Đồ án Thiết kế nhà khung bê tông cốt thép không có tường chèn

I. ĐẶC ĐIỂM THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH +Công trình thiết kế là nhà khung bê tông cốt thép không có tường chèn. +Tra TCVN 9362 -2012 có trị biến dạng cho phép: - Độ lún lệch tuyệt đối lớn nhất : Sgh=0,08m - Độ lún lệch tương đối : DSgh=0,002 II.ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH-ĐỊA CHẤT THỦY VĂN Vị trí địa hình: +Hiện trạng của công trình là khu đất trống đã được san lấp mặt bằng, thuận tiện cho việc khoan, khảo sát địa chất. Địa tầng và các chỉ tiêu cơ lý: Bảng chỉ tiêu cơ lý các lớp đất Lớp đất Số hiệu Loại đất Chiều dày (m) Trọng lượng riêng tự nhiên g (kN/m3) Trọng lượng riêng hạt gs (kN/m3) Độ ẩm W % Giới hạn chảy WL % Giới hạn dẻo WP % Góc ma sát trong jII (o) Lực dính cII (kPa) Mô đun biến dạng E (kPa) Sức kháng mũi xuyên qc (kPa) Chỉ số SPT N30 1 Tt Trồng trọt 2,0 17 - - - - - - - - - 2 S3 Sét 4,5 18,4 26,5 38 45 26 17 27 10000 1400 7 3 Sf4 Sét pha 5,0 18,5 26,8 30 36 22 16 10 10000 1800 8 4 Cf4 Cát pha 3,0 18,3 26,4 30 31 25 15 28 7800 2200 5 5 Ct1 Cát trung 8,0 19,2 26,5 18 - - 35 - 31000 10300 45 Lớp 1: Đất trồng trọt, có chiều dày trung bình 2,0m. + Lớp đất này không đủ chịu lực để làm móng công trình, không có tính năng xây dựng, phải bóc bỏ lớp này và phải đặt móng xuống lớp đất dưới đủ khả năng chịu lực. Lớp 2 : Đất sét dày trung bình 4,5m: + Có độ sệt: à ànền đất ở lớp 2 này ở trạng thái ‘dẻo mềm’. +Hệ số rỗng: e== +Trọng lượng riêng đẩy nổi: +Đất sét trạng thái ‘dẻo mềm’ có môđun biến dạng E = 10000 (kPa) đất khá tốt. Lớp 3: Sét pha dày trung bình 5,0m có: +Độ sệt: nền đất ở lớp 3 này ở trạng thái ‘dẻo mềm’. +Hệ số rỗng: +Trọng lượng riêng đẩy nổi: +Đất sét pha ở trạng thái ‘dẻo mềm’ có môđun biến dạng E =10000(kPa) đất khá tốt. Lớp 4:Lớp cát pha dày trung bình 3,0m có: +Độ sệt: nền đất ở lớp 4 này ở trạng thái ‘dẻo’. +Hệ số rỗng: +Trọng lượng riêng đẩy nổi +Đất cát pha ở trạng thái ‘dẻo’ có môđun biến dạng E =7800(kPa) đất trung bình. Lớp 5:Lớp cát trung dày trung bình 8,0m có: +Hệ số rỗng: à 0,55<e=0,629<0,7 à Cát ở trạng thái ‘chặt vừa’. +Trọng lượng riêng đẩy nổi +Đất cát pha ở trạng thái ‘dẻo’ có môđun biến dạng E =31000(kPa) Đất rất tốt. Địa chất thủy văn: +Mực nước ngầm ở độ sâu 4,1m kể từ mặt đất tự nhiên.Tức là ở cốt 4,1+0,45=4,55(m) so với cốt san nền III. THIẾT KẾ MÓNG. +Xác định móng trục thiết kế: Móng thiết kế là móng D-4 +Xác định tải trọng tải đỉnh móng: -Tải trọng tiêu chuẩn tại đỉnh móng Notc = 1410 (kN) Motc = 183 (kNm) Qtc = 155(kN) -Tải trọng tính toán tại đỉnh móng: Nott = n. Notc =1,2.1410 =1692(kN) Mott = n. Motc =1,2.183=219,6 (kNm) Qtt = n. Qtc =1,2.155=186(kN) III.1 THIẾT KẾ MÓNG ĐƠN BTCT TRÊN NỀN TỰ NHIÊN Lựa chọn độ sâu chôn móng h và chiều cao móng hm. +Chọn độ sâu chôn móng là 1m từ mặt sàn tầng hầm, tức độ sâu so với cos sàn tầng 1 là 3,0+1,0=4,0 mét, độ sâu so với cos nền tự nhiên là 4,0-0,45=3,55m àhm=1-0,2=0,8m Xác định sơ bộ kích thước đáy móng: Cường độ tính toán của đất nền tại đáy móng : + Giả thiết bề rộng đế móng b=3,0(m). +Nền sét pha có : Tra bảng 15 (TCVN :9362-2012): àm1=1,1 Kết cấu khung bê tông là kết cấu mềm :àm2=1,0 +ktc=1 : vì các chỉ tiêu cơ lý của đất được xác định bằng thí nghiệm trực tiếp. +Đáy móng hạ vào lớp sét có jII=170. Tra bảng 14 (TCVN :9362-2012) ta có : A=0,40 B=2,58 D=5,16 +Lớp sét có cII= 27kPa. +Đáy móng nằm trên mực nước ngầm nên : = =18,4 (kN/m3) +Tính h0=h-htđ (Vì bề rộng tầng hầm B=24m>20m àh=htđà h0=0) (Chọn trọng lượng riêng của sàn tầng hầm là 25kN/m3) Diện tích sơ bộ đáy móng: + + Do trọng lượng đất trên móng ở 2 bên khác nhau nên sử dụng +Chọn m=1,4 Tính lại giá trị b. Chọn α= 1,125 => Chọn b=3,2m à l=3,2.1,125=3,6m. Chọn kích thước lxb=3,6x3,2 (m) Kiểm tra kích thước móng theo trạng thái giới hạn II Kiểm tra điều kiện áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng. -Với b=3,2m, tính lại R: +Độ lệch tâm: Đạt Kiểm tra điều kiện kinh tế: Như vậy kích thước đế móng là 3,2x3,6 (m) là đạt yêu cầu thiết kế. Kiểm tra điều kiện áp lực trên bề mặt lớp đất yếu. Trọng lượng riêng hiệu quả của các lớp đất: +Từ mặt đất đến đáy lớp 1: +Từ mặt lớp 2 đến mực nước ngầm: +Từ mực nước ngầm đến hết đáy lớp thứ 2: Kiểm tra điều kiện: +Ứng suất bản thân tại đáy móng: +Ứng suất bản thân tại mực nước ngầm: +Ứng suất bản thân tại đáy lớp thứ 2 (dưới mực nước ngầm): +Áp lực gây lún tại đáy móng: +Ứng suất gây lún tại đáy lớp 2: Tra bảng ta có: à Tổng ứng suất tại mặt trên lớp đất yếu: +Cường độ tính toán của nền trên đất yếu: m1 =1,1 do móng đặt lên lớp đất sét pha có m2 =1 do nhà khung là kết cầu mềm. ktc =1 do các chỉ tiêu cơ lý xác định bằng thí nghiệm trực tiếp đối với đất. cII = 10 (kPa) φII= 16° tra bảng có A = 0,35; B = 2,43; D = 5 do mặt đất yếu nằm ở dưới mực nước ngầm. BIỂU ĐỒ KIỂM TRA ÁP LỰC TRÊN NỀN ĐẤT YẾU + Diện tích đáy móng quy ước : Ta có +Bề rộng móng quy ước : ; +Độ sâu chôn móng quy ước: Vì bề rộng tầng hầm lớn hơn 20m nên hy được tính từ mặt trên sàn tầng hầm đến đáy móng móng quy ước: hy=6,5-2,55=3,95(m) +Trọng lượng riêng hiệu quả trung bình của đất trong phạm vi hy: à Ta có: à Đảm bảo áp lực trên nền đất yếu. Kiểm tra biến dạng của nền: + Ứng suất bản thân tại đáy móng: + Ứng suất bản thân tại các điểm zi: +Ứng suất bản thân tại mực nước ngầm: + Ứng suất gây lún ở độ sâu z kể từ đáy móng: + Chia các lớp đất dưới móng thành các phân tố có chiều dày hi: à Chọn hi=0,8(m) BẢNG TÍNH LÚN Lớp đất Điểm z(m) 2z/b l/b K0 σgl(kPa) σbt(kPa) 0,2σbt Sét 0 0.00 0.00 1.125 1 131.850 62.520 12.504 1 0.80 0.50 1.125 0.925 121.961 72.840 14.568 2 1.60 1.00 1.125 0.717 94.536 79.482 15.896 3 2.40 1.50 1.125 0.506 66.716 86.123 17.225 3* 2.95 1.84 1.125 0.398 52.476 90.689 18.138 Sét pha 4 3.20 2.00 1.125 0.352 46.411 92.920 18.584 5 4.00 2.50 1.125 0.256 33.754 100.058 20.012 6 4.80 3.00 1.125 0.191 25.183 107.197 21.439 7 5.60 3.50 1.125 0.147 19.382 114.335 22.867 +Tại độ sâu z=5,6m so với đáy móng có; + Thấy → Giới hạn nền H=5,6m so với đáy móng. Độ lún của nền được xác định: +Độ lún của nền của lớp đất sét: +Độ lún của nền của lớp đất sét pha: → S = S1+S2 = 3,3 (cm) < Sgh = 8(cm) →Thỏa mãn điều kiện độ lún tuyệt đối. Biều đồ ứng suất bản thân và ứng suất gây lún *Kết luận: Chọn diện tích móng là 3,2x3,6m. Tính toán và cấu tạo cho móng (Theo trạng thái giới hạn I) Chọn bê tông, cốt thép. +Chọn bê tông móng B15 có Rb = 8500 (Kpa), Rbt = 750 (Kpa); +Chọn thép móng CII có Rs =280000 (Kpa) +Chọn lớp bê tông bảo vệ abv = 35 (mm) (Làm lớp bê tông lót dưới) → chiều cao làm việc của bê tông móng ho = hm - abv h0 = 800 – 35 = 765= (mm)=0,765(m) Cột trục D-4 có kích thước bxl = 350x450 (mm) Tính toán độ bền của móng theo điều kiện chọc thủng. Tải trọng tính toán tại đỉnh móng: Nott = n. Notc =1,2.1410 =1692(kN) Mott = n. Motc =1,2.183=219,6 (kNm) Qtt = n. Qtc =1,2.155=186(kN) Tính toán trên mặt tháp chọc thủng 1: +Kiểm tra điều kiện: +Ta có: → àCường độ tính toán trung bình trong phạm vi Fct: àLực gây ra chọc thủng: +Khả năng chống chọc thủng của bê tông móng: bd=bc+2h0=0,35+2.0,765=1,88(m) à è Nct=488,38(kN)<Φ639,73(kN) => Chiều cao móng thỏa mãn điều kiện chống chọc thủng theo mặt tháp chọc thủng 1. Tính toán trên mặt tháp chọc thủng 2: + Kiểm tra điều kiện: +Lực gây ra chọc thủng: à +Khả năng chống chọc thủng của bê tông móng theo mặt tháp chọc thủng 2: ld=lc+2h0=0,45+2.0,765=1,98(m) à è Nct(2)=356,11(kN)<Φ=697,11(kN) => Chiều cao móng thỏa mãn điều kiện chống chọc thủng theo mặt tháp chọc thủng 2. Tính toán và bố trí cốt thép. +Chọn thép móng CII có Rs =280000 (Kpa): +Chọn lớp bảo vệ là abv=35mm, không có lớp bê tông lót dướiàh0=hm-abv=0,8-0,035=0,765 → -Coi cánh móng là dầm công-xôn ngàm tại tiết diện chân cột, bị uốn bởi phản lực nền. +Trị số momen uốn tại mặt ngàm I-I: à -Diện tích cốt thép yêu cầu đặt song song theo phương cạnh dài móng: +h01=hm-abv=0,8-0,035=0,765(m) à +Chiều dài của một thanh: l*=l-2a’=3600-25.2=3550(mm) +Khoảng cách giữa trục các cốt thép cạnh nhau: a1= Yêu cầu cấu tạo thép: 100mm a1200mm Chọn 19ϕ12, có 2148(mm2) Tính lại: h01=hm-abv-0,5ϕ=0,8-0,035-0,5.0,012=0,759(m) à2070(mm2)=As1<2148àĐảm bảo. +Khoảng cách giữa các trục cốt thép cạnh nhau: àĐạt. Chọn a2=170mm -Diện tích cốt thép yêu cầu đặt song song theo phương cạnh ngắn móng: +Trị số momen tại ngàm II-II: , h02hm-abv-ϕ1=0,8-0,035-0,012=0,753(m) +Chiều dài của một thanh: b*=b-2a’=3200-2.(15+10)=3150(mm) +Khoảng cách giữa trục các cốt thép cạnh nhau: a2= Yêu cầu cấu tạo thép: 100mm a2200mm Chọn 28ϕ6, có 791(mm2) Tính lại: h01=hm-abv-0,5ϕ=0,8-0,035-0,5.0,006=0,762(m) à776,6(mm2)=As1<791àĐảm bảo. +Khoảng cách giữa các trục cốt thép cạnh nhau: àĐạt. Chọn a2=130mm III.2 THIẾT KẾ MÓNG ĐƠN BÊ TÔNG CỐT THÉP CHÔN NÔNG TRÊN NỀN ĐỆM CÁT Lựa chọn cát làm nền: Dùng cát hạt trung làm đệm, đầm đến độ chặt trung bình, tra bảng TCXD 9362-2012 (bảng D-1 trang 87) ta có cường độ tính toán của cát làm đệm Ro = 400Kpa, cường độ này ứng với bl = 1m; h1 = 2m. Lựa chọn độ sâu chôn móng h, và chiều cao móng hm. Thiết kế móng đơn bê tông cốt thép trên nền đệm cát, chọn độ sâu chôn móng 4,3m từ cốt 0.00 , Sàn tầng 1 cao hơn mặt đất tự nhiên là 0,45m; như vậy đáy móng ở độ sâu 4,3-0,45=3,85m so với mặt đất tự nhiên. Chọn bề rộng móng sơ bộ b=2m, chọn chiều cao móng hm= 0,8 (m). Đế móng đặt ở lớp đất thứ 2 là lớp đất sét, và ở trên mực nước ngầm. Xác định kích thước sơ bộ đáy móng. Tải trọng tiêu chuẩn ở đỉnh móng: Ntc0=1410(KN) Mtc0=183(KNm) Qtc0=155(KN) Tính toán cường độ của nền đệm cát: tính theo công thức tính đổi quy phạm khi h=4,3>2m : k1, k2 là hệ số kể đến ảnh hưởng bề rộng móng và độ sâu chôn móng: lấy k1=0,125; k2=0,25 → Diện tích sơ bộ đáy móng: Do có tải lệch tâm lớn nên tăng diện tích lên 20%: =3,77+3,77.20/100=4,524(m2) Chọn Lấy b=2,0m → l=2,4m àb.l=2,0.2,4 (m) Tính toán theo trạng thái giới hạn II Áp lực tiêu chuẩn ở đế móng, kiểm tra điều kiện kinh tế: +Độ lệch tâm: (Chọn khối lượng riêng của sàn bê tông tầng hầm là 25kN/m3 ) → +Kiểm tra điều kiện áp lực tại đế móng: +Kiểm tra điều kiện kinh tế: Þ Thoả mãn điều kiện kinh tế. Vậy kích thước đế móng là bxl = 2x2,4m . Xác định kích thước đệm cát hđ ,bđ,lđ. +Cường độ của nền đệm cát khi bxl = 2x2,4 (m): -Xác định sơ bộ hđ: Chọn chiều cao đệm cát hđ=0,7m. -Kiểm tra điều kiện áp lực dưới đáy đệm cát: Ứng suất nền tại đáy móng ở trạng thái tự nhiên: Ứng suất nền tại mặt đất yếu ở trạng thái tự nhiên: Ứng suất tăng thêm trong nền tại mặt đất yếu do tải trọng gây ra: do → Cường độ tính toán của nền đất ở đáy đệm cát: m1 =1,1 do móng đặt lên lớp đất sét (IL =0,632 > 0,5) m2 =1 do nhà khung là kết cầu mềm ktc =1 do các chỉ tiêu cơ lý xác định bằng thí nghiệm trực tiếp đối với đất. cII = 27 (Kpa) tra bảng có A = 0,395; B = 2,575; D = 5,155 do mặt đất yếu nằm ở dưới mực nước ngầm. hy = h + hđ = 4,3 + 0,5 =5,0 (m) Diện tích đáy móng quy ước : Ta có Bề rộng móng quy ước : ; → Kiểm tra: →Đảm bảo áp lực dưới đáy đệm cát. Kiểm tra biến dạng nền: Tra bảng theo quy phạm với cát hạt trung ta có Ec = 30000(Kpa). Chia nền đất thành các lớp phân tố đồng nhất về tính nén (E = const) có chiều dày mỗi lớp hi ≤ b/4 =2/4=0,5m. Chọn hi=0.5m Gọi z là độ sâu kể từ đáy móng thì ứng suất gây lún ở độ sâu z là: Ứng suất nền tại đáy móng ở trạng thái tự nhiên: Ứng suất bản thân tại các điểm z: BẢNG TÍNH LÚN Lớp đất Điểm z(m) 2z/b l/b K0 σgl(kPa) σbt(kPa) 0,2σbt E(kPa) Đệm cát 0 0,0 0,00 1,2 1 273,40 68,04 13,608 30000 1 0,5 0,43 1,2 0,84 229,66 74,72 14,943 1* 0,7 0,61 1,2 0,761 208,06 76,38 15,275 Đất sét 2 1,5 1,30 1,2 0,535 146,27 78,04 15,607 10000 3 2,0 1,74 1,2 0,42 114,83 80,53 16,105 4 2,5 2,17 1,2 0,33 90,22 84,68 16,936 5 3,0 2,61 1,2 0,265 72,45 88,83 17,766 Sét pha 6 3,5 3,04 1,2 0,214 58,51 92,98 18,596 10000 7 4,0 3,48 1,2 0,177 48,39 97,13 19,426 8 4,5 3,91 1,2 0,147 40,19 101,28 20,256 9 5,00 4,35 1,2 0,125 34,18 105,43 21,086 10 5,5 4,78 1,2 0,106 28,98 109,58 21,916 11 6 5,22 1,2 0,08 21,87 113,73 22,75 12 6,5 5,65 1,2 0,066 18,04 117,88 23,58 Ta thấy tại độ sâu 6,5m so với đáy móng thì sgl = 17,50(kPa )< 0,2 sbt = 0,2 . 117,88= 23,58(kPa) Vậy giới hạn nền H = 6,5(m) so với đáy móng. Độ lún của lớp đệm cát : Độ lún của lớp đất sét: Độ lún của lớp sét pha: Vậy độ lún của móng là: S=S1+S2+S3=0,62+1,26+0,84=2,72 (cm)< Sgh = 8(cm) →Đảm bảo điều kiện về độ lún. Biểu đồ ứng suất bản thân và ứng suất gây lún - Bề rộng phía dưới lớp đệm cát: bdđ = b + 2.hđ.tgα = b + 2.hđ.tg30o = 2 + 2.0,7.tg30o =2,8 m - Chiều dài phía dưới lớp đệm cát: ldđ = l + 2.hđ.tgα =2,4+2.hđ.tg30o= 2,4 + 2.0,7.tg30o =3,2m Chọn ldđ = 3,2m *Do lớp đệm cát đặt trên lớp cát pha nên khi thi công độ mái dốc đảm bảo chọn . - Bề rộng phía trên lớp đệm cát: btđ = bdđ + 2.0,7.tag300= 2,8+2.0,7.tg300 = 3,6m Chọn btđ = 3,6(m) - Chiều dài phía trên lớp đệm cát: ltđ = ldđ + 2.0,7tg300 =3,2 + 2.0,7.tag300 = 4,4m Chọn ltđ = 4,0m T ính toán độ bền và cấu tạo móng. Chọn bê tông và côt thép Chọn bê tông móng B15 có Rb = 8500 (Kpa), Rbt = 750 (Kpa); thép móng dùng thép CII có Rs =280000 (Kpa) Chọn lớp bê tông bảo vệ abv = 35 (mm) → chiều cao làm việc của bê tông móng ho = hm - abvà ho = 800 – 35 = 765 (mm Kiểm tra độ bền móng theo điều kiện chọc thủng Tải trọng tính toán tại đỉnh móng: Nott = n. Notc =1,2.1410 =1692(kN) Mott = n. Motc =1,2.183=219,6 (kNm) Qtt = n. Qtc =1,2.155=186(kN) Tính toán trên mặt tháp chọc thủng 1: +Kiểm tra điều kiện: +Ta có: → àCường độ tính toán trung bình trong phạm vi Fct: àLực gây ra chọc thủng: +Khả năng chống chọc thủng của bê tông móng: bd=bc+2h0=0,35+2.0,765=1,88(m) à è Nct=221,586(kN)<Φ639,731(kN) => Chiều cao móng thỏa mãn điều kiện chống chọc thủng theo mặt tháp chọc thủng 1. Tính toán trên mặt tháp chọc thủng 2: + Kiểm tra điều kiện: +Lực gây ra chọc thủng: à +Khả năng chống chọc thủng của bê tông móng theo mặt tháp chọc thủng 2: ld=lc+2h0=0,45+2.0,765=1,98(m) à è Nct=50,76(kN)<Φ=697,11(kN) => Chiều cao móng thỏa mãn điều kiện chống chọc thủng theo mặt tháp chọc thủng 2 Tính toán và bố trí cốt thép móng: Chọn thép AII, có Rs=280Mpa=28.104(kPa) -Coi cánh móng là dầm công-xôn ngàm tại tiết diện chân cột, bị uốn bởi phản lực nền. +Trị số momen uốn tại mặt ngàm I-I: à -Diện tích cốt thép yêu cầu đặt song song theo phương cạnh dài móng: +h01=hm-abv=0,8-0,035=0,765(m) à +Chiều dài của một thanh: l*=l-2a’=2400-2.(15+10)=2350(mm) +Khoảng cách giữa trục các cốt thép cạnh nhau: a1= Yêu cầu cấu tạo thép: 100mm a1200mm Chọn 16ϕ14, có 2461(mm2) Tính lại: h01=hm-abv-0,5ϕ=0,8-0,035-0,5.0,016=0,757(m) à2453(mm2)=As1<2461àĐảm bảo. +Khoảng cách giữa các trục cốt thép cạnh nhau: àĐạt. Chọn a2=130mm -Diện tích cốt thép yêu cầu đặt song song theo phương cạnh ngắn móng: +Trị số momen tại ngàm II-II: h02hm-abv-ϕ1=0,8-0,035-0,014=0,758(m) +Chiều dài của một thanh: b*=b-2a’=2000-2.(15+10)=1950(mm) +Khoảng cách giữa trục các cốt thép cạnh nhau: a2= Yêu cầu cấu tạo thép: 100mm a2200mm Chọn 14ϕ12, có 1582(mm2) Tính lại: h01=hm-abv-0,5ϕ=0,8-0,035-0,5.0,012=0,751(m) à1521(mm2)=As1<1582àĐảm bảo. +Khoảng cách giữa các trục cốt thép cạnh nhau: àĐạt.Chọn a2=180mm Bố trí thép móng III.3 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÓNG CỌC. Chọn loại cọc, kích thước cọc, phương án thi công. Chọn tiết diện, chiều dài,vật liệu, thép +Xác định móng trục thiết kế: Móng thiết kế là móng D-4 +Xác định tải trọng tại đỉnh móng: -Tải trọng tiêu chuẩn tại đỉnh móng Notc = 1410 (kN) Motc = 183 (kNm) Qtc = 155(kN) -Tải trọng tính toán tại đỉnh móng: Nott = n. N\otc =1,2.1410 =1692(kN) Mott = n. Motc =1,2.183=219,6 (kNm) Qtt = n. Qtc =1,2.155=186(kN) -Chọn bê tông B20 có Rb=11,5Mpa -Chọn thép dọc cọc là 4F14-CII có Rs=280000Mpa, thép đai F6. -Chọn cọc Bê tông cốt thép chế tạo sẵn có tiết diện 25x25(cm). Cọc dài 18m được nối từ 2 đoạn cọc dài 10m, phần cọc ngàm vào đài là 0,15m, phần râu thép đập đầu cọc 0,4m, cọc được nối với nhau bằng phương pháp hàn. Cọc được hạ bằng phương pháp đóng. +Chiều dài cọc làm việc là: lclv=l-lngàm=20-(0,4+0,15)=19,45(m) -Chọn chiều cao đài sơ bộ là 0,7m, đáy đài ở cốt 4,2m, +Cốt mũi cọc: -(19,45+4,2)= 23,65(m) (so với cốt sàn tầng 1)à Như vậy cọc được cắm sâu vào lớp đất thứ 5(lớp cát trung) là 8,7m,và ở độ sâu 23,2m so với mặt đất tự nhiên. Sơ đồ hàn nối cọc Kiểm tra cọc trong quá trình vận chuyển,cẩu, lắp. *Các móc cẩu cách đầu cọc và mũi cọc 1 đoạn : 0,207L = 0,207.10 =2,07(m) =2070 mm với giá trị mômen Mmax,1 = 0,043qL2 ,và khi cẩu nghiêng là: Mmax,2=0,086qL2. Tải trọng q lấy bằng trọng lượng bản thân nhân với hệ số động lực 1,1: q = 1,1.0,25.0,25.25 = 1,718 (kN/m) → Mmax,1 = 0,043qL2 = 0,043.1,718.102 = 7,4 (kNm) Mmax,2 = 0,086qL2 = 0,086.1,718.102 = 14,78(kNm) *Tính toán diện tích cốt thép: Chọn abv = 30 (mm) → ho = 250 - 30 = 220 (mm) Vậy thép dọc 4F14 có AS = 616>248,48 (mm2)à Đảm bảo. -Bố trí thép dọc đối xứng xung quanh chu vi. Sơ đồ chọn thép dọc cọc * Xác định thép dùng để làm móc cẩu. -Cốt thép dùng làm móc cẩu phải chịu được bản thân cọc khi móc cẩu: P = 10.0,25.0,25.25 = 15,6(kN) -Để an toàn cốt thép phải chịu được lực kéo : P* = 1,2.15,6 = 18,72(kN) àChọn thép CII có Rs = 280000 (kPa) Diện tích cốt thép để dùng làm móc cẩu : =66(mm2) Chọn thép F10 có AS =79 (mm2) làm móc cẩu. Sơ đồ cẩu lắp Xác định sức chịu tải của cọc Sức chịu tải theo vật liệu làm cọc: Pv = j(RbAb + RscAs) - hệ số uốn dọc(cọc không xuyên qua lớp đất bùn). Rb=11500 kPa:Cường độ chịu nén của bê tông Rsc=280000kPa: Cường độ chịu nén của cốt thép CII. As=616 mm2=616.10-6m2: Diện tích tiết diện ngang của cốt thép. Ab =0,25.0,25=0,0625m2-:diện tích tiết diện ngang của cọc àPv = 1.(11500 . 0,25.0,25 + 280000.616.10-6) = 891,23(kN) Xác định sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền. (theo tiêu chuẩn TCVN 10304:2014 mục 7.2.2.1) -Chân cọc ngàm vào lớp cát hạt vừa (Lớp cát trung) nên cọc làm việc theo sơ đồ cọc ma sát. -Sức chịu tải cho phép của cọc theo đất nền: + là hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất. +và là hệ số điều kiện làm việc của đất dưới mũi và trên thân cọc có xét đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc đến sức kháng của đất, tra bảng 4 (TCVN 10304:2014) ta có và . Chiều sâu mũi cọc(m) qb –Cát hạt vừa (Kpa) 20 4800 25 5200 +=0,25.,0,25=0,0625 m2: là diện tích tiết diện cọc. + U=0,25.4=1m : là chu vi tiết diện ngang của cọc + qb :là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc, tra bảng 2 (TCVN 10304-2014) với độ sâu là 23,65-0,45=23,2m so với mặt đất tự nhiên, kết hợp nội suy=>qb=5056(kPa) + fi là cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ “i” được lấy theo bảng 3 (TCVN -10304-2014) Chia nền đất thành các lớp đất đồng nhất, chiều dày mỗi lớp được chia ≤ 2m. Lớp đất IL hoặc độ chặt Chiều dày Độ sâu zi(m) fi phân lớp(li) (kN) Đất sét IL = 0.632 2 4.75 11.99 1 23.98 0.75 6.125 12.58 1 9.435 Sét pha IL = 0.571 2 7.5 23.72 1 47.44 2 9.5 24.503 1 49.006 1 11 24.88 1 24.88 Cát pha IL = 0.833 2 12.5 7.33 1 14.66 1 14 7.33 1 7.33 Cát trung Chặt vừa 2 15.5 72.7 1 145.4 2 17.5 75.5 1 151 2 19.5 78.3 1 156.6 2 21.5 81.1 1 162.2 0.7 22.85 82.99 1 58.093 Tổng : (kN/m) 850.024 → àSức chịu tải cho phép của cọc: Rc,ucp=Rc,u/1,4=1197,6/1,4=855 kN Xác định sức chịu tải của cọc theo sức kháng mũi xuyên tĩnh qc (Theo tiêu chuẩn TCVN 10304:2014). Tải trọng cho phép của cọc : Trong đó: qb là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc được xác định: qb = k.qc qc là cường độ sức kháng mũi xuyên trung bình của đất khoảng 3d phía trên và 3d phía dưới mũi cọc, d là cạnh tiết diện ngang cọc,qc=10300 (kPa) k là hệ số chuyển đổi sức kháng mũi xuyên thành sức kháng mũi cọc, tra bảng G2 với E của lớp cát trung là 10300(kPa) cho cọc đóng, có k = 0,4 → qb = k.qc = 0,4.10300 = 5150 (kPa) là diện tích ngang mũi cọc u là chu vi tiết diện ngang cọc li là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ “i” fi là cường độ sức kháng trung bình trên thân cọc trong lớp đất thứ “i” được xác định : là hệ số chuyển đổi sức kháng mũi xuyên sang sức kháng thân cọc tra bảng G2 là cường độ sức kháng mũi xuyên trung bình trong lớp đất thứ ‘i” Lớp đất Chiềudày qc.i(Kpa) a fi fi.li li(m) Sét 2.75 1400 30 46.67 128.33 Sét pha 5 1800 30 60 300 Cát pha 3 2200 40 55 165 Cát trung 8.7 10300 150 68.67 597.40 Tổng cộng: 1190.73 Sức chịu tải cho phép của cọc theo thí nghiệm xuyên tĩnh: → Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả xuyên tĩnh tiêu chuẩn SPT (Theo tiêu chuẩn TCVN 10304:2014) *Theo viện kiến trúc Nhật Bản: -Sức chịu tải cực hạn của cọc : +là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc, (do cọc đóng và mũi cọc nằm trên đất rời) +Np là chỉ sô SPT trung bình khoảng dưới 1d và 4d trên mũi cọc. Np =N30= 45 → +Cường độ sức kháng trung bình trên đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ "i" : +Cường độ sức kháng trên cọc nằm trong lớp đất dính thứ "i" : Trong đó: Ns,i là chỉ số SPT trung bình trong lớp đất rời thứ "i" cu,i là sức kháng cắt không thoát nước của đất dính thứ "i" và fL là các hệ số, dựa trên hình G2 (TCVN 10304-2012) có : -Ứng suất bản thân của đất tại các điểm: Điểm A: σv(A)=17.2+18,4.1,75=66,2(kPa) Điểm B: σv(B)=66,2+18,4.0,9=82,76(kPa) Điểm C: σv(C)=82,76+8,302.2,4=102,68(kPa) Điểm D: σv(D)=102,68+8,3.5=144,18(kPa) Điểm E: σv(E)= 144,18+3.8,747=170,42(kPa) Điểm F: σv(F)=170,42+10,129.8,7=258,54(kPa) Lớp đất sét : =>αp= 0,81 Lớp sét pha : =>αp=0,94 Lớp cát pha: =>αp=1,0 Lớp đất ls,i Nsi fs,i fs,i.ls,i cu,i lc,i σv cu/σv ap L/d fL fc,i fs,i.ls,i Đất sét 7 43.75 2.75 84.44 0.52 0.81 76.8 0.89 31.37 86.26 Sét pha 8 50 5 123.43 0.41 0.94 76.8 0.89 41.60 208.01 Cát pha 5 31.25 3 214.48 0.15 1 76.8 0.89 27.66 82.98 Cát trung 8.7 45 150 1305 Tổng cộng 1305 377.25 (kN) àSức chịu tải giới hạn theo viện kiến trúc Nhật Bản là: (kN) Kết luận: Chọn min (Pv; ; ; ) = (891,23; 855;1010;557,85) kN Vậy chọn sức chịu tải tính toán của cọc: vào tính toán. Xác định số lượng cọc và bố trí cọc cho móng: Xác định số lượng cọc, bố trí cọc: - Lực chọn để tính toán Pc = 557,85(kN) -Áp lực tính toán do cọc tác dụng lên đế đài do phản lực đầu cọc gây ra: -Diện tích sơ bộ đế đài: (Với ) -Tổng lực dọc sơ bộ tại đáy đài: Số lượng cọc sơ bộ: (chọn m = 1,3 do móng chịu tải lệch tâm ) → chọn số cọc n = 5 cọc. -Bố trí cọc trong đài: +Khoảng cách từ tim cọc biên đến mép: c 0,7d=0,7.25=17,5cm; chọn c=25=250mm. +Khoảng cách giữa tim các cọc là: 3d=3.250=750 (mm) n2 (3d)2-m2 àchọn: l 250.2+650.2=1800(mm) b250.2+400.2=1300(mm) → Chọn kích thước móng bxl = 1,3x1,8(m) có F=2,34 (m2) Tổng lực dọc tính toán tại đáy đài với kích thước đài bxl = 1,3x1,8(m) . =1692+1,1.20.2,76.1,3.1,8+44,53=1878,61(kN) =1,3.0,675.17,65.(4,2-1,325)=44,53 + L= + edc = . -Tổng mômen tính toán: Mtt = M0tt + Q0tt.hđ +Ndc.edc= 219,06+ 186.0,7 +51,12.1,125= 399,35(KNm) -Lực truyền xuống các cọc dãy biên: → Pttmax= 529,32 (kN) → Pttmin=222,13 (kN) >0 → các cọc trong đài không chịu lực nhổ nên không kiểm tra điều kiện nhổ. -Trọng lượng tính toán của cọc kể từ đáy đài: → Pttmax + Pttc = 529,32+20,3=549,62 (kN) < Pc = 557,85 ( kN) Kiểm tra điều kiện kinh tế: Þ Thỏa mãn điều kiện kinh tế → số lượng cọc đã chọn là hợp lý. Kiểm tra nền móng cọc theo trạng thái giới hạn I Kiểm tra điều kiện áp lực dưới đáy khối móng quy ước. *Xác định kích thước khối móng quy ước: -Góc ma sát trong trung bình của đất trong phạm vi chiều dài làm việc của cọc lclv=19,45m: → - Chiều dài của đáy móng khối quy ước: LM = L* + 2Lclv. tga = (2*0,65+2*0,125) + 2.19,45.tg6,10 = 5,7(m) (0,125 là 1 nửa đường kính của cọc =0,25/2=0,125) - Bề rộng của đáy khối quy ước: BM = B* + 2Lclv. tga = (2*0,4+2*0,125)+ 2.19,45. tg6,10 = 5,2(m) - Chiều cao khối móng quy ước: HM = 3,75+19,45 = 23,2 ( m) *Xác định trọng lượng của khối quy ước: + Trọng lượng của đài và đất trong phạm vi từ đáy đài lên: = LM . BM . htb. gtb = 5,7.5,2.2,56.20=1517,6( kN) + Cọc ép là cọc chiếm chỗ chỉ làm giảm thể tích khối đất mà không làm tổng trọng lượng khối đất trong phạm vi khối móng quy ước thay đổi → Trọng lượng của đất trong phạm vi từ đáy đài lên đến chân cọc là: + Trọng lượng của cọc trong phạm vi khối quy ước: → Tổng lực nén tiêu chuẩn tại đáy móng quy ước là: +Trọng lượng khối đất lấp trong phạm vi 3,05m từ mặt đất tự nhiên đến đỉnh đài. +Tổng Mô men tiêu chuẩn tại đáy đài : Độ lệch tâm của tải trọng tiêu chuẩn tại đáy móng: Áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng quy ước : → =281,67 *Cường độ tính toán của nền là: Tra bảng 2-1(Tính toán thực hành nền móng công trình) m1=1,2 do đất cát hạt vừa; m2=1 do nhà khung bê tông cốt thép là khung mềm. Ktc=1 vì các chỉ tiêu cơ lý của đất lấy theo số liệu thí nghiệm trực tiếp đối với đất. Cát hạt vừa có jII = 350 → A = 1,68; B = 7,73; D = 9,595 cII =0 (do cát hạt vừa) → Kiểm tra điều kiện áp lực tiêu chuẩn tại đáy móng: àThỏa mãn. Kiểm tra biến dạng của nền: -Ứng suất bản thân tại đáy khối quy ước: -Áp lực gây lún tại đáy khối quy ước: < àNền đất không bị lún. Tính toán độ bền và cấu tạo cho đài. Chọn vật liệu đài móng: -Dùng bê tông có cấp độ bền B20. -Cốt thép nhóm CIIà Rb=11500 kPa ; Rbt=900 kPa ;Rs=280000 kPa. -Chiều cao làm việc hữu ích của bê tông đài móng. h0=hđ-lngàm =0,7-0,15=0,55(m) Kiểm tra điều kiện đâm thủng: -Khi vẽ tháp đâm thủng từ mép cột nghiêng một góc 450 so với phương thẳng đứng của cột ta thấy tháp nằm trùm ra ngoài trục các cọc. Như vậy đài cọc không bị đâm thủng. Tính toán thép đặt cho đài cọc: -Chiều cao làm việc hữu ích của bê tông móng: h0= 0,7 - 0,15 = 0,55 (m) -Tính lực truyền lên cọc thứ i: +Tổng tải trọng tại đáy đài: =1692+1,1.20.2,76.(1,3.1,8)+44,53=1878,61(kN) =219,6+186.0,7=349,8(kNm) +Lực truyền lên các cọc trong đài: P1,4=375,72-206,98.0,65=241,183(kN) P2,3=375,72+206,98.0,65=510,26(kN) P5=375,72(kN) Sơ đồ tính thép *Mặt ngàm I-I: - Mô men tương ứng với mặt ngàm I-I : MI-I = r2 (P2+P3) =0,425.(2.510,26)= 433,7(kNm) ( Với ) -Diện tích cốt thép tương ứng với mặt ngàm I-I: (đặt song song cạnh ngắn) -Chiều dài thanh thép : l*= l - 2.abv = 1800 - 2.35 = 1730(mm) -Khoảng cách giữa hai trục cốt thép cách nhau: -Yêu cầu cấu tạo : -Chọn 13f18 có AS = 33,06( cm2), khoảng cách . àChọn a2 = 100(mm) -Tính lại h02: ho2 = hđ - 0,15 - 0,5. f = 0,7 - 0,15 - 0,5.0,018 = 0,541 (m) -Mômen đài chịu được với cốt thép chọn là: MI-I = 0,9.Rs.ho.As chọn = 0,9.280000.0,541.34,54.10-4 = 450,71(kNm) >433,7(kNm) →Thép chọn đảm bảo. *Mặt ngằm II-II: MII-II=r2 (P1+P2) = 0,225.(241,183+510,26)=169,07(kNm) ( Với -Diện tích cốt thép tương ứng với mặt ngàm II-II: -Chiều dài thanh thép : b*= b - 2.abv = 1300- 2.35 = 1230 (mm) -Khoảng cách giữa các cốt thép cạnh nhau: (Trong đó n là số thanh thép) -Yêu cầu cấu tạo : àChọn 11f12 có AS = 12,43( cm2), khoảng cách . àChọn a2 = 170(mm) -Tính lại h02: ho2 = hđ - 0,15 - 0,5. f1 = 0,7 - 0,15 - 0,5.12,43.10^-4= 0,549 (m) - Mômen đài chịu được với cốt thép chọn là: MI = 0,9.Rs.ho.As chọn = 0,9.280000.0,549.12,43.10-4 =171,97 (kNm) > 169,07(kNm) →Thép chọn đảm bảo.