Bố trí kết cấu hồ nước mái

CHƯƠNG 3 : HỒ NƯỚC MÁI BỐ TRÍ KẾT CẤU HỒ NƯỚC MÁI. Mặt bằng bố trí hồ nước. Hình 3.1 Mặt bằng kích thước hồ nước mái. Chọn sơ bộ kích thước tiết diện. Bản nắp. Bản nắp là kết cấu của hồ nước nhằm mục đích che đậy, nó chỉ chịu trọng lượng bản thân và hoạt tải sửa chữa nên ta chọn chiều dày bản nắp là Như vậy với sàn thường có thì ta tạm chọn . Bản đáy. Ngoài trọng lượng bản thân ra bản đáy còn chịu tải trọng của nước và hoạt tải sữa chữa, nên chiều dày bản đáy thường là dày hơn chiều dày của sàn thường. Như vậy với sàn thường có thì ta tạm chọn . Bản thành. Bản thành chủ yếu chịu áp lực thủy tĩnh của nước và Như vậy ta chọn . Dầm và cột hồ nước mái. Dầm DN1 được chọn có kích thước bxh là 200x300 mm. Dầm DN2 được chọn có kích thước bxh là 200x350 mm. Dầm DD1 được chọn có kích thước bxh là 250x400 mm. Dầm DD2 được chọn có kích thước bxh là 250x500 mm. Cột hồ nước C1 sơ bộ được chọn là 250x250 mm. TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÁC CẤU KIỆN BẢN NẮP Tĩnh tải Các cấu tạo bản nắp. STT Các lớp cấu tạo sàn Chiều dày (mm) (kG/m3) gtc (kG/m2) n gtt (kG/m2) 1 Vữa trát 20 1800 36 1.3 46.8 2 Bản sàn BTCT 80 2500 200 1.1 220 3 Vữa trát 15 1800 27 1.3 35.1 Tổng cộng gttbn 302 Bảng 3.1 Các lớp cấu tạo bản nắp. Hoạt tải Lấy theo TCVN 2737- 1995 lấy hoạt tải sửa chữa là: ptc = 75 (kG/m2); Với hệ số vượt tải n = 1.3 ptt = ptc.n = 75x1.3 = 97.5 (kG/m2). Tải trọng toàn phần qbn = gtt bn+ ptt = 302 + 97.5 = 399.5 (kG/m2) BẢN ĐÁY Tĩnh tải Gồm trọng lượng các lớp cấu tạo bản đáy. STT Các lớp cấu tạo Chiều dày (mm) (kG/m3) gtc (kG/m2) n gtt (kG/m2) 1 Gạch Ceramic 10 2000 20 1.1 22 2 Vữa lát gạch, vữa tạo dốc 50 1800 90 1.3 117 3 Bê tông chống thấm 30 2000 60 1.1 66 4 Bản sàn BTCT 120 2500 300 1.1 330 5 Lớp vữa trát 15 1800 27 1.3 35.1 Tổng gttbđ 570 Bảng 3.2 Các lớp cấu tạo bản đáy. Tải trọng nước qntt = kG/m2 Tải trọng toàn phần qbđ =gtt + qntt = 570 + 1540 = 2110kG/m2. BẢN THÀNH Tĩnh tải Gồm trọng lượng của các lớp cấu tạo. STT Các lớp cấu tạo Chiều dày (mm) (kG/m3) gtc (kG/m2) n gtt (kG/m2) 1 Gạch Ceramic 10 2000 20 1.1 22 2 Vữa lót 20 1800 36 1.3 46.8 3 Bê tông chống thấm 30 2000 60 1.1 66 4 Bản sàn BTCT 100 2500 250 1.1 275 5 Lớp vữa trát 15 1800 27 1.3 35.1 Tổng gttbt 445 Bảng 3.3 Các lớp cấu tạo bản thành. Áp lực thủy tĩnh của nước Áp lực thủy tĩnh của nước gây nguy hiểm cho bản thành lớn nhất là khi bể nước đầy, chính vì vậy ta lấy giá trị này để tính nội lực cho bản thành. Áp lực này phân bố dạng tam giác. Tại vị trí mặt nước qntt =0 Tại vị trí đáy hồ qntt = 1.1*1000*1*1.4 = 1540 (kG/m2) Tải trọng gió Theo TCVN 2737:1995 tải trọng gió được xác định theo công thức W = n.k.c.Wo (kG/m2) Trong đó: Wo - Giá trị áp lực gió tiêu chuẩn lấy theo bản đồ phân vùng phụ lục D và điều 6.4 TCVN 2737:1995; K - Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao lấy theo bảng 5. c - Hệ số khí động lấy theo bảng 6. Công trình được xây dựng ở Thành Phố Hồ Chí Minh thuộc vùng IIa Do đó: Wo = 83 kG/m2 Công trình được xây dựng tại nơi bị che chắn mạnh (dạng địa hình B), tại độ cao z = 50 m k = 1.34 Theo bảng 6 TCVN hệ số khí động c: Phía gió đẩy: c = +0.8 Phía gió hút: c = - 0.6 Vậy : Phía gió đẩy: Wđ = 1.2*1.34*0.8*83 = 107(kG/m2). Phía gió hút: Wh = 1.2*1.34*0.6*83 = 80 (kG/m2). TÍNH TOÁN NỘI LỰC VÀ BỐ TRÍ CỐT THÉP BẢN NẮP Tính toán bản nắp giống như tính sàn. Vì bản nắp có hệ dầm trực giao nên ta sẽ lấy ô sàn được chia nhỏ ra để tính toán. Với kích thước ô sàn chia nhỏ là 3.1x3.1 m, là ô sàn vuông nên ta chỉ cần cắt một dải bản có bề rộng 1m để tính toán ở một phương, phương còn lại không cần tính chỉ bố trí thép tương tự. Sơ đồ tính là sơ đồ khớp ở hai đầu dải bản. Hình 3.2 Sơ đồ tính bản nắp Ta có: qbn = 399.5 kG/m2 P = qbn.ld.ln = 399.5*3.6*3.6 = 5177.5 (kG) = 5.177 (T). Moment tại nhịp: Mn = m11.P = 0.0365*5.177 = 0.189(Tm) = 0.189*105 kGcm m11 là các hệ số tra bảng phụ thuộc vào tỉ số ld/ln và loại ô bản (ô bản số 1). Cốt thép bản nắp được tính như cấu kiện chịu uốn. Bê tông M300 Cốt thép CI Cốt thép CII Rn (kG/cm2) Rk (kG/cm2) Eb (kG/cm2) Ra= Ra’ (kG/cm2) Ea (kG/cm2) Ra= Ra’ (kG/cm2) Ea (kG/cm2) 130 10 2.9x105 2000 2.1x106 2600 2.1x106 Bảng 3.4: Đặc trưng của vật liệu sử dụng tính toán Ghi chú: Khi tính thép nếu chọn thép bé hơn phi 10 dùng cốt thép CI, khi thép từ phi 10 trở lên dùng cốt thép CII. Giả thiết tính toán: a =2cm khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo; ho Chiều cao có ích của tiết diện: ho = hs – a = 8 – 2 = 6cm bề rộng tính toán của dải bản b =100cm. Đặc trưng vật liệu theo bảng 3.4, công thức tính toán và kiểm tra hàm lượng m tương tự như sàn thường. Vị trí Moment M (kGcm) Cm2 Chọn thép m% nhân xét F a (mm) Cm2 Nhịp 0.189*105 0.04 0.979 1.6 8 200 2.51 0.4 Thỏa Gối Đặt thép cấu tạo 8 200 2.51 0.4 Thỏa Bảng 3.5: Bảng tính toán cốt thép bản nắp Ghi chú: Lỗ thăm trên bản nắp có kích thước 900x900 mm, do đó sàn sẽ bị giảm yếu tiết diện. chính vì vậy ta cần phải tăng cường cốt thép tại vị trí theo chu vi lỗ thăm. Tại vị trí lỗ thăm có Facắt = 2 cm2. Chọn Fgia cường ≥1.2 Facắt Fgia cương = 1.1*2= 2.2cm2 Chọn 2 12 (2.26cm2) gia cường cho cả 2 phương và có đoạn neo là: Lneo ≥30d = 30x12=360 mm, chọn lneo = 500mm. BẢN ĐÁY Sơ đồ tính bản đáy. Hình 3.3 Sơ đồ tính bản đáy Ta có qbđ =gtt + qntt = 570 + 1540 = 2110kG/m2. Nội lực của bản đáy được xuất ra như bảng sau. BẢNG TÍNH NỘI LỰC SÀN HAI PHƯƠNG Ô SÀN Vị trí l1 l2 l2/l1 g p P=(g+p)l1l2 m91,m92 M (m) (m) (T/m2) (T/m2) (T) k91,k92 (Tm/m) BẢN ĐÁY nhòp l1 3.6 3.6 1 1.835 0 23.782 0.0179 0.426 nhòp l2 3.6 3.6 1.835 0 23.782 0.0179 0.426 goái l1 3.6 3.6 1.835 0 23.782 0.0417 0.992 goái l2 3.6 3.6 1.835 0 23.782 0.0417 0.992 Bảng 3.6: Bảng tính toán nội lực bản đáy. Tính toán cốt thép Giả thiết tính toán: Khi tính thép nếu chọn thép bé hơn phi 10 dùng cốt thép CI, khi thép lớn hơn phi 10 dùng cốt thép CII. a =2cm khoàng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo; ho Chiều cao có ích của tiết diện: ho = hs – a = 12 – 2 = 10cm bề rộng tính toán của dải bản b =100cm. Đặc trưng vật liệu theo bảng 3.4, công thức tính toán và kiểm tra hàm lượng m tương tự như sàn thường. Vị trí Moment M (kGcm) Cm2 Chọn thép m% nhân xét F a (mm) Cm2 Nhịp 0.426*105 0.032 0.983 1.66 10 200 3.93 0.393 Thỏa Gối 0.992*105 0.076 0.960 3.97 10 150 5.23 0.523 Thỏa Bảng 3.7: Bảng tính toán cốt thép bản đáy. Kiểm tra khe nứt Ta có mômen tiêu chuẩn gây uốn cho bản đáy là: (kGcm) (kGcm) Điều kiện để cấu kiện chịu uốn không bị nứt là Với là mômen do tải trọng tiêu chuẩn gây ra. là mômen gây nứt, hay khả năng chống nứt của cấu kiện chịu uốn. là cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của bê tông. Với bê tông mác 300 thì (kG/cm2) là modun chống uốn của tiết diện ở giai đoạn Ia (giai đoạn ngay trước khi bê tông bị nứt). = Ta có. Nhịp bản ; Vậy Suy ra = 15*4717 = 0.7*105 (kGcm) Gối bản ; Vậy Suy ra = 15*4885 = 0.73*105 (kGcm) Kết luận (kGcm) < 0.7*105 (kGcm): Nhịp không bị nứt. (kGcm) > 0.73*105 (kGcm): Cần kiểm tra bề rộng khe nứt. Tính bề rộng khe nứt của bản đáy theo công thức thực nghiệm. Trong đó: - hệ số, lấy bằng 1 đối với cấu kiện chịu uốn và cấu kiện chịu nén lệch tâm; bằng 1.2 đối với cấu kiện chịu kéo. - hệ số xét đến tính chất tác dụng của tải trọng, lấy bằng 1 đối với tải trọng tác dụng ngắn hạn, 1.5 đối với tải trọng tác dụng dài hạn. - hệ số xét đến tính chất bề mặt cốt thép, lấy bằng 1 với thép có gờ, 1.3 thép tròn trơn. - số phần trăm hàm lượng cốt thép, p<2. đối với cấu kiện chịu uốn và cấu kiện chịu kéo và nén lệch tâm . - đường kính cốt dọc chịu kéo, tính bằng mm. - ứng