Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp của tác giả Mai Văn An tập trung vào nhiệm vụ thiết kế kết cấu công trình bê tông cốt thép toàn khối. Trong thực tế xây dựng công trình dân dụng, việc lựa chọn hệ kết cấu chịu lực, xác định chính xác các thành phần tải trọng tác động theo tiêu chuẩn hiện hành, mô hình hóa không gian và bố trí cốt thép hợp lý cho các cấu kiện cơ bản (sàn, dầm, cột, móng) là yêu cầu kỹ thuật then chốt nhằm bảo đảm an toàn chịu lực và tối ưu hóa điều kiện thi công.

Các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu, thiết kế được xác định gồm 5 nội dung chính:

  1. Lập sơ đồ kết cấu của công trình trên cơ sở số liệu thiết kế đã cho, xác định sơ bộ kích thước các cấu kiện chịu lực và thiết lập mặt bằng kết cấu điển hình của công trình.
  2. Xác định các loại tải trọng tác dụng lên công trình bao gồm tải trọng thường xuyên (tĩnh tải kết cấu và các lớp cấu tạo hoàn thiện), tải trọng tạm thời (hoạt tải sử dụng và tải trọng gió).
  3. Xác định nội lực và thiết lập các trường hợp tổ hợp nội lực cho khung trục không gian điển hình.
  4. Thiết kế, tính toán và cấu tạo cốt thép cho các mặt cắt dầm, cột; thể hiện phương án bố trí cốt thép cho khung trục điển hình.
  5. Thiết kế kết cấu móng cho công trình và thể hiện toàn bộ giải pháp thiết kế trên hệ thống bản vẽ kỹ thuật khổ giấy A1.

Đối tượng và phạm vi thiết kế của đồ án:

  • Đối tượng: Kết cấu chịu lực dạng khung không gian bê tông cốt thép toàn khối cho công trình nhà 4 tầng (bao gồm 1 tầng trệt, 3 tầng sử dụng và 1 tầng mái), có tổng chiều cao công trình là $20,2\text{ m}$ (cao độ đỉnh mái phục vụ tính gió là $20,7\text{ m}$).
  • Phạm vi không gian và quy mô kích thước: Mặt bằng công trình gồm 2 nhịp theo phương ngang nhà $B_1 = 6\text{ m}$, $B_2 = 6\text{ m}$; 5 bước gian theo phương dọc nhà $L_1 = L_2 = L_3 = L_4 = L_5 = 7,2\text{ m}$. Chiều cao các tầng gồm tầng 1 ($H_1 = 3,6\text{ m}$ hoặc $4,5\text{ m}$ tùy cao trình tính toán), tầng 2 ($H_2 = 3,6\text{ m}$), tầng 3 và tầng 4 ($H_3 = H_4 = 4,5\text{ m}$), tầng mái ($H_m = 3,6\text{ m}$).
  • Phạm vi địa lý: Địa điểm xây dựng tại huyện Gia Lâm, thành phố Hà Nội, thuộc vùng áp lực gió II với dạng địa hình B.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án vận dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng Việt Nam và các tài liệu chuyên khảo về cơ học kết cấu, thiết kế bê tông cốt thép:

  • Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2018: Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép.
  • Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2737:2023: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế (áp dụng cho xác định hoạt tải sử dụng, hệ số độ tin cậy và tải trọng gió dạng động kết hợp hiệu ứng giật).
  • Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam TCXDVN 356-2005 kết hợp phương pháp tính toán gần đúng của GS. TS. Nguyễn Đình Cống: Áp dụng trong tính toán cốt thép cột chịu nén lệch tâm xiên thông qua việc quy đổi về nén lệch tâm phẳng tương đương.
  • Tài liệu chuyên khảo: "Khung bê tông cốt thép toàn khối" (Lê Bá Huế chủ biên, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2009); "Kết cấu bê tông cốt thép phần cấu kiện cơ bản" (Ngô Đăng Quang); "Kết cấu bê tông cốt thép tập 2 - Cấu kiện nhà cửa" (Võ Bá Tầm).

