CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỂ NƯỚC MÁI2.1. Chọn sơ bộ kích thước bể nước

Lượng nước cần dùng cho tòa nhà: Số người sử dụng nước:

Mỗi tầng gồm có 8 căn hộ. Số người trung bình cho mỗi căn hộ là 4 người. Tổng số người N = 13 × 8 × 4 = 416 người

Lưu lượng nước cấp cho sinh hoạt:

- Trong đó qsh = 200 (l/người.ngày đêm) được lấy theo tiêu chuẩn (TCVN 33 : 2006) cung cấp nước sinh hoạt cho vùng nội đô giai đoạn 2020.

- kngày.max lấy theo tiêu chuẩn TCVN 33 : 2006 : kngày.max = 1.1 ÷ 1.2 Lưu lượng nước phục vụ trong việc chữa cháy:

- Trong đó qcc = 10 (l/s) lấy cho khu chung cư có một đám cháy và dưới 5000 người. Thời gian tính chữa cháy là cho 2 giờ trong một ngày.

Tổng lưu lượng nước cung cấp cho công trình:Q = Qsh + Qcc = 100 +72 = 172 m3/ngày.đêm

Chọn lựa 1 hồ nước và nước được bơm 1 lần trong một ngày. Vậy thể tích lượng nước cần thiết cho một ngày: 172 m3/ngày.đêm

Hồ nước được thiết kế đặt trên sân thượng của công trình. Chọn kích thước mặt bằng L × B = 8 × 16 m

Chiều cao đài bể: 1.34 m. Chọn chiều cao đài bể Hđài = 1.5 m Chọn sơ bộ kích thước hồ nước mái như sau L × B × H = 16× 8 × 1.5 m, đáy bể cao

hơn cao trình sàn tầng thượng là 1m. Bể nước mái được đổ bê tông toàn khối, có nắp đậy. Lỗ thăm trên nắp bể nằm ở góc có

kích thước 600 × 600 mm Xét bể nước mái công trình này ta có:

-

- Vậy bể nước mái công trình thuộc loại bể thấp.

2.2. Thông số ban đầu2.2.1. Vật liệu sử dụng

Bê tông: B25 → Rb = 14.5 Mpa, Rbt = 14.5 Mpa, b = 1.00

Cốt thép: AI → Rs= 225 Mpa, α R=0.439, ξR=0.651Cốt thép: AIII → Rs= 365 Mpa, α R=0.421, ξR=0.604

2.2.2. Kích thước sơ bộ Chiều dày bản nắp, bản đáy, và bản thành

Chọn sơ bộ chiều dày bản nắp là: 100 mm Chọn sơ bộ chiều dày bản đáy là: 150 mm Chọn sơ bộ chiều dày bản thành là: 150 mm

Sơ bộ tiết diện dầm, cột Chọn sơ bộ kích thước dầm nắp và dầm đáy như hình. Chọn kích thước cột: 300 × 300 mm

Hình 4.1: Mặt bằng bố trí dầm bản nắp

Hình 4.2: Mặt bằng bố trí dầm bản đáy

2.3. Tính toán thiết kế bể nướcSử dụng phần mềm Safe v12.3.2 để tính toán nội lực bản nắp, bản đáy bể nước.

2.3.1. Bản nắp2.3.1.1. Tải trọng tác dụng

Tĩnh tảiBảng 4.1: Tĩnh tải bản nắp

STT Lớp cấu tạoKhốilượng riêng,

tc (kN/m3)Hệ số vượt

tải, n

Chiều dày, δ (mm)

Tĩnh tải.qtt

(kN/m2)

1 Lớp vữa láng 18 1.3 20 0.468

2 Bản BTCT 25 1.1 100 2.75

3 Lớp vữa trát 18 1.3 15 0.351

Tổng 3.569

Hoạt tảiGiá tri của hoạt tải được tra theo tiêu chuẩn TCVN 2737 : 1995Hoạt tải tiêu chuẩn: pc = 0.75 kN/m2

2.3.1.2. Mô hình, tính toán bản nắp

Hình 4.3: Mô hình bản nắp trên safe

Hình 4.4: Phân chia các dãi strip

Hình 4.5: Momen dãy strip theo phương X

Hình 4.6: Momen dãy strip theo phương Y Tính thép bản nắp Chọn a = 20 mm

ho = 100 - 20 = 80 mmb = 1000 mm

Áp dụng công thức tính toán:

Hàm lượng cốt thép: hàm lượng bố trí phải thỏa điều kiện sau:

Trong đó:

µmin: tỷ lệ cốt thép tối thiểu, thường lấy µmin = 0.1%

µmax: tỷ lệ cốt thép tối đa, Bảng 4.2: Kết quả tính cốt thép cho bản nắp

Ô bản Kí hiệuM

αm ξAs

ChọnAs

chọnμ

kN.m (cm2) cm2 (%)

S1

MgA -2.407 0.0259 0.0262 1.35 Ø8 a200 2.56 0.2Mn 7.9204 0.0853 0.0893 4.6 Ø8 a100 5.03 0.4

MgB -7.845 0.0845 0.0884 4.56 Ø8 a110 4.57 0.37Mg1 -1.455 0.0157 0.0158 0.81 Ø8 a200 2.56 0.2Mn 5.6474 0.0609 0.0629 3.24 Ø8 a130 3.87 0.31Mg2 -0.282 0.003 0.003 0.15 Ø8 a200 2.56 0.2

S2

MgB -7.845 0.0845 0.0884 4.56 Ø8 a110 4.57 0.37Mn 1.0134 0.0109 0.011 0.57 Ø8 a200 2.56 0.2

MgC -7.845 0.0845 0.0884 4.56 Ø8 a110 4.57 0.37Mg1 -0.774 0.0083 0.0083 0.43 Ø8 a200 2.56 0.2Mn 2.4337 0.0262 0.0266 1.37 Ø8 a200 2.56 0.2Mg3 -0.131 0.0014 0.0014 0.07 Ø8 a200 2.56 0.2

Kiểm tra độ võng của bản nắp:

Hình 4.7: Chuyển vi của bản nắp (m)

Giá tri chuyển vi lớn nhất: fsàn = 1.5 cmKhi nhip sàn nằm trong khoản 5 m L 10 m thì [f] = 2.5 cm. (Theo TCVN 5574 : 2012 - Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép)

fsàn = 1.35 cm < [f] = 2.5 cm Giá tri võng của bản nắp thỏa mãn giới hạn cho phép.

2.3.1.3. Tính toán dầm nắp Nội lực dầm nắp:

Hình 4.8: Biểu đồ moment các dầm bản nắp

Hình 4.9: Biểu đồ lực cắt của dầm bản nắp Kết quả tính toán thép dầm: Bảng 4.3: Kết quả tính cốt thép dầm nắp

DẦM Kí hiệuM

α m ξAs

μ (%) Bố tríAsbt

(KN.m) (cm2) (cm2)

DN1

Mg1 -16.0205 0.0404 0.0413 1.214 0.164054 2Ø12 2.261

Mn 21.2329 0.0535 0.055 1.617 0.218514 2Ø12 2.261

Mg2 -24.3192 0.0613 0.0633 1.861 0.251486 2Ø12 2.261

DN2

Mg1 -14.1019 0.0355 0.0362 1.064 0.143784 2Ø12 2.261

Mn -3.7951 0.0096 0.0096 0.282 0.038108 2Ø12 2.261

Mg2 -14.1019 0.0355 0.0362 1.064 0.143784 2Ø12 2.261

DN3

Mg1 -40.1472 0.0418 0.0427 2.392 0.169645 2Ø14 3.077

Mn 66.0108 0.0687 0.0712 3.988 0.282837 3Ø16 6.029

Mg2 -40.1472 0.0418 0.0427 2.392 0.169645 2Ø14 3.077

DN4

Mg1 -64.4855 0.0671 0.0695 3.893 0.276099 2Ø16 4.019

Mn 104.0662 0.1083 0.1149 6.436 0.456454 3Ø18 7.63

Mg2 -64.4855 0.0671 0.0695 3.893 0.276099 2Ø16 4.019

Cốt đai:Lực cắt lớn nhất trong các dầm: Q= 52.88 kN Chọn côt thép làm cốt dai: dws=6, số nhánh n=2, Rsw=175Mpa, chọn khoảng cách giữa các cốt đai s=200 mm:

Khả năng chiu cắt của cốt đai và bê tông:

> Q Vậy cốt đai bố trí như trên đủ khả năng chiu cắt.

2.3.2. Bản thànhBản thành bể nước chiu tải trọng do áp lực nước gây ra và áp lực gió hút tác động. Sơ bộ chọn chiều dày bản thành hbt = 150 mm

2.3.2.1. Tải trọng tác dụng Tĩnh tải

Bảng 4.4: Tĩnh tải bản thành

STT Lớp cấu tạoKhốilượng riêng,

qtc (kN/m3)Hệ số vượt

tải, n

Chiều dày, δ (mm)

Tĩnh tải.qtt

(kN/m2)

1 Gạch lát 20 1.2 15 0.360

2 Lớp vữa láng 18 1.3 20 0.468

3 Bản BTCT 25 1.1 150 4.125

4 Lớp chống thấm 18 1.3 10 0.234

Tổng 5.187

Tải trọng bản thân bản thành quy đổi thành tải trọng phân bố tác dụng lên dầm bản đáy trong mô hình SAFE.

qtc = 5.187 × 1.5 = 7.78 kN/m Hoạt tải nước: Ptt = γn × H × np = 10 × 1.5 × 1.1 = 16.5 kN/m2

Tải trọng gió: Tải trọng gió tác dụng lên thành bể xét trường hợp nguy hiểm nhất là gió hút, có

chiều tác dụng cùng chiều với áp lực nước:W = Wo × k × c × n

Wo: Giá tri của áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng áp lực gió theo đia danh hành chính (Phụ lục E): Công trình xây dựng tại TP. Lào Cai thuộc vùng áp lực gió I.A đia hình B nên có giá tri áp lực gió Wo = 0.55 kN/m2

k: hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao (Theo bảng 5 TCVN 2737 : 1995)- Tại cao độ z = + 54.3 m tính từ mặt đất tự nhiên ta có k = 1.487- Tại cao độ z = + 55.8 m tính từ mặt đất tự nhiên ta có k = 1.493

Ta được Hệ số khí động, c = 0.6 (gió hút)

n: Hệ số vượt tải, n = 1.2 W = Wo × k × c × n = 0.55×1.49×0.6×1.2=0.59 kN/m2

2.3.2.2. Sơ đồ tính Kích thước: 16 × 1.5 m

Bản thành có tỷ số giữa cạnh dài trên cạnh ngắn: Vậy bản thành thuộc loại bản làm việc 1 phương, sơ đồ tính của bản như sau:

Hình 4.10: Lực tác dụng vào thành bể

Hình 4.11: Sơ đồ tính và biểu đồ Moment2.3.2.3. Tính toán nội lực

Vì thành hồ làm việc như bản dầm cho nên theo phương nằm ngang không tính toán, đặt thép cấu tạo.

Cắt một dãy bản có chiều rộng 1m để tính. Sơ đồ tính như hình vẽ: Một cách gần đúng theo phương pháp cộng tác dụng ta có:

- Moment tại nhip và gối

1.2 kN.m

2.64 kN.m

2.3.2.4. Tính toán bố trí cốt thép Chọn a = 25 mm

ho = 150 - 25 = 125 mmb = 1000 mm

Áp dụng công thức tính toán:

Bảng 4.5: Kết quả tính toán cốt thép thành bể

Kí hiệu

Mα m ξ

As

Bố tríAsbt

(KN.m)

(cm2) (cm2)

Mg1 1.2 0.0053 0.0053 0.427 Ø8a200 2.51

Mn 2.64 0.0117 0.0118 0.951 Ø8a200 2.51

2.3.3. Tính toán bản đáy2.3.3.1. Tải trọng tác dụng

Tĩnh tảiGồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo đáy bể như sau:

Bảng 4.6: Tĩnh tải bản đáy.

