Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đề tài tốt nghiệp được xây dựng dựa trên bối cảnh phát triển du lịch và dịch vụ thương mại tại thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa. Dự án được giả định đầu tư bởi Tập đoàn Novaland tại vị trí trung tâm số 64 đường Nguyễn Trãi, tiếp giáp hai mặt tiền đường. Đây là công trình tổ hợp dịch vụ lưu trú và thương mại với quy mô 11 tầng, đáp ứng nhu cầu nghỉ dưỡng cao cấp kết hợp trung tâm mua sắm, vui chơi giải trí.

Mục tiêu chính của đề tài là ứng dụng toàn bộ kiến thức chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Xây dựng sau quá trình đào tạo đại học để hoàn thành nhiệm vụ thiết kế kiến trúc, kết cấu và nền móng cho một công trình cao tầng cụ thể. Các nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế kỹ thuật được phân định như sau:

  1. Nhiệm vụ thiết kế kiến trúc:

    • Bố trí tổng thể công trình trên khu đất xây dựng, đảm bảo các chỉ tiêu theo Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về Quy hoạch Xây dựng QCVN 01:2019/BXD.
    • Thiết kế mặt bằng kiến trúc phân khu chức năng cho các tầng khối đế thương mại và tầng căn hộ khách sạn điển hình; bố trí giao thông đứng (thang máy, thang bộ thoát hiểm), giao thông ngang và trang thiết bị nội thất.
    • Hoàn thiện hệ thống bản vẽ kiến trúc gồm mặt bằng, mặt cắt và phối cảnh mặt đứng công trình.

  2. Nhiệm vụ thiết kế kết cấu:

    • Lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực không gian hợp lý theo phương đứng và phương ngang; xác định sơ bộ kích thước tiết diện các cấu kiện chịu lực (bản sàn, dầm, cột, vách thang máy, bản thang bộ).
    • Thiết lập mô hình không gian 3D của công trình bằng phần mềm chuyên dụng ETABS.
    • Xác định và tính toán đầy đủ các loại tải trọng tác dụng: tĩnh tải bản thân, tĩnh tải hoàn thiện, hoạt tải sử dụng theo công năng từng khu vực, thành phần tĩnh của tải trọng gió và thành phần động của tải trọng gió.
    • Thực hiện tính toán và bố trí cốt thép cho hệ sàn tầng căn hộ điển hình (tầng 5) và một khung chịu lực không gian đại diện (khung trục 5).
    • Kiểm tra các cấu kiện theo trạng thái giới hạn thứ nhất (về cường độ) và trạng thái giới hạn thứ hai (về độ võng, nứt).

  3. Nhiệm vụ thiết kế nền móng:

    • Phân tích và đánh giá điều kiện địa chất công trình dựa trên số liệu khảo sát được giao.
    • Đề xuất hai phương án nền móng sâu: móng cọc đóng ép và móng cọc khoan nhồi.
    • Tính toán sơ bộ sức chịu tải và số lượng cọc cho từng phương án, so sánh chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật để lựa chọn phương án tối ưu và tiến hành thiết kế chi tiết.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu bê tông cốt thép toàn khối của công trình khách sạn 11 tầng kết hợp khối đế thương mại.
  • Phạm vi không gian: Khu đất xây dựng có diện tích 378 m² tại số 64 đường Nguyễn Trãi, thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa (thuộc vùng áp lực gió II.A, dạng địa hình C).
  • Phạm vi thời gian: Đồ án được giao nhiệm vụ ngày 10/07/2020 và hoàn thành nghiệm thu vào tháng 9/2021 tại Khoa Xây dựng, Trường Đại học Nha Trang.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán

Đề tài áp dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành của Việt Nam, kết hợp phương pháp phần tử hữu hạn và các công cụ tin học chuyên ngành:

  • Hệ thống tiêu chuẩn và quy chuẩn quy phạm:

    • QCVN 01:2019/BXD: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về quy hoạch xây dựng.
    • TCVN 5574-2012: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế (dùng để tính toán tiết diện, cốt thép dọc, cốt đai, chiều dài neo nối và kiểm tra trạng thái giới hạn).
    • TCVN 2737-1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế (tính toán tĩnh tải, hoạt tải sử dụng, phân vùng áp lực gió cơ bản và tổ hợp tải trọng).
    • TCVN 229-1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737-1995 (xác định các dạng dao động riêng, hệ số động lực, hệ số tương quan không gian và lực gió động tác dụng vào tâm khối lượng).
    • TCXDVN 198-1997: Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối (xác định chiều dày tối thiểu của vách lõi cứng chịu lực).

  • Phương pháp tính toán kỹ thuật:

    • Phương pháp giải tích và tra bảng: Tính toán nội lực bản sàn hai phương (ô bản kê bốn cạnh) và một phương (bản dầm) dựa trên tỷ số kích thước cạnh dài trên cạnh ngắn; tính toán cột chịu nén lệch tâm phẳng/lệch tâm xiên theo phương pháp gần đúng của GS.TS. Nguyễn Đình Cống; tính toán cầu thang bản theo giáo trình của tác giả Võ Bá Tầm.
    • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Sử dụng phần mềm ETABS để mô hình hóa kết cấu không gian 3D, phân tích động lực học công trình nhằm trích xuất các dạng dao động riêng (Modes), chu kỳ dao động ($T$), tần số dao động ($f$), khối lượng tham gia dao động và ma trận chuyển vị ngang của các tầng.
    • Công cụ bảng tính: Lập bảng biểu trên Microsoft Excel để tổng hợp tải trọng hoàn thiện, nội suy các hệ số khí động, tính toán phân bố tải trọng gió động, tổ hợp nội lực (bao gồm tổ hợp cơ bản 1 và tổ hợp cơ bản 2) và tính diện tích cốt thép.

  • Nguồn dữ liệu đầu vào:

    • Bản vẽ mặt bằng kiến trúc quy hoạch khu đất 378 m² tại thành phố Nha Trang.
    • Số liệu điều kiện khí hậu, vùng gió II.A với áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 83\text{ daN/m}^2$ ($0{,}83\text{ kN/m}^2$).
    • Báo cáo số liệu khảo sát địa chất công trình do bộ môn phân công.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về kiến trúc công trình

Chương 1 trình bày quy hoạch tổng thể, giải pháp không gian và hạ tầng kỹ thuật của công trình:

  • Thông số quy mô: Tòa nhà gồm 11 tầng nổi, tổng chiều cao tính từ mặt đất tự nhiên đến đỉnh mái là $44{,}2\text{ m}$. Công năng bao gồm 4 tầng khối đế thương mại (từ tầng 1 đến tầng 4, chiều cao mỗi tầng là $4{,}0\text{ m}$) và 7 tầng căn hộ khách sạn dịch vụ (từ tầng 5 đến tầng 11, chiều cao mỗi tầng là $3{,}6\text{ m}$). Tổng số phòng khách sạn là 56 phòng (bố trí 8 phòng trên một tầng điển hình).
  • Tổ chức mặt bằng và tiện ích: Khu vực thương mại bố trí các không gian sỉ và lẻ, ẩm thực, phòng tập gym, spa cao cấp. Tầng căn hộ điển hình có hành lang giao thông rộng $2{,}9\text{ m}$ chạy dọc công trình, đảm bảo liên kết trực tiếp với các buồng thang bộ thoát hiểm.
  • Giải pháp kỹ thuật công trình:
    • Giao thông đứng: Bố trí 2 buồng thang máy tốc độ cao và 2 thang bộ thoát hiểm có cửa chống cháy tại hai góc công trình.
    • Hệ thống cấp thoát nước: Nguồn nước đô thị được cấp vào bể ngầm ở tầng hầm, sau đó bơm lên bể chứa nước trên mái để tạo áp lực cấp xuống các tầng; hệ thống thoát nước mưa và nước thải sinh hoạt được tách riêng biệt.
    • Hệ thống điện và cơ điện: Điện ngầm thành phố đấu nối vào trạm biến áp và máy phát điện dự phòng đặt tại tầng kỹ thuật; hệ thống chiếu sáng tự nhiên kết hợp chiếu sáng nhân tạo và đèn sự cố khẩn cấp.
    • Phòng cháy chữa cháy (PCCC): Bố trí hệ thống cảm biến khói, đầu báo cháy tự động, họng nước vách tường và bình chữa cháy tại hành lang và sảnh thang bộ.

