Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Bối cảnh thực tiễn và tính cấp thiết
Trong giai đoạn chuyển đổi nền kinh tế và hội nhập quốc tế, việc nâng cao năng lực quản lý của các cơ quan quản lý nhà nước là yêu cầu tất yếu nhằm kiểm soát hiệu quả các vấn đề phát sinh trên mọi lĩnh vực từ nông nghiệp, công nghiệp, xây dựng đến thương mại và dịch vụ. Đối với tỉnh Hải Dương, sự phát triển đô thị và mở rộng giao dịch đối ngoại đặt ra nhu cầu cấp thiết về việc hiện đại hóa cơ sở vật chất hành chính. Công trình "Trụ sở liên cơ quan tỉnh Hải Dương" được quy hoạch và đầu tư xây dựng nhằm tập trung các cơ quan chuyên trách quan trọng của tỉnh—bao gồm Sở Nông nghiệp, Sở Công nghiệp, Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Văn hóa Thông tin, Sở Thủy sản, Sở Xây dựng, Sở Giao thông Vận tải, Sở Nội vụ, Sở Y tế, Sở Thương mại và Ban Quản lý Dự án—vào một không gian làm việc đồng bộ, hiện đại, góp phần hoàn thiện diện mạo kiến trúc đô thị của thành phố.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp (thực hiện bởi sinh viên Trương Ngọc Tân, Lớp XD1001) được phân chia nhiệm vụ theo ba hợp phần chuyên môn chính:
- Phần I: Thiết kế kiến trúc (Chiếm 10% khối lượng đồ án): Tìm hiểu dây chuyền công năng, phân khu chức năng, nghiên cứu các giải pháp kiến trúc mặt bằng, mặt đứng, mặt cắt và thể hiện các bản vẽ kiến trúc công trình.
- Phần II: Thiết kế kết cấu (Chiếm 45% khối lượng đồ án): Lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực, lựa chọn sơ bộ kích thước tiết diện (sàn, dầm, cột, vách thang máy); tính toán cốt thép sàn tầng điển hình; tính toán khung phẳng chịu lực ngang trục 3 (xác định tải trọng đứng, tải trọng gió, phân tích nội lực, tổ hợp nội lực và bố trí thép cột, dầm, nút khung); tính toán nền móng cọc khoan nhồi và thiết kế cầu thang bộ điển hình.
- Phần III: Thiết kế và tổ chức thi công (Chiếm 45% khối lượng đồ án): Lập biện pháp kỹ thuật thi công cho các công tác chủ đạo (đo đạc định vị, thi công cọc khoan nhồi, đào và lấp đất hố móng, ván khuôn - cốt thép - bê tông toàn khối khung, sàn, mái, cầu thang, móng giằng, công tác hoàn thiện); lập tiến độ thi công theo sơ đồ ngang; thiết kế tổng mặt bằng thi công và các biện pháp an toàn lao động.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Tòa nhà Trụ sở liên cơ quan tỉnh Hải Dương với quy mô 9 tầng nổi, 1 tầng bán hầm và 1 tầng kỹ thuật mái; chiều cao công trình đạt 35,1 m (tính từ cốt mặt đất tự nhiên đến đỉnh mái đạt 36,9 m).
- Phạm vi không gian: Công trình xây chen trong khu đô thị mới thành phố Hải Dương. Khu đất xây dựng có dạng hình chữ nhật với kích thước $26,1 \times 47,7\text{ m}$ (diện tích mặt bằng $1.245\text{ m}^2$). Mặt chính công trình hướng Nam, ba phía Bắc, Đông, Tây tiếp giáp hệ thống đường giao thông nội bộ.
- Phạm vi thời gian: Đồ án được triển khai và hoàn thành trong thời gian quy định 14 tuần (khoảng 3 tháng).
Cơ sở lý thuyết, tiêu chuẩn và phương pháp tính toán
Tiêu chuẩn kỹ thuật và quy chuẩn áp dụng
- TCVN 2748:1991 (Phân cấp nhà và công trình): Công trình thuộc cấp I, có bậc chất lượng sử dụng bậc I, niên hạn sử dụng trên 100 năm (bậc I) và độ chịu lửa bậc I.
- TCVN 2737:1995 (Tải trọng và tác động): Xác định các giá trị tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán với hệ số vượt tải $n = 1,2$ hoặc $n = 1,3$ tùy thuộc vào từng loại phòng chức năng (phòng làm việc, hội trường, phòng vệ sinh, phòng kỹ thuật, hành lang, cầu thang).
Cơ sở lý thuyết và giáo trình tham khảo
- Lý thuyết tính toán khung và cấu kiện bê tông cốt thép: Áp dụng hệ thống công thức từ giáo trình "Khung BTCT toàn khối" (chủ biên PGS. Lê Bá Huế) để tính toán sơ bộ chiều dày bản sàn ($h_b$), chiều cao tiết diện dầm phụ và dầm chính, diện tích tiết diện cột chịu nén lệch tâm ($A = k \cdot N / R_b$), và quy đổi tải trọng tường ngăn thành tải trọng phân bố đều trên ô bản sàn.
- Lý thuyết tính toán bản sàn hai phương theo sơ đồ đàn hồi: Sử dụng bảng tra hệ số moment (Bảng 1-19) trong cuốn "Sổ tay thực hành kết cấu công trình" của PGS. Vũ Mạnh Hùng để xác định moment uốn âm ($M_I, M_{II}$) và moment uốn dương ($M_1, M_2$) cho bản sàn ngàm 4 cạnh.
- Lý thuyết tính toán bản sàn hai phương theo phương pháp khớp dẻo: Áp dụng phương trình cân bằng giới hạn và bảng tra hệ số nội lực (Phương trình 6.3a, Bảng 6.2) trong tài liệu "Sàn sườn BTCT toàn khối" của GS. Nguyễn Đình Cống.
- Phương pháp trạng thái giới hạn (TTGH I): Đánh giá khả năng chịu lực, tính toán diện tích cốt thép dọc, cốt đai cho dầm, cột, bản sàn theo điều kiện cường độ chịu uốn và nén lệch tâm phẳng.
Phương pháp nghiên cứu và công cụ mô hình hóa
- Mô hình hóa kết cấu: Sử dụng sơ đồ khung phẳng cho khung ngang trục 3 (gồm 3 nhịp và 10 tầng kể cả tầng hầm). Bỏ qua tính liên tục của hệ dầm giao nhau ngoài mặt phẳng khung, quy đổi tải trọng truyền vào khung từ diện chịu tải tương đương (tải tam giác và hình thang) thành tải phân bố đều và tải tập trung tương đương.
- Phần mềm tính toán: Sử dụng chương trình Sap2000 để phân tích nội lực kết cấu khung dưới các trường hợp tĩnh tải, hoạt tải đứng (xếp hoạt tải lệch tầng, lệch nhịp) và hoạt tải gió (gió trái, gió phải).
- Dữ liệu địa chất - thủy văn: Dựa trên kết quả khảo sát địa chất công trình gồm 6 lớp đất nền tại khu vực xây dựng để lựa chọn giải pháp nền móng cọc khoan nhồi.
Nội dung chính theo từng chương
Phần I: Kiến trúc (10%)
Mở đầu và Chương I: Cơ sở thiết kế
Tác giả trình bày các điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội tại vị trí xây dựng công trình thuộc khu đô thị mới thành phố Hải Dương:
- Khí hậu: Nhiệt độ không khí trung bình $21^\circ\text{C}$, độ ẩm trung bình hàng năm $84%$, lượng mưa dao động từ $1.700 - 2.400\text{ mm/năm}$ (tập trung chủ yếu vào tháng 7 và tháng 8). Chịu ảnh hưởng trực tiếp của gió bão vào các tháng 7, 8, 9.
