Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong chiến lược quy hoạch và phát triển đô thị tại khu vực miền Trung, thành phố Đà Nẵng giữ vai trò là trung tâm kinh tế, chính trị, văn hóa và xã hội trọng điểm. Việc nâng cấp hạ tầng xây dựng và hoàn thiện không gian kiến trúc đô thị là yêu cầu thực tiễn nhằm đáp ứng nhu cầu giao thương, xúc tiến thương mại và thu hút đầu tư. Đồ án tốt nghiệp thực hiện nhiệm vụ thiết kế công trình Trung tâm xúc tiến thương mại đầu tư Đà Nẵng (Tòa nhà VCCI Đà Nẵng), do sinh viên Lê Sỹ Quỳnh (Lớp XD 902, Mã sinh viên: 091316) thực hiện dưới sự hướng dẫn của KTS. Nguyễn Thế Duy (Phần Kiến trúc - chiếm 10% khối lượng) và ThS. Lê Hải Hưng (Phần Kết cấu - chiếm 45% khối lượng).

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu - thiết kế của đồ án được phân định cụ thể theo hai hợp phần:

  1. Nhiệm vụ phần Kiến trúc:
    • Thiết kế tổng mặt bằng công trình theo tỷ lệ 1/500 (Bản vẽ KT 01).
    • Thiết kế mặt bằng các tầng theo tỷ lệ 1/100 (Bản vẽ KT 02, KT 03).
    • Thiết kế hai mặt đứng chính công trình theo tỷ lệ 1/100 (Bản vẽ KT 06).
    • Thiết kế chi tiết thang bộ theo tỷ lệ 1/50 (Bản vẽ KT 01).
  2. Nhiệm vụ phần Kết cấu:
    • Lựa chọn giải pháp kết cấu phần thân và phần móng công trình.
    • Xác định tải trọng, tính toán nội lực và tổ hợp nội lực cho khung không gian/khung phẳng trục 2 (Bản vẽ KC 02, KC 03).
    • Thiết kế cốt thép móng trục 2A và 2C (Bản vẽ KC 01).
    • Thiết kế bản sàn tầng điển hình tầng 5 (Bản vẽ KC 04).
    • Thiết kế kết cấu cầu thang bộ tầng điển hình (Bản vẽ KC 05).

Đối tượng nghiên cứu là kết cấu bê tông cốt thép toàn khối của công trình nhà cao tầng dân dụng kết hợp văn phòng cho thuê và dịch vụ thương mại. Phạm vi không gian xây dựng là khu đất có diện tích khoảng 1.500 m² tại trung tâm thành phố Đà Nẵng, mặt đứng chính hướng ra trục giao thông đô thị hướng Đông. Quy mô công trình gồm 10 tầng nổi và 01 tầng hầm, tổng chiều cao xây dựng đạt 38,1 m, kích thước mặt bằng hình chữ nhật 44,1 m × 18,9 m.

Cơ sở tính toán, tiêu chuẩn và phương pháp thiết kế

Tiêu chuẩn và tài liệu viện dẫn

Thiết kế kết cấu công trình tuân thủ hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng Việt Nam và các tài liệu chuyên ngành:

  • TCVN 5574:1991: Kết cấu bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCVN 2737:1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • TCVN 40:1987: Kết cấu xây dựng và nền – Nguyên tắc cơ bản về tính toán.
  • TCVN 5575:1991: Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế.
  • Tài liệu tham khảo chuyên ngành: Giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép (Ngô Thế Phong, Lý Trần Cường, Trịnh Kim Đạm, Nguyễn Lê Ninh), Kết cấu thép II (Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn Tư, Đoàn Ngọc Tranh, Hoàng Văn Quang) và tài liệu hướng dẫn phần mềm ETAP / SAP2000.

Đặc trưng cơ lý của vật liệu

Vật liệu sử dụng trong tính toán kết cấu công trình được lựa chọn theo đúng quy chuẩn:

  • Bê tông: Sử dụng mác 300 (tương đương cấp độ bền B25), khối lượng riêng $\gamma = 2.500\text{ kg/m}^3$, mô đun đàn hồi $E_b = 290.000\text{ kg/cm}^2$. Cường độ tiêu chuẩn chịu nén $R_n^{tc} = 167\text{ kg/cm}^2$, cường độ tính toán chịu nén $R_n = 130\text{ kg/cm}^2$; cường độ tiêu chuẩn chịu kéo $R_k^{tc} = 15\text{ kg/cm}^2$, cường độ tính toán chịu kéo $R_k = 10\text{ kg/cm}^2$ (trong tính toán cấu kiện uốn/cắt lấy $R_k = 10 - 11\text{ kg/cm}^2$).
  • Cốt thép:
    • Cốt thép chịu lực cho dầm, cột: Sử dụng thép nhóm AII ($R_a = 2.800\text{ kg/cm}^2$, cường độ tiêu chuẩn $3.000\text{ kg/cm}^2$) và AIII ($R_a = 3.600\text{ kg/cm}^2$, cường độ tiêu chuẩn $4.000\text{ kg/cm}^2$).
    • Cốt thép đai, cốt giá, thép cấu tạo và cốt thép bản sàn: Sử dụng thép nhóm AI ($R_a = 2.300\text{ kg/cm}^2$, cường độ tiêu chuẩn $2.400\text{ kg/cm}^2$, cốt đai $R_a^{đ} = 1.700\text{ kg/cm}^2$ đến $2.100\text{ kg/cm}^2$).
    • Mô đun đàn hồi cốt thép: $E_a = 2,1 \times 10^6\text{ kg/cm}^2$.
  • Vật liệu xây và hoàn thiện: Gạch đặc mác M75, cát vàng, cát đen, đá Kiện Khê (Hà Nam) hoặc Đồng Mỏ (Lạng Sơn), vữa xi măng mác M75, bitum chống thấm, sơn phủ màu nâu hồng.

Phương pháp nghiên cứu và mô hình tính toán

  • Phương pháp phân tích tĩnh lực học công trình chịu tải trọng thẳng đứng (tĩnh tải hoàn thiện, hoạt tải sử dụng, áp lực đất) và tải trọng ngang (áp lực gió tĩnh theo vùng áp lực gió II-B, $W_0 = 95\text{ daN/m}^2$).
  • Mô hình hóa không gian và giải nội lực: Sử dụng chương trình phân tích kết cấu ETAP / SAP2000 để giải hệ thanh (phần tử Frame cho cột, dầm) và phần tử tấm vỏ (Shell cho sàn, vách, lõi). Chuyển vị ngang tại các nút sàn trong cùng một cao trình được khống chế đồng mức bằng liên kết màng cứng (Diaphragm Constraints).
  • Phương pháp tính toán cấu kiện bê tông cốt thép theo trạng thái giới hạn (TCVN 5574:1991), kiểm tra điều kiện chịu nén uốn lệch tâm đối với cột, tính toán tiết diện chữ nhật và chữ T đối với dầm, tính toán bản kê 4 cạnh/bản dầm đối với ô sàn và cầu thang bộ.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Kiến trúc (10%)

Chương I: Giới thiệu về công trình

Chương này trình bày tổng quan về vị trí quy hoạch, công năng và hình khối kiến trúc của tòa nhà VCCI Đà Nẵng. Công trình được định vị tại vị trí giao thông trung tâm, mặt đứng chính quay hướng Đông. Hình thức kiến trúc kết hợp giữa các mảng đặc (tường gạch ốp đá giả gạch trần màu be sữa nhạt) và các mảng rỗng (kính phản quang màu lục nhạt, hệ vách nhôm kính hiện đại). Giao thông đối nội theo phương ngang gồm hệ thống hành lang dọc và ngang dẫn đến các phân khu làm việc; giao thông theo phương đứng gồm 2 thang máy dành cho khối văn phòng, hệ thống thang cuốn phục vụ khu vực siêu thị - dịch vụ ăn uống và 1 thang bộ thoát hiểm.

Chương II: Đặc điểm cấu tạo công trình

Chương II phân tích chi tiết quy hoạch cao độ, công năng sử dụng theo chiều cao tầng và giải pháp cấu tạo các lớp vật liệu:

