KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH
Giới thiệu về công trình
Tên công trình: “kí túc xá sinh viên Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh” Địa điểm xây dựng: Quận 2, Thành Phố Hô Chí Minh
Sự gia tăng các cao ốc trong thành phố không chỉ đáp ứng nhu cầu hạ tầng cấp bách mà còn tạo nên diện mạo mới cho đô thị, đồng thời mở ra nhiều cơ hội việc làm cho người dân.
Sự phát triển của các nhà cao tầng đã thúc đẩy ngành xây dựng tiếp thu và áp dụng các kỹ thuật hiện đại, công nghệ mới trong thi công và xử lý thực tế Công trình "kí túc xá sinh viên trường đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh" được thiết kế nhằm giải quyết vấn đề an sinh xã hội và thúc đẩy phát triển kinh tế Đây là khu nhà cao tầng hiện đại, chất lượng cao, đầy đủ tiện nghi, phục vụ tốt hơn cho nhu cầu sống và làm việc của người dân.
Công trình dân dụng cấp II (9 ≤ số tầng ≤ 19) – TCVN 9386:2012
Với 9 tầng dành cho mục đích sử dụng sinh viên ở và 1 tầng tum mái.
Điều kiện tự nhiên
Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, với mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 11 và mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau Theo tài liệu quan trắc nhiều năm của trạm Tân Sơn Nhất, các yếu tố khí tượng chủ yếu cho thấy những đặc trưng khí hậu của Thành phố Hồ Chí Minh.
Lượng mưa trung bình hàng năm đạt 1.949 mm, với 159 ngày mưa mỗi năm Mưa phân bố không đều trong thành phố, có xu hướng tăng dần từ Tây Nam đến Đông Bắc Độ ẩm không khí trung bình hàng năm là 79,5%, mùa mưa đạt 80% và có thể lên tới 100%, trong khi mùa khô có độ ẩm trung bình 74,5% và mức thấp nhất là 20%.
Thành phố Hồ Chí Minh chịu ảnh hưởng bởi hai hướng gió chính: gió mùa Tây - Tây Nam và Bắc - Đông Bắc Gió Tây - Tây Nam từ Ấn Độ Dương thổi vào trong mùa mưa, tạo nên đặc trưng khí hậu của khu vực Nơi đây cơ bản không có gió bão và theo tiêu chuẩn TCVN 2737-1995, các công trình xây dựng thuộc vùng gió II-A.
Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là Quận 2, thường xuyên phải đối mặt với tình trạng ngập nước do triều cường Khu vực này nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, dẫn đến những ảnh hưởng tiêu cực từ biến đổi khí hậu miền Nam.
Các tiêu chuẩn áp dụng trong thiết kế công trình
- TCVN 2737-1995 – Tải trọng và tác động
- TCVN 5574-2012 – Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép
- TCVN 9362-2012 – Thiết kế nền nhà và công trình
- TCVN 10304-2014 – Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc
- TCVN 6160-1996 – Phòng cháy chữa cháy nhà cao tầng
- TCVN 5671:1992 – Hệ thống tài liệu thiết kế xây dựng Hồ sơ thiết kế kiến trúc
- TCXDVN 390:2007 - Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép- Quy phạm thi công và nghiệm thu
Chọn giải pháp kiến trúc cho công trình
1.4.1 Giải pháp mặt bằng tầng :
Thiết kế mặt bằng các tầng là yếu tố then chốt để đảm bảo sự hợp lý trong công năng của công trình, đặc biệt là khu vực làm việc của cán bộ, công nhân viên chức Giải pháp mặt bằng cần được tối ưu hóa với hình dạng vuông vắn, thông thoáng và linh hoạt, đồng thời tạo không gian kín đáo, yên tĩnh phù hợp với các yêu cầu công việc và sinh hoạt của nhân viên.
Không gian trong công trình được phân chia bằng các tường xây, đảm bảo điều kiện làm việc tập trung cho con người Thiết kế đơn giản nhưng linh hoạt và yên tĩnh, tạo ra những không gian kín đáo và riêng biệt, đáp ứng tốt các yêu cầu cần thiết.
Với diện tích mỗi sàn là 1568 m², tòa nhà gồm 29 phòng và 1 phòng kho, mỗi phòng có sức chứa cho 8 sinh viên Mỗi phòng được trang bị 2 phòng vệ sinh và 1 phòng tắm, cùng với khu vực phơi quần áo riêng biệt giữa các phòng Giải pháp mặt bằng tối ưu cho sinh viên.
Hình 1.1: Mặt bằng kiến trúc tầng 1
Hình 1.2 : Mặt bằng kiến trúc tầng 2
Hình 1.3 : Mặt bằng kiến trúc tầng điển hình
Công trình được thiết kế theo hình khối với các ngăn tầng và ô cửa, trong đó tầng 1 có kích thước lớn hơn các tầng trên Bề mặt được ốp đá lớn màu xẫm, mang lại sự uy nghi cho công trình, đồng thời tạo cảm giác thoải mái và vui tươi.
Bố cục của công trình thể hiện sự liên tục và thống nhất, với sự tương phản rõ nét giữa tầng 1 và tầng trên, giữa mái và khối nhà hình chữ nhật, cùng với sự kết hợp giữa cửa tối màu và lớp sơn sáng.
Tỷ lệ chiều rộng - chiều cao hợp lý giúp công trình hòa hợp với tổng thể và các công trình lân cận, trong khi các ô cửa kính tạo điểm nhấn cho thiết kế Độ cao các tầng cần phù hợp với công năng sử dụng, với chiều cao tầng điển hình là 3,9 m, chiều cao cửa đi đạt 2 m và cửa sổ cao 1,2 m, cách nền 0,8 m.
Các chi tiết khác nhƣ: gạch ốp, màu cửa kính, v.v làm cho công trình mang một vẻ đẹp hiện đại riêng
Mặt cắt thể hiện không gian bên trong ngôi nhà, vị trí hình dáng chi tiết kiến trúc ngang trang trí bên trong các phòng
Các chi tiết cửa, cửa sổ, tường, cầu thang được thiết kế bằng các hình có tính đồng nhất tạo sự khỏe khoắn, vững chắc cho công trình
Lớp gạch lát granit 600x600 dày 10mm
Lớp vữa xi măng mác 75 dày 20mm
Lớp bê tông đá 4x6 mác 100 dày 100mm
Lớp cát tôn nền dày 350mm
Lớp gạch lát granit 400x400 dày 10mm
Lớp vữa xi măng chống thấm dày 15mm
Lớp vữa xi măng lót mác 75 dày trung bình 20mm
Lớp Bê tong 4x6 mác 100 dày 110mm
Lớp bê tông đổ tại chỗ dày 120mm, mac bê tông B25
Trát trần vữa xi măng mác 75 dày 10mm
Trần bả matit lăn sơn màu trắng
Sàn tầng điển hình bao gồm:
Lớp gạch lát granit 600x600 dày 10mm
Lớp vữa xi măng lót mác 75 dày trung bình 20mm
Lớp bê tông đổ tại chỗ dày 120mm, mac bê tông B25
Trát trần vữa xi măng mác 75 dày 10mm
Trần bả matit lăn sơn màu trắng
Sàn tầng mái bao gồm:
Lớp gạch lá nem chống nóng 400x400 dày 15mm
Lớp vữa xi măng chống thấm dày 15mm
Lớp vữa xi măng mác 75 dày trung bình 20mm
Lớp bê tông đổ tại chỗ dày 120 mm, mác bê tông B25
Trát trần vữa xi măng mác 75 dày 10mm
Trần bả matit lăn sơn màu trắng
Lớp khối xây dày 220, gồm gạch , và lớp vữa xây dày trung bình 10mm
2 Lớp vữa trát tường mác 75 dày trung bình 15mm(trong và ngoài)
2 Lớp bả tường matit lăn sơn màu( trong và ngoài)
Lớp khối xây dày 110, gồm gạch , và lớp vữa xây dày trung bình 10mm
2 Lớp vữa trát tường mác 75 dày trung bình 15mm(trong và ngoài)
1 Lớp bả matit lăn sơn màu 3 lƣợt
Lớp gạch tráng men ốp tường 300x600mm
Lớp đá granite dày 20 mm
Lớp vữa xi măng đệm dày 20cm
Lớp gạch xây tam cấp, gạch thẻ
Lớp nền gia cố BT lót đá 4x6 M100
Lớp đá granite dày 20 mm
Lớp vữa xi măng đệm dày 20cm
Lớp gạch xây bậc gạch thẻ
Lớp bê tong bản đổ tại chỗ dày 120mm BT B25
Lớp vữa trát tường mác 75 dày trung bình 15mm
Lớp bả matit sơn màu
1.4.4 Giải pháp thông gió chiếu sáng:
Hệ thống cửa sổ kính và cửa đi được thiết kế để đảm bảo cách nhiệt và thông gió hiệu quả cho từng phòng Ngoài ra, các cửa sổ thông gió ở đầu hành lang mỗi tầng giúp tạo ra sự đối lưu không khí trong nhà Với thời tiết nóng bức của Hồ Chí Minh, việc lắp đặt máy điều hòa và quạt thông gió trong mỗi phòng là cần thiết để duy trì không khí mát mẻ và thoải mái.
Chiếu sáng tự nhiên là việc sử dụng ánh sáng từ thiên nhiên qua các lớp cửa kính để phân phối ánh sáng vào trong phòng, đồng thời sử dụng dèm cửa để che chắn ánh sáng mùa hè Hệ thống đèn điện cũng được lắp đặt để đảm bảo tiện nghi ánh sáng vào ban đêm Bố trí phòng và sảnh cần đáp ứng yêu cầu thông thoáng không khí, với các cửa sổ và cửa đi làm từ kính khung nhôm để điều chỉnh vi khí hậu Đảm bảo đủ ánh sáng tự nhiên không chỉ tạo điều kiện sống thoải mái mà còn nâng cao năng suất làm việc và học tập.
1.4.5 Giải pháp về cung cấp điện, nước sinh hoạt:
Công trình nằm ngay cạnh hệ thống mạng lưới điện và nước của thành phố, điều này rất thuận tiện cho công trình trong quá trình sử dụng
Hệ thống điện được thiết kế với đường dây điện ẩn trong tường, với nguồn cung cấp điện tập trung tại sảnh lớn mỗi tầng Mỗi tầng đều được trang bị một hộp điện và cầu dao ngắn điện riêng, trong khi sảnh tầng 1 có cầu dao tổng cho toàn bộ hệ thống điện của công trình.
Hệ thống ống nước được kết nối qua các tầng và thông với bể nước trên mái, với nước được bơm lên từ máy bơm Các hệ thống này được bố trí hợp lý trong công trình, đảm bảo an toàn khi sử dụng và thuận tiện cho việc sửa chữa.
Nước thải từ thiết bị vệ sinh được dẫn qua ống và chảy vào hệ thống ống thoát nước đứng trong các hộp kỹ thuật Từ đây, nước thải tiếp tục chảy vào bể tự hoại dưới công trình, sau đó được dẫn đến hố gas tập trung để thoát ra cống thành phố.
1.4.6 Giải pháp phòng cháy chữa cháy:
Giải pháp phòng cháy chữa cháy cho nhà cao tầng tại Việt Nam phải tuân thủ các tiêu chuẩn nghiêm ngặt Để ngăn ngừa sự cố cháy nổ, mỗi tầng cần có hệ thống biển báo phòng cháy và biển cấm hút thuốc lá, đặc biệt là tại các cửa cầu thang với biển tiêu lệnh rõ ràng Ngoài ra, hành lang mỗi tầng và khu vực gần cửa thang máy cần được trang bị họng nước cứu hỏa và bình cứu hỏa để sẵn sàng ứng phó khi xảy ra sự cố.
Hệ thống cung cấp nước chữa cháy bao gồm bể chứa nước ngầm và các loại bơm, trong đó có bơm thường trực và bơm bù, với động cơ diesel.
Công trình được trang bị cầu thang thoát hiểm ở giữa và cuối, đảm bảo khoảng cách sử dụng an toàn dưới 30m khi có cháy Cầu thang thoát hiểm được chỉ dẫn rõ ràng và được thiết kế với cửa và tường chịu cháy, nhằm nâng cao tính an toàn cho người sử dụng.
Hệ thống báo cháy bao gồm đầu báo khói và hệ thống báo động, có khả năng phát hiện mật độ khói trong môi trường từ 15% đến 20%, sau đó truyền tín hiệu đến hệ thống báo động để cảnh báo nguy cơ cháy.
GIẢI PHÁP KẾT CẤU VÀ TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN
Xây dựng giải pháp kết cấu
Hệ kết cấu chịu lực chính ;
Với các yêu cầu kỹ thuật và giải pháp kiến trúc nhƣ vậy ta có giải pháp kết cấu nhƣ sau:
Công trình này sử dụng hệ kết cấu khung bê tông cốt thép toàn khối, với dầm và cột tạo thành các khung chung Hệ thống này không chỉ chịu tải trọng thẳng đứng mà còn tham gia vào việc chịu tải trọng ngang, đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình.
Hệ kết cấu chịu lực khác : Sàn sườn BTCT toàn khối
- Kết cấu chịu lực theo phương đứng và truyền tải ngang vào khung
Hệ kết cấu chịu lực làm việc theo sơ đồ khung : khung chịu tải đứng và ngang
Hình 2.1: Sơ đồ khung chịu lực
Vật liệu sử dụng trong công trình
- Bê tông có khối lƣợng riêng 2500 daN/m 3
- Cấp độ bền của bê tông dùng trong tính toán cho công trình là B25
Cường độ về nén R b 14.5 MPa 1450( / T m 2 )
Cường độ về kéo R b 1.05 MPa 105( / T m 2 )
Modun đàn hồi của bê tông E b 3 10 ( / 6 T m 2 )
- Cốt thép chịu lực cho các dầm, cột dùng nhóm AII, cốt thép đai, cốt thép cấu tạo và thép dùng cho bản sàn dùng nhóm AI
Cường độ chịu lực nhóm AII: Có R s = 280 Mpa
Cường độ cấu tạo d 10AII: Có Rs = 280 Mpa
Cường độ cấu tạo d 10AII: Có Rs = 225 Mpa
Modun đàn hồi của thép: E b 21 10 4 MPa
Lập mặt bằng kết cấu
2.3.1 Lập mặt bằng kết cấu sơ bộ
Hình 2.2: Mặt bằng kết cấu sơ bộ
2.3.2 Lựa chọn kích thước tiết diện cột:
Kích thước tiết diện cột xác định theo công thức: yc b
N – Lực dọc sơ bộ xác địnhtheo công thức:
Diện tích mặt sàn F truyền tải trọng lên cột, với tải trọng tương đương q tính trên mỗi mét vuông mặt sàn, bao gồm tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời, thường có giá trị từ 1 đến 1,5 T/m² Số sàn n phía trên tiết diện đang xét, bao gồm cả mái, cũng cần được xem xét trong tính toán.
Rb là cường độ tính toán về nén của bê tông, trong khi k là hệ số phản ánh ảnh hưởng của các yếu tố khác như mômen uốn, hàm lượng cốt thép và độ mảnh của cột Cụ thể, hệ số k được xác định là 1.1 cho cột giữa, 1.3 cho cột biên và 1.5 cho cột góc.
Cột sau khi chọn phải kiểm tra lại điều kiện về độ mảnh theo phương cạnh ngắn:
Tính chọn cột góc C 1 tầng 1:F1= 3,15
= 293,28 , Chọn A= 484 Chọn cột có tiết diện 22x22 cm
Cột sau khi chọn phải kiểm tra lại điều kiện về độ mảnh theo phương cạnh ngắn:
Hình 2.3: Mặt bằng xác định diện tích chịu tải sơ bộ của cột
Khi càng lên cao thì sức chịu tải của cột càng giảm, để tiết kiệm cứ 5 tầng ta giảm tiết diện cột một lần nhƣ bảng 2.1 phụ lục
2.3.3 Lựa chọn kích thước tiết diện dầm:
- Chiều rông dầm: b d 0 , 3 0 , 5 h d (2.6) Trong đó: l d là chiều dài dầm đang xét
Lựa chọn tiết diện dầm D21:
Các dầm khác xem trong phụ lục bảng 2.2 Bảng tính sơ bộ tiết diện dầm
2.3.4 Lựa chọn kích thước tiết diện sàn:
Công thức tính chiều dày sàn: s h D l
+ m= (30†35) đối với bản loại dầm, bản làm việc 1 phương
+ m= (40†45) đối với bản kê 4 cạnh, bản làm việc 2 phương
+ m= (10†15) đối với bản uốn 1 phương dạng bản cong xôn
+ l là cạnh ngắn của bản
+ D= (0,8÷1,4) là hệ số phụ thuộc vào tải trọng
Chọn chiều dày sàn cho ô sàn S1(1,8x4,5)m:
Ta thấy : B sàn làm việc 1 phương chọn m5 l m h s D = x1,8=6 cm, ta chọn hs= 8cm Các sàn còn lại xem tronng phụ lục ở Bảng 2.3: Bảng tính sơ bộ tiết diện sàn
Hình 2.3a Bản loại dầm Hình 2.3b Bản ngàm 4 cạnh
Tính toán tải trọng
2.4.1.1 Tĩnh tải hoàn thiện cho các sàn tầng, bể chứa và mái:
Tính toán các tĩnh tải nhƣ các bảng 2.4; 2.5; 2.6; 2.7 ,2.8
Tính toán các tĩnh tải nhƣ các bảng 2.9,2.10
Tính toán các tĩnh tải nhƣ các bảng 2.11
Công trình có độ cao h 4,7m < 40m nên theo TC tải trọng gió chỉ tính đến thành phần tĩnh của tải trọng gió, không tính đến thành phần động
Tải trọng gió đƣợc xác định theo công thức:
Trong đó: n: hệ số tin cậy của tải trọng gió n = 1,2
Áp lực gió (Wo) ở Quân 2, TP HCM thuộc vùng II A có giá trị là 0,95 kN/m² (95 daN/m²) Hệ số K phản ánh sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao, trong khi hệ số c đại diện cho tính khí động học Đối với công trình thiết kế, hệ số Chút được xác định là 0,6 và hệ số Cđẩy là 0,8.
Tải trọng gió tính toán thành phần tĩnh tại mức sàn tầng 2 sẽ là: Áp dụng cho sàn tầng 2 vùng gió IIA, Wo= 95 (daN/m 2 )=0.95 KN/ m 2
Xét tại độ cao sàn tầng 2: z = 4.55 => k = 1.05
Hình 2.4: Gán tải trọng gió trong SAP
Tương tự ta tính toán cho các tầng tiếp theo ta được bảng được thể hiện trong bảng 2.12.
Tổ hợp tải trọng
Các tổ hợp các hệ quả của tải trọng đƣợc tính toán cụ thể nhƣ sau:
TH12=TT+0.9(HT1+HT2+GX)
TH13=TT+0.9(HT1+HT2+GXX)
TH15=TT+0.9(HT1+HT2+GY)
HT1, HT2: các hoạt tải đƣợc chất theo kiểu sole, cách tầng cách nhịp GX: gió theo phương X
Lập mô hình tính toán
Hình 2.5: Mô hình 3D trên phần mềm SAP
THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG 2
Tính toán cột khung điển hình
3.1.1 Cở sở lý thuyết cấu tạo cột bê tông cốt thép a Cốt thép dọc chịu lực Đó là các cốt thép đƣợc kể đến khi xác định khả năng chịu lực của cấu kiện Cốt thép dọc chịu lực thường dùng các thanh có đường kính ÷14 Khi cạnh tiết diện lớn hơn 200mm thì nên chọn 16
Trong cấu kiện nén đúng tâm, cốt thép dọc đƣợc đặt theo chu vi (hình 3.1)
Hình 3.1: Đặt thép theo chu vi
Trong cấu kiện nén lệch tâm, cốt thép dọc cần được bố trí theo cạnh b và chia đều ra hai phía, bao gồm A s và A s ' Cốt thép A s ' được đặt ở phía chịu nén nhiều hơn, gần với điểm đặt lực N, trong khi cốt thép A s nằm ở phía đối diện.
Khi A s chịu kéo hoặc nén ít hơn (xa điểm đặt N hơn), nếu A s = A s ' thì có cốt thép đối xứng, ngược lại, khi A s A s ' là trường hợp cốt thép không đối xứng Việc sử dụng cốt thép đối xứng giúp đơn giản hóa quá trình thi công Đặc biệt, khi cấu kiện chịu moment đổi dấu có giá trị gần bằng nhau, việc đặt cốt thép đối xứng là hợp lý từ góc độ chịu lực.
Khi tính toán cốt thép không đối xứng với cặp nội lực M và N đã biết, thường cho kết quả tổng lượng cốt thép ít hơn so với cốt thép đối xứng Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, sự chênh lệch này là không đáng kể.
Chỉ nên sử dụng cốt thép đối xứng trong những trường hợp đặc biệt khi cấu kiện chịu mô men không đổi dấu, hoặc khi mô men theo một chiều lớn hơn đáng kể so với chiều còn lại Việc tính toán cần chứng minh rằng việc sử dụng cốt thép không đối xứng sẽ mang lại hiệu quả tiết kiệm rõ rệt.
b h là tỉ số phần tram cốt thép Giá trị và
‟ không bé hơn min Theo TCVN 356-2005, giá trị min lấy theo độ mảnh l 0
Bảng 3.1: Giá trị tỉ số cốt thép tối thiểu
Khi chƣa sử dụng quá 50% khả năng chịu lực của cấu kiện thì min 0,05% không phụ thuộc độ mảnh
Trong những trường hợp đặc biệt, tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm có thể được bố trí cốt thép dọc đều quanh chu vi để tăng khả năng chịu uốn theo cả hai phương Việc này cũng giúp tránh tình trạng đặt quá nhiều thép ở một cạnh, từ đó giảm bớt khó khăn trong quá trình thi công.
Gọi Ast là diện tích tiết diện toàn bộ cốt thép dọc chịu lực đặt t st b
Diện tích tính toán của tiết diện bê tông được ký hiệu là A với Ab, trong đó A st được tính bằng tổng diện tích cốt thép A s và A s ' Đối với cấu kiện nén lệch tâm có cốt thép đặt theo cạnh b, diện tích bê tông được tính là A b = b x h 0 Trong trường hợp cấu kiện nén lệch tâm có cốt thép đặt theo chu vi hoặc cấu kiện nén đúng tâm, các yếu tố này cũng cần được xem xét kỹ lưỡng.
Ab bằng diện tích tiết diện
Nên hạn chế tỉ số cốt thép t
Giá trị 0 được xác định là 2 lần min, trong khi giá trị max phụ thuộc vào mục đích sử dụng vật liệu Để hạn chế việc sử dụng thép, người ta thường chọn max là 3% Tuy nhiên, để đảm bảo sự tương tác hiệu quả giữa thép và bê tông, giá trị max thường được lấy là 6%.
Khi sử dụng cấu kiện nén lệch tâm với chiều cao h > 500mm, cần đặt cốt thép dọc cấu tạo ở giữa cạnh h để chịu ứng suất do bê tông co ngót và biến đổi nhiệt độ, đồng thời ổn định cho cốt thép đai dài Cốt thép cấu tạo có đường kính ≥ 12mm và khoảng cách theo phương cạnh h không vượt quá 500mm Nếu đã có cốt thép dọc chịu lực theo chu vi, việc đặt cốt thép dọc cấu tạo là không cần thiết.
Hình 3.2: Cốt thép dọc cấu tạo c Cốt thép ngang
Cốt thép ngang, hay còn gọi là cốt đai, có vai trò quan trọng trong việc giữ vị trí cho cốt thép dọc trong quá trình thi công, đồng thời đảm bảo sự ổn định cho cốt thép dọc chịu nén Trong những trường hợp đặc biệt khi cấu kiện phải chịu lực cắt lớn, cốt đai cũng tham gia vào việc chịu lực cắt Đường kính tối đa của cốt đai là d 4.
và 5mm Khoảng cách cốt đai a d k min và a 0 max , min
- Đường kính cốt thép dọc chịu lực lớn nhất, nhỏ nhất
Khi R sc 400MPa lấy k, a 0 P0mm
Khi Rsc >400MPa lấy k, a0 @0mm
Nếu tỉ lệ cốt thép dọc ' 1,5% cũng nhƣ khi toàn bộ tiết diện chịu nén mà t 3% thì k và a 0 00mm
Trong đoạn nối chồng thép dọc, khoảng cách a d 10
Cốt thép đai có vai trò quan trọng trong việc bao quanh cốt thép dọc, giúp giữ cho cốt thép dọc chịu nén không bị phình ra Để đảm bảo điều này, các cốt thép dọc cần được đặt vào vị trí uốn của cốt thép đai, với khoảng cách giữa các chỗ uốn không vượt quá 400mm Khi chiều rộng tiết diện không lớn hơn 400mm và mỗi cạnh có tối đa 4 thanh cốt thép dọc, chỉ cần sử dụng 1 cốt thép đai bao quanh toàn bộ cốt thép dọc.
3.1.2 Cở sở lý thuyết tính cột bê tông cốt thép
3.1.3.1 Đại cương về nén lệch tâm xiên
Nén lệch tâm xiên xảy ra khi mặt phẳng uốn không chứa trục đối xứng của tiết diện
Gọi hai trục đối xứng của tiết diện là Ox và Oy Góc giữa mặt phẳng uốn và trục
Ox là α ,có thể phân phối mômen M thành 2 thành phần tác dụng trong 2 mặt phẳng chứa trục Ox và trục Oy là Mx và My x os o
Hình 3.3: Sơ đồ nội lực nén lệch tâm xiên
Trường hợp khi tính toán nội lực đã xác định và tổ hợp riêng Mx ,My ,theo 2 phương trình thì mômen tổng M sẽ là
Góc lập bởi véc tơ mômen tổng M và trục ox là αo mà o y x tg M
M (3.4) Cột chịu nén lệch tâm xiên thường gặp trong các khung khi xét sự làm việc của cột đồng thời chịu uốn theo cả 2 phương
Tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm xiên với các cạnh cx và cy thường được bố trí theo chu vi và đối xứng qua hai trục Khi giá trị của Mx và My gần bằng nhau, việc thiết kế tiết diện vuông sẽ được ưu tiên.
3.1.3.2 Cơ sở tính toán cột chịu nén lệch tâm xiên
Tài liệu tham khảo : Tính toán tiết diện cột bêtông cốt thép của GS Nguyễn Đình Cống
Phương pháp tính toán cốt thép dựa trên việc chuyển đổi trường hợp nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng tương đương Nguyên tắc này được quy định trong tiêu chuẩn BS8110 của Anh và ACI của Mỹ.
318 ,tác giả đã dựa vào nguyên tắc đó để lập ra các công thức và điều kiện tính toán phù hợp với TCVN 356 – 2005
Xét tiết diện có cạnh Cx , Cy điều kiện để áp dụng phương pháp là :
C ,cốt thép đƣợc đặt theo chu vi
Tiết diện chịu lực nén N và mômen uốn M x, M y cùng với độ lệch tâm ngẫu nhiên e ax và e ay được xem xét Sau khi phân tích uốn theo hai phương, hệ số x và y được tính toán Mômen đã tăng lên thành M x1 và M y1.
: Hệ số xét đến ảnh hưởng của uốn dọc
Nth : Lực dọc tới hạn của cấu kiện xác định theo công thức thực nghiệm th 2, 5 2 b o
E b : Môđun đàn hồi của bêtông
J : Mô men quán tính của tiết diện theo phương đang xét l0 : Chiều dài tính toán của tiết diện l o l (3.7)
Với nhà nhiều tần lag có liên kết cứng giữa dầm và cột ,kết cấu sàn đổ toàn khối có từ ba nhịp trở lên 0, 7
Tùy thuộc vào mối quan hệ giữa giá trị Mx1 và My1 với kích thước các cạnh tương ứng, chúng ta sẽ áp dụng một trong hai mô hình tính toán, theo phương x hoặc phương y, như được chỉ ra trong bảng điều kiện và ký hiệu dưới đây.
Bảng3.1: Điều kiện quy đổi về trường hợp lệch tâm phẳng
Mô hình Theo phương x Theo phương y Điều kiện
Kí hiệu h = Cx ,b = Cy ,M1 = Mx1 , M2
= M y1 e a = e ax + 0,2e ay h = Cy ,b = Cx ,M1 = My1 , M2 M x1 e a = e ay + 0,2e ax Giả thiết chiều dày lớp bêtông bảo vệ là a ta có h 0 = h – a , Z = h – 2a Chuẩn bị các số liệu thiết kế
Rs : Cường độ tính toán của cốt thép
Rb : Cường độ tính toán của bêtông
R : hệ số tính toán giới hạn vùng nén tra bảng phụ thuộc vào bêtông và cốt thép
Tiến hành tính toán theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng
Hệ số chuyển đổi mo
Tính mômen tương đương (đổi nén lệch tâm xiên sang nén lệch tâm phẳng)
(3.9) e1 : Độ lệch tâm hình học : 1 e M
N ea : Độ lệch tâm ngẫu nhiên đƣợc lấy không nhỏ hơn 1/25 chiều cao tiết diện cột và không nhỏ hơn các trị số sau
20 mm đối với cột và các tấm tường có chiều dày từ 25 cm trở lên
15 mm đối với cột và các tấm tường có chiều dày từ 15 - 25 cm
10 mm đối với cột và các tấm tường có chiều dày dưới 15 cm Độ lệch tâm tính toán eo đƣợc xác định nhƣ sau
Với kết cấu siêu tĩnh : e0 = max (e1,ea) Độ lệch tâm o 2 e e h a (3.10) Tính toán độ mảnh theo 2 phương x ox x l
i lấy m ax( x , y ) (3.11) Dựa vào độ lệch tâm e 0 và giá trị x 1 để phân biệt các trường hợp tính toán a, Trường hợp 1 : nén lệch tâm rất bé khi o 0, 3 o e
h tính toán gần như nén đúng tâm
Hệ số ảnh hưởng của nén lệch tâm e
Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm
- Khi 14 104 tính theo công thức sau
Diện tích toàn bộ cốt thép dọc Ast:
Cốt thép đƣợc chọn đặt theo chu vi ( mật độ cốt thép trên cạnh b có thể lớn hơn cạnh h) b, Trường hợp 2 : Khi o 0, 3 o e
h đồng thời x 1 R h o tính toán theo trường hợp nén lệch tâm bé
Xác định chiều cao vùng nén x
Diện tích toàn bộ cốt thép A st tính theo công thức
Quy định lấy k = 0,4 c, Trường hợp 3: Khi o 0, 3 o e
h đồng thời x 1 R h o tính toán theo trường hợp nén lệch tâm lớn
Tính Ast theo công thức sau với k = 0,4
Cốt thép đƣợc đặt theo chu vi trong đó cốt thép đặt theo cạnh b có mật độ lớn hơn hoặc bằng mật độ theo cạnh h
Căn cứ vào sơ đồ kết cấu của công trình ta đi tính toán thiết kế các cấu kiện cột thuộc khung trục 2
Khung trục 2 gồm có các cột sau : C2, C4, C6
Tính toán dầm khung điển hình
3.2.1 Cơ sở lý thuyết cấu tạo dầm bê tông cốt thép
Dầm là một cấu kiện có chiều dài lớn hơn nhiều so với chiều cao và chiều rộng của tiết diện ngang Tiết diện ngang của dầm thường có các hình dạng như chữ nhật, chữ T, chữ I, hình thang, hoặc hình hộp, trong đó tiết diện chữ nhật và chữ T là phổ biến nhất.
Chiều cao h của tiết diện được xác định theo phương của mặt phẳng uốn, với tiết diện hợp lý có tỉ số h/b từ 2 đến 4 Thông thường, chiều cao h được chọn trong khoảng từ 1/8 đến 1/20 của nhịp dầm Khi lựa chọn kích thước b và h, cần lưu ý đến yêu cầu kiến trúc và việc định hình ván khuôn.
Hình 3.5: Các dạng tiết diện dầm
Cốt thép trong dầm gồm cốt dọc chịu lực, cốt đai và cốt xiên (hình 3.6 )
Trong thiết kế dầm, có nhiều loại cốt thép như cốt đai hai nhánh, một nhánh và bốn nhánh Cốt dọc chịu lực thường có đường kính từ 10 đến 30 mm, và số thanh trong tiết diện phụ thuộc vào diện tích yêu cầu cũng như chiều rộng tiết diện Đối với dầm có chiều rộng từ 15 cm trở lên, cần ít nhất hai thanh cốt dọc, trong khi dầm có bề rộng nhỏ hơn có thể chỉ cần một cốt Cốt dọc chịu lực có thể được bố trí theo một hoặc nhiều lớp, nhưng phải tuân thủ các nguyên tắc cấu tạo nhất định.
Cốt dọc cấu tạo có thể là :
Cốt giá dung giữ vị trí cốt đai trong quá trình thi công, đặc biệt đối với dầm chỉ cần cốt dọc chịu kéo theo tính toán, đồng thời chịu các ứng suất từ co ngót và nhiệt độ Thông thường, cốt thép có đường kính tối thiểu là 12 mm được sử dụng trong trường hợp này.
Khi chiều cao tiết diện dầm vượt quá 70cm, cần đặt cốt thép phụ vào mặt bên của tiết diện Những cốt thép này giúp chịu đựng ứng suất do co ngót và thay đổi nhiệt độ, đồng thời giữ cho khung cốt thép không bị lệch trong quá trình đổ bê tông.
Tổng diện tích của cốt cấu tạo nên lấy khoảnh 0,1 % đến 0,2% diện tích của sườn dầm
Cốt xiên và cốt đai là hai yếu tố quan trọng trong cấu trúc bê tông, giúp chịu lực cắt Q Cốt đai được gắn vào vùng bê tông chịu nén và vùng bê tông chịu kéo để đảm bảo tiết diện có khả năng chịu mô men Gốc nghiêng của cốt xiên thường được thiết kế ở góc 45 độ, đặc biệt đối với các dầm có chiều cao lớn.
Khi chiều cao dầm đạt 80cm, góc α được đặt là 60 độ cho các dầm thấp và 30 độ cho bản Đường kính cốt đai thường từ 6mm đến 10mm, và khi chiều cao dầm từ 80cm trở lên, cần sử dụng cốt đai Φ8 hoặc lớn hơn Cốt đai có thể có một, hai hoặc nhiều nhánh, như minh họa trong hình 3.8 Khoảng cách, diện tích cốt xiên và cốt đai cần được xác định dựa trên tính toán kỹ lưỡng.
Cốt thép đai được bố trí thành từng lớp, với số nhánh đứng trong mỗi lớp phụ thuộc vào bề rộng (b) và số lượng cốt thép dọc Đối với bề rộng nhỏ hơn 150mm, có thể sử dụng đai với 1 nhánh.
Khi b không lớn và cốt thép dọc vừa phải, thường sử dụng đai 2 nhánh Tuy nhiên, khi b lớn và có nhiều cốt thép dọc, cần thiết phải cấu tạo cốt thép đai với số nhánh nhiều hơn.
Khoảng cách giữa các lớp cốt thép đai trong dầm có thể đều hoặc không đều, ảnh hưởng đến thi công và tiết kiệm vật liệu Việc đặt cốt thép đai đều, mặc dù thuận tiện, không phải là phương án tối ưu về tiết kiệm thép Tiêu chuẩn TCVN 356-2005 quy định khoảng cách cấu tạo của cốt thép đai bằng cách chia dầm thành các đoạn, bao gồm đoạn gần gối tựa với chiều dài Sg và đoạn giữa dầm.
Với dầm chịu tải trọng phân bố: Sg= 1/4L (3.19) Với dầm chịu tải trọng tập trung: S g = Max( v và 1/4L) (3.20)
( L là nhịp dầm, v là khoảng cách từ gối tựa đến điểm đặt tải trọng tập trung.)
Trong đoạn Sg khoảng cách cấu tạo giữa các lớp cốt thép đai không đực vƣợt quá:
Trong thiết kế kết cấu, khoảng cách giữa các lớp cốt thép đai phải tuân thủ quy định: đối với dầm có chiều cao h lớn hơn 3000mm, khoảng cách s không được vượt quá 4/3h và 500mm Ngược lại, nếu chiều cao h nhỏ hơn 300mm và tính toán cho thấy không cần sử dụng cốt thép đai, có thể không lắp đặt.
Khi tính toán cốt thép chịu nén A s ' trong dầm, cần lưu ý rằng việc đặt cốt thép đai phải tuân theo quy định đối với các cấu kiện chịu nén.
(ϕmax, ϕmin - đường kính lớn nhất và nhỏ nhất của cốt thép)
3.2.2 Cơ sở lý thuyết tính thép dầm bê tông cốt thép
Theo chiều cao của nhà, các tầng thường có tải trọng và vị trí giống nhau Nếu nội lực do gió không thay đổi nhiều, có thể tính toán một dầm tầng làm đại diện cho các tầng tương tự Tuy nhiên, trong trường hợp nội lực hoặc sơ đồ kết cấu khác biệt, như giữa tầng mái và các tầng khác, cần thực hiện tính toán và bố trí riêng.
Việc xác định số lượng dầm cần tính toán là rất quan trọng để đảm bảo tính kinh tế và thuận tiện trong thi công Để tính toán cốt thép cho dầm khung của một tầng, cần trích riêng sơ đồ dầm khung và ghi chú các nội lực từ bảng tổ hợp tại từng tiết diện Điều này giúp lựa chọn cặp nội lực phù hợp để tính toán thép dọc chịu mô men dương, mô men âm và cốt đai chịu lực cắt Q cho dầm.
Chỉ nên tính cốt dọc chịu mô men dương cho trị số lớn nhất trong tất cả các tiết diện của dầm Cốt đai nên được bố trí giống nhau ở hai đầu dầm, sử dụng trị số Q lớn nhất để tính toán Cốt đai ở giữa dầm được bố trí theo yêu cầu cấu tạo Riêng đối với cốt dọc chịu mô men âm, cần tính riêng cho hai đầu dầm và có thể bố trí ở giữa dầm.
Cốt thép chịu M âm tính theo bài toán tính cốt dọc của cấu kiện chịu uốn, tiết diện chũ nhật
Cơ sở lý thuyết về cấu tạo
Bản là kết cấu phẳng với chiều dày nhỏ so với chiều dài và chiều rộng Trong xây dựng nhà cửa, các bản sàn thường có kích thước từ 2 đến 6 mét trên mặt bằng, trong khi chiều dày của bản chỉ dao động từ 6 cm trở xuống.
Bản có kích thước và chiều dày đa dạng, thường là 20 cm, nhưng có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn trong các kết cấu khác Bê tông sử dụng cho bản thường có cấp độ bền chịu nén từ B12,5 đến B25 Đối với cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn, việc sử dụng bê tông có cấp độ bền cao giúp hạn chế độ võng và bề rộng khe nứt, tuy nhiên, hiệu quả kinh tế sẽ không cao.
Cốt thép trong bản bao gồm cốt thép chịu lực và cốt phân bố, thường là thép CB240T, CB300V, hoặc đôi khi là CB400V Cốt thép chịu lực được đặt trong vùng chịu kéo do mômen gây ra, với đường kính thông thường từ 6 đến 12mm Số lượng cốt thép chịu lực được xác định qua tính toán, thể hiện qua đường kính và khoảng cách giữa các cốt thép Khoảng cách giữa trục hai cốt thép chịu lực trong vùng có mômen lớn không được vượt quá giới hạn quy định.
20 cm khi chiều dày bản h < 15 cm;
Khi chiều cao bê tông lớn hơn hoặc bằng 15 cm, thời gian đổ bê tông là 1,5 giờ Để đảm bảo tính dễ dàng trong việc đổ bê tông, khoảng cách giữa các cốt thép không được nhỏ hơn 7 cm Cốt thép phân bố được đặt thẳng góc với cốt thép chịu lực, có nhiệm vụ giữ vị trí cho cốt thép chịu lực trong quá trình đổ bê tông, phân phối lực tập trung và chịu ứng suất do co ngót và nhiệt độ Đường kính của cốt thép phân bố thường dao động từ 4 đến 8 mm, với số lượng tối thiểu là 10% so với cốt thép chịu lực tại vị trí có mômen uốn lớn nhất Khoảng cách giữa các cốt thép phân bố thường từ 25 đến 30 cm, không vượt quá 35 cm, và chúng được buộc hoặc hàn với cốt thép chịu lực thành một lưới chắc chắn.
Hình 4.1: Sơ đồ bố trí cốt thép trong bản a) Mặt bằng; b) Mặt cắt;
1 – Cốt thép chịu lực; 2 – Cốt thép phân bố.
Cơ sở lý thuyết tính toán sàn
Sơ đồ đàn hồi của hệ siêu tĩnh là sơ đồ kết cấu thể hiện cách mà mọi phân tố, tiết diện và miền vật liệu trong hệ kết cấu hoạt động trong giới hạn đàn hồi dưới tác động của tải trọng, nhiệt độ, hoặc chuyển vị cưỡng bức.
Khi tải trọng tăng lên, vật liệu bắt đầu làm việc ngoài giới hạn đàn hồi, dẫn đến sự hình thành các khớp dẻo tại những vị trí có nội lực Mô men cực trị Sự hình thành khớp dẻo làm giảm bậc siêu tĩnh của hệ, chuyển đổi nó thành một hệ ít siêu tĩnh hơn và gây ra sự phân bố lại nội lực Nếu tải trọng tiếp tục gia tăng, các khớp dẻo sẽ tiếp tục hình thành ở các tiết diện chịu lực nguy hiểm, cùng với việc giảm bậc siêu tĩnh và phân bố lại nội lực cho đến khi bậc siêu tĩnh đạt 0 Khi đó, hệ kết cấu trở thành hệ tĩnh định, chịu mức cường độ tải trọng cực hạn, khiến các tiết diện có nội lực cực trị đạt tới giới hạn chảy, và nếu tiếp tục, hệ sẽ biến thành một hệ biến hình Trạng thái cực hạn này được gọi là sơ đồ khớp dẻo.
Sơ đồ khớp dẻo của hệ kết cấu siêu tĩnh là một hệ tĩnh định, được hình thành từ hệ siêu tĩnh gốc khi có đủ số lượng khớp dẻo tới hạn Hệ này chịu tải trọng và tác động ở mức cực hạn.
Sử dụng trong thiết kế
Tuy nhiên, trong phân tích kết cấu bằng máy tính thường sử dụng sơ đồ đàn hồi vì các lý do:
Các phần mềm hiện tại chưa đủ mạnh để mô hình hóa sự hình thành khớp dẻo, vì chúng yêu cầu đầy đủ thông số về cốt thép trong cấu kiện Do đó, chỉ có thể thực hiện phân tích cho các bài toán kiểm tra, không áp dụng được cho thiết kế.
Mặc dù sơ đồ khớp dẻo giúp tiết kiệm và tối ưu hóa vật liệu, nhưng việc lựa chọn tính toán theo sơ đồ đàn hồi vẫn là phương án an toàn hơn.
THIẾT KẾ KẾT CẤU MÓNG DƯỚI KHUNG ĐIỂN HÌNH
Điều kiện địa chất công trình
Địa chất đƣợc khoan thăm dò và khảo sát nhƣ sau:
Lớp 1 (lớp đất san lấp) :Nằm từ mặt đất tự nhiên sâu từ 0.9m Lớp chƣa đƣợc nén chặt tự nhiên, nên khi thi công hạ tầng hay móng công trình cần xử lý làm chặt hay bóc vỏ lớp này
Lớp 2 (Sét pha dẻo ):Lớp không đồng nhất, chiều dày trung bình lớp 7.0m SPT dao động trong khoảng 4-8 búa, trung bình 5 búa Lớp có khả năng chịu tải rất thấp, khi thi công công trình cần cải tạo lớp này
Lớp 3 (sét pha nữa cứng): Lớp không đồng nhất, chiều dày trung bình lớp 4m SPT dao động trong khoảng 6-11 búa, trung bình 7 búa, khả năng chịu tải trọng thấp
Lớp 4 (Cát hạt mịn, màu xám trắng, xám đen, trạng thái xốp ): Lớp không đồng nhất, chiều dày trung bình lớp 7m SPT dao động trong khoảng 7 – 14 búa, trung bình 9 búa Lớp có khả năng chịu tải thấp, không nên chọn lớp này làm tầng tựa mũi cọc
Lớp 5 (Cát hạt trung- thô, màu hồng, trạng thái chặt vừa): Lớp khá đồng nhất và ổn định, chiều dày trung bình lớp 15.0m SPT dao động trong khoảng 11-
20 búa, trung bình 14 búa Lớp có khả năng chịu tải trung bình
Lớp 6 (Cát hạt trung, xám xanh, xám vàng, trạng thái chặt): Lớp khá đồng nhất nhƣng không ổn định, chiều dày lớp khá dày, khoan tới 80m vẫn chƣa kết thúc lớp này SPT dao động trong khoảng từ 25 – 55 búa, trị số trung bình là
42 búa, lớp có khả năng chịu tải tốt
Mực nước ngầm cách mặt đất tự nhiên -2.0 m so với cos tự nhiên
Bảng 5.1: Các đặc trưng cơ í của ớp đất dưới công trình
Chiều dày lớp đất (m) Độ ẩm (%)
Lực dính đơn vị, C (Kg/cm 2 )
5 Cát hạt trung (chặt vừa) 15 15 1,85 0,06 29 0 21‟ 600 14 7,3
6 Cát hạt trung (rất chặt) Rất dày - - - -
Trong đó: N - Giá trị xuyên tiêu chuẩn SPT
- Góc nội ma sát theo tiêu chuẩn
- Dung trọng tự nhiên của đất.( T/m 3 )
C - Lực dính kết tiêu chuẩn (T/m 2 )
Hình 5.1: Trụ địa chất công trình
Nội lực dưới chân cột khung điển hình 2-2
- Số iệu tải trọng tính toán phần tử 388 chân cột C2(0,22x0,4) trong SAP tại cốt 0.00 :
- Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn:
(n là hệ số vƣợt tải gần đúng n = 1,1 – 1,2 ở đây chọn n = 1,15)
Tải trọng tiêu chuẩn tại cốt 0,0:
Lựa chọn phương án kết cấu móng
5.3.1 Đề xuất phương án móng: các giải pháp móng có thể sử dụng đƣợc là:
- Phương án móng cọc ép:
-Không gây chấn động mạnh;
-Dễ thi công , kiểm tra đƣợc chất lƣợng cọc ;
-Tiết diện cọc nhỏ do đó sức chịu tải của cọc không lớn;
- Khó thi công khi phải xuyên qua lớp sét cứng hoặc cát chặt.
Tính toán móng cọc
5.4.1 Thông số về cọc: a) Chọn độ chôn sâu của đáy đài:
Trong thiết kế móng cọc, để tính toán cho móng cọc đài thấp, cần đảm bảo rằng giả thiết tải trọng ngang từ đất ở đáy đài được tiếp nhận một cách hợp lý.
(5-1) Trong đó: h - độ chôn sâu của đáy đài
Q : Tổng lực ngang theo ph-ơng vuông góc với cạnh b của đài: Q x = 4,8 T
; : góc nội ma sát và trọng l-ợng thể tích đơn vị của đất từ đáy đài trở lên:
= 11 0 ; = 1,8 (T/m 3 ) b : bề rộng đài chọn sơ bộ b =1,5 m
√ Vậy ta chọn h = 1,05 m > 0,77m b Thông số về cọc:
+ Ta chọn tiết diện cọc 300x300
+ Lớp bê tông bảo vệ : a = 50 mm
+ Cường độ chịu nén bê tông cọc : R = 145 kG/cm 2 (B25)
+ Cường độ tính toán cốt thép cọc : Rs = 2800 (CII)
+ Số thanh thép trên một đoạn : n= 4 thanh
+ Đường kính thép chịu lực: d = 18 mm
+ Cọc ngàm vào đài 0,8m để sau này đập bỏ phần bê tông kém chất lƣợng, chỉ để lại 0,1 m bê tông ngàm vào đài
+ Cọc chôn sâu vào đài là 0,1m, mũi cọc cắm sâu vào lớp đất thứ 5 là 2,55m , thép cọc neo vào đài 30D0.16 H0mm, chọn 50cm
Vậy tổng chiều dài cọc là lc= ∑li – h m +0,1 +0,5 =(0,9+7+4+7+2,55)-1,05 +0,1 + 0,5!m
5.4.2 Sức chịu tải của cọc theo vật liệu:
Sức chịu tải của cọc theo vật liệu đƣợc tính nhƣ sau:
Sức chịu tải của cọc theo vật liệu đƣợc tính nhƣ sau:
Trong đó: cb : hệ số điều kiện làm việc Chọn cb = 1
: hệ số kể đến phương pháp thi công cọc
Fs : Diện tích phần cốt thép Fs = 0.00102(m 2 )
Fc : Diện tích phần cọc bê tông Fc = 0.3x0.3 – 0.00102 = 0.0889(m 2 )
5.4.3 Tính toán sức chịu tại của cọc tại điểm xuyên tĩnh:(CPT)
- qb : là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc lấy theo kết quả xuyên tại điểm thí nghiệm;
Trị trung bình cường độ sức kháng của lớp đất thứ „i‟ trên thân cọc được ký hiệu là fi, trong đó li là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ “i” và u là chu vi tiết diện ngang thân cọc Giá trị qb được xác định theo công thức: qb = 1 q C (5.4).
Trị trung bình sức kháng của đất dưới mũi xuyên, ký hiệu là qC, được xác định dựa trên kết quả thí nghiệm Giá trị qC được lấy trong khoảng bề dày từ 1d trở lên đến 4d trở xuống so với cao trình mũi cọc thiết kế, trong đó d là đường kính của cọc tròn, cạnh của cọc vuông, hoặc cạnh dài của cọc hình chữ nhật Giá trị cụ thể của qC là 730 T/m².
Hệ số chuyển đổi từ qc sang qb là 1, không phụ thuộc vào loại hình mũi xuyên, với Bả 1 = 0,558 Từ đó, qb được tính là 1 qC = 0,558 x 730 = 407,34 T/m² Trị trung bình sức kháng trên thân cọc f được xác định dựa trên kết quả này.
Khi xuyên phá loại I: f = 2 fs (5.5) Trong đó:
2, là các hệ số lấy theo Bả 2 = 1,016
Giá trị fs là cường độ sức kháng trung bình của đất trên ống ma sát của mũi xuyên, được xác định bằng thương số giữa tổng sức kháng của đất trên thân xuyên và diện tích bề mặt trong phạm vi chiều sâu từ mặt đất đến cao độ mũi cọc trong lớp đất thiết kế chịu lực.
Tra Bảng 14 TCVN 10304: fs = 78,4 Kpa
- hệ số an toàn đối với cọc chịu nén tính theo công thức:
Hệ số tin cậy về tầm quan trọng của công trình được xác định theo các cấp độ, với giá trị lần lượt là 1,2 cho cấp I, 1,15 cho cấp II và 1,1 cho cấp III theo phụ lục F (TCVN-10304-2014) Đối với công trình cấp II, hệ số tin cậy g n được lấy là 1,15 Ngoài ra, hệ số tin cậy theo loại đất cũng rất quan trọng; đối với móng cọc đài thấp có đáy nằm trên lớp đất biến dạng lớn, giá trị k được xác định như sau: 1,40 cho móng có ít nhất 21 cọc, 1,55 cho 11 đến 20 cọc, 1,65 cho 6 đến 10 cọc và 1,75 cho 1 đến 5 cọc Cuối cùng, hệ số điều kiện làm việc được áp dụng là 1 cho cọc đơn và 1,15 cho nhiều cọc, nhằm tăng cường tính đồng nhất của nền đất.
Sức chịu tải của cọc:
5.4.4.Tính toán sức chịu tải theo Meyerhof:
Trong đó: q b : cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc, tính theo công thức: q b K N 1 p (5.7a)
N p : là chỉ số SPT trung bình trong khoảng 4d phía dưới và 1d phía trên mũi cọc
A b : diện tích ngang mũi cọc f i : cường độ sức kháng trung bình (ma sát đơn vị) của lớp thứ i trên thân cọc tính theo công thức:
K 2 : là hệ số lấy bằng 2 với móng cọc ép, và bằng 1 đối với cọc nhồi
N si : là chỉ số SPT trung bình của lớp thứ i trên thân cọc
Hệ số điều chỉnh cọc đóng, ép (p) được xác định dựa trên tỷ lệ giữa mức kháng cắt không thoát nước của đất dính (Cu,i) và giá trị trung bình của ứng suất pháp hiệu quả thẳng đứng.
Khi không có mực nước ngầm: v ' i i h (5.7d) Khi có mực nước ngầm: v ' ( i n ) h i (5.7e)
+ f L : Là hệ số điều chỉnh theo độ mảnh h/d cho của cọc đóng, xác định biểu đồ trên hình 5.1
Chiều sâu cọc và đường kính cọc được xác định theo tỷ lệ L/d Cường độ sức kháng cắt không thoát nước của đất dính (Cu) được tính theo công thức c u,i = 6,25.N c,i Để xác định sức chịu tải của cọc ép có kích thước 30x30cm, cần áp dụng các thông số địa chất đã có.
Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc được tính bằng công thức qb = K1×Np, với K1 = 400 và Np = 14, cho kết quả là 5600 kN/m² (560 T/m²) Ứng suất pháp hiệu quả theo phương đứng được xác định là σ‟v = 38 + (1,85 - 1) × 2,55, dẫn đến giá trị 21,5 T/m² Cường độ sức kháng cắt không thoát nước của đất dính cũng cần được xem xét trong quá trình phân tích.
Tra phụ lục F, công trình tầm quan trọng loại 2 nên γ n = 1,15 ; γ k = 1,75 ; γ 0 1,15 suy ra : γ = 1,15×1,75/1,15 = 1,75
Vậy sức chịu tải tính theo công thức Meyerhof tại Z = 21,45 m là: qb×Ab = 560 ×0,09= 50,4 T
PMeyerhof = Rcu/γ = (50,4+68,31)/1,75 g,8 T Đối với các lớp địa chất khác, kết quả đƣợc lập trong bảng D1 phụ lục D
Sức chịu tải của cọc lấy theo công thức Meyerhof là: P g,8 T
5.4.5.Xác đinh theo Công thức của Viện kiến trúc Nhật Bản (1988):
Sức chịu tải cực hạn của cọc xác định theo công thức:
- q b : là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc xác định như sau:
Khi mũi cọc nằm trong đất rời q b = 300 Np cho cọc đóng (ép) và qb= 150Np cho cọc khoan nhồi
Khi mũi cọc nằm trong đất dính qb= 9.cu cho cọc đóng (ép) và qb= 6 cu cho cọc khoan nhồi
Đối với cọc đóng và cọc ép, cường độ sức kháng trung bình trên đoạn cọc trong lớp đất rời thứ „„i‟‟ được tính bằng công thức f s,i = (10.N s,i )/3 Trong khi đó, cường độ sức kháng trên đoạn cọc nằm trong đất dính thứ „„i‟‟ được xác định bằng công thức f s,i = p f L c u,i.
Hệ số điều chỉnh cho cọc đóng, ký hiệu là αp, phụ thuộc vào tỷ lệ sức kháng cắt không thoát nước của đất dính cu và giá trị trung bình của ứng suất pháp hiệu quả thẳng đứng, được xác định theo biểu đồ trong hình 5.2.
+ f L : là hệ số điều chỉnh theo độ mảnh h/d của cọc đóng, xác định theo biểu đồ trên hình 5.3
Chỉ số N p là chỉ số SPT trung bình trong khoảng từ 1d dưới đến 4d trên mũi cọc Cường độ sức kháng cắt không thoát nước của đất dính được ký hiệu là c u Khi không có số liệu sức kháng cắt không thoát nước cu từ các thiết bị thí nghiệm, có thể xác định c u thông qua thí nghiệm nén một trục nở ngang tự do với công thức cu = qu/2, hoặc từ chỉ số SPT trong đất dính theo công thức cu,i = 6,25 Nc,i, tính bằng kPa, trong đó Nc,i là chỉ số SPT trong đất dính.
+ N s,i :là chỉ số SPT trung bình trong lớp đất rời "i” ;
- l s,i : là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời "i” ;
- l c,i : là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất dính "i” ;
- u: là chu vi tiết diện ngang cọc;
Đường kính tiết diện của cọc tròn là d, trong khi cọc vuông có cạnh là d Để xác định sức chịu tải của cọc ép với kích thước 30x30cm, cần dựa vào các yếu tố địa chất đã được khảo sát.
- Tại z=0,9m Ứng suất pháp hiệu quả theo phương đứng: σ‟ v = 1,6×0,9= 1,44 T/m 2
Mũi cọc được cắm vào lớp đất rời nên ta dựa theo công thức tính trên đất dời:
Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc: qb= 300 Np = 300.14/10 = 420T/m 2 f s,i = (10.N s,i )/3= 10.14/(10.3)=4,7
Tra phụ lục F, công trình tầm quan trọng loại 2 nên: γ n = 1,15 ; γk = 1,75 ; γ0 = 1,15 suy ra : γ = 1,15×1,75/1,15 = 1,75
Vậy sức chịu tải tính theo công thức Nhật Bản tại Z = 21,45 m là: q b ×A b = 420×0,09= 37,8 T u×∑f i ×li = 1,2×4,7×2.55+69,8= 84,2 T
PNhật Bản= Rcu/γ = (37,8+84,2)/1,75 i,7 T Đối với các lớp địa chất khác, kết quả đƣợc lập trong bảng D2 phụ lục D
Vậy sức chịu tải của cọc lấy theo công thức Nhật Bản là: P = 69,7T
5.4.6 Lựa chọn sức chịu tải:
Dự kiến cọc cắm sâu đến cao độ 21m Áp dụng công thức lựa chọn sức chịu tải cọc:
P = min( PVL, PMeyerhof, PNB) =min(157,47;67,8;69,7)g,8T Vậy chọn sức chịu tải của cọc R = 67,8T.
Tính toán kiểm tra bố trí cọc
5.5.1 Tính toán số ƣợng cọc trong đài:
Số l-ợng cọc sơ bộ xác định nh- sau: [ ] (5-10)
:hệ số xét đến ảnh hưởng của mô men M và trọng lượng của đài: o 1 - 1.5
) chọn n=4 Tính toán cho các giá trị khung trục điển hình tại phục lục
5.5.2 Lựa chọn kích thước đài móng, giằng móng :
Ta chọn kích thước đài móng: B x L =1,5 x 1,5 m
Chọn tất cả các tiết diện giằng móng là 30 x 55 m
Hình 5.4: Bố trí đài cọc
5.5.3 Lập mặt bằng kết cấu cho công trình:
Xem chi tiết bản vẽ KC – 15
5.5.4 Kiểm tra phản ực tác dụng ên đầu cọc:
Theo giả thiết gần đúng cọc chỉ chịu tải dọc trục, chịu nén hoặc chịu kéo: + Trọng lƣợng của đài và đất trên đài:
+ Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên cọc đƣợc tính theo công thức:
∑ (5-12) Trong đó: N tc N o tc G d → tải trọng tiêu chuẩn tại đáy đài d tc oy tc ox tc x M Q h
M → mô men Mx tiêu chuẩn tại đáy đài
+ Tải trọng tính toán tác dụng lên cọc không kể trọng l-ợng bản thân đài và lớp đất phủ được tính theo công thức:
∑ + (5-13) Trong đó: N tt N tt G d → tải trọng tính toán tại cốt 0,0 d tt oy tt ox tt x M Q h
M → mô men M x tính toán tại đáy đày tt tt tt y oy ox d
M M Q h → mô men M x tính toán tại đáy đày
5.5.5 Kiểm tra phản ực tác dụng ên đầu cọc:
Hình 5.5a:Hàng cọc đâm thủng đài Hình 5.5b: Cột đâm thủng đài
Cột đâm thủng đài theo dạng hình thang bao bọc hết cọc nên
Đài móng thỏa mãn điều kiện đâm thủng với kích thước đài lớn nhất nên các đài còn lại không cần kiểm tra nữa
5.5.6 Kiểm tra khả năng hàng cọc chọc thủng đài Điều kiện kiểm tra: p b h R 0 k (5.13) Trong đó:
+ P – lực đâm thủng bằng tổng phản lực của cọc nằm ngoài tiết diện cọc, Pmax = 80,2 T
+ ho=0,9m – chiều cao hữu ích của đài
+ R k = 105T/m 2 – cường độ tính toán chịu kéo của bê tông
+ - hệ số không thứ nguyên
Vậy chiều cao đài thỏa mãn điều kiện chống đâm thủng và chọc thủng theo tiết diện nghiêng.
Kiểm tra tổng thể kết cấu móng
5.6.1 Kiểm tra áp lực dưới đáy khối móng quy ước
- Xác định khối móng quy ước:
Quan niệm rằng tải trọng của mống được truyền qua diện tích rộng hơn nhờ ma sát giữa mặt xung quanh cọc và đất bao quanh, bắt nguồn từ mép ngoài cọc tại đáy đài và nghiêng một góc α, được gọi là khối móng quy ước.
+ Chiều cao khối móng quy ƣớc tính từ mặt đất đến mũi cọc HM 21,45m
Diện tích đáy móng khối quy -ớc xác định theo công thức sau đây:
(trong đó tb - góc ma sát trung bình của các lớp đất từ mũi cọc trở lên)
L m khoảng cách giữa 2 mép ngoài cùng của cọc theo ph-ơng x
B m khoảng cách giữa hai mép ngoài cùng của cọc theo ph-ơng y
Vậy kích th-ớc đáy móng khối quy -ớc nh- sau:
- Xác định tải trọng tiêu chuẩn dưới đáy khối móng quy ước (mũi cọc):
Diện tích đáy móng khối quy -ớc:
Hình 5.6: Sơ đồ tính khối móng quy ƣớc Mô men chống uốn Wx ; Wy của F qu là:
- Xác định trọng lƣợng của khối móng quy ƣớc trong phạm vi từ đế đài trở lên:
-Trọng lƣợng coc tiêu chuẩn: N 2 21 0, 3 0, 3 2, 5 4 28, 9 T
-Trọng lƣợng khối đất trong phạm vi lớp sét pha dẻo
-Trọng lƣợng khối đất trong phạm vi lớp sét pha nửa cứng
-Trọng lƣợng khối đất trong phạm vi lớp cát hạt mịn
-Trọng lƣợng khối đất trong phạm vi lớp cát hạt trung:
Trọng lƣợng của khối móng quy ƣớc: qu i
- Trị tiêu chuẩn lực dọc xác định đến đáy khối quy ƣớc:
+ Mô men Mx và My tớnh toỏn tại đáy đài : tt tt tt x ox oy d
M M Q h ; M tt y M oy tt Q ox tt h d (5.17)
; ứng suất tác dụng tại đáy móng khối quy -ớc:
+ C-ờng độ tính toán của đất ở đáy khối quy ước (Theo công thức của Terzaghi):
Lớp 5 cã ) 0 21 tra bảng ta cã: N ,3 ; N q = 21,85 ; N c = 36,39
Nh- vậy đất nền d-ới đáy móng khối quy -ớc đủ khả năng chịu lực
5.6.2 Kiểm tra lún cho móng cọc
(5.19) Dùng phương pháp cộng lún từng lớp để tính lún cho móng:
Chia nèn đất dưới đáy móng khối thành từng lớp phân tố có chiều dày
Bảng kết quả tính lún xem bảngu D.3 phụ lục D
Từ bảng D.3 ta có Độ lún rất nhỏ so với độ lún cho phép thỏa mãn
Hình 5.7: Sơ đồ tính lún
5.6.3 Tính toán kiểm tra cọc
Cọc dài 21m đƣợc chia làm 3 đoạn 7m
Khi vận chuyển cọc: Tải trọng phân bố q F.n
Trong đó : n là hệ số động n=1,5
Hình 5.8: Biểu đồ momen cọc khi vận chuyển
- Tr-ờng hợp treo cọc lên giá búa: M 2 M 2 b 0,294 l c = 2,058 m (5.24) + Trị số mô men d-ơng lớn nhất:
Hình 5.9: Biểu đồ mo men cọc khi dựng lên để đóng hoặc ép
Ta thấy Mô men tr-ờng hợp a, nhỏ hơn Mô men tr-ờng hợp b, nên ta dùng mô men tr-ờng hợp b để tính toán
+ lấy lớp bảo vệ cốt thép cọc là a’= 3cm chiều cao làm việc của cốt thép là: h 0 30 3 27 cm
Cốt thép dọc chịu mô men uốn của cọc là 4 16( F a 8, 03 cm 2 ) cọc đủ khả năng chịu tải khi vận chuyển, cẩu lắp
- Tính toán cốt thép làm móc cẩu:
+ Lực kéo móc cẩu trong tr-ờng hợp cẩu lắp cọc: F k q l (5.27)
Hình 5.10: Sơ đồ tính lực kéo cẩu
lực kéo ở một nhánh, gần đúng: ' 0,34.7 0,595
Thép móc cẩu chọn loại A-I ( thép A-I có độ dẻo cao, tránh gãy khi cẩu lắp) Diện tích cốt thép của móc cẩu:
Chọn thép móc cẩu 12 có F a 1 , 13 cm 2
Tính cốt thép cọc
Ta tính thép cho đài móng lớn nhất rồi bố trí cho toàn bộ đài: h0 = h – a = 1 – 0,15 = 0,85 m
Hình 5.11: Sơ đồ tính thép đài móng
- Mômen tương ứng với mặt ngàm II – II
- Diện tích tiết diện ngang cốt thép chịu mômen MI: sI= M I
Chọn 10 thanh 18 As= 25,45 cm2, khoảng cách cốt thép a = 150cm Diện tích tiết diện ngang cốt thép chịu mômen MII: sII= M II
0,9 × 90 × 2800 = 28,43 cm 2 (5.31) Chọn 10 thanh 18 As= 25,45 cm2 chênh nhau không quá 5%, khoảng cách cốt thép a = 150cm
Chi tiết bản vẽ KC -05.