Cấu tạo các lớp Đơn vị qtc Đơn vị n gtc gtt
1. Bản thang
Gạch lát granito 0,02m T/m2 2,0 1,1 0,0400 0,0440
V÷a lãt xim¨ng 0,015 m - 1,8 1,2 0,0270 0,0324
Lớp gạch lỗ xây bậc trung bình 0,067m - 1,5 1,2 0,1005 0,1206
Sàn BTCT 0,1m - 2,5 1,1 0,2500 0,2750
Céng: 0,4175 0,4720
2. Bản chiếu nghỉ:
Gạch lát granito 0,02m T/m2 2,0 1,1 0,04 0,0440
V÷a lãt xim¨ng 0,015 m - 1,8 1,2 0,027 0,0324
Sàn BTCT 0,1m - 2,5 1,1 0,250 0,2750
Vữa trát trần 0,015m - 1,6 1,3 0,024 0,0312
Céng: 0,341 0,3826
II.2- Tải trọng tác dụng tạm thời:
• II.2.1- Hoạt tải sàn:
TrÝch TCVN [1]
Khi tính dầm chính, dầm phụ, bản sàn, cột, móng, tải trọng toàn phần trong bảng 3
đợc phép giảm nh sau
+Đối với các phòng nêu ở các mục 1,2,3,4,5 bảng 3 nhân với hệ số ψA1(khi A>A1= 9m2)
1
1
0.4 0.6
A A
A
Ψ = +
Trong đó A là diện tích chịu tải, tính bằng mét vuông
+Đối với các phòng nêu ở các mục 6,7,8,10,12,14 bảng 3 nhân với hệ số ψA2(khi A>A2= 36m2)
1
2
0,5 0,5
A A
A
Ψ = +
Trong đó A là diện tích chịu tải, tính bằng mét vuông.
Tuy nhiên trong đồ án này các cấu kiện trên không nằm trong các quy định của tiêu chuẩn. Vậy nên ta vẫn lấy nguyên tải trọng tính toán mà không nhân với hệ số giảm tải.
Nh vậy là sẽ an toàn hơn so với việc giảm tải.
Bảng 12- Hoạt tải trên sàn(Lấy từ TCVN [1]).
STT Loại phòng Đơn vị ptc n ptt ptt.ψ
1 Mái có thể tập trung đông ngời T/m2 0,4 1,2 0,48 0,48 2 Khu công cộng (Triển lãm, trng bày, cửa hàng) - 0,4 1,2 0,48 0,48 3 Gara ôtô (dùng cho đờng xe chạy) - 0,5 1,2 0,60 0,60
4 Sàn gara - 0,5 1,2 0,60 0,60
5 Khu vệ sinh - 0,2 1,2 0,24 0,24
6 Phòng kĩ thuật - 0,3 1,2 0,36 0,36
Tải trọng do khối lợng vâch ngăn tạm thời:
TrÝch TCVN [1] :
" 4.3.2. Tải trọng do khối lợng và vách ngăn tạm thời phải lấy theo cấu tạo, vị trí, đặc điểm tựa trên sàn và treo vào tờng của chúng. Khi tính các bộ phận khác nhau, tải trọng này có thể lấy :
4.3.2.1. Theo tác dụng thực tế;
4.3.2.2. Nh một tải phân bố đều khác. Khi đó tải trọng phụ này đợc thiết lập bằng tính toán theo sơ đồ dự kiến sắp xếp các vách ngăn và lấy không dới 75 daN/m2."
Với công trình tính toán lấy 75 kG/m2.
•
•
• IIi. tải trọng ngang
iii.1. Tải áp lực đất chủ động Rankine iii.1.1. Lí thuyết áp lực đất Rankine
Lí thuyết cân bằng giới hạn của đất:
Hình 2.3- Vòng tròn ứng suất ở điều kiện cân bằng giới hạn
Hình 2.3 đem đờng cong cờng độ chống cắt và trạng thái ứng suất ở một
điểm nào đó trong đất vẽ thành một hình tròn ứng suất Morh, khi vòng ứng suất O1 với đờng cờng độ τf = c + σtanϕ tiếp xúc nhau ở điểm A thì mặt cắt qua điểm này đều ở vào trạng thái cân bằng giới hạn. Từ tam giác ∆ABO1, ta có:
1 3
1
1 3
1
sin 2
2 .cos σ σ
ϕ σ σ ϕ
−
= = − +
AO
BO c
(2.4) Từ đó:
σ1 - σ3 = σ1 sinσ + σ3sinσ + 2c cosϕ (2.5) σ1( 1 - sinϕ) = σ3 (1 + sinσ) + 2c cosϕ
Bằng cách biến đổi hàm số lợng giác, ta có mối quan hệ của các ứng xuất chính khi một điểm nào đó trong dất ở trạng thái cân bằng giới hạn là:
σ1 = σ3 tan2 ( 450 + 2
ϕ) -2ctan ( 450 + 2
ϕ ) (2.6)
Hoặc: σ3 = σ1tan2 ( 450 - 2
ϕ ) -2ctan ( 450 - 2
ϕ) (2.7) Trong đó:
σ1 – ứng xuất chính lớn nhất của 1 điểm nào đó trong đất;
σ3 – ứng xuất chính nhỏ nhất của 1 điểm nào đó trong đất;
C – lực dính kết của đất;
ϕ - góc ma sát trong của đất;
Khi điểm nào đó trong đất ở trạng thái phá huỷ cắt, thì trị α của góc kẹp giữa mặt cắt với mặt tác dụng của ứng suất chính lớn O1 là :
2 α = 900 + ϕ
Do đó : 45
2
o ϕ
α = + (2.8) Iii.1.2.Nguyên lí cơ bản của lí thuyết áp lực đất Rankine:
Nh hình 2.4a cho thấy, nếu trong thể đất bán vô hạn lấy một mặt cắt thẳng
đứng, ở độ sâu z của mặt AB lấy một phân tố nhỏ,ứng suất hớng pháp tuyến là αz , αx lần lợt là ứng suất chính lớn nhất và nhỏ nhất, khi đó ta có trạng thái chủ động Rankine, trong thể đất hai tổ mặt trợt thành góc kẹp 45o + ϕ/2 với mặt phẳng ngang (nh hình 2.4c). Khi αz không đổi, αx tăng lớn dần, vòng tròn ứng suất O3
cũng tiếp xúc với đờng bao cờng độ, thể đất đạt đến cân bằng giới hạn. Khi đó αz
là ứng suất chính nhỏ nhất còn αx là ứng suất chính lớn nhất, trong thể đất, hai tổ mặt trợt làm thành góc 45o - ϕ/2 với mặt nằm ngang (nh hình 2.4d), khi đó ta có trạng thái bị động Rankine.
Hình 2.4- Trạng thái chủ động và bị động Rankine.
áp lực đất tác động lên lng tờng AB của tờng chắn đất, tức là tình trạng ứng suất trên mặt AB ứng với phơng chiều, độ dài lng tờng trong thể đất bán vô hạn khi đạt đến trạng thái cân bằng giới hạn (hình 2.5a).
Lí thuyết Rankine cho rằng có thể dùng tờng chắn đất dể thay thế một bộ phận của thể đất bán vô hạn mà không ảnh hởng đến tình trạng ứng suất trong thể
đất. Do đó, cân bằng giới hạn theo lí thuyết Rankine, chỉ có một điều kiện biên tức là tình trạng bề mặt của thể đất vô hạn mà không thể kể đến điều kiện biên trên mặt tiếp xúc lng tờng với thể đất.
Hình 2.5 - Lí thuyết áp lực đất Rankine.
ở đây chỉ thảo luận với tính huống đơn giản nhất: lng tờng là thẳng, đứng, mặt đất lấp là mặt phẳng ngang(hình 2.5b). Do đó có thể dùng quan hệ giữa ứng suất chính lớn nhất và nhỏ nhất khi để đất ở vào trạng thái cân bằng giới hạn công thức (2.6), công thức (2.7) để tính toán áp lực đất tác động trên lng tờng.
iii.1.3 -Tính áp lực đất chủ động Rankine
Khi lng tờng là thẳng đứng, mặt đất lấp là nằm ngang thì có thể vận dụng lí thuyết cân bằng giới hạn nói trên để tính áp lực của đất chủ động, nh thể hiện trong hình 2.6a nếu lơng tờng AB dới tác động của lực đất của mà làm cho lng t- ờng tách khỏi đất lấp di động ra ngoài tới A’B’, khi đó có thể đất sau tờng đạt đến trang thái cân bằng giới hạn, tức là trạng thái chủ động Rankine. Lấy một phân tố
đất ở độ sâu Z chỗ lng tờng, thì ứng suất theo chiều đứng của nó σz = γz là ứng suất chính lớn nhất σ1, ứng suất theo chiều ngang σx là ứng suất nhỏ nhất σ3 cũng tức là áp lực đất chủ động cần tính toán pa. lấy σ3 = pa σ1 = γz thay vào công thức (2.7) sẽ có công thức tính áp lực đất chủ động Rankine:
2 0 '
tan 45
a 2 a
P =γz −ϕ ÷=γzK (2.9)
§Êt cã tÝnh sÐt:
2 0 ' 0
tan 45 2 tan 45 2
2 2
a a a
P =γz −ϕ ÷− c −ϕ÷=γzK − c K (2.10) Trong đó:
Ka – hệ số áp lực của đất chủ động: 2 0 '
tan 45 ;
a 2
K = −ϕ ÷ γ - trọng lợng đất (kN/m3)
c, ϕ - lực dính kết (kPa) và góc ma sát trong của đất;
z - độ sâu từ điểm tính toán đến mặt đất lấp (m)
a) Tờng chắn dịch chuyển ra ngoài; b) Đất cát c) Đất sét Hình 2.6- Tính áp lực đất chủ động Rankine
Từ công thức nói trên và hình 2.6.b,c có thể thấy, áp lực đất chủ động pa
phân bố đờng thẳng theo độ sâu z. Hợp lực EA của áp lực đất chủ động tác động trên lng tờng sẽ là diện tích của hình phân bố pa, vị trí của điểm tác động ở chỗ trọng tâm của hình phân bố. Khi đất có tính cát:
1 2
( / )
A 2 a
E = γH K kN m (2.11) EA tác động ở chỗ H/3 cách mặt đất tờng chắn đất.
Đất có tính sét: Khi Z = 0 , từ công thức (2.10) biết pa = −2c Ka , tức là xuất hiện vùng lực kéo. Cho pa trong công thức (2.10) bằng 0, có thể giải đợc độ cao của vùng chụi kéo là:
0
2
a
h c γ K
= (2.12) Vì giữa đất lấp và lng tờng không thể chịu ứng xuất kéo, do đó, trong phạm vi lực kéo sẽ không xét đến tác động của vùng lực kéo, nên:
1 0 2 1 2 2 2
( ) 2
2 2
A a a a
E γK H h γH K cH K c
= − = − + γ (2.13) Từ công thức (2.8) có thể biết, góc kẹp của mặt trợt BC xuất hiện trong đất sau tờng với mặt nằm ngang là 450 + ϕ/2.
Nếu phía sau tờng đất gồm nhiều lớp vẫn có thể theo công thức (2.9), công thức (2.10) để tính áp lực đất chủ động nhng phải chú ý trên mặt ranh giới của các lớp đất, do chỉ tiêu cờng độ chịu cắt của 2 lớp đất là khác nhau, làm ho phân bố của áp lực đất có đột biến (hình 2.7) phơng pháp tính nh sau:
Hình 2.7- Tính áp lực chủ động của nhiều lớp đất
Điểm a: pa1 = −2c Ka1
Trên điểm b ( trong tầng đất thứ nhất ): pa2 =γ1 1h Ka1−2c K1 a1 Dới điểm b ( trong tầng đất thứ hai ): p''a2 =γ1 1h Ka2 −2c K2 a2
Điểm c: Pa3 =(γ1 1h +γ2 2h K) a2 −2c K2 a2 Trong đó:
2 0
1
tan 45 ' ;
a 2
K = −ϕ ÷ 2 2 0 '
tan 45 ;
a 2
K = −ϕ ÷ ý nghĩa của các kĩ hiệu khác xem ở hình 2.7.
Nh hình 2.8 cho thấy, khi bề mặt đất lấp phía sau tờng chắn có tải trọng phân bố đều liên tục q tác động, khi tính toán có thể cho ứng suất đứng σz ở độ sâu z tăng thêm một vị trí q, thay γz trong công thức (2.9), công thức (2.10) bằng (q + γz), sẽ có công thức tính toán áp lực đất chủ động khi có siêu tải trên mặt đất lÊp:
Đất tính cát: Pa = (γz + q)Ka (2.15)
§Êt tÝnh sÐt: Pa = (γz + q)Ka – 2c Ka
(2.16)
Trong đó: q – siêu tải trên mặt.
Khi không có siêu tải cố định, để kể đến việc có thể chất tải thi công xảy ra bất kì lúc nào ở bờ hố móng sâu, và các yếu tố nh xe cộ chạy qua thông thờng có thể lấy q = 10 – 20kPa.
Hình 2.8- Tính áp lực đất chủ động khi trên đất lấp có siêu tải
iii.2.áp dụng lý thuyết trên để tính toán
III.2.1. Tính toán áp lực đất chủ động lên “hệ t ờng trong đất và hàng cọc khoan nhồi“
Lúc này ta chỉ tính đoạn tờng có chiều sâu bằng độ sâu của 4 tầng trên cùng. Phần tờng còn lại từ cos mặt sàn tầng hầm 4 đến cos chân tờng ta coi nh t- ờng đợc ngàm vào trong đất.(Đã trình bày tại mục IV.1.b chơng 2)
Siêu tải mặt đất q= 10- 20(kPa). Trong đồ án này chọn q=10(kPa) Phần tờng này đi qua các lớp đất 2,3,4,5
Lớp đất 2 có: 2 2 0 17,13
tan 45 0,545;
a 2
K = − ÷= c2= 27,9(kN/m2).
Các chỉ tiêu còn lại đã trình bày trong “Bảng chỉ tiêu cơ lí các lớp đất -ch-
ơng 1”
Lớp đất 3 có: 3 2 0 17,47
tan 45 0,538;
a 2
K = − ÷= c3= 44,8(kN/m2).
Các chỉ tiêu còn lại đã trình bày trong “Bảng chỉ tiêu cơ lí các lớp đất -chơng 1”
Lớp đất 4 có: 4 2 0 21,37
tan 45 0,466;
a 2
K = − ÷= c4= 16,5(kN/m2).
Các chỉ tiêu còn lại đã trình bày trong “Bảng chỉ tiêu cơ lí các lớp đất-chơng 1”
Lớp đất 5 có: 5 2 0 24,9
tan 45 0,407;
a 2
K = − ÷= c5= 7,6(kN/m2).
Các chỉ tiêu còn lại đã trình bày trong “Bảng chỉ tiêu cơ lí các lớp đất -ch-
ơng 1”
Tổng hợp áp lực đất chủ động của các lớp đất lên t ờng và cọc khoan nhồi
Điểm Thuộc lớp đất Chỉ số pa(kN/m2)
A 2
2 0,545;
Ka = c2= 27,9(kN/m2). -31,11
B 2
2 0,545;
Ka = c2= 27,9(kN/m2). -7,42 3
3 0,538;
Ka = c3= 44,8(kN/m2). -32,38
C 3
3 0,538;
Ka = c3= 44,8(kN/m2). -10,8 4
4 0,466;
Ka = c4= 16,5(kN/m2). 25,04
D 4
4 0,466;
Ka = c4= 16,5(kN/m2). 63,31 5
5 0,407;
Ka = c5= 7,6(kN/m2). 65,28
E 5
5 0,407;
Ka = c5= 7,6(kN/m2). 89,17 iii.2.2.Tính toán áp lực n ớc tác dụng lên t ờng chắn
pn=γn.h=10.5 50(= kN m/ 2)
Biểu đồ áp lực đất chủ động và áp lực nớc tác dụng lên tờng chắn Phục vụ cho việc chạy nội lực khung không gian
III.2.3. Tính toán áp lực đất chủ động lên “Thành giếng“
Ta tính toán áp lực đất tác dụng lên thành giếng từ cos mặt sàn tầng 4 đến cos thiết kế của thành giếng. Sở dĩ ta tính áp lực này từ mặt sàn tầng 4 là do: Mặc dù ta thi công hạ giếng từ cos sàn tầng 2, cos -8,5(m) nhng trong sơ đồ tổng thể
đất của 2 tầng 3,4 đợc đào bỏ đi, vậy nên khi ta tiến hành chạy nội lực khung không gian thì ta sẽ chỉ tính áp lực này từ cos sàn tầng 4 đến cos sàn tầng 10).s(Đã trình bày tại mục IV.1.b chơng 2)
Siêu tải mặt đất q= 10- 20(kPa). Trong đồ án này chọn q=10(kPa) Phần thành giếng này đi qua các lớp đất 5, 6, 7
Lớp đất 5 có: 5 2 0 24,9
tan 45 0,407;
a 2
K = − ÷= c5= 7,6(kN/m2).
Các chỉ tiêu còn lại đã trình bày trong “Bảng chỉ tiêu cơ lí các lớp đất-ch-
ơng 1 ”
Lớp đất 6 có: 6 2 0 24,97
tan 45 0,406;
a 2
K = − ÷= c6= 7,7(kN/m2).
Các chỉ tiêu còn lại đã trình bày trong “Bảng chỉ tiêu cơ lí các lớp đất -ch-
ơng 1”
Lớp đất 7 có: 7 2 0 16,07
tan 45 0,566;
a 2
K = − ÷= c7= 49,2(kN/m2).
Các chỉ tiêu còn lại đã trình bày trong “Bảng chỉ tiêu cơ lí các lớp đất -ch-
ơng 1”
Tổng hợp áp lực đất chủ động của các lớp đất lên thành giếng
Điểm Thuộc lớp
đất Chỉ số pa(kN/m2)
E 5
5 0,407;
Ka = c5= 7,6(kN/m2). 89,17
F 5
5 0,407;
Ka = c5= 7,6(kN/m2). 103,79 6 Ka6 =0,406; c6= 7,7(kN/m2). 103,4
G 6
6 0,406;
Ka = c6= 7,7(kN/m2). 128,93 7 Ka7 =0,566; c7= 49,2(kN/m2). 119,39
H 7
7 0,566;
Ka = c7= 49,2(kN/m2). 139,76 iii.2.4.Tính toán áp lực n ớc tác dụng lên thành giếng
áp lực nớc tại cos sàn tầng 4 pn4=γn.h=10.5 50(= kN m/ 2)
áp lực nớc tại cos sàn tầng 10 pn10=γn.h=10.18,1 181(= kN m/ 2)
Biểu đồ áp lực đất chủ động và áp lực n ớc tác dụng lên thành giếng nh sau:
(sau khi đã thi công xong 2 tầng 3, 4) Phục vụ cho việc chạy nội lực khung không gian
Chơng 5