Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Thuyết minh đồ án thiết kế công trình bê tông cốt thép - Khung bê tông cốt thép toàn khối" được thực hiện bởi sinh viên Trần Hữu Nghĩa (MSSV: 21520100935, Lớp XD21/CT HKI, Khoa Xây dựng, Trường Đại học Kiến trúc TP. Hồ Chí Minh) dưới sự hướng dẫn của ThS. Trần Thị Nguyên Hảo trong năm học 2024 - 2025.

Bối cảnh thực tiễn của đồ án là thiết kế hệ kết cấu chịu lực cho một công trình công trình nhà ở tư nhân xây dựng tại Khu dân cư Đồng Diều, đường Cao Lỗ, Phường 4, Quận 8, TP. Hồ Chí Minh. Công trình có quy mô gồm 5 tầng với tổng chiều cao tính từ mặt đất tự nhiên là 16,4 m.

Nhiệm vụ kỹ thuật và mục tiêu tính toán của đồ án bao gồm:

  1. Xác lập kích thước hình học sơ bộ các cấu kiện chịu lực chính của công trình: bản sàn, dầm khung (dầm chính), dầm phụ, hệ thống cột khung, tường xây và hệ thống cầu thang bộ 3 vế dạng chữ U.
  2. Xác định các trường hợp tải trọng tác dụng lên công trình theo quy chuẩn và tiêu chuẩn thiết kế hiện hành, bao gồm tải trọng thường xuyên (tĩnh tải kết cấu, hoàn thiện, tường xây, cầu thang, bồn nước mái), tải trọng tạm thời ngắn hạn (hoạt tải sử dụng cho từng không gian chức năng) và tải trọng gió tác dụng lên thân công trình cũng như gió bốc mái theo tiêu chuẩn TCVN 2737:2023.
  3. Thiết lập mô hình tính toán khung không gian 3D trên phần mềm chuyên dụng Etabs v22, khai báo các trường hợp chất tải (chất đầy, chất cách nhịp), tiến hành tổ hợp tải trọng theo Trạng thái giới hạn 1 (TTGH 1 - Cường độ) và Trạng thái giới hạn 2 (TTGH 2 - Sử dụng).
  4. Phân tích nội lực, tính toán và bố trí cốt thép chịu lực cho khung phẳng điển hình (Khung trục B), tính thép dầm các tầng, cột khung (C5, C9, C10, C11), đan sàn tầng 2 bằng bảng tính Microsoft Excel và phần mềm Etabs.
  5. Kiểm tra các điều kiện về trạng thái giới hạn sử dụng của khung trục B gồm chuyển vị đỉnh công trình, chuyển vị lệch tầng và độ võng của cấu kiện dầm sàn.

Đối tượng nghiên cứu là hệ kết cấu khung bê tông cốt thép toàn khối của công trình nhà ở riêng lẻ 5 tầng. Phạm vi không gian là công trình xây dựng tại Quận 8, TP. Hồ Chí Minh (thuộc vùng áp lực gió III, dạng địa hình B). Phạm vi thiết kế chuyên sâu tập trung vào không gian khung trục B và sàn tầng 2 của công trình.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở tiêu chuẩn kỹ thuật và lý thuyết tính toán được áp dụng xuyên suốt đồ án bao gồm:

  • Tiêu chuẩn tính toán tải trọng và tác động: Áp dụng tiêu chuẩn TCVN 2737:2023 để xác định tải trọng tạm thời ngắn hạn phân bố trên sàn theo từng loại phòng chức năng, hệ số tin cậy $\gamma_f$, hệ số giảm tải $\eta = 0,35$, và đặc biệt là phương pháp tính toán tải trọng gió mới (xác định áp lực gió 3s chu kỳ lặp 10 năm $W_{3s,10}$, hệ số khí động $c$, hệ số hiệu ứng giật $G_f$, hệ số độ cao và dạng địa hình $k(z_e)$, cùng tải trọng gió tác động cục bộ gây bốc mái tại các vùng F, G, H, I).
  • Lý thuyết tính toán kết cấu bê tông cốt thép: Tính toán cấu kiện chịu uốn (bản sàn, dầm) và cấu kiện chịu nén uốn lệch tâm (cột) theo phương pháp trạng thái giới hạn. Kết cấu được tính toán theo 2 nhóm trạng thái giới hạn:
    • Trạng thái giới hạn 1 (TTGH 1): Đảm bảo khả năng chịu lực, chống phá hoại giòn, dẻo hoặc mất ổn định kết cấu với hệ số tầm quan trọng của công trình $\gamma_n = 0,87$ (tương ứng cấp hậu quả C1).
    • Trạng thái giới hạn 2 (TTGH 2): Đảm bảo điều kiện sử dụng bình thường, khống chế chuyển vị ngang tại đỉnh, chuyển vị lệch tầng và độ võng của các cấu kiện chịu uốn.
  • Phương pháp tính toán kết cấu:
    • Phương pháp phân tích khung không gian 3D sử dụng phần mềm phần tử hữu hạn Etabs v22 để phân tích ứng xử tĩnh học và nội lực tổng thể dưới các tổ hợp tải trọng không gian.
    • Áp dụng kỹ thuật chia nhỏ phần tử (Mesh) sàn để truyền tải trọng phân bố từ sàn vào dầm một cách liên tục và mô phỏng sự làm việc đồng thời giữa sàn và dầm.
    • Phương pháp ô bản đơn để tính toán mô-men uốn và bố trí cốt thép cho ô sàn 2 phương điển hình.
    • Bảng tính tự động hóa bằng Microsoft Excel để tính toán diện tích cốt thép dọc, cốt đai dầm các tầng và cột khung từ bảng xuất nội lực Etabs.

Thông số cơ lý của vật liệu xây dựng sử dụng trong đồ án:

  • Bê tông: Cấp độ bền B25 có cường độ chịu nén tính toán $R_b = 14,5\text{ MPa} = 14.500\text{ kN/m}^2$, cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1,05\text{ MPa} = 1.050\text{ kN/m}^2$, môđun đàn hồi $E_b = 30 \times 10^3\text{ MPa} = 30 \times 10^6\text{ kN/m}^2$.
  • Cốt thép CB240-T: Cường độ tiêu chuẩn và tính toán $R_s = R_{sc} = 210\text{ MPa} = 210 \times 10^3\text{ kN/m}^2$, $R_{sw} = 170\text{ MPa}$, môđun đàn hồi $E_s = 20 \times 10^4\text{ MPa}$.
  • Cốt thép CB300-V: Cường độ chịu kéo và nén tính toán $R_s = R_{sc} = 260\text{ MPa} = 260 \times 10^3\text{ kN/m}^2$, $R_{sw} = 210\text{ MPa}$, $E_s = 20 \times 10^4\text{ MPa}$.
  • Cốt thép CB400-V: Cường độ chịu kéo và nén tính toán $R_s = R_{sc} = 350\text{ MPa} = 350 \times 10^3\text{ kN/m}^2$, $R_{sw} = 280\text{ MPa}$, $E_s = 20 \times 10^4\text{ MPa}$.

Thiết kế và triển khai mô hình kết cấu

Quy trình thiết kế hệ thống kết cấu công trình được triển khai tuần tự theo 5 bước kỹ thuật chính:

  1. Lựa chọn vật liệu và sơ bộ tiết diện: Tính toán sơ bộ kích thước tiết diện các cấu kiện chịu lực cơ bản từ dữ liệu kiến trúc (chiều dày sàn $h_b$, chiều cao và bề rộng dầm chính $h_d \times b_d$, dầm phụ, diện tích tiết diện cột $F_c$, bề dày tường xây, bản thang và dầm chiếu nghỉ).
  2. Xác định và tính toán chi tiết tải trọng: Thu thập và tính toán chính xác tải trọng hoàn thiện các lớp sàn, tải trọng tường xây gán lên dầm và sàn, hoạt tải sử dụng theo TCVN 2737:2023, phân tích áp lực gió dầm biên các tầng theo phương X, Y và áp lực gió bốc mái.
  3. Thiết lập mô hình phân tích không gian trên Etabs v22:
    • Xây dựng hệ lưới trục và cao trình các tầng.
    • Khai báo đặc trưng vật liệu bê tông B25 và các nhóm thép CB240-T, CB300-V, CB400-V.
    • Khai báo tiết diện các phần tử dầm, cột, sàn (Sections).
    • Khai báo 9 trường hợp tải trọng cơ sở (Load Patterns): Tĩnh tải bản thân ($G$ - Dead), Hoạt tải dài hạn ($Q_L$), Hoạt tải ngắn hạn chất đầy ($Q_{t,1}$), Hoạt tải ngắn hạn chất cách nhịp ($Q_{t,2}$), Hoạt tải ngắn hạn chất cách nhịp ngược lại ($Q_{t,3}$), Tải trọng gió $W(X)$, $W(-X)$, $W(Y)$, $W(-Y)$.
    • Gán giá trị tải trọng phân bố diện tích lên sàn, tải phân bố đường lên dầm khung.
    • Tạo liên kết chia lưới (Mesh) sàn để sàn và dầm cùng làm việc toàn khối.
    • Thiết lập các tổ hợp tải trọng thiết kế theo TTGH 1 (13 tổ hợp cơ bản CB1 - CB13 và tổ hợp bao BAO) và theo TTGH 2 (5 tổ hợp THK 1 - THK 5 và THK BAO).
    • Kiểm tra mô hình (Check Model) và tiến hành chạy phân tích nội lực (Run Analysis).
  4. Tính toán cốt thép khung trục B: Xuất biểu đồ bao mô-men, biểu đồ bao lực cắt dầm và lực dọc, mô-men uốn 2 phương của cột khung trục B; đưa dữ liệu vào bảng tính Excel để xác định diện tích cốt thép yêu cầu, kiểm tra hàm lượng cốt thép hợp lý $\mu_{min} \le \mu \le \mu_{max}$.
  5. Bố trí cốt thép và kiểm tra trạng thái giới hạn 2: Bố trí cốt thép dọc, cốt đai cho dầm, cột; triển khai thiết kế chi tiết ô sàn tầng 2; kiểm tra chuyển vị đỉnh, chuyển vị lệch tầng và độ võng kết cấu theo tiêu chuẩn cho phép.

Nội dung chính theo từng phần thuyết minh

Thuyết minh đồ án được cấu trúc thành 6 phần nội dung kỹ thuật chi tiết:

Phần 1. Quy mô công trình

Trình bày thông tin tổng quát về kiến trúc và địa điểm xây dựng công trình nhà ở tư nhân tại Khu dân cư Đồng Diều, đường Cao Lỗ, Phường 4, Quận 8, TP.HCM. Công trình có quy mô 5 tầng, tổng chiều cao 16,4 m tính từ mặt đất tự nhiên. Mặt bằng và mặt cắt kiến trúc thể hiện kích thước các nhịp 6,0 m; 3,0 m; 4,5 m; 7,5 m; chiều cao các tầng điển hình $h_{\text{tầng}} = 3,3\text{ m}$ (riêng các tầng có sự thay đổi cục bộ như $2,9\text{ m}$ và $3,6\text{ m}$).

Phần 2. Vật liệu sử dụng

Đặc tả chi tiết các chỉ tiêu cơ lý tính toán của vật liệu bê tông B25 và ba chủng loại cốt thép: cốt thép thanh tròn trơn CB240-T, cốt thép thanh vằn CB300-V và CB400-V. Các giá trị cường độ chịu nén, chịu kéo và môđun đàn hồi được chuẩn hóa phục vụ trực tiếp cho mô hình số và công thức giải tích.

Phần 3. Sơ bộ kích thước tiết diện

Xác lập công thức tính toán và lựa chọn kích thước hình học cho các cấu kiện kết cấu:

  • Chiều dày sàn: Ô sàn điển hình 2 phương kích thước $5000 \times 4500\text{ mm}$ có tỷ số $L_2/L_1 = 1,11 \le 2$. Chiều dày sàn xác định theo công thức $h_b = \frac{D}{m} L_1$ với $D = 1,0$ và $m = 40 \div 45$, cho ra khoảng giá trị $100 \div 112,5\text{ mm}$. Tác giả chọn chiều dày sàn $h_b = 100\text{ mm}$ ($10\text{ cm}$).
  • Tiết diện dầm khung (dầm chính): Dầm liên kết với cột có nhịp $L = 5000\text{ mm}$, tính theo công thức $h_d = (\frac{1}{12} \div \frac{1}{14}) L$ và $b_d = (\frac{1}{2} \div \frac{2}{3}) h_d$, chọn tiết diện dầm chính là $200 \times 400\text{ mm}$.
  • Tiết diện dầm phụ: Dầm liên kết với dầm có nhịp $L = 4500\text{ mm}$, tính theo công thức $h_d = (\frac{1}{14} \div \frac{1}{16}) L$, chọn tiết diện dầm phụ là $200 \times 350\text{ mm}$ (dầm phụ chỉ xuất hiện từ Tầng 2 đến Tầng 3; dầm môi chọn tiết diện $200 \times 400\text{ mm}$).
  • Tiết diện cột khung: Xác định theo công thức diện tích chịu tải $F_c = k \frac{N}{R_b} = k \frac{q F_s n}{R_b}$ với tải trọng tương đương $q = 10\text{ kN/m}^2$, số tầng truyền tải $n = 5$:
    • Cột góc: $k = 1,3$; diện tích truyền tải $F_s = 33.750\text{ mm}^2$; diện tích tính toán $F_c = 191\text{ cm}^2$; chọn tiết diện $200 \times 350\text{ mm}$ ($F_c = 700\text{ cm}^2$).
    • Cột biên: $k = 1,2$; diện tích truyền tải $F_s = 78.750\text{ mm}^2$; diện tích tính toán $F_c = 411\text{ cm}^2$; chọn tiết diện $200 \times 400\text{ mm}$ ($F_c = 800\text{ cm}^2$).
    • Cột giữa: $k = 1,1$; diện tích truyền tải $F_s = 159.375\text{ mm}^2$; diện tích tính toán $F_c = 762\text{ cm}^2$; chọn tiết diện $200 \times 550\text{ mm}$ ($F_c = 1100\text{ cm}^2$).
  • Bề dày tường và cầu thang: Chọn tường dày $100\text{ mm}$ và $200\text{ mm}$. Cầu thang 3 vế dạng chữ U có kích thước ô thang $2500 \times 4000\text{ mm}$, bề rộng vế $1,0\text{ m}$, kích thước bậc $b_b = 250\text{ mm}, h_b = 157\text{ mm}$. Chiều dày bản nghiêng thang chọn $h_{bt} = 100\text{ mm}$ với nhịp tính toán $3000\text{ mm}$; bản chiếu nghỉ có chiều dày đan BTCT $130\text{ mm}$.
Cấu kiện Kích thước sơ bộ lựa chọn Ghi chú cấu tạo
Sàn tầng điển hình & mái $h_b = 100\text{ mm}$ Ô bản 2 phương ($5,0 \times 4,5\text{ m}$)
Dầm chính liên kết cột $b \times h = 200 \times 400\text{ mm}$ Nhịp tính toán $L = 5,0\text{ m}$
Dầm phụ liên kết dầm $b \times h = 200 \times 350\text{ mm}$ Xuất hiện tại Tầng 2 - Tầng 3
Dầm môi $b \times h = 200 \times 400\text{ mm}$ Bố trí tại các ô vươn
Cột góc $b \times h = 200 \times 350\text{ mm}$ Diện tích chọn $700\text{ cm}^2$
Cột biên $b \times h = 200 \times 400\text{ mm}$ Diện tích chọn $800\text{ cm}^2$
Cột giữa $b \times h = 200 \times 550\text{ mm}$ Diện tích chọn $1100\text{ cm}^2$
Bản nghiêng thang bộ $h_{bt} = 100\text{ mm}$ Bậc $250 \times 157\text{ mm}$, vế rộng $1,0\text{ m}$
Bản chiếu nghỉ thang bộ $h_{cn} = 130\text{ mm}$ Đan BTCT dày $13\text{ cm}$

Phần 4. Xác định tải trọng tác dụng lên khung

Trình bày chi tiết tính toán các thành phần tải trọng tác dụng vào hệ khung không gian:

  1. Tải trọng thường xuyên (Tĩnh tải):

    • Sàn tầng điển hình: Tổng tải trọng tiêu chuẩn $3,35\text{ kN/m}^2$, tải trọng tính toán $3,96\text{ kN/m}^2$ (trong đó tĩnh tải phần hoàn thiện không kể bản BTCT là tiêu chuẩn $1,1\text{ kN/m}^2$, tính toán $1,21\text{ kN/m}^2$).
    • Sàn khu vệ sinh, ban công: Có thêm lớp vữa tạo dốc $15\text{ mm}$ và lớp chống thấm; tổng tải trọng tiêu chuẩn $3,89\text{ kN/m}^2$, tính toán $4,29\text{ kN/m}^2$ (tải hoàn thiện tính toán là $1,62\text{ kN/m}^2$).
    • Sàn mái bằng không sử dụng: Tổng tải trọng tiêu chuẩn $3,59\text{ kN/m}^2$, tính toán $3,96\text{ kN/m}^2$ (tải hoàn thiện tính toán là $1,21\text{ kN/m}^2$).
    • Tải trọng tường xây: Trọng lượng riêng khối xây $\gamma_{\text{khối xây}} = 18\text{ kN/m}^3, \gamma_f = 1,1$. Tường $200\text{ mm}$ xây trên dầm có tải tính toán từ $9,90\text{ kN/m}$ đến $12,67\text{ kN/m}$. Tường $100\text{ mm}$ gán trực tiếp lên sàn có giá trị tính toán $6,34\text{ kN/m}$ (cho chiều cao tầng $3,3\text{ m}$) và $5,54\text{ kN/m}$ (cho tầng $2,9\text{ m}$). Tường bao che sân thượng cao $0,9\text{ m}$ có tải trọng tính toán $1,78\text{ kN/m}$ (tường 100) và $3,56\text{ kN/m}$ (tường 200).
    • Tải trọng cầu thang và bồn nước: Tải trọng bản nghiêng $G_k = 2,23\text{ kN/m}^2$ ($\cos\alpha = 0,847$). Bản chiếu nghỉ có tải hoàn thiện tính toán $1,37\text{ kN/m}^2$. Tải trọng tường dầm chiếu nghỉ từ $4,16$ đến $5,54\text{ kN/m}$. Bồn nước mái thể tích $2\text{ m}^3$ đặt trên ô sàn $4,5 \times 4,0\text{ m}$ phân bố đều $G = 1,11\text{ kN/m}^2$.

  2. Tải trọng tạm thời ngắn hạn (Hoạt tải theo TCVN 2737:2023):

    • Phòng ngủ, phòng sinh hoạt, phòng làm việc, bếp, vệ sinh: $q_{tc} = 1,5\text{ kN/m}^2$; $\gamma_f = 1,3 \implies q_{tt} = 1,95\text{ kN/m}^2$.
    • Ban công: $q_{tc} = 2,0\text{ kN/m}^2$; $\gamma_f = 1,3 \implies q_{tt} = 2,60\text{ kN/m}^2$.
    • Cầu thang bộ: $q_{tc} = 3,0\text{ kN/m}^2$; $\gamma_f = 1,3 \implies q_{tt} = 3,90\text{ kN/m}^2$.
    • Bãi đỗ xe trong nhà: $q_{tc} = 3,5\text{ kN/m}^2$; $\gamma_f = 1,2 \implies q_{tt} = 4,20\text{ kN/m}^2$.
    • Mái bằng không sử dụng: $q_{tc} = 0,3\text{ kN/m}^2$; $\gamma_f = 1,3 \implies q_{tt} = 0,39\text{ kN/m}^2$.

  3. Tải trọng gió (Tính toán theo TCVN 2737:2023):

    • Công trình tại vùng áp lực gió III có áp lực cơ sở $W_0 = 1,25\text{ kN/m}^2$, áp lực gió 3s chu kỳ 10 năm $W_{3s,10} = \gamma_T W_0 = 0,852 \times 1,25 = 1,07\text{ kN/m}^2$.
    • Dạng địa hình B có các thông số: $z_g = 247,32\text{ m}$, $\alpha = 9,5$, $z_{min} = 4,57\text{ m}$. Chiều cao nhà $h = 16,4\text{ m}$, bề rộng đón gió phương X là $b_Y = 15,0\text{ m}$, bề rộng đón gió phương Y là $b_X = 7,5\text{ m}$. Cao độ tương đương $z_e = h = 16,4\text{ m}$.
    • Hệ số khí động tổng cộng dầm biên $c = c_D + |c_E| = 0,8 + 0,5 = 1,3$. Hệ số hiệu ứng giật $G_f = 0,85$ (do $T_1 \le 1\text{s}$, nhà dưới 10 tầng). Hệ số tin cậy $\gamma_f = 2,1$.
    • Tải trọng gió bốc mái tại các vùng biên và góc mái: $c_F = -1,8; c_G = -1,2; c_H = -0,7; c_I = \pm 0,2$ tương ứng với áp lực tính toán $W_F = -3,9\text{ kN/m}^2; W_G = -2,6\text{ kN/m}^2; W_H = -1,52\text{ kN/m}^2; W_I = +0,43\text{ kN/m}^2$.
Tầng Cao độ $z$ (m) $k(z_e)$ Áp lực gió đẩy $W_X$ (kN) Áp lực gió hút $W_X$ (kN) Áp lực gió đẩy $W_Y$ (kN) Áp lực gió hút $W_Y$ (kN)
Mái 16,4 1,11 - 1,12 2,45 1,53 2,45 3,90
Tầng 5 13,5 1,09 - 1,12 5,48 3,42 5,58 2,95
Tầng 4 10,2 1,09 - 1,12 5,48 3,42 5,58 3,49
Tầng 3 6,9 0,94 - 1,09 5,48 3,42 4,72 3,49
Tầng 2 3,6 0,94 - 1,09 5,71 3,57 4,94 1,53

Phần 5. Khai báo tải trọng và tổ hợp tải trọng

Thiết lập ma trận tổ hợp tải trọng dựa trên nguyên lý cộng tác dụng:

  • Tổ hợp theo TTGH 1 (13 tổ hợp cơ bản và 1 tổ hợp bao): Áp dụng hệ số tầm quan trọng $\gamma_n = 0,87$. Các hệ số tổ hợp hoạt tải ngắn hạn: $\psi_{t,1} = 1,0; \psi_{t,2} = 0,9; \psi_{t,3} = 0,7$.
    • CB1: $1[G + Q_{t,1}]$ (Tĩnh tải + Hoạt tải chất đầy).
    • CB2 đến CB5: Tổ hợp giữa Tĩnh tải + Hoạt tải chất đầy $Q_{t,1}$ + $0,9$ Gió ($W_X, W_{-X}, W_Y, W_{-Y}$).
    • CB6 đến CB9: Tổ hợp giữa Tĩnh tải + Gió chính ($W_X, W_{-X}, W_Y, W_{-Y}$) + $0,9$ Hoạt tải cách nhịp $Q_{t,2}$.
    • CB10 đến CB13: Tổ hợp giữa Tĩnh tải + Gió chính + $0,9$ Hoạt tải cách nhịp ngược lại $Q_{t,3}$.
    • BAO: Tổ hợp bao Envelope của toàn bộ 13 tổ hợp (CB1 đến CB13).
  • Tổ hợp theo TTGH 2 (5 tổ hợp tiêu chuẩn và 1 tổ hợp bao): Chuyển đổi tải trọng tính toán trong Etabs về tải trọng tiêu chuẩn bằng cách chia hệ số $\gamma_f$: $G_k = G/1,1 = 0,91 G$; $Q_{k,t,1} = 0,35 \times Q_{t,1}/1,3 = 0,27 Q_{t,1}$ (với $\eta = 0,35$); $W_k = W/2,1 = 0,48 W$. Gồm các tổ hợp THK 1 đến THK 5 và THK BAO.

Phần 6. Thiết kế khung trục B

Triển khai tính toán chi tiết cho hệ kết cấu phẳng Khung trục B:

  • Trích xuất biểu đồ bao mô-men uốn và lực cắt dầm từ tầng 2 đến tầng mái.
  • Bảng tính Excel tính toán và bố trí cốt thép dọc cho dầm các tầng 2, 3, 4, 5 và tầng mái.
  • Tính toán lực cắt và thiết kế cốt thép đai dầm tầng 2 (nhịp 3-4), dầm các tầng còn lại thông qua công cụ Etabs và Excel.
  • Tính toán cốt thép dọc chịu nén uốn lệch tâm xiên cho các cột khung trục B gồm cột C9, C10, C11 và C5 theo các cặp nội lực nguy hiểm nhất $(N, M_{22}, M_{33})$ từ tổ hợp bao và các tổ hợp thành phần.
  • Thiết kế cốt thép bản sàn tầng 2 bằng phương pháp ô bản đơn.
  • Kiểm tra các chỉ tiêu biến dạng và chuyển vị của khung trục B theo TTGH 2: kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình theo THK 1 và THK BAO, chuyển vị lệch tầng, giá trị chuyển vị lớn nhất gây võng sàn tại tầng 5 và độ võng dầm lớn nhất tại tầng 2.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành đầy đủ quy trình tính toán thiết kế kỹ thuật công trình bê tông cốt thép toàn khối 5 tầng theo hệ thống tiêu chuẩn mới TCVN 2737:2023 với các kết quả cụ thể:

  1. Chuẩn hóa thông số tải trọng gió theo tiêu chuẩn mới: Đồ án đã tính toán tường minh thành phần áp lực gió 3s chu kỳ lặp 10 năm ($W_{3s,10} = 1,07\text{ kN/m}^2$) cho công trình xây dựng tại Quận 8, TP.HCM, phân tích đầy đủ hệ số giật $G_f = 0,85$ và xác định cụ thể tải trọng gió bốc mái tác động cục bộ lên từng vùng biên sàn mái (từ $-1,52\text{ kN/m}^2$ đến $-3,9\text{ kN/m}^2$).
  2. Xác lập mô hình kết cấu 3D hoàn chỉnh: Mô hình hóa không gian trên Etabs v22 tích hợp đầy đủ các trường hợp chất tải lệch tầng, cách nhịp đối xứng và chia lưới Mesh phần tử sàn, phản ánh chính xác sự tương tác làm việc đồng thời giữa hệ dầm sàn và khung cột.
  3. Thiết kế chi tiết cấu kiện Khung trục B: Xác định chính xác hàm lượng cốt thép chịu lực cho hệ thống dầm tầng 2 đến mái, hệ thống 4 cột chính (C9, C10, C11, C5) và bản sàn tầng 2; kiểm tra các điều kiện an toàn chịu lực và điều kiện sử dụng bình thường (chuyển vị ngang đỉnh, chuyển vị lệch tầng, độ võng dầm sàn) đều nằm trong giới hạn cho phép của tiêu chuẩn.

Hạn chế và phạm vi ứng dụng

  • Phạm vi học thuật: Đồ án tập trung đi sâu vào phân tích và bố trí cốt thép chi tiết cho một khung phẳng điển hình (Khung trục B) và một mặt bằng sàn tầng 2; các khung phẳng và ô sàn còn lại được phân tích tổng quát trên mô hình 3D tổng thể.
  • Giới hạn loại tải trọng: Đồ án xét đến các tải trọng cơ bản gồm tĩnh tải thường xuyên, hoạt tải sử dụng và tải trọng gió tĩnh/gió giật theo TCVN 2737:2023; chưa mô phỏng các tác động đặc biệt như tải trọng động đất, tải trọng nổ hoặc phân tích dao động bậc cao.
  • Phạm vi phần ngầm: Thuyết minh tập trung vào kết cấu phần thân (khung bê tông cốt thép toàn khối từ tầng 1 đến mái), không bao gồm phần tính toán địa kỹ thuật và thiết kế móng.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng, Kỹ thuật Công trình Xây dựng khi thực hiện đồ án môn học Bê tông cốt thép, Đồ án Thiết kế khung nhà nhiều tầng và Đồ án tốt nghiệp đại học.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu công trình dân dụng cần mẫu thuyết minh tính toán ứng dụng tiêu chuẩn tải trọng mới TCVN 2737:2023 (đặc biệt là phương pháp xác định tải trọng gió theo áp lực 3s và gió bốc mái).
  • Phần đáng tham khảo nhất là phương pháp luận xác lập các tổ hợp tải trọng TTGH 1 (áp dụng hệ số tầm quan trọng $\gamma_n = 0,87$) và TTGH 2 (chia hệ số tin cậy và áp dụng hệ số giảm tải $\eta = 0,35$), cùng quy trình phối hợp giữa mô hình Etabs v22 và bảng tính Excel.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình trong đồ án có quy mô kiến trúc và địa điểm xây dựng ở đâu?
Công trình là nhà ở tư nhân gồm 5 tầng với tổng chiều cao tính từ mặt đất tự nhiên là 16,4 m, được xây dựng tại Khu dân cư Đồng Diều, đường Cao Lỗ, Phường 4, Quận 8, TP. Hồ Chí Minh.

2. Các loại vật liệu bê tông và cốt thép nào được sử dụng trong tính toán?
Đồ án sử dụng bê tông cấp độ bền B25 ($R_b = 14,5\text{ MPa}, R_{bt} = 1,05\text{ MPa}, E_b = 30 \times 10^3\text{ MPa}$) kết hợp cùng 3 nhóm cốt thép: cốt thép tròn trơn CB240-T ($R_s = R_{sc} = 210\text{ MPa}$), cốt thép thanh vằn CB300-V ($R_s = R_{sc} = 260\text{ MPa}$) và CB400-V ($R_s = R_{sc} = 350\text{ MPa}$).

3. Kích thước tiết diện các cấu kiện chịu lực chính được sơ bộ như thế nào?
Chiều dày bản sàn chọn $h_b = 100\text{ mm}$ ($10\text{ cm}$); dầm chính khung chọn $200 \times 400\text{ mm}$; dầm phụ chọn $200 \times 350\text{ mm}$; cột góc chọn $200 \times 350\text{ mm}$ ($700\text{ cm}^2$); cột biên chọn $200 \times 400\text{ mm}$ ($800\text{ cm}^2$); cột giữa chọn $200 \times 550\text{ mm}$ ($1100\text{ cm}^2$); bản thang dày $100\text{ mm}$ và bản chiếu nghỉ dày $130\text{ mm}$.

4. Tải trọng gió được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2737:2023 với những thông số chính nào?
Tải trọng gió được tính cho vùng áp lực gió III ($W_0 = 1,25\text{ kN/m}^2$, $W_{3s,10} = 1,07\text{ kN/m}^2$), dạng địa hình B ($z_g = 247,32\text{ m}, \alpha = 9,5, z_{min} = 4,57\text{ m}$), hệ số hiệu ứng giật $G_f = 0,85$, hệ số khí động dầm biên $c = 1,3$, hệ số tin cậy $\gamma_f = 2,1$ và các hệ số khí động bốc mái tại vùng F, G, H, I tương ứng là $-1,8; -1,2; -0,7; \pm 0,2$.

5. Cấu trúc tổ hợp tải trọng khi khai báo trong phần mềm Etabs gồm những gì?
Theo TTGH 1, đồ án thiết lập 13 tổ hợp cơ bản (CB1 đến CB13) kết hợp giữa tĩnh tải $G$, hoạt tải ngắn hạn chất đầy $Q_{t,1}$, hoạt tải cách nhịp $Q_{t,2}, Q_{t,3}$ và các hướng gió ($W_X, W_{-X}, W_Y, W_{-Y}$) nhân với hệ số tầm quan trọng $\gamma_n = 0,87$, cùng 1 tổ hợp bao BAO. Theo TTGH 2, đồ án khai báo 5 tổ hợp tiêu chuẩn (THK 1 đến THK 5) sau khi đã quy đổi bằng hệ số an toàn và hệ số giảm tải $\eta = 0,35$, cùng 1 tổ hợp bao THK BAO.

Kết luận

Đồ án "Thuyết minh đồ án thiết kế công trình bê tông cốt thép - Khung bê tông cốt thép toàn khối" của sinh viên Trần Hữu Nghĩa là một công trình học thuật thực hành hoàn chỉnh, thể hiện đầy đủ các bước tính toán kết cấu nhà dân dụng nhiều tầng theo tiêu chuẩn hiện hành TCVN 2737:2023. Đồ án kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết giải tích truyền thống và ứng dụng công cụ mô hình hóa phần tử hữu hạn 3D trên Etabs v22 cùng bảng tính Excel để giải quyết bài toán nội lực, cốt thép và kiểm tra chuyển vị. Kết quả thuyết minh cung cấp hệ thống số liệu chi tiết, rõ ràng, có độ tin cậy kỹ thuật cao và là tài liệu tham khảo giá trị cho sinh viên ngành Xây dựng công trình.