Đề tài cấp trường về móng hộp TS nguyễn đình tiến

Đây là đề tài cấp Trường (trường ĐH Xây dựng) của TS Nguyễn Đình Tiến (thầy Tiến dạy xấy dựng) về móng hộp mà ngày trước học cao học ở xây dựng tôi và mọi người "mò" được của thầy Tiến. hehe..

Tr−êng §¹i häc x©y dùng Phßng khoa häc c«ng nghÖ

§Ò tμi khoa häc cÊp tr−êng

Nội dung đề tμi

I Đặt vấn đề

II Cấu tạo móng hộp

III Tính toán móng hộp vμ những tồn tại

IV Tính toán móng hộp theo phương pháp tổng thể

1 Sơ đồ tính

2 Các đặc trưng thay thế

3 ứng dụng tin học

V Phần mềm tính toán móng hộp

Hiện nay đối với nhμ cao tầng thông thường móng cọc lμ phương án duy nhất

được lựa chọn Quan điểm thiết kế như vậy lμ cực đoan, nhiều trường hợp lãng phí

Trong đi u ki n đ a ch t t ng đ i t t, l p đ t t t phớa trờn cú chi u dày đ l n và

khụng quỏ sõu đ m b o kh n ng ch u t i và đ bi n d ng c a n n đ ng th i đ m

b o đi u ki n thi cụng h đào thu n l i chúng ta có thể dùng móng hộp tốt hơn, rẻ

hơn Ngay c trong tr ng h p n n đ t khụng ph i là t t, cụng trỡnh cú t ng h m

thỡ s d ng múng h p k t h p v i c c (múng liờn h p) v n cú th là gi i phỏp t t

c bi t, trường hợp nhμ có tầng hầm thì nên nghỉ đến giải pháp móng hộp kết hợp

công năng thì móng hộp có thể lμ phương án hi u qu được lựa chọn

Tuy vậy móng hộp chưa nhận được sự ủng hộ thích đáng trong thiết kế thực

hμnh, đồng thời trong các giáo trình cơ học xây dựng (BTCT, nền vμ móng…) dμnh

cho loại móng nμy rất ít ỏi Với mong muốn quảng bá cho loại móng nμy, cũng như

bổ sung cho bμi giảng nền móng chúng tôi tiến hμnh đề tμi “tính toán móng hộp”

Kết quả đề tμi đưa ra một mô hình tính toán móng hộp chính xác hơn, “nhẹ

nhμng” hơn nhờ trợ giúp của tin học ứng dụng

II Cấu tạo móng hộp

Trong tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép Việt Nam những yêu cầu

cấu tạo dμnh cho móng hộp rất ít ỏi vμ thực sự không rõ rμng Bởi thế ở đây

chúng tôi nêu ra những yêu cầu cụ thể hơn có tham khảo tiêu chuẩn của Trung

Quốc với một số điểm cần lưu ý như sau:

1 Mặt bằng móng:

- Bản đáy móng hộp lớn hơn hoặc bằng mặt bằng kết cấu bên trên

- Độ lệch tâm của tổng tải trọng đứng, nên: e ≤ 0,1

F W

W, FQ mô men kháng uốn, diện tích đáy

H’ ≥ (

8

1

- 12

1) H

≥ (

16

1 ữ 16

1) L ≥ 3m

H( Đối với móng hộp kết hợp lọc) Móng hộp nên có độ sâu bằng nhau trong cùng một đơn nguyên kết cấu

hs

5 Diện tích tường vách vμ cự ly tường ngang dọc

Để đảm bảo độ cứng tổng thể của móng hộp vμ khả năng chịu lực thì không

những phải có đủ mật độ tường vách mμ còn phải có sự điều tiết về cả cự ly

Thân tường bố trí đồng đều theo chu vi công trình vμ vị trí của lưới cột, vách

cứng bên trên

- Bình quân độ dμi thân tường trên mỗi m2 diện tích đáy móng không nhỏ hơn

40cm

- Diện tích mặt cắt tường > 10% diện tích đáy móng

- Lượng tường dọc > 60% tổng lượng tường vμ phải có ≥ 3 tường

- Khi cự ly từ lỗ tới trung tâm cột nhỏ hơn 1,2m, ngoμi cốt chủ trong cột phải

toμn bộ thò sâu vμo bản đáy 45 d ra, mép lỗ phải có cột ngầm Tốt nhất lμ không

dùng mặt bằng hộp theo kiểu như hμnh lang bên trong Nếu không thể tránh được

mμ buộc phải sử dụng thì không được mở lỗ rộng, không được mở đường thông

ngược lên giếng trời giống như toμn bộ mặt cắt của hμnh lang, khi hμnh lang nhỏ

hẹp, không thể thỏa mãn được yêu cầu lớn hơn 1,2m kể từ mép lỗ tới trung tâm

cột thì ở đỉnh đáy vμ 2 bên lỗ phải có dầm ngầm, cột ngầm, đồng thời cốt chủ

trong cột ở 2 bên hμnh lang phải cho toμn bộ neo sâu vμo bản đáy 45d

- Khi ở bên trên lμ kết cấu khung vách, vách cứng vươn xuống tới bản đáy,

không nên mở lỗ tương đối lớn, vμ cũng khôg được mở nhiều lỗ trong cùng một

bươc cột Nếu bên trên lμ kết cấu vách đổ tại chỗ với gian nan nhỏ mμ vách lại thò

xuống tới bản đáy thì hạn chế nμy có thể được nới rộng thích đáng

- Hệ số mở lỗ γ nên phù hợp với yêu cầu sau đây:

Aop – Diện tích lỗ cửa

Af – Tổng diện tích mặt tường

Trong công thức, tổng diện tích mặt tường lμ tích của bước cột với toμn độ

cao của móng hộp, nếu không thì ở mép ngoμi lỗ phải lμm khung BTCT để gia

cường, khi vượt qua giới hạn tương đối nhiều thì phải phân tích tính toán riêng

Khoảng cách giữa hai lỗ lân cận nhỏ nhất cũng không nên dưới 2m, nếu không

thì phần thân tường ở giữa 2 lỗ phải tính như lμ cột vμ áp dụng biện pháp cấu

tạo

8 Yêu cầu về bê tông cốt thép đặt trong thép trong các cấu kiện móng hộp

- Cốt thép phân bố trong thân tường vách

- Cốt thép phân bố thân tường đặt thμnh hai lớp theo hai chiều, lượng thép đặt

ngoμi việc phải tính theo yêu cầu chịu lực ra, cự ly thép phân bố ở thân tường

không nên lớn hơn 200mm, vμ đường kính không nên nhỏ hơn các số liệu sau

đây:

- Tường ngoμi, cốt thép đứng không nhỏ hơn 12mm, cốt thép ngang không nhỏ

hơn 10mm

- Tường trong cốt thép đứng vμ cốt thép ngang không nhỏ hơn 10mm

- Thân tường bố trí thép liên tục từ trên xuống Trừ trường hợp kết cấu bên trên

lμ vách cứng ra, dọc theo đỉnh vμ đáy của tường trong vμ tường ngoμi một vị trí

nên đặt hai thanh thép cấu tạo chạy suốt, đường kính không nhỏ hơn 25mm với

mục đích lμ lμm cho thân tường dần hình thμnh dầm cao, có lợi cho việc chịu nội

lực do uốn tổng thể gây ra Độ dμi chồng nối vμ độ dμi neo giữ ở góc của thanh

thép liên tục nằm ngang nμy lấy theo độ dμi neo giữ lo của cốt thép chịu kéo

- Thép ở lỗ mở chân tường: Đặt thép trong các dầm vượt qua lỗ cửa phải do tính

toán quyết định Diện tích tiết diện của cốt thép tăng cường xung quanh lỗ cửa

không nhỏ hơn diện tích cốt thép bị cắt đứt do lỗ cửa, vμ không nhỏ hơn 2 thanh φ

16, cốt thép ở biên lỗ cửa phải thò sâu vμo trong tường khoảng 40d

- Góc lỗ cửa ít nhất phải đặt 2 cốt thép φ 12 với độ dμi không nhỏ hơn 1,3m

- Cường độ bê tông thân tường: Cấp bê tông thân tường không nhỏ hơn C20

Yêu cầu chống thấm tường ngoμi không thấp hơn S6

- Bố trí thép trong trong bản đính vμ đáy: Đặt thép ngoμi việc phải theo tính

toán, cốt thép gối tựa theo các chiều ngang dọc phải lμ 1/2 ∼1/3, suất đặt thép tối

thiểu lμ 0.15% đối với tường dọc, 0.10% đối với tường ngang vμ phải chạy thông

suốt

- Khi phần bên trên lμ kết cấu khung, khung vách, ngoμi ảnh hưởng của uốn cục

bộ như trên ra, còn phải kể đến tác dụng uốn tổng thể, đặt cốt thép trong vùng kéo

vμ nén trong mặt phẳng theo hai chiều vμ thμnh hai lớp

- Khoảng cách cốt thép trong bản đỉnh, bản đáy không nên lớn hơn 200mm,

đường kính không nhỏ hơn 12mm

9 Liên kết trong móng hộp:

- Trong kết cấu móng hộp tại vị trí các mối nối thường tập trung ứng suất rất

lớn, để đảm bảo độ vững chắc của móng thì các mối liên kết giữa các cấu kiện

phải được cấu tạo chắc chắn Móng hộp nhất thiết phải được liên kết chặt chẽ với

kết cấu bên trên, ta phải tiến hμnh kiểm tra cường độ chịu nén cục bộ đối với thân

tường của móng hộp dưới tác dụng của tải trọng Nếu không thể đáp ứng được,

phải tăng thêm diện tích chịu nén của thân tường, ví dụ như lμm thêm góc chữ bát

(/ \) Khoảng cách giữa mép tường vμ mép cột hoặc góc cột với biên dốc của góc

chữ bát (/ \) không nên nhỏ hơn 5 cm

- Tầng dầu của kết cấu bên trên lμ cột đổ tại chỗ

- Độ dμi ngμm vμo móng hộp của cốt chủ cột tầng đầu đỗ tại chỗ yêu cầu như

sau: Cột trong mμ hai bên liền kề không có thân tường, cột trong mμ ba mặt hoặc

bốn mặt có thân tường, ngoμi cốt chủ khác thò vμo bên dưới của mặt đáy bản đỉnh

35 lần đường kính cột chủ, đồng thời phải nối chồng với cốt cấu tạo có đường

kính không nhỏ hơn 16mm Cốt chủ của cột ngoμi, cột liền với vách cứng vμ các

cột trong khác đều phải thông thẳng tới mặt đáy của bản đáy móng hộp

Khi cỏc l p đ t trong ph m vi đ sõu ch u nộn lỳn t ng đ i đ ng đ u theo c 2

chi u đ ng và ngang v i k t c u bờn trờn là khung ch u l c, t ng ch u c t,

khung - t ng l c c t thỡ b n đ nh và b n đỏy múng h p cú th ch tớnh u n c c

b T i tr ng b n đ nh tớnh theo th c t cũn ph n l c b n đỏy cú th xem là

phõn b đ u nh ng tr đi tr ng l ng b n thõn c a nú và c a cỏc t ng ng m

phớa trờn, c a đ t l p và c a ỏp l c đ y n i c a n c

k t c u

Các phương pháp tình toán móng hộp hiện hμnh thuộc phương pháp tính rời rạc kết

cấu – sau khi tính toán k t c u bên trên, tính toán tải trọng truyền vμo tường cột

của hộp vμ cuối cùng tính móng (bè hoặc móng cọc đμi bè thấp) Trong tính toán

thường sử dụng các giả thiết sau đây:

+ Tường vμ móng lμ cứng

+ Nếu lμ móng cọc đμi thấp thì toμn bộ tải trọng truyền vμo cọc

+ Thậm chí coi lμ bμi toán phẳng nhằm đơn giản tính toán…

V i cỏc gi thi t trờn trong quỏ trỡnh tớnh toỏn, khụng xột theo h k t c u t ng th

mà ch tớnh riờng cỏc ph n c a k t c u múng Coi cỏc b ph n này làm vi c đ c

l p, vi c tớnh toỏn và c u t o múng h p đ u theo cỏc cụng th c kinh nghi m gi ng

nh cỏc c u ki n BTCT đ n gi n õy là cỏch tớnh thụng d ng hi n nay C th :

+ H t ng ngang d c: Khi k t c u múng là h t ng ch u c t, n i l c múng h p

ch phõn tớch theo tỏc đ ng u n c c b v i t i tr ng t i cỏc chõn c t

Hình 2: S đ tớnh uốn cho tường

ngang dọc Hình 3: sơ đồ tính toán ch u c t tường

t i chõn c t, t ng, ỏp l c đ t, t i tr ng cụng trỡnh lõn c n (n u cú)

Mặc dù tin học đã giúp cho người thiết kế khắc phục một phần các giả thiết

gần đúng nói trên, ví dụ giải khoảng cách khung, vách không phân, kết cấu không

cứng tuyệt đối…Nhưng sự tồn tại lớn nhất chưa được giải quyết triệt để, đó lμ tồn

tại thuộc bản chất phương pháp “rời rạc” Rõ rμng tường, khung – móng – nền

đất cùng lμm việc với nhau, ảnh hưởng gọi lμ tương hỗ đó cần phải được lμm sáng

tỏ, nó sẽ giúp cho bμi toán chính xác hơn vμ đôi khi mang lại hiệu quả kinh tế Chỉ

có thể bằng phương pháp tính toán “tổng thể” mới giải quyết được tồn tại nμy

IV Ph ng phỏp tớnh t ng th theo s đ khụng gian

IV.1 S đ tớnh

K đ n đ c ng t ng th c a k t c u, t c là xột đ n v n đ truy n ng su t trong

k t c u múng T i tr ng t chõn c t truy n xu ng b n đỏy thụng qua h th ng

t ng ng n ngang, d c, b n n p … Dựng SAP2000 tớnh n i l c múng

hỡnh húa là cỏc ph n t Shell (d ng Plate), c t (n u cú) là cỏc ph n t Frame

+ Ph n n n đ t: S d ng mô hình n n bi n d ng tuy n tính c c b (Winkler), n n

đ c thay th b ng các g i đàn h i (Spring) trên c s chia nh các ph n t Shell

gán các g i đàn h i thay th đ t, đ c ng c a các g i đàn h i đ c tính toán nh

(C: - h s n n, xác đ nh theo các công th c kinh nghi m c a: Zaviev, Poulos,

Terzaghi…, F: - di n tích thay th c a g i đàn h i)

Hình 4 S đ tính k đ n đ c ng không gian c a móng h p

Tr ng h p không có t ng vây (v i nh ng móng có chi u sâu nh ) thì t i

tr ng truy n vào t ng biên còn có áp l c ngang c a đ t Các lo i áp l c này có

th tính g n đúng theo s đ bài toán ph ng nh đã trình bày khá nhi u trong các

giáo trình C h c đ t

V y v i mô hình tính trên thì các g i đàn h i thay th tr thành các thông s c

- Ph n l c c a n n theo ph ng th ng đ ng: Rz coi nh phân b đ u trên n n

xác đ nh nh h ng c a bi n d ng do t i tr ng c a các công trình lân c n gây ra

theo nguyên lý c ng tác d ng, s đ tính lún c a móng trong tr ng h p này khá

ph bi n trong các bài toán c h c đ t tính lún thông th ng

c ng d ng ch ng trình Plaxis đ tính xác đ nh đ c ng c a n n

- S đ tính trong Plaxis:

+ K t c u móng h p đ c mô t là các ph n t Beam, n n đ t là các PTHH giá tr

t i tr ng chân c t và công trình lân c n đ c mô t nh s đ d i đây:

+ Bài toán nh h ng c a các công trình lân c n: ngay c trong giai đo n thi

công c ng nh trong quá trình s d ng

+ K đ n nh h ng c a s thay đ i m c n c ng m, nh ng ch n đ ng c a đ a

ch t…

V i s đ tính nh trên đòi h i ng i tính ph i s d ng thành th o các ch ng

trình ph n m m nh : SAP2000, Plaxis, GeoSlope… gi m b t kh i l ng tính

toán cho ng i tính, đ c bi t là đ i v i các k s không th o nhi u ch ng trình

ph n m m nh trên, ti p theo đây chúng tôi s xây d ng m t ch ng trình ph n

m m tr giúp thi t k móng h p trên c s c a nh ng phân tích trên T đó giúp

ng i tính có cái nhìn t ng quan v công vi c thi t k lo i k t c u đ c bi t này

Hình 18: Bi u đ mô men và l c c t c a b n

Hình 19: Tính toán c t thép

Hình 20: k t qu chuy n v t i các v trí nút và đ lún

đ ng c a toàn móng

IV.2 Nh n xét v ch ng trình tính:

Ch ng trình đ c xây d ng v i ngôn ng h ng đ i t ng có giao di n thân

thi n v i ng i dùng Vi c nh p và ki m tra d li u khá đ n gi n, thông qua các

b ng bi u nh Excel Cho phép nh p thông s n n khác nhau…

- Móng h p là ph ng án hoàn toàn có th s d ng cho nhà cao t ng m t cách

hi u qu trong m t s đi u ki n nh t đ nh v quy mô công trình và đ a ch t thu

v n ph ng án móng h p đ t hi u qu , t giai đo n thi t k ph ng án ki n

trúc, ph i chú ý b trí công trình càng đ i x ng càng t t và s k t h p ngay t khi

thi t k gi a k s thi công và k s thi t k là h t s c c n thi t b i ta c n k vào

bi n pháp thi công ngay t giai đo n thi t k đ tính toán n i l c cho móng

bi n d ng c c b (Winkler), nh ng vi c xác đ nh đ c ng c a các g i đàn h i

thay th n n thông qua mô hình n n bán không gian bi n d ng tuy n tính, hay

lên n n đ t thiên nhiên mà không c n gia c

+ Khi tính lún công trình c n tách ra làm hai thành ph n là lún do nén co l ng

nâng ph ng đáy móng và lún c k t do t i tr ng ph thêm b công trình bên trên,

và móng gây ra Nh v y ta ph i phân tích tr ng thái ng su t bi n d ng c a n n

đ t d i đáy móng sau khi thi công h đào và d tính l ng nâng ph ng c a đáy

h Khi tính toán đ lún c n s d ng mô dun bi n d ng d a vào đ ng cong nén

l i

+ c bi t chú ý kh ng ch l ng nghiêng l ch công trình trong gi i h n cho phép

do nhà cao t ng có tr ng tâm cao, t i tr ng ngang l n, gi m lún t ng th c ng là

gi m đ nghiêng l ch, trong đó c n k c nh h ng do các công trình lân c n

D a vào ph n l c, chuy n v đáy móng c ng nh tâm c ng c a công trình ta có th

m r ng móng theo v m t h ng nào đó sao cho tâm móng trùng v i tâm c ng

c a công trình đ ng th i t ng di n tích móng gi m áp l c đáy móng đ m b o đi u

ki n ch u l c c a đ t n n, t ng n đ nh và gi m lún l ch

+ Khi xác đ nh áp l c đáy móng ta có th k đ n tính đ t làm vi c trong giai đo n

d o biên móng trong m t ph m vi nh t đ nh

+ Khi tính toán n i l c móng c n k đ n đ c ng c a k t c u bên trên

+ C n đ c bi t chú ý đ n c u t o móng t i các v trí liên k t gi a k t c u bên trên

và móng, gi a các vì t ng v i nhau và các vì t ng v i b n đ nh và b n đáy Khi

m l trên t ng hay b n đ nh v n chú ý c u t o gia c ng mép l theo yêu c u

c u t o

+ có th mô ph ng đúng s làm vi c đ ng th i c a k t c u móng và n n c n

đ a ra mô hình tính chính xác h n

+ Trong tr ng h p n n đ t khá y , công trình cao t ng ta có th dùng móng h p

trên n n đ t nhân t o nh dùng các bi n pháp gia c n n hay k t h p v i c c

BTCT gi m lún…

V.2 Ki n ngh

có m t thi t k đ t ch t l ng v móng h p tôi ki n ngh quy trình tính toán

móng h p nhà cao t ng theo ph ng pháp s g m các b c sau:

1 B c 1: Thu th p tài li u c n thi t: B n v ki n trúc, đ a ch t công trình, đ a

nh h ng c a công trình lân c n c ng nh s n đáy h khi m h đào …

có th dùng ch ng trình Plaxis đ phân tích bài toán này T k t qu tìm

đ c tính ra các đ c tr ng thay th n n (đ c ng c a các g i đàn h i thay th

đ t, c c)