Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong chương trình đào tạo kỹ sư chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng (Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp), đồ án môn học Bê tông cốt thép 2 đóng vai trò là một đồ án chuyên ngành then chốt, trang bị cho người học phương pháp tính toán và thiết kế hệ thống kết cấu không gian cho các công trình nhiều tầng chịu tải trọng phức hợp. Thuyết minh đồ án tốt nghiệp môn học mang tên "Tính toán khung trục 2 - Công trình Chung cư An Bình" do sinh viên Trương Kim Thuỳ (MSSV: 19D15802010320, Lớp XD19D05) thực hiện dưới sự hướng dẫn của giảng viên Trương Quốc Khang đã giải quyết trọn vẹn chu trình thiết kế kết cấu khung bê tông cốt thép cho một tòa nhà chung cư nhiều tầng điển hình.
Bối cảnh thực tiễn của công trình là tòa nhà chung cư nhiều tầng đặt tại Quận 7, Thành phố Hồ Chí Minh, nơi có đặc trưng quy hoạch đô thị tập trung và điều kiện tự nhiên chịu tác động của tải trọng gió thuộc phân vùng II-A. Nhiệm vụ và mục tiêu tính toán của đề tài được tác giả xác lập tuần tự qua các bước:
- Xác lập mô hình toán học và sơ đồ làm việc tổng thể của kết cấu khung không gian bao gồm các cấu kiện chịu lực cơ bản: sàn, dầm, cột, đà kiềng và chân cột ngàm trên móng.
- Lựa chọn vật liệu xây dựng và tính toán sơ bộ kích thước tiết diện hình học của toàn bộ các cấu kiện kết cấu dầm, sàn, cột, đà kiềng dựa trên các điều kiện chịu lực và giới hạn kiến trúc.
- Thu thập, phân loại và xác định các trị số tải trọng tiêu chuẩn cũng như tải trọng tính toán tác dụng lên sàn (tĩnh tải hoàn thiện, tĩnh tải tường ngăn, hoạt tải sử dụng theo chức năng phòng).
- Xác định tải trọng phân bố tác dụng lên hệ khung kết cấu, bao gồm tải trọng tường xây trên dầm, tải trọng tác dụng lên hệ thống đà kiềng và tải trọng gió tĩnh phân bố theo chiều cao công trình.
- Thiết lập sơ đồ chất tải phân tích (tĩnh tải, các trường hợp hoạt tải lệch tầng, lệch ô và tải trọng gió tĩnh 4 phương) và lập hệ thống tổ hợp tải trọng nhằm tìm kiếm trường hợp nội lực bất lợi nhất tác dụng lên khung trục 2.
Đối tượng nghiên cứu trọng tâm của tài liệu là hệ kết cấu khung không gian bê tông cốt thép toàn khối, tập trung chuyên sâu vào phân tích và xác định ứng lực tại khung phẳng trục 2 của công trình Chung cư An Bình. Phạm vi nghiên cứu về mặt không gian bao quát toàn bộ quy mô công trình gồm hệ thống dầm sàn các tầng lầu (từ tầng 1 đến tầng 5), tầng sân thượng và tầng tum thang với tổng chiều cao kiến trúc $h = 26,3\text{ m}$. Về mặt thời gian và địa lý, tính toán dựa trên các số liệu khí tượng và tiêu chuẩn tải trọng hiện hành tại khu vực Quận 7, Thành phố Hồ Chí Minh, thuộc địa hình dạng B.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung tiêu chuẩn và chỉ dẫn kỹ thuật
Thiết kế kết cấu của công trình được xây dựng dựa trên tiêu chuẩn thiết kế kết cấu quốc gia:
- TCVN 2737:1995: "Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế". Tiêu chuẩn này được tác giả vận dụng trực tiếp để tra cứu hệ số vượt tải (hệ số độ tin cậy $n$), tải trọng tiêu chuẩn của các lớp vật liệu hoàn thiện, hoạt tải sử dụng theo công năng từng phòng chức năng (bảng 3 TCVN 2737:1995), tải trọng gió tiêu chuẩn $W_0$ của phân vùng áp lực gió II-A và hệ số thay đổi áp lực gió theo độ cao tương ứng địa hình dạng B.
Vật liệu kết cấu sử dụng
Hệ thống vật liệu chịu lực được tác giả quy định thống nhất cho công trình bao gồm:
- Bê tông: Cấp độ bền B20, có cường độ tính toán chịu nén $R_b = 1,45\text{ kN/cm}^2$ (tương đương $14,5\text{ MPa}$), hệ số điều kiện làm việc của bê tông $\gamma_{b2} = 0,9$.