Phương pháp tính toán và xử lý số liệu bao gồm:

  • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Ứng dụng phần mềm Etabs 2021 để mô hình hóa không gian 3D, phân tích phản ứng động học (chu kỳ dao động riêng $T_1 = 0,99\text{ s}$), xuất các biểu đồ nội lực (mô men uốn $M$, lực cắt $Q$, lực dọc $N$) và thực hiện 13 trường hợp tổ hợp tải trọng cùng tổ hợp bao (Envelope).
  • Phương pháp giải tích và tra bảng kỹ thuật: Áp dụng sơ đồ tính cắt dải $1\text{ m}$ và tra bảng theo sơ đồ 9, Phụ lục 15 (giáo trình Võ Bá Tầm) để xác định nội lực cho các ô bản sàn sườn liên kết ngàm vào dầm.
  • Phương pháp lập bảng tính Excel: Tự động hóa quá trình tính toán diện tích cốt thép yêu cầu, kiểm tra hàm lượng cốt thép ($\mu%$) và kiểm tra lại khả năng chịu lực của tiết diện ($M_{tk} \ge M_{yc}$).

Nguồn thông số vật liệu và dữ liệu đầu vào:

  • Bê tông: Sử dụng cấp độ bền B25, có cường độ chịu nén tính toán $R_b = 14,5\text{ MPa}$, cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1,05\text{ MPa}$.
  • Cốt thép dọc chịu lực: Thép nhóm CB400-V, có cường độ tính toán chịu kéo và chịu nén $R_s = R_{sc} = 350\text{ MPa}$.
  • Cốt thép đai và cốt thép cấu tạo: Thép nhóm CB300-T, có cường độ tính toán chịu kéo và chịu nén $R_s = R_{sc} = 260\text{ MPa}$, cường độ tính toán chịu cắt của cốt đai $R_{sw} = 210\text{ MPa}$.
  • Áp lực gió cơ sở: Khu vực Gia Lâm – Hà Nội (vùng II), áp lực gió cơ sở $W_0 = 95\text{ daN/m}^2$, chu kỳ lặp và các hệ số quy đổi theo TCVN 2737:2023.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG I: LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU

Chương này trình bày quá trình phân tích đặc điểm kiến trúc, lựa chọn hình thức kết cấu và tính toán xác định sơ bộ kích thước tiết diện của toàn bộ các cấu kiện chịu lực chính trong công trình:

  • Giải pháp kết cấu chịu lực: Tác giả lựa chọn hệ kết cấu khung bê tông cốt thép toàn khối kết hợp sàn sườn toàn khối có dầm chính đi qua cột và hệ dầm phụ. Ưu điểm của giải pháp là tính toàn khối cao, bảo đảm chất lượng, thuận tiện với công nghệ thi công hiện hành dù có nhược điểm về khối lượng ván khuôn.
  • Xác định sơ bộ tiết diện bản sàn:
    • Chiều dày bản sàn phòng, sảnh, bếp, sàn mái được chọn $h_s = 150\text{ mm}$.
    • Chiều dày sàn khu vệ sinh (kích thước $2100 \times 4180\text{ mm}$) được chọn $h_s = 100\text{ mm}$.
  • Xác định sơ bộ kích thước tiết diện dầm: Dựa trên công thức kinh nghiệm $h_d = (\frac{1}{m}) \cdot L$ (với $m = 8 \div 12$ đối với dầm chính, $m = 12 \div 16$ đối với dầm phụ) và bề rộng $b_d = (0,3 \div 0,5) \cdot h_d$:
    • Dầm ngang khung trục BC ($L = 6000\text{ mm}$) và trục AB ($L = 6000\text{ mm}$): Chọn tiết diện $220 \times 650\text{ mm}$.
    • Dầm dọc nhà ($L = 7200\text{ mm}$): Chọn tiết diện $220 \times 650\text{ mm}$ để đồng bộ cốp pha và thuận tiện thi công.
    • Dầm phụ ngăn khu vệ sinh ($L = 4180\text{ mm}$): Chọn tiết diện $220 \times 350\text{ mm}$.
  • Xác định sơ bộ kích thước tiết diện cột: Diện tích tiết diện cột sơ bộ xác định theo tải trọng truyền theo diện tích $S$, số tầng $n$, suất tải trọng sàn $q = 14\text{ kN/m}^2$ và hệ số ảnh hưởng mô men $k$:
    • Cột trục A (diện tích truyền tải $S = 21,6\text{ m}^2$, lực nén $N = 100104,83\text{ N}$): Chọn tiết diện $300 \times 400\text{ mm}$.
    • Cột trục B (diện tích truyền tải $S = 43,2\text{ m}^2$, lực nén $N = 2419,2\text{ kN}$): Chọn tiết diện $400 \times 550\text{ mm}$.
    • Cột trục C: Chọn tiết diện $300 \times 400\text{ mm}$ tương tự cột trục A.
Cấu kiện Vị trí / Ký hiệu Kích thước chọn ($b \times h$ hoặc $h_s$)
Bản sàn Sàn phòng, sảnh, bếp, sàn mái $150\text{ mm}$
Sàn vệ sinh $100\text{ mm}$
Dầm khung Dầm dọc nhà ($L = 7,2\text{ m}$) $220 \times 650\text{ mm}$
Dầm ngang trục AB, BC ($L = 6\text{ m}$) $220 \times 650\text{ mm}$
Dầm ngăn vệ sinh ($L = 4,18\text{ m}$) $220 \times 350\text{ mm}$
Cột khung Cột biên trục A, C $300 \times 400\text{ mm}$
Cột giữa trục B $400 \times 550\text{ mm}$

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ KHUNG TRỤC 3

Nội dung chương II tập trung vào việc mô hình hóa khung phẳng/khung không gian trục 3, xác định chi tiết tải trọng, giải nội lực trên Etabs 2021 và thực hiện thiết kế cốt thép dầm, cột:

1. Xác định tải trọng tác dụng

  • Tĩnh tải các lớp cấu tạo sàn và tường:
    • Sàn phòng làm việc, kế hoạch, kỹ thuật in: Tĩnh tải hoàn thiện tính toán đạt $123,6\text{ daN/m}^2$ ($1,236\text{ kN/m}^2$).
    • Sàn phòng vệ sinh: Tĩnh tải tính toán đạt $117,8\text{ daN/m}^2$ ($1,178\text{ kN/m}^2$).
    • Sàn mái seno M2: $95,8\text{ daN/m}^2$; sàn mái M3: $129,84\text{ daN/m}^2$; sàn mái M1: $121,8\text{ daN/m}^2$.
    • Tải trọng cầu thang: $202,04\text{ daN/m}^2$.
    • Tường xây gạch 220 (dày $220\text{ mm}$ kèm 2 lớp trát): Tĩnh tải phân bố đạt $505,8\text{ daN/m}^2$. Tường xây 110: $288\text{ daN/m}^2$. Hệ số giảm tải trọng lỗ cửa sổ/cửa đi lấy bằng $0,85$.
    • Tải trọng kính cường lực ($10\text{ mm}$): $1,02\text{ kN/m}$.
    • Tải trọng mái ngói, cầu phong, li-tô, xà gồ và tường thu hồi (cao $1,79\text{ m}$) được quy đổi thành tải trọng phân bố đều tác dụng trực tiếp lên dầm áp mái với giá trị tải xà gồ là $4,074\text{ kN/m}$ và tải tường thu hồi tương ứng.
  • Hoạt tải sử dụng (TCVN 2737:2023): Phòng làm việc ($2,6\text{ kN/m}^2$), phòng trưng bày ($5,2\text{ kN/m}^2$), hành lang ($3,9\text{ kN/m}^2$), cầu thang ($3,9\text{ kN/m}^2$), phòng ăn/giải khát ($3,9\text{ kN/m}^2$), khu vệ sinh ($1,95\text{ kN/m}^2$), sàn kho ($6,0\text{ kN/m}^2$), mái không sử dụng ($0,39\text{ kN/m}^2$).
  • Tải trọng gió (TCVN 2737:2023): Tính toán áp lực gió tương đương quy về dầm biên theo mức tầng dựa trên hệ số độ cao $k(z_e)$, hệ số khí động phía đón gió $c_e(D)$ và phía khuất gió $c_e(E)$, hệ số hiệu ứng giật $G_f = 0,85$, áp lực gió cơ sở $W_0 = 0,95\text{ kN/m}^2$:
Tầng Cao độ $z$ (m) Chiều cao đón gió (m) $W_X$ đón gió (kN/m) $W_X$ hút gió (kN/m) $W_Y$ đón gió (kN/m) $W_Y$ hút gió (kN/m)
T1 4,50 3,60 2,13 -1,09 2,29 -1,50
T2 8,10 4,05 2,39 -1,23 2,58 -1,69
T3 12,60 4,50 2,66 -1,36 2,86 -1,88
T4 17,10 4,05 2,38 -1,22 2,58 -1,69
Mái 20,70 1,80 1,05 -0,53 1,14 -0,74

2. Tổ hợp tải trọng và phân tích nội lực

Tác giả thiết lập 13 trường hợp tổ hợp nội lực cơ bản (COMBO 1 đến COMBO 13) và 1 tổ hợp bao (COMBOBAO - Envelope) theo đúng quy định của TCVN 2737:2023, kết hợp tải trọng bản thân kết cấu với hệ số vượt tải $n = 1,1$. Kết quả xuất ra từ Etabs cung cấp đầy đủ biểu đồ bao mô men ($M$), lực cắt ($Q$) và lực dọc ($N$).

3. Tính toán cốt thép dầm khung trục 3

Cốt thép dầm được tính toán cho dầm trục BC ($220 \times 650\text{ mm}$) và trục AB ($220 \times 650\text{ mm}$) qua các tầng. Tại gối (mô men âm), dầm được tính theo tiết diện chữ nhật $b \times h = 220 \times 650\text{ mm}$; tại nhịp (mô men dương), dầm được tính toán theo tiết diện chữ T với bề rộng cánh chịu nén hữu hiệu $b'_f = 2020\text{ mm}$.

Cấu kiện dầm Vị trí tiết diện Mô men $M$ (kN·m) $A_s$ yêu cầu ($mm^2$) Cốt thép lựa chọn $A_s$ chọn ($mm^2$) Khả năng chịu lực $M_{tk}$ (kN·m)
Dầm BC Tầng 1 Gối B -359,19 2122,22 $3\Phi25 + 2\Phi22$ 2233 368,5 (Thỏa mãn)
Nhịp giữa 174,73 839,06 $2\Phi25$ 982 202,2 (Thỏa mãn)
Gối C -198,91 1047,52 $3\Phi25$ 1473 283,0 (Thỏa mãn)
Dầm BC Tầng 2 Gối B -323,69 1856,51 $3\Phi25 + 2\Phi22$ 2233 368,5 (Thỏa mãn)
Nhịp giữa 159,93 767,44 $2\Phi25$ 982 208,7 (Thỏa mãn)
Gối C -186,76 976,52 $2\Phi25$ 982 192,2 (Thỏa mãn)
Dầm BC Tầng 3 Gối B -304,35 1719,67 $3\Phi25 + 2\Phi22$ 2233 368,5 (Thỏa mãn)
Nhịp giữa 163,59 785,14 $2\Phi25$ 982 208,7 (Thỏa mãn)
Gối C -142,11 724,74 $2\Phi25$ 982 192,2 (Thỏa mãn)
Dầm BC Áp mái Gối B -152,40 781,56 $2\Phi25$ 982 192,2 (Thỏa mãn)
Nhịp giữa 100,64 481,55 $2\Phi25$ 982 208,7 (Thỏa mãn)
Gối C -105,50 527,86 $2\Phi25$ 982 192,2 (Thỏa mãn)
Dầm AB Tầng 1 Gối B -303,47 1713,57 $2\Phi25 + 2\Phi22$ 1742 305,8 (Thỏa mãn)
Nhịp giữa 122,15 585,08 $2\Phi25$ 982 208,7 (Thỏa mãn)
Gối A -178,84 930,84 $2\Phi25$ 982 192,2 (Thỏa mãn)
Dầm AB Tầng 2 Gối B -260,86 1428,86 $2\Phi25 + 2\Phi22$ 1742 305,8 (Thỏa mãn)
Nhịp giữa 113,09 541,44 $2\Phi25$ 982 208,7 (Thỏa mãn)
Gối A -164,95 851,82 $2\Phi25$ 982 192,2 (Thỏa mãn)
Dầm AB Tầng 3 Gối B -244,77 1326,44 $2\Phi25 + 2\Phi22$ 1742 305,8 (Thỏa mãn)
Nhịp giữa 111,73 534,90 $2\Phi25$ 982 208,7 (Thỏa mãn)
Gối A -121,12 610,88 $2\Phi25$ 982 192,2 (Thỏa mãn)
Dầm AB Áp mái Gối B -140,94 718,32 $2\Phi25 + 2\Phi22$ 1742 305,8 (Thỏa mãn)
Nhịp giữa 105,70 505,88 $2\Phi25$ 982 208,7 (Thỏa mãn)
Gối A -104,44 522,27 $2\Phi25$ 982 192,2 (Thỏa mãn)
  • Tính toán cốt đai dầm: Lực cắt nguy hiểm nhất tại gối B dầm BC tầng 1 là $|V_{\max}| = 279,94\text{ kN}$. Kiểm tra khả năng chống dập vỡ bê tông trên tiết diện nghiêng thỏa mãn ($Q < Q_{bt} = 568,73\text{ kN}$). Kết quả lựa chọn cốt đai 2 nhánh $\Phi8$ bằng thép CB300-T với bước đai $s = 130\text{ mm}$, bảo đảm điều kiện chịu lực cắt tiết diện nghiêng ($Q_{\max} \le Q_b + Q_{sw} = 419,495\text{ kN}$).

4. Tính toán cốt thép cột khung

Áp dụng phương pháp tính nén lệch tâm xiên của GS. TS. Nguyễn Đình Cống cho các phần tử cột C21 (trục C, tiết diện $300 \times 400\text{ mm}$) và C15 (trục B, tiết diện $400 \times 550\text{ mm}$):

  • Xét các tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất ($M_{x\max}, M_{y\text{tư}}, N_{\text{tư}}$; $M_{y\max}, M_{x\text{tư}}, N_{\text{tư}}$; $N_{\max}, M_{x\text{tư}}, M_{y\text{tư}}$).
  • Kiểm tra uốn dọc, xác định mô men tương đương và diện tích cốt thép yêu cầu:
Phần tử cột Tầng Kích thước ($b \times h$) Cặp nội lực nguy hiểm ($M_x, M_y, N$) $A_s$ yêu cầu ($mm^2$) Cốt thép lựa chọn Hàm lượng $\mu%$
Cột C21 Tầng 1 $300 \times 400\text{ mm}$ $M_x = 131,68\text{ kN}\cdot\text{m}; M_y = 32,10\text{ kN}\cdot\text{m}; N = 1534,68\text{ kN}$ 4956,01 $10\Phi25$ ($A_s = 4908,74\text{ mm}^2$) 4,0%
Cột C15 Tầng 1 $400 \times 550\text{ mm}$ $M_x = 323,34\text{ kN}\cdot\text{m}; M_y = 105,48\text{ kN}\cdot\text{m}; N = 2675,88\text{ kN}$ 5928,25 $14\Phi25$ ($A_s = 6872,23\text{ mm}^2$) 3,0%
Cột C21 Tầng 2 $300 \times 400\text{ mm}$ $M_x = 150,73\text{ kN}\cdot\text{m}; M_y = 2,61\text{ kN}\cdot\text{m}; N = 1133,10\text{ kN}$ 3195,39 $10\Phi22$ ($A_s = 3801,33\text{ mm}^2$) 3,0%
Cột C15 Tầng 2 $400 \times 550\text{ mm}$ $M_x = 181,19\text{ kN}\cdot\text{m}; M_y = 72,46\text{ kN}\cdot\text{m}; N = 1954,40\text{ kN}$ 2632,19 $14\Phi20$ ($A_s = 4398,23\text{ mm}^2$) 2,0%
  • Tính toán cốt đai cột: Kiểm tra lực cắt lớn nhất tại cột C15 tầng 1 ($|Q_{\max}| = 141,64\text{ kN} > 0,5 R_{bt} b h_0 = 107,1\text{ kN}$), yêu cầu đặt cốt thép đai chịu lực. Tác giả chọn cốt đai 2 nhánh $\Phi8$ ($A_{sw} = 100,53\text{ mm}^2$), bước đai $s = 100\text{ mm}$ tại các đoạn nối chồng cốt thép dọc và đoạn nút khung giao giữa dầm - cột; bước đai $s = 200\text{ mm}$ cho các đoạn thân cột còn lại.

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH

Chương III trình bày quy trình tính toán nội lực và bố trí thép cho các ô sàn thuộc tầng điển hình:

  • Nguyên lý tính toán: Tỷ số chiều cao dầm trên chiều dày sàn $h_d / h_s = 650 / 150 = 4,33 > 3$, do đó độ cứng của dầm lớn hơn nhiều so với độ cứng của sàn; các liên kết biên của bản sàn vào dầm được giả thiết là liên kết ngàm. Tác giả cắt dải bản có bề rộng đơn vị $b = 1\text{ m}$ theo hai phương để phân tích.
  • Tải trọng phân bố trên sàn:
    • Ô sàn phòng làm việc (S1), phòng giao ban (S2), phòng phơi rửa (S3), hành lang (S4): Tĩnh tải bản thân và hoàn thiện $g = 1,649\text{ kN/m}^2$, hoạt tải sử dụng $p = 2,6\text{ kN/m}^2 \Rightarrow$ Tổng tải trọng tính toán $q = g + p = 4,249\text{ kN/m}^2$.
    • Ô sàn vệ sinh (S5): Tổng tải trọng tính toán $q = 1,453 + 1,95 = 3,403\text{ kN/m}^2$.
  • Sơ đồ làm việc và phân loại ô sàn:
Ô sàn Kích thước $L_1 \times L_2$ (m) Tỷ số $L_2 / L_1$ Trạng thái làm việc Sơ đồ tra bảng nội lực
S1 (Sàn làm việc) $6,0 \times 7,2$ 1,2 Làm việc 2 phương Sơ đồ 9, Phụ lục 15 (Võ Bá Tầm)
S2 (Sàn giao ban) $3,6 \times 6,0$ 1,7 Làm việc 2 phương Sơ đồ 9, Phụ lục 15 (Võ Bá Tầm)
S3 (Sàn phơi rửa) $3,6 \times 6,0$ 1,7 Làm việc 2 phương Sơ đồ 9, Phụ lục 15 (Võ Bá Tầm)
S4 (Sàn hành lang) $1,82 \times 7,2$ 4,0 Làm việc 1 phương (bản loại dầm) Cắt dải dầm đơn giản
S5 (Sàn vệ sinh) $1,99 \times 4,18$ 2,1 Làm việc 1 phương Cắt dải dầm đơn giản

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã giải quyết một cách có hệ thống chu trình thiết kế kết cấu công trình bê tông cốt thép toàn khối 4 tầng với các kết quả cụ thể:

  • Xác định đầy đủ các giá trị nội lực uốn, cắt, nén thông qua việc tích hợp mô hình Etabs 2021 và quy chuẩn TCVN 2737:2023 mới về tải trọng gió (bao gồm áp lực gió tương đương có xét hệ số hiệu ứng giật $G_f = 0,85$ và chu kỳ $T_1 = 0,99\text{ s}$).
  • Đưa ra giải pháp lựa chọn và bố trí cốt thép chịu lực cho hệ khung trục 3 bảo đảm điều kiện an toàn chịu uốn ($M_{tk} \ge M_{yc}$), điều kiện phá hoại dẻo ($\xi \le \xi_R$) và hàm lượng cốt thép nằm trong phạm vi cho phép ($\mu = 0,36% \div 1,61%$ đối với dầm; $\mu = 2,0% \div 4,0%$ đối với cột).
  • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật hợp lý trong mô hình hóa và thi công: Thống nhất bề rộng dầm $b_d = 220\text{ mm}$ trên toàn bộ mặt bằng để thuận lợi ghép cốp pha với hệ tường gạch; quy đổi hệ kết cấu mái dốc (ngói, li-tô, xà gồ, tường thu hồi) thành tải trọng phân bố tác dụng trực tiếp lên dầm áp mái ($4,074\text{ kN/m}$) để đơn giản hóa sơ đồ tính toán 3D.
  • Ứng dụng phương pháp tính toán gần đúng nén lệch tâm xiên của GS. TS. Nguyễn Đình Cống, giúp giải quyết bài toán cột chịu mô men theo hai phương một cách chặt chẽ và tường minh.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế trong phạm vi tài liệu:

  • Quá trình mô hình hóa trên Etabs chưa mô hình trực tiếp cấu tạo không gian của hệ kết cấu mái ngói và tường thu hồi mà sử dụng phương pháp quy đổi tải trọng tương đương lên dầm áp mái.
  • Khi tính toán khả năng chịu lực của tiết diện dầm, tác giả bỏ qua sự tham gia cùng làm việc của cốt thép bản sàn ($c = 30\text{ mm}$, xem xét độc lập dầm và bản sàn) nhằm thiên về an toàn.
  • Bản thuyết minh văn bản mới chỉ thể hiện chi tiết kết quả tính toán phần thân (khung trục 3 và ô sàn điển hình), chưa trình bày số liệu tính toán chi tiết cho hạng mục móng công trình dù có nêu trong nhiệm vụ đầu bài.

Hướng mở rộng và phát triển:

  • Bổ sung tính toán chi tiết kết cấu móng (móng cọc hoặc móng đơn/móng băng) và mô hình hóa tương tác giữa nền đất - móng - kết cấu bên trên.
  • Mở rộng phân tích nội lực và thiết kế cốt thép cho toàn bộ các khung ngang và khung dọc còn lại trong công trình để hoàn thiện hồ sơ thiết kế thi công tổng thể.

Giá trị tham khảo

Bản đồ án là tài liệu tham khảo chuyên môn phù hợp cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng dân dụng và công nghiệp đang thực hiện đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép hoặc đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu mới vào nghề cần tham khảo quy trình thực hành xác định tải trọng gió theo tiêu chuẩn mới TCVN 2737:2023.
  • Các nội dung có giá trị tham khảo nổi bật bao gồm:
    • Bảng tính toán tải trọng gió theo độ cao có xét hệ số khí động và hệ số hiệu ứng giật.
    • Trình tự tính toán và kiểm tra tiết diện dầm chữ T trong vùng mô men dương.
    • Phương pháp quy đổi và bảng tính chi tiết cốt thép cột chịu nén lệch tâm xiên theo phương pháp của GS. TS. Nguyễn Đình Cống.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình sử dụng cấp độ bền bê tông và nhóm cốt thép nào để thiết kế?
Công trình sử dụng bê tông cấp độ bền B25 ($R_b = 14,5\text{ MPa}$, $R_{bt} = 1,05\text{ MPa}$); cốt thép dọc chịu lực dùng nhóm CB400-V ($R_s = R_{sc} = 350\text{ MPa}$); cốt thép đai và cốt cấu tạo dùng nhóm CB300-T ($R_s = R_{sc} = 260\text{ MPa}$, $R_{sw} = 210\text{ MPa}$).

2. Tiết diện sơ bộ của hệ cột khung trục 3 được lựa chọn với kích thước bao nhiêu?
Tiết diện cột biên trục A và trục C được chọn là $300 \times 400\text{ mm}$ (với diện tích truyền tải $21,6\text{ m}^2$); tiết diện cột giữa trục B được chọn là $400 \times 550\text{ mm}$ (với diện tích truyền tải $43,2\text{ m}^2$).

3. Tại sao khi tính cốt thép dầm trục BC ở nhịp giữa lại tính theo tiết diện chữ T với bề rộng cánh $b'_f = 2020\text{ mm}$?
Tại nhịp giữa, mô men uốn có giá trị dương làm cho phần bản cánh nằm trong vùng chịu nén, do đó bản sàn cùng tham gia chịu nén với sườn dầm. Giá trị độ vươn bản cánh được tính theo quy chuẩn nhỏ hơn của $1/6$ nhịp tính toán dầm ($6000 / 6 = 1000\text{ mm}$) và khoảng cách thông thủy, cho ra bề rộng bản cánh tính toán $b'_f = 2 \cdot 900 + 220 = 2020\text{ mm}$.

4. Cốt thép dọc lựa chọn cho cột C15 (trục B) và C21 (trục C) tại tầng 1 được bố trí như thế nào?
Cột C21 tầng 1 (tiết diện $300 \times 400\text{ mm}$) bố trí $10\Phi25$ (diện tích $A_s = 4908,74\text{ mm}^2$, hàm lượng $\mu = 4,0%$). Cột C15 tầng 1 (tiết diện $400 \times 550\text{ mm}$) bố trí $14\Phi25$ (diện tích $A_s = 6872,23\text{ mm}^2$, hàm lượng $\mu = 3,0%$).

5. Giải pháp bố trí cốt thép đai cho cột khung chịu lực cắt lớn nhất được quy định ra sao?
Đối với cột C15 tầng 1 ($|Q_{\max}| = 141,64\text{ kN}$), cốt đai sử dụng thép $\Phi8$ nhóm CB300-T dạng 2 nhánh: bố trí khoảng cách dày $s = 100\text{ mm}$ ($\Phi8a100$) tại các đoạn nối chồng cốt thép dọc và khu vực nút giao dầm - cột; các đoạn thân cột còn lại bố trí khoảng cách $s = 200\text{ mm}$ ($\Phi8a200$).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Mai Văn An đã hoàn thành việc thiết kế kết cấu khung bê tông cốt thép toàn khối cho công trình dân dụng 4 tầng tại Gia Lâm, Hà Nội. Toàn bộ quy trình tính toán từ xác định tải trọng, mô hình hóa nội lực trên Etabs 2021 đến bố trí chi tiết cốt thép sàn, dầm, cột đều tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật TCVN 5574:2018 và TCVN 2737:2023. Hồ sơ tính toán cung cấp hệ thống số liệu chi tiết, bảo đảm tính logic kỹ thuật và khả năng ứng dụng thực tế trong công tác thiết kế kết cấu xây dựng.