CHƯƠNG 5 CẦU THANG THÉP VÀ BỂ NƯỚC NGẦM

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... Tải trọng tác dụng lên dầm đỡ chiếu

CHƯƠNG 5

CẦU THANG THÉP & BỂ NƯỚC

NGẦM

Bảng Tính CẦU THANG THÉP

5.1 MẶT BẰNG BỐ TRÍ CẦU THANG

Hình 5.1 Cầu thang thép 5.2 TÍNH TOÁN CÁC THÀNH PHẦN CỦA CẦU THANG

Cường độ chịu nén mẫu hình trụ : fck = 20 (N/mm2)

Cường độ chịu kéo mẫu hình trụ : fctm = 2,2 (N/mm2)

Module đàn hồi cát tuyến : Ecm = 29 (kN/mm2)

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 hb 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

γ (kN/m3)

Chiều rộng lb (m)

Tĩnh tải tiêu chuẩn (kN/m)

Tĩnh tải tính toán (kN/m)

Vậy tổng tải trọng tác dụng lên bậc thang bằng

Giá trị tiêu chuẩn : qtc = 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

1125 350

357954,51,1

5.2.2.2 Tải trọng tác dụng lên dầm limon

Lực tập trung truyền từ mỗi bậc thang lên dầm :

Giá trị tiêu chuẩn : , 0,81 1, 2 0, 486

γ (kN/m3)

Chiều rộng lb (m)

Tĩnh tải tiêu chuẩn (kN/m)

Tĩnh tải tính toán (kN/m)

Tổng tải trọng tác dụng lên phần chiếu nghỉ :

Giá trị tiêu chuẩn : qcn,tc = 1,8+0,54 =2,34 (kN/m)

Giá trị tính toán : qcn = 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

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

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

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

Hình 5.10 Mômen uốn trong dầm limon thép

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

Hình 5.12 Chi tiết liên kết bậc thang với dầm limon

Chiều dài đường hàn góc cạnh : leff = (50-10) = 40 (mm)

Khả năng chịu lực của đường hàn góc :

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 VEd = 10,52 kN

Chọn loại liên kết bản mã có kích thước như sau :

KIỂM TRA 1 : CẤU TẠO

nF V

 

2 1

u p

f e

Điều kiện VEd ≤ VRd,min

Với V Rd,min minV Rd g, ;V Rd n, ;V Rd b, 

 Khả năng chịu cắt của tiết diện nguyên :

Phần diện tích chịu kéo :

KIỂM TRA 4 : BỤNG DẦM CHỊU CẮT

Điều kiện VEd ≤ VRd,min

Với V Rd,min minV Rd g, ;V Rd n, ;V Rd b, 

 Khả năng chịu cắt của tiết diện nguyên :

Phần diện tích chịu kéo :

bộ , không cần kiểm tra ổn định chỗ bị vác

KIỂM TRA 7 : ĐƯỜNG HÀN

Kiểm tra này để đảm bảo đường hàn không là phần yếu nhất trong liên kết :

Với thép mác XCT52 , a ≥ 0,5tp với tp là chiều dày bản mã , a là bề dày đường hàn

Ta chọn đường hàn có chiều cao s = 6mm → a = s/0,7 = 4,24 mm ≥ 0,5.7 = 3,5 mm

5.2.6 Liên kết dầm đỡ chiếu nghỉ và cột

Hình 5.14 Chi tiết liên kết dầm đỡ chiếu nghĩ với cột

Giá trị lực cắt tại vị trí liên kết :

Hình 5.15 Biểu đồ lực cắt tại vị trí liên kết

Lực cắt dùng để tính toán liên kết là VEd = 21,28 kN

Chọn loại liên kết bản mã có kích thước như sau :

KIỂM TRA 1 : CẤU TẠO

nF V

u p

f e

KIỂM TRA 3 : KIỂM TRA BẢN MÃ

 Khả năng chịu cắt

Điều kiện VEd ≤ VRd,min

Với V Rd,min minV Rd g, ;V Rd n, ;V Rd b, 

 Khả năng chịu cắt của tiết diện nguyên :

Phần diện tích chịu kéo :

Điều kiện VEd ≤ VRd,min

Với V Rd,min minV Rd g, ;V Rd n, ;V Rd b, 

 Khả năng chịu cắt của tiết diện nguyên :

 Khả năng chịu cắt của tiết diện giảm yếu :

Phần diện tích chịu kéo :

KIỂM TRA 5 : KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CHỖ BỊ VÁC

Không kiểm tra do dầm không bị vác

KIỂM TRA 6 : ỔN ĐỊNH CỤC BỘ CHỖ BỊ VÁC

Không kiểm tra do dầm không bị vác

KIỂM TRA 7 : ĐƯỜNG HÀN

Kiểm tra này để đảm bảo đường hàn không là phần yếu nhất trong liên kết :

Với thép mác XCT52 , a ≥ 0,5tp với tp là chiều dày bản mã , a là bề dày đường hàn

Ta chọn đường hàn có chiều cao s = 6mm → a = s/0,7 = 4,24 mm ≥ 0,5.7 = 3,5 mm

b   

2

0, 44 2 4,5

h

→ 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, áp lực đất, gán các điều kiện biên đáy bản là các lò xo thể hiện bản trên nền đàn hồi Sau đó giải ra và có ngay nội lực chính xác toàn bộ các bộ phận của bể, lúc này đã trở thành một khối thống nhất

và làm việc có quan hệ qua lại mật thiết Tuy nhiên trong phạm vi thực hiện luận văn tốt nghiệp, để đơn giản và dể kiểm soát trong quá trình tính toán, tuy có ít chính xác hơn, nhưng rõ ràng hơn, sẽ phân chia bể ra làm các bộ phận làm việc độc lập và áp dụng các phương pháp tính tay hoặc tính bằng SAP các mô hình đơn giản để có nội lực, tiến hành tính toán và bố trí cốt thép

2.1 Bản nắp

Hình 5.17 Kích thước nắp bể

Ta có : 7 1,55 2

4,5

a

b    → bản làm việc hai phương

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

Tính toán (kN/m 2 )

Do khu vực nắp bể có thể là nơi sinh hoạt hoặc giữ xe nên hoạt tải lấy bằng 5 kN/m2

Do nắp bể là cấu kiển để ngoài trời nên bề dày bê tông bảo vệ lấy bằng 30mm

Lập bảng tính toán cốt thép như sau :

Theo phương cạnh ngắn ϕ8a100 có As = 5,03 cm2

Theo phương cạnh dài ϕ8a200 có As = 2,52 cm2

Diện tích cốt thép gia cường bằng với lượng cốt thép bị mất do lỗ thăm chiếm chỗ

Số thanh thép gia cường quanh lỗ thăm là : 4ϕ20

2.1.6 Kiểm tra vết nứt

Kiểm tra vết nứt cho bản nắp tương tự như kiểm tra vết nứt cho sàn Việc kiểm tra vết nứt cần so sánh giá trị momen nội lực do toàn bộ tải trọng tính toán gây ra với giá trị momen chống nứt của tiết diện :

W R M

Ta có các giá trị sau :

0

' 0 0

0 ) (

2

b s s b

x h

I I I

12

3 2 3

0

bx x

x b

h A bh

x





22

Từ các giá trị trên tính được momen chống nứt Mcrc , so sánh với giá trị M để kiểm tra

sự hình thành vết nứt của cấu kiện

Lập bảng kiểm tra nứt bản nắp :

Mtc (kNm) As

(cm2) α x (cm) Ibo (cm4) Iso (cm4) Sbo (cm3) Wpl (cm3) Mcrc (kNm) Kết luận 16.7 5.03 7 10.12 34559.09 238.015 4879.63 12213.49 19.54 Không nứt Vậy bản nắp thỏa điều kiện nứt

h

2

0, 28 2 7

h

→ bản thành theo cả hai phương đều thộc loại bản dầm làm việc một phương Tính toán bản thành trong hai trường hợp :

- 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 :

 Khi bể đầy nước và chưa lắp đất : chỉ có áp lực nước tác dụng vào thành bể

Tải do áp lực nước tác dụng lên thành bể tăng tuyến tính theo độ sâu lấy góc tọa

độ ngay tại đáy bệ ta có :

