Tính toán kích thước hồ nước mái

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN HỒ NƯỚC MÁI CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN HỒ NƯỚC MÁI 5.1 Công năng và kích thước hồ nước mái - Hồ nước mái có nhiệm vụ cung cấp toàn bộ nước cho tòa nhà và phục vụ cho công tác cứu hỏa. Kích thước hồ nước mái được thể hiện trên hình 5.1 Mặt bằng bản nắp Mặt bằng bản đáy Hình 5.1 : Mặt bằng hồ nước mái Hình 5.2 : Mặt cắt ngang hồ nước 5.2 Tính toán cho từng cấu kiện hồ nước 5.2.1 Bản nắp a. Tải trọng tác dụng - Chiều dày bản nắp được chọn sơ bộ theo công thức sau : trong đó : D = 0,8 _ hệ số phụ thuộc tải trọng; ms = 35-40 _ đối với sàn làm việc 2 phương; l _ độ dài cạnh ngắn của bản; Tĩnh tải STT Các lớp cấu tạo (daN/cm3) (mm) n gbntc (daN/m2) gbntt (daN/m2) 1 Vữa lót 1800 20 1.3 36 47 2 Bản BTCT 2500 80 1.1 200 220 3 Vữa trát 1800 15 1.3 27 35 263 302 Bảng 5.1 : Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo bản nắp Hoạt tải sữa chữa - Theo Bảng 3 TCVN 2737:1995, hoạt tải sữa chữa có giá trị tiêu chuẩn là ptc = 75 (daN/m2) ptt = 75.1,3 = 97,5 (daN/m2) Tổng tải trọng tác dụng qtt = g + ptt = 302 + 97,5 = 399.5 (daN/m2) Sơ đồ tính X ét tỷ số bản nắp bản nắp thuộc loại bản kê 2 cạnh, 2 cạnh ngàm Hình 5.3 : Sơ đồ tính bản nắp c. Xác định nội lực - Nội lực được xác định theo sơ đồ bản kê 2 cạnh, 2 cạnh ngàm (ô bản số 6). Theo sơ đồ đàn hồi. - Moment dương lớn nhất giữa nhịp : theo [6] M1 = M1’ + M1’’ = m11.P’ + m61.P’’ M2 = M2’ + M2’’ = m12.P’ + m62.P’’ với : P’ = q’.ln.ld ; q’= ; P’’ = q’’.ln.ld ; q’’= g+; trong đó : g - tĩnh tải ở ô bản đang xét; P - hoạt tải ở ô bản đang xét; mi1(2) - kí tự i là số hiệu của bản đang xét; kí tự 1(2) là phương của ô bản đang xét; - Moment âm lớn nhất trên gối : MI = k61.P MII= k62.P với : P = (gstt + pstt) .ln.ld ; trong đó : P _ tổng tải trọng tác dụng lên ô bản; các hệ số , m61, m62, k61, k62 được tra bảng phụ thuộc vào tỉ số. Bảng 5.2 : Nội lực trong ô bản nắp c.Tính toán cốt thép - Công thức tính toán và kiểm tra hàm lượng cốt thép với điều kiện như sau : - Diện tích cốt thép được tính bằng công thức sau : (cm2) trong đó : với - Kiểm tra hàm lượng cốt thép (theo Bảng 15 TCVN 5574 :1991) - Giá trị hợp lí {0.3%0.9%] - Đặc trưng vật liệu lấy theo bảng 5.3 Bê tông M250 Cốt thép CI Rn (daN/cm2) Rk (daN/cm2) Eb (daN/cm2) ao Ra (daN/cm2) Ra’ (daN/cm2) Ea (daN/cm2) 110 8.8 2,6.105 0.58 2000 2000 2,1.106 Bảng 5.3 : Đặc trưng vật liệu sử dụng tính toán Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 5.4 Bảng 5.4 : Cốt thép bản nắp - Cốt thép gia cường lỗ thăm được tính theo công thức sau : Fgc = 1,5.Fc = 1,5.FC = 1,5.(48) = 1,5.2,01 = 3,01 (cm2) - Chọn 2 14( Fa = 3,08 cm2). 5.2.2 Dầm đỡ bản nắp - Chiều cao của dầm được chọn sơ bộ theo công thức sau : trong đó : md _ hệ số phụ thuộc vào tính chất của khung và tải trọng; ld _ nhịp dầm; - Bề rộng dầm được chọn theo công thức sau : - Kích thước tiết diện dầm được trình bày trong bảng 5.5 Kí hiệu Nhịp dầm ld (m) Hệ số m Chiều cao hd (m) Bề rộng hd (m) Chọn tiết diện hd x bd (cm x cm) D1 8 16 0.5 0.25 50x30 D2 8 16 0.5 0.25 50x30 Bảng 5.5 : Kích thước dầm đỡ bản nắp a. Tải trọng tác dụng - Tĩnh tải Trọng lượng bản thân dầm: gd = g.b.