- Cốt thép: Phân loại theo đường kính danh định:
- Cốt thép có đường kính $d < 10\text{ mm}$: Sử dụng nhóm cốt thép cán nóng CB240-T.
- Cốt thép có đường kính $d \ge 10\text{ mm}$: Sử dụng nhóm cốt thép cán nóng CB300-V.
Phương pháp phân tích và mô hình tính toán
Nghiên cứu áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua việc sử dụng phần mềm phân tích kết cấu chuyên dụng ETABS. Tác giả đưa ra các giả thiết và điều kiện biên cơ học rõ ràng:
- Kết cấu khung không gian ba chiều được cấu thành từ các phần tử thanh (Frame) đại diện cho dầm, cột và đà kiềng; phần tử tấm vỏ (Shell) đại diện cho bản sàn.
- Giả thiết sàn các tầng là tấm cứng nằm ngang (Diaphragm) có độ cứng vô cùng lớn trong mặt phẳng bản sàn nhằm phân phối đều tải trọng ngang cho các cột và vách.
- Giao điểm giữa trục tim cột và dầm được giả thiết là các nút cứng hoàn toàn (Rigid joints).
- Liên kết chân cột với móng được mô hình hóa dưới dạng ngàm cứng tại mặt trên của móng hoặc mặt trên của đài cọc, tại cao độ tính toán $H_X = H_{\text{nền}} + D_f - H_m = 0,45 + 1,5 - 1 = 0,95\text{ m}$ (với chiều sâu chôn móng $D_f = 1,5\text{ m}$, chiều cao đài cọc $H_m = 1\text{ m}$, cao độ nền $H_{\text{nền}} = 0,45\text{ m}$).
- Phương pháp định cỡ tiết diện sơ bộ dựa trên các công thức bán thực nghiệm cơ học kết cấu: đối với bản sàn dựa vào điều kiện độ võng và tỷ số nhịp $l_2/l_1$; đối với dầm dựa vào chiều dài nhịp chịu uốn; đối với cột dựa vào diện tích truyền tải trọng đứng quy tụ về chân cột có xét hệ số ảnh hưởng của mômen và tải trọng gió ($k$).
Nội dung chính theo từng chương
Mục 1: Mô hình tính toán
Tác giả xác lập sơ đồ hình học tổng thể của khung không gian công trình Chung cư An Bình, thiết lập các quan niệm tính toán cơ bản về liên kết cấu kiện, giả thiết tấm cứng cho sàn tầng và liên kết ngàm chân cột. Cấp độ bền của bê tông B20 cùng hai loại cốt thép CB240-T ($d < 10\text{ mm}$) và CB300-V ($d \ge 10\text{ mm}$) được khai báo làm cơ sở vật liệu đầu vào cho toàn bộ bài toán phân tích.
Mục 2: Kích thước tiết diện dầm, sàn, cột
Nội dung phần này tập trung phân loại mặt bằng kiến trúc và sơ bộ kích thước tiết diện của toàn bộ hệ thống kết cấu:
Phân loại và định cỡ bản sàn: Mặt bằng các tầng được phân chia thành 18 ô bản sàn tầng lầu (từ S1 đến S18), 8 ô bản sân thượng (từ ST1 đến ST8) và 2 ô bản tum thang (SM1, SM2). Tất cả các ô sàn đều có dầm bao quanh 4 cạnh nên được xác định là bản kê 4 cạnh. Dựa vào tỷ số cạnh dài trên cạnh ngắn $l_2/l_1$:
- Ô bản làm việc một phương ($l_2/l_1 > 2$): Gồm các ô hành lang hẹp dài như S6, S7, S8 ($l_2/l_1$ từ 2,059 đến 2,647), S12 ($l_2/l_1 = 3$), ST5, ST6, ST7.
- Ô bản làm việc hai phương ($l_2/l_1 \le 2$): Gồm phần lớn các phòng ngủ, phòng khách, bếp, phòng kỹ thuật, sảnh và sàn tum (như S1, S2, S3, S4, S5, S9, S10, S11, S13-S18, ST1-ST4, SM1-SM2).
- Chiều dày bản sàn được tính toán sơ bộ theo các công thức kinh nghiệm: bản 1 phương tính theo $h = (1/35 \div 1/30)l_1$; bản 2 phương tính theo $h = (1/50 \div 1/40)l_1$. Dải giá trị tính toán dao động từ $28\text{ mm}$ đến $100\text{ mm}$. Tác giả đã lựa chọn chiều dày thống nhất cho toàn bộ sàn các tầng lầu, sân thượng và mái là $h_b = 80\text{ mm}$ (0,08m), đảm bảo sự đồng bộ trong biện pháp thi công cốp pha và thỏa mãn yêu cầu chịu lực, chống nứt, cách âm.
Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm:
- Dầm khung (dầm chính): Nhịp $7700\text{ mm}$ (các đoạn trục A-B, B-C, D-E, E-F) có chiều cao tính toán từ $481,25$ đến $641,67\text{ mm}$, chọn tiết diện $300 \times 500\text{ mm}$ (cho các tầng lầu) và $300 \times 650\text{ mm}$ (cho tầng sân thượng và tum thang). Nhịp $3900\text{ mm}$ (đoạn trục C-D) chọn tiết diện $300 \times 350\text{ mm}$ ở tầng lầu và $300 \times 500\text{ mm}$ ở tầng sân thượng và tum.
- Dầm dọc: Nhịp $7500\text{ mm}$ (nhịp 1-2, 2-3, 4-5, 5-6) và nhịp $8000\text{ mm}$ (nhịp 3-4) chọn tiết diện $300 \times 500\text{ mm}$ ở các tầng lầu và $300 \times 650\text{ mm}$ ở tầng sân thượng, dầm dọc tum thang nhịp 3-4 chọn $300 \times 650\text{ mm}$.
- Dầm phụ (DP1 đến DP9): Tầng lầu chủ yếu chọn tiết diện $250 \times 550\text{ mm}$ (riêng dầm phụ nhịp $6000\text{ mm}$ DP8 chọn $300 \times 600\text{ mm}$). Dầm phụ sân thượng và tum chọn $250 \times 300\text{ mm}$ và $250 \times 350\text{ mm}$.
- Đà kiềng: Được bố trí giằng chân cột tại cao độ $+0,95\text{ m}$. Nhịp $7700\text{ mm}$ đà kiềng ngang và các nhịp $7500\text{ mm}$, $8000\text{ mm}$ đà kiềng dọc chọn tiết diện $300 \times 650\text{ mm}$; nhịp $3900\text{ mm}$ trục C-D chọn $300 \times 500\text{ mm}$.
Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột: Tiết diện cột được xác định dựa trên tải trọng gần đúng $q = 12\text{ kN/m}^2$, diện tích nhận tải $S$ của từng nút cột, số tầng dồn tải phía trên $n_i$ và hệ số ảnh hưởng uốn $k$ ($k = 1,2$ cho cột giữa; $k = 1,3$ cho cột biên; $k = 1,5$ cho cột góc):
- Tầng 1, 2: Tải trọng dồn lớn nhất tại các cột giữa (như 2-B, 5-B, 3-B, 4-B... với $S \approx 57,75 \div 59,68\text{ m}^2$, lực dọc $N = 4158 \div 4296,6\text{ kN}$), chọn tiết diện lớn nhất là $65 \times 65\text{ cm}$. Cột biên chọn $50 \times 50\text{ cm}$ hoặc $45 \times 45\text{ cm}$; cột trục C, D chọn $55 \times 55\text{ cm}$; cột góc (1-A, 6-A, 1-F, 6-F) chọn $35 \times 35\text{ cm}$.
- Tầng 3, 4: Giảm dần kích thước; cột giữa chọn $55 \times 55\text{ cm}$, cột trục C, D chọn $45 \times 45\text{ cm}$, cột biên chọn $40 \times 40\text{ cm}$, cột góc chọn $35 \times 35\text{ cm}$.
- Tầng 5, Sân thượng: Cột giữa chọn $40 \times 40\text{ cm}$, cột biên và cột trục C, D chọn $35 \times 35\text{ cm}$ và $30 \times 30\text{ cm}$.
- Tum thang: Tiết diện cột thu về $30 \times 30\text{ cm}$.
| Vị trí cấu kiện cột |
Cột góc (Trục A, F) |
Cột biên (Trục A, F; B, E) |
Cột giữa (Trục B, E) |
Cột trung tâm (Trục C, D) |
| Tầng 1, 2 |
$35 \times 35\text{ cm}$ |
$50 \times 50\text{ cm}$ / $45 \times 45\text{ cm}$ |
$65 \times 65\text{ cm}$ |
$55 \times 55\text{ cm}$ |
| Tầng 3, 4 |
$35 \times 35\text{ cm}$ |
$40 \times 40\text{ cm}$ |
$55 \times 55\text{ cm}$ |
$45 \times 45\text{ cm}$ |
| Tầng 5, Sân thượng |
$35 \times 35\text{ cm}$ |
$30 \times 30\text{ cm}$ |
$40 \times 40\text{ cm}$ |
$35 \times 35\text{ cm}$ |
| Tum thang |
- |
- |
$30 \times 30\text{ cm}$ |
$30 \times 30\text{ cm}$ |
Mục 3: Tải trọng tác dụng trên sàn
Tác giả thiết lập chi tiết tĩnh tải và hoạt tải cho từng đơn vị mét vuông sàn:
- Tĩnh tải các lớp cấu tạo hoàn thiện: Trọng lượng bản thân bản bê tông cốt thép dày $80\text{ mm}$ được khai báo tự động trong ETABS. Các lớp hoàn thiện còn lại được tính thủ công:
- Sàn phòng ngủ, phòng khách, hành lang, phòng kỹ thuật (S1, S3 đến S9, S11 đến S18): Gạch ceramic dày $10\text{ mm}$ ($\gamma = 20\text{ kN/m}^3, n = 1,1$), vữa lót dày $30\text{ mm}$ ($\gamma = 18\text{ kN/m}^3, n = 1,3$), vữa trát trần dày $15\text{ mm}$ ($\gamma = 18\text{ kN/m}^3, n = 1,3$). Tổng tĩnh tải hoàn thiện tính toán $\Sigma g_s^{tt} = 1,273\text{ kN/m}^2$.
- Sàn khu vệ sinh ô S2 và S10: Bổ sung lớp chống thấm dày $15\text{ mm}$ ($g_2 = 1,156\text{ kN/m}^2$), kết hợp diện tích phòng bếp không chống thấm ($g_1 = 1,273\text{ kN/m}^2$). Trọng lượng bản thân sàn quy đổi bình quân đạt $1,243\text{ kN/m}^2$ (ô S2) và $1,240\text{ kN/m}^2$ (ô S10). Tải trọng tường ngăn dày $100\text{ mm}$ ($h_t = 3,08\text{ m}$) xây trực tiếp trên ô sàn được quy đổi phân bố đều: cộng thêm $2,196\text{ kN/m}^2$ cho ô S2 (tổng tĩnh tải đạt $3,439\text{ kN/m}^2$) và cộng thêm $2,851\text{ kN/m}^2$ cho ô S10 (tổng tĩnh tải đạt $4,091\text{ kN/m}^2$).
- Sàn sân thượng và sàn mái: Lớp vữa tạo dốc dày $30\text{ mm}$, lớp chống thấm dày $20\text{ mm}$, vữa trát trần dày $15\text{ mm}$. Tổng tĩnh tải tính toán hoàn thiện đạt $\Sigma g_s^{tt} = 1,521\text{ kN/m}^2$.
- Hoạt tải sử dụng sàn:
- Phòng ngủ, phòng khách, bếp + WC: Hoạt tải tiêu chuẩn $p_c = 1,5\text{ kN/m}^2$, hệ số vượt tải $n_p = 1,3 \rightarrow$ Hoạt tải tính toán $p_s^{tt} = 1,95\text{ kN/m}^2$.
- Hành lang, phòng kỹ thuật, sảnh, phòng thu rác: Hoạt tải tiêu chuẩn $p_c = 3,0\text{ kN/m}^2$, hệ số vượt tải $n_p = 1,2 \rightarrow$ Hoạt tải tính toán $p_s^{tt} = 3,60\text{ kN/m}^2$.
- Sân thượng (mái bằng có người sử dụng ST1 đến ST8): $p_c = 1,5\text{ kN/m}^2, n_p = 1,3 \rightarrow p_s^{tt} = 1,95\text{ kN/m}^2$.
- Mái tum (mái bằng không có người sử dụng SM1, SM2): $p_c = 0,75\text{ kN/m}^2, n_p = 1,3 \rightarrow p_s^{tt} = 0,975\text{ kN/m}^2$.
Mục 4: Xác định tải trọng tác dụng lên khung
Tải trọng tường xây tác dụng lên dầm: Tường xây trên dầm được tính toán quy về tải trọng phân bố đều với hệ số độ tin cậy $n = 1,1$:
- Tường gạch ống dày $100\text{ mm}$ có tải trọng bề mặt $\gamma_t = 1,8\text{ kN/m}^2$.
