Đồ án tốt nghiệp xây dựng dân dụng - Tính toán phần ngầm Lời nói đầu Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá của đất nước, ngành xây dựng cơ bản đóng một vai trò hết sức quan trọng. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của mọi lĩnh vực khoa học và công nghệ, ngành xây dựng cơ bản đã và đang có những bước tiến đáng kể. Để đáp ứng được các yêu cầu ngày càng cao của xã hội, chúng ta cần một nguồn nhân lực trẻ là các kỹ sư xây dựng có đủ phẩm chất và năng lực, tinh thần cống hiến để tiếp bước các thế hệ đi trước, xây dựng đất nước ngày càng văn minh và hiện đại hơn. Đối với các trường đại học ở đất nước ta hiện nay, nhu cầu nhà ở ký túc xá cho sinh viên đang được đầu tư phát triển mạnh.
Trang 1ỏCh ơng VIIi:
thiết kế phần ngầm
- *
-I Chỉ tiêu cơ lý của nền đất, phân tích lựa chọn phơng án móng:
1 Chỉ tiêu cơ lý của nên đất:
Nền đất trong phạm vi hố khoan gồm 6 lớp trình bày ở bảng sau, có
độ sâu z tính từ mặt đất tự nhiên
(m) (m) (T/m3 ) (daN/cm 2 ) (° ) (daN/cm2) (T/m3)
1 Sét pha cát dẻo chảy -1.78 1.78 2 0.10 10 40 3
2 Cát mịn dẻo mềm -9.78 8.00 1.78 0 28 100 12
3 Sét pha cát chặt vừa 15.2
-8 5.50 1.80 0.15
1
8 60 10
4 Cát (mịn, hạt trung)chặt vừa 27.2
-8
12.0
0 1.78 0 32 150 22
5 Cát hạt trung rất chặt
-47.2 8
20.0
0 1.82 0 35 175 31
6 Cuội sỏi >60 >13 1.80 0 42 450 62
III Thiết kế tờng vây:
1 Lựa chọn phơng pháp thiết kế:
Phơng pháp Sachipana (Nhật Bản) thiết kế tờng vây:
Nội dung phơng pháp:
Dùng 2 phơng trình cân bằng tĩnh:
∑Y =0
∑MA =0
Do ∑Y =0, nên:
2 m m
1 k
m k 0
2
k
0
2
1 x N x
h h
2
1
Thay (1) vào công thức ∑M A =0, đợc (2):
0 ) h 2
1 h ( h 2
1 N h
h
N
x h ) h
( x ) h
(
2
1
x
3
1
k 0 kk
2 k 0
1 k
kk
1
k
1 i ik
m kk k
0
2 m kk k
0
3
m
=
−
ζ
− η
− ξ
− ζ
− η
−
ξ
∑
Trang 2-x
N i
N 1
N k
q
wx+v
A
η (h 0k +x)
áp lực n ớ c đất
áp lực đất chủ động
α (h 0k +x m ) (β h 0k - α x m )
Sơ đồ tính toán gần đúng theo phơng pháp Sachipana
Trình tự tính toán tờng trong quá trình thi công nh sau: đào đất
đến độ sâu -7,65m (kể từ mặt đất-cốt đáy bê tông lót đài), kết thúc đào đất và đặt hàng cọc chống thứ nhất Lấy k=1 để tính, ban đầu N1 lấy bằng 0 Từ (2) tính ra xm, sau đó thay vào công thức (1) tìm ra N1
Trong tính toán thực tế, sử dụng phơng pháp gần đúng với các giả
định nh phơng pháp Sachipana, nhng áp lực đất, nớc phía sau tờng thì lại khác, áp lực nớc bên dới mặt đào xem là giảm tới 0 Lực chống của đất ở bên bị động xem là đạt tới áp lực đất bị động, để phân biệt với phơng pháp Sachipana đã giảm đi phần áp lực tĩnh, lấy (wx+v) thay cho (ξx+ζ).
Căn cứ vào điều kiện cân bằng tĩnh, đa ra công thức tính Nk và
xm:
0 x ) x h
( 2
1 x h h
2
1 wx 2
1 vx N
N
k 0
2 m m
k
1
k
= α
− β
− η
+ η +
−
−
−
−
=
với β=η−α
2 m m
k 0
1 k
m
2 k 0 m
k
0
2
1 x h 2
1 N wx
2
1 h 2
1 x
h
0 3
x )
x h
( 2
l 2
x
x
h
) x 3
h ( h 2
1 wx 6
1 vx 2
1 ) x h ( N ) x h ( N
M
2 m m k
0 m
k
0
m k 0 2 k 0
3 m
2 m m
kk k
1
k
A
= α
− β +
η
−
+ η
− +
+ + +
+
=
Thay công thức (3) vào và rút gọn ta đợc (4):
Trang 3m kk k 0 k
0
2 m k 0 kk
kk k
0
3
2
1 v h x
h 3
1 xh 2
1 wh 2
1 v 2
1 h 2
1 x
)
w
(
3
1
−
− α
−
0 3
h h h 2
1 N h h
kk
2 k
1 k
13 i kk
1
k
1 i ik
=
η +
−
Trong các công thức trên:
η - áp lực tĩnh chủ động tác dụng lên trên mỗi mét dài tờng (theo chiều cao tờng)
α - áp lực tĩnh của đất tác dụng lên trên mỗi mét dài theo chiều cao tờng
β - áp lực tĩnh của đất tác dụng lên trên mỗi mét dài theo chiều cao tờng
wx + v – trị số áp lực đất bị động
xm – chiều sâu tờng trong đất tối thiểu trong từng giai đoạn
đào đất
Do trong địa chất công trình không có nớc ngầm, nên β=0
Tính áp lực đất theo lý thuyết Rankine, lấy dải 1m theo chiều dài thân tờng để tính
2 Tính toán lực dọc thanh chống, Mômen thân tờng:
Trong quá trình thi công và sử dụng, giả thiết áp lực lớn nhất phân
bố trên mặt đất là q=1T/m2
2.1 Tính áp lực đất chủ động theo lý thuyết Rankine:
- ở độ sâu z=-1,78(m):
) m / T ( 22 , 1 2
10 45 tg 1 2 2
10 45 tg ) 78 , 1 75
,
1
1
(
2 45 ctg 2 2 45 tg ) h q
(
p
2 2
2 78
,
1
1
cd
=
−
+
=
−
γ +
=
- ở độ sâu z=-2,2(m):
) m / T ( 49 , 1 2
28 45 tg 0 2 2
28 45 tg 42 , 0 78 ,
1
22
,
1
2 45 ctg 2 2 45 htg p
p
2 2
2 78
,
1
1
cd
8
,
3
2
cd
=
−
+
=
−
γ +
=
- ở độ sâu z=-7,65(m):
) m / T ( 99 , 4 2
28 45 tg 0 2 2
28 45 tg 45 , 5 78 ,
1
49
,
1
2 45 ctg 2 2 45 htg p
p
2 2
2 8
,
3
1
cd
7
,
7
2
cd
=
−
+
=
−
γ +
=
2.2 Tính áp lực đất bị động theo lý thuyết Rankine:
Trang 41,49T/m
4,99T/m
0T/m -x
16,59T
1,22T/m 1,49T/m
0T/m
41,48Tm 4,99T/m
x 93 , 4 0 2
28 45 tg
x
78
,
1
2 45 ctg 2 2 45
xtg
P
2
2
P
= +
=
+
γ
=
Vây, có: w=4,93; v=0
2.3 Tính toán lực dọc thanh chống, Mômen thân tờng trong giai đoạn thi công:
k=1; h0k=7,65m; h1k=5,45m; Nk=N1
Xác định các hệ số η, α:
71 , 0 65
,
7
45
,
=
α
=
η
Dùng công thức (4) tìm xm:
0 3
65 , 7 45 , 5 65 , 7 71 , 0 2
1 0 0 x 45 , 5 0 2
1 0 65
,
7
71
,
0
x 0 3
1 45 , 5 93 , 4 2
1 0 2
1 65 , 7 71 , 0 2
1 x ) 71
,
0
93
,
4
(
3
1
2 m
2 m
3 m
=
+
−
−
−
−
−
<=>1,41x 10,72x2 29,6xm 60,25 0
m
3
Giải ra đợc xm = 3,19(m)
Thay vào (3) tính đợc lực trục thanh chống N1:
) m / T ( 59 , 16 19 , 3 71 , 0 2
1
` 19 , 3 93 , 4 2
1 65 , 7 71 , 0 2
1 19 , 3 65
,
7
71
,
0
Giá trị Mômen uốn thân tờng: Sử dụng phần mềm Sap2000 v.9.03
để tính giá trị Mômen thân tờng với bề rộng dải tính toán là 1m, sơ đồ tính nh hình vẽ, tính đợc:
M1=1,22(Tm)
M2=41,48(Tm)
Trang 53
2
1
3 2
4
q=1T/m2
Sơ đồ tính tờng vây
Ta thấy với chiều sâu chôn tờng là 3,19m thì chân tờng sẽ đặt vào lớp 3 là lớp sét pha cát chặt vừa có N=10, không có lợi cho chịu lực nên ta sẽ kéo dài chân tờng cắm vào lớp 4 là lớp cát mịn hạt trung chặt vừa có N=22 một đoạn 1,5m
Chiều dài thân tờng tổng cộng là: 7,65+9,13=16,78(m)
3 Kiểm tra tính ổn định của kết cấu chắn giữ:
3.1 Kiểm tra theo phơng pháp của Uông Bình Giám:
Sử dụng phơng pháp tính chống trồi đáy khi đồng thời xem xét cả
c và φ (Phơng pháp do tác giả Uông Bình Giám ở Đại học Đồng Tế
đ-a rđ-a, có thđ-am khảo công thức khả năng chịu lực củđ-a nền đất củđ-a Prandtl và Terzaghi)
Hệ số chống trồi xác định bởi:
q ) D H (
cN DN
K
1
c q
2 L
+ + γ
+ γ
=
Trong đó:
D - độ chôn sâu của thân tờng, D=9,13(m)
H - độ sâu hố móng, H=7,65(m)
q - tải trọng trên mặt đất, q=1(T/m2)
γ1 - trọng lợng tự nhiên trung bình của các lớp đất ở phía ngoài hố kể từ mặt đất cho đến đáy tờng
γ2 - trọng lợng tự nhiên trung bình của các lớp đất ở phía trong hố kể từ mặt đào cho đến đáy tờng
Nq, Nc - hệ số tính toán khả năng chịu lực giới hạn của đất Xác định Nq, Nc:
- Theo Prandtl:
72 , 14 e
2
28 45 tg e
2 45
tg
=
80 , 25 28 tg
1 ) 1 72 , 14 ( tg
1 ) 1 N
(
ϕ
−
- Theo Terzaghi:
184 , 3 2
28 45 cos
e 2 1 2
45 cos
e
2
1
N
28 tg 2 078 , 0 4
3 tg
2 4 3
=
=
ϕ
π ϕ
108 , 4 28 tg
1 ) 1 184 , 3 ( tg
1 ) 1 N
(
ϕ
−
Ta chọn các hệ số tính theo Terzaghi để kiểm tra vì
thiên về an toàn
Xác định γ1, γ2: với D đã chọn là 9,13m
Trang 63,74T/m
2,95Tm
78 , 16
78 , 1 5 , 1 8 , 1 5 , 5 78 , 1 8 75 ,
1
78
,
γ
13 , 9
78 , 1 5 , 1 8 , 1 5 , 5 78 , 1
13
,
γ
Vậy:
3 , 1 68 , 1 1 ) 13 , 9 65 , 7 ( 783
,
1
108 , 4 0 184 , 3 13 , 9
792
,
1
+ +
+
=
Vậy, kết cấu chắn giữ đảm bảo điều kiện ổn định
3.2 Kiểm tra theo công thức Caquot và Kerisel:
Tính độ sâu chôn tờng trong đất theo công thức:
ϕ
π
pe
K
H
D
2
28 45 tg
1 e
2 45 tg
1 H
D
28 tg 2
tg 2
=
=
=
π ϕ
=> D = 0,068H = 0,068.(D+7,65) => D = 0,56(m)
Vậy, giá trị D = 9,13m đã chọn đảm bảo cho kết cấu đợc ổn định
4 Tính cốt thép tờng vây:
4.1 Tính Mômen thân tờng trong giai đoạn sử dụng:
Cắt 1 dải 1m theo phơng chiều cao tờng để tính Sơ đồ tính tờng
là dầm liên tục chịu tải trọng là áp lực đất kê tự do tại vị trí các bản sàn, ngàm tại mặt sàn tầng hầm
- Tính áp lực đất chủ động ở độ sâu z=-2,42(m):
) m / T ( 63 , 1 2
28 45 tg 0 2 2
28 45 tg 64 , 0 78 ,
1
22
,
1
2 45 ctg 2 2 45 htg p
p
2 2
2 78
,
1
cd
42
,
2
cd
=
−
+
=
−
γ +
=
- Tính áp lực đất chủ động ở độ sâu z=-5,7(m):
) m / T ( 74 , 3 2
28 45 tg 0 2 2
28 45 tg 9 , 1 78
,
1
52
,
2
2 45 ctg 2 2 45 htg p
p
2 2
2 8
,
3
cd
7
,
5
cd
=
−
+
=
−
γ
+
=
Tính nội lực tờng bằng phần mềm Sap2000 v9.03 thu đợc biểu đồ Mômen nh sau:
Trang 74.2 Tính cốt thép tờng vây:
Chọn bề dày tờng là 600mm Chọn a=11,5cm => h0 = 60 - 11,5= 48,5(cm)
Chọn bê tông mác 300#, có Rn = 130 daN/cm2; thép chịu lực AII, có
Ra = 2800 daN/cm2 => α0= 0,58 => A0=0,412
Tính cốt thép tờng vây với Mmax = 41,48(Tm)
412 , 0 A 136 , 0 5 , 48 100 130
4148000 bh
R
M
0
n
=
<
=
=
=
Tính ra γ = 0,5(1+ 1−2A ) = 0,927
Vậy, lợng cốt thép cần thiết là:
) cm ( 95 , 32 5 , 48 927 , 0 2800
4148000 h
R
M
0
a
γ
Đặt đối xứng
min 0
5 , 48 100
34 , 35 100
bh
=
à
Chuyển vị lớn nhất xảy ra ở đỉnh tờng trong giai đoạn thi công là 1,64cm (tính bằng phần mềm Sap2000 v9.03)
Chuyển vị tỉ đối của đỉnh tờng so với gối:
200
1 l
f 268
1 220 2
64 , 1 L
f
1
=
<
=
=
Vậy, chuyển vị của đỉnh tờng nằm trong giới hạn cho phép