Tính toán hồ nước mái

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN HỒ NƯỚC MÁI I. TÍNH TOÁN NẮP BỂ NƯỚC 1. Bố trí hệ dầm bản nắp Chọn chiều dày bản nắp hb = 7 cm Kích thước nắp hồ nước 60 ´ 60 ( cm ) Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm nắp Dầm nắp 1 ( DN1 ) b = 15 cm h = 20 cm Dầm nắp 2 ( DN2 ) b = 15 cm h = 25 cm 2. Xác định tải trọng tác dụng lên bản nắp Tĩnh tải Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo bản nắp Các lớp cấu tạo Chiều dày d ( m ) g (kG/m3) gtc (kG/m2) Hệ số vượt tải n gtt (kG/m2) Vữa ximăng láng mặt 0,02 1800 36 1,2 43,2 Lớp chống thấm 0,02 2000 40 1,2 48 Bản bêtông cốt thép M250 0,07 2500 175 1,1 192,5 Vữa trát M75 0,01 1800 18 1,2 21,6 Tổng cộng 305,3 Hoạt tải Hoạt tải sửa chữa ptc = 75 kG/m2 Hoạt tải tính toán ptt = 1,3 ´ 75 = 97,5 kG/m2 Tổng tải trọng tác dụng trên bản nắp q = gtt + ptt = 305,3 + 97,5 = 402,8 kG/m2 Tổng tải trọng phân bố đều trên 1m chiều rộng bản nắp q = 402,8 kG/m 3. Xác định nội lực bản nắp Xét tỉ số hai cạnh = = 1,316 < 2 ð bản nắp làm việc hai phương, bản kê 4 cạnh Tỉ số = 3,125 > 3 nên liên kết giữa các cạnh của bản nắp là ngàm Tính toán bản nắp theo sơ đồ đàn hồi, loại ô bản số 9 Momen dương lớn nhất giữa nhịp M1 = m91ql1l2 M2 = m92ql1l2 Momen âm lớn nhất trên gối MI = k91ql1l2 MII = k92ql1l2 Trong đó các hệ số m91, m92, k91, k92 tra bảng phụ thuộc tỉ số Tỉ số l2 / l1 m91 m92 k91 k92 M1 kGm M2 kGm MI kGm MII kGm 1,316 0,0209 0,012 0,0475 0,0275 160 91,84 363,53 210,5 4. Tính toán cốt thép Bêtông M250 Rn = 110 kG/cm2 Rk = 8,8 kG/cm2 Cốt thép AI Ra = 2300 kG/cm2 Giả thiết a = 2 cm ð h0 = 7 – 2 = 5 cm g = 0,5 ( 1 + ) Cạnh Vị trí M KGm h0 cm A g Fa cm2 Fa chọn cm2 m% Fagc cm2 l1 Nhịp 160 5 0,0582 0,97 1,43 f6a190 1,49 0,3 2f12 2,26 Gối 363,53 5 0,132 0,929 3,4 f8a140 3,59 0,72 l2 Nhịp 91,84 4,2 0,0473 0,976 0,97 f6a200 1,41 0,34 2f12 2,26 Gối 210,5 5 0,0765 0,96 1,9 f8a200 2,5 0,5 Tại vị trí đặt nắp bể cần phải gia cường cốt thép Diện tích cốt thép cần gia cường tăng 20% so với diện tích cốt thép tính toán Fagc = 1,2Fatt = 1,2 ´ 1,49 = 1,79 cm2 Chọn 2f12 ( Fa = 2,26 cm2 ) II. TÍNH TOÁN DẦM NẮP 1. Xác định tải trọng Dầm nắp 1( DN1 ) Trọng lượng bản thân DN1 gDN1 = bdhdngb = 0,15( 0,2 – 0,07 )1,1 ´ 2500 = 53,625 kG/m Tải trọng do bản nắp truyền vào dầm có dạng hình tam giác, trị số lớn nhất qb chuyển sang tải phân bố đều tương đương qtđ = ´ qb = ´ ´ 402,8 = 478,325 kG/m Tổng tải trọng tác dụng lên DN1 qDN1 = gDN1 + qtđ = 53,625 + 478,325 = 532 kG/m Dầm nắp 2 ( DN2 ) Trọng lượng bản thân DN2 gDN2 = bdhdngb = 0,15( 0,25 – 0,07 )1,1 ´ 2500 = 74,25 kG/m2 Tải trọng do bản nắp truyền vào dầm có dạng hình thang, trị số lớn nhất qb chuyển sang tải phân bố đều tương đương qtđ = qb ( 1 – 2b2 + b3 ) = ´ 402,8 ( 1 – 2 ´ 0,382 + 0,383 ) = 586,3 kG/m với Tổng tải trọng tác dụng lên DN2 qDN2 = gDN2 + qtđ = 74,25 + 586,3 = 660,55 kG/m 2. Xác định nội lực Chọn sơ đồ tính DN1 và DN2 là dầm đơn giản Dầm DN1 Momen lớn nhất giữa nhịp kGm Lực cắt lớn nhất kG Dầm DN2 Momen lớn nhất giữa nhịp kGm Lực cắt lớn nhất kG 3. Tính toán cốt thép Bêtông M250 Rn = 110 kG/cm2 Rk = 8,8 kG/cm2 Cốt thép AII Ra = 2800 kG/cm2 Giả thiết a = 4 cm g = 0,5 ( 1 + ) Dầm Mmax kGm Mmin KGm Qmax kG h0 cm A g FamaxFamin cm2 Chọn thép m% DN1 960,26 384 1010,8 16 0,227 0,869 2,47 - 1 2f14 - 2f12 3,08 1,28 DN2 2064,22 825,7 1651,38 21 0,284 0,829 4,23 - 1,7 3f14 - 2f12 4,62 1,47 4. Tính cốt đai ngang Dầm DN2 có Qmax = 1651,38 kG Kiểm tra điều kiện hạn chế về lực cắt Qmax £ k0Rnbh0 k0Rnbh0 = 0,35 ´ 110 ´ 20 ´ 21 = 16170 kG > Qmax = 1651,38 kG Do đó không cần tăng kích thước tiết diện Kiểm tra điều kiện tính toán Qmax £ k1Rkbh0 k1Rkbh0 = 0,6 ´ 8,8 ´ 20 ´ 21 = 2217,6 kG > Qmax = 1651,38 kG nên không cần tính cốt đai Khoảng cách cấu tạo với h = 30 cm < 45 cm thì Uct £ ( = = 15 cm và 15 cm ) Chọn cốt đai f6, 2 nhánh, Uct = 15 cm cho đoạn = 1,25 m và giữa dầm chọn Uct = 20 cm - Kiểm tra khả năng chịu lực của cốt đai và bêtông Lực cắt lớn nhất kG/cm Khả năng chịu cắt của bêtông và cốt đai trên tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất Qdb = = 8040 kG > Qmax = 1651,38 kG Vậy cốt đai đủ khả năng chịu cắt nên không cần tính toán cốt xiên Đặt cốt đai theo cấu tạo với khoảng cách gần gối tựa một đoạn a = 15 cm Bố trí cốt đai giữa dầm DN2 khoảng cách a = 20 cm và a = 25 cm đối với dầm DN1 III. TÍNH TOÁN BẢN THÀNH Bản thành hồ có chiều rộng l2 = 5 m, chiều cao h = 1,5m Chọn chiều dày bản thành hb = 10 cm Bỏ qua trọng lượng bản thân của thành hồ, tính toán bản thành chủ yếu chịu uốn và thành phần chịu kéo rất nhỏ Xét các trường hợp tải trọng tác dụng lên bản thành Hồ chứa đầy nước, không có gió Hồ không có nước, có gió đẩy Hồ đầy nước, có gió đẩy Hồ đầy nước, có gió hút Trường hợp gây bất lợi nhất cho thành hồ khi hồ chứa đầy nước và chịu tải trọng gió hút 1. Tải trọng tác dụng lên thành hồ Áp lực nước bên trong hồ phân bố dạng tam giác và có độ lớn q0 = ngnh = 1,4 ´ 1000 ´ 1,5 = 2100 kG/m2 Tải trọng gió phân bố đều lên thành hồ tại cao trình + 38,9 m Gió đẩy qđ = n ´ W0 ´ k ´ c Gió hút qh = n ´ W0 ´ k ´ c’ Tải trọng gió tiêu chuẩn theo phân vùng dạng địa hình II – A W0 = 95 kG/m2 k – hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao + 38,9m và dạng địa hình so với mốc chuẩn, công trình thuộc địa hình C nên k = 0,9612 c – hệ số khí động phụ thuộc hình dáng công trình - Phía gió đẩy c = 0,8 - Phía gió hút c = - 0,6 Tải trọng gió phân bố đều lên thành hồ Gió đẩy qđ = 1,3 ´ 95 ´ 0,9612 ´ 0,8 = 94,967 kG/m Gió hút qh = 1,3 ´ 95 ´ 0,9612 ´ 0,6 = 71,225 kG/m Mg = 290 kGm Mnh = 131,8 kGm TH1 HỒ ĐẦY NƯỚC + GIÓ HÚT 1500 q0 = 2100 kG/m qh = 71,225 kG/m Mg = 26,7 kGm TH2 HỒ KHÔNG CHỨA NƯỚC + GIÓ ĐẨY qđ = 94,97 kG/m 1500 Vì bỏ qua trọng lượng bản thân thành hồ nên trường hợp gây bất lợi nhất cho thành hồ là hồ đầy nước với gió hút 2. Xác định nội lực bản thành hồ Xét tỉ số l2 / l1 = 4,3 > 3 ð bản thành làm việc một phương Tính toán bản thành như bản loại dầm, cắt dải bản theo cạnh ngắn bề rộng b = 1 m, sơ đồ tính là dầm đơn giản có một đầu ngàm và một đầu khớp Momen do áp lực nước gây ra kGm Momen do gió hút gây ra kGm Momen lớn nhất giữa nhịp Mmax = M1 + M2 = 140,625 + 11,268 = 152 kGm Momen lớn nhất ở gối kGm Chọn Mmin để tính cốt thép cho thành hồ. Dự kiến đặt thép hai lớp để chịu momen Mmax khi hồ không chứa nước đồng thời xuất hiện gió đẩy 3. Tính toán cốt thép Bêtông M250 Rn = 110 kG/cm2 Rk = 8,8 kG/cm2 Cốt thép AI Ra = 2300 kG/cm2 Giả thiết a = 3 cm ð h0 = 10 – 3 = 7 cm g = 0,5( 1 + ) = 0,5( 1 + ) = 0,967 cm2 Do bản thành chịu áp lực thủy tĩnh nên tăng hàm lượng thép Chọn f10a180 ( Fa = 4,63 cm2 ) - Kiểm tra hàm lượng thép chọn % > mmin = 0,1% Do đó hàm lượng thép chọn thỏa yêu cầu IV. TÍNH TOÁN BẢN ĐÁY Đáy hồ có chiều dài L = 5 m, chiều rộng B = 3,8 m chịu tải trọng từ trên truyền xuống Chọn chiều dày bản đáy hb = 12 cm Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm đáy Dầm đáy 1 ( DĐ1a ) b = 20 cm h = 35 cm Dầm đáy 2 ( DĐ2 ) b = 20 cm h = 40 cm 1. Tải trọng tác dụng lên bản đáy Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo Các lớp cấu tạo Chiều dày d ( m ) g (kG/m3) gtc (kG/m2) Hệ số vượt tải n gtt (kG/m2) Lớp gạch men 0,01 2000 20 1,2 24 Vữa lót 0,02 1800 36 1,2 43,2 Lớp chống thấm 0,02 2000 40 1,2 48 Bản bêtông cốt thép M250 0,12 2500 300 1,1 330 Vữa trát M75 0,01 1800 18 1,2 21,6 Tổng cộng 466,8 Tổng tải trọng tĩnh tác dụng lên bản đáy gtt = 466,8 kG/m2 Áp lực nước bên trên truyền xuống ptt = ngh = 1,2 ´ 1000 ´ 1,5 = 1800 kG/m2 Tổng tải trọng tác dụng tác dụng lên bản đáy q = gtt + ptt = 466,8 + 1800 = 2266,8 kG/m2 Tải trọng phân bố đều trên 1m chiều rộng bản đáy q = 2266,8 kG/m 2. Xác định nội lực Ô bản đáy có l2 = 5 m, l1 = 3,8 m Xét tỉ số hai cạnh = = 1,316 < 2 ð bản nắp làm việc hai phương, bản kê 4 cạnh Tỉ số = 3,125 > 3 nên liên kết giữa các cạnh của bản nắp là ngàm Tính toán bản nắp theo sơ đồ đàn hồi, loại ô bản số 9 Momen dương lớn nhất giữa nhịp M1 = m91ql1l2 M2 = m92ql1l2 Momen âm lớn nhất trên gối MI = k91ql1l2 MII = k92ql1l2 Trong đó các hệ số m91, m92, k91, k92 tra bảng phụ thuộc tỉ số Tỉ số l2 / l1 m91 m92 k91 k92 M1 kGm M2 kGm MI kGm MII KGm 1,316 0,0209 0,012 0,0475 0,0275 900,146 516,83 2045,787 1184,4 3. Tính toán cốt thép Bêtông M250 Rn = 110 kG/cm2 Rk = 8,8 kG/cm2 Cốt thép AI Ra = 2300 kG/cm2 Giả thiết a = 2 cm ð h0 = 12 – 2 = 10 cm g = 0,5 ( 1 + ) BẢNG CHỌN CỐT THÉP BẢN ĐÁY Theo phương Vị trí M kGm h0 cm A g Fa cm2 Fa chọn cm2 m% l1 Nhịp 900,146 10 0,0818 0,957 4,09 f10a180 4,36 0,436 Gối 2045,787 10 0,186 0,896 9,93 f12a110 10,2 1,2 l2 Nhịp 516,83 9 0,058 0,97 2,574 f10a200 3,93 0,437 Gối 1184,4 10 0,108 0,943 5,46 f12a200 5,65 0,565 - Kiểm tra độ võng của bản đáy Độ võng của bản đáy được kiểm tra theo điều kiện £ [] = 0,005 Với Trong đó q – tải trọng tính toán của ô bản, q = 2266,8 kG/m L – cạnh dài của ô bản, L = 5 m E – mođun đàn hồi của bêtông, E = 2,65´105kG/cm2= 2,65 ´ 109 kG/m2 h – chiều dày bản, h = 12 cm m Từ đó = = 0,0028 < 0,005 Vậy bản đáy thỏa yêu cầu về độ võng V. TÍNH TOÁN DẦM ĐÁY 1. Xác định tải trọng tác dụng lên dầm đáy Do bể nước được cấu tạo bởi 4 cột đỡ nên bản nắp và thành hồ không truyền tải trọng xuống dầm đáy, tải trọng tác dụng lên dầm đáy do trọng lượng bản thân và tải trọng bản đáy truyền vào – Dầm đáy 1 ( DĐ1 ) : b ´ h = 20 ´ 35 ( cm ) Trọng lượng bản thân dầm đáy 1 g0 = 0,2( 0,35 – 0,12 )1,1 ´ 2500 = 126,5 kG/m Tải trọng do bản đáy truyền vào dầm có dạng tam giác, trị số lớn nhất qbđ chuyển sang tải phân bố đều tương đương qtđ = ´ qbđ = ´ ´ 2266,8 = 2691,825 kG/m Tổng tải trọng tác dụng lên dầm đáy 1 qDĐ1 = g0 + qtđ = 126,5 + 2691,825 = 2818,325 kG/m – Dầm đáy 2 ( DĐ2 ) : b ´ h = 20 ´ 45 ( cm ) Trọng lượng bản thân dầm đáy 2 g1 = 0,2( 0,45 – 0,12 )1,1 ´ 2500 = 181,5 kG/m Tải trọng do bản đáy truyền vào dầm có dạng hình thang, trị số lớn nhất qbđ chuyển sang tải phân bố đều tương đương qtđ = qbđ( 1 – 2b2 + b3 ) = ( 1 – 2 ´ 0,382 + 0,383 ) = 3299,41 kG/m với Tổng tải trọng tác dụng lên dầm đáy 2 qDĐ2 = g1 + qtđ = 181,5 + 3299,41 = 3481 kG/m 2. Xác định nội lực Sơ đồ tính DĐ1 và DĐ2 là dầm đơn giản với hai đầu khớp – Dầm đáy 1 Momen lớn nhất ở nhịp kGm Lực cắt lớn nhất kG – Dầm đáy 2 Momen lớn nhất ở nhịp kGm Lực cắt lớn nhất kG 3. Tính toán cốt thép 3.1 Tính cốt thép dọc Bêtông M250 Rn = 110 kG/cm2 Rk = 8,8 kG/cm2 Cốt thép AII Ra = 2800 kG/cm2 Giả thiết a = 4 cm g = 0,5( 1 + ) Dầm Vị trí M kGm Qmax kG h0 cm A g Fa cm2 Chọn thép m% DĐ1 Nhịp 5087,08 5415 31 0,241 0,86 6,82 3f18 7,63 1,23 Gối 2034,83 0,0967 0,949 2,47 2f14 3,08 0,5 DĐ2 Nhịp 10878 8702,5 41 0,294 0,821 11,54 3f16+3f18 13,66 1,67 Gối 4351,2 0,1177 0,937 4,05 3f16 6,03 0,74 3.2 Tính cốt đai ngang - Kiểm tra điều kiện hạn chế về lực cắt Qmax £ k0Rnbh0 k0Rnbh0 = 0,35 ´ 110 ´ 20 ´ 41 = 31570 kG > Qmax = 8702,5 kG Do đó không cần tăng kích thước tiết diện - Kiểm tra điều kiện tính toán Qmax £ k1Rkbh0 k1Rkbh0 = 0,6 ´ 8,8 ´ 20 ´ 41 = 4329,6 kG < Qmax = 8702,5 kG Do đó cần tính cốt đai Lực cắt tính toán kG/cm Chọn đai f8, fđ = 0,503 cm2, 2 nhánh, n = 2 - Khoảng cách tính toán cm - Khoảng cách lớn nhất giữa hai cốt đai cm Khoảng cách cấu tạo với h = 45 cm thì Uct £ ( = = 17 cm và 15 cm ) Chọn Uct = 15 cm cho đoạn = 1,25 m và giữa dầm chọn Uct = 20 cm - Kiểm tra khả năng chịu lực của cốt đai và bêtông Lực cắt lớn nhất mà cốt đai phải chịu kG/cm Khả năng chịu cắt của bêtông và cốt đai trên tiết diện nghiêng nguy hiểm nhất Qdb = = 16903,4 kG > Qmax = 8705,2 kG Vậy cốt đai đủ khả năng chịu cắt nên không cần tính toán cốt xiên - Kiểm tra độ võng của dầm đáy 2 Độ võng của dầm đáy 2 được kiểm tra theo điều kiện £ [] với Trong đó q – tải trọng tác dụng trên dầm, q = 3481 kG/m L – nhịp dầm, l = 5 m E – mođun đàn hồi của bêtông, E = 2,65 ´ 109 kG/m2 J – momen quán tính của vật liệu m4 m = = 0,0014 < [] = 0,005 Vậy dầm thỏa yêu cầu về độ võng