Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế kết cấu Chung cư Bình Minh - Lê Đức Tịnh - ĐHSP Kỹ thuật TP.HCM

Luận văn thạc sĩ phân tích toàn diện dự án chung cư Bình Minh từ góc độ quản lý, xây dựng và vận hành. Nghiên cứu sâu các yếu tố then chốt của một dự án nhà ở

• Tác giả: Lê Đức Tịnh
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thế Anh
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật công trình xây dựng
• Đề tài: Chung cư Bình Minh
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về luận văn chung cư Bình Minh

Luận văn chung cư Bình Minh là đề tài nghiên cứu thuộc lĩnh vực công nghệ kỹ thuật công trình xây dựng, được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Công trình chung cư Bình Minh đặt ra bài toán thiết kế tổng thể từ kết cấu chịu lực, móng công trình cho đến các chi tiết như cầu thang và sàn nhà. Mục tiêu chính của luận văn bao gồm thiết kế một sàn điển hình, thiết kế hệ tường và khung dầm, thiết kế móng cọc khoan nhồi, và phương pháp thi công cọc khoan nhồi. Nghiên cứu sử dụng các phần mềm phân tích kết cấu tiên tiến như SAFE, ETABS dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán nội lực, biến dạng và phản lực của kết cấu. Phần mềm AutoCAD được ứng dụng để lập bản vẽ chi tiết thi công. Luận văn áp dụng nguyên lý trạng thái giới hạn, bao gồm trạng thái giới hạn承载能力 và trạng thái giới hạn sử dụng, đảm bảo công trình đạt tiêu chuẩn an toàn và công năng sử dụng.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn

Luận văn chung cư Bình Minh đặt ra bốn mục tiêu nghiên cứu chính. Thứ nhất, thiết kế một sàn điển hình sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn với phần mềm SAFE và ETABS để phân tích nội lực và biến dạng. Thứ hai, thiết kế hệ kết cấu chính bao gồm khung và vách chịu lực. Thứ ba, thiết kế móng cọc khoan nhồi xác định chiều dài, đường kính và khả năng chịu tải của cọc. Thứ tư, đề xuất phương pháp thi công cọc khoan nhồi phù hợp với điều kiện địa chất tại công trình.

1.2. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào thiết kế kết cấu chịu lực của công trình chung cư Bình Minh. Đối tượng bao gồm hệ sàn, hệ khung dầm cột, hệ vách cứng và móng cọc khoan nhồi. Nghiên cứu xem xét điều kiện tải trọng tĩnh, tải trọng động từ gió và động đất. Luận văn áp dụng tiêu chuẩn thiết kế Việt Nam TCVN 5574:2012 về kết cấu bê tông cốt thép và các quy chuẩn xây dựng liên quan. Điều kiện địa chất thủy văn tại vị trí xây dựng được khảo sát để lựa chọn giải pháp móng phù hợp.

II. Phân tích hệ kết cấu chịu lực chung cư Bình Minh

Phân tích hệ kết cấu chịu lực là phần trọng tâm của luận văn chung cư Bình Minh. Hệ kết cấu chính được lựa chọn là hệ khung kết hợp với lõi cứng, phù hợp với công trình nhà cao tầng. Lõi cứng được bố trí ở giữa công trình, các cột phân bố đều xung quanh và giữa công trình. Sự kết hợp giữa khung và vách giúp giảm đáng kể độ dịch chuyển ngang ở đỉnh tòa nhà khi chịu tải trọng gió hoặc động đất. Phần mềm ETABS được sử dụng để mô hình hóa toàn bộ kết cấu, phân tích hành vi làm việc của từng cấu kiện. Kết quả phân tích cho thấy hệ khung vách có khả năng耗散 năng lượng nhanh hơn so với hệ khung đơn thuần khi chịu tải trọng động. Các yếu tố thiết kế chính bao gồm tường, dầm và cột, được tính toán cốt thép dựa trên nội lực lấy từ mô hình phân tích và chuyển sang Excel để xác định diện tích cốt thép yêu cầu.

2.1. So sánh các hệ kết cấu chịu lực nhà cao tầng

Luận văn so sánh ba hệ kết cấu chịu lực phổ biến cho nhà cao tầng. Hệ khung đơn giản phù hợp công trình cao đến 20 tầng với vùng chống động đất dưới cấp 7, 15 tầng cho vùng cấp 8 và 10 tầng cho vùng cấp 9. Hệ khung vách và khung lõi chiếm ưu thế trong thiết kế nhà cao tầng nhờ khả năng chịu tải trọng ngang tốt, nhưng đòi hỏi nhiều vật liệu hơn. Hệ kết cấu tổ hợp thích hợp cho công trình siêu cao tầng do khả năng làm việc đồng đều và chống chịu tải trọng ngang lớn. Căn cứ vào quy mô và điều kiện địa chất, luận văn chọn hệ khung kết hợp lõi cứng cho chung cư Bình Minh.

2.2. Thiết kế hệ kết cấu sàn và phương ngang

Hệ kết cấu nằm ngang đóng vai trò tiếp nhận tải trọng thẳng đứng từ sàn và truyền vào hệ chịu lực thẳng đứng để dẫn xuống móng. Hệ sàn còn liên kết các cấu kiện dọc để chúng làm việc đồng thời. Luận văn sử dụng hệ sàn sườn bao gồm dầm và bản sàn, ưu điểm là tính toán đơn giản và phổ biến tại Việt Nam. Phần mềm SAFE được dùng để phân tích sàn theo phương pháp phần tử hữu hạn, xác định nội lực và biến dạng. Từ kết quả tính toán, bố trí cốt thép phù hợp cho bản sàn và dầm đảm bảo cả trạng thái giới hạn承载能力 và trạng thái giới hạn sử dụng.

III. Giải pháp thiết kế móng và cầu thang chung cư Bình Minh

Giải pháp thiết kế móng và cầu thang là hai phần quan trọng trong luận văn chung cư Bình Minh. Về móng công trình, nghiên cứu áp dụng móng cọc khoan nhồi phù hợp với điều kiện nền đất yếu tại vị trí xây dựng. Thiết kế móng được chia thành hai phần: xác định thông số cọc bao gồm chiều dài, đường kính và khả năng chịu tải, sau đó thiết kế đài móng sử dụng phần mềm SAFE và lập bản vẽ chi tiết bằng AutoCAD. Về cầu thang, mỗi vế thang được tính toán như một dầm gãy khúc với đầu liên kết gối cố định vào dầm. Tải trọng tác dụng bao gồm tĩnh tải và hoạt tải, từ đó xây dựng biểu đồ moment để tính toán cốt thép. Dầm chiếu nghỉ có tiết diện 200x400mm, chịu tải từ bản thang và ô sàn chiếu nghỉ. Kết quả tính toán cho thấy bố trí thép phù hợp đảm bảo khả năng chịu lực và kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu theo quy chuẩn.

3.1. Thiết kế móng cọc khoan nhồi

Thiết kế móng cọc khoan nhồi cho chung cư Bình Minh bao gồm xác định chiều dài cọc, đường kính cọc và khả năng chịu tải của cọc dựa trên khảo sát địa chất. Cọc khoan nhồi được lựa chọn do phù hợp với điều kiện nền đất yếu và tải trọng lớn từ công trình cao tầng. Phần mềm SAFE được sử dụng để thiết kế đài móng, phân bố lực từ các cột xuống hệ cọc. Bản vẽ chi tiết thi công được lập bằng AutoCAD, thể hiện bố trí cốt thép đài móng, vị trí cọc và các thông số kỹ thuật cần thiết cho quá trình thi công thực tế.

3.2. Thiết kế cầu thang và dầm chiếu nghỉ

Cầu thang trong chung cư Bình Minh được thiết kế với mỗi vế thang xem như một dầm gãy khúc, hai đầu liên kết gối cố định. Tải trọng bao gồm tĩnh tải và hoạt tải được tính toán để xây dựng biểu đồ moment. Cốt thép bản thang được xác định qua công thức tính moment, kiểm tra hàm lượng cốt thép tối thiểu đạt 14.08%. Dầm chiếu nghỉ tiết diện 200x400mm bố trí thép 2φ16 cho cả gối và nhịp. Cốt đai φ6 với khoảng cách 150mm ở đoạn gần gối và 200mm ở giữa nhịp, đảm bảo khả năng chịu cắt và ứng suất nén chính.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn luận văn chung cư Bình Minh

Luận văn chung cư Bình Minh đã hoàn thành đầy đủ các mục tiêu thiết kế đề ra, từ hệ kết cấu chịu lực đến móng cọc khoan nhồi và cầu thang. Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ khung kết hợp lõi cứng là giải pháp tối ưu cho công trình chung cư Bình Minh, đảm bảo độ cứng ngang, khả năng chịu tải trọng động và tính kinh tế. Phương pháp phân tích bằng phần mềm ETABS và SAFE dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn cho kết quả chính xác và đáng tin cậy. Thiết kế móng cọc khoan nhồi phù hợp với điều kiện địa chất tại công trình. Các bản vẽ chi tiết thi công được lập đầy đủ bằng AutoCAD, sẵn sàng cho giai đoạn thi công. Nghiên cứu này có giá trị tham khảo cho các công trình chung cư tương tự về quy mô và điều kiện xây dựng, đồng thời là tài liệu học tập hữu ích cho sinh viên ngành xây dựng.

4.1. Đánh giá ưu nhược điểm của giải pháp thiết kế

Giải pháp thiết kế khung kết hợp lõi cứng có nhiều ưu điểm nổi bật. Độ dịch chuyển ngang ở đỉnh tòa nhà giảm đáng kể so với hệ khung đơn thuần. Khả năng耗散 năng lượng khi chịu tải trọng động tốt hơn, giúp công trình hoạt động hiệu quả. Tuy nhiên, hệ kết cấu này đòi hỏi nhiều vật liệu hơn và thi công phức tạp hơn. Móng cọc khoan nhồi đảm bảo承载能力 tốt nhưng yêu cầu thiết bị thi công chuyên dụng. Cầu thang thiết kế dạng dầm gãy khúc cho kết quả tính toán chính xác, phù hợp với tiêu chuẩn hiện hành.

4.2. Khả năng ứng dụng và hướng phát triển

Kết quả luận văn chung cư Bình Minh có thể ứng dụng cho các công trình chung cư có quy mô tương tự, đặc biệt tại khu vực nền đất yếu cần sử dụng móng cọc khoan nhồi. Phương pháp phân tích bằng ETABS và SAFE là công cụ tiêu chuẩn trong thiết kế kết cấu nhà cao tầng tại Việt Nam. Hướng phát triển bao gồm nghiên cứu tối ưu hóa vật liệu, áp dụng công nghệ BIM trong quản lý dự án và tích hợp giải pháp xanh vào thiết kế. Các công trình tương tự có thể tham khảo quy trình thiết kế và phương pháp tính toán được trình bày trong luận văn này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN KIẾN TRÚC 1. CHUNG CƯ BÌNH MINH 1. Quy mô dự án. - Công trình cao 71.6 m tính từ mặt đất tự nhiên, dài 58.8 m - Với chiều cao công trình gồm 18 tâng điển hình, 2 tầng Trung tâm Thương mại, 1 tầng thượng và 2 tầng hầm.

- Bao gồm 261 căn hộ và khu Trung tâm Thương mại. Có không gian sống rộng rãi, hiện đại, cũng như tiện nghi, an toàn và thông minh,… 1. Địa điểm xây dựng. - Tọa lạc: Tô Hiệu, Hiệp Tân, Tân Phú, Hồ Chí Minh.

13 Hình 1-1: Mặt bằng công trình. Công năng công trình. - Tầng hầm : Sử dụng cho việc bố trí các phòng kĩ thuật và đỗ xe. - Tầng trệt : Sảnh, phòng bảo vệ, siêu thị, phòng sinh hoạt công cộng, nhà xe phía sau.

- Tầng điển hình : Bố trí các căn hộ phục vụ cho nhu cầu ở và sinh hoạt riêng. - Tầng mái : Bố trí các khối kĩ thuật và sân thượng, bể nước. Giải pháp kiến trúc công trình. Giải pháp mặt bằng.

- Tầng hầm: nằm ở độ cao -7.2 m, được bố trí 1 ram dốc từ mặt đất đến nền tầng hầm cho lối xuống hầm và lối cho xe đi ra. Vì công năng chính công trình là cho thuê căn hộ nên tầng hầm phần lớn dành cho việc để xe đi lại, các phòng kĩ thuật 14 hợp lý, hệ thống cầu thang bộ và thang máy bố trí sao cho người sử dụng dễ dàng nhìn thấy khi đi vào tầng hầm. - Tầng 1 và tầng 2: được coi như khu sinh hoạt chung của toàn khối nhà, trung tâm thương mại, được trang trí đẹp mắt, phòng quản lý và phòng bảo vệ được bố trí ở vị trí khách dễ dàng liên lạc. - Tầng 3 đến tầng 19: đây là mặt bằng cho thấy rõ nhất chức năng của công trình, các căn hộ được bố trí hợp lý bao quanh khu giao thông chính là thang máy và cầu thang bộ, ở mỗi tầng đều bố trí khu đựng rác sinh hoạt và khu kĩ thuật điện.

- Tầng mái: bố trí phòng kĩ thuật thang máy và 2 bể nước phục vụ nhu cầu cung cấp nước cho công trình. Giải pháp mặt đứng. Sử dụng và khai thác triệt để nét hiện đại của cửa kính lớn, tường ngoài được hoàn thiện bằng sơn nước. Với những nét ngang và thẳng đứng tạo nên sự bề thế vững vàng cho công trình, hơn nữa sử dụng những vật liệu mới cho mặt đứng công trình như đá Granite cùng với những mảng kiếng dày màu xanh tạo vẻ sang trọng cho công trình kiến trúc.

Giải pháp giao thông trong công trình. - Giao thông đứng: hệ thống gồm 4 thang máy chia ra hai bên và 2 cầu thang bộ nhằm liên kết giao thông theo phương đứng và thoát hiểm khi có sự cố. - Giao thông ngang: là hệ thống hành lang nằm giữa mặt bằng tầng điển hình, nối hệ thống cầu thang bộ và thang máy, đảm bảo giao thông ngắn gọn, tiện lợi cho từng căn hộ. Các giải pháp kĩ thuật khác.

Hệ thống điện. Công trình được cung cấp từ 2 nguồn: lưới điện thành phố và hệ thống phát điện riêng. Toàn bộ đường dây điện được đi ngầm (lắp đặt khi thi công). Hệ thống cấp điện chính đi trong các hộp kĩ thuật đặt ngầm trong tường, đảm bảo an toàn, không đi qua các khu vực ẩm ướt, tạo điều kiện dễ dàng khi sữa chữa.

Hệ thống cấp thoát nước. - Nguồn nước cấp dùng là nguồn nước chung của cả thành phố, qua tính toán đảm bảo đáp ứng nhu cầu sử dụng nước và đảm bảo vệ sinh nguồn nước. - Nước sinh hoạt và nước chữa cháy được đưa vào công trình bằng hệ thống bơm đẩy lên bể chứa tạo áp. Dung tích bể chứa được thiết kế trên cơ sở số lượng người sử dụng và lượng nước dự trữ khi xảy ra sự cố mất điện và chữa cháy.

15 - Nước mưa trên mái được thoát xuống bằng hệ thống ống nhựa đặt tại các vị trí thu nước mái nhiều nhất tại các rãnh thu nước trên mái. Từ hệ thống ống dẫn chảy xuống rãnh thu nước mưa quanh nhà đến hệ thống thoát nước chung của thành phố. - Nước thải sinh hoạt được dẫn xuống bể tự hoại làm sạch sau đó dẫn vào hệ thống thoát nước chung của thành phố. Đường ống dẫn phải kín, không rò rỉ, đảm bảo độ dốc khi thoát nước.

Hệ thống thông gió. - Giải pháp thông gió nhân tạo (nhờ hệ thống máy điều hòa nhiệt độ) được ưu tiên sử dụng vì vấn đề ô nhiểm không khí của toàn khu vực. - Về quy hoạch: xung quanh công trình trồng hệ thống cây xanh để dẫn gió, che nắng, chắn bụi, điều hòa không khí. - Về thiết kế: Các phòng của công trình đều có hệ thống cửa sổ, cửa đi, tạo nên sự lưu thông không khí trong và ngoài công trình.

Đảm bảo môi trường không khí thoải mái, trong sạch. Hệ thống chiếu sáng. Kết hợp ánh sáng tự nhiên và nhân tạo - Chiếu sáng tự nhiên: các phòng đều có hệ thống cửa để tiếp nhận ánh sáng từ bên ngoài. - Chiếu sáng nhân tạo: được tạo ra từ hệ thống điện chiếu sáng theo TCVN về thiết kế điện chiếu sáng trong công trình dân dụng.

Hệ thống phòng cháy chữa cháy. Tại mỗi tầng và tại nút giao thông giữa hành lang và cầu thang. Thiết kế đặt hệ thống hộp họng cứu hỏa được nối với nguồn nước chữa cháy. Mỗi tầng đều có biển chỉ dẫn về phòng và chữa cháy.

Đặt mỗi tầng 4 bình cứu hỏa CO2MFZ4 (4kg). Hệ thống chống sét. Chọn hệ thống thu sét chủ động quả cầu Dynasphire được thiết lập ở tầng mái và hệ thống dây nối đất bằng đồng được thiết kế tối thiểu hóa nguy cơ bị sét đánh. Hệ thống rác thải.

Tại mỗi tầng có khu chứa rác riêng, rồi từ đó chuyển đến xe đỏ rác của thành phố. Gian rác được thiết kế và xử lý kỹ lưỡng đến tránh tình trạng bốc mùi gây ô nhiểm môi trường. 16 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ THIẾT KẾ 2. Giải pháp thiết kế.

Nguyên tắc, giải pháp kết cấu: - Đồng nhất và liên tục trong việc phân bố độ cứng và cường độ của các cấu kiện. - Độ cứng của các cấu kiện tải ngang (cột, vách, lõi,…) không đổi suốt chiều cao. - Bố trí lưới cột sao cho các nhịp dầm gần bằng nhau. Độ cứng dầm tương ứng với khẩu độ của chúng.

- Không có cấu kiện thay đổi tiết diện đột ngột. - Kết cấu liên tục, liền khối, bậc siêu tĩnh càng cao càng tốt. Giải pháp thiết kế theo phương đứng.  Hệ kết cấu chịu lực thẳng đứng có vai trò quan trọng đối với nhà nhiều tầng: - Cùng với dầm, sàn tạo thành hệ khung cứng, nâng đỡ các phần không chịu lực của công trình, tạo nên không gian bên trong đáp ứng nhu cầu sử dụng.

- Chịu lực thẳng đứng bởi trọng lượng bản thân truyền xuống móng và xuống đất nền. - Chịu lực theo phương ngang bởi gió. - Liên kết với dầm sàn để đảm bảo độ cứng, hạn chế chuyển vị ngang, hạn chế dao động, hạn chế gia tốc đỉnh và chuyển vị đỉnh, tránh mất ổn định tổng thể của tòa nhà.  Hệ kết cấu chịu lực theo phương đứng bao gồm các loại sau: - Hệ kết cấu cơ bản: kết cấu khung, kết cấu tường chịu lực, kết cấu lõi cứng, kết cấu ống.

- Hệ kết cấu hỗn hợp: Kết cấu khung - giằng (khung vách), kết cấu ống lõi và kết cấu tổ hợp. - Hệ kết cấu đặc biệt: Hệ kết cấu có tầng cứng, hệ kết cấu có dầm truyền, kết cấu có hệ giằng liên tầng và kết cấu có khung ghép.  Ưu, nhược điểm của mỗi loại kết cấu: - Hệ kết cấu khung: có ưu diểm tạo ra không gian lớn, linh hoạt, sơ đồ làm việc rõ ràng. Tuy nhiên, chịu tải trọng ngang kém (khi công trình có chiều cao lớn hay nằm trong vùng có cấp gió, động đất lớn).

Hệ kết cấu này được sử dụng tốt cho công trình có chiều cao đến 20 tầng đối với công trình nằm trong vùng tính toán chống động đất dưới cấp 7, 15 tầng cho công trình nằm trong vùng tính toán chống động đất cấp 8, 10 tầng cho công trình nằm trong vùng tính toán chống động đất câp 9. - Hệ kết cấu khung – vách, khung – lõi: chiếm ưu thế trong thiết kế nhà cao tầng do khả năng chịu tải trọng ngang khá tốt. Tuy nhiên hệ kết cấu này đòi hỏi tiêu tốn vật liệu nhiều hơn và thi công phức tạp hơn đối với công trình sử dụng hệ khung. 17 - Hệ kết cấu tổ hợp: thích hợp cho công trình siêu cao tầng do khả năng làm việc đồng đều cảu kết cấu và chống chịu tải trọng ngang lớn.

 Giải pháp thiết kế theo phương đứng: Như vậy căn cứ vào quy mô công trình như chiều cao, điều kiện địa chất thủy văn, gió, động đất và giải pháp kiến trúc công trình, ta chọn hệ chịu lực chính là hệ kết cấu chịu lực khung kết hợp với lõi cứng. Lõi cứng được bố trí ở giữa công trình, cột được bố trí ở giữa và xung quanh công trình. Giải pháp thiết kế theo phương ngang.  Trong nhà cao tầng, hệ kết cấu nằm ngang có vai trò: - Tiếp nhận tải trọng thẳng đứng trực tiếp tác dụng lên sàn, và truyền vào các hệ chịu lực thẳng đứng để truyền xuống móng và xuống đất nền.

- Đóng vai trò như một mảng cứng liên kết các cấu kiện chịu lực theo phương đứng để chúng làm việc đồng thời với nhau.  Các loại kết cấu sàn được sử dụng rộng rãi hiện nay: - Hệ sàn sườn: cấu tạo bao gồm hệ dầm và bản sàn.  Ưu điểm: Tính toán đơn giản, phổ biến ở nước ta thuận tiện cho việc lựa chọn công nghệ thi công.  Nhược điểm: Chiều cao dầm và độ võng của sàn rất lớn khi khẩu độ lớn, dẫn đến chiều cao tầng của công trình lớn.

Không tiết kiệm không gian sử dụng. - Sàn không dầm: Cấu tạo gồm các bản kê trực tiếp lên cột.  Ưu điểm: giảm chiều cao công trình, tiết kiệm không gian sử dụng, dễ phân chia không gian. Thi công nhanh hơn so với phương án dầm sàn bởi không phải mất công gia công cốp pha, cốt thép dầm, cốt thép đặt tương đối định hình và đơn giản.

Lắp đặt ván khuôn, cốt pha đơn giản.  Nhược điểm: Cột không được liên kết với nhau để tạo thành khung do đó độ cứng nhỏ hơn so với phương án dầm sàn, nên khả năng chịu lực theo phương ngang kém hơn. Chính vì vậy, tải trọng ngang hầu hết do vách chịu và tải trọng đứng do cột và vách chịu.