Bài giảng Bê tông cốt thép 2: Kết cấu tường chắn - Nguyễn Hữu Anh Tuấn

19/01/2016

NGUYỄN HỮU ANH TUẤN

TÓM TẮT BÀI GIẢNG MÔN HỌC KẾT CẤU BTCT 2

KẾT CẤU TƯỜNG CHẮN
Thời lượng: 5 tiết



TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH
Leet, K. and Bernal, D. (1997). Reinforced concrete design, 3rd edn.,
McGraw-Hill
Mosley, W. H. and Bungey, J. H. (1987). Reinforced concrete design,
3rd edn., Macmillan Education.
Nilson, A., Darwin, D. and Dolan, C. (2010). Design of concrete
structures, McGraw-Hill.
Pillai, S. and Menon, D. (2005). Reinforced Concrete Design, 5th edn.,
McGraw-Hill.
Warner, R. F., Rangan, B., Hall, A. and Faulkes, K. (1998). Concrete
structures, Longman.

N.H.A.Tuan

1


19/01/2016

KHÁI QUÁT

Tường chắn được sử dụng để đảm bảo sự ổn định của đất hoặc có
thể là vật liệu khác bằng cách giữ không cho chúng bị trượt khỏi cung
trượt tự nhiên của chúng.

KHÁI QUÁT
Phân loại

- Tường chắn trọng lực: gạch đá, bê tông; hình khối lớn, dùng trọng
lượng bản thân tường để đảm bảo ổn định; chủ yếu chịu nén; chiều cao
thường không vượt 3m, không có cốt thép hoặc có ít cốt thép chịu co ngót
và nhiệt độ.

- Tường chắn BTCT dạng mềm chịu nén uốn: bản thành và bản
móng BTCT khá mỏng nên trọng lượng bản thân của tường không lớn.
Độ ổn định được đảm bảo chủ yếu do trọng lượng khối đất đắp đè lên bản
móng.

N.H.A.Tuan

2


19/01/2016

KHÁI QUÁT
Một số dạng tường chắn BTCT chịu nén uốn
- Tường công-xon không sườn: 2,5-6m; phổ biến, kinh tế, thi công đơn giản.
- Tường có sườn đứng: cao 6-7,5m; sườn đứng làm tăng độ cứng của
thành tường và giúp thành tường làm việc như những ô bản liên tục.

KHÁI QUÁT
Một số dạng tường chắn BTCT chịu nén uốn

N.H.A.Tuan

3


19/01/2016

KHÁI QUÁT
Xác định sơ bộ các kích thước chính

l

BẢN MÓNG
b= (0,4-0,7)h ; phần móng trước (mũi) rộng = (0,3-0,4)b
b giảm khi móng tựa lên nền đất tốt và khi khối đất cần chắn là cát hoặc sỏi;
b tăng khi nền đất dưới đáy móng và lớp đất cần chắn có chất lượng thấp,
hoặc khi có hoạt tải tác dụng trên mặt đất gần đỉnh tường.

KHÁI QUÁT
Xác định sơ bộ các kích thước chính

Bố trí chốt
chống trượt

Chiều dày bản móng:
- Tường không sườn: (1/12-1/8) h

- Tường có sườn:
h/30
Có thể bố trí chốt chống trượt để tăng áp lực bị động

N.H.A.Tuan

4


19/01/2016

KHÁI QUÁT
Xác định sơ bộ các kích thước chính
BẢN THÀNH
Chiều dày thành tường tại đáy thường lớn hơn chiều dày ở đỉnh
tường. Khi h ≤ 3m có thể không thay đổi chiều dày bản thành.
• Tường công-xon : dày (1/14 -1/10)h ở đáy; ≥ 200mm ở đỉnh.
• Tường có sườn đứng: chiều dày bản thành ≈ h/40.
SƯỜN ĐỨNG
Khoảng cách

l = (0,8 ÷ 1,2 ) h

Chiều dày

≈ l/10

l ≈ h/2

Các yêu cầu thiết kế tường chắn BTCT

Áp lực tiêu chuẩn dưới đáy móng không vượt quá cường độ tiêu
chuẩn của nền đất;
Ổn định về lật do áp lực tính toán gây ra;
Ổn định về trượt do áp lực tính toán gây ra.
Đảm bảo điều kiện cường độ cho các bộ phận của tường chắn .
Thoát nước: bố trí các lỗ thoát nước đường kính 100mm phân bố
cách khoảng từ 1,5 đến 3m trên mặt thành tường, và ống tiêu nước có
đường kính 150-200mm chạy dọc theo đáy tường có sỏi bao quanh

N.H.A.Tuan

5


19/01/2016

TẢI TRỌNG
• Tĩnh tải: trọng lượng tường, trọng lượng đất đắp trên bản đáy.
• Hoạt tải dài hạn: áp lực ngang của đất và nước khi bão hòa nước.
• Hoạt tải ngắn hạn: xe cộ, hàng hóa, người và máy móc thiết bị, vv…

Áp lực đất lên tường chắn
Áp lực chủ động khi mặt đất nằm ngang

TẢI TRỌNG
Áp lực đất lên tường chắn
Áp lực chủ động khi mặt đất nằm ngang
ka =

1 − sin ϕ

1 + sin ϕ

p a = nk a γh

Ha =

1
1
p a h = nk a γh 2
2
2

n = 1,1-1,2 là hệ số độ tin cậy

Lớn hơn
thực tế,
không an
toàn

N.H.A.Tuan

6


19/01/2016

TẢI TRỌNG
Áp lực đất lên tường chắn
Áp lực chủ động khi mặt đất nằm nghiêng

 cos δ − cos 2 δ − cos 2 ϕ
k a = cos δ 
 cos δ + cos 2 δ − cos 2 ϕ







Ha = Pa cosδ

TẢI TRỌNG
Áp lực đất lên tường chắn
khi có hoạt tải trên mặt đất

hs =

N.H.A.Tuan

p

γ

p a1 = nk a γh

H a1 =

1
nk a γh 2

2

p as = nk a γhs = nk a p

H as = p as h = nk a γhhs

7


19/01/2016

TẢI TRỌNG
Áp lực đất lên tường chắn
khi có hoạt tải trên mặt đất
 h2

H a = H a1 + H as = nk a γ  + hhs 
 2


za =

h 2 + 3hhs
3(h + 2hs )

Nếu hoạt tải tác dụng cách đỉnh tường một khoảng:

TẢI TRỌNG
Áp lực đất lên tường chắn
Áp lực bị động

kp =

1 + sin ϕ
1 − sin ϕ

p p = k p γh'

Hp =

N.H.A.Tuan

1
1
p p h' = k p γh' 2
2
2

8


19/01/2016

ỔN ĐỊNH LẬT
- Moment chống lật

M cl = ∑ Gi xi
- Moment gây lật

M l = H a za
- Điều kiện để tường không bị lật

M cl
≥ kl
Ml
-Lưu ý:
• Có thể dùng điểm lật O1 thay cho O
• Có thể lấy n = 0,9 cho G và 1,1-1,2 cho Ha
• Kl không nhỏ hơn 1,5

ỔN ĐỊNH LẬT
Xét ổn định về lật từ điều kiện ổn định giới hạn, có kể
đến hệ số nền của nền đất dưới móng tường chắn:

e0 ≤ e0 gh
e0 =

M
N

M = H a z a + G1e1 + G4 e4 − (G3 + Gs )e3

N = G1 + G2 + G3 + G4 + Gs
12 Nz 0
1
e0 gh =  b − 3
2
k

z0 =

N.H.A.Tuan






G1 z1 + G2 z 2 + G3 z 3 + G 4 z 4 + Gs z s
N

9


19/01/2016

ỔN ĐỊNH TRƯỢT
- Lực chống trượt

F = fN + H p

f là hệ số ma sát giữa đáy tường và đất
- Điều kiện để tường không bị trượt

F
≥ k tr
Ha
Ktr không nhỏ hơn 1,3

ỔN ĐỊNH NỀN
c

σ max,
min =

N c  6e0 
1 ±

b 
b 

c
σ max
≤ Rđc

c
σ min
≥0

e0 ≤ b / 6

hay

b / 3 ≤ a ≤ 2b / 3

Chọn kích thước móng sao cho
điểm đặt hợp lực C nằm trong
khoảng 1/3 giữa chiều rộng móng

N.H.A.Tuan

10

19/01/2016

Một số biện pháp tăng ổn định tường chắn
- Thay đổi loại đất đắp sau tường: tốt nhất là sử dụng loại đất rời có
góc ma sát trong lớn nhằm giảm áp lực ngang
- Tăng cường biện pháp thoát nước cho đất phía sau tường: bố trí
rãnh thoát nước trên mặt, hệ thống thoát nước ngầm
- Bổ sung các sườn ngang có thể đỡ thêm các khối đất nằm ngoài
phạm vi móng tường.
- Tạo mặt gồ ghề cho bản đáy tường chắn, bố trí đáy nghiêng về
phía mặt sau tường hoặc bổ sung mấu (gờ, trụ, cọc ngắn) để tận
dụng lực dính của đất nền ngay dưới bản đáy nhằm tăng khả năng
chống trượt phẳng, chống lật cho tường chắn.
- Sử dụng neo trong đất.

TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CỦA
TƯỜNG CHẮN KHÔNG SƯỜN

Tính bản thành
dạng công-xon

N.H.A.Tuan

11


19/01/2016

TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CỦA
TƯỜNG CHẮN KHÔNG SƯỜN
Tính bản móng
dạng công-xon

TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CỦA
TƯỜNG CHẮN KHÔNG SƯỜN
Ví dụ bố trí cốt thép

N.H.A.Tuan

12


19/01/2016

TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CỦA
TƯỜNG CHẮN CÓ SƯỜN

TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN CỦA
TƯỜNG CHẮN CÓ SƯỜN
Tính sườn đứng
Xem mỗi sườn
đứng là một côngxon được ngàm tại
mặt móng, chịu tải
trọng ngang (pa × l)
với pa là áp lực đất
chủ động và l là
khoảng cách sườn

N.H.A.Tuan

13


19/01/2016

TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN CÓ SƯỜN
Tính sườn đứng
Khi tính cốt thép dọc cho
sườn, có thể kể một phần
bản thành đóng vai trò cánh
chịu nén và tham gia chịu
lực cùng với sườn, tức là
sườn đứng được tính như
cấu kiện có tiết diện chữ T.

TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN CÓ SƯỜN
Tính bản thành

N.H.A.Tuan

14


19/01/2016

TÍNH TOÁN TƯỜNG CHẮN CÓ SƯỜN
Bản móng

- Bản móng chịu tác dụng của phản lực đất nền cùng với trọng lượng
đất đắp và hoạt tải bên trên.
- Bản móng trước (I): tính như công-xon ngàm vào mép bản thành
- Bản móng sau: phần (II) tính như bản hai phương ngàm ba cạnh
vào bản thành và các sườn đứng; phần (III) chủ yếu chịu uốn theo
phương dọc chiều dài tường, có thể được tính như một dầm liên tục
gối lên các sườn đứng.

VÍ DỤ TÍNH TOÁN
Đề bài
Thiết kế một phương án tường chắn bê tông cốt thép nằm giữa hai
cao trình đất chênh lệch nhau khoảng 3,5 m.
Trên mặt đất có hoạt tải do trọng lượng của hàng hóa là p = 9 kPa, với
phạm vi tác dụng kéo dài đến đỉnh tường. Hệ số ma sát giữa đáy
móng và đất là f = 0,5. Đất có trọng lượng riêng γ =18 kN/m3, góc ma
sát trong ϕ =300.
Nền đất dưới móng có cường độ tiêu chuẩn là 100 kPa và hệ số nền
là 8000 kN/m3.

N.H.A.Tuan

15


19/01/2016

VÍ DỤ TÍNH TOÁN
Giải tóm tắt
Dự kiến dùng
tường chắn

BTCT dạng
công-xon như
hình vẽ.
{SV cần trình
bày cụ thể cách
chọn sơ bộ kích
thước các bộ
phận của tường
chắn}

VÍ DỤ TÍNH TOÁN
Giải tóm tắt
Tải trọng tác dụng
Xét một đoạn tường điển hình dài 1m, bỏ qua ảnh hưởng của lớp đất
mỏng nằm phía trước ngực tường (bị động).
G1 = 26,25 kN; x1 = 1,05 m; z1 = 2,05 m
G2 = 22,5 kN; x2 = 1,5 m; z2 = 0,15 m
G3 = 113,4 kN; x3 = 2,1 m; z3 = 2,05 m
G4 = 16,2 kN; xs = 2,1 m; zs = 3,8 m
ΣGi = 178,35 kN;
ka = 1/3
Ha = 54,72 kN
za = 1,40 m

N.H.A.Tuan

16


19/01/2016

VÍ DỤ TÍNH TOÁN
Giải tóm tắt
Kiểm tra ổn định trượt
N = 0,9 ΣGi = 160,52 kN
F = fN = 80,26 kN
Ha = 60,19 kN (tải tính toán)
ktr = 1,33
Đạt

Kiểm tra ổn định lật
(i) Thuần túy cơ học
Mcl = 0,9 ΣGi xi = 300,13 kNm
Ml = Ha za = 84,27 kN (tính với n =1,1)
kl = 3,56
Đạt

VÍ DỤ TÍNH TOÁN
Giải tóm tắt
Kiểm tra ổn định lật
(ii) Độ lệch tâm giới hạn
(n =1,1 cho Ha và = 0,9 cho Gi)
a = 1,34 m
e0 = 0,16 m
e0gh = 1,10 m
e0 < e0gh

N.H.A.Tuan

17

19/01/2016

VÍ DỤ TÍNH TOÁN
Giải tóm tắt
Kiểm tra ổn định nền đất dưới móng tường
(Dùng tải trọng tiêu chuẩn; n =1 cho Gi và Ha)
a = 1,44 m
e0 = 0,06 m < b/6
c
σ min
= 52,3 kPa

c
σ max
= 66,6 kPa

VÍ DỤ TÍNH TOÁN
Giải tóm tắt
Tính thành tường
1
1
k aγh13 + k a ph12
6
2
= 61,25 kNm

Mc =

M = 67,38 kNm
As ≈ 830 mm2
(h0 = 250 mm; thép AIII)
- Chọn thép
- Cắt thép nếu cần thiết
(cần tính điểm cắt lý
thuyết & điểm cắt thực tế)
1
1

M ( z ) = 1,1 ×  k a γz 3 + k a pz 2  = M gh
2
6


N.H.A.Tuan

Moment
tiêu chuẩn

18


19/01/2016

VÍ DỤ TÍNH TOÁN
Giải tóm tắt
Tính móng tường

CÂU HỎI ÔN TẬP

1. Tác dụng của tường chắn? Mô tả các loại tường chắn phổ biến
bằng BTCT?
2. Ảnh hưởng của hoạt tải trên mặt đất đến áp lực ngang tác dụng
lên tường chắn?
3. Các yêu cầu cơ bản trong thiết kế tường chắn?
4. Trình bày ngắn gọn về cách tính toán theo cường độ các bộ phận
của tường chắn bê tông cốt thép không sườn?
5. Làm lại bài tập thiết kế ở phần ví dụ, theo hướng giảm bề rộng
bản móng và bố trí thêm chốt chống trượt.

N.H.A.Tuan

19