Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp được thực hiện trong bối cảnh tốc độ đô thị hóa và xây dựng cơ sở hạ tầng tại các địa phương trên cả nước phát triển mạnh mẽ, kéo theo nhu cầu hoàn thiện mạng lưới công trình hành chính công nhằm đáp ứng yêu cầu làm việc, quản lý và giao dịch hành chính của cơ quan nhà nước. Tác giả lựa chọn đề tài thiết kế công trình "Trụ sở UBND Thành phố Hưng Yên" nhằm vận dụng toàn diện kiến thức chuyên ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp vào một công trình thực tế, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật, thẩm mỹ kiến trúc và quy chuẩn quy hoạch không gian đô thị của tỉnh Hưng Yên.

Theo văn bản giao đề tài và thuyết minh, mục tiêu nghiên cứu và các nhiệm vụ kỹ thuật cần giải quyết được đánh số cụ thể như sau:

  1. Thiết kế phần kiến trúc (chiếm 10% khối lượng): Vẽ lại và hoàn thiện hồ sơ kiến trúc gồm mặt bằng các tầng (tầng 1, tầng điển hình 2-6, tầng mái tỷ lệ 1/100), mặt cắt dọc A-A, mặt cắt ngang B-B (tỷ lệ 1/100), các mặt đứng trục 1-15 và D-A' (tỷ lệ 1/100), mặt bằng tổng thể (tỷ lệ 1/500) và bản vẽ chi tiết thang bộ.
  2. Thiết kế kết cấu sàn tầng 5: Xác định tải trọng, lựa chọn sơ đồ tính toán cho từng loại ô sàn (phòng làm việc, hành lang, khu vệ sinh) và tính toán bố trí cốt thép sàn.
  3. Thiết kế kết cấu khung trục 5: Xác định sơ đồ hình học, tính toán toàn bộ tĩnh tải, hoạt tải sử dụng và tải trọng gió tác dụng vào khung; sử dụng phần mềm phân tích kết cấu để tổ hợp nội lực và tính toán cốt thép dầm, cốt thép cột của khung trục 5.
  4. Thiết kế kết cấu móng trục 5: Đánh giá điều kiện địa chất, thủy văn, lựa chọn phương án móng cọc bê tông cốt thép đài thấp, tính toán sức chịu tải của cọc và thiết kế chi tiết các đài móng trục A, D (M1) và trục B, C (M2).
  5. Thiết kế kỹ thuật thi công phần ngầm: Lập biện pháp thi công ép cọc bê tông cốt thép, biện pháp đào và đắp đất hố móng, thiết kế ván khuôn và công nghệ đổ bê tông đài móng, giằng móng.
  6. Thiết kế kỹ thuật thi công phần thân: Thiết kế ván khuôn cột, ván khuôn dầm, ván khuôn sàn tầng điển hình; tính toán lựa chọn máy và thiết bị thi công chính; lập biện pháp gia công, lắp dựng và nghiệm thu cốt thép, bê tông cột, dầm, sàn.
  7. Thiết kế tổ chức thi công: Lập tiến độ thi công công trình, tính toán biểu đồ nhân lực, diện tích lán trại sử dụng, diện tích kho bãi tập kết vật liệu, tính toán mạng lưới cấp điện và cấp nước thi công trên công trường.
  8. Lập biện pháp an toàn lao động và vệ sinh môi trường: Đề xuất các biện pháp bảo đảm an toàn trong công tác đào đất, thi công bê tông, gia công lắp dựng và tháo dỡ ván khuôn, cốt thép, xây trát hoàn thiện.

Đối tượng nghiên cứu là giải pháp kiến trúc, kết cấu bê tông cốt thép toàn khối và biện pháp tổ chức thi công công trình Trụ sở UBND Thành phố Hưng Yên (quy mô 6 tầng). Phạm vi nghiên cứu về không gian là khu đất xây dựng có diện tích 1.346,2 m² (diện tích khu đất theo mục quy hoạch tổng thể ghi nhận 1.074,6 m², diện tích xây dựng chiếm 880 m²) tại thành phố Hưng Yên; công trình có chiều dài 54 m (khoảng cách giữa các trục biên từ trục 1 đến trục 13 là 51,6 m), chiều rộng 19,5 m, hướng công trình là hướng Đông - Nam. Phạm vi thời gian thực hiện đồ án từ ngày 25 tháng 12 năm 2018 đến ngày 29 tháng 3 năm 2019; địa điểm thực tập tốt nghiệp tại Công ty TNHH Mai Anh. Các số liệu hình học đầu vào được điều chỉnh theo nhiệm vụ giao: nhịp nhà 7,2 m chuyển thành 7,0 m (nhịp phụ hành lang 3,0 m giữ nguyên); bước cột 4,5 m chuyển thành 4,3 m; chiều cao tầng 3,9 m chuyển thành 3,7 m.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận sử dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành của Việt Nam, tài liệu chuyên khảo chuyên ngành kết cấu bê tông cốt thép và phần mềm tính toán phần tử hữu hạn:

  • Tiêu chuẩn quy phạm: TCVN 2737:1995 (Tiêu chuẩn thiết kế - Tải trọng và tác động) dùng để tra cứu hoạt tải sử dụng theo công năng phòng và xác định tải trọng gió; hệ thống quản lý chất lượng đào tạo ISO 9001:2015 của Trường Đại học Dân lập Hải Phòng.
  • Tài liệu chuyên khảo: Phương pháp tính toán bản sàn theo sơ đồ khớp dẻo dựa trên tài liệu "Sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối" của GS. Nguyễn Đình Cống (sử dụng bảng tra hệ số bản kê bốn cạnh 2.2); tài liệu Kết cấu Bê tông cốt thép dùng tính toán bản đàn hồi theo phụ lục tra bảng hệ số mômen uốn.
  • Tiêu chuẩn biến dạng móng: Độ lún giới hạn cho phép $[s] = 8\text{ cm}$, độ lún lệch giới hạn $\Delta S_{gh} = 0$.

Phương pháp nghiên cứu kết cấu và công nghệ thi công bao gồm:

  • Phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (FEM): Mô hình hóa kết cấu hệ khung phẳng hai chiều (sơ đồ hình học trục dầm và cột) trong giai đoạn làm việc đàn hồi tuyến tính thông qua chương trình tính toán kết cấu SAP2000 để xác định nội lực (mômen uốn $M$, lực cắt $Q$, lực dọc $N$) và chuyển vị của hệ thanh dưới tác động của các tổ hợp tải trọng tĩnh, hoạt tải đứng và tải trọng gió.
  • Phương pháp giải tích kết cấu sàn: Áp dụng sơ đồ khớp dẻo đối với các ô sàn làm việc theo hai phương tại các khu vực thông thường (phòng làm việc, hành lang) nhằm tận dụng biến dạng dẻo của vật liệu; áp dụng sơ đồ đàn hồi đối với ô sàn khu vệ sinh nhằm hạn chế tối đa nguy cơ nứt và đáp ứng yêu cầu chống thấm.
  • Phương pháp thống kê địa kỹ thuật: Đánh giá sức chịu tải của cọc ép đơn dựa trên các chỉ tiêu cơ lý đất nền và phương pháp giải tích cơ học đất để kiểm tra khả năng chịu tải trọng thẳng đứng, lực chọc thủng đài cọc và kiểm tra ứng suất nén tại mũi cọc.
  • Phương pháp định mức và tổ chức dây chuyền thi công: Tính toán khối lượng công tác xây lắp, hao phí lao động, máy móc theo định mức xây dựng để thiết lập tiến độ thi công ngang và sơ đồ mặt bằng công trường.

Nguồn dữ liệu sử dụng trong đồ án gồm: hồ sơ kiến trúc và quy hoạch mặt bằng công trình tại Thành phố Hưng Yên; số liệu khí hậu địa phương (nhiệt độ trung bình 27°C, độ ẩm trung bình 85%); báo cáo khảo sát địa chất công trình và địa chất thủy văn khu vực xây dựng; các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu xây dựng.

Nhóm vật liệu Chủng loại / Cấp độ bền Chỉ tiêu cơ lý và cường độ tính toán trích xuất từ văn bản
Bê tông Cấp độ bền B20 Cường độ chịu nén tính toán $R_b = 11,5\text{ MPa} = 1.150\text{ T/m}^2 = 115\text{ kG/cm}^2$; Cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 0,9\text{ MPa}$; Môđun đàn hồi $E_b = 27 \times 10^3\text{ MPa}$.
Cốt thép loại 1 Thép cán nóng CI (đường kính $\phi \le 10\text{ mm}$) Cường độ chịu kéo tính toán $R_s = 225\text{ MPa}$; Cường độ chịu nén tính toán $R_{sc} = 225\text{ MPa}$; Cường độ chịu cắt của cốt đai $R_{sw} = 175\text{ MPa}$; Môđun đàn hồi $E_s = 21 \times 10^4\text{ MPa}$.
Cốt thép loại 2 Thép cán nóng CII (đường kính $\phi > 10\text{ mm}$ hoặc $\phi \ge 12\text{ mm}$) Cường độ chịu kéo tính toán $R_s = 280\text{ MPa}$; Cường độ chịu nén tính toán $R_{sc} = 280\text{ MPa}$; Cường độ chịu cắt của cốt đai $R_{sw} = 225\text{ MPa}$; Môđun đàn hồi $E_s = 21 \times 10^4\text{ MPa}$.

Nội dung chính theo từng chương

Phần I: Kiến trúc và kết cấu

Chương 1: Giới thiệu kiến trúc

Chương này trình bày tổng quan về địa điểm xây dựng tại thành phố Hưng Yên, điều kiện tự nhiên khu đất rộng 1.346,2 m² (bằng phẳng, thuận lợi san lấp), điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa có nhiệt độ bình quân năm 27°C, biên độ nhiệt giữa tháng 4 và tháng 12 là 12°C, độ ẩm trung bình 85%. Hiện trạng hạ tầng kỹ thuật gồm nguồn cấp nước lấy từ mạng lưới thành phố kết hợp bể trữ ngầm; nguồn cấp điện lấy từ trạm biến áp Văn Cao hiện có qua trạm biến áp Kios phụ trợ công suất 560 kVA - 22/0.4 kV, bố trí hệ thống máy phát điện dự phòng; hệ thống dây dẫn ruột đồng hai lớp cách điện PVC luồn ống nhựa D15 đi ngầm tường trần.

Mặt bằng tổng thể công trình dài 54 m, rộng 19,5 m, diện tích xây dựng 880 m², hướng chính Đông - Nam. Tổ chức giao thông nội bộ liên hệ qua hành lang giữa rộng 3,0 m; thang bộ một vế bố trí sát cạnh giếng thang máy với chiều rộng vế thang 1,4 m, kích thước bậc thang rộng 300 mm, cao 150 mm. Chiếu sáng tự nhiên kết hợp nhân tạo; thông gió tự nhiên xuyên phòng nhờ các mặt nhà tiếp giáp đường giao thông và khoảng lưu không. Hệ thống kỹ thuật công trình gồm trạm xử lý nước thải đặt tại tầng ngầm 2 với lưu lượng thoát nước bẩn thiết kế 40 l/s; hệ thống cấp nước cứu hỏa riêng biệt cấp tới các trụ chữa cháy trên các tầng, mỗi tầng bố trí 2 ô cứu hỏa (mỗi ô gồm 2 bình bọt/khí và 1 họng nước), trang bị bổ sung bình phản ứng canxi cacbonat và axit sunfuric, bể nước dự trữ cứu hỏa bảo đảm cung cấp liên tục trong 2 giờ; hệ thống chống sét gồm kim thu lôi bằng thép mạ kẽm chống gỉ dài 1,5 m đặt trên nóc nhà ở độ cao trên 40 m so với mặt đất liên kết với dây thép dẫn sét và hệ cọc tiếp địa ngầm; rác thải thu gom bằng ống đứng xả xuống phòng thu gom rác bên ngoài qua thang máy kỹ thuật.

Chương 2: Tính toán kết cấu sàn và khung trục 5

Chương 2 thực hiện tính toán kết cấu phần thân bao gồm hệ bản sàn sườn toàn khối và hệ khung phẳng trục 5. Tác giả chọn chiều dày bản sàn sơ bộ theo công thức $h_b = (D/m) \cdot l_1$: sàn phòng làm việc có nhịp cạnh ngắn $l_1 = 3,5\text{ m}$ (kích thước lưới $4,3 \times 3,5\text{ m}$), tỷ số hai cạnh $l_2/l_1 = 3,5/4,3 \approx 0,8 < 2$ (bản kê 4 cạnh làm việc hai phương), với $D = 1,2$ và $m = 40$ tính ra chiều dày chọn $h_s = 10\text{ cm}$; sàn hành lang và sàn mái chọn thống nhất $h_s = h_{hl} = h_{sm} = 10\text{ cm}$. Kích thước tiết diện các bộ phận kết cấu được sơ bộ lựa chọn như sau:

  • Dầm chính phòng (nhịp AB, CD dài 7,0 m): chiều cao $h_{dc} = (1/12 \div 1/8) \times 700\text{ cm} \rightarrow$ chọn $h_{dc} = 60\text{ cm}$; chiều rộng $b_{dc} = (0,3 \div 0,5) \times 60\text{ cm} \rightarrow$ chọn $b_{dc} = 22\text{ cm}$ (tiết diện $22 \times 60\text{ cm}$).
  • Dầm hành lang (nhịp BC dài 3,0 m): chiều cao $h_{hl} = (1/12 \div 1/8) \times 300\text{ cm} \rightarrow$ chọn $h_{hl} = 30\text{ cm}$; chiều rộng $b_{hl} = 22\text{ cm}$ (tiết diện $22 \times 30\text{ cm}$).
  • Dầm phụ dọc nhà (nhịp bước 4,3 m): chiều cao $h_{dp} = (1/20 \div 1/12) \times 430\text{ cm} = 21,5 \div 35,8\text{ cm} \rightarrow$ chọn $h_{dp} = 30\text{ cm}$; chiều rộng $b_{dp} = 22\text{ cm}$ (tiết diện $22 \times 30\text{ cm}$).
  • Cột khung chịu lực: diện tích tiết diện xác định theo lực nén sơ bộ $A_b \ge k \cdot N / R_b$ với hệ số dự trữ $k = 1,3$ (hoặc 1,1 khi kiểm tra), tải trọng sàn $q_s = 1.200\text{ kg/m}^2$, diện tích chịu tải cột biên $S_A = 15,05\text{ m}^2$, cột giữa $S_B = 21,5\text{ m}^2$. Tiết diện cột được phân đoạn theo chiều cao: tầng 1, 2, 3 cột biên trục A, D chọn $300 \times 450\text{ mm}$, cột giữa trục B, C chọn $300 \times 600\text{ mm}$; tầng 4, 5, 6 cột biên trục A, D giảm xuống $300 \times 400\text{ mm}$, cột giữa trục B, C giảm xuống $300 \times 550\text{ mm}$.

Tính toán sàn tầng 5 chi tiết cho 3 loại ô bản điển hình:

  • Ô sàn phòng làm việc (Ô1, kích thước $4,3 \times 3,7\text{ m}$, nhịp tính toán $l_{t1} = 3,48\text{ m}$, $l_{t2} = 4,08\text{ m}$, tỷ số $l_{t2}/l_{t1} = 1,16 < 2$ tính theo sơ đồ khớp dẻo): tĩnh tải tính toán $g = 397\text{ kG/m}^2$, hoạt tải tính toán $p^{tt} = 240\text{ kG/m}^2$, tổng tải trọng $q_b = 637\text{ kG/m}^2$. Mômen uốn nhịp phương cạnh ngắn $M_1 = 184,75\text{ kgm}$, mômen gối $M_{A1} = 184,75\text{ kgm}$. Chiều cao làm việc $h_0 = 8\text{ cm}$, diện tích cốt thép yêu cầu $A_s = 1,04\text{ cm}^2$, bố trí thép $\phi 6a200$ ($A_s = 1,415\text{ cm}^2$). Phương cạnh dài mômen nhỏ hơn nên đặt thép cấu tạo $\phi 6a200$.
  • Ô sàn hành lang (Ô2, kích thước $4,3 \times 3,0\text{ m}$, nhịp tính toán $l_{t1} = 2,78\text{ m}$, $l_{t2} = 4,08\text{ m}$, tỷ số $l_{t2}/l_{t1} = 1,47$ tính theo sơ đồ khớp dẻo): tĩnh tải $g = 397\text{ kG/m}^2$, hoạt tải $p^{tt} = 360\text{ kG/m}^2$, tổng tải $q_b = 757\text{ kG/m}^2$. Mômen nhịp $M_1 = 194,27\text{ kgm}$, mômen gối $M_{A1} = 194,27\text{ kgm}$, diện tích cốt thép yêu cầu $A_s = 1,09\text{ cm}^2$, chọn thép $\phi 6a200$ ($A_s = 1,415\text{ cm}^2$); cốt thép phương cạnh dài đặt cấu tạo $\phi 6a200$.
  • Ô sàn vệ sinh (Ô3, kích thước $3,7 \times 2,25\text{ m}$, tỷ số $l_2/l_1 = 1,6 < 2$ tính theo sơ đồ đàn hồi tra hệ số): tĩnh tải $g = 423\text{ kG/m}^2$, hoạt tải $p^{tt} = 240\text{ kG/m}^2$, tổng tải $q_b = 663\text{ kG/m}^2$. Mômen dương $M_1 = 110\text{ kG}\cdot\text{m/m}$, diện tích thép yêu cầu $A_s = 52\text{ mm}^2$, kiểm tra hàm lượng thép $\mu = 0,06% > \mu_{min} = 0,05%$, chọn cốt thép chịu lực $\phi 6s200$ ($A_s = 1,415\text{ cm}^2/m$).

Tính toán khung trục 5:

  • Chiều cao cột tầng 1 lấy bằng khoảng cách từ đỉnh móng (chiều sâu chôn móng $H_m = 0,5\text{ m}$ dưới cốt mặt đất tự nhiên -0.90 m) đến mặt dầm; chiều cao các tầng 2, 3, 4, 5, 6 là $h_t = 3,7\text{ m}$.
  • Tĩnh tải: tải trọng tường xây gạch đặc dày 220 mm cao 3,0 m có cửa kính (kể hệ số 0,7) là $1.079,4\text{ daN/m}$; tường cao 3,3 m có cửa là $1.187,34\text{ daN/m}$. Tĩnh tải sàn phân bố đều tương đương quy đổi từ tải hình tam giác ($k = 5/8 = 0,625$): tải sàn phòng làm việc truyền vào dầm chính $g_1 = g_3 = 2.456,875\text{ daN/m}$; sàn hành lang truyền vào dầm $g_2 = 689,78\text{ daN/m}$. Tải trọng tập trung truyền vào cột biên $G_A = G_D = 7.810,44\text{ daN}$; truyền vào dầm phụ $G_1 = 4.082,37\text{ daN}$; truyền vào cột giữa $G_B = G_C = 9.021,42\text{ daN}$. Tĩnh tải tầng mái gồm tải phân bố $g_{M1} = g_{M3} = 972,225\text{ daN/m}$, $g_{M2} = 776,66\text{ daN/m}$; tải tập trung tại biên $G_{MA} = G_{MD} = 6.325,975\text{ daN}$ (bao gồm sê nô đua 1,2 m và tường sê nô cao 1,2 m dày 10 cm), tải tập trung cột giữa $G_{MB} = G_{MC} = 4.271,83\text{ daN}$.
  • Hoạt tải: theo TCVN 2737:1995 với hệ số vượt tải $n = 1,2$: phòng làm việc $p^{tt} = 240\text{ daN/m}^2$, phòng vệ sinh $240\text{ daN/m}^2$, sảnh hành lang cầu thang $360\text{ daN/m}^2$, phòng hội họp $400\text{ daN/m}^2$ ($n=1,5$), hoạt tải mái $97,5\text{ kG/m}^2$. Xếp hoạt tải đứng theo hai trường hợp lệch tầng/lệch nhịp: Trường hợp 1 tải truyền vào nhịp biên AB và CD (hoạt tải phân bố $p_1 = p_3 = 555\text{ daN/m}$, lực tập trung $P_A = P_D = 1.087,8\text{ daN}$, $P_1 = 2.175,6\text{ daN}$); Trường hợp 2 tải truyền vào nhịp giữa BC (hoạt tải phân bố $p_2 = 675\text{ daN/m}$, lực tập trung $P_B = P_C = 1.512\text{ daN}$).
  • Tải trọng gió: công trình tại Hưng Yên thuộc vùng áp lực gió IV-C, địa hình dạng C (đô thị che chắn mạnh), áp lực gió tiêu chuẩn được tác giả ghi nhận là $W_0 = 155\text{ daN/m}^2$ (trong thuyết minh có dòng ghi nhầm ký hiệu đơn vị thành $155\text{ kg/cm}^2$), hệ số tin cậy $n = 1,2$, bề rộng đón gió $B = 4,5\text{ m}$. Công trình cao dưới 40 m chỉ tính thành phần tĩnh. Hệ số gia tăng áp lực gió $k$ theo độ cao $Z$:
Tầng Chiều cao tầng $H$ (m) Cao độ tính toán $Z$ (m) Hệ số độ cao $k$
Tầng 1 3,7 4,6 0,5472
Tầng 2 3,7 8,3 0,6336
Tầng 3 3,7 12,0 0,7000
Tầng 4 3,7 15,7 0,7532
Tầng 5 3,7 19,4 0,7964
Tầng 6 3,7 23,1 0,8297
Tầng mái 1,2 24,84 0,8405

Tác giả thực hiện tổ hợp nội lực trong SAP2000 và tính toán cốt thép dọc, cốt đai cho các tiết diện nguy hiểm: dầm tầng 1, dầm tầng 3, dầm tầng mái; tính toán cốt đai phần tử dầm 26 (tầng 1 nhịp BC tiết diện $22 \times 30\text{ cm}$); tính cốt thép dọc cho phần tử cột 13 (cột trục A tầng 4, tiết diện $30 \times 40\text{ cm}$).

Chương 3: Tính toán kết cấu móng trục 5

Chương 3 trình bày việc đánh giá điều kiện địa chất công trình và thủy văn tại khu đất xây dựng, phân tích khả năng chịu lực của các lớp địa tầng để lập phương án móng. So sánh phương án móng nông và móng cọc, tác giả lựa chọn phương án móng cọc đài thấp bằng bê tông cốt thép. Tính toán xác định sức chịu tải của cọc đơn theo chỉ tiêu cơ lý đất nền bằng phương pháp thống kê; kiểm tra điều kiện biến dạng cọc trong giai đoạn cẩu lắp và thi công ép cọc; tính toán kết cấu đài móng M1 cho cột biên trục A, D (tiết diện cột $300 \times 450\text{ mm}$) và đài móng M2 cho cột giữa trục B, C (tiết diện cột $300 \times 500\text{ mm}$ hoặc $300 \times 600\text{ mm}$); kiểm tra điều kiện chống đâm thủng đài theo tiết diện nghiêng và kiểm tra ứng suất đáy móng cọc ma sát tại lớp đất mũi cọc.

Phần II: Thi công

Chương 1: Giới thiệu công trình và công tác chuẩn bị thi công

Đánh giá điều kiện cung cấp vốn, nguồn vật tư nguyên vật liệu trên địa bàn tỉnh Hưng Yên; điều kiện cung cấp máy móc thiết bị thi công và nhân lực xây dựng; hiện trạng cấp điện, nguồn nước phục vụ công trường; điều kiện mạng lưới giao thông tiếp cận vận chuyển nguyên vật liệu. Thiết lập các bước công tác chuẩn bị mặt bằng trước khi thi công: dọn dẹp mặt bằng, định vị giác móng và bố trí công trình tạm.

Chương 2: Lập biện pháp thi công phần ngầm và phần thân

Nội dung chương chia làm hai giai đoạn thi công lớn:

  • Thi công phần ngầm: Lập biện pháp thi công ép cọc bê tông cốt thép, yêu cầu kỹ thuật đối với cọc (cọc đúc sẵn phải thẳng, bề mặt không có khuyết tật rỗ nứt); tính toán lựa chọn kích thước và công suất kích ép của thiết bị ép cọc; quy trình ép cọc thử và quan sát độ chối; lập trình tự ép cọc đại trà và đề xuất biện pháp xử lý sự cố khi ép cọc (nghiêng cọc, nứt đầu cọc, không đạt chiều sâu thiết kế). Biện pháp thi công đào đất hố móng bằng máy đào gầu nghịch kết hợp sửa thủ công; tính khối lượng đất đào, khối lượng đất đắp hoàn trả; giải pháp rãnh thu nước và hố thu tiêu thoát nước mưa trong hố móng. Biện pháp thi công bê tông đài và giằng móng: thiết kế ván khuôn đài móng điển hình M1-B trục 10 và ván khuôn giằng móng; tính toán chọn máy trộn, máy bơm bê tông đài giằng; biện pháp gia công, lắp dựng cốt thép móng và quy trình nghiệm thu cốt thép, ván khuôn trước khi đổ bê tông.
  • Thi công phần thân: Đề xuất giải pháp công nghệ cốp pha; thiết kế chi tiết ván khuôn cột; thiết kế ván khuôn dầm tầng 3 khung trục 9 nhịp AB; thiết kế ván khuôn sàn tầng 3 bước 8-9 nhịp AB; tính toán kiểm tra độ bền, độ võng của ván đáy, ván thành và hệ xà gồ, cây chống chịu lực. Lựa chọn máy và phương tiện thi công chính (cần trục tháp vận chuyển vật liệu lên cao, máy vận thăng chở người/vật liệu, máy bơm bê tông). Trình bày chi tiết yêu cầu kỹ thuật gia công uốn kéo thép, biện pháp lắp dựng cốt thép cột, cốt thép dầm sàn; quy trình nghiệm thu cốp pha và cốt thép từng cấu kiện trước khi đổ bê tông; công nghệ thi công đổ và đầm bê tông cột (đổ phân lớp tránh phân tầng), bê tông dầm sàn toàn khối.

Chương 3: Thiết kế tổ chức thi công

Trình bày mục đích, ý nghĩa và nguyên tắc thiết lập tiến độ thi công công trình nhằm bảo đảm tính liên tục và điều hòa nhân lực. Lập danh mục và khối lượng công tác xây lắp phần ngầm và phần thân; tính toán biểu đồ tiến độ thi công; xác định số lượng cán bộ kỹ thuật, công nhân trên công trường để tính toán diện tích xây dựng nhà tạm, lán trại sinh hoạt và văn phòng điều hành; tính toán diện tích kho bãi lộ thiên và kho kín tập kết xi măng, cát, đá, cốt thép, cốp pha; tính toán nhu cầu công suất phụ tải cấp điện thi công (điện động lực cho máy móc và điện chiếu sáng công trường); tính toán đường kính ống cấp nước phục vụ trộn, dưỡng hộ bê tông và sinh hoạt.

Chương 4: An toàn lao động và vệ sinh môi trường

Chương cuối cùng đề xuất các biện pháp bảo đảm an toàn lao động trong quá trình xây dựng: phòng ngừa và xử lý sự cố sạt lở thành hố đào khi thi công đất; quy chuẩn an toàn vận hành máy đào và an toàn đào đất thủ công; an toàn trong công tác gia công uốn cắt và lắp dựng cốt thép; quy trình an toàn khi lắp dựng và tháo dỡ ván khuôn, giàn giáo cây chống ở trên cao; an toàn trong công tác đổ và đầm bê tông; an toàn phòng chống rơi ngã trong công tác xây tường gạch và trát hoàn thiện mặt ngoài công trình.

Kết quả và đóng góp

Đồ án hoàn thành trọn vẹn bộ hồ sơ thiết kế kỹ thuật và biện pháp tổ chức thi công cho công trình Trụ sở UBND Thành phố Hưng Yên với các kết quả cụ thể:

  • Xác lập giải pháp mặt bằng và hình khối kiến trúc hợp lý cho công trình công cộng 6 tầng, diện tích xây dựng 880 m², bố trí đồng bộ hệ thống thang bộ thoát hiểm 1 vế rộng 1,4 m cạnh thang máy, trạm biến áp Kios 560 kVA, trạm xử lý nước thải 40 l/s và hệ thống chống sét với kim thu lôi mạ kẽm cao trên 40 m.
  • Xác định cấu tạo và tải trọng sàn chi tiết: tĩnh tải sàn điển hình $397\text{ kg/m}^2$, sàn vệ sinh $423\text{ kg/m}^2$, sàn mái $447\text{ kg/m}^2$; hoạt tải phòng làm việc và vệ sinh $240\text{ daN/m}^2$, hành lang $360\text{ daN/m}^2$. Lựa chọn chiều dày bản sàn thống nhất $h_s = 10\text{ cm}$ cho toàn bộ các ô sàn tầng 5 và sàn mái; tính toán cốt thép sàn đạt hiệu quả kinh tế với thép chịu lực và cấu tạo đồng nhất $\phi 6a200$ ($A_s = 1,415\text{ cm}^2$).
  • Lựa chọn kích thước tiết diện dầm chính $22 \times 60\text{ cm}$, dầm hành lang $22 \times 30\text{ cm}$, dầm phụ $22 \times 30\text{ cm}$; phân đoạn cột khung hợp lý theo chiều cao nhằm giảm trọng lượng bản thân: cột trục A, D giảm từ $30 \times 45\text{ cm}$ xuống $30 \times 40\text{ cm}$, cột trục B, C giảm từ $30 \times 60\text{ cm}$ xuống $30 \times 55\text{ cm}$.
  • Mô hình hóa thành công khung trục 5 phẳng trên phần mềm SAP2000, xác định chính xác các trường hợp tải trọng gió tĩnh từ tầng 1 ($k = 0,5472$) đến tầng mái ($k = 0,8405$) với áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 155\text{ daN/m}^2$ cho vùng gió IV-C; tính toán bố trí cốt thép dọc và đai cho dầm tầng 1, 3, mái và cột trục A tầng 4 ($30 \times 40\text{ cm}$).
  • Lựa chọn giải pháp móng cọc bê tông cốt thép đài thấp thỏa mãn độ lún cho phép $[s] \le 8\text{ cm}$ và điều kiện chống xuyên thủng đáy đài.
  • Thiết kế hoàn chỉnh biện pháp thi công cốp pha đài móng M1-B trục 10, ván khuôn cột, ván khuôn dầm tầng 3 khung trục 9 và sàn tầng 3 bước 8-9; tính toán mạng lưới cấp điện, cấp nước và mặt bằng tổ chức thi công bảo đảm an toàn lao động.

Đóng góp của đồ án thể hiện ở việc liên kết logic chu trình kỹ thuật xây dựng từ hồ sơ thiết kế kiến trúc, tính toán kết cấu bê tông cốt thép bằng công cụ hiện đại (SAP2000) kết hợp công thức kinh điển, đến lập biện pháp tổ chức thi công thực tế trên công trường cho một công trình trụ sở cơ quan nhà nước.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Căn cứ trên phạm vi và nội dung trình bày trong văn bản, đồ án tồn tại một số hạn chế kỹ thuật:

  • Tính toán kết cấu công trình mới chỉ dừng lại ở mô hình khung phẳng hai chiều (khung trục 5) giải bằng SAP2000, chưa xét đến sự làm việc không gian tổng thể ba chiều (3D) của toàn khối nhà và hiệu ứng xoắn do tải trọng ngang.
  • Tác giả chỉ tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió theo TCVN 2737:1995 dựa trên giả thiết công trình có chiều cao dưới 40 m, chưa đánh giá thành phần động của gió và chưa kiểm tra tác động động đất đối với kết cấu nhà nhiều tầng.
  • Việc bố trí cốt thép bản sàn $\phi 6a200$ đồng loạt cho cả ba loại ô bản (phòng làm việc, hành lang, vệ sinh) thiên về an toàn cấu tạo do diện tích tính toán thực tế rất nhỏ ($A_s$ yêu cầu của sàn vệ sinh chỉ $0,52\text{ cm}^2$).

Hướng mở rộng cho các nghiên cứu tiếp theo bao gồm: mô hình hóa không gian 3D toàn bộ công trình trong các phần mềm kết cấu chuyên dụng (ETABS, SAP2000 không gian); phân tích dao động và kiểm tra tác động động đất theo tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn hiện hành; tính toán tương tác giữa nền đất - cọc - đài móng thay cho các liên kết ngàm lý tưởng tại chân cột.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo trực tiếp cho sinh viên ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp, Kỹ thuật Công trình Xây dựng và Quản lý Xây dựng khi thực hiện đồ án môn học Bê tông cốt thép, đồ án Thi công xây dựng hoặc đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng.

Các nội dung có giá trị tham khảo nổi bật bao gồm:

  • Phương pháp quy đổi tải trọng bản sàn dạng tam giác và hình thang về tải trọng phân bố đều trên dầm khung theo các hệ số $k = 5/8$ và $k = 1 - 2\beta^2 + \beta^3$.
  • Bảng tính toán tải trọng gió tĩnh phân tầng theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 cho địa hình dạng C vùng IV.
  • Quy trình tính toán kiểm tra ván khuôn dầm, ván khuôn sàn và đài móng cọc bê tông cốt thép.
  • Phương pháp tính toán nhu cầu lán trại, công suất cấp điện và cấp nước thi công trên tổng mặt bằng công trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Quy mô kích thước hình học chính của công trình Trụ sở UBND Thành phố Hưng Yên được xác định như thế nào?

Công trình gồm 6 tầng nổi, chiều cao tầng điển hình là 3,7 m (chiều cao tầng 1 tính từ đỉnh móng có chiều sâu chôn móng 0,5 m dưới cốt mặt đất -0.90 m). Mặt bằng công trình dài 54 m (khoảng cách giữa các trục biên 1-13 là 51,6 m chia thành 12 bước, mỗi bước 4,3 m), chiều rộng 19,5 m (gồm hai nhịp phòng 7,0 m, nhịp hành lang 3,0 m và sảnh đón/ban công 2,5 m), diện tích xây dựng chiếm 880 m² trên khu đất quy hoạch 1.074,6 m² (tổng diện tích khu đất 1.346,2 m²).

2. Vật liệu bê tông và cốt thép sử dụng trong thiết kế kết cấu có đặc trưng cường độ ra sao?

Tác giả sử dụng bê tông cấp độ bền B20 có cường độ chịu nén tính toán $R_b = 11,5\text{ MPa}$ ($115\text{ kG/cm}^2$), cường độ chịu kéo $R_{bt} = 0,9\text{ MPa}$, môđun đàn hồi $E_b = 27 \times 10^3\text{ MPa}$. Cốt thép sử dụng gồm hai nhóm: đường kính $\phi \le 10\text{ mm}$ dùng thép CI có cường độ tính toán $R_s = R_{sc} = 225\text{ MPa}$, $R_{sw} = 175\text{ MPa}$; đường kính $\phi > 10\text{ mm}$ (hoặc $\phi \ge 12\text{ mm}$) dùng thép CII có cường độ tính toán $R_s = R_{sc} = 280\text{ MPa}$, $R_{sw} = 225\text{ MPa}$.

3. Vì sao bản sàn phòng vệ sinh lại được tính toán theo sơ đồ đàn hồi trong khi sàn phòng làm việc và hành lang tính theo sơ đồ khớp dẻo?

Sàn phòng làm việc và sàn hành lang được tính toán theo sơ đồ khớp dẻo dựa trên bảng tra của GS. Nguyễn Đình Cống nhằm tận dụng tối đa khả năng chịu lực dẻo của vật liệu bê tông cốt thép để tiết kiệm vật liệu. Ngược lại, sàn phòng vệ sinh bắt buộc tính theo sơ đồ đàn hồi nhằm kiểm soát chặt chẽ trạng thái ứng suất, không cho xuất hiện vết nứt bề mặt bản sàn, đáp ứng nghiêm ngặt yêu cầu chống thấm nước sinh hoạt xuyên sàn.

4. Tải trọng gió tác dụng vào khung trục 5 được xác định dựa trên những thông số kỹ thuật nào?

Tải trọng gió tính theo TCVN 2737:1995 đối với địa điểm Hưng Yên thuộc vùng gió IV-C, địa hình dạng C (bị che chắn mạnh trong đô thị), áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 155\text{ daN/m}^2$, hệ số độ tin cậy $n = 1,2$, bề rộng đón gió của khung $B = 4,5\text{ m}$. Do công trình có chiều cao dưới 40 m nên chỉ tính thành phần gió tĩnh, hệ số gia tăng áp lực gió $k$ thay đổi từ 0,5472 (tại tầng 1, cao độ 4,6 m) đến 0,8297 (tại tầng 6, cao độ 23,1 m) và 0,8405 (tại sàn mái, cao độ 24,84 m).

5. Cấu kiện nào được lựa chọn để thiết kế chi tiết ván khuôn trong phần kỹ thuật thi công?

Trong phần thi công phần ngầm, tác giả thiết kế chi tiết ván khuôn cho đài móng M1-B trục 10 và giằng móng điển hình. Trong phần thi công phần thân, các cấu kiện được thiết kế và kiểm tra ván khuôn gồm ván khuôn cột, ván khuôn dầm tầng 3 khung trục 9 nhịp AB và ván khuôn bản sàn tầng 3 tại ô bước 8-9 nhịp AB.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Trụ sở UBND Thành phố Hưng Yên" của sinh viên Phạm Minh Quang là một công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh thuộc chuyên ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp, giải quyết trọn vẹn từ thiết kế kiến trúc, kết cấu bê tông cốt thép đến biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công. Việc áp dụng phần mềm SAP2000 phân tích khung phẳng trục 5 kết hợp hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng Việt Nam bảo đảm độ tin cậy cho phương án kết cấu chịu lực của công trình 6 tầng. Toàn bộ các giải pháp công nghệ ván khuôn, ép cọc, đổ bê tông và bố trí mặt bằng công trường được trình bày chi tiết, có tính khả thi cao và mang giá trị tham khảo rõ ràng cho công tác đào tạo kỹ sư xây dựng.