CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI 1 5.1. CẤU TẠO BỂ NƯỚC MÁI 1 Bể nước mái được cấu tạo từ: bản nắp, bản đáy, bản thành và hệ khung 3 + Bản nắp: 3 Có bố trí lỗ thăm 600×600mm 3 + Bản đáy: 3 + Bản thành: Cao H = 1.8m, chiều dài theo hai phương là 8.05m và 8.6m 3 Chọn chiều dày bàn thành ht = 12.0 cm 3 + Hệ khung: bao gồm hệ dầm và cột 3 . Chọn hệ cột có tiết diện 400x400 mm2 3 . Hệ dầm nắp gồm: DN1, DN2, DN3, DN4 3 Chiều cao dầm chính: 3 5.2. GIẢ THUYẾT TÍNH TOÁN 4 BỐ TRÍ THÉP TẠI LỖ THĂM : 7 5.3.2. BẢN ĐÁY 8
doantotnghiepxaydungvn.com CHƯƠNG : THIẾT KẾ KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI 5.1 CẤU TẠO BỂ NƯỚC MÁI Hình 5.1 Mặt nắp đáy TRANG1 doantotnghiepxaydungvn.com Hình 5.2 Mặt cắt A-A TRANG2 doantotnghiepxaydungvn.com Bể nước mái cấu tạo từ: nắp, đáy, thành hệ khung + Bản nắp: - Quan niệm tính : Bản nắp chịu trọng lượng thân - Bản nắp cho phép nứt - Điều kiện chọn chiều dày nắp: n = L1 ≥ 60 60 50 δbn (cm) 8.05 δbnChon (cm) 9.00 Loại δbd ô sàn (cm) S2 4.03 4.30 1.07 phương 10.1 + Bản thành: Cao H = 1.8m, chiều dài theo hai phương 8.05m 8.6m Chọn chiều dày bàn thành ht = 12.0 cm + Hệ khung: bao gồm hệ dầm cột Chọn hệ cột có tiết diện 400x400 mm2 Hệ dầm nắp gồm: DN1, DN2, DN3, DN4 Hệ dầm đáy gồm: DD1, DD2, DD3, DD4 1 Chiều cao dầm chính: h dc = L dc 12 10 δbdChon (cm) 15 Tên cấu kiện SL L1 (m) L2 (m) L2/L1 Loại ô sàn phương S1 4.03 4.30 1.07 Có bố trí lỗ thăm 600×600mm + Bản đáy: - Quan niệm tính : Bản đáy chịu trọng lượng thân ,tải trọng nước - Bản đáy không cho phép nứt d = L1≥ 60 100 40 Tên cấu kiện SL L1 (m) L2 (m) L2/L1 1 Chiều cao dầm : h dp = L dp 16 12 Công thức sơ tiết diện hệ dầm – cột – sàn công trình dân dụng, khơng chứa loại vật liệu đặc biệt Đối với bể nước, ngồi việc sơ theo cơng thức cịn phải xét đến yếu tố chứa chất lỏng Do thơng thường theo kinh nghiệm chọn sau: Hệ dầm nắp: Chọn theo công thức trên, lấy giá trị thiên hướng nhỏ nắp chịu tải thân hoạt tải sửa chữa TRANG3 doantotnghiepxaydungvn.com Hệ dầm đáy: Ngoài việc sơ phải kiểm tra vòng lặp để chọn tiết diện phù hợp, thường thiên giá trị lớn đáy cịn đỡ trọng lượng nước TRANG4 doantotnghiepxaydungvn.com Tên cấu kiện SL bd x hd (mm) DN1 DN2 DN3 DN4 2 1 200x400 200x400 200x300 200x300 Tên cấu kiện SL bd x hd (mm) DD1 DD2 DD3 DD4 2 1 300x700 300x700 300x600 300x600 Tên cấu kiện SL bC x hd (mm) CỘT 400x400 5.2 GIẢ THUYẾT TÍNH TỐN 5.2.1 Bản nắp Tính đơn theo sơ đồ đàn hồi Vì tỷ số Hd/Hb>=3, nắp tính theo số (bản cạnh ngàm) Nhịp tính tốn tính từ trục dầm 5.2.2 Bản đáy Tính đơn theo sơ đồ đàn hồi Vì đáy khơng phép nứt, nên ta tính theo số (bản cạnh ngàm) Nhịp tính tốn tính từ trục dầm 5.2.3 Bản thành Xét tỉ số: l2/l1 = 8.6/1.8 = 4.78 > nên làm việc phương Cắt dải 1m theo phương cạnh ngắn L1 = 1.8m để tính Tính theo sơ đồ đàn hồi Nhịp tính tốn từ trục dầm 5.2.4 Hệ khung Tính theo sơ đồ đàn hồi Dùng phần mềm Etabs để tính nội lực khung khơng gian Nhịp tính tốn từ trục dầm, cột TRANG5 doantotnghiepxaydungvn.com 5.3 TÍNH TỐN CÁC BỘ PHẬN HỒ NƯỚC MÁI 5.3.1 Bản nắp 5.3.1.1 Tải trọng Tĩnh tải : Tải trọng thân kết cấu lớp hoàn thiện nắp g bn i i n i CÁC LỚP CẤU TẠO BẢN NẮP δ γ (cm) (kN/m3) Các lớp cấu tạo Lớp vữa lót Lớp BTCT Lớp vữa trát 2.0 9.0 1.5 Tổng 18.0 25.0 18.0 n 1.3 1.1 1.3 gtcbn (kN/m2) gttbn (kN/m2) 0.36 2.25 0.27 2.88 0.47 2.48 0.35 3.29 Hoạt tải : Hoạt tải sửa chữa nắp, lấy bảng ptcbn (kN/m2) n pttbn (kN/m2) 0.75 1.3 0.975 Tổng tải trọng tác dụng lên nắp qtc =gtc + ptc (kN/m2) qtt = gtt + ptt (kN/m2) 3.63 4.27 5.3.1.2 Sơ đồ tính Bản nắp tựa dầm nắp Vì Hd/Hb>=3: Nên liên kết dầm liên kết ngàm Chọn ô số ô cạnh ngàm để tính tốn Cắt theo phương dải có bề rộng b = 1m M II M M M M II q 1 M L1 M L1 I M I I L2 q L2 M Ii M Hình 5.3 Sơ đồ tính số 5.3.1.3 Xác định nội lực - Moment lớn lấy sau : + Tại nhịp : M1 1ql1l2 (kNm) TRANG6 doantotnghiepxaydungvn.com M 2ql1l2 (kNm) + Tại gối : M I 1ql1l (kNm) M II 2 ql1l (kNm) Với M1 :Moment lớn nhịp theo phương l1 M2 : Moment lớn nhịp theo phương l2 MI : Moment lớn gối theo phường l1 MII : Moment lớn gối theo phương l2 , : Các hệ số tra bảng tùy theo tỉ số l2/l1 q : Tổng tải trọng tính tốn (kN/m2) l1 ,l2 :Nhịp tính tốn theo hai phương q q tt b qtt : Tổng tải trọng tính tốn phân bố (kN/m2) b :bề rộng dải cắt 5.3.1.4 Các bước tính tốn thép - Giả thuyết a, tính ho = h - a - Tính m M ( R ) R b bh o 0.5(1 2 m ) - Diện tích cốt thép : M R s h o As - Tính bh bảo đảm o A s Rb : Cường độ chiu nén bêtông (Mpa) Rs : Cường độ chịu kéo tính tốn thép (Mpa) - Chọn bố trí cốt thép ,sau kiểm tra lại giá trị a Nếu sai lệch nhiều so với giả thuyết phải tính tốn lại - Nếu m R phải tăng kích thước tiết diện tăng cấp độ bền bêtơng TRANG7 doantotnghiepxaydungvn.com Bảng tính thép Ơ sàn bannap Loại hs a L1 L2 cm cm m m 9 9 2 2 4.025 4.300 L2/L1 q k1 m1 k2 m2 4.270 kNm/m kN/m2 1.07 MI M1 MII M2 0.0442 0.0190 0.0386 0.0167 3.265 1.401 2.852 1.237 0.039 0.017 0.034 0.015 0.980 0.992 0.983 0.993 Ast a cm2/m mm mm 2.12 0.90 1.84 0.79 8 8 200 200 200 200 Chọn thép Ø8a200 Ø8a200 Ø8a200 Ø8a200 Asc cm2/m % 2.51 2.51 2.51 2.51 0.36 0.36 0.36 0.36 Thép gối chọn theo cấu tạo Ø8a200 BỐ TRÍ THÉP TẠI LỖ THĂM : - Theo qui định diện tích thép bù vào phải > 1.2 diện tích thép cắt theo phương chịu lực - Asbu>= AsmatdiB, với B: cạnh lỗ thăm (vùng thép bị đi) Phần thép gối (lớp trên): Ø8a200 1m dài có As= 2.51cm2, B=0.6m Asbu>= 1.2AsmatdiB=1.2x 2.51x0.6= 1.81 cm2 Phần thép nhịp (lớp dưới): Ø8a200 1m dài có As= 2.51cm2, B=0.6m Asbu>= 1.2AsmatdiB= 1.2x 2.51x0.6= 1.81 cm2 Vì gối chịu moment dương, nên thơng thường cần gia cường thép vị trí lỗ thăm lớp trên, nhiên thép lớp bị vị trí lỗ thăm, để đảm bảo cấu tạo bê tơng cốt thép sinh viên bố trí gia cường cho thép lớp lớp Ta chọn lớp (lớp dưới) 2Ø12a50 có As= 2.26cm2 thỏa mãn yêu cầu TRANG8 doantotnghiepxaydungvn.com 5.3.2 BẢN ĐÁY 5.3.2.1 Tải trọng Tĩnh tải Tải trọng thân kết cấu lớp hoàn thiện nắp g bd i i n i CÁC LỚP CẤU TẠO BẢN ĐÁY δ (cm) Lớp vữa lót tạo dốc 4.0 Lớp chống thấm 2.0 Lớp BTCT 15.0 Lớp vữa trát 1.5 Tổng γ (kN/m3) 18.0 20.0 25.0 18.0 Các lớp cấu tạo n 1.3 1.2 1.1 1.3 gtcbn (kN/ m2) 0.72 0.40 3.75 0.27 5.14 gttbn (kN/ m2) 0.94 0.48 4.13 0.35 5.89 Tải trọng nước tác dụng lên đáy: p n nn h TẢI TRỌNG NƯỚC LÊN BẢN ĐÁY γn (kN/m3) h (m) qttn (kN/m2) n 10.0 1.71 1.0 17.10 Tổng tải trọng tác dụng lên đáy: qtt = gttbđ + qttn = 5.89 + 17.10 = 22.99 (kN/m2) 5.3.2.2 Sơ đồ tính Bản đáy chịu tải trọng thân nước Bản đáy không cho phép nứt ,để thiên an tồn ta chọn sơ đồ tính bốn cành ngàm Tính tốn theo số - Cắt ô làm hai dải ,theo hai phương dải chiều rộng b = 1m Tính tốn ,thép cho hai dải ,sau lấy cho toàn Hai dải ngàm cứng M II M M M M II q 1 M L1 M L1 I M I I L2 q L2 M Ii M Hình 5.4 Sơ đồ tính số - Cắt theo phương dải có bề rộng b = 1m 5.3.2.3 Nội lực Moment lớn lấy sau : TRANG9 doantotnghiepxaydungvn.com + Tại nhịp : M1 1ql1l2 (kNm) M 2ql1l2 (kNm) + Tại gối : M I 1ql1l (kNm) M II 2 ql1l (kNm) Với M1 :Moment lớn nhịp theo phương l1 M2 : Moment lớn nhịp theo phương l2 MI : Moment lớn gối theo phường l1 MII : Moment lớn gối theo phương l2 , : Các hệ số tra bảng tùy theo tỉ số l2/l1 q : Tổng tải trọng tính tốn (kN/m2) l1 ,l2 :Nhịp tính tốn theo hai phương q q tt b qtt : Tổng tải trọng tính tốn phân bố (kN/m2) b :bề rộng dải cắt 5.3.2.4 Các bước tính tốn thép (tương tự nắp) TRANG10 doantotnghiepxaydungvn.com Các đặc trưng Rbt,ser Es E's Eb b h a a' As A's ho h'o α α' Ared ξ x Ib0 Is0 I's0 Sb0 1.8 210000 210000 32000 1000 150 35 335 7.543/1.15= 6.56 115 150 6.5625 6.5625 152198.4375 0.507 58.33 66155691.83 1075827.464 4201642.98 Wpl 5799030.52 Mcrc Mcrc ≥ M 10.44 Thõa M Hs Bản sàn KIỂM TRA NỨT BẢN ĐÁY - TẠI NHỊP VỚI MOMENT NHỊP LỚN NHẤT Đơn Ghi vị Mpa Cường độ kéo tính tốn bê tơng B25 tính theo trạng thái giới hạn II Mpa Mô đun đàn hồi thép vùng chiu kéo AI Mpa Mô đun đàn hồi thép vùng chịu nén AI Mpa Mô đun đàn hồi bê tông B25 mm Bề rộng tiết diện tính tốn mm Chiều cao tiết diện tính tốn mm Khoảng cách từ tâm thép vùng chịu kéo đến mép ngồi bê tơng mm Khoảng cách từ tâm thép vùng chịu nén đến mép ngồi bê tơng mm2 Diện tích thép bố trí vùng chịu kéo,tại vị trí xét - Ø8a150 mm2 Diện tích thép bố trí vùng chịu nén, vị trí xét M momen ngoại lực tiết diện xét ( tính với tải tiêu chuẩn ) kNm để đơn giản thiên an toàn ta lấy M tc = M tt /1,15 mm Khoảng cách từ tâm thép chịu kéo đến mép ngồi bê tơng chịu nén, h = h - a mm Khoảng cách từ tâm thép chịu kéo đến mép bê tông chịu nén, h' = h -a' Tỷ số mô đun đàn hồi thép/ mô đun đàn hồi bê tông, α = Es /Eb Tỷ số mô đun đàn hồi thép/ mô đun đàn hồi bê tông, α' = E's /Eb mm Diện tích tiết diện ngang quy đổi coi vật liệu đàn hồi, Ared = bh + αAs + α'A's Chiều cao tương đối vùng chịu nén, ξ = - [bh + 2(1-a'/h)α'A's]/2A red mm Chiều cao vùng chịu nén, x = ξh0 mm4 Momen qn tính trục trung hịa tiết diện vùng bê tông chịu nén, I b0 = bx3 /3 mm4 Momen quán tính trục trung hịa diện tích cốt thép chịu kéo, Is0 = As(h - x - a)2 mm4 Momen quán tính trục trung hịa diện tích cốt thép chịu nén, I' s0 = A's(x - a')2 mm3 Momen tĩnh trục trung hịa diện tích vùng bê tông chịu kéo, S bo = b(h-x)2/2 mm3 Momen kháng uốn tiết diện thớ chịu kéo ngồi có xét đến biến dạng khơng đàn hồi bê tông vùng chịu kéo, Wpl = 2(Ibo + αIs0 + α'I's0 )/(h-x) + Sbo kNm Mô men chống nứt tiết diện xét, Mcrc = Rbt.ser Wpl kNm Mô men chống nứt tiết diện xét, Mcrc = Rbt.ser Wpl Kết luận: Bản sàn không xuất vết nứt theo TCVN 5574:2012 0.150 m TRANG20