Tính toán và thiết kế bể nước mái

Tính toán và thiết bể nước mái nhà cao tầng phục vụ cho sinh hoạt cư dân, phạm vi tính toán và thiết kế thuộc phạm vi đồ án tốt nghiệp ngành kỹ thuật xây dựng bao gồm xác định thể tích nước sử dụng, sơ bộ kích thước cách cấu kiện bể nước mái, tính toán thép và bố trí cho các cấu kiện này

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ BỂ NƯỚC MÁI

1.1 KIẾN TRÚC

Bể nước mái: cung cấp nước cho sinh hoạt của các bộ phận trong công trình

Sơ bộ tính nhu cầu sử dụng nước như sau, tòa nhà có 10 tầng: Từ tầng 2 đến tầng 10 làvăn phòng, mỗi tầng có gồm văn phòng và phòng chức năng, mỗi tầng lấy 4(m2/người) với diện tích sử dụng mỗi tầng là 656 m2 Tổng số người tại một tầng:

1

656

4 (người)Tổng số người trong tòa nhà (bao gồm số người ở các tầng điển hình+ số người tạitầng trệt):

 k: hệ số điều hòa lấy bằng 1.5

 : số lần bơm 1 ngày lấy bằng 1

+ Sử dụng đầu phun Sprinkler để chữa cháy bên trong công trình;

+ Mật độ phun thiết kế yêu cầu: d = 0.08 l/m2;

+ Diện tích chữa cháy: S = 600 m2;

+ Diện tích tối đa của một Sprinkler: s = 12 m2;

+ Thời gian phun chữa cháy: t = 20 phút;

+ Khoảng cách tối đa giữa các Sprinkler: 4 m;

+ Lưu lượng yêu cầu tối thiểu của hệ thống:

Q = d × S = 0.08 ×600 = 48 (l/s) = 172.8 (m3/h)+ Lượng nước tối thiểu để chữa cháy trong vòng 20 phút:

VPCCC = 172.8 ×1/3= 57.6 m3

Vậy thể tích nước mà công trình sử dụng là:  3

sd PCCC

V = V + V = 36.9 + 57.6 = 94.5 mKích thước mặt bằng là L1 × L2 = 8 × 8.2 = 65.6 (m2)

Chiều cao bể nước là H = V/65.6 = 1.44 (m).

Ta chọn chiều cao bể nước H = 1.5m

1.2 CẤU TẠO HỒ NƯỚC

Hình 6-1: Bố trí dầm bản nắp

4 5 D

+ m = 30  35 sàn 1 phương, L – cạnh của phương chịu lực;+ m = 40  45 sàn 2 phương, L – cạnh ngắn;

+ D= 0.8  1.4 phụ thuộc vào tải trọng

Chiều dày bản đáy:

Sơ bộ tương tự như sàn bản nắp, nhưng vì bản đáy chịu tải trọng bản thân, cột nước cao 1.5m nên ta chọn dày hơn bản nắp Chọn hd = 150 (mm)

Lhm

Hệ số

m d

Chiều cao h d

Chiều rộng b d

Tính toán các ô bản theo sơ đồ đàn hồi, nhịp tính toán tính theo trục dầm

Tính toán theo ô bản đơn

 Đối với bản thành, điều kiện thi công sau nên chọn liên kết khớp.

 Đối với bản đáy, điều kiện không cho phép nứt chọn ô bản số 9

1.3.2 Hệ khung

Tính theo sơ đồ đàn hồi

Dùng phần mềm SAP2000 V20 để tính nội lực theo khung không gian.

Chiều dày

Tải trọng tiêu chuẩn

Hệ số

độ tin cậy

Tải trọng tính toán

1.4.2 Sơ đồ tính

Tỉ số L2/L1 = 8/4.1 = 1.95< 2 → bản nắp làm việc theo hai phương

Tính toán nắp bể theo dạng bản kê có 4 cạnh ngàm (dạng sơ đồ 9)

Hình 6-3: Sơ đồ tính 1.4.2.1 Tính cốt thép

Với bê tông B30 và cốt thép CB240-T, CB400-V có: ξR, Rđược tính toán tương tự

(chọn trước thép ϕ8 và ϕ10, sau khi tính toán sẽ kiểm tra lại)

Sơ đồ

Như vậy, theo kết quá tính toán ở bản trên ta chọn:

+ Thép lớp trên 2 phương của nắp bố trí: ϕ10a200

+ Thép lớp dưới 2 phương của nắp bố trí: ϕ8a200

1.5 TÍNH TOÁN BẢNTHÀNH

1.5.1 Tải trọng

Hình 6-4: Sơ đồ tải trọng bản thân

1.5.1.1 Tải trọng ngang của nước

Biểu đồ áp lực nước có dạng tam giác tăng dần theo độ sâu

Chiều dày

Tải trọng tiêu chuẩn

Hệ số

độ tin cậy

Tải trọng tính toán

Xét tỉ lệ

4.1 2

H  2   Bản làm việc 1 phương theo phương cạnh H

Cắt 1 dải rộng 1m theo phương cạnh ngắn để tính toán, 1 đầu ngàm, 1 đầu gối di độngNhận xét: Tổ hợp tải trọng bất lợi cho thành hồ là khi hồ đầy nước, áp lực nước và gió hút sẽ gây nguy hiểm cho thành hồ

ÁP LỰC NƯỚC (kN/m) GIÓ HÚT (kN/m) Momen M 3-3

(Chọn trước thép ϕ8 và ϕ10, sau khi tính toán sẽ kiểm tra lại)

A s,tính toán

) Thép

Kiể m tra

+ Thép lớp trong và lớp ngoài của bản năp bố trí: ϕ10a200

+ Thép phương dài của bản nắp bố trí: ϕ8a250

Chiều dày

Tải trọng tiêu chuẩn

Hệ số

độ tin cậy

Tải trọng tính toán

Đối với bản đáy không kể đến hoạt tải sửa chữa, vì khi sửa chữa bể không chứa nước

Như vậy, theo kết quá tính toán ở bản trên ta chọn:

+ Thép lớp trên 2 phương của nắp bố trí: ϕ12a200

+ Thép lớp dưới 2 phương của nắp bố trí: ϕ10a200

1.7 TÍNH TOÁN DẦM NẮP VÀ DẦM ĐÁY BỂ

1.7.1 Quan niệm tính toán

Dầm nắp, dầm đáy được tính như một hệ dầm trực giao Để mô phỏng chính xác sự làviệc và các kết cấu dầm đáy, dầm nắp, hệ cột, dựng mô hình không gian bao gồm:Dầm đáy, dầm nắp và cột

Với các tải trọng được truyền tải từ các bản sàn vào và tải trọng gió, tải trọng bản thân

+ Tĩnh tải hoàn thiện;

+ Hoạt tải sửa chữa

Hình 6-6: Sơ đồ truyền tải lên dầm nắp

Các loại tải tọng tác dụng vào dầm nắp bao gồm:

+ Tải trọng do bản nắp truyền vào dầm nắp 1(DN1), dầm nắp 2 (DN2), dầm phụnắp 1 (DPN1), dầm phụ nắp 2 (DPN2)

1.7.2.3 Tải tác động lên bản đáy

Các loại tải trọng tác dụng lên bản nắp bao gồm:

+ Trọng lượng bản thân;

+ Tĩnh tải hoàn thiện;

+ Tải trọng của nước

1.7.2.4 Tải trọng từ bản đáy truyền vào dầm đáy

Hình 6-7: Sơ đồ truyền tải lên dầm đáy

Các loại tải tọng tác dụng vào dầm nắp bao gồm:

+ Tải trọng do bản nắp truyền vào dầm nắp 1(DN1), dầm nắp 2 (DN2), dầm phụ nắp 1 (DPN1), dầm phụ nắp 2 (DPN2)

1.7.3 Mô hình tính toán

Hình 6-8: Sơ đồ tính

Các trường hợp chất tải lên khung:

Hình 6-9: Tĩnh tải hoàn thiện

Hình 6-10: Trọng lượng bản thân

Hình 6-11: Tải trọng nước

Hình 6-12: Hoạt tải

Hình 6-13: Gió X

Hình 6-16: Biểu đồ mômen dầm đáy và dầm nắp phương cạnh

ngắn 1.7.4.2 Dầm phụ nắp và dầm phụ đáy

Hình 6-17: Biểu đồ mômen dầm phụ nắp và dầm phụ nắp

phương cạnh ngắn

Hình 6-18: Biểu đồ mômen dầm phụ nắp và dầm phụ đáy

phương cạnh dài 1.7.5 Tính toán cốt thép dọc

Với bê tông B30 và cốt thép CB240-T, CB400-V có: ξR, Rđược tính toán tương tự

Bảng 6-10: Kết quả tính toán thép dầm nắp và dầm đáy

Dầm Vị trí b

(m)

h (m)

(m)

c (m)

Momen (kNm) α m ξ

Hình 6-20: Biểu đồ lực cắt dầm nắp và dầm đáy phương ngắn

Lực cắt lớn nhất đối với bản nắp: Qmax = 56.4 (kN);

Lực cắt lớn nhất đối với bản đáy: Qmax = 232.46 (kN)

+ Trường hợp 1: khi L/4 > 2.5h0 Tính toán cốt đai tại 3 vị trí 1,2,3 ở gối trái Sau

đó lấy giá trị cốt thép lớn nhất trong 3 vị trí tính toán này để bố trí cốt thép chođoạn L/4 ở gối trái Tính toán tương tự cho 3 vị trí 1’,2’,3’ cho gối phải Ở nhịplấy lực cắt ở vị trí 4 để tính toán bố trí cốt đai cho đoạn L/2 giữa nhịp

4' L/2

h02.5h0

Hình 6-21: Hình minh họa cho trường hợp L/4>2.5h 0

+ Trường hợp 2: khi L/4 < 2.5h0 Tính toán cốt đai tại 3 vị trí 1,2,3 ở gối trái nhưBảng 6-11 Sau đó lấy giá trị cốt thép lớn nhất trong 3 vị trí tính toán này để bố trícốt thép cho đoạn L/4 ở gối trái Tính toán tương tự cho 3 vị trí 1’,2’,3’ cho gốiphải Ở nhịp tính toán cốt đai tại 2 vị trí 3 và 4 sau đó lấy giá trị cốt thép lớn hơntrong 2 vị trí tính toán này để bố trí cho đoạn L/2 giữa nhịp

2.5h0

1' 2'

3' 4'

1.7.6.3 Tính toán cốt đai cho dầm nắp

Chọn lớp bê tông bảo vệ là 25 mm với chiều cao dầm đã sơ bộ 500 mm kết hợp với chiều dài tính toán của nhịp dầm là 3.3m, dễ thấy tính toán cốt đai dầm rơi vào trường hợp L/4 > 2.5h0 (trường hợp 1 theo Hình 6-21) Tiến hành tính lực cắt tại 4 vị trí

1,2,3,4 theo Hình 5.14 ta được các giá trị như bản sau:

1.25R bhQ

L / 4q

sw

0

0.5R bQ

- Rsw cường độ tính toán của cốt thép đai;

- Asw diện tích tiết diện ngang của cốt thép đai

1.7.6.4 Tính toán cốt đai dầm đáy

Chọn lớp bê tông bảo vệ là 25 mm với chiều cao dầm đã sơ bộ 650 mm kết hợp với chiều dài tính toán của nhịp dầm là 3.3m, dễ thấy tính toán cốt đai dầm rơi vào trường hợp L/4 < 2.5h0 (trường hợp 2) Tiến hành tính lực cắt tại 4 vị trí 1,2,3,4 theo Hình 5.14 ta được các giá trị như bản sau:

0

1.25R bh

Q

-aq

2.05

50.6251.2



+ qsw mang giá trị dương chứng tỏ bê tông không đủ khả năng chịu cắt, ta phải tính toán cốt đai

sw

0

0.5R bQ

- Rsw cường độ tính toán của cốt thép đai;

- Asw diện tích tiết diện ngang của cốt thép đai

A 290.47

8n.A 2

8n.A 2

Trong đó: N – số đai cần gia cường, Asw: diện tích nhánh đai, n : số đai

1.8 TÍNH TOÁN VẾT NỨT CHO BẢN THÀNH VÀ ĐÁY BỂ

1.8.1 Lý thuyết tính toán

Tương tự như mục 4.7.1

1.8.2 Tiến hành tính toán vết nứt cho bản đáy

Sử dụng bảng tính Excel (Lập theo TCVN 5574-2018) để tính toán cho bản đáy và bảnthành Ta lập được bảng thống kê sau:

A red mm 2 1.5E+05 1.6E+05 1.5E+05 1.5E+05

S t,red mm 3 1.1E+07 1.1E+07 1.1E+07 1.1E+07

I mm 4 2.8E+08 2.8E+08 2.8E+08 2.8E+08

I s mm 4 7.7E+05 7.3E+05 5.0E+05 4.8E+05

0

1.23E+0

I red mm 4 2.9E+08 2.9E+08 2.8E+08 2.9E+08

W red mm 3 3.8E+06 4.0E+06 3.8E+06 3.9E+06

W pl mm 3 5.0E+06 5.2E+06 5.0E+06 5.1E+06

KHÔNG NỨT

1.9 TÍNH TOÁN CỘT CHO BỂ NƯỚC MÁI

1.9.1 Xác định nội lực

Hình 6-25: Biểu đồ lực dọc N cột bể nước mái (kN)

Hình 6-26: Biểu đồ mô men M 2-2 (kNm)

Hình 6-27: Biểu đồ mô men M 3-3 (kNm) 1.9.2.Tính toán thép dọc cho cột

Ở đây ta chọn combo có tổ hợp nội lực nguy hiểm nhất để tính thép dọc cho cột:

h 0

(mm)

Z mm

Theo mục 8.1.2.4.4 trang 62 TCVN 5574-2018, đối với cấu kiện có liên kết một đầu khớp cố định và một đầu ngàm cứng thì chiều dài tính toán l0 = 0.7H (H – chiều dài cấu kiện)

Chiều dài tính toán: l0x = l = 0.7 1.65 = 1.2 m0y 

Độ lệch tâm ngẫu nhiên:

 ax

C 400

C 400

cốt thép được đặt theo chu vi

Tiết diện chịu lực nén N momen uốn Mx, My, độ lệch tâm ngẫu nhiên sau khi xét ảnh hưởng của uốn dọc 2 phương momen tính toán tăng lên Mx1, My1

nên tính theo phương y

Độ lệch tâm ngẫu nhiên:

Độ lệch tâm:

3 1

Ta rải thép cột đều theo chu vi 16f20 với Asc = 5024 mm2

=> Vậy cột đã đủ khả năng chịu lực