NHU CẦU XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
Trong những năm gần đây, đô thị hóa gia tăng cùng với sự nâng cao mức sống và nhu cầu của người dân đã tạo ra nhu cầu cao hơn về ăn ở, nghỉ ngơi và giải trí, đòi hỏi sự tiện nghi và chất lượng tốt hơn.
Sự đầu tư xây dựng các công trình nhà ở cao tầng là cần thiết để thay thế các công trình thấp tầng và khu dân cư xuống cấp, nhằm đáp ứng xu hướng hội nhập và công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, phù hợp với sự phát triển của thời đại.
Chung cư An Phú được xây dựng để đáp ứng nhu cầu về chỗ ở cho người dân, đồng thời cải thiện cảnh quan đô thị, phản ánh sự phát triển của một quốc gia đang trên đà tiến bộ.
ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH
Nằm tại quận Tân Bình, TP Hồ Chí Minh, công trình sở hữu vị trí thoáng đãng và đẹp mắt, không chỉ tạo điểm nhấn nổi bật mà còn góp phần vào sự hài hòa và hiện đại của tổng thể quy hoạch khu dân cư.
Công trình nằm trên trục đường giao thông chính thuận lợi cho việc cung cấp vật tư và giao thông ngoài công trình.
Hệ thống cấp điện, cấp nước trong khu vực đã hoàn thiện đáp ứng tốt các yêu cầucho công tác xây dựng.
Khu đất xây dựng có bề mặt phẳng, không tồn tại công trình cũ hay công trình ngầm, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thi công và bố trí tổng bình đồ.
GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC
MẶT BẰNG VÀ PHÂN KHU CHỨC NĂNG
Mặt bằng công trình phần hầm hình chữ nhật, chiều dài 54.0 m, chiều rộng 37.0 m chiếm diện tích đất xây dựng là 1998 m 2
Công trình có tổng cộng 17 tầng, bao gồm cả mái và một tầng hầm Cốt ±0,00 m được đặt tại mặt sàn tầng trệt, trong khi mặt đất tự nhiên ở cốt -1,50 m và mặt sàn tầng hầm ở cốt -3,00 m Chiều cao toàn bộ công trình đạt 60,5 m tính từ cốt mặt đất tự nhiên.
Tầng hầm được thiết kế với thang máy ở vị trí trung tâm, xung quanh là khu vực đậu xe ôtô Các hệ thống kỹ thuật như bể chứa nước sinh hoạt, trạm bơm và trạm xử lý nước thải được sắp xếp hợp lý nhằm giảm thiểu chiều dài ống dẫn Ngoài ra, tầng hầm còn có các bộ phận kỹ thuật về điện như trạm cao thế, hạ thế và phòng quạt gió.
Tầng trệt và tầng 1 được thiết kế làm siêu thị, phục vụ nhu cầu mua sắm và các dịch vụ giải trí cho các hộ gia đình, đáp ứng nhu cầu chung của khu vực.
Tầng kỹ thuật: bố trí các phương tiện kỹ thuật, điều hòa, thiết bị thông tin…
Tầng 3 – ST: bố trí các căn hộ phục vụ nhu cầu ở.
Giải pháp mặt bằng đơn giản tạo ra không gian rộng rãi cho các căn hộ, sử dụng vật liệu nhẹ làm vách ngăn, giúp tổ chức không gian linh hoạt Điều này rất phù hợp với xu hướng và sở thích hiện tại, đồng thời dễ dàng thay đổi trong tương lai.
MẶT ĐỨNG
Sử dụng, khai thác triệt để nét hiện đại với cửa kính lớn, tường ngoài được hoàn thiện bằng sơn nước.
HỆ THỐNG GIAO THÔNG
Giao thông ngang trong mỗi đơn nguyên là hệ thống hành lang.
Hệ thống giao thông đứng của tòa nhà bao gồm một thang bộ và ba thang máy, trong đó có hai thang máy chính và một thang máy chở hàng phục vụ y tế với kích thước lớn hơn Các thang máy được bố trí ở trung tâm, với các căn hộ xung quanh lõi, tạo ra khoảng đi lại ngắn nhất, mang lại sự tiện lợi, hợp lý và đảm bảo thông thoáng cho cư dân.
GIẢI PHÁP KỸ THUẬT
HỆ THỐNG ĐIỆN
Hệ thống điện của khu đô thị được tiếp nhận qua phòng máy điện, từ đó điện được phân phối đến toàn bộ công trình qua mạng lưới điện nội bộ.
Ngoài ra khi bị sự cố mất điện có thể dùng ngay máy phát điện dự phòng đặt ở tầng hầm để phát.
HỆ THỐNG NƯỚC
Nguồn nước được cung cấp từ hệ thống cấp nước khu vực, sau đó được dẫn vào bể chứa ở tầng hầm Từ đó, nước được bơm tự động đến từng phòng thông qua hệ thống gen chính gần phòng phục vụ.
Giải pháp kết cấu sàn không dầm và không có mũ cột giúp giảm chiều cao tầng, chỉ lắp trần ở khu vực sàn vệ sinh Hệ thống ống dẫn nước được thiết kế hợp lý, kết hợp với bố trí phòng ốc hài hòa trong căn hộ, mang lại không gian sống tối ưu.
Sau khi xử lý, nước thải được đẩy vào hệ thống thoát nước chung của khu vực.
THÔNG GIÓ CHIẾU SÁNG
Bốn mặt của công trình đều có bancol thông gió chiếu sáng cho các phòng Ngoài ra còn bố trí máy điều hòa ở các phòng.
PHÒNG CHÁY THOÁT HIỂM
Công trình BTCT được thiết kế với tường ngăn bằng gạch rỗng, giúp cách âm và cách nhiệt hiệu quả Dọc theo hành lang, các hộp chống cháy được lắp đặt với bình khí CO2, đảm bảo an toàn cho các tầng lầu.
3 cầu thang đủ đảm bảo thoát người khi có sự cố về cháy nổ Bên cạnh đó trên đỉnh mái còn có bể nước lớn phòng cháy chữa cháy.
CHỐNG SÉT
Hệ thống thu sét chủ động quả cầu Dynasphere được lắp đặt trên mái và kết hợp với hệ thống dây nối đất bằng đồng, nhằm giảm thiểu nguy cơ bị sét đánh một cách hiệu quả.
HỆ THỐNG THOÁT RÁC
Rác thải từ mỗi tầng được đưa vào gen rác và chuyển xuống gian rác, nơi được bố trí ở tầng hầm với hệ thống đưa rác ra ngoài Gian rác được thiết kế kín đáo và kỹ lưỡng nhằm ngăn chặn mùi hôi, góp phần bảo vệ môi trường.
Tổng quan
Sàn là cấu trúc chịu lực chính, tiếp nhận tải trọng từ công trình và truyền tải trọng đó lên dầm Từ dầm, lực sẽ được chuyển tiếp lên cột và cuối cùng xuống móng.
