Tổng quan tính toán hồ nước mái

Chương III : TÍNH TOÁN HỒ NƯỚC MÁI 3.1/ 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 BẰNG HỒ NƯỚC MÁI MẶT CẮT HỒ NƯỚC MÁI 3.2/Tính toán từng cấu kiện 3.2.1/Bản nắp a/Tải trọng tác dụng Chọn chiều dày bản nắp hbn= 100(mm), kích thước ô bản (3,5x3,5m) Chọn kích thước dầm nắp Dn=250x450 +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(daN/m3) d(mm) n gbntc(daN/m2) gbntt(daN/m2) Vữa lót 1800 20 1.3 36 46.8 Bản BTCT 2500 100 1.1 250 275 Vữa trát 1800 15 1.3 27 35.1 Tổng cộng =356.9(daN/m2) + Hoạt tải sửa chữa Theo TCVN2737:1995, hoạt tải s7a3 chữa có giá trị tiêu chuẩn là Ptc=75(daN/m2), n=1.3 Ptt=1.3x75=97.5(daN/m2) +Tổng tải trọng tác dụng q=356.9+97.5=454.4(daN/m2) P=ql1l2 =454.4x3.5x3.5=5566.4(daN) b/Sơ đồ tính Ta có vậy liên kết giữa bản nắp và dầm nắp là liên kết ngàm , ô bản có kích thước theo hai phương bằng nhau (3.5x3.5m) sơ đồ tính của bản nắp là ô bản kê bốn cạng ngàm theo chu vi 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=α1P M2=α2P +Moment âm lớn nhất ở gối MI=β1P MII=β2P Bảng tính các hệ số Kí hiệu ô bản Kích thước Tỷ số α1 α2 β1 β2 L1 L2 L2/L1 S1 3.5 3.5 1 0.0179 0.0179 0.0417 0.0417 Bảng tính nội lực của bản nắp Kí hiệu ô bản Tổng tải trọng tác dụng q(daN) Các hệ số Giá trị moment (daNm) α1 α2 β1 β2 M1 M2 MI MII S1 5566.4 0.0179 0.0179 0.0417 0.0417 99.639 99.639 232.12 232.12 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=11.5(Mpa) +Cốt thép AI có :Rs=225(Mpa) +b=1000(mm); giả thiết a=20(mm) ho=h-a= 100-20=80(mm) Bảng kết quả tính thép bản nắp Ô sàn M (KNm) αm ζ As chọn thép μ(%) (mm2) Ø(mm) a(mm) As(mm2) S1 M 1 0.99 0.012 0.994 52.08 6 200 141 0.17 M 2 0.99 0.012 0.994 52.08 6 200 141 0.17 M I 2.32 0.028 0.986 123.05 6 200 141 0.17 M II 2.32 0.028 0.986 123.05 6 200 141 0.17 3.2.2/Tính dầm đỡ bản nắp a/Tải trọng tác dụng +Tĩnh tải Trọng lượng bản thân dầm gd=γb(hd-hs)n =2500x0.25(0.45-0.1)1.1=240.6(daN/m2) Tải trọng do bản nắp truyền vàodầm theo dạng hình tam giác có giá trị lớn nhất là g=(daN/m) Qui đổi thành lực phân bố đều tương đương tác dụng lên dầm biên (DN1) gtđ1= (daN/m) Qui đổi thành lực phân bố đều tương đương tác dụng lên dầm trục giao (DN2) gtđ2= (daN/m) -Tổng tải trọng tác dụng lên dầm trực giao DN2 gd2=240.6+994=1234.6(daN/m) Giải hệ dầm trục giao theo [4] - Tại giao điểm của hai dầm trực giao có ẩn lực X cùng tác dụng lên hai dầm + Nếu tìm được X thì cho phép tách hai dầm thành từng dầm riêng rẽ để tính + Lực X được xác định từ điều kiện cân bằng độ võng tại điễm giữa của hai dầm trực giao : phụ thuộc vào tải trọng và độ cứng của hai dâm trục giao . Ở đây do hai dầm có cùng tiết diện (450x250) và cùng tải trọng q=12.35KN nên ẩn lực X=0 - Tổng tải trọng tác dụng lên dầm DN1gồm trọng lượng bản than dầm , do bản nắp truyền vào và phản lực của hệ dầm trục giao +Tải trọng phân bố đều lên dầm DN1 gd1=240.6+497=737.6(daN/m) +Tải trong tập trung do phản lực của dầm D2 đặt ở giữa dầm P= b/Sơ đồ tính - Hệ dầm đỡ bản nắp gồm dầm DN1 và DN2 có sơ đồ liên kết khớp hai đầu Sơ đồ tính dầm DN2 Sơ đồ tính dầm DN1 c/Xác định nội lực -Dầm DN1, moment và lực cắt được xác định theo phương pháp cộng tác dụng Mmax=119.2(KNm) Qmax=47(KN) -Dầm DN2 Mmax= Qmax= (KN) d/Tính toán cốt thép αm= ; ζ= ; As= -Các số liệu ban đầu : +Bê tông B20 có :Rb=11.5(Mpa) +Cốt thép AII có :Rs=280(Mpa) +αR= 0.429 +b=250(mm); giả thiết a=25(mm) ho=h-a= 450- 25=425(mm) Tính cho dầm DN1 Bảng kết quả tính thép dầm D1 Tiết diện M(KNm) am z Astính(mm2) Aschọn(mm2) μ(%) nhịp 119.2 0.230 0.868 1154 4Ø20(1256) 1.18 - Cốt thép ở gối lấy 40% cốt thép nhịp =0.4x1154=461.6mm2 chọn 2Ø18(509mm2) - Tính cốt đai ( tương tự như tính cốt đai dầm chiếu nghỉ) + Chọn đai Ø 6 ,đai hai nhánh n=2 có Asw =2x28.2=56.4(mm2) , khoảng cách S=150(mm) +Điều kiện về ứng suất nén chính Q Ta có Ta có Q=47000(N)<356848.6(N) thoả mản điều kiện ứng suấy nén chính +Tính khả năng chịu cắt của tiết diện nghiêng Qu Qu= Qb+Qsw = Ta có Co=1109.7>2ho=2x425=850(mm) nên lấy Co=850(mm) để tính Qsw = qswCo=66x850=56100(N) Qb= Vậy khả năng chịu cắt của dầm là Qu=56100+95625=117000(N) Ta có Qmax=47000(N)<Qu=151725(N) dầm đủ khả năng chịu cắt -Bố trí cốt đai +Đoạn dầm gần gối tựa (mm) Ø6a150 +Đoạn giữa dầm khi h>300 thì khoảng cách không lớn hơn 500mm và 3/4h=3/4x450=337.5mm chọn Ø6a250 Tính cho dầm DN2 (các số liệu ban đầu tương tự như dầm DN1) Bảng kết quả tính thép dầm D2 Tiết diện M(KNm) am z Astính(mm2) Aschọn(mm2) μ(%) Nhịp 75.64 0.146 0.921 690 4Ø16(804) 0.76 -Chọn 40% cốt thép nhịp bố trí cho gối =0.4x690=270(mm2) chọn 2Ø 14(308mm2) -Tính cốt đai Tương tự như dầm DN1chọn đai Ø6 a150 cho 1/4 dầm đoạn gần gối tựa và Ø6 a250 cho đoạn giữa dầm 3.2.3/Tính bản đáy a/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(daN/m3) d(mm) n gbntc(daN/m2) gbntt(daN/m2) Vữa lót 1800 20 1.3 36 46.8 Bản BTCT 2500 120 1.1 300 330 Vữa chống thấm 2000 10 1.1 20 22 Vữa trát 1800 15 1.3 27 35.1 Tổng cộng g=433.9(daN/m2) + Áp lực thủy tĩnh gn=n.h.γn=1.1x1000x2=2200(daN/m2) + Tổng tải trọng tác dụng qtt =g+gn=433.9+2200=2633,9(daN/m2) P=qttl1l2 =2633.9x3.5x3.5=32265.3(daN) b/Sơ đồ tính - Ta có vậy liên kết giữa bản nắp và dầm nắp là liên kết ngàm , ô bản có kích thước theo hai phương bằng nhau (3.5x3.5m) sơ đồ tính của bản nắp là ô bản kê bốn cạng ngàm theo chu vi 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=α1P M2=α2P +Moment âm lớn nhất ở gối MI=β1P MII=β2P Bảng tính các hệ số Kí hiệu ô bản Kích thước Tỷ số α1 α2 β1 β2 L1 L2 L2/L1 Bản đáy 3.5 3.5 1 0.0179 0.0179 0.0417 0.0417 Bảng tính nội lực của bản đáy Kí hiệu ô bản Tổng tải trọng tác dụng P(daN) Các hệ số Giá trị moment (daNm) α1 α2 β1 β2 M1 M2 MI MII Bản đáy 32265.3 0.0179 0.0179 0.0417 0.0417 577.55 577.55 1345.46 1345.46 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=11.5(Mpa) +Cốt thép AI có :Rs=225(Mpa) +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 sàn M (KNm) αm ζ As chọn thép μ(%) (mm2) Ø(mm) a(mm) As(mm2) Bản đáy M 1 5.78 0.04559 0.977 250.50 8 200 250 0.24 M 2 5.78 0.04559 0.977 250.50 8 200 250 0.24 M I 13.5 0.10648 0.944 605.60 10 130 604 0.58 M II 13.5 0.10648 0.944 605.60 10 130 604 0.58 e/Kiễm tra vết nứt bản đáy (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 đáy Bản đáy Moment (KNm) ho (mm) As(mm2) δ μ ξ Z(mm) σs acrc(mm) Nhịp 5.78 105 250 0.035 0.0024 0.138 97.74 236.55 0.299 Gối 13.5 105 604 0.082 0.0058 0.243 92.223 242.36 0.296 Ta có acrc=0.299<[a]=0.3 vậy bản đáy đảm bảo bề rộng vết nứt 3.2.4/Tính toán dầm đáy a/Tải trọng tác dụng -Chọn tiết diện dầm nắp Dầm DĐ1 (700x300) Dầm DĐ2 (600x250) +Tĩnh tải Trọng lượng bản thân dầm DĐ1 gd1=γ.b.(hd-hb).n=2500x0.3x(0.7-0.12)x1.1=478.5(daN/m) Trọng lượng bản thân dầm DĐ2 gd2=γ.b.(hd-hb).n=2500x0.25x(0.6-0.12)x1.1=330(daN/m) Tải trọng do bản đáy truyền vào dầm theo dạng hình tam giác có giá trị lớn nhất là g= Qui đổi thành tải phân bố đều tương đương lên hệ dầm trục giao DĐ2 gtd2=(daN/m) Giải hệ dầm trực giao của bản đáy tương tự như hệ dầm trực giao của bản nắp do tải trọng tác dụng lên hệ dầm bằng nhau và tiết diện của hai dầm bằng nhau nên ẩn lực X=0 . Vậy tải trọng tác dụng lên hệ dầm trục giao là tải trọng phân bố đều có giá trị q2= gd2+ gtd2 =330+5761.6=6091.6(daN/m) Qui đổi thành tải phân bố đều tương đương lên dầm DĐ1 gtd1=(daN/m) Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo bản thành Lớp gạch men dày 10mm g1=δ.γ.h.n=0.01x2000.2.1.1=44(daN/m) Lớp vữa láng dày 20mm g2=δ.γ.h.n=0.02x1800.2.1.3=93.6(daN/m) Bản BTCT dày 100mm g3=δ.γ.h.n=0. 1x2500.2.1.1=550(daN/m) Lớp vữa trát dày 15mm g4=δ.γ.h.n=0.015x1800.2.1.3=70.2(daN/m) Tổng tải trọng do các lớp cấu tạo của bản thành tác dụng lên dầm DĐ1 gbt=g1+g2+g3+g4=44+93.6+550+70.2=757.8(daN/m) -Vậy tải trọng tác dụng lên dầm DĐ1 là: +Tải trọng phân bố đều gồm trọng lượng bản thân dầm , tải trọng tương đương do bản nắp truyền vào và tải trọng của bản thành q1=gd+gtd1+gbt=478.5+2880.8+757.8=4117(daN/m) +Tải trọng tập trung do phản lực của hệ dầm trục giao P=(daN) b/Sơ đồ tính -Đối với hồ nước thì dầm đáy là cấu kiện hầu như chịu tải trọng khá lớn do các tải trọng từ các bộ phận khác truyền vào nên có thể tính dầm đáy theo hai sơ đồ an toàn như sao : +Sơ đồ hai đầu khớp để xác định moment nhịp lớn nhất Sơ đồ tính hai đầu khớp của dầm DĐ2 Sơ đồ tính hai đầu khớp của dầm DĐ1 +Sơ đồ hai đầu ngàm để xác định moment gối lớn nhất Sơ đồ tính hai đầu ngàm của dầm DĐ2 Sơ đồ tính hai đầu ngàm của dầm DĐ1 c/Xác định nội lực -Dầm DĐ1 Nội lực của dầm DĐ1 được xác định theo phương pháp cộng tác dụng Mnh1=625.3(KNm) Mg1 =354.67(KNm) Qmax=250.7(KN) -Dầm DĐ2 Mnh2=37311(daNm)=373.11(KN) Mg2=24874(daNm)=284(KN) Qmax=(daN)=213.2(KN) d/Tính toán cốt thép dọc αm= ; ζ= ; As= -Các số liệu ban đầu : +Bê tông B20 có :Rb=11.5(Mpa) +Cốt thép AII có :Rs=280(Mpa) +αR= 0.429 ,ξR=0.623 -Dầm D Đ1 +b=300(mm); giả thiết a=30(mm) ho=h-a= 700-30=670(mm) Bảng kết quả tính thép dầm D Đ1 Tiết diện M(KNm) am z Astính(mm2) Aschọn(mm2) μ(%) Nhịp 373.11 0.399 0.7242 3227.9 4Ø28+2Ø22(3223) 2.26 Gối 284 0.304 0.813 2188.7 2Ø28+2Ø25(2214) 1.55 Kiểm tra μmax= -Dầm D Đ2 +b=250(mm); giả thiết a=30(mm) ho=h-a= 600-30=570(mm) Bảng kết quả tính thép dầm DĐ2 Tiết diện M(KNm) am z Astính(mm2) Aschọn(mm2) μ(%) Nhịp 625.3 0.404 0.7194 4633.5 4Ø32+2Ø30(4631) 2.30 Gối 354.67 0.229 0.8681 2177.8 3Ø32(2412) 1.2 e/Tính cốt đai ( tương tự như tính cốt đai dầm chiếu nghỉ) Chọn đai Ø6 , đai hai nhánh n=2 có Asw=2x28.3=56.4(mm2), khoảng cách đai S=150 Ta có : 0.3φw1φb1Rbbho= Lực cắt lớn nhất trong dầm DĐ1 , Q=250700(N) Ta có Q<0.3φw1φb1Rbbho nên thỏa mản điều liện ứng suất nén chính Tính khả năng chịu cắt của tiết diện nghiêng Qu Ta có Co =1916>2ho=2x670=1340(mm) nêc lấy Co=2ho để tính Vậy khả năng chịu cắt của bê tông là Qu =Qsw+Qb= =18090+88440= 106530 (N) Ta có Qmax=25070(N)<106530(N) nên dầm đủ khả năng chịu cắt Bố trí cốt đai Ở 1/4L (đoạn gần gối tựa ) Ø6a150 Ở phần còn lại của dầm Ø6a250 f/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=3bdp+2h1= 3x300+2x100=1100(mm) Vậy đặt mỗi bên mép dầm phụ 5 đai trong đoạn bdp+h1=300+100=400 3.2.5/Tính toán bản thành a/Tải trọng tác dụng -Chọn bề dày bản thành hbt=100mm -Tải trọng tác dụng lên bản thành gồm trọng lượng bản thân dầm, 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 g nước= γ.n.h=1.2x1000x2=2400(daN/m2) +Áp lực gió Gió đẩy Wđ =Wo.n.k.c Trong đó Wo =83(daN/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(daN/m2) Wh=83x1.3x1.54x0.6=99.7(daN/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 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 b/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 Sơ đồ tính bản thành 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=11.5(Mpa) +Cốt thép AI có :Rs=225(Mpa) +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 ô bản M (KNm) αm ζ As (mm2) chọn thép μ(%) Ø(mm) a(mm) As(mm2) bản thành M g 6.365 0.0766 0.960 346.64 8 140 359 0.42 M n 2.899 0.0349 0.982 154.32 6 180 157 0.18 e/Kiểm tra vết nứt của bản thành Tương tự như của bản đáy ta có : Bảng tính bề rộng vết nứt của bản thành bản đáy momen ho (mm) As(mm2) δ μ ξ Z σs acrc(mm) nhịp 2.899 85 154.32 0.027 0.0018 0.112 80.227 234.15 0.275 gối 6.365 85 346.64 0.059 0.0041 0.2 76.51 239.99 0.283 Ta có acrc<[a] bản thành đảm bảo điều kiện vết nứt