Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng này thuộc ngành Kỹ thuật Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp, do sinh viên Nguyễn Xuân Hữu (lớp XD901, mã số 091227) thực hiện tại Đại học Dân Lập Hải Phòng. Đây là loại đồ án thiết kế kỹ thuật – thi công công trình thực tế, bao gồm ba phần độc lập: kiến trúc, kết cấu và thi công.

Bối cảnh thực tiễn: Công trình được thiết kế là Ký túc xá Trường Y tế II Đà Nẵng, xây dựng tại thành phố Đà Nẵng theo quy hoạch tổng thể của trường, được phê duyệt bởi Sở Xây dựng Đà Nẵng và các ngành chức năng liên quan. Mục đích là giải quyết nhu cầu ăn ở và học tập cho sinh viên. Vị trí công trình gần trục đường giao thông chính, cách xa khu giảng đường, mặt chính đón gió Đông Nam, đảm bảo điều kiện thông thoáng. Công trình không nằm trong vùng có động đất và không thường xuyên chịu gió bão lớn.

Mục tiêu và nhiệm vụ thiết kế:

  1. Vẽ mặt bằng tầng 1–7 và mặt bằng mái; vẽ mặt đứng trục 1–14 (phần kiến trúc).
  2. Thiết kế sàn tầng điển hình.
  3. Thiết kế cầu thang bộ.
  4. Thiết kế khung K2 – trục 2.
  5. Thiết kế móng khung trục K2.

Đối tượng và phạm vi: Đối tượng là công trình nhà ở ký túc xá 7 tầng, tổng chiều cao 26 m (tính từ cốt ±0,00), chiều dài toàn nhà 46,8 m, chiều rộng 10,5 m. Phạm vi thiết kế bao gồm toàn bộ các cấu kiện điển hình: sàn, cầu thang, khung phẳng và móng cọc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Tiêu chuẩn và quy chuẩn áp dụng:

  • TCVN 2737–1995 về tải trọng và tác động (xác định hoạt tải các phòng ở, hành lang, cầu thang, mái).
  • Phụ lục 14 về hoạt tải tiêu chuẩn theo loại phòng.
  • Lý thuyết tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo phương pháp đàn hồi và phương pháp khớp dẻo.

Vật liệu sử dụng:

Vật liệu Thông số kỹ thuật
Bê tông B20 Rb = 11,5 MPa; Rbt = 0,9 MPa; Eb = 27×10³ MPa
Thép AI Rs = Rsc = 225 MPa; Rsw = 175 MPa; Es = 21×10⁴ MPa
Thép AII Rs = Rsc = 280 MPa; Rsw = 225 MPa; Es = 21×10⁴ MPa

Phương pháp nghiên cứu và tính toán:

  • Phân tích – lựa chọn phương án: So sánh ưu nhược điểm các hệ kết cấu chịu lực (hệ khung, hệ tường, hệ lõi, hệ hỗn hợp) và các phương án sàn (sàn sườn toàn khối, sàn ô cờ, sàn không dầm), từ đó lựa chọn giải pháp phù hợp.
  • Tính toán kết cấu: Tách khung phẳng theo phương ngang nhà để tính toán; sử dụng sơ đồ đàn hồi và sơ đồ khớp dẻo cho các ô bản sàn; sử dụng phần mềm tính toán kết cấu để đưa số liệu vào và tổ hợp nội lực.
  • Tính toán tải trọng: Quy đổi tải trọng tam giác và hình thang về tải phân bố đều tương đương; xác định tải trọng ngang (tải trọng gió).
  • Nguồn dữ liệu: Hồ sơ kiến trúc công trình, tiêu chuẩn Việt Nam, tài liệu địa chất công trình (phục vụ thiết kế móng), ý kiến hướng dẫn của các giảng viên.

Giáo viên hướng dẫn:

  • TS. Cao Minh Khang (phần kết cấu)
  • Th. Lê Văn Tin
  • KTS Trần Hải Anh (phần kiến trúc)

Nội dung chính theo từng chương

Phần I: Kiến trúc

Phần kiến trúc (chiếm 10% khối lượng đồ án) giới thiệu công trình và các giải pháp thiết kế tổng thể. Công trình gồm 7 tầng, chiều cao 26 m, chiều dài 46,8 m. Tầng 1 bố trí phòng ban QLSV, phòng thi đấu bóng bàn, phòng máy bơm, nhà ăn sinh viên, nhà kho và phòng bảo vệ. Tầng 2–7 bố trí 11 phòng ở mỗi tầng, diện tích mỗi phòng 29,16 m², mỗi phòng bố trí 4 giường tầng cho 8 người, khu WC khép kín 5,4 m² và ban công. Chiều cao tầng điển hình 3,3 m, hành lang chung rộng 2,4 m.

Các hệ thống kỹ thuật được trình bày gồm: hệ thống giao thông (2 cầu thang máy, 2 cầu thang bộ), thông gió tự nhiên kết hợp quạt trần (2 quạt/phòng), chiếu sáng tự nhiên và nhân tạo, cấp nước từ hệ thống thành phố qua 2 bể nước mái, thoát nước mưa qua mái tôn dốc và hố thu tại 4 góc công trình, thoát nước thải qua 6 bể phốt. Điện cung cấp qua tuyến trung thế 15 KW và máy phát dự phòng chạy diesel. Hệ thống PCCC gồm thiết bị báo cháy tự động theo tầng và theo phòng, đầu phun nước cách nhau 4 m/cái.

Chương I (Phần II): Phân tích lựa chọn giải pháp kết cấu

Tác giả phân tích và lựa chọn ba giải pháp kết cấu chính:

  • Kết cấu chịu lực: Chọn hệ khung bê tông cốt thép toàn khối, phù hợp với công trình 7 tầng, chiều cao 26 m, không nằm trong vùng động đất. Tính toán theo sơ đồ khung phẳng theo phương ngang (chiều rộng 10,5 m, nhỏ hơn nhiều chiều dài 46,8 m). Chiều cao tầng 1 tính toán là 4,1 m (kể cả phần ngầm 0,5 m).
  • Kết cấu sàn: Chọn sàn sườn toàn khối (có hệ dầm và bản sàn), phù hợp kích thước ô sàn 5,4 × 3,6 m, công nghệ thi công phổ biến tại Việt Nam.
  • Kết cấu móng: Chọn móng cọc bê tông cốt thép ép, phù hợp với nền đất có sức chịu tải trung bình và yêu cầu không gây chấn động cho công trình lân cận.

Sơ bộ chọn kích thước: bản sàn dày 100 mm; dầm chính nhịp 5,4 m: 220 × 500 mm; dầm phụ nhịp 3,6 m: 220 × 300 mm; cột trục B, C tầng 1–3: 250 × 550 mm; cột trục A, D tầng 1–3: 250 × 500 mm, giảm dần theo tầng.

Chương II (Phần II): Thiết kế sàn tầng điển hình

Tính toán các ô sàn điển hình theo phương pháp đàn hồi. Tổng tải trọng tác dụng lên ô sàn phòng ở: q = 6,19 kN/m² (gồm tĩnh tải gtt = 3,789 kN/m² và hoạt tải ptt = 2,40 kN/m²). Hoạt tải hành lang: ptt = 3,6 kN/m². Với tỷ số nhịp L2/L1 = 5,4/3,6 = 1,5, tra bảng xác định các hệ số nội lực. Tổng tải P = 120,3 kN. Kết quả bố trí cốt thép:

Vị trí Loại thép Khoảng cách
Mô men dương (M1, phương cạnh ngắn) Φ6 s = 200 mm
Mô men dương (M2, phương cạnh dài) Φ6 cấu tạo s = 200 mm
Mô men âm (MI) Φ8 s = 150 mm
Mô men âm (MII) Φ8 s = 150 mm

Chương III (Phần II): Tính toán cầu thang bộ

Cầu thang 2 đợt có cốn, cấu tạo BTCT toàn khối, sơ đồ tĩnh định (liên kết khớp). Kích thước bậc thang: bb = 300 mm, hb = 150 mm; số bậc tầng điển hình: n = 22 bậc. Bản thang dày 80 mm, cốn thang 110 × 300 mm. Tải trọng tổng hợp trên bản thang: q = 874,807 kg/m², tải vuông góc bản q*b = 778,58 kg/m². Kết quả tính toán và bố trí cốt thép các cấu kiện:

Cấu kiện Cốt chịu lực Cốt cấu tạo Cốt đai
Bản thang Φ6 s150 Φ6 s200 Φ6 s200
Cốn thang 1Φ18 1Φ14 Φ6 s150
Bản chiếu tới Φ6 s200 Φ6 s200 —
Dầm chiếu tới 2Φ20+1Φ20 2Φ14 Φ6 s150
Bản chiếu nghỉ Φ6 s200 Φ6 s200 —
Dầm chiếu nghỉ 2Φ18+1Φ20 2Φ14 Φ6 s150

Mô men lớn nhất dầm chiếu tới Mmax = 4468,38 kgm; lực cắt lớn nhất Qmax = 3772,8 kg.

Chương IV (Phần II): Tính khung trục 2 (K2)

Xác định đầy đủ tải trọng tĩnh tải và hoạt tải (2 phương án hoạt tải) tác dụng lên khung. Hoạt tải phòng ở: 200 kg/m²; hành lang, cầu thang: 300 kg/m²; mái không sửa chữa: 75 kg/m². Tải trọng tường 220 mm: g1T = 505,8 kg/m; tường 110 mm: g2T = 288 kg/m. Tải trọng phân bố tĩnh tải tầng điển hình trên các nhịp khung được tính toán chi tiết theo từng dầm (g1 đến g10) và tải tập trung tại các nút (G1 đến G10). Sau khi đưa số liệu vào phần mềm tính toán kết cấu, thực hiện tổ hợp nội lực để tính cốt thép cột, cốt đai cột, cốt thép dầm cho các tầng 2, 4 và mái.

Chương V (Phần II): Tính móng

Thiết kế móng cọc BTCT ép cho hai vị trí đặc trưng: giao điểm trục 5 – trục D và giao điểm trục 5 – trục C (theo tài liệu gốc ký hiệu là trục 2). Nội dung gồm: xác định chiều sâu chôn đài, chọn đặc trưng cọc, xác định sức chịu tải của cọc, chọn số cọc và bố trí cọc, phân phối tải trọng lên cọc, kiểm tra cường độ đầu cọc, kiểm tra đài cọc (điều kiện đâm thủng, cốt thép đài theo tiết diện thẳng đứng), kiểm tra tổng thể móng cọc.

Phần III: Thi công

Chương I – Thi công phần ngầm: Biện pháp ép cọc BTCT (chọn phương án ép tải do có công trình lân cận), chọn cần trục phục vụ ép cọc, kỹ thuật thi công ép cọc, tính khối lượng đất đào (hình dáng, kích thước hố đào), quy trình thi công BTCT móng và đập phá bê tông đầu cọc.

Chương II – Thi công thân: Lựa chọn phương án thi công, tính khối lượng sơ bộ, chọn cây chống dầm sàn, ván khuôn và máy thi công, lập biện pháp thi công BTCT cột và dầm sàn.

Chương III – Thi công hoàn thiện: Trình tự công tác xây, trát, lát nền, ốp gạch.

Chương IV – Tổ chức thi công: Lập tiến độ thi công, tối ưu hóa biểu đồ nhân lực, tính toán khối lượng các công việc chính.

Chương V – Thiết kế tổng mặt bằng thi công: Tính nhu cầu nhà tạm, kho bãi, đường giao thông công trường, cấp nước và cấp điện công trường.

