Tính toán hồ nước ngầm

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN HỒ NƯỚC NGẦM CÔNG NĂNG VÀ KÍCH THƯỚC HỒ NƯỚC NGẦM Hồ nước ngầm có nhiệm vụ cung cấp nước sinh hoạt cho toàn bộ toà nhà và phục vụ công tác cứu hỏa khi cần thiết. Xác định dung tích hồ nước ngầm: (5.1) Trong đó: q – lưu lượng nước tính toán cho từng đoạn ống, l/s. a – hệ số phụ thuộc vào chức năng ngôi nhà, lấy theo bảng (5-6)/ [Giáo trình cấp thoát nước], a = 1.5. N – Tổng số đương lượng của ngôi nhà hay đoạn ống tính toán. Có 10 tầng, mỗi tầng có 4 phòng vệ sinh nên: N = (5.2) với: 0.33 – trị số đương lượng của vòi nước chậu rửa mặt. 0.17 – trị số đương lượng của vòi nước âu tiểu. 0.5 – trị số đương lượng của vịi nước thùng rửa hố xí. Vậy ngày đêm = 57.024 m3/ca ( văn phòng ngày làm một ca 8h ) Cộng thêm lượng nước cứu hỏa ta chọn dung tích hồ nước ngầm là: V = 6 x 6 x 2 = 72 m3 Hình 5.1: Mặt bằng bản nắp Hình 5.2: Mặt bằng bản đáy hồ nước ngầm hồ nước ngầm Hình 5.3: Mặt cắt ngang hồ nước ngầm TÍNH TOÁN CÁC CẤU KIỆN CỦA HỒ NƯỚC NGẦM Các cấu kiện cần tính toán: Bản nắp Dầm nắp Bản đáy Trình tự tính toán Xác định tải trọng Xác định sơ đồ tính Xác định nội lực Tính toán cốt thép Bố trí thép Bản nắp a. Tải trọng tác dụng lên bản nắp Chiều dày bản nắp được chọn sơ bộ theo công thức sau: (5.3) Trong đó D - hệ số phụ thuộc tải trọng, D = 0.8. ms - đối với bản làm việc 2 phương, ms = 40. l - độ dài cạnh ngắn của ô sàn. Suy ra: m = 120 cm. + Tĩnh tải Bảng 5.1: Tải trọng bản thân bản nắp + Hoạt tải sửa chữa Theo bảng 3/[1], hoạt tải sửa chữa có giá trị tiêu chuẩn là: ptc = 75 daN/m2. ptt = ptc.np = 75x1.3 = 97.5 daN/m2. (5.4) + Tổng tải trọng tác dụng qtt = gtt + ptt = 411.9 + 97.5 = 509.4 daN/m2. (5.5) b. Sơ đồ tính bản nắp Bản nắp được tính như bản kê 4 cạnh có cạnh khớp liên kết với dầm D1 Hình 5.4: Sơ đồ tính bản nắp c. Xác định nội lực bản nắp Các ô bản nắp thuộc ô bản số 1 trong 11 loại ô bản. Tính toán theo ô bản đơn, dùng sơ đồ đàn hồi. Do đó, momen dương lớn nhất giữa nhịp là: M1 = m11.P (5.6) M2 = m12.P (5.7) P = qtt.lng.ld (5.8) Trong đó P – tổng tải trọng tác dụng lên ô bản đang xét. m11, m12 – 1 là loại ô bản, 1(2) là phương của ô bản đang xét. lng – chiều dài cạnh ngắn. ld – chiều dài cạnh dài. Các hệ số m11, m12 được tra bảng 1-19 [25], phụ thuộc vào tỉ số . Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 5.2. Bảng 5.2: Nội lực trong các ô bản nắp d. Tính toán cốt thép bản nắp Ô bản nắp được tính như cấu kiện chịu uốn. Giả thiết tính toán: a1= 1.5 cm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép theo phương cạnh ngắn đến mép bê tông chịu kéo. a2 = 1.5 cm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép theo phương cạnh dài đến mép bê tông chịu kéo. h0 =hbn – a = 10.5 cm: chiều cao có ích của tiết diện, tùy theo phương đang xét. b = 100 cm: bề rộng tính toán của dải bản. Đặc trưng vật liệu, tính toán và kiểm tra hàm lượng μ tương tự phần 4.3.1.c. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 5.3. Bảng 5.3: Tính toán cốt thép cho bản nắp Tại vùng gối (1/4 lnhịp) đặt cấu tạo F8 a=200 mm. Kích thước lỗ thăm (60 x 60) cm, trong đoạn 60 cm ở gần gối có 3F 8 bị cắt Cốt thép gia cường cho lỗ thăm được tính theo công thức: Fgia cường =1.5Fbị cắt = 1.5 x (3 F 8) = 1.5 x 1.51 = 2.26 cm2 Chọn thép gia cường là 2F12có Fgc = 2.26 cm2 cho mỗi phương, đoạn neo là: lneo≥ 30d = 30 x12 = 360 mm. Chọn lneo = 400 mm. Dầm đỡ bản nắp a. Tải trọng tác dụng lên dầm đỡ bản nắp * Xác định tiết diện Chiều cao của dầm nắp được chọn sơ bộ theo công thức sau: (5.9) Trong đó: md: hệ số phụ thuộc vào tính chất của khung và tải trọng. md = 8 ÷ 12: đối với hệ dầm chính, khung một nhịp. md = 12 ÷ 16: đối với hệ dầm chính, khung nhiều nhịp. md = 16 ÷ 20: đối với hệ dầm phụ. ld: nhịp dầm. Bề rộng dầm nắp được chọn theo công thức sau: (5.10) Kích thước tiết diện dầm nắp được trình bày trong bảng 5.4. Bảng 5.4: Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm nắp * Xác định tải trọng + Tĩnh tải Trọng lượng bản thân dầm D1: gd = g.bd.hd.n = 2500 x 0.35 x 0.2 x 1.1 = 192.5 daN/m (5.11) Tĩnh tải do bản nắp truyền vào dầm D1 có giá trị là: daN/m2 Sơ đồ xác định tải trọng tác dụng vào dầm nắp do bản nắp được thể hiện trong hình 5.5. Hình 5.5: Sơ đồ xác dịnh tải trọng do bản nắp truyền vào dầm nắp Qui đổi thành tải phân bố đều tương đương tác dụng lên dầm D1 (có dạng tam giác). daN/m (5.12) Vậy tổng tĩnh tải tác dụng lên dầm D1: gD1 = gd+ gtd1 = 192.5 + 772.37 = 964.9 daN/m + Hoạt tải Hoạt tải do bản nắp truyền vào dầm có giá trị là: daN/m2 Qui đổi thành tải phân bố đều tương đương tác dụng lên dầm D1 daN/m (5.13) Vậy tổng tải trọng tác dụng lên dầm D1: qD1 = gD1 + pD1 = 964.9 + 182.8 = 1148 daN/m b. Sơ đồ tính dầm đỡ bản nắp D1 Dầm đỡ bản nắp được đỡ trực tiếp trên bản thành. Chọn sơ đồ tính như sau: Hình 5.6: Sơ đồ tính dầm nắp D1 c. Xác định nội lực dầm đỡ bản nắp Sử dụng chương trình tính kết cấu SAP2000 để xác định nội lực trong dầm. Kết quả thể hiện trên hình 5.7. Biểu đồ momen M của dầm đỡ bản nắp D1 (đv: Tm) Biểu đồ lực cắt Q của dầm đỡ bản nắp D1 (đv: T) Hình 5.7: Biểu đồ nội lực của dầm nắp D1 d. Tính toán cốt thép cho dầm đỡ bản nắp + Cốt thép dọc Dầm được tính toán như cấu kiện chịu uốn. Giả thiết tính toán: a = 4 cm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo. ho = hd – a = 35 – 4 = 31 cm: chiều cao có ích của tiết diện. Đặc trưng vật liệu, công thức tính toán cốt thép và kiểm tra hàm lượng cốt thép tương tự như mục 4.3.2.c. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 5.5. Bảng 5.5: Tính toán cốt thép cho dầm đỡ bản nắp + Tính tốn cốt đai Dùng lực cắt Q = 3440 daN để tính cốt đai. * Để đảm bảo bê tông không bị phá hoại do ứng suất nén chính, cần phải thoả mãn điều kiện: koRnbho > Q Có: koRnbho = 0.35 x170 x 20 x 31 = 36890 daN > Q Vậy không phải đổi kích thước dầm D1 * 0.6Rkbho = 0.6 x 12 x 20 x 31 = 4464 daN > Q Vậy không phải tính toán cốt đai chịu cắt, chỉ cần bố trí theo cấu tạo: Khoảng cách cấu tạo: cho dầm có 300 mm ≤ hd ≤ 450 mm Cho đoạn giữa dầm (vị trí lực cắt nhỏ) uct ≤ cm uct ≤ 50 cm Cho đoạn gần gối tựa (vị trí lực cắt lớn) uct ≤ cm uct ≤ 15 cm Chọn bước cốt đai Ф8 a150 trong khoảng ¼ nhịp dầm và đai Ф8 a250 ở đoạn giữa nhịp. Bản thành a. Tải trọng tác dụng lên bản thành Bề dày bản thành lấy là 12 cm. Tính tương tự 5.2.1 ta xác định được trọng lượng bản thân bản thành: gbttt = 433.9 daN/m. Áp lực thủy tĩnh tại chân bản thành: pnước = = 2000 daN/m2 (5.14) Aùp lực đất: (5.15) Trong đó : trọng lượng riêng của nước, . : dung trọng tự nhiên của đất, bể nước đặt tại lớp đất 1 có . h : chiều cao bể nước. : góc ma sát trong của đất. b. 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. Để đơn giản ta xem bản thành chỉ chịu uốn, tức là chỉ chịu tải trọng áp lực đất và áp lực thủy tĩnh. Do hai trường hợp tải có chiều ngược nhau nên ta sẽ bố trí cốt thép trong bản thành hai lớp, với mỗi lớp là do tải của từng trường hợp riêng lẽ gây nên. Xét tỉ số cạnh dài trên cạnh ngắn: > 2 => Bản làm việc một phương Do áp lực thủy tĩnh Do áp lực đất Hình 5.8: Sơ đồ tính của bản thành c. Xác định nội lực bản thành Do áp lực thuỷ tĩnh Do áp lực đất Hình 5.9: Biểu đồ momen Xét 1m bề rộng bản thành * Do áp lực thủy tĩnh Mgối daNm (5.14) Mnhịp daNm (5.17) * Do áp lực đất Mgối daNm Mnhịp daNm d. Tính toán cốt thép bản thành Bản thành được tính như cấu kiện chịu uốn. Giả thiết tính toán: a1 = 1.5 cm : khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo. h0 = hbt – a = 12 -1.5 = 10.5 cm: chiều cao có ích của tiết diện. b = 100 cm: bề rộng tính toán của dải bản. Đặc trưng vật liệu, tính toán và kiểm tra hàm lượng μ tương tự phần 4.3.1.c. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 5.6. Bảng 5.6: Tính toán cốt thép cho bản thành e. Kiểm tra nứt bản thành (theo trạng thái giới hạn 2) Theo [2]: (5.18) Trong đó: aghn - khe nứt giới hạn. k = 1 - cấu kiện chịu uốn. C = 1.5 - hệ số kể đến tác dụng tải trọng dài hạn. h = 1.3 - hệ số ảnh hưởng bề mặt thanh thép. Ea - Môđun đàn hồi của thép (Ea = 2.1 x 106 daN/cm2). d - đường kính cốt thép chịu lực. m - hàm lượng cốt thép chịu kéo. : ứng suất trongs cốt thép tại tiết diện bị nứt. : tay đòn nội lực (khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến điểm đặt hợp lực trong vùng nén). : hệ số phụ thuộc hàm lượng cốt thép chịu kéo, lấy theo bảng 6.1 [Sách KCBTCT trường ĐH KT-CN) : hàm lượng cốt thép . Chỉ cần tính toán cho trường hợp có giá trị moment lớn hơn, cụ thể là trường hợp chịu tải trọng áp lực thủy tĩnh. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 5.7. Bảng 5.7. Kiểm tra bề rộng khe nứt bản thành Bản đáy a. Tải trọng tác dụng lên bản đáy Chiều dày bản đáy được chọn sơ bộ tương tự như 5.2.1.a, riêng D lấy bằng 1.4. Chọn hbđ = 21 cm. Bảng 5.6: Tải trọng bản thân bản đáy Trọng lượng nước gnước = γ.h.n = 1000 x 2 x1 = 2000 daN/m2 (5.19) * Khi bể đầy nước: gồm Tải trọng phân bố đều trên bản đáy do trọng lượng bản thân đáy và nước q1 = gbđtt + gnước = 488.9 + 2200 = 2688.9 daN/m2. Tải trọng phân bố đều theo chu vi bản đáy do trọng lượng bản thân bản nắp, bản thành và dầm nắp (5.19) * Khi bể không có nước: Gồm phản lực đất nền và trọng lượng bản thân của bản đáy. Vì hai loại tải trọng này có chiều ngược nhau, thiên về an toàn ta bỏ qua trọng lượng bản thân của bản đáy Phản lực đất nền: tính gần đúng như sau (5.19) Trong đó G: trọng lượng toàn bộ bể nước a, b: chiều rộng, chiều dài của bể G = Gnắp + Gdầm nắp + Gbản thành + Gđáy + Gnước = 2500x[(0.12x6x6)+4(0.35x0.2x6)+4(0.12x6x2)+(0.21x6x6)] + 1000x6x6x2 = 120300 daN Suy ra p = 3342 daN/m2 b. Sơ đồ tính bản đáy Khi bể không có nước Khi bể đầy nước (Giống như bản sàn) (Giống như móng bản đặt trên nền đàn hồi) Hình 5.10: Sơ đồ tính bản đáy c. Xác định nội lực bản đáy * Trường hợp 1: bể không có nước Ôâ bản đáy thuộc ô bản số 1 trong 11 loại ô bản. Công thức tính toán tương tự như ở 5.2.1.c Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 5.7. Bảng5.7: Nội lực trong bản đáy Trường hợp 2: bể đầy nước Dùng chương trình phân tích kết cấu SAFE để giải bài toán. Kết quả nội lực như sau: Hình 5.11. Biểu đồ moment theo phương X (đơn vị: T.m) Hình 5.12. Biểu đồ moment theo phương Y (đơn vị: T.m) d. Tính toán cốt thép bản đáy * Trường hợp 1: bể không có nước Bản đáy được tính như cấu kiện chịu uốn. Giả thiết tính toán: a1 = 1.5 cm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo. h0 = hbd – a = 21 – 1.5 = 19.5 cm: chiều cao có ích của tiết diện. b = 100 cm: bề rộng tính toán của dải bản. Đặc trưng vật liệu, tính toán và kiểm tra hàm lượng μ tương tự phần 4.3.1.c. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng sau: Bảng 5.8: Tính toán cốt thép cho bản đáy * Trường hợp 2: bể đầy nước Thiên về an toàn ta chọn giá trị moment có trị tuyệt đối lớn nhất để bố trí cho cả hai phương. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng sau: Bảng 5.9: Tính toán cốt thép cho bản đáy Momen (daN.m) h (cm) b (cm) h0 (cm) A a Thép chọn m% Kiểm tra f(mm) a(mm) Fachọn(cm2/m) 2431 21 100 19.5 0.05 0.05 4.92 10 150 5.23 Thõa Qua hai trường hợp tính toán, ta chọn thép bố trí thép cho bản đáy như sau: Lớp trên: f14, a = 150mm Lớp dưới: f 10, a=150mm e. Kiểm tra nứt bản đáy (theo trạng thái giới hạn 2) Tính toán tương tự mục 5.2.3.e Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 5.10. Bảng 5.10: Kiểm tra bề rộng khe nứt bản đáy BỐ TRÍ CỐT THÉP TRONG HỒ NƯỚC NGẦM Cốt thép được bố trí như trong bản vẽ KC 04/10.