Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, ngành xây dựng cơ bản đóng vai trò then chốt trong việc phát triển hệ thống cơ sở hạ tầng kinh tế – xã hội. Sự gia tăng nhu cầu xây dựng các công trình dịch vụ, thương mại đòi hỏi đội ngũ kỹ sư xây dựng phải nắm vững quy trình thiết kế kiến trúc, tính toán kết cấu chịu lực, lập biện pháp thi công và quản lý kinh tế xây dựng. Đề tài khóa luận tốt nghiệp kỹ sư ngành Kỹ thuật công trình của tác giả Trần Việt Trung (Trường Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam) tập trung thực hiện trọn vẹn nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật và tổ chức thi công cho công trình thực tế: "Nhà hàng BLUE và AOI SUSHI (Ẩm thực Nhật Bản)".

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được phân định cụ thể thành 4 nội dung chính:

  1. Thiết kế phương án kiến trúc đảm bảo công năng kinh doanh ẩm thực và điều kiện vi khí hậu tại địa phương.
  2. Thiết kế giải pháp kết cấu chịu lực bê tông cốt thép toàn khối, tính toán tải trọng và bố trí cốt thép cho các cấu kiện điển hình (sàn, cột, dầm, vách, móng).
  3. Lập biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công cho phần ngầm (móng, cọc) và phần thân (ván khuôn, cốt thép, bê tông, hoàn thiện, trắc địa, tổng mặt bằng).
  4. Lập dự toán chi phí xây dựng cho một sàn tầng điển hình của công trình.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Công trình dân dụng nhiều tầng bằng kết cấu bê tông cốt thép kết hợp lõi cứng.
  • Phạm vi không gian: Công trình xây dựng tại Phường Khai Quang, Thành phố Vĩnh Yên, Tỉnh Vĩnh Phúc. Diện tích khu đất xây dựng là 380 m², quy mô 6 tầng nổi với tổng chiều cao công trình là 27 m.
  • Phạm vi thời gian: Đồ án được hoàn thành và bảo vệ vào tháng 9 năm 2018.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Đồ án vận dụng hệ thống tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam hiện hành, lý thuyết cơ học kết cấu và các tài liệu chuyên ngành xây dựng dân dụng:

  • Hệ thống tiêu chuẩn và văn bản quy phạm kỹ thuật:

    • Tiêu chuẩn TCVN 2737-1995: Tiêu chuẩn thiết kế Tải trọng và tác động (xác định tĩnh tải, hoạt tải sử dụng và tải trọng gió).
    • Tiêu chuẩn TCVN 198-1997: Tiêu chuẩn thiết kế nhà cao tầng (xác định cấu tạo, chiều dày tối thiểu của vách lõi chịu lực).
    • Các quy định hiện hành về lập và quản lý chi phí đầu tư xây dựng công trình (xác định các thành phần $G_{XD}$, $G_{TB}$, $G_{QLDA}$, $G_{TV}$, $G_K$, $G_{DP}$).

  • Mô hình và lý thuyết tính toán kết cấu:

    • Mô hình kết cấu không gian làm việc theo sơ đồ khung – giằng (hệ hỗn hợp khung dầm cột kết hợp vách lõi cứng bê tông cốt thép chịu tải trọng đứng và ngang).
    • Lý thuyết tính toán bản sàn bê tông cốt thép theo dải bản rộng 1 m: áp dụng phương pháp sơ đồ biến dạng đàn hồi đối với bản loại dầm và các ô bản có yêu cầu chống thấm/chống nứt (sàn khu vệ sinh); áp dụng phương pháp sơ đồ khớp dẻo theo tài liệu "Sàn sườn bê tông toàn khối" và "Sàn sườn bê tông toàn khối SSS" của GS. Nguyễn Đình Cống đối với các ô sàn 2 phương liên kết ngàm 4 cạnh.
    • Lý thuyết tính toán sức chịu tải của cọc đơn theo vật liệu và theo đất nền (sử dụng công thức Meyerhof và công thức Nhật Bản).
    • Phương pháp tính toán cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn và nén lệch tâm theo trạng thái giới hạn thứ nhất (khả năng chịu lực).

  • Nguồn dữ liệu thực tế: Dữ liệu điều kiện địa chất công trình đất yếu tại Phường Khai Quang; chuỗi số liệu khí hậu thủy văn TP. Vĩnh Yên (nhiệt độ trung bình 23–25°C, độ ẩm 75%–82%, phân vùng áp lực gió IV-B); định mức dự toán xây dựng công trình.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Kiến trúc công trình

Chương này phân tích tổng quan quy mô, vị trí địa lý, điều kiện kinh tế – xã hội và giải pháp kiến trúc của công trình Nhà hàng BLUE và AOI SUSHI:

  • Quy mô: Diện tích xây dựng 380 m², gồm 6 tầng nổi, chiều cao đỉnh mái 27 m. Tầng 1 cao 4,9 m phục vụ sảnh đón tiếp, không gian dịch vụ chung và khu chợ hải sản tươi sống; 5 tầng trên (chiều cao tầng điển hình 3,6 m) bố trí không gian phòng ăn ẩm thực Nhật Bản AOI SUSHI và hải sản BLUE; mái có dầm bo cao 0,7 m nhằm tăng độ cứng không gian.
  • Giải pháp mặt bằng và hình khối: Mặt bằng hình khối vuông vắn, lưới cột đối xứng với các khoảng cách trục 5,0 m và 5,5 m. Giao thông đứng bố trí tại trung tâm gồm 2 thang máy, 2 buồng thang bộ 2 vế (chiếu nghỉ trung gian) và 1 hệ thống cầu thang thoát hiểm ngoài nhà riêng biệt cho mỗi đơn nguyên.
  • Hệ thống hạ tầng kỹ thuật: Hệ thống chiếu sáng – thông gió tự nhiên kết hợp nhân tạo; mạng lưới cấp nước đấu nối đô thị dẫn lên bể mái; hệ thống thu gom nước thải phân ly dẫn về bể tự hoại ngầm; hệ thống phòng cháy chữa cháy trang bị họng nước vách tường, bình cứu hỏa và biển báo thoát hiểm tại sảnh tầng.

Chương 2: Giải pháp kết cấu và tải trọng tính toán

Chương 2 trình bày cơ sở lựa chọn sơ đồ chịu lực, xác định kích thước sơ bộ cấu kiện và thu thập tải trọng tác dụng:

  • Giải pháp kết cấu: Lựa chọn hệ kết cấu hỗn hợp khung bê tông cốt thép kết hợp lõi cứng chịu tải trọng ngang theo sơ đồ khung – giằng.
  • Vật liệu sử dụng: Bê tông cấp độ bền B25 có cường độ chịu nén tính toán $R_b = 14,5\text{ MPa}$ ($1450\text{ T/m}^2$), cường độ chịu kéo $R_{bt} = 1,05\text{ MPa}$ ($105\text{ T/m}^2$). Cốt thép chịu lực nhóm CII (AII) có cường độ chịu kéo/nén tính toán $R_s = R_{sc} = 280\text{ MPa}$, cường độ chịu cắt $R_{sw} = 225\text{ MPa}$.
  • Kích thước sơ bộ cấu kiện:
    • Sàn tầng điển hình dày 12 cm; sàn khu vệ sinh và ban công dày 10 cm.
    • Tiết diện cột giữa: $35\times 35\text{ cm}^2$ ($A = 1225\text{ cm}^2$).
    • Tiết diện cột biên: $20\times 20\text{ cm}^2$ ($A = 400\text{ cm}^2$).
    • Tiết diện dầm: Dầm chính D1 ($22\times 60\text{ cm}$ cho nhịp 5,5 m), dầm phụ D2 ($22\times 50\text{ cm}$ cho nhịp 4,0 m).
    • Vách lõi thang máy: Chiều dày chọn 300 mm (thỏa mãn điều kiện $\ge 150\text{ mm}$ và $\ge H/20$ theo TCVN 198-1997).
  • Tải trọng và tổ hợp: Xác định tĩnh tải các lớp hoàn thiện (sàn tầng $g_0 = 548,5\text{ daN/m}^2$; sàn vệ sinh $g_0 = 553,7\text{ daN/m}^2$; sàn mái $g_0 = 553,4\text{ daN/m}^2$); tĩnh tải tường gạch dày 110 mm ($2,87\text{ kN/m}$) và 220 mm ($5,056\text{ kN/m}$); hoạt tải các phòng theo TCVN 2737-1995 ($240\text{ daN/m}^2$ cho phòng ăn/hành lang/WC, $360\text{ daN/m}^2$ cho cầu thang); tải trọng gió tĩnh phân vùng IV-B. Thiết lập 10 trường hợp tổ hợp tải trọng (Tổ hợp chính 1–5, tổ hợp phụ 6–9, tổ hợp bao 10).

Chương 3: Thiết kế kết cấu sàn

Chương này tính toán chi tiết nội lực và bố trí thép cho các ô sàn tầng điển hình:

  • Phân loại ô bản: Các ô bản S1 ($4,22\times 4,50\text{ m}$), S2 ($4,00\times 4,22\text{ m}$), S4 ($4,22\times 4,78\text{ m}$), S5 ($3,30\times 4,59\text{ m}$), S6 ($3,30\times 4,41\text{ m}$) có tỷ số $L_2/L_1 \le 2$ được tính theo sơ đồ bản 2 phương; ô bản S3 được tính theo sơ đồ bản 1 phương (bản loại dầm).
  • Tính toán cốt thép: Lấy bề rộng dải bản $b = 1\text{ m}$, chiều dày bảo vệ $a = 2\text{ cm}$ ($h_0 = 10\text{ cm}$ với sàn 12 cm; $h_0 = 8,5\text{ cm}$ với sàn 10 cm). Kết quả bố trí thép:
    • Ô bản S1: Nhịp và gối phương ngắn/dài dùng $\phi 10a200$ ($A_s = 2,5\text{ cm}^2/\text{m}$, hàm lượng $\mu = 0,136% - 0,198%$).
    • Ô bản S2: Nhịp và gối phương ngắn/dài dùng $\phi 10a200$ ($A_s = 2,5\text{ cm}^2/\text{m}$, $\mu = 0,10% - 0,19%$).
    • Ô bản S4: Nhịp và gối phương ngắn/dài dùng $\phi 10a200$ ($A_s = 2,5\text{ cm}^2/\text{m}$, $\mu = 0,13% - 0,19%$).
    • Ô bản S5: Nhịp và gối dùng $\phi 10a200$ ($A_s = 2,5\text{ cm}^2/\text{m}$, $\mu = 0,069% - 0,097%$).
    • Ô bản S6: Nhịp và gối dùng $\phi 10a150$ ($A_s = 3,3\text{ cm}^2/\text{m}$, $\mu = 0,03% - 0,06%$).

Chương 6: Thi công phần ngầm móng

Chương này thiết lập biện pháp kỹ thuật thi công đài cọc và giằng móng trong điều kiện địa chất đất yếu:

  • Lựa chọn phương án máy ép cọc thủy lực, quy trình ép cọc thử và cọc đại trà; xử lý các tình huống sự cố khi ép cọc không đạt cao độ hoặc tải trọng ép tăng đột ngột.
  • Biện pháp kỹ thuật đào đất hố móng, thoát nước ngầm, giác đài cọc và kỹ thuật đục phá bê tông đầu cọc đến cao độ thiết kế.
  • Thi công hệ ván khuôn móng, gia công lắp dựng cốt thép đài móng, giằng móng và công tác đổ, đầm, bảo dưỡng bê tông móng.

Chương 8: Thi công phần thân

Trình bày dây chuyền công nghệ thi công kết cấu bê tông cốt thép toàn khối tầng điển hình:

  • Lựa chọn hệ ván khuôn thép/ván ép định hình và hệ cây chống chịu lực phục vụ thi công dầm, sàn, cột, vách.
  • Quy trình gia công, uốn, nối và lắp dựng khung cốt thép cột, dầm, sàn theo thiết kế.
  • Biện pháp đổ bê tông cột – vách trước, đổ bê tông dầm – sàn sau; kỹ thuật bảo dưỡng ẩm bê tông; kết hợp lắp đặt ống kỹ thuật điện nước ngầm và hoàn thiện xây trát, lắp cửa.
  • Công tác trắc địa công trình: Chuyển trục tim cột từ mặt bằng lên các tầng cao và truyền mốc cao độ phục vụ công tác thi công cốp pha.

Chương 9: Tính toán tổng mặt bằng công trình

  • Tính toán nhu cầu dự trữ vật tư (xi măng, cát, đá, gạch, thép) phục vụ các giai đoạn thi công cao điểm.
  • Xác định diện tích bãi chứa vật liệu lộ thiên, kho kín bảo quản xi măng và cốt thép.
  • Tính toán quy mô nhân lực trên công trường (dân số công trường) để bố trí diện tích nhà tạm, lán trại sinh hoạt, văn phòng chỉ huy và nhà vệ sinh tạm thời.

Chương 10: Lập dự toán thi công một sàn tầng điển hình

Chương này xác định chi phí thi công sàn tầng điển hình theo định mức đơn giá xây dựng:

  • Phân tích cơ cấu chi phí xây dựng: Chi phí trực tiếp (vật liệu, nhân công, máy thi công), chi phí chung, thu nhập chịu thuế tính trước, thuế giá trị gia tăng (VAT) và chi phí xây dựng nhà tạm để ở và điều hành thi công.
  • Tổng hợp bảng khối lượng công tác bê tông, cốt thép, ván khuôn sàn và lập bảng dự toán hoàn chỉnh cho một sàn tầng điển hình.

Thiết kế và triển khai kỹ thuật

1. Bảng thông số kỹ thuật cấu kiện và tải trọng thiết kế

Cấu kiện / Thông số Quy cách / Giá trị thiết kế Tiêu chuẩn / Phương pháp kiểm chứng
Bê tông Cấp độ bền B25 ($R_b = 14,5\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1,05\text{ MPa}$) TCVN hiện hành
Cốt thép Nhóm CII / AII ($R_s = R_{sc} = 280\text{ MPa}$, $R_{sw} = 225\text{ MPa}$) TCVN hiện hành
Chiều dày sàn tầng $12\text{ cm}$ (Sàn tầng điển hình, khu vách cứng) Công thức kinh nghiệm $h_s = (D/m) \cdot l$
Chiều dày sàn WC/Ban công $10\text{ cm}$ Chống thấm và giảm tải
Cột giữa (Trục B3, B6, C3-C6) Tiết diện $35\times 35\text{ cm}^2$ Tính theo tải trọng đứng $N = 197258,4\text{ daN}$
Cột biên (Trục A, B, C, D, E) Tiết diện $20\times 20\text{ cm}^2$ Tính theo tải trọng đứng $N = 26520,3\text{ daN}$
Dầm chính D1 / Dầm phụ D2 $22\times 60\text{ cm}$ / $22\times 50\text{ cm}$ Theo điều kiện nhịp $l = 5,5\text{ m}$ và $l = 4,0\text{ m}$
Vách lõi buồng thang Dày $300\text{ mm}$ TCVN 198-1997 ($\ge 150\text{ mm}$ và $\ge H/20$)
Tĩnh tải tính toán sàn tầng ($q_0$) $788,5\text{ daN/m}^2$ ($g_0 = 548,5 + p_s = 240$) TCVN 2737-1995
Tĩnh tải sàn WC / Sàn mái $793,7\text{ daN/m}^2$ / $650,9\text{ daN/m}^2$ TCVN 2737-1995
Phân vùng áp lực gió Vùng IV-B (TP. Vĩnh Yên, Vĩnh Phúc) TCVN 2737-1995

2. Quy trình tổ chức thi công và kiểm tra kỹ thuật

[Khảo sát địa chất & Trắc địa công trình]
[Ép cọc BTCT móng & Thí nghiệm sức chịu tải]
[Đào đất hố móng & Phá đầu cọc đến cao độ thiết kế]
[Thi công cốt thép, ván khuôn & Đổ bê tông đài, giằng móng]
[Chuyển trục tim & Cao độ trắc địa lên sàn các tầng]
[Thi công ván khuôn, cốt thép & Bê tông cột, vách]
[Lắp dựng ván khuôn, cốt thép & Đổ bê tông dầm, sàn tầng điển hình]
[Xây tường ngăn 110/220mm, Đi ống kỹ thuật ngầm & Hoàn thiện]

Kết quả và đóng góp

  • Kết quả tính toán kỹ thuật:

    • Hoàn thiện phương án kiến trúc 6 tầng phù hợp đặc thù công năng nhà hàng ẩm thực kết hợp khu dịch vụ sảnh rộng $380\text{ m}^2$, chiều cao $27\text{ m}$.
    • Xác định chính xác nội lực và diện tích cốt thép cho toàn bộ các ô sàn (S1 đến S6), lựa chọn thống nhất thép $\phi 10a200$ (cho các ô sàn dày 12 cm) và $\phi 10a150$ (cho ô sàn dày 10 cm), đảm bảo hàm lượng cốt thép $\mu \ge 0,05%$ theo tiêu chuẩn.
    • Lập biện pháp thi công chi tiết cho 2 giai đoạn (phần ngầm móng cọc và phần thân), tổ chức mặt bằng kho bãi và bố trí hệ thống định vị trắc địa chính xác.
    • Thiết lập hồ sơ bóc tách khối lượng và dự toán chi phí xây dựng hoàn chỉnh cho sàn tầng điển hình.

  • Đóng góp của tác giả:

    • Tổng hợp và áp dụng đồng bộ các giải pháp kết cấu khung – giằng có lõi cứng vào công trình nhà dịch vụ thương mại nhiều tầng trên nền đất yếu tại TP. Vĩnh Yên.
    • Kết hợp chặt chẽ giữa tính toán lý thuyết (theo sơ đồ đàn hồi và khớp dẻo) với biện pháp thi công thực tế tại công trường.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Khóa luận mới chỉ đi sâu tính toán cốt thép chi tiết cho các ô sàn tầng điển hình và một số cấu kiện chịu lực chính; chưa mô phỏng toàn diện sự làm việc phi tuyến của khung không gian chịu tải trọng động đất.
    • Phần dự toán kinh tế mới dừng lại ở phạm vi một sàn tầng điển hình mà chưa tổng hợp toàn bộ tổng mức đầu tư của dự án.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Ứng dụng các phần mềm phân tích kết cấu chuyên dụng để kiểm toán tải trọng động (gió động, động đất) cho toàn bộ khung không gian.
    • Mở rộng lập dự toán tổng thể và tiến độ thi công chi tiết bằng sơ đồ mạng cho toàn bộ các hạng mục công trình.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng tham khảo: Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật công trình, Kỹ thuật xây dựng dân dụng & công nghiệp; kỹ sư giám sát và thiết kế mới ra trường.
  • Nội dung giá trị:
    • Phương pháp tra bảng và tính toán nội lực sàn 2 phương theo sơ đồ khớp dẻo của GS. Nguyễn Đình Cống.
    • Bảng tổng hợp chi tiết tĩnh tải các lớp cấu tạo sàn, tường xây 110 mm, 220 mm và các trường hợp tổ hợp tải trọng theo TCVN 2737-1995.
    • Quy trình kỹ thuật ép cọc trên nền đất yếu và biện pháp kiểm soát trắc địa chuyển trục lên các tầng cao.

Câu hỏi thường gặp

1. Quy mô diện tích và chiều cao cụ thể của công trình Nhà hàng BLUE và AOI SUSHI là bao nhiêu?
Công trình được xây dựng trên diện tích $380\text{ m}^2$ tại Phường Khai Quang, TP. Vĩnh Yên, Tỉnh Vĩnh Phúc. Tòa nhà gồm 6 tầng nổi với tổng chiều cao là $27\text{ m}$ (tầng 1 cao $4,9\text{ m}$, các tầng điển hình cao $3,6\text{ m}$, dầm bo mái cao $0,7\text{ m}$).

2. Giải pháp kết cấu chịu lực chính được tác giả lựa chọn cho công trình là gì?
Tác giả lựa chọn hệ hỗn hợp khung bê tông cốt thép kết hợp lõi cứng (vách buồng thang máy) chịu tải trọng ngang theo sơ đồ khung – giằng.

3. Chiều dày các loại sàn bê tông cốt thép trong công trình được quy định như thế nào?
Sàn tầng điển hình và sàn khu vực gần vách cứng được chọn dày $12\text{ cm}$; sàn khu vệ sinh và ban công được chọn dày $10\text{ cm}$ nhằm giảm tải và đảm bảo chống thấm.

4. Cấp độ bền bê tông và nhóm cốt thép sử dụng trong thiết kế là loại nào?
Kết cấu sử dụng bê tông cấp độ bền B25 ($R_b = 14,5\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1,05\text{ MPa}$) và cốt thép chịu lực nhóm CII/AII ($R_s = R_{sc} = 280\text{ MPa}$, $R_{sw} = 225\text{ MPa}$).

5. Địa điểm xây dựng thuộc phân vùng áp lực gió nào theo tiêu chuẩn thiết kế?
Theo TCVN 2737-1995, địa điểm xây dựng tại Phường Khai Quang, TP. Vĩnh Yên, Tỉnh Vĩnh Phúc thuộc phân vùng áp lực gió IV-B.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trần Việt Trung đã giải quyết hoàn chỉnh các nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật công trình Nhà hàng BLUE và AOI SUSHI quy mô 6 tầng tại Vĩnh Phúc. Bản thuyết minh đã kết hợp chặt chẽ giữa thiết kế kiến trúc công năng, tính toán kết cấu khung – giằng bê tông cốt thép B25 và lập biện pháp thi công phần ngầm, phần thân cùng dự toán chi phí sàn tầng điển hình. Công trình là tài liệu tham khảo có giá trị thực tiễn cao cho sinh viên ngành Kỹ thuật công trình trong việc thực hiện đồ án tốt nghiệp và ứng dụng vào công tác thiết kế – thi công thực tế.