Cao trình (m) Phân tầng Chiều cao tầng (m) Công năng sử dụng chính Cấu tạo sàn và lớp hoàn thiện
-3,00 Tầng hầm 3,00 Gara ô tô, xe máy; trạm điện; bể phốt; đường dốc 25% Bê tông gạch vỡ dày 100 mm (M75), màng cao su chống thấm, hệ sườn BTCT (M300) cao 700 mm, bản BTCT dày 150 - 250 mm
0,00 Tầng 1 3,00 Sảnh đón, phòng bảo vệ, khu tiếp nhận hàng hóa, bãi đỗ xe máy Lớp láng xi măng, bản BTCT dày 150 mm, vữa trát trần dày 15 mm
+3,00 Tầng 2 4,50 Khu thương mại bán sản phẩm gia dụng, thực phẩm Gạch lát dày 10 mm, vữa lót dày 20 mm, bản BTCT dày 100 mm, vữa trát dày 15 mm
+7,50 Tầng 3 4,50 Trưng bày, giới thiệu máy văn phòng, thiết bị điện lạnh Gạch lát dày 10 mm, vữa lót dày 20 mm, bản BTCT dày 100 mm, vữa trát trần dày 15 mm
+12,00 Tầng 4 4,50 Căng tin ăn uống, quầy giải khát phục vụ văn phòng và khách Gạch lát dày 10 mm, vữa lót dày 20 mm, bản BTCT dày 100 mm, vữa trát trần dày 15 mm
+15,60 đến +30,00 Tầng 5 - 9 3,60 Không gian làm việc, văn phòng cho thuê đại diện thương mại Tấm trần treo cách âm $600 \times 600\text{ mm}$, bản BTCT dày 100 mm, vữa lót và gạch lát
+34,50 Tầng 10 3,60 Tầng áp mái, bố trí thiết bị kỹ thuật, chống nóng mái Trần treo, bản BTCT dày 100 mm, bê tông xỉ tạo dốc dày tb 160 mm, BTCT chống thấm dày 40 mm, gạch chống nóng 90 - 100 mm

Phần 2: Kết cấu (45%)

Chương 1: Cơ sở tính toán

Trình bày hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế, các chỉ tiêu cơ lý của bê tông mác 300, cốt thép nhóm AI, AII, AIII và các vật liệu xây thô. Định mức cường độ chịu lực, mô đun biến dạng và hệ số điều kiện làm việc của vật liệu được thiết lập làm đầu vào cho bài toán phân tích nội lực và tiết diện.

Chương 2: Lựa chọn giải pháp kết cấu

Tác giả so sánh các phương án kết cấu chịu lực cho nhà cao 38,1 m:

  • Kết cấu chịu lực chính: So sánh giữa hệ tường chịu lực, hệ khung thuần túy, hệ lõi cứng, hệ kết cấu hỗn hợp và hệ khung - giằng (khung kết hợp vách cứng). Tác giả lựa chọn sơ đồ khung - giằng với liên kết nút cứng. Trong sơ đồ này, vách cứng tiếp nhận chủ yếu tải trọng ngang (gió, động đất), hệ khung cột - dầm chịu tải trọng thẳng đứng, giúp tối ưu hóa kích thước tiết diện dầm cột và tăng độ cứng không gian.
  • Kết cấu sàn: So sánh giữa sàn không dầm (sàn nấm) và sàn dầm toàn khối. Tác giả chọn sàn sườn bê tông cốt thép đổ toàn khối dày $h_s = 12\text{ cm}$ để đảm bảo độ cứng ngang và tính kinh tế.
  • Kết cấu móng: Phân tích 3 phương án móng sâu: móng cọc đóng, móng cọc ép và móng cọc khoan nhồi. Tác giả lựa chọn phương án móng cọc khoan nhồi do khả năng chịu tải trọng đứng và mô men lật lớn từ công trình 10 tầng, có thể ngàm sâu vào tầng đất tốt và không gây chấn động nứt vỡ các công trình lân cận trong đô thị.
  • Định cỡ tiết diện sơ bộ:
    • Bản sàn: $h_s = \frac{D}{m} \cdot l = \frac{1}{40} \times 4,05 \times 100 \approx 10,125\text{ cm} \rightarrow$ chọn $h_s = 12\text{ cm}$.
    • Dầm chính khung ngang và khung dọc: Tiết diện $b \times h = 300 \times 600\text{ mm}$.
    • Dầm phụ, dầm đỡ tường: Tiết diện $b \times h = 220 \times 450\text{ mm}$.
    • Cột tầng 1 đến tầng 3: Tiết diện $500 \times 750\text{ mm}$.
    • Cột tầng 4 đến tầng 7: Tiết diện $400 \times 650\text{ mm}$.
    • Cột tầng 8 đến tầng 10: Tiết diện $250 \times 400\text{ mm}$.
    • Tường bao: Xây gạch đặc M75 dày $22\text{ cm}$ trát vữa hai mặt; tường ngăn bên trong sử dụng vách ngăn nhẹ di động.

