Tính toán cầu hồ nước mái

CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN CẦU HỒ NƯỚC MÁI I/ KHÁI NIỆM: -Bể nước mái cung cấp nước cho sinh hoạt của các bộ phận trong công trình và lượng nước cho cứu hỏa MẶT CẮT HỒ NƯỚC MÁI II/TÍNH TOÁN CẤU KIỆN: 1/Bản nắp a/Tải trọng tác dụng Chọn chiều dày bản nắp hbn= 80(mm), kích thước ô bản (4,25x4m) Chọn kích thước dầm nắp Dn1= 300x500 Dn2= 300x500 Dn3= 200x400 Dn4= 200x400 +Tỉnh tải : Gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo Bảng tính tải trọng các lớp cấu tạo bản nắp Các lớp cấu tạo g(Kg/m3) d(m) n gbntc(Kg/m2) gbntt(Kg/m2) Vữa lót 1800 0.02 1.2 36 43.2 Bản BTCT 2500 0.08 1.1 250 220 Vữa trát 1800 0.015 1.2 27 32.4 Tổng cộng =295.6(Kg/m2) + Hoạt tải sửa chữa Theo TCVN2737:1995, hoạt tải sửa chữa có giá trị tiêu chuẩn là Ptc=75(Kg/m2), n=1.3 Ptt=1.3x75=97.5(Kg/m2) +Tổng tải trọng tác dụng q=295.6+97.5=393.1(Kg/m2) P=ql1l2 =393.1x4.25x4=6682.7(Kg) b/Sơ đồ tính Xét tỉ số = bản nắp thuộc loại bản kê 4 cạnh Ta có vậy liên kết giữa bản nắp và dầm nắp là liên kết ngàm sơ đồ tính thuộc sơ đồ 9 Hình 4.4: Sơ đồ tính bản nắp c/xác định nội lực Các ô bản được tính theo bản đơn , nội lực được tính theo công thức sau : +Moment dương lớn nhất ở nhịp M1=m91P M2=m92P +Moment âm lớn nhất ở gối MI=k91P MII=k92P Bảng tính các hệ số Kí hiệu Kích thước Tỷ số m91 m92 k91 k92 ô bản L1 L2 L2/L1 S1 4.25 4 1.06 0.019 0.017 0.044 0.039 Bảng tính nội lực của bản nắp Kí hiệu ô bản Tổng tải trọng tác dụng q(Kg) Các hệ số Giá trị moment (Kgm) m91 m92 k91 k92 M1 M2 MI MII S1 6682.7 0.019 0.017 0.044 0.039 125.90 112.94 293.77 260.36 d/Tính toán cốt thép -Cắt dãy bản có bề rộng b=1m ra để tính αm= ; ζ= ; As= -Các số liệu ban đầu : +Bê tông B20 có :Rb=115(Kg/) +Cốt thép AII có :Rs=2800(Kg/) +b=8 (cm); giả thiết a=1.5cm ho=h-a= 8-1.5=6.5 Bảng kết quả tính thép bản nắp Ô M (Kgcm) αm ζ As chọn thép μ(%) sàn (cm2) Ø(mm) a(mm) As(cm2) S1 M 1 12590 0.032 0.984 0.7 6 200 1.415 0.27 M 2 11294 0.029 0.985 0.63 6 200 1.415 0.27 M I 29377 0.076 0.96 1.68 6 200 1.415 0.27 M II 26036 0.067 0.965 1.48 6 200 1.415 0.27 2/Tính dầm đỡ bản nắp Chọn sơ bộ kích thước dầm nắp Dn1= 300x500 Dn2= 300x500 Dn3= 200x400 Dn4= 200x400 a/Tải trọng tác dụng +Tĩnh tải - Dầm Dn1 gồm: Trọng lượng bản thân dầm Dn1: =γb(hd-hs)n =2500x0.3(0.5-0.08)1.1=346.5(Kg/m) Do bản nắp truyền vào có dạng hình tam giác: (Kg/m) - Dầm Dn2 gồm: Trọng lượng bản thân dầm Dn2: =γb(hd-hs)n =2500x0.3(0.5-0.08)1.1=346.5(Kg/m) Do bản nắp truyền vào có dạng hình thang: (Kg/m) - Dầm Dn3 gồm: Trọng lượng bản thân dầm Dn3: =γb(hd-hs)n =2500x0.2(0.4-0.08)1.1=176(Kg/m) Do bản nắp truyền vào có dạng hình tam giác: (Kg/m) - Dầm Dn4 gồm: Trọng lượng bản thân dầm Dn3: =γb(hd-hs)n =2500x0.2(0.4-0.08)1.1=176(Kg/m) Do bản nắp truyền vào có dạng hình thang: (Kg/m) b/Sơ đồ tính Dùng phần mền sap 2000 để xác định nội lực: SƠ ĐỒ TÍNH HỆ DẦM NẮP BIỂU ĐỒ MOMEN CỦA HỆ DẦM NẮP c/Xác định nội lực: Nội lực được giải bằng phần mềm sap200 cho kết quả: Tiết diện Dầm Dn1 Dầm Dn2 Dầm Dn3 Dầm Dn4 (T.m) (T.m) (T.m) (T.m) 7.232 10.08 1.51 8.08 18.08 7.015 6.74 3.61 Qmax 5.98 5.92 4.25 5.37 d/Tính toán cốt thép αm= ; ζ= ; As= -Các số liệu ban đầu : +Bê tông B20 có :Rb=115(Kg/) +Cốt thép AII có :Rs=2800(Kg/) +αR= 0.425 BẢNG KẾT QUẢ TÍNH THÉP DẦM NẮP Dầm b ho Tiết M am z Astính Aschọn μ(%) (cm) (cm) diện (Kgcm) (cm2) (cm2) Dn1 30 46 Gối 723200 0.099 0.948 5.925 2Ø20(6.284) 0.45 Nhịp 1808000 0.248 0.855 16.414 4Ø22(15.204) 1.1 Dn2 30 46 Gối 1008000 0.138 0.925 8.457 4Ø16(8.044) 0.58 Nhịp 701500 0.096 0.949 5.737 2Ø20(6.284) 0.45 Dn3 20 36 Gối 151000 0.051 0.974 1.538 2Ø10(1.57) 0.22 Nhịp 674000 0.226 0.870 7.685 4Ø16(8.044) 0.58 Dn4 20 36 Gối 808000 0.271 0.838 9.562 4Ø18(10.18) 1.4 Nhịp 361000 0.121 0.935 3.829 2Ø16(4.022) 0.56 Tính cốt đai: - Chọn đai Ø6, As= 0.283 cm2, hai nhánh n = 2, U=150,thép AI có Rsw = 1750 kG/cm2 Khả năng chịu lực của cốt đai và bê tông: Ta thấy > Kg (thỏa) Vậy chọn đai Ø6a150 3/Tính toán bản thành a/Sơ đồ tính Liên kết của bản thành với dầm đáy được xem là liên kết ngàm, liên kết của bản thành vào cột được xem như ngàm, liên kết của bản thành vào dầm nắp được xem là liên kết khớp Xét tỉ số vậy bản thành làm việc theo phương cạnh ngắn Cắt dãy bản theo phương cạnh ngắn có bề rộng b=1m ta có sơ đồ tính sau b/Tải trọng tác dụng -Chọn bề dày bản thành hbt=100mm -Tải trọng tác dụng lên bản thành gồm trọng lượng bản thân, áp lực nước , tải trọng gió. Để đơn giản có thể bỏ qua trọng lượng bản thân của bản thành , xem bản thành làm việc như cấu kiện chịu uốn +Áp lực nước P nước= γ.n.h=1.1x1000x2=2200(Kg/m2) +Áp lực gió Gió đẩy Wđ =Wo.n.k.c Trong đó Wo =83(Kg/m2) giá trị áp lực gió n=1.3 hệ số vượt tải k=1.54 hệ số tính đến sự thay đổi áp lực gió theo chiều cao c hệ số khí động =0.8 đối với gió đẩy, =0.6 đói với gió hút Wđ=83x1.3x1.54x0.8=133(Kg/m2) Wh=83x1.3x1.54x0.6=99.7(Kg/m2) - Các trường hợp tải trọng nguy hiểm tác dụng lên bản thành: + Trong trường hợp hồ có nước thành phần áp lực nước và gió hút sẽ gây nguy hiểm cho thành trong của hồ + Trong trường hợp hồ không có nước thì áp lực gió đẩy sẽ nguy hiểm cho thành ngoài của hồ - Trong trường hợp hồ không có nước bản thành chỉ chịu tác dụng của gió đẩy với giá trị tải trọng nhỏ hơn so với tải trọng khi hồ có nước và có gió hút nên ta chỉ tính thép cho trường hợp hồ có nước rồi dùng giá trị thép đó để bố trí cho trường hợp hồ không có nước c/Tính toán nội lực Nội lực tính theo phương pháp cộng tác dụng của từng trường hợp tải trọng +Tại gối Mg= +Tại nhịp Mn= d/Tính toán cốt thép αm= ; ζ= ; As= -Các số liệu ban đầu : +Bê tông B20 có :Rb=115(Kg/) +Cốt thép AI có :Rs=2250(Kg/) +αR= 0.437 +b=1000(mm); giả thiết a=15(mm) ho=h-a= 100-15=85(mm) Bảng kết quả tính thép bản thành M (Kgcm) αm ζ As chọn thép μ(%) (cm2) Ø(mm) a(mm) As(cm2) M g 63650 0.077 0.960 3.47 8 140 3.521 0.41 M n 28990 0.035 0.982 1.54 6 160 1.57 0.18 e/Kiểm tra vết nứt của bản thành (trạng thái giới hạn thứ II) - Theo TCXDVN 356:2005 Điều kiện acrc[a] Với [a]=0.3(mm) Bề rộng vết nứt của cấu kiện tính theo công thức Trong đó: +acrc bề rộng vết nứt tính bằng mm +δ =1 đối với cấu kiện chịu uốn +φl=1,6-15μ=1,6-15x0.0024=1.564 hệ số kể đến ác dụng của tải trọng dài hạn +η=1,3 hệ số kể đến ảnh hưởng của bề mặt thanh thép +Es=21x104(Mpa) Mô đun đàn hồi của cốt thép +μ hàm lượng cốt thép chịu kéo +d đường kính cốt thép +σs ứng suất trong các thanh cốt thép lớp ngoài cùng σs= β hệ số =1.8 đối với bê tông nặng δ= ; với Rser=15Mpa φf=o không kể cốt thép chịu kéo ; với Eb=27x103Mpa Bảng tính bề rộng vết nứt của bản thành Bản thành M Kg.cm ho (mm) As (mm2) δ μ ξ Z acrc (mm) Nhịp 28990 85 157 0.267 0.0018 0.165 77.99 23.68 0.078 Gối 63650 85 352.1 0.583 0.0041 0.047 83.01 21.78 0.163 Ta có acrc<[a]=0.3(mm) bản thành đảm bảo điều kiện vết nứt 4/Tính bản đáy a/Sơ đồ tính - Ta có vậy liên kết giữa bản nắp và dầm nắp là liên kết ngàm sơ đồ tính thuộc sơ đồ 9 Hình 4.4: Sơ đồ tính bản nắp b/Tải trọng tác dụng Chọn chiều dày bản đáy hb=120(mm) +Tĩnh tải Bảng tính tải trọng các lớp cấu tạo của bản đáy Các lớp cấu tạo g(Kg/m3) d(m) n gbdtc(Kg/m2) gbdtt(Kg/m2) Vữa lót 1800 0.02 1.2 36 43.2 Bản BTCT 2500 0.12 1.1 300 330 Vữa chống thấm 2000 0.01 1.1 20 22 Vữa trát 1800 0.015 1.2 27 32.4 Tổng cộng g=427.6(Kg/m2) + Áp lực thủy tĩnh gn=n.h.γn=1.1x1000x2=2200(Kg/m2) + Tổng tải trọng tác dụng qtt =g+gn=427.6+2200=2627.6(Kg/m2) P=qttl1l2 =2627.6x4x4.25=44669.2(Kg) c/Xác định nội lực Các ô bản được tính theo bản đơn , nội lực được tính theo công thức sau : +Moment dương lớn nhất ở nhịp M1= m91P M2= m92P +Moment âm lớn nhất ở gối MI= k91P MII= k92P Bảng tính các hệ số Kí hiệu Kích thước Tỷ số m91 m92 k91 k92 ô bản L1 L2 L2/L1 S1 4.25 4 1.06 0.019 0.017 0.044 0.039 Bảng tính nội lực của bản nắp Kí hiệu ô bản Tổng tải trọng tác dụng P(Kg) Các hệ số Giá trị moment (Kgm) m91 m92 k91 k92 M1 M2 MI MII S1 44669.2 0.019 0.017 0.044 0.039 841.57 754.91 1,963.65 1,740.31 d/Tính toán cốt thép -Cắt dãy bản có bề rộng b=1m ra để tính αm= ; ζ= ; As= -Các số liệu ban đầu : +Bê tông B20 có :Rb=115(Kg/cm2) +Cốt thép AI có :Rs=2250(Kg/cm2) +αR= 0.437 +b=1000(mm); giả thiết a=15(mm) ho=h-a= 120-15=105(mm) Bảng kết quả tính thép bản đáy Ô M (Kgcm) αm ζ As chọn thép μ(%) sàn (cm2) Ø(mm) a(mm) As(cm2) Bản đáy M 1 84157 0.07 0.964 3.69 10 200 5.925 0.56 M 2 75491 0.06 0.969 3.29 10 200 5.925 0.56 M I 196365 0.15 0.918 9.05 12 120 9.048 0.86 M II 174031 0.14 0.924 7.97 12 140 7.917 0.75 e/Kiểm tra độ võng bản đáy - Độ võng của bản ngàm 4 cạnh được xác định theo công thức: Trong đó: ( tra bảng phụ lục 17) q=2627.6(Kg/) a= 4 (m) D= Độ cứng trụ Với: E modun đàn hồi của BT(B20)E=2.7x h=12(cm) chiều dày bản đáy : hệ số poison lấy = 0.2 Độ võng của ô bản: Độ võng cho phép: Vậy chọn chiều dày bản h=12 cm thõa điều kiện về độ võng f/ Kiểm tra vết nứt của bản đáy - Theo TCXDVN 356:2005 Điều kiện acrc[a] Với [a]=0.3(mm) Bề rộng vết nứt của cấu kiện tính theo công thức Trong đó: +acrc bề rộng vết nứt tính bằng mm +δ =1 đối với cấu kiện chịu uốn +φl=1,6-15μ=1,6-15x0.0024=1.564 hệ số kể đến ác dụng của tải trọng dài hạn +η=1,3 hệ số kể đến ảnh hưởng của bề mặt thanh thép +Es=21x104(Mpa) Mô đun đàn hồi của cốt thép +μ hàm lượng cốt thép chịu kéo +d đường kính cốt thép +σs ứng suất trong các thanh cốt thép lớp ngoài cùng σs= β hệ số =1.8 đối với bê tông nặng δ= ; với Rser=15Mpa φf=o không kể cốt thép chịu kéo ; với Eb=27x103Mpa Bảng tính bề rộng vết nứt của bản đáy Bản thành M Kg.cm ho (mm) As (mm2) δ μ ξ Z acrc (mm) nhịp 84157 105 592.5 0.424 0.0056 0.162 96.49 14.72 0.086 gối 196365 105 904.8 0.989 0.0086 0.109 99.28 19.54 0.284 Ta có acrc<[a]=0.3(mm) bản thành đảm bảo điều kiện vết nứt 5/Tính toán dầm đáy a/Tải trọng tác dụng - Chọn kích thước dầm đáy Dd1= 400x800 Dd2= 400x800 Dd3= 300x600 Dd2= 300x600 +Tĩnh tải Bảng tính tải trọng các lớp cấu tạo của thành hồ STT Các lớp cấu tạo g(Kg/m3) d(m) h n (Kg/m2) 1 Gạch men 2000 0.01 2 1.1 44 2 Vữa láng 1800 0.02 2 1.2 86.4 3 Bản BTCT 2500 0.01 2 1.1 550 4 Vữa trát 1800 0.015 2 1.2 64.8 Tổng cộng: =745.2(Kg/m2) - Dầm Dd1gồm: Trọng lượng bản thân dầm Dd1 =γb(hd-hs)n =2500x0.4(0.8-0.12)1.1=748(Kg/m) Do bản đáy truyền vào có dạng hình tam giác: (Kg/m) - Dầm Dn2 gồm: Trọng lượng bản thân dầm Dd2 =γb(hd-hs)n =2500x0.4(0.8-0.12)1.1=748(Kg/m) Do bản đáy truyền vào có dạng hình thang: (Kg/m) - Dầm Dd3 gồm: Trọng lượng bản thân dầm Dd3 =γb(hd-hs)n =2500x0.3(0.6-0.12)1.1=396(Kg/m) Do bản đáy truyền vào có dạng hình tam giác: (Kg/m) - Dầm Dd4 gồm: Trọng lượng bản thân dầm Dn3: =γb(hd-hs)n =2500x0.3(0.6-0.12)1.1=396(Kg/m) Do bản nắp truyền vào có dạng hình thang: (Kg/m) b/Sơ đồ tính Dùng phần mền sap 2000 để giải ta có: SƠ ĐỒ TÍNH HỆ DẦM ĐÁY BIỂU ĐỒ MOMEN CỦA HỆ DẦM ĐÁY Kết quả tính toán c/Xác định nội lực Nội lực được giải bằng phần mềm sap200 cho kết quả: Tiết diện Dầm Dd1 Dầm Dd2 Dầm Dd3 Dầm Dd4 (T.m) (T.m) (T.m) (T.m) 29.84 51.88 7.95 19.42 74.61 35.88 33.84 43.47 Qmax 31.01 30.37 21.86 28.63 d/Tính toán cốt thép αm= ; ζ= ; As= -Các số liệu ban đầu : +Bê tông B20 có :Rb=115() +Cốt thép AII có :Rs=2800 () +αR= 0.425 BẢNG KẾT QUẢ TÍNH THÉP DẦM ĐÁY Dầm b ho Tiết M am z Astính Aschọn μ(%) cm cm diện (Kgcm) (cm2) (cm2) Dd1 40 76 Gối 2984000 0.112 0.940 14.913 4Ø22(15.204) 0.5 Nhịp 7461000 0.281 0.831 42.189 4Ø30+4Ø20(40.84) 1.34 Dd2 40 76 Gối 5188000 0.195 0.890 27.382 4Ø25+2Ø22(27.23) 0.89 Nhịp 3588000 0.135 0.927 18.185 4Ø25(19.636) 0.65 Dd3 30 56 Gối 795000 0.073 0.962 5.272 2Ø18(5.09) 0.3 Nhịp 3384000 0.313 0.806 26.778 4Ø25+2Ø22(27.23) 0.89 Dd4 30 56 Gối 1942000 0.179 0.900 13.757 4Ø20(12.568) 0.75 Nhịp 4347000 0.402 0.722 38.419 4Ø28+4Ø20(37.2) 1.89 Tính cốt đai: - Chọn đai Ø6, As= 0.283 cm2, hai nhánh n = 2, U=150,thép AI có Rsw = 1750 kG/cm2 Khả năng chịu lực của cốt đai và bê tông: Ta thấy > Kg (thỏa) Vậy chọn đai Ø6a150 e/Tính cốt treo -Ở chỗ dầm phụ Dđ2 kê lên dầm chính phải gia cố thêm cốt đai hay cốt vai bò cho dầm chính , gọi là cốt treo . khi dùng cốt đai làm cốt treo thì diện tích tất cả các thanh là : Trong đó: P1- Lực tập trung từ dầm phụ truyền lên dầm chính , P1=21320.6 (daN) Rs-Cường độ tính toán chịu kéo của cốt thép, Rs=280(Mpa) Vậy Số cốt treo cần thiết là Số cốt treo này phải đặt sát hai bên mép dầm phụ và chỉ đặt trong khoảng Str=2bdp+2h1= 2x300+2x100=800(mm) Vậy đặt mỗi bên mép dầm phụ 4 đai trong đoạn bdp+h1=300+100=400