- Địa chất thủy văn: Mực nước ngầm xuất hiện ở độ sâu tương đối ổn định $-5,0\text{ m}$ so với cốt tự nhiên, nước ngầm có độ ăn mòn thấp. Số liệu 6 lớp địa chất được tổng hợp chi tiết:
| Lớp đất |
Tên đất |
Chiều dày (m) |
Độ sâu đáy (m) |
Dung trọng $\gamma$ ($\text{T/m}^3$) |
Góc ma sát $\varphi$ (độ) |
Lực dính $c$ ($\text{kG/m}^2$) |
| 1 |
Đất đắp |
1,0 |
1,0 |
1,70 |
— |
— |
| 2 |
Á sét dẻo cứng |
4,0 |
5,0 |
1,94 |
15 |
900 |
| 3 |
Sét dẻo cứng |
10,0 |
15,0 |
1,96 |
17 |
4.400 |
| 4 |
Bùn sét pha |
12,0 |
27,0 |
1,65 |
9 |
700 |
| 5 |
Á sét dẻo mềm |
10,0 |
37,0 |
1,82 |
12 |
2.000 |
| 6 |
Sỏi cuội |
— |
— |
2,00 |
33 |
10.000 |
Chương II: Các giải pháp kiến trúc của công trình
- Quy hoạch tổng mặt bằng và phân khu chức năng: Mặt bằng hình chữ nhật vuông vắn. Dây chuyền công năng văn phòng hành chính sử dụng hệ hành lang giữa rộng $1,80 - 2,10\text{ m}$ liên kết các phòng làm việc hai bên.
- Phân bổ chức năng theo tầng:
- Tầng hầm (cao $3,9\text{ m}$): Khu vực đỗ xe, đặt trạm biến áp, máy phát điện dự phòng, trạm bơm nước, phòng điều khiển kỹ thuật. Lối xe xuống hầm bố trí ram dốc rộng $4,1\text{ m}$.
- Tầng 1: Sảnh chính đón tiếp, phòng giao dịch công cộng, ban bảo vệ thường trực.
- Tầng 2: Trung tâm lưu trữ hồ sơ.
- Tầng 3: Sở Nông nghiệp và Thanh tra tỉnh.
- Tầng 4: Sở Giao thông Vận tải và Sở Nội vụ.
- Tầng 5: Sở Y tế và Sở Thương mại.
- Tầng 6: Sở Xây dựng và Sở Thủy sản.
- Tầng 7: Sở Văn hóa Thông tin và Sở Tài nguyên Môi trường.
- Tầng 8: Sở Công nghiệp và Ban Quản lý Dự án.
- Tầng 9 và tầng mái: Bố trí tầng kỹ thuật, kho lưu trữ và hệ thống bể nước mái.
- Giao thông và trang thiết bị kỹ thuật: Bố trí 4 thang máy (1 thang máy dự phòng) kết hợp 3 cụm thang bộ (thang chính, thang phụ nội bộ và thang sự cố thoát hiểm). Hệ thống cấp thoát nước bố trí khu vệ sinh tập trung "tầng trên tầng" để tối ưu hóa đường ống kỹ thuật.
- Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật:
- Diện tích sàn xây dựng toàn công trình: $2.881\text{ m}^2$.
- Diện tích mặt bằng xây dựng: $1.245\text{ m}^2$; Diện tích làm việc: $732\text{ m}^2$.
- Hệ số mặt bằng $k_0 = \frac{732}{1245} = 0,587$; Hệ số sử dụng $k_1 = \frac{732}{1169} = 0,626$.
Phần II: Kết cấu (45%)
Chương I: Giải pháp kết cấu và lựa chọn sơ bộ kích thước
- Lựa chọn hệ kết cấu: Qua so sánh giữa hệ tường chịu lực, khung thuần túy và lõi cứng, tác giả chọn hệ kết cấu hỗn hợp khung - giằng (kết hợp lõi thang máy vách bê tông cốt thép và các khung ngang). Sơ đồ này tận dụng khả năng chịu lực ngang của lõi thang máy, giảm chuyển vị ngang và giảm mô men uốn do tải trọng gió tác động lên các khung biên.
- Lựa chọn vật liệu:
- Bê tông cấp độ bền B20: Cường độ chịu nén tính toán $R_b = 11,5\text{ MPa}$ ($115\text{ kG/cm}^2$), cường độ chịu kéo $R_{bt} = 0,90\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_b = 27 \times 10^3\text{ MPa}$.
- Cốt thép nhóm AI ($\phi \le 12\text{ mm}$): $R_s = R_{sc} = 225\text{ MPa}$, $E_s = 21 \times 10^4\text{ MPa}$.
- Cốt thép nhóm AII ($\phi \le 12\text{ mm}$): $R_s = R_{sc} = 280\text{ MPa}$, $E_s = 21 \times 10^4\text{ MPa}$.