Chương 3: Tải trọng và tác động

Chương này xác định đầy đủ các trường hợp tải trọng tác động lên hệ kết cấu:

  • Tĩnh tải sàn hoàn thiện: Xác định trọng lượng bản thân từng lớp vật liệu (Bảng tính tĩnh tải sàn điển hình $q^{tc} = 333\text{ kG/m}^2, q^{tt} = 375,3\text{ kG/m}^2$; sàn tầng trệt $q^{tc} = 462\text{ kG/m}^2, q^{tt} = 513,6\text{ kG/m}^2$; sàn mái và sân thượng $q^{tc} = 629\text{ kG/m}^2, q^{tt} = 704,5\text{ kG/m}^2$; bản thang $q^{tc} = 488\text{ kG/m}^2, q^{tt} = 559,3\text{ kG/m}^2$; bản chiếu nghỉ $q^{tc} = 353\text{ kG/m}^2, q^{tt} = 397,3\text{ kG/m}^2$).
  • Áp lực đất lên tường tầng hầm: Tầng hầm sâu $3,7\text{ m}$ chịu áp lực đất cát ($\gamma_w = 18,8\text{ kN/m}^3, \varphi = 24^\circ, c = 0,92\text{ T/m}^2$). Hệ số áp lực đất chủ động $\lambda_a = 0,422, C = 1,299$. Tại đáy tầng hầm ($z = 3,7\text{ m}$), cường độ áp lực đất chủ động đạt $P_a = 2,162\text{ T/m}^2$.
  • Hoạt tải sử dụng: Tra cứu theo TCVN 2737:1995 đối với từng phòng chức năng (văn phòng $200 / 240\text{ daN/m}^2$; hành lang/sảnh $300 / 360\text{ daN/m}^2$; gara $500 / 600\text{ daN/m}^2$; siêu thị/triển lãm $400 / 480\text{ daN/m}^2$; mái bằng $75 / 97,5\text{ daN/m}^2$; vách di động tính bổ sung $75 / 97,5\text{ daN/m}^2$).
  • Tải trọng gió: Công trình có chiều cao $H = 38,1\text{ m} < 40\text{ m}$, do đó chỉ tính toán thành phần gió tĩnh theo TCVN 2737:1995. Địa bàn Đà Nẵng thuộc vùng gió II-B có áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 95\text{ daN/m}^2$. Hệ số khí động mặt đón gió $c = 0,8$, mặt khuất gió $c = 0,6$. Lực gió tập trung tác dụng lên tường chắn mái (cao $0,8\text{ m}$) tại cao trình đỉnh +38,1 m là $W_đ = 652,06\text{ kG}$.

Chương 4: Tính toán nội lực và tổ hợp tải trọng

  • Thiết lập sơ đồ khung phẳng trục 2 ngàm cứng tại cao trình đỉnh đài móng (-3,0 m). Chiều cao tính toán cột tầng hầm là $3,0\text{ m}$, các tầng trên tính theo khoảng cách giữa các mặt sàn.
  • Các trường hợp tải trọng cơ sở: Trường hợp 1 (Tĩnh tải bản thân và hoàn thiện); Trường hợp 2 (Hoạt tải sử dụng chất lệch tầng, lệch nhịp HT1, HT2); Trường hợp 3 (Gió trái thổi qua); Trường hợp 4 (Gió phải thổi qua).
  • Kiểm tra tính hợp lý của kết quả phân tích nội lực phần mềm: So sánh cân bằng tổng lực cắt chân cột với tổng tải trọng ngang; kiểm tra bước nhảy mô men nhịp dầm $M_{nhịp} = \frac{q l^2}{8} - \frac{M_{trái} + M_{phải}}{2}$.
  • Tổ hợp nội lực:
    • Tổ hợp cơ bản I: Tĩnh tải + 1 Hoạt tải (hoặc Tĩnh tải + Gió).
    • Tổ hợp cơ bản II: Tĩnh tải + 0,9 × (Tổng từ 2 hoạt tải trở lên bao gồm cả gió).

Chương 5: Tính toán khung trục 2

Chương 5 đi sâu vào thiết kế bố trí cốt thép chi tiết cho các cấu kiện cột, dầm của khung trục 2:

  • Cột C1 (Tầng 1, tiết diện $500 \times 750\text{ mm}$, bê tông M300, thép AII):
    • Cặp nội lực nguy hiểm nhất: $M = 1.656.238,3\text{ kG}\cdot\text{cm}$, $N = 386.347,39\text{ kG}$.
    • Chiều dài tính toán $l_0 = 0,8 \times 3,0 = 2,4\text{ m}$, độ mảnh $\lambda = 3,43 < 8$ (bỏ qua uốn dọc, $\eta = 1$). Độ lệch tâm tính toán $e = 37,79\text{ cm}$, thuộc bài toán nén lệch tâm bé ($x_1 = 74,3\text{ cm} > \xi_0 h_0 = 38,28\text{ cm}$).
    • Diện tích cốt thép dọc tính toán $F_a = F_a' = 19,45\text{ cm}^2$. Tác giả chọn bố trí $2\phi 25 + 2\phi 28$ (tổng diện tích $F_a = 22,17\text{ cm}^2$).
    • Cốt đai cột: Lực cắt $Q_{\max} = 16.604,59\text{ kg}$, chọn cốt đai $\phi 8a200$, tại vùng đầu cột và chân cột gia cường khoảng cách $\phi 8a150$.
  • Dầm D5 (Dầm biên tầng hầm, tiết diện $300 \times 600\text{ mm}$):
    • Nhịp dầm chịu mô men dương $M_g = 23,639\text{ T}\cdot\text{m}$: Tính theo tiết diện chữ T với bề rộng cánh $b_c = 210\text{ cm}$. Trục trung hòa đi qua cánh ($M < M_c = 150,15\text{ T}\cdot\text{m}$), tính toán diện tích thép chọn $4\phi 22$ ($F_a = 15,23\text{ cm}^2$).
    • Gối trái chịu mô men âm $M_t = -27,532\text{ T}\cdot\text{m}$: Tính theo tiết diện chữ nhật $300 \times 600\text{ mm}$, chọn $5\phi 25$ ($F_a = 24,59\text{ cm}^2$) đặt thành 2 lớp.
    • Gối phải chịu mô men âm $M_p = -27,128\text{ T}\cdot\text{m}$: Chọn $5\phi 25$ ($F_a = 24,59\text{ cm}^2$) đặt 2 lớp.
    • Cốt đai dầm: Lực cắt cực đại $Q_{\max} = 21.090\text{ kG} > 0,6 R_k b h_0 = 9.900\text{ kG}$ (bê tông không đủ khả năng chịu cắt). Bố trí đai $\phi 8$ nhánh đôi: đoạn $1/4$ nhịp ở hai đầu dầm đặt $\phi 8a150$, đoạn giữa dầm đặt $\phi 8a200$.
    • Cốt treo dầm phụ: Tại nút giao dầm phụ truyền lực tập trung $P_{\max} = 21,755\text{ T}$ vào dầm chính, diện tích cốt treo yêu cầu $F_{tr} = 10,36\text{ cm}^2$. Bố trí 5 đai đôi $\phi 8$ ở mỗi bên dầm phụ trong phạm vi chiều dài gia cường $15\text{ cm}$ (khoảng cách $3\text{ cm}$/đai).
    • Cốt thép nách cột (Cột 67, 71, 73): Do độ lệch tâm lớn ($e_0 / h > 0,5$), tiến hành đặt thêm cốt thép nách cấu tạo $2\phi...$.

Chương 6: Tính toán sàn tầng điển hình (Tầng 5)

Tính toán cốt thép cho các ô bản sàn sườn tầng 5 sử dụng bê tông mác 300, cốt thép AI ($R_a = 2.300\text{ kg/cm}^2$), chiều dày sàn $h_s = 12\text{ cm}$:

  • Ô sàn O1 ($3,15 \times 3,15\text{ m}$): Tỷ số nhịp $l_2 / l_1 = 1 \le 2$ (bản làm việc 2 phương). Tổng tải trọng tính toán $G_b = 615,3\text{ kg/m}^2$. Mô men nhịp $M_1 = M_2 = 91,71\text{ kg}\cdot\text{m}$, chọn thép $\phi 8a200$ ($F_a = 2,50\text{ cm}^2$). Mô men gối $M_{A1} = M_{A2} = M_{B1} = M_{B2} = 128,39\text{ kg}\cdot\text{m}$, chọn thép $\phi 8a150$ ($F_a = 3,35\text{ cm}^2$).
  • Tổng hợp quy cách cốt thép các ô sàn tầng 5:
    • Các ô bản làm việc 2 phương (O1, O2, O6, O7): Bố trí lưới thép dưới chịu mô men nhịp $\phi 8a150$ theo cả 2 phương.
    • Các ô bản làm việc 1 phương (O3, O4, O5 - tỷ số $l_2 / l_1 > 2$): Bố trí cốt thép chịu lực theo phương cạnh ngắn là $\phi 8a150$, cốt thép phân bố theo phương cạnh dài là $\phi 8a200$.

Chương 7: Tính toán cầu thang bộ

Thiết kế cầu thang 2 vế dạng bản chịu lực, bậc xây gạch M75 ($b = 300\text{ mm}$, số bậc 11 bậc/vế, góc nghiêng $\tan\alpha = 0,54$):

  • Bản thang ($l_1 = 3,69\text{ m}, l_2 = 1,5\text{ m}, h_b = 0,1\text{ m}$): Tải trọng phân bố tính toán $q = 753,476\text{ kg/m}^2$, $M_{\max} = 211,915\text{ kg}\cdot\text{m}$. Cốt thép chịu lực chọn $\phi 8a200$ (19 thanh/vế, tổng 38 thanh/tầng), thép phân bố dọc $\phi 8a200$ (8 thanh/vế, tổng 16 thanh/tầng), cốt mũ gối $\phi 8a200$ dài $56\text{ cm}$ (78 thanh/tầng).
  • Cốn thang ($b \times h = 100 \times 300\text{ mm}$, nhịp $3,69\text{ m}$): Tải trọng $q_{ct}^{tt} = 631,592\text{ kg/m}$. Thép dọc chịu lực chọn $1\phi 16$ ($F_a = 2,01\text{ cm}^2$, thép AII), cốt thép cấu tạo $1\phi 16$, cốt đai 1 nhánh $\phi 8a150$ (25 đai/cốn).
  • Bản chiếu nghỉ ($h = 0,1\text{ m}, l_1 = 1,5\text{ m}, l_2 = 3,3\text{ m}$): Bản loại dầm làm việc 1 phương, tổng tải trọng $g^{tt} = 763,65\text{ kg/m}^2$, $M = 214,776\text{ kg}\cdot\text{m}$. Bố trí thép chịu lực $\phi 8a200$ (17 thanh), thép vuông góc $\phi 8a200$ (8 thanh), cốt mũ $\phi 8a200$ (34 thanh).
  • Dầm chiếu nghỉ ($b \times h = 150 \times 300\text{ mm}$): Tải trọng phân bố $q^{tt} = 685,23\text{ kg/m}$, tải tập trung từ cốn thang $P = 1.324,34\text{ kg}$. Cốt thép dọc chọn $2\phi 18$ ($F_a = 5,09\text{ cm}^2$), cốt cấu tạo $2\phi 12$, cốt đai $\phi 8a150$ (23 đai).
  • Dầm chiếu tới ($b \times h = 150 \times 300\text{ mm}$): $M_{\text{âm}\max} = 1.578,463\text{ kg}\cdot\text{m}, M_{\text{dương}\max} = 1.158,102\text{ kg}\cdot\text{m}, Q_{\max} = 2.224,188\text{ kg}$. Chọn cốt dọc chịu mô men âm và dương $2\phi 14$ ($F_a = 3,08\text{ cm}^2$), cốt đai cấu tạo $\phi 8a150$.

Chương VIII: Tính toán móng cho công trình (Móng trục 2A, 2C)

Chương này xử lý số liệu khảo sát địa chất công trình phục vụ tính móng:

  • Địa tầng lớp 1: Bề dày $7,0\text{ m}$, là lớp đất sét có độ ẩm tự nhiên $W = 39%$, giới hạn nhão $W_{nh} = 49%$, giới hạn dẻo $W_d = 26%$, dung trọng tự nhiên $\gamma = 18,8\text{ kN/m}^3$, tỷ trọng hạt $\Delta = 2,71$, góc ma sát trong $\varphi = 13^\circ$, lực dính $c = 28\text{ kPa}$ ($0,28\text{ kG/cm}^2$).
  • Các chỉ số tính toán phân loại đất:
    • Chỉ số dẻo: $A = W_{nh} - W_d = 49 - 26 = 23 > 17 \rightarrow$ Phân loại là đất sét.
    • Độ sệt: $B = \frac{W - W_d}{A} = \frac{39 - 26}{23} = 0,5652$ ($0,5 < B < 0,75 \rightarrow$ Trạng thái dẻo mềm).
    • Hệ số rỗng tự nhiên: $e_0 = \frac{\Delta \cdot \gamma_n (1 + 0,01 W)}{\gamma} - 1 = \frac{2,71 \times 1 \times (1 + 0,01 \times 39)}{1,88} - 1 = 1,0037$.
    • Dung trọng bão hòa: $\gamma_{bh} = 1,8534\text{ T/m}^3$; Dung trọng đẩy nổi: $\gamma_{đn} = 0,8534\text{ T/m}^3$.

Kết quả tính toán và giải pháp kỹ thuật

Bảng tổng hợp thông số kết cấu chính của công trình

Hạng mục cấu kiện Kích thước tiết diện Vật liệu chế tạo Quy cách bố trí cốt thép
Cột tầng 1 (Cột C1 khung K2) $500 \times 750\text{ mm}$ Bê tông M300, Thép AII, AI Thép dọc $2\phi 25 + 2\phi 28$ ($F_a = 22,17\text{ cm}^2$); đai $\phi 8a150$ (đầu/chân cột) và $\phi 8a200$ (thân cột)
Dầm biên tầng hầm (D5) $300 \times 600\text{ mm}$ Bê tông M300, Thép AII, AI Gối trái $5\phi 25$; Gối phải $5\phi 25$; Nhịp $4\phi 22$; đai $\phi 8a150$ (đầu dầm) và $\phi 8a200$ (giữa dầm)
Bản sàn tầng 5 điển hình Chiều dày $h_s = 120\text{ mm}$ Bê tông M300, Thép AI Ô 2 phương: lưới $\phi 8a150$; Ô 1 phương: phương ngắn $\phi 8a150$, phương dài $\phi 8a200$
Bản thang bộ Chiều dày $h_b = 100\text{ mm}$ Bê tông M300, Thép AI Thép chịu lực $\phi 8a200$ (19 thanh/bản); thép phân bố $\phi 8a200$ (8 thanh/bản); mũ gối $\phi 8a200$
Cốn thang bộ $100 \times 300\text{ mm}$ Bê tông M300, Thép AII, AI Thép dọc chịu lực $1\phi 16$ ($F_a = 2,01\text{ cm}^2$); cốt cấu tạo $1\phi 16$; đai $\phi 8a150$
Dầm chiếu nghỉ thang $150 \times 300\text{ mm}$ Bê tông M300, Thép AII, AI Thép dọc chịu lực $2\phi 18$ ($F_a = 5,09\text{ cm}^2$); cấu tạo $2\phi 12$; đai $\phi 8a150$
Dầm chiếu tới thang $150 \times 300\text{ mm}$ Bê tông M300, Thép AII, AI Thép nhịp và gối $2\phi 14$ ($F_a = 3,08\text{ cm}^2$); đai cấu tạo $\phi 8a150$
Địa tầng nền móng Lớp sét dẻo mềm dày $7\text{ m}$ Đất tự nhiên $e_0 = 1,0037; B = 0,5652; A = 23; \gamma = 18,8\text{ kN/m}^3; \varphi = 13^\circ; c = 28\text{ kPa}$

Giải pháp kỹ thuật do tác giả đề xuất

  1. Lựa chọn hệ kết cấu khung - giằng (khung kết hợp vách cứng bê tông cốt thép): Sự phân chia rõ ràng về chức năng chịu tải (vách chịu lực ngang, khung chịu lực đứng) giúp giảm thiểu kích thước tiết diện dầm cột, mở rộng diện tích sử dụng văn phòng và tăng độ ổn định không gian.
  2. Ứng dụng giải pháp móng cọc khoan nhồi: Tận dụng khả năng ngàm sâu vào lớp đất tốt dưới tầng sét dẻo mềm (lớp 1 dày 7 m có $e_0 = 1,0037$), loại trừ rung động ảnh hưởng tới các công trình lân cận trong đô thị Đà Nẵng.
  3. Giải pháp vách ngăn linh hoạt: Tầng văn phòng từ tầng 5 đến tầng 9 sử dụng hệ thống tường ngăn di động giúp người thuê tự do bố trí không gian theo nhu cầu sử dụng thực tế.

Hạn chế và phạm vi áp dụng

  • Phạm vi thiết kế chuyên sâu: Đồ án tập trung giải quyết chi tiết phần kết cấu khung phẳng trục 2, bản sàn tầng 5 và cầu thang bộ; các khung khác và đài móng cọc khoan nhồi được khái quát theo nguyên lý tương tự hoặc lưu trong phụ lục tính toán.
  • Giới hạn phân tích tải trọng động: Do công trình có chiều cao $H = 38,1\text{ m} < 40\text{ m}$, theo TCVN 2737:1995 tác giả không tính toán thành phần tải trọng gió động và động đất chi tiết mà quy đổi tải trọng gió tĩnh phân bố đều cho từng tầng.
  • Khả năng áp dụng thực tế: Thiết kế áp dụng phù hợp cho các khối nhà làm việc, trung tâm xúc tiến thương mại có quy mô từ 9 đến 12 tầng xây dựng tại các khu vực đô thị có điều kiện địa chất tương đương lớp sét dẻo mềm bề mặt và chịu áp lực gió vùng II-B.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tư liệu học thuật hữu ích cho sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng dân dụng và công nghiệp (ngành Xây dựng công trình), đặc biệt là giai đoạn thực hiện đồ án tốt nghiệp và đồ án môn học Bê tông cốt thép, Nhà cao tầng, Nền móng. Các nội dung có giá trị tham khảo cao gồm:

