kết cấu hồ nước

kết cấu hồ nước

CHƯƠNG 3 : KẾT CẤU HỒ NƯỚC

A / TÍNH BẢN :

1) Bản đáy hồ nước :

Chọn chiều dày bản đáy là 12 cm để thiết kế

a/ Tải trọng :

• Tĩnh tải :

(m)

γ

Tĩnh tải tính toán (KG/m2)

* Hoạt tải : tải trọng do bơm nước ( cao 2 m )

ptt = n ×γ× h = 1 × 1000 × 2 = 2000 (KG/m2)

* Tổng tải trọng tác dụng lên bản đáy :

qt t = ptt + gtt = 2000 + 440 = 2440 (KG/m2)

b/ Sơ đồ tính :

Bản làm việc theo 2 phương 2

1

l

l = 4.8

3.3= 1.45 < 2 Tính toán theo sơ đồ dàn hồi với bản đơn Tra bảng các hệ số ứng với sơ đồ 9 ( bản ngàm 4 cạnh )

PHẦN KẾT CẤU – Chương 3 : HỒ NƯỚC Trang 17

DĐ1

C1

B1

Cột 300x300

Tính toán các ô bản theo sơ đồ đàn hồi ; tra bảng các hệ số m91 ;m92 ; k91 ; k92

M1 = m91× qS× l1× l2 ; M2 = m92× qS× l1× l2

MI = k91 × qS× l1× l2 ; MII = k92× qS× l1× l2

Giả thiết : abv = 2 cm ; → ho = 10 cm

o

M

Rn b h× × ; γ = 0.5 × (1+ 1 2A− )

o

M Fa

Ra h

γ

=

o

Fa

b h

=

× với thép AII : Ra = 2700 (KG/cm2) Bêtông mác 300 : Rn = 130 (KG/cm2)

l1

m

L2

Kg.m

MI

kg.m

M2

kg.m

MII

kg.m

d/ Tính thép :

m

ho

chọn

e/ Kiểm tra nứt ở bản đáy :

Theo TCVN 5574 – 1991 :

• Cấp chống nứt cấp 3 : agh = 0.25 mm

• Khi tính với tải trọng dài hạn giảm đi 0.05 mm nên agh = 0.20 mm

• Kiểm tra nứt theo điều kiện : an ≤ agh

Với : an = K × C × η × a

a E

σ

( 70 – 20×P ) 3 d

K : hệ số phụ thuộc loại cấu kiện ; cấu kiện uốn K = 1

C : hệ số kể đến tác dụng của tải trọng dài hạn C = 1.5

η : phụ thuộc tính chất bề mặt của cốt thép, thép thanh tròn trơn

η=1.3 ; thép có gân η = 1

Ea : 2.1 × 106 (KG/cm2)

σa =

1

tc M

Fa Z× =

0

( )

tc M

Fa γ h ; Mtc = Mtt × 0.907

tc

tt tt

q

M

P = 100 µ

d : đường kính cốt thép chịu lực

Vậy : an = 3

6

1 1.5 1

(70 20 100 ) 2.1 10× × σa − × µ d

×

BẢNG KIỂM TRA NỨT ĐÁY HỒ

Kgm

Ho

C m

Fa

(mm)

Ta thấy an < agh nên đáy hồ thỏa mãn điều kiện về khe nứt

2) Tính bản thành hồ :

Chọn chiều dày thành bản hồ là 12 cm để thiết kế

a/ Tải trọng :

• Aùp lực nước phân bố hình tam giác Aùp lực nước lớn nhất ở đáy hồ : qntt = n×γ×h = 1.1×1000× 2 = 2200 (KG/cm2)

• Tải trọng gió : xem gió tác dụng phân bố đều lên thành hồ Xem gió tác dụng phân bố đều lên thành hồ :

Gió đẩy qđẩytt = 160 (KG/m2) Gió hút qhúttt = 120 (KG/m2)

b/ Sơ đồ tính :

Bản làm việc theo kiểu bản một phương với 2

1

4.8 2.4 2

l

l = = > 2 ; vì vậy cắt một dãy có bề rộng 1 m theo phương cạnh ngắn để tính

Sơ đồ tính : dầm một đầu ngàm , một đầu khớp chịu tải phân bố tam giác Các trường hợp tác dụng của tải trọng lên thành hồ :

 Hồ đầy nước , không có gió

 Hồ đầy nước có gió đẩy

 Hồ đầy nước, có gió hút

 Hồ không có nước , có gió đẩy (hút)

Tải trọng gió nhỏ hơn nhiều so với áp lực của nước lên thành hồ , ta thấy trường hợp nguy hiểm nhất cho thành hồ là : Hồ đầy nước + gió hút

