thiết kế thi công công trình xây dựng

trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn Phần II: kết cấu (45%) Giáo viên hớng dẫn: PGS.TS phan quang minh Nhiệm vụ thiết kế: - Chọn giải pháp kết cấu tổng thể công trình - Lập mặt kết cấu - Xác định tải trọng tác dụng lên công trình - Xác định nội lực tổ hợp nội lực cấu kiện - Thiết kế khung trục - Thíêt kế sàn tầng điển hình - Thiết kế cầu thang - Thiết kế móng cột trục Các vẽ kèm theo: - 02 vẽ cấu tạo thép cột, dầm - khung trục - 01 vẽ cấu tạo thép sàn tầng điển hình cầu thang - 01 vẽ móng -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn A Phân tích chọn lựa ph ơng án kết cấu cho công trình: I Các giải pháp kết cấu thờng dùng cho nhà cao tầng: Giải pháp vật liệu: Hiện Việt Nam, vật liệu dùng cho kết cấu nhà cao tầng thờng sử dụng bêtông cốt thép thép (bêtông cốt cứng) - Công trình thép với thiết kế dạng bêtông cốt cứng bắt đầu đơc xây dựng nớc ta Đặc điểm kết cấu thép cờng độ vật liệu lớn dẫn đến kích thớc tiết diện nhỏ mà đảm bảo khả chịu lực Kết cấu thép có tính đàn hồi cao, khả chịu biến dạng lớn nên thích hợp cho việc thiết kế công trình cao tầng chịu tải trọng ngang lớn Tuy nhiên dùng kết cấu thép cho nhà cao tầng việc đảm bảo thi công tốt mối nối khó khăn, mặt khác giá thành công trình thép thờng cao mà chi phí cho việc bảo quản cấu kiện công trình vào sử dụng tốn kém, đặc biệt với môi trờng khí hậu Việt Nam, công trình thép bền với nhiệt độ, xảy hoả hoạn cháy nổ công trình thép dễ chảy dẻo dẫn đến sụp đổ không độ cứng để chống đỡ công trình Kết cấu nhà cao tầng thép thực phát huy hiệu cần không gian sử dụng lớn, chiều cao nhà lớn (nhà siêu cao tầng), kết cấu nhịp lớn nh nhà thi đấu, mái sân vận động, nhà hát, viện bảo tàng (nhóm công trình công cộng) - Bêtông cốt thép loại vật liệu đợc sử dụng cho công trình xây dựng giới Kết cấu bêtông cốt thép khắc phục đợc số nhợc điểm kết cấu thép nh thi công đơn giản hơn, vật liệu rẻ hơn, bền với môi trờng nhiệt độ, tận dụng đợc tính chịu nén tốt bêtông tính chịu kéo cốt thép nhờ làm việc chung chúng Tuy nhiên vật liệu bêtông cốt thép đòi hỏi kích thớc cấu kiện lớn, tải trọng thân công trình tăng nhanh theo chiều cao khiến cho việc lựa chọn giải pháp kết cấu để xử lý phức tạp Do kết cấu bêtông cốt thép thờng phù hợp với công trình dới 30 tầng Giải pháp hệ kết cấu chịu lực : Hiện nay, hệ kết cấu chịu lực nhà cao tầng có hệ sau: a Hệ kết cấu khung chịu lực : - Hệ khung thông thờng bao gồm dầm ngang nối với cột dọc thẳng đứng nút cứng Khung bao gồm tờng tờng nhà Kết cấu chịu tải trọng ngang kém, tính liên tục khung cứng phụ thuộc vào độ bền độ cứng liên kết nút chịu uốn, liên kết không đợc phép có biến dạng góc Khả chịu lực khung phụ thuộc nhiều vào khả chịu lực dầm cột - Việc thiết kế tính toán sơ đồ có nhiều kinh nghiệm, việc thi công tơng đối thuận tiện thi công nhiều công trình, vật liệu công nghệ dễ kiếm nên chắn đảm bảo tính xác chất lợng công trình - Hệ kết cấu thích hợp với công trình đòi hỏi linh hoạt công mặt bằng, công trình nh khách sạn Nhng có nhợc điểm kết cấu dầm sàn thờng dày nên không chiều cao tầng nhà thờng phải lớn -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn - Sơ đồ khung có nút cứng bêtông cốt thép thờng áp dụng cho công trình dới 20 tầng với thiết kế kháng chấn cấp 7; 15 tầng với kháng chấn cấp 8; 10 tầng với kháng chấn cấp b Hệ kết cấu khung + vách (lõi) : - Đây kết cấu phát triển thêm từ kết cấu khung dới dạng tổ hợp kết cấu khung vách (lõi) cứng Vách (lõi) cứng làm bêtông cốt thép Chúng dạng lõi kín vách hở thờng bố trí khu vực thang máy thang Hệ thống khung bố trí khu vực lại Hai hệ thống khung vách (lõi) đợc liên kết với qua hệ thống sàn Trong trờng hợp này, hệ sàn liền khối có ý nghĩa lớn - Hệ thống kết cấu thờng có loại sơ đồ kết cấu sơ đồ giằng sơ đồ khung giằng Trong sơ đồ giằng, hệ thống vách (lõi) đóng vai trò chủ yếu chịu tải trọng ngang, hệ khung chủ yếu chịu tải trọng đứng Sự phân chia rõ chức tạo điều kiện để tối u hoá cấu kiện, giảm bớt kích thớc cột dầm, đáp ứng yêu cầu kiến trúc Trong sơ đồ kết cấu khung-giằng, tải trọng ngang công trình hệ khung lõi chịu, thông thờng hình dạng cấu tạo nên vách (lõi) có độ cứng lớn nên trở thành nhân tố chiụ lực ngang lớn công trình nhà cao tầng Sơ đồ khung giằng tỏ hệ kết cấu tối u cho nhiều loại công trình cao tầng Loại kết cấu sử dụng hiệu cho nhà đến 40 tầng Hiện làm nhiều công trình có hệ kết cấu nh khu đô thị Láng Hoà Lạc, Định Công, Linh Đàm, Đền Lừ Do khả thiết kế, thi công chắn đảm bảo II Chọn hệ kết cấu chịu lực: Trên sở đề xuất phơng án vật liệu hệ kết cấu chịu lực nh trên, với quy mô công trình gồm 19 tầng thân, tổng chiều cao khoảng 66 m, phơng án kết cấu tổng thể công trình đợc lựa chon nh sau: - Về vât liệu: chọn vật liệu bêtông cốt thép sử dụng cho toàn công trình Dùng bêtông mác 300 (Rn = 130 kG/cm2) cho kết cấu chịu lực thông thờng Cốt thép chịu lực nhóm AII (Ra = 2800kG/cm2) - Về hệ kết cấu chiu lực: sử dụng hệ kết cấu khung + vách + lõi chịu lực với sơ đồ khung giằng Trong đó, hệ thống lõi đợc bố trí đối xứng lồng thang máy khu vực nhà, hệ thống vách đợc bố trí khung biên công trình, chịu phần lớn tải trọng ngang tác dụng vào công trình phần tải trọng đứng tơng ứng với diện chịu tải vách, lõi Hệ thống khung bao gồm hàng cột biên, dầm bo bố trí chạy dọc quanh chu vi nhà hệ thống dầm sàn, chịu tải trọng đứng tơng ứng với phần diện tích chịu tải phần tải trọng ngang, tăng độ ổn định cho hệ kết cấu Nh vậy, hệ kết cấu chịu lực công trình hệ khung, vách, lõi kết hợp Sơ đồ kết cấu sơ đồ khung giằng III Chọn sơ kích thớc tiết diện: -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn Tiết diện cột: Diện tích tiết diện cột đợc chọn theo công thức: Fb = k dụng) N Rn Trong đó: Fb : diện tích tiết diện cột k : hệ số kể đến ảnh hởng mômen (1,2 ~ 1,5) Rn: cờng độ chịu nén tính toán bê tông = 130 kG/cm2 N : lực nén lớn xuất cột N= n.S q; n: số tầng = 20 tầng; S : diện tích chịu tải cột; q: tải trọng sơ tính toán m2 sàn (= 1,2 T/m2 nhà dân * Xét cột có diện tích chịu tải lớn (cột D2): N= 20.1,2.9.5,2 =1123,2 (T/m2) Diện tích tiết diện cột: F = (1,2 ~ 1,5) b 1123,2 = 1,04 ~ 1,296(m ) 1300 Chọn tiết diện cột 1500x700 (mm) chung cho tất cột tầng - Kiểm tra điều kiện ổn định cột: = L0 = 0,7.l = 0,7.5,5 =3,85 (m) l0 b l 3,85 = 0= = 5,5 = 31 tiết diện cột chọn đảm bảo điều kiện ổn b b 0,7 0b định cột * Xét hàng cột biên: N = 20.1,2.9.4 = 864 (T/m2) 864 Diện tích tiết diện cột: F = (1,2 ~ 1,5) = 0,8 ~ 1,0(m ) b 1300 -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn Chọn tiết diện cột 1500x700 (mm) chung cho tất cột biên tầng Tiết diện vách, lõi: Theo tiêu chuẩn kháng chấn, bề dày vách, lõi phải thoả mãn: 15cm 15 h t max t = max 550 = 27,5cm 20 20 Theo thiết kế kiến trúc, chọn bề dày vách, lõi: t = 300 mm Tiết diện dầm: a Mặt kết cấu sàn tầng 1: Do bị khống chế chiều cao tầng hầm, hệ dầm đỡ sàn tầng dầm bẹt có: dầm dọc: h = 400 (mm); b = 700 (mm) Dầm ngang: h = 400mm; b = bc= 700 (mm) b Mặt kết cấu sàn tầng chung c (tầng 2~19) : * Các dầm dọc nhà có nhịp m: h=( ~ b=( ~ 1 )l = ( ~ ).9000 = 450 ~ 1125(mm) chọn h = 900 (mm) 20 20 1 )h = ( ~ ).900 = 225 ~ 450(mm) 4 Theo yêu cầu kiến trúc, chọn b = 220 (mm) * Các dầm phụ dọc nhà (nhịp 9m): chọn b x h = 300 x 700 (mm) * Các dầm ngang nhà (A-B);(D-E) nhịp m: 1 1 h = ( ~ )l = ( ~ ).8000 = 400 ~ 1000(mm) chọn h = 700 (mm) 20 20 1 1 b = ( ~ )h = ( ~ ).900 = 225 ~ 450(mm) 4 Theo yêu cầu kiến trúc, chọn b = 220 (mm) * Dầm ngang nhà (C-D) nhịp 2,4 m: 1 1 h = ( ~ )l = ( ~ ).2400 = 120 ~ 300(mm) chọn h = 300 (mm) 20 20 Bề rộng dầm b = 220 (mm) * Các dầm đỡ chiếu nghỉ cầu thang: b x h = 220 x 300 (mm) Dầm chiếu đi: b x h = 300 x 300 (mm); * Dầm côngxôn đỡ lôgia: b x h = 220 x 300 (mm) Chiều dày sàn: Sàn có dầm: Sàn sờn loại dầm: h = ( b Chọn hb= 150 mm 1 1 ữ )l = ( ữ ).4000 = (115 ữ 160)(mm) 35 25 35 25 -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 10 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn B xác định tải trọng tác dụng lên công trình: I.Tĩnh tải: Trọng lợng thân kết cấu chịu lực đợc chơng trình máy tính tự động tính toán trình tìm nội lực, ta tính tải trọng lớp vật liệu hoàn thiện gây Tải trọng sàn: Loi sn TT S2(HL) S1,S3 Gch ceramic 400x400 Va xi mng lút #50 Trn treo thch cao Gch ceramic 400x400 Va xi mng lút #50 Va trỏt trn #50 SM Cỏc lp Hai lp gch lỏ nem Bờ tụng chng thm X to dc Va xi mng lút #75 Va trỏt trn #50 tc (kG/m3) 1.1 1.3 Chiu dy (mm) 10 40 1.1 1.3 1.3 10 40 15 1.1 1.1 1.2 1.3 1.3 40 40 170 15 15 HSVT 2000 2000 Tng 2000 2000 2000 Tng 1800 2500 1800 1800 2000 Tng gtt (kG/m2) 22 104 30 156 22 104 39 165 79.2 110 367.2 35.1 39 631 Tải trọng bể nớc mái: Trên mái nhà có bố trí hai bể nớc có kích thớc axbxh = 2,4 x4,3x 2,5(m) bố trí đối xứng qua trục Trọng lợng bể nớc đợc truyền qua hệ dầm đỡ truyền vào cột với giá trị lực tập trung nh sau: Với cột (3C), (3D), (5C) (5D): P= 1 1 3 ( G + G ) = G = 2,4.4,3.2,5.1000 = 9675(kG ) 2 2 8 Với cột (2C), (2D), (6C) (6D): 1 1 P = G = G = 2,4.4,3.2,5.1000 = 3225(kG ) 2 8 Tải trọng tờng xây: -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 11 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn - Tờng ngăn đơn nguyên, tờng bao chu vi nhà dày 220; Tờng ngăn phòng, tờng nhà vệ sinh nội đơn nguyên dày 110 đợc xây gạch có =1200 kG/m3 Cấu tạo tờng bao gồm phần tờng đặc xây bên dới phần kính bên + Trọng lợng tờng ngăn dầm tính cho tải trọng tác dụng m dài tờng + Trọng lợng tờng ngăn ô (tờng 110, 220mm) tính theo tổng tải trọng tờng ô sàn sau chia cho diện tích toàn sàn công trình - Chiều cao tờng đợc xác định : ht = H - hs Trong đó: ht - chiều cao tờng H - chiều cao tầng nhà Hs - chiều cao sàn, dầm tờng tơng ứng - Ngoài tính trọng lợng tờng, ta cộng thêm hai lớp vữa trát dày (cm/lớp) Một cách gần đúng, trọng lợng tờng đợc nhân với hế số 0,75 kể đến việc giảm tải trọng tờng bố trí cửa số kính - Kết tính toán trọng lợng tờng phân bố dầm tầng đợc thể bảng: * Trọng lợng vách ngăn tầng (quy tải trọng phân bố sàn): g = 50 (kG/m2) * Trên ô 8x9 m điển hình: Tng Chung c H s Dy Cao gtc tc gim (m) (m) (kG/m3) (KG/m2) ti Tng110 17.8 0.11 2.9 1200 94.64 0.75 Va trỏt 17.8 0.03 2.9 1800 38.72 0.75 Loi ti trng Di (m) HSVT gtt (KG/m2) 1.1 1.3 Tng 78.08 37.74 116 * Tải trọng phân bố dầm: Tng Tng Tng chung c Loi tng Dy (m) Tng 220 Va trỏt 0.22 0.03 Tng 220 Va trỏt 0.22 0.03 Cao tc (m) (KG/m3) 4.6 1800 4.6 1800 2.2 2.2 1800 1800 gtc (KG/m) H s gim ti 1821.6 248.4 0.75 0.75 871.2 118.8 HS VT 1.1 1.3 Tng 0.75 1.1 0.75 1.3 Tng gtt (KG/m) 1502.82 242.19 1746 718.74 115.83 835 II Hoạt tải: Hoạt tải ngời thiết bị: -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 12 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn TT Tng Tng dch v Cỏc tng chung c Mỏi ptc (kG/m2) 400 150 75 ptt (KG/m2) 480 195 97.5 HSVT 1.2 1.3 1.3 IIi Tải trọng gió: Công trình có độ cao 65,8 m (>40m), theo TCVN 2737-1995, tính toán tải trọng tác động lên công trình phải tính thành phần tĩnh thành phần động tải trọng gió Thành phần tĩnh tải trọng gió: * Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh tải trọng gió độ cao z so với mốc chuẩn xác định theo công thức: Wtz = W0.k.c Trong đó: W0: giá trị áp lực gió theo đồ phân vùng (Hà Nội vùng II.B, có Wo = 95 kG/m2) k: hệ số tính đến thay đổi áp lực gió theo độ cao dạng địa hình c: hệ số khí động phụ thuộc vào hình dáng bề mặt công trình c = 0,8 : mặt đón gió c = - 0,6: mặt khuất gió c = 0,8 + |- 0,6| = 1,4 *Tải trọng gió tác dụng vào mức sàn đợc quy lực phân bố đặt mép sàn phần công trình có độ cao z: Wt = n.Wtz.ht (kG/m) Trong đó: n: hệ số vợt tải tải trọng gió (1,2) ht : chiều cao đón gió Giá trị thành phần tĩnh tải trọng gió tác dụng vào mức sàn nh sau: Tng H+1 10 11 z (m) 6.25 9.35 12.45 15.55 18.65 21.75 24.85 27.95 31.05 34.15 37.25 W0 (kG/m2) 95 95 95 95 95 95 95 95 95 95 95 k 0.9472 0.9844 1.0392 1.0855 1.1165 1.1458 1.1737 1.2016 1.2263 1.2449 1.2635 c 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 Wtz ht (kG/m ) (m) 125.9776 5.5 130.9252 3.1 138.2136 3.1 144.3715 3.1 148.4945 3.1 152.3914 3.1 156.1021 3.1 159.8128 3.1 163.0979 3.1 165.5717 3.1 168.0455 3.1 Wt (kG/m) 692.8768 405.8681 428.4622 447.5517 460.333 472.4133 483.9165 495.4197 505.6035 513.2723 520.9411 -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 13 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn 12 13 14 15 16 17 18 19 40.35 43.45 46.55 49.65 52.75 55.85 58.95 62.05 95 95 95 95 95 95 95 95 1.2821 1.3007 1.3193 1.3379 1.3510 1.3634 1.3758 1.3906 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 170.5193 172.9931 175.4669 177.9407 179.683 181.3322 182.9814 184.9498 3.1 3.1 3.1 3.1 3.1 3.1 3.1 5.5 528.6098 536.2786 543.9474 551.6162 557.0173 562.1298 567.2423 1017.224 Thành phần động tải trọng gió: * Giá trị tiêu chuẩn thành phần động tải trọng gió phụ thuộc vào dạng dao động công trình Sử dụng phần mềm ETABS 8.5 để tìm tần số dạng dao động riêng công trình: mô hình kết cấu khung không gian đợc ngàm mặt móng, (dầm, cột đợc mô tả phần tử thanh; sàn, vách, lõi đợc mô tả phần tử tấm); khối lợng công trình bao gồm khối lợng: dầm, cột, sàn, lõi, tờng khối lợng thêm vào nửa hoạt tải gây nên Ta có: Theo phơng X (cạnh ngắn): dạng dao động thứ 1: f1= 0,452 s-1 dạng dao động thứ 2: f2= 1,664 s-1 dạng dao động thứ 3: f3= 3,538 s-1 Theo phơng Y (cạnh dài): dạng dao động thứ 1: f1= 0,532 s-1 dạng dao động thứ 2: f2= 1,862 s-1 dạng dao động thứ 3: f3= 3,838 s-1 * Khối lợng tầng công trình: Tng Tng hm Tng Tng chung c Tng mỏi Sn (T) Dm Ct Vỏch, lừi (T) (T) (T) 261.94 172.07 157.82 445.06 142.72 266.83 230.53 544.79 1010.7 150.11 147.13 0 145.89 Tng+kớnh (T) 232.06 310.25 Tng lng (T) 823.88 1395.4 155.74 118.45 1143.7 1129.2 * Xác định tần số giới hạn cho phép không cần tính đến lực quán tính phát sinh công trình dao động (fL): Giá trị fL phụ thuộc vào vùng áp lực gió độ giảm dao động Hà Nội thuộc vùng áp lực gió II công trình bê tông cốt thép = 0.3 fL = 1,3 Hz * Công trình có dạng dao động riêng thứ thoả mãn bất đẳng thức: f < fL < f2 nên thành phần tải trọng gió phải kể đến tác dụng xung vận tốc gió -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 14 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn lực quán tính công trình Khi đó, ta cần tính toán thành phần động gió với dạng dao động thứ theo công thức: Giá trị tiêu chuẩn thành phần động tải trọng gió tác dụng lên phần thứ k công trình đợc xác định theo công thức : W p (ij ) = M j i i yij Trong đó: Mj : khối lợng phần công trình thứ k mà trọng tâm có độ cao zk ( so với mặt móng) i : hệ số động lực xác định theo đồ thị phụ thuộc vào loại công trình (độ giảm ) thông số i = W0 940 * f i : hệ số tin cậy tải trọng gió (= 1,2) W0: giá trị áp lực gió tiêu chuẩn (= 95 kG/m2) y: dịch chuyển ngang tỉ đối công trình độ cao zk ứng với dạng dao động riêng thứ i n i : hệ số xác định theo công thức i = W j =1 Fj n M j =1 j y ji y 2ji WFj: giá trị tiêu chuản thành phần động tải trọng gió tác dụng lên phần thứ j công trình, kể đến ảnh hởng xung vận tốc gió, đợc xác định theo công thức WFj = W j i Wj giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh áp lực gió, tác dụng lên phần thứ j công trình : hệ số tơng quan không gian áp lực động tải trọng gió đợc lấy theo bề mặt tính toán công trình xác định tơng quan động a Thành phần động tải trọng gió theo phơng X (ngang nhà): Theo phơng X, công trình có tần số dao động riêng f1 = 0,452 s-1 với f1< fL Độ giảm loga dao động: = 0,3 Thông số = W0 1,2.950 = = 0,079 hệ số động lực = 1,803 940 f 940.0,452 Hệ số tơng quan không gian áp lực động tải trọng gió : = H = 66 m = D = 53 m = 0,596 Bảng giá trị tiêu chuẩn thành phần động tải trọng gió ứng với dạng dao động theo phơng X: -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 15 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn Tính toán kiểm tra tổng thể móng cọc: a Kiểm tra tải trọng tác dụng lên đầu cọc cọc làm việc móng cọc: * Tải trọng tính toán đáy đài: Ntt= N+1,1..hđ.Fđ = 1262,78 + 1,1.2,5.2,5.5,4.5 = 1411,28 (T) My tt = -84,163 (Tm) Mx tt= -0,998 (Tm) * Tải trọng tác dụng lên cọc xác định theo công thức: P = max, N max n M x M y x max y max 2 yi xi xmax = -2,08 (m); ymax = 1,8 (m) 2 2 2 xi = 2.1,04 + 2,08 = 6,49( m ) ; y i = 2.1,8 = 6,48(m ) Pmax, = 1411,28 0,998.1,8 84,163.2,08 6,48 6,49 Pmax = 379,795(T ) ; Pmin = 339,055(T ) Pmax = 379,795 (T) < [P] = 621,8 (T) Pmin = 339,055 (T) > không cần kiểm tra điều kiện cọc chịu nhổ Vậy cọc đảm bảo khả chịu lực * Tải trọng truyền lên cọc (không kể đến trọng lợng thân cọc lớp đất phủ từ đáy đài trở lên): M x N M y 0y i P = 0x i 0i 2 n yi xi Cọc xi (m) 1,04 1,04 -2,08 yi (m) 1.8 -1.8 Poi (T) 339,055 339,610 379,795 -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 52 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn b Kiểm tra cờng độ đất nền: * Xác định khối móng quy ớc: - Chiều cao khối móng quy ớc đợc tính từ mặt đất lên mũi cọc (do có tầng hầm nên chiều cao chiều cao tới mặt đài): H = 36,75 (m) - Góc mở: lớp đất 2, 3, lớp đất yếu, tính bỏ qua ảnh hởng lớp đất tb = i hi hi = 10,4.30 + 8,6.35 + 2,4.38 = 32,910 10,4 + 8,6 + 2,4 - Chiều dài khối móng quy ớc: B = B + L tg = (5,4 2.0,3) + 2.(10,4 + 8,6 + 2,4).tg 32,910 = 32,48(m) tt tb - Chiều rộng khối móng quy ớc: A = A + L tg = (5 2.0,34) + 2.(10,4 + 8,6 + 2,4).tg 32,910 = 32(m) tt tb - Mômen chống uốn W Fđq là: W = x AB 32.32,48 BA 32,48.32 = = 5625,26(m ) ; W = = = 5542,13(m ) y 6 6 * Tải trọng tính toán dới đáy khối móng quy ớc: - Trọng lợng đài đất từ đáy đài trở lên: N1 = Fq hđ tb = 32,48.32.2.2,5 = 5196,1 (T) - Trọng lợng khối đất từ mũi cọc tới đáy đài: N = ( A.B Fc )l c tb = (32,48.32 1,1304).35,05.1,91 = 69545,21(T ) -Trọng lợng cọc: Qc = n.Fc.lc.c = 3.1,1304.35,05.2,5 = 297,15 (T) Lực tác dụng đáy khối móng quy ớc: N = N + N + N + Q = 1262,78 + 5196,1 + 69545,13 + 297,15 = 76301,24(T ) c My = 84,163 (Tm) Mx = 0,998 (Tm) * áp lực tính toán dới đáy khối móng quy ớc: M M y 76301,24 N 0,998 84,163 tt x p = + + = + + = 73,44(T / m ) max F W W 32.32,48 5625,26 5542,13 qu x y M M y 76301,24 N 0,998 84,163 p tt = x = = 73,41(T / m ) F W W 32.32,48 5625,26 5542,13 qu x y p tb = 73,42(T / m ) -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 53 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn * Sức chịu tải đất dới đáy khối móng quy ớc tính theo công thức Terzaghi: P gh F s P = s i bN + s i ' hN + s i cN gh q q q cc c [ P] = Trong đó: s: hệ số hình dạng ( l > b ) A 32 s = 0,5 0,1 = 0,5 0,1 = 0,401 B 32,28 s =1 q A 32 s = + 0,2 = + 0,2 = 1,197 c B 32,28 = 38o N = 79,5; Nq = 48,9; Nc = 61,4 : dung trọng đất đáy móng = 2,01 T/m3 : dung trọng đất từ đáy móng đến mặt đất tự nhiên = 1,9 T/m3 h: khoảng cách từ đáy móng đến mặt đài = 36,75 (m) c: lực dính đất đáy móng (= 0) Pgh = 0,401.1.2,01.32.79,5 + 1.1.1,9.37,05.48,9 + 1,197.1.0.61,4 = 5504,66(T / m ) P gh 5504,66 = = 1834,89(T / m ) F s = 73,42(T / m ) < [ P ] = 1834,89(T / m ) [ P] = p tb p tt = 73,44(T / m ) < 1,2[ P ] = 1,2.1834,89 = 2201,87(T / m ) max Nh đất dới mũi cọc đảm bảo khả chịu lực c Kiểm tra độ lún móng cọc: - áp lực tiêu chuẩn dới đáy khối móng quy ớc (đã đợc tính toán trên): p tc = 73,42(T / m ) tb - áp lực gây lún đáy khối móng quy ớc: p gl = ptc bt bt: ứng suất thân lớp đất đáy khối móng quy ớc bt = h = 1,91.35,05 = 66,95(T / m ) -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 54 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn p gl = 73,42 66,95 = 6,47(T / m ) < bt không cần tính lún Tính toán, kiểm tra đài cọc: Đài cọc làm việc nh công xôn cứng, phía chịu lực tác dụng cột N0, M0, phía dới phản lực đầu cọc Poi cần phải tính toán hai khả a Kiểm tra điều kiện chọc thủng: Giả thiết bỏ qua ảnh hởng cốt thép ngang Kiểm tra cột đâm thủng đài theo dạng hình tháp P P dt cdt Trong đó: * Kiểm tra theo phơng cạnh ngắn, phía có Pmax (P3) Lực đâm thủng: P = P = 379,795(T ) dt 03 P = K R h b cdt k tb Với btb đờng trung bình tháp đâm thủng, với 1 b = 5(m) < b + 2h = 1,5 + 2.1,9 = 5,3(m) b = (b + b) = (1,5 + 5) = 3,25(m) c tb c k hệ số phụ thuộc tỷ số c0/h0: với c0/h0 = 0,73/1,9 = 0,38 k = 1,162 P = 1,162.100.1,9.3,25 = 719,535(T ) > P cdt dt * Kiểm tra theo phơng cạnh dài, phía có (P2) Lực đâm thủng: -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 55 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn P = P = 339,61(T ) dt 02 P = K R h b cdt k tb Với btb đờng trung bình tháp đâm thủng, với b = 5,4(m) > b + 2h = 0,7 + 2.1,9 = 4,5(m) b = b + h = 0,7 + 1,9 = 2,6(m) c tb c k hệ số phụ thuộc tỷ số c0/h0: với c0/h0 = 0,85/1,9 = 0,45 k = 1,095 P = 1,095.100.1,9.2,6 = 540,93(T ) > P cdt dt chiều cao đài chọn đảm bảo điều kiện chọc thủng b Tính toán cốt thép cho đài: Đặt cốt thép AIII, Ra = 3600 (kG/cm2) * Cốt thép đáy đài phải lớn lực cắt phản lực đầu cọc gây nên Lực cắt phản lực đầu cọc: T=F cot g P cot g = p 3 Với P: tải trọng thẳng đứng chân cột, P = N0 = 1262,78 (T) : góc tạo đờng nối tim chân cột đỉnh đài đến tim đầu cọc đáy đài với mặt phẳng nằm ngang = 440 T = P cot g 1262,78 cot g 44 = = 435,89(T ) 3 Diện tích cốt thép đáy đài: -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 56 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn T 435,89 F = = = 121,1(cm ) a R 3,6 a Bố trí: 3422, Fa = 129,2 (cm2), a = 160 * Cốt thép vành khung chu vi đáy đài cọc: bố trí theo cấu tạo 422 III Tính móng cột trục B,C khung 2: Do trục B (C) gần trục D (cách 2,4m) nên ta bố trí đài móng hai cột trục C D chung Khi đó: Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực để tính: Cột trục B: M3 = 86,132 (Tm); M2 = -2,790 (Tm); N = -1189,657 (T); Q = 23,840 (T) Cột trục D: M3 = -85,705 (Tm); M2 = -1,614 (Tm); N = -1199,552 (T); Q = -25,630 (T) Khi tải trọng mà đài móng phải chịu là: N = -1189,657 - 1199,552 = -2389,209 (T) M3 = 86,132 - 85,705 = 0,427 (Tm) M2 = -2,790 - 1,614 = -4,404 (Tm) Q = 23,840 - 25,63 = 1,79 (T) * Vật liệu: - Cọc: Bêtông cọc mác 300 có Rn = 130 kG/cm2, Rk = 10 kG/cm2 Cốt thép dọc chịu lực loại AII có Ra = 2800 kG/cm2 Chọn 2718 có Fa = 68,715 (cm2) - Đài: Bêtông đài cọc mác 300 có Rn = 130 kG/cm2 Thép AIII có Ra = 3600 kG/cm2 Lớp lót bêtông gạch vỡ mác 100, dày 10 cm Sơ chọn cọc đài cọc: Từ tài liệu địa chất chọn: Đờng kính cọc tròn đợc chọn phụ thuộc vào khả chịu lực Chọn đờng kính cọc D = 1,2 (m) Số lợng cốt thép đặt theo cấu tạo 2718 có Fa = 68,715 (cm2) Chiều sâu chôn đài hđ = m Chiều dài cọc 35,05 (m) kể từ đáy đài, phần cọc ngàm vào lớp đất sỏi 2d = 2,4 (m) Kiểm tra chiều sâu chôn đài: Chiều sâu chôn đài tính từ đáy đài đến mặt đài phải thoả mãn điều kiện: hđ > 0,7hmin (hmin: chiều cao tối thiểu đài để tổng lực ngang tác dụng vào đài đợc tiếp thu hết phần đất đối diện, cọc làm việc nh cọc chịu kéo nén tâm) -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 57 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn hmin = tg (45o ) H b , : góc ma sát trọng lợng tự nhiên đất từ đáy đài trở lên với = 24o, = 1,95 T/m3 H : tổng tải trọng ngang Từ kết nội lực: có Q max chân cột = 1,79 (T) b: cạnh đáy đài theo phơng H, chọn b = 5,3 m 24 1,79 ) = 0,28(m) hmin = tg (45 1,95.5 Chọn chiều sâu chôn đài chiều cao đài: hđ = m > 0,7hmin = 0,7.0,28 = 0,2 (m) Xác định sức chịu tải cọc: a Sức chịu tải theo vật liệu làm cọc: Pvl = 829,36(T) b Xác định sức chịu tải cọc theo đất nền: Pđn = (621,8 T; 874,36 T) = 621,8 (T) Vậy sức chịu tải cho phép cọc: P = (Pvl, Pđn) = (829,36 T; 621,8 T) = 621,8 (T) Xác định số lợng cọc bố trí cọc: a Chọn số lợng cọc: n= N [P ] Trong đó: n: số lợng cọc đài : hệ số kinh nghiệm, kể đến ảnh hởng lực ngang mômen, = 1,1 N: tổng lực dọc kể đến cao trình đáy đài (dự kiến kích thớc đài là: 5300 x 7940 x 2000 (mm)), N = N + Gdai + Gdat = 2289,209 + 5,3.8.2.2,5 = 2489,21(T ) [P]: sức chịu tải cho phép cúa cọc, [P] = 621,83 (T) n = 1,1 2489,21 = 4,4(coc) 621,8 Chọn n = cọc b Bố trí cọc: Mặt bố trí cọc nh hình vẽ: -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 58 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn Kích thớc đài: 8000 x 5300 x 2500 (mm) Khoảng cách cọc: 3600 mm (theo phơng Y), 6300 mm (theo phơng X) Khoảng cách từ mép cọc tới mép đài: 250 mm -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 59 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn Tính toán kiểm tra tổng thể móng cọc: a Kiểm tra tải trọng tác dụng lên đầu cọc cọc làm việc móng cọc: * Tải trọng tính toán đáy đài: Ntt= N + 1,1..hđ.Fđ = 2289,21 + 1,1.2.2,5.8.5,3 = 2522,41 (T) My tt = 0,427 (Tm) Mx tt= -4,404 (Tm) * Tải trọng tác dụng lên cọc xác định theo công thức: P = max, N max n M x M y x max y max 2 yi xi xmax = 3,12 (m); ymax = 1,8 (m) 2 2 2 xi = 4.3,12 = 38,938(m ) ; y i = 4.1,8 = 12,96(m ) 2552,41 4,404.1,8 0,427.2,81 Pmax, = 12,96 38,938 Pmax = 505,128(T ) ; Pmin = 503,836(T ) Pmax = 505,128 (T) < [P] = 621,8 (T) Pmin = 503,836 (T) > không cần kiểm tra điều kiện cọc chịu nhổ Vậy cọc đảm bảo khả chịu lực * Tải trọng truyền lên cọc (không kể đến trọng lợng thân cọc lớp đất phủ từ đáy đài trở lên): M x N M y 0y i P = 0x i 0i 2 n yi xi Cọc xi (m) -3.12 3.12 0.00 3.12 -3.12 yi (m) -1.80 -1.80 0.00 1.80 1.80 Poi (T) 505.059 505.128 504.482 503.905 503.836 -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 60 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn b Kiểm tra cờng độ đất nền: * Xác định khối móng quy ớc: - Chiều cao khối móng quy ớc đợc tính từ mặt đất lên mũi cọc (do có tầng hầm nên chiều cao chiều cao tới mặt đài): H = 36,75 (m) - Góc mở: lớp đất 2, 3, lớp đất yếu, tính bỏ qua ảnh hởng lớp đất tb = i hi hi = 10,4.30 + 8,6.35 + 2,4.38 = 32,910 10,4 + 8,6 + 2,4 - Chiều dài khối móng quy ớc: B = B + L tg = (8 2.0,25) + 2.(10,4 + 8,6 + 2,4).tg 32,910 = 35,18( m) tt tb - Chiều rộng khối móng quy ớc: A = A + L tg = (5,3 2.0,25) + 2.(10,4 + 8,6 + 2,4).tg 32,910 = 32,48(m) tt tb - Mômen chống uốn W Fđq là: W = x BA2 32,48.35,182 AB 35,12.32,482 = = 6698,41(m3 ) ; W = = = 6184,31(m3 ) y 6 6 * Tải trọng tính toán dới đáy khối móng quy ớc: - Trọng lợng đài đất từ đáy đài trở lên: N1 = Fq hđ tb = 32,48.35,16.2.2,5 = 5712,49 (T) - Trọng lợng khối đất từ mũi cọc tới đáy đài: N = ( A.B Fc )lc tb = (32,48.35,18 1,1304).35,05.1,91 = 76464,26(T ) -Trọng lợng cọc: Qc = n.Fc.lc.c = 5.1,1304.35,05.2,5 = 495,26(T) Lực tác dụng đáy khối móng quy ớc: N = N + N + N + Q = 2289,21 + 5712,49 + 76464,26 + 495,26 = 84961,22(T ) c M3 = 0,427 (Tm) M2 = -4,404 (Tm) * áp lực tính toán dới đáy khối móng quy ớc: M M N 84961,22 4,404 0,427 y ptt = + x+ = + + = 74,37(T / m2 ) max F W W 35,18.32,48 6698,41 6184,31 qu x y M M N 84961,22 4,404 0,427 y ptt = + x+ = = 74,37(T / m ) F W W 35,18.32,48 6698,41 6184,31 qu x y p = 74,37(T / m2 ) tb -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 61 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn * Sức chịu tải đất dới đáy khối móng quy ớc tính theo công thức Terzaghi: P gh F s P = s i bN + s i ' hN + s i cN gh q q q cc c [ P] = Trong đó: s: hệ số hình dạng ( l > b ) A 32,48 s = 0,5 0,1 = 0,5 0,1 = 0,408 B 35,18 s =1 q A 32,48 s = + 0,2 = + 0,2 = 1,185 c B 35,18 = 38o N = 79,5; Nq = 48,9; Nc = 61,4 : dung trọng đất đáy móng = 2,01 T/m3 : dung trọng đất từ đáy móng đến mặt đất tự nhiên = 1,9 T/m3 h: khoảng cách từ đáy móng đến mặt đài = 36,75 (m) c: lực dính đất đáy móng (= 0) Pgh = 0,408.1.2,01.32,48.79,5 + 1.1.1,9.37,05.48,9 + 1,185.1.0.61,4 = 5567,62(T / m ) P gh 5567,62 = = 1855,9(T / m2 ) F s = 74,37(T / m2 ) < [ P ] = 1855,9(T / m2 ) [ P] = p tb ptt = 74,37(T / m2 ) < 1,2[ P ] = 1,2.1855,9 = 2227,05(T / m2 ) max Nh đất dới mũi cọc đảm bảo khả chịu lực c Kiểm tra độ lún móng cọc: - áp lực tiêu chuẩn dới đáy khối móng quy ớc (đã đợc tính toán trên): p tc = 74,37(T / m ) tb - áp lực gây lún đáy khối móng quy ớc: p gl = ptc bt bt: ứng suất thân lớp đất đáy khối móng quy ớc bt = h = 1,91.35,05 = 66,95(T / m ) -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 62 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn p gl = 74,37 66,95 = 7,42(T / m ) < bt không cần tính lún Tính toán, kiểm tra đài cọc: Đài cọc làm việc nh công xôn cứng, phía chịu lực tác dụng cột N0, M0, phía dới phản lực đầu cọc Poi cần phải tính toán khả a Kiểm tra điều kiện chọc thủng: P P dt cdt Do vị trí cọc theo phơng cạnh dài sát mép cột nên không hình thành tháp chọc thủng theo phơng Nên ta kiểm tra theo phơng cạnh ngắn Lực đâm thủng: P = P + P = 505,059 + 505,128 = 1010,187(T ) dt 01 02 P = K R h b cdt k tb Với btb đờng trung bình tháp đâm thủng, với b = 8(m) > b + 2h = 2.1,5 + 2.1,9 = 6,8(m) b = b + h = 2.1,5 + 1,9 = 4,9(m) c tb c k hệ số phụ thuộc tỷ số c0/h0: với c0/h0 = 0,85/1,9 = 0,45 k = 1,095 P = 1,095.100.1,9.4,9 = 1019,445(T ) > P cdt dt chiều cao đài chọn đảm bảo điều kiện chọc thủng b Tính cờng độ tiết diện nghiêng theo lực cắt: -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 63 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn Điều kiện cờng độ: Q bhoRk Trong đó: Q : tổng phản lực cọc nằm tiết diện nghiêng Q = P + P = 505,059 + 505,128 = 1010,187(T ) 01 02 b : bề rộng đài = (m) ho = 1,9 m Rk = 100 T/m2 h = 0.7 + o C c1 = 0,85 (m) < 0,5ho = 0,975 C = 0,5ho = 1,57 VP = 1,57 1,9 100 = 2368,502 ( T ) Q = 1010,187 (T) < 2368,502 (T) Vậy thoả mãn điều kiện chịu cắt c Tính toán cốt thép cho đài: Đặt cốt thép AIII, Ra = 3600 (kG/cm2) Đài tuyệt đối cứng, coi đài làm việc nh côngxôn ngàm mép cột * Tính toán cốt thép theo phơng cạnh ngắn: -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 64 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn Mômen mép cột theo mặt cắt 1-1: M = r (P + P ) 1 01 02 Trong đó: r1 = 1,45 (m) khoảng cách từ mép cột đến cọc số số P01 = 505,059 (T); P02 = 505,128 (T) M = 1,45.(505,059 + 505,128) = 1464(Tm) Cốt thép theo yêu cầu (chỉ đặt cốt đơn): M 1464 F = = = 0,0238(m ) = 238(cm ) a1 0,9.h R 0,9.1,9.36000 a Đặt 4028, a = 200, Fa = 246,4 (cm2) à= F a = 246,4 = 0,16(%) > = 0,05(%) bh 800.190 * Tính toán cốt thép theo phơng cạnh dài: Ta có sơ đồ tính toán nh hình vẽ: M = r (P + P ) 01 05 Trong đó: r2 = 1,28 (m) khoảng cách từ trục cột đến cọc số số P01 = 505,059 (T); P05 = 503,836 (T) M = 1,28.(505,059 + 503,836) = 1291(Tm) Cốt thép theo yêu cầu (chỉ đặt cốt đơn): M 1291 F = = = 0,017(m ) = 170(cm ) a 0,9.h R 0,9.2,4.36000 a bố trí 2828, a = 190, Fa = 172,48 (cm2) à= F a = 172,48 = 0,17(%) > = 0,05(%) bh 530.190 -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 65 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn -SVTH: Lê quang trung Mssv: 11439.47 lớp 47xd2 66