Thuyết minh tính toán bể nước mái

THIẾT KẾ BỂ NƯỚC MÁI
Trong một công trình nhà cao tầng, việc cung cấp nước có vai trò hết sức quan trọng.
Các bể nước đóng vai trò chủ đạo trong việc cung cấp và xử lí nước. Công trình gồm
hai loại bể nước:
 Bể nước đặt ở tầng hầm nhận nước từ hệ thống cấp nước của thành phố và bơm lên
bể nước mái.
 Bể nước mái cung cấp nước cho toàn bộ công trình.
Chọn tính toán bể nước mái.
1.1 KÍCH THƯỚC, GIẢI PHÁP KẾT CẤU VÀ PHÂN LOẠI
1.1.1 Kích thước bể:
Tính toán dung tích bể theo nhu cầu dùng nước của công trình
 Số người dùng nước tính toán:

N = 900

(người)
qtb = 15
 Tiêu chuẩn cấp nước nhà văn phòng là
(lít/người/ngày đêm)
 Hệ số không điều hòa ngày dùng nước lớn nhất

K ngd− max = 1,2

a = 10%

 Hệ số xét đến dịch vụ:
 Lượng nước dự phòng chữa cháy trong 10 phút là 2,5(l/s), lưu lượng nước chữa

Qdpc =

2,5× 10× 60

= 1,5(m3 / ngd)
1000

cháy là:
 Lưu lượng nước cấp trong 1 ngày đêm:
900× 15× 1,2
Qo = Qsh + Qdv + Qdpc = 1,1× (
) + 1,5 = 19,32(m3)
1000
 Chọn bơm nước lên bể hai lần trong ngày, ta có dung tích bể cần thiết:

Q b = 0,6× (19,32 − 1,5) + 1,5 = 12,19(m3)
 Chọn kích thước lọt lòng đáy bể:

3,85(m)

+

Dài
3,4(m)

Rộng
 Chiều cao cột nước hữu ích:
12,19
H=
= 0,93 ≈ 1(m)
3,4× 3,85
+

KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

Page 1


Chọn chiều cao bể:
hb = H + hc + hd = 1 + 0,1 + 0,2 = 1,3(m)

Với

hd

là chiều cao dềnh nước.

1.1.2 Vị trí đặt bể:
Bể được đặt tại vị trí phía trên của cầu thang bộ, vị trí trục (6-6a)-(D-E)
1.1.3 Giải pháp kết cấu:
Bể đổ toàn khối, được đặt trên hệ dầm, cột. Nắp bể có lỗ thăm, kích thước
600x600(mm).

Hình 4.1: Mặt cắt bể nước mái
1.1.4 Vật liệu sử dụng:
1.1.4.1 Bê tông
Sử dụng bê tông B25, các thông số tính toán:

Rb = 14,5( Mpa)

;

Rbt = 1,05( Mpa )

;

Eb = 30000( Mpa )

1.1.4.2 Cốt thép

Ø < 10

Cốt thép loại AI (
):
Rs = 225(MPa ) Rsc = 225( MPa ) Rsw = 175( MPa ) Es = 210000( MPa )
;
;
;

KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

Page 2


Cốt thép loại AII (

Ø ≥ 10

):

Rs = 280(MPa ) Rsc = 225( MPa ) Rsw = 280( MPa) Es = 210000( MPa )
;
;
;

1.2 XÁC ĐỊNH SƠ BỘ KÍCH THƯỚC KẾT CẤU
1.2.1 Chọn kích thước cột:
Sơ bộ chọn kích thước cột là 300x300(mm)
1.2.2 Chọn kích thước dầm:
Bao gồm có dầm nắp và dầm đáy. Tiết diện dầm được chọn sơ bộ theo chiều dài nhịp
dầm và tải trọng.
Kích thước dầm được chọn sơ bộ trong bảng sau:
Kích thước dầm
h(mm)
b(mm)
Dn1
3500
300
200
Dầm nắp
Dn2
3950
300
200
Dd1
3500
400
200
Dầm đáy
Dd2
3950
400
200
Bảng 4.1: Kích thước dầm bể nước

Dầm

Nhịp dầm

1.2.3 Chọn kích thước bản nắp, bản thành, bản đáy:
 Chọn chiều dày bản nắp là:

hbn = 100(mm)

 Chọn chiều dày bản thành là:
 Chọn chiều dày bản đáy là:

hbt = 100(mm)

hbd = 120(mm)

1.2.4 Phân loại bể
Bể hình chữ nhật, có các kích thước:
a = 4150(mm)
 Chiều dài bể:
b = 3700(mm)
 Chiều rộng bể:
h = 1520(mm)
 Chiều cao bể:
Ta có

h < 2a

và

a < 2b

suy ra bể thuộc loại bể thấp.