Hình 5.19 Sơ đồ áp lực nước tác dụng lên thành bể

Hảm qui luật áp lực nước tác dụng lên thành bể :

p = 1,1.(2-z).10 (kN/m2)

 Khi bể không có nước : chỉ có áp lực đất tác dụng vào thành bể

Bể có chiều sau 2m, căn cứ vào hồ sơ địa chất, bể nằm trong lớp đất 1 có :

Dễ dàng ta thấy được trường hợp khi bể không có nước, áp lực do đất tác dụng vào thành bể lớn hơn trường hợp bể có nước Do thành bể bố trí cốt thép đối xứng nên chỉ cần tính cốt thép cho trường hợp bể không có nước

2.2.3 Tính toán nội lực

Chọn chiều dày bản thành h = 200 mm

Dùng sap để giải nội lực cho thành bể :

Hình 5.21 Biểu đồ mômen do tổng tải trọng tính toán

Hình 5.21 Biểu đồ mômen do tổng tải trọng tiêu chuẩn

Do thành bể là cấu kiển để ngoài trời nên bề dày bê tông bảo vệ lấy bằng 30mm

 Thép theo phương chiều cao thành bể

Lập bảng tính toán cốt thép như sau :

Vị trí Kích thước (m) Mtt (kNm) As (cm2) Chọn thép Aschọn (cm2)

 Thép theo phương chiều dài thành bể :

Đặt cấu tạo ϕ6a200

2.2.5 Kiểm tra vết nứt

Tương tự như bản nắp, ta kiểm tra điều kiện xuất hiện vết nứt cho bản thành :

pl ser bt

2.3 Bản ngăn

Bản ngăn tính toán và bố trí cốt thép tương tự bản thành

2.4 Bản đáy

2.4.1 Sơ đồ tính

Sơ đồ tính toán bản đáy của bể phụ thuộc vào trạng thái chứa nước của bể :

- Khi bể đầy nước : tính toán như bản trên nền đàn hồi

- Khi bể không có nước : áp lực đẩy nổi tác dụng lên đáy bể

Trọng lượng do bản nắp tác dụng lên thành qui về tải đường như sau :

Diện truyền tải theo diện tam giác hình thang

Phía cạnh lớn có dạng hình thang, trị số lớn nhất là :

13, 23 4,5

29, 76 2

(kN/m) Phía cạnh nhỏ có dạng tam giác, trị số lớn nhất là :

13, 23 7

46,305 2

Chọn chiều dày bản đáy h = 280 mm

 Khi bể chưa chứa nước : áp lực do toàn bộ trọng lượng bản thân của bể tác dụng lên mặt đáy

Mô hình tính bản trên nền đàn hồi :

Hệ số nền ks tính theo công thức của J.E.Bowles:

ks=As+BsZn Trong đó:

As và Bs tính như sau:

As = C(cNc+0,5BN )

Bs = C(* Nq)

Z là độ sâu đang khảo sát;

n là hệ số hiệu chỉnh để k có giá trị gần với đường cong thực nghiệm, trường hợp không có kết quả thí nghiệm lấy n =1

C là hệ số chuyển đổi đơn vị C = 40 (với SI)

c : Lực dính (kN/m2)

 :Trọng lượng riêng của đất dưới đáy bể (kN/m3)

* :Trọng lượng riêng trung bình của đất trên đáy bể (kN/m3)

B : Bề rộng của đáy bể (m)

Nc; Nq; N (tra từ góc ma sát của đất dưới mặt bản đáy)

Căn cứ vào tính cơ lý của lớp đất ở độ sâu đặt bể :

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

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 ứng xử hoàn toàn giống bản kê bốn cạnh, tiến hành mô phỏng trong SAFE như sau :

Hình 5.23 Sơ đồ tính bản đáy khi chịu tải trọng đẩy nổi

 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 ngầm dâng cao vào mùa mưa ( giả sử mực nước ngầm ngang mặt đất)

Theo phương thẳng đứng M22 = 37,33 kNm/m

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

0 0, 042 14500 1 0, 25

10 544, 76 280000