CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN hồ nước mái

Do đó trong công trình có thiết kế bể nước ngầm và bể nước mái nhằm tích trữ được một lượng nước nhằm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt khi xảy ra mất nước.. -Nước được lấy từ hệ thống cấp n

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN HỒ NƯỚC MÁI

- -3.1.TỔNG QUAN:

- Nước là một nhu cầu không thể thiếu cho nhu cầu sinh hoạt của con người

Do đó đáp ứng đày đủ lượng nước phục vụ cho sinh hoạt và phòng cháy là điều kiện cơ bản cho bất cứ một công trình kiến trúc nào,đặt biệt là nhà cao tầng thì càng được chú trọng hơn

- Công trình sử dụng nước máy kết hợp với nước ngầm nhằm đáp ứng tốt nhất nhu cầu của người sử dụng Do đó trong công trình có thiết kế bể nước ngầm và bể nước mái nhằm tích trữ được một lượng nước nhằm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt khi xảy ra mất nước

-Nước được lấy từ hệ thống cấp nước của thành phố dẫn vào bể nước ngầm, sau đó dùng máy bơm đưa nước lên bể nước mái để cung cấp cho toàn bộ nhu cầu Đồng thời còn xây dựng bể nước ngầm nhằm chứa nước thải để xử lí trước khi thải ra hệ thống cống của thành phố

-Do thời gian hạn chế nên không thể tính cả bể nước ngầm và bể nước mái nên chỉ chọn bể nước mái để tính toán

- Bể nước mái là kết cấu bê tông đổ toàn khối gồm có : thành bể , đáy bể, nắp

bể, các hệ dầm đáy bể

Toàn bộ hệ dầm đáy đặt lên hệ cột cách sàn mái 1.2m kích thước cột chọn sơ

bộ 0.3mx0.3m

3.2.LỰA CHỌN TIẾT DIỆN CÁC CẤU KIỆN

3.2.1.Bản nắp

Ô sàn có kích thước: S1= L1 x L2=3.6x 7.5(m)

Khi  �2, thì tính toán ô sàn làm việc theo hai phương.

Khi  2, thì tính toán ô sàn làm việc theo một phương, theo phuơng cạnh

ngắn L1, bỏ qua sự tính toán theo phương cạnh dài L2

=> sàn làm việc 2 phương

Ô sàn làm việc hai phương: 1

40 50

b

h �� � ��L

� � Chọn hb theo công thức kinh nghiệm: hb�

1

50 �l

=

1

360 7.2

50 �  cm Vậy ta chọn chiều dày bản nắp hb = 100cm

3.2.2.Bản thành: chiều cao bản thành là 1.5m

Chọn chiều dày bản thành theo điều kiện:hb�

150 7.5

20 �H  20 �  cm Vậy ta chọn chiều dày bản thành: hb = 12cm

3.2.3.Bản đáy: cách sàn sân thượng 120cm.

Ô sàn có kích thước: S1= 3.6 x 7.5(m) => sàn làm việc 2 phương

Do bản đáy vừa phải chịu tải trọng bản thân, vừa phải chịu cột nước cao 1,5m (1,5 T/m2) và có yêu cầu chống nứt, chống thấm Vậy sơ bộ ta chọn chiều dày bản đáy hb = 14(cm)

3.2.4.Dầm nắp và dầm đáy bể

Dầm nắp có kích thước DN (20x30)cm

Dầm đáy có kích thước DD(20x45)cm

Cột: Sơ bộ chọn cột có kích thước C(30x30)cm.

3.2.5VẬT LIỆU SỬ DỤNG

- Bê tông cấp đô bền B22.5 có các đặc trưng sau:

 Cường độ nén dọc trục: Rb � 13(MPa)

 Cường độ kéo dọc trục: Rbt �1,0(MPa)

 Mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông khi nén và kéo: Eb �

28.5x103(MPa)

- Cốt thép sử dụng có các đặc trưng sau:

 Thép AII ( �8): Rs = Rsc �280(MPa); Rsw �225(MPa)

2

1

2

L

L

 Thép AI ( <8): Rs = Rsc � 225(MPa); Rsw �175(MPa.

 Mô đun đàn hồi của thép Es � 21x104(MPa)

3.3.XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG VÀ TÍNH CỐT THÉP

3.3.1 Bản Nắp

3.3.1.1 Tĩnh tải của bản nắp

Các lớp cấu tạo bản nắp

Thành phần Chiều dày (m) Tải tiêu chuẩn (kN/m 3 ) an toàn Hệ số Tải tính toán g tt (kN/m 2 )

3.3.1.2 Hoạt tải

Hoạt tải: do nắp bể không có mục đích sử dụng khác nên chọn hoạt tải là hoạt tải sửa chữa: p =75(daN/m2); với hệ số vượt tải n = 1,3

Ptt = Ptc n = 75 x 1.3 = 0,975 (kN/m2)

3.3.1.3.Sơ đồ tính bản nắp:

Bản nắp có

2 1

7.5 2 3.6

l

=> bản làm việc 2 phương

Liên kết giữa dầm DN1, DN2 với bản là liên kết ngàm ngàm (vì

300 3 100

d b

h

)

3.3.1.4 Xác định nội lực bản nắp

Ô bản nắp thuộc ô bản số 9.Tính toán theo ô bản đơn, dùng sơ đồ đàn hồi

Cắt 1 dải bản có bề rộng là 1m theo phương cạnh ngắn và cạnh dài để tính toán Nhịp tính toán là khoảng cách giữa hai trục dầm

Tổng tải trọng tác động lên đáy bể là : q = 3,506 + 0,975= 4,481 (kN/m2)

Momen dương giữa bản: Mnhịp=

2 24

q l�

=

2

4, 481 3.6 24

�

= 2.42(kN.m)

Momen âm ở gối: Mgối =

2 12

q l�

=

2

4, 481 3.6 12

�

= 4.84(dkN.m

3.3.1.5 Tính thép:

Ô bản nắp được tính như cấu kiện chịu uốn

Chọn a = 15mm, h0 = 100 – 15 = 85mm

Với b=0.9 ; b = 1000mm;

- Công thức sử dụng:

2 0

m

b b

M

R bh







;    1 1 2m; s b b 0

s

R bh A

R

 



Tính toán thép bản nắp bể nước

Kí

hiệu

M (kN.m)

h0 (cm )

m



As tính (cm2)

Chọn thép A(cms chọn2) %

Mnhịp 2.42 8,5 0,029 0,029 129 8a200 252 0,30

Mgối 4.84 8,5 0,057 0,059 261 8a180 279 0,33

Kiểm tra hàm lượng cốt thép: μ hợp lý = ( 0,3 – 0,9 )

0

0.9 13

.

chon

R s



Cốt thép gia cường cho lỗ thăm 600x600 mm lấy lớn hơn diện tích thép đã bỏ đi của lỗ thăm: Fgc =0,6 (A gối + Anhịp )= 8,04 cm2

Chọn thép gia cường là 416có Fgc = 8,04 cm2 bố trí cho mỗi phương 2 thanh , đoạn neo là: lneo≥ 30d = 30x16 = 480 mm

3.3.2 Bản Thành

3.3.2.1 Tĩnh tải của bản thành

Các lớp cấu tạo bản thành

Thành phần Chiều dày (m) Tải tiêu chuẩn (kN/m 3 )

Hệ số

an toàn

Tải tính toán

g tt (kN/m 2 )

Bản bê tông cốt

3.3.2.2 Áp lực nước

Áp lực thủy tĩnh tác động vào bản thành được tính như sau:

pn = n. n.h = 1.2 x 10 x 1.5 = 18 kN/m2

3.3.2.3 Áp lực gió tĩnh: phân bố theo bề rộng mặt đón gió của bể nước mái

công trình được tính như sau: Wtt = W0 n C k B (kG/m)

Trong đó:

+ Wo: giá trị áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng Công trình xây dựng ở thành phố Tân An tỉnh Long An vực nên thuộc vùng II.A có Wo= 0,83(kN/m2)

+ C: hệ số khí động, xác định bằng cách tra bảng 6

Phía đón gió : C= +0,8

Phía khuất gió: C= -0,6

+ K: hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao

+ n: hệ số độ tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1,2

+ B: bề rộng mặt đón gió

Áp lực gió theo phương OX

W0

(KN/m)

(KN/m)

Whtt (KN/m)

Áp lực gió theo phương OY

W0

(KN/m)

(KN/m)

Whtt (KN/m)

+ Chịu áp lực nước và gió hút theo phương OX

tại cao trình nắp hồ nước: q1tt = b.Whtt = 3.2 kN/m

tại cao trình đáy hồ nước q1tt =b.Pntt + b.Whtt = 18 + 3.2= 21.2 kN/m;

+hồ không có nước và gió hút theo phương OX

tại cao trình nắp hồ nước: q2tt = b.Wđtt = 4.2 kN/m

tại cao trình đáy hồ nước: q2tt = b.Wđtt = 4.2 kN/m

- So sánh : q1 >> q2 => tính nội lực cho q1

+ Chịu áp lực nước và gió hút theo phương OY

tại cao trình nắp hồ nước: q1tt = b.Whtt = 1.5 kN/m

tại cao trình đáy hồ nước q1tt =b.Pntt + b.Whtt = 18 + 1.5= 19.5 kN/m;

+hồ không có nước và gió hút theo phương OY

tại cao trình nắp hồ nước: q2tt = b.Wđtt = 2.0 kN/m

tại cao trình đáy hồ nước: q2tt = b.Wđtt = 2.0 kN/m

- So sánh : q1 >> q2 => tính nội lực cho q1

3.3.2.4.Sơ đồ tính và tải trọng bản thành:

Xét các tỉ số cạnh dài trên cạnh ngắn:

Trục 3-4

7.5 5 1.5

d n

l

l  

=> Bản một phương

-Biểu đồ lực cắt và moment của bản thành:

-Dùng phương pháp cơ học kết cấu giải nội

lực cho từng trường hợp tải kết quả được

tóm ta:

M nhịp =

18.1,5 9.3, 2.1,5

128

15 5 

= 1.7 kN.m ;

M gối =

18.1,5 9.3, 2.1,5

15  8

= 10.8 kN.m Trục A-B

3.6 2.4 1.5

d

n

l

l  

=> Bản một phương Dùng phương pháp cơ học kết cấu giải nội

lực cho từng trường hợp tải kết quả được

tóm ta:

M nhịp =

18.1,5 9.1,5.1,5

128

15 5 

= 1.4 kN.m ;

M gối =

18.1,5 9.1,5.1,5

15  8

= 6.5 kN.m

3.3.2.5.Tính cốt thép:

Ô bản thành được tính như cấu kiện chịu uốn

Chọn a = 15mm, h0 = 120 – 15 = 105mm

- Công thức sử dụng:

2 0

m

b b

M

R bh







;    1 1 2m; s b b 0

s

R bh A

R

 

 Với γb = 0.9 ; b = 1000mm

Theo phương OX

Vị

trí

s

2)

s

2)

%



Theo phương OY

Vị

trí

s

2)

s

2)

%



Kiểm tra hàm lượng cốt thép: μ hợp lý =( 0,3 – 0,9 )

0

0.9 13

.

chon

R s



3.3.3.Bản Đáy

3.3.3.1 Tĩnh tải của bản đáy

Các lớp cấu tạo bản đáy

dày (m)

Tải tiêu chuẩn (kN/m 2 )

Hệ số an toàn

Tải tính toán

g tt (kN/m 2 )

Lớp vữa ximăng

Lớp chống thấm 0.01 20 1,1 0.22

Sàn bêtông cốt

3.3.3.2 Hoạt tải nước:

Áp lực thủy tĩnh được tính như sau:

pn = n. n.h = 1.2 x 10 x 1.5 = 18 kN/m2

3.3.3.3.Sơ đồ tính bản đáy:

Bản đáy có

2

1

7.5 2 3.6

l

=> bản làm việc 2 phương

Liên kết giữa dầm DD1, DD2 với bản là liên kết ngàm ngàm (vì

450

3.2 3

140

d

b

h

)

3.3.3.4 Xác định nội lực bản đáy

Ô bản đáy thuộc ô bản số 9.Tính toán theo ô bản đơn, dùng sơ đồ đàn hồi.

Cắt 1 dải bản có bề rộng là 1m theo phương cạnh ngắn và cạnh dài để tính toán Nhịp tính toán là khoảng cách giữa hai trục dầm

Theo phương OY

Tổng tải trọng tác động lên đáy bể là : q = 5.26 + 18= 23.26 (kN/m2)

Momen dương giữa bản: Mnhịp=

2 24

q l�

=

2 23.26 3.6 24

�

= 12.56(kN.m)

Momen âm ở gối: Mgối =

2 12

q l�

=

2 23.26 3.6 12

�

= 25.12(kN.m)

3.3.3.5 Tính thép:

Ô bản đáy được tính như cấu kiện chịu uốn

Chọn a = 15mm, h0 = 140 – 15 = 125mm

Với b=0.9 ; b = 1000mm;

- Công thức sử dụng:

2 0

m

b b

M

R bh







;    1 1 2m; s b b 0

s

R bh A

R

 



Theo phương OY

Kí

hiệu

M (kN.m)

h0 (cm )

m

tính (cm2)

Chọn thép A(cms chọn2) %

Mnhịp 12.56 12,5 0,069 0,072 468 12a200 565 0,45

Mgối 25.12 12,5 0,137 0,148 962 12a110 1028

0,82

Kiểm tra hàm lượng cốt thép: μ hợp lý =( 0,3 – 0,9 )

min max

0

0.9 13

.

chon

R s



Kiểm tra võng bản đáy: ơ bản cĩ tiết dịên (3.6x 7.5 m )

- Điều kiện đảm bảo độ võng :

1 [ ] 200

Độ võng được xác định theo cơng thức (bê tơng 3 – Võ Bá Tầm )

4

D

l

w q

Trong đĩ : α hệ số phụ thuộc vào tỷ số

2 1

7.5 2 3.6

l

tra bảng sau l2/l

1

1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0

α 0.00

126

0.0 01 5

0.00 172

0.00 191

0.00 207

0.00 220

0.00 230

0.00 238

0.00 245

0.00 249

0.00 254

Ta được α = 0,00254 , q = 23,26 kN/m2 , l = 3.6m

3

12(1 )

b

E h

 độ cứng trụ , Eb = 2,7.105 daN/cm2 , h = 12,5 cm , µ = 0,2

7 2

2,7.10 12,5

5,49.10 12(1 0, 2 )



Độ võng ơ bản :

4 3

7

500 0,00254.23, 26.10 0,067

5,49.10

< [f] =

500 2,5

200  cm

Kết luận: Theo kết quả tính tốn trong bảng trên, hàm lượng cốt thép chọn thỏa

yêu cầu.

�Thép phân bố cấu tạo chọn 6a200.

�Tại vị trí tiếp giáp giữa bản thành và bản đáy có xuất hiện giá trị momen Mt người ta gọi là hiệu ứng biên.Thông thường già trị Mt này rất nhỏ nên cốt thép

thường đặt theo cấu tạo là đủ ,do đó chọn 6a200

Hiệu ứng biên

Với x=0.6� R h. bt 0.6� 2.5 0.12 0.31�  m

để tiện cho thi công chọn x=0.3m

3.3.4.Tính toán dầm

3.3.4.1Dầm nắp: DN

Tải trọng tác dụng lên dầm:

-Trong lượng bản thân dầm 20x30cm

gbt = n.b.(hd – hb).γb = 1,1.0,2.(0,3 – 0,10).25 = 1,1 (kN/m)

-Do nắp truyền vào có q =4,481kN/m2

DN1 có l=7.5m

qbn =

(1 2 ) q

2

l

 

với :

; 3.6 ; 7.5 2.

ng

d

l

l

=> qbn =

(1 2( ) ( ) )4.481 1.1 /

Tổng tải trọng: q1  g bt q bn  1.1 1.1   2.2KN m/

Sơ đồ tính và nội lực :

2 2, 2.7,5 2

ql

2, 2.7,5

ql

DN2 có l=3.6m

d6a200

qbn =

(1 2 ) q

2

l

 

với :

; 3.6 ; 7.5 2.

ng

d

l

l

=> qbn =

(1 2( ) ( ) )4.481 0.996 /

Tổng tải trọng: q1  g bt q bn  1.1 0.996   2.1KN m/

Sơ đồ tính và nội lực :

2 2,1.3, 6 2

ql

2,1.3,6

ql

3.3.4.2 Dầm đáy: DD

Tải trọng tác dụng lên dầm:

-Trong lượng bản thân dầm 20x45cm

gbt = n.b.(hd – hb).γb = 1,1.0,2.(0,45 – 0,14).25 = 1,71 (kN/m)

-Do đáy truyền vào có q =23,26 kN/m2

DD1 có l=7.5m

qbn =

(1 2 ) q

2

l

 

với : 2. ; 3.6 ; 7.5

ng

d

l

l

=> qbn =

(1 2( ) ( ) ) 23, 26 2.1 /

-Do trọng lượng thành hồ tác dụng vào: chọn sơ bộ thành hồ dày 0.12m, thành

hồ cao 1.5m: gthanh = 1.1x0.12x1.5x2500= 495(daN/m)

Tổng tải trọng: q1= gbt + qbn + gthanh= 1,71 + 2.1+ 4,95=8.76(kN/m)

Sơ đồ tính và nội lực :

2 8,76.7,5 2

ql

;

8, 76.7,5

ql

DD2 có l=3.6m

qbn =

(1 2 ) q

2

l

 

với :

; 3.6 ; 7.5 2.

ng

d

l

l

=> qbn =

(1 2( ) ( ) ) 23, 26 1.46 /

-Do trọng lượng thành hồ tác dụng vào: chọn sơ bộ thành hồ dày 0.12m, thành

hồ cao 1.5m: gthanh = 1.1x0.12x1.5x2500= 495(daN/m)

Tổng tải trọng: q1= gbt + qbn + gthanh= 1,71 + 1.46+ 4,95=8.12(kN/m)

Sơ đồ tính và nội lực :

2 8,12.3,6 2

ql

;

8,12.3, 6

ql

3.3.5.Tính toán cốt thép cho dầm nắp (20x30cm)

3.3.5.1 DN1 có l=7.5m

Chọn a=3cm → ho =30-3 = 27cm

6

0

15.6 10

0.091 0.9 13 200 270

n m

b b

M

R b h





�

1 1 2 m 0.096

Diện tích cốt thép:

2

216.6 280

b b s

s

R bh

R

Chọn thép cấu tạo : 412 (Aschon=452,4 mm2)

Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

min

0

max

452, 4

200 270 0.9 13

* 0.644* *100 2.69% a

280

chon s

b b R

s

A

b h R

Ð t R



�

�

3.3.5.2 DN2 có l=3.6m

Chọn a=3cm → ho =30-3 = 27cm

6

0

3.4 10

0.020 0.9 13 200 270

n m

b b

M

R b h





�

1 1 2 m 0.020

Diện tích cốt thép:

2

45.1 280

b b s

s

R bh

R

Chọn thép cấu tạo : 212 (Aschon=226 mm2)

Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

min

0

max

226

200 270 0.9 13

* 0.644* *100 2.69% a

280

chon s

b b R

s

A

b h R

Ð t R



�

�

3.3.5.3Tính toán cốt đai

- Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông:

- Xét điều kiện: b3(1 + f + n)Rbtbho = 0,6 x (1 + 0 + 0) x 10 x20x27

= 3240(daN) =32.4(kN)

Vậy Qmax = 8.3(kN) < b3(1 + f + n)Rbtbho = 32.4(kN), bê tông đủ khả năng chịu cắt, cốt đai chọn theo cấu tạo Chọn đai  6, đai 2 nhánh Bước đai:

s sct

150 (mm)

�



→Chọn s = 150mm bố trí trong đoạn 1/4 đoạn đầu dầm

- Đoạn dầm giữa nhịp, bước đai chọn theo cấu tạo:

3h 3 * 300

500 (mm)

�



�

→Chọn s = 200mm bố trí trong đoạn còn lại của dầm

3.3.6.Tính toán cốt thép dầm đáy(20x45cm)

3.3.6.1 DD1 có l=7.5m

Chọn a=3cm → ho =45-3 = 42cm

6

0

61.5 10

0.149 0.9 13 200 420

n m

b b

M

R b h





�

1 1 2 m 1 1 2 0.149 0.162

- Diện tích cốt thép:

2

568.62 280

b b s

s

R bh

R

Chọn : 4 16 (Aschon=804 mm2)

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

min

0

max

804

200 420 0.9 13

* 0.644* *100 2.69% a

280

chon s

b b R

s

A

b h R

Ð t R



�

�

3.3.6.2 DD2 có l=3.6m

Chọn a=3cm → ho =45-3 = 42cm

6

0

13.15 10

0.032 0.9 13 200 420

n m

b b

M

R b h





�

1 1 2 m 1 1 2 0.032 0.033

- Diện tích cốt thép:

2

115.83 280

b b s

s

R bh

R

Chọn : 2 16 (Aschon=402 mm2)

- Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

min

0

max

402

200 420 0.9 13

* 0.644* *100 2.69% a

280

chon s

b b R

s

A

b h R

Ð t R



�

�

3.3.6.3.Tính cốt đai:

- Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông:

Xét: b3(1 + f + n)Rbtbho = 0,6 x (1 + 0 + 0) x 10 x20x42

= 4680(daN)=46.8kN

Vậy Qmax = 32.85(kN) <b3(1 + f + n)Rbtbho = 46.8(kN),

bê tông đủ khả năng chịu cắt, cốt đai chọn theo cấu tạo Chọn đai  6, đai 2 nhánh Bước đai:

s sct

150 (mm)

�



→Chọn s = 150mm bố trí trong đoạn 1/4 đoạn đầu dầm

- Đoạn dầm giữa nhịp, bước đai chọn theo cấu tạo:

500 (mm)

�



�

→Chọn s = 200mm bố trí trong đoạn còn lại của dầm

3.4.Tính toán cột hồ nước

- Phản lực gối tựa dầm nắp: DN

2, 2.7,5

8.3

ql

- Phản lực gối tựa dầm đáy: DD

8, 76.7,5

32.85

ql

- Do trọng lượng bản thân của cột : Gcột = 0,3.0,3.(1,5+1,2).25.1,1 = 6,68 kN

- Tống lực nén N = 8.3 + 32.8 5+ 6,68 = 47.83kN

-Đề đơn giản trong tính toán và xem kết quả gần đúng ta xem cột như một cấu kiện chịu nén đúng tâm và bỏ qua mômen do tải trọng gió Chọn tiết diện ngang của cột là 300 x 300, bố trí 416( A’s= 8,04 cm2)

- Kiểm tra khả năng chịu lực của cột:

[N] = ±(AbRb + AsRs ) = (30 x 30 x 130 + 8,04 x 2800)x10-2 = 1395(kN)

�Kết luận: vì N = 47.83(kN) << [N] nên cột hồ nước đã đủ khả năng chịu lực

�Cốt đai cột: sử dụng đai 6a200