Tìm hiểu thiết kế móng đơn dưới cốt trục 4c

Bộ xây dựng Trường đại học kiến trúc hà nội Khoa tại chức ====* * *==== Phần III Nền móng ( 15% ) Nhiệm vụ thể hiện: - thiết kế móng đơn dưới côt trục 4C. - Thiết kế móng dưới cột trục 4a&4b. Giáo viên hướng dẫn : ThS.Võ thị thư Hường Sinh viên thực hiện : lê huy tăng Lớp : ctu 2006x2 - Xuân Hoà Hà Nội : 2010 I. Đặc điểm công trình : * Tên công trình:Giảng đường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên. * Địa điểm xây dựng: nằm ở thành phố Hưng Yên. * Công trình cao 5 tầng Về mặt bằng công trình có mặt bằng rộng, độ cao không có gì biến đổi lớn. Phần thân công trình đã chọn và tính toán là khung bê tông cốt thép toàn khối, sàn đổ tại chỗ, tường bao che bằng gạch đặc mác 75 Nhà khung bêtông cốt thép có tường chèn tra bảng H2 tcxd 205-1998 ta có: Sgh= 8cm DSgh= 0,002 II. Đánh giá điều kiện địa chất công trình: Theo số liệu khảo sát địa chất : Theo “Báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình Ban quản lý dự án của sở xây dựngHưng Yên giai đoạn phục vụ thiết kế kỹ thuật”: Khu đất xây dựng tương đối bằng phẳng , độ cao trung bình của mặt đất +128,2m được khảo sát bằng phương pháp khoan thăm dò. Từ trên xuống gồm các lớp đất chiều dày ít thay đổi trong mặt bằng Khu xây dựng tương đối bằng phẳng từ trên xuống gồm có các lớp đất: 1. Đất lấp dày 0,6 m 2. Sét pha xám tro dày 6,2m 3. Cát pha dày 6,7 m 4. Cát hạt nhỏ dày 2,8 5. Cát hạt vừa dày 13,7 m chưa kết thúc trong phạm vi hố khoan. Mực nước ngầm gặp ở độ sâu -2,5 m so với mặt đất khảo sát. Chỉ tiêu cơ học, vật lý các lớp đất như trong bảng: tt Tên lớp đất g kN/m3 gs kN/m3 W % WL % WP % joII C II kPa E MPa qc kPa N cu kPa 1 Đất lấp 17,7 - - - - - - - - - - 2 Sét pha xám tro 18 26,5 32,6 37,8 23,2 12,5 18 5210 1750 5,5 32 3 Cát pha 18,6 26,7 26,3 29,2 23,3 18 17,5 8510 2250 10,8 65 4 Cát hạt nhỏ 18,7 26,7 22,6 - - 31 - 10800 4850 16,3 - 5 Cát hạt vừa 19,5 27 19,7 - - 34 - 33000 8570 23 - 1.Lớp 1: lớp đất lấp : Phân bố trên toàn bộ khu vực khảo sát. Lớp có bề dày 0,6 m; thành phần cấu tạo của lớp này gồm các chất hữu cơ. Là lớp có độ nén chặt không cao 2.Lớp 2:Sét pha xám tro: Có chiều dày 6,2 m; khối lượng riêng g = 18 (KN/m3). IL=. (0,5<IL= 0,64 <0,75) gđn=(KN/m3) Nhận xét: Đất ở trạng thái dẻo mềm, có mô đun biến dạng E = 5210KPa ị Là lớp đất có tính chất xây dựng yếu 3. Lớp 3: Cát pha: có chiều dày 6,7 m; khối lượng riêng g = 18,6 (KN/m3). IL= (0<IL= 0,51 <1) gđn=(KN/m3) Nhận xét: Đất ở trạng thái dẻo, có mô đun biến dạng E = 8510 KPa ị Là lớp đất có tính chất xây dựng trung bình 4. Lớp 4: Cát hạt nhỏ : Có chiều dày 2,8 (m);khối lượng riêng g = 18,7 (KN/m3). gđn=(KN/m3) Nhận xét: e=0,799>0,7 thuộc trạng thái chặt vừa,có mô đun biến dạng E = 10800 KPa ị Là lớp đất có tính chất xây dựng tương đối tốt để làm nền cho công trình. 5. Lớp thứ năm: Cát hạt vừa: Có chiều dày 13,7m; khối lượng riêng g = 19,5 (KN/m3). gđn=(KN/m3) Nhận xét: Đất ở trạng thái chặt vừa, có mô đun biến dạng E = 33000 KPa ị Là lớp đất có tính chất xây dựng tốt để làm nền cho công trình. III. Lựa chọn giải pháp nền móng: 1. Loại nền móng: Căn cứ vào đặc điểm công trình, tải trọng tác dụng (N=1245,5 KN ), điều kiện địa kĩ thuật đã phân tích ở trên ta xét thấy: Công trình là nhà 5 tầng có kết cấu chịu lực chính là hệ khung bê tông cốt thép kết hợp với sàn bê tông cốt thép đổ toàn khối. Tải trọng của nhà truyền xuống móng khá lớn. Qua phân tích địa chất dưới công trình ta thấy phần lớn là những lớp đất yếu và trung bình, chỉ có lớp đất dưới cùng là cát hạt nhỏ có khả năng chịu lực tương đối tốt. Vậy ta chọn phương án móng sâu cho móng của công trình. Dùng cọc BTCT cắm vào lớp cát hạt nhỏ vừa làm móng và cọc làm việc là cọc ma sát. 2. Giải pháp mặt bằng móng: Sử dụng móng cọc đài thấp. Số lượng cọc trong 1 đài và kích thước đài cọc theo tính toán. Các đài cọc được liên kết với nhau bằng hệ giằng có kích thước tiết diện GM (25´70) cm. Đài cọc được đặt lên lớp bê tông lót, đá 4x6cm dày 10cm. Chiều sâu đế đài tại cốt -1,8 m kể từ cốt . IV- Thiết kế móng: *Móng M1 - Trục C : Móng đơn. 1. Tải trọng công trình tác dụng xuống móng: - Dựa vào bảng tổ hợp nội lực chân cột khung K4 - Trục 4, chọn ra được cặp nội lực bất lợi nhất như sau: Nott = - 1245,5 KN Mott = 94,84 KN.m Qott = 71,03 KN - Ngoài tải trọng lấy từ bảng tổ hợp, còn có tải trọng của các kết cấu ở tầng 1 truyền vào móng. -Trọng lượng giằng móng GM1là: G1 = 1,1 x 0,4 x 0,25 x 4,2 x25 =11,55 (kN) -Trọng lượng do tường 220(có trừ cửa) truyền vào: G2 = 1,1 x 0,7 x 4,2 x (4,9-0,4) x 0,22 x 18 = 44,82 (kN) -Trọng lượng giằng móng GM2 là: G3 = 1,1x 0,7 x 0,25 x 25 x 9/2 = 21,65(kN) -Trọng lượng do tường 220 truyền vào: G4 = 1,1 x (4,9-0,75)x 0,22 x 18 x 9/2 = 61,75(kN) -Trọng lượng cột tầng 1: G5 = 1,1 x 0,5 x 0,25 x 4,15 x 25 = 14,25(kN) ăTổng tải trong tính toán: Nott = - (1245,5+11,55+44,82+21,65+61,75+14,25) = - 1399,42kN Mott = 94,84 kN.m Qott = 71,03 kN ăTải trọng tiêu chuẩn ở đỉnh móng: (với hệ số n = 1,2) Notc = kN Motc = kNm Qotc = 59,19 kN 2. Chọn kích thước và phương án thi công: - Thiết kế móng cọc cho cột trục C4 của nhà dân dụng, khung bê tông cốt thép, tiết diện cọc ( 250x250)mm . - Căn cứ vào tải trọng đã có ta thấy tải trọng tác dụng xuống móng là trung bình, nên ta lựa chọn phương án dùng móng cọc ma sát BTCT đài thấp ép xuống lớp cát hạt hạt vừa làm móng. - Chọn chiều cao đài là hđ = 0,8 (m), đặt ở độ sâu - 1,35 (m) so với mặt đất tự nhiên. Tức là - 1,8 (m) so với cốt ± 0.00. - Với tải trọng và địa chất của công trình ta chọn cọc bê tông cốt thép chế tạo sẵn tiết diện 25x25cm, dài 15 m cắm vào lớp đất cát hạt hạt nhỏ 2,3m để chịu lực. - Ta chọn cốt đỉnh đài là -1,0m - Như vậy đế đài đặt trong lớp cát hạt nhỏ ở trạng thái chặt vừa (lớp thứ 4). - Dùng cọc ma sát BTCT, tiết diện ( 25x 25) cm. Thép dọc chịu lực gồm 4 f16 thép CII, bê tông cấp độ bền B20 có. Rb=11,5MPa, Rbt= 0,90 MPa, Eb=23.103 MPa Thép chịu lực C-II có Rs= Rsc=280 MPa, Es=21.104 MPa Thép cấu tạo C-I có Rs= Rsc=225 MP Thép đai ặ8 nhóm AI Rsw = 175 Mpa - Vì xung quanh công trình có các công trình đơn vị khác. Thi công không cho phép gây ồn và chấn động. Do đó chọn biện pháp thi công hạ cọc vào đất bằng phương pháp ép trước bằng kích thuỷ lực. - Liên kết cọc vào đài bằng cách phá cho trơ cốt thép 40 cm để liên kết cốt thép dọc chịu lực của cọc vào đài móng. Ngàm đầu cọc vào trong đài 1 đoạn 0,15 m. - Đầu cọc có mặt bích bằng thép, hàn vào thép dọc chịu lực của cọc trước khi đổ bê tông cọc. - Để nối 2 đoạn cọc với nhau ta dùng phương pháp hàn ngay tại công trường trong quá trình thi công thông qua các bản mã bằng thép tấm. - Đài móng sử dụng bê tông B15 có: Rb = 8,5MPa, Rbt= 0,75 MPa, Eb=23.103 MPa Thép chịu lực C- II có Rs= Rsc=280 MPa, Es=21.104 MPa Thép cấu tạo C- I có Rs= Rsc=225 MP - Các thanh thép dọc chịu lực trong cọc được hàn vào thép đài cọc một đoạn Ln=20d, bằng cách đập bỏ phần bê tông đầu cọc rồi hàn các đoạn thép dọc của cọc vào đài móng đảm bảo điều kiện ngậm dọc. 2. Xác định sức chịu tải của cọc đơn. a. Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc: Mỗi cọc trong 1 đài, cọc 25´25 cm, bê tông B20, dùng thép CII 4Φ16, chiều dài cọc là 14m dùng 2 đoạn cọc, đoạn 1 dài 7 m và đoạn 2 dài 7m (có bố trí đầu cọc). Cọc được cắm sâu1,3 m vào lớp đất cát hạt nhỏ. Móng chịu tải trọng lệch tâm . Phần bê tông đầu cọc ngàm vào đài 15 cm. Phần cốt thép đầu cọc được để hở 40cm để liên kết cốt thép vào đài cọc. Cọc được hạ xuống độ sâu thiết kế bằng phương pháp ép. Nhưng trong thi công cần phải khắc phục những nhược điểm của cọc để đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật đặt ra. Pv = j.( RbAb + RsAs) Trong đó:j là hệ số uốn dọc j = 1 (Vì ở đây là móng cọc đài thấp, cọc không xuyên qua lớp bùn, than bùn). Rb = 1,15 (kN/cm2) là cường độ chịu nén tính toán của bê tông cọc B20. Rs = 28 (kN/cm2) là cường độ chịu nén tính toán của cốt thép nhóm CII. Ab = 25 ´ 25 = 625 (cm2) là diện tích tiết diện cọc bê tông. As = 8,04 (cm2) là diện tích cốt thép dọc chịu lực của cọc.(4Φ16) Sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc là: Pv = 1´ [(1,15´ 625) + (28 ´ 8,04)] =943,87(kN) b. Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tĩnh: Với Trong đó : P'x : là sức cản phá hoại của cọc ma sát. Pmũi : là sức cản phá hoại của đất ở mũi cọc. Pxq : là sức cản phá hoại của đất ở toàn bộ thành cọc. qp : là sức cản phá hoại của đất ở chân cọc. qc : là sức cản mũi xuyên trung bình của đất trong phạm vi 3d phía trên và dưới chân cọc. qsi : lực ma sát thành đơn vị của cọc ở lớp đất thứ i có chiều dầy hi. qci : là sức cản mũi xuyên của lớp đất thứ i. u : là chu vi cọc. K : hệ số tra bảng, phụ thuộc loại đất, loại cọc (bảng 5-9 trang 129 sách hướng dẫn đồ án nền và móng). Với cát ở trạng thái chặt vừa K = 0,4. ai : Hệ số phụ thuộc loại đất, loại cọc (tra bảng 5-9). Loại đất hi qc (kPa) a qs= qc/a (kPa) Lớp sét pha xám tro 5,35 1750 30 58,33 Lớp cát pha 6,7 2250 40 56,25 Lớp cát hạt nhỏ 1,3 4850 100 48,5 Khi đó : à Pmũi = K ´ qc ´ Ab = 0,4 ´ 4850 ´ (0,25´ 0,25) = 121,25 (kN) (kN) à P’x = 121,25 + 751,99=873,24 (kN) Vậy tải trọng cho phép tác dụng xuống cọc là: c. Xác định sức chịu tải của cọc theo kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT: Pspt = = =387,53kN * Chọn sức chịu tải cọc PCọc = min(Px ,Pv; Pspt) = min(349,3; 943,87;387,53) Vậy ta lấy PCọc = Px= 349,3 kN. để đưa vào tính toán. 3. Xác định số lượng cọc cho móng C4(M1): áp lực tính toán giả định tác dụng lên đế đài do phản lực đầu cọc gây ra: ptt Diện tích sơ bộ của đáy đài được xác định: Trong đó: n = 1,1 - hệ số vượt tải. htb = (htr +hng )x0.5= (1,8+1,35)x0,5=1,575 (m) - độ sâu đặt đáy đài. N0tt = 1399,42 (kN) - lực dọc tính toán tại cốt đỉnh đài. gtb = 20 (KN/m3) - Trị số trung bình của trọng lượng riêng đài cọc và đất trên đài. Vậy diện tích sơ bộ của đáy đài là : -Trọng lượng tính toán sơ bộ của đài và đất trên đài: Nttsb = n ´ Asb ´ h ´ gtb= 1,1 ´ 2,38 ´1,575 ´ 20 = 82,48 (kN) -Số lượng cọc sơ bộ: (cọc) Lấy số cọc nc =5 cọc. Bố trí cọc trong mặt bằng như hình vẽ dưới. Diện tích đế đài thực tế : Ađ = 1,4´ 2 = 2,8 (m2) Trọng lượng tính toán của đài và đất trên đài: Nttđ = n ´ Ađ ´ htb ´ gtb = 1,1 ´ 2,8 ´ 1,575 ´20 = 97,02 (kN) Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài: Ntt = 1399,42 + 97,02 = 1496,44 (kN) - Trọng lượng tính toán của đất trên đài phần chênh lệch cốt: Mômen tính toán xác định tương ứng với trọng tâm diện tích tiết diện các cọc tại đế đài: Mtt = Mtt0 + Qtt ´ hđ +Nd´e = 94,84 + 71,03 ´ 0,8 +13,86´0,5 = 158,59 (kN.m) áp lực truyền xuống các cọc dãy biên: `Trọng lượng tính toán của cọc : Pc = 1,10,250,25(1,1525+12,315) = 14,66 kN. ị Pttmax + PC = 302,27 + 14,66 = 316,93 (kN) < Px= 349,3kN) Như vậy thoả mãn điều kiện áp lực lớn nhất truyền xuống cọc dãy biên. Pttmin = 249,41 (KN) > 0 nên không cần phải kiểm tra theo điều kiện chống nhổ. 4. Tính toán nền theo điều kiện biến dạng: Độ lún của nền móng cọc được tính theo độ lún của nền khối móng quy ước có mặt cắt là abcd. Trong đó: Với: Vậy ta có: Chiều dài của đáy khối quy ước là: à LM =1,5+2´0.5´0,25 +2´ 13,35 ´ tg4,250 = 3,73(m) Chiều rộng của đáy khối quy ước: à BM = 0,9+0,25 +2x 13,35´ tg4,250 = 3,25(m) * Xác định trọng lượng của khối móng quy ước.Trọng lượng khối móng quy ước gồm các phần: Từ đáy đài móng trở lên xác định theo: -Ntc1 = LM ´ BM ´ h ´ gtb = 3,73´ 3,25 ´ 1,9 ´ 20 = 460,39(kN) -Trọng lượng của khối móng quy ước từ đáy đài đến đáy lớp sét pha (phải trừ đi trọng lượng của khối đất cọc chiếm chỗ và cộng thêm trọng lượng của các cọc). Ntc2 = (3,73 x3,25 - 6x 0,25x0,25) x (1,05 x 18+4,3x8,46) +6x 0,25x0,25(1,05x25+4,3x15) =480,02 kN -Trọng lượng của khối móng quy ước trong phạm vi lớp cát pha (phải trừ đi trọng lượng của khối đất cọc chiếm chỗ và cộng thêm trọng lượng của các cọc) Ntc3 =(3,73 x3,25 - 6x 0,25x0,25) x6,7x9,21+6,7x6x0,25x0,25x15=762,15 kN -Trọng lượng của khối móng quy ước từ đáy đài trong phạvi lớp cát hạt nhỏ Ntc4 =(3,73 x3,25 - 6x 0,25x0,25) x1,3x9,54+1,3x6x0,25x0,25x15=152,92kN -Trọng lượng của khối móng quy ước Ntcqư = Ntc1 + Ntc2 + Ntc3+Ntc4 =460,39+ 480,02 +762,15 +152,92= 1855,48 kN Trị tiêu chuẩn của lực dọc xác định đến đáy khối quy ước: Ntc = Ntc0 + Ntcqư = 1166,18+ 1855,48 = 3021,66(kN) Mômen tiêu chuẩn tương ứng với trọng tâm đáy khối quy ước: Mtc = Mtc0 + Qtc0 ´ hQ = 79,03 + 59,19´ 14,25= 922,51(kN.m) Độ lệch tâm: áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối quy ước: Cường độ tính toán của đất ở đáy khối quy ước: (1) Ta có : Ktc = 1,0 vì các chỉ tiêu cơ lý của đất lấy theo số liệu thí nghiệm trực tiếp với đất. Tra bảng 3.1 (sách Hướng dẫn đồ án Nền và Móng) m1 = 1,4 m2 = 1,0 (vì công trình không thuộc loại tuyệt đối cứng). Tra bảng 3.2 : với jII = 310 à A = 1,21 ; B = 5,97 ; D = 8,25 ggII = 9,54 (kN/m3) Thay số vào (1) ta được: Kiểm tra điều kiện áp lực: 1,2RM = 1,2x1504 = 1804,8 (kPa) Như vậy: stcmax = 372,01(kPa) < 1,2RM =1804,8 (kPa) stctb = 249,41 (kPa) < RM = 1504 (kPa) Vậy ta có thể tính toán được độ lún của nền theo quan niệm nền biến dạng tuyến tính. Trong trường hợp này đất nền từ chân cọc trở xuống có chiều dày lớn,đáy của khối quy ước có diện tích bé nên ta dùng mô hình nền là nửa không gian biến dạng tuyến tính để tính toán. ứng suất bản thân: Tại đáy lớp đất lấp: sbtz = 0,6 = 0, 6 ´ 17,7 = 10,62 (kPa) Tại mực nước ngầm: sbtz = 0,6 +1,9 = 10,62 + 1,9 ´ 18 = 44,82 (kPa) Tại đáy lớp sét pha: sbtz = 0,6 +1,9+4,3 = 44,82 + 4,3 x 8,46 = 81,198 (kPa) Tại đáy lớp cát pha: sbtz = 6,2+6,7 = 81,198 + 6,7 x 9,21 =142,905 (kPa) ứng suất bản thân ở đáy khối quy ước: sbt = 142,905 + 1,3 ´ 9,54 = 155,31 (kPa) ứng suất gây lún tại đáy khối quy ước: sglz = 0 = stctb - sbt = 249,41-155,31 = 94,10 (kPa) Chia đất nền dưới đáy khối quy ước (lớp cát trung) thành các lớp bằng nhau có chiều dày Điểm Độ sâu Z (m) LM/BM 2Z/BM Ko sglZi(Kpa) sbtZi(Kpa) 0,2.sbt 0 0 1.15 0 1.000 94.10 155.31 31.062 1 0.65 1.15 0.40 0.965 90.81 161.51 32.302 2 1.3 1.15 0.8 0.822 77.35 167.71 33.542 1.5 1.15 0.92 0.767 72.17 169.56 33.912 3 1.95 1.15 1.2 0.640 60.22 174.18 34.835 4 2.6 1.15 1.6 0.484 45.54 180.85 36.169 5 3.25 1.15 2.000 0.368 34.63 187.52 37.503 Tại điểm 5 xét thấy sgl= 34,63 (kPa) ằ 0,2sbt = 37,503(kPa).Vậy ta lấy giới hạn nền đến điểm 5. ở độ sâu 3,25 (m) kể từ đáy khối quy ước. Ta có độ lún của nền là: àNhư vậy thoả mãn điều kiện độ lún tuyệt đối S = 1,9(cm) < Sgh = 8 (cm). 5. Tính toán độ bền và cấu tạo đài cọc: Dùng bê tông B 20, thép nhóm AII . Xác định chiều cao làm việc của đài cọc theo điều kiện đâm thủng: Vẽ tháp đâm thủng ta thấy đáy tháp nằm trùm ra ngoài trục các cọc trong đài móng. Kiểm tra diều kiện chọc thủng. Vì tháp chọc thủng trùm ra ngoài tim cọc nên Pct = 0 Như vậy đài cọc không bị đâm thủng. Chiều cao đài móng 0,8 (m) thoả mãn điều kiện đâm thủng. Chọn ho = 650 => h = 650 + 150 = 800mm * Đối với mặt ngàm I-I: MI = r1x(P1 + P2) = 2 x r1 x Pmax r1: Khoảng cách từ trục cọc đến mặt ngàm I-I r1 = 0,75 - 0,25 = 0,5 m Pmax = 302,27 kN MI =r1. 2 Pmax = 0,50 x 2 x 302,27= 302,27 (kNm) Diện tích cốt thép chịu mômen MI: As = (m2) = 18,45 (cm2). Cốt thép được chọn phải thỏa mãn các điều kiện hạn chế: 10cm Ê a Ê 20cm ; f ³ 10mm. Chọn 12f14 có As =18,468 (cm2), Khoảng cách cần bố trí các cốt thép dài: a = = 120 (mm.) Vậy khoảng cách giữa các thanh thép là: a=120 mm. Chiều dài mỗi thanh thép là: l2 = 2 – 2x0,025 = 1,95 (m) = 1950 (mm). * Đối với mặt ngàm II-II: MII =r2.( P1 +P3 +P5 ) r2 = 0,45 - 0,25/2 = 0,325 m. P1 = 302,27 kN P3= 249,41 kN P5 = 196,54 kN MII =r2.( P1 +P3 +P5 )= 0,325. (302,27 +249,41+196,54) = 234,33 (kNm) Diện tích cốt thép chịu mômen MII: As = (m2) = 14,30 (cm2). Cốt thép được chọn phải thỏa mãn các điều kiện hạn chế: 10cm Ê a Ê 20cm ; f ³ 10mm. Chọn 13f12 có As =14,703 (cm2), Khoảng cách cần bố trí các cốt thép ngắn: a = = 160 (mm.) Vậy chọn khoảng cách giữa các thanh thép là: a=160 mm. Chiều dài mỗi thanh thép là: l1 = 1,4 - 0,05 = 1,35 (m) = 1350 (mm). *Móng M2 - Trục B : Móng đơn. 1. Tải trọng công trình tác dụng xuống móng: - Dựa vào bảng tổ hợp nội lực chân cột khung K4 - Trục 4, chọn ra được cặp nội lực bất lợi nhất như sau: Nott = - 1191,7kN Mott = 76,5 kN.m Qott = 40,69 kN - Ngoài tải trọng lấy từ bảng tổ hợp, còn có tải trọng của các kết cấu ở tầng 1 truyền vào móng. -Trọng lượng giằng móng GM1 là: G1 = 1,1 x 0,4 x 0,25 x 4,2 x25 =11,55 (kN) -Trọng lượng do tường 220(có trừ cửa) truyền vào: G2 = 1,1 x 0,7 x 4,2 x (4,9-0,4) x 0,22 x 18 = 44,82 (kN) -Trọng lượng giằng móng GM2 là: G3 = 1,1x 0,7 x 0,25 x 25 x 9/2 = 21,65(kN) -Trọng lượng do tường 220 truyền vào: G4 = 1,1 x (4,9-0,75)x 0,22 x 18 x 9/2 = 61,75(kN) -Trọng lượng cột tầng 1: G5 = 1,1 x 0,5 x 0,25 x 4,15 x 25 = 14,25(kN) -Trọng lượng giằng móng GM3 là: G6 = 1,1 x 0,3 x 0,25 x 1,05 x25 =2,16 (kN) ăTổng tải trong tính toán: Nott = - (1191,7+11,55+44,82+21,65+61,75+14,25+2,16) = - 1347,88kN Mott = 76,5 kN.m Qott = 40,69 kN ăTải trọng tiêu chuẩn ở đỉnh móng: (với hệ số n = 1,2) Notc = kN Motc = kNm Qotc = kN 2. Xác định sức chịu tải tính toán của cọc: * Chọn sức chịu tải cọc PCọc = min(Px ,Pv; Pspt) = min(368,7; 943,87;399,3) Vậy ta lấy PCọc = Px= 368,7 kN. để đưa vào tính toán. 3. Xác định số lượng cọc cho móng B4(M2): áp lực tính toán giả định tác dụng lên đế đài do phản lực đầu cọc gây ra: ptt Diện tích sơ bộ của đáy đài được xác định: Trong đó: n = 1,1 - hệ số vượt tải. h = 1,8 (m) - độ sâu đặt đáy đài. N0tt = 1399,42 (kN) - lực dọc tính toán tại cốt đỉnh đài. gtb = 20 (KN/m3) - Trị số trung bình của trọng lượng riêng đài cọc và đất trên đài. Vậy diện tích sơ bộ của đáy đài là : -Trọng lượng tính toán sơ bộ của đài và đất trên đài: Nttsb = n ´ Asb ´ h ´ gtb= 1,1 ´ 2,19 ´1,8 ´ 20 = 86,67 (kN) -Số lượng cọc sơ bộ: (cọc) Lấy số cọc nc =5 cọc. Bố trí cọc trong mặt bằng như hình vẽ . Diện tích đế đài thực tế : Ađ = 1,3´ 1.8 = 2,34 (m2) Trọng lượng tính toán của đài và đất trên đài: Nttđ = n ´ Ađ ´ htb ´ gtb = 1,1 ´ 2,52 ´ 1,8 ´20 = 92,66 (kN) Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài: Ntt = 1347,88 + 92,66 = 1440,54 (kN) Mômen tính toán xác định tương ứng với trọng tâm diện tích tiết diện các cọc tại đế đài: Mtt = Mtt0 + Qtt ´ hđ = 76,5 + 40,69 ´ 0,8 = 109,05 (kN.m) áp lực truyền xuống các cọc dãy biên: `Trọng lượng tính toán của cọc : Pc = 1,10,250,25(1,1525+12,315) = 14,66 kN. ị Pttmax + PC = 331,48 + 14,66 = 346,14 (kN) < Px= 368,7kN) Như vậy thoả mãn điều kiện áp lực lớn nhất truyền xuống cọc dãy biên. Pttmin = 247,6 (KN) > 0 nên không cần phải kiểm tra theo điều kiện chống nhổ. 4. Tính toán nền theo điều kiện biến dạng: Độ lún của nền móng cọc được tính theo độ lún của nền khối móng quy ước có mặt cắt là abcd. Trong đó: Với: Vậy ta có: Chiều dài của đáy khối quy ước là: à LM =1,3+2´0,5´0,25 +2´ 14,35 ´ tg4,50 = 3,8(m) Chiều rộng của đáy khối quy ước: à BM = 0,8+0,25 +2x 14,35´ tg4,50 = 3,3 (m) * Xác định trọng lượng của khối móng quy ước.Trọng lượng khối móng quy ước gồm các phần: Từ đáy đài móng trở lên xác định theo: -Ntc1 = LM ´ BM ´ h ´ gtb = 3,8´ 3,3 ´ 1,9 ´ 20 = 476,52(kN) -Trọng lượng của khối móng quy ước từ đáy đài đến đáy lớp sét pha (phải trừ đi trọng lượng của khối đất cọc chiếm chỗ và cộng thêm trọng lượng của các cọc). Ntc2 = (3,8 x3,3 - 5x 0,25x0,25) x (1,05 x 18+4,3x8,46) +5x 0,25x0,25(1,05x25+4,3x15) =704,27 kN -Trọng lượng của khối móng quy ước trong phạm vi lớp cát pha (phải trừ đi trọng lượng của khối đất cọc chiếm chỗ và cộng thêm trọng lượng của các cọc) Ntc3 =(3,8 x3,3 - 5x 0,25x0,25) x6,7x9,21+6,7x5x0,25x0,25x15=785,92 kN -Trọng lượng của khối móng quy ước từ đáy đài trong phạvi lớp cát hạt nhỏ Ntc4 =(3,8 x3,3 - 5x 0,25x0,25) x2,3x9,54+2,3x5x0,25x0,25x15=279,07kN -Trọng lượng của khối móng quy ước Ntcqư = Ntc1 + Ntc2 + Ntc3+Ntc4 =476,52+ 704,27 +785,92 +279,07= 2245,78 kN Trị tiêu chuẩn của lực dọc xác định đến đáy khối quy ước: Ntc = Ntc0 + Ntcqư = 1123,23+ 2245,78 = 3369,01(kN) Mômen tiêu chuẩn tương ứng với trọng tâm đáy khối quy ước: Mtc = Mtc0 + Qtc0 ´ hQ = 63,75 + 33,91´ 15,25= 580,88(kN.m) Độ lệch tâm: áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối quy ước: Cường độ tính toán của đất ở đáy khối quy ước: (1) Ta có : Ktc = 1,0 vì các chỉ tiêu cơ lý của đất lấy theo số liệu thí nghiệm trực tiếp với đất. Tra bảng 3.1 (sách Hướng dẫn đồ án Nền và Móng) m1 = 1,4 m2 = 1,0 (vì công trình không thuộc loại tuyệt đối cứng). Tra bảng 3.2 : với jII = 310 à A = 1,21 ; B = 5,97 ; D = 8,25 gII = 9,54 (kN/m3) Thay số vào (1) ta được: Kiểm tra điều kiện áp lực: 1,2RM = 1,2x1495 = 1794 (kPa) Như vậy: stcmax = 340,77(kPa) < 1,2RM =1794 (kPa) stctb = 268,66 (kPa) < RM = 1495 (kPa) Vậy ta có thể tính toán được độ lún của nền theo quan niệm nền biến dạng tuyến tính. Trong trường hợp này đất nền từ chân cọc trở xuống có chiều dày lớn,đáy của khối quy ước có diện tích bé nên ta dùng mô hình nền là nửa không gian biến dạng tuyến tính để tính toán. ứng suất bản thân: Tại đáy lớp đất lấp: sbtz = 0,6 = 0, 6 ´ 17,7 = 10,62 (kPa) Tại mực nước ngầm: sbtz = 0,6 +1,9 = 10,62 + 1,9 ´ 18 = 44,82 (kPa) Tại đáy lớp sét pha: sbtz = 0,6 +1,9+4,3 = 44,82 + 4,3 x 8,46 = 81,198 (kPa) Tại đáy lớp cát pha: sbtz = 6,2+6,7 = 81,198 + 6,7 x 9,21 =142,905 (kPa) ứng suất bản thân ở đáy khối quy ước: sbt = 142,905 + 2,3 ´ 9,54 = 164,847 (kPa) ứng suất gây lún tại đáy khối quy ước: sglz = 0 = stctb - sbt = 268,66-164,847 = 103,81 (kPa) Chia đất nền dưới đáy khối quy ước (lớp cát trung) thành các lớp bằng nhau có chiều dày Điểm Độ sâu Z (m) LM/BM 2Z/BM Ko sglZi(Kpa) sbtZi(Kpa) 0,2.sbt 0 0 1.152 0 1.000 103.810 164.847 32.969 0.5 1.152 0.30 0.975 101.169 169.617 33.923 1 0.66 1.152 0.4 0.966 100.280 171.259 34.252 2 1.32 1.152 0.8 0.823 85.436 178.030 35.606 3 1.98 1.152 1.2 0.641 66.542 184.802 36.960 4 2.64 1.152 1.6 0.485 50.348 191.573 38.315 5 3.3 1.152 2 0.369 38.306 198.345 39.669 Tại điểm 5 xét thấy sgl= 38,306 (kPa) ằ 0,2sbt = 39,669(kPa).Vậy ta lấy giới hạn nền đến điểm 5. ở độ sâu 2,8 (m) kể từ đáy khối quy ước. Ta có độ lún của nền là: àNhư vậy thoả mãn điều kiện độ lún tuyệt đối S = 1,9(cm) < Sgh = 8 (cm). 5. Tính toán độ bền và cấu tạo đài cọc: Dùng bê tông B 20, thép nhóm AII . Xác định chiều cao làm việc của đài cọc theo điều kiện đâm thủng: Vẽ tháp đâm thủng ta thấy đáy tháp nằm trùm ra ngoài trục các cọc trong đài móng. Kiểm tra diều kiện chọc thủng. Vì tháp chọc thủng trùm ra ngoài tim cọc nên Pct = 0 Như vậy đài cọc không bị đâm thủng. Chiều cao đài móng 0,8 (m) thoả mãn điều kiện đâm thủng. Chọn ho = 650 => h = 650 + 150 = 800mm * Đối với mặt ngàm I-I: MI = r1x(P1 + P2) = 2 x r1 x Pmax r1: Khoảng cách từ trục cọc đến mặt ngàm I-I r1 = 0,65 - 0,25 = 0,4 m Pmax = 331,48 kN MI =r1. 2 Pmax = 0,4 x 2 x 331,48= 265,18 (kNm) Diện tích cốt thép chịu mômen MI: As = (m2) = 16,19 (cm2). Cốt thép được chọn phải thỏa mãn các điều kiện hạn chế: 10cm Ê a Ê 20cm ; f ³ 10mm. Chọn 12f14 có As =16,68 (cm2), Khoảng cách cần bố trí các cốt thép dài: a = = 110 (mm.) Vậy khoảng cách giữa các thanh thép là: a=110 mm. Chiều dài mỗi thanh thép là: l2 = 1,8 – 2x0,025 = 1,75 (m) = 1750 (mm). * Đối với mặt ngàm II-II: MII =r2.( P1 +P4 ) r2 = 0,4 - 0,25/2 = 0,125 m. P1 = 331,48 kN P4 = 247,6 kN MII =r2.( P1 +P4 )= 0,275. (331,48 +247,6) = 159,25 (kNm) Diện tích cốt thép chịu mômen MII: As = (m2) = 9,72 (cm2). Cốt thép được chọn phải thỏa mãn các điều kiện hạn chế: 10cm Ê a Ê 20cm ; f ³ 10mm. Chọn 10f12 có As =11,31 (cm2), Khoảng cách cần bố trí các cốt thép ngắn: a = = 190 (mm.) Vậy khoảng cách giữa các thanh thép là: a=190 mm. Chiều dài mỗi thanh thép là: l1 = 1,3 - 0,05 = 1,25 (m) = 1250 (mm). *Móng M3 - Trục A : Móng đơn. 1. Tải trọng công trình tác dụng xuống móng: - Dựa vào bảng tổ hợp nội lực chân cột khung K4 - Trục 4, chọn ra được cặp nội lực bất lợi nhất như sau: Nott = - 496,2kN Mott = 19,74 kN.m Qott = 12,72 kN - Ngoài tải trọng lấy từ bảng tổ hợp, còn có tải trọng của các kết cấu ở tầng 1 truyền vào móng. -Trọng lượng giằng móng GM1 là: G1 = 1,1 x 0,4 x 0,25 x 4,2 x25 =11,55 (kN) -Trọng lượng do tường 220 truyền vào: G2 = 1,1 x (4,2 x 1 x 0,22 +2,1x1x0,11)x 18 = 22,87 (kN) -Trọng lượng cột tầng 1: G3 = 1,1 x 0,3 x 0,25 x 4,55 x 25 = 9,38(kN) -Trọng lượng giằng móng GM3 là: G6 = 1,1 x 0,3 x 0,25 x 1,05 x25 =2,16 (kN) ăTổng tải trong tính toán: Nott = - (496,2+11,55+22,87+9,38+2,16) = - 542,16kN Mott = 19,74 kN.m Qott = 12,72 kN ăTải trọng tiêu chuẩn ở đỉnh móng: (với hệ số n = 1,2) Notc = kN Motc = kNm Qotc = kN 2. Xác định sức chịu tải tính toán của cọc: * Chọn sức chịu tải cọc PCọc = min(Px ,Pv; Pspt) = min(349,3; 943,87;387,53) Vậy ta lấy PCọc = Px= 349,3 kN. để đưa vào tính toán. 3. Xác định số lượng cọc cho móng A4(M2): áp lực tính toán giả định tác dụng lên đế đài do phản lực đầu cọc gây ra: ptt Diện tích sơ bộ của đáy đài được xác định: Trong đó: n = 1,1 - hệ số vượt tải. h = 1,8 (m) - độ sâu đặt đáy đài. N0tt = 1399,42 (kN) - lực dọc tính toán tại cốt đỉnh đài. gtb = 20 (KN/m3) - Trị số trung bình của trọng lượng riêng đài cọc và đất trên đài. Vậy diện tích sơ bộ của đáy đài là : -Trọng lượng tính toán sơ bộ của đài và đất trên đài: Nttsb = n ´ Asb ´ h ´ gtb= 1,1 ´ 0,93 ´1,8 ´ 20 = 36,83 (kN) -Số lượng cọc sơ bộ: (cọc) Lấy số cọc nc =2 cọc. Bố trí cọc trong mặt bằng như hình vẽ . Diện tích đế đài thực tế : Ađ = 1,3´ 0,8 = 1,04 (m2) Trọng lượng tính toán của đài và đất trên đài: Nttđ = n ´ Ađ ´ htb ´ gtb = 1,1 ´ 1,04 ´ 1,8 ´20 = 41,18 (kN) Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài: Ntt = 542,16 +41,18 = 583,34 (kN) Mômen tính toán xác định tương ứng với trọng tâm diện tích tiết diện các cọc tại đế đài: Mtt = Mtt0 + Qtt ´ hđ = 19,74 + 12,72 ´ 0,8 = 29,92 (kN.m) áp lực truyền xuống các cọc dãy biên: `Trọng lượng tính toán của cọc : Pc = 1,10,250,25(1,1525+12,315) = 14,66 kN. ị Pttmax + PC = 310,37 + 14,66 = 325,03 (kN) < Px= 349,3kN) Như vậy thoả mãn điều kiện áp lực lớn nhất truyền xuống cọc dãy biên. Pttmin = 247,6 (KN) > 0 nên không cần phải kiểm tra theo điều kiện chống nhổ. 4. Tính toán nền theo điều kiện biến dạng: Độ lún của nền móng cọc được tính theo độ lún của nền khối móng quy ước có mặt cắt là abcd. Trong đó: Với: Vậy ta có: Chiều dài của đáy khối quy ước là: à LM =0,8+0,25 +2x 13,35´ tg4,250 = 3,03 (m) Chiều rộng của đáy khối quy ước: à BM = 0,25 +2x 13,35´ tg4,250 = 2,2 (m) * Xác định trọng lượng của khối móng quy ước.Trọng lượng khối móng quy ước gồm các phần: Từ đáy đài móng trở lên xác định theo: -Ntc1 = LM ´ BM ´ h ´ gtb = 3,03´ 2,2 ´ 1,9 ´ 20 = 253,31 (kN) -Trọng lượng của khối móng quy ước từ đáy đài đến đáy lớp sét pha (phải trừ đi trọng lượng của khối đất cọc chiếm chỗ và cộng thêm trọng lượng của các cọc). Ntc2 = (3,03 x2,2- 2x 0,25x0,25) x (1,05 x 18+4,3x8,46) +2x 0,25x0,25(1,05x25+4,3x15) =372,92 kN -Trọng lượng của khối móng quy ước trong phạm vi lớp cát pha (phải trừ đi trọng lượng của khối đất cọc chiếm chỗ và cộng thêm trọng lượng của các cọc) Ntc3 =(3,03 x2,2 - 2x 0,25x0,25) x6,7x9,21+6,7x2x0,25x0,25x15=416,19 kN -Trọng lượng của khối móng quy ước từ đáy đài trong phạvi lớp cát hạt nhỏ Ntc4 =(3,03 x2,2 - 2x 0,25x0,25) x1,3x9,54+1,3x2x0,25x0,25x15=83,56 kN -Trọng lượng của khối móng quy ước Ntcqư = Ntc1 + Ntc2 + Ntc3+Ntc4 =253,31 + 372,92 +416,19 +83,56 = 1125,97 kN Trị tiêu chuẩn của lực dọc xác định đến đáy khối quy ước: Ntc = Ntc0 + Ntcqư = 451,80+ 1125,97 = 1577,77(kN) Mômen tiêu chuẩn tương ứng với trọng tâm đáy khối quy ước: Mtc = Mtc0 + Qtc0 ´ hQ = 16,45 + 10,6´ 14,25= 167,5(kN.m) Độ lệch tâm: áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối quy ước: Cường độ tính toán của đất ở đáy khối quy ước: (1) Ta có : Ktc = 1,0 vì các chỉ tiêu cơ lý của đất lấy theo số liệu thí nghiệm trực tiếp với đất. Tra bảng 3.1 (sách Hướng dẫn đồ án Nền và Móng) m1 = 1,4 m2 = 1,0 (vì công trình không thuộc loại tuyệt đối cứng). Tra bảng 3.2 : với jII = 310 à A = 1,21 ; B = 5,97 ; D = 8,25 gII = 9,54 (kN/m3) Thay số vào (1) ta được: Kiểm tra điều kiện áp lực: 1,2RM = 1,2x1487 = 1784,4 (kPa) Như vậy: stcmax = 286,45(kPa) < 1,2RM =1784,4(kPa) stctb = 236,69 (kPa) < RM = 1487 (kPa) Vậy ta có thể tính toán được độ lún của nền theo quan niệm nền biến dạng tuyến tính. Trong trường hợp này đất nền từ chân cọc trở xuống có chiều dày lớn,đáy của khối quy ước có diện tích bé nên ta dùng mô hình nền là nửa không gian biến dạng tuyến tính để tính toán. ứng suất bản thân: Tại đáy lớp đất lấp: sbtz = 0,6 = 0, 6 ´ 17,7 = 10,62 (kPa) Tại mực nước ngầm: sbtz = 0,6 +1,9 = 10,62 + 1,9 ´ 18 = 44,82 (kPa) Tại đáy lớp sét pha: sbtz = 0,6 +1,9+4,3 = 44,82 + 4,3 x 8,46 = 81,198 (kPa) Tại đáy lớp cát pha: sbtz = 6,2+6,7 = 81,198 + 6,7 x 9,21 =142,905 (kPa) ứng suất bản thân ở đáy khối quy ước: sbt = 142,905 + 1,3 ´ 9,54 = 155,31 (kPa) ứng suất gây lún tại đáy khối quy ước: sglz = 0 = stctb - sbt = 236,69-155,31 = 81,38 (kPa) Chia đất nền dưới đáy khối quy ước (lớp cát trung) thành các lớp bằng nhau có chiều dày Điểm Độ sâu Z (m) LM/BM 2Z/BM Ko sglZi(Kpa) sbtZi(Kpa) 0,2.sbt 0 0 1.377 0 1.0000 81.38 155.31 31.06 1 0.44 1.377 0.40 0.9715 79.06 159.51 31.90 2 0.88 1.377 0.8 0.8460 68.85 163.71 32.74 3 1.32 1.377 1.2 0.6786 55.22 167.90 33.58 1.5 1.377 1.36 0.5656 46.03 169.62 33.92 4 1.76 1.377 1.6 0.5279 42.96 172.29 34.46 5 2.2 1.377 2 0.4100 33.37 176.80 35.36 Tại điểm 5 xét thấy sgl= 33,37 (kPa) ằ 0,2sbt = 35,36(kPa).Vậy ta lấy giới hạn nền đến điểm 5. ở độ sâu 2,2 (m) kể từ đáy khối quy ước. Ta có độ lún của nền là: àNhư vậy thoả mãn điều kiện độ lún tuyệt đối S = 0,9(cm) < Sgh = 8 (cm). 5. Tính toán độ bền và cấu tạo đài cọc: Dùng bê tông B 20, thép nhóm AII . Xác định chiều cao làm việc của đài cọc theo điều kiện đâm thủng: Vẽ tháp đâm thủng ta thấy đáy tháp nằm trùm ra ngoài trục các cọc trong đài móng. Kiểm tra diều kiện chọc thủng. Vì tháp chọc thủng trùm ra ngoài tim cọc nên Pct = 0 Như vậy đài cọc không bị đâm thủng. Chiều cao đài móng 0,8 (m) thoả mãn điều kiện đâm thủng. Chọn ho = 650 => h = 650 + 150 = 800mm * Đối với mặt ngàm I-I: MI = r1x P2 = r1 x Pmax r1: Khoảng cách từ trục cọc đến mặt ngàm I-I r1 = 0,4 - 0,15 = 0,25 m Pmax = 310,37 kN MI =r1. Pmax = 0,25 x 310,37= 77,59 (kNm) Diện tích cốt thép chịu mômen MI: As = (m2) = 4,73 (cm2). Cốt thép được chọn phải thỏa mãn các điều kiện hạn chế: 10cm Ê a Ê 20cm ; f ³ 10mm. Chọn 7f10 có As =5,495 (cm2), Khoảng cách cần bố trí các cốt thép dài: a = = 120 (mm.) Vậy khoảng cách giữa các thanh thép là: a=120 mm. Chiều dài mỗi thanh thép là: l2 = 1,3 – 2x0,025 = 1,25 (m) = 1250 (mm). * Đối với mặt ngàm II-II: MII =0 ,chọn cấu tạo f10a200 Chiều dài mỗi thanh thép là: l1 = 0,8 - 0,05 = 0,75 (m) = 750 (mm). *Kiểm tra lún lệch Móng MC : S = 0,0309 m Móng MA : S = 0,024 m Vậy độ lún lệch tương đối của công trình đã thoả mãn.