Tính toán thiết kế bể nước mái

CHƯƠNG 4
4.1.

:

TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỂ NƯỚC MÁI

Chọn sơ bộ kích thước bể nước
Lượng nước cần dùng cho tịa nhà:
 Số người sử dụng nước:
Mỗi tầng gồm có 8 căn hộ. Số người trung bình cho mỗi căn hộ là 4 người. Tổng
số người N = 13 × 8 × 4 = 416 người
 Lưu lượng nước cấp cho sinh hoạt:

Qsh =

q sh N
200 �416
k ngày.max =
�1.2 = 99.8 �100 m 3 /ngày.đêm
1000
1000

-

Trong đó qsh = 200 (l/người.ngày đêm) được lấy theo tiêu chuẩn (TCVN 33 : 2006)
cung cấp nước sinh hoạt cho vùng nội đô giai đoạn 2020.
- kngày.max lấy theo tiêu chuẩn TCVN 33 : 2006 : kngày.max = 1.1 ÷ 1.2
 Lưu lượng nước phục vụ trong việc chữa cháy:

Qcc =

q cc �n �2 �3600 10 �2 �3600 �1
=
= 72 m 3 /ngày.đêm
1000
1000










Trong đó qcc = 10 (l/s) lấy cho khu chung cư có một đám cháy và dưới 5000 người.
Thời gian tính chữa cháy là cho 2 giờ trong một ngày.
Tổng lưu lượng nước cung cấp cho cơng trình:
Q = Qsh + Qcc = 100 +72 = 172 m3/ngày.đêm
Chọn lựa 1 hồ nước và nước được bơm 1 lần trong một ngày. Vậy thể tích lượng nước
cần thiết cho một ngày: 172 m3/ngày.đêm
Hồ nước được thiết kế đặt trên sân thượng của cơng trình.
Chọn kích thước mặt bằng L × B = 8 × 16 m

H dai =

V
=
L �B 1.34 m. Chọn chiều cao đài bể Hđài = 1.5 m

Chiều cao đài bể:
Chọn sơ bộ kích thước hồ nước mái như sau L × B × H = 16× 8 × 1.5 m, đáy bể cao
hơn cao trình sàn tầng thượng là 1m.
Bể nước mái được đổ bê tơng tồn khối, có nắp đậy. Lỗ thăm trên nắp bể nằm ở góc có
kích thước 600 × 600 mm
Xét bể nước mái cơng trình này ta có:
-

L 16
=
=2<3
B
8
H 1.5
=
= 0.18 < 2
L
8.5

 Vậy bể nước mái công trình thuộc loại bể thấp.
4.2.
Thơng số ban đầu
4.2.1. Vật liệu sử dụng
Bê tông: B25 →
Rb = 14.5 Mpa, Rbt = 14.5 Mpa, b = 1.00
Cốt thép: AI

→

Rs= 225 Mpa, α R=0.439, ξR=0.651


Cốt thép: AIII →
4.2.2. Kích thước sơ bộ

•

Chiều dày bản nắp, bản đáy, và bản thành
Chọn sơ bộ chiều dày bản nắp là: 100 mm
Chọn sơ bộ chiều dày bản đáy là: 150 mm
Chọn sơ bộ chiều dày bản thành là: 150 mm





•



Rs= 365 Mpa, α R=0.421, ξR=0.604

Sơ bộ tiết diện dầm, cột
Chọn sơ bộ kích thước dầm nắp và dầm đáy như hình.
Chọn kích thước cột:
300 × 300 mm

Hình 4.1: Mặt bằng bố trí dầm bản nắp

Hình 4.2: Mặt bằng bố trí dầm bản đáy
4.3.

Tính tốn thiết kế bể nước
Sử dụng phần mềm Safe v12.3.2 để tính tốn nội lực bản nắp, bản đáy bể nước.
4.3.1. Bản nắp
4.3.1.1.
Tải trọng tác dụng
 Tĩnh tải
Bảng 4.1: Tĩnh tải bản nắp
Chiều
Tĩnh tải.
Khốilượng riêng,
Hệ số vượt
STT
Lớp cấu tạo
dày, δ
qtt
tc
3
tải, n
 (kN/m )
(mm)
(kN/m2)
1
Lớp vữa láng
18
1.3
20

0.468
2
Bản BTCT
25
1.1
100
2.75
3
Lớp vữa trát
18
1.3
15
0.351
Tổng
3.569
 Hoạt tải
Giá trị của hoạt tải được tra theo tiêu chuẩn TCVN 2737 : 1995
Hoạt tải tiêu chuẩn: pc = 0.75 kN/m2
4.3.1.2.
Mơ hình, tính tốn bản nắp


Hình 4.3: Mơ hình bản nắp trên safe

Hình 4.4: Phân chia các dãi strip


Hình 4.5: Momen dãy strip theo phương X

•





Hình 4.6: Momen dãy strip theo phương Y
Tính thép bản nắp
Chọn
a = 20 mm
ho = 100 - 20 = 80 mm
b = 1000 mm
Áp dụng cơng thức tính tốn:


αm =


M
 �R b �b �h o
,   1  1  2 � m , A s 
2
R b ×b×h o
Rs

Hàm lượng cốt thép: hàm lượng bố trí phải thỏa điều kiện sau:
 min � � max
Trong đó:



As

b �h o

µmin: tỷ lệ cốt thép tối thiểu, thường lấy µmin = 0.1%

R
 max   R � b  2.4%
Rs
µmax: tỷ lệ cốt thép tối đa,
Bảng 4.2: Kết quả tính cốt thép cho bản nắp
Ơ bản

Kí hiệu

M

αm

ξ

S1

S2

-2.407
7.9204
-7.845
-1.455
5.6474
-0.282
-7.845

1.0134
-7.845
-0.774
2.4337
-0.131

Chọn

(cm2)

kN.m
MgA
Mn
MgB
Mg1
Mn
Mg2
MgB
Mn
MgC
Mg1
Mn
Mg3

As

0.0259
0.0853
0.0845
0.0157

0.0609
0.003
0.0845
0.0109
0.0845
0.0083
0.0262
0.0014

0.0262
0.0893
0.0884
0.0158
0.0629
0.003
0.0884
0.011
0.0884
0.0083
0.0266
0.0014

 Kiểm tra độ võng của bản nắp:

1.35
4.6
4.56
0.81
3.24
0.15

4.56
0.57
4.56
0.43
1.37
0.07

Ø8
Ø8
Ø8
Ø8
Ø8
Ø8
Ø8
Ø8
Ø8
Ø8
Ø8
Ø8

a200
a100
a110
a200
a130
a200
a110
a200
a110
a200

a200
a200

As
chọn
cm2

(%)

2.56
5.03
4.57
2.56
3.87
2.56
4.57
2.56
4.57
2.56
2.56
2.56

0.2
0.4
0.37
0.2
0.31
0.2
0.37
0.2

0.37
0.2
0.2
0.2

μ


Hình 4.7: Chuyển vị của bản nắp (m)
 Giá trị chuyển vị lớn nhất: fsàn = 1.5 cm
Khi nhịp sàn nằm trong khoản 5 m  L  10 m thì [f] = 2.5 cm. (Theo TCVN 5574 :
2012 - Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép)
fsàn = 1.35 cm < [f] = 2.5 cm
 Giá trị võng của bản nắp thỏa mãn giới hạn cho phép.
4.3.1.3.
Tính tốn dầm nắp
 Nội lực dầm nắp:

Hình 4.8: Biểu đồ moment các dầm bản nắp


Hình 4.9: Biểu đồ lực cắt của dầm bản nắp
 Kết quả tính tốn thép dầm:
Bảng 4.3: Kết quả tính cốt thép dầm nắp
DẦM

DN1

DN2

DN3

DN4

•

Kí hiệu

M
(KN.m)

αm

ξ

As
(cm2)

μ (%)

Bố trí

Asbt
(cm2)

Mg1

-16.0205

0.0404

0.0413

1.214

0.164054

2Ø12

2.261

Mn

21.2329

0.0535

0.055

1.617

0.218514

2Ø12

2.261

Mg2

-24.3192

0.0613

0.0633

1.861

0.251486

2Ø12

2.261

Mg1

-14.1019

0.0355

0.0362

1.064

0.143784

2Ø12

2.261

Mn

-3.7951

0.0096

0.0096

0.282

0.038108

2Ø12

2.261

Mg2

-14.1019

0.0355

0.0362

1.064

0.143784

2Ø12

2.261

Mg1

-40.1472

0.0418

0.0427

2.392

0.169645

2Ø14

3.077

Mn

66.0108

0.0687

0.0712

3.988

0.282837

3Ø16

6.029

Mg2

-40.1472

0.0418

0.0427

2.392

0.169645

2Ø14

3.077

Mg1
Mn
Mg2

-64.4855
104.0662
-64.4855

0.0671
0.1083
0.0671

0.0695
0.1149
0.0695

3.893
6.436
3.893

0.276099
0.456454
0.276099

2Ø16
3Ø18
2Ø16

4.019
7.63
4.019

Cốt đai:
Lực cắt lớn nhất trong các dầm: Q= 52.88 kN
Chọn côt thép làm cốt dai: dws=6, số nhánh n=2, Rsw=175Mpa, chọn khoảng cách
giữa các cốt đai s=200 mm:


Aw
28.3
 175 �2 �

 49.48
s
200
Khả năng chịu cắt của cốt đai và bê tông:
qsw  Rsw n

Qwb  2 b 2 b Rbt bh02 qsw  2 1.05 �103 �0.3 �0.57 2 �49.48  142.3kN

>Q

Vậy cốt đai bố trí như trên đủ khả năng chịu cắt.
4.3.2. Bản thành
Bản thành bể nước chịu tải trọng do áp lực nước gây ra và áp lực gió hút tác động. Sơ bộ
chọn chiều dày bản thành hbt = 150 mm
4.3.2.1.
Tải trọng tác dụng
 Tĩnh tải
Bảng 4.4: Tĩnh tải bản thành
Chiều
Tĩnh tải.
Khốilượng riêng,
Hệ số vượt
STT
Lớp cấu tạo
dày, δ
qtt
tc
3
q (kN/m )
tải, n

(mm)
(kN/m2)
1
Gạch lát
20
1.2
15
0.360
2
Lớp vữa láng
18
1.3
20
0.468
3
Bản BTCT
25
1.1
150
4.125
4
Lớp chống thấm
18
1.3
10
0.234
Tổng
5.187
Tải trọng bản thân bản thành quy đổi thành tải trọng phân bố tác dụng lên dầm bản đáy
trong mơ hình SAFE.

qtc = 5.187 × 1.5 = 7.78 kN/m
 Hoạt tải nước: Ptt = γn × H × np = 10 × 1.5 × 1.1 = 16.5 kN/m2
 Tải trọng gió:
 Tải trọng gió tác dụng lên thành bể xét trường hợp nguy hiểm nhất là gió hút, có
chiều tác dụng cùng chiều với áp lực nước:
W = Wo × k × c × n
 Wo: Giá trị của áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng áp lực gió theo địa danh hành
chính (Phụ lục E): Cơng trình xây dựng tại TP. Lào Cai thuộc vùng áp lực gió I.A địa
hình B nên có giá trị áp lực gió Wo = 0.55 kN/m2
 k: hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao (Theo bảng 5 TCVN 2737 :
1995)
- Tại cao độ z = + 54.3 m tính từ mặt đất tự nhiên ta có k = 1.487
- Tại cao độ z = + 55.8 m tính từ mặt đất tự nhiên ta có k = 1.493

k tb 




1.487  1.493
 1.49
2

Ta được
Hệ số khí động, c = 0.6 (gió hút)
n: Hệ số vượt tải, n = 1.2

 W = Wo × k × c × n = 0.55×1.49×0.6×1.2=0.59 kN/m2

4.3.2.2.
Sơ đồ tính
 Kích thước: 16 × 1.5 m

L 16

 10.67 > 2
 Bản thành có tỷ số giữa cạnh dài trên cạnh ngắn: h 1.5
 Vậy bản thành thuộc loại bản làm việc 1 phương, sơ đồ tính của bản như sau:

Hình 4.10: Lực tác dụng vào thành bể

Hình 4.11: Sơ đồ tính và biểu đồ Moment
4.3.2.3.
Tính tốn nội lực
Vì thành hồ làm việc như bản dầm cho nên theo phương nằm ngang khơng tính tốn, đặt
thép cấu tạo.
 Cắt một dãy bản có chiều rộng 1m để tính. Sơ đồ tính như hình vẽ:
 Một cách gần đúng theo phương pháp cộng tác dụng ta có:
- Moment tại nhịp và gối

M n  M n1  M n 2

9W �h 2 P �h 2



128
33.6 1.2 kN.m

M g  M g1  M g 2 

W �h 2 P �h 2


8
15
2.64 kN.m

4.3.2.4.
Tính tốn bố trí cốt thép
 Chọn a = 25 mm
ho = 150 - 25 = 125 mm
b = 1000 mm
 Áp dụng công thức tính tốn:

αm =

M
 �R b �b �h o
,   1  1  2 � m , A s 
2
R b ×b×h o
Rs

Bảng 4.5: Kết quả tính tốn cốt thép thành bể

Kí
hiệu

M
(KN.m
)

Mg1
Mn

1.2
2.64

As
αm

ξ

0.0053 0.0053
0.0117 0.0118

Asbt

(cm2)
0.427
0.951

Bố trí
Ø8a200
Ø8a200

(cm2)

2.51
2.51

4.3.3. Tính tốn bản đáy
4.3.3.1.
Tải trọng tác dụng
 Tĩnh tải
Gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo đáy bể như sau:
Bảng 4.6: Tĩnh tải bản đáy.
STT

Lớp cấu tạo

1
2
3
4

Gạch lát
Lớp vữa láng
Bản BTCT
Lớp chống thấm

Khốilượng riêng,
qtc (kN/m3)
20
18
25
18
Tổng

Hệ số vượt
tải, n
1.2
1.3
1.1
1.3

 Hoạt tải nước: P = γn × H × np= 10 × 1.5 × 1.1= 16.5 kN/m2
4.3.3.2.
Mơ hình, tính tốn bản đáy:

Chiều
dày, δ
(mm)
15
20
200
10

Tĩnh tải.
qtt
(kN/m2)
0.360
0.468
5.5
0.234
6.562

Hình 4.12: Mơ hình bản đáy trên safe

Hình 4.13: Chia các dãy strip


Hình 4.14: Momen dãy strip theo phương x

Hình 4.15: Momen dãy strip theo phương x
 Tính tốn tương tự bản nắp ta có kết quả sau:


Bảng 4.7: Tính tốn thép bản đáy.
ơ bản

SĐ1

SĐ2

Kí
hiệu
MgA
Mn
MgB
Mg1
Mn
Mg3
MgB
Mn
MgC
Mg1

Mn
Mg3

M

αm

ξ

Chọn

(cm2)

kN.m

-0.799
23.291
-12.42
-7.009
30.162
-1.111
-12.42
2.492
-12.42
-6.986
24.438
-0.944

As

0.0033
0.095
0.0507
0.0286
0.1231
0.0045
0.0507
0.0102
0.0507
0.0285
0.0997
0.0039

0.0033
0.1
0.0521
0.029
0.1318
0.0045
0.0521
0.0103
0.0521
0.0289
0.1052
0.0039

0.28
5.16
4.36
2.43

6.81
0.38
4.36
0.86
4.36
2.42
5.43
0.33

Ø8
Ø12
Ø8
Ø8
Ø12
Ø8
Ø8
Ø8
Ø8
Ø8
Ø12
Ø8

a200
a200
a100
a200
a160
a200
a100
a200

a100
a200
a200
a200

As
chọn
cm2

μ
(%)

2.56
5.65
5.03
2.56
7.07
2.56
5.03
2.56
5.03
2.56
5.65
2.56

 Kiểm tra độ võng của bản đáy:

Hình 4.16: Chuyển vị của bản đáy (m).
 Giá trị chuyển vị lớn nhất: fsàn = 1.65 cm
Khi nhịp sàn nằm trong khoản 5 m  L  10 m thì [f] = 25 mm. (Theo TCVN 5574 :

2012 - Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép)
fsàn = 1.6 cm < [f] = 2.5 cm
 Giá trị võng của bản đáy thỏa mãn giới hạn cho phép.


Kiểm tra yêu cầu về độ chống nứt.
Theo TCVN 5574 – 2012, mục 4.2.7: Bảng 1-Cấp chống nứt và giá trị bề rộng vết nứt giới
hạn để đảm bảo hạn chế thấm cho kết cấu.
- Cấp chống nứt cấp 3 : acrc2 = 0.3 mm.
Kiểm tra nứt theo điều kiện : acrc  acrc2

-

Với :
: hệ số phụ thuộc loại cấu kiện ; cấu kiện uốn = 1.
: hệ số kể đến tác dụng của tải trọng dài hạn = 1.2
 : phụ thuộc tính chất bề mặt của cốt thép:
Thép thanh trịn trơn =1.3 ;
Thép có gân  = 1
Thép AIII có Es = 2  104 (MPa) .
;
Mtc = Mtt /1.15= 0.87Mtt;
,
1.5   f
1

�
1  5(   )
e


11.5 s ,tot �5
10
ho
Vì khơng có lực dọc nên : ,



1
1  5(   )

10 

: bê tông hạt nặng.



M
bh Rb , ser
2
0

d: đường kính cốt thép chịu lực .
1×1.2×1
 s �20(3.5  100 ) 3 d
4
20×10
Vậy: an =
.
Bảng 4.1: Kết quả kiểm tra vết nứt bản đáy hồ nước
Vị trí

Nhịp
Gối

Mtc
kN.m
26.2
10.8

ho
cm
13
13

As
cm2

7.07
5.03

ξ

0.3053
9
0.23



z
(cm)

s
MPa

100

acrc
(mm)

0.847
0.988

11.1
17.79

3365.8
1505.3

0.54
0.65

0.39
0.19

 Vậy tất cả các vị trí đều thoả về yêu cầu chống nứt.


4.3.3.3.
Tính tốn thép dầm đáy
 Tính tốn cốt thép dọc:

Hình 4.17: Momen dầm đáy

Hình 4.18: Lực cắt dầm đáy
Bảng 4.7: Tính tốn thép dầm bản đáy.
DẦM Kí hiệu

M
(KN.m)

αm

ξ

As
2

(cm )

μ (%)

Bố trí

Asbt
(cm2)


DĐ1

DĐ2

DĐ3

DĐ4

DĐ5

DĐ6

Mg1

-36.64

0.0259

Mn

137.42

0.0972

Mg2

-127.69 0.0903

Mg1

-106.06

0.075

0.026
2
0.102
4
0.094
8
0.078

Mn

-40.46

0.0286

Mg2

-106.06

0.075

Mg1

-151.48 0.0776

Mn

337.87

Mg2

-151.48 0.0776

Mg1

-224.90

0.1152

Mn

506.49

0.2594

Mg2

-224.90

0.1152

Mg1

1.40

0.0035

Mn

135.58

0.3415

Mg2

-79.44

0.2001

Mg1

-85.06

0.2143

Mn

-31.83

0.0802

Mg2

-85.06

0.2143

0.173

1.78

0.104

2Ø22

7.599

6.956

0.407

2Ø22

7.599

6.44

0.377

2Ø22

7.599

5.299

0.310

2Ø22

7.599

0.029

1.97

0.115

2Ø12

2.261

0.078
0.080
9
0.191
3
0.080
9
0.122
7
0.306
3
0.122
7
0.003
5
0.437
0.225
5
0.244
1

0.083
7
0.244
1

5.299

0.310

2Ø22

7.599

6.46

0.321

2Ø22

7.599

15.275

0.760

4Ø25

17.4

6.46

0.321

2Ø22

7.599

9.798

0.487

3Ø22

11.398

24.458

1.217

5Ø25

24.531

9.798

0.487

3Ø22

11.398

0.103

0.006

2Ø22

7.599

12.847

0.751

4Ø22

15.198

6.629

0.388

2Ø22

7.599

7.176

0.420

2Ø22

7.599

2.461

0.144

2Ø14

3.077

7.176

0.420

2Ø22

7.599

 Tính cốt đai:
Lực cắt lớn nhất trên dầm: Q= 210,27 kN (D20)
Chọn côt thép làm cốt dai: dws=6, số nhánh n=2, Rsw=175Mpa.
Khả năng chịu cắt của bê tông:
b 3 (1   f  n ) Rbt bho  0.6 �(1  0  0) �1.05 �300 �670 /1000  126.63kN
Bê tông không đủ khả năng chịu cắt, phải tính cốt đai cho dầm.
Chọn cơt thép làm cốt dai: dws=6, số nhánh n=2, Rsw=175Mpa.
Khoảng cách tính toán giữa các cốt đai:
Rsw n d s2w [b 2 (1   f )] b Rbt bh02
stt 
Q2

Khoảng cách lớn nhất giữa các cốt đai:

smax 

1.5(1   f ) b Rbt bh02
Q

Khoảng cách cốt đại chọn theo cấu tạo:
Cốt đai cấu tạo trong vùng L/4:
với s< 450mm
h/ 2
ct
300 mm
h /3
ct
300 mm

s 

s 

với h>450mm

Cốt đai trong vungv L/2 giữa nhịp:

sct 

với h>300mm

3 h /4
500 mm
qsw

Khả năng chịu cắt của cốt đai và bê tông:
A
28.3
 Rsw n w  175 �2 �
 49.48
s
200

Qwb  2 b 2 b Rbt bh02 qsw
Chọn giá trị nhỏ nhất trong các giá trị vừa tìm được.
Kiểm tra diều kiện ứng suất chính:

b  1  0.01 b Rb
E nA
w1  1  5 s w
Eb bs
Q  0.3b w1 b Rb bh 2

Kết quả tính cốt đai cho dầm đáy bể:
Bảng 4.8: Kết quả tính cốt đai dầm đáy.
Qmax
Qbt
stt

Kí
Kiểm
hiệu
tra
(kN)
(kN)
(mm)
DĐ1
DĐ2
DĐ3

163.70
5
112.73
5
172.90
4

107.73

Tính

107.73

Tính

126.63

Tính

DĐ4

232.6

229.73
6

Tính

DĐ5

48.991

46.62

Tính

DĐ6

20.609

46.62

Cấu tạo

302.18
1
637.19
6
374.26

6
211.99
8
948

smax
(mm
)

sct
(mm
)

schọn
(mm
)

937

200

200

1361

200

200

1226

923
880

233.
3
233.
3

230
200

200

200

200

200

qsw
49.52
5
49.52
5
43.06
49.52
5
49.52
5
49.52

5

Qwb

Q

(kN)

(kN)

106.
7
201.
3
220.
7
236.
6
106.
7
106.
7

362.
6
362.
6
501
501
101.

9
101.
9