Nghiên cứu tác động tương hỗ giữa tường tầng hầm và móng bè cọc trong tầng hầm nhà cao tầng (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI CAO MINH QUYỀN NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG TƯƠNG HỖ GIỮA TƯỜNG TẦNG HẦM VÀ MÓNG BÈ CỌC TRONG TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI CAO MINH QUYỀN KHÓA 2014-2016 NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG TƯƠNG HỖ GIỮA TƯỜNG TẦNG HẦM VÀ MÓNG BÈ CỌC TRONG TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG Chuyên ngành: Kĩ thuật Xây dựng công trình Dân dụng Công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN ĐỨC NGUÔN Hà Nội - 2016 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn chân thành sâu sắc nhất, xin trân trọng cảm ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đức Nguôn, người thầy trực tiếp bảo, hướng dẫn khoa học giúp đỡ suốt trình nghiên cứu, hoàn thành luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, Khoa sau đại học nhà trường thầy cô giáo, người trang bị kiến thức cho suốt trình học tập Trường Xin chân thành cảm ơn tất bạn bè, đồng nghiệp động viên, giúp dỡ nhiệt tình đóng góp nhiều ý kiến quý báu để hoàn thành luận văn TÁC GIẢ LUẬN VĂN CAO MINH QUYỀN LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ công trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng TÁC GIẢ LUẬN VĂN CAO MINH QUYỀN MỤC LỤC Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học đề tài luận văn Cấu trúc luận văn Chương TỔNG QUAN VỀ NỀN MÓNG TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG 1.1 Khái niệm móng nhà cao tầng 1.1.1 Đặc điểm nhà cao tầng có tầng hầm 1.1.2 Các giải pháp móng tầng hầm nhà cao tầng 1.2 Giải pháp móng xét đến tác động tương hỗ bè cọc đất 12 1.1.1 Sự làm việc đồng thời móng bè-cọc đất 12 1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tác động tương hỗ 14 1.2.3 Các phương pháp tính toán móng bè-cọc kể đến tác động tương hỗ móng bè-cọc với đất 16 1.2.4 Một số nhận xét phương pháp tính toán móng tầng hầm nhà cao tầng hành 22 1.3 Giải pháp móng tầng hầm nhà cao tầng xét đến tác động tương hỗ tường tầng hầm, móng bè cọc đất 26 1.1.1 Sự làm việc đồng thời tường tầng hầm, móng bè cọc đất 26 1.1.2 Tác động tương hỗ tường tầng hầm, móng bè-cọc đất 28 1.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến tác động tương hỗ tường tầng hầm, móng bè-cọc đất 33 Chương TÍNH TOÁN NỀN MÓNG TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG KỂ ĐẾN TÁC ĐỘNG TƯƠNG HỖ GIỮA TƯỜNG TẦNG HẦM, MÓNG BÈ-CỌC VÀ ĐẤT NỀN 35 2.1 Mô hình hóa số học 35 2.2 Tác động tương hỗ tường tầng hầm-cọc 36 2.3 Tác động tương hỗ tường tầng hầm - bè cọc đất 46 2.3.1 Tác động tương hỗ tường tầng hầm - bè 46 2.3.2 Tác động tương hỗ bè - tường tầng hầm 48 2.3.3 Tác động tương hỗ bè - đất 49 2.4 Thành lập phương trình tác động tương hỗ tường tầng hầm với đất 52 2.4.1 Nền gồm nhiều lớp đất 53 2.4.2 Hiệu ứng gia tải lại 54 2.5 Phương pháp lặp 55 2.6 Phần mềm ELPLA 9.3 58 2.6.1 Giới thiệu phần mềm ELPLA 9.3 58 2.6.2 Áp dụng phần mềm ELPLA 9.3 tính toán móng bè - cọc cho tầng hầm nhà cao tầng 58 2.6.3 Nhận xét 59 Chương ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH CỤ THỂ 60 3.1 Giới thiệu công trình 60 3.1.1 Đặc điểm công trình 60 3.1.2 Điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn 60 3.1.3 Giải pháp kết cấu phân thân 62 3.2 Giải pháp kết cấu móng 65 3.2.1 Xác định tải trọng tính móng 65 3.2.2 Lựa chọn quan điểm thiết kế 77 Có ba quan điểm thiết móng bè - cọc : 77 3.2.3 Lựa chọn chiều dài cọc, chiều dày chiều cao tường tầng hầm sức chịu tải cọc đơn 80 3.2.4 Lựa chọn đường kính cọc 82 3.3 Khảo sát ảnh hưởng tương hỗ tường tầng hầm, móng đất 85 3.3.1 Tính toán kiểm tra móng không xét đến tác động tương hỗ tường tầng hầm, móng đất 85 3.3.2 Tính toán móng xét đến tác động tương hỗ tường tầng hầm, móng đất 88 3.3.3 Nhận xét kết phương án 90 3.4 Ảnh hưởng độ cứng tường tầng hầm đến móng bè - cọc 91 3.4.1 Ảnh hưởng độ cứng tường tầng hầm đến móng bè - cọc 91 3.4.2 Nhận xét kết phương án 94 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95 DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu hình Tên hình Sơ đồ giải pháp móng tầng hầm nhà cao Hình 1.1 tầng Hình 1.2 Các loại móng bè thiên nhiên Hình 1.3 Cấu tạo chung móng hộp Hình 1.4 Phân loại móng đơn cọc theo hình dạng đài cọc Hình 1.5 Móng bè cọc Hình 1.6 Móng hộp cọc Hình 1.7 Móng bè tường đất Hình 1.8 Sự làm việc hệ đài cọc-cọc-nền đất Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 2.1 Biểu đồ quan hệ tải trọng độ lún theo quan điểm thiết kế Sơ đồ phân bố thực tế áp lực đất Độ lún Sbsk,j phần tử cọc thứ k lực tập trung Qbj chân cọc thứ i gây Độ lún Sssk,j phần tử cọc thứ k lực ma sát bên Qsj Hình 2.2 Hình 2.3 = Tjlj mặt bên cọc thứ j gây Đường cong tải trọng - độ lún thân cọc đơn theo DIN 4014 Độ lún Srsk,j phần tử cọc k chịu tác dụng lực tiếp Hình 2.4 xúc Qrj Hình 2.5 Độ lún Wbi,j nút i đáy bè lực Qbj chân cọc j gây Độ lún Wsi,j [m] nút i lực ma sát Qsj = TjLj thân Hình 2.6 cọc gây Hình 2.7 Biểu đồ tải trọng - độ lún Hình 3.1 Địa tầng Hình 3.2 Mô hình 3D kết cấu phần thân ETABS Hình 3.3 Vị trí liên kết phần thân móng Sơ đồ gán tải trọng đứng mô men tác dụng lên móng Hình 3.4 phần mềm ELPLA 9.3 Hình 3.5 Độ lún móng bè thiên nhiên Hình 3.6 Mặt bố trí cọc d=0,8m, hb = 2m Hình 3.7 Biến dạng bè d=0,8m, hb = 2m Hình 3.8 Độ lún bè d=0,8m, hb = 2m Hình 3.9 Phản lực đầu cọc d=0,8m, hb = 2m Hình 3.10 Hình 3.11 Mặt cọc kể đến tường tầng hầm d=0,8m, hb = 2m Biến dạng bè kể đến tường tầng hầm d=0,8m, hb = 2m Hình 3.12 Độ lún bè kể đến tường tầng hầm d=0,8m, hb = 2m Hình 3.13 Phản lực đầu cọc kể đến tầng hầm d=0,8m, hb = 2m Hình 3.14 Biến dạng bè chiều dày tường tầng hầm b=0,45m Hình 3.15 Độ lún bè chiều dày tường tầng hầm b=0,45m Hình 3.16 Phản lực đầu cọc chiều dày tường tầng hầm b=0,45m DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng Tên bảng Bảng 3.1 Chỉ tiêu lý lớp đất Bảng 3.2 Tải trọng tác dụng lên móng Bảng 3.3 Sức chịu tải nén thẳng đứng cọc đơn Bảng 3.4 Bảng quy đổi tiết diện cọc tiết diện chữ nhật sang tiết diện tròn Phản lực đầu cọc độ lún bè kể không kể Bảng 3.5 đến tác động tương hỗ tường tầng hầm móng bè - cọc Bảng 3.6 Phản lực đầu cọc độ lún bè thay đổi độ cứng tường tầng hầm PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Đất nước ta năm gần có chuyển mạnh mẽ kinh tế, khoa học kĩ thuật song song với tốc độ đô thị hóa nhanh đặt nhu cầu không gian sống làm việc ngày cao Kết cấu nhà cao tầng giải tốt nhu cầu xã hội, mà móng cọc sử dụng yêu cầu bắt buộc Trong móng bè-cọc sử dụng rộng rãi giải pháp móng đáng tin cậy với công trình lớn đất yếu đô thị Việt Nam Trong thiết kế thực hành Việt Nam, móng cọc thường thiết kế theo giả thiết thiên an toàn coi đài cọc tuyệt đối cứng, làm việc đàn hồi tuyến tính mà chưa xét đến tác động tương hỗ móng đất hay móng với phận kết cấu ngầm khác công trình tường tầng hầm Với phát triển ngày khoa học công nghệ đặc biệt máy tính điện tử với sức mạnh đáng kinh ngạc Dựa sức mạnh có nhiều phương pháp phân tích kết cấu với độ xác cao đời phần tử hữu hạn, phần tử rời rạc, phương pháp sai phân hữu hạn Các phần mềm tính toán viết sở phương pháp mô tả làm việc hệ móng bè-cọc đất hay móng tường tầng hầm tầng hầm nhà cao tầng cho kết gần với thực tế hơn, đáng tin cậy hơn, đem lại lợi ích lớn kinh tế Hiện toán giải phần mềm phân tích kết cấu chuyên dụng khác với độ xác khác Do phải hiểu rõ ưu điểm hạn chế phần mềm thiết kế để lựa chọn, điều chỉnh số liệu đầu vào, mô hình móng hợp lý Chính vậy, việc hiểu rõ làm việc đồng thời móng bè-cọc đất nền, tường tầng hầm móng bè cọc tầng hầm nhà cao tầng giúp cho việc khai báo thông số đầu vào cho phần mềm phân tích kết cấu xác hơn, đem lại hiệu , độ xác cao theo yêu cầu Mục đích nghiên cứu Làm sáng tỏ tác động tương hỗ tường tầng hầm móng bè-cọc tầng hầm nhà cao tầng Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Móng bè-cọc tầng hầm nhà cao tầng; - Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu, tính toán móng bè-cọc có xét đến tác động tương hỗ tường tầng hầm, móng bè cọc đất Phương pháp nghiên cứu - Tìm hiểu tài liệu; - Phân tích, so sánh phương pháp, phần mềm tính toán; - Sử dụng phần mềm tính toán ví dụ cụ thể, từ đánh giá yếu tố ảnh hưởng đến làm việc móng bè-cọc tầng hầm nhà cao tầng Ý nghĩa khoa học đề tài luận văn Góp phần làm sở thực tiễn lý thuyết để phát triển phương pháp tính toán móng bè-cọc có kể đến tác động tương hỗ móng bè-cọc với đất tường tầng hầm tính toán thiết kế móng tầng hầm nhà cao tầng Cấu trúc luận văn Nội dung luận văn có ba chương gồm có: - Chương I: Tổng quan móng tầng hầm nhà cao tầng - Chương II: Tính toán móng tầng hầm nhà cao tầng có kể đến tác động tương hỗ tường tầng hầm, móng bè - cọc đất - Chương III: Áp dụng tính toán cho công trình cụ thể THÔNG BÁO Để xem phần văn tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội Email: digilib.hau@gmail.com TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Móng bè - cọc phương án móng hiệu cho nhà cao tầng vùng có địa chất thay đổi phức tạp, có khả điều chỉnh độ lún không công trình, tận dụng tối đa khả làm việc bè Móng bè - cọc hệ móng gồm nhiều phận kết cấu làm việc với đất thông qua tác động tương hỗ lẫn Sự thay đổi kích thước, đặc trưng vật lý phận dẫn đến thay đổi trạng thái ứng suất, biến dạng hệ móng Có nhiều phương pháp để tính toán móng bè - cọc nên áp dụng phương pháp cổ điển giai đoạn thiết kế sơ Các phương pháp dùng nhiều giả thiết đơn giản hóa, bỏ qua tác động tương hỗ phận móng với đất với nhau, mô tả không làm việc thực hệ móng, kết thiên an toàn nhiều gây lãng phí Phương pháp tính toán móng bè - cọc có kể đến tác động tương hỗ phận móng với đất với sử dụng hiệu phương pháp sử dụng máy tính phương pháp kết hợp Các phương pháp sử dụng giả thiết đơn giản hóa, cho kết phân tích móng bè - cọc sát với kết đo đạc trường, phần mềm thương mại hóa giới Tuy nhiên dùng phương pháp độ xác lời giải chịu ảnh hưởng yếu tố người Việc kiểm soát số liệu đầu vào, lựa chọn mô hình tính phụ thuộc vào kinh nghiệm người thiết kế Luận văn sử dụng phần mềm ELPLA 9.3, xây dựng sở phương pháp NPRD để tính toán, phân tích móng bè - cọc có kể đến tương tác phận móng đất cho công trình cụ thể với số liệu đầu vào thay đổi thu kết sau: 96 - Việc tính toán bè - cọc theo quan điểm bè chịu phần lớn tải trọng, cọc có tác dụng làm giảm lún lệch không phản ánh làm việc hệ móng bè - cọc Nếu tăng chiều dày bè làm tăng tải trọng lên nền, làm tăng độ lún không huy động tối da sức chịu tải đất đáy bè - Tính toán móng bè - cọc kể đến tác động tương hỗ tương tầng hầm với hệ bè - cọc, đất (chính hệ tường vây sử dụng phục vụ thi công tầng hầm tận dụng để tham gia chịu lực với hệ móng bè - cọc giai đoạn khai thác, sử dụng) cho kết độ lún tuyệt đối hệ móng giảm 40-50% , độ lún lệch giảm khoảng 52% so với không xét đến - Xét phương diện kinh tế, nên chọn chiều dày tường tầng hầm nhỏ tăng chiều dày tường làm tăng tải trọng lớn truyền vào tường (tải trọng có xu hướng truyền biên vị trí góc công trình), tải trọng truyền vào cọc phía bè giảm xuống không đáng kể Độ lún lớn giảm không đáng kể tăng khối lượng vật liệu lên nhiều Trong trình thực luận văn, tác giả nỗ lực nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu liên quan với mong muốn hoàn thành tốt luận văn Nội dung luận văn đạt số kết định việc tính toán đánh giá tác động tương hỗ kết cấu tường tầng hầm đến hệ móng bè - cọc thời gian hạn chế, luận văn chưa giải số vấn đề liên quan đến toán: - Chưa thu thập số liệu thực tế để so sánh kết tính phần mềm với kết đo đạc thực tế; - Chưa tìm hiểu, đánh giá ảnh hưởng kết cấu bên đến biến dạng hệ móng; 97 - Chưa áp dụng quan điểm thiết kế cọc giảm lún vào tính toán công trình cụ thể Quan điểm cho phép huy động tối đa khả làm việc đất nền, áp dụng thích hợp đáy đài tựa đât tương đối cứng; - Phiên phần mềm ELPLA 9.3 sử dụng chưa có công cụ cho phép mô hình hóa cọc có hình dáng tiết diện nên phải quy đổi hệ tường liên tục thành cọc tròn tương đương chưa phản ánh sát làm việc hệ kết cấu móng Sức mạnh phần mềm cho phép phân tích hệ kết cấu móng có số điểm mắt lưới hạn chế (300 điểm) nên với công trình lớn khó khăn việc mô hình hóa - Bài toán móng bè - cọc chịu tải trọng đứng, ngang mô men sử dụng phần mềm ELPLA chưa xét đến loại tải trọng ngang Vì thành phần tải trọng gió, động đất chưa xét đến Các vấn đề có ý nghĩa thực tiễn việc tính toán móng bè cọc cần tiếp tục nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt PGS.TS Nguyễn Bá Kế, PGS.TS Nguyễn Tiến Chương, Kts Nguyễn Hiền, Ks Trịnh Thành Huy (2004), Móng nhà cao tầng - Kinh nghiệm nước ngoài, NXB Xây dựng, Hà Nội, tr.39-102 PGS.TS Vương Văn Thành, PGS.TS Nguyễn Đức Nguôn, ThS Phạm Ngọc Thắng (2012), Tính toán thực hành móng công trình, NXB Xây dựng, Hà Nội, tr.55-340 GS.TS Vũ Công Ngữ, Ths Nguyễn Thái (2004), Móng cọc - phân tích thiết kế, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, tr.53-54 GS.TSKH Nguyễn Văn Quảng (2003), Nền móng nhà cao tầng, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, tr.30-158 R.Whitlow (1989), Cơ học đất, Tập 2, NXB Giáo dục, Hà Nội, 1998, tr.285-286 Shamsher Prakash, Hari D.Sharma (1999), Móng cọc thực tế xây dựng, NXB Xây dựng, Hà Nội Chu Quốc Thắng (1997), Phương pháp phần tử hữu hạn, NXB Khoa học kỹ thuật Tiếng Anh Department of Defense, United States of America (2003), Deep Foundations, Unified Facilities Criteria (UFC), pp.127-135 Department of the Army U.S.Army Corps of Engineers (1991), Design of Pile Foundations, US Army Corps of Engineers, pp.24-25, 50-73 10 Der - GueyLin, Zheng - yi Feng, A Numerical Study of Piled Raft Foundations, pp 1-10 11 F.Basile, PhD, MEng (2003), Analysis and design of Pile groups, Halcrow Group Ltd, London, United Kingdom, pp 1-7 12 H.G Poulos (2001), Method of analysis 0f Piled raft foundations, Coffey Geosciences Pty.Ltd & The University of Sydney, Australia, pp 3-9 13 Geotechnical Engineering Office (2006), Foundation design and construction, The Government of the Hong Kong, pp 192-198 14 Mohamed El Gendy (2006), Empirical nonlinear analysis of pile raft, Port Said University, pp.1-31  ... 36 2.3 Tác động tương hỗ tường tầng hầm - bè cọc đất 46 2.3.1 Tác động tương hỗ tường tầng hầm - bè 46 2.3.2 Tác động tương hỗ bè - tường tầng hầm 48 2.3.3 Tác động tương hỗ bè - đất... cao theo yêu cầu Mục đích nghiên cứu Làm sáng tỏ tác động tương hỗ tường tầng hầm móng bè- cọc tầng hầm nhà cao tầng Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Móng bè- cọc tầng hầm nhà. .. TOÁN NỀN MÓNG TẦNG HẦM NHÀ CAO TẦNG KỂ ĐẾN TÁC ĐỘNG TƯƠNG HỖ GIỮA TƯỜNG TẦNG HẦM, MÓNG BÈ-CỌC VÀ ĐẤT NỀN 35 2.1 Mô hình hóa số học 35 2.2 Tác động tương hỗ tường tầng hầm- cọc