STT Lớp cấu tạoKhốilượng riêng,

qtc (kN/m3)Hệ số vượt

tải, n

Chiều dày, δ (mm)

Tĩnh tải.qtt

(kN/m2)

1 Gạch lát 20 1.2 15 0.360

2 Lớp vữa láng 18 1.3 20 0.468

3 Bản BTCT 25 1.1 200 5.5

4 Lớp chống thấm 18 1.3 10 0.234

Tổng 6.562

Hoạt tải nước: P = γn × H × np= 10 × 1.5 × 1.1= 16.5 kN/m2

2.3.3.2. Mô hình, tính toán bản đáy:

Hình 4.12: Mô hình bản đáy trên safe

Hình 4.13: Chia các dãy strip

Hình 4.14: Momen dãy strip theo phương x

Hình 4.15: Momen dãy strip theo phương x

Tính toán tương tự bản nắp ta có kết quả sau:

Bảng 4.7: Tính toán thép bản đáy.

ô bảnKí

hiệuM

αm ξAs

ChọnAs

chọnμ

kN.m (cm2) cm2 (%)

SĐ1

MgA -0.799 0.0033 0.0033 0.28 Ø8 a200 2.56Mn 23.291 0.095 0.1 5.16 Ø12 a200 5.65MgB -12.42 0.0507 0.0521 4.36 Ø8 a100 5.03Mg1 -7.009 0.0286 0.029 2.43 Ø8 a200 2.56Mn 30.162 0.1231 0.1318 6.81 Ø12 a160 7.07Mg3 -1.111 0.0045 0.0045 0.38 Ø8 a200 2.56

SĐ2

MgB -12.42 0.0507 0.0521 4.36 Ø8 a100 5.03Mn 2.492 0.0102 0.0103 0.86 Ø8 a200 2.56MgC -12.42 0.0507 0.0521 4.36 Ø8 a100 5.03Mg1 -6.986 0.0285 0.0289 2.42 Ø8 a200 2.56Mn 24.438 0.0997 0.1052 5.43 Ø12 a200 5.65Mg3 -0.944 0.0039 0.0039 0.33 Ø8 a200 2.56

Kiểm tra độ võng của bản đáy:

Hình 4.16: Chuyển vi của bản đáy (m).

Giá tri chuyển vi lớn nhất: fsàn = 1.65 cmKhi nhip sàn nằm trong khoản 5 m L 10 m thì [f] = 25 mm. (Theo TCVN 5574 : 2012 - Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép)

fsàn = 1.6 cm < [f] = 2.5 cm Giá tri võng của bản đáy thỏa mãn giới hạn cho phép.

Kiểm tra yêu cầu về độ chống nứt.

Theo TCVN 5574 – 2012, mục 4.2.7: Bảng 1-Cấp chống nứt và giá trị bề rộng vết nứt giới hạn để đảm bảo hạn chế thấm cho kết cấu.

- Cấp chống nứt cấp 3 : acrc2 = 0.3 mm.

- Kiểm tra nứt theo điều kiện : acrc acrc2

Với : acrc=δϕlη

σ sEs

20(3 .5−100 μ )3√d

δ : hệ số phụ thuộc loại cấu kiện ; cấu kiện uốn δ = 1.ϕl : hệ số kể đến tác dụng của tải trọng dài hạn ϕl = 1.2

: phụ thuộc tính chất bề mặt của cốt thép:

Thép thanh tròn trơn =1.3 ;

Thép có gân = 1

Thép AIII có Es = 2 104 (MPa) .

σ s=M tc

As . z= M tc

As . (γ .ho ) ; Mtc = Mtt /1.15= 0.87Mtt;

γ=1−

h f'

ho.ϕf +ξ

2

2 (ϕ f+ξ ) , h f' =0

Vì không có lực dọc nên : ϕ f=0 , λ=0

β=1 . 8 : bê tông hạt nặng.

d: đường kính cốt thép chiu lực .

Vậy: an = .

Bảng 4.1: Kết quả kiểm tra vết nứt bản đáy hồ nước

Vị tríMtc

kN.mho

cmAs

cm2 ξ z(cm)

s

MPa100 acrc

(mm)

Nhịp26.2

13 7.070.3053

9 0.847 11.1 3365.8 0.54 0.39Gối 10.8 13 5.03 0.23 0.988 17.79 1505.3 0.65 0.19

Vậy tất cả các vi trí đều thoả về yêu cầu chống nứt.

2.3.3.3. Tính toán thép dầm đáy Tính toán cốt thép dọc:

Hình 4.17: Momen dầm đáy

Hình 4.18: Lực cắt dầm đáy

Bảng 4.7: Tính toán thép dầm bản đáy.

DẦM Kí hiệuM

α m ξAs

μ (%) Bố tríAsbt

(KN.m) (cm2) (cm2)

DĐ1

Mg1 -36.64 0.0259 0.0262 1.78 0.104 2Ø22 7.599

Mn 137.42 0.0972 0.1024 6.956 0.407 2Ø22 7.599

Mg2 -127.69 0.0903 0.0948 6.44 0.377 2Ø22 7.599

DĐ2

Mg1 -106.06 0.075 0.078 5.299 0.310 2Ø22 7.599

Mn -40.46 0.0286 0.029 1.97 0.115 2Ø12 2.261

Mg2 -106.06 0.075 0.078 5.299 0.310 2Ø22 7.599

DĐ3

Mg1 -151.48 0.0776 0.0809 6.46 0.321 2Ø22 7.599

Mn 337.87 0.173 0.1913 15.275 0.760 4Ø25 17.4

Mg2 -151.48 0.0776 0.0809 6.46 0.321 2Ø22 7.599

DĐ4

Mg1 -224.90 0.1152 0.1227 9.798 0.487 3Ø22 11.398

Mn 506.49 0.2594 0.3063 24.458 1.217 5Ø25 24.531

Mg2 -224.90 0.1152 0.1227 9.798 0.487 3Ø22 11.398

DĐ5

Mg1 1.40 0.0035 0.0035 0.103 0.006 2Ø22 7.599

Mn 135.58 0.3415 0.437 12.847 0.751 4Ø22 15.198

Mg2 -79.44 0.2001 0.2255 6.629 0.388 2Ø22 7.599

DĐ6

Mg1 -85.06 0.2143 0.2441 7.176 0.420 2Ø22 7.599

Mn -31.83 0.0802 0.0837 2.461 0.144 2Ø14 3.077

Mg2 -85.06 0.2143 0.2441 7.176 0.420 2Ø22 7.599 Tính cốt đai:

Lực cắt lớn nhất trên dầm: Q= 210,27 kN (D20)Chọn côt thép làm cốt dai: dws=6, số nhánh n=2, Rsw=175Mpa.Khả năng chiu cắt của bê tông:

<QBê tông không đủ khả năng chiu cắt, phải tính cốt đai cho dầm.Chọn côt thép làm cốt dai: dws=6, số nhánh n=2, Rsw=175Mpa.Khoảng cách tính toán giữa các cốt đai:

Khoảng cách lớn nhất giữa các cốt đai:

Khoảng cách cốt đại chọn theo cấu tạo:Cốt đai cấu tạo trong vùng L/4:

với s< 450mm

với h>450mmCốt đai trong vungv L/2 giữa nhip:

với h>300mm

Khả năng chiu cắt của cốt đai và bê tông:

Chọn giá tri nhỏ nhất trong các giá tri vừa tìm được.

Kiểm tra diều kiện ứng suất chính:

Kết quả tính cốt đai cho dầm đáy bể:Bảng 4.8: Kết quả tính cốt đai dầm đáy.

Kí hiệu

Qmax Qbt Kiểm tra

stt smax sct schọn

qsw

Qwb Q

(kN) (kN) (mm)(mm

)(mm

)(mm

)(kN) (kN)

DĐ1163.70

5107.73 Tính

302.181

937 200 20049.52

5106.

7362.

6

DĐ2112.73

5107.73 Tính

637.196

1361 200 20049.52

5201.

3362.

6

DĐ3172.90

4126.63 Tính

374.266

1226233.

3230 43.06

220.7

501

DĐ4 232.6229.73

6Tính

211.998

923233.

3200

49.525

236.6

501

DĐ5 48.991 46.62 Tính 948 880 200 20049.52

5106.

7101.

9

DĐ6 20.609 46.62 Cấu tạo  200 20049.52

5106.

7101.

9