Bối cảnh và nhiệm vụ thiết kế
Đồ án tốt nghiệp với đề tài "Thiết kế văn phòng công ty xây dựng số 3" do sinh viên Hoàng Đình Tiến (Lớp XD904, Mã sinh viên: 091445) thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Mạnh Cường tại Khoa Xây dựng, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng.
Công trình được thiết kế phục vụ mục đích làm văn phòng giao dịch, đặt tại địa điểm số 8 đường Láng Hạ, thành phố Hà Nội. Quy mô công trình gồm 10 tầng nổi và 1 tầng hầm, tổng chiều cao công trình đạt 39,2 m. Mặt bằng công trình có dạng hình chữ nhật với kích thước 22,2 m theo phương ngang và 36,8 m theo phương dọc, tổng diện tích mặt bằng xây dựng là 728 $\text{m}^2$. Bước nhịp cột trung bình của công trình là 4,5 m. Do tỷ số kích thước mặt bằng $L/B < 2$ và công trình có chiều cao dưới 40 m, hệ kết cấu chịu lực chính chịu tác động của tải trọng đứng và tải trọng ngang lớn.
Nội dung tài liệu tập trung vào Phần II: Kết cấu (chiếm khối lượng 45% của toàn bộ đồ án tốt nghiệp), bao gồm các nhiệm vụ thiết kế cụ thể:
- Thiết kế bản sàn bê tông cốt thép tầng điển hình.
- Thiết kế hệ khung chịu lực trục 2 (khung K2).
- Thiết kế móng dưới chân cột trục A-2 và C-2.
- Thiết kế kết cấu cầu thang bộ 3 vế tầng 2.
Hồ sơ bản vẽ kỹ thuật kèm theo gồm có:
- 01 bản vẽ kết cấu sàn tầng điển hình.
- 02 bản vẽ kết cấu khung trục 2.
- 01 bản vẽ kết cấu móng A-2 và C-2.
- 01 bản vẽ kết cấu cầu thang bộ 3 vế tầng 2.
Cơ sở lý thuyết, tiêu chuẩn và phương pháp tính toán
1. Quan điểm và mô hình kết cấu
Do công trình có chiều cao 10 tầng, tải trọng theo phương đứng (tĩnh tải, hoạt tải sử dụng) và phương ngang (tải trọng gió) tác động đồng thời với giá trị đáng kể. Hệ kết cấu chịu lực được lựa chọn là hệ khung dầm bê tông cốt thép kết hợp với hệ vách cứng/lõi cứng tại khu vực thang máy nhằm tăng cường độ cứng tổng thể và giảm chuyển vị ngang.
Với tỷ số kích thước mặt bằng $L/B = 36,8 / 22,2 \approx 1,66 < 2$ cùng sự hiện diện của lõi cứng, tác giả lựa chọn sơ đồ tính toán là mô hình khung không gian kết hợp lõi cứng 3D để phản ánh chính xác sự tương tác làm việc đồng thời giữa các phần tử dầm, cột, vách và sàn trong không gian thực tế.
2. Tiêu chuẩn và tài liệu kỹ thuật áp dụng
- Tiêu chuẩn tính toán tải trọng: TCVN 2737-1995 (Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế), áp dụng để tra cứu hoạt tải sử dụng theo từng chức năng phòng, xác định hệ số giảm tải hoạt tải $\Psi_A$ theo diện tích chịu tải và tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió vùng II-B tại Hà Nội với áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 0,95\text{ kN/m}^2$ ($95\text{ daN/m}^2$), hệ số độ tin cậy vượt tải $n = 1,2$, hệ số khí động $c = +0,8$ (đón gió) và $c = -0,6$ (khuất gió). Vì công trình có chiều cao dưới 40 m nên bỏ qua thành phần động của gió.
- Tài liệu tham khảo chuyên ngành: Sổ tay thực hành kết cấu công trình, sử dụng công thức tính toán nội lực và bảng tra hệ số bản kê 4 cạnh đàn hồi (Bảng 1-19, sơ đồ 9).
- Số liệu khảo sát địa kỹ thuật: Báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình tại số 8 Láng Hạ, Hà Nội giai đoạn thiết kế bản vẽ thi công (áp dụng phương pháp khoan lấy mẫu và thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT).
3. Công cụ phân tích và phần mềm hỗ trợ
Tác giả ứng dụng phần mềm chuyên dụng ETABS phiên bản 9.04 để mô hình hóa hình học kết cấu không gian, gán tải trọng tĩnh tải, hoạt tải và gió tĩnh theo các phương, phân tích phần tử hữu hạn và xuất nội lực tại các tiết diện đặc trưng. Từ kết quả phân tích nội lực, tiến hành tổ hợp nội lực (tổ hợp cơ bản 1 và tổ hợp cơ bản 2) nhằm xác định các cặp nội lực nguy hiểm nhất $(M_{max}, N_{t-}), (M_{min}, N_{t-}), (N_{max}, M_{t-}), Q_{max}$ phục vụ tính toán cốt thép dầm, cột và móng.
4. Chỉ tiêu cơ lý của vật liệu xây dựng
- Bê tông: Cấp độ bền B20 (mác tương đương M250), có các chỉ tiêu cường độ:
- Cường độ chịu nén tính toán: $R_b = 11,5\text{ MPa} = 115\text{ kg/cm}^2 = 115\text{ daN/cm}^2 = 11,5 \times 10^3\text{ kN/m}^2$.
- Cường độ chịu kéo tính toán: $R_{bt} = 0,9\text{ MPa} = 9,0\text{ kg/cm}^2 = 9,0\text{ daN/cm}^2$.
- Cốt thép:
- Cốt thép có đường kính $\phi < 12\text{ mm}$: Thép thanh nhóm AI, cường độ tính toán $R_s = R_{sc} = 2250\text{ kg/cm}^2 = 225\text{ MPa}$; thép cốt đai $R_{sw} = 175\text{ MPa} = 1750\text{ daN/cm}^2$.
- Cốt thép có đường kính $\phi \ge 12\text{ mm}$: Thép thanh nhóm AII/AIII, cường độ tính toán $R_s = R_{sc} = 280\text{ MPa} = 2800\text{ daN/cm}^2$ hoặc $3650\text{ kg/cm}^2$.
Nội dung tính toán và thiết kế chi tiết
1. Thiết kế kết cấu sàn tầng điển hình
a. Phân loại ô sàn và sơ bộ chiều dày
Dựa vào tỷ số giữa cạnh dài $l_2$ và cạnh ngắn $l_1$ của các ô bản sàn trên mặt bằng kết cấu:
- Ô sàn làm việc 2 phương ($l_2 / l_1 \le 2$, bản kê 4 cạnh): Gồm các ô $\text{Ô1, Ô2, Ô3, Ô4, Ô5, Ô6, Ô7, Ô8, Ô11, Ô13, Ô14}$.
- Ô sàn làm việc 1 phương ($l_2 / l_1 > 2$, bản loại dầm): Gồm các ô $\text{Ô9, Ô10, Ô12}$.
Chiều dày bản sàn được xác định sơ bộ theo công thức: $$h_b = \frac{D}{m} L_1$$ Trong đó:
- Hệ số phụ thuộc tải trọng $D = 1,0$ (trong khoảng $0,8 \div 1,4$).
- Hệ số phụ thuộc loại bản $m = 45$ (chọn cho bản kê 4 cạnh nhiều nhịp).
- Cạnh ngắn của ô bản lớn nhất (ô $\text{Ô2}$ có kích thước $L_1 \times L_2 = 4,5\text{ m} \times 5,4\text{ m}$) là $L_1 = 4,5\text{ m} = 450\text{ cm}$.
Tính toán: $h_b = \frac{1 \times 450}{45} = 10\text{ cm}$. Tác giả chọn thống nhất chiều dày bản sàn $h_b = 10\text{ cm}$ cho toàn bộ mặt bằng sàn nhằm đơn giản hóa công tác cốp pha và thi công.
b. Xác định tải trọng tác dụng lên sàn
Tải trọng sàn được phân tách thành tĩnh tải và hoạt tải sử dụng theo TCVN 2737-1995:
| STT | Tên lớp cấu tạo / Chức năng phòng | Trọng lượng tiêu chuẩn ($P_{tc}$) | Hệ số tin cậy ($n$) | Tải trọng tính toán ($P_{tt}$) |
|---|---|---|---|---|
| I | Tĩnh tải sàn nhà tầng điển hình | |||
| 1 | Lớp đá Granite màu đỏ dày 2 cm ($\gamma = 2200\text{ kg/m}^3$) | $44\text{ kg/m}^2$ ($0,44\text{ kN/m}^2$) | 1,1 | $48,4\text{ kg/m}^2$ ($0,484\text{ kN/m}^2$) |
| 2 | Lớp vữa lót dày 1,5 cm ($\gamma = 1800\text{ kg/m}^3$) | $27\text{ kg/m}^2$ ($0,27\text{ kN/m}^2$) | 1,2 | $32,4\text{ kg/m}^2$ ($0,324\text{ kN/m}^2$) |
| 3 | Bản bê tông cốt thép chịu lực dày 10 cm ($\gamma = 2500\text{ kg/m}^3$) | $250\text{ kg/m}^2$ | 1,1 | $275,0\text{ kg/m}^2$ |
| 4 | Lớp vữa trát trần dày 1,5 cm ($\gamma = 1800\text{ kg/m}^3$) | $27\text{ kg/m}^2$ ($0,27\text{ kN/m}^2$) | 1,2 | $32,4\text{ kg/m}^2$ ($0,324\text{ kN/m}^2$) |
| 5 | Hệ khung xương thép trần giả | $50\text{ kg/m}^2$ ($0,50\text{ kN/m}^2$) | 1,0 | $50,0\text{ kg/m}^2$ ($0,500\text{ kN/m}^2$) |
| 6 | Tấm trần nhựa Lambris Đài Loan dày 1 cm | $10\text{ kg/m}^2$ ($0,10\text{ kN/m}^2$) | 1,0 | $10,0\text{ kg/m}^2$ ($0,100\text{ kN/m}^2$) |
| Tổng tĩnh tải sàn nhà | $408\text{ kg/m}^2$ | $448,2\text{ kg/m}^2$ | ||
| II | Tĩnh tải sàn mái M2 (bê tông chống thấm 4cm, gạch lát 4cm) | $556,6\text{ kg/m}^2$ | ||
| III | Tĩnh tải sàn khu vệ sinh (gạch lát 2cm, chống thấm 4cm, ống kỹ thuật) | $520,2\text{ kg/m}^2$ | ||
| IV | Hoạt tải sử dụng sàn (TCVN 2737-1995) | |||
| 1 | Mái | $75\text{ kg/m}^2$ ($0,75\text{ kN/m}^2$) | 1,3 | $97,5\text{ kg/m}^2$ ($0,98\text{ kN/m}^2$) |
| 2 | Phòng văn phòng | $200\text{ kg/m}^2$ ($2,00\text{ kN/m}^2$) | 1,2 | $240,0\text{ kg/m}^2$ ($2,00 \div 2,40\text{ kN/m}^2$) |
| 3 | Sảnh, ban công | $300\text{ kg/m}^2$ ($3,00\text{ kN/m}^2$) | 1,2 | $360,0\text{ kg/m}^2$ ($3,15\text{ kN/m}^2$) |
| 4 | Phòng họp | $400\text{ kg/m}^2$ ($4,00\text{ kN/m}^2$) | 1,2 | $480,0\text{ kg/m}^2$ ($3,68\text{ kN/m}^2$) |
| 5 | Kho hàng, siêu thị, phòng chuẩn bị | $400\text{ kg/m}^2$ ($4,00\text{ kN/m}^2$) | 1,2 | $480,0\text{ kg/m}^2$ ($4,80\text{ kN/m}^2$) |
| 6 | Cà phê, giải khát | $300\text{ kg/m}^2$ ($3,00\text{ kN/m}^2$) | 1,2 | $360,0\text{ kg/m}^2$ ($2,56\text{ kN/m}^2$) |
| 7 | Khu vệ sinh WC | $200\text{ kg/m}^2$ ($2,00\text{ kN/m}^2$) | 1,2 | $240,0\text{ kg/m}^2$ ($2,40\text{ kN/m}^2$) |
Tổng tải trọng tính toán tác dụng lên ô sàn làm việc văn phòng: $q = g_{tt} + p_{tt} = 448,2 + 240 = 688,2\text{ kg/m}^2$.
c. Tính toán nội lực và bố trí cốt thép sàn
- Đối với ô bản 2 phương (Ví dụ ô $\text{Ô1}$ kích thước $4,5\text{ m} \times 4,5\text{ m}$):
- Nhịp tính toán trừ bề rộng dầm ($b_d = 0,3\text{ m}$ và $0,22\text{ m}$): $l_1 = 4,2\text{ m}$, $l_2 = 4,28\text{ m}$, tỷ số $l_2/l_1 = 1,02 < 2$.
- Tải trọng: $P' = (g + p/2) l_1 l_2 = 10213,9\text{ kg}$; $P'' = (p/2) l_1 l_2 = 2157,1\text{ kg}$; Tổng $P = 12371\text{ kg}$.
- Tra bảng 1-19 theo sơ đồ 9: $m_{11} = 0,0358$, $m_{12} = 0,0353$, $m_{91} = 0,01781$, $m_{92} = 0,0177$, $k_{91} = 0,0422$, $k_{92} = 0,0408$.
- Mô men uốn tính toán:
- Nhịp phương ngắn: $M_1 = 404,07\text{ kgm}$, diện tích thép yêu cầu $A_{s1} = 2,17\text{ cm}^2/\text{m}$ $\rightarrow$ Chọn $\phi 8a200$ ($A_s = 2,51\text{ cm}^2$).
- Nhịp phương dài: $M_2 = 398,73\text{ kgm}$, diện tích thép yêu cầu $A_{s2} = 2,44\text{ cm}^2/\text{m}$ $\rightarrow$ Chọn $\phi 8a200$.
- Gối phương ngắn: $M_I = 522,0\text{ kgm}$, diện tích thép yêu cầu $A_{s1} = 2,81\text{ cm}^2/\text{m}$ $\rightarrow$ Chọn $\phi 8a150$ hoặc $\phi 8a200$.
- Gối phương dài: $M_{II} = 504,7\text{ kgm}$, diện tích thép yêu cầu $A_{s2} = 3,08\text{ cm}^2/\text{m}$.
- Đối với ô bản 1 phương (Ví dụ ô $\text{Ô9}$ kích thước $1,8\text{ m} \times 4,5\text{ m}$):
- Cắt dải bản rộng 1 m theo phương cạnh ngắn.
- Mô men dương giữa nhịp: $M_1 = \frac{q l^2}{8} = \frac{688,2 \times 1,8^2}{8} = 279\text{ kgm}$.
- Mô men âm trên gối: $M_I = \frac{q l^2}{12} = \frac{688,2 \times 1,8^2}{12} = 186\text{ kgm}$.
- Quy cách bố trí: Thép chịu mô men dương ở lớp dưới đặt chạy suốt; thép chịu mô men âm ở lớp trên bố trí dạng thép mũ để tiết kiệm khối lượng; cốt thép cấu tạo sử dụng thanh thép tròn trơn $\phi 6a200$.
2. Thiết kế kết cấu khung trục 2
a. Sơ bộ kích thước tiết diện dầm và cột
Kích thước tiết diện các cấu kiện dầm và cột của khung trục 2 được xác định sơ bộ theo tải trọng và khẩu độ nhịp:
- Tiết diện dầm:
- Dầm nhịp 4,2 m và 4,5 m: Chọn chiều cao $h_d = 40\text{ cm} = 0,4\text{ m}$, bề rộng $b_d = 22\text{ cm} = 0,22\text{ m}$ ($220 \times 400\text{ mm}$).
- Dầm nhịp 5,4 m: Chọn $h_d = 50\text{ cm} = 0,5\text{ m}$, $b_d = 22\text{ cm} = 0,22\text{ m}$ ($220 \times 500\text{ mm}$).
- Dầm nhịp 8,0 m và 9,0 m: Chọn $h_d = 80\text{ cm} = 0,8\text{ m}$, $b_d = 30\text{ cm} = 0,3\text{ m}$ ($300 \times 800\text{ mm}$).
- Tiết diện cột: Dự tính giảm kích thước tiết diện 2 lần theo chiều cao công trình (tại cao trình sàn tầng 3 và sàn tầng 7) để tối ưu hóa không gian sử dụng và tiết kiệm vật liệu:
| Trục cột | Tiết diện Tầng Hầm - Tầng 2 | Tiết diện Tầng 3 - Tầng 6 | Tiết diện Tầng 7 - Tầng 10 |
|---|---|---|---|
| Cột trục A | $250 \times 250\text{ mm}$ ($25 \times 25\text{ cm}$) | $250 \times 250\text{ mm}$ | $250 \times 250\text{ mm}$ |
| Cột trục B | $450 \times 600\text{ mm}$ ($45 \times 60\text{ cm}$) | $400 \times 500\text{ mm}$ ($40 \times 50\text{ cm}$) | $350 \times 400\text{ mm}$ ($35 \times 40\text{ cm}$) |
| Cột trục C, D | $500 \times 800\text{ mm}$ ($50 \times 80\text{ cm}$) | $450 \times 700\text{ mm}$ ($45 \times 70\text{ cm}$) | $350 \times 500\text{ mm}$ ($35 \times 50\text{ cm}$) |
| Cột trục E | $400 \times 550\text{ mm}$ ($40 \times 55\text{ cm}$) | $350 \times 450\text{ mm}$ ($35 \times 45\text{ cm}$) | $250 \times 300\text{ mm}$ ($25 \times 30\text{ cm}$) |
| Cột trục G | $250 \times 300\text{ mm}$ ($25 \times 30\text{ cm}$) | $250 \times 300\text{ mm}$ | $250 \times 300\text{ mm}$ |
b. Xác định tải trọng tác động vào khung
- Tĩnh tải: Tĩnh tải các lớp hoàn thiện sàn truyền vào dầm (không kể trọng lượng bản sàn BTCT vì phần mềm ETABS tự động tính toán trọng lượng riêng bản sàn), trọng lượng tường xây chèn 220 mm và gờ chắn.
- Hoạt tải: Hoạt tải phân bố trên sàn nhân với hệ số giảm tải $\Psi_A$ theo TCVN 2737-1995:
- Khu vực văn phòng: $\Psi_{A1} = 0,4 + \frac{0,6}{\sqrt{A / A_1}}$ (với $A_1 = 9\text{ m}^2$).
- Khu vực phòng họp: $\Psi_{A2} = 0,5 + \frac{0,5}{\sqrt{A / A_2}}$ (với $A_2 = 36\text{ m}^2$).
- Tải trọng gió: Xác định giá trị gió tĩnh theo phương vuông góc và phương song song với mặt bằng công trình. Tải trọng gió phân bố trên cột $q_{tt} = n \cdot W_0 \cdot k \cdot c \cdot B$, gió tác dụng lên mái quy đổi thành lực tập trung $S = q_m \times H_m$ đặt tại đỉnh cột.
c. Tính toán cốt thép dầm khung
Thực hiện tính toán kiểm tra cho dầm B184 tầng 2 (nhịp A-B) bằng bê tông B20 ($R_b = 11,5\text{ MPa}$), thép dọc AII ($R_s = 280\text{ MPa}$):
- Tại gối A (mô men âm $M_A = -65,68\text{ kNm}$): Tiết diện chữ nhật $220 \times 400\text{ mm}$, $h_0 = 35\text{ cm}$, tính ra diện tích thép yêu cầu $A_s \rightarrow$ Chọn $2\phi 20 + 1\phi 18$ ($A_s = 8,828\text{ cm}^2$).
- Tại giữa nhịp AB (mô men dương $M_{AB} = 33,22\text{ kNm}$): Tính toán theo tiết diện chữ T có độ vươn cánh $b'_f = 122\text{ cm}$, $h_0 = 36\text{ cm}$, trục trung hòa đi qua cánh, tính ra $A_s = 3,482\text{ cm}^2 \rightarrow$ Chọn $2\phi 20$ ($A_s = 6,283\text{ cm}^2$).
- Tại gối B (mô men âm $M_B = -41,76\text{ kNm}$): Chọn $2\phi 20 + 1\phi 18$ ($A_s = 8,828\text{ cm}^2$).
- Tính cốt đai dầm: Lực cắt lớn nhất từ tổ hợp $Q_{max} = 77,63\text{ kN} = 7763\text{ daN}$. Kiểm tra điều kiện bê tông chịu nén chính theo ứng suất nghiêng thỏa mãn ($27324\text{ daN} > 7763\text{ daN}$). Bố trí cốt đai nhánh đôi $\phi 6$ với khoảng cách $s = 150\text{ mm}$ ở khu vực gối tựa ($\phi 6a150$) và $s = 200\text{ mm}$ ở khoảng giữa nhịp ($\phi 6a200$).
d. Tính toán cốt thép cột khung
Thực hiện tính toán bài toán cột chịu nén uốn lệch tâm xiên theo hai phương X và Y:
- Cột C9 tầng hầm (tiết diện $450 \times 600\text{ mm}$): Tính toán cho 3 cặp nội lực nguy hiểm, tính toán cốt thép đối xứng theo phương X ($A_s = 12,6 \div 13,4\text{ cm}^2$) và phương Y.
- Cột C8 tầng 10 (tiết diện $400 \times 400\text{ mm}$): Tính toán cốt thép theo 3 cặp tổ hợp nội lực nguy hiểm.
- Cấu tạo cốt đai cột: Sử dụng thép đai $\phi 8a200$, tại các vùng tới hạn (đoạn nối chồng, hai đầu mút cột) bố trí đai dày $\phi 6a100$ hoặc $\phi 8a100$.
3. Thiết kế nền móng công trình (Móng A-2 và C-2)
a. Đánh giá điều kiện địa chất công trình
Theo số liệu hố khoan khảo sát địa chất tại số 8 Láng Hạ, nền đất gồm 4 lớp địa tầng phân bố từ trên xuống:
- Lớp 1 (Đất lấp): Chiều dày trung bình 5,8 m; là lớp đất đắp yếu, không đủ khả năng chịu tải cho móng công trình.
- Lớp 2 (Sét pha): Chiều dày trung bình 0,6 m; màu xám xanh, xám nâu, trạng thái dẻo chảy ($R_0 = 700\text{ kPa}$, dung trọng $\gamma = 18,3\text{ kN/m}^3$, độ ẩm $W = 34,4%$), sức chịu tải rất thấp, bỏ qua trong tính toán.
- Lớp 3 (Cát hạt thô, chặt vừa): Chiều dày trung bình 2,1 m; màu xám vàng, lẫn sạn sỏi; sức chịu tải quy ước $R_0 = 1800\text{ kN/m}^2$.
- Lớp 4 (Cát hạt thô, rất chặt): Chiều dày khảo sát chưa kết thúc là 10,5 m; màu xám vàng, xám trắng; sức chịu tải quy ước $R_0 = 4000\text{ kN/m}^2$; là lớp đất có khả năng chịu lực rất tốt, phù hợp chọn làm lớp đặt mũi cọc.
- Mực nước ngầm xuất hiện ở độ sâu trung bình 1,2 m so với mặt đất tự nhiên. Cao trình cốt ngoài nhà là $-1,5\text{ m}$ (tương ứng cốt cao độ chuẩn Hà Nội $+5,0\text{ m}$); cốt sàn tầng 1 ($\pm 0,000\text{ m}$) tương ứng cốt chuẩn $+6,5\text{ m}$.
b. Lựa chọn giải pháp móng và kết cấu móng
- Giải pháp: Chọn giải pháp móng cọc ép bê tông cốt thép đài thấp dưới các cột khung K2.
- Thông số cọc:
- Tiết diện cọc: Cọc vuông $300 \times 300\text{ mm}$ ($30 \times 30\text{ cm}$).
- Chiều dài cọc: $L = 8\text{ m}$.
- Cốt thép cọc: Thép dọc chịu lực $4\phi 12$ nhóm AII ($R_a = 28 \times 10^4\text{ kN/m}^2$, diện tích $F_a = 4,524 \times 10^{-4}\text{ m}^2$), cốt đai $\phi 6$.
- Mũi cọc cắm sâu vào lớp đất tốt thứ 4 (cát hạt thô rất chặt) một đoạn 2,0 m.
- Kích thước đài cọc: Chiều cao đài $h_đ = 0,8\text{ m}$, lớp bê tông lót mác 50 dày 10 cm ($0,1\text{ m}$), cao trình đáy đài đặt ở độ sâu $-3,0\text{ m}$ so với cốt mặt đất tự nhiên. Đầu cọc được ngàm vào đài cọc bằng cách đập vỡ bê tông đầu cọc 0,35 m để lộ cốt thép liên kết và ngàm thân cọc nguyên vẹn vào đài 15 cm.
- Hệ dầm giằng móng: Giằng móng có cao trình chân bằng cốt đáy đài móng:
- Với bước cột 4,2 m; 4,5 m; 5,4 m: Tiết diện giằng $b \times h = 400 \times 500\text{ mm}$ (trọng lượng $g_1 = 5,5\text{ kN/m}$).
- Với bước cột 8,0 m; 9,0 m: Tiết diện giằng $b \times h = 400 \times 800\text{ mm}$ (trọng lượng $g_2 = 8,8\text{ kN/m}$).
c. Sức chịu tải của cọc đơn
- Sức chịu tải theo độ bền vật liệu làm cọc ($P_v$): $$P_v = \varphi (R_b F_b + R_a F_a) = 1,0 \times (11,5 \times 10^3 \times 0,09 + 28 \times 10^4 \times 4,524 \times 10^{-4})$$
- Sức chịu tải theo cường độ đất nền ($P_đ$): $$P_đ = m \left( m_R R F + u \sum m_{fi} f_i l_i \right)$$ Với $m = 1,0$, $m_R = 1,0$, $R = 4000\text{ kN/m}^2$, $F = 0,09\text{ m}^2$, $u = 1,2\text{ m}$, tính toán ma sát các lớp đất $f_i$ phân đoạn dọc thân cọc: $$P_đ = 1,0 \times [1,0 \times 4000 \times 0,09 + 1,2 \times (35 \times 1,0 + 42 \times 1,1 + 65 \times 2,0)] = 613,44\text{ kN}$$
- Kết luận chọn sức chịu tải: Vì $P_v > P_đ$ nên sức chịu tải cho phép của cọc đơn dùng trong thiết kế được lấy theo đất nền là $P = P_đ = 613\text{ kN}$.
Kết quả và đóng góp kỹ thuật
Tài liệu đã giải quyết đầy đủ và nhất quán các khâu tính toán kết cấu cho công trình văn phòng 10 tầng:
- Thiết lập quy trình bóc tách tải trọng chi tiết cho các cấu kiện sàn, tường, mái và hoạt tải sử dụng theo đúng TCVN 2737-1995, có xét đến hệ số giảm tải hoạt tải $\Psi_A$ theo diện tích sàn chịu tải.
- Sử dụng mô hình không gian 3D trên phần mềm ETABS 9.04 kết hợp giữa hệ khung dầm và vách/lõi cứng thang máy, phản ánh chính xác trạng thái chịu lực của công trình cao tầng có tỷ số mặt bằng $L/B < 2$.
- Đề xuất giải pháp thay đổi tiết diện cột 2 lần (tại tầng 3 và tầng 7) dọc theo chiều cao nhà, vừa đảm bảo khả năng chịu lực lệch tâm xiên, vừa giúp tiết kiệm khối lượng bê tông và tối ưu hóa diện tích sử dụng ở các tầng trên.
- Đưa ra giải pháp nền móng cọc bê tông cốt thép $300 \times 300\text{ mm}$ cắm vào tầng cát hạt thô rất chặt (lớp 4) có sức chịu tải $613\text{ kN}$, giải quyết triệt để bài toán nền đất yếu bề mặt dày 5,8 m tại khu vực Láng Hạ, Hà Nội.
Hạn chế và phạm vi áp dụng
- Phạm vi tài liệu: Nội dung văn bản tập trung chủ yếu vào Phần II - Thiết kế kết cấu (chiếm 45% khối lượng đồ án tốt nghiệp), chưa bao gồm các phần kiến trúc, thuyết minh thi công và dự toán tổng mức đầu tư của công trình.
- Giới hạn tính toán tải trọng gió: Do công trình có chiều cao $39,2\text{ m} < 40\text{ m}$, tác giả chỉ tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió theo TCVN 2737-1995 mà chưa xét đến thành phần động của gió cũng như tác động của tải trọng động đất.
Giá trị tham khảo
Tài liệu là nguồn tham khảo kỹ thuật cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng dân dụng và công nghiệp trong quá trình thực hiện đồ án môn học Bê tông cốt thép 2, Đồ án Nền móng và Đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng:
- Tham khảo phương pháp phân loại ô bản sàn 1 phương / 2 phương và quy trình tra bảng nội lực bản đàn hồi.
- Tham khảo phương pháp xác định sơ bộ kích thước tiết diện dầm, cột nhiều tầng và bảng tra giảm tải hoạt tải.
- Tham khảo các bước tính toán cốt thép dầm chữ T, cột chịu nén lệch tâm xiên 2 phương và quy trình tính sức chịu tải móng cọc đóng/ép qua các lớp địa chất điển hình tại Hà Nội.
Câu hỏi thường gặp
1. Công trình có quy mô kiến trúc và địa điểm xây dựng tại đâu?
Công trình là tòa nhà Văn phòng Giao dịch Công ty Xây dựng Số 3, xây dựng tại số 8 đường Láng Hạ, thành phố Hà Nội. Quy mô công trình gồm 10 tầng nổi và 1 tầng hầm, tổng chiều cao 39,2 m, diện tích mặt bằng xây dựng 728 $\text{m}^2$ ($22,2\text{ m} \times 36,8\text{ m}$).
2. Vì sao tác giả áp dụng mô hình khung không gian 3D kết hợp lõi cứng để phân tích nội lực?
Do công trình cao 10 tầng chịu tải trọng đứng và ngang lớn, mặt bằng có tỷ số cạnh $L/B = 36,8 / 22,2 \approx 1,66 < 2$ và có bố trí lõi cứng khu thang máy, việc mô hình hóa không gian bằng phần mềm ETABS 9.04 giúp mô tả đúng sự phân phối tải trọng và làm việc đồng thời giữa hệ khung và vách lõi.
3. Bản sàn tầng điển hình được chọn chiều dày bao nhiêu và tải trọng sàn văn phòng tính như thế nào?
Chiều dày bản sàn tầng điển hình được chọn thống nhất là $h_b = 10\text{ cm}$. Tổng tĩnh tải tính toán của sàn văn phòng là $448,2\text{ kg/m}^2$, hoạt tải tính toán là $240\text{ kg/m}^2$ (hoạt tải tiêu chuẩn $200\text{ kg/m}^2$, hệ số vượt tải $n=1,2$), tổng tải trọng tác dụng lên bản sàn đạt $688,2\text{ kg/m}^2$.
4. Kích thước tiết diện cột khung trục 2 thay đổi như thế nào qua các tầng?
Tiết diện cột được giảm kích thước 2 lần tại tầng 3 và tầng 7. Ví dụ: Cột trục B từ $450 \times 600\text{ mm}$ (tầng hầm - 2) giảm xuống $400 \times 500\text{ mm}$ (tầng 3 - 6) và $350 \times 400\text{ mm}$ (tầng 7 - 10); Cột trục C và D từ $500 \times 800\text{ mm}$ giảm xuống $450 \times 700\text{ mm}$ và $350 \times 500\text{ mm}$.
5. Giải pháp nền móng được lựa chọn là gì và sức chịu tải của cọc đơn đạt bao nhiêu?
Công trình sử dụng móng cọc bê tông cốt thép tiết diện $300 \times 300\text{ mm}$, chiều dài cọc 8 m ($4\phi 12$ AII), mũi cọc cắm vào lớp 4 (cát hạt thô rất chặt) 2 m. Sức chịu tải tính toán của cọc đơn theo đất nền đạt $P = 613,44\text{ kN}$ (lấy $613\text{ kN}$).
Kết luận
Phần II Kết cấu của đồ án tốt nghiệp "Thiết kế văn phòng công ty xây dựng số 3" do sinh viên Hoàng Đình Tiến thực hiện đã hoàn thành các nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật từ sàn tầng điển hình, hệ khung không gian trục 2 đến móng cọc đài thấp. Các bước tính toán tuân thủ đúng các tiêu chuẩn xây dựng hiện hành như TCVN 2737-1995 và áp dụng phần mềm chuyên dụng ETABS 9.04. Tài liệu cung cấp đầy đủ các bảng biểu bóc tách tải trọng, số liệu nội lực, tính toán cốt thép và đánh giá địa chất, là tài liệu tham khảo cho sinh viên và kỹ sư thiết kế kết cấu công trình dân dụng cao tầng.