bê tông cốt thép đặc biệt, tính toán mái vỏ trụ ngắn và tường bể

CHƯƠNG 6: TÍNH TỐN VÀ CẤU TẠO KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI
6.1.

KIẾN TRÚC

-

Bể nước mái: cung cấp nước sinh hoạt của các bộ phận trong cơng trình và

-

lượng nước cho cứu hỏa.
Chọn bể nước mái để tính tốn. Bể nước mái gồm 1 bể được đặt trên hệ cột, ở

-

vị trí giới hạn bởi khung trục 3’- C’; 3’- D’; 5’- C’; 5’- D’.
Sơ bộ tính nhu cầu sử dụng nước như sau: chung cư có 15 tầng, trong đó tầng 2
trở nên là các tòa nhà văn phòng cho th, mỗi tầng có 8 phịng và mỗi phịng
trung bình có 15 nhân viên.

-

Tiêu chuẩn dùng nước trung bình
Nên lưu lượng nước khối văn phòng là Q = 1680.25/1000 = 42 m3 / ngày.đêm
Theo TCXDVN 2622-1995 Phòng cháy chữa cháy cho nhà và cơng trình – u
cầu thiết kế với số dân trong khu 2240 người, thời gian chữa cháy 2 giờ trong

-

-

ngày:
qSH = 10( l/người.s).
Dung lượng chữa cháy:
(m3 / ngày.đêm)
Dung lượng tổng cộng: Qtt = 42 + 72 = 114 m3 / ngày.đêm.
Từ lượng nước cần cung cấp, chọn 2 bể nước ngầm có kích thước:
LxBxH =9,6 x 4,1 x 1,5 (m), lượng nước chứa được của bể là 59,04 ( m3 ); bể
nước được đổ bê tơng tồn khối, có nắp đậy. Lỗ thăm nắp bể nằm ở góc có kích
thước 600x600(mm). Vậy mỗi ngày phải bơm 2 lần bằng hệ thống bơm nước tự
động.

6.2.

LỰA CHỌN TIẾT DIỆN CÁC CẤU KIỆN
6.2.1.

Kích thước tiết diện

Bản nắp:
Ơ sàn có kích thước : : S1 = 4 x 4,1 ( m ); S2 = 2,8 x 4,1 ( m ) => sàn làm việc 2
•

-

phương. Chọn hb theo cơng thức kinh nghiệm:

•

-

Bản thành:

Chọn chiều dày bản thánh theo điều kiện:


-

Vậy ta chọn chiều dày bản thành là hb = 10 cm.
• Bản đáy:
Bản đáy cách sàn sân thượng 500 mm.
Do bản đáy vừa phải chịu tải trọng bản thân, vừa phải chịu cột nước cao
1,5m( 1,5 T / m2 ) và có yêu cấu chống nứt, chống thấm cho nên chiều dày bản
đáy thông thường dày hơn chiều dày sàn từ 1,2 đến 1,5 lần. Vậy sơ bộ ta chọn

-

chiều dày bản đáy dày hb = 14 ( cm )
• Dầm nắp và đáy bể
Dầm nắp có kích thước DN = 20 x 40 ( cm )
Dầm đáy có kích thước DD = 25 x 45 ( cm )
Cột sơ bộ chọn cột có kích thước 30 x 30 ( cm )

6.2.2. Vật liệu sử dụng
-

Vật liệu sử dụng:
Bê tơng B25 có Rb = 14,5(MPa); Rbt = 1,05(MPa); γb2 = 0,9;
Thép AII

Thép AI

-

: Rs = Rsc = 280(MPa); Rsw = 225(MPa);

;

: Rs = Rsc = 225(MPa); Rsw = 175(MPa);

;

Mô đun đàn hồi của bê tông khi nén và kéo: Eb = 30000 ( Mpa )
Mô đun đàn hồi của thép Es = 21.104 ( Mpa )

6.2.3. Tính tốn và cấu tạo từng cấu kiện
6.2.3.1. Kích thước tiết diện
-

Chọn nắp bể có chiều dày 8 cm , chọn sơ bộ tiết diện dầm nắp ( 200 x 400 )mm.
Bố trí dầm nắp gồm các dầm như hình vẽ sau:


•

Sơ đồ tải trọng:
+ Sơ đồ tính: chọn ơ bản có kích thước ( 4 x 4,1 ) m. Các ơ cịn lại bố trí

thép tương tự: xét tỷ số

+
+

bản làm việc 2 phương

Mà :
bản ngàm vào dầm.
Vậy sơ đồ tính của bản là bản 4 cạnh ngàm ( sơ đồ 9 ). Nội lực ô bản tra
theo sơ đồ 9 ( sổ tay thực hành kết cấu cơng trình PGS.PTS Vũ Mạnh

-

Hùng).
• Tải trọng:
Tĩnh tải:
Chiều dày

Tải tiêu chuẩn

Hệ số

Tải tính tốn

(cm)

(daN/m2)

an tồn

(daN/m2)

Lớp vữa xi măng

2

1800x0.02

1.3

46.8

Sàn bê tơng cốt thép

8

2500x0,08

1.1

220

Vữa trát chống thấm

1,5

1800x0,015

1.3

35.1

Thành phần.

Tổng

301.9

-

Hoạt tải: do nắp bể khơng có mục đích sử dụng khác nên chọn hoạt tải là hoạt tải

-

sửa chữa : p = 75 ( daN/ m2 ) với hệ số n = 1,3.
Tổng tải tác dụng lên nắp bể: qtt = 301,9 + 75.1,3 = 399,4 ( daN/m2 )
Nội lực và cốt thép: P = qtt . l1 . l2 = 399,4 .4 . 4,1 = 6550 ( daN )

Cạnh
dài

Cạnh
ngắn

l2 / l1

m91

M1

m92

M2


Ô sàn

l2

(m)
4.1

S1

-

l1

k91
k92

(m)
4

1.03

0.0184
0.0174
0.0429
0.0403

P

MI
MII

( daN/m
)
6550.00

( daN/m )
120.52
113.97
281.00
263.97

Tính bản như cấu kiện chịu uốn, tiết diện b x h = 100 x 8 cm.
Chọn a = 1,5 cm nên ho = 8 – 1,5 = 6,5 cm.

-

Thé
Giá

p

Mơ

As

men

trị
(daN/m
)

M1
M2
MI
MII
-

120.52
113.97
281.00
263.97

h0

Rs

(m)
0.065
0.065
0.065
0.065

Mpa
22.5
22.5
22.5

22.5

αm

0.020
0.019
0.046
0.043

si

As

0.990
0.991
0.977
0.978

mm2
83.23
78.67
196.75
184.55

phi

a

chọn

muy

6
6
8
8

mm
200
200
200
200

mm2
141.1
141.1
251.3
251.3

%
0.22
0.22
0.39
0.39

Bố trí cốt thép tại lỗ thăm : kích thước lỗ thăm 60 x 60 cm. Để tính tốn cốt thép
gia cường cho lỗ thâm ta tiến hành tính cốt thép bỏ đi tại diện tích của lỗ thăm

-

rồi lấy diện tích thép đó gia cường cho lỗ thâm
Diện tích thép tại lỗ thăm là:


-

Bố trí thép cho lỗ thăm: ta gia cường
mỗi phương 2 thanh). Và

( đặt theo 2 phương vng góc nhau,

đặt nghiêng góc 450 đi qua giao điểm 2 thanh

kia.
6.2.3.2. Tính tốn bản thành
 Sơ đồ và tải trọng
-

Sơ đồ tính: có 3 loại ơ bản thành kích thước:

b x h = ( 4,1 x 1,5 )m có

b x h = ( 4,1 x 1,5 )m có

bản làm việc 1 phương

bản làm việc 1 phương

-

b x h = ( 2,8 x 1,5 )m có
bản làm việc 2 phương
Tải trọng: thành bể chịu tác dụng của gió và áp lực nước, có 2 tổ hợp nguy

-

hiểm nhất là:
+ Bể chứa đầy nước + gió hút.
+ Bể khơng chứa nước + gió đẩy.
Tuy nhiên: trường hợp bể khơng chứa nước + gió đẩy thì tải rất nhỏ so với
trường hợp bể đầy nước + gió hút nên ta có thể bỏ qua khơng xét. Mặc dù ứng
với mỗi tổ hợp thì sẽ cho ra 1 biểu đồ mô men khác nhau, nhưng khi tính tốn ta
bố trí thép 2 lớp, cho nên để đơn giản và thiên về an toàn, chúng ta chỉ cần tính 1

-

tổ hợp bể chứa nước + gió hút
Giá trị tải trọng:
+ Tải gió: q = W . 1m = n.Wo.k.c


Áp lực nước phân bố theo hình tam giác, lớn nhất ở đáy bể
pn = 1,1.1000.1,5 = 1650 (daN/m2).
Lực tác dụng lên dải thành rộng 1m: Pnuoc = 1650 ( daN / m )
 Nội lực và tính cốt thép
- Thành bể là cấu kiện chịu nén lệch tâm, để đơn giản tính tốn thiên về an tồn,
+

-

bỏ qua trọng lượng bản thân của thành bể, xem thành bể là cấu kiện chịu uốn có:
+ Cạnh dưới ngàm vào bản đáy
+ Cạnh bên được ngàm vào trong cột hay các thành vng góc
+ Cạnh trên tựa đơn do có hệ dầm nắp bao theo chu vi
Cắt 1 dải rộng 1m theo phương cạnh ngắn để tính tốn. Do bản nắp tựa lên thành
bể và thành bể theo phương lực tác dụng có độ cứng lớn nên sơ đồ tính là 1 đầu

-

ngàm và 1 đầu tựa đơn
Ta có sơ đồ tải trọng và biểu đồ nội lực bản thành như sau:
Mô men do áp lực của nước gây ra:

+

Tại ngàm 1:

+

Tại nhịp 1:
Cách ngàm 1 đoạn x1 = 0,553.H= 0,829 m

-

Mơ men do áp lực gió hút gây ra:

+

Tại ngàm 2:

+

Tại nhịp 2:
Cách ngàm 1 đoạn x2 = 0,625.H = 0,937 m.

-

Như tính tốn ở trên ta thấy vị trí gây mơ men max ở nhịp do hai tải gió hút và
áp lực nước gây ra không trùng nhau, tuy nhiên để thiên về an toàn ta cộng hai
giá trị mơ men tại nhịp này để tính tốn cốt thép cho bản thành.

-

Mô men dương tại nhịp:
Mô men âm tại ngàm:
 Tính tốn cốt thép


-

Tính bản như cấu kiện chịu uốn, tiết diện b x h = 100 x 10 ( cm ).
Ta có: Chọn a = 1,5 cm nên ho = 10 – 1,5 = 8,5 cm.

-

Mơ

Thé
p

Giá

men

αm

si

As

phi

a

As
chọn

muy

mm

mm2

%

trị

h0

b

Rb

Rs

(daN/m
)

(m)

(m)

Mpa

Mpa

m

276.40

0.085

1

14.5

22.5

0.026

0.987

117,71

6

200

141

0.20

Mnhip

126.74

0.085

1

14.5

22.5

0.012

0.994

53,58

6

200

141

0.20

mm2

Mnga

-

Như vậy, theo kết quả tính tốn ở bảng trên ta chọn

bố trí cho bản

thành. Thép theo phương dài của bản bố trí theo cấu tạo
6.2.3.3. Tính toán sàn đáy bể nước
-

Chọn đáy bể dày 140 mm, sơ bộ chọn kích thước tiết diện các dầm đáy là 250 x
450 ( mm ). Bố trí hệ dầm đáy như hình vẽ sau đây.


 Sơ đồ tính
-

Đáy bể chỉ có 2 loại ơ có kích thước 4,1m x 2,8m và 4m x 4,1m.

-

b x h = ( 4,1 x 2,8 )m có

-

b x h = ( 4,1 x 4 )m có

-

Tỷ số:
bản ngàm vào dầm
Vậy sơ đồ tính của ơ bản là bản 4 đầu ngàm ( ngàm vào dầm ). Nội lực ô bản tra

bản làm việc 2 phương

bản làm việc 2 phương

theo sơ đồ 9.
 Tải trọng
- Tĩnh tải:
Tải tiêu chuẩn (daN/m2)
1800x0.02
2200x0.03
2500x0.14
1800x0,015
- Áp lực nước phân bố theo hình tam giác, lớn nhất ở đáy bể
-

pn = 1,1.1000.1,5 = 1650 (daN/m2).
Lực tác dụng lên dải thành rộng 1m: Pnuoc = 1650 ( daN / m )
Hoạt tải: do bản đáy không chịu đồng thời tải của nước và hoạt tải sửa chữa nên
ta bỏ qua hoạt tải.
Tổng nội lực tác dụng lên đáy bể: qtt = 552,7 + 1650 = 2202,7 ( daN/m2 )
 Nội lực


-

Chọn ơ bản 4m x 4,1m tính tốn cốt thép và bố trí cho các ơ bản cịn lại ( do
diện tích sàn hồ nước khơng lớn, các ơ bản lại chênh lệch không nhiều về tải
trọng và tiện cho thi cơng ).

Ta có:
bản làm việc 2 phương.
Có P = qtt . l1.l2 = 2202,7.4,4,1 = 36124,28 ( daN ).
 Tính cốt thép
- Tính bản như cấu kiện chịu uốn, tiết diện b x h = 100 x 10 ( cm ).
- Ta có: Chọn a = 2 cm nên ho = 14 – 2 = 12 cm.
-

-

Ơ sàn

Cạnh
dài
l2

Cạnh
ngắn
l1

S1

(m)
4.1

(m)
4

Mơ

men

M1

Giá trị

daN/m

664.69

l2 / l1

1.03

m91

M1

m92
k91
k92

M2
MI
MII
( daN/m )
664.69
628.56
1529.73
1455.81

P
( daN/m )
36124,28

0.0184
0.0174
0.0429
0.0403

Ho

b

Rb

Rs

M

m

Mpa

Mpa

0.12

1

14.5

22.5

αm

0.032

ς

0.984

As

thép

Asc

µ

mm2

mm

mm2

%

251.
3

0.21

250.23

8

200


M2

628.56

0.12

1

14.5

22.5

0.030

0.985

236.41

8

200

251.
3

MI

1529.73

0.12

1

14.5

28

0.073

0.962

473,3

10

160

490.
9

0.41

MII

1455.81

0.12

1

14.5

28

0.07

0.964

449,54

10

160

490.
9

0.41

Thép cấu tạo chọn

-

6.2.3.4. Tính tốn dầm nắp và dầm đáy hồ nước
 Tải trọng:

Dầm nắp: do sàn truyền vào dưới dạng tải phân bố hình tam giác.

-

-

Dầm đáy: do tĩnh tải bản đáy và trọng lượng nước truyền vào. Nếu dầm biên
thì kể thêm trọng lượng tường.

0.21

 Tính tốn và bố trí cốt thép cho hệ dầm
• Dầm nắp 1, 2
- Tải trọng phân bố tác dụng lên có dạng hình thang. Để quy đổi sang dạng tải trọng phân bố
hình chữ nhật, ta có hệ số:

với


-

-

Mô men :
Chọn a = 3,5 cm nên ho = 40 – 3,5 = 36,5 ( cm ).
Tại mô men dương:

Tại mơ men âm: bố trí thép
- Tính tốn và bố trí cốt đai và cốt xiên khi:

-

Lấy giá trị lớn nhất là
để tính tốn cốt đai.
Kích thước tiết diện dầm b = 200 mm; h = 400 mm; h0 = 370 mm.
Ta có:

-

Do đó bê tơng đủ khả năng lực cắt, chỉ cần đặt cốt đai theo cấu tạo
Chọn cốt đai .
• Dầm nắp 3, 4
-Tải trọng phân bố tác dụng lên có dạng hình thang và tam giác. Để quy đổi sang dạng tải
trọng phân bố hình chữ nhật, ta có hệ số:


-

-

với

Mô men
Chọn a = 3,5 cm nên ho = 40 – 3,5 = 36,5 ( cm ).
Tại mô men dương

-

Tại mơ men âm: bố trí thép
Tính tốn và bố trí cốt đai và cốt xiên khi:

-

Lấy giá trị lớn nhất là
để tính tốn cốt đai.
Kích thước tiết diện dầm b = 200 mm; h = 400 mm; h0 = 370 mm.
Ta có:

-

Do đó bê tơng đủ khả năng lực cắt, chỉ cần đặt cốt đai theo cấu tạo

-

Chọn cốt đai .
• Dầm đáy 1, 2
Tải trọng phân bố tác dụng lên có dạng hình thang. Để quy đổi sang dạng tải trọng phân bố
hình chữ nhật, ta có hệ số:


với

-

Mô men :
Chọn a = 3,5 cm nên ho = 45 – 3,5 = 41,5 ( cm ).
Tại mô men dương

-

Tại moomen âm

-


-

Tính tốn và bố trí cốt đai và cốt xiên khi:

-

Lấy giá trị lớn nhất là
để tính tốn cốt đai.
Kích thước tiết diện dầm b = 250 mm; h = 450 mm; h0 = 415 mm.
Ta có:

-

Do đó cần phải bố trí cốt đai.
- Tính cốt đai (khơng có cốt xiên)
-

Chọn cốt đai

, 2 nhánh

-

Diện tích một lớp cốt đai:
Khoảng cách giữa các lớp cốt đai theo tính tốn là

-

Tính lại qsw theo khoảng cách đã chọn:

-

Tính c0:

-

-

Kiểm tra:

- Do đó chọn cốt đai .
• Dầm đáy 3, 4:
Tải trọng phân bố tác dụng lên có dạng hình thang. Để quy đổi sang dạng tải trọng phân bố
hình chữ nhật, ta có hệ số:

với

-

Mơ men :
Chọn a = 3,5 cm nên ho = 45 – 3,5 = 41,5 ( cm ).
Tại mô men dương:


Tại mơ men âm:

-

-

Tính tốn và bố trí cốt đai và cốt xiên khi:

-

Lấy giá trị lớn nhất là
để tính tốn cốt đai.
Kích thước tiết diện dầm b = 250 mm; h = 450 mm; h0 = 415 mm.
Ta có:

-

Do đó cần phải bố trí cốt đai.
- Tính cốt đai (khơng có cốt xiên)


-

Chọn cốt đai

, 2 nhánh

-

Diện tích một lớp cốt đai:
Khoảng cách giữa các lớp cốt đai theo tính tốn là

-

Tính lại qsw theo khoảng cách đã chọn:

-

Tính c0:

-

Kiểm tra:

-

Do đó chọn cốt đai .