Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế kết cấu chung cư An Dương Vương - ĐH SPKT TPHCM

Tổng hợp đồ án tốt nghiệp thiết kế chung cư An Dương Vương chi tiết. Tài liệu bao gồm bản vẽ kiến trúc, kết cấu và giải pháp kỹ thuật công trình.

• Tác giả: Nguyễn Minh Đạt
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Đức
• 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 An Dương Vương
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan đồ án tốt nghiệp thiết kế chung cư An Dương Vương

Đồ án tốt nghiệp thiết kế chung cư An Dương Vương phản ánh quy trình nghiên cứu kỹ thuật công trình dân dụng cao tầng. Dự án tập trung giải quyết bài toán quy hoạch không gian sống tiện nghi, an toàn và bền vững. Công trình áp dụng các hệ thống quy chuẩn xây dựng Việt Nam hiện hành. Hệ thống kết cấu khung bê tông cốt thép chịu lực đóng vai trò xương sống cho toàn bộ tòa nhà. Sinh viên thực hiện nhiệm vụ tổng hợp kiến thức từ cơ học kết cấu, nền móng đến tổ chức thi công. Vật liệu xây dựng được chọn lựa kỹ lưỡng với bê tông cường độ cao và thép AIII tiêu chuẩn. Mô hình kết cấu phản ánh chân thực tác động cơ học thực tế. Việc kết hợp phần mềm chuyên dụng như ETABS, SAFE giúp nâng cao độ chính xác trong phân tích nội lực. Quy trình thiết kế đảm bảo khả năng chịu tải trọng bản thân, hoạt tải sử dụng và các tác động bất lợi từ môi trường thiên nhiên. Dự án thể hiện năng lực chuyên môn và tư duy phân tích hệ thống.

1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu công trình

Mục tiêu cốt lõi của đề tài nhằm hoàn thiện hồ sơ thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho tòa nhà chung cư cao tầng. Phạm vi công việc bao gồm tính toán kết cấu phần thân, kiến trúc công năng và giải pháp móng cọc sâu. Đề tài đưa ra các phương án mặt bằng căn hộ tối ưu ánh sáng tự nhiên và thông gió. Mỗi hạng mục đều bám sát tiêu chuẩn TCVN 5574-2012 và TCXD 198-1997. Dữ liệu đầu vào yêu cầu sự chuẩn xác cao từ kích thước hình học đến chỉ tiêu cơ lý đất nền. Kết quả thiết kế bảo đảm tối ưu hóa chi phí đầu tư và nâng cao tuổi thọ công trình.

1.2. Tiêu chuẩn kỹ thuật và phần mềm ứng dụng

Dự án vận dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia một cách đồng bộ và chặt chẽ. Tải trọng tác động tuân thủ TCVN 2337-1995 và TCXD 229-1999 về gió động. Phần kết cấu bê tông cốt thép tuân thủ TCVN 5574-2012. Tác động động đất được xác định theo TCVN 9386-2012. Quá trình tính toán ứng dụng phần mềm ETABS nhằm phân tích dao động không gian ba chiều. Sàn tầng điển hình được kiểm tra chuyển vị trên SAFE. Bảng tính Excel lập trình VBA hỗ trợ bố trí cốt thép và kiểm tra sức chịu tải móng nhanh chóng. Sự kết hợp này bảo đảm tính chuẩn xác cao cho toàn bộ kết quả.

II. Phân tích kết cấu trong thiết kế chung cư An Dương Vương

Phân tích kết cấu nhà cao tầng đòi hỏi xử lý đồng thời nhiều yếu tố tải trọng phức tạp. Trọng tâm công tác nằm ở việc xác định phản ứng của công trình trước tải trọng gió và động đất. Tải trọng thẳng đứng gồm tĩnh tải bản thân và hoạt tải phân bố đều trên các ô sàn. Tải trọng ngang gây ra hiện tượng uốn và xoắn thân nhà. Khung chịu lực phải đảm bảo độ cứng tổng thể để kiểm soát chuyển vị đỉnh và chuyển vị lệch tầng. Sơ bộ kích thước tiết diện dầm, cột và vách quyết định trực tiếp đến sự phân phối mô men uốn. Bố trí nhịp dầm chính tám mét đòi hỏi chiều cao tiết diện hợp lý nhằm chống võng và nứt sàn. Các tổ hợp tải trọng cơ bản cùng tổ hợp đặc biệt phải được khảo sát kỹ lưỡng. Phân tích nội lực chính xác giúp hạn chế hiện tượng phá hoại giòn của bê tông. Thiết kế kết cấu an toàn tạo tiền đề cho độ bền vững của toàn bộ chung cư.

2.1. Đánh giá tải trọng gió và động lực học

Tác động của gió lên công trình bao gồm thành phần tĩnh và thành phần động. TCVN 229-1999 quy định rõ phương pháp tính toán dao động riêng của từng tầng nhà. Với công trình cao tầng, áp lực gió động gia tăng theo phương thẳng đứng và tạo áp lực đẩy ngang lớn. Bên cạnh đó, tải trọng động đất được phân tích kỹ lưỡng theo phổ phản ứng đàn hồi. Dữ liệu gia tốc nền tham chiếu và hệ số ứng xử phương ngang được nhập chính xác vào mô hình. Việc xem xét tác động tương hỗ giữa gió và động đất giúp kỹ sư xác định kịch bản ứng suất bất lợi nhất cho hệ khung bê tông.

2.2. Khó khăn trong sơ bộ tiết diện và địa chất

Việc lựa chọn kích thước tiết diện ban đầu đòi hỏi cân đối giữa độ an toàn và bài toán kinh tế. Kích thước dầm chính và dầm phụ phụ thuộc chặt chẽ vào chiều dài nhịp sàn. Chiều dày bản sàn điển hình một trăm năm mươi milimét cần đáp ứng tiêu chuẩn chịu lực và cách âm. Về mặt địa chất, đặc tính cơ lý của các lớp đất ảnh hưởng trực tiếp đến giải pháp nền móng. Đất yếu ở tầng trên gây nguy cơ lún lệch nếu không xử lý triệt để. Kỹ sư phải kiểm tra sức chịu tải của đất nền để lựa chọn giải pháp móng cọc khoan nhồi hoặc móng cọc ép phù hợp.

III. Phương pháp thiết kế chung cư An Dương Vương hiệu quả

Giải pháp thiết kế công trình dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp mô hình hóa 3D trực quan. Phần mềm ETABS được sử dụng để phân tích toàn diện nội lực của các phần tử dầm, cột, vách. Phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động giải quyết bài toán động đất theo TCVN 9386-2012. Thép xây dựng loại AIII với cường độ chịu kéo ba trăm sáu mươi lăm megapascal giúp tăng cường độ dẻo dai cho khung kết cấu. Các cấu kiện dầm và sàn được kiểm tra độ võng và vết nứt nghiêm ngặt bằng SAFE. Giải pháp móng cọc bê tông cốt thép đài thấp truyền tải trọng công trình xuống tầng đất chịu lực tốt. Quy trình tính toán móng tuân thủ TCVN 10304-2014 đảm bảo độ lún nằm trong giới hạn cho phép. Kỹ sư tối ưu hóa hàm lượng cốt thép hợp lý nhằm giảm trọng lượng bản thân công trình. Bản vẽ thi công thể hiện rõ quy cách neo, nối thép theo đúng chỉ dẫn kỹ thuật.

3.1. Thiết kế bản sàn và hệ dầm khung chịu lực

Sàn tầng điển hình chọn chiều dày một trăm năm mươi milimét theo công thức kinh nghiệm ô bản bốn cạnh. Ô sàn nhịp tám mét được kiểm tra khả năng chịu mô men uốn tại gối và nhịp. Hệ dầm chính và dầm phụ bố trí trực giao tạo khung không gian vững chắc. Diện tích cốt thép dọc được tính toán trực tiếp từ biểu đồ bao nội lực. Kỹ sư bố trí cốt đai dày tại vị trí chân cột và đầu dầm để kháng lực cắt lớn. Việc lựa chọn đường kính cốt thép phù hợp giúp thuận tiện cho quá trình đổ bê tông tại công trường.

3.2. Tính toán nền móng và tổ hợp tải trọng

Móng cọc được thiết kế dựa trên tiêu chuẩn TCVN 10304-2014 và TCVN 9362-2012. Tổ hợp tải trọng tính toán bao gồm tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng gió tĩnh, gió động và tải trọng động đất. Bảng tính lập trình Excel xác định sức chịu tải cực hạn của cọc theo chỉ tiêu cơ lý đất nền. Đài móng bố trí bê tông cốt thép khối lớn chịu lực đẩy đầu cọc và mô men chân cột. Độ lún công trình được kiểm tra chặt chẽ nhằm đảm bảo không vượt quá mức cho phép tám xentimét. Giải pháp kết cấu móng bảo vệ tòa nhà ổn định trước các rung chấn mạnh. Kết quả tính toán đảm bảo an toàn tuyệt đối cho toàn bộ công trình.

IV. Ứng dụng thực tế từ đồ án tốt nghiệp chung cư An Dương Vương

Đồ án tốt nghiệp thiết kế chung cư An Dương Vương mang lại giá trị thực tiễn cao cho ngành xây dựng dân dụng. Kết quả tính toán cung cấp phương pháp mẫu mực về việc ứng dụng phần mềm kỹ thuật vào giải bài toán kết cấu. Hồ sơ thiết kế chứng minh tính khả thi trong thi công thực tế và tối ưu ngân sách xây lắp. Quy trình mô hình hóa kết cấu trong đồ án đóng vai trò tài liệu tham khảo quý giá cho sinh viên kỹ thuật. Các biện pháp bố trí cốt thép và kiểm soát biến dạng sàn có thể áp dụng trực tiếp cho các dự án chung cư đương đại. Việc tuân thủ hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam giúp bảo đảm an toàn sinh mạng và độ bền vững lâu dài. Công trình đáp ứng đầy đủ yêu cầu chịu lực trong điều kiện vận hành khắc nghiệt. Đề tài khẳng định tầm quan trọng của việc kết hợp giữa lý thuyết kinh điển và công cụ hiện đại.

4.1. Giá trị tham khảo cho sinh viên ngành xây dựng

Hồ sơ đồ án là nguồn tài liệu hữu ích giúp sinh viên củng cố kiến thức thiết kế công trình nhà cao tầng. Tài liệu hướng dẫn chi tiết cách khai báo vật liệu, gán tải trọng và thiết lập tổ hợp nội lực trên ETABS. Người học dễ dàng nắm bắt trình tự kiểm tra độ võng sàn trên SAFE và tính toán móng bằng bảng Excel. Từng bước thuyết minh đều minh họa rõ ràng công thức toán học và căn cứ pháp lý. Tài liệu tạo tiền đề vững chắc cho công tác thiết kế thực tế. Việc nghiên cứu đồ án giúp người đọc rèn luyện tư duy phân tích kết cấu logic và chuẩn bị tốt cho sự nghiệp kỹ sư.

4.2. Khả năng triển khai thi công và tối ưu chi phí

Giải pháp thiết kế trong đồ án có khả năng ứng dụng thực tế cao nhờ định lượng vật tư chính xác. Tiết diện bê tông và hàm lượng thép được tối ưu nhằm tránh lãng phí kinh phí xây dựng. Bản vẽ kỹ thuật chỉ rõ vị trí liên kết dầm, cột và đài móng giúp đơn vị thi công dễ dàng triển khai. Quy trình kiểm soát chất lượng bê tông và cốt thép AIII đảm bảo tiến độ thi công an toàn. Phương án thi công đề xuất hoàn toàn tương thích với máy móc cơ giới hiện nay. Việc tối ưu hóa kết cấu giúp cắt giảm thời gian thực hiện và nâng cao hiệu quả kinh tế dự án.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC 1. Giới thiệu công trình Trong những năm gần đây, mức độ đô thị hóa ngày càng tăng, mức sống và nhu cầu của người dân ngày càng được nâng cao kéo theo nhiều nhu cầu ăn ở, nghỉ ngơi, giải trí ở một mức cao hơn, tiện nghi hơn. Mặt khác, với xu hướng hội nhập, công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, hoà nhập với xu thế phát triển của thời đại nên sự đầu tư xây dựng các công trình nhà ở cao tầng thay thế các công trình thấp tầng, các khu dân cư đã xuống cấp là rất cần thiết.

Vì vậy, chung cư An Dương Vương ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu ở của người dân cũng như thay đổi bộ mặt cảnh quan đô thị tương xứng với tầm vóc của một đất nước đang trên đà phát triển. Tọa lạc tại Huyện Bắc Hà, công trình nằm ở vị trí thoáng và đẹp sẽ tạo điểm nhấn đồng thời tạo nên sự hài hoà, hợp lý và hiện đại cho tổng thể qui hoạch khu dân cư. Kỹ thuật hạ tầng đô thị Công trình nằm trên trục đường giao thông chính thuận lợi cho việc cung cấp vật tư và giao thông ngoài công trình. Hệ thống cấp điện, cấp nước trong khu vực đã hoàn thiện đáp ứng tốt các yêu cầu cho công tác xây dựng.

Khu đất xây dựng công trình bằng phẳng, hiện trạng không có công trình cũ, không có công trình ngầm bên dưới đất nên rất thuận lợi cho công việc thi công và bố trí tổng bình đồ. Giải pháp kiến trúc 1. Mặt bằng và phân khu chức năng Mặt bằng công trình hình chữ nhật có khoét lõm, chiều dài 52m chiều rộng 32m chiếm diện tích đất xây dựng là 1664m2. Công trình gồm 17 tầng (kể cả 1 tầng bán hầm), chưa kể tầng mái, cốt 0.00m được chọn đặt tại cốt chuẩn trùng với cốt mặt đất tự nhiên (thấp hơn cốt sàn tầng trệt 1,50m).

Cốt tầng hầm tại cốt -1,50m. Chiều cao công trình là 62.5m tính từ cốt 0.00m đến cốt sàn nắp hồ nước mái. Tầng Hầm: thang máy bố trí ở giữa, chỗ đậu xe ôtô xung quanh. Các hệ thống kỹ thuật như bể chứa nước sinh hoạt, trạm bơm, trạm xử lý nước thải được bố trí hợp lý giảm tối thiểu chiều dài ống dẫn, có bố trí thêm các bộ phận kỹ thuật về điện như trạm cao thế, hạ thế, phòng quạt gió.

Tầng trệt: dùng làm siêu thị nhằm phục vụ nhu cầu mua bán, các dịch vụ vui chơi giải trí. cho các hộ gia đình cũng như nhu cầu chung của khu vực. Tầng 2 – 16: bố trí các căn hộ phục vụ nhu cầu ở. Tầng sân thượng: bố trí các phòng kỹ thuật, máy móc, điều hòa, thiết bị vệ tinh,.

1 Nhìn chung giải pháp mặt bằng đơn giản, tạo không gian rộng để bố trí các căn hộ bên trong, sử dụng loại vật liệu nhẹ làm vách ngăn giúp tổ chức không gian linh hoạt rất phù hợp với xu hướng và sở thích hiện tại, có thể dễ dàng thay đổi trong tương lai. Hình khối Hình dáng cao vút, vươn thẳng lên khỏi tầng kiến trúc cũ ở dưới thấp với kiểu dáng hiện đại, mạnh mẽ, nhưng cũng không kém phần mềm mại, thể hiện qui mô và tầm vóc của công trình tương xứng với chiến lượt phát triển của đất nước. Mặt đứng Sử dụng, khai thác triệt để nét hiện đại với cửa kính lớn, tường ngoài được hoàn thiện bằng sơn nước. Hệ thống giao thông Giao thông ngang trong mỗi đơn nguyên là hệ thống hành lang.

Hệ thống giao thông đứng là thang bộ và thang máy. Thang bộ gồm 2 thang, một thang đi lại chính và một thang thoát hiểm. Thang máy có 2 thang máy chính và 1 thang máy chở hàng và phục vụ y tế có kích thước lớn hơn. Thang máy bố trí ở chính giữa nhà, căn hộ bố trí xung quanh lõi phân cách bởi hành lang nên khoảng đi lại là ngắn nhất, rất tiện lợi, hợp lý và bảo đảm thông thoáng.

Giải pháp kỹ thuật 1. Hệ thống điện Hệ thống tiếp nhận điện từ hệ thống điện chung của thị xã vào nhà thông qua phòng máy điện. Từ đây điện sẽ được dẫn đi khắp nơi trong công trình thông qua mạng lưới điện nội bộ. Ngoài ra, khi bị sự cố mất điện có thể dùng ngay máy phát điện dự phòng đặt ở tầng hầm để phát.

Hệ thống nước Nguồn nước được lấy từ hệ thống cấp nước khu vực và dẫn vào bể chứa nước ở tầng hầm rồi bằng hệ bơm nước tự động nước được bơm đến từng phòng thông qua hệ thống gen chính ở gần phòng phục vụ. Sau khi được xử lý nước thải được đưa vào hệ thống thoát nước chung của khu vực. Phòng cháy, thoát hiểm Công trình bê tông cốt thép (BTCT) bố trí tường ngăn bằng gạch rỗng vừa cách âm vừa cách nhiệt. Dọc hành lang bố trí các hộp chống cháy bằng các bình khí CO2.

Các tầng lầu đều có hai cầu thang bộ đủ đảm bảo thoát người khi có sự cố về cháy nổ. Bên cạnh đó trên đỉnh mái còn có hồ nước lớn phòng cháy chữa cháy 2 1. Chống sét Chọn sử dụng hệ thống thu sét chủ động quả cầu Dynasphire được thiết lập ở tầng mái và hệ thống dây nối đất bằng đồng được thiết kế để tối thiểu hóa nguy cơ bị sét đánh. Hệ thống thoát rác Rác thải ở mỗi tầng được đổ vào gen rác, được bố trí ở tầng hầm và sẽ có bộ phận đưa rác ra ngoài.

Gen rác được thiết kế kín đáo, kỹ càng để tránh làm bốc mùi gây ô nhiễm môi trường. Đặc diểm khí hậu khu vực xây dựng công trình Lào Cai có khí hậu nhiệt đới gió mùa, song do nằm sâu trong lục địa bị chia phối bởi yếu tố địa hình phức tạp nên diễn biến thời tiết có phần thay đổi, khác biệt theo thời gian và không gian. Đột biến về nhiệt độ thường xuất hiện ở dạng nhiệt độ trong ngày lên cao hoặc xuống thấp quá (vùng Sa Pa có nhiều ngày nhiệt độ xuống dưới 00C và có tuyết rơi). Khí hậu Lào Cai chia làm hai mùa: mùa mưa bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 10, mùa khô bắt đầu từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau.

Nhiệt độ trung bình nằm ở vùng cao từ 150C - 200C (riêng Sa Pa từ 140C - 160C và không có tháng nào lên quá 200C), lượng mưa trung bình từ 1. Nhiệt độ trung bình nằm ở vùng thấp từ 230C - 290C, lượng mưa trung bình từ 1. Sương: Sương mù thường xuất hiện phổ biến trên toàn tỉnh, có nơi ở mức độ rất dày. Trong các đợt rét đậm, ở những vùng núi cao và các thung lũng kín gió còn xuất hiện sương muối, mỗi đợt kéo dài 2 - 3 ngày.

Giải pháp thiết kế Căn cứ vào hồ sơ khảo sát địa chất, hồ sơ thiết kế kiến trúc, tải trọng tác động vào công trình nên phương án thiết kế kết cấu được chọn như sau: 1. Phương án sàn dầm Hệ sàn dầm. Hệ khung vách bê tông cốt thép đổ toàn khối. Phương án thiết kế móng: móng cọc ép 1.

Vật liệu sử dụng Bê tông Bê tông sử dụng trong công trình là loại bê tông có cấp độ bền B25 và B20 với các thông số tính toán như sau: Bê tông B25: Cường độ tính toán chịu nén: Rb = 14.5 MPa Cường độ tính toán chịu kéo: Rbt = 1.05 MPa Mô đun đàn hồi: Eb = 30000 MPa Bê tông B20: Cường độ tính toán chịu nén: Rb = 11.5 MPa Cường độ tính toán chịu kéo: Rbt = 0.9 MPa 3 Mô đun đàn hồi: Eb = 27000 MPa Cốt thép Cốt thép loại AI (đối với cốt thép có Ø ≤ 10) Cường độ tính toán chịu nén: Rsc = 225 MPa Cường độ tính toán chịu kéo: Rs = 225 MPa Cường độ tính toán cốt ngang: Rsw = 175 MPa Mô đun đàn hồi: Es = 210000 MPa Cốt thép loại AIII (đối với cốt thép có Ø > 10) Cường độ tính toán chịu nén: Rsc = 365 MPa Cường độ tính toán chịu kéo: Rs = 365 Mpa Cường độ tính toán cốt ngang: Rsw = 290 MPa Mô đun đàn hồi: Es = 210000 Mpa 1. Phần mềm ứng dụng trong phân tích và tính toán Mô hình hệ kết cấu công trình: ETABS, SAFE, SAP Tính toán cốt thép và tính móng cho công trình: Sử dụng phần mềm EXCEL kết hợp với lập trình VBA. Tiêu chuẩn thiết kế 1. Tải trọng và tác động TCVN 2337-1995 Tải trọng và tác động.

TCXD 229-1999 Tính toán thành phần động của tải gió. Kết cấu bê tông cốt thép TCVN 5574-2012 Kết cấu bê tông cối thép. TCXD 198-1997 Nhà cao tầng bẹ tông toàn khối. Nền móng TCVN 9362-2012 Tiêu chuẩn thiết kế và nền nhà công trình.

TCVN 10304-2014 Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc. Động đất TCVN 9386-2012 Thiết kế công trình chịu tải động đất. THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH 2. Chọn sơ bộ kích thước 2.

Kích thước sàn Chọn chiều dày sàn phụ thuộc vào nhịp và tải trọng tác dụng. 1 Chiều dày bản sàn xác định sơ bộ theo công thức kinh nghiệm: hs =  Li m Trong đó: m = ( 40 ÷ 50 ) đối với bản kê bốn cạnh, Li = 8m chiều dài cạnh ngắn của ô sàn điển hình.  1 1  hs =     8  (160  200)mm , chọn hs =150mm  50 40  2. Kích thước dầm Bảng 2.1 Công thức tính tiết diện dầm KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN DẦM Chiều cao h Loại dầm Chiều rộng b Một nhịp Nhiều nhịp 1 1 1 Dầm phụ   L h L  15 12  20 1 2   h  1 1 1 3 3 Dầm chính   L h L  12 8  15 Chọn nhịp của dầm chính để tính: L = 8000mm 1 1 Dầm chính: hs = L   8000  533mm 15 15 Chọn h = 700mm 1 2 b=    h  (233  466) 3 3 Chọn dầm chính có kích thước b × h = 350 × 700 2.

Kích thước cột Việc chọn sơ bộ kích thước cột dựa vào kinh nghiệm hoặc công thức gần đúng. Xác định diện truyền tải đứng Sơ bộ tổng tải trọng sàn, chọn q = 1400 daN/m2. 5 Đếm số tầng trên tiết diện đang xét m Lực nén tác dụng lên cột Kể đến tác động của tải trọng ngang bằng hệ số k thay đổi tùy vị trí cột. N Ac  k  Rb Với: k = 1.3 Bê tông B25: Rb = 14.5 Mpa Việc tính toán cột và chọn lại tiết diện sẽ được thực hiện lại nhiều lần cho đến khi thỏa mãn yêu cầu về khả năng chịu lực và yêu cầu kiến trúc.2 Sơ bộ tiết diền cột giữa  Ac TẦNG Atr.