suất trong cốt thép tại tiết diện có khe nứt. đối với tiết diện chịu uốn, là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến điểm đặt của hợp lực trong vùng chịu nén tại tiết diện có khe nứt của cấu kiện chịu uốn. Ta có =0.523% tra bảng= 0.84 suy ra ; ; ; ; ; . Vậy ta có bề rộng khe nứt như sau. Kết luận < : Như vậy bản đáy thỏa về bề rộng khe nứt. TÍNH TOÁN BẢN THÀNH. Tải trọng Bản thành là cấu kiện chịu nén uốn đồng thời, lực nén trong bản thành chỉ do trọng lương bản thân thành và của bản nắp gây nên, để đơn giản ta xem bản thành chỉ chịu uốn. Bản thành có tỷ số cạnh dài chia cạnh ngắn luôn lớn hơn 2: ld/ln=3.1/1.15=2.7 nên bản thành thuộc bản loại dầm. Sơ đồ tải trọng tác dụng vào bản thành được trình bày trong hình 3.4 Hình 3.4: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên bản thành Do đó trường hợp tải bất lợi là phía có gió hút, dùng tải trọng này để xác định nội lực trong bản thành. Áp lực thủy tĩnh, Tại vị trí mặt nước qntt =0 Tại vị trí đáy hồ qntt = 1.1*1000*1*1.4 = 1540 (kG/m2) Gió hút Wh = 1.2*1.34*0.6*83 = 80 (kG/m2). Sơ đồ tính Bản làm việc theo một phương, cắt một dải có bề rộng 1m để tính toán. Sơ đồ tinh như hình 3.5. Hình 3.5: Sơ đồ và tải trọng tính bản thành Xác định nội lực Nội lực trong bản thành được giải bằng cơ học kết cấu hoặc ứng dụng phần mềm sap2000. Tính bằng phần mềm sap2000. Ta có kết quả như sau. Hình 3.6: Biểu đồ tải trọng do gió và áp lực nước gây ra (hình bên trái). Biểu đồ momen do gió và áp lực nước gây ra (hình bên phải). Tính nội lực bản thành bằng cơ học kết cấu MWhgối = (Tm); MWhnhịp = (Tm); Mqngối =(Tm); Mqnnhịp =(Tm). Nhận xét kết quả của hai phương pháp tính là gần bằng nhau. Momen dương lớn nhất ở nhịp do nước và gió gây ra ở vị trí chênh lệch nhau không nhiều. Do đó ta lấy tổng giá trị 2 moment này để tính thép nhằm đơn giản việc tính toán và thiên về an toàn, lấy tổng momen ở vị trí ngàm để tính cốt thép chịu momen âm sau đó bố trí cốt thép cho bản thành.Theo vậy ta có momen dùng đề tính thép ở gối vả nhịp làn lượt là: Mgối = MWhgối + Mqngối = 0.22 (Tm) = 0.22*105 (kGcm) Mnhịp = MWhnhịp + Mqnnhịp = 0.1(Tm) = 0.1*105 (kGcm). Tính toán cốt thép bản thành. Giả thiết tính toán: Khi tính thép nếu chọn thép bé hơn phi 10 dùng cốt thép CI, khi thép lớn hơn phi 10 dùng cốt thép CII. a =2cm khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo; ho Chiều cao có ích của tiết diện: ho = hs – a = 10 – 2 = 8 cm bề rộng tính toán của dải bản b =100cm. Đặc trưng vật liệu theo bảng 3.4, công thức tính toán và kiểm tra hàm lượng m tương tự như sàn thường. Vị trí Moment M (kGcm) Cm2 Chọn thép m% nhân xét F a (mm) Cm2 Gối Và nhịp 0.22*105 0.026 0.987 1.4 8 150 3.35 0.42 Thỏa Thép cấu tạo là thép đặt vuông góc với thép chịu lực 8 200 2.51 Bảng 3.8:Bảng tính toán cốt thép bản thành Kiểm tra khe nứt ở bản thành Ta có mômen tiêu chuẩn gây uốn cho bản đáy là: (kGcm) (kGcm) Điều kiện để cấu kiện chịu uốn không bị nứt là Với là mômen do tải trọng tiêu chuẩn gây ra. là mômen gây nứt, hay khả năng chống nứt của cấu kiện chịu uốn. là cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của bê tông. Với bê tông mác 300 thì (kG/cm2) là modun chống uốn của tiết diện ở giai đoạn Ia (giai đoạn ngay trước khi bê tông bị nứt). = suy ra ; Vậy Suy ra = 15*3284 = 0.49*105 (kGcm) Kết luận (kGcm) < 0.49*105 (kGcm): Nhịp không bị nứt. (kGcm) < 0.49*105 (kGcm): Gối không bị nứt. TÍNH TOÁN CẤU TẠO HỆ KHUNG HỒ NƯỚC. Hệ khung được truyền tải từ bản nắp và bản đáy. Sử dụng phần mềm etabs ta giải nội lực của khung hồ nước. Sơ đồ truyền tải của hệ sàn vào khung. Hình 3.7: Sơ đồ truyền tải từ bản nắp, bản đáy vào dầm. Vị trí Tải trọng phân bố trên sàn kG/m2. Nhịp dầm l(m) g = ½*q*l kG/m Tải trọng phân bố do bản thành truyền vào kG/m Dầm nắp qbn = 399.5 3.6 719 0 Dầm đáy qbđ = 2110 3.6 3798 385 Bảng 3.9: Tải trọng truyền vào hệ dầm. Mô hình truyền tải từ bản nắp và bản đáy vào dầm.(T/m) Hình 3.8 Truyền trọng lượng bản thành vào dầm đáy. Hình 3.9 Biểu đồ nội lực hệ dầm nắp. Hình 3.10 Biểu đồ mômen (Tm) Hình 3.11 Biểu đồ lực cắt (T) Biểu đồ nội lực hệ dầm đáy Hình 3.12 Biểu đồ mômen (Tm) Hình 3.13 Biểu đồ lực cắt (T) Biểu đồ lực dọc tác dụng lên cột. Hình 3.14 Tổng hợp nội lực tác dụng lên cấu kiện hồ nước. Tên cấu kiện Kích thước tiết diện (mm) Mômen gối (Tm) Mômen nhịp (Tm) Lực cắt lớn nhất (T) Lực dọc lớn nhất (T) Chiều dài cấu kiện (m) DN1 200x300 -0.52 0.41 0.92 3.6 DN2 200x350 -3.42 2.08 3.25 7.2 DD1 250x400 -3.29 2.41 5.13 3.6 DD2 250x500 -12.26 12.66 14.8 7.2 C1 250x250 30.96 1.2 Bảng 3.10: Nội lực của các dầm hồ nước. Tính toán cốt thép cho cấu kiện hồ nước Tính toán cốt thép dọc cho dầm. Đặc trưng vật liệu lấy theo bảng 3.4. Tên cấu kiện Kích thước tiết diện (mm) Mômen gối (Tm) Mômen nhịp (Tm) Lực cắt lớn nhất (T) (cm) (cm) DN1 200x300 -0.52 0.41 0.92 5 25 DN2 200x350 -3.42 2.08 3.25 5 30 DD1 250x400 -3.29 2.41 5.13 5 35 DD2 250x500 -12.26 12.66 14.8 5 45 Bảng 3.11: Giá trị để tính cốt thép dầm hồ nước. Bảng tính thép dọc các cấu kiên. Tên cấu kiện Vị trí Moment M (kGcm) Cm2 Chọn thép m% nhân xét F (mm) Cm2 DN1 Gối 52000 0.032 0.984 0.8 2F16 4.02 0.80 Thỏa Nhịp 41000 0.025 0.987 0.6 2F16 4.02 0.80 Thỏa DN2 Gối 342000 0.146 0.921 4.8 2F18 5.09 0.85 Thỏa Nhịp 208000 0.089 0.953 2.8 2F18 5.09 0.85 Thỏa DD1 Gối 329000 0.083 0.957 3.8 2F18 5.09 0.58 Thỏa Nhịp 241000 0.061 0.969 2.7 2F18 5.09 0.58 Thỏa DD2 Gối 1226000 0.186 0.896 11.7 4F20 12.56 1.12 Thỏa Nhịp 1266000 0.192 0.892 12.1 4F20 12.56 1.12 Thỏa Bảng 3.12:Bảng chọn thép cho dầm hồ nước. Tính toán cốt đai cho dầm. Kiềm tra điều kiện để tính cốt đai: Nếu cần tính cốt đai. Nếu không cần tính cốt đai. Chỉ đặt cốt đai theo cấu tạo. Nếu Tiết diện không hợp lý cần tăng tiết diện hoặc tăng mác bê tông và tính lại. Ta có: Đối với dầm nắp DN1: = 0.35*130*20*25 = 22750 (kG) = 0.6*10*20*25 = 3000 (kG) Đối với dầm nắp DN2: = 0.35*130*20*30 = 27300 (kG) = 0.6*10*20*30 = 3600 (kG) Đối với dầm đáy DD1: = 0.35*130*25*35 = 39812 (kG) = 0.6*10*25*35 = 5250 (kG) Đối với dầm đáy DD2: = 0.35*130*25*45 = 51187 (kG) = 0.6*10*25*45 = 6750 (kG) Dựa vào bảng 3.11 và điều kiện tinh cốt đai thì: Dầm nắp DN1, DN2 và DD1 cốt đai được bố trí theo cấu tạo. Dùng đai f 6, đai hai nhánh ¼ nhịp: U = 150 (mm). Giữa nhịp: U = 300 (mm). Dầm đáy DD2 phải tính cốt đai theo các công thức sau: Lực cốt đai phải chịu: qđ = Chọn đai f 8 có fđ = 0.503 cm2, đai hai nhánh. Khoảng cách tính toán của cốt đai: Utt = Khoảng cách lớn nhất của cốt đai: Umax = Khoảng cách đai theo cấu tạo: Trong phạm vị lực cắt lớn, nếu hd > 450 Uct ≤ hd/3 và Uct ≤ 300 Trong phạm vi lực cắt nhỏ, nếu hd > 300: Uct ≤ 3hd/4 và Uct ≤ 500 Khoảng cách đai được chọn là giá trị nhỏ nhất trong 3 giá trị sau: Utt, Umax, Uct. Kết quả tính cốt đai được trình bày trong bảng 3.13. Dầm Lực cắt b (cm) ho (cm2) fđ (cm2) n Rađ (kG/cm2) qđ (kG/cm2) Utt (cm) Umax (cm) Uct (cm) ¼ nhịp Giữa nhịp DD2 14800 25 45 0.503 2 1800 54.08 33 51 16 15(cm) 30(cm) Bảng 3.13:: Tính toán cốt đai Tính toán cốt thép cho cột. Cột hồ nước mái chủ yếu là chịu nén, do tải trong ngang quá nhỏ.Nên ta chỉ xác định lực nén tác dụng xuống chân cột và tính thép cột theo cấu kiện chịu nén đúng tâm là đủ. Lực nén lớn nhất ở chân cột: Cột C1: N = 30.96 (T) Tính toán cốt thép Cốt thép cột được tính theo cấu kiện chịu nén đúng tâm với: N = 30960 kG Khả năng chịu nén của cột: Cột C1: NC1 = Rnxbxh = 130*25*25 = 84250 (kG) Nhận thấy rằng khả năng chịu nén của cột là rất lớn so với lực nén tính toán được, do đó cốt thép cột đựơc bố trí theo cấu tạo. Cột C1: Bố trí 4F 16 BỐ TRÍ CỐT THÉP. Xem trong bản vẽ KC 03.