Bối cảnh và nhiệm vụ thiết kế kết cấu

Tài liệu là thuyết minh Đồ án môn học "Kết cấu nhà bê tông cốt thép" do sinh viên Nguyễn Thành Trung (Lớp LT16XD, MSSV 026116) thực hiện tại Bộ môn Công trình Bêtông cốt thép, Trường Đại học Xây dựng dưới sự hướng dẫn của giảng viên Nguyễn Thị Thu Hường. Đề tài thuộc Đề số 28, Sơ đồ kết cấu 1, được triển khai nhằm thực hiện thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho hệ thống khung chịu lực của một công trình giáo dục tại địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh.

Nhiệm vụ trọng tâm của đồ án bao gồm:

  1. Lựa chọn giải pháp kết cấu sàn, hệ khung chịu lực và vật liệu xây dựng (bê tông, cốt thép) phù hợp với quy chuẩn thiết kế công trình dân dụng.
  2. Xác định sơ bộ kích thước tiết diện các cấu kiện chịu lực chính gồm bản sàn, hệ dầm ngang (dầm khung), dầm dọc và cột các tầng.
  3. Thiết lập sơ đồ hình học và sơ đồ tính toán kết cấu khung phẳng cho khung ngang trục 3 của công trình 4 tầng.
  4. Thu thập, tính toán và phân bổ các loại tải trọng tác dụng lên khung trục 3, bao gồm tĩnh tải bản thân, tĩnh tải sàn - tường, các trường hợp hoạt tải sử dụng và tải trọng gió tĩnh theo vùng áp lực gió tại Thành phố Hồ Chí Minh.
  5. Ứng dụng phần mềm phân tích kết cấu SAP (SAP2000) để mô hình hóa hình học, giải nội lực và thực hiện tổ hợp nội lực (Tổ hợp cơ bản 1 và Tổ hợp cơ bản 2) cho toàn bộ hệ thống dầm và cột.
  6. Tính toán diện tích cốt thép chịu lực dọc, cốt đai và cấu tạo neo giữ tại các vị trí nguy hiểm nhất của dầm, cột và nút khung góc trên cùng.

Phạm vi nghiên cứu và thiết kế giới hạn trong hệ khung phẳng trục 3 của tòa nhà 4 tầng với chiều cao tầng điển hình $H_t = 3{,}9\text{ m}$, bước cột $B = 3{,}8\text{ m}$, nhịp phòng học $L_1 = 6{,}9\text{ m}$ (nhịp dầm trục $L_{AB} = 6\text{ m}$) và nhịp hành lang $L_2 = 3\text{ m}$.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán

Thiết kế kết cấu công trình được xây dựng trên nền tảng lý thuyết tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo trạng thái giới hạn (TTGH I về cường độ) và các phương pháp cơ học kết cấu:

  • Lý thuyết tính toán bản sàn: Chiều dày bản sàn được xác định sơ bộ dựa trên công thức thực nghiệm của tác giả Lê Bá Huế: $$h_s = \frac{k \cdot L_1}{37 \div 45}$$ với $k$ là hệ số điều chỉnh theo tải trọng và $\beta = L_1/L_2$ là tỷ số giữa các kích thước cạnh ô sàn.
  • Phương pháp truyền tải trọng sàn vào dầm: Sử dụng nguyên lý phân chia diện truyền tải theo phương làm việc của bản ô cờ hai phương (bản kê bốn cạnh), quy đổi tải trọng phân bố trên sàn thành tải trọng phân bố dạng hình thang lên dầm nhịp lớn ($L_1$) và dạng hình tam giác lên dầm nhịp bé ($B$).
  • Phương pháp xác định tải trọng gió: Tính toán tải trọng gió tĩnh tác dụng lên công trình theo tiêu chuẩn áp lực gió vùng II-A (Thành phố Hồ Chí Minh) với địa hình dạng A ($W_0 = 83\text{ daN/m}^2$), áp dụng hệ số khí động $C_d = +0{,}8$ (gió đẩy) và $C_h = -0{,}6$ (gió hút). Công trình có chiều cao dưới 40 m nên chỉ xét thành phần tĩnh của gió.
  • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Mô hình hóa hệ thống thanh dầm - cột phẳng liên kết cứng tại các nút trên phần mềm SAP để giải hệ phương trình cân bằng chuyển vị và nội lực.
  • Lý thuyết cấu kiện chịu uốn và chịu nén:
    • Tính toán cốt thép dầm chịu uốn theo tiết diện chữ nhật đối với vùng chịu mômen âm (ở gối) và tiết diện chữ T có cánh chịu nén đối với vùng chịu mômen dương (ở giữa nhịp).
    • Tính toán cốt thép cột theo bài toán nén lệch tâm phẳng (lệch tâm lớn và lệch tâm bé), có xét đến ảnh hưởng của uốn dọc qua hệ số uốn dọc $\eta$ và lực dọc tới hạn Euler $N_{cr}$.

Thiết kế và triển khai mô hình kỹ thuật

1. Đặc trưng vật liệu sử dụng

Công trình thống nhất sử dụng các loại vật liệu đạt chuẩn kỹ thuật sau:

  • Bê tông: Cấp độ bền B25 có cường độ chịu nén tính toán $R_b = 14{,}5\text{ MPa}$ ($145\text{ daN/cm}^2$), cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1{,}05\text{ MPa}$ ($10{,}5\text{ daN/cm}^2$), môđun đàn hồi $E_b = 30000\text{ MPa} = 3 \times 10^5\text{ daN/cm}^2$.
  • Cốt thép dọc:
    • Đường kính cốt thép $d > 12\text{ mm}$: Sử dụng thép nhóm CB-300V có cường độ tính toán $R_s = R_{sc} = 260\text{ MPa}$ ($2600\text{ daN/cm}^2$), môđun đàn hồi $E_s = 200000\text{ MPa}$, hệ số giới hạn vùng nén $\alpha_R = 0{,}583$, $\xi_R = 0{,}413$.
    • Đường kính cốt thép $d \le 12\text{ mm}$: Sử dụng thép nhóm CB-240T có cường độ tính toán $R_s = R_{sc} = 210\text{ MPa}$.
  • Cốt đai: Sử dụng thép nhóm CB-240T có cường độ tính toán chịu cắt $R_{sw} = 170\text{ MPa}$ ($1700\text{ daN/cm}^2$).

2. Thiết lập sơ đồ hình học khung trục 3

Hệ kết cấu khung trục 3 là khung toàn khối liên kết cứng tại các nút cột - dầm:

  • Nhịp tính toán: Dầm nhịp trong phòng $L_{AB} = 6{,}0\text{ m}$; dầm nhịp hành lang $L_{BC} = 3{,}0\text{ m}$.
  • Chiều cao tầng:
    • Tầng 1: Móng đặt tại cao độ $-0{,}5\text{ m}$ so với mặt đất tự nhiên (cốt $-0{,}45\text{ m}$). Chiều cao cột tính toán tầng 1 là $h_{t1} = 3{,}9 + 0{,}45 + 0{,}5 - 0{,}3/2 = 4{,}7\text{ m}$.
    • Tầng 2, 3, 4: Chiều cao cột tính toán bằng chiều cao tầng kiến trúc $h_{t2} = h_{t3} = h_{t4} = 3{,}9\text{ m}$.
    • Tổng chiều cao công trình đến đỉnh cột mái là $16{,}4\text{ m}$ (cao độ tính toán gió mái $Z = 16{,}2\text{ m}$).

Nội dung chính theo từng phần tính toán

Phần I: Lựa chọn giải pháp và xác định sơ bộ kích thước tiết diện

  1. Giải pháp sàn: Lựa chọn giải pháp sàn sườn toàn khối không dầm phụ, dầm chính bố trí qua các cột nhằm tạo không gian phòng thông thoáng và giảm tải trọng kết cấu. Chiều dày bản sàn được thống nhất chọn $h_s = 10\text{ cm}$ cho cả ba khu vực (sàn trong phòng $h_{s1}$, sàn hành lang $h_{s2}$, sàn mái $h_{s3}$) để thuận tiện cho công tác ván khuôn và thi công bê tông.

  2. Kích thước tiết diện dầm:

    • Dầm khung trục AB (trong phòng, nhịp lớn): $b_d \times h_d = 22 \times 60\text{ cm}$.
    • Dầm khung trục BC (hành lang) và dầm dọc nhà: $b_d \times h_d = 22 \times 30\text{ cm}$.

  3. Kích thước tiết diện cột: Tính toán sơ bộ theo công thức $A = \frac{k \cdot N}{R_b}$ (với $k = 1{,}5$; tải trọng sàn $q = 12\text{ kN/m}^2$):

    • Cột trục A và B (diện chịu tải lớn): Chọn tiết diện $b_c \times h_c = 22 \times 40\text{ cm}$ cho tầng 1 và tầng 2; giảm tiết diện xuống $22 \times 35\text{ cm}$ cho tầng 3 và tầng 4.
    • Cột trục C (hành lang): Chọn tiết diện $b_c \times h_c = 22 \times 22\text{ cm}$ xuyên suốt từ tầng 1 đến tầng 4.
Cấu kiện Vị trí / Tầng Tiết diện $b \times h$ (cm) Chiều dài / Chiều cao (m)
Bản sàn Phòng học, Hành lang, Mái $h_s = 10$ Ô bản $6{,}9 \times 3{,}8$
Dầm khung Nhịp AB (Tầng 2, 3, 4, Mái) $22 \times 60$ $L_{AB} = 6{,}0$
Dầm khung Nhịp BC (Tầng 2, 3, 4, Mái) $22 \times 30$ $L_{BC} = 3{,}0$
Dầm dọc Các trục $22 \times 30$ $B = 3{,}8$
Cột khung A, B Tầng 1, Tầng 2 $22 \times 40$ $h_{t1} = 4{,}7$; $h_{t2} = 3{,}9$
Cột khung A, B Tầng 3, Tầng 4 $22 \times 35$ $h_{t3} = 3{,}9$; $h_{t4} = 3{,}9$
Cột khung C Tầng 1 đến Tầng 4 $22 \times 22$ $4{,}7$ (Tầng 1) / $3{,}9$ (Tầng 2-4)

Phần II: Xác định tải trọng tác dụng lên khung

  1. Tĩnh tải đơn vị và tải trọng tường:

    • Tĩnh tải sàn trong phòng: $g_s = 411{,}36\text{ daN/m}^2$; sàn hành lang: $g_{hl} = 411{,}36\text{ daN/m}^2$; sàn mái: $g_m = 705\text{ daN/m}^2$.
    • Tải trọng tường xây: Tường 220 mm có $g^{tt} = 514\text{ daN/m}^2$; Tường 110 mm có $g^{tt} = 296\text{ daN/m}^2$.
    • Tĩnh tải phân bố trên dầm khung tầng 2, 3, 4: Nhịp AB có $g_1 = 3169\text{ daN/m}$ (tường + sàn hình thang); Nhịp BC có $g_2 = 1144\text{ daN/m}$ (sàn hình tam giác).
    • Tĩnh tải tập trung tại nút dầm dọc truyền vào cột tầng điển hình: $G_A = 6930\text{ daN}$; $G_B = 7732\text{ daN}$; $G_C = 2504\text{ daN}$.
    • Tĩnh tải tầng mái: Phân bố nhịp AB là $g_{ht} = 2525\text{ daN/m}$, nhịp BC là $G_{tg} = 1961\text{ daN/m}$; Tải tập trung: $G_A^m = 3849\text{ daN}$, $G_B^m = 5096\text{ daN}$, $G_C^m = 3646\text{ daN}$.

  2. Hoạt tải sử dụng:

    • Hoạt tải tiêu chuẩn: Phòng học $p_s = 540\text{ daN/m}^2$; Hành lang $p_{hl} = 660\text{ daN/m}^2$; Sàn mái $p_m = 97{,}5\text{ daN/m}^2$.
    • Bố trí 2 trường hợp hoạt tải lệch tầng, lệch nhịp:
      • Hoạt tải 1 (HT1): Tải sàn phòng tác dụng lên Tầng 2, Tầng 4 ($p_1 = 2052\text{ daN/m}$, $P_A^I = 1949\text{ daN}$); Tải hành lang tác dụng lên Tầng 3 ($P_{Itg} = 1980\text{ daN/m}$, $P_C^I = 2277\text{ daN}$); Tải mái nhịp BC ($P_m^I = 293\text{ daN/m}$, $P_C^I = 337\text{ daN}$).
      • Hoạt tải 2 (HT2): Tải hành lang tác dụng lên Tầng 2, Tầng 4 ($p_2^{II} = 1980\text{ daN/m}$, $P_C^{II} = 2277\text{ daN}$); Tải phòng tác dụng lên Tầng 3 ($p_1^{II} = 2052\text{ daN/m}$, $P_A^{II} = 1950\text{ daN}$); Tải mái nhịp AB ($P_{2m}^{II} = 371\text{ daN/m}$).

  3. Tải trọng gió:

    • Áp lực gió tiêu chuẩn cơ bản: $W_0 = 95 - 12 = 83\text{ daN/m}^2$ (vùng gió II-A giảm trừ do ít chịu bão).
    • Tải trọng gió quy đổi thành tải phân bố tác dụng lên cột ($q_d$ phía đón gió, $q_h$ phía hút gió) và tải tập trung đặt tại đỉnh cột do gió tác dụng vào tường chắn mái ($S_d = 83 \times 1{,}26 \times 0{,}8 \times 3{,}8 \times 0{,}8 = 254{,}2\text{ daN}$; $S_h = 190{,}6\text{ daN}$).

Phần III: Phân tích nội lực và tổ hợp nội lực

Khung ngang trục 3 được mô hình hóa trên phần mềm SAP với các trường hợp tải trọng độc lập: Tĩnh tải (TT), Hoạt tải 1 (HT1), Hoạt tải 2 (HT2), Gió trái (GT), Gió phải (GP). Sau khi tính toán cơ học kết cấu, đồ án tiến hành tổ hợp nội lực:

  • Tổ hợp cơ bản 1: Tĩnh tải + 1 trường hợp tải trọng tạm thời (HT1, HT2, GT hoặc GP).
  • Tổ hợp cơ bản 2: Tĩnh tải + 0,9 $\times$ (Tổng 2 trường hợp tải trọng tạm thời trở lên).

Từ kết quả bảng tổ hợp nội lực, các giá trị mômen uốn ($M_{max}, M_{min}$), lực cắt lớn nhất ($Q_{max}$) và lực dọc tương ứng ($N_{t\uhorn}$) được trích xuất tại từng mặt cắt gối và giữa nhịp của dầm, cũng như đầu và chân của từng phân đoạn cột.

Phần IV: Tính toán cốt thép dầm khung

  1. Dầm tầng 2 nhịp AB (Phần tử 13, $b \times h = 22 \times 60\text{ cm}$):

    • Tại gối A và B (Mômen âm): Mômen tính toán lớn nhất $M = 231\text{ kN}\cdot\text{m}$. Giả thiết $a = 4\text{ cm} \rightarrow h_0 = 56\text{ cm}$. Tính theo tiết diện chữ nhật, chọn cốt thép $2\phi 28 + 2\phi 22$ ($A_s = 19{,}31\text{ cm}^2$), hàm lượng cốt thép $\mu$ đạt yêu cầu $\mu_{min} \le \mu \le \mu_{max}$.
    • Tại nhịp AB (Mômen dương): Mômen tính toán giữa nhịp $M_{AB} = 134{,}21\text{ kN}\cdot\text{m}$. Bê tông cánh sàn $h'_f = 10\text{ cm}$ tham gia chịu nén, tính theo tiết diện chữ T. Chọn cốt thép $2\phi 25$ ($A_s = 9{,}28\text{ cm}^2$).
    • Cốt đai chịu cắt: Lực cắt nguy hiểm $Q = 176{,}3\text{ kN}$. Bê tông không đủ khả năng chịu cắt riêng lẻ ($Q > Q_{b,min}$), tính toán bố trí cốt đai 2 nhánh $\phi 8$. Đoạn $L/4$ ở hai đầu dầm đặt đai dày $\phi 8a200$; đoạn giữa nhịp đặt đai cấu tạo $\phi 8a300$.

  2. Dầm tầng 2 nhịp BC (Phần tử 17, $b \times h = 22 \times 30\text{ cm}$):

    • Tại gối B và C: Mômen gối $M = 55{,}27\text{ kN}\cdot\text{m}$ ($h_0 = 26\text{ cm}$). Chọn cốt thép $2\phi 28$ ($A_s = 12{,}65\text{ cm}^2$).
    • Tại giữa nhịp BC: Mômen dương nhỏ ($M = 10\text{ kN}\cdot\text{m}$), trục trung hòa đi qua cánh. Lượng thép yêu cầu tính toán rất bé nên chọn bố trí $2\phi 14$ theo điều kiện cấu tạo. Cốt đai bố trí đều $\phi 8a200$ suốt chiều dài dầm do nhịp ngắn.

  3. Dầm các tầng còn lại và tầng mái:

    • Dầm tầng 3, 4 (Phần tử 14, 15, 18, 19): Nội lực nhỏ hơn tầng 2 nên thống nhất bố trí thép tương tự tầng 2 để đồng bộ thi công.
    • Dầm tầng mái (Phần tử 16, 20): Dầm 16 nhịp AB bố trí gối $2\phi 25$ ($M = 54{,}31\text{ kN}\cdot\text{m}$), nhịp $2\phi 25$ ($M = 91{,}59\text{ kN}\cdot\text{m}$); Dầm 20 nhịp BC bố trí $2\phi 20$ ở gối và $2\phi 14$ ở nhịp. Cốt đai chọn $\phi 8a200$.

Phần V: Tính toán cốt thép cột khung và nút góc

  1. Cột phần tử 2 (Cột trục B, Tầng 2, $b \times h = 22 \times 40\text{ cm}$):

    • Chiều dài tính toán $l_0 = 0{,}7 \times 3{,}9 = 2{,}73\text{ m} = 273\text{ cm}$. Chiều cao làm việc $h_0 = 36\text{ cm}$. Độ mảnh $\lambda_h = 273/40 = 6{,}825 < 8$, cấu kiện không bị uốn dọc nguy hiểm.
    • Độ lệch tâm ngẫu nhiên $e_a = 1{,}33\text{ cm}$. Kiểm tra 3 cặp nội lực nguy hiểm từ bảng tổ hợp:
      • Cặp 1 ($M_{max} = -109\text{ kN}\cdot\text{m}, N = 620\text{ kN}$): Độ lệch tâm ban đầu $e_0 = 17{,}69\text{ cm}$. Tính toán nén lệch tâm lớn, diện tích cốt thép đối xứng yêu cầu $A_s = A'_s = 7{,}11\text{ cm}^2$.
      • Cặp 3 ($M = 96{,}67\text{ kN}\cdot\text{m}, N = 492{,}67\text{ kN}$): $e_0 = 19{,}54\text{ cm}$, tính diện tích $A_s = A's = 7{,}11\text{ cm}^2$, hàm lượng cốt thép $\mu = 0{,}65% > \mu{min}$.
    • Thống nhất bố trí cốt thép cho cột phần tử 2, 3, 6, 7 theo cặp nội lực bất lợi nhất.

  2. Cột phần tử 9 (Cột trục C, Tầng 1, $b \times h = 22 \times 22\text{ cm}$):

    • Chiều dài tính toán $l_0 = 0{,}7 \times 4{,}7 = 3{,}29\text{ m} = 329\text{ cm}$. Độ mảnh $\lambda_h = 329/22 = 14{,}955 > 8$, bắt buộc xét uốn dọc.
    • Xác định lực dọc tới hạn $N_{cr}$ và hệ số uốn dọc $\eta$:
      • Cặp nội lực 1 ($M = 19\text{ kN}\cdot\text{m}, N = 218{,}15\text{ kN}$): $N_{cr} = 102020\text{ daN}$, $\eta = 1{,}27 \rightarrow$ Nén lệch tâm lớn, tính theo $A_{s,min}$.
      • Cặp nội lực 2 ($M = 18\text{ kN}\cdot\text{m}, N = 313{,}92\text{ kN}$): $N_{cr} = 126614\text{ daN}$, $\eta = 1{,}32 \rightarrow$ Nén lệch tâm bé ($\alpha = 0{,}643 > \alpha_R$), tính ra $A_s = A'_s = 6{,}75\text{ cm}^2$.
    • Bố trí cốt thép đối xứng chọn $2\phi 22$ mỗi bên ($A_s = 7{,}6\text{ cm}^2$, hàm lượng $\mu = 1{,}6%$). Áp dụng kết quả bố trí cho các cột 10, 11, 12.
    • Các cột 1 và 5 bố trí $3\phi 25$; Cột 4 và 8 bố trí $2\phi 22$.

  3. Cốt đai cột và cấu tạo nút góc:

    • Đường kính cốt đai chọn $\phi 8$ ($> 0{,}25\phi_{max} = 0{,}25 \times 25 = 6{,}25\text{ mm}$).
    • Khoảng cách đai: Tại đoạn nối chồng cốt thép và vùng nút khung dầm - cột, bố trí đai dày $\phi 8a150$ để gia cường chống nở hông và tăng độ dẻo kháng chấn; các vùng thân cột còn lại đặt đai $\phi 8a300$.
    • Nút góc trên cùng (Giao dầm 16 - cột 4 và dầm 20 - cột 12): Tỷ số độ lệch tâm $e_0/h_{c\hat{o}t} > 0{,}5$, cấu tạo bẻ neo kéo dài toàn bộ cốt thép lớp trên của dầm sâu vào thân cột theo quy chuẩn liên kết góc chịu mômen âm.

Kết quả và số liệu kỹ thuật đạt được

Bảng tổng hợp quy cách bố trí cốt thép chịu lực cho các cấu kiện thuộc khung trục 3:

Cấu kiện Vị trí cấu kiện Tiết diện $b \times h$ (cm) Cốt thép dọc bố trí Cốt đai chịu cắt
Dầm nhịp AB Tầng 2, 3, 4 (Gối A, B) $22 \times 60$ $2\phi 28 + 2\phi 22$ ($A_s = 19{,}31\text{ cm}^2$) $\phi 8a200$ (vùng gối $L/4$)
Dầm nhịp AB Tầng 2, 3, 4 (Giữa nhịp) $22 \times 60$ $2\phi 25$ ($A_s = 9{,}28\text{ cm}^2$) $\phi 8a300$ (vùng giữa)
Dầm nhịp BC Tầng 2, 3, 4 (Gối B, C) $22 \times 30$ $2\phi 28$ ($A_s = 12{,}65\text{ cm}^2$) $\phi 8a200$ (suốt nhịp)
Dầm nhịp BC Tầng 2, 3, 4 (Giữa nhịp) $22 \times 30$ $2\phi 14$ (Cấu tạo) $\phi 8a200$ (suốt nhịp)
Dầm mái AB Dầm 16 (Gối / Nhịp) $22 \times 60$ $2\phi 25$ / $2\phi 25$ $\phi 8a200 / \phi 8a300$
Dầm mái BC Dầm 20 (Gối / Nhịp) $22 \times 30$ $2\phi 20$ / $2\phi 14$ $\phi 8a200$
Cột trục A, B Tầng 1 (Cột 1, 5) $22 \times 40$ $3\phi 25$ mỗi phía $\phi 8a150 / \phi 8a300$
Cột trục A, B Tầng 2, 3, 4 (Cột 2, 3, 6, 7) $22 \times 40$ & $22 \times 35$ $A_s = A'_s = 7{,}11\text{ cm}^2$ $\phi 8a150 / \phi 8a300$
Cột trục A, B Đỉnh tầng 4 (Cột 4, 8) $22 \times 35$ $2\phi 22$ mỗi phía $\phi 8a150 / \phi 8a300$
Cột trục C Tầng 1 đến 4 (Cột 9, 10, 11, 12) $22 \times 22$ $2\phi 22$ mỗi phía ($A_s = 7{,}6\text{ cm}^2$) $\phi 8a150 / \phi 8a300$

Hạn chế và phạm vi áp dụng

  • Mô hình hóa hình học: Thuyết minh thực hiện tính toán trên mô hình hệ khung phẳng 2D (khung trục 3), bỏ qua sự làm việc không gian tổng thể 3D giữa các khung ngang và hệ giằng dầm dọc.
  • Tác động của tải trọng gió: Chỉ xét thành phần tĩnh của gió do công trình có chiều cao dưới 40 m ($H_{tổng} \approx 16{,}4\text{ m}$), chưa đánh giá thành phần động của tải trọng gió hoặc tác động của tải trọng động đất theo các tiêu chuẩn kháng chấn chuyên sâu.
  • Giả thiết liên kết móng: Chân cột tầng 1 được giả thiết là liên kết ngàm tuyệt đối tại cốt đỉnh móng ($-0{,}5\text{ m}$), chưa xét đến tương tác mềm giữa móng, cọc và nền đất thực tế.

Giá trị tham khảo thực tiễn

Tài liệu là bản thuyết minh mẫu hoàn chỉnh cho đồ án môn học Kết cấu Bê tông cốt thép 2 hoặc phần kết cấu trong Đồ án tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp. Thuyết minh cung cấp chi tiết:

  • Quy trình chuẩn trong việc lập sơ đồ truyền tải từ sàn vào dầm và phân chia trường hợp hoạt tải lệch tầng, lệch nhịp.
  • Các bước kiểm tra uốn dọc cột mảnh ($b \times h = 22 \times 22\text{ cm}$) có xét hệ số uốn dọc $\eta$ và lực dọc tới hạn $N_{cr}$ đối với cấu kiện nén lệch tâm bé và lệch tâm lớn.
  • Kỹ thuật chọn tiết diện kinh tế, đồng bộ hóa thép dầm cột giữa các tầng nhằm tối ưu hóa thi công và cấu tạo chi tiết nút khung theo quy chuẩn.