Chương VI – An toàn lao động: Quy định an toàn trong đào đất thủ công, công tác bê tông, lắp dựng giàn giáo, gia công lắp dựng ván khuôn và cốt thép, công tác xây và hoàn thiện.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thiết kế kiến trúc:

  • Công trình 7 tầng, tổng chiều cao 26 m, chiều dài 46,8 m; mỗi tầng 11 phòng ở, diện tích mỗi phòng 29,16 m²; hành lang rộng 2,4 m.

Kết quả thiết kế kết cấu:

  • Sàn tầng điển hình dày 100 mm, bố trí Φ6@200 và Φ8@150 theo vị trí mô men dương và âm.
  • Bản thang dày 80 mm, tổng tải trọng tác dụng 874,807 kg/m².
  • Dầm chiếu tới: Mmax = 4468,38 kgm, Qmax = 3772,8 kg; dầm chiếu nghỉ: Mmax = 4187,73 kgm, Qmax = 3461,04 kg.
  • Hệ khung BTCT với cột tiết diện lớn nhất 250 × 550 mm (tầng 1–3), giảm xuống 250 × 450 mm (tầng 4–5) và 250 × 400 mm (tầng 6–7).
  • Móng cọc BTCT ép, đài cọc được kiểm tra đầy đủ điều kiện đâm thủng và bền uốn.

Giải pháp và kiến nghị:

  • Chọn hệ khung BTCT chịu lực thay vì hệ tường hoặc hệ hỗn hợp, chấp nhận tiết diện cột lớn hơn để đổi lấy sơ đồ làm việc đơn giản, rõ ràng, phù hợp công trình không có yêu cầu chống động đất.
  • Dùng phương án ép cọc thay vì đóng cọc để tránh chấn động cho công trình lân cận.
  • Sử dụng ván khuôn và giàn giáo phù hợp với điều kiện thi công cụ thể.

Đóng góp của đồ án: Đây là đồ án thiết kế sơ bộ các cấu kiện điển hình của công trình thực tế, có giá trị tổng kết và hệ thống hóa kiến thức đào tạo kỹ sư xây dựng theo mô hình Đại học Dân Lập Hải Phòng. Đồ án thực hiện liên thông ba phần kiến trúc – kết cấu – thi công trên cùng một công trình, phản ánh đầy đủ quy trình thiết kế một công trình dân dụng nhiều tầng tại Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Tác giả thừa nhận năng lực còn hạn chế và đồ án chỉ dừng ở mức thiết kế sơ bộ một số cấu kiện điển hình, chưa thiết kế toàn bộ công trình. Cụ thể:

  • Phần kết cấu chỉ tính toán một khung điển hình (khung K2 – trục 2) và không kiểm tra tải trọng động đất (công trình không nằm trong vùng động đất).
  • Thiết kế móng chỉ thực hiện cho hai vị trí cột đặc trưng, chưa bao quát toàn bộ hệ móng.
  • Phần thi công chủ yếu dừng ở biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công chung, chưa có dự toán chi phí xây dựng.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: mở rộng tính toán toàn bộ các khung; tối ưu hóa tiết diện cấu kiện; tính toán theo các tiêu chuẩn hiện hành cập nhật hơn (TCVN 9386:2012 về động đất nếu áp dụng).

Giá trị tham khảo

Đồ án này có giá trị tham khảo chủ yếu cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp đang thực hiện đồ án tốt nghiệp về thiết kế nhà ở nhiều tầng, đặc biệt là ký túc xá hoặc nhà chung cư thấp tầng (5–10 tầng).
  • Sinh viên học các học phần: Kết cấu BTCT (tính sàn, cầu thang, khung phẳng), Nền móng (thiết kế móng cọc ép), Tổ chức thi công và Kỹ thuật thi công.

Phần đáng tham khảo nhất:

  • Quy trình phân tích lựa chọn giải pháp kết cấu (so sánh các hệ sàn, hệ chịu lực) là tài liệu minh họa rõ ràng cho lý luận chọn phương án.
  • Trình tự tính toán cầu thang bộ 2 đợt có cốn từ sơ đồ kết cấu đến bố trí thép chi tiết.
  • Quy trình xác định, quy đổi và chất tải lên khung phẳng (tải tam giác, hình thang, tải tập trung tại nút) là ví dụ thực hành có hệ thống.
  • Biện pháp thi công ép cọc BTCT trong điều kiện có công trình lân cận.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đồ án chọn hệ sàn sườn toàn khối thay vì sàn không dầm (sàn nấm)?

Vì kích thước ô sàn của công trình là 5,4 × 3,6 m — không lớn, và sàn nấm chỉ kinh tế khi tải trọng > 1000 kG/m² và khẩu độ 6–8 m. Hơn nữa, sàn nấm thi công phức tạp, chưa phổ biến tại Việt Nam vào thời điểm thiết kế. Sàn sườn toàn khối phù hợp hơn về cả kinh tế lẫn công nghệ thi công.

2. Tổng tải trọng tác dụng lên ô sàn phòng ở là bao nhiêu, và hoạt tải được lấy theo tiêu chuẩn nào?

Tổng tải trọng q = 6,19 kN/m², gồm tĩnh tải gtt = 3,789 kN/m² và hoạt tải ptt = 2,40 kN/m² (lấy theo Phụ lục 14 và TCVN 2737–1995: hoạt tải tiêu chuẩn phòng ở 200 kg/m², hệ số vượt tải n = 1,2 vì P > 200 kg/m²). Hoạt tải hành lang: ptt = 3,6 kN/m².

3. Vì sao đồ án chọn phương án ép cọc thay vì đóng cọc cho phần móng?

Vì công trình được xây dựng trong khu vực có các công trình lân cận. Phương án ép cọc không gây chấn động và tiếng ồn lớn như đóng cọc, bảo đảm an toàn và tránh ảnh hưởng đến kết cấu các công trình xung quanh.

4. Cầu thang bộ trong đồ án thuộc loại nào và có bao nhiêu bậc mỗi tầng?

Cầu thang bộ thuộc loại cầu thang 2 đợt có cốn, cấu tạo BTCT toàn khối. Mỗi tầng điển hình (chiều cao 3,3 m) có n = 3300/150 = 22 bậc, với kích thước bậc bb = 300 mm, hb = 150 mm.

5. Tiết diện cột được chọn như thế nào và thay đổi ra sao theo chiều cao công trình?

Tiết diện cột được xác định theo diện tích chịu tải S = 3,6 × 14,58 = 122,472 m², tải sơ bộ q = 1,2 T/m², số tầng n = 7. Cột trục B, C: tầng 1–3 chọn 250 × 550 mm; tầng 4–5 giảm xuống 250 × 500 mm; tầng 6–7 là 250 × 450 mm. Cột trục A, D: tầng 1–3 là 250 × 500 mm; tầng 4–5 là 250 × 450 mm; tầng 6–7 là 250 × 400 mm.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng về Ký túc xá Trường Y tế II Đà Nẵng là công trình học thuật thực hành tổng hợp ba lĩnh vực kiến trúc, kết cấu và thi công trên cùng một đối tượng thực tế — nhà ở nhiều tầng 7 tầng, chiều cao 26 m. Đồ án áp dụng hệ thống các tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 2737–1995), vật liệu bê tông B20 và thép AI/AII, lựa chọn giải pháp kết cấu hợp lý (khung BTCT, sàn sườn toàn khối, móng cọc ép) có lập luận kỹ thuật rõ ràng. Các tính toán từng cấu kiện (sàn, cầu thang, khung phẳng, móng cọc) được trình bày có hệ thống với đầy đủ số liệu trung gian, thuận tiện cho việc tra cứu và học tập. Đây là tài liệu tham khảo phù hợp cho sinh viên kỹ thuật xây dựng đang tiếp cận quy trình thiết kế công trình dân dụng nhiều tầng điển hình tại Việt Nam.