Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp (mã số lớp: XD1001) do sinh viên Đặng Huy Hùng thực hiện tập trung vào nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật cho công trình "Khách sạn Điện Biên". Bối cảnh xây dựng công trình xuất phát từ nhu cầu phát triển hạ tầng đô thị, kinh tế - xã hội và ngành Du lịch - Dịch vụ tại tỉnh Lai Châu trong thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa và định hướng xây dựng đô thị "Xanh, sạch, đẹp, văn minh". Việc đầu tư xây dựng một công trình lưu trú, thương mại và dịch vụ có quy mô hoàn chỉnh đóng vai trò tạo điểm nhấn cảnh quan kiến trúc, đồng thời đáp ứng nhu cầu lưu trú, hội họp và mua sắm của du khách cũng như người dân địa phương.

Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu, thiết kế chính được xác định bao gồm:

  1. Thiết kế tổng mặt bằng, công năng kiến trúc, mặt đứng, mặt cắt và các giải pháp kỹ thuật phụ trợ (thông gió, chiếu sáng, cách âm, cấp thoát nước, cấp điện, phòng cháy chữa cháy, xử lý rác thải).
  2. Lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực tối ưu cho công trình dựa trên việc so sánh đặc tính cơ lý giữa hệ kết cấu thuần khung và hệ khung - vách cứng.
  3. Sơ bộ kích thước tiết diện các cấu kiện cơ bản (bản sàn, dầm chính, dầm phụ, cột) và xác định các loại tải trọng tác động (tĩnh tải hoàn thiện, hoạt tải sử dụng, hoạt tải gió).
  4. Mô hình hóa, giải nội lực và tổ hợp nội lực hệ khung phẳng chịu lực chính (Khung K9) bằng phần mềm chuyên dụng SAP 2000.
  5. Tính toán chi tiết diện tích cốt thép chịu lực cho các cấu kiện bê tông cốt thép điển hình: ô bản sàn tầng điển hình (phòng ngủ, khu vệ sinh, hành lang), dầm khung K9, cột khung K9 chịu nén lệch tâm phẳng, và hệ kết cấu cầu thang bộ 2 vế.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án:

  • Đối tượng nghiên cứu: Công trình nhà cao tầng dân dụng kết cấu bê tông cốt thép toàn khối, quy mô 5 tầng chức năng và 1 tầng tum/mái, tổng chiều cao công trình từ cốt mặt đất tự nhiên đến đỉnh mái là 22,2 m.
  • Phạm vi không gian: Công trình xây dựng trên khu đất quy hoạch có diện tích mặt bằng $1273\text{ m}^2$, tổng diện tích sàn xây dựng $806\text{ m}^2$ tại tỉnh Lai Châu; mặt chính công trình quay về hướng Bắc - Đông Bắc mở ra trục đường Nguyễn Gia Thiều, cổng phụ kết nối với đường quy hoạch thuộc phường Ninh Xá.
  • Phạm vi thời gian và điều kiện tự nhiên: Tính toán tải trọng gió theo vùng áp lực II-B ($W_0 = 95\text{ kG/m}^2$) với đặc điểm khí hậu 4 mùa rõ rệt, lưu lượng mưa hằng năm tương đối lớn; kết cấu công trình chịu tải trọng gió tĩnh, không cần tính toán thành phần gió động do chiều cao $H = 22,2\text{ m} < 40\text{ m}$.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán

Đồ án áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế xây dựng hiện hành của Việt Nam kết hợp với các giáo trình, tài liệu chuyên ngành kết cấu công trình:

  • Hệ thống tiêu chuẩn xây dựng:
    • TCVN 2737:1995: Tiêu chuẩn thiết kế tải trọng và tác động (tính toán tĩnh tải bản thân các lớp vật liệu, hoạt tải sàn theo từng loại phòng, hoạt tải gió phân bố theo chiều cao).
    • TCVN 356:2005: Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép (hệ số độ tin cậy, cường độ tính toán của vật liệu, hệ số khí động $c = +0,8$ đối với mặt đón gió và $c = -0,6$ đối với mặt hút gió, hệ số $k$ thay đổi áp lực gió theo độ cao).
  • Khung lý thuyết và tài liệu tính toán chuyên ngành:
    • "Sổ tay thực hành Kết cấu công trình" (Vũ Mạnh Hùng): Phương pháp tính toán đan sàn đơn làm việc 2 phương (bản kê 4 cạnh) theo sơ đồ khớp dẻo, xác định mômen uốn ở nhịp ($M_{11}, M_{12}$) và gối ($M_{I}, M_{II}$) thông qua các hệ số tra bảng phụ thuộc tỷ số cạnh $l_d / l_n$.
    • "Giáo trình Sàn bê tông cốt thép toàn khối" (NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2002): Cơ sở lý thuyết tính toán cốt thép dầm tiết diện chữ nhật chịu mômen âm và tiết diện chữ T chịu mômen dương có xét đến sự tham gia chịu nén của bản cánh ($b_c = b + 2S_c$).
    • "Giáo trình Khung bê tông cốt thép" (NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2002): Cơ sở lý thuyết tính toán cốt thép cột chịu nén lệch tâm phẳng đối xứng, xét đến độ lệch tâm ban đầu $e_0$, độ lệch tâm giới hạn $e_{0gh}$, hệ số uốn dọc $\eta$, và hệ số ảnh hưởng của tải trọng dài hạn $K_{dh}$.
  • Phương pháp nghiên cứu và công cụ xử lý:
    • Phương pháp phân tích - tổng hợp cơ học kết cấu: Chuyển đổi tải trọng diện tích từ các ô sàn truyền vào dầm thành tải trọng phân bố dạng tam giác và hình thang; truyền lực tập trung từ dầm phụ về dầm chính; xác định tải trọng tường xây và tải trọng gió phân bố đều trên cột khung.
    • Phương pháp phần tử hữu hạn: Thiết lập sơ đồ hình học khung phẳng, gán tải trọng tĩnh tải và hoạt tải lệch tầng lệch nhịp, phân tích nội lực (mômen uốn $M$, lực cắt $Q$, lực dọc $N$) và xuất biểu đồ bao nội lực bằng phần mềm SAP 2000.
  • Chỉ tiêu cơ lý của vật liệu xây dựng sử dụng:
    • Bê tông cấp độ bền B20: Cường độ chịu nén tính toán $R_n = 11,9\text{ MPa}$ ($R_b = 115\text{ kG/cm}^2$), cường độ chịu kéo tính toán $R_k = 9\text{ kG/cm}^2$.
    • Cốt thép dọc chịu lực: Nhóm AII có cường độ tính toán $R_a = R_s = R_s' = 280\text{ MPa}$ ($2800\text{ kG/cm}^2$), hệ số giới hạn chiều cao vùng nén $\xi_0 = 0,58$ và $A_0 = 0,412$.
    • Cốt thép ngang (cốt đai): Nhóm AI có cường độ tính toán $R_{ad} = R_s = 225\text{ MPa}$ ($2250\text{ kG/cm}^2$).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Kiến trúc

Chương này trình bày toàn diện các giải pháp không gian kiến trúc, mặt bằng công năng, mặt đứng và hạ tầng kỹ thuật của công trình Khách sạn Điện Biên:

  • Quy mô và phân chia công năng các tầng:
    • Tầng 1 ($h = 4,5\text{ m}$): Sảnh chính, phòng tiếp tân, phòng tiệc lớn, khu siêu thị bán hàng lưu niệm và phòng gửi đồ.
    • Tầng 2 đến Tầng 5 ($h = 3,0\text{ m/tầng}$): Không gian phòng ngủ nghỉ ngơi tiện nghi dành cho khách thuê.
    • Tầng Tum/Mái ($h = 2,7\text{ m}$): Không gian phòng sinh hoạt giải trí, thư giãn, đặt phòng kỹ thuật và bể nước mái.
  • Giải pháp mặt bằng và hình khối: Mặt bằng vuông vắn, phân chia bằng vách ngăn gạch cách âm cho phòng nghỉ và vách kính lấy sáng cho siêu thị. Mặt đứng kết hợp các mảng kính lớn và ốp tấm hợp kim nhôm Alpolic, tạo sự tương phản giữa đường nét thẳng đứng hiện đại và điểm nhấn cong mềm mại ở mặt tiền.
  • Hệ thống giao thông và kỹ thuật công trình: Giao thông đứng bố trí cụm thang bộ thoát hiểm độc lập kết hợp thang máy ở vị trí trung tâm; giao thông ngang dạng hành lang giữa thông thoáng. Hệ thống cấp nước phân phối từ bể ngầm bơm lên bể mái; hệ thống thoát nước mưa và nước thải tách riêng (nước thải qua hố ga xử lý trước khi xả vào mạng lưới đô thị); cấp điện ngầm qua trạm biến áp; hệ thống PCCC sử dụng bình khí $\text{CO}_2$ và họng nước chữa cháy vách tường.
  • Các yêu cầu kiến trúc đạt được: Đảm bảo 4 tiêu chí cốt lõi: Thích dụng (công năng linh hoạt, tiện nghi vi khí hậu), Bền vững (khung bê tông toàn khối, móng cọc ép), Kinh tế (tận dụng tối đa diện tích hữu ích), và Mỹ quan (tỷ lệ hài hòa, hiện đại).

