Tính bể nước mái

Tính bể nước mái I. Mặt bằng kết cấu bể - số liệu tính: 1.Mặt bằng kết cấu đáy bể và nắp bể: 2. Số liệu chung: Dùng bê tông đá 1 ´ 2, Bê tông B20 có Rb= 11,5MPa Rbt = 0,9Mpa, Eb = 27.103 MPa. - Thép chịu lực C- II có Rs= Rsc= 280 MPa, Es= 21 x104MPa. - Thép cấu tạo C- I có: Rs= Rsc= 225MPa. - Chiều dày nắp bể là 8cm - Chiều dày đáy bể là 15cm. - Chiều dày thành bể là 15cm. - Kích thước tiết diện dầm đỡ bản đáy DB1(22´50) cm; dầm DB2(22´50) cm ; II. Tính toán : Bể là kết cấu dạng vỏ mỏng làm việc không gian, muốn tính toán chính xác phải xét đến tính chất làm việc không gian, nhưng đối với bể nước mái, kích thước tương đối nhỏ và để đơn giản trong tính toán, được sự đồng ý của thầy giáo hướng dẫn, cho phép tính toán bể theo sơ đồ phẳng, trong phạm vi đồ án này em xin trình bày phương pháp tính toán bể nước theo sơ đồ phẳng. 1.Nắp bể: Nắp bể được nắp bằng nhứng tấm đan có kích thước (0,55x2,8x0,08) m.Tấm đan có chỗ khuyết lỗ nắp bể, ta phải gia cường cốt thép để tránh ứng suất tập trung. Để tổng quát ta tính cho tấm đan không bị khoét trước rồi bố trí thép gia cường sau. * Xác định tải trọng : a. Tĩnh tải : TT Cấu tạo các lớp Dày d (m) g (daN/ m3) gtc (daN/ m2) n gtt (daN/ m2) 1 T. lượng bản thân 0,08 2500 200 1,1 220 2 Vữa trát trong 0,015 1800 27 1,3 35,1 3 Vữa trát ngoài 0,015 1800 27 1,3 35,1 Tổng 254 290,2 b. Hoạt tải: - Hoạt tải sửa chữa: ptc = 75 daN/ m2 , n =1,3 ị ptt = 1,3Í75 = 97,5 (daN/m2). c. Tổng tải trọng phân bố đều trên nắp bể: qtt = gtt + ptt = 290,2 + 97,5 = 387,7 (daN/ m2). + Với tấm đan rộng 0,55 m tải trọng phân bố theo một m dài là: q = qtt x 0,55 = 387,7 x 0,55 = 213,23 daN/m d. Sơ đồ tính-nội lực: xem như một dầm đơn giản 2 đầu khớp.Nhịp tính toán: ltt = 2,8 m + Xác định nội lực: e. Tính thép: * Tính cốt thép dọc chịu lực: + Bê tông B20 có Rb= 11,5MPa Rbt = 0,9Mpa, Eb = 27.103 MPa + Cốt thép dùng : - Với : < F10 dùng nhóm CI có Rs = Rsc = 225Mpa ị = 0,437 Giả thiết a = 1,5cm h0 = 8 - 1,5 = 6,5cm -Diện tích cốt thép : Chọn Ф6 a190 có As = 1,49cm2 Đảm bảo yêu cầu .Đặt 4F6/tấm. 2.Dầm gác tấm đan: nhịp 3,3(m) DNB: a.Sơ đồ: xem như 1 dầm đơn giản 2 đầu khớp. b.Tải trọng tính toán: (chọn dầm có TD: 22 x 30cm) STT Các loại tải trọng tạo thành n g đơn vị 1 Trọng lượng bản thân dầm g= 0,22 x 0,3 x 2500 = 165 1,1 181,5 daN/m 2 Trọng lượng vữa trát dày 15 g= 0,015x(0,22+ 0,3)x2 x 1800 =28,08 1,3 36,5 daN/m 3 Trọng lượng tấm đan nắp bể 387,7 x 3,3 = 1279,4 daN/m 1,1 1407,3 daN/m Cộng 1688,3 daN/m c. Nội lực: M = Q = d.Tính cốt thép dọc: + Bê tông B20 có Rb= 11,5MPa ; Rbt= 0,9 MPa + Cốt thép dùng : - Với : > F10 dùng nhóm CII có Rs = Rsc = 280Mpa, Rsw = 225 Mpa ị = 0,437 Chọn 2,5cmh0 = 30 - 2,5 = 27,5cm Diện tích cốt thép : Chọn 2Ф16 có As = 4,02 cm2 - Thép phía trên chọn 2f14 e. Tính toán cốt đai - Các giá trị tham số vật liệu: + Đối với bê tông nặng : ; ; - Kiểm tra điều kiện giới hạn chịu ứng suất nén chính: - Giả thiết cốt đai d =6mm (asw=28 mm2), s =150mm số nhánh cốt đai 2. Với à =>Vậy thoả mãn điều kiện ứng suất nén chính. - Kiểm tra điều kiện đặt cốt đai: đối với bê tông nặng vì không có lực nén và kéo C: là chiều dài hình chiếu chiếu tiết diện nghiêng trên trục cấu kiện tính từ mép gối tựa C= 2h0 = 2.275 = 550 >Qmax = 2785,7daN đ không cần tính toán cốt đai, đặt theo cấu tạo. Mà khi h<=800cm khi h 45cm đ Sbt=150mm Bố trí cốt đai F6a150 trong đoạn đầu dầm và bố trí F6a200 trong đoạn giữa dầm 3. Tính đáy bể nước : Đáy bể có kích thước như phần nắp bể. Lấy chiều dày đáy bể d =15 cm * Xác định tải trọng : a. Tĩnh tải : TT Cấu tạo các lớp Dày d (m) g (daN/ m3) gtc (daN/ m2) n gtt (daN/ m2) 1 T. lượng bản thân 0,15 2500 375 1,1 412,5 2 Lớp chống thấm 0,02 2000 4 1,3 5,2 3 Vữa trát trong 0,015 1800 27 1,3 35,1 4 Vữa trát ngoài 0,015 1800 27 1,3 35,1 Tổng 358 487,9 b.Trọng lượng nước: ptc= (1,2-0,15)Í1000 = 1050 daN/m2 ị ptt = kđÍptc = 1,4Í1050 = 1470 daN/m2. (với kđ là hệ số động khi bơm nước). c. Tổng tải trọng tác dụng phân bố đều lên đáy bể: ồ gtt = 487,9 + 1470 = 1957,9 daN/m2. * Sơ đồ tính : Đáy bể tính toán theo sơ đồ đàn hồi.Bản đáy bể là bản liên tục, ô bản được kê lên các dầm DB1 và DB2. Để tính toán đáy bể ta xét ô bản 3,3mx5,4m. Nhịp tính toán của bản: l1Íl2 = 3,3Í5,4 m Tỷ số hai cạnh: Đáy bể làm việc theo hai phương, tính toán theo sơ đồ bản kê bốn cạnh. * Nội lực trong bản : Theo công thức trang 109 sách sổ tay thực hành kết cấu công trình ta có: P” = (g+ p/2)l1.l2= ( 487,9 + 1470/2)x3,3x5,4 =21792daN P = (g + p).l1.l2 = (487,9+ 1470).3,3.5,4= 34890daN Tra bảng 1-19 (sổ tay thực hành kết cấu công trình ) được các hệ số: m11= 0,027 m92= 0,0076. m12= 0,0182 k91= 0,0448. m91= 0,0203 k92= 0,0168. + Mômen theo giữa nhịp theo phương cạnh ngắn là M1 = m11.P’ + m91.P” = 0,027x13097,7+ 0,0203x21792= 796daN.m + Mômen theo giữa nhịp theo phương cạnh dài là: M2= m12.P’+ m92.P” = 0,0182x13097,7+0,0076x21792= 404 daN.m + Mômen theo trên gối theo phương cạnh ngắn là: MI= k91.P =0,0448x34890= 1563daN.m + Mômen theo trên gối theo phương cạnh dài là: MII= k92. P = 0,0168 x34890 = 586 daN.m. *. Tính thép cho đáy bể : - Chọn chiều dày đáy bể hb =15cm. -Giả thiết a0 =1,5cm ố Chiều cao làm việc h0 =15 - 1,5 =13,5cm *Tính toán cốt thép theo phương cạnh ngắn: Có M1 = 796 daN.m Tính với tiết diện chữ nhật bxh=100x15cm. Diện tích cốt thép : Chọn Ф8a190có As = 2,65 cm2 *Tính toán cốt thép theo phương cạnh dài: Có M2 = 404daN.m Tính với tiết diện chữ nhật bxh=100x15cm. Diện tích cốt thép : - Chọn Ф6a200 có As = 1,41 cm2 *Tính toán cốt thép tại gối ( theo phương cạnh ngắn ). MI= 1563daN.m Diện tích cốt thép : - Chọn Ф10 a140 có As = 5,61 cm2 *Tính toán cốt thép tại gối ( theo phương cạnh dài ). MII= 586 daN.m Diện tích cốt thép : - Chọn Ф6a150 có As = 1,89 cm2 *. Kiểm tra nứt: *Kiểm tra nứt ở Đáy bể. Mt tr:Là mômen do tải trọng gây ra ở đáy bể theo phương cạnh ngắn. Mt tr= 796 daN.m. Gọi Mn là mô men mà tiết diện chịu được (khả năng chịu lực) ngay trước khi xuất hiện vết nứt: - Mcrc = Rbt,ser.Wpl . -Với mác bê tông B20 Tra bảng ta có : Rbt,ser = 11,5Mpa Với: Ibo: là momen quán tính đối với trục trung hoà của diện tích vùng bê tông chịu nén Iso: là momen quán tính đối với trục trung hoà của diện tích cốt thép chịu kéo là momen quán tính đối với trục trung hoà của diện tích cốt thép chịu nén Sbo: là mômen tĩnh đối với trục trung hoà của diện tích vùng bê tông chịu kéo + Với mác B20 có Eb = 27.103 MPa + Với cốt thép nhóm CI có Es = 21.104 MPa Tính: x theo CT: Tính: KL: Vậy không xuất hiện vết nứt ở Đáy bể. 4. Tính thành bể: - Thành bể có bề dày 15 (cm) chọn a =1,5 (cm)ị h0 = 13,5 (cm). - Thành bể cao 1,2 (m) được đổ bằng bê tông cốt thép liền khối. - Xét 3 điều kiện làm việc của bản: + Bể đầy nước, gió đẩy trong trường hợp này không xét vì phương của áp lực nước tác dụng có hướng làm giảm lực tác dụng vào thành bể. + Bể đầy nước, gió hút. Tải trọng gây bất lợi cho mép trong thành bể. + Bể không có nước, gió đẩy. Tải trọng gió gây bất lợi cho mép ngoài thành bể nên ta dùng để tính toán cốt thép cho mép ngoài thành bể. - Thành bể có kích thước (3,3Í1,2) m và (5,4Í1,2) m Công trình được xây dựng tại Thành Phố Hải Dương-Tỉnh HảI Dương tải trọng gió được xác định theo dạng địa hình IIB có W0= 95daN/m2 a. Sơ đồ tính - Nội lực: - Coi bản như công sơn có liên kết đầu ngàm- đầu khớp (như hình vẽ). * Trường hợp 1 : Bể đầy nước,gió hút. -Xác định tải trọng : + Tải trọng gió: Ta lấy giá trị tải trọng ở cao trình nắp bể 21m k =1,139 qh= nÍW0ÍcÍk = 1,2Í95Í0,6Í1,139 = 77,9 (daN/ m). + Tải trọng do nước : ptc=gn ÍhÍkđ = 1000Í(1,2-0,15)x1,4=1470 daN/m. ( Với kđ =1,4 : hệ số động khi bơm nước ) Để xác định nội lực ta cắt một dải bản rộng 1m . Khi đó: Tải trọng tác dụng lên dải bản là: + Tải trọng gió: qh= 77,9 (daN/ m). + Tải trọng do nước : ptc = 1470 (daN/m). -Nội lực : Mô mem tại vị trí ngàm là: + Với tải trọng nước : + Với tải trọng gió : - Mô men dương max: (tính toán theo bảng tra - Sổ tay thực hành kết cấu công trình- PGS.PTS. Vũ Mạnh Hùng) + Với tải trọng nước, tại vị trí x=0,553Íl=0,553Í1,2=0,6636m: + Với tải trọng gió , tại vị trí x=0,625Íl=0,625Í1,2=0, 75m: * Trường hợp 2: Bể không có nước,gió đẩy. -Xác định tải trọng : qđ = nÍW0ÍcÍk = 1,2Í95Í0,8Í1,139=104(daN/ m). - Nội lực : +Mômen âm tại gối: + Mômen dương max tại vị trí x=0,625Íl=0,625Í1,2=0,75m: Chọn nội lực để tính cốt thép: - Nội lực để tính thép thành trong: M=141+14=155 daN.m - Nội lực để tính thép thành ngoài: M=63+7,9=70,9daN.m b) Tính toán cốt thép : + Thép cho thành trong bể : M = 155 daN.m Với hb = 15cm chọn a = 1,5cm h0 = 15 - 1,5 = 13,5cm Diện tích cốt thép : - Chọn Ф6 a200 có As = 1,41cm2 Thép phân bố chọn theo cấu tạo f6a200. + Tính thép cho thành ngoài bể : M = 70,9 daN.m Với hb = 15cm chọn a = 1,5cm h0 = 15 - 1,5 = 13,5cm Diện tích cốt thép : - Chọn Ф6 a200 có As = 1,41cm2 Thép phân bố chọn theo cấu tạo f6a200. *. Kiểm tra nứt: *Kiểm tra nứt ở Thành bể. Mt tr:Là mômen do tải trọng gây ra ở Thành bể. Mt tr= 155daN.m. Gọi Mn là mô men mà tiết diện chịu được (khả năng chịu lực) ngay trước khi xuất hiện vết nứt: - Mcrc = Rbt,ser.Wpl . -Với mác bê tông B20 Tra bảng ta có : Rbt,ser = 11,5Mpa Với: Ibo: là momen quán tính đối với trục trung hoà của diện tích vùng bê tông chịu nén Iso: là momen quán tính đối với trục trung hoà của diện tích cốt thép chịu kéo là momen quán tính đối với trục trung hoà của diện tích cốt thép chịu nén Sbo: là mômen tĩnh đối với trục trung hoà của diện tích vùng bê tông chịu kéo + Với mác B20 có Eb = 27.103 MPa + Với cốt thép nhóm CI có Es = 21.104 MPa Tính: x theo CT: Tính: KL: Vậy không xuất hiện vết nứt ở thành bể. 5. Tính dầm đáy bể: - Tiết diện:+dầm DB1 22 ´ 50 cm. +dầm DB2 22 ´ 50 cm - Tải trọng tác dụng vào dầm gồm +Trọng lượng bản thân dầm :gbt = 1,1Í0,22Í0,5Í2500 = 302,5daN/m +Tải trọng do bản đáy truyền vào:Là phân bố hình tam giác nhưng để đơn giản cho tính toán và thiên về an toàn có thể chuyển sang dạng phân bố đều tương đương. + Tải trọng bản thành bể: Do thành bể dày 15(cm) truyềnvào:2500´0,15´1,2´1,3= 585(daN/m) Vậy: +Tổng tải phân bố đều tác dụng lên dầm DB1,DB2: q = 302,5+2019+585 =2906,5daN/m. -Xác định nội lực: - Sơ đồ tính toán: là dầm đơn giản hai đầu khớp. *Với dầm DB1: +Nội lực: +Tính toán cốt thép: - Bê tông B20 có Rb= 11,5MPa ; Rbt= 0,9 MPa - Cốt thép dùng : - Với : > F10 dùng nhóm CII có Rá = Rsc = 280Mpa, Rsw = 225 Mpa ị = 0,437 Chọn 2,5cmh0 = 50 - 2,5 =47,5cm Diện tích cốt thép : Chọn 2Ф14 có As = 3,08cm2 +. Tính toán cốt đai: - Các giá trị tham số vật liệu: + Đối với bê tông nặng : ; ; - Kiểm tra điều kiện giới hạn chịu ứng suất nén chính: - Giả thiết cốt đai d =6mm (asw=28 mm2), s =150mm số nhánh cốt đai 2. Với à =>Vậy thoả mãn điều kiện ứng suất nén chính. - Kiểm tra điều kiện đặt cốt đai: đối với bê tông nặng vì không có lực nén và kéo C: là chiều dài hình chiếu chiếu tiết diện nghiêng trên trục cấu kiện tính từ mép gối tựa C= 2h0 = 2.475 = 950 >Qmax = 4795,7daN đ không cần tính toán cốt đai, đặt theo cấu tạo. Mà khi h<=800cm khi h> 45cm đ Sbt=150mm Bố trí cốt đai F6a150 trong đoạn đầu dầm và bố trí F6a200 trong đoạn giữa dầm + Kiểm tra điều kiện cốt xiên: daN Ta thấy : Qu = 145701daN > Qmax = 4795,7daN. Vậy bê tông và cốt đai đã đủ khả năng chống cắt không cần tính cốt xiên. *Với dầm DB2: +Nội lực: +Tính toán cốt thép: - Bê tông B20 có Rb= 11,5MPa ; Rbt= 0,9 MPa - Cốt thép dùng : - Với : > F10 dùng nhóm CII có Rá = Rsc = 280Mpa, Rsw = 225 Mpa ị = 0,437 Chọn 2,5cmh0 = 50 – 2,5 =47,5cm Diện tích cốt thép : Chọn 2Ф20+1Ф18 có As = 8,825cm2 - Thép phía trên chọn 2f16 +Tính toán cốt đai: - Các giá trị tham số vật liệu: + Đối với bê tông nặng : ; ; - Kiểm tra điều kiện giới hạn chịu ứng suất nén chính: - Giả thiết cốt đai d =6mm (asw=28 mm2), s =150mm số nhánh cốt đai 2. Với à =>Vậy thoả mãn điều kiện ứng suất nén chính. - Kiểm tra điều kiện đặt cốt đai: đối với bê tông nặng vì không có lực nén và kéo C: là chiều dài hình chiếu chiếu tiết diện nghiêng trên trục cấu kiện tính từ mép gối tựa C= 2h0 = 2.475 = 950 >Qmax = 7847,5daN đ không cần tính toán cốt đai, đặt theo cấu tạo. Mà khi h<=800cm khi h> 45cm đ Sbt=150mm Bố trí cốt đai F6a150 trong đoạn đầu dầm và bố trí F6a200 trong đoạn giữa dầm + Kiểm tra điều kiện cốt xiên: daN Ta thấy : Qu = 145701daN > Qmax = 7847,5daN. Vậy bê tông và cốt đai đã đủ khả năng chống cắt không cần tính cốt xiên.