Tính toán thiết kế bể nước mái

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỂ NƯỚC MÁI 4.1. Chọn sơ bộ kích thước bể nước Lượng nước cần dùng cho tòa nhà: • Số người sử dụng nước: Mỗi tầng gồm có 8 căn hộ. Số người trung bình cho mỗi căn hộ là 4 người. Tổng số người N = 13 × 8 × 4 = 416 người • Lưu lượng nước cấp cho sinh hoạt: Trong đó qsh = 200 (lngười.ngày đêm) được lấy theo tiêu chuẩn (TCVN 33 : 2006) cung cấp nước sinh hoạt cho vùng nội đô giai đoạn 2020. kngày.max lấy theo tiêu chuẩn TCVN 33 : 2006 : kngày.max = 1.1 ÷ 1.2 • Lưu lượng nước phục vụ trong việc chữa cháy: Trong đó qcc = 10 (ls) lấy cho khu chung cư có một đám cháy và dưới 5000 người. Thời gian tính chữa cháy là cho 2 giờ trong một ngày. • Tổng lưu lượng nước cung cấp cho công trình: Q = Qsh + Qcc = 100 +72 = 172 m3ngày.đêm • Chọn lựa 1 hồ nước và nước được bơm 1 lần trong một ngày. Vậy thể tích lượng nước cần thiết cho một ngày: 172 m3ngày.đêm • Hồ nước được thiết kế đặt trên sân thượng của công trình. • Chọn kích thước mặt bằng L × B = 8 × 16 m • Chiều cao đài bể: 1.34 m. Chọn chiều cao đài bể Hđài = 1.5 m • Chọn sơ bộ kích thước hồ nước mái như sau L × B × H = 16× 8 × 1.5 m, đáy bể cao hơn cao trình sàn tầng thượng là 1m. • Bể nước mái được đổ bê tông toàn khối, có nắp đậy. Lỗ thăm trên nắp bể nằm ở góc có kích thước 600 × 600 mm • Xét bể nước mái công trình này ta có:  Vậy bể nước mái công trình thuộc loại bể thấp.

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỂ NƯỚC MÁI

4.1 Chọn sơ bộ kích thước bể nước

Lượng nước cần dùng cho tòa nhà:

 Số người sử dụng nước:

Mỗi tầng gồm có 8 căn hộ Số người trung bình cho mỗi căn hộ là 4 người Tổng

số người N = 13 × 8 × 4 = 416 người

 Lưu lượng nước cấp cho sinh hoạt:

3 sh

Q = k = 1.2 = 99.8 100 m /ngày.đêm



- Trong đó qsh = 200 (l/người.ngày đêm) được lấy theo tiêu chuẩn (TCVN 33 : 2006) cung cấp nước sinh hoạt cho vùng nội đô giai đoạn 2020

- kngày.max lấy theo tiêu chuẩn TCVN 33 : 2006 : kngày.max = 1.1 ÷ 1.2

 Lưu lượng nước phục vụ trong việc chữa cháy:

3 cc

cc

q n 2 3600 10 2 3600 1

- Trong đó qcc = 10 (l/s) lấy cho khu chung cư có một đám cháy và dưới 5000 người Thời gian tính chữa cháy là cho 2 giờ trong một ngày

 Tổng lưu lượng nước cung cấp cho công trình:

Q = Qsh + Qcc = 100 +72 = 172 m3/ngày.đêm

 Chọn lựa 1 hồ nước và nước được bơm 1 lần trong một ngày Vậy thể tích lượng nước cần thiết cho một ngày: 172 m3/ngày.đêm

 Hồ nước được thiết kế đặt trên sân thượng của công trình

 Chọn kích thước mặt bằng L × B = 8 × 16 m

 Chiều cao đài bể: dai

V

H = =

L B 1.34 m Chọn chiều cao đài bể Hđài = 1.5 m

 Chọn sơ bộ kích thước hồ nước mái như sau L × B × H = 16× 8 × 1.5 m, đáy bể cao hơn cao trình sàn tầng thượng là 1m

 Bể nước mái được đổ bê tông toàn khối, có nắp đậy Lỗ thăm trên nắp bể nằm ở góc có kích thước 600 × 600 mm

 Xét bể nước mái công trình này ta có:

-L 16

= = 2 < 3

-H 1.5

= = 0.18 < 2

L 8.5

 Vậy bể nước mái công trình thuộc loại bể thấp

4.2 Thông số ban đầu

4.2.1 Vật liệu sử dụng

Bê tông: B25 → Rb = 14.5 Mpa, Rbt = 14.5 Mpa, b = 1.00 Cốt thép: AI → Rs= 225 Mpa, α R=0.439, ξR=0.651 Cốt thép: AIII → Rs= 365 Mpa, α R=0.421, ξR=0.604

4.2.2 Kích thước sơ bộ

• Chiều dày bản nắp, bản đáy, và bản thành

 Chọn sơ bộ chiều dày bản nắp là: 100 mm

 Chọn sơ bộ chiều dày bản đáy là: 150 mm

 Chọn sơ bộ chiều dày bản thành là: 150 mm

• Sơ bộ tiết diện dầm, cột

 Chọn sơ bộ kích thước dầm nắp và dầm đáy như hình

 Chọn kích thước cột: 300 × 300 mm

Hình 4.1: Mặt bằng bố trí dầm bản nắp

Hình 4.2: Mặt bằng bố trí dầm bản đáy

4.3 Tính toán thiết kế bể nước

Sử dụng phần mềm Safe v12.3.2 để tính toán nội lực bản nắp, bản đáy bể nước

4.3.1 Bản nắp

4.3.1.1 Tải trọng tác dụng

 Tĩnh tải

Bảng 4.1: Tĩnh tải bản nắp

STT Lớp cấu tạo Khốilượng riêng,

tc (kN/m 3 )

Hệ số vượt tải, n

Chiều dày, δ (mm)

Tĩnh tải.

q tt

(kN/m 2 )

 Hoạt tải

Giá trị của hoạt tải được tra theo tiêu chuẩn TCVN 2737 : 1995

Hoạt tải tiêu chuẩn: pc = 0.75 kN/m2

4.3.1.2 Mô hình, tính toán bản nắp

Hình 4.3: Mô hình bản nắp trên safe

Hình 4.4: Phân chia các dãi strip

Hình 4.5: Momen dãy strip theo phương X

Hình 4.6: Momen dãy strip theo phương Y

• Tính thép bản nắp

 Chọn a = 20 mm

ho = 100 - 20 = 80 mm

b = 1000 mm

 Áp dụng công thức tính toán:

b o

R b h M

   

     

 Hàm lượng cốt thép: hàm lượng bố trí phải thỏa điều kiện sau:

min max

    

Trong đó:

s o

A

b h

 



µmin: tỷ lệ cốt thép tối thiểu, thường lấy µmin = 0.1%

µmax: tỷ lệ cốt thép tối đa,

b

s

R 2.4

   

Bảng 4.2: Kết quả tính cốt thép cho bản nắp

A s

S1

MgA -2.407 0.0259 0.0262 1.35 Ø8 a200 2.56 0.2

Mn 7.9204 0.0853 0.0893 4.6 Ø8 a100 5.03 0.4 MgB -7.845 0.0845 0.0884 4.56 Ø8 a110 4.57 0.37 Mg1 -1.455 0.0157 0.0158 0.81 Ø8 a200 2.56 0.2

Mn 5.6474 0.0609 0.0629 3.24 Ø8 a130 3.87 0.31 Mg2 -0.282 0.003 0.003 0.15 Ø8 a200 2.56 0.2

S2

MgB -7.845 0.0845 0.0884 4.56 Ø8 a110 4.57 0.37

Mn 1.0134 0.0109 0.011 0.57 Ø8 a200 2.56 0.2 MgC -7.845 0.0845 0.0884 4.56 Ø8 a110 4.57 0.37 Mg1 -0.774 0.0083 0.0083 0.43 Ø8 a200 2.56 0.2

Mn 2.4337 0.0262 0.0266 1.37 Ø8 a200 2.56 0.2 Mg3 -0.131 0.0014 0.0014 0.07 Ø8 a200 2.56 0.2

 Kiểm tra độ võng của bản nắp:

Hình 4.7: Chuyển vị của bản nắp (m)

 Giá trị chuyển vị lớn nhất: fsàn = 1.5 cm

Khi nhịp sàn nằm trong khoản 5 m  L  10 m thì [f] = 2.5 cm (Theo TCVN 5574 :

2012 - Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép)

fsàn = 1.35 cm < [f] = 2.5 cm

 Giá trị võng của bản nắp thỏa mãn giới hạn cho phép

4.3.1.3 Tính toán dầm nắp

 Nội lực dầm nắp:

Hình 4.8: Biểu đồ moment các dầm bản nắp

Hình 4.9: Biểu đồ lực cắt của dầm bản nắp

 Kết quả tính toán thép dầm:

Bảng 4.3: Kết quả tính cốt thép dầm nắp

DẦM Kí hiệu M α m ξ As μ (%) Bố trí Asbt

DN1

Mg1 -16.0205 0.0404 0.0413 1.214 0.164054 2Ø12 2.261

Mn 21.2329 0.0535 0.055 1.617 0.218514 2Ø12 2.261

Mg2 -24.3192 0.0613 0.0633 1.861 0.251486 2Ø12 2.261 DN2

Mg1 -14.1019 0.0355 0.0362 1.064 0.143784 2Ø12 2.261

Mn -3.7951 0.0096 0.0096 0.282 0.038108 2Ø12 2.261

Mg2 -14.1019 0.0355 0.0362 1.064 0.143784 2Ø12 2.261 DN3

Mg1 -40.1472 0.0418 0.0427 2.392 0.169645 2Ø14 3.077

Mn 66.0108 0.0687 0.0712 3.988 0.282837 3Ø16 6.029

Mg2 -40.1472 0.0418 0.0427 2.392 0.169645 2Ø14 3.077 DN4

Mg1 -64.4855 0.0671 0.0695 3.893 0.276099 2Ø16 4.019

Mn 104.0662 0.1083 0.1149 6.436 0.456454 3Ø18 7.63

Mg2 -64.4855 0.0671 0.0695 3.893 0.276099 2Ø16 4.019

• Cốt đai:

Lực cắt lớn nhất trong các dầm: Q= 52.88 kN

Chọn côt thép làm cốt dai: dws=6, số nhánh n=2, Rsw=175Mpa, chọn khoảng cách giữa các cốt đai s=200 mm:

28.3

200

w

A

q R n

s

Khả năng chịu cắt của cốt đai và bê tông:

wb 2 b2 b bt 0 sw 2 1.05 10 0.3 0.57 49.48 142.3

> Q

Vậy cốt đai bố trí như trên đủ khả năng chịu cắt

4.3.2 Bản thành

Bản thành bể nước chịu tải trọng do áp lực nước gây ra và áp lực gió hút tác động Sơ bộ chọn chiều dày bản thành hbt = 150 mm

4.3.2.1 Tải trọng tác dụng

 Tĩnh tải

Bảng 4.4: Tĩnh tải bản thành

STT Lớp cấu tạo Khốilượng riêng,

q tc (kN/m 3 )

Hệ số vượt tải, n

Chiều dày, δ (mm)

Tĩnh tải.

q tt

(kN/m 2 )

Tải trọng bản thân bản thành quy đổi thành tải trọng phân bố tác dụng lên dầm bản đáy trong mô hình SAFE

qtc = 5.187 × 1.5 = 7.78 kN/m

 Hoạt tải nước: Ptt = γn × H × np = 10 × 1.5 × 1.1 = 16.5 kN/m2

 Tải trọng gió:

 Tải trọng gió tác dụng lên thành bể xét trường hợp nguy hiểm nhất là gió hút, có chiều tác dụng cùng chiều với áp lực nước:

W = Wo × k × c × n

 Wo: Giá trị của áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng áp lực gió theo địa danh hành chính (Phụ lục E): Công trình xây dựng tại TP Lào Cai thuộc vùng áp lực gió I.A địa hình B nên có giá trị áp lực gió Wo = 0.55 kN/m2

 k: hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao (Theo bảng 5 TCVN 2737 : 1995)

- Tại cao độ z = + 54.3 m tính từ mặt đất tự nhiên ta có k = 1.487

- Tại cao độ z = + 55.8 m tính từ mặt đất tự nhiên ta có k = 1.493

Ta được tb

1.487 1.493

2



 Hệ số khí động, c = 0.6 (gió hút)

 n: Hệ số vượt tải, n = 1.2

 W = Wo × k × c × n = 0.55×1.49×0.6×1.2=0.59 kN/m2

4.3.2.2 Sơ đồ tính

 Kích thước: 16 × 1.5 m

 Bản thành có tỷ số giữa cạnh dài trên cạnh ngắn:

L 16 10.67 > 2

h 1.5 

 Vậy bản thành thuộc loại bản làm việc 1 phương, sơ đồ tính của bản như sau:

Hình 4.10: Lực tác dụng vào thành bể

Hình 4.11: Sơ đồ tính và biểu đồ Moment

4.3.2.3 Tính toán nội lực

Vì thành hồ làm việc như bản dầm cho nên theo phương nằm ngang không tính toán, đặt thép cấu tạo

 Cắt một dãy bản có chiều rộng 1m để tính Sơ đồ tính như hình vẽ:

 Một cách gần đúng theo phương pháp cộng tác dụng ta có:

- Moment tại nhịp và gối

2 2

9W h P h

128 33.6

1.2 kN.m

2.64 kN.m

4.3.2.4 Tính toán bố trí cốt thép

 Chọn a = 25 mm

ho = 150 - 25 = 125 mm

b = 1000 mm

 Áp dụng công thức tính toán:

R b h M

   

     

Bảng 4.5: Kết quả tính toán cốt thép thành bể

Kí hiệu

M

α m ξ

A s

Bố trí

A sbt

(KN.m

Mg1 1.2 0.0053 0.0053 0.427 Ø8a200 2.51

Mn 2.64 0.0117 0.0118 0.951 Ø8a200 2.51

4.3.3 Tính toán bản đáy

4.3.3.1 Tải trọng tác dụng

 Tĩnh tải

Gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo đáy bể như sau:

Bảng 4.6: Tĩnh tải bản đáy.

STT Lớp cấu tạo Khốilượng riêng,

q tc (kN/m 3 )

Hệ số vượt tải, n

Chiều dày, δ (mm)

Tĩnh tải.

q tt

(kN/m 2 )

 Hoạt tải nước: P = γn × H × np= 10 × 1.5 × 1.1= 16.5 kN/m2

4.3.3.2. Mô hình, tính toán bản đáy:

Hình 4.12: Mô hình bản đáy trên safe

Hình 4.13: Chia các dãy strip

Hình 4.14: Momen dãy strip theo phương x

Hình 4.15: Momen dãy strip theo phương x

 Tính toán tương tự bản nắp ta có kết quả sau:

Bảng 4.7: Tính toán thép bản đáy.

A s

SĐ1

MgA -0.799 0.0033 0.0033 0.28 Ø8 a200 2.56

Mn 23.291 0.095 0.1 5.16 Ø12 a200 5.65

MgB -12.42 0.0507 0.0521 4.36 Ø8 a100 5.03

Mg1 -7.009 0.0286 0.029 2.43 Ø8 a200 2.56

Mn 30.162 0.1231 0.1318 6.81 Ø12 a160 7.07

Mg3 -1.111 0.0045 0.0045 0.38 Ø8 a200 2.56

SĐ2

MgB -12.42 0.0507 0.0521 4.36 Ø8 a100 5.03

Mn 2.492 0.0102 0.0103 0.86 Ø8 a200 2.56

MgC -12.42 0.0507 0.0521 4.36 Ø8 a100 5.03

Mg1 -6.986 0.0285 0.0289 2.42 Ø8 a200 2.56

Mn 24.438 0.0997 0.1052 5.43 Ø12 a200 5.65

Mg3 -0.944 0.0039 0.0039 0.33 Ø8 a200 2.56

 Kiểm tra độ võng của bản đáy:

Hình 4.16: Chuyển vị của bản đáy (m)

 Giá trị chuyển vị lớn nhất: fsàn = 1.65 cm

Khi nhịp sàn nằm trong khoản 5 m  L  10 m thì [f] = 25 mm (Theo TCVN 5574 :

2012 - Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép)

fsàn = 1.6 cm < [f] = 2.5 cm

 Giá trị võng của bản đáy thỏa mãn giới hạn cho phép

Kiểm tra yêu cầu về độ chống nứt.

Theo TCVN 5574 – 2012, mục 4.2.7: Bảng 1-Cấp chống nứt và giá trị bề rộng vết nứt giới hạn để đảm bảo hạn chế thấm cho kết cấu.

- Cấp chống nứt cấp 3 : acrc2 = 0.3 mm

- Kiểm tra nứt theo điều kiện : acrc  acrc2

Với :

a crc=δϕ l η σ s

E s 20(3 5−100 μ )

3

√d

δ : hệ số phụ thuộc loại cấu kiện ; cấu kiện uốn δ = 1.

ϕl : hệ số kể đến tác dụng của tải trọng dài hạn ϕl = 1.2

 : phụ thuộc tính chất bề mặt của cốt thép:

Thép thanh tròn trơn =1.3 ; Thép có gân  = 1

Thép AIII có Es = 2  104 (MPa)

σ s= M tc

A s z=

M tc

A s.(γ h o) ;

Mtc = Mtt /1.15= 0.87Mtt;

γ =1−

h ' f

h o ϕ f+ξ2

2(ϕ f+ξ) , h' f=0

,

1.5 1

1 5( )

11.5 5 10

f

s tot o

e h





 







Vì không có lực dọc nên : ϕf= 0 , λ=0

1

1 5( ) 10



 









β=1.8 : bê tông hạt nặng.

2

0 b ser,

M

bh R

 

d: đường kính cốt thép chịu lực

Vậy: an =

3

   

4

Bảng 4.1: Kết quả kiểm tra vết nứt bản đáy hồ nước

Vị trí M tc h o A s ξ  z s 100 a crc

kN.m cm cm 2 (cm) MPa (mm)

0.3053

9 0.847 11.1 3365.8 0.54 0.39

Gối 10.8 13 5.03 0.23 0.988 17.79 1505.3 0.65 0.19

 Vậy tất cả các vị trí đều thoả về yêu cầu chống nứt

4.3.3.3 Tính toán thép dầm đáy

 Tính toán cốt thép dọc:

Hình 4.17: Momen dầm đáy

Hình 4.18: Lực cắt dầm đáy

Bảng 4.7: Tính toán thép dầm bản đáy.

DĐ1

Mg1 -36.64 0.0259 0.0262 1.78 0.104 2Ø22 7.599

Mn 137.42 0.0972 0.102

4 6.956 0.407 2Ø22 7.599

Mg2 -127.69 0.0903 0.094

8 6.44 0.377 2Ø22 7.599 DĐ2

Mg1 -106.06 0.075 0.078 5.299 0.310 2Ø22 7.599

Mn -40.46 0.0286 0.029 1.97 0.115 2Ø12 2.261

Mg2 -106.06 0.075 0.078 5.299 0.310 2Ø22 7.599

DĐ3

Mg1 -151.48 0.0776 0.0809 6.46 0.321 2Ø22 7.599

Mn 337.87 0.173 0.1913 15.275 0.760 4Ø25 17.4

Mg2 -151.48 0.0776 0.0809 6.46 0.321 2Ø22 7.599

DĐ4

Mg1 -224.90 0.1152 0.122

7 9.798 0.487 3Ø22 11.398

Mn 506.49 0.2594 0.306

3 24.458 1.217 5Ø25 24.531

Mg2 -224.90 0.1152 0.122 9.798 0.487 3Ø22 11.398

DĐ5

Mg1 1.40 0.0035 0.003

5 0.103 0.006 2Ø22 7.599

Mn 135.58 0.3415 0.437 12.847 0.751 4Ø22 15.198

Mg2 -79.44 0.2001 0.2255 6.629 0.388 2Ø22 7.599

DĐ6

Mg1 -85.06 0.2143 0.2441 7.176 0.420 2Ø22 7.599

Mn -31.83 0.0802 0.0837 2.461 0.144 2Ø14 3.077

Mg2 -85.06 0.2143 0.244

1 7.176 0.420 2Ø22 7.599

 Tính cốt đai:

Lực cắt lớn nhất trên dầm: Q= 210,27 kN (D20)

Chọn côt thép làm cốt dai: dws=6, số nhánh n=2, Rsw=175Mpa

Khả năng chịu cắt của bê tông:

3(1 ) 0.6 (1 0 0) 1.05 300 670 /1000 126 36

<Q

Bê tông không đủ khả năng chịu cắt, phải tính cốt đai cho dầm

Chọn côt thép làm cốt dai: dws=6, số nhánh n=2, Rsw=175Mpa

Khoảng cách tính toán giữa các cốt đai:

2

[ (1 )]

tt

s

Q

 Khoảng cách lớn nhất giữa các cốt đai:

2 0 max

1.5(1 f) b btR bh s

Q

 





Khoảng cách cốt đại chọn theo cấu tạo:

Cốt đai cấu tạo trong vùng L/4:

với s< 450mm

/3 300

h

ct mm

s 

với h>450mm Cốt đai trong vungv L/2 giữa nhịp:

với h>300mm Khả năng chịu cắt của cốt đai và bê tông:

w

28.3

200

w

A

q R n

s

2

wb 2 b2 b bt 0 sw

Q   R bh q

Chọn giá trị nhỏ nhất trong các giá trị vừa tìm được

/2 300

h

ct mm

s 

3 /4 500

h

ct mm

s 

Kiểm tra diều kiện ứng suất chính:

w w1

2 w1

1 0.01

1 5

s 0.3

s b

R

E nA

E b



  

 

 



Kết quả tính cốt đai cho dầm đáy bể:

Bảng 4.8: Kết quả tính cốt đai dầm đáy.

Kí

hiệu

Q max Q bt Kiểm

tra

s tt s max s ct s chọn

q sw

Q wb Q

DĐ1 163.70

5 107.73 Tính

302.18

1 937 200 200

49.52 5

106

7

362 6 DĐ2 112.73

5 107.73 Tính

637.19

6 1361 200 200

49.52 5

201

3

362 6 DĐ3 172.90

4 126.63 Tính

374.26

6 1226

233

3 230 43.06

220

7 501 DĐ4 232.6 229.736 Tính 211.998 923 233.3 200 49.525 236.6 501 DĐ5 48.991 46.62 Tính 948 880 200 200 49.525 106.7 101.9 DĐ6 20.609 46.62 Cấu tạo 200 200 49.525 106.7 101.9