- Cốt thép nhóm AIII ($\phi \ge 22\text{ mm}$): $R_s = R_{sc} = 365\text{ MPa}$, $E_s = 20 \times 10^4\text{ MPa}$.
- Xác định tải trọng tác dụng lên sàn và sơ bộ chiều dày bản sàn:
| Loại sàn |
Tĩnh tải $g_{tt}$ ($\text{kG/m}^2$) |
Hoạt tải $p_{tt}$ ($\text{kG/m}^2$) |
Tải toàn phần $q_0$ ($\text{kG/m}^2$) |
Chiều dày chọn $h_s$ (cm) |
| Sàn văn phòng, hành lang ($S_2$) |
531 |
337,5 |
868,5 |
15 |
| Sàn khu vệ sinh (WC) |
628 |
240,0 |
868,0 |
15 |
| Sàn mái $S_3$ |
782 |
97,5 |
879,5 (chưa bt: 549,5) |
12 |
| Sàn mái $S_4$ |
688 |
97,5 |
785,5 (chưa bt: 510,5) |
10 |
| Sàn đáy bể nước mái |
795 |
2.760,0 |
3.555,0 (chưa bt: 3.088) |
17 |
- Sơ bộ tiết diện dầm:
- Dầm phụ dọc nhịp $5,1\text{ m}$: Tiết diện $200 \times 400\text{ mm}$ và $300 \times 600\text{ mm}$.
- Dầm chính dọc nhịp $7,5\text{ m}$: Tiết diện $400 \times 800\text{ mm}$.
- Dầm khung ngang nhịp $9,3\text{ m}$: Tiết diện $400 \times 800\text{ mm}$.
- Sơ bộ chiều dày vách thang máy: Chọn chiều dày vách $t = 25\text{ cm}$ (thỏa mãn điều kiện $t \ge \frac{1}{20} H_t = 19,5\text{ cm}$ và $t \ge 16\text{ cm}$).
- Sơ bộ tiết diện cột: Tiết diện cột được thay đổi 3 đợt theo chiều cao công trình nhằm tối ưu hóa vật liệu:
- Cột giữa C2 (trục C): Tầng hầm đến tầng 2 chọn $1000 \times 600\text{ mm}$ ($A = 0,60\text{ m}^2$); Tầng 3 đến tầng 5 chọn $800 \times 600\text{ mm}$ ($A = 0,48\text{ m}^2$); Tầng 6 đến tầng mái chọn $600 \times 600\text{ mm}$ ($A = 0,36\text{ m}^2$).
- Cột biên C4 (trục F) / C1 (trục A): Tầng hầm đến tầng 2 chọn $900 \times 500\text{ mm}$ ($A = 0,45\text{ m}^2$); Tầng 3 đến tầng 5 chọn $700 \times 500\text{ mm}$ ($A = 0,35\text{ m}^2$); Tầng 6 đến tầng mái chọn $500 \times 500\text{ mm}$ ($A = 0,25\text{ m}^2$).
- Sơ đồ hình học và sơ đồ kết cấu khung trục 3: Khung ngang 3 nhịp: $l_{AC} = 9,5\text{ m}$, $l_{CD} = 7,5\text{ m}$, $l_{DF} = 9,5\text{ m}$. Chiều cao cột tầng hầm $h_{th} = 3,5\text{ m}$, chiều cao các tầng trên $h_t = 3,9\text{ m}$.
Chương II: Thiết kế sàn tầng điển hình
Tác giả tiến hành tính toán chi tiết cốt thép cho các ô sàn đại diện:
- Ô sàn vệ sinh $O_1$ ($3,75 \times 4,65\text{ m}$): Tính toán theo sơ đồ đàn hồi do yêu cầu chống thấm. Nhịp tính toán $l_{t1} = 3,40\text{ m}$, $l_{t2} = 4,35\text{ m}$ ($\frac{l_{t2}}{l_{t1}} = 1,279$). Tải trọng $q_b = 868\text{ kG/m}^2$, tổng tải $P = 12.838\text{ kG}$. Nội lực tính được: $M_1 = 57.380\text{ kG}\cdot\text{cm}$, $M_I = 60.852\text{ kG}\cdot\text{cm}$, $M_2 = 35.176\text{ kG}\cdot\text{cm}$, $M_{II} = 37.230\text{ kG}\cdot\text{cm}$. Kết quả bố trí cốt thép $\phi 8\text{a}200$ ($A_s = 2,515\text{ cm}^2$) cho cả hai phương.
- Ô sàn phòng làm việc lớn nhất $O_4$ ($4,65 \times 5,10\text{ m}$): Tính toán theo sơ đồ khớp dẻo. Nhịp tính toán $l_{t1} = 4,35\text{ m}$, $l_{t2} = 4,70\text{ m}$ ($\frac{l_{t2}}{l_{t1}} = 1,08$). Tải trọng toàn phần $q_b = 1.168,5\text{ kG/m}^2$. Nội lực: $M_1 = 44.355\text{ kG}\cdot\text{cm}$, $M_{A1} = M_{B1} = 60.323\text{ kG}\cdot\text{cm}$, $M_2 = 41.694\text{ kG}\cdot\text{cm}$, $M_{A2} = M_{B2} = 51.700\text{ kG}\cdot\text{cm}$. Chọn cốt thép $\phi 8\text{a}200$ theo phương cạnh ngắn và cấu tạo $\phi 8\text{a}200$ theo phương cạnh dài.
- Ô sàn phòng làm việc $O_1$ ($3,75 \times 4,65\text{ m}$): Tính toán theo sơ đồ khớp dẻo ($l_{t1} = 3,40\text{ m}, l_{t2} = 4,35\text{ m}, \frac{l_{t2}}{l_{t1}} = 1,279$). Tải trọng $q_b = 1.168,5\text{ kG/m}^2$. Nội lực: $M_1 = 36.714\text{ kG}\cdot\text{cm}$, $M_{A1} = 46.296\text{ kG}\cdot\text{cm}$. Bố trí cốt thép $\phi 8\text{a}200$.
Chương III: Thiết kế khung ngang trục 3
- Xác định chi tiết tĩnh tải tập trung và tĩnh tải phân bố từ bản sàn, dầm phụ, tường gạch ($220\text{ mm}$ và $110\text{ mm}$) truyền vào khung ngang trục 3.
- Tính toán các trường hợp hoạt tải đứng tác dụng lên các tầng sàn và tải trọng gió tác động vào bề mặt công trình theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995.
- Thiết lập sơ đồ tải trọng, nhập dữ liệu vào Sap2000 để giải nội lực, lập bảng tổ hợp nội lực (bao gồm tổ hợp cơ bản 1 và tổ hợp cơ bản 2) để tìm các cặp nội lực nguy hiểm nhất ($M_{max}, N_{tu}$, $M_{min}, N_{tu}$, $N_{max}, M_{tu}$).
- Tính toán và bố trí cốt thép chịu lực cho các tiết diện cột trục 3, dầm trục 3; thể hiện cấu tạo chi tiết nút góc trên cùng và nút liên kết cột biên với dầm xà.
Chương IV và V: Tính toán nền móng và cầu thang bộ
- Nền móng: Phân tích điều kiện địa chất công trình (tầng bùn sét pha dày $12\text{ m}$ tại độ sâu từ $-15\text{ m}$ đến $-27\text{ m}$ có sức chịu tải rất kém, lớp sỏi cuội ở độ sâu dưới $-37\text{ m}$ có chỉ tiêu cơ lý vượt trội $c = 10.000\text{ kG/m}^2, \varphi = 33^\circ$). Lựa chọn giải pháp móng cọc khoan nhồi cắm vào tầng cuội sỏi chịu lực, tính toán sức chịu tải của cọc đơn và bố trí đài cọc.
- Cầu thang bộ: Tính toán nội lực và bố trí cốt thép cho bản thang, dầm cốn, dầm chiếu nghỉ và dầm chiếu tới của thang bộ tầng điển hình.
Phần III: Thi công (45%)
Chương I: Khái quát đặc điểm công trình và khối lượng thi công
- Đánh giá các đặc điểm kết cấu bê tông cốt thép toàn khối, điều kiện mặt bằng xây chen trong đô thị đông dân cư và bóc tách khối lượng công tác đất, cọc khoan nhồi, ván khuôn, cốt thép, bê tông cho các cấu kiện móng, khung, sàn, mái.
Chương II: Các biện pháp kỹ thuật thi công chính
- Đo đạc định vị: Thiết lập lưới khống chế trắc địa và định vị các trục tim công trình bằng máy kinh vĩ và thủy bình.
- Thi công cọc khoan nhồi: Quy trình khoan tạo lỗ sử dụng dung dịch giữ thành vách, công tác hạ lồng cốt thép, thổi rửa đáy hố khoan và đổ bê tông bằng phương pháp ống rút thẳng đứng (tremie).
- Thi công đào và lấp đất hố móng: Biện pháp đào đất cơ giới kết hợp sửa thủ công, biện pháp chống sạt lở thành hố đào và quy trình đầm nén lấp đất hố móng theo từng lớp kỹ thuật.
- Thi công bê tông cốt thép toàn khối: Lựa chọn hệ thống cốp pha (ván khuôn gỗ/thép kết hợp cây chống kim loại điều chỉnh), quy trình gia công lắp dựng cốt thép dầm, cột, sàn, móng giằng; công nghệ vận chuyển và đổ bê tông thương phẩm bằng bơm cần kết hợp đầm dùi, đầm bàn đúng quy phạm.
- Công tác hoàn thiện: Kỹ thuật xây tường gạch bao che/ngăn chia, trát tường, ốp lát gạch granite nhân tạo cho mặt sàn, ốp đá granite tự nhiên cho bậc thang các tầng 1-4 và granito các tầng trên, lắp đặt trần khung nhôm nổi và hệ thống cửa nhôm kính phản quang.
Chương III và IV: Thiết kế tổ chức thi công và an toàn lao động
- Tiến độ thi công: Lập tiến độ thi công tổng thể cho toàn bộ các công đoạn công trình theo phương pháp sơ đồ ngang nhằm tối ưu hóa việc huy động nhân lực, thiết bị máy móc và cung ứng vật tư.
- Tổng mặt bằng thi công: Tính toán và bố trí hợp lý các khu vực kho bãi chứa cát, đá, xi măng, bãi gia công cốt thép, cốp pha, vị trí đặt cần trục tháp, cổng ra vào, trạm biến áp tạm, mạng lưới cấp điện - cấp nước thi công và đường giao thông nội bộ phục vụ xe máy cơ giới.
- An toàn lao động và vệ sinh môi trường: Quy định các biện pháp an toàn khi làm việc trên cao (hệ thống lưới chắn, dây đai an toàn, lan can bảo vệ), an toàn sử dụng thiết bị nâng và điện thi công, phương án phòng chống cháy nổ và biện pháp giảm thiểu tiếng ồn, bụi bẩn ảnh hưởng đến khu dân cư lân cận.
Kết quả và đóng góp
Kết quả kỹ thuật chính
- Hệ thống hóa chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật kiến trúc: Đạt diện tích mặt bằng xây dựng $1.245\text{ m}^2$, tổng diện tích sàn $2.881\text{ m}^2$, diện tích làm việc $732\text{ m}^2$ với hệ số mặt bằng $k_0 = 0,587$ và hệ số sử dụng $k_1 = 0,626$.
- Xác lập giải pháp kết cấu hợp lý: Ứng dụng giải pháp hệ hỗn hợp khung - giằng bê tông cốt thép kết hợp lõi thang máy vách dày $25\text{ cm}$. Sơ bộ kích thước tiết diện bản sàn ($15\text{ cm}$ sàn tầng, $10 - 12\text{ cm}$ sàn mái, $17\text{ cm}$ sàn bể nước) và phân bậc tiết diện cột theo 3 giai đoạn chiều cao giúp tiết kiệm vật liệu bê tông và cốt thép.
- Tính toán cốt thép bản sàn chi tiết: Kiểm chứng tính toán các ô sàn $O_1, O_4$ bằng cả sơ đồ đàn hồi và sơ đồ khớp dẻo, xác định diện tích cốt thép yêu cầu và chọn giải pháp đặt thép đồng bộ $\phi 8\text{a}200$.
- Lập giải pháp nền móng chuẩn xác: Đề xuất giải pháp móng cọc khoan nhồi vượt qua tầng bùn sét pha yếu dày $12\text{ m}$ để tựa vào lớp sỏi cuội chịu lực tốt, đảm bảo độ lún giới hạn cho công trình cao 10 tầng.