Chương 2: Giải pháp kết cấu, vật liệu và kích thước tiết diện

Nội dung chương tập trung so sánh, lựa chọn hệ kết cấu và xác định kích thước sơ bộ của toàn bộ hệ thống cấu kiện:

  • Lựa chọn hệ kết cấu:
    • Phương đứng: Phân tích các dạng kết cấu nhà cao tầng (hệ khung chịu lực, tường chịu lực, khung - vách hỗn hợp, hệ ống). Đề tài lựa chọn hệ kết cấu khung kết hợp vách và lõi cứng bê tông cốt thép nhằm tăng cường độ cứng ngang, hạn chế chuyển vị đỉnh và dao động công trình.
    • Phương ngang: So sánh 4 phương án sàn gồm sàn sườn toàn khối, sàn ô cờ, sàn phẳng không dầm và sàn không dầm ứng lực trước. Tác giả lựa chọn hệ sàn dầm toàn khối do tính toán đơn giản, công nghệ thi công phổ biến và đảm bảo độ cứng liên kết không gian.
  • Quy cách vật liệu:
    • Bê tông: Cấp độ bền B30 (tương đương M400), khối lượng riêng $2{,}5\text{ T/m}^3$ ($25\text{ kN/m}^3$), cường độ chịu nén tính toán $R_b = 17\text{ MPa}$, cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1{,}2\text{ MPa}$, hệ số điều kiện làm việc $\gamma_b = 1{,}0$.
    • Cốt thép: Thép gân nhóm AII ($\phi \ge 10\text{ mm}$) làm cốt thép dọc chịu lực có $R_s = 280\text{ MPa}$, $R_{sw} = 225\text{ MPa}$; thép trơn nhóm AI ($\phi < 10\text{ mm}$) làm cốt đai và cốt cấu tạo có $R_s = 225\text{ MPa}$, $R_{sw} = 175\text{ MPa}$.
  • Xác định sơ bộ kích thước tiết diện:
    • Bản sàn: Sơ bộ chiều dày bản sàn theo công thức kinh nghiệm $h_s = (D/m) \cdot L_n$. Ô sàn lớn nhất $S_3$ ($5{,}5\text{ m}$) chọn dày $h_s = 150\text{ mm}$; các ô sàn căn hộ còn lại chọn dày $h_s = 120\text{ mm}$.
    • Hệ dầm: Dầm chính khung chịu lực chọn tiết diện $b \times h = 250 \times 500\text{ mm}$; dầm phụ chọn $200 \times 350\text{ mm}$.
    • Hệ cột: Tiết diện cột được giảm dần theo chiều cao công trình để tối ưu hóa vật liệu:
      • Tầng 1 – 4: Cột biên $C_1$ kích thước $500 \times 500\text{ mm}$; cột giữa $C_2$ kích thước $600 \times 600\text{ mm}$.
      • Tầng 5 – 8: Cột biên $C_1$ kích thước $400 \times 400\text{ mm}$; cột giữa $C_2$ kích thước $500 \times 500\text{ mm}$.
      • Tầng 9 – 11: Cột biên $C_1$ kích thước $300 \times 300\text{ mm}$; cột giữa $C_2$ kích thước $400 \times 400\text{ mm}$.
    • Vách thang máy: Chiều dày thành vách chọn $b = 200\text{ mm}$ (thỏa mãn yêu cầu $b \ge H/20$ và cấu tạo theo TCXDVN 198-1997).
    • Cầu thang bộ: Loại 2 vế dạng bản chịu lực, gồm 24 bậc (12 bậc/vế), chiều cao bậc $h = 165\text{ mm}$, bề rộng bậc $b = 300\text{ mm}$, góc nghiêng $\alpha = 28{,}8^\circ$; chiều dày bản thang $H_s = 200\text{ mm}$ ($h_o = 180\text{ mm}$); dầm chiếu nghỉ, chiếu tới có kích thước $200 \times 400\text{ mm}$.