Câu hỏi thường gặp

1. Cấp độ bền bê tông và các nhóm cốt thép được sử dụng trong công trình là gì?
Công trình sử dụng bê tông cấp độ bền B25 ($R_b = 14{,}5\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1{,}05\text{ MPa}$, $E_b = 30000\text{ MPa}$). Cốt thép dọc chịu lực có đường kính $d > 12\text{ mm}$ dùng nhóm thép CB-300V ($R_s = R_{sc} = 260\text{ MPa}$), cốt thép $d \le 12\text{ mm}$ và cốt đai dùng nhóm thép CB-240T ($R_s = 210\text{ MPa}$, $R_{sw} = 170\text{ MPa}$).

2. Vì sao công trình chỉ xét đến thành phần tĩnh của tải trọng gió?
Công trình 4 tầng xây dựng tại Thành phố Hồ Chí Minh có tổng chiều cao kết cấu đạt khoảng $16{,}4\text{ m}$ (dưới ngưỡng 40 m theo quy chuẩn thiết kế tải trọng và tác động), thuộc dạng công trình thấp tầng có độ cứng lớn nên không cần tính toán thành phần động của tải trọng gió.

3. Chiều cao tính toán cột tầng 1 khác biệt thế nào so với các tầng trên?
Cột tầng 1 có chiều cao tính toán $h_{t1} = 4{,}7\text{ m}$ do tính từ trục dầm tầng 2 xuống mặt móng ở cao độ $-0{,}5\text{ m}$ dưới mặt đất tự nhiên (kể cả khoảng cách $Z = 0{,}45\text{ m}$ từ cốt $\pm 0{,}00$ xuống mặt đất). Trong khi đó, chiều cao cột các tầng 2, 3, 4 lấy bằng chiều cao tầng kiến trúc $h_{t} = 3{,}9\text{ m}$.

4. Khi tính cốt thép dầm chính AB tầng 2, việc mô hình hóa tiết diện chịu lực ở gối và nhịp khác nhau như thế nào?
Tại gối A và B, dầm chịu mômen uốn âm làm thớ bê tông phía trên bị kéo và thớ dưới bị nén nên tiết diện tính toán là hình chữ nhật phẳng $b \times h = 22 \times 60\text{ cm}$. Tại giữa nhịp AB, dầm chịu mômen dương làm thớ trên bị nén nên bản sàn cánh ($h'_f = 10\text{ cm}$) cùng tham gia chịu nén, được tính toán theo tiết diện chữ T.

5. Quy định bố trí khoảng cách cốt đai trong cột khung trục 3 được thiết kế như thế nào?
Đai cột sử dụng thép $\phi 8$. Tại các vùng nối chồng cốt thép dọc và vùng giao nhau giữa dầm với cột (nút khung), cốt đai được bố trí dày với khoảng cách $s = 150\text{ mm}$ ($\phi 8a150$) để tăng cường kháng chấn và chống nở hông. Tại các đoạn thân cột còn lại, cốt đai được bố trí thưa hơn với khoảng cách $s = 300\text{ mm}$ ($\phi 8a300$).

Kết luận

Đồ án môn học của sinh viên Nguyễn Thành Trung đã hoàn thành toàn diện việc tính toán và thiết kế kỹ thuật cho hệ khung bê tông cốt thép trục 3 của tòa nhà 4 tầng tại Thành phố Hồ Chí Minh. Các bước tính toán từ xác định tải trọng, mô hình hóa nội lực trên phần mềm SAP đến kiểm tra tiết diện cấu kiện chịu uốn và nén lệch tâm đều tuân thủ chặt chẽ các nguyên lý cơ học kết cấu và quy chuẩn bê tông cốt thép hiện hành. Kết quả nghiên cứu cung cấp một phương án bố trí cốt thép hợp lý, đảm bảo an toàn chịu lực cho công trình cũng như tính khả thi cao trong gia công và thi công xây dựng.