Thiết kế kết cấu móng

Tài liệu mang giá trị cao và đầy đủ cho mọi người làm lĩnh vực đề tài nghiên cứu ... SKKN: Tài liệu cho anh em tham khảo định dạng bằng file word, cad,… đem lại cho anh em kỹ thuật 1 nguồn tài liệu bổ ích.

CHƯƠNG V THIẾT KẾ MÓNG TẠI VỊ

TRÍ TRỤC 14

CHƯƠNGV: TÍNH MÓNG (TRỤC14)

Bảng tổ hợp nội lực chân cột khung K4 trục 14

I Nghiên cứu phương án thiết kế móng:

1 Số liệu về công trình:

- Như ở phần khung K4 có 3 cột với các tiết diện như sau:

Cột Trục A

C1

Trục B C6

Trục D C11

5

0,25x0,4

Tải trọng tính toán:

(Trục D)

M2

(Trục B)

M3

(Trục A)

1 N -840,89 -1,033,99 -384,39

2 Số liệu khảo sát địa chất công trình:

Theo tài liệu địa chất , nền đất xây dựng công trình có :

+Lớp á sét: 3 (m) +Lớp cát hạt trung

TT Lớp đất

Chiều dày h(m)

Tỷ trọng Δ (kN/m3)

Dung trọng γ (kN/m3)

Độ

ẩm tự nhiên W(%)

Giới hạn nhão

Wnh(%)

Giới hạn dẻo

Wd(%)

Góc ma sát trong φ(độ)

Lực dính kết đơn vị kN/m2

Bảng kết quả thí nghiệm nén lún

Hệ số rỗng ei tương ứng với các cấp áp lực Pi (kN/m2)

Lớp cuối cùng dày vô tận, mực nước ngầm ở độ sâu 4 m

3 Đánh giá tính chất và trạng thái nền đất:

Chỉ số dẻo: A = Wnh – Wd

Độ sệt : B=

A

W

W − d

Lớp 1: Â cât: A = 25 – 18 = 7

B = (22 – 18)/7 = 0,57

=> 0,5 ≤ B=0,57 ≤ 0,75 => Đất á cát ở trạng thái dẽo mềm.

B = (24 – 19)/9 = 0,5

=> 0,5 ≤ B=0,5 ≤ 0,75 => Đất á sét ở trạng thái dẽo mềm.

Lớp 3: Cât hạt trung (e0 = 0,731) ( cât xốp ,rời).

* Xâc định độ bêo hoă nước:

G=

0

0

01 , 0

∆

∆

e W

W: Độ ẩm tự nhiín

∆ : Tỷ trọng của đất

e0 : Hệ số rỗng tự nhiín

Lớp 1: Â cât :G=0,010,.6722..126,5=0,87>0,8 → Bêo hoă nước

Lớp 2: Â sĩt :G=0,010,.64324.2.1,65=0,998 >0,8 → Bêo hoă nước

Lớp 3: Cât hạt trung :G=0,010,731.25..21,7=0,924 >0,8 → Bêo hoă nước

Vậy cả 3 lớp ở trạng thâi bêo hoă nước, lớp 1, 2, 3 lă những lớp đất tốt, nín có thể dùng nền thiín nhiín năy lăm nền cho công trình Mặc khâc mực nước ngầm ở độ sđu 4 m

vă R = 20 đến 22 kN/m2 ,nín ta chọn giải phâp thiết kế móng nông cho câc cột của khung Chọn sơ bộ chiều sđu chôn móng cho câc móng của khung hm = 1,5 m tính từ nền đất thiín nhiín, nằm trong lớp đất thứ nhất cho tất cả câc móng

I TÍNH TOÁN MÓNG M 1 TRỤC D :

1 Xác định tải trọng truyền xuống móng :

Khi tính với TTGH 1 dùng tổ hợp nội lực tính toán

Khi tính với TTGH 2 dùng tổ hợp nội lực tiêu chuẩn

N Q M

N Q

M = M + Q.h

Để đơn giản nội lực tiêu chuẩn có thể suy ra từ nội lực tính toán như sau :

Nội lực tiêu chuẩn = Nội lực tính toán / 1,2 Do vậy : N tc =

2 , 1

tt

N

; M tc =

2

,

1

tt

M

; Q tc =

2 , 1

tt

Q

Do khi tính khung, ta xem cột liên kết ngàm tại cốt mặt trên của móng nên lực truyền xuống móng là tại vị trí mặt trên của móng Khi tính toán móng ta cần đưa tải trọng tại mặt

trên móng xuống đáy móng

Giá trị nội lực tại tiết diện chân cột (chưa kể đến trọng lượng cột và dầm giằng móng ) cho như bảng sau:

Cấu

kiện Nội lực tính toán

Nội lực tiêu chuẩn

Móng

trục D

M (KN.m)

N (KN)

Q (KN)

M (KN.m)

N (KN)

Q (KN) 133,33 -840,89

-53,34

7 111,11 -700,74 -44,46 Xác định trọng lượng của dầm móng :

gtc = γbt b.h = 25x 0,2x 0,3 = 1,50 KN/m

gtt = n gtc =1,1x 1,5 = 1,65 KN/m

Lực tập trung do trọng lượng của dầm móng truyền vào móng trục D:

Ptc = 2.gtc l/2 = 2x1,5x4/2 = 6 KN

Ptt = n.Ptc = 1,1x6 = 6,6 KN Lực dọc do trọng lượng phần cột trên móng truyền xuống móng trục D:

Ptc

cột = [γbt.b.h + 2.γXM.δ.(b + h + 2δ )] Hcột

0,00 Ñaâ t TN

= [25x0,25x0,40 + 2x16x0,015x(0,25 + 0,40 + 2x0,015)]x4,6 = 13 KN

Ptt

cột = [nbt.γbt.b.h + n.2.γXM.δ.(b + h + 2δ )] Hcột

=[1,1x25x0,25x0,4+1,3x2x16x0,015x(0,25 + 0,4 + 2x0,015)]x4,6 =14,6 KN

Do lực dọc truyền xuống móng có kể thêm trọng lượng của dầm móng và cột nên lực dọc tổng cộng truyền xuống móng trục F là:

Ntc = 700,74 + (6 + 13) = 719,74 KN

Ntt = 840,89+ (6,6 +14,6)= 862,09 KN

2.Chọn chiều sâu chôn móng :

Với nền đất như trên chọn phương án móng nông Đặt móng trong lớp đất 1, với chiều sâu chôn móng hcm = 1,6m Trong đó : Cổ móng: 1m, Chiều cao tôn nền: 0,45m (3 bậc cấp), Chiều

cao móng h = 0,6 m

3 Xác định kích thước móng :

Giả thiết bề rộng móng b = 2,0m

Xác định cường độ đất nền:

Rtc = m(A.b + B.hcm).γ + D.Ctc

A,C, D : tra bảng (2 – 2 trang 28 , giâo trình Nền vă Móng ) phụ thuộc văo

góc nội ma sât ϕ = 20o

với ϕ = 20o tra bảng ⇒ A = 0,51; B = 3,06; D = 5,66

γ = 20 KN/m3; CTC = 20 kN/m2

⇒ Rtc = 1(0,51.2,0+3,06.1,6)20 + 5,66.20 = 231,52( kN/m2)

Xác định diện tích yêu cầu :

) 45 , 0 6 , 1 ( 20 52 , 231

74 , 719

+

⋅

−

=

−

∑

m tb TC

TC

h R

N

Trong đó : γtb = 20 KN/m2: dung trọng trung bình của đất trên móng và bê tông trên đáy móng

Chọn tỉ số a/b = 1,1

⇒ b =

1 , 1

F

=

1 , 1

78 , 3

= 1,85 m (gần bằng giả thiết) => chọn b = 2,0m

⇒ a = 2,0x 1,1 = 2,2m, chọn a = 2,2m Có F=2x2,2=4,40

m2

Chọn chiều cao móng h = 0,6m

4 Kiểm tra kích thước móng theo TTGH 2 của nền

( TTGD về biến dạng) :

- Đối với móng chữ nhật thì kiểm tra theo điều kiện

cường độ :

σtbtc =

F

N tc

+ γtb.hm ≤ Rtc

σmaxtc =

F

N tc

+ γtb.hm +

b a

M tc

6

2 ≤ 1,2.Rtc

σmintc =

F

N tc

+ γtb.hm -

b a

M tc

6

2 ≥ 0

Với M0tc =M tc −Q tc.h == 111,11-44,46x 0,6 = 84,43 KN/m2

σmaxtc =

F

N tc

+ γtb.hm +

b a

M tc

6

2 =

2 , 2 2

719,74

x + 20x2,1 + 2 2,22

43 , 84 6

x

256,91KN/m2

σmaxtc = 256,91KN/m2 ≤ 1,2.Rtc = 1,2 x231,52= 277,82 KN/m2

σmintc =

F

N tc

+ γtb.hm

-b a

M tc

6

2 =

2 , 2 2

719,74

x + 20x2,1 - 2

2 , 2 2

43 , 84 6

x

x = 152,24KN/m2≥ 0

Vậy đất nền đảm bảo điều kiện về biến dạng

* Kiểm tra độ lún :

Từ kiện kiện : σtc

max < 1,2 Rtc

σtc

tb < Rtc

Tra bảng 17 TCXD 45-78 đảm bảo độ lún cho phĩp

Vậy điều kiện âp lực đất nền được thoả mên

Đối với công trình được liệt kí trong bảng 1-16 TCXD 45-78.Những trường hợp không cần tính lún ( về nhă ở công cộng):

- Mặt bằng hình chữ nhật, không thay đổi chiều cao đột ngột, kết cấu toăn bộ bằng khung hoặc tường chịu lực bằng gạch

- Chiều cao dưới 6 tầng

- Đất câc có hạt bất kỳ,ở trạng thâi chặc vừa, trừ câc bụi

Vậy công trình năy không cần phải tính lún

5 Kiểm tra kích thước móng theo TTGH 1 của móng :

Dùng tổ hợp nội lực tính toán để tính độ bền và cấu tạo móng

Trọng lượng của móng và đất trên móng không gây đâm thủng, không làm cho móng bị uốn, cắt nên không kể đến khi tính giá trị ứng suất trong móng

> Công thức tính áp lực truyền vào móng để tính chọc thủng, cắt, uốn là:

=

=

=

2 , 2 2

862,09

x F

N tt tt tb

σ 195,93 KN/m2 Với Mtt = Mott - Qtt.h = 133,33-53,35x 0,6 = 101,32 KN/m2

σmaxtt =

F

N tt

+

b a

M tt

6

2 = 862,092x2,2 + 2 2,22

32 , 101 6

x

x = 258,73 KN/m2

σmintt =

F

N tt

-b a

M tt

6

2 =

2 , 2 2

862,09

2 , 2 2

32 , 101 6

x

x = 133,13 KN/m2

* Theo điều kiện chọc thủng :

Người ta quan niệm nếu móng bị chọc thủng thì sự chọc thủng xảy ra theo bề mặt của hình chóp cụt có các mặt bên xuất phát từ chân cột (cổ móng)

và nghiêng 1 góc 45o so với phương thẳng

đứng

Điều kiện để móng không bị

chọc thủng :

h U R

P tt k tb

ct ≤0,75

tt

ct

P : Lực chọc thủng tính toán được

tính bằng hiệu số giữa lực dọc tính

toán và phản lực nền trong phạm vi

đáy tháp chọc thủng

ac

45°

Ta có : ac = 0,4 + 0,1 = 0,5m ; bc = 0,25 + 0,1 = 0,35m

ho = h − abv = 0,6 − 0,04 = 0,56m

act = ac + 2ho tan45 = 0,5 + 2 x 0,56 = 1,62m

bct = bc + 2ho tan45 = 0,35 + 2 x 0,56 = 1,47m

Fct = act bct = 1,62x1,47= 2,38m2

Với tt

ct

P = tt

o

N - tt

tb

σ .Fct = 862,09-195,93.2,38 = 395,50 KN

U tb = 2(ac +bc+2 h.tg(α)) = 2(0,5 + 0,35 + 2.0,6.1) = 4,1 (m)

h U

R k tb

75

,

0 = 0,75.0,9.103.4,1.0,6= 1660KN

⇒P tt KN R k U tb h KN

ct =395,50 ≤0,75 =1660

Vậy h=0,6 (m) thỏa mản điều kiện chọc thủng

*Điều kiện theo cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn :

Sơ bộ chọn chiều cao hcủa móng theo điều kiện chịu uốn

( )

ku

tt

a a

h≥0,66 − σmax

σmaxtt =258,73 KN/m2, a = 2,2 (m); ac = 0,5 (m); Rku=900 KN/m2

⇒ h ≥ ( )

900

19 , 201 5 , 0 2 , 2 66 ,

0 − = 0,6 (m)

Vậy chọn h=0,6 (m) thỏa mản điều kiện chịu uốn

6 Tính toán độ bền cấu tạo móng:

*Momen tại mặt ngàm 1 - 1 :

Theo phương cạnh dăi:

MI-I = σtt tb.b

8

)

c

a

a −

= 0,125 σtt tb.b(a - ac)2

= 0,125 195,93 2.(2,2-0,5)2 = 141,56KN.m

28000 56

, 0 9 , 0

10 56 , 141 9

, 0

3

0

1 1

x x xR

xh

M A

s

Chọn Φ12 có as =1,13 cm2

Khoảng cách giữa các thanh: s = 200 mm

⇒n = (2200-100)/200 + 1= 12 thanh Có As = 13,57cm2

*Momen tại mặt ngàm 2 - 2 : Theo phương cạnh ngắn:

MII-II = σtt tb.a

8

)

c

b

b −

= 0,125 σtt tb.a(b - bc)2

= 0,125 195,93.2,2.(2-0,35)2 = 146,69KN.m

1

0,00

a

σtt

max

tt

L

1

ac

ac

1

1

28000 56

, 0 9 , 0

10 69 , 146 9

, 0

3

0

1

x x xR

xh

M A

s

Chọn Φ12 có as =1,13 cm2 Khoảng cách các thanh s = 200mm

⇒ n = (2000-100)/200 + 1 = 11 thanh, có As = 11 1,13 = 11,40 cm2

II TÍNH TOÁN MÓNG M2 TRỤC B:

1 Xác định tải trọng truyền xuống móng: Ta có giá trị

nội lực tại tiết diện chân cột

Cấu

kiện Nội lực tính toán Nội lực tiêu chuẩn

Móng

trục B

M (KN.m)

N (KN)

Q (KN)

M (KN.m)

N (KN)

Q (KN)

-14,182 -1034 8,069 -11,82 -861,66 6,72 Xác định trọng lượng của dầm móng tương tự như móng M2:

gtc = γbt b.h = 25x 0,2x 0,3 = 1,50 KN/m

gtt = n gtc =1,1x 1,5 = 1,65 KN/m

Lực tập trung do trọng lượng của dầm móng truyền vào móng trục B:

Ptc = 2.gtc l/2 = 2x1,5x4/2 = 6 KN

Ptt = n.Ptc = 1,1x6 = 6,6 KN Lực dọc do trọng lượng phần cột trên móng truyền xuống móng trục B:

Ptc

cột = [γbt.b.h + 2.γXM.δ.(b + h + 2δ )] Hcột

= [25x0,25x0,40 + 2x16x0,015x(0,25 + 0,40 + 2x0,015)]x4,6 = 13 KN

Ptt

cột = [nbt.γbt.b.h + n.2.γXM.δ.(b + h + 2δ )] Hcột

=[1,1x25x0,25x0,4+1,3x2x16x0,015x(0,25 + 0,4 + 2x0,015)]x4,6 =14,6 KN

Do lực dọc truyền xuống móng có kể thêm trọng lượng của dầm móng và cột nên lực dọc tổng cộng truyền xuống móng trục B là:

Ntc = 861,66 + (6 + 13) = 880,66 KN

0,00 Ñaâ t TN

Ntt = 1034+ (6,6 +14,6)= 1055,192 KN

2 Chọn chiều sâu chôn móng :

Với nền đất như trên chọn phương án móng nông Đặt móng trong lớp đất 1, với chiều sâu chôn móng hcm = 1,6m Trong đó : Cổ móng: 1m, Chiều cao tôn nền: 0,45m (3 bậc cấp), Chiều

cao thân móng h = 0,6 m

3 Xác định kích thước móng :

Giả thiết bề rộng móng b = 2,0m

Xác định cường độ đất nền:

Rtc = m(A.b + B.hcm).γ + D.Ctc

A,C, D : tra bảng (2 – 2 trang 28 , giâo trình Nền vă Móng ) phụ thuộc văo

góc nội ma sât ϕ = 20o

với ϕ = 20o tra bảng ⇒ A = 0,51; B = 3,06; D = 5,66

γ = 20 KN/m3; CTC = 20 kN/m2

⇒ Rtc = 1(0,51.2,0+3,06.1,6)20 + 5,66.20 = 236,52( kN/m2)

Xác định diện tích yêu cầu :

) 45 , 0 6 , 1 ( 20 52 , 236

880,66

+

⋅

−

=

− tb m

TC

TC

h R

N

Trong đó : γtb = 20 KN/m2: dung trọng trung bình của đất trên móng và bê tông trên đáy móng

Chọn tỉ số a/b = 1,2

⇒ b =

2 , 1

F =

2 , 1

62 , 4

= 1,95 m => chọn b = 2m

⇒ a = 2 x 1,2 = 2,4m, chọn a = 2,4m Có F=2x2,4=4,8 m2

Chọn chiều cao móng h = 0,6m

4 Kiểm tra kích thước móng theo TTGH 2 của nền

( TTGD về biến dạng) :

- Đối với móng chữ nhật thì kiểm tra theo điều kiện

cường độ :

σtbtc =

F

N tc

+ γtb.hm ≤ Rtc

σmaxtc =

F

N tc

+ γtb.hm +

b a

M tc

6

2 ≤ 1,2.Rtc

σmintc =

F

N tc

+ γtb.hm -

b a

M tc

6

2 ≥ 0

Với M0tc =M tc−Q tc.h m == 11,82-6,72x 0,6 = 7,79 KN/m2

σmaxtc =

F

N tc

+ γtb.hm +

b a

M tc

6

2 =

4 , 2 2

880,66

x + 20x2,1 + 2

4 , 2 2

79 , 7 6

x

228,53KN/m2

σmaxtc = 228,53KN/m2≤ 1,2.Rtc = 1,2 x231,52= 277,824 KN/m2

σmintc =

F

N tc

+ γtb.hm

-b a

M tc

6

2 = 880,662x2,4 + 20x2,1 - 2 2,42

79 , 7 6

x

x = 220,41 KN/m2≥ 0

Vậy đất nền đảm bảo điều kiện về biến dạng

* Kiểm tra độ lún :

Từ kiện kiện : σtc

max < 1,2 Rtc

σtc

tb < Rtc

Tra bảng 17 TCXD 45-78 đảm bảo độ lún cho phĩp

Vậy điều kiện âp lực đất nền được thoả mên

Đối với công trình được liệt kí trong bảng 1-16 TCXD 45-78.Những trường hợp không cần tính lún ( về nhă ở công cộng):

- Mặt bằng hình chữ nhật, không thay đổi chiều cao đột ngột, kết cấu toăn bộ bằng khung hoặc tường chịu lực bằng gạch

- Chiều cao dưới 6 tầng

- Đất câc có hạt bất kỳ,ở trạng thâi chặc vừa,trừ câc bụi

Vậy công trình năy không cần phải tính lún

5 Kiểm tra kích thước móng theo TTGH 1 của móng :

Dùng tổ hợp nội lực tính toán để tính độ bền và cấu tạo móng

Trọng lượng của móng và đất trên móng không gây đâm thủng, không làm cho móng bị uốn, cắt nên không kể đến khi tính giá trị ứng suất trong móng

> Công thức tính áp lực truyền vào móng để tính chọc thủng, cắt, uốn là:

=

=

=

4 , 2 2

1055,192

x F

N tt tt tb

σ 219,83 KN/m2 Với Mtt = Mott - Qtt.h = 14,182-8,07x 0,6 = 9,34 KN/m2

σmaxtt =

F

N tt

+

b a

M tt

6

2 =

4 , 2 2

1055,192

4 , 2 2

43 , 9 6

x

x = 224,7 KN/m2

σmintt =

F

N tt

-b a

M tt

6

2 =

4 , 2 2

1055,192

x - 2 2,42

43 , 9 6

x

x = 204,97 KN/m2

* Theo điều kiện chọc thủng :

Người ta quan niệm nếu móng bị

chọc thủng thì sự chọc thủng xảy ra

theo bề mặt của hình chóp cụt có các

mặt bên xuất phát từ chân cột (cổ

móng) và nghiêng 1 góc 45o so với

phương thẳng đứng

Điều kiện để móng không bị

chọc thủng :

h U R

P tt k tb

ct ≤0,75

tt

ct

P : Lực chọc thủng tính toán được

tính bằng hiệu số giữa lực dọc tính

toán và phản lực nền trong phạm vi

đáy tháp chọc thủng

Ta có : ac = 0,4 + 0,1 = 0,5m ; bc = 0,25 + 0,1 = 0,35m

ho = h − abv = 0,6 − 0,04 = 0,56m

act = ac + 2ho tan45 = 0,5 + 2 x 0,56 = 1,62m

bct = bc + 2ho tan45 = 0,35 + 2 x 0,56 = 1,47m

Fct = act bct = 1,62x1,47= 2,38m2

Với tt

ct

P = tt

o

N - tt

tb

σ Fct = 1055,192-219,83.2,38 = 531,69 KN

U tb = 2(ac +bc+2 h.tg(α)) = 2(0,5 + 0,35 + 2.0,6.1) = 4,1 (m)

h U

R k tb

75

,

0 = 0,75.0,9.103.4,1.0,6= 1660KN

ac

a ad

45°

0,00

a

σtt

max

tt

L

1

ac

ac

1

1

⇒P tt KN R k U tb h KN

ct =531,69 ≤0,75 =1660

Vậy h=0,6 (m) thỏa mản điều kiện chọc thủng

*Điều kiện theo cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn :

Sơ bộ chọn chiều cao hcủa móng theo điều kiện chịu uốn

( )

ku

tt c

R a a

h≥0,66 − σmax

σmaxtt =224,7 KN/m2, a = 2,4 (m); ac = 0,5 (m); Rku=900 KN/m2

⇒ h ≥ ( )

900

7 , 224 5 , 0 4 , 2 66 ,

0 − = 0,596 (m)

Vậy chọn h=0,6 (m) thỏa mản điều kiện chịu uốn

6 Tính toán độ bền cấu tạo móng:

*Momen tại mặt ngàm 1 - 1 :

Theo phương cạnh dăi:

MI-I = σtt tb.b

8

)

c

a

a −

= 0,125 σtt tb.b(a - ac)2

= 0,125 219,83 2.(2,4-0,5)2 = 198,4 KN.m

28000 56

, 0 9 , 0

10 4 , 198 9

, 0

3

0

1 1

x x xR

xh

M A

s

Chọn Φ14 có as =1,54 cm2

Khoảng cách giữa các thanh: s = 200 mm

⇒n = (2200-100)/210 + 1= 11 thanh Có As = 15,398cm2

*Momen tại mặt ngàm 2 - 2 : Theo phương cạnh ngắn:

MII-II = σtt tb.a

8

)

c

b

b −

= 0,125 σtt tb.a(b - bc)2

= 0,125 219,83 2,4.(2-0,35)2 = 179,55KN.m

28000 56

, 0 9 , 0

10 55 , 179 9

, 0

3

0

1 1

x x xR

xh

M A

s

Chọn Φ12 có as=1,13cm2 Khoảng cách các thanh s = 200mm

⇒ n = (2400-100)/200 + 1 = 13 thanh, có As = 13 1,13 = 14,7 cm2

II TÍNH TOÁN MÓNG M3, cột trục A:

1 Xác định tải trọng truyền xuống móng: Ta có giá trị

nội lực tại tiết diện chân cột