1.3 TÍNH TOÁN BẢN NẮP
Bản nắp liên kết cứng với dầm nắp, tính toán theo sơ đồ đàn hồi, các kích thước bản
nắp được lấy như sau:
KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

Page 3


L1 = 3500(mm) L2 = 3950(mm) hbn = 100(mm)
,
,

Hình 4.2: Mặt bằng bản nắp
1.3.1 Tải trọng tác dụng
1.3.1.1 Tĩnh tải
Bao gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo
Các lớp cấu tạo

Trị tiêu chuẩn
gtc
(daN/m2)
10
1800
18
100
2500

250
Tổng
268
Bảng 4.2: Tĩnh tải tác dụng lên bản nắp

Chiều dày
(mm)

Vữa trát
Bản BTCT

KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

TL riêng
(daN/m3)

Hệ số
vượt
tải n
1,3
1,1

Trị tính toán
gtt
(daN/m2)
23,4
275
298,4

Page 4

1.3.1.2 Hoạt tải
Theo TCVN 2737-1995, giá trị hoạt tải sửa chữa tiêu chuẩn là:
Giá trị hoạt tải tính toán:

ptc = 75(daN / m2 )

ptt = 1,3× 75 = 97,5(daN / m2)

1.3.1.3 Tổng tải trọng tác dụng
 Tổng tải trọng tiêu chuẩn:
qtc = gtc + ptc = 268+ 75 = 343(daN / m2 )
 Tổng tải trọng tính toán:

qtt = gtt + ptt = 298,4 + 97,5 = 395,9(daN / m2)

1.3.2 Sơ đồ tính
1.3.2.1 Liên kết
Bản nắp được đổ toàn khối với dầm nắp và tỉ số giữa dầm nắp và bản nắp:

hdn 300
=
=3
hbn 100

nên ta xem liên kết giữa bản nắp với dầm nắp là liên kết ngàm.

1.3.2.2 Sơ đồ tính

 Bản nắp có 4 cạnh ngàm, tỉ số

L2 3950
=
= 1,13 < 2
L1 3500

, tính toán như ô bản 2 phương.

Chọn tính toán theo ô bản đơn. Cắt 1 dải bản có bề rộng là 1m theo phương cạnh
ngắn và phương cạnh dài để tính toán:
 Sơ đồ tính:

Hình 4.3 : Sơ đồ tính bản nắp
KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

Page 5


1.3.3 Tính nội lực
Nội lực của ô bản 2 phương được tính theo sơ đồ liên kết ngàm 4 cạnh:

M 1 = α n 9 × P (daN .m / m) M 2 = α d 9 × P (daN .m / m)
 Mô men giữa nhịp:
;
M I = β n 9 × P( daN .m / m) M 2 = β d 9 × P ( daN .m / m)
 Mô men tại gối:
;
α n9,α d9, β n9, β n9
+ Các giá trị

được tra theo sơ đồ 9(4 cạnh ngàm) (tham khảo

+

PL17 [12])
P = q× L1 × L2

- toàn bộ tải phân bố trên bản nắp

Bảng tổng hợp nội lực của bản nắp
Các thông số ô bản

Tên
ô
bản

L1
(mm
)

Bản
nắp

L2
(mm)

3500

3950

Moment
(daN.m/m)

Các hệ số

qtt
(daN/m2)

α n9 =

0,0197

M1 =

108,0
6

α d9 =

0,0155

M2 =

84,68

β n9 =

0,0456

MI =

β d9 =

0,0359

MII =

395,9

249,7
4
196,4
1

Bảng 4.3: Nội lực bản nắp
1.3.4 Tính cốt thép:
Tính toán cốt thép cho dải bản rộng 1m. Chọn lớp bảo vệ là

c = 15(mm)

, giả thiết

a = 20(mm); h0 = h − a = 100 − 20 = 80(mm)

Công thức tính toán:

αm =

M
Rbbho2

s=

bas
As

ξ = 1− 1− 2× α m

µ=

Asc
× 100%
b× ho

μhợp lí

As =

ξ Rbbh0
Rs

= (0,3÷ 0,9)%

Kết quả tính toán cốt thép
Tên

M (daN.m/m)

KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

h0

ξ

Asyc

Thép chọn

Asch
Page 6

Hàm


bản

Bản
nắp

(mm )

Ø
(mm
)

s
(mm)

(mm2)

lượng
(μ%)

2

(mm)
M1 =

108,06

80

0,0105

54,3

6

150

188,4

0,24

M2 =

84,68

80

0,0081

41,8

6

150

188,4

0,24

MI =

249,74

80

0,0245

126,2

8

200

251,2

0,31

MII =

196,41

80

0,0189

97,6

8

200

251,2

0,31

Bảng 4.4: Thép bản nắp
Cốt thép phân bố chọn Ø6s250.
1.3.5 Bố trí cốt thép
1.3.5.1 Cốt thép tăng cường lỗ thăm nắp
Cốt thép tăng cường lỗ thăm nắp lấy bằng lượng thép mất đi trong phạm vi lỗ nắp. Vị
trí lỗ ở mép dầm, ta tăng cường cả lớp trên và lớp dưới. Chọn tăng cường lớp trên là
3Ø8, lớp dưới là 3Ø8. Chi tiết gia cường được thể hiện trong bản vẽ.
1.3.5.2 Đoạn neo cốt thép
 Chiều dài đoạn neo cốt thép Lan và không nhỏ hơn lmin,

Lan = (ωan

*
lan

:

Rs
+ ∆ an )Þ
Rb

*
lan
= λanÞ

+

Cốt thép tròn trơn chịu kéo trong vùng bê tông chịu kéo:
225
Lan = (1,2
+ 11)Þ = 29,6Þ
14,5
*
lan
= 20Þ

lmin = 250mm

Với cốt thép Ø8 chọn chiều dài đoạn neo thép bản chịu kéo trong vùng bê tông chịu
kéo là 250mm.
+

Cốt thép tròn trơn chịu kéo trong vùng bê tông chịu nén:
225
Lan = (0,8
+ 8)Þ = 20,4Þ
14,5
*
lan
= 15Þ

lmin = 200mm

Với cốt thép Ø6 chọn chiều dài đoạn neo thép bản chịu kéo trong vùng bê tông chịu
nén là 200.
1.4 TÍNH TOÁN BẢN THÀNH
KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

Page 7


Do bản nắp có kết cấu dầm nắp bên dưới nên tải trọng từ bản nắp do dầm nắp chịu và
truyền vào hệ cột. Bỏ qua trọng lượng bản thân thành. Theo phương ngang, xem như
bản thành làm việc chịu uốn thuần túy dưới tác dụng của áp lực nước và tải trọng gió.
1.4.1 Tải trọng tác dụng
b = 1(m)

Cắt dải theo phương đứng có bề rộng
.
Tải trọng tác dụng lên bản thành bao gồm áp lực nước và tải trọng gió.
 Áp lực nước:
Áp lực nước tính toán được tính theo công thức:

pn = n× ω × b× h

(daN/m)

Trong đó:

ω = 1000(daN / m3)

+

Trọng lượng riêng của nước

+
+

Hệ số vượt tải với chất lỏng :
Chiều cao tính áp lực nước h. Xét trường hợp nguy hiểm nhất khi nước trong
hồ đạt cao nhất,

+

h = 1,3(m)

n= 1

. Biểu đồ áp lực nước có dạng tam giác tăng dần

theo độ sâu.
Áp lực nước tính toán lớn nhất tại đáy bể:

pn = n× ω × b× h = 1× 1000× 1× 1,3 = 1300(daN / m)

 Tải trọng gió:

Tải trọng gió tính toán được xác định theo công thức:

W = n× w0 × k × c× b

Trong đó:
+

Công trình tại thành phố Sóc Trăng tỉnh Sóc Trăng thuộc vùng áp lực gió IIw0 = 83(daN / m2 )

A, giá trị áp lực gió tiêu chuẩn
.
+ k là hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình;
công trình trong thành phố bị che chắn mạnh, thuộc dạng địa C. Cao trình

k = 1,0078

đỉnh bản thành là 46,30m, tra “Bảng 5” TCVN 2737-1995 được
c = +0,8
+ c là hệ số khi động. Với mặt thẳng đứng,
với phía đón gió và

c = −0,6

với phía khuất gió (gió hút).

KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

Page 8


+

n = 1,2

là hệ số độ tin cậy tải trọng.

Ta có giá trị tải trọng gió tính toán:
Wd = 1,2× 83× 1,0078× 0,8× 1= 80,30(daN / m)

Tải trọng gió đẩy:
Wh = 1,2× 83× 1,0078× 0,6× 1= 60,23(daN / m)
+ Tải trọng gió hút:
 Ta chọn 2 trường hợp tải nguy hiểm để tính toán:
+ Trường hợp hồ đầy nước và chịu tải trọng gió hút sẽ gây nguy hiểm cho thành
+

trong hồ.
+ Trường hợp hồ không có nước, chịu tải trọng gió đẩy gây nguy hiểm cho
thành ngoài.
1.4.2 Sơ đồ tính:
 Liên kết bản thành với dầm đáy và với cột xem là liên kết ngàm. Vì khi thi công thi
công bản thành xong tạo mạch ngừng ở đáy dầm nắp, dầm nắp và bản nắp thi công
sau, nên liên kết bản thành với dầm nắp xem là liên kết khớp.
 Xét hai bản thành (1300x3400) và (1300x3850) là các bản 1 phương. Cắt dải bản
rộng 1m theo phương cạnh ngắn để tính toán.Sơ đồ tính trường hợp hồ đầy nước và
chịu tải trọng gió hút:

Hình 4.4: Sơ đồ tính trường hợp hồ đầy nước và chịu tải trọng gió hút (daN/m)
 Sơ đồ tính trường hợp hồ không có nước, chịu tải trọng gió đẩy:

KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

Page 9


Hình 4.5: Sơ đồ tính trường hợp hồ không có nước, chịu tải trọng gió đẩy
(daN/m)
1.4.3 Tính nội lực:
Mô men trong bản thành được tính toán theo phương pháp cộng tác dụng nội lực do
các trường hợp tải trọng gây ra. Vì hệ là siêu tĩnh, nên ta sử dụng bảng tra các công
thức tính nội lực có sẵn theo “ Bảng 4- Sổ tay thực hành kết cấu công trình-PGS-PTS
Vũ Mạnh Hùng”.
1.4.3.1 Nội lực tính toán của bản thành trường hợp hồ đầy nước và chịu tải trong gió
hút
 Chịu áp lực nước:

Hình 4.6: Mô men bản thành chịu áp lực nước
KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

Page 10


 Chịu tải trọng gió hút:

Hình 4.7: Mô men bản thành chịu tải trọng gió hút
 Cộng tác dụng thành phần nội lực:

+ Mô men tại ngàm:

WhL2 pnL2
Mng = −(
+
)=
8
15
60,23× 1,32 1300× 1,32
= −(
+
) = −159,19(daN.m)
8
15
+

Mô men lớn nhất tại nhịp:

x = 0,553× L = 0,553× 1300 = 719(mm)

Lấy giá trị gần đúng tại vị trí
x = 719(mm)
với
tính từ mép gối dưới.
KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

Page 11


WhL2 pnL2 60,23× 1,32 1300× 1,32

Mmax =
+
=
+
= 72,28(daN.m)
14,77 33,6
14,77
33,6
1.4.3.2 Nội lực tính toán của bản thành trường hợp hồ không có nước và chịu tải
trong gió đẩy
Chịu tải trọng gió đẩy

Hình 4.8: Mô men bản thành chịu tải trọng gió đẩy

 Mô men tại ngàm:

WdL2
80,30× 1,32
Mng = −
=−
= −16,96(daN.m)
8
8
Mmax =

 Mô men lớn nhất tại nhịp:

9WdL2 9× 80,30× 1,32
=
= 9,54(daN.m)

128
128

Qua kết quả tính toán nội lực của 2 trường hợp ta thấy nội lực của bản thành trường
hợp hồ đầy nước và chịu tải trong gió hút lớn hơn nhiều so với nội lực bản thành
trường hợp hồ không có nước và chịu tải trong gió đẩy. Vì vậy ta chọn trường hợp hồ
đầy nước và chịu tải trong gió hút để lấy nội lực và thiết kế bố trí thép cho cả 2 bên
trong và ngoài bản thành.
Các giá trị nội lực dùng để tính toán thiết kế thép cho bản thành:
Mng = −159,19(daN.m)

Mô men tại ngàm:
Mmax = 72,28(daN.m)
+ Mô men tại nhịp:
1.4.4 Tính cốt thép bản thành
1.4.4.1 Công thức tính toán
+

KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

Page 12


Từ các giá trị nội lực đã có, ta tính được diện tích cốt thép chịu uốn (cốt thép dọc) trên
dải 1m, chỉ bao gồm 1 lớp (1 bên của bản thành). Sau đó ta bố trí cho phía lớp còn lại
của bản thành.
Chọn lớp bảo vệ là .
a = 20(mm); h0 = h − a = 100 − 20 = 80(mm)

Giả thiết

Công thức tính toán:

αm =

M
Rbbho2

s=

bas
As

As =

ξ = 1− 1− 2× α m

µ=

Asc
× 100%
b× ho

μhợp lí

ξ Rbbh0
Rs

= (0,3÷ 0,9)%

1.4.4.2 Kết quả tính toán cốt thép dọc

h0
(mm
)

Moment
(daN.m)

αm

ξ

Asyc
(mm2
)

Thép chọn
Ø

a(mm)

0,007
39,7
8
200
7
0,017
Mg= 159,19
80
89,7
8

200
4
Bảng 4.5: Thép bản thành
Chọn cốt thép phân bố là Ø6s250
Mn=

72,28

80

0,007
8
0,017
2

Asch
(mm2)

Hàm lượng
thép (μ%)

251,2

0,31

251,2

0,31

1.4.5 Bố trí cốt thép

 Chiều dài đoạn neo cốt thép Lan và không nhỏ hơn lmin,

Lan = (ωan

*
lan

:

Rs
+ ∆ an )Þ
Rb

*
lan
= λanÞ

Với cốt thép Ø8 là thép tròn trơn, chiều dài đoạn neo cốt thép chịu kéo trong vùng bê
tông chịu kéo:
225
Lan = (1,2
+ 11)Þ = 29,6Þ
14,5
*
lan
= 20Þ

lmin = 250mm

Chọn chiều dài đoạn neo thép bản trong vùng bê tông chịu kéo là 250mm .

1.4.6 Kiểm tra nứt bản thành
Cắt dải thành có bề rộng 1 m theo phương đứng thành để tính toán kiểm tra nứt cho
bản thành, xem như một dầm siêu tĩnh một đầu ngàm một đầu khớp, tiết diện
KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

Page 13


b = 1000(mm), h = 100(mm), L = 1300(mm)

. Chọn lớp bảo vệ dầm

c = 15(mm)

, ta có

h0 = 81(mm)

a = a, = 19(mm)

, ta có
.
Ta tính toán kiểm tra nứt tại hai vị trí có mô men lớn nhất của bản thành là vị trí tại
x = 0,553× L = 0,553× 1300 = 719(mm)
ngàm với dầm đáy và ở nhịp tại
tính từ mép
gối dưới.
1.4.6.1 Công thức tính toán
 Điều kiện để cấu kiện không hình thành khe nứt:
M ≤ Mcrc

, với M tính đối với tải trọng tiêu chuẩn toàn phần.
Mcrc = Rbt,serWpl

Trong đó giá trị mô men chống nứt:

Với:

'
2(I bo + α I so + α I so
)
Wpl =
+ Sbo
h− x

là mô men kháng uốn của tiết diện đối với thớ

chịu kéo ngoài cùng có xét đến biến dạng không đàn hồi của bê tông vùng chịu kéo.

+

+

b(h − x)2
Sbo =
2

: mô men tĩnh lấy đối với trục trung hòa của diện tích vùng bê

tông chịu kéo,

bx3
I bo =
3
: mô men quán tính đối với trục trung hòa của diện tích vùng bê
tông chịu nén,

+

I so = As(h − x − a)2

: mô men quán tính đối với trục trung hòa của diện tích cốt

thép chịu kéo,
+

'
I so
= As' (x − a' )2

mô men quán tính đối với trục trung hòa của diện tích cốt

thép chịu nén,
+

x

là chiều cao của vùng chịu nén

x = ξ ho

, tiêu chuẩn thiết kế cho phép xác

định chiều cao tương đối của vùng chịu nén

ξ

trong trường hợp tiết diện chữ

nhật:

KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

Page 14


a,
bh + 2(1− )α As'
x
h
ξ = = 1−
ho
2Ared
a, a,
,
lần lượt là khoảng cách từ mép cấu kiện
đến trọng tâm cốt thép chịu keo, chịu nén.
Ared = bh + α ( As + A )
'
s

Với
: diện tích tiết diện quy đổi;
1.4.6.2 Tính toán kiểm tra nứt
 Tải trọng tiêu chuẩn:
+ Giá trị áp lực nước tiêu chuẩn lớn nhất tại đáy bể:

α=

Es
Eb

pntc = ω × b× h = 1000× 1× 1,3 = 1300(daN / m)
Giá trị tải trọng gió tiêu chuẩn:

+

W tch = 83× 1,0078× 0,6× 1 = 50,19(daN / m)

Tải trọng gió hút:
 Giá trị mô men đối với tải trọng tiêu chuẩn toàn phần
+ Tại ngàm:
W tch L2 pntcL2
50,19× 1,32 1300× 1,32
Mng = −(
+
) = −(
+
) = −157,07(daN.m)
8
15

8
15
x = 719(mm)

Tại nhịp (
):
tc 2
tc 2
Wh L pn L 50,19× 1,32 1300× 1,32
Mnh =
+
=
+
= 71,13(daN.m)
14,77 33,6
14,77
33,6

+

 Tính giá trị mô men chống nứt:

Cốt thép được bố trí đều cho 2 lớp của bản thành nên các vị trí gối và nhịp đều có
chung 1 giá trị mô men chống nứt.
Tính

+

x

:

Ared = bh + α (As + As' ) = 1000× 100 + 7× (251,2 + 251,2) = 103517(mm2 )

∗

α=
∗

Với

ξ=

x
= 1−
ho

:

Es 21× 10
=
=7
Eb 3× 109
9

a,
19
)α As'
1000× 100 + 2(1−
)× 7× 251,2

h
100
= 1−
= 0,503
2Ared
2× 103517

bh + 2(1−

KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

Page 15


x = ξ ho = 0,503× 81= 41(mm)
+

Tính

I bo

:

bx3 1000× 413
I bo =
=
= 22973667(mm4 )
3
3

+

Tính

I so

:

I so = As × (h − x − a)2 = 251,2× (100 − 41− 19)2 = 401920(mm4)

+

Tính
I

+

'
so

'
I so

:

= A (x − a' )2 = 251,2× (41− 19)2 = 121581(mm4 )
'
s

Tính

Sbo

:
b× (h − x)2 1000× (100 − 41)2
Sbo =
=
= 1740500(mm3)
2
2
Wpl

+

+

Tính

:
'
2(I bo + α I so + α I so
)
Wpl =
+ Sbo
h− x
2× (22972967 + 7× 401920 + 7× 121581)
=
+ 1740500 = 2643465(mm3)
100 − 41
Mcrc

giá trị mô men chống nứt:
1,6
Mcrc = Rbt,serWpl = −5 × 2643465× 10−9 = 423(daN.m)
10

