Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Đồ án tốt nghiệp với đề tài "Trụ sở làm việc Công ty nông nghiệp Hải Dương" được thực hiện bởi sinh viên Nguyễn Văn Duy (lớp XD1201D, mã sinh viên 110912) dưới sự hướng dẫn của TS. Đoàn Văn Duẩn và ThS. Lê Bá Sơn tại Khoa Xây dựng, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng (bảo vệ năm 2017). Bối cảnh thực tiễn được tác giả nêu rõ xuất phát từ sự phát triển của các công trình nhà cao tầng bằng bê tông cốt thép tại Việt Nam, đặc biệt tại các đô thị lớn như Hà Nội, Hải Phòng và Thành phố Hồ Chí Minh. Các công trình này đáp ứng nhu cầu tập trung mật độ làm việc, cải thiện điều kiện sinh hoạt và văn phòng, đồng thời thay đổi diện mạo kiến trúc đô thị. Đề tài là đồ án thiết kế kỹ thuật giả định được xây dựng nhằm hệ thống hóa toàn bộ kiến thức chuyên ngành đào tạo 5 năm ngành Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu, thiết kế của đồ án được phân chia cụ thể theo văn bản nhiệm vụ như sau:
- Nhiệm vụ phần Kiến trúc: Thể hiện và vẽ lại toàn bộ hệ thống bản vẽ mặt bằng các tầng, mặt đứng và các mặt cắt của công trình dựa trên bộ số liệu kích thước điều chỉnh:
- Nhịp dầm điều chỉnh từ 6,3 m thành 7,0 m.
- Bước cột điều chỉnh từ 4,5 m thành 5,0 m.
- Chiều cao các tầng điều chỉnh từ 3,6 m thành 3,8 m.
- Nhiệm vụ phần Kết cấu (chiếm 45% - 55% khối lượng đồ án):
- Tính toán và thiết kế chi tiết hệ sàn tầng 5.
- Xác định tải trọng, tính toán nội lực và thiết kế cốt thép cho khung ngang trục 5.
- Thiết kế kết cấu móng trục 5.
- Nhiệm vụ phần Thi công (theo đề cương và mục lục đồ án): Thiết kế biện pháp kỹ thuật thi công phần ngầm (cọc, đất), kỹ thuật thi công phần thân (ván khuôn, bê tông cốt thép cột, dầm, sàn), lựa chọn máy móc thi công và thiết kế tổng mặt bằng cùng tiến độ thi công.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Giải pháp kiến trúc và tính toán kết cấu bê tông cốt thép toàn khối cho công trình nhà văn phòng làm việc nhiều tầng.
- Phạm vi không gian: Địa điểm xây dựng giả định tại thành phố Hải Dương; diện tích mặt bằng công trình hình chữ nhật kích thước 16,7 m x 26,0 m; quy mô 9 tầng với tổng chiều cao đỉnh mái là 36,9 m.
- Phạm vi thời gian: Đồ án được triển khai thực hiện trong thời gian 14 tuần theo chương trình đào tạo kỹ sư khóa 2012 - 2017.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết, tiêu chuẩn kỹ thuật và tài liệu tính toán được tác giả trích dẫn và sử dụng trực tiếp trong đồ án bao gồm:
- Tiêu chuẩn tải trọng và tác động: TCVN 2737 - 1995 được áp dụng để xác định giá trị hoạt tải sử dụng theo chức năng các phòng (văn phòng 240 daN/m², hành lang 360 daN/m², phòng họp 480 daN/m², mái 97,5 daN/m² đến 240 daN/m²) và tĩnh tải các lớp cấu tạo kiến trúc.
- Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép: TCVN 5574 - 1991 dùng để xác định sơ đồ tính toán cột khung bê tông cốt thép đổ tại chỗ với chiều dài tính toán $l_0 = 0,7H$, kiểm tra điều kiện ổn định và độ mảnh giới hạn $[\lambda] = 31$.
- Tài liệu chuyên ngành thực hành: Sách "Sổ tay thực hành kết cấu công trình" của PGS. Vũ Mạnh Hùng, dùng để tra các hệ số quy đổi tải trọng diện truyền tải dạng tam giác ($k = 0,625$) và dạng hình thang ($k = 0,791$ và $k = 0,874$) từ sàn về dầm chữ nhật (bảng 4-4); tra bảng hệ số mômen uốn (bảng 1-19) cho bản kê bốn cạnh làm việc theo sơ đồ đàn hồi số 9 đối với sàn khu vệ sinh.
- Lý thuyết tính toán kết cấu bản sàn: Kết hợp hai phương pháp: phương pháp khớp dẻo (áp dụng phương trình cân bằng giới hạn cho các ô sàn phòng làm việc và hành lang làm việc hai phương hoặc một phương) và phương pháp tính theo sơ đồ đàn hồi (áp dụng riêng cho ô sàn khu vệ sinh nhằm hạn chế nứt).
Phương pháp nghiên cứu và công cụ kỹ thuật:
- Phương pháp phân tích - tổng hợp: So sánh ưu nhược điểm giữa các hệ kết cấu chịu lực nhà cao tầng (hệ thuần khung, hệ vách lõi cứng, hệ kết cấu hỗn hợp khung - vách) và các phương án kết cấu sàn (sàn sườn toàn khối, sàn ô cờ, sàn nấm không dầm) để lựa chọn giải pháp tối ưu cho công trình 9 tầng.
- Phương pháp tách khung phẳng: Do công trình có mặt bằng đối xứng chữ nhật (16,7 m x 26,0 m), chiều dài lớn hơn chiều rộng, độ cứng theo phương dọc nhà lớn hơn phương ngang, tác giả quan niệm tách khung ngang trục 5 để tính toán như một khung phẳng chịu tải trọng đứng và tải trọng ngang.
- Công cụ phần mềm: Sử dụng phần mềm SAP 2000 để mô hình hóa sơ đồ thanh của khung trục 5, tự động tính trọng lượng bản thân các cấu kiện dầm, cột và giải nội lực dưới các trường hợp tải trọng.
Vật liệu sử dụng trong tính toán:
- Phần bê tông: Bê tông cấp độ bền B15 có cường độ chịu nén tính toán $R_b = 8,5\text{ MPa}$, sử dụng xi măng PC 300, cát vàng, đá dăm kích thước 1x2 cm.
- Phần cốt thép: Thép có đường kính $d < 10\text{ mm}$ sử dụng nhóm thép AI (cường độ tính toán $R_a = 230\text{ MPa}$); thép có đường kính $d \ge 10\text{ mm}$ sử dụng nhóm thép AII (cường độ tính toán $R_a = 280\text{ MPa}$).
Nội dung chính theo từng chương
Phần 1: Kiến trúc
Phần kiến trúc trình bày tổng quan công trình trụ sở 9 tầng với chức năng văn phòng, phòng họp và phòng chức năng cho các đơn vị trực thuộc Công ty Nông nghiệp Hải Dương. Phong cách kiến trúc kết hợp giữa hình thức Pháp cổ (phào chỉ nổi sơn nâu đậm, tường sơn vàng chanh, lan can con tiện xi măng, cửa pano gỗ dổi) và công năng hiện đại.
Các giải pháp kỹ thuật hạ tầng và kiến trúc gồm:
- Mặt bằng và hình khối: Mặt bằng hình chữ nhật kích thước 26,0 m x 16,7 m, bố trí hướng Bắc - Nam. Chiều cao mỗi tầng là 3,8 m; chiều cao đỉnh tum mái là 36,9 m; cốt nền tầng một cao hơn cốt vỉa hè là 0,45 m (cốt -450 mm).
- Giao thông nội bộ và thoát hiểm: Tuyến đường bao quanh rộng 2 làn xe đảm bảo cho xe chữa cháy và xe kỹ thuật tiếp cận. Giao thông trục đứng gồm 1 thang máy và 1 cầu thang bộ đặt tại trung tâm; hành lang chính rộng 2,7 m chạy dọc trước các phòng; bình chữa cháy bố trí tại sảnh thang bộ.
- Vật lý kiến trúc và thông gió: Tường bao che xây gạch 220 mm cách nhiệt; sàn mái có lớp bê tông xỉ dày 50 mm tạo dốc và cách nhiệt, trên lát gạch chống nóng 20 mm; khu vệ sinh bố trí thẳng đứng từ tầng 1 đến mái, thoát khí qua hộp kỹ thuật xuyên sàn.
- Hệ thống cấp điện và cấp thoát nước: Cấp điện qua trạm biến áp 2000 kVA lưới 220V/380V. Cấp nước từ mạng thành phố vào bể ngầm, dùng bơm cao áp đẩy lên két nước mái rồi phân phối tự chảy. Thoát nước mưa bằng ống PVC $d = 100\text{ mm}$ dẫn vào rãnh thu quanh nhà; nước thải khu vệ sinh dẫn qua ống đứng hộp kỹ thuật xuống bể tự hoại xử lý trước khi ra cống thành phố.
Phần 2: Kết cấu - Chương 1: Phân tích giải pháp kết cấu
Tác giả phân tích lý thuyết 3 nhóm hệ kết cấu chịu lực cho nhà cao tầng: hệ thuần khung (phù hợp công trình dưới 15-20 tầng), hệ vách lõi cứng (hiệu quả cho công trình trên 20 tầng) và hệ hỗn hợp khung - vách (tối ưu cho nhà 20-40 tầng). Căn cứ quy mô 9 tầng (cao 36,9 m), mặt bằng đối xứng 16,7 m x 26 m, tác giả quyết định lựa chọn hệ khung chịu lực bê tông cốt thép toàn khối. Để đơn giản và thiên về an toàn, công trình được cắt khung ngang tính theo sơ đồ khung phẳng.
Đối với kết cấu sàn, tác giả so sánh 3 phương án:
- Sàn sườn toàn khối: Tính toán đơn giản, công nghệ thi công quen thuộc, tiết kiệm vật liệu cho nhịp vừa.
- Sàn nhiều dầm (sàn ô cờ): Thẩm mỹ cao, vượt nhịp lớn nhưng thi công phức tạp, tốn kém.
- Sàn không dầm (sàn nấm): Giảm chiều cao tầng nhưng chiều dày bản sàn lớn, thi công phức tạp và tốn thép khi tải trọng dưới 1000 daN/m².
Tác giả quyết định chọn hệ sàn sườn toàn khối cho toàn bộ công trình. Về phương án móng, tác giả định hướng bắt buộc sử dụng móng sâu (móng cọc) để truyền tải trọng lớn của khối nhà 9 tầng xuống lớp địa chất tốt.
Phần 2: Kết cấu - Chương 2: Xác định sơ bộ kích thước các cấu kiện và xác định tải trọng đơn vị
Tác giả thiết lập công thức xác định kích thước sơ bộ cấu kiện dầm, cột, sàn dựa trên điều kiện chịu lực và độ võng:
- Chiều dày bản sàn ($h_s$): Ô sàn phòng làm việc Ô1 ($5 \times 7\text{ m}$) chọn $h_{s1} = 10\text{ cm}$; Ô sàn hành lang Ô2 ($2,7 \times 5\text{ m}$) chọn $h_{s2} = 8\text{ cm}$; Ô văng/ban công Ô3 ($1,2 \times 5\text{ m}$) chọn $h_{s3} = 10\text{ cm}$; Sàn mái chọn $h_{sm} = 10\text{ cm}$.
- Kích thước dầm: Dầm khung ngang nhịp AB và CD ($7,0\text{ m}$) cùng côngxôn chọn $b \times h = 220 \times 800\text{ mm}$; dầm ngang nhịp BC hành lang ($2,7\text{ m}$) chọn $b \times h = 220 \times 300\text{ mm}$; dầm dọc nhà nhịp 5,0 m chọn $b \times h = 220 \times 450\text{ mm}$.
- Tiết diện cột khung trục 5: Tính toán diện truyền tải ($S_A = 20,5\text{ m}²$; $S_B = S_C = 24,25\text{ m}²$; $S_D = 17,5\text{ m}²$), lực dọc tích lũy $N$ và xác định diện tích tiết diện $A = k \cdot N / R_b$. Cột được thiết kế giảm tiết diện 2 lần theo chiều cao:
| Vị trí cột |
Tầng 1 đến tầng 4 |
Tầng 5 đến tầng 7 |
Tầng 8 đến tầng 9 |
| Cột trục A |
$450 \times 750\text{ mm}$ |
$350 \times 500\text{ mm}$ |
$220 \times 300\text{ mm}$ |
| Cột trục B, C |
$450 \times 650\text{ mm}$ |
$350 \times 500\text{ mm}$ |
$220 \times 300\text{ mm}$ |
| Cột trục D |
$450 \times 650\text{ mm}$ |
$350 \times 500\text{ mm}$ |
$220 \times 300\text{ mm}$ |
Kiểm tra độ mảnh của cột tầng 1 với chiều cao tính toán $l_0 = 0,7 \times 3,8 = 2,66\text{ m}$: $\lambda = l_0 / b = 2,66 / 0,45 = 5,9 \le [\lambda] = 31$, đảm bảo điều kiện ổn định.
Xác định tải trọng đơn vị tiêu chuẩn và tính toán:
| Loại kết cấu / Tường |
Tĩnh tải ($g$) |
Hoạt tải ($p$) |
| Sàn văn phòng |
$422,6\text{ daN/m}²$ |
$240,0\text{ daN/m}²$ |
| Sàn hành lang |
$367,6\text{ daN/m}²$ |
$360,0\text{ daN/m}²$ |
| Sàn phòng họp |
Theo cấu tạo sàn |
$480,0\text{ daN/m}²$ |
| Sàn mái |
$472,0\text{ daN/m}²$ (kể cả BT: $652\text{ daN/m}²$) |
$97,5\text{ daN/m}²$ đến $240\text{ daN/m}²$ |
| Tường xây 110 mm |
$296,0\text{ daN/m}²$ |
- |
| Tường xây 220 mm |
$514,0\text{ daN/m}²$ |
- |
Phần 2: Kết cấu - Chương 3: Thiết kế sàn
Mặt bằng kết cấu sàn tầng 5 được phân loại thành các ô bản theo tỷ số cạnh $l_2 / l_1$:
- Bản làm việc hai phương ($l_2 / l_1 \le 2$, bản kê 4 cạnh): Ô1, Ô2, Ô4, Ô5, Ô7, Ô8, Ô9.
- Bản làm việc một phương ($l_2 / l_1 > 2$, bản loại dầm): Ô3, Ô6, Ô10.
Bảng tổng hợp kích thước và tải trọng tính toán các ô bản sàn tầng 5:
| Ô sàn |
Kích thước $l_1 \times l_2$ (m) |
Tĩnh tải (daN/m²) |
Hoạt tải (daN/m²) |
Tải tính toán (daN/m²) |
| Ô1 |
$5,0 \times 7,0$ |
422,6 |
240,0 |
662,6 |
| Ô2 |
$2,7 \times 5,0$ |
367,6 |
360,0 |
727,6 |
| Ô3 |
$1,2 \times 5,0$ |
422,6 |
240,0 |
662,6 |
| Ô4 |
$2,7 \times 6,0$ |
412,7 |
360,0 |
727,6 |
| Ô5 |
$5,8 \times 6,0$ |
422,6 |
360,0 |
662,6 |
| Ô6 |
$1,2 \times 6,0$ |
422,6 |
240,0 |
662,6 |
| Ô7 (WC) |
$2,5 \times 3,5$ |
412,7 |
200,0 |
612,7 |
| Ô8 |
$1,53 \times 2,9$ |
422,6 |
240,0 |
662,6 |
| Ô9 |
$1,53 \times 2,3$ |
422,6 |
240,0 |
662,6 |
| Ô10 |
$0,88 \times 6,0$ |
422,6 |
360,0 |
662,6 |
Tác giả giải nội lực và bố trí cốt thép cho các ô sàn tiêu biểu:
- Ô sàn Ô1 ($5 \times 7\text{ m}$, dày 10 cm): Tính theo sơ đồ khớp dẻo. Mômen nhịp cạnh ngắn $M_1 = 4,29\text{ kN.m}$, cạnh dài $M_2 = 2,13\text{ kN.m}$; mômen gối $M_I = 6,44\text{ kN.m}$, $M_{II} = 3,20\text{ kN.m}$. Bố trí cốt thép: nhịp cạnh ngắn chọn $\phi 8\text{a}200$ ($A_s = 251,5\text{ mm}²$, $\mu = 0,29%$), nhịp cạnh dài chọn $\phi 8\text{a}200$ ($A_s = 251,5\text{ mm}²$, $\mu = 0,30%$), gối cạnh ngắn chọn $\phi 8\text{a}150$ ($A_s = 351,9\text{ mm}²$, $\mu = 0,414%$), gối cạnh dài chọn $\phi 8\text{a}150$ ($A_s = 351,9\text{ mm}²$, $\mu = 0,43%$).
- Ô sàn Ô5 ($5,8 \times 6,0\text{ m}$, dày 10 cm): Tính theo sơ đồ dẻo. Mômen gối $M_I = 5,52\text{ kN.m}$, $M_{II} = 5,13\text{ kN.m}$. Thép nhịp dùng $\phi 8\text{a}200$, thép gối dùng $\phi 8\text{a}150$.
- Ô sàn Ô3 ($1,2 \times 5,0\text{ m}$, dày 10 cm): Tính theo bản dầm côngxôn ngàm 1 đầu. Thép gối ngàm bố trí $\phi 8\text{a}150$ ($A_s = 351,9\text{ mm}²$).
- Ô sàn Ô7 khu WC ($2,5 \times 3,5\text{ m}$): Tính theo sơ đồ đàn hồi số 9. Mômen nhịp cạnh ngắn $M_1 = 1,97\text{ kN.m}$. Cốt thép gối và nhịp đều chọn $\phi 8\text{a}200$ ($A_s = 251,5\text{ mm}²$, $\mu = 0,29%$).
Phần 2: Kết cấu - Chương 4: Tính khung trục 5
Chương này xây dựng sơ đồ hình học và tính toán tải trọng tác dụng lên khung phẳng trục 5:
- Kích thước sơ đồ khung: Nhịp tính toán dầm biên $L_{AB} = L_{CD} = 6,865\text{ m}$; nhịp dầm giữa $L_{BC} = 2,89\text{ m}$; côngxôn trục A ra A' là $1,2\text{ m}$. Chiều cao cột tầng 1 là $4,6\text{ m}$ (do chôn móng sâu $0,5\text{ m}$, cốt nền tầng 1 cao hơn vỉa hè $0,45\text{ m}$); các tầng từ 2 đến 9 có chiều cao đều nhau là $3,8\text{ m}$.
- Tĩnh tải phân bố trên dầm khung tầng 3 đến tầng 9:
- $g_1 = 2561,5\text{ daN/m}$ (gồm tường 110 cao 3,0 m là $888\text{ daN/m}$ và tải sàn Ô1 hình thang truyền vào là $1673,5\text{ daN/m}$).
- $g_2 = 595,05\text{ daN/m}$ (tải tam giác từ sàn hành lang Ô2).
- $g_3 = 2591,1\text{ daN/m}$ (tương đương dầm nhịp CD).
- $g_4 = 1542\text{ daN/m}$ (tường 220 mm cao 3,0 m trên dầm côngxôn).
- Tĩnh tải tập trung đặt tại các nút cột trục 5 (tầng 3 đến 9):
- Nút A: $G_A = 8492\text{ daN}$.
- Nút B: $G_B = 8854,2\text{ daN}$.
- Nút C: $G_C = 8854,2\text{ daN}$.
- Nút D: $G_D = 10404,6\text{ daN}$.
- Đầu mút côngxôn A': $G_{A'} = 6346,7\text{ daN}$.
- Tĩnh tải tầng 2: $G_A = 9069,8\text{ daN}$; $G_B = G_C = 8854,2\text{ daN}$; $G_D = 10404,6\text{ daN}$; $G_{A'} = 6655,9\text{ daN}$.
- Tĩnh tải tầng mái: $g_1 = g_3 = 2257,3\text{ daN/m}$; $g_2 = 925,4\text{ daN/m}$; $g_4 = 616,8\text{ daN/m}$; tải tập trung nút $G_A = 10972,3\text{ daN}$, $G_B = G_C = 5740,3\text{ daN}$, $G_D = 7855,3\text{ daN}$, $G_{A'} = 2922\text{ daN}$.
- Hoạt tải phân bố tầng 2, 4, 6, 8: $p_1 = 453,7\text{ daN/m}$ truyền từ bản sàn dạng hình thang.
- Theo mục lục đồ án, các nội dung tiếp nối của chương 4 gồm: xác định tải trọng gió, phân tích nội lực bằng phần mềm SAP 2000, tổ hợp nội lực (tổ hợp cơ bản 1, tổ hợp cơ bản 2), tính toán diện tích cốt thép dầm và cốt thép cột khung trục 5.
Các nội dung kết cấu và thi công theo đề cương đồ án
Theo mục lục toàn văn, phần kỹ thuật còn lại của đồ án hoàn thiện các hạng mục:
- Tính toán cầu thang bộ trục 3-4: Thiết kế bản thang bê tông cốt thép, cốn thang chịu lực.
- Thiết kế móng trục 5: Đánh giá điều kiện địa chất công trình tại Hải Dương và tính toán kết cấu móng cọc chịu tải trọng chân cột trục 5 truyền xuống.
- Phần 3: Thi công: Lập biện pháp kỹ thuật thi công cọc và đất hố móng; giải pháp công nghệ thi công phần thân (cốp pha, cốt thép, bê tông dầm, sàn, cột); tính toán khối lượng công tác và lựa chọn cần trục/máy thi công; lập biểu tiến độ thi công, thiết kế tổng mặt bằng xây dựng và các biện pháp an toàn lao động, vệ sinh môi trường.
Kết quả và đóng góp
Kết quả tính toán kỹ thuật cụ thể có trong văn bản:
- Xác lập kích thước hình học chuẩn xác của công trình: 9 tầng, chiều cao đỉnh tum 36,9 m; lưới cột điều chỉnh theo nhiệm vụ gồm bước dầm 7,0 m - 2,7 m - 7,0 m và bước cột dọc nhà 5,0 m.
- Xác định và kiểm toán đầy đủ hệ thống tiết diện cấu kiện chịu lực chính: dầm chính khung $220 \times 800\text{ mm}$, dầm hành lang $220 \times 300\text{ mm}$, dầm dọc $220 \times 450\text{ mm}$; chiều dày sàn 8 cm (hành lang) và 10 cm (văn phòng, mái, vệ sinh).
- Tiết diện cột được tối ưu hóa theo tải trọng dọc tích lũy, giảm dần theo chiều cao nhà qua 2 giai đoạn: cột trục A giảm từ $450 \times 750\text{ mm}$ (tầng 1-4) xuống $350 \times 500\text{ mm}$ (tầng 5-7) và $220 \times 300\text{ mm}$ (tầng 8-9); các cột trục B, C, D giảm từ $450 \times 650\text{ mm}$ xuống $350 \times 500\text{ mm}$ và $220 \times 300\text{ mm}$. Độ mảnh cột tầng 1 đạt $\lambda = 5,9 < 31$, đảm bảo an toàn ổn định nén uốn.
- Thiết kế cốt thép bản sàn tầng 5 đạt tỷ lệ hàm lượng hợp lý: thép sàn nhịp sử dụng $\phi 8\text{a}200$ ($\mu = 0,29% - 0,30%$), thép gối sử dụng $\phi 8\text{a}150$ ($\mu = 0,414% - 0,43%$), thỏa mãn điều kiện hạn chế khớp dẻo $\alpha_m < \alpha_{pl} = 0,255$ và lớn hơn hàm lượng tối thiểu $\mu_{min} = 0,05%$.
- Lập bảng giá trị số học chi tiết về tải trọng phân bố và tải trọng tập trung tác dụng lên từng nút khung trục 5 cho các tầng chẵn, tầng lẻ và tầng mái.
Giải pháp và kiến nghị kỹ thuật do tác giả đề xuất:
- Về kiến trúc: Sử dụng kết hợp vật liệu cách nhiệt truyền thống và hiện đại (lớp đệm bê tông xỉ 50 mm tạo dốc và gạch chống nóng 20 mm cho mái, tường bao 220 mm) để giảm bức xạ nhiệt cho tòa nhà văn phòng hướng Bắc - Nam.
- Về kết cấu: Lựa chọn hệ kết cấu thuần khung bê tông cốt thép đổ toàn khối kết hợp sàn sườn, giúp đơn giản hóa biện pháp thi công cốp pha và giảm giá thành xây dựng so với sàn nấm hay sàn ô cờ.
- Về nền móng: Kiến nghị giải pháp móng sâu (móng cọc) để chịu tải trọng tập trung rất lớn từ các cột tầng 1 (lực dọc $N$ cột biên và cột giữa vượt trên 217 - 221 tấn).
Đóng góp tự nhận của tác giả:
- Hoàn thành đầy đủ khối lượng tính toán kỹ thuật một công trình thực tế từ kiến trúc, sơ bộ tiết diện, tính sàn, giải khung đến tổ chức thi công.
- Ứng dụng thành công phần mềm chuyên ngành SAP 2000 vào việc giải quyết bài toán phân tích khung nhiều tầng theo đúng quy phạm xây dựng hiện hành.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của đồ án:
- Tính chất đề tài là phương án thiết kế giả định phục vụ tốt nghiệp, chưa qua kiểm chứng thực tế thi công tại hiện trường.
- Về quan niệm tính toán: Tác giả giản lược bài toán không gian thành sơ đồ khung phẳng ngang trục 5 thuần túy. Mặc dù công trình có thang máy nhưng được xây bằng tường gạch, chưa xét đến sự tham gia chịu lực ngang của vách cứng hoặc lõi cứng bê tông cốt thép trong mô hình tổng thể.
- Tác giả tự đánh giá trong lời cảm ơn: Do còn hạn chế về kiến thức, thời gian (14 tuần) và kinh nghiệm thực tế nên đồ án khó tránh khỏi những thiếu sót và khiếm khuyết trong quá trình tính toán chi tiết.
Hướng phát triển và nghiên cứu tiếp:
- Chuyển đổi mô hình phân tích từ khung phẳng 2D sang mô hình khung không gian 3D tổng thể trên các phần mềm kết cấu (ETABS, SAP 2000), có xét đến độ cứng xoắn và sự tương tác giữa các khung ngang và khung dọc.
- Nghiên cứu bố trí vách cứng bê tông cốt thép tại khu vực thang máy và buồng thang bộ để tăng độ cứng chống tải trọng ngang (gió bão, động đất) cho công trình cao trên 30 m.
- Khảo sát số liệu địa chất công trình chi tiết tại hiện trường để so sánh kinh tế - kỹ thuật giữa cọc ép bê tông cốt thép và cọc khoan nhồi cho phần móng.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo trực tiếp cho sinh viên chuyên ngành Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp, Kiến trúc công trình và các kỹ sư mới ra trường đang thực hiện đồ án tốt nghiệp hoặc thiết kế nhà văn phòng nhiều tầng.
Các nội dung có giá trị tham khảo cụ thể:
- Quy trình chuẩn xác trong việc xác định sơ bộ kích thước tiết diện dầm, cột, sàn dựa trên diện truyền tải và lực dọc ước tính.
- Phương pháp lập bảng tính tải trọng phân bố hình thang, tam giác và quy đổi về tải trọng phân bố đều chữ nhật trên dầm khung theo bảng tra của PGS. Vũ Mạnh Hùng.
- Các bước tính toán cốt thép bản sàn theo lý thuyết khớp dẻo và tính toán sàn vệ sinh theo sơ đồ đàn hồi.
- Bảng số liệu tải trọng chi tiết của một khung ngang nhà cao tầng điển hình làm dữ liệu đối chuẩn khi mô hình hóa trên phần mềm tính toán kết cấu.
Câu hỏi thường gặp
Công trình có quy mô hình học, số tầng và chiều cao tổng thể như thế nào?
Công trình gồm 9 tầng với tổng chiều cao đỉnh mái là 36,9 m. Kích thước mặt bằng là 26,0 m x 16,7 m. Chiều cao mỗi tầng là 3,8 m; riêng chiều cao tính toán của cột tầng 1 là 4,6 m do tính từ mặt móng chôn sâu 0,5 m dưới cốt đất tự nhiên -0,45 m.
Tác giả đã lựa chọn những loại vật liệu kết cấu nào cho công trình?
Về bê tông, công trình sử dụng bê tông cấp độ bền B15 có cường độ chịu nén tính toán $R_b = 8,5\text{ MPa}$, cát vàng, đá dăm 1x2 cm và xi măng PC 300. Về cốt thép, cốt thép có đường kính $d < 10\text{ mm}$ dùng thép AI ($R_a = 230\text{ MPa}$), đường kính $d \ge 10\text{ mm}$ dùng thép AII ($R_a = 280\text{ MPa}$).
Tiết diện cột khung trục 5 thay đổi như thế nào qua các tầng?
Tiết diện cột được giảm kích thước 2 lần: Tầng 1 đến tầng 4 bố trí cột trục A là $450 \times 750\text{ mm}$, cột trục B, C, D là $450 \times 650\text{ mm}$; Tầng 5 đến tầng 7 giảm xuống $350 \times 500\text{ mm}$ cho tất cả các trục; Tầng 8 đến tầng 9 tiếp tục giảm xuống $220 \times 300\text{ mm}$.
Bản sàn tầng 5 được tính toán theo các phương pháp lý thuyết nào?
Tác giả áp dụng phương pháp khớp dẻo cho các ô sàn phòng làm việc, ban công và hành lang (như Ô1, Ô2, Ô3, Ô5). Riêng ô sàn khu vệ sinh (Ô7) được tính toán theo lý thuyết đàn hồi (sơ đồ số 9 tra sổ tay kết cấu) nhằm đảm bảo khả năng chống nứt và chống thấm.
Tại sao tác giả lại tách khung ngang trục 5 để tính toán dưới dạng khung phẳng thuần túy?
Do công trình có chiều dài 26 m lớn hơn chiều rộng 16,7 m, độ cứng theo phương dọc nhà lớn hơn độ cứng theo phương ngang, mặt bằng nhà đối xứng hình khối đơn giản và lồng thang máy xây bằng gạch. Do đó, để đơn giản hóa quá trình tính toán và thiên về an toàn, tác giả tách riêng một khung ngang đại diện để phân tích nội lực phẳng.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Trụ sở làm việc Công ty nông nghiệp Hải Dương" của sinh viên Nguyễn Văn Duy là một công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho nhà văn phòng 9 tầng kết cấu bê tông cốt thép toàn khối. Tác giả đã giải quyết đồng bộ từ việc thiết kế giải pháp kiến trúc mang phong cách Pháp cổ kết hợp công năng hiện đại, lựa chọn hệ kết cấu khung sườn chịu lực phù hợp đến việc sơ bộ cấu kiện và lập bảng tải trọng khung chi tiết. Các phương pháp tính toán sàn theo sơ đồ dẻo, đàn hồi và mô hình hóa khung phẳng trên phần mềm SAP 2000 được thực hiện bài bản theo đúng các tiêu chuẩn xây dựng TCVN 2737 - 1995 và TCVN 5574 - 1991. Đây là tài liệu học thuật mẫu mực, phản ánh đầy đủ năng lực thực hành kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp.
