Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp đại học hệ chính quy ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp tại Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng thực hiện đề tài thiết kế công trình "Nhà điều hành công ty than Uông Bí - Quảng Ninh". Dự án do Tổng công ty than Quảng Ninh làm chủ đầu tư, xây dựng tại địa chỉ số 29 phường Phương Đông, thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh. Công trình được xây dựng nhằm mục đích đáp ứng nhu cầu điều hành, quản trị toàn bộ hoạt động khai thác và sản xuất than của doanh nghiệp, đồng thời tạo lập môi trường làm việc tập trung, tiện nghi cho cán bộ, công nhân viên và các đơn vị chuyên môn.

Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế của đồ án được phân chia theo cơ cấu tỷ trọng chuyên môn kỹ thuật xây dựng như sau:

  1. Thiết kế kiến trúc (chiếm 10% khối lượng): Nghiên cứu mặt bằng khu đất, dây chuyền công năng văn phòng làm việc và thiết lập hồ sơ bản vẽ kiến trúc công trình bao gồm mặt bằng các tầng, mặt đứng các trục, các mặt cắt chính và chi tiết kiến trúc.
  2. Thiết kế kết cấu (chiếm 45% khối lượng): So sánh và lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực chính; xác định kích thước sơ bộ các cấu kiện; tính toán tải trọng tác dụng (tĩnh tải, hoạt tải đứng, hoạt tải gió); tính toán và bố trí cốt thép sàn tầng 3; lập mô hình khung không gian bằng phần mềm ETABS để phân tích nội lực khung ngang trục 5; tính toán cốt thép dầm, cột của khung và đề ra quy trình thiết kế móng cọc.
  3. Thiết kế tổ chức thi công và lập dự toán: Lập tiến độ thi công công trình, biểu đồ nhân lực, thiết kế tổng mặt bằng thi công (bố trí thiết bị cơ giới, lán trại, mạng lưới cấp điện, cấp nước thi công), đề xuất các biện pháp kỹ thuật an toàn lao động và lập dự toán chi phí xây dựng công trình.

Đối tượng nghiên cứu là khối nhà làm việc có quy mô 6 tầng và 1 tầng tum kỹ thuật, tổng chiều cao công trình tính từ cốt tự nhiên đạt 25,20 m, chiều dài tổng thể 55,0 m và chiều rộng tổng thể 31,4 m. Phạm vi nghiên cứu về không gian là địa điểm xây dựng tại thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh; phạm vi thời gian thực hiện đề tài theo nhiệm vụ được giao từ ngày 12 tháng 10 năm 2020 đến ngày 31 tháng 12 năm 2020, hoàn thành bảo vệ trong năm 2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn xây dựng và văn bản định mức được tác giả sử dụng làm căn cứ tính toán bao gồm:

  • Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737:1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737:2005: Tiêu chuẩn tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió. Khu vực Uông Bí – Quảng Ninh thuộc phân vùng áp lực gió II-C với giá trị áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 95\text{ kG/m}^2$, hệ số tin cậy $n = 1,2$, dạng địa hình C.
  • Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • Tiêu chuẩn Xây dựng TCXD 198:1997: Nhà cao tầng – Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối.
  • Định mức dự toán xây dựng công trình số 1776/2013/BXD của Bộ Xây dựng.
  • Bộ đơn giá xây dựng công trình tỉnh Quảng Ninh (số 178 – 7/2014) và bảng công bố giá vật liệu xây dựng, giá ca máy tỉnh Quảng Ninh quý II năm 2014.

Phương pháp nghiên cứu và công cụ kỹ thuật áp dụng trong đồ án:

  • Phương pháp mô hình hóa và phân tích kết cấu: Ứng dụng phần mềm ETABS để mô phỏng hệ kết cấu không gian. Cột và dầm được mô hình hóa bằng phần tử thanh (Frame element), sàn và vách lõi thang máy được mô hình hóa bằng phần tử tấm vỏ (Shell element). Tải trọng tĩnh (trọng lượng bản thân kết cấu, lớp hoàn thiện, tường xây) và hoạt tải (hoạt tải sử dụng, các trường hợp tải trọng gió tĩnh gồm gió X trái, gió X phải, gió Y trước, gió Y sau) được gán trực tiếp vào phần tử chịu lực để xuất nội lực nguy hiểm.
  • Phương pháp tính toán cấu kiện bê tông cốt thép:
    • Bản sàn: Phân loại bản làm việc theo tỷ số nhịp $L_2/L_1$. Bản kê 4 cạnh ($L_2/L_1 < 2$) ở các phòng làm việc, hành lang được tính theo sơ đồ khớp dẻo; riêng bản sàn khu vệ sinh và mái được tính toán theo sơ đồ đàn hồi nhằm kiểm soát nứt và đảm bảo chống thấm.
    • Cấu kiện dầm: Tính toán chịu uốn theo tiết diện chữ nhật tại gối (vùng cánh chịu kéo) và tiết diện chữ T tại giữa nhịp (tận dụng bản cánh chịu nén); tính toán khả năng chịu cắt của bê tông và cốt đai, tính toán cốt treo gia cường tại vị trí dầm phụ gác lên dầm chính.
    • Cấu kiện cột: Tính toán cấu kiện chịu nén uốn lệch tâm phẳng đối xứng, giải phương trình bậc 3 để xác định chính xác chiều cao vùng nén $x$ trong trường hợp nén lệch tâm bé.
  • Phương pháp tổ hợp nội lực: Tiến hành tổ hợp cơ bản 1 (Tĩnh tải + 1 Hoạt tải) và tổ hợp cơ bản 2 (Tĩnh tải + 0,9 $\times$ tổng các Hoạt tải).
  • Nguồn dữ liệu phục vụ thiết kế: Bản vẽ quy hoạch kiến trúc mặt bằng khu đất, thông số khí hậu và địa chất tại Uông Bí, định mức kinh tế kỹ thuật và giá vật tư thực tế tại địa phương.

Thiết kế kỹ thuật và giải pháp công nghệ

Giải pháp kiến trúc và công năng

Công trình được bố trí tại trung tâm khu đất nhằm tạo sự bề thế và thuận tiện kết nối hạ tầng giao thông nội bộ. Mặt đứng công trình mang phong cách hiện đại với các đường nét hình khối thẳng kết hợp các mảng kính lớn:

  • Tầng 1 (tầng trệt): Bố trí sảnh chính trung tâm, gara để xe, các phòng kỹ thuật, khu vệ sinh chung và sảnh đệm thang máy.
  • Tầng 2: Bố trí phòng làm việc ban giám đốc, phó giám đốc, phòng khách, phòng truyền thống, phòng tổ chức cán bộ, kế toán, quản lý.
  • Tầng 3 đến tầng 6: Bố trí các phòng ban làm việc chuyên môn, sảnh chờ và hội trường lớn diện tích $356,4\text{ m}^2$ tại tầng 5.
  • Tầng áp mái và tầng tum: Bố trí tum thang, buồng kỹ thuật và bể chứa nước sinh hoạt dung tích $28,86\text{ m}^3$.
  • Giao thông và thoát nạn: Hệ thống giao thông ngang gồm hành lang giữa rộng 2,4 m kết nối liên tục với hệ thống giao thông đứng gồm 2 cầu thang bộ thoát hiểm (diện tích $20,2\text{ m}^2$/thang) và 2 thang máy tải trọng tiêu chuẩn bố trí đối xứng. Cửa các phòng mở quay ra ngoài hành lang nhằm hỗ trợ thoát người khi xảy ra hỏa hoạn.

Giải pháp kết cấu và vật liệu

Tác giả tiến hành so sánh kinh tế - kỹ thuật giữa phương án sàn không dầm (sàn nấm) và sàn dầm (sàn sườn toàn khối). Phương án sàn sườn toàn khối được lựa chọn do đảm bảo độ cứng ngang cho công trình cao 6 tầng, hạn chế chuyển vị đỉnh, giảm tải trọng tham gia dao động và phù hợp với bố trí tường ngăn kiến trúc:

  • Bê tông: Sử dụng bê tông thương phẩm cấp độ bền B20 ($R_b = 11,5\text{ MPa}$, $R_{bt} = 0,9\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_b = 27\times 10^3\text{ MPa}$) cho toàn bộ móng, đài giằng, cột, dầm, sàn; bê tông trộn tại chỗ dùng cho lớp lót và cầu thang bộ.
  • Cốt thép: Cốt thép chịu lực dọc dùng nhóm CII (CB300) có $R_s = R_{sc} = 280\text{ MPa}$; cốt thép đai và cốt thép bản sàn đường kính $d < 10\text{ mm}$ dùng nhóm CI (CB240) có $R_s = 225\text{ MPa}$, $R_{sw} = 175\text{ MPa}$.
  • Kích thước sơ bộ cấu kiện: Sàn sườn dày $h_s = 100\text{ mm}$; dầm chính khung có kích thước $300\times 700\text{ mm}$ (cho các nhịp lớn 8,0 m và 8,4 m) và $220\times 400\text{ mm}$; dầm phụ có kích thước $220\times 300\text{ mm}$ và $300\times 400\text{ mm}$; cột thay đổi tiết diện theo chiều cao: cột tầng 1-3 có tiết diện $400\times 600\text{ mm}$, $400\times 500\text{ mm}$, $220\times 450\text{ mm}$; cột tầng 4-6 giảm xuống $400\times 500\text{ mm}$, $220\times 400\text{ mm}$.

