Thuyết minh tính toán bể nước mái

Trong một công trình nhà cao tầng, việc cung cấp nước có vai trò hết sức quan trọng. Các bể nước đóng vai trò chủ đạo trong việc cung cấp và xử lí nước. Công trình gồm hai loại bể nước:  Bể nước đặt ở tầng hầm nhận nước từ hệ thống cấp nước của thành phố và bơm lên bể nước mái.  Bể nước mái cung cấp nước cho toàn bộ công trình. Chọn tính toán bể nước mái. 1.1 KÍCH THƯỚC, GIẢI PHÁP KẾT CẤU VÀ PHÂN LOẠI 1.1.1 Kích thước bể: Tính toán dung tích bể theo nhu cầu dùng nước của công trình  Số người dùng nước tính toán: (người)  Tiêu chuẩn cấp nước nhà văn phòng là (lítngườingày đêm)  Hệ số không điều hòa ngày dùng nước lớn nhất  Hệ số xét đến dịch vụ:  Lượng nước dự phòng chữa cháy trong 10 phút là 2,5(ls), lưu lượng nước chữa cháy là:  Lưu lượng nước cấp trong 1 ngày đêm:  Chọn bơm nước lên bể hai lần trong ngày, ta có dung tích bể cần thiết:  Chọn kích thước lọt lòng đáy bể:  Dài  Rộng  Chiều cao cột nước hữu ích: Chọn chiều cao bể:

THIẾT KẾ BỂ NƯỚC MÁI

Trong một công trình nhà cao tầng, việc cung cấp nước có vai trò hết sức quan trọng.Các bể nước đóng vai trò chủ đạo trong việc cung cấp và xử lí nước Công trình gồmhai loại bể nước:

 Bể nước đặt ở tầng hầm nhận nước từ hệ thống cấp nước của thành phố và bơm lên

bể nước mái

 Bể nước mái cung cấp nước cho toàn bộ công trình

Chọn tính toán bể nước mái

1.1 KÍCH THƯỚC, GIẢI PHÁP KẾT CẤU VÀ PHÂN LOẠI

1.1.1 Kích thước bể:

Tính toán dung tích bể theo nhu cầu dùng nước của công trình

 Số người dùng nước tính toán: N=900

Bao gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo

Các lớp cấu tạo Chiều dày(mm) TL riêng (daN/m3)

Hệ sốvượt

1,13 23500

L

L = = <

, tính toán như ô bản 2 phương.Chọn tính toán theo ô bản đơn Cắt 1 dải bản có bề rộng là 1m theo phương cạnhngắn và phương cạnh dài để tính toán:

 Sơ đồ tính:

Hình 4.3 : Sơ đồ tính bản nắp

1.3.3 Tính nội lực

Nội lực của ô bản 2 phương được tính theo sơ đồ liên kết ngàm 4 cạnh:

 Mô men giữa nhịp: 1 9

R

ξ

=

s s

ba s A

bản (mm) (mm2) (mmØ (mm2) lượng(μ%)

)

s(mm)

1.3.5.1 Cốt thép tăng cường lỗ thăm nắp

Cốt thép tăng cường lỗ thăm nắp lấy bằng lượng thép mất đi trong phạm vi lỗ nắp Vịtrí lỗ ở mép dầm, ta tăng cường cả lớp trên và lớp dưới Chọn tăng cường lớp trên là3Ø8, lớp dưới là 3Ø8 Chi tiết gia cường được thể hiện trong bản vẽ

Do bản nắp có kết cấu dầm nắp bên dưới nên tải trọng từ bản nắp do dầm nắp chịu vàtruyền vào hệ cột Bỏ qua trọng lượng bản thân thành Theo phương ngang, xem nhưbản thành làm việc chịu uốn thuần túy dưới tác dụng của áp lực nước và tải trọng gió.

ω=

+ Hệ số vượt tải với chất lỏng : n = 1

+ Chiều cao tính áp lực nước h Xét trường hợp nguy hiểm nhất khi nước trong

+ Công trình tại thành phố Sóc Trăng tỉnh Sóc Trăng thuộc vùng áp lực gió

II-A, giá trị áp lực gió tiêu chuẩn

2

w = daN m

.+ k là hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình; công trình trong thành phố bị che chắn mạnh, thuộc dạng địa C Cao trình đỉnh bản thành là 46,30m, tra “Bảng 5” TCVN 2737-1995 được k=1,0078

+ n=1,2

là hệ số độ tin cậy tải trọng

Ta có giá trị tải trọng gió tính toán:

+ Tải trọng gió đẩy:

 Ta chọn 2 trường hợp tải nguy hiểm để tính toán:

+ Trường hợp hồ đầy nước và chịu tải trọng gió hút sẽ gây nguy hiểm cho thànhtrong hồ

+ Trường hợp hồ không có nước, chịu tải trọng gió đẩy gây nguy hiểm chothành ngoài

1.4.2 Sơ đồ tính:

 Liên kết bản thành với dầm đáy và với cột xem là liên kết ngàm Vì khi thi công thi công bản thành xong tạo mạch ngừng ở đáy dầm nắp, dầm nắp và bản nắp thi công sau, nên liên kết bản thành với dầm nắp xem là liên kết khớp

 Xét hai bản thành (1300x3400) và (1300x3850) là các bản 1 phương Cắt dải bảnrộng 1m theo phương cạnh ngắn để tính toán.Sơ đồ tính trường hợp hồ đầy nước vàchịu tải trọng gió hút:

Hình 4.4: Sơ đồ tính trường hợp hồ đầy nước và chịu tải trọng gió hút (daN/m)

 Sơ đồ tính trường hợp hồ không có nước, chịu tải trọng gió đẩy:

Hình 4.5: Sơ đồ tính trường hợp hồ không có nước, chịu tải trọng gió đẩy

(daN/m)

1.4.3 Tính nội lực:

Mô men trong bản thành được tính toán theo phương pháp cộng tác dụng nội lực docác trường hợp tải trọng gây ra Vì hệ là siêu tĩnh, nên ta sử dụng bảng tra các côngthức tính nội lực có sẵn theo “ Bảng 4- Sổ tay thực hành kết cấu công trình-PGS-PTS

 Chịu tải trọng gió hút:

Hình 4.7: Mô men bản thành chịu tải trọng gió hút

daN m

+ Mô men lớn nhất tại nhịp:

Lấy giá trị gần đúng tại vị trí

2 2 2 2max

1.4.3.2 Nội lực tính toán của bản thành trường hợp hồ không có nước và chịu tải

trong gió đẩy

Chịu tải trọng gió đẩy

Hình 4.8: Mô men bản thành chịu tải trọng gió đẩy

 Mô men tại ngàm:

×

= − 2 = −80,30 1,32 = −16,96( )

d ng

Các giá trị nội lực dùng để tính toán thiết kế thép cho bản thành:

+ Mô men tại ngàm:

Từ các giá trị nội lực đã có, ta tính được diện tích cốt thép chịu uốn (cốt thép dọc) trêndải 1m, chỉ bao gồm 1 lớp (1 bên của bản thành) Sau đó ta bố trí cho phía lớp còn lạicủa bản thành.

s

R bh A

R

ξ

=

s s

ba s A

As yc(mm2)

Thép chọn As

ch(mm2)

Hàm lượngthép (μ%)

1000( ), 100( ), 1300( )

Chọn lớp bảo vệ dầm c=15(mm)

, ta có, 19( )

1.4.6.1 Công thức tính toán

 Điều kiện để cấu kiện không hình thành khe nứt:

crc

M M≤

, với M tính đối với tải trọng tiêu chuẩn toàn phần

Trong đó giá trị mô men chống nứt:

, tiêu chuẩn thiết kế cho phép xác

định chiều cao tương đối của vùng chịu nén ξ

trong trường hợp tiết diện chữnhật:

, '2(1 )1

E E

α =

1.4.6.2 Tính toán kiểm tra nứt

 Tải trọng tiêu chuẩn:

+ Giá trị áp lực nước tiêu chuẩn lớn nhất tại đáy bể:

 Tính giá trị mô men chống nứt:

Cốt thép được bố trí đều cho 2 lớp của bản thành nên các vị trí gối và nhịp đều cóchung 1 giá trị mô men chống nứt

21 10

7

3 10

s b

E E

Bao gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo

Các lớp cấu tạo Chiều dày(mm) TL riêng (daN/m3)

Hệ sốvượt

1,13 23500

L

L = = <

, tính toán như ô bản 2 phương.Chọn tính toán theo ô bản đơn Cắt 1 dải bản có bề rộng là 1m theo phương cạnhngắn và phương cạnh dài để tính toán:

 Sơ đồ tính:

Hình 4.10 : Sơ đồ tính bản đáy

1.5.3 Tính nội lực

Nội lực của ô bản 2 phương được tính theo sơ đồ liên kết ngàm 4 cạnh:

 Mô men giữa nhịp: 1 9

R bh A

R

ξ

=

s s

ba s A

Thép chọn

As ch(mm2)

Hàmlượng(μ%)

Ø(mm) (mm)s

Với cốt thép Ø8 chọn chiều dài đoạn neo thép bản chịu kéo trong vùng bê tông chịunén là 200.

1.5.6 Kiểm tra nứt bản đáy

 Cắt dải bản đáy có bề rộng 1 m theo phương cạnh ngắn để tính toán kiểm tra nứt

cho bản đáy, xem như một dầm siêu tĩnh 2 đầu ngàm, tiết diện

, với M tính đối với tải trọng tiêu chuẩn toàn phần

Trong đó giá trị mô men chống nứt: crc bt ser, pl

M =R W

Với:

'2( bo so so)

+ x

là chiều cao của vùng chịu nén o

x=ξh

, tiêu chuẩn thiết kế cho phép xác

định chiều cao tương đối của vùng chịu nén ξ

trong trường hợp tiết diện chữnhật:

, '2(1 )1

E E

α =

1.5.6.2 Tính toán kiểm tra nứt

 Tổng tải trọng tiêu chuẩn:

3 10

s b

E E

Xuất hiện vết nứt tại ngàm.

 Tính giá trị mô men chống nứt tại nhịp:

Với

9 9

21 10

7

3 10

s b

E E

1.5.6.3 Tính toán bề rộng khe nứt tại mép gối

lấy bằng 1 với cấu kiện chịu uốn+ l

01

f f

f

h h

Với ν

là hệ số đặc trưng trạng thái đàn hồi dẻo của bê tông vùng nén, đối với bê tông nặng được lấy như sau:

∗ ν =0,45

đối với tải trọng tác dụng ngắn hạn

∗ Đối với tải trọng tác dụng dài hạn:

− Khi độ ẩm môi trường là 40 – 75%, lấy ν =0,15

− Khi độ ẩm môi trường <40%, lấy lấy ν =0,10

− Khi độ ẩm mối trượng >75%, giá trị ν

đối với tải trọng dài hạn được nhân với hệ số 1,25

+ Chiều cao vùng chịu nén:

0

1

1 5( )10

x h

∗

s b

E E

h h

Vì vậy ta chỉ cần kiểm tra bề rộng vết nứt tại vị trí ngàm.

1.5.6.3.2 Tính bề rộng khe nứt do tác dụng dài hạn của tải trọng dài hạn crc2

 Giá trị mô men do tác dụng dài hạn của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thờidài hạn tại ngàm được tính với tải trọng theo phương L1:

1 1 2

1059,12 3,50

1081,19( )

c crc

+

4 3

21 10

7

30 10

s b

E E

A v bh

x h

ξ

δ λβ

Với tải trọng tác dụng dài hạn

3 4

1.5.7 Kiểm tra độ võng bản đáy

Điều kiện tính toán kiểm tra là độ võng toàn phần của cấu kiện bé hơn hoặc bằng độvõng giới hạn:

“Đối với những đoạn cấu kiện mà trong vùng kéo của nó không hình thành vết nứtthẳng góc với trục dọc cấu kiện: được xác định như đối với vật thể đàn hồi”

1.5.7.2 Công thức tính toán

 Tính võng cho bản đáy tại giữa nhịp đã được kiểm tra không xảy ra vết nứt

 Độ võng sàn toàn phần: sh l

ff= + f

 Theo TCVN 2737:1995, mục 2.3.4 có quy định về tải trọng tạm thời dài hạn trong

đó có bao gồm áp lực hơi, chất lỏng, chất rời trong bể chứa

Như vậy áp lực nước chỉ bao gồm thành phần hoạt tải dài hạn, suy ra độ võng củađáy bể chỉ bảo gồm độ võng do tác dụng của tải trọng dài hạn, bao gồm tác dụngcủa tải trọng thường xuyên và phần dài hạn của tải trọng tạm thời

 Cắt 1 dải bản đáy có bề rộng 1m để tính toán

Với trường hợp sơ đồ tính là hai đầu ngàm ta có độ võng

41384

c i i

i

q l f

E E

E I B

+ Khi tác dụng của tải trọng là không kéo dài 2

1

b

ϕ =+ Khi tác dụng của tải trọng là kéo dài thì:

1.5.7.3.2 Độ võng do tác dụng dài hạn của tải trọng dài hạn

 Tải trọng tác dụng dài hạn được quy về theo phương cạnh ngắn:

4

3,95 (412 1300) 1712( / )(3,95 3,50 )

 Tải trọng tác dụng lên dầm đáy bao gồm: tải trọng bản thân và tải trọng phần bố từbản sàn, tải trọng bản thân của bản thành Với hệ dầm đáy, vì tải trọng theo phươngngang khá nhỏ so với tải trọng truyền từ bản đáy, vì thế để đơn giản ta chỉ xét tảitrọng theo phương đứng.

q = daN m

Bản nắp và bản đáy có kích thước (3500x3950)mm và bản được đổ toàn khối với dầm.Bản làm việc 2 phương nên diện truyền tải lên dầm đỡ có dạng hình thang theophương cạnh dài và dạng tam giác theo phương cạnh ngắn (L1 là chiều dài cạnh ngắn)

Hình 4.11: Sơ đồ truyền tải từ bản về dầm đỡ

 Bảng kết quả tải trọng truyền từ bản nắp và bản đáy về dầm nắp và dầm đáy:

Dầ

m

Tiết diện

L1(mm)

q b

(daN/

n tải

b(mm)

h(mm)

395,9

692,83

Hìnhthang

giác

1771,6

3100,30

Hìnhthang

giác

Bảng 4.10: Tải trọng từ bản tác dụng lên dầm

1.6.2 Sơ đồ tính

Hình 4.12: Sơ đồ tải trọngtác dụng lên dầm Dn1, Dd1 (daN/m)

Hình 4.13: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên dầm Dn2, Dd2 (daN/m)

1.6.3 Tính nội lực:

 Chọn tính toán hệ dầm nắp và dầm đáy bằng phần mềm Sap 2000v14

 Xem liên kết giữa các phần tử dầm cột với nhau là các nút cứng Nội lực sẽ đượcphân phối cho các phần tử dầm cột tại nút cứng phụ thuộc vào độ cứng của chúng

 Kết quả nội lực từ phần mềm:

Hình 4.14 : Mô men dầm Dn1 và Dd1 (daN.m)

Hình 4.15 : Lực cắt dầm Dn1 và Dd1 (daN)

Hình 4.16: Mô men dầm Dn2 và Dd2 (daN.m)

s

R bh A

s s

R R

1.6.4.2 Kết quả tính toán cốt thép

Chọn lớp bảo vệ cốt thép là 25(mm) Giả thuyếta=35(mm)

Ast(mm2)

Thépchọn

Asc(mm2) μ%Dn1 Nhịp 516,48 200 265 0,0257

70,51

2 2Ø12 226 0,42Gối 802,93 200 265 0,0402 110,43 2Ø12 226 0,42Dn2

Nhịp 380,71 200 265 0,0189 51,797 2Ø12 226 0,42Gối 579,21 200 265 0,0289 79,203 2Ø12 226 0,42Dd1

Nhịp 2318,71 200 365

0,0619

234,1

3 3Ø12 339 0,46Gối 3014,26 200 365 0,0813 307,44 3Ø12 339 0,46Dd2

Nhịp 1703,58 200 365 0,0451 170,54 3Ø12 339 0,46Gối 1223,90 200 365 0,0322 121,71 3Ø12 339 0,46

1.6.5.2 Điểm cắt thép

 Cốt thép chịu mô men âm, vị trí cắt cách mép gối một đoạn L / 4

 Cốt thép chịu mô men dương, vị trí cắt cách mép gối một đoạn L / 6

Bê tông dầm đủ khả năng chịu lực cắt

1.6.6.3 Kiểm tra khả năng chịu ứng suất nén chính của dầm

0,3 0,3 1 0,855 14,5 200 269 200096( ) 20009,6( )1087,99( ) 20009,6( )

 Dầm Dd1:

Khả năng chịu ứng suất nén chính của bê tông:

1 1 0 max

0,3 0,3 1 0,855 14,5 200 369 274480( ) 27448( )4290,19( ) 27448( )

Bê tông đủ khả năng chịu ứng suất nén chính

1.6.6.4 Cấu tạo cốt đai

 Dầm đủ khả năng chịu lực cắt nên ta không cần tính cốt đai, chọn bố trí cốt đai theocấu tạo

 Chọn bố trí cốt đai như sau:

+ Dầm Dn1 và Dn2:

∗ Đoạn 4

L

của 2 đầu dầm bố trí Ø6a150

∗ Đoạn giữa dầm bố trí Ø6a250

+ Dầm Dd1 và Dd2:

∗ Đoạn 4

L

của 2 đầu dầm bố trí Ø6a100

∗ Đoạn giữa dầm bố trí Ø6a200

Tiết diện cột 300x300(mm) Bỏ qua ảnh hưởng của uốn dọc

Diện tích cốt thép cột theo công thức chịu nén đúng tâm là:

10285,29 14,5 300 300

0280

b b st

Bê tông đã đủ khả năng chịu lực Chọn đặt thép theo cấu tạo

Chọn đặt 4Ø16 bố trí theo chu vi

Chọn cốt đai Ø6+ Khoảng cách cốt đai: