Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép SVTH:GROUP5-50CB1 1

Tính toán thiết kế khối chân đế
công trình biển trọng lực bê tông
kiểu DK I
SVTH : Nhóm 5
Lớp : 50CB1 D
D
a
a
n
n
h
hs
s
á
á

ó
ó
m
m5
5
:
:
T
T
T
TH
H
ọ
ọt
t

N
N
g
g
ô
ôV
V
ă
ă
n
nT
T
h
h
ắ
ắ
n
n
g
g3
3
T
T
r
r
ầ
ầ
n
nV
V
ă
ă
n
nM
M
i
i
ê
ê
n
n
.
.N
N
g
g
u
u
y
y
ễ
ễ
n
nĐ
Đ
ứ
ứ
c
cH
H
u
u

B
B
1
14
4
.
.T
T
r
r
ầ
ầ
n
nT
T
h
h
a
a
n
n

5
5
0
0
C
C
B
B
1
15
5
.
.P
P
h
h
ạ
ạ
m
mV
V

0
05
5
0
0
C
C
B
B
1
16
6
.
.N
N
g
g
u
u
y
y

6
6
.
.
5
5
0
05
5
0
0
C
C
B
B
1
1 Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép SVTH:GROUP5-50CB1 2

thống kết cấu của sàn công tác = 11 T
Phần thợng tầng đợc kể từ mép dới của hệ thống kết cấu đỡ sàn công tác trở
lên. Phần này coi nh đã đợc chế tạo định hình sẵn ; sẽ đợc ghép nối với KCĐ để tạo
thành công trình hoàn chỉnh. Đối với phần thợng tầng này, không cho phép chịu tác
động của sóng nuớc (kể cả bọt sóng vỡ). Bên dới của phần thợng tầng là hệ thống
KCĐ.

Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép SVTH:GROUP5-50CB1 3

II.2. Giới thiệu giải pháp kết cấu chung

II.2.1. Giải pháp kết cấu dầm đỡ thợng tầng

Toàn bộ thợng tầng đợc đặt trên kết cấu đỡ thợng tầng . Kết cấu đỡ thợng
tầng đợc cấu tạo bằng bê tông cốt thép . Có kích thớc nh hình vẽ sau : 12000
2000
5000
12000SVTH:GROUP5-50CB1 4

1 1
dt
t
D
t
1-1

- Giải pháp kết cấu trụ đỡ II.2.2. Giải pháp kết cấu đế móng
Mặt bằng khối đế móng có thể tròn,vuông hay đa giác đều ( 6 hoặc 8 cạnh đều ).
Kích thớc bề rộng đế móng D
2
( là đờng kính ngoài nếu đế tròn, là đờng kính vòng
tròn ngoại tiếp nếu đế là đa giác đều ).D
2
=0.5 m 1.0 m.
Các dầm trong khối đế móng: Bao gồm các hệ dầm:
Hệ dầm chính xuyên tâm:
- Số lợng dầm chính: Với đế tròn, từ 6 8 dầm, với đế móng vuông = 8
dầm; với đế 6 - 8 cạnh đều bằng 6 8 dầm.
- Kích thớc tiết diện dầm chính: Chiếu cao dầm chính h
c
=H
đ

mm
Bề rộng dầm phụ b
p
> 300 mm.
Hệ dầm phụ hớng tâm:
- Vị trí: bố trí ở trên bản nắp, bản thành của đế móng.
- Tuyến dầm phụ hớng tâm: Các tuyến của dầm phụ hớng tâm đi từ
bản thành hớng vào tâm đế; không nhất thiết tuyến dầm phụ này phải kết
thúc ở phần thân trụ trong đế móng.
- Số lợng tuyến dầm phụ : số tuyến đợc xác định trên cơ sở khoảng
cách giữa các dầm phụ(là nhịp của ô bản đáy và bản nắp)nên trong
phạm vi L
p
= 2.5m 3.5 m. Nên chọn tiết diện tại, số lợng và vị trí
tuyến dầm phụ tại bản nắp và bản đáy nh nhau.
- Kích thớc tiết diện dầm phụ: Chiều cao dầm phụ h
p
= 400 mm 600
mm.
Bề rộng dầm phụ b
p
> 300 mm.
Các bản trong khối đế móng bao gồm:
Bản nắp: Bề dầy bản nắp của đế móng
n
> 250 mm. Có thể là mái phẳng
hoặc mái vỏ tròn xoay.
Bản thành: Bề dầy bản thành của đế móng
t
> 250 mm.

Số liệu địa chất công trình

Tên lớp đất
Tên lớp đất 1 Tên lớp đất 2 Tên lớp đất 3
1
Mô tả lớp đất
Sét pha ,
trạng
thái cứng
Sét màu xám
vàng, trạng
thái
cứng

Sét pha, trạng
thái dẻo cứng
2
Độ sâu đáy lớp đất (tính từ đáy
biển trở xuống (m) )
0.5 15 Vô hạn
3 Độ ẩm W, % 28.1 29.1 32.2
4
Khối lợng thể tích tự nhiên
w
,
g/cm
3
1.93 1.91 1.91
5
Khối lợng thể tích tự nhiên

-0.17 -0.01 0.26
14 Lực dính kết C, kG/cm
2
0.36 0.47 0.42
15
Góc ma sát
15
0
02
,
13
0
45
,
14
0
35
,

16 Hệ số lún a
1-2
, cm
2
/kG 0.022 0.024 0.023
17
Mô đun tổng biến dạng E
0
,
kG/cm
2

với mực nớc chuẩn. N NE E SE S SW W NW
V( m/s) 44.7 57.4 4.9 24.2 5.6 41.6 39.8 39.0 Bảng 7:
Hớng
Số liệu sóng thiết kế

Sóng thiết kế sử dụng chu kỳ lặp lại là 100 năm, sóng kết hợp với dòng chảy, có 8
hớng thiết kế.
N NE E SE S SW W NW
H
s
, m 10.8 16.4 9.9 6.2 8.6 13.1 9.3 7.4
T, s 10.3 14.3 11.6 10.8 12.4 12.5 12.0 12.3 Bảng 8:
Các thông số
Vận tốc dòng chảy mặt lớn nhất tơng ứng với hớng sóng
tính toán (chu kỳ lặp 100 năm )Hớng sóng

= 7850 (kG/m
3
)
+ Cờng độ tiêu chuẩn R
a
c
=17000 (kG/cm
2
)
+ Cờng độ tính toán R
a
=11000 (kG/cm
2
).
+ Môđun đàn hồi Ea =2.1ì10
6
(kG/cm
2
)
Sợi thép ƯST đợc dùng lấy theo VSL hoặc tơng đơng
Thép thờng nhóm AI, AII, AIII, AIV theo TCVN.
Bê tông:
+Với cấu kiện BTCT thờng: BT mác 400#
+Với cấu kiện BTCTƯST: BT mác 500#.
II.3. Các phơng án thi công
Mô tả nguyên lý về phơng án thi công dự kiến:
Phơng án thi công cho CTBCD kiểu DK trọng lực có thể chia làm các bớc sau:

Bớc 1:
Toàn bộ phần đế móng BTCT và một phần của trụ BTCT đợc chế tạo trong ụ khô hay


Bớc 6:
Sau khi công trình hạ xuống xong, tiến hành các công tác khác nh: bơm phụt vữa BT
vào khe giữa đáy móng và nền đất, dằn vật liệu vào KCĐ ( nếu cần ), tháo dỡ phao phụ
ra khỏi công trình, hoàn tất các việc phụ khác .


s
+


Trong đó :
d
o
: Độ sâu hải đồ 25,0 (m)
d
1
: Biên độ triều lớn nhất 1,5 (m)
d
2
: Chiều cao nớc dâng do gió tơng ứng với bão 1,0 (m)
: Hệ số phụ thuộc vào lý thuyết sóng tính toán
Với lý thuyết sóng airy lấy = 0,5
Với lý thuyết sóng Stockes lấy = 0,7
H
s
: Chiều cao sóng cực đại ứng với chu kỳ lặp 100 năm là 16,4 m

: Độ tĩnh không phụ thuộc vào môi trờng và công trình .

