Tính toán công dụng hồ nước mái

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN HỒ NƯỚC MÁI Đối với chung cư hồ nước rất quan trọng vì cung cấp lượng nước sinh hoạt hằng ngày cho người dân sinh sống và phòng cháy chữa cháy. Công trình CHUNG CƯ LINH ĐÔNG có khoảng 60 căn hộ, trung bình mỗi căn hộ có 3 người sử dụng nước sinh hoạt, mỗi người sử dụng khoảng 200l /ngày/đêm. Vậy chung cư cần khoảng 60´0,2´3 =36m3/ngày/đêm. Để đảm bảo đủ nước sinh hoạt và phòng cháy chữa cháy, theo bản vẽ kiến trúc, hồ nước cókích thước 7´6,5´1,4 = 64m3. 1. Mặt bằng bố trí và chọn sơ bộ kích thước 1.1. chọn vật liệu. Bêtông mác : 300 có R= 130 kG/cm R= 10 kG/cm Thép AI có R= 2100 kG/cm Thép AII có R= 2700 kG/cm 1.2. Mặt bằng bố trí Bể nước nằm ở trục A-B và 2-3 trên mái công trình. Khoảng cách từ đáy bể nước đến mặt sàn là1m. Chiều cao bể nước là 1,4m. Chiều dài bể nước là 7m, rộng là 6,5m. 1.3.Chọn sơ bộ kích thước Chọn sơ bộ chiều dày sàn theo công thức hbn= l với l : cạnh ngắn ô bản m = 40 45 : bản kê 4 cạnh D = 0.8 1.4 :hệ số kinh nghiệm phụ thuộc vào hoạt tải sữ dụng. hbn= ´350= 8,75 7,7. Þ hbn = 8cm. Chiều cao dầm: h= l Với m : hệ số phụ thuộc vào tính chất khung và tải trọng m = 812 dầm chính m = 1220 dầm phụ l : nhịp dầm Bề rộng dầm : b= ()h Bảng chọn sơ bộ tiết diện dầm Dầm L (cm) Tiết diện dầm(cm) DN1 650 20 ´ 35 DN2 700 25 ´ 45 DĐ1 650 25 ´ 45 DĐ2 700 25 ´ 60 Sau khi tính kiểm tra không hợp lý thì chọn lại tiết diện. 2.Tính toán tải trọng Tải trọng gió: lấy áp lực gió cùng chiều áp lực nước (gió hút). Z = 30,7m Þ k = 1,2242. w=nwok c/= 1,2´0,083´1,2242´0,6 = 73,2kG/m2. w= n wok c = 1,2´0,083´1,2242´0,8 = 98kG/cm2. Aùp lực nước. pn = 1,1gnh = 1,1´1000´1,4 = 1540kG/m2. Hoạt tải ptt = ptc 1,3 = 75´1,3 = 97,5kG/m2. Tĩnh tải Sàn Các lớp cấu tạo Chiều dày (m) g (kG/m3) n Tải trọng tính toán (kG/m2) Bản nắp hồ Vữa trát 0,02 1800 1,3 46,8 Bản nắp BTCT 0,08 2500 1,1 220 Vữa trát bản nắp 0,015 1800 1,3 35,1 Tổng 302 Bản thành hồ Gạch men 0,08 2000 1,1 17,6 Vữa lót 0,02 1800 1,3 46,8 Lớp chống thấm 0,02 2000 1,2 48 Bản thành BTCT 0,10 2500 1,1 275 Vữa trát 0,015 1800 1,3 35,1 Tổng 423 Bản đáy hồ nước Gạch men 0,08 2000 1,1 17,6 Vữa lót 0,02 1800 1,3 46,8 Lớp chống thấm 0,02 2000 1,2 48 Bản thành BTCT 0,14 2500 1,1 385 Vữa trát 0,015 1800 1,3 35,1 Tổng 533 3.Tính toán bản nắp Mặt bằng bản nắp. 3.1. Xác định sơ đồ tính Do ô bản có tỷ số < 2 nên tính theo bản kê 4 cạnh. Do > 3 nên các ô bản có liên kết ngàm 4 cạnh. Tổng tải trọng tác dụng lên sàn nắp. qn = gtt +ptt = 302+97,5 = 399,5kG/m2. Tải trọng tác dụng lên diện tích ô bản. P = qn l1l2 = 399,5´3,5´6,5 = 9089kG. Sơ đồ tính. Momen dương tại nhịp Theo phương cạnh ngắn l1 M1 = mi1´P Theo phương cạnh dài l2 M2 = mi2´P Momen âm tại gối Theo phương cạnh ngắn MI = kiI´P Theo phương cạnh dài MII = kiII´P Các hệ số mi1 ; mi2 ; kiII ; kiII tra bảng thuộc dạng ô bản đang tính theo tài liệu [2]. Bản tính nội lực Ô bản l2 (m) l1 (m) P (kG) Hệ số M (kG.m) S1 6,5 3,5 1,86 9089 m91 0,0192 M1 175 m92 0,0055 M2 50 k91 0,0414 MI 376 k92 0,01202 MII 109 3.3. Tính toán cốt thép Cho lớp bảo vệ của sàn : ao=1,5cm Þ ho= 8 –1,5 = 6,5cm. Sau khi có momen ta tính các hê số theo các công thức sau Tính A : Tính g : Tính Fa : Kiểm tra hàm lượng cốt thép. Trong sàn hàm lượng thép hợp lý nhất là : m = ( 0,3 – 0,9 )%. Bảng tính cốt thép bản nắp Ô bản ho (cm) M (kG.m) A g Fa (cm2) Thép chọn m% Ỉ (mm) a (mm) Fa (cm2) S1 6,5 M1 175 0,032 0,983 1,3 6 180 1,57 0,24 6,5 M2 50 0,0091 0,995 0,37 6 200 1,41 0,22 6,5 MI 376 0,0685 0,964 2,9 8 150 3,59 0,55 6,5 MII 109 0,0198 0,989 0,81 6 200 1,41 0,22 4.Tính toán bản đáy Mặt bằng bản đáy. 4.1. Xác định sơ đồ tính Do ô bản có tỷ số < 2 nên tính theo bản kê 4 cạnh. Do > 3 nên các ô bản có liên kết ngàm 4 cạnh. Tổng tải trọng tác dụng lên sàn đáy. qn = gtt +pn= 533+1540 = 2073kG/m2. Tải trọng tác dụng lên diện tích ô bản. P = qn l1l2 = 2073´3,5´6,5 = 47161kG. Sơ đồ tính. Momen dương tại nhịp Theo phương cạnh ngắn l1 M1 = mi1´P Theo phương cạnh dài l2 M2 = mi2´ P Momen âm tại gối Theo phương cạnh ngắn MI = kiI´ P Theo phương cạnh dài MII = kiII´ P Các hệ số mi1 ; mi2 ; kiII ; kiII tra bảng thuộc loại ô bản đang tính theo tài liệu [2]. Bảng tính nội lực Ô bản l2 (m) l1 (m) P (kG) Hệ số M (kG.m) S1 6,5 3,5 1,86 9089 m91 0,0192 M1 905 m92 0,0055 M2 260 k91 0,0414 MI 1932 k92 0,01202 MII 576 4.3. Tính toán cốt thép Cho lớp bảo vệ của sàn : ao = 1,5cm Þ ho = 14 –1,5 = 12,5cm. Sau khi có momen ta tính các hê số theo các công thức sau Tính A : Tính g : Tính Fa : Kiểm tra hàm lượng cốt thép. Trong sàn hàm lượng thép hợp lý nhất là : m = ( 0,3 – 0,9 )%. Bảng tính cốt thép bản đáy Ô bản ho (cm) M (kG.m) A g Fa (cm2) Thép chọn m% Ỉ (mm) a (mm) Fa (cm2) S1 12,5 M1 905 0,0446 0,977 3,53 8 120 4,19 0,34 12,5 M2 260 0,0128 0,993 0,99 8 150 2,5 0,2 12,5 MI 1932 0,0961 0,949 7,8 10 100 7,85 0,63 12,5 MII 576 0,0279 0,985 2,2 8 200 2,5 0,2 5.Tính toán bản thành Thành hồ bên dưới được ngàm vào hệ dầm đáy còn bên trên liên kết với hệ dầm nắp bể. Do = 4,6 >2 nên thành hồ làm việc một phương, tính theo bản dầm. Vậy cắt 1 dãi bề rộng b= 1m theo phương cạnh ngắn để tính. Chọn chiều dày thành hồ là 10cm. Sơ đồ tính. 5.2. Tính toán nội lực Thành hồ nước lằm việc nguy hiểm khi hồ đầy nước và đồng thời chịu tải trọng gió hút, khi hồ không chứa nước chịu tải trọng gió đẩy. Tính nội lực do áp lực nước tác dụng vào thành Tải trọng tác dụng. pn = 1540kG/m. Momen gối do áp lực nước gây ra. Mg= = = 201,23kG.m. Momen nhịp do áp lực nước. Mg= = = 90kG.m. Tính nội lực do gió hút tác dụng vào thành Tải trọng tác dụng. w= 110kG/m. Momen gối. Mg= = = 17,93kG.m. Momen nhịp. Mnh = 9 ´= 9´=10,1kG.m. Cộng tác dụng 2 trường hợp do áp lực nước và gió hút. Mg = 201,23+17,93 = 119,16kG.m. Mnh = 90+10,1 = 100,1kG.m. Tải trọng của gió đẩy khi không có nước w = 98kG/m. Momen gối. Mg == = 24,1kG.m. Momen nhịp. Mnh = 9 ´= 9´ = 13,51kG.m. Trường hợp này Mg và Mnh đều nhỏ hơn trường hợp gió hút cộng nước nên ta chỉ cần tính cho một trường hợp là đủ. 5.3.Tính toán cốt thép Chọn lớp bêtông bảo vệ của sàn : ao=1,5cm Þ ho= 10 –1,5 = 8,5cm. Lấy momen gối tính cốt thép bố trí cho phía trong và ngoài thành hồ nước. Sau khi có mome ta tính các hê số theo các công thức sau Kiểm tra hàm lượng cốt thép. Trong sàn hàm lượng thép hợp lý nhất là: m = ( 0,3 – 0,9 )%. Bảng tính cốt thép Ô bản ho (cm) M (kG.m) A g F (cm2) Chọn thép Fa (cm2) m% Bản thành 8,5 228,23 0,0243 0,987 1,3 Ỉ6a150 1.89 0,22 Lấy cốt giá theo cấu tạo Ỉ6a200. 6. Tính toán hệ dầm nắp 6.1.Tính toán dầm nắp DN1 (20´35)cm Sơ đồ truyền tải. 6.1.1. Xác định tải trọng tác dụng lên dầm Trọng lượng bản thân dầm. gd = nbdhdg = 1,1´0,2´0,35´2500= 192kg/m. Tải trọng từ sàn nắp truyền vào dạng hình thang. Tĩnh tải. gs= kgsS. Với b= == 0,269 k = 1-2b+b=1-2´0,269+ 0,269= 0,875. gs= 0,875´302´3,5= 925kG/m. Hoạt tải. ps = kpl1= 0,875´97,5´3,5= 299kG/m. Tổng tải trọng tác dụng lên dầm. q= gs+ps+ gd = 925+299+ 192 = 1416kG/m. 6.1.2 Xác định nội lực Sơ đồ tính dầm DN1 là đơn giản chịu tải trọng phân bố đều. Mômen nhịp. Mnh = = = 7478kG.m. Lực cắt. Q = = = 4602kG. 6.1.3. Tính toán cốt thép Tính cốt dọc Chọn lớp bêtông bảo vệ của dầm : ao = 4cm Þ ho= 35 – 4 = 31cm. Sau khi có momen ta tính các hê số theo các công thức sau Fa trên gối lấy khoảng (30% ¸ 40%) Fa tính toán. Kiểm tra hàm lượng cốt thép. . Bảng tính cốt thép dầm DN1 Dầm ho (cm) M (kG.m) A g F (cm2) Chọn thép Fa (cm2) m% DN1 31 Mnh 7478 0,299 0,820 10,89 4Ỉ20 12,56 2,03 31 Mg 4,36 2Ỉ18 5,09 0,82 Tính cốt ngang Kiểm tra điều kiện hạn chế cho tiết diện chịu lực cắt lớn nhất Qmax= 4602kG. Qmax < koRnbho = 0,35´130´20´31 = 28210kG. Vậy thỏa điều kiện hạn chế. Kiểm tra điều kiện tính toán. Q < 0,6Rkbho = 0,6´10´20´31 =3720kG. Trong đoạn giữa nhịp số lực cắt nhỏ nên không cần tính cốt ngang chịu lực cắt. Ơ đoạn gần gối tựa có Q > 3720 kG nên phải tính cốt ngang chịu lực cắt. Chọn đai Ỉ6 fđa=0,283, 2 nhánh, thép AI có Rađ= 1800kG/cm2. qđ = = = 13,77cm. utt = = = 73,98cm. umax = == 62,6cm. uct £ và 15cm, với hd < 50cm. Chọn u = 150mm ở đoạn gần gối. Chọn u = 200mm ở đoạn giữa nhịp. 6.2. Tính toán dầm DN2 (25´45)cm Sơ đồ truyền tải. 6.2.1. Xác định tải trọng tác dụng lên dầm Trọng lượng bản thân dầm. gd = nbdhdg = 1,1´0,25´0,45´2500= 309kG/m. Tải trọng từ sàn nắp truyền vào dạng hình tam giác. Tĩnh tải. gs = . gs = = 330kG/m. Hoạt tải. ps = = = 107kG/m. Tổng tải trọng tác dụng lên dầm. q= gs+ps+ gd = 330+107+ 107 = 746kG/m. Tải trọng tập trung từ dầm DN1 truyền vào dầm DN2. X = Q= = = 4602kG. 6.2.2 Xác định nội lực Sơ đồ tính dầm DN2 là đơn giản. Mômen nhịp. Mnh = + = + = 12638kG.m. Lực cắt. Q = += + = 4912kG. 6.2.3. Tính toán cốt thép Tính cốt dọc. Chọn lớp bêtông bảo vệ của dầm : ao= 4cm Þ ho= 45 – 4 = 41cm. Sau khi có momen ta tính các hê số theo các công thức sau: Fa trên gối lấy khoảng (30% ¸ 40%)Fa tính toán. Kiểm tra hàm lượng cốt thép. . Bảng tính cốt thép dầm DN2 Dầm ho (cm) M (kG.m) A g F (cm2) Chọn thép Fa (cm2) m% DN2 41 Mnh 12638 0,231 0,866 13,18 2Ỉ20+2Ỉ22 13,86 1,55 41 Mg 5,27 2Ỉ20 6,28 0,61 Tính cốt ngang Kiểm tra điều kiện hạn chế cho tiết diện chịu lực cắt lớn nhất Qmax= 4912kG. Qmax < koRnbho = 0,35´130´25´41 = 46637kG. Vậy thỏa điều kiện hạn chế. Kiểm tra điều kiện tính toán. Q < 0,6Rkbho = 0,6´10´25´41 = 6150kG. Vậy không cần tính cốt đai chiụ lực cắt, lấy cốt đai cấu tạo Ỉ6a150 đặt dầm. Ở chổ DN1 kê lên DN2 đặt cốt treo 5Ỉ8a50 mỗi bên dầm DN2. 7. Tính toán hệ dầm đáy 7.1. Tính toán dầm đáy DĐ1 (25´45)cm Sơ đồ truyền tải. 7.1.1. Xác định tải trọng tác dụng lên dầm Tải trọng dầm DĐ1 nằm biên hồ nước Trọng lượng bản thân dầm. gd = nbdhdg = 1,1´0,25´0,45´2500= 309kG/m. Tải trọng từ sàn nắp truyền vào dạng hình thang. Tĩnh tải. gs= kgsl1. Với b= == 0,269.. k = 1-2b+b=1-2´0,269+0.269= 0,875. gs= 0,875´533´3,5= 732kG/m. Trọng lượng bản thân thành hồ. gth = gh = 423´1,4 = 592kG/m. Tổng tải trọng tác dụng lên dầm. q= gs+gth+ gd = 732+592+309 = 1633kG/m. Tải trọng dầm DĐ1 nằm giữa hồ nước. Aùp lực nước. pn = 1540kG/m. Tổng tải trọng tác dụng lên dầm. q= gs+ pn + gd = 1464+1540+309 = 3313kG/m. Vậy ta lấy dầm DĐ1 nằm giữa bể nước tính vì có tải trọng lớn và bố trí cho dầm biên bể nước. 7.1.2 Xác định nội lực Sơ đồ tính dầm DĐ1 đơn giản. Mômen nhịp. Mnh = = = 17497kG.m. Lực cắt. Q = = = 10767kG. 7.1.3. Tính toán cốt thép Tính cốt dọc Chọn lớp bêtông bảo vệ của dầm : ao= 4cm Þ ho= 45 – 4 = 41cm. Sau khi có momen ta tính các hê số theo các công thức sau: Fa trên gối lấy khoảng (30% ¸ 40%)Fa tính toán. Kiểm