Chương 3: Thiết kế sàn tầng căn hộ điển hình (tầng 5)

Chương 3 chi tiết hóa việc tính toán tải trọng tác dụng lên mặt bằng sàn và tính toán cốt thép các ô sàn tầng căn hộ:

  • Xác định tải trọng tĩnh (tĩnh tải hoàn thiện):
    • Tải trọng lớp gạch lát dày $20\text{ mm}$ ($\gamma = 18\text{ kN/m}^3$), lớp vữa lót và trát trần dày $40\text{ mm}$ ($\gamma = 18\text{ kN/m}^3$), tải trọng trần treo ($0{,}44\text{ kN/m}^2$).
    • Tải trọng tường xây gạch trực tiếp trên sàn/dầm: Tường $200\text{ mm}$ có tải trọng phân bố $12{,}45\text{ kN/m}$ (tính đến hệ số mở cửa $0{,}5$); tường $100\text{ mm}$ có tải trọng phân bố $7{,}31\text{ kN/m}$ (hệ số cửa $0{,}65$); vách kính dày $10\text{ mm}$ có tải trọng $0{,}93\text{ kN/m}^2$.
  • Hoạt tải sử dụng tiêu chuẩn và tính toán:
    • Phòng ngủ căn hộ: $q^{tc} = 1{,}95\text{ kN/m}^2$, $q^{tt} = 2{,}40\text{ kN/m}^2$.
    • Phòng khách, khu vệ sinh: $q^{tt} = 2{,}40\text{ kN/m}^2$.
    • Sảnh tầng, phòng nghỉ, hành lang và buồng thang: $q^{tt} = 3{,}60\text{ kN/m}^2$.
    • Khu vực thương mại (tầng 1-4): $q^{tt} = 4{,}80\text{ kN/m}^2$.
    • Mái bê tông không sử dụng: $q^{tc} = 0{,}20\text{ kN/m}^2$, $q^{tt} = 0{,}90\text{ kN/m}^2$.
  • Tính toán cốt thép bản sàn: Phân loại ô bản theo tỷ số $l_d / l_n$ (nếu $\le 2$ tính theo sơ đồ bản kê 4 cạnh; nếu $> 2$ tính theo sơ đồ bản dầm 1 phương). Tra bảng hệ số mômen uốn theo phương pháp đàn hồi, xác định diện tích cốt thép $A_s$, lựa chọn đường kính thép $\phi 8 - \phi 10$ và khoảng cách đan lưới $a = 120 \div 180\text{ mm}$, sau đó kiểm tra hàm lượng cốt thép hợp lý $\mu%$.

Chương 4: Tính toán tải trọng tác dụng vào công trình

Chương 4 thực hiện việc mô hình hóa kết cấu 3D và xác định tải trọng ngang do gió tác dụng lên công trình:

  • Thông số khí động và tải trọng gió tĩnh:
    • Công trình xây dựng tại Nha Trang, thuộc phân vùng gió II.A ($W_0 = 83\text{ daN/m}^2$), dạng địa hình C.
    • Kích thước mặt bằng đón gió: phương $Y$ rộng $B_y = 21\text{ m}$, phương $X$ dài $L_x = 18\text{ m}$.
    • Gió tĩnh được tính toán cho từng tầng theo cả hai phương $X$ và $Y$ (gồm thành phần gió đẩy với hệ số khí động $c = +0{,}8$ và gió hút với $c' = -0{,}6$), sau đó gán trực tiếp vào tâm hình học của các sàn tầng.
  • Tính toán thành phần động của tải trọng gió (TCVN 229-1999):
    • Tần số dao động giới hạn quy định đối với kết cấu bê tông cốt thép là $f_L = 1{,}3\text{ Hz}$.
    • Xuất 12 dạng dao động (Modes) từ mô hình ETABS. Kết quả chu kỳ dao động thứ nhất đạt $T_1 = 3{,}5126\text{ s}$.
    • Xác định các hệ số: hệ số động lực $\xi_j$ (tra bảng theo tham số $\varepsilon$ và độ giảm loga), hệ số áp lực động $\zeta_j$ theo độ cao tầng, hệ số tương quan không gian $\psi_j$, và chuyển vị ngang tỉ đối $y_{ji}$.
    • Tính toán giá trị tải trọng gió động cho các Mode dao động có tần số $f_i < f_L$ (Mode 1 theo phương $Y$, Mode 2 và Mode 3 theo phương $X$) và gán thành phần lực này vào tâm khối lượng ($X_{CM}, Y_{CM}$) của từng tầng.
  • Thiết lập tổ hợp tải trọng: Khai báo các trường hợp tổ hợp nội lực trong ETABS theo TCVN 2737-1995:
    • Tổ hợp cơ bản 1: $1{,}0\text{ TT} + 1{,}0\text{ HT}$ hoặc $1{,}0\text{ TT} + 1{,}0\text{ Gió}$ (hệ số tổ hợp bằng 1,0).
    • Tổ hợp cơ bản 2: $1{,}0\text{ TT} + 0{,}9\text{ HT} + 0{,}9\text{ Gió}$ (áp dụng hệ số giảm tải $0{,}9$ cho các tải trọng tạm thời khi có từ hai tải tạm thời trở lên).
    • Khai báo các tổ hợp bao (COMBO ENVELOPE) để tìm giá trị nội lực nguy hiểm nhất ($M_{max}, M_{min}, N_{tu}, V_{max}$).

Chương 5: Thiết kế khung trục 5

Chương 5 trình bày việc tính toán cốt thép cho các cấu kiện thuộc khung chịu lực không gian trục 5:

  • Đặc trưng khung trục 5: Khung phẳng liên kết không gian qua các dầm trực giao, chịu tác động đồng thời của tải trọng đứng (tĩnh tải sàn, tường và hoạt tải) và tải trọng ngang (gió tĩnh, gió động).
  • Trích xuất và đánh giá nội lực:
    • Trích xuất bảng giá trị nội lực chân cột và đầu cột ($M_x, M_y, N, V_x, V_y$) từ mô hình ETABS đối với các vị trí cột đại diện: cột $C_{13}$ ($N_{max} = -371{,}297\text{ kN}$), cột $C_{17}$ ($N = 155{,}35\text{ kN}$), cột $C_{18}$ ($N = -120{,}94\text{ kN}$).
    • Trích xuất biểu đồ mômen uốn và lực cắt dầm tại các tiết diện gối tựa và nhịp.
  • Tính toán cốt thép:
    • Cốt thép dầm: Tính toán cốt thép dọc chịu uốn tại tiết diện mômen âm (gối tựa) và mômen dương (giữa nhịp); tính toán cốt đai chịu lực cắt $Q$ và kiểm tra điều kiện chống nén vỡ bê tông trên tiết diện nghiêng.
    • Cốt thép cột: Tính toán tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm xiên theo phương pháp gần đúng; xác định độ lệch tâm ban đầu $e_a$, độ lệch tâm tĩnh học $e_1$, hệ số uốn dọc $\eta$ theo hai phương $X$ và $Y$.
    • Cấu tạo neo nối: Xác định chiều dài đoạn neo cốt thép và chiều dài đoạn nối buộc cốt thép theo yêu cầu quy phạm TCVN 5574-2012.

