Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình phát triển kinh tế và đô thị hóa tại các thành phố lớn của Việt Nam, nhu cầu xây dựng các tòa nhà văn phòng làm việc và đại diện thương mại ngày càng gia tăng nhằm đáp ứng quy mô hoạt động và định vị thương hiệu của các doanh nghiệp. Đồ án tốt nghiệp kỹ sư ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp của sinh viên Nguyễn Tiến Chung (lớp XD904, Khoa Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng, dưới sự hướng dẫn của GVC-ThS. Lại Văn Thành và ThS. Cù Huy Tình, hoàn thành vào tháng 10 năm 2009) được thực hiện nhằm giải quyết bài toán thiết kế kiến trúc và kết cấu cho một công trình cao tầng phục vụ mục đích thương mại và làm việc.

Căn cứ theo nhiệm vụ đồ án được giao trong văn bản, các mục tiêu và nhiệm vụ thiết kế được xác định cụ thể như sau:

  1. Phần Kiến trúc (chiếm 10% khối lượng đồ án):

    • Tìm hiểu thiết kế kiến trúc có sẵn của công trình.
    • Thiết kế phương án kiến trúc theo nhiệm vụ được giao.
    • Thể hiện hồ sơ bản vẽ kiến trúc gồm: 01 bản vẽ mặt đứng công trình, 02 bản vẽ mặt bằng công trình và 01 bản vẽ mặt cắt công trình.

  2. Phần Kết cấu (chiếm 45% khối lượng đồ án):

    • Thiết kế kết cấu cầu thang bộ.
    • Tính toán bản sàn bê tông cốt thép toàn khối có dầm.
    • Phân tích nội lực và thiết kế cốt thép cho khung ngang bê tông cốt thép trục 3 (khung K3).
    • Tính toán kết cấu móng trục 3.
    • Thể hiện hồ sơ bản vẽ kết cấu gồm: 01 bản vẽ thang bộ, 01 bản vẽ kết cấu sàn tầng điển hình, 02 bản vẽ khung trục K3 và 01 bản vẽ kết cấu móng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Công trình “Tòa nhà văn phòng cho thuê” quy mô 9 tầng kết cấu bê tông cốt thép đổ toàn khối.
  • Phạm vi không gian: Khu đất xây dựng tọa lạc tại tuyến đường Lê Hồng Phong, quận Hải An, thành phố Hải Phòng. Diện tích xây dựng mỗi sàn khoảng $750\text{ m}^2$, chiều rộng công trình $16,2\text{ m}$ (kích thước khung tính toán $19,2\text{ m}$), chiều dài công trình $43,8\text{ m}$, chiều cao đỉnh công trình đạt $36\text{ m}$ (chiều cao hệ kết cấu khung tính toán $33,3\text{ m}$).
  • Phạm vi thời gian: Số liệu tính toán, khảo sát địa chất và hệ thống quy chuẩn kỹ thuật áp dụng tại thời điểm thực hiện đồ án (tháng 10 năm 2009).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Hệ thống quy chuẩn và tiêu chuẩn kỹ thuật

Quá trình tính toán tải trọng và thiết kế các cấu kiện trong đồ án tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam và tài liệu chuyên ngành:

  • TCVN 2737-1995: Tiêu chuẩn tải trọng và tác động.
  • TCVN 5574-1991: Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép.
  • Các giáo trình và cẩm nang kỹ thuật: Sàn bê tông cốt thép toàn khối, Khung bê tông cốt thép, Sổ tay thực hành kết cấu công trình, Giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép (phần cấu kiện cơ bản do GS.TS. Ngô Thế Phong chủ biên).

