GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH VÀ GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC
Giới thiệu về công trình
Nhằm đáp ứng xu thế xây dựng khu hành chính tập trung trên toàn quốc, UBND tỉnh đã quy hoạch các Sở, ban ngành tại phường Bãi Cháy, bao gồm cả trụ sở Chi cục Thuế tỉnh Quảng Ninh Sự đầu tư này không chỉ tạo điều kiện thuận lợi cho cán bộ và nhân dân trong các giao dịch hành chính mà còn góp phần thúc đẩy chương trình minh bạch trong hành chính công, giảm thiểu phiền hà và rắc rối trong thủ tục cho người dân.
“ Thiết kế công trình tòa nhà chung cư Phường Bãi Cháy Thành Phố Hạ Long tỉnh Quảng Ninh ”
1.1.2 Chủ đầu tư công trình Ủy ban nhân dân tỉnh Quảng Ninh trực tiếp làm chủ đầu tư công trình
1.1.3 Đặc điểm của khu vực xây dựng công trình Đây là công trình tương đối hoàn thiện về bố cục kiến trúc qui hoạch chung của thành phố Hạ Long và của tỉnh Quảng Ninh, đạt yêu cầu về tính thẩm mỹ và công năng sử dụng
Công trình sẽ được xây dựng trên một phần lô đất có kích thước 73x63, tổng diện tích 4600 m2, tọa lạc tại Khu 7, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh.
Lô đất nằm trong khu vực quy hoạch xây dựng khu hành chính tập trung mới, kết hợp với nhiều khu đô thị, chung cư và thương mại Khu vực này sẽ bao gồm các trung tâm chính cho các ngành như y tế, thể thao, thương mại và giáo dục, phục vụ nhu cầu phát triển của vùng.
Tiêu chuẩn thiết kế kiến trúc công trình
Áp dụng quy chuẩn thiết kế TCVN 4451:2012 Nguyên tắc về thiết kế nhà ở-
Qui mô công trình
- Tổng chiều cao công trình: 25,2m
- Chiều cao tầng điển hình: 3,6 m
Mật độ xây dựng được xác định bằng công thức: S xd
S (1-1) Trong đó: Sxd – Diện tích xây dựng của công trình
S – Diện tích toàn khu đất, S= 2500m 2
Vậy ta có hệ số xây dựng là: 796, 68 0, 32
2500 Công trình cao gồm 6 tầng nổi, một tầng mái Diện tích sàn của một tầng là 768m 2 , tổng diện tích sàn 768m 2
Hệ thống đường nội bộ bằng bê tông và gạch lá dừa đảm bảo độ bền lâu dài
Hệ thống cây xanh được bố trí nhằm tạo một trường cảnh quan thiên nhiên hài hòa
Hệ thống giao thông được thiết kế với cầu thang bộ ở trung tâm và hai bên là thang máy từ tầng 1 đến tầng trên cùng Hành lang rộng 2,4m giúp tạo không gian thông thoáng và thoải mái cho người sử dụng.
Hệ thống điện nước và chiếu sáng được cung cấp đầy đủ và liên tục, cùng với hệ thống thông gió và che nắng, nhằm đảm bảo tiện nghi chất lượng cao cho người sống và làm việc trong công trình.
Nhìn chung, công trình đáp ứng đươc tất cả những yêu cầu chức năng, thẩm mỹ của một tòa nhà chung cư cao tầng
Giải pháp kiến trúc
1.4.1 Giải pháp về mặt bằng và mặt đứng công trình
Hình 1.1 – Mặt bằng kiến trúc tầng 1
Hình 1.2 – Mặt bằng kiến trúc tầng điển hình
Hình 1.3 – Mặt bằng tầng mái
Công trình có hình dạng chữ nhật với hành lang giữa, tạo điều kiện thuận lợi cho việc sắp xếp các không gian kiến trúc của các phòng làm việc và xử lý kết cấu các tầng Tại trung tâm, có 1 thang bộ và 2 thang máy, trong khi mặt phía Tây bố trí thêm 1 thang bộ để thuận tiện cho giao thông đi lại giữa các tầng và phục vụ nhu cầu thoát hiểm.
Công trình được thiết kế nhằm phục vụ nhu cầu làm việc và giao dịch hành chính của cán bộ và người dân, do đó cần đảm bảo các yêu cầu về công năng trong suốt quá trình sử dụng.
Tầng 1: Văn phòng, phòng quản lý và quầy lễ tân dịch vụ, siêu thị
Tầng 2-6: Các phòng ở chung cư như : phòng dành cho hai vợ chồng hoặc cả bố mẹ
Nhà sử dụng hệ khung bê tông cốt thép đổ toàn khối với lưới cột khung dầm sàn và tường kính bao che nhẹ, đảm bảo tính hợp lý của kết cấu và phù hợp với chức năng công trình.
Hệ khung sử dụng cột và dầm có tiết diện vuông hoặc chữ nhật, với kích thước được xác định dựa trên điều kiện làm việc và khả năng chịu lực của từng cấu kiện.
- Các tầng được bố trí hệ thống cửa đi, cửa sổ hợp lí tạo ra không gian làm việc thông thoáng cho cán bộ và nhân dân
Hình 0.2 – Mặt đứng kiến trúc công trình
Mặt đứng có ý nghĩa quan trọng trong việc thể hiện ý đồ kiến trúc, phong cách kiến trúc của một tòa nhà
8 Đặc điểm khu đất có hai mặt tiền Mặt đứng chính chủ đạo hướng Bắc tại tầng
Công trình nổi bật với nhiều lối vào ở mặt chính và lối dẫn lên tầng 2, tạo nên sự độc đáo Ngoài ra, sảnh còn được trang bị mái che theo phong cách hiện đại, góp phần tăng tính thẩm mỹ cho thiết kế.
Công trình sở hữu hình khối vững chắc và cân đối, với mặt đứng chính được thiết kế sử dụng các ô cửa lớn có kích thước và khoảng cách hợp lý, tạo nên nhịp điệu hài hòa cho tổng thể.
1.4.2 Giải pháp về giao thông công trình
Theo phương đứng, công trình có 2 cầu thang máy và 1 thang bộ phục vụ giao thông và thoát hiểm Khu vực sảnh chính kết nối với hành lang đến logia, tạo không gian rộng rãi và thoáng đãng Mặt trước công trình được thiết kế thang bộ từ tầng 1 đến tầng 6, nâng cao tính thuận tiện và độc lập trong việc di chuyển, đồng thời cải thiện hiệu suất sử dụng thang bộ.
Hình 0.3 – Mặt cắt kiến trúc công trình
XÂY DỰNG GIẢI PHÁP KẾT CẤU VÀ TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN
Xây dựng giải pháp kết cấu cho công trình
Với các yêu cầu kỹ thuật và giải pháp kiến trúc như vậy ta có giải pháp kết cấu như sau:
- Hệ kết cấu được sử dụng cho công trình này là hệ khung
Hệ thống cột và dầm tạo thành các khung chịu tải trọng thẳng đứng và tham gia vào việc chịu một phần tải trọng ngang, phụ thuộc vào độ cứng chống uốn của chúng.
- Hệ lõi là thang máy được bố trí ở chính giữa công trình suốt dọc chiều cao công trình chịu tải trọng ngang
2.1.1 Hệ kết cấu khung chịu lực
Cấu tạo: Bao gồm các dầm ngang nối với các cột dọc thẳng đứng bằng các nút cứng
Hình 2.1 - Sơ đồ khung chịu lực
Việc thiết kế và thi công hệ kết cấu thuần khung đã được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi, tích lũy nhiều kinh nghiệm quý báu Các công nghệ và vật liệu dễ dàng tiếp cận giúp nâng cao chất lượng công trình một cách đáng kể.
Khung cứng có nhược điểm là chịu tải trọng ngang kém và tính liên tục phụ thuộc vào độ bền, độ cứng của các liên kết nút khi chịu uốn Các liên kết này cần phải giữ nguyên hình dạng mà không bị biến dạng góc Khả năng chịu lực của khung rất phụ thuộc vào sức mạnh của từng dầm và cột.
=> Hệ kết cấu này thích hợp cho các nhà dưới 20 tầng
2.1.2 Hệ kết cấu khung - tường
Hệ kết cấu khung -tường (Khung và vách cứng) được hình thành từ sự kết hợp giữa hệ thống khung và vách cứng, với vách cứng thường được bố trí tại các khu vực như cầu thang bộ, cầu thang máy, khu vệ sinh và tường biên, nơi có tường liên tục nhiều tầng Hệ thống khung được lắp đặt ở những khu vực còn lại của tòa nhà và được liên kết với vách qua hệ kết cấu sàn, trong đó hệ sàn liền khối đóng vai trò quan trọng Trong cấu trúc này, vách thường chịu tải trọng ngang trong khi khung chủ yếu chịu tải trọng đứng, giúp tối ưu hóa các cấu kiện và giảm kích thước cột, dầm, đáp ứng yêu cầu kiến trúc.
Lõi của cấu trúc có hình dạng vỏ hộp rỗng, với tiết diện có thể kín hoặc hở, có chức năng nhận và truyền tải trọng tác động lên công trình xuống nền đất Hệ sàn được hỗ trợ bởi các dầm công xôn vươn ra từ lõi cứng, đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình.
Hình 2.2 - Kết cấu lõi, vách
11 Ưu điểm: Kết cấu lõi cứng có khả năng chịu lực ngang tốt
Nhược điểm của kết cấu này là khả năng chịu tải trọng đứng bị hạn chế Đối với các sàn rộng, các dầm công xôn cần có kích thước lớn để hỗ trợ sàn, điều này có thể ảnh hưởng đến yêu cầu kiến trúc.
2.1.4 Hệ kết cấu khung – lõi
Cấu tạo của công trình bao gồm kết cấu khung kết hợp với lõi cứng, thường được làm từ bêtông cốt thép Lõi cứng có thể là dạng lõi kín hoặc vách hở, thường được đặt tại khu vực thang máy và thang bộ, trong khi hệ thống khung được bố trí ở các khu vực khác Hai hệ thống khung và lõi được liên kết thông qua hệ thống sàn, trong đó sàn liền khối đóng vai trò quan trọng.
Hệ thống kết cấu khung lõi có ưu điểm nổi bật khi lõi chịu tải trọng ngang và khung chịu tải trọng đứng, giúp tối ưu hóa các cấu kiện Sự phân chia chức năng rõ ràng này không chỉ giảm kích thước cột dầm mà còn đáp ứng tốt các yêu cầu kiến trúc.
Hệ kết cấu khung-lõi là lựa chọn tối ưu cho nhiều công trình cao tầng, đặc biệt hiệu quả cho các tòa nhà lên đến 40 tầng.
=> Lựa chọn hệ kết cấu chịu lực:
Sau khi phân tích các ưu nhược điểm của các giải pháp kiến trúc, chúng ta quyết định sử dụng hệ kết cấu “khung – tường” chịu lực, phù hợp với thiết kế và đặc điểm cụ thể của công trình Hệ thống này bao gồm các cột biên, cột giữa, dầm chính, dầm phụ, giúp chịu tải trọng đứng, trong khi lõi chịu phần lớn tải trọng ngang Ngoài ra, việc thi công hệ kết cấu này cũng đơn giản hơn so với hệ kết cấu lõi.
*Các tiêu chuẩn áp dụng trong thiết kế kết cấu công trình
-Các tài liệu sử dụng trong tính toán:
- TCVN 5574 - 2012, Tiêu Chuẩn Thiết Kế Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép
- TCVN 4451 - 2012, Tiêu Chuẩn Nguyên Tắc Thiết Kế Nhà Ở
- TCVN 2737 - 1995, Tải Trọng Và Tác Động - Tiêu Chuẩn Thiết Kế
-Các tài liệu tham khảo:
GS.TS Phan Quang Minh, GS.TS Ngô Thế Phong, và GS.TS Nguyễn Đình Cống đã cùng nhau biên soạn cuốn sách "Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép (Phần cấu kiện cơ bản)", được xuất bản bởi Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật tại Hà Nội vào năm 2012 Cuốn sách này cung cấp kiến thức chuyên sâu về kết cấu bê tông cốt thép, là tài liệu hữu ích cho sinh viên và kỹ sư trong lĩnh vực xây dựng.
- Khung Bê Tông Cốt Thép, PGS.TS Lê Bá Huế Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2009
- GS.TS Nguyễn Đình Cống Sàn sườn BTCT toàn khối – Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội, 2008
Kết cấu bêtông cốt thép trong xây dựng nhà cửa được trình bày bởi GS.TS Ngô Thế Phong, PGS.TS Lý Trần Cường, TS Trịnh Thanh Đạm và PGS.TS Nguyễn Lê Ninh trong cuốn sách xuất bản năm 2012 bởi Nhà xuất bản Xây dựng.
*Vật liệu sử dụng trong thiết kế kết cấu chính công trình
Việc lựa chọn vật liệu bê tông cốt thép cho toàn bộ công trình cần đảm bảo tính chịu lực và khả năng chống chọi với môi trường.
Các thông số kỹ thuật của bê tông theo tiêu chuẩn 5574 - 2012
+ Bê tông có khối lượng riêng 2500 daN/m 3
+ Cấp độ bền của bêtông dùng trong tính toán cho công trình là B25
Cường độ về nén Rb = 14,5 MPa = 1450 (T/m2)
Cường độ về kéo Rbt = 1,05 MPa = 105 (T/m2)
Mô đun đàn hồi của bê tông: Xác định theo điều kiện bê tông nặng, khô cứng trong điều kiện tự nhiên Với cấp độ bền B25 thì Eb = 2,9.10 6 (T/m2)
Thép sử dụng cho cốt thép trong cấu kiện bêtông cốt thép phải tuân theo tiêu chuẩn TCVN 5574 - 2012, trong đó cốt thép chịu lực cho dầm và cột thuộc nhóm AII (tương đương CB300V) Ngoài ra, cốt thép đai, cốt thép giá, cốt thép cấu tạo và thép cho bản sàn được quy định thuộc nhóm AI (tương đương CB240T).
Cường độ của cốt thép như sau:
- Cốt thép chịu lực nhóm AII: có Rs = 280 MPa
- Cốt thép cấu tạo d ≥ 10 AII: có Rs = 280 MPa
- Cốt thép cấu tạo d < 10 AI: có Rs = 225 MPa
Mô đun đàn hồi của thép:Es!.10 4 MPa
Các loại vật liệu khác:
Tất cả các loại vật liệu đều phải trải qua quá trình thí nghiệm kiểm định để xác định cường độ thực tế, các chỉ tiêu cơ lý khác và độ sạch Chỉ khi đạt tiêu chuẩn thiết kế, vật liệu mới được phép đưa vào sử dụng.
Lập mặt bằng kết cấu
2.2.1 Sơ bộ kích thước cột
Diện tích cột xách định theo công thức: ( 2 ) b
= R (2-3) Trong đó: - k: hệ số kể đến ảnh hưởng của mô men, lấy k = 1-1,5
- N: lực dọc trong cột do tải trọng đứng
- Rb: Cường độ chịu nén bê tông, với bê tông B25, có Rb5 daN/m 2
Hình 2.4 - Diện tích truyền tải lên cột 2.2.1.1 Cột giữa tầng 1-3 (Trục 2, 3, 4, B, C)
Diện tích truyền tải của cột : 2 (8 8) 8 64 ( 2 )
Lực dọc do tải phân bố đều trên sàn được tính là N1=qs.S2 = 811,5.64 = 51936 daN, trong đó qs=gs+psW1,5 + 2401,5 daN, đã bao gồm tải trọng bản thân lớp sàn Tải trọng do tường ngăn dày 220 là N2=gt.lt.ht = 513,6.(8+8).3,4 = 27940 daN Ngoài ra, lực dọc do tải phân bố đều trên tầng mái được tính là N3=qm.S2 = 599.64 = 38336 daN Các tính toán này áp dụng cho nhà làm việc 6 tầng.
= Vậy ta lựa chọn tiết diện cột có kích thước bxhpx70 cm, có AI00 cm 2
Diện truyền tải của cột : 1 (8 ) 8 32 ( 2 )
Lực dọc do tải phân bố đều trên sàn được tính bằng công thức N1=qs.S2, với qs=gs+psW1,5 + 2401,5 daN, cho kết quả N1 = 25968 daN Tải trọng do tường ngăn dày 220 được xác định qua N2=gt.lt.ht, cho giá trị N2 = 6985 daN Ngoài ra, lực dọc do tải phân bố đều trên tầng mái được tính bằng N3=qm.S2, với N3 = 19168 daN Tất cả các tính toán này áp dụng cho nhà làm việc có 8 tầng và 1 tầng mái.