=1,5 (m)


H
cđ
= 25+1.5+1.0+0.4*0.7*16.4+1.5=33.592 (m)
Chn H

dầm Sau đây là một số phơng án đề suất :

Dựa vào độ sâu nớc đã cho và khối lợng kích thớc thợng tầng ta sơ bộ
đa ra 3 phơng án sau (CTB TLBT loại một đế ): Phơng án 1:
Bảng ii-1. Chọn sơ bộ kích thớc và khối lợng trụ
Trụ có tiết diện không thay đổi, đế móng là trụ tròn có bản nắp là mái
tròn xoay.
Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép SVTH:GROUP5-50CB1 11

STT Tên cấu kiện Cao trình(m) D(m) t (m) h(m) V(m3) M(KN)
1 Trụ dới -0.5
ữ
9.0 5 1.0 9.5 119.38 2984.5
2 Trụ trên 9.0
ữ
34.0 5 0.5 25 176.71 4417.75
3 Vách 1 8.8

(m)

,b (m)
Số
lợng
V(m3)
M
(KN)
đáy
Bản đáy 19.2 0.4 1 115.8 2895.29
Dầm vòng
bản đáy
13 1.0 0.4 1 15.83 395.84

Thành
Thành 20 5 0.4 1 98.52 2463.00
Dầm vòng
thành
20 0.8 0.4 1 19.3 482.55
Dầm vòng
đỉnh thành
20 1.2 0.6 1 42.52 1063.11
Nắp
Bản nắp R1 27.89 4 0.4 1 131.3 3282.60
Dầm
chính
DC đáy 7.5 1.2 0.6 8 43.2 1080
DC thành 5 1.2 0.6 8 28.8 720.0
DC nắp 8.637 1.2 0.6 8 49.75 1243.73
Chân

- Phơng án 1-

Phơng án 2:
STT
Trụ có tiết diện không thay đổi, bản nắp nằm ngang

Tên cấu kiện
Cao trình(m) D(m) t (m) h(m) V(m3)

Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép SVTH:GROUP5-50CB1 13

1 Trụ dới -0.5
ữ
8.0 5 1.0 8.5
106.8
2 Trụ trên 8.0
ữ
34.0 5 0.5 25
183.78
3 Vách 1 7.8
ữ
8.2 4.0 0.4 4.127
4 Vách 2 12.8


,b (m)
Số
lợng

V(m3)
M
(KN)
đáy
Bản đáy 19.2 0.4 1 115.8 2895.29
Dầm vòng bản
đáy
12 1.0 0.4 1 14.58 364.5
Dầm phụ hớng
tâm
4 0.8 0.4 8 10.24 256.0
Thành
Thành 20 6.8 0.4 1 167.48 4187.1
Dầm vòng giữa 20 1.0 0.4 1 23.87 596.9
Nắp
Bản nắp 19.2 0.4 1 115.8 2895.29
Dầm vòng nắp 12 1.0 0.4 1 14.58 364.5
Dầm phụ hớng
tâm
4 0.8 0.4 8 10.24 256.0
Dầm
chính
DC nắp 7.5 1.2 0.6 8 36.0 1080
DC thành 5 1.2 0.6 8 24.0 720
DC đáy 7.5 1.0 0.6 8 36.0 900

Phơng án 3:
STT
Trụ có tiết diện không thay đổi, nắp dốc đều.

Tên
cấu
kiện Cao trình(m) D(m) t (m) h(m) V(m3)

Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép SVTH:GROUP5-50CB1 15

1
Trụ
dới
-0.5
ữ
9.0 5 1.0 9.5 119.38
2
Trụ
trên
9.0
ữ
34.0 5 0.5 25 176.71
3
Vách
1
8.8

Vách
5

28.8
ữ
29.2 4.0

0.4 4.127
8
Vách
6

32.8
ữ
33.2 4.0

0.4 4.127
Bảng ii-6. Chọn sơ bộ kích thớc và khối lợng đế
Cấu kiện
D,l
(m)
h
(m)

,b (m)
Số
lợng
V(m3)
M
(KN)
SVTH:GROUP5-50CB1 16

Cột chống

8 0.4 0.4 8
10
256
Tổng trọng lợng công trình là : P=22351.69 (KN)
5000 4000 5000 5000 5000 5000 4000
1000
500
500
600
250009000
34000
13000
5000
20000
AA
A-A

- Phơng án 3
I.3. Kiểm tra các điều kiện ban đầu

Trụ đợc thiết kế coi nh cấu kiện chịu nén lệch tâm nên độ mảnh và kích
thớc đợc giới han bởi các điều kiện sau :
70
0


J : Mô men quán tính của tiết diện :
)(
64
1
4
0
4
DDJ =


A : Diện tích tiết diện mặt cắt trụ :
)(
4
1
2
0
2
DDA =
Đối với cấu kiện khối chân đế :
Xét trong điều kiện thi công ở giai đoạn 1
Kiểm tra ổn định công trình theo công thức:
h
i
= r
o
+ Z

= V
chiếmchỗ
*



: trọng lợng riêng của nớc biển = 10.25 (KN/m
3
).

Tính trọng tâm công trình
Công thức tính toán trọng tâm:
M
XGi
= P
i
.X
Gi
M
ZGi
= P
i
.Z
Gi
Trong đó:
M
XG
: là Mômen khối lợng của từng cấu kiện đối với trục toạ độ x
M
Zgi

.Z
ci
Trong đó :
M
XCi
: là Mômen khối lợng của từng cấu kiện đối với trục toạ độ x
M
ZCi
: là Mômen khối lợng của từng cấu kiện đối với trục toạ độ z
P
i
: Khối lợng của từng cấu kiện.
X
Gi
; Z
Gi
: Toạ độ trọng tâm của từng cấu kiện đối với trục toạ độ trung tâm x,z

i
: lực đẩy nổi của cấu kiện(khối lợng không nằm trong nớc có lơng
choán nớc bằng 0)


i
= V
i
.1,025
V
i
: Lợng choán nớc của từng cấu kiện

(m) h
0
(m) Kết luận
4.7 9 1.65 OK

o Kiểm tra điều kiện của trụ :
Phơng án 2:

l(m) l
0
(m) J(m
4
) A(m
2
) r(m)


l
0
/D
[ ]


[ ]
Dl /
0 Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép

0
/D
[ ]


[ ]
Dl
/
0

25 50 18.113 7.069 1.6 31.23 10 70 17.7

Điều kiện đợc thoả mãn

o Kiểm tra điều kiện của đế móng : T (m) H
Đế
(m) h
0
(m) Kết luận
4.6 9 1.68 OK

II . Phân tích lựa chọn phơng án kết cấu

Để lựa chọn phơng án kết cấu phải dựa trên cơ sở sau:

U
+C

U
+K
U
=0
Trong đó:
+ M: Ma trận các thành phần khối lợng (bao gồm khối lợng của các bộ phận
chính và phụ của toàn bộ công trình và khối lợng của nớc kèm ).
+C : Ma trận cản nhớt.
+K : Ma trận độ cứng của kết cấu.
+
U
: Véc tơ chuyển vị của kết cấu (tại các nút)

Phơng pháp tính toán động lực học kết cấu công trình biển hiện đợc sử dụng chủ
yếu là phơng pháp phần tử hửu hạn (PTHH).
Tác động của các yếu tố môi trờng biển (Sóng, gió, dòng chảy) là tác dụng động
với tác động của sóng là trội.Chu kỳ của song là trội. Chu kỳ của sóng biển nằm trong
khoảng 5 đến 30s. Thông thờng ta phải xét đầy đủ bài toán động lực học công trình
biển cố định. Trong thực tế tính toán công trình biển cố định nếu chu kỳ dao động riêng
của công trình T
ct
>3s thì ảnh hởng động của sóng là đáng kể vì vậy phải kể đến ảnh
hởng động. Khi T
ct
<3s thì ảnh hởng của sóng là không đáng kể, do đó có thể tính
toán kết cấu theo phơng pháp tựa tỉnh,tức là cần xác định một hệ số động k
d
















=






x
u
u
t

Trong đó:
-u
0

Các loại khối lợng thợng tầng
Đơn vị (tấn)
Khối nhà ở 70
Hoạt tải sử dụng 2
Dự trữ lơng thực thực phẩm 8
Nớc ngọt 50
Hệ thống dầm thép chịu lực 38
Nhà vệ sinh 0.75
Kho 1.45
Bể chứa dầu 2.5
Trọng lợng bản thân sàn công tác 11

Tổng trọng lợng khối thợng tầng là 183.7 (tấn)
II.1. 2.2. Khối lợng hà bám
Khối lợng hà bám đợc tính từ mực nớc biển trung bình trở xuống
MNTB= d
0
=25.0 (m)
* Khối lợng hà bám tại thanh thứ i là :
m
h
(i) =
h
.A
hi
.L
ih

Diện
tích(m
2
)
Chiều
dày hà
bám(m)
KL
riêng
KL hà
bám(tấn)
(m) Cấu
cao
(m)
hà bám
(t/m
3
)
25
Trụ
5

4 62.832 0.08
1.6
8.04248 21 5
21 5

4 62.832 0.087 8.74619
17 5
17 5

Chiều
dày hà
bám(m)
KL
riêng
KL hà
bám(tấn) (m) Cấu
cao
(m)
hà
bám
(t/m
3
)
25
Trụ
5
4 62.83 0.08
1.6
8.0425
21 5
21 5
4 62.83 0.087 8.7462
17 5
17 5
2 31.42 0.1 5.0265
15 5
15 5
7 110 0.07 12.315
8 5

KL hà
bám(tấn)
(m) Cấu
cao
(m)
hà bám
(t/m
3
)
25
Trụ
5

4 62.832 0.08
1.6
8.04248 21 5
21 5

4 62.832 0.087 8.74619
17 5
17 5

2 31.416 0.1 5.02655 15 5
15 5

6 94.248 0.07 10.5558 9 5
9
Nắp

12.5 4 157 0.07 17.584 5

- thể tích ống phần ngập nớc, tính với đờng kính mới có cả chiều dày
hà bám

Viện xây dựng công trình biển
Đồ án thiết kế kcđ công trình biển cố định bằng bê tông cốt thép SVTH:GROUP5-50CB1 24

Kết quả tính nh bảng sau:
z
Phơng án 1:
Kết
ĐK
trụ(m)
BK
đới
cầu
(m)
Chiều
Chiều
dày hà
bám(m)
Thể tích
KL nớc
kèm(tấn)
(m) Cấu
cao
(m) (m
3

trụ(m)
Chiều
Chiều
dày hà
bám(m)
Thể tích
KL nuớc
kèm(tấn)
(m) Cấu
cao
(m) (m
3
)
25
Trụ
5
4 0.08 83.647 17.1476
21 5
21 5
4 0.087 84.101 17.2408
17 5
17 5
2 0.1 42.474 8.70724
15 5
15 5
7 0.07 145.25 29.7761
8 5
8
Thnh 20 8 0.07 2548.6 522.46
0

4 0.08 83.647 17.1476
21 5
21 5
4 0.087 84.101 17.2408
17 5
17 5
2 0.1 42.474 8.70724
15 5
15 5
6 0.07 124.5 25.5224
9 5
9
Nắp 12.5 4 0.07 501.93 102.896
5
5
Thnh 20 5 0.07 1592.9 326.537
0

Tổng khối lợng nớc kèm là: 498.051 (tấn)
Khai báo các loại khối lợng vào mô hình sap2000 ta đợc kết quả dao động
riêng: StepNum
Period (max)(s)
PA1 PA2 PA3
1 0.4242 0.4469 0.4180

II.2 KIểM TRA SƠ Bộ ổn định lật
Điều kiện ổn định lật của công trình đợc xác định theo công thức: