Phương án kết cấu chịu tải trọng đứng - Hệ kết cấu chịu lực thẳng đứng có vai trò quan trọng đối với kết cấu nhà nhiều tầng bởi vì: + Chịu tải trọng của dầm sàn truyền xuống móng và xuốn
Mục đích xây dựng công trình
- Mức độ đô thị hóa ngày càng tăng, mức sống và nhu cầu của người dân ngày càngđược nâng cao, diện tích đất ở các đô thị lớn như TPHCM ngày càng khan hiếm,người dân ở các vùng ven tập trung lên TPHCM để đi làm kéo theo nhu cầu ăn ở, nghỉ ngơi, giải trí ở một mức cao hơn, tiện nghi hơn.
- Với xu hướng hội nhập, công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước hoà nhập với xu thế phát triển của thời đại nên sự đầu tư xây dựng các công trình nhà ở cao tầng để tiết kiệm diện tích đất, thay thế các công trình thấp tầng, các khu dân cư đã xuống cấp là rất cần thiết.
Chung cư xuất hiện để đáp ứng nhu cầu nhà ở cho người dân, đồng thời góp phần làm thay đổi cảnh quan kiến trúc đô thị, phản ánh diện mạo đất nước đang trên đà phát triển.
Vị trí công trình
- Vị trí: Vinhomes Grand Park tọa lạc tại địa chỉ Nguyễn Xiển – Phước Thiện, Long Thạnh Mỹ, Tp.Thủ Đức
- Công trình nằm ở vị trí thuận tiện đi lại ra vào trung tâm thành phố, xung quanh là các nhà hàng, quán ăn đáp ứng đầy đủ nhu cầu thiết yếu của cư dân.
Đặc điểm kiến trúc công trình
Qui mô dự án
- Công trình dân dụng cấp 2 theo Thông tư số 06/2021/TT-BXD ngày 30 tháng 06 năm 2021 của
Bộ Xây dựng (Số tầng 8 đến 24 tầng)
- Công trình bao gồm: 1 tầng hầm, tầng trệt, tầng 2-18, tầng thượng, tầng mái
Tên tầng Cao độ (m) Công năng
Tầng hầm -3.000 Khu vực đổ xe
Tầng 1 ±0.000 Trung tâm thương mại
Bố trí căn hộ cho cư dân
Tầng thượng +64.500 Chứa các đồ dùng sinh hoạt
Mái +67.000 Che chắn công trình
Hệ thống giao thông bên trong chung cư
- Hành lang là lối đi chính mỗi tầng
- Có 3 buồng thang máy, 1 cầu thang bộ
- Các căn hộ bố trí xung quanh giúp lưu thông dễ dàng.
Giải pháp kĩ thuật
- Hệ thống điện: hệ thống tiếp nhận điện từ hệ thống điện chung của khu đô thị vào nhà thông qua phòng máy điện Từ đây điện được dẫn đi khắp công trình thông qua mạng lưới điện nội bộ Ngoài ra khi bị sự cố mất điện có thể dùng ngay máy phát điện dự phòng đặt ở tầng ngầm để phát
- Hệ thống nước: Nguồn nước được lấy từ hệ thống cấp nước khu vực và dẫn vào bể chứa nước ở tầnghầm rồi bằng hệ bơm nước tự động nước được bơm đến từng phòng thông qua hệthống gen chính ở gần phòng phục vụ
- Phòng cháy chữa cháy và thoát hiểm: Công trình BTCT bố trí tường ngăn bằng gạch rỗng vừa cách âm vừa cách nhiệt Dọchành lang bố trí các hộp chống cháy bằng các bình khí CO2 Các tầng lầu đều có 3cầu thang đủ đảm bảo thoát người khi có sự cố về cháy nổ Bên cạnh đó trên đỉnhmái còn có bể nước lớn phòng cháy chữa cháy
- Chiếu sáng: Bốn mặt của công trình đều có bancol thông gió chiếu sáng cho các phòng Ngoài
- Hệ thống rác thải sinh hoạt: Rác thải ở mỗi tầng được đổ vào gen rác đưa xuống gian rác, gian rác được bố trí ởtầng hầm và có bộ phận đưa rác ra ngoài Gian rác được thiết kế kín đáo, kỹ càng đểtránh làm bốc mùi gây ô nhiễm môi trường.
TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU
Tiêu chuẩn và quy chuẩn áp dụng
- Các tiêu chuẩn và quy chuẩn vận dụng vào tính toán kết cấu:
TCVN 5574:2018: Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế
TCVN 2737:2023: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế
TCVN 9386:2012: Thiết kế công trình chịu động đất – Tiêu chuẩn thiết kế
TCVN 9362:2012: Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình
TCVN 10304:2014: Tiêu chuẩnthiết kế móng cọc
TCVN 9394:2012: Đóng và ép cọc – Thi công và nghiệm thu
- Bên cạnh các tài liệu trong nước, để giúp cho quá trình tính toán được thuận lợi, đa dạng về nội dung tính toán
- Cùng với đó và các sách, tài liệu chuyên ngành và các bài báo khoa học được đăng tải chính thống của nhiều tác giả khác nhau.
Quan điểm tính toán kết cấu
- Sàn xem như tuyết đối cứng trong mặt phẳng sàn, liên kết giữa sàn vào vách được tính là liên kết cứng (xét cùng cao trình) Không kể đến biến dạng cong ngoài mặt phẳng sàn lên các phần tử liên kết
- Mọi thành phần hệ chịu lực trên từng tầng đều chuyển vị ngang như nhau
- Các vách cứng thang máy đều được ngàm ở vị trí chân vách ngay ở đài móng
- Các tải trọng ngang tác dụng lên sàn được gán dưới dạng tải trong tập trung theo từng tầng từ đó sàn sẽ truyền vào vách truyền xuống và phân tán ra đất nền
2.2.2 Phương pháp xác định nội lực Ở dự án này, sinh viên lựa chọn phương pháp phần tử hữu hạn (thông qua sự hổ trợ của các phần mềm) để thực hiện tính toán thiết kế Thông qua các mô hình phân tích, sinh viên có thể dễ dàng xuất được số liệu nội lực, chuyên vị, Tuy nhiên, một số trường hợp sinh viên kết hợp phương pháp giải tích và phần tử hữu hạn để kiểm tra lại kết quả tin cậy hơn
Bảng 2 1: Các phần mềm được sử dụng
ETABS Phân tích kết cấu hệ khung, cầu thang
SAFE Phân tích kết cấu sàn và móng
REVIT Mô hình kết cấu 3D
AUTOCAD Triển khai bản vẽ
PLAXIS Phân tích và tính toán tường vây cừ larsen
EXCEL Tính toán các cấu kiện kết cấu
WORD Viết thuyết minh tính toán
Vật liệu sử dụng
- Bê tông cho các cấu kiện chính như sàn, cột, vách, cầu thang sử dụng bê tông có cấp độ bền B30
Bảng 2 2: Thông số bê tông B40
Cường độ chịu nén Rb = 22 MPa
Cường độ chịu kéo Rbt = 1.4 MPa
Mô đun đàn hồi Eb = 36 x 10 3 MPa
- Cốt thép sử dụng: CB240-T và CB400-V
Bảng 2 3: Thông số cốt thép CB240-T
Cốt thép CB240-T Thông số
Cường độ chịu kéo thép đai RSW= 210 MPa
Cường độ chịu nén thép dọc RSC = 210 MPa
Cường độ chịu kéo thép dọc RS = 210 MPa
Mô đun đàn hồi ES = 2 x 10 5 MPa
Bảng 2 4: Thông số cốt thép CB400-V
Cốt thép CB500-V Thông số
Cường độ chịu kéo thép đai RSW= 300 MPa
Cường độ chịu nén thép dọc RSC = 435 MPa
Cường độ chịu kéo thép dọc RS = 435 MPa
Mô đun đàn hồi ES = 2 x 10 5 MPa
Phương án kết cấu
2.4.1 Phương án kết cấu chịu tải trọng đứng
- Hệ kết cấu chịu lực thẳng đứng có vai trò quan trọng đối với kết cấu nhà nhiều tầng bởi vì: + Chịu tải trọng của dầm sàn truyền xuống móng và xuống nền đất
+ Chịu tải trọng ngang của gió và áp lực đất lên công trình
+ Liên kết với dầm sàn tạo thành hệ khung cứng, giữ ổn định tổng thể cho công trình, hạn chế dao động và chuyển vị đỉnh của công trình
- Hệ kết cấu chịu lực theo phương đứng bao gồm các loại sau :
+ Hệ kết cấu cơ bản: Kết cấu khung, kết cấu tường chịu lực, kết cấu lõi cứng, kết cấu ống
+ Hệ kết cấu hỗn hợp: Kết cấu khung-giằng, kết cấu khung-vách, kết cấu ống lõi và kết cấu ống tổ hợp
+ Hệ thống kết cấu đặc biệt gồm có: hệ kết cấu có tầng cứng, hệ kết cấu có dầm chuyển, sàn chuyển, kết cấu có hệ giằng liên tầng và kết cấu có khung ghép.
- Lựa chọn giải pháp kết cấu hợp lý cho một công trình cụ thể sẽ đem lại hiệu quả kinh tế rất lớn trong khi vẫn đảm bảo các chỉ tiêu kĩ thuật cần thiết Việc lựa chọn này phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của công trình, công năng sử dụng, chiều cao của nhà và độ lớn của tải trọng ngang (động đất, gió, …)
Bảng 2 5: So sánh ưu, nhược điểm của các hệ kết cấu
Phân loại Ưu điểm Nhược điểm
- Giúp công trình có không gian lớn, linh hoạt, do VINHOME GRANDPARK là công trình khu phức hợp căn hộ cao cấp
- Sơ đồ làm việc của kết cấu rõ ràng
- Vì VINHOME GRANDPARK có quy mô lớn trên 18 tầng nên không phù hợp với hệ kết cấu khung do hệ kết cấu này chịu tải trọng ngang kém
Hệ kết cấu khung – lõi
- VINHOME GRANDPARK là công trình lớn có kết cấu phức tạp nên hệ kết cấu này phù hợp do hệ này chịu tải trọng ngang tốt
- Tốn vật liệu hơn so với các hệ kết cấu khác
- VINHOME GRANDPARK có độ cao 65.7m nên hệ kết cấu này sẽ khó thi công hơn so với các hệ khác
Phân loại Ưu điểm Nhược điểm
Hệ kết cấu ống tổ hợp
- Phù hợp với VINHOME GRANDPARK vì hệ này chịu tải trọng ngang tốt
- Hệ kết cấu này giúp công trình làm việc đồng đều hơn
Do VINHOME GRANDPARK chỉ là công trình cao tầng bình thường, chưa đạt đến mức siêu cao tầng nên việc sử dụng hệ thống thông gió cơ học sẽ kém hiệu quả về mặt chi phí và diện tích Vì vậy, hệ thống thông gió tự nhiên phù hợp hơn với đặc điểm của dự án nhà ở phức hợp này.
- Đòi hỏi trình độ thi công của nhà thầu cao Đối với công trình VINHOME GRANDPARK quy mô 18 tầng nổi + 1 hầm, chiều cao của toàn bộ công trình là 67m Do đó ảnh hưởng của tải trọng ngang do gió đến công trình rất lớn
Vì vậy, trong đồ án này sinh viên lựa chọn giải pháp kết cấu chính là hệ chịu lực vách-lõi
2.4.2 Giải pháp kết cấu theo phương ngang
Các loại kết cấu sàn đang được sử dụng rông rãi hiện nay gồm:
- Hệ sàn sườn: Cấu tạo hệ bao gồm hệ dầm và bản sàn
- Hệ sàn ô cờ: Cấu tạo hệ bao gồm hệ dầm vuông góc với nhau theo 2 phương, chia bản sàn thành các ô bản có nhịp bé
- Sàn phẳng: Cấu tạo hệ gồm các bản kê trực tiếp lên cột
- Sàn không dầm ứng lực trước: Cấu tạo gồm các bản kê trực tiếp lên cột Cốt thép được ứng lực trước
- Sàn bóng, sàn hộp: Sàn bóng, sàn hộp là loại sàn phẳng, không dầm, liên kết trực tiếp với hệ cột, vách chịu lực, sử dụng quả bóng nhựa tái chế, hộp tái chế để thay thế phần bê tông không hoặc ít tham gia chịu lực ở thớ giữa bản sàn
Bảng 2 6: So sánh ưu, nhược điểm các hệ kết cấu sàn
Phân loại Ưu điểm Nhược điểm
- Tính toán đơn giản, được sử dụng phổ biến
- Công nghệ thi công phong phú do đã được sử dụng từ rất lâu ở Việt Nam
- Chiều cao dầm và độ võng bản sàn lớn khi vượt khẩu độ lớn, dẫn đến chiều cao công trình lớn
- Không tiết kiệm không gian sử dụng
- Tiết kiệm chi phí bê tông sàn khi nhịp từ 6m trở lên nên phù hợp với VINHOME GRANDPARK
- Vượt nhịp lớn, tiết kiệm không gian sử dụng và thẩm mỹ cao
- Chịu tải trọng tốt nên rất phù hợp với công trình có nhiều tầng để xe
- Khó thi công hơn các sàn thông thường
- Giảm chiều cao công trình
- Tiết kiệm không gian sử dụng, dễ phân chia không gian
- Thi công nhanh hơn so với sàn dầm
- Hệ kết cấu cột, vách không được liên kết với nhau tạo thành hệ kết cấu cứng nên có độ cứng nhỏ hơn so với các hệ khác
- VINHOME GRANDPARK là công trình cao tầng 67m nên chịu tải trọng ngang lớn
Vì vậy hệ này không tối ưu so với các hệ khác
Hệ sàn ứng lực trước
- Giảm chiều dày, độ võng sàn
- Giảm được chiều cao công trình, tiết kiệm không gian sử dụng
- Tính toán phức tạp do TCVN chưa có tiêu chuẩn về tính toán kết cấu dự ứng lực
- Thi công đòi hỏi thiết bị chuyên dụng
- Tạo tính linh hoạt cao trong thiết kế, có khả năng thích nghi với nhiều loại mặt bằng
- Khả năng vượt nhịp cao, có thể vượt nhịp lên tới 15m mà không cần
- Lý thuyết tính toán chưa phổ biến, do đây là công nghệ mới du nhập vào Việt Nam
- Khả năng chịu cắt, uốn giảm so với sàn BTCT thông thường cùng chiều dày
Bảng 2 7: Đánh giá mức độ thích hợp của các phương án sàn với công trình Đặc điểm công trình Phương án kết cấu
Sàn dầm Sàn phẳng Sàn ô cờ
Nhịp sàn không có sự đồng đều x x
Chiều cao tầng điển hình 3.5m x
Phân bố hoạt tải khá đồng đều x x x
Phân bố tường trên sàn và độ lớn của tải trọng tác dụng lên sàn: Tải tường các ô sàn gần như bằng nhau x x
→ Sinh viên lựa chọn phương án sàn phẳng làm phương án kết cấu chịu tải đứng cho công trình
Sơ bộ kích thước tiết diện
- Chiều dày bản sàn được xác định sơ bộ theo công thức: s h D L
D là hệ số xét đến tải trọng tác dụng lên sàn D = (0.8÷1.4) m là hệ số phụ thuộc vào dạng bản sàn:
L là chiều dài nhịp tính toán
Chọn chiều dày sàn: hs = 300 (mm)
- Xác định sơ bộ kích thước dầm biên:
Chọn bề rộng: bd = 400mm
Vậy dầm có tiết diện b × h = 400 × 600 (mm)
- Xác định sơ bộ kích thước vách và vách lõi thang:
Chiều dày vách, lõi được sơ bộ dựa vào chiều cao tòa nhà, số tầng … đồng thời phải đảm bảo điều 3.4.1 trong TCVN 198:1997
Xác định chiều dày vách phải thỏa t
+ F Vach : tổng diện tích vách chịu lực trên một sàn
+ F San : tổng diện tích một sàn
Do đó sinh viên chọn chiều dày vách lõi thang = 300mm, vách góc dày 400mm
Hình 2 1: Phương án thiết kế sàn
TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG
Khái niệm và phân loại tải
Trong quá trình thiết kế nhà và xây dựng công trình, việc tính toán các tải trọng đóng vai trò rất quan trọng Tải trọng bao gồm những lực tác động lên kết cấu trong suốt quá trình xây dựng, sử dụng, chế tạo, bảo quản và vận chuyển Việc tính toán chính xác các tải trọng giúp đảm bảo sự an toàn, ổn định và bền vững của công trình.
3.1.1 Tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán
Tải trọng tiêu chuẩn là tải trọng trung bình tác dụng lên 1 dơn vị diện tích của công trình và là đặc trưng cơ bản của tải trọng
Tải trọng tính toán là tích của tải trọng tiêu chuẩn với hệ số tin cậy tải trọng Hệ số này tính đến khả năng sai lệch bất lợi cso thể xảy ra của tải trọng so với giá trị tiêu chuẩn và được xác định phụ thuộc vào trạng thái giới hạn được tính đến
Hệ số độ tin cậy tải trọng được tín như sau:
- Khi tính toán cường độ và ổn định, hệ số vượt tải lấy theo các điều 7.3, 8.2.4, 8.3, 8.3.5, 10.1.6 TCVN 2737:2023 “Tải trọng và tác động”
- Khi tính độ bền mỏi lấy bằng 1
- Khi tính toán biến dạng và chuyển vị lấy bằng 1
3.1.2 Tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời
Tải trọng thường xuyên (tiêu chuẩn hoặc tính toán) là các tải tọng tác dụng không biên đổi trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình Tải trọng thường xuyên gồm có:
- Khối lượng bản thân các phần nhà và công trình, gồm khối lượng các két cấu chịu lực và các kết cấu bao che
- Khối lượng và áp lực của đất do lấp hoặc đắp
Tải trọng tạm thời là tải trọng có thể không có trong một giai đoạn nào đó trong quá trình xây dựng
- Tải trọng tạm thời dài hạn gồm:
+ Khối lượng vách tạm thời, phần đất và bê tông đệm dưới thiết bị
+ Khối lượng các thiết bị, thang máy, ống dẫn,
+ Tác dụng của biên dạng nền không kèm theo sự thay đổi của cấu trúc đất
+ Tác dụng do sự thay đổi độ ẩm, co ngót và từ biến của vật liệu
- Tải trọng tạm thời ngắn hạn gồm:
+ Khối lượng người, vật liệu sửa chữa, phụ kiện, dụng cụ và đồ gá lắp trong phạm vi phục vụ và sửa chữa thiết bị
+ Tải tọng do thiết bị sinh ra trong quá trình hoạt động, đối với nhà cao tầng đó là do sự hoạt động lên xuống của thang máy
+ Tải trọng gió lên công trình bao gồm gió X và gió Y.
Tải trọng đứng
3.2.1 Tĩnh tải các lớp hoàn thiện sàn
- Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo:
• γi: Trọng lượng bản thân của các lớp cấu tạo thứ i (kN/m 3 )
• ni: Hệ số độ tin cậy tải trọng lớp thứ i
- Kết quả tính toán tải trọng các lớp hoàn thiện của từng loại sàn:
Bảng 3 1: Tải trọng các lớp hoàn thiện lên sàn điển hình
Chiều dài (mm) Tải tc Hệ số n
Tải trọng tính toán (kN/m 2 )
Bảng 3 2: Tải trọng các lớp hoàn thiện lên sàn vệ sinh
Chiều dài (mm) Tải tc Hệ số n
Tải trọng tính toán (kN/m 2 )
Bảng 3 3: Trọng lượng lớp cấu tạo tác dụng lên sàn mái
Chiều dài (mm) Tải tc Hệ số n
Tải trọng tính toán (kN/m 2 )
- Tường 100mm là tường ngăn giữa các phòng sẽ được xây trực tiếp sàn và khai báo dưới dạng tải phân bố đều trên diện tích sàn Công thức tính toán tải tường xây: tt t t t t t n l h t g A
• γt: Diện tích riêng tiêu chuẩn của tường, γt = 18kN/m 2
• A: Diện tích ô sàn có tường, A = L1 × L2
Bảng 3 4: Trọng lượng tường xây phân bố đều lên diện tích sàn
DT sàn (m 2 ) Hệ số n Tải tc Tải tt
- Tường 200mm lên các sàn và 100mm lên sàn tầng 1 khai báo dưới dạng tải phân bố đường lên sàn và dầm biên Công thức tính tải tường lên sàn và dầm: tt t t t t n l h t g =
• n: Hệ số độ tin cậy, n = 1.1
• γt: Trọng lượng riêng tiêu chuẩn tường, γt = 18 kN/m 2
Bảng 3 5: Trọng lượng tường xây phân bố đều theo chiều dài tường
Hoạt tải được xác định theo Bảng 4 và Bảng 5 TCVN 2737:2023
Bảng 3 6: Hoạt tải tác dụng lên các ô sàn
Mục đích sử dụng Khu vực Hoạt tải tc qk,t (kN/m2) Hệ số tin cậy Hoạt tải tính toán (kN/m2)
Sàn căn hộ nhà ở (phòng ngủ, bếp, vệ sinh) A 1.5 1.3 1.95
Khu vực bán hàng ở trung tâm thương mại, siêu thị D 5 1.3 6.5
Sảnh khu vực tập trung đông người C 5 1.3 6.5
Bãi đỗ xe (Trọng lượng không lớn hơn 30 kN) F 3.5 1.2 4.2
Tải trọng gió
- Công trình xét tới tác động do dạng chính của tải trọng gió gây ra (hay còn gọi là tải trọng gió chính)
- Tải trọng gió W gồm các thành phần:
+ Các áp lực pháp tuyến Wx và Wy do áp lực gió ngoài gây bởi tổng lực cản công trình theo hướng các trục x và y (x và y là các trục trên mặt bằng công trình)
+ Mô men xóa WMz đối với trục z (trục z theo phương thẳng đứng)
- Tải trọng gió được gắn vào tâm hình học của công trình
- Tải trọng gió tiêu chuẩn được xác định theo công thức:
W3s,10 là áp lực gió 3s ứng với chu kì 10 năm
+ W 3 ,10 s =( T W 0 ) với T là hệ số chuyển đổi áp lực gió từ chu kì lắp 20 năm xuống 10 năm, lấy
+ Áp lực gió cơ sở tại TP Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh (thuộc địa hình C, vùng gió II) được xác định là W0 = 0.95 kN/m 2
+ c là hệ số khí động
+ Gf là hệ số hiệu ứng giật
- Công trình thuộc loại bê tông cốt thép có chu kì dao động ở Mode 1 là T=2.497 (s)
- Xác định hệ số hiệu ứng giật Gf:
+ g =3.4 là hệ số đỉnh cho thành phần xung của gió Q
L (m) = 67.00 L (m) = 67.00 b (m) = 23.00 b (m )= 60.00 λ = L/B = 2.91 λ = L/B = 1.117 λe = 2×λ = 5.83 λe = 2×λ = 2.23 nội suy k λ = 0.65 nội suy k λ = 0.61 d/b = 2.61 d/b = 0.38 nội suy c x∞ = 1.52 nội suy c x∞ = 2.15 cx = k λ ×c x∞ = 0.992 cx = k λ ×c x∞ = 1.317
= = = (Tần số dao động riêng cơ bản thứ nhất)
+ g v =3.4là hệ số đỉnh cho thành phần phản ứng của gió
=> Hệ số hiệu ứng giật: G =0.92 X f
Tính toán tương tự như phương X ta được: G =0.87 Y f
Bảng 3 7: Tải trọng gió tiêu chuẩn tại cao độ các tầng
Gió X Gió Y cao độ ze (m) hệ số k
(kN) cao độ ze (m) hệ số k
Mái 2.5 67.00 67.00 1.24 0.992 0.9123 23.00 26.2 67.00 1.49 1.317 1.3832 60.00 103.7 Thượng 3.5 64.50 67.00 1.24 0.992 0.9123 23.00 62.9 67.00 1.49 1.317 1.3832 60.00 249.0 Tầng 18 3.5 61.00 67.00 1.24 0.992 0.9123 23.00 73.4 67.00 1.49 1.317 1.3832 60.00 290.5 Tầng 17 3.5 57.50 67.00 1.24 0.992 0.9123 23.00 73.4 60.00 1.46 1.317 1.3540 60.00 284.3 Tầng 16 3.5 54.00 67.00 1.24 0.992 0.9123 23.00 73.4 60.00 1.46 1.317 1.3540 60.00 284.3 Tầng 15 3.5 50.50 67.00 1.24 0.992 0.9123 23.00 73.4 60.00 1.46 1.317 1.3540 60.00 284.3 Tầng 14 3.5 47.00 67.00 1.24 0.992 0.9123 23.00 73.4 60.00 1.46 1.317 1.3540 60.00 284.3 Tầng 13 3.5 43.50 43.50 1.09 0.992 0.8085 23.00 65.1 60.00 1.46 1.317 1.3540 60.00 284.3 Tầng 12 3.5 40.00 40.00 1.07 0.992 0.7904 23.00 63.6 60.00 1.46 1.317 1.3540 60.00 284.3 Tầng 11 3.5 36.50 36.50 1.04 0.992 0.7671 23.00 61.8 60.00 1.46 1.317 1.3540 60.00 284.3 Tầng 10 3.5 33.00 33.00 1.01 0.992 0.7439 23.00 59.9 60.00 1.46 1.317 1.3540 60.00 284.3 Tầng 9 3.5 29.50 29.50 0.98 0.992 0.7202 23.00 58.0 60.00 1.46 1.317 1.3540 60.00 284.3 Tầng 8 3.5 26.00 26.00 0.94 0.992 0.6944 23.00 55.9 60.00 1.46 1.317 1.3540 60.00 284.3 Tầng 7 3.5 22.50 23.00 0.91 0.992 0.6722 23.00 54.1 60.00 1.46 1.317 1.3540 60.00 284.3 Tầng 6 3.5 19.00 23.00 0.91 0.992 0.6722 23.00 54.1 60.00 1.46 1.317 1.3540 60.00 284.3 Tầng 5 3.5 15.50 23.00 0.91 0.992 0.6722 23.00 54.1 60.00 1.46 1.317 1.3540 60.00 284.3 Tầng 4 3.5 12.00 23.00 0.91 0.992 0.6722 23.00 54.1 60.00 1.46 1.317 1.3540 60.00 284.3 Tầng 3 4.5 8.50 23.00 0.91 0.992 0.6722 23.00 61.8 60.00 1.46 1.317 1.3540 60.00 325.0 Tầng 2 4 4.00 23.00 0.91 0.992 0.6722 23.00 65.7 60.00 1.46 1.317 1.3540 60.00 345.3 Tầng 1 0 0.00 0.00 0.00 0.992 0.0000 23.00 0.0 0.00 0.00 1.317 0.0000 60.00 0.0
Tải động đất
3.4.1 Các phương pháp tính toán
- Các phương pháp phổ biến dùng để tính tải động đất là: phương pháp tĩnh lực ngang tương đương và phương pháp phổ phản ứng
- Cả 2 phương pháp đều là phương pháp qui đổi động đất thành các lực ngang tương đương tác dụng vào các tầng
- Với công trình VINHOME GRANDPARK sinh viên sử dụng phương pháp phổ phản ứng để tính toán động đất
- Có 2 cách tính tải động đất: Tính thủ công sau đó nhập lực vào ETABS và Tính toán tự động bằng ETABS
- Sinh viên lựa chọn tính toán tự động bằng phần mềm ETABS
❖ Bước 1: Xác định các thông số đầu vào
- Gia tốc nền thiết kế: g I gR a = a
• agR: Gia tốc nền tham chiếu quy đổi theo gia tốc trọng trường, lấy theo TCVN 9386:2012 phụ lục H
• I : Hệ số tầm quan trọng của công trình, lấy theo TCVN 9386:2012 phụ lục E
Theo mục 3.2.1 TCVN 9386:2012, theo giá trị gia tốc nền thiết kế chia thành 3 trường hợp động đất
• Động đất mạnh: ag ≥ 0.08g, phải tính toán và cấu tạo kháng chấn
• Động đất nhẹ: 0.04g ≤ ag < 0.08g, chỉ cần áp dụng cá giải pháp kháng chấn đã được giảm nhẹ
• Động đất rất yếu ag < 0.04g, không cần thiết kế kháng chấn
Công trình VINHOME GRANDPARK đặt tại TP Thủ Đức, TP.HCM → agR = 0.0727g → công trình thuộc vào trường hợp động đất nhẹ
Theo mục 3.1.2 TCVN 9386:2012, các loại đất nền A, B, C, D, E, S1, S2 được xác định theo bảng 3.1
- Địa chất công trình có giá trị SPT > 15 → Đất loại C
- Hệ số tầm quan trọng công trình: Công trình có 18 tầng, theo phụ lục E TCVN 9386:2012 → Công trình thuộc công trình cấp II → I =1.00
- Hệ số ứng xử: Là hệ số xét đến khả năng tiêu tán năng lượng của kết cấu, khả năng tiêu tán năng lượng của kết cấu phụ thuộc vào hình dạng công trình
Theo mục 5.2.2.2 và Bảng 5.1 TCVN 9386:2012, công thức xác định hệ số ứng xử đối với các tác động của động đất theo phương nằm ngang như sau:
• q0: Giá trị cơ bản của hệ só ứng xử, phụ thuộc vào loại kết cấu và tính đều đặn của nó theo mặt đứng Tra bảng 5.1 và mục 5.2.2.2 TCVN 9386:2012 cho hệ có sự đều đặn theo mặt đứng kết cấu
• kw: Hệ số phản ánh dạng phá hoại phổ biến trong hệ kết cấu có tường
Công trình thuộc hệ kết cấu hỗn hợp tương đương khung, xét theo cấp dẻo kết cấu trung bình Công trình có sự đều đặn về mặt đứng (Theo 4.2.3.3 TCVN 9386:2012)
Giá trị cơ bản của hệ số ứng xử: q 0 =3.0 u / 1
Theo [5] 5.2.2.2 TCVN 9386:2012, giá trị cơ bản của u / 1 =1.3
Giá trị cơ bản của hệ số ứng xử: q 0 =3.0 u / 1 = 3 1.3 3.9Công trình hệ khung và hệ kết cấu hỗn hợp tương đương khung → kw = 1.00
Bảng 3 8: Thông số đầu vào của tải động đất
Phương pháp phân tích Phân tích phổ phản ứng dao động
Gia tốc nền tham chiếu a gR 0.0727g
Hệ số tầm quan trọng γI 1
Gia tốc nền thiết kế a g = I a gR 0.0727g
❖ Bước 2: Khai báo phổ phản ứng tự động trong ETABS
- Khai báo hệ số Mass source
Hệ số tổ hợp tải tạm thời tham gia tính toán tải động đất
• =0.8: tầng được sử dụng đồng thời Bảng 4.2 TCVN 9386:2012
• 2, i =0.3: Tải trọng đặt lên nhà loại A, khu vực nhà ở theo Bảng 3.4 TCVN 9386:2012
Hình 3 1: Khai báo phổ phản ứng của công trình
Bảng 3 9: Các trường hợp tải trọng
STT Kí hiệu Tải trọng
1 TLBT Tĩnh tải, trọng lượng bản thân của cấu kiện
2 TLLCT Tải hoàn thiện, trọng lượng bản thân các lớp hoàn thiện
3 WALL Tải tường, vách ngăn
4 HT Hoạt tải phân bố đều
5 GIOX Tải gió theo phương X
6 GIOY Tải gió theo phương Y
7 DDX Tải động đất phương X
8 DDY Tải động đất phương Y
Nguyên tắc tổ hợp tải trọng theo TCVN 2737:2023 và mục 3.2.4 TCVN 9386:2012
• n (Tĩnh tải + 1 Hoạt tải + 0.9 Gió)
• n (Tĩnh tải + 0.9 Hoạt tải + 1 Gió)
• Tĩnh tải + 2,i Hoạt tải + Động đất
n : Hệ số tầm quan trọng, tra Bảng H.1 _ TCVN 2737:2023
Bảng 3 10: Tổ hợp tải trọng thiết kế kết cấu theo TTGHI
Stt Tổ hợp TLBT TLLCT WALL HT GIOX GIOY DDX DDY
Stt Tổ hợp TLBT TLLCT WALL HT GIOX GIOY DDX DDY
Bảng 3 11: Tổ hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn II
Stt Tổ hợp tải TLBT TLLCT WALL HT GIOX GIOY DDX DDY
Bảng 3 12: Các tổ hợp Combo thiết kế
1 ComboTT ENV (Comb1, Comb2, , Comb13)
2 ComboDD ENV (Comb14, Comb15, , Comb29)
Trạng thái giới hạn II
KIỂM TRA ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CÔNG TRÌNH
Kiểm tra hiệu ứng P-denta
Đối với các công trình chịu tải ngang lớn như tải trọng động đất ta cần kiểm tra công trình có cần xét tới hiệu ứng bậc 2 (hiệu ứng P-denta) hay không TCVN 9386:2012 mục 4.4.2.2, quy định không cần xét tới các hiệu ứng P-denta nếu tất cả các tầng thỏa mãn điều kiện sau: tot r 0.1 tot
• : hệ số nhạy của chuyển vị ngang tương đối giữa các tầng
• Ptot: Tải trọng đứng tại các tầng trên và kể cả tầng đang xét khi thiết kế chịu động đất
• Vtot: Tổng lực cắt do động đất gây ra
• dr: chuyển vị ngang thiết kế tương đối giữa các tầng
+ θ ≤ 0.1: không cần xét đến hiệu ứng bậc 2
+ 0.1 < θ ≤ 0.2 : xét gần đúng bằng cách nhân các hệ quả tác động với 1/(1-θ)
+ Giá trị của hệ số θ không được vượt quá 0.3
Bảng 4 1: Kiểm tra hiệu ứng P-denta
Biểu đồ mô tả hiệu ứng P-denta:
Cần xét đến hiệu ứng bậc 2 trong mô hình tính toán thiết kế kể đến ảnh hưởng của tải trọng động
Cần xét đến hiệu ứng bậc 2 trong mô hình tính toán thiết kế kể đến ảnh hưởng của tải trọng động
Do 0.1 < θ ≤ 0.2 nên ta nhân các hệ quả tác động cảu động đất cần xét một hệ số bằng 1/(1 – θ) Theo phương X: 1/(1 – θ) = 1.171
Kiểm tra chuyển vị lệch tầng do tải trọng động đất
- Theo TCVN 9386:2012, hạn chế chuyển vị ngang tương đối giữa các tầng đối với các nhà có bộ phận phi kết cấu bằng vật liệu giòn có gắn với kết cấu: d v r 0.005h
• V: hệ số chiết giảm xét đến chu kỳ lắp thấp hơn các tác động động đất liên quan đến yêu cầu hạn chế hư hỏng, với công trình cấp II thì v = 0.4
• dr: chuyển vị ngang thiết kế tương đối giữa các tầng
• d tot và d bot : lần lượt là chuyển vị của sàn tầng trên và sàn tầng đang xét đến
- Kết quả Drift tại các tầng được xuất từ ETABS cụ thể như sau: Display → Table → Joint Output: Story Drift
Bảng 4 2: Kết quả tính toán chuyển vị giữa các tầng do động đất
Tầng Tổ hợp tải DriftX Check X DriftY Check Y
Mái BAO-DD Max 0.000668 OK 0.000371 OK
Mái BAO-DD Min 0.000515 OK 0.000296 OK
Tầng Thượng BAO-DD Max 0.000662 OK 0.000442 OK
Tầng Thượng BAO-DD Min 0.000517 OK 0.000341 OK
T18 BAO-DD Max 0.000679 OK 0.000466 OK
T18 BAO-DD Min 0.000536 OK 0.000363 OK
T17 BAO-DD Max 0.000691 OK 0.000493 OK
T17 BAO-DD Min 0.000553 OK 0.000387 OK
Tầng Tổ hợp tải DriftX Check X DriftY Check Y
T16 BAO-DD Max 0.000703 OK 0.000519 OK
T16 BAO-DD Min 0.000567 OK 0.000411 OK
T15 BAO-DD Max 0.000710 OK 0.000542 OK
T15 BAO-DD Min 0.000578 OK 0.000433 OK
T14 BAO-DD Max 0.000714 OK 0.000561 OK
T14 BAO-DD Min 0.000585 OK 0.000451 OK
T13 BAO-DD Max 0.000713 OK 0.000576 OK
T13 BAO-DD Min 0.000588 OK 0.000466 OK
T12 BAO-DD Max 0.000708 OK 0.000587 OK
T12 BAO-DD Min 0.000587 OK 0.000478 OK
T11 BAO-DD Max 0.000699 OK 0.000593 OK
T11 BAO-DD Min 0.000583 OK 0.000488 OK
T10 BAO-DD Max 0.000685 OK 0.000596 OK
T10 BAO-DD Min 0.000575 OK 0.000494 OK
T9 BAO-DD Max 0.000666 OK 0.000596 OK
T9 BAO-DD Min 0.000564 OK 0.000498 OK
T8 BAO-DD Max 0.000641 OK 0.000592 OK
T8 BAO-DD Min 0.000547 OK 0.000498 OK
T7 BAO-DD Max 0.000610 OK 0.000583 OK
T7 BAO-DD Min 0.000526 OK 0.000493 OK
T6 BAO-DD Max 0.000572 OK 0.000566 OK
T6 BAO-DD Min 0.000497 OK 0.000482 OK
T5 BAO-DD Max 0.000523 OK 0.000539 OK
T5 BAO-DD Min 0.000461 OK 0.000461 OK
T4 BAO-DD Max 0.000463 OK 0.000499 OK
T4 BAO-DD Min 0.000414 OK 0.000426 OK
Tầng Tổ hợp tải DriftX Check X DriftY Check Y
T3 BAO-DD Max 0.000376 OK 0.000422 OK
T3 BAO-DD Min 0.000344 OK 0.000364 OK
T2 BAO-DD Max 0.000252 OK 0.000285 OK
T2 BAO-DD Min 0.000239 OK 0.000253 OK
T1 BAO-DD Max 0.000108 OK 0.000111 OK
T1 BAO-DD Min 0.000107 OK 0.000102 OK
Chuyển vị lệch tầng do động đất thỏa mãn giới hạn cho phép
Kiểm tra chuyển vị lệch tầng do gió
- Theo TCVN 5574:2018 bảng M.4, chuyển vị giới hạn theo phương ngang fu theo yêu cầu cấu tạo:
• d tot và d bot : lần lượt là chuyển vị của sàn tầng trên và sàn tầng đang xét đến
- Kết quả Drift tại các tầng được xuất từ ETABS cụ thể như sau: Display → Table → Joint Output: Story Drift
Bảng 4 3: Kết quả tính toán chuyển vị giữa các tầng do động đất
Story Tổ hợp tải DriftX Check X DriftY Check Y
Mái BAOTC Max 0.000629 OK 0.000351 OK
Mái BAOTC Min 0.000549 OK 0.00031 OK
Tầng Thượng BAOTC Max 0.000623 OK 0.000401 OK
Tầng Thượng BAOTC Min 0.000546 OK 0.000327 OK
Story Tổ hợp tải DriftX Check X DriftY Check Y
Story Tổ hợp tải DriftX Check X DriftY Check Y
Chuyển vị lệch tầng do gió thỏa mãn giới hạn cho phép
Kiểm tra chuyển vị đỉnh công trình do gió
- Theo TCVN 5574:2018 Bảng M.4, chuyển vị theo phương ngang của kết cấu nhà cao tầng tính theo phương pháp đàn hồi phải thỏa mãn điều kiện:
• f: Chuyển vị theo phương ngang tại đỉnh công trình
• H: Chiều cao của công trình
→ Chuyển vị đỉnh cho phép của công trình theo 2 phương X, Y:
- Chỉ kiểm tra đối với những tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn có tác dụng của tải gió: Combcv6, Combcv7, Combcv8, Combcv9
Bảng 4 4: Kết quả chuyển vị đỉnh công trình
Tầng Tổ hợp Phương Chuyển vị (mm) Kết luận
- Biểu đồ chuyển vị ngang theo phương X
- Biểu đồ chuyển vị ngang theo phương Y
THIẾT KẾ SÀN TẦNG ĐIỂN HÌNH
Tính toán nội lục theo phần tử hữu hạn
- Tải trọng tác dụng lên ô sàn: Tĩnh tải (Trọng lượng bản thân, Tải hoàn thiện, Tải tường) và hoạt tải được tính trong chương 3
- Nội lục tính toán thép được xuất ra từ phần mềm SAFE
Hình 5 1: Strip sàn theo phương X
Hình 5 2: Strip sàn theo phương Y
Tính toán cốt thép sàn
Theo mục 8.1.2.3 TCVN 5574:2018, sơ đồ nội lực và biểu đồ ứng suất trong tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn khi tính toán theo độ bền:
Quy trình tính toán cốt dọc đối với tiết diện hình chữ nhật chịu uốn được thể hiện thông qua các bước sau:
- Bước 1: Xác định chiều cao làm việc h o = −h a
• a: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến mép ngoài vùng bê tông chịu kéo
- Bước 2: Xác định chiều cao vùng nén tương đối giới hạn R
= + Đối với B70 - B100 , bê tông hạt nhỏ: 0.8 → 0.7
• s el , : Biến dạng tương đối của cốt thép chịu kéo khi s s , s el , s s
• b 2 : Biến dạng tương đối của bê tông chịu nén khi ứng suất bằng Rb, khi có tác dụng ngắn hạn của tải trọng:
+ B70-B100: εb2 nội suy tuyến tính từ B70 (εb2 = 0.0033) và B100 (εb2 = 0.0028)
- Bước 3: Tính toán hệ số αm Điều kiện xảy ra phá hoại dẻo: m 2 R b b o
• b : Hệ số điều kiện làm việc của bê tông, mục 6.1.2.3 TCVN 5574:2018
• Rb: Cường độ chịu nén của bê tông, bảng 7 TCVN 5574:2018
Nếu m R → Tăng b hoặc hoặc h hoặc Rb
- Bước 6: Kiểm tra độ bền tiết diện của cấu kiện
Mu: Momen uốn giới hạn, M u = m b R bh b o 2
5.2.2 Kết quả tính toán thép sàn
Hình 5 3: Momen sàn theo phương X
Hình 5 4: Momen sàn theo phương Y
- Vật liệu sử dụng: Bê tông B40: b =1; Rb = 22 (MPa); Rbt = 1.4 (MPa); Eb = 3.6×10 4 (MPa)
- Cốt thép sử dụng: CB500-V: Rs = 435 MPa; Rsw = 300 MPa; Es = 2.0×10 5 MPa
- Chiều cao làm việc của tiết diện:
= − − = − − - Diện tích cốt thép chịu kéo:
Vị trí Mtt ho As % Thép As chọn chọn% Check kNm m mm 2 % mm 2 %
Gối -198.88 0.272 1798.46 0.661 d16a100 2010.62 0.739 OK Nhịp 100.12 0.274 867.17 0.316 d12a100 1130.97 0.413 OK Gối -190.06 0.272 1712.98 0.630 d16a100 2010.62 0.739 OK
M3 ho As % Thép As chọn chọn% Check kNm m mm 2 % mm 2 %
Nhịp 53.45 0.28 445.889 0.159 d10a150 523.599 0.187 OK Gối -112.94 0.28 959.770 0.343 d12a100 1130.973 0.404 OK Gối -114.26 0.28 971.455 0.347 d12a100 1130.973 0.404 OK
Kiểm tra trạng thái giới hạn II
5.3.1 Kiểm tra độ võng sàn ngắn hạn
Hình 5 5: Độ võng sàn ngắn hạn
➔ Độ võng lớn nhất: fmax = 11.12 mm < [f] = L/200 = 50mm (Theo Bảng M.1 TCVN
➔ Thỏa điều kiện độ võng ngắn hạn
5.3.2 Kiểm tra độ võng và vết nứt dài hạn a Cơ sở lý thuyết
- Độ võng toàn phần được xác định theo công thức: f = f1 - f2 + f3
• f1: Độ võng do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng
• f2: Độ võng do tác dụng ngắn hạn của tải trọng thương xuyên và tải tạm thời dài hạn
• f3: Độ võng do tác dụng dài hạn của tải trọng thường xuyên và tải tạm thời dài hạn
- Chiều rộng vết nứt ngắn hạn được xác định theo công thức: acrc = acrc,1 + acrc,2 – acrc,3
• acrc,1: chiều rộng vết nứt do tác dụng dài hạn của tải trọng thường xuyên và tải tạm thời dài hạn
• acrc,2: Chiều rộng vết nứt do tác dụng ngắn hạn của toàn bộ tải trọng
• acrc,3: Chiều rộng vết nứt do tác dụng ngắn hạn của tải trọng thường xuyên và tải tạm thời dài hạn b Kết quả độ võng và vết nứt dài hạn
❖ Kiểm tra độ võng dài hạn
Hình 5 6: Độ võng sàn dài hạn
➔ Độ võng lớn nhất: fmax = 32.81 mm < [f] = L/200 = 50mm (Theo Bảng M.1 TCVN
➔ Thỏa điều kiện độ võng dài hạn
❖ Kiểm tra vết nứt dài hạn
Hình 5 7: Vết nứt ngắn hạn của sàn
→ Vết nứt ngắn hạn lớn nhất: acrc = 0.26 < acrc,u = 0.4mm (TCVN 5574:2018 Bảng 17)
Hình 5 8: Vết nứt dài hạn của sàn
→ Vết nứt ngắn hạn lớn nhất: acrc = 0.24 < acrc,u = 0.3mm (TCVN 5574:2018 Bảng 17)
5.3.3 Kiểm tra xuyên thủng sàn
Theo mục 8.1.6.3 TCVN 5574:2018, tính toán chọc thủng cho cấu kiện không có cốt thép ngang chịu lực tập trung được tiến hành theo điều kiện
• F: Lực tập trung do ngoại lực
• Fb,u: Lực tập trung giới hạn mà bê tông có thể chịu được
- Lực giới hạn Fb,u được xác định theo công thức:
+ Rbt: Cường độ chịu kéo của bê tông
+ Ab: Diện tích tiết diện ngang tính toán nằm ở khoảng 0.5h0, tính từ biên cảu diện truyền tải do lực tập trung F, với chiều cao làm việc của tiết diện h0
+ u: Chu vi đường bao cảu tiết diện ngang tính toán
+ h0: Chiều cao làm việc quy đổi của tiết diện
- Momen uốn tập trung giới hạn theo 2 phương X, Y mà bê tông trong tiết diện tính toán có thể chịu được
Wbx, Wby là momen kháng uốn của đường bao tính toán quanh tiết diện ngang được tính toán theo “Tính toán chọc thủng theo TCVN 5574:2018” của TS.Lê Minh Long đăng trên tạp chí KHCNXD số 3-2019
- Tính lực xuyên thủng ở vách P14 tầng 10 kích thước 400x2000mm
- Từ nội lực trong Etabs ta có được lực tập trung F, Mx, My
+ F10, Mx,10, My,10 lần lượt là lực dọc, Momen theo phương X, Momen theo phương Y ở chân vách tầng 10
+ F9, Mx,9, My,9 lần lượt là lực dọc, Momen theo phương X, Momen theo phương Y ở chân vách tầng 9
- Lực giới hạn Fb,u được xác định theo công thức:
- Momen kháng uốn của đường bao tính toán quanh tiết diện ngang
- Momen uốn tập trung theo phương X, Y
→ Thỏa điều kiện xuyên thủng.
THIẾT KẾ KẾT CẤU TẢI TRỌNG NGANG
Thiết kế cấu kiện dầm
Cốt thép dọc dầm được tính toán theo mục 5.2.1 Chương 5
❖ Kết quả tính toán thép dọc dầm
Tính toán minh họa dầm B3 kích thước 400x600mm
Tên dầm Vị trí Combo V (kN) Combo M (kNm)
Gối, 1 ComboTT Min -134.8623 ComboTT Min -234.7708 Nhịp ComboTT Max 124.3378 ComboTT Max 196.5172 Gối, 2 ComboTT Max 274.6646 ComboTT Min -552.8944
Cốt thép dầm sử dụng loại CB500-V: Rs = 435 MPa, Es = 200000 MPa
- Chiều cao làm việc của tiết diện:
= − − = − − - Diện tích cốt thép chịu kéo:
R 435= Vậy min max → Thỏa mãn
- Tính chiều cao vùng nén:
- Momen giới hạn của dầm:
- Tính toán tương tự cho momen ở nhịp
Tính toán tương tự cho các dầm còn lại Kết quả tính toán và bố trí thép dầm tầng điển hình được trình bày trong Phụ Lục
6.1.2 Tính toán thép đai chịu cắt
Theo mục 8.1.3 TCVN 5574:2018, tính toán độ bền cấu kiện bê tông cốt thép khi có tác dụng của lực cắt được tiến hành theo mô hình tiết diện ngang Khả năng kháng cắt của cấu kiện bê tông cốt thép đến từ khả năng chống trượt của bê tông Qbt (liên quan gián tiếp đến cường độ chịu kéo của bê tông) và khả năng chống cắt của cốt đai trên tiết diện nghiêng Qsw
- Kiểm tra điều kiện để bê tông giữa các vết nứt xiên không bị ép vỡ do ứng suất chính:
• Q: Lực cắt trong tiết diện thẳng góc của cấu kiện
• b 1 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của đặc điểm trạng thái ứng suất của bê tông trong dải nghiêng, lấy b 1 =0.3
- Tính toán cấu kiện chịu uốn theo tiết diện nghiêng được tiến hành theo điều kiện sau:
• Q: Lực cắt trên tiết diện nghiêng với chiều dài hình chiếu C lên trục dọc cấu kiện, được xác định do tất cả các ngoại lực nằm ở một phía của tiết diện nghiêng đang xét Cần kể đến tác dụng nguy hiểm nhất của tải trọng
• Qb: Lực cắt chịu bởi bê tông trong tiết diện nghiêng, được xác định theo công thức (6.3)
• Qsw: Lực cắt chịu bởi cốt thép ngang trong tiết diện nghiêng (6.4)
- Lực cắt chịu bởi bê tông trong tiết diện nghiêng theo công thức sau:
b : Hệ số ảnh hưởng của thép dọc, lực bám dính và đặc điểm trạng thái ứng suất của bê tông nằm phía trên vết nứt xiên, lấy b 2 =1.5
- Lực cắt chịu bởi cốt thép ngang trong tiết diện nghiêng theo công thức sau: sw sw sw
• sw : Hệ số kể đến sự suy giảm nội lực theo chiều dài hình chiếu của tiết diện nghiêng C, lấy sw = 0.75
• qsw: Lực trong cốt thép ngang trên một đơn vị chiều dài cấu kiện, xác định theo công thức (6.5)
• C: Chiều dài hình chiếu của tiết diện nghiêng với công thức (27) thì h0 ≤ C ≤ 2h0
- Từ công thức (6.2), (6.3) và (6.4), ta có khả năng chịu cắt của thép đai và bê tông:
Cho đạo hàm công thức trên bằng 0 để tìm giá trị C khi Qu nhỏ nhất, ta được chiều dài hình chiếu tiết diện nghiêng tại cực trị lầ
- Xác định C1 và C2 như sau:
- Lực trong cốt thép ngnag trên một đơn vị chiều dài cấu kiện theo công thức sau:
• Rsw: Cường độ cốt thép đai, tra Bảng 14 TCVN 5574:2018
• Asw: Diện tích cốt đai
• sw: Khoảng cách giữa các cốt đai cần thỏa mãn các điều kiện sau (Theo mục 10.3.4 TCVN 5574:2018)
+ Khoảng cách tính toán giữa các cốt đai: w tt , sw sw w s R A
+ Khoảng cách lớn nhất giữa các cốt đai:
+ Khoảng cách cấu tạo giữa các cốt đai:
Đoạn cấu kiện mà bê tông không đủ chịu cắt:
Đoạn cấu kiện mà bê tông đủ chịu cắt:
Dầm h < 150mm, bản nhìu sườn h < 300mm → Không cần đai
Dầm h ≥ 150mm, bản nhiều sườn h ≥ 300mm
❖ Kết quả tính toán thép đai dầm
- Sinh viên chọn dầm B12 có kích thước 400 × 600 để tính cốt đai chịu cắt minh họa
- Điều kiện để bê tông giữa các vết nứt xiên không bị ép vỡ do ứng suất chính:
- Khả năng chịu cắt của bê tông:
Vậy 0.5 b R bh bt 0 Q max 0.3 b R bh b 0 → Bê tông dầm không đủ chịu cắt
Chọn đường kính cốt đai 212, asw = 226.19 mm 2 , số nhánh đai n = 2, Rsw = 280 MPa
- Kiểm tra điều kiện cấu tạo của cốt đai:
, min(0.5 ,3000 ) min(275,300) 275 s w ct = h mm = = mm
- Kiểm tra điều kiện kháng chấn: min( w / 4; 24 bw ; 225;8 bL ) min(150; 288; 225;176) 150 s= h d d = = mm
• hw: Chiều cao tiết diện dầm
• dbw: Đường kính thép đai min(275, 616.76) 50 s → =s mm
→ Đảm bảo yêu cầu cấu tạo cốt đai
= + Vậy Qu = 1013.81 kN > Qmax = 220.917 → Dầm đảm bảo chịu cắt
Tính toán cốt đai tương tự cho các dầm còn lại Kết quả tính toán thép đai dầm tầng điển hình được trình bày trong Phụ Lục
6.1.3 Tính toán dầm chịu xoắn
❖ Tính toán dầm chịu đồng thời momen xoắn và momen uốn
- Theo 8.1.4.2.1 TCVN 5574:2018, tính toán độ bền của cấu kiện giữa các tiết diện không gian được tiền hành theo điều kiện:
T: Momen xoắn do ngoại lực tác dụng trong tiết diện không gian
- Theo mục 8.1.4.2.2 TCVN 5574:2018, tính toán độ bền cấu kiện giữa các tiết diện vênh không gian khi chịu ứng suất kéo chính được kiểm tra theo điều kiện: sw s
• Ts: Khả năng chịu xoắn của cốt dọc
• Tsw: Khả năng chiu xoắn của cốt thép đai
R A Z s R A , ứng suất trong thép ngang đạt đến Rsw nhưng ứng suất trong thép dọc chưa đạt đến cường độ tính toán Rs Trường hợp này Tsw được xác định theo công thức (6.8), thay giá trị 1 2 1 1 sw sw s s sw
= s vào (6.9) để xác định Ts
R A Z s R A , ứng suất trong thép dọc đạt đến Rs nhưng ứng suất trong thép ngang chưa đạt đến cường độ tính toán Rsw Trường hợp này Ts được xác định theo công thức (6.9), thay giá trị sw sw 1 1 1.5 s s 1 sw
R A Z R A s = vào (6.8) để xác định Tsw
- Tính toán cấu kiện ứng suất kéo chính do nội lực uốn – xoắn đồng thời, độ bền của cấu kiện giữa các tiết diện vênh không gian được kiểm tra theo điều kiện (6.12)
• T: Momen xoắn do ngoại lực gây ra
• T0: Momen xoắn giới hạn mà tiết diện vênh có thể chịu được
• M: Momen uốn do ngoại lực
• Mgh: Khả năng chịu momen uốn của tiết diện thẳng góc
❖ Tính dầm chịu đồng thời momen xoắn và lực cắt
- Theo 8.1.4.4.1 TCVN 5574:2018 quy định điều kiện độ bền cấu kiện giữa các tiết diện không gian được tiến hành theo điều kiện:
• T: Momen xoắn do ngoại lực tác dụng trong tiết diện thẳng góc
• Q: Lực cắt do ngoại lực tác dụng trong tiết diện thẳng góc
• Q0: Lực cắt giới hạn chịu được bởi bê tông giữa các tiết diện nghiêng – xác định bằng vế phải của điều kiện (6.1)
- Tính toán độ bền tiết diện không gian được tính theo công thức (6.13) nhưng các đại lượng được lấy như sau:
+ T0: Momen xoắn giới hạn chịu bởi tiết diện không gian, lấy bằng vế phải công thức (6.7) + Q0: Lực cắt giới hạn chịu được bởi tiết diện nghiêng, lấy bằng vế phải công thức (6.2)
6.1.3.2 Kết quả tính toán xoắn dầm
Chọn dầm B3 có kích thước 400x600mm để tính toán minh họa
❖ Tính toán dầm chịu momen uốn – xoắn
- Momen xoắn lớn nhất của dầm: T = -63.6 kNm
- Kiểm tra độ bền của cấu kiện giữa các tiết diện không gian:
- Diện tích tiết diện cốt thép nằm theo phương ngang với trục cấu kiện:
- Diện tích cốt thép dọc nằm gần biên đang xét của cấu kiện:
Như vậy cần lấy C = 1131.37 mm để tính tiếp
= - Momen xoắn giới hạn mà tiết diện vênh có thể chịu được:
- Momen uốn do ngoại lực tác dụng trong tiết diện thẳng góc: M = -552.89 kNm
- Momen giới hạn của cấu kiện: Mgh = 609.47 kNm (Chi tiết tính toán xem ở 6.1.1)
❖ Tính toán dầm chịu cắt – xoắn
- Lực cắt giới hạn chịu bởi tiết diện nghiêng không gian: Q0 = 1013.81 (kN) (Chi tiết tính toán được trình bày ở 6.1.2)
- Tính xoắn tương tự các dầm còn lại Kết quả tính toán được trình bày trong Phụ lục
Thiết kế cấu kiện vách
Sinh viên áp dụng phương pháp vùng biên chịu moment Phương pháp này coi phần cốt thép đặt tại vùng biên chịu toàn bộ moment tác dụng lên vách, trong khi lực dọc được giả thiết phân bố đều trên toàn bộ chiều dài của vách.