Khung mô hình lý thuyết và quan niệm tính toán

  • Quan niệm tách khung phẳng: Công trình có chiều dài mặt bằng $43,8\text{ m}$ lớn hơn nhiều so với chiều rộng $19,2\text{ m}$, do đó độ cứng không gian của tòa nhà theo phương dọc lớn hơn đáng kể so với phương ngang. Nhằm đơn giản hóa quá trình tính toán và thiên về an toàn, tác giả áp dụng sơ đồ tách một khung ngang phẳng tại trục 3 để phân tích nội lực chịu tải trọng thẳng đứng và tải trọng gió ngang.
  • Quan niệm truyền tải trọng: Tải trọng thẳng đứng phân bố trên các ô bản sàn được quy đổi tương đương về tải trọng phân bố đều trên dầm (dạng tam giác với ô sàn làm việc 2 phương theo cạnh ngắn, dạng hình thang theo cạnh dài; dạng phân bố đều với bản dầm làm việc 1 phương). Khi truyền tải lên đầu cột khung, tác giả bỏ qua tính liên tục của dầm dọc và dầm ngang, xem tải trọng tập trung truyền lên cột tương đương phản lực của các dầm đơn giản lân cận gối lên khung.
  • Lý thuyết tính toán cấu kiện:
    • Cột khung được tính toán theo mô hình cấu kiện chịu nén uốn lệch tâm phẳng đối xứng, có xét đến độ lệch tâm ngẫu nhiên $e_{ong}$ và hệ số uốn dọc $\eta$.
    • Dầm khung được tính toán theo cấu kiện chịu uốn: tại tiết diện giữa nhịp chịu mô men dương, dầm được tính toán như tiết diện chữ T có cánh nằm trong vùng nén; tại tiết diện gối chịu mô men âm, vùng cánh nằm trong vùng kéo nên dầm được tính toán như tiết diện chữ nhật.
  • Phương pháp số hóa: Sử dụng phần mềm kết cấu SAP2000 để mô hình hóa sơ đồ khung phẳng, giải hệ phương trình phần tử hữu hạn nhằm tìm kiếm nội lực (mô men uốn, lực cắt, lực dọc) dưới tác động của các trường hợp tải trọng riêng biệt.

Nguồn dữ liệu sử dụng

  • Số liệu khảo sát địa chất tại khu đất xây dựng trên đường Lê Hồng Phong, quận Hải An, Hải Phòng.
  • Dữ liệu khí tượng thủy văn: Áp lực gió tiêu chuẩn vùng IV-B theo TCVN 2737-1995 với $W_0 = 155\text{ kG/m}^2$, dạng địa hình B.
  • Chỉ tiêu cơ lý vật liệu: Bê tông mác 300 ($R_n = 130\text{ kG/cm}^2$, $R_k = 10\text{ kG/cm}^2$, $E_b = 2,9 \times 10^5\text{ kG/cm}^2$); Bê tông mác 250 ($R_n = 110\text{ kG/cm}^2$, $R_k = 8,3\text{ kG/cm}^2$); Thép nhóm AI ($R_a = R'_a = 2100\text{ kG/cm}^2$); Thép nhóm AII ($R_a = R'_a = 2800\text{ kG/cm}^2$, $E_a = 2,1 \times 10^6\text{ kG/cm}^2$).

Nội dung chính theo từng chương

Phần Kiến trúc (10%)

Nội dung phần này thiết lập các giải pháp không gian, công năng và kỹ thuật hạ tầng cho công trình:

