ĐỀ tài NHÀ GA HÀNH KHÁCH – CẢNG HÀNG KHÔNG ĐỒNG hới PHẦN nền MÓNG

TÍNH PHẢN LỰC CHÂN CỘTBẰNG CHƯƠNG TRÌNH SAP2000Khi tính toán phần kết cấu phía trên TCVN cho phép được coi như các cộtđược ngàm tại đỉnh móng và phản lực ở chân cột sẽ được dùng để tính

Mục lục

PH N N N MÓNGẦN NỀN MÓNG ỀN MÓNG

I Đánh giá đặc điểm công trình 1

II Đánh giá điều kiện địa chất công trình 2

1 Địa tầng .2

2 Bảng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất 2

3 Đánh giá địa chất từng lớp đất 4

III Lựa chọn giải pháp nền móng 4

1 Phương án móng 5

2 Giải pháp mặt bằng móng 5

IV Thiết kế móng M1 cột trục G8 6

4.1 Xác định nội lực tính toán tại đỉnh móng: 6

4.2 Xác định sức chịu tải của cọc 6

4.3 Xác định số lượng và bố trí cọc 7

4.4 Kiểm tra cọc theo điều kiện cường độ 8

4.5 Kiểm tra móng cọc theo điều kiện biến dạng: 9

4.6 Tính toán độ bền và cấu tạo đài cọc: 11

V Thiết kế Móng cột trục F8 14

5.1 Xác định nội lực tính toán tại đỉnh móng 14

5.2 Xác định sức chịu tải của cọc đơn: 14

5.3 Xác định số lượng và bố trí cọc 14

5.4 Kiểm tra cọc theo điều kiện cường độ 15

5.5 Kiểm tra móng cọc theo điều kiện biến dạng: 16

5.6 Tính toán độ bền và cấu tạo đài cọc 19

TÍNH PHẢN LỰC CHÂN CỘTBẰNG CHƯƠNG TRÌNH SAP2000Khi tính toán phần kết cấu phía trên TCVN cho phép được coi như các cộtđược ngàm tại đỉnh móng và phản lực ở chân cột sẽ được dùng để tính cho móngtương ứng

Sau đây là hình vẽ minh hoạ hệ kết cấu được khai báo để tính toán

Hình 1 Sơ đồ tính toán khung K4 trong SAP2000

Phản lực chân cột được xác định và trình bày trong “Bảng tổ hợp nội lực cột”

I ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM CÔNG TRÌNH

Nhà ga hành khách cảng hàng không Đồng Hới có mặt bằng hình chữ nhậtvới 2 đơn nguyên Tổng kích mặt bằng là 43.265.42 m Hệ thống kết cấu đỡ máigồm 33 cột Các cột thuộc phần khung bêtông cốt thép gồm 22 cột có kích thướctiết diện 0.3x0.6m Cột liên kết khớp với kết cấu mái không gian bên trên Côngtrình gồm 2 tầng, một phòng chờ diện tích lớn đặt ở tầng 2, và các phòng dịch vụđặt ở tầng 1 Hệ thống kết cấu gồm các khung BTCT liên kết với các dầm dọcBTCT tạo thành các hệ khung không gian Kết cấu của công trình là hệ khungBTCT và hệ dầm sàn BTCT đổ toàn khối Cao trình đỉnh mái + 14.8 m Hệ dầmgiằng móng với ý nghĩa và tác dụng của nó sẽ đặt dưới mặt móng và liên kết cácmóng với nhau, chịu tải trọng ngang và giảm sự lún lệch giữa các móng Địa điểmxây dựng Nhà ga hành khách nằm trong phạm vi khu vực cảng hàng không Đồng

Hới, cách khu vực thị xã khoảng 10km là nơi mật độ dân cư trung bình và ít cócông trình lân cận

Do chiều dài của công trình rất lớn, nên cần bố trí những khe nhiệt độ để tránhnhững nội lực phát sinh do chênh lệch nhiệt độ, nhất là đối với dàn mái không gianbên trên Đồng thời ta cũng kết hợp khe lún với khe nhiệt độ để tránh tối đa nhữngảnh hưởng do lún không đều đến kết cấu công trình Công trình được chia làm 2đơn nguyên với kích thước lần lượt là: 43.228.8m và 43.236m

Tra bảng 16 TCXD 45-78 ta có giới hạn cho phép của độ lún tuyệt đối và độlún lệch tương đối của các móng trong công trình là:

Độ lún lệch tương đối : Sgh = 0.001

Độ lún tuyệt đối : Sgh = 8 cm

II ĐÁNH GIÁ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

Địa tầng được khoan khảo sát tới chiều

sâu – 18 m so với mặt đất tự nhiên Cấu

tạo địa tầng như sau:

Mực nước ngầm cao nhất ở độ sâu

Lớp cát hạt trung chặt vừa bên dưới

chưa kết thúc trong phạm vi lỗ khoan

sâu 18 m.

2 Bảng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất

Dùng bảng “Đánh giá trạng thái

của đất theo độ nhão IL” với các loại sét

và bảng “Đánh giá trạng thái của đất theo

độ chặt dựa vào hệ số rỗng e” với các

Trong đó: Độ nhão:

P L

P L

W - W

W - W

STT Tên lớp đất Chiều

dày (m)

(KN/m3)

s(KN/m3)

W( % )

WL( % )

Wp( % )

E( Kpa)

Bảng 1 Chỉ tiêu cơ lí các lớp đất của công trình

* Ghi chú: Khi có nhiều lớp đất cùng thoả mãn các yêu cầu về trạng thái đất





 1





 Dung trọng củanước: n = 10 KN/m3

S

TT Tên lớp đất

s(KN/m3) e

đn(KN/m3)

3 Cát bụi chặt vừa 26.5 0.757 9.4

4 Cát hạt trung chặt

Bảng 2 Trọng lượng đẩy nổi các lớp đất

Chiều dày trung bình 0.5 m;  = 16 (KN/m3)

Lớp đất yếu, không có khả năng chịu lực

Môđun biến dạng tổng quát: E = 10000 KPa = 10000 KPa

Đây là lớp đất khá tốt, hệ số rỗng trung bình, góc ma sát trong và môđun biếndạng tương đối lớn Chiều dày lớp đất lớn Tuy nhiên với phương án móng cọc vàtải trọng như tính toán cọc sẽ phải xuống sâu hơn chiều sâu tương ứng với độ sâumũi cọc cách giới hạn dưới của lớp đất khoảng an toàn Vậy cho cọc xuyên qua lớpđất này

Môđun biến dạng tổng quát: E = 31000 KPa > 10000 KPa

Đây là lớp đất tốt nhất trong phạm vi khảo sát và là lớp đất tốt Độ ẩm nhỏ, hệ

số rỗng khá nhỏ, góc ma sát trong và môđun biến dạng lớn Chiều dày lớp đất trongphạm vi khoan khảo sát đủ lớn để tin cậy đặt mũi cọc

III LỰA CHỌN GIẢI PHÁP NỀN MÓNG

1 Phương án móng

Trên cơ sở đặc điểm của công trình, nội lực tính toán bất lợi nhất ở chân cột,các số liệu khảo sát địa chất công trình và những đánh giá về tính chất xây dựng củacác lớp đất ta chọn giải pháp móng cọc hạ bằng phương pháp đóng cho công trình.Cọc được thiết kế để đầu mũi xuyên qua giới hạn trên của lớp cát hạt trung chặt vừa

2 m Cọc làm việc theo sơ đồ cọc ma sát

Giải pháp này được lựa chọn vì :

+ Độ lún tuyệt đối nhỏ, độ lún lệch tương đối giữa các móng nhỏ, do đó ít gâynội lực do lún gối tựa không đều đối với dàn không gian

+ Thi công dễ dàng và nhanh chóng

+ Cọc phù hợp với tải trọng công trình

Cọc đóng có nhược điểm là gây tiếng ồn lớn, tuy nhiên do địa điểm xây dựngkhông phải là khu dân cư, nên có thể chấp nhận được

Sử dụng móng cọc đài thấp Số lượng cọc trong 1 đài và kích thước đài cọcđược lấy theo tính toán Đài cọc được đặt lên lớp bê tông lót mác 100, dày 10 cm

Sử dụng cọc BTCT tiết diện 30  30 cm - dùng 1 đoạn cọc dài 12 m Phần đầucọc được ngàm vào đài là 20 cm Phần đầu cọc và phá đi 45 cm cho trơ cốt thép đểliên kết với cốt thép dọc chịu lực của cọc vào đài móng

+ Thép dọc chịu lực gồm 420 CII có Ra= Ra’= 260000 KPa

+ Thép đai 6 CI có Rađ = 200000 KPa

sẽ được tính toán cụ thể ở phần sau

+ Bịt đai thép cho mũi cọc và đặt lưới thép cấu tạo đầu cọc để chịu ứng suất cục bộ

2 Giải pháp mặt bằng móng

Căn cứ vào kết cấu hệ khung lựa móng dưới chân cột là các móng cọc đơn.Toàn bộ công trình có 59 móng chia làm 3 loại :

+ Móng dưới chân các cột độc lập 0.6 x 0.6 m đỡ mái

+ Móng dưới chân cột khung kích thước 0.30.6 m đỡ mái

+ Móng dưới chân cột khung kích thước 0.30.3 m

Ta sẽ tính toán móng dưới chân cột G8 0.3x0.6m là móng dưới chân cột đỡmái chịu mômen lớn và móng dưới chân cột F8 0.3x0.3m là móng chịu tải mômennhỏ hơn nhưng lực dọc lớn hơn

Tác dụng của dầm giằng móng là tạo độ cứng không gian cho các móng, chịucác tải trọng ngang, tăng cường độ ổn định, giảm độ lún lệch giữa các móng

Do chênh cốt trong và ngoài nhà nhỏ, nên trong tính toán, ta bỏ qua sự chênhcốt và lấy toàn bộ cốt bằng cốt trong nhà.

IV THIẾT KẾ MÓNG M1 CỘT TRỤC G8

4.1 Xác định nội lực tính toán tại đỉnh móng:

Theo kết quả tính toán, chân cột G8 (nút 4) có cặp tổ hợp I-14 có nội lực bất lợi nhất:

Theo yêu cầu cọc được xác định sức chịu tải theo hai thông số:

PV - Sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc

PX - Sức chịu tải của cọc theo kết quả xuyên tĩnh

Cọc bị phá hoại theo sức chịu tải bất lợi nhất nên giá trị min (PV, PX) được đưavào tính toán

4.2 Xác định sức chịu tải của cọc

4.2.1 Theo vật liệu làm cọc

Sức chịu tải thẳng đứng xác định theo độ bền vật liệu làm cọc, đối với cọcBTCT tiết diện lăng trụ đặc chế tạo sẵn, móng cọc đài thấp cọc được tính như thanhchịu nén đúng tâm bởi lực dọc trục

Pv = .( Rb.Fb + Ra.Fa )trong đó:

 = 1- hệ số uốn dọc với móng cọc đài thấp, cọc không xuyên qua bùn, đất sét yếu Cọc sử dụng thép chịu lực là 420 nên Fa = 12.56 cm2

Fb = 3030 = 900 cm2

Ra = 2600 KG/cm2 ; Rb = 130 KG/cm2

Vậy: Pv = 1(130900 + 260012.56 ) = 149656 (KG) = 1496.56 (KN) (1).Sức chịu kéo đúng tâm của cọc:

Pk = Ra.Fa = 260012.56 = 32656 (KG) = 326.56 (KN) (1*)

4.2.2 Theo kết quả xuyên tĩnh

Xuyên tĩnh được xác định bằng máy xuyên Theo 20TCN 174-89 sức chịu tảicọc xác định theo phương pháp xuyên tĩnh tính theo công thức:

2 3 2

xq mui x

P P

+ qp – sức cản phá hoại của đất ở chân cọc

+ qc - sức cản mũi xuyên trung bình của đất ở phạm vi 3d phía trên chân cọc

và 3d phía dưới chân cọc

q



+ U - chu vi tiết diện cọc U = 430 = 120 (cm) = 1,2 (m)

+ F - diện tích tiết diện cọc F = 0.0625 (m2)

+ qsi - lực ma sát thành đơn vị của cọc ở lớp đất thứ i có chiều dày hi

+ qci – Sức cản mũi xuyên trung bình của lớp đất thứ i

+ ki, i - hệ số tra bảng 5.9 sách “Nền và móng”

i

si h q

u = 1.2(46.672.7 + 456.3+872)

= 700.21(KN)

Thiên về an toàn chọn: Px = .

2 3

5 391

Để các cọc được coi là cọc đơn, bố trí các cọc trên mặt bằng với khoảng cách bất kìgiữa tim hai cọc  3d Áp lực tính toán tác dụng lên đế đài do phản lực đầu cọc:

  3 0 , 3 593.34( / ).

61 480

3

2 2

N

tb tt

tt 0





Trong đó:

+ n = 1.1 - hệ số độ tin cậy

+ h = 1.7 m - độ sâu đặt đáy đài so với cốt 0,00

+ tb = 22 KN/m3 trọng lượng riêng đài cọc và đất trên các bậc đài

1 1 7 1 22 34 593

85 432

09 32 85 432

P

N N

Vì móng chịu tải lệch tâm khá lớn nên ta chọn n’c = 4 cọc

Bố trí cọc trong đài như hình vẽ:

4.4 Kiểm tra cọc theo điều kiện cường độ

Trọng lượng tính toán của đài và đất trên đài:

Ntt đ = nF th đhb = 1.11.961.722 = 80,63 (kN).

Lực dọc tính toán thực tế tại đế đài:

x

x M n N

Lực truyền xuống dãy cọc biên:

) ( 21 310 45

0 4

45 0 32 327 4

48 513

0 4

45 0 32 327 4

48 513

Ptt min = -53.47 (kN) < 0 nên cần kiểm tra điều kiện chống nhổ của cọc.

Kiểm tra lực truyền xuống cọc:

Ptt max + Pc  Px.

Trong đó:

Pc- trọng lượng tính toán của cọc BTCT nằm từ đế đài đến mũi cọc

Phần cọc nằm dưới mực nước ngầm bị đẩy nổi

đn=  - n = 25 - 10 = 15 (KN/m3)

Pc = 1.1 0.30.3(253 + 159) = 20.79 (kN)

Ptt max + Pc = 310.21 + 20.79 =331.0 (kN) < Px = 480.61 (kN).

Vậy cọc đảm bảo khả năng chịu lực được lực nén lớn nhất

Kiểm tra điều kiện chống nhổ:

Để thiên về an toàn, khi kiểm tra cọc chịu nhổ, ta bỏ qua trọng lượng bản thân cọc

Ptt min=53.47 kN  Pk=350.1 KN.

Vậy cọc đảm bảo khả năng chịu lực được lực kéo lớn nhất

4.5 Kiểm tra móng cọc theo điều kiện biến dạng:

4.5.1 Xác định kích thước khối móng quy ước:

Để tính độ lún của nền móng cọc ta tính độ lún của khối móng quy ước cómặt cắt abcd trên nền là lớp đất đặt mũi cọc như với móng nông trên nền thiênnhiên Nhờ ma sát giữa diện tích xung quanh cọc và đất bao quanh nên tải trọngmóng được truyền lên diện tích lớn hơn xuất phát từ mép ngoài cọc biên tại đáy đài

0 0

4 3 2

4 4 3 3 2 2

96 27 2

3 6 7 2

2 35 3 6 30 7 2 18

.

.

h h h

.h h

.h II II

II tb

0

99 6 4

96 27

Chiều cao khối móng quy ước: HM = 12,7 (m)

4.5.2 Kiểm tra áp lực tại đáy khối móng quy ước:

Trọng lượng của khối móng quy ước trong phạm vi từ đế đài trở lên như sau:

Ntc = 2555 43 2916 14 ( ).

2 1

85 432 2

11 93 2

1

034 169

27 1126

m N

14 2916

6 1

min max

M M

M

tc tc

L

e B

M II

M tc

C D H

B B

A K

m m

+ Ktc = 1 do chỉ tiêu cơ lý của đất được lấy theo thí nghiệm trực tiếp đối với đất.

+ Với II = 350 tra bảng 3-2, A = 1.67; B = 7.69; D = 9.59

bé nên ta dùng mô hình nền là bán không gian biến dạng tuyến tính để tính toán.Giả thiết tại thời điểm xây dựng đất nền đã cố kết hoàn toàn

4.5.3 ứng suất bản thân tại đáy các lớp đất:

4.6.2 Kiểm tra chiều cao đài móng cọc:

Để đài cọc không bị chọc thủng thì đáy tháp trùm ra ngoài trục các cọc Bằngcách vẽ chính xác ta thấy điều kiện chọc thủng được đảm bảo

8 G

Hình 4 Tháp chọc thủng đài cọc móng G8

Chiều cao đài cọc đã chọn: hđ = 0.8 m

Chiều cao làm việc của đài cọc là:

h0 = hđ - 0.2 = 0.8 - 0.2 = 0.6 (m)

4.6.3 Tính toán cốt thép cho đài cọc:

Đài móng tính như một côngxon ngàm vào cột Theo nguyên tắc lực và phản lực tải trọng tác dụng lên côngxon đài móng chính là phản lực đầu cọc tác dụng lên đài dưới dạng lực tập trung

Mômen uốn My gây ra trong các cọc những lực kéo, nén có giá trị khác nhau

Diện tích cốt thép chịu mômen MI:

10 26 6 0 9 0

06

) 15 35 ( 2 1400

02

) 15 35 ( 2

Cột trục F8 là cột vuông, có kích thước tiết diện 0.3x0.3m.

5.1 Xác định nội lực tính toán tại đỉnh móng

Theo kết quả tính toán, chân cột F8 (nút 3) có cặp tổ hợp I-14 có nội lực bấtlợi nhất:

mà không giải thích chi tiết lại

Chiều cao đài móng 0.8 m

5.2 Xác định sức chịu tải của cọc đơn:

Sức chịu tải của cọc chỉ phụ thuộc vào bản thân cọc và địa chất đất nền dovậy kết quả tính toán sức chịu tải của cọc đúng cho toàn bộ công trình

3

2 2

Diện tích sơ bộ của đế đài được tính theo công thức:

1 1 7 1 22 34 593

13 512

26 38 13 512

P

N N

Chọn n’c = 2 cọc

Bố trí cọc trong đài như hình vẽ

f 8

5.4 Kiểm tra cọc theo điều kiện cường độ

Trọng lượng tính toán của đài và đất trên đài:

tt

x

x M n N

Lực truyền xuống dãy cọc biên:

) ( 59 312 45

0 2

45 0 92 37 2

92 540

0 2

45 0 92 37 2

92 540

Vậy cọc đảm bảo khả năng chịu lực được lực nén lớn nhất

5.5 Kiểm tra móng cọc theo điều kiện biến dạng:

5.5.1 Xác định kích thước khối móng quy ước:

Chiều dài đáy khối móng quy ước:

LM = 2 11 6 99 3 89 ( ).

2

3 0 2 9

Chiều cao khối móng quy ước: HM = 12,7 (m)

4.5.2 Kiểm tra áp lực tại đáy khối móng quy ước:

Trọng lượng của khối móng quy ước trong phạm vi từ đế đài trở lên như sau:

Ntc = 2030 52 2457 3 ( ).

2 1

13 512 2

33 10 2 1

36 20

29

0514 0 6 1 99 2 89 3

3 2457

6 1

min max

M M

M

tc tc

L

e B

Áp lực tính toán của đất ở đáy khối quy ước: RM =3374.32 (KPa)

Thoả mãn điều kiện: tc max = 276.42 (kPa)  1.2 RM =4049,18 (kPa)

tbtc = 211.26 (kPa)  RM = 3374.32 (kPa)Vậy ta có thể tính toán được độ lún của nền theo quan niệm nền biến dạngtuyến tính Trong trường hợp này đất nền từ phạm vi đáy khối móng quy ước trởxuống có chiều dày lớn môđun biến dạng lớn, đáy khối móng quy ước có diện tích

bé nên ta dùng mô hình nền là bán không gian biến dạng tuyến tính để tính toán.Giả thiết tại thời điểm xây dựng đất nền đã cố kết hoàn toàn

5.5.3 Kiểm tra độ lún tuyệt đối

Tại đáy khối quy ước ứng suất bản thân do các lớp đất gây ra là:

M

i được trabảng

K t qu tính toán các giá tr ng su t gây lún v ng su t b n thân ị ứng suất gây lún và ứng suất bản thân được lập ứng suất gây lún và ứng suất bản thân được lập ất gây lún và ứng suất bản thân được lập à ứng suất bản thân được lập ứng suất gây lún và ứng suất bản thân được lập ất gây lún và ứng suất bản thân được lập được lập ập c l p

th nh b ng Excel nh sau: à ứng suất bản thân được lập ư

gl zi n

i

i

gl zi oi

0

31000

8 0

4

3

2 1

MNN

11.2

82.24 87.79

144.34

164.58

46.68 45.28 39.84

1 2 200.89

 bt

 gl

3 31.14

Hình 9 Xác định giới hạn nền móng F8 5.5.4 Kiểm tra độ lún tương đối

5.6 Tính toán độ bền và cấu tạo đài cọc

5.6.2 Kiểm tra điều kiện chọc thủng đài móng cọc:

Để đài cọc không bị chọc thủng thì tốt nhất đáy tháp chọc thủng phải trùm rangoài trục các cọc Bằng cách đo vẽ chính xác ta thấy điều kiện chọc thủng đượcđảm bảo.

F

Hình 10 Tháp chọc thủng đài cọc F8

Chiều cao đài cọc đã chọn: hđ = 0.8 m

Chiều cao làm việc của đài cọc là:

h0 = hđ - 0.1= 0.8 – 0.2 = 0.6 (m)

5.6.3 Tính toán cốt thép cho đài cọc:

f 8

* Đối với mặt ngàm I-I: MI = r1.P1

FaI = 6 68 10 ( )

10 26 6 0 9 0

78

) 15 35 ( 2 500

* Đối với mặt ngàm II-II:

Lấy theo cấu tạo:

Chọn 810 có Fa =6.28 (cm2)

Khoảng cách giữa hai thanh cốt thép cạnh nhau:

1 8

) 15 35 ( 2 1400

Trong đó, chiều dày lớp bêtông bảo vệ cốt thép a0 = 35 mm

Cốt thép đặt lên trên do đây là phương uốn phụ

f 8

Hình10 Bố trí cốt thép cho móng F8.

* Ghi chú: