Thiết kế móng bê tông cốt thép dưới cột của nhà dân dụng hoặc công nghiệp

Nhiệm vụ: Thiết kế móng bêtông cốt thép dưới cột của nhà dân dụng hoặc công nghiệp cho ba phương án sau: - Móng nông trên nền thiên nhiên hoặc trên nền nhân tạo... Căn cứ vào điều kiện

BÀI TẬP LỚN: NỀN VÀ MÓNG PHẦN MỘT: NHIỆM VỤ THIẾT KẾ VÀ SỐ LIỆU XUẤT PHÁT

1 Nhiệm vụ: Thiết kế móng bêtông cốt thép dưới cột của nhà dân dụng hoặc công

nghiệp cho ba phương án sau:

- Móng nông trên nền thiên nhiên hoặc trên nền nhân tạo

Độ

ẩm giới hạnchảyWL(%)

Độ

ẩm giới hạn dẻoWP(%)

Hệ sốthấm K(m/s)

Gócnộimasát

II

ϕ(O)

Lựcdínhđơn

vị CII(Kpa)

Hệ số néna1(m2/kN)

Môđunbiếndạngtổngquát E(Kpa)

8 18,0 26,8 27,5 37

23

2,6.10-8 1

4 17 0,00016 8000

11 19,2 26,5 23 24 18 2,1.10-7 18 25 0,00009 14000

3,5.10-4

3

0,00004

40000

Bảng 2: Các đặc trưng cơ lí của đất

b, Sơ đồ công trình:

Đại

lượng

Kíchthướccột(cm)

Lựcđứng(Ntc, T)

Mômen(Mtc,T.m)

LựcNgang(Htc, T)

Chiều sâuchôn móng(m)

Hệ sốvượt tải

Căn cứ vào điều kiện địa chất công trình , tải trọng và đặc điểm công trình ta chọn ra

PHƯƠNG ÁN 1: THIẾT KẾ MÓNG TRÊN NỀN NHÂN TẠO

1 Sơ bộ kích thước đáy móng:

Căn cứ vào điều kiện địa chất công trình, tải trọng và đặc điểm công trình tachọn giải pháp móng đơn bê tông cốt thép trên nền thiên nhiên Làm lớp bêtông lótmác 75 vữa ximăng cát dày 10cm dưới đáy móng.

Cho độ sâu chon móng h = 3 m kể đến đáy lớp bê tông lót Dùng cát đệm hạtthô vừa làm đệm, đầm đến độ chặt trung bình Tra bảng TCXD 45 – 78 , cường độtính toán quy ước của cát làm đệm : R0 = 400 KPa Cường độ này ứng với b1 = 1 m, h1 = 2 m Ở đây h = 3 m , giả thiết b = 1,5 m Cường độ tính toán của cát tínhtheo công thức tính đổi của quy phạm

= 54,55 + 18,2.1 +19.1 = 91,75 KPa

= 91,75 + 257,678= 349,428 KPa < Rđy=488,568 KPa

Như vậy chiều cao đệm cát thỏa mãn điều kiện áp lực lên lớp đất yếu tại đáy đệm cát

2.KiÓm tra kích thước sơ bộ đáy móng theo điều kiện biến dạng:

Tra bảng quy phạm với cát thô vừa , chặt vừa được E = 35000 KPa

Móng có b<10m, nền đất có chiều dày lớn Ta tính theo phương pháp cộng lúncác lớp phân tố

Áp dụng phương pháp cộng lún từng lớp để tính lún cho nền đất đã chọn Chia

thành từng lớp phân tố có chiều dày

4, 2 1,05

σ

bt z KPa

∑ =

Bảng 4: Ứng suất gây lún và ứng suất bản thân của nền đất

Hình 2: Biểu đồ ứng suất gây lún và ứng suất bản than của nền đất

Tại độ sâu điểm 17, sâu 8,5m kể từ đáy móng có 12

Khi tính toán độ bền của móng ta dùng tổ hợp bất lợi nhất trọng lượng của móng và đất trên các bậc không làm cho móng bị uốn và không gây ra đâm thủng móng nên không kể đến

ltr: cạnh trên của móng khi tính theo chiều cao làm việc toàn phần củamóng:ltr=lc=0,75m

Rn=11500(KN/m2)

Làm lớp bêtông lót dày 10cm, vữa ximăng cát mác75, lớp bảo vệ cốt thép lấybằng 0,035(m)

Vậy : hm=ho +a’=1,674 +0,035 =1,709(m)

Lấy chiều cao móng hm = 1,8 m

Chiều cao làm việc của móng ho = hm – a’ = 1,8 – 0,035 = 1,765 m

Dùng móng vát như hình vẽ bên

Hình 3 : Tính toán móng theo đâm thủng

* Kiểm tra chiều cao làm việc theo điều kiện đâm thủng:

Vẽ tháp đâm thủng ta có diện tích gạch chéo ngoài đáy tháo đâm thủng ở phía có áplực ax

Áp lực tính toán trung bình tại phạm vi diện tích gây chọc thủng:

Chiều dài của mỗi thanh thép là: 5000-2.35=4930 (mm)

Khoảng cách giữa 2 trục cốt thép cách nhau là: a = 0,295m

M«men uèn quanh ngµm II-II:

FaII = = = 7,81.10-3 m2 = 78,1 cm2

Chọn 16φ

25, có FaII=78,53 (cm2)

Chiều dài của mỗi thanh thép là: 4200-2.35= 4130 (mm)

Khoảng cách giữa 2 trục cốt thép cách nhau là: a = 0,328 m

Hình 4 : Bố trí cố thép

PHƯƠNG ÁN 2: THIẾT KẾ MÓNG CỌC ĐÀI THẤP

1. Đề xuất phương án móng và đài cọc:

Qua lát cắt địa chất,ta sẽ cắm cọc vào lớp 3 là cát hạt bụi

Đặt đài cọc vào lớp 2 có độ sâu hđ=2 m

Làm lớp bêtông lót vữa ximăng cát mác50, dày 10cm

Dựng cọc 30x30cm dài 24m, thộp chịu lực gồm 8φ

20 AII, bờ tụng mỏc 200,đầu cọc

có mặt bích bằng thép Cọc đợc hạ xuống bằng búa diezel không khoan dẫn

Vì móng chịu mô men khá lớn nên ta ngàm cọc vào đài bằng cách hàn vào mặt bích

đầu cọc 4 đoạn thép 4φ

20AII mỗi đoạn dài 50cm và ngàm đầu cọc vào đài 10cm

2 Xỏc định sức chịu tải của cọc:

* Theo độ bền của vật liệu làm cọc:

Công thức tính toán độ bền vật liệu làm cọc:

Pv = ϕ(Rb.Fb + Ra.Fa)

Trong đó:

ϕ = 1 : Hệ số uốn dọc của cọc

Rb=9000(KN/m2): cường độ chịu nộn giới hạn của bờtụng

Ra=280000(KN/m2) :cường độ chịu nộn giới hạn của cốt thộp

* Theo điều kiện đất nền:

Chõn cọc tỡ lờn lớp cỏt hạt bụi nờn cọc làm việc theo sơ đồ cọc ma sỏt:

Sức chịu tải của cọc theo điều kiện đất nền xỏc định theo cụng thức sau:

Pđ= m(mRRF + 1

n

fi i i i

u m f h

=

∑

) Chia đất nền thành cỏc lớp đất đồng nhất như trong hỡnh vẽ (chiều dày lớp đất ≤2m)H=26m

R=1950(KN/m2)

li: chiều dài lớp đất thứ I tiếp xỳc với cọc

fi:cường độ tính toán của thứ I theo mặt xung quanh cọc

mr,mfi: hệ số điều kiện làm việc của đất nền, kể đến ảnh hưởng của phương phápthi công cọc đối với cường độ tính toán của đất dưới mũi cọc và xung quanh cọc Tra bảng: mr=1, mfi=1

Bảng 5: Xác định sức chịu tải của cọc

Hình 5 : Sơ đồ xác định sức chịu tải của cọc

Tổng fi.li

=24,425+27,575+58+64+67+69,6+72,8+76+78,4+80,8+83,2+85,6+88,8=876,2Vậy: Pd=1.(1.1950.0.3.0,3+0,3.4 876,2)=1226,940(KN)

Ta cú sức chịu tải của cọc theo đất nền là:

P’đ = = =876,386 KN < Pv = 1491,023 KN

Vậy ta lấy P’đ để đa vào tính toán

3 Xỏc đinh số lượng cọc trong múng:

Áp lực tớnh toỏn giả định tỏc dụng lờn đế đài do phản lực đầu cọc gõy ra:

Thỏa mãn diều kiện lức truyền xuống dãy biên

Ta có: = 695,876 KPa > 0 nên không phải kiểm tra theo điều kiện chống nhổ

n

1 i

i i tb

tb

h

h

;

4

φφ

φ

α

4 Kiểm tra nền móng cọc ma sát theo điều kiện biến dạng: Độ lún của nền móng cọc được tính theo đọ lún của nền khối móng quy ước abcd:

.2.12 = 54 KNTrọng lượng khối quy ước trong phạm vi lớp cát hạt trung:

N2tc = (9,081 8,181.22 – 22.0,3.0,3.12).19= 30602,474 KNTrọng lượng 9 đoạn cọc trong phạm vi lớp cát hạt bụi:

.22.12 = 594 KNTrọng lượng khối móng quy ước:

= 2977,666 + 2664,904 + 30602,474 + 594 + 54 = 36893,044 KN

Trị tiêu chuẩn lực dọc xác định đén đáy khối quy ước:

= = 7000 + 36893,044 = 43893,044 KNMômen tiêu chuẩn tương ứng trọng tâm đáy khối quy ước:

= = 300 + 360.28 = 10380 KN.m

Độ lệch tâm:

e = = = 0,236 m

Áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối quy ước:

m2 =1,0: công trình không thuộc loại tuyệt đối cứng

Với ϕII = 30 o , nội suy bảng tra theo ϕII được A,B,D : các hàm số sức chịu tải :

A= 1,15 , B= 5,59 , D= 7,95

= =18,875N/m3

RM = (1,1 1,15 8,181.18,2 +1,1.25,5.18,875.5,59+3.7,95.0) = 4407,118 KPa

1,2RM = 5288,542 KPa

Kiểm tra điều kiện:

Ptc max ≤ 1,2RM  682,947 KPa < 5288,542 KPa

-Tại đáy lớp đất sét:

Pbt z=0,5 = 0,5.18,1= 9,05(KPa) -Tại đáy lớp cát pha:

Pbt z=0,5+3,5 = 9,05+3,5.18,2 = 72,75(KPa)

Áp lực bản thân tại đáy khối quy ước:

Ptb = 72,75+ 22.19 = 490,750 (KPa) Ứng xuất gây lún ở đáy khối quy ước:

= Ptc tb -P tb = 590,820 -490,750 = 100,070 KPa

Chia đất nền dưới đáy khối quy ước thành các lớp bằng nhau và bằng

σ

bt z KPa

i E KPa S m i( )

Hình 7 : Sơ đồ tải trọng quy ước Giới hạn của nền lấy đến điểm 1 ở độ sâu 4,6362 m kể từ đáy khối quy ước.

Như vậy điều kiện S<Sgh thỏa mãn.

Trong phạm vi các móng thuộc dãy này , điều kiện địa chất của đất dưới cácmóng ít thay đổi , tải trọng căn bản giống nhau do vậy độ lún lệch tương đối giữacác móng trong dãy này sẽ đảm bảo không vượt quá giới hạn cho phép còn độ lúnlệch tương đối giữa các móng dãy này và các móng thuộc dãy khác sẽ kiểm tra khithiết kế móng cho dãy cột khác

5, Tính toán độ bền và cấu tạo đài cọc

a)Tính toán chiều cao đài chống chọc thủng

Dùng bê tông mác 200, Rn=9000(KPa), Rk=750(KPa)

* Mômen tương ứng quanh ngàm I-I:

MI=r1.(P4+P8+P12)

Ở đây: P4= P8=P12=Pmax=820,320 (KN)

→MI=0,975.3 820,320=2399,436(KNm)Diện tích cốt thép để chịu mômen MI:

FaI = = = 0,007053m2, = 70,53 cm2

Chọn 19φ

22, FaI=72,22 (cm2)

Chiều dài mỗi thanh thép là: 3200-2.35=3130 (mm)

Khoảng cách giữa 2 tim cốt thép cạnh nhau: a=0,135m

* Mômen tương ứng quanh ngàm II-II:

P4=Pmax= 820,320(KN),P3= 753,237(KN),P2= 700,736(KN), P1=Pmin=633,653 (KN)

Chiều dài mỗi thanh thép là: 2300-2.35= 2230 (mm)

Khoảng cách giữa 2 tim cốt thép cạnh nhau: a=0,184m

Hình 9 : Bố trí cốt thép