Tính toán thiết kế nền móng công trình nhà Giảng đường,Thư viện Đại học Vinh giai đoạn phục vụ thiết kế kỹ thuật

nguyễn THANH HƯƠNG Hà nội – 06/2007 1.Điều kiện địa chất công trình: Theo “Báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình nhà Giảng đờng,Th viện Đại học Vinh giai đoạn phục vụ thiết kế kỹ

thiết kế móng hợp khối m2 trục (b2-c2)

giáo viên hớng dẫn: ths nguyễn THANH HƯƠNG

Hà nội – 06/2007

1.Điều kiện địa chất công trình:

Theo “Báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình nhà Giảng đờng,Th viện

Đại học Vinh giai đoạn phục vụ thiết kế kỹ thuật”:

Khu đất xây dựng tơng đối bằng phẳng, cao độ trung bình của mặt đất+7,5m đợc khảo sát bằng phơng pháp khoan, xuyên tĩnh

Từ trên xuống gồm các lớp đất chiều dày ít thay đổi trong mặt bằng:

Lớp 1: Đất lấp dày trung bình 1,0 m

Lớp 2: Sét pha dày trung bình 8,9 m

Lớp 3: Cát pha dày trung bình 10,2 m

Lớp 4: Cát hạt nhỏ dày trung bình 6,9 m

Lớp 5: Cát hạt trung chiều dày cha kết thúc trong phạm vi hố khoan sâu 38m

Mực nớc ngầm gặp ở độ sâu trung bình 2,0m so với mặt đất

Bảng chỉ tiêu cơ học, vật lí các lớp đất :

SVTH : dơng khắc cờng Phần móng

TT Tên lớpđất

Chiềudày(m)

KN/m3 S

2 Đánh giá điều kiện địa chất công trình:

Lớp 1 : Đất lấp dày trung bình 1,0m Đất yếu

Lớp 2 : Sét pha dày 8,9m

Độ sệt: IL=

5 , 26 40

5 , 26 37

p

W W

W W

= 0,7770,75 < IL= 0,777 < 1 đất ở trạng thái dẻo nhão

Có E = 5980 (KPa) > 5000 (KPa) đất thuộc loại trung bình :

37 01 , 0 1 1 ,

- 1 = 0,954Một phần lớp đất này nằm dới mực nớc ngầm nên phải kể đến đẩy nổi :

8 , 24

954 , 0 1

10 1 , 26

2 , 25 1 , 27

p

W W

W W

1 , 27 01 , 0 1 3 ,

- 1 = 0,817

8 , 97

817 , 0 1

10 3 , 26

22 01 , 0 1 5 ,

- 1= 0,738

0,6 <e < 0,75Cát hạt nhỏ ở trạng thái chặt vừa, đất tơng đối tốt có E =10450 (KPa)

9 , 49

738 , 0 1

10 5 , 26

19 01 , 0 1 7 ,

- 1 = 0,69

0,55 <e < 0,7Cát hạt trung ở trạng thái chặt vừa có E = 35200 KPa, đất rất tốt:

9 , 88

69 , 0 1

10 7 , 26

Căn cứ vào đặc điểm công trình, tải trọng công trình, điều kiện địa chất

công trình, địa điểm xây dựng ta chọn phơng án móng cọc BTCT đóng cọc bằng búa diesel:

Ntt

g = 0,30,7(

2

9 2

4 , 8 2

4 , 8

193 , 6544

tt

15 , 1

4 , 480





n

M M

tt

tc = 417,7(KN.m)

15 , 1

4 , 168

Hạ cọc bằng cách dùng búa đóng diezel

Cấu tạo của cọc đợc trình bày trên bản vẽ

Đỉnh đài cọc đặt ở độ sâu – 0,85 m, chiều cao đài 1,35 m

Để ngàm cọc vào đài đợc đảm bảo ta phá vỡ một phần bê tông đầu cọc cho trơ cốt thép dọc một đoạn 30d = 0,6m và chôn thêm một đoạn cọc còn giữ

nguyên 0,15m nữa vào đài Chân cọc cắm vào lớp cát hạt trung chặt vừa 1,5m

SVTH : dơng khắc cờng Phần móng

Cát hạt trung

6.3 Xác định sức chịu tải của cọc đơn:

a Sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc:

PV = (RbFb + RaFa)

: Hệ số uốn dọc (do cọc không xuyên qua bùn hay sét yếu nên  = 1)

+ N30 : chỉ số SPT của đất ở mũi cọc ; N30 = 22,8

+ Ns : chỉ số SPT trung bình của các lớp đất rời trong phạm vi chiềudài cọc

+ Lc : Chiều dài cọc cắm qua lớp đất dính là :

Lc = 8,15 + 10,2 =18,35 m

+CuiLci = Cu1 L1+ Cu 2 L2 = 348,15 + 4110,2 = 695,3 KN

+ F : Tiết diện ngang của cọc

+ U : Chu vi tiết diện ngang của cọc

 PSPT =1

3[30022,80,350,35 + 40,35 (216,4698,4 + 695,3)]

= 732,89KN

Vậy ta có : P = min ( PV và PSPT) = min (1944,18; 732,89) KN

 P = PSPT = 732,89KN ; Đa giá trị này vào tính toán

6.4 Xác định số cọc và bố trí cọc trong móng :

Để các cọc ít ảnh hởng lẫn nhau, có thể coi là các cọc đơn, các cọc đợc bốtrí trong đài sao cho khoảng cách giữa tim các cọc đảm bảo  3d, với d là đờngkính cọc

áp lực tính toán do phản lực đầu cọc tác dụng lên đáy đài:

664 , 753 ( / )

) 35 , 0 3 (

89 , 732 )

3 (

2 2

x xd

tt sb

h n

P

N F

75 , 1 2 , 2

h h

193 , 6544

 Số lợng cọc sơ bộ:

nC = 9 , 553

89 , 732

85 , 7001

- Khoảng cách giữa 2 tim cọc  3d =3x350 = 1050(mm)

- Khoảng cách từ mép đài đến mép cọc gần nhất  0,7d = 0,7x350 = 245(mm)

Bố trí các cọc trong mặt bằng nh hình vẽ

1600

3900 525

350

525 525

11 7

2 2

1 2

max ,

min

max

55 , 0 4 6 , 1 6

6 , 1 74 , 707 11

667 , 7018

tt c

tt t tt

x

x M n

Lực truyền xuống dãy biên :

Pmaxtt +Pc = 706,4+ (54,4 –29,58) = 731,22KN < PSPT = 732,89KN

Thoả mãn điều kiện áp lực max truyền xuống cọc dãy biên

Pmintt = 569,72 KN > 0 nên không phải kiểm tra điều kiện chống nhổ.

6.5 Kiểm tra nền móng cọc theo điều kiện biến dạng :

Độ lún của nền móng cọc đợc tính theo độ lún nền của khối móng quy ớc có mặtcắt là abcd Trong đó :

5 5 4 4 3 3 2 2

961 , 17 5

, 1 9 , 6 2 , 10 15 , 8

5 , 1 8 , 34 9 , 6 23 2 , 10 2 , 16 15

h h

h h

961 , 17

Chiều dài của đáy khối quy ớc:

Trọng lợng lớp đất trong phạm vi từ đế đài trở xuống:

Trọng lợng lớp sét pha trừ đi trọng lợng của đất bị cọc chiếm chỗ:

44 , 5212



 áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối quy ớc :

) 65 , 6

255 , 0 6 1 ( 65 , 6 75 , 7

9 , 20388 6

1

min

M

tc u q

tc tc

L

e L

B

N N

Cờng độ tính toán tại đáy khối quy ớc :

II II

M II

M tc

c D H

B B

A K

m m

ứng suất gây lún tại đáy khối quy ớc: tc bt

tb

gl

 0   = 395,612 – 271,99 = 123,622 KN

Chia đất dới nền thành các khối bằng nhau:

hi  1 , 6625

4

65 , 6

75 , 7

622 , 123 35200

33 , 1 8

Vậy độ lún tuyệt đối của móng là đảm bảo

6.6 Tính toán độ bền và cấu tạo móng :

Dùng bê tông 300# có Rn = 13000 KPa, Rk=1000 KPa

Thép chịu lực AIII có Ra = 360000 KPa

*Xác định chiều cao đài cọc theo điều kiện đâm thủng :

525 350

max ,

0

55 , 0 4 6 , 1 6

6 , 1 74 , 707 11

201 , 33 193 , 6544

tt c

tt d tt

x

x M n

N N

=

666,28KN

d  1 1   17  0 , 45  1 , 55  2 , 8  33 , 201

KN x

x M n

N N P

P n

i i

i tt c

tt d

tt

18 , 621 55

, 0 4 6 , 1 6

55 , 0 74 , 707 11

201 , 33 193 , 6544

2 2

1 2 ,

0 10

1    

r 0 , 15m

2

8 , 0 1 , 1

3 , 69 10

36 ) 15 , 0 35 , 1 ( 9 , 0

10 96 , 2584

9 ,

- ChiÒu dµi mçi thanh lµ :

72 , 2

P4 = 666,28KN P3 = 621,18KN

KN x

x M n

N N

P n

i i

i tt c

tt d

tt

45 , 574 55

, 0 4 6 , 1 6

55 , 0 74 , 707 11

201 , 33 193 , 6544

2 2

1 2 ,

x M n

N N

i i

tt c

tt d

tt

605 , 529 55

, 0 4 6 , 1 6

6 , 1 74 , 707 11

201 , 33 193 , 6544

2 2

1 2

max ,

4 '

0

66 , 49 10

36 ) 2

022 , 0 2 , 1 ( 9 , 0

10 23 , 1913

9 ,

82 , 3

M0 (KN.m)

tt B

Q0 (KN)

tt C

N0 (KN)

tt C

M0 (KN.m)

tt C

Q0 (KN)

M0 (KN.m)

tt B

Q0 (KN)

tt C

N0 (KN)

tt C

M0 (KN.m)

tt C

Q0 (KN)

Ntt

g = 0,30,7(

2

9 2

4 , 2 4 ,

tt B

Q0 (KN)

tt C

N0 (KN) tt

C

M0 (KN.m)

tt C

Q0 (KN)-6622,369 486,9 -172,5 - 6511,369 265,1 -26,2

* Tải trọng của tờng, dầm giằng, cột tác dụng xuống móng trục C2(lấy cùng tổhợp COMB11)

tt t

tt g

tt c tt

tt

N N N N

tt g

tt c tt

tt

N N N N

tt B

Q0 (KN)

tt C

N0 (KN) tt

C

M0 (KN.m)

tt C

Q0 (KN)

- 6511,369 265,1 -26,2 -6622,369 486,9 -172,5

- Do tải trọng tác dụng lên khung K2 đối xứng, khi tổ hợp nội lực có xét đến

thành phần gió trái và gió phải

Vậy điểm đặt lực của móng hợp khối M1 ta đa về tâm O của cột trục (B2-C2)

để tính toán cho móng hợp khối M2 ta chọn một cặp nội lực tổ hợp (COMB10)

SVTH : dơng khắc cờng Phần móng

- T¶i träng tÝnh to¸n t¹i ®iÓm O lµ:

738 , 13133

tt tc

15 , 1

61 , 586





n

M M

tt tc

15 , 1

7 , 198

tt tc

738 , 13133 '

.

p

N F

tb tt

Sè lîng cäc s¬ bé:

19 , 33

89 , 732

094 , 141165

1075 1600 2125 2650 6000

2650 2125 1600 1075

525 I

12 6

11 10

5

22 14

8 2

15 9

2 2

2 2

max min

max,

55 , 0 4 075 , 1 4 6 , 1 4 125 , 2 4 65 , 2 4

65 , 2 855 , 854 22

22 , 14208

tt tt

x

x M n

N P

Thoả mãn điều kiện áp lực max truyền xuống cọc dãy biên

Pmintt = 609,422 KN > 0 nên không phải kiểm tra điều kiện chống nhổ

7.3 Kiểm tra nền móng cọc theo điều kiện biến dạng :

Độ lún của nền móng cọc đợc tính theo độ lún nền của khối móng quy ớc có mặtcắt là abcd Trong đó : 4 , 49 0

tb

 (Tính ở móng M1) Chiều dài của đáy khối quy ớc

LM = L+ 2  H’  tg = 5,65+ 2  26,75 tg4,490 = 9,85 m

Bề rộng của đáy khối quy ớc

SVTH : dơng khắc cờng Phần móng

BM = B + 2  H’  tg = 3,35 + 2  26,75  tg4,490 = 7,55 m

Trọng lợng của khối quy ớc trong phạm vi từ đế đài trở lên có thể xác định theo công thức:

N1tc = LM  BM  h  tb = 9,85 x7,55 x 2,2 20 = 3272,17KN

Trọng lợng lớp đất trong phạm vi từ đế đài trở xuống:

Trọng lợng lớp sét pha trừ đi trọng lợng của đất bị cọc chiếm chỗ:

208 , 5365



 áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối quy ớc :

) 55 , 7

162 , 0 6 1 ( 55 , 7 85 , 9

376 , 33087 6

1

min

M

tc u q tc

tc

L

e L

B

N N

ứng suất bản thân tại đáy lớp cát hạt nhỏ: 4bt = 3bt + 6,99,49 = 257,171 Kpa.ứng suất bản thân tại đáy khối quy ớc: bt = 4bt + 1,5 9,88 = 271,991Kpa.ứng suất gây lún tại đáy khối quy ớc: tc bt

tb

gl

 0   = 444,916 – 271,991 = 172,925 KN

Chia đất dới nền thành các khối bằng nhau:

hi  1 , 887

4

55 , 7

925 , 172 35200

51 , 1 8

Vậy độ lún tuyệt đối của móng là đảm bảo

* Kiểm tra độ lún lệch tơng đối móng trục D2 với móng trục (B2-C2):

001 , 0 00099

, 0 991

19 , 1 18 , 2

2 ) 2 2



800

16,8 35,1

301,828 286,909

5

316,474

167,737

172,925 1

3

2

144,92 115,168 257,171

4

C¸t pha

3

2

SÐt pha

800

a

7.4 Tính toán độ bền và cấu tạo đài cọc:

Dùng bê tông 300# có Rn = 13000 KPa, Rk=1000 KPa

Thép chịu lực AIII có Ra = 360000 KPa

*Xác định chiều cao đài cọc theo điều kiện đâm thủng :

Vẽ tháp đâm thủng nghiêng góc 450 theo phơng thẳng đứng từ mép cột ở đỉnh

đài thì thấy tháp chọc thủng trùm ra ngoài trục các cọc dãy biên Nh vậy ta

không phải kiểm tra điều kiện đâm thủng cho đài cọc

SVTH : dơng khắc cờng Phần móng

525 800

p e P f p g p h

525 525

19

525

800 1

18 13 7

525 I

12 6

11 10

5

22 14

8 2

15 9

550 525 525 1075 1600 2125 2650 6000

2650 2125 1600 1075

2980 2400

I

*Tính toán mômen và đặt thép cho đài cọc :

-Tính toán cốt thép chịu mômen uốn cho đài:

+ Tải trọng:

2 2

2 2

2 2

max 0

12

6

55,04075,146,14125,2465,24

65,2855,85422

738,13133

tt

x

x M n

N P

P

KN

582 , 560 225

, 62

365 , 2265 988

,



KN x

x M n

N P

P

i i tt c

tt

794 , 567 225

, 62

125 , 2 855 , 854 988 , 596

.

0 18



KN x

x M n

N P

P

i i tt c

tt

006 , 575 225

, 62

6 , 1 885 , 854 988 , 596

.

0 13



KN x

x M n

N P

P

i i tt c

tt

219 , 582 225

, 62

075 , 1 885 , 854 988 , 596

.

0 19



KN x

x M n

N P

P

i i tt c

tt

431 , 589 225

, 62

55 , 0 885 , 854 988 , 596

.

0 14



KN x

x M n

N P

P

i i tt c

tt

544 , 604 225

, 62

55 , 0 885 , 854 988 , 596

.

0 15



KN x

x M n

N P

P

i

tt c

tt

756 , 611 225

, 62

075 , 1 885 , 854 988

, 596

.

max 0

21



KN x

x M n

N P

P

i i tt c

tt

969 , 618 225

, 62

6 , 1 885 , 854 988 , 596

.

0 16



KN x

x M n

N P

P

i i tt c

tt

182 , 626 225

, 62

125 , 2 885 , 854 988 , 596

.

0 22



KN x

x M n

N P

P

i

tt c

tt

395 , 633 225

, 62

65 , 2 885 , 854 988 , 596

.

max 0

17



KN x

x M n

N P

P

i i tt c

tt

988 , 596

.

0 20

Mô men M và MI chạy máy bằng phần mềm Sap 2000 kết quả cho trong bảng

* Dựa vào biểu đồ mômen ta chọn M = 2400,9KNm để tính thép cho mặt dới

đài, MI = 279,48KNm để bố trí thép cho mặt trên đài

+ Tính thép cho mặt dới đài theo phơng cạnh dài:

4 4

0

75 , 61 10

36 ) 15 , 0 35 , 1 ( 9 , 0

10 9 , 2400

- Chiều dài mỗi thanh là:

62 , 3

4 0

10 36 ) 15 , 0 35 , 1 ( 9 , 0

10 48 , 279

9

,

M F

2

5 , 0 5 ,

36 ) 2

018 , 0 2 , 1 ( 9 , 0

10 73 , 4680

9

92 , 5