cốt thép

Hệ khung bê tông cốt thép là giải pháp chịu lực chính cho tòa chung cư. Cột được tính toán chịu tải trọng nén kết hợp uốn từ các tầng bên trên. Dầm liên kết cột theo hai phương tạo thành khung không gian cứng vững. Sàn bê tông cốt thép được thiết kế theo lý thuyết bản với các điều kiện biên thực tế. Cốt thép bố trí theo hai phương đảm bảo chịu moment dương và âm. Các vị trí lỗ sàn được gia cường bổ sung bằng thép dọc mép. Biện pháp chống nứt được áp dụng theo quy phạm hiện hành.

3.2. Thiết kế hệ thống móng cho công trình cao tầng

Hệ thống móng được thiết kế phù hợp với tải trọng lớn từ tòa chung cư nhiều tầng. Đồ án phân tích điều kiện đất nền khu vực quận 9 để chọn loại móng tối ưu. Tải trọng từ hệ khung được truyền xuống móng qua các đài móng liên kết. Móng cọc hoặc móng băng được cân nhắc dựa trên chiều sâu tầng chịu lực. Khả năng chịu tải của cọc được xác định theo công thức và kết quả thí nghiệm. Biện pháp chống thấm và bảo vệ móng được tính đến trong thiết kế. Bản vẽ móng thể hiện chi tiết bố trí cọc, đài móng và giằng móng.

IV. Kết luận và khả năng ứng dụng thực tế của đồ án

Đồ án tốt nghiệp chung cư quận 9 đã hoàn thành đầy đủ các mục tiêu đề ra. Kết cấu khung, sàn và móng được tính toán chi tiết theo tiêu chuẩn Việt Nam. Tải trọng tĩnh, tải trọng sử dụng và tải trọng gió được xác định chính xác cho từng tầng. Hệ số tương quan không gian và hệ số áp lực khí động được áp dụng đúng quy trình. Bản vẽ kết cấu triển khai đầy đủ, phục vụ thi công thực tế. Đồ án chứng minh khả năng vận dụng kiến thức tổng hợp vào bài toán thiết kế thực tế. Tuy nhiên, một số hạn chế cần được cải thiện trong các nghiên cứu tiếp theo. Phương pháp tính toán có thể được mở rộng với phần mềm phân tích kết cấu chuyên dụng. Kết quả đồ án làm tài liệu tham khảo cho các dự án chung cư tương tự tại Việt Nam.

4.1. Đánh giá kết quả và những đóng góp của đề tài

Đồ án đã hoàn thành trọn vẹn sản phẩm gồm báo cáo thuyết minh và bản vẽ kỹ thuật. Các phép tính tải trọng được trình bày hệ thống, dễ kiểm tra và đối chiếu. Bảng tổng hợp tải trọng từng tầng giúp hình dung rõ ràng lực tác dụng lên kết cấu. Thiết kế cốt thép tuân thủ quy phạm về khoảng cách tối thiểu và chiều dày bảo vệ. Đóng góp chính là bộ tài liệu tính toán mẫu cho loại hình chung cư phổ biến tại Việt Nam. Đồ án được đánh giá đạt yêu cầu tốt nghiệp theo nhận xét của giảng viên hướng dẫn và phản biện.

4.2. Hướng phát triển và khả năng ứng dụng trong thực tiễn xây dựng

Kết quả đồ án có thể ứng dụng trực tiếp cho các dự án chung cư tương tự tại quận 9. Phương pháp tính toán áp dụng được cho công trình có quy mô và cấu trúc tương đương. Hướng phát triển tiếp theo là tích hợp phần mềm SAP2000 hoặc ETABS để phân tích động lực học. Nghiên cứu bổ sung tải trọng động đất chi tiết theo vùng seismic khu vực TP.HCM. Ứng dụng vật liệu mới như bê tông cường độ cao hoặc cốt thép composite cũng值得探索. Đồ án làm nền tảng cho các nghiên cứu chuyên sâu hơn về kết cấu cao tầng tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH 1. Các quy phạm và tiêu chuẩn làm cơ sở cho việc thiết kế  Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép TCVN 5574:2012  Tiêu chuẩn thiết kế tải trọng và tác động TCVN 2737:1995  Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình TCVN 9362:2012  Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc TCVN 10304:2014  Nhà cao tầng - thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối TCXD 198:1997  … 2. Giải pháp kết cấu cho công trình 2.1 Hệ kết cấu chịu lực chính Hệ chịu lực của nhà cao tầng là bộ phận chủ yếu của công trình nhận các loại tải trọng truyền chúng xuống móng và nền đất. Hệ chịu lực của công trình nhà cao tầng nói chung được tạo thành từ các cấu kiện chịu lực chính là sàn, khung và vách cứng.

Hệ tường cứng chịu lực (vách cứng): cấu tạo chủ yếu trong hệ kết cấu công trình chịu tải trọng ngang (gió). Bố trí hệ tường cứng ngang và dọc theo chu vi lõi thang tạo hệ lõi cứng cùng chịu lực và chu vi công trình để có độ cứng chống xoắn tốt. Vách cứng là cấu kiện không thể thiếu trong kết cấu nhà cao tầng hiện nay. Nó là cấu kiện thẳng đứng có thể chịu được các tải trọng ngang và đứng.

Đặc biệt là các tải trọng ngang xuất hiện trong các công trình nhà cao tầng với những lực ngang tác động rất lớn. Sự ổn định của công trình nhờ các vách cứng ngang và dọc. Như vậy vách cứng được hiểu theo nghĩa là các tấm tường được thiết kế chịu tải trọng ngang. Bản sàn được xem như tuyệt đối cứng trong mặt phẳng của chúng.

Có tác dụng tham gia vào việc tiếp thu và truyền tải trọng vào các tường cứng và truyền xuống móng. Thường nhà cao tầng dưới tác động của tải trọng ngang được xem như một thanh ngàm ở móng. Hệ khung chịu lực: được tạo thành từ các thanh đứng (cột) và ngang (dầm) liên kết cứng tại chỗ giao nhau của chúng, các khung phẳng liên kết với nhau tạo thành khối khung không gian. Tải trọng đứng và tải trọng ngang (tác động của gió và động đất) của kết cấu khung đều do dầm và cột đảm nhiệm không có khối tường chịu lực.

Không gian mặt bằng lớn, bố trí kiến trúc linh hoạt, có thể đáp ứng yêu cầu sử dụng không bị hạn chế, phù hợp với các loại công trình. Do kết cấu khung có độ cứng bên nhỏ, khả năng chống lực bên tương đối thấp, đế đáp ứng yêu cầu chống gió và động đất, mặt cắt của dầm và cột tương đối lớn, lượng thép dùng tương đối nhiều. Dưới tác động của động đất, do biến dạng ngang tương đối lớn nên kết cấu bao che công trình và trang trí bên trong dễ bị nứt và hư hỏng. Kết cấu khung - vách: là hình thức tổ hợp của hai hệ kết cấu trên.

Tận dụng ưu việt của mỗi loại, vừa có thể cung cấp một không gian sử dụng tương đối lớn vừa có khả năng chống lực ngang tốt. Vách cứng trong kết cấu khung vách có thể bố trí độc lập, cũng có thể lợi dụng vách của thang máy, gian cầu thang, giếng đường ống. Vì vậy, loại kết cấu này đã được dùng rộng rãi cho các loại công trình và đây chính là giải pháp kết cấu được áp dụng cho công trình chung cư Four Aces.2 Hệ kết cấu tường chắn giữ cho tầng hầm Nhà không có tầng hầm, độ sâu ngàm vào đất là tương đối nông khoảng 2 3m, độ ổn định của công trình không cao do trọng tâm của công trình ở trên cao. Khi có tầng hầm trọng tâm của công trình sẽ được hạ xuống thấp, do đó làm tăng tính ổn định cho công trình.

Hơn nữa tường, THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 11 cột, dầm, sàn của tầng hầm sẽ làm tăng độ ngàm của công trình vào đất, tăng khả năng chịu tải ngang như gió, bão, động đất,… Khi thi công tầng hầm phải đào sâu vào trong lòng đất, nhất là đối với nhà có nhiều tầng hầm thì giải pháp chắn đất bằng tường liên tục (diaphragm wall) tỏ ra hiệu quả. Nếu tường liên tục trong đất lại kiêm làm kết cấu chịu lực của công trình xây dựng thì hiệu quả kinh tế càng cao hơn. THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 12 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH 1. Số liệu tính toán: 1.1 Kích thước sơ bộ Chọn sơ bộ chiều dày sàn Kích Chiều dày sàn STT Ô Sàn thước hs nhịp L/50 L/40 mm mm mm 1 F1 6000 120.2 Vật liệu  Bê tông B30 có Rb = 17 MPa  Thép AIII   10) , Rs = 365 MPa  Thép AI,   10) , Rs = 225 MPa 1.

Tải trọng thường xuyên cho các lớp sàn Trọng lượng riêng của vật liệu và hệ số độ tin cậy Trọng Hệ số độ tin STT Vật liệu Đơn vị lượng riêng cậy 1 Vữa XM trát, ốp, lát kN/m³ 18 1.3 2 Gạch ốp, lát kN/m³ 22 1.1 3 Lớp chống thấm kN/m³ 0.2 4 Hệ thống kỹ thuật kN/m³ - 1. Tĩnh tải tác dụng lên sàn:  Tĩnh tải sàn khu dịch vụ-khu ở- hành lang- ban công Tải Hệ số Tải Trọng Chiều trọng vượt tọng ST T Các lớp cấu tạo lượng dày tiêu tải tính riêng chuẩn n toán (kN/ (kN/ mm kN/m³ m²) m²) 1 Lớp gạch Ceramic 20 22 0.47 3 Lớp vữa trát 15 18 0.35 4 Hệ thống kỹ thuật - - 0.30 Tổng tĩnh tải 1.60 Tải trọng tiêu chuẩn với hệ số vượt tải trung 1.2 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 13  Tĩnh tải sàn đậu xe- sàn hầm Trọng Tải Hệ số Tải Chiều trọng vượt tọng STT Các lớp cấu tạo lượng dày tiêu tải tính riêng chuẩn n toán mm kN/m³ (kN/m²) (kN/m²) 1 Lớp vữa lót- tạo dốc 50 22 1.43 3 Lớp vữa trát trần 10 18 0.23 4 Hệ thống kỹ thuật - - 0.30 Tổng tĩnh tải 1.96 Tải trọng tiêu chuẩn với hệ số vượt tải trung 1.2  Tĩnh tải sàn vệ sinh Trọng Tải Hệ số Tải Chiều trọng vượt tọng STT Các lớp cấu tạo lượng dày tiêu tải tính riêng chuẩn n toán mm kN/m³ (kN/m²) (kN/m²) 1 Lớp gạch Ceramic 10 22 0.24 2 Lớp vữa tạo dốc 20 18 0.47 3 Lớp vữa trát 15 18 0.26 5 Hệ thống kỹ thuật - - 0.30 Tổng tĩnh tải 1.62 Tải trọng tiêu chuẩn với hệ số vượt tải trung 1.2  Tĩnh tải sàn mái Trọng Tải Hệ số Tải Chiều trọng vượt tọng STT Các lớp cấu tạo lượng dày tiêu tải tính riêng chuẩn n toán mm kN/m³ (kN/m²) (kN/m²) 1 Lớp gạch Ceramic 10 22 0.24 Lớp vữa tạo dốc 20 18 0.47 2 Lớp chống thấm 10 18 0.22 3 Lớp vữa trát 15 18 0.35 4 Hệ thống kỹ thuật - - 0.30 Tổng tĩnh tải 1.58 Tải trọng tiêu chuẩn với hệ số vượt tải trung 1.2 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 14  Tĩnh tải tường h tương kN/m2 kN/m (m) Tường 100mm D650 1. Hoạt tải tác dụng lên sàn: Hoạt tải toàn Hoạt tải Hoạt tải Hoạt tải Hệ số vượt Chức năng các phần dài hạn ngắn hạn toàn phần tải phòng của công trình tiêu chuẩn tiêu chuẩn tiêu chuẩn tính toán 2 2 2 2 kN/m kN/m kN/m n kN/m Sàn hầm 4 1.8 Sảnh, hành lang, cầu 3 1 2 1.6 thang Văn phòng, phòng ngủ, phòng khách, 2 1 1 1.4 phòng ăn, vệ sinh. Ban công, logia 2 0.4 Mái không sử dụng 0.

Kết quả tính toán bằng safe 2016: THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 15 Hình 1: Hoạt tải sàn trong Etabs 2016 Hình 2: Trọng lượng bản thân sàn trong Etabs 2016 THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 16 - Sàn được mô hình và tính toán bằng phần mềm SAFE với các hệ dầm chính và dầm phụ Hình 3: Phân tích và tính toán sàn bằng safe THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 17 Hình 4: Momen theo phương X Hình 5: Momen theo phương Y 2.1 Từ biến và co ngót - Độ võng sàn được tính có xét đến sự ảnh hưởng của hiện tượng từ biến và co ngót của bê tông THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 18 Thông số đầu vào Concrete B30 fcm = 33 Mpa Rebar CB400V h0 = 200 mm Relative humidity (RH) 80% α1 = 1.01184 Size of strip b = 1000 mm α3 = 1.02986 Time of consideration 1 year t= 365 days Time at loading 14 days t0 = 14 days Concrete B30 fcm = 33 Mpa Rebar CB400V fcm0 = 10 Mpa Relative humidity (RH) 80% fck = 25 Mpa Thickness h = 250 mm h0 = 200 mm Size of strip b = 1000 mm s= 0.25 Time of consideration 1 year αd1 = 4 Time at end curing 0.12 Type of cement N t= 365 days t0 = 0.05 days Result εcd,0 = 0.85 o Hệ số từ biến là 1.576 o Hệ số co ngót là 0.2 Xác định độ võng sàn bằng safe 2016 Khi tính toán võng cho các cấu kiện chịu uốn (sàn) các công trình cần chú ý: Tổ hợp tải trọng theo TTGH II (tải trọng tiêu chuẩn) Sự xuất hiện của vết nứt trong bêtông khi chịu lực sẽ làm giảm độ cứng của tiết diện và làm tăng độ võng cho cấu kiện. Sự làm việc dài hạn của kết cấu BTCT, cần xét tới các yếu tố từ do biến và co ngót cũng như tác dụng dài hạn của các loại tải trọng. Theo TCVN 5574-2012, độ võng toàn phần f được xác định theo công thức như: f = f1 – f2 + f3 Trong đó: f1: độ võng do tác dụng ngắn hạn (Shortterm) của toàn bộ tải trọng (DL+SDL+WL+LL1 +LL2) gây ra. f2: độ võng do tác dụng ngắn hạn (Shortterm) của tải trọng dài hạn (DL+SDL+WL+ ψ LL1 + ψ LL2) gây ra THUYẾT MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 19 f3: độ võng do tác dụng dài hạn (Longterm) của tải trọng dài hạn (DL+SDL+WL+ ψ LL1 + ψ LL2) gây ra. Lưu ý: Với ψ là hệ số qui đổi chuyển từ tải toàn phần sang tải trọng dài hạn, lấy theo TCVN 2737-1995 Sử dụng phiên bản SAFE V12 tiến hành khai báo như sau: Define Load cases/ Initial Conditions/ Continue from State at End of Nonlinear Case. Cho phép phân tích trường hợp hiện tại có xét đến ảnh hưởng của quá trình làm việc trước đó.