Bối cảnh và nhiệm vụ nghiên cứu

1. Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn

Trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội và đổi mới, các đô thị lớn tại Việt Nam đối mặt với áp lực gia tăng dân số cơ học và quá trình đô thị hóa nhanh chóng. Thành phố Đà Nẵng, với vai trò là trung tâm kinh tế, chính trị, văn hóa và xã hội của khu vực miền Trung, được định hướng nâng cấp và phát triển hạ tầng tương xứng với vị thế đô thị loại I. Sự phát triển này làm phát sinh các thách thức về giao thông, môi trường và đặc biệt là nhu cầu nhà ở cho người dân.

Quỹ đất xây dựng đô thị có giới hạn, do đó việc mở rộng địa giới kết hợp với xây dựng mô hình nhà ở cao tầng là giải pháp kỹ thuật nhằm tăng mật độ cư trú, tiết kiệm tài nguyên đất đai. Đề tài "Thiết kế Nhà ở Chung cư Bắc Mỹ An, Thành phố Đà Nẵng (9 tầng)" được thực hiện nhằm đề xuất giải pháp kiến trúc và tính toán kết cấu cho công trình nhà ở nhiều tầng, đáp ứng nhu cầu an cư của người dân đô thị, đặc biệt hướng tới đối tượng có thu nhập trung bình và thấp theo định hướng nhà ở xã hội kết hợp thương mại.

2. Mục tiêu và nhiệm vụ của đồ án

Theo nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp được giao tại Khoa Kỹ thuật Công trình - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP.HCM, nội dung nghiên cứu và thiết kế kỹ thuật bao gồm ba phần chính:

  1. Phần I - Kiến trúc: Thiết lập tổng mặt bằng, 02 mặt đứng, mặt bằng tầng điển hình và 02 mặt cắt công trình; giải quyết dây chuyền công năng và các hệ thống kỹ thuật phụ trợ.
  2. Phần II - Kết cấu: Tính toán và bố trí cốt thép cho các bộ phận chịu lực chính gồm sàn tầng 3 (tầng điển hình), dầm dọc khung trục D, cầu thang bộ 2 vế tầng điển hình và hồ nước mái.
  3. Phần III - Nền móng: Xử lý số liệu địa chất công trình và đề xuất 02 phương án móng (Phương án 1: Móng cọc ép; Phương án 2: Móng cọc khoan nhồi).

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ kết cấu bê tông cốt thép toàn khối của khối nhà chung cư 9 tầng, bao gồm các cấu kiện bản sàn, dầm liên tục, bản thang, dầm chiếu nghỉ và hệ kết cấu bể chứa nước sinh hoạt trên mái.
  • Phạm vi không gian: Khu quy hoạch chung cư cao cấp thuộc Quận Ngũ Hành Sơn, Thành phố Đà Nẵng. Khu đất có địa hình bằng phẳng, nằm ở vùng ven đô thị, tiếp giáp hệ thống đường giao thông quy hoạch ở phía Đông và phía Nam; phía Tây giáp các công trình chung cư lân cận; mặt đứng chính công trình quay về hướng Bắc.
  • Phạm vi thời gian và điều kiện tự nhiên: Đồ án hoàn thành vào năm 2009. Số liệu khí hậu tự nhiên tại khu vực xây dựng (Đà Nẵng) thuộc vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm:
    • Mùa mưa (tháng 5 đến tháng 11): Nhiệt độ trung bình 25°C (thấp nhất 20°C, cao nhất 36°C); lượng mưa trung bình 274,4 mm (tháng 4), cao nhất 640 mm (tháng 5), thấp nhất 31 mm (tháng 11); độ ẩm trung bình 89,5%; số giờ nắng trung bình 4 giờ/ngày.
    • Mùa khô (tháng 12 đến tháng 4): Nhiệt độ trung bình 36°C (cao nhất 40°C, thấp nhất 18°C); độ ẩm trung bình 78%; số giờ nắng trung bình 8 giờ/ngày.
    • Tải trọng gió: Thuộc khu vực áp lực gió II-A theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995. Hướng gió chủ đạo là Đông Nam và Tây Nam (vận tốc trung bình 2,5 m/s), gió Đông Bắc thổi nhẹ vào tháng 12 đến tháng 1.

Tiêu chuẩn kỹ thuật và phương pháp tính toán

1. Khung tiêu chuẩn áp dụng

Quá trình thiết kế kiến trúc và tính toán kết cấu của đồ án tuân thủ hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng Việt Nam:

  • TCVN 5065-90: Tiêu chuẩn thiết kế nhà ở và công trình công cộng, dùng để xác định diện tích và công năng các phòng.
  • TCVN 2737-1995: Tiêu chuẩn tải trọng và tác động, áp dụng xác định hoạt tải sử dụng sàn, cầu thang, hành lang, tải trọng mái và áp lực gió khu vực II-A.
  • TCVN 356:2005 (TCXDVN 356:2005): Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, dùng để tính toán nội lực, tiết diện và hàm lượng cốt thép cho sàn, dầm, cầu thang và bể nước.
  • Tài liệu tham khảo chuyên ngành: Giáo trình và sổ tay "Tính toán thực hành cấu kiện bê tông cốt thép theo TCXDVN 356-2005" của GS.TS. Nguyễn Đình Cống.

2. Thông số vật liệu sử dụng trong tính toán

  • Bê tông: Cấp độ bền B20 (tương đương Mác M250), có các chỉ tiêu cơ lý tính toán:
    • Cường độ chịu nén tính toán: $R_b = 11{,}5\text{ MPa}$
    • Cường độ chịu kéo tính toán: $R_{bt} = 0{,}9\text{ MPa}$
    • Môđun đàn hồi: $E_b = 27 \times 10^3\text{ MPa}$
    • Lớp bê tông lót và bản sàn: Bê tông B15 dày 80 mm.
  • Cốt thép:
    • Cốt thép chịu lực dọc: Thép nhóm AII có cường độ tính toán $R_s = R_{sc} = 280\text{ MPa}$, hệ số giới hạn vùng nén $\xi_R = 0{,}622$ (hoặc $\alpha_R = 0{,}428$).
    • Cốt thép đai và cấu tạo: Thép nhóm AI có cường độ tính toán $R_s = R_{sc} = 225\text{ MPa}$, cường độ tính toán chịu cắt của cốt đai $R_{sw} = 175\text{ MPa}$.

3. Phương pháp và công cụ phân tích

  • Phương pháp phân tích sàn: Áp dụng lý thuyết đàn hồi cho từng ô bản đơn lập. Dựa trên tỷ số hai cạnh ô bản $l_2 / l_1$:
    • Khi $l_2 / l_1 \ge 2$: Tính toán theo sơ đồ bản dầm (bản làm việc 1 phương), cắt dải bản rộng $b = 1\text{ m}$ theo phương cạnh ngắn để tính mômen uốn.
    • Khi $l_2 / l_1 < 2$: Tính toán theo sơ đồ bản kê 4 cạnh làm việc hai phương, tra bảng hệ số nội lực $m_{91}, m_{92}, k_{91}, k_{92}$ theo điều kiện liên kết ngàm ($h_d / h_b > 3$).
    • Bản console: Cắt dải bản rộng $b = 1\text{ m}$ để tính theo sơ đồ dầm console ngàm một đầu.
  • Phương pháp phân tích dầm: Mô hình hóa dầm dọc trục D thành dầm liên tục nhiều nhịp tựa trên các gối đỡ (cột/khung). Sử dụng phần mềm chuyên dụng SAP2000 v10 để giải hệ phương trình phần tử hữu hạn, phân tích các trường hợp tải trọng tĩnh tải, hoạt tải và xuất biểu đồ bao mômen, biểu đồ bao lực cắt.
  • Phương pháp tính toán tiết diện bê tông cốt thép: Bài toán đặt cốt đơn cho cấu kiện chịu uốn. Tiết diện chữ nhật đối với vùng chịu mômen âm (bản cánh nằm trong vùng kéo) và tiết diện chữ T đối với vùng chịu mômen dương ở giữa nhịp dầm (bản cánh sàn nằm trong vùng nén, xét bề rộng tính toán cánh $b_f'$).

Thiết kế và giải pháp kỹ thuật công trình

1. Quy mô kiến trúc và dây chuyền công năng

Công trình được thiết kế theo cấp công trình Cấp I, bậc bền vững Bậc I (niên hạn sử dụng trên 100 năm), bậc chịu lửa Bậc I. Mặt bằng tổng thể dạng khối hình chữ nhật với tổng diện tích mặt bằng xây dựng là $680\text{ m}^2$, tổng chiều cao $36{,}6\text{ m}$.

Tầng Chiều cao (m) Công năng chi tiết Diện tích / Quy cách
Tầng 1 $4{,}5$ Khu dịch vụ công cộng, hạ tầng kỹ thuật và bãi xe Diện tích xây dựng $680\text{ m}^2$: Nhà để xe chung ($214\text{ m}^2$), Phòng sinh hoạt cộng đồng ($63\text{ m}^2$), Phòng bảo vệ và quản lý ($33\text{ m}^2$), phòng thư báo, kiosque cho thuê, phòng kỹ thuật
Tầng 2 - 9 $3{,}4$ mỗi tầng Căn hộ ở (gồm 5 loại hình căn hộ A, B, C, D, E) - Căn hộ A: 3 phòng ngủ, $98\text{ m}^2$
- Căn hộ B: 2 phòng ngủ, $85\text{ m}^2$
- Căn hộ C: 2 phòng ngủ, $77\text{ m}^2$
- Căn hộ D: 1 phòng ngủ, $53\text{ m}^2$
- Căn hộ E: 1 phòng ngủ, $42\text{ m}^2$

Dây chuyền giao thông ngang sử dụng giải pháp hành lang giữa rộng $3{,}3\text{ m}$. Các căn hộ được bố trí dọc hai bên hành lang; tuy tồn tại nhược điểm về thông gió xuyên phòng và khả năng cách âm riêng tư giữa hai dãy, giải pháp này đem lại hiệu quả cao về mặt kinh tế, tối ưu hóa mật độ căn hộ trên một tầng, giảm chi phí xây dựng và đơn giản hóa kết cấu thi công. Giao thông đứng gồm 02 buồng thang bộ 2 vế (chiều rộng vế thang $1{,}5\text{ m}$) và 01 thang máy. Buồng thang bộ bố trí cạnh biên tiếp xúc với tự nhiên nhằm lấy sáng và thông thoáng trực tiếp.

2. Các giải pháp hạ tầng kỹ thuật công trình

  • Hệ thống cấp - thoát nước: Nguồn nước cấp phối hợp giữa mạng lưới cấp nước thành phố và giếng khoan ngầm dẫn về bể chứa ngầm, sau đó bơm lên bể chứa dự trữ trên mái để cấp nước trọng lực xuống các tầng. Đường ống cấp nước sử dụng ống thép tráng kẽm đặt trong hộp kỹ thuật. Hệ thống thoát nước mái dùng sê-nô gom nước và ống nhựa PVC đường kính $\Phi 100$. Nước thải vệ sinh và sinh hoạt gom vào trục đứng, dẫn về bể tự hoại xử lý trước khi xả ra mạng lưới thoát nước chung đô thị.
  • Hệ thống cấp điện và chống sét: Điện nguồn lấy từ lưới điện thành phố qua trạm biến áp riêng; dây dẫn đặt ngầm trong tường và hộp gen kỹ thuật; trang bị thiết bị đóng ngắt tự động theo tầng và máy phát điện dự phòng. Hệ thống thu lôi chống sét thiết kế theo quy chuẩn chuyên ngành.
  • Hệ thống thông gió và điều hòa không khí: Bố trí máy điều hòa nhiệt độ phân tán cho các phòng ngủ; phòng kỹ thuật được xử lý cách âm, cách nhiệt và chống truyền rung chấn.
  • Hệ thống phòng cháy chữa cháy (PCCC) và thoát nạn: Bố trí hệ thống báo cháy tự động; khoảng cách từ cửa căn hộ xa nhất đến lối thoát nạn gần nhất là $17{,}5\text{ m}$. Buồng thang bộ thiết kế chống tụ khói. Mỗi tầng đều trang bị họng tiếp nước cứu hỏa lấy từ bể nước mái và bình chữa cháy hóa chất cầm tay đặt trong hốc tường chìm có kính bảo vệ ở cao độ cách mặt sàn $1{,}5\text{ m}$.
  • Hệ thống thu gom rác: Sử dụng trục ống thu rác thông suốt qua các tầng dẫn rác xuống hầm chứa tại tầng 1 để xe chuyên dụng vận chuyển định kỳ.

Nội dung tính toán chi tiết theo từng chương kết cấu

Chương I: Tính toán sàn tầng 3 (Tầng điển hình)

  • Sơ bộ kích thước ô bản: Nhằm hạn chế độ võng và rung lắc cho các ô bản có kích thước nhịp lớn hơn $6\text{ m}$, mặt bằng sàn được bố trí hệ dầm phụ chia thành 15 ô sàn nhỏ ($S_1$ đến $S_{15}$). Chiều dày bản sàn được lựa chọn sơ bộ theo công thức $h_b = (D/m) \cdot l_1$. Với $D = 0{,}9$ và $m = 35 \div 45$, toàn bộ các ô sàn tầng điển hình được chọn đồng nhất $h_b = 80\text{ mm}$. Kích thước dầm chính chọn các loại $250 \times 700\text{ mm}$, $300 \times 750\text{ mm}$, $200 \times 600\text{ mm}$; dầm phụ chọn $150 \times 300\text{ mm}$, $200 \times 400\text{ mm}$.
  • Xác định tải trọng tác dụng lên sàn:
    • Tĩnh tải sàn phòng ở: Tổng giá trị $g_{ti} = 323\text{ daN/m}^2$, bao gồm gạch ceramic $10\text{ mm}$ ($22\text{ daN/m}^2$), vữa lót XM dày $20\text{ mm}$ ($46{,}8\text{ daN/m}^2$), bản sàn BTCT B15 dày $80\text{ mm}$ ($220\text{ daN/m}^2$), vữa trát trần M75 dày $15\text{ mm}$ ($35{,}1\text{ daN/m}^2$).
    • Tĩnh tải sàn khu vệ sinh (WC): Tổng giá trị $g_{wc} = 393\text{ daN/m}^2$, bổ sung lớp vữa lót tạo dốc và lớp chống thấm dày $15\text{ mm}$ ($39\text{ daN/m}^2$).
    • Hoạt tải tính toán ($p^{tt} = p^{tc} \times n_p$): Sàn hành lang và ban công lấy $p^{tt} = 360\text{ daN/m}^2$ ($p^{tc} = 300$, $n_p = 1{,}2$); sàn phòng ngủ, văn phòng và WC lấy $p^{tt} = 260\text{ daN/m}^2$ ($p^{tc} = 200$, $n_p = 1{,}3$); sàn sân thượng lấy $p^{tt} = 195\text{ daN/m}^2$ ($p^{tc} = 150$, $n_p = 1{,}3$).
  • Phân loại sơ đồ tính và kết quả cốt thép:
    • Bản kê bốn cạnh ($l_2 / l_1 < 2$): Gồm các ô $S_2, S_5, S_6, S_{10}, S_{11}, S_{12}, S_{13}, S_{14}, S_{15}$. Ví dụ ô $S_2$: mômen nhịp phương cạnh ngắn $M_{nh1} = 31445\text{ daN}\cdot\text{cm}$, cốt thép tính toán $A_s = 2{,}08\text{ cm}^2$, chọn bố trí thép $\Phi 6@200$; mômen gối $M_{g1} = 68865\text{ daN}\cdot\text{cm}$, $A_s = 4{,}78\text{ cm}^2$, bố trí cốt thép $\Phi 8@100$.
    • Bản dầm ($l_2 / l_1 \ge 2$): Gồm các ô $S_1, S_4, S_7, S_9$. Tính toán theo dải bản $1\text{ m}$ chịu mômen uốn nhịp $M_{nh} = q^{tt} \cdot l^2 / 12$ và mômen gối $M_g = -q^{tt} \cdot l^2 / 9$.
    • Bản console: Gồm ô $S_3, S_8$ chịu mômen ngàm $M_g = -q^{tt} \cdot l^2 / 2$. Ô $S_8$ có mômen gối $M_g = 68865\text{ daN}\cdot\text{cm}$, bố trí thép gối đạt yêu cầu chịu lực.

Chương II: Thiết kế dầm dọc trục D

  • Sơ đồ hình học và truyền tải: Dầm dọc trục D là dầm liên tục 5 nhịp tựa trên các cột từ trục 1 đến trục 6 với các nhịp tính toán lần lượt là $7{,}0\text{ m} - 7{,}0\text{ m} - 7{,}5\text{ m} - 7{,}0\text{ m} - 7{,}0\text{ m}$ (tổng chiều dài $36{,}1\text{ m}$). Tiết diện dầm chọn $b \times h = 250 \times 550\text{ mm}$ và $250 \times 600\text{ mm}$. Tải trọng từ sàn truyền vào dầm dạng hình thang và tam giác được quy đổi thành tải trọng phân bố đều tương đương ($g_{td} = \frac{5}{8} g_s L_1$ đối với tải tam giác; $g_{td} = [1 - 2(a/L_2)^2 + (a/L_2)^3] g_s L_1$ đối với tải hình thang).
  • Tải trọng tập trung tại các nút liên kết với dầm phụ:
    • Nút A (giao dầm D2 và sàn $S_2$): Tĩnh tải tập trung $G_A = G_d + G_s + G_t = 528 + 3328 + 1722 = 5579\text{ daN}$. Hoạt tải tập trung $P_A = 1931\text{ daN}$.
    • Nút B (giao dầm D2 và sàn $S_5, S_6$): Tĩnh tải tập trung $G_B = 660 + 525 + 2153 = 3338\text{ daN}$. Hoạt tải tập trung $P_B = 481\text{ daN}$.
    • Nút D (sàn $S_{10}$ truyền vào): Tĩnh tải tập trung bản sàn $G_s = 502\text{ daN}$.
  • Phân tích nội lực trên SAP2000 v10: Thiết lập mô hình dầm liên tục với 1 trường hợp tĩnh tải và 6 trường hợp hoạt tải lệch tầng, lệch nhịp nhằm tìm kiếm tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất.
    • Các tổ hợp tải trọng: COMB1 đến COMB6 (Tĩnh tải + HT1 đến HT6), COMB7 (Tĩnh tải + HT1 + HT2), và tổ hợp bao BAO (Envelope của tất cả các tổ hợp).
    • Kết quả xuất biểu đồ bao mômen uốn và biểu đồ bao lực cắt lớn nhất $Q_{max} = 181\text{ kN}$ tại tiết diện sát mép gối.
  • Tính toán cốt thép dọc:
    • Cốt thép chịu mômen âm ở gối: Tiết diện chữ nhật $b \times h = 250 \times 600\text{ mm}$ ($h_0 = 540\text{ mm}$). Tại Gối 2 có $M = -226\text{ kN}\cdot\text{m}$, tính được hệ số $\alpha_m = 0{,}32$, diện tích thép yêu cầu $A_s = 18{,}29\text{ cm}^2$. Tại Gối 3 có $M = -218\text{ kN}\cdot\text{m}$.
    • Cốt thép chịu mômen dương ở nhịp: Tiết diện chữ T với cánh chịu nén, bề rộng tính toán cánh $b_f' = 1210\text{ mm}$, chiều dày cánh $h_f' = 80\text{ mm}$. Tại nhịp 1-2 có $M = 120\text{ kN}\cdot\text{m}$, trục trung hòa đi qua cánh ($M_f = 568\text{ kN}\cdot\text{m} > M$), tính toán như tiết diện chữ nhật $b_f' \times h$, diện tích thép yêu cầu $A_s = 7{,}63\text{ cm}^2$.
  • Lựa chọn phương án bố trí thép dầm:
    • Phương án 1: Chọn bố trí phối hợp thép thanh $\Phi 22$ và $\Phi 20$, diện tích bố trí sát với tính toán lý thuyết, thuận tiện trong phối hợp giữa nhịp và gối.
    • Phương án 2: Sử dụng thép đường kính lớn $\Phi 25$ ở gối, khó phối hợp thép liên tục qua các nhịp.
    • Kết luận: Tác giả chọn Phương án 1 để thực hiện bản vẽ thi công.
  • Tính cốt đai và cốt treo chống cắt:
    • Kiểm tra điều kiện bê tông chịu ứng suất nén chính: $Q_{max} = 181\text{ kN} < 0{,}3 R_b b h_0 = 465{,}75\text{ kN}$ (tiết diện đủ khả năng chịu lực nén chính, không bị ép vỡ).
    • Khoảng cách cốt đai tính toán: Đầu dầm đoạn $1/4$ nhịp bố trí đai $\Phi 8$ bước $s = 100\text{ mm}$; đoạn giữa dầm bố trí đai bước $s = 300\text{ mm}$.
    • Cốt treo tại vị trí dầm phụ kê lên dầm chính: Lực tập trung truyền vào $F = 57{,}1\text{ kN}$. Diện tích cốt treo đai yêu cầu $A_{sw} = 326\text{ mm}^2$. Tác giả chọn bố trí đai 2 nhánh $\Phi 6$ với số lượng 4 đai $\Phi 6$ bước $s = 50\text{ mm}$ cho mỗi bên dầm phụ giao dầm chính.

Chương III: Tính toán cầu thang tầng điển hình

  • Cấu tạo hình học: Cầu thang 2 vế dạng bản chịu lực, bề rộng bản thang $1{,}5\text{ m}$. Nhịp tính toán bản nghiêng $L_0 = L_1 + L_2 = 1450\text{ mm} + 3300\text{ mm} = 4750\text{ mm}$. Tiết diện dầm chiếu nghỉ $D_1$ chọn $200 \times 350\text{ mm}$, dầm sàn $D_2$ chọn $200 \times 400\text{ mm}$, dầm đà kiềng chọn $200 \times 300\text{ mm}$. Chiều dày bản nghiêng thang chọn $h_t = 120\text{ mm}$.
  • Tải trọng tác dụng:
    • Bản nghiêng: Tĩnh tải các lớp cấu tạo (đá hoa cương dày $20\text{ mm}$, vữa lót, bậc thang xây gạch, bản bê tông cốt thép, lan can tay vịn $36\text{ daN/m}^2$) quy đổi theo phương đứng kết hợp góc nghiêng thang $\cos\alpha = 0{,}884$. Hoạt tải tiêu chuẩn công trình công cộng $p^c = 400\text{ daN/m}^2$, hệ số vượt tải $n_p = 1{,}2 \rightarrow p^{tt} = 480\text{ daN/m}^2$. Tổng tải trọng tính toán trên bản thang $q_1 = 1165\text{ daN/m}^2$.
    • Chiếu nghỉ: Tĩnh tải $g_{cn} = 395\text{ daN/m}^2$, hoạt tải $480\text{ daN/m}^2$, tổng tải trọng $q_2 = 442{,}2\text{ daN/m}^2$ (kết hợp tải phân bố).
  • Phân tích nội lực và bố trí thép bản thang:
    • Sơ đồ tính: Dải bản rộng $b = 1\text{ m}$ cắt dọc bản thang. Mômen uốn lớn nhất xác định tại vị trí lực cắt triệt tiêu ($Q = 0$ tại $x = 2{,}3\text{ m}$), giá trị $M_{max} = 3103\text{ daN}\cdot\text{m/m}$.
    • Điều chỉnh mômen do liên kết ngàm thực tế với dầm chiếu nghỉ: Mômen nhịp tính toán $M_n = 0{,}7 M_{max} = 2172\text{ daN}\cdot\text{m/m}$; mômen gối tính toán $M_g = 0{,}4 M_{max} = 1241\text{ daN}\cdot\text{m/m}$.
    • Cốt thép bản thang: Tại nhịp tính toán diện tích thép $A_s = 8{,}4\text{ cm}^2$, chọn thép chịu lực dọc $\Phi 12@120$; tại gối $A_s = 4{,}78\text{ cm}^2$, chọn thép $\Phi 10@150$.
  • Tính toán dầm chiếu nghỉ ($D_1$):
    • Nhịp dầm $L_3 = 3{,}4\text{ m}$, chịu tải bản thân, tải tường gạch trên dầm và phản lực tập trung/phân bố từ bản thang truyền về với tổng tải phân bố $q = 3443\text{ daN/m}$.
    • Mômen uốn lớn nhất giữa nhịp: $M_{max} = q L^2 / 8 = 4975\text{ daN}\cdot\text{m}$.
    • Lực cắt lớn nhất tại gối: $Q_{max} = 58{,}53\text{ kN}$.
    • Cốt thép dọc chịu uốn: Diện tích yêu cầu $A_s = 6{,}5\text{ cm}^2$, chọn bố trí thép $4\Phi 18$ ($A_s = 10{,}18\text{ cm}^2$).
    • Cốt đai: Sử dụng đai $\Phi 6$, đoạn gối bước đai $s = 150\text{ mm}$, đoạn giữa dầm bước đai $s = 250\text{ mm}$.

Chương IV: Tính toán hồ nước mái

  • Kích thước và phân loại kết cấu: Hồ nước mái đặt trên tầng kỹ thuật mái phục vụ cấp nước sinh hoạt và chữa cháy. Bể có mặt bằng hình vuông kích thước $a \times b = 7{,}5\text{ m} \times 7{,}5\text{ m}$, chiều cao mực nước khi bơm đầy $h = 2{,}0\text{ m}$. Tỷ số kích thước $a/b = 1 \le 3$ và $h = 2\text{ m} \le 2a = 15\text{ m}$, do đó hồ nước mái được phân loại là dạng "bể thấp". Góc nắp bể bố trí lỗ thăm kích thước $600 \times 600\text{ mm}$.
  • Kích thước các cấu kiện bể nước:
    • Bản nắp: Chiều dày $h_{bn} = 60\text{ mm}$ ($6\text{ cm}$).
    • Bản thành: Chiều dày $h_{bt} = 100\text{ mm}$ ($10\text{ cm}$), làm việc như bản ngàm vào dầm đáy và hai bản thành vuông góc.
    • Bản đáy: Chiều dày $h_{bd} = 120\text{ mm}$ ($12\text{ cm}$).
    • Hệ dầm nắp: Gồm dầm $DN_1$ ($200 \times 300\text{ mm}$) và $DN_2$ ($200 \times 450\text{ mm}$).
    • Hệ dầm đáy: Gồm dầm $DĐ_1$ ($300 \times 700\text{ mm}$) và $DĐ_2$ ($250 \times 600\text{ mm}$).
    • Hệ cột đỡ bể: Tiết diện $400 \times 300\text{ mm}$, tính toán theo cấu kiện chịu nén đúng tâm với lực nén sơ bộ $N = 371\text{ kN}$.
  • Tính toán bản nắp bể: Mặt bằng nắp bể kích thước lớn ($7{,}5 \times 7{,}5\text{ m}$) được chia nhỏ bởi hệ dầm nắp trực giao thành các ô bản vuông kích thước $3{,}75 \times 3{,}75\text{ m}$. Ô bản có tỷ số cạnh $l_2 / l_1 = 1$, tính toán theo sơ đồ bản kê 4 cạnh liên kết ngàm vào dầm nắp. Tĩnh tải nắp $g^{tt} = 240{,}6\text{ daN/m}^2$, hoạt tải sửa chữa $p^{tt} = 90\text{ daN/m}^2$ ($p^{tc} = 75\text{ daN/m}^2$, $n_p = 1{,}2$), tổng tải trọng tính toán $q_b = 330{,}6\text{ daN/m}^2$.

Kết quả và giải pháp kỹ thuật

1. Tổng hợp thông số thiết kế kết cấu các bộ phận chính

Quá trình tính toán theo các trạng thái giới hạn của TCVN 356:2005 đã mang lại hệ thống thông số kỹ thuật cụ thể cho các cấu kiện chịu lực chính của công trình:

Cấu kiện Tiết diện hình học Chiều dày / Nhịp tính toán Cốt thép chịu lực chính đã chọn
Bản sàn tầng 3 Bản phẳng đúc toàn khối $h_b = 80\text{ mm}$ - Nhịp: $\Phi 6@200$
- Gối ngàm: $\Phi 8@100$
Dầm dọc trục D Tiết diện $b \times h = 250 \times 600\text{ mm}$ 5 nhịp ($7{,}0\text{ m} - 7{,}5\text{ m}$) - Gối 2 ($M = -226\text{ kNm}$): Phối hợp $\Phi 22$ và $\Phi 20$ (PA1)
- Nhịp 1-2: Cốt dọc dưới chịu kéo
- Đai: $\Phi 8$ ($s=100\text{ mm}$ gối, $s=300\text{ mm}$ nhịp)
- Cốt treo: 4 đai $\Phi 6s50$ mỗi bên
Bản thang bộ Bản nghiêng vế thang 2 vế $h_t = 120\text{ mm}$, $L_0 = 4{,}75\text{ m}$ - Nhịp ($M_n = 2172\text{ daNm}$): $\Phi 12@120$
- Gối ngàm dầm: $\Phi 10@150$
Dầm chiếu nghỉ $D_1$ Tiết diện $b \times h = 200 \times 350\text{ mm}$ $L_3 = 3{,}4\text{ m}$ - Cốt dọc: $4\Phi 18$
- Cốt đai: $\Phi 6$ ($s=150\text{ mm}$ gối, $s=250\text{ mm}$ nhịp)
Hồ nước mái Dạng bể thấp ($7{,}5 \times 7{,}5 \times 2{,}0\text{ m}$) Bản nắp $6\text{ cm}$, thành $10\text{ cm}$, đáy $12\text{ cm}$ - Dầm nắp: $200 \times 300\text{ mm}$, $200 \times 450\text{ mm}$
- Dầm đáy: $300 \times 700\text{ mm}$, $250 \times 600\text{ mm}$
- Cột đỡ bể: $400 \times 300\text{ mm}$

2. Giải pháp kỹ thuật được đề xuất

  • Đề xuất phân chia các ô sàn nhịp lớn bằng hệ thống dầm phụ trực giao nhằm giảm bề dày bản sàn xuống $80\text{ mm}$, tiết kiệm vật liệu bê tông và giảm trọng lượng tĩnh tải tác dụng lên toàn bộ hệ khung chịu lực.
  • Áp dụng sơ đồ đàn hồi và điều chỉnh tỷ lệ mômen giữa nhịp và gối cho cầu thang bộ ($0{,}7 M_{max}$ tại nhịp và $0{,}4 M_{max}$ tại gối) để phản ánh trạng thái ngàm cứng thực tế giữa bản thang đúc toàn khối với dầm chiếu nghỉ.
  • Đề xuất bố trí gia cố cốt treo đai tại các điểm giao cắt giữa dầm phụ và dầm chính nhằm giải quyết hiện tượng tập trung ứng suất cắt gây phá hoại nứt vỡ cục bộ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

1. Hạn chế

  • Kinh nghiệm thực tế của tác giả: Tác giả đã tự nhận định trong thuyết minh rằng do hạn chế về kinh nghiệm thực tế thi công và tính toán công trình thực tế, quá trình thiết kế khó tránh khỏi những thiếu sót và khiếm khuyết trong giải pháp xử lý chi tiết.
  • Phạm vi hoàn thiện của dữ liệu: Tài liệu thể hiện sự phân định tỷ trọng giữa các phần việc (phần kiến trúc được ghi nhận $0%$ khối lượng trong một số thuyết minh chuyên môn, phần kết cấu đảm nhiệm $50% - 70%$). Phần xử lý số liệu địa chất và hai phương án móng (móng cọc ép và móng cọc khoan nhồi) mới chỉ được liệt kê trong đề cương nội dung thực hiện mà chưa có số liệu tính toán chi tiết kèm theo trong tập thuyết minh này.
  • Giả thiết tính toán: Việc tính toán nội lực sàn và bể nước sử dụng phương pháp đàn hồi tra bảng phân chia từng ô độc lập, chưa xét đến mức độ làm việc đồng thời không gian toàn khối của hệ sàn - dầm - cột trong mô hình không gian 3 chiều. Cột đỡ hồ nước mái cũng được giả thiết chịu nén đúng tâm, bỏ qua ảnh hưởng của mômen do tải trọng gió tác động lên thành bể.

2. Hướng nghiên cứu tiếp

  • Mở rộng phân tích toàn diện hai phương án kết cấu móng sâu (móng cọc ép và móng cọc khoan nhồi) trên cơ sở số liệu lỗ khoan khảo sát địa chất thực tế tại địa bàn Quận Ngũ Hành Sơn, Thành phố Đà Nẵng.
  • Chuyển đổi mô hình phân tích kết cấu từ hệ thanh phẳng (dầm liên tục trục D) sang mô hình khung không gian 3D tổng thể, kết hợp kiểm tra dao động và tác động động lực học của tải trọng gió và tải trọng động đất theo các tiêu chuẩn hiện hành.

Giá trị tham khảo

Tập tài liệu đồ án tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo chuyên ngành thiết thực cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng / Kỹ thuật Công trình: Tài liệu là biểu mẫu trực quan cho việc trình bày đồ án tốt nghiệp khối công trình dân dụng cao tầng kết cấu bê tông cốt thép toàn khối, cung cấp đầy đủ các bước tính toán từ kiến trúc, bóc tách tải trọng đến bố trí cốt thép.
  • Nội dung mẫu về tính toán cấu kiện điển hình:
    • Chương I và Chương II: Tham khảo quy trình phân loại ô bản sàn, kỹ thuật quy đổi tải trọng tường và sàn (hình thang/tam giác) sang tải trọng phân bố đều tương đương trên dầm liên tục, cách tổ hợp nội lực lệch tầng lệch nhịp và phương pháp thiết lập biểu đồ bao trên SAP2000 v10.
    • Chi tiết cấu tạo chống cắt: Quy trình tính toán cốt đai theo bước đai tính toán, bước đai cấu tạo, kiểm tra điều kiện chống ép vỡ theo TCXDVN 356-2005 và công thức xác định cốt đai treo chống giật đứt tại nút dầm phụ kê lên dầm chính.
    • Chương III và Chương IV: Cung cấp phương pháp tính toán hệ cầu thang 2 vế dạng bản nghiêng và hồ nước mái dạng bể thấp có lưới dầm trực giao.

Câu hỏi thường gặp

1. Quy mô hình học và diện tích các loại căn hộ trong công trình được quy định như thế nào?

Công trình gồm 9 tầng với tổng chiều cao $36{,}6\text{ m}$, diện tích mặt bằng xây dựng là $680\text{ m}^2$. Tầng 1 cao $4{,}5\text{ m}$ dành cho bãi đỗ xe ($214\text{ m}^2$), phòng sinh hoạt cộng đồng ($63\text{ m}^2$), phòng quản lý bảo vệ ($33\text{ m}^2$) và các dịch vụ kỹ thuật. Tầng 2 đến tầng 9 có chiều cao đồng đều $3{,}4\text{ m}$, bố trí 5 loại căn hộ: Căn hộ A ($98\text{ m}^2$, 3 phòng ngủ), Căn hộ B ($85\text{ m}^2$, 2 phòng ngủ), Căn hộ C ($77\text{ m}^2$, 2 phòng ngủ), Căn hộ D ($53\text{ m}^2$, 1 phòng ngủ) và Căn hộ E ($42\text{ m}^2$, 1 phòng ngủ).

2. Các chỉ tiêu cường độ cơ lý của vật liệu bê tông và cốt thép trong đồ án được tính toán theo tiêu chuẩn nào?

Vật liệu được tính toán dựa trên các chỉ tiêu của TCVN 356:2005. Bê tông sử dụng cấp độ bền B20 (M250) có $R_b = 11{,}5\text{ MPa}$, $R_{bt} = 0{,}9\text{ MPa}$, $E_b = 27 \times 10^3\text{ MPa}$. Cốt thép chịu lực dọc dùng nhóm AII có $R_s = R_{sc} = 280\text{ MPa}$, $\xi_R = 0{,}622$. Cốt thép đai dùng nhóm AI có $R_s = R_{sc} = 225\text{ MPa}$, $R_{sw} = 175\text{ MPa}$.

3. Tại vị trí dầm phụ kê lên dầm chính trục D, lực tập trung phát sinh là bao nhiêu và tác giả bố trí cốt treo như thế nào?

Lực tập trung lớn nhất do dầm phụ truyền vào dầm chính được xác định là $F = 57{,}1\text{ kN}$. Diện tích cốt treo đai gia cố yêu cầu tính ra là $A_{sw} = 326\text{ mm}^2$. Tác giả chọn cốt đai 2 nhánh đường kính $\Phi 6$ với số lượng 4 đai $\Phi 6s50$ (bước đai $50\text{ mm}$) bố trí ở mỗi bên của nút dầm phụ giao dầm chính.

4. Dựa trên cơ sở nào để phân loại hồ nước mái thuộc dạng "bể thấp" và kích thước các bộ phận của bể ra sao?

Hồ nước mái có kích thước mặt bằng dài $a = 7{,}5\text{ m}$, rộng $b = 7{,}5\text{ m}$ và chiều cao mực nước chứa đầy $h = 2{,}0\text{ m}$. Tỷ số $a/b = 1 \le 3$ và $h = 2\text{ m} \le 2a = 15\text{ m}$, thỏa mãn định nghĩa "bể thấp". Kết cấu bể có bản nắp dày $6\text{ cm}$, bản thành dày $10\text{ cm}$, bản đáy dày $12\text{ cm}$, dầm nắp kích thước $200 \times 300\text{ mm}$ và $200 \times 450\text{ mm}$, dầm đáy kích thước $300 \times 700\text{ mm}$ và $250 \times 600\text{ mm}$, cùng hệ cột đỡ kích thước $400 \times 300\text{ mm}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế Nhà ở Chung cư Bắc Mỹ An, Thành phố Đà Nẵng (9 tầng)" đã giải quyết tương đối đồng bộ các yêu cầu từ thiết kế kiến trúc, công năng dây chuyền căn hộ đến tính toán các cấu kiện bê tông cốt thép toàn khối chịu lực chính theo tiêu chuẩn TCVN 356:2005 và TCVN 2737:1995. Thông qua sự hỗ trợ của phần mềm SAP2000 v10, tác giả đã mô hình hóa và tổ hợp nội lực cho hệ dầm liên tục trục D, hoàn thành việc bố trí cốt thép chịu uốn và cốt đai chống cắt sát với yêu cầu lý thuyết. Tài liệu cung cấp cơ sở dữ liệu số và quy trình tính toán kỹ thuật điển hình, hữu ích cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Công trình tham khảo trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp công trình dân dụng cao tầng.