KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH
Sự cần thiết phải đầu tư
Sự phát triển của khoa học và công nghệ đã dẫn đến nhiều vấn đề nghiêm trọng như ô nhiễm môi trường, tai nạn giao thông và các bệnh tật mới, ảnh hưởng đến sức khỏe con người Để đáp ứng nhu cầu khám chữa bệnh cho người dân TP Đà Nẵng và các vùng lân cận như Quảng Nam, Thừa Thiên Huế, Bệnh viện y học cổ truyền TP Đà Nẵng được xây dựng Bệnh viện này không chỉ giúp giảm tình trạng quá tải tại các bệnh viện lớn mà còn cung cấp không gian yên tĩnh cho bệnh nhân điều trị dài hạn bằng các phương pháp y học cổ truyền.
Địa điểm xây dựng
1.2.1 Vị trí công trình
Bệnh viện y học cổ truyền Thành Phố Đà Nẵng tọa lạc tại số 09 Trần Thủ Độ, Phường Khuê Trung, Quận Cẩm Lệ, TP Đà Nẵng Bệnh viện nằm ở vị trí thuận lợi, phía đông bắc giáp với đường Trịnh Hoài Đức, phía tây bắc giáp với đường Bình Hòa 9, và phía đông nam giáp đường Nguyễn Duy.
Bệnh viện tọa lạc tại vị trí thuận lợi về giao thông, với bốn mặt tiếp giáp các tuyến đường, chỉ cách quốc lộ 14B 20 mét và cách sân bay quốc tế Đà Nẵng 5 km Nằm ở trung tâm quận Cẩm Lệ và TP Đà Nẵng, bệnh viện còn là tuyến huyết mạch kết nối các tỉnh phía nam như Quảng Nam, Quảng Ngãi với Đà Nẵng.
1.2.2 Đặc điểm hiện trạng a Địa hình và địa chất công trình
Theo các tài liệu khảo sát : Đất ở đây là đất nhóm 4
(Cường độ t/c của đất R = 1,8 kg/cm 2 ) b Khí tượng thủy văn
Theo tài liệu của tạm khí tượng thủy văn TP Đà Nẵng cho biết:
- Nhiệt độ trung bình hàng năm 260
- Gió ảnh hưởng của hai mùa gió chính
+ Hướng gió thịnh hành là gió đông nam
- Áp lực gió lớn nhất 90 kg/m2
Giao thông: Bốn mặt giâp câc tuyến đường
Cấp điện: Sử dụng mạng lưới điện trong thành phô
Cấp nước: Do nằm ở trung tđm của Tp nín gần như nguồn cung cấp bởi hệ thống cấp nước chung từ thành phố sẽ khng bị hạn chế
Nước thải sinh hoạt và các hoạt động khác của bệnh viện được xử lý qua hệ thống xử lý nước thải hiện đại, đảm bảo an toàn trước khi xả vào hệ thống nước thải chung của Thành Phố.
Quy mô và đặc điểm công trình
Công trình gồm 8 tầng với tổng chiều cao 32,40 mét và diện tích mỗi tầng gần 2500m² Dù được thiết kế theo kiến trúc truyền thống, công trình vẫn mang phong cách hiện đại và đầy đủ tiện nghi sang trọng Đây hứa hẹn sẽ là nơi trị liệu tốt cho bệnh nhân khi đến với bệnh viện.
Giải pháp thiết kế
1.4.1 Thiết kế tổng mặt bằng
Dựa trên đặc điểm mặt bằng khu đất và yêu cầu công trình theo tiêu chuẩn quy phạm nhà nước, thiết kế tổng mặt bằng công trình cần phải xem xét công năng sử dụng của từng loại công trình và dây chuyền công nghệ Việc phân khu chức năng phải rõ ràng và phù hợp với quy hoạch đô thị đã được phê duyệt, đồng thời đảm bảo tính khoa học và thẩm mỹ.
Bố cục và khoảng cách kiến trúc đảm bảo các yêu cầu về phòng chống cháy, chiếu sáng, thông gió, chống ồn, khoảng cách ly vệ sinh
Mặt trước của công trình được thiết kế với cây xanh và không gian thoáng đãng, giúp bệnh nhân dễ dàng tiếp cận Giao thông nội bộ liên thông với các tuyến đường công cộng, đảm bảo lưu thông thuận lợi xung quanh công trình Tại các điểm giao giữa đường nội bộ và đường công cộng, cũng như giữa lối đi bộ và lối ra vào, đã được bố trí biển báo rõ ràng.
Công trình được bao quanh bởi các đường vành đai rộng rãi và sân lớn, tạo điều kiện thuận lợi cho xe cứu hỏa tiếp cận và xử lý các sự cố một cách hiệu quả.
1.4.2 Giải pháp thiết kế kiến trúc a Thiết kế mặt bằng các tầng
Mặt bằng tầng điển hình được thiết kế để bố trí các căn phòng điều trị và nhiều dịch vụ y tế khác, bao gồm 1 phòng cấp cứu, 4 phòng điều trị với diện tích mỗi phòng hơn 50m2, 3 phòng châm cứu, 2 phòng điều trị yêu cầu, và 2 phòng xông ngâm mỗi phòng 25m2 Ngoài ra, còn có các phòng như phòng bác sĩ, phòng điều dưỡng, phòng ăn, phòng sắc thuốc, phòng bào chế, phòng kỹ thuật ngoại, phòng kho, và phòng huấn luyện học sinh.
Mặt bằng tầng mái: dùng để đặt bể nước mái và kỹ thuật thang máy b Thiết kế mặt đứng
Công trình bệnh viện được thiết kế với hình khối kiến trúc đơn giản và vuông vức, giúp tạo ra không gian thông gió tự nhiên Hai mặt của công trình mang lại cảm giác nhẹ nhàng, dễ chịu, rất phù hợp cho bệnh nhân đến điều trị Thiết kế mặt cắt của công trình cũng góp phần nâng cao trải nghiệm của người sử dụng.
Nhằm thể hiện nội dung bên trong công trình, kích thước cấu kiện cơ bản, công năng của các phòng
Dựa vào đặc điểm sử dụng và các yêu cầu về vệ sinh, ánh sáng, thông gió cho các phòng chức năng, chúng ta xác định chiều cao các tầng phù hợp.
Tầng mái cao 3,3 m để có thể bố trí kỹ thuật thang máy và bể nước mái
Hiện nay, việc sử dụng kết cấu bê tông cốt thép trong xây dựng, đặc biệt là trong xây dựng nhà cao tầng, ngày càng trở nên phổ biến tại Việt Nam và trên toàn thế giới Bê tông cốt thép được ưa chuộng nhờ vào những ưu điểm vượt trội mà nó mang lại.
+ Giá thành của kết cấu bêtông cốt thép thường rẻ hơn kết cấu thép đối với những công trình có nhịp vừa và nhỏ chịu tải như nhau
+ Bền lâu, ít tốn tiền bảo dưỡng, cường độ ít nhiều tăng theo thời gian Có khả năng chịu lửa tốt
+ Dễ dàng tạo được hình dáng theo yêu cầu của kiến trúc
Sử dụng giải pháp hệ khung bằng bê tông cốt thép đổ toàn khối mang lại nhiều lợi ích Chiều cao tầng tiêu chuẩn là 3,6m, với nhịp thiết kế là 6m, giúp tối ưu hóa không gian và đảm bảo tính ổn định cho công trình.
1.4.4 Giao thông nội bộ công trình
Hệ thống giao thông theo phương đứng được bố trí với 2 thang máy cho đi lại, 2 cầu thang bộ kích thước vế thang là 1,9m
Hệ thống giao thông theo phương ngang với các hành lang được bố trí phù hợp với yêu cầu đi lại.
TÍNH TOÁN SÀN TẦNG 3
Mặt bằng bố trí sàn tầng 3
Hình 2.1 Mặt bằng bố trí sàn tầng 4
Số liệu tính toán
- Bêtông B25 có: Rb = 14.5(MPa) = 14.5x10 3 (kN/m 2 )
- Cốt thép 8: dùng thép CI có: Rs = Rsc = 225(MPa) 225x10 3 (kN/m 2 )
- Cốt thép 10: dùng thép CII có: Rs = Rsc = 280(MPa) = 280(kN/m 2 )
Sơ bộ chọn kích thước kết cấu
2 l l -Bản chủ yếu làm việc theo phương cạnh bé: Bản loại dầm
2 l l -Bản làm việc theo cả hai phương: Bản kê bốn cạnh
Trong đó: l1-kích thước theo phương cạnh ngắn l2-kích thước theo phương cạnh dài
Chọn chiều dày bản sàn theo công thức: hb = l m
Trong đó: l: là cạnh ngắn của ô bản
D = 0,81,4 phụ thuộc vào tải trọng Chọn D = 1 m = 3035 với bản loại dầm Chọn m = 30 = 4045 với bản kê bốn cạnh Chọn m = 40
Ta phải đảm bảo hb > 6 cm đối với công trình dân dụng
Kết quả chọn chiều dày bản sàn được thể hiện trong Bảng 2.1 ở PHỤ LỤC 1
Xác định tải trọng
2.4.1 Cấu tạo sàn a Sàn phòng làm việc, hành lang: Được cấu tạo như hình vẽ
Hình 2.2 Cấu tạo sàn phòng làm việc, hành lang b Sàn phòng vệ sinh, ban công : Được cấu tạo như hình vẽ
- Vữa ximăng lót M75 dày 20mm
- Vữa trát trần M75 dày 15mm
Hình 2.3 Cấu tạo sàn phòng vệ sinh, ban công
2.4.2 Tĩnh tải sàn a Trọng lượng các lớp sàn: dựa vào cấu tạo kiến trúc lớp sàn, ta có: gtc = . (kN/m 2 ): tĩnh tải tiêu chuẩn gtt = gtc.n (kN/m 2 ): tĩnh tải tính toán
Trong đó: : chiều dày các lớp vật liệu;
(kN/m 3 ): trọng lượng riêng của vật liệu; n: hệ số vượt tải lấy theo TCVN 2737-2006
Kết quả tính toán trọng lượng các bản sàn được trình bày trong các bảng 2.2, 2.3, 2.4 và 2.5 trong Phụ lục 1 Ngoài ra, trọng lượng của tường ngăn và tường bao che trong phạm vi ô sàn cũng được đề cập.
Tường ngăn giữa các khu vực trên mặt bằng có độ dày 100mm, được xây dựng bằng gạch rỗng với trọng lượng riêng = 15 (kN/m³) Đối với các ô sàn có tường đặt trực tiếp trên sàn mà không có dầm đỡ, tải trọng sẽ được phân bố đều trên sàn Trọng lượng của tường ngăn trên dầm sẽ được chuyển đổi thành tải trọng phân bố truyền vào dầm.
Chiều cao tường được xác định: ht = H - hds
Trong đó: ht: chiều cao tường
H: chiều cao tầng nhà hds: chiều cao dầm hoặc sàn trên tường tương ứng
Công thức qui đổi tải trọng tường trên ô sàn về tải trọng phân bố trên ô sàn: tt s g t − i c c c t t c t t
St(m 2 ): diện tích bao quanh tường
Sc(m 2 ): diện tích cửa
- Vữa ximăng lót M75 dày 20mm
- Vữa trát trần M75 dày 15mm
- Lớp chống thấm nt, nc: hệ số độ tin cậy đối với tường và cửa.(nt=1,1;nc=1,1)
t = 0.1(m): chiều dày của mảng tường
t = 15 (kN/m 3 ): trọng lượng riêng của tường
c = 0.3(kN/m 2 ): trọng lượng của 1m 2 cửa
Si(m 2 ): diện tích ô sàn đang tính toán
Kết quả tính toán tĩnh tải sàn tầng 4 được thể hiện trong Bảng 2.6 PHỤ LỤC 1
Hoạt tải tiêu chuẩn ptc(kN/m 2 ) lấy theo TCVN 2737-2006
Công trình được phân chia thành nhiều loại phòng với các chức năng riêng biệt Dựa vào từng loại phòng, chúng ta xác định hoạt tải tiêu chuẩn và nhân với hệ số vượt tải n, từ đó tính toán được hoạt tải ptt (kN/m²).
Tại các ô sàn có nhiều loại hoạt tải tác dụng, ta chọn giá trị lớn nhất trong các hoạt tải để tính toán
Kết quả tính toán hoạt tải sàn tầng 4 được thể hiện trong Bảng 2.7 PHỤ LỤC 1
Xác định nội lực
Ta tách thành các ô bản đơn để tính nội lực (Tính theo sơ đồ đàn hồi)
2.5.1 Quan niệm tính toán
Nếu sàn liên kết với dầm giữa, được xem là ngàm; nếu không có dầm dưới sàn, thì coi là tự do Khi sàn liên kết với dầm biên, sẽ được xem là khớp, nhưng để đảm bảo an toàn, cần bố trí cốt thép ở biên ngàm cho cả biên khớp.
2 l l -Bản chủ yếu làm việc theo phương cạnh bé: Bản loại dầm
2 l l -Bản làm việc theo cả hai phương: Bản kê bốn cạnh
Trong đó: l1-kích thước theo phương cạnh ngắn l2-kích thước theo phương cạnh dài
2.5.2 Nội lực trong sàn bản dầm: S22, S23, S24
- Cắt dải bản rộng 1m theo phương cạnh ngắn và xem như một dầm
- Tải trọng phân bố đều tác dụng lên dầm q = (g+p).1m (kN/m)
2.5.3 Nội lực trong bản kê 4 cạnh: (các ô bản còn lại)
Sơ đồ nội lực tổng quát:
+Moment dương lớn nhất ở giữa bản:
+Moment âm lớn nhất ở trên gối:
Trong đó: i-chỉ số sơ đồ sàn αi1; αi2; βi1; βi2: hệ số tra sổ tay kết cấu phụ thuộc i và l2/l1.
Tính toán cốt thép
Tính thép bản như cấu kiện chịu uốn có bề rộng b = 1m; chiều cao h = hb
Trong đó: ho = h-a a:khoảng cách từ tâm cốt thép đến mép bê tông
M- moment tại vị trí tính thép
- Nếu m R : tăng kích thước hoặc tăng cấp độ bền của bêtông để đảm bảo điều kiện hạn chế m R
+ Diện tích cốt thép yêu cầu trong phạm vi bề rộng bản b = 1m:
+ Chọn đường kính cốt thép, khoảng cách a giữa các thanh thép:
+ Bố trí cốt thép với khoảng cách s BT s TT , tính lại diện tích cốt thép bố trí A S BT
+ Kiểm tra hàm lượng cốt thép:
nằm trong khoảng 0,3%÷0,9% là hợp lý
Nếu Tổng tỉnh tải tính toán phân bố trên chiếu nghỉ: gtt= g1+ g2+g3+g4
Kết quả tính toán tải trọng tác dụng lên chiếu nghỉ xem Bảng 3.2 PHỤ LỤC 2 b Hoạt tải
Hoạt tải được lấy theo tiêu chuẩn TCVN 2737-2006 ptc = 3 (kN/m2) ptt = n.ptc = 1,2x3 = 3,6 (kN/m2) c Tổng tải trọng
- Tổng tải trọng tác dụng lên bản thang theo phương thẳng đứng theo chiều nghiêng : qttb1 = g + ptt.cos = 5,23 + 3,6.0,8944 = 8,45 (kN/m2 )
Tổng tải trọng theo phương đứng phân bố trên 1m2 bản: qb = qttb1 cos= 8,45.0,8944 = 7,56 (kN/m2 )
- Tổng tải trọng tác dụng lên chiếu nghỉ theo phương thẳng đứng phân bố trên 1m2: b tt tt q =g +p
3.3.2 Tính toán nội lực và cốt thép
- Kích thước cạnh bản tính theo phương nghiêng:
- Lớp vữa trát trần dày 15
bản kê 4 cạnh, 4 đầu khớp (sơ đồ 1)
bản kê 4 cạnh, 4 đầu khớp (sơ đồ 1)
bản loại dầm, 2 đầu khớp
Kết quả tính toán nội lực và thép các ô sàn xem Bảng 3.3, Bảng 3.4 PHỤ LỤC 2
Tính toán cốn thang C1, C2
Cốn là dầm đơn giản với chiều dài nhịp lc = 3,24m; 2 đầu liên kết khớp với dầm chân thang (hoặc dầm chiếu tới) và dầm chiếu nghỉ
Hình 3.4 Sơ đồ tính cốn thang C1,C2
3.4.2 Xác định kích thước tiết diện
Chiều cao cốn h chọn theo nhịp: hd = m d
Có ld = 3240 (mm), ta chọn md = 11 (md-13)
Vậy chọn tiết diện cốn là 100x300 (mm)
3.4.3 Xác định tải trọng
➢ Trọng lượng phần bê tông:
➢ Trọng lượng phần vữa trát:
Ô bản thang BT1 là ô bản kê có bốn cạnh, do đó tải trọng truyền vào các dầm có hình dạng tam giác hoặc hình thang như trong hình vẽ.
