Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng của tác giả Nguyễn Thị Duyên (lớp XD901, mã sinh viên 091225) thực hiện thiết kế công trình "Nhà điều hành sản xuất kinh doanh và cho thuê", tọa lạc tại số 813 đường Giải Phóng, thành phố Hà Nội.

Bối cảnh thực tiễn: Trong bối cảnh nền kinh tế thị trường mở rộng và quan hệ đối ngoại phát triển, nhu cầu xây dựng cơ sở hạ tầng, trụ sở làm việc kết hợp dịch vụ cho thuê tại các đô thị lớn như Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh gia tăng nhanh chóng. Quỹ đất nội đô ngày càng hạn hẹp và giá trị đất tăng cao dẫn đến xu hướng tất yếu là phát triển các công trình cao tầng tích hợp đa chức năng (văn phòng giao dịch, làm việc, sinh hoạt và dịch vụ). Địa điểm xây dựng tại 813 đường Giải Phóng nằm trên trục giao thông huyết mạch nối liền trung tâm thành phố với Quốc lộ 1A. Khu đất xây dựng có diện tích mặt bằng hạn chế (khoảng $300\text{ m}^2$), ba mặt tiếp giáp trực tiếp với các khối nhà dân cư hiện hữu, đặt ra bài toán thiết kế công trình dạng xây chen trong đô thị, phát triển chủ yếu theo chiều cao và mặt đứng.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu: Đồ án được thực hiện trong thời gian 3 tháng dưới sự hướng dẫn của ThS./TS. Lại Văn Thành (phần Kiến trúc và Kết cấu) và ThS. Đoàn Thế Mạnh (phần Thi công). Nhiệm vụ của đồ án là hoàn thành hồ sơ thiết kế kỹ thuật toàn diện cho một công trình cao tầng thực tế, được phân bổ theo 3 phần chính:

  1. Thiết kế kiến trúc (chiếm 10% khối lượng): Đề xuất giải pháp quy hoạch mặt bằng phân tầng, xử lý mặt đứng kiến trúc, tổ chức giao thông nội bộ, giải pháp vi khí hậu (thông gió, chiếu sáng tự nhiên) và mạng lưới hạ tầng kỹ thuật (cấp thoát nước, điện, phòng cháy chữa cháy, thông tin liên lạc).
  2. Thiết kế kết cấu (chiếm 45% khối lượng): Lựa chọn sơ đồ kết cấu chịu lực không gian; xác định sơ bộ kích thước tiết diện các cấu kiện chịu lực; tính toán nội lực và bố trí cốt thép cho ô bản sàn tầng 4; tính toán và kiểm tra khung phẳng chịu lực K4 (trục 2, nhịp A-C); tính toán nền móng cọc bê tông cốt thép dưới các cột chịu lực chính.
  3. Tổ chức thi công (chiếm 45% khối lượng): Lập biện pháp kỹ thuật thi công cho các công tác xây lắp chủ đạo (đo đạc định vị, ép cọc, đào và lấp đất hố móng, thi công bê tông cốt thép toàn khối phần thân); thiết lập tiến độ thi công theo sơ đồ ngang; thiết kế tổng mặt bằng thi công và đề xuất các biện pháp bảo đảm an toàn lao động.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Giải pháp kiến trúc, kết cấu bê tông cốt thép toàn khối và biện pháp tổ chức thi công công trình nhà cao tầng hỗn hợp văn phòng - dịch vụ.
  • Quy mô công trình: Tòa nhà gồm 11 tầng (10 tầng chính và 1 tầng tum áp mái kỹ thuật), tổng chiều cao xây dựng đạt $39\text{ m}$.
  • Phạm vi không gian: Số 813 đường Giải Phóng, quận Hoàng Mai, Hà Nội; khuôn viên đất xây dựng rộng khoảng $300\text{ m}^2$.
  • Phạm vi tính toán chuyên sâu: Tính toán chi tiết hệ sàn tầng 4 (cao độ $+10.4\text{ m}$); tính toán khung trục 2 (khung phẳng K4 nhịp A-C từ tầng 1 đến tầng mái); tính toán thiết kế hai đài móng cọc M1 (dưới cột trục 2-B) và M2 (dưới cột trục 3-B).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết, tiêu chuẩn và giáo trình áp dụng:

  • Tiêu chuẩn tải trọng: Áp dụng TCVN 2737-1995 "Tải trọng và tác động" để xác định giá trị tĩnh tải các lớp cấu tạo, hoạt tải sử dụng phân bố theo chức năng phòng ốc và hoạt tải gió tác dụng lên công trình cao $39\text{ m}$.
  • Cơ sở tính toán bê tông cốt thép: Giáo trình Kết cấu Bê tông Cốt thép (phần cấu kiện cơ bản) về tính toán cấu kiện chịu uốn, cấu kiện chịu nén lệch tâm phẳng và kiểm tra ổn định độ mảnh của cột ($\lambda \le 31$).
  • Phương pháp cơ học kết cấu: Sách "Sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối" và sổ tay "Thực hành kết cấu công trình" của GS.TS. Vũ Mạnh Hùng trong việc tra cứu bảng số liệu và áp dụng các công thức quy đổi tải trọng sàn dạng hình thang, hình tam giác thành tải trọng phân bố đều tương đương ($q_{\text{tđ}}$) truyền vào dầm khung.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán thực tế:

  • Phương pháp phân tích tĩnh học và cơ học kết cấu:
    • Đối với sàn: Với các ô sàn có tỷ số hai cạnh $l_2/l_1 \ge 2$, tính toán theo sơ đồ đàn hồi cắt dải bản rộng $1\text{ m}$ theo phương cạnh ngắn dạng dầm liên tục. Với các ô sàn hai phương ($l_2/l_1 < 2$), tính toán nội lực theo sơ đồ khớp dẻo phân phối mômen giữa nhịp và gối tựa; riêng ô sàn khu vệ sinh được tính toán theo sơ đồ đàn hồi tra bảng hệ số bảng sàn chịu tải phân bố đều.
    • Đối với khung thân: Mô hình hóa hệ thanh phẳng siêu tĩnh, liên kết nút cứng giữa dầm và cột, liên kết ngàm tại mặt móng (cốt $-1.00\text{ m}$). Xác định các trường hợp tải trọng gồm tĩnh tải bản thân kết cấu, tĩnh tải hoàn thiện, hoạt tải sàn, tải trọng tập trung từ bể nước mái và hoạt tải gió (thổi trái, thổi phải).
    • Đối với nền móng: Tính toán sức chịu tải của cọc đơn theo vật liệu và đất nền dựa trên số liệu địa chất công trình; xác định số lượng cọc, bố trí cọc trong đài; kiểm tra lún móng khối quy ước theo điều kiện biến dạng và tính toán chọc thủng, uốn đài cọc.
  • Ứng dụng phần mềm chuyên ngành: Khai thác phần mềm SAP để giải nội lực hệ khung chịu lực dưới các tổ hợp tải trọng; sử dụng Microsoft Excel trong lập bảng tính toán tải trọng và cốt thép; sử dụng Microsoft Project để lập biểu đồ tiến độ thi công theo sơ đồ ngang.

Đặc trưng vật liệu sử dụng trong tính toán:

  • Bê tông mác 250 (B25): Cường độ chịu nén tính toán $R_b = 14.5\text{ MPa} = 1450\text{ T/m}^2$.
  • Cốt thép phân nhóm theo đường kính:
    • Đường kính $d < 10\text{ mm}$: Thép nhóm AI có cường độ tính toán chịu kéo $R_s = 225\text{ MPa}$, chịu nén $R_{sc} = 225\text{ MPa}$, cốt đai $R_{sw} = 175\text{ MPa}$, môđun đàn hồi $E_s = 21 \times 10^4\text{ MPa}$.
    • Đường kính $d \ge 10\text{ mm}$: Thép nhóm AII có $R_s = 225\text{ MPa}$, $R_{sc} = 225\text{ MPa}$, $R_{sw} = 175\text{ MPa}$, môđun đàn hồi $E_s = 21 \times 10^4\text{ MPa}$.

Thiết kế và triển khai kỹ thuật

1. Giải pháp quy hoạch mặt bằng kiến trúc và phân khu chức năng: Tòa nhà được thiết kế theo hình thức xây chen đô thị, giải quyết các nhu cầu hoạt động chuyên biệt từ tầng trệt đến tầng mái theo bảng tổng hợp:

Phân vị tầng Cao độ thiết kế Chức năng bố trí chi tiết
Tầng 1 $\pm 0.00\text{ m}$ Tiền sảnh, phòng kỹ thuật, phòng nghỉ lái xe và bảo vệ, phòng trực, khu vệ sinh, gara ô tô sức chứa 8 xe kèm ram dốc.
Tầng 2 $+2.70\text{ m}$ Đại sảnh, phòng đợi, văn phòng tổ chức hành chính, phòng tiếp khách, khu vệ sinh.
Tầng 3 $+6.80\text{ m}$ Hội trường phòng họp lớn (40 chỗ), phòng họp nhỏ (20 chỗ), văn phòng Giám đốc, Phó Giám đốc, phòng tiếp tân.
Tầng 4 $+10.40\text{ m}$ Khu văn phòng làm việc nhân viên công ty, phòng kế toán, văn phòng công đoàn.
Tầng 5 - 9 $+14.00 \div +28.40\text{ m}$ Khu văn phòng cho thuê và phòng nghỉ chuyên gia; bố trí cảm biến báo cháy, thiết bị điện kết nối trung tâm.
Tầng 10 $+32.00\text{ m}$ Căng tin giải khát, khu chế biến phục vụ và sân thượng lộ thiên ngắm cảnh.
Tầng 11 (áp mái) $+36.60\text{ m}$ Phòng đặt máy bơm, trạm điều khiển thang máy, phòng kỹ thuật điện, bể nước sinh hoạt và bể nước cứu hỏa.

2. Giải pháp kỹ thuật công trình:

  • Giao thông nội bộ: Bố trí 01 thang máy trung tâm vận chuyển đứng kết hợp 01 thang bộ thoát hiểm đáp ứng quy chuẩn phòng cháy chữa cháy.
  • Chiếu sáng và thông gió vi khí hậu: Toàn bộ các tầng được thiết kế lùi vào $1.5\text{ m}$ so với ranh giới đất khu đất để bảo đảm hệ cửa sổ luôn mở đón ánh sáng tự nhiên và thông gió đối lưu, không bị che khuất bởi các khối công trình cao tầng kế cận. Kết hợp lắp đặt hệ thống điều hòa không khí trung tâm đặt tại trệt dẫn ống phân phối tới từng phòng.
  • Hệ thống cơ điện và an toàn: Cung cấp điện hình cây phân nhánh từ tủ phân phối chính, tích hợp máy phát điện dự phòng tại trệt vận hành 24/24h. Hệ thống cấp nước từ bể ngầm bơm lên bể mái kích thước $5.0 \times 5.4 \times 1.7\text{ m}$. Hệ thống chữa cháy gồm đường ống, trạm bơm riêng và hộp vách tường tại các hành lang, cầu thang. Mạng viễn thông trang bị tổng đài tự động liên lạc nội bộ và quốc tế. Mạng cảm biến báo cháy, báo khói kết nối hệ thống điều khiển trung tâm giúp tự động cô lập khu vực sự cố.

3. Giải pháp kết cấu công trình:

  • Hệ chịu lực chính: Lựa chọn giải pháp kết cấu hỗn hợp Khung - Vách cứng bê tông cốt thép toàn khối. Với chiều cao $39\text{ m}$, giải pháp này huy động vách thang máy (lõi cứng) cùng khung không gian tiếp nhận tải trọng ngang do gió và chống xoắn, giảm chuyển vị ngang đỉnh công trình mà không làm tăng quá mức kích thước cột dầm.
  • Lưới cột và bước nhịp: Bước khung thiết kế điển hình là $5.1\text{ m}$, nhịp dầm khung lớn nhất là $5.4\text{ m}$.
  • Kích thước sơ bộ các cấu kiện:
    • Chiều dày bản sàn chọn thống nhất: $h_b = 10\text{ cm}$.
    • Tiết diện dầm khung chính: $b \times h = 300 \times 600\text{ mm}$; dầm phụ và dầm chiếu nghỉ: $220 \times 450\text{ mm}$, $220 \times 300\text{ mm}$, $300 \times 400\text{ mm}$; dầm mái: $220 \times 450\text{ mm}$.
    • Vách cứng lõi thang máy: Chiều dày $b \ge 16\text{ cm}$, kiểm tra ổn định theo điều kiện $b \ge H_{\max}/20 = 4.6/20 = 0.23\text{ m}$ (chọn vách dày $25\text{ cm}$).
    • Kích thước tiết diện cột thay đổi theo chiều cao tầng: Tầng 1 - 3 cột trục A, B, C chọn $500 \times 500\text{ mm}$, trục D, E, F chọn $400 \times 400\text{ mm}$; Tầng 4 - 6 chọn $500 \times 500\text{ mm}$ (trên sơ đồ khung K4 thể hiện $450 \times 450\text{ mm}$); Tầng 7 - 10 chọn $400 \times 400\text{ mm}$; Tầng 11 chọn $300 \times 300\text{ mm}$ (cột khung K4 là $220 \times 300\text{ mm}$).

Nội dung chính theo từng chương

Phần I: Thiết kế kiến trúc

Trình bày bối cảnh xây dựng, giải pháp kiến trúc mặt bằng 11 tầng, mặt đứng ốp vách kính khung nhôm hiện đại, mạng lưới giao thông đứng (thang bộ, thang máy), giải pháp lùi biên $1.5\text{ m}$ lấy sáng tự nhiên, hệ thống điều hòa trung tâm tại tầng trệt, mạng lưới cấp thoát nước có xử lý nước thải đạt chuẩn môi trường đô thị, hệ thống báo cháy tự động và quy hoạch sân vườn, đường nội bộ đầm chặt bê tông.

Phần II - Chương I: Lựa chọn giải pháp kết cấu

Phân tích sự làm việc của kết cấu nhà cao tầng dưới tác dụng của tải trọng đứng và tải trọng ngang. Xác định mô hình kết cấu Khung kết hợp Lõi vách cứng bê tông cốt thép toàn khối: vách cứng chịu phần lớn lực cắt đáy và tải ngang; khung cột chịu tải trọng đứng và phối hợp chịu lực ngang theo tỷ lệ độ cứng; sàn đổ toàn khối đóng vai trò tấm cứng phân phối lực ngang.

Phần II - Chương II: Sơ đồ làm việc của kết cấu

Thiết lập mặt bằng kết cấu với bước khung $5.1\text{ m}$ và nhịp $5.4\text{ m}$. Lập công thức và chọn sơ bộ kích thước: bản sàn $h_b = 10\text{ cm}$ (dựa trên tỷ số $h_b = (D/m) \cdot l$ với $m=40 \div 45$ cho bản kê 4 cạnh); chọn dầm chính $300 \times 600\text{ mm}$ ($m=8 \div 12$); dầm phụ $220 \times 300\text{ mm}$, $220 \times 450\text{ mm}$. Sơ bộ tiết diện cột theo tải trọng diện tích chịu tải và cường độ nén bê tông ($R_b = 1450\text{ T/m}^2$, trọng lượng phân bố trung bình sàn $q = 1.2\text{ T/m}^2$). Kiểm tra ổn định độ mảnh của cột tầng cao nhất ($H = 4.6\text{ m}$, chiều dài tính toán $l_0 = 0.7 \times 4.6 = 3.22\text{ m}$, $\lambda = l_0/b = 3.22/0.4 = 8.05 < 31$), kết luận cột bảo đảm ổn định.

Phần II - Chương III: Tính toán sàn tầng 4

Mặt bằng kết cấu sàn tầng 4 phân chia thành các ô bản từ Ô1 đến Ô9:

  • Tính tải trọng: Tĩnh tải sàn phòng làm việc, sảnh $g_{tt} = 3.789\text{ kN/m}^2$; sàn vệ sinh (có lớp chống thấm và tường ngăn 110 quy đổi) $g_{tt} = 8.869\text{ kN/m}^2$. Hoạt tải tính toán: phòng làm việc $p_{tt} = 2.4\text{ kN/m}^2$, phòng họp $6.0\text{ kN/m}^2$, sảnh hành lang $3.6\text{ kN/m}^2$.
  • Tính nội lực và cốt thép ô bản dầm ($l_2/l_1 > 2$): Điển hình ô Ô4 ($1.5 \times 5.1\text{ m}$, $l_2/l_1 = 3.4$), nhịp tính toán $l_0 = 1.2\text{ m}$, tải trọng tính toán $q = 7.389\text{ kN/m}^2$. Xác định mômen gối $M_g = 0.887\text{ kNm}$, mômen nhịp $M_{nh} = 0.44\text{ kNm}$; tính diện tích cốt thép gối $A_s = 0.466\text{ cm}^2$ và nhịp $A_s = 0.231\text{ cm}^2$, chọn thép cấu tạo $\phi 6a200$ ($A_s = 1.415\text{ cm}^2$). Tương tự tính cho các ô dầm Ô3, Ô5, Ô6.
  • Tính nội lực và cốt thép ô bản kê 4 cạnh theo sơ đồ khớp dẻo:
    • Ô1 ($5.1 \times 5.4\text{ m}$, $l_2/l_1 = 1.058$), tải trọng $q = 6.189\text{ kN/m}^2$. Xác định mômen nhịp $M_1 = 3.327\text{ kNm}$, $M_2 = 1.664\text{ kNm}$; mômen gối $M_I = 4.99\text{ kNm}$, $M_{II} = 2.496\text{ kNm}$. Cốt thép gối phương ngắn chọn $\phi 8a180$ ($A_s = 2.79\text{ cm}^2$), phương dài chọn $\phi 6a200$ ($A_s = 1.41\text{ cm}^2$); cốt thép nhịp chọn $\phi 8a200$ và $\phi 6a200$.
    • Ô2 ($3.9 \times 5.1\text{ m}$, $l_2/l_1 = 1.307$), mômen gối ngắn $M_I = 3.805\text{ kNm}$, gối dài $M_{II} = 1.903\text{ kNm}$; chọn cốt thép gối $\phi 8a200$, cốt thép nhịp $\phi 6a200$.
    • Ô sàn vệ sinh Ô9 ($1.9 \times 2.5\text{ m}$, $l_2/l_1 = 1.32$): Tính theo sơ đồ đàn hồi tra bảng, tải trọng $q = 11.269\text{ kN/m}^2$. Mômen gối $M_I = -2.54\text{ kNm}$, $M_{II} = -1.463\text{ kNm}$; mômen nhịp $M_1 = 1.54\text{ kNm}$, $M_2 = 0.641\text{ kNm}$; chọn thép bố trí $\phi 6a200$.

Phần II - Chương 4: Tính toán khung K4 – Trục 2

  • Sơ đồ tính: Khung phẳng siêu tĩnh nhịp A-C, hai nhịp dầm $5.4\text{ m}$, liên kết dầm cột cứng, chân ngàm tại móng cốt $-1.00\text{ m}$. Tiết diện dầm $300 \times 600\text{ mm}$, cột thay đổi từ $500 \times 500\text{ mm}$ xuống $450 \times 450\text{ mm}$, $400 \times 400\text{ mm}$ và $220 \times 300\text{ mm}$.
  • Xác định tải trọng tác dụng:
    • Tĩnh tải: Trọng lượng các lớp hoàn thiện sàn, dầm, cột, tường xây chèn (tường 220 dày trát 2 mặt nặng $5.062\text{ kN/m}^2$, tường 110 nặng $2.96\text{ kN/m}^2$).
    • Tải trọng bể nước mái: Thể tích nước $5 \times 5.4 \times 1.7\text{ m}$, quy đổi tải trọng đáy bể, thành bể, nắp bể và nước ($468.18\text{ kN}$) thành tải trọng tập trung truyền vào mỗi cột khung là $P_{\text{bể}} = 201\text{ kN}$.
    • Quy đổi tải trọng sàn: Chuyển đổi tải trọng hình tam giác và hình thang từ các ô sàn truyền vào dầm trục 2 thành tải phân bố đều tương đương theo hệ số $k$.
    • Hoạt tải sử dụng và hoạt tải gió (gió trái, gió phải) phân bố theo chiều cao công trình.
  • Tính toán cốt thép khung: Xác định nội lực nguy hiểm theo các tổ hợp cơ bản và đặc biệt; tính toán cốt thép dọc chịu uốn dầm, cốt thép dọc chịu nén uốn lệch tâm cột, tính toán cốt đai chống cắt và cốt treo dầm tại vị trí liên kết dầm phụ.

Phần II - Chương IV (tiếp theo): Tính toán nền móng

Đánh giá điều kiện địa chất công trình và tải trọng chân cột truyền xuống. Lựa chọn giải pháp móng cọc ép bê tông cốt thép tựa vào lớp đất tốt. Xác định sức chịu tải cọc, lập mặt bằng bố trí cọc; kiểm tra độ lún móng cọc theo mô hình móng khối quy ước; kiểm tra ứng suất nén đáy đài; kiểm tra đâm thủng đài cọc và tính toán cốt thép đài móng cho đài cọc M1 (dưới cột 2-B) và M2 (dưới cột 3-B).

Phần III - Chương I: Khái quát đặc điểm công trình và khối lượng thi công

Phân tích điều kiện thi công xây chen, mặt bằng chật hẹp tại 813 Giải Phóng. Thống kê, bóc tách khối lượng xây lắp chính: khối lượng cọc, đào đất móng, ván khuôn, cốt thép và bê tông phần ngầm, phần thân 11 tầng.

Phần III - Chương II: Các biện pháp kỹ thuật thi công chính

Lập biện pháp kỹ thuật chi tiết:

  1. Thi công trắc địa: Trải lưới ô vuông đo đạc và định vị tim cốt trục công trình bằng máy thủy bình, kinh vĩ.
  2. Thi công cọc: Lựa chọn máy ép cọc thủy lực, biện pháp vận chuyển, kiểm tra mối nối hàn và ép cọc thử, cọc đại trà.
  3. Thi công đất: Đào đất hố móng bằng máy kết hợp sửa thủ công, biện pháp chống sạt lở vách hố đào giáp công trình lân cận; kỹ thuật đắp đất tôn nền và đầm chặt.
  4. Thi công bê tông cốt thép toàn khối: Biện pháp gia công lắp dựng cốt thép, lắp đặt ván khuôn định hình, đổ và bảo dưỡng bê tông móng, giằng móng, cột, dầm, sàn các tầng.

Phần III - Chương III & IV: Tiến độ thi công, tổng mặt bằng và an toàn lao động

  • Lập tiến độ thi công công trình theo sơ đồ ngang, tổ chức dây chuyền chuyên môn hóa thi công phần thân và hoàn thiện.
  • Tính toán nhu cầu điện, nước, kho bãi vật tư và thiết kế tổng mặt bằng thi công (bố trí cầu trục/vận thăng, trạm trộn, vị trí gia công thép, ván khuôn, lán trại).
  • Thiết lập quy trình an toàn lao động: An toàn khi làm việc trên cao, an toàn điện, an toàn vận hành máy móc thiết bị và phòng chống cháy nổ trong khu vực nội đô.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán kỹ thuật chính: Toàn bộ các thông số kích thước cấu kiện và nội lực tính toán trong đồ án được xác định rõ ràng, có sự kiểm chứng ổn định và chịu lực theo quy phạm:

Cấu kiện tính toán Kích thước tiết diện Thông số tải trọng / Nội lực tiêu biểu Kết quả cốt thép bố trí
Bản sàn Ô4 (dầm) $1.5 \times 5.1\text{ m}$; $h_b = 10\text{ cm}$ $q = 7.389\text{ kN/m}^2$; $M_g = 0.887\text{ kNm}$; $M_{nh} = 0.44\text{ kNm}$ Gối: $\phi 6a200$; Nhịp: $\phi 6a200$ ($A_s = 1.415\text{ cm}^2$)
Bản sàn Ô1 (kê 4 cạnh) $5.1 \times 5.4\text{ m}$; $h_b = 10\text{ cm}$ $q = 6.189\text{ kN/m}^2$; $M_I = 4.99\text{ kNm}$; $M_1 = 3.327\text{ kNm}$ Gối ngắn: $\phi 8a180$; Nhịp ngắn: $\phi 8a200$; Nhịp dài: $\phi 6a200$
Bản sàn Ô2 (kê 4 cạnh) $3.9 \times 5.1\text{ m}$; $h_b = 10\text{ cm}$ $q = 6.189\text{ kN/m}^2$; $M_I = 3.805\text{ kNm}$; $M_1 = 2.537\text{ kNm}$ Gối ngắn: $\phi 8a200$; Nhịp ngắn: $\phi 6a200$
Bản sàn Ô9 (vệ sinh) $1.9 \times 2.5\text{ m}$; $h_b = 10\text{ cm}$ $q = 11.269\text{ kN/m}^2$; $M_I = -2.54\text{ kNm}$; $M_1 = 1.54\text{ kNm}$ Gối: $\phi 6a200$; Nhịp: $\phi 6a200$
Cột khung K4 (tầng 1-3) $500 \times 500\text{ mm}$ $N = 363.528\text{ T}$ ($S_{\text{chịu tải}} = 302.94\text{ m}^2$) Diện tích yêu cầu $A = 3008\text{ cm}^2$
Cột tầng cao nhất $400 \times 400\text{ mm}$; $H = 4.6\text{ m}$ Chiều dài tính toán $l_0 = 3.22\text{ m}$; độ mảnh $\lambda = 8.05$ Đạt điều kiện ổn định $\lambda < 31$
Bể nước áp mái $5.0 \times 5.4 \times 1.7\text{ m}$ Tổng tải trọng nước $468.18\text{ kN}$ Tải tập trung truyền vào mỗi cột $P_{\text{bể}} = 201\text{ kN}$

Giải pháp đề xuất của tác giả:

  • Đề xuất giải pháp kiến trúc thu hẹp biên sàn $1.5\text{ m}$ tạo hành lang thông khí và chiếu sáng cho toàn bộ phòng làm việc, khắc phục triệt để nhược điểm ba mặt bị công trình lân cận che khuất.
  • Kết hợp lõi thang máy thành hệ vách cứng chịu lực ngang cùng hệ khung, hạn chế tối đa kích thước tiết diện cột chiếm dụng không gian sử dụng.
  • Đề xuất phương án tổ chức thi công chia nhỏ phân đoạn, ứng dụng biện pháp ép cọc không gây rung chấn và che chắn an toàn cho các khu dân cư sát vách.

Đóng góp về mặt học thuật và kỹ thuật thực tiễn: Đồ án giải quyết hoàn chỉnh chuỗi thiết kế từ kiến trúc, kết cấu đến tổ chức thi công cho một công trình cao tầng xây chen thực tế tại Hà Nội. Tác giả đã kết hợp hài hòa phương pháp tính toán cơ học truyền thống (sơ đồ khớp dẻo, phương pháp tra bảng) với các công cụ tin học (SAP, Microsoft Project, Excel), bảo đảm tính chuẩn xác của các thông số kỹ thuật và độ khả thi khi thi công.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận từ nội dung văn bản:

  • Do giới hạn thời gian làm đồ án tốt nghiệp đại học (kéo dài trong 3 tháng) và kinh nghiệm thực tế của sinh viên còn hạn hẹp, đồ án chỉ tập trung tính toán chi tiết một số cấu kiện đại diện: hệ sàn tầng 4, khung K4 trục 2 và hai móng M1, M2, chưa thể hiện tính toán chi tiết cho toàn bộ các khung trục còn lại và toàn bộ hệ móng của công trình.
  • Mô hình tính toán khung K4 trục 2 được giải quyết dưới dạng khung phẳng chịu tải trọng tương đương, chưa mô phỏng tương tác không gian ba chiều hoàn chỉnh giữa toàn bộ hệ khung với hộp vách cứng và sàn tầng dưới tác động đồng thời của tải trọng ngang và mômen xoắn.

Hướng mở rộng dựa trên phạm vi nghiên cứu:

  • Mở rộng mô hình tính toán không gian 3D tổng thể cho tòa nhà bằng các phần mềm phần tử hữu hạn chuyên dụng để đánh giá chính xác hơn dao động riêng, tâm cứng, tâm khối lượng và tác động xoắn của công trình.
  • Bổ sung tính toán kiểm tra kết cấu công trình dưới tác động của tải trọng động đất theo các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn hiện hành cho công trình cao $39\text{ m}$.
  • Nghiên cứu sâu hơn biện pháp quan trắc biến dạng, độ lún công trình và độ nghiêng lún của các công trình lân cận trong suốt quá trình ép cọc và đào đất móng.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng thụ hưởng: Tài liệu tham khảo trực tiếp cho sinh viên ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp thực hiện đồ án tốt nghiệp kỹ sư hoặc đồ án môn học Bê tông cốt thép, Thi công xây dựng.
  • Nội dung có giá trị tham khảo cao:
    • Quy trình chọn sơ bộ kích thước tiết diện sàn, dầm, cột, vách cứng hợp lý dựa trên tải trọng diện truyền tải.
    • Phương pháp phân tích và tính toán sàn bê tông cốt thép toàn khối: so sánh trực quan giữa sơ đồ khớp dẻo cho bản kê bốn cạnh và sơ đồ đàn hồi cho bản loại dầm, sàn vệ sinh.
    • Phương pháp quy đổi tải trọng phân bố dạng tam giác và hình thang của sàn truyền vào khung thành tải trọng phân bố đều tương đương thông qua hệ số truyền tải $k$.
    • Trình tự tính toán chi tiết tải trọng bể nước trên mái quy về lực tập trung tại các đỉnh cột khung.
    • Bộ giải pháp kỹ thuật thi công xây chen trong đô thị và trình tự thiết kế tổng mặt bằng thi công công trình cao tầng.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình có quy mô mặt bằng, số tầng và chiều cao tổng thể là bao nhiêu?
Công trình được thiết kế với diện tích mặt bằng khoảng $300\text{ m}^2$, chiều cao tổng thể đạt $39\text{ m}$. Tòa nhà gồm 11 tầng (10 tầng chính phục vụ gara, hành chính, hội họp, văn phòng cho thuê, căng tin và 1 tầng áp mái kỹ thuật chứa bể nước, trạm bơm, phòng thang máy).

2. Vì sao tác giả lựa chọn giải pháp kết cấu Khung kết hợp Vách cứng thay vì hệ khung thuần túy?
Do công trình có chiều cao lớn ($39\text{ m}$) nên tải trọng ngang do gió tác dụng rất đáng kể. Nếu chỉ dùng khung chịu lực thuần túy, kết cấu khó bảo đảm độ cứng ngang hoặc buộc phải tăng kích thước tiết diện cấu kiện lên rất lớn, gây cản trở không gian kiến trúc. Việc kết hợp hệ khung với vách thang máy (lõi cứng) tạo thành hệ không gian làm việc đồng thời giúp tăng cường độ cứng ngang, chống xoắn và phân phối lực hợp lý.

3. Vật liệu bê tông và cốt thép được quy chuẩn sử dụng trong đồ án có các thông số cơ lý nào?
Đồ án sử dụng bê tông mác 250 (B25) có cường độ chịu nén tính toán $R_b = 14.5\text{ MPa}$ ($1450\text{ T/m}^2$). Cốt thép sử dụng gồm hai nhóm: thép đường kính $d < 10\text{ mm}$ thuộc nhóm AI và thép $d \ge 10\text{ mm}$ thuộc nhóm AII; cả hai nhóm đều có cường độ tính toán chịu kéo và nén $R_s = R_{sc} = 225\text{ MPa}$, cường độ chịu cắt $R_{sw} = 175\text{ MPa}$ và môđun đàn hồi $E_s = 21 \times 10^4\text{ MPa}$.

4. Kích thước tiết diện các cấu kiện chịu lực chính được xác định sơ bộ ra sao?
Bản sàn chọn chiều dày thống nhất $h_b = 10\text{ cm}$. Dầm chính chọn tiết diện $300 \times 600\text{ mm}$; dầm phụ chọn $220 \times 300\text{ mm}$, $220 \times 450\text{ mm}$. Cột giảm dần tiết diện theo chiều cao: tầng 1 - 3 là $500 \times 500\text{ mm}$ (trục D, E, F là $400 \times 400\text{ mm}$); tầng 4 - 6 là $450 \times 450\text{ mm}$ (hoặc $500 \times 500\text{ mm}$); tầng 7 - 10 là $400 \times 400\text{ mm}$; tầng 11 giảm xuống $220 \times 300\text{ mm}$ (hoặc $300 \times 300\text{ mm}$). Vách cứng có chiều dày $b \ge 16\text{ cm}$ (chọn $25\text{ cm}$).

5. Tải trọng của bể nước đặt tại tầng áp mái truyền vào khung K4 được xác định với giá trị bao nhiêu?
Bể nước áp mái có kích thước $5.0 \times 5.4 \times 1.7\text{ m}$. Tải trọng bao gồm trọng lượng nắp bể ($95.068\text{ kN}$), thành bể ($135.767\text{ kN}$), đáy bể ($104.735\text{ kN}$) và nước chứa ($468.18\text{ kN}$). Toàn bộ tải trọng này được quy đổi về lực tập trung truyền đều vào 4 cột đỡ với giá trị mỗi điểm là $P_{\text{bể}} = 201\text{ kN}$ (tại nút C2 tính toán là $197.715\text{ kN}$).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thị Duyên là công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho tòa nhà "Nhà điều hành sản xuất kinh doanh và cho thuê" cao 11 tầng ($39\text{ m}$) tại 813 Giải Phóng, Hà Nội. Tác giả đã giải quyết hài hòa bài toán xây chen đô thị thông qua việc tổ chức mặt bằng kiến trúc lùi biên lấy sáng, áp dụng hệ kết cấu Khung - Vách cứng bê tông cốt thép mác 250 chịu lực ổn định và xây dựng quy trình thi công cọc ép cùng cốp pha toàn khối an toàn. Các bảng biểu số liệu, công thức quy đổi tải trọng và kết quả tính thép trong thuyết minh là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo rõ ràng cho sinh viên chuyên ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp.