Nội dung chính của đồ án: - Kiến trúc 15%: Thể hiện Tổng mặt bằng; mặt bằng các tầng; mặt đứng; mặt cắt; các chi tiết cấu tạo và các quy định khác do GVHD kiến trúc quy định; - Kết cấu
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : ThS.KTS.LÊ THỊ KIM ANH SINH VIÊN THỰC HIỆN : TRẦN HUỲNH
- THIẾT KẾ TỔNG MẶT BẰNG
- THIẾT KẾ MẶT BẰNG TẦNG HẦM – TẦNG MÁI
- THIẾT KẾ MẶT ĐỨNG TRỤC CHÍNH, BÊN
- THIẾT KẾ MẶT CẮT A-A , B-B Đà Nẵng, ngày tháng năm 2022
Chương 1 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH
1.1 Sự cần thiết phải đầu tư
Với những lợi thế về điều kiện tự nhiên, TP Đà Nẵng luôn xem ngành du lịch là ngành kinh tế mũi nhọn, tập trung phát triển du lịch, dịch vụ, cơ sở hạ tầng, môi trường,… để luôn là một thành phố đẹp đẽ trong mắt du khách trong và ngoài nước, một thành phố đáng sống cho người dân Đà Nẵng Sự tăng trưởng mạnh mẽ của ngành du lịch của Đà Nẵng những năm gần đây đã tạo sức ép tích cực, thúc đẩy thành phố quyết liệt hoàn thiện, phát triển ngành dịch vụ, cơ sở hạ tầng, giao thông,… Đây cũng chính là yếu tố tạo nền tảng mạnh mẽ giúp thị trường bất động sản Đà Nẵng tăng nhiệt, trở thành khối nam châm khổng lồ thu hút các dòng vốn đầu tư địa ốc trong và ngoài nước Những năm gần đây, hàng loạt các dự án nhà cao tầng đã được xây dựng như Trung tâm hành chính thành phố, Novotel, Azura, F-home… làm nơi làm việc, các khách sạn, chung cư cao tầng,… giải quyết các như cầu về cơ sở hạ tầng, tô vẽ thêm vẻ đẹp cho thành phố và trở thành các điểm nhấn cho mỹ quan đô thị, chất lượng đời sống người dân được lãnh đạo thành phố chú trọng và giá cả thị trường phải chăng so với các thành phố khác trong nước nên nhu cầu nhà ở để sinh sống tại thành phố Đà Nẵng là rất lớn những năm gần đây và ngày một tăng trong khi quỹ đất có hạn, giá đất nền khu vực nội thành đắt đỏ nên không phù hợp cho người có thu nhập trung bình trở xuống, vì vậy để tạo điều kiện được sinh sống, làm việc tại ngay trung tâm thành phố Đà Nẵng với nhiều dịch vụ hiện đại, thuận tiện việc đi làm,… nhiều dự án chung cư cao tầng đã được thực hiện đem lại các lợi ích như chi phí sở hữu chỉ bằng khoảng 30- 50% so với nhà phố, ở trung tâm hoặc gần trung tâm thành phố, có đầy đủ các tiện ích như siêu thị, hồ bơi, dịch vụ ăn uống, vệ sinh, làm đẹp, thể thao, chỗ để ô tô,… an ninh đảm bảo, đa dạng kích thước mẫu mã, hứa hẹn mang đến cho chủ nhân các căn hộ một cuộc sống như ý, đồng thời việc xây dựng các chung cư cao tầng giúp tiết kiệm quỹ đất thành phố, tạo nên mỹ quan đẹp đẽ, hiện đại cho thành phố.
Vì lẽ đó, tòa nhà chung cư LAPAZ TOWER được cấp phép xây dựng tại số 38 Nguyễn Chí Thanh, Q Hải Châu, TP.Đà Nẵng, ngay trung tâm thành phố, mang lại các căn hộ với chất lượng tốt, giá cả phù hợp cho những người có thu nhập trung bình
1.2 Đặc điểm , vị trí, điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng
1.2.1Vị trí - địa điểm khu vực xây dựng
Công trình chung cư LAPAZ TOWER tọa lạc ngay trung tâm Thành phố Đà Nẵng, tại số 38 Nguyễn Chí Thanh, Q Hải Châu với các đặc điểm:
+ Phía Đông: Giáp đường Nguyễn Chí Thanh, một trong những trục đường chính của TP Đà Nẵng
+ Phía Bắc, phía Nam, phía Tây: giáp khu dân cư
+ LaPaz Tower có hướng chính là hướng Đông, nhìn ra sông Hàn chảy qua thành phố và chiếc cầu quay duy nhất tại Việt nam; cách Trung tâm hành chính thành phố Đà
+ LaPaz Tower kết nối thuận tiện với hệ thống nhà ga, sân bay Đà Nẵng, trường học, bệnh viện, Nhà hát, siêu thị, Ngân hàng…chỉ cần 15 phút di chuyển bằng xe máy.
Cấu tạo các lớp đất từ trên mặt đất tự nhiên (0.00) xuống dưới đến cốt -40m:
+ Lớp 4: Cát hạt trung, dày 6,6m
+ Lớp 5: Cát lẫn cuội sỏi, chiều dày chưa kết thúc trong phạm vi mũi khoan 40m Mực nước ngầm ổn định cách mặt đất tự nhiên 3,725m
1.3 Hình thức và quy mô đầu tư công trình
La Paz Tower mang nét kiến trúc căn hộ hiện đại kết hợp các tiện ích của cuộc sống văn minh Kiến trúc hài hòa giữa phương đứng và phương ngang tạo sự bề thế và vững chắc Việc kết hợp khéo léo giữa chất liệu và màu sắc tạo cảm giác cân bằng, thanh thoát Kiến trúc tổng thể tính toán khoa học cho vệ sinh môi trường, hệ thống thoát nước, phòng chống cháy nổ, lối thoát hiểm.
- Diện tích khu đất xây dựng: 811.40 m 2
- Bao gồm: 1 tầng hầm và 10 tầng nổi
1 tầng hầm để xe và bố trí các phòng kỹ thuật : cao 3m, SX5 m 2
Tầng 1 và 2 dùng làm văn phòng cho thuê và siêu thị mini: cao
Tầng 3-8 là các căn hộ cho thuê: cao 3.4m, tầng bao gồm 7 căn hộ với quy cách sau:
Căn hộ loại A (2 căn): S,6 m 2 , bố trí 2 phòng ngủ
Căn hộ loại B (2 căn): Ss,96 m 2 , bố trí 2 phòng ngủ
Căn hộ loại C (1 căn): Sx,11 m 2 bố trí 2 phòng ngủ
Căn hộ loại C1 (1 căn): S,47 m 2 bố trí 2 phòng ngủ
Căn hộ loại D (1 căn): SD,79 m 2 bố trí 1 phòng ngủ
Hình 1.1: Mặt bằng kiến trúc tầng Hầm
Hình 1.2: Mặt bằng kiến trúc tầng 1
Hình 1.4: Mặt bằng kiến trúc tầng 3-8
Hình 1.5: Mặt bằng kiến trúc tầng mái
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP KẾT CẤU
2.1.1 Lựa chọn phương án kết cấu tổng thể:
1 Lựa chọn hệ kết cấu công trình:
Vì đây là công trình mang tính đơn chiếc, độc lập nên giải pháp tổng mặt bằng tương đối đơn giản Việc bố trí tổng mặt công trình chủ yếu phụ thuộc vào vị trí công trình, các đường giao thông chính và diện tích khu đất Khu đất nằm trong thành phố nên diện tích khu đất tương đối hẹp, do đó hệ thống bãi đậu xe được bố trí dưới tầng ngầm đáp ứng được nhu cầu đón tiếp, đậu xe cho khách, có cổng chính hướng trực tiếp ra mặt đường chính Dùng giải pháp hệ lõi chịu lực thì công trình cần phải thiết kế với độ dày sàn lớn, lõi phân bố hợp lý trên mặt bằng, điều này dẫn tới khó khăn cho việc bố trí mặt bằng
Vậy để thoả mãn các yêu cầu kiến trúc và kết cấu đặt ra cho một nhà cao tầng ta chọn biện pháp sử dụng hệ hỗn hợp là hệ được tạo thành từ sự kết hợp giữa hai hoặc nhiều hệ cơ bản Dựa trên phân tích thực tế thì có hai hệ hỗn hợp có tính khả thi cao là: a Sơ đồ giằng:
Sơ đồ này tính toán khi khung chỉ chịu phần tải trọng thẳng đứng tương ứng với diện tích truyền tải đến nó cón tải trọng ngang và một phần tải trọng đứng do các kết cấu chịu tải cơ bản khác như lõi, tường chịu Trong sơ đồ này thì tất cả các nút khung đều có cấu tạo khớp hoặc tất cả các cột có độ cứng chống uốn vô cùng bé b Sơ đồ khung giằng:
Sơ đồ này coi khung cùng tham gia chịu tải trọng thẳng đứng với xà ngang và các kết cấu chịu lực cơ bản khác Trường hợp này có khung liên kết cứng tại các nút (gọi là khung cứng)
Lựa chọn kết cấu chịu lực chính:
Qua việc phân tích trên ta nhận thấy sơ đồ khung giằng là hợp lý Với giải pháp kết cấu khung-giằng, phân chia vai trò tương đối rõ ràng, khung chịu tải đứng, lõi cứng chịu tải ngang, đảm bảo chịu lực cho công trình và kích thước cột vừa phải đảm bảo thẩm mỹ cho tòa nhà Do vậy ta lựa chọn hệ khung giằng là hệ kết cấu chịu lực chính cho công trình này
2.1.2 Lựa chọn phương án kết cấu dầm, sàn, móng:
1.Chọn giải pháp kết cấu dầm, sàn: Đối với công trình này ta thấy chiều cao tầng điển hình là 3,4m ,công trình với công năng chính là nhà ở, đồng thời để đảm bảo tính linh hoạt khi bố trí các vách giữa các căn hộ,các phòng ta chọn 2 phương án: Sàn sườn toàn khối và Sàn dự ứng lực căng sau, sau đó ta đưa ra phương án hợp lý nhất
2.Chọn giải pháp kết cấu móng:
Do công trình nhà cao tầng có nội lực tại chân cột lớn và điều kiện địa chất của công trình ( xem phần tính toán phân tích các lớp địa chất )ta chọn: Phương án móng cọc Bao gồm móng cọc khoan nhồi và móng cọc Barrette, sau đó ta đưa ra phương án hợp lý cho công trình.
LỰA CHỌN VẬT LIỆU SỬ DỤNG
Nhà cao tầng thường sử dụng vật liệu là kim loại hoặc bê tông cốt thép Công trình làm bằng kim loại có ưu điểm là độ bền cao, công trình nhẹ, đặc biệt là có tính dẻo cao do đó công trình khó sụp đổ hoàn toàn khi có địa chấn Tuy nhiên thi công nhà cao tầng bằng kim loại rất phức tạp, giá thành công trình cao và việc bảo dưỡng công trình khi đã đưa vào khai thác sử dụng rất khó khăn trong điều kiện khí hậu nước ta
Công trình bằng bê tông cốt thép có nhược điểm là nặng nề, kết cấu móng lớn, nhưng khắc phục được các nhược điểm trên của kết cấu kim loại: độ bền lâu, độ cứng lớn, chống cháy tốt, dễ cơ giới hoá xây dựng, kinh tế hơn và đặc biệt là phù hợp với điều kiện kỹ thuật thi công hiện nay của nước ta
- Tường trong ngoài mactic sơn nước
- Sàn lát gạch GRANIT nhân tạo
- Ốp gạch GRANIT tường phòng vệ sinh, tường thang máy
Bảng 2.1: Bảng thông số vật liệu bê tông theo TCVN 5574 ÷ 2018
STT Cấp độ bền Kết cấu sử dụng
1 Bê tông cấp độ bền B25: Rb = 14,5 MPa
Rbt = 1,05 MPa ; Eb = 30000 Mpa Kết cấu chính: móng, cột, dầm, sàn
2 Bê tông cấp độ bền B25: Rb = 14,5 MPa
Rbt = 1,05 MPa ; Eb = 30000 Mpa Kết cấu phụ: cầu thang
3 Vữa xi măng cát M75 Vữa xi măng xây, tô trát tường nhà
Bảng 2.2: Bảng thông số vật liệu cốt thép theo TCVN 5574 ÷ 2018
STT Loại thép Đặc tính/ kết cấu sử dụng
1 Thộp CI (ỉ Asw = 100,53 mm 2
Chọn sơ bộ khoảng cách đặt thép đai Sch = 150(mm) w w
TÍNH TOÁN KHUNG TRỤC B
Kích thước tiết diện cột
- Chọn sơ bộ kích thươc tiết diện dầm khung như sau:
Trong đó l là chiều dài nhịp dầm Giá trị m được xác định theo tải trọng: m = 12–20 khi tải trọng là nhỏ hoặc trung bình (dầm sàn); m = 8–12 khi tải trọng là lớn (dầm khung); và m = 5–8 đối với dầm công-xôn, các mút thừa trong dầm liên tục.
5.1 Kích thước tiết diện cột
Chọn sơ bộ tiết diện cột khung theo công thức sau :
Trong đó : + Fc : diện tích tiết diện ngang của cột
+ k = 1,0 1,5 là hệ số xét đến ảnh hưởng khác như mômen uốn, hàm lượng cốt thép, độ mảnh của cột
+ Rb : cường độ chịu nén tính toán của bê tông ( không xét cốt thép chịu nén) + N : lực nén được tính gần đúng như sau: N n.q.Fxq
- Fs : diện tích mặt sàn truyền tải trọng lên cột đang xét
- n : số sàn phía trên tiết diện đang xét
q là tải trọng tương đương tính trên mỗi mét vuông mặt sàn, bao gồm cả tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời trên bản sàn; trọng lượng của dầm, tường và cột được quy đổi và phân bố đều trên mặt sàn để phục vụ cho tính toán thiết kế kết cấu.
Giá trị q được lấy theo giá trị : q=8÷12 (kN/m 2 )
Sơ đồ tiết diện khung trục B
Trong đó : i ; i ; n lần lượt là trọng lượng riêng, bề dày, hệ số vượt tải của các lớp thứ i trên bản sàn
Hệ số vượt tải lấy: (Theo TCVN 2737-2020 tải trọng và tác động tiêu chuẩn thiết kế)
Trọng lượng bản thân sàn (chỉ tính phần tỉnh tải do các lớp hoànthiện,phần tải trọng bản thân để chương trình Etabs tự tính) d g g tc g tt
Lớp gạch là nem chống nóng 20 18 0.36 1.1 0.396
Lớp vữa lót xi măng 20 18 0.36 1.3 0.468
Ta có : ptt = n ptc ( KN/m 2 )
Ptc : được lấy theo TCVN 2737-1995 tùy theo công năng sử dụng của ô sàn n : Hệ số độ tin cậy ,được lấy như sau :
Với ptc < 2 (KN/m 2 ) : n = 1,3 Với ptc ≥ 2 (KN/m 2 ) : n = 1,2
Ta được bảng như sau
STT Loại phòng p tc (kN/m 2 ) Hệ số vượt tải (n) P tt (kN/m 2 )
-Tải trọng gió tác dụng lên khung sẽ được tính theo công thức:
- Wo: giá trị áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng Công trình xây dựng trên TP Đà Nẵng, thuộc vùng II.B có Wo= 0.95(kN/m 2 ).
FX = (Wd + Wh ) ƩX ((htt+htd)/2)
FX = (Wd + Wh ) ƩY ((htt+htd)/2)
Sử dụng phần mềm Etabs 2019
Mô hình công trình với sơ đồ không gian
Khai báo đầy đủ đặc trưng vật liệu, tiết diện
Khai báo các trường hợp tải trọng tác dụng lên công trình
Tổ hợp tải trọng TT: Tỉnh tải
BAO: TH0+TH1+TH2+TH3+TH4+TH5+TH6+TH7+TH8+TH9
5.5 Tính toán cốt thép khung trục 3
- Thộp AI (ỉ dmax = 25mm; t0 > 3cm)
- Chọn chiều dày lớp bảo vệ cốt thép chịu lực là 3,5cm
- Cốt thép bố trí trong giới hạn hàm lượng cốt thép hợp lý
- Cốt thép dưới chạy suốt hoặc được
Với tiết diện chịu moment âm:
Cánh nằm ở vùng chịu kéo nên bỏ qua ảnh hưởng của cánh, tính như tiết diện chữ nhật (bx h)
* Kiểm tra điều kiện hạn chế:
- Nếu αm ≤ αR = 0,439 đặt cốt thép đơn
hoặc từ αm tra bảng của phụ lục 9 ra
+ Diện tích cốt thép được tính theo công thức:
+ Kiểm tra hàm lượng cốt thép:
- Nếu αR 0,8 Đất ở trạng thái bão hoà nước
Hệ số rỗng tự nhiên tn
+ Độ bão hòa nước của đất :
Vì G > 0,8 Đất ở trạng thái bão hoà nước
Lớp 3 được xác định là lớp cát hạt có độ chặt phù hợp và khả năng chịu tải lớn, đáp ứng các yêu cầu xây dựng nền móng cho công trình Với đặc tính vừa chặt vừa chắc, lớp cát này mang lại sự ổn định và phân bổ tải trọng hiệu quả trên nền đất Vì vậy, lớp 3 có thể được xem xét làm nền móng cho công trình, giúp tối ưu thi công, tăng độ bền kết cấu và giảm rủi ro sụt lún trong thời gian dài.
Lựa chọn giải pháp nền móng
6.2.1 Lựa chọn loại nền móng
Đây là công trình cao tầng có tải trọng trung bình, áp dụng giải pháp KC khung – vách chịu lực để bảo đảm sự liên kết và khả năng chịu tải của toàn bộ kết cấu Công trình được xây dựng ở thành phố, nằm trong khu vực dân cư và trên nền đất tương đối tốt Dựa vào kết quả điều tra địa chất thủy văn và khả năng thi công của đơn vị thi công, phương án móng cọc ép được chọn làm tối ưu nhằm đảm bảo sự ổn định của móng và tiến độ thi công Việc sử dụng móng cọc ép còn giúp khắc phục các biến động nền đất và tối ưu chi phí đầu tư Nhờ lựa chọn đúng giải pháp thiết kế và công nghệ phù hợp với điều kiện thực tế tại khu vực, công trình cao tầng này đảm bảo an toàn, bền vững và hiệu quả vận hành.
Có khả năng chịu được tải trọng lớn
Chịu tải trọng ngang và lực nhổ lớn
Giảm được độ lún chênh lệch lún của móng
Móng cọc cho phép thi công nhanh, không phụ thuộc vào thời tiết
Khi thi công có thể dùng các biện pháp cơ giới hóa vận chuyển và đóng cọc ép
Giảm tiếng ồn và chấn động so với loại cọc đóng nên ít gây nguy hiểm đến nền đất của các công trình gần khu vực gây dựng
Chất lượng cọc được đảm bảo vì cọc được chế tạo ở nhà máy hoặc tại công trường trong bãi đúc cọc nên dễ kiểm tra chất lượng cọc
Giảm được sử dụng vật liệu trong móng
Ít chịu tác dụng phá hoại của môi trường xung quanh
Tốn nhiều thép cấu tạo để chịu lực khi vận chuyển và cẩu lắp
Nếu đúc cọc tại công trường thì phải bố trí thêm bãi đúc cọc
6.2.2 Giải pháp mặt bằng móng
Lựa chọn giải pháp mặt bằng móng:
+ Dưới chân cột: sử dụng giải pháp móng đơn cọc ép
+ Giằng móng chọn sơ bộ kích thước tiết diện 500x700mm
Các đài móng được liên kết bởi các giằng móng nhằm giảm lún lệch giữa các móng
6.2.3 Các giả thiết tính toán
- 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 được truyền lên các cọc chứ không trực tiếp truyền lên lớp đất nằm giữa các cọc tại mặt tiếp giáp với đài cọc Điều này có nghĩa là hệ thống đài cọc và các cọc chịu lực đóng vai trò chủ yếu trong phân phối tải trọng xuống nền móng thông qua liên kết chịu lực giữa đài và cọc, chứ không truyền tải trọng qua vùng đất giữa các cọc Vì vậy, thiết kế móng và kiểm tra khả năng chịu lực cần tập trung vào độ cứng và sự liên kết giữa đài cọc và các cọc, cũng như khả năng phân bố tải trọng đồng đều trên nền đất để đảm bảo an toàn cho công trình.
Trong quá trình kiểm tra cường độ nền đất và xác định độ lún của móng cọc, người ta xem móng cọc như một móng khối quy ước gồm cả cọc và phần đất giữa các cọc Mô hình này cho phép mô phỏng tương tác đất–cọc và đánh giá phân bố ứng xử của cả hệ thống móng dưới tải trọng, từ đó dự báo độ lún và đảm bảo an toàn cấu kiện Việc coi móng cọc là một khối hợp nhất giúp đơn giản hóa phân tích và tối ưu hóa thiết kế móng cọc dựa trên đặc tính của nền đất và yêu cầu tải trọng.
6.3.2 Chọn loại kích thước cọc và phương pháp thi công:
Do tải trọng tác dụng xuống móng khá lớn nên cọc được cắm vào lớp cát hạt vừa để đảm bảo độ chịu lực và ổn định của móng Cọc được ngàm vào đài bằng cách hàn vào mặt bích đầu cọc 4 đoạn thép Ø20 thuộc nhóm AII, mỗi đoạn dài 0,5 m.
- Khi nối 2 cọc với nhau ta dùng phương pháp hàn hai đầu cọc lại với nhau bằng các tấm thép
6.3.2.2 Chọn loại cọc , kích thưới cọc:
- Dùng cọc có chiều dài 6 (m) , tiết diện 350x350 mm Thép chịu lực gồm 418,dùng thép AII , bê tông mác 400
Chọn chiều sâu chôn đài
Chiều sâu chôn đài được lựa chọn dựa trên giả thiết toàn bộ tải trọng ngang do đất từ đáy đài lên mặt đất tự nhiên tiếp nhận Vì vậy, chiều sâu chôn đài phải thỏa mãn điều kiện h ≥ 0,7 h_min, trong đó h_min là chiều sâu tối thiểu được xem xét cho thiết kế nền.
Trong bài toán này, các tham số cơ lý của đất tại đáy đài được cho như sau: φ là góc ma sát trong của đất tại đáy đài bằng 17°, g là trọng lực riêng của đất tại đáy đài bằng 18,5 kN/m³ Cạnh đáy đài vuông góc với tải trọng ngang có kích thước a = 3 m Tổng tải trọng ngang được cho bởi ∑H = Qtt = 30.39 kN.
- Chiều sâu chôn đài được xác định theo điều kiện :
→ Chọn chiều sâu chôn đài : h = 1,5( m )
Ta chọn sơ bộ tiết diện đài cọc là : a x b = 3x 3 (m 2 )
6.5.1 Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc
- Thép AII có : Ra = 28.10 4 (KN/m 2 )
Bê tông mác 400 có : Rn = 17000 (KN/m 2 )
- Sức chịu tải của cọc xác định theo công thức:
Trong đó: - Hệ số uốn dọc của cọc, do dùng móng cọc đài thấp và cọc không xuyên qua bùn , than bùn nên = 1
Diện tích tiết diện cọc: Fb = 0,35x0,35 = 0,1225 (m 2 )
Diện tích cốt thép: Fa = 8 x 2.01x 10 -4 = 1.608x10 -3 (m 2 )
6.5.2 Xác định sức chịu tải của cọc theo cường độ đất nền
Đối với mũi cọc tỳ lên lớp cát hạt vừa phải, cọc làm việc theo sơ đồ cọc ma sát, khai thác tối đa lực ma sát giữa thân cọc và nền đất Sức chịu tải của cọc trên đất nền được tính theo một công thức chuẩn, kết hợp giữa tải ngầm và lực ma sát sinh ra trên thân cọc để ước lượng khả năng chịu tải của hệ cọc–đất Việc lựa chọn sơ đồ cọc ma sát phù hợp với đặc tính của lớp cát hạt và điều kiện nền đất là yếu tố quyết định đến hiệu quả chịu tải, an toàn kết cấu và chi phí thi công.
+ m : Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất
mR và mf là các hệ số điều kiện làm việc của đất, với mR = 1 và mf = 1 do hạ cọc bằng búa diesel không khoan dẫn và cọc trụ đặc Chu vi tiết diện ngang cọc được xác định là u = 4 × 0,35 = 1,4 m.
+ hi : Chiều dày lớp đất thứ i tiếp xúc với cọc
+ fi : Cường độ tính toán của ma sát thành lớp đất thứ i với bề mặt xung quanh cọc (KPa) được tra theo (Bảng 6.3-HDĐAN&M)
+ R : Cường độ tính toán của đất dưới mũi cọc
Tra bảng (6.2-HDĐANM) và nội suy với cát hạt vừa, độ sâu hạ cọc
Cường độ tính toán theo mặt xung quanh của cọc ở các lớp đất cọc cắm qua tra theo bảng (6.3-HDĐAN&M) và nội suy ta có:
Bảng 6: Bảng tính toán lớp đất
Lớp đất Mô tả đặc tính đất f i *l i
- Vậy sức chịu tải của cọc theo đất nền :
- Sức chịu tải tính toán của cọc theo đất nền :
Với : Ktc n là hệ số tin cậy của cọc chịu nén Lấy Ktc n = 1,4
- Vậy sức chịu tải giới hạn của cọc :
[P]= max( Pvl,Pđn) = max ( 2532,74 ; 875,76) = 2532.74(kN)
Xác định số lượng cọc và bố trí cọc và diện tích đáy đài
6.6.1 Xác định số lượng cọc
: tổng tải trọng thẳng đứng tính toán tại đáy đài
Fđ là diện tích sơ bộ đáy đài được tính bằng tích kích thước a và b, Fđ = a × b = 1,9 × 2,95 = 5,605 m² Dung trọng trung bình giữa vật liệu làm móng và đất nền được ký hiệu gtb, gtb = (20 ÷ 22) kN/m³, lấy gtb = 22 kN/m³ Chiều sâu chôn đài h = 1,5 m Từ các tham số trên, tổng tải trọng thiết kế ΣNtt được tính và cho kết quả 4 853,9 kN.
[P] : sức chịu tải của cọc: [P] = 2535,74 (kN) β : hệ số kinh nghiệm kể đến ảnh hưởng của moment, tải trọng ngang và số lượng cọc trong đài
Với móng cọc đài thấp : β = (1 ÷1,5) , lấy β = 1,4
Vậy số lượng cọc trong móng : = 1,4
, = 1.4 Chọn số lượng cọc là n = 4 (cọc)
6.6.2 Bố trí cọc và xác định diện tích đáy đài
6.6.3 Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc
Khi móng chịu tải trọng lệch tâm, xuất hiện hiện tượng phân bố tải trọng không đồng đều giữa các cọc: một số cọc chịu tải trọng lớn, số khác chịu tải trọng nhỏ và đôi khi có cọc chịu kéo Trong thiết kế móng, mục tiêu là làm sao để tất cả các cọc chịu nén càng nhiều càng tốt nhằm tăng độ ổn định và giảm nguy cơ lún lệch Vì vậy cần phân tích kỹ phân bố tải trọng, điều chỉnh kích thước và chiều sâu cọc, cũng như bố trí sao cho tải trọng được phân bổ đồng đều trên toàn móng.
- Vậy kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc trong trường hợp này tiến hành như sau: max o [P]
P o : tải trọng tác dụng lên cọc chịu nén và chịu kéo nhiều nhất, được xác định như sau :
+ N tt : tổng tải trọng thẳng đứng tính toán tại đáy đài: N tt 4853,9 kN
+ n : số lượng cọc trong đài , n = 6 ( cọc ) + Mx , My: tổng moment của tải trọng ngoài so với trục đi qua trọng tâm của các tiết diện cọc tại đáy đài
- Với moment và lực xô ngang tác dụng lên móng theo phương Ox nên Mx = 0 , moment đối với trục oy tại đáy đài :
+ , : khoảng cách từ tâm cọc thứ i theo trục x và y đến trục trọng tâm của các tiết diện cọc tại đáy đài xi = 0,735 (m2) ; yi = 0,735(m2) Vậy ta có :
6.6.4 Kiểm tra nền đất tại mặt phẳng mũi cọc và kiểm tra lún cho móng cọc
6.6.4.1 Kiểm tra nền đất tại mặt phằng mũi cọc
- Giả thiết đài cọc, cọc và phần đất giữa các cọc là móng khối quy ước
- Diện tích đáy móng khối quy ước xác định theo công thức :
+ A1, B1: khoảng cách từ mép 2 hàng cọc ngoài cùng đối diện nhau theo 2 phía A1 = 2,45 (m) ; B1 = 1,4 (m)
+ L : chiều dài cọc tính từ đáy đài đến mũi cọc L = 14.9 (m)
+ α : góc mở rộng so với trục thẳng đứng kể từ mép ngoài hàng cọc ngoài cùng :
+ : góc nội ma sát trung bình các lớp đất mà cọc đi qua
+ φ1 ,φ2 ,φ3: góc nội ma sát của các lớp đất thứ 1, 2, 3 mà cọc đi qua
+ h1, h2, h3: chiều dày lớp đất thứ 1, 2, 3 mà cọc đi qua
Sau khi xác định kích thước móng khối quy ước, việc kiểm tra nền đất dưới đáy móng được thực hiện như đối với móng nông, với giới hạn tối đa 1,2 mét.
- Ứng suất trung bình tại đáy móng khối quy ước : tc o qu đqu tb qu
: tải trọng thẳng đứng tiêu chuẩn tại đáy móng khối quy ước
Gqu : Trọng lượng vật liệu làm đài, cọc và trọng lượng đất trong phạm vi móng khối quy ước
+ G2qu: Trọng lượng đất tính từ đáy đài xuống đến mực nước ngầm trong phạm vi khối quy ước, với h2 =3m:
+ G3qu: Trọng lượng đất tính từ mực nước ngầm xuống hết lớp đất thứ nhất trong phạm vi khối quy ước, h3 = 4m:
+ G4qu: Trọng lượng đất của lớp thứ 2 trong phạm vi khối quy ước , với h4 = 5,9m:
+ G5qu: Trọng lượng đất của lớp đất thứ 3 có chiều dày h5 =2m, trong phạm vi khối quy ước:
+ G6qu: Trọng lượng vật liệu làm cọc của 6 cọc trong phạm vị khối quy ước:
- Vậy trọng lượng vật liệu làm đài, cọc và trọng lượng đất trong phạm vi móng khối quy ước :
- Ứng suất lớn nhất tại đáy móng khối quy ước : max tc o qu đqu qu đqu
+ M: tổng moment của tải trọng ngoài so với trục trọng tâm đáy móng khối quy ước : tc tc h o o
- Wđqu : monment chống uốn của tiết diện đáy móng khối quy ước
- Vậy ứng suất lớn nhất tại đáy móng khối quy ước:
- Xác định cường độ tiêu chuẩn của đất nền tại đáy móng khối quy ước theo TCVN 9362-2012, như sau :
.( ) qu tc tc qu qu tc
+ Đất nền là lớp cát hạt vừa, tra bảng (Phụ lục 2.1) sách Nền & Móng , ta có : m1 = 1,2 và giá trị m2 =1
+ Góc nội ma sát φ = 18 o , tra bảng (Phụ lục 2.2) sách Nền & Móng,ta có: A = 0,43 , B = 2,72 , D = 5,31 + Ktc: hệ số độ tin cậy , lấy Ktc = 1
+ g: dung trọng của đất ngay tại đáy móng khối quy ước
+ g’: dung trọng trung bình của đất từ đáy móng khối quy ước lên mặt đất tự nhiên :
+ Ctc : lực kết dính của đất ngay tại đáy móng khối quy ước, lớp cát hạt vừa có : Ctc = 25 (kN/m2)
- Kiểm tra điều kiện: max
630, 27( ) 1, 2 1810,18( ) đqu qu tb tc đqu qu tc kN R kN kN R kN
→ Nền đất dưới mũi cọc đủ sức chịu tải, tiến hành kiểm tra lún cho móng khối quy ước
6.6.4.2 Kiểm tra lún cho móng cọc
Để tính độ lún của móng cọc, ta xem móng cọc như một móng khối quy ước, từ đó áp dụng các phương pháp phân tích biến dạng của móng khối Việc tính toán theo phương pháp cộng lún từng lớp được tiến hành bằng cách xác định độ lún của từng lớp đất dưới móng và sau đó tổng hợp lại theo nguyên lý superposition để cho ra độ lún toàn phần của móng Quá trình này đòi hỏi xác định đặc tính cơ học của từng lớp (mô đun đàn hồi, độ nén, giới hạn đàn hồi) và các tương tác giữa móng và nền đất, như khả năng chịu tải, độ cứng nền và thời gian tác dụng tải Kết quả cho phép dự báo độ lún theo thời gian và đảm bảo an toàn, tính khả thi kinh tế và tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế móng cọc, đồng thời cung cấp cơ sở cho các biện pháp gia cố hoặc điều chỉnh thiết kế khi cần.
- Chia nền đất dưới đáy móng khối quy ước thành những phân tố có chiều dày hi, thõa mãn:
Bqu: bề rộng đáy móng khối quy ước: Bqu = 3,67(m) 0, 73( )m h i 1, 46( )m
- Xác định ứng suất do trọng lượng bản thân đất gây nên tại lớp phân tố thứ i
đ : ứng suất do trọng lượng bản thân đất gây ra tại đáy móng khối quy ước ứng với Z =0
1 1 1 1' 2 2 3 3 18,5.4,5 26,1.4 26,6.5,9 26,7.2 397,99( / ) qu bt h đn h đn h đn h kN m
- Xác định áp lực gây lún :
626, 41 397,99 228, 42( / 2) đqu qu gl tb bt kN m
- Xác định ứng suất nén phụ thêm tại các vị trí lớp đất dưới đáy móng khối quy ước được chia : zi K o gl
+ Hệ số Ko phụ thuộc vào các tỷ số : qu ; i qu qu
Tra bảng ( II.2 ) giáo trình : Cơ học đất ( Lê Xuân Mai)
- Xác định chiều sâu vùng nén dưới đáy móng khối quy ước: Ha
- Phạm vi nén lún dưới đáy móng khối quy ước kết thúc tại vị trí lớp đất được chia thõa mãn điều kiện :
- Đối với các loại đất tốt (Eo > 100 kG/cm2) thì Ha tính dựa vào điều kiện:
- Tính toán độ lún của nền đất tại lớp phân tố thứ i
- Trị số e1i và e2i được xác định từ đường cong nén lún
- Xác định e1i và e2i tương ứng với các trị số p1i và p2i với:
- Tính toán độ lún của lớp đất phân tố Si theo các công thức sau:
Bảng : Kết quả tính toán ghi trong bảng sau :
- Ta xem phạm vi nén lún kết tại đây, chiều sâu vùng nén dưới đáy móng khối quy ước : Ha = 3.65 (m)
- Độ lún tuyệt đối của móng M1 đảm bảo :
S = 3.05 (cm) < [Sgh] = 8 (cm) → Móng đảm bảo điều kiện về độ lún
Hình : Sơ đồ nén lún nền đất
6.6.5 Tính toán điều kiện bền và cấu tạo đài cọc
6.6.5.1 Kiểm tra điều kiện làm việc của đài theo điều kiện đâm thủng
- Giả thiết chiều cao làm việc của đài : ho = 1,2 (m)
- Kiểm tra đài theo điều kiện chọc thủng :
+ bk : cạnh ngắn của tiết diện cột bk = 0,5m
+ ak : cạnh dài của tiết diện cột ak = 0,7 m
k là hệ số độ nghiêng của mặt phẳng phá hoại, phụ thuộc vào tỷ số c/h0 và được tra cứu từ bảng (3.27) sách Nền & Móng; trong ví dụ này ta lấy k = 1,2 để ước lượng độ nghiêng và ảnh hưởng của mặt phẳng phá hoại lên nội lực Pnp là tổng nội lực tại đỉnh các cọc nằm giữa mép đài và mép của lăng thể, dùng để đánh giá tác động lên hệ giằng và móng, từ đó xác định biện pháp gia cố và thiết kế hợp lý.
→ Vậy đài không bị chọc thủng
- Kiểm tra phá hoại trên mặt phẳng nghiêng của đài :
Mặt phẳng nghiêng bắt đầu từ mép cột theo mặt nghiêng với góc α = 45 độ và giả thiết h0 = 1,2 m Các đỉnh cọc không nằm giữa mép đài và mép mặt phẳng nghiêng, do đó đài cọc không bị phá hoại trên mặt phẳng nghiêng.
6.6.5.2 Tính toán và bố trí cốt thép trong đài cọc
Trong phân tích kết cấu, ta xem các đài như được ngàm hóa vào các tiết diện xuyên qua chân cột và chịu uốn bởi các phản lực tại đầu cọc qua mặt ngàm đi qua chân cột Việc ngàm hóa này tạo liên kết cứng giữa đài và cột, cho phép truyền tải mô men và lực từ cột xuống nền qua hệ cọc Các phản lực ở đầu cọc sinh ra tác động uốn lên đài, ảnh hưởng đến phân bố ứng suất và độ cứng của liên kết giữa các thành phần Mô hình này hỗ trợ tối ưu hóa thiết kế móng bằng cách mô phỏng đúng vai trò của tiết diện và mặt ngàm trên chân cột, từ đó nâng cao tính ổn định của toàn bộ hệ.
Moment tại các tiết diện tính toán
Tại tiết diện II-II :
+ P1, P2, P3, P4,P5 ,P6 : tải trọng tính toán của công trình truyền xuống các cọc 1, 2, 3, 4,5,6
+ r1 , r2 : khoảng cách từ tim cọc đến các tiết diện I-I và II-II r1 = 0,75(m) ; r2 = 0,325 (m)
- Tính toán và bố trí cốt thép trong đài
Rs : cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép Rs = 280 MPa
Chọn thép : 18 có as = 2,54 (cm 2 )
- Số thanh cần thiết : 40, 47 16, 2 17( ) n 2,54 thanh → Chọn : 1718
→ Vậy chọn 1718 cách khoảng a = 180 (mm)
Theo tiết diện II–II :
Chọn thép : 18 có as = 2,54 (cm 2 )
- Số thanh cần thiết : 26, 08 10, 27 11( ) n 2,54 thanh
- Khoảng cách các thanh : 1, 7 0, 2 0,141( ) 150( ) a 13 1 m mm
→ Vậy chọn 1218 cách khoảng a = 150 (mm)