Tải áp lực n ớc

Céng 0.899 0.9979 a.2- Tĩnh tải tờng chắn- lõi- cột

3.2.3.2. Tải áp lực n ớc

Tải trọng tác động lên kết cấu chắn đất, ngoài áp lực đất ra còn có áp lực nớc của nớc ngầm dới mặt đất. Khi tính áp lực nớc, lấy trọng lợng nớc γw = 10 kN/m3. áp lực nớc có liên quan đến các nhân tố nh lợng cấp bổ sung nớc ngầm, sự thay đổi mùa, độ kín của nớc của tờng chắn trong thời gian thi công đào hố, độ sâu của tờng trong đất, phơng pháp xử lí thoát nớc….

Tính áp lực nớc, đất dới mực nớc ngầm thờng dùng 2 phơng pháp là “nớc đất tính riêng”(tức

áp lực nớc, đất lần lợt tính riêng rồi cộng lại) và “nớc đất tính chung”. Đối với đất tính cát và

đất bột, có thể tính theo nớc đất tính riêng, tức lần lợt tính áp lực nớc rồi áp lực đất, sau đó cộng chúng với nhau. Với đất có tính sét thì có thể căn cứ vào tình hình ở hiện trờng và kinh nghiệm trong thi công để xem tính chung hoặc tính riêng.

a. Phơng pháp tính riêng áp lực nớc đất.

Phơng pháp nớc đất tính riêng áp dụng trọng lợng đẩy nổi để tính áp lực đất. Dùng áp lực n- ớc tĩnh để tính áp lực nớc, sau đó cộng hai loại với nhau thì sẽ có tổng áp lực bên. (hình 3.15).

H K

c HK

Pp =γ' p −2 ' p' +γw (3.16) Trong đó:

γ’ – trọng lợng đẩy nổi của đất;

Ka – hệ số áp lự đất chủ động tính theo chỉ tiêu cờng độ ứng suất hữu hiệu 2 ;

' tan2 4

' 



 

 −

= π ϕ

Ka

Kp’ – hệ số áp lực đất bị động tính theo chỉ tiêu cờng độ ứng xuất hữu hiệu 2 ;

' tan2 4

' 



 

 +

= π ϕ

Kp

ϕ’ – góc ma sát trong hữu hiệu;

c' – lực dính kết hữu hiệu;

γw – trọng lợng của đất.

Khỏi niệm phơng phỏp trờn đõy tơng đối rừ ràng nhng trong thực tế sử dụng cũn một số khú khăn, có khi cũng khó có đợc chỉ tiêu cờng độ hữu hiệu, do đó trong nhiều trờng hợp dùng ph-

ơng pháp ứng suất tổng để tính áp lực đất, rồi cộng với áp lực nớc, tức là tổng ứng suất:

H K

c HK

Pa =γ' a −2 a' +γw (3.17) H

K c HK

Pp =γ' p −2 p' +γw (3.18) Trong đó:

Ka – hệ số áp lực đất chủ động tính theo chỉ tiêu cờng độ ứng suất tổng của đất:

2 ; ' tan2 4 



 

 −

= π ϕ

Ka

Kp – hệ số áp lực đất bị động tính theo chỉ tiêu cờng độ ứng suất tổng của đất.

2 ; ' tan2 4 



 

 +

= π ϕ

Kp

ϕ - góc ma sát trong xác định theo cắt cố kết không thoát nớc (cố kết cắt nhanh) hoặc không cố kết cấu không thoát nớc;

c – lực dính kết xác định theo cắt cố kết không thoát nớc hoặc cố kết không thoát nớc.

Các ký hiệu xem hình 3.15

b. Phơng pháp áp lực nớc đất tính chung:

Phơng pháp áp lực nớc đất tính chung khu dùng trọng lợng bão hoà của đất tính tổng áp lực nớc, đất, đây là phơng pháp tơng đối thông dụng hiện nay, đặc biệt là đối với đất tính sét thì đã

tích luỹ đợc một số kinh nghiệm, áp dụng:

a a

sat

a HK c K

P =γ −2 (3.19)

p p

sat

p HK c K

P =γ −2 (3.20)

Trong đó:

γsat – trọng lợng bão hoà của đất, từ mực nớc ngầm tở xuống có thể áp dụng gần đúng trọng lợng tự nhiên;

Ka – hệ số áp lực đất chủ động ; 2 45 '

tan2 0 



 



 −

= ϕ

Ka

Kp – hệ số áp lực đất bị động ; 2 45 '

tan2 0 



 



 +

= ϕ

Kp

ϕ - góc ma sát trong cảu đất xác định bằng cắt cố kết không thoát nớc hoặc cắt không cố kết không thoát nớc theo phơng pháp tổng ứng suất;

c – lực dính kết của đất xác định bằng cắt cố kết không thoát nớc hoặc cắt không cố kết không thoát nớc theo phơng pháp tổng ứng suất.

Bảng 3.12 - áp lực đất và nớc tính riêng tính tới cốt -36.5m.

Lớp hi z γi ci ϕi ka Pa.trên Pa.dới

(m) (m) (kN/m3

) (kPa) (độ) - (kPa) (kPa)

2 1.30 -2.80 19.40 30.00 13.18 0.6286 -47.572 -19.145 3 1.00 -3.80 18.70 22.00 10.75 0.6856 -5.430 7.391 4 1.50 -5.30 17.70 15.00 6.50 0.7966 49.135 70.285 5 1.70 -7.00 18.20 19.00 8.80 0.7346 33.892 56.621 6(Trên MNN) 1.50 -8.50 16.01 10.80 5.47 0.8259 80.647 100.486 6(Díi MNN) 5.60 -14.10 16.81 10.80 5.47 0.8259 100.486 234.237 7(Díi MNN) 18.60 -32.70 17.16 18.00 8.40 0.7451 203.420 627.174 8(Díi MNN) 3.80 -36.50 16.92 25.00 18.00 0.5279 500.573 572.521

-47.572

-5.430 -19.145

7.391 49.135

70.285 33.892

56.621 80.647

100.486

234.237 203.420

417.575

627.174 500.573

572.521 bảnưsànưđáy

mnn

ápưlự c­n­ í

c­®Êt­

13001000 15001700

tườngưchắnưđất

§é­s©u­h(m)

ápưlựcưpư(kPa)

Hình 3.16 - Biểu đồ áp lực nớc đất tính riêng tới cốt -36.5m

Để tiện cho tính toán sau này, ta thể hiện chung áp lực đất tĩnh và áp lực nớc trên Bảng 3.13– và Hình 3.17 dới đây:

Bảng 3.13- Bảng tính áp lực đất tĩnh-áp lực nớc lên tờng chắn tính tới cốt -23,5m.

áp lực đất tĩnh

Líp z (m) hi (m) ∆ e γο γ®n Ko po (kPa)

6 -14.1 5.6 2.60 0.013 16.013 0.75 188.611

7 -23.5 9.4 2.68 0.010 16.810 0.60 245.698

áp lực nớc

§é s©u (m) γn (kN/m3) pn (kPa)

Trên MNN(trên -8.5m) 0 0

-23.50 10 15.000

ápưlự c­n­ íc

ápưlực

ưđấtưtĩnh 13001000 15001700

tườngưchắnưđất

12.75 27.324

43.681 73.549

81.606 121.358

188.611

245.698

§é­s©u­h(m)

ápưlựcưpư(kPa)

150.00 0.000

Hình 3.17- Biểu đồ áp lực đất-nớc tác dụng lên tờng chắn tính tới cốt -23,5m.

3.3- Thiết kế các cấu kiện bên trong công trình :

Các cấu kiện chịu lực trong bên công trình gồm:

- Hệ sàn: Trực tiếp chịu tải trọng sử dụng công trình .

- Cột: Chịu phần lớn tải trọng đứng, truyền lên hệ kết cấu móng.

- Lừi ( Khu thang mỏy + hệ thống nõng hạ ụ tụ): Chịu cả tải ngang và tải đứng.

3.3.1. hệ sàn:

Chia hai phân khu tính toán nh hình – 3.1 :

3.3.1.1.Thiết kế sàn khu để xe (Giải pháp sàn s ờn BTCT th ờng):

Mặt bằng công trình có tính đối xứng theo cả hai phơng nên chỉ cần tính toán với 2 ô sàn O1, O3, nh đã chỉ ra trong hình vẽ mặt bằng kết cấu. Kích thớc hai ô bản tơng đơng nhau nên tính toán với O1, bố trí cho cả hai ô bản.

Tính toán theo "Sổ tay thực hành kết cấu công trình" của tác giả Vũ Mạnh Hùng.

Với gối tựa liên kết cứng, nhịp tính toán l01, l02 của mỗi ô bản theo cả hai phơng là khoảng cách giữa hai mép tờng chắn:

Bản O1:

l01= l1- 2.

2

tuong

δ = 6,4-2.

2 8 ,

0 = 5,6 (m).

l02= l1- 2.

2

tuong

δ = 9,65-2.

2 8 ,

0 = 8,85 (m).

P=(g+p) l01l02 = (0,14.2,5.1,1+ 0,6) .8,85.5,6= 49,53 (T)

Mômen ở nhịp trong phơng cạnh ngắn: M1 = m1P = 0,0208. 49,53 = 1,03 (T/m).

Mômen ở nhịp trong phơng cạnh dài : M2 = m2P = 0,0093. 49,53 = 0,461 (T/m).

Mômen ở gối trong phơng cạnh ngắn : M'= -k1P = 0,0464. 49,53 = -2,011(T/m).

Các hệ số mi1,mi2,ki1,ki2 tra bảng 1-19 theo sơ đồ 9 với 1,51 4

, 6

65 , 9

1

2 = =

l l

Bản O3:

l01= l1- 2.

2

tuong

δ = 6,4-2.

2 8 ,

0 = 5,6 (m).

l02= l1- 2.

2

tuong

δ = 7,4-2.

2 8 ,

0 = 6,6 (m).

P=(g+p) l1l2 = (0,14.2,5.1,1+ 0,6) .6,6.5,6= 34,41 (T)

Mômen ở nhịp trong phơng cạnh ngắn: M1 = m1P = 0,02. 34,41 = 0,688 (T/m).

Mômen ở nhịp trong phơng cạnh dài : M2 = m2P = 0,015. 34,41 = 0,516 (T/m).

Mômen ở gối trong phơng cạnh ngắn : M1'= -k1P = 0,0461. 34,41 =-1,586 (T/m).

Mômen ở gối trong phơng cạnh dài : M'2= -k1P = 0,0349. 34,41 =-1,200 (T/m).

Các hệ số mi1,mi2,ki1,ki2 tra bảng 1-19 theo sơ đồ 19 với 1,16 4 , 6

4 , 7

1

2 = =

l

l .

Sau khi đã có giá trị mômen, tiến hành tính diện tích cốt thép cần thiết theo trình tự sau:

Bêtông mác 200# có Rn = 90 kg/cm2 , α0 = 0,62 (Tra bảng) ThÐp nhãm AI cã Ra = 2400 kg/cm2 .

Giả thiết: a = 2,5 cm (môi trờng ẩm cao) TÝnh A = 2

. 0

.b h R

M

b n

;

γ = 0,5(1 + 1−2.A );

Fa = . 0

γ . h R

M

a

; à (%) =

0 a

h . b

F .100;

Đối với bản, 0,3 ≤ à % ≤ 0,9 là hợp lí.

Hàm lợng cốt thép cực tiểu: àmin = 0,1%;

M1' M1' l1

l2

M2 M1 M2

M1' '

M2'

M'2

M'2 M2

M1 M1'

Hình 3.18- Sơ đồ tính bản Khi lợng thép tính ra có hàm lợng nhỏ hơn àmin thì lấy diện tích cốt thép: Fa = àmin.b.h0

Kết quả tính toán cho trong Bảng – dới đây:

Bảng 3.14- Thép cho ô sàn O1 tính cho dải 1m

Mômen(T/m). A γ Fa(cm2) à Thép chọn

M1 1.130 0.041 0.979 2.748 0.157 3φ 14, a300(Fa= 4.62) M2 0.541 0.020 0.990 1.301 0.074 3φ 14, a300(Fa= 4.62) M1' 2.537 0.092 0.952 6.347 0.363 5φ 14, a200(Fa= 7.70) M'2 1.260 0.046 0.977 3.072 0.176 3φ 14, a300(Fa= 4.62)

Bảng 3.15- Thép cho ô sàn O3 tính cho dải 1m.

Mômen(T/m). A γ Fa(cm2) à Thép chọn

M1 0.850 0.003 0.998 2.027 0.116 3φ 14, a300(Fa= 4.62)

Chiều dài đoạn cốt thép chịu mômen âm theo qui định về cấu tạo nh đối với sàn dầm nhng thay l bằng l0i .

DÇm D1,D2 :

Do: - Chiều cao tầng khu để xe thấp (2,4m).

- Nhịp tơng đối lớn (9,65m; 7,4m)

Nên sơ bộ chiều cao dầm khoảng 70ữ 100cm là quá lớn, hạn chế về công năng sử dụng của khu để xe. Do vậy, chọn giải pháp dầm bẹt kích, thớc sơ bộ D1( bxh)= 700x350,D2( bxh)=

400x350. Tính hợp lí về mặt chịu lực đợc đánh giá sau khi tính toán, bố trí thép và dựa vào tỉ lệ phÇn tr¨m cèt thÐp.

Tải trọng từ ô bản truyền vào gồm hoạt tải và tĩnh tải bản, phân bố theo dạng tam giác:

gs = 0,5.gb.l1 = 0,5.0,55.6,4 =1,76 (T/m).

ps = 0,5.pb.l1 = 0,5.0,6.6,4 =1,92 (T/m).

3200 3250 3200

g =0.875(T/m)d

9650 g =1.76(T/m)s p =1.92(T/m)s

d1

3200 1000 3200

g =0.875(T/m)d

7400

g =1.76(T/m)s p =1.92(T/m)s

d2

Hình 3.19 - Sơ đồ chất tải và nội lực dầm D1,D2 Dùng mômen cực đại ở mỗi nhịp và trên gối tựa để tính toán.

Bêtông mác 200# có Rn = 90 kg/cm2 , α0 = 0,62 (Tra bảng) ThÐp nhãm AII cã Ra = 2800 kg/cm2 .

TÝnh A = 2 . 0

.b h R

M

b n

;

γ = 0,5(1 + 1−2.A );

Fa = . 0

γ . h R

M

a

; à (%) =

0 a

h . b

F .100;

Đối với bản, 0,8 ≤ à % ≤ 1,5 là hợp lí.

Kết quả tính toán thực hiện bằng Excel cho ở bảng dới đây:

Bảng 3.16- Kết quả tính thép dầm D1,D2

Mnhịp 13.480 0.209 0.881 17.068 0.762 4φ 25, a135(Fa=19.64) D2 Mgèi 12.030 0.326 0.795 16.895 1.320 4φ 25, a135(Fa=19.64) Mnhịp 6.990 0.190 0.894 8.727 0.682 4φ 18, a135(Fa=10.18) Từ hàm lợng à tính toán ở bảng trên ⇒ tiết diện dầm đã chọn tơng đối hợp lí.

3.3.1.2.Thiết kế sàn khu công cộng ( Giải pháp sàn nầm BTCT th ờng):

Tính toán theo tình tự:

- Tính toán theo phơng pháp khung thay thế.

- Kiểm tra lại với tải ngang ( áp lực đất, áp lực nớc) a. Kiểm tra điều kiện chọc thủng:

Khi chịu tải trọng thẳng đứng, bản sàn có thể bị phá

hoại về cắt theo kiểu bị cột đâm thủng. Kiểm tra điều kiện chọc thủng theo công thức: Ftt ≤ 0,75.Rs.B.h (*)

Trong đó :

+ Rs- Cờng độ chịu kéo của bê tông, Rs = 100 (T/m2) + B – Chu vi trung bình của mặt đâm thủng.

B= .[ (4.0.8) (4.0.8 2.0.28) ]

2

1 + + =4.32 (m)

+ h – Chiều dày hữu ích của mặt đâm thủng, h= 0,28m.

+ F – Tải trọng gây lên sự phá hoại theo kiểu đâm thủng.

Ftt = As .qtt =l1l2.(gtt +ptt)

= 8,5. 7,334.( 0,8879 + 0,35 ) = 77,17 (T).

VP = 0,75.100.4,32.0,28 = 90.72 (T) ≥ 77,17 (T).

280

140

đư ờngưnứt chuưviưchọcưthủng

800 b qtt

Hình 3.20- Mặt phá hoại theo kiểu đâm thủng

Điều kiện (*) thoả mãn. Tuy nhiên để tăng khả năng chịu lực, tính thẩm mĩ, vẫn đặt mũ cột . Tải trên sàn không giống nhau nên thiết kế hai dạng mũ cột nh hình dới đây:

Thực tế sự tồn tại của mũ cột làm giảm nhịp tính toán đồng thời tăng khả năng chống chọc thủng. Trong tính toán để thiên về an toàn và đơn giản, tính toán nh bình thờng, tức coi nh không có mũ cột.

b. Tính toán theo phơng pháp khung thay thế:

Trong tính toán và cấu tạo bản sàn nấm ngời ta thờng chia bản ra thành dải trên đầu cột và dải giữa nhịp, hai dải này có chiều rộng bằng 1/2 bớc cột nh hình (3.22)

dảiưtrênđầuưcột dảiưgiữaưnhịp dảiưtrênđầuưcột dảiưtrên

®Çu­cét

đư ờngưđànưhồi

l­­/22 l­­/22 l­­/22

l­­/21l­­/21­l­­/21

a

c­ d

b

dảiưgiữa

ưnhịp dảiưtrên

®Çu­cét

1

3 2

4

1

3 2

m­­c

a

c­

1

2 4

m­­a m­­1

m­­4

m­­2

m­3

5 3

Hình 3.22 -Hình ảnh biến dạng và mô men trong các dải bản a/Hình ảnh biến dạng của dải bản trên đậu cột và dải giữa nhịp

b/ Mômen dải trên đầu cột; c/ Mômen dải giữa nhịp

Để tính nội lực trên toà sàn ta cần tính đợc giá trị mômen uốn trong các dải bản trên đầu cột và dải bản giữa nhịp theo cả hai phơng của hệ lới cột.

Tính giá trị nội lực ở một tiết diện nào đó của bản có thể dùng nhiều cách khác nhau dựa theo lí thuyết đàn hồi hoặc lí thuyết cân băng giới hạn, có thể dùng phơng pháp giải tích hoặc phơng pháp số. ở đây ta trình bày cách hay dùng trong thực tế : Phơng pháp khung thay thế.

Nội dung của phơng pháp: là phơng pháp dùng để xác định nội lực (mômen và lực cắt ) cho bản sàn và cho cột khi chịu tải trọng thẳng đứng và tải trọng ngang, nhịp của bản có thể đều hoặc không đều.Coi sàn nh ghép từ hai hệ khung phẳng vuông góc với nhau để tính toán nội lực một cách riêng biệt, cột khung là cột nhà còn xà ngang khung là bản sàn với chiều rộng bằng khoảng cách giữa hai trục của hai ô bản lân cận với cột. Tải trọng trên mỗi khung thay thế là toàn bộ tải trọng tác dụng lên sàn.Dùng các phơng pháp cơ học kết cấu khác nhau để xác

định mômen uốn trong ô bản và trong cột. Việc phân chia mômen tính đợc cho các dải bản trên

đầu cột và dải giữa nhịp lấy theo bảng (3.17).

Bảng 3.17. - Tỷ lệ phân phối mômen cho các dải bản

Mômen Dải trên đầu cột Dải giữa nhịp

Mômen âm 75% 25%

Mômen dơng 55% 45%

Theo bề rộng mỗi dải cũng nh giữa các dải mômen thay đổi theo một đờng cong nào đấy nhng để đơn giản tính toán coi rằng mômen bằng nhau theo cả bề rộng dải và có bớc nhảy giữa các dải.

c. Thiết kế:

Các bớc thực hiện có thể tổng quát qua mô hình sau:

Chia dải Xác định khung tính toán Nội lực Phân phối mômen cho các dải Thép