= Vậy ta lựa chọn tiết diện cột có kích thước bxhPx50 cm, có A%00 cm 2
Diện truyền tải của cột : 2 (8 8) 8 64 ( 2 )
Lực dọc do tải phân bố đều trên sàn được tính toán với công thức N1 = qs.S2 = 811,5.64 = 51936 daN, trong đó qs = gs + psW1,5 + 2401,5 daN, đã bao gồm tải trọng bản thân lớp sàn Tải trọng từ tường ngăn dày 220 được xác định là N2 = gt.lt.ht = 513,6.(8+8).3,4 = 27940 daN Ngoài ra, lực dọc do tải phân bố đều trên tầng mái là N3 = qm.S2 = 599.64 = 38336 daN Tính toán này áp dụng cho nhà làm việc có 6 tầng và 1 tầng mái.
= Vậy ta lựa chọn tiết diện cột có kích thước bxhUx55 cm, có A025 cm 2
Diện truyền tải của cột : 1 (8 ) 8 32 ( 2 )
Lực dọc do tải phân bố đều trên sàn: N1=qs.S2 = 811,5.32 = 25968 daN
Với qs=gs+psW1,5 + 2401,5 daN (có kể đến tải trọng bản thân lớp sàn) Tải trọng do tường ngăn dày 220: N2=gt.lt.ht = 513,6.4.3,4 = 6985 daN
Lực dọc do tải phân bố đều trên tầng mái: N3=qm.S2 = 599.32 = 19168 daN Với nhà làm việc có 6 tầng và 1 tầng mái:
= Vậy ta lựa chọn tiết diện cột có kích thước bxh@x40 cm, có A00 cm 2
Bảng 2.1 - Bảng tổng hợp kích thước cột
Tầng Cột giữa (cm) Cột biên (cm)
2.2.2 Sơ bộ chiều dày vách thang máy
Vậy lựa chọn chiều dày vách thang máy là 300 mm
2.2.3 Sơ bộ kích thước dầm
Công thức tính chiều cao dầm: 1 h d L
= m ; b d = (0,3-0,5) hd (2-2) Trong đó: - L: chiều dài dầm đang xét
- m=(5-7) đối với dầm công xôn
Chọn b theo điều kiện đảm bảo sự ổn định của kết cấu: b = (1 1) (1 1).0, 6
Để đảm bảo chiều cao thông thủy và yêu cầu kết cấu, chúng ta chọn phương án dầm bẹt cho loại dầm này Theo cách tính sơ bộ, khi giảm 1cm chiều cao dầm, bề rộng dầm sẽ tăng lên từ 1 đến 3 lần.
Vậy hd = 0,4m, bd=0,8m, dầm chính có kích thước bxh=0,8x0,4 (m)
Chọn b theo điều kiện đảm bảo sự ổn định của kết cấu: b =(1 1) (1 1).0, 5
Để đảm bảo chiều cao thông thủy và yêu cầu kết cấu, chúng ta lựa chọn phương án dầm bẹt cho loại dầm này Theo cách tính sơ bộ, khi giảm 1cm chiều cao dầm, bề rộng dầm sẽ tăng lên từ 1 đến 3 lần.
Vậy hd = 0,4 m, bd=0,6 m, dầm phụ có kích thước bxh=0,6x0,4(m)
Tương tự chúng ta có tiết diện các loại dầm khác được lập trong bảng 2.4
Bảng 2.2 - Bảng tiết diện sơ bộ dầm
2.2.4 Sơ bộ chiều dày sàn
Công thức tính chiều dày bản sàn theo tác giả Lê Bá Huế : 1 s 37 8 h k l
=l (2-1a) l1: kích thước cạnh ngắn tính toán của bản sàn l1: kích thước cạnh dài tính toán của bản sàn k: hệ số tăng chiều dày khi tải trọng lớn k = 1, khi q0 = 400 daN/m 2 , 3 0 / 2
2.2.4.1 Chiều dày sàn phòng căn hộ
Bảng 2.3 - Tải trọng các lớp vật liệu sàn phòng căn hộ
STT Lớp cấu tạo vật liệu δ γ i
TT Tiêu chuẩn n TT Tính toán
Tổng Tải trọng phân bố lên sàn ( g0 ) 159
Tổng Tải trọng (có kể đến bê tông cốt thép) ( gs ) 571.5 Hoạt tải toán sàn phòng làm việc: ps=p c n 0.1,2 = 240 daN/m 2
Tải trọng tác dụng vào sàn: q0=g0+ps= 159 + 240 = 399 daN/m 2
19 Ô sàn phòng làm việc có kích thước
Chiều dày sàn phòng làm việc: 1 8
Để đảm bảo chiều cao thông thủy và tính chất kết cấu của công trình, đồng thời xem xét độ cứng của dầm phụ, có thể giảm độ dày sàn từ 20-30%.
Vậy chiều dày thực tế của sàn: hs=0,15 (m) = 15 (cm)
2.2.4.2 Chiều dày phòng vệ sinh
Bảng 2.4 - Tải trọng các lớp vật liệu sàn phòng vệ sinh
STT Lớp cấu tạo vật liệu δ γ i
TT Tiêu chuẩn n TT Tính toán
Tổng Tải trọng phân bố lên sàn ( g0 ) 175.5
Tổng Tải trọng (có kể đến bê tông cốt thép) ( gs ) 450.5
Hoạt tải toán sàn phòng làm việc: ps=p c n0.1,3 = 195 daN/m 2
Tải trọng tác dụng vào sàn: q0=g0+ps= 175,5 + 195 = 370,5 daN/m 2 Ô sàn phòng làm việc có kích thước
Chiều dày sàn phòng làm việc: 1 5 0, 087 ( )
Vậy chiều dày thực tế của sàn: hs=0,1 (m) = 10 (cm)
Tương tự tính toán cho các ô sàn khác chúng ta có chiều dày như bảng 2.3
Bảng 2.5 - Bảng tiết diện sơ bộ sàn
STT Phòng chức năng Tĩnh tải
2.2.5 Mặt bằng kết cấu các tầng trong công trình
Hình 2.5 – Mặt tầng điển hình
Tính toán tải trọng
Bảng 2.6 - Tải trọng các lớp vật liệu sàn phòng căn hộ
STT Lớp cấu tạo vật liệu δ γ i
TT Tiêu chuẩn n TT Tính toán
Tổng Tải trọng phân bố lên sàn ( g0 ) 159
Tổng Tải trọng (có kể đến bê tông cốt thép) ( gs ) 571.5
Bảng 2.7 - Tải trọng các lớp vật liệu sàn phòng vệ sinh
STT Lớp cấu tạo vật liệu δ γ i
TT Tiêu chuẩn n TT Tính toán
Tổng Tải trọng phân bố lên sàn ( g0 ) 175.5
Tổng Tải trọng (có kể đến bê tông cốt thép) ( gs ) 450.5
Bảng 2.9 - Tải trọng các lớp vật liệu sàn phòng chờ, hành lang
STT Lớp cấu tạo vật liệu δ γi TT Tiêu chuẩn n TT Tính toán
Tổng Tải trọng phân bố lên sàn ( g0 ) 159
Tổng Tải trọng (có kể đến bê tông cốt thép) ( gs ) 434
Bảng 2.10 - Tải trọng các lớp vật liệu sàn mái, tầng tum
STT Lớp cấu tạo vật liệu δ γi TT Tiêu chuẩn n TT Tính toán
1 Gạch lá nem chống nóng 0.02 2000 40 1.1 44
Tổng Tải trọng phân bố lên sàn ( g0 ) 171.5
Tổng Tải trọng (có kể đến bê tông cốt thép) ( gs ) 501.5
Bảng 2.11 - Tải trọng các lớp vật liệu cầu thang bộ
STT Lớp cấu tạo vật liệu δ γi TT Tiêu chuẩn n TT Tính toán
1 Lớp gạch lát cầu thang 0.03 2000 60 1.1 66
Tổng Tải trọng phân bố lên sàn ( g0 ) 269
Tổng Tải trọng (có kể đến bê tông cốt thép) ( gs ) 544
Bảng 2.12 - Tải trọng các lớp vật liệu tường xây gạch
STT Lớp cấu tạo vật liệu δ γi TT Tiêu chuẩn n TT Tính toán
Bảng 2.13 – Hoạt tải đơn vị theo TCVN 2737:1995
TT Tiêu chuẩn n TT Tính toán
1 Hoạt tải sàn phòng ngủ 200 1.2 240
2 Hoạt tải sàn phòng khách, vệ sinh, phòng ăn 150 1.3 195
3 Hoạt tải sàn ban công, logia 200 1.2 240
2.3.3 Tải trọng gió Áp lực gió tiêu chuẩn thành phần tĩnh luôn được tính theo công thức sau:
Giá trị áp lực gió được xác định theo bản đồ phân vùng trong phụ lục D và điều 6.4 Hệ số kzj phản ánh sự thay đổi của áp lực gió tại tầng thứ j theo độ cao z, được tra cứu trong bảng 5 Hệ số c được lấy theo thông tin trong bảng 6.
Tải trọng gió tiêu chuẩn thành phần tĩnh tại mức sàn thứ j sẽ là:
Diện tích mặt đón gió (Sj) được xác định cho mỗi mức sàn bằng công thức Sj = (hj + hj+1) B/2, trong đó hj và hj+1 là chiều cao của tầng thứ j và j+1, còn B là bề rộng mặt đón gió của công trình.
Tải trọng gió tính toán thành phần tĩnh tại mức sàn thứ j sẽ là:
Trong đó: γ – hệ số độ tin cậy của tải trọng gió, γ=1,2
Tải trọng gió được lấy theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN 2737-1995 và được thể hiện trong bảng A.7, A.8, phụ lục A
Sơ đồ tải trọng gió tác dụng lên tầng điển hình trong Etabs xem trong hình A.5,
Bảng 2.14 - Tải trọng gió tĩnh theo phương X
Zi Ki Wiđ Wih h qiđ qih
Bảng 2.15 - Tải trọng gió tĩnh theo phương Y
Zi Ki Wiđ Wih h qiđ qih
Tổ hợp tải trọng
Các tổ hợp tải trọng được tính toán theo TCVN 2737-1995, cụ thể như sau: TH1: TT+HT
TH6: Tổ hợp BAO (TH1+TH2+TH3+TH4+TH5)
Trong đó: + Gió XX là gió trực đối với gió X, tương tự như vậy với gió Y và gió YY
+ Tĩnh tải sàn: TT + Hoạt tải: HT + Gió X: GX + Gió XX: GXX + Gió Y: GY + Gió YY: GYY
Lập mô hình tính toán công trình
Hình 2.6– Mô hình tính toán kết cấu bằng phần mềm sap2000
THIẾT KẾ KẾT CẤU NGẦM CÔNG TRÌNH
Điều kiện địa chất thủy văn công trình
Dựa trên tài liệu thu thập từ khảo sát địa chất công trình ngoài thực địa, kết hợp với kết quả khoan khảo sát trong giai đoạn thiết kế cơ sở và thiết kế kỹ thuật, cùng với các kết quả thí nghiệm trong phòng, cấu trúc địa tầng của khu vực khảo sát được phân chia thành các lớp từ trên xuống dưới.
Lớp 1: Đất lấp dày 1 m có γ = 17 KN/m 3
Lớp 2: Sét pha dẻo cứng có chiều dày 7,5 m có qc= 4800 KPa
Lớp 3: Sét pha dẻo chảy có chiều dày 6,7 m có qc= 520 KPa
Lớp 4: Cát bụi chặt vừa có chiều dày 8,8m có qc= 4200 KPa
Lớp 5: Cát hạt trung chặt vừa rất dày có qc= 8500 KPa
Mực nước ngầm ở sâu vô cùng nên không xét đến trong quá trình tính toán
Hình 3.1 – Hố khoan địa chất dưới móng công trình
Tiêu chuẩn xây dựng: Độ lún cho phép của nhà khung [s]m và S 0, 2%
Bảng 3.2 - Bảng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất
5 lớp đất lấp líp sÐt pha líp sÐt pha lớp cát bụi lớp cát hạt dẻo cứng chảy dẻo chặt vừa trung chặt vừa
Lựa chọn phương án móng cho công trình
3.2.1 Giải pháp móng cho công trình
3.2.1.1 Theo điều kiện địa chất công trình và tải trọng của công trình:
Móng của công trình phải được đặt vào lớp đất tốt Đất nền gồm các lớp:
Bảng 3.3 - Các lớp đất nền công trình
SỐ LIỆU TÍNH TOÁN MÓNG
Lớp đất Chiều dày(m) Độ sâu(m) Mô tả lớp đất
5 Rất dày Cát trung chặt vừa
Dựa trên số liệu địa chất công trình, lớp đất tốt nằm sâu so với cốt tự nhiên (-1,00m) Với đặc điểm công trình là nhà cao tầng gần 40m, tải trọng đứng và tải trọng ngang tác động lên móng rất lớn, yêu cầu móng phải có độ ổn định cao Vì vậy, phương án sử dụng móng cọc đài thấp là lựa chọn hợp lý nhất để đảm bảo khả năng chịu tải từ công trình.
3.2.1.2 Theo phương pháp thi công:
Cọc Bê tông cốt thép đúc sẵn:
Móng cọc đóng có ưu điểm là thiết bị thi công sẵn với nhiều tính năng cải tiến, cho phép thi công nhanh, đóng được cọc lớn và cọc nghiêng, đồng thời có thể tự động hóa quá trình theo dõi thi công và kiểm soát chất lượng Tuy nhiên, nhược điểm chính của phương pháp này là gây ô nhiễm môi trường do tiếng ồn, khí thải và rung động, ảnh hưởng xấu đến các công trình lân cận, đặc biệt trong khu vực thành phố Hệ móng cọc đóng cũng không phù hợp cho các công trình có tải trọng lớn do hạn chế trong việc bố trí các cọc.
Cọc này khắc phục nhược điểm của cọc đóng với chất lượng và độ tin cậy cao, đồng thời thi công êm ái Tuy nhiên, nó gặp khó khăn khi xuyên qua lớp cát chặt dày, và kích thước cũng như chiều dài cọc bị hạn chế, dẫn đến khả năng chịu tải chưa đạt yêu cầu cao.
- Tựa lên nền đất tốt nên khả năng mang tải lớn
- Dễ kiểm tra được chất lượng cọc, các thông số kỹ thuật (lực ép, độ chối…)
- Việc thay thế và sữa chữa dễ dàng khi có sự cố về kỹ thuật và chất lượng cọc
- Môi trường thi công móng sạch sẽ hơn nhiều so với thi công cọc khoan nhồi
- Giá thành xây dựng tương đối rẻ và phù hợp với công trình dưới 40 m
- Nếu thi công bằng phương pháp ép cọc thì không gây tiếng ồn và nó phù hợp với việc thi công móng trong thành phố, khu đông dân cư
- Phương tiện, máy móc thi công đơn giản, nhiều đội ngũ cán bộ kỹ thuật và công nhân có kinh nghiệm và tay nghề thi công cao
- Trong không gian chật hẹp thì phương pháp này tỏ ra hữu hiệu vì có thể dùng chính tải trọng công trình làm đối trọng (phương pháp ép sau)
- Thi công phổ biến với chiều dài cọc phong phú và có thể đóng hoặc ép
- Không phù hợp với nền đất có các lớp đất tốt nằm sâu hơn 40m, các lớp đất có nhiều chướng ngại vật
- Phải nối nhiều đoạn, không có biện pháp kĩ thuật để bảo vệ mối nối hiệu quả
Dù là phương pháp ép hay đóng cọc, việc giữ cọc thẳng đứng gặp nhiều khó khăn, dẫn đến các sự cố thi công như hiện tượng chối giả, vỡ đầu cọc, và vấn đề an toàn lao động khi cẩu lắp các đoạn cọc.
- Quá trình thi công gây ra những chấn động (phương pháp đóng cọc) làm ảnh hưởng đến công trình lân cận
- Đường kính cọc hạn chế nên chiều sâu, sức chịu tải cũng kém hơn cọc nhồi
Khi dùng phương pháp thi công cọc BTCT đúc sẵn phải khắc phục các nhược điểm của cọc và kỹ thuật thi công để đảm bảo yêu cầu
Cọc khoan nhồi là loại cọc yêu cầu công nghệ thi công phức tạp, nhưng vẫn được ưa chuộng trong kết cấu nhà cao tầng nhờ có tiết diện và chiều sâu lớn, cho phép đặt vào lớp đất tốt ở độ sâu lớn, từ đó nâng cao khả năng chịu tải Tuy nhiên, cần xem xét hiệu quả kinh tế của việc thi công móng bằng công nghệ này đối với từng công trình cụ thể để đánh giá tính phù hợp.
- Có thể tạo ra những cọc có đường kính lớn do đó chịu tải nén rất lớn
Do phương pháp thi công, bề mặt bên của cọc nhồi thường có độ nhám cao, dẫn đến ma sát giữa cọc và đất lớn hơn so với các loại cọc khác.
- Khi cọc làm việc không gây lún ảnh hưởng đáng kể cho các công trình lân cận
Quá trình thi công móng cọc cho phép điều chỉnh linh hoạt các thông số như chiều sâu và đường kính của cọc, nhằm phù hợp với điều kiện địa chất cụ thể dưới nền nhà.
- Thiết bị thi công tương đối phức tạp, nhân lực đòi hỏi có tay nghề cao
- Rất khó giữ vệ sinh công trường trong quá trình thi công
Nhà cao tầng có những đặc điểm nổi bật như tải trọng thẳng đứng lớn trên diện tích hạn chế và yêu cầu ổn định khi chịu tải trọng ngang Vì vậy, thiết kế móng cho công trình này cần đảm bảo tính chắc chắn và khả năng chịu lực tốt.
- 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 Đề xuất các phương án:
+ Phương án 1: dùng cọc tiết diện 20x20 cm, thi công bằng phương pháp đóng, mũi cọc cắm sâu vào lớp năm tư từ 0,9-1,5 m
+ Phương án 2: dùng cọc tiết diện 20x20cm, thi công bằng phương pháp ép, cọc cắm sâu vào lớp thứ năm từ 0,9-1,5 m
+ Phương án 3: dùng cọc khoan nhồi
3.2.2 Lựa chọn phương án cọc
Từ những số liệu khảo sát địa chất, thực tế công trình, cũng như điều kiện thi công và tính kinh tế, ta tiến hành chọn phương án 2
+ Bêtông cấp độ bền B25: Rb,5MPa Rbt=1,05 MPa
+ Cốt thép CII: Rs= 280MPa
+ Cốt đai : CI, Rs"5MPa
+Bêtông cấp độ bền B25: Rb,5MPa Rbt=1,05 MPa
+ Thép dọc CII: 420 ( có Fa= 12,57 cm 2 )
+ Đầu cọc ngàm vào đài 10cm, cốt thép neo khi phá đầu cọc trong đài 40 cm
=> Tổng chiều dài cọc trong đài là 50 cm
+ Đầu mũi cọc vát 30cm
3.2.2.2 Các giả thuyết tính toán, kiểm tra móng cọc đài thấp
- 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 được truyền lên công trình qua đài cọc chỉ tác động lên các cọc, không ảnh hưởng đến các lớp đất nằm giữa các cọc tại mặt tiếp xúc với đài cọc.
Khi đánh giá cường độ nền đất và xác định độ lún của móng cọc, cần coi móng cọc như một khối móng quy ước, bao gồm các thành phần là cọc, đài cọc và phần đất giữa các cọc.
Việc tính toán khối móng quy ước tương tự như tính toán móng nông trên nền thiên nhiên, trong đó bỏ qua ma sát ở mặt bên móng Do đó, trị số mômen của tải trọng ngoài tại đáy móng khối quy ước được điều chỉnh gần đúng bằng trị số mômen của tải trọng ngoài so với cao trình đáy đài.
- Đài cọc xem như tuyệt đối cứng.Cọc được ngàm cứng vào đài
- Tải trọng ngang hoàn toàn do đất từ đáy đài trở lên tiếp nhận
3.2.2.3 Chiều sâu đài móng h mđ
Tính chiều sâu chọn móng yêu cầu nhỏ nhất : min 0, 7 (45 0 )
Q: Tổng lực ngang:Q x M ax ,77 tấn
': Dung trọng riêng của lớp đất đặt đài ' =1,82 T/m 3 = 18,2KN/m 3 b: Bề rộng đài chọn sơ bộ b=2,5 m
Ta chọn chiều cao đài hm=1,8 m > hmin=1,57 m
Với độ sâu đáy đài đủ lớn, lực ngang Q nhỏ, trong tính toán gần đúng coi như bỏ qua tải trọng ngang
Dựa vào các lớp địa chất, dự kiến cắm cọc sâu vào lớp 5 với chiều dài 0,5-1 m, mũi cọc sẽ nằm ở cốt -23,65 m trong lớp cát hạt trung chặt vừa Với chiều cao đài là 1,8 m, cốt đáy đài sẽ ở -3,15 m, tương ứng với vị trí cách mặt đất tự nhiên cốt -1,35 m Đài cọc nằm trong lớp đất thứ 2, và đầu cọc cắm sâu vào đáy đài khoảng 50 cm Tổng chiều dài cọc được tính là 21 m, với 3 cọc có kích thước 30x30 cm và chiều dài mỗi cọc là 7 m, được nối với nhau bằng hàn bảng mã.
Tính toán móng M1 dưới cột C1 khung trục 2
3.3.1 Tải trọng tại đỉnh móng
Từ bảng tổ hợp nội lực chân cột xuất ra từ phần mềm Etabs ta chọn ra cặp nội lực nguy hiểm nhất tại chân cột để tính toán:
3.3.2 Xác định sức chịu tải của cọc
3.3.2.1 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu
Sức chịu tải của cọc theo vật liệu
P = γcb γ’cb.Rb.Fb + Ra.As
Hệ số điều kiện làm việc γcb = 0,85
Hệ số kể đến phương pháp thi công cọc γcb ’ = 1,00
Rb - Cường độ chịu nén tính toán của bê tông
Fb - Diện tích tiết diện cọc Fb @x4000 cm 2
Fa - Diện tích cốt thép dọc, 420 có Fa= 12,57 cm 2
Rs - Cường độ chịu kéo của cốt thép ứng với trạng thái giới hạn thứ nhất
Sức chịu tải của cọc: Pt 1 = ( 0,85×1×(40 2 - 4.12,57) ×145 + 4×12,57×280) /1000
3.3.2.2 Tính toán sức chịu tải theo Meyerhof
Trong đó: q b : cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc, tính theo công thức: q b = K N 1 p
K = d đối với cọc đóng, ép và K 1 = 120 với cọc nhồi
N p :chỉ số SPT trung bình trong khoảng 4d phía dưới và 1d phía trên mũi cọc
A b : diện tích ngang mũi cọc f i : cường độ sức kháng trung bình (ma sát đơn vị) của lớp thứ i trên thân cọc tính theo công thức:
K2: là hệ số lấy bằng 2 với móng cọc ép, và bằng 0 đối với cọc nhồi
Nsi: là chỉ số SPT trung bình của lớp thứ i trên thân cọc
Hệ số điều chỉnh cọc đóng, ép (p) phụ thuộc vào tỷ lệ giữa mức kháng cắt không thoát nước của đất dính (Qu) và giá trị trung bình của ứng suất pháp hiệu quả thẳng đứng.
Hình 3.2- Sức kháng cắt/ áp lực hiệu quả thẳng đứng: c u / ’ v f L : Là hệ số điều chỉnh theo độ mảnh h/d cho của cọc đóng, xác định biểu đồ trên hình 5.2
Hình 3.3 - Chiều sâu cọc/ đường kính cọc : L/d Cu: là cường độ sức kháng cắt không thoát nước của đất dính, xác định theo công thức:
hệ số an toàn đối với cọc chịu nén tính theo công thức:
Hệ số tin cậy n cho công trình được xác định là 1,2 cho cấp I, 1,15 cho cấp II và 1,1 cho cấp III theo phụ lục F của TCVN-10304-2014 Đối với móng cọc đài thấp, khi đáy đài nằm trên lớp đất biến dạng lớn, hệ số tin cậy k được lấy là 1,75 cho các móng có từ 01 đến 05 cọc.
0- là hệ số điều kiện làm việc kể đến yếu tố tăng mức độ đồng nhất của nền đất khi sử dụng móng cọc lấy =1 với cọc đơn và lấy =1,15 với nhiều cọc Áp dụng xác định sức chịu tải của cọc ép kích thước 40x40 cm theo địa chất đã có:
- Tại z=1m Ứng suất pháp hiệu quả theo phương đứng: σ’v = 1,0×1,7= 1,7 T/m 2
Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc được tính là qb = K1×Np = 267 T/m² Ứng suất pháp hiệu quả theo phương đứng đạt σ’v = 1,7 + 1,0×1,82 = 3,52 T/m² Cường độ sức kháng cắt không thoát nước của đất dính là cu,i = 6,25×10/10 = 6,25 T/m².
Tra phụ lục F, công trình tầm quan trọng loại 2 nên γn = 1,15 ; γk = 1,75 ; γ0 1,15 suy ra γ = 1,15×1,75/1,15 = 1,75
Vậy sức chịu tải tính theo công thức Meyerhof là: qb×Ab = 267×0,16= 42,72 T u×∑fi×li = 1,2×0,5×1×6,25×(2,0-2,0)= 0 T
RMeyerhof = Rcu/γ = 0/1,75 = 0 T Đối với các lớp địa chất khác, kết quả được lập trong bảng
Bảng 3.1 - Sức chịu tải các lớp đất theo công thức Nhật Bản
Kí hiệu Lớp đất Độ sâu N
Sét pha, dẻo cứng 2.00 7 1.82 0.00 0.0 0.00 Sét pha, dẻo cứng 3.00 7 1.82 0.00 0.0 0.00 Sét pha, dẻo cứng 4.00 7 1.82 44.80 3.11 5.0 28.44 Sét pha, dẻo cứng 5.00 7 1.82 44.80 3.71 10.9 31.83 Sét pha, dẻo cứng 6.00 7 1.82 44.80 4.11 17.5 35.59 Sét pha, dẻo cứng 7.00 7 1.82 44.80 4.38 24.5 39.59 Sét pha, dẻo cứng 7.50 7 1.82 44.80 4.38 28.0 41.59
Sét pha, dẻo chảy với các thông số khác nhau mang lại hiệu suất tối ưu, từ 8.50 đến 15.30 Tại mức 9, các chỉ số như 1.85, 57.60, và 5.63 cho thấy sự gia tăng đáng kể trong hiệu suất, với giá trị từ 37.7 lên đến 98.9 Các giá trị hiệu suất cụ thể là 54.48 cho 8.50, 59.62 cho 9.50, 64.77 cho 10.50, 69.91 cho 11.50, 75.05 cho 12.50, 80.20 cho 13.50, 85.34 cho 14.50, và 89.45 cho 15.30, cho thấy sự cải thiện liên tục trong khả năng dẻo chảy của sản phẩm.
Cát bụi chặt vừa có các thông số sau: vào lúc 16.30, giá là 1.90 với khối lượng 115.20 và độ ẩm 3.60, cho ra kết quả 102.1 và 124.18 Tiếp theo, vào lúc 17.30, giá vẫn là 1.90, khối lượng 115.20, độ ẩm 3.60, cho kết quả 107.9 và 127.47 Vào lúc 18.30, các thông số tương tự cho ra kết quả 113.6 và 130.76 Đến 19.30, giá vẫn giữ nguyên, với kết quả 119.4 và 134.05 Lúc 20.30, cát bụi chặt vừa có kết quả 125.2 và 137.34 Vào 21.30, kết quả đạt 130.9 và 140.64 Đến 22.30, cát bụi cho kết quả 136.7 và 143.93 Cuối cùng, vào lúc 22.90, kết quả là 140.1 và 145.90.
Cát trung chặt vừa có nhiều lựa chọn với các kích thước và thông số khác nhau Các kích thước từ 24.65 đến 33.65, với chiều cao 22 và đường kính 1.92, đều có trọng lượng và thông số kỹ thuật ổn định Cát trung chặt vừa 24.65 nặng 140.80, trong khi cát 33.65 có trọng lượng lên đến 216.6 Các thông số khác như 4.40 và các chỉ số tiếp theo cũng cho thấy sự đồng nhất trong thiết kế Mỗi loại cát trung chặt vừa đều mang lại hiệu suất và chất lượng vượt trội, đáp ứng nhu cầu sử dụng đa dạng trong xây dựng.
3.3.2.3 Tính toán sức chịu tải của cọc theo công thức Nhật bản
Trong đó: q b : là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc xác định như sau:
Khi mũi cọc nằm trong đất rời qb= 300 Np cho cọc đóng (ép) và qb= 150Np cho cọc khoan nhồi
Khi mũi cọc nằm trong đất dính với qb = 9, cọc đóng (ép) có qb = 6, trong khi cọc khoan nhồi cũng được xem xét Đối với cọc đóng và cọc ép, cường độ sức kháng trung bình trên đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ ‘‘i’’ được tính bằng công thức f s,i = (10.N s,i)/3(5-5) Đồng thời, cường độ sức kháng trên đoạn cọc nằm trong đất dính thứ ‘‘i’’ được xác định bởi f s,i = α p f L c u,i.
Hệ số điều chỉnh p cho cọc đóng phụ thuộc vào tỷ lệ sức kháng cắt không thoát nước của đất dính cu và trị số trung bình của ứng suất pháp hiệu quả thẳng đứng, được xác định theo biểu đồ trong hình 5.1 Trong khi đó, hệ số điều chỉnh fL theo độ mảnh h/d của cọc đóng được xác định qua biểu đồ trong hình 5.2.
N p :là chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dưới và 4d trên mũi cọc;
Cường độ sức kháng cắt không thoát nước của đất dính, ký hiệu là cu, có thể xác định thông qua các phương pháp thí nghiệm khác nhau Khi không có số liệu sức kháng cắt không thoát nước cu từ các thiết bị thí nghiệm cắt đất trực tiếp hoặc thí nghiệm nén ba trục, ta có thể tính toán cu từ thí nghiệm nén một trục nở ngang tự do với công thức cu = qu/2 Ngoài ra, cu cũng có thể được xác định từ chỉ số SPT trong đất dính theo công thức cu,i = 6,25 Nc,i, với Nc,i là chỉ số SPT tính bằng kPa.
Chỉ số SPT trung bình trong lớp đất rời "i" được ký hiệu là N s,i, trong khi chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời "i" được ký hiệu là l s,i Đối với chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất dính "i", ký hiệu là l c,i Thêm vào đó, u là chu vi tiết diện ngang của cọc, và d là đường kính của tiết diện cọc tròn hoặc cạnh của tiết diện cọc vuông Việc xác định sức chịu tải của cọc ép với kích thước 30x30 cm sẽ được thực hiện dựa trên các thông tin địa chất đã có.
- Tại z=1m Ứng suất pháp hiệu quả theo phương đứng: σ’v = 1,0×1,7= 1,7 T/m 2
Cường độ sức kháng cắt không thoát nước của đất dính: cu,i = 6,25×10/10 6,25 T/m 2
Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc: qb = 9×cu = 56,25 T/m 2 Ứng suất pháp hiệu quả theo phương đứng: σ’v = 1,7+1,0×1,82 = 3,52 T/m 2
Tra phụ lục F, công trình tầm quan trọng loại 2 nên γn = 1,15 ; γk = 1,75 ; γ0 = 1,15 suy ra γ = 1,15×1,75/1,15 = 1,75
Vậy sức chịu tải tính theo công thức Meyerhof là: qb×Ab = 56,25×0,16= 9 T u×∑fi×li = 1,2×0,5×1×6,25×(2,0-2,0)= 0 T
RMeyerhof = Rcu/γ = (5,0625+0)/1,75 =2,89 T Đối với các lớp địa chất khác, kết quả được lập trong bảng
Bảng 3.2 - Sức chịu tải các lớp đất theo công thức Nhật Bản
Kí hiệu Lớp đất Độ sâu N Dung trọng đất q b A b f i u.Sf i l i R (m) (T/m 3 ) (T/m 2 ) (T/m 2 ) (T) (T)
Sét pha, dẻo cứng 2.0 7 1.82 0.00 0.0 0.0 Sét pha, dẻo cứng 3.0 7 1.82 0.00 0.0 0.0 Sét pha, dẻo cứng 4.0 7 1.82 6.30 3.11 5.0 6.4 Sét pha, dẻo cứng 5.0 7 1.82 6.30 3.71 10.9 9.8 Sét pha, dẻo cứng 6.0 7 1.82 6.30 4.11 17.5 13.6 Sét pha, dẻo cứng 7.0 7 1.82 6.30 4.38 24.5 17.6 Sét pha, dẻo cứng 7.5 7 1.82 6.30 4.38 28.0 19.6
Sét pha, dẻo chảy với các chỉ số từ 8.5 đến 15.3 cho thấy sự gia tăng đáng kể về độ dẻo và tính chất chảy Cụ thể, ở mức 8.5, độ dẻo đạt 37.7 và tính chất chảy là 26.2, trong khi ở mức 15.3, độ dẻo tăng lên 98.9 và tính chất chảy đạt 61.2 Các chỉ số khác như 1.85, 8.10 và 5.63 giữ nguyên, cho thấy sự ổn định trong công thức Sự tăng trưởng này phản ánh khả năng ứng dụng cao hơn của sét pha, dẻo chảy trong các lĩnh vực công nghiệp và xây dựng.
Cát bụi chặt vừa có các thông số như sau: 16.3, 17.3, 18.3, 19.3, 20.3, 21.3, 22.3 và 22.9, với chiều cao 18 cm, chiều rộng 1.90 m, độ dày 86.40 cm, khối lượng 6.00 tấn, và các giá trị tương ứng cho từng loại cát là 108.5, 118.1, 127.7, 137.3, 146.9, 156.5, 166.1 và 171.9 cho chiều dài 111.4, 116.9, 122.4, 127.9, 133.3, 138.8, 144.3 và 147.6.
5 Cát trung chặt vừa 23.7 22 1.92 105.60 7.33 180.7 163.6 Cát trung chặt vừa 24.7 22 1.92 105.60 7.33 192.4 170.3
Cát trung chặt vừa 25.7 22 1.92 105.60 7.33 204.2 177.0 Cát trung chặt vừa 26.7 22 1.92 105.60 7.33 215.9 183.7 Cát trung chặt vừa 27.7 22 1.92 105.60 7.33 227.6 190.4 Cát trung chặt vừa 28.7 22 1.92 105.60 7.33 239.4 197.1 Cát trung chặt vừa 29.7 22 1.92 105.60 7.33 251.1 203.8 Cát trung chặt vừa 30.7 22 1.92 105.60 7.33 262.8 210.5
3.3.2.4 Lựa chọn sức chịu tải
Dự kiến cọc cắm sâu đến cao độ 19,95 m Với 2 đoạn cọc dài 9m Áp dụng công thức lựa chọn sức chịu tải cọc:
R = min( RVL, RMeyerhof, RNB) =min(205,8; 145,9; 147,6)= 145,9 T
Vậy chọn sức chịu tải của cọc R = 146 T
Do khoảng cách giữa hai cột C1 và C2 lớn, chúng tôi đã thiết kế đài cọc riêng cho từng cột Sức chịu tải của cọc được tính toán dựa trên loại vật liệu, theo phương pháp Meyerhof và theo công thức Nhật Bản để xác định số lượng cọc cần thiết trong đài móng.
3.3.3.1 Chọn số lượng cọc và bố trí đài cọc
Số cọc trong móng được xác định theo công thức sau: n N
Trong đó: n- Là số lượng cọc trong móng
N- là tổng lực đứng tác dụng lên công trình tính đến cao trình đáy đài
P- là sức chịu tải tính toán của mỗi cọc
- là hệ số kinh nghiệm kể đến ảnh hưởng của tải trọng ngang và mômen lấy từ 1 1,5
Chọn 4 cọc bố trí cho móng M1, với khoảng cách các cọc được lấy trong khoảng 3d S 6d
Hình 3.1 - Mặt bằng bố trí cọc Móng M1
Từ việc bố trí cọc như trên:
3.3.3.2 Tải trọng phân phối lên cọc
Theo các giả thiết gần đúng coi cọc chỉ chịu tải dọc trục và cọc chỉ nén hoặc kéo Trọng lượng của đài và đất lên đài
Tải trọng tác dụng lên cọc được tính theo công thức:
Tải trọng tính với tổ hợp tải tiêu chuẩn tại đáy đài là:
Tải trọng tiêu chuẩn tại chân cột:ta có thể lấy như sau
0 tc tt / ; 0 tc tt / ; 0 tc tt /
N =N n M =M n Q =Q n (Hệ số vượt tải n gần đúng có thể lấy n=1,1-1,2 Chọn n=1,15)
= − Tải trọng truyền lên cọc không kể trọng lượng bản thân cọc và lớp đất phủ từ đáy đài trở lên tính với tải trọng tính toán:
Bảng 3.3 - Bảng số liệu tải trọng ở các đầu cọc
Cọc xi (m) yi (m) Pi tc (KN) Pi tt (KN)
Tất cả các cọc đều chịu nén.
Tính toán kiểm tra đài cọc
3.4.1 Tính toán cường độ trên tiết diện thẳng đứng – tính toán cốt thép đài
Với giả thiết: Đài tuyệt đối cứng, coi đài làm việc như bản conson ngàm tại mép cột
❖ Mômen tại mép cột theo mặt cắt I – I :
Cốt thép yêu cầu (chỉ đặt cốt đơn):
Chọn 1418a150 có As5,6cm 2 min
❖ Mômen tại mép cột theo mặt cắt II – II :
3.4.2 Kiểm tra tổng thể móng cọc
Giả thiết coi móng cọc là móng khối quy ước
3.4.2.1 Kiểm tra áp lực dưới đáy khối móng:
- Điều kiện kiểm tra: max 1, 2 qu d qu d
- Xác định khối móng quy ước:
Chiều cao khối móng được quy ước tính từ mặt đất lên mũi cọc là H M = 22,3 m Trong quá trình tính toán, góc mở đã được xác định với lưu ý rằng lớp đất 1,2 và lớp đất 3 là những lớp đất yếu, do đó ảnh hưởng của các lớp đất này đã được bỏ qua.
+ Chiều dài của đáy khối móng quy ước:
+ Bề rộng khối móng quy ước:
- Xác định tải trọng tiêu chuẩn dưới đáy khối móng quy ước (mũi cọc):
+ Trọng lượng của đất và đài từ đáy đài trở lên
+ Trọng lượng khối đất từ mũi cọc tới đáy đài:
Tải trọng tại mức đáy móng quy ước:
- Áp lực tại đáy khối móng quy ước: ax,min
3.4.2.2 Kiểm tra lún cho móng cọc: Ứng suất bản thân dưới đáy khối móng quy ước
= = + + + = (KN/m 2) Ứng suất gây lún tại đáy khối móng quy ước gl tc bt
z = − =559,64 -369,620,02 (KN/m 2 ) Độ lún của móng cọc được tính gần đúng như sau:
= = = Vậy công trình thoả mãn điều kiện về độ lún
3.4.2.3 Kiểm tra độ chênh lún giữa hai móng cọc: Điều kiện:
=> Đảm bảo sự chênh lệch lún giữa các móng Móng thiết kế như vậy là hợp lí.
Tính toán kiểm tra cọc
3.5.1 Kiểm tra cọc trong giai đoạn thi công:
+ Trong đó: n là hệ số động, n=1,5
3.5.1.2 Trường hợp treo cọc lên giá búa Để M 2 + M 2 − = b 0, 29 = l c 0, 29 = 7 2, 03 m
Trị số mômen dương lớn nhất:
Ta thấy: M 1 M 2 dùng M 2 để tính toán
Lấy lớp bảo vệ của cọc là a’,m
Chiều cao làm việc của cốt thép: h 0 = 40 − = 2 38 cm
Cốt thép dọc chịu mômen uốn của cọc là 2 20 có A s =6, 28cm 2
Cọc đủ khả năng chịu tải khi vận chuyển và cẩu lắp
3.5.2 Tính toán cốt thép làm móc cẩu
Lực kéo ở móc cẩu trong trường hợp cẩu lắp cọc: F k = q l
Lực kéo ở một nhánh, gần đúng:
Diện tích cốt thép của móc cẩu: ' 2,1 0,93 2
= R = = Chọn thép móc cẩu 12 có F a = 1,13 cm 2
Thiết kế cấu kiện phần thân công trình
Thiết kế kết cấu cấu kiện cột công trình
4.1.1 Nội lực thiết kế cấu kiện cột
Bảng 4.1 - Bảng tổ hợp nội lực cột
Tầng Cột Tổ hợp Cặp NL
Tiết diện cột Nội lực tính toán b (m) h (m) N (T) M y (T.m) M x
TH2 Nmax 0,55 0,55 -438.66 2.28 6.24 TH1 Mxmax 0,55 0,55 -390.97 -0.386 14.90 TH1 Mymax 0,55 0,55 -177.06 27.14 3.92
4.1.2 Cơ sở lý thuyết tính toán cấu kiện cột
Tài liệu tham khảo : Tính toán tiết diện cột bêtông cốt thép của GS Nguyễn Đình Cống
Phương pháp tính toán cốt thép dựa trên việc chuyển đổi trường hợp nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng tương đương Nguyên tắc này được quy định trong tiêu chuẩn BS8110 của Anh và ACI của Mỹ.
318 ,tác giả đã dựa vào nguyên tắc đó để lập ra các công thức và điều kiện tính toán
Xét tiết diện có cạnh Cx , Cy điều kiện để áp dụng phương pháp là:
,cốt thép được đặt theo chu vi
Tiết diện chịu lực nén N, mômen uốn Mx và My, cùng với độ lệch tâm ngẫu nhiên eax và eay, được phân tích để xác định hệ số x và y khi uốn dọc theo hai phương Kết quả là mômen đã tăng lên thành Mx1 và My1.
- : hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc
= l : Lực dọc tới hạn của cấu kiện (3-
- Eb: Môđun đàn hồi của bêtông
- J : Mô men quán tính của tiết diện theo phương đang xét
- : hệ số phụ thuộc vào liên kết
Với nhà nhiều tần lag có liên kết cứng giữa dầm và cột ,kết cấu sàn đổ toàn khối có từ ba nhịp trở lên =0, 7
Tùy thuộc vào mối quan hệ giữa giá trị Mx1 và My1 với kích thước các cạnh tương ứng, có thể áp dụng một trong hai mô hình tính toán, theo phương x hoặc phương y, theo các điều kiện và ký hiệu được trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng 4.2 - Tương quan giá trị Mx1 và Mx2
Mô hình Theo phương x Theo phương y Điều kiện x 1 y 1 x y
Kí hiệu h=Cx; b=Cy; M1=Mx1;
M2=My1; ea=eax+0,2eay h=Cy; b=Cx; M1=My1;
Giả thiết chiều dày lớp bêtông bảo vệ là a ta có h0 = h – a , Z = h – 2a
Chuẩn bị các số liệu thiết kế
Rs : Cường độ tính toán của cốt thép
Rb : Cường độ tính toán của bêtông
R: hệ số tính toán giới hạn vùng nén tra bảng phụ thuộc vào bêtông và cốt thép Tiến hành tính toán theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng
Hệ số chuyển đổi mo
- Khi x 1 h 0 m 0 =0, 4 (3-6b) Tính mômen tương đương (đổi nén lệch tâm xiên sang nén lệch tâm phẳng)
= + b (3-7) Độ lệch tâm hình học 1 e M
= N (3-8) ea: Độ lệch tâm ngẫu nhiên được lấy không nhỏ hơn 1/25 chiều cao tiết diện cột và không nhỏ hơn các trị số sau
- 20 mm đối với cột và các tấm tường có chiều dày từ 25 cm trở lên
- 15 mm đối với cột và các tấm tường có chiều dày từ 15 - 25 cm
- 10 mm đối với cột và các tấm tường có chiều dày dưới 15 cm Độ lệch tâm tính toán eo được xác định như sau:
Với kết cấu siêu tĩnh : eo = max (e1, ea)
2 e= + −e h a (3-9) Tính toán độ mảnh theo 2 phương
Dựa vào độ lệch tâm e0 và giá trị x1 để phân biệt các trường hợp tính toán
4.1.2.1 Trường hợp 1 : nén lệch tâm rất bé khi 0
= h tính toán gần như nén đúng tâm
Hệ số ảnh hưởng của nén lệch tâm: 1
Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm: (1 ). e 0,3
Khi 14 104 tính theo công thức sau:
Diện tích toàn bộ cốt thép dọc :
− (3-13) Cốt thép được chọn đặt theo chu vi (mật độ cốt thép trên cạnh b có thể lớn hơn cạnh h)
= h ,đồng thờix 1 R h 0 tính toán theo trường hợp nén lệch tâm bé
Xác định chiều cao vùng nén x: 2 0
Diện tích toàn bộ cốt thép dọc : ( 0 0,5 )
= h đồng thờix 1 R h 0 tính toán theo trường hợp nén lệch tâm lớn
Diện tích toàn bộ cốt thép dọc : ( 0,5 1 0 )
4.1.3 Thiết kế cho cấu kiện cột
4.1.3.1 Tính toán cột giữa C2(70x70) tầng 1 - tầng 3
Tiến hành thiết kế thép cho cột giữa ở tầng 1-3 Tiết diện bxh = 70x70 cm
Cx = 70 cm ; Cy = 70 cm ( Ac = 70.70 = 4900 cm2 )
Chiều cao cột: H = 5,4 m Vậy chiều dài tính toán của cột C2 là: lox = loy 0,7.H = 0,7.540 = 378 cm
Lấy độ lệch tâm ngẫu nhiên theo 2 phương là eax = eay = 4 cm
Bê tông B25 có Rb,5MPa; Eb0x103MPa, =0,85
Cốt thép cột nhóm AII có Rs = 280 MPa , Rsw = 225 MPA, Es = 2,1.106 kG/cm2 Chuẩn bị số liệu
Hệ số R = 0,633 được sử dụng để tính toán giới hạn vùng nén theo bảng phụ lục 9, liên quan đến tiết diện cột bêtông cốt thép, do GS Nguyễn Đình Cống đề xuất Hệ số này phụ thuộc vào mác bêtông và mác cốt thép.
Từ bảng tổ hợp nội lực ta chọn được các cặp nội lực nguy hiểm trong bảng sau
Bảng 4.3 - Bảng nội lực tính toán cột C2
N max ; M x ; M y M xmax ;N tu ; M y M ymax ;N tu ; M x ;
Tổ hợp TH1 TH3 TH4
Tính toán độ mảnh theo 2 phương
y = 18,7 28 nên ηy =1 a ) Tính với cặp nội lực thứ 1
C C Vậy tính theo phương X h=Cxp cm ; b= Cyp cm
Giả thiết a = 5 cm có ho = 65 cm , z` cm
55 Độ lệch tâm ngẫu nhiên ea = eax + 0,2.eay = 4 + 0,2.4 = 4,8 cm
Tiến hành tính toán theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng
= = = Vậy hệ số chuyển đổi m0=0,4
Tính mô men tương đương (đổi sang nén lệch tâm phẳng)
= + b = + = Độ lệch tâm hình học 1 294000
= N = Độ lệch tâm tính toán eo được xác định như sau
Với kết cấu siêu tĩnh : e0 = max (e1,ea) = 4,8 cm
Vậy là trường hợp nén lệch tâm rất bé, tính toán gần như nén đúng tâm
Hệ số ảnh hưởng của nén lệch tâm e
Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm
= 104 tính theo công thức sau:
= + − = + − Diện tích toàn bộ cốt thép dọc Ast:
= − − b ) Tính với cặp nội lực thứ 2
C C Vậy tính theo phương X h=Cxp cm ; b= Cyp cm
Giả thiết a = 5 cm có ho = 65 cm , z` cm
M2 = My1 = 4,37 T.m Độ lệch tâm ngẫu nhiên ea = eax + 0,2.eay = 4 + 0,2.4 = 4,8 cm
Tiến hành tính toán theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng
= = = = ; Vậy hệ số chuyển đổi m0=0,4
Tính mô men tương đương (đổi sang nén lệch tâm phẳng)
= + b = + = Độ lệch tâm hình học 1
= N = Độ lệch tâm tính toán eo được xác định như sau
Với kết cấu siêu tĩnh : e 0 = max (e1,ea) = 4,8 cm
Vậy là trường hợp nén lệch tâm rất bé, tính toán gần như nén đúng tâm
Hệ số ảnh hưởng của nén lệch tâm e
Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm
= tính theo công thức sau:
= + − = + − Diện tích toàn bộ cốt thép dọc Ast:
= − − c ) Tính với cặp nội lực thứ 3
C C Vậy tính theo phương Y h=Cxp cm ; b= Cyp cm
Giả thiết a = 5 cm có ho = 65 cm , z` cm
M2 = My1 = 21,2 T.m Độ lệch tâm ngẫu nhiên ea = eax + 0,2.eay = 4 + 0,2.4 = 4,8 cm Tiến hành tính toán theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng
= = = Vậy hệ số chuyển đổi: 0 1
= − h = − Tính mô men tương đương (đổi sang nén lệch tâm phẳng)
= + b = + = Độ lệch tâm hình học 1 1490000
= N = Độ lệch tâm tính toán eo được xác định như sau
Với kết cấu siêu tĩnh : e 0 = max (e1,ea) = 4,8 cm
Vậy là trường hợp nén lệch tâm rất bé, tính toán gần như nén đúng tâm
Hệ số ảnh hưởng của nén lệch tâm e
Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm
14 = 18,7
