Chung cư cao cấp thành phố đông hà

Tên đề tài: Chung cư cao cấp thành phố Đông Hà LỜI NÓI ĐẦU Đồ án tốt nghiệp có thể xem là bài tổng kết quan trọng nhất trong đời sinh viên nhằm đánh giá lại những kiến thức đã thu nhặt

ĐẶC ĐIỂM KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH

Nhu cầu đầu tư xây dựng công trình

Tòa nhà “Chung cư cao cấp Thành Phố Đông Hà” sẽ là một điểm đến mới cho thành phố miền trung Đông Hà với sự đơn giản trong tạo hình kiến trúc cùng với một ngôn ngữ hình thái đồng nhất

Nét đơn giản nối hai mặt của tòa nhà nhằm tạo nên một nét thân thiện với những công trình xung quanh và hơn nữa để tạo nên những ấn tượng cho chính bản thân tòa nhà cũng như khẳng định sự phát triển với tốc độ nhanh chóng của thành phố Đông Hà trên con đường hội nhập vào sự phát triển chung của đất nước.

Các tài liệu và tiêu chuẩn dùng trong thiết kế

TCXDVN 276 – 2003 – Công trình công cộng – Nguyên tắc cơ bản để thiết kế TCXDVN 323 – 2004 – Nhà ở cao tầng – Tiêu chuẩn để thiết kế.

Vị trí, đặc điểm và điều kiện tự nhiên khu đất xây dựng

Tên công trình: Chung cư cao cấp thành phố Đông Hà Địa điểm: 01 Hùng Vương – TP Đông Hà

- Phía Bắc : Giáp công trình lân cận

- Phía Nam : Giáp đường quy hoạch

- Phía Đông : Giáp đường quy hoạch

- Phía Tây : Giáp công trình lân cận Đặc điểm:

- Tòa nhà được thiết kế đảm bảo các yêu cầu về Tiêu chuẩn, Quy chuẩn xây dựng, Tiêu chuẩn an toàn và vệ sinh môi trường, phòng cháy chữa cháy Đảm bảo giao thông thuận tiện và hài hòa

- Mặt bằng các tầng được bố trí hợp lý, hiện đại, đảm bảo đáp ứng dây chuyền công năng sử dụng của một chung cư cao cấp

1.3.2 Điều kiện tự nhiên a Khí hậu

Khí hậu của Đông Hà thuộc hệ khí hậu nhiệt đới ẩm với đặc trưng là gió Lào (gió Phơn Tây Nam) ở Quảng Trị nói chung và ở Đông Hà nói riêng Thành phố Đông Hà nằm ở khu vực đất hẹp của Bắc Trung Bộ, mang đặc điểm của khí hậu gió mùa và có những biểu hiện đặc thù so với các vùng khí hậu khu vực phía Đông dãy núi Trường Sơn Do chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của gió phơn Tây Nam nên tạo thành một vùng khí hậu khô, nóng Chế độ khí hậu chia làm 2 mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô nóng

Nói chung, khí hậu của khu vực có nhiều biến động mạnh, thể hiện qua sự biến động mùa: mùa đông và mùa hè, mùa mưa và mùa khô Thời tiết của Đông Hà thường gây úng vào đầu vụ đối với vụ đông xuân; hạn đầu vụ, úng cuối vụ đối với vụ hè b Địa hình Địa hình của Đông Hà có đặc trưng về mặt hình thể như là một mặt cầu mở rộng ra hai phía Nam, Bắc của quốc lộ 9, địa hình hơi nghiêng và thấp dần từ Tây sang Đông Các vùng đất đồi bị chia cắt bởi nhiều đồi bát úp xen giữa là các khe

Do địa hình thấp trũng, nên thường hay bị ngập lụt về mùa mưa bão đồng thời hạn hán, thiếu nước về mùa hè, ảnh hưởng lớn đến sản xuất và đời sống c Thủy văn

Ngoài nguồn nước từ sông Hiếu, Vĩnh Phước, Thạch Hãn, Hói Sòng và hàng chục khe suối, các hồ chứa, Đông Hà còn có một số hồ đập nhân tạo phục vụ cho sản xuất nông nghiệp, cải tạo môi trường và nuôi trồng thuỷ sản như: hồ Trung Chỉ, hồ Khe Mây, hồ Đại An, hồ Đại An, hồ Khe Sắn Đông Hà còn là nơi có sông Cam Lộ chảy qua

Nước dưới đất vùng Đông Hà tồn tại dưới 2 dạng chính: Trong các lỗ hổng và các tầng chứa nước khe nứt của đất đá chứa nước gọi là các tầng chứa nước lỗ hổng và các tầng chứa nước khe nứt.

Quy mô công trình

Công trình “Chung cư cao cấp Thành Phố Đông Hà” là loại công trình dân dụng (nhà nhiều tầng có chiều cao tương đối lớn) được thiết kế theo quy mô như sau: 1 tầng hầm, 15 tầng nổi (bao gồm tầng lửng và tầng kỹ thuật) Mặt đất tự nhiên tại cos - 0,75m, mặt sàn tầng hầm 1 tại coste -3.30 m, coste ±0.00m tại mặt sàn tầng 1 Chiều cao công trình 57,5 m tính từ cos mặt đất tự nhiên

Công trình tọa lạc trong khuôn viên rộng 1.305 m 2 với diện tích xây dựng là 847m 2 , phần còn lại bố trí cây cảnh và bóng mát quanh công trình

Công trình thực hiện hai chức năng chính bao gồm:

- Cung cấp nhà ở và làm việc ở thành phố Đông Hà

- Trung tâm thương mại, mua sắm ở thành phố Đông Hà

- Gồm 01 tầng hầm dùng làm nơi đỗ xe ô tô, xe máy và bố trí các phòng Kỹ thuật, phục vụ hệ thống kỹ thuật của Toà nhà với tổng diện tích sử dụng là 2.410m 2

- Tầng hầm: Bố trí gara cho xe máy Ngoài đường dốc lên xuống cho các phương tiện giao thông, tầng hầm còn chứa một thang nâng ô tô, phòng máy bơm, kho và hệ thống các kho chuyên dụng của công trình

- Với tầng hầm trên đủ đảm bảo được nhu cầu hiện tại về diện tích đỗ xe của công trình “Chung cư cao cấp Thành Phố Đông Hà”, cũng như nhu cầu phát triển trong tương lai phù hợp với nhu cầu phát triển giao thông đô thị hiện đại

Với mục tiêu đảm bảo thỏa mãn hai chức năng chính của công trình như đã nêu trên, thiết kế mặt bằng công năng của công trình đòi hỏi phải có một bố trí hợp lý về mặt bố cục không gian cũng như thẩm mỹ công trình Hệ thống tầng nổi công trình gồm 15 tầng, trong đó chia làm 2 khu vực hoạt động riêng biệt bao gồm:

Trung tâm thương mại, mua sắm của chung cư Đông Hà Không gian bố trí tầng

1 (cos ±0,00m đến cos +4,2m) được phân bổ chi tiết như sau:

- Tầng 1: đại sảnh, quầy lễ tân, khu thương mại

Khu nhà ở Được bố trí từ tầng 2 (cos +4,2m đến tầng 15 cos)

- Mỗi tầng bao gồm 16 phòng với 2 loại diện tích phòng khác nhau + 8 phòng loại 1: S g,56m 2 với 2 phòng ngủ

+ 8 phòng loại 2: S Rm 2 với 1 phòng ngủ.

Giải pháp kiến trúc

- Công trình được thiết kế theo phong cách hiện đại, hình khối và sự phân chia bề mặt tạo sự hòa trộn uyển chuyển với các kiến trúc không gian lân cận Chất liệu bề mặt được sử dụng một cách đơn giản nhưng vẫn tạo được sự gần gũi, thân thiện và sang trọng

- Mặt bằng được phân chia thông thoáng với giếng trời ở chính giữa công trình Không gian các phòng liên hệ chặt chẽ với các hành lang, các cầu thang bộ và thang máy tạo ra các nút giao thông thuận tiện trong sử dụng

- Công trình là những hình khối đơn giản - đơn giản đến tối đa để đạt được sự tương phản và hài hòa với các công trình xung quanh bằng khối tích, nhịp điệu, song công trình vẫn tạo cho mình những nét riêng về chất liệu, về giải pháp ngôn ngữ, chi tiết kiến trúc

- Tỷ lệ đặc rỗng được phân chia một cách hài hòa và kỹ lưỡng Việc sử dụng chất liệu và dáng vẻ kiến trúc đã tạo nên sự sang trọng chắc chắn của tòa nhà, đây cũng là một yêu cầu rất cần thiết của một công trình Chung cư cao cấp ở khu vực Sự xuất hiện của tòa nhà chắc chắn sẽ tạo nên một góc phố đẹp, góp phần làm đẹp cảnh quan thành phố.

Giao thông trong công trình

Hệ thống giao thông đứng liên hệ giữa các tầng thông qua hệ thống thang bộ và thang máy gồm:

- 02 thoát hiểm (bố trí từ tầng mái đi xuống tầng trệt)

Hệ thống thang máy, thang bộ kết hợp với các sảnh và hành lang, đảm bảo việc đi lại giao dịch, làm việc thuận tiện và yêu cầu thoát hiểm trong các trường hợp khẩn cấp.

Đánh giá các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật

Đảm bảo yêu cầu về quy hoạch tổng thể trong khu đô thị mới về mật độ xây dựng và hệ số sử dụng đất theo TCXDVN 323:2004 “Nhà ở cao tầng và tiêu chuẩn thiết kế”

K0 là tỷ số diện tích xây dựng công trình trên diện tích lô đất (%), trong đó diện tích xây dựng công trình tính theo hình chiếu mặt bằng mái công trình mái dat

Hsd là tỷ số của tổng diện tích sàn toàn công trình trên diện tích lô đất san sd dat

Kết luận

Theo TCXDVN 323:2004, mục 5.3, khi xây dựng nhà ở cao tầng trong khu đô thị, mật độ xây dựng không vượt quá 40% và hệ số sử dụng đất không quá 5 Trong trường hợp công trình đang tính, 2 điều kiện không thỏa đó là vì công trình xây dựng trong khu vực trung tâm thành phố Cũng theo TCXDVN 323:2004 mục 5.1, nhà cao tầng có thể xây chen trong các đô thị khi đảm bảo đủ nguồn cung cấp dịch vụ hạ tầng cho công trình như điện,nước, giao thông và đảm bảo việc đấu nối với các kết cấu hạ tầng của khu đô thị Đồng thời, khi đó các hệ số mật độ xây dựng và hệ số sử dụng đất được xem xét theo điều kiện cụ thể của lô đất và được cấp có thẩm quyền phê duyệt Công trình “Chung cư cao cấp Thành Phố Đông Hà” là công trình có chức năng phong phú, có vai trò quan trọng trong quá trình hoạt động cung cấp nhà ở người dân khu vực, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng cao về số lượng và chất lượng ở thành thành phố Đông Hà

GIẢI PHÁP KẾT CẤU CÔNG TRÌNH – GIỚI THIỆU KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP-BÊ TÔNG

Giới thiệu kết cấu liên hợp thép-bê tông

Khác với kết cấu bê tông cốt thép thông thường có cốt thép chịu lực là các thanh thép tròn, kết cấu liên hợp thép–bê tông là kết cấu mà thép chịu lực có dạng thép tấm, thép hình hay thép ống Thép có thể nằm ngoài bê tông (kết cấu thép nhồi bê tông), nằm bên trong bê tông (kết cấu thép bọc bê tông hay còn gọi là bê tông cốt cứng), hoặc được liên kết với nhau để cùng làm việc

Hình 2.1 Các dạng kết cấu liên hợp thép–bê tông a, b) Kết cấu thép nhồi bê tông; c, d, g) Kết cấu thép vừa bọc vừa nhồi bê tông; h, i, k) Kết cấu thép bọc bê tông; e, f, l, m) Thép bản và bê tông liên kết với nhau

Trong kết cấu công trình xây dựng, sự kêt hợp giữa các loại vật liệu khác nhau thường thấy nhất là giữa thép và bê tông, mặc dù tính chất có khác nhau nhưng hai loại vật liệu này lại bổ trợ cho nhau:

- Bê tông chịu kéo kém nhưng chịu nén tốt

- Thép chịu kéo và nén tốt

- Cấu kiện thép thường tương đối mảnh và có xu hướng mất ổn định, nếu kết hợp với bê tông sẽ tăng cường độ ổn định

- Bê tông có thể chống được sự ăn mòn và có thể chịu được nhiệt độ cao, trong khi thép rất dễ bị rỉ sét và dễ dàng biến dạng dưới tác động của nhiệt độ và dẫn đến mất khả năng chịu lực

- Thép mang đến sự dẻo dai cho kết cấu

Trong kết cấu dân dụng, sàn được làm từ bê tông kết hợp với cốt thép chịu kéo, khi muốn tăng nhịp sàn, người ta thường đưa vào hệ kết cấu dầm thay vì phải tăng bề dày của sàn và hệ dầm được đỡ bởi các cột chống Các hệ dầm cột đó có thể được tạo thành từ các loại thép hình cán nóng hoặc tổ hợp theo dạng tiết diện chữ I hoặc chữ H

2.1.2 Đặc tính của kết cấu liên hợp

Khi thiết kế công trình, ngoài việc đảm bảo khả năng chịu lực, độ cứng dẻo của kết cấu còn phải đảm bảo các yêu cầu về kiên trúc, kinh tế, thi công, chịu nhiệt a Kiến trúc

Kết cấu liên hợp cho phép sự đa dạng trong kiến trúc bằng cách kết hợp các cấu kiện liên hợp theo nhiều kiểu Ngoài ra, với tiết diện nhỏ của dầm cho phép tạo ra nhịp lớn hơn, sàn mỏng hơn và cột nhỏ hơn b Kinh tế

Tiết kiệm được nhiều chi phí do sử dụng cấu kiện có tiết diện nhỏ hơn (độ cứng lớn có khả năng vượt nhịp lớn, giảm độ võng, giảm chiều cao tiết diện) và lắp đặt nhanh trong thi công

Lợi ích tỷ số nhịp và chiều cao:

- Giảm chiều cao tiết diện dẫn đến giảm chiều cao toàn bộ công trình và tiết kiệm được diện tích bao che

- Nhịp lớn hơn so với các kết cấu khác có cùng chiều cao dẫn đến tạo ra những không gian rộng lớn, giảm số lượng cột trong mặt bằng

- Nhiều tầng hơn so với các kết cấu khác có cùng chiều cao

Kết cấu liên hợp được lắp đặt dễ dàng và nhanh hơn nên:

- Tiết kiệm chi phí thi công, thời gian hoàn thành công trình sớm

- Đưa công tình vào sử dụng dần nên khả năng thu hồi vốn nhanh hơn c Chịu nhiệt

Các dầm và cột thép sẽ được bao bọc hoàn toàn hoặc một phần Điều này không chỉ giúp duy trì nhiệt độ thấp trong thép mà còn tăng khả năng chịu lực, tăng độ ổn định của cấu kiện d Thi công

Ngày nay, sàn composite được sử dụng rộng rãi trong các công trình do các tiện lợi đem đến cho chủ đầu tư và đơn vị thầu:

- Sàn công tác: Trước khi đổ bê tông, các tấm tôn sóng phục vụ như một sàn công tác rất an toàn

- Làm coppha: Các tấm tôn sóng được phủ lên các dầm theo một phương, chúng đóng vai trò coppha trong quá trình đổ bê tông, có thể không cần các cây chống phụ trong khi thi công Ngoài ra, tấm tôn còn giữ nước rất tốt trong quá trình đổ bê tông

- Mặt dưới tấm thép vẫn giữ được sạch sẽ sau khi đổ bê tông và nếu sử dụng các tấm thép màu sẽ tăng tính thảm mỹ

- Cốt thép trong sàn: Cốt thép được đặt trong sàn sẽ tăng khả năng chịu momen dương, chống co ngót, nứt do nhiệt độ, chịu momen âm là bản liên tục.Sự làm việc liên hợp đạt được khi sử dụng tấm thép sóng

- Tốc độ thi công nhanh, đơn giản: Thép tấm có trọng lượng nhẹ thuận lợi vận chuyển và cất giữ ở công trường Một xe có thể vận chuyển 1500m 2 thép tấm làm sàn, một đội có thể lắp đặt 400m 2 thép tấm trong ngày

2.1.3 So sánh với các kết cấu khác

Bảng 2.1 So sánh kích thước dầm liên hợp và dầm thép thông thường khi khả năng chịu lực như nhau (EUROCODE)

Dầm liên hợp Dầm thép không có liên kết chống cắt

Tiết diện thép IPE400 IPE500 IPE360B

Tổng chiều cao 100% 127% 93% Độ cứng 100% 72% 46%

Khả năng chịu lực ba loại dầm tương đương nhau nhưng khác nhau về độ cứng và chiều cao cấu kiện Diện tích tiết diện dầm liên hợp có thể nói là tiết kiệm hơn dầm thép bình thường

Bảng 2.2 So sánh kích thước của cột, dầm liên hợp với cột, dầm bê tông cốt thép thường khi khả năng chịu lực như nhau (EUROCODE)

Liên hợp Bê tông cốt thép thường

Bảng 2.3 So sánh trọng lượng thép và tổng giá thành cho khung nhà 5 tầng 1 nhịp

Loại khung Trọng lượng thép (%) Tổng giá thành (%)

Khung liên hợp (Đàn hồi) 84.5 92.5

Khung liên hợp (Đàn dẻo) 70 87

Bảng 2.4 So sánh trọng lượng thép và tổng giá thành cho khung nhà 6 tầng 3 nhịp

Loại khung Trọng lượng thép (%) Tổng giá thành (%)

Khung liên hợp (Đàn hồi) 86 91

Khung liên hợp (Đàn dẻo) 66 90

Bảng 2.5 So sánh trọng lượng thép dầm sàn

Loại dầm Trọng lượng thép (%)

Dầm liên hợp có chống tạm khi thi công 73

Dầm liên hợp tạo ứng lực trước trong thép 55

Lựa chọn kích thước sơ bộ của các bộ phận kết cấu chính

2.2.1 Vật liệu dùng trong tính toán

Sử dụng cốt thép thanh, thép kết cấu,bê tông, tấm tôn định hình và thông số vật liệu liên kết được cho ở phụ lục 1

2.2.2 Lựa chọn sơ bộ kích thước các cấu kiện a Sàn liên hợp

Theo cuốn Conception des charpentes metalliques của Manfred Hirt và Michel

Crisinel, chiều cao sàn liên hợp có thể chọn sơ bộ theo công thức sau:

Với l- Khoảng cách lớn nhất giữa các dầm phụ Để an toàn, ta chọn chiều dày sàn: d0 mm

Chọn thép tôn ComFlo 46 do công ty Corus sản xuất có các đặc trưng theo phụ lục 1.1 b.Tiết diện cột Để xác định diện tích tiết diện cột, ta sử dụng công thức kinh nghiệm sau: y

Trong đó :k - Hệ số kể đến ảnh hưởng của mô men, lấy k= 1.3 - 1.5;

Giá trị của lực dọc N có thể ước lượng sơ bộ như sau:

-Tĩnh tải : theo Giáo trình Kết cấu Thép – Công trình Dân dụng & Công nghiệp (PGS.TS Phạm Văn Hội chủ biên), trọng lượng bản thân kết cấu chịu lực có thể lấy 1.5 – 3 kN/m 2 , trọng lượng tiêu chuẩn tường, sàn có thể lấy trong khoảng 4 – 7 kN/m 2

- Hoạt tải : theo tiêu chuẩn Eurocode thì giá trị hoạt tải đối với văn phòng là 2-3 kN/m 2 , giá trị khuyên dùng là 3 kN/m 2

Giá trị lực dọc : F=A.q.n, Trong đó : A - Diện tích chịu tải của cột ; n - Số tầng nhà

Bảng 2.6 Sơ bộ chọn tiết diện cột

Tầng Cột L B Diện chịu tải

Tải trọng Act Chọn tiết diện hxb

(m) (m) (m 2 ) (kN/m 2 ) (n) (kN) (cm 2 ) Tên A (m 2 ) (mm 2 )

Theo giáo trình Kết cấu liên hợp Thép – Bê tông dùng cho nhà cao tầng (PGS.TS Phạm Văn Hội chủ biên) thì chiều cao của dầm liên hợp được chọn sơ bộ để thỏa mãn điều kiện độ võng như sau:

Chiều cao sơ bộ của dầm phụ được xác định theo công thức:

Xác định tải trọng tác dụng lên dầm phụ

Momen dương tại tiết diện giữa nhịp trong giai đoạn liên hợp:

Từ phương trình cân bằng momen với giả thiết toàn bộ dầm thép hình chịu kéo hoàn toàn, ta sơ bộ được tiết diện dầm thép hình:

Cánh tay đòn từ trọng tâm vùng kéo đến vùng nén: z=h a / 2+ −h t h c / 2=h / 2 120 74 / 2 a + − =h a / 2 83+

Tiết diện tối thiểu dầm thép hình:

Bảng 2.7 Sơ bộ tính toán chọn tiết diện dầm phụ nhịp 6 m

Công thức tính Đơn vị Giá trị tiêu chuẩn Giá trị tính toán

Chiều dài dầm phụ Le m 6

Bề rộng diện truyền tải b m 2.95

Xác định tải trọng tác dụng lên dầm Trọng lượng bản thân tấm tôn gp kN/m 2 0.13 0.18 Trọng lượng của bê tông gc=Vρ kN/m 2 2.53 3.42

Tĩnh tải lớp hoàn thiện gf kN/m 2 0.76 1.03

Tải trọng trần treo và đường ống gcp kN/m 2 0.5 0.68 Tải trọng tường nằm trên sàn gw kN/m 2 2.1 2.16

Trọng lượng bản thân dầm gb kN/m 0.571 0.77

Hoạt tải sử dụng Q=q.b kN/m 8.85 13.28

Tổng tải trọng tác dụng lên dầm G+gb+Q kN/m 25.701 36.03

Xác định sơ bộ kích thước tiết diện

Chọn chiều cao sơ bộ ha mm 360

Mô men dương giữa nhịp Msd kN.m 156.78

Diện tích thép hình tối thiểu A mm 2 1882

Chọn loại thép hình: IPE 360: 360x170x8x12.7

Chọn chiều cao sơ bộ của dầm chính được xác định theo công thức:

Xác định tải trọng tác dụng lên dầm chính:

Do sàn liên hợp là sàn 1 phương nên tải trọng sàn truyền lên dầm phụ sau đó dầm phụ truyền tải trọng trực tiếp lên dầm chính thành tải tập trung Từ phương trình cân bằng momen với giả thiết toàn bộ dầm thép hình chịu kéo hoàn toàn ta chọn sơ bộ: Cánh tay đòn từ trọng tâm vùng kéo đến vùng nén:

Tiết diện tối thiểu dầm thép hình:

Tính toán tương tự với dầm phụ ta có kích thước tiết diện của các dầm chính:

Bảng 2.8 Sơ bộ chọn tiết diện dầm chính

Chiều dài nhịp L (m) Tiết diện

Chiều dày thành vách chọn theo các điều kiện sau:

Chọn chiều dày vách thang máy là 300 mm Vách ngăn giữa các buồng thang máy chọn 250 mm.

TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG

Hoạt tải

3.1.1 Hoạt tải giai đoạn liên hợp

Eurocode phân loại công trình theo mục đích sử dụng để xác định hoạt tải sàn

Cụ thể đối với công trình dùng cho mục đích làm văn phòng,nhà ở, tải trọng phân bố đều được xác định là 2 đến 3 kN/m 2 Ta chọn giá trị là 3 kN/m 2 theo đề nghị của Eurocode (phụ lục 2.1)

3.1.2 Hoạt tải giai đoạn thi công

Eurocode đưa ra tải trọng 1.5 kN/m 2 trong phạm vi diện tích bất kỳ 33m để kể đến tác động của tải trọng thi công và trọng lượng dư ra của bê tông Phần diện tích còn lại chịu tác động của tải trọng có giá trị 0.75 KN/m 2 Nhưng do công trình thi công ở Viet Nam, nên ta lấy hoạt tải giai đoạn thi công theo điều kiện ở Việt Nam 2,5kN/m 2

Tải trọng gió

3.2.1.Vận tốc gió và áp lực gió a Tính toán cơ bản

Vận tốc gió và áp lực gió bao gồm hai thành phần tĩnh và động của gió Thành phần tĩnh vận tốc gió vm phụ thuộc vào giá trị vận tốc gió cơ bản vb và mùa gió, độ cao theo địa hình, áp lực gió lớn nhất Thành phần động của gió được thể hiện bởi cường độ rối của gió Địa hình xem trong bảng 4.1 tiêu chuẩn EN 1991-1-4

Giá trị vận tốc gió cơ bản vb,0 được cho trong phụ lục quốc gia (national annex) b Giá trị cơ bản

Vận tốc gió cơ bản được xác định công thức: v b = c dir c season v b,0

Với: vb - Giá trị cơ bản vận tốc gió phụ thuộc vào hướng gió, thời gian trong năm ở độ cao trên 10m tại địa hình loại II; cdir - Hệ số hướng gió, chọn cdir = 1.0; cseason - Hệ số mùa, chọn cseason = 1.0 c Vận tốc gió trung bình theo độ cao (Mean Wind)

Vận tốc gió trung bình vm(z) phụ thuộc vào địa hình và giá trị vận tốc gió cơ bản.: v z m ( )=c z r ( )c z 0 ( )v b

Trong đó: c0(z) - Hệ số dốc của địa hình, với dạng địa hình bằng phẳng c0(z) = 1.0 cr(z) - Hệ số nhám của địa hình, phụ thuộc vào chiều cao và địa;

 , với zmin ≤ z ≤ zmax r ( ) r c z =c , với z ≤ zmin

Với: z0 - Chiều dài độ nhám tra bảng 4.1 tiêu chuẩn EN1991-1-4 (phụ lục 2.2); kr - Hệ số địa hình phụ thuộc vào z0;

II k z z ; z0,II = 0.05; zmin - Chiều cao thấp nhất (tra ở phụ lục 2.2); zmax - Chiều cao lớn nhất lấy 200 m d Cường độ hỗn loạn (Thành phần rối của gió)

Cường độ hỗn loạn của vận tốc gió có giá trị từ 0 đến độ lệch σv: v =k v k r b l

Cường độ hỗn loạn của gió tại độ cao z được định nghĩa là tỉ số giữa độ lệch tiêu chuẩn và vận tốc gió trung bình:

Trong đó: ki – Hệ số hỗn loạn, được đề nghị bằng 1.0 c0(z) – Hệ số dốc của địa hình, với dạng địa hình bằng phẳng c0(z) = 1.0 e Áp lực gió theo độ cao Áp lực gió tại độ cao z bao gồm thành phần tĩnh và thành phần động ngắn hạn:

Giá trị cơ bản áp lực gió: q b = 0.5  v b 2

3.2.2.Áp lực gió tĩnh a Áp lực gió tác động lên bề mặt Áp lực gió đẩy tác động lên mặt ngoài công trình: w e =q p (z c e ) pe

Với qp(ze) -Giá trị áp lực gió lớn nhất; ze - Chiều cao tham khảo của áp lực gió đẩy; cpe -Hệ số áp lực bên ngoài b Áp lực gió tác dụng lên mặt trong Áp lực gió đẩy tác động lên mặt ngoài công trình w i =q p ( ) z i c pi

Trong đó: qp(zi)- Áp lực gió ở cao độ zi; zi - Cao độ tính toán của áp lực gió lên mặt trong; c – Hệ số áp lực trong

Tải gió tác động lên mặt ngoài công trình:

Với: cscd -Thông số kết cấu;

Aref -Diện tích tham khảo của kết cấu hoặc cấu kiện đang xét

3.2.3 Hệ số kết cấu c s c d a Tổng quan

Hệ số kết cấu cscd được đưa vào tác động của gió do tác động xảy ra không đồng thời của áp lưc gió tác dụng lên bề mặt công trình và sự dao động của công trình do thành phần rối của gió b Xác định thông số kết cấu

Chi tiết tính toán thông số kết cấu được xác định bởi phương trình:

Với: kp -Hệ số cao điểm (tỷ số giữa giá trị lớn nhất của phần dao động và độ lệch chuẩn)

B 2 -Hệ số nền, cho phép giảm sự tương quan đầy đủ giữa các thành phần của kết cấu

R 2 -Hệ số cộng hưởng, cho phép sự rối trong cộng hưởng với các dạng dao động Các hệ số kp, B 2 , R 2 được xác định trong phần phụ lục B và C trong tiêu chuẩn EN1991-1-4 với sự khác nhau giá trị cscd không quá 5%

Chiều dài giảm rối L(z) thể hiện hình dạng trung bình thành phần động của gió tự nhiên Với chiều cao công trình nhỏ hơn 200m

Phân phối gió về tần số:

+ Tần số không định hướng:

Hệ số kp là giá trị lớn hơn trong 2 giá trị sau:

Với: δ -Lượng giảm logarit phụ lục F tiêu chuẩn EN 1991-1-4 xem ở phụ lục 2.3

3.2.4 Hệ số áp lực và nội lực a Tổng quan

Hệ số khí động học có thể là: Hệ số áp lực đẩy và hút, hệ số áp lực tiêu chuẩn, hệ số ma sát, hệ số nội lực Hệ số áp lực đẩy thể hiện tác dụng của gió lên bề mặt đón gió của công trình, hệ số áp lực hút thể hiện tác động của áp lực gió lên bề mặt khuất gió của công trình b Hệ số áp lực cho công trình

Hệ số áp lực bên ngoài cpe cho công trình phụ thuộc vào hình dạng và diện tích chịu tải của công trình chính và diện tích của kết cấu

Hệ số áp lực bên ngoài có hai dạng:

- Hệ số áp lực cục bộ cpe,1 áp dụng cho tính toán các cấu kiện nhỏ;

- Hệ số áp lực toàn diện cpe,10 áp dụng cho tính toán toàn bộ kết cấu công trình Các giá trị cpe,10 và cpe,1 trong bảng 3.5 và 3.6 sử dụng cho những hướng gió trực giao như 0 0 , 90 0 , 180 0 , những giá trị này thu được trong những trường hợp bất lợi nhất đối với hướng gió 45 0 đối với hai bên hướng trực giao có liên quan

3.2.5 Tường đứng của nhà mặt bằng chữ nhật

Chiều cao tham khảo ze cho những bức tường đứng chữ nhật đón gió phụ thuộc vào tỷ lệ h/b và được xác định làm những phần khác nhau theo chiều cao trong những trường hợp sau:

Hệ số áp lực bên ngoài cpe được xác định theo phục lục 2.4

Ta có, giá trị đề nghị của hệ số áp lực bên ngoài

Bảng 3.1 Giá trị đề nghị của hệ số áp lực bên ngoài cho nhà mặt bằng chữ nhật

Vùng A B C D E h/d cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1 cpe,10 cpe,1

Trong trường hợp lực gió tác động lên công trình được xác định từ hai đầu đón gió và khuất gió (vùng D và E), sự thiếu hụt của gió đẩy và hút có thể dựa vào theo tỷ số h/d:

- nếu h/d >5 áp lưc gió nhân 1.0;

- nếu h/d< 1 áp lực gió nhân 0.85;

- nếu 1 176.6mm 2 đủ để giới hạn nứt do co ngót.

DẦM LIÊN HỢP

Cấu tạo

Dầm liên hợp thép – bêtông được tạo bởi một dầm thép cán nóng hoặc dầm thép tổ hợp hàn và tấm sàn bêtông cốt thép Tấm sàn được liên kết với dầm thép để đảm bảo sự làm việc đồng thời giữa chúng

Trong đồ án này, ta bỏ qua việc kiểm tra dầm thép trong giai đoạn thi công vì thông thường điều kiện này luôn thoả mãn.

Trạng thái giới hạn thứ nhất

5.2.1 Chiều rộng tham gia làm việc của sàn

Khi chịu uốn, một phần tấm đan của sàn bê tông sẽ cùng tham gia làm việc tạo thành tiết diện chữ T Trên bề rộng tham gia làm việc b eff này, ứng suất pháp sẽ coi là phân bố đều

Hình 5.1 Chiều rộng tham gia làm việc của sàn beff

Chiều rộng tham gia làm việc của dầm được xác định như sau: b eff = b e 1 + b e 2 , với b ei =min(L 0 / 8, )b i

Trong đó L 0 là khoảng cách xấp xỉ giữa 2 điểm có mômen bằng 0

- Đối với dầm đơn giản: L0 là nhịp dầm

- Đối với dầm liên tục: L0 là chiều dài dầm chịu mômen dương (đối vối nhịp) và là chiều dài dầm chịu mômen âm (đối với gối) xác định từ hình 5.3

5.2.2 Phân loại tiết diện ngang

Khi khảo sát sự làm việc của dầm liên hợp dưới tác dụng của tải trọng, tuỳ theo khả năng xoay của tiết diện mà ta chia tiết diện ngang ra làm 4 loại:

- Loại 1: tiết diện có khả năng phát triển momen bền dẻo với khả năng xoay đủ để hình thành khớp dẻo

- Loại 2: tiết diện cũng có khả năng phát triển momen bền dẻo nhưng với khả năng xoay hạn chế

- Loại 3 hoặc 4: do hiện tượng cong vênh cục bộ trong vùng chịu nén của dầm thép, ứng suất của những thớ chịu tải lớn không thể vượt quá giới hạn đàn hồi tính toán với tiết diện loại 3 hoặc nhỏ hơn giá trị này với tiết diện loại 4

Ta chỉ khảo sát dầm tiết diện loại 1, 2 là loại thường gặp trong xây dựng dân dụng

5.2.3 Độ bền của tiết diện khi chịu lực cắt đồng thời momen

Các thí nghiệm cho thấy, lực cắt xuất hiện trong dầm một phần sẽ do bản chịu, tuy nhiên việc lập mô hình phân phối lực cắt này không đơn giản, sự phân phối này phụ thuộc vào vị trí các liên kết và việc hình thành vết nứt trong bản ở các gối trung gian của dầm liên tục

Trong thực tế, giả thiết rằng lực cắt này chỉ do bản bụng của dầm thép chịu Điều kiện thỏa mãn khả năng chịu lực cắt đứng của dầm: V Sd V pl Rd ,

Khả năng chịu lực cắt: V pl Rd , = A f v y / ( 3  a )

Av - Diện tích chịu cắt của tiết diện dầm thép:

- Đối với dầm I hay H tổ hợp hàn, Av là diện tích của bụng dầm;

- Đối với dầm thép định hình được tính theo công thức:

A v =Aa−2b t f f +( t w +2r t ) f r - Bán kính bo tròn chỗ chuyển tiếp giữa bản cánh và bản bụng Điều kiện trên chỉ thỏa mãn khi bản bụng không bị mất ổn định do lực cắt, nếu:

- d/tw < 69ε đối với bụng dầm không có sườn cứng và không được bọc bêtông

- d/tw < 124ε đối với bụng dầm không có sườn cứng và được bọc bêtông có các cốt dọc và cốt đai phù hợp

Xác định hệ số epxilon theo công thức: 235 f y

Trạng thái giới hạn thứ hai

5.3.1 Độ võng Độ võng được tính toán trong trường hợp tải trọng dài hạn và ngắn hạn

 Trong đó: I là moment quán tính của dầm liên hợp: I I a I b

Khe nứt trong bê tông xuất hiện khi bê tông chịu kéo Tiêu chuẩn Eurocode 2 đưa ra giá trị bề rộng vết nứt giới hạn 0.3mm đối với dầm đơn giản Để đơn giản và an toàn trong tính toán, diện tích bé nhất của cốt thép trong bề rộng hiệu quả beff phải được đảm bảo

Diện tích bé nhất của cốt thép: A s, min =k k f s c ct ,eff A / ct  s

Trong đó: fct,eff - Cường độ chịu kéo trong bê tông, N/mm 2 ; k - Hệ số, lấy k = 0.8; ks - Hệ số, lấy ks = 0.9;

1/ 1 / 2 0.3 1.0 c c k = +h z +  hc - Chiều dày bê tông cánh, không kể đến phần bê tông trong các sườn tôn; z0 - Khoảng cách giữa trọng tâm cánh bê tông và tiết diện liên hợp với giả thiết rằng bê tông không bị nứt và bỏ qua tiết diện cốt thép;

Act có thể lấy gần bằng diện tích bê tông trong phần bề rộng cánh hữu hiệu; σs được lấy đơn giản bằng fsk của cốt thép.

Áp dụng tính toán

5.4.1 Mặt bằng bố trí dầm tầng điển hình

Hình 5.3 Mặt bằng bố trí dầm sàn điển hình

Tính toán chi tiết dầm phụ 6m trục B

5.4.2 Dữ liệu ban đầu a Tấm tôn thép

Sử dụng tấm tôn mã hiệu comflo 46, dày 1.2mm Các thông số tấm tôn và sàn tra ở phụ lục 1.1 b Bê tông

Cấp độ bền C20/25, tương đương cấp độ bền B25 (M350) theo TCXDVN 356-

2005 Các thông số về bê tông tra ở phụ lục 1.2 c Cốt thép

Cốt thép gia cường trên dầm bố trí d10a200, các thông số tra ở phụ lục 1.3 d.Đặc trưng thép hình

Dầm thép hình được chọn là thép theo tiêu chuẩn EURONORM 19-57

Giới hạn chảy fy = 355 N/mm 2

Module đàn hồi Es = 210 kN/mm 2 e.Đặc trưng chốt liên kết chịu cắt

Tham khảo từ Catalogue Nelson Welding: S3L Shear Connector (SC)

- Đường kính : d = 19mm - Chiều dài ban đầu: h = 100mm

- Chiều dài sau khi hàn: hs= 95mm - Sức bền kéo đứt: fu= 450 N/mm 2 f Hệ số an toàn

5.4.3 Chiều rộng hiệu quả của cánh

Vì dầm phụ là dầm đơn giản nên giá trị của beff được lấy như sau: beff = be1 + be2 , với bei = min (l0/8; bi), l0 là nhịp dầm, lo = 6 m

Do đó: be1=be2 = min (6/8; 3) = 0.75 m beff = 0.75 + 0.75 = 1.5 m

Trong quá trình thi công, sự hiện diện của cây chống được bỏ qua Dầm phụ liên hợp được tính toán như dầm đơn giản chịu tải trọng phân bố đều

Chiều dài nhịp tính toán dầm được tính cách trục dầm khung 50mm mỗi bên Nhịp tính toán dầm phụ liên hợp: L e = − 6 2 0.05=5.9( )m

Khi tính toán lực cắt, nhịp tính toán dầm được lấy từ trục đến trục Le= 6 (m)

Sơ đồ tính dầm là dầm đơn giản nên sơ đồ chất tải nguy hiểm nhất là tải trọng chất đầy dầm nhằm tạo ra momen lớn nhất giữa nhịp dầm

Bề rộng của diện truyền tải lên dầm phụ: b = 2.95 m a.Tải trọng tiêu chuẩn giai đoạn thi công

Bảng 5.1 Tải trọng tác dụng lên dầm phụ giai đoạn thi công

Loại tải trọng Công thức tính Đơn vị Giá trị tiêu chuẩn

Trọng lượng bản thân tấm tôn gp kN/m2 0,13 0,18

Trọng lượng của bê tông ướt kN/m2 2,63 3,55

Tổng tĩnh tải G=(gc+gp).b kN/m 8,14 10,99

Trọng lượng bản thân dầm gb kN/m 0,571 0,77

Hoạt tải thi công Q=q.b kN/m 7,375 11,06

Tổng tải trọng G+gb+Q kN/m 16,086 22,82 b Tải trọng tiêu chuẩn giai đoạn làm việc (giai đoạn liên hợp)

Bảng 5.2 Tải trọng tác dụng lên dầm phụ giai đoạn làm việc liên hợp

Loại tải trọng Công thức tính Đơn vị Giá trị tiêu chuẩn

Trọng lượng bản thân tấm tôn gp kN/m2 0,13 0,18

Trọng lượng của bê tông kN/m2 2,53 3,42

Tĩnh tải lớp hoàn thiện gf kN/m2 0,76 1,03

Trần treo và HTKT gcp kN/m2 0,5 0,68

Tải trọng tường nằm trên sàn gw kN/m2 1,6 2,16

Tổng tĩnh tải G=Σgi.b kN/m 16,28 21,98

Trọng lượng bản thân dầm gb kN/m 0,571 0,77

Hoạt tải sử dụng Q=q.b kN/m 8,85 13,28

Tổng tải trọng G+gb+Q kN/m 25,701 36,03

5.4.6 Sơ bộ chọn tiết diện dầm thép hình

Thép hình được chọn có quy cách IPE – 360x170x8x12.7 Đặc trưng tiết diện thép hình đã chọn thể hiện ở phụ lục 1.6

5.4.7 Kiểm tra tiết diện thép hình a Kiểm tra ổn định

 = f = Kiểm tra ổn định bản cánh: 170 6.7 6.7 10 8.1

2 f 2 12.7 2 f b b t = =  t =    Tiết diện đã chọn thuộc tiết diện loại 1, thỏa mãn điều kiện ổn định bản cánh

Kiểm tra ổn định bản bụng:

 =  = Điều kiện ổn định cho tiết diện loại 1 đã thỏa mãn b Kiểm tra khả năng chịu lực giai đoạn thi công

Kiểm tra khả năng chịu uốn

Momen uốn tại vị trí giữa nhịp:M Sd =(G+g b +Q)L 2 e / 8".82 5.9 / 8 2 30(kNm)

Lực cắt tại vị trí gối tựa: V Sd =(G+g b +Q)L e / 2".82 6 / 2 h.46(kNm)

Momen kháng uốn của tiết diện dầm thép:

=  =    − Kiểm tra: M Sd = 99.30( kNm )  M pl a Rd , , = 329.18( kNm )

Thỏa mãn khả năng chịu uốn của dầm

Kiểm tra khả năng chịu cắt

Diện tích thép hình chịu cắt:

Lực kháng cắt của tiết diện thép hình:

= =  Kiểm tra: V Sd = 68.46( kNm )  V pl Rd , = 654.16( kN )

Thỏa mãn khả năng chịu lực cắt của dầm thép

Kiểm tra ổn định bản bụng dầm khi chịu cắt

Chiều cao bản bụng: d = ha - 2tf - 2r = 360 – 2x12.7 – 2x18 = 298.6 mm w

23.51 69 55.89 12.7 d t = =   Thỏa mãn điều kiện ổn định bản bụng c Kiểm tra khả năng chịu lực giai đoạn làm việc liên hợp

Kiểm tra khả năng chịu uốn

Momen uốn tại vị trí giữa nhịM Sd =(G+g b +Q)L 2 e / 86.03 5.9 / 8 156.78( 2 = kNm) Lực cắt tại vị trí gối tựa: V Sd = ( G + g b + Q) L e / 2 = 36.03 6 / 2  = 108.09( kNm )

Khả năng chịu nén của tiết diện bê tông:

Khả năng chịu kéo của tiết diện thép hình

Nên trục trung hòa tiết diện dầm liên hợp nằm trên dầm thép

2 / cf apl f f y a cf apl f f y a cf

Trục trung hòa đi qua cánh của dầm thép

Vị trí trục trung hòa so với mặt trên của dầm

= =  Momen kháng uốn tiết diện dầm liên hợp lấy với trọng tâm cốt thép:

= + − + pl Rd pl a a s pl a cf f s

Thỏa mãn khả năng chịu momen uốn của dầm thép

Kiểm tra khả năng chịu cắt

Diện tích thép hình chịu cắt:

Lực kháng cắt của tiết diện thép hình:

= =   Kiểm tra: V Sd = 108.09( kNm )  V pl Rd , = 654.16( kN )

Thỏa mãn khả năng chịu lực cắt của dầm thép

5.4.8.Thiết kế liên kết chống trượt

Liên kết được thiết kế ở đây thuộc loại liên kết dẻo

Liên kết được coi là dẻo khi thoả mãn :

Neo liên kết ở đây chọn có các thông số:

19 16 ; 20 h sc d mm d mm mm mm

Neo đã chọn thỏa mãn liên kết dẻo a Lực cắt dọc trục (Longitudinal Shear)

Khi liên kết là hoàn toàn: V ld =min(N pl a , ;N cf )= N cf 58(kN)

Khi liên kết không hoàn toàn:

= l ld Sd pl a Rd pl Rd pl a Rd

V V M M M M kN b Sức kháng cắt thiết kế của neo chống trượt

Theo phá hoại của neo liên kết:

Theo phá hoại của bê tông bao quanh neo liên kết:

Sức bền tính toán chống cắt một neo liên kết:

Khi các điều kiện sau được thoả mãn, khả năng chịu lực của chốt hàn được nhân với hệ số giảm khả năng chịu lực:

Hệ số giảm khả năng chịu lực của neo khi sử dụng tấm thép tôn có sóng vuông góc với trục dầm thép, bố trí 2 neo:

Với nr là số neo liên kết trên một sóng tôn

Lực chống cắt của một neo còn lại:

P =k ×P =0.8×63.78Q.02(kN) c Xác định số lượng neo

Giả sử liên kết giữa sàn và dầm là liên kết hoàn toàn

Với lực cắt tác dụng lên neo, số lượng neo yêu cầu cần liên kết trên nửa dầm:

Với khoảng cách giữa các sóng tôn là 225 mm, số lượng neo trên thực tế có thể liên kết trên nửa dầm:

Nhận xét: Vậy đủ chỗ bố trí neo để tạo liên kết hoàn toàn giữa sàn và dầm d Bố trí neo liên kết

Chi tiết các yêu cầu về khoảng cách bố trí chốt neo cụ thể đối với loại neo d = 19 (mm) xem thêm ở phần phụ lục 4

Cốt thép bố trí lớp trên (At) d10s200 có diện tích Ae = 393 (mm 2 /m)

Diện tích tấm thép tôn: A p 34(mm 2 /m)

Hàm lượng cốt thép ngang tối thiểu trong bản sàn:

Lực cắt ngang (longitudinal shear) phụ thuộc vào sức kháng cắt của các neo liên kết, không phụ thuộc vào kết quả lực cắt từ thiết kế Với cách bố trí hai neo liên kết trên mỗi sóng tôn, sức kháng cắt của một neo liên kết: V R d Q.02(kN)

Tổng lực kháng cắt dọc: V l = 2 51.02 / 0.225E3.51(kN m/ )

Với bố trí cốt thép như trên, tổng lực kháng cắt ngang do cốt thép ngang và thép tôn tại mặt cắt a-a phải lớn hơn nửa lực kháng cắt dọc ở trên

Chiều dài đoạn phá hoại:L s =h t 0(mm)

Lực kháng cắt bê tông:  Rd = 0.25  f ctk 0.05 / c = 0.25 1.5 / 1.5  = 0.25( N mm / 2 ) Khả năng bê tông chịu cắt và cốt thép chịu kéo:

Rd Rd s e sk s p yp ap

Khả năng bê tông chịu nén:

Khả năng chịu lực cắt của mặt phá hoại: V Rd =min(V Rd 1 ;V Rd 2 )20.0(kN)

Kiểm tra: 0.5 V L = 0.5 453.51  = 226.76( kN )  V Rd = 320.0( kN )

Thỏa mãn khả năng chịu lực cắt ngang

5.4.10 Kiểm tra theo trạng thái giới hạn về sử dụng (SLS) a Kiểm tra độ võng

Giai đoạn chưa làm việc liên hợp chỉ có riêng dầm thép Độ võng dầm thép:

Thỏa mãn điều kiện độ võng dầm trong giai đoạn chưa làm việc liên hợp

Giai đoạn làm việc liên hợp

Hệ số tương đương cho module đàn hồi của bê tông:

Vị trí trục trung hòa tính từ mặt trên bản sàn

Ta có phương trình cân bằng: a

 Momen quán tính tiết diện dầm liên hợp:

=  Độ võng dầm liên hợp ở trạng thái giới hạn sử dụng:

   Độ võng tính tổng tác dụng :   = + 1 2 = 12.9 10.44 + = 23.34( mm )

Thỏa mãn điều kiện về độ võng dầm phụ liên hợp b Kiểm tra vết nứt bê tông

Vết nứt xuất hiện hầu hết do co ngót

Bề rộng giới hạn vết nứt wk = 0.3 mm

Lượng cốt thép tối thiểu trong bề rộng hiệu quả beff :

Với: fct,eff - Độ bền chịu kéo của bê tông, fct,eff = fctm = 2.2 N/mm 2 k - Hệ số nhằm giảm sức bền của bê tông chịu kéo so với ứng suất của vùng cạnh vết nứt, lấy k = 0.8; ks - Hệ số tính đến sự giảm lực trong bản bê tông do nứt cục bộ và biến dạng của các liên kết chống cắt, ks= 0.9; kc - Hệ số tính đến kiểu phân phối lại ứng suất ngay trước khi bê tông bị nứt

=   +   + =   +    + =   = z0 -Khoảng cách trọng tâm bản cánh bê tông và tiết diện liên hợp

Act - đơn giản lấy diện tích bê tông trong bề rộng beff : σs - đơn giản lấy bằng cường độ tiêu chuẩn fsk = 295 N/mm 2

Cốt thép cấu tạo d10a200 có lượng cốt thép trong vùng bê tông có bề rộng beff

Với cốt thép được bố trí d10a200 trong khoảng beff = 1.5 m phía trên dầm thép sẽ thỏa mãn điều kiện chống nứt của sàn bê tông.

MÔ HÌNH KHUNG

Sơ bộ tiết diện khung

- Bê tông: Sử dụng bê tông lớp độ bền C20/25 cho sàn, Lớp độ bền C25/30 cho cột, vách Chi tiết phụ lục 1

- Thép dầm, cột: Sử dụng thép S355

Tính toán sơ bộ tiết diện dầm khung với sơ đồ tính là dầm đơn giản, tải trọng tác động lên sàn, từ sàn truyền lên các dầm phụ gác lên

Nút khung là tuyệt đối cứng nên momen dương giữa nhịp dầm khung sẽ giảm xuống khoảng 0.75 lần momen giữa nhịp dầm đơn giản

Lựa chọn tiết diện dầm khung có khả năng chịu lực lớn hơn 0.75 lần momen dương đã tính ở trên

Tiết diện được chọn được sẽ gán vào mô hình khung

6.1.3 Tiết diện cột liên hợp

Tiết diện cột được chọn sơ bộ như trong chương 2

Phần mềm ETABS chưa hỗ trợ tiết diện cột liên hợp thép bọc bê tông nên sử dụng cụ Section Design để biểu diễn. Đối với công trình sử dụng kết cấu liên hợp, để tiện cho thi công, nên sử dụng ít loại tiết diện cột và dầm trong cùng một khung, mặt bằng.

Sơ đồ tính, mô hình hóa, tổ hợp nội lực

Khung không gian, liên kết giữa cột và móng là liên kết ngàm, liên kết nút khung

Hình 6.1 Tiết diện cột liên hợp

Sàn liên hợp có tổng chiều cao h= 120 mm > 90 mm và chiều cao bê tông trong sàn hc = 74 mm > 50 mm nên xem như tuyệt đối cứng trong mặt phẳng ngang

Sử dụng phần mềm ETABS 10.0.1 để mô hình giải khung không gian a) Tải trọng

Tải trọng đứng bao gồm tĩnh tải, hoạt tải

Tải trọng ngang là tải trọng gió b) Tổ hợp nội lực

Tải trọng gán vào trong mô hình lấy tải trọng tính toán, với hệ số vượt tải đối với loại tải trọng như sau:

Khi tĩnh tải chỉ tổ hợp với một hoạt tải:

Khi tĩnh tải tổ hợp với hai hoạt tải trở lên:

Kết quả tổ hợp nội lực

GIOX, GIOXX - Gió tác dụng theo hai chiều phương X

GIOY, GIOYY - Gió tác dụng theo hai chiều phương Y

Hình 6.2 Mô hình khung không gian

DẦM KHUNG LIÊN HỢP

Cơ sở lý thuyết

Tương tự phần dầm phụ liên hợp.

Áp dụng tính toán

Tính dầm chính nhịp 8.85m khung trục 4

7.2.1 Sơ đồ tính Đối với dầm chính, sơ đồ tính là dầm 2 đầu ngàm, nên cần xác định bề rộng tham gia làm việc của sàn tại 2 vị trí giữa nhịp và gối tựa

Chiều dài nhịp tính toán dầm được tính cách mép bên cột 50mm mỗi bên

Tiết diện cột HE 220M có h = 250 mm

Nhịp tính toán dầm khung liên hợp: L e =8.85 2 (0.25 / 2 0.05)−  + =8.5( )m

Khi tính toán lực cắt, nhịp tính toán dầm được lấy từ trục đến trục Le= 8.85 (m)

7.2.2 Quy cách tiết diện dầm thép

Chọn thép hình có quy cách – IPEA 597x220x17.5x9.8 Đặc trưng tiết diện thép hình đã chọn thể hiện ở phụ lục 1.7

Nội lực dầm có được từ kết quả phần mềm tính toán ETABS 10.0.1:

Momen dương lớn nhất: M Sd + max = 425.102( kNm )

Momen âm lớn nhất: M Sd − max = − 613.584( kNm )

Lực cắt lớn nhất: max 341.677( )

7.2.4 Kiểm tra tiết diện đã chọn a Kiểm tra ổn định dầm thép

Kiểm tra ổn định bản cánh 235 235 0.81; 0.5 220 6.28 10 8.1

Tiết diện đã chọn thuộc tiết diện loại 1, thỏa mãn điều kiện ổn định bản cánh Kiểm tra ổn định bản bụng:

= a f = =  =  = w w w h t r d d t t t  Điều kiện ổn định cho tiết diện loại 1 đã thỏa mãn b Kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện b2= 2.95/2 = 1.475m

Bề rộng hiệu quả cánh bê tông khi chịu momen dương:

Bề rộng hiệu quả cánh bê tông khi chịu momen âm

2 min(0.25( 1 2 ) / 8; 2 ) min(0.25 (8.85 2.95) / 8;1.475) 0.370( ) 370( ) b e = L + L b =  + = m = mm beff = 885+370 = 1225 (mm)

Momen kháng uốn của tiết diện dầm thép

Khả năng chịu nén của tiết diện bê tông

225 1.5 ck ck cf c eff p c c cf f f

Với n là số sóng tôn nằm trong bề rộng hữu hiệu chịu nén của tiết diện bê tông, do sóng tôn song song với trục dầm nên kể đến phần bê tông nằm trong sóng tôn

Khả năng chịu kéo của tiết diện thép hình:

Diện tích cốt thép trong sàn: d 10 200 a  A s = 393( mm 2 / m )

Khả năng chịu kéo của cốt thép trong sàn:

= = Khả năng chịu kéo cánh dầm thép

= = Khả năng chịu lực cắt của tiết diện dầm liên hợp

Diện tích thép hình chịu cắt:

Lực kháng cắt của tiết diện thép hình: , 7011,5 355 130

 Kiểm tra: V Sd 41, 677(kNm)V pl Rd , 06, 43(kN)

Thỏa mãn khả năng chịu lực cắt của dầm thép

Khả năng chịu momen dương của tiết diện dầm thép

Nhận xét: N pl a , D21, 364(kN)N cf +2N bf 11,871+ 2 1242, 5497(kN) Suy ra trục trung hòa đi qua bụng dầm thép hình

Cánh tay đòn zw từ trục trọng tâm dầm thép đến trục trung hoà:

Khả năng chịu momen dương của tiết diện dầm thép

( ) pl Rd pl a Rd cf a c p cf

Khả năng chịu momen âm của tiết diện dầm thép

Sức bền chịu kéo của cốt thép dọc: s s 393 295 100.8( )

Suy ra trục trung hòa đi qua bụng dầm thép hình

Cánh tay đòn zw từ trục trọng tâm dầm thép đến trục trung hoà:

Khả năng chịu momen âm của tiết diện dầm thép

Kiểm tra khả năng chịu momen

Xét đến ảnh hưởng của lực cắt đến sức kháng momen của tiết diện dầm liên hợp

Nhận xét: lực cắt không ảnh hưởng đến khả năng kháng momen của dầm liên hợp

Thỏa mãn khả năng chịu momen của tiết diện dầm liên hợp

7.2.5 Thiết kế liên kết chống trượt

Liên kết được thiêt kế ở đây thuộc loại liên kết dẻo

Liên kết được coi là dẻo khi thoả mãn :

Neo liên kết ở đây chọn có các thông số:

19 16 ; 20 h sc d mm d mm mm mm

Neo đã chọn thỏa mãn liên kết dẻo a Sức kháng cắt thiết kế của neo chống trượt

Theo phá hoại của neo liên kết:

Theo phá hoại của bê tông bao quanh neo liên kết:

Sức bền tính toán chống cắt một neo liên kết:

Khi các điều kiện sau được thoả mãn, khả năng chịu lực của chốt hàn được nhân với hệ số giảm khả năng chịu lực:

Hệ số giảm khả năng chịu lực của neo khi sử dụng tấm thép tôn có sóng vuông góc với trục dầm thép, bố trí 1 neo:

1.83 ,max 1.0 1.0 t t t k = k = k Lực chống cắt của một neo còn lại:

P =  k P =  = kN b Lực cắt dọc trục (Longitudinal Shear)

Khi liên kết là hoàn toàn: min( , ; ) 1011.87( ) ld pl a cf cf

V = N N = N = kN c Xác định số lượng neo

Giả sử liên kết giữa sàn và dầm là liên kết hoàn toàn

Với lực cắt tác dụng lên neo, số lượng neo yêu cầu cần liên kết trên nửa dầm:

Với khoảng cách yêu cầu tối thiểu 5d bố trí 2 neo liên tiếp, trên một nửa dầm chính, chọn khoảng cách 2 neo là 180mm, ta có thể bố trí: 8460 24( )

Nhận xét: Vậy đủ chỗ bố trí neo để tạo liên kết hoàn toàn giữa sàn và dầm d Bố trí neo liên kết

Neo liên kết giữa dầm và sàn được bố trí theo phần trình bày ở chương dầm phụ

Tấm sàn cần phải có đầy đủ các cốt thép theo phương ngang để truyền tải các ứng suất từ các neo liên kết và đảm bảo không có sự phá hoại sớm của bê tông do lực cắt ngang (longitudinal shear)

Tấm thép tôn trong sàn liên hợp cũng được xét đến như một thành phần chịu lực cắt ngang cùng với cốt thép ngang

Cốt thép bố trí lớp trên (At) d10s200 có diện tích Ae = 393 (mm 2 /m)

Diện tích tấm thép tôn: A p 34(mm 2 /m)

Hàm lượng cốt thép ngang tối thiểu trong bản sàn:

Lực cắt ngang (longitudinal shear) phụ thuộc vào sức kháng cắt của các neo liên kết, không phụ thuộc vào kết quả lực cắt từ thiết kế Với cách bố trí hai neo liên kết trên mỗi sóng tôn, sức kháng cắt của một neo liên kết: V R d = 63.78( kN )

Tổng lực kháng cắt dọc: V l = 63.78 / 0.18 = 354.33( kN m / )

Với bố trí cốt thép như trên, tổng lực kháng cắt ngang do cốt thép ngang và thép tôn tại mặt cắt ngang phải lớn hơn nửa lực kháng cắt dọc ở trên

Chiều dài đoạn phá hoại: L s = min( , h h t c ) = h c = 74( mm )

Lực kháng cắt bê tông:  Rd = 0.25  f ctk 0.05 / c = 0.25 1.5 / 1.5  = 0.25( N mm / 2 ) Khả năng bê tông chịu cắt và cốt thép chịu kéo:

Rd Rd s e sk s p yp ap

Khả năng bê tông chịu nén:

Khả năng chịu lực cắt của mặt phá hoại: V Rd =min(V Rd 1 ;V Rd 2 )7.33(kN)

Kiểm tra: 0.5 V L = 0.5 354.33 177.17(  = kN )  V Rd = 197.33( kN )

Thỏa mãn khả năng chịu lực cắt ngang từ bố trí cốt thép ngang ở mặt cắt ngang

7.2.7 Kiểm tra theo trạng thái giới hạn về sử dụng (SLS) a Kiểm tra độ võng Độ võng được xuất ra từ phần mềm etabs:  max = 14.26( mm )

Thỏa mãn điều kiện về độ võng dầm phụ liên hợp b Kiểm tra vết nứt bê tông

Vết nứt xuất hiện hầu hết do co ngót

Bề rộng giới hạn vết nứt wk = 0.3 mm

Lượng cốt thép tối thiểu trong bề rộng hiệu quả beff :

Trong đó: fct,eff - Độ bền chịu kéo của bê tông, fct,eff = fctm = 2.2 N/mm 2 k - Hệ số nhằm giảm sức bền của bê tông chịu kéo so với ứng suất của vùng cạnh vết nứt, lấy k = 0.8; ks - Hệ số tính đến sự giảm lực trong bản bê tông do nứt cục bộ và biến dạng của các liên kết chống cắt, ks= 0.9; kc - Hệ số tính đến kiểu phân phối lại ứng suất ngay trước khi bê tông bị nứt

=   +   + =   +    + =   = z0 -Khoảng cách trọng tâm bản cánh bê tông và tiết diện liên hợp

Hệ số tương đương cho module đàn hồi của bê tông:

Act - đơn giản lấy diện tích bê tông chịu nén trong bề rộng beff :

A =b h =  = mm σs - đơn giản lấy bằng cường độ tiêu chuẩn fsk = 295 N/mm 2

Cốt thép cấu tạo d10a190 có lượng cốt thép trong vùng bê tông có bề rộng beff

Với cốt thép được bố trí d10a190 trong khoảng beff = 0.885 m phía trên dầm thép sẽ thỏa mãn điều kiện chống nứt của sàn bê tông

Bề rộng giới hạn vết nứt wk = 0.3 mm

Lượng cốt thép tối thiểu trong bề rộng hiệu quả beff :

Trong đó: kc - Hệ số tính đến kiểu phân phối lại ứng suất ngay trước khi bê tông bị nứt

=   +   + =   +    + =   = z0 -Khoảng cách trọng tâm bản cánh bê tông và tiết diện liên hợp

Act - đơn giản lấy diện tích bê tông trong bề rộng beff :

A = b h =  = mm σs - đơn giản lấy bằng cường độ tiêu chuẩn fsk = 295 N/mm 2

Cốt thép cấu tạo d10a200 có lượng cốt thép trong vùng bê tông có bề rộng beff

Với cốt thép được bố trí d10a190 trong khoảng beff = 0.37 m phía trên dầm thép sẽ thỏa mãn điều kiện chống nứt của sàn bê tông.

CỘT LIÊN HỢP

Áp dụng tính toán

Áp dụng lý thuyết tính toán theo phụ lục 4

8.1.1 Mặt bằng bố trí cột

Hình 8.1 Mặt bằng bố trí cột

8.1.2 Đặc trưng vật liệu a Thép kết cấu

Mã hiệu thép HE (theo tiêu chuẩn EURONORM 19-57) có cấp thép S 355 Giới hạn chảy: fyp= 355 N/mm 2 (Tương đương XCT52 - TCVN)

Modun đàn hồi: Ea= 210 kN/mm 2 b Bê tông

Sử dụng bê tông sàn cấp độ bền C25/30 theo tiêu chuẩn Eurocode, tương đương B30 theo TCVN Các thông số về bê tông tra ở phụ lục 1.2 c Cốt thép sàn

Cốt thép gia cường trên dầm bố trí d10a200, các thông số tra ở phụ lục 1.3 d Hệ số an toàn

8.1.3 Thông số cột liên hợp

Tính toán điển hình cột C15 khung trục D, tầng 10-Mái a Kích thước hình học

- Tiết diện cột liên hợp: bc x hc = 450x450 mm

- Cột thép hình HE260A có các thông số theo phụ lục 1.8 b Các đặc trưng hình học

Diện tích cột liên hợp: A cot =b c h c @4500(cm 2 )

Diện tích thép kết cấu: A a 8(cm 2 )

Diện tích cốt thép thanh: A s = 4 3.14 28 / 4 2 $.63( ) cm 2

Diện tích bê tông: A c = A cot −A a −A s 00 86.8 24.63 1688, 5 (− − = 7 cm 2 )

Mô men quán tính của lõi thép:

Khoảng cách từ trục trung hòa đến cốt thép dọc theo phương y:

Khoảng cách từ trục trung hòa đến cốt thép dọc theo phương z

Mô men quán tính của cốt thép:

Mô men quán tính của bê tông:

Giá trị nội lực được xuất ra từ phần mềm Etabs

Nhận xét rằng, càng ở tầng dưới thì các giá trị nội lực sẽ càng lớn, do đó khi thiết kế cho một nhóm cột nào đó thì ta chỉ cần quan tâm đến giá trị nội lực xuất ra ở tầng dưới cùng của nhóm đó Đối với mỗi tiết diện cột, chỉ cần tiến hành tính toán với 3 tổ hợp tải trọng nguy hiểm, đó là:

- Tổ hợp có lực dọc lớn nhất;

- Tổ hợp có mô men My lớn nhất;

- Tổ hợp có mô men Mz lớn nhất

Bảng 8.4 Tổ hợp nội lực tính toán cột C-15

Cột Tiết diện Nội lực N (kN) My(kNm) Mz(kNm)

8.1.5 Tính cột liên hợp chịu nén đúng tâm a Khả năng chịu lực dọc của cột

Tiết diện ngang của cột không đổi và có hai trục đối xứng trên suốt chiều dài cột Khả năng chịu nén tối đa của cột:

Tỷ số phân phối cốt thép:

 Thoả mãn điều kiện tỷ số phân phối thép

Diện tích cốt thép dọc: 0.3% A c = 5, 07 ( cm 2 )  A s = 24, 6 3 ( cm 2 )  4 % A c = 67, 54 3 ( cm 2 )

Vậy diện tích này được dùng đến trong tính toán.

Khi không xét đến các hệ số an toàn:

Kiểm tra khả năng chịu lực của cột chịu nén đúng tâm:

Cột đủ khả năng chịu lực khi chịu nén đúng tâm b Kiểm tra ổn định theo phương trục khoẻ (y-y) Độ cứng chống uốn ngắn hạn:

Chiều dài tiết diện cột:

Lực tới hạn Euler của tiết diện: 2 ( ) , 2 10

 = N = = Độ mảnh quy đổi không vượt quá giá trị giới hạn 0.8 nên ta không cần kể đến ảnh hưởng của tải trọng dài hạn. c Kiểm tra ổn định theo phương trục yếu (z-z) Độ cứng chống uốn ngắn hạn:

Chiều dài tiết diện cột: Lft = L = 3200 (m)

Lực tới hạn Euler của tiết diện: 2 ( ) , 2 10

 = N = = Độ mảnh quy đổi không vượt quá giá trị giới hạn 0.8 nên ta không cần kể đến ảnh hưởng của tải trọng dài hạn d Kiểm tra ổn định cục bộ cột

Tiết diện bọc bê tông hoàn toàn: cz= 100 mm, cy = 70 mm; cz= 100 mm ≥ 40 mm và cz = 100 mm ≥ b/6 = 260/6 = 43 mm; cy= 70 mm ≥ 40 mm và cy = 70 mm ≥ h/6 = 250/6 = 42 mm;

Vậy cho phép bỏ qua hiệu ứng ổn định cục bộ của cấu kiện thép hình e Sức kháng cục bộ cột

Theo phương trục chính (trục y-y)

Hệ số giảm sức kháng dọc trục cột:

Sức kháng trục còn lại do mất ổn định cục bộ:

Cột liên hợp có khả năng chịu uốn dọc đối với cả hai trục nếu:

Theo phương trục phụ (trục z-z)

Hệ số giảm sức kháng dọc trục cột:

Sức kháng trục còn lại do mất ổn định cục bộ:

Cột liên hợp có khả năng chịu uốn dọc đối với cả hai trục nếu:

8.1.6 Tính cột chịu nén uốn đồng thời

Khả năng chịu nén và uốn đồng thời của cột được kiểm tra bởi đường cong tương tác theo từng phương với các điểm xác định a Theo phương trục mạnh (trục y-y)

Lập biểu đồ tương tác trên cơ sở toạ độ của 5 điểm tìm được A, B, C, D, E

Hình 8.2 Đường cong tương tác lực nén và mômen uốn

- Điểm A: Khả năng chịu nén tối đa: N A = N pl Rd , = 609 1, 02 ( kN ); M A = 0

- Điểm D: Mômen uốn giới hạn lớn nhất

Trong đó: Mmax.Rd - Giá trị momen lớn nhất khi trục trung hoà dẻo đi qua giữa bản bụng của thép hình

- Điểm B: Khả năng chịu uốn

Xác định khoảng cách hn từ trọng tâm thép cán đến trục trung hòa dẻo của tiết diện, giải thiết hn < 450/2 - 30 = 195 mm, tức trục trung hoà đi qua bản bụng của tiết diện thép hình

2 2 (2 ) pm Rd n c cd w yd cd h N b f t f f

Ta có hn = 120.6 mm < 195 mm, vậy giả thiết trên là đúng Môđun kháng uốn dẻo của tiết diện:

Phần cốt thép thanh: Wpsn = 0 (Không có cốt thép trong phần tiết diện 2hn) Phần bê tông:

1.1 2 1.35 pc n cd n Rd pa n yd ps n sd

= + +   M B =M pl Rd , =M max Rd , −M n Rd , V1,675 80,133− H1,542( kNm )

- Điểm C: có cùng khả năng chịu uốn như B nhưng có lực nén

- Điểm E: có khả năng chịu uốn và lực nén

+   −   Kiểm tra khả năng chịu lực :

Hệ số kể đến ảnh hưởng phân bó tuyến tính của momen:

− Thông số thể hiện tác động dọc trục:

Ta có: M Rd = 0.9  M pl R , d = 0.9  1,1731 481, 542  = 508, 407 ( kNm )

Giá trị của mômen tính toán: M Sd = 227, 657( kNm )  M R d = 508, 40 7( kNm )

Hình 8.3 Kiểm tra cột C15, HẦM –T5 phương mạnh

Hình 8.4 Kiểm tra cột C15, T6-T10 phương mạnh

Hình 8.5 Kiểm tra cột C15, T11-MÁI phương mạnh

Vậy cột đủ khả năng chịu lực theo phương y b Theo phương trục yếu (trục z-z)

Lập biểu đồ tương tác trên cơ sở toạ độ của 5 điểm tìm được A, B, C, D, E

- Điểm A: Khả năng chịu nén tối đa

N A = N pl Rd , = 609 1, 02 ( kN )(đã tính ở trên); M A = 0

- Điểm D: mômen uốn giới hạn lớn nhất

Trong đó: Mmax.Rd - Giá trị momen lớn nhất khi trục trung hoà dẻo đi qua giữa bản bụng của thép hình

- Điểm B: Khả năng chịu uốn N B =0; M B =M pl Rd

Xác định khoảng cách bn từ trọng tâm thép cán đến trục trung hòa dẻo của tiết diện, giải thiết trục trung hoà đi qua bản cánh của tiết diện thép hình

2 2 (2 ) 2 2 (2 ) n yd c cd c n cd pm Rd c cd n c cd yd cd c cd yd cd b hf A f h h b f

 =    +    −   Môđun kháng uốn dẻo của tiết diện:

Phần cốt thép thanh: Wpsn = 0 (Không có cốt thép trong phần tiết diện 2bn)

2 1.35 pc n cd n Rd pa n yd ps n sd

= + +   M B =M pl Rd , =M max Rd , −M n Rd , 74,503 5,397− 69,106( kNm )

- Điểm C: có cùng khả năng chịu uốn như B nhưng có lực nén

- Điểm E: có khả năng chịu uốn và lực nén

+   −   Kiểm tra khả năng chịu lực :

Hệ số kể đến ảnh hưởng phân bó tuyến tính của momen:

Thông số thể hiện tác động dọc trục:

Giá trị của mômen tính toán:

Vậy cột đủ khả năng chịu lực theo phương z

Hình 8.6 Kiểm tra cột C15, HẦM –T5 phương yếu

Hình 8.7 Kiểm tra cột C15, T6-T10 phương yếu

Hình 8.8 Kiểm tra cột C15, T11-MÁI phương yếu

TÍNH TOÁN LIÊN KẾT

Liên kết dầm chính dầm phụ (liên kết khớp-fin plate)

KIỂM TRA 1: Chi tiết cấu tạo

KIỂM TRA 2: Nhóm bu lông

KIỀM TRA 3: Kiểm tra bản mã

KIỂM TRA 4: Khả năng chịu lực của bụng dầm

KIỂM TRA 5: Khả năng chịu lực chỗ vác

KIỂM TRA 6: Ổn định cục bộ khu vực bị vác

KIỂM TRA 7: Kiểm tra đường hàn

KIỂM TRA 8: Kiểm tra cục bộ bản bụng dầm chính/cột

Tính toán liên kết giữa dầm chính và dầm phụ

Do liên kết giữa dầm chính và dầm phụ là liên kết khớp nên giá trị nội lực đem vào tính toán là lực cắt còn mô men bằng 0, lực cắt lớn nhất gây ra tại liên kết là do tải trọng tính toán trong giai đoạn liên hợp gây ra có giá trị là VEd,max = 264.36 (kN)

Dầm chính là thép hình IPEA 600 có có đặc trưng theo phụ lục 1.7

Dầm phụ là thép hình IPE360 có có đặc trưng theo phụ lục 1.6

Cả dầm chính và dầm phụ đều có mác thép là S355

Chọn bu lông có đường kính d = 20mm, cấp độ bền 8.8 có các đặc trưng sau: Đường kính lỗ bu lông d0 = 22 (mm)

Diện tích thân bu lông A = 314 (mm 2 )

Diện tích chịu ứng suất As = 245 (mm 2 )

Giới hạn bền của bu lông fub = 800 (N/mm 2 )

Bố trí 3 hàng bu lông  20 cấp độ bền 8.8, khoảng cách giữa các bu lông p1 = 80 (mm)

Chọn bản mã có kích thước: 340x110x8

Mác thép bản mã là S355 có fu,p = 510 (N/mm 2 ) a Kiểm tra cấu tạo

Chiều dày bản mã: t p =8(mm)0.5d =0.5 20 10( = mm )

Chiều dài bản mã: h p 40(mm)0.6h b 1 =0.6 360 !6(mm) b Kiểm tra nhóm bu lông

Khả năng chịu cắt của bu lông

Fv, Rd - Khả năng chịu cắt của 1 bu lông:

Với 1 hàng bu lông theo phương đứng (n1 = 1 và n1n2 = 3.1 = 3)

So sánh: V Rd = 279.72( kN )  V Ed = 136.29( kN )

Thỏa mãn khả năng chịu cắt của bu lông

Khả năng chịu ép mặt của bu lông trên bản mã Điều kiện: V Ed ≤ V Rd

Khả năng chịu ép mặt của 1 bu lông theo phương đứng:

Khả năng chịu ép mặt của 1 bu lông theo phương ngang:

Trong đó: fub = 800N/mm 2 - Giới hạn bền của bu lông; fu,p = 510 (N/mm 2 ) - Giới hạn bền của bản mã

Vậy khả năng chịu ép mặt của 1 bu lông là:

So sánh: V Rd = 367.593( kN )  V Ed = 136.29( kN )

Thỏa mãn khả năng chịu ép mặt của bu lông

Khả năng chịu ép mặt của bu lông trên bụng dầm phụ Điều kiện: VEd ≤ VRd

Khả năng chịu ép mặt của 1 bu lông theo phương đứng trên bụng dầm phụ:

Khả năng chịu ép mặt của 1 bu lông theo phương ngang:

Trong đó: f u,p = 510 (N/mm 2 ) - Giới hạn bền của bản mã γM2 = 1.25 – Hệ số an toàn đối với bu lông

Vậy khả năng chịu ép mặt của 1 bu lông là:

So sánh: V Rd = 367.593( kN )  V Ed = 136.29( kN )

Thỏa mãn khả năng chịu ép mặt của bu lông trên bụng dầm. d Kiểm tra bản mã

Khả năng chịu cắt Điều kiện: VEd < VRd, min

V Rd min , =min( V Rd g , ;V Rd n , ;V Rd b , )

Khả năng chịu cắt của tiết diện nguyên:

 Khả năng chịu cắt của tiết diện giảm yếu:

Khả năng chịu xé khối (block tearing):

Với 1 hàng bu lông theo phương đứng:

Vậy: V Rd min , =min 284.038 648.( ; 078; 260.89)&0.89(kN)

So sánh: V Rd &0.89(kN)V Ed 6.29(kN)

Vậy bản mã đủ khả năng chịu cắt

Khả năng chịu uốn Điều kiện: VEd FRd, 13 c1.81kN

Cánh tay đòn để xác định độ cứng:

Vì giá trị NSd thay đổi theo từng trường hợp tải nên để an toàn và tính toán sơ bộ thì xem như lực dọc tác dụng bằng 0

Khả năng chịu cắt của bê tông:

1 a ,w , p s c ,w , p s 9, 43 0, 9 10, 33 k = k + k = + = e Khả năng chịu lực của mối nối

Rd Rd Rd Rd t Rd

Vậy liên kết đủ khả năng chịu mô men Độ cứng ban đầu:

Khả năng chịu cắt của mối nối

Khả năng chịu cắt của đường hàn: w s 2( b 2( fb )) 2 (597 2 (17.5 24)) 1028 ( ) l = h − t + s =  −  + = mm

Khả năng chịu cắt của bu lông

Bố trí 2 hàng bu lông chịu cắt, khả năng chịu cắt của 1 bu lông:

Khả năng chịu cắt của mối nối

Hình 9.2 Chi tiết nối cột

Kiểm tra khả năng chịu lực cắt của mối nối

Vậy mối nối đủ khả năng chịu lực cắt.

Liên kết nối cột

Tiến hành thiết kế và kiểm tra mối nối cột C-15 tầng 7 a Số liệu ban đầu

Kích thước hình học mối nối được thể hiện trong hình vẽ bên dưới

Sử dụng bu lông có đường kính 20 mm, có diện tích thực là As,b = 245 mm 2

Bu lông có cấp độ bền 8.8, fu,b = 800N/mm 2

Bản ốp dày 10mm, dùng thép S355 có: fy,p = 355 N/mm 2 fu,p = 510 N/mm 2 b Kiểm tra bu lông trên bản ốp bụng Điều kiện: V 2  Rd n F

Cường độ chịu cắt của một bu lông:

Cường độ ép mặt của một bu lông: e1 = 40 mm p1 = 80 mm e2 = 40 mm p2 = 80 mm

Số bu lông cần bố trí: 2, 383.64 3.95

Vậy bố trí 4 bu lông là thỏa mãn c Kiểm tra bu lông trên bản ốp cánh e1 = 50 mm p1 = 150 mm e2 = 50 mm p2 = 150 mm

Cường độ chịu cắt của một bu lông:

 Cường độ ép mặt của một bu lông:

F F F Đối với bu lông trên bản ốp cánh, bu lông xa tâm quay nhất (là tâm của nhóm bu lông) là bu lông nguy hiểm nhất, nên ta thực hiện việc tính toán và kiểm tra nội lực tác dụng lên bu lông đó, để đơn giản ta lập bảng tổng hợp giá trị lực cắt tác dụng lên một bu lông xa tâm quay nhất Trong đó:

Vậy việc bố trí như hình vẽ là hoàn toàn thỏa mãn.

Liên kết chân cột

9.4.1 Tính toán liên kết chân cột C-15 a Nội lực tính toán

Tại vị trí chân cột, lực dọc có giá trị rất lớn nhưng momen lại nhỏ nên không có khả năng gây kéo trong bulông neo Do vậy, em sử dụng tổ hợp nội lực có giá trị lực dọc Nmax để tiến hành tính toán và kiểm tra

Bảng 9.1 Tổ hợp nội lực tính toán bản đế chân cột C- 15

HAM C15 TH1 -8085.792 -96.318 0.979 1.454 -103.916 b Đặc trưng vật liệu

Cột C-15 tầng hầm là cột thép hình bọc bê tông có mã hiệu HE 260M có các đặc trưng theo phụ lục 1.9

Bê tông: Sử dụng bê tông cấp độ bền C25/30 có thông số trong phụ lục 1.2 c Thiết kế liên kết chân cột

Bước 1: Chọn kích thước sơ bộ tiết diện Điệu kiện: A p  A req

Các thông số bản đế chưa được xác định, do vậy để đơn giản và an toàn lấy gần đúng α = 1.5

Chọn bản đế có kích thước:

Momen khảng uốn theo hai phương của bản đế:

Bước 2: Xác định chiều dày bản đế Ứng suất trong bản đế:

Vậy bản đế hoàn toàn chịu nén

Ta xem đoạn đưa ra của bản đế khỏi tiết diện cột như một console ngàm vào chân cột Sử dụng ứng suất lớn nhất để tính toán an toàn Đoạn đưa ra của console dài 280mm, giả sử đường hàn cao 10mm

Momen lớn nhất ở vị trí ngàm tại chân cột phân bố trên một đơn vị chiều dài:

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thành Lưu Hướng dẫn: ThS Vương Lê Thắng - TS Lê Khánh Toàn 85 max 452042, 24

= =  Vậy chọn bề dày bản đế tp = 100 (mm)

Bước 3: Tính toán bu lông neo

Vì chân cột hoàn toàn chịu nén nên bu lông neo bố trí để chịu lực cắt

Chọn bu lông neo đường kính 30 cấp độ bền 8.8 có Asb = 561 mm 2

Khả năng chịu cắt của 1 bu lông:

Thỏa mãn khả năng chịu lực cắt của liên kết

Bước 4: Kiểm tra đường hàn

Chọn chiều cao đường hàn là 10mm, hàn xung quanh chân cột

Giả sử chỉ có phần đường hàn ở bụng cột chịu cắt, chiều dài đường hàn: w , eff 2( c 2 fc 2 w ) 2 (597 2 32.5 2 10) 410( ) l = h − t − s =  −  −  = mm

Khả năng chịu cắt của đường hàn trên một đơn vị chiều dài: w , w ,

Kiểm tra khả năng chịu cắt của đường hàn: w , w ,e

Vậy đường hàn đủ khả năng chịu lực cắt lớn nhất trong cột.

Liên kết sàn liên hợp với vách bê tông

Giá trị lực cắt tính toán liên kết: VEd = 15.66kN

9.5.2 Kiểm tra liên kết a Khả năng chịu lực của thép góc L150x75x10

Xem cánh thép góc ngàm với vách và phản lực tác dụng lên liên kết cách gối tựa một khoảng a 37.5mm

Mô men lệch tâm tác dụng lên liên kết:

Mô men kháng uốn của tiết diện cánh thép góc:

Với b = 1m là bề rộng khi cắt 1 dải 1m để tính Hình 9.3 Chi tiết liên kết

Hình 9.18: Chi tiết liên kết toán

Khả năng chịu mô men của cánh thép góc:

=  =  Kiểm tra khả năng chịu lực:

Vậy liên kết đủ khả năng chịu mô men

Diện tích chịu cắt: A vc = tb = 10 1000  = 10000 mm 2

Khả năng chịu cắt của tiết diện cánh thép góc:

Kiểm tra: V Rd = 1428.942( kN )  V Ed = 15.66( kN )

Vậy liên kết đủ khả năng chịu lực cắt b Khả năng chịu lực của bu lông neo vào vách

Chọn bu lông neo vào vách đường kính 12mm, cấp độ bền 4.6, bê tông trong vách là C25/30 Khoảng cách giữa 2 bu lông neo là h = 100mm

Mô men tác dụng vào thép góc sẽ phân thành cặp ngẩu lực kéo và nén trong bu lông neo:

Vậy ứng suất kéo, nén gây ra trong bu lông là:

Kiểm tra khả năng chịu lực:

=  Sd y f kN mm f kN mm

Xác định chiều dài đoạn neo vào bê tông: 

T - Lực kéo trong bu lông; d - Đường kính bu lông; n - Số bu lông neo chịu kéo;

L - Chiều dài đoạn neo; fbd - Cường độ bám dính của bê tông lấy theo bảng tra 5.3 trong EN

1992-1-1, hoặc tính theo công thức: bd =2.25 ctk ,0.05 c f f

 Vậy chiều dài đoạn neo là:

Vậy bố trí đoạn neo có chiều dài L(mm)64.1(mm)

Liên kết dầm chính - vách

Liên kết giữa dầm chính với vách tính toán tương tự như liên kết dầm chính với cột, tuy nhiên quan niệm vách bê tông tuyệt đối cứng, vì thế, sẽ thực hiện việc tính toán và kiểm tra dầm sao cho đủ khả năng chịu mô men và lực cắt tại vị trí liên kết

Nội lực do tải trọng gây ra

VSd = 346.544 (kN) a Dữ liệu ban đầu

Thép hình Đặc trưng tiết diện dầm thép hình IPEA 600 ở phụ lục 1.7

Cấp độ bền C25/30, tương đương cấp độ bền B30 (M400) theo TCXDVN 356-2005 theo phụ lục 1.2

Cấp độ bền 8.8, có các đặc trưng sau: Đường kính : d = 30 mm

Giới hạn chảy: fub = 800 N/mm 2 b Những tính toán chuẩn bị

Phần mở rộng bản nối

50( ) min( ;1.25 ) min(50,1.25 43.6) 50( ) x f x x x x m X s mm e mm n e m mm

80( ) min( ;1.25 ) min(80,1.25 38.7) 29.375( ) b w m t s mm e mm n e m mm

Khả năng chịu kéo của 1 bu lông

Khả năng chịu cắt của 1 bu lông: v,

4 4 e = d = = mm c Sức kháng bu lông trong vùng chịu kéo

Chiều dài hữu hiệu: min( ; 2 0.625 w; 2 0.625e ; 4 1.25e ; 2 )

Bề rộng bản nối: b p = 220( mm )

Bề dày bản nối: t p = 40( mm )

Rd ep Rd ep Rd ep Rd

F = F +F +F Hàng bu lông thứ ba

Tra bảng hệ số  ta được:  = 2

Rd ep Rd ep Rd ep Rd

Bố trí thép 10 100 a trong 1500mm có A s = 785( mm 2 )

Tổng lực kéo bao gồm cốt thép và bu lông:

Khả năng chịu momen của liên kết: z= 597-0.5x17.5+120-30g8.25 (mm) z1Y7-0.5x17.5+140r8.25 (mm) z2Y7-0.5x17.5-60d8.25 (mm) z3Y7-0.5x17.5-60R8.25 (mm)

Kiểm tra khả năng chịu mô men: M Rd = 1367.65 kNm  M Sd = 526.661 kNm

Vậy liên kết đủ khả năng chịu mô men d Khả năng chịu cắt của mối nối

Khả năng chịu cắt của đường hàn l w s = 2[ h b − 2( t fb + s )] =  2 [597 −  2 (17.5 10)] 1084( + = mm )

Khả năng chịu cắt của bu lông

Bố trí 2 hàng bu lông chịu cắt

V Rd = min( V Rd ,1 ; V Rd ,2 ) = min(1682.29;861.969) = 861.70( kN )

Vậy liên kết đủ khả năng chịu lực cắt e Chiều dài đoạn neo

Theo tiêu chuẩn EN 1992-1-1 (5.2.2.3.) chiều dài cơ bản của đoạn thép thanh neo được xác định như sau: /

: đường kính cốt thép neo vào trong vách;

Fbd: cường độ bám dính của bê tông lấy theo bảng tra 5.3 trong EN 1992-1-1 hoặc được tính theo công thức bd 2.25 ctk ,0.05 c f f

=  với  c = 1.5 Chiều dài đoạn neo tối thiểu: l b min = max (0.6 ;10 ;100 l b  mm )đối với thanh chịu nén l b min = max (0.3 ;10 ;100 l b  mm )đối với thanh chịu kéo

Vậy chiều dài đoạn neo là: / 10 210 / 1.15

 Vậy bố trí chiều dài đoạn neo là 250mm

TÍNH TOÁN MÓNG

Điều kiện địa chất công trình

10.1.1 Địa tầng khu đất Địa tầng được phân chia theo thứ tự từ trên xuống dưới như sau:

Bảng 10.1 Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất

Lớp Loại đất dày γ tn γ s W W l W p

Lớp đất 1: Cát mịn, có chiều dày 5.5 m

 = = Hệ số rỗng tự nhiên: w tn

Suy ra: 0.6  = e 0.69  0.75 : đất ở trạng thái chặt vừa.

Trọng lượng riêng đẩy nổi: ( 1) w (2.65 1) 10 3

Kết luận: Lớp 1 là lớp cát trạng thái chặt vừa, khả năng chịu tải không tốt Hơn nữa chiều dày lớp đất là 5.5 m nằm trên đáy của tầng hầm nên không thể làm móng của công trình

Tương tự các lớp đất khác, ta có:

Lớp 2 là lớp cát bụi, ở trạng thái chặt vừa, khả năng chịu tải không tốt, biến dạng lún lớn Công trình có tải trọng lớn nên không thể dùng lớp nầy làm nền

Lớp 3 là lớp á sét, trạng thái dẻo cứng, có khả năng chịu tải lớn, tính năng xây dựng tốt Nhưng chiều dày lớp đất khá mỏng nên không thích hợp làm nền móng cho công trình cao tầng

Lớp 4 là lớp cát hạt mịn, trạng thái chặt, có khả năng chịu tải lớn, tính năng xây dựng tốt Chiều dày lớp đất lớn (11.5 m) nên có thể xem xét làm nền móng cho công trình

Lớp 5 là lớp sét trạng thái dẻo cứng có khả năng chịu tải lớn, tính năng xây dựng tốt, có thể xem xét làm nền móng cho công trình cao tầng

Lớp 6 là lớp á sét trạng thái nửa cứng có khả năng chịu tải lớn, tính năng xây dựng tốt, có thể xem xét làm nền móng cho công trình cao tầng

Lớp 7 là đá phiến Xerixit phong hóa có khả năng chịu tải lớn, tính năng xây dựng tốt, chiều dày lớp đất lớn, do đó đáng tin cậy để làm nền móng cho công trình

10.1.3 Điều kiện địa chất, thuỷ văn

Nước ngầm ở khu vực qua khảo sát dao động tùy theo mùa và nằm khá sâu Nếu thi công móng sâu, nước ngầm ít ảnh hưởng đến công trình.

Thiết kế cọc khoan nhồi

10.2.1 Tính toán móng M1 (dưới cột C15)

Hình 10.1 Mặt bằng bố trí móng a Vật liệu

Bê tông cọc cấp độ bền B30 có Rb = 17 MPa; Rbt = 1.2 MPa;

Cốt thép dọc dùng CII: Rs = Rsc = 280 MPa; Rsw = 225 MPa

Cốt đai dùng CI : Rs = Rsc = 225 MPa; Rsw = 175 MPa b Tải trọng

Các tổ hợp tải trọng tính toán móng được lấy từ bảng nội lực xuất ra từ phần

Bảng 10.2 Tổ hợp tải trọng tính toán móng M1 Đơn vị kN-m

Bảng 10.3 Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn móng M1 Đơn vị kN-m

Qy 0,7011 0,7137 0,7137 c Chọn thông số cọc

Chọn đường kính cọc D = 80 cm

Diện tích tiết diện cọc: A p =R 2 =40 2 =5027 ( ) cm 2

Theo Điều 3.3.6 TCXD 205:1998, khi tính toán cọc chịu tải trọng ngang, hàm lượng cốt thép dọc trong cọc không nên nhỏ hơn (0,4%  0,65%)

Nên chọn cốt dọc cho cọc là 16Φ16 (As = 32.18 cm 2 ) có μ = 0.64%

Mũi cọc cắm sâu vào lớp á sét ( lớp đất 6) một đoạn 1 m

Chiều sâu mũi cọc là: h c =5.5 9 4 11.5 10 1 41( )+ + + + + = m Đoạn cọc ngàm vào đài chọn 1 m, bao gồm:

- Đoạn cọc ngàm vào đài cọc: 0.2 m

- Đoạn thép neo vào đài cọc: 0.8 m d Chọn thông số đài cọc

Theo sách “Nền móng và tầng hầm nhà cao tầng” của GS.TSKH Nguyễn Văn Quảng, chiều cao đài cọc chọn thỏa mãn: h d 2D+10=  +2 80 10 170(= cm) Chọn h d =1.2( )m

Như vậy chiều sâu đặt đáy đài là coste -4.7m so với cao trình mặt đất thiên nhiên

Với móng cọc đài thấp, xem toàn bộ tải trọng ngang do đất từ đáy đài trở lên chịu hoàn toàn nên chiều sâu chôn đài phải thoả mãn điều kiện cân bằng áp lực ngang sau: min min

Trong đó: h - Độ chôn sâu của đáy đài; φ, γ - Góc nội ma sát và trọng lượng thể tích tự nhiên của đất từ đáy đài trở lên; b - Cạnh của đáy đài theo phương thẳng góc với tổng lực ngang (với đài cọc bố trí 4 cọc, ta chọn sơ bộ bề rộng đáy đài b≥ e + D + 2c = 3 x 80 + 80 + 80 = 400 cm, chọn b = 400 cm)

Với e - Khoảng cách giữa 2 cọc liền kề, e ≥ 3d = 3 x 80 $0 cm; c - Khoảng cách từ mép đài đến mép cọc, c ≥ 25 cm, chọn c = D/2 40cm

∑H - Tổng tải trọng nằm ngang, max

(thỏa mãn) e Tính toán sức chịu tải của cọc

Sức chịu tải cọc đơn theo vật liệu làm cọc

Sức chịu tải của cọc nhồi chịu nén được xác định theo công thức:

Trong đó: φ - Hệ số uốn dọc của cọc, với móng cọc đài thấp không xuyên qua tầng đất yếu (than bùn, bùn, sét yếu) lấy φ = 1; m1 = 0,85 - Hệ số điều kiện làm việc khi đổ bêtông qua ống chuyển thẳng đứng; m2 - Hệ số điều kiện làm việc kể đến ảnh hưởng của phương pháp thi công, đổ bê tông trong bentonite, m2 = 0,7;

Rs - Cường độ tính toán của cốt thép, thép CII: Rs = 280 MPa;

As - Diện tích cốt thép trong cọc, As = 32.18 cm 2 ;

Rb - Cường độ chịu nén của bê tông, bê tông B25 có Rb = 14.5 MPa;

Ac - Diện tích tiết diện bê tông: Ac = Ap - As = 5027 – 32.18 = 4994.84 cm 2 ; Suy ra: P vl =1.0(0.85 0.7 1.45 4994.84 28 32.18   +  )Y53.3(kN)

Sức chịu tải cọc đơn theo đất nền

Sử dụng kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT để tính toán sức chịu tải giới hạn của cọc theo công thức Nhật Bản cho trong tiêu chuẩn TCXD 205:1998

 - Hệ số phụ thuộc phương pháp thi công cọc Với cọc khoan nhồi, lấy  15;

Na - Chỉ số SPT của đất tại mũi cọc, lớp á sét có Na = 30;

Ns - Chỉ số SPT trung bình của các lớp đất cát mà cọc cắm qua:

C u =N/1.4 - Lực dính đơn vị của đất dính tính theo thí nghiệm SPT:

Ls - Chiều dài cọc cắm qua đất cát, Ls = 21.85 m;

Lc - Chiều dài cọc cắm trong đất dính, Lc = 15 m; d = 0.8 m - Đường kính tiết diện cọc;

Ap - Diện tích tiết diện ngang dưới mũi cọc, Ap = 5027 cm 2

Vậy sức chịu tải giới hạn của cọc: Ptk = min (Pvl, Pđn ) = 3167.46 (kN) f Xác định thông số móng

Tính toán với tổ hợp tải trọng 3, sau đó kiểm tra với các tổ hợp còn lại

Dự kiến bố trí 4 cọc, chọn kích thước đài 4m x 4m: Fđ = 4x4 = 16 m 2

Số lượng cọc cần thiết: tt c tk n N

Với:  = 1.3 - Hệ số kể đến ảnh hưởng của mômen lệch tâm (1.0 1.5);

Gđ - trọng lượng đài và phần sàn trên đài

Chọn n = 4 cọc Do nhà làm việc không gian nên cần bố trí cọc đối xứng

Bố trí như hình vẽ sau: g Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc

Ta kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc với tổng lực dọc tính toán, momen theo 2 phương (M x , M y ), lực ngang theo 2 phương (Q x , Q y )

Vì móng chịu tải trọng lệch tâm theo hai phương x, y, lực tác dụng xuống cọc bất kì được xác định theo công thức sau: max max

1 tt tt tt max mi tt x y n n c i i i i n

N tt - Tổng tải trọng thẳng đứng tại đáy đài; N tt =N 0 tt +G d nc - Số lượng cọc trong móng, nc = 4 cọc;

M tt x, M tt y - Tổng moment của tải trọng ngoài ứng với trục x và y so với trục đi qua trọng tâm của tiết diện cọc tại đáy đài:

Với: M tt 0x, M tt 0y - Mômen uốn tính toán ở đỉnh đài quanh trục X và Y;

Q tt 0x, Q tt 0y - Lực cắt tính toán ở đỉnh đài theo trục X và Y xmax, ymax - Khoảng cách từ trục cọc chịu nén nhiều nhất đến trục y, trục x đi qua trọng tâm đài xmax = 1.2 m; ymax = 1.2 m xi, yi - Khoảng cách từ trục cọc thứ i đến trục đi qua trọng tâm đài x1 = x2 = x3 = x4 =2.4/2 = 1.2 m; y1 = y2 = y3 = y4 =2.4/2 = 1.2 m;

1 mi tt tt tt x y n n c i i i i tt N M y M x n y

Trọng lượng cọc: P c =nA L p  bt =1.1 0.5027 36.85 25   P9.424(kN)

Kiểm tra lực truyền xuống cọc: max min

Bảng 10.4 Kết quả tính toán

) N tt (kN) M tt x M tt y P tt max P tt min P c P tt max +

Cả 3 tổ hợp tải trọng đểu thoả mãn điều kiện (*) Vì tải trọng tác dụng lên cọc nhỏ hơn sức chịu tải tính toán của cọc nên thiết kế cọc như trên là hợp lý Đồng thời không xảy ra trường hợp cọc bị nhổ vì P min > 0 h Kiểm tra nền đất tại mặt phẳng mũi cọc

Xác định thông số móng khối quy ước

Với quan niệm nhờ ma sát giữa mặt xung quanh cọc và đất bao quanh, tải trọng của móng được truyền trên diện rộng hơn, xuất phát từ mép ngoài cọc tại đáy đài và nghiêng một góc  = tb/4 với tb là góc nội ma sát trung bình các lớp đất cọc đi qua

 = = Diện tích đáy móng khối qui ước xác định theo công thức:F qu = A B qu qu Trong đó: A qu = A n +2Ltg

An, Bn - Khoảng cách tính từ mép ngoài của hai hàng cọc ngoài cùng

L = 36.85 (m) - Chiều dài tính toán của cọc, tính từ đáy đài đến mặt phẳng đi qua mũi cọc

11.64 11.64 132.71( ) o qu n o qu n qu qu qu

= + = +   = + = +    = =  Xác định ứng suất ở đáy móng khối quy ước

Bảng 10.5 Tải trọng tiêu chuẩn dùng để tính toán

Cột Giá trị N max Mx tu My tu Qx tu Qy tu

Tiêu chuẩn 5888,2809 1,062 75,4194 69,9071 0,7137 Áp lực trung bình tại đáy móng khối quy ước: max min

 đ max , đ min - Ứng suất lớn nhất và nhỏ nhất tại đáy móng khối quy ước: max,min 6 6

1 tc z X Y d qu qu qu qu

 =       (*) Độ lệch tâm theo phương x và phương y:

Theo trục X: tc y x tc qu e M

= N Theo trục Y: tc x y tc qu e M

Mômen tiêu chuẩn tại đáy móng khối quy ước:

1.062 0.714 1.4 2.061 75.420 69.907 1.4 173.289 tc tc tc x x y tc tc tc y y x

∑N tc - Tổng tải trọng thẳng đứng tại đáy móng khối quy ước bao gồm trọng lượng cọc, đài cọc, trọng lượng đất giữa các cọc có xét đến đẩy nổi của đất và vật liệu làm móng, ta có  N tc = N 0 tc + N 1 + N 2 + N 3 + N 4 + N 5 + N 6 + N 7

- N tc 0 - Tải trọng tiêu chuẩn do khung truyền xuống

- Trọng lượng đất móng khối quy ước từ đáy đài trở lên:

- Trọng lượng của lớp cát mịn (lớp 1) dày 1.35 m có trừ đi trọng lượng cọc:

- Trọng lượng của lớp cát bụi (lớp 2) dày 9 m có trừ đi trọng lượng cọc:

- Trọng lượng của lớp á sét (lớp 3) dày 4 m có trừ đi trọng lượng cọc:

- Trọng lượng của lớp sét (lớp 5) dày 10 m có trừ đi trọng lượng cọc:

- Trọng lượng của lớp á sét (lớp 6) dày 1 m có trừ đi trọng lượng cọc:

- Tổng trọng lượng móng khối quy ước:

- Lực dọc tiêu chuẩn xác định đến đáy khối móng quy ước:

 N tc =N 0 tc +N qu X88.281 51918.1525+ V126.1194( ) kN Độ lệch tâm:

Từ công thức (*) ta có:

 =  −  −   Áp lực tiêu chuẩn trung bình ở đáy khối quy ước : max min 423.613 422.234 2

Sức chịu tải của đất nền

Theo TCVN 9632-2012 (mục 4.6.9), cường độ tiêu chuẩn của đất nền ở đáy khối móng quy ước được xác định bằng công thức: tc 1 2 ( qu qu tb tc ) tc

Trong đó: ktc - Hệ số độ tin cậy Các chỉ tiêu cơ lý lấy từ kết quả thí nghiệm trực tiếp mẫu đất tại nơi xây dựng, ktc = 1; m1, m2 - Trị số điều kiện làm việc của đất nền và hệ số điều kiện làm việc của nhà hoặc công trình tác dụng qua lại với nền Tra bảng 15 (tiêu chuẩn viện dẫn), ta có:

- Đất á sét (lớp 6) có Is = 0.153 < 0.5: m1 = 1.2

- Nhà có kết cấu mềm: m2 = 1.0; γ - Dung trọng của đất dưới đáy móng khối quy ước, γ = 10.071 (kN/m 3 ) γtb - Dung trọng trung bình của đất phía trên độ sâu móng khối quy ước

Hqu – Chiều cao của móng khối quy ước,

C tc - Lực dính tiêu chuẩn của đất dưới đáy móng khối,

C tc = 22.6 (kN/m 2 ) Đất nền dưới đáy khối móng quy ước là lớp số 6 có  = 29.23 o , tra bảng 14, [8]:

422.924( / ) 2696.86( / ) tc 32 tc tb t tc c kN m kN m kN m R kN m

Vậy nền đất dưới mũi cọc đủ sức chịu tải i Kiểm tra lún cho móng cọc khoan nhồi

- Việc kiểm tra lún cho móng cọc khoan nhồi được tiến hành thông qua việc kiểm tra lún của móng khối qui ước

- Điều kiện kiểm tra : S < [S]gh, theo bảng 16 TCVN 9362-2012, [Sgh] = 12 cm

- Tính toán kiểm tra theo phương pháp cộng lún từng lớp

- Ứng suất do trọng lượng bản thân tại đáy khối móng qui ước:

- Áp lực gây lún tại đáy khối móng qui ước:

422.924 – 397.095 25.829( / 2) gl tc bt tb zi kN m

 = − = - Chia nền đất dưới đáy móng khối quy ước thành các lớp đất có chiều dày: h i =(0.2 0.4) B qu =(0.2 0.4) 11.52  =(2.304 4.608) m Chọn hi= 2.5 m

- Tính và vẽ biểu đồ ứng suất phụ thêm do tải trọng gây lún gây ra:

 =  (hệ số K0i tra bảng II-2 trang 64 sách Cơ học đất - Lê Xuân Mai- Đỗ Hữu Đạo)

Bảng 10.6 Ứng suất bản thân và ứng suất gây lún

Lớp đất Điểm Zi hi ɣ Aqu/

Bqu Ko ϭzi ϭbtzi 0,2.ϭbtzi Á sét nửa cứng

Nhận thấy tại điểm 1 có  zi '.145(kN m/ 2 )0.2 bt zi y.419(kN m/ 2 ) Vậy có thể xem điểm 1 là điểm kết thúc lún Độ lún của móng khối quy ước được xác định bởi công thức:

Trong đó Ei - Môđun biến dạng của lớp đất thứ i dưới đáy móng khối quy ước:

Bảng 10.7 Độ lún từng lớp

S = 0.134( cm )  S gh = 12( cm ) j Tính toán và cấu tạo đài cọc

Kiểm tra đài theo điều kiện chọc thủng trực tiếp

Chiều cao lớp bảo vệ chọn 20cm (kể cả đoạn cọc ngàm vào đài, chiều cao đài 1.2(m), chiều cao làm việc của bê tông: h 0 = − =h a 1.2 – 0.2 1= m

Trường hợp 1: Phá hoại theo mặt phẳng vuông góc với phương x

Ta có bề rộng cạnh đài: a d = 4 m  a k + 2 h o = 0.4 +  = 2 1 2.4 m nên ta kiểm tra điều kiện phá hoại theo công thức sau: P np  ( h 0 + a h kR ) o bt

Trong đó: ak = 0.4 m - Cạnh tiết diện cột song song với mép lăng thể chọc thủng;

Rbt = 1.2 MPa - Cường độ chịu kéo của bêtông; k - Hệ số phụ thuộc tỷ số c/ho, lấy theo bảng 3.27 sách Nền và Móng - Lê

Xuân Mai (chủ biên), với c = 0.575, có c/h0 = 0.575/1 = 0.575 Suy ra: k = 0.89

Pnp - Tổng nội lực tại đỉnh các cọc nằm giữa mép đài và lăng thể chọc thủng:

Ta có: (h 0 +a h kR) o bt = +(1 4.0) 1 0.89 1200 S55(kN)

So sánh: P np = 4407.556( kN )  ( h 0 + a h kR ) o bt = 5355( kN ) (thỏa mãn)

Trường hợp 2: Phá hoại theo mặt phẳng vuông góc với phương y

Ta có bề rộng cạnh đài: b = 4 m  b k + 2 h o = 0.45 +  = 2 1 2.45 m nên ta kiểm tra điều kiện phá hoại theo công thức sau: P np  ( h 0 + b h ) o kR bt

Trong đó: bk = 0.45 m - Cạnh tiết diện cột song song với mép lăng thể chọc thủng;

Rbt = 1.2 MPa - Cường độ chịu kéo của bêtông; k - Hệ số phụ thuộc tỷ số c/ho, lấy theo bảng 3.27 sách Nền và Móng - Lê

Xuân Mai (chủ biên), với c = 0.6, có c/h0 = 0.6/1 = 0.6 Suy ra: k = 0.86

Pnp - Tổng nội lực tại đỉnh các cọc nằm giữa mép đài và lăng thể chọc thủng:

P np =P max tt +P min tt "03.778 2103.118+ C06.896(kN)

Ta có: (h 0 +b h kR) o bt = +(1 4.0) 1 0.86 1200 Q60(kN)

So sánh: P np = 4306.896( kN )  ( a k + b h kR ) o bt = 5160( kN ) (thỏa mãn)

Kiểm tra đài theo điều kiện phá hoại trên mặt phẳng nghiêng

Theo điều kiện này, người ta cho rằng nếu móng bị chọc thủng thì sự chọc thủng xảy ra theo bề mặt hình chóp cụt có các mặt bên xuất phát từ chân cột, và nghiêng 1 góc 45 0 so với phương thẳng đứng

Vẽ tháp chọc thủng thì lăng thể chọc thủng đi qua tất cả các cọc Như vậy đài cọc không bị đâm thủng tự do theo góc  = 45 o mà bị đâm thủng hạn chế theo góc

