Cao ốc cho thuê và trung tâm thương mại Hàm Rồng - Thanh hoá

một nửa chiều cao tầng trên và dưới sàn. Wtầng= W.Hct Trong đó: + Hct là chiều cao tầngthứ i. + W là tải trọng gió tổng cộng gió phía đẩy và gió phía hút. Bảng 5:Tải trọng gió tính toán phân bố theo độ cao nhà: Sàn Z k W (kg/m2) Wtổng hi Wtầng m Wd Wh kg/m2 m kg/m 1 5,4 0.55 66 49.5 115.5 2.7 311.85 2 10,2 0.663 79.56 59.67 139.23 4.5 626.535 3 13,7 0.72 86.4 64.8 151.2 4.15 627.48 4 17,2 0.766 91.92 68.94 160.86 3.5 563.01 5 20,7 0.806 96.72 72.54 169.26 3.5 592.41 6 24,2 0.838 100.56 75.42 175.98 3.5 615.93 7 27,7 0.869 104.28 78.21 182.49 3.5 638.715 8 31,2 0.9 108 81 189 3.5 661.5 9 34,7 0.928 111.36 83.52 194.88 3.5 682.08 10 38,2 0.956 114.72 86.04 200.76 3.5 702.66 11 41,7 0.98 117.6 88.2 205.8 3.5 720.3 12 45,2 1 120 90 210 4.75 997.5 2. Tính toán thành phần gió động: a) Xác định tần số dao động Để xác định thành phần gió động tác động lên công trình, trước hết ta cần xác định các tần số dao động riêng của công trình, ở đây, ta dùng chương trình SAP2000 để xác định các tần số dao động và khối lượng sàn tầng với các quan niệm: Khối lượng do:-Trọng lượng bản thân (sàn, dầm, cột) -Tĩnh tải sàn -Tĩnh tải tường -Các cấu kiện khác -50% hoạt tải. Tính toán theo sơ đồ không gian với quan niệm là sàn cứng vô cùng, các chuyển vị ngang của các nút trong mức sàn là như nhau. Các vách cứng được xem là các phần tử shell. Kết quả càng gần với thực tế khi vách cứng được chia thành các phần tử shell có kích thước bé. Kết quả chạy chương trình cho 12 tần số dao động riêng như sau: Bảng 6:bảng tính tần số dao động riêng. TABLE: Modal Periods And Frequencies OutputCase StepType StepNum Period Frequency CircFreq Eigenvalue Text Text Unitless Sec Cyc/sec rad/sec rad2/sec2 ACASE1 Mode 1 1.76 0.56818 3.57 12.745 ACASE1 Mode 2 1.58837 0.62958 3.9558 15.648 ACASE1 Mode 3 1.14048 0.87682 5.5093 30.352 ACASE1 Mode 4 0.4908 2.0375 12.802 163.89 ACASE1 Mode 5 0.45029 2.2208 13.954 194.71 ACASE1 Mode 6 0.31421 3.1826 19.997 399.88 ACASE1 Mode 7 0.25598 3.9066 24.546 602.5 ACASE1 Mode 8 0.24912 4.0141 25.222 636.13 ACASE1 Mode 9 0.23589 4.2393 26.637 709.5 ACASE1 Mode 10 0.22421 4.4602 28.024 785.36 ACASE1 Mode 11 0.21604 4.6287 29.083 845.83 ACASE1 Mode 12 0.21244 4.7071 29.576 874.73 Tần số giới hạn giao động riêng fL đối với công trình, tra bảng 9 Tài liệu “Tiêu chuẩn TCVN2737-95”. Trong đó d = 0,3 đối với công trình bằng bê tông cốt thép. Vùng áp lực gió là vùng III fL = 1,6f1 < f2< f3< fL Theo quy định của TCVN, chỉ cần tính gió động cho các trường hợp có tần số < fL Quan sát chuyển vị thu được ta nhận thấy tần số f1 = 0.56818 và f2 = 0.62958 có chuyển vị tại đỉnh mái theo phương x và y lớn, Do đó ta sử dụng tần số fy = 0.56818 để tính tác động động của gió theo phương y và fx = 0.62958 để tính cho phương x. b) Xác định áp lực gió động. Biên độ dao dộng của dạng dao động thứ nhất tại mỗi mức sàn theo hai phương được lấy là chuyển vị của các nút nằm trên trục đi qua tâm cứng của nhà. Bảng 7: Biên độ của dạng dao động Tầng Z Nút Chuyển vị Chuyển vị m X (m) Y (m) 1 5,4 220 0.000141 0.000675 2 10,2 288 0.000506 0.003043 3 13,7 1108 0.001017 0.006867 4 17,2 2550 0.001428 0.009974 5 20,7 2944 0.001843 0.01318 6 24,2 3338 0.002262 0.016436 7 27,7 3732 0.002674 0.019669 8 31,2 4126 0.00307 0.022828 9 34,7 4520 0.003441 0.025861 10 38,2 4914 0.003817 0.028906 11 41,7 5308 0.004161 0.031755 12 45,2 5702 0.004476 0.034424 Bảng 8:Khối lượng của sàn : Sàn Z Khối lượng m T 1 5,4 156.534585 2 10,2 163.661246 3 13,7 145.932382 4 17,2 145.539027 5 20,7 150.030591 6 24,2 149.936266 7 27,7 149.319542 8 31,2 149.936266 9 34,7 139.943047 10 38,2 129.949829 11 41,7 107.602121 12 45,2 109.018386 Khi đã có kết quả tính dao động và chuyển vị tương ứng. Ta tiến hành tính gió động tác dụng lên công trình theo các phương. Việc tính toán gió động tiến hành theo tiêu chuẩn TCVN 2737-1995, tính toán như sau. - Giá trị tiêu chuẩn thành phần động Wp của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ k của công trình xác định theo công thức : Wpk=Mk.x .yk.yk (kG/m2) (1) Trong đó: Mk-khối lượng của phần công trình thứ k mà trọng tâm của nó ở độ cao zk (Tính theo bảng trên).ở đây, trọng tâm của từng phần công trình được xác định ngang mức sàn mỗi tầng. xi - Hệ số động lực, xác định theo đồ thị hình 2, điều 6.13.2 TCVN2737-95, phụ thuộc vào thông số ei ứng với d=0.3 (công trình BTCT). Trong đó: - g = 1,2 - Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió. - Wo - Giá trị áp lực gió tiêu chuẩn của vùng, ở đây Wo=1250 N/m2. - fy = 0.56818 ;fx = 0.62958 - Tần số của dạng dao động riêng thứ i ey = Vì công trình là nhà bê tông cốt thép nên tra đồ thị hình 2 (TCVN 2737-95) với đường cong 1, ta được giá trị xy = 1,75, xx = 1.65 - yik- Dịch chuyển ngang của trọng tâm phần thứ k (ở mức z). Ở đây, trọng tâm phần thứ k ở mức sàn các tầng. Giá trị của yik xác định theo bảng trên. - yik - Hệ số xác định theo công thức sau. Ở đây: Mk-khối lượng phần công trình thứ k ở mỗi mức sàn . Wopk- thành phần động của tải trọng gió tác dụng lên phần thứ k của công trình, được xác định theo công thức (8) theo “TCVN 2737-95”: Wopk=Wtổng.zk.n Với Wtổng là tổng giá trị tiêu chuẩn của thành phần gió tĩnh tác dụng lên công trình phần thứ k: Wtổng=Wkđ+Wkh (kG/m2) Wkđ,Wkh :tải trọng gió tĩnh tiêu chuẩn phân bố mặt đón gió (gió đẩy) và mặt khuất gió (gió hút) trên phần thứ k. zk là hệ số áp lực động của tải trọng gió phụ thuộc vào độ cao Z. Xác định theo bảng 8 của TCVN2737-95. Kết quả cho trong bảng . n là hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió. Xác định theo bảng 10 của TCVN2737-95.phụ thuộc vào hệ số c, và r. Hệ số c, và r xác định theo bảng 11 tài liệu “TCVN 2737-95” phụ thuộc vào bề rộng đón gió của công trình b và chiều cao nhà H. Theo mặt phẳng toạ độ song song với zox ta có : r =0,4xa =0,4x32=12,8m ( a là bề rộng đón gió của công trình theo phương x ). c=H=48,2mv=0,78 Theo mặt phẳng toạ độ song song với zoy ta có : r =b =43,6m; c=H=48,2mv=0,655 Bảng 9;Kết quả tính toán các giá trị Wopk Tầng Z Wtổng zk W0xpk W0ypk m kg/m2 kg/m2 kg/m2 1 5,4 115.5 0.7484 67.423356 56.618331 2 10,2 139.23 0.6827 74.1408104 62.25927 3 13,7 151.2 0.6607 77.9203152 65.433085 4 17,2 160.86 0.6386 80.1256529 67.285003 5 20,7 169.26 0.619 81.7221132 68.625621 6 24,2 175.98 0.6088 83.5665667 70.174489 7 27,7 182.49 0.5987 85.2202751 71.56318 8 31,2 189 0.5885 86.75667 72.853358 9 34,7 194.88 0.5784 87.9205018 73.830678 10 38,2 200.76 0.5682 88.976029 74.71705 11 41,7 205.8 0.5604 89.9576496 75.54136 12 45,2 210 0.555 90.909 76.34025 Bể 48,2 214.2 0.5503 91.9419228 77.20764 Từ các giá trị của Mk ,yki và WFk ta xác định được hệ số y . ứng với dạng dao động đầu tiên: Bảng 10:Bảng tính các giá trị , Tầng Z Chuyển vị Chuyển vị W0xpk W0ypk Mk yx yy m x (m) y (m) kg/m2 kg/m2 T 1 5,4 0.000141 0.000675 67.42336 56.61833 156.5346 2 10,2 0.000506 0.003043 74.14081 62.25927 163.6612 3 13,7 0.001017 0.006867 77.92032 65.43309 145.9324 4 17,2 0.001428 0.009974 80.12565 67.285 145.539 5 20,7 0.001843 0.01318 81.7221 68.6256 150.031 6 24,2 0.002262 0.016436 83.5666 70.1745 149.936 0.02108 0.00234 7 27,7 0.002674 0.019669 85.2203 71.5632 149.32 8 31,2 0.00307 0.022828 86.7567 72.8534 149.936 9 34,7 0.003441 0.025861 87.9205 73.8307 139.943 10 38,2 0.003817 0.028906 88.976 74.717 129.95 11 41,7 0.004161 0.031755 89.9576 75.5414 107.602 12 45,2 0.004476 0.034424 90.909 76.3403 109.018 yy= 0.00234 yx = 0.02108 Sau khi đã có các hệ số trên, thay vào công thức (1) ta tính được các giá trị tiêu chuẩn của tải trọng gió động tác dụng lên từng phần của công trình theo các phương x và y. Bảng 11:Bảng tính giá trị tiêu chuẩn của tải trọng gió động. Tầng Z Chuyển vị Chuyển vị Khối lượng Wxtc Wytc m x (m) y (m) T kg/m2 kg/m2 1 5,4 0.000141 0.000675 156.534585 7.676866 4.326812 2 10,2 0.000506 0.003043 163.661246 28.80388 20.39397 3 13,7 0.001017 0.006867 145.932382 51.62109 41.03672 4 17,2 0.001428 0.009974 145.539027 72.28734 59.44328 5 20,7 0.001843 0.01318 150.030591 96.17445 80.97466 6 24,2 0.002262 0.016436 149.936266 117.9652 100.9152 7 27,7 0.002674 0.019669 149.319542 138.8777 120.2688 8 31,2 0.00307 0.022828 72.8533575 77.79335 68.1038 9 34,7 0.003441 0.025861 73.83067776 88.36414 78.18727 10 38,2 0.003817 0.028906 74.71704996 99.19652 88.44262 11 41,7 0.004161 0.031755 75.5413596 109.3294 98.23151 12 45,2 0.004476 0.034424 76.34025 118.8497 107.614 giá trị tính toán được xác định như sau: Wttp = g . b . Wtcp Trong đó g - Hệ số tin cậy, với tải trọng gió g = 1.2 b - Hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian b = 1 Chuyển tải trọng gió động thành tải trọng phân bố đều tại mức sàn: Wd = Hi . Wttp Hi – chiều cao của tầng. Giá trị tải trọng gió tác dụng động tính toán động quy về các mức sàn được thống kê trong bản sau: Bảng 12: Giá trị áp lực động của gió lên công trình. Sàn Z hi Wttxp Wdộng x Wttyp Wdông y m m kg/m2 kg/m kg/m2 kg/m 1 5,4 2.7 9.21224 24.873 5.19217 14.0189 2 10,2 4.5 34.5647 155.541 24.4728 110.127 3 13,7 4.15 61.9453 257.073 49.2441 204.363 4 17,2 3.5 86.7448 303.607 71.3319 249.662 5 20,7 3.5 115.409 403.933 97.1696 340.094 6 24,2 3.5 141.558 495.454 121.098 423.844 7 27,7 3.5 166.653 583.286 144.323 505.129 8 31,2 3.5 93.352 326.732 81.7246 286.036 9 34,7 3.5 106.037 371.129 93.8247 328.387 10 38,2 3.5 119.036 416.625 106.131 371.459 11 41,7 3.5 131.195 459.184 117.878 412.572 12 45,2 4.75 142.62 677.443 129.137 613.4 Bảng 13:Tổng tải trọng gió tác động lên công trình. Sàn Z Gió tĩnh Gió động Toàn phần m Wtĩnh (kg/m) Wdộngx Wdộngy Wx(kg/m) Wy(kg/m) 1 5,4 311.85 24.873046 14.01887 336.72305 325.86887 2 10,2 626.535 155.54093 110.12742 782.07593 736.662422 3 13,7 627.48 257.07303 204.36286 884.55303 831.842858 4 17,2 563.01 303.60681 249.66176 866.61681 812.67176 5 20,7 592.41 403.93269 340.09357 996.34269 932.503575 6 24,2 615.93 495.45376 423.84398 1111.3838 1039.77398 7 27,7 638.715 583.28646 505.12879 1222.0015 1143.84379 8 31,2 661.5 326.73209 286.03596 988.23209 947.535958 9 34,7 682.08 371.12941 328.38655 1053.2094 1010.46655 10 38,2 702.66 416.62537 371.45902 1119.2854 1074.11902 11 41,7 720.3 459.18358 412.57234 1179.4836 1132.87234 12 45,2 997.5 677.44347 613.39986 1674.9435 1610.89986 CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN NỘI LỰC. Sau khi đã tính toán các tải trọng lên công trình, ta tiến hành tính toán xác định nội lực. III.1. Sơ đồ tính: Sơ đồ tính của công trình là sơ đồ khung không gian ngàm tại móng. Vách, sàn được chia ra thành các phần tử shell. Trục tính toán của các phần lấy như sau: - Trục dầm lấy gần đúng nằm ngang ở mức sàn. - Trục cột giữa trùng trục hình học của cột; các trục cột biên trùng với các trục tường. - Chiều dài tính toán của dầm lấy bằng khoảng cách các trục cột tương ứng, chiều dài tính toán các phần tử cột các tầng trên lấy bằng khoảng cách các sàn. cấu III.2. Tải trọng: Tải trọng tính toán để xác định nội lực bao gồm:tĩnh tải bản thân; hoạt tải sử dụng; tải trọng gió. Tĩnh tải được chất theo sơ đồ làm việc thực tế của công trình. - Tải trọng hoạt tải được chất lệch tầng, lệch nhịp. - Tải trọng gió bao gồm thành phần gió tĩnh và thành phần gió động tính với dạng dao động riêng đầu tiên theo các phương X,Y,-X,-Y. Vậy ta có 7 trường hợp hợp tải khi đưa vào tính toán như sau: . Trường hợp tải 1: tĩnh tải: phần bê tông cốt thép của khung, sàn, vách ta chỉ cần khai báo kích thước và vật liệu. Phần vật liệu cấu tạo khác như các lớp cấu tạo sàn, mái, trần treo và trọng lượng tường đặt trực tiếp lên sàn được khai báo bổ sung dưới dạng tải phân bố. Tĩnh tải tường phân bố đều trên dầm ta khai báo dưới dạng tải phân bố đều trên phần tử Frame tương ứng. . Trường hợp tải 2: hoạt tải sử dụng 1. Ta cũng khai báo dưới dạng lực phân bố trên các ô sàn . Trường hợp tải 3: hoạt tải sử dụng 2. Chất cách tầng, cách nhịp so với hoạt tả 1. . Trường hợp tải 4: gió theo phương X.Tổng gió tĩnh và gió động tác dụng vào công trình theo phương X. (Quy về lực phân bố đặt tại các mức sàn). . Trường hợp tải 5: gió theo phương Y. Tổng gió tĩnh và gió động tác dụng vào công trình theo phương Y. (Quy về lực phân bố đặt tại các mức sàn). . Trường hợp tải 6: gió theo phương -X. Tổng gió tĩnh và gió động tác dụng vào công trình theo phương -X. (Quy về lực phân bố đặt tại các mức sàn). . Trường hợp tải 7: gió theo phương -Y. Tổng gió tĩnh và gió động tác dụng vào công trình theo phương -Y. (Quy về lực phân bố đặt tại các mức sàn). (Lý do xem trong Chương II-Tính toán tải trọng-phần tính tải trọng gió). III.3. Phương pháp tính: Dùng chương trình Sap2000 để giải nội lực rồi ta đem tổ hợp nội lực (xem trong phần phụ lục). III.4. Kiểm tra kết quả tính toán: Trong quá trình giải lực bằng chương trình Sap2000,có thể có những sai lệch về kết quả do nhiều nguyên nhân: lỗi chương trình; do vào sai số liệu; do quan niệm sai về sơ đồ kết cấu; tải trọng... Để có cơ sở khẳng định về sự đúng đắn hoặc đáng tin cậy của kết quả tính toán bằng máy, ta tiến hành một số tính toán so sánh kiểm tra như sau. a- Tính toán nội lực bằng phương pháp gần đúng : So sánh với kết quả giải lực bằng chương trình SAP 2000. Trong phần này,sẽ tính toán nội lực cho khung trục 2 chịu tải trọng gió(gồm gió tĩnh và gió động) bằng phương pháp điểm không momen với các quan niệm sau. - Khung trục 2 làm việc độc lập như một khung phẳng chịu lực. - Tải trọng gió phân vào khung trục 2 theo diện chịu tải của khung(nghĩa là không tính đến sự làm việc không gian của công trình). Mục đích : Để so sánh kết quả nội lực giữa một bên là sơ đồ khung không gian giải lực bằng máy với một bên là sơ đồ khung phẳng giải bằng phương pháp gần đúng. Trong đó, hai sơ đồ cùng chịu một loại tải trọng là tải trọng gió. Từ đó đưa ra các kết luận nhận xét. b-Ta cũng có thể kiểm tra bằng phương pháp gần đúng như sau : coi các dầm như hệ dầm liên tục được chất tải phân bố đều rồi tính momen như ví dầm liên tục thì kết quả không được sai khác lớn so với nội lực khi chạy SAP. IV.Tổ hợp nội lực. Nội lực được tổ hợp với các loại tổ hợp sau:Tổ hợp cơ bản I; Tổ hợp cơ bản II; - Tổ hợp cơ bản I: Bao gồm nội lực do tĩnh tải với một nội lực hoạt tải (hoạt tải hoặc tải trọng gió). - Tổ hợp cơ bản II: gồm nội lực do tĩnh tải với ít nhất 2 trường hợp nội lực do hoạt tải hoặc tải trọng gió gây ra với hệ số tổ hợp của tải trọng ngắn hạn là 0.9 Kết quả tổ hợp nội lực cho các phần tử dầm và các phần tử cột cho trong các bảng sau (bảng kèm theo). CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ KHUNG K-2. Cách trình bày : Phần thuyết minh tính toán các cấu kiện thuộc khung ( dầm, cột ) được trình bày đại diện cho từng loại. Các phần tử còn lại của từng loại cấu kiện được tính toán với số lượng cần thiết. Để tiện cho việc trình bày và cũng tiện cho việc thay đổi phương án kết cấu khi cần thiết ta lập thành các chương trình đơn giản để tổ hợp nội lực và tính toán kết cấu cho các loại cấu kiện dầm cột qua công cụ EXCEL dưới dạng các bảng tính, được trình bày trong phần phụ lục. A.Tổ hợp nội lực dầm , cột thuộc khung k2: I.Tổ hợp nội lực dầm : Nguyên tắc tổ hợp : THNL để tìm ra các trường hợp nội lực nguy hiểm nhất có thể xuất hiện trong kết cấu. Với dầm ta tổ hợp cho 3 tiết diện là : Hai đầu dầm chịu lực cắt và môn men âm lớn nhất, nhiều trường hợp có thể xuất hiện cả mômen dương (tại nút biên khi chịu tải trọng ngang). Vị trí giữa dầm có mô men dương lớn nhất. ở đây vì chỉ có các trường hợp tải trọng thông thường nên ta chỉ tổ hợp hai trường hợp cơ bản. II. Tổ hợp nội lực cột: Nguyên tắc tổ hợp : tương tự như với dầm, chỉ khác ở chỗ ta chỉ tổ hợp nội lực tại hai tiết diện đầu và cuối phần tử, nội lực đem tổ hợp là mô men uốn trong mặt phẳng khung và lực dọc, ngoài ra tại chân cột ta tổ hợp thêm lực cắt để thiết kế móng. B.TÍNH TOÁN CỐT THÉP CHO KHUNG K2 I. Thiết kế dầm: Số liệu tính toán BT mác 300# có R n = 130 kG/cm2 , Rk = 10 kG/cm2. Thép dọc A II có Ra = R’a = 2800 kG/cm2. Thép đai AI có Ra = 1800 kG/cm2 A= 0.412 = 0.58 Sơ đồ vị trí các mặt cắt dầm Ta trình bày tính toán đại diện cho các dầm thuộc tầng Tính dầm khung biên AB tầng 1: Tiết diện b´h = 40 cm x 60cm,h0=55cm,hc=12cm Nhịp tính toán l0=8,0-(1-0,11+0,5)+0,12=6,73m 1.Tính thép dọc chịu mô men dương (tiết diện II-II giữa nhịp) Chọn cặp nội lực tính toán là: M = 22,94 Tm Q=-8,757 T Bề rộng cánh đưa vào tính toán là bc: bc = b + 2c1 Trong đó c1 không vượt quá trị số bé nhất trong ba giá trị sau: +1/2 Khoảng cách hai mép trong của dầm ´Bo= ´ 6,61=3,305m=330,5cm + 1/6 Nhịp tính toán của dầm = ´ 6,71 = 1,12 m=112cm + hc=12cm>6cm=0,1h C1=6 hc=6x12=72cm Vậy chọn c1= 72 cm bc = b+2.c1 = 0.4 + 2´72= 184 cm () Xác định vị trí trục trung hòa: Chọn sơ bộ a = 5cm Þ ho= 60 - 5= 55cm. Mômen:Mc = Rn.= 130´184´12´(55 – 0.5´12) = 14064960 KGcm= 140,65 Tm. Vậy ta có Mc > M =22,94 Tm Trục trung hoà đi qua cánh Ta tính toán như đối với tiết diện chữ nhật : b´h= bc´h= 184´60cm A = = = 0,0317 < Ao = 0.412 Þ Đặt cốt đơn. = 0,984 Þ = = 15,14 cm2. Chọn 4Æ22 có= 19,625 cm,mtt= 0,89% > mmin 2.Tính thép dọc chịu mômen âm (tiết diện I-I) Cặp nội lực chọn là M= -37,077 Tm Q = -19,941 T. Tiết diện chịu mô men âm Þ cánh nằm trong vùng kéo nên bỏ qua ảnh hưởng của vùng cánh trên sàn. Chọn sơ bộ a= 5cm Þ ho = 60 – 5 = 55 cm . A= = 0.051 < Ao =0.412Chỉ cần đặt cốt đơn nếu đảm bảo khoảng cách thép. Ta có : = 0,974 Þ = =24,72 cm2. Chọn 6Æ28 có Fa = 36,926 cm2 , mtt= 1,68% >m min Bố trí thép thành 2 lớp. 3.Tính cốt thép dọc chịu mômen âm-Tiết diện III-III Giá trị nội lực chọn là M = -47,4336 Tm Ta cóA== 0,066<Ao=0,412ÞĐặt cốt đơn. =0,966Þ=32cm2. Chọn 6Æ28 có Fa = 36,926 cm2 ,mtt= 1,68% > 4.Tính toán cốt đai: Được tính với lực cắt lớn nhất taị gối. 4.1.Tính cốt đai cho tiết diện I - I: Qmax = 16140 kG. Kiểm tra điều kiện hạn chế :ko.Rn.b.ho= 0.35´130´40´55 = 100100 kG > Qmax ÞThoả mãn điều kiện hạn chế . Ta có 0,6.Rk.b.ho =0,6´10´40´55 = 13200 kG < Qmax = 16140Þ Phải tính toán cốt đai. Lực cắt cốt đai phải chịu = = 27 kG/cm. Chọn đai Æ8 có fa = 0.503 cm2 ; Số nhánh n=2, ta có : + Khoảng cách tính toán của cốt đai : =67 cm. + Khoảng cách lớn nhất giữa các cốt đai: = 112 cm + Khoảng cách cấu tạo của cốt đai : vì h = 55cm > 50cm nên công thức khoảng cách cấu tạo như sau: Uct < {h/3 ; 30cm}= { 18cm ; 30cm} = 18 cm. Trong phạm vi 3hd kể từ mép cột phải đặt cốt đai theo quy định đối với nhà cao tầng, tương tự như trên khoảng cách cấu tạo là 150 mm. ÞVậy ta chọn đai Æ8 a150. Ngoài ra tại những điểm có dầm phụ ngang khung kê lên dầm khung ta phải có cốt đai gia cường. Ta gia cường 6Æ8 a50 - Với khoảng cách cốt đai như vậy ta kiểm tra xem có cần đặt cốt xiên hay không: Ta có : = 120.72 kG/cm. Khả năng chịu cắt của tiết nghiêng yếu nhất: = 16166 kG > Q = 16140 kG. Vậy không phải tính cốt xiên. 4.2. Tính cốt đai cho tiết diện III - III: Qmax = 27500kG. Kiểm tra điều kiện hạn chế :ko.Rn.b.ho= 0.35´130´40´55 = 100100 kG > Qmax ÞThoả mãn điều kiện hạn chế . Ta có 0,6.Rk.b.ho =0,6´10´40´55 = 13200 kG < Qmax = 27500Þ Phải tính toán cốt đai. Lực cắt cốt đai phải chịu = = 78,125 kG/cm. Chọn đai Æ8 có fa = 0.503 cm2 ; Số nhánh n=2, ta có : + Khoảng cách tính toán của cốt đai : =23 cm. + Khoảng cách lớn nhất giữa các cốt đai: = 66 cm + Khoảng cách cấu tạo của cốt đai : vì h = 55cm > 50cm nên công thức khoảng cách cấu tạo như sau: Uct < {h/3 ; 30cm}= { 18cm ; 30cm} = 18 cm. Trong phạm vi 3hd kể từ mép cột phải đặt cốt đai theo quy định đối với nhà cao tầng, tương tự như trên khoảng cách cấu tạo là 150 mm. ÞVậy ta chọn đai Æ8 a150. 4.3. Tính cốt đai cho tiết diện II - II: Tại tiết diện II-II,lực cắt không lớn nên ta bố trí cốt đai theo cấu tạo Æ8 a200 và có gia cường thêm tại những điểm có dầm ngoài khung gối lên. Các dầm còn lại được tính toán và lập thành bảng trình bày trong phụ lục. II. TÍNH THÉP CỘT KHUNG K-2: Ta tính toán cột với nội lực theo một phương và kiểm tra cho phương còn lại. II.1 Cơ sở tính toán: Bảng tổ hợp nội lực. Tài liệu giáo trình“ bê tông cốt thép 1”. Tài liệu kiến trúc. * Các số liệu tính toán: Bê tông mác 300 có Rn = 130 kG/cm2. Cốt thép dọc AII có Ra = 2800 kG/cm2. II.2 Tính toán cốt thép cột trục B2 tầng Hầm-3 (Frame 813) Nhận xét : Trong nhà cao tầng thường lực dọc tại chân cột thường rất lớn so với mô men (lệch tâm bé), do đó ta ưu tiên cặp nội lực tính toán có N lớn . Tại đỉnh cột thường xảy ra trường hợp lệch tâm lớn nên ta ưu tiên các cặp có mômen lớn. Cặp 1 : Nmax ,Mtư. Cặp 2 : Mmax, Ntư. Cặp 3 : Mmin, Ntư Một số cặp khác. Từ bẳng THNL ta chọn ba cặp sau để tính: Cặp1: N =--857,3 T. M = 4Tm. Cặp 2 : N = -797,6 T. M = 37,4 Tm. Cặp 3 : N = - 795,7 T. M = - 28,3 Tm. 1. Tính toán thép cho cặp 1: Độ mảnh cột: Ký hiệu cặp nội lực M (Tm) N (T) e01 = M/N (m) e0 = e01+eng (m) Mdh (Tm) Ndh (T) I II III 4 37,4 -28,3 -857,3 -797,6 -795,7 0,00467 0,04689 0,03557 0,04467 0,08689 0,07557 -1.32 -1.32 -1.32 -359.13 -359.13 -359.13 Trong đó độ lệch tâm ngẫu nhiên eng = + Xác định trường hợp tính toán Do trong nhà nhiều tầng cột thường chủ yếu chịu nhiều lực dọc, thành phần momen trong cột thường nhỏ nên cấu kiện thường rơi vào trường hợp lệch tâm bé do vậy ta ưu tiên chọn cặp nội lực có giá trị lực dọc lớn để tính thép và sau đó kiểm tra với các cặp còn lại. Vậy chọn cặp nội lực số I để tính. Tiết diện cột b ´ h = 100x100 cm. Chiều dài hình học l = 300 – 60 = 240cm. Chiều dài tính toán lo =240´0.7 =168 cm. Giả thiết a= a’= 5 cm Ta có Fb = 100x100= 10000 cm2. ho= 100 - 5 = 95 cm. Từ các giá trị, thông số vật liệu ta tra bảng có ao = 0.58 Þ ao.ho = 0,58´95= 55,1 cm Độ mảnh lh= = = 1,68 <8 không phải kể đến ảnh hưởng của uốn dọc. Þ h= 1. Khoảng cách từ điểm đặt lực dọc lệch tâm đến trọng tâm của cốt thép chịu kéo Fa, e= h.eo + 0.5´h – a= 4,467+ 0.5´100 – 5= 49,467 cm Chiều cao vùng nén x= = = 65,95cm > 55,1cm = ao.ho Þ Cấu kiện chịu tải lệch tâm bé Mặt khác do: h.eo= 4,467m < 0.2ho = 19 cm nên tính lại x theo công thức. x= h – (1.8 + - 1.4´ao) .h.eo 100 – (1.8 + - 1.4´0.58) ´ 4,467 = 93,236 cm Vậy thép tính theo công thức: Fa = F’a = =-64,42(cm2) Tính toán tương tự như đối với cặp 1 ta tính với cặp nội lực số 2 ta được: Fa = F’a = -61,14(cm2). Tính toán tương tự như đối với cặp 1 ta tính với cặp nội lực số 3 ta được: Fa = F’a =-65,77 (cm2). NX:Dấu “âm“chứng tỏ tiết diện cột hoàn toàn bị nén mà bêtông đã đủ chịu.Tuy nhiên để thiên về an toàn ta bố trí mtt>mmin và lấy theo cấu tạo: Vậy ta chọn 18Æ25 có Fa = F’a = 88,31 cm2. Hàm lượng thép: m= = 0.93% NX:Diện tích cốt thép các cột khác được tính toán theo trình tự trên bằng cách dùng phần mềm EXCEL để lập bảng (in trong phụ lục tính toán) . CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN THÉP SÀN Tính toán cốt thép cho một số ô sàn điển hình. Cơ sở tính toán: Tài liệu “Sàn BTCT toàn khối” I.Tính toán nội lực. Do các ô sàn gần như giống nhau, mặt khác do thời gian làm đồ án có hạn nên ta chỉ tính cho một ô sàn điển hình. Các ô sàn khác tính tương tự. Diễn giải:Xét ô sàn điển hình số 1: a/ Sơ đồ kết cấu: Do ta tách một sàn độc lập ra để tính theo lý thuyết bản kê 4 cạnh nên phải xem xét vấn đề sau: Xét một mặt cắt đi qua 2 ô sàn liên tiếp nhau. Do ta tính toán cục bộ từng ô sàn một nên ở mỗi bản sàn lại có một giá trị nội lực khác nhau nhưng khi bố trí thép (hay dùng nội lực để tính thép thì phải chọn giá trị lớn trong 2 giá trị đó để tính và bố trí chung cho cả 2 sàn.) Do vậy để có được giá trị nội lực dùng để tính thép ở một ô sàn nào đó ta phải tính toán nội lực ở các ô sàn lân cận để rồi chọn được giá trị nôị lực lớn hơn để tính thép. Sơ đồ sàn đựơc quy ước ở hình vẽ trên b/ Nội lực: Thiết kế theo sơ đồ bản kê bốn cạnh.Ta sử dụng sơ đồ khớp dẻo để tính toán Tĩnh tải tính toán: 435 kG/ m2 Hoạt tải tính toán(văn phòng): 240 kG/ m2 Hoạt tải của vách ngăn di động 100 KG/m2 qb = 435 + 340 = 775 kG/m2 Xét ô sàn điển hình số 1có Lt1=3.7 m ;Lt2=3.7m Tỷ lệ: Lt2/Lt1= 1. Momen xuất hiện trong ô sàn bao gồm: M1: momen giữa nhịp theo phương 1. M2: momen giữa nhịp theo phương 2. MI: momen gối theo phương 1. MI*: momen gối theo phương 1. MII: momen gối theo phương 2. MII*: momen gối theo phương 2. Dùng phương trình (11.19) sách BTCT1 tính toán cốt thép bố trí đều nhau trong mỗi phương: = (2M1 + MI + MI*)lt2 + (2M2 + MII + MII*)lt1 Trong phương trình trên có 6 mômen làm ẩn số. Lấy M1 làm ẩn số chính và quy định tỷ số : q = , Ai = , Bi = Khi đó ta sẽ tính được M1, sau đó dùng các tỷ số đã quy định để tính toán mômen. Với r = l2 / l1 = 1, tra bảng 11.2 sách BTCT1 ta có : q = 1, , Thay vào phương trình ta có: = (2 +2,5 +2,5) .3,8. M1 +(2 +2,5 +2,5). 3,8 . M1 M1 = 133,23 kGm =13323 kGcm à M2 = 13323 KGcm MA1 = MB1 = 13323x2,5=33307,5 KGcm MA2 = MB2 = 13323x2.5=33307,5 KGcm Tuy nhiên ta cần xem xét nội lực xuất hiện tại gối giữa bản sàn số 1, số 2, số 3, số 4,số 5 Bằng cách tính theo các bước và lập luận trên ta dùng phần mềm EXCEL tính được kết quả cho ở bảng dưới: Tính Toán nội lực sàn Ô Lt1 Lt2 Lt2/Lt1 q A1 B1 A2 B2 M1 MI MI* M2 MII MII* Sàn (m) (m) (t.m) (t.m) (t.m) (t.m) (t.m) (t.m) 1 3.7 3.7 1.00 1.00 2.50 2.50 2.50 2.50 0.119 0.297 0.297 0.119 0.297 0.297 2 1.7 3.7 2.18 BảN KÊ 2 CạNH 0.663 0.964 0.964 3 3.7 3.7 1.00 1.00 2.50 2.50 2.50 2.50 0.119 0.297 0.297 0.119 0.297 0.297 4 3.7 3.7 1.00 1.00 2.50 2.50 2.50 2.50 0.119 0.297 0.297 0.119 0.297 0.297 5 3.7 3.7 1.00 1.00 2.50 2.50 2.50 2.50 0.119 0.297 0.297 0.119 0.297 0.297 II. Tính cốt thép cho ô bản Do nội lực xuất hiện trong bản không lớn ,do đó để vừa hợp lí về mặt kết cấu chịu lực ,vừa thuận lợi cho việc thi công ta chọn một ô sàn có nội lực lớn nhất đẻ tính toán cốt thép và bố trí đều nhau theo 2 phương và giống nhau giữa các ô bản 1. Tính thép chịu momen âm. Ta chọn giá trị nội lực lơn hơn tại gối của ô bản số 2 để tính: M= 0.964Tm=964 kGm. Bố trí thép ô điển hình số 1 Giả thiết a’= 2cm Þ ho= 12-2=10cm. g= = = 0.961 Fa= = = 4.78 cm2 Dùng Æ10 a 150 có Fa= 5.23cm2 =´100%= ´100% » 0,52%. Hợp lí b) Tính thép chịu momen dương. Ta chọn giá trị nội lực lơn hơn tại giữa nhịp của ô bản số 2 để tính: M= 0.663Tm=663 kGm. Giả thiết a’= 2cm Þ ho= 10cm. g= = = 0.974 Fa= = = 3,24 cm2 Dùng Æ10 a 200 có Fa= 3.92 cm2 =´100%= ´100% » 0.392%. Hợp lí Tuy nhiên việc tính toán và bố trí thép sàn còn phụ thuộc vào mặt bằng kết cấu cụ thể của công trình. Và bản vẽ thép sàn sẽ thể hiện đầy đủ các thanh thép trên mặt bằng sàn CHƯƠNG 6 : TÍNH TOÁN THANG BỘ -Bản thang chọn sơ bộ h=12cm -Bản chiếu nghỉ h=10cm -Bản chiếu tới h= hsàn =12cm -Dầm chiếu nghỉ 220´350 -Dầm chiếu tới là dầm đỡ 1 phần sàn trên 1. Tính toán bản thang 1 Sơ đồ kết cấu như hình bên: Ta coi bản thang như một dầm đơn giản kê lên 2 gối tựa là 2 dầm D-7 và DCN. Nhịp tính toán của bản: ltt== 4m = 4000 (mm). a) Tải trọng : + Tĩnh tải bao gồm: Mặt cắt cấu tạo bản thang như hình vẽ: -Bậc gạch cao 14cm; g = 1800 KG/m3 -Bản thang dày 14cm; g = 2500 KG/m3 -Trát đáy bản thang 1.5cm; g = 1800 KG/m3 -Bản BTCT dày 14cm; g = 2500 KG/m3 -Vữa trát dày 1,5cm; g = 1800 KG/m3 Tổng tĩnh tải là: g=642,3kg/m2 Hoạt tải : p=300 ´ 1.2 = 360 Kg / m2 Þ Tổng tải trọng tính toán: pt = g + p = 1002,3 kG/m2 ÞCắt một dải bản b=1m,ta có sơ đồ tính và tải trọng phân bố trên 1m dài=1002,3KG/m a)Tính nội lực : Momen âm: M*=M== 1.15746Tm. Giả sử a=2 cm,Þho=h - a =10cm. A== 0.089 g=0,5.()=0.953ÞFa == 5.78 cm2. Chọn Æ10 a130 có Fa=6.04 cm2 ,mt=0.6% Chọn Æ8 a200 làm cốt cấu tạo theo phương vuông góc với cốt chịu lực chạy ngang bản thang Momen dương: M+= = 0.57873Tm. A== 0.0445 g =0.5´( )= 0.977Þ Fa = = 2.82 cm2. Chọn Æ10 a200 có Fa=3,93 cm2 , mt=0.3275% Chọn Æ8 a200 làm cốt cấu tạo theo phương vuông góc với cốt chịu lực chạy ngang bản thang 2. Tính sàn chiếu nghỉ . Tải trọng : + Tĩnh tải sàn chiếu nghỉ: Lớp đá ốp dày 20mm gtt = 55 Kg/m2 Lớp vữa lót dày 15mm gtt = 35.1 Kg/m2 Bản bê tông cốt thép dày 100 mm gtt = 275 Kg/m2 Vữa trát dày 15mm gtt = 35.1 Kg/m2 Tổng tĩnh tải g = 400.2 Kg/m2 + Hoạt tải sàn chiếu nghỉ : p= 360 Kg/m2 Vậy tổng tải trọng tính toán trên sàn chiếu nghỉ: q2 = g + p = 760,2 Kg/m2. + Theo sơ đồ trên hình vẽ trên thì bản sàn chiếu nghỉ là dạng bản kê 4 cạnh. Trong đó: ta có lt1= 1500- 200 – 110 = 1190 mm. lt2=4000 - 110 –100 = 3790 mm. Ta thấy lt2/lt1 = 3.18 > 2 Þ Bản làm việc theo phương cạnh ngắn (bản loại dầm). Cắt 1 dải bản sàn dài 1m. Nội lực : Momen âm. M*= M = = 89.71 kGm. Giả sử a=2 cm, Þ ho = h - a = 8 cm. A== 0.01 g =0.5´( )= 0.994 Þ Fa = = 0.573 cm2. Chọn Æ8 a150 có Fa=3.35 cm2 mt=0.335% Chọn Æ8 a200 làm cốt cấu tạo theo phương vuông góc với cốt chịu lực. - Tính tương tự như đối với momen dương phía dưới ta cũng được cốt thép chịu momen dương là: Chịu lực: Æ8 a150. Cấu tạo: Æ8 a200. 4. Tính dầm chiếu nghỉ DCN: Kích thước b´h = 200 x 350 mm Dầm chiếu nghỉ là kết cấu chính đỡ bản chiếu nghỉ và bản thang nên sơ đồ kết cấu hợp lý nhất là dầm 2 đầu ngàm (hình vẽ bên). a.Nhịp tính toán :lt = 4000 mm. b.Tải trọng tác dụng : + Do trọng lượng bản thân dầm: g1 = 1.1´0.20´0.35´2500 = 192.5 Kg/m + Do trọng lượng bản sàn (coi là phân bố đều) Bao gồm: - Tải trọng từ sàn thang truyền vào q=1074.6´2=2149,2kG/m. - Tải trọng từ sàn chiếu nghỉ truyền vào q=760.2´0.575=437.115 kG/m (Phần tải trọng trên đã bao gồm hoạt tải các sàn truyền vào) Suy ra: Tải trọng phân bố tác dụng lên dầm chiếu nghỉ DCN bằng : pt= 2149.2+437.115+192.5= 2778.815 kG/m. c. Nội lực : Do tải phân bố : = 3705.09 kGm. = 1852.54 kGm. Q1 =pt´l/2 = 2778.815´4/2=5557.63 kG d. Tính thép dọc: Cốt chịu mô men dương:=1852.54 kGm.Giả sử a=3cmÞho=35 -3 = 32 cm. = 0.0696 < Ao Þ g = 0.964 Þ = 2.86 cm2. Chọn 2Æ16Fa= 4.02cm2 Þ hàm lượng mt = 0.57% Cốt thép chịu mô men âm: = 3705.09 kGm. = 0.14 < Ao Þ g = 0.925Þ=5.96 cm2. Bố trí thép lớp trên là 3Æ16Fa= 6,03cm2 hàm lượng mt = 0,86% e. Tính cốt thép đai Kiểm tra điều kiện hạn chế : k0 . Rn . b . h0 = 0,35´130´20´32 = 29120 kG > Qmax =5557.63kG ÞThoả mãn điều kiện hạn chế. Kiểm tra k1 . Rk . b . h0= 0,6´10´20´32 = 3840 kG < Q = 5557.63 kG ÞPhải tính cốt đai,lực cốt đai phải chịu: Chọn cốt đai Æ6,=0.2826,đặt 2 nhánh,khoảng cách tính toán của cốt đai: Khoảng cách cực đại của 2 cốt đai: Khoảng cách cốt đai dùng không được vượt quá và đồng thời còn phảI tuân theo yêu cầu cấu tạo: , và 15cm ÞVậy ta chọn đai Æ6 a150. 5. Tính toán dầm thang DT. Do phần tải trọng tác dụng lên DT nhỏ hơn tác dụng lên DCN mà dầm thang DCN đã bố trí thép theo cấu tạo nên ta cũng bố trí thép trong DT giống như trong DCN nghĩa là:(xem bản vẽ kết cấu thang bộ) Thép chịu lực : 5Æ16. Thép đai:Æ6 a150. CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ MÓNG KHUNG TRỤC 2 I. Địa chất công trình và địa chất thuỷ văn: I.1. Điều kiện địa chất công trình: Kết quả thăm dò và xử lý địa chất dưới công trình được trình bày trong bảng dưới đây Lớp đất Chiều dầy (m) Độ sâu (m) Mô tả lớp đất 1 1,6 1,6 Đất lấp . 2 2,3 3,9 Sét màu xám xanh, xám nâu, dẻo mềm 3 8,5 12,4 Bùn sét pha lẫn hữu cơ màu xám đen 4 5,8 18,2 Cát pha màu xám nâu, nâu vàng, trạng thái dẻo mền. 5 7,5 25,7 Sét pha màu nâu vàng, nâu gụ, dẻo cứng 6 4,5 30,2 Sét pha màu xám ghi, xám nâu, dẻo chảy 7 9 39,2 Cát hạt mịn, trạng thái chặt vừa 8 2 41,2 Cát hạt thô, lẫn cuội sỏi màu nâu vàng, trạng thái chặt. Số liệu địa chất được khoan khảo sát tại công trường và thí nghiệm trong phòng kết hợp với các số liệu xuyên tĩnh cho thấy đất nền trong khu vực xây dựng gồm các lớp đất có thành phần và trạng thái như sau: Các chỉ tiêu cơ lý của đất : Lớp đất 1 2 3 4 5 6 7 8 Chiều dầy h(m) 1,6 2.3 8.5 5.8 7.5 4.5 9 Dung trọng tự nhiên g(t/m3) - 1.8 1.56 1.82 1.92 1.77 1.95 1.98 Hệ số rỗng e - 1.095 1.637 0.740 0.816 1.044 - 0.61 Tỉ trọng D - 2.7 2.6 2.63 2.72 2.68 - 2.68 Độ ẩm tự nhiên W(%) - 38.6 58.2 29.9 28.2 35 - 19 Độ ẩm gh chảy Wl(%) - 44.3 54.7 30.4 37.2 37.6 - - Độ ẩm gh dẻo Wp(%) - 25.4 39.2 24.5 23.9 24.5 - - Chỉ số dẻo A - 18.9 15.5 5.9 13.3 13.1 - - Độ sệt B - 0.70 1.23 0.915 0.32 0.80 - - Trọng lượng đẩy nổi gđn - 0.81 0.61 0.87 0.95 0.82 0.95 1.03 Góc ma sát trong j 0 - 15 3 8,6 13 6 25.2 34 I.2. Điều kiện địa chất thuỷ văn: Mực nước ngầm tương đối ổn định ở độ sâu -5m so với cốt tự nhiên, nước ít ăn mòn. . Lựa chọn phương án móng Công trình nhà cao tầng thường có các đặc điểm chính: tải trọng thẳng đứng giá trị lớn đặt trên mặt bằng hạn chế, công trình cần có sự ổn định khi chịu tải trọng ngang Do đó việc thiết kế móng cho nhà cao tầng cần đảm bảo - Độ lún cho phép - Sức chịu tải của cọc - Công nghệ thi công hợp lý không làm hư hại đến công trình đã xây dựng . - Đạt hiệu quả - kinh tế - kỹ thuật Với các đặc điểm địa chất công trình như đã giới thiệu, các lớp đất trên là đất yếu xen kẹp không thể đặt móng cao tầng lên được, chỉ có lớp cuối cùng là cát hạt thô lẫn sỏi cuội có chiều dày không kết thúc tại đáy hố khoan là có khả năng đặt được móng cao tầng. Vậy phương án móng sâu là bắt buộc . Nếu dùng cọc ép sẽ khó đảm bảo khả năng chịu lực đồng thời số lượng cọc có thể lớn, khó thi công và bố trí đài. Mặt khác công trình nằm khá gần khu dân cư nên biện pháp dùng cọc đóng không khả thi. Hơn nữa dù là cọc đóng hay cọc ép thì độ lún của công trình vẫn khá lớn. Vậy ta quyết định dùng phương án cọc khoan nhồi có thể đáp ứng các yêu cầu nêu trên và khắc phục được nhược điểm của các phương pháp cọc đóng hoặc ép. Ưu, nhược điểm của cọc khoan nhồi: + Ưu điểm: Có thể tạo ra những cọc có đường kính lớn do đó sức chịu tải của cọc rất cao. Do cách thi công, mặt bên của cọc nhồi thường bị nhám do đó ma sát giữa cọc và đất nói chung có trị số lớn so với các loại cọc khác. Tốn ít cốt thép vì không phải tính cọc khi vận chuyển. Khi thi công không gây ra chấn động làm nguy hại đến các công trình lân cận. Loại cọc khoan nhồi đặt sâu không gây lún ảnh hưởng đáng kể cho các công trình lân cận. Quá trình thực hiện thi công móng cọc, dễ dàng thay đổi các thông số của cọc ( chiều sâu, đường kính) để đáp ứng với điều kiện cụ thể của địa chất dưới nhà . Đầu cọc có thể chọn ở độ sâu tuỳ ý cho phù hợp với kết cấu công trình và qui hoạch kiến trúc mặt bằng. + Nhược điểm: Khó kiểm tra chất lượng của cọc . Thiết bị thi công tương đối phức tạp . Công trường dễ bị bẩn trong quá trình thi công. I.3Tính toán cọc khoan nhồi 1 Các giả thiết tính toán: Việc tính toán móng cọc đài thấp dựa vào các giả thiết chủ yếu sau: - Tải trọng ngang hoàn toàn do các lớp đất từ đáy đài trở lên tiếp nhận. - Sức chịu tải của cọc trong móng được xác định như đối với cọc đơn đứng riêng rẽ, không kể đến ảnh hưởng của nhóm cọc. - Tải trọng của công trình qua đài cọc chỉ truyền lên các cọc chứ không trực tiếp truyền lên phần đất nằm giữa các cọc tại mặt tiếp giáp với đài cọc. - Khi kiểm tra cường độ của nền đất và khi xác định độ lún của móng cọc thì người ta coi móng cọc như một móng khối quy ước bao gồm cọc và các phần đất giữa các cọc. - Vì việc tính toán móng khối quy ước giống như tính toán móng nông trên nền thiên nhiên (bỏ qua ma sát ở mặt bên móng) cho nên trị số mômen của tải trọng ngoài tại đáy móng khối quy ước được lấy giảm đi một cách gần đúng bằng trị số mômen của tải trọng ngoài so với cao trình đáy đài. - Đài cọc xem như tuyệt đối cứng. 2 Tải trọng: Tải trọng tác dụng lên móng công trình gồm có: - Tĩnh tải - Hoạt tải - Tải trọng gió (gió tĩnh và gió động) Móng công trình được tính dựa theo giá trị nội lực nguy hiểm nhất truyền xuống móng của phương án kết cấu đã chọn (xem bảng THNL). 3-Các bước tính toán: - Chọn loại, kích thước của cọc, đài cọc. - Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu và theo đất nền. - Sơ bộ chọn số lượng cọc cần dùng. - Bố trí cọc trên mặt bằng và mặt đứng. - Tính toán và kiểm tra móng theo các điều kiện : + Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc. + Kiểm tra sức chịu tải của nền đất. + Kiểm tra lún của nền móng. 4.Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế 3 móng là A-2;B-2;và C-2 a. Tải trọng tính toán: Tải trọng tính toán được sử dụng để tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn thứ nhất. Tải trọng truyền xuống móng theo hai phương X và Y: Móng A-2: MYtt = 27,3 Tm ; QXtt = 4,5 T MXtt = -4 Tm ; QYtt = -7,4 T; NZtt = -618,1 T Móng B -2: MYtt = 3,8 Tm ; QXtt = 1,6 T MXtt = 4 Tm ; QYtt = 4,8 T; NZtt = -857,3 T Móng C -2: MYtt = 1,6 Tm ; QXtt =0,5 T MXtt = 0 Tm ; QYtt = 0,1 T; NZtt = -712,7 T b. Tải trọng tiêu chuẩn: Tải trọng tiêu chuẩn được sử dụng để tính toán nền móng theo trạng thái giới hạn thứ hai. Tải trọng đã tính được là tải trọng tính toán, muốn có tổ hợp các tải trọng tiêu chuẩn đúng ra phải làm bảng tổ hợp khác bằng cách nhập tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên công trình. Tuy nhiên, để đơn giản quy phạm cho phép dùng hệ số vượt tải trung bình n =1,15. Như vậy, tải trọng tiêu chuẩn nhận được bằng cách lấy tổ hợp các tải trọng tính toán chia cho hệ số vượt tải trung bình. Móng A-2: MYtc = 23,74 Tm ; QXtc = 3,913 T MXtc = -3,478 Tm ; QYtc = -6,435 T; NZtc = -537,478 T Móng B -2: MYtc = 3,3 Tm ; QXtc = 1,391 T MXtc = 3,478 Tm ; QYtc = 4,174 T; NZtc = -745,478 T Móng C -2: MYtc = 1,391 Tm ; QXtc = 0,435 T MXtc = 0 Tm ; QYtc = 0,087 T; NZtc = -619,739 T II- THIẾT KẾ MÓNG A-2: Chọn vật liệu làm cọc: - Bê tông mác 350, Rn = 155 Kg/cm2 -Cốt thép chịu lực nhóm AII có Ra=2800 (Kg/cm2). -Cốt đai nhóm AI có Ra=2100 (Kg/cm2). Chọn tiết diện cọc: Chọn D = 1000 Căn cứ vào các lớp địa chất ở trên ta dự kiến cắm cọc vào độ sâu 40,5m tính từ mặt đất tự nhiên, tức là cắm vào lớp 8 một đoạn 1,3m (lớp cát thô chặt, có lẫn cuội sỏi). Xác định kích thước đài cọc: Do nhà có tầng hầm (cốt đáy sàn tầng hầm là - 1,8 m) nên ta dự định đặt mặt trên đài ở độ sâu –1,8 m. Điều kiện kiểm tra tính toán theo sơ đồ móng cọc đài thấp : h ³ 0,7. hmin Trong đó : h: độ sâu chôn đáy đài . hmin = tg ( 450 -j/2) Với: j = 50 : góc ma sát trong lớp đất phía trên đáy đài gđ= 1,56 (t/m3) : dung trọng tự nhiên của đất trên đáy đài b =2 m : bề rộng đài móng giả thiết åH = -7,3 T : tổng tải trọng ngang(cặp nội lực 5 cột 1) hmin = tg ( 450 -50/2) = 1,40 (m). Chọn Hđài = 1,5 m suy ra đáy đài cách mặt đất tự nhiên 3,3 m. Đài cọc nằm trong lớp đất thứ 2. Chiều dài cọc l = 40,5 – 3,3 = 37,2 m 1. Sức chịu tải của cọc a – theo vật liệu làm cọc : theo tiêu chuẩn 195: 1997 Pvl = Ru Fb+ RanFa Trong đó: Ru cường độ của bê tông cọc nhồi, do đổ bê tông dưới dung dịch sét Ru = 60 kg/cm2. Fb diện tích tiết diện cọc. Fa diện tích cốt thép dọc trục. Ran cường độ tính toán của cốt thép Ran = Rc/1,5 nhưng không lớn hơn 2200 kg/cm2 Rc giới hạn chảy của cốt thép, em chọn thép AII Rc=3000, vậy Ran=2000 kg/cm2 Tính toán cho cọc có d = 1000, Fb = 0,785 m2 =7850 cm2, giả thiết hàm lượng cốt thép là 1% nên Fa = 78,5 cm2 chọn 16 Æ 25 có Fa = 78,544 cm2 Vậy Pvl = 60x7850 + 78,544x2000 = 628088 kg = 628,1 Tấn b. Theo đất nền : Xác định theo các chỉ tiêu cơ lý của đất nền từ kết qủa quả thí nghiệm đất trong phòng. Sức chịu tải cho phép của cọc đơn Qa được tính theo công thức: Qa = . Trong đó : ktc - Hệ số an toàn, ktc = 1,4. Qtc - Sức chịu tải tiêu chuẩn tính toán đối với đất nền của cọc đơn. Qtc = m ( mr . qp . Ap + u . mf .f i . li) m : Hệ số làm việc của cọc m = 1. mr : Hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi cọc, mr = 1. qp : Cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc, t/m2. Ap : Diện tích mũi, lấy bằng diện tích tiết diện ngang của cọc, m2 . mf : hệ số điều kiện làm việc của đất ở mặt bên cọc phụ thuộc vào phương pháp tạo lỗ khoan, lấy theo bảng A.5 TCXD 205 : 1998, lấy mf = 0,6 fi : Ma sát bên của lớp đất i ở mặt bên của thân cọc, lấy theo bảng A.2 TCXD 205 : 1998. li : chiều dày các lớp đất mà cọc đi qua. u : chu vi cọc. Xác định qp: Theo TCXD 205 : 1998 với cọc nhồi chống vào lớp đất cát không mở rộng đáy, cường độ chịu tải của đất dưới mũi cọc qp xác định như sau: qp = 0,75 b(gI’dp+ agIL). Trong đó : b , , a,: Hệ số không thữ nguyên lấy theo bảng A.6. gI’ : Dung trọng của đất dưới mũi cọc, gI’ = 1,98 T/m3. gI : Dung trọng trung bình của các lớp đất phía trên mũi cọc. Mực nước ngầm sâu 5m Þ phía dưới mực nước ngầm phải tính với dung trọng đẩy nổi. L : chiều dài cọc, L= 37,2 m. dp : Đường kính cọc, dp = 1 m. Lớp đất cuối cùng có j = 35o tra bảng A.6 ta được : = 71,3 ; = 127 ; a = 0,7 ( A/d =52,48) ; b = 0,19 gI = Þ gI = 0,9303T/m3. Þ qp = 0,75x0,19x(0,9303x1x71,3 + 0,7x1,03x37,2 x127)= 495 T/m2. Tính fi - lực ma sát đơn vị giới hạn trung bình của các lớp đất, phụ thuộc vào chiều sâu trung bình của các lớp đất (tính từ mặt lớp 3 do lớp đất lấp không tính vào), độ sệt của đất sét hoặc trạng thái chặt của đất cát: + Lớp 3 :- l3 = 7,4 m. - h3= 8,45m. Þ f3 = 0,6 T/m2. - B = 1,23 + Lớp 6 :- l3 = 4,5m. - h3= 27,95m. Þ f6 = 0,8 T/m2 - B = 0,8. + Lớp 4 : - l3 = 5,8 m - h3=15,3m Þ f4 = 0,685 T/m2 - B = 0,91 + Lớp 7 :- l3 = 9 m. - h3= 34,7m. Þ f7 = 6,9 T/m2 - Cát hạt mịn chặt vừa. + Lớp 5 : - l3 = 7,5 m - h3= 21,95m Þ f5 = 5,6 T/m2. - B = 0,32. + Lớp 8 : - l3 = 2 m - h3= 40,1Þ f8 = 10 T/m2. - Cát hạt thô, trạng thái chặt Þ f i . l i = 136,11 T/m. Vậy sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc là Với cọc D= 1, Qtc = 1´[1´495´0,785 + (3,14´1)´0,6´136,11] = 645 T. Qa = = = 460,7 T. Vậy sức chịu tải tính toán của cọc là: [P] = MIN(Pvl, Qa) = Qa = 460,7 T. 2 Xác định số lượng cọc khoan nhồi: Ta có áp lực tính toán do phản lực đầu cọc tác dụng lên đáy đài : Ptt = == 51,19(T) Diện tích sơ bộ của đáy đài: FSB = == 12,9 (m2). Trong đó: Ntt0 - Lực dọc tính toán xác định tại đỉnh đài, lấy giá trị lớn nhất khi tổ hợp tải trọng tác dụng theo hai phương, Ntt0 = NZtt max = 618,1 T h : Chiều sâu đặt đáy đài kể từ cốt mặt đài, h = 1,5m n : Hệ số vượt tải n = 1,1 gtb : Là trị trung bình trọng lượng riêng của đài và đất trên các bậc đài, tạm lấy gtb=2 (T/m3). Trọng lượng tính toán sơ bộ của đài và đất trên các bậc: Nttsb = n.Fsb. h.gtb = 1,1´12,9´1,5´2,0 = 42,57 (T) Số lượng cọc sơ bộ: nc =b = 1,2.= 1,72 cọc 1,2 là hệ số do móng chịu tải lệch tâm Þsố cọc chọn là 2 cọc. Khoảng cách giữa các tim cọc ³ 3d = 300 cm và 6d = 600 cm cách từ tim cọc đến mép đài ³ 0,7d = 70 cm lấy bằng 100 cm; Mặt bằng bố trí cọc cho móng như hình vẽ bên: -Từ mặt bằng bố trí cọc ta có diện tích đáy đài thực tế là: Ftt = 2x5 =10 (m2). -Trọng lượng của đài và đất trên các bậc đài sau khi bố trí cọc: Nttđ = n.Ftt. hđ.gtb= 1,1´10´1,5´2,0 =33 (T) -Lực dọc tính toán xác định đến đáy đài: Ntt = N0tt + Nttđ =618,1 +33 = 651,1 T. -Vì móng chịu tải lệch tâm theo hai phương (phương trục x và y), lực truyền xuống cọc được xác định theo công thức sau: Pttmax,min = Trong đó: n’c =2là số lượng cọc trong móng. Mxtt và Mytt : Là mô men uốn tính toán tương ứng quanh trục x và trục y, ta có : MXtt = M0Xtt + Q0Ytt´hđ = 4 + 7,4 ´ 1,5 = 15,1 Tm MYtt = M0Ytt + Q0Xtt´hđ = 27,3 + 4,5 ´ 1,5 =34,05 Tm Với: M0xtt, M0ytt là mômen uốn tính toán ở đỉnh đài quanh trục X và Y; Q0xtt, Q0ytt là lực cắt tính toán ở đỉnh đài theo trục X và Y; hđ = 1,5 m là chiều cao đài. xmax, ymax (m): Khoảng cách từ tim cọc biên đến trục Y, X. xi, yi (m): khoảng cách từ trục cọc thứ i đến các trục đi qua trọng tâm diện tích tiết diện các cọc tại mặt phẳng đáy đài (xem sơ đồ bố trí cọc). Thay số vào ta có : Pttmax,min = = 325,55 ± 5,03 Pttmax =330,58 (T). Pttmin = 320,52 (T). Ptttb = 325,55(T). Trọng lượng tính toán của cọc: = 37,2´3,14´0,52´2,5´1,1 = 80,31(T). Kiểm tra lực truyền xuống mũi cọc : Pmaxtt + = 330,58 + 80,31 = 410,89 T. 410,89 T < Pc = 460,7 (T) : Thoả mãn điều kiện lực truyền xuống cọc; Chênh lệch lực truyền xuống cọc và sức chịu tải của cọc khá nhỏ nên chọn cọc có đường kính và chiều sâu chôn cọc như trên là đạt yêu cầu. Mặt khác Pttmin = 320,55 (T) > 0 nên ta không phải tính toán kiểm tra theo điều kiện chống nhổ . 3-Kiểm tra nền móng cọc theo điều kiện biến dạng: 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 a = jtb/4 Trong đó : jtb = Ở đây:jtb= Vậy a = 9,1/4 = 2,265 - Chiều dài, rộng đáy khối móng quy ước: LM = 4 + 2.37,2.tg2,265o=6,94(m). BM = 1 + 2.37,2.tg2,265o = 3,94 (m). -Chiều cao khối móng quy ước (kể từ mũi cọc đến cốt mặt đài) là: HM = 40,5 (m). -Xác định trọng lượng của khối móng quy ước : Diện tích khối móng qui ước Fqư=LM.BM=6,94 . 3,94 = 27,34 (m2) Xác định thể tích đất trong khối móng quy ước ( đã trừ cọc và đài móng ) V = 27,34.40,5 – 2.3,14.0,52 .37,2– 2.5.1,5 = 1033,866 m2 Trọng lượng khối móng quy ước: Qtb = gtb.V gtb= gtb = 1,814 (T/m3) Vậy khối lượng của đất là : Qđ = 1033,866.1,814 = 1875,43 T Trọng lượng phần cọc : Gcọc = 2.3,14.0,52 .37,2.2,5 = 146,01 T Trọng lượng của đài : Gđài = 2.5.1,5.2,5 = 37,5 T Qqư= Qđ + Gcọc + Gđài = 1875,43 + 146,01 + 37,5 = 2058,94 T -Trị tiêu chuẩn lực dọc xác định đến đáy khối quy ước: NZtc = NZtc0 + Qtcqư = 618,1 + 2058,94= 2677,04 (T). -Mômen tiêu chuẩn tương ứng trọng tâm đáy khối quy ước: +Mômen quanh trục Y: MYtc = MYtc0 + QXtc´(37,2+ 1,5) = 23,74 + 3,913.38,7= 175,173 (T.m). +Mômen quanh trục X: MXtc = MXtc0 + QYtc´(37,2+1,5) = 3,478 + 7,4.38,7= 289,858 (T.m). -Áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối quy ước: = = Trong đó: Fqư=27,34(m2). Wx=== 31,63(m3). Wy== = 17,96 (m3). stcmax = 116,83 (T/m2). stcmin = 79,01 (T/m2). stctb = 97,92 (T/m2). Xác định sức chịu tải của đất nền tại đáy móng khối quy ước: (theo CH 200-62) R = 1,2.{R`[1 + k1.(B-2)] + k2.g.(H-3)} + 0,1.Hn Trong đó: R : Cường độ tính toán của nền đất tại đáy móng. (kG/cm2) R` : Cường độ quy ước của đất. Tra bảng 8 - Tính Toán Móng Cọc với đất cuội sỏi: R`= 6 (kG/cm2) = 60 T/m2 . K1, k2 : Hệ số lấy theo bảng 11- Tính Toán Móng Cọc có k1 = 0,1; k2 = 0,3 B : Bề rộng của móng quy ước, B = 3,94 m. : Trọng lượng thể tích của đất từ đáy móng trở lên; g = 1,814 (T/m3). h : chiều sâu chôn móng; h = 40,5 m. Hn : Chiều cao của nước từ mặt đất trở lên; Hn = 0. Þ R = 1,2.{60.[1 + 0,1.(3,94 - 2)] + 0,3.1,814(40,5 - 3)} + 0 = 110,169 (T/m2). R = 11,02 kG/cm2 Ta thấy rằng: stb = 9,792 (kG/cm2) < R = 11,02 (kG/cm2) smax = 11,683(kG/cm2) < 1,2.R = 1,2x11,02= 13,224(kG/cm2). Vậy cường độ đất nền tại đáy móng quy ước được đảm bảo. Kiểm tra độ lún của móng Khi tính toán móng theo trạng thái giới hạn thứ hai nội lực ở chân cột ta chỉ lấy phần nội lực tiêu chuẩn gây ra MX = -3,478 Tm ; MY = 23,74 Tm ; N = -537,478 T Theo em dùng phương pháp nền biến dạng tuyến tính là thích hợp vì đất dưới mũi cọc chỉ có tốt và rất tốt nên thôi Vậy độ lún: S = p.b.w.(1-m2)/E Ứng suất bản thân tại đáy móng khối quy ước sbt==1,8.2,3+1,56.8,5+1,82.5,8+1,92.7,5+1,77.4,5+1,95.0,95+1,98.1,3 = 54,75 T/m2 B: chiều rộng móng E, m môdun biết dạng và hệ số poison của đất w : Hệ số phụ thuộc hình dạng và loại móng. Tra bảng IV-1 sách BT cơ học đất P : ứng suất gây lún p = = 97,92-54,75=43,17 T/m2 S = 43,17x3,94x1,1245x(1- 0,32)/4000 = 0,0435 m = 4,35 cm < Sgh = 8 cm VËy mãng ®¶m b¶o ®é lón cho phÐp. 4- TÝnh to¸n ®é bÒn vµ cÊu t¹o ®µi cäc: ViÖc tÝnh to¸n ®µi cäc bao gåm c¸c c«ng viÖc : + TÝnh to¸n ®©m thñng + TÝnh to¸n theo lùc c¾t trªn tiÕt diÖn nghiªng + TÝnh to¸n ®µi chÞu uèn TÝnh to¸n ®©m thñng vµ theo lùc c¾t trªn tiÕt diÖn nghiªng : Nội lực tại đỉnh các cọc giữa mép đài và lăng thể chọc thủng P=P+Pmin=330,58+320,52=651,1T Điều kiện chống chọc thủng : P<(a1(bc+c2)+a2(hc+c1))h0Rk Trong đó các hệ số a1,a2 tính như sau a1=1,5=2,52 với c1=1m,h0=1,35m a1=1,5=2,52 với c2=1m,h0=1,35m ÞVP=(2,52(1+1)+2,52(1+1))1,35.110 =1496,88>P ÞThoả mãn đIều kiện chọc thủng do cột +Tính cường độ trên tiết diện nghiêng theo lực cắt : điều kiện cường độ được viết như sau Q£ b b hoRk trong đó : Q: Tổng phản lực của các cọc nằm ngoài tiết diện nghiêng ta có Q = Pmax = 330,58T b = 5m : bề rộng đài hO=1,5 – 0,15 = 1,35m Chiều cao làm việc của đài Rk=110T/m2 – Cường độ chịu kéo của bê tông mác 350# c = 1m > 0.5 h o nên lấy c=1m - khoảng cách từ mép cột đến mép cọc. : hệ số không thứ nguyên xác định theo công thức Vế phải = 1,176´5´1,35´110 = 873,2T > Q = 330,58T Þvậy tiết diện nghiêng không bị phá hoại theo lực cắt b) Tính toán đài chịu uốn Bê tông đài sử dụng bê tông mác 350;, cốt thép nhóm AII có Ra = 2800 Kg/cm2 - Tính toán mômen và thép đặt cho đài cọc: Mômen tương ứng với mặt ngàm 1-1 : MI = rPmax= 330,58. 1,0= 330,58(Tm) ở đây :Pmax =330,58 (T); r1 = = 1,0 (m). Cốt thép bố trí theo hai phương, một lớp trên và một lớp dưới: + Cốt thép theo phương X đặt dưới được tính theo công thức : FI = == 84,63cm2 Chọn 18Æ25 có Fa = 88,31 (cm2), lớp bảo vệ cốt thép là a=30 nên khoảng cách giữa tim 2 cốt thép cạnh nhau là a=120 (mm); Chiều dài mỗi thanh bằng 4.9 m + Thép theo phương cạnh ngắn đặt cấu tạo Æ20 a200 Thép cấu tạo khung đài chọn Æ 16 a200. III.THIẾT KẾ MÓNG B-2,C-2: Do số lượng thuyết minh có hạn,mặt khác cách tính cũng tương tự như tính móng A-2, nên tương tự như trên ta có: