tính toán hồ nước mái

TÍNH TOÁN HỒ NƯỚC MÁI
-------------------I.TỔNG QUAN:
- Nước là một nhu cầu không thể thiếu cho nhu cầu sinh hoạt của con người. Do đó
đáp ứng đày đủ lượng nước phục vụ cho sinh hoạt và phòng cháy là điều kiện cơ bản
cho bất cứ một công trình kiến trúc nào,đặt biệt là nhà cao tầng thì càng được chú
trọng hơn.
- Công trình sử dụng nước máy kết hợp với nước ngầm nhằm đáp ứng tốt nhất nhu
cầu của người sử dụng. Do đó trong công trình có thiết kế bể nước ngầm và bể nước
mái nhằm tích trữ được một lượng nước nhằm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt khi xảy
ra mất nước.
-Nước được lấy từ hệ thống cấp nước của thành phố dẫn vào bể nước ngầm, sau đó
dùng máy bơm đưa nước lên bể nước mái để cung cấp cho toàn bộ nhu cầu. Đồng thời
còn xây dựng bể nước ngầm nhằm chứa nước thải để xử lí trước khi thải ra hệ thống
cống của thành phố.
-Do thời gian hạn chế nên không thể tính cả bể nước ngầm và bể nước mái nên chỉ
chọn bể nước mái để tính toán.
- Bể nước mái là kết cấu bê tông đổ toàn khối gồm có : thành bể , đáy bể, nắp bể,
các hệ dầm đáy bể.
Toàn bộ hệ dầm đáy đặt lên hệ cột cách sàn mái 1.2m. kích thước cột chọn sơ bộ
0.3mx0.3m

SVTH: LÊ THANH TRÚC - MSSV: 09XD0001
GVHD: TS. PHAN THIỆU HUY


II.LỰA CHỌN TIẾT DIỆN CÁC CẤU KIỆN
1.Bản nắp
Ô sàn có kích thước: S1= 5 x 5(m) => sàn làm việc 2 phương.
Chọn hb theo công thức kinh nghiệm:hb
Vậy ta chọn chiều dày bản nắp hb = 10cm.

=

2.Bản thành: chiều cao bản thành là 1.5m
Chọn chiều dày bản thành theo điều kiện: hb
Vậy ta chọn chiều dày bản thành: hb = 12cm.
3.Bản đáy: cách sàn sân thượng 120cm.
Ô sàn có kích thước: S1= 5 x 5(m) => sàn làm việc 2 phương.
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 cầu chống nứt, chống thấm. Vậy sơ bộ ta chọn chiều dày bản đáy
hb = 14(cm).
4.Dầm nắp và dầm đáy bể
Dầm nắp có kích thước DN (20x30)cm.
Dầm đáy có kích thước DD(20x45)cm.
Cột: Sơ bộ chọn cột có kích thước C(30x30)cm.
VẬT LIỆU SỬ DỤNG
-

Bê tông cấp đô bền B22.5 có các đặc trưng sau:
 Cường độ nén dọc trục: Rb

13(MPa).

 Cường độ kéo dọc trục: Rbt

1,0(MPa).

SVTH: LÊ THANH TRÚC - MSSV: 09XD0001
GVHD: TS. PHAN THIỆU HUY

 Mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông khi nén và kéo: Eb

28.5x103(MPa).

Cốt thép sử dụng có các đặc trưng sau:

-

 Thép AII (∅

8): Rs = Rsc



Thép AI (∅ <8): Rs = Rsc



Mô đun đàn hồi của thép Es

280(MPa); Rsw

225(MPa).

225(MPa); Rsw

175(MPa.

21x104(MPa).

III.XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG VÀ TÍNH CỐT THÉP
1. Bản Nắp
1.1. Tĩnh tải của bản nắp
Bảng 7.1 Các lớp cấu tạo bản nắp
Thành phần

Chiều dày
(m)

Tải tiêu chuẩn
(kN/m3)

Hệ số
an toàn

Tải tính toán
gtt(kN/m2)

Lớp vữa xi măng

0.02

18

1.2

0.432

Sàn bê tông cốt thép

0.1

25

1.1

2.75

Vữa trát chống thấm

0.015

18

1.2

0.324

Tổng

3.506

1.2. Hoạt tải
Hoạt tải: do nắp bể không có mục đích sử dụng khác nên chọn hoạt tải là hoạt tải
sửa chữa: p =75(daN/m2); với hệ số vượt tải n = 1,3.
Ptt = Ptc . n = 75 x 1.3 = 0,975 (kN/m2)
1.3.Sơ đồ tính bản nắp:

Bản nắp có
=> bản làm việc 2 phương

ô bản tính như bản kê 4 cạnh

ngàm (vì

)

liên kết với DN1, DN2
SVTH: LÊ THANH TRÚC - MSSV: 09XD0001
GVHD: TS. PHAN THIỆU HUY


1.4. Xác định nội lực bản nắp
Ô bản nắp thuộc ô bản số 9.Tính toán theo ô bản đơn, dùng sơ đồ đàn hồi.
Cắt 1 dải bản có bề rộng là 1m theo phương cạnh ngắn và cạnh dài để tính toán.
Nhịp tính toán là khoảng cách giữa hai trục dầm.
Tổng tải trọng tác động lên đáy bể là : q = 3,506 + 0,975= 4,481 (kN/m2).

Momen dương giữa bản:

Momen âm ở gối:

Mnhịp=

Mgối =

=

=

= 4,67 (kN.m)

= 9,34 (dkN.m)

1.5. Tính thép:
Ô bản nắp được tính như cấu kiện chịu uốn.
Chọn a = 15mm, h0 = 100 – 15 = 85mm
Với

=0.9

;

b = 1000mm;

- Công thức sử dụng:

;
;
Bảng 3.1: Tính toán thép bản nắp bể nước
Kí
hiệu

M
(kN.m)

h0
(cm
)

Mnhịp

4,67

8,5

0,055

Mgối

9,34

8,5

0,072

Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

As tính
(cm2)

Chọn thép

0,057

252

∅8a150

%
335 0,39

0,075

332

∅8a150

335 0,39

μ hợp lý = ( 0,3 – 0,9 )

SVTH: LÊ THANH TRÚC - MSSV: 09XD0001
GVHD: TS. PHAN THIỆU HUY

As chọn
(cm2)


Cốt thép gia cường cho lỗ thăm 600x600 mm lấy lớn hơn diện tích thép đã bỏ đi của lỗ
thăm:
Fgc =0,6 (A gối + Anhịp )= 8,04 cm2
Chọn thép gia cường là 4Φ16có Fgc = 8,04 cm2 bố trí cho mỗi phương 2 thanh , đoạn
neo là:
lneo≥ 30d = 30x16 = 480 mm.
2. Bản Thành
2.1. Tĩnh tải của bản thành
Bảng 7.2 Các lớp cấu tạo bản thành
Thành phần

Chiều dày

(m)

Tải tiêu chuẩn
(kN/m3)

Hệ số
an toàn

Tải tính toán
gtt(kN/m2)

Lớp vữa xi măng

0.02

18

1.2

0.432

Bản bê tông cốt thép

0.12

25

1.1

3.30

Vữa trát chống thấm

0.015

18

1.2

0.324

Tổng

4.056

2.2. Áp lực nước
Áp lực thủy tĩnh tác động vào bản thành được tính như sau:
pn = n. n.h = 1.2 x 10 x 1.5 = 18 kN/m2
2.3. Áp lực gió tĩnh: phân bố theo bề rộng mặt đón gió của bể nước mái công trình
được tính như sau:
Wtt = W0 . n . C. k . B (kG/m)
Trong đó:
+ Wo: giá trị áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng. Công trình xây dựng ở
Huyện Tân Thạnh tỉnh Long An vực nên thuộc vùng II.A có Wo= 0,83(kN/m2).
+ C: hệ số khí động, xác định bằng cách tra bảng 6.
Phía đón gió : C= +0,8.
Phía khuất gió: C= -0,6.
+ K: hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao.
+ n: hệ số độ tin cậy của tải trọng gió lấy bằng 1,2.
+ B: bề rộng mặt đón gió

Bảng 7.3 Áp lực gió theo phương OX & OY

SVTH: LÊ THANH TRÚC - MSSV: 09XD0001
GVHD: TS. PHAN THIỆU HUY


+ Chịu áp lực nước và gió hút
tại cao trình nắp hồ nước:
q1tt = b.Whtt = 1.82 kN/m
tại cao trình đáy hồ nước
q1tt =b.Pntt + b.Whtt = 18 + 1.82 = 19.82 kN/m;
+hồ không có nước và gió đẩy
tại cao trình nắp hồ nước:
q2tt = b.Wđtt = 2.53 kN/m
tại cao trình đáy hồ nước:
q2tt = b.Wđtt = 2.43 kN/m
- So sánh :
q1 >> q2 => tính nội lực cho q1

2.4.Sơ đồ tính và tải trọng bản thành:
Xét các tỉ số cạnh dài trên cạnh ngắn:
Trục 1-2 và C-D:
=> Bản một phương
-Biểu đồ lực cắt và moment của bản thành:

-Dùng phương pháp cơ học kết cấu giải nội
lực cho từng trường hợp tải kết quả được
tóm ta:

M nhịp =

2.5.Tính cốt thép:

= 1.5 kN.m ;

Ô bản thành được tính như cấu kiện chịu uốn.
Chọn a = 15mm, h0 = 120 – 15 = 105mm
- Công thức sử dụng:

;
Với

γb = 0.9

;

;
b = 1000mm

SVTH: LÊ THANH TRÚC - MSSV: 09XD0001
GVHD: TS. PHAN THIỆU HUY

M gối =

= 7,3 kN.m


Vị trí M(KN.m)

a
2

(mm2)

(mm )

Nhip

1.5

0,012

0,012

84

8

200

252

0,24

Gối

7.3

0,057

0,059

414

8

120

419

0,4

Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

μ hợp lý =( 0,3 – 0,9 )

3.Bản Đáy
3.1. Tĩnh tải của bản đáy
Bảng 7.4 Các lớp cấu tạo bản đáy
Tải tiêu chuẩn (kN/m2)
18
20
25
18

3.2. Hoạt tải nước:
Áp lực thủy tĩnh được tính như sau:
pn = n. n.h = 1.2 x 10 x 1.5 = 18 kN/m2
3.3.Sơ đồ tính bản đáy:

Bản đáy có

=> bản làm việc 2 phương
ô bản tính như bản kê 4 cạnh

SVTH: LÊ THANH TRÚC - MSSV: 09XD0001
GVHD: TS. PHAN THIỆU HUY


ngàm (vì

)

liên kết với DD1, DD2

3.4. Xác định nội lực bản đáy
Ô bản đáy thuộc ô bản số 9.Tính toán theo ô bản đơn, dùng sơ đồ đàn hồi.
Cắt 1 dải bản có bề rộng là 1m theo phương cạnh ngắn và cạnh dài để tính toán.
Nhịp tính toán là khoảng cách giữa hai trục dầm.
Tổng tải trọng tác động lên đáy bể là : q =5,26 + 18= 23,26 (kN/m2).

Momen dương giữa bản:

Momen âm ở gối:

Mnhịp=

Mgối =

=

=

= 13,29(kN.m)

= 26,6 (dkN.m)

3.5. Tính thép:
Ô bản đáy được tính như cấu kiện chịu uốn.
Chọn a = 15mm, h0 = 140 – 15 = 125mm
Với

=0.9

;

b = 1000mm;

- Công thức sử dụng:

;
;
Bảng 3.1: Tính toán thép bản đáy bể nước
Kí
hiệu

M
(kN.m)

h0
(cm
)

Mnhịp

6,05

12,5

0,073

Mgối

9,34

12,5

0,146

As tính
(cm2)

Chọn thép

0,076

494

∅12a200

566

%
0,45

0,159

1024

∅12a100

1028

0,82

SVTH: LÊ THANH TRÚC - MSSV: 09XD0001
GVHD: TS. PHAN THIỆU HUY

As chọn
(cm2)


Kim tra hm lng ct thộp:

hp lý =( 0,3 0,9 )

Kieồm tra voừng baỷn ủaựy:

ụ bn cú tit dờn (5 x 5 m )

iu kin m bo vừng :
vừng ca bn ngm 4 cnh c xỏc nh theo cụng thc (betong 3 vừ bỏ

tm )
-

Trong ú : h s ph thuc vo t s
l2/l

tra bng sau

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

0.00

0.0

0.00

0.00

0.00

0.002

0.002

0.00

0.002

0.002

0.00

126

015

172

191

207

20

30

238

45

49

254

1


Ta c = 0,0026 , q = 23,26 kN/m2 , l = 5 m

cng tr , Eb = 2,7.105 daN/cm2 , h = 12,5 cm , à = 0,2

SVTH: Lấ THANH TRC - MSSV: 09XD0001
GVHD: TS. PHAN THIU HUY


Độ võng ô bản :

< [f] =

Kết luận: Theo kết quả tính toán trong bảng trên, hàm lượng cốt thép chọn thỏa yêu

cầu.
Thép phân bố cấu tạo chọn φ6a250.
Tại vị trí tiếp giáp giữa bản thành và bản đáy có xuất hiện giá trị momen M t người
ta gọi là hiệu ứng biên.Thông thường già trị M t này rất nhỏ nên cốt thép thường đặt
theo cấu tạo là đủ ,do đó chọn

12a100

Hình 7.3 Hiệu ứng biên

d12a100
Với x=
để tiện cho thi công chọn x=0.3m
4.Tính toán dầm

Dầm nắp: DN
Tải trọng tác dụng lên dầm:
-Trong lượng bản thân dầm 20x30cm
gbt = n .b.(hd – hb).γb = 1,1.0,2.(0,3 – 0,10).25 = 1,1 (kN/m).
-Do nắp truyền vào có q =4,481kN/m2
SVTH: LÊ THANH TRÚC - MSSV: 09XD0001
GVHD: TS. PHAN THIỆU HUY


qbn =

với :

=> qbn =
Tổng tải trọng:

Sơ đồ tính và nội lực :

Dầm đáy: DD
Tải trọng tác dụng lên dầm:
-Trong lượng bản thân dầm 20x45cm
gbt = n .b.(hd – hb).γb = 1,1.0,2.(0,45 – 0,14).25 = 1,71 (kN/m).
-Do đáy truyền vào có q =23,26 kN/m2

qbn =

với :

=> qbn =
-Do trọng lượng thành hồ tác dụng vào: chọn sơ bộ thành hồ dày 0.12m, thành hồ cao
1.5m: gthanh = 1.1x0.12x1.5x2500= 495(daN/m).
Tổng tải trọng:

q1= gbt + qbn + gthanh= 1,71 + 36,34 + 4,95=43 (kN/m).

Sơ đồ tính và nội lực :
SVTH: LÊ THANH TRÚC - MSSV: 09XD0001
GVHD: TS. PHAN THIỆU HUY


;
4.1.Tính toán cốt thép cho dầm nắp (20x30cm)
Chọn a=3cm → ho =30-3 = 27cm

Diện tích cốt thép:

Chọn thép cấu tạo : 4φ12 (Aschon=452,4 mm2)
Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

c.Tính toán cốt đai
- Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông:
Qgối = 22.9(kN)
- Xét điều kiện: ϕb3(1 + ϕf + ϕn)Rbtbho = 0,6 x (1 + 0 + 0) x 10 x20x27
= 3240(daN) =32.4(kN)
Vậy Qmax = 20.25(kN) < ϕb3(1 + ϕf + ϕn)Rbtbho = 32.4(kN), bê tông đủ khả năng chịu
cắt, cốt đai chọn theo cấu tạo. Chọn đai φ 6, đai 2 nhánh. Bước đai:

→Chọn s = 150mm bố trí trong đoạn 1/4 đoạn đầu dầm.
- Đoạn dầm giữa nhịp, bước đai chọn theo cấu tạo:

→Chọn s = 200mm bố trí trong đoạn còn lại của dầm.
3.4.2.Tính toán cốt thép dầm đáy(20x45cm)
SVTH: LÊ THANH TRÚC - MSSV: 09XD0001
GVHD: TS. PHAN THIỆU HUY


- Chọn a=3cm → ho =45-3 = 42cm

- Diện tích cốt thép:

Chọn : 4φ18 (Aschon=1018 mm2)
- Kiểm tra hàm lượng cốt thép:

c.Tính cốt đai:
- Kiểm tra khả năng chịu cắt của bê tông:
Qgối = 123.8(kN). Xét: ϕb3(1 + ϕf + ϕn)Rbtbho = 0,6 x (1 + 0 + 0) x 10 x20x42

= 4680(daN)=46.8kN
Vậy Qmax = 107(kN) > ϕb3(1 + ϕf + ϕn)Rbtbho = 46.8(kN), bê tông không đủ khả năng
chịu cắt phải tínhcốt đai: Chọn đai φ 6, đai 2 nhánh.
- Vùng gần gối tựa:
stt =

RswnAs φb2(1+φf+φn)γbRbtbho2

=
= 0.145m =145mm

smax =

φb4(1+φf+φn)γbRbtbho2

=

SVTH: LÊ THANH TRÚC - MSSV: 09XD0001
GVHD: TS. PHAN THIỆU HUY


s = min(stt ,smax,sct)
→Chọn s = 100mm bố trí trong đoạn 1/4 đoạn đầu dầm.
 Đoạn dầm giữa nhịp, bước đai chọn theo cấu tạo:

→Chọn s = 200mm bố trí trong đoạn còn lại của dầm.
* Kiểm tra khả năng chịu cắt của cốt đai và bêtông:

Hệ số
=2 đối với bê tông nặng

Rbt =1.0 :cấp độ bền chịu kéo dọc trục của bêtông ( bê tông nặng).
Qwb=1670KN > Q= 107KN (thỏa)
*Kiểm tra khả năng chống nén vỡ của bê tông:

Cốt đai bố trí đủ chịu lực cắt
5.Tính toán cột hồ nước
- Phản lực gối tựa dầm nắp: DN

SVTH: LÊ THANH TRÚC - MSSV: 09XD0001
GVHD: TS. PHAN THIỆU HUY


- Phản lực gối tựa dầm đáy: DD
- Do trọng lượng bản thân của cột :
Gcột = 0,3.0,3.(1,5+1,2).25.1,1 = 6,68 kN
- Tống lực nén N = 20,25 + 107,5 + 6,68 = 134 kN
-Đề đơn giản trong tính toán và xem kết quả gần đúng ta xem cột như một cấu kiện
chịu nén đúng tâm và bỏ qua mômen do tải trọng gió. Chọn tiết diện ngang của cột là
300 x 300, bố trí 4φ16( A’s= 8,04 cm2)
- Kiểm tra khả năng chịu lực của cột:
[N] = ±ϕ(AbRb + AsRs ) = (30 x 30 x 130 + 8,04 x 2800)x10-2 = 1395(kN).
Kết luận: vì N = 134(kN) << [N] nên cột hồ nước đã đủ khả năng chịu lực.
Cốt đai cột: sử dụng đai φ6a200.
IV.KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN CHÔNG NỨT
Theo TCVN 5574 bảng 1 qui định về cấp chống nứt và bề rộng khe nứt giới
hạn thì hồ nước mái sẽ có cấp chống nứt là cấp 3 và bề rộng khe nứt giới hạn là [a n] =
0,2mm.
Cơ sở lý thuyết: theo TCVN 356 – 2005, mục 7.2.2 bề rộng khe nứt được xác
định theo công thức:

Trong đó:

- Hệ số lấy đối với:
 Cấu kiện chịu uốn, nén lệch tâm: 1.0
 Cấu kiện chịu kéo: 1.2









- Hệ số, lấy khi có tác dụng của tải trọng tạm thời ngắn hạn và tác dụng
ngắn hạn của tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời dài hạn: 1,2
η - Hệ số, lấy như sau:
Với cốt thép thanh có gờ: 1,0
Với thanh thép tròn trơn: 1,3
Với cốt thép sợi có gờ hoặc cáp: 1,2
Với cốt thép trơn: 1,4
d: đuờng kính cốt thép.
: Hàm lượng cốt thép.

SVTH: LÊ THANH TRÚC - MSSV: 09XD0001
GVHD: TS. PHAN THIỆU HUY


: Ứng suất của thanh cốt thép S ngoài cùng được tính theo công thức:



Trong đó:
 M: mô men tiêu chuẩn tác dụng trên thành hồ trong 1m chiều rộng.
 As: diện tích cốt thép.
 z: Khoảng cách từ trọng tâm diện tích cốt thép S đến điểm đặt của hợp lực

trong vùng chịu nén của tiết diện bê tông phía trên vết nứt được xác định
như sau:

 h’f = 0.
 ξ: Chiều cao vùng chịu nén tương đối của bêtông

:hệ số phụ thuộc cánh chịu nén:



=0

→
.

hàm lượng cốt thép.
Bảng 7.9 Kết quả tính toán bề rộng khe nứt hồ nước mái

SVTH: LÊ THANH TRÚC - MSSV: 09XD0001
GVHD: TS. PHAN THIỆU HUY


Ô bản đáy

Các đặc trưng
ậy

5m x 5m

Ô bản thành
V

h = 1.5m
Nhịp

Gối

Rb(daN/cm2)

130

130

130

Eb(daN/cm2)

285E+03

285E+03

285E+03

Es(daN/cm2)

2,10E+05

2,10E+05

b (cm)

100

100

100

h (cm)

14

12

12

ho (cm)

12

10.5

10.5

As (cm2)

5,66

2.52

4.19

µ(%)

0.45

0.24

0.4

M(daN.m)

605

150

730

d(mm)

12

8

8

φ1

1.2

1.2

1.2

η

1

1.3

1

ξ

0.071

0.043

0.067

δ

1

1

1

acrc(mm)

0.170

0.162

0.179

[acrc]=0.2mm

Thỏa

Thỏa

Thỏa

bản thành và bản đáy đã đảm bảo về điều kiện chống nứt.
*Kết luận: bể nước mái với các tiết diện đã chọn như trên thì đảm bảo điều kiện chịu
lực,hiệu quả và hợp lý.

SVTH: LÊ THANH TRÚC - MSSV: 09XD0001
GVHD: TS. PHAN THIỆU HUY