  • Quy trình chuẩn hóa việc tính toán tải trọng gió tĩnh phân vùng II-B và áp lực đất lên tường chắn tầng hầm.
  • Trình tự thiết lập sơ đồ tính, giải nội lực bằng phần mềm (ETAP/SAP2000), lập bảng tổ hợp nội lực cơ bản I và cơ bản II.
  • Các bảng tính mẫu chi tiết cốt thép dầm chữ T, cột nén lệch tâm bé, ô sàn 1 phương/2 phương và hệ thống cầu thang bộ dạng bản kết hợp cốn thang.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình tòa nhà VCCI Đà Nẵng có quy mô và diện tích xây dựng như thế nào?

Công trình gồm 10 tầng nổi và 01 tầng hầm, tổng chiều cao $38,1\text{ m}$, xây dựng trên khu đất rộng khoảng $1.500\text{ m}^2$ với kích thước mặt bằng hình chữ nhật $44,1\text{ m} \times 18,9\text{ m}$.

2. Tại sao tác giả lựa chọn sơ đồ kết cấu khung - giằng thay vì khung thuần túy?

Hệ khung thuần túy có độ cứng chống cắt và chống xoắn kém khi chịu tải trọng ngang ở nhà cao tầng, đòi hỏi tiết diện cấu kiện rất lớn làm tăng trọng lượng bản thân. Sơ đồ khung - giằng phân tách rõ rệt công năng (vách cứng chịu tải ngang, khung chịu tải thẳng đứng), giúp giảm kích thước tiết diện dầm cột và tăng không gian sử dụng.

3. Công trình sử dụng loại vật liệu bê tông và cốt thép nào trong tính toán?

Công trình sử dụng bê tông mác 300 ($B25, R_n = 130\text{ kg/cm}^2$). Cốt thép chịu lực chính cho dầm và cột dùng nhóm AII ($R_a = 2.800\text{ kg/cm}^2$) và AIII ($R_a = 3.600\text{ kg/cm}^2$); cốt đai, cốt giá và cốt thép sàn dùng nhóm AI ($R_a = 2.300\text{ kg/cm}^2$).

4. Kết quả tính toán cốt thép cho cấu kiện cột C1 tầng 1 khung trục 2 ra sao?

Cột C1 tầng 1 có tiết diện $500 \times 750\text{ mm}$, chịu lực nén lệch tâm bé với cặp nội lực nguy hiểm nhất $M = 1.656.238,3\text{ kG}\cdot\text{cm}, N = 386.347,39\text{ kG}$. Cốt thép dọc được chọn bố trí đối xứng là $2\phi 25 + 2\phi 28$ ($F_a = 22,17\text{ cm}^2$), cốt đai $\phi 8a200$ (gia cường $\phi 8a150$ tại vùng chân và đỉnh cột).

5. Đặc điểm địa chất lớp đất thứ nhất tại vị trí xây dựng công trình có thông số gì đáng chú ý?

Lớp đất thứ nhất dày $7,0\text{ m}$, là đất sét ở trạng thái dẻo mềm có chỉ số dẻo $A = 23$, độ sệt $B = 0,5652$, hệ số rỗng tự nhiên $e_0 = 1,0037$, dung trọng tự nhiên $\gamma = 18,8\text{ kN/m}^3$, góc ma sát trong $\varphi = 13^\circ$ và lực dính $c = 28\text{ kPa}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Lê Sỹ Quỳnh đã hoàn thành đầy đủ khối lượng thiết kế kiến trúc và kết cấu cho công trình Trung tâm xúc tiến thương mại đầu tư Đà Nẵng (Tòa nhà VCCI Đà Nẵng) quy mô 10 tầng nổi và 1 tầng hầm. Bản thuyết minh đã lựa chọn hợp lý giải pháp kết cấu khung - giằng bê tông cốt thép toàn khối kết hợp móng cọc khoan nhồi, đáp ứng các yêu cầu về an toàn chịu lực, ổn định công trình và công năng khai thác. Toàn bộ các bước tính toán tải trọng, giải nội lực bằng phần mềm cơ học kết cấu và bố trí cốt thép cấu kiện dầm, cột, sàn, cầu thang, xử lý số liệu địa chất đều tuân thủ chặt chẽ các tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam hiện hành.