kết cấu thiết kế thi công công trình xây dựng chung cư cao tầng

trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - Phần II: kết cấu (45%) Giáo viên hớng dẫn: PGS TS LÊ Bá HUế 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 - Thiết 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: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - 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 svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - - 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 - 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: svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - 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 vật liệu: chọn vật liệu bêtông cốt thép sử dụng cho toàn công trình Dùng bê tông mác 300 (Rn = 130 kG/cm2) cho kết cấu chịu lực thông thờng Cốt thép chịu lực nhóm AIII (Ra = 3600kG/cm2) - Về hệ kết cấu chịu 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: Tiết diện cột: Diện tích tiết diện cột đợc chọn theo công thức: N F = k b 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 (Rn= 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 dụng) svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - * 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: Fb = (1,2 ~ 1,5) 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 b L0 = 0,7.l = 0,7.5,5 =3,85 (m) l 3,85 = 0= = 5,5 = 31 b b 0,7 0b Tiết diện cột chọn đảm bảo điều kiện ổn định cột * Xét hàng cột biên: N = 20.1,2.9.4 = 864 (T/m2) Diện tích tiết diện cột: Fb = (1,2 ~ 1,5) 864 1300 = 0,8 ~ 1,0(m ) 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 svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 10 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - Tiết diện dầm: a Mặt kết cấu sàn tầng 1: Hệ dầm đỡ sàn tầng dầm có kích thớc: - Dầm dọc: h = 600 mm; b = 500 mm - Dầm ngang: h = 600 mm; b = 4500 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 Chọn b = 220 (mm) * Các dầm ngang nhà (A-B), (D-E) nhịp m: h=( ~ b=( ~ 1 )l = ( ~ ).8000 = 400 ~ 1000(mm) chọn h = 700 (mm) 20 20 1 )h = ( ~ ).900 = 225 ~ 450(mm) 4 Chọn b = 300 (mm) * Dầm ngang nhà (C-D) nhịp 2,4 m: Chọn h = 500 (mm) Bề rộng dầm b = 300 (mm) * Các dầm đỡ chiếu nghỉ cầu thang: b x h = 220 x 300 (mm) Dầm chiếu đi: b x h = 300 x 400 (mm) Chiều dày sàn: Sàn sờn toàn khối có kê cạnh: 1 h l = ( ).8000 = 160(mm) b 50 50 Chọn hb= 200 mm svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 11 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - B xác định tải trọng tác dụng lên công trình: I.Tĩnh tải: Trọng lợng thân kết cấu chịu lực(trừ sàn) đợc chơng trình máy tính tự động tính toán trình tìm nội lực, ta tính tải trọng sàn lớp vật liệu hoàn thiện gây Tải trọng sàn: Loi sn TT S2 Cỏc lp Gch ceramic 400x400 Va xi mng lút #50 Sn BTCT ton Trn treo thch cao tc (kG/m3) HSVT Chiu dy (mm) 2000 1.1 10 22 1800 2500 1.3 1.1 40 200 93.6 550 30 695.6 2000 1.1 10 22 1800 2500 1800 Tng 1800 2500 1800 1800 Tng 1.3 1.1 1.3 40 200 15 1.1 1.1 1.3 1.3 40 200 15 15 93.6 550 35.1 700.7 79.2 550 35.1 35.1 699.4 Tng Gch ceramic 400x400 Va xi mng lút #50 Sn BTCT ton Va trỏt trn #50 Hai lp gch lỏ nem Sn BTCT ton Va xi mng lút #75 Va trỏt trn #50 S1,S3 SM2 SM Tm panel chng núng Sn BTCT ton Va trỏt trn #50 gtt (kG/m2) 155.6 2500 1800 Tng 1.1 1.3 200 15 550 35.1 740.7 Tải trọng bể nớc mái: Trên mái nhà có bố trí hai bể nớc có kích thớc a xb xh =2,4 x4,3 x2,5(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: svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 12 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - Với cột (3C), (3D), (5C) (5D): P= 3 ( G ) = G = 2,4.4,3.2,5.1000 = 9675(kG ) 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: - Tờng ngăn phòng, tờng bao chu vi nhà dày 220 mm Tờng ngăn phòng, tờng nhà vệ sinh nội phòng dày 110 mm đợc xây gạch có =1200 kG/m3 + Trọng lợng tờng ngăn dầm tính cho tải trọng tác dụng m dài tờng + Trọng lợng tờng ngăn ô (tờng 110, 220) 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 hệ 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 Loi ti trng Di Dy Cao gtc H s HSVT gtt tc (m) (m) (m) (kG/m ) (kG/m ) gim (kG/m2) svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 13 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - ti Tng in hỡnh Tng11 Va trỏt lp 18 18 0.1 0.0 2.9 1200 98.36 2.9 1800 80.48 0.75 0.75 1.1 81.15 1.3 78.47 Tng 159.62 * Tải trọng phân bố dầm : Tng Tng in hỡnh Loi dm Loi tng Tng 220 Va trỏt Dm dc Dm ngang Tng 220 Va trỏt Dy (m) Ca H s gtc gtt tc o gim HSVT (kG/m) (kG/m ) (kG/m) (m) ti 0.22 2.2 1800 871.2 0.75 1.1 718.74 0.06 2.2 1800 Tng 237.6 0.75 1.3 231.66 950.4 0.22 2.5 1800 990.0 0.75 1.1 816.75 0.06 2.5 1800 Tng 270.0 0.75 1.3 263.25 1080.0 II Hoạt tải: Hoạt tải ngời thiết bị: TT Tng Tng dch v Cỏc tng chung c Mỏi ptc (kG/m2) 400 150 75 ptt (KG/m2) 1.2 480 1.3 195 1.3 97.5 HSVT III Tải trọng gió: svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 14 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - 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 (n =1,2) ht : chiều cao đón gió Thành phần tĩnh tính toán tải trọng gió td vào mức sàn svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 15 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - Ta thấy phơng án sử dụng cọc đờng kính 1(m) có số lợng cọc lớn (4cọc cho móng cột biên cọc cho móng trục giữa) nên thời gian thi công lớn, lại lợi mặt kinh tế Phơng án sử dụng cọc đờng kính 1,4(m) có số lợng cọc nhng mặt hẹp nên khó đảm bảo khoảng cách cọc 3D = 4,2(m) Hơn nữa, cột biên, bố trí cọc nên đài móng làm việc theo phơng thực tế cột chịu lực theo phơng nên không phù hợp Phơng án sử dụng cọc đờng kính 1,2(m) khắc phục đợc nhợc điểm phơng án nên ta chọn phơng án * Bố trí cọc: ta có mặt bố trí cọc nh hình vẽ: Kích thớc đài: 5,3 x 4,9 x 2m Khoảng cách cọc: 3,6m Khoảng cách từ mép cọc tới mép đài: 0,25m svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 71 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - Tính toán kiểm tra tổng thể móng cọc: a Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc: * Tải trọng tính toán đáy đài: Ntt= N + 1,1..hđ.Fđ = 1334,49 + 1,1.2,5.2.18,68 = 1437,23(T) Mtt = M + Q.hđ = 167,02 + 25,36.2 = 217,74(Tm) * Tải trọng tác dụng lên cọc xác định theo công thức: Pmax n N M x y max = + n yi Pmin = k N M x y max n yi Trong đó: ynmax = 2,08m ykmax = 1,04m yi2 = 2.1,042 + 2,082= 6,49 Pmax = 1437,23 217,74.2,08 + = 548,9(T ) 6,49 Pmax = 1437,23 217,74.2,08 = 409,3(T ) 6,49 Ta thấy: Pmax = 548,9(T) < [P] = 648(T) Pmin = 409,3(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): P1 = 548,9 (T) P2 = P3 = 409,3 (T) b Kiểm tra cờng độ đất nền: * Xác định khối móng quy ớc: - Chiều cao khối móng quy ớc đợc tính từ mũi cọc đến mặt đất (do có tầng hầm nên chiều cao chiều cao tới mặt đài): Hq = 37,05(m) - Góc mở: tb = i li li = 0,85.24 + 4,8.16 + 8.18 + 10,4.30 + 8,6.35 + 2,4.38 = 26,97 0,85 + 4,8 + + 10,4 + 8,6 + 2,4 Góc mở: = tb = 26,97 = 6,74 4 svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 72 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - - Cạnh khối móng quy ớc là: A = A + Ltg = (4,32 2.0,25) + 2.35,05.tg 6,74 = 12,1( m) B = B + Ltg = (4,8 2.0,25) + 2.35,05.tg 6,74 = 12,58(m) Trong đó: A1, B1 cạnh hình chữ nhật ngoại tiếp nhóm cọc - Momen chống uốn khối móng quy ớc là: W = AB 12,1.12,58 = = 319,15(m ) 6 * Tải trọng tính toán dới đáy khối móng quy ớc: - Trọng lợng đài cọc là: N1 =1,1.Fq hđ = 1,1.4,32.4,8.2.2,5 = 114 (T) - Trọng lợng cọc là: Qc = 1,1.n.Fc.lc = 1,1.3.1,1304.35,05.2,5 = 326,9 (T) - Trọng lợng đất cọc là: N2 = (A.B n.Fc)lctb = (12,1.12,58 3.1,1304).35,05.1,91 = 9963,3(T) Lực tác dụng đáy khối móng quy ớc: N = N + N1 + N2+ Qc = 1334,49 + 114 + 326,9 + 9963,3 = 11738,7(T) M = 217,74(Tm) * áp lực tính toán dới đáy khối móng quy ớc: max = Nd M d 11738,7 217,74 + = + = 77,8(T / m ) Fqu Wqu 12,1.12,58 319,15 = Nd M d 11738,7 217,74 = = 76,4(T / m ) Fqu Wqu 12,1.12,58 319,15 * Sức chịu tải đất dới đáy khối móng quy ớc tính theo công thức Terzaghi: [ P] = Pu Fs Trong đó: Pu = s i bN + s i ' hN + s i cN qq q cc c A 12,1 s = 0,5 0,1 = 0,5 0,1 = 0,404 B 12,58 s =1 q A 12,1 s = + 0,2 = + 0,2 = 1,19 c B 12,58 i = i = i =1 q c = 38o N = 79,5; Nq = 48,9; Nc = 61,4 svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 73 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - : dung trọng đất đáy móng (2,01 T/m3) : dung trọng đất từ đáy móng đến mặt đất tự nhiên (1,91 T/m3) h: khoảng cách từ đáy móng đến mặt đài (37,05 m) c: lực dính đất đáy móng (c= 0) Pu = 0,404.1.2,01.12,1.79,5 + 1.1.1,91.37,05.48,9 + = 4199,7(T / m ) [ P] = Pu 4199,7 = = 2100(T / m ) Fs Ta thấy: max = 77,8(T / m ) < [ P] = 2100(T / m ) Nh vậy: 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: Ptbtc = 77,1(T / m ) - áp lực gây lún đáy khối móng quy ớc: Pgl = Ptbtc bt bt: ứng suất thân lớp đất đáy khối móng quy ớc bt = h = 1,91.34,65 = 66,5(T / m ) Ta thấy: Pgl = 77,1 66,5 = 10,6 < bt=13,3(T/m2) không cần tính lún Tính toán, kiểm tra đài cọc: a Kiểm tra điều kiện đâm thủng cọc góc: Ta tiến hành kiểm tra cho cọc góc chịu tải lớn nhất(cọc 1) Điều kiện chống đâm thủng: P P dt cdt - Lực đâm thủng: Pđt= P1= 548,9(T) - Lực chống đâm thủng: Pcdt= 0,75..Rk.ho.btb Trong đó: Rk: cờng độ tính toán chịu kéo bêtông Rk= 10(kG/cm2) = 100(T/m2) ho= 1,95(m); c = 0,8 (m) = 1,95/0,8 = 2,44 Theo kiểm tra điều kiện chọc thủng, ta có kết luận mặt cắt tới hạn cho cắt thủng bề svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 74 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - mặt tiết diện Đối với trờng hợp tiết diện tròn, ta thay chu vi chịu cắt cột tròn dựa chu vi chịu cắt cột vuông có trọng tâm chiều dài chu vi Trong trờng hợp cột vuông tơng đơng có hai cạnh có chiều dài a = d c / , dc bán kính cột tròn Với tiết diện móng cọc có đờng kính: dc = 1,2m cột vuông tơng đơng có chiều dài cạnh a = 1,2 / = 1,06m btb = (3,76 + 1,06)/2 = 2,41(m) Pcdt= 0,75.a.Rk.ho.btb = 0,75 2,44 100 1,95 2,41 = 860(T) Ta thấy: Pđt = 548,9 < Pcdt= 860 đài thoả mãn điều kiện chống đâm thủng cọc góc b Kiểm tra điều kiện đâm thủng cột: Kiểm tra tơng tự nh với điều kiện đâm thủng cọc góc ta có kết chiều cao đài thoả mãn điều kiện chống đâm thủng cột d Tính toán cốt thép cho đài: Đặt cốt thép AIII, Ra = 3600(kG/cm2) Đài tuyệt đối cứng, coi đài làm việc nh công-xôn ngàm mép cột * Do chiều cao đài lớn nên đài cọc đợc xem nh dầm cao, theo truyền lực từ chân cột đến đầu cọc, qua mô hình giàn ảo xét cân tĩnh học ta có theo chu vi đài cọc, đài chịu lực nối tâm cọc có giá trị là: T P cot g T = = c svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 75 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - Trong đó: P: tải trọng thẳng đứng chân cột (P = N = 1334,49 (T)) : góc tạo đờng nối tim chân cột đỉnh đài đến tim đầu cọc đáy đài với mặt phẳng nằm ngang = 480 Diện tích cốt thép vành khung chu vi biên đài cọc đáy đài: T 1334,49 cot g 48 o c F = = = 64,2(cm ) ac R 9.3,6 a Đặt 1028, a = 150 có Fa = 61,6 (cm2) * Tính toán cốt thép theo mặt cắt I-I: Mômen uốn tiết diện I-I là: M I = rI P2 Trong đó: rI = 1,45 (m): khoảng cách từ mép cột đến cọc số P2 = 409,3(T) M I = 1,45.409,3 = 593,49(Tm) Cốt thép theo yêu cầu: Fa1 = MI 593,49 = = 0,00939( m ) = 93,9(cm ) 0,9.h0 Ra 0,9.1,95.36000 Do ta đặt 1028 chịu lực nối tâm cọc nên nên để chịu momen uốn theo mặt cắt I-I ta phải đặt 2018, a250 * Tính toán cốt thép theo mặt cắt II-II: Momen uốn tiết diện II-II là: M II = rII P1 Trong đó: rII = 1,33(m): khoảng cách từ mép cột đến cọc số P1 = 548,9(T) M II = 1,33.548,9 = 730,04(Tm) Cốt thép theo yêu cầu: FaII = M II 730,04 = = 0,01155(m ) = 115,5(cm ) 0,9.h0 Ra 0,9.1,95.36000 Tơng tự nh để chịu momen uốn theo mặt cắt II-II ta đặt 2418, a225 svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 76 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - III Tính móng trục B,D khung Do trục B trục D gần (cách 2,4m) nên ta bố trí đài móng hai cột trục B D chung * Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực để tính toán là: - Cột trục B: M = -171,5(Tm); N = -1179(T); Q = -26,74(T) - Cột trục D: M = -170,13(Tm); N = -1311,79(T); Q = -26,8(T) Vậy: tải trọng mà đài móng phải chịu là: N = -1179 1311,79 = -2490,79(T) M = -171,5 170,13 = -341,63(T) Q = -26,74 -26,8 = -53,54(T) Sơ chọn cọc đài cọc: 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 35,05m 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 chủ yếu chịu tải trọng đứng) hmin = tg (45o ) H b Trong đó: , : góc ma sát trọng lợng tự nhiên đất từ đáy đài trở lên ( = 24o , = 1,95 T/m3) H : tổng tải trọng ngang b: cạnh đáy đài vuông góc với H (b = 5,3m) Từ kết nội lực ta có Qchân cột = -53,54(T) H = -53,54(T) 24 o 53,54 ) = 1,48(m) hmin = tg (45 1,95.5,3 o Chọn chiều sâu chôn đài chiều cao đài: hđ = m > 0,7 hmin = 0,7.1,48 = 1,04(m) svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 77 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - Xác định sức chịu tải cọc: a Sức chịu tải theo vật liệu làm cọc: Pvl = 796,1(T) b Xác định sức chịu tải cọc theo đất nền: Pđn = 648(T) Vậy sức chịu tải cho phép cọc: P = (Pvl, Pđn) = (796,1; 648) = 648(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 đứng kể đến cao trình đáy đài (dự kiến kích thớc đài là: 5300x8000x2000mm) N = N0 + Gđài + Gđất = 2490,79 + 5,3 2,5 = 2702,79(T) P: sức chịu tải cho phép cúa cọc (P = 648T) n = 1,1 2702,79 = 4,6(coc) 648 Chọn n = cọc b Bố trí cọc: Mặt bố trí cọc nh hình vẽ: Kích thớc đài: 8x5,3x2m Khoảng cách cọc: 3,6m Khoảng cách từ mép cọc tới mép đài: 0,25m svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 78 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - Tính toán kiểm tra tổng thể móng cọc: a Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc: Ntt= N + 1,1..hđ.Fđ = 2490,79 + 1,1.2,5.5,3.8.2 = 2724(T) Mtt = M + Q.hđ = 341,63 + 53,54.2 = 448,71(Tm) * Tải trọng tác dụng lên cọc xác định theo công thức: Pmax = Pmin n N M x y max + n yi k N M x y max = n yi Trong đó: ynmax = 3,15m ykmax = 3,15m yi2 = 4.3,152 = 39,69 2724 448,71.3,15 = 580,4(T ) 39,69 2724 448,71.3,15 Pmax = + Pmax = 39,69 = 509,2(T ) Ta thấy: Pmax = 580,4(T) < [P] = 648(T) Pmin = 509,2(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): P1 = P5 = 509,2 (T) P2 = P4 = 580,4 (T) P3 = 544,8 (T) b Kiểm tra cờng độ đất nền: Để kiểm tra cờng độ đất mũi cọc, ngời ta coi đài cọc, cọc phần đất cọc khối móng quy ớc * Xác định khối móng quy ớc: - Chiều cao khối móng quy ớc đợc tính từ mũi cọc đến mặt đất (do có tầng hầm nên chiều cao chiều cao tới mặt đài): Hq = 37,05(m) - Góc mở: tb = i li li = 0,85.24 + 4,8.16 + 8.18 + 10,4.30 + 8,6.35 + 2,4.38 = 26,97 0,85 + 4,8 + + 10,4 + 8,6 + 2,4 Góc mở: = tb = 26,97 = 6,74 4 svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 79 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - - Chiều dài khối móng quy ớc: B = B + Ltg = (8 2.0,25) + 2.35,05.tg 6,74 = 15,78(m) - Chiều rộng khối móng quy ớc: A = A + Ltg = (5,3 2.0,25) + 2.35,05.tg 6,740 = 13,08(m) - Momen chống uốn khối móng quy ớc là: Wx = AB 13,08.15,78 = = 542,8(m ) 6 * Tải trọng tính toán dới đáy khối móng quy ớc: - Trọng lợng đài cọc là: N1 = 1,1 5,3 2,5 = 233,2(T) - Trọng lợng cọc là: Qc = 1,1.n.Fc.lc.c = 1,1 1,1304 35,05 2,5 = 544,8(T) - Trọng lợng đất cọc là: N2 = (A.B n.Fc).lc.tb = (15,78.13,08 5.1,1304).35,05.1,91 = 13439,3(T) Lực tác dụng đáy khối móng quy ớc: Nđ = N + N1 + N2 + Qc = 2490,79 + 233,2 + 13439,3 +544,8 = 16708,1(T) Mđ = 448,71(Tm) * áp lực tính toán dới đáy khối móng quy ớc: max = Nd M d 16708,1 448,71 + = + = 81,8(T / m ) Fqu Wqu 15,78.13,08 542,8 = Nd M d 16708,1 448,71 = = 80,1(T / m ) Fqu Wqu 15,78.13,08 542,8 * Sức chịu tải đất dới đáy khối móng quy ớc tính theo công thức Terzaghi: [ P] = Pu Fs Trong đó: Pu = s i bN + s i ' hN + s i cN qq q cc c A 13,08 s = 0,5 0,1 = 0,5 0,1 = 0,417 B 15,78 s =1 q A 13,08 s = + 0,2 = + 0,2 = 1,166 c B 15,78 svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 80 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - i = i = i =1 q c = 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 (1,91 T/m3) h: khoảng cách từ đáy móng đến mặt đài (h = 37,05 m) c: lực dính đất đáy móng (c = 0) Pu = 0,417.1.2,01.13,08.79,5 + 1.1.1,91.37,05.48,9 + = 4332(T / m ) P u 4332 [ P] = F = = 2166(T / m ) s Ta thấy: max = 81,8(T / m ) < [ P ] = 2166(T / m ) Nh vậy: 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 là: Ptbtc = 79,5(T / m ) - áp lực gây lún đáy khối móng quy ớc: Pgl = Ptbtc bt bt : ứng suất thân lớp đất đáy khối móng quy ớc bt = h = 1,91.35,05 = 66,95(T / m ) Ta thấy: Pgl = 79,5 66,95 = 12,55(T / m ) < bt = 13,39(T / m 2) không cần tính lún svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 81 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - Tính toán, kiểm tra đài cọc: a Kiểm tra điều kiện đâm thủng cột: Pđt Pcđt Lực đâm thủng: Pđt = P1 + P2 + P4+ P5 = 2.509,2 + 2.580,4 = 2197,2(T) Lực chống đâm thủng: Pcđt = [ 1(bc+c2)+ 2(hc+c1)]h0Rk ] Ta thấy cọc bố trí gần với gần với mép cột, đài móng dày hđ= 2m nên việc cột đâm thủng đài xảy Nh vậy: đài thoả mãn điều kiện chống đâm thủng cột b Kiểm tra điều kiện đâm thủng cọc góc: Ta thấy: cọc đợc bố trí gần với gần với cột Hơn chiều dày đài lớn (2m) nên lực chống đâm thủng lớn Vì khẳng định đài thoả mãn điều kiện chống đâm thủng cọc góc svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 82 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - c Kiểm tra điều kiện cờng độ tiết diện nghiêng theo lực cắt: Ta kiểm tra điều kiện cờng độ tiết diện nghiêng theo phơng cạnh dài Điều kiện cờng độ: Q bhoRk Trong đó: Q : tổng phản lực cọc nằm tiết diện nghiêng Q = P4 + P5 = 580,4 + 509,2 = 1089,6(T) b : bề rộng đài (b = 8m) ho = 1,95 m Rk = 100 T/m2 h = 0,7 + o C với c = 0,85 (m) < 0,5ho = 0,975 c = 0,5ho = 0,975m h = 0,7 + o C 2 1,95 = 0,7 + = 1,57 0,975 VP = 1,57 1,95 100 = 2449,2(T ) Ta thấy: Q = 1089,6(T) < 2449,2(T) Vậy: đài thoả mãn điều kiện chịu cắt d 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 svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 83 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - * Tính toán cốt thép theo phơng cạnh ngắn: Mômen uốn tiết diện I-I là: M I = rI ( P1 + P2 ) Trong đó: rI = 1,45 (m): khoảng cách từ mép cột đến cọc số số P1 = 509,2(T) ; P2 = 580,4(T) M I = 1,45.(509,2 + 580,4) = 1579,9(Tm) Cốt thép theo yêu cầu: Fa1 = MI 1579,9 = = 0,025(m ) = 250(cm ) 0,9.h0 Ra 0,9.1,95.36000 Đặt 4028, a = 200 có Fa = 246,4(cm2) F 246,4 à= a = 100% = 0,16(%) > = 0,05(%) bh0 800.195 * Tính toán cốt thép theo phơng cạnh dài: Momen uốn tiết diện II-II là: M II = r2 ( P2 + P4 ) Trong đó: r2 = 0,56(m): khoảng cách từ mép cột đến cọc số số P2 = 580,4(T) ; P4 = 580,4(T) M II = 0,56.(580,4 + 580,4) = 650(Tm) Cốt thép theo yêu cầu: FaII = M II 650 = = 0,0103(m ) = 103(cm ) 0,9.h0 Ra 0,9.1,95.36000 Đặt 2125, a = 250 có Fa = 103,11 (cm2) svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 84 trờng đại học xây dựng đồ án tốt nghiệp khoa xddd & cn chung c cao tầng 19t10 trung hoà - nhân - à= Fa 103,11 = 100% = 0,1(%) > = 0,05(%) bh0 530.195 svth: phan tú mssv: 11720.48 lớp: 48xd1 85