Bể nước mái Tính toán thiết kế

CHƯƠNG 1. THIẾT KẾ KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI
1.1. SƠ BỘ KÍCH THƯỚC BỂ NƯỚC
1.1.1. Tổng quan về kiến trúc và chức năng bể nước mái
• Vị trí trong mặt bằng kiến trúc
Bể nước mái nằm tại trong phạm vi giới hạn bởi trục C – D, được đặt ở Tầng Sân
Thượng, thuộc hướng Nam của cơng trình.
Hệ kết cấu của bể nước mái được đặt trên hệ cột, và cách mặt sàn Tầng Sân Thượng một
đoạn

.

• Chức năng
Dự trữ nước sinh hoạt để cung cấp cho toàn bộ các căn hộ trong cơng trình và phục vụ
cho cơng tác cứu hỏa khi cần thiết.
1.1.2. Sơ bộ kích thước bể nước
• Xác định lưu lượng nước sử dụng của cơng trình
Dựa vào Tầng có số lượng căn hộ nhiều nhất là 10 căn hộ, thuộc các Tầng điển hình (Từ
Lầu 2 đến Lầu 10) để xác định lưu lượng nước trung bình tính tốn cung cấp cho cả tịa
nhà.
Số cư dân sử dụng nước trong chung cư: Mỗi Tầng có 10 căn hộ và số Tầng có căn hộ là
13, trung bình mỗi căn hộ có 4 nhân khẩu. Tổng số cư dân sử dụng nước trong cả tòa nhà
là:

 Lưu lượng nước dùng cho sinh hoạt
Theo Bảng 31 TCVN 33-2006
Nhu cầu cấp nước sinh hoạt cho mỗi cá nhân là 200 lít/người/ngày – đêm
Hệ số điều hịa cho ngày:
Lưu lượng nước sinh hoạt trong một ngày đêm là:

TRANG 1

 Lưu lượng nước dùng cho công tác chữa cháy
Theo Bảng 31 TCVN 33-2006
Lưu lượng cung cấp nước chữa cháy cho một khu chung cư dưới 5000 người trong vòng
2 giờ trong một ngày là 10 lít/s
Lưu lượng nước sinh hoạt trong một ngày đêm là:

 Tổng lưu lượng cung cấp nước cho cơng trình

• Chọn sơ bộ kích thước bể nước mái
Từ tổng lưu lượng nước cần cung cấp cho cơng trình, chọn bể nước có kích thước
. Thể tích bể
Lưu lượng nước có thể chứa trong bể là
trên, có tổng lưu lượng tích trữ nước gần

.
, do đó chọn 2 bể nước có kích thước như
bố trí trên mặt bằng Tầng Sân Thượng,

tại vị trí trục 1-2 – C-D và 3-4 – C-D.
Bể nước sẽ được cung cấp nước bằng hệ thống máy bơm tự động với một lần bơm có
dung lượng khoảng

.

Bể nước có chứa lỗ thăm dị nằm ở góc có kích thước

.

• Phân loại bể nước

Xét tỉ số

→ Bể nước thuộc bể nước thấp.

• Phương án thi cơng
Bể nước mái được thi cơng tồn khối các cấu kiện như cột, dầm đáy, bản đáy, bản thành
và dầm nắp. Riêng phần bản nắp, thi công lắp ghép.

TRANG 2


Bản nắp bể nước mái được chia ra thành nhiều bản sàn với kích thước giống nhau có gối
tựa lên các dầm nắp.
1.2. SỐ LIỆU TÍNH TỐN
1.2.1. Vật liệu thiết kế
1.2.1.1. Bêtơng
Bêtơng có cấp độ bền B30 với các chỉ tiêu như sau:
Khối lượng riêng:
Cường độ chịu nén tính tốn:
Cường độ chịu kéo tính tốn:
Mođun đàn hồi:
1.2.1.2. Cốt thép
• Cốt thép gân

: Dùng cho kết cấu chính bên trên cơng trình sử dụng thép AIII

có các chỉ tiêu:
Cường độ chịu kéo tính tốn
Cường độ chịu nén tính tốn

Cường độ chịu kéo cốt thép ngang:
Mođun đàn hồi
Mođun đàn hồi:
• Cốt thép trơn Φ <10: Dùng tính tốn cốt đai cho dầm, cột và cốt dọc cho sàn…Sử
dụng thép AI có các chỉ tiêu:
Cường độ chịu nén tính tốn

TRANG 3


Cường độ chịu kéo tính tốn
Cường độ tính cốt thép ngang:
Mođun đàn hồi
1.2.2. Lựa chọn kích thước sơ bộ cho các cấu kiện
1.2.2.1. Bản nắp
Chịu trọng lượng bản thân và hoạt tải sửa chữa. Chọn chiều dày bản nắp theo công thức

sơ bộ

và

Chọn
1.2.2.2. Bản thành
Bản thành đổ bê tông theo phương đứng và làm việc như một tường chắn. Chọn sơ bộ

chiều dày bản thành theo công thức sơ bộ

Chọn
1.2.2.3. Bản đáy
Bản đáy với tính chất chịu tải trọng bản thân kết cấu và trọng lượng bản thân cột nước

cao 1,6m (tương đương
chiều dày bản sàn bình thường từ

), do đó chiều dày bản đáy thơng thường dày hơn
lần.

Chọn chiều dày bản đáy

TRANG 4


1.2.2.4. Dầm nắp và dầm đáy
• Chiều cao và bề rộng dầm được chọn lựa theo công thức kinh nghiệm sau:

trong đó
: Phụ thuộc vào tính chất của khung và tải trọng
: đối với dầm khung nhiều nhịp
: đối với dầm khung một nhịp
: đối với dầm phụ
• Sơ bộ kích thước tiết diện điển hình cho dầm có nhịp

:

→ Chọn

→ Chọn
• Kích thước tiết diện các dầm cịn lại thể hiện trong Bảng 5.1
Bảng 5.1: Tiết diện sơ bộ dầm
Tên dầm
DN1

DN2
DN3

Kích thước sơ bộ (bxh)mm
200x400
200x400
200x400

TRANG 5


DD1
DD2
DD3
DD4

300x500
300x500
200x400
200x400

1.2.2.5. Cột
Chọn tiết diện cột sơ bộ sao cho hợp lý và phù hợp với kết cấu của tầng bên dưới, nhưng
đảm bảo khả năng chịu tải của bể nước. Chọn tiết diện cột

.

1.2.2.6. Kích thước chi tiết bể nước mái

Hình 5.1 – Mơ hình khơng gian của bể nước mái

TRANG 6


3500
3800

BD-S150

DD1-300x500
300

4000

200
8500

4000

300

BD-S150

200
7500

DD3-200x400
DD4-200x400

DD3-200x400

BD-S150
DD2-300x500

DD2-300x500

BD-S150

D

C

200

DD4-200x400

300

D

D

300

1

2

Hình 5.2 – Mặt bằng kết cấu bản đáy

3550
600

200

DN1-200x400
200

1

4050

200
8500

4050

200
7500
3550

BN1-S120
600

BN2-S120

DN3-200x400
DN4-200x400

DN3-200x400

BN2-S120
DN2-200x400

DN2-200x400

BN2-S120

DN4-200x400

DN1-200x400

C

200

2

Hình 5.3 – Mặt bằng kết cấu bản nắp

TRANG 7


1.3. TẢI TRỌNG
1.3.1. Bản nắp
1.3.1.1. Tĩnh tải
Tĩnh tải của bản bêtông cốt thép, chủ yếu phụ thuộc vào các lớp cấu tạo, mặt cắt các lớp
cấu tạo như Hình 5.4.

Hình 5.4 – Mặt căt các lớp cấu tạo bản nắp

Bảng 5.2: Tải trọng các lớp cấu tạo bản nắp bể nước mái
Loại
tải
trọng

TĨNH
TẢI

Lớp cấu
tạo

Chiều
dày δ
(m)

Vữa lót
0.02
Lớp
chống
0.003
thấm
Sàn
0.12
BTCT
Lớp
chống
0.003
thấm
Vữa trát
0.015

TỔNG

Trọng
lượng
riêng γ
(kN/m)

Tải trọng tiêu
chuẩn

18

0.54

1.3

0.7

10

0.03

1.3

0.04

25

3.0

1.1

3.3

10

0.03

1.3

0.04

18

0.27
3.87

1.3

0.35
4.43

Hệ số
vượt
tải n

Tải trọng tính
tốn

TRANG 8

1.3.1.2. Hoạt tải
Chỉ có hoạt tải sửa chữa, tra Bảng 3, Error: Reference source not found hoạt tải tiêu

chuẩn sữa chữa
Hoạt tải tính tốn trên bản nắp bể nước

1.3.1.3. Tổng tải trọng tác dụng
Tổng tải trọng tác dụng trên bản nắp bể nước mái

1.3.2. Bản thành

Hình 5.5 – Mặt căt các lớp cấu tạo bản thành
1.3.2.1. Tải trọng gió
Đặc điểm và vị trí xây dựng cơng trình, thể hiện trong Bảng 5.3
Bảng 5.3: Đặc điểm và vị trí xây dựng cơng trình
Địa điểm xây dựng
Vùng gió
Địa hình

Tỉnh, Tp
Quận, Huyện

Tp Hồ Chí Minh
Quận 2
II-A
B

TRANG 9

Cao trình nắp bể so với mặt đất tự nhiên là
Theo địa hình trong Bảng 5.3, Áp lực gió tiêu chuẩn theo Error: Reference source not

found là
Hệ số áp lực gió tại cao độ 47.7m

Tải trọng gió tác dụng lên bản thành

1.3.2.2. Áp lực nước
Tải trọng nước gây ra áp lực có biểu đồ dạng tâm giác tác dụng lên bản thành của bể
nước và có giá trị tăng dần theo độ sâu.
Giá trị áp lực nước gây ra tại đáy bể có

Trong đó
là hệ số hoạt tải
là trọng lượng riêng của nước
1.3.3. Bản đáy
1.3.3.1. Tĩnh tải
Tĩnh tải của bản bêtông cốt thép, chủ yếu phụ thuộc vào các lớp cấu tạo, mặt cắt các lớp
cấu tạo như Hình 5.6.

TRANG 10


Hình 5.6 – Mặt căt các lớp cấu tạo bản đáy
Bảng 5.4: Tải trọng các lớp cấu tạo bản đáy bể nước mái
Loại
tải

trọng

TĨNH
TẢI

Lớp cấu
tạo

Chiều
dày δ
(m)

Vữa lót
0.02
Lớp
chống
0.003
thấm
Sàn
0.15
BTCT
Vữa trát
0.015
TỔNG

Trọng
lượng
riêng γ
(kN/m)

Tải trọng tiêu
chuẩn

18

0.54

1.3

0.7

10

0.03

1.3

0.04

25

3.75

1.1

4.13

18

0.27

4.59

1.3

0.35
5.22

Hệ số
vượt
tải n

Tải trọng tính
tốn

1.3.3.2. Tải trọng nước
Tải trọng nước tác dụng lên đáy bể khi bể chữa đầy nước:

1.3.3.3. Hoạt tải
Không kể đến hoạt tải khi vệ sinh hoặc sửa chữa bể nước, vì khi sửa chữa, bể khơng chữa
nước.
1.3.3.4. Tổng tải trọng tác dụng
Tổng tải trọng tác dụng trên bản đáy bể nước mái

TRANG 11


1.4. XÁC ĐỊNH NỘI LỰC TÍNH TỐN
1.4.1. Bản nắp
1.4.1.1. Sơ đồ tính
Bản nắp tính tốn rời rạc theo sơ đồ đàn hồi, phương pháp tra bảng

Bản nắp được thi công riêng lẻ và đổ lắp ghép nên thực tế kích thước của các ơ bản như

3900

BN2-S120

600

BN1-S120 600

3900

Hình 5.7 và Hình 5.8

4400

4400

Hình 5.7 – Mặt bằng ơ bản BN1

Hình 5.8 – Mặt bằng ơ bản BN2

• Tính tốn điển hình cho ô bản BN2

Xét tỉ số

→ Ô bản làm việc 2 phương.

 Điều kiện liên kết với dầm nắp: Theo điều kiện thi công, bản nắp được thi công riêng
lẻ, sau đó dùng cần cẩu tháp hoặc tời kéo đặt lên trên dầm nắp của bể nước, nên liên

kết của bản nắp với dầm nắp sẽ là liên kết tựa, theo Sơ đồ 1, Hình 5.9

TRANG 12


3900

M1
M2

Hình 5.9 – Sơ đồ tính bản nắp
4400

1.4.1.2. Nội lực
Cắt dải bản có bề rộng 1m đi tính tốn như một dầm đơn giản.

Tra Phụ lục 15, Error: Reference source not found, các hệ số tính tốn moment
và

.

Moment tính tốn trên dải bản theo công thức:
Theo phương cạnh ngắn:
Theo phương cạnh dài:
Trong đó
• Nội lực tính tốn thể hiện trong Bảng 5.5
Bảng 5.5: Nội lực bản nắp

Sơ đồ sàn

TRANG 13


1

1.4.2. Mơ hình bể nước mái – Kết quả nội lực
Mơ hình 3D tồn bộ kết cấu bể nước trong SAP2000v14 để toán. Để thuận tiện trong việc
truyền tải từ bản nắp truyền lên dầm nắp, sinh viên mơ hình bản nắp vào mơ hình 3D.
• Mơ hình khơng gian bể nước

Hình 5.10 – Mơ hình khơng gian bể nước mái
• Gán tải trọng cho các cấu kiện
 Bản nắp

TRANG 14


Hình 5.11 – Tĩnh tải trên bản nắp
 Bản thành

Hình 5.12 – Hoạt tải trên bản nắp

• Tải trọng gió

Hình 5.13 – Gió phải theo phương X (trường hợp gió hút)

TRANG 15


Hình 5.14 – Gió trái phương Y (trường hợp gió đẩy)

• Áp lực nước

Hình 5.15 – Áp lực nước trên bản thành
 Bản đáy

Hình 5.16 – Tĩnh tải trên bản đáy

Hình 5.17 – Hoạt tải trên bản đáy

1.4.2.1. Tổ hợp tải trọng
Các loại tải trọng tác dụng lên bể nước
Bảng 5.6: Các trường hợp tải trọng
STT
1

Kí hiệu tải trọng
TT

Loại tải
DEAD

Ý nghĩa
Trọng lượng bản thân

TRANG 16


2

HT

LIVE

3
4
5
6

GTX
GTY
GPX
GPY

WIND
WIND
WIND
WIND

Hoạt tải (BN, BD) và Áp lực
nước (BT)
Gió trái phương X
Gió trái phương Y
Gió phải phương X
Gió phải phương Y

Bảng 5.7: Các tổ hợp tải trọng

COMBO 1
COMBO 2
COMBO 3

COMBO 4
COMBO 5
COMBO 6
COMBO 7
COMBO 8
COMBO 9

Loại
COMBO
ADD
ADD
ADD
ADD
ADD
ADD
ADD
ADD
ADD

COMBAO

ENVELOPE

STT

Thành phần

Ghi chú

TT + HT

TT + GTX
TT + GPX
TT + GTY
TT + GPY
TT + 0.9 HT(ALN) + 0.9GTX
TT + 0.9 HT(ALN) + 0.9GPX
TT + 0.9 HT(ALN) + 0.9GTY
TT + 0.9 HT(ALN) + 0.9GPY
(Combo 1 + Combo 2 + ...+ Combo
10)

Tính thép BN, BD
Tính thép BT+Cột
Tính thép BT+Cột
Tính thép BT+Cột
Tính thép BT+Cột
Tính thép BT+Cột
Tính thép BT+Cột
Tính thép BT+Cột
Tính thép BT+Cột
Tính thép DN và
DD

 Chú thích: BN – Bản nắp, BD – Bản đáy, BT – Bản thành, DN – Dầm nắp, DD –
Dầm đáy, ALN – Áp lực nước.

TRANG 17


1.4.2.2. Nội lực

a) Bản nắp – Kết quả kiểm tra
 Moment nhịp – Theo phương cạnh ngắn M11

Hình 5.18 – Moment nhịp theo phương cạnh ngắn (kNm)
 Moment gối – Theo phương cạnh ngắn M11

TRANG 18


Hình 5.19 – Moment gối theo phương cạnh ngắn (kNm)
 Moment nhịp – Theo phương cạnh dài M22

Hình 5.20 – Moment nhịp theo phương cạnh dài (kNm)
 Moment gối – Theo phương cạnh dài M22

TRANG 19


Hình 5.21 – Moment gối theo phương cạnh dài (kNm)

b) Bản thành
 Bản thành có nhịp 7.5m – Trục 2 nhịp C-D
 Moment nhịp – Theo phương cạnh ngắn M11

Hình 5.22 – Moment nhịp theo phương cạnh ngắn (kNm)
 Moment gối – Theo phương cạnh ngắn M11

Hình 5.23 – Moment gối theo phương cạnh ngắn (kNm)
 Moment nhịp – Theo phương cạnh dài M22

TRANG 20


Hình 5.24 – Moment nhịp theo phương cạnh dài (kNm)
 Moment gối – Theo phương cạnh dài M22

Hình 5.25 – Moment gối theo phương cạnh dài (kNm)
 Bản thành có nhịp 8.5m – Trục C nhịp 1-2
 Moment nhịp – Theo phương cạnh ngắn M11

Hình 5.26 – Moment nhịp theo phương cạnh ngắn (kNm)
 Moment gối – Theo phương cạnh ngắn M11

Hình 5.27 – Moment gối theo phương cạnh ngắn (kNm)

TRANG 21


 Moment nhịp – Theo phương cạnh dài M22

Hình 5.28 – Moment nhịp theo phương cạnh dài (kNm)
 Moment gối – Theo phương cạnh dài M22

Hình 5.29 – Moment gối theo phương cạnh dài (kNm)

TRANG 22


c) Bản đáy
 Moment nhịp – Theo phương cạnh ngắn M11

Hình 5.30 – Moment nhịp theo phương cạnh ngắn (kNm)
 Moment gối – Theo phương cạnh ngắn M11

Hình 5.31 – Moment gối theo phương cạnh ngắn (kNm)

TRANG 23


 Moment nhịp – Theo phương cạnh dài M22

Hình 5.32 – Moment nhịp theo phương cạnh dài (kNm)
 Moment gối – Theo phương cạnh dài M22

Hình 5.33 – Moment gối theo phương cạnh dài (kNm)

TRANG 24


d) Dầm – Cột

Hình 5.34 – Biểu đồ BAO moment kết cấu khung bể nước mái (kNm)
 Biểu đồ bao moment dầm DN1 và DD1

Hình 5.35 – Biểu đồ BAO moment uốn dầm DN1 và DD1

TRANG 25