Thiết kế viện cơ học ứng dụng - Tài liệu, ebook, giáo trình

Tài liệu Thiết kế viện cơ học ứng dụng: ... Ebook Thiết kế viện cơ học ứng dụng

187 trang | Chia sẻ: huyen82 | Lượt xem: 1602 | Lượt tải: 0

Tóm tắt tài liệu Thiết kế viện cơ học ứng dụng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Chương I: GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TRÌNH 1.1 .Sự cần thiết đầu tư: Nền kinh tế nước ta đang từng bước chuyển mình hòa nhập với sự phát triển của khu vực và thế giới. Trong đó khoa học kỹ thuật đóng một vai trò rất quan trọng, nhu cầu nhgiên cứu, học tập ngày càng cao. Điều này,đòi hỏi chúng ta phải không ngừng nâng cao trình độ hiểu biết, phát minh và vận dụng những tiến bộ khoa học vào thực tế. Việc xây dựng một trung tâm nghiên cứu chuyên biệt là điều rất cần thiết tạo điều kiện tốt cho học tập, nghiên cứu trong nước cũng như tiếp thu những thành tựu ngoài nước. Vì vậy các phòng thí nghiêm Viện Cơ Học Ưng Dụng ra đời. 1.2 .Vị trí xây dựng: Công trình được xây dựng trên khu đất nằm tại số 291 Điện Biên Phủ,Quận 3,Tp.Hồ Chí Minh. Mặt đứng chính giáp vơi đường Điện Biên Phủ, mặt bên trái và phải giáp với khu dân cư. 1.3 .Đặc điểm khí hậu tại khu vực xây dựng: Nhiệt độ trung bình 25°c Nhiệt độ thấp nhất 20°c Nhiệt độ cao nhất 30°c Lượng mưa trung bình 274,4mm Lượng mưa cao nhất 638 mm (tháng 9) Lượng mưa thấp nhất 31mm (tháng 11) Độ ẩm tương đối trung bình 81,5% Độ ẩm tương đối thấp nhất 79% Độ ẩm tương đối cao nhất 100% Lượng bốc hơi thung bình 28mm/ngày Lượng bốc hơi thấp nhất 6,5mm/ngày Nhiệt độ trung bình mùa khô 27°c Hướng gió: Hướng gió chủ đạo Đông Nam và Tây Nam tốc độ trung (12-15) m/s thổi mạnh vào mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11. Gió phụ hướng Đông Bắc thổi nhẹ. Rất ít chịu ảnh hưởng của gió bão. Công trình 12 tầng được chia thành các khu chức năng từ dưới lên như sau. + Tầng hầm: nơi đậu xe,phòng máy,bể nước ngầm,kho. + Tầng trệt: tiếp tân, trưng bày, hành chánh tổ chức + Lửng : gồm các phòng làm việc của viện phó, kế toán thủ quỹ + Lầu 1 : phòng viện trưởng, viện phó, phòng họp, thư viện. + Lầu 2 : phòng chuyên gia, nghiên cứu, thí nghệm, đào tạo. + Lầu 3 : nghiên cứu, thí nghiệm + Lầu 4 : Phòng thiết kế, thí nghiệm, nghiên cứu. + Lầu 5 : Phòng nghiên cứu, thí nghiệm + Lầu 6 : Phòng nghiên cứu, thí nghiệm + Lầu 7 : Phòng nghiên cứu, thí nghiệm + Lầu 8 : Phòng nghiên cứu, thí nghiệm + Sân thượng : Sân thượng, canteen + Mái : Hồ nước mái 1.4. Giải pháp giao thông: Giao thông ngang dựa theo các hành lang công trình. Giao thông thẳng đứng dựa vào các cầu thang, thang máy . 1.5. Giải pháp kỹ thuật 1.5.1 Yêu cầu về phòng cháy và chữa cháy: Theo TCVN 2622-78 qui định các yêu cầu về phòng cháy, chữa cháy cho nhà, công trình được áp dụng cho nhà cao tầng như sau: Các loại cửa đi, cửa sổ, mặt sàn , vật liệu trang trí trần đều có thể làm bằng vật liệu dễ cháy. Các bộ phận chịu lực của cầu thang (thang bộ và thang máy) có thể làm bằng vật liệu dễ cháy có giới hạn chịu lửa ít nhất một giờ. Các bộ phận chịu lực của công trình như sàn,tường làm bằng vật liệu không cháy có giới hạn chịu lửa ít nhất 6 giờ. Có bình chữa cháy đặt ở mỗi tầng. Các cửa đi, lối đi, hành lang, cầu thang được thiết kế đảm bảo có lối thoát khi cháy xảy ra. Khoảng cách xa nhất từ các phòng có người ở đến lối thoát gần nhất nằm trong qui định. Họng nước chữa cháy được thiết lập riêng. Phòng cháy bằng hóa chất và nước: Hóa chất : các bình cứu hỏa đặt tại các nơi trọng yếu (cửa ra vào, phòng điện, chân cầu thang mỗi tầng ). Nước : lấy từ hồ nước mái xuống và hồ nước ngầm lên, sử dụng máy bơm xăng lưu động . Mỗi tầng đều có hộp cứu hoả riêng . 1.5.2. Yêu cầu về hệ thống cấp thoát nước – hệ thống gió. Công trình có đầy đủ hệ thống cấp nước, thoát nước, thông gió, hệ thống thải rác cũng như hệ thống nước thải. Hệ thống cấp thoát nước: Nguồn nước được lấy từ hệ thống cấp nước thành phố dẫn vào bể chứa ở tầng hầm rồi được bơm lên bể nước trên cao. Từ đó nước được dẫn đến mọi nơi trong công trình, đảm bảo nhu cầu nước sinh hoạt và chữa cháy. Hệ thống thông gió: Các phòng đều đảm bảo thông gió tự nhiên bằng các cửa sổ, cửa đi,hành lang; kết hợp với hệ thống máy điều hòa nhiệt độ tại từng phòng. 1.5.3. Yêu cầu về hệ thống chiếu sáng tự nhiên –nhân tạo,hệ thống thiết bị điện: Hệ thống chiếu sáng tự nhiên -nhân tạo : Các phòng được chiếu sáng tự nhiên kết hợp chiếu sáng nhân tạo. Hệ thống thiết bị điện: Hệ thống thiết bị điện dùng trong sinh hoạt và thang máy. Hệ thống thiết bị điện chiếu sáng. Hệ thống thiết bị điện chiếu sáng sự cố. Hệ thống thiết bị điện dự phòng. Thoát rác Hệ thống thu rác được đặt ở cạnh cầu thang chung cho các tầng ,rác được đưa xuống tầng hầm và tại đây sẽ được tiền xử lý(ép và phân hóa rồi đưa ra ngoài). 1.5.4. Hệ thống thu lôi: Hệ thống thu lôi gồm các cột thu lôi, mạng lưới dẫn sét đi ngang và đi xuống , điện cực tiếp dẫn xuống đất… được thiết lập ở tầng mái để bảo vệ tầng nhà và tối thiểu hóa nguy cơ bị sét đánh . các cơ cấu bằng thép , các hệ thống anten…sẽ được nối với hệ thống thu lôi. Chương II PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU 2.1 Phân tích các hệ kết cấu chịu lực công trình. Theo phương pháp thi công, ta lựa chọn phương án kết cấu tòan khối thi công tại chỗ vì có những ưu điểm sau: + Phù hợp với yêu cầu bố trí mặt bằng khá đa dạng của công trình. + Đầu tư cơ sở hạ tầng, máy móc và thiết bị kỹ thuật phục vụ cho việc chế tạo và thi công tương đối thấp. + Tận dụng được nguồn công nhân rẽ và dồi dào ở thành phố. Thực tế trong những năm gần đây cho thấy kết cấu toàn khối hoàn toàn tối ưu thế bởi nó đáp ứng được hầu hết các yêu cầu thẩm mỹ kiến trúc, điều kiện thi công khả năng chịu lực và tính năng khả dụng của công trình. Về phương diện kết cấu các phương án kết cấu có thể áp dụng cho công trình. 2.1.1. Kết cấu khung giằng: Phương án này có nhiều ưu điểm đặc biệt thích hợp với loại công trình cao tầng vì các vách và lõi cứng chịu hầu hết các tải trọng gió tác động vào công trình vì vậy nó làm nhỏ tiết diện của dầm và cột khung đồng thời giảm độ chuyển vị ngang cũng như dao động công trình. Bố trí vách cứng nơi thang máy để có khả năng chịu lực , độ ổn định của công trình tăng lên. Vách cứng kết hợp với sàn chịu tải trọng ngang và như thế sẽ hạn chế chuyển vị ngang của công trình. Khuyết điểm: các vách, lõi làm hạn chế không gian, gây vướng ảnh hưởng đến việc bố trí các phòng chức năng, đặc biệt khi bố trí các lỗ cửa gây giảm yếu độ cứng ngang. Loại kết cấu này tính toán phức tạp . 2.1.2. Kết cấu khung thuần túy: Theo sơ đồ kết cấu này, hệ khung (dầm + cột ) sẽ chịu hoàn toàn tải trọng đứng lẫn tải trọng ngang, thích hợp cho công trình có chiều cao thấp. Vì công trình có chiều cao < 40m nên ảnh hưởng của tải trọng ngang chủ yếu là gío tĩnh còn ảnh hưởng của động đất ở khu vực thành phố rất ít. Do đó không cần thiết phải bố trí hệ vách cứng cũng như lõi cầu thang. Ngoài ra giải pháp khung chịu lực có ưu điểm là không làm thay đổi kiến trúc công trình, khoảng không thông thoáng, dễ bố trí mặt bằng, sơ đồ tính toán kết cấu rõ ràng đơn giản. Kết luận Từ các phương án kết cấu và các điều kiện vừa phân tích ở trên, chọn phương án kết cấu khung bê tông cốt thép đổ toàn khối. 2.2 Giải pháp chọn phần mềm tính : Chọn phần mềm ETABS Ver 9.0.1 để tính toán kết cấu 2.2.1 Một số quan niệm cơ bản về các phần tử chịu lực trong ETABS Frame: Phần tử dạng thanh (dàn,dầm,cột) trong hệ trục tọa độ địa phương (local Axes) , hệ trục 1-2 tọa nên mặt phẳng uốn chính của phần tử. Shell : Phần tử dạng tấm , vỏ .Có 3 loại + Shell: vỏ mỏng chịu uốn , kéo. + Plate : Tấm chịu uốn. + Membrane: Tấm có chuyển vị lớn hay vỏ chỉ chịu kéo. Hệ trục tọa độ tổng thể (global) là hệ trục chung cho toàn bộ công trình (tùy ý chọn) để mô tả các dữ liệu của khung. Hệ trục tọa độ này có trục Z hướng lên song song với trục Z của hệ tọa độ tổng thể. Hệ trục tọa độ toàn cuc và hệ trục tọa độ địa phương của hệ kết cấu và của từng cấu kiện được qui ước thống nhất như sau: Như vậy, kết qủa xuất ra sẽ được qui ước với chiều dương như sau đối với từng loại phần tử tương ứng với hệ trục tọa độ địa phương của từng cấu kiện: Qui ước chiều dương của nội lực xuất ra Quan niệm của chương trình về sự làm việc của ngôi nhà: Dưới tác dụng của tải trọng ngang: Khi tải trọng ngang tác dụng thì tải trọng này sẽ truyền vào công trình dưới dạng lực tập trung đặt ngay tại vị trí của sàn cao trình của các tầng và sau đó sẽ truyền nội lực vào các khung theo từng tầng song song với hướng của tải trọng ngang tác dụng (vì sàn được xem là tuyệt đối cứng ở trong mặt phẳng của nó) tùy theo ma trận độ cứng của từng khung . Sau đó trong từng khung nội lực sẽ phân phối cho từng phần tử tấm , cột , vách cứng… cũng tùy theo ma trận độ cứng của từng phần tử. Dưới tác dụng của tải trọng đứng: Tải trọng sau khi truyền vào hệ thống các khung chính theo 2 phương thành các thành phần tập trung hoặc phân bố đều trên hệ thống dầm(bao gồm dầm chính,dầm phụ). Các tải trọng này sẽ truyền thành các lực tập trung đặt tại các nút. Sau đó dựa vào phương trình cân bằng giữa tải trọng và chuyển vị. [ M ]U(t) + [ C ]U(t) + [ K ] Trong đó : U(t) ; U(t) ; U(t) : là vectơ gia tốc, chuyển vị tại nút. [ M ], [ C ], [ K ] : là ma trận độ cứng , khối lượng , cản của kết cấu. Trừơng hợp phải toán tính: [ K ].[ U ]={F} Trong đo : {U} : là vectơ chuyển vị [K] : là ma trận độ cứng {F}:là vectơ tải trọng nút với các thành phần tải trọng tại các nút và ma trận độ cứng đã được xác định , từ đó ta tính được chuyển vị tại các nút . Sau đó tính được ứng suất theo quan hệ sau: {s }=[ D ].[ B ].{U} Từ đó, ta tính thép cho toàn bộ thành phần của nhà. CHƯƠNG III TÍNH TOÁN SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH 3.1/LỰA CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CÁC BỘ PHẬN SÀN -Việc bố trí mặt bằng kết cấu của sàn phụ thuộc vào mặt bằng kiến trúc và kết cấu chịu lực chính. -Kích thước tiết diện các bộ phận sàn phụ thuộc vào nhịp và tải trọng tác dụng của chúng lên mặt bằng. 3.1.1/Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm -Chiều cao tiết diện dầm hd được chọn theo nhịp: (2.1) trong đó: ld : nhịp dầm đang xét. md : hệ số phụ thuộc vào tính chất khung và tải trọng; md = 12 ¸ 16 đối với dầm của khung ngang nhiều nhịp. md = 16 ¸ 20 đối với dầm phụ. -Chiều rộng tiết diện dầm bd chọn trong khoảng: (2.2) Để thuận tiện thi công chọn hd và bd là bội số của 50 mm. Kích thước tiết diện dầm chọn sơ bộ theo tính toán dưới đây. *Đối với dầm khung D1 có nhịp 6,5m và 7,2m. D1 = 6,5 m => hd = 406 mm à 542 mm. D1 = 7,2 m => hd = 450 mm à 600 mm. Vậy ta chọn hd =500 mm => bd = 250 mm. *Đối với dầm khung D2 có nhịp 6m và 8m. D2 = 6 m => hd = 375 mm à 500 mm. D2 = 8 m => hd = 500 mm à 667 mm. Vậy ta chọn hd = 550 mm => bd =250 mm. *Đối với dầm phụ D3 có nhịp 6,5m và 7,2m. D3 = 6,5 m => hd = 325 mm à 407 mm. D3 = 7,2 m => hd = 360 mm à 450 mm. Vậy ta chọn hd = 450 mm => bd = 200mm. Để tiện theo dõi ta chọn sơ bộ kích thước của dầm theo bảng sau: Bảng 3.1 : chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm Loại dầm Số hiệu dầm Kích thước tiết diệnbdxhd (mm) Dầm khung D1 250 x 500 D2 250 x 550 Dầm phụ D3 200 x 450 . Chiều dày bản sàn hs Trong tính toán nhà cao tầng sàn được cấu tạo sao cho được xem sàn tuyệt đối cứng trong mặt phẳng ngang, do đó bề dày của sàn phải đủ lớn để: Tải trọng ngang truyền vào vách cứng, lõi cứng thông qua sàn. Sàn không bị rung động, dịch chuyển khi chịu tải trọng ngang (gió, bão, động đất...) ảnh hưởng đến công năng sử dụng. Chiều dày bản sàn phụ thuộc vào nhịp và tải trọng tác dụng. Sơ bộ xác định chiều dày hs theo biểu thức: ( 2.3 ) trong đó: . m = 30 ¸ 35 - bản loại dầm; . m = 40 ¸ 45 - bản kê bốn cạnh; . l :nhịp bản, đối với bản kê 4 cạnh l = lng ; . D = 0.8 ¸ 1.4 - hệ số phụ thuộc tải trọng. Đối với nhà dân dụng thì chiều dày tối thiểu của sàn là hmin = 6 cm Chọn ô sàn S1 (7,2 m X 6 m) là ô sàn có cạnh ngắn lớn là ô sàn điển hình để tính chiều dày sàn : Vậy chọn bề dày sàn hs = 15 cm cho toàn sàn. Hình 3.1 : Mặt bằng dầm sàn tầng điển hình Bảng 3.2 : Phân loại ô sàn Số hiệu ô sàn Công năng Loại ô bản S1 Thư viện, vệ sinh 2 phương S2 Phòng họp, văn phòng 2 phương S3 Hành lang 1 phương 3.2. XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN BẢN SÀN Tải trọng trên bản sàn gồm có 3.2.1. Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải) Bao gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn: g = ågi.di.ngi ( 2.4 ) trong đó: . gI - khối lượng riêng lớp cấu tạo thứ I ; . di - chiều dày lớp cấu tạo thứ i; . ngi - hệ số độ tin cậy của lớp thứ i. Hình 3.2 : Các lớp cấu tạo sàn Bảng 3.3 : Tĩnh tải tác dụng lên sàn STT Các lớp cấu tạo g (daN/m3) d (mm) n gtc (daN/m2) gtt (daN/m2) 1 Lớp gạch ceramic 2000 10 1.1 20 22 2 Lớp vữa lót 1800 40 1.3 72 93.6 3 Lớp bêtông chống thấm 2200 50 1.1 110 121 4 Bản BTCT 2.5 100 1.1 250 275 5 Lớp vữa trát 1.8 15 1.3 27 35.1 6 Đường ống KT + trần treo 1.2 100 120 Vậy tĩnh tải đối với sàn tầng ( phòng khách, phòng họp, hành lang) là gtt = 545,7 (daN/m2), đối với sàn âm (WC) thì gtt = 666,7 (daN/m2) Nhận xét: Ta thấy tải trọng tác dụng lên sàn tầng và sàn âm không chênh lệch nhau nhiều nên để đơn giản, thuận tiện trong việc tính toán ta lấy tải trọng tác dụng lên sàn như sau gtt = (545,7 + 666,7)/2 = 606,2 (daN/m2) 3.2.2. Tải trọng tạm thời (hoạt tải): Tải trọng tiêu chuẩn phân bố đều trên sàn lấy theo TCVN 2737 –1 995. ptt = ptc.np ( 2.5 ) trong đó: . ptc - tải trọng tiêu chuẩn lấy theo bảng 3 TCVN 2737–1995; . np - hệ số độ tin cậy : n = 1.3 khi ptc < 200 daN/m2 n = 1.2 khi ptc ≥ 200 daN/m2 Ta nhận thấy rằng, hoạt tải chọn theo chức năng của từng phòng không chênh lệch nhiều. Văn phòng, hành lang, cầu thang có hoạt tải là 300kg/m2, sàn vệ sinh là 200 kg/cm2, phòng họp là 500 kg/m2, sảnh là 450 kg/m2. Vì thế để thuận tiện cho việc tính toán cũng như bố trí cốt thép sau này ta lấy các giá trị hoạt tải như sau: Tất cả các ô sàn lấy ptc = 300 kg/m2, n = 1,2. 3.3.3 Tải trọng tường ngăn Trọng lượng tường ngăn qui đổi thành tải phân bố đều trên sàn (cách tính này đơn giản mang tính chất gần đúng ). Tải trọng của các tường ngăn có kể đến hệ số giảm tải (trừ đi 30% diện tích ô cửa) xác định theo công thức: ( 2.6 ) trong đó: .lt - chiều dài tường (m); . ht - chiều cao tường (m); . gtc - trọng lượng đơn vị tiêu chuẩn của tường: gtc = 330 (daN/m2) với tường 20 gach ống; gtc = 180 (daN/m2) với tường 10 gạch ống; .ld,lng - kích thước cạnh dài và cạnh ngắn ô sàn có tường. Căn cứ vào mặt bằng kiến trúc công trình và tính toán sơ bộ tải trọng tường trên các ô sàn. Ta có tải trọng tường phân bố đều lên sàn là gtt = 150 daN/m2. Vậy tổng tải tính toán tác dụng lên sàn: . Đối với sàn các phòng bình thường(trừ phòng họp và sảnh TM): qtt = gtlbt + gtuong + ptt = 606,2 + 150 + 300 x 1.2 = 1116,2(daN/m2) . Đối với phòng họp và sảnh : qtt = gtlbt + gtuong + ptt = 606,2 + 150 + 450 x 1.2 = 1296.2 (daN/m2) 3.4. TÍNH TOÁN CÁC Ô BẢN 3.4.1. Tính toán ô bản dầm Theo bảng 2.2 thì có 4 ô sàn S3 làm việc 1 phương . Các giả thiết tính toán: Các ô bản loại dầm được tính toán như các ô bản đơn. Các ô bản được tính như sơ đồ đàn hồi. Cắt 1m theo phương cạnh ngắn để tính. Nhịp tính toán là khoảng cách giữa 2 trục dầm. Xác định sơ đồ tính Xét tỉ số để xác định liên kết giữa bản sàn với dầm. Theo đó : ≥ 3 => Bản sàn liên kết ngàm với dầm; Bản sàn liên kết khớp với dầm; Ô bản S3 có 1 cạnh liên kết với dầm chính D1(250 X 500) và 1 cạnh liên kết với dầm phụ D3(200 X 450). *Liên kết với dầm chính D1 có = > 3 => ô sàn liên kết với dầm D1 xem như ngàm, ở vị trí có vách cứng thang máy ta cũng xem như S3 liên kết với ngàm. *S3 liên kết với dầm phụ D3 có = = 3 => ô sàn liên kết với dầm D3 xem như liên kết ngàm. b. Xác định nội lực Hình 3.3 : Sơ đồ tính sàn (ô bản dầm) Các giá trị momen tính theo công thức sau: Momen nhịp: (2.7) Momen gối: (2.8) trong đó: qtt (kg/m2) - tải trọng toàn phần (2.9) Đối với hành lang lấy theo tiêu chuẩn được p = 300 daN/m2, n=1,2 Bảng 3.4 : NỘI LỰC CHO Ô BẢN DẦM Ô sàn Nhịp Tĩnh tải Hoạt tải Tải trong toàn phần Giá trị mômen ln gtlbttt gtuongtt ptt qtt Mn Mg (m) (daN/m2) (daN/m2) (daN/m2) (daN/m2) (daN.m) (daN.m) S3 2.0 606.2 150 360 1116.2 186.03 372.07 c. Tính toán cốt thép Cốt thép được tính toán với dải bản có bề rộng b = 1m và được tính toán như cấu kiện chịu uốn. ( 2.10 ) trong đó: ; ( 2.11 ) ; ( 2.12 ) b = 100cm: bề rộng dải tính toán; h0 = hb – a: chiều cao có ích của tiết diện; Giả thiết a = 2cm : khoảng cách từ mép bêtông chịu kéo đến trọng tâm cốt thép chịu kéo ® h0 = 10 – 2 = 8 cm Lựa chọn vật liệu như bảng 2.5 Bảng 3.5 : Đặc trưng vật liệu sử dụng tính toán Bê tông B25 Cốt thép CI aR xR Rb(MPa) Rbt (MPa) Ea (MPa) RS (MPa) R'S (MPa) Ea (MPa) 14.5 1.05 3.104 225 225 21.104 0.427 0.618 Kiểm tra hàm lượng cốt thép theo điền kiện sau : ( 2.13 ) với: . ( 2.14 ) . Theo TCVN lấy mmin = 0.05% Giá trị m hợp lý nằm trong khoảng từ 0.3% đến 0.9% Kết quả tính toán cốt thép được lập thành bảng 2.6 : Bảng 3.6 : Tính toán cốt thép cho bản sàn loại dầm Ô bản Mômen (daN.m) b (cm) h0 (cm) am x Astt (cm) Thép chọn m (%) Kiểm tra F (m) a (mm) As (cm2) S3 Mnh 186.03 100 13 0.008 0.020 0.638 6 300 0.74 0.18 Thoả! Mg 372.07 100 13 0.015 0.041 1.282 6 200 1.41 0.31 Thoả! 3.4.2. Tính toán các ô bản làm việc 2 phương (bản kê 4 cạnh) Theo bảng 2.2 thì các ô bản kê 4 cạnh là : S1, S2, S4 và phần S3 ở vị trí thang máy. Các giả thiết tính toán : Ô bản được tính toán như ô bản liên tục, có xét đến ảnh hưởng của ô bản bên cạnh . Ô bản được tính theo sơ đồ đàn hồi . Cắt 1 dải bản có bề rộng là 1m theo phương cạnh ngắn và cạnh dài để tính toán . Nhịp tính toán là khoảng cách giữa 2 trục dầm . Xác định sơ đồ tính Xét tỉ số để xác định liên kết giữa bản sàn với dầm. Theo đó : ≥ 3 => Bản sàn liên kết ngàm với dầm; Bản sàn liên kết khớp với dầm; Sàn hs (cm) Dầm hd (cm) hd/hs Liên kết Sơ đồ tính S1, S2 15 cm D1 50 3.33 Ngàm D2 55 3.67 Ngàm D3 45 3 Ngàm Xác định nội lực Do các cạnh của ô bản liên kết với dầm là ngàm nên ứng với ô thứ 9 trong 11 loại ô bản. Hình 3.4 : Sơ đồ tính sàn (ô bản kê) Do đó, momen dương lớn nhất giữa nhịp là : M1 = M1’ + M1’’ = m11.P’+ mi1.P’’ ( 2.15 ) M2 = M1’ + M1’’ = m12.P’+ mi2.P’’ ( 2.16 ) Với P’ = q’.l1.l2 ( 2.17 ) P’’ = q’’.l1.l2 ( 2.18) q’ = ( 2.19) q’’ = ( 2.20) trong đó: g - tĩnh tải ô bản đang xét ; p - hoạt tải ô bản đang xét ; mi1 , mi2 - i là loại ô bản số mấy, 1 (hoặc 2) là phương của ô bản đang xét. Trong trường hợp đang tính toán i= 9 . Moment âm lớn nhất trên gối : MI = k91.P ( 2.21 ) MII = k92.P ( 2.22 ) Với : P = q.l1.l2 ( 2.23 ) q = gstt + pstt + gttt ( 2.24 ) Trong đó : P – tổng tải tác dụng lên ô bản . m11 , m12 , k91 , k92 - hệ số tra bảng 1-19 [25], phụ thuộc vào sơ đồ thứ i(i=9), và phụ thuộc vào tỉ số l2/l1 Kết quả tính toán được trình bày theo bảng 2.8 : Bảng 3.8 : Nội lực trong các ô bản kê 4 cạnh Ô bản l1 (m) l2 (m) l2/l1 m11 m12 m91 m92 k91 k92 S1 6 6.5 1.0833 0.0385 0.0334 0.0192 0.0164 0.0446 0.0379 S2 6 7.2 1.2 0.0428 0.0298 0.0204 0.0142 0.0468 0.0325 Ô bản gstt (daN/m2) pstt (daN/m2) gttt P P’ P’’ M1 M2 MI MII (daN/m2) (daN) (daN) (daN) (daNm) (daNm) (daNm) (daNm) S1 606.2 360 150 43531.8 7020 36511.8 971.3 833.26 1941.52 1649.86 S2 606.2 360 150 48219.8 7776 40443.8 1157.9 806.03 2256.69 1567.14 Tính toán cốt thép Ô bản được tính như cấu kiện chịu uốn . Giả thiết tính toán : a1,a2 = 2cm - Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép theo phương cạnh ngắn, cạnh dài đến mép bê tông chịu kéo ; h0 - chiều cao có ích của tiết diện (h0 = hs – a) ; ho = 15 – 2 =13 cm b = 100 - bề rộng tính toán của dải bản. đặc trưng vật liệu lấy theo bảng 2.5. Tính toán và kiểm tra hàm lượng m tương tự phần 2.4.1.c. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 2.9. Bảng 3.9 : Tính toán cốt thép cho sàn loại bản kê 4 cạnh Ô bản Mômen (daN.m) b(cm) ho(cm) αm ξ Astt (cm) Thép chọn μ (%) Kiểm tra Ф (mm) a (mm) As (cm2) S1 M1 971.3 100 13 0.040 0.040 3.389 8 140 3.59 0.28% Thoả! M2 833.26 100 13 0.034 0.035 2.899 8 160 3.14 0.24% Thoả! MI 1941.52 100 13 0.078 0.081 6.823 10 110 7.14 0.55% Thoả! MII 1649.86 100 13 0.067 0.070 5.844 10 130 6.04 0.46% Thoả! S2 M1 1157.9 100 13 0.047 0.048 4.057 8 120 4.13 0.32% Thoả! M2 806.03 100 13 0.033 0.033 2.803 8 160 3.14 0.24% Thoả! MI 2256.69 100 13 0.092 0.097 8.107 10 90 8.72 0.67% Thoả! MII 1567.14 100 13 0.064 0.066 5.541 10 140 5.59 0.43% Thoả! Nhận xét: Vậy các kích thước chọn sơ bộ ban đầu của sàn là thoả mãn các yêu cầu về thiết kế sàn bê tông cốt thép. Ghi chú: Khi thi công , thép chịu mô men âm ở 2 ô bản kề nhau sẽ lấy giá trị lớn để bố trí. Ví dụ : Tính ô sàn S2 : Cắt 1 dải bản có bề rộng là 1m theo phương cạnh ngắn và cạnh dài để tính toán . L1 = 6 m L2 = 7,2m - h =15cm - q = 1116,2 (daN/m2) p= 360 (daN/m2) Rs = 225 MPa Rb = 14,5 Mpa Loại ô bản số 9 Ta có : = 1,2 tra bảng ta được: m91 = 0,0204 m92 = 0,0142 k91 = 0,0468 k92 = 0,0325 m11 = 0,0426 m12 = 0,0298 Momen dương lớn nhất giữa nhịp là : M1 = M1’ + M1’’ = m11.P’+ mi1.P’’ ( 2.15 ) M2 = M1’ + M1’’ = m12.P’+ mi2.P’’ ( 2.16 ) Với P’ = q’.l1.l2 ( 2.17 ) P’’ = q’’.l1.l2 ( 2.18) q’ = ( 2.19) q’’ = ( 2.20) trong đó: g - tĩnh tải ô bản đang xét ; p - hoạt tải ô bản đang xét ; mi1 , mi2 - i là loại ô bản số mấy, 1 (hoặc 2) là phương của ô bản đang xét. Trong trường hợp đang tính toán i= 9 . Moment âm lớn nhất trên gối : MI = k91.P ( 2.21 ) MII = k92.P ( 2.22 ) Với : P = q.l1.l2 ( 2.23 ) q = gstt + pstt + gttt ( 2.24 ) Trong đó : P – tổng tải tác dụng lên ô bản . m11 , m12 , k91 , k92 - hệ số tra bảng 1-19 [25], phụ thuộc vào sơ đồ thứ i(i=9), và phụ thuộc vào tỉ số l2/l1 Ta có : P = q x L1 x L2= 1116,2 x 6 x 7,2 = 48219.84 ( daN ) P’ = q’.l1.l2 = x 6 x 7,2 = 7776 (daN) P’’ = q’’.l1.l2 =((606,2 + 150) + 180) x 6 x 7,2 = 40443,84 (daN) M1 = M1’ + M1’’ = m11.P’+ m91.P’’ = 0,0426 x 7776 + 0,0204 x 40443,84 = 1156,31 (daNm) M2 = M1’ + M1’’ = m12.P’+ m92.P’’ =0,0298 x 7776 + 0,0142 x 40443,84 = 806.03 (daNm) Moment âm lớn nhất trên gối : MI = k91.P = 0,0468 x 48219,84 = 2256,69 (daNm) MII = k92.P = 0,0325 x 48219,84 = 1567,14 (daNm) α = α1 = = 0,0472 ξ = 1 - ξ1 = 1 - = 0,0484 Astt = == 4,055 Ta chọn Ф8a110 có As = 4,13 có μ ==.100=0.312% Có μ nằm trong khoảng cho phép nên ta chọn thép đã chọn, tương tự như trên ta tính được thép ở nhịp và ở gối như công thức ở trên. CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN CẦU THANG BỘ 4.1. KIẾN TRÚC CẦU THANG TẦNG ĐIỂN HÌNH -Thiết kế cầu thang dạng bản 2 vế, không có limon, đổ bằng bê tông cốt thép, bậc xây gạch. -Cầu thang tính cho các tầng 1 đến tầng 8, mỗi tầng cao 3,4 m. -Chọn cầu thang từ tầng 1 đến tầng 8 để thiết kế. -Chọn chiều dày bản thang hbt = 10cm. -Kích thước bậc thang được chọn theo công thức sau: 2hb + lb = (60÷62) cm -Ta chọn hb = 170 mm, suy ra lb = 280 mm. - Sơ đồ bố trí cầu thang: cầu thang dạng bản theo chiều nghiêng cắt ra 1m bề rộng để tính toán. Chiếu nghỉ Vế 1 Vế 2 6500 2 3 1550 1550 3400 300 300 1530 2520 2150 300 Hình 4.1: Mặt bằng và mặt cắt cầu thang 4.2. TÍNH TOÁN BẢN THANG 4.2.1. Sơ đồ tính Sơ đồ tính vế 1 Sơ đồ tính vế 2 Hình 4.2: Sơ đồ tính bản thang 4.2.2. Tải trọng 4.2.2.1. Tĩnh tải Chiếu nghỉ, chiếu tới Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo được xác định theo công thức: gc = (kN/m2) trong đó: - khối lượng của lớp thứ i; - chiều dày của lớp thứ i; ni - hệ số độ tin cậy của lớp thứ i. STT Cấu tạo bản thang (m) (kN/m3) Hệ số độ tin cậy n gi (kN/m2) 1 Đá granit 0.010 20 1.1 0.220 2 Vữa xi măng 0.020 18 1.3 0.468 3 Bản BTCT 0.100 25 1.1 2.750 4 Vữa trát 0.015 18 1.3 0.351 gctt 3.789 Bảng 4.1: Xác định trọng lượng các lớp cấu tạo của bản chiếu nghỉ và chiếu tới Bản thang (phần bản nghiêng) Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo được xác định theo công thức: gb = (kN/m2) trong đó: - khối lượng của lớp thứ i; - chiều dày tương đương của lớp thứ i. - Đối với các lớp gạch ( đá hoa cương, đá mài…) và lớp vữa có chiều dày chiều dày tương đương được xác định như sau: - góc nghiêng của bản thang. - Đối với bậc thang xây gạch có kích thước lb, hb, chiều dày tương đương được xác định như sau: ni – hệ số độ tin cậy của lớp thứ i. STT Cấu tạo bản thang lb(m) hb(m) (m) (độ) (m) 1 Đá granit 0.270 0.165 0.010 31 0.015 2 Vữa xi măng 0.270 0.165 0.020 31 0.029 3 Bậc xây gạch 0.270 0.165 - 31 0.075 4 Vữa trát 0.270 0.165 0.015 31 0.022 Bảng 4.2: Tính chiều dày tương đương các lớp cấu tạo bản thang STT Cấu tạo bản thang (m) (kN/m3) n gi (kN/m2) 1 Đá granit 0.015 20 1.1 0.330 2 Vữa xi măng 0.029 18 1.3 0.679 3 Bậc xây gạch 0.075 18 1.3 1.755 4 Bản BTCT 0.100 25 1.1 2.750 5 Vữa trát 0.022 18 1.3 0.515 gbtt 6.028 Bảng 4.3: Xác định tải trọng các lớp cấu tạo bản thang Tải trọng do lan can truyền vào bản thang qui về tải trọng phân bố đều trên bản thang. Trọng lượng của lan can gtc = 0.30 kN/m. Do đó qui tải lan can trên đơn vị m2 bản thang: glctt = 0.3 x1.3/1.2 = 0.25 (kN/m2). 4.2.2.2. Hoạt tải ptt = ptc.n (kN/m2) trong đó: ptc – tải trọng tiêu chuẩn lấy theo bảng 3 TCVN 2737:1995, đối với cầu thang chung cư lấy ptc = 3 (kN/m2); n – hệ số độ tin cậy; ptt = 300 x 1.2 = 3.6 (kN/m2). như vậy: Tải trọng toàn phần tác dụng lên bản thang: qbttt = gbtt +glctt + ptt = 6.028+0.25+3.6 = 9.878 (kN/m2). Tải trọng toàn phần tác dụng lên chiếu nghỉ, chiếu tới: qcntt = gctt + ptt = 3.789+3.6 = 7.389 (kN/m2). 3.2.3. Nội lực Vế 1 Hình 4.3: Biểu đồ moment vế thang 1 Hình 4.4: Phản lực gối tựa vế thang 1 Hình 4.5: Biểu đồ lực cắt vế thang 1 Vế 2 Hình 4.6: Biểu đồ moment vế thang 2 Hình 4.7: Phản lực gối tựa vế thang 2 Hình 4.8: Biểu đồ lực cắt vế thang 2 3.2.4. Tính toán cốt thép Do hai vế giống nhau nên chỉ tính toán cho vế 1, vế 2 bố trí thép tương tự. Bản thang được tính như cấu kiện chịu uốn. Tính cốt thép ta lấy mômen Mn = 0.7 Mmax Mg = 0.4 Mmax Giả thiết tính toán: - a = 1.5 cm khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo; - ho = 12 -1.5 = 10.5 cm chiều cao có ích của tiết diện; - b = 100cm bề rộng tính toán của dải - Đặc trưng vật liệu sử dụng tính toán trình bày trong bảng 3.4 Bê tông B25 Cốt thép CI aR xR Rb(MPa) Rbt (MPa) Ea (MPa) RS (MPa) R'S (MPa) Ea (MPa) 14.5 1.05 3.104 225 225 21.104 0.427 0.618 Bảng 4.4: Đặc trưng vật liệu Các bước tính toán cốt thép Kiểm tra hàm lượng cốt thép Kết quả tính toán cốt thép được trình bày trong bảng 3.5. Tên cấu kiện Vị trí Giá trị moment (Nm) b cm) ho (cm) m Astt (cm) Chọn thép µ% Ф a Aschọn (mm) (mm) (cm2) Bản thang Gối trái 0 100 10.5 0 1 0 10 200 3.92 0.34 Nhịp 23610 100 10.5 0.086 0.09 6.689 12 160 7.07 0.94 Gối phải 20040 100 10.5 0.042 0.043 3.166 10 200 3.92 0.34 Bản chiếu nghỉ Gối trái 20040 100 10.5 0.042 0.043 3.166 10 200 3.92 0.34 Gối phải 0 100 10.5 0 0 0 10 200 3.92 0.34 Bảng 4.5: Tính toán thép bản thang 4.3. TÍNH TOÁN DẦM THANG Hai dầm có kích thước, sơ đồ tính, tải trọng giống nhau. Do đó ta chỉ cần tính toán cho một dầm và bố trí cốt thép cho cả hai dầm. 4.3.1. Sơ đồ tính Hình 3.7: Sơ đồ tính dầm thang 4.3.2. Tải trọng - Sơ bộ chọn tiết diện dầm 20x30 - Trọng lượng bản thân dầm do Sap tự tính - Tải trọng do vế thang truyền vào 4.3.3. Nội lực Hình 4.8: Biểu đồ moment dầm thang Hình 4.9: Biểu đồ lực cắt dầm thang 4.3.4. Tính toán cốt thép a. Tính toán cốt thép dọc Giả thiết tính toán: - a = 2.55 cm khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo; - ho = 30 -2.5 = 27.5 cm chiều cao có ích của tiết diện; Bê tông B25 Cốt thép CI aR xR Rb(MPa) Rbt (MPa) Ea (MPa) RS (MPa) R'S (MPa) Ea (MPa) 14.5 1.05 3.104 225 225 21.104 0.427 0.618 Bảng 4.6: Đặc trưng vật liệu Các bước tính toán cốt thép Kiểm tra hàm lượng cốt thép Kết quả tính toán cốt thép được trình bày trong bảng 3.7. Tên cấu kiện Vị trí Giá trị moment(kNm) b (cm) ho (cm) m Astt (cm2) Chọn thép µ% Nhận xét Þ(mm) Aschọn (cm2) Dầm thang Gối 0.000 20 27.5 0.000 0.000 0.00 2Ф14 4.02 0.73 Cấu tạo Nhịp 47.020 20 27.5 0.183 0.204 8.46 2Ф18 10.18 1.85 Thỏa Bảng 3.7: Tính toán côt thép Tính toán cốt đai Bước 1: Chọn số liệu đầu vào - Chọn cấp độ bền của bê tông: Rb = 14.5MPa , Rbt = 1.05 MPa - Chọn loại cốt đai: Rsw = 225 MPa, Es = 21. 104 MPa. - b = 200 mm, h = 300 mm - Chọn a =2.5 ho = h – a = 30-2 =27.5cm Bước 2: Kiểm tra khả năng chiu ứng suất nén Giả sử chọn Ф8, 2 nhánh với khoảng cách a = 200 QA 0.3φω1. φb1 Rb. bh0 µω = ASN/bs = (2*50.3)/(200* 200) = 0.0025 α = Es/Eb = 21.104/27.103 = 7.8 φω1 = 1- 5α µsω = 1+5*7.8*0.0025 = 1.004 <1.3 φω1 = 1- βRb = 1- 0.01*11.5 =0.885 (β = 0.01 đối với bê tông nặng) 0.3φω1. φb1 Rb. bh0 = 0.3*1.004*0.885*11.5*200*275 = 168.6 *103N 168.3kN > Qmax = 30.2 kN - Nếu thỏa điều kiện thì đặt cốt đai theo cấu tạo. - Khoảng cách cốt đai theo cấu tạo: khi h < 450mm khi h 450mm 4.4. BỐ TRÍ CỐT THÉP Bố cốt thép như bản vẽ KC - 02/08. Ghi chú: cốt thép bố trí trên bản vẽ KC - 02/08 có thể sai khác một chút ít so với tính toán để tiện lợi hơn khi thi công nhưng vẫn đảm bảo an toàn. CHƯƠNG V TÍNH TOÁN HỒ NƯỚC MÁI CÔNG NĂNG VÀ KÍCH THƯỚC HỒ NƯỚC MÁI Hồ nước mái cung cấp nước sinh hoạt cho tòa nhà và phục vụ cho công tác cứu hỏa. Sơ bộ tính nhu cầu dùng nước sinh hoạt như sau: cứ một người một ngày đêm dùng 200 (l), Viện Cơ Học cĩ khoảng 250 người . Do đó lượng nước yêu cầu mỗi ngày cần cung cấp cho viện l: Vyc = 250 x 200 = 50000 (lít) = 50 m3 Nước dự trử dùng để cứu hỏa: Wch = 0.3´Wsh = 0.3 ´ 40 = 12 m3 Do đó thể tích nước trong đài nước là: Vđài =50 + 12 = 62 m3 Dựa vào nhu cầu sử dụng đó ta bố trí 1 hồ nước mái trn sân thượng. Kích thước hồ nước mái được thể hiện cụ thể trên hình 4.1. Thể tích hồ nước mái: Vhồ = 6,5 x 6 x1.6 = 62.4 (m3) Hồ nước được xây trên sân thượng giữa trục 1-2 và C-D cột hồ nước mái là cột của khung. Hồ nước mái có kích thước như hình vẽ (6500 x 6000), từ sàn sân thượng đến đái hồ nước là 0,6m. 5.1. Bản nắp hồ : BẢN NẮP HỒ NƯỚC Chọn chiều dày bản nắp là 8 cm . 5.1.1 Tải trọng : Bảng 4.1 STT Vật liệu Chiều dày (m) g (daN/m3) n Tĩnh tải tính toán (daN/m2) 1 Lớp vữa lót 0.02 1800 1.2 43.2 2 Bản đáy BTCT 0.08 2500 1.1 220 3 Lớp vữa trát 0.._.015 1800 1.2 32.4 Tổng cộng 295.6 Hoạt tải : P = 75*1.3=95.7 daN/m2 Tổng tải tác dụng lên nắp bể : qtt = 295.6 + 95.7 = 393.1 daN/m2 5.1.2 Sơ đồ tính : xét tỉ số : <2 Þ Bản làm việc theo 2 phương. Tính toán theo sơ đồ đàn hồi, các hệ số m91 ;m92 ; k91 ; k92; thuộc ô bảng số 9 sơ đồ như hình vẽ M1 = m91 ´ qS ´ l1 ´ l2 M2 = m92 ´ qS ´ l1 ´ l2 MI = k91 ´ qS ´ l1 ´ l2 MII = k92 ´ qS ´ l1 ´ l2 Các công thức tính toán : Cốt thép được tính toán với dải bản có bề rộng b = 1m và được tính toán như cấu kiện chịu uốn. trong đó: ; ; b = 100mm: bề rộng dải tính toán; h0 = hb – a: chiều cao có ích của tiết diện; Giả thiết a = 1.5cm : khoảng cách từ mép bêtông chịu kéo đến trọng tâm cốt thép chịu kéo ® h0 = 8 – 1.5 = 6.5 cm Đặc trưng vật liệu sử dụng tính toán Bê tông B25 Cốt thép CI aR xR Rb(MPa) Rbt (MPa) Ea (MPa) RS (MPa) R'S (MPa) Ea (MPa) 14.5 1.05 3.104 225 225 21.104 0.427 0.618 Kiểm tra hàm lượng cốt thép theo điền kiện sau : ( 2.13 ) với: . ( 2.14 ) . Theo TCVN lấy mmin = 0.05% Giá trị m hợp lý nằm trong khoảng từ 0.3% đến 0.9% Bảng 5.2 C.dài Hệ số Phương 1 Phương 2 l1 m L2 M m91 m92 K91 k92 M1 daN.m M2 daN.m MI daN.m MII daN.m 3 3.25 1.08 0.0194 0.00592 0.0429 0.0129 149.016 45.379 328.54 99.038 5.1.3 Tính thép : Bảng 5.3 Vị trí M ho am x Astt Chọn As chọn m% (daN.m) cm (cm2) (cm2) Cạnh Gối 328.54 6.5 0.071 0.073 2.63 f6a100 2.83 0.4 Ngắn Nhịp 149.016 6.5 0.032 0.033 1.17 f6a180 1.57 0.18 Cạnh Gối 99.038 6.5 0.021 0.022 0.77 f6a200 1.41 0.12 Dài Nhịp 45.379 6.5 0.0098 0.0098 0.35 f6a200 1.41 0.054 5.2. Tính hệ dầm nắp : Chọn tiết diện dầm: DN1: 200 x 300 DN2: 200 x300 Sơ đồ truyền tải : MẶT BẰNG DẦM NẮP 5.2.1. DN1: +Trọng lượng bản thân dầm: gd= 0.2 x (0.3-0.08) x 2500 x 1.1 = 121 daN/m + Tải trọng do ô bản truyền vào dầm: dạng hình thang qbn 1= 0.27 qbn 1= daN/m qbn 1=558.226*2=1116.451 daN/m (do tải trọng hai bên truyền vào dầm DN1 đều có dạng hình thang) + Tổng tải trọng q1 = qbn 1+ gd =1116.451+121=1237.451 daN/m + Sơ đồ truyền tải Mmax ==5568.53 daNm Qmax ==3712.353 daN 5.2.2. DN2: +Trọng lượng bản thân dầm: gd= 0.2 x (0.3-0.08) x 2500 x 1.1 = 121 daN/m + Tải trọng do ô bản truyền vào dầm: dạng hình thang qbn 2 = 0.27 qbn 2= daN/m + Tổng tải trọng q2 = qbn 1+ gd =558.226+121=679.226 daN/m + Sơ đồ truyền tải Mmax ==3056.515daNm Qmax ==2037.677daN 5.2.3. DN3: +Trọng lượng bản thân dầm: gd= 0.2 x (0.3-0.08) x 2500 x 1.1 = 121 daN/m + Tải trọng do ô bản truyền vào dầm: dạng tam giác qbn3 = daN/m + Tổng tải trọng q3 = qbn 1+ gd =399.242+121=520.242 daN/m + Lực tập trung tác dụng lên dầm Dn3 : * Tĩnh tải: Trọng lượng bản thân dầm Gd = Gd = daN Trọng lượng sàn: GS = gsS = 391.1 = 1390.238 daN GS =1390.238*2=2780.477 daN Gtd =2781.477 + 363 =3143.477 daN + Sơ đồ truyền tải Tính cốt thép : trong đó: ; ; b = 200mm: bề rộng dải tính toán; h0 = hb – a: chiều cao có ích của tiết diện; Giả thiết a = 3.5cm : khoảng cách từ mép bêtông chịu kéo đến trọng tâm cốt thép chịu kéo ® h0 = 30 – 3.5 = 26.5 cm, n=2; f=0.238; f6 Đặc trưng vật liệu sử dụng tính toán Bê tông B25 Cốt thép CI aR xR Rb(MPa) Rbt (MPa) Ea (MPa) RS (MPa) R'S (MPa) Ea (MPa) 14.5 1.05 3.104 225 225 21.104 0.427 0.618 Kiểm tra hàm lượng cốt thép theo điền kiện sau : ( 2.13 ) với: . ( 2.14 ) . Theo TCVN lấy mmin = 0.05% Giá trị m hợp lý nằm trong khoảng từ 0.3% đến 0.9% Bảng5.4 Dầm Tiết diện M Rb b h0 am x Astt As (chọn) µ (daN.m) (MPa) cm cm cm2 cm2 % Dn1 Nhịp 5568.53 14.5 20 26.5 0.36 0.472 10.6 4f18(10.18) 1.99553 Dn2 Nhịp 3056.52 14.5 20 26.5 0.198 0.223 4.99 4f14(6.156) 0.94185 Dn3 Nhịp 7050 14.5 20 26.5 0.46 0.7 15.8 2f22+2f24 (16.65) 2.98 Tính cốt đai : Utt < Umax Bảng 5.5 Dầm Tiết diện Q Rk Rad Rn b h0 Utt Umax Uct daN daN/cm2 daN/cm2 daN/cm2 cm cm cm cm cm Dn1 Nhịp 2037.677 8.8 2000 110 20 26.5 181.4 90.983 30 Dn2 Nhịp 1056.742 8.8 2000 110 20 26.5 674.3 175.44 30 Dn3 Nhịp 209 8.8 2000 110 20 26.5 305.5 118.085 30 5.3 . Tính bản thành hồ : Chọn chiều dày thành bản hồ là 120 mm để thiết kế . 5.3.1. Tải trọng : Ap lực nước phân bố hình tam giác . Ap lực nước lớn nhất ở đáy hồ : pn= n´gn´h = 1.4´1000´ 1.6 = 2240 (daN/m2) Tải trọng gió : xem gió tác dụng phân bố đều lên thành hồ . Gióđẩy: Wđẩy=c*W0*n*B*k=0.6*83*1.3*0.92 Wđẩy=59.56 daN/m2 Gió hút: Whút = c*W0*n*B*k= 0.8*83*1.3*0.92 Whút=79.41 daN/m2 5.3.2. Sơ đồ tính : Xét tỷ số: > 2 ÞBản làm một phương Þ Cắt một dãy có bề rộng b=1 m theo phương cạnh ngắn để tính . Sơ đồ tính : dầm một đầu ngàm , một đầu khớp chịu tải phân bố tam giác . Các trường hợp tác dụng của tải trọng lên thành hồ : Hồ đầy nước , không có gió . Hồ đầy nước có gió đẩy . Hồ đầy nước, có gió hút . Hồ không có nước , có gió đẩy (hút) . Tải trọng gió nhỏ hơn nhiều so với áp lực của nước lên thành hồ , ta thấy trường hợp nguy hiểm nhất cho thành hồ là : Hồ đầy nước + gió hút . 5.3.3. Tính nội lực : Mg = Mg=407.7 daNm Mnhịp = Mnhịp=172.26 daNm 5.3.4. Tính thép : Tính cốt thép được tóm tắt trong bảng sau h0 =11.5 cm Bảng 5.6 Tiết diện M Rb b ho am x Astt As chọn µ (daN.m) (MPa) cm cm cm2 cm2 % Gối 407.7 14.5 100 11.5 0.021 0.021 1.593 f6a150(1.89) 0.16 Nhịp 172.26 14.5 100 11.5 0.022 0.022 0.669 f6a200(1.42) 0.12 5.4. Tính bản đáy hồ 5.4.1 Tải trọng : Tĩnh tải : Bảng 5.7 STT Vật liệu Chiều dày (m) g (daN/m3) n Tĩnh tải tính toán (daN/m2) Gạch men 0.01 2000 1.2 24 1 Lớp vữa lót 0.02 1800 1.2 43.2 2 Lớp chống thấm 0.02 2000 1.3 53 3 Bản đáy BTCT 0.12 2500 1.1 330 4 Lớp vữa trát 0.015 1800 1.2 32.4 Tổng cộng gtt = 482.6 Hoạt tải : áp lực nước ptt = n ´ gn ´ h = 1.4 ´ 1000 x 1.6 =2240 daN/m2 Tổng tải trọng tác dụng lên bản đáy : qt t = ptt + gtt = 2240 + 482.6 = 2722.6 da N/m2 5.4.2. Sơ đồ tính : BẢN ĐÁY Xét tỉ số: < 2 Þ Bản làm việc theo 2 phương, tính toán theo sơ đồ dàn hồi Tra bảng các hệ số ứng với sơ đồ 9 ( bản ngàm 4 cạnh ). 5.4.3. Nội lực : Tính toán các ô bản theo sơ đồ đàn hồi Tra bảng các hệ số m91 ;m92 ; k91 ; k92 M1 = m91 ´ qs ´ l1 ´ l2 M2 = m92 ´ qs ´ l1 ´ l2 MI = k91 ´ qs ´ l1 ´ l2 MII = k92 ´ qs ´ l1 ´ l2 Cốt thép được tính toán với dải bản có bề rộng b = 1m và được tính toán như cấu kiện chịu uốn. trong đó: ; ; b = 100mm: bề rộng dải tính toán; h0 = hb – a: chiều cao có ích của tiết diện; Giả thiết a = 1.5cm : khoảng cách từ mép bêtông chịu kéo đến trọng tâm cốt thép chịu kéo ® h0 = 12 – 1.5 = 10.5 cm Đặc trưng vật liệu sử dụng tính toán Bê tông B25 Cốt thép CI aR xR Rb(MPa) Rbt (MPa) Ea (MPa) RS (MPa) R'S (MPa) Ea (MPa) 14.5 1.05 3.104 225 225 21.104 0.427 0.618 Kiểm tra hàm lượng cốt thép theo điền kiện sau : ( 2.13 ) với: . ( 2.14 ) . Theo TCVN lấy mmin = 0.05% Giá trị m hợp lý nằm trong khoảng từ 0.3% đến 0.9% Bảng 5.8 C.dài Hệ số Phương 1 Phương 2 l1 m L2 M m91 m92 K91 k92 M1 (daN.m) M2 (daN.m) MI (daN.m) MII (daN.m) 3 3.25 1.08 0.01912 0.0167 0.0459 0.0367 507.55 443.31 1218.43 974.21 5.4.4 Tính thép : Bảng 5.9 Vị trí M ho am x Astt As Chọn m% (daN.m) cm (cm2) Cạnh Gối 1218.4 10.5 0.100468 0.106097 6.127079 f10a120(6.54) 0.05 Ngắn Nhịp 507.55 10.5 0.041851 0.042766 2.469714 f8a180(2.79) 0.02 Cạnh Gối 974.21 10.5 0.080331 0.083846 4.842089 f10a150(5.23) 0.04 Dài Nhịp 443.31 10.5 0.036554 0.037248 2.151061 f8a200(2.51) 0.01 Kiểm tra độ võng của bản đáy Độ võng của bản ngàm 4 cạnh được xác định theo công thức sau q=2722.6 daN/m2 ; a=3 m phụ thuộc vào tỷ số(l2/l1) 0.00145 (tra phụ lục 17) Eb =2.65*105 daaN/cm2; h=10 cm; µ=0.2 D= 0.52 cm 5.5. Tính hệ dầm đáy : Chọn sơ bộ kích thước tiết diện các dầm đáy hồ : DĐ1, DĐ4 : chọn (b´h) = (0.25´ 0.5) m DĐ2, DĐ3 : chọn (b´h) = ( 0.3 ´ 0.6) m Sơ đồ bố trí hệ dầm đáy : MẶT BẰNG DẦM ĐÁY Tính hệ dầm đỡ bản đáy theo sơ đồ hệ dầm trực giao: các dầm giữa có liên kết khớp với dầm biên, các dầm biên được xét với 2 trường hợp là liên kết ngàm và liên kết khớp với cột hồ nước. Giá trị nội lực lấy max trong 2 trường hợp để tính thép cho dầm. Tải trọng Trọng lượng bản thân dầm do máy tự tính Tổng tải trọng bản đáy là: 27.226 (kN/m2) Trọng lượng bản thân các lớp tạo thành bản thành Lớp gạch mem dày 1 cm g1 ==38.4 daN/m Lớp vữa trát dày 2 cm g2 ==69.12 daN/m Lớp BTCT dày 10 cm g3 ==440 daN/m Lớp vữa trát dày 1.5 cm g4 ==51.84 daN/m gbản thành = g1 + g2 + g3 + g4 gbản thành =38.4 +69.12 +440 +51.84 =599.36 daN/m Dầm D1 do bản nắp truyền vào có dạng hình tam giác: P = 27.226 x 3 = 81.7 kN/m Dầm D4 do bản nắp truyền vào có dạng hình tam giác: P = 27.226 x 3/2 = 40.8 kN/m Dầm D2 do bản nắp truyền vào có dạng hình thang: P = 27.226 x 3 = 81.7 kN/m Dầm D3 do bản nắp truyền vào có dạng hình thang: P = 27.226 x 3/2 = 40.8 kN/m Sơ đồ truyền tải liên kết khớp Sơ đồ mômen liên kết khớp Sơ đồ lực cắt liên kết khớp Sơ đồ truyền tải liên kết ngàm Sơ đồ mômen liên kết ngàm Sơ đồ lực cắt liên kết ngàm *Tính cốt thép : Cốt thép được tính toán với dải bản có bề rộng b = 1m và được tính toán như cấu kiện chịu uốn. trong đó: ; ; b = 200mm: bề rộng dải tính toán; h0 = hb – a: chiều cao có ích của tiết diện; Giả thiết a = 1.5cm : khoảng cách từ mép bêtông chịu kéo đến trọng tâm cốt thép chịu kéo ® h0 = 40 – 3.5 = 36.5 cm; n=2; f=0.238; f8 vaø h=50 cm ; choïn a= 3.5cmÞ h0 =46.5 cm; b=20 cm Đặc trưng vật liệu sử dụng tính toán Bê tông B25 Cốt thép CI aR xR Rb(MPa) Rbt (MPa) Ea (MPa) RS (MPa) R'S (MPa) Ea (MPa) 14.5 1.05 3.104 225 225 21.104 0.427 0.618 Kiểm tra hàm lượng cốt thép theo điền kiện sau : ( 2.13 ) với: . ( 2.14 ) . Theo TCVN lấy mmin = 0.05% Giá trị m hợp lý nằm trong khoảng từ 0.3% đến 0.9% Þ h0 =46.5 cm; b=20 cm Bảng 5.10 Dầm Tiết diện M Rb b h0 am x Astt As (chọn) µ (daN.m) (MPa) cm cm cm2 cm2 % Dđ1 Nhịp 30330 14.5 30 56.5 0.29 0.35 25 2f20+4f25 (25.53) 1.47 Dđ2 Nhịp 24690 14.5 30 56.5 0.23 0.27 19.44 2f18+4f22 ( 20.29) 1.14 Dđ3 Nhịp 23440 14.5 25 46.5 0.39 0.54 26.56 4f22+2f28 (27.52) 2.28 Dđ4 Nhịp 19180 14.5 25 46.5 0.32 0.4 19.58 2 f18+4 f22 (20.29) 1.71 Tính cốt đai : Utt < Umax Bảng 5.11 Dầm Tiết diện Q Rk Rad Rn b h0 Utt Umax Uct daN daN/m daN/m daN/m cm cm cm cm cm Dđ1 Nhịp 1860 8.8 2000 110 30 56.5 1855 679.64 20 Dđ2 Nhịp 1860 8.8 2000 110 30 56.5 1855 679.64 20 Dđ3 Nhịp 1370 8.8 2000 110 25 46.5 1544 520.83 20 Dđ4 Nhịp 1880 8.8 2000 110 25 46.5 1797 561.84 20 Tính toán cột hồ nước mái Cột hồ nước mái chủ yếu là chịu nén, do tải trong ngang quá nhỏ. Nên ta chỉ xác định lực nén tác dụng xuống chân cột và tính thép cột theo cấu kiện chịu nén đúng tâm là đủ. Tải trọng Trọng lượng bản thân cột truyền xuống chân cột: Cột C1(60x70): GC1 = 0.6x0.7x1x2500x1.1 = 1155 daN Trọng lượng hồ nước truyền vào chân cột: Dựa vào mặt bằng kiến trúc thì: cột C1 nhận ¼ khối lượng hồ nước. Ta tính khối lượng của hồ nước như sau: Khối lượng bản nắp + hoạt tải, bản đáy + nước đầy bể chứa: G1 = (393.1 + 2722.6) x 6 x 6.5 = 121512.3 daN Khối lượng bản thành: G2 = 2 x 501.3 x 1.6 x (6.5 + 6) = 20052 daN Khối lượng của các dầm là: G3 = 121 x 3 x 6 + 121 x 2 x 6.5 + 343.75 x 3 x 6 + 495 x 3 x 6.5 = 19591 Vậy lực nén lớn nhất ở mỗi chân cột là: Cột C1: N = 1155 + ¼(121512.3 + 20052 + 19591) = 41443.8 (daN) Tính toán cốt thép Cốt thép cột được tính theo cấu kiện chịu nén đúng tâm với: N = 41443.8 daN Khả năng chịu nén của cột: Cột C1: NC1 = Rbxbxh = 145 x 60 x 70 = 609000 (daN) Nhận thấy rằng khả năng chịu nén của cột là rất lớn so với lực nén tính toán được, do đó cốt thép cột đựơc bố trí theo cấu tạo. Cột C1: Bố trí 4Ф16 Bố trí cốt thép Bố trí cốt thép xem bản vẽ KC 03/08. CHƯƠNG VI THIẾT KẾ KHUNG TRỤC C & 2 6.1 PHÂN LOẠI KẾT CẤU NHÀ CAO TẦNG - Nếu căn cứ vào vật liệu của kết cấu thì kết cấu nhà cao tầng trong thực tế xây dựng hiện nay có các loại : kết cấu thép ; kết cấu bêtông cốt thép và kết cấu tổ hợp thép – bêtông cốt thép. - Nếu căn cứ vào sơ đồ làm việc và cấu tạo của kết cấu thì có thể phân chia kết cấu nhà cao tầng thành các loại như sau :kết cấu cơ bản ; kết cấu hỗn hợp và kết cấu đặc biệt . Các dạng kết cấu nhà cao tầng cơ bản thường dùng trong thực tế gồm có : kết cấu khung , kết cấu tường chịu lực kết cấu lõi và kết cấu ống . Sự kết hợp các dạng kết cấu cơ bản tạo ra các dạng được gọi là kết cấu hỗn hợp . Các dạng kết cấu hỗn hợp thường gặp trong thực tế bao gồm : kết cấu khung – giằng ; kết cấu khung – vách ; kết cấu ống – lõi ; kết cấu ống tổ hợp . - Ngoài các dạng kết cấu trên đây trong thực tế còn có các dạng kết cấu đặc biệt , đó là : kết cấu có hệ thống dầm truyền , kết cấu có các tầng cứng , kết cấu có hệ giằng liên tầng và kết cấu có hệ khung ghép . Cũng phải nói rằng các kết cấu được đề cập trên đây cũng chỉ là những đại diện điển hình ; có thể nói rằng kết cấu nhà cao tầng là một thế giới đa dạng và phong phú về chủng loại ; là một niềm đam mê lớn cho các nhà thiết kế xây dựng .