Tính toán thiết kế hồ nước mái

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN HỒ NƯỚC MÁI CÔNG NĂNG VÀ KÍCH THƯỚC HỒ NƯỚC MÁI Hồ nước mái cung cấp nước sinh hoạt cho tòa nhà và phục vụ cho công tác cứu hỏa. Sơ bộ tính nhu cầu dùng nước của chung cư như sau: cứ một người một ngày đêm dùng 200 (l), chung cư có 16 tầng, mỗi tầng có 8 căn hộ, mỗi căn hộ có 6 người. Do đó lượng nước yêu cầu mỗi ngày cần cung cấp cho chung cư là: Vyc = 200x10x8x6 = 96000 (lít) = 96 m3 Dựa vào nhu cầu sử dụng đó ta bố trí 2 hồ nước mái giống nhau trên sân thượng (xem bản vẽ mặt bằng mái). Kích thước hồ nước mái được thể hiện cụ thể trên hình 4.1. Thể tích 1 hồ nước mái là: Vhồ = 10x8.5x1.8 = 153 (m3) Vì vậy việc bơm nước vào hồ nước mái sẽ diễn ra 2 ngày bơm một lần. Hình 4.1: Mặt bằng bố trí dầm đaý hồ nước mái Hình 4.2: Mặt bằng bản nắp hồ nước mái SƠ BỘ CHỌN KÍCH THƯỚC CÁC BỘ PHẬN HỒ NƯỚC MÁI Chọn chiều dày bản Chọn chiều dày bản theo công thức: hb = trong đó: D = 0.8 ÷ 1.4 – hệ số kinh nghiệm phụ thuộc hoạt tải sử dụng; m = 30÷ 35 – đối với bản một phương; m = 40÷ 45 – đối với bản kê 4 cạnh; l – nhịp cạnh ngắn của ô bản. Do đó chiều dày ô bản được sơ bộ xác định theo bảng 3.1 Bảng 4.1: Chiều dày ô bản Tên cấu kiện D M ln (m) htính (m) hchọn (m) Bản nắp 0.8 40 3.9 0.078 0.100 Bản thành 1.4 35 1.8 0.072 0.120 Bản đáy 1.4 40 3.9 0.136 0.150 4.2.2 Xác định sơ bộ kích thước dầm Bảng 4.2: Xác định tiết diện dầm Tên cấu kiện ld (m) Kích thước dầm được chọn (cm) D1 9,10 30x50 D2 9,10 40x70 D3 9,10 40x70 D4 9,10 30x40 D5 9,10 30x60 D6 9,10 30x60 Xác định tiết diện cột Chọn sơ bộ tiết diện cột: cột C1: 40x40 cột C2: 40x40 BẢN NẮP Sơ đồ tính Bản nắp làm việc giống bản sàn có kích thước 4500mm x5000mm , chiều dày bản nắp hbn= 100 (mm). Xét tỉ số = bản nắp thuộc loại bản kê 4 cạnh. Xét tỷ số > 3 vì vậy ta có thể xem bản sàn ngàm dầm, sơ đồ tính thuộc sơ đồ số 9. Hình 4.4: Sơ đồ tính bản nắp Tải trọng Tĩnh tải Gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo. Được tính toán cụ thể trong bảng 4.3. Bảng 4.3: Xác định tĩnh tải STT Các lớp cấu tạo sàn Chiều dày (m) (kN/m3) gtc (kN/m2) n gtt (kN/m2) 1 Vữa trát 0.020 18 0.36 1.3 0.468 2 Bản sàn BTCT 0.100 25 2.50 1.1 2.750 3 Vữa trát 0.015 18 0.27 1.3 0.351 4 Lớp chống thấm 0.1 Tổng cộng gttbn 3.669 Hoạt tải Theo TCVN 2737- 1995 lấy hoạt tải sửa chửa là: ptc = 0.75 (kN/m2); Với hệ số vượt tải n = 1.3 ptt = ptc . n = 0.75x1.3 = 0.975 (kN/m2). Tải trọng toàn phần qbn = gtt bn+ ptt = 3.669+0.975 = 4.644 (kN/m2) Nội lực Giả thiết tính toán: Ô bản được tính toán như ô bản ngàm 4 cạnh, không xét đến sự ảnh hưởng của ô bản bên cạnh; Ô bản đươc tính theo sơ đồ đàn hồi; Cắt 1 dải bản có bề rộng là 1m theo phương cạnh ngắn và cạnh dài để tính toán. Nhịp tính toán là khoảng cách giữa hai trục dầm Bản đáy làm việc giống bản sàn có kích thước 4500mm x5000mm , chiều dày bản đáy hbn= 120 (mm). Xét tỉ số = bản đáy thuộc loại bản kê 4 cạnh. Xét tỷ số > 3 vì vậy ta có thể xem bản sàn ngàm dầm, sơ đồ tính thuộc sơ đồ số 9. Ta có: qbn = 4.644 kN/m2 P = qbn.ld.ln = 4.644x4.5x5 = 98.685 (kN). Theo phương cạnh ngắn: M1 = m91.P = 0.0195x98.685 = 1.92 (kNm) MI = k91.P = 0.0452x98.685 = 4.46(kNm) Theo phương cạnh dài: M2 = m92.P = 0.0159 x 98.685 = 1.569 (kNm) MII = k92.P = 0.0367 x 98.685 = 3.622 (kNm) 4.3.4 Tính toán cốt thép Bảng 4.4: Đặc trưng vật liệu Bê tông B30 Cốt thép CI Rb Mpa) Rbt (Mpa) Eb (MPa) Rs (Mpa) Rsc (Mpa) Es (Mpa) 17 1.2 32.5x103 0.596 225 225 21x104 Bảng 4.5: Tính toán cốt thép bản nắp. Tên cấu kiện Giá trị moment(kNm) b(cm) ho(cm) Astt (cm2) Chọn thép µ% Nhận xét (mm) Aschọn (cm2) Bản nắp 1.92 100 8.5 0.016 0.016 1.0119 8a200 2.51 0.30 Thỏa 4.46 100 8.5 0.036 0.036 2.367 8a200 2.51 0.15 Thỏa 1.569 100 8.5 0.013 0.013 0.8257 8200 2.51 0.46 Thỏa 3.622 100 8.5 0.029 0.03 1.922 8a200 2.51 0.24 Thỏa Gia cường 212 tại vị trí lỗ thăm cho cả 2 phương và đoạn neo lneo = 400mm BẢN THÀNH Sơ đồ tính Để đơn giản tính toán, bỏ qua trọng lượng bản thân của bản thành, xem bản thành như cấu kiện chịu uốn chỉ chịu tải tác dụng theo phương ngang gồm áp lực ngang của nước và gió hút. Xét tỷ số và : bản nắp thuộc loại bản dầm làm việc một phương theo cạnh ngắn h, cắt một dải có bề rộng b=1m theo phương cạnh ngắn để tính. Chọn chiều dày bản thành : Hình 4.5: Sơ đồ tính bản thành Tải trọng Tải trọng gió Công trình được xây dựng ở Thành Phố Hồ Chí Minh thuộc vùng IIA Wo = 0.95 – 0.12 = 0.83 kN/m2 Công trình được xây dựng tại nơi bị che chắn mạnh (dạng địa hình C), tại độ cao z = 39.6 m k = 0.946 Theo bảng 6 [1] hệ số khí động c: Phía gió đẩy: c = + 0.8 Phía gió hút: c = - 0.6 Wh = n.k.c.Wo = 1.3x0.946x0.6x0.83 = 0.612 kN/m2 Áp lực nước Pn = n..h = 1.1x10x1.8 = 19.8 kN/m2 Nội lực MWhgối = (kNm); MWhnhịp = (kNm); Mpngối = (kNm); Mpnnhịp = (kNm). Moment dương lớn nhất ở nhịp do nước và gió gây ra ở vị trí chênh lệch nhau không nhiều. Do đó ta lấy tổng giá trị 2 moment này để tính thép nhằm đơn giản việc tính toán và thiên về an toàn, lấy tổng moment ở vị trí ngàm của hai biểu đồ để tính cốt thép chịu moment âm sau đó bố trí cốt thép cho bản thành. Vì vậy ta có moment dùng đề tính thép ở gối và nhịp lần lượt là: Mgối = MWhgối + Mpngối = 0.248+ 4.276 = 4.524(kNm) Mnhịp = MWhnhịp + Mpnnhịp = 0.139 + 1.909 = 2.048(kNm). Tính toán cốt thép Tên cấu kiện Giá trị moment(kNm) b(cm) ho(cm) Astt (cm2) Chọn thép µ% Nhận xét (mm) Aschọn (cm2) Bản thành 4.524 100 10 0.027 0.027 2.038 8a200 2.51 0.17 Thỏa 2.048 100 10 0.012 0.012 0.9185 6a200 1.42 0.245 Thỏa Bảng 4.6: Tính toán cốt thép bản thành. BẢN ĐÁY Sơ đồ tính Bản đáy làm việc giống bản sàn có kích thước 4500mm x5000mm , chiều dày bản đáy hbd= 150 (mm). Xét tỉ số = bản đáy thuộc loại bản kê 4 cạnh. Xét tỷ số > 3 vì vậy ta có thể xem bản sàn ngàm dầm, sơ đồ tính thuộc sơ đồ số 9. Hình 4.6: Sơ đồ tính bản đáy Tải trọng Tĩnh tải Gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo. Được tính toán cụ thể trong bảng 4.10. STT Các lớp cấu tạo sàn Chiều dày (m) (kN/m3) gtc (kN/m2) n gtt (kN/m2) 1 Gạch Ceramic 0.01 20 0.2 1.1 0.22 2 Vữa lát gạch, vữa tạo dốc 0.02 15 0.36 1.3 0.468 3 Bản sàn BTCT 0.15 25 4.5 1.1 4.95 4 Lớp vữa trát 0.015 18 0.27 1.3 0.351 5 Lớp chống thấm 0.1 Tổng cộng gttbd 6.089 Bảng 4.10: Xác định tĩnh tải Hoạt tải Hoạt tải nước: ptt = nnh = 1.1 x 10 x 1.8= 19.8 (kN/m2). Tải trọng toàn phần qbd = gtt bd+ ptt = 6.089 + 19.8 = 25.889 (kN/m2) Nội lực Giả thiết tính toán: Ô bản được tính toán như ô bản đơn, không xét đến sự ảnh hưởng của ô bản bên cạnh; Ô bản đươc tính theo sơ đồ đàn hồi; Cắt 1 dải bản có bề rộng là 1m theo phương cạnh ngắn và cạnh dài để tính toán. Nhịp tính toán là khoảng cách giữa hai trục dầm Ta có: qbd = 25.889 kN/m2 P = qbd.ld.ln = 25.889x4.5x5 = 550 (kN). Theo phương cạnh ngắn: M1 = m91.P = 0.0195x550 = 10.725 (kNm) MI = k91.P = 0.0452x550 = 24.86(kNm) Theo phương cạnh dài: M2 = m92.P = 0.0159 x 550 = 8.745 (kNm) MII = k92.P = 0.0367 x 550 = 20.185 (kNm) Tính toán cốt thép Bê tông B30 Cốt thép CI Rb Mpa) Rbt (Mpa) Eb (MPa) Rs (Mpa) Rsc (Mpa) Es (Mpa) 17 1.2 32.5x103 0.596 225 225 21x104 Bảng 4.11: Đặc trưng vật liệu Tên cấu kiện Giá trị moment(kNm) b(cm) ho(cm) Astt (cm2) Chọn thép µ% Nhận xét (mm) Aschọn (cm2) Bản đáy 10.725 100 13 0.037 0.038 3.738 8a120 4.02 0.31 Thỏa 8.745 100 13 0.030 0.031 3.037 8a140 3.52 0.27 Thỏa 24.86 100 13 0.086 0.090 8.835 12a120 9.07 0.7 Thỏa 20.185 100 13 0.070 0.073 7.162 12a140 7.02 0.61 Thỏa Bảng 4.12: Tính toán cốt thép bản đáy. HỆ KHUNG HỒ NƯỚC MÁI Sơ đồ tính Hình 4.7: Sơ đồ tính hệ khung hồ nước mái Tải trọng Trọng lượng bản thân dầm do máy tự tính Tổng tải trọng bản đáy là 25.889 (kN/m2) Trọng lượng bản thân bản thành: gt = 1.1 x 1.8 x 25 x 0.12 = 5.94 kN/m Dầm D1 do bản đáy truyền vào có dạng hình thang và dạng tam giác: P = 25.889 x 4.5 = 116.5 kN/m Dầm D2 do bản nắp truyền vào có dạng hình tam giác và trọng lương bản thành : P = 25.889 x 4.5 = 116.50 kN/m Dầm D3 do bản nắp truyền vào có dạng hình thang và trọng lượng bản thành: P = 25.889x 4.5/2 = 58.25kN/m Tổng tải trọng bản nắp là: 4.644 (kN/m2) Dầm D4 do bản nắp truyền vào có dạng hình thang và tam giác: P = 4.644 x 4.5 = 20.89 kN/m Dầm D5 do bản nắp truyền vào có dạng hình tam giác: P = 4.644 x 4.5 = 20.89 kN/m Dầm D6 do bản nắp truyền vào có dạng hình thang: P = 4.644 x 4.5/2 = 10.45 kN/m Hình 4.8: Tải trọng truyền vào dầm hồ nước mái Nội lực Hình 4.9: Biểu đồ moment (cột liên kết khớp với dầm mái) Hình 4.10: Biểu đồ lực cắt (cột liên kết khớp dầm mái) Hình 4.11: Biểu đồ moment(cột liên kết ngàm dầm mái) Hình 4.12: Biểu đồ lực cắt (cột liên kết ngàm dầm mái) Tính toán cốt thép a.Tính toán cốt dọc Bảng 4.15: Đặc trưng vật liệu Bê tông B30 Cốt thép CIII Rb Mpa) Rbt (Mpa) Eb (MPa) Rs (Mpa) Rsc (Mpa) Es (Mpa) 17 1.2 32.5x103 0.596 365 365 21x104 Bảng 4.16: Tính toán cốt thép dầm Tên cấu kiện Vị trí Giá trị moment(kNm) b (cm) ho (cm) Astt (cm2) Chọn thép µ% Nhận xét (mm) Aschọn (cm2) D1 gối trái 292.67 30 45 0.283 0.342 21.49 525 24.54 0.16 Thỏa nhịp 389.7 30 45 0.377 0.505 31.73 528 30.79 2.02 Thỏa gối phải 292.67 30 45 0.283 0.342 21.49 525 2.544 0.16 Thỏa D2 gối trái 525.19 40 65 0.183 0.204 24.64 428 24.63 0.16 Thỏa nhịp 651.56 40 65 0.227 0.261 31.58 528 30.79 2.02 Thỏa gối phải 525.19 40 65 0.183 0.204 24.64 428 24.63 0.16 Thỏa D3 gối trái 694.91 40 65 0.242 0.281 34.09 628 35.34 0.97 Thỏa nhịp 808.25 40 65 0.281 0.339 41.01 828 49.26 2.03 Thỏa gối phải 694.08 40 65 0.242 0.281 34.09 628 35.35 0.97 Thỏa D4 gối trái 67.31 30 35 0.108 0.114 5.59 414 6.15 1.22 Thỏa nhịp 71.15 30 35 0.114 0.121 5.93 414 6.15 2.33 Thỏa gối phải 67.31 30 35 0.108 0.114 5.59 414 6.15 1.22 Thỏa D6 gối trái 156.20 30 55 0.101 0.107 8.22 416 8.04 0.22 Thỏa nhịp 133.58 30 55 0.087 0.091 6.97 318 7.63 1.42 Thỏa gối phải 156.15 30 55 0.101 0.107 8.22 416 8.04 0.22 Thỏa D5 gối trái 134.36 30 55 0.087 0.091 7.01 318 7.63 0.22 Thỏa nhịp 98.62 30 55 0.058 0.06 4.60 314 4.62 1.42 Thỏa gối phải 134.36 30 55 0.087 0.091 7.01 318 7.63 0.22 Thỏa b. Tính toán cốt đai [11] Bước 1: Chọn số liệu đầu vào - Chọn cấp độ bền của bê tông: Rb, Rbt, Eb. - Chọn loại cốt đai: Rsw, Es. - Tra bảng tìm: jb2, jb3, jb4 , b. - Chọn a ho = h – a - Tiết diện có chịu ảnh hưởng của lực dọc hay không: + Nếu có: (N là lực nén) và (N là lực kéo) + Nếu không có: - Tiết diện chữ nhật : + Chữ nhật: Bước 2: Kiểm tra về điều kiện tính toán QA Qo = 0.5 jb4 (1 + jn)Rbtbho - Nếu thỏa điều kiện thì đặt cốt đai theo cấu tạo. - Nếu không thỏa phải tính cốt đai. Bước 3: Tính toán cốt đai - Tính: với 1.5 - Từ C* xác định C, Co theo bảng: C* <ho ho 2ho >2ho C ho C* C* Co C* C* 2ho - Tính: ; - Tính: - Chọn qsw = max ( qw1, qw2) - Khoảng cách cốt đai theo tính toán: - Khoảng cách cốt đai theo cấu tạo: khi h < 450mm khi h 450mm s = min(stt, sct) Bước 4: Kiểm tra điều kiện bê tông chịu nén giữa các vết nứt nghiêng - Nếu thỏa điều kiện thì bố trí cốt đai - Ngược lại, có thể chọn lại cốt đai hoặc tăng tiết diện. Đặc trưng vật liệu: Bê tông B30 Cốt thép CI Rb(MPa) Rbt(MPa) Eb(MPa) Rsw(MPa) Es(MPa) 17 1.2 32500 225 210000 Bảng 4.17: Đặc trưng vật liệu Số nhánh đai và đường kính cốt đai: Đai sử dụng Hệ số phụ thuộc loại bê tông đai (mm) n Asw (mm2) jb1 jb2 jb3 jb4 8 2 100.48 0.855 2 0.6 1.5 Bảng 4.18: Nhánh đai và các hệ số Kết quả tính toán cốt đai được lập thành bảng sau: Dầm Q (N) b (mm) h (mm) Qo (N) Nhận xét qsw (N/mm) stt (mm) sct (mm) schon (mm) 0.7Qbt (N) Kiểm tra D1 282124 300 500 219600 Tính cốt đai 141.84 157 217 150 762114 Thoả D3 446796 400 700 219600 Tính cốt đai 152.22 149 217 150 762114 Thoả D2 409351 400 700 273600 Tính cốt đai 123.45 157 267 150 949519 Thoả Dầm Q (N) b (mm) h (mm) Qo (N) Nhận xét D4 61602 300 400 124200 Đai cấu tạo D5 75177 300 600 124200 Đai cấu tạo D6 82601 300 600 124200 Đai cấu tạo Bảng 4.19: Kết quả tính cốt đai Kiểm tra độ võng của bản đáy. Độ võng của bản ngàm bốn cạnh được xác định như sau: Trong đó: D- Độ cứng trụ - hệ số phụ thuộc vào tỷ số () của ô bản (tra bảng) phụ luc 17 [8] Tra bảng được ,q=25.789 (kN/m2) ,a==4.25 m D= Trong đó: Eb – modun đàn hồi của bê tông. h – chiều dày của bản đáy -hệ số poát-xông Ta có : D= Độ võng của ô bản: Độ võng cho phép của sàn là thỏa điều kiện Kiểm tra nứt bản đáy(theo trạng thái giới hạn thứ 2) Theo TCVN 356 :2005[2]: acrc < acrcgh acrcgh = 0,2 mm (cấp chống nứt cấp 3). Trong đó: acrcgh – bề rộng khe nứt giới hạn của cấu kiện ứng với cấp chống nứt cấp 3, có một phần tiết diện chịu nén, lấy theo bảng 1 [2]. = 1 – cấu kiện chịu uốn và nén lệch tâm. 1 = 1,2 – hệ số kể đến tác dụng tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn trong trạng thái bảo hoà nước. = 1,3 – cốt thép thanh tròn trơn. s – ứng suất trong các thanh cốt thép. Thép CI có Rs,ser=2350(daN/cm2) z - là khoảng cách giữa trọng tâm các lớp thép. Es – mođun đàn hồi của thép ( Ea = 2,1x106 daN/cm2) – hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo và không lớn hơn 0.02. d – đường kính cốt thép chịu lực. Sử dụng tải trọng tiêu chuẩn để tính toán: Kết quả tính toán được trình bày trong các bảng sau: Bảng nội lực tiêu chuẩn trong các ô bản đáy: KH ld/ln m91 m92 k91 k92 P (daN) M1 (daNm) M2 (daNm) MI (daNm) MII (daNm) S2 1,11 0,0194 0,0191 0,0451 0,0371 48541 941.7 927.1 2189.1 1800.8 Bảng tính giá trị S: Mômen (daNm) b (cm) h (cm) a (cm) h0 (cm) As (cm2) Thép chọn Z (cm) s (daN/cm2) M1 941.7 100 15 2 13 3,04 8a160 11 2331 M2 927.1 100 15 3 12 3,32 8a150 9 2701 MI 2189.1 100 15 2 13 7,48 12a150 11 2202 MII 1800.8 100 15 2 13 6,07 12a180 11 2232 Bảng kiểm tra bề rộng khe nứt : Mômen (daNm) 1 s (daN/cm2) Ea (daN/cm2) d (mm) Acrc (mm) Kiểm tra acrcacrcgh M1 941.7 1 1,2 1,3 2331 2,1x106 0,02 8 0,1 Thỏa M2 927.1 1 1,2 1,3 2701 2,1x106 0,02 8 0,12 Thỏa MI 2189.1 1 1,2 1,3 2202 2,1x106 0,02 12 0,11 Thỏa MII 1800.8 1 1,2 1,3 2232 2,1x106 0,02 12 0,11 Thỏa 4.8. Kết quả bố trí cốt thép trên bản vẽ KC 03/08.