Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng của tác giả Nguyễn Trần Lĩnh (khoa Xây dựng và Điện, thực hiện năm 2013 dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Hoài Nghĩa) tập trung vào công tác tính toán thiết kế kết cấu và tổ chức thi công cho công trình dân dụng cao tầng: "Văn phòng công ty xây dựng 47".

Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn

Theo thuyết minh đồ án, trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa, nhu cầu đầu tư hạ tầng kỹ thuật và các tòa nhà cao ốc, văn phòng, chung cư ngày càng gia tăng. Thành phố Nha Trang (tỉnh Khánh Hòa) là trung tâm kinh tế - du lịch năng động của khu vực Nam Trung Bộ, thu hút nguồn vốn đầu tư lớn cho các dự án phát triển đô thị. Xuất phát từ nhu cầu thực tế về trụ sở làm việc của Công ty Xây dựng 47 và nhu cầu thuê mặt bằng văn phòng đại diện của các doanh nghiệp trên địa bàn, dự án tòa nhà văn phòng được đề xuất xây dựng nhằm hoàn thiện cơ sở vật chất và nâng cao hiệu quả hoạt động kinh doanh. Đối với sinh viên kỹ sư xây dựng, đồ án là bài tập tổng hợp toàn diện nhằm củng cố kiến thức từ thiết kế kiến trúc, phân tích hệ chịu lực không gian đến lập biện pháp kỹ thuật thi công công trình thực tế.

Mục tiêu và nhiệm vụ thiết kế

Nhiệm vụ của đồ án được xác định rõ qua các hạng mục kỹ thuật:

  1. Tổng hợp hiện trạng kiến trúc, quy mô và các giải pháp kỹ thuật công trình (điện, cấp thoát nước, thông gió, chiếu sáng, phòng cháy chữa cháy, chống sét, thu gom rác).
  2. Lựa chọn giải pháp kết cấu chịu lực toàn khối, xác định vật liệu xây dựng (bê tông, cốt thép) phù hợp với công trình cao tầng.
  3. Tính toán thiết kế các cấu kiện sàn tầng điển hình, kiểm tra khả năng chịu cắt phẳng và độ võng.
  4. Xác định tải trọng, nội lực và bố trí cốt thép cho hệ thống cầu thang bộ tầng điển hình.
  5. Thiết lập mô hình không gian 3D của khung nhà nhiều tầng bằng phương pháp phần tử hữu hạn trên phần mềm chuyên dụng; xác định tải trọng đứng (tĩnh tải, hoạt tải) và tải trọng ngang (thành phần tĩnh và thành phần động của tải trọng gió theo tiêu chuẩn Việt Nam); tổ hợp nội lực và tính toán cốt thép khung (cột, dầm khung trục 4), kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình.
  6. Đánh giá điều kiện địa chất công trình và đặc tính thủy văn tại khu vực xây dựng.
  7. Thiết kế kết cấu móng cọc ép bê tông cốt thép (sức chịu tải theo vật liệu và đất nền, số lượng cọc, kiểm tra ứng suất đáy móng, tính lún, thiết kế đài mọc).
  8. Thiết kế phương án so sánh móng cọc khoan nhồi.
  9. Lập biện pháp kỹ thuật tổ chức thi công phần ngầm (công tác ép cọc, thi công đài cọc) và phần thân (ván khuôn - cây chống cho dầm, sàn, cột; lựa chọn máy móc thiết bị thi công như cần trục tháp, xe vận chuyển bê tông, máy đầm).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng: Tòa nhà "Văn phòng công ty xây dựng 47".
  • Địa điểm xây dựng: Đường A1, Khu đô thị Vĩnh Điềm Trung, thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa (cách bờ biển 3 km, cách trung tâm thành phố 1,5 km, tiếp cận thuận lợi hệ thống giao thông và dịch vụ công cộng xung quanh).
  • Quy mô công trình: Tòa nhà gồm 13 tầng (01 tầng bán hầm và 12 tầng nổi).
    • Chiều cao tổng thể công trình: 43,96 m; cao độ đỉnh mái là +41,71 m.
    • Cốt cao độ $\pm 0,00$ m tại tầng 1 cao hơn mặt đất tự nhiên 2,25 m; cao độ sàn tầng hầm là -0,80 m.
    • Diện tích khuôn viên đất: 1.296 $\text{m}^2$; diện tích đất xây dựng: 550 $\text{m}^2$; tổng diện tích sàn xây dựng: 6.916 $\text{m}^2$.
    • Kích thước mặt bằng hình học: Chiều dài $L = 30,540$ m, chiều rộng $B = 18,000$ m; tỷ số $L/B = 1,70 < 2$.
    • Hệ thống giao thông nội bộ: 02 thang máy đặt chính giữa công trình và 02 cầu thang bộ thoát hiểm bố trí hai bên.

Cơ sở lý thuyết, tiêu chuẩn và phương pháp tính toán

Khung tiêu chuẩn và tài liệu kỹ thuật

Đồ án tuân thủ hệ thống tiêu chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam tại thời điểm thiết kế:

  • TCVN 2737:1995: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế (xác định tĩnh tải cấu tạo, hoạt tải sử dụng sàn, phân vùng áp lực gió, hệ số khí động và độ tin cậy tải trọng).
  • TCXDVN 356:2005: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế (cấp độ bền bê tông B25, cường độ tính toán chịu nén, kéo, kiểm tra độ võng sàn theo Bảng 4).
  • TCXD 229:1999: Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 (áp dụng cho công trình có chiều cao lớn hơn 40 m).
  • Giáo trình chuyên ngành: Sàn sườn bê tông toàn khối (GS. Nguyễn Đình Cống), Kết cấu bê tông cốt thép tập 2 và tập 3 (Thầy Võ Bá Tầm).

Phương pháp tính toán kỹ thuật

  1. Phương pháp giải ô bản sàn đơn theo lý thuyết đàn hồi: Phân chia sàn thành các ô bản theo tỷ số cạnh $L_2 / L_1$. Các ô bản có $L_2 / L_1 \le 2$ và chiều cao dầm biên thỏa mãn điều kiện liên kết ngàm ($h_d \ge 3h_s$) được tính toán theo sơ đồ bản kê 4 cạnh ngàm (sơ đồ 9); các ô bản có tỷ số lớn hơn 2 tính toán theo sơ đồ bản dầm chịu uốn một phương.
  2. Phương pháp mô hình hóa cấu kiện thanh (Frame Element): Giải kết cấu cầu thang tầng điển hình (bản nghiêng, bản chiếu nghỉ, chiếu tới) dưới dạng hệ thanh/dầm liên tục chịu uốn trên phần mềm SAP 2000.
  3. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) mô hình không gian 3D: Sử dụng phần mềm ETABS v9.1 để mô hình hóa toàn bộ kết cấu chịu lực của tòa nhà (hệ cột, dầm, vách, sàn).
    • Khai báo giả thiết sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng nằm ngang (Rigid Diaphragm).
    • Mô hình hóa liên kết chân cột ngàm chặt tại đỉnh đài móng.
    • Bỏ qua biến dạng uốn ngoài mặt phẳng của sàn và biến dạng dọc trục của dầm.
    • Phân tích dao động riêng và tính toán thành phần động của tải trọng gió dựa trên phân tích phổ dao động.

Công cụ và nguồn dữ liệu

  • Phần mềm phân tích kết cấu: ETABS version 9.1 (tính toán hệ không gian, phân tích động học và xuất nội lực), SAP 2000 (tính toán kết cấu cầu thang).
  • Phần mềm bảng tính và xử lý số liệu: Microsoft Office 2007 (lập bảng tính tải trọng, xử lý bảng xuất nội lực, tổ hợp nội lực và bố trí thép).
  • Nguồn số liệu đầu vào: Hồ sơ thiết kế kiến trúc tòa nhà Văn phòng công ty xây dựng 47 và hồ sơ khảo sát địa chất công trình tại Khu đô thị Vĩnh Điềm Trung.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH

Chương này giới thiệu tổng quan dự án, mục đích xây dựng tại Khu đô thị Vĩnh Điềm Trung (Nha Trang) và quy mô công trình 13 tầng. Thuyết minh mô tả hệ thống kiến trúc gồm ốp đá Granite, sơn nước, lam nhôm, khung Inox và kính an toàn cách âm, cách nhiệt. Các giải pháp kỹ thuật hạ tầng tòa nhà được thiết lập đồng bộ:

  • Hệ thống điện đấu nối lưới đô thị, có máy phát điện dự phòng đặt tại tầng hầm.
  • Hệ thống cấp nước từ mạng khu vực vào bể ngầm tầng hầm và bơm lên bể nước mái để cấp cho sinh hoạt và chữa cháy.
  • Hệ thống thông gió tận dụng tự nhiên kết hợp hệ thống điều hòa nhiệt độ nhân tạo.
  • Hệ thống chiếu sáng dùng đèn huỳnh quang, compact tiết kiệm điện; ngoại thất dùng đèn cao áp halogen/sodium chống thấm.
  • Hệ thống PCCC gồm bình khí $\text{CO}_2$ bố trí dọc hành lang, 02 buồng thang bộ thoát hiểm và bể nước cứu hỏa trên mái; hệ thống kim thu sét đặt trên mái; hệ thống rác có phòng thu gom từng tầng dẫn xuống phòng gom trung tâm ở tầng hầm.

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

Chương 2 trình bày cơ sở lựa chọn giải pháp kết cấu khung bê tông cốt thép toàn khối, móng cọc, sàn phẳng kết hợp dầm.

  • Yêu cầu vật liệu: Lựa chọn bê tông cấp độ bền B25 cho phần thân và đài móng với cường độ chịu nén tính toán $R_b = 14,5\text{ MPa}$, cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1,05\text{ MPa}$ (hoặc $1,3\text{ MPa}$ tùy cấu kiện), mô đun đàn hồi $E_b = 3 \times 10^4\text{ MPa}$, hệ số Poisson $\nu = 0,2$. Vật liệu xây chèn gồm gạch đặc khối lượng thể tích $\gamma = 18\text{ kN/m}^3$, gạch rỗng $\gamma = 15\text{ kN/m}^3$, vữa xây $\gamma = 18\text{ kN/m}^3$.
  • Mô hình tính toán: Thuyết minh phân tích 3 trường phái tính toán nhà nhiều tầng (mô hình liên tục thuần túy, mô hình rời rạc - liên tục, mô hình rời rạc/phần tử hữu hạn) và kết luận lựa chọn mô hình không gian phần tử hữu hạn hỗ trợ bởi ETABS v9.1.
  • Tải trọng: Xác định nguyên lý truyền tải trọng đứng và tải trọng ngang (gió tĩnh, gió động theo TCVN 2737:1995 và TCXD 229:1999 do công trình cao $43,96\text{ m} > 40\text{ m}$).

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH

Tác giả phân chia mặt bằng tầng điển hình thành 15 loại ô sàn khác nhau.

  • Chọn kích thước sơ bộ: Dầm chính chọn theo nhịp lớn nhất ($6 \times 6,27\text{ m}$), xác định chiều cao dầm chính $h_d = 500\text{ mm}$, bề rộng $b_d = 300\text{ mm}$; dầm phụ kích thước $200 \times 400\text{ mm}$. Chiều dày bản sàn chọn theo công thức sơ bộ đối với bản kê 4 cạnh ($m = 40 \div 45$), xác định $h_s = 120\text{ mm}$.
  • Xác định tải trọng:
    • Tĩnh tải sàn văn phòng, hành lang: cấu tạo gồm gạch Ceramic, vữa lót, bản BTCT dày 120 mm, vữa trát trần, đường ống kỹ thuật ($0,33\text{ kN/m}^2$), tổng tĩnh tải tính toán $g^{tt} = 4,552\text{ kN/m}^2$. Sàn vệ sinh: $g^{tt} = 4,284\text{ kN/m}^2$. Sàn mái: $g^{tt} = 5,150\text{ kN/m}^2$.
    • Tĩnh tải tường ngăn xây trực tiếp lên sàn quy thành tải phân bố đều trên diện tích ô sàn.
    • Hoạt tải tiêu chuẩn lấy theo TCVN 2737:1995: Văn phòng, phòng làm việc $p^c = 2,0\text{ kN/m}^2$ (hệ số $n = 1,2 \rightarrow p^{tt} = 2,4\text{ kN/m}^2$); vệ sinh $2,4\text{ kN/m}^2$; sảnh, hành lang, căn tin $p^{tt} = 3,6\text{ kN/m}^2$ ($p^c = 3,0\text{ kN/m}^2, n = 1,2$); tầng hầm $6,0\text{ kN/m}^2$. Đồ án dẫn ra công thức giảm hoạt tải toàn phần theo diện tích chịu tải, nhưng thiên về an toàn tác giả giữ nguyên giá trị không giảm.
  • Lý thuyết và kết quả tính thép sàn: Sử dụng bê tông B25, cốt thép nhóm A-I ($d < 10\text{ mm}$, $R_s = 225\text{ MPa}$) và A-II ($d \ge 10\text{ mm}$, $R_s = 280\text{ MPa}$). Bố trí cốt thép $\phi 10$ cho cả nhịp và gối.
  • Kiểm tra chịu cắt phẳng và độ võng:
    • Ô sàn kích thước lớn nhất ô số 1 ($6 \times 6,27\text{ m}$), lực cắt tính toán lớn nhất $Q = 14,95\text{ kN}$. Khả năng chịu cắt của tiết diện bê tông đạt $Q_b = 99,5\text{ kN} > Q$, bê tông đủ khả năng chịu lực cắt phẳng mà không cần bố trí cốt đai.
    • Độ võng tính toán dải bản ô số 1 theo phương cạnh ngắn: $f_1 = 4,5\text{ mm} < [f] = 25\text{ mm}$ (theo TCXDVN 356:2005 đối với nhịp $5 \le L \le 10\text{ m}$), thỏa mãn điều kiện sử dụng bình thường.
Chỉ tiêu kiểm tra ô sàn lớn nhất (Ô số 1) Giá trị tính toán Giới hạn cho phép Kết luận
Khả năng chịu cắt phẳng của bê tông ($Q$) $14,95\text{ kN}$ $Q_b = 99,5\text{ kN}$ Đạt (Không cần cốt đai)
Độ võng dải bản phương cạnh ngắn ($f_1$) $4,5\text{ mm}$ $[f] = 25,0\text{ mm}$ Đạt yêu cầu sử dụng

CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ CẦU THANG TẦNG ĐIỂN HÌNH

  • Cấu tạo hình học: Cầu thang bộ dạng bản hai vế, chiều cao tầng $H = 3.520\text{ mm}$. Kích thước bậc: chiều cao $h_b = 160\text{ mm}$, chiều rộng mặt bậc $l_b = 280\text{ mm}$. Mỗi vế gồm $n = 11$ bậc. Chiều dài hình chiếu bằng mỗi vế là $l_v = 11 \times 280 = 3.080\text{ mm}$; chiều dài nghiêng $L = 3.550\text{ mm}$. Bản thang BTCT dày $150\text{ mm}$, ốp đá Granite dày $20\text{ mm}$.
  • Tải trọng tính toán:
    • Bản chiếu nghỉ: Tổng tĩnh tải tính toán $g^{tt} = 5,428\text{ kN/m}^2$; tải lan can quy đổi $0,36\text{ kN/m}^2$; hoạt tải tính toán ($p^c = 3,0\text{ kN/m}^2$, $n = 1,2$) $p^{tt} = 3,6\text{ kN/m}^2$. Tổng tải trọng trên 1 m bề rộng bản: $q_1 = 9,268\text{ kN/m}$.
    • Bản thang nghiêng: Tĩnh tải các lớp cấu tạo và bậc gạch $g^{tt} = 6,760\text{ kN/m}^2$; tải lan can $0,36\text{ kN/m}^2$; hoạt tải $3,6\text{ kN/m}^2$. Tổng tải trọng trên 1 m bề rộng: $q_2 = 10,6\text{ kN/m}$.
  • Nội lực và cốt thép: Phân tích nội lực trên phần mềm SAP 2000.
    • Bố trí thép bản thang: Thép nhịp chọn $\phi 12\text{a}100$ ($A_s = 11,31\text{ cm}^2$); thép gối đặt theo cấu tạo $\phi 10\text{a}200$ ($A_s = 3,93\text{ cm}^2$).
    • Thiết kế dầm chiếu nghỉ: Tiết diện $b \times h = 200 \times 300\text{ mm}$, nhịp tính toán $L = 2,43\text{ m}$. Chịu tải trọng trọng lượng bản thân, tải tường xây dày 100 mm và phản lực gối tựa từ bản thang truyền vào ($24,94\text{ kN/m}$). Tổng tải tính toán trên dầm $q = 28,26\text{ kN/m}$. Mô men nhịp tính toán cốt thép dọc: chọn 3 thanh $\phi 16$ ($A_s = 6,03\text{ cm}^2$). Lực cắt lớn nhất tại gối $Q_{\max} = 58,04\text{ kN} > Q_b = 40,13\text{ kN}$; tính toán cốt đai chọn cốt đai $\phi 6\text{a}150$ ở đoạn $L/4$ đầu dầm và $\phi 6\text{a}200$ ở đoạn giữa dầm.

CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN KHUNG KHÔNG GIAN

  • Sơ đồ tính toán: Công trình có kích thước mặt bằng $30,540 \times 18,000\text{ m}$, tỷ số dài/rộng bằng $1,70 < 2$, do đó độ cứng khung dọc và khung ngang chênh lệch không nhiều, bắt buộc phải tính toán theo sơ đồ khung không gian 3D trong ETABS v9.1.
  • Sơ bộ tiết diện cột: Tiết diện cột được xác định sơ bộ dựa trên lực nén tích lũy $N = m_i q F_i$ và cường độ tính toán của bê tông B25 ($R_b = 14,5\text{ MPa}$), với hệ số uốn $k = 1,2 \div 1,5$ và tải trọng tương đương $q = 13\text{ kN/m}^2$. Kích thước cột giảm dần theo chiều cao tầng:
Vị trí tầng Kích thước Cột giữa ($b_c \times h_c$, cm) Kích thước Cột biên ($b_c \times h_c$, cm) Kích thước Cột góc ($b_c \times h_c$, cm)
Tầng 1 $71 \times 71$ $56 \times 56$ $40 \times 40$
Tầng lửng $68 \times 68$ $54 \times 54$ $38 \times 38$
Tầng 2 $65 \times 65$ $52 \times 52$ $36 \times 36$
Tầng 3 $62 \times 62$ $49 \times 49$ $35 \times 35$
Tầng 4 $59 \times 59$ $47 \times 47$ $33 \times 33$
Tầng 5 $56 \times 56$ $44 \times 44$ $31 \times 31$
Tầng 6 $52 \times 52$ $41 \times 41$ $29 \times 29$
Tầng 7 $48 \times 48$ $38 \times 38$ $27 \times 27$
Tầng 8 $44 \times 44$ $35 \times 35$ $25 \times 25$
Tầng 9 $39 \times 39$ $31 \times 31$ $22 \times 22$
Tầng 10 $34 \times 34$ $27 \times 27$ $19 \times 19$
Sân thượng $28 \times 28$ $22 \times 22$ $16 \times 16$
Tầng mái $20 \times 20$ $16 \times 16$ $11 \times 11$
  • Vật liệu khung: Bê tông B25; cốt thép dọc dùng nhóm A-III ($d = 10 \div 40\text{ mm}$, $R_s = R_{sc} = 365\text{ MPa}$, $R_{sw} = 290\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_s = 2,0 \times 10^5\text{ MPa}$).
  • Tải trọng gió:
    • Địa điểm thuộc vùng áp lực gió II-A theo TCVN 2737:1995, giá trị áp lực gió tiêu chuẩn $W_o = 83\text{ daN/m}^2 = 0,83\text{ kN/m}^2$.
    • Thành phần tĩnh của gió tính theo độ cao $z_j$, hệ số địa hình $k(z_j)$ và hệ số khí động $c = +0,8$ (đón gió) và $c = -0,6$ (hút gió), hệ số tin cậy $n = 1,2$.
    • Thành phần động của gió: Tính toán theo TCXD 229:1999 do chiều cao $H = 43,96\text{ m} > 40\text{ m}$. Khai báo nguồn khối lượng dao động trong ETABS (Mass Source): $1,0\text{ Tĩnh tải} + 0,5\text{ Hoạt tải}$ theo mục 3.4 của tiêu chuẩn.
  • Tổ hợp nội lực và bố trí thép: Thiết lập các trường hợp tải trọng tĩnh (Dead Load, Live Load) và tải trọng gió theo 2 phương X, Y. Tổ hợp nội lực theo tiêu chuẩn để xác định các cặp nội lực nguy hiểm nhất ($M_{\max}, N_{tu}$; $M_{\min}, N_{tu}$; $N_{\max}, M_{tu}$). Thuyết minh chi tiết tính toán cốt thép dầm và cột cho khung phẳng đại diện là khung trục 4, đồng thời kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình dưới tác động của tải trọng ngang.

CHƯƠNG 6 : ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

Trình bày phương pháp thực hiện khảo sát kỹ thuật, phương pháp thí nghiệm cơ lý đất nền tại hiện trường và trong phòng, đặc tính thủy văn và các lớp địa tầng tại vị trí xây dựng công trình làm cơ sở tính toán sức chịu tải nền móng.

CHƯƠNG 7 : THIẾT KẾ MÓNG CỌC ÉP

  • Phân tích ưu và nhược điểm của giải pháp cọc ép bê tông cốt thép trong điều kiện xây dựng đô thị.
  • Xác định tải trọng chân cột từ mô hình khung không gian truyền xuống mặt móng.
  • Lựa chọn vật liệu, tiết diện và cấu tạo cọc ép, cấu tạo đài cọc và chiều sâu chôn đáy đài.
  • Tính toán sức chịu tải của cọc đơn theo vật liệu ($P_{vl}$) và theo đất nền ($P_{đn}$).
  • Tính toán sơ bộ số lượng cọc cho từng đài móng, bố trí cọc trên mặt bằng, kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc đơn dưới đài móng ($P_{\max} \le 1,2 P_{cp}$, $P_{tb} \le P_{cp}$).
  • Kiểm tra ứng suất dưới mũi cọc (coi móng cọc như móng khối quy ước), tính toán độ lún của móng cọc và tính toán cốt thép đài móng.

CHƯƠNG 8 : THIẾT KẾ CỌC KHOAN NHỒI

Phương án móng cọc khoan nhồi được xây dựng để đối sánh kỹ thuật và kinh tế với móng cọc ép:

  • Phân tích ưu nhược điểm của công nghệ cọc khoan nhồi đối với công trình tải trọng lớn.
  • Lựa chọn đường kính và cấu tạo cọc khoan nhồi; xác định chiều cao đài cọc.
  • Tính toán khả năng chịu tải của cọc theo vật liệu và theo chỉ tiêu cơ lý đất nền.
  • Xác định số lượng cọc, kiểm tra điều kiện chịu tải của cọc, kiểm tra ứng suất tại đáy mũi cọc, tính lún cho hệ móng cọc và tính toán kết cấu đài cọc.

CHƯƠNG 9 : THI CÔNG CỌC ÉP

  • Thống kê khối lượng công tác ép cọc cho toàn bộ công trình.
  • Lựa chọn thiết bị thi công (dàn ép cọc, kích ép, đối trọng).
  • Trình bày công tác chuẩn bị mặt bằng, định vị tim cọc, trình tự ép cọc theo tim trục thiết kế để tránh gây ảnh hưởng nền đất và các công trình lân cận.
  • Lập mẫu biểu báo cáo lý lịch ép cọc (ghi nhận lực ép, chiều sâu ép).
  • Các quy định an toàn lao động trong vận hành máy ép cọc và biện pháp xử lý sự cố thường gặp (nghiêng cọc, nứt cọc, cọc không đạt chiều sâu thiết kế hoặc đạt tải sớm).

CHƯƠNG 10 : THIẾT KẾ THI CÔNG ĐÀI CỌC

  • Biện pháp kỹ thuật thi công chung: Kỹ thuật đập đầu cọc để liên kết cốt thép cọc vào đài móng.
  • Trình tự các bước: Đổ bê tông lót móng, gia công lắp dựng cốt thép đài cọc, lắp dựng ván khuôn móng và công tác đổ bê tông đài cọc.
  • Tính toán khối lượng vật tư và khối lượng thi công chi tiết cho các đài cọc; kiểm tra cường độ sườn đài và độ ổn định ván khuôn đài móng.

CHƯƠNG 11 : THIẾT KẾ THI CÔNG DẦM, SÀN, CỘT

  • Tính toán cốp pha - đà giáo:
    • Tính toán ván khuôn, thanh sườn và cây chống cho dầm chính, dầm phụ.
    • Tính toán cốp pha và hệ xà gồ, giáo chống sàn.
    • Tính toán cốp pha cột: Xác định áp lực ngang của vữa bê tông mới đổ, kiểm tra sườn đứng, gông cột và kiểm tra hệ cây chống xiên định vị cột.
  • Tính toán nhu cầu máy móc thiết bị:
    • Lựa chọn cần trục tháp phục vụ vận chuyển vật tư lên cao (bán kính quay, tải trọng nâng, chiều cao nâng vượt quá 43,96 m).
    • Chọn xe vận chuyển bê tông thương phẩm từ trạm trộn đến công trường.
    • Lựa chọn số lượng và chủng loại máy đầm bê tông (đầm dùi, đầm bàn).
  • Yêu cầu kỹ thuật và nghiệm thu: Quy trình kiểm tra, nghiệm thu công tác lắp dựng cốt thép, cốt pha trước khi đổ bê tông và quy trình bảo dưỡng ẩm bê tông sau khi đúc.

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Kết quả tính toán chính

  1. Quy mô kết cấu phần thân: Toàn bộ hệ khung 13 tầng với chiều cao 43,96 m được mô hình hóa không gian 3D, phân tích ổn định và chịu lực an toàn dưới tổ hợp tải trọng trọng lực và tải trọng gió (bao gồm cả gió tĩnh và gió động vùng II-A với áp lực tiêu chuẩn $W_o = 0,83\text{ kN/m}^2$).
  2. Kích thước hình học các cấu kiện:
    • Bản sàn tầng điển hình dày $h_s = 120\text{ mm}$, bố trí thép $\phi 10$, đạt yêu cầu về độ võng ($f = 4,5\text{ mm} < 25\text{ mm}$) và khả năng chịu cắt phẳng của bê tông ($Q_b = 99,5\text{ kN} > Q = 14,95\text{ kN}$).
    • Dầm chính tiết diện $300 \times 500\text{ mm}$, dầm phụ $200 \times 400\text{ mm}$.
    • Tiết diện cột được phân tầng giảm dần hợp lý từ tầng 1 ($71 \times 71\text{ cm}$ cho cột giữa, $56 \times 56\text{ cm}$ cho cột biên, $40 \times 40\text{ cm}$ cho cột góc) đến tầng mái ($20 \times 20\text{ cm}$, $16 \times 16\text{ cm}$, $11 \times 11\text{ cm}$ tương ứng).
    • Dầm chiếu nghỉ cầu thang tiết diện $200 \times 300\text{ mm}$ chịu lực uốn an toàn với 3 thanh $\phi 16$ và cốt đai $\phi 6\text{a}150/\text{a}200$.
  3. Giải pháp móng và thi công: Hoàn thành so sánh hai phương án móng cọc ép và cọc khoan nhồi; lập đầy đủ quy trình thi công ép cọc, thi công đài móng, tính toán hệ ván khuôn cây chống dầm - sàn - cột và tính chọn cần trục tháp đáp ứng chiều cao nâng trên 44 m.

Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất

  • Ứng dụng giải pháp sàn tuyệt đối cứng (Rigid Diaphragm) trên ETABS v9.1 để truyền tải trọng ngang gió động vào hệ cột chịu lực.
  • Bố trí hệ thống tường ngăn gạch rỗng dày 100 mm và 200 mm kết hợp khung nhôm kính an toàn nhằm giảm thiểu tĩnh tải tác dụng lên hệ khung và móng công trình cao tầng.
  • Tận dụng vật liệu địa phương với bê tông B25 và thép cường độ cao A-III cho khung chịu lực, giúp tối ưu hóa diện tích mặt cắt cấu kiện và tăng không gian sử dụng.

Hạn chế và phạm vi áp dụng

Đồ án được thực hiện trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp kỹ sư ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp với một số giới hạn kỹ thuật được tác giả chỉ định:

  • Giả thiết tính toán: Bỏ qua biến dạng uốn ngoài mặt phẳng của sàn và biến dạng dọc trục của dầm; liên kết chân cột được lý tưởng hóa thành ngàm tuyệt đối tại mặt đài móng (chưa xét đến bài toán tương tác phi tuyến mềm giữa đất nền - móng - kết cấu bên trên).
  • Phạm vi bố trí cốt thép: Mặc dù toàn bộ kết cấu được giải trong không gian 3D, phần tính toán chi tiết cốt thép chỉ tập trung vào sàn tầng điển hình, cầu thang điển hình và khung phẳng đại diện (khung trục 4).
  • Hệ số tải trọng: Trong tính toán hoạt tải khung, đồ án không xét giảm hoạt tải theo diện tích truyền tải nhằm thiên về an toàn, điều này có thể dẫn đến việc tăng lượng vật liệu thép ở các tầng dưới so với thực tế khai thác.
  • Phạm vi địa chất: Các thông số tính toán móng phụ thuộc hoàn toàn vào điều kiện địa tầng cụ thể tại Khu đô thị Vĩnh Điềm Trung (Nha Trang), không thể ngoại suy trực tiếp sang các khu vực có điều kiện địa chất khác mà không có số liệu khảo sát tương đương.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng (Dân dụng & Công nghiệp): Dùng làm tài liệu mẫu hoàn chỉnh cho đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng, từ bước tổng hợp kiến trúc, lập mô hình tính toán sàn - cầu thang - khung không gian đến thiết kế nền móng và tổ chức thi công.
  • Kỹ sư kết cấu công trình: Tham khảo quy trình tính toán thành phần động của tải trọng gió cho công trình cao trên 40 m theo TCXD 229:1999 và cách thức khai báo phân tích dao động trên phần mềm ETABS v9.1.
  • Kỹ sư thi công công trường: Tham khảo phương pháp tính toán kiểm tra cốp pha, ván khuôn cột - dầm - sàn, tính chọn tải trọng cần trục tháp và quy trình quản lý sự cố trong công tác thi công móng cọc.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao công trình Văn phòng công ty xây dựng 47 phải tính toán thành phần động của tải trọng gió?

Theo quy định của tiêu chuẩn thiết kế TCVN 2737:1995 và chỉ dẫn TCXD 229:1999, các công trình nhiều tầng có chiều cao tính từ mặt đất tự nhiên đến mái lớn hơn 40 m bắt buộc phải tính toán thành phần động của tải trọng gió. Tòa nhà có chiều cao tổng thể là 43,96 m (lớn hơn 40 m), do đó phải kể đến tác động do xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình.

2. Mô hình sàn trong phần mềm ETABS được khai báo với giả thiết kỹ thuật nào?

Trong ETABS v9.1, sàn được khai báo thuộc tính màng cứng tuyệt đối (Rigid Diaphragm). Giả thiết này coi sàn có độ cứng vô cùng lớn trong mặt phẳng ngang, đảm bảo liên kết ngàm với các cột ở cao trình sàn và mọi điểm trên cùng một tầng đều có chuyển vị ngang như nhau, đồng thời bỏ qua biến dạng uốn ngoài mặt phẳng.

3. Quy chuẩn khai báo nguồn khối lượng tham gia dao động (Mass Source) trong ETABS của đồ án là gì?

Căn cứ theo mục 3.4 của tiêu chuẩn TCXD 229:1999, hệ số tham gia dao động của các thành phần tải trọng được tác giả khai báo trong bảng Mass Source là: 1,0 đối với Tĩnh tải (Dead Load) và 0,5 đối với Hoạt tải (Live Load), tích chọn chế độ Include Lateral Mass Only và Lump Lateral Mass at Story Levels.

4. Chiều dày sàn tầng điển hình và kết quả kiểm tra độ võng đạt bao nhiêu?

Chiều dày bản sàn tầng điển hình được chọn sơ bộ và kiểm tra là $h_s = 120\text{ mm}$ (bê tông cấp độ bền B25). Kiểm tra trên ô sàn có kích thước lớn nhất (ô số 1: $6 \times 6,27\text{ m}$) cho độ võng theo phương cạnh ngắn là $f_1 = 4,5\text{ mm}$, nhỏ hơn độ võng giới hạn cho phép $[f] = 25\text{ mm}$ theo TCXDVN 356:2005.

5. Tiết diện và cốt thép bố trí cho dầm chiếu nghỉ cầu thang bộ được thiết kế ra sao?

Dầm chiếu nghỉ có kích thước tiết diện $b \times h = 200 \times 300\text{ mm}$, nhịp tính toán $L = 2,43\text{ m}$. Cốt thép dọc chịu uốn tại nhịp gồm 3 thanh $\phi 16$ ($A_s = 6,03\text{ cm}^2$). Do lực cắt gối tựa $Q_{\max} = 58,04\text{ kN}$ lớn hơn khả năng chịu cắt của bê tông ($Q_b = 40,13\text{ kN}$), tác giả bố trí cốt đai $\phi 6$ với khoảng cách $s = 150\text{ mm}$ ở đoạn $L/4$ đầu dầm và $s = 200\text{ mm}$ ở đoạn giữa dầm.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Trần Lĩnh là một bản thuyết minh thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho công trình "Văn phòng công ty xây dựng 47" quy mô 13 tầng tại TP. Nha Trang. Nghiên cứu đã vận dụng đúng đắn các tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (TCVN 2737:1995, TCXDVN 356:2005, TCXD 229:1999) kết hợp với các phần mềm phần tử hữu hạn (ETABS v9.1, SAP 2000) để giải quyết toàn diện bài toán kết cấu chịu lực không gian và tính toán thành phần động của tải trọng gió. Toàn bộ các cấu kiện sàn, cầu thang, khung chịu lực, nền móng cọc và quy trình tổ chức thi công đều được trình bày mạch lạc với số liệu cơ sở rõ ràng, đáp ứng đầy đủ yêu cầu của một đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng.