Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình đô thị hóa và tăng trưởng kinh tế - xã hội tại Thành phố Hồ Chí Minh tạo áp lực lớn lên quỹ nhà ở đô thị. Sự gia tăng thu nhập bình quân đầu người cùng dòng vốn đầu tư trực tiếp từ nước ngoài và các tỉnh lân cận dẫn đến làn sóng nhập cư mạnh mẽ, kéo theo nhu cầu cấp thiết về các công trình chung cư cao tầng chất lượng cao theo đúng quy hoạch phát triển của thành phố. Việc xây dựng các cao ốc văn phòng và chung cư cao tầng không chỉ đáp ứng hạ tầng xã hội mà còn thúc đẩy ngành xây dựng thông qua việc áp dụng công nghệ mới trong tính toán, thi công và quản lý dự án. Trong bối cảnh đó, đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng của sinh viên Đào Phạm Chí Quốc (MSSV: 20761236), dưới sự hướng dẫn của PGS. Võ Phan, tập trung giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật cho công trình "Chung cư cao tầng An Bình".

Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế của đồ án bao gồm:

  1. Xác định quy mô công trình, đề xuất các giải pháp quy hoạch mặt bằng kiến trúc và phân khu chức năng cho các tầng.
  2. Thiết lập hệ thống kỹ thuật công trình bao gồm mạng lưới giao thông đứng - ngang, hệ thống cấp điện, cấp thoát nước, thông gió - chiếu sáng và an toàn phòng cháy chữa cháy.
  3. Thiết lập hệ chịu lực tổng thể của công trình cao tầng dựa trên hệ thống quy phạm và tiêu chuẩn xây dựng hiện hành.
  4. Lựa chọn phương án, tính toán nội lực và thiết kế cốt thép cho các cấu kiện điển hình: sàn sườn toàn khối tầng điển hình, cầu thang bộ dạng bản hai vế và hệ kết cấu bể nước mái bằng bê tông cốt thép.

Phạm vi nghiên cứu của đề tài giới hạn tại công trình Chung cư cao tầng An Bình tại Thành phố Hồ Chí Minh. Quy mô công trình gồm 1 tầng hầm, 1 tầng trệt và 14 tầng lầu (tổng chiều cao 15 tầng nổi, chiều cao mỗi tầng điển hình là 3,5 m).

Cơ sở pháp lý và tiêu chuẩn thiết kế áp dụng

Đồ án căn cứ vào hệ thống quy phạm và tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (TCXDVN/TCVN) để tính toán tải trọng, tác động và thiết kế kết cấu chịu lực:

Ký hiệu tiêu chuẩn Tên tiêu chuẩn kỹ thuật
TCXDVN 356 — 2005 Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép
TCXDVN 2737 — 1995 Tiêu chuẩn thiết kế tải trọng và tác động
TCXDVN 45 — 1978 Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình
TCXDVN 205 — 1998 Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc
TCXDVN 198 — 1997 Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế và thi công nhà cao tầng
TCXDVN 195 — 1997 Nhà cao tầng - Thiết kế cọc khoan nhồi

Vật liệu kết cấu được quy chuẩn đồng bộ xuyên suốt quá trình thiết kế:

  • Bê tông cấp độ bền B25 (tương đương Mác M350): cường độ chịu nén tính toán $R_b = 14,5\text{ MPa}$ ($145\text{ daN/cm}^2$), hệ số điều kiện làm việc của bê tông $\gamma_b = 1,0$.
  • Cốt thép nhóm AI: cường độ tính toán $R_s = 225\text{ MPa}$ ($2250\text{ daN/cm}^2$), sử dụng cho cốt thép có đường kính từ 6 mm đến 10 mm và cốt đai.
  • Cốt thép nhóm AII: cường độ tính toán $R_s = 280\text{ MPa}$ ($2800\text{ daN/cm}^2$), sử dụng cho các cấu kiện chịu lực chính có đường kính lớn hơn 10 mm.

Phương pháp và nguyên lý tính toán kết cấu

Hệ kết cấu chịu lực không gian của công trình là hệ hỗn hợp khung - vách cứng (Dual System):

  • Hệ khung chịu lực: Tạo thành từ các cột đứng và dầm ngang liên kết cứng tại các nút, liên kết các khung phẳng thành khối không gian 3D để chịu tải trọng đứng và chia sẻ tải trọng ngang.
  • Hệ tường cứng (vách cứng): Đóng vai trò là cấu kiện thẳng đứng tiếp nhận tải trọng ngang (gió, dao động) và tải trọng đứng, đặc biệt xử lý mô men lật lớn trong công trình cao tầng. Hệ vách được bố trí tập trung tại khu vực lõi thang máy và cầu thang bộ ở trung tâm mặt bằng.
  • Bản sàn: Được giả thiết là màng cứng tuyệt đối trong mặt phẳng nằm ngang, có chức năng tiếp nhận tải trọng sử dụng và truyền tải trọng ngang vào hệ vách cứng, từ đó truyền xuống móng.

Phương pháp phân tích ô sàn dựa trên tỷ số cạnh $\alpha = L_2 / L_1$ (với $L_2$ là cạnh dài, $L_1$ là cạnh ngắn):

  • Khi $\alpha \le 2$: Ô bản được tính toán chịu uốn theo 2 phương (bản kê bốn cạnh), nội lực mô men nhịp và mô men gối được xác định bằng phương pháp tra bảng hệ số đàn hồi theo các sơ đồ liên kết biên ngàm/khớp.
  • Khi $\alpha > 2$: Bỏ qua sự uốn theo phương cạnh dài, bản sàn được tính toán làm việc một phương (bản loại dầm) bằng cách cắt một dải bản có bề rộng $b = 1\text{ m}$ theo phương cạnh ngắn để tính mô men uốn tại nhịp và gối.

Quy ước điều kiện liên kết biên:

  • Liên kết giữa sàn và dầm được xem là ngàm khi tỷ số chiều cao dầm trên chiều dày sàn $h_d / h_s \ge 3$.
  • Liên kết xem là khớp khi $h_d / h_s < 3$.

Đối với các hệ dầm trực giao phức tạp tại nắp và đáy bể nước mái, đồ án kết hợp phương pháp cơ học kết cấu truyền thống với việc mô hình hóa phần tử thanh trên phần mềm SAP2000 để xác định biểu đồ nội lực mô men uốn ($M$) và lực cắt ($Q$).

Thiết kế và triển khai kỹ thuật công trình

Giải pháp kiến trúc và công năng các tầng

  • Tầng hầm: Bố trí bãi đỗ xe tập trung kết hợp các khu kỹ thuật phụ trợ.
  • Tầng trệt: Bố trí không gian thương mại dịch vụ (siêu thị).
  • Tầng 1 đến tầng 14: Bố trí căn hộ ở chung cư, mỗi tầng gồm 24 căn hộ (12 căn hộ loại 1 và 12 căn hộ loại 2).
  • Tầng mái: Khu vực kỹ thuật đặt 2 bể nước sinh hoạt bằng bê tông cốt thép, hệ thống thoát nước mưa và hệ thống kim thu lôi chống sét.

Giải pháp giao thông

  • Giao thông đứng: Bố trí 2 khối thang máy tập trung ở lõi trung tâm (mỗi khối gồm 2 buồng thang máy, trong đó có 1 thang chuyên dụng thoát hiểm) kết hợp với 2 cầu thang bộ thoát hiểm dạng bản hai vế. Khối thang máy và thang bộ được bọc bởi vách bê tông cốt thép dày 400 mm tạo thành lõi cứng chịu lực chính cho công trình.
  • Giao thông ngang: Thiết kế các trục hành lang dẫn trực tiếp từ sảnh thang máy đến từng căn hộ, kết hợp sảnh tầng và logia/hiên đón gió tự nhiên.

Giải pháp kỹ thuật hạ tầng (MEP) và an toàn PCCC

  • Hệ thống điện: Nguồn cấp điện kết hợp giữa lưới điện thành phố và máy phát điện dự phòng công suất 150 kVA (đi kèm 1 máy biến áp, toàn bộ đặt tại tầng hầm nhằm cách âm và triệt tiêu rung chấn). Hệ thống dây dẫn hạ thế đi ngầm trong tường thông qua các hộp gen kỹ thuật chuyên dụng. Hệ thống aptomat bảo vệ tự động ngắt điện từ 1A đến 80A bố trí theo từng tầng và từng căn hộ.
  • Hệ thống cấp nước: Khai thác kết hợp từ 2 nguồn (nước máy đô thị và giếng khoan nước ngầm), thu gom vào bể ngầm đặt tại tầng hầm, sau đó hệ thống máy bơm đẩy nước lên 2 bể chứa đặt trên tầng mái. Nước từ mái phân phối trọng lực xuống các tầng qua trục ống đứng bọc trong hộp gen.
  • Hệ thống thoát nước: Nước mưa trên mái được tạo dốc chảy về các phễu thu dẫn vào đường ống đứng đường kính $\Phi = 140\text{ mm}$. Hệ thống thoát nước thải sinh hoạt được bố trí đường ống phân ly riêng biệt.
  • Chiếu sáng và thông gió: Tận dụng tối đa ánh sáng tự nhiên qua hệ thống cửa sổ các mặt ngoài và 2 lỗ mở lấy sáng tại khối trung tâm. Thông gió tự nhiên qua 2 giếng trời trung tâm kết hợp hệ thống điều hòa không khí cục bộ cho từng căn hộ.
  • Phòng cháy chữa cháy: Mỗi tầng trang bị tủ cứu hỏa gồm cuộn vòi chữa cháy dài 20 m, bình xịt khí $\text{CO}_2$, van góc và họng cấp nước vách tường. Hệ thống báo cháy tự động sử dụng đầu báo nhiệt bố trí trong từng phòng. Hai bể nước trên tầng mái với tổng dung tích khoảng $173\text{ m}^3$ được kết nối trực tiếp vào mạng lưới đường ống cứu hỏa chính tại các tầng khi phát sinh sự cố.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu công trình

Chương này trình bày tổng quan về dự án Chung cư cao tầng An Bình, phân tích sự cần thiết đầu tư, quy mô diện tích và phân chia không gian chức năng các tầng từ hầm lên mái. Tác giả làm rõ các giải pháp kiến trúc mặt bằng, giải pháp tổ chức luồng giao thông đứng - ngang, giải pháp thiết kế mạng lưới cấp thoát nước, trạm biến áp - máy phát điện 150 kVA, hệ thống điều hòa - thông gió tự nhiên qua giếng trời và an toàn phòng cháy chữa cháy. Đồng thời, chương 1 liệt kê chi tiết các tiêu chuẩn xây dựng làm căn cứ pháp lý kỹ thuật và phân tích bản chất cơ học của hệ kết cấu chịu lực khung - vách bê tông cốt thép toàn khối.

Chương 2: Tính toán sàn tầng điển hình

Thiết kế sàn là bước khởi đầu trong quy trình thiết kế kết cấu phần thân. Tác giả tiến hành so sánh, phân tích ưu nhược điểm của 5 phương án kết cấu sàn khác nhau trước khi đưa ra lựa chọn kỹ thuật:

Phương án kết cấu sàn Ưu điểm Nhược điểm
Sàn sườn toàn khối BTCT Lý thuyết tính toán và thi công hoàn thiện; công nghệ thi công phổ biến, phong phú; chất lượng kiểm soát tốt; dễ chọn thiết bị. Chiều cao dầm và độ võng lớn khi nhịp lớn; hệ dầm phụ làm giảm chiều cao thông thủy; tốn ván khuôn và nhân công lắp dựng.
Sàn ô cờ Tiết kiệm không gian sử dụng do ít cột; thẩm mỹ cao; kích thước ô bản nhỏ nên cốt thép đặt theo cấu tạo. Không kinh tế, thi công phức tạp; mặt bằng rộng vẫn phải bố trí dầm chính kích thước lớn để khống chế độ võng.
Sàn có hệ dầm trực giao Giảm chiều dày bản sàn, giảm độ võng và độ rung khi sử dụng; ứng dụng rộng rãi trong công trình dân dụng. Chiều cao dầm vẫn chiếm không gian thông thủy, cần đóng trần thạch cao khi yêu cầu thẩm mỹ cao.
Sàn không dầm ứng lực trước Chiều cao kết cấu nhỏ, giảm tổng chiều cao nhà; thi công cốp pha mảng lớn nhanh; tháo cốp pha sớm khi kéo cáp căng. Tính toán phức tạp theo tiêu chuẩn nước ngoài; đòi hỏi thiết bị chuyên dụng, thợ bậc cao và giám sát nghiêm ngặt.
Sàn không dầm (sàn nấm) Tăng chiều cao thông thủy; tiết kiệm không gian; thi công ván khuôn nhanh, dễ bố trí đường ống MEP. Bản sàn phải rất dày để chống chọc thủng, làm tăng tải trọng bản thân công trình và tăng nội lực xuống móng, móng kém kinh tế.

Với chiều cao tầng thiết kế là 3,5 m (không gian thông thủy đủ lớn để lắp trần thạch cao che dầm) và tính khả thi trong thi công, tác giả chọn phương án sàn sườn toàn khối bê tông cốt thép.

Quy trình thiết kế sàn tầng 1 (tầng điển hình) triển khai tuần tự qua các bước:

  1. Sơ bộ kích thước tiết diện:
    • Chiều dày sàn tính theo công thức $h_s = (D / m) \cdot L_1$. Với $D = 0,4$, hệ số $m = 40 \div 45$ cho bản kê bốn cạnh và $m = 30 \div 35$ cho bản dầm. Ô bản kê kích thước $4 \times 4,8\text{ m}$ cho ra $h_s = 89\text{ mm}$; ô bản dầm kích thước $2 \times 4,8\text{ m}$ cho ra $h_s = 67\text{ mm}$. Để đồng bộ và thuận tiện thi công, tác giả chọn thống nhất chiều dày $h_s = 100\text{ mm}$ cho toàn bộ mặt bằng.
    • Dầm chính: Nhịp $L = 7\text{ m}$, chiều cao $h_d = (1/10 \div 1/15)L = 467 \div 700\text{ mm}$, chọn $h_d = 600\text{ mm}$; bề rộng $b_d = (1/2 \div 1/3)h_d = 200 \div 300\text{ mm}$, chọn $b_d = 300\text{ mm}$. Tiết diện dầm chính ký hiệu D1 là $300 \times 600\text{ mm}$.
    • Dầm phụ: Nhịp lớn nhất $L = 4,4\text{ m}$, chọn chiều cao $h_d = 400\text{ mm}$, bề rộng $b_d = 200\text{ mm}$. Tiết diện dầm phụ ký hiệu D2 là $200 \times 400\text{ mm}$.
    • Dầm consol và dầm môi ký hiệu D3 chọn kích thước $200 \times 400\text{ mm}$.
  2. Phân loại và lập bảng thống kê 24 loại ô bản sàn từ $S_1$ đến $S_{24}$ theo công năng sử dụng (phòng ngủ, phòng khách, bếp, ban công, hành lang, sân phơi, sảnh thang máy) và tỷ số cạnh $\alpha = L_2 / L_1$ để phân loại làm việc 1 phương hay 2 phương.
  3. Xác định tải trọng:
    • Tĩnh tải sàn không chống thấm: Gạch ceramic dày 10 mm ($\gamma = 20\text{ kN/m}^3, n = 1,1$), lớp vữa lót dày 30 mm ($\gamma = 18\text{ kN/m}^3, n = 1,3$), bản BTCT dày 100 mm ($\gamma = 25\text{ kN/m}^3, n = 1,1$), vữa trát trần dày 15 mm ($\gamma = 18\text{ kN/m}^3, n = 1,3$), tải trọng hệ đường ống kỹ thuật treo sàn lấy $0,7\text{ kN/m}^2$.
    • Tĩnh tải sàn có chống thấm (ban công, vệ sinh, sân phơi): Bổ sung lớp chống thấm dày 50 mm ($\gamma = 22\text{ kN/m}^3, n = 1,2$).
    • Hoạt tải tiêu chuẩn theo TCVN 2737 — 1995: Phòng khách và phòng ngủ lấy hệ số vượt tải $n_p = 1,2$ hoặc $1,3$ tùy độ lớn tải trọng tiêu chuẩn.
  4. Xác định nội lực và bố trí thép: Cắt dải bản rộng $b = 1\text{ m}$, tính toán theo cấu kiện chịu uốn với giả thiết khoảng cách trọng tâm cốt thép $a = 20\text{ mm}$, chiều cao làm việc $h_0 = 80\text{ mm}$. Các ô bản dầm ($S_1, S_2, S_{18}$) áp dụng sơ đồ hai đầu ngàm, mô men nhịp $M_n = q L_1^2 / 24$, mô men gối $M_g = q L_1^2 / 12$. Cốt thép AI được tính toán thỏa mãn điều kiện hàm lượng cốt thép $\mu_{min} = 0,05% \le \mu \le \mu_{max} = 0,437 \cdot (R_b / R_s) = 2,81%$. Cốt thép bố trí điển hình dạng lưới thanh thẳng (như $\Phi 8a150$, $\Phi 8a200$).

Chương 3: Tính toán cầu thang bộ

Cầu thang bộ phục vụ giao thông tầng điển hình (tầng 1 đến 14) có chiều cao tầng 3,5 m, thiết kế dạng bản hai vế chịu lực (không sử dụng dầm cốn limon).

  • Cấu tạo: Mỗi vế thang gồm 10 bậc thang xây bằng gạch đinh, kích thước bậc $l_b \times b_b \times h_b = 1100 \times 290 \times 175\text{ mm}$. Bề dày bản thang bê tông cốt thép chọn $h_b = 120\text{ mm}$.
  • Tải trọng: Tính toán trên dải bản rộng $B = 1\text{ m}$. Tĩnh tải bản thang gồm gạch lát, vữa lót, gạch xây bậc thang, bản BTCT và vữa trát (tổng tĩnh tải quy đổi bản nghiêng $g_t \approx 681,9\text{ daN/m}^2$). Hoạt tải tiêu chuẩn $p^{tc} = 300\text{ daN/m}^2$, hệ số vượt tải $n = 1,2 \rightarrow p^{tt} = 360\text{ daN/m}^2$, quy đổi trên mặt bằng nghiêng thành $308,18\text{ daN/m}^2$.
  • Sơ đồ tính bản thang: Một đầu khớp cố định, một đầu khớp di động. Chiều dài nhịp tính toán gồm vế thang nghiêng và bản chiếu nghỉ ($L_1 = 2,9\text{ m}; L_2 = 1,31\text{ m}$). Xác định phản lực gối tựa $R_A, R_B$, lập phương trình đạo hàm lực cắt $Q(x) = 0$ để tìm mô men uốn lớn nhất tại nhịp $M_{max}$.
  • Thiết kế dầm thang (ký hiệu dầm CT): Kích thước tiết diện $b \times h = 200 \times 300\text{ mm}$, chiều dài nhịp $L = 2,4\text{ m}$, gối lên hai đầu vách cứng tạo thành sơ đồ ngàm hai đầu. Tải trọng tác dụng lên dầm CT gồm trọng lượng bản thân dầm ($165\text{ daN/m}$), tải trọng từ ô sàn truyền vào quy đổi phân bố đều ($624\text{ daN/m}$) và phản lực tựa từ bản thang truyền vào ($2357\text{ daN/m}$), cho tổng tải trọng tính toán $q_{cct} = 3146\text{ daN/m}$. Mô men gối $M_g = q L^2 / 12 = 1510\text{ daN}\cdot\text{m}$, mô men nhịp $M_n = q L^2 / 24 = 755\text{ daN}\cdot\text{m}$. Cốt thép dọc sử dụng nhóm AII, cốt đai $\Phi 6$ hai nhánh bước $s = 150\text{ mm}$ ở vùng gần gối tựa (khoảng $L/4$) và bước $s = 200\text{ mm}$ ở giữa nhịp.

Chương 4: Tính toán bể nước mái

Công trình thiết kế 2 bể nước sinh hoạt bằng bê tông cốt thép đặt trên sàn mái, kích thước hình học mỗi bể: dài $8\text{ m}$, rộng $7\text{ m}$, chiều cao thành $1,7\text{ m}$.

  1. Tính toán bản nắp bể:
    • Chiều dày bản nắp chọn $h_{nb} = 80\text{ mm}$. Hệ dầm nắp gồm các dầm DN1, DN2, DN3, DN4 có kích thước tiết diện $200 \times 400\text{ mm}$, chia mặt bằng nắp thành 4 ô bản kích thước $4 \times 3,5\text{ m}$. Tỷ số cạnh $\alpha = 4 / 3,5 = 1,142 < 2$, bản làm việc hai phương ngàm vào 4 dầm biên. Lỗ thăm kích thước $700 \times 700\text{ mm}$ được gia cường 3 thanh $\Phi 8$ xung quanh.
    • Dầm nắp chịu tải trọng bản thân và tải trọng truyền từ bản nắp dạng tam giác và hình thang. Mô hình hệ dầm trực giao được giải bằng phần mềm SAP2000 để xuất biểu đồ mô men và lực cắt. Cốt đai chọn $\Phi 6$ bước $150\text{ mm}$ tại đầu dầm và $300\text{ mm}$ tại giữa nhịp.
  2. Tính toán bản thành bể:
    • Chiều dày thành chọn $h_{tb} = 100\text{ mm}$. Tỷ số chiều dài trên chiều cao $L / H = 4 / 1,7 = 2,35 > 2$ và $3,5 / 1,7 = 2,06 > 2$, do đó thành bể được tính như bản loại dầm làm việc một phương theo phương đứng, ngàm tại bản đáy và tự do tại đỉnh nắp.
    • Tải trọng tác động gồm áp lực thủy tĩnh của nước phân bố hình tam giác ($p_{max}$ tại đáy bể $= \gamma_n \cdot h = 1000 \times 1,7 \times 1,1 = 1870\text{ daN/m}^2$) kết hợp với tải trọng gió hút. Công trình nằm ở vùng gió IIA, dạng địa hình B ($W_0 = 83\text{ daN/m}^2$), cao độ đỉnh thành bể $h = 50,338\text{ m}$, hệ số độ cao $k = 1,338$, hệ số khí động gió hút $c = -0,6$. Trường hợp tổ hợp nguy hiểm nhất là hồ đầy nước kết hợp gió hút, tạo mô men ngàm tại đáy thành bể $M_A = 360,17\text{ daN}\cdot\text{m}$. Cốt thép bản thành tính với $b = 1000\text{ mm}, h_0 = 85\text{ mm}$, sử dụng thép AI.
  3. Tính toán bản đáy và dầm đáy bể nước:
    • Chiều dày bản đáy chọn $h_{db} = 150\text{ mm}$ để đảm bảo chống thấm và khả năng chịu uốn dưới áp lực cột nước và trọng lượng bản thân. Bản đáy ngàm vào dầm đáy, tính toán hai phương 4 cạnh ngàm theo sơ đồ 9.
    • Hệ dầm đáy: Các dầm biên DD1, DD2 có kích thước $400 \times 900\text{ mm}$; hai dầm trực giao chia ô đáy DD3, DD4 có kích thước $300 \times 700\text{ mm}$.
    • Tải trọng truyền từ bản đáy vào dầm gồm tải trọng phân bố hình tam giác và hình thang với cường độ lớn nhất $q = 4430\text{ daN/m}$ trên dầm biên và $q = 8860\text{ daN/m}$ trên dầm giữa. Nhập mô hình và sơ đồ tải trực tiếp vào phần mềm SAP2000, thu được các thông số nội lực cực hạn:
      • Dầm DD1: $M_{max} = 787\text{ kN}\cdot\text{m}$; lực cắt lớn nhất $Q_{max} = 265\text{ kN}$.
      • Dầm DD2: $M_{max} = 701\text{ kN}\cdot\text{m}$; lực cắt lớn nhất $Q_{max} = 272\text{ kN}$.
      • Dầm DD3: $M_{max} = 387\text{ kN}\cdot\text{m}$; lực cắt lớn nhất $Q_{max} = 243\text{ kN}$.
      • Dầm DD4: $M_{max} = 290\text{ kN}\cdot\text{m}$; lực cắt lớn nhất $Q_{max} = 193\text{ kN}$.
    • Cốt thép dọc chịu mô men dương tại nhịp được tính toán với bê tông B25 và thép nhóm AII, bố trí tối thiểu 40% diện tích thép nhịp kéo neo vào gối tựa.

Kết quả tính toán và giải pháp kỹ thuật đề xuất

Quá trình tính toán kiểm tra kết cấu trong đồ án đem lại các thông số kích thước cấu kiện cụ thể, đáp ứng đầy đủ các điều kiện bền và điều kiện sử dụng theo tiêu chuẩn TCXDVN 356 — 2005:

Cấu kiện kết cấu Tiết diện cấu kiện ($b \times h$ hoặc $h_s$) Cấp độ bền bê tông Nhóm cốt thép chịu lực
Sàn tầng điển hình $h_s = 100\text{ mm}$ B25 ($R_b = 14,5\text{ MPa}$) Nhóm AI ($R_s = 225\text{ MPa}$)
Dầm chính sàn tầng (D1) $300 \times 600\text{ mm}$ B25 Nhóm AII ($R_s = 280\text{ MPa}$)
Dầm phụ sàn tầng (D2) $200 \times 400\text{ mm}$ B25 Nhóm AII
Dầm consol/dầm môi (D3) $200 \times 400\text{ mm}$ B25 Nhóm AII
Bản thang bộ $h_b = 120\text{ mm}$ B25 Nhóm AII
Dầm đỡ cầu thang (CT) $200 \times 300\text{ mm}$ B25 Nhóm AII (dọc), AI (đai $\Phi 6$)
Bản nắp bể nước mái $h_{nb} = 80\text{ mm}$ B25 Nhóm AI
Dầm nắp bể nước (DN1 - DN4) $200 \times 400\text{ mm}$ B25 Nhóm AII, AI (đai $\Phi 6$)
Bản thành bể nước mái $h_{tb} = 100\text{ mm}$ B25 Nhóm AI
Bản đáy bể nước mái $h_{db} = 150\text{ mm}$ B25 Nhóm AI
Dầm biên đáy bể (DD1, DD2) $400 \times 900\text{ mm}$ B25 Nhóm AII, AI
Dầm trực giao đáy bể (DD3, DD4) $300 \times 700\text{ mm}$ B25 Nhóm AII, AI

Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất:

  • Thống nhất chiều dày sàn $100\text{ mm}$ cho mọi ô bản tầng điển hình để tối ưu hóa công tác đóng ván khuôn và đẩy nhanh tiến độ đổ bê tông sàn toàn khối.
  • Tận dụng lõi vách thang máy dày 400 mm làm điểm gối tựa trực tiếp cho dầm thang CT, giúp giảm bớt cột phụ trung gian và tăng độ cứng chịu lực cắt ngang của khối giao thông.
  • Ứng dụng dầm trực giao tại đáy bể nước mái (dầm chính $400 \times 900\text{ mm}$ và dầm phụ $300 \times 700\text{ mm}$) giúp phân bố tải trọng nước tập trung lớn xuống cột và vách chịu lực mà không làm tăng cục bộ chiều dày bản đáy quá mức cho phép.

Hạn chế và phạm vi áp dụng

Đồ án tập trung đi sâu vào giải pháp kiến trúc tổng quát và quy trình tính toán thiết kế chi tiết cho sàn tầng điển hình, cầu thang bộ và bể nước mái bê tông cốt thép. Một số giới hạn kỹ thuật được ghi nhận:

  • Phạm vi nội dung văn bản chưa thể hiện phần tính toán móng sâu (cọc khoan nhồi theo TCXDVN 195 — 1997) và phân tích tương tác động lực học tổng thể của toàn bộ khung - vách 15 tầng chịu tải trọng gió động hoặc động đất.
  • Việc tính toán ô bản sàn và bản thành bể nước dựa trên giả thiết dải bản cắt độc lập rộng 1 m và các hệ số tra bảng giải tích đàn hồi, chưa xét đến trạng thái phi tuyến dẻo của bê tông cốt thép khi xuất hiện vết nứt.
  • Số liệu thiết kế áp dụng cho vùng áp lực gió IIA (địa hình B) và quy chuẩn xây dựng giai đoạn 1995 - 2005; việc tham chiếu áp dụng thực tế hiện nay cần được cập nhật theo các tiêu chuẩn mới hơn (như TCVN 2737:2023 và TCVN 5574:2018).

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo trực tiếp cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng công trình Dân dụng và Công nghiệp thực hiện đồ án tốt nghiệp kỹ sư hoặc đồ án môn học Kết cấu Bê tông cốt thép 2, Kết cấu nhà nhiều tầng.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu tham khảo các bước sơ bộ chọn tiết diện, lập bảng tải trọng sàn theo công năng, quy đổi tải trọng bản thang nghiêng và kỹ thuật thiết lập mô hình dầm trực giao bể nước trên phần mềm SAP2000.
  • Các phần có giá trị tham khảo nổi bật bao gồm: bảng phân tích so sánh ưu nhược điểm 5 phương án sàn cao tầng, hệ thống bảng phân loại 24 ô sàn theo tỉ số cạnh $\alpha$ và quy trình tính toán kết cấu thành - đáy bể nước mái chịu áp lực thủy tĩnh kết hợp gió hút.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao tác giả lựa chọn phương án sàn sườn toàn khối bê tông cốt thép cho công trình này?

Tác giả phân tích chiều cao mỗi tầng của công trình là $3,5\text{ m}$, tương đối lớn nên việc bố trí dầm cao $600\text{ mm}$ không làm ảnh hưởng nhiều đến không gian sử dụng thực tế và có thể dễ dàng che giấu bằng trần thạch cao. Đồng thời, lý thuyết tính toán sàn sườn toàn khối mang tính phổ thông, công nghệ thi công phong phú và được kiểm soát chất lượng chặt chẽ trong nước, phù hợp với năng lực thiết kế và điều kiện thi công tại công trường.

Sơ bộ kích thước tiết diện dầm chính và dầm phụ sàn tầng điển hình được xác định theo nguyên tắc nào?

  • Dầm chính có nhịp lớn nhất $L = 7\text{ m}$: Chiều cao dầm được chọn theo công thức $h_d = (1/10 \div 1/15)L$, tương ứng $467 \div 700\text{ mm} \rightarrow$ chọn $h_d = 600\text{ mm}$; bề rộng chọn $b_d = (1/2 \div 1/3)h_d \rightarrow$ chọn $b_d = 300\text{ mm}$ (tiết diện $300 \times 600\text{ mm}$).
  • Dầm phụ có nhịp lớn nhất $L = 4,4\text{ m}$: Chiều cao dầm chọn $h_d = (1/10 \div 1/15)L$, tương ứng $293 \div 440\text{ mm} \rightarrow$ chọn $h_d = 400\text{ mm}$; bề rộng chọn $b_d = 200\text{ mm}$ (tiết diện $200 \times 400\text{ mm}$).

Cấu tạo hình học và giải pháp liên kết của cầu thang bộ được thiết kế như thế nào?

Cầu thang bộ tầng điển hình có chiều cao vế thang ứng với tầng cao $3,5\text{ m}$, kết cấu dạng bản 2 vế (không có dầm cốn limon). Mỗi vế gồm 10 bậc gạch đinh kích thước $1100 \times 290 \times 175\text{ mm}$, chiều dày bản bê tông cốt thép là $120\text{ mm}$. Dầm đỡ cầu thang (ký hiệu dầm CT) kích thước $200 \times 300\text{ mm}$, nhịp $2,4\text{ m}$, được gối trực tiếp lên vách cứng lõi thang tạo thành sơ đồ hai đầu ngàm.

Khi tính toán thành bể nước mái, tổ hợp tải trọng nào được xác định là nguy hiểm nhất?

Tác giả xét 4 trường hợp tác dụng: hồ đầy nước không có gió; hồ đầy nước có gió đẩy; hồ đầy nước có gió hút; hồ không có nước có gió đẩy/hút. Vì áp lực nước lớn hơn nhiều so với áp lực gió, trường hợp nguy hiểm nhất gây ra mô men uốn lớn nhất cho chân thành ngàm vào đáy bể là trường hợp hồ đầy nước kết hợp với áp lực gió hút tại cao độ đỉnh công trình ($+50,338\text{ m}$).

Nội lực hệ dầm đáy bể nước mái (DD1, DD2, DD3, DD4) được tính toán bằng công cụ gì và kết quả ra sao?

Hệ dầm đáy bể nước mái được mô hình hóa và phân tích nội lực bằng phần mềm SAP2000 với sơ đồ truyền tải trọng tam giác và hình thang từ bản đáy truyền vào. Kết quả mô men uốn và lực cắt lớn nhất thu được:

  • Dầm biên DD1 ($400 \times 900\text{ mm}$): $M_{max} = 787\text{ kN}\cdot\text{m}; Q_{max} = 265\text{ kN}$.
  • Dầm biên DD2 ($400 \times 900\text{ mm}$): $M_{max} = 701\text{ kN}\cdot\text{m}; Q_{max} = 272\text{ kN}$.
  • Dầm trực giao DD3 ($300 \times 700\text{ mm}$): $M_{max} = 387\text{ kN}\cdot\text{m}; Q_{max} = 243\text{ kN}$.
  • Dầm trực giao DD4 ($300 \times 700\text{ mm}$): $M_{max} = 290\text{ kN}\cdot\text{m}; Q_{max} = 193\text{ kN}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế chung cư cao tầng An Bình" của tác giả Đào Phạm Chí Quốc cung cấp một hồ sơ thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho công trình quy mô 1 hầm và 15 tầng nổi tại Thành phố Hồ Chí Minh. Tác giả đã kết hợp chặt chẽ giữa việc lựa chọn công năng kiến trúc, thiết kế mạng lưới cơ điện - an toàn phòng cháy với việc tính toán kết cấu bê tông cốt thép tuân thủ hệ thống tiêu chuẩn TCXDVN. Các tính toán chi tiết từ sàn sườn toàn khối tầng điển hình, cầu thang bộ dạng bản hai vế đến hệ kết cấu bể nước mái bằng SAP2000 thể hiện tính nhất quán và phương pháp luận kỹ thuật mạch lạc. Đây là tài liệu học thuật có giá trị tham khảo thực tiễn cao cho sinh viên và kỹ sư ngành kỹ thuật công trình xây dựng dân dụng.