tra hàm lượng cốt thép. . Bảng tính cốt thép dầm DĐ1 Dầm ho (cm) M (kG.m) A g F (cm2) Chọn thép Fa (cm2) m% DN1 41 Mnh 17497 0,3203 0,799 19,7 4Ỉ20+2Ỉ22 20,16 1,96 41 Mg 7,91 2Ỉ22 7,6 0,7 Tính cốt ngang. Kiểm tra điều kiện hạn chế cho tiết diện chịu lực cắt lớn nhất Qmax= 10767kG. Qmax < koRnbho = 0,35´130´25´41 = 46657kG. Vậy thỏa điều kiện hạn chế. Kiểm tra điều kiện tính toán. Q < 0,6Rkbho = 0,6´10´25´41 = 6150kG. Trong đoạn giữa nhịp có trị số lực cắt nhỏ nên không cần tính cốt ngang chịu lực cắt. Ơ đoạn gần gối tựa có Q > 10767kG nên phải tính cốt ngang chịu lực cắt. Chọn đai Ỉ6 fđa= 0,283, 2 nhánh, thép AI có Rađ= 1800kG/cm2. qđ = = = 34,48cm. utt = = = 29,5cm. umax = == 58,5cm. uct £ và 15cm, với hd < 50cm. Chọn u = 150mm ở đoạn gần gối. Chọn u = 200mm ở đoạn giữa nhịp. 7.2. Tính toán dầm đáy DĐ2(25´60)cm Sơ đồ truyền tải. 7.2.1. Xác định tải trọng tác dụng lên dầm Trọng lượng bản thân dầm. gd = nbdhdg = 1,1´0,25´0,6´2500= 413kg/m. Tải trọng từ sàn nắp truyền vào dạng hình tam giác. Tĩnh tải. gs = . gs = = 1588kG/m. Trọng lượng bản thân thành hồ. gth = gh = 423´1,4 = 592kG/m. Tổng tải trọng tác dụng lên dầm. q= gs+gth+ gd = 1588+592+ 413 = 2593kG/m. Tải trọng tập trung từ dầm DĐ1 truyền vào dầm DĐ2. X = Q= = = 10767kG. 7.2.2 Xác định nội lực Sơ đồ tính dầm DD2 đơn giản. Mômen nhịp. Mnh = + = + = 34724kG.m. Lực cắt. Q = += + = 14459kG. 7.2.3. Tính toán cốt thép Tính cốt dọc. Chọn lớp bêtông bảo vệ của dầm : ao= 4cm Þ ho= 60 – 4 = 56cm. Sau khi có moment ta tính các hê số theo các công thức sau: Fa trên gối lấy khoảng (30% ¸ 40%)Fa tính toán. Kiểm tra hàm lượng cốt thép. . Bảng tính cốt thép dầm DĐ2 Dầm ho (cm) M (kG.m) A g F (cm2) Chọn thép Fa (cm2) m% DĐ2 56 Mnh 34724 0,353 0,771 30,32 6Ỉ25 29,45 2,14 56 Mg 12,13 3Ỉ25 14,73 1,07 Tính cốt ngang Kiểm tra điều kiện hạn chế cho tiết diện chịu lực cắt lớn nhất Qmax= 14459kG. Qmax < koRnbho = 0,35´130´25´56 = 62563kG. Vậy thỏa điều kiện hạn chế. Kiểm tra điều kiện tính toán. Q < 0,6Rkbho = 0,6´10´25´56 = 8250kG. umax = == 45cm. Trong đoạn giữa nhịp có trị số lực cắt nhỏ nên không cần tính cốt ngang chịu lực cắt. Ở đoạn gần gối tựa có Q > 14459 kG nên phải tính cốt ngang chịu lực cắt. họn đai Ỉ8 , fđa= 0,283, 2 nhánh, thép AI có Rađ = 1800kG/cm2. qđ = = = 34,56cm. utt = = = 29,78,45cm. uct £ và 30cm, với hd > 50cm. Chọn u = 150mm. Ởchổ DĐ1 kê lên DĐ2 cần đặt cốt treo 5Ỉ8a50 mỗi bên. 8.Bố trí cốt thép Xem chi tiết bản vẽ. Ơ sàn bản nắp, có chừa lỗ thăm hồ nước kích thước 60´60cm khi bố trí thép phải đặt cốt thép gia cường 2Ỉ12 (vì Fgia cường ³ 1,2Fbi cắt lượng thép cắt đi và đoạn neo từ lổ ra ³ 35Ỉ)