thiết kế nền móng cho một công trình xây dựng theo các số liệu cho theo sơ đồ 1.DOC

II.Nghiên cứu phương án: Do yêu cầu thiết kế đối với công trình dân dụng,nhà làm việc nên ta có thể thiết kế và tính toán nền móng theo các phương án sau: 1.. Phương án 1: Thiêt kế và tí

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN NỀN MÓNG

ĐỀ BÀI : THIẾT KẾ NỀN MÓNG CHO MỘT CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

THEO CÁC SỐ LIỆU

1.Sơ đồ mặt bằng : SƠ ĐỒ 1

2.Kích thước cột: 30 x 40 (cm2)

3.Tải trọng tính toán:

TẢI TRỌNG CỘT GIỮAN(t) M(tm) Q(t) CỘT BIÊNN(t) M(tm) Q(t)

Dungtrọng

(g/cm3)

Độ ẩmtựnhiên

Giớihạnnhão

Giớihạndẻo

6000

6000

3500

600020

w(%) wnh(%) wd(%)

PHẦN 1: ĐÁNH GIÁ VÀ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG ÁN

I Đánh giá tình hình nền đất:

1 Lớp 1: Đất á sét

Chỉ số dẻo: A = wnh − wd =25-17 =8

Chỉ số sệt: = − =

A

w w

8

17

28− = > => Đất á sét nhão

746,0

68,2.28.01,0 01,0

0

ε

w G

G1=1,005 >0,8 => Đất á sét ở trạng thái no nước

2.Lớp 2: Đất á cát

Chỉ số dẻo: A=w nh −w d = 25-20 = 5

Chỉ số sệt: = − =

A

w w

5

20

22− = 0,4 0,25< B < 0,5 => Đất á cát ở trạng thái dẻo

Độ bảo hòa nước: = ∆ =

0 1

01,0ε

w

658,0

65,2.22.01,

G1=0,88 >0,8 => Đất á cát ở trạng thái no nước

3.Lớp 3: Đất á sét

Chỉ số dẻo: A = wnh − wd =22 - 14 =8

Chỉ số sệt: = − =

A

w w

8

14

18− = => Đất á sét ở trạng thái dẻo cứng

Độ bảo hòa nước: = ∆ =

0 1

01,0ε

w

607,0

67,2.18.01,

G1=0,79 < 0,8 => Đất á sét ở trạng thái rất ẩm

• Nhận xét: Lớp đất đầu tiên ở trạng thái no nước, có nhiều trạng thái vật lý tương đối tốt.Do đó có thể làm đất nền thiên thiên cho các công trình xây dựng

II.Nghiên cứu phương án: Do yêu cầu thiết kế đối với công trình dân dụng,nhà làm việc nên ta có thể thiết kế và tính toán nền móng theo các phương án sau:

1 Phương án 1: Thiêt kế và tính toán móng nông bằng bê tông cốt thép (loại móng đơn)-Thiết kế và tính toán móng cho cột giữa

-Thiết kế và tính toán móng cho cột biên (lệch tâm)

2 Phương án 2: Thiết kế và tính toán móng cọc đài thấp bao gồm:

-Thiết kế và tính toán móng cho cột giữa

-Thiết kế và tính toán móng cho cột biên

*PHẦN 2: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN.

PHƯƠNG ÁN 1: MÓNG NÔNG.

I.Thiết kế và tính toán móng nông cho cột giữa:

1.Chọn vật liệu làm móng:

-Bê tông mác 200 có:Rn= 90 (Kg/cm2) ; Rk=7,5 (Kg/cm2)

-Cốt thép AII có: Ra=2400 (Kg/cm2)

2.Chọn chiều sâu chôn móng: Chọn sơ bộ chiều sâu chôn móng hm=2,5 m , đảm bảo cáchmực nước ngầm không nhỏ hơn 0,5 m.Móng nằm trong lớp á sét có: t/c = 200;

ct/c= 0,2(Kg/cm2)=2(T/m2)

3.Sơ bộ chọn kích thước móng :

Sơ bộ chọn chiều rộng móng b=2,0 m để tính cường độ tính toán của nền đất :

m

tc m A b B h D c

R = ( − ).γ +

Trong đó A,B,D là các hệ số phụ thuộc vào t/c.