- Quy trình thi công hoàn chỉnh: Xây dựng tổng mặt bằng và bảng tiến độ thi công sơ đồ ngang, giải quyết bài toán thi công nhà cao tầng trong điều kiện mặt bằng xây chen đô thị chật hẹp.
Đóng góp của tác giả đồ án
Tác giả đã hoàn thành một công trình tốt nghiệp kỹ sư xây dựng toàn diện, thể hiện sự kết hợp chặt chẽ giữa 3 phân môn kỹ thuật: Kiến trúc (10%), Kết cấu (45%) và Thi công (45%). Nội dung tính toán bám sát các tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam hiện hành (TCVN 2748:1991, TCVN 2737:1995), vận dụng thành thạo phần mềm chuyên ngành Sap2000 trong phân tích nội lực khung nhà cao tầng, và đề xuất được quy trình công nghệ thi công cọc khoan nhồi, kết cấu bê tông toàn khối có tính khả thi cao trong thực tế.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế
- Giới hạn mô hình tính toán: Do thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp bị khống chế trong 14 tuần, tác giả thực hiện phân tích kết cấu trên mô hình khung phẳng 2D (khung ngang trục 3) và quy đổi tải trọng truyền vào khung từ các dầm đơn giản lân cận, chưa xét đến sự làm việc không gian tổng thể 3D của toàn bộ hệ kết cấu khung - vách - sàn.
- Phạm vi tính toán cấu kiện: Phần kết cấu chỉ tập trung giải quyết chi tiết cho khung ngang trục 3, sàn tầng điển hình, cầu thang bộ và móng cọc khoan nhồi đại diện, chưa triển khai chi tiết tính toán cho toàn bộ các trục khung dọc và khung ngang khác của tòa nhà.
Hướng phát triển
- Ứng dụng mô hình không gian 3D tổng thể trên các phần mềm chuyên dụng (như ETABS, SAP2000 3D) để phân tích dao động động học, xét đến tác động của tải trọng động đất, tải trọng gió động và tương tác không gian giữa hệ khung và lõi thang máy.
- Mở rộng nghiên cứu áp dụng mô hình thông tin công trình (BIM) để quản lý xung đột hình học giữa các hệ thống kết cấu, kiến trúc, cơ điện (MEP) và lập tiến độ thi công 4D/5D cho công trình.
Giá trị tham khảo
Đối tượng sử dụng tài liệu
- Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp: Tài liệu tham khảo hữu ích cho quá trình thực hiện đồ án môn học Bê tông cốt thép, Đồ án Nền móng, Đồ án Tổ chức thi công và Đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng.
- Kỹ sư thiết kế kết cấu và Kỹ sư hiện trường: Tham khảo các bước lập luận lựa chọn hệ kết cấu khung giằng, quy trình sơ bộ kích thước tiết diện dầm - cột - sàn cho nhà cao 9-10 tầng và các biện pháp kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi, bê tông toàn khối trong khu vực đô thị.
Các nội dung nổi bật đáng tham khảo
- Phương pháp tính toán bản sàn hai phương so sánh giữa sơ đồ đàn hồi (theo tài liệu Vũ Mạnh Hùng) và sơ đồ khớp dẻo (theo tài liệu Nguyễn Đình Cống).
- Công thức và quy trình xác định diện tích sơ bộ tiết diện cột nhà cao tầng chịu nén lệch tâm phẳng có xét đến sự suy giảm tải trọng theo chiều cao.
- Trình tự xác định tĩnh tải, hoạt tải đứng và tải trọng gió tác dụng vào khung ngang nhà cao tầng.
- Thuyết minh biện pháp kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi và tổng mặt bằng thi công công trình xây chen.
Câu hỏi thường gặp
1. Công trình có quy mô số tầng, chiều cao và sự phân bổ chức năng như thế nào?
Công trình gồm 9 tầng nổi, 1 tầng bán hầm và 1 tầng kỹ thuật mái với tổng chiều cao $35,1\text{ m}$ (đạt $36,9\text{ m}$ tính từ mặt đất tự nhiên). Tầng hầm cao $3,9\text{ m}$ (chiều cao cột $3,5\text{ m}$) dùng để xe và bố trí trạm điện, trạm bơm, thiết bị kỹ thuật; tầng 1 làm sảnh đón tiếp và giao dịch; tầng 2 là trung tâm lưu trữ; các tầng 3 đến 8 bố trí các Sở, ban, ngành của tỉnh (như Sở Nông nghiệp, Sở GTVT, Sở Xây dựng, Sở Y tế...); tầng 9 và mái là tầng kỹ thuật, kho và bể nước mái.
2. Tại sao tác giả lựa chọn giải pháp kết cấu hệ hỗn hợp khung giằng kết hợp lõi thang máy?
Công trình có chiều cao 9-10 tầng. Nếu dùng hệ khung thuần túy thì độ cứng ngang nhỏ, chuyển vị ngang lớn và tốn nhiều thép cho cột. Nếu dùng hệ lõi thuần túy thì đòi hỏi sàn rất dày và khó bố trí mặt bằng. Việc kết hợp lõi cứng thang máy vách bê tông cốt thép ($t = 25\text{ cm}$) cùng hệ khung ngang chịu lực giúp tăng cường độ cứng ngang tổng thể, giảm đáng kể mô men do tải trọng gió tác động lên các khung phẳng và tối ưu hóa không gian sử dụng.
3. Tiết diện của các cột chính được lựa chọn và thay đổi theo chiều cao ra sao?
Để tiết kiệm vật liệu và phù hợp với tải trọng giảm dần theo chiều cao, tiết diện cột được thay đổi 3 đợt:
- Cột giữa C2: Tầng hầm - tầng 2 dùng tiết diện $1000 \times 600\text{ mm}$; Tầng 3 - 5 giảm xuống $800 \times 600\text{ mm}$; Tầng 6 - mái giảm xuống $600 \times 600\text{ mm}$.
- Cột biên C4: Tầng hầm - tầng 2 dùng tiết diện $900 \times 500\text{ mm}$; Tầng 3 - 5 giảm xuống $700 \times 500\text{ mm}$; Tầng 6 - mái giảm xuống $500 \times 500\text{ mm}$.
4. Loại vật liệu bê tông và cốt thép nào được sử dụng trong tính toán kết cấu?
Đồ án sử dụng bê tông cấp độ bền B20 có $R_b = 11,5\text{ MPa}$ ($115\text{ kG/cm}^2$), $R_{bt} = 0,90\text{ MPa}$, $E_b = 27 \times 10^3\text{ MPa}$. Cốt thép gồm 3 nhóm: Thép $\phi \le 12\text{ mm}$ nhóm AI ($R_s = 225\text{ MPa}$), thép $\phi \le 12\text{ mm}$ nhóm AII ($R_s = 280\text{ MPa}$) và thép $\phi \ge 22\text{ mm}$ nhóm AIII ($R_s = 365\text{ MPa}$).
5. Đặc điểm địa chất công trình ảnh hưởng như thế nào đến việc lựa chọn giải pháp móng?
Địa chất khu vực có lớp 4 là bùn sét pha rất yếu dày tới $12,0\text{ m}$ (ở độ sâu từ $-15\text{ m}$ đến $-27\text{ m}$) với lực dính thấp ($c = 700\text{ kG/m}^2, \varphi = 9^\circ$). Do đó, móng nông hay móng cọc ma sát ngắn không đảm bảo điều kiện chịu lực và độ lún cho nhà 10 tầng. Tác giả lựa chọn giải pháp móng cọc khoan nhồi hạ sâu qua các tầng đất yếu để ngàm vào lớp 6 là tầng sỏi cuội chịu lực rất tốt ($c = 10.000\text{ kG/m}^2, \varphi = 33^\circ$).
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Trụ sở liên cơ quan tỉnh Hải Dương" của sinh viên Trương Ngọc Tân là một công trình thiết kế kỹ thuật xây dựng hoàn chỉnh, giải quyết trọn vẹn từ quy hoạch kiến trúc công năng, tính toán kết cấu bê tông cốt thép chịu lực đến lập biện pháp và tổ chức thi công công trình cao tầng. Tác giả đã vận dụng bài bản các tiêu chuẩn TCVN, giáo trình chuyên ngành và công cụ Sap2000 để đưa ra các giải pháp kết cấu khung - giằng và nền móng cọc khoan nhồi an toàn, kinh tế. Bản đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực tiễn cao cho sinh viên ngành xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp.