ĐỀ VÀ BÀI GIẢI THIẾT KẾ BỂ NƯỚC

Bài 1:
Thiết kế theo trạng thái giới hạn 1 cho bể nước hình trụ tròn có kích thước và cấu tạo như
hình vẽ. Bản nắp tựa lên bản thành.
Vậy liệu: bê tông B20 (  b  0.9 ), cốt thép CI

Với  d  18kN / m3 ,   150
Chiều dày bản bê tông cốt thép:
 bn  80(mm),  bt  120mm,  bn  150mm

TLBT các lớp cấu tạo:
gbn  4(kN / m 2 ); gbt  4.5(kN / m 2 ); gbd  5(kN / m 2 )

Hoạt tải tiêu chuẩn trên bản nắp:
P C  0.75kN / m 2 (nP  1.3)

Giả sử mực nước ngầm cách mặt đất 1m và trọng lượng riêng bảo hòa của đất
 bh  22kN / m3 . Kiểm tra đẩy nổi cho bể.
Bài giải:
1. Bản nắp:
a) Tải trọng tác dụng:
 Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo:
gbn  4(kN / m 2 )

 Hoạt tải sửa chữa:
Pbn  n  P c  1.3  0.75  0.975(kN / m 2 )

 Tổng tải:
qbn  gbn  Pbn  4  0.975  5(kN / m 2 )

b) Sơ đồ tính:
 Bản tròn biên tựa đơn:

q
 (3   )  ( R 2  x 2 )
16
q
M t   (3   )  R 2  (1  3   )  x 2 
16
qx
Q
2
Mr 

Với q  qbn :Tải trọng bản nắp
  0.2 : hệ số Poisson của bê tông

c) Nội lực:
 Bản tròn biên tựa đơn:
Nội lực
Mr (kN.m/m)
Mt(kN.m/m)
Q (kN/m)

X=0(m)
6.25
6.25
0

X=2.5(m)
0

3.125
6.25

d) Tính toán và bố trí cốt thép:
 Tính theo cấu kiện chịu uốn, tiết diện chữ nhật.
b  1000mm, h   bn  80mm, h0  80  15  65mm
Rb  0.9 11.5  10.35( MPa), Rs  225( MPa)

m 


  Rb  b  h0
M
  R ,   1  (1  2   m ) , As 
;
2
Rb  b  h0
Rs

As
b  h0

Tính toán thép thep phương Mr tại X=0
6.25 103
6.25 106

 0.143
10.35 103 1000  652 10.35 1000  652
  1  1  2   m  0.155

m 


0.155 10.35 1000  65
 463.45(mm 2 )
225
463.45

 0.713% (nhớ nhân 100)
1000  65
As 

Chọn d8a100 với As=503(mm2/m)
Bảng tra diện tích cốt thép:
2

BẢNG TRA DIỆN TÍCH CỐT THÉP PHÂN BỐ TRÊN 1m BỀ RỘNG BẢN (cm /m)
Khỏang cách phân bố (mm)

Đường kính
(mm)

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

250

6
8
10
12
14
16
18
20
22
25
28

2.83
5.03

7.85
11.31
15.39
20.11
25.45
31.42
38.01
49.09
61.58

2.57
4.57
7.14
10.28
13.99
18.28
23.13
28.56
34.56
44.62
55.98

2.36
4.19
6.54
9.42
12.83
16.76
21.21
26.18

31.68
40.91
51.31

2.17
3.87
6.04
8.70
11.84
15.47
19.57
24.17
29.24
37.76
47.37

2.02
3.59
5.61
8.08
11.00
14.36
18.18
22.44
27.15
35.06
43.98

1.88
3.35

5.24
7.54
10.26
13.40
16.96
20.94
25.34
32.72
41.05

1.77
3.14
4.91
7.07
9.62
12.57
15.90
19.63
23.76
30.68
38.48

1.66
2.96
4.62
6.65
9.06
11.83
14.97
18.48

22.36
28.87
36.22

1.57
2.79
4.36
6.28
8.55
11.17
14.14
17.45
21.12
27.27
34.21

1.49
2.65
4.13
5.95
8.10
10.58
13.39
16.53
20.01
25.84
32.41

1.41
2.51

3.93
5.65
7.70
10.05
12.72
15.71
19.01
24.54
30.79

1.13
2.01
3.14
4.52
6.16
8.04
10.18
12.57
15.21
19.63
24.63

Ô bản

Mô men
(kN.m/m)

m

Mr

Mt

6.25
6.25

0.143
0.143

Bố trí cốt thép:



As
(mm2/m

 (%)

0.155 463.45 0.713
0.155 463.45 0.713
Thép cấu tạo: chọn d6a200

Chọn cốt thép
d
a
As
(mm) (mm) (mm2/m)
8
100
503
8

100
503


2. Bản thành:
a) Tải trọng tác dụng:
 Xét trường hợp bất lợi
 TH1: Áp lực nước+gió hút
 TH2: Áp lực đất

 Áp lực nước:
Pn  n   n  h  110  2.5  25(kN / m 2 )

 Áp lực gió hút:
Ph  n  w0  k  c  1.2  0.83  0.7  0.6  0.4(kN / m 2 )

Địa điểm xây dựng, Thành phố hồ chí minh, địa hình B
(giá trị áp lực gió hút không đáng kể nên không xét)
 Áp lực đất

Pd 1  n   d  h2  tan 2 (45  )
2
15
1.1 18  ' 2 ' tan 2 (45  )  23kN / m 2
2


b) Sơ đồ tính
 Cắt dải bản có chiều rộng b=1m, cách bản nắp một đoạn z=2.5m
Tải trọng tác dụng tại vị trí z.

 Áp lực nước
Pz , n  Pn 1m  25 1  25(kN / m)

 Áp lực đất
Pz ,d  Pd 1 1m  23 1  23(kN / m)

Sơ đồ tính là khung kín:

c) Nội lực
 TH 1: N k  Pz ,n  R  25  2.5  62.5(kN )
 TH 2: N n  Pz ,d  R  23  2.5  57.5(kN )
d) Tính toán và bố trí cốt thép
 Thép vòng:
 TH1: Lực kéo N=62.5(kN)
 Tính theo cấu kiện chịu nén đúng tâm tiết diện chữ nhật:
b=120mm, h=1000mm, Rs=225Mpa
 Diện tích cốt thép chịu kéo:


Ast 

t 

N 62.5 103

 278(mm 2 / m)
Rs
225

Ast
278

 0.23%  2 min  0.2% (nhớ nhân 100)
A 120 1000

 TH2: Lực nén N=57.5(kN)
 Tính theo cấu kiện chịu nén đúng tâm tiết diện chữ nhật:
B=120mm, h=1000mm, Rb=10.35MPa, Rsc=225Mpa
Hệ số uốn dọc, đối với vòng kín
 1
Diện tích cốt thép dọc chịu nén:
N
Ast 



 Rb  Ab
Rsc

27.5
 10.35 120 1000
 1
 5519.87(mm 2 / m)  0
225

 Xét 2 trường hợp (TH1và TH2) thì Ast,max=278mm2/m
Chọn D6a200 bố trí 2 lớp (Ast=2x141=282mm2/m)
2

BẢNG TRA DIỆN TÍCH CỐT THÉP PHÂN BỐ TRÊN 1m BỀ RỘNG BẢN (cm /m)
Khỏang cách phân bố (mm)

Đường kính
(mm)

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

250

6
8
10
12
14
16
18
20
22
25
28

2.83
5.03
7.85
11.31
15.39
20.11
25.45
31.42
38.01
49.09
61.58

2.57
4.57
7.14
10.28
13.99
18.28

23.13
28.56
34.56
44.62
55.98

2.36
4.19
6.54
9.42
12.83
16.76
21.21
26.18
31.68
40.91
51.31

2.17
3.87
6.04
8.70
11.84
15.47
19.57
24.17
29.24
37.76
47.37

2.02
3.59
5.61
8.08
11.00
14.36
18.18
22.44
27.15
35.06
43.98

1.88
3.35
5.24
7.54
10.26
13.40
16.96
20.94
25.34
32.72
41.05

1.77
3.14
4.91
7.07
9.62
12.57

15.90
19.63
23.76
30.68
38.48

1.66
2.96
4.62
6.65
9.06
11.83
14.97
18.48
22.36
28.87
36.22

1.57
2.79
4.36
6.28
8.55
11.17
14.14
17.45
21.12
27.27
34.21

1.49
2.65
4.13
5.95
8.10
10.58
13.39
16.53
20.01
25.84
32.41

1.41
2.51
3.93
5.65
7.70
10.05
12.72
15.71
19.01
24.54
30.79

1.13
2.01
3.14
4.52
6.16
8.04

10.18
12.57
15.21
19.63
24.63

 Thép đứng:
TLBT bản nắp:
52
Gbn  gbn  Abn  4     79(kN )
4

Hoạt tải trên bản nắp:
Pbn  Pbn  Abn  0.975   

52
 19(kN )
4

TLBT bản thành:
Gbt  gbt  Axqbt  4.5    5  2.5  177(kN )

Tổng lực nén:
N  Gbn  Pbn  Gbt  79  19  177  275(kN )

Tính theo cấu kiện chịu nén đúng tâm, tiết diện vành khuyên
D=5000mm, D0=5000-2x120=4760mm, Rb=10.35Mpa, Rsc=225Mpa.
Chiều dài tính toán:

L0    L  2  2500  5000( mm) (nếu bản nắp ngàm thì sao)

Diện tích tiết diện bê tông:
Ab

D
 A 

2

 D02 
4

 

(50002  47602 )
 1838784(mm 2 )
4

Hệ số uốn dọc:
I min

D
 

4

 D04 
64

 5000
 

4

 47604 
64

 5.5 1012 (mm4 )

I min
5.5 1012

 1726(mm)
A
1838784
L
5000
 0 
 3  14  min  1
imin 1726

imin 

Diện tích cốt thép dọc chịu nén:
N
Ast 



 Rb  Ab
Rsc

275 103
 10.35 1838784
1

 83362  0
225

Chọn D6a200 bố trí 2 lớp (Ast=2x141=282mm2/m)
2

BẢNG TRA DIỆN TÍCH CỐT THÉP PHÂN BỐ TRÊN 1m BỀ RỘNG BẢN (cm /m)
Khỏang cách phân bố (mm)

Đường kính
(mm)

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

250

6
8
10
12
14
16
18
20
22
25
28

2.83
5.03
7.85
11.31
15.39

20.11
25.45
31.42
38.01
49.09
61.58

2.57
4.57
7.14
10.28
13.99
18.28
23.13
28.56
34.56
44.62
55.98

2.36
4.19
6.54
9.42
12.83
16.76
21.21
26.18
31.68
40.91
51.31

2.17
3.87
6.04
8.70
11.84
15.47
19.57
24.17
29.24
37.76
47.37

2.02
3.59
5.61
8.08
11.00
14.36
18.18
22.44
27.15
35.06
43.98

1.88
3.35
5.24
7.54
10.26

13.40
16.96
20.94
25.34
32.72
41.05

1.77
3.14
4.91
7.07
9.62
12.57
15.90
19.63
23.76
30.68
38.48

1.66
2.96
4.62
6.65
9.06
11.83
14.97
18.48
22.36
28.87
36.22

1.57
2.79
4.36
6.28
8.55
11.17
14.14
17.45
21.12
27.27
34.21

1.49
2.65
4.13
5.95
8.10
10.58
13.39
16.53
20.01
25.84
32.41

1.41
2.51
3.93
5.65
7.70

10.05
12.72
15.71
19.01
24.54
30.79

1.13
2.01
3.14
4.52
6.16
8.04
10.18
12.57
15.21
19.63
24.63


3. Bản đáy:
Xét hai trường hợp bất lợi:
TH1: Bể đầy nước
TH2:Bể không có nước.
 TH1: Khi bể đầy nước.
a) Tải trọng tác dụng:
 Tải trọng phân bố đều trên bản đáy:
TLBT bản đáy:
gbd  5(kN / m 2 )