(h – hbn).n = 2500.0,3.(0,5 – 0,08) 1,1 = 346.5 (daN/m) Tải trọng do bản nắp truyền vào dầm theo dạng hình tam giác vì 2 dầm D1 và D2 có nhịp bằng nhau. - Giá trị lớn nhất là: Qui đổi thành phân bố đều tương đương tác dụng lên dầm D1, D2 (dạng tam giác): =799.5/8 = 499,4 (daN/m) Tổng tải tác dụng lên dầm D1, D2: gD1 = gD2 = gd + 2qtd = 346.5+ 2.499,4 = 1345,3 (daN/m) Sơ đồ xác định tải trọng tác dụng vào dầm được thể hiện trên Hình 5.4 . b.Sơ đồ tính: Hệ dầm đỡ bản nắp là hệ dầm trực giao, liên kết với cột bằng liên kết gối cố định. c Xác định nội lực: Sử dụng phần mềm SAP2000 để xác định nội lực trong dầm. Kết quả được thể hiện trong Hình 5.5 và5.6. Hình 5.6: Biểu đồ moment và lực cắt trong dầm đỡ bản nắp. . Tính toán cốt thép Cốt thép dọc : - Dầm được tính như cấu kiện chịu uốn. - Giả thiết tính toán : a = 6 cm : khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo; ho : chiều cao có ích của tiết diện , ho = h – a = 50 – 6 = 44 cm; - Công thức tính thép, kiểm tra hàm lượng cốt thép tương tự 2.3.1.c. - Đặc trưng vật liệu như trong bảng 5.6. Bê tông M300 Cốt thép CII Rn (daN/cm2) Rk (daN/cm2) Eb (daN/cm2) ao Ra (daN/cm2) Ra’ (daN/cm2) Ea (daN/cm2) 130 10 2,9.105 0.58 2600 2600 2,1.106 Bảng 5.6 : Đặc trưng vật liệu sử dụng tính toán Kết quả tính toán cốt thép dọc được trình bày trong bảng 5.7 Bảng 5.7 : Tính toán cốt thép trong dầm đỡ bản nắp Cốt đai : Lực cắt Qmax trong dầm : QmaxD1 = QmaxD2 = 6880 (daN) Qmax < ko.Rn. b.ho = 0,35.130.30.54 = 73710 (daN) (thỏa mãn điều kiện hạn chế). Qmax < k1.Rk. b.ho = 0,6.10.30.54 = 9720 (daN) (Dầm đủ khả năng chịu lực cắt ). Dầm đủ khả năng chịu lực cắt. Cốt đai bố trí theo cấu tạo : - Chọn đai thép CI có Rađ = 1600 daN/cm2, đường kính đai 8 có fđ = 0,503 cm2, đai 2 nhánh. Khoảng cách cấu tạo của cốt đai : - Khoảng cách cấu tạo : + Trên đoạn gần gối tựa + Trên đoạn dầm giữa nhịp : - Khoảng cách đai được chọn như sau : - Đoạn gần gối tựa (1/4) : 8 a150 - Đoạn giữa nhịp (1/2) : 8 a300 5.2.3 Bản thành a. Tải trọng tác dụng - Bề dày bản thành lấy bằng 120 cm Tĩnh tải - Tải trọng do bản nắp truyền vào gbntt = 302 (daN/m) Tải trọng bản thân bản thành STT Các lớp cấu tạo (daN/m3) (mm) n gbttc (daN/m2) gbttt (daN/m2) 1 Vữa lót 1800 20 1.3 36 47 2 Bản BTCT 2500 120 1.1 300 330 3 Vữa chống thấm 2000 10 1.1 20 22 4 Vữa trát 1800 15 1.3 27 35 383 434 Bảng 5.8 : Tải trọng bản thân bản thành Trọng lượng bản thân của bản thành gbttt = 434 (daN/m) Áp lực thuỷ tĩnh pnước =h..n = 2.1000.1,1 = 2200 (daN/m2 ) Tải trong ngang : - Tải trọng ngang tác dụng vào bản thành là tải trọng gió Tải trọng do gió tĩnh: Trong đó: n hệ số độ tin cậy, lấy n = 1,2; k hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao: Cao trình của đỉnh bể nước mái: H = 32.1 m => Kc = 1,24; áp lực gió tiêu chuẩn, lấy = 83 kG/m2; c hệ số khí động: ch = 0,6; => = 1,2.1,24. 0,6 .83 = 74,1 (daN/m2) Sơ đồ tính Xét tỉ số cạnh dài trên cạnh ngắn Bản thuộc loại bản dầm, cắt 1 dãy theo phương cạnh ln, có bề rộng b = 1m để tính. Bản thành xem như là cấu kiện chịu nén uốn đồng thời. Lực nén trong bản gây ra bởi trọng lượng bản thân bản thành và bản nắp nên để đơn giản ta xem bản thành chỉ chịu uốn (tức bản thành chỉ chịu áp lực thuỷ tĩnh và tải trọng ngang tác dụng). Hình 5.7 : Sơ đồ tính bản thành Xác dịnh nội lực Hình 5.8 : Biểu đồ momen của bản thành do tải trọng ngang và áp lực nước gây ra + Tại gối : + Tại nhịp (tính gần đúng) : Tính toán cốt thép - Bản thành được tính như cấu kiện chịu uốn - Giả thiết tính toán a = 2 cm _ khoảng cách từ trọng tâm cốt thép theo phương cạnh ngắn đến mép bê tông chịu kéo; ho _ chiều cao có ích của tiết diện, ho = hbt – a = 12 – 2 = 10 cm; b = 100 cm _ bề rộng tính toán của dải bản. - Công thức tính thép, kiểm tra hàm lượng cốt thép tương tự 5.2.1c. Đặc trưng vật liệu như trong bảng 5.5 - Kết quả tính toán cốt thép dọc được trình bày trong bảng 5.9 Bảng 5.9 : Bảng tính cốt thép trong bản thành Kiểm tra nứt bản thành (theo trạng thái giới hạn hai) - Tải trọng tiêu chuẩn trong bản thành như sau : -Do gió tĩnh: = 1,2.1,24. 0,6 .83 = 74,1 (daN/m2) - Áp lực thuỷ tĩnh : gnước = h = 1000.2,2 = 2200 (daN/m2) - Nội lực trong bản thành : Do tải trọng gió : Do áp lực thuỷ tĩnh : Giá trị momen tiêu chuẩn tại nhịp của bản thành : Mmax-nhịp = 20.8 + 262 = 282,8 (daN/m) - Giá trị momen tiêu chuẩn tại gối của bản thành : Mmax-goi = 37,05 + 587 = 624,05(daN/m) - Theo TCVN 5574:1991 an < angh = 0,25 mm trong đó : agh _ khe nứt giới hạn của cấu kiện cấp 3, có một phần tiết diện chịu nén, lấy theo Bảng 1 TCVN 5574:1991; k = 1 _ cấu kiện chịu uốn; C = 1,5 _ hệ số kể đến tác dụng của tải trọng dài hạn; _ hệ số ảnh hưởng bề mặt thanh thép; Ea _ modul đàn hồi của thép (Ea = 2,1.106 daN/m2); d _ đường kính cốt thép chịu lực; P _ hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo; ; ; ; ; ; ; Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 5.10. Bảng 5.10 : Kiểm tra bề rộng khe nứt bản thành 5.2.4. Bản đáy a. Tải trọng tác dụng - Chiều dày bản đáy được chọn sơ bộ theo công thức sau : trong đó : D = 1,4 _ hệ số phụ thuộc tải trọng; ms = 35- 40 _ đối với sàn làm việc 2 phương; l _ độ dài cạnh ngắn của bản; Tĩnh tải STT Các lớp cấu tạo (daN/cm3) (mm) n gbđtc (daN/m2) gbđtt (daN/m2) 1 Vữa lót 1800 20 1.3 36 47 2 Bản BTCT 2500 140 1.1 350 385 3 Vữa chống thấm 2000 10 1.1 20 22 4 Vữa trát 1800 15 1.3 27 35 433 489 Bảng5.11 : Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo bản đáy Áp lực thủy tĩnh gnước = n.h.=1,1.2.1000 = 2200 (daN/m2) Tổng tải trọng tác dụng qtt = g + gnước = 489 + 2200 = 2689 (daN/m2) Sơ đồ tính Sơ đồ tính bản đáy là ô bản kê 4 cạnh, ngàm theo chu vi Hình 5.9 : Sơ đồ tính bản đáy Xác định nội lực Nội lực được xác định theo sơ đồ bản kê 4 cạnh có các liên kết là ngàm (ô bản số 9). Ô bản tính toán là ô bản đơn, được tính theo sơ đồ đàn hồi. - Momen dương lớn nhất giữa nhịp : theo [9] M1 = M1’ + M1’’ = m11.P’ + m61.P’’ M2 = M2’ + M2’’ = m12.P’ + m62.P’’ với : P’ = q’.ln.ld ; q’= ; P’’ = q’’.ln.ld ; q’’= g+; trong đó : g - tĩnh tải ở ô bản đang xét; P - hoạt tải ở ô bản đang xét; mi1(2) - kí tự i là số hiệu của bản đang xét; kí tự 1(2) là phương của ô bản đang xét; - Momen âm lớn nhất trên gối : theo [9] MI = k91.P MII = k92.P với P = qtt .ln.ld ; trong đó : P _ tổng tải trọng tác dụng lên ô bản; Các hệ số m91, m92 được tra Bảng 1-19 của [25] phụ thuộc vào tỉ số . Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 5.12. Bảng 5.12 : Nội lực trong ô bản đáy Tính toán cốt thép - Ô bản được tính như cấu kiện chịu uốn - Giả thiết tính toán : a1 = 1,5 cm _ khoảng cách từ trọng tâm cốt thép theo phương cạnh ngắn đến mép bê tông chịu kéo; a2 = 2 cm _ khoảng cách từ trọng tâm cốt thép theo phương cạnh dài đến mép bê tông chịu kéo; ho _ chiều cao có ích của tiết diện; + ho1 = hbđ – a1 = 14 – 1,5 = 12,5 cm; + ho2 = hbđ – a2 = 14 – 2 = 12 cm; - Đặc trưng vật liệu lấy theo bảng 5.5. Công thức tính thép, kiểm tra hàm lượng cốt thép tương tự như bảng 5.6 - Kết quả tính toán cốt thép dọc được trình bày trong bảng 5.13 Bảng 5.13 : Bảng tính cốt thép trong bản đáy Kiểm tra nứt bản đáy (theo trạng thái giới hạn II) - Công thức tính, kiểm tra tương tự 5.2.3.d.c - Nội lực tiêu chuẩn trong bản đáy được tính toán tong bảng 5.13 Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 5.14. Bảng 5.14: Kiểm tra bề rộng khe nứt bản đáy Dầm đỡ bản đáy: - Chọn tiết diện dầm như sau : D3 : (hd x bd cm) = 50 x 30 cm D4 : (hd x bd cm) = 50 x 30 cm D5 : (hd x bd cm) = 70 x 30 cm D6 : (hd x bd cm) = 70 x 30 cm 5.2.5.1. Dầm D3- D4: hệ dầm giao Tải trọng tác dụng Tĩnh tải - Trọng lượng bản thân dầm : gD3 = gD4 =.b.(h – hbđ).n = 2500.0,3.(0,5 – 0,14).1,1 = 297 (daN/m). - Tổng tải trọng bản đáy: q = gbđ + gn = 489 + 2200 = 2689 (daN/m2) - Qui đổi thành tải phân bố đều tương đương tác dụng lên dầm D4 (có dạng tam giác) -Tổng tải trọng tác dụng vào dầm D3 và D4 : qD3 = qD4 =gd +2*gtđD3 = 297 +2. 3361,25 = 7019,5 (daN/m) . Sơ đồ xác định tải trọng tác dụng vào dầm được thể hiện trên hình 5.10 Hình 5.10 : Sơ đồ xác định tải trọng tác dụng vào dầm b.Sơ đồ tính: Dầm D3 và D4 đỡ bản đáy là hệ dầm trực giao, liên kết với dầm D5-D6 bằng liên kết ngàm. c Xác định nội lực: Sử dụng phần mềm SAP2000 để xác định nội lực trong dầm. Kết quả được thể hiện trong Hình 5.11 và 5.12. Hình 5.11 : Biểu đồ momen của dầm đỡ bản đáy D4-D5 Hình 5.12 : Biểu đồ lực cắt của dầm đỡ bản đáyD4- D5 d. Tính toán cốt thép Cốt thép dọc : - Dầm được tính như cấu kiện chịu uốn. - Giả thiết tính toán : a = 6 cm _ khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo ho _ chiều cao có ích của tiết diện , + hoD5. D6 = 70 – a = 70 – 6 = 64 cm + hoD3,D4 = 50 – a = 50 – 6 = 44 cm - Công thức tính thép, kiểm tra hàm lượng cốt thép tương tự 2.3.1.c. - Đặc trưng vật liệu như trong bảng 5.15 Bê tông M300 Cốt thép CII Rn (daN/cm2) Rk (daN/cm2) Eb (daN/cm2) ao Ra (daN/cm2) Ra’ (daN/cm2) Ea (daN/cm2) 130 10 2,9.105 0.58 2600 2600 2,1.106 Bảng 5.15: Đặc trưng vật liệu sử dụng tính toán Kết quả tính toán cốt thép dọc được trình bày trong bảng 5.16 Bảng 5.16 : Tính toán cốt thép trong dầm đỡ bản đáy( dầm giao) 5.2.5.2. Dầm D5- D6: - Trọng lượng bản thân dầm : gD6 = gD5 = .b.(h – hbđ).n = 2500.0,3.(0,7 – 0,14).1,1 = 462 (daN/m); - Tải trọng bản thành và bản nắp tác dụng vào dầm D5 và D6 gbt-n = gbttt .h+ gntđ= 434.2+ (5.302.2)8= 1245.5(daN/m) - Tổng tĩnh tải tác dụng lên dầm D5 : qD5 = gd + gtđD5 + gbt-n = 462 + 3361.25 + 1245.5 = 5069 (daN/m) - Ngồi ra cịn cĩ lực tập trung tại các vị trí liên kết với dầm giao P = 29580 (daN) - Sơ đồ xác định tải trọng tác dụng vào dầm được thể hiện trên hình 5.10 Sơ đồ tính (xem hình 5.9 ) Xác định nội lực Đối với tải phân bố Đối với tải tập trung Hình 5.9 : Biểu đồ momen của dầm đỡ bản đáy D5-D6 d. Tính toán cốt thép Cốt thép dọc : - Dầm được tính như cấu kiện T chịu uốn: - Giả thiết tính toán : a = 6 cm _ khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo ho _ chiều cao có ích của tiết diện , + hoD5 = 70 – a = 70 – 6 =64 cm Kết quả tính toán cốt thép dọc được trình bày trong bảng 5.17 Bảng 5.17 : Bảng tính cốt thép dầm, D5, D6 Cốt đai : Dầm D3-D4 - Lực cắt Qmax trong dầm : + QmaxD3 = QmaxD4 =29580 (daN) QmaxD4 < koRnbho = 0,35.130.30.44 = 60060 (daN ) - Dầm thỏa mãn điều kiện hạn chế. + QmaxD3 > k1Rkbho = 0,6.10.30.44 = 7920 (daN) Dầm không đủ khả năng chịu lực cắt. Dầm D5-D6 - Lực cắt Qmax trong dầm : + QmaxD5 = QmaxD6 =35066 (daN) QmaxD5 < koRnbho = 0,35.130.30.64 = 87360 (daN ) - Dầm thỏa mãn điều kiện hạn chế. + QmaxD3 > k1Rkbho = 0,6.10.30.64 = 11520 (daN) Dầm không đủ khả năng chịu lực cắt - Tính toán cốt đai chịu lực cắt như sau : - Lực cốt đai phải chịu : - Chọn đai thép CI có Rađ = 1600 daN/cm2, đường kính cốt đai 8 có fđ = 0,503 cm2, đai 2 nhánh. - Khoảng cách tính toán của cốt đai : - Khoảng cách cấu tạo : h > 50 cm thì Uct h/3 cm và 30 cm - Khoảng cách đai chọn : - Khoảng cách đai chọn giữa nhịp : Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 5.18 Tên dầm Lực cắt Q (daN) b (cm) ho (cm) fđ (cm2) n Rađ (daN/cm2) qđ (daN/cm) Ut (cm) Umax (cm) Uct (cm) Uchọn 1/4nhịp (mm) Uchọn giữa nhịp (mm) D3 29580 30 44 0.5 2 1600 188.3 9 29.4 20 90 250 D4 29580 30 44 0.5 2 1600 188.3 9 29.4 20 90 250 D5 35066 30 64 0.5 2 1600 125 12.9 52.6 20 100 250 D6 35066 30 64 0.5 2 1600 125 12.9 52.6 20 100 250 Bảng 5.18 : Cốt đai trong dầm đỡ bản đáy Cốt treo - Tại vị trí dầm D3,D4 kê lên dầm D5,D6 phải tính thêm cốt đai gia cường. - Lực tập trung do dầm D3,D4 truyền lên dầm D5, D6. Ft = 29580 (daN) - Diện tích cốt V cần thiết : sử dụng thép CII có Ra = 2600 (daN/cm2) trong đó : Fa _ diện tích các lớp cốt V ở một phía của dầm. - Chọn 225 ( Fa = 9.82 cm2) để bố trí. 5.3 Kết luận - Các kết quả kiểm tra đều thỏa các điều kiện kiểm tra, như vậy các kích thước đã chọn là hợp lí. 5.4 Bố trí cốt thép - Cốt thép được bố trí trong bảng vẽ KC - 04/07.