Tìm hiểu tính toán hồ nước mái

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN HỒ NƯỚC MÁI CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN HỒ NƯỚC MÁI 4.1. CÔNG NĂNG VÀ KÍCH THƯỚC HỒ NƯỚC MÁI : Hồ nước mái có nhiệm vụ cung cấp nước sinh hoạt cho toàn bộ toà nhà và phục vụ công tác cứu hỏa khi cần thiết. Theo thiết kế thì tòa nhà có hai hồ nước mái. Kích thước mỗi hồ là 2×7.5×8.7 (m×m×m). Lượng nước cung cấp là: 2×2×7.5 ×8.7= 261 m3. Hồ thứ nhất được bố trí ở giữa các trục B – C và 3 – 4, hồ nước thứ 2 được bố trí ở giữa các trục B – C và 5 – 6. Vì 2 hồ nước giống nhau nên ta chỉ tính toán cho 1 hồ, hồ còn lại được tính toán tương tự Hình 4.1: Mặt bằng bản nắp hồ nước mái Hình 4.2: Mặt bằng bản đáy hồ nước mái Hình 4.3 : Mặt cắt 1 – 1 hồ nước mái 4.2. TÍNH TOÁN CÁC CẤU KIỆN CỦA HỒ NƯỚC MÁI : 4.2.1. BẢN NẮP : Tải trọng tác dụng lên bản nắp : Chiều dày bản nắp được chọn sơ bộ theo công thức : Trong đó : D = 0.8 : là hệ số phụ thuộc vào tải trọng ms = 45 : đối với sàn làm việc 2 phương l : là độ dài cạnh ngắn của ô sàn Chọn chiều dày của bản nắp hbn = 10cm Tĩnh tải : Bảng 4.1 : Tải trọng bản thân bản nắp Các lớp cấu tạo n Vữa lót 18 20 1.3 0.4 0.468 Bản BTCT 25 100 1.1 2.5 2.750 Vữa trát 18 15 1.3 0.3 0.351 3.569 Hoạt tải sửa chữa : Hoạt tải sữa chữa có giá trị tiêu chuẩn là : Tổng tải trọng tác dụng : Sơ đồ tính bản nắp : Bản nắp BN được tính như bản kê 4 cạnh có 4 cạnh khớp (bản nắp được đặt trực tiếp lên bản thành) Hình 4.4 : Sơ đồ tính bản nắp Với : M1 và M2 lần lượt là giá trị moment lớn nhất ở nhịp xuất hiện theo phương l1 và l2 , là các hệ số tra bảng Xác định nội lực bản nắp : Kết quả tính toán được trình bày như trong bảng 4.2 Tính toán cốt thép bản nắp : Ô bản được tính như cấu kiện chịu uốn. Giả thiết tính toán : • a1 = 1.5 cm là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo theo phương cạnh ngắn • a2 = 2 cm là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo theo phương cạnh dài • h0 là chiều cao có ích của tiết diện ( h0 = hb – a), tùy theo phương đang xét • b = 100 cm là bề rộng tính toán của dải bản. Đặc trưng vật liệu lấy theo bảng 2.7. Tính toán và kiểm tra hàm lượng tương tự phần 2.3.1.c. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 4.3 Tại các gối ta bố trí thêm cốt thép cấu tạo f8a250 Bố trí cốt thép f10a50 theo mỗi phương làm cốt thép gia cường cho lỗ thăm , chiều dài đoạn neo được lấy là 500mm 4.2.2. BẢN ĐÁY : Tải trọng tác dụng lên bản đáy : Chiều dày bản đáy được chọn sơ bộ theo công thức : Trong đó : D = 1.4 : là hệ số phụ thuộc vào tải trọng ms = 40 : đối với sàn làm việc 2 phương l : là độ dài cạnh ngắn của ô sàn Chọn chiều dày của bản đáy hbd = 12cm Tĩnh tải : Bảng 4.4 : Tải trọng bản thân bản đáy Các lớp cấu tạo n Vữa lót 18 20 1.3 0.36 0.468 Bản BTCT 25 120 1.1 3.00 3.300 Vữa chống thấm 20 10 1.1 0.20 0.220 Vữa trát 18 15 1.3 0.27 0.351 4.339 Hoạt tải sửa chữa : Hoạt tải sữa chữa có giá trị tiêu chuẩn là : Hoạt tải nước : Tổng tải trọng tác dụng : Ta tính toán cho trường hợp hoạt tải nguy hiểm hơn Sơ đồ tính bản đáy : Bản đáy BĐ được chia thành 4 ô bản nhỏ như hình 4.2. Mỗi ô bản đáy phân nhỏ có kích thước và sơ đồ tính như sau : Hình 4.5 : Sơ đồ tính các ô bản đáy Các giá trị M1, M2, MI, MII được xác định như mục 2.3.2b Xác định nội lực bản đáy : Sơ đồ tính của bản đáy thuộc ô bản số 9 trong bảng tra, kết quả tính toán được trình bày như trong bảng 4.5 : Tính toán cốt thép bản đáy : Ô bản được tính như cấu kiện chịu uốn. Giả thiết tính toán : • a1 = 1.5 cm là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo theo phương cạnh ngắn • a2 = 2 cm là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo theo phương cạnh dài • h0 là chiều cao có ích của tiết diện ( h0 = hb – a), tùy theo phương đang xét • b = 100 cm là bề rộng tính toán của dải bản. Đặc trưng vật liệu lấy theo bảng 2.7. Tính toán và kiểm tra hàm lượng tương tự phần 2.3.1.c. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 4.6 Kiểm tra nứt bản đáy (theo trạng thái giới hạn thứ 2) : Theo TCVN 356:2005 ta có : Trong đó : : khe nứt giới hạn của cấu kiện theo cấp chống nứt số 3, được tra theo bảng 1 : đối với cấu kiện chịu uốn : hệ số kể đến tác dụng của tải trọng : hệ số ảnh hưởng của bề mặt thanh thép : modul đàn hồi của thép d : đường kính cốt thép chịu lực : hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo : vì cấu kiện có tiết diện chữ nhật : vì kô có cấu kiện chịu nén (vì và ) Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 4.7 và 4.8 Bảng 4.7: Nội lực tiêu chuẩn trong các ô bản đáy qkN/m2 ldm lnm ld/ln α1 α2 β1 β2 M1kNm M2kNm MIkNm MIIkNm 23.83 4.35 3.75 1.16 0.0201 0.0148 0.0462 0.0344 7.81 5.75 17.96 13.37 4.2.3. BẢN THÀNH : Tải trọng tác dụng lên bản thành : Chọn chiều dày của bản thành hbd = 12cm Tĩnh tải : Bảng 4.9 : Tải trọng bản thân bản thành Các lớp cấu tạo n Vữa lót 18 20 1.3 0.36 0.468 Bản BTCT 25 120 1.1 3.00 3.300 Vữa chống thấm 20 10 1.1 0.20 0.220 Vữa trát 18 15 1.3 0.27 0.351 4.339 Áp lực thủy tĩnh tại chân bản thành : Tải trọng gió : Chỉ xét trường hợp bất lợi nhất khi bản thành chịu gió hút. Áp lực gió được tính toán như sau : Với : : là hệ số ảnh hưởng của độ cao và dạng địa hình (lấy ở cao trình +51.600m dạng địa hình A) : hệ số khí động n = 1.2 Tải trọng do bản nắp truyền vào : Quy tải trọng hình thang về tải trọng chữ nhật theo công thức : Quy tải trọng tam giác về tải trọng chữ nhật theo công thức : Hình 4.6 : Sơ đồ truyền tải của bản nắp vào bản thành Sơ đồ tính bản thành : Bản thành là cấu kiện chịu nén uốn đồng thời. Lực nén trong bản thành gây ra bởi trọng lượng bản thân của nó và lực nén lệch tâm do bản nắp truyền xuống. Để đơn giản ta xem bản thành chỉ chịu uốn, tức là chỉ chịu tải trọng gió hút và áp lực thủy tĩnh. Sau khi chọn cốt thép cho bản thành ta sẽ kiểm tra lại trường hợp bản thành chịu nén lệch tâm. Xét tỷ số cạnh dài trên cạnh ngắn : Trục số Bản 1 phương Trục chữ Bản 1 phương Hình 4.7 : Sơ đồ t ính và tải trọng tác dụng lên bản thành Xác định nội lực lên bản thành : Hình 4.8 : Bi ểu đồ moment và lực cắt do gió hút tác dụng lên bản thành Hình 4.8 : Biểu đồ moment và lực cắt do áp lực nước tác dụng lên bản thành Tính toán thiên về an toàn ta sẽ lấy tổng giá trị moment ở gối và nhịp Giá trị moment tại nhịp của bản thành : Giá trị moment tại gối của bản thành : Tính toán cốt thép bản thành : Bản thành được tính như cấu kiện chịu uốn. Giả thiết tính toán : • a = 2 cm là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo • h0 là chiều cao có ích của tiết diện ( h0 = hb – a) • b = 100 cm là bề rộng tính toán của dải bản. Đặc trưng vật liệu lấy theo bảng 2.7. Tính toán và kiểm tra hàm lượng tương tự phần 2.3.1.c. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 4.10 Kiểm tra bản thành chịu nén lệch tâm : Bản thành chịu lực nén Lực nén N này do bản nắp truyền xuống (chọn giá trị lớn hơn để tính) và trọng lượng bản thân bản thành Điều kiện kiểm tra : Quá trình kiểm tra bản thành chịu nén lệch tâm được thực hiện theo trình tự sau : Bản thành là kết cấu siêu tĩnh, có l0 =0.7 l (vì y = 0.7, đối với sơ đồ tính một đầu ngàm, một đầu khớp) do đó phải kể đến hệ số uốn dọc Sử dụng công thức gần đúng của GS. Nguyễn Đình Cống Bản thành là kết cấu siêu tĩnh do đó : Trường hợp 1 : , kiểm tra theo : Trường hợp 2 : , kiểm tra theo : Trường hợp 3 : , tính lại x : Điều kiện của x là : Nếu tính được thì phải tính lại x, lúc này lấy Giá trị x phải nằm trong giới hạn . Nếu tính được thì cũng chỉ lấy để tính tiếp Với : Vậy bản thành thỏa mãn điều kiện về nén lệch tâm 4.2.4. DẦM ĐỠ BẢN ĐÁY : Tải trọng tác dụng lên dầm đỡ bản đáy : Sơ bộ chọn chiều cao dầm theo công thức sau : Trong đó : : hệ số phụ thuộc vào tính chất của khung và tải trọng đối với hệ dầm chính, khung một nhịp; đối với hệ dầm chính, khung nhiều nhịp; đối với hệ dầm phụ; : nhịp dầm Bề rộng dầm được chọn sơ bộ theo công thức sau : Kích thước tiết diện dầm được trình bày như trong bảng 4.12 : Bảng 4.12 : Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm đỡ bản đáy Kí hiệu Nhịp(m) Hệ số Chiều caohd (m) Bề rộngbd (m) Chọn tiết diện hd× bd (cm × cm) DĐ1 7.5 10 0.75 0.25 90 × 30 DĐ2 8.7 10 0.87 0.29 90 × 30 DĐ3 7.5 16 0.47 0.16 70 × 25 DĐ4 8.7 16 0.54 0.18 80 × 25 Hình 4.9 : Sơ đồ xác định tải trọng truyền vào dầm đáy Tĩnh tải : Trọng lượng bản thân dầm : Tĩnh tải do bản đáy truyền vào dầm có giá trị là : Tải trọng phân bố dạng tam giác tác dụng lên dầm DĐ1, DĐ3 : gDĐ1 gDĐ3 Tải trọng phân bố dạng hình thang tác dụng lên dầm DĐ2, DĐ4 : gDĐ2 gDĐ4 Tĩnh tải do bản thành truyền vào dầm DĐ1, DĐ2 : Hoạt tải sửa chữa : Do bản đáy không thể đồng thời chịu tải trọng nước và tải trọng sữa chữa, nên giá trị này được bỏ qua Vậy tổng tải trọng tác dụng lên từng dầm là : qDĐ1 = g1+ gDĐ1+gbt (kN/m) qDĐ2 = g2+ gDĐ2+gbt (kN/m) qDĐ3 = g3+ gDĐ1+gbt (kN/m) qDĐ4 = g4+ gDĐ1+gbt (kN/m) Sơ đồ tính bản đáy : Tính hệ dầm đỡ bản đáy theo sơ đồ hệ dầm trực giao (các dầm giữa có liên kết khớp với dầm biên , các dầm biên liên kết ngàm ở với cột hồ nước). Xác định nội lực : Hình 4.10 : Tải trọng truyền vào dầm đáy Hình 4.11 : Biểu đồ moment dầm đáy Hình 4.12 : Biểu đồ lực cắt dầm đáy Các kết quả tính toán được lập thành bảng như sau : Bảng 4.13 : Nội lực trong dầm đáy Loại dầm Nhịp dầm(m) M -maxkNm M +maxkNm Q maxkN DĐ1 7.5 491.21 381.28 309.12 DĐ2 8.7 478.16 317.02 278.94 DĐ3 7.5 66.26 189.04 173.32 DĐ4 8.7 644.73 405.20 375.27 Tính toán cốt thép dầm đáy : Cốt thép dọc chịu lực : Dầm được tính như cấu kiện chịu uốn. Giả thiết tính toán : • a = 6 cm là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo • h0 là chiều cao có ích của tiết diện ( h0 = hd – a) Đặc trưng vật liệu lấy theo bảng 4.14 Bảng 4.14: Đặc trưng vật liệu sử dụng tính toán Bê tông cấp độ bền B20 Cốt thép CII Rb(MPa) Rbt(MPa) Eb(MPa) Rs(MPa) Rsw(MPa) Es(MPa) 11.5 0.9 27×103 280 225 21×104 Tính toán và kiểm tra hàm lượng tương tự phần 2.3.1.c. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 4.15 Cốt đai : Sử dụng lực cắt lớn nhất xuất hiện trong dầm DĐ4 để thiết kế, Q = 375.27 kN = 375270N Chọn đường kính cốt đai dsw=8mm, số nhánh đai n =2. Khoảng cách cốt đai theo tính toán : Trong đó : đối với tiết diện chữ nhật Khoảng cách cốt đai lớn nhất : Trong đó : khi trong dầm không có lực dọc Khoảng cách cốt đai theo cấu tạo trên đoạn dầm có Qmax : khi chiều cao dầm Chọn : Vậy ta bố trí cốt đai f8a100 cho đoạn l/4 hai đầu dầm, đoạn l/4 còn lại đuợc bố trí theo cấu tạo f8a250 Ta tiến hành kiểm tra lại cốt đai vừa chọn. Điều kiện cần kiểm tra là : Vậy ta sử dụng cốt đai như đã chọn để thiết kế. Tại vị trí dầm DĐ3 gối lên dầm DĐ2, DĐ4 gối lên dầm DĐ1, và DĐ3 DĐ4 gối lên nhau sẽ có hiện tượng giật đứt cục bộ, do đó cần bố trí cốt treo hoặc cốt vai bò để chịu lực : Tại vị trí dầm DĐ4 gối lên dầm DĐ1, DĐ3 gối lên dầm DĐ2 và bố trí cốt treo như sau : Trong đó : F : là phản lực do DĐ1 truyền lên DĐ4 h0 - chiều cao của dầm DĐ4 Dùng đai f10 hai nhánh thì số lượng đai cần thiết là : Vậy ta đặt mỗi bên mép dầm DĐ4 bốn đai, trong đoạn 20cm, khoảng cách giữa các đai là 6cm Tại vị trí dầm DĐ3 DĐ4 gối lên nhau bố trí cốt vai bò như sau : Trong đó : θ : là góc nghiêng của cốt thép, θ=450 Vậy ta dùng 2f12 làm cốt thép vai bò Chi tiết về bố trí cốt thép của hồ nước mái được trình bày như trong bản vẽ KC 3/8