Áp lực nước:
Pn  n   n  h  110  2.5  25(kN / m 2 )
q1  gbn  Pn  5  25  30(kN / m2 )

 Tải trọng phân bố đều theo chu vi bản đáy:
q2 

Gbn  Pbn  Gbt
275

 17.5(kN / m)
 D
 5


b) Sơ đồ tính:
Bản đáy đặt trên nền đất
>> Bản trên nền đàn hồi.

c) Nội lực:
Lý thuyết bản trên nền đàn hồi: Sử dụng chương trình PTHH (SAP,
ETABS, MIDAS, ANSYS..)
d) Tính toán và bố trí cốt thép:
Cấu kiện chịu uốn, tiết diện chữ nhật (b=1000mm, h=150mm).
 TH2: Khi bể không có nước.
a) Tải trọng tác dụng:
TLBT bản đáy:
gbd  5(kN / m 2 )

Phản lực đất nền do toàn bộ trọng lượng bể và các tải trọng tác dụng trên

bản nắp:
TLBT bể:
52
G  Gbn  Gbt  Gbd  79  177  5  (  )  354(kN )
4

Hoạt tải trên bản nắp:
Pbn  19kN
 q pl 

G  Pbn 354  19

 19(kN / m 2 )
2
5
Abn

4

Áp lực đẩy nổi:
Pdn    bh   n   hnm  (22  10)  (2  1)  12(kN / m2 )
Tổng tải trọng:
q  qql  Pdn  gbd  19  12  5  26kN / m2

b) Sơ đồ tính:
Bản tròn đàn hồi, cạnh ngàm, chịu tải phân bổ đều q=26kN/m2


q
 [(1   ) R 2  (3   )  x 2 ]

16
q
M t    (1   )  R 2  (1  3   )  x 2 
16
qx
Q
2
Mr 

Với q :Tổng tải trọng
  0.2 : hệ số Poisson của bê tông
c) Nội lực:
 Bản tròn biên ngàm:
Nội lực
Mr (kN.m/m)
Mt(kN.m/m)
Q (kN/m)

X=0(m)
-12.2
-12.2
0

X=2.5(m)
20.3
4.1
-32.5

“dấu trừ (-) chi biết mô men căng thờ trên và ngược lại.
d) Tính toán và bố trí cốt thép:

Tính theo cấu kiện chịu uốn, tiết diện chữ nhật (b=1000mm, h=150mm).
Cốt thép trong bản đáy bố trí 2 lớp đối xứng
Chọn giá trị cốt thép lớn trong 2 trường hợp TH1 và TH2 để bố trí
4. Hiệu ứng biên:
Giá trị Mt tại vị trí biên tiếp giáp giữa bản thành với bản đáy
Pcl  n   cl  h  110  2.5  25(kN / m 2 )
S  0.76  R  hbt  0.76  2.5  0.12  0.416(m)
x1  0.6  R  hbt  0.6  2.5  0.12  0.33m
1
 S 1
 0.416 
M t   Pcl  S 2  1     25  0.4162  1 
  1.8(kN .m / m)
2
2.5 
 h 2



Tính theo cấu kiện chịu uốn, tiết diện chữ nhật.
b=1000mm, h=120mm, h0=100mm, Rb=10.35(MPa), Rs=225MPa
1.8 103
1.8 106

 0.017
10.35 103 1000 1002 10.35 1000 1002
  1  1  2   m  0.018

m 

As  83(mm 2 / m)

Chọn d10a150 với As=524(mm2/m)

Bảng tra diện tích cốt thép:
2

BẢNG TRA DIỆN TÍCH CỐT THÉP PHÂN BỐ TRÊN 1m BỀ RỘNG BẢN (cm /m)
Khỏang cách phân bố (mm)

Đường kính
(mm)

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

250

6
8
10
12
14
16
18
20
22
25
28

2.83
5.03
7.85
11.31
15.39
20.11
25.45
31.42
38.01
49.09
61.58

2.57
4.57
7.14
10.28
13.99
18.28
23.13
28.56
34.56
44.62
55.98

2.36
4.19
6.54
9.42
12.83
16.76
21.21
26.18
31.68
40.91
51.31

2.17
3.87
6.04
8.70
11.84

15.47
19.57
24.17
29.24
37.76
47.37

2.02
3.59
5.61
8.08
11.00
14.36
18.18
22.44
27.15
35.06
43.98

1.88
3.35
5.24
7.54
10.26
13.40
16.96
20.94
25.34
32.72
41.05

1.77
3.14
4.91
7.07
9.62
12.57
15.90
19.63
23.76
30.68
38.48

1.66
2.96
4.62
6.65
9.06
11.83
14.97
18.48
22.36
28.87
36.22

1.57
2.79
4.36
6.28
8.55

11.17
14.14
17.45
21.12
27.27
34.21

1.49
2.65
4.13
5.95
8.10
10.58
13.39
16.53
20.01
25.84
32.41

1.41
2.51
3.93
5.65
7.70
10.05
12.72
15.71
19.01
24.54
30.79

1.13
2.01
3.14
4.52
6.16
8.04
10.18
12.57
15.21
19.63
24.63

5. Kiểm tra đẩy nổi:
Trọng lượng bản thân “tiêu chuẩn” của bể khi không chứa nước:
Gc 

G 354

 308kN
ntb 1.15

Lực đẩy nổi:
Pdn    bh   n   hmn  Abd  (22  10)  (2  1)  ( 

Điều kiện:
G c  308kN  Pdn  236kN

Kết luận: Bể không bị đẩy nổi.

52
)  236(kN )
4


Một số lưu ý:
BẢNG TRA DIỆN TÍCH CỐT THÉP
2

Diện tích tíêt diện ngang, cm , ứng với số thanh

Đường kính
(mm)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

6
8
10
12
14
16
18
20
22
25
28
30
32

0
0
0
0
0
0
0
0
0
0

0
0
0

0.28
0.50
0.79
1.13
1.54
2.01
2.54
3.14
3.80
4.91
6.16
7.07
8.04

0.57
1.01
1.57
2.26
3.08
4.02
5.09
6.28
7.60
9.82
12.32
14.14

16.08

0.85
1.51
2.36
3.39
4.62
6.03
7.63
9.42
11.40
14.73
18.47
21.21
24.13

1.13
2.01
3.14
4.52
6.16
8.04
10.18
12.57
15.21
19.63
24.63
28.27
32.17

1.41
2.51
3.93
5.65
7.70
10.05
12.72
15.71
19.01
24.54
30.79
35.34
40.21

1.70
3.02
4.71
6.79
9.24
12.06
15.27
18.85
22.81
29.45
36.95
42.41
48.25

1.98
3.52

5.50
7.92
10.78
14.07
17.81
21.99
26.61
34.36
43.10
49.48
56.30

2.26
4.02
6.28
9.05
12.32
16.08
20.36
25.13
30.41
39.27
49.26
56.55
64.34

2.54
4.52
7.07
10.18

13.85
18.10
22.90
28.27
34.21
44.18
55.42
63.62
72.38

2.83
5.03
7.85
11.31
15.39
20.11
25.45
31.42
38.01
49.09
61.58
70.69
80.42

Trong trường hợp:
Đề cho thép CII?
Vách là ngàm?

Trọng
lượng

m dài
(Kg/m)
0.222
0.395
0.617
0.888
1.208
1.578
1.998
2.466
2.984
3.853
4.834
5.549
6.313