Tính toán và thiết kế bể nước mái

Tính toán và thiết bể nước mái nhà cao tầng phục vụ cho sinh hoạt cư dân, phạm vi tính toán và thiết kế thuộc phạm vi đồ án tốt nghiệp ngành kỹ thuật xây dựng bao gồm xác định thể tích nước sử dụng, sơ bộ kích thước cách cấu kiện bể nước mái, tính toán thép và bố trí cho các cấu kiện này

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ BỂ NƯỚC MÁI 1.1 KIẾN TRÚC Bể nước mái: cung cấp nước cho sinh hoạt phận cơng trình Sơ tính nhu cầu sử dụng nước sau, tịa nhà có 10 tầng: Từ tầng đến tầng 10 văn phòng, tầng có gồm văn phịng phịng chức năng, tầng lấy (m2/người) với diện tích sử dụng tầng 656 m2 Tổng số người tầng: N1 = 656 = 164 (người) Tổng số người tòa nhà (bao gồm số người tầng điển hình+ số người tầng trệt): N = 164 10 = 1640 (người)  Thể tích nước sử dụng nước là: Vsd  Q n k  Trong đó:  Q nhu cầu dùng nước lấy 15 l/người.ngày.đêm (Theo TCXD 33:2006 Tiêu chuẩn cấp nước – mạng lưới đường ống cơng trình)  n: tổng số người  k: hệ số điều hòa lấy 1.5  : số lần bơm ngày lấy Vsd = Q× n × k 15×1640×1.5 = = 36900  l  = 36.9  m  α  Thể tích nước sử dụng cho PCCC: Giả sử: + Sử dụng đầu phun Sprinkler để chữa cháy bên cơng trình; + Mật độ phun thiết kế yêu cầu: d = 0.08 l/m2; + Diện tích chữa cháy: S = 600 m2; + Diện tích tối đa Sprinkler: s = 12 m2; + Thời gian phun chữa cháy: t = 20 phút; + Khoảng cách tối đa Sprinkler: m; + Lưu lượng yêu cầu tối thiểu hệ thống: Q = d × S = 0.08 × 600 = 48 (l/s) = 172.8 (m3/h) + Lượng nước tối thiểu để chữa cháy vịng 20 phút: VPCCC = 172.8 × 1/3 = 57.6 m3 Vậy thể tích nước mà cơng trình sử dụng là: V = Vsd + VPCCC = 36.9 + 57.6 = 94.5  m  Kích thước mặt L1 × L2 = × 8.2 = 65.6 (m2) Chiều cao bể nước H = V/65.6 = 1.44 (m) Ta chọn chiều cao bể nước H = 1.5m 1.2 CẤU TẠO HỒ NƯỚC 1.2.1 Hệ khung Bể nước mái cấu tạo từ: nắp, đáy, thành hệ khung Bao gồm có hệ dầm cột: Hệ dầm nắp gồm: DN1, DN2, DPN1, DPN2 Hệ dầm đáy gồm: DD1, DD2, DPD1, DPD2 Chiều cao tiết diện dầm nắp DN1, DN2, DPN1, DPN2 sơ dầm phụ Chiều cao tiết diện dầm đáy DD1, DD2, DPD1, DPD2 sơ dầm C D Hình 6-1: Bố trí dầm nắp DD1(650x300) DD2(650x300) DD2(650x300) C DPD1(500x300) D DD1(650x300) Hình 6-2: Bố trí dầm đáy 1.2.2 Sơ cấu kiện  Chiều dày nắp: Sơ sàn theo công thức: hs  D L m Trong đó: + m = 30  35 sàn phương, L – cạnh phương chịu lực; + m = 40  45 sàn phương, L – cạnh ngắn; + D= 0.8  1.4 phụ thuộc vào tải trọng Ta được: hn  D 0.8 4 L 80 (mm)  m 40 Chọn hn = 100 (mm)  Chiều dày đáy: Sơ tương tự sàn nắp, đáy chịu tải trọng thân, cột nước cao 1.5m nên ta chọn dày nắp Chọn hd = 150 (mm)  Chiều dày thành: Chọn chiều dày thành ht = 150 (mm)  Chiều cao dầm: Chiều cao chiều rộng dầm sơ theo công thức: hd  L  1 b d    h d md ,  3 Trong md hệ số phụ thuộc vào tính chất khung tải trọng: + md = 12 –14 dầm chính; + md = 14 – 16 dầm phụ; + md = 16 – 18 dầm trực giao; + L – nhịp dầm Bảng 6-1: Tiết diện dầm Nhịp Kí hiệu dầm L dầm (m) Hệ số md Chiều cao hd Chiều rộng bd Tiết diện chọn bdxhd (m) (m) (m) Ghi DN1 8.2 16 0.51 0.2 200x500 DẦM NẮP DN2 16 0.5 0.2 200x400 DẦM NẮP DPN1, 8.2 18 0.45 0.2 200x500 DẦM PHỤ NẮP DD1 8.2 12 0.68 0.3 300x650 DẦM ĐÁY DD2 12 0.67 0.3 300x650 DẦM ĐÁY DPD1, 8.2 18 0.45 0.3 300x500 DẦM PHỤ ĐÁY  Lổ thăm bể: Chọn lổ thắm có kích thước 600 x 600 (mm)  Kích thước cột: b x h = 400 x 400 (mm) 1.3 GIẢ THIẾT TÍNH TỐN 1.3.1 Các Tính tốn theo sơ đồ đàn hồi, nhịp tính tốn tính theo trục dầm Tính tốn theo đơn Phân loại ô bản: L2 2 L  Ô làm việc phương L2 2 L  Ô làm việc phương Với L2, L1 nhịp dài nhịp ngắn ô Xét liên kết:  Đối với thành, điều kiện thi công sau nên chọn liên kết khớp  Đối với đáy, điều kiện không cho phép nứt chọn ô số 1.3.2 Hệ khung Tính theo sơ đồ đàn hồi Dùng phần mềm SAP2000 V20 để tính nội lực theo khung khơng gian 1.4 TÍNH TỐN BẢN NẮP Nắp bể đúc bê tơng tồn khối với thành bể 1.4.1 Tải trọng 1.4.1.1 Tĩnh tải Bảng 6-2: Tải trọng tĩnh tải STT Mô tả Trọng lượng riêng Chiều dày Tải trọng tiêu chuẩn kN/m3 mm kN/m2 Hệ số độ tin cậy Tải trọng tính tốn kN/m2 Vữa xi măng 18 20 0.36 1.3 0.47 Bản bê tông cốt thép 25 100 2.50 1.1 2.75 Vữa trát + chống thấm 18 30 0.54 1.3 0.7 Tổng cộng 3.4 3.92 1.4.1.2 Hoạt tải Nắp bể có hoạt động sửa chữa, khơng có hoạt tải sử dụng, ta lấy hoạt tải phân bố 75daN/m2 (theo TCVN 2737-1995) Hoạt tải sửa chữa tính tốn: p = 1.3 x 0.75 = 0.98 (kN/m2) Tổng tải trọng: q = g + p = 3.83 + 0.98 = 4.81(kN/m2) 1.4.2 Sơ đồ tính Tỉ số L2/L1 = 8/4.1 = 1.95< → nắp làm việc theo hai phương Tính tốn nắp bể theo dạng kê có cạnh ngàm (dạng sơ đồ 9) Hình 6-3: Sơ đồ tính 1.4.2.1 Tính cốt thép Với bê tơng B30 cốt thép CB240-T, CB400-V có: ξ R ,  R tính tốn tương tự theo mục 5.6.1 Cốt thép CB240-T: ξ R = 0.615; α R = ξ R (1- 0.5ξ R ) = 0.426 Cốt thép CB400-V: ξ R = 0.533; α R = ξ R (1- 0.5ξ R ) = 0.39 Tính: m  M   1   2 m  R R b bh o2 Diện tích cốt thép dọc cần thiết: A s  R b bh o RS Hàm lượng thép: + Cốt thép CB240-T (ϕ6-ϕ8):  0.1%   t   max 3% + Cốt thép CB400-V (ϕ10-ϕ50):  0.1%   t   max 2.6% Chọn a = abv – ϕ/2 khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bề mặt bê tông chịu kéo Chọn a bv 20 (mm) Với h = 100 (mm), b = 1000 (mm), abv = 20 (mm), h0 = h – a = h – (abv + ϕ/2) (chọn trước thép ϕ8 ϕ10, sau tính tốn kiểm tra lại) Bảng 6-3: Kết tính tốn nắp Tên L1 Vị trí sàn Bản nắp Nhịp Gối m 4 4 L2 m 4.1 4.1 4.1 4.1 L2/L1 1.03 1.03 1.03 1.03 Ô Phương Phương Phương Phương Sơ đồ 9 9 ho qCLHT qTLBT mm kN/m2 76 1.08 68 1.08 75 1.08 65 1.08 qHT qtotal 1 2 b1 b2 2 kN/m kN/m kN/m2 2.75 0.98 4.81 0.0183 2.75 0.98 4.81 0.0175 2.75 0.98 4.81 0.0427 2.75 0.98 4.81 0.0406 M1 M2 MI M II kNm 1.44 1.38 3.37 3.20 m 0.016 0.020 0.039 0.049  0.016 0.020 0.040 0.051 As f mm mm 101.3 Φ 108.5 Φ 145.5 Φ 10 160.3 Φ 10 a As Chọn mm a 200 a 200 a 200 a 200 mm 252 252 392 392 Như vậy, theo kết q tính tốn ta chọn: + Thép lớp phương nắp bố trí: ϕ10a200 + Thép lớp phương nắp bố trí: ϕ8a200 1.5 TÍNH TỐN BẢNTHÀNH 1.5.1 Tải trọng Hình 6-4: Sơ đồ tải trọng thân 1.5.1.1 Tải trọng ngang nước Biểu đồ áp lực nước có dạng tam giác tăng dần theo độ sâu Tại đáy bể (z = 1.5 m); p n n H 10 1.5 15(kN / m ) 1.5.1.2 Tải trọng gió Cơng trình nằm quận 12 – TP Hồ Chí Minh thuộc vùng áp lực gió II-A, lấy W o = 83 (daN/m2) Cơng trình thuộc địa hình dạng C địa hình bị che chắn mạnh, có nhiều vật cản sát cao từ 10m trở lên Kiểm tra 0.40 0.43 0.37 0.41 Cao trình nắp bể: z = 39.1 (m) z  k t 1.844  gj   zt  2m t  39.8  1.844    400  20.14 0.96 Xem áp lực gió không thay đổi theo chiều cao thành bể  Tải trọng gió hút: Wh = n.Wo.c.k = 1.2x83x0.6x0.96 = 57.36 daN/m2 = 0.6 kN/m2  Tải trọng gió đấy: Wd = n.Wo.c.k = 1.2x83x0.8x0.96 = 76.49 daN/m2 = 0.8 kN/m2 1.5.1.3 Tĩnh tải Bảng 6-4: Tĩnh tải thành STT Mô tả Trọng lượng riêng Chiều dày Tải trọng tiêu chuẩn kN/m3 mm kN/m2 Hệ số độ tin cậy Tải trọng tính tốn kN/m2 Vữa xi măng 18 20 0.36 1.3 0.47 Bản bê tông cốt thép 25 150 3.75 1.1 4.13 Vữa trát + chống thấm 18 30 0.54 1.3 0.7 Tổng cộng 4.65 5.3 1.5.2 Sơ đồ tính Thành bể cấu kiện chịu nén lệch tâm, để đơn giản tính tốn thiên an toàn, bỏ qua trọng lượng thân thành bể, xem thành bể cấu kiện chịu uốn có cạnh ngàm vào đáy, cạnh bên ngàm vào thành vng góc, cạnh tựa đơn vào nắp L 8.2  4.1  H Xét tỉ lệ Bản làm việc phương theo phương cạnh H Cắt dải rộng 1m theo phương cạnh ngắn để tính tốn, đầu ngàm, đầu gối di động Nhận xét: Tổ hợp tải trọng bất lợi cho thành hồ hồ đầy nước, áp lực nước gió hút gây nguy hiểm cho thành hồ ÁP LỰC NƯỚC (kN/m) GIÓ HÚT (kN/m) Momen M 3-3 (kN.m) Hình 6-5: Nhập tải biểu đồ mơ men thành 1.5.3 Tính cốt thép Với bê tơng B30 cốt thép CB240-T, CB400-V có: ξ R ,  R tính tốn tương tự theo mục 5.6.1 Cốt thép CB240-T: ξ R = 0.615; α R = ξ R (1- 0.5ξ R ) = 0.426 Cốt thép CB400-V: ξ R = 0.533; α R = ξ R (1- 0.5ξ R ) = 0.39 Tính: m  M   1   2 m  R R b bh o2 Diện tích cốt thép dọc cần thiết: A s  R b bh o RS Hàm lượng thép: + Cốt thép CB240-T (ϕ6-ϕ8):  0.1%   t   max 3% + Cốt thép CB400-V (ϕ10-ϕ50):  0.1%   t   max 2.6% Chọn a = abv – ϕ/2 khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bề mặt bê tông chịu kéo Chọn a bv 30 (mm) Với h = 150 (mm), b = 1000 (mm), abv = 30 (mm), h0 = h – a = h – (abv + ϕ/2) (Chọn trước thép ϕ8 ϕ10, sau tính tốn kiểm tra lại) Bảng 6-5: Kết tính thép thành h0 Vị trí (mm ) As,tính Mome n (kNm) αm ξ toán (mm2 ) Khoản Thép g cách a (mm) As chọn (mm2 ) μ% Kiể m tra Gối 265 2.42 0.01 0.01 26 Φ10 a200 1131 2.1 0.02 Nhịp 266 1.1 0.00 0.00 Φ8 a200 1131 2.1 0.00 Hệ số độ tin cậy Tải trọng tính tốn Như vậy, theo kết q tính tốn ta chọn: + Thép lớp lớp năp bố trí: ϕ10a200 + Thép phương dài nắp bố trí: ϕ8a250 1.6 TÍNH TỐN ĐÁY BỂ 1.6.1 Tải trọng 1.6.1.1 Tĩnh tải Bảng 6-6: Tải trọng tĩnh tải STT Mô tả Trọng lượng riêng Chiều dày Tải trọng tiêu chuẩn kN/m3 mm kN/m2 kN/m2 Vữa xi măng 18 20 0.36 1.3 0.47 Bản bê tông cốt thép 25 150 3.75 1.1 4.13 Vữa trát + chống thấm 18 30 0.54 1.3 0.7 Tổng cộng 1.6.1.2 Hoạt tải Hoạt tải nước đầy bể (H = 1.5 m) p bd n H 10 1.5 15 (kN / m ) 4.65 5.3