Tính toán về hồ nuớc mái

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN HỒ NUỚC MÁI 4.1. BỐ TRÍ KẾT CẤU HỒ NƯỚC . 4.1.1. Khái niệm. Bể nước mái cung cấp nước cho sinh hoạt của các bộ phận trong công trình và lượng nước cho cứu hỏa. Hình 4.1 : Mặt bằng và mặt cắt hồ nước mái 4.1.2. Xác định sơ bộ kích thước tiết diện Chọn chiều dày bản: hb = Trong đó : _ D = 0.8-1.4 :Phụ thuộc vào tải trọng . _ m = 40-45 :Đối với bản kê bốn cạnh. _ l :Cạnh ngắn của bản. Sơ bộ chọn chiều dày các cấu kiện như sau: hnắp = 8cm hđáy =12cm hthành = 12cm. Kích thước dầm: Trong đó: _ m: Là hệ số phụ thuộc vào tính chất của khung và tải trọng; m = 8 ¸ 12 đối với dầm chính, khung một nhịp; m = 12 ¸ 20 đối với dầm phụ; _ l : Nhịp dầm; Bề rộng dầm: Kích thước tiết diện dầm được thể hiện trong hình sau: Hình 4.2 : Mặt bằng kích thước dầm nắp, dầm đáy 4.2. TÍNH BẢN NẮP. 4.2.1. Sơ đồ tính. Bản nắp chia làm 2 ô có kích thước hoán toàn giống nhau nên ta lấy 1 ô điển hình đề tính. Sơ đồ tính như sau: Hình 4.3 : Sơ đồ tính bản nắp 4.2.2. Xác định tải trọng. _ Tĩnh tải: (Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo bản nắp). Bảng tính toán các lớp cấu tạo bản nắp STT Vật liệu Chiều dày (m) g (kG/m3) n Tĩnh tải tính toán (kG/m2) 1 Lớp vữa lót tạo dốc 0.04 1800 1.3 93.6 2 Bản đáy BTCT 0.08 2500 1.1 220 3 Lớp vữa trát 0.015 1800 1.3 35.1 Tổng cộng 0.135 351.4 _ Hoạt tải : Tra bảng theo tiêu chuẩn “TCVN 2737_1995: Tải trọng và tác động”. ptt = 1.3 ´ 75 = 97.5 kG/m2 _Tải trọng toàn phần cảu bản nắp: ptt + gtt = 97.5 + 351.4 = 488.9 kG/m2 4.2.3. Tính toán nội lực . Ta có , bản nắp làm việc theo 2 phương ,bản nắp được tính theo sơ đồ số 9 . ô bản đơn . Nội lực được tính theo công thức sau : _ Moment ở nhịp trong phương ngắn: Mnn = m91 ´ P =0.02 x 10266.9 = 205.34 (kgm) _ Moment ở nhịp trong phương dài: Mnd = m92 ´ P =0.0069 x 10266.9 = 70.84 (kgm) _ Moment ở gối trong phương ngắn: Mgn = k91 ´ P =0.0438 x 10266.9 = 449.69 (kgm) _ Moment ở gối trong phương dài: Mgd = k92 ´ P = 0.0152 x 10266.9 = 156.06 (kgm) Trong đó : _= 488.9 x 6 x 3.5 =10266.9 _ m91 , m92 , k91 , k92, : các hệ số phụ thuộc vào tỉ số , tra theo bảng 1-19 sổ tay thực hành kết cấu công trình. 4.2.4. Tính toán cốt thép . Bản nắp được tính theo cấu kiện chịu uốn. , Kiểm tra hàm lượng cốt thép: µmin =0.1% < µmax =< µmax =3.28% Hợp lý trong khoảng 0.3% < m < 0.9% Bảng số liệu tính toán Bê tông M350 Cốt thép CII Ra (kG/cm2) Bề rộng b (cm) a (cm) hnắp (cm) h0 (cm) mmax % Rn αo E (kG/cm2) (kG/cm2) 155 0.55 3.1x105 2600 100 1.5 8 6.5 3.28 Bảng tính toán cốt thép bản nắp Kí hiệu ô bản Gía trị momen (KGm) A g Fatt Thép chọn m (%) (cm2) f (mm) a (mm) Fa(cm2) S1 Mnd 70.84 0.0108 0.9946 0.42 8 200 2.51 0.386 Mnn 205.34 0.0314 0.9841 1.23 8 200 2.51 0.386 Mgd 156.06 0.0238 0.9879 0.93 8 200 2.51 0.386 Mgn 499.96 0.0763 0.9602 3.08 8 160 3.01 0.463 4.3. TÍNH BẢN ĐÁY. 4.3.1. Sơ đồ tính. Bản đáy chia làm 4 ô có kích thước hoán toàn giống nhau nên ta lấy 1 ô điển hình đề tính. Sơ đồ tính như sau: Hình 4.4 : Sơ đồ tính bản đáy 4.3.2. Xác định tải trọng. _ Tĩnh tải: (Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo bản đáy Bảng tính toán các lớp cấu tạo bản đáy STT Vật liệu Chiều dày (m) g (kG/cm3) n Tĩnh tải tính toán (kG/m2) 1 Lớp gạch men 0.01 2000 1.1 22 2 Lớp vữa lót 0.02 1800 1.3 46.8 3 BT chống thấm 0.02 2000 1.1 44 4 Bản đáy BTCT 0.12 2500 1.1 330 5 Lớp vữa trát 0.015 1800 1.3 35.1 Tổng cộng 0.185 477.9 _ Trọng lượng nước : = 1.1 ´ 1000 ´ 1.8 = 1980 ( kG/m2). _Hoạt tải sửa chữa : , do đó không cần kể vào trong quá trình tính toán vì khi có nước thì không sửa chữa. _Tổng tải trọng tác dụng vào bản đáy: . 4.3.3. Tính toán nội lực . Ta có , bản đáy làm việc theo 2 phương ,bản đáy được tính theo sơ đồ số 9 , ô bản đơn . Nội lực được tính theo công thức sau : _ Moment ở nhịp trong phương ngắn: Mnn = m91 ´ P =0.0202 x 25807.95 = 521.32 (kgm) _ Moment ở nhịp trong phương dài: Mnd = m92 ´ P = 0.0147 x 25807.95 = 379.38 (kgm) _ Moment ở gối trong phương ngắn: Mgn = k91 ´ P = 0.0464 x 25807.95 = 1197.48 (kgm) _ Moment ở gối trong phương dài: Mgd = k92 ´ P = 0.0339 x 25807.95 = 874.89 (kgm) Trong đó : _= 2457.9 x 3 x 3.5 =25807.95 _ m91 , m92 , k91 , k92, : Các hệ số phụ thuộc vào tỉ số , tra theo bảng 1-19 sổ tay thực hành kết cấu công trình. 4.3.4. Tính toán cốt thép. Bản đáy được tính theo cấu kiện chịu uốn. Kiểm tra hàm lượng cốt thép: µmin =0.1% < µmax =< µmax =3.28% Hợp lý trong khoảng 0.3% < m < 0.9% Bảng số liệu tính toán Bê tông M350 Cốt thép CII Ra (kG/cm2) Bề rộng b (cm) a (cm) hđáy (cm) h0 (cm) mmax % Rn αo E (kG/cm2) (kG/cm2) 155 0.55 3.1x105 2600 100 2 12 10 3.28 Bảng tính toán cốt thép bản đáy Kí hiệu ô bản Gía trị momen (KGm) A g Fatt Thép chọn m (%) (cm2) f (mm) a (mm) Fa(cm2) S1 Mnd 379.38 0.0245 0.9876 1.48 8 200 2.51 0.251 Mnn 521.32 0.0336 0.9829 2.04 8 200 2.51 0.251 Mgd 874.89 0.0564 0.9709 3.47 8 120 4.02 0.402 Mgn 1197.5 0.0773 0.9598 4.80 8 100 5.022 0.502 4.4. TÍNH BẢN THÀNH . 4.4.1. Sơ đồ tính . Bản thành được chia làm 2 ô có bề rộng là B1=6 (m) và B2=7 (m) , chiều cao của bản thành là h=1.8 (m) Ta có bản thành làm việc một phương . Cắt theo phương cạnh ngắn của bản 1 dải có bề rộng 1m để tính , sơ đồ tính như sau: Hình 4.5 : Sơ đồ tính bản thành 4.4.2. Xác định tải trọng. _ Áp lực nước phân bố hình tam giác lớn nhất ở đáy bể : = 1.1 ´ 1000 ´ 1.8 = 1980 ( kG/m2). _ Tải trọng gió ở độ cao 36.6 (m) Wđ = Wo ´ k ´ c ´ n = 83 ´ 0.943 ´ 0.8 ´ 1.2 = 75.14 kG/m2 Wh = Wo ´ k ´ c ´ n = 83 ´ 0.943´ 0.6 ´ 1.2 = 56.35 kG/m2 Trong đó : _ Wo : Áùp lực gió tiêu chuẩn , Wo =83 (kG/m2 ) theo TCVN 2737-1995 “Tải trọng và tác động” _ k : Hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao và dạng địa hình Với H=36.6 (m), địa hình dạng C suy ra k= 0.943 _ C : Hệ số khí động xác định theo bảng 6, TCVN2737-1995 C=0.8 : đối với phía đón gió. C=0.6 : đối với phía hút gió. _ n = 1.2 : Hệ số vượt tải. Hình 4.6 : Sơ tải tác trọng dụng vào bản thành Các trường hợp gây nguy hiểm cho hồ nước: _ Nước đầy + gió hút . _ Không có nước + gió đẩy . Tuy nhiên trường hợp 1 gây nguy hiểm cho hồ nước hơn nên ta tính thép hồ nước theo trường hợp này. 4.4.3. Tính toán nội lực. Dùng phần mềm SAP2000 để giài , kết quả như sau: Hình 4.6 : Biểu đồ momen bản thành(kgm) 4.4.4. Tính toán cốt thép . Bản thành được tính như cấu kiện chịu uốn . , Kiểm tra hàm lượng cốt thép: µmin =0.1% < µmax =< µmax =3.28% Hợp lý trong khoảng 0.3% < m < 0.9% Bảng số liệu tính toán Bê tông M350 Cốt thép CII Ra (kG/cm2) Bề rộng b (cm) a (cm) hthành (cm) h0 (cm) mmax % Rn αo E (kG/cm2) (kG/cm2) 155 0.55 3.1x105 2600 100 2 12 10 3.28 Bảng tính toán cốt thép bản thành Kí hiệu ô bản Gía trị momen (KGm) A g Fatt Thép chọn m (%) (cm2) f (mm) a (mm) Fa(cm2) Bản thành Mchân 448.92 0.0290 0.9853 1.75 8 200 2.51 0.251 Mbụng 204.18 0.0132 0.9933 0.79 8 200 2.51 0.251 4.4.5. Kiểm tra nứt .(theo trang thái giới hạn thứ 2). Theo TCVN 5574 – 1991: Trong đó: : Khe nứt giới hạn; K = 1: cấu kiện chịu uốn; C : Hệ số , xét đến tính chất tác dụng của tái trong. C = 1 : với tác dụng ngắn hạn của tải trọng . : Hệ số xét đến tính chất bề mặt của cốt thép. : đối với cốt thép tròn trơn. Ea = 2.1 x 106 kG/cm2; ; Z1 = g ´ ho; P = 100µ = 100.; d: Đường kính cốt thép chịu lực tính bằng mm Vậy : Bảng kết quả kiểm tra nứt bản đáy Bản đáy Mtc (kGm) ho (cm) Fa (cm2) A g Z1 (cm) sa (kG/cm2) 2000m an (mm) Nhip dài 343 10 2.51 0.0221 0.9888 9.888 1382.01 5.02 0.111 Nhịp ngắn 471.3 10 2.51 0.0304 0.9846 9.846 1907.06 5.02 0.153 Gối dài 790.9 10 4.02 0.0510 0.9738 9.738 2020.35 8.04 0.155 Gối ngắn 1083 10 5.02 0.0698 0.9638 9.638 2237.51 10.04 0.166 Bảng kết quả kiểm tra nứt bản thành Bản Thành Mtc (kGm) ho (cm) Fa (cm2) A g Z1 (cm) sa (kG/cm2) 2000m an (mm) Tại bụng 407.8 10 2.51 0.0263 0.9867 9.867 1646.76 5.02 0.132 Tại chân 184.3 10 2.51 0.0119 0.9940 9.940 738.57 5.02 0.059 Vậy bản đáy , bản thành đảm bảo yêu cầu về độ nứt 4.5. TÍNH HỆ DẦM NẮP,DẦM ĐÁY. 4.5.1 Sơ đồ tính Dầm đáy và dầm nắp tính toán bằng cách lập mô hình không gian trong ETABS để giải và tìm nội lực.trong mô hình này ta không nhâp bãn nắp , bản đáy , bản thành trực tiếp vào mô hình mà truyền tải từ chúng vào hệ dầm theo trường hợp tam giác hoặc hìng thang 4.5.2. Xác định tải trọng. _Trọng lượng bản thân của kết cấu máy sẽ tự tính. _Tải trọng từ các ô bản truyền vào hệ dầm sẽ được quy về dạng hình tam giác hoặc hình thang sau đó mới được nhập vào mô hình không gian của hệ dầm. Hình 4.7 : Sơ đồ truyền tải từ bản nắp(đáy) vào hệ dầm nắp(đáy) Bảng tính toán tải trọng tác dụng lên các dầm Dầm l1 (m) l2 (m) q (kG/m2) Loại tải qb.l1/2 (kG/m) Tổng tải (kG/m) DN1 3.5 6 488.9 Hình thang 855.58 855.58 DN2 3.5 6 488.9 Tam giác 855.58 855.58 DN3 3.5 6 488.9 Hình thang 855.58 1711.16 DĐ1 3 3.5 2457.9 Tam giác 3686.85 3686.85 DĐ2 3 3.5 2457.9 Hình thang 3686.85 3686.85 DĐ3 3 3.5 2457.9 Tam giác 3686.85 7373.7 DĐ4 3 3.5 2457.9 Hình thang 3686.85 7373.7 Ghi chú:đối với DN3,DĐ3,DĐ4 nằm giữa hai ô bàn liền kề nhau nêntông tải = 4.5.3. Tính toán nội lực. Dùng phần mềm ETABS để giải , kết quả nội lực như sau: Hình 4.8 : Biểu đồ momen hệ dầm nắp Hình 4.9 : Biểu đồ momen hệ dầm đáy Hình 4.10 : Biểu đồ lực cắt hệ dầm nắp Hình 4.11 : Biểu đồ lực cắt hệ dầm đáy 4.5.4. Tính toán cốt thép. 4.5.4.1. Tính toán cốt thép dọc. Cốt thép hệ dầm nắp , dầm đáy được tính theo cấu kiện chịu uốn . Kiểm tra hàm lượng cốt thép: µmin =0.15% < µmax =< µmax =3.28% Hợp lý trong khoảng 0.8% < m < 1.5% Sử dụng vật liệu như sau: _ Bê tông M350, Rn = 155 kG/cm2; _ Thép CII, Ra = 2600 kG/cm2. Rađ = 2100 kG/cm2 _ a = 5 (cm) khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép chịu kéo của bê tông Bảng tính toán cốt thép hệ dầm nắp Kí hiệu dầm Gía trị momen (KGm) b (cm) h (cm) a (cm) A g Ftta Fa chon m (%) (cm2) f (mm) (cm2) DN1(20x40) Mn 1805.12 20 40 5 0.0475 0.9756 2.03 2f14 3.08 0.44 Mg 2172.67 20 40 5 0.0572 0.9705 2.46 3f12 3.39 0.48 DN2(25x40) Mn 5841.19 25 40 5 0.1231 0.9341 6.87 1f16 +2f18 7.1 0.81 Mg 5288.21 25 40 5 0.1114 0.9408 6.18 3f16 6.03 0.69 DN3(20x40) Mn 5526.22 20 40 5 0.1455 0.9210 6.59 1f16 +2f18 7.1 1.01 Mg 2178.75 20 40 5 0.0574 0.9704 2.47 2f14 3.08 0.44 Bảng tính toán cốt thép hệ dầm đáy Kí hiệu dầm Gía trị momen (KGm) b (cm) h (cm) a (cm) A g Ftta Fa chon m (%) (cm2) f (mm) (cm2) DĐ1(30x60) Mn 20378.4 30 60 5 0.1449 0.9214 15.47 5f20 15.7 0.95 Mg 9139.13 30 60 5 0.0650 0.9664 6.61 3f18 7.63 0.46 DĐ2(30x60) Mn 24568.08 30 60 5 0.1747 0.9033 19.02 5f22 19 1.15 Mg 13409.23 30 60 5 0.0953 0.9498 9.87 2f16 +2f20 10.3 0.62 DĐ3(25x50) Mn 17535.71 25 50 5 0.2235 0.8718 17.19 2f18 +4f20 17.7 1.57 Mg 6246.52 25 50 5 0.0796 0.9585 5.57 3f16 6.03 0.54 DĐ4(25x50) Mn 14825.48 25 50 5 0.1889 0.8944 14.17 2f16 +4f18 14.2 1.26 Mg 7384.04 25 50 5 0.0941 0.9505 6.64 3f18 7.63 0.68 4.5.4.2. Tính toán cốt cốt đai . Do kích thước các dầm nắp , dầm đáy không chênh nhau nhiều , đồng thời lực cắt gần xấp xỉ nhau nên ta sẽ chon một dầm nắp và một dầm đáy điển hình để tính toán cốt đai sau đó sẽ bố trí cho các dầm còn lại. Đối với dầm nắp ta chon dầm DN2 , đối với dầm đáy ta chon dầm DĐ2 . Tính toán cốt đai dầm nắp DN2 (25x40). Gía trị lực cắt lớn nhất từ biểu đồ lực cắt Qmax = 4558.88 (KG) Kiểm tra điều kiện : . Do đó không phải tăng tiết diện . . Vậy không phải tính cốt đai . Cốt đai sẽ được bố trí theo yêu cầu về cấu tạo như sau : _ Đối với đoạn ¼ nhip : _ Đối với đoạn giữa nhip . Như vậy khoảng cách cốt đai sẽ được bố trí như sau: _ Đoạn ¼ nhip : F8 U = 150 (mm) . _ Đoạn giữa nhịp : F8 U = 250 (mm) . Tính toán cốt đai dầm đáy DĐ2 (30x60). Gía trị lực cắt lớn nhất từ biểu đồ lực cắt Qmax = 15988.62 (KG) Kiểm tra điều kiện : . Do đó không phải tăng tiết diện . . Vậy phải tính cốt đai. _ Lực cắt mà cốt đai phải chịu : qđ = Chọn đai f8 với fđ = 0.503 cm2, đai 2 nhánh n = 2,thép CII có Rađ =2100 (KG/cm2) _ Khoảng cách tính toán: Utt = _ Khoảng cách tối đa giữa hai cốt đai : Umax = = _ Yêu cầu về cấu tạo : + Đối với đoạn ¼ nhịp : + Đối với đoạn giữa nhịp : Khoảng cách cốt đai được chọn là , do đó ta chọn như sau: _ Đối với đoạn ¼ nhịp : F8 U = 200 (mm) _ Đối với đoạn giữa nhịp : F8 U = 300 (mm) Tính toán cốt treo . Tại những nơi dầm phụ kê lên dầm chính phải gia cố thêm cốt thép bằng cách đặt thêm cốt treo vào . Ở đấy ta tính cho trường hợp dầm đáy DĐ4 gác lên dầm đáy DĐ1 sau đó dùng kết quả náy bố trí cho các dầm còn lại . Lực tập trung do dầm phụ đặt vào dầm chính là : P1 bao gồm : _ Trọng lượng bản thân dầm phụ . _ Tĩnh tải sàn truyền vào . _ Hoạt tải sàn truyền vào . Kết quả được lấy từ phần mềm ETABS sau khi chạy hệ dầm không gian là : P1 = 14064.34 (KG) Diện tích các lớp cốt treo cần thiết : Ftr = P1/Ra = 14064.34/2100 = 6.7(cm2) Số lượng cốt treo cần thiết ở mỗi phía của dầm phụ gối lên dầm chính là : m = (đai) Đoạn cần bố trí cốt đai gia cường : b2 = bdp + 2h1 = bdp + hdc – hdp = 45 cm Ta sẽ bố trí 4 đai ở mỗi bên mép dầm phụ Tại những nơi dầm phụ gối lên dầm chính ta đặt cốt treo 5f8u50 . Chi tiết kết cấu xem bản vẽ KC- 3/6