CHƯƠNG 3. KẾT CẤU HỒ NƯỚCthuvienso.vanlanguni.edu.vn/bitstream/Vanlang_TV/10877/4... · 2019-08-27 · CHƯƠNG 3 - KẾT CẤU HỒ NƯỚC Trang56 TRƯỜNG ĐẠI HỌC

CHƯƠNG 3 - KẾT CẤU HỒ NƯỚC Trang56

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP. HCM Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép- Phần 2 : Kết Cấu Nhà Cửa

CHƯƠNG 3. KẾT CẤU HỒ NƯỚC

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Bể chứa bằng bê tông cốt thép được xây dựng và sử dụng rộng rãi vào mục đíchchứa đựng các loại chất lỏng như nước, xăng, dầu, hóa chất, thực phẩm lỏng…

Thông thường, đối với những trường hợp dung tích bể chứa có không quá lớn, thểloại kết cấu này là một bộ phận kết cấu gắn với công trình. Bên cạnh đó, trong mộtsố trường hợp đối với những bể có dung tích lớn hơn, bể chứa được xây dựng nhưthành một công trình kết cấu độc lập.

3.1.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ

Về mặt yêu cầu th iết kế, nhìn chung, tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng đối với từngtrường hợp cụ thể mà bể chứa chất lỏng có các yêu cầu về hình dạng, yêu cầu vềcấu tạo, yêu cầu chống thấm, và yêu cầu chống ăn mòn ở những mức độ khác nhau.Ngoài ra, những yêu cầu cụ thể về thiết kế và thi công cũng thường rất khác nhau ởmỗi nước.

Đối với bể chứa nước dùng cho nhu cầu sinh hoạt, do bê tông hầu như không bịnước ăn mòn, do đó chỉ cần đảm bảo tính kín cho bể . Điều này dẫn đến yêu cầu vềđộ đặc chắc của vật liệu bê tông và khả năng chống nứt và chống thấm trong quátrình thiết kế

Bên cạnh nước sinh hoạt, các bể chứa nước thải chưa xử lý thường phức tạp hơn rấtnhiều do có chứa các hóa chất phức tạp khác. Vì vậy vần tuân thủ thêm yêu cầuchống ăn mòn bê tông theo từng trường hợp tương ứng.

Khác với bể chứa nước, bể chứa nhiên liệu có yêu cầu cao hơn như không cho phépvết nứt, khả năng chống ăn mòn của bê tông đối với các nhiên liệu trong bể. Bên

cạnh đó yêu cầu chống thấm cũng cao hơn so với bể nước do tính thẩm thấu cao củamột số loại nhiên liệu.

3.1.2 PHÂN LOẠI

Bể chứa có thể được phân loại theo các tiêu chí sau:

- Theo chức năng sử dụng, có những loại bể chứa như:

Bể chứa nước sạch,

bể chứa hóa chất,



bể chứa nhiên liệu,...

- Theo dung tích, bể chứa được phân loại thành các loại s au:

Bể nhỏ → dung tích < 1.000m3

Bể trung bình → 1.000m 3 ≤ dung tích < 10.000m3

Bể lớn → dung tích ≥ 10.000m3

- Theo hình dạng bể, bể chứa bằng bê tông cốt thép thường được xây dựngthành các dạng sau:

Bể hình trụ tròn,

bể hình chữ nhật,

bể hình vuông,

bể có hình dáng đặt biệt

- Theo công nghệ hay biện pháp thi công :

Bể toàn khối, bể lắp ghép,bể bán lắp ghép…

Bể bằng bê tông cốt thép thường, bể bằng bê tông cốt thép ứng suấttrước.

- Theo vị trí đặt bể :

Bể ngầm,

bể nửa ngầm ,

bể nổi.

3.1.3 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG

Trong quá trình thiết kết và tính toán kết cấu bể chứa, cần xem xét tất cả các loại tácđộng có thể tác dụng vào bể chứa nhằm tính toán tải trọng tác dụng cho kết cấu.Thông thường có thể gặp các trường hợp tải trọng sau:

- Tải trọng thường xuyên do trọng lượn g bản thân kết cấu

- Tải trọng tạm thời do chất lỏng chứa bao gồm:



Áp lực thủy tĩnh,

áp lực dư của không gian hơi và áp lực chân không của không gianhơi (trong trường hợp bể kín).

- Tải trọng tạm thời do áp lực đất chủ động (trong trường hợp bể ngầm)

- Tải trọng tạm thời do nước ngầm (trong trường hợp bể ngầm)

- Tải trọng tạm thời do trọng lượng đất trên nắp bể (trong trường hợp bểngầm)

- Tải trọng tạm thời do sửa chửa.

- Tải trọng tạm thời do gió.

Ngoài ra, trong một số trường hợp, cần xét đến tác động do sự thay đổi nhiệt độ vàtác động địa chấn.

Việc tổ hợp tải trọng nhằm xem xét các trường hợp bất lợi cần được thực hiện theotiêu chuẩn 2737-1995

3.2 THIẾT KẾ BỂ CHỨA NƯỚC TRÊN MÁI HÌNH CHỮ NHẬT

3.2.1 CẤU TẠO CHUNG

Bể chứa nước trên mái là một bộ phận kết cấu gắn liề n với công trình, được xâydựng nhằm mục đích lưu trữ nước để sử dụng và chữa cháy cho công trình.

Thông thường, bể chứa nước hình chữ nhật được phân làm 3 loại:

- Bể thấp khi: và

- Bể cao khi: và

- Bể dài khi: và

Trong đó:

HH1

L2

L1

BAÛN NAÉP

BAÛN ÑAÙY

BAÛN

THAØN

H

LỖ THĂM

Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo hồ nước



: Chiều cao bể

: Chiều dài bể

: Chiều rộng bể

Để tạo ra cấu kiện có khả năng chứa đựng chất lỏng, bể chứa chữ nhật được cấuthành từ các bản vỏ hồ nước gồm bản đáy, bản thành và bản nắp. Các bản này có

thể liên kết trực tiếp với nhau (bể không sườn) hoặc thông qua các dầm hồ nước vàsườn đứng liên kết các bản thành (bể có sườn).

Thông thường ở bản nắp thường bố trí lỗ thăm kích thước tối thiểu 600x600 nhằmmục đích vệ sinh và bảo trì hệ thống thiết bị.

3.2.2 TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG

Đối với bể chứa nước trên mái, các tải trọng cần xem xét sẽ bao gồm tải trọng bảnthân, áp lực thủy tĩnh, và tải trọng gió. Ngoài ra trong một số trường hợp cần xemxét đến tác động từ các thiết bị công nghệ lắp đặt ở phạm vi đáy bể hoặc nắp bể,hoặc ảnh hưởng của ứng lực trước , vì vậy việc xem xét sự làm việc đồng thời củabể chứa trêm mái với hệ khung cũng là một vấn đề đáng lưu ý trong quá trình thiếtkế bể chứa để xem xét đầy đủ các tác động lên cấu kiện. Và ngược lại khi tính toánhệ khung của công trình, bể nước trên mái cũng gây ra những tác động nhất định.

Nhìn chung, việc tính toán tính toán bể chứa hiện nay thường được thực hiện bằnghai qui trình tính toán thông dụng:

- Để đơn giả n trong tính toán, bể chứa được tách riêng từng bộ phận cấu thànhvà lập sơ đồ tính cho từng bộ phận riêng biệt sau khi xem xét các điều kiệnbiên của bộ phận đó.

- Lập sơ đồ tính tổng hợp xem xét đến sự làm việc đồng thời của các bộ phậncủa bể và tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn.

Trong phần lý thuyết này sẽ trình bày qui trình tính toán bằng cách tách riêng từngbộ phận cấu thành sau. Đối với cách tính toán bể chứa khi xem xét sự làm thời tấtcả các cấu kiện sẽ được trình bày trong phần ví dụ.

3.2.3 TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN



a) BẢN NẮP

Bản nắp toàn khối có sườ n (dầm nắp) làm việc như ô bản có kích thước L 1xL2 ,chiều dày là hbn.

Tải trọng

Tải trọng tác dụng lên bản nắp gồm tỉnh tải do trọng lượng bản thân bản nắp và hoạttải sửa chữa. Có thể xét thêm tải trọng do thiết bị gây ra nếu có.

- Tỉnh tải do trọng lượng bản thân được tính dựa vào lớp cấu tạo bản nắp:

1

n

bn i i ig n ( 3.1)

: Chiều dày lớp cấu tạo

: Trọng lượng riêng

: Hệ số vượt tải

- Hoạt tải sửa chữa theo TCVN 2737-1995 :

pbn = pcx np ( 3.2)

pc= 75 (daN/m2); np = 1.3

Sơ đồ tính :

Tùy thuộc vào tỷ số L 1/L2 bản nắp có thể xem như bản kê 4 cạnh hoặ c bản loại dầm.

L1

L2

SÔ ÑOÀ TÍNH LAØ BAÛN KEÂ 4 CAÏNH SÔ ÑOÀ TÍNH LAØ BAÛN LOAÏI DAÀM

L2

Hình 3.2 Sơ đồ tính bản nắp



Tính toán nội lực bằng cách tra bảng hoặc phần mềm. Từ nội lực tính bố trí cốt thépcho bản nắp.

MẶT CẮT B-B

b) BẢN THÀNH

Sự làm việc của bản thành:

Trên thực tế, bản thành là cấu kiện bản chịu nén uốn thời, tuy nhiên để đơn giảntrong quá trình tính toán khi tách thành cấu kiên riêng lẽ, có thể xem bản thành làmviệc tương tự ô bản đơn hoặc bản liên tục chịu uốn liên kết ngàm với dầm dáy và

120 120

80

Þ6a170

19Þ8a200

8Þ6a140

7 6Þ6a140Þ6a160

Þ6a1408

Þ6a20019

1250120 1250 120

DN1

DN2

DN1

DN2

MAËT BAÈNG BOÁ TRÍ THEÙP BAÛN NAÉP HOÀ NÖÔÙC MAÙI

530035

00B

A

B

A

600x600 2Þ12

400 (30Þ)

Hình 3.3 Minh họa bố trí cốt thép bản nắp



hai sườn đứng liên kết với hai bản vuông góc với nó. Cạnh liên kết còn lại với dầmnắp hoặc bản nắp có thể xem là liên kết tựa đơn. Trong trường hợp không có bảnnắp, cạnh còn lại xem như tự do.

Do xem bản thành như ô bản, tùy thuộc vào tỷ lệ kích thước hai cạnh của ô mà sơđồ tính có thể là dạng bản kê hoặc bản dầm.

Kích thước sơ bộ:

Chiều dày của bản thành được chọn như khi thiết kế bản, thường được chọn để đảmbảo được các điều kiện: Đủ khả năng chịu lực theo TTGH 1 và đảm bảo điều kiệnvề khe nứt theo TTGH 2. Bên cạnh đó, khi chọn chiều dày bản thành cần lưu ý làbản thành sẽ được đặt thép hai lớp, do đó cần xem xét điều kiện đổ bê tông đứngđối với bản. Thông thường, chiều dày bản thành luôn chọn h bt ≥ 100mm.

Tải trọng tác dụng :

Tải trọng tác dụng lên bản thành gồm có tĩnh tải, hoạt tải do áp lực nước, và tảitrọng gió. Về nguyên tắc, cần phải tổ hợp tất cả các trường hợp tổ hợp do cáctrường hợp hoạt tải có thể xảy ra gồm gió hút, gió đẩy, hoạt tải nước khi đầy nướcvà khi không có nước. Tuy nhiên, dể dàng nhận thấy đối với các trường hợp hoạt tảitác dụng trên, trường hợp nguy hiểm nhất cho bản thành sẽ là trường hợp gió hútxảy ra đồng thời khi đổ đầy nước. Vì vậy các loại tải trọng tác dụng lên bản thành

được tính và tổ hợp từ các thành phần sau:

- Tỉnh tải do trọng lượng bản thân được bỏ qua do chỉ gây ra lực nén lên bảnthành.

- Hoạt tải do áp lực nước :

n n pp Hn ( 3.3)với :

: Chiều cao bản thành

: Trọng lượng riêng nước

: Hệ số vượt tải , np ≥ 1.1

- Tải trọng gió : xét trường hợp gió hút :



W=wonkc’= 0.4wonk ( 3.4)

SƠ ĐỒ TÍNH

ĐỐI VỚI BỂ THẤP KHI và

- Từ sơ đồ tính, nếu là bản kê bốn cạnh: có thể tínhmô men ở nhịp và gối bằng phương pháp tra bảngđối với từng trường hợp tải, sau đó dùng phươngpháp cộng tác dụng để tìm ra giá trị mô men cuốicùng. Ngoài ra có thể dùng phần mềm hỗ trợ bằngphương pháp phần tử hữu hạn.

- Nếu bản thành thuộc loại dầm: Có thể tính mômen ở nhịp và gối theo bảng t ra và dùng phươngpháp cộng tