Tính toán bể nước mái

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN BỂ NƯỚC MÁI CẤU TẠO : Bản đáy dày 20.6 cm gồm: lớp gạch men dày 0.6cm, lớp vữa lót dày 2cm, lớp Ximăng chống thấm dày 3cm và bản BTCT cuối cùng dày 15cm. Bản nắp dày 12cm gồm : lớp Ximăng láng mặt dày 2cm, lớp Ximăng chống thấm dày 2cm và bản BTCT dày 8cm. Thành dày 17.6cm gồm: lớp gạch men 0.6cm, lớp vữa lót 2cm, lớp xi măng chống thấm 3cm, bản BTCT 10cm, lớp vữa trát 2cm. Riêng thành giữa có thêm lớp gạch men 0.6cm. Dầm đỡ bản đáy gồm : dầm D1(200x500), dầm D2(200x400), dầm D3,D4(200x300). Các dầm này là dầm liên tục với các gối tựa là các cột hồ nước được đưa lean từ cột khung. Kích thước bể : 7x5.9´ 2,0 m MẶT BẰNG HỒ NƯỚC MÁI Khi thiết kế hồ nước ta chọn : - Bêtông mac 300 có: + Rn= 130KG/cm2 + Rk= 10 KG/cm2 -Thép CII có : + Ra = 2600KG/cm2 II. TÍNH CHI TIẾT BỂ NƯỚC MÁI: 1. Tính toán bản nắp bể: Kích thước và cấu tạo bản nắp: - Chọn bản nắp dày 8cm, đổ bê tông toàn khối . - Chọn ô cửa nắp : 70 ´ 70 cm, tại ô cửa nắp gia cường thêm thép. - Cấu tạo bản nắp: Stt Lớp A (cm) g (kg/m3) N gi (kg/m2) 1 Lớp XM láng mặt 2 1800 1.3 46,8 2 Lớp XM chống thấm 2 1800 1.3 46.8 3 Bản BTCT 8 2500 1.1 220 Tổng cộng 313.6 Mặt bằng bản nắp: Nắp hồ nước được đúc toàn khối với các bản thành hồ và tựa lên các bản thành hồ, không có dầm cho bản nắp. Bản nắp được chia làm hai ô bản có kích thước bằng nhau là 3500x5900 và là ô bản làm việc 4 cạnh ngàm(ô số 9). b. Tính toán: - Tải trọng: +Tĩnh tải: g= 313.6 kG/m2 +Hoạt tải (hoạt tải người và thiết bị sữa chữa) : P = n ´ Ptc= 1,3 ´ 75 = 97,5 kG/m2 +Tổng tải: q= g + p = 313.6 + 97,5 = 411.1 kG/m2 Sơ đồ tính : -Xét tỉ số : Þ bản làm việc theo hai phương. -Nắp bể liên kết với bản thành có độ cứng theo phương đứng lớn nên liên kết giữa sàn( nắp bể) và thành bể là ngàm.Ô bản làm việc theo ô bản số 9, bản nắp có kích thước: 5.9 x 7 được chia làm hai ô bằng nhau 5.9x3.5m. - Các công thức xác định nội lực và cốt thép : + Mômen tại nhịp và gối : M1= m91´ P M2= m92´ P MI= k91´ P MII= k92´ P P = ql1l2 = 411.1 x 5.9 x 3.5 =8489.2 (KG) + Tính cốt thép theo cấu kiện chịu uốn và cắt ô bản thành từng dải rộng 1m theo từng phương: b=100cm, h=8cm, a=1,5cm, h0=6,5cm + Các công thức tính cốt thép: A = a = 1 - Fa = BẢNG KẾT QUẢ NỘI LỰC VÀ CỐT THÉP Hệ số Mômen (KG.m) A a ho (cm) Fa (cm2) m% Bố trí Fachọn (cm2) m1 0.0202 M1 174.5 0.032 0.032 6.5 1.049 0.161 f6a150 1,415 m2 0.0074 M2 62.8 0.011 0.011 6.5 0.374 0.057 f6a200 1,415 k1 0.0446 MI 378.6 0.069 0.071 6.5 2.323 0.357 f8a150 3.35 k2 0.0164 MII 139.2 0.025 0.026 6.5 0.834 0.128 f6a200 1.415 Lượng cốt thép bị mất khi đi qua lỗ nắp bể nước 700x700 mm. Ta phải gia cường cốt thép qua vị trí ấy đúng bằng lượng cốt thép mất đi. + Thép nhịp qua lỗ nắp theo phương cạnh ngắn làf6a200 nên do đó ta phải gia cường mỗi bên lỗ 2f10a50 theo phương song song cạnh ngắn. + Thép nhịp qua lỗ nắp theo phương cạnh dài là f6a200 nên do đó ta phải gia cường mỗi bên lỗ 2f10a50 theo phương song song cạnh dài. 2. Tính bản thành bể: a. Cấu tạo bản thành : Stt Lớp a (cm) g (kg/m3) n gi (kg/m2) 1 Gạch men 0.6 1000 1.2 7,2 2 Đá vữa lót 2 1800 1.3 46.8 4 Lớp XM chống thấm 3 1800 1.3 70.2 5 Bản BTCT 10 2500 1.1 275 6 Vữa trát 2 1800 1.3 46.8 Tổng cộng 446 h = 2 m < 2 ´ a = 2 ´ 7= 14 m a = 7m < 3 ´ b = 3 ´ 5.9 = 17.7 m - Bể loại thấp, thành bể được tính như bản đàn hồi : l1´l2 =2´5.9 m và l1´ l2=2´ 3.5 m. Cắt 1m bề rộng dọc theo chiều cao thành bể, dầm 1 ngàm và 1 tựa đơn l=2 m. b. Tải trọng tác dụng gồm: +Aùp lực nước phân bố dạng tam giác và giá trị tại đáy là: q1= n ´ h ´ g = 1,1 ´ 2 ´ 1000 = 2200 kG/m2 +Aùp lực gió: Ở đây gió hút là gây nguy hiểm khi tác dụng đồng thời với áp lực nước bên trong. Gió được tính gồm gió tĩnh tại cao trình Z=49.6m k=1.03 , q2 = 83 kG/m2 W= nkqc Wđ= 1,2 x 1.03 x 83 x 0,8= 82 (kG/m2) Wh= 1,2 x 0.925 x 83 x 0,6 = 61.6 (kG/m2) + Tổng tải phân bố trên thành bể có dạng hình thang : Tại nắp : 61.6 kG/m2 Tại đáy :2200 +61.6 = 2261.6 kG/m2 - Vậy xem các thành hồ như bản làm việc một phương. Cắt từng dãy 1m dọc thành hồ, dùng Sap 2000 để giải ta được giá trị nội lực của : +Aùp lực nước tác dụng lên thành hồ : p = 2200 kG/m c. Nội lực thành hồ . (*) nội lực do tải áp lực nước: Sau khi tính toán ta được các giá trị Momen tại nhịp và tại gối. P=2200 2000 Mg Mnh 61.6 2000 Mg Mnh Moment tại gối là ứng với x = 0 Mg =586.7 kGm. Moment tại nhịp là ứng với tại vị trí lực cắt Q = 0. Mn = 257 kGm. (*) nội lực do tải gió hút: Theo tính toán kết cấu ta được giá trị Moment theo biểu thức. Moment tại gối là ứng với x = 0 Mg =30 kGm. Moment tại nhịp là ứng với tại vị trí lực cắt Q = 0. Mn = 16 kGm. Vậy Moment lớn nhất tại nhịp ta xem bằng tổng của Moment nhịp do gió và tải áp lực nước. MA= 257 + 16 = 273 kgm. Moment tại gối do tải gió và áp lực nước: MA= 586.7 + 30 = 616.7 kgm. Ta thấy khi có áp lực nước và tải gió hút thì thành bể sẽ nuy hiểm hơn nên ta chỉ cần tính Moment do tải gió và áp lực nước là đủ. d. Tính toán cốt thép : Các số liệu về vật liệu : Bêtông mác 300: Rn = 130 kg/cm2 Cốt thép CI : Ra = 2600 kg/cm2 Chọn a = 1.5cm Þ h0 = 10 – 1.5 = 8.5cm A = => a = => Fa = BẢNG KẾT QUẢ TÍNH CỐT THÉP Dầm b (cm) h0 (cm) M (kG.m) A a Fa (cm2) µ(%) FaChọn (cm2) Thép Bố trí µ (%) Thành -Nhịp 100 8.5 273 0.0281 0.0285 1.210 0.142 2 f8a250 0.235 -Gối 100 8.5 616.7 0.0634 0.0656 2.787 0.328 3.33 f8a150 0.392 3. Tính bản đáy: - Cấu tạo bản đáy: Stt Lớp A (cm) g(kg/m3) n gi (kg/m2) 1 Gạch men 0.6 1000 1.2 7.2 2 Đá vữa lót 2 1800 1.3 46,8 4 Lớp XM chống thấm 3 1800 1.3 70.2 5 Bản BTCT 12 2500 1.1 330 Tổng cộng 454.2 a- Tải trọng: - Tĩnh tải: g = 454.2 KG/m2 - Hoạt tải: + Chiều cao tối đa của cột nước chứa trong bể: hmax = 2 m P1= n ´ h ´ g = 1.1 ´ 2 ´ 1000 = 2200 KG/m2 + Đối với bản đáy không kể vào hoạt tải sữa chữa vì tải trọng của khối nước bù vào (khi sữa chữa hồ không chứa nước). Như vậy hoạt tải được tính là: P = P1 = 2200 (KG/m2 ) -Tổng tải phân bố đều tác dụng lên bản đáy : q = g + p = 454.2 + 2200 = 2654.2(KG/m2 ) Mặt bằng bản đáy: b - Tính toán nội lực: - Bản đáy có kích thước: 7 ´ 5.9 m được chia làm 4 ô bản có kích thước đều nhau là 3.5´2.95 Tỉ số Þ bản làm việc theo hai phương. Sơ đồ tính các ô bản đáy Ta xem bản ngàm bốn cạnh ô bản số 9 nên nội lực được tính theo công thứ sau: - Các công thức tính nội lực : M1= m91´ P MI= k91´ P M2= m92´ P MII= k91´ P P = qxl1xl2 = 2654.2x3.5x2.95 =27404.6 (KG) - Với ô bản 3.5x2.95m có ,ta tra bảng được các hệ số. m91 = 0,0204 k91 = 0,0468 m92 = 0,0142 k92 = 0,0325 BẢNG KẾT QUẢ TÍNH NỘI LỰC m9i M(KGm) M1 0.0204 559.1 M2 0.0142 389.1 MI 0.0468 1282.5 MII 0.0325 890.65 BẢNG KẾT QUẢ TÍNH CỐT THÉP Môment(KGm) A a h0 (cm) Fa(cm2) Bố trí Fa(cm2) m% M11 559.1 0.0111 0.0112 10.5 2.058 f8a200 2.52 0.15 M21 389.1 0.008 0.008 1.48 f8a200 2.52 0.15 MI1 1282.5 0.026 0.026 4.84 f12a200 5.66 0.4 MII1 890.65 0.018 0.018 3.34 f10a200 3.93 0.26 5. Tính hệ dầm bản đáy: Hệ dầm bản đáy là dầm liên tục với các gối tựa là các cột được đưa lên từ cột khung, trong đó các cột trục 8 va 10 được đưa lên tới nắp hồ còn cột trục 9 chỉ đưa lên tới đáy hồ. a.Sơ đồ truyền tải từ sàn vào dầm: Sơ đồ truyền tải từ bản đáy vào dầm là dạng tam giác và dạng hình thang, ngoài ra dầm D1,D3 và D4 còn có thêm tải phân bố đều do trọng lượng bản thân của các thành bể truyền xuống. Tiết diện dầm đáy được chọn : - D1 : 200x400(dầm liên tục hai nhịp: 3.5m) - D2 : 200x400(dầm liên tục 1 nhịp :2.95m) - D3: 200x300(dầm liên tục 1 nhịp :2.95m) - D4: 200x400(dầm liên tục một nhịp :3.5m) a. Tính toán nội lực dầm D1. (200x400) Tải trọng tính toán truyền vào dầm Ô sàn (3.5x2.95m) tải sàn truyền vào các dầm dạng hình thang và tam giác có q1=gsxl1/2 = 2654.2x2.95/2= 3915 KG/m. Ngoài ra các dầm có thành ngăn còn có thêm tải phân bố đièu chính là trọng lượng thành truyền xuống : q = 2x446 KG/m = 892 KG/m. Do TLBT dầm : gDĐ1 =g.b.h.n (kG/m) = (0.4-0.12) *0.2*2500*1.1=154 (kG/m) Tải tương đương do bản đáy : = 3915(1-2*0.4212+ 0.4213)=2381.48 Với := 2.95/ 2*3.5=0.421 Tổng tải trọng tác dụng D1(200x400)là: 2381.48+892+154=3427.48 KG/m Dầm D1 là dầm liên tục các gối tựa là các cột. Tải trọng tính toán và sơ đồ kết cấu . Giá trị nội lực của dầm D1: Mg = β* q1 * l12 =0.125*3427.48*3.52= 5248.33(KGm) Mn = α* q1 * l12 = 0.07*3427.48*3.52 = 2939.06 (KGm) Q max= g *q1*l1 =0.625* 3427.48*3.5 = 7497.61 (KGm) Các hệ số α= 0.07 ; β=0.125; g= 0.625 tra bảng. b. Tính toán nội lực dầm D4.(200x400) Tải trọng tính toán truyền vào dầm Ô sàn (3.5x2.95m) tải sàn truyền vào các dầm dạng hình thang và tam giác có q 4 =2gsxl1/2 =2* 2654.2x2.95/2= 7830 KG/m. Ngoài ra các dầm có thành ngăn còn có thêm tải phân bố đièu chính là trọng lượng thành truyền xuống : q = 2x446 KG/m = 892 KG/m. Do TLBT dầm : gDĐ1 =g.b.h.n (kG/m) = (0.4-0.12) *0.2*2500*1.1=154 (kG/m) Tải tương đương do bản đáy : = 7830 (1-2*0.4212+ 0.4213) = 4762.96 (KG/m). Với := 2.95/ 2*3.5=0.421 Tổng tải trọng tác dụng D4(200x400)là: 4762.96 +892+154=5808.96 (KG/m) Biểu đồ Moment dầm D4: Giá trị nội lực của dầm D4: Mmax = q4 * l2/ 8= 5808.96* 7*7/8=35579.88 KGm Q max = q4 l /2 = 5808.96*7/2 = 20331.36 KGm g. Tính toán nội lực dầm D3:(200x300) Tải trọng tính toán truyền vào dầm Ô sàn (3.5x2.95m) tải sàn truyền vào các dầm dạng hình thang và tam giác có q 4 =gsxl1/2 = 2654.2x2.95/2= 3915 KG/m. Ngoài ra các dầm có thành ngăn còn có thêm tải phân bố đièu chính là trọng lượng thành truyền xuống : q = 2x446 KG/m = 892 KG/m. Do TLBT dầm : gDĐ1 =g.b.h.n (kG/m) = (0.3-0.12) *0.2*2500*1.1=99 (kG/m) Tải tương đương do bản đáy :qtd=5/8* q = 5/8*3915= 2446.88 (kG/m) Tổng tải tác dụng lên dầm đáy 3 : 2446.88+ 892+99= 3437.88 (kG/m) Biểu đồ Moment dầm D3 : Giá trị nội lực của dầm D3: Mmax = q3 * l2/ 8= 3437.88 * 5.9*5.9/8=14959.1 (KGm) Q max = q3 l /2 = 3437.88*5.9/2 = 10141.7 (KGm) d. Tính toán nội lực dầm D2:(200x400) Tải trọng tính toán truyền vào dầm Ô sàn (3.5x2.95m) tải sàn truyền vào các dầm dạng hình thang và tam giác có q 4 =2*gsxl1/2 =2* 2654.2x2.95/2= 7830 (KG/m). Ngoài ra các dầm có thành ngăn còn có thêm tải phân bố đièu chính là trọng lượng thành truyền xuống : q = 2x446 KG/m = 892 KG/m. Do TLBT dầm : gDĐ1 =g.b.h.n (kG/m) = (0.3-0.12) *0.2*2500*1.1=99 (kG/m) Tải tương đương do bản đáy :qtd=5/8* q = 5/8*7830= 4893.76 (kG/m) Tổng tải tác dụng lên dầm đáy 2 : 4893.76+ 892+99= 5884.76 (kG/m Biểu đồ Moment dầm D2 Giá trị nội lực của dầm D2: Mmax = q2 * l2/ 8 = 5884.76 * 5.9*5.9/8=25606.06 (KGm) Q max = q2* l /2 = 5884.76 *5.9/2 = 17360.04 (KGm) Tính Cốt Thép : a.Tính toán thép dọc cho dầm đáy hồ nước: -Dùng thép CII : Ra = 2600 kG/cm2. -Bêtông mac 250 : Rn= 130 kG/cm2 Rk =10 KG/cm2. ao =0.58, Ao=0.412. Tính theo cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ T tại nhịp và tiết diện chữ nhật tại gối. Khi tính với tiết diện chữ nhật độ vương cánh chữ nhật Sc £ min{ l/6 ; 6h’c } Ta có : + 6h’c = 6x150 = 900 mm. + l/6 = 2950/6 = 500 mm(ta lấy nhịp nhỏ nhất để tính l=2950) Vậy Sc = 500 mm => bc = b + 2Sc = 200 + 2x500 = 1200 mm. Chọn a = 5 cm(đối với các dầm D1,D2,D4) => h0 = h – 5 a= 3 cm(đối với các dầm D3) => h0 = h – 3 Xác định trục trung hòa của tiết diện chữ T. Mc = Rnbch’c (h0 – h’c/2) Ta lập thành bảng tính giá trị Mc cho các dầm D1, D2 , D3, D4. BẢNG GIÁ TRỊ Mc CHO CÁC DẦM Dầm bc (cm) h0 (cm) Rn(KG/cm2) h'c(cm) Mc(KGm) M(KGm) D1 120 35 110 15 64350 5248.33 D2 120 35 110 15 64350 25606.06 D3 120 27 110 15 45630 14959.1 D4 120 35 110 15 64350 35579.88 Ta thấy Mc > Mi nghĩa là trục trung hòa khi tính với tiết diện chữ T đi qua cánh chữ T do đó khi tính thép cho các dầm tại tiết diện giữa nhịp ta tính theo tiết diện chữ nhật bc xh = 120xh cm và tại gối tính theo tiết diện chữ nhật bxh = 20xh cm. => => BỐ TRÍ CỐT THÉP HỆ DẦM ĐÁY HỒ NƯỚC MÁI Dầm mặt cắt b(cm) h0(cm) M(KGm) A a Fa(cm2) Bố trí Fachon nhịp 120 36 2939.1 0.0172 0.018 3.888 2f18 5.09 D1 gối 20 36 5248.3 0.1841 0.206 7.416 3f18 7.635 D2 nhịp 120 36 25606 0.1497 0.163 29.791 5f28 30.79 D3 nhịp 120 26 14959 0.1676 0.185 24.42 4f28 24.63 D4 nhịp 120 36 35579 0.208 0.236 43.134 2f28+4f32 44.488 b. Tính cốt đai: +Điều kiện giới hạn : Q1 = k1 ´ Rk ´ b ´ h0 với k1 = 0,6. Q0 = k0 ´ Rn ´ b ´ h0 với k0 = 0,35. Khi Q1<Qmax < Q0 :Tính cốt đai, không cốt xiên . Qmax < Q1 : Không tính cốt đai . Chọn cốt đai CI có : Rđa = 1800 KG/cm2. Cốt đai f8 có fđ=0,503 cm2. Đai 2 nhánh n=2. *. Trong đoạn l/4 tính từ gối ta tính cốt đai như sau: Þ Þ *. Trong đoạn l/4 dầm gần gối ta bố trí cốt đai cấu tạo : - khi chiều cao dầm h£ 450 mm : - khi chiều cao dầm h> 450 mm : Chọn đai bố trí trong đoạn giữa dầm u £ min Cốt đai cấu tạo cho đoạn l/4 gần gối có cốt đai cấu tạo là 150 mm. *. Tong đoạn l/2 giữa nhịp cốt đai không tính mà bố trí theo cấu tạo u £ min(3h/4 ; 500mm). đối với các dầm cốt đai trong đoạn giữa nhịp là 300 mm.