Giá trị mô men tiêu chuẩn toàn phần bé hơn giá trị mô men chống nứt:
Mng = 157,07(daN.m) Mcrc = 423(daN.m)

<

Mmax = 71,13(daN.m) Mcrc = 423(daN.m)
<

Vậy bản thành không bị nứt.
1.5 TÍNH TOÁN BẢN ĐÁY
Bản đáy liên kết cứng với dầm đáy, tính toán theo sơ đồ đàn hồi, các kích thước bản
đáy được lấy như sau:

KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

Page 16


L1 = 3500(mm) L2 = 3950(mm) hbd = 150(mm)
,
,

Hình 4.9 : Mặt bằng bản đáy
1.5.1 Tải trọng tác dụng:

1.5.1.1 Tĩnh tải
Bao gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo
Các lớp cấu tạo

Trị tiêu chuẩn
gtc
(daN/m2)
10
2000
20
30
1800
54
10
2000
20
120
2500
300
10
1800
18
Tổng
412
Bảng 4.6: Tĩnh tải tác dụng lên bản đáy

Chiều dày
(mm)

Gạch men

Vữa lót
Vữa chống thấm
Bản BTCT
Vữa trát

KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

TL riêng
(daN/m3)

Hệ số
vượt
tải n
1,1
1,3
1,3
1,1
1,3

Trị tính toán
gtt
(daN/m2)
22
70,2
26
330
23,4
471,6

Page 17

1.5.1.2 Áp lực thủy tĩnh
Áp lực nước tiêu chuẩn:
gntc = ω × h = 1000× 1,3 = 1300(daN / m2)

Áp lực nước tính toán:
gntt = n× ω × h = 1× 1000× 1,3 = 1300(daN / m2)

1.5.1.3 Tổng tải trọng tác dụng
 Tổng tải trọng tiêu chuẩn:
qc = gtc + gntc = 412 + 1300 = 1712(daN / m2 )
 Tổng tải trọng tính toán:

qtt = gtt + gntt = 471,6 + 1300 = 1771,6(daN / m2)

1.5.2 Sơ đồ tính
1.5.2.1 Liên kết

hdd 400
=
= 3,3
hbd 120

Ta có
. Dầm đáy và bản đáy đổ toàn khối. Liên kết giữa bản đáy với
dầm đáy là liên kết ngàm.
1.5.2.2 Sơ đồ tính

 Bản đáy có 4 cạnh ngàm, tỉ số

L2 3950
=
= 1,13 < 2
L1 3500

, tính toán như ô bản 2 phương.

Chọn tính toán theo ô bản đơn. Cắt 1 dải bản có bề rộng là 1m theo phương cạnh
ngắn và phương cạnh dài để tính toán:
 Sơ đồ tính:

KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

Page 18


Hình 4.10 : Sơ đồ tính bản đáy
1.5.3 Tính nội lực
Nội lực của ô bản 2 phương được tính theo sơ đồ liên kết ngàm 4 cạnh:

M 1 = α n 9 × P (daN .m / m) M 2 = α d 9 × P (daN .m / m)
 Mô men giữa nhịp:
;
M I = β n 9 × P( daN .m / m) M 2 = β d 9 × P ( daN .m / m)
 Mô men tại gối:
;
Trong đó:
+

Các giá trị

α n9,α d9, β n9, β n9

được tra theo sơ đồ 4 cạnh ngàm, (4 cạnh ngàm)

(tham khảo PL17 [12])
P = q× L1 × L2
+
- toàn bộ tải phân bố trên bản đáy
Bảng tổng hợp nội lực của bản đáy
Tên
bản

Bả
n
đáy

Các thông số ô bản
L1
L2
qtt
(mm) (mm) (daN/m2)

3500

3950

1771,6

Moment
(daN.m/m)

Các hệ số

α n9 =

0,0197

M1 =

483,55

α d9 =

0,0155

M2 =

378,93

β n9 =

0,0456

MI =

1117,55

β d9 =

0,0359

MII =

878,93

Bảng 4.7: Nội lực bản đáy
1.5.4 Tính cốt thép:
Tính toán cốt thép cho dải bản rộng 1m. Chọn lớp bảo vệ là

c = 20(mm)

, giả thiết

a = 25(mm); h0 = h − a = 120 − 25 = 95(mm)
KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

Page 19


Công thức tính toán:

αm =

M
Rbbho2

s=

As =

ξ = 1− 1− 2× α m

bas
As

µ=

Asc
× 100%
b× ho

μhợp lí

ξ Rbbh0
Rs

= (0,3÷ 0,9)%

Kết quả tính toán cốt thép
Tên
bản

Bả
n
đáy

h0
(mm)

M (daN.m)
M1 =

483,55

M2 =

378,93

MI =

1117,55

MII =

878,93

ξ

Asyc
(mm2)

Thép chọn
Ø
s
(mm) (mm)

0,053
276,0

8
5
0,041
95
215,0
8
7
0,128
95
663,6
10
7
0,099
95
513,9
10
7
Bảng 4.8: Thép bản thành
95

Asch
(mm2)

Hàm
lượng
(μ%)

100

502,4

0,53

150

334,9

0,35

100

785,0

0,83

150

523,3

0,55

Cốt thép phân bố chọn Ø6s250.
1.5.5 Bố trí cốt thép
 Chiều dài đoạn neo cốt thép Lan và không nhỏ hơn lmin,

Lan = (ωan

*
lan

:

Rs
+ ∆ an )Þ
Rb

*
lan
= λanÞ

+

Cốt thép có gờ chịu kéo trong vùng bê tông chịu kéo:
280
Lan = (0,7
+ 11)Þ = 24,5Þ
14,5
*
lan
= 20Þ

lmin = 250mm

Với cốt thép Ø10 chọn chiều dài đoạn neo thép bản chịu kéo trong vùng bê
tông chịu kéo là 250mm.
+

Cốt thép tròn trơn chịu kéo trong vùng bê tông chịu nén:
225
Lan = (0,8

+ 8)Þ = 20,4Þ
14,5
*
lan
= 15Þ

KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

lmin = 200mm

Page 20


Với cốt thép Ø8 chọn chiều dài đoạn neo thép bản chịu kéo trong vùng bê tông chịu
nén là 200.
1.5.6 Kiểm tra nứt bản đáy
 Cắt dải bản đáy có bề rộng 1 m theo phương cạnh ngắn để tính toán kiểm tra nứt

b = 1000(mm),

cho bản đáy, xem như một dầm siêu tĩnh 2 đầu ngàm, tiết diện
h = 120(mm), L = 3500(mm)

c = 20(mm)
. Lớp bảo vệ
.
,
a = 25(mm) a = 24(mm) h0 = 95(mm)
+ Tại gối ta có:
,

,
a = 24(mm) h0 = 96(mm)
+ Tại nhịp ta có
,
 Ta tính toán kiểm tra nứt tại hai vị trí có mô men âm lớn nhất tại ngàm và mô men

dương lớn nhất tại nhịp.
1.5.6.1 Công thức tính toán
 Điều kiện để cấu kiện không hình thành khe nứt:
M ≤ Mcrc

, với M tính đối với tải trọng tiêu chuẩn toàn phần.
Mcrc = Rbt,serWpl

Trong đó giá trị mô men chống nứt:

Với:

'
2(I bo + α I so + α I so
)
Wpl =
+ Sbo
h− x

là mô men kháng uốn của tiết diện đối với thớ

chịu kéo ngoài cùng có xét đến biến dạng không đàn hồi của bê tông vùng chịu kéo.
Sbo =
+

+

b(h − x)2
2

: mô men tĩnh lấy đối với trục trung hòa của diện tích vùng bê

tông chịu kéo
bx3
I bo =
3
: mô men quán tính đối với trục trung hòa của diện tích vùng bê
tông chịu nén,

+

I so = As(h − x − a)2

: mô men quán tính đối với trục trung hòa của diện tích cốt

thép chịu kéo,
+

'
I so
= As' (x − a' )2

mô men quán tính đối với trục trung hòa của diện tích cốt

thép chịu nén,

KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

Page 21


x

+

là chiều cao của vùng chịu nén

x = ξ ho

, tiêu chuẩn thiết kế cho phép xác

định chiều cao tương đối của vùng chịu nén

ξ

trong trường hợp tiết diện chữ

nhật:

a,
bh + 2(1− )α As'
x
h
ξ = = 1−

ho
2Ared
a, a,
,
lần lượt là khoảng cách từ mép cấu kiện
đến trọng tâm cốt thép chịu keo, chịu nén.
Ared = bh + α ( As + As' )

Với
1.5.6.2 Tính toán kiểm tra nứt

α=
: diện tích tiết diện quy đổi;

Es
Eb

qc = gtc + gntc = 412 + 1300 = 1712(daN / m2 )

 Tổng tải trọng tiêu chuẩn:
 Tải trọng tiêu chuẩn toàn phần theo phương L1

L42

3,954
q = 4 4q =
× 1712 = 1059,12(daN / m)
L1 + L2
3,504 + 3,954
c

1

c

 Giá trị mô men toàn phần được tính với tải trọng theo phương L1:
+ Tại ngàm:

qcL21 1059,12× 3,502
M =
=
= 1081,19(daN.m)
12
12
c
ng

Tại nhịp:
qcL21 1059,12× 3,502
c
Mnh
=
=
= 540,59(daN.m)
24
24

+

 Tính giá trị mô men chống nứt tại gối:

Tính

+

x

:

Ared = bh + α ( As + As' ) = 1000× 120 + 7× (785+ 502,4) = 129012(mm2)

∗

α=
∗

:

Es 21× 10
=
=7
Eb 3× 109
9

Với

ξ=

x
= 1−
ho

a,
24
)α As'
1000× 120 + 2(1−
) × 7× 502,4
h
120
= 1−
= 0,513
2Ared
2× 129012

bh + 2(1−

KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

Page 22


x = ξ ho = 0,513× 95 = 49(mm)

Tính

+

I bo

:

bx3 1000× 493
I bo =
=
= 39216333(mm4)
3
3

Tính

+

I so

:

I so = As × (h − x − a)2 = 785× (120 − 49 − 25)2 = 1661060(mm4)

Tính

+

I

'
so

'
I so

:

= A (x − a' )2 = 502,4× (49 − 24)2 = 314000mm4 )
'
s

Tính

Sbo

:
b× (h − x)2 1000× (120 − 49)2
Sbo =
=
= 2520500(mm3)
2
2

+

Wpl

Tính

:
'
2(I bo + α I so + α I so
)
Wpl =
+ Sbo
h− x

2× (39216333+ 7× 1661060 + 7× 314000)
=
+ 2520500 = 4014634(mm3)
120 − 49

+

Mcrc

giá trị mô men chống nứt:
1,6
Mcrc = Rbt,serWpl = −5 × 4014634× 10−9 = 642,34(daN.m)
10

+

Ta có giá trị mô men tiêu chuẩn toàn phần lớn hơn giá trị mô men chống nứt tại ngàm
c
Mng
= 1081,19(daN.m) > Mcrc = 642,34(daN.m)

Xuất hiện vết nứt tại ngàm.
 Tính giá trị mô men chống nứt tại nhịp:
Tính

+
∗

x

:

Ared = bh + α As = 1000× 120 + 7× 502,4 = 123517(mm2)

KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

:

Page 23


Với

ξ=
∗

Es 21× 109
α=
=
=7
Eb 3× 109
x
bh
1000× 120
= 1−
= 1−
= 0,514
ho
2Ared
2× 123517

x = ξ ho = 0,514× 96 = 49(mm)
+

Tính

I bo

:

I bo =

+

Tính

I so

bx3 1000× 493
=
= 39216333(mm4)
3
3

:

I so = As × (h − x − a)2 = 502,4× (120 − 49 − 24)2 = 1109802(mm4)

+

Tính
I

+

'
so

'
I so

:

= 0(mm4 )

Tính

Sbo

:
b× (h − x)2 1000× (120 − 49)2
Sbo =
=
= 2520500(mm3)
2
2
Wpl

+

+

Tính

:
'
2(I bo + α I so + α I so
)
Wpl =
+ Sbo
h− x
2(39216333+ 7× 1109802)
=
+ 2520500 = 3844020(mm3)
120 − 49

giá trị mô men chống nứt:

Mcrc = Rbt,serWpl =

Mcrc

1,6
× 3844020× 10−9 = 615,04(daN.m)
−5
10

Ta có giá trị mô men tiêu chuẩn toàn phần bé hơn giá trị mô men chống nứt tại nhịp
c
Mng

= 540,59(daN.m) < Mcrc = 642,34(daN.m)

Không xuất hiện vết nứt tại nhịp.
KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

Page 24


1.5.6.3 Tính toán bề rộng khe nứt tại mép gối
1.5.6.3.1 Công thức tính toán
 Theo TCVN 5574 – 2012, mục 7.2.2 bề rộng khe nứt của cấu kiện chịu uốn được
xác định theo công thức:

acrc = δϕlη

σs
20(3,5− 100µ ) 3 d
Es

Trong đó:
acrc
+
tính bằng mm
δ
+
lấy bằng 1 với cấu kiện chịu uốn
ϕl
+
lấy bằng 1 đối với tải trọng tác dụng ngắn hạn. Với tải trọng tác dụng dài hạn

ϕl = 1,6 − 1,5µ

+
+

+

+

đối với bê tông nặng trong điều kiện độ ẩm tự nhiên, với

µ

là

hàm lượng cốt thép.
η
lấy bẳng 1,3 đối với cốt thép tròn trơn, lấy bằng 1 với cốt thép có gờ.
d là đường kính của cốt thép tính bằng mm
A
µ= s
bh0
là hàm lượng cốt thép.
M
σs =
Asz
là ứng suất trong các thanh cốt thép lớp ngoài củng của cấu kiện chịu
uốn.

Với



h'f
ϕf +ξ2

h
h
z = 1− 0

2(ϕ f + ξ )  0





h'f = 0

là cánh tay đòn của nội ngẫu lực.

ξ2 
z = 1−
 h0
 2(ϕ f + ξ ) 

Với
ta có
Trong công thức trên:

ϕf =

∗

KẾT CẤU BỂ NƯỚC MÁI

α ' α '
A
A
2v s = 2v s
bh0
bh0

(b'ff − b)h' +

Page 25