CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ BỂ NƯỚC MÁI
1.1. KIẾN TRÚC
Bể nước mái: cung cấp nước cho sinh hoạt của các bộ phận trong cơng trình
Sơ bộ tính nhu cầu sử dụng nước như sau, tịa nhà có 10 tầng: Từ tầng 2 đến tầng 10 là
văn phịng, mỗi tầng có gồm văn phòng và phòng chức năng, mỗi tầng lấy 4
(m2/người) với diện tích sử dụng mỗi tầng là 656 m2. Tổng số người tại một tầng:
N1 =
656
= 164
4
(người)
Tổng số người trong tòa nhà (bao gồm số người ở các tầng điển hình+ số người tại
tầng trệt):
N = 164 10 = 1640 (người)
Thể tích nước sử dụng nước là:
Vsd
Q n k
Trong đó:
Q là nhu cầu dùng nước lấy bằng 15 l/người.ngày.đêm (Theo TCXD 33:2006
Tiêu chuẩn cấp nước – mạng lưới đường ống và cơng trình).
n: tổng số người
k: hệ số điều hòa lấy bằng 1.5
: số lần bơm 1 ngày lấy bằng 1.
Vsd =
Q× n × k 15×1640×1.5
=
= 36900 l = 36.9 m 3
α
1
Thể tích nước sử dụng cho PCCC:
Giả sử:
+ Sử dụng đầu phun Sprinkler để chữa cháy bên trong cơng trình;
+ Mật độ phun thiết kế u cầu: d = 0.08 l/m2;
+ Diện tích chữa cháy: S = 600 m2;
+ Diện tích tối đa của một Sprinkler: s = 12 m2;
+ Thời gian phun chữa cháy: t = 20 phút;
+ Khoảng cách tối đa giữa các Sprinkler: 4 m;
+ Lưu lượng yêu cầu tối thiểu của hệ thống:
Q = d × S = 0.08 × 600 = 48 (l/s) = 172.8 (m3/h)
+ Lượng nước tối thiểu để chữa cháy trong vịng 20 phút:
VPCCC = 172.8 × 1/3 = 57.6 m3
Vậy thể tích nước mà cơng trình sử dụng là:
V = Vsd + VPCCC = 36.9 + 57.6 = 94.5 m 3
Kích thước mặt bằng là L1 × L2 = 8 × 8.2 = 65.6 (m2)
Chiều cao bể nước là H = V/65.6 = 1.44 (m).
Ta chọn chiều cao bể nước H = 1.5m
1.2. CẤU TẠO HỒ NƯỚC
1.2.1. Hệ khung
Bể nước mái được cấu tạo từ: bản nắp, bản đáy, bản thành và hệ khung.
Bao gồm có hệ dầm và cột:
Hệ dầm nắp gồm: DN1, DN2, DPN1, DPN2
Hệ dầm đáy gồm: DD1, DD2, DPD1, DPD2
Chiều cao tiết diện dầm nắp DN1, DN2, DPN1, DPN2 được sơ bộ như dầm phụ.
Chiều cao tiết diện dầm đáy DD1, DD2, DPD1, DPD2 được sơ bộ như dầm chính.
C
D
4
Hình 6-1: Bố trí dầm bản nắp
5
DD1(650x300)
DD2(650x300)
DD2(650x300)
C
DPD1(500x300)
D
DD1(650x300)
4
5
Hình 6-2: Bố trí dầm bản đáy
1.2.2. Sơ bộ các cấu kiện
Chiều dày bản nắp:
Sơ bộ sàn theo công thức:
hs
D
L
m
Trong đó:
+ m = 30 35 sàn 1 phương, L – cạnh của phương chịu lực;
+ m = 40 45 sàn 2 phương, L – cạnh ngắn;
+ D= 0.8 1.4 phụ thuộc vào tải trọng.
Ta được:
hn
D
0.8 4
L
80 (mm)
m
40
Chọn hn = 100 (mm).
Chiều dày bản đáy:
Sơ bộ tương tự như sàn bản nắp, nhưng vì bản đáy chịu tải trọng bản thân, cột nước
cao 1.5m nên ta chọn dày hơn bản nắp. Chọn hd = 150 (mm).
Chiều dày bản thành:
Chọn chiều dày bản thành ht = 150 (mm)
Chiều cao dầm:
Chiều cao và chiều rộng dầm sơ bộ theo công thức:
hd
L
1 1
b d h d
md ,
2 3
Trong đó md là hệ số phụ thuộc vào tính chất của khung và tải trọng:
+ md = 12 –14 đối với dầm chính;
+ md = 14 – 16 đối với dầm phụ;
+ md = 16 – 18 đối với dầm trực giao;
+ L – nhịp dầm.
Bảng 6-1: Tiết diện dầm
Nhịp
Kí hiệu dầm L
dầm
(m)
Hệ số
md
Chiều
cao hd
Chiều
rộng bd
Tiết diện
chọn bdxhd
(m)
(m)
(m)
Ghi chú
DN1
8.2
16
0.51
0.2
200x500
DẦM NẮP 1
DN2
8
16
0.5
0.2
200x400
DẦM NẮP 2
DPN1,
2
8.2
18
0.45
0.2
200x500
DẦM PHỤ NẮP
DD1
8.2
12
0.68
0.3
300x650
DẦM ĐÁY 1
DD2
8
12
0.67
0.3
300x650
DẦM ĐÁY 2
DPD1,
2
8.2
18
0.45
0.3
300x500
DẦM PHỤ
ĐÁY
Lổ thăm bể:
Chọn lổ thắm có kích thước 600 x 600 (mm).
Kích thước cột: b x h = 400 x 400 (mm).
1.3. GIẢ THIẾT TÍNH TỐN
1.3.1. Các ơ bản
Tính tốn các ơ bản theo sơ đồ đàn hồi, nhịp tính tốn tính theo trục dầm
Tính tốn theo ô bản đơn.
Phân loại ơ bản:
L2
2
L
1
Ơ bản làm việc 2 phương
L2
2
L
1
Ơ bản làm việc 1 phương
Với L2, L1 là nhịp dài và nhịp ngắn của ô bản
Xét liên kết:
Đối với bản thành, điều kiện thi công sau nên chọn liên kết khớp.
Đối với bản đáy, điều kiện không cho phép nứt chọn ơ bản số 9.
1.3.2. Hệ khung
Tính theo sơ đồ đàn hồi.
Dùng phần mềm SAP2000 V20 để tính nội lực theo khung khơng gian.
1.4. TÍNH TỐN BẢN NẮP
Nắp bể đúc bê tơng tồn khối với thành bể
1.4.1. Tải trọng
1.4.1.1. Tĩnh tải
Bảng 6-2: Tải trọng tĩnh tải
STT
Mô tả
Trọng
lượng
riêng
Chiều
dày
Tải
trọng
tiêu
chuẩn
kN/m3
mm
kN/m2
Hệ số
độ tin
cậy
Tải
trọng
tính
tốn
kN/m2
1
Vữa xi măng
18
20
0.36
1.3
0.47
2
Bản bê tơng cốt thép
25
100
2.50
1.1
2.75
3
Vữa trát + chống thấm
18
30
0.54
1.3
0.7
Tổng cộng
3.4
3.92
1.4.1.2. Hoạt tải
Nắp bể chỉ có hoạt động sửa chữa, khơng có hoạt tải sử dụng, ta lấy hoạt tải phân bố là
75daN/m2 (theo TCVN 2737-1995).
Hoạt tải sửa chữa tính tốn: p = 1.3 x 0.75 = 0.98 (kN/m2)
Tổng tải trọng: q = g + p = 3.83 + 0.98 = 4.81(kN/m2)
1.4.2. Sơ đồ tính
Tỉ số L2/L1 = 8/4.1 = 1.95< 2 → bản nắp làm việc theo hai phương.
Tính tốn nắp bể theo dạng bản kê có 4 cạnh ngàm (dạng sơ đồ 9).
Hình 6-3: Sơ đồ tính
1.4.2.1. Tính cốt thép
Với bê tơng B30 và cốt thép CB240-T, CB400-V có: ξ R , R được tính tốn tương tự
theo mục 5.6.1
Cốt thép CB240-T: ξ R = 0.615; α R = ξ R (1- 0.5ξ R ) = 0.426
Cốt thép CB400-V: ξ R = 0.533; α R = ξ R (1- 0.5ξ R ) = 0.39
Tính:
m
M
1 1 2 m R
R b bh o2
Diện tích cốt thép dọc cần thiết:
A s
R b bh o
RS
Hàm lượng thép:
+ Cốt thép CB240-T (ϕ6-ϕ8): min 0.1% t max 3%
+ Cốt thép CB400-V (ϕ10-ϕ50): min 0.1% t max 2.6%
Chọn a = abv – ϕ/2 là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bề mặt bê tông chịu
kéo.
Chọn a bv 20 (mm)
Với h = 100 (mm), b = 1000 (mm), abv = 20 (mm), h0 = h – a = h – (abv + ϕ/2)
(chọn trước thép ϕ8 và ϕ10, sau khi tính tốn sẽ kiểm tra lại)
Bảng 6-3: Kết quả tính tốn bản nắp
Tên
L1
ơ Vị trí
sàn
Bản
nắp
Nhịp
Gối
m
4
4
4
4
L2
m
4.1
4.1
4.1
4.1
L2/L1
1.03
1.03
1.03
1.03
Ơ bản
2 Phương
2 Phương
2 Phương
2 Phương
Sơ
đồ
9
9
9
9
ho
qCLHT qTLBT
mm kN/m2
76 1.08
68 1.08
75 1.08
65 1.08
qHT
qtotal
1
2
b1
b2
2
2
kN/m kN/m kN/m2
2.75 0.98 4.81 0.0183
2.75 0.98 4.81 0.0175
2.75 0.98 4.81 0.0427
2.75 0.98 4.81 0.0406
M1
M2
MI
M II
kNm
1.44
1.38
3.37
3.20
m
0.016
0.020
0.039
0.049
0.016
0.020
0.040
0.051
As
f
2
mm mm
101.3 Φ 8
108.5 Φ 8
145.5 Φ 10
160.3 Φ 10
a
As Chọn
mm
a 200
a 200
a 200
a 200
mm
252
252
392
392
2
Như vậy, theo kết q tính tốn ở bản trên ta chọn:
+ Thép lớp trên 2 phương của nắp bố trí: ϕ10a200.
+ Thép lớp dưới 2 phương của nắp bố trí: ϕ8a200.
1.5. TÍNH TỐN BẢNTHÀNH
1.5.1. Tải trọng
Hình 6-4: Sơ đồ tải trọng bản thân
1.5.1.1. Tải trọng ngang của nước
Biểu đồ áp lực nước có dạng tam giác tăng dần theo độ sâu.
2
Tại đáy bể (z = 1.5 m); p n n .H 10 1.5 15(kN / m )
1.5.1.2. Tải trọng gió
Cơng trình nằm ở quận 12 – TP. Hồ Chí Minh thuộc vùng áp lực gió II-A, lấy W o = 83
(daN/m2)
Cơng trình thuộc địa hình dạng C là địa hình bị che chắn mạnh, có nhiều vật cản sát
nhau cao từ 10m trở lên
Kiểm
tra
0.40
0.43
0.37
0.41
Cao trình nắp bể: z = 39.1 (m)
z
k t 1.844 gj
zt
2m t
39.8
1.844
400
20.14
0.96
Xem áp lực gió khơng thay đổi theo chiều cao thành bể
Tải trọng gió hút:
Wh = n.Wo.c.k = 1.2x83x0.6x0.96 = 57.36 daN/m2 = 0.6 kN/m2
Tải trọng gió đấy:
Wd = n.Wo.c.k = 1.2x83x0.8x0.96 = 76.49 daN/m2 = 0.8 kN/m2
1.5.1.3. Tĩnh tải
Bảng 6-4: Tĩnh tải bản thành
STT
Mô tả
Trọng
lượng
riêng
Chiều
dày
Tải
trọng
tiêu
chuẩn
kN/m3
mm
kN/m2
Hệ số
độ tin
cậy
Tải
trọng
tính
tốn
kN/m2
1
Vữa xi măng
18
20
0.36
1.3
0.47
2
Bản bê tơng cốt thép
25
150
3.75
1.1
4.13
3
Vữa trát + chống thấm
18
30
0.54
1.3
0.7
Tổng cộng
4.65
5.3
1.5.2. Sơ đồ tính
Thành bể là cấu kiện chịu nén lệch tâm, để đơn giản tính tốn và thiên về an toàn, 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 ngàm vào các thành vng góc, cạnh trên tựa đơn
vào bản nắp.
L 8.2
4.1 2
H
2
Xét tỉ lệ
Bản làm việc 1 phương theo phương cạnh H
Cắt 1 dải rộng 1m theo phương cạnh ngắn để tính tốn, 1 đầu ngàm, 1 đầu gối di động
Nhận xét: Tổ hợp tải trọng bất lợi cho thành hồ là khi hồ đầy nước, áp lực nước và gió
hút sẽ gây nguy hiểm cho thành hồ
ÁP LỰC NƯỚC (kN/m)
GIĨ HÚT (kN/m)
Momen M 3-3
(kN.m)
Hình 6-5: Nhập tải và biểu đồ mơ men bản thành
1.5.3. Tính cốt thép
Với bê tơng B30 và cốt thép CB240-T, CB400-V có: ξ R , R được tính tốn tương tự
theo mục 5.6.1
Cốt thép CB240-T: ξ R = 0.615; α R = ξ R (1- 0.5ξ R ) = 0.426
Cốt thép CB400-V: ξ R = 0.533; α R = ξ R (1- 0.5ξ R ) = 0.39
Tính:
m
M
1 1 2 m R
R b bh o2
Diện tích cốt thép dọc cần thiết:
A s
R b bh o
RS
Hàm lượng thép:
+ Cốt thép CB240-T (ϕ6-ϕ8): min 0.1% t max 3%
+ Cốt thép CB400-V (ϕ10-ϕ50): min 0.1% t max 2.6%
Chọn a = abv – ϕ/2 là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bề mặt bê tông chịu
kéo.
Chọn a bv 30 (mm)
Với h = 150 (mm), b = 1000 (mm), abv = 30 (mm), h0 = h – a = h – (abv + ϕ/2)
(Chọn trước thép ϕ8 và ϕ10, sau khi tính tốn sẽ kiểm tra lại)
Bảng 6-5: Kết quả tính thép bản thành
h0
Vị trí (mm
)
As,tính
Mome
n
(kNm)
αm
ξ
tốn
(mm2
)
Khoản
Thép g cách
a (mm)
As chọn
(mm2
)
μ%
Kiể
m
tra
Gối
265
2.42
0.01
0
0.01
0
26
Φ10
a200
1131
2.1
3
0.02
Nhịp
266
1.1
0.00
0
0.00
0
1
Φ8
a200
1131
2.1
2
0.00
Hệ số
độ tin
cậy
Tải
trọng
tính
tốn
Như vậy, theo kết q tính tốn ở bản trên ta chọn:
+ Thép lớp trong và lớp ngoài của bản năp bố trí: ϕ10a200.
+ Thép phương dài của bản nắp bố trí: ϕ8a250.
1.6. TÍNH TỐN ĐÁY BỂ
1.6.1. Tải trọng
1.6.1.1. Tĩnh tải
Bảng 6-6: Tải trọng tĩnh tải
STT
Mô tả
Trọng
lượng
riêng
Chiều
dày
Tải
trọng
tiêu
chuẩn
kN/m3
mm
kN/m2
kN/m2
1
Vữa xi măng
18
20
0.36
1.3
0.47
2
Bản bê tông cốt thép
25
150
3.75
1.1
4.13
3
Vữa trát + chống thấm
18
30
0.54
1.3
0.7
Tổng cộng
1.6.1.2. Hoạt tải
Hoạt tải nước khi đầy bể (H = 1.5 m)
p bd n .H 10 1.5 15 (kN / m 2 )
4.65
5.3
Đối với bản đáy không kể đến hoạt tải sửa chữa, vì khi sửa chữa bể khơng chứa nước
Tổng tải trọng: q = g + pbd = 5.21 + 15 = 20.21 (kN/m2)
1.6.2. Tính cốt thép
Với bê tơng B30 và cốt thép CB240-T, CB400-V có: ξ R , R được tính tốn tương tự
theo mục 5.6.1
Cốt thép CB240-T: ξ R = 0.615; α R = ξ R (1- 0.5ξ R ) = 0.426
Cốt thép CB400-V: ξ R = 0.533; α R = ξ R (1- 0.5ξ R ) = 0.39
Tính:
m
M
1 1 2 m R
R b bh o2
Diện tích cốt thép dọc cần thiết:
A s
R b bh o
RS
Hàm lượng thép:
+ Cốt thép CB240-T (ϕ6-ϕ8): min 0.1% t max 3%
+ Cốt thép CB400-V (ϕ10-ϕ50): min 0.1% t max 2.6%
Chọn a = abv – ϕ/2 là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bề mặt bê tông chịu
kéo.
Chọn a bv 30 (mm)
Với h = 150 (mm), b = 1000 (mm), abv = 30 (mm), h0 = h – a = h – (abv + ϕ/2)
(Chọn trước thép ϕ10 và ϕ12, sau khi tính tốn sẽ kiểm tra lại)
Bảng 6-7: Tính cốt thép bản đáy
Tên
L1
ơ Vị trí
sàn
Bản
đáy
Nhịp
Gối
m
4
4
4
4
L2
m
4.1
4.1
4.1
4.1
L2/L1
1.03
1.03
1.03
1.03
Ơ bản
2 Phương
2 Phương
2 Phương
2 Phương
Sơ
đồ
9
9
9
9
ho
qCLHT qTLBT
mm kN/m2
115 1.08
105 1.08
114 1.08
102 1.08
qHT
qtotal
1
2
b1
b2
2
2
kN/m kN/m kN/m2
4.13
15 20.21 0.0183
4.13
15 20.21 0.0175
4.13
15 20.21 0.0427
4.13
15 20.21 0.0406
Như vậy, theo kết q tính tốn ở bản trên ta chọn:
+ Thép lớp trên 2 phương của nắp bố trí: ϕ12a200.
+ Thép lớp dưới 2 phương của nắp bố trí: ϕ10a200.
M1
M2
MI
M II
kNm
6.07
5.80
14.15
13.44
m
f
As
0.030
0.035
0.074
0.088
mm
170.0
178.5
409.2
437.6
2
0.030
0.034
0.071
0.084
mm
Φ 10
Φ 10
Φ 12
Φ 12
a
As Chọn
mm mm2
a 200 392
a 200 392
a 200 565
a 200 565
Kiểm
tra
0.43
0.46
0.72
0.77
1.7. TÍNH TỐN DẦM NẮP VÀ DẦM ĐÁY BỂ
1.7.1. Quan niệm tính tốn
Dầm nắp, dầm đáy được tính như một hệ dầm trực giao. Để mơ phỏng chính xác sự là
việc và các kết cấu dầm đáy, dầm nắp, hệ cột, dựng mơ hình khơng gian bao gồm:
Dầm đáy, dầm nắp và cột.
Với các tải trọng được truyền tải từ các bản sàn vào và tải trọng gió, tải trọng bản thân
do phần mềm Sap2000v20 tự động tính tốn.
1.7.2. Tải trọng
1.7.2.1. Tải trọng tác động lên bản nắp
Các loại tải trọng tác dụng lên bản nắp bao gồm:
+ Trọng lượng bản thân;
+ Tĩnh tải hoàn thiện;
+ Hoạt tải sửa chữa.
Bảng 6-8: Tải trọng tác dụng lên bản nắp
STT
Loại tải
Tải trọng tính tốn (kN/
m2)
1
2
Tĩnh tải (có tính BTCT)
Hoạt tải sửa chữa
Tổng
3.92
0.98
4.90
1.7.2.2. Tải trọng từ bản nắp truyền tải vào dầm nắp
C
D
4
5
Hình 6-6: Sơ đồ truyền tải lên dầm nắp
Các loại tải tọng tác dụng vào dầm nắp bao gồm:
+ Tải trọng do bản nắp truyền vào dầm nắp 1(DN1), dầm nắp 2 (DN2), dầm phụ
nắp 1 (DPN1), dầm phụ nắp 2 (DPN2)
q DN1 = q hinh thang = q bn ×
q DPN1 = q hinh thang = 2 q bn ×
L
4.1
2 4.9 20.1 (kN / m)
2
2
q DN2 = q hinh thang = q bn ×
q DPN2 = q tam giac = 2 q bn ×
L
4.1
4.9 10 (kN / m)
2
2
B
4
4.9 9.8 (kN / m)
2
2
B
4
2 4.9 19.6 (kN / m)
2
2
1.7.2.3. Tải tác động lên bản đáy
Các loại tải trọng tác dụng lên bản nắp bao gồm:
+ Trọng lượng bản thân;
+ Tĩnh tải hoàn thiện;
+ Tải trọng của nước.
Bảng 6-9: Tải trọng tác dụng lên bản nắp
STT
Loại tải
Tải trọng tính tốn (kN/
m2)
1
2
Tĩnh tải (có tính BTCT)
Tải trọng của nước
Tổng
5.3
15
20.3
1.7.2.4. Tải trọng từ bản đáy truyền vào dầm đáy
DD1(650x300)
DD2(650x300)
DD2(650x300)
C
DPD1(500x300)
D
DD1(650x300)
4
5
Hình 6-7: Sơ đồ truyền tải lên dầm đáy
Các loại tải tọng tác dụng vào dầm nắp bao gồm:
+ Tải trọng do bản nắp truyền vào dầm nắp 1(DN1), dầm nắp 2 (DN2), dầm phụ nắp 1
(DPN1), dầm phụ nắp 2 (DPN2)
q DN1 = q hinh thang = q bd ×
q DPN1 = q hinh thang = 2 q bd ×
L
4.1
20.3 41.62 (kN / m)
2
2
L
4.1
2 20.3 83.23 (kN / m)
2
2
q DN2 = q hinh thang = q bd ×
q DPN2 = q tam giac = 2 q bd ×
B
4
20.3 40.6 (kN / m)
2
2
B
4
2 20.3 81.2(kN / m)
2
2
+ Tải trọng do bản thành bể truyền vào dầm đáy (DD1, DD2) thành phân bố đều:
q DD1 = q DD2 = q bn n × γ bt × b× h = 1.1× 25×0.15×1.5 6.19 (kN / m)
1.7.3. Mơ hình tính tốn
Hình 6-8: Sơ đồ tính
Các trường hợp chất tải lên khung:
Hình 6-9: Tĩnh tải hồn thiện
Hình 6-10: Trọng lượng bản thân
Hình 6-11: Tải trọng nước
Hình 6-12: Hoạt tải
Hình 6-13: Gió X
Hình 6-14: Gió Y
1.7.4.Xác định nội lực
1.7.4.1. Dầm nắp và dầm đáy
Hình 6-15: Biều đồ mơmen dầm đáy và dầm nắp cạnh dài
Hình 6-16: Biểu đồ mơmen dầm đáy và dầm nắp phương cạnh
ngắn
1.7.4.2. Dầm phụ nắp và dầm phụ đáy
Hình 6-17: Biểu đồ mômen dầm phụ nắp và dầm phụ nắp
phương cạnh ngắn
Hình 6-18: Biểu đồ mơmen dầm phụ nắp và dầm phụ đáy
phương cạnh dài
1.7.5. Tính tốn cốt thép dọc
Với bê tơng B30 và cốt thép CB240-T, CB400-V có: ξ R , R được tính tốn tương tự
theo mục 5.6.1
Cốt thép CB240-T: ξ R = 0.615; α R = ξ R (1- 0.5ξ R ) = 0.426
Cốt thép CB400-V: ξ R = 0.533; α R = ξ R (1- 0.5ξ R ) = 0.39
Tính:
m
M
1 1 2 m R
R b bh o2
Diện tích cốt thép dọc cần thiết:
A s
R b bh o
RS
Hàm lượng thép:
+ Cốt thép CB240-T (ϕ6-ϕ8): min 0.1% t max 3%
+ Cốt thép CB400-V (ϕ10-ϕ50): min 0.1% t max 2.6%
Chọn a = abv – ϕ/2 là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bề mặt bê tông chịu
kéo.
Chọn a bv 25 (mm)
Với h = 150 (mm), b = 1000 (mm), abv = 25 (mm), h0 = h – a = h – (abv + ϕ/2)