Sàn bê tông cốt thép là lựa chọn phổ biến trong xây dựng dân dụng và công nghiệp nhờ vào những ưu điểm vượt trội như độ bền cao, khả năng chống cháy và chống thấm tốt Bên cạnh đó, sàn còn đáp ứng các yêu cầu về thẩm mỹ, vệ sinh và tính kinh tế, làm cho nó trở thành giải pháp lý tưởng cho nhiều công trình.
Phương án thiết kế sàn
- Sàn đổ toàn khối: thi công cốp pha, cốt thép, đổ bê tông đổ tại tại chỗ
Khi chọn phương án sàn phẳng, cần sử dụng các bản sàn liên kết với cột để đảm bảo cường độ chống đâm thủng quanh chu vi cột Việc này giúp giảm nhịp tính toán của bản và phân bố moment đều theo bề rộng của bản Do đó, việc áp dụng các biện pháp cấu tạo cho sàn là rất quan trọng để đạt hiệu quả tối ưu.
Tải trọng tác dụng lên sàn
Tĩnh tải
- Gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo sàn:
Hình 2.1 Các lớp cấu tạo sàn
Bảng 2.1 Tải trọng các lớp hoàn thiện sàn tầng điển hình
Bản thân kết cấu sàn
Tĩnh tải chưa tính TLBT sàn
Bảng 2.2 Tải trọng các lớp hoàn thiện sàn tầng mái
Bản thân kết cấu sàn
Vữa lát nền, tạo dốc
Tĩnh tải chưa tính TLBT sàn
2.3.1.1 Tải trọng thường xuyên do tường xây
- Quy đổi tải tường 100 về tải trọng sàn
- Tổng chiều dài tường 100 trên sàn: L 100 163.32 m
- Tải trọng tường quy về phân bố đều trên sàn: q 10 S G t san
- Tải trọng tường quy về phân bố đều trên sàn:
Hoạt tải
- Hoạt tải sử dụng được xác định tùy theo công năng sử dụng của từng ô sàn. (Theo TCVN 2737:1995) Kết quả được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 2.3 Hoạt tải phân bố trên sàn
1 Phòng khách, phòng ngủ, phòng ăn, phòng tắm, phòng vệ sinh, bếp
2 Ban công và lô gia, văn phòng
3 Sảnh, hành lang, cầu thang
4 Ga ra ô tô, trung tâm thương mại
5 Mái bằng bằng bê tông cốt thép
Phương pháp tính toán và phần mềm chuyên dụng hỗ trợ
Giải nội lực sàn bằng phương pháp phần tử hữu hạn ( SAFE v16.2.0 )
Hình 2.2 Mô hình sàn bằng phần mềm SAFE
Hình 2.3 Tĩnh tải trên sàn
- Để đơn giản trong việc xác định nội lực bản sàn, ta chia sàn thành những dãy theo 2 phương X, Y ( Layer A, Layer B ):
Dãy trên cột (Column strip) với bề rộng bằng 2.0 m.
Dãy giữa nhịp (Middle strip) với bề rộng bằng 2.0 m.
Kiểm tra độ võng của sàn
Hình 2.9 Kiểm tra độ võng của sàn - Kết quả độ võng xuất từ SAFE là f 0.553 mm
- Theo tiêu chuẩn TCVN 5574:2012 Bảng C.1/157
Thỏa yêu cầu về độ võng.
Kiểm tra chọc thủng
- Điều kiện kiểm tra chọc thủng cho sàn theo TCVN 5574-2012:
F là tải trọng gây nên sự phá hoại theo kiểu đâm thủng
q là tải trọng phân bố đều trên bản (kể cả trọng lượng bản thân)
: Hệ số lấy bằng 1 đối với bê tông nặng.
R bt : Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông; R bt = 1.05 (Mpa)
u m : Chu vi trung bình của mặt đâm thủng; um 2 4h 0 b w h w
h 0 : Chiều dày hữu ích của bản sàn tại đầu cột
b w -h w :Chu vi sàn lien kết vách
- Kiểm tra điều kiện chọc thủng đối với vách:
Ta có: hs 260 mm , a 25 mm , suy ra h 0 235 mm
- Kiểm tra vị trí sàn liên kết với vách W300x260 là vách có khả năng chịu tải trọng lớn nhất. u m 2 4 0.235 0.3 0.26 3 m
- Vế phải của bất phương trình (**) là:
645.21 kN Vậy sàn không bị chọc thủng.
Tính toán cốt thép cho sàn
- Bê tông cấp độ bền B25 ( M350 ): R b 14.5 MPa ; R bt 1.05 MPa
- Cốt thép sử dụng AIII ( CIII ): Rs Rsc 365 MPa
- Hệ số điều kiện làm việc của bê tông: b 1
- Chiều dày lớp bê tông bảo vệ: a 25 mm
- Chiều cao tính toán: h 0 h a 260 25 235 mm
- Bề rộng tính toán theo dãy strip (safe 2016): b mm
Hệ số điều kiện làm việc: b 1, tính được m
giá trị của R - tra bảng, suy ra 1 1
Diện tích thép chịu lực trong sàn là: A s
Kiểm tra giá trị tính toán: m R ; R
Hình 2.10 Dãy strip X Hình 2.11 Dãy trip Y
2.4.4.3 Bảng tính cốt thép theo 2 phương X, Y
Chọn giá trị moment lớn nhất để tính toán cho nhịp và gối theo 2 phương X,Y
Phươn Kí hiệu Vi trí g
Bố trí cốt thép trong bản sàn nấm
Việc bố trí và cắt cốt thép cho bản chịu tải trọng phân bố đều cần tuân theo quy tắc đơn giản và an toàn, như được thể hiện trong hình minh họa.
THIẾT KẾ CẦU THANG BỘ
Thiết kế cầu thang bộ
Cấu tạo cầu thang
- Cầu thang dạng bản hai vế.
- Chiều dày bản thang chọn h 150 mm
- Bản chiếu nghỉ được liên kết trực tiếp vào vách cứng nên không cần bố trí dầm chiếu nghỉ.
Bảng 3.1 Chiều dày, khối lượng các lớp cấu tạo cầu thang
2 Gạch lót, đá hoa cương
-Theo kiến trúc, mỗi vế thang đều có 12 bậc có kích thước như sau:
Chiều rộng bậc b 250 mm , chiều cao bậc h 168 mm
Góc nghiêng bản thang: tan 168
- Cấu tạo bậc thang như sau:
Hình 3.1 Các lớp cấu tạo bậc thang
Hình 3.2 Mặt bằng kiến trúc cầu thang
Tải trọng tác dụng
- Gồm có tải trọng tác dụng lên bản thang nghiêng và bản chiếu nghỉ
- Tải trọng tác dụng lên bản thang (bản nghiêng) Đối với lớp gạch (đá hoa cương, đá mài, ) và lớp vứa xi măng có chiều dày
, chiều dày tương đương xác định như sau:
td l b h b cos 168 250 20 cos 34 o 28.5 mm l b 250 Đối với bậc thang (xây gạch hoặc BTCT) có kích thước l b , h b , chiều dày tương đương xác định như sau:
Bảng 3.2 Chiều dày, khối lượng các lớp cấu tạo cầu thang
- Tải trọng tác dụng lên bản chiếu nghỉ
Bảng 3.3 Chiều dày, khối lượng các lớp cấu tạo cầu thang
Bảng 3.4 Tổng tải trọng tác dụng
Tải trọngTác dụng lên vế thangTác dụng lên chiếu nghỉ
Sơ đồ tính
- Cắt một dãy có bề rộng b 1 m để tính toán, xem bản thang như một dầm đơn giản có kích thước b h 1 0.15 m 2
Trong kiến trúc, sơ đồ tính cầu thang thường được coi là gối cố định Tuy nhiên, trong thực tế, cầu thang hoạt động theo sơ đồ một đầu ngàm và một đầu gối cố định.
Để xác định chính xác nội lực của cầu thang và đảm bảo phù hợp với thực tế sử dụng, cần giải quyết các sơ đồ liên quan Việc lựa chọn moment (nhịp và gối) có giá trị lớn hơn là cần thiết để tính toán cốt thép hiệu quả.
- Sử dụng phần mềm ETABS 2016 hỗ trợ tính toán nội lực Từ đó có thể xác định moment cho bản thang.
- Sơ đồ tính theo các trường hợp: 1 đầu ngàm 1 đầu gối cố định
Hình 3.3 Sơ đồ tính và nội lực vế 2
Dựa vào kết quả nội lực, ta xác định moment dương lớn nhất để tính cốt thép giữa nhịp và moment âm nhỏ nhất để tính cốt thép ở gối Tại vị trí giao nhau giữa bản thang và bản chiếu nghỉ, cần xem xét cả moment âm và moment dương.
Tính toán cốt thép cho cầu thang
- Bê tông cấp độ bền B25 ( M350 ): R b 14.5 MPa ; R bt 1.05 MPa
- Cốt thép sử dụng AIII ( CIII ): R s R sc 365 MPa
- Hệ số điều kiện làm việc của bê tông: b 1
- Chiều cao bậc thang: h 150 mm
- Chiều cao tính toán: h 0 h a 150 20 130 mm
- Bề rộng tính toán: b 1000 mm
Hệ số điều kiện làm việc: b 1, tính được m như sau: m
giá trị của R - tra bảng, suy ra 1 1 2 m
Diện tích thép chịu lực trong sàn là: A s
Kiểm tra giá trị tính toán: m R ; R
Bảng 3.5 Bảng tính thép cầu thang
Tính toán dầm thang
Sơ đồ tính và tải trọng
- Xem dầm thang như dầm đơn giản, liên kết khớp ở 2 đầu nhịp tính toán là
-Tải trọng do bản thang truyền vào (bằng phản lực gối tựa của bản thang): q1 83.3 kN / m
- Do bản chiếu tới truyền vào có dạng tam giác được chuyển thành dạng phân bố đều: q 2 q L
- Với q tính trong bảng sau:
Bảng 3.6 Tải trọng tác dụng lên dầm thang
Tải trọng Vật liệu Đá hoa cương Tĩnh tải
Bê tông cốt thép Vữa trát
- Tổng tải trọng tác dụng lên dầm thang: q q1 q 2 83.3 9.24 92.54 kN / m
- Dầm cầu thang được gối lên 2 vách cứng nên chọn sơ đồ tính là hai đầu ngàm.
Hình 3.4 Sơ đồ tải trọng đứng lên dầm chiếu tới
Xác định nội lực
- Lực cắt lớn nhất tại gối:Q 1
Tính cốt thép dọc
Bảng 3.7 Bảng tính toán cốt thép cho dầm thang
Tính cốt thép đai
Ở những đoạn dầm có lực cắt lớn, ứng suất pháp và ứng suất tiếp sẽ gây ra ứng suất kéo chính nghiêng với trục dầm, dẫn đến sự xuất hiện khe nứt nghiêng Các cốt đai nằm ngang qua khe nứt sẽ giúp chống lại sự phá hoại theo tiết diện nghiêng Do đó, việc tính toán cốt đai bổ sung cho cấu kiện là cần thiết.
- Căn cứ vào tiêu chuẩn TCVN 5574:2012 mục 6.2.3 thì diện tích thép đai chịu cắt trong dầm được tính như sau: Đường kính cốt đai tối thiểu bằng:
- Kiểm tra điều kiện bê tông đã đủ khả năng chịu cắt Qb3 1 f n R bt bho , lúc này chỉ dần đặt cốt thép ngang cấu tạo.
Trong đó:b3 = 0.6 đối với bê tông nặng.
f = 0 đối với tiết diện chữ nhật.
n : hệ số xét đến ảnh hưởng của lực dọc, trong dầmn = 0
- Kết luận: Nếu Qb3 1 f n R bt bh o thì cần tính cốt ngang (cốt đai, cốt xiên) để thỏa điều kiện cường độ trên tiết diện nghiêng.
- Tính cốt đai bố trí chịu lực cắt
Xác định bước đai tính toán s R tt
b2 = 2 đối với bê tông nặng
Để xác định bước đai tối đa nhằm tránh tình trạng phá hoại theo tiết diện nghiêng giữa hai cốt đai, cần lưu ý rằng chỉ có bê tông chịu cắt Điều kiện cần thiết cho việc này là s max =
b4 = 1.5 đối với bê tông nặng
Khoảng cách cấu tạo của cốt đai
Quy định tại mục 8.7.6 TCVN 5574:2012
Trong đoạn gần gối tựa L/4 có lực cắt lớn: s ct = min(h/2; 150mm) khi chiều cao dầm h 450mm
Trong đoạn giữa dầm L/2: s ct có thể không cần đặt khi chiều cao dầm h 300mm
Khoảng cách thiết kế của cốt đai schon min s tt ,s max ,s ct
- Ngoài ra còn một số yêu cầu cấu tạo kháng chấn khác tại mục V.3 sách “Cấu tạo BTCT” – Bộ XD
- Khả năng chịu cắt của bê tông và cốt đai
Tiết diện chữ nhậtf 0, Cấu kiện không có lực dọcn 0, q sw
- Lực cắt lớn nhất tại gối: Q 1
- Khả năng chịu cắt của bê tông:
Q bt Qmax nên bê tông không đủ khả năng chịu cắt, cần tính toán cốt đai. Bước đai tính toán:
Bước đai cực đại s max
Chọn: ϕ8a100 trong phạm vi 1/4 đoạn gần gối tựa.
- Khả năng chịu cắt của bê tông và cốt đai
Với tiết diện chữ nhậtf 0 , Cấu kiện không có lực dọcn 0 q sw R sw A sw 175 2 8 2 175.95(N / mm) s 4100
Bê tông và cốt đai đã đủ khả năng chịu cắt, không cần bố trí cốt xiên.
Tính thép đai bố trí cho đoạn giữa dầm
Lực cắt lớn nhất: Qmax 171.2 kN Q 0 52.92 kN
Bêtông đủ khả năng chịu cắt không cần phải tính cốt đai Chọn: ϕ8a250 trong phạm vi giữa dầm
Chọn sơ bộ các tiết diện
Chọn tiết diện sàn
Chọn sơ bộ tiết diện vách
- Từng vách nên có chiều cao chạy suốt từ móng đến mái và có độ cứng không đổi trên toàn bộ chiều cao của nó.
Các lỗ trên vách cần được thiết kế sao cho không làm giảm khả năng chịu tải của vách Đồng thời, cần áp dụng các biện pháp tăng cường cho khu vực xung quanh lỗ để đảm bảo độ bền và an toàn cho kết cấu.
- Độ dày của thành vách (b) chọn không nhỏ hơn 150 mm và không nhỏ hơn 1/20 chiều cao tầng.
- Vì công trình sử dụng cột kết hợp vách chịu lực nên ta không đổi tiết diện trên toàn bộ chiều cao của tầng.
- Theo TCVN 198-2007: tổng diện tích mặt cắt của vách và lõi cứng có thể xác định theo công thức:
F st : diện tích sàn từng tầng Tầng điển hình có Fst 800.4 m 2
- Vậy tiết diện vách đã chọn b 350 mm có tổng diện tích vách được tính bằng:
Tính toán tải trọng
Tính toán tải trọng gió
- Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió W có độ cao Z so với mốc chuẩn xác định theo công thức:
W 0 : giá trị áp lực gió lấy theo bảng đồ phân vùng phụ lục D và điều 6.4
(TCVN 2737-1995). k : hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao lấy theo bảng 5 (TCVN 2737-1995). c : hệ số khí động lấy theo bảng 6 (TCVN 2737-1995)
Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1,2.
- Công trình tại vị trí TP Hồ Chí Minh nên phân vùng áp lực gió là IIA, có
Công trình nằm trong khu vực địa hình B, đặc trưng bởi không gian tương đối trống trải với một số vật cản thưa thớt, cao không quá 10m Khu vực này thường là ngoại ô ít nhà, thị trấn, làng mạc, rừng thưa hoặc rừng non, cũng như các vùng trồng cây thưa.
- Giá trị tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió được tính theo công thức:
- Tải trọng gió được quy về trên từng tầng với chiều cao tầng tương ứng và được trình bày trong bảng sau.
Chiều Cao Tầng cao tầng độ sàn h Z
Bảng 4.1 Tải trọng gió tĩnh theo phương X (A-F)
Chiều cao Cao độ tầng sàn
Bảng 4.2 Tải trọng gió tĩnh theo phương Y(1-4)
Thành phần động của tải trọng gió lên công trình bao gồm lực do xung của vận tốc gió và lực quán tính của công trình Giá trị của lực này được xác định dựa trên thành phần tĩnh của tải trọng gió, kết hợp với các hệ số ảnh hưởng từ xung vận tốc gió và lực quán tính của công trình.
- Tính toán thành phần động của tải trọng gió: dựa vào các thành phần cần tính toán và TCXD 229 – 1999
- Công trình có chiều cao 63.5 > 40m nên cần phải tính thành phần động của gió.
- Để xác định thành phần động của gió ta cần xác định tần số dao động riêng của công trình.
- Thiết lập sơ đồ tính toán động lực học và các bước tính:
Sơ đồ tính toán là hệ thanh công xôn hữu hạn điểm tập trung khối lượng.
Chia công trình thành n phần sao cho mỗi phần có độ cứng và áp lực gió lên bề mặt công trình có như không đổi.
Vị trí các điểm tập trung khối lượng đặt tại cao trình sàn.
Giá trị khối lượng tập trung được xác định bằng tổng khối lượng của kết cấu, trọng lượng các lớp cấu tạo sàn và hoạt tải tham gia vào công trình, nhằm tính toán thành phần động của gió Theo TCVN 2737:1995 và TCXD 229-1999, hệ số chiết giảm khối lượng đối với hoạt tải được phép sử dụng là 0.5, như quy định trong bảng 1 của TCXD 229-1999.
Khai báo Mass Source trong mô hình: Tĩnh tải + 0.5 Hoạt tải.
Việc tính toán dao động riêng là một quá trình phức tạp, đòi hỏi sự hỗ trợ từ phần mềm chuyên dụng Trong đồ án này, chúng tôi sử dụng phần mềm ETABS để phân tích các dạng dao động của mô hình.
Thiết lập sơ đồ tính toán động lực học.
Hình 4.1 Sơ đồ tính toán gió động lên công trình
-Việc mô hình trong chương trình Etabs được thực hiện như sau:
Dầm biên được mô hình bằng phần tử Frame.
Vách và sàn được mô hình bằng phần tử Shell.
Trọng lượng bản thân của kết cấu do Etabs tự tính toán.
Trọng lượng các lớp cấu tạo sàn được phân đều trên sàn.
Trọng lượng bản thân tường được gán thành từng dãy trên sàn.
Hoạt tải được gán phân bố đều trên sàn, sử dụng hệ số chiết giảm khối lượng là 0.5.
Hình 4.2 Mô hình công trình bằng ETABS 2016
Theo TCXD 229: 1999, việc tính toán thành phần động của tải trọng gió chỉ cần dựa vào dạng dao động đầu tiên Tần số dao động riêng cơ bản thứ s phải thỏa mãn bất đẳng thức: f s < f L < f s + 1.
- Trong đó: fL được tra trong bảng 2 TCXD 229:1999, đối với kết cấu sử dụng bê tông cốt thép, lấy δ = 0.3, ta được f L = 1.3 Hz Cột và vách được ngàm với móng.
Để tính toán gió động của công trình theo hai phương X và Y, chúng ta chỉ xem xét dạng dao động có chuyển vị lớn hơn Quá trình tính toán thành phần động của gió bao gồm một số bước cụ thể.
Bước 1: Xác định tần số dao động riêng
- Sử dụng phần mềm EATABS khảo sát 12 Mode dao động đầu tiên
- Kết quả chu kì và tần số của 12 dạng dao động lấy từ ETABS
Bảng 4.3 Tần số và chu kì khi phân tích dao động tính gió động
- Do đó ta chỉ sử dụng các mode trước Mode 4 để tính toán thành phần động của gió.
- Căn cứ vào bảng chuyển vị của các Diagphragm tại mỗi mode ( Bảng phụ lục) ta đánh giá dạng dao động theo các phương như sau:
Bảng 4.4 Tần số và chu kì khi phân tích dao động tính gió động
TABLE: Modal Participating Mass Ratios Case
Bước 2: Tính toán thành phần động của tải trọng theo Điều 4.3 đến Điều 4.9 TCXD 229–1999.
Để tính giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió, cần xem xét ảnh hưởng của xung vận tốc gió, với đơn vị đo là lực Công thức xác định giá trị này sẽ giúp đảm bảo tính chính xác trong việc đánh giá tác động của gió lên công trình.
WFj Wj jSj (Công thức 4.6 TCXD 229-1999)
- Giá trị1 được lấy theo bảng 4, TCXD 229:1999, phụ thuộc vào 2 tham số và
Tra bảng 5, TCXD 229:1999 để có được 2 thông số này (mặt ZOX), D và H được xác định như hình sau (mặt màu đen là mặt đón gió):
Hình 4.3 Hình tọa độ khi xác định hệ số không gian n
- Xác định các hệ số: i
Trong đó: y ji: Chuyển vị ngang tỷ đối của trọng tâm phần công trình thứ j ứng với dạng dao động i, không thứ nguyên Xác định từ Etabs.
Bước 3: Xác định hệ số động lực (i ) ứng với dạng dao động thứ 1 dựa vào hệ số(
i ) và đường số 1, Hình 2, TCXD 229:1999.
1.2 : là hệ số độ tin cậy.
W 0 830 N / m 2 : áp lực gió tiêu chuẩn.
f i : tần số dao động của dạng dao động thứ i, được xác định trong Bảng 4.2.
- Từ đồ thị ta xác định hệ số động lực
Bước 4: Tính giá trị tiêu chuẩn thành phần động của tải trọng gió có xét đến ảnh hưởng của xung vận tốc gió.
- Wp( ji) M j ii yji (Công thức 4.3 TCXD 229-1999)
Bước 5: Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng gió có xét đến ảnh hưởng xung vận tốc gió và lực quán tính.
1.2 : hệ số tin cậy đối với tải trọng gió.
1: Hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo thời gian sử dụng Bảng 6, TCXD 299-1999, lấy 50 năm
Bảng 4.5 Giá trị tải trọng gió động gán vào sàn theo phương X(A-F)
Khối lượng cao tầng độ tâm cứng
Bảng 4.6 Giá trị tải trọng gió động gán vào sàn theo phương Y(1-4)
Khối lượng độ cao tầng tâm cứng
Bảng 4.7 Tổng hợp tải trọng gió thành phần động và thành phần tĩnh
Tải trọng động đất
Các biến đổi tự nhiên có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng đối với môi trường, công trình và con người Đặc biệt, động đất là một hiện tượng có khả năng gây ra nhiều thảm họa cho con người và các công trình xây dựng Do đó, việc tính toán và thiết kế các công trình nhà cao tầng để chống chịu động đất là rất cần thiết.
- Tiêu chuẩn sử dụng cho tính toán: TCVN 9386:2012, TCXDVN375-2006 (dựa trên cơ sở tiêu chuẩn EUROCODE8- Design of structure for earthquake resistance).
- Theo TCVN 9386:2012, có 2 phương pháp tính toán tải trọng động đất là phương pháp tĩnh lực ngang tương đương và phương pháp phân tích phổ dao động.
- Phần mềm hỗ trợ: Etabs 9.7.4
Công trình xây dựng tại Quận Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh, theo Phụ lục H của TCVN 9386:2012, xác định đỉnh gia tốc nền agR dựa trên bảng phân vùng gia tốc nền theo địa danh hành chính.
Gia tốc nền tham chiếu: agR /g = 0.0702
Gia tốc nền thiết kế a g trên nền loại A được xác định bằng đỉnh gia tốc nền tham chiếu a gR nhân với hệ số tầm quan trọng : a g a g R 0.0702 1 0.0702 m / s 2
- Dự định chiều sâu đặt mũi cọc vào khoảng 40~80 m, trong vùng này, điều kiện đất nền phù hợp với loại đất nền C ở bảng 3.1 tiêu chuẩn 9386-2012.
Do các bộ phận kết cấu nằm ngang có nhịp nhỏ hơn 20m và các thành phần công xôn nằm ngang nhỏ hơn 5m, cùng với việc kết cấu không có ứng lực trước, nên không cần xem xét các thành phần thẳng đứng của tác động động đất.
- Xác định phổ thiết kế S d (T) theo biểu thức ( 3.13 3.16 ):
- Hệ số ứng xử với cận dưới của nền thiết kế theo phương nằm ngang:
- Do đó lựa chọn đất nền loại C để tiến hành tính phổ.
Bảng 4.8 Thông số đất nền tính động đất
T B (s) là giới hạn dưới của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc.
T C (s) là giới hạn trên của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc.
T D (s) là giá trị x ác định điểm bắt đầu của phần phản ứng dịch chuyển không đổi trong phổ phản ứng.
- Với chu kì T1 X 2.72326 không thỏa mãn yêu cầu phương pháp tĩnh lực ngang tương đương: T 1 4T c 2.4s (điều 4.3.3.2 TCVN 9386 : 2012)
- Nên trong đồ án này tải trọng động đất sẽ được tính toán theo phương pháp phân tích phổ phản ứng dao động (điều 4.3.3.3 TCVN 9386 : 2012).
Đối với thành phần thẳng đứng của tác động động đất, phổ thiết kế được xác định dựa trên công thức của phổ ngang Trong đó, gia tốc nền thiết kế theo phương ngang \( a_g \) được thay thế bằng \( a_{vg} = 0.9a_g \); các tham số S và q được đặt lần lượt là 1 và 1.5, với các giá trị được lấy từ bảng quy định.
- Xác định phổ đứng theo các biểu thức sau:
S(d) – Phổ thiết kế đàn hồi
T B (s) là giới hạn dưới của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc.
T C (s) là giới hạn trên của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc.
T D (s) là giá trị xác định điểm bắt đầu của phần phản ứng dịch chuyển không đổi trong phổ phản ứng.
- Gia tốc nền tham chiếu: agR /g = 0.0702 a vg= agR 0.9=0.06318
- Vì avg =0.06318 < 0.25 nên công trình không xét đến phổ đứng.
4.3.2.2 Mực độ tin cậy và hệ số tầm quan trọng
Công trình xây dựng được phân loại thành 5 cấp độ quan trọng dựa trên khả năng gây nguy hiểm đến tính mạng con người khi xảy ra sự cố sụp đổ Các yếu tố này bao gồm vai trò của công trình đối với an ninh công cộng, bảo vệ trật tự xã hội sau động đất, cùng với những hậu quả kinh tế và xã hội có thể phát sinh từ sự cố này.
Mỗi mức độ quan trọng trong xây dựng được gán một hệ số tầm quan trọng riêng, như quy định trong phụ lục E của TCVN 9683:2012 Các mức độ này xác định mức độ quan trọng của công trình và tương ứng với từng hệ số tầm quan trọng cụ thể.
Bảng 4.9 Hệ số tầm quan trọng
Mức độ quan trọng Đặc biệt
4.3.2.3 Hệ số ứng xử q của kết cấu BTCT
Hệ số ứng xử q phản ánh khả năng phân tán năng lượng của kết cấu, thể hiện tỷ số giữa lực động đất mà kết cấu phải chịu trong điều kiện phản ứng hoàn toàn đàn hồi với độ cản nhớt 5%, và lực động đất được sử dụng trong thiết kế theo mô hình phân tích đàn hồi thông thường, đồng thời đảm bảo rằng kết cấu vẫn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cần thiết.
- Hệ hỗn hợp khung – vách BTCT thì q 3.9 cho nhà cao tầng, khung nhiều nhịp hoặc kết cấu hỗn hợp tương đương khung.
4.3.2.4 Khối lượng tham gia dao động
Theo tiêu chuẩn 9386 – 2012, trong mục 3.2.4 và 4.2.4, hệ số tham gia vào dao động của hoạt tải trong khu vực nhà ở gia đình được xác định là 0.3, kết hợp với hệ số 0.8 cho các tầng sử dụng đồng thời.
- Vậy khai báo Mass Source trong mô hình là TT+0.24HT.
Bảng 4.10 Giá trị hổ thiết kế theo phương ngang
TABLE: Modal Participating Mass Ratios
Modal 5 Modal 6 Modal 7 Modal 8 Modal 9 Modal 10 Modal 11 Modal 12
Sau khi loại bỏ các mode bị xoắn sinh viên chọn các mode tính toán như sau:
Công trình chung cư cao cấp Night Blue thỏa các tiêu chí đều đặn theo mặt bằng và mặt đứng, đồng thời chu kì dao động: T T 1 1 1.955s 2s 4T c 4 0.6 2.4s
Áp dụng “phương pháp tĩnh lực ngang tương đương”
4.3.2.6 Gán tải trọng động đất bằng phần mềm Etabs
- Click chọn Spectrum from File Add New Function
- Nhập phổ dao động cho công trình như sau:
Tại mục Values are: Chọn Period as Value
Nhấn vào Browse chỉ đến file phổ dao động ở dạng text đã lập trước đó.
- Sau đó Click vào Display Graph sẽ được dạng phổ dao động.
Hình 4.4 Khai báo phổ ngang trong ETABS
Do giới hạn của đồ án chỉ phân tích trong giai đoạn đàn hồi tuyến tính, giá trị tải trọng tỷ lệ thuận với giá trị nội lực Để đơn giản hóa quá trình tính toán, tổ hợp nội lực được thay thế bằng tổ hợp tải trọng, và kết quả vẫn đảm bảo tính chính xác trong phân tích giai đoạn đàn hồi.
Bảng 4.11 Các trường hợp tải trọng
Các trường hợp tảiTĩnh tảiHoạt tảiGió tĩnh phương XGió động dạng 1 phương XGió tĩnh phương YGió động dạng 1 phương Y Động đất phương X Động đất phương Y
Các trường hợp tổ hợp tải trọng có xét đến thành phần động của tải trọng gió và tải động đất theo phương pháp tĩnh lực ngang tương đương
Tính toán thép
Kiểm tra chuyển vị
Hình 4.5 Chuyển vị công trình
- Chuyển vị của công trình
- Theo TCXD 198:1997 mục 2.6.3 điều kiện chuyển vị của công trình khung – vách BTCT thỏa khi
Công trình thỏa chuyển vị
Tính toán thép cột
4.4.2.1 Nội lực nén lệch tâm xiên
- Nội lực tính toán nén lệch tâm xiên được lấy từ kết quả tổ hợp trong đó cần chú ý các bộ nội lực sau:
Có N lớn nhất và Mx, My tương ứng;
Có M lớn nhất, N, My tương ứng;
Có My lớn nhất, N, Mx tương ứng;
Có Mx và My đều lớn;
Nội lực do Etabs tính toán cho cột bao gồm lực nén P, mô men xoắn Mx = M2 và mô men uốn My = M3 Do đó, cột được thiết kế để chịu nén lệch tâm xiên và thép được bố trí theo chu vi của cột.
Theo sách “Tính toán tiết diện cột bê tông cốt thép” của GS.TS Nguyễn Đình Cống, cột bê tông cốt thép được tính toán dựa trên cấu kiện chịu nén lệch tâm xiên Trong đó, nội lực được xác định với N = P, Mx = M3, và My = M2, đồng thời thép được bố trí theo chu vi của cột.
4.4.2.2 Phương pháp tính toán gần đúng cốt thép cột lệch tâm xiên
Phương pháp gần đúng chuyển đổi trường hợp nén lệch tâm xiên thành nén lệch tâm phẳng tương đương để tính toán cốt thép Nguyên tắc của phương pháp này được quy định trong tiêu chuẩn Anh BS8110.
Mỹ ACI318 đã phát triển các công thức và điều kiện tính toán phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 5574 – 2012 Tham khảo tài liệu từ sách "Tính toán cột bê tông cốt thép" của GS Nguyễn Đình Cống, mục 5.6.1, trang 153.
- Xét tiết diện có cạnh Cx, Cy, điều kiện để áp dụng phương pháp gần đúng là
2 , cốt thép được đặt theo chu vi, phân bố đều hoặc mật độ cốt
C y thép trên cạnh b có thể lớn hơn.
4.4.2.3 Các bước tính toán thép cột
Bê tông B25: R b = 14.5Mpa ; R bt = 1.05Mpa ; E = 30000Mpa.
Thép dọc AII: R s = 280Mpa ; R sc = 280Mpa ; E = 210000 Mpa.
Thép đai AI: R s = 225 Mpa ; R sc = 225 Mpa ; E = 210000 Mpa.
- Thép cột được bố trí đối xứng và thiết kế theo lệch tâm phẳng
Tiết diện chịu lực nén N và các moment uốn Mx, My cùng với độ lệch tâm ngẫu nhiên ex, ey được xem xét Sau khi phân tích uốn theo hai phương, hệ số ηx và ηy được tính toán Giá trị moment gia tăng cũng được xác định trong quá trình này.
Ta xét tương quan giữa hai giá trị M x1 , My1 với kích thước các cạnh mà đưa về một trong hai mô hình tính toán:
Mô hình Theo phương x Theo phương y
Giả thuyết giá trị a, tính được: h 0 h – a;z h – 2a
Tiến hành tính toán theo trường hợp đặt cốt thép đối xứng: x1
Tính hệ số chuyển đổi m 0 :
Dựa vào giá trị e 0 và x 1 để phân biệt các trường hợp tính toán: a) Trường hợp 1: nén lệch tâm rất bé khi đúng tâm.
- Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm γ e : e
- Hệ số uốn dọc phụ thêm khi xét nén đúng tâm: e
- Lấy φ = 1 khi14 và 1.028 0.0000288 2 0.0016 cho các trường hợp còn lại.
- Diện tích toàn bộ cốt thép dọc A st : Ast b) Trường hợp 2: khi hợp lệch tâm bé.
- Diện tích toàn bộ cốt thép A st : Ast c) Trường hợp 3: khi hợp nén lệch tâm lớn.
- Diện tích toàn bộ cốt thép Ast: A st N e
Kiểm tra hàm lượng thép trong cột
- Theo độ mảnh cột thông thường: (Nhưng không vượt quá 3%) Độ mảnh
4.4.3 Tính thép dọc cột khung trục 1(C15), trục A
Tính thép dọc cột C6, tầng trệt khung trục 2:
Tính toán với cặp nội lực 1:
N max = -4014.388 kN; M x tu = -20.522 kNm; M y tu = -24.843 kNm.
Kiểm tra điều kiện tính toán gần đúng cột lệch tâm xiên 0.5 C x 2
5001 2 Tính toán độ ảnh hưởng của uốn dọc theo 2 phương
Chiều dài tính toán: lox loyx l 0.7 4000 2800 mm Độ lệch tâm ngẫu nhiên:
Tính hệ số ảnh hưởng của uốn dọc:
Theo phương X:x19.4 28x 1 (bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc)
Theo phương Y: y 19.4 28 y 1 (bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc)
Quy đổi bài toán lệch tâm xiên sang lệch tâm phẳng tương đương theo phương X hoặc phương Y
Tính toán diện tích thép
500 30.4592 kNm Độ lệch tâm tính toán: e 1 M
Tính toán cốt thép cột theo các trường hợp:
Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm e 1 1.07 (0.5)(2
Hệ số uốn dọc phụ khi xét thêm nén đúng tâm: e (1 ) 0.988
Diện tích toàn bộ cốt thép tính như sau:
Kiểm tra hàm lượng thép
Kiểm tra: min 0.4% tt 500 500 100 1.01% max 3%
Cốt thép dọc cột chịu nén lệch tâm xiên được bố trí quanh chu vi, với cốt thép đặt theo cạnh b = 500mm có mật độ tối thiểu bằng hoặc lớn hơn mật độ cốt thép theo cạnh h.
Chọn 12ϕ20 (As = 37.68cm 2 ) rải đều theo chu vi.
Tính toán với cặp nội lực 2: N tu
N tu = -3992.92 kN; M x tu = -20.4545 kNm; M y max = 38.0494 kNm.
Tính hệ số ảnh hưởng của uốn dọc (như trường hợp 1)
Tính toán diện tích thép
500 50.158 kNm Độ lệch tâm tính toán: e 1 M
Tính toán cốt thép cột theo các trường hợp:
0.0517 0.3 Nén lệch tâm rất bé, tính toán gần như nén đúng h 0 450 tâm.
Hệ số ảnh hưởng độ lệch tâm e 1 1.07 (0.5)(2
Hệ số uốn dọc phụ khi xét thêm nén đúng tâm: e (1 ) 0.988
Khi max x ; y 19.4 1.028 0.0000288 2 0.0016 0.986 Diện tích toàn bộ cốt thép tính như sau:
Kiểm tra hàm lượng thép
Cốt thép dọc cột chịu nén lệch tâm xiên được bố trí xung quanh chu vi, với cốt thép ở cạnh b = 500mm có mật độ tối thiểu bằng hoặc lớn hơn mật độ cốt thép ở cạnh h.
Chọn 12ϕ20 (As = 37.68cm 2 ) rải đều theo chu vi.
Tính toán với cặp nội lực 3:
N tu = -3912.73 kN; M x max = 45.658 kNm; M y tu = -47.3391 kNm.
Tính toán cho cặp 1 cho thấy diện tích thép A st = 34.5 cm² Cốt thép dọc cột chịu nén lệch tâm xiên được bố trí theo chu vi, với cốt thép ở cạnh b = 500mm có mật độ lớn hơn hoặc bằng mật độ ở cạnh h = 500mm Do đó, đã chọn 12 thanh thép φ22 (As = 45.46 cm²) được rải đều quanh chu vi.
=> Chọn nội lực: N tu = -3912.73 kN; M x max = 45.658 kNm; M y tu = -47.3391 kNm để tính thép dọc cho cột C15, tầng trệt khung trục 2.
Bảng 4.12 Bảng tính thép cột
Bêtông cấp độ bền B25 (M350): R b = 14500 kN/m 2 ; R bt = 1050 kN/m 2
Hệ số điều kiện làm việc của bêtông: γ b = 0.9
Chọn thép CIII làm cốt đai có:
R s = R’ s = 355000 kN/m 2 ; R sw = 285000 (255000) kN/m 2 – đối với thép cú ỉ 0 thì đặt cốt thép cấu tạo.
Phương pháp này có đặc điểm nổi bật là dễ tính toán và áp dụng không chỉ cho vách phẳng Tuy nhiên, giả thiết rằng cốt thép chịu nén và kéo đều đạt đến giới hạn chảy trên toàn bộ tiết diện vách là không chính xác Thực tế, chỉ có các phần tử biên ở hai đầu vách mới có khả năng đạt đến giới hạn chảy, trong khi các phần tử ở giữa vách vẫn chưa đạt được điều này.
Phương pháp vùng biên chịu moment
Phương pháp này cho rằng cốt thép ở hai đầu vách chịu toàn bộ moment, trong khi lực dọc được giả định phân bố đều trên toàn bộ chiều dài vách.
- Các giả thiết cơ bản:
Ứng suất kéo do cốt thép chịu.
Ứng lực nén do cả bê tông và cốt thép chịu.
Để phân tích vùng biên chịu moment, bước đầu tiên là giả thiết chiều dài B của vùng biên Tiếp theo, cần xem xét vách chịu lực dọc trục N và moment trong mặt phẳng M x Moment M x có thể được coi là một cặp ngẫu lực đặt tại trọng tâm của hai vùng biên.
Bước 2: Xác định lực kéo hoặc nén trong vùng biên
A b : là diện tích vùng biên
A: là diện tích mặt cắt vách
Hình 4.6 Vùng biên chịu moment
Bước 3: Tính cốt thép chịu kéo nén.
Bước 4 yêu cầu kiểm tra hàm lượng cốt thép; nếu không đạt yêu cầu, cần tăng kích thước B của vùng biên và tính lại từ bước 1 Chiều dài tối đa của vùng biên không được vượt quá L/2, nếu vượt quá, cần tăng bề dày của vách.
Bước 5: Kiểm tra vách ngăn giữa hai vùng biên tương tự như với cấu kiện chịu nén đúng tâm Nếu bê tông đạt yêu cầu chịu nén, tiến hành lắp đặt thép cấu tạo.
Phương pháp này tương tự như phương pháp 1, nhưng tập trung lượng cốt thép chịu toàn bộ mômen ở hai đầu vách Giả thiết vùng biên chịu mômen là phù hợp cho các vách có tiết diện tăng cường ở hai đầu, đặc biệt khi có cột bố trí ở hai đầu Tuy nhiên, phương pháp này thiên về an toàn vì chỉ tính đến khả năng chịu mômen của cốt thép.
4.4.4.1 Chọn phương pháp tính cốt thép cho vách đứng
Số liệu địa chất công trình
- Thống kết quả khảo sát địa chất, từ cao trình tự nhiên đến chiều sâu hố khoan 39m
Bảng 5.1 Chỉ tiêu cơ lí các lớp đất
- Lớp 1: Sét lẫn sỏi sạn laterite, màu nâu đỏ - xám trắng, trạng thái nửa cứng.
- Lớp 2: Sét, màu xám trắng – nâu hồng, trạng thái nửa cứng.
- Lớp 3: Sét pha nặng, màu xám vàng, trạng thái dẻo cứng
- Lơp 4: Cát pha, đôi chỗ lẫn sỏi sạn TA, màu xám vàng – xám tro – xám hồng, trạng thái dẻo.
- Lớp 5: Sét, màu nâu vàng – xám xanh, trạng thái cứng – nửa cứng
Số liệu công trình
Kích thước cọc
- Sơ bộ chọn cọc đặc có D 0.8m
- Sơ bộ chiều cao đài cọc: h đài 2m
- Chọn đầu cọc đập vỡ 0.9m và 0.2m cọc ngàm vào đài.
- Chọn chiều dài cọc: L coc 44 m
- Chiều dài của cọc nằm trong đất là:
- Cao độ đặt đài móng tính từ mặt đất tự nhiên (0m) là -5m.
- Cao độ mũi cọc tính từ mặt đất tự nhiên: 42.9 5.0 47.9 m
- A cọc : Diện tích tiết diện ngang cọc (m 2 )
- A b : Diện tích tiết diện ngang của bê tông trong cọc (m 2 )
- A s : Diện tích tiết diện ngang cốt thép (m 2 )
- A cọc = 0.502 (m 2 ) (Cọc có đường kính d = 0.8m)
- A s = 40.72 (cm 2 ) (16ϕ18) (Hàm lượng cốt thép không nên nhỏ hơn
- R s : Cường độ tính toán cốt thép
Sức chịu tải của cọc khoan nhồi
5.2.2.1 Theo vật liệu làm cọc
- R vl cb ' cb R b A b + R sc Ast
cb = 0.85: Hệ số điều kiện làm việc (mục 7.1.9 TCVN 10304 – 2014)
’ cb = 0.7: Hệ số kể đến việc thi công cọc (mục 7.1.9 TCVN 10304 – 2014)
- Sức chịu tải cọc theo vật liệu:
R vl cb ' cb R b A b + R sc A st
5.2.2.2 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý đất nền (Mục 7.2.3 TCVN 10304 – 2014)
Sức chịu tải trọng nén Rc,u của cọc treo hạ được xác định thông qua tổng sức kháng của đất dưới mũi cọc và trên thân cọc khi áp dụng phương pháp ép.
R c,u c cq q b A b + u cf f i l i (Công thức 12 TCVN 10304 – 2014/27) Trong đó:
γ c : hệ số điều kiện làm việc của cọc ( khi cọc tựa trên nền đất dính độ bão hòa S r < 0.9 và trên đất hoàng thổ γ c = 0.8, các trường hợp khác γ c
γ cf : hệ số điều kiện làm việc của đất trên thân cọc, phụ thuộc vào phương pháp tạo lỗ và điều kiện đổ bê tông (tra bảng 5 trang 29 TCVN 10304-2014).
γ cq : hệ số diệu kiện làm việc đất dưới mũi cọc Bê tông đổ dưới nước γ cq
= 0.9, đối với trụ đường dây tải điện trên không lấy theo điều 14, trường hợp khác γ cq =1.
u: Chu vi tiết diện ngang thân cọc, u 2.513 m
A b : Diện tích cọc tựa lên đất, A b 0.5 m 2
l i : Chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất thứ “i”
f i : Cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ “i”
q b : cường độ sức kháng của đất mũi lấy theo bảng 7 trang 31 của TCVN 10304-2014 →IL=0→qpE00 (kPa)
Cường độ kháng cọc trung bình của lớp đất thứ i trên thân cọc được ký hiệu là f i, và giá trị này được lấy theo Bảng 3 TCVN 10304 Đối với đất cát pha, cần cộng thêm 15% vào giá trị đã ghi trong bảng.
l i : là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp thứ i
Bảng 5.2 Chỉ tiêu cơ lí các lớp đất z i
- Vậy SCT của cọc theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền:
5.2.2.3 Tính toán sức chịu tải của cọc theo SPT
Tính theo Công thức Nhật Bản (đất rời và đất dính)
Theo Mục G.3.2 trang 82 của TCVN 10304-2014
Sức chịu tải cực hạn cọc: R c,u q b A b u f c,i l c,i f s,i l s,i (6-9)
Cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc được xác định bằng công thức q b = 6c u (Kpa) cho cọc nhồi Đối với đất dính thứ i, cường độ sức kháng trung bình được tính bằng fc,i = αpf Lcu,i, trong khi đó, cường độ sức kháng của đất rời thứ i được xác định là f s,i = 10 N s,i.
3 f L hệ số điều chỉnh theo độ mảnh h/d, xác định theo biểu đồ hình G.2.b TCVN
Hệ số điều chỉnh cho cọc đóng được xác định theo biểu đồ G.2.a trong TCVN 10304-2014 Cường độ sức kháng cắt không thoát nước của đất dính được ký hiệu là cu,i, với công thức cu,i = 6.25Nc,i, trong đó lc,i là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ “i”.
70 ls,i là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ “i”
Hình 5.1 Biểu đồ xác định hệ số
Bảng 5.3 Cường độ kháng trung bình của cọc móng cột tính theo Nhật Bản
Sức chịu tải cực hạn :
5.2.2.4 Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền
Theo Mục G1 và G2 trang 80 của TCVN 10304-2014
Sức chịu tải cực hạn: Rc,u Qp Qs qb Ab U f i l i (6-3)
Diện tích tiết diện ngang của mũi cọc được ký hiệu là A b (m²), trong khi chu vi tiết diện ngang của cọc được ký hiệu là u (m) Cường độ sức kháng trung bình của lớp đất thứ i trên thân cọc được biểu thị bằng f i (ma sát đơn vị).
(kN/m 2 ) Được lấy theo Bảng 3 TCVN 10304 l i : chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp thứ i (m) q b : cường độ sức kháng của đất mũi trong đất (kN/m 2 ):
Bảng 5.4 Xác định thành phần kháng của đất trên thành cọc
Vậy sức chịu tải cực hạn theo ma sát :
Sức chịu tải cực hạn do kháng mũi Q p (kN)
Cọc dưới móng cột ngàm được đặt vào lớp đất dính (đất loại 5), nơi mà đất dưới mũi cọc là đất dính thuần túy và không thoát nước Để tính toán, cần áp dụng công thức quy định trong Phụ lục G của TCVN 10304-2014: q.
Sức chịu tải cực hạn của cọc : R c,u Qb Qs 754.5 8834.9 9589.4
kN 5.2.2.5 Sức chịu tải thiết kế
Bảng 5.5 Tổng hợp sức chịu tải của cọc khoan nhồi
Sức chịu tải của cọc ép
Theo vật liệu Theo chỉ tiêu đất nền Theo SPT
Theo cường độ đất nền
- Sức chịu tải đặc trưng: R ck min R cu,i 7498.4(kN)
- Sức chịu tải thiết kế: R c,a 0 R c,u min kN
0 là hệ số điều kiện làm việc, đối với cọc làm việc nhóm lấy bằng 1.15
n là hệ số tầm quan trọng phụ thuôc vào tầm quan trọng của công trình, đối với công trình cấp 2 lấy bằng 1.15
Chọn sơ bộ số cọc: n ≤ 5 cọc do đó: k =1.75
Chọn sơ bộ số cọc: 6