Thiết kế tổ chức thi công và trang thiết bị cơ giới

  • Lựa chọn thiết bị cơ giới:
    • Vận chuyển lên cao: 01 cần trục tháp POTAIN - P16A1 công suất động cơ 32 kW.
    • Trộn vữa tại chỗ: 02 máy trộn vữa SB-133 dung tích hình học 100 lít, xuất liệu 80 lít, năng suất tính toán đạt $1,02\text{ m}^3/\text{h}$ (tương đương $8,16\text{ m}^3/\text{ca}$).
    • Đầm bê tông: 02 máy đầm dùi U50 năng suất $3,15\text{ m}^3/\text{h}$ cho cột, dầm; 01 máy đầm bàn U7 năng suất $25\text{ m}^2/\text{h}$ cho công tác bê tông sàn.
  • Mạng lưới hạ tầng thi công: Trạm biến áp phục vụ công trường có công suất yêu cầu 114 kVA (tổng công suất tiêu thụ tính toán $P_T = 79,73\text{ kW}$); mạng cấp nước sử dụng đường ống thép đường kính $D = 75\text{ mm}$, vận tốc dòng chảy $v = 1,5\text{ m/s}$ cung cấp lưu lượng tổng cộng $Q_{\text{Tổng}} = 5,74\text{ l/s}$ (bao gồm cả lưu lượng cứu hỏa $5\text{ l/s}$).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu chung

Chương này trình bày tổng quan về dự án, điều kiện tự nhiên, cơ cấu mặt bằng kiến trúc và quy mô công trình. Tác giả lập bảng thống kê diện tích các không gian chức năng như nhà vệ sinh ($27,1\text{ m}^2$), cầu thang bộ ($20,2\text{ m}^2$), giếng thang máy ($7,07\text{ m}^2$), hội trường ($356,4\text{ m}^2$), sảnh chờ ($23,02\text{ m}^2$). Thuyết minh chi tiết các giải pháp kỹ thuật hạ tầng gồm cấp điện ngầm từ lưới đô thị, cấp nước gián tiếp qua bể chứa ngầm và tét nước mái dung tích $28,86\text{ m}^3$, hệ thống thoát nước mưa sê-nô riêng biệt với hệ thống thoát nước thải sinh hoạt qua bể tự hoại, hệ thống phòng cháy chữa cháy bằng họng nước vách tường tại các tầng. Cuối chương, tác giả xây dựng đề cương chi tiết 8 bước thiết kế sàn, 12 bước thiết kế khung phẳng và 10 bước thiết kế móng cọc.

Chương 2: Lựa chọn giải pháp kết cấu, tính toán nội lực

Tác giả phân tích ưu nhược điểm của các dạng kết cấu chịu lực nhà nhiều tầng (hệ tường, khung, lõi, khung vách kết hợp) và quyết định lựa chọn hệ khung bê tông cốt thép toàn khối. Chiều dày bản sàn được tính chọn $h_s = 100\text{ mm}$. Kích thước dầm chính, dầm phụ và cột được xác định sơ bộ dựa trên diện tích truyền tải $A_s$ và tải trọng tương đương $q = 1\text{ T/m}^2$.

Tác giả lập bảng chi tiết xác định tĩnh tải đơn vị trên $1\text{ m}^2$ sàn các loại:

  • Sàn phòng làm việc (S1, S2, S4): $4,222\text{ kN/m}^2$.
  • Sàn hành lang (S3) và sàn cầu thang (S5): $4,807\text{ kN/m}^2$.
  • Sàn khu vệ sinh (S6): $4,557\text{ kN/m}^2$.
  • Sàn mái: $3,560\text{ kN/m}^2$.
  • Tĩnh tải tường xây: Tường 220 dày 22 cm có tải trọng tính toán $5,54\text{ kN/m}^2$ ($505,8\text{ kG/m}^2$); tường 110 có tải trọng $2,42\text{ kN/m}^2$.

Hoạt tải sàn lấy theo TCVN 2737:1995: Phòng làm việc $240\text{ kG/m}^2$, hành lang và cầu thang $360\text{ kG/m}^2$, hội trường và phòng họp $480\text{ kG/m}^2$, mái $75\text{ kG/m}^2 \times 1,5 = 112,5\text{ kG/m}^2$. Tải trọng gió tĩnh vùng II-C được quy đổi thành tải trọng phân bố đều trên dầm biên các tầng. Tác giả lập mô hình ETABS kiểm tra chuyển vị ngang đỉnh công trình: Giá trị chuyển vị do gió Y xuất ra từ mô hình là $1,20\text{ cm}$, nhỏ hơn nhiều so với chuyển vị giới hạn cho phép $[f] = H/500 = 25,10/500 = 5,02\text{ cm}$.

Chương 3: Tính toán sàn

Chương này thực hiện tính toán chi tiết sàn tầng 3. Các ô sàn phòng làm việc S1, S4 ($4,2\times 4,0\text{ m}$) và S2 ($4,0\times 4,0\text{ m}$) được tính theo sơ đồ khớp dẻo liên tục 4 cạnh ngàm; sàn hành lang S3 ($2,8\times 4,0\text{ m}$) và sàn vệ sinh tính theo sơ đồ đàn hồi:

  • Ô sàn S1, S4 ($q_b = 6,66\text{ kN/m}^2$): Mô men nhịp theo phương ngắn $M_{A1} = 1,81\text{ kNm}$, phương dài $M_{B1} = 1,66\text{ kNm}$; mô men âm ở gối lần lượt là $4,25\text{ kNm}$ và $3,83\text{ kNm}$. Diện tích thép tính toán tại nhịp và gối đạt yêu cầu, tác giả bố trí lưới thép chịu lực $\phi 8a200$ ($A_s = 250\text{ mm}^2$) cho cả hai phương.
  • Ô sàn S2 ($q_b = 6,662\text{ kN/m}^2$): Mô men nhịp $1,67\text{ kNm}$, mô men gối $-3,88\text{ kNm}$; bố trí thép nhịp và gối $\phi 8a200$.
  • Ô sàn S3 hành lang ($q_b = 8,407\text{ kN/m}^2$): Mô men nhịp ngắn $1,63\text{ kNm}$, gối $-3,68\text{ kNm}$; bố trí thép $\phi 8a200$.
  • Thép mũ chịu mô men âm đặt thanh $\phi 6a200$, chiều dài vươn ra từ mép dầm lấy bằng $L_0/4$ hoặc $L_0/6$ (dao động từ 0,5 m đến 1,1 m tùy từng ô bản).

Chương 3 (phần kết cấu khung dầm): Tính khung trục 5 và tính toán dầm

(Văn bản gốc đánh số thứ tự trùng hai Chương 3 liên tiếp trong phần kết cấu). Tác giả thiết lập sơ đồ hình học khung phẳng ngang trục 5 gồm các nhịp $4,2\text{ m} - 8,0\text{ m} - 2,8\text{ m} - 8,4\text{ m}$ tương ứng với các trục định vị H, G, F, E, B. Tính toán chi tiết dầm chính nhịp BE tầng trệt (tiết diện $300\times 700\text{ mm}$, nhịp tính toán $L = 7,8\text{ m}$):

  • Tiết diện gối B: Mô men âm cực đại $M^- = -26,134\text{ Tm}$, lực cắt tương ứng $Q_{tu} = 20,633\text{ T}$. Diện tích cốt thép yêu cầu $A_s = 15,95\text{ cm}^2$, chọn bố trí $3\phi 20 + 2\phi 22$ ($A_s = 17,02\text{ cm}^2$).
  • Tiết diện gối E: Mô men âm cực đại $M^- = -30,646\text{ Tm}$. Diện tích cốt thép yêu cầu $A_s = 19,12\text{ cm}^2$, chọn bố trí $4\phi 22 + 1\phi 25$ ($A_s = 20,10\text{ cm}^2$).
  • Tiết diện giữa nhịp BE: Mô men dương cực đại $M^+ = 27,20\text{ Tm}$, $Q_{tu} = 7,711\text{ T}$. Tính theo tiết diện chữ T với bề rộng cánh nén $b_f' = 2,9\text{ m}$, chiều cao cánh $h_f' = 10\text{ cm}$. Trục trung hòa đi qua cánh, diện tích thép kéo $A_s = 15,10\text{ cm}^2$, chọn bố trí $4\phi 22$ ($A_s = 15,20\text{ cm}^2$).
  • Tính toán cốt đai: Lực cắt lớn nhất $Q_{\max} = 22,363\text{ T} > Q_{b0} = 13,16\text{ T}$, bê tông không đủ khả năng chịu ứng suất kéo chính; tác giả chọn cốt đai 2 nhánh $\phi 6a200$ cho toàn dầm.
  • Tính cốt treo: Lực tập trung từ dầm phụ truyền vào $F = 11,53\text{ T}$, tính được diện tích thép đai treo $A_s = 6,58\text{ cm}^2$, bố trí mỗi bên mép dầm phụ 4 đai 2 nhánh $\phi 8$ trong phạm vi gia cường $200\text{ mm}$.
  • Dầm phụ EF và GH ($300\times 400\text{ mm}$): Tính toán chịu uốn và chọn thép dọc $2\phi 20$, cốt đai cấu tạo $\phi 6a200$.

Chương 4: Tính toán cột

Chương này thực hiện tính toán cốt thép cho các cột thuộc khung trục 5:

  • Cột biên C4 tầng trệt (tiết diện $400\times 500\text{ mm}$, chiều dài tính toán $l_0 = 2,24\text{ m}$, độ mảnh $\lambda = 4,48 < 8$ nên bỏ qua uốn dọc). Xét 3 cặp nội lực bất lợi từ bảng tổ hợp:
    • Cặp 1: $M = -6,16\text{ Tm}; N = -267,37\text{ T}$.
    • Cặp 2: $M = -11,07\text{ Tm}; N = -274,85\text{ T}$.
    • Cặp 3: $M = 10,28\text{ Tm}; N = -241,16\text{ T}$. Các cặp nội lực đều rơi vào trường hợp nén lệch tâm bé ($x > \xi_R h_0$). Tác giả thiết lập và giải phương trình bậc 3 để xác định chính xác vị trí trục trung hòa ($x = 42,1\text{ cm}$ cho cặp 2). Cặp 2 đòi hỏi lượng thép lớn nhất với $A_s = A_s' = 17,48\text{ cm}^2$, tác giả chọn bố trí $5\phi 22$ mỗi bên ($A_s = 19,0\text{ cm}^2$), hàm lượng cốt thép hợp lý $\mu = 1,05%$. Cốt đai ngang chọn $\phi 8a300$ trên thân cột và $\phi 8a200$ trong đoạn nối cốt thép dọc.
  • Cột giữa C16 tầng trệt (tiết diện $400\times 600\text{ mm}$, $l_0 = 2,24\text{ m}$): Tính toán kiểm tra với các cặp nội lực $M = 14,76\text{ Tm}, N = -312,56\text{ T}$ và $N_{\max} = -323,17\text{ T}$ theo bài toán nén lệch tâm bé, xác định diện tích cốt thép đối xứng.

Chương 10: Tổ chức thi công

Chương này trình bày các giải pháp tổ chức thi công toàn diện cho công trình:

  • Tiến độ và nhân lực: Tổng thời gian thi công $T = 645\text{ ngày}$, tổng hao phí lao động $S = 32.378\text{ công}$. Số công nhân trực tiếp bình quân $A_{tb} = 50\text{ người}$, số công nhân cao điểm nhất $A_{\max} = 125\text{ người}$. Tổng số nhân sự trên công trường tính cả xưởng phụ trợ, kỹ thuật, hành chính và phục vụ là 81 người.
  • Thiết kế kho bãi và lán trại: Dự trữ vật liệu tính theo chu kỳ dự trữ 4,5 ngày. Nhu cầu vật liệu cao điểm một ngày gồm: Thép 1.623 kg, ván khuôn $102,6\text{ m}^2$, xây tường $17,86\text{ m}^3$ (tiêu thụ 9.823 viên gạch/ngày, 2,41 tấn xi măng/ngày). Bố trí kho xi măng $16\text{ m}^2$, kho thép và bãi gia công $64\text{ m}^2$, nhà chỉ huy $16\text{ m}^2$, trạm y tế $16\text{ m}^2$, nhà ở công nhân $48\text{ m}^2$, nhà ăn $48\text{ m}^2$, cụm nhà tắm và vệ sinh $32\text{ m}^2$.
  • Thiết kế mạng lưới điện nước: Lựa chọn trạm biến thế 114 kVA, tính toán tiết diện dây dẫn đồng cho trục chính $S = 1000\text{ mm}^2$ ($d = 36\text{ mm}$) và các nhánh máy móc; mạng cấp nước đường kính ống chính $D = 75\text{ mm}$.
  • An toàn lao động: Quy định nghiêm ngặt an toàn khi ép cọc, đào đất hố móng bằng máy gầu nghịch (khoảng cách an toàn cabin đến miệng hố $> 1\text{ m}$), an toàn giàn giáo, cốp pha, gia công uốn cắt thép, quy trình đầm đổ và tháo dỡ cốp pha, an toàn thi công xây trát và sơn quét mặt ngoài.

Chương 11: Lập dự toán

Tác giả sử dụng phần mềm Dự toán G8 phiên bản 2010, áp dụng Định mức 1776/2013 và Đơn giá xây dựng Quảng Ninh 178 – 7/2014, kết hợp giá thông báo quý II/2014 để bóc tách tiên lượng và lập dự toán chi tiết cho phần thô tầng 4 công trình.

Chương 12: Kết luận và kiến nghị

Tác giả tổng kết toàn bộ nội dung đồ án tốt nghiệp, khẳng định kết quả thiết kế đã đáp ứng đầy đủ yêu cầu quy hoạch kiến trúc, đảm bảo an toàn chịu lực kết cấu theo các tiêu chuẩn hiện hành và đề xuất biện pháp tổ chức thi công cơ giới hóa hợp lý, chuẩn bị hành trang kiến thức cho công tác chuyên môn sau khi tốt nghiệp.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán kỹ thuật chính

Hạng mục cấu kiện / Thông số Kích thước tiết diện / Đơn vị Giá trị nội lực tính toán Giải pháp bố trí cốt thép / Quy cách
Bản sàn tầng 3 (S1, S4, S2) Dày $h_s = 100\text{ mm}$ $M_{\max} = 4,25\text{ kNm}$ Thép nhịp và gối $\phi 8a200$ ($A_s = 250\text{ mm}^2$)
Dầm chính BE tầng trệt (gối B) $b\times h = 300\times 700\text{ mm}$ $M^- = -26,134\text{ Tm}$ $3\phi 20 + 2\phi 22$ ($A_s = 17,02\text{ cm}^2$)
Dầm chính BE tầng trệt (gối E) $b\times h = 300\times 700\text{ mm}$ $M^- = -30,646\text{ Tm}$ $4\phi 22 + 1\phi 25$ ($A_s = 20,10\text{ cm}^2$)
Dầm chính BE tầng trệt (nhịp) $b\times h = 300\times 700\text{ mm}$ $M^+ = 27,200\text{ Tm}$ $4\phi 22$ ($A_s = 15,20\text{ cm}^2$), cánh $b_f' = 2,9\text{ m}$
Cốt đai & cốt treo dầm BE Thép nhóm CI $Q = 22,363\text{ T}; F = 11,53\text{ T}$ Đai $\phi 6a200$; cốt treo 4 đai $\phi 8$ mỗi bên
Cột biên C4 tầng trệt $b\times h = 400\times 500\text{ mm}$ $M = -11,07\text{ Tm}; N = -274,85\text{ T}$ $5\phi 22$ mỗi bên ($A_s = 19,0\text{ cm}^2$), đai $\phi 8a300$
Chuyển vị ngang đỉnh công trình Toàn bộ khối nhà 6 tầng Gió tĩnh phương Y $f = 1,20\text{ cm} < [f] = 5,02\text{ cm}$
Tổng tiến độ & Nhân lực Toàn bộ dự án 32.378 công lao động $T = 645\text{ ngày}$; $A_{\max} = 125\text{ người}$; $A_{tb} = 50\text{ người}$
Trạm biến áp thi công Cấp điện hiện trường $P_T = 79,73\text{ kW}$ Công suất biểu kiến chọn $S = 114\text{ kVA}$
Đường ống cấp nước thi công Toàn công trường $Q_{\text{Tổng}} = 5,74\text{ l/s}$ Ống dẫn đường kính $D = 75\text{ mm}$, $v = 1,5\text{ m/s}$

Đóng góp kỹ thuật của đồ án

  • Thiết lập quy trình tính toán hoàn chỉnh cho một công trình văn phòng làm việc quy mô trung bình (6 tầng + tum) tại địa bàn ven biển chịu ảnh hưởng của áp lực gió vùng II-C.
  • Xử lý bài toán tính toán cột chịu nén uốn lệch tâm bé một cách chặt chẽ thông qua việc giải đúng nghiệm phương trình bậc 3 để tìm chiều cao vùng nén $x$, tránh việc áp dụng công thức gần đúng gây sai lệch hàm lượng cốt thép.
  • Kết hợp đồng bộ giữa mô hình phân tích kết cấu ETABS và các bước kiểm tra tiết diện thủ công theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2012.
  • Cung cấp phương án tổ chức thi công cơ giới hóa chi tiết, tính toán định lượng đầy đủ từ công suất thiết bị thi công (đầm bàn, đầm dùi, máy trộn, cần trục tháp) đến kích thước mạng lưới hạ tầng tạm (kho bãi, lán trại, cấp điện, cấp nước) phục vụ hiện trường.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của tài liệu:
    • Thuyết minh tính toán kết cấu tập trung chi tiết vào khung ngang phẳng điển hình trục 5 và sàn tầng 3; các khung trục khác và sàn các tầng còn lại chưa được thể hiện đầy đủ bảng số liệu chi tiết trong nội dung văn bản.
    • Phần thiết kế nền móng mới dừng lại ở việc nêu các bước của đề cương nhiệm vụ tính toán móng cọc, chưa có các bảng tính chi tiết sức chịu tải của cọc và kiểm tra đài cọc cụ thể đi kèm trong phần trích lục.
    • Phần dự toán kinh phí mới thể hiện phần tiên lượng và bảng tính cho phần thô tầng 4, chưa tổng hợp toàn bộ các hạng mục hoàn thiện và cơ điện của toàn bộ công trình.
  • Hướng hoàn thiện tiếp theo:
    • Bổ sung tính toán chi tiết phương án móng cọc bê tông cốt thép chịu tải trọng từ chân cột khung trục 5 truyền xuống nền đất hiện trường.
    • Phân tích dao động và kiểm tra tải trọng động đất theo TCVN 9386:2012 đối với kết cấu nhà nhiều tầng nhằm hoàn thiện toàn diện giải pháp thiết kế kết cấu.

Giá trị tham khảo

Tài liệu này là tài liệu tham khảo trực tiếp cho sinh viên chuyên ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp, kỹ sư xây dựng đang thực hiện đồ án tốt nghiệp hoặc thiết kế các công trình nhà làm việc, trụ sở cơ quan có quy mô từ 5 đến 8 tầng:

  • Phần đáng tham khảo nhất về kết cấu là quy trình phân phối tải trọng sàn lên hệ dầm, phương pháp tổ hợp nội lực xuất từ phần mềm ETABS, quy trình tính toán dầm tiết diện chữ T chịu mô men dương, tính cốt treo chịu lực giật đứt tại nút dầm phụ - dầm chính, và quy trình giải phương trình bậc 3 cho cột nén lệch tâm bé.
  • Phần đáng tham khảo về thi công là phương pháp tính toán nhu cầu vật liệu sử dụng trong một ngày cao điểm, công thức tính diện tích kho bãi dự trữ, quy trình tính toán phụ tải điện thi công để chọn trạm biến thế và phương pháp tính lưu lượng nước chữa cháy, sinh hoạt phục vụ thiết kế tổng mặt bằng xây dựng.

Câu hỏi thường gặp

1. Quy mô hình học và diện tích các không gian chức năng chính của công trình là bao nhiêu?

Công trình gồm 6 tầng và 1 tầng tum, tổng chiều cao 25,20 m, chiều dài 55,0 m, chiều rộng 31,4 m. Tầng 1 làm sảnh và gara; tầng 2 bố trí phòng giám đốc, phó giám đốc, kế toán, quản lý, tiếp khách; tầng 3 đến 6 là các phòng làm việc; tầng 5 có hội trường lớn diện tích $356,4\text{ m}^2$ và sảnh chờ $23,02\text{ m}^2$; mỗi tầng bố trí 2 khu vệ sinh ($27,1\text{ m}^2$/phòng), 2 thang bộ ($20,2\text{ m}^2$/thang) và 2 giếng thang máy ($7,07\text{ m}^2$/buồng); tầng tum có bể nước dung tích $28,86\text{ m}^3$.

2. Vì sao tác giả lựa chọn giải pháp sàn sườn toàn khối thay vì sàn nấm không dầm?

Mặc dù hệ sàn nấm có chiều dày sàn nhỏ, tăng chiều cao sử dụng và thuận tiện lắp đặt trần hoặc đường ống kỹ thuật bên dưới, nhưng phương án này không phù hợp với công trình do tốn vật liệu và không đảm bảo tính kinh tế. Ngược lại, sàn sườn toàn khối làm tăng độ cứng ngang của công trình, giảm chuyển vị ngang và giảm khối lượng bê tông tham gia dao động. Ngoài ra, bên dưới các dầm đều có tường ngăn kiến trúc và chiều cao tầng thiết kế từ 3,5 m đến 4,4 m nên chiều cao dầm không gây ảnh hưởng đến không gian sử dụng.

3. Tải trọng gió tác dụng vào công trình được xác định dựa trên những thông số kỹ thuật nào?

Theo TCVN 2737:2005, công trình xây dựng tại thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh thuộc vùng áp lực gió II-C với áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 95\text{ kG/m}^2$, hệ số vượt tải $n = 1,2$, địa hình dạng C. Do tổng chiều cao công trình là $25,2\text{ m} < 40\text{ m}$, tác giả không phải tính toán thành phần động của tải trọng gió mà chỉ tính thành phần tĩnh. Hệ số khí động đón gió lấy $c = +0,8$ và hút gió lấy $c = -0,6$.

4. Kết quả tính toán và bố trí cốt thép cho dầm chính nhịp BE tầng trệt đạt các thông số nào?

Dầm chính nhịp BE có tiết diện $300\times 700\text{ mm}$, nhịp tính toán 7,8 m. Tại gối B ($M^- = -26,134\text{ Tm}$), tác giả chọn $3\phi 20 + 2\phi 22$ ($A_s = 17,02\text{ cm}^2$); tại gối E ($M^- = -30,646\text{ Tm}$), chọn $4\phi 22 + 1\phi 25$ ($A_s = 20,10\text{ cm}^2$); tại giữa nhịp ($M^+ = 27,20\text{ Tm}$), tính toán theo tiết diện chữ T với cánh nén $b_f' = 2,9\text{ m}$, chọn bố trí $4\phi 22$ ($A_s = 15,20\text{ cm}^2$). Cốt đai dầm chọn 2 nhánh $\phi 6a200$, đồng thời gia cường 4 đai 2 nhánh $\phi 8$ mỗi bên mép dầm phụ để chịu lực giật đứt $F = 11,53\text{ T}$.

5. Thông số máy móc cơ giới và nhu cầu cấp điện, cấp nước thi công trên công trường được tính toán ra sao?

Công trường sử dụng 01 cần trục tháp POTAIN - P16A1 (32 kW), 02 máy trộn vữa SB-133 (năng suất $8,16\text{ m}^3/\text{ca}$), 02 máy đầm dùi U50 (năng suất $3,15\text{ m}^3/\text{h}$) và 01 máy đầm bàn U7 (năng suất $25\text{ m}^2/\text{h}$). Nhu cầu cấp điện có tổng công suất tính toán $P_T = 79,73\text{ kW}$, lựa chọn trạm biến áp dung lượng 114 kVA. Nhu cầu cấp nước tính toán đạt lưu lượng tổng cộng $Q_{\text{Tổng}} = 5,74\text{ l/s}$ (gồm nước sản xuất, sinh hoạt và chữa cháy), sử dụng đường ống dẫn chính đường kính $D = 75\text{ mm}$ với vận tốc chảy $1,5\text{ m/s}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nhà điều hành công ty than Uông Bí - Quảng Ninh" của sinh viên Quách Vũ Thành Luân là công trình thiết kế kỹ thuật xây dựng dân dụng hoàn chỉnh, bao quát từ khâu tổ chức không gian kiến trúc đến giải pháp kết cấu chịu lực và biện pháp tổ chức thi công thực địa. Tác giả đã vận dụng đúng các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành của Việt Nam (TCVN 2737:1995, TCVN 2737:2005, TCVN 5574:2012) kết hợp công cụ phân tích kết cấu ETABS để giải quyết các bài toán kỹ thuật phức tạp như sàn sườn, khung ngang trục 5 và cột nén lệch tâm bé. Các số liệu tính toán chi tiết về kích thước cấu kiện, bố trí cốt thép, lựa chọn thiết bị cơ giới và dự toán chi phí đã đáp ứng mục tiêu đào tạo kỹ sư ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp, đồng thời mang giá trị ứng dụng thực tiễn cho các công trình văn phòng có quy mô tương đương.