  • Bố trí mặt bằng và phân khu chức năng: Tầng 1 cao $4,5\text{ m}$, diện tích xây dựng khoảng $750\text{ m}^2$, bố trí trạm bơm nước tự động ($23,4\text{ m}^2$), các phòng kỹ thuật, dịch vụ, phòng làm việc của nhân viên quản lý và bảo vệ, nhà bếp, phòng ăn, quầy bar, khu vệ sinh và phòng thu gom rác. Từ tầng 2 đến tầng 9 có chiều cao mỗi tầng $3,6\text{ m}$, bố trí không gian văn phòng cho thuê linh hoạt. Tầng mái đặt tum thang và hệ thống bể nước mái. Phía ngoài công trình quy hoạch bãi đỗ xe ngoài trời.
  • Giải pháp mặt đứng và vật liệu hoàn thiện: Mặt đứng thiết kế đối xứng, sử dụng hệ vách kính màu xanh dày 6 mm (6 ly) nhằm tăng khả năng lấy sáng và thẩm mỹ. Tường ngăn và tường bao che xây bằng gạch đặc mác #75, vữa xi măng mác #50; trát trong và trát ngoài bằng vữa xi măng mác #50. Nền nhà lát gạch men liên kết vữa xi măng mác #50 dày 15 mm. Rãnh thoát nước xung quanh công trình có kích thước rộng $300\text{ mm}$, sâu $250\text{ mm}$, láng vữa xi măng mác #75 dày 20 mm, tạo dốc về hố ga thu nước.
  • Hệ thống mạng lưới kỹ thuật công trình:
    • Giao thông: Bố trí hành lang giữa kết nối sảnh tầng; giao thông đứng gồm 2 thang bộ (bề rộng mỗi vế thang $1,74\text{ m}$) và 2 buồng thang máy.
    • Cấp nước: Nguồn cấp từ mạng lưới đô thị vào bể chứa tầng 1; sử dụng 2 máy bơm sinh hoạt (1 vận hành, 1 dự phòng) bơm nước tự động lên bể mái; đường ống dùng ống thép tráng kẽm đường kính từ $\Phi 15$ đến $\Phi 65$ đi ngầm sàn, ngầm tường hoặc trong hộp kỹ thuật; nước nóng cấp cục bộ bằng bình đun nước nóng độc lập từng tầng.
    • Thoát nước và thông hơi: Phân chia riêng biệt hệ thống thoát nước bẩn và hệ thống thoát phân, dẫn qua bể tự hoại cục bộ trước khi xả ra cống thành phố; ống đứng thông hơi $\Phi 60$ nhô cao hơn mái $700\text{ mm}$; toàn bộ ống dẫn dùng ống nhựa uPVC sản xuất tại Việt Nam.
    • Cấp điện và thông tin: Nguồn điện 3 pha 4 dây 380V/220V lấy từ trạm biến áp cạnh công trình; tủ điện tổng phân phối đến các tầng qua hộp kỹ thuật điện; dây dẫn luồn trong ống nhựa chôn ngầm; hệ thống điện thoại dùng cáp 4 lõi và truyền hình cáp đồng qua bộ chia 2 đường đặt tại từng phòng.
    • Phòng cháy chữa cháy (PCCC): Mỗi tầng bố trí hộp vòi chữa cháy tại sảnh thang trang bị cuộn vòi $\Phi 50$ dài $30\text{ m}$, lăng phun $\Phi 13$ có van góc; trạm bơm bố trí 1 bơm điện kết hợp 1 máy bơm dự phòng chạy động cơ diesel; bể chứa nước PCCC dùng chung với sinh hoạt có dung tích hữu ích $36\text{ m}^3$ (có van khống chế mực nước hút sinh hoạt); bố trí 2 họng chờ ngoài nhà cho xe cứu hỏa tiếp nước.
    • Chống sét: Hệ thống kim thu sét kết hợp lưới dây thu sét chạy quanh mái, hệ thống dây dẫn và cọc tiếp địa ngầm.

Phần Kết cấu: Phân tích giải pháp kết cấu (Phần A)

  • Lựa chọn hệ kết cấu chịu lực chính: Tác giả phân tích so sánh các hệ kết cấu nhà nhiều tầng: hệ khung thuần túy, hệ vách lõi cứng và hệ hỗn hợp khung - vách. Nhận định công trình cao 9 tầng ($33,3\text{ m}$ đến sàn mái), mặt bằng đối xứng và hình khối đơn giản, đồ án chọn hệ khung chịu lực bê tông cốt thép toàn khối (cột, dầm, sàn đổ tại chỗ) kết hợp vách thang máy. Hệ khung gánh phần lớn tải trọng đứng và chia sẻ tải trọng ngang với vách thang máy.
  • Lựa chọn kết cấu sàn: So sánh giữa ba phương án: sàn sườn toàn khối (dầm - bản), sàn ô cờ và sàn không dầm (sàn nấm). Tác giả chọn giải pháp sàn sườn toàn khối do kích thước các ô sàn không đồng đều, quy trình tính toán đơn giản, công nghệ thi công phổ biến và đảm bảo tính kinh tế.
  • Giải pháp kết cấu mái và móng: Mái dùng hệ xà gồ thép lợp tôn gác lên tường thu hồi. Móng công trình được định hướng dùng móng sâu (móng cọc bê tông cốt thép đổ toàn khối tại chỗ) do tải trọng công trình 9 tầng lớn, phương án móng nông không đáp ứng yêu cầu chịu lực dựa trên tài liệu khảo sát địa chất.

Phần Kết cấu: Xác định sơ bộ kích thước cấu kiện và xác định tải trọng (Phần B)

  • Sơ bộ kích thước tiết diện:
    • Bản sàn: Ô bản kê 4 cạnh nhịp ngắn $l_1 = 3,6\text{ m}$, tỉ số $l_2/l_1 = 2$; ô bản dầm $l_1 = 2,4\text{ m}$, tỉ số $l_2/l_1 = 3$. Tính toán theo công thức $h_b = (D/m) \cdot l$, tác giả thống nhất chọn chiều dày sàn $h_b = 10\text{ cm}$ cho toàn bộ các sàn để đồng bộ thi công và an toàn chịu lực.
    • Dầm: Dầm khung trục ngang nhịp chính $7,2\text{ m}$ chọn $b \times h = 300 \times 700\text{ mm}$; dầm nhịp hành lang $2,4\text{ m}$ và dầm công xôn $1,2\text{ m}$ chọn $300 \times 400\text{ mm}$; dầm dọc khung chọn $220 \times 600\text{ mm}$; dầm phụ, dầm bo, dầm thang chọn $200 \times 300\text{ mm}$; dầm đỡ tường vệ sinh chọn $110 \times 200\text{ mm}$.
    • Cột: Dựa trên diện tích chịu tải tầng 1 của cột trục B ($S = 34,56\text{ m}^2$) và kiểm tra ổn định với độ mảnh $\lambda_{cột} \le 31$, tiết diện cột được phân tầng: tầng 1-3 chọn $400 \times 800\text{ mm}$; tầng 4-6 giảm xuống $400 \times 600\text{ mm}$; tầng 7-9 chọn $400 \times 400\text{ mm}$.
  • Xác định các thành phần tải trọng:
    • Tĩnh tải sàn: Mái tôn xà gồ thép đạt $G_{tt} = 371,8\text{ kG/m}^2$; sàn văn phòng điển hình đạt $G_{tt} = 353,7\text{ kG/m}^2$; sàn khu vệ sinh (có lớp bê tông chống thấm dày $4\text{ cm}$ và thiết bị) đạt $G_{tt} = 617,5\text{ kG/m}^2$.
    • Tĩnh tải tường và dầm: Tường gạch dày $220\text{ mm}$ cao $3,6\text{ m}$ có tải trọng tính toán $1306,8\text{ kG/m}$, vữa trát dày $1,5\text{ cm}$ đạt $84,04\text{ kG/m}$ (tổng cộng $1391,3\text{ kG/m}$ khi không có cửa); dầm $200 \times 300\text{ mm}$ sinh tải trọng bản thân $131,06\text{ kG/m}$; dầm $300 \times 400\text{ mm}$ là $242\text{ kG/m}$; tường thu hồi $196\text{ kG/m}$.
    • Hoạt tải sử dụng: Văn phòng làm việc đạt giá trị tiêu chuẩn $200\text{ kG/m}^2$, tính toán ($n = 1,2$) là $240\text{ kG/m}^2$; hành lang, cầu thang, sảnh đạt tiêu chuẩn $300\text{ kG/m}^2$, tính toán là $360\text{ kG/m}^2$; phòng vệ sinh đạt tính toán $240\text{ kG/m}^2$; mái không sử dụng đạt tính toán $39\text{ kG/m}^2$ ($n = 1,3$).
    • Hoạt tải gió: Địa bàn Hải Phòng thuộc vùng IV-B, áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 155\text{ kG/m}^2$, hệ số vượt tải $n = 1,2$, hệ số khí động gió đẩy $c = +0,8$ và gió hút $c = -0,6$. Tải trọng gió được tính toán dồn vào các nút khung trục 3 với bước cột $B = 7,2\text{ m}$ theo từng tầng từ cốt $+4,5\text{ m}$ đến đỉnh mái $+33,3\text{ m}$.

Phần Kết cấu: Tổ hợp nội lực và tính cốt thép khung trục 3 (Phần C)

  • Tổ hợp nội lực: Sau khi xuất kết quả từ SAP2000 với 5 trường hợp tải riêng biệt (Tĩnh tải, Hoạt tải I xếp lệch tầng lệch nhịp, Hoạt tải II, Gió trái, Gió phải), tác giả tiến hành tổ hợp theo hai nhóm:
    • Tổ hợp cơ bản 1: Tĩnh tải + 01 trường hợp hoạt tải (hoặc gió).
    • Tổ hợp cơ bản 2: Tĩnh tải + 0,9 $\times$ (tổng của từ hai hoạt tải trở lên bao gồm cả gió).
  • Tính toán cốt thép cột khung:
    • Cột tầng 1, 2, 3 (tiết diện $400 \times 800\text{ mm}$, $l_0 = 416,5\text{ cm}$): Tính toán với cặp nội lực nguy hiểm nhất tại chân cột ($M = 26440\text{ kG}\cdot\text{m}$, $N = 413510\text{ kG}$). Độ lệch tâm tính toán $e_0 = 9,6\text{ cm}$, hệ số uốn dọc $\eta = 1,04$. Kết cấu rơi vào trường hợp nén lệch tâm bé, diện tích cốt thép yêu cầu $F_a = F'_a = 20,68\text{ cm}^2$. Tác giả chọn bố trí $4\Phi 30$ ($F_a = F'_a = 28,26\text{ cm}^2$).
    • Cột tầng 4, 5, 6 (tiết diện $400 \times 600\text{ mm}$, $l_0 = 252\text{ cm}$): Tính toán với cặp nội lực $M = 28130\text{ kG}\cdot\text{m}$, $N = 190150\text{ kG}$. Xác định rơi vào lệch tâm bé, cốt thép tính toán $F_a = 16,48\text{ cm}^2$. Tác giả chọn bố trí $4\Phi 28$ ($F_a = F'_a = 24,63\text{ cm}^2$).
    • Cột tầng 7, 8, 9 (tiết diện $400 \times 400\text{ mm}$, $l_0 = 252\text{ cm}$): Tính toán với cặp nội lực $M = 16610\text{ kG}\cdot\text{m}$, $N = 121590\text{ kG}$, xác định diện tích cốt thép lớn nhất $F_a = F'_a = 19,2\text{ cm}^2$.
    • Cốt đai cột: Sử dụng đai $\Phi 8$, bước đai $u = 200\text{ mm}$ ở đoạn giữa thân cột và $u = 150\text{ mm}$ ở đoạn nối cốt thép; tăng cường $2\Phi 16$ chống phình ở bụng cột.
  • Tính toán cốt thép dầm khung:
    • Dầm phần tử 37 và 73 ($300 \times 400\text{ mm}$, dầm công xôn/nhịp biên): Tiết diện giữa nhịp ($M = 4480\text{ kG}\cdot\text{m}$, $Q = 6900\text{ kG}$) tính theo chữ T với bề rộng cánh $b_c = 76\text{ cm}$, chọn $2\Phi 20$ ($F_a = 6,28\text{ cm}^2$); tiết diện tại gối ($M = 9660\text{ kG}\cdot\text{m}$, $Q = 7880\text{ kG}$) tính theo chữ nhật, chọn $3\Phi 22$ ($F_a = 11,4\text{ cm}^2$).
    • Dầm phần tử 46 và 64 ($300 \times 700\text{ mm}$, nhịp $7,2\text{ m}$): Tiết diện giữa nhịp ($M = 25802\text{ kG}\cdot\text{m}$) tính theo chữ T với $b_c = 150\text{ cm}$; tiết diện gối ngàm ($M = 37326\text{ kG}\cdot\text{m}$, $Q = 30839\text{ kG}$) tính theo chữ nhật, chọn bố trí $3\Phi 25 + 2\Phi 22$ ($F_a = 22,33\text{ cm}^2$).
    • Dầm phần tử 55 ($300 \times 400\text{ mm}$, nhịp hành lang): Tiết diện gối ($M = 15239\text{ kG}\cdot\text{m}$, $Q = 18462\text{ kG}$) chọn bố trí $5\Phi 22$ ($F_a = 19,0\text{ cm}^2$); tiết diện nhịp có mô men dương nhỏ ($M = 671\text{ kG}\cdot\text{m}$) bố trí cốt thép theo cấu tạo.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống thông số kỹ thuật, cấu hình vật liệu và phương án triển khai cấu kiện của đồ án được tổng hợp chi tiết qua các bảng dưới đây:

Bảng chỉ tiêu vật liệu và tải trọng tiêu chuẩn

Hạng mục Quy cách vật liệu / Thông số tải trọng Cường độ tính toán / Giá trị áp dụng
Bê tông dầm, cột, sàn Bê tông mác 300 $R_n = 130\text{ kG/cm}^2$; $R_k = 10\text{ kG/cm}^2$; $E_b = 2,9 \times 10^5\text{ kG/cm}^2$
Bê tông lót / móng Bê tông mác 250 $R_n = 110\text{ kG/cm}^2$; $R_k = 8,3\text{ kG/cm}^2$
Cốt thép chịu lực Thép nhóm AII $R_a = R'_a = 2800\text{ kG/cm}^2$; $E_a = 2,1 \times 10^6\text{ kG/cm}^2$
Cốt thép đai / cấu tạo Thép nhóm AI $R_a = R'a = 2100\text{ kG/cm}^2$; $R{ađ} = 1800\text{ kG/cm}^2$
Áp lực gió khu vực Vùng IV-B (Hải Phòng), địa hình B $W_0 = 155\text{ kG/m}^2$; hệ số tin cậy $n = 1,2$
Hoạt tải sàn văn phòng Theo TCVN 2737-1995 Tiêu chuẩn $200\text{ kG/m}^2$; tính toán $240\text{ kG/m}^2$
Hoạt tải hành lang, sảnh Theo TCVN 2737-1995 Tiêu chuẩn $300\text{ kG/m}^2$; tính toán $360\text{ kG/m}^2$

Bảng kích thước cấu kiện và giải pháp cốt thép khung K3

Tên cấu kiện Tiết diện $b \times h$ (mm) Cặp nội lực tính toán $(M, N, Q)$ Cốt thép chịu lực lựa chọn Ghi chú cấu tạo
Bản sàn điển hình Chiều dày $h_b = 100$ Ô bản $3,6 \times 7,2\text{ m}$ và $2,4 \times 7,2\text{ m}$ Thép bản sàn đổ toàn khối Đặt thống nhất toàn bộ sàn
Cột tầng 1 – 3 $400 \times 800$ $M = 26440\text{ kG}\cdot\text{m}$; $N = 413510\text{ kG}$ $4\Phi 30$ ($F_a = 28,26\text{ cm}^2$) Đai $\Phi 8$ ($u=200/150$), $2\Phi 16$ chống phình
Cột tầng 4 – 6 $400 \times 600$ $M = 28130\text{ kG}\cdot\text{m}$; $N = 190150\text{ kG}$ $4\Phi 28$ ($F_a = 24,63\text{ cm}^2$) Đai $\Phi 8$ ($u=200/150$), $2\Phi 16$ chống phình
Cột tầng 7 – 9 $400 \times 400$ $M = 16610\text{ kG}\cdot\text{m}$; $N = 121590\text{ kG}$ Diện tích $F_a = 19,2\text{ cm}^2$ Đai $\Phi 8$ ($u=200/150$), $2\Phi 16$ chống phình
Dầm nhịp biên (D37, D73) $300 \times 400$ Nhịp: $M = 4480$; Gối: $M = 9660\text{ kG}\cdot\text{m}$ Nhịp: $2\Phi 20$; Gối: $3\Phi 22$ Cánh chữ T nhịp $b_c = 76\text{ cm}$
Dầm nhịp chính (D46, D64) $300 \times 700$ Nhịp: $M = 25802$; Gối: $M = 37326\text{ kG}\cdot\text{m}$ Gối ngàm: $3\Phi 25 + 2\Phi 22$ Cánh chữ T nhịp $b_c = 150\text{ cm}$
Dầm hành lang (D55) $300 \times 400$ Nhịp: $M = 671$; Gối: $M = 15239\text{ kG}\cdot\text{m}$ Nhịp: Cấu tạo; Gối: $5\Phi 22$ Cánh chữ T nhịp $b_c = 76\text{ cm}$

Kết quả và đóng góp

  • Kết quả tính toán kỹ thuật: Đồ án đã xác lập hoàn chỉnh các thông số kích thước hình học và hàm lượng cốt thép cho khung ngang trục 3 của tòa nhà văn phòng 9 tầng. Toàn bộ các cấu kiện cột đều được kiểm tra thỏa mãn điều kiện ổn định với độ mảnh giới hạn $\lambda \le 31$ và làm việc an toàn trong trạng thái nén lệch tâm phẳng đối xứng. Tiết diện dầm khung trục 3 nhịp $7,2\text{ m}$ ($300 \times 700\text{ mm}$) và nhịp phụ ($300 \times 400\text{ mm}$) được tính toán đủ khả năng chịu mô men uốn và lực cắt lớn nhất dưới tác động đồng thời của tĩnh tải, hoạt tải sử dụng và tải trọng gió vùng IV-B.
  • Giải pháp thiết kế được đề xuất:
    • Về kiến trúc và kỹ thuật: Bố trí mặt đứng đối xứng kết hợp vách kính màu xanh cách âm, cách nhiệt; tích hợp bể nước cứu hỏa và sinh hoạt chung dung tích $36\text{ m}^3$ có van khống chế nhằm tiết kiệm không gian và chi phí vận hành; tách riêng hệ thống thoát phân và nước bẩn qua bể tự hoại.
    • Về kết cấu: Áp dụng giải pháp thay đổi tiết diện cột theo chiều cao công trình ($400 \times 800\text{ mm} \rightarrow 400 \times 600\text{ mm} \rightarrow 400 \times 400\text{ mm}$) giúp giảm đáng kể trọng lượng bản thân công trình truyền xuống móng và tiết kiệm khối lượng bê tông cốt thép, trong khi vẫn duy trì độ cứng tổng thể của khung ngang.
  • Đóng góp học thuật tự nêu của đồ án: Văn bản thể hiện năng lực tổng hợp và vận dụng toàn diện lý thuyết chuyên ngành xây dựng dân dụng, hoàn thành đầy đủ hai hợp phần cốt lõi gồm phương án kiến trúc (10%) và phương án kết cấu chịu lực (45%) theo đúng quy chuẩn xây dựng hiện hành tại Việt Nam thời điểm năm 2009.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế được đề cập trong văn bản:
    • Do hạn chế về thời gian thực hiện và trình độ của sinh viên tốt nghiệp, đồ án chỉ tập trung tính toán chi tiết một khung phẳng ngang đại diện (khung trục 3) mà chưa phân tích được bài toán tương tác không gian 3 chiều giữa toàn bộ hệ thống khung ngang, khung dọc và lõi vách thang máy.
    • Việc dồn tải thẳng đứng từ dầm vào cột khung được giả định đơn giản hóa như phản lực của các dầm đơn giản gối lên cột, bỏ qua tính liên tục của hệ dầm sàn trong không gian thực tế.
    • Tải trọng gió mới được xét ở dạng tải trọng gió tĩnh phân bố đều trên từng tầng công trình theo TCVN 2737-1995, chưa tính toán thành phần gió động hay kiểm tra tải trọng động đất tác động lên công trình 9 tầng.
  • Hướng phát triển mở rộng: Mở rộng nghiên cứu bằng việc mô hình hóa không gian 3D toàn khối công trình trên phần mềm chuyên dụng (SAP2000 hoặc ETABS), xét đến tương tác phi tuyến giữa hệ kết cấu phần thân với hệ móng cọc và đất nền, đồng thời kiểm tra dao động công trình dưới tác động của thành phần gió động và chấn động động đất theo các tiêu chuẩn mới hơn.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo thực hành hữu ích cho sinh viên các trường đào tạo khối ngành Kỹ thuật Xây dựng (Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp, Kỹ thuật Công trình Xây dựng) đang chuẩn bị làm đồ án môn học Bê tông cốt thép hoặc đồ án tốt nghiệp kỹ sư:

  • Phần đáng giá nhất để tham khảo:
    • Trình tự dồn tải chi tiết từ các lớp cấu tạo kiến trúc sàn, tường, dầm về sơ đồ tính toán khung ngang phẳng.
    • Phương pháp xác định tải trọng gió đẩy và gió hút cho công trình nhiều tầng theo vùng áp lực gió IV-B của TCVN 2737-1995.
    • Bảng tính toán và quy trình bố trí cốt thép cột nén lệch tâm bé đối xứng theo TCVN 5574-1991 kèm các công thức kinh nghiệm xác định chiều cao vùng nén $x$ và hệ số uốn dọc $\eta$.
    • Mẫu tính toán dầm chữ T có cánh chịu nén ở nhịp và tiết diện chữ nhật chịu kéo ở gối ngàm.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình được xây dựng tại địa điểm nào và quy mô kiến trúc tổng thể ra sao?

Công trình “Tòa nhà văn phòng cho thuê” được xây dựng tại đường Lê Hồng Phong, quận Hải An, thành phố Hải Phòng. Quy mô công trình gồm 9 tầng nổi với chiều cao tầng 1 là $4,5\text{ m}$, các tầng từ 2 đến 9 cao $3,6\text{ m}$, chiều cao đỉnh công trình đạt $36\text{ m}$. Diện tích mỗi mặt bằng sàn khoảng $750\text{ m}^2$, chiều dài mặt bằng $43,8\text{ m}$ và bề rộng công trình $16,2\text{ m}$.

2. Tác giả áp dụng những tiêu chuẩn kỹ thuật nào để tính toán tải trọng và thiết kế kết cấu?

Đồ án sử dụng hai tiêu chuẩn thiết kế chính là TCVN 2737-1995 (Tải trọng và tác động) để xác định tĩnh tải, hoạt tải sàn và tải trọng gió; TCVN 5574-1991 (Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép) để tính toán khả năng chịu lực, độ ổn định và hàm lượng cốt thép cho sàn, dầm và cột khung.

3. Vì sao tác giả lại chọn sơ đồ khung ngang phẳng trục 3 để phân tích nội lực thay vì tính khung không gian?

Do công trình có chiều dài mặt bằng ($43,8\text{ m}$) lớn hơn nhiều so với chiều rộng ($19,2\text{ m}$), độ cứng theo phương dọc nhà lớn hơn rất nhiều so với độ cứng theo phương ngang. Do đó, để đơn giản hóa quá trình tính toán và thiên về an toàn trong điều kiện làm đồ án tốt nghiệp, tác giả đã tách một khung ngang phẳng điển hình tại trục 3 để mô hình hóa và tính toán chịu lực.

4. Áp lực gió tác dụng lên công trình tại Hải Phòng được tính toán với các thông số nào?

Công trình xây dựng tại Hải Phòng thuộc vùng áp lực gió IV-B, dạng địa hình B theo TCVN 2737-1995, có giá trị áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 155\text{ kG/m}^2$. Hệ số vượt tải của gió là $n = 1,2$; hệ số khí động đối với mặt đón gió là $c = +0,8$ (gió đẩy) và mặt khuất gió là $c = -0,6$ (gió hút).

5. Tiết diện và cốt thép chịu lực chính của các cột khung trục 3 thay đổi như thế nào qua các tầng?

Tiết diện cột được giảm dần theo chiều cao nhằm tối ưu hóa tải trọng:

  • Tầng 1 đến 3: Tiết diện $400 \times 800\text{ mm}$, bố trí cốt thép $4\Phi 30$ ($F_a = F'_a = 28,26\text{ cm}^2$).
  • Tầng 4 đến 6: Tiết diện $400 \times 600\text{ mm}$, bố trí cốt thép $4\Phi 28$ ($F_a = F'_a = 24,63\text{ cm}^2$).
  • Tầng 7 đến 9: Tiết diện $400 \times 400\text{ mm}$, diện tích cốt thép tính toán yêu cầu là $19,2\text{ cm}^2$. Toàn bộ các cột sử dụng cốt đai $\Phi 8$ với khoảng cách $u = 200\text{ mm}$ ở giữa và $u = 150\text{ mm}$ tại vị trí nối thép, kết hợp $2\Phi 16$ chống phình ở bụng cột.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Tòa nhà văn phòng cho thuê" của sinh viên Nguyễn Tiến Chung là công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một tòa nhà cao tầng bê tông cốt thép 9 tầng tại quận Hải An, Hải Phòng. Bản thuyết minh đã giải quyết thấu đáo phương án quy hoạch kiến trúc, bố trí mạng lưới hạ tầng kỹ thuật và thực hiện quy trình tính toán kết cấu khung ngang trục 3 đạt độ chính xác theo các tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 và TCVN 5574-1991. Dữ liệu số liệu dồn tải, tổ hợp nội lực qua SAP2000 và bảng chi tiết cốt thép cấu kiện trong đồ án cung cấp nguồn tư liệu mẫu chuẩn xác cho công tác đào tạo và tham khảo đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng công trình dân dụng.