Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng với đề tài "Khách sạn NL Biên Hòa" được thực hiện bởi sinh viên Bùi Minh Hùng (MSSV: 14149069, Lớp: 141490B) dưới sự hướng dẫn của ThS. Lê Phương tại Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (hoàn thành tháng 07/2018).

Bối cảnh thực tiễn của đề tài xuất phát từ yêu cầu thiết kế một công trình nhà cao tầng đa năng tại đô thị phát triển (Thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai). Đồ án giải quyết bài toán kỹ thuật từ giai đoạn hoàn thiện hồ sơ kiến trúc, lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực tổng thể, phân tích tải trọng tĩnh và tải trọng động (gió động, động đất), đến thiết kế chi tiết các cấu kiện phần thân, hệ móng cọc sâu và nghiên cứu giải pháp kết cấu sàn rỗng hiện đại.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu được giao cụ thể theo văn bản giao nhiệm vụ đồ án (Capstone Project's Task) bao gồm:

  1. Hoàn thiện hồ sơ thiết kế kiến trúc công trình theo yêu cầu của giảng viên hướng dẫn (thể hiện qua 4 bản vẽ kiến trúc khổ A1).
  2. Mô hình hóa, phân tích nội lực và thiết kế sàn tầng điển hình và sàn tầng 1.
  3. Tính toán và thiết kế kết cấu cầu thang bộ tầng điển hình.
  4. Mô hình hóa không gian, phân tích nội lực và thiết kế hệ khung chịu lực (tập trung vào khung trục X2 và khung trục Y3, bao gồm cấu kiện dầm chuyển, cột và vách cứng).
  5. Phân tích địa chất và thiết kế móng cọc khoan nhồi (các đài móng PC1, PC2 và móng lõi thang PC3).
  6. Thực hiện chuyên đề kết cấu: Thiết kế sàn nhẹ Sbox Beton (Ubot) cho sàn tầng 1 và so sánh chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật với sàn phẳng bê tông cốt thép truyền thống.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu bê tông cốt thép toàn khối của công trình khách sạn NL Biên Hòa, công trình dân dụng cấp II (theo phân cấp công trình tại Phụ lục F, TCVN 9386-2012).
  • Phạm vi không gian: Công trình xây dựng tại Thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai (vùng áp lực gió I-A). Khu đất xây dựng có diện tích 1000 m², diện tích xây dựng tầng trệt là 806,4 m² (mật độ xây dựng 80,6%), diện tích sàn tầng hầm 734,4 m², diện tích sàn tầng điển hình là 188 m². Quy mô công trình gồm 1 tầng hầm và 13 tầng nổi (chiều cao tầng điển hình 3,7 m; tổng chiều cao đỉnh công trình đạt 49,7 m; cao độ đỉnh tầng thượng là +46,700 m; cao độ sàn tầng hầm là -1,800 m).
  • Phạm vi thời gian: Số liệu địa chất, khí tượng và quy chuẩn tính toán được áp dụng tại thời điểm thực hiện đồ án từ ngày 04/01/2018 đến ngày 02/07/2018.

Cơ sở lý thuyết, quy chuẩn và phương pháp tính toán

Hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn xây dựng Việt Nam và quốc tế được tác giả viện dẫn và áp dụng xuyên suốt đồ án:

  • TCVN 2737:1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCXD 229:1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió.
  • TCVN 9386:2012: Thiết kế công trình chịu tải trọng động đất.
  • TCVN 5574:2012: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCVN 198:1997: Nhà cao tầng – Thiết kế bê tông cốt thép toàn khối.
  • TCVN 9395:2012: Cọc khoan nhồi – Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu.
  • Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình, tiêu chuẩn thiết kế móng cọc.
  • Tiêu chuẩn châu Âu Eurocode 2: Dùng để xác định các thông số từ biến và co ngót dài hạn của bê tông phục vụ phân tích độ võng phi tuyến.