- Tường gạch ống dày $200\text{ mm}$ có tải trọng bề mặt $\gamma_t = 3,3\text{ kN/m}^2$.
- Chiều cao tường trên dầm các tầng lầu $h_t = 3,2\text{ m} - h_{\text{dầm}}$. Ví dụ với dầm cao $650\text{ mm}$ ($h_t = 2,55\text{ m}$), tải tường dày 200 truyền lên dầm là $g^{tt} = 2,55 \times 3,3 \times 1,1 = 9,2565\text{ kN/m}$. Với dầm phụ chịu tường dày 100 ($h_t = 2,65\text{ m}$), tải truyền lên dầm là $g^{tt} = 2,65 \times 1,8 \times 1,1 = 5,247\text{ kN/m}$.
- Tải trọng tường xây trên đà kiềng: Chiều cao xây tường $h_t = 4,1\text{ m} - h_{\text{dầm}} = 4,035\text{ m}$. Toàn bộ tường xây bao che trên đà kiềng là tường dày 200, truyền tải trọng phân bố $g^{tt} = 4,035 \times 3,3 \times 1,1 = 14,647\text{ kN/m}$.
Tải trọng gió tác dụng vào khung:
Công trình có chiều cao tổng thể $h = 26,3\text{ m} < 40\text{ m}$, do đó theo TCVN 2737:1995 chỉ cần tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió mà không cần xét thành phần động.
- Áp lực gió tiêu chuẩn tại Quận 7: $W_0 = 0,83\text{ kN/m}^2$ (Vùng II-A, địa hình B).
- Hệ số khí động: Phía đón gió $c_đ = 0,8$; phía hút gió $c_h = -0,6$. Hệ số độ tin cậy $n = 1,2$.
- Tải trọng gió phân bố tác dụng lên dầm biên tại từng cao độ sàn được tổng hợp chi tiết trong bảng sau:
| Tầng |
Chiều cao tầng $H$ (m) |
Cao độ $Z$ (m) |
Hệ số độ cao $k$ |
Nhịp truyền gió $\frac{H_{tg}^t + H_{tg}^d}{2}$ (m) |
Gió đón $W_{\text{đón}}$ (kN/m) |
Gió hút $W_{\text{hút}}$ (kN/m) |
| Tum |
3,0 |
23,55 |
1,152 |
3,00 |
2,753 |
2,065 |
| Sân thượng |
3,2 |
20,55 |
1,134 |
3,10 |
2,801 |
2,101 |
| Tầng 5 |
3,2 |
17,35 |
1,103 |
3,20 |
2,812 |
2,109 |
| Tầng 4 |
3,2 |
14,15 |
1,066 |
3,20 |
2,718 |
2,039 |
| Tầng 3 |
3,2 |
10,95 |
1,015 |
3,20 |
2,588 |
1,941 |
| Tầng 2 |
3,2 |
7,75 |
0,964 |
3,20 |
2,457 |
1,843 |
| Tầng 1 |
4,1 |
4,55 |
0,862 |
6,15 |
4,224 |
3,168 |
Tác giả cũng trích xuất lực tập trung tác dụng vào các vị trí chân cột (như C1: $-219,49\text{ kN}$, C28: $-226,08\text{ kN}$, C14/C38: $-220,29\text{ kN}$...) để phục vụ kiểm tra điều kiện chân cột.
Mục 5: Xác định nội lực và tổ hợp tải trọng
Để tìm kiếm các giá trị nội lực nguy hiểm nhất ($M_{\max}, M_{\min}, N_{\max}, N_{\text{t/ứng}}, Q_{\max}$), tác giả xây dựng 15 trường hợp chất tải cơ bản độc lập:
- TT: Tĩnh tải chất đầy toàn bộ khung kết cấu.
- HT1: Hoạt tải chất đầy trên các tầng chẵn (Tầng 2, 4, Sân thượng).
- HT2: Hoạt tải chất đầy trên các tầng lẻ (Tầng 1, 3, 5, Tum).
- HT3 - HT8: Các trường hợp hoạt tải lệch ô cờ, so le và liền ô theo phương trục X (nhằm tạo mômen lớn nhất tại nhịp và gối dầm theo phương ngang).
- HT9 - HT14: Các trường hợp hoạt tải lệch ô cờ, so le và liền ô theo phương trục Y.
- GX, GXX, GY, GYY: Tải trọng gió tĩnh tác dụng từ 4 phía (Gió X, Gió đối X, Gió Y, Gió đối Y).
Nguyên tắc tổ hợp tải trọng:
- Tổ hợp cơ bản I: Gồm toàn bộ tĩnh tải kết hợp với 1 loại hoạt tải (từ TH1 đến TH19). Ví dụ: $\text{TH1} = \text{TT} + \text{HT1}$; $\text{TH15} = \text{TT} + \text{HT1} + \text{HT2}$; $\text{TH16} = \text{TT} + \text{GX}$.
- Tổ hợp cơ bản II: Gồm toàn bộ tĩnh tải kết hợp với từ 2 loại hoạt tải trở lên, trong đó các thành phần hoạt tải được nhân với hệ số giảm tải đồng thời là $0,9$ (từ TH20 đến TH79). Ví dụ: $\text{TH20} = \text{TT} + 0,9(\text{HT1} + \text{GX})$; $\text{TH24} = \text{TT} + 0,9(\text{HT1} + \text{HT2} + \text{GX})$.
- Tổ hợp bao (THBAO): Được thiết lập theo phương pháp lấy hàm bao đường biên cực trị nội lực: $\text{THBAO} = \text{ENVE}(\text{TH1} + \text{TH2} + \dots + \text{TH79})$.
Kết quả và đóng góp
Kết quả tính toán chính của đồ án
- Thiết lập hoàn chỉnh mặt bằng cấu kiện: Xác định chính xác kích thước hình học cho toàn bộ hệ thống ô bản sàn ($h_b = 80\text{ mm}$ cho 28 loại ô sàn), hệ thống dầm chính khung trục ($300 \times 500\text{ mm}, 300 \times 650\text{ mm}$), dầm phụ ($250 \times 550\text{ mm}, 250 \times 300\text{ mm}$) và hệ giằng đà kiềng ($300 \times 650\text{ mm}, 300 \times 500\text{ mm}$).
- Quy luật thu hẹp tiết diện cột hợp lý: Tiết diện cột được phân bậc khoa học dọc theo chiều cao công trình: từ $65 \times 65\text{ cm}$ (tầng 1-2) giảm về $55 \times 55\text{ cm}$ (tầng 3-4), tiếp tục giảm về $40 \times 40\text{ cm}$ (tầng 5-ST) và đạt $30 \times 30\text{ cm}$ tại tum thang. Giải pháp này giúp tối ưu hóa trọng lượng bản thân công trình dồn xuống móng mà vẫn đảm bảo điều kiện chịu nén uốn theo quy phạm.
- Lượng hóa chi tiết tải trọng công trình: Đã tính toán cụ thể tĩnh tải hoàn thiện sàn từ $1,240\text{ kN/m}^2$ đến $4,091\text{ kN/m}^2$; hoạt tải phân bổ từ $0,975\text{ kN/m}^2$ đến $3,60\text{ kN/m}^2$; tải trọng tường xây trên dầm biên đạt $9,2565\text{ kN/m}$ và trên đà kiềng đạt $14,647\text{ kN/m}$; tải trọng gió tầng 1 đạt $4,224\text{ kN/m}$ (gió đón) và tầng tum đạt $2,753\text{ kN/m}$.
- Hệ thống tổ hợp nội lực toàn diện: Xây dựng ma trận 79 tổ hợp tải trọng và 1 tổ hợp bao (Envelope) trong phần mềm ETABS, giải quyết triệt để các trạng thái chất tải bất lợi nhất cho hệ khung không gian.
Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất
- Thống nhất chọn chiều dày sàn $h_b = 80\text{ mm}$ trên toàn mặt bằng: Mặc dù một số ô sàn một phương có chiều dày tính toán lý thuyết nhỏ hơn ($28 \div 56\text{ mm}$), việc quy chuẩn hóa về $80\text{ mm}$ là giải pháp thiết kế hợp lý nhằm thỏa mãn điều kiện độ cứng đơn vị, bảo vệ cốt thép, chống rung võng và đơn giản hóa công tác thi công ván khuôn.
- Sử dụng hệ đà kiềng tiết diện lớn ($300 \times 650\text{ mm}$): Đà kiềng được tính toán đặt tại cao độ $+0,95\text{ m}$ vừa có chức năng giằng hệ chân cột ngàm để chống biến dạng lún lệch, vừa trực tiếp đỡ tải trọng tường xây tầng trệt ($h_t = 4,035\text{ m}$), ngăn chặn truyền tải trọng tường trực tiếp xuống nền đất tự nhiên.
Đóng góp kỹ thuật của tài liệu
Thuyết minh đồ án cung cấp phương pháp luận chặt chẽ trong việc gắn kết giữa bản vẽ mặt bằng kiến trúc và mô hình phần tử hữu hạn kết cấu. Đồ án minh chứng cho quy trình kỹ thuật chuẩn tắc từ phân tích diện truyền tải trọng sàn, tính toán quy đổi tường ngăn xây trên sàn và dầm, lập công thức phân bố tải trọng gió theo chiều cao thực tế, đến việc thiết lập đầy đủ 79 tổ hợp cơ bản theo TCVN 2737:1995.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của tài liệu
- Phạm vi nội dung thuyết minh: Văn bản thuyết minh đồ án dừng lại ở bước mô hình hóa, gán tải trọng và thiết lập 79 tổ hợp tải trọng (THBAO) trong phần mềm ETABS; văn bản chưa cung cấp các bảng kết quả xuất nội lực cụ thể (biểu đồ mômen uốn $M$, lực cắt $Q$, lực dọc $N$) cho khung trục 2, cũng như chưa trình bày phần tính toán diện tích cốt thép dọc, cốt thép đai và các bản vẽ chi tiết thi công cấu kiện.
- Giới hạn tính toán tải trọng động: Do chiều cao công trình là $26,3\text{ m} < 40\text{ m}$, thuyết minh chỉ dừng lại ở tính toán thành phần gió tĩnh. Tác động của thành phần động của gió và tải trọng động đất theo TCVN 9386:2012 chưa được đề cập trong phạm vi đồ án môn học này.
Hướng mở rộng nghiên cứu
- Tiếp tục khai thác dữ liệu từ mô hình ETABS đã thiết lập để xuất biểu đồ bao nội lực, thực hiện bài toán tính toán và bố trí cốt thép chịu uốn, chịu nén lệch tâm phẳng/lệch tâm xiên cho dầm và cột khung trục 2.
- Kiểm tra võng và vết nứt của dầm khung nhịp lớn ($7,7\text{ m}$) theo trạng thái giới hạn thứ hai (TTGH II).
- Tận dụng số liệu phản lực chân cột tại Hình 10 và Bảng 23 để tính toán, thiết kế móng cọc bê tông cốt thép cho công trình.
Giá trị tham khảo
Tài liệu là nguồn tham khảo chuyên môn trực quan và hữu ích cho:
- Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng: Là tài liệu mẫu mực để thực hiện đồ án Bê tông cốt thép 2 hoặc tham khảo phần kết cấu cho đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng.
- Kỹ sư thiết kế kết cấu trẻ: Tham khảo phương pháp bóc tách tải trọng thực tế từ bản vẽ kiến trúc sang mô hình ETABS, bao gồm quy đổi tải tường trên ô bản sàn phòng vệ sinh/bếp và tính toán tải gió tĩnh phân bố đều lên dầm biên.
- Phần đáng tham khảo nhất:
- Bảng 1, 2 và 3 về quy trình phân loại ô bản sàn 1 phương, 2 phương và lập luận chọn chiều dày bản sàn.
- Chi tiết bóc tách tải trọng các lớp cấu tạo hoàn thiện sàn (Bảng 7, 8, 9, 10, 14) và bảng tải trọng tường xây trên đà kiềng (Bảng 21).
- Quy trình phân chia 14 trường hợp hoạt tải lệch tầng, lệch ô và danh mục chi tiết 79 tổ hợp tải trọng theo TCVN 2737:1995.
Câu hỏi thường gặp
1. Cấp độ bền bê tông và chủng loại cốt thép được chỉ định trong công trình Chung cư An Bình là gì?
Theo thuyết minh, công trình sử dụng bê tông có cấp độ bền B20 với cường độ tính toán chịu nén $R_b = 1,45\text{ kN/cm}^2$ và hệ số điều kiện làm việc $\gamma_{b2} = 0,9$. Về cốt thép, tác giả phân chia rõ theo đường kính: các thanh thép có đường kính $d < 10\text{ mm}$ sử dụng thép CB240-T, còn các thanh thép có đường kính $d \ge 10\text{ mm}$ sử dụng thép CB300-V.
2. Chiều dày bản sàn các tầng được lựa chọn sơ bộ là bao nhiêu và căn cứ trên tỷ số kích thước nào?
Dựa vào tỷ số cạnh dài trên cạnh ngắn ($l_2/l_1$) của các ô bản kê 4 cạnh, tác giả phân loại sàn thành bản một phương ($l_2/l_1 > 2$, ví dụ như hành lang S6, S7, S8, S12) và bản hai phương ($l_2/l_1 \le 2$). Kết quả tính toán lý thuyết cho chiều dày dao động từ $28\text{ mm}$ đến $100\text{ mm}$, nhưng tác giả đã chọn chiều dày sơ bộ thống nhất cho toàn bộ các ô sàn tầng lầu, sân thượng và mái là $h_b = 80\text{ mm}$ để đảm bảo độ cứng và tính thuận tiện trong thi công.
3. Áp lực gió tiêu chuẩn và các hệ số khí động áp dụng cho công trình được tính toán như thế nào?
Công trình đặt tại Quận 7, Thành phố Hồ Chí Minh, thuộc phân vùng áp lực gió II-A với áp lực gió tiêu chuẩn $W_0 = 0,83\text{ kN/m}^2$, dạng địa hình B. Do công trình có chiều cao $h = 26,3\text{ m} < 40\text{ m}$, tác giả chỉ tính toán thành phần gió tĩnh theo TCVN 2737:1995 với hệ số khí động phía đón gió $c_đ = 0,8$, phía hút gió $c_h = -0,6$ và hệ số độ tin cậy $n = 1,2$.
4. Hệ thống tổ hợp tải trọng tác dụng lên khung trục 2 được thiết lập theo quy tắc nào?
Tác giả thiết lập 15 trường hợp tải trọng cơ bản độc lập (gồm tĩnh tải TT, 14 trường hợp hoạt tải HT1 đến HT14 xét đến các trường hợp chất đầy, lệch tầng, so le và liền ô, cùng 4 trường hợp gió tĩnh GX, GXX, GY, GYY). Hệ thống tổ hợp gồm 79 trường hợp chia làm 2 nhóm:
- Tổ hợp cơ bản I (TH1 đến TH19): Tĩnh tải + 1 hoạt tải (hệ số hoạt tải bằng 1,0).
- Tổ hợp cơ bản II (TH20 đến TH79): Tĩnh tải + từ 2 hoạt tải trở lên (các hoạt tải được nhân với hệ số giảm tải $0,9$). Cuối cùng, hàm bao THBAO lấy giá trị cực trị từ 79 tổ hợp này.
5. Tiết diện cột khung chịu lực thay đổi qua các tầng như thế nào?
Để phù hợp với tải trọng thẳng đứng tích lũy giảm dần từ dưới lên, tiết diện cột khung trục 2 được phân cấp theo 4 đoạn tầng: ở Tầng 1 và 2, cột giữa lớn nhất đạt $65 \times 65\text{ cm}$, cột biên $50 \times 50\text{ cm}$, cột trục C-D là $55 \times 55\text{ cm}$ và cột góc là $35 \times 35\text{ cm}$; ở Tầng 3 và 4, cột giữa giảm xuống $55 \times 55\text{ cm}$, cột trục C-D là $45 \times 45\text{ cm}$, cột biên là $40 \times 40\text{ cm}$; ở Tầng 5 và Sân thượng, cột giữa giảm về $40 \times 40\text{ cm}$ và cột biên là $35 \times 35\text{ cm}$; tại tầng Tum thang, toàn bộ cột thu về kích thước $30 \times 30\text{ cm}$.
Kết luận
Thuyết minh đồ án "Tính toán khung trục 2 - Chung cư An Bình" của sinh viên Trương Kim Thuỳ là một công trình học thuật chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng có phương pháp tính toán bài bản, chặt chẽ và bám sát các quy định của TCVN 2737:1995. Tác giả đã hoàn thành xuất sắc các nội dung từ phân tích sơ đồ kiến trúc, sơ bộ kích thước tiết diện cấu kiện, xác định chi tiết các thành phần tải trọng tác dụng đến việc thiết lập mô hình không gian ETABS và xây dựng hệ thống 79 tổ hợp tải trọng toàn diện. Đây là tài liệu tham khảo có giá trị kỹ thuật cao, đáp ứng đầy đủ yêu cầu chuyên môn cho sinh viên và kỹ sư trong công tác phân tích, thiết kế hệ kết cấu khung bê tông cốt thép nhà nhiều tầng.
