thuyết minh bể nước ngầm

CẤU TẠO VÀ PHÂN TÍCH KẾT CẤU:  Công trình có 2 hồ nước ngầm: phục vụ nhu cầu sinh hoạt và nước chữa cháy, được bố trí ở vị trí giao giữa trục A-B và trục 3-5..  Hồ nước được làm bằng v

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỒ NƯỚC NGẦM

- o0o -

4.1 CẤU TẠO VÀ PHÂN TÍCH KẾT CẤU:

 Công trình có 2 hồ nước ngầm: phục vụ nhu cầu sinh hoạt và nước chữa cháy, được

bố trí ở vị trí giao giữa trục A-B và trục 3-5

 Mỗi hồ kích thước: 8.5 x 6.25 x 4.5m

 Chọn chiều dày sơ bộ của bản thành và bản vách là 250mm, bản đáy 300mm, dầm đáy 400x600mm

 Mực nước cao nhất trong hồ là 3m

 Hồ nước được làm bằng vách bê tông cốt thép chịu lực toàn khối, truyền tải xuống các dầm đáy

Mặt bằng hồ nước ngầm

Mặt cắt hồ nước ngầm

4.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CẤU KIỆN:

4.2.1 Bản nắp, dầm nắp:

Vì bản nắp và dầm nắp chính là dầm và sàn tầng 1 của công trình nên được tính toán và bố trí theo cách tính sàn tầng Vì vậy không tính riêng cho hồ nước

4.2.2 Bản thành: (Tính bản vách ngoài trục A)

a Bản vách ngoài (8.5x4.5m)

Trường hợp bể đầy nước và chưa có đất đắp xung quanh (thử tải)

Tải trọng:

2

/ 4500 1

5 4

n h

p n n n    

Sơ đồ tính và nội lực:

Bỏ qua trọng lượng bản thân kết cấu, xét tỉ số cạnh dài trên cạnh ngắn:

5

4

5

8

1

2





L

L

=> thiên về an toàn và cũng dễ tính toán ta xem vách như bản 1

phương để tính

Cắt dải bản 1m tính như cấu kiện chịu uốn sơ đồ như sau:

Sơ đồ tính Momen

Tính thép:

Giá trị tính toán:

Chọn a = 7  h = h - a = 25 – 7 = 18cm

Bê tông B25 có: Rb = 145 kg/cm2, Rbt = 10.5 kg/cm2

Thép CIII có: Rs = Rsc = 3650 kg/cm2, R 0.563;R 0.405

Từ M tính:

2

o b

m

h b R

M







 ;  0.5(1 12m) ;

0

h R

M A

s s









(daN.cm) (cm) (cm) (MPa) (MPa) (cm 2 )  a

(mm) chọn

Trường hợp bể được đắp đất xung quanh và không chứa nước

Chỉ tiêu cơ lý của đất nền

LỚP

ĐẤT

Lực dính C

(kg/cm2)

Góc ma sát trong φ (độ)

Dung trọng ướt (T/m3)

Dung trọng đẩy nổi (T/m3)

Độ ẩm (%)

Tải trọng: ta dùng đất CL1 để tính đất đắp xung quanh bể nước

Mực nước ngầm ở cao trình -0.95m so với mặt đất tự nhiên (ta quy ước cost mặt sân hoàn thiện bằng mặt đất tự nhiên)

+ Tải tạm thời trên mặt đất, lấy qtth = 1 T/m2 và được quy ra chiều cao tương đương, ta coi như tải của 1 lớp đất có chiều cao tương đương:

m

q h

đ

tth

1538

1000









- Áp lực đất ở đỉnh vách: do chiều cao htđ < 1m, ta chọn vị trí đỉnh vách áp lực bằng 0

- Áp lực đất vị trí mực nước ngầm:

2 0

0

P d  d         



- Áp lực đất tại chân vách:

+ Áp lực P0 của lớp đất có chiều dày H1 kể từ mặt đất tương đương tới mực nước ngầm

0

2

732 1 45 3

1 95 0 65 0 1538 2

tg n h













































+ Áp lực nước ngầm tác dụng lên thành bể:

2

/ 2805 1

1 55 2

h

p n n    

+ Áp lực đẩy nổi trong nước tác dụng lên thành bể:

2 0

0

/ 1769 2

45 3

1 55 2 550 2

tg n h











































 Tổng tải trọng tác dụng tại chân bể nước:

2

2 p p p 3104 1769 2805 7678kg/m

Sơ đồ tính và nội lực:

