Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp Kỹ sư Xây dựng khóa 2006 của tác giả Nguyễn Thanh Hoài (lớp 06VXD2), dưới sự hướng dẫn của ThS. Phan Thành Trung, tập trung giải quyết bài toán thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn khối cho công trình nhà ở cao tầng. Công trình được xác định cụ thể là một khối chung cư quy mô 104 căn hộ, với số lượng cư dân trung bình 4 người mỗi căn hộ, đòi hỏi giải pháp đồng bộ từ hệ thống cấp nước sinh hoạt, kết cấu chịu lực phụ trợ đến hệ khung chịu lực chính.

Nhiệm vụ thiết kế và tính toán kỹ thuật trong phần thuyết minh được phân định thành 3 nội dung trọng tâm:

  1. Tính toán và cấu tạo chi tiết hệ thống cầu thang bộ 2 vế tầng điển hình (từ tầng 2 đến tầng 8) với chiều cao tầng 3,4 m và 20 bậc thang.
  2. Xác định dung tích, kích thước hình học và tính toán cấu tạo chịu lực cho toàn bộ hệ kết cấu hồ nước mái đôi (bao gồm bản nắp, bản thành, bản đáy, dầm đỡ nắp và dầm đỡ đáy) cấp nước sinh hoạt kết hợp dự phòng phòng cháy chữa cháy.
  3. Xác định tải trọng, quy đổi diện truyền tải tương đương, thiết lập tổ hợp tải trọng và giải nội lực cho dầm dọc khung trục A tầng 1 (nhịp 9 m) bằng phần mềm phân tích kết cấu, từ đó tính toán cốt thép dọc và cốt đai chịu cắt theo trạng thái giới hạn.

Đối tượng nghiên cứu là các cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn và nén uốn trong công trình dân dụng. Phạm vi không gian của đồ án bao quát từ tầng 1 đến tầng 8 và tầng mái tại cao độ +31,60 m đến +34,60 m; hệ trục lưới cột từ trục 1 đến trục 9 và từ trục A đến trục D; địa điểm xây dựng nằm trong phân vùng áp lực gió IA, dạng địa hình B. Phạm vi thời gian gắn liền với tiêu chuẩn và chương trình đào tạo kỹ sư xây dựng năm 2006.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng

  • Lý thuyết tính toán cấu kiện bê tông cốt thép: Thiết kế cấu kiện chịu uốn (bản sàn, bản thang, bản thành bể, bản đáy bể, dầm đơn, dầm liên tục) theo phương pháp trạng thái giới hạn thứ nhất về cường độ, kiểm tra hàm lượng cốt thép $\mu_{min} \le \mu \le \mu_{max}$.
  • Tiêu chuẩn tải trọng và tác động: Áp dụng TCVN 2737-1995 để xác định tĩnh tải các lớp hoàn thiện, hoạt tải sử dụng căn hộ (phòng khách, phòng ngủ lấy $p^{tc} = 150\text{ daN/m}^2$, hệ số vượt tải $n = 1,3$), hoạt tải cầu thang ($p^{tc} = 300\text{ daN/m}^2$), hoạt tải sửa chữa mái ($75\text{ daN/m}^2$), và tải trọng gió vùng IA ($W_0 = 83\text{ daN/m}^2$, hệ số độ cao $k = 1,25$ tại cao độ 34,6 m địa hình B, hệ số khí động đón gió $c = +0,8$, hút gió $c = -0,6$).
  • Tài liệu tham khảo chuyên ngành: Bảng tra nội lực bản kê 4 cạnh ngàm/khớp (Phụ lục PL 15 trong giáo trình Kết cấu Bê tông cốt thép tập 2 của tác giả Thầy Võ Bá Tầm), sử dụng sơ đồ ô bản số 9 (ngàm đàn hồi 4 cạnh).

Phương pháp nghiên cứu và tính toán

  • Phương pháp giải tích dải bản: Cắt dải bản có bề rộng đơn vị $b = 1\text{ m}$ theo phương cạnh ngắn hoặc phương chịu lực chính để xác định tải trọng, nội lực và diện tích cốt thép cho bản thang, bản nắp, bản đáy và bản thành hồ nước.
  • Phương pháp dồn tải tương đương: Quy đổi diện truyền tải từ các ô bản sàn làm việc hai phương (dạng hình thang và hình tam giác) về tải trọng phân bố đều trên hệ dầm khung và dầm phụ theo hai công thức:
    • Tải trọng hình thang: $q_{tđ} = (1 - 2\beta^2 + \beta^3) \cdot q \cdot \frac{l_n}{2}$ với $\beta = \frac{l_n}{2l_d}$.
    • Tải trọng hình tam giác: $q_{tđ} = \frac{5}{8} \cdot q \cdot \frac{l_n}{2}$.
  • Phương pháp mô hình hóa cơ học: Sử dụng phần mềm ETAP (trong thực hành chuyên môn là phần mềm ETABS) để mô hình hóa sơ đồ dầm liên tục, giải tìm biểu đồ bao mômen và biểu đồ bao lực cắt dưới các trường hợp tĩnh tải và hoạt tải lệch nhịp.

Đặc trưng cơ lý của vật liệu xây dựng

Thông số vật liệu sử dụng đồng nhất trong toàn bộ các chương tính toán được tổng hợp trong bảng sau:

Loại vật liệu Ký hiệu quy chuẩn Cường độ tính toán ($R_b$, $R_s$, $R_{bt}$) Cường độ tính toán cốt đai ($R_{sw}$, $R_{wc}$) Môđun đàn hồi ($E_b$, $E_s$) Hệ số giới hạn ($\alpha_R$, $\xi_R$)
Bê tông Cấp độ bền 25 (B25) $R_b = 14,5\text{ MPa}$ ($145\text{ daN/cm}^2$); $R_{bt} = 1,05\text{ MPa}$ — $E_b = 30 \times 10^3\text{ MPa}$ $\alpha_R = 0,438$; $\xi_R = 0,595$
Cốt thép dọc Nhóm CII $R_s = 280\text{ MPa}$ ($2800\text{ daN/cm}^2$); $R_{sc} = 280\text{ MPa}$ — $E_s = 21 \times 10^4\text{ MPa}$ —
Cốt thép đai Nhóm CI — $R_{wc} = 175\text{ MPa}$ (hoặc $1700\text{ daN/cm}^2$) — —

Nội dung chính theo từng chương

Chương 3: Tính toán và cấu tạo cầu thang

Chương 3 trình bày chi tiết phương án kết cấu cầu thang bộ hai vế tầng điển hình (từ tầng 2 đến tầng 8) với các bước phân tích:

  • Cấu tạo hình học: Chiều cao tầng $H = 3400\text{ mm}$, chia thành 20 bậc thang ($n = 340/17 = 20\text{ bậc}$), kích thước mỗi bậc có chiều cao $h_b = 170\text{ mm}$, chiều rộng $l_b = 300\text{ mm}$ (thỏa mãn điều kiện $2h_b + l_b = 2 \times 17 + 30 = 64\text{ cm} \approx 60 \div 62\text{ cm}$). Chiều dày bản bê tông thang chọn $h_{bt} = 10\text{ cm}$. Chiều rộng vế thang tính toán cắt dải $b = 1\text{ m}$. Góc nghiêng bản thang có $\cos\alpha = 0,84$.
  • Xác định tải trọng tác dụng:
    • Tĩnh tải bản nghiêng gồm đá granic ($\gamma = 2000\text{ daN/m}^3$), vữa lót ($\gamma = 1800\text{ daN/m}^3$), gạch xây tam giác, bản BTCT ($\gamma = 2500\text{ daN/m}^3$) và vữa trát; tĩnh tải tổng cộng vuông góc với bản thang là $g^{tt} \cdot \cos\alpha$.
    • Tĩnh tải bản chiếu nghỉ và chiếu tới gồm lớp granito dày 20 mm, vữa lót dày 15 mm và bản BTCT dày 100 mm.
    • Hoạt tải tiêu chuẩn $p^{tc} = 300\text{ daN/m}^2$, hệ số tin cậy $n = 1,2 \div 1,3$. Tổng tải trọng tính toán tác dụng lên bản thang là $q^{tt}{bt} = 471,5\text{ daN/m}$ và lên bản chiếu nghỉ/chiếu tới là $q^{tt}{cn} = 377\text{ daN/m}$.
  • Tính toán nội lực và bố trí cốt thép cấu kiện cầu thang:
    • Bản thang: Tính theo cấu kiện chịu uốn, mômen nhịp tính toán $M_{nh} = 997,98\text{ daNm}$, chiều cao làm việc $h_0 = 8\text{ cm}$. Bố trí cốt thép nhịp chịu kéo và kiểm tra điều kiện hàm lượng thép tối thiểu $\mu_{min} = 0,05%$.
    • Dầm chiếu nghỉ (DCN - $200 \times 400\text{ mm}$): Nhịp dầm tựa lên tường/cột, chịu tải trọng bản thân ($220\text{ kG/m}$), tải sàn chiếu nghỉ truyền vào ($590\text{ kG/m}$), tải tường xây ($554,8\text{ kG/m}$) và phản lực từ bản thang truyền vào đợt 1 ($V_1 = 1251,6\text{ kG}$). Tổng tải trọng phân bố $q = 3867,4\text{ daN/m}$, mômen uốn nhịp $M = 8938\text{ daNm}$. Dầm đặt cốt đơn, thớ trên đặt $2\phi16$ theo cấu tạo. Lực cắt tính toán $Q = 4653,8\text{ daN}$, cốt đai $\phi6$ hai nhánh với bước đai cấu tạo $u = 15\text{ cm}$ (đáp ứng $Q_{đb} > Q_{max}$).
    • Dầm chiếu tới (DCT - $200 \times 300\text{ mm}$): Tổng tải trọng tính toán $q = 2164,6\text{ daN/m}$, mômen uốn $M = 5002,47\text{ daNm}$. Dầm đặt cốt đơn, thớ trên đặt thép cấu tạo $2\phi16$. Lực cắt $Q = 4653,8\text{ daN}$, bố trí đai $\phi6$ hai nhánh bước $u = 15\text{ cm}$.
Cấu kiện cầu thang Kích thước tiết diện ($b \times h$) Mômen tính toán $M$ Lực cắt tính toán $Q$ Cốt thép dọc lựa chọn Cốt thép đai / Cấu tạo
Bản thang vế 1 $b = 100\text{ cm}, h = 10\text{ cm}$ $997,98\text{ daNm}$ — Thép chịu uốn nhịp $\mu \ge \mu_{min}$
Dầm chiếu nghỉ $200 \times 400\text{ mm}$ $8938\text{ daNm}$ $4653,8\text{ daN}$ Cốt đơn chịu kéo Thớ trên $2\phi16$, đai $\phi6a150$
Dầm chiếu tới $200 \times 300\text{ mm}$ $5002,47\text{ daNm}$ $4653,8\text{ daN}$ Cốt đơn chịu kéo Thớ trên $2\phi16$, đai $\phi6a150$

Chương 4: Tính toán và cấu tạo kết cấu hồ nước mái

Chương 4 thiết kế trọn vẹn kết cấu hồ chứa nước đặt trên sàn mái công trình:

  • Xác định chỉ tiêu dung tích và mặt bằng:
    • Nhu cầu nước sinh hoạt chung cư 104 căn hộ: $q_1 = 104 \times 4 \times 200 = 83.200\text{ lít} = 83,2\text{ m}^3/\text{ngày-đêm}$.
    • Nước dự phòng chữa cháy: $q_2 = 30\text{ m}^3$. Tổng dung lượng yêu cầu: $Q_{tt} = 113,2\text{ m}^3/\text{ngày-đêm}$.
    • Thiết kế 2 hồ đối xứng (hồ 1 giữa trục 1-2 và C-D; hồ 2 giữa trục 8-9 và C-D), bơm bổ sung 3 lần/ngày, dung tích mỗi hồ chọn sơ bộ $V = 55,36\text{ m}^3$.
    • Kích thước phủ bì hình học mỗi bể: chiều dài $L = 4,3\text{ m}$, chiều rộng $B = 2,2\text{ m}$, chiều cao thành $H = 2,8\text{ m}$ (mực nước thiết kế cao $2,2\text{ m}$). Đáy hồ đặt cách mặt sàn sân thượng $1\text{ m}$ để thuận tiện kiểm tra rò rỉ và bảo dưỡng.
  • Tính toán bản nắp và bản thành bể:
    • Bản nắp ($h_s = 8\text{ cm}$): Ô bản kích thước $4,3 \times 2,2\text{ m}$, tỷ số $l_2/l_1 = 4,3/2,2 = 1,95 < 2$ (bản làm việc hai phương kê ngàm 4 cạnh, ô bản số 9 theo sách Võ Bá Tầm). Tải trọng gồm tĩnh tải bản thân, vữa trát và hoạt tải sửa chữa $75\text{ daN/m}^2$, tổng tải $q^{tt} = 301,4\text{ kG/m}^2$. Lỗ thăm nước được bố trí cốt thép gia cường $2\phi12$ mỗi phương với chiều dài đoạn neo $l_{neo} = 400\text{ mm}$.
    • Bản thành ($h = 10\text{ cm}$): Chịu đồng thời áp lực nước thủy tĩnh lớn nhất tại chân thành ($P_n = \gamma_n \cdot h = 1000 \times 2,2 = 2200\text{ daN/m}^2$) và áp lực gió hút phân bố đều ($W_h = n \cdot W_0 \cdot k \cdot c = 1,2 \times 83 \times 1,25 \times 0,6 = 1,9\text{ daN/m}^2$ theo vùng gió IA). Mô hình tính là dải bản 1 đầu ngàm (tại chân thành nối với dầm đáy) và 1 đầu tựa đơn (tại đỉnh nối với dầm nắp). Thép cấu tạo đặt vuông góc với thép chịu lực dùng $\phi6a200$.
  • Tính toán bản đáy và hệ dầm nắp, dầm đáy:
    • Bản đáy ($h = 12\text{ cm}$): Chịu tĩnh tải các lớp hoàn thiện, chống thấm, gạch men ($g^{tt} = 441\text{ daN/m}^2$) và hoạt tải thủy tĩnh của cột nước cao $2,2\text{ m}$ ($p^{tt} = 2200\text{ daN/m}^2$), tổng tải trọng tác dụng $q^{tt} = 2641\text{ daN/m}^2$. Bản làm việc hai phương ngàm 4 cạnh theo ô bản số 9.
    • Hệ dầm đỡ nắp (DN1: $20 \times 30\text{ cm}$, nhịp 4,3 m; DN2: $20 \times 30\text{ cm}$, nhịp 2,2 m): Tải trọng sàn nắp truyền vào dạng tam giác và hình thang. Mômen nhịp dầm DN1 là $M_{nh} = 1350,44\text{ daNm}$, lực cắt $Q_{max} = 1256,22\text{ daN}$. Bố trí thép thớ dưới chịu kéo, thớ trên đặt thép cấu tạo $2\phi14$, đai $\phi6a150$ tại $1/4$ nhịp và $\phi6a200$ ở giữa nhịp.
    • Hệ dầm đỡ đáy (DĐ1: $20 \times 40\text{ cm}$, nhịp 4,3 m; DĐ2: $20 \times 30\text{ cm}$, nhịp 2,2 m): Chịu tải trọng bản đáy và tường thành truyền vào. Dầm DĐ1 có tổng tải phân bố $q = 3026,53\text{ daN/m}$, mômen uốn nhịp $M_{nh} = 6507,25\text{ daNm}$, lực cắt lớn nhất $Q_{max} = 6507,25\text{ daN}$. Thép thớ trên đặt cấu tạo $2\phi18$ (dầm DĐ1) và $2\phi16$ (dầm DĐ2). Cốt đai chịu cắt sử dụng thép CI đường kính $\phi8$ hai nhánh, bố trí khoảng cách $a150$ ở đoạn đầu dầm và $a200$ ở giữa nhịp, thỏa mãn điều kiện chống phá hoại giòn trên dải nghiêng ($Q_{max} < Q_{bt}$).

Chương 5: Tính toán dầm dọc trục A (tầng 1)

Chương 5 trình bày toàn bộ tiến trình dồn tải và thiết kế dầm liên tục nhịp lớn thuộc khung trục A tại tầng 1:

  • Xác định tiết diện sơ bộ: Nhịp dầm $L = 9\text{ m}$, chọn chiều cao dầm $h_d = 80\text{ cm}$ (theo tỷ lệ $1/8 \div 1/12$ nhịp) và bề rộng $b_d = 40\text{ cm}$ (tiết diện $400 \times 800\text{ mm}$).
  • Xác định tải trọng tác dụng:
    • Tĩnh tải sàn: Các ô sàn S1, S2, S7, S8 có chiều dày bản bê tông $12\text{ cm}$, gạch ceramic dày 1 cm, vữa lót dày 2 cm; tổng tĩnh tải tính toán phân bố trên sàn là $g^{tt} = 434\text{ daN/m}^2$.
    • Hoạt tải sử dụng: Phòng khách và phòng ngủ có $p^{tc} = 150\text{ daN/m}^2$, hệ số vượt tải $n = 1,3 \rightarrow p^{tt} = 195\text{ daN/m}^2$.
    • Tải trọng tường xây: Tường xây gạch ống cao $3,4\text{ m}$, phân loại tường dày 200 mm và tường dày 100 mm có hai mặt trát vữa.
    • Dồn tải tương đương: Phân tích các ô sàn làm việc 2 phương ($l_d/l_n < 2$), chuyển đổi tải trọng hình thang và tam giác thành tải trọng phân bố đều trên dầm trục A và tải tập trung của các dầm phụ truyền vào (chi tiết nhịp 2-3, nhịp 3-4, nhịp 4-5).
  • Tổ hợp tải trọng và phân tích nội lực:
    • Thiết lập 5 trường hợp tải trọng cơ bản gồm Tĩnh tải + Hoạt tải toàn bộ (TH1) và các trường hợp hoạt tải cách nhịp, liền nhịp (TH2, TH3, TH4, TH5) cùng Tổ hợp bao (THBAO).
    • Sử dụng phần mềm ETAP để giải hệ dầm liên tục, thu được biểu đồ bao nội lực:
      • Mômen nhịp 2-3: $M = 5.119.000\text{ daN.cm}$.
      • Mômen nhịp 3-4: $M = 2.362.000\text{ daN.cm}$.
      • Mômen nhịp 4-5: $M = 5.427.000\text{ daN.cm}$.
      • Lực cắt cực đại tại vị trí gối 2: $Q_{max} = 28,88\text{ T} = 28.880\text{ daN}$.
  • Tính toán cốt thép dầm trục A:
    • Tiết diện giữa nhịp: Do cánh chịu nén, dầm được xét theo tiết diện chữ T với bề rộng cánh tính toán $b_f = 120\text{ cm}$, chiều dày cánh $h_f = 12\text{ cm}$. Khả năng chịu mômen của cánh $M_f = R_b \cdot b_f \cdot h_f \cdot (h_0 - 0,5h_f) = 14.198.400\text{ daN.cm}$. Vì mọi giá trị mômen nhịp đều nhỏ hơn $M_f$, trục trung hòa đi qua cánh, bài toán được quy về tính toán như tiết diện chữ nhật $b \times h$ ($40 \times 80\text{ cm}$).
    • Tiết diện gối tựa: Vùng gối chịu mômen âm, cánh nằm trong vùng kéo nên tính toán thuần túy theo tiết diện chữ nhật $b \times h = 40 \times 80\text{ cm}$. Tại gối 2, diện tích cốt thép yêu cầu được bố trí bằng các thanh thép nhóm CII (ví dụ đặt $3\Phi22$).
    • Tính toán cốt đai chịu cắt: Kiểm tra lực cắt $Q_{max} = 28.880\text{ daN}$ vượt quá khả năng chịu cắt tối thiểu của bê tông $Q_{bmin} = 18.648\text{ daN}$, bắt buộc phải tính toán cốt đai chịu cắt. Chọn thép đai CI đường kính $\phi8$ hai nhánh ($a_{sw} = 0,503\text{ cm}^2$), kiểm tra điều kiện cường độ dải nghiêng giữa các vết nứt xiên ($Q_{max} < Q_{bt} = 0,3\phi_{w1}\phi_{b1}R_b b h_0$), bố trí cốt đai bước $\phi8a150$ trong đoạn $1/4$ nhịp gần gối và $\phi8a200$ tại đoạn giữa nhịp.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật và số liệu thực tế

Toàn bộ kết quả tính toán trong thuyết minh đồ án đã định lượng đầy đủ các thông số kích thước và gia cố cốt thép cho công trình chung cư:

Hạng mục cấu kiện Thông số kích thước Giá trị nội lực lớn nhất Giải pháp bố trí cốt thép
Bản thang tầng điển hình Chiều dày $h = 10\text{ cm}$, bậc $17 \times 30\text{ cm}$ $M_{nh} = 997,98\text{ daNm}$ Bản chịu uốn dải 1m, thỏa mãn $\mu_{min} = 0,05%$
Dầm chiếu nghỉ & chiếu tới $20 \times 40\text{ cm}$ và $20 \times 30\text{ cm}$ $M = 8938\text{ daNm}$; $Q = 4653,8\text{ daN}$ Thép nhịp chịu kéo, thớ trên cấu tạo $2\phi16$, đai $\phi6a150$
Bản nắp & đáy hồ nước Nắp dày 8 cm, đáy dày 12 cm $q^{tt}_{đáy} = 2641\text{ daN/m}^2$ Thép bản 2 phương, nắp có $2\phi12$ neo 400 mm ở lỗ thăm
Bản thành hồ nước Chiều dày $h = 10\text{ cm}$, cao $2,8\text{ m}$ $P_n = 2200\text{ daN/m}^2$, $W_h = 1,9\text{ daN/m}^2$ Thép chịu lực phương ngàm chân thành, đai cấu tạo $\phi6a200$
Hệ dầm đáy hồ nước (DĐ1) Tiết diện $20 \times 40\text{ cm}$, nhịp 4,3 m $M_{nh} = 6507,25\text{ daNm}$; $Q = 6507,25\text{ daN}$ Thép nhịp chịu kéo, thớ trên $2\phi18$, đai $\phi8a150/a200$
Dầm dọc trục A (tầng 1) Tiết diện $40 \times 80\text{ cm}$, nhịp 9,0 m $M_{nh} = 5.427.000\text{ daN.cm}$; $Q = 28.880\text{ daN}$ Cốt thép dọc nhóm CII, cốt đai 2 nhánh $\phi8a150/a200$

Đề xuất kỹ thuật của tác giả

  • Thiết kế đáy hồ nước cách mặt sàn sân thượng $1\text{ m}$ giúp loại bỏ tác động truyền ẩm trực tiếp vào trần căn hộ tầng trên cùng, đồng thời tạo không gian thông thoáng để lắp đặt đường ống, van xả đáy và phát hiện sự cố thấm dột.
  • Phân chia dung tích cấp nước thành 2 hồ độc lập đặt đối xứng tại hai đầu trục công trình, kết hợp chu kỳ bơm 3 lần/ngày giúp giảm tải trọng cục bộ tập trung lên sàn mái và tạo điều kiện bảo dưỡng luân phiên từng bể mà không làm gián đoạn sinh hoạt.
  • Tận dụng quy luật đối xứng của mặt bằng kết cấu (hai vế thang đối xứng, hai hồ nước kích thước giống nhau) để tối ưu hóa quy trình tính toán, chuẩn hóa bảng biểu dồn tải từ sàn 2 phương về dầm khung.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế trong văn bản

  • Giả thiết tính toán đơn giản hóa: Trong tính toán bản thành bể, tác giả bỏ qua trọng lượng bản thân thành bể và chỉ xét uốn phẳng thay vì bài toán chịu nén - uốn đồng thời; sơ đồ liên kết dầm hồ nước vào đầu cột được coi là liên kết khớp giản đơn.
  • Giới hạn phạm vi tính toán: Thuyết minh trích đoạn chỉ tập trung vào 3 chương kết cấu thành phần (cầu thang, hồ nước, dầm dọc tầng 1), chưa thể hiện mô hình phân tích không gian tổng thể của toàn bộ khung nhà nhiều tầng và tính toán biến dạng nứt/võng dài hạn của dầm nhịp 9 m.
  • Tên gọi phần mềm: Thuyết minh ghi tên phần mềm phân tích dầm dọc là "ETAP", đây là cách ghi ngắn gọn/nhầm lẫn của phần mềm ETABS vốn được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật kết cấu xây dựng dân dụng.

Hướng phát triển mở rộng

  • Mở rộng mô hình hóa toàn bộ khung - vách không gian 3 chiều dưới tác động của tổ hợp tải trọng ngang (gió động, động đất) thay cho việc tính toán tách rời dầm liên tục phẳng.
  • Bổ sung kiểm tra trạng thái giới hạn thứ hai về khả năng chống nứt và độ võng cho các cấu kiện tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng (thành và đáy hồ nước) theo tiêu chuẩn chuyên ngành chống thấm bê tông.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án mang lại giá trị thực hành cao cho sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng công trình, Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp khi làm đồ án môn học Bê tông cốt thép 2 hoặc đồ án tốt nghiệp kỹ sư:

  • Cung cấp phương pháp mẫu mực về việc lập bảng quy đổi tải trọng tương đương hình thang và hình tam giác từ bản sàn làm việc hai phương truyền vào dầm khung.
  • Hướng dẫn cụ thể quy trình tính toán cấu kiện đặc biệt như hồ nước mái (tính áp lực thủy tĩnh kết hợp gió hút, kiểm tra dải nghiêng bê tông khi chịu lực cắt lớn) và cầu thang bộ hai vế.
  • Minh họa rõ ràng việc kiểm tra tiết diện chữ T giữa nhịp dầm ($M \le M_f$) và bài toán bố trí cốt đai chịu cắt khi lực cắt lớn hơn khả năng chịu tải của bê tông thuần túy.

Câu hỏi thường gặp

1. Dung tích và kích thước của hệ thống hồ nước mái được xác định dựa trên những tiêu chuẩn nào?

Hệ thống hồ nước mái được thiết kế để phục vụ chung cư quy mô 104 căn hộ (mỗi căn 4 người). Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt trung bình là $200\text{ lít/người/ngày-đêm}$, tương đương $q_1 = 83,2\text{ m}^3$, kết hợp với lượng nước dự phòng chữa cháy $q_2 = 30\text{ m}^3$, đưa tổng nhu cầu nước của công trình lên $Q_{tt} = 113,2\text{ m}^3/\text{ngày-đêm}$. Tác giả bố trí 2 hồ nước đối xứng với chu kỳ bơm 3 lần mỗi ngày, xác định dung tích mỗi bể là $V = 55,36\text{ m}^3$, kích thước mặt bằng phủ bì $L \times B = 4,3\text{ m} \times 2,2\text{ m}$ và chiều cao $H = 2,8\text{ m}$.

2. Các thông số cấu tạo và tải trọng chính của bản thang bộ tầng điển hình là bao nhiêu?

Cầu thang bộ từ tầng 2 đến tầng 8 gồm 20 bậc cho chiều cao tầng $3,4\text{ m}$. Chiều cao mỗi bậc $h_b = 170\text{ mm}$, chiều rộng $l_b = 300\text{ mm}$, chiều dày bản bê tông thang $h_{bt} = 10\text{ cm}$. Hoạt tải sử dụng tiêu chuẩn lấy bằng $300\text{ daN/m}^2$. Tổng tải trọng tính toán tác dụng lên bản thang nghiêng là $471,5\text{ daN/m}$ và lên bản chiếu nghỉ/chiếu tới là $377\text{ daN/m}$.

3. Tại sao giữa nhịp dầm dọc trục A lại được tính toán như tiết diện chữ nhật dù dầm có bản sàn cánh chữ T?

Dầm trục A tại giữa nhịp có bản sàn nằm trong vùng chịu nén nên được xác định kích thước theo tiết diện chữ T với bề rộng cánh $b_f = 120\text{ cm}$ và chiều dày cánh $h_f = 12\text{ cm}$. Khả năng chịu mômen của cánh được xác định là $M_f = 14.198.400\text{ daN.cm}$. Do mômen uốn tính toán lớn nhất tại các nhịp ($5.427.000\text{ daN.cm}$) đều nhỏ hơn $M_f$, trục trung hòa đi qua cánh của tiết diện chữ T, do đó theo lý thuyết bê tông cốt thép, bài toán được tính toán đơn giản hóa tương đương tiết diện chữ nhật kích thước $b \times h = 40 \times 80\text{ cm}$.

4. Cốt đai của dầm đỡ đáy hồ nước (DĐ1) được tính toán và bố trí như thế nào?

Dầm DĐ1 ($20 \times 40\text{ cm}$) chịu lực cắt tính toán cực đại $Q_{max} = 6507,25\text{ daN}$. Do giá trị này vượt quá khả năng chịu cắt tối thiểu của bê tông ($Q_{bmin} = 4536\text{ daN}$), dầm bắt buộc phải tính toán cốt đai chịu cắt. Tác giả chọn cốt đai thép nhóm CI đường kính $\phi8$ hai nhánh, bố trí khoảng cách $a150$ tại đoạn $1/4$ nhịp gần gối tựa và $a200$ tại đoạn giữa nhịp, thỏa mãn điều kiện chống phá hoại giòn theo dải nghiêng ($Q_{bt} = 26.601\text{ daN} > Q_{max}$).

5. Những trường hợp tổ hợp tải trọng nào được thiết lập để giải nội lực dầm dọc trục A?

Tác giả thiết lập 5 trường hợp tổ hợp tải trọng cơ bản gồm: TH1 (Tĩnh tải + Hoạt tải chất đầy toàn bộ các nhịp), TH2, TH3, TH4, TH5 (Tĩnh tải kết hợp với các trường hợp hoạt tải cách nhịp và liền kề nhau để tìm mômen nhịp và mômen gối nguy hiểm nhất) và THBAO (tổ hợp bao lớn nhất từ các trường hợp trên) trước khi đưa vào phần mềm phân tích kết cấu.

Kết luận

Thuyết minh đồ án tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thanh Hoài phản ánh đầy đủ quy trình tính toán kỹ thuật kết cấu bê tông cốt thép cho một công trình chung cư cao tầng theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam. Các nội dung từ tính toán cấu kiện phụ trợ (cầu thang bộ hai vế, hồ nước mái đôi dung tích $110,72\text{ m}^3$) đến cấu kiện chịu lực chính (dầm khung liên tục nhịp 9 m trục A) đều được giải quyết mạch lạc qua các bước dồn tải, giải nội lực và bố trí cốt thép chi tiết. Bản thuyết minh là tài liệu kỹ thuật có tính ứng dụng thực tế cao, thể hiện rõ tính chuẩn xác về mặt số liệu và phương pháp cơ học công trình.