Phương pháp nghiên cứu và công cụ tính toán:

  • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Ứng dụng bộ phần mềm chuyên ngành CSI bao gồm ETABS (mô hình hóa kết cấu khung không gian 3 chiều, phân tích dao động riêng, tải trọng gió tĩnh, gió động, động đất và nội lực hệ thanh, vách), SAFE v12 (phân tích ứng suất, nội lực dải Strip, kiểm tra độ võng đàn hồi - phi tuyến dài hạn và khả năng chống chọc thủng của sàn), SAP2000 (mô hình hóa phân tích nội lực bản thang, dầm chiếu nghỉ và dầm chiếu tới).
  • Phương pháp phân tích giải tích kết hợp công cụ lập trình: Thiết lập bảng tính Microsoft Excel kết hợp macro VBA để tính toán cốt thép cấu kiện dầm, cột, vách, đài móng và kiểm tra hàm lượng cốt thép theo quy phạm.

Nguồn dữ liệu:

  • Hồ sơ thiết kế kiến trúc và báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình do giảng viên hướng dẫn cung cấp.
  • Bản đồ phân vùng áp lực gió và gia tốc nền lãnh thổ Việt Nam theo các quy chuẩn hiện hành.

Thiết kế và triển khai kỹ thuật công trình

Giải pháp kết cấu chịu lực của công trình được lựa chọn dựa trên phân tích đặc điểm kiến trúc và khả năng chịu tải trọng ngang của nhà cao tầng:

  • Hệ chịu lực thẳng đứng: Sử dụng hệ kết cấu liên hợp khung - vách cứng bê tông cốt thép toàn khối. Vách cứng và lõi thang máy đặt tại vị trí trung tâm nhằm tăng độ cứng chống xoắn và tiếp nhận phần lớn tải trọng ngang (gió, động đất). Hệ cột chịu tải trọng đứng từ sàn truyền về. Tại các tầng dưới có bước cột lớn phục vụ không gian hội nghị và dịch vụ, hệ thống dầm chuyển được thiết kế để đỡ hệ cột của các tầng phòng ngủ phía trên (từ tầng 6 đến tầng 10) truyền lực xuống hệ cột dưới.
  • Hệ kết cấu sàn: Tác giả phân tích so sánh 4 giải pháp sàn gồm sàn sườn, sàn ô cờ, sàn không dầm không ứng lực trước và sàn không dầm ứng lực trước. Giải pháp được chọn cho phần thân là sàn không dầm không có mũ cột kết hợp dầm biên. Giải pháp này giúp tối ưu hóa chiều cao thông thủy, giảm khối lượng coppha, đơn giản hóa thi công đường ống kỹ thuật cơ điện.
  • Vật liệu kết cấu quy định trong tính toán:
Cấu kiện Cấp độ bền bê tông Cường độ chịu nén tính toán $R_b$ (MPa) Cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt}$ (MPa) Mô đun đàn hồi $E_b$ (MPa) Loại cốt thép Cường độ chịu kéo tính toán $R_s$ (MPa) Mô đun đàn hồi $E_s$ (MPa)
Kết cấu phần thân (Cột, vách, dầm, sàn) B25 14,5 1,05 30.000 AI ($\phi < 10$) / AIII ($\phi \ge 10$) 225 (AI) / 365 (AIII) 210.000 (AI) / 200.000 (AIII)
Kết cấu phần móng (Cọc khoan nhồi, đài móng) B30 17,0 1,20 32.500 AI ($\phi < 10$) / AIII ($\phi \ge 10$) 225 (AI) / 365 (AIII) 210.000 (AI) / 200.000 (AIII)

Khối lượng thể tích của các vật liệu hoàn thiện: Bê tông cốt thép $25\text{ kN/m}^3$; vữa xây trát $18\text{ kN/m}^3$; gạch xây đặc $18\text{ kN/m}^3$; gạch xây rỗng $15\text{ kN/m}^3$; gạch lát nền Ceramic $20\text{ kN/m}^3$.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC

Chương 1 mô tả quy mô công trình và bố trí công năng tổng thể của Khách sạn NL Biên Hòa. Công trình gồm 1 tầng hầm và 13 tầng nổi. Phân khu chức năng theo chiều đứng: Tầng hầm bố trí gara để xe, phòng kỹ thuật và phòng bảo vệ; Tầng 1 làm khu để xe và trạm kỹ thuật điện nước; Tầng 2 là khu vực sảnh đón tiếp khách và quầy lễ tân; Tầng 3 phục vụ kinh doanh cà phê giải khát; Tầng 4 và Tầng 5 bố trí các phòng họp, tổ chức sự kiện và hội nghị; Các tầng 6 đến 13 bố trí phòng nghỉ khách sạn tiêu chuẩn (mỗi tầng gồm 6 phòng đôi, diện tích sàn 188 m²); Tầng thượng đặt phòng kỹ thuật thang máy và bể nước mái.

Hệ thống giao thông đứng gồm 1 thang máy đặt tại trục Y4-X3 (chạy suốt từ tầng hầm đến tầng 13) và 2 thang bộ thoát hiểm (thang trục Y5-X3 thông suốt từ tầng hầm lên sân thượng; thang phụ trục Y7-X2 kết nối từ tầng 1 đến tầng 5). Hành lang sảnh rộng trên 2,3 m đáp ứng tiêu chuẩn thoát nạn. Mặt bằng xây dựng dạng hình học thẳng góc, không có góc lượn cong, kết cấu tầng hầm sử dụng tường bê tông cốt thép kiêm nhiệm chức năng tường chắn đất trong quá trình thi công và vận hành.

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN KẾT CẤU

Chương 2 trình bày cơ sở lựa chọn phương án kết cấu chịu lực đứng và hệ kết cấu sàn. Tác giả đánh giá ưu, nhược điểm của 4 phương án sàn (sàn sườn, sàn ô cờ, sàn phẳng không ứng lực trước và sàn phẳng ứng lực trước). Trên cơ sở yêu cầu kiến trúc khách sạn cần không gian thông thoáng, chiều cao tầng thấp và tiến độ thi công nhanh, đồ án lựa chọn giải pháp sàn phẳng không dầm không có mũ cột kết hợp dầm biên chịu lực.

Hệ kết cấu thẳng đứng là khung - vách cứng bê tông cốt thép toàn khối, trong đó vách và lõi thang máy chịu lực cắt chính do tải trọng ngang, hệ cột chịu tải trọng đứng. Toàn bộ móng công trình được định hướng sử dụng móng cọc khoan nhồi sâu vào tầng địa chất tốt. Chương này cũng xác lập các chỉ tiêu cơ lý và thông số đàn hồi của vật liệu bê tông B25, B30 và cốt thép AI, AIII.

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ SÀN

Chương 3 đi vào tính toán chi tiết sàn tầng 1 và sàn tầng điển hình. Sơ bộ kích thước xác định chiều dày sàn tầng điển hình là $h_s = 200\text{ mm}$, sàn tầng 1 là $h_s = 280\text{ mm}$, tiết diện dầm biên là $300 \times 600\text{ mm}$. Tĩnh tải tính toán lớp hoàn thiện sàn điển hình là $1,7\text{ kN/m}^2$ (chưa kể trọng lượng bản thân bê tông), tổng tĩnh tải sàn điển hình là $5,7\text{ kN/m}^2$; sàn khu vệ sinh có tổng tĩnh tải là $6,35\text{ kN/m}^2$. Trọng lượng tường ngăn quy đổi phân bố đều lên sàn tầng điển hình đạt $q_{tuong} = 2,45\text{ kN/m}^2$. Hoạt tải sử dụng lấy theo TCVN 2737:1995: phòng ngủ đạt $1,95\text{ kN/m}^2$; sảnh, hành lang, khu vệ sinh đạt $3,6\text{ kN/m}^2$; khu thương mại, phòng hội nghị đạt $4,8 - 6,0\text{ kN/m}^2$; tầng hầm đạt $6,0\text{ kN/m}^2$.

Mô hình sàn được xuất trực tiếp từ ETABS sang SAFE v12 (Story as SAFE) nhằm giữ nguyên chuyển vị và phản lực nút khung. Phân tích võng phi tuyến dài hạn có kể đến nứt bê tông, từ biến ($CR = 1,7$) và co ngót ($SH = 0,0004$) theo Eurocode 2 cho kết quả:

  • Sàn tầng điển hình: Độ võng ngắn hạn lớn nhất là $1,5\text{ mm} < L/200 = 23,5\text{ mm}$; độ võng dài hạn là $4,8\text{ mm} < L/150 = 31,3\text{ mm}$.
  • Sàn tầng 1: Độ võng ngắn hạn lớn nhất là $13,9\text{ mm} < L/200 = 47,0\text{ mm}$; độ võng dài hạn là $27,6\text{ mm} < L/150 = 62,6\text{ mm}$.

Nội lực bản sàn được tích hợp qua các dải Strip theo phương X và phương Y để tính diện tích cốt thép $A_s$. Kiểm tra chọc thủng theo TCVN 5574:2012 tại vị trí vách W20x300 (vị trí chịu tải lớn nhất) cho thấy: tại sàn tầng điển hình lực chọc thủng $F = 43,76\text{ kN} \le R_{bt} u_m h_0 = 138,8\text{ kN}$; tại sàn tầng 1 lực chọc thủng $F = 44,43\text{ kN} \le R_{bt} u_m h_0 = 245,8\text{ kN}$, kết cấu sàn đảm bảo an toàn chọc thủng không cần đặt mũ cột.

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CẦU THANG TẦNG ĐIỂN HÌNH

Chương 4 thực hiện thiết kế cầu thang bộ dạng bản nghiêng 3 vế, chiều cao tầng tính toán $3,1\text{ m}$ gồm 18 bậc. Chiều cao mỗi bậc là $h_b = 172\text{ mm}$, bề rộng mặt bậc $l_b = 250\text{ mm}$, bề rộng bản thang $b = 1,2\text{ m}$, góc nghiêng bản thang có $\cos\alpha = 0,824$. Chiều dày bản thang BTCT chọn sơ bộ $100\text{ mm}$.

Tải trọng tác dụng lên cầu thang:

  • Bản thang nghiêng: Tĩnh tải tính toán $g_{tt} = 4,872\text{ kN/m}^2$, hoạt tải tính toán $p_{tt} = 2,966\text{ kN/m}^2$, tổng tải trọng tính toán $q_{tt} = 7,838\text{ kN/m}^2$.
  • Bản thang ngang (chiếu nghỉ): Tĩnh tải tính toán $g_{tt} = 5,047\text{ kN/m}^2$, hoạt tải tính toán $p_{tt} = 3,600\text{ kN/m}^2$, tổng tải trọng tính toán $q_{tt} = 8,647\text{ kN/m}^2$.

Nội lực cầu thang được mô hình phân tích bằng phần mềm SAP2000. Mô men uốn tính toán lớn nhất tại nhịp vế 1 và vế 3 là $M = 7,44\text{ kNm}$, nhịp vế 2 là $M = 7,82\text{ kNm}$. Tiết diện dầm chiếu nghỉ và dầm chiếu tới được chọn $300 \times 200\text{ mm}$, nhịp tính toán $l_0 = 3,1\text{ m}$. Mô men uốn tính toán dầm chiếu nghỉ là $16,71\text{ kNm}$, dầm chiếu tới là $25,13\text{ kNm}$; lực cắt tính toán lớn nhất tương ứng là $21,31\text{ kN}$ và $21,54\text{ kN}$. Bê tông đảm bảo khả năng chịu cắt ($Q \le Q_{bt}$), cốt đai dầm được bố trí theo cấu tạo $\phi 6\text{a}200$ trên toàn bộ chiều dài dầm.

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ KHUNG

Chương 5 là nội dung trọng tâm về phân tích khung không gian công trình cao tầng bằng phần mềm ETABS. Sơ bộ tiết diện dầm biên được chọn $200 \times 300\text{ mm}$; chiều dày thành vách chọn không nhỏ hơn $150\text{ mm}$ (thực tế bố trí $200 - 300\text{ mm}$). Tiết diện cột được thay đổi giảm dần theo chiều cao nhà: Cột từ tầng hầm đến tầng 5 chọn $700 \times 700\text{ mm}$; tầng 6 đến tầng 8 chọn $600 \times 600\text{ mm}$; tầng 9 đến tầng 11 chọn $500 \times 500\text{ mm}$; tầng 12 đến tầng 14 chọn $400 \times 400\text{ mm}$; các cột biên và cột sảnh phụ chọn $300 \times 300\text{ mm}$ hoặc $200 \times 300\text{ mm}$.

Tải trọng gió tính toán tại Thành phố Biên Hòa thuộc vùng áp lực gió I-A. Công trình có chiều cao $49,7\text{ m} > 40\text{ m}$ nên bắt buộc phải tính toán cả thành phần tĩnh và thành phần động của gió theo TCXD 229:1999. Khai báo nguồn khối lượng dao động (Mass Source) gồm $100%\text{ Tĩnh tải} + 50%\text{ Hoạt tải}$. Khảo sát 18 dạng dao động riêng từ ETABS cho thấy dạng dao động cơ bản Mode 1 có chu kỳ $T_1 = 2,632\text{ s}$ (chuyển vị xoắn). Tần số dao động giới hạn $f_L = 1,3\text{ Hz}$ (đối với kết cấu BTCT có độ giảm loga $\delta = 0,3$). Do các mode dao động từ 1 đến 3 có tần số $f < 1,3\text{ Hz}$ và mode 4 có $f > 1,3\text{ Hz}$, tác giả lấy 3 dạng dao động đầu tiên để tính toán thành phần động của tải trọng gió theo 2 phương X và Y. Chương này kiểm tra chuyển vị đỉnh, kiểm tra dao động và tiến hành tính toán cốt thép dầm, dầm chuyển, cốt thép dọc và cốt đai kháng chấn cho hệ cột, vách cứng.

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ MÓNG

Chương 6 giải quyết bài toán nền móng dựa trên số liệu khảo sát địa chất công trình. Tác giả lựa chọn giải pháp móng cọc khoan nhồi chịu tải trọng lớn truyền xuống từ hệ cột và lõi cứng. Sức chịu tải của cọc khoan nhồi được xác định song song theo hai phương pháp: tính toán theo chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền và tính toán theo chỉ số thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT).

Đồ án triển khai thiết kế chi tiết 3 cụm móng điển hình:

  • Móng PC1: Kiểm tra phản lực đầu cọc dưới tác dụng của tổ hợp tải trọng bất lợi nhất ($P_{max} \le 1,2 R_c$, $P_{min} > 0$), kiểm tra áp lực đất nền dưới mũi cọc theo sơ đồ khối móng quy ước, tính lún nhóm cọc, kiểm tra điều kiện chống đâm thủng đài cọc và tính cốt thép đài móng.
  • Móng PC2: Tính toán kiểm tra tải trọng đầu cọc, kiểm tra lún và xuyên thủng đài, bố trí cốt thép chịu uốn hai phương cho đài móng.
  • Móng lõi thang PC3: Móng cụm tiếp nhận nội lực rất lớn từ vách thang máy. Tác giả kiểm tra điều kiện làm việc của nhóm cọc, kiểm tra phản lực đầu cọc, kiểm tra xuyên thủng đáy đài và tính toán cốt thép cho đài móng lõi thang.

CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ SÀN NHẸ SBOX BETON

Chương 7 là chuyên đề nghiên cứu áp dụng giải pháp sàn hộp rỗng định hình Sbox Beton (Ubot) cho sàn tầng 1 của công trình. Giải pháp này sử dụng các hộp nhựa tái chế rỗng đặt vào vùng bê tông chịu kéo giữa hai lớp thép trên và dưới, tạo thành hệ dầm chữ I giao thoa hai phương.

Mô hình sàn rỗng được thiết lập trên phần mềm SAFE v12, khai báo kích thước các khối hộp tạo rỗng kết hợp với việc gia cường mũ cột chống xuyên thủng (MC1). Kết quả phân tích mô hình cung cấp các giá trị mô men dải Strip phương X, phương Y, mô men uốn cục bộ tại mũ cột và độ võng dài hạn của bản sàn rỗng. Tác giả lập bảng so sánh kinh tế - kỹ thuật giữa phương án sàn phẳng đặc truyền thống và sàn nhẹ Sbox: giải pháp Sbox giúp giảm đáng kể trọng lượng bản thân sàn truyền xuống cột vách, giảm diện tích cốt thép dầm ảo, tiết kiệm khối lượng bê tông sử dụng và giảm chi phí xây dựng trực tiếp cho hệ sàn.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán thiết kế kỹ thuật của đồ án thể hiện qua các chỉ tiêu cụ thể:

  • Xác lập giải pháp mặt bằng và phân tích kết cấu công trình khách sạn 14 tầng (1 hầm, 13 nổi) chịu được các tổ hợp tải trọng thẳng đứng và tải trọng ngang (áp lực gió tĩnh vùng I-A, gió động với 3 mode dao động riêng $f < 1,3\text{ Hz}$ theo TCXD 229:1999 và tải trọng động đất theo TCVN 9386:2012).
  • Kiểm chứng khả năng làm việc của kết cấu sàn phẳng không dầm: sàn tầng điển hình ($h_s = 200\text{ mm}$) có độ võng dài hạn $4,8\text{ mm} \le 31,3\text{ mm}$ ($L/150$); sàn tầng 1 ($h_s = 280\text{ mm}$) có độ võng dài hạn $27,6\text{ mm} \le 62,6\text{ mm}$; lực gây chọc thủng tại vách W20x300 đều nhỏ hơn nhiều so với khả năng chịu chọc thủng của bê tông B25.
  • Thiết kế hoàn chỉnh hệ móng cọc khoan nhồi cho các cụm đài PC1, PC2 và đài lõi thang PC3, đảm bảo các điều kiện về sức chịu tải của cọc đơn, kiểm tra lún nhóm cọc và khả năng chống xuyên thủng của đài móng theo tiêu chuẩn Việt Nam.
  • Thiết kế hệ thống dầm chuyển tại các tầng dưới, giải quyết xung đột không gian kiến trúc giữa khối đế dịch vụ - hội nghị có khẩu độ lớn và khối tháp phòng khách sạn phía trên.

Bảng so sánh tổng hợp chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật giữa hai phương án sàn tầng 1 (trích xuất từ Chương 7):

Tiêu chí so sánh Phương án sàn phẳng BTCT đặc Phương án sàn nhẹ Sbox Beton Hiệu quả kỹ thuật - kinh tế
Chiều dày bản sàn thiết kế 280 mm 280 mm (kết hợp hộp rỗng Sbox) Tương đương về chiều cao kiến trúc
Khối lượng bê tông sàn Toàn khối đặc trên toàn diện tích Giảm nhờ thể tích chiếm chỗ của hộp rỗng Giảm trọng lượng bản thân sàn từ 15% - 25%
Tải trọng tác dụng xuống móng Lớn (ảnh hưởng đến số lượng cọc móng) Nhỏ hơn do giảm tĩnh tải kết cấu sàn Giảm phản lực đầu cọc, tối ưu hóa kích thước đài móng
Độ cứng chống uốn và độ võng Đảm bảo giới hạn độ võng theo TCVN Độ cứng tương đương dầm chữ I giao thoa Kiểm soát võng ngắn hạn và dài hạn tốt
Chi phí vật tư và giá thành Chi phí bê tông và cốt thép ở mức chuẩn Giảm chi phí bê tông/thép, bù chi phí hộp Sbox Giảm tổng giá thành xây dựng sàn tầng 1

Đóng góp tự nêu của tác giả trong đồ án:

  • Vận dụng quy trình chuyển đổi dữ liệu mô hình từ ETABS sang SAFE (Story as SAFE) để tính toán sàn phẳng bê tông cốt thép có xét đến sự làm việc đồng thời của chuyển vị cột, vách và hiệu ứng ngàm nút khung.
  • Đưa quy trình tính toán độ võng phi tuyến dài hạn có xét đến nứt, từ biến và co ngót theo tiêu chuẩn Eurocode 2 vào đồ án tốt nghiệp, nâng cao tính sát thực so với các công thức đàn hồi giản lược.
  • Ứng dụng giải pháp công nghệ mới (sàn nhẹ Sbox Beton/Ubot) vào đồ án kỹ thuật công trình, xây dựng quy trình mô hình hóa và chứng minh tính khả thi kinh tế - kết cấu so với phương án truyền thống.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án theo phạm vi văn bản:

  • Phạm vi thiết kế kết cấu chỉ tập trung tính toán chi tiết cho hai khung phẳng đại diện (khung trục X2 và khung trục Y3) và một số cấu kiện móng điển hình (PC1, PC2, PC3), chưa triển khai toàn bộ các khung còn lại trong không gian tòa nhà trên thuyết minh.
  • Phân tích động học công trình mới khảo sát 18 mode dao động cơ bản của mô hình nguyên khối, chưa đi sâu phân tích phi tuyến tĩnh (Pushover) hoặc phi tuyến động theo lịch sử thời gian (Time-history analysis) khi chịu động đất mạnh.
  • Chuyên đề sàn Sbox Beton mới dừng lại ở việc tính toán và so sánh chỉ tiêu tại sàn tầng 1, chưa đánh giá tác động tổng thể của việc áp dụng toàn bộ hệ sàn nhẹ lên ứng xử dao động và phản lực động đất của cả tòa nhà.

Hướng mở rộng được đề xuất:

  • Mở rộng phân tích ứng xử động học bậc cao của kết cấu có dầm chuyển chịu tác động của tải trọng động đất phức tạp.
  • Nghiên cứu ứng dụng đồng bộ sàn rỗng định hình (Sbox/Ubot) cho toàn bộ các tầng nổi kết hợp giải pháp cáp dự ứng lực căng sau để tối ưu hóa hơn nữa khẩu độ dầm và giảm khối lượng kết cấu phần thân.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp "Khách sạn NL Biên Hòa" là tài liệu học thuật chuyên môn có giá trị thực tiễn cho sinh viên, kỹ sư ngành Kỹ thuật Xây dựng, Kỹ thuật Công trình Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp:

  • Tài liệu mẫu về quy trình phân tích và thiết kế nhà cao tầng: Cung cấp đầy đủ các bước tính toán từ kiến trúc, tải trọng (gió tĩnh, gió động theo TCXD 229:1999, động đất theo TCVN 9386:2012), phân tích khung không gian bằng ETABS, thiết kế móng cọc khoan nhồi đến bản vẽ kỹ thuật thi công.
  • Phần tham khảo đặc biệt có giá trị:
    • Chương 3: Trình bày chi tiết phương pháp xuất mô hình sàn từ ETABS sang SAFE, quy trình thiết lập bài toán võng phi tuyến dài hạn nứt - từ biến - co ngót theo Eurocode 2 và phương pháp chia dải Strip tích hợp nội lực tính thép sàn phẳng.
    • Chương 5: Phương pháp phân tích và kiểm tra điều kiện tần số dao động để tính thành phần động của tải trọng gió cho công trình có chiều cao trên 40 m.
    • Chương 7: Phương pháp khai báo và thiết lập mô hình tính sàn rỗng Sbox Beton/Ubot trong SAFE v12, hỗ trợ kỹ sư tham khảo khi thiết kế kết cấu sàn nhẹ giảm tải trọng.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình Khách sạn NL Biên Hòa được thiết kế với quy mô số tầng và chiều cao như thế nào?
Công trình có quy mô gồm 1 tầng hầm và 13 tầng nổi (tổng cộng 14 tầng sàn làm việc, một số bảng tra cứu ký hiệu đến tầng 14/tầng mái). Chiều cao mỗi tầng điển hình là 3,7 m (riêng tầng phòng ở cầu thang tính với chiều cao 3,1 m). Tổng chiều cao công trình từ mặt đất đến đỉnh tầng thượng là 49,7 m (cao độ tầng thượng tại mốc +46,700 m, cốt sàn tầng hầm tại mốc -1,800 m).

2. Tại sao công trình phải tính toán thành phần động của tải trọng gió và tác giả đã chọn bao nhiêu dạng dao động riêng để tính toán?
Theo quy định của TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999, các công trình có chiều cao trên 40 m bắt buộc phải tính toán thành phần động của tải trọng gió. Với chiều cao 49,7 m, tác giả khảo sát 18 dạng dao động riêng từ ETABS và đối chiếu với tần số giới hạn $f_L = 1,3\text{ Hz}$. Do tần số dao động tại Mode 3 đạt $0,9\text{ Hz} < 1,3\text{ Hz}$ và Mode 4 vượt ngưỡng ($f_4 = 1,4\text{ Hz} > 1,3\text{ Hz}$), tác giả sử dụng 3 dạng dao động đầu tiên (Mode 1, Mode 2, Mode 3) để tính toán thành phần động của gió.

3. Kết quả kiểm tra độ võng dài hạn của sàn tầng điển hình và sàn tầng 1 trên phần mềm SAFE v12 là bao nhiêu?
Dựa trên phân tích phi tuyến dài hạn xét đến vết nứt bê tông, từ biến ($CR = 1,7$) và co ngót ($SH = 0,0004$) theo Eurocode 2:

  • Sàn tầng điển hình ($h_s = 200\text{ mm}$): Độ võng ngắn hạn là $1,5\text{ mm} \le 23,5\text{ mm}$ ($L/200$); độ võng dài hạn là $4,8\text{ mm} \le 31,3\text{ mm}$ ($L/150$).
  • Sàn tầng 1 ($h_s = 280\text{ mm}$): Độ võng ngắn hạn là $13,9\text{ mm} \le 47,0\text{ mm}$ ($L/200$); độ võng dài hạn là $27,6\text{ mm} \le 62,6\text{ mm}$ ($L/150$). Các kết quả đều thỏa mãn điều kiện độ võng giới hạn.

4. Giải pháp sàn nhẹ Sbox Beton tại Chương 7 hoạt động theo nguyên lý nào và mang lại lợi ích gì cho công trình?
Sàn nhẹ Sbox Beton hoạt động bằng cách chèn các hộp nhựa định hình rỗng vào vùng bê tông chịu kéo không tham gia chịu lực giữa hai lớp thép trên và dưới của sàn, biến bản sàn phẳng thành hệ kết cấu dầm chữ I giao thoa hai phương kết hợp với mũ cột đặc chống xuyên thủng. Giải pháp này giúp giảm từ 15% đến 25% trọng lượng bản thân sàn bê tông, giảm tải trọng đứng truyền xuống hệ khung và móng, tiết kiệm lượng bê tông và thép sử dụng mà vẫn đảm bảo khả năng chịu uốn và độ võng yêu cầu.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Khách sạn NL Biên Hòa" của tác giả Bùi Minh Hùng là công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một tòa nhà cao tầng đa năng bê tông cốt thép quy mô 14 tầng xây dựng tại Thành phố Biên Hòa. Đồ án đã vận dụng chuẩn xác các tiêu chuẩn thiết kế xây dựng hiện hành cùng hệ thống phần mềm chuyên dụng (ETABS, SAFE, SAP2000) để phân tích động lực học kết cấu, tính toán chi tiết sàn phẳng, cầu thang, hệ khung trục X2-Y3, dầm chuyển và móng cọc khoan nhồi sâu. Việc nghiên cứu ứng dụng thành công chuyên đề sàn rỗng Sbox Beton đã chứng minh hiệu quả giảm tải trọng bản thân và tiết kiệm chi phí xây dựng, cung cấp nguồn tư liệu tham khảo có giá trị học thuật và ứng dụng cao cho sinh viên ngành Xây dựng công trình.