CHƯƠNG 5 CẦU THANG THÉP VÀ BỂ NƯỚC NGẦM

CHƯƠNG 5 CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC NGẦM CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC NGẦM 63 A. CẦU THANG THÉP 1. GIỚI THIỆU : Cầu thang là phương tiện giao thông đứng chính trong công trình , cấu tạo chính bao gồm vế thang , trên vế thang có bậc thang (có thể xây gạch hoặc đổ bê tông), các lớp hoàn thiện, các vế thang nối với nhau thông qua chiếu nghỉ, chiếu tới và cuối cùng được đỡ bởi hệ thống dầm hoặc vách (cầu thang trong lõi cứng). Cầu thang là một yếu tố quan trọng về công dụng và nghệ thuật kiến trúc, nâng cao tính thẩm mỹ của công trình. Chiều rộng thân thang : tính từ mặt tường đến mép tay vịnh - Nhà ở thông thường : 1 – 1,4m - Nhà công nghiệp : 1,2 – 1,8m - Nhà công cộng : 1,4 – 2,0m Độ dốc và kích thước bậc thang Chiều cao bậc (h b ) và chiều rộng bậc (l b ) đều quan hệ chặt chẽ với bước chân người đi. 2. TÍNH TOÁN CẦU THANG THÉP CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC NGẦM 64 Bảng Tính CẦU THANG THÉP Tựa Đề Cầu thang thoát hiểm 5.1. MẶT BẰNG BỐ TRÍ CẦU THANG Hình 5.1. Cầu thang thép 5.2. TÍNH TOÁN CÁC THÀNH PHẦN CỦA CẦU THANG CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC NGẦM 65 5.2.1. Bậc thang 5.2.1.1. Đặc trưng vật liệu Giới hạn chảy thép bản : f yp = 350 N/mm 2 Module đàn hồi : E s = 210 kN/mm 2 Cấp độ bền bê tông : C20/25 Trọng lương riêng : γ = 25 (kN/m 3 ) Cường độ chịu nén mẫu hình trụ : f ck = 20 (N/mm 2 ) Cường độ chịu kéo mẫu hình trụ : f ctm = 2,2 (N/mm 2 ) Module đàn hồi cát tuyến : E cm = 29 (kN/mm 2 ) 5.2.1.2. Hệ số an toàn Tĩnh tải : γ G = 1,35 Hoạt tải : γ Q = 1,5 Bê tông : γ c = 1,5 Thép bản, thép kết cấu : γ ap , γ a = 1,1 5.2.1.3. Tải tọng tác dụng lên bậc thang Dựa trên bảng thông số và kích thước kiến trúc : Chọn chiều cao bậc thang h b là : 150 mm Bề rộng bậc thang là : 270 mm Tính toán sơ bộ chọn bề dày bản thép bậc thang 5 mm Bề dày lớp bê tông đổ trên bậc thang là 20 mm Hình 5.2. Kích thước hình học bậc thang Tĩnh tải Từ kích thước hình học bê trên, thực hiện bảng tính cho giá trị tĩnh tải : ST T Vật Liệu Chiều dày (m) γ (kN/m 3 ) Chiều rộng l b (m) Tĩnh tải tiêu chuẩn (kN/m) Tĩnh tải tính toán (kN/m) γG = 1,35 1 Bê tông 0,02 25 0,27 0,135 0,182 2 Thép bản 0,005 78,5 0,27 0,105 0,143 TỔNG CỘNG 0,24 0,325 Hoạt tải Giá trị hoạt tải tiêu chuẩn lấy theo qui định về tải trọng và tác động của TCVN 2737:1995 là 3 kN/m 2 . → 3 0,27 0,81 s p    (kN/m) Giá trị tính toán bằng : 0,81 1,5 1,215p    (kN/m) CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC NGẦM 66 Vậy tổng tải trọng tác dụng lên bậc thang bằng Giá trị tiêu chuẩn : q tc = 1,05(kN/m) Giá trị tính toán : q = 1,215+0,325 =1,54 (kN/m) 5.2.1.6. Kiểm tra khả năng chịu lực Sơ đồ tính bậc thang là dầm đơn giản Hình 5.3. Sơ đồ tính bậc thang Giá trị mômen lớn nhất giữa nhịp : 22 max 1,54 1,2 0,28 88 ql M     (kNm) Giả sử chỉ có bản thép trong bậc thang chịu kéo Mômen kháng của bản thép : 22 270 5 1125 66 bh W     (mm 3 ) Khả năng chịu mômen dương của bản thép : 1125 350 357954,5 1,1 y Rd a f MW      (Nmm) =0,35(kNm) →OK 5.2.2. Dầm limon thép 5.2.2.1. Kích thước hình học dầm limon thép Giả sử chọn tiết diện dầm limon thép là tiết diện thép cán nóng CH 160x18: - Chiều cao H = 160 mm - Bề rộng cánh B =65 mm - Bề dày cánh T = 10 mm - Bề dày bụng t = 7,2 mm - Bán kính R = 9 mm - Bán kính r = 5,5 mm - Mômen quán tính I x-x =900 cm 4 - Mômen kháng uống W x-x = 113 cm 3 - Bán kính quán tính r x = 6,22 cm Hình 5.4. Tiết diện dầm limon CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC NGẦM 67 5.2.2.2. Tải trọng tác dụng lên dầm limon Lực tập trung truyền từ mỗi bậc thang lên dầm : Tĩnh tải Giá trị tiêu chuẩn : , 0,24 1,2 0,144 22 bt tc qL p     (kN) Giá trị tính toán : 0,325 1,2 0,195 22 bt qL p     (kN) Hoạt tải Giá trị tiêu chuẩn : , 0,81 1,2 0,486 22 bt tc qL p     (kN) Giá trị tính toán : 1,215 1,2 0,729 22 bt qL p     (kN) Phần chiếu nghỉ cấu tạo tương tự như bậc thang Tĩnh tải ST T Vật Liệu Chiều dày (m) γ (kN/m 3 ) Chiều rộng l b (m) Tĩnh tải tiêu chuẩn (kN/m) Tĩnh tải tính toán (kN/m) γG = 1,35 1 Bê tông 0,02 25 1,2 0,6 0,81 2 Thép bản 0,005 78,5 1,2 0,471 0,636 TỔNG CỘNG 1,071 1,45 TẢI TRỌNG LÊN 1 DẦM LIMON 0,54 0,725 Hoạt tải Giá trị hoạt tải tiêu chuẩn lấy theo qui định về tải trọng và tác động của TCVN 2737:1995 là 3 kN/m 2 . → 3 1,2 3,6 s p    (kN/m) Giá trị tính toán bằng : 3,6 1,5 5,4p    (kN/m) Tải trọng lên 1 dầm : p cn,tc = 3,6/2 = 1,8 (kN/m) p cn = 5,4/2 = 2,7 (kN/m) Tổng tải trọng tác dụng lên phần chiếu nghỉ : Giá trị tiêu chuẩn : q cn,tc = 1,8+0,54 =2,34 (kN/m) Giá trị tính toán : q cn = 2,7 + 0,725= 3,425 (kN/m) Trọng lượng bản thân của dầm sẽ khai báo để SAP2000 kể đến trong lúc tính toán. 5.2.2.3. Kiểm tra khả năng chịu lực Sơ đồ tính dầm limon thép: chọn 2 đầu gối tựa là liên kết khớp để thuận tiện cho tính toán và cấu tạo liên kết sau này. Do 2 vế thang giống nhau về cấu tạo lẫn kích thước, nên sẽ thực hiện tính toán trên 1 CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC NGẦM 68 vế : Hình 5.5. Sơ đồ tính dầm limon Hệ số tổ hợp cho tĩnh tải là 1,35 , hoạt tải là 1,5 được gán vào SAP2000 Biểu đồ và giá trị mômen sau khi giải : Hình 5.6. Mômen uốn trong dầm limon thép Giá trị M max = 15,53 (kNm) Khả năng chịu lực của dầm limon thép : ,, 260 113 1000 26709090,9 1,1 y el Rd el x x a f MW        (Nmm) = 26,7(kNm) → OK Độ võng lớn nhất δ max = 0,023 (m) ≤ L/250 = 5.94/250 = 0,0237 → OK Hình 5.7. Chuyển vị trong dầm limon thép CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC NGẦM 69 Nhận xét : Tuy dầm được chọn thỏa trạng thái giới hạn tới hạn (TTGH1) và tương đối dư nhưng để thỏa trạng thái giới hạn sử dụng (TTGH2) nên tiết diện chọn là hợp lý. 5.2.3. Dầm đỡ chiếu nghỉ 5.2.3.1. Kích thước hình học dầm đỡ chiếu nghỉ Giả sử chọn tiết diện dầm đỡ chiếu nghỉ là tiết diện thép cán nóng I 160x18: - Chiều cao H = 160 mm - Bề rộng cánh B =80 mm - Bề dày cánh T = 9,2 mm - Bề dày bụng t = 6 mm - Bán kính R = 9 mm - Bán kính r = 4,5 mm - Mômen quán tính I x-x =993 cm 4 - Mômen kháng uống W x-x = 124 cm 3 - Bán kính quán tính r x = 6,49 cm Hình 5.8. Tiết diện dầm đỡ chiếu nghỉ 5.2.3.2. Tải trọng tác dụng lên dầm đỡ chiếu nghỉ Sơ đồ tính dầm đỡ chiếu nghỉ là dầm đơn giản chịu tải tập trung do phản lực của dầm limon truyền vào, với gối tựa là 2 đầu cột. Hình 5.9. Sơ đồ tính dầm đỡ chiếu nghỉ Giá trị tiêu chuẩn do phản lực từ dầm limon thép Tĩnh tải : 2,09 (kN) Hoạt tải : 5,08 (kN) 5.2.3.3. Kiểm tra khả năng chịu lực Thực hiện gán các giá trị tiêu chuẩn vào mô hình trong SAP2000, với các hệ số tổ hợp cho tĩnh tải là 1,35 và hoạt tải là 1,5. Biểu đồ và giá trị mômen sau khi giải CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC NGẦM 70 Hình 5.10. Mômen uốn trong dầm limon thép Giá trị M max = 19,74 (kNm) Khả năng chịu lực của dầm limon thép : ,, 260 124 1000 29309090,91 1,1 y el Rd el x x a f MW        (Nmm) = 29,3(kNm) → OK Độ võng lớn nhất δ max = 0,00647 (m) ≤ L/250 = 3,2/250 = 0,01283 → OK Hình 5.11. Chuyển vị trong dầm đỡ chiếu nghỉ 5.2.4. Liên kết bậc thang với dầm limon Dùng thép góc 50x50x4 để nối bậc thang với dầm limon Chọn liên kết bậc thang với dầm limon là liên kết hàn với chiều cao đường hàng s = 4 mm → chiều dày đường hàn 4 2,82 22 s a  mm Bố trí đường hàn như hình vẽ : Hình 5.12. Chi tiết liên kết bậc thang với dầm limon Chiều dài đường hàn góc cạnh : l eff = (50-10) = 40 (mm) Khả năng chịu lực của đường hàn góc : CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC NGẦM 71 , 2 520 2,82 80 60204 3 3 0,9 1,25 u eff w Rd wM f al F       (N)=60,2(kN) Lực cắt do tải trọng gây ra : 1,54 1,2 0,924 22 Ed ql V     (kN) Vậy chọn đường hàn 4mm là thỏa. 5.2.5. Liên kết dầm limon với dầm đỡ chiếu nghỉ và dầm chính Hình 5.13. Chi tiết liên kết dầm limon với dầm đỡ chiếu nghĩ và dầm chính Giá trị lực cắt tại vị trí liên kết : Nhận xét : ta thấy giá trị lực cắt lớn nhất là 10,52 kN, vậy giá trị dùng để tính toán liên kết chính là V Ed = 10,52 kN Chọn loại liên kết bản mã có kích thước như sau : [...]... - Khi bể đầy nước và chưa lắp đất : chỉ có áp lực nước tác dụng vào thành bể - Khi bể không có nước : chỉ có áp lực đất tác dụng vào thành bể Cắt dải có bề rộng 1m xem như dầm một đầu ngàm vào đáy bể, đầu còn lại liên kết khớp với nắp Sơ đồ tính toán thành bể như sau : 2.2.2 Tải trọng : 86 CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC NGẦM  Khi bể đầy nước và chưa lắp đất : chỉ có áp lực nước tác dụng vào thành bể Tải... 1,1 82 CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC NGẦM B BỂ NƯỚC Tính toán bể nước ngầm ta hoàn toàn sử dụng TCXDVN Việc này hoàn toàn chấp nhận được vì bể nước ngầm là tách biệt riêng rẽ với công trình bên trên ta đã thiết kế theo Eurocode 1 KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC Căn cứ vào nhu cầu sử dụng nước của công trình, ta chọn kích thước bể như sau: Hình 5. 16 Kích thước hình học của bể Ta thấy : a 7   1 ,55  3 b 4 ,5 h 2 ... 0,042 93 CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC NGẦM As   Rbbh0 Rs  0, 042 1 450 0 1 0, 25 2 106  54 4, 76 (mm /m) 280000 → Bố trí ϕ12a200 có As = 56 6 mm2/m  Theo phương nằm ngang : a = 30 mm → h0 = 0, 25 m  M 19, 75   0, 021 2 Rbbh0 1 450 0 1 0, 252   1  1  2  1  1  2  0,021  0,022  Rbbh0 0, 022 1 450 0 1 0, 25 6 As  Rs  280000 2 10  2 85, 28 (mm /m) → Bố trí ϕ8a 150 có As = 3 35 mm2/m 2.4 .5 Kiểm... 24 ,5 kN/m2; φ = 15, 960 Hệ số áp lực ngang chủ động là :  15, 96  2 0 2 0 K a  tan  45    tan  45  2   2   0 ,57  z p = KaγđH = 1,1.0 ,57 .20.2= 25, 08 kN/m2 Hình 5. 20 Sơ đồ áp lực đất tác dụng lên thành bể Áp lực đất tác dụng lên thành bể theo qui luật sau : p = Ka.1,1.(2-z).20 = 1,1.(2-z).11,4 (kN/m2) 87 CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC NGẦM Dễ dàng ta thấy được trường hợp khi bể không có nước, ... tính toán và bố trí cốt thép 2.1 Bản nắp 2.1.1 Kích thước hình học bản nắp như sau : 83 CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC NGẦM Hình 5. 17 Kích thước nắp bể Ta có : a 7   1 ,55  2 → bản làm việc hai phương b 4 ,5 Không dùng dầm nắp để đỡ bản nắp, mà đặt trực tiếp lên thành bể, do đó, xem như liên kết giữ thành bể và bản nắp là liên kết khớp Sơ đồ tính ô bản nắp là sơ đồ ô bản 1 Hình 5. 18 Sơ đồ tính nắp bể Chọn... Define/Soil Subgrade Properties Tải trọng do trọng lượng bản thân bể truyền xuống gán như sau : Hình 5. 22 Tải trong do trọng lượng bản thân thành bể truyền xuống 90 CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC NGẦM Hình 5. 23 Tải trọng do bản nắp truyền xuống theo diện tam giác hình thang  Khi bể chịu đẩy nổi do mực nước ngầm dâng cao vào mùa mưa ( giả sử mực nước ngầm ngang mặt đất) Nhận xét khi chịu tải đẩy nổi thì bản đáy... Hình 5. 23 Sơ đồ tính bản đáy khi chịu tải trọng đẩy nổi Kết quả giải nội lực : 91 CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC NGẦM  Khi bể chưa chứa nước : áp lực do toàn bộ trọng lượng bản thân của bể tác dụng lên mặt đáy Theo phương thẳng đứng M22 = 26 kNm/m Hình 5. 24 Biểu đồ mômen theo phương đứng M22 Theo phương nằm ngang M11 = 19, 75 kNm/m Hình 5. 25 Biểu đồ mômen theo phương ngang M11  Khi bể chịu đẩy nổi do mực nước. .. mực nước ngầm dâng cao vào mùa mưa ( giả sử mực nước ngầm ngang mặt đất) Theo phương thẳng đứng M22 = 37,33 kNm/m 92 CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC NGẦM Hình 5. 26 Biểu đồ mômen theo phương đứng M22 Theo phương nằm ngang M11 = 19,73 kNm/m Hình 5. 27 Biểu đồ mômen theo phương đứng M11 2.4.4 Tính toán cốt thép  Theo phương đứng : a = 30 mm → h0 = 0, 25 m  M 37,33   0, 041 2 Rbbh0 1 450 0 1 0, 252   1 ... a 4 ,5 → Như vậy bể nước ngầm của công trình thuộc dạng bể thấp Xây dựng bể nước ngầm nằm hoàn toàn ngoài công trình Để thuận tiện cho việc bảo trì sữa chữa, chọn cao trình mặt trên của nắm bể bằng với cao trình mặt đất tự nhiên 2 TÍNH TOÁN CÁC THÀNH PHẦN CỦA BỂ Để tính toán bể nước, có thể mô hình toàn bộ bể vào chương trình (SAP 2000), với các trường hợp tải: tĩnh tải, hoạt tải bản nắp, áp lực nước, ... 1,7;2 ,5   min  4,3;2 ,5   2 ,5 d0    e1 p1 1 fub  ;  ; ;1  min  0,71;1,18;1,9;1  0,71  3d 3d 4 f  0 0 u, p   Khả năng chịu ép mặt của 1 bu lông theo phương ngang: k  f dt 2 ,5  0,71 420 12  7 3 Fb,hor ,Rd  1 b u , p p  10  50 , 4 (kN) M2 1, 25 Với :   e p k1  min  2,8 1  1,7;1, 4 1  1,7;2 ,5   min  4,3;4,3;2 ,5   2 ,5 d0 d0    b  min  78 CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC NGẦM . CHƯƠNG 5 CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC NGẦM CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC NGẦM 63 A. CẦU THANG THÉP 1. GIỚI THIỆU : Cầu thang là phương tiện giao thông. CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC NGẦM 64 Bảng Tính CẦU THANG THÉP Tựa Đề Cầu thang thoát hiểm 5. 1. MẶT BẰNG BỐ TRÍ CẦU THANG Hình 5. 1. Cầu thang thép 5. 2. TÍNH TOÁN. TÍNH TOÁN CÁC THÀNH PHẦN CỦA CẦU THANG CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC NGẦM 65 5. 2.1. Bậc thang 5. 2.1.1. Đặc trưng vật liệu Giới hạn chảy thép bản : f yp = 350 N/mm 2 Module đàn hồi :