Hình 6 2: Sơ đồ nội lực tác dụng lên vách
❖ Bước 1: Giả thuyết chiều dài B của vùng biên chịu momen
Sinh viên giả thuyết vùng biên chịu kéo và chịu nén bằng nhau: B1 = Br = B = tw Qui đổi momen
Mx tương đương một cặp ngẫu lực đặt ở hai vùng biên của vách
❖ Bước 2: Tính toán lực kéo, nén phân phối đều vào vùng biên
- Lực kéo/nén phân phối vào vùng biên được xác định như sau:
• A là diện tích mặt cắt ngang vách
• Ab là diện tích mặt cắt ngang vùng biên, Ab = B × tw
• Qui ước dấu (+) khi vùng biên đang chịu nén, dấu (-) khi vùng biên đang xét chịu kéo
❖ Bước 3: Tính diện tích cốt thép chịu kéo, nén đúng tâm
- Diện tích cốt thép chịu kéo phân phối vào vùng biên được xác định như sau:
- Diện tích cốt thép chịu nén phân phối vào vùng biên được xác định như sau:
: là hệ số uốn dọc, được xác định như sau:
Theo mục 8.1.2.1.2 và 8.1.2.4.2 ta có:
= i bỏ qua ảnh hưởng uốn dọc ∅ = 1
❖ Bước 4: Kiểm tra hàm lượng cốt thép
- Theo mục 3.4.2 TCVN 198:1997, hàm lượng cốt thép thẳng đứng: “Hàm lượng cốt thép thẳng đứng chọn không nhỏ hơn 0.4% (đối với động đất yếu) và không nhỏ hơn 0.6% (đối với động đất trung bình và mạnh) nhưng không được lớn hơn 3.5%”
- Hàm lượng cốt thép dọc:
- Nếu không thỏa mãn cần điều chỉnh như sau:
• Nếu 3.5%: Tăng bề rộng vùng biên B với Bmax = L/2
• Nếu 0.4%: Giảm bề rộng vùng biên B với Bmin = tw
❖ Bước 5: Kiểm tra phần vách còn lại giữa hai vùng biên
Tính toán như cấu kiện chịu nén đúng tâm, trường hợp bê tông đã đủ chịu lực thì cốt thép vùng này được đặt theo cấu tạo
- Lực nén mà phần giữa phải chịu: 2 r g
- Lực nén giới hạn mà bê tông vùng giữa chịu được:
• Nếu [Ng] ≥ Ng → Bố trí thép cấu tạo
• Nếu [Ng] < Ng → Tính toán theo công thức cốt thép chịu nén ở Bước 3
❖ Bước 6: Tính toán cốt đai
Tính toán tương tự như mục 6.1.2
❖ Bước 7: Kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện
Yêu cầu cấu tạo kháng chấn
Theo mục 5.4.3.2.2 TCVN 9386:2012, quy định về cấu tạo kháng chấn cho vách bê tông cốt thép, khi đó:
- Đường kính cốt đai trong vùng biên không nhỏ hơn 6mm
- Cốt thép dọc ở vùng bụng phải được bố trí thành 2 lớp với các thanh có cùng đặc trưng bám dính, mỗi lưới được bố trí ở một mặt vách Các lưới này được liên kết với nhau bằng các thanh đai móc cách nhau khoảng 500mm
- Cốt thép ở vùng bingj phải có đường kính không nhỏ hơn 8mm nhưng không lớn hơn 1/8 lần bề rộng bw0 của phần bụng Cốt thép này phải đặt cách nhau với khoảng cách không quá 250mm và không quá 25mm và không quá 25 lần đường kính thanh cốt thép
6.2.2 Kết quả tính toán thép vách
❖ Tính toán thép dọc cho vách
- Tính toán minh họa vách P1 tầng Hầm có kích thước tw × L × H = 400 × 1500 × 3000 mm
- Lực phân phối vào vùng biên bên trái là:
- Lực phân phối vào vùng biên bên phải là:
→ Xét ảnh hưởng uốn dọc
= − − = − − - Diện tích cốt thép chịu nén phân phối vào vùng biên:
- Sinh viên bố trí thép: 8∅16 → As = 1608.5 (mm 2 )
- Hàm lượng cốt thép vùng biên:
- Lực nén vùng giữa phải chịu:
= = - Lực nén mà vùng giữa phải chịu:
- Diện tích thép vùng giữa:
= = Sinh viên bố trí thép: 4∅16 → As = 804.24 (mm 2 )
❖ Tính toán cốt thép đai cho vách
- Lực cắt lớn nhất trong vách P1: Qmax = 501.162 (kN) tầng Hầm, tiết diện 400x1500 (mm)
- Chiều cao làm việc của vách: h0 = h – a = 1500 – 33 = 1467 (mm)
- Kiểm tra khả năng chịu ứng suất nén chính:
→ Không cần tăng tiết diện
- Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông
→ Bê tông không đủ khả năng chịu cắt
- Chọn cốt đai chịu cắt dạng 4 nhánh (n=4), đường kính d = 10 (mm), và sử dụng thép CB
- Sinh viên lựa chọn bố trí cốt đai cho vách: ∅10a100
- Kiểm tra điều kiện cấu tạo cốt đai:
, min(0.5 ,3000 ) min(733.5,300) 300 s w ct = h mm = = mm
- Kiểm tra điều kiện kháng chấn: min( w / 4; 24 bw ; 225;8 bL ) min(375; 240; 225;128) 100 s= h d d = = mm
• hw: Chiều cao tiết diện dầm
• dbw: Đường kính thép đai min(300, 2404.75) 100 s → =s mm
- Tính lực trong cốt thép ngang trên một đơn vị chiều dài cấu kiện qw
→ Đảm bảo yêu cầu cấu tạo cốt đai
+ Tính toán giá trị hình chiếu nhỏ nhất của tiết diện nghiêng lên mặt phẳng C0
+ Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông và cốt thép
→ Vậy bố trí cốt đai ∅10a100 cho cấu kiện vách
Thiết kế vách lõi
- Lõi thang được sinh viên tính toán theo phương pháp phân bố ứng suất đàn hồi
Phương pháp này dựa trên nguyên lý chia lõi thang thành những phân tử nhỏ có khả năng chịu lực kéo, nén đúng tâm Ứng suất được giả định phân bố đều trên mặt cắt ngang của mỗi phân tử Việc tính toán cốt thép sẽ được thực hiện cho từng phân tử, sau đó kết hợp lại để bố trí cho toàn bộ lõi thang.
- Các lý thuyết cơ bản khi tính toán:
+ Ứng suất kéo do cốt thép chịu, ứng suất nén do cả bê tông và cốt thép chịu
- Các bước tính toán cụ thể:
❖ Bước 1: Chia lõi thang thành nhiều phần tử nhỏ
Hình 6 3: Phân chia phần tử vách lõi thang
Trọng tâm lõi được xác định trong AutoCad 2018 bằng cách tạo miền đặc bằng lệnh Region→ dùng lệnh Massprop để xem các thông số trong đó có trọng tâm → đưa gốc tọa độ về trọng tâm lõi
❖ Bước 2: Tính ứng suất cho từng phần tử theo kiến thức sức bền vật liệu đã học
- Ứng suất phân bố vào phần tử vách thứ i: x y i i i x y
• N, Mx, My: lần lượt là lực dọc, momen xoay quanh trục x và momen xoay quanh trục y tác dụng vào lõi thang
• A, Ix, Iy: Diện tích, momen quán tính theo phương x và momen quán tính theo phương y của lõi thang
• xi: Khoảng cách từ trọng tâm phần tử vách thứ i đến trọng tâm lõi thang theo phương x
• yi: Khoảng cách từ trọng tâm phần tử vách thứ i đến trọng tâm lõi thang theo phương y
❖ Bước 3: Xác định nội lực trong từng phần tử i i i
• i : Ứng suất phân bố trong phần tử vách thứ i
• Ai: Diện tích phần tử vách thứ i
❖ Bước 4: Tính toán cốt thép dọc
- Với Pi < 0: Cấu kiện chịu nén Diện tích cốt thép chịu nén là , n b b b s n sc
: là hệ số uốn dọc, được xác định như sau:
Theo mục 8.1.2.1.2 và 8.1.2.4.2 ta có:
= i bỏ qua ảnh hưởng uốn dọc ∅ = 1
- Với Pi > 0: Cấu kiện chịu kéo Diện tích cốt thép chịu kéo là s k , k s
❖ Bước 5: Tính toán cốt thép đai
- Tính tương tự theo mục 6.1.2
- Lực cắt phân phối cho mỗi nhánh theo tỉ lệ độ cứng uốn theo mỗi phương vì lực cắt xác định từ giá trị momen thông qua giá trị đạo hàm mà momen sẽ truyền vào các nhánh lõi theo tỉ lệ độ cứng uốn
- Lực cắt được phân phối vào từng nhánh của lõi thang như sau:
• Qx, Qy: Lực cắt theo phương X và theo phương Y
• E: Mô đun đàn hồi của lõi thang
• Ix, Iy: Momen quán tính của lõi thang theo phương X và theo phương Y
• I , I : Momen quán tính của nhánh thứ i theo phương X và theo phương Y
- Sinh viên chỉ phân phối lực cắt vào các vách song song với phương tính toán, bỏ qua lực cắt trong các vách vuông góc với phương tính toán
6.3.2 Kết quả tính toán lõi thang
❖ Tính toán thép dọc cho lõi thang
- Sinh viên chọn phần tử vách thứ 1 tại Hầm của lõi thang P10 để tính minh họa
Bảng 6 2: Thông số vách lõi thang P34
Momen quán tính Diện tích
Ix (mm 4 ) Iy (mm 4 ) A (mm 2 )
Bảng 6 3: Thông số phần vách thứ 1
Phần tử Kích thước Tọa độ trong tâm phần tử
Bảng 6 4: Thông số nội lực phần thử thứ 1 vách P10 tại Hầm Tầng Phần tử Combo P (kN) M y (kNm) M x (kNm)
❖ Tính toán minh họa trường hợp M y, max :
- Ứng suất phân bố vào phần tử vách thứ 1:
- Nội lực phân bố vào phần tử vách thứ 1:
Vậy P1 < 0 → Tính toán cốt thép chịu nén
- Diện tích cốt thép trong phần tử vách thứ 1:
→ Xét ảnh hưởng uốn dọc
→ Bố trí cấu tạo 10∅16 → As = 2010.62 (mm 2 )
- Các trường hợp còn lại tính tương tự, chọn thép bố trí theo trường hợp có diện tích thép lớn nhất
- Kết quả tính toán được trình bày trong Phụ Lục
❖ Tính toán cốt đai cho lõi thang
- Lực cắt của lõi ở tầng 2: Q = 3830.04 (kN)
- Xét lực cắt tác dụng vào lõi thang theo phương X Sinh viên chọn phần tử thứ 10 để tính toán, kích thước 300 × 2400 mm
- Lực cắt theo phương X phân phối cho phần tử thứ 10:
- Chiều cao làm việc của vách: h0 = h – a x0– 33 t7 (mm)
- Kiểm tra khả năng chịu ứng suất nén chính:
→ Không cần tăng tiết diện
- Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông
→ Bê tông đủ khả năng chịu cắt chỉ cần bố trí cấu tạo
- Chọn cốt đai chịu cắt dạng 4 nhánh (n=4), đường kính d = 10 (mm), và sử dụng thép CB
- Sinh viên lựa chọn bố trí cốt đai cho vách: ∅10a100
- Kiểm tra điều kiện cấu tạo cốt đai:
, min(0.5 ,3000 ) min(373.5,300) 300 s w ct = h mm = = mm
- Kiểm tra điều kiện kháng chấn: min( / 4; 24 ; 225;8 ) min(195; 240; 225;128) 128 s= h d d = = mm
• hw: Chiều cao tiết diện vách
• dbw: Đường kính thép đai min(300,13255.87) 100 s → =s mm
- Tính lực trong cốt thép ngang trên một đơn vị chiều dài cấu kiện qw
→ Đảm bảo yêu cầu cấu tạo cốt đai
+ Tính toán giá trị hình chiếu nhỏ nhất của tiết diện nghiêng lên mặt phẳng C0
+ Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông và cốt thép
= → Vậy bố trí cốt đai ∅10a100 cho cấu kiện vách lõi
THIẾT KẾ CẦU THANG BỘ
Sơ đồ tính cầu thang
Hình 7 1: Sơ đồ tính cầu thang
7.2 Tải trọng tác dụng lên cầu thang
Bảng 7 1: Tải trọng lớp cấu tạo của bản chiếu nghỉ
- 7Chiều rộng bậc: lb = 300 (mm)
- Chiều cao bậc: hb = 150 (mm)
- Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo bậc thang:
i : Khối lượng của lớp thứ i
tdi : chiều dày tương đương của lớp thứ i ni: hệ số độ tin cậy lớp thứ i
• Chiều dày tương đương của đá hoa cương:
= + = + • Chiều dày tương đương của lớp vữa:
= + = + • Chiều dày tương đương của bậc thang:
= = Bảng 7 2: Tĩnh tải bản thân bản thang
- Theo TCVN 2737:2023 bảng 4, hoạt tải tác dụng lên cầu thang p tc = 3 kN/m 2 và hệ số vượt tải n = 1.3
- Hoạt tải đối với bản chiếu nghỉ:
- Hoạt tải đối với bản thang:
Bảng 7 3: Tổ hợp tải trọng cầu thang
STT COMB DL SDL LIVE
Tính toán cốt thép
7.3.1 Tính toán cốt thép cầu thang
- Cầu thang là bản làm việc 1 phương, sinh viên cắt 1 dải có bề rộng 1m theo phương cạnh ngắn để tính toán Sơ đồ tính là dầm đơn giản bị gãy khúc:
- Mô hình vào ETABS với tiết diện tính toán b × h = 1000 × 150mm
Hình 7 2: Tĩnh tải tác dụng vào cầu thang (kN/m)
Hình 7 4: Nội lực trong cầu thang
Sử dụng tổ hợp CBTT để tính toán cốt thép cho cầu thang
Từ giá trị momen lấy được trong ETABS, sinh viên chọn momen lớn nhất để tính toán cốt thép
Kết quả momen trình bày trong bảng sau:
Bảng 7 4: Kết quả tính toán momen của cầu thang
Vị trí Giá trị momen lớn nhất (kNm)
Bảng 7 5: Kết quả tính toán thép cầu thang
7.3.2 Tính toán dầm chiếu nghỉ
❖ Tính toán cốt thép dọc
Hình 7 5: Phản lực gối tựa của bản thang
- Tải trọng do thang truyền vào:
- Chọn dầm chiếu nghỉ: 200 x 400 (mm) Chọn a = 40 (mm)
- Quy trình tính toán tương tự tính toán cốt thép bản thang Sơ đồ tính của dầm chiếu tới ta sẽ chọn sơ đồ dầm đơn giản có hai đầu ngàm có giá trị momen được tính như sau
Hình 7 6: Sơ đồ tính dầm chiếu nghỉ
Hình 7 7: Biểu đồ momen dầm chiếu Bảng 7 6: Tính toán thép dầm chiếu nghỉ
❖ Tính toán cốt thép đai
- Lực cắt lớn nhất trong dầm: Q = 40.34 (kN)
- Bê tông không bị phá hoại do ứng suất nén chính:
- Khả năng chịu cắt của bê tông
Vậy dầm chiếu nghỉ đủ khả năng chịu cắt Chỉ cần bố trí cấu tạo ∅10a200
THIẾT KẾ MÓNG
Thống kê địa chất
Bảng 8 1: Thống kê địa chất
Tính chất cơ lý Đơn vị Lớp đất
1 2 3 4 5 6 Độ sâu m 2.6 2.9 3.5 22.1 25.4 8.5 Độ ẩm tự nhiên W % 24.1 22.7 23 22.7 20 19.6
Dung trọng tự nhiên γ g/cm 3 1.84 1.89 1.94 1.87 2 1.97
Dụng trọng đẩy nổi γđn g/cm 3 0.93 0.97 0.99 0.95 1.05 1.03
Chỉ số dẻo IP % 17.4 13.6 15.6 - - - Độ sệt B - 0.81 0.41 0.26 - - -
Góc nội ma sát φ Độ 7°23' 11°35' 15°20' 27°38' 19°37' 30°45'
Xác định sức chịu tải cọc
8.2.1 Xác định sức chịu tải cọc theo vật liệu
❖ Sơ bộ kích thước cọc, chiều sâu chôn cọc, đài cọc
Chiều dài cọc được lựa chọn là L = 49,3m do tại độ sâu này, chỉ số SPT đạt N0.5, cho thấy lớp đất ở độ sâu này là đất tốt thích hợp để đặt mũi cọc Mũi cọc sẽ được cắm sâu vào lớp đất thứ 7.
- Chọn đường kính cọc và chiều sâu mũi thích hợp nhất cho điều kiện địa chất và tải trọng công trình Trong đồ án sinh viên chọn đường kính cọc D 0 mm phù hợp với điều kiện đất nền và khả năng thi công cọc khoan nhồi hiện nay
- Cọc được ngàm vào đài 100(mm), đập bỏ 1 phần đầu cọc để neo thép vào đài 1 đoạn 40d
= 800mm > 30d = 600mm Tổng chiều dài cọc neo vào đài là 900(mm)
- Ngoài chiều dài tính toán, phải tính toán đến mũi cọc, đoạn chôn đầu cọc vào trong đài
( 0.1÷ 0.2 ) m và đoạn bê tông đầu cọc loại bỏ:
• Lthuc te là chiều dài thực tế của cọc;
• Ltt = 48.4 m là chiều dài tính toán của cọc thường và Ltt = 53.4 m là chiều dài tính toán cọc lõi thang
• Lmui là chiều dài mũi cọc, lấy bằng 0.5 lần đường kính cọc;
• Lbt = 1m là chiều dài đoạn bê tông đầu cọc đập bỏ
- Chiều dài thực tế cọc của móng thường
→ L thucte H.4 0.5 1 1 0.1 50(m)+ + + - Đường kính cốt thép không nhỏ hơn 10mm và bố trí đều theo chu vi cọc Đối với cọc chịu tải trọng ngang, hàm lượng cốt thép không nhỏ hơn 0.4% – 0.65%
- Do cọc chủ yếu chịu lực nén nên cốt thép trong cọc được tính theo cấu tạo Cốt thép dọc chịu lực giả thiết là 0.4%, vậy diện tích cốt thép dọc chịu lực là:
- Cốt đai cọc khoan nhồi thường có đường kính 6 – 10, khoảng cách 200 – 300mm, ta chọn 10a200
- Tổng hợp thông số thiết kế cọc
Dữ liệu Giá trị Đơn vị Đường kính cọc 0.8 m
Bề dày đài móng thường 2 m
Bề dày đài móng lõi thang 2 m
Chiều dài thực tế móng thường 48.4 m
Cao độ đài móng thường -5 m
Cao độ mũi cọc móng thường -53.4 m
Diện tích cọc Ab 0.503 cm 2
( ) vl cb ' cb b b sc sc
• cb là hệ số điều kiện làm việc (theo mục 7.1.9 TCVN 10304 - 2014),
• ' cb là hệ số kể đến phương pháp thi công cọc, việc khoan và đổ bê tông vào lòng hố khoan dưới nước có dùng ống vách thành (Mục 7.1.9 TCVN 10304 - 2014), ' cb = 0.7
• Ab là diện tích tiết diện ngang cọc
• As là tổng diện tích cốt thép trong cọc
• Rb là cường độ chịu nén của bê tông Rb"MPa
• Rs là cường độ chịu nén của cốt thép Rs50MPa
• φ là hệ số kể đến ảnh hưởng uốn dọc (theo mục 7.1.8 TCVN 10304 - 2014)
= d ( Hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc phụ thuộc vào độ mảnh của cọc)
Trong phép tính ứng suất vật liệu, cọc có thể được coi như một thanh cứng đứng thẳng trong đất tại mặt cắt nằm cách đáy đài một khoảng Li được xác định theo công thức: 2 i o.
• lo là chiều dài đoạn cọc từ đáy của đài cao đến cao độ sàn lo = 0 (đài thấp)
= là hệ số biến dạng (theo Phụ lục A, TCVN 10304-2014)
• c =3hệ số làm việc độc lập
= = • Hệ số k được tính trung bình qua các lớp đất (Bảng A.1 TCVN 10304 - 2014)
Lớp đất Li(m) IL Ki(kN/m4) KiLi
8.2.2 Xác định sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu cơ lý đất nền
• c là hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất lấy c = 1
• fi là cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ “i” trên thân cọc
• li là chiều dài đoạn cọc nằm trong đất thứ “i”
• cq hệ số làm việc dưới mũi cọc cq = 1
• cf hệ số làm việc trên thân cọc cf = 1 (tra Bảng 5, TCVN 10304 – 2014)
• qb là cường độ sức kháng cắt của đất dưới mũi cọc, tra bảng 2 TCVN 10304-2014 và ta có mũi cọc cắm vào lớp đất dính ở độ sâu 40m Tra bảng suy ra qb = 3500 (kN/m 2 )
- Sức chịu tải thân cọc:
Bảng 8 2: Bảng sức chịu tải thân cọc
- Sức chịu tải của cọc:
8.2.3 Xác định sức chịu tải cọc theo chỉ tiêu cường độ đất nền
- Công thức xác định sức chịu tải cực hạn Rc,u theo TCVN 10304-2014:
❖ Sức chịu tải cực hạn do kháng mũi: b b b
• Ab là diện tích tiết diện ngang cọc
• qb là cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc, ở đây lớp đất dưới mũi đất rời nên qb được
• c: lực dính đất dưới mũi cọc c = 43.1 (kN/m 2 )
• σ vp ′ : ứng suất hữu hiệu theo phương thẳng đứng do đất gây ra tại cao trình mũi cọc do trọng lượng bản thân
❖ Sức chịu tải cực hạn do ma sát bên:
• cu,i à lực dính không thoát nước của lớp đất thứ i, cu,i = 6.25 × Nc,i (Nc,i là chỉ số SPT trung bình của lớp đất dính thứ i)
• α là hệ số không thứ nguyên (xác định từ cu,i bằng đồ thị biểu đồ Hình G.1 – Biều đồ xác định hệ số trong TCVN 10304 – 2014)
• Đối với đất rời: f i = k i v zi , tan( a i , )
• ki là hệ số áp lực ngang của lớp đất thứ i lên thân cọc, ki = 1 – sin(φa,i)
• ca là lực dính giữa thân cọc và đất, với cọc bê tông cốt thép ca = 0.7c
• v zi , là ứng suất pháp hiệu quả trung bình theo phương đứng của lớp đất thứ i,
• a i , là góc ma sát giữa đất và cọc trong lớp đất thứ i, thông thường đối với cọc bê tông lấy bằng góc ma sát trong φi của đất
Hình 8 1: Đồ thị sức kháng cắt không thoát nước C
Bảng 8 3: Bảng sức chịu tải thân cọc theo cường độ đất nền
Li ztb φ ki fi fi*li m m (kN/m2) (kN/m2)
Cui α fi fi*li m m m (kN/m2) (kN/m2)
8.2.4 Xác định sức chịu tải của cọc theo thí nghiệm SPT
- Sức chịu tải của cọc theo công thức Nhật Bản (1988):
• Ab là diện tích ngang của mũi cọc
• qb là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc, đối với cọc khoan nhồi
• Ta sử dụng cọc khoan nhồi theo: (Mục G.3.2 TCVN 10304-2014)
→ = • fsi là cường độ sức kháng của đất trên thân cọc trong lớp đất rời 10 si 3 si f = N
Nsi là chỉ số SPT trung bình của lớp đất rời thứ i lsi chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ i
• Thân cọc nằm trong lớp đất dính: f ci = p f c L ui hoặc f ci =c ui c ui lực dính không thoát nước của lớp đất dính thứ i, c ui =6.25N ci (kPa)
được tra từ đồ thị ci , ci
N l chỉ số SPT và chiều dài đoạn cọc trong lớp đất dính thứ i
Hình 8 2: Đồ thị sức kháng cắt áp lực hiệu quả thẳng đứng
Bảng 8 4: Lực ma sát thành cọc trong lớp đất cát
Bảng 8 5: Lực ma sát thành cọc trong lớp đất sét
Nci cu,i v' cu,i/v' α fL fi fi*li m (kN/m2) (kN/m2)
8.2.5 Xác định sức chịu tải thiết kế cọc
- Sức chịu tải thiết kế:
• 0 là hệ số điều kiện làm việc, kể đến yếu tố tăng mức đồng nhất của đất nền khi sử dụng móng cọc, lấy bằng 1 đối với cọc đơn và lấy bằng 1.15 đối với móng nhiều cọc
• n là hệ số tầm quan trọng của công trình, lấy bằng 1.15 đối với công trình tầm quan trọng cấp 2 như nhà ở, nhà sản xuất, nhà công nghiệp, nhà công cộng
• k phụ thuộc vào đài cọc
• k = 1.4 đối với móng có ít nhất 21 cọc
• k = 1.55 đối với móng có 11 đến 20 cọc
• k = 1.65 đối với móng có 6 đến 10 cọc
• k = 1.75 đối với móng có 1 đến 5 cọc
Bảng 8 6: Bảng tổng hợp sức chịu tải thiết kế tương ứng với số cọc trong móng
Số lượng cọc trong móng R ck (kN) k R ca (kN)
Móng có ít nhất 21 cọc
Tính toán móng M2
8.3.1 Kiểm tra ổn định cọc đơn
Sinh viên sử dụng phần mềm SAFE để tính toán phản lực đầu cọc Với hệ số nền được tính toán theo thí nghiệm bàn nén hiện trường: z
• N: Lực nén lên cọc đơn
Mục 7.4.2 TCVN 10304:2014, tính toán độ lún cọc đơn xuyên qua lớp đất với mô đun trượt G1, hệ số poisson u1 và tựa trên đất được xem như nữa không gian biên dạng tuyến tính đặc trưng bởi mô đun trượt G2 và hệ số poisson u2, có thể thực hiện với điều kiện l/d >G1l/G2l>l, trong đó l là chiều dài cọc và d là đường kính cọc, theo các công thức đối với cọc treo đơn không mở rộng mũi:
• N: Tỉa trọng thẳng đứng lên cọc, lấy bằng Ra
• β: là hệ số được xác định theo mục 7.4.2 TCVN 10304:2014
= là hệ số tương ứng cọc tuyệt đối EA = ∞
= là hệ số tương ứng cọc tuyệt đối với nền đồng nhất có đặc trưng G1
= độ cứng tương đối của cọc
EA là độ cứng thân cọc chịu nén
+ kn: cho phép lấy bằng 2 (Theo TCVN 10304:2014)
G1 và 1 là đặc trưng được lấy trung bình đối với toàn bộ các lớp đất thuộc phạm vi chiều sâu hạ cọc
G2 và 2 được lấy trong phạm vi bằng 0.5l từ độ sâu l đến độ sâu 1.5l kể từ đỉnh cọc với điều kiện đất dưới mũi cọc không phải than bùn, bùn hay đất ở trạng thái chảy
Bảng 8 7: Tính toán mô đun trượt cho từng lớp đất Đoạn cọc Lớp đất L i (m) E 0
G i *l i (kN/m) Đoạn cọc nằm trong đất L
5 20 10220.2 4088.08 81761.60 Đoạn cọc 0.5L dưới mũi cọc
- Độ cứng tương đối cọc:
- Hệ số tương ứng cọc tuyệt đối với nền đồng nhất có đặc trưng G1
= = - Hệ số tương đối cọc tuyệt đối
= + = + - Kiểm tra độ lún cọc đơn không mở rộng mũi
- Tính toán hệ số nền Kz:
= S = 8.3.2 Kiểm tra phản lực đầu cọc
Dùng phần mềm Safe để kiểm tra phản lực Sinh viên gắn hệ số đất nền kz Điều kiện kiểm tra: Pz ≤ Ptk
- Kiểm tra với 3 tổ hợp sau:
+ Tổ hợp cơ bản bao gồm TT + HT: Comb1
+ Tổ hợp gió: bao gồm các tổ hợp có gió ComboGIO (Comb2 + + Comb13)
+ Tổ hợp có động đất: bao gồm các tổ hợp có động đất: ComboDD (Comb14 + + Comb29)
Hình 8 3: Phản lực đầu cọc lớn nhất và nhất nhất tại móng M2
Bảng 8 8: Kiểm tra phản lực đầu cọc
Tên móng Combo P max P check Check
8.3.3 Kiểm tra ổn định nền dưới khối móng qui ước
Bảng 8 9: Nội lực tiêu chuẩn tính toán móng
❖ Xác định khối móng qui ước
Hình 8 4: Khối móng qui ước
- Góc ma sát trung bình của lớp đất mà cọc xuyên qua kích thước móng khối qui ước i i tb i h 11.35 0.5+15.2 3.5 27.8 22.1 19.37 22.3
- Kích thước khối móng qui ước
= − + = − + → Diện tích móng khối qui ước: Bqu × Lqu = 12.82 × 15.22 = 195.12 (m 2 )
❖ Trọng lượng khối móng qui ước
- Khối lượng đất trong khối móng qui ước qu i i
W =n γ A L = 6 25 0.503 48.4 3651.78(kN) - Trọng lượng của đài móng d bt d d
W =γ h A % 2 6.4 4 1280(kN) - Trọng lượng đất bị cọc chiếm chỗ dc c p i i
- Trọng lượng đất bị đài chiếm chỗ dd d i i
W =A =h γ 6.4 4 2 9.9 506.88(kN) → Trọng lượng khối móng qui ước qu c d dc dd
❖ Áp lực tiêu chuẩn tại đáy khối móng qui ước tc x 4 x tc qu
= = + + tc qu y tc x max qu qu qu qu
= + + + tc qu y tc x min qu qu qu qu
= + − − tc tc tc max min tb
II II II II 0 tc m m
• ktc: Hệ số độ tin cậy, ktc = 1.1 vì các đặc trưng tính toán lấy trực tiếp từ các bảng thống kê (Tra theo Điều 4.6.11 TCVN 9362–2012)
• m1 : Hệ số điều kiện làm việc của đất nền (đặt móng tại lớp đất 5),lấy m1 = 1.2 (Tra Bảng
• m2 : Hệ số điều kiện làm việc của công trình tác động qua lại với đất nền, phụ thuộc vào tỷ lệ kích thước công trình, m2 = 1.1 (Tra Bảng 15 theo Điều 4.6.10 TCVN 9362–2012)
• Chiều sâu đáy móng quy ước ứng với lớp đất thứ 5 có góc ma sát 19 𝑜 37′
+ A,B,D: Hệ số phụ thuộc vào góc ma sát trong nền được lấy theo bảng 14 TCVN 9362- 2012: A = 0.485, B = 2.953, D = 5.55
+ b: Cạnh bé của đáy móng qui ước b = 12.82 m
+ 𝛾 𝐼𝐼 = 20 (kN/m 3 ) là dung trọng tự nhiên dưới khối móng quy ước
II= là dung trọng đẩy nổi của đất trên đáy khối móng quy ước + cII = 43.1 là lực dính của đất nằm trực tiếp dưới đáy khối móng quy ước
Thỏa điều kiện : tc max tc min tc tb
→ Vậy nền đáy khối móng qui ước thỏa điều kiện ổn định
8.3.4 Kiểm tra điều kiện xuyên thủng
Hình 8 5: Tháp xuyên thủng móng M2
- Điều kiện chống xuyên thủng
+ Fxt là lực xuyên thủng, bằng tổng phản lực các cọc nằm ngoài tháp chống xuyên
+ Fcx là lực chống xuyên
+ Mx và My là các moment uốn tập trung theo các trục x và y
+ Mbx,u và Mby,u là các moment tập trung giới hạn
- Mà F xt =P0995.47(kN) x y bx,u by,u
→ Vậy thỏa điều kiện chống xuyên thủng
8.3.5 Kiểm tra lún cho móng
- Chia lớp đất dưới mũi cọc thành nhiều phân lớp có chiều dày hi=1m.Tính ứng suất gây lún cho đến khi nào thỏa điều kiện n bt 5n gl (vị trí ngừng tính lún) với: gl 1) (i 0i gl i i i bt 1) (i bt i σ σ k γh σ σ
+ koi:tra bảng phụ thuộc vào tỉ số L m
2.8 5 σ 1.50 = →Cần tính lún cho móng
- Xác định độ lún của từng lớp phân tố và tính tổng độ lún, theo công thức sau (Phụ lục C,TCVN 9362-2012);
+ e1i, e2i là modun biến dạng của lớp đất thứ i;
+ hi là chiều dày lớp đất thứ i;
Bảng 8 10: Kết quả tính lún móng M2
Phân tố Điểm z z/b k0 gl bt bt/gl p1i p2i e1i e2i Si
→ Dừng tính ở phân tố thứ 4 códừng σ bt Y3.97(kN m/ 2 ) 5 gl W0.25(kN m/ 2 )
Tổng độ lún S = 1.87(cm) < [S] =8(cm)
8.3.6 Tính toán cốt thép đài móng
- Diện tích tính cốt thép: s b b 0 s
Bảng 8 11: Bảng tính toán thép đài móng theo 2 phương
Móng Phương Vị trí strip M ho As
Thép As chọn chọn% Check kNm m mm2 mm2 %
CSA5 2170.84 1.85 2737.58 ỉ28a100 6157.52 0.33 Thỏa CSA6 3266.68 1.85 4151.35 ỉ28a100 6157.52 0.33 Thỏa CSA7 4153.64 1.85 5312.21 ỉ28a100 6157.52 0.33 Thỏa CSA8 4679.38 1.85 6007.57 ỉ28a100 6157.52 0.33 Thỏa CSA9 3775.15 1.85 4814.97 ỉ28a100 6157.52 0.33 Thỏa CSA10 2591.98 1.85 3261.46 ỉ28a100 8620.53 0.47 Thỏa
CSA5 -212.36 1.85 264.25 ỉ16a200 1005.31 0.05 Thỏa CSA6 -9.51 1.85 11.82 ỉ16a200 1005.31 0.05 Thỏa CSA8 -248.74 1.85 309.61 ỉ16a200 1005.31 0.05 Thỏa CSA9 -13.25 1.85 16.46 ỉ16a200 1005.31 0.05 Thỏa CSA10 -226.36 1.85 281.58 ỉ16a200 1407.43 0.08 Thỏa
Tính toán móng lõi thang
Hình 8 6: Phản lực đầu cọc móng lõi thang
8.4.1 Kiểm tra ổn định nền và độ lún móng cọc
❖ Xác định khối móng qui ước
Hình 8 7: Khối móng qui ước
Bảng 8 12: Nội lực tiêu chuẩn tính toán móng lõi thang
Trường hợp N max (kN) M x,tu
- Góc ma sát trung bình của lớp đất mà cọc xuyên qua kích thước móng khối qui ước i i tb i h 11.35 0.5+15.2 3.5 27.8 22.1 19.37 22.3
- Kích thước khối móng qui ước
= − + = − + → Diện tích móng khối qui ước: Bqu × Lqu = 22.42 × 24.82 = 556.46 (m 2 )
❖ Trọng lượng khối móng qui ước
- Khối lượng đất trong khối móng qui ước qu i i
W =n γ A L B 25 0.503 48.4 25562.46(kN) - Trọng lượng của đài móng d bt d d
W =γ h A % 2 13.6 16 10880(kN) - Trọng lượng đất bị cọc chiếm chỗ dc c p i i
- Trọng lượng đất bị đài chiếm chỗ dd d i i
W =A =h γ 13.6 16 2 9.9 4308.48(kN) → Trọng lượng khối móng qui ước qu c d dc dd
❖ Áp lực tiêu chuẩn tại đáy khối móng qui ước tc x x tc qu
= = + + tc qu y tc x max qu qu qu qu
= + + + tc qu y tc x min qu qu qu qu
= + − − tc tc tc max min tb
= = Theo 4.6.9, TCVN 9362 – 2012, khả năng chịu tải của nền dưới khối móng quy ước:
II II II II 0 tc m m
• ktc: Hệ số độ tin cậy, ktc = 1.1 vì các đặc trưng tính toán lấy trực tiếp từ các bảng thống kê (Tra theo Điều 4.6.11 TCVN 9362–2012)
• m1 : Hệ số điều kiện làm việc của đất nền (đặt móng tại lớp đất 5),lấy m1 = 1.2 (Tra Bảng
• m2 : Hệ số điều kiện làm việc của công trình tác động qua lại với đất nền, phụ thuộc vào tỷ lệ kích thước công trình, m2 = 1.1 (Tra Bảng 15 theo Điều 4.6.10 TCVN 9362–2012)
• Chiều sâu đáy móng quy ước ứng với lớp đất thứ 5 có góc ma sát 19 𝑜 37′
+ A,B,D: Hệ số phụ thuộc vào góc ma sát trong nền được lấy theo bảng 14 TCVN 9362- 2012: A = 0.485, B = 2.953, D = 5.55
+ b: Cạnh bé của đáy móng qui ước b = 22.42 m
+ 𝛾 𝐼𝐼 = 20 (kN/m 3 ) là dung trọng tự nhiên dưới khối móng quy ước
II= là dung trọng đẩy nổi của đất trên đáy khối móng quy ước + cII = 43.1 là lực dính của đất nằm trực tiếp dưới đáy khối móng quy ước
Thỏa điều kiện : tc max tc min tc tb
→ Vậy nền đáy khối móng qui ước thỏa điều kiện ổn định
❖ Kiểm tra điều kiện tính lún của móng
- Chia lớp đất dưới mũi cọc thành nhiều phân lớp có chiều dày hi=1m.Tính ứng suất gây lún cho đến khi nào thỏa điều kiện n bt 5n gl (vị trí ngừng tính lún) với: gl 1) (i 0i gl i i i bt 1) (i bt i σ σ k γh σ σ
+ koi:tra bảng phụ thuộc vào tỉ số L m
= = 882.98 538.91 344.07(kN/m )2 tc gl P tb bt
2.8 5 σ 1.50 = →Cần tính lún cho móng
- Xác định độ lún của từng lớp phân tố và tính tổng độ lún, theo công thức sau (Phụ lục C,TCVN 9362-2012);
+ e1i, e2i là modun biến dạng của lớp đất thứ i;
+ hi là chiều dày lớp đất thứ i;
Bảng 8 13: Kết quả tính lún móng lõi thang
Phân tố Điểm z z/b k0 gl bt bt/gl p1i p2i e1i e2i Si
→ Dừng tính ở phân tố thứ 10 códừng σ bt t8.91(kN m/ 2 ) 5 gl q7.4(kN m/ 2 )
Tổng độ lún S = 7.723(cm) < [S] =8(cm)
❖ Kiểm tra điều kiện xuyên thủng
- Điều kiện chống xuyên thủng
+ Fxt là lực xuyên thủng, bằng tổng phản lực các cọc nằm ngoài tháp chống xuyên
+ Fcx là lực chống xuyên
+ Mx và My là các moment uốn tập trung theo các trục x và yMbx,u và Mby,u là các moment tập trung giới hạn
Hình 8 8: Tháp xuyên thủng móng lõi thang
- Xác định đại lượng chống xuyên thủng:
Bảng 8 14; Tính toán I x , I y cho cạnh theo phương X
Trọng tâm cạnh Trọng tâm hình chống xuyên thủng Lx (mm) Ix
Bảng 8.32 Tính toán I x , I y cho cạnh theo phương Y
Trọng tâm cạnh Trọng tâm hình chống xuyên thủng Ly (mm) Ix
- Momen quán tính theo phương X: Ibx = 1372.55 m 4
- Momen quán tính theo phương Y: Iby = 1575.5 m 4
- Khoảng cách từ đường bao đến trọng tâm theo phương X: xmax= 8 (m)
- Khoảng cách từ đường bao đến trọng tâm theo phương Y: ymax= 6.8 (m)
- Khả năng chống xuyên thủng của bê tông:
- Lực chống chọc thủng của bê tông:
+ u là chu vi tháp xuyên thủng: u = 2 ( 12.4 13.6 + ) = 52 m ( )
= = - Mà F xt =Pa764.47(kN) x y bx,u by,u
→ Vậy thỏa điều kiện chống xuyên thủng
8.4.2 Tính toán cốt thép đài móng
- Diện tích tính cốt thép: s b b 0 s
Bảng 8 15: Bảng tính toán thép đài móng theo 2 phương
Móng Phương Vị trí strip M ho As
Thép As chọn chọn% Check kNm m mm2 mm2 %
CSA30 11184.35 1.85 14260.16 ỉ28a100 18472.56 0.999 Thỏa CSA31 11096.82 1.85 14145.59 ỉ28a100 18472.56 0.999 Thỏa CSA32 9291.64 1.85 11793.77 ỉ28a100 18472.56 0.999 Thỏa CSA33 10502.72 1.85 13369.30 ỉ28a100 18472.56 0.999 Thỏa CSA34 10515.51 1.85 13385.99 ỉ28a100 18472.56 0.999 Thỏa
CSA30 -524.91 1.85 653.02 ỉ16a200 3015.93 0.163 Thỏa CSA31 -128.76 1.85 160.05 ỉ16a200 3015.93 0.163 Thỏa CSA32 -3.79 1.85 4.71 ỉ16a200 3015.93 0.163 Thỏa CSA33 -80.86 1.85 100.49 ỉ16a200 3015.93 0.163 Thỏa CSA34 -489.63 1.85 609.08 ỉ16a200 3015.93 0.163 Thỏa
CSB25 1361.59 1.85 1696.75 ỉ16a100 6433.98 0.348 Thỏa CSB26 2869.31 1.85 3586.96 ỉ16a100 6433.98 0.348 Thỏa CSB27 2870.90 1.85 3588.95 ỉ16a100 6433.98 0.348 Thỏa CSB28 2364.71 1.85 2953.01 ỉ16a100 6433.98 0.348 Thỏa CSB29 614.73 1.85 764.86 ỉ16a100 6433.98 0.348 Thỏa
CSB25 -2080.53 1.85 2596.58 ỉ16a100 6433.98 0.348 Thỏa CSB26 -2173.33 1.85 2712.92 ỉ16a100 6433.98 0.348 Thỏa CSB27 -2660.85 1.85 3324.90 ỉ16a100 6433.98 0.348 Thỏa CSB28 -2312.12 1.85 2887.01 ỉ16a100 6433.98 0.348 Thỏa CSB29 -2423.65 1.85 3026.98 ỉ16a100 6433.98 0.348 Thỏa
BIỆN PHÁP THI CÔNG TẦNG HẦM
Cơ sở lý thuyết
Tải công nhân, máy móc phục vụ thi công
- Lớp 1: Á sét , xám nâu , dẻo chảy
- Lớp 2: Á sét , xám trắng, vàng nâu đỏ, dẻo mềm đến dẻo cứng
- Lớp 3: Sét, á sét lẫn ít ỏi sạn, xám trắng, vằng nâu đỏ, dẻo mềm đến nửa cứng
- Lớp 4: Cát mịn đến thô lẫn bột, ít sét, ít sỏi, xám trắng, vàng nâu đỏ, rời đến chặt vừa
- Lớp 5: Sét, á sét, vàng nâu đỏ, xám xanh, dẻo cứng đến cứng
Mô tả kết cấu thiết kế biện pháp
9.2.1 Mô tả cao độ hiện trạng của công trình
- Cao độ mặt đất tự nhiên: ± 0.000
- Cao độ kết cấu đáy móng: -5.000
- Cao độ đáy sàn hầm: -3.000
9.2.2 Biện pháp thi công đào đất tầng hầm
Sử dụng hệ cừ SPS IV, L = 7m để chắn đất và sử dụng hệ shoring chống đỡ để đào đất thi công móng và sàn tầng hầm.
Các thông số tính toán
Bảng 9 1: Thông số tính toán tường vây cừ thép C250x80x8x12.5
Tên cấu kiện Đặc trưng vật liệu Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Tính chất vật liệu Materrial Type Elastic -
Bảng 9 2: Thông số thanh chống
Tên cấu kiện Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Tính chất vật liệu Materrial Type Elastic - Độ cứng dọc trục EA 1.347E+06 kN/m
Thông số địa chất tính toán
Bảng 9 3: Bảng chỉ tiêu cơ lý đất nền
Lớp 4 cát mịn chặt vừa Đơn vị
Mô hình vật liệu Model MC MC MC MC - Ứng xử của vật liệt Type unDr unDr unDr Dr -
Dụng trọng khô γunsat 14.8 15.5 15.8 15.3 kN/m 2
Dung trọng ướt γsat 18.4 18.9 19.4 18.7 kN/m 2
Hệ số thấm kx=ky 2.57E-04 2.27E-04 1.80E-04 1.76E-04 m/ngày
Môdun cát tuyến tính trong
TN nén 3 trục thoát nước CD
Hệ số Poison khi giãn nở v 0.3 0.3 0.3 0.3 -
Mô hình tính toán và kiểm tra
Hình 9 1: Mô hình tính toán sau khi khai báo
Hình 9 2: Trình tự thi công tính toán trong Plaxis
Hình 9 3: Mô hình giai đoạn 1: Đặt tải trọng
Hình 9 4: Mô hình giai đoạn 2: Thi công cừ thép
Hình 9 5: Mô hình giai đoạn 3: Đào đất xuống 1 m
Hình 9 6: Mô hình giai đoạn 4: Thi công hệ Shoring
Hình 9 7: Mô hình giai đoạn 5: Đào đất tới đáy hầm
Hình 9 9: Kết quả chuyển vị tổng thể của tường vây
9.5.3 Biểu đồ momen và chuyển vị ngang của tường
Bảng 9 4: Biểu đồ nội lực của tường
Biểu đồ nội lực và chuyển vị ngang
Moment Lực Cắt Chuyển Vị Đào đến cao độ -1m Đào đến cao độ
Biểu đồ nội lực và chuyển vị ngang
Moment Lực Cắt Chuyển Vị Đào đến cao độ
Hệ số ổn định FS = 5.1146 > [FS] = 1.5: Đảm bảo điều kiện ổn định
Chuyển vị lớn nhất trong tường cừ là 1.41 mm
Chuyển vị đỉnh cho phép là :U x H 7000 23.3(mm)
= Vậy chuyển vị ngang của cừ U x =1.41(mm)23.3(mm)(Thỏa Đk)
9.5.4 Biểu đồ momen và chuyển vị ngang của chống đứng
Bảng 9 5: Biểu đồ nội lục của cây chống đứng
Biểu đồ nội lực và chuyển vị ngang
Moment Lực Cắt Chuyển Vị Đào đến cao độ -5m
Chuyển vị lớn nhất trong cây chống đứng là 1.35 mm
Hình 9 10: Biến dạng đất nền khi đào đến độ sâu -3m
Hình 9 11: Biến dạng đất nền khi đào đến độ sâu -5m Đánh giá: Độ trồi của kết quả đào đất là 1.82mm Chuyển vị đứng (trồi) của đất trong hố đào cũng đảm bảo ổn định trong quá trình thi công.
Kiểm tra khả năng chịu lực cừ
Bảng 9 7: Nội lực lớn nhất trong tường
Nội lực lớn nhất Hệ số vượt tải Kết quả
➢ Kiểm tra khả năng chịu uốn của tường: σ σ Ứng suất pháp cho phép: σ !0MPa Ứng suất pháp cho phép:σ M 10.69 10 3 36.74MPa 210MPa
➢ Kiểm tra khả năng chịu cắt của tường: τ τ Ứng suất tiếp cho phép: τ 2MPa Ứng suất tiếp cho phép:τ V 10.45 10 3 2.7MPa 122MPa
➢ Kiểm tra khả năng chịu uốn và chịu cắt đồng thời
242MPa 1.15fγ σ 2 +3τ 2 c Ứng suất tính toán: σ 2 + 3τ 2 = 36.74 2 + 3 2.7 2 = 37.04 242MPa (thỏa ĐK)
Kết Luận: Vậy tường đủ khả năng chịu lực
Biện pháp thi công cừ thép
9.7.1 Thiết bị vật tư thực hiện
- Máy đào bánh xích HATACHI ZX130-5G với lực ép 91T, trọng lượng xe 12.2T, dung tích gầu 0.19 - 0.59m3, công suất động cơ 67 kW (90 HP)
- Cừ thép C bản 250 mm, nặng 30.2 kg/m, dài 9 - 12m/cây (đã qua sử dụng), thanh chống I bản 200 mm, nặng 50.4 kg/m
- Cán bộ kỹ thuật, công nhân phục vụ công tác ép cừ
❖ Bước 1: Chuẩn bị mặt bằng thi công
- Khảo sát mặt bằng, tùy vào tình hình địa chất từng khu vực khác nhau mà chúng tôi đề ra giải pháp thi công hiệu quả và an toàn
- Đào xúc bỏ đi phần đất mượn và đào xới chuyển đi những dị vật dưới đất để tránh trường hợp ép cừ hoặc ép cọc bê tông lại gặp tình huống chối giả
❖ Bước 2: Thi công ép cọc BTCT
- Tiến hành thi công ép cọc bê tông (hoặc cọc khoan nhồi) tùy thuộc vào thiết kế công trình Cần xác định chuẩn những vị trí tim cọc trước khi ép và khoan Để đảm bảo an toàn cho các nhà liền kề, cần thiết phải khoan dẫn lấy đất trước khi ép cọc bê tông
❖ Bước 3: Thi công ép cừ C
- Thi công cừ vây quanh vách hầm đến độ sâu theo thết kế
- Trong quá trình ép, phải xác định chuẩn vị trí ép, ép phải thẳng
Hình 9 12: Thi công ép cừ
❖ Bước 4: Tiến hành đào đất và lắp chống
- Đào đến độ sâu theo hồ sơ thiết kế kỹ thuật Để đảm bảo an toàn quá trình giằng chống hệ shoring sẽ được triển khai song song quá trình đào đất
Hình 9 13: Thi công đào đất và lắp chống
❖ Bước 5: Tiến hành thi công kết cấu lần lượt như móng, sàn, vách của tầng hầm
Hình 9 14: Thi công móng, sàn, vách
❖ Bước 6: Tiến hành rút cừ vây
- Rút cừ sau khi đổ bê tông vách từ 2 - 3 ngày Sau đó là công tác bàn giao mặt bằng để tiến hành các công đoạn thi công khác
Hình 9 15: Thi công rút cừ
[1] TCVN 5574–2018: Kết cấu bêtông và bêtông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế
[2] TCXD 198–1997: Nhà cao tầng – Thiết kế bê tông cốt thép toàn khối
[3] TCVN 2737–2023: Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế
[4] TCVN 229–1999: Chỉ dẫn tính thành phần động của tải trọng gió
[5] TCVN 9386 – 2012: Thiết kế công trình chịu động đất
[6] TCVN 205–1998: Móng cọc–Tiêu chuẩn thiết kế
[7] TCVN 9362–2012: Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình
[8] Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống, Kết cấu bê tông cốt thép tập 1, NXB
[9] Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống, Kết cấu bê tông cốt thép tập 2,
NXB Khoa học Kỹ thuật
[10] Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống, Kết cấu bê tông cốt thép tập 3,
NXB Khoa học Kỹ thuật
[11] Châu Ngọc Ẩn, Cơ học đất, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh
[12] Châu Ngọc Ẩn, Nền móng, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh.