- Đây là công trình thuộc dạng khung chịu lực Theo phương ngang :Hệ cột và các dầm sàn ngang tạo thành các khung ngang Theo phương dọc : Hệ cột và các dầm sàn dọc tạo thành các khung dọc ; - Như vậy , một công trình có nhiều khung ngang và nhiều khung dọc . Khi chịu tải các khung ngang và các khung dọc hợp thành hệ không gian cùng chịu lực gọi là : khung không gian . - Để đơn giản hóa khi tính toán , người ta quy ước như sau : + Khi tỉ số 1.5 ( công trình có mặt bằng chạy dài ) nội lực chủ yếu chạy trong khung ngang vì độ cứng của khung ngang nhỏ hơn nhiều lần so với dộ cứng khung dọc (khung ngang ít nhịp hơn khung dọc) , cũng có thể xem gần đúng : khung dọc “tuyệt đối cứng” . Vì thế cho phép tách riêng từng khung phẳng để tính nội lực khung phẳng . + Khi tỉ số < 1.5 : độ cứng khung ngang và khung dọc chênh lệch không nhiều , lúc này phải tính nội lực theo khung không gian . Vậy Công trình đang thiết kế có L = 27,4 m và B = 20 m = 1,37 nên ta tiến hành tính toán hệ khung chịu lực của công trình theo khung . - Nhiệm vụ tính toán trong chương này là tính toán khung trục C & 2. -Kết cấu khung không gian ta dùng phần mếm thông dụng là ETABS Version 9.2.0 để tính toán. 6.2.XÁC ĐỊNH SƠ BỘ TIẾT DIỆN DẦM, CỘT 6.2.1. Xác định sơ bộ kích thước cột Công thức tính sơ bộ diện tích tiết diện cột: (cm2) Trong đó: Rb= 14.5 (Mpa) Cường độ chịu nén tính toán của bê tông; kt- Hệ số xét đến ảnh hưởng khác như mômen uốn, hàm lượng cốt thép, độ mãnh của cột. Nén đúng tâm: kt = 0.8 ÷ 1.1; Nén lệch tâm: kt = 1.1 ÷ 2; N- Lực nén dọc trục tại tiết diện chân cột, được tính toán gần đúng như: N = ms.q.Fs Fs - diện tích mặt sàn truyền tải trọng lên cột đang xét; ms – số sàn phía trên tiết diện đang xét; q – tải trọng tương đương tính trên mỗi mét vuông mặt sàn, trong đó gồm tải trọng thường xuyên và tạm thời trên bản sàn, trọng lượng dầm, tường, cột đem tính ra phân bố đều trên sàn. Giá trị q được lấy theo kinh nghiệm thiết kế như sau: + Với nhà có bề dày sàn là bé (1014cm kể cả các lớp cấu tạo mặt sàn), có ít tường, kích thước của dầm và cột thuộc loại bé, thì q = 10 14 kN/m2 + Với nhà có bề dày sàn trung bình (15 20 cm) tường, dầm, cột là trung bình hoặc lớn thì q = 1518 kN/m2 + Với nhà có bề dày sàn khá lớn (trên 25cm) cột và dầm đều lớn thì q = 20 kN/m2 Do đó đối với Viện Cơ Học Ứng dụng chiều dày sàn là 15cm ta chọn q = 16 kN/m2 = 1.6 T/m2 riêng đối với tầng hầm, tầng trệt và tầng lững lấy q = 18 kN/m2 = 1.8 T/m2 Kết quả chọn tiết diện cột được ghi trong bảng 6.1. *Đối với cột biên Ta tính diện tích chịu tải lớn nhất của cột và lấy cho tất cả các cột còn lại, vì theo thiết kế nhà không bố trí vách cứng, nên để đảm bảo an toàn ta không thay đổi tiết diện cột các tầng mà vẫn giữ nguyên tiết diện cột chỉ thay đổi cốt thép cho cột. Ta chọn cột biên có tiết diện hình chữ nhật. *Diện chịu tải của cột Cột tầng nhà Fs(m2) ms q(KN/m2) N(kN) Kt Aott(cm2) Chọn tiết diện b(cm2) h(cm) Aochọn(cm2) 8, sânthượng 25.2 2 16 806.4 1.1 611.8 40 40 1600 6, 7 25.2 4 16 1612.8 1.1 1223.5 45 45 2025 4, 5 25.2 6 16 2419.2 1.1 1835.3 50 50 2500 2, 3 25.2 8 16 3225.6 1.1 2447 55 55 3025 Lửng, 1 25.2 10 16 4032 1.1 3058.8 60 60 3600 Hầm, trệt 25.2 12 18 5443.2 1.1 4129.3 65 65 4225 Ta tiến hành thay đổi tiết diện cột 2 tầng 1 lần. Ta tiến hành xét độ cứng của dầm và cột sân thượng (tầng trên cùng) sao cho: EJcột > EJdầm ó bh3cột > bh3dầm ó 40 x 403 > 25 x 503 ó3.3 x 106 > 3.1 X 106 Vậy ta chọn tiết diện sơ bộ cột (biên) thoả điều kiện về độ cứng. *Đối với cột giữa Ta chọn cột giữa có tiết diện hình vuông và thay đổi tiết diện cột 2 tầng 1 lần. Cột tầng nhà Fs(m2) ms q(KN/m2) N(kN) Kt Aott(cm2) Chọn tiết diện b(cm2) h(cm) Aochọn(cm2) 8, sânthượng 50.4 2 16 806.4 1.1 611.8 45 55 2475 6, 7 50.4 4 16 1612.8 1.1 1223.5 50 60 3000 4, 5 50.4 6 16 2419.2 1.1 1835.1 55 65 3575 2, 3 50.4 8 16 3225.6 1.1 2447 60 70 4200 Lửng, 1 50.4 10 16 4032 1.1 3058.8 65 75 4875 Hầm, trệt 50.4 12 18 5443.2 1.1 4029.3 70 80 5600 Ta tiến hành xét độ cứng của dầm và cột sân thượng tầng trên cùng) sao cho: EJcột > EJdầm ó bh3cột > bh3dầm ó 45 x 553 > 25 x 503 ó7.4 x 106 x 106 > 3.1 X 106 Vậy ta chọn tiết diện sơ bộ cột (giữa) thoả điều kiện về độ cứng. Kích thước tiết diện cột được chọn sơ bộ có được xem là hợp lý hay không về mặt chịu lực chỉ được đánh giá sau khi đã tính và bố trí cốt thép và dựa vào tỉ lệ phần trăm côt thép. Nếu phát hiện được kích thước đã chọn là bất hợp lý(quá lớn hoặc quá bé) thì ta nên chọn lại và tính lại. Trong nhà nhiều tầng, theo chiều cao nhà từ móng đến mái lực nén trong cột giảm dần. Để đảm bảo sự hợp lý về sử dụng vật liệu thì càng lên cao nên giảm khả năng chịu lực của cột. việc giảm này có thể thực hiện bằng: - Giảm kích thước tiết diện cột. - Giảm cốt thép trong cột. - Giảm mác bê tông. 6.2.2.Xác định tiết diện dầm Tiết diện dầm đã được chọn sơ bộ trong chương 2. Loại dầm Số hiệu dầm Kích thước tiết diệnbdxhd (mm) Dầm khung D1 250 x 500 D2 250 x 550 Dầm phụ D3 200 x 450 6.3.XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH 6.3.1 Tĩnh tải Tải trọng tác dụng lên sàn: Trọng lương bản thân sàn:do phần mềm tự tính (n=1,1), sàn dày 15cm. Trọng lương các lớp hoàn thiện STT Các lớp hoàn thiện g (daN/m3) d (m) n gttht (KN/m2) 1 Gạch ceramic 2000 0,01 1,1 22 2 Vữa lót 1800 0,04 1,3 93,6 3 Vữa trát trần 1800 0,015 1,3 35.1 4 Bê tông chống thấm 2200 0,05 1.1 121 Tổng cộng 271.7 Trọng lượng tường trên diên tích ô sàn: được tính ở chương 2. Vậy tĩnh tải đối với sàn tầng ( phòng khách, phòng họp, hành lang) là gtt = 150,7 (daN/m2), đối với sàn âm (WC) thì gtt = 271,7 (daN/m2) Nhận xét: Ta thấy tải trọng tác dụng lên sàn tầng và sàn âm không chênh lệch nhau nhiều nên để đơn giản, thuận tiện trong việc tính toán ta lấy tải trọng tác dụng lên sàn như sau gtt = (150,7 + 271,7)/2 = 211,2 (daN/m2) * Tải trọng tường ngăn Trọng lượng tường ngăn quy đổi thành tải phân bố đều trên sàn (cách tính này đơn giản mang tính chất gần đúng ). Tải trọng của các tường ngăn có kể đến hệ số giảm tải (trừ đi 30% diện tích ô cửa) xác định theo công thức: ( 2.6 ) trong đó: .lt - chiều dài tường (m); . ht - chiều cao tường (m); . gtc - trọng lượng đơn vị tiêu chuẩn của tường: gtc = 330 (daN/m2) với tường 20 gạch ống; gtc = 180 (daN/m2) với tường 10 gạch ống; .ld,lng - kích thước cạnh dài và cạnh ngắn ô sàn có tường. Căn cứ vào mặt bằng kiến trúc công trình và tính toán sơ bộ tải trọng tường trên các ô sàn. Ta có tải trọng tường phân bố đều lên sàn là gtt = 150 daN/m2. Vậy tổng tải tính toán tác dụng lên sàn: . Đối với sàn các phòng bình thường(trừ phòng họp và sảnh TM): qtt = gtlbt + gtuong + ptt = 606,2 + 150 + 300 x 1.2 = 1116,2(daN/m2) . Đối với phòng họp và sảnh : qtt = gtlbt + gtuong + ptt = 606,2 + 150 + 450 x 1.2 = 1296,2 (daN/m2) Tải trọng tác dụng lên dầm: Trọng lượng bản thân dầm: do phần mềm tự tính. Trọng lượng tường xây trên dầm chính (dưới dạng phân bố đều trên dầm): + Tường 10 gạch ống: gt = bt.ht.γt.n = 0,1 x (3,4 – 0.55) x 1800 x 1,1 = 564,3 (KG/m) + Tường 20 gạch ống: gt = bt.ht.γt.n = 0,2 x (3,4 – 0.55) x 1800 x 1,1 = 1128,6 (KG/m) Trọng lượng tường xây trên dầm phụ (dưới dạng phân bố đều trên dầm): + Tường 10 gạch ống: gt = bt.ht.γt.n = 0,1 x (3,4 – 0.45) x 1800 x 1,1 = 584,1 (KG/m) + Tường 20 gạch ống: gt = bt.ht.γt.n = 0,1 x (3,4 – 0.45) x 1800 x 1,1 = 1168.2 (KG/m) *Tải trọng do hồ nước mái truyền vào Gồm phản lực chân cột hồ nước mái truyền vào cột của tòa nhà (bao gồm tỉnh tải và hoạt tải). Ta tính tổng tĩnh tải và hoạt tải tác dụng lên hồ nước và chia cho 4 cột để khi tính toán ta gán tải tập trung vào mỗi đầu cột : N = 41443 daN. **Tải trọng cầu thang bộ Tải trọng toàn phần tác dụng lên bản thang: qbttt = gbtt +glctt + ptt = 6.028+0.25+3.6 = 9.878 (kN/m2). Tải trọng toàn phần tác dụng lên chiếu nghỉ, chiếu tới: qcntt = gctt + ptt = 3.789+3.6 = 7.389 (kN/m2). Theo chương 3 ta có: G = (tổng tĩnh tải trọng tác dụng lên chiếu nghĩ, chiếu tới) + (tổng tĩnh tải trọng tác dụng lên bản thang). G = 6.5 x 3.4 (987.8 + 738.9) = 38160 KG Ta quy tải cầu thang trên diện tích toàn bộ sàn gct = 38160 / (27.4 x 20) = 70 KG/m2 Trọng lượng lan can: glc= 40(daN/m)= 40 KG/m 6.3.2 Tải trọng tạm thời (hoạt tải) Tải trọng tiêu chuẩn phân bố đều trên sàn lấy theo TCVN 2737 –1 995. ptt = ptc.np trong đó: . ptc - tải trọng tiêu chuẩn lấy theo bảng 3 TCVN 2737–1995; . np - hệ số độ tin cậy : n = 1.3 khi ptc < 200 daN/m2 n = 1.2 khi ptc ≥ 200 daN/m2 Ta nhận thấy rằng, hoạt tải chọn theo chức năng của từng phòng không chênh lệch nhiều. Văn phòng, hành lang, cầu thang có hoạt tải là 300kg/m2, sàn vệ sinh là 200 kg/cm2, phòng họp là 500 kg/m2, sảnh là 450 kg/m2. Vì thế để thuận tiện cho việc tính toán cũng như bố trí cốt thép sau này ta lấy các giá trị hoạt tải như sau: Tất cả các ô sàn lấy ptc = 300 kg/m2, n = 1,2. Hoạt tải trên mái, buồng thang: theo TCVN 2737:1995 ta có Ptc=75(daN/m2) P=1,3xPtc=1,3x75=98(daN/m2)=0,98(kN/m2). *Tải trọng gió Tải trọng gió tác dụng vào công trình xem như phân bố đều trên cột góc và cột biên theo 2 phương x và phương y. Công trình có chiều cao 38,8m, xây tại TP.HCM chịu tác dụng của tải trọng gió thuộc khu vực IIA. Cường độ gió đẩy xác định theo công thức Wd = Wo.k.c.n Cường độ gió hút xác định theo công thức Wh = Wo.k.c’.n Trong đó: Wo : giá trị áp lực gió tiêu chuẩn : Wo = 0,83(kN/m2). c = 0,8 hệ số khí động đối với gió đẩy. c’ = -0,6 hệ số khí động đối với gió hút. k: hệ số kể đến sự thay đối áp lực gió theo độ cao so với mốc chuẩn và dạng địa hình. n : hệ số độ tin cậy (n = 1,2) n 1.2 Cđón 0.8 C khuất 0.6 Địa hình B zt(m) 300 mt 0.09 Tầng Cao trình Z(m) Chiều cao tầng (m) K C C' Wo(KG/m2) n Lực gió tổng cộng FX (T) FY (T) Mái 38.8 3.4 1.276 0.8 -0.6 83 1.2 8.288 6.050 Sân thượng 35.4 3.4 1.255 0.8 -0.6 83 1.2 16.305 11.901 LẦU 8 32 3.4 1.233 0.8 -0.6 83 1.2 16.011 11.687 LẦU 7 28.6 3.4 1.208 0.8 -0.6 83 1.2 15.691 11.453 LẦU 6 25.2 3.4 1.181 0.8 -0.6 83 1.2 15.337 11.195 LẦU 5 21.8 3.4 1.150 0.8 -0.6 83 1.2 14.942 10.907 LẦU 4 18.4 3.4 1.116 0.8 -0.6 83 1.2 14.493 10.579 LẦU 3 15 3.4 1.075 0.8 -0.6 83 1.2 13.970 10.197 LẦU 2 11.6 3.4 1.027 0.8 -0.6 83 1.2 13.338 9.736 LẦU 1 8.2 3.4 0.965 0.8 -0.6 83 1.2 12.531 9.147 LỬNG 4.8 3.4 0.876 0.8 -0.6 83 1.2 11.379 8.306 TRỆT 1.6 3.2 0.719 0.8 -0.6 83 1.2 9.063 6.615 *Tải trọng do áp lực đất chủ động 1800 1600 H=2000 H/3 Ea Ea P H Áp lực đất chủ Động theo độ sâu Áp lực đất Theo độ sâu Đáy tầng hầm (-3.400) MÐTN (-1.600) Sàn tầng trệt (+1.600) Vách tầng hầm 200 Sơ đồ xác định áp lực đất tác động lên vách tầng hầm Cường độ áp lực đất theo độ sâu PH được tính như sau: trong đó: n – hệ số vượt tải , n -1.1; a – hệ số áp lực đất, a = tg2 (450 – ư/2); – dung trọng lớp đất cát chèn. Chọn cát vàng hạt trung có = 1.9T/m3, ư = 360 Suy ra: PH = 1.1x1.9x2xtg2(45-36/2) = 1,09 T/m2 Suy ra: T/m2 6.4.CÁC TRƯỜNG HỢP TẢI : Các trường hợp tải: 1.Tĩnh tải (TT). 2.Hoạt tải 1 (HT1). Trệt, 1, 3, 5, 7, sân thượng Lửng, 2, 4, 6, 8, mái. 3.Hoạt tải 2 (HT2). Trệt, 1, 3, 5, 7, sân thượng Lửng, 2, 4, 6, 8, mái. 4.Hoạt tải 3 (HT3). Trệt, 1, 3, 5, 7, sân thượng Lửng, 2, 4, 6, 8, mái 5.Hoạt tải 4 (HT4). Trệt, 1, 3, 5, 7, sân thượng Lửng, 2, 4, 6, 8, mái 6.Hoạt tải 5 (HT5). Trệt, 1, 3, 5, 7, sân thượng Lửng, 2, 4, 6, 8, mái 7.Hoạt tải 6 (HT6). Trệt, 1, 3, 5, 7, sân thượng Lửng, 2, 4, 6, 8, mái Từ các trường hợp đặt tải như trên ta tiến hành tổ hợp thanh các COMBO sau cho tìm được nội lực nguy hiểm nhất để tín toán thép CÁC TRƯỜNG HỢP COMBO TRONG ETABS COMBO 1 TT + HT1 COMBO 2 TT + HT2 COMBO 3 TT + HT3 COMBO 4 TT + HT4 COMBO 5 TT + HT5 COMBO 6 TT + HT6 COMBO 7 TT + GIO X COMBO 8 TT + GIO XX COMBO 9 TT + GIO Y COMBO 10 TT + GIO YY COMBO 11 TT + 0.9( HT1 + GIO X) COMBO 12 TT + 0.9( HT1 + GIO XX) COMBO 13 TT + 0.9( HT1 + GIO Y) COMBO 14 TT + 0.9( HT1 + GIO YY) COMBO 15 TT + 0.9( HT2 + GIO X) COMBO 16 TT + 0.9( HT2 + GIO XX) COMBO 17 TT + 0.9( HT2 + GIO Y) COMBO 18 TT + 0.9( HT2 + GIO YY) COMBO 19 TT + 0.9( HT3 + GIO X) COMBO 20 TT + 0.9( HT3 + GIO XX) COMBO 21 TT + 0.9( HT3 + GIO Y) COMBO 22 TT + 0.9( HT3 + GIO YY) COMBO 23 TT + 0.9( HT4 + GIO X) COMBO 24 TT + 0.9( HT4 + GIO XX) COMBO 25 TT + 0.9( HT4 + GIO Y) COMBO 26 TT + 0.9( HT4 + GIO YY) COMBO 27 TT + 0.9( HT5 + GIO X) COMBO 28 TT + 0.9( HT5 + GIO XX) COMBO 29 TT + 0.9( HT5 + GIO Y) COMBO 30 TT + 0.9( HT5 + GIO YY) COMBO 31 TT + 0.9( HT6 + GIO X) COMBO 32 TT + 0.9( HT6 + GIO XX) COMBO 33 TT + 0.9( HT6 + GIO Y) COMBO 34 TT + 0.9( HT6 + GIO YY) BIEUDOBAO (COMBO1 + COMBO2 + COMBO3 +…..+COMBO34) Sau khi giải Etabs ta có biểu đồ bao momen, lực cắt khung trục 2 và dạng dao động của công trình như sau: BIỂU ĐỒ MÔMEN KHUNG TRỤC C BIỂU ĐỒ LỰC CẮT KHUNG TRỤC C BIỂU ĐỒ MÔMEN TOÀN NHÀ 6.5.TÍNH TOÁN CỐT THÉP CHO DẦM KHUNG TRỤC C Dầm được tính như cấu kiện chịu uốn. Lựa chọn đặc trưng vật liệu: như các chương khác. Giữa nhịp: Phần tiết diện chịu momen dương (giữa nhịp), có cánh nằm trong vùng chịu nén tính theo tiết diện chữ T. Bề rộng cánh được xác định như sau: bf=b+2sf Trong đó: b: bề rộng dầm tính toán. Sf : phần nhô ra của cánh, lấy không vượt giá trị bé nhất trong các giá trị 1/6 nhịp dầm và khoảng cách giữa các dầm dọc. Xác định vị trí trục trung hòa bằng cách xác định Mf: Nếu thì trục trung hòa đi qua cánh Þ tính toán với tiết diện chữ nhật lớn bfxh. Nếu thì trục trung hòa đi qua sườn Þ tính toán với tiết diện T. Trong đó: Rb : cường độ tính toán của bê tông khi chịu nén. hf : bề dầy cánh (bề dầy sàn). h : chiều cao tiết diện. h0 :chiều cao làm việc của tiết diện. h0=h-a a : khoảng cách từ trong tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo: Gần gối tựa: Phần tiết diện chịu momen âm, có cánh nằm trong vùng chịu kéo, tính theo tiết diện chữ nhật bxh. Trình tự tính toán cốt thép theo tiết diện chữ nhật: Tương tự như phần 4.6.4 chương 4. Trình tự tính toán cốt thép theo tiết diện T: ; ; Diện tích cốt thép được tính bằng công thức sau: Kết quả tính toán nội lực dầm khung trục C được trình bày trong bảng sau: Dùng phần mềm ETABS để giải: kết quả nội lực được trình bày trong các bảng trang bên. Mỗi phần tử dầm ta tiến hành tổ hợp nội lực cho 3 tiết diện ( 2 tiết diện đầu dầm và 1 tiết diện giữa dầm). BẢNG TỔ HỢP NỘI LỰC DẦM 1-2 KHUNG TRỤC C TẦNG BIEUDOBAO KÝ HIỆU DẦM Q M (Tm) (T) Sân thượng BIEUDOBAO MAX B6 0.45 3.277 BIEUDOBAO MIN B6 -4.12 -3.784 BIEUDOBAO MIN B6 2.81 -4.78 Lầu 8 BIEUDOBAO MAX B6 0.33 8.978 BIEUDOBAO MIN B6 -13.43 -11.603 BIEUDOBAO MIN B6 8.39 -13.654 Lầu 7 BIEUDOBAO MAX B6 0.44 8.684 BIEUDOBAO MIN B6 -14.03 -12.908 BIEUDOBAO MIN B6 7.55 -13.876 Lầu 6 BIEUDOBAO MAX B6 0.62 8.716 BIEUDOBAO MIN B6 -14.57 -14.071 BIEUDOBAO MIN B6 6.96 -14.72 Lầu 5 BIEUDOBAO MAX B6 0.83 8.748 BIEUDOBAO MIN B6 -15.21 -15.144 BIEUDOBAO MIN B6 6.28 -15.288 Lầu 4 BIEUDOBAO MAX B6 1.01 8.794 BIEUDOBAO MIN B6 -15.71 -16.218 BIEUDOBAO MIN B6 5.72 -16.135 Lầu 3 BIEUDOBAO MAX B6 1.24 8.851 BIEUDOBAO MIN B6 -16.24 -17.004 BIEUDOBAO MIN B6 5.15 -16.585 Lầu 2 BIEUDOBAO MAX B6 0.04 8.903 BIEUDOBAO MIN B6 -16.62 -17.798 BIEUDOBAO MIN B6 4.74 -17.287 Lầu 1 BIEUDOBAO MAX B6 0.17 8.932 BIEUDOBAO MIN B6 -16.92 -18.081 BIEUDOBAO MIN B6 4.41 -17.353 Lửng BIEUDOBAO MAX B6 0.18 8.94 BIEUDOBAO MIN B6 -16.94 -18.097 BIEUDOBAO MIN B6 4.41 -17.455 Trệt BIEUDOBAO MAX B6 0.71 6.073 BIEUDOBAO MIN B6 -10.62 -12.972 BIEUDOBAO MIN B6 2.5 -12.195 Hầm BIEUDOBAO MAX B6 0.81 8.572 BIEUDOBAO MIN B6 -15.67 -15.144 BIEUDOBAO MIN B6 5.92 -14.437 BẢNG TỔ HỢP NỘI LỰC DẦM 2-3 KHUNG TRỤC C TẦNG BIEUDOBAO KÝ HIỆU DẦM Q(T) M (Tm) Sân thượng BIEUDOBAO MAX B7 0.29 2.662 BIEUDOBAO MIN B7 -3.18 -3.693 BIEUDOBAO MIN B7 2.22 -4.461 Lầu 8 BIEUDOBAO MAX B7 0.53 7.767 BIEUDOBAO MIN B7 -12.2 -11.729 BIEUDOBAO MIN B7 7.04 -12.531 Lầu 7 BIEUDOBAO MAX B7 0.77 7.706 BIEUDOBAO MIN B7 -12.61 -12.369 BIEUDOBAO MIN B7 6.34 -12.982 Lầu 6 BIEUDOBAO MAX B7 0.36 7.723 BIEUDOBAO MIN B7 -13.15 -13.389 BIEUDOBAO MIN ._.ược nhồi bê tông theo phương thẳng đứng thì m1 = 0.85. m2 – hệ số điều kiện làm việc kể đến ảnh hưởng của phương pháp thi công cọc. Khi thi công trong đất sét với chỉ số chảy IL cho phép khoan lỗ và nhồi bê tông không cần chống ống vách, khi trong thời gian thi công mực nước dưới đất thấp hơn mũi cọc thì m2 = 1. Khi thi công trong các loại đất cần phải dùng ống chèn và nước dưới đất không xuất hiện trong lỗ khoan thì m2 = 0.9. Khi thi công trong các loại đất cần dùng ống chèn và đổ bê tông dưới huyền phù sét thì m2 = 0.7. => Qv = 1x(0.85x0.7x11.5x103x0.78+360x103x50.27x10-4) = 9699.42 kN Theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (theo phụ lục A-TCXD 205-1998) Qtc = m(mRqpAp + u ) trong đó qp – cường độ chịu tải của đất ở mũi cọc, được tính như sau: Đối với đất hòn lớn có chất độn là cát và đối với đất cát trong trường hợp cọc nhồi có và không có mở rộng đáy, cọc ống hạ có lấy hết nhân đất và cọc trụ thì tính theo công thức qp = 0.75b(g’1dA0k + g1hB0k) b, Ak0,a, Bk0: hệ số không thứ nguyên lấy theo Bảng A6 Phụ Lục A/[7]; gI’ – trị tính toán của trọng lượng thể tích đất ở phía dưới mũi cọc (có kể đến đẩy nổi); gI – trị tính toán trung bình (theo các lớp) của trọng lượng thể tích đất ở phía trên mũi cọc (có kể đến đẩy nổi); h – chiều sâu mũi cọc, h = 53.9 m; d – đường kính của cọc nhồi, d = 1.0 m. với j1= 27,450 => Ak0=17.3, Bk0=32.8 = = 53.9 => = 0.54 khi d ≤ 4, b = 0.23 gI’= 0.992 g/cm3 = 9.92 kN/m3 gI = = = = 9.01 kN/m3 qp = 0.75b(g’1dA0k + g1hB0k) = 0.75x0.23(9.92x1x17.3+0.54x9.01x53.9x32.8) = 1513.39 kN/m2 Ap – diện tích tiết diện đầu cọc, Ap = = = 0.785 m2; m – hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, lấy bằng 1; mR – các hệ số điều kiện làm việc của đất ở mũi cọc, mR = 1; fi – hệ số ma sát của đất với thành cọc; mf – hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên cọc, phụ thuộc vào phương pháp khoan tạo lỗ, lấy theo Bảng A.5 Phụ Lục A/[7]; u – chu vi thân cọc, u = pd = 3.14x1.0 = 3.14 m; Hình 8.2: Tính toán Lớp đất Số thứ tự lớp i mfi li zi fi mfifili Bùn sét màu xám đen IL = 1.63 1 0.6 2 4.00 0.00 0.00 2 0.6 1.7 5.85 0.00 0.00 Sét pha lẫn sạn sỏi lateritIL = 0.42 3 0.6 2 7.70 31.33 37.60 4 0.6 1.5 9.45 32.33 29.09 Sét, sét phaIL = 0.61 5 0.6 2 11.20 19.24 23.09 6 0.6 2 13.20 19.64 23.57 7 0.6 2 15.20 20.00 24.00 8 0.6 2 17.20 20.00 24.00 9 0.6 2 19.20 20.00 24.00 10 0.6 2 21.20 20.00 24.00 11 0.6 0.6 22.50 20.00 7.20 Cát mịn đến thô lẫn ít bột sét sỏi nhỏ màu vàng 12 0.6 2 23.80 59.80 71.76 13 0.6 2 25.80 61.80 74.16 14 0.6 2 27.80 63.80 76.56 15 0.6 2 29.80 65.80 78.96 16 0.6 2 31.80 67.44 80.93 17 0.6 0.5 33.05 68.44 20.53 Sét pha màu xám vàngIL = 0.46 18 0.6 2 34.30 41.26 49.52 19 0.6 1.1 35.85 41.60 27.46 Cát mịn thô lẫn bột ít sét màu xám vàng 20 0.6 2 37.40 100.00 120.00 21 0.6 2 39.40 100.00 120.00 22 0.6 2 41.40 100.00 120.00 24 0.6 2 43.40 100.00 120.00 25 0.6 2 45.40 100.00 120.00 26 0.6 2 47.40 100.00 120.00 27 0.6 2 49.40 100.00 120.00 28 0.6 2 51.40 100.00 120.00 Ĩmfifili 1656.42 Hình 8.3: Tính toán mfifili Theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền: Qtc = m(mRqpAp + u ) = 1x(1x1513.39x0.785+3.14x1656.42) = 6388.86 kN Sức chịu tải của cọc đơn, theo đất nền: Qa = = = 4563.47 kN Theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT Sử dụng số liệu thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT để tính toán sức chịu tải giới hạn của cọc theo công thức của Nhật Bản cho trong TCXD 205:1998 Sức chịu tải cho phép của cọc: Qu = trong đó: Na – chỉ số SPT của đất dưới mũi cọc, mũi cọc nằm trong lớp 6, có N = 17. Fp – diện tích tiết diện mũi cọc, Fp = =0.785m2 a – hệ số phụ thuộc vào phương pháp thi công cọc, đối với cọc nhồi thì lấy a = 15, đối với cọc đóng a = 30; Ls – chiều dài đoạn cọc nằm trong đất cát; Ns – chỉ số SPT của lớp cát xung quanh cọc, cọc đi qua 2 lớp cát, Lớp 4 có N = 16, Ls = 10.5 m; Lớp 6 có N = 17, Ls = 6.1 m; Lc – chiều dài đoạn cọc nằm trong đất sét; C – lực dính của đất sét; Lớp 2 có C = 28.6 kPa, Lc = 3.5; Lớp 3 có C = 17.2 kPa, Lc = 12.6; Lớp 5 có C = 23.6 kPa, Lc = 3.1; Từ đó ta có: Qu = = = 531.78 T = 5317.8 kN Dựa vào các kết quả tính sức chịu tải của nền theo trên,ta chọn Qtt = min(Qv,Qa,Qu) = 4563.47 kN để tính toán 8.3.3. Tính số lượng cọc và xác định tiết diện đài cọc Áp lực tính toán giả định tác dụng lên đế đài do phản lực đầu cọc gây ra: Ptt = = = 507.05 kPa Diện tích sơ bộ của đáy đài: Fsb = trong đó: Ntt0 – lực dọc tính toán xác định tại đỉnh đài, Ntt0 = 4629.4 kN; h – chiều sâu đặt đáy đài, h = 4.5m; n – hệ số vượt tải n = 1,1; gtb – là trị trung bình trọng lượng riêng của đài cọc và đất trên các bậc đài, tạm lấy gtb = 20 kN/m3; Fsb = = = 11.34 m2 Trọng lượng tính toán sơ bộ của đài và đất trên đài: Nttsb = n.Fsb.h.gtb = 1.1 x 11.34 x 4.5 x 20 = 1122.66 kN Số lượng cọc sơ bộ: nc = = = 1.26 cọc Do moment lớn, chọn số cọc chính thức là nc = 2 cọc để bố trí cho móng. Khoảng cách giữa các tim cọc ³ 3d = 300 cm, khoảng cách từ tim cọc đến mép đài ³ 0,7d = 0.7m lấy bằng 0.7. Mặt bằng bố trí cọc cho móng như hình vẽ sau: Hình 8.3: Mặt bằng bố trí cọc cho móng Từ mặt bằng bố trí cọc ta có diện tích đáy đài thực tế là: Ftt = 4.4 x 1.4 = 6.16 m2 Trọng lượng của đài và đất trên đài sau khi bố trí cọc: Nttđ = n.Ftt. hđ.gtb= 1.1´6.16´4.5´20 = 609.84 kN Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài: Ntt = N0tt + Nttđ = 4629.4 + 609.84 = 5239.24 kN Tải trọng dọc trục lớn nhất và nhỏ nhất do công trình tác dụng lên cọc trong nhóm được xác định theo công thức: trong đó: Ntt – tải trọng thẳng đứng tính toán tại đáy đài; Moytt – momen xoay quanh trục Oy tại đáy đài, M0ytt = Mx + Qy.h = 262.9 + 8.6 x 2.5 = 284.4 kNm Moxtt – momen xoay quanh trục Ox tại đáy đài; M0xtt = My + Qx.h = 18.1 + 14.3 x 2.5 = 53.85 kNm xmax – khoảng cách lớn nhất từ tim cọc đến trục Oy; ymax – khoảng cách lớn nhất từ tim cọc đến trục Ox. = 2676 kN = 2563.25kN Trọng lượng tính toán của cọc kN Pmaxtt + Pc = 2676 + 1066 = 3742 kN < Qa = 4563.47 kN Pmintt = 1497.25 kN > 0 (cọc chỉ chịu nén). Vậy, cọc thiết kế đảm bảo được khả năng chịu tải trọng dọc trục. Và cọc chỉ chịu nén nên không cần kiểm tra cọc chịu lực nhổ. 8.3.4. Kiểm tra độ lún của móng cọc Với quan niệm nhờ ma sát giữa mặt xung quanh cọc và đất bao quanh, tải trọng của móng được truyền trên diện rộng hơn, xuất phát từ mép ngoài cọc tại đáy đài và nghiêng một góc trong đó: jtb = = 19.66o Vậy a =19.66o/4 = 4.92o Chiều dài, rộng đáy khối móng quy ước: LM = 6 + 2´(1/2) + 2´49.4´tg4.92o = 15.5 m BM = 3 + 2´(1/2) + 2´49.4´tg4.92o = 12.5 m. Chiều cao khối móng quy ước (kể từ mũi cọc đến cốt thiên nhiên) là: HM = 53.9 m. Trọng lượng của khối móng quy ước: NtcM = LM.BM.HM.gtb = 15.5x12.5x53.9x20 = 208863 kN Trị tiêu chuẩn lực dọc xác định đến đáy khối móng quy ước: Ntc = NtcM + Ntc0 = 208863 + 9046 = 217909 kN Moment tiêu chuẩn tương ứng tại trọng trọng tâm đáy khối móng quy ước: Mtcx = Mtc0x + Qtc0x.(L+hđài) = 127.73 + 131.51x(49.4+2.5) = 6953 kN Mtcy = Mtc0y + Qtc0y.(L+hđài) = 5.13 + 4.92x(49.4+2.5) = 260 kN. Độ lệch tâm: = 0.032 m = 0.0012 m. Áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng khối quy ước: = = 1139 kPa = = 1110 kPa Hình 8.4: Kích thước móng quy ước Cường độ tính toán của đất nền ở đáy khối móng quy ước: trong đó: ktc – hệ số độ tin cậy, ktc = 1 (theo điều 3.39/[6]); m1, m2 – hệ số điều kiện kàm việc của đất nền, m1 = 1.2, m2 = 1.3 (lấy theo Bảng 15 /[6]); BM – cạnh ngắn của khối móng qui ước, BM = 12.5 m; HM – chiều cao khối móng qui ước, HM = 53.9 m; 'II – dung trọng của lớp đất dưới đáy khối móng qui ước (có kể đến đẩy nổi), ’II = g6đn = 19.52 – 10 = 9.52 kN/m3; tbII – dung trọng trung bình của các lớp đất từ đáy khối móng qui ước trở lên (có kể đến đẩy nổi); gtbII = = 9.01 kN/m3 A, B, D – hệ số lấy theo Bảng 14/[6], tùy thuộc góc ma sát trong của đất dưới đáy khối móng qui ước, jII = 27.45 0, tra Bảng 14/[6] được A = 0.94, B = 4.79, D = 7.27; CII – lực dính đơn vị của đất dưới đáy khối móng qui ước, CII = 3.1 kPa; = 4289 kPa 1.2RM = 5147 kPa Như vậy các điều kiện đều thảo mãn: stcmax = 1139 < 1.2RM = 5147 kPa stctb = 1125 < RM = 4289 Vậy có thể tính toán được độ lún của nền theo quan niệm nền biến dạng tuyến tính. Ứng suất bản thân Tại đáy lớp đất 1: sbtz=8.2 = 20x4.5+14.61x3.7 = 144.057 kPa Tại đáy lớp đất 2: sbtz=11.7 = 144.057 + 11.931x3.5 = 185.82 kPa Tại đáy lớp đất 3: sbtz=24.3 = 185.82 + 18.78 x 12.6 = 422.44 kPa Tại đáy lớp đất 4: sbt z=34.8 = 422.44 + 19.47 x 10.5 = 626.88 kPa Tại đáy lớp đất 5: sbtz=37.9 = 626.88 + 19.29 x 3.1 = 686.68 kPa Tại đáy khối móng quy ước: sbtz=53.9 = 686.68 + 19.52 x 16 = 999 kPa Ứng suất gây lún ở đáy móng khối quy ước: sglz=0 = stctb - sbt = 1124 – 999 = 126 kPa Tính lún: Chiều sâu chịu nén cực hạn kết thúc ở độ sâu có sgl ≤ 0.2sbt, ở đây tại z = 0 ta có sgl = 126 ≤ 200 = 0.2sbt nên không cần phải tính lún, đất nền có biến dạng lún nhỏ. 8.3.5. Tính toán cọc chịu tải trọng ngang. Khi tính toán cọc chịu tác dụng của tải trọng ngang, đất xung quanh cọc được xem như môi trường đàn hồi biến dạng tuyến tính đặt trưng bằng hệ số nền Cz (KN/m3) được xác định như sau:( theo TCXD 205-1998 Phụ lục G). Cz = K.z Trong đó: K- hệ số tỉ lệ (KN/m4) phụ thuộc vào loại đất xung quanh cọc, được lấy theo bảng G.1 Phục lục G TCXD 205 -1998. z- độ sâu của vị trí tiết diên cọc (m), kể từ mặt đất đối với cọc đài cao, hoặc kể từ đáy đài đối với cọc đài thấp. *. kiểm tra chuyển vị ngang và góc xoay trong giới hạn cho phép: - Điều kiện kiểm tra:Dn £ Sgh; Y £ Ygh. - Lực ngang tác dụng lên đầu mỗi cọc: Qxi= = 2 (KN). Qyi= = 12.19 (KN). - Moment tác dụng lên đầu mỗi cọc: Mxi = = = 37.96 (KN.m) Myi = = = 14.51 (KN.m). Tất cả các tính toán được thực hiện theo chiều sâu tính đổi của tiết diện cọc trong đất ze và chiều sâu tính đổi hạ cọc trong đất le xác định theo công thức: ze= abd.z le = abd.l trong đó: z và l: chiều sâu thực tế vị trí tiết diện cọc trong đất và chiều sâu hạ cọc thực tế trong đất tính từ đấy đài với cọc đài thấp. abd – hệ số biến dạng. abd = . K- hệ số tỷ lệ (KN/m4), tra bảng 4.1 trang 243 sách “ Nền Móng “ của Châu Ngọc Ẩn, Ta được: K = 300 (KN/m4) = 300(T/m4). I – Moment quán tính tiết diện ngang của cọc. I = bc- bề rộng của cọc, theo TCXD 205-1998 , lấy : vì d < 0.8m Þbc = 1.5d + 0.5 = 0.95 (m). Þabd = =0.323 (m-1). Þ le = abd .l = 0.415´24 = 9.96 (m). Tra bảng G.2/74 TCXD 205 – 1998. Ta được các hệ số sau: Ao = 2.441 ; Bo = 1.621 ; Co = 1.751 Các chuyển vị dHH, dHM , dMM của cọc tại đầu cọc do các ứng lực đơn vị đặt tại đầu cọc gây ra: dHH = = = 0.0454.10-3 (m/KN). dHM = dMH === 0.0097.10-3 (1/KN) dMM = = = 0.0034.10-3 (1/KN.m). - Chuyển vị ngang và góc xoay tại đáy đài: yox = Qxi.dHH+Myi.dHM = 2´0.0454.10-3 +14.51´0.0097.10-3 = 0.23.10-3 (m). yoy = Qyi.dHH+Mxi.dHM = 12.19´0.0454.10-3 + 37.96´0.0097.10-3 = 0.92.10-3 (m). Yox= Qxi.dMH+Myi.dMM = 2´0.0097.10-3 + 14.51´0.0034.10-3 = 0.069.10-3 (rad). Yox= Qyi.dMH+Mxi.dMM = 12.19´0.0097.10-3 + 37.96´0.0034.10-3 = 0.247.10-3 (rad). Þ thỏa điều kiện chuyển vị ngang. 8.3.6. Tính toán và cấu tạo đài cọc Chiều cao đài và điều kiện chọc thủng Hình 8.5: Sơ đồ tháp chọc thủng Chiều cao đài cọc đã xác định sơ bộ ở phần trên: hđài = 2.5 m. Kiểm tra chiều cao làm việc của đài cọc theo điều kiện chống chọc thủng Nct ≤ 0.75Rkh0btb h0 ≥ trong đó: Nct – lực gây đâm thủng bằng tổng phản lực các đầu cọc nằm ngoài phạm vi đáy tháp đâm thủng ở một phía cạnh dài đài cọc (khi móng chịu tải lệch tâm thì tính cho phía có phản lực max của cọc). btb – được lấy là trung bình cộng của cạnh ngắn đáy trên và đáy dưới tháp chọc thủng. Rk – cường độ chịu kéo tính toán của bê tông. = = 1.76 m Vậy h0 = 2.5 m ≥ 1.76 m = => Đài cọc thỏa mãn điều kiện chọc thủng Tính thép cho đài cọc Hình 8.6: Sơ đồ tính thép Moment tương ứng với mặt ngàm I-I MI = 1.25(2Pttmax) = 1.25x(2x1353.32) = 3383.3 kN Moment tương ứng với mặt ngàm II-II MII = 1.25(P1+P2+P3) = 1.25x(1264.29+1308.81+1353.32) = 4908.03kN Diện tích cốt thép tương ứng với mặt ngàm I-I => bố trí 20f18 với khoảng cách các thanh thép a150 Diện tích cốt thép tương ứng với mặt ngàm II-II => bố trí 18f22 với khoảng cách các thanh thép a225 8.4 TÍNH MÓNG M2 8.4.1. Tải trọng tác dụng lên móng Tải trọng truyền xuống móng thông qua hệ khung tại vị trí các chân cột. Nội lực N(KN) Mx(KN.m) My(KN.m) Qx(KN) Qy(KN) cặp 1 Tính toán 7693.4 25.7 5 9.38 41.54 Tiêu chuẩn 6689.91 22.35 4.35 8.16 36.12 cặp 2 Tính toán 6480.3 672.23 -30.7 -44.3 133.2 Tiêu chuẩn 5635.04 584.55 -26.7 -38.52 115.83 cặp 3 Tính toán 6493 -21.27 385.1 160.3 -10.1 Tiêu chuẩn 5646.09 -18.5 334.87 139.39 -8.78 Tải trọng tác dụng lên móng M2. Bảng 8.4: Lực tác dụng tại mặt móng Tổ hợp nội lực của cột khung trục C & 2 đã được xác định ở chương 5, chọn tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất cho móng khung trục C & 2 như sau: (Nmax, Mxtư, Mytư, Qxtư, Qytư). 8.4.2. Xác định sơ bộ chiều sâu đặt mũi cọc, đường kính cọc và chiều sâu đặt đài cọc Vật liệu: Bêtông cọc: B30 Rb =17 Mpa, Rbt = 1.2 Mpa. Cốt thép chịu lực: nhóm CIII, Ra = 360 Mpa. Chọn đường kính cọc: d=1.0 m; mũi cọc đặt ở độ sâu -42m kể từ cốt +0.00m quy ước (đặt vào lớp 3) => chiều dài cọc kể từ đáy đài: 35.5m. Cốt thép trong cọc: theo qui phạm, hàm lượng cốt thép trong cọc là 0.4% ¸ 0.65%. Chọn 16f20 có diện tích 50.27 cm2 ( hàm lượng cốt thép: 0.64%) Chọn chiều cao đài móng hđ =2.5m > 2D+0.1 = 2.1 m theo [18] Hình 8.7: Trụ địa chất tính toán Theo cường độ vật liệu Đối với cọc nhồi chịu nén, sức chịu tải của cọc nhồi theo vật liệu làm cọc được xác định theo công thức Qv = j (m1m2 RbAb + RsAs) trong đó: j – Hệ số uốn dọc theo [17] khi móng cọc đài thấp, cọc không xuyên qua bùn, than bùn j = 1. Khi cọc xuyên qua lớp đất sét yếu bùn, than bùn, móng cọc đài cao thì j xác định theo tính toán. Khi đó sự uốn dọc được kể đến trong phạm vi từ đế đài đến bề mặt lớp đất có khả năng bảo đảm độ cứng của nền hoặc đến đáy lớp đất yếu. Đáy lớp bùn cách đáy đài ltt = 3.7 m. => j=1 Rb, Rs – Cường độ chịu nén tính toán của bê tông, của thép. Ab, As – Diện tích tiết diện của bê tông, của cốt thép dọc. As = 50.27x10-4 m2 Ab = = 3.14x0.25-50.27 x10-4 = 0.78 m2 m1 – hệ số điều kiện làm việc. Đối với cọc được nhồi bê tông theo phương thẳng đứng thì m1 = 0.85. m2 – hệ số điều kiện làm việc kể đến ảnh hưởng của phương pháp thi công cọc. Khi thi công trong đất sét với chỉ số chảy IL cho phép khoan lỗ và nhồi bê tông không cần chống ống vách, khi trong thời gian thi công mực nước dưới đất thấp hơn mũi cọc thì m2 = 1. Khi thi công trong các loại đất cần phải dùng ống chèn và nước dưới đất không xuất hiện trong lỗ khoan thì m2 = 0.9. Khi thi công trong các loại đất cần dùng ống chèn và đổ bê tông dưới huyền phù sét thì m2 = 0.7. => Qv = 1x(0.85x0.7x11.5x103x0.78+360x103x50.27x10-4) = 9699.42 kN Theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền (theo phụ lục A-TCXD 205-1998) Qtc = m(mRqpAp + u ) trong đó qp – cường độ chịu tải của đất ở mũi cọc, được tính như sau: Đối với đất hòn lớn có chất độn là cát và đối với đất cát trong trường hợp cọc nhồi có và không có mở rộng đáy, cọc ống hạ có lấy hết nhân đất và cọc trụ thì tính theo công thức qp = 0.75b(g’1dA0k + g1hB0k) b, Ak0,a, Bk0: hệ số không thứ nguyên lấy theo Bảng A6 Phụ Lục A/[7]; gI’ – trị tính toán của trọng lượng thể tích đất ở phía dưới mũi cọc (có kể đến đẩy nổi); gI – trị tính toán trung bình (theo các lớp) của trọng lượng thể tích đất ở phía trên mũi cọc (có kể đến đẩy nổi); h – chiều sâu mũi cọc, h = 53.9 m; d – đường kính của cọc nhồi, d = 1.0 m. với j1= 27,450 => Ak0=17.3, Bk0=32.8 = = 53.9 => = 0.54 khi d ≤ 4, b = 0.23 gI’= 0.992 g/cm3 = 9.92 kN/m3 gI = = = = 9.01 kN/m3 qp = 0.75b(g’1dA0k + g1hB0k) = 0.75x0.23(9.92x1x17.3+0.54x9.01x53.9x32.8) = 1513.39 kN/m2 Ap – diện tích tiết diện đầu cọc, Ap = = = 0.785 m2; m – hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất, lấy bằng 1; mR – các hệ số điều kiện làm việc của đất ở mũi cọc, mR = 1; fi – hệ số ma sát của đất với thành cọc; mf – hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên cọc, phụ thuộc vào phương pháp khoan tạo lỗ, lấy theo Bảng A.5 Phụ Lục A/[7]; u – chu vi thân cọc, u = pd = 3.14x1.0 = 3.14 m; Hình 8.8: Tính toán zi Lớp đất Số thứ tự lớp i mfi li zi fi mfifili Bùn sét màu xám đen IL = 1.63 1 0.6 2 4.00 0.00 0.00 2 0.6 1.7 5.85 0.00 0.00 Sét pha lẫn sạn sỏi lateritIL = 0.42 3 0.6 2 7.70 31.33 37.60 4 0.6 1.5 9.45 32.33 29.09 Sét, sét phaIL = 0.61 5 0.6 2 11.20 19.24 23.09 6 0.6 2 13.20 19.64 23.57 7 0.6 2 15.20 20.00 24.00 8 0.6 2 17.20 20.00 24.00 9 0.6 2 19.20 20.00 24.00 10 0.6 2 21.20 20.00 24.00 11 0.6 0.6 22.50 20.00 7.20 Cát mịn đến thô lẫn ít bột sét sỏi nhỏ màu vàng 12 0.6 2 23.80 59.80 71.76 13 0.6 2 25.80 61.80 74.16 14 0.6 2 27.80 63.80 76.56 15 0.6 2 29.80 65.80 78.96 16 0.6 2 31.80 67.44 80.93 17 0.6 0.5 33.05 68.44 20.53 Sét pha màu xám vàngIL = 0.46 18 0.6 2 34.30 41.26 49.52 19 0.6 1.1 35.85 41.60 27.46 Cát mịn thô lẫn bột ít sét màu xám vàng 20 0.6 2 37.40 100.00 120.00 21 0.6 2 39.40 100.00 120.00 22 0.6 2 41.40 100.00 120.00 24 0.6 2 43.40 100.00 120.00 25 0.6 2 45.40 100.00 120.00 26 0.6 2 47.40 100.00 120.00 27 0.6 2 49.40 100.00 120.00 28 0.6 2 51.40 100.00 120.00 Ĩmfifili 1656.42 Hình 8.5: Tính toán mfifili Theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền: Qtc = m(mRqpAp + u ) = 1x(1x1513.39x0.785+3.14x1656.42) = 6388.86 kN Sức chịu tải của cọc đơn, theo đất nền: Qa = = = 4563.47 kN Theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT Sử dụng số liệu thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT để tính toán sức chịu tải giới hạn của cọc theo công thức của Nhật Bản cho trong TCXD 205:1998 Sức chịu tải cho phép của cọc: Qu = trong đó: Na – chỉ số SPT của đất dưới mũi cọc, mũi cọc nằm trong lớp 6, có N = 17. Fp – diện tích tiết diện mũi cọc, Fp = =0.785m2 a – hệ số phụ thuộc vào phương pháp thi công cọc, đối với cọc nhồi thì lấy a = 15, đối với cọc đóng a = 30; Ls – chiều dài đoạn cọc nằm trong đất cát; Ns – chỉ số SPT của lớp cát xung quanh cọc, cọc đi qua 2 lớp cát, Lớp 4 có N = 16, Ls = 10.5 m; Lớp 6 có N = 17, Ls = 6.1 m; Lc – chiều dài đoạn cọc nằm trong đất sét; C – lực dính của đất sét; Lớp 2 có C = 28.6 kPa, Lc = 3.5; Lớp 3 có C = 17.2 kPa, Lc = 12.6; Lớp 5 có C = 23.6 kPa, Lc = 3.1; Từ đó ta có: Qu = = = 531.78 T = 5317.8 kN Dựa vào các kết quả tính sức chịu tải của nền theo trên,ta chọn Qtt = min(Qv,Qa,Qu) = 4563.47 kN để tính toán 8.4.3. Tính số lượng cọc và xác định tiết diện đài cọc Áp lực tính toán giả định tác dụng lên đế đài do phản lực đầu cọc gây ra: Ptt = = = 507.05 kPa Diện tích sơ bộ của đáy đài: Fsb = trong đó: Ntt0 – lực dọc tính toán xác định tại đỉnh đài, Ntt0 = 4629.4 kN; h – chiều sâu đặt đáy đài, h = 4.5m; n – hệ số vượt tải n = 1,1; gtb – là trị trung bình trọng lượng riêng của đài cọc và đất trên các bậc đài, tạm lấy gtb = 20 kN/m3; Fsb = = = 18.85 m2 Trọng lượng tính toán sơ bộ của đài và đất trên đài: Nttsb = n.Fsb.h.gtb = 1.1 x 18.85 x 4.5 x 20 = 1866.15 kN Số lượng cọc sơ bộ: nc = = = 2.09 cọc Do moment lớn, chọn số cọc chính thức là nc = 4 cọc để bố trí cho móng. Khoảng cách giữa các tim cọc ³ 3d = 300 cm, khoảng cách từ tim cọc đến mép đài ³ 0,7d = 0.7m lấy bằng 0.7. Mặt bằng bố trí cọc cho móng như hình vẽ sau: Hình 8.9: Mặt bằng bố trí cọc cho móng Từ mặt bằng bố trí cọc ta có diện tích đáy đài thực tế là: Ftt = 4.4 x 4.4 = 19.36 m2 Trọng lượng của đài và đất trên đài sau khi bố trí cọc: Nttđ = n.Ftt. hđ.gtb= 1.1´19.36´4.5´20 = 1916.64 kN Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài: Ntt = N0tt + Nttđ = 7693.4 + 1916.64 = 9610.04 kN Tải trọng dọc trục lớn nhất và nhỏ nhất do công trình tác dụng lên cọc trong nhóm được xác định theo công thức: trong đó: Ntt – tải trọng thẳng đứng tính toán tại đáy đài; Moytt – momen xoay quanh trục Oy tại đáy đài, M0ytt = Mx + Qy.h = 25.7 + 41.54 x 2.5 = 129.55 kNm Moxtt – momen xoay quanh trục Ox tại đáy đài; M0xtt = My + Qx.h = 5 + 9.38 x 2.5 = 28.45 kNm xmax – khoảng cách lớn nhất từ tim cọc đến trục Oy; ymax – khoảng cách lớn nhất từ tim cọc đến trục Ox. = 1949.68 kN = 1897.02 kN Trọng lượng tính toán của cọc kN Pmaxtt + Pc = 1949.68 + 1066 = 3015.68 kN < Qa = 4563.47 kN Pmintt = 831.02 kN > 0 (cọc chỉ chịu nén). Vậy, cọc thiết kế đảm bảo được khả năng chịu tải trọng dọc trục. Và cọc chỉ chịu nén nên không cần kiểm tra cọc chịu lực nhổ. 8.4.4. Kiểm tra độ lún của móng cọc Với quan niệm nhờ ma sát giữa mặt xung quanh cọc và đất bao quanh, tải trọng của móng được truyền trên diện rộng hơn, xuất phát từ mép ngoài cọc tại đáy đài và nghiêng một góc trong đó: jtb = = 19.66o Vậy a =19.66o/4 = 4.92o Chiều dài, rộng đáy khối móng quy ước: LM = 6 + 2´(1/2) + 2´49.4´tg4.92o = 15.5 m BM = 3 + 2´(1/2) + 2´49.4´tg4.92o = 12.5 m. Chiều cao khối móng quy ước (kể từ mũi cọc đến cốt thiên nhiên) là: HM = 53.9 m. Trọng lượng của khối móng quy ước: NtcM = LM.BM.HM.gtb = 15.5x12.5x53.9x20 = 208863 kN Trị tiêu chuẩn lực dọc xác định đến đáy khối móng quy ước: Ntc = NtcM + Ntc0 = 208863 + 9046 = 217909 kN Moment tiêu chuẩn tương ứng tại trọng trọng tâm đáy khối móng quy ước: Mtcx = Mtc0x + Qtc0x.(L+hđài) = 127.73 + 131.51x(49.4+2.5) = 6953 kN Mtcy = Mtc0y + Qtc0y.(L+hđài) = 5.13 + 4.92x(49.4+2.5) = 260 kN. Độ lệch tâm: = 0.032 m = 0.0012 m. Áp lực tiêu chuẩn ở đáy móng khối quy ước: = = 1139 kPa = = 1110 kPa Hình 8.10: Kích thước móng quy ước Cường độ tính toán của đất nền ở đáy khối móng quy ước: trong đó: ktc – hệ số độ tin cậy, ktc = 1 (theo điều 3.39/[6]); m1, m2 – hệ số điều kiện kàm việc của đất nền, m1 = 1.2, m2 = 1.3 (lấy theo Bảng 15 /[6]); BM – cạnh ngắn của khối móng qui ước, BM = 12.5 m; HM – chiều cao khối móng qui ước, HM = 53.9 m; 'II – dung trọng của lớp đất dưới đáy khối móng qui ước (có kể đến đẩy nổi), ’II = g6đn = 19.52 – 10 = 9.52 kN/m3; tbII – dung trọng trung bình của các lớp đất từ đáy khối móng qui ước trở lên (có kể đến đẩy nổi); gtbII = = 9.01 kN/m3 A, B, D – hệ số lấy theo Bảng 14/[6], tùy thuộc góc ma sát trong của đất dưới đáy khối móng qui ước, jII = 27.45 0, tra Bảng 14/[6] được A = 0.94, B = 4.79, D = 7.27; CII – lực dính đơn vị của đất dưới đáy khối móng qui ước, CII = 3.1 kPa; = 4289 kPa 1.2RM = 5147 kPa Như vậy các điều kiện đều thảo mãn: stcmax = 1139 < 1.2RM = 5147 kPa stctb = 1125 < RM = 4289 Vậy có thể tính toán được độ lún của nền theo quan niệm nền biến dạng tuyến tính. Ứng suất bản thân Tại đáy lớp đất 1: sbtz=8.2 = 20x4.5+14.61x3.7 = 144.057 kPa Tại đáy lớp đất 2: sbtz=11.7 = 144.057 + 11.931x3.5 = 185.82 kPa Tại đáy lớp đất 3: sbtz=24.3 = 185.82 + 18.78 x 12.6 = 422.44 kPa Tại đáy lớp đất 4: sbt z=34.8 = 422.44 + 19.47 x 10.5 = 626.88 kPa Tại đáy lớp đất 5: sbtz=37.9 = 626.88 + 19.29 x 3.1 = 686.68 kPa Tại đáy khối móng quy ước: sbtz=53.9 = 686.68 + 19.52 x 16 = 999 kPa Ứng suất gây lún ở đáy móng khối quy ước: sglz=0 = stctb - sbt = 1124 – 999 = 126 kPa Tính lún: Chiều sâu chịu nén cực hạn kết thúc ở độ sâu có sgl ≤ 0.2sbt, ở đây tại z = 0 ta có sgl = 126 ≤ 200 = 0.2sbt nên không cần phải tính lún, đất nền có biến dạng lún nhỏ. 8.4.5. Tính toán cọc chịu tải trọng ngang. Khi tính toán cọc chịu tác dụng của tải trọng ngang, đất xung quanh cọc được xem như môi trường đàn hồi biến dạng tuyến tính đặt trưng bằng hệ số nền Cz (KN/m3) được xác định như sau:( theo TCXD 205-1998 Phụ lục G). Cz = K.z Trong đó: K- hệ số tỉ lệ (KN/m4) phụ thuộc vào loại đất xung quanh cọc, được lấy theo bảng G.1 Phục lục G TCXD 205 -1998. z- độ sâu của vị trí tiết diên cọc (m), kể từ mặt đất đối với cọc đài cao, hoặc kể từ đáy đài đối với cọc đài thấp. *. kiểm tra chuyển vị ngang và góc xoay trong giới hạn cho phép: - Điều kiện kiểm tra:Dn £ Sgh; Y £ Ygh. - Lực ngang tác dụng lên đầu mỗi cọc: Qxi= = 13.36 (KN). Qyi= = 11.1 (KN). - Moment tác dụng lên đầu mỗi cọc: Mxi = = = 72.72 (KN.m) Myi = = = 45.97 (KN.m). Tất cả các tính toán được thực hiện theo chiều sâu tính đổi của tiết diện cọc trong đất ze và chiều sâu tính đổi hạ cọc trong đất le xác định theo công thức: ze= abd.z le = abd.l trong đó: z và l: chiều sâu thực tế vị trí tiết diện cọc trong đất và chiều sâu hạ cọc thực tế trong đất tính từ đấy đài với cọc đài thấp. abd – hệ số biến dạng. abd = . K- hệ số tỷ lệ (KN/m4), tra bảng 4.1 trang 243 sách “ Nền Móng “ của Châu Ngọc Ẩn, Ta được: K = 3000 (KN/m4) = 300(T/m4). I – Moment quán tính tiết diện ngang của cọc. I = bc- bề rộng của cọc, theo TCXD 205-1998 , lấy : vì d < 0.8m Þbc = 1.5d + 0.5 = 0.95 (m). Þabd = =0.323 (m-1). Þ le = abd .l = 0.415´24 = 9.96 (m). Tra bảng G.2/74 TCXD 205 – 1998. Ta được các hệ số sau: Ao = 2.441 ; Bo = 1.621 ; Co = 1.751 Các chuyển vị dHH, dHM , dMM của cọc tại đầu cọc do các ứng lực đơn vị đặt tại đầu cọc gây ra: dHH = = = 0.0454.10-3 (m/KN). dHM = dMH === 0.0097.10-3 (1/KN) dMM = = = 0.0034.10-3 (1/KN.m). - Chuyển vị ngang và góc xoay tại đáy đài: yox = Qxi.dHH+Myi.dHM = 13.36´0.0454.10-3 +45.97´0.0097.10-3 = 1.05.10-3 (m). yoy = Qyi.dHH+Mxi.dHM = 11.1´0.0454.10-3 + 72.72´0.0097.10-3 = 1.2.10-3 (m). Yox= Qxi.dMH+Myi.dMM = 13.36´0.0097.10-3 + 45.97´0.0034.10-3 = 0.29.10-3 (rad). Yox= Qyi.dMH+Mxi.dMM = 11.1´0.0097.10-3 + 72.72´0.0034.10-3 = 0.35.10-3 (rad). Þ thỏa điều kiện chuyển vị ngang. 8.4.6. Tính toán và cấu tạo đài cọc Chiều cao đài và điều kiện chọc thủng Hình 8.11: Sơ đồ tháp chọc thủng Chiều cao đài cọc đã xác định sơ bộ ở phần trên: hđài = 2.5 m. Kiểm tra chiều cao làm việc của đài cọc theo điều kiện chống chọc thủng Nct ≤ 0.75Rkh0btb h0 ≥ trong đó: Nct – lực gây đâm thủng bằng tổng phản lực các đầu cọc nằm ngoài phạm vi đáy tháp đâm thủng ở một phía cạnh dài đài cọc (khi móng chịu tải lệch tâm thì tính cho phía có phản lực max của cọc). btb – được lấy là trung bình cộng của cạnh ngắn đáy trên và đáy dưới tháp chọc thủng. Rk – cường độ chịu kéo tính toán của bê tông. = = 1.76 m Vậy h0 = 2.5 m ≥ 1.76 m = => Đài cọc thỏa mãn điều kiện chọc thủng Tính thép cho đài cọc Hình 8.12: Sơ đồ tính thép Moment tương ứng với mặt ngàm I-I MI = 1.25(2Pttmax) = 1.25x(2x1949.68) = 4874.2 kN Moment tương ứng với mặt ngàm II-II MII = 1.25(P1+P2+P3) = 1.25x(1946.68+1921.85+1897.02) = 5765.55kN Diện tích cốt thép tương ứng với mặt ngàm I-I => bố trí 26f18 với khoảng cách các thanh thép a150 Diện tích cốt thép tương ứng với mặt ngàm II-II => bố trí 20f22 với khoảng cách các thanh thép a225 CHƯƠNG IX SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN MÓNG Từ các giá trị tính toán của hai phương án móng cọc ép và móng cọc khoan nhồi ta tổng hợp được khối lượng bêtông và cốt thép cho từng phương án móng như sau : KHỐI LƯỢNG BÊTÔNG (m3) KHỐI LƯỢNG THÉP (Tấn) Cọc đóng Cọc khoan nhồi Cọc đóng Cọc khoan nhồi 124.81 338.523 17.387 10.669 Từ kết quả so sánh trên ; ta thấy không có phương án nào thật sự có lợi về cả hai mặt bêtông và cốt thép , do không có điều kiện tham khảo về giá thành của từng loại vật liệu cũng như giá thuê nhân công, máy móc thiết bị để thi công hai phương án trên cho nên rất khó khăn trong việc lựa chọn phương án . Nếu móng cọc ép cho khối lượng bêtông khá nhỏ ( chưa đến một nữa khối lượng bêtông của cọc khoan nhồi ) nhưng lượng thép lại lớn hơn móng cọc khoan nhồi ( chủ yếu là cốt thép trong cọc ) Þ do đó cần phải tổng hợp nhiều tham số kỹ thuật và kinh tế để chọn ra được phương án hợp lý hơn . Các ưu khuyết điểm của hai loại phương án móng : * Móng cọc ép : Ưu điểm : giá thành rẻ so với các loại cọc khác (cùng điều kiện thi công giá thành móng cọc ép rẻ 2-2.5 lần giá thành cọc khoan nhồi), thi công nhanh chóng, dễ dàng kiểm tra chất lượng cọc do sản xuất cọc từ nhà máy (cọc được đúc sẵn) , phương pháp thi công tương đối dễ dàng, không gây ảnh hưởng chấn động xung quanh khi tiến hành xây chen ở các đô thị lớn ; công tác thí nghiệm nén tĩnh cọc ngoài hiện trường đơn giản . Tận dụng ma sát xung quanh cọc và sức kháng của đất dưới mũi cọc . Khuyết điểm : sức chịu tải không lớn lắm ( 50 ¸350 T ) do tiết diện và chiều dài cọc bị hạn chế ( hạ đến độ sâu tối đa 50m ) . Lượng cốt thép bố trí trong cọc tương đối lớn . Thi công gặp khó khăn khi đi qua các tầng laterit , lớp cát lớn , thời gian ép lâu . * Móng cọc khoan nhồi : Ưu điểm : sức chịu tải của cọc khoan nhồi rất lớn ( lên đến 1000 T ) so với cọc ép , có thể mở rộng đường kính cọc 60cm ®250cm , và hạ cọc đến độ sâu 100m . Khi thi công không gây ảnh hưởng chấn động đối với công trình xung quanh . Cọc khoan nhồi có chiều dài > 20m lượng cốt thép sẽ giảm đi đáng kể so với cọc ép . Có khả năng thi công qua các lớp đất cứng , địa chất phức tạp mà các loại cọc khác không thi công được .` Khuyết điểm : giá thành cọc khoan nhồi cao so với cọc ép , ma sát xung quanh cọc sẽ giảm đi rất đáng kể so với cọc ép do công nghệ khoan tạo lỗ. Biện pháp kiểm tra chất lượng thi công cọc nhồi thường phức tạp và tốn kém , thí nghiệm nén tĩnh cọc khoan nhồi rất phức tạp . Công nghệ thi công cọc khoan nhồi đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao . * Tóm lại : ta chọn phương án MÓNG CỌC KHOAN NHỒI làm giải pháp nền móng cho công trình vì đây là phương án hiện đại đang được sử dụng phổ biến cho các công trình lớn của ngành cầu đường, cảng và dân dụng trên toàn quốc cũng như trên thế giới . ._.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

THUYETMINHTOANBO.doc
P01 - Suc chiu tai cua coc (Theo Phu luc A TCVN205 - 1998).xls
PHULUC.doc
SANDIENHINH.dwg
TAILIEUTHAMKHAO.doc
Tinh cot 2 phuong.xls
Tinhthepcot.xls
CAUTHANGBO.dwg
HONUOCIN.dwg
KHUNG.dwg
LOICAMON.doc
MATCAT.dwg
MATDUNG.dwg
MBTRET,LAU1.dwg
MONGCOCEP.dwg
MONGCOCNHOI.dwg
MUCLUC.doc