PHẦN KẾT CẤU – Chương 3 : HỒ NƯỚC Trang 19

nhịp

p=2 (T/m) q=0.12 (T/m)

Mg

c/ Nội lực :

Mg = -0.59 (T.m) = - 59000 (KG.cm)

d/ Tính thép :

Moment gối lớn nên dùng Mg để tính cốt thép cho thành bể ; dự kiến đặt thép 2 lớp chịu cả Mnhịp (thiên về an toàn) để dễ thi công và chịu Mg theo chiều ngược lại khi hồ không có nước

M

(KGcm)

Ho

Fa

Fa chọn

Kiểm tra khe nứt :

Mtc

KGcm

Ho

Z1

(cm) (kg/cmσa 2) 100 µ

d (mm)

an

(mm)

Ta thấy an < agh nên thành hồ thỏa mãn điều kiện về khe nứt

3) Tính bản nắp hồ :

Chọn bề dày bản nắp là 8 cm để thiết kế

a/ Kích thước :

b/ Tải trọng :

Trọng lượng bản thân nắp hồ : gtt = 1.1 × 0.08 × 2500 = 220 (KG/m2)

DN C1

B1

Cột 300x300

DN

Hoạt tải sửa chữa : ptt = 1.3 × 75 = 97.5 (KG/m2)

⇒ tải trọng tổng cộng tác dụng lên nắp : qtt = 220 + 97.5 = 317.5 (KG/m2)

c/ Sơ đồ tính :

Bản làm việc theo 2 phương : 2

1

6.6 1.375 4.8

l

hồi với bản đơn , các hệ số tra bảng với sơ đồ 9 m91 ;m92 ; k91 ; k92

M1 = m91× qS× l1× l2 ; M2 = m92× qS× l1× l2

MI = k91 × qS× l1× l2 ; MII = k92× qS× l1× l2

Giả thiết : abv = 1.5 cm ; → ho = 6.5 cm

o

M

Rn b h× × ; γ = 0.5 × (1+ 1 2A− )

o

M Fa

Ra h

γ

=

o

Fa

b h

=

× với thép AII : Ra = 2700 (KG/cm2) Bêtông mác 300 : Rn = 130 (KG/cm2)

l1

2

I

2

II

KG.m

d/ Tính thép :

Fachọn

Cạnh

Ngắn

Cạnh

Dài NhịpGối 252111 6.5 0.0466.5 0.020 0.9760.989 1.470.64 φφ8 a1508 a200 3.352.51 0.520.39

B/ TÍNH HỆ ĐÀ :

1/ Tính hệ đà nắp : chọn sơ bộ tiết diện đà

PHẦN KẾT CẤU – Chương 3 : HỒ NƯỚC Trang 21

ĐN2 (200×350)

C1

B1

ĐN2 (200×350)

Tải trọng phân bố lên các đà nắp = tải trọng phân bố từ bản nắp qtt = 317.5 (KG/m2) và trọng lượng bản thân đà

•ĐN1(200×300):q= 5317.54.8

•ĐN2(200×350):q’=317.54.8

2 ×0.784 + 1.1×0.2×(0.35-0.08)×2500=745.41KG/m

ĐN2 (200 × 350) : tính theo cấu kiện chịu uốn hình chữ nhật

 Thép nhịp :chọn thử : a = 4 (cm)

M

KG.m

B

(cm)

Ho

(cm)

(cm2)

Chọn Thép

(cm)

2460(kg)

Mmax=4059.71(kg.m)

Q

6600

M

q=745.41(KG/m)

Biểu đồ nội lực ĐN2

(200×350)

1433(kg)

Mmax=1720.5(kg.m)

Q

4800

M

q=597.25(KG/m)

Biểu đồ nội lực ĐN1

(200×300)

4059.7 20 31 0.162 0.911 4.23 4φ12 4.524 0.729 2.9

 Thép gối : lấy 30% thép nhịp để bố trí = 0.3 × 4.524 = 1.357 (cm2)

Chọn 2 φ10 ( Fa = 1.57 cm2)

 Thép đai :

Q = 2460 (kg)

K1Rkbho = 0.6×10 ×20×27 = 3240 (kg)

KoRnbho = 0.35×130×20×27 = 24570 (kg)

Q < K1Rkbho⇒ không cần tính cốt đai ; chọn theo cấu tạo

Đoạn đầu dầm : chọn φ6 a150 , đai 2 nhánh

Đoạn cuối dầm : chọn φ6 a200, đai 2 nhánh

ĐN1 (200× 300) : tính theo cấu kiện chịu uốn tiết diện hình chử nhật

 Thép nhịp :chọn thử : a = 4 (cm)

M

o

(cm2) ChọnThép Fa

chọn

tk

(cm)

Thép gối : lấy 30% thép nhịp để bố trí = 0.3 × 2.262 = 0.786 (cm2)

Chọn 2 φ10 ( Fa = 1.57 cm2)

 Thép đai :

Q = 1433.76 (kg)

K1Rkbho = 0.6×10 ×20×27 = 3240 (kg)

KoRnbho = 0.35×130×20×27 = 24570 (kg)

Q < K1Rkbho⇒ không cần tính cốt đai ; chọn theo cấu tạo

Đoạn đầu dầm : chọn φ6 a150 , đai 2 nhánh

Đoạn cuối dầm : chọn φ6 a200, đai 2 nhánh

2/ Tính hệ đà đáy : hệ đà đáy được tính như hệ dầm giao nhau tựa trên các

cột Sơ đồ tính như sau

PHẦN KẾT CẤU – Chương 3 : HỒ NƯỚC Trang 23

2 Vách

6.6 m ĐĐ1

ĐĐ 1

* Chọn sơ bộ kích thước tiết diện các đà đáy hồ :

 ĐĐ 1 : chọn (b×h) = (0.4× 0.6) m

 ĐĐ 2 : chọn (b×h) = ( 0.3 × 0.5) m

* Xác định tải trọng truyền lên các ĐĐ :

 ĐĐ 2 : tải trọng phân bố từ bản đáy và trọng lượng bản thân đà

q2 = 2440×3.3×0.808 + 1.1×0.3×(0.5 – 0.12)×2500 = 6820 (KG/m)

 ĐĐ 1 : tải trọng phân bố từ bản đáy + TLBT đà + trọng lượng thành hồ+ trọng lượng do ĐĐ2 truyền lên P = 19641 (kg)

q1 = 2440×5

8×

3.3

2 + 1.1×0.4×(0.6 – 0.12)×2500 + 0.2×2×2500 = 4044 (KG/m)

P = 19641 (kg)

* Xác định nội lực trong các các đà đáy :

 ĐĐ 2 : có q2 = 6820 (KG/m)

* Tính cốt thép cho ĐĐ 2 : dùng thép CIII có Ra = 3400 (KG/cm2); bêtông mác 300 có Rn = 130 (KG/cm2), Rk=10 (KG/cm2);thép đai AII Ra= 2700 (KG/cm2)

 Thép dọc : M > 0 tính theo tiết diện chữ T

Giả thiết : ho = 50 – 6 = 44 cm

Xác định bề rộng cánh bc : bc = b + 2C1

Với : C1 = min {1

2lo ; 1

6l ; 9hc} = min {225cm; 80 cm; 108 cm}

⇒ chọn C1 = 80 cm ⇒ bề rộng cánh bc = 30 + 80 = 110 (cm)

Xác định vị trí trục trung hòa :

Mc = Rn ×bc ×hc ×(h0 – 12hc ) = 130×110×12×(44 - 1212) = 6520800 (KG.cm)

16368(kg)

Mmax=19641.6(kg.m)

Q

4800

M

q=6820(KG/m)

Biểu đồ nội lực ĐĐ2 (300×500)

Ta thấy : Mmax = 1964100 (KG.cm) < Mc ; như vậy trục trung hòa đi qua cánh

0

1964100

130 110 44

M

Fa =

0

1964100

3400 0.963 44

a

M

Chọn 4φ18 + 2φ16 có Fa = 14.2 (cm2) ⇒

0

100

b h

2.6%

3400

n a

R R

> µ% =1.029 > µmin

Kiểm tra lại :ho = 50 – 4.9 = 45.1 (cm) > ho giả thiết : thỏa

Khoảng cách giữa 2 cốt thép : @ = 30 2 2 1.8 4

3

= 6.27 (cm) Diện tích cốt giá > 0.1%×b×ho = 0.1%×30×45.1= 1.353 (cm2)

⇒ chọn 2φ12 ( Fa = 2.26 cm2) làm cốt giá

 Tính cốt đai :

Kiểm tra các điều kiện hạn chế :

K1 ×Rk ×b×ho = 0.6×10×30×45.1= 8118 (KG)

Ko ×Rn ×b×ho = 0.35×130×30×45.1= 61562 (KG) Mà: K1 ×Rk ×b×ho < Q = 16368 (KG) < Ko ×Rn ×b×ho : nên cần phải tính cốt đai Lực cốt đai phải chịu : qđ =

0

16368

Q

Chọn đai φ6 với fđ = 0.283 cm2, đai 2 nhánh: n = 2; Rađ = 2700 (KG/cm2) Khoảng cách tính toán:

Ut = ad d 2700 2 0.28354.88

d

q

= 27.85 cm

Khoảng cách tối đa giữa hai cốt đai :

Umax = R Q k bh

2 0

5 1

= 1.5 10 30 45.12

16368

Khoảng cách cấu tạo của cốt đai :

Với h = 50cm, Uct ≤







 =

cm

cm h

30

16 3

Chọn U = Uct = 15cm

Tính lại :

qđ = R n f ad . d 2700 2 0.28315

U

× ×

Khả năng chịu lực cốt đai và bê tông:

0

PHẦN KẾT CẤU – Chương 3 : HỒ NƯỚC Trang 25

Như vậy, cốt đai và bê tông đủ khả năng chịu lực cắt, không tính cốt xiên Đặt cốt đai φ6 với U = 15 cm trong đoạn 1 1.2

4l= m gần gối tựa

Nếu kể cả đoạn dầm kê lên gối thì đoạn đặt đai dày là 1.2 + 0.3 = 1.5m Trong đoạn giữa dầm cốt đai được đặt với φ6a250

 ĐĐ 1 : có q1 = 4044 (KG/m) và P = 19641 (KG)

Tương tự DĐ1 có : M = 54427 (KG.m) và Q = 23166 (KG)

* Tính cốt thép cho ĐĐ 1: dùng thép CIII có Ra = 3400 (KG/cm2); bêtông mác 300 có Rn = 130 (KG/cm2), Rk=10 (KG/cm2);thép đai AII Ra= 2700 (KG/cm2)

 Thép dọc : tính theo cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật (400×600) Lấy chiều dày lớp bảo vệ là 2 cm ; giả thiết a =6 (cm) ⇒ ho= 54 (cm)

0

5442700

0.359

130 40 54

n

M

Fa =

0

5442700

3400 0.766 54

a

M

Chọn 4φ28 + 4φ22 ( Fa = 39.84 cm2) ⇒µmin <

0

100

b h

× 1.81 < µmax

Kiểm tra lại:ho =60 – 6.05 =53.95(cm) xấp xỉ ho giả thiết : chấp nhận được Khoảng cách giữa 2 cốt thép : @ = 40 2 2 2.8 4− × −3 × = 8.3 (cm)

Diện tích cốt giá > 0.1%×b×ho = 0.1% ×40 ×55= 2.2 (cm2)

⇒ chọn 2φ14 ( Fa = 3.078 cm2) làm cốt giá

 Thép đai :

Kiểm tra các điều kiện hạn chế :

K1 ×Rk ×b×ho = 0.6×10×40×54= 12960 (KG)

Ko ×Rn ×b×ho = 0.35×130×40×54= 98280 (KG) Mà: K1 ×Rk ×b×ho < Q = 23166 (KG) < Ko ×Rn ×b×ho : nên cần phải tính cốt đai Lực cốt đai phải chịu :

qđ =

0

23166

Q

Chọn đai φ8 với fđ = 0.503 cm2, đai 2 nhánh: n = 2; Rađ = 2700 (KG/cm2) Khoảng cách tính toán:

Ut = ad d 2700 2 0.50357.51

d

q

= 57.23 (cm)

Khoảng cách tối đa giữa hai cốt đai :

Umax = R Q k bh

2 0

5 1

= 1.5 10 40 542

23166

Khoảng cách cấu tạo của cốt đai :

Với h = 60cm, Uct ≤ 3 20

30

h cm cm

 =







Chọn U = Uct = 20 cm

Tính lại :

qđ = R n f ad . d 2700 2 0.50320

U

× ×

Khả năng chịu lực cốt đai và bê tông:

0

Q = 23166 (KG) < Qđb

Như vậy, cốt đai và bê tông đủ khả năng chịu lực cắt, không tính cốt xiên Đặt cốt đai φ6 với U = 20 cm trong đoạn 1 1.65

4l= m gần gối tựa

Nếu kể cả đoạn dầm kê lên gối thì đoạn đặt đai là 1.65 + 0.4 = 2.05 m Trong đoạn giữa dầm cốt đai được đặt với φ8a250

 Tính cốt treo : tại chổ ĐĐ 3 gác lên ĐĐ 1 cần được đặt cốt treo để gia cố dầm ĐĐ1

Cốt treo được đặt dưới dạng các cốt đai, diện tích cần thiết

Ftr =

a

R

q2

= 196413400 = 5.776 cm2

Dùng đai φ8, 2 nhánh, thì số lượng đai cần thiết:

5.776

5.7

tr d

F

Đặt mỗi bên mép dầm phụ 3 đai, trong đoạn h1

h1 = hdc – hdp = 60 – 50 = 10 cm ⇒ khoảng cách giữa các đai là 3.3 cm

PHẦN KẾT CẤU – Chương 3 : HỒ NƯỚC Trang 27