Tra bảng ta có :A=0,51;B=3,06;D=5,66;Lấy hệ số điều kiện làm việc :m=1

 Rtc=1(0,51.2,0+3,06.2,5).1,95+5,66.2=28,226(T/m2)

Từ điều kiện:

m tb tc

tc h R

N F

.γ

tt

2,1

2,

5,2.2226

Tức là phải chọn kích thước móng đảm bảo điều kiện:F = a b ≥3,272(m2)

-Xác định b theo phương trình : b3+K1b2-K2=0.(1)

C M h

Với M1,M2,M3 là các hệ số phụ thuộc :t/c = 200.Tra bảng

có:M1=5,91;M2=10,99;M3=1,942;= =1,2

b

a

Vì tính toán theo trạng thái giới hạn thứ 2,nên ta dùng tổ hợp cơ bản với tải trọng

tiêu chuẩn.Ta có: = =

n

N

N tc tt 76

2,1

2,

2,

= =

n

M M

tt

2,1

4,

95,1

2.942,195,1

2.99,105,2.91,

K2= 63,073

95,1.2,1.1

76.942,

Thay K1, K2 vào phương trình (1) có: b3+21,067.b2 −63,073=0

Giải phương trình trên ta có:b= 1,97 (m);=>chọn b=2,0(m) =>a=2,0.1,2=2,4(m)

F

m tb

tc d

mã, min = +γ ± 0

σTrong đó: F=a.b=2.2,4=4,8(m2) ;tb=2(T/m2).; hm=2,5 m ;

4,2.0,

5,45,2.28,4

5,45,2.28,4

Vậy điều kiện về áp lực được thõa mãn khi chọn sơ bộ :F=a.b=2.2,4=4,8(m2)

5.Kiễm tra về độ lún của móng theo trạng thái giới hạn thứ 2:

Tính lún theo phương pháp cộng lún từng lớp:

d m i i

zi =γ.h +∑γ .h

σ

trong đó : hI là chiều dày lớp phân tố thứ i

I là dung trọng lớp đất thứ I (Nếu lớp đất trong mưc nước ngầm thì dùng

dncủa lớp đất đó)

658,01

)165,2.(

)167,2.(

gl k σ

σ = 0 Với k0 la ìhệ số phụ thuộc vào tỷ số α

b

a

= và

b z ;ở đây z là độ sâu kể từ đáy móng

của các lớp đất thứ

Lập bảng tính toán và vẽ biểu đồ: Bảng 1

Tính độ lún:

Độ lún được xác định theo công thức sau: =∑ =∑ +− i

i

i i

S S

1

2 1

1 ε

ε

Trong đó :ε1i,ε2i được xác định bởi biểu đồ đường cong nén lún tương ứng với P1i,P2i

được xác định theo côngthức sau:

)(

0,5 0,5 0,5

4 5 3

7 6

0 1 2

4,8755,8505,870

7,860

6,368

7,3636,685

8,512

15,973

9,29612,13915,238

2,5883,4184,4726,038

*Kiểm tra độ lệch tâm:

2,1

tt

tc N

2,1

2,

n

h Q M M

tt tt

tc = + 5

,42

,

1

5,

M =

76

5,

4 = 0,0592 <

6

1 b = 6

1 2,0 = 3,33

6 Tính toán nền theo trạng thái giới hạn về cường độ:

Dùng tổ hợp bổ sung, trạng thái giới hạn:

B

x 2 2 1

γ2

1, γ

γ : trọng lượng thể tích của đất nền và của đất từ đáy móng trở lên:

γ = γ = 1,95 (T/m3)

hm: chiều sâu chân móng, hm = 2,5 (m)

x: tọa độ của điểm tính sức chịu tải: x=b/2=2/2=1(m)

σ = + 2.2,5 26,35

8,4

5,

N

.)

61(

5,102

5,2.1,2

08,0.61(8,4

5,

max

σ =30,62(T/m2) d

min

σ =22,08(T/m2)Vậy d =26,35< gh =67,162

N :Tổng tải trọng thẳng đứng tính toán tại đáy móng

f :Hệ số ma sát giữa móng và đất nền,lấy f =0,25

T :Tổng tải trọng ngang tính toán tt

m

tt tt

tt

h

M Q

5,2

31,

=

Vậy: tt tt

d f T

N > :Thỏa mãn điều kiệnổn định về trượt

• Kiểm tra điều kiện ổn định về lật: M giu >M lât

-Mgiu:Mô men của các lực so với tâm quay

5,1022

0,2.5,1022

lât M Q h

M = + =3+2,1.2,5=8,25(Tm)

=> M giu >M lât:Điều kiện ổn định về lật được thỏa mãn

7.Sơ bộ chọn chiều cao móng theo điều kiện cắt trực tiếp: k

căt

tt

R F

N ≤ => tt R k

h u

N ≤

Trong đó:R : cường độ chiệu cắt của vật liệu làm móng,có:

u=(ac+bc)2 :chu vi của cột tỳ lên móng,nên u=(0,3+0,4).2=1,4(cm)

h: chiều cao đế móng:

4,1.75

5,102

Vì làm móng bằng bê tông cốt thép nên cốt thép đủ chịu toàn bộ mô men uốn(vì dựa vào

mô men uốn để tính cốt thép) D o đó ta không cần kiểm tra chiều cao h theo điều kiện

mô men mà chỉ cần kiểm tra theo điều kiện chọc thủng

Điều kiện chọc thủng: P ct ≤0,75 R k.u tb.h

Trong đó: Pct:hiệu số giữa tải trọng thẳng đứng và phản lực nền

5,1025,

=> Pct < 0,75Rkutbh => điều kiện được thỏa mãn

8 Tính toán và bố trí cốt thép:

Trước hết ta tính các giá trị mômen theo hai tiết diện I-I,II-II

Ta xem móng được ngàm qua chân cột vuông góc với cạnh dài đế móng

MI-I = σtt tb.b.

8

)(a−a c 2 = 0,125

tb tt

σ (a - ac)2

MII-II = σtt tb.a.

8

)(b−b c 2 = 0,125

tb tt

N tt +

hay σttmax = σ đmax - hmγtb = 30,62-2.2,5=25,62(T/m2)

=> MI-I = 25,62.0,125.2,0.(2,4 - 0,4)2 = 25,62(Tm)

MII-II= 25,62.0,125.2,4(2,0-0,3)2 = 22,21(Tm)

Hai giá trị mô men trên dùng để tính toán cốt thép cho móng

*Tuy nhiên để biết chính xác các giá trị mô men tại tiết diện I-I,II-II ta tính như sau: Dựavào sơ đồ móng ta có: tt

tb,

σ I-I=(ttI-I+ttmax)/2Trong đó: ttmax=25,62(T/m2)

=> ttI-I= ttmin+

3

4,

1 (ttmax-ttmin)Mặt khác :ttmin=dmin-tb.hm=22,08 - 2.2,5=17,08(T/m2)

=>ttI-I=17,08+

3

4,

1 (25,62 - 17,08) = 22,06 (T/m2)Nên: tt

tb,

σ I-I= (22,06+25,62)/2=23,84(T/m2)Tương tự: tt

9,

=

h0:chiều cao làm việc của cốt thép,có h0=0,95(m)=95(cm)

Ra:cường độ của cốt thépAI,có Ra=2400(Kg/cm2)=24000(T/m2)

• Diện tích cốt thép đặt vuông góc với tiết diện I-I:

95.24000.9,0

9

,

0

10.21,

2000−

=

Với FaII=10,89(cm2) => Chọn 1112 : Fa=12,44(cm2)

Khoảng cách giữa 2 cốt thép liên tiếp: 230

10

50.2

=

tt mã

σ

I

0,3(m)

II2,0(m)

0,4(m)

II.Thiết kế và tính toán móng nông cho cột biên:

Tổ hợp cơ bản,tải trọng tiêu chuẩn ở mặt móng:

)(42,702

2,2

Tm

M tc = = ; 1,5( )

2,1

80,1

T

Q tc = =

1.Chọn vật liệu làm móng:Tương tự như đối với cột giữa

2.Xác định kích thước móng:

Chiều sâu chôn móng như đối với cột giữa:hm=2,5(m)

Kích thước móng:

Tương tự như đối với cột giữa: F=a.b=2,4.2,0=4,8(cm2)

m

tc m A b B h D c

R = ( − ).γ + Trong đó :A,B,D là các hệ số phụ thuộc vào t/c.=200

Tra bảng ta có :A=0,51;B=3,06;D=5,66; m=1;ctc=2(T/m2)

Rtc=1(0,51.2,0+3,06.2,5).1,95+5,66.2=28,227(T /m2)

Từ điều kiện:

m tb tc

tc

h R

N F

42,

Vậy kích thước móng đã chọn đảm bảo điều kiện:F=a.b≥3,217(m2)

3.Kiểm tra móng: σmaxtc ≤1,2R tc

400

3002000

1112 a=209

914 a=230 I

I

42,70

F

N

m tb

tc

a

e F

N

.).61(

a

N

h Q M

42,70

9,0.5,183,1

045 , 0 6 1 ( 8 , 4

42 , 70 min max,tc = ± +

.4.Kiểm tra điều kiện lún:

*Aïp lực gây lún: σgl = σ −tb γ hm =19,67 - 2.2,5=14,67(T/m2)

Vẽ biểu đồ ứng suất do trọng lượng bản thân đất và tải trọng gây ra :Ta chia nền đất thànhnhiều lớp phân tố có chiều dày

4

b

h i ≤ =0,5(m) =>chọn h i =0,5(m)a.Xác định ứng suất do trọng lượng bản thân đất gây ra:

zi = γ h + ∑ γ .h

σ

trong đó : hI là chiều dày lớp phân tố thứ i

I là dung trọng lớp đất thứ I (Nếu lớp đất trong mưc nước ngầm thì dùng

dncủa lớp đất đó)

658,01

)165,2.(

)167,2.(

Nên ta xem phạm vi nén lún kết thúc tại đây.

Tính độ lún: Độ lún được xác định theo công thức sau: = ∑ = ∑ + − i

i

i i

S S

1

2 1

ε ε

Trong đó :ε1i,ε2i được xác định bởi biểu đồ đường cong nén lún tương ứng với P1i,P2i

được xác định theo công thức sau:

).(

99,551 1,510 0,5

0,5 0,50,5 0,5

0,5 0,5

0,50,5

4 5 3

8 7 6

0 1 2

4,8755,8505,870

7,860

6,368

7,3636,685

8,5129,031

2,3763,1394,1085,560

9 0,5 0,9291 1,098 0,578 0,575 0,16 ∑S i =5,09(cm)5.Tính toán kiểm tra theo trạng thái giới hạn thứ nhất:

Tổ hợp bổ sung,tải trọng tính toán của móng như sau:

)(2,

87 T

N tt = ;Mtt = 4 , 60 ( Tm );Qtt = 1 , 60 ( T )Kiểm tra điều kiện sức chịu tải:

B

x 2 2 1

γ2

1, γ

γ : trọng lượng thể tích của đất nền và của đất từ đáy móng trở lên:

γ1 = γ 2 = 1,95 (T/m3)

Ctc: lực dính đơn vị của nền, Ctc = 2 (T/m2)

hm: chiều sâu chân móng, hm = 2,5 (m)

x: tọa độ của điểm tính sức chịu tải: x=b=2 (m)

2,87

=+

N

.)

61(

min

tt tt

a

N

h Q M

2,87

9,0.6,16,

0693,0.61(8,4

2,

max

σ = 26,31(T/m2) d

min

σ =20,02(T/m2)Vậy d =23,165< gh =73,324

σmind =20,02>0

σmaxd =26,31<1,2R gh =88(T/m2)

• Kiểm tra ổn định về trượt:

Để đảm bảo móng khỏi bị trượt theo mặt đáy móng ,phải thỏa mãn điều kiện sau:

N :Tổng tải trọng thẳng đứng tính toán tại đáy móng

f :Hệ số ma sát giữa móng và đất nền,lấy f =0,25

T :Tổng tải trọng ngang tính toán : tt T tt =Q tt =1,60(T)

• Kiểm tra điều kiện ổn định về lật: = ≥1,2

lât

giu M

M k giu

M :Mô men của các lực so với tâm quay

2

4,02

4,2(2,87)22

giu

a a N

2,

k => Điều kiện ổn định về lật được thỏa mãn

6.Xác định chiều cao đế móng:

Ta có điều kiện : k

căt

tt R F

N ≤ => tt R k

h u

N ≤

Trong đó:Rk : cường độ chịu cắt của vật liệu làm móng,có:

R k=7,5(Kg/cm2 ) =75(T/m2)

u=(ac+bc)2 :chu vi của cột tỳ lên móng,nên u=(0,3+0,4).2=1,4(cm)

h: chiều cao đế móng:

75.4,1

2,87

ho=h - a=1- 0,05=0,95(m)

Vì làm móng bằng bê tông cốt thép nên cốt thép đủ chịu toàn bộ mô men uốn(vì dựa vào

mô men uốn để tính cốt thép) D o đó ta không cần kiểm tra chiều cao h theo điều kiện

mô men mà chỉ cần kiểm tra theo điều kiện chọc thủng

Điều kiện chọc thủng: P ct ≤0,75 Rk utb h

Trong đó: Pct:hiệu số giữa tải trọng thẳng đứng và phản lực nền

2,

m T F

N tt tt

2,872,

=> Pct < 0,75Rkutbh => điều kiện được thỏa mãn

7 Tính toán và bố trí cốt thép:

Trước hết ta tính các giá trị mômen theo hai tiết diện I-I,II-II

Ta xem móng được ngàm qua chân cột vuông góc với cạnh dài đế móng

*Tại thiết diện I-I: MI-I = σtbI.b.

8

)(a−a c 2 = 0,125 σ tb(a - ac)2

Ta có: σttmax= (1 6 )

a

e F

2

tt tt

)

c b b a b

b− −

2

02,1531,262

2 min

tt tt

=

+

=+σσ

2

3,00,2.(

4,2)

3,00,2.(

665,

*Tính toán cốt thép:

Diện tích cốt thép:

a a

R h

M F

9,

10.59,

10.666,

σ

tt

min

σ

Khoảng cách giữa 2 cốt thép liên tiếp:

8

5.2

200−

=

Với FaII=34,92(cm2) => Chọn 2314 : Fa=35,39(cm2)

Khoảng cách giữa 2 cốt thép liên tiếp: 10,4( )

22

5.2240

cm

a= − =

PHƯƠNG ÁN 2: THIẾT KẾ MÓNG CỌC ĐÀI THẤP

I.Thiết kế và tính toán móng giữa:

1.Chọn vật liệu làm móng:

-Bê tông mác 200: Rn=90(Kg/cm2);Rk=7,5(Kg/cm2)

-Cốt thép ÁII có: Ra=2400(Kg/cm2)=24000(T/m2)

-Cọc bê tông cốt thép hình lăng trụ,có thiết diện F=25.25=625(cm2)

-Chiều dài cọc: L=8(m)

-Dùng 412 làm cốt dọc ,có diện tích Fa=4,25(cm2)

Cọc vào đài 500(mm),trong đó:phần thép nhô ra là 350(mm)ì; phần thân cọc là 150(mm)

Cọc ma sát hạ bằng búa thường

Chọn chiều sâu chôn móng hm=1,0(m) cách mực nước ngầm 2(m) nằm trong lớp đất thứ nhất :lớp á sét

2.Xác định sức chịu tải của cọc:

a.Theo vật liệu làm móng cọc:

Móng cọc bê tông cốt thép có sức chịu tải theo phương dọc trục của cọc là:

Pvl = ϕ ( R bFb + R aFa)

Trong đó: :hệ số uốn dọc,lấy =1

Ra,Rb: cường độ chịu nén của bê tông và cốt thép (Rb=900T/m2)

Fb,Fa:diện tích thiết diện của bê tông và cốt thép dọc

n

i i i

n tc

m:hệ số điều kiện làm việc Với số cọc từ 1-5 lấy m=0,85

Đối với cọc đóng ta có:α1 =α2 =α3 =1

u:chu vi tiết diện:u=2.(0,25+0,25)=1(m)

i

τ :lực ma sát giới hạn đơn vị trung bình của mổi lớp đất,phụ thuộc loại đất,tính chất của đất và chiều sâu trung bình của mổi lớp đất

i

l :chiều dày của mổi lớp đất mà cọc đi qua

diện tích tiết diện cọc F=625(cm2)

n:số lớp trong phạm vi chiều dài cọc.n=3

Ri:cường độ trung bình của lớp đất ,phụ thuộc vào loại đất vàchièu sâu mủi cọc.Nền đất được chia thành các lớp nhỏ đồng nhất có chiều dày l i ≤2 m( ).(như hình vẽ)

3.Xác định kích thước sơ bộ của đế đài:

Aïp lực tính toán giả định tác dụng lên đế đài do phản lực đầu cọcgây ra:

)25,0.3(

44,32)

3(

2 2

5,102

2

m h

N F

m tb tt

4.Xác định số lượng cọc và bố trí cọc trong móng:

Số lượng cọc trong móng sơ bộ được xác định theo công thức:

coc

tt P

P sức chịu tải tính toán

của mổi cọc P coc =P=32,44(T)

1,5(m)

3,75(m)

9(m)5(m)

2,25(m)

6,5(m)

8,25(m)

1,6(m)0,1(m)

1,5(m)1(m)0,7(m)

250250

400

300

β hệ số kinh nghiệm kể đến ảnh hưởng của tải trọng ngang vàmômen,lấy β =1,1

=>

coc

tt P

N

n=β.∑

44,32

8,108.1,

=>chọn n=4(cọc)

Sơ đồ bố trí cọc:

5.Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc:

Tải trọng tác dụng lên cọc chịu nén nhiều nhất nên kiểm tra theo điều kiện :

n

x

x M n

N P

1 2

Q M

M tt y = tt + tt = + =

xmax:khoảng cách lớn nhất từ trọng tâm hàng cột đến trục y

xmax=1000/2=500(mm)=0,5(m)n:số cọc trong móng ,n=4

xI:khoảng cách từ trọng tâm cọc i đến trục y,có:

x1 =x2 =x3 = x4 =0,5(m) =>∑x i2 =4.0,52 =1(m2)

=> 30,17( ) 32,44( )

1

5,0.94,54

8,108

8,108

P n

Vậy cọc đủ khả năng chịu tải trọng và không cần kiểm tra cường độ chịu cắt

6.Kiểm tra nền móng theo điều kiện biến dạng:

Độ lún của nền móng cọc được tính theo độ lún của nền khối móng qui ước có mặt cắt làabcd

h h

h

315,215

,35,26,1

20.5,324.5,220.6,1

3 2 1

3 3 2 2 1

++

++

=+

+

++

=

αChiều dài của đáy khối móng qui ước:

( Móng qui ước là phần gạch chéo) H=7,5m

25,0

25,0

2

Chiều cao khối móng qui ước :HM=9(m)

Xác định trọng lượng của khối móng qui ước:

Trong phạm vi từ đế đài trở lên:

N1tc =L M.B M.h.γtb =2,65.2,65.1,4.2=19,66(T)

Trọng lượng lớp á sét từ đế đài đến hết lớp 1(trừ thể tích đất bị cọc chiến chổ)

N1tc' =(2,65.2,65.1,6−1,6.0,25.0,25.4).1,95=21,13(T)

Trị tiêu chuẩn trọng lượng cọc 25x25(cm) dài 8(m) là:8.0,25.0,25=1,25(T)

Trọng lượng của cọc trong phạm vi lớp á sét đến lớp 1là: 1,6.4 1( )

8

25,1

5,

1,22,1

33,8

025,

0815,0.61(65,2.65,2

8,208)

.61.(

, min

M M

M

tc u q

tc tc

L

e B

L

N N

σ

)/(22,

σ

)/(24,

σ