Thiết kế cấu trúchồ nước mái

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN HỒ NƯỚC MÁI CÔNG NĂNG VÀ KÍCH THƯỚC HỒ NƯỚC MÁI Hồ nước mái có nhiệm vụ cung cấp toàn bộ nước sinh hoạt cho tòa nhà và phục vụ cho công tác cứu hỏa. Sơ bộ tính nhu cầu dùng nước của chung cư như sau: Cứ một người một ngày đêm dùng 200l, chung cư có 10 tầng, mổi tầng có 6căn hộ, mổi căn hộ có khoảng 4người. Do đó lượng nước yêu cầu mổi ngày cần cấp cho chung cư là: Vyc = 200x10x6x4 = 48000(lít) = 48 m3 Dựa vào nhu cầu sử dụng đó ta bố trí 1 hồ nước mái trên sân thượng (xem bản vẽ mặt bằng mái). Kích thước hồ nước mái được thể hiện cụ thể trên hình 5.1. Thể tích hồ nước mái là: Vhồ = 5x5.4x2.2 = 59.4 (m3) Vì vậy việc bơm nước vào hồ nước mái sẽ diễn ra 1 ngày bơm một lần XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC CÁC CẤU KIỆN CỦA HỒ NƯỚC MÁI 5.2.1. Chọn chiều dày bản Sơ bộ chọn chiều dày bản theo công thức: hb = trong đó: D = 0.8 ÷ 1.4 – hệ số kinh nghiệm phụ thuộc hoạt tải sử dụng; m = 30÷ 35 – đối với bản một phương; m = 40÷ 45 – đối với bản kê 4 cạnh; l – nhịp cạnh ngắn của ô bản. Do đó chiều dày ô bản được sơ bộ xác định theo Bảng 5.1 Bảng 5.1: Chiều dày ô bản Xác định sơ bộ kích thước dầm nắp (DN1), dầm đáy (DĐ2, DĐ1) Chiều cao dầm được chọn sơ bộ theo công thức sau: hd = trong đó: md: hệ số phụ thuộc vào tính chất của khung và tải trọng: md = 12 16 - đối với dầm khung nhiều nhịp; md = 8 12 - đối với dầm khung một nhịp; md = 12 16 - đối với dầm dầm phụ; ld: nhịp dầm. Bề rộng dầm được chọn theo công thức sau: Kích thước dầm được trình bày trong Bảng 5.2 Bảng 5.2: Xác định tiết diện dầm nắp (D1), dầm đáy (D2) Tính bản nắp Sơ đồ tính: Nắp tựa lên bản thành và vạy bản làm việc 2 phương Bản nắp thuộc sơ đò tính số 1 Tải trọng và tác dụng: Tĩnh tải :trọng lượng bản thân nắp: STT Caùc lôùp caáu taïo γ(kN/m3) δ(mm) n gbntc(kN/m2 ) gbntt(kN/m2 ) 1 Vöõa loùt 18 20 1.3 0.36 0.468 2 Baûøn BTCT 25 80 1.1 2 2.2 3 Vöõa traùt 18 15 1.3 0.27 0.351 Σgbntt 3.019 Hoạt tải sửa chữa : Tổng tải bản nắp: qbn = gbn + pbn = 3.019 + 0.975 = 3.994 kN/m2 Tính toán cốt thép 1 Xác định Nội lực Nội lực được tính toán theo bản kê 4 cạnh (ô bản số 1) Ô bản tính là ô bản đơn tính theo sơ đồ đàn hồi Ta có Moment dương lớn nhất giữa nhịp Trong đó P là Tổng tải trọng Các hệ số là các hệ số phụ thuộc vào tỷ số Kết quả tính toán dược cho bởi bảng 2. Tính toán cốt thép bản nắp Ô bản được tính như cấu kiện chịu uốn. Các giả thiết tính toán: a1 = a2 = a = 15: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép theo 2 phương đến mép bê tông chịu kéo; h0: chiều cao tính toán của tiết diện h0 = h-a = 100 -15 = 85: b = 1000: bề rộng tính toán của dải bản. Vật liệu sử dụng Bê tông B25 Cốt thép AII Rb (MPa) Rbt (MPa) Eb (Mpa) xR Rs (Mpa) Rsc (Mpa) 14.5 1.05 30 0.608 280 280 Tính toán cốt thép và kiểm tra hàm lượng thép Kí hiệu M (kNm) b (mm) h0 (mm) am x As (mm2) chọn thép m % Kiểm trammin<m<mmax f (mm) u (mm) As chọn (mm2) S1 M1 4.3 1000 85 0.041 0.042 230 8 200 251.2 0.3 thỏa M2 3.23 1000 85 0.031 0.031 170 6 150 189 0.22 thỏa Cốt thép gia cường cho lỗ thăm được tính theo công thức: Agc 1.5xAc = 1.5x(4ø6) = 1.5x1.13 = 169.56 mm2 Chọn 2f12, ( 226.08 mm2) cho mỗi phương, đoạn neo là : Lneo 30d = 30x12 = 360. Chọn lneo = 400. 4.2 Dầm DN1(200x400): Tải trọng tác dụng - Trọng lượng bản thân dầm: gD3 = g.bd.hd.n = 25x0.2x0.35x1.1 = 1.93 kN/m. - Tải từ bản nắp truyền vào có dạng tam giác, với giá trị lớn nhất là: q = 2x0.5x qbnxl = 2x0.5x3.994x5 = 19.97 kN/m - Tải trọng tác dụng lên bản đáy có giá trị là: pbđ = gbđ + = 1.93+19.97 = 21.19 kN/m b. Sơ đồ tính Xác định nội lực Mmax= Qmax= d. Tính toán cốt thép cho dầm đỡ bản nắp - Cốt thép dọc: Dầm được tính toán như cấu kiện chịu uốn. Các giả thuyết tính toán: - a = 60: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo; - h0: chiều cao tính toán của tiết diện; - b : bề rộng tính toán của dải bản. Các đặc trưng vật liệu lấy theo Bảng 4.4. Tính toán cốt thép và kiểm tra hàm lượng thép tương tự phần 4.3.1 Kết quả tính toán được thể hiện ở Bảng 5.14 Bảng 5.16: Tính toán cốt thép cho dầm đỡ bản nắp Tính toán bản thành Tải trọng tác dụng lên bản thành - Tĩnh tải Bề dày bản thành dày 100. trọng lượng bản thân bản thành lấy là gbttt = 3.789 kN/m. - Áp lực thủy tĩnh tại chân bản thành gnước = n.g.h = 1.1x10x1.5 = 16.5 kN/m2. - Tải trọng gió Chỉ xét trường hợp bất lợi nhất khi bản thành chịu gió hút. Tính toán theo [1] W = W0.k.C.n trong đó: W0 = 0.83 kN/m2 - áp lực gió tiêu chuẩn khu vực II-A; k = 1.28 - hệ số ảnh hưởng độ cao và dạng địa hình (lấy ở +40 m và dạng địa hình B; Ch = 0.6 - hệ số khí động; n = 1.2 Suy ra: W = 0.83x1.28x0.6x1.2 = 0.76 kN/ m2 Sơ đồ tính bản thành Bản thành là cấu kiện chịu nén uốn đồng thời. Lực nén trong bản thành gây ra bởi trọng lượng bản thân của nó và lực nén lệch tâm do bản nắp truyền xuống. Để đơn giản ta xem bản thành chỉ chịu uốn, tức là chỉ chịu tải trọng gió hút và áp lực thủy tĩnh. Sau khi chọn cốt thép cho bản thành ta sẽ kiểm tra lại trường hợp bản thành chịu nén lệch tâm. Xét tỉ số cạnh dài trên cạnh ngắn: + Trục 2 - 3: => Bản một phương + Trục B - C : => Bản một phương Cắt một dãy bản rộng 1m theo phương liên kết để tính. Hính 5.13. Sơ đồ tính và tải trọng tác dụng lên bản thành Xác định nội lực bản thành Hình 5.14. Biểu đồ moment do gió hút tác dụng lên bản thành Hình 5.15. Biểu đồ moment do áp lực thủy tĩnh tác dụng lên bản thành Ta có: MW gối kNm MW nhịp kNm Mnước gối kNm Mnước nhịp kNm Moment 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 moment ở vị trí ngàm của hai biểu đồ để tính cốt thép chịu moment âm sau đó bố trí cốt thép cho bản thành.Như vậy: Giá trị momen tại gối của bản thành: M gối = MW gối + Mnước gối = 0.23 + 2.475 = 2.685 kNm Giá trị momen tại nhịp của bản thành: M nhịp = MW nhịp + Mnước nhịp = 0.12 + 0.77 = 0.89 kNm Tính thép cho bản thành Bản thành được tính như cấu kiện chịu uốn. Các giả thuyết tính toán: a = 15: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo; h0: chiều cao tính toán của tiết diện h0 = h-a = 100 -15 = 85; b = 1000: bề rộng tính toán của dải bản. Các đặc trưng vật liệu lấy theo Bảng 5.19 Tính toán cốt thép và kiểm tra hàm lượng thép tương tự phần 4.3.1. Kết quả tính toán được thể hiện ở Bảng 5.20 Bảng 5.19: Đặc trưng vật liệu Bảng 5.20: Tính toán cốt thép cho bản thành Kiểm tra bản thành chịu nén lệch tâm Bản thành chịu lực nén N = 15.98 kN do bản nắp truyền xuống (chính bằng lực qui đổi tương đương do tĩnh tải và hoạt tải bản nắp truyền vào bản thành, chọn giá trị lớn nhất để tính). Kiểm tra bản thành làm việc như cấu kiện chịu nén lệch tâm. Kết quả trình bày trong bảng 5.21 Bảng 5.21: Kiểm tra khả năng chịu lực của bản thành chịu nén lệch tâm f. Kiểm tra nứt bản thành (theo trạng thái giới hạn 2) Theo [2], tính toán tương tự phần 5.3.3.e. Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên bản thành: + Áp lực thủy tĩnh tại chân bản thành gnước = .h = 10x1.5 = 15 kN/m2 + Tải trọng gió Wtc = W0.k.C với: W0 =0. 83 kN/m2 - áp lực gió tiêu chuẩn khu vực II-A; k = 1.54 - hệ số ảnh hưởng độ cao và dạng địa hình; (lấy ở +62.5m và dạng địa hình A) Ch = 0.6 - hệ số khí động; Suy ra: Wtc = 0.83x1.54x0.6 = 0.76 kN/ m2 Ta có: MW gối kNm MW nhịp kNm Mnước gối kNm Mnước nhịp daNm Giá trị momen tiêu chuẩn tại gối của bản thành: M gối = MW gối + Mnước gối = 0.24 + 2.73 = 2.97 kNm Giá trị momen tiêu chuẩn tại nhịp của bản thành: M nhịp = MW nhịp + Mnước nhịp = 0.14 + 1.22 = 1.36 kNm Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 5.22. Mtc (kNm) b (mm) h0 (mm) z (mm) As (mm2) d (mm) m ss (N/mm2) acrc (mm) Kiểm tra Mg 2.97 1000 85 110 141.3 6 0.00194 282.662 0.18 Thỏa  Mnh 1.36 1000 85 110 141.3 6 0.00194 282.662 0.18  Thỏa Bảng 5.22: Kiểm tra bề rộng khe nứt bản thành 5.3.3. Tính toán bản đáy Tải trọng tác dụng Tải trọng tác dung lên bản đáy gồm trọng lượng bản thân và trọng lượng nước. Bảng 5.9: Tĩnh tải tác dụng lên bản đáy Trọng lượng nước: gnước = n.g.h = 1.1x10x(2.2-0.08-0.14) = 21.78 kN/m2 Tổng tải trọng tác dụng: p = gbđ + gnước = 4.889 + 21.78 = 26.67 kN/m2. Xác nội lực trong ô bản Các giả thiết tính toán: - Các ô bản S1 thuộc ô bản số 9 trong 11 loại ô bản; - Ô bản được tính theo sơ đồ đàn hồi. Khi đó, moment dương lớn nhất giữa bản được xác định như sau: M91 = a91.P M92 = a92.P moment âm lớn nhất trên gối: MI = b91.P MII = b92.p trong đó: - P: tổng tải trọng tác dụng lên ô bản đang xét, P = qbđ.ln.ld; - a91, a92, b91, b92 : Các hệ số được tra bảng 1-19/[25], phụ thuộc vào tỉ số ld/ln. Kết quả tính toán được trình bày trong Bảng 5.8 Kí hiệu ld/ln a91 a92 b91 b92 P (kN) M1 (kNm/m) M2(kNm/m) MI (kNm/m) MII (kNm/m) S2 1.85 0.0192 0.0056 0.0408 0.0113 465.44 8.94 2.61 18.99 5.26 Bảng 5.10: Nội lực trong ô bản S2 d. Tính toán cốt thép bản đáy Ô bản được tính như cấu kiện chịu uốn. Các giả thuyết tính toán: - a1 = a2 = a = 15: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép theo 2 phương đến mép bê tông chịu kéo; - h0: chiều cao tính toán của tiết diện h0 = h-a = 120 -15 = 105; - b = 1000: bề rộng tính toán của dải bản. Tính toán cốt thép và kiểm tra hàm lượng thép tương tự phần Kết quả tính toán được thể hiện ở Bảng Kí hiệu M (kNm) b (mm) h0 (mm) am x As (mm2) chọn thép m % Kiểm trammin<m<mmax f (mm) u (mm) As chọn (mm2) S1 M1 8.33 1000 125 0.048 0.049 389 8 120 402.4 0.38 thỏa M2 8.33 1000 125 0.014 0.014 111 6 150 189 0.2 thỏa MI 19.4 1000 125 0.101 0.107 849 10 90 872 0.8 thỏa MII 19.4 1000 125 0.028 0.028 222 8 200 252 024 thỏa Bảng 5.11: Tính toán cốt thép cho bản đáy e. Kiểm tra nứt bản đáy (theo trạng thái giới hạn 2) Bề rộng vết nứt thẳng góc với trục dọc cấu kiện acrc (mm) được xác định theo công thức: (mm) trong đó: - d = 1: cấu kiện chịu uốn; - j1 = 1: hệ số kể đến tác dụng của tải trọng dài hạn; - h = 1: hệ số ảnh hưởng bề mặt thanh thép; - Es = 210000 Mpa: modun đàn hồi của cốt thép; - d : đường kính cốt thép; - ss = : ứng suất trong các thanh cốt thép M: moment As: diện tích cốt thép z = h – (a +a’); - m = : hàm lượng cốt thép của tiết diện. Kết quả tính toán được trình bày trong Bảng 5.12 và Bảng 5.13 Kí hiệu ld/ln a91 a92 b91 b92 P (kN) M1 (kNm/m) M2(kNm/m) MI (kNm/m) MII (kNm/m) S1 1.85 0.0192 0.0056 0.0408 0.0113 465.44 8.94 2.61 18.99 5.26 Bảng 5.12 Nội lực tiêu chuẩn trong các ô bản đáy Mtc (kNm) b (mm) h0 (mm) z (mm) As (mm2) d (mm) m ss (N/mm2) acrc (mm) Kiểm tra M1 8.94 1000 105 110 402.5 8 0.00383 246.852 0.15 Thỏa  M2 2.61 1000 105 110 402.5 8 0.0018 153.439 0.09  Thỏa MI 18.99 1000 105 110 580.6 10 0.0083 241.972 0.13  Thỏa MII 5.26 1000 105 110 580.6 10 0.0024 231.922 0.14  Thỏa Bảng 5.13 Kiểm tra bề rộng khe nứt bản đáy 5.3.4. Tính dầm đỡ bản đáy 4.2 Dầm DĐ2(250x600): Tải trọng tác dụng - Trọng lượng bản thân dầm: gD3 = g.bd.hd.n = 25x0.25x0.45x1.1 = 3.09 kN/m. - Tải trọng tác dụng lên bản đáy có giá trị là: pbđ = gbđ + gnước = 4.889 + 21.78 = 26.67 kN/m2 truyền tải này lên các dầm D2, D3 theo qui tắc hình thang với giá trị lơn nhất: 23.3 kN/m. - Tĩnh tải do bản thành truyền vào dầm D3: Bảng 5.14 Tải trọng bản thân bản thành gbt = gbttt .h = 3.789x1.5 = 5.68 kN/m Hoạt tải Do bản đáy không chịu đồng thời tải trọng do nước và hoạt tải sửa chữa nên ta bỏ qua giá trị hoạt tải. b. Sơ đồ tính xem dầm DĐ2 là dầm dơn giản gối 2 đầu lên dầm DĐ1 ,chịu tải trọng phân bố đều q3 = gd2 + gbd2 + gbt = 3.09+23.3+5.68 = 32.07 kN/m Xác định nội lực Mmax= Qmax= 4.2 Dầm DĐ1(300x800): Tải trọng tác dụng - Trọng lượng bản thân dầm: gD3 = g.bd.hd.n = 25x0.3x0.65x1.1 = 5.36 kN/m. - Tải trọng tác dụng lên bản đáy có giá trị là: pbđ = gbđ + gnước = 4.889 + 21.78 = 26.67 kN/m2 truyền tải này lên các dầm D2, D3 theo qui tắc hình thang với giá trị lơn nhất: 33.37kN/m. - Tĩnh tải do bản thành truyền vào dầm D3: Bảng 5.14 Tải trọng bản thân bản thành gbt = gbttt .h = 3.789x1.5 = 5.68 kN/m Hoạt tải Do bản đáy không chịu đồng thời tải trọng do nước và hoạt tải sửa chữa nên ta bỏ qua giá trị hoạt tải. b. Sơ đồ tính xem dầm DĐ1 là dầm dơn giản gối 2 đầu lên dầm hai cột ,chịu tải trọng phân bố đều q3 = gd2 + gbd2 + gbt = 5.36+33.37+5.68 = 44.41 kN/m và 1 lực tập trung 17kn ở giữa dầm Xác định nội lực Mmax= Qmax= d. Tính toán cốt thép cho dầm đỡ bản đáy - Cốt thép dọc: Dầm được tính toán như cấu kiện chịu uốn. Các giả thuyết tính toán: - a = 60: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo; - h0: chiều cao tính toán của tiết diện; - b : bề rộng tính toán của dải bản. Các đặc trưng vật liệu lấy theo Bảng 4.4. Tính toán cốt thép và kiểm tra hàm lượng thép tương tự phần 4.3.1 Kết quả tính toán được thể hiện ở Bảng 5.14 Bảng 5.16: Tính toán cốt thép cho dầm đỡ bản đáy Tính cốt đai: Cốt đai được tính toán như mục 5.3.2.d . Bảng 5.15: Đặc trưng vật liệu Kết quả tính toán được thể hiện ở Bảng 5.18 Bảng 5.18: Bảng tóm tắt tính toán cốt đai cho dầm đỡ bản đáy Q (kN) b (mm) h (mm) a (mm) ho (mm) Qo (kN) Nhận xeùt D5 119.55 300 800 40 760 205.2 Ñai caáu taïo D6 80.2 250 500 40 460 103.5 Ñai caáu taïo D7 65.79 250 500 40 460 103.5 Ñai caáu taïo Dầm D2: bố trí đai f8s180 trong đoạn ¼ nhịp dầm tính từ gối tựa và f8s250 ở giữa nhịp. Dầm D3: bố trí đai f8s150 trong đoạn ¼ nhịp dầm tính từ gối tựa và f8s200 ở giữa nhịp.