Chương 2: Lựa chọn giải pháp kết cấu

Nội dung chương tập trung so sánh phương án, xác định sơ bộ kích thước cấu kiện và tính toán khung ngang trục K9:

  • Lựa chọn sơ đồ kết cấu: So sánh giữa phương án kết cấu thuần khung và hệ khung - vách cứng. Đồ án lựa chọn hệ kết cấu thuần khung bê tông cốt thép đổ toàn khối (cột, dầm, sàn liên kết cứng), giúp không gian mặt bằng tầng 1 linh hoạt và đơn giản hóa quy trình thi công.
  • Sơ bộ kích thước tiết diện:
    • Chiều dày bản sàn: Chọn $h_b = 10\text{ cm}$ theo công thức $h_b = (D/m) \cdot l$ với bản kê 4 cạnh ($m = 42, D = 1$).
    • Dầm chính: Nhịp ngang nhà $l = 6,0\text{ m}$ và $3,5\text{ m}$ chọn tiết diện $b_d \times h_d = 25 \times 60\text{ cm}$; nhịp dọc nhà $l = 3,0\text{ m}$ chọn $b_d \times h_d = 22 \times 35\text{ cm}$.
    • Dầm phụ: Nhịp $l = 3,6\text{ m}$ chọn tiết diện $b_d \times h_d = 22 \times 35\text{ cm}$.
    • Cột khung: Tầng 1 - 2 chịu lực nén lớn nhất ($N = 109,72\text{ T}$) chọn tiết diện $30 \times 45\text{ cm}$ (diện tích yêu cầu $F_{yc} = 1396\text{ cm}^2$); Tầng 3 - 5 chọn tiết diện $30 \times 35\text{ cm}$.
  • Xác định tải trọng và quy tải về khung K9:
    • Tĩnh tải hoàn thiện: Sàn mái ($318\text{ kG/m}^2$), sàn phòng nghỉ tầng 2-5 ($104\text{ kG/m}^2$), sàn khu vệ sinh ($234\text{ kG/m}^2$), sàn vườn ngoài trời ($475\text{ kG/m}^2$), bản thang bộ ($457\text{ kG/m}^2$). Trọng lượng bản thân tường gạch 2 lỗ xây trên dầm có $g_t = 580\text{ kG/m}$ và $1160\text{ kG/m}$.
    • Hoạt tải sử dụng: Phòng khách, phòng ngủ tính $200 - 240\text{ kG/m}^2$; Sảnh, hành lang tính $300 - 360\text{ kG/m}^2$; Sàn mái lấy $75\text{ kG/m}^2$.
    • Hoạt tải gió: Áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 95\text{ kG/m}^2$, hệ số vượt tải $n = 1,2$, tính toán tải gió đẩy và gió hút phân bố đều lên từng tầng cột.
    • Quy tải: Tải trọng sàn truyền vào dầm chính và dầm phụ theo dạng tải tam giác ($q = \frac{5}{8} q l_1$) và hình thang ($q = [1 - 2\beta^2 + \beta^3] q l_1$). Truyền lực tập trung từ dầm phụ DP1 ($P = 2 \times 1670\text{ kG}$) và phản lực dầm bo vào các cột A9, B9.
  • Tổ hợp nội lực và giải khung: Thiết lập 5 trường hợp chất tải (Tĩnh tải, Hoạt tải 1 lệch tầng lệch nhịp, Hoạt tải 2 lệch tầng lệch nhịp, Gió trái, Gió phải) trên phần mềm SAP 2000 để tìm bao nội lực nguy hiểm nhất cho từng tiết diện.

Chương 3: Tính toán sàn tầng điển hình

Chương 3 trình bày chi tiết việc tính toán nội lực và bố trí cốt thép cho 3 ô bản sàn đại diện tại tầng điển hình theo phương pháp sơ đồ khớp dẻo:

  • Ô sàn S1 (Phòng ngủ): Kích thước $l_d = 4,65\text{ m}$, $l_n = 3,6\text{ m}$; tỷ số $l_d / l_n = 1,29 < 2$ (bản làm việc 2 phương). Chiều dày $h_s = 0,1\text{ m}$, chiều cao làm việc $h_0 = 8\text{ cm}$. Tải trọng tính toán $q = 0,62\text{ T/m}^2$, tổng tải $P = 10,38\text{ T}$.
    • Mômen nhịp ngắn: $M_{11} = 0,2157\text{ T.m} \to A = 0,031 < A_0 \to$ Diện tích thép tính toán $F_a = 1,31\text{ cm}^2$.
    • Mômen nhịp dài: $M_{12} = 0,1294\text{ T.m} \to A = 0,018 < A_0 \to F_a = 0,78\text{ cm}^2$.
    • Mômen âm gối cạnh ngắn: $M_I = 0,4928\text{ T.m} \to A = 0,070 < A_0 \to F_a = 2,05\text{ cm}^2$.
    • Mômen âm gối cạnh dài: $M_{II} = 0,2954\text{ T.m} \to A = 0,042 < A_0 \to F_a = 1,80\text{ cm}^2$.
    • Bố trí thép: Chọn lưới thép $\varnothing 8\text{a}200$ toàn bộ ($F_a = 2,50\text{ cm}^2$), thỏa mãn hàm lượng cốt thép tối thiểu $\mu \ge \mu_{\min} = 0,05%$.
  • Ô sàn S2 (Phòng vệ sinh): Kích thước $l_d = 3,6\text{ m}$, $l_n = 1,85\text{ m}$; tỷ số $l_d / l_n = 1,95 < 2$. Tải trọng $q = 0,75\text{ T/m}^2$, tổng tải $P = 5,0\text{ T}$. Mômen nhịp ngắn $M_{11} = 0,099\text{ T.m}$, mômen gối ngắn $M_I = 0,216\text{ T.m}$. Toàn bộ các vị trí đều được bố trí cốt thép $\varnothing 8\text{a}200$ ($F_a = 2,50\text{ cm}^2$).
  • Ô sàn S3 (Hành lang): Kích thước $l_d = 3,6\text{ m}$, $l_n = 3,5\text{ m}$; tỷ số $l_d / l_n = 1,03 < 2$. Tải trọng $q = 0,74\text{ T/m}^2$, tổng tải $P = 9,32\text{ T}$. Mômen nhịp ngắn $M_{11} = 0,1901\text{ T.m}$, mômen gối ngắn $M_I = 0,4166\text{ T.m}$. Chọn bố trí cốt thép lưới $\varnothing 8\text{a}200$ ($F_a = 2,50\text{ cm}^2$).

Chương 4: Tính toán dầm

Chương này hệ thống hóa phương pháp tính toán cốt thép dọc cho dầm khung K9 từ kết quả tổ hợp nội lực SAP 2000:

  • Tiết diện chịu mômen âm (tại gối tựa): Bản cánh nằm trong vùng chịu kéo nên bỏ qua, dầm tính toán như tiết diện chữ nhật $b \times h$. Xác định hệ số $A = \frac{M}{R_n b h_0^2} \le A_0$, tính hệ số cánh tay đòn $\gamma = 0,5(1 + \sqrt{1 - 2A})$ và diện tích cốt thép $F_a = \frac{M}{R_a \gamma h_0}$.
  • Tiết diện chịu mômen dương (ở giữa nhịp): Bê tông bản sàn nằm trong vùng chịu nén tham gia chịu lực cùng sườn dầm, tính toán theo tiết diện chữ T với bề rộng bản cánh tính toán $b_c = b + 2S_c$ ($S_c \le 6h_c$). Xác định vị trí trục trung hòa qua mômen giới hạn bản cánh $M_c = R_n b_c h_c (h_0 - 0,5h_c)$. Do $M < M_c$, trục trung hòa đi qua cánh, bài toán được tính toán tương đương tiết diện chữ nhật kích thước $b_c \times h$.

Chương 5: Tính toán cột

Chương 5 thuyết minh quy trình tính toán cốt thép cột khung K9 chịu nén uốn lệch tâm phẳng đối xứng:

  • Lựa chọn các cặp nội lực nguy hiểm: Từ bảng tổ hợp nội lực SAP 2000 tại từng tiết diện cột chân tầng, chọn ra 3 tổ hợp nguy hiểm nhất: $|M_{\max}|$ đi kèm $N$ tương ứng; $|N_{\max}|$ đi kèm $M$ tương ứng; và trường hợp có độ lệch tâm tĩnh $e_0 = M/N$ lớn nhất.
  • Quy trình tính toán cốt thép đối xứng ($F_a = F_a'$):
    • Tính toán độ lệch tâm ban đầu $e_0$, độ lệch tâm giới hạn $e_{0gh} = 0,4(1,25h - \xi_0 h_0)$, và xét hệ số uốn dọc $\eta$ phụ thuộc độ mảnh của cột.
    • Xét hệ số tác động của tải trọng dài hạn $K_{dh}$ và hệ số độ lệch tâm $S$.
    • Xác định chiều cao vùng bê tông chịu nén $x = \frac{N}{R_n b}$. Trường hợp lệch tâm lớn ($2a' < x \le \xi_0 h_0$), tính diện tích cốt thép $F_a = F_a' = \frac{N(e - h_0 + 0,5x)}{R_a(h_0 - a')}$. Trường hợp lệch tâm bé ($x > \xi_0 h_0$), hiệu chỉnh chiều cao vùng nén theo $e_0$ và tính cốt thép tương ứng.

Chương 6: Tính toán thang bộ

Chương này trình bày chi tiết việc tính toán các bộ phận cấu thành của hệ thống cầu thang bộ 2 vế:

  • Thông số hình học và cấu tạo thang: Chiều cao bậc $15\text{ cm}$, rộng bậc $30\text{ cm}$; bản thang dày $100\text{ mm}$, chiều rộng vế $1600\text{ mm}$, khe hở lan can $400\text{ mm}$; bản chiếu nghỉ dày $100\text{ mm}$, rộng $1750\text{ mm}$; dầm cốn thang kích thước $15 \times 20\text{ cm}$, dầm chiếu nghỉ kích thước $20 \times 30\text{ cm}$.
  • Tính toán bản thang: Tải trọng tính toán phân bố vuông góc với bản thang $q_{tt} = 913,35\text{ kG/m}^2$. Chiều dài tính toán nhịp ngắn $l_1 = 1820\text{ mm}$, tỷ số $l_2 / l_1 = 2,03 > 2$ nên tính như bản loại dầm kê lên tường và dầm cốn. Cốt thép chịu lực nhịp chọn $\varnothing 6\text{a}200$ ($F_a = 1,41\text{ cm}^2$), cốt thép gối chịu mômen âm đặt theo cấu tạo $\varnothing 6\text{a}150$.
  • Tính toán dầm cốn thang: Chịu tải trọng bản thân, tay vịn gỗ ($30\text{ kG/m}$) và phản lực bản thang truyền vào ($q_{tt} = 960,03\text{ kG/m}$). Sơ đồ tính là dầm đơn giản 1 nhịp có $M_{\max} = 1373,9\text{ kG.m}$ và $Q_{\max} = 1536\text{ kG}$. Chọn cốt thép dọc chịu kéo $2\varnothing 16$ ($F_a = 4,02\text{ cm}^2$), thép cấu tạo trên $2\varnothing 12$, cốt đai $\varnothing 6\text{a}100$ ở đoạn $1/4$ nhịp gần gối và $\varnothing 6\text{a}150$ ở giữa nhịp.
  • Tính toán bản chiếu nghỉ: Tải trọng tác dụng $q_{tt} = 674,4\text{ kG/m}^2$, tỷ số $l_2 / l_1 = 2,057 > 2$ tính theo bản loại dầm. Cốt thép chịu lực chọn $\varnothing 6\text{a}200$ ($F_a = 1,41\text{ cm}^2$), cốt thép mũ $\varnothing 6\text{a}150$.
  • Tính toán dầm chiếu nghỉ: Nhịp dầm tựa lên tường, chịu tải phân bố $q = 712,41\text{ kG/m}$ và 2 lực tập trung từ dầm cốn $P = 1536\text{ kG}$. Mômen uốn tại giữa nhịp $M = 3757,47\text{ kG.m}$. Cốt thép dọc chịu lực tính toán chọn $2\varnothing 20$ ($F_a = 6,28\text{ cm}^2$), cốt thép cấu tạo trên $2\varnothing 14$, cốt đai $\varnothing 6\text{a}150/\text{a}200$, và bố trí thêm 3 cốt treo đai $\varnothing 6\text{a}50$ tại vị trí giao nhau với dầm cốn.

Kết quả và giải pháp kỹ thuật

Đồ án đã hoàn thiện toàn bộ các thông số kỹ thuật, giải pháp kết cấu và thiết kế cốt thép cho công trình Khách sạn Điện Biên, được tổng hợp qua bảng số liệu sau:

Cấu kiện kết cấu Kích thước tiết diện hình học Tải trọng tính toán Nội lực nguy hiểm Bố trí cốt thép lựa chọn
Bản sàn phòng ngủ ($S_1$) $h_s = 10\text{ cm}$, ô $4,65 \times 3,6\text{ m}$ $q = 0,62\text{ T/m}^2$, $P = 10,38\text{ T}$ $M_{11} = 0,2157\text{ T.m}$; $M_I = 0,4928\text{ T.m}$ Lưới thép $\varnothing 8\text{a}200$ ($F_a = 2,50\text{ cm}^2$)
Bản sàn vệ sinh ($S_2$) $h_s = 10\text{ cm}$, ô $3,6 \times 1,85\text{ m}$ $q = 0,75\text{ T/m}^2$, $P = 5,00\text{ T}$ $M_{11} = 0,0990\text{ T.m}$; $M_I = 0,2160\text{ T.m}$ Lưới thép $\varnothing 8\text{a}200$ ($F_a = 2,50\text{ cm}^2$)
Bản sàn hành lang ($S_3$) $h_s = 10\text{ cm}$, ô $3,6 \times 3,5\text{ m}$ $q = 0,74\text{ T/m}^2$, $P = 9,32\text{ T}$ $M_{11} = 0,1901\text{ T.m}$; $M_I = 0,4166\text{ T.m}$ Lưới thép $\varnothing 8\text{a}200$ ($F_a = 2,50\text{ cm}^2$)
Cột khung tầng 1 - 2 $b \times h = 30 \times 45\text{ cm}$ $N_{\max} = 109,72\text{ T}$ Tổ hợp nén uốn lệch tâm lớn Cốt thép dọc đối xứng nhóm AII
Cột khung tầng 3 - 5 $b \times h = 30 \times 35\text{ cm}$ Theo phân phối tầng Tổ hợp nén uốn lệch tâm Cốt thép dọc đối xứng nhóm AII
Dầm chính khung K9 $b \times h = 25 \times 60\text{ cm}$ Tải quy đổi từ bản sàn + tường Mômen âm tại gối, dương ở nhịp Thép dọc nhóm AII, thép đai AI
Bản thang bộ $h = 100\text{ mm}$, vế rộng $1,6\text{ m}$ $q_{tt} = 913,35\text{ kG/m}^2$ Uốn theo phương cạnh ngắn Thép nhịp $\varnothing 6\text{a}200$, thép mũ $\varnothing 6\text{a}150$
Dầm cốn thang $b \times h = 15 \times 20\text{ cm}$ $q_{tt} = 960,03\text{ kG/m}$ $M_{\max} = 1373,9\text{ kG.m}$; $Q = 1536\text{ kG}$ $2\varnothing 16$ dưới, $2\varnothing 12$ trên, đai $\varnothing 6\text{a}100/150$
Dầm chiếu nghỉ $b \times h = 20 \times 30\text{ cm}$ $q = 712,41\text{ kG/m} + 2P$ ($1536\text{ kG}$) $M_{\max} = 3757,47\text{ kG.m}$ $2\varnothing 20$ dưới, $2\varnothing 14$ trên, 3 đai treo $\varnothing 6\text{a}50$

Các giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất:

  • Sử dụng hệ kết cấu thuần khung bê tông cốt thép đổ toàn khối kết hợp phương pháp thi công móng cọc ép để truyền tải trọng công trình xuống nền đất tốt, bảo đảm khả năng chịu lực thẳng đứng và lực ngang của gió.
  • Mặt đứng công trình ứng dụng hệ vách kính khung nhôm kết hợp tấm ốp hợp kim nhôm Alpolic, vừa giảm tải trọng bản thân lên kết cấu khung dầm, vừa tối ưu hóa điều kiện lấy sáng tự nhiên và nâng cao thẩm mỹ đô thị.
  • Quy hoạch mặt bằng tách biệt hệ thống thu gom nước mưa và xử lý nước thải sơ bộ qua hệ thống hố ga kỹ thuật trước khi đấu nối vào hệ thống thoát nước chung của thành phố.

Đóng góp của đồ án:

  • Thể hiện chi tiết quy trình tính toán kỹ thuật kết cấu công trình dân dụng nhiều tầng theo tiêu chuẩn Việt Nam, từ khâu sơ bộ tiết diện, xác lập sơ đồ truyền tải trọng phức tạp (tải tam giác, hình thang, lực tập trung từ dầm phụ và dầm bo) đến việc mô hình hóa bằng phần mềm SAP 2000.
  • Hoàn thiện bài toán thiết kế cấu kiện cục bộ (bản sàn 2 phương theo khớp dẻo, dầm chữ T, cột lệch tâm đối xứng, cầu thang dạng dầm cốn) với đầy đủ các bước kiểm tra điều kiện hạn chế $A \le A_0$, hàm lượng cốt thép $\mu \ge \mu_{\min}$ và bố trí đai treo chống giật tại nút giao dầm.

Hạn chế và phạm vi mở rộng

  • Hạn chế của tài liệu:
    • Mô hình tính toán kết cấu trong đồ án được thực hiện trên sơ đồ khung phẳng 2D (khung K9), chưa xét đến sự tương tác không gian tổng thể ba chiều (3D) của toàn bộ hệ thống kết cấu chịu lực dưới tác động của tải trọng xoắn.
    • Công trình có chiều cao $22,2\text{ m}$ nên theo quy phạm tác giả đã bỏ qua việc tính toán thành phần động của tải trọng gió và chưa thực hiện phân tích tải trọng động đất.
    • Phần giải pháp móng mới dừng ở mức định hướng lựa chọn giải pháp móng cọc ép, chưa trình bày chi tiết bảng tính địa chất, sức chịu tải của cọc và kích thước đài cọc trong phần nội dung văn bản này.
    • Có sự không đồng nhất nhỏ trong văn bản gốc về việc ghi chú địa danh hành chính (phần giới thiệu ghi tỉnh Lai Châu, một đoạn tổng kết ghi khách sạn Bắc Ninh) và ký hiệu tên khung (khung K7 và K9).
  • Hướng mở rộng:
    • Xây dựng mô hình không gian 3D toàn diện cho công trình trên phần mềm ETABS hoặc SAP 2000 để đánh giá chính xác chu kỳ dao động riêng và chuyển vị đỉnh công trình.
    • Bổ sung tính toán chi tiết phần kết cấu ngầm (đài móng cọc ép, giằng móng và nền tầng hầm nếu có) dựa trên số liệu khảo sát địa chất công trình cụ thể.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu chuyên khảo kỹ thuật có giá trị thực tiễn đối với:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp: Cung cấp tài liệu mẫu hoàn chỉnh phục vụ làm đồ án môn học Kết cấu Bê tông cốt thép, Đồ án Kiến trúc Dân dụng và Đồ án Tốt nghiệp kỹ sư xây dựng.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu công trình: Tham khảo quy trình phân tích truyền tải trọng sàn vào hệ dầm khung phẳng, phương pháp xác định tải trọng gió theo $TCVN\ 2737:1995$, và các bảng tra hệ số tính toán bản sàn theo sơ đồ khớp dẻo của tài liệu Vũ Mạnh Hùng.
  • Các phần nội dung có giá trị tham khảo cao nhất:
    • Phương pháp quy đổi tải trọng phân bố sàn dạng tam giác, hình thang và lực tập trung từ hệ dầm phụ/dầm bo về dầm chính khung ngang.
    • Quy trình chi tiết tính toán và cấu tạo cốt thép cầu thang bộ 2 vế có dầm cốn (tính bản thang, bản chiếu nghỉ, dầm cốn, dầm chiếu nghỉ và tính toán cốt đai treo chống giật).
    • Thuật toán kiểm tra và tính toán cột chịu nén lệch tâm phẳng đối xứng theo giáo trình kết cấu khung BTCT.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình Khách sạn Điện Biên có quy mô kích thước và phân chia chức năng các tầng như thế nào? Công trình có tổng diện tích khu đất $1273\text{ m}^2$, diện tích xây dựng $806\text{ m}^2$, chiều cao toàn bộ $22,2\text{ m}$ gồm 5 tầng chức năng và 1 tầng tum/mái. Tầng 1 cao $4,5\text{ m}$ (tiếp tân, phòng tiệc, siêu thị, gửi đồ); Tầng 2 đến Tầng 5 cao $3,0\text{ m/tầng}$ (phòng nghỉ khách sạn); Tầng tum cao $2,7\text{ m}$ (khu giải trí, thư giãn, kỹ thuật).

2. Công trình sử dụng phương án kết cấu chịu lực nào và các thông số vật liệu chính là gì? Công trình sử dụng hệ kết cấu thuần khung bê tông cốt thép đổ toàn khối (cột, dầm, sàn liên kết cứng). Vật liệu sử dụng gồm bê tông B20 ($R_n = 11,9\text{ MPa}$, $R_b = 115\text{ kG/cm}^2$, $R_k = 9\text{ kG/cm}^2$), cốt thép dọc chịu lực nhóm AII ($R_a = R_s = 2800\text{ kG/cm}^2$), cốt thép đai nhóm AI ($R_{ad} = 2250\text{ kG/cm}^2$).

3. Tiết diện dầm, cột và sàn của công trình được sơ bộ với kích thước bao nhiêu? Chiều dày bản sàn chọn $h_b = 10\text{ cm}$. Dầm chính chọn tiết diện $25 \times 60\text{ cm}$ (nhịp $6,0\text{ m}$ và $3,5\text{ m}$) và $22 \times 35\text{ cm}$ (nhịp $3,0\text{ m}$). Dầm phụ chọn tiết diện $22 \times 35\text{ cm}$ (nhịp $3,6\text{ m}$). Cột khung Tầng 1 - 2 chọn $30 \times 45\text{ cm}$, Tầng 3 - 5 chọn $30 \times 35\text{ cm}$.

4. Kết quả tính toán cốt thép cho các ô sàn tầng điển hình ($S_1, S_2, S_3$) như thế nào? Cả 3 ô sàn $S_1$ (phòng ngủ $4,65 \times 3,6\text{ m}$), $S_2$ (vệ sinh $3,6 \times 1,85\text{ m}$) và $S_3$ (hành lang $3,6 \times 3,5\text{ m}$) đều là bản kê 4 cạnh làm việc 2 phương ($l_d / l_n < 2$), chiều dày $10\text{ cm}$ ($h_0 = 8\text{ cm}$). Qua tính toán mômen nhịp và gối theo sơ đồ khớp dẻo, tất cả các ô sàn đều được lựa chọn bố trí lưới thép chịu lực $\varnothing 8\text{a}200$ ($F_a = 2,50\text{ cm}^2$).

5. Cấu tạo và cốt thép của hệ thống cầu thang bộ 2 vế được thiết kế ra sao? Bản thang dày $100\text{ mm}$ (thép chịu lực $\varnothing 6\text{a}200$, thép mũ $\varnothing 6\text{a}150$); Dầm cốn thang kích thước $15 \times 20\text{ cm}$ (thép dọc dưới $2\varnothing 16$, thép trên $2\varnothing 12$, đai $\varnothing 6\text{a}100/\text{a}150$); Bản chiếu nghỉ dày $100\text{ mm}$ (thép $\varnothing 6\text{a}200$); Dầm chiếu nghỉ kích thước $20 \times 30\text{ cm}$ (thép dọc dưới $2\varnothing 20$, thép trên $2\varnothing 14$, đai $\varnothing 6\text{a}150/\text{a}200$, và 3 đai treo gia cường $\varnothing 6\text{a}50$).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Đặng Huy Hùng đã hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ thiết kế kiến trúc và kết cấu chịu lực bê tông cốt thép cho công trình Khách sạn Điện Biên cao 5 tầng và 1 tầng mái tại tỉnh Lai Châu. Thông qua việc ứng dụng phần mềm SAP 2000 và các phương pháp giải tích truyền thống theo hệ thống tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam, tác giả đã giải quyết chính xác bài toán truyền tải trọng và tính toán chi tiết cốt thép cho hệ khung phẳng K9, sàn điển hình và cầu thang bộ. Toàn bộ nội dung thuyết minh cung cấp hệ thống số liệu kỹ thuật rõ ràng, tuân thủ nghiêm ngặt các điều kiện hạn chế về cường độ và cấu tạo, đóng vai trò là một tài liệu tham khảo học thuật hữu ích cho sinh viên và kỹ sư ngành xây dựng công trình.