Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Văn phòng và Nhà làm việc D9" do sinh viên Dương Đình Nghĩa (lớp XD901, mã sinh viên 091244) thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS-KTS. Nguyễn Thế Duy (hướng dẫn phần Kiến trúc), ThS. Trần Dũng (hướng dẫn phần Kết cấu) và KS. Nguyễn Danh Thế (hướng dẫn phần Thi công), hoàn thành vào tháng 10 năm 2009.

Bối cảnh thực tiễn của đồ án xuất phát từ sự phát triển kinh tế, tốc độ đô thị hóa nhanh chóng và nhu cầu ngày càng cao về không gian thương mại, văn phòng cho thuê hiện đại tại các đô thị lớn nhằm tạo điều kiện kinh doanh cho các doanh nghiệp trong và ngoài nước, đồng thời góp phần tạo mỹ quan kiến trúc đô thị.

Mục tiêu và nhiệm vụ thiết kế của đồ án được phân định theo ba phần chính:

  1. Phần I - Kiến trúc (chiếm 10% khối lượng): Tìm hiểu công năng công trình, các giải pháp cấu tạo kiến trúc; lập hệ thống bản vẽ thiết kế gồm 01 bản vẽ mặt đứng, 01 bản vẽ mặt cắt và 02 bản vẽ mặt bằng các tầng.
  2. Phần II - Kết cấu (chiếm 45% khối lượng): Thiết kế nền móng dưới khung trục K3 (tính toán chi tiết móng trục B-3 và móng trục E-3); tính toán kết cấu khung phẳng trục K3; tính toán cầu thang bộ 3 vế tại tầng 2; tính toán sàn tầng điển hình; lập các mặt bằng kết cấu kèm hệ thống bản vẽ chi tiết (01 bản vẽ kết cấu móng, 02 bản vẽ bố trí thép khung K3, 01 bản vẽ thang 3 vế tầng 2, 01 bản vẽ bố trí thép sàn tầng điển hình).
  3. Phần III - Biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công: Tìm biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công phần ngầm và phần thân công trình.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng: Công trình công cộng cao tầng - tổ hợp công năng văn phòng và nhà làm việc.
  • Phạm vi không gian: Địa điểm xây dựng tại số 14 Láng Hạ, thành phố Hà Nội. Quy mô công trình gồm 10 tầng nổi và 01 tầng hầm, kết cấu hệ khung giằng bê tông cốt thép đổ toàn khối kết hợp vách cứng thang máy. Kích thước mặt bằng công trình theo phương ngang là 20,6 m và theo phương dọc là 38,5 m.
  • Phạm vi thời gian: Đồ án được triển khai và hoàn thành trong thời gian hơn 03 tháng (nghiệm thu ngày 18 tháng 10 năm 2009).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án sử dụng các hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật, quy phạm xây dựng và giáo trình chuyên ngành của Việt Nam để làm cơ sở tính toán:

  • Tiêu chuẩn và tài liệu viện dẫn: Tiêu chuẩn Quy phạm tính toán nền nhà và công trình TCXD 45-78; Tiêu chuẩn thiết kế Tải trọng và tác động TCVN 2737-1995; Giáo trình Nền và Móng (Trường Đại học Kiến trúc); Hướng dẫn đồ án Nền Móng.
  • Vật liệu quy chuẩn sử dụng: Toàn bộ kết cấu chính sử dụng bê tông cấp độ bền B25 (cường độ chịu nén tính toán $R_B = 14,5\text{ MPa}$), cốt thép nhóm AI (cường độ tính toán $R_a = 225\text{ MPa}$), cốt thép nhóm AII (cường độ tính toán $R_a = 280\text{ MPa}$). Bê tông đài móng sử dụng B20 ($R_B = 11,5\text{ MPa}$; $R_{bt} = 0,9\text{ MPa}$). Giới hạn độ lún cho phép công trình khung bê tông cốt thép theo TCXD 45-78 là $S_{gh} = 0,08\text{ m}$ (8 cm), độ lún lệch tương đối $S = 0,001$.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán kỹ thuật:

  • Phương pháp khảo sát địa chất công trình: Khối lượng thực hiện gồm 5 hố khoan sâu 45 m (tổng chiều sâu khoan 225 m), lấy và thí nghiệm 40 mẫu đất trong phòng nhằm xác định cấu trúc địa tầng, tính chất cơ lý, độ bền và khả năng chịu tải của các lớp đất.
  • Phương pháp xác định sức chịu tải cọc: Tính toán và so sánh sức chịu tải của cọc đơn theo 3 điều kiện: (1) Theo cường độ vật liệu làm cọc ($P_v$); (2) Theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền từ kết quả thí nghiệm phòng ($P_đ$); (3) Theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh ($P_x$).
  • Phương pháp tính toán biến dạng móng cọc: Áp dụng mô hình móng khối quy ước với góc mở truyền lực ma sát $\varphi_{tb}/4$; tính lún móng cọc bằng phương pháp cộng lún các lớp phân tố với chiều dày chia nhỏ $h_i = 0,8\text{ m}$.
  • Phương pháp tính toán kết cấu khung: Quan niệm tính toán theo sơ đồ khung ngang phẳng (do độ cứng công trình theo phương dọc lớn hơn nhiều so với phương ngang). Tải trọng bản sàn truyền vào dầm được xác định theo diện chịu tải (dạng tam giác và hình thang) và được quy đổi về tải trọng phân bố đều tương đương ($q_{qd} = \frac{5}{8}q_s$ cho tải tam giác và $q_{qd} = k \cdot q_s$ với $k = 1 - 2\beta^2 + \beta^3$ cho tải hình thang).

Nội dung chính theo từng chương

Phần I: Thiết kế Kiến trúc (10% khối lượng)

Nội dung phần kiến trúc tập trung vào công năng sử dụng, giải pháp mặt bằng, mặt đứng, giao thông và các hệ thống kỹ thuật công trình tại số 14 Láng Hạ, Hà Nội:

  • Giải pháp mặt bằng theo chiều cao:
    • Tầng hầm (chiều cao 3,0 m): Bố trí gara ô tô, sảnh và buồng thang máy, thang bộ, khu vệ sinh, trạm điều hòa trung tâm, phòng điều khiển kỹ thuật trung tâm.
    • Tầng 1 (chiều cao 6,0 m): Bố trí tiền sảnh, sảnh thang máy, hệ thống thang bộ và thang máy, phòng dịch vụ thương mại, văn phòng ngân hàng và khu vệ sinh.
    • Tầng 2 (chiều cao 4,0 m): Khu vực văn phòng cho thuê, hệ thống thang máy, thang bộ, khu vệ sinh.
    • Tầng 3 đến tầng 9 (chiều cao điển hình 3,4 m mỗi tầng): Không gian văn phòng cho thuê, cửa hàng dịch vụ, sảnh tầng, cụm thang bộ, thang máy và khu vệ sinh.
    • Tầng 10 (chiều cao 2,4 m): Bố trí các phòng kỹ thuật vận hành, hệ thống thang máy, thang bộ và nhà vệ sinh.
  • Giải pháp mặt đứng và bao che: Mặt đứng thiết kế theo phong cách kiến trúc hiện đại, bốn mặt công trình lắp vách kính khung nhôm chịu tải trọng gió và chiếu sáng tự nhiên.
  • Hệ thống giao thông nội bộ: Sử dụng 02 thang máy chính phục vụ vận chuyển thẳng đứng và 02 thang bộ thoát hiểm phục vụ cứu nạn khi có hỏa hoạn và dự phòng khi mất điện/hỏng thang máy.
  • Hệ thống kỹ thuật hạ tầng:
    • Chiếu sáng và thông gió: Các phòng làm việc tận dụng ánh sáng tự nhiên qua hệ vách kính; hành lang và sảnh dùng chiếu sáng nhân tạo. Hệ thống điều hòa không khí nhân tạo sử dụng trạm điều hòa trung tâm đặt tại tầng hầm dẫn qua hệ thống đường ống tới các tầng.
    • Cấp thoát nước: Nước cấp từ bể dự trữ tầng hầm được bơm lên bể mái để cấp xuống các khu vệ sinh; hệ thống thoát nước mưa độc lập dẫn ra cống đô thị; toàn bộ nước thải sinh hoạt được gom qua trạm xử lý nước thải trước khi xả vào hệ thống thoát nước thành phố. Trạm bơm nước chữa cháy độc lập đặt tại tầng hầm cấp nước cho các họng cứu hỏa bố trí trên toàn bộ các tầng.
    • Cung cấp điện và thông tin liên lạc: Mạng điện hình cây bắt đầu từ phòng điều khiển trung tâm dẫn tới từng tầng; trang bị máy phát điện dự phòng tại tầng hầm hoạt động 24/24h. Hệ thống thông tin (điện thoại, fax, telex) đi độc lập với đường điện.
    • Hệ thống an toàn PCCC: Cảm biến báo cháy, báo khói, báo chập điện tự động tại các phòng kết nối về máy tính trung tâm; khi có sự cố, hệ thống tự động cô lập khu vực và đưa ra cảnh báo xử lý.

Phần II: Thiết kế Kết cấu - Nền móng công trình

1. Đánh giá đặc điểm địa chất công trình

Số liệu địa chất từ 5 hố khoan sâu 45 m tại khu đất xây dựng cung cấp các chỉ tiêu cơ lý của 6 lớp địa tầng:

Tên lớp đất Chiều dày (m) Độ sâu đáy (m) Độ ẩm $W$ (%) Giới hạn chảy $W_L$ (%) Giới hạn dẻo $W_P$ (%) Chỉ số sệt $I_L$ Hệ số rỗng $e$ Dung trọng $\gamma$ ($\text{kN/m}^3$) Modun $E$ ($\text{kPa}$) Sức cản $q_c$ ($\text{kPa}$)
Lớp I: Đất lấp 1,2 1,2 - - - - - 16,0 - -
Lớp II: Sét pha dẻo cứng 3,3 4,5 31,0 41,0 27,0 0,286 0,384 19,0 12.000 1.800
Lớp III: Sét pha dẻo mềm 4,0 8,5 26,4 30,0 21,7 0,580 0,789 19,0 9.000 1.200
Lớp IV: Sét dẻo chảy 2,0 10,5 43,0 46,0 27,0 0,842 1,125 18,1 4.000 500
Lớp V: Cát bụi chặt vừa 12,0 22,5 26,0 - - - 0,757 19,0 10.000 3.000
Lớp VI: Cát hạt trung chặt vừa 9,0 31,5 18,0 - - - 0,630 19,2 31.000 6.500

Ghi chú: Mực nước ngầm xuất hiện ở cao trình cách mặt đất lấp -3,5 m. Tác giả đánh giá Lớp VI (cát hạt trung chặt vừa) có khả năng chịu lực rất tốt, thích hợp làm lớp đất đặt mũi cọc.

2. Lựa chọn giải pháp móng và sức chịu tải cọc

So sánh các phương án móng: Móng nông không đủ khả năng chịu lực; cọc đóng gây chấn động và tiếng ồn lớn ảnh hưởng đến công trình lân cận; cọc khoan nhồi không kinh tế với quy mô 10 tầng. Tác giả lựa chọn phương án móng sâu cọc ép bê tông cốt thép kích thước tiết diện cọc $300 \times 300\text{ mm}$, bê tông B25, cốt thép dọc $4\Phi16$ ($A_s = 8,04\text{ cm}^2$). Chiều dài cọc $L = 22,5\text{ m}$ (gồm 3 đoạn $\times 7,5\text{ m}$ nối ép), cắm sâu vào lớp cát hạt trung 2,0 m. Đài móng chôn sâu 1,5 m so với sàn tầng hầm; đầu cọc ngàm vào đài 25 cm, đập đầu cọc bẻ thép neo 40 cm.

Kết quả tính toán sức chịu tải cọc đơn:

  • Theo vật liệu bê tông cốt thép: $P_v = 140,77\text{ tấn}$.
  • Theo chỉ tiêu cơ lý đất nền: $P_đ = 134,4\text{ tấn}$.
  • Theo kết quả xuyên tĩnh: Sức kháng mũi cọc $P_{mũi} = 292,5\text{ kPa}\cdot\text{m}^2$; Sức ma sát thành cọc $P_{xq} = 749,9\text{ kPa}\cdot\text{m}^2$; Tổng sức chịu tải cho phép theo xuyên tĩnh: $P_x = 52,12\text{ tấn}$.
  • Giá trị sức chịu tải thiết kế được chọn đưa vào tính toán móng là $P_x = 52,12\text{ tấn}$ (nhỏ nhất trong 3 phương pháp).

3. Tính toán chi tiết móng cọc trục B-3 và E-3

  • Móng trục B-3:
    • Tải trọng tính toán tại đỉnh đài: $N_{tt} = 287\text{ T}$; $M_{tt} = 34,92\text{ T}\cdot\text{m}$; $Q_{tt} = 7,63\text{ T}$.
    • Số lượng cọc: Bố trí 8 cọc bê tông $300 \times 300\text{ mm}$. Kích thước đáy đài $2,1\text{ m} \times 2,3\text{ m}$.
    • Kiểm tra tải trọng lên cọc: $P_{max} = 48,5\text{ T}$; trọng lượng cọc $P_{cọc} = 3,3\text{ T} \rightarrow P_{max} + P_{cọc} = 51,8\text{ T} < P_x = 52,12\text{ T}$; $P_{min} = 24\text{ T} > 0$ (không bị nhổ).
    • Kiểm tra biến dạng móng: Kích thước móng khối quy ước $L_m = 6,918\text{ m}$, $B_m = 6,613\text{ m}$, diện tích $F_m = 45,7\text{ m}^2$. Áp lực đáy khối quy ước $P_{max}^{tc} = 38,01\text{ T/m}^2 < 1,2R = 392\text{ T/m}^2$; $P_{tb}^{tc} = 32\text{ T/m}^2 < R = 326,54\text{ T/m}^2$.
    • Tính lún: Độ lún tính toán $S = 0,007\text{ m} = 0,7\text{ cm} < S_{gh} = 8\text{ cm}$.
    • Cấu tạo và thép đài: Chiều cao làm việc đài $h_0 = 1,05\text{ m}$ (đảm bảo điều kiện chống chọc thủng). Thép đài theo phương I-I: $A_{sI} = 24,97\text{ cm}^2 \rightarrow$ chọn $13\Phi16$ ($a=180\text{ mm}$, $A_s = 26,14\text{ cm}^2$); phương II-II: $A_{sII} = 20,5\text{ cm}^2 \rightarrow$ chọn $13\Phi14$ ($a=200\text{ mm}$, $A_s = 20,0\text{ cm}^2$).
  • Móng trục E-3:
    • Tải trọng tính toán tại đỉnh đài: $N_{tt} = 288,8\text{ T}$; $M_{tt} = 31,15\text{ T}\cdot\text{m}$; $Q_{tt} = 6,8\text{ T}$.
    • Số lượng cọc: Bố trí 6 cọc bê tông $300 \times 300\text{ mm}$. Kích thước đáy đài $1,7\text{ m} \times 2,3\text{ m}$.
    • Kiểm tra tải trọng lên cọc: $P_{max} = 47,7\text{ T} \rightarrow P_{max} + P_{cọc} = 51,0\text{ T} < P_x = 52,12\text{ T}$; $P_{min} = 34,1\text{ T} > 0$.
    • Kiểm tra biến dạng móng: Móng khối quy ước $L_m = 6,918\text{ m}$, $B_m = 6,318\text{ m}$, $F_m = 43,7\text{ m}^2$. Áp lực tiêu chuẩn $P_{max}^{tc} = 35,6\text{ T/m}^2 < 1,2R = 392\text{ T/m}^2$; $P_{tb}^{tc} = 30\text{ T/m}^2 < R = 326,54\text{ T/m}^2$.
    • Tính lún: Độ lún tính toán $S = 0,0009\text{ m} = 0,09\text{ cm} < S_{gh} = 8\text{ cm}$.
    • Thép đài: Phương I-I chọn $10\Phi16$ ($a=200\text{ mm}$, $A_s = 20,11\text{ cm}^2$); phương II-II chọn $10\Phi14$ ($a=250\text{ mm}$, $A_s = 15,39\text{ cm}^2$).

Phần II (tiếp theo): Tính toán Khung phẳng trục K3

1. Sơ bộ kích thước tiết diện cấu kiện

  • Chiều dày bản sàn ($h_b$): Ô bản điển hình $l_1 \times l_2 = 4\text{ m} \times 5\text{ m}$ ($l_1/l_2 = 1 < 2$, bản kê 4 cạnh), xác định $h_b = 10\text{ cm}$ ($100\text{ mm}$).
  • Kích thước cột:
    • Cột biên trục A, G: Kích thước $300 \times 300\text{ mm}$.
    • Cột giữa trục B, C, D, E: Tầng hầm, tầng 1, 2, 3 chọn tiết diện $400 \times 400\text{ mm}$; từ tầng 4 đến tầng 10 giảm xuống $300 \times 300\text{ mm}$.
  • Kích thước dầm:
    • Dầm ngang khung: $300 \times 600\text{ mm}$ cho các nhịp 4,1 m; 4,0 m; 3,2 m; 4,8 m và 4,5 m.
    • Dầm dọc nhà: Nhịp lớn nhất 8,5 m dùng tiết diện $300 \times 800\text{ mm}$; các nhịp nhỏ hơn dùng $300 \times 600\text{ mm}$.
    • Dầm phụ, dầm bo và công xôn: Kích thước $220 \times 400\text{ mm}$.
  • Vách cứng buồng thang máy: Chiều dày chọn $32\text{ cm}$ (thỏa mãn điều kiện ổn định $b \ge H_{max}/20 = 600/20 = 30\text{ cm}$ và điều kiện cấu tạo $b \ge 16\text{ cm}$).

2. Tải trọng tác dụng lên kết cấu

  • Tĩnh tải sàn và mái:
Loại sàn Chiều dày cấu tạo (m) Tải trọng tiêu chuẩn $g^{tc}$ ($\text{kN/m}^2$) Tải trọng tính toán $g^{tt}$ ($\text{kN/m}^2$)
Sàn phòng làm việc, sảnh, hành lang, cầu thang Lát Granit 0,02m; Vữa lót 0,015m; Bản BTCT 0,1m; Vữa trát 0,015m; Khung trần và tấm nhựa 4,08 4,536
Sàn mái M2 (bê tông tạo dốc) 2 lớp gạch lá nem 0,04m; Gạch thông tâm 0,15m; BT chống thấm 0,04m; BT xỉ tạo dốc 0,1m; Bản BTCT 0,1m; Vữa trát; Trần giả 8,29 9,223
Sàn mái tôn M1 (Austnam) Mái tôn Austnam; Xà gồ thép U180 0,363 0,363
Sàn khu vệ sinh Gạch lót 0,02m; Vữa lót 0,015m; Lót chống thấm 0,04m; Bản BTCT 0,1m; Vữa trát trần; Ống kỹ thuật 4,58 5,256
  • Hoạt tải sử dụng (theo TCVN 2737-1995): Hoạt tải phòng làm việc và khu vệ sinh là $P^{tc} = 2,0\text{ kN/m}^2$ ($P^{tt} = 2,4\text{ kN/m}^2$); Sảnh, ban công, phòng họp, kho hàng, siêu thị là $P^{tc} = 4,0\text{ kN/m}^2$ ($P^{tt} = 4,8\text{ kN/m}^2$); Khu vực cà phê giải khát là $P^{tc} = 3,0\text{ kN/m}^2$ ($P^{tt} = 3,6\text{ kN/m}^2$); Sàn mái là $P^{tc} = 0,75\text{ kN/m}^2$ ($P^{tt} = 0,975\text{ kN/m}^2$).
  • Tải trọng tường và vách: Tường xây dày 220 mm có tải trọng $q_{t1} = 4,356 \cdot h\text{ (kN/m)}$; Tường 110 mm có $q_{t2} = 2,178 \cdot h\text{ (kN/m)}$; Vách kính khung nhôm tính toán $p_k^{tt} = 0,825\text{ kN/m}^2$.

3. Phân phối tải trọng đứng vào khung K3

Văn bản trình bày chi tiết cách phân bổ tải trọng tập trung và phân bố đều tương đương tại các tầng:

  • Tầng 1:
    • Tĩnh tải tập trung tại các nút cột: Nút A ($P_A = 176,99\text{ kN}$); Nút B ($P_B = 127,78\text{ kN}$); Nút C ($P_C = 110,02\text{ kN}$); Nút D ($P_D = 111,118\text{ kN}$); Nút E ($P_E = 112,28\text{ kN}$); Nút K ($P_K = 70,36\text{ kN}$); Nút G ($P_G = 172,52\text{ kN}$).
    • Tĩnh tải phân bố trên các nhịp dầm: Nhịp AB ($q_1 = 11,45\text{ kN/m}$); Nhịp BC ($q_2 = 16,98\text{ kN/m}$); Nhịp CD ($q_3 = 14,71\text{ kN/m}$); Nhịp DE ($q_4 = 19,24\text{ kN/m}$); Nhịp EG ($q_5 = 12,02\text{ kN/m}$).
    • Hoạt tải tập trung tại các nút: Nút A ($29,03\text{ kN}$); Nút B ($57,84\text{ kN}$); Nút C ($54,91\text{ kN}$); Nút D ($56,06\text{ kN}$); Nút E ($50,18\text{ kN}$); Nút K ($14,04\text{ kN}$); Nút G ($23,49\text{ kN}$).
    • Hoạt tải phân bố trên các nhịp: Nhịp AB ($6,15\text{ kN/m}$); Nhịp BC ($12,0\text{ kN/m}$); Nhịp CD ($9,6\text{ kN/m}$); Nhịp DE ($14,4\text{ kN/m}$); Nhịp EG ($6,75\text{ kN/m}$).
  • Tầng 2: Phân phối tải trọng được tổng hợp thành bảng tính toán:
Nhịp dầm / Nút khung Tĩnh tải do sàn $P_s$ / $q_s$ Tải trọng do dầm $P_d$ / $q_d$ Tải do tường $P_t$ (kN) Tải do cột $P_c$ (kN) Tổng tĩnh tải tính toán Hoạt tải tính toán
Phân bố nhịp AB 0 0 - - $0\text{ kN/m}$ $0\text{ kN/m}$
Phân bố nhịp BC 0 0 - - $0\text{ kN/m}$ $0\text{ kN/m}$
Phân bố nhịp CD $9,072\text{ kN/m}$ $5,6412\text{ kN/m}$ - - $14,71\text{ kN/m}$ $7,20\text{ kN/m}$
Phân bố nhịp DE $6,804\text{ kN/m}$ $5,6412\text{ kN/m}$ - - $12,45\text{ kN/m}$ $10,80\text{ kN/m}$
Phân bố nhịp EG $6,370\text{ kN/m}$ $5,6412\text{ kN/m}$ - - $12,02\text{ kN/m}$ $5,0625\text{ kN/m}$
Tập trung nút A 0 0 0 0 $0\text{ kN}$ $0\text{ kN}$
Tập trung nút B 0 0 0 0 $0\text{ kN}$ $0\text{ kN}$
Tập trung nút C $24,67\text{ kN}$ $27,558\text{ kN}$ $74,04$ $17,3$ $143,37\text{ kN}$ $19,58\text{ kN}$
Tập trung nút D $38,82\text{ kN}$ $27,558\text{ kN}$ 0 $17,3$ $83,54\text{ kN}$ $30,81\text{ kN}$
Tập trung nút E $40,01\text{ kN}$ $27,558\text{ kN}$ 0 $17,3$ $84,75\text{ kN}$ $27,66\text{ kN}$
Tập trung nút K $30,76\text{ kN}$ $6,920\text{ kN}$ $18,51$ 0 $56,36\text{ kN}$ $14,04\text{ kN}$
Tập trung nút G $30,95\text{ kN}$ $27,558\text{ kN}$ $51,83$ $11,3$ $123,26\text{ kN}$ $19,77\text{ kN}$

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả kỹ thuật chính

Đồ án đã hoàn thiện chuỗi số liệu tính toán và thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho công trình cao tầng:

  • Thiết kế nền móng: Xác định cọc ép $300 \times 300\text{ mm}$ chịu tải trọng $P_x = 52,12\text{ tấn}$ với chiều dài $22,5\text{ m}$ cắm vào tầng cát hạt trung chịu lực. Móng đài 8 cọc trục B-3 chịu tải $N_{tt} = 287\text{ T}$ và móng đài 6 cọc trục E-3 chịu tải $N_{tt} = 288,8\text{ T}$ đều thỏa mãn các điều kiện về ứng suất đáy móng khối quy ước ($P_{max}^{tc} < 1,2R$), điều kiện biến dạng lún ($S = 0,7\text{ cm}$ và $S = 0,09\text{ cm}$ nhỏ hơn nhiều so với $S_{gh} = 8\text{ cm}$) và khả năng chống đâm thủng của đài ($h_0 = 1,05\text{ m}$).
  • Xác lập thông số hình học khung chịu lực: Bản sàn dày $10\text{ cm}$; vách cứng bê tông thang máy dày $32\text{ cm}$; dầm ngang $300 \times 600\text{ mm}$; dầm dọc $300 \times 800\text{ mm}$; cột phân cấp tiết diện từ $400 \times 400\text{ mm}$ (tầng thấp) xuống $300 \times 300\text{ mm}$ (tầng cao) giúp tối ưu hóa trọng lượng bản thân và vật liệu.

2. Các giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất

  • Đề xuất lựa chọn cọc ép thay thế cọc đóng và cọc khoan nhồi nhằm giải quyết bài toán chống rung chấn, giảm ồn đối với công trình xây dựng trong đô thị giáp ranh hai phía với nhà dân lân cận tại số 14 Láng Hạ.
  • Kết hợp hệ khung chịu lực bê tông cốt thép đổ toàn khối với hệ vách cứng thang máy để tăng độ cứng ngang của công trình.
  • Thiết kế trạm xử lý nước thải cục bộ và hệ thống cấp thoát nước, trạm bơm chữa cháy độc lập bố trí tại tầng hầm.

3. Đóng góp của đồ án

  • Tổng hợp hoàn chỉnh quy trình tính toán kỹ thuật một công trình cao tầng điển hình (10 tầng + 1 tầng hầm) từ bước khảo sát địa chất, xử lý số liệu thí nghiệm cơ lý, lựa chọn giải pháp móng đến mô hình hóa truyền tải trọng đứng và bố trí cốt thép cấu kiện theo các tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

1. Hạn chế

  • Mô hình tính toán: Đồ án áp dụng phương pháp khung phẳng 2D (khung ngang K3) và bỏ qua tính liên tục của dầm dọc khi truyền tải từ sàn vào khung; chưa xét đến sự làm việc không gian tổng thể 3D của toàn bộ khối công trình kết hợp vách cứng.
  • Phạm vi tính toán chi tiết: Chỉ tập trung tính toán kết cấu móng tại 2 vị trí trục B-3 và E-3, khung trục K3 và thang bộ tầng 2; chưa thể hiện chi tiết tính toán tải trọng gió động và động đất tác dụng lên công trình cao tầng trong phần văn bản trích đoạn.
  • Phần thi công: Trong phạm vi văn bản được cung cấp, các thuyết minh chi tiết và số liệu tổ chức thi công phần ngầm, phần thân chưa được trình bày đầy đủ.

2. Hướng phát triển mở rộng

  • Ứng dụng mô hình phần tử hữu hạn không gian 3D để phân tích tương tác phi tuyến giữa hệ kết cấu phần trên, đài móng và hệ cọc - nền đất.
  • Bổ sung phân tích động lực học công trình chịu tác động của tải trọng gió động và tải trọng động đất theo các tiêu chuẩn hiện hành.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn đối với:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp: Tham khảo cấu trúc, quy trình tính toán đồ án tốt nghiệp, phương pháp thu thập và xử lý bảng số liệu địa chất, phương pháp phân tích móng cọc ép và phương pháp truyền tải trọng sàn vào khung phẳng.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu công trình: Tham khảo quy trình xác định sức chịu tải cọc ma sát qua 6 lớp đất có trạng thái cơ lý phức tạp, phương pháp kiểm tra lún móng khối quy ước và cách bố trí thép đài móng cọc chịu uốn và chọc thủng.
  • Phần đáng tham khảo nhất: Bảng tính chỉ tiêu cơ lý 6 lớp đất địa chất công trình; các bước so sánh sức chịu tải cọc theo 3 phương pháp ($P_v, P_đ, P_x$); các công thức quy đổi tải trọng sàn dạng hình thang/tam giác sang phân bố đều tương đương.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình "Văn phòng và Nhà làm việc D9" có quy mô và chiều cao các tầng như thế nào?

Công trình gồm 10 tầng nổi và 01 tầng hầm, được xây dựng tại số 14 Láng Hạ, Hà Nội trên mặt bằng $20,6\text{ m} \times 38,5\text{ m}$. Chiều cao các tầng gồm: Tầng hầm cao 3,0 m; Tầng 1 cao 6,0 m; Tầng 2 cao 4,0 m; Tầng 3 đến tầng 9 cao 3,4 m mỗi tầng; Tầng 10 (tầng kỹ thuật) cao 2,4 m.

2. Địa tầng khu vực xây dựng gồm những lớp đất nào và lớp đất nào được chọn đặt mũi cọc?

Địa tầng gồm 6 lớp đất (khoan thăm dò 5 hố sâu 45 m):

  • Lớp I: Đất lấp dày 1,2 m.
  • Lớp II: Sét pha dẻo cứng dày 3,3 m ($E = 12.000\text{ kPa}$).
  • Lớp III: Sét pha dẻo mềm dày 4,0 m ($E = 9.000\text{ kPa}$).
  • Lớp IV: Sét dẻo chảy dày 2,0 m ($E = 4.000\text{ kPa}$).
  • Lớp V: Cát bụi chặt vừa dày 12,0 m ($E = 10.000\text{ kPa}$).
  • Lớp VI: Cát hạt trung chặt vừa dày 9,0 m ($E_0 = 31.000\text{ kPa}$, $q_c = 6.500\text{ kPa}$). Mũi cọc được thiết kế cắm ngập 2,0 m vào Lớp VI (cát hạt trung chặt vừa) do lớp này có độ bền và khả năng chịu tải tốt nhất.

3. Sức chịu tải tính toán của cọc ép $300 \times 300\text{ mm}$ được xác định bằng bao nhiêu?

Sức chịu tải cọc được tính theo 3 phương pháp: theo vật liệu bê tông cốt thép ($P_v = 140,77\text{ tấn}$), theo chỉ tiêu cơ lý đất nền ($P_đ = 134,4\text{ tấn}$) và theo xuyên tĩnh ($P_x = 52,12\text{ tấn}$). Tác giả chọn giá trị thiên về an toàn là $P_x = 52,12\text{ tấn}$ làm sức chịu tải cho phép của cọc để tính toán số lượng và bố trí cọc trong đài.

4. Kết quả thiết kế và kiểm tra đài móng tại trục B-3 và trục E-3 khác nhau như thế nào?

  • Móng trục B-3: Tải trọng $N_{tt} = 287\text{ T}$, sử dụng đài 8 cọc kích thước $2,1\text{ m} \times 2,3\text{ m}$, tải trọng cọc lớn nhất $P_{max} + P_{cọc} = 51,8\text{ T} < 52,12\text{ T}$, độ lún $S = 0,7\text{ cm} < 8\text{ cm}$, thép đài gồm $13\Phi16$ ($a=180$) và $13\Phi14$ ($a=200$).
  • Móng trục E-3: Tải trọng $N_{tt} = 288,8\text{ T}$, sử dụng đài 6 cọc kích thước $1,7\text{ m} \times 2,3\text{ m}$, tải trọng cọc lớn nhất $P_{max} + P_{cọc} = 51,0\text{ T} < 52,12\text{ T}$, độ lún $S = 0,09\text{ cm} < 8\text{ cm}$, thép đài gồm $10\Phi16$ ($a=200$) và $10\Phi14$ ($a=250$).

5. Tiết diện sơ bộ của các cấu kiện cột, dầm, sàn và vách cứng khung trục K3 được lựa chọn ra sao?

  • Bản sàn dày $h_b = 10\text{ cm}$ ($100\text{ mm}$).
  • Vách cứng buồng thang máy dày $32\text{ cm}$.
  • Cột biên trục A, G: $300 \times 300\text{ mm}$; Cột giữa trục B, C, D, E: tầng hầm đến tầng 3 dùng $400 \times 400\text{ mm}$, tầng 4 đến tầng 10 dùng $300 \times 300\text{ mm}$.
  • Dầm ngang khung: $300 \times 600\text{ mm}$; Dầm dọc nhà: $300 \times 800\text{ mm}$ (nhịp 8,5 m) và $300 \times 600\text{ mm}$ (nhịp nhỏ hơn); Dầm phụ và dầm bo: $220 \times 400\text{ mm}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Văn phòng và Nhà làm việc D9" của sinh viên Dương Đình Nghĩa là công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho tòa nhà cao tầng gồm 10 tầng nổi và 1 tầng hầm tại số 14 Láng Hạ, Hà Nội. Nội dung đồ án giải quyết đồng bộ từ công năng kiến trúc hiện đại, giải pháp nền móng cọc ép $300 \times 300\text{ mm}$ xuyên qua địa tầng phức tạp cắm vào tầng cát hạt trung chịu lực, đến việc xác định tải trọng và thiết kế khung phẳng bê tông cốt thép kết hợp vách cứng. Các kết quả tính toán số liệu về lún, sức chịu tải cọc, ứng suất đáy móng và bố trí cốt thép đài móng đều thỏa mãn các tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng TCXD 45-78 và TCVN 2737-1995.