Thiết kế và triển khai kỹ thuật

Bảng tổng hợp thông số hình học và vật liệu cấu kiện

Cấu kiện Vị trí / Tầng Kích thước tiết diện ($b \times h$ hoặc $h_s$) Cấp độ bền bê tông Nhóm cốt thép chịu lực Ghi chú
Bản sàn Tầng 5 (căn hộ) $h_s = 120\text{ mm}$ (chuẩn) / $150\text{ mm}$ (ô $S_3$) B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$) Thép tròn AII ($\phi 8 - \phi 10$) Bản kê 4 cạnh và bản dầm
Dầm chính Khung toàn nhà $250 \times 500\text{ mm}$ B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$) Thép gân AII ($\phi \ge 10\text{ mm}$) Bố trí cốt dọc + đai $\phi 6-\phi 8$
Dầm phụ Sàn các tầng $200 \times 350\text{ mm}$ B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$) Thép gân AII Đỡ tường ngăn và chia nhỏ ô sàn
Cột biên $C_1$ Tầng 1 – 4 $500 \times 500\text{ mm}$ B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$) Thép gân AII Chịu nén lệch tâm
Cột biên $C_1$ Tầng 5 – 8 $400 \times 400\text{ mm}$ B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$) Thép gân AII Giảm tiết diện theo tầng
Cột biên $C_1$ Tầng 9 – 11 $300 \times 300\text{ mm}$ B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$) Thép gân AII Tối ưu hóa tải trọng bản thân
Cột giữa $C_2$ Tầng 1 – 4 $600 \times 600\text{ mm}$ B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$) Thép gân AII Tiếp nhận diện truyền tải lớn
Cột giữa $C_2$ Tầng 5 – 8 $500 \times 500\text{ mm}$ B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$) Thép gân AII Giảm tiết diện theo tầng
Cột giữa $C_2$ Tầng 9 – 11 $400 \times 400\text{ mm}$ B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$) Thép gân AII Đỡ tầng trên cùng và mái
Vách thang máy Suốt chiều cao Dày $b = 200\text{ mm}$ B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$) Thép gân AII lưới kép Đóng vai trò lõi cứng chịu lực ngang
Bản thang bộ Tầng 1 – 11 Dày $H_s = 200\text{ mm}$ ($h_o = 180\text{ mm}$) B30 ($R_b = 17\text{ MPa}$) Thép gân AII 2 vế dạng bản, 24 bậc/tầng

Quy trình mô hình hóa và gán tải trọng trên phần mềm ETABS

Quá trình phân tích động lực học và tính toán nội lực kết cấu được thực hiện theo chu trình kỹ thuật:

  1. Khởi tạo hình học: Thiết lập lưới trục tọa độ ($L_x = 18\text{ m}, B_y = 21\text{ m}$), khai báo chiều cao 4 tầng thương mại ($4{,}0\text{ m}$/tầng) và 7 tầng khách sạn ($3{,}6\text{ m}$/tầng).
  2. Định nghĩa vật liệu và tiết diện: Gán bê tông B30, cốt thép AII/AI; gán tiết diện phần tử thanh (Frame) cho hệ dầm - cột và phần tử tấm vỏ (Shell) cho sàn và vách lõi thang.
  3. Gán tải trọng đứng:
    • Tĩnh tải bản thân do phần mềm tự động tính toán từ thể tích hình học và khối lượng riêng ($25\text{ kN/m}^3$).
    • Tĩnh tải hoàn thiện gán phân bố đều trên mặt sàn ($Shell Uniform Load$).
    • Tải trọng tường xây gán dạng tải phân bố đều trên dầm ($Frame Distributed Load$) hoặc trên dầm ảo ($Null Beam$) đối với các tường đặt trực tiếp lên sàn.
    • Hoạt tải sử dụng gán theo từng phân vùng chức năng phòng ngủ, sảnh, thương mại.
  4. Gán tải trọng ngang:
    • Gió tĩnh: Khai báo lực tập trung tác dụng tại tâm hình học của từng tầng theo cả hai phương $X$ và $Y$.
    • Gió động: Tính toán giá trị lực từ kết quả phân tích Mode dao động, khai báo tác dụng tại tâm khối lượng ($Diaphragm Center of Mass$).
  5. Phân tích kết cấu và xuất dữ liệu: Giải bài toán phân tích tuyến tính đàn hồi, kiểm tra chu kỳ dao động, chuyển vị tương đối giữa các tầng, sau đó trích xuất tổ hợp nội lực nguy hiểm sang bảng tính Excel để thực hiện bài toán tính toán cốt thép.

Danh mục hồ sơ bản vẽ kỹ thuật

Hồ sơ thiết kế đồ án bao gồm tập thuyết minh tính toán và hệ thống bản vẽ khổ A1:

  • Phần Kiến trúc (01 bản vẽ): Thể hiện mặt bằng tổng thể, mặt bằng tầng thương mại, mặt bằng tầng căn hộ điển hình, mặt cắt và phối cảnh mặt đứng công trình.
  • Phần Kết cấu (05 bản vẽ):
    • 02 bản vẽ kết cấu mặt bằng dầm sàn tầng điển hình, chi tiết bố trí thép sàn và mặt cắt cấu tạo.
    • 03 bản vẽ kết cấu khung trục 5 thể hiện kích thước hình học, chi tiết bố trí cốt thép dọc, cốt đai dầm - cột, mặt cắt ngang và bảng thống kê khối lượng bê tông – cốt thép.
  • Phần Nền móng: Các bản vẽ mặt bằng bố trí cọc, đài móng và chi tiết cốt thép đài cọc.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã giải quyết hoàn chỉnh các mục tiêu kỹ thuật đặt ra theo nhiệm vụ tốt nghiệp kỹ sư xây dựng:

  • Kết quả tính toán kết cấu cụ thể:

    • Xác lập được mô hình kết cấu không gian 3D làm việc hợp lý với hệ khung - vách kết hợp lõi cứng, đảm bảo công trình cao $44{,}2\text{ m}$ ổn định dưới tác động của tải trọng đứng và tải trọng gió vùng II.A.
    • Hoàn thành bảng tính toán chi tiết cho toàn bộ các ô sàn tầng 5 (chọn chiều dày $120\text{ mm}$ cho sàn thông thường và $150\text{ mm}$ cho ô sàn vượt nhịp $5{,}5\text{ m}$), bố trí cốt thép hợp lý và thỏa mãn điều kiện nứt, võng theo TCVN 5574-2012.
    • Trích xuất và xử lý hoàn chỉnh ma trận nội lực cho khung trục 5; thiết kế cốt thép cho các tiết diện cột biên, cột giữa và hệ dầm khung chính ($250 \times 500\text{ mm}$), dầm phụ ($200 \times 350\text{ mm}$) đáp ứng đầy đủ khả năng chịu lực dưới các tổ hợp cơ bản 1 và 2.
    • Thực hiện tính toán thành phần động của tải trọng gió cho 3 dạng dao động đầu tiên ($T_1 = 3{,}5126\text{ s}$), phản ánh chính xác sự phân bố lực động theo chiều cao tầng của công trình bê tông cốt thép.

  • Đóng góp kỹ thuật của đồ án:

    • Đề xuất quy trình tính toán kết cấu nhà cao tầng khép kín từ khâu chọn sơ bộ kích thước tiết diện, phân tích tải trọng gió động chuẩn xác theo TCVN 229-1999, mô hình hóa ETABS cho đến khâu thiết kế cốt thép chi tiết theo TCVN 5574-2012.
    • Cung cấp phương án kiến trúc - kết cấu tối ưu cho khu đất hạn chế ($378\text{ m}^2$) nhưng vẫn bố trí được đầy đủ tiện ích thương mại, khách sạn cao cấp, 2 thang thoát hiểm độc lập và hệ thống giao thông đứng/ngang đạt chuẩn an toàn PCCC.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của đồ án:

    • Đồ án thực hiện tính toán chi tiết kết cấu sàn cho một tầng căn hộ điển hình (tầng 5) và một khung trục đại diện (khung trục 5); các tầng còn lại và các khung phẳng khác chỉ mới dừng lại ở mức mô hình hóa tổng thể trong không gian ETABS.
    • Việc phân tích phản ứng kết cấu mới thực hiện theo phương pháp tĩnh lực học và phân tích phổ dao động tuyến tính đàn hồi, chưa xét đến tính phi tuyến vật liệu và phi tuyến hình học khi công trình chịu tác động mạnh bất thường.
    • Phần nền móng trong phạm vi thuyết minh tóm tắt chủ yếu tập trung vào so sánh giải pháp cọc ép và cọc khoan nhồi, chưa đi sâu vào bài toán tương tác đất - kết cấu móng (Soil-Structure Interaction).

  • Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp:

    • Mở rộng phân tích kết cấu dưới tác động của tải trọng động đất theo tiêu chuẩn TCVN 9386:2012 nhằm đánh giá chi tiết tính kháng chấn của hệ vách lõi cứng.
    • Ứng dụng mô hình thông tin công trình (BIM) trong việc kết nối đồng bộ giữa mô hình kiến trúc, mô hình tính toán kết cấu ETABS và lập dự toán khối lượng thi công thực tế.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng / Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp: Sử dụng làm tài liệu mẫu hoàn chỉnh phục vụ làm đồ án tốt nghiệp, đồ án môn học Bê tông cốt thép và Đồ án Nhà cao tầng.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu công trình: Tham khảo quy trình xác định thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 229-1999, các bước gán tải trọng gió tĩnh vào tâm hình học, gió động vào tâm khối lượng trong phần mềm ETABS, và quy trình tổ hợp nội lực tính toán cột lệch tâm xiên theo TCVN 5574-2012.

Câu hỏi thường gặp

Đề tài lựa chọn hệ kết cấu chịu lực nào cho công trình khách sạn?

Theo thuyết minh Chương 2, công trình chọn phương án chịu lực theo phương đứng là hệ kết cấu khung - vách hỗn hợp kết hợp lõi cứng thang máy; phương án chịu lực theo phương ngang là hệ sàn dầm toàn khối bê tông cốt thép.

Thông số tải trọng gió tại khu vực xây dựng công trình được xác định như thế nào?

Công trình xây dựng tại đường Nguyễn Trãi, thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa; thuộc phân vùng áp lực gió II.A với áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 83\text{ daN/m}^2$ ($0{,}83\text{ kN/m}^2$), dạng địa hình C.

Cấp độ bền của vật liệu bê tông và cốt thép được sử dụng trong tính toán là bao nhiêu?

Công trình sử dụng bê tông cấp độ bền B30 (tương đương M400) có $R_b = 17\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1{,}2\text{ MPa}$; cốt thép dọc chịu lực dùng thép gân AII ($\phi \ge 10\text{ mm}$) có $R_s = 280\text{ MPa}$; cốt đai và cốt cấu tạo dùng thép trơn AI ($\phi < 10\text{ mm}$) có $R_s = 225\text{ MPa}$.

Tiết diện cột khung thay đổi như thế nào theo chiều cao công trình?

Tiết diện cột được phân chia làm 3 phân đoạn để tối ưu hóa vật liệu:

  • Tầng 1 – 4: Cột biên $C_1$ kích thước $500 \times 500\text{ mm}$, cột giữa $C_2$ kích thước $600 \times 600\text{ mm}$.
  • Tầng 5 – 8: Cột biên $C_1$ kích thước $400 \times 400\text{ mm}$, cột giữa $C_2$ kích thước $500 \times 500\text{ mm}$.
  • Tầng 9 – 11: Cột biên $C_1$ kích thước $300 \times 300\text{ mm}$, cột giữa $C_2$ kích thước $400 \times 400\text{ mm}$.

Thành phần động của tải trọng gió được khai báo vào mô hình ETABS như thế nào?

Thành phần động của tải trọng gió được tính toán cho các Mode dao động có tần số $f_i < f_L = 1{,}3\text{ Hz}$ (Mode 1 phương $Y$, Mode 2 và Mode 3 phương $X$) theo TCVN 229-1999, sau đó được gán trực tiếp dưới dạng lực tập trung tác dụng vào tâm khối lượng ($X_{CM}, Y_{CM}$) của từng sàn tầng.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Khách sạn cao cấp tại Nha Trang" của sinh viên Phan Thanh Tài (Trường Đại học Nha Trang) đã giải quyết trọn vẹn và chuẩn xác bài toán thiết kế kỹ thuật công trình dân dụng cao 11 tầng. Tác giả đã kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết tính toán theo các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành (TCVN 5574-2012, TCVN 2737-1995, TCVN 229-1999) với công cụ phân tích không gian 3D ETABS. Kết quả tính toán đảm bảo đầy đủ các yêu cầu về an toàn chịu lực, độ cứng tổng thể và tính khả thi trong thi công xây dựng thực tế.