Luận văn Thiết kế chung cư cao cấp Liberty - Trần Duy Phương - ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Luận văn thạc sĩ về thiết kế chung cư cao cấp Liberty. Nghiên cứu chi tiết phương pháp tạo không gian sống sang trọng, hiện đại và tiện nghi.

• Tác giả: Trần Duy Phương
• Người hướng dẫn: TS. Trần Tuấn Kiệt
• 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: Thiết kế chung cư cao cấp Liberty
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về luận văn thiết kế chung cư cao cấp Liberty

Luận văn thạc sĩ thiết kế chung cư cao cấp Liberty là công trình nghiên cứu chuyên sâu về quy hoạch, kiến trúc và kết cấu công trình nhà ở cao tầng hiện đại. Đề tài thuộc chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật công trình Xây dựng, được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Dự án Liberty hướng đến việc xây dựng một khu chung cư cao cấp với tiêu chuẩn sống cao, đáp ứng nhu cầu về không gian sống tiện nghi và an toàn cho cư dân đô thị. Nội dung luận văn bao gồm các phần tính toán tải trọng, thiết kế kết cấu khung bê tông cốt thép, phân tích động lực học và ứng dụng phần mềm ETABS trong mô phỏng công trình. Hệ thống tải trọng được tính toán chi tiết bao gồm tĩnh tải từ các lớp hoàn thiện sàn, tường xây, hệ thống kỹ thuật và hoạt tải sử dụng theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995. Quá trình thiết kế đảm bảo tuân thủ các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về xây dựng nhà ở cao tầng.

1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của luận văn

Mục tiêu chính của luận văn là thiết kế hoàn chỉnh kết cấu chung cư Liberty từ móng đến mái. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc xác định sơ đồ tính toán tĩnh lực học và động lực học cho công trình nhiều tầng. Công trình được tính toán với hệ thống cột và vách liên kết ngàm với móng. Luận văn tập trung vào việc áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành của Việt Nam như TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999 để đảm bảo độ an toàn và kinh tế cho công trình.

1.2. Phương pháp luận và công cụ tính toán sử dụng

Luận văn sử dụng phương pháp tính toán kết hợp giữa lý thuyết và mô phỏng số bằng phần mềm ETABS. Công cụ này cho phép phân tích mode dao động với 12 mode để xác định tần số dao động riêng cơ bản của công trình. Phương pháp tính tải trọng gió động được thực hiện theo TCXD 229:1999, xét thành phần động ứng với dạng dao động đầu tiên thỏa mãn điều kiện tần số. Hệ số chiết giảm hoạt tải được áp dụng theo quy định để tối ưu hóa thiết kế kết cấu.

II. Phân tích tải trọng và vấn đề kỹ thuật trong thiết kế Liberty

Phân tích tải trọng là bước quan trọng trong thiết kế chung cư Liberty, bao gồm tĩnh tải và hoạt tải tác dụng lên kết cấu. Tĩnh tải được tính toán chi tiết cho từng loại sàn: sàn thường, sàn tầng hầm, sàn mái và sàn vệ sinh với các lớp cấu tạo khác nhau. Đối với sàn thường, tĩnh tải bao gồm gạch Ceramic dày 10mm, vữa lát nền 20mm và vữa lát trần 15mm, cộng với hệ thống kỹ thuật 0.6 kN/m². Sàn tầng hầm có thêm lớp chống thấm dày 3mm và vữa tạo dốc 30mm để đảm bảo khả năng chống nước. Sàn mái được thiết kế với lớp gạch chống nóng và vữa tạo dốc để thoát nước hiệu quả. Vấn đề kỹ thuật chính cần giải quyết là tính toán tải trọng gió động cho công trình cao tầng, đòi hỏi xác định chính xác tần số dao động riêng và áp dụng hệ số phù hợp theo tiêu chuẩn.

2.1. Tính toán tĩnh tải cho các loại sàn trong công trình

Tĩnh tải sàn thường gồm gạch Ceramic 0.24 kN/m², vữa lát nền 0.468 kN/m², vữa lát trần 0.351 kN/m² và hệ thống kỹ thuật 0.6 kN/m². Sàn tầng hầm có thêm vữa tạo dốc 0.702 kN/m² và lớp chống thấm 0.039 kN/m². Sàn mái được bổ sung gạch chống nóng 0.24 kN/m² và vữa tạo dốc 0.234 kN/m². Sàn vệ sinh tích hợp đầy đủ các lớp chống thấm và tạo dốc để xử lý nước.

2.2. Xác định tải trọng tường xây và tải trọng động gió

Tĩnh tải tường xây được tính dựa trên chiều dày 200mm, chiều cao và vật liệu riêng của gạch. Khối lượng tập trung tại mỗi tầng bằng tổng trọng lượng bản thân kết cấu, tải trọng lớp sàn và hoạt tải. Tải trọng gió động được phân tích theo hai phương X và Y, mỗi dạng dao động chỉ xét phương có chuyển vị lớn hơn. Giá trị fL được tra từ bảng TCXD 229:1999 với hệ số damping δ = 0.3.

III. Giải pháp thiết kế kết cấu và ứng dụng phần mềm ETABS

Giải pháp thiết kế chung cư Liberty áp dụng hệ kết cấu khung bê tông cốt thép với sự hỗ trợ của phần mềm ETABS để mô phỏng và phân tích 3D. Sơ đồ tính toán động lực học được thiết lập với các bước cụ thể: xác định tần số dao động riêng, kiểm tra điều kiện tần số theo TCXD 229:1999 và tính toán thành phần động của gió. Phần mềm ETABS khảo sát 12 mode dao động để tìm mode cơ bản có chu kỳ và tần số phù hợp. Kết quả phân tích mode cho thấy các thông số UX, UY và RZ xác định hướng chuyển vị chính của công trình. Giải pháp kết cấu đảm bảo khả năng chịu lực đứng và lực ngang, đồng thời tối ưu hóa vật liệu xây dựng. Hệ thống cột và vách được bố trí hợp lý để chống lại moment uốn và lực cắt do tải trọng gió gây ra.

3.1. Mô hình hóa công trình bằng phần mềm ETABS

Phần mềm ETABS được sử dụng để tạo mô hình 3D chi tiết của toàn bộ công trình Liberty. Mô hình bao gồm định nghĩa vật liệu bê tông cốt thép, tiết diện cột, dầm, sàn và vách. Các điều kiện biên được thiết lập với cột và vách ngàm tại móng. Chương trình tự động phân tích tĩnh lực học và động lực học, cung cấp kết quả về nội lực, chuyển vị và tần số dao động riêng của công trình.

3.2. Quy trình tính toán gió động và kiểm tra an toàn

Quy trình tính gió động gồm bốn bước chính: xác định tần số dao động riêng bằng ETABS, kiểm tra điều kiện tần số theo TCXD 229:1999, tính toán thành phần động ứng với mode cơ bản và tổng hợp tải trọng gió tĩnh cùng động. Giá trị fL phải nằm giữa hai tần số dao động liên tiếp fs và fs+1. Kết quả kiểm tra đảm bảo công trình đáp ứng tiêu chuẩn về độ cứng và ổn định khi chịu tải trọng ngang.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn của luận văn Liberty

Luận văn thiết kế chung cư cao cấp Liberty đã hoàn thành mục tiêu thiết kế kết cấu nhà ở cao tầng theo tiêu chuẩn Việt Nam. Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ khung bê tông cốt thép kết hợp vách chịu lực là giải pháp tối ưu cho công trình. Phần mềm ETABS chứng tỏ hiệu quả trong phân tích động lực học, giúp xác định chính xác tần số dao động riêng và đáp ứng tải trọng gió. Phương pháp tính toán được hệ thống hóa có thể áp dụng cho các dự án chung cư tương tự. Ứng dụng thực tiễn của luận văn bao gồm cung cấp tài liệu tham khảo cho sinh viên và kỹ sư xây dựng, đồng thời là cơ sở để phát triển các công trình nhà ở cao cấp tại Việt Nam. Công trình Liberty minh chứng khả năng áp dụng tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999 trong thiết kế thực tế.

4.1. Đánh giá kết quả và hạn chế của đề tài nghiên cứu

Kết quả thiết kế đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về chịu lực, độ võng và ổn định theo tiêu chuẩn. Tải trọng tĩnh và động được tính toán chính xác với sai số cho phép. Tuy nhiên, luận văn còn hạn chế trong việc phân tích tương tác đất-nền và tính toán địa chấn chi tiết. Nghiên cứu mở rộng có thể bổ sung phần thiết kế móng và hệ thống PCCC cho công trình.

4.2. Hướng phát triển và khả năng áp dụng rộng rãi

Phương pháp thiết kế trong luận văn có thể áp dụng cho các loại công trình nhà ở cao tầng khác với điều chỉnh tải trọng phù hợp. Hướng phát triển bao gồm tích hợp phân tích BIM và tối ưu hóa kết cấu bằng thuật toán tiến hóa. Nghiên cứu tiếp theo có thể mở rộng sang tính toán kinh tế-xã hội và đánh giá tác động môi trường của dự án chung cư cao cấp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. GIỚI THIỆU CHUNG  Công trình: CHUNG CƯ CAO CẤP LIBERTY.  Địa chỉ: 74 Nguyễn Thị Thập, phường Tân Thuận, quận 7, Tp. Hồ Chí Minh.

 Quy mô: 1 tầng hầm, 1 tầng bán hầm, 1 tầng dịch vụ, 16 tầng điển hình, 1 tầng thượng.  Diện tích sàn tầng điển hình: 1236.4m2  Tổng diện tích sàn: 24728m2  Chiều cao công trình: o Tính từ mặt đất tự nhiên: 61. o Tính từ cao độ 0. PHÂN KHU CHỨC NĂNG  Tầng hầm và tầng bán hầm: Cao 3m, là nơi đặt các hệ thống điện kỹ thuật, trạm bơm, máy phát điện và chỗ để xe.

 Tầng trệt: Cao 4.2m, sử dụng làm khu trung tâm thương mại.3m, sử dụng làm phòng ở, căn hộ cho thuê  Tầng 18 (tầng thượng): Cao 3. CÁC HỆ THỐNG KỸ THUẬT 1. Hệ thống chiếu sáng  Kết hợp ánh sáng tự nhiên và chiếu sáng nhân tạo.  Chiếu sáng tự nhiên: Các phòng đều có hệ thống cửa để tiếp nhận ánh sáng từ bên ngoài kết hợp cùng ánh sáng nhân tạo đảm bảo đủ ánh sáng trong phòng.

 Chiếu sáng nhân tạo: Được tạo ra từ hệ thống điện chiếu sáng theo tiêu chuẩn Việt Nam về thiết kết điện chiếu sáng trong công trình dân dụng. Hệ thống điện  Điện được cấp từ mạng điện sinh hoạt của thành phố, điện áp 3 pha xoay chiều 380v/220v, tần số 50Hz. Đảm bảo nguồn điện sinh hoạt ổn định cho toàn công trình. Hệ thống điện được thiết kế đúng theo tiêu chuẩn Việt Nam cho công trình dân dụng, dể bảo quản, sửa chữa, khai thác và sử dụng an toàn, tiết kiệm năng lượng.

Hệ thống cấp nước  Dung tích bể chứa được thiết kết trên cơ sở số lượng người sử dụng và lượng nước dự trữ khi xảy ra sự cố mất điện và chữa cháy. Từ bể chứa nước sinh hoạt được dẫn xuống các khu vệ sinh, phục vụ nhu cầu sinh hoạt mỗi tầng bằng hệ thống ống thép tráng kẽm đặt trong các hộp kỹ thuật. Hệ thống thoát nước  Thoát nước mưa: Nước mưa trên mái được thoát xuống dưới thông qua hệ thống ống nhựa đặt tại những vị trí thu nước mái nhiều nhất. Từ hệ thống ống dẫn chảy xuống rãnh thu nước mưa quanh nhà đến hệ thông thoát nước chung của thành phố.

1  Thoát nước thải sinh hoạt: Nước thải khu vệ sinh được dẫn xuống bể tự hoại làm sạch sau đó dẫn vào hệ thống thoát nước chung của thành phố. Hệ thống phòng cháy chữa cháy  Tại mỗi tầng và tại nút giao thông giữa hành lang và cầu thang. Thiết kết đặt hệ thống hộp họng cứa hoả được nối với nguồn nước chữa cháy. Mỗi tầng đều được đặt biển chỉ dẫn về phòng và chữa cháy.

Đặt mỗi tầng 4 bình cứu hoả CO2MFZ4 (4kg) chia làm 2 hộp đặt hai bên khu phòng ở. Hệ thống chống sét  Được trang bị hệ thống chống sét theo đúng các yêu cầu và tiêu chuẩn về chống sét nhà cao tầng. Hệ thống thoát rác  Rác thải được tập trung ở các tầng thông qua kho thoát rác bố trí ở các tầng, chứa gian rác được bố trí ở tầng hầm và sẽ có bộ phận để đưa rác thải ra ngoài. Hệ thống thông gió  Các tầng đều có cửa sổ thông thoáng tự nhiên.

Bên cạnh đó, công trình còn có các khoảng trống thông tầng nhằm tạo sự thông thoáng thêm cho tòa nhà. Hệ thống máy điều hòa được cung cấp cho tất cả các tầng. Họng thông gió dọc cầu thang bộ, sảnh thang máy. Sử dụng quạt hút để thoát hơi cho các khu vệ sinh và ống gain được dẫn lên mái.

GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC 1. Giải pháp mặt đứng  Công trình có hình khối kiến trúc hiện đại phù hợp với tính chất là một chung cư cao cấp kết hợp với trung tâm thương mại. Với những nét ngang và thẳng đứng tạo nên sự bề thế vững vàng cho công trình, hơn nữa kết hợp với việc sử dụng các vật liệu mới cho mặt đứng công trình như đá Granite cùng với những mảng kiếng dày màu xanh tạo vẻ sang trọng cho một công trình kiến trúc. Giải pháp hình khối  Công trình có dạng khối hình hộp chữ nhật, phù hợp với hình dạng khu đất với 3 mặt tiếp giáp công trình có sẵn và 1 mặt tiền.

Tạo hình kiến trúc của công trình là sự kết hợp giữa cố điển và hiện đại mang phong thái tự do, phóng khoáng. Có lẽ cũng chính vì vậy mà công trình chung cư cao cấp này mang tên LIBERTY (có nghĩa là tự do). Giải pháp giao thông  Giao thông theo phương ngang là hàng lang giữa rộng 2. Giao thông theo phương đứng thông giữa các tầng là 2 cầu thang bộ và 4 thang máy.

Hàng lang ở các tầng giao với cầu thang tạo ra nút giao thông thuân tiện và thông thoáng cho người đi lại, đảm bảo sự thoát hiểm khi có sự cố như cháy, nổ. GIẢI PHÁP KẾT CẤU  Giải pháp kết cấu phần thân: Hệ kết cấu chịu lực chính của công trình là hệ bao gồm dầm, cột, vách bê tông cốt thép, chịu toàn bộ tải trọng đứng và tải trọng ngang.  Giải pháp kết cấu phần móng: Phương án móng cọc khoan nhồi bê tông cốt thép. Đường kính cọc D=0.

PHẦN MỀM ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN  Trong phạm vi đồ án này, sinh viên sử dụng các phần mềm sau để phân tích nội lực của mô hình: o Phần mềm SAP2000 v14.2: phần mềm phần tử hữu hạn phân tích các cấu kiện tổng quát. o Phần mềm ETABS v9.4: phần mềm phần tử hữu hạn phân tích sự làm việc của toàn bộ công trình. o Phần mềm SAFE v12.0: phần mềm phần tử hữu hạn chuyên phân tích cấu kiện dạng tấm (bản sàn, móng,…).  Tính toán cốt thép cho cấu kiện: Sử dụng phần mềm EXCEL kết hợp với lập trình VBA.

TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG THIẾT KẾ  Công việc thiết kế được tuân thao các quy phạm, các tiêu chuẩn thiết kế do Nhà nước Việt Nam quy định đối với ngành xây dựng: o TCVN 2737-1995: Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế; o TCVN 5574-2012: Tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt thép; o TCXD 198-1997: Nhà cao tầng –Thiết kế bê tông cốt thép toàn khối; o TCXD 10304-2012: Móng cọc- tiêu chuẩn thiết kế; o TCVN 9362-2012: Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình; o TCVN 9386-2012: Thiết kế công trình chịu động đất; o TCVN 5574-2012: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế; o TCVN 9395-2012: Cọc khoan nhồi thi công và nghiệm thu;  Bên cạnh các tài liệu trong nước, để giúp cho quá trình tính toán được thuận lợi, đa dạng về nội dung tính toán, đặc biệt là những cấu kiện chưa được tiêu chuẩn thiết kế trong nước quy định rõ. Nên trong quá trình tính toán có tham khảo các tiêu chuẩn thiết kế của nước ngoài như: ACI 318-2005  Ngoài các tiêu chuẩn, quy phạm nêu trên, sinh viên có sử dụng một số sách, tài liệu chuyên ngành của nhiều tác giả khác nhau.VẬT LIỆU SỬ DỤNG  Bê tông cấp độ bền B30 o Cường độ chịu nén dọc trục: Rb = 17 MPa. 3 o Cường độ chịu kéo dọc trục: Rbt = 1. o Mô đun đàn hồi: Eb = 32500 MPa.

 Cốt thép loại AI (đối với cốt thép có Ø < 10). o Cường độ chịu nén : Rsc = 225 MPa. o Cường độ chịu kéo: Rs = 225 MPa. o Cường độ tính toán cốt ngang: Rsw = 175 MPa.

o Mô đun đàn hồi: Es = 210000 MPa.  Cốt thép loại AIII (đối với cốt thép có Ø ≥10). o Cường độ chịu nén : Rsc = 365 MPa. o Cường độ chịu kéo: Rs = 365 MPa.

o Mô đun đàn hồi: Es = 200000 MPa.  Vật liệu khác: o Gạch: Loại đặc: γ = 18(kN/m3), loại rỗng: γ = 15(kN/m3) o Gạch lát nền Ceramic: γ = 20 (kN/m3) o Vữa xây: γ = 18 (kN/m3) 4 CHƯƠNG 2: TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG 2. TĨNH TẢI SÀN 2. Sàn tầng điển hình Bảng 2.

1 Tĩnh tải sàn tầng điển hình Trọng lượng Chiều Tĩnh tải Tĩnh tải Hệ số STT Vật liệu riêng dày tiêu chuẩn tính toán vượt tải (kN/m3) (mm) (kN/m2) (kN/m2) 1 Các lớp hoàn thiện sàn và trần - Gạch Ceramic 20 10 0.24 - Vữa lát nền 18 20 0.468 - Vữa lát trần 18 15 0.351 2 Hệ thống kỹ thuật 0.6 Tổng tĩnh tải (không kể TLBT) 1. Sàn tầng trệt Bảng 2. 2 Tĩnh tải sàn tầng trệt Trọng lượng Chiều Tĩnh tải Tĩnh tải Hệ số STT Vật liệu riêng dày tiêu chuẩn tính toán vượt tải (kN/m3) (mm) (kN/m2) (kN/m2) 1 Các lớp hoàn thiện sàn và trần - Gạch Ceramic 20 10 0.24 - Vữa lát nền 18 20 0.468 - Vữa lát trần 18 15 0.351 2 Hệ thống kỹ thuật 0.6 Tổng tĩnh tải (không kể TLBT) 1. Sàn tầng hầm Bảng 2.

3 Tĩnh tải sàn tầng hầm Trọng lượng Chiều Tĩnh tải Tĩnh tải Hệ số STT Vật liệu riêng dày tiêu chuẩn tính toán vượt tải (kN/m3) (mm) (kN/m2) (kN/m2) 1 Các lớp hoàn thiện sàn và trần - Vữa lát nền + tạo dốc 18 30 0.702 - Lớp chống thấm 10 3 0.039 2 Hệ thống kỹ thuật 0.6 Tổng tĩnh tải (không kể TLBT) 1. 4 Tĩnh tải sàn mái Trọng lượng Chiều Tĩnh tải Tĩnh tải Hệ số STT Vật liệu riêng dày tiêu chuẩn tính toán vượt tải (kN/m3) (mm) (kN/m2) (kN/m2) 1 Các lớp hoàn thiện sàn và trần - Lớp gạch chống nóng 20 10 0.24 - Vữa lát nền 18 20 0.468 - Vữa tạo dốc 18 10 0.234 - Lớp chống thấm 10 3 0.039 - Vữa lát trần 18 15 0.351 2 Hệ thống kỹ thuật 0.6 Tổng tĩnh tải (không kể TLBT) 1. Sàn vệ sinh Bảng 2. 5 Tĩnh tải sàn vệ sinh Trọng lượng Chiều Tĩnh tải Tĩnh tải Hệ số STT Vật liệu riêng dày tiêu chuẩn tính toán vượt tải (kN/m3) (mm) (kN/m2) (kN/m2) 1 Các lớp hoàn thiện sàn và trần - Gạch Ceramic 20 10 0.24 - Vữa lát nền + tạo dốc 18 30 0.702 -Lớp chống thấm 10 3 0.039 - Vữa lát trần 18 15 0.351 2 Hệ thống kỹ thuật 0.6 Tổng tĩnh tải (không kể TLBT) 1.

TĨNH TẢI TƯỜNG XÂY Bảng 2. 6 Tĩnh tải tường xây (tường 200) Chiều Chiều Chiều Chiều Hệ số Tải tính dày cao cao cao Tải tính γ(kN/m ) vượt 3 toán/1m dài tường tầng dầm tường toán(kN/m2) tải tường(kN/m) (m) (m) (m) (m) 0. 7 Tĩnh tải tường xây (tường 100) Chiều Chiều Chiều Chiều Hệ số Tải tính dày cao cao cao Tải tính γ(kN/m3) vượt toán/1m dài tường tầng sàn tường toán(kN/m2) tải tường(kN/m) (m) (m) (m) (m) 0. HOẠT TẢI Giá trị hoạt tải theo TCVN 2727:1995 Bảng 2.