Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng với đề tài "Nhà ở cán bộ Công ty Dệt 8-3" được thực hiện bởi sinh viên Phạm Văn Luân (lớp 2014X2, Khoa Xây dựng, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội) dưới sự hướng dẫn của TS. Phùng Thị Hoài Hương, TS. Nguyễn Ngọc Thanh và ThS. Nguyễn Cảnh Cường. Đề tài xuất phát từ yêu cầu thực tiễn về giải quyết nhu cầu nhà ở tập trung cho cán bộ công nhân viên của Công ty Dệt 8-3 tại khu vực đô thị Hà Nội, đồng thời là đồ án tổng hợp nhằm hoàn thiện năng lực thiết kế kỹ thuật công trình dân dụng cao tầng của kỹ sư xây dựng.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu, thiết kế được phân định cụ thể theo các phần khối lượng chính:

  1. Phần Kiến trúc (chiếm 10% khối lượng đồ án): Tìm hiểu điều kiện tự nhiên, địa hình, khí hậu, hạ tầng kỹ thuật; đề xuất giải pháp quy hoạch tổng mặt bằng, phân chia không gian công năng khối nhà 15 tầng và thiết kế hệ thống kỹ thuật phụ trợ (chiếu sáng, cấp thoát nước, thông gió - điều hòa, điện động lực, phòng cháy chữa cháy, thông tin tín hiệu).
  2. Phần Kết cấu (chiếm 45% khối lượng đồ án): Lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực; lập mặt bằng kết cấu; xác định các loại tải trọng tác dụng (tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng gió tĩnh, gió động và động đất); mô hình hóa kết cấu không gian 3D trên phần mềm chuyên dụng; tính toán và bố trí cốt thép cho sàn tầng điển hình, khung không gian trục 3, vách lõi thang máy và cầu thang bộ trục 7-8 từ tầng 3 lên tầng 4.
  3. Phần Nền móng: Phân tích điều kiện địa chất công trình và thủy văn; lựa chọn phương án nền móng cọc bê tông cốt thép; xác định sức chịu tải của cọc và thiết kế kết cấu đài móng.
  4. Phần Thi công: Lập biện pháp kỹ thuật thi công đất, bê tông móng và giằng móng; thiết kế cốp pha đà giáo cho phần thân (chi tiết tầng 8); lập tiến độ thi công, thiết kế tổng mặt bằng xây dựng và đề xuất biện pháp an toàn lao động, vệ sinh môi trường.

Đối tượng nghiên cứu là công trình nhà ở cán bộ cao tầng dạng khối hình chữ nhật với kích thước mặt bằng 32,6 m x 15 m, tổng diện tích xây dựng một sàn là 489 m², tọa lạc trên khu đất có diện tích khoảng 5.561,6 m² tại thành phố Hà Nội. Quy mô công trình gồm 15 tầng (14 tầng ở và 1 tầng mái tum kỹ thuật), tổng chiều cao 50,4 m tính từ cốt ±0.00. Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở các giải pháp thiết kế kỹ thuật sơ bộ và chi tiết một số cấu kiện chịu lực điển hình theo quy trình đào tạo kỹ sư xây dựng khóa 2014 - 2019.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và các văn bản quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng được tác giả sử dụng làm căn cứ tính toán bao gồm:

  • Quy chuẩn và tiêu chuẩn tải trọng, tác động:
    • TCVN 2737:1995 - Tiêu chuẩn tải trọng và tác động (xác định tĩnh tải cấu tạo, hoạt tải sử dụng phân bố đều trên sàn và áp lực gió tiêu chuẩn).
    • TCXDVN 229:1999 - Tiêu chuẩn chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió tác động lên công trình cao tầng.
    • TCVN 9386:2012 - Thiết kế công trình chịu động đất (phân tích phổ phản ứng dao động đàn hồi và phổ thiết kế).
  • Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép:
    • TCVN 5574:2018 - Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép (xác định cường độ vật liệu bê tông B25, cốt thép CB240T, CB300V và tính toán tiết diện cấu kiện chịu uốn, nén, cắt).
    • Tiêu chuẩn nước ngoài và tài liệu chuyên ngành: Tiêu chuẩn BS 8110 (Anh) và ACI 318 (Mỹ) làm cơ sở cho phương pháp chuyển đổi trạng thái nén lệch tâm xiên về nén lệch tâm phẳng tương đương; "Sổ tay thực hành kết cấu công trình" của PGS. PTS. Vũ Mạnh Hùng phục vụ tra cứu bảng số liệu tính toán bản sàn đàn hồi.
  • Phương pháp tính toán thực tế đã áp dụng:
    • Phương pháp mô hình hóa phần tử hữu hạn (FEM): Sử dụng phần mềm ETABS phiên bản 17.1 để dựng mô hình không gian 3D của toàn bộ hệ khung - vách - lõi, gán tải trọng, thiết lập ma trận khối lượng tham gia dao động (Mass Source = 1,0*TT + 0,3*HT và 1,0*TT + 0,5*HT), giải bài toán dao động riêng (tìm chu kỳ, tần số và dạng dao động), phân tích phổ phản ứng và tổ hợp nội lực tự động.
    • Phương pháp giải tích tính sàn: Phân chia các ô sàn theo tỷ số cạnh ngắn và cạnh dài ($l_2/l_1$). Với $l_2/l_1 \le 2$, tính toán theo sơ đồ bản kê 4 cạnh làm việc hai phương theo lý thuyết đàn hồi, cắt dải bản rộng 1 m. Với $l_2/l_1 > 2$, tính theo sơ đồ bản dầm làm việc một phương.
    • Phương pháp gần đúng tính cột lệch tâm xiên: Biến đổi bài toán chịu nén uốn hai phương về nén uốn phẳng tương đương kết hợp kiểm tra 3 trường hợp lệch tâm (lệch tâm rất bé, lệch tâm bé và lệch tâm lớn).
    • Phương pháp xác định sức chịu tải cọc: Tính toán sức chịu tải của cọc đơn dựa trên kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT theo công thức của Viện Kiến trúc Nhật Bản.
  • Nguồn dữ liệu: Hồ sơ khảo sát địa chất công trình khoan sâu 50 m gồm 10 lớp đất tại khu vực Cầu Giấy (Hà Nội); số liệu khí tượng thủy văn thành phố Hà Nội thuộc vùng áp lực gió II-B; bản vẽ thiết kế kiến trúc công trình.

Nội dung chính theo từng phần và chương

Phần 1: Phần Kiến trúc (chiếm 10% khối lượng)

Phần kiến trúc tổng hợp các giải pháp về tổ chức không gian, quy hoạch mặt bằng và hạ tầng kỹ thuật của khối nhà 15 tầng:

  • Vị trí và mặt bằng: Công trình xây dựng trên khu đất 5.561,6 m², địa hình bằng phẳng. Kích thước hình học khối nhà là 32,6 m x 15 m; diện tích sàn xây dựng 489 m². Chiều cao tầng 1 là 4,2 m; các tầng từ 2 đến 14 và tầng tum kỹ thuật có chiều cao đồng nhất 3,3 m; tổng chiều cao đạt 50,4 m. Không gian mặt bằng bố trí sảnh đón, phòng kỹ thuật, các phòng chức năng căn hộ gồm phòng khách, phòng ngủ và khu vệ sinh. Giao thông theo phương đứng gồm 3 thang máy và 2 cầu thang bộ (trong nhà và ngoài nhà) bảo đảm thoát hiểm.
  • Vật liệu hoàn thiện: Sàn nhà lát gạch ceramic 400x400 mm; sàn vệ sinh lát gạch chống trơn; tường vệ sinh ốp gạch men; bậc thang láng ganito đá rửa; hệ thống cửa sử dụng cửa sổ kính, cửa đi pa nô kính và vách kính khung nhôm tại ô thang bộ; tường bao che và tường ngăn xây gạch rỗng hai lỗ bảo đảm cách âm, cách nhiệt; sàn mái bê tông đổ tại chỗ dày 100 mm.
  • Hệ thống cơ điện và kỹ thuật công trình:
    • Chiếu sáng và cấp điện: Kết hợp chiếu sáng tự nhiên qua cửa sổ và hành lang giữa với hệ thống đèn nhân tạo. Điện nguồn cấp từ tuyến trung thế 15 kV ngầm vào trạm biến áp riêng; trang bị 1 máy phát điện Diesel dự phòng tại tầng 1 phục vụ PCCC, bơm nước, thang máy và chiếu sáng khẩn cấp.
    • Thông gió và điều hòa: Sử dụng hệ thống điều hòa không khí trung tâm, mạng lưới đường ống cấp lạnh đi dọc theo trục kỹ thuật cầu thang và rẽ nhánh ngang trong trần giả.
    • Cấp thoát nước: Cấp nước sinh hoạt từ mạng lưới đô thị vào bể chứa ngầm và bể PCCC, bơm tự động lên bể mái để phân phối tự chảy; hệ thống thoát nước phân tách nước thải qua bể tự hoại cục bộ trước khi xả ra cống thành phố; ống thông hơi PVC đường kính $\phi 60$ vươn cao hơn mái 700 mm.
    • Phòng cháy chữa cháy: Mạng lưới đầu báo cháy gắn tại các tầng kết nối trung tâm điều khiển; mỗi tầng trang bị tủ họng nước chữa cháy vách tường kèm cuộn vòi đường kính 50 mm dài 30 m, lăng phun đường kính 13 mm; hệ thống bơm gồm bơm điện chính kết hợp bơm Diesel dự phòng.
    • Thông tin liên lạc: Dây dẫn thoại 4 lõi và cáp truyền hình đồng trục luồn ống PVC chôn ngầm; mỗi căn hộ lắp đặt sẵn 2 ổ cắm máy tính và 2 ổ cắm điện thoại.
  • Điều kiện khí hậu, thủy văn: Nhiệt độ trung bình năm 27°C; mùa mưa kéo dài từ tháng 4 đến tháng 11, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 3; độ ẩm trung bình 75% - 80%; tốc độ gió cực đại 28 m/s, hướng gió thịnh hành là Tây - Tây Nam và Bắc - Đông Bắc. Nền đất thuộc vùng địa chất tương đối tốt với 10 lớp đất phân bố trong phạm vi 50 m.

Phần 2: Phần Kết cấu (chiếm 45% khối lượng)

Chương 1: Lựa chọn giải pháp kết cấu và lập mặt bằng kết cấu

  • Lựa chọn vật liệu: Bê tông cấp độ bền B25 có cường độ chịu nén tính toán $R_b = 14,5\text{ MPa}$, cường độ chịu kéo $R_{bt} = 1,05\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_b = 30 \times 10^3\text{ MPa}$. Thép thanh gồm CB240T ($R_s = R_{sw} = 225\text{ MPa}$) cho cốt thép phân bố, cốt đai và cốt sàn nhỏ; thép CB300V ($R_s = R_{sw} = 280\text{ MPa}$) cho cốt thép chịu lực chính.
  • Hệ kết cấu chịu lực: Phân tích ưu nhược điểm của hệ khung thuần túy, hệ vách cứng độc lập và quyết định lựa chọn hệ khung kết hợp vách - lõi cứng bê tông cốt thép toàn khối. Lõi cứng bố trí tại khu vực buồng thang máy và thang bộ nhằm tiếp nhận phần lớn tải trọng ngang (gió, động đất), hệ khung cột - dầm gánh đỡ tải trọng đứng và chia sẻ lực ngang.
  • Chọn sơ bộ kích thước cấu kiện:
    • Bản sàn: Tính theo công thức $h_b = (D/m) \cdot l_1$. Với ô sàn lớn nhất kích thước 4,8 m x 3,75 m, chọn $D = 1,0$, $m = 40 \div 45$, chiều dày tính toán sơ bộ ra $0,091 \div 0,103\text{ m}$; thống nhất chọn chiều dày sàn tầng điển hình và sàn mái là $h_b = 10\text{ cm}$ (100 mm).
    • Dầm: Dầm chính khung trục 1-12 (nhịp 3,75 m) và trục A-G (nhịp 4,8 m) chọn theo $h = (1/8 \div 1/12)l_d$; dầm phụ nhịp 3,75 m chọn theo $h = (1/12 \div 1/20)l_d$ với tiết diện $b \times h = 150 \times 300\text{ mm}$. Dầm đỡ tường chọn $300 \times 600\text{ mm}$. Kích thước dầm thỏa mãn yêu cầu kháng chấn $b_w \le b_c + h_w$.
    • Cột: Tiết diện chọn theo công thức $A \ge k \cdot N / R_b$, giả định tải trọng quy đổi sàn $q = 10\text{ kN/m}^2$. Cột giữa (trục 2-12 giao B-F) và cột biên (trục 1, 12 giao A, G) từ tầng 1 đến tầng 14 được thống nhất chọn kích thước $300 \times 500\text{ mm}$. Kiểm tra độ mảnh cột tầng 1 ($H = 4,2\text{ m}$): chiều dài tính toán $l_0 = 0,7 \times 4,2 = 2,94\text{ m}$; độ mảnh $\lambda = l_0 / b = 2,94 / 0,3 = 9,8 \le [\lambda] = 31$, thỏa mãn ổn định nén uốn.
    • Vách lõi thang máy: Chiều dày tường vách chọn $b_w = 300\text{ mm}$, thỏa mãn điều kiện kháng chấn ($b_w \ge 200\text{ mm}$ và $b_w \ge H_t / 20 = 3300 / 20 = 165\text{ mm}$).

Chương 2: Xác định tải trọng lên công trình

  • Tĩnh tải (TT): Trọng lượng bản thân các cấu kiện bê tông cốt thép (sàn, dầm, cột, vách) do phần mềm tự động tính toán. Tĩnh tải cấu tạo sàn gồm các lớp hoàn thiện lát gạch ceramic, vữa lót, chống thấm, trát trần và trần thạch cao. Tĩnh tải tường xây gạch 2 lỗ dày 220 mm tại tầng 1 cao 4,2 m (chiều cao xây $h = 3,8\text{ m}$) có tải trọng tiêu chuẩn $g^{tt} = 20,89\text{ kN/m}$, tường có mở cửa giảm còn $15,57\text{ kN/m}$.
  • Hoạt tải (HT): Tra cứu theo TCVN 2737:1995:
    • Phòng ngủ: giá trị tiêu chuẩn $p^{tc} = 1,5\text{ kN/m}^2$, hệ số vượt tải $n = 1,3 \rightarrow p^{tt} = 1,95\text{ kN/m}^2$.
    • Hành lang, sảnh đón, phòng kỹ thuật, cầu thang bộ: $p^{tc} = 3,0\text{ kN/m}^2$, hệ số vượt tải $n = 1,2 \rightarrow p^{tt} = 3,6\text{ kN/m}^2$.
  • Tải trọng gió: Công trình thuộc vùng áp lực gió II-B tại Hà Nội, giá trị áp lực gió cơ bản $W_0 = 0,95\text{ kN/m}^2$, dạng địa hình B, hệ số khí động hút và đẩy tổng cộng $c = 1,4$.
    • Gió tĩnh: Áp lực gió tại từng tầng xác định theo độ cao qua hệ số $k(z_j)$, quy về lực tập trung tại các sàn.
    • Gió động: Áp dụng TCXDVN 229:1999 với tần số giới hạn $f_L = 1,3\text{ Hz}$. Kết quả phân tích dao động riêng trên ETABS cho thấy tần số của công trình theo phương X ($f_2 < f_L < f_5$) và phương Y ($f_4 < f_L < f_5$) yêu cầu phải xét đến 2 dạng dao động đầu tiên cho mỗi phương. Các hệ số động lực tính được gồm: phương X có $\xi_1 = 1,9$ (Mode 1) và $\xi_2 = 1,8$ (Mode 3); phương Y có $\xi_1 = 1,59$ (Mode 2) và $\xi_2 = 1,75$ (Mode 4).
  • Tải trọng động đất: Căn cứ TCVN 9386:2012, công trình nhà cao tầng thuộc cấp quan trọng đặc biệt, hệ số tầm quan trọng $\gamma_I = 1,0$. Địa bàn quận Cầu Giấy (Hà Nội) có gia tốc nền thiết kế $a_g = \gamma_I \cdot a_{gR} = 1,0124\text{ m/s}^2$. Nền đất thuộc nhóm B với các tham số phổ phản ứng: $S = 1,2$; $T_B = 0,15\text{ s}$; $T_C = 0,5\text{ s}$; $T_D = 2,0\text{ s}$. Hệ số ứng xử kết cấu $q = q_0 \cdot k_w = 3,9 \times 1,0 = 3,9$. Do chu kỳ cơ bản theo phương X ($T_{1X} > 2\text{ s}$), tác giả sử dụng phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động (Response Spectrum), tổng khối lượng tham gia dao động đạt trên 85% theo phương X và 87% theo phương Y.
  • Tổ hợp tải trọng: Thiết lập các tổ hợp nội lực gồm tải trọng thường xuyên và tạm thời: Comb1 (TT + HT); các tổ hợp tải trọng gió Comb2 đến Comb4 (TT + 0,9 Gió); các tổ hợp động đất Comb5 đến Comb7 (TT + 0,9 HT + Động đất); Comb8 đến Comb10 xét các chiều đảo của tải trọng ngang; và Comb bao để tìm bao nội lực nguy hiểm nhất cho từng tiết diện.

Chương 3: Thiết kế sàn tầng điển hình

  • Phân loại ô bản và sơ đồ tính: Sàn sườn toàn khối dày 100 mm, cắt dải bản rộng $b = 1\text{ m}$ để tính toán theo sơ đồ đàn hồi. Ô sàn loại bản kê 4 cạnh ($l_2/l_1 \le 2$) tính theo sơ đồ tra hệ số mô men nhịp và gối của sách Sổ tay kết cấu công trình; ô bản dầm ($l_2/l_1 > 2$) tính toán chịu uốn 1 phương.
  • Chi tiết tính toán mẫu ô sàn 4 (bản kê 4 cạnh):
    • Kích thước ô sàn: $l_1 = 3,3\text{ m}$, $l_2 = 3,75\text{ m}$; tỷ số $l_2/l_1 = 1,13$.
    • Tải trọng tính toán: Tĩnh tải $g^{tt} = 4,449\text{ kN/m}^2$, hoạt tải $p^{tt} = 1,95\text{ kN/m}^2$, tổng tải $q^{tt} = 6,399\text{ kN/m}^2$.
    • Chiều cao làm việc tiết diện: $h_0 = 100 - 20 = 80\text{ mm}$.
    • Thép nhịp phương cạnh ngắn ($M_1 = 1,72\text{ kNm}$): diện tích thép yêu cầu $A_s = 0,96\text{ cm}^2$, chọn bố trí thép $\phi 6\text{a}200$ ($A_s = 1,41\text{ cm}^2$).
    • Thép nhịp phương cạnh dài ($M_2 = 1,28\text{ kNm}$, $h_0 = 74\text{ mm}$): diện tích thép yêu cầu $A_s = 0,72\text{ cm}^2$, chọn $\phi 6\text{a}200$ ($A_s = 1,41\text{ cm}^2$).
    • Thép mô men gối ngắn ($M_I = 3,96\text{ kNm}$): diện tích thép yêu cầu $A_s = 2,25\text{ cm}^2$, chọn bố trí $\phi 8\text{a}200$ ($A_s = 2,51\text{ cm}^2$).
    • Thép mô men gối dài ($M_{II} = 3,0\text{ kNm}$): diện tích thép yêu cầu $A_s = 1,69\text{ cm}^2$, chọn bố trí $\phi 8\text{a}200$ ($A_s = 2,51\text{ cm}^2$).
  • Chi tiết tính toán ô bản dầm (ô sàn 3): Kích thước 1,135 m x 3,3 m, tỷ số $l_2/l_1 = 2,91 > 2$. Cắt dải 1 m theo phương cạnh ngắn, tính mô men nhịp $M_1 = q \cdot l^2 / 24 = 0,37\text{ kNm}$ và mô men gối $M_I = q \cdot l^2 / 12 = 0,745\text{ kNm}$; đều chọn bố trí thép cấu tạo $\phi 6\text{a}200$ ($A_s = 1,41\text{ cm}^2$).

Chương 4: Tính toán cốt thép cho các cấu kiện khung trục

  • Mô hình kết cấu: Trích xuất kết quả nội lực khung phẳng trục 3 từ mô hình không gian 3D ETABS.
  • Tính toán cột chịu nén lệch tâm xiên:
    • Áp dụng phương pháp gần đúng theo chỉ dẫn của tiêu chuẩn BS 8110 và ACI 318 kết hợp quy chuẩn TCVN 5574:2018. Dựa vào tỷ số mô men $M_{x1}/C_x$ và $M_{y1}/C_y$ để đưa về bài toán nén uốn phẳng tương đương quanh một trục chính.
    • Phân biệt 3 trường hợp tính toán dựa trên độ lệch tâm ban đầu $e_0 = \max(e_1, e_a)$ và chiều cao vùng nén giả định $x_1 = N / (R_b \cdot b)$:
      1. Trường hợp 1 (lệch tâm rất bé): Khi $e_0/h \le 0,30$, cấu kiện làm việc gần như nén đúng tâm, xét thêm hệ số uốn dọc $\varphi$ và hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm $\eta_e$ để tính tổng diện tích thép $A_{st}$ bố trí đều theo chu vi.
      2. Trường hợp 2 (lệch tâm bé): Khi $e_0/h > 0,30$ đồng thời $x_1 > \xi_R \cdot h_0$, xác định chiều cao vùng nén thực tế $x$ có xét đến hệ số suy giảm ứng suất và tính toán cốt thép đối xứng.
      3. Trường hợp 3 (lệch tâm lớn): Khi $e_0/h > 0,30$ đồng thời $x_1 \le \xi_R \cdot h_0$, tính toán cốt thép chịu kéo và cốt thép chịu nén theo trạng thái giới hạn thông thường.
    • Kiểm tra và tính toán cốt đai cho cột điển hình C25, bố trí dày hơn tại vùng tới hạn đầu và chân cột bảo đảm yêu cầu chống động đất; kiểm tra chi tiết neo cốt thép tại nút khung đỉnh mái.
  • Tính toán dầm khung: Tính toán dầm khung trục 3 điển hình gồm dầm B7 và B22. Xác định cốt thép dọc chịu mô men dương tại nhịp và mô men âm tại gối; tính cốt đai chịu lực cắt $Q$; xác định phạm vi vùng tới hạn của dầm và quy định chiều dài đoạn neo nối cốt thép theo TCVN 5574:2018.
  • Tính toán vách và cầu thang bộ: Thiết kế kết cấu vách bê tông cốt thép buồng thang máy chịu lực cắt và mô men uốn trong mặt phẳng; thiết kế bản thang nghiêng, bản chiếu nghỉ và dầm chiếu nghỉ (DCN) cho ô cầu thang bộ trục 7-8 đoạn từ tầng 3 lên tầng 4.

Tóm tắt nội dung Phần Nền móng và Phần Thi công (theo đề cương đồ án)

  • Phần Nền móng: Đánh giá địa chất khu đất gồm 10 lớp đất sâu 50 m (trong đó lớp sét pha dẻo cứng, cuội sỏi và cát chặt phân bố ở các tầng trung và sâu); lựa chọn giải pháp móng cọc bê tông cốt thép tiết diện vuông hoặc cọc khoan nhồi; tính toán sức chịu tải cọc theo phương pháp SPT (tiêu chuẩn Nhật Bản); bố trí mặt bằng cọc và thiết kế đài móng.
  • Phần Thi công:
    • Thi công phần ngầm: Biện pháp đào đất hố móng bằng máy đào kết hợp thủ công; kỹ thuật đập đầu cọc, thi công bê tông lót, ván khuôn móng, gia công lắp dựng cốt thép và đổ bê tông đài giằng móng.
    • Thi công phần thân: Thiết kế biện pháp công nghệ cốp pha và cây chống chịu lực cho tầng 8 (tính toán chi tiết cốp pha cột C1, cốp pha đáy dầm, thành dầm, cốp pha sàn và kiểm tra khả năng chịu lực của đà ngang, đà dọc, cây chống xiên).
    • Tổ chức thi công: Lập tiến độ thi công công trình, đánh giá hệ số không điều hòa nhân lực $K_1$ và hệ số phân bố lao động $K_2$; thiết kế tổng mặt bằng xây dựng (bố trí cần trục tháp, vận thăng, kho xi măng, bãi gia công cốt thép, kho ván khuôn, mạng lưới cấp điện và cấp nước thi công).
    • An toàn lao động và vệ sinh môi trường: Biện pháp an toàn trong công tác ép cọc, đào đất hố sâu, lắp dựng dàn giáo, vận chuyển bê tông trên cao và xử lý khuyết tật bề mặt bê tông (rỗ tổ ong, nứt chân chim).

Thiết kế kỹ thuật và biện pháp thi công

Tổng hợp các thông số kỹ thuật cốt lõi và giải pháp thi công được xác lập trong thuyết minh đồ án:

Hạng mục cấu kiện / Thông số Giải pháp kỹ thuật và Kích thước thiết kế Tiêu chuẩn / Phương pháp áp dụng
Quy mô khối nhà 15 tầng (14 tầng ở + 1 tầng mái tum), cao 50,4 m Thiết kế kiến trúc nhà ở cao tầng
Kích thước mặt bằng 32,6 m x 15,0 m; diện tích sàn xây dựng 489 m² Tổng diện tích khu đất 5.561,6 m²
Hệ kết cấu chịu lực Khung kết hợp vách - lõi cứng BTCT toàn khối Mô hình phần tử hữu hạn 3D (ETABS v17.1)
Vật liệu sử dụng Bê tông B25 ($R_b=14,5\text{ MPa}$), thép CB240T và CB300V TCVN 5574:2018
Bản sàn điển hình Sàn sườn toàn khối, chiều dày đồng nhất $h_b = 100\text{ mm}$ Sơ đồ đàn hồi, cắt dải 1 m tra bảng
Cột khung chịu lực Tiết diện $300 \times 500\text{ mm}$ (từ tầng 1 đến tầng 14/15) Nén lệch tâm xiên đổi về nén phẳng
Vách lõi thang máy Bê tông cốt thép toàn khối, chiều dày $b_w = 300\text{ mm}$ Thỏa mãn điều kiện kháng chấn TCVN 9386
Tải trọng gió Vùng áp lực II-B ($W_0 = 0,95\text{ kN/m}^2$), địa hình B TCVN 2737:1995 & TCXDVN 229:1999
Tải trọng động đất Gia tốc nền $a_g = 1,0124\text{ m/s}^2$, nền B, hệ số $q = 3,9$ TCVN 9386:2012 (Phổ phản ứng dao động)
Cốp pha phần thân Cốp pha gỗ phủ phim kết hợp hệ đà giáo kim loại tầng 8 Tính toán kiểm tra bền và độ võng đà ngang, đà dọc

Công nghệ thi công phần thân được thiết kế theo chu trình phân đoạn, phân đợt chặt chẽ: lắp dựng cốt thép cột, ghép cốp pha cột C1, đổ bê tông cột; tiếp đó ghép cốp pha dầm sàn, lắp cốt thép dầm sàn và tiến hành đổ bê tông toàn khối bằng bơm bê tông kết hợp vận thăng và cần trục vận chuyển vật liệu lên cao.

Kết quả và đóng góp

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng của tác giả đạt được các kết quả kỹ thuật cụ thể:

  • Hệ thống dữ liệu thiết kế định lượng hoàn chỉnh: Xác lập kích thước tiết diện hợp lý cho toàn bộ công trình cao 50,4 m gồm sàn dày 10 cm, cột $300 \times 500\text{ mm}$, vách thang máy dày 300 mm, dầm phụ $150 \times 300\text{ mm}$. Các cấu kiện qua kiểm tra đều thỏa mãn điều kiện ổn định nén uốn ($\lambda = 9,8 \le 31$), khả năng chịu lực trên các tiết diện gối và nhịp, và các ràng buộc cấu tạo kháng chấn.
  • Xử lý thành công bài toán động lực học công trình: Ứng dụng đầy đủ quy trình tính toán tải trọng gió động theo TCXDVN 229:1999 (xét 2 dạng dao động đầu tiên cho mỗi phương) và tải trọng động đất theo TCVN 9386:2012 bằng phương pháp phân tích phổ phản ứng trên phần mềm ETABS v17.1, bảo đảm khối lượng hữu hiệu tham gia dao động vượt 85%.
  • Đóng góp về tính thực hành kỹ thuật: Đồ án tổng hợp trọn vẹn quy trình thiết kế kỹ sư từ khâu ý tưởng kiến trúc, mô hình hóa và tính toán kết cấu bằng phần mềm hiện đại, đến thiết kế móng cọc sâu và lập biện pháp tổ chức thi công chi tiết một tầng điển hình, đóng vai trò là hồ sơ thiết kế kỹ thuật mẫu mực cho công trình dân dụng quy mô trung bình.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của đồ án: Do giới hạn thời gian và khối lượng của đồ án tốt nghiệp kỹ sư, tác giả chỉ đi sâu tính toán cốt thép chi tiết cho một khung phẳng điển hình (khung trục 3), sàn tầng điển hình, một đoạn cầu thang bộ và một ô vách thang máy; các cấu kiện còn lại chủ yếu dừng ở bước chọn sơ bộ tiết diện. Phương pháp tính cột lệch tâm xiên sử dụng lời giải gần đúng chuyển về nén uốn phẳng thay vì dùng phương pháp biểu đồ tương tác phi tuyến vật liệu đầy đủ.
  • Hướng mở rộng phát triển:
    • Mở rộng mô hình phân tích phi tuyến tĩnh (Pushover analysis) hoặc phân tích động biến dạng theo thời gian (Time-history analysis) để đánh giá chính xác hơn mức độ an toàn của hệ khung - vách khi chịu động đất cấp độ cao.
    • Tối ưu hóa kích thước tiết diện cột và chiều dày vách giảm dần theo chiều cao tầng nhằm tiết kiệm vật liệu và giảm tải trọng bản thân tác dụng xuống móng cọc.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp (KSXD): Tham khảo quy trình làm đồ án tốt nghiệp chuẩn mực, cách phân chia tỷ trọng khối lượng đồ án (Kiến trúc 10%, Kết cấu 45%, Móng và Thi công 45%), cách trình bày thuyết minh và triển khai bản vẽ kỹ thuật.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu mới vào nghề: Tham khảo các bước gán tải trọng gió động (TCXDVN 229:1999), xây dựng đường phổ phản ứng thiết kế động đất theo TCVN 9386:2012 trong ETABS v17.1, quy trình tính toán sàn theo sơ đồ đàn hồi và thuật toán tính cột lệch tâm xiên theo TCVN 5574:2018.
  • Cán bộ kỹ thuật và chỉ huy trưởng công trường: Tham khảo quy trình tính toán kiểm tra hệ đà giáo cốp pha cột, dầm, sàn tầng điển hình và bảng tính nhu cầu kho bãi, điện nước phục vụ lập tổng mặt bằng xây dựng.

Câu hỏi thường gặp

1. Kích thước hình học tổng thể và công năng kiến trúc của công trình được thiết kế như thế nào?
Công trình là khối nhà ở 15 tầng (14 tầng ở và 1 tầng mái tum kỹ thuật) với mặt bằng hình chữ nhật kích thước 32,6 m x 15,0 m, diện tích sàn xây dựng 489 m², tổng chiều cao 50,4 m. Tầng 1 cao 4,2 m bố trí sảnh đón, phòng kỹ thuật; các tầng 2-14 cao 3,3 m bố trí các căn hộ khép kín. Giao thông đứng gồm 3 thang máy và 2 cầu thang bộ.

2. Tại sao tác giả lựa chọn hệ kết cấu khung kết hợp vách - lõi cứng thay vì khung thuần túy?
Với công trình cao 15 tầng (50,4 m), tải trọng ngang do gió bão và động đất gây ra chuyển vị ngang và mô men uốn rất lớn. Hệ khung thuần túy sẽ đòi hỏi kích thước cột dầm quá lớn gây tốn kém và chiếm dụng không gian sử dụng; do đó giải pháp kết hợp vách và lõi cứng tại vị trí buồng thang máy giúp tăng độ cứng tổng thể, tiếp nhận phần lớn lực cắt đáy và hạn chế biến dạng ngang của công trình.

3. Tải trọng động đất tác dụng lên công trình được xác định dựa trên những thông số kỹ thuật nào?
Tính toán theo TCVN 9386:2012 cho công trình cấp đặc biệt ($\gamma_I = 1,0$) tại địa bàn Hà Nội / Cầu Giấy với gia tốc nền thiết kế $a_g = 1,0124\text{ m/s}^2$. Đất nền thuộc nhóm B ($S = 1,2$; $T_B = 0,15\text{ s}$; $T_C = 0,5\text{ s}$; $T_D = 2,0\text{ s}$), hệ số ứng xử kết cấu $q = 3,9$. Vì chu kỳ cơ bản $T_{1X} > 2\text{ s}$, tác giả sử dụng phương pháp phân tích phổ phản ứng dạng dao động trên ETABS với tổng khối lượng tham gia vượt 85%.

4. Phương pháp tính toán cốt thép cột khung trục 3 chịu nén lệch tâm xiên được thực hiện như thế nào?
Tác giả áp dụng phương pháp giải tích gần đúng (theo nguyên tắc BS 8110, ACI 318 và TCVN 5574:2018), chuyển đổi trường hợp nén lệch tâm hai phương về nén uốn phẳng tương đương quanh trục nguy hiểm nhất thông qua hệ số chuyển đổi $m_0$. Căn cứ vào tỷ số độ lệch tâm $e_0/h$ và chiều cao vùng nén giả định $x_1$, bài toán được phân thành 3 trường hợp: lệch tâm rất bé ($e_0/h \le 0,3$), lệch tâm bé và lệch tâm lớn để xác định diện tích cốt thép $A_{st}$.

5. Chiều dày sàn tầng điển hình được lựa chọn và bố trí cốt thép ra sao?
Sàn sườn toàn khối được chọn sơ bộ dày đồng nhất $h_b = 100\text{ mm}$ dựa trên nhịp lớn nhất 3,75 m ($h_b = l_1/40 \div l_1/45$). Tính toán theo sơ đồ đàn hồi cắt dải 1 m cho thấy mô men nhịp yêu cầu thép $\phi 6\text{a}200$ và mô men gối yêu cầu thép $\phi 8\text{a}200$, bảo đảm khả năng chịu uốn và hàm lượng cốt thép hợp lý.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng "Nhà ở cán bộ Công ty Dệt 8-3" của sinh viên Phạm Văn Luân là một công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh, đáp ứng chuẩn mực đào tạo kỹ sư công trình dân dụng của Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội. Bản thuyết minh đã giải quyết đồng bộ và logic từ phương án kiến trúc, xác định chính xác các tải trọng động lực học (gió động, động đất), tính toán chi tiết kết cấu khung - vách - sàn bằng phần mềm ETABS và các tiêu chuẩn TCVN hiện hành, đến giải pháp móng cọc và tổ chức thi công tầng điển hình. Đây là tài liệu học thuật có độ tin cậy kỹ thuật cao, cung cấp nguồn dữ liệu thực hành giá trị cho sinh viên và kỹ sư thiết kế công trình cao tầng.