3 HO NUOC MAI

- Ta kiểm tra nứt bản đáy giống như tính nứt đối với cấu kiện dầm chịu uốn tiết diện Rbt,ser =1,4MPa cường độ chịu kéo tính toán dọc trục của bê tông.. - Trọng lượng bản thân bản thành n

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN HỒ NƯỚC MÁI

I KÍCH THƯỚC HỒ NƯỚC MÁI

- Khoảng cách từ mặt sân thượng đến đáy hồ cao 1,5m và từ bản đáy đến bản nắp là 1,8m để thuận tiện trong việc thi công, sữa chữa và bảo quản.

2.1 Chọn chiều dày bản

Chọn chiều dày bản theo công thức:

Trong đó:

D = 0,8 ÷ 1,4 hệ số phụ thuộc vào tải trọng

m = 30÷ 35 đối với bản loại dầm

m = 40÷ 45 đối với bản kê 4 cạnh

l : nhịp cạnh ngắn của ô bản

Do đó chiều dày ô bản được xác định như sau:

Bảng 3.1 Chiều dày các ô bản hồ nước mái.

md : 8÷12 đối với hệ dầm chính, khung một nhịp

md : 12÷16 đối với hệ dầm chính, khung nhiều nhịp

- Bêtông B.25 có: Rb = 14,5(MPa) = 14,5.105 (daN/m 2 )

Rbt = 1,05(MPa) = 1,05.105 (daN/m 2 )

- Cốt thép Ø 8: dùng thép AI có: Rs = Rsc = 225(MPa) = 225.105 (daN/m 2 )

- Cốt thép Ø > 8: dùng thép AII có: Rs = Rsc = 280(MPa) = 280.105 (daN/m 2 )

2.4 Xác định sơ bộ kích thước cột hồ nước mái

qs: tải trọng trên sàn (gồm tĩnh tải và hoạt tải nước)

Hoạt tải nước: Pn = n γn .h = 1 x 1000x 1,8 = 1800 (daN/m 2 )=1,8 T/m 2

Gồm trọng lượng bản thân và các lớp cấu tạo được tính theo công thức sau:

Trong đó: γi - khối lượng riêng cấu tạo lớp thứ i

δi - chiều dày lớp cấu tạo thứ i

- Xét tỉ số: < 2 ⇒ bản nắp thuộc loại bản kê 4 cạnh.

- Xét điều kiện biên: > 3 ⇒ bản nắp xem là liên kết ngàm

- Xem bể không được phép nứt, ta tính theo sơ đồ đàn hồi: nhịp tính toán là khoảng cáchgiữa hai trục dầm

- Cắt dải bản rộng 1m theo phương cạnh L1, L2, xem dải bản như dầm đơn giản hai đầungàm

Trong đó: m91; m92; k91; k92: hệ số phụ thuộc l2/l1 Tra bảng 1.9 trang 34 sách “ Sổ tay

thực hành kết cấu công trình” của GS Vũ Mạnh Hùng.

Kết quả tính toán được trình bày trong bảng sau:

S1 1.35 454.4 0.021 0.0115 0.0474 0.0262 158.64 86.87 358.07 197.92

3.4 Tính toán cốt thép

- Giả thiết a = 2 (cm) : là khoảng cách từ mép bê tông chịu kéo đến trọng tâm cốt thép

chịu kéo => ho = h – a = 10 – 2 = 8 (cm)

- Hệ số điều kiện làm việc γb = 1 Để đơn giản trong tính toán ta bỏ qua hệ số này

Quy trình tính toán giống như trong phần bản sàn

Kết quả tính toán được trình bày trong bảng sau:

- Lỗ thăm 600x600mm ở vị trí bố trí thép gối nên ta gia cường 1,1 lần thép cắt đi, lấy

theo thép gối phương cạnh ngắn

- Số thanh thép gối đã cắt đi: (thanh) = 3x0,93 = 2,79 (cm 2 )

= 1,1x2,79= 3,07 (cm 2 )

- Chọn thép gia cường cho lỗ thăm 2Ø14 có Agc = 3,08 cm 2 cho mỗi phương

- Đoạn neo tính từ mép lỗ là lneo ≥ 30d = 30x14 = 420mm Chọn lneo = 500mm.

IV TÍNH TOÁN BẢN ĐÁY

γn - trọng lượng riêng của nước γn = 1000 daN/m 3

h - chiều cao của hồ nước h = 1,8 m

Tải trọng toàn phần:

qtt = gtt+ ptt = 541,7 +1800 = 2341,7 (daN/m 2 )

4.2 Sơ đồ tính

- Xét tỉ số: < 2 ⇒ bản đáy thuộc loại bản kê 4 cạnh

- Xét điều kiện biên: > 3 ⇒ bản đáy xem là liên kết ngàm

Hình 3.4 Sơ đồ tính bản đáy.

- Nhịp tính toán là khoảng cách giữa hai trục dầm

- Cắt dải bản rộng 1m theo hai phương cạnh L1, L2, xem dải bản như dầm đơn giản haiđầu ngàm

4.3 Xác định nội lực

Do các cạnh của ô bản liên kết với dầm là ngàm nên ứng với ô thứ 9 trong 11 loại ô bản

- Momen ở nhịp theo phương cạnh ngắn M1

Kết quả tính toán được trình bày trong bảng sau:

Bảng 3.7 Bảng giá trị nội lực ô bản đáy.

thực hành kết cấu công trình” của Vũ Mạnh Hùng.

4.5 Kiểm tra nứt và võng bản đáy (tính toán theo trạng thái giới hạn II )

- Tính toán về nứt tiến hành theo trạng thái giới hạn thứ 2 để đảm bảo sự làm việc bìnhthường của cấu kiện

- Ta kiểm tra nứt bản đáy giống như tính nứt đối với cấu kiện dầm chịu uốn tiết diện

Rbt,ser =1,4MPa (cường độ chịu kéo tính toán dọc trục của bê tông).

Rb,ser =15MPa (cường độ chịu nén tính toán dọc trục của bê tông).

- Hệ số qui đổi từ diện tích cốt thép ra diện tích bê tông tương đương

Đặc trưng hình học theo đàn hồi:

- Diện tích tiết diện qui đổi

- Bề rộng khe nứt dài hạn acr do M1 = 817,54 daN.m

ç =1,0 đối với thanh cốt thép có gờ

 Vị trí tại nhịp M2:

với

hệ số lấy bằng 1,8 đối với bê tông nặng

→ với

- Bề rộng khe nứt dài hạn acr do M2 = 447,7 daN.m

ç =1,0 đối với thanh cốt thép có gờ

 Vị trí tại gối MI:

với

hệ số lấy bằng 1,8 đối với bê tông nặng

→ với

- Bề rộng khe nứt dài hạn acr do MI = 1845,31 daN.m

ç =1,0 đối với thanh cốt thép có gờ

 Vị trí tại gối MII:

ç =1,0 đối với thanh cốt thép có gờ

⇒ Kết luận: Bản đáy thỏa mãn điều kiện khe nứt

- Trọng lượng bản thân bản thành này cũng thông qua lực dính giữa bê tông và cốt théptruyền sang cốt thép cấu tạo theo phương cạnh dài của bản thành cột hồ nước

Vì vậy khi ta tiến hành tính thép cho phương cạnh ngắn, bản thành sẽ chỉ làm việcchịu uốn thuần tuý do áp lực ngang của nước và gió

5.1.2 Áp lực ngang của nước

Áp lực nước tại chân bản thành:

+ W0 : giá trị áp lực gió tiêu chuẩn (theo TCVN 2737-1995) với vùng II-A, dạng địa

hình B khu vực nội thành tỉnh Bến Tre W0 = 83 (daN/m 2 ).

+ k : hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình.Với độ

cao so với mặt đất tự nhiên +36,200m tra bảng nội suy theo bảng 5 TCVN

2737 ta được k = 1,269+ Ch = - 0,6 với gió hút

+ Cđ = + 0,8 với gió đẩy - hệ số khí động

+ n = 1,2: hệ số tin cậy

5.2 Sơ đồ tính

- Bản thành thuộc loại bản dầm làm việc một phương theo cạnh ngắn h

- Cắt một dải có bề rộng b = 1m theo phương cạnh ngắn để tính Phần bản thành liên kết

với dầm đáy thi công nguyên khối và có tỉ số tương quan độ cứng

nên xem là liên kết ngàm Còn phần bản thành liên kết với dầm nắp có tỉ số

và xét theo điều kiện thực tế cũng không đảm bảo tính "toàn khối" khithi công, phần dầm nắp và bản nắp thi công sau, tại vị trí liên kết sẽ có chuyển vị xoaymột góc rất nhỏ giữa phần bê tông mới và cũ nên xem là liên kết khớp

- Ta xét hai trường hợp bất lợi cho bể là khi bể đầy nước chịu gió hút (TH1) và trườnghợp bể sữa chữa chịu gió đẩy (TH2)

Hình 3.5 Sơ đồ tính và tải trọng tác dụng lên bản thành do gió hút và áp lực nước (TH1).

Hình 3.6 Sơ đồ tính và tải trọng tác dụng lên bản thành do gió đẩy (TH2).

5.3 Xác định nội lực

Trong trường hợp TH1 tải trọng do áp lực nước là đường bậc 1 nên biểu đồ momen sẽ

là đường bậc 3 và tải trọng gió hút là hằng số nên biểu đồ momen là đường bậc 2

Hình 3.8 Biểu đồ momen do tải hình thang tác dụng lên bản thành(TH1)

Hình 3.10 Biểu đồ bao momen bản thành.

Ta chọn giá trị momen lớn nhất ở mỗi phía để tính thép bố trí cho phía đó, nhưng

để thiên về an toàn và tiện cho thi công ta chỉ chọn giá trị momen lớn nhất tính toán rồi

bố trí thép đối xứng Chọn giá trị nội lực lớn nhất Mng = 418,87 (daNm)

- Thép cấu tạo bố trí vuông góc với thép chịu lực, chọn thép Ø6a250

VI TÍNH TOÁN HỆ DẦM HỒ NƯỚC

Trong thực tế hệ khung làm việc đồng thời không tách riêng từng cấu kiện, nên đểxác định nội lực một cách chính xác, ta dung phần mềm Etabs để lấy kết quả nội lực,sau đó lấy nội lực này để tính thép bằng tay Việc tính toán hồ nước ta chỉ tính với tiếtdiện chữ nhật, không kể đến phần cánh chữ T để thiên về an toàn, do ở những dầmcánh cũng chỉ có một bên

6.1 Xác định tải trọng

6.1.1 Xác định tải trọng tác dụng lên dầm nắp

- Trọng lượng bản thân dầm nắp và bản BTCT của bản nắp do máy tự tính toán với hệ

số 1,1 ta không cần gán, nhưng phải gán thêm phần tải các lớp cấu tạo (vữa trát,chống thấm ) cho bản nắp có giá trị = - TLBT bản nắp dày 0,08m = 356,9 - 275 =

81 (daN/m 2 ) là tải những lớp chống thấm, vữa trát

ta gán tỉnh tải và hoạt tải vào bản nắp, tỉnh tải và hoạt tải trên bản nắp sẽ truyền lêndầm nắp.

- Hoạt tải sữa chữa: ptt = ptc x n = 75x1,3 = 97,5 (daN/m 2 )

6.1.2 Xác định tải trọng tác dụng lên dầm đáy

- Trọng lượng bản thân dầm và bản BTCT của bản đáy do máy tự tính toán với hệ số 1,1

ta không cần gán, nhưng phải gán thêm phần tải các lớp cấu tạo có giá trị = -

TLBT bản đáy dày 0,12m = 541,7- 385 = 157 (daN/m 2 )

- Do bản đáy không chịu đồng thời tải trọng nước và hoạt tải sửa chữa nên ta bỏ qua hoạt tải sửa chữa Ta có hoạt tải nước là =1800 (daN/m 2 ).

ta gán tỉnh tải và hoạt tải vào bản đáy, tỉnh tải và hoạt tải trên bản đáy sẽ truyền lêndầm đáy

6.1.3 Xác định tải trọng tác dụng lên cột khung

- Tải trọng lượng bản thân của bản thảnh truyền vào cột hồ nước quy thành dạng tập trung đặt tại vị trí nút giao dầm đáy và cột có giá trị:

- Tải trọng nước tác dụng lên bản thành ta bỏ qua do đã tính cho bản thành chịu

6.1.4 Tải trọng gió

- Gió tĩnh: lực tập trung được gán lên bể nước tại nút khung

• Nút giao giữa dầm đáy và cột (nút A):

• Nút giao giữa dầm nắp và cột (nút B):

Trong đó :

+ W0 : giá trị áp lực gió tiêu chuẩn (theo TCVN 2737-1995) với vùng II-A, dạng địa

hình B khu vực nội thành tỉnh Bến Tre W0 = 83 (daN/m 2 ).

+ k : hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình.Với độ

cao so với mặt đất tự nhiên z, với z lấy là độ cao lớn nhất trong phạm vi chịutải gió, dùng z và dạng địa hình B tra bảng nội suy theo bảng 5 TCVN 2737.+ Ch = - 0,6 với gió hút

+ Cđ = + 0,8 với gió đẩy - hệ số khí động

+ n = 1,2: hệ số tin cậy

+ Bx , By và bc : lần lượt là bề rộng diện đón gió theo phương cạnh X, Y và bề rộng cột

bể Chọn cột có tiết diện 400x400mm.

+ h1 ,h2: lần lượt là chiều cao của tầng dưới và tầng trên của sàn đang xét

Hình 3.11 Diện đón gió của bản thành và cao độ z lấy so với mặt đất tự nhiên.

Bảng 3.11 Bảng tính thành phần tải gió theo phương OX.

- Tương tự cho Gió theo OY ta có:

Bảng 3.12 Bảng tính gió quy về lực tập trung theo phươngOX và OY.

TẢI GIÓ THEO PHƯƠNG OX

(daN/m) (daN/m) (m) (m2) (daN) (daN)

- Do đó liên kết giữa dầm với cột là liên kết nút cứng

- Cột xem là liên kết ngàm tại sàn tầng mái do được kéo cốt thép từ tầng dưới lên và độcứng theo phương ngang của sàn là rất lớn so với cột

Hình 3.14 Hoạt tải sữa chữa bản nắp Hình 3.15 Hoạt tải nước.

Hình 3.16 Hoạt tải gió theo phương

Hình 3.18 Trọng lượng bản thân bản thành.

6.3 Xác định nội lực

- Dùng phần mềm phân tích kết cấu Etabs để tìm nội lực trong dầm

- Tổ hợp nội lực được tiến hành theo TCVN 2737-1995 Tùy theo thành phần tải trọngtính đến, tổ hợp tải trọng gồm có tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt

Bảng 3.12 Bảng tải trọng và cấu trúc tổ hợp nội lực.

CAUTAO Tĩnh tải các lớp cấu tạo gán cho bản nắp và bản đáy

HTSC Hoạt tải sửa chữa lên bản nắp NUOC Áp lực nước lên bản đáyTLTHANH Trọng lượng bản thân bản thành gán lên cột khung

GIOX Gió tĩnh theo phương OXGIOY Gió tĩnh theo phương OY

COMB6 TINHTAI + 0.9 HT + 0.9 GIOXCOMB7 TINHTAI + 0.9 HT - 0.9 GIOXCOMB8 TINHTAI + 0.9 HT + 0.9 GIOYCOMB9 TINHTAI + 0.9 HT - 0.9 GIOYBAO ENVE(COMB1; COMB2; ; COMB9)

- Kết quả tính toán được xuất ra từ phần mềm phân tích kết cấu Etabs Ta được biểu đồbao momen và biểu đồ bao lực cắt thể hiện trong hình sau:

Hình 3.19 Biểu đồ bao momen hệ dầm.

Hình 3.20 Biểu đồ bao lực cắt hệ dầm.

6.4 Tính toán cốt thép hệ dầm nắp

6.4.1 Tính cốt dọc.

- Dầm được tính như cấu kiện chịu uốn

- Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo: a = 40mm

- Chiều cao làm việc: hoDN1 = hoDN2 = 600 - 40 = 560 mm

-Kết quả tính toán được trình bày trong bảng sau:

Bảng 3.13 Bảng nội lực và tính toán cốt thép cho hệ dầm nắp.

DN1

Gối 12316 30 56 0.090 0.095 8.25 12.72 5Ø18 0.49Nhịp 15729 30 56 0.115 0.123 10.69 12.72 5Ø18 0.64DN2

Gối

6352

30

56

0.047

0.04

0.25Nhịp 10773 30 56 0.079 0.082 7.17 6.47 5Ø18 0.43

25

46

0.055

0.05

0.29Nhịp 6690 25 46 0.087 0.091 5.44 10.05 5Ø16 0.47DN4

Gối 2199 25 46 0.029 0.029 1.73 6.03 3Ø16 0.15Nhịp 10912 25 46 0.142 0.154 9.18 10.05 5Ø16 0.80

- Chênh lệch đường kính và để thuận tiện cho thi công không nên chọn quá 3loại đường kính trong 1 tiết diện, các đường kính thép chọn khác nhau cũng nên cố

gắng chọn có để dễ phân biệt bằng mắt thường

- Kiểm tra điều kiện cấu tạo:

+ Điều kiện về ath và hoth: Ta kiểm tra cho DN1 có đường kính thép lớn nhất với chiềudày lớp bê tông bảo vệ

+ Điều kiện về khoảng hở cốt thép: kiểm tra tại nhịp với DN1 có số lượng thép lớn nhất

30mm đối với thép lớp trên.

Ta có kết quả kiểm tra cấu tạo cho tất cả dầm nắp ở bảng sau:

Bảng 3.14 Kiểm tra các điều kiện cấu tạo cho hệ dầm nắp.

(cm )

(mm )

Nhịp 25

Thỏa

- Khả năng chống cắt của một cốt đai

+ Bêtông B25 có: Rb = 14,5(MPa) = 145 (daN/cm 2 )

Rbt = 1,05(MPa) = 10,5 (daNc/m 2 )

- Khả năng chống cắt của cốt đai và bê tông

Có Qmax = 9133 daN < Qbsw = 32305 daN

- Kiểm tra điều kiện

Với

( = 0,01 đối với bê tông nặng)

- Thay giá trị φb và φw vào:

Có Qmax = 9133 daN < Q = 3806988 daN

Bố trí cốt đai a = 150 mm trong đoạn đầu dầm L/4

- Chọn thép đai giữa nhịp theo cấu tạo

và 500 mm

- Chọn s = 250 mm đoạn giữa dầm.

Vậy chọn s = 150 mm đoạn L/4 đầu dầm.

s = 250 mm đoạn giữa dầm còn lại.

6.4.3 Tính toán cốt treo

- Tại vị trí dầm phụ DN3 kê lên dầm chính DN1, do tải tập trung lớn để tránh phá hoạicục bộ cho dầm chính, phải đặt thêm cốt treo gia cường

- Lực tập trung do dầm phụ tác dụng lên dầm chính:

Chính là lực cắt tại gối dầm DN2 xuất từ kết quả nội lực của Etabs với trường hợp

COMBO BAO là 6362 (daN)

Chọn thép treo dạng đai Ø6 có asw = 28,3mm 2, đai 2 nhánh

- Số đai cần thiết: (đai) Chọn 6 đai

Trong đó:

- cạnh đáy của tháp phá hoại cắt

hs - khoảng cách từ vị trí đặt lực tập trung đến trọng tâm cốt thép dọc,

hs = ho - hdp = 560 – 500 = 60 mm

ho - chiều cao có ích của tiết diện dầm chính

Chọn thép treo dạng đai Ø6 bố trí mỗi bên

3 đai khoảng cách đai a =50 mm

6.5 Tính toán cốt thép hệ dầm đáy

6.5.1 Tính cốt dọc

- Dầm được tính như cấu kiện chịu uốn

- Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo: a = 50mm

- Chiều cao làm việc: hoDD1 = hoDD2 = 700 - 50 = 650 mm

hoDD3 = hoDD4 = 500 - 50 = 450 mm

Các bước tính toán như phần dầm nắp

- Kiểm tra điều kiện cấu tạo tương tự ở hệ dầm nắp, ta có kết quả trình bày ở bảng sau:

- Điều kiện về ath và hoth: Ta kiểm tra cho DN1 có đường kính thép lớn nhất với chiềudày lớp bê tông bảo vệ

Kết quả tính toán được trình bày trong bảng sau:

Bảng 3.15 Bảng nội lực và tính toán cốt thép cho hệ dầm đáy.

47506

40

65

0.194

0.218

22.4

7 25.29

5Ø22+2Ø20

0.86DD2

Gối 19806 40 65 0.081 0.084 8.72 9.42 3Ø20 0.34Nhịp 28614 40 65 0.117 0.125 12.86 15.7 5Ø20 0.49DD3

Gối 13382 30 55 0.102 0.107 9.18 9.42 3Ø20 0.56Nhịp 21788 30 55 0.166 0.182 15.57 17.68 5Ø20 0.94DD4

Gối

6920

30

55

0.053

0.05

0.28Nhịp 29804 30 55 0.226 0.260 22.25 17.68 5Ø20 1.35

Bảng 3.16 Kiểm tra các điều kiện cấu tạo cho hệ dầm đáy.

+ Asw = n fđ = 0,283 2 = 0,566 cm 2

+ Rsw = 175 MPa

- Khả năng chống cắt của một cốt đai

- Bê tông B.25 có: Rb = 14,5(MPa) = 145 (daN/cm 2 )

Rbt = 1,05(MPa) = 10,5 (daNc/m 2 )

- Khả năng chống cắt của cốt đai và bê tông

Có Qmax = 14086 daN < Qbsw = 43288,2 daN

- Kiểm tra điều kiện:

Với

( = 0,01 đối với bê tông nặng)

- Thay giá trị φb và φw vào:

Có Qmax = 14086 daN < Q = 6662664 daN

Bố trí cốt đai a = 150 mm trong đoạn đầu dầm L/4

- Chọn thép đai giữa nhịp theo cấu tạo:

và 500 mm Chọn s = 250 mm đoạn giữa dầm.

Vậy chọn s = 150 mm đoạn L/4 đầu dầm.

s = 250 mm đoạn giữa dầm còn lại.

6.5.3 Tính toán cốt treo

- Tại vị trí dầm phụ DD2 kê lên dầm chính DD1, do tải tập trung lớn để tránh phá hoạicục bộ cho dầm chính, phải đặt thêm cốt treo gia cường

- Lực tập trung do dầm phụ tác dụng lên dầm chính:

Chính là lực cắt tại gối dầm DD2 xuất từ kết quả nội lực của Etabs với trường hợp

COMBO BAO là 10900 (daN)

- Chọn thép treo dạng đai Ø8 có asw = 50mm 2, đai 2 nhánh

- Số đai cần thiết: (đai)