Tải trọng sàn được truyền lên dầm có hình dạng thang hoặc tam giác Để đơn giản hóa, các tải trọng này thường được quy đổi về dạng tải trọng phân bố đều, mặc dù đây chỉ là cách tiếp cận gần đúng.
Ta có: tải trọng do ô sàn BT1 truyền vào cốn được tính như sau:
→ Tổng tải trọng tác dụng lên cốn thang: qc= 0,605+0,193+0,2+7,086 = 8,08 (kN/m)
3.4.4 Xác định nội lực và tính toán cốt thép a Nội lực
Hình 3.5 Sơ đồ nội lực cốn
- Bê tông B25 có: Rb = 14,5 Mpa= 14,5.103(kN/m2)
- Thép 8 dùng thép AII có: Rs = Rsc = 280 Mpa= 280.103(kN/m2)
➢ Tính toán cốt thép
Kiểm tra hàm lượng cốt thép: min
chọn thép 114 có As=1,54 cm2 để chịu momen dương, cốt thép chịu momen âm đặt theo cấu tạo, chọn 112 c Tính cốt thép đai
➢ Kiểm tra điều kiện tính toán cốt đai :
Với Qbmin là khả năng chịu cắt nhỏ nhất của bê tông,thì ta không cần phải tính toán cốt đai mà chỉ cần đặt theo cấu tạo
f = 0 vì tiết diện cốn thang đang xét là tiết diện chữ nhật
n = 0 vì không có lực nén hoặc kéo
b =0.6 đối với bê tông nặng
Do đó,không cần tính cố đai cho cốn thang, chỉ cần đặt theo cấu tạo
• Đoạn gần gối tựa (1/4 nhịp dầm)
Chiều cao dầm: h Mf thì trục trung hoà qua sườn, tính toán với trường hợp tiết diện chữ T
+ Nếu m R : thì từ m tra phụ lục ta được
Diện tích cốt thép yêu cầu:
+ Nếu m R : thì ta tính với trường hợp tiết diện chữ T đặt cốt kép
* Kiểm tra hàm lượng cốt thép
Hợp lí: 0.9% t 1.5%.Thông thường với dầm lấy min =0.1%
Kết quả tính cốt thép dọc dầm khung được thể hiện trong Bảng 5.27 PHỤ LỤC 5
5.7.2 Tính toán cốt thép ngang
Tương tự như tính cốt thép ngang đối với dầm dọc đã được trình bày trong chương 4
Kết quả tính cốt thép đai dầm khung được thể hiện trong Bảng 5.28 PHỤ LỤC 5
Tính cốt thép cột khung
Cột được thiết kế dựa trên cấu kiện chịu nén lệch tâm với tiết diện chữ nhật và cốt thép đối xứng Mỗi tiết diện của cột sẽ có 3 cặp nội lực tính toán, đảm bảo tính toán chính xác cho cột.
2 tiết diện nên có 6 cặp nội lực M-N tính toán
Xác định giá trị cốt thép cho từng cặp nội lực và chọn giá trị diện tích cốt thép lớn nhất trong cặp nội lực để bố trí cốt thép cho cột.
Xác định độ lệch tâm : eo = max (e1;ea )
Trong đó: e1 = M/N là độ lệch tâm tĩnh học ea: là độ lệch tâm ngẫu nhiên, ea lấy không nhỏ hơn các giá trị sau :
+ 1/600 chiều cao cột + 1/30 chiều cao tiết diện Xác định hệ số uốn dọc:
Với Ncr : là lực dọc tới hạn , xác định theo công thức
+ lo : chiều dài tính toán của cột
+ Eb : môdun đàn hồi của bê tông
+ I : momen quán tính của tiết diện lấy với trục đi qua trọng tâm và vuông góc với mặt phẳng uốn
+ Is : momen uốn của tiết diện cốt thép dọc chịu lực, lấy đối với trục đi qua trọng tâm tiết diện và vuông góc với mặt phẳng uốn
+ α = Es/Eb với Es là môdun đàn hồi của cốt thép
+ S : hệ số kể đến ảnh hưởng của độ lệch tâm
Với : δc = ; δmin=. φp : là hệ số xét đến ảnh hưởng của cốt thép căng ứng lực trước Với kết cấu BTCT thường thì φp = 1
+ φp ≥ 1: là hệ số xét đến ảnh hưởng của tải trọng tác sụng dài hạn
Với: y: là khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến mép chịu kéo, với tiết diện chữ nhật y = 0,5.h
Ml, Nl: Nội lực do tải trọng tác dụng dài hạn β: hệ số phụ thuộc vào loại bê tông, với bê tông nặng β = 1
Trong công thức (*) khi Ml và M ngược dấu nhau thì Ml được lấy giá trị âm, lúc này nếu tính được φ1 ξR ho thì tính với trường hợp lệch tâm bé
• Tính toán cốt thép : Xét trường hợp Rs = Rsc , tính toán cốt thép theo các công thức sau
+ Trường hợp lệch tâm lớn
As = As’ + Trường hợp lệch tâm bé
Tính lại x theo công thức
Trong đó : Tính diện tích cốt thép theo công thức :
Kiểm tra hàm lượng cốt thép được thực hiện với các giới hạn μmin và μmax, trong đó μmin có thể là 0,05%, 0,1%, 0,2% hoặc 0,25%, và μmax là 6% Điều kiện cần thiết là μ phải nằm trong khoảng từ μmin đến μmax, đồng thời μ cũng cần xấp xỉ với hàm lượng cốt thép giả thiết ban đầu (μgt).
Kết quả tính cốt thép dọc cột khung được thể hiện trong Bảng 5.29 PHỤ LỤC 5 a SC o
TÍNH TOÁN MÓNG KHUNG TRỤC 4
Lựa chọn vật liệu và đánh giá điều kiện địa chât thủy văn công trình
- Bêtông B25 có: Rb = 14.5(MPa) = 14.5x10 3 (kN/m 2 )
- Cốt thép 8: dùng thép CI có: Rs = Rsc = 225(MPa) 225x10 3 (kN/m 2 )
- Cốt thép 10: dùng thép CII có: Rs = Rsc = 280(MPa) = 280(kN/m 2 )
Theo khảo sát địa chất của công trình, cấu trúc địa chất bao gồm nhiều lớp khác nhau, như được trình bày trong bảng tổng hợp địa chất (Bảng 6.1 PHỤ LỤC 6).
+ Mực nước ngầm cách mặt đất tự nhiên 7,5 m
6.1.3 Đánh giá tính chất cơ lý của nền đất a Lớp đất thứ nhât: Là lớp á sét
+ Chỉ số dẻo: A = Wnh-Wd = 25-19 = 6%
→ 0 < B = 0,44 < 1, là đất á sét ở trạng thái dẻo, vì vậy đây là lớp đất tương đối tốt để thiết kế nền móng b Lớp đất thứ hai: Là lớp á cát
+ Chỉ số dẻo: A = Wnh – Wd = 24 – 18 = 6%
→ 0 < B = 0,666 < 1, là đất á cát ở trạng thái dẻo, vì vậy đây là lớp đất tương đối tốt để thiết kế nền móng c Lớp đất thứ ba: Là lớp cát hạt trung
+ Có hệ số rỗng tự nhiên: εo = ( ) ( )
→ 0,6 < εo = 0,66 < 0,75, là đất cát hạt trung ở trạng thái chặt vừa, vì vậy đây là lớp đất tương đối tốt để thiết kế nền móng
Điều kiện địa chất tại khu vực này khá thuận lợi với mực nước ngầm nằm ở vị trí sâu, lớp đất á sét đảm bảo khả năng đặt đài cọc, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thi công.
Tính chất cơ học của nền đất rất phù hợp cho việc sử dụng cọc ma sát, đặc biệt là cọc ép Nếu tải trọng dưới chân cột không quá lớn, việc lựa chọn phương án cọc ép sẽ là một giải pháp khả thi.
Lựa chọn giải pháp kết cấu móng và tính móng
6.2.1 Tải trọng tác dụng xuống móng
Khi tính toán khung, tải trọng tính toán sẽ xác định nội lực trong khung Để xác định nội lực tiêu chuẩn một cách chính xác, cần tính lại khung dưới tải trọng tiêu chuẩn mà không nhân với hệ số vượt tải Tuy nhiên, để đơn giản hóa, có thể sử dụng phương pháp tiếp cận khác.
Nội lực tiêu chuẩn = nội lực tính toán / 1,15
Khi tính toán khung, cần xem xét cột liên kết ngàm tại cốt mặt trên của móng (cổ móng) để đảm bảo lực truyền xuống móng được xác định tại vị trí mặt trên của móng Việc đưa tải trọng tại mặt trên móng xuống đáy móng là cần thiết trong quá trình tính toán móng.
Suy ra M tại vị trí đáy móng = M + Q.h
Và lực dọc N truyền xuống đáy móng = lực dọc trong cột + trọng lượng phần cột + dầm giằng móng
Khi tính móng, ta xem lực Q truyền vào đất xung quanh móng (không xét) còn
M & N truyền xuống đất dưới đáy móng
+ Móng khung trục K2 gồm có móng từ trục cột A÷D, ta tiến hành thiết kế với móng tại trục cột A,B,C,D
- Trọng lượng bản thân cột trục A, A‘, F:
Tiết diện: hxb = 300x300 mm, tổng chiều dài cột: lc =5.15 m
Gc = n.bt.b.h.lc + ntr.tr.Str.
- Trọng lượng bản thân cột trục B,
Tiết diện: hxb = 300x650 mm, tổng chiều dài cột: lc =5.15 m
Gc = n.bt.b.h.lc + ntr.tr.Str.
- Trọng lượng bản thân cột trục C, D, E:
Tiết diện: hxb = 300x750 mm, tổng chiều dài cột: lc =5.15 m
Gc = n.bt.b.h.lc + ntr.tr.Str.
- Trọng lượng bản thân giằng móng cột trục A và A‘
- Trọng lượng bản thân giằng móng cột trục B
- Trọng lượng bản thân giằng móng cột trục C
- Trọng lượng bản thân giằng móng cột trục D
- Trọng lượng bản thân giằng móng cột trục E
- Trọng lượng bản thân giằng móng cột trục F
Bảng tổ hợp nội lực trong cột trục A÷F truyền xuống móng được trình bày trong Bảng 6.2 và bảng nội lực tính toán, nội lực tiêu chuẩn trong cột trục A÷F xuống móng có trong Bảng 6.3, thuộc PHỤ LỤC 6.
Thiết kế cọc ép
6.3.1 Xác định kích thước cọc
Chọn kích thước cọc 350x350 mm với chiều dài 16m, được chia thành 2 đoạn 8m mỗi đoạn Cọc ngàm vào trong đài 0,15m và đoạn bị phá vỡ đầu cọc là 0,45m Độ sâu của mũi cọc so với đài cọc là 15,4m, tính theo công thức h = 16 - 0,15 - 0,45.
+ Cốt thép dọc chịu lực của cọc chọn 4 20, có As = 12,56 cm 2 ;
6.3.2 Tính sức chịu tải của cọc a Xác định sức chịu tải của cọc theo cường độ vật liệu: Được xác định theo công thức: Pvl = .(Rsc.As + Rb.Ab)
Trong đó: - Rsc, As: Cường độ chịu nén tính toán và diện tích tiết diện của cốt thép dọc trong cọc Rsc = 28kN/cm 2 ; As = 12,56 cm 2
- Rb,Ab: Cường độ chịu nén của bêtông và diện tích mặt cắt ngang của phần bêtông (thân cọc) Ab = 35x35= 1225 cm 2 ; Rb = 1,45kN/cm 2
- : Hệ số uốn dọc của cọc, móng cọc đài thấp có = 1
→ Pvl = 1x(28x12,56 + 1225x1,45) = 2128kN b Xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền
Với cọc làm việc chịu nén là chính được xác định theo phương pháp thống kê với công thức:
Hệ số mr và mf được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của các phương pháp hạ cọc đến ma sát giữa đất và cọc, theo bảng 3.9 trong cuốn bài giảng nền và móng của ĐHBK Đà Nẵng, với giá trị mr là 1,1 và mf là 0,9.
- m: Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất lấy m =1
- u: Chu vi tiết diện cọc, u = 4x0,3 = 1,4 (m)
- A: Diện tích tiết diện cọc, A = 0,35x0,35 = 0,1225 (m 2 )
Sức chống giới hạn của đất ở mũi cọc được xác định từ lớp cát hạt trung Theo bảng 3.7 trong giáo trình nền và móng ĐHBK-ĐN, với độ sâu mũi cọc là 16,9m, ta có thể nội suy để tính toán sức chịu tải.
- li: Chiều dày của lớp phân tố thứ i li 2 m
- fi: Lực ma sát giới hạn đơn vị trung bình của mỗi lớp đất, lấy theo bảng 3.8 giáo trình nền và móng
+ Sức chịu tải tính toán của cọc: P tt = n /kn;
- kn: Hệ số tin cậy của cọc chịu nén, kn = 1,4
Kết quả tính toán hệ số fi xem Bảng 6.4 PHỤ LỤC 6
Vậy sức chịu tải tính toán của cọc:
P tt = Min(Pvl; Pdn) = 1059 kN → Lấy P tt 50kN
Tính toán móng M1 (trục B)
Khi tính toán khung, cần xem xét cột ngàm tại vị trí cổ móng Việc đưa tải trọng tại cổ móng xuống đáy móng phụ thuộc vào độ lệch vị trí giả thiết cổ móng trong quá trình tính toán nội lực khung và vị trí đáy móng trong thiết kế móng.
Hình 6.1 Sơ đồ truyền tải trọng xuống đáy móng + Nội lực tính toán và nội lực tiêu chuẩn trên mặt móng ở cao trình –0,00m:
+ Giả thiết bề,dày của đài móng là 1m Vậy nội lực truyền xuống đáy móng là:
M dm tt =M tt +Q tt h= -11.85+ (-7.78x1) = -19.63 kN.m;
6.4.1 Chọn độ sâu chôn móng
+ Theo điều kiện: hch 0,7.hmin
Trong đó: - hch: Độ sâu của đáy đài tính từ nền tầng một
Với: - , : Góc nội ma sát và dung trọng của đất từ đáy đài trở lên Lớp đất a sét có:
- H: Tổng nội lực tác dụng theo phương ngang (lực cắt ), Q tt = 7,78kN
- b: Cạnh đáy đài theo phương thẳng góc với tổng lực ngang giả thiết b = 1,8 m
➢ Vậy chọn độ chôn sâu của đáy đài là 1,5 m
6.4.2 Xác định sơ bộ kích thước đáy đài
- Chọn khoảng cách giữa tim các cọc là 3d, d = 35 cm - bề rộng cọc
Khi đó ứng suất trung bình dưới đáy đài do cọc gây ra là:
+ Xác định sơ bộ diện tích đáy đài theo công thức:
- Nhằm tiết kiệm vật liệu ta chọn kích thước đáy đài phụ thuộc vào số lượng cọc và cách bố trí cọc trong đài
6.4.3 Sơ bộ xác định số lượng cọc
+ Số lượng cọc trong móng được tính toán theo công thức: dn tt
Tổng tải trọng thẳng đứng tại đáy đài, ký hiệu là N tt, bao gồm trọng lượng đất trên đài và trọng lượng của chính đài Để tính toán, ta lấy giá trị trung bình, ký hiệu là Nđ.
- Pđn: Sức chịu tải tính toán của cọc theo đất nền, Pđn = 1050 kN
- β: Hệ số kinh nghiệm, kể đến ảnh hưởng của mômen, tải trọng ngang, sự làm việc đồng thời của các cọc trong đài β = 1÷1,5 Chọn β = 1,2
Vậy số lượng cọc trong móng là: 1, 2 3152.6 3, 6 n = x 1050 = cọc, Chọn 4 cọc
6.4.4 Bố trí cọc trong đài
+ Khoảng cách từ mép đài đến mép hàng cọc ngoài cùng c d/25mm
+ Khoảng cách giữa hai tim cọc gần nhau: L 3.d50mm
Cọc bố trí trong móng như hình vẽ:
Hình 6.2 Bố trí cọc trong đài móng M1 + Diện tích đế đài thực tế: Fđ =1,8 x 1,8= 3,24m 2
6.4.5 Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc
+ Kiểm tra theo điều kiện:
Trong đó: - Pdn: Sức chịu tải tính toán theo đất nền, Pdn = 1050 kN
- N tt =N tt +N d 032.81 1,1 22 1,5 3, 24 3150.4+ x x x = kN: Tổng tải trọng thẳng đứng tại đáy đài
- n: Số lượng cọc trong móng, n = 4
- M: Tổng mômen của tải trọng ngoài, M=M dm tt = -19,63 kN.m (Do đã đưa nội lực xuống đáy móng)
- xmax= 0,55 m: Khoảng cách từ trọng tâm cọc chịu nén nhiều nhất đến trục đi qua tâm cột
- xi: Khoảng cách từ tâm cọc thứ i tới trục đó
Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng
6.4.6 Kiểm tra cường độ nền đất tại mặt phẳng mũi cọc
+ Kiểm tra theo móng khối quy ước:
- Diện tích móng khối quy ước:
- a1, b1: Khoảng cách từ mép hai hàng cọc ngoài cùng đối diện nhau theo hai phía: a1 = 1,45m; b1 = 1,45m
- L = 15,4m: Chiều dài cọc, tính từ đáy đài đến mũi cọc
- : Góc mở rộng so với trục thẳng đứng kể từ mép mép ngoài hàng cọc ngoài cùng, = tb/4
- tb: Trị số trung bình của góc ma sát trong tiêu chuẩn của đất:
+ Tính áp lực tiêu chuẩn của nền đất tại đáy móng khối quy ước: (TCVN 10304-
Trong đó: - tb: Trọng lượng thể tích trung bình của các lớp đất tính từ mũi cọc trở lên:
- c tc = 8Kn/m 2 : Lực dính tiêu chuẩn của đất dưới đáy móng
- h = 16,9m, Bqu = 4,7 m: Độ sâu của đáy móng khối quy ước tính từ mặt đất và bề dài của đáy móng khối
- m: Hệ số điều kiện của nền đất: m = 1
- A, B, D: Là các hệ số phụ thuộc vào tc của đất nền (Tra bảng 2.4 Bài giảng nền và móng ĐHBK – ĐN)
- Do móng chịu tải trọng lệch tâm:
- N đ : Tổng tải trọng thẳng đứng tại đáy móng khối quy ước
Với: - N tc = 2637,22Kn, tải trọng tiêu chuẩn dưới chân cột
- Nđ = Aqư H.tb = 22,09x1,5x18,2= 603,06 kN, tải trọng phía trên đài
- Nc =1,1x4x0,1225x15,4x25 7,52kN, tải trọng của 4 cọc
= 6489,94 kN: trọng lượng đất phia dưới đài
- Ứng suất lớn nhất, bé nhất tại đáy móng khối quy ước: qu qu W
Trong đó: - Wqư: Mômen chống uốn của tiết diện đáy khối quy ước
- M: Mômen đối với trục đi qua trọng tâm đáy móng khối quy ước
, 79 tc d dq tc d dq tc tc tc tb
➢ Vậy điều kiện kiểm tra được thoả mãn
6.4.7 Kiểm tra độ lún của móng cọc
Tính lún cho móng cọc liên quan đến việc xác định lún của nền đất dưới mũi cọc Nền móng cọc bao gồm các lớp đất nằm trong chiều sâu chịu nén cực hạn Ha, và chiều sâu này được xác định cho đến khi ứng suất z giảm xuống dưới 0,2 lần ứng suất bê tông bt.
• Ứng suất do trọng lượng bản thân đất nền ở đáy khối móng quy ước : ( sử dụng số liệu trạng thái giới hạn thứ 2)
• Ứng suất gây lún tại đáy khối móng quy ước :
• Chia lớp đất dưới đáy móng thành nhiều lớp nhỏ hi, không quá 1 m
• Tính ứng suất do trọng lượng lượng bản thân tại các vị trí i= 1, 2, 3,
• Tính ứng suất gây lún tại vị trí i= 1, 2, 3,
+ K0 - Hệ số phân bố ứng suất tại tâm
• Vị trí ngừng tính lún: i gl 0.2 i tb
+ S : Độ lún cuối cuối cùng của móng
+ hi : Chiều dày lớp đất thứ i gl
+ : Ứng suất gây lún trung bình trong lớp đất thứ i
+ E : Mô đun biến dạng của lớp đất,
+ 0 =0,8: Hệ số không thứ nguyên
Bảng ứng suất do tải trọng bản thân và tải trọng ngoài gây ra xem trong Bảng 6.5 PHỤ LỤC 6
+ Ta lấy đến độ sâu 6m từ đáy móng khối quy ước
Khi đó: zi = 49,2(kN/m 2 ) < 0,2.bt = 0,2x 301= 60,2(kN/m 2 )
Trong đó: - Si: Độ lún của lớp thứ i
- hi: Chiều dày của lớp thứ i
- E0i: Môdun biến dạng của lớp thứ i
: Ứng suất phụ 68hem trung bình của lớp thứ i
Ta có: Ph i i v2,34kN m/ Tính toán trong bảng excel
6.4.8 Tính toán phá hoại trên mặt phẳng nghiêng
Hình 6.3 Tính toán phá hoại trên mặt phẳng nghiêng
Chiều cao của đài xác định theo công thức: h0 bt k np
- Pnp: Tổng nội lực tại đỉnh cọc nằm ngoài mặt phẳng nghiêng
- ak = hc = 0,65 m: Cạnh của tiết diện cột song song với lăng thể chọc thủng
- Rbt: Sức chịu kéo tính toán của bêtông, Rbt = 1050 kN/m 2
- a = 1,8m: Cạnh đáy đài vuông góc với cạnh b h0 1,8 0, 32 1593,04
Vậy chiều cao của đài cọc: hđ =0,8 + 0,2 = 1m
6.4.9 Tính toán chọc thủng
• Lăng thể chọc thủng song song với cạnh dài cột
Vậy kiểm tra chọc thủng theo điều kiện: Pnp (ak +b).h0.k.Rbt
Trong đó: - b = 1,8m: Cạnh đáy đài
- ak = 0,3m: Cạnh của tiết diện cột song song với lăng thể chọc thủng
- h0: Chiều cao làm việc của đài, h0 = 0,8m
- k: Hệ số phụ thuộc vào tỷ số c/ h0
- c: Khoảng cách từ mép cột đến mét hàng cọc đang xét, c = 225(mm)
→ (ak +b).h0.k.Rbt = (0,65 + 1,8)x0,8x1,275x1050 = 2624 kN > Pdn = 1575,2 kN
• Lăng thể chọc thủng song song với cạnh ngắn cột
Vậy kiểm tra chọc thủng theo điều kiện: Pnp (ak +b).h0.k.Rbt
Trong đó: - b = 1,8m: Cạnh đáy đài
- ak = 0,3m: Cạnh của tiết diện cột song song với lăng thể chọc thủng
- h0: Chiều cao làm việc của đài, h0 = 0,8m
- k: Hệ số phụ thuộc vào tỷ số c/ h0
- c: Khoảng cách từ mép cột đến mét hàng cọc đang xét, c = 50(mm)
→ (ak +b).h0.k.Rbt = (0,3 + 1,8)x0,8x1,38x1050 = 2434kN > Pdn = 1593,05 kN
6.4.10 Tính toán cốt thép trong đài (Tính chịu uốn đài)
Hình 6.4 Sơ đồ tính toán thép
Mômen đối với mặt ngàm I-I
Chọn ∅16(As= 2.01 cm 2 ), số thanh n= 17, 78 =8,8
Khoảng cách giữa các thanh thép a= 1800-100 !2,5(mm)
Mômen đối với mặt ngàm II-II
Chọn ∅16(As= 2.01 cm 2 ), số thanh n= 31, 3 ,5
Khoảng cách giữa các thanh thép a= 1800-100 3,3(mm)
6.4.11 Kiểm tra cọc khi vận chuyển và khi cẩu lắp
+ Cọc dài 16 m, dùng phương pháp nối cọc: Chọn 2 cọc dài 8m Tiến hành nối cọc bằng biện pháp hàn
+ Khi vận chuyển cọc hoặc treo lên giá búa, trọng lượng bản thân cọc:
Gc = n.qc = 1,5x0,35 2 x25 = 4,59 kN n = 1,5: Hệ số vượt tải trọng
Hình 6.5 Bố trí móc cẩu khi cẩu lắp
Hình 6.6 Bố trí móc cẩu khi dựng cọc Vậy Momen lớn nhất khi cẩu lắp và dựng cọc là khi dựng cọc:
- Khả năng chịu mômen của tiết diện cọc:
Mtd = 54,51kN.m > Mmax = Mcl = 25,28kN.m Cọc đảm bảo khi cẩu lắp và vận chuyển
- Tính toán thép làm móc treo: Khi vận chuyển cọc và treo cọc lên giá ép thì lực tác dụng lớn nhất lên móc treo là: P = 0,708.q.l = = 0,708x4,59x8 = 26kN
= = = Chọn 116 có As ch = 2,01 cm 2
Tính toán móng M2 ( trục C, D, E)
Tính toán tương tự móng M1, chi tiết và kết quả tính toán xem PHỤ LỤC 7
Tính toán móng M3 ( trục F)
Tính toán tương tự móng M1, chi tiết và kết quả tính toán xem PHỤ LỤC 8
Tính toán móng M4 ( trục A-A’)
Tính toán tương tự móng M1, chi tiết và kết quả tính toán xem PHỤ LỤC 9