Tải trọng Momen

Tính thép:

Giá trị tính toán:

Chọn a = 7  h0 = h - a = 25 – 7 = 18cm

Bê tông B25 có: Rb = 145 kg/cm2, Rbt = 10.5 kg/cm2

Thép CIII có: Rs = Rsc = 3650 kg/cm2, R 0.563;R 0.405

Từ M tính:

o b

m

h b R

M







 ;  0.5(1 12m) ;

0

h R

M A

s s









(daN.cm) (cm) (cm) (MPa) (MPa) (cm 2 )  a

(mm) chọn

 Tổng hợp: Chọn giá trị thép lớn nhất trong 2 trường hợp trên để bố trí:

- Thép dọc 2 lớp: Ø14a100

- Thép ngang theo cấu tạo: Ø12a200

Kiểm tra nứt:

Kiểm tra điều kiện hình thành vết nứt theo công thức sau: Mr  Mcrc

Trong đó:

 Mr – momen do ngoại lực nằm ở một phía tiết diện đang xét đối với trục song

song với trục trung hòa và đi xa điểm lõi cách xa vùng chịu kéo của tiết diện này hơn cả;

 Mcrc – momen chống nứt của tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện khi hình

thành vết nứt, được xác định theo công thức:

Mcrc = Rbt,ser.Wpl + Mrp

 Với cấu kiện không ứng lực trước Mrp =0;

 Wpl – momen kháng uốn của tiết diện đối với thớ chịu kéo ngoài cùng có xét đến

biến dạng không đàn hồi của bêtông vùng chịu kéo, theo 7.1.2.6 TCVN 356-2005:

h x

Với: +x – khoảng cách từ trục trung hòa đến mép chịu nén

+Ibo, Iso, Iso’ – lần lượt là momen quán tính đối với trục trung hòa của diện tích vùng

bê tông chịu nén, của diện tích cốt thép chịu kéo và của diện tích cốt thép chịu nén

+Sbo – momen tĩnh đối với trục trung hòa của diện tích vùng bê tông chịu kéo

+Vị trí trục trung hòa x được xác định theo điều kiện:

+S’b0 – momen tĩnh của vùng chịu nén đối với trục trung hòa

+SS0, S’S0 – momen tĩnh của diện tích cốt thép chịu kéo và cốt thép chịu nén đối với trục trung hòa

f f f f

h h b b - chiều cao, bề rộng cánh trên dưới của tiết diện chữ I với tiết diện chữ nhật h'f 0,h f 0,b'f 0,b f 0

Ta có:

3

3

x b

0 x h A

I so  s 

0 ' '

a h A

I so  s 

2

2

x h b

S bo   ; xh0

2

'

so so

A x h S S S

bo







 '  '

' '

2

' 1 2 5

0 1 2 1

f f red

s f

f

h b b A

A h

a b

b h

h bh















































Kết quả kiểm tra được thể hiện ở bảng sau:

Ibo (cm4) 25881 25881

Kết luận: không nứt

b Bản vách ngang (6.25x4.5m)

Tải trọng: Tải trọng lớn nhất khi thử tải, tức bể chứa đầy nước

2

/ 4500 1

5 4

n h

p n n n    

2 2

2

1

m kg l

l p

Sơ đồ tính và nội lực:

Bỏ qua trọng lượng bản thân kết cấu

Xét tỉ số cạnh dài trên cạnh ngắn: 1.39

5 4

25 6

1

2





L

L

=> Bản hai phương

Sơ đồ tính

1.0 0.0194 0.0216 0.0588 0.0502

1.1 0.0211 0.0198 0.0614 0.0480 1.2 0.0228 0.0178 0.0633 0.0435 1.3 0.0243 0.0153 0.0644 0.0418 1.4 0.0257 0.0132 0.0650 0.0396 1.5 0.0271 0.0120 0.0652 0.0357

Bản thành được tính như ô bản 2 phương, chịu tải trọng tam giác

Moment được tính như sau:

m kg P

m g P

m kg P

m kg P

Tính thép:

Giá trị tính toán:

Chọn a = 7 h0 = h - a = 25 – 7 = 18cm

Bê tông B25 có: Rb = 145 kg/cm2, Rbt = 10.5 kg/cm2

Thép CIII có: Rs = Rsc = 3650 kg/cm2, R 0.563;R 0.405

Từ M tính:

2

o b

m

h b R

M







 ;  0.5(1 12m) ;

0

h R

M A

s s









(daN.cm) (cm) (cm) (MPa) (MPa) (cm 2 )  a

(mm) chọn

 Tổng hợp: Giá trị thép tính được tương đối nhỏ, vì thế thiên về an toàn ta bố trí thép

như thép bản vách ngoài trục A (ô bản 8.5x4.5m)

4.2.3 Bản đáy:

Cấu tạo bản đáy

riêng (kg/m3)

Chiều dày (m)

Hệ số vượt tải

Tải trọng tính toán (kg/m2) -Xi măng B5 quét 2 lớp,Vữa xi

-Sàn bê tông cốt thép dày 30cm 2500 0.3 1.1 825

a Trường hợp bể đầy nước

 Nhịp tính toán:

L1 = 6.25m ; L2 = 8.5m

Khi đó: α = l2/l1 = 8.5/6.25 = 1.36

 Tải trọng:

P = q x l1 x l2 = 3891x6.25x8.5 = 211491 kg

 Sơ đồ tính: bản đáy được tính như ô sàn đơn 4 cạnh ngàm theo sơ đồ số 9

Số

hiệu

ô

sàn

Cạnh ngắn

L1

(m

Cạnh dài

L1

(m)

α

P

M1

daN/m 2 daN/m 2 (daN.m)

Đầy

nước

 Nội lực và tính thép:

Giá trị tính toán:

Chọn a = 7  h0 = h - a = 30 – 7 = 23cm

Bê tông B25 có: Rb = 145 kg/cm2, Rbt = 10.5 kg/cm2

Thép CIII có: Rs = Rsc = 3650 kg/cm2, R 0.563;R 0.405

 Từ M tính:

2

o b

m

h b R

M







 ;  0.5(1 12m) ;

0

h R

M A

s s









(daN.cm) (cm) (cm) (MPa) (MPa) (cm 2 )  a

(mm) chọn

b Trường hợp chưa có nước

Mực nước ngầm ở cao trình -0.95m so với mặt sân hoàn thiện

Áp lực đẩy nổi tác dụng lên đáy sàn nhà xem như phần hoạt tải khi tính toán

Lực đẩy nổi được tính như sau:

2

/ 2805 1

1 55 2

n h

pdn     

Trọng lượng bản thân của bản đáy:

2

/

891kg m

q bd 

Hai tải trọng này có chiều ngược nhau, thiên về an toàn nên không xét qbd

 Tải trọng:

P = (gtt+ptt) x l1 x l2 = 2805x6.25x8.5 = 149016kg

 Sơ đồ tính: bản đáy được tính như ô sàn đơn 4 cạnh ngàm theo sơ đồ số 9

Số

hiệu

ô

sàn

Cạnh ngắn

L 1

(m

Cạnh dài

L 1

(m)

α

P

M1

daN/m 2 daN/m 2 (daN.m)

Không

nước

 Nội lực và tính thép:

Giá trị tính toán:

Chọn a = 7  h0 = h - a = 30 – 7 = 23cm

Bê tông B25 có: Rb = 145 kg/cm2, Rbt = 10.5 kg/cm2

Thép CIII có: Rs = Rsc = 3650 kg/cm2, R 0.563;R 0.405

 Từ M tính:

2

o b

m

h b R

M







 ;  0.5(1 12m) ;

0

h R

M A

s s









(daN.cm) (cm) (cm) (MPa) (MPa) (cm 2 )  a

(mm) chọn

Cốt thép bản đáy được bố trí 2 lớp, ta chọn giá trị lớn nhất trong 2 trường hợp trên để bố trí như sau:

Lớp dưới: phương ngắn: Ø12a150

Phương dài : Ø12a200 Lớp trên: phương ngắn: Ø14a100

Phương dài : Ø14a200

c Kiểm tra võng bản đáy

1 200

Độ võng của bản ngàm bốn cạnh được xác định theo công thức sau:

D

a q

4



 

Trong đó α là hệ số phụ thuộc vào tỉ số (L2/L1) của ô bản:

L2/L1 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4

α 0.00126 0.00150 0.00172 0.00191 0.00207

Ta có: L2/L1= 8.5/6.25 = 1.36 tra bảng được α = 0.00206

q = 3891 kg/m2 ; a = L1 = 6.25 m

Ta có:

3 3 2

3

10 03125 7 2

0 1 12

300 10 30 ) 1 (













h E

Với: Eb = 30.103 MPa; h = 300mm; µ =0,2

Độ võng của ô bản:

 f cm mm

D

a

10 03125 7

625 10

3891 00206 0

4 4

4















Kết luận: độ võng của bản đáy nằm trong giới hạn cho phép

Kết luận: thép bản thành được bố trí như sau:

Lớp dưới: phương ngắn: Ø12a150

Phương dài : Ø12a200 Lớp trên: phương ngắn: Ø14a100

Phương dài : Ø14a200

4.2.4 Dầm đáy

a Hệ dầm đáy và sơ đồ truyền tải:

b Tải trọng tác dụng lên dầm đáy:

Dầm D1 gồm:

Trọng lượng bản thân:

g1  d  sđ  d  0.60.3 0.425001.1330 /

Trọng lượng thành hồ:

n h

b

g t  t t 0.25 4.50.62 25001.12269 /

Tải do bản đáy truyền vào:

m kg

l q k q

2

25 6 1086 779 0 2

1

Với q là tải bản đáy có xét đẩy nổi:

1086 2805 3000







q bđ q ht q đn q

k là hệ số quy đổi được tính theo công thức sau:

12 2  3  120.36820.36830.779

k

368 0 5 8 2

25 6

1











l

l



Tổng tải tác dụng lên dầm D1:

m kg p

g g

G1  1 t  1 330226926445243 /

Dầm D2 gồm:

Trọng lượng bản thân:

g2  d  sđ  d  0.60.3 0.425001.1330 /

Trọng lượng thành hồ:

n h

b

g t  t t 0.25 4.50.62 25001.12269 /

Tải do bản đáy truyền vào:

m kg

l q q

2

25 6 1086 8

5 2 8

Tổng tải tác dụng lên dầm D2:

m kg p

g g

G2  2 t  2 330226921214720 /

Dầm D3 gồm:

Trọng lượng bản thân:

g3  d  sđ  d   0.60.3 0.425001.1330 /

Trọng lượng thành hồ:

n h

b

g t  t t 0.25 4.50.62 25001.12269 /

Tải do bản đáy truyền vào:

m kg

l q q

2

25 6 1086 8

5 2 2 8

5

Tổng tải tác dụng lên dầm D3:

m kg p

g g

G3  3 t  3 330226942426841 /

c Tính nội lực

Hệ dầm trực giao do đó có nhiều cách xác định nội lực Trong thực tế các hệ dầm này làm việc đồng thời với nhau Do đó ta giải bài toán hệ dầm này làm việc không gian bằng cách mô hình bài toán vào Sap2000 (mô hình không gian)

Sơ đồ truyền tải

Biểu đồ Moment

Biểu đồ lực cắt

BẢNG SỐ LIỆU NỘI LỰC DẦM

Tên dầm Vị trí Lực cắt (Kg) Momen (M3)

(Kg.cm)

D1

Gối

27833

-4718158

D2

Gối

14750

0

D3

Gối

21378

0

d Tính thép

Tính cốt dọc

Giá trị tính toán:

Bê tông B25 có: Rb = 145 kg/cm2, Rbt = 10.5 kg/cm2

Thép CIII có: Rs = Rsc = 3650 kg/cm2, R 0.563;R 0.405

Từ M tính:

o b

m

h b R

M







 ;  0.5(1 12m) ;

0

h R

M A

s s









Trí

D1

Gối

C

Tính cốt đai

Bê tông B25 có: Rb = 145 kg/cm2, Rbt = 10.5 kg/cm2

Thép CI có: Rsw = 1750 kg/cm2, R 0.618;R 0.427

Chọn thép đai Ø8, số nhánh đai n = 2

 Asw = 2x0.503 = 1.005 cm2 Tính Mb:

2 0 1

b b









Với: φb2 – hệ số phụ thuộc vào loại bê tông

φf – hệ số ảnh hưởng của cánh tiết diện

φn – hệ số ảnh hưởng của lực dọc Tính s:

Q

bh R

2 0 4

max



0 max 2h

2 1

4

Q

A R M

tt 

A R S

bt n f b

sw sw tt





 1

2

3 2

Sct  h/3

ct s tt s tt s s bt

2 , 1 , max



0 1

1 3 0

Bảng tính cốt đai

dầm (daN) (cm) (cm) (cm) (cm) n  s   s  (cm) (daN.cm) (cm) (cm) (cm) (cm) nén

Bố trí cốt đai như sau:

Đoạn ¼ đầu dầm bố trí đai Ø8a100

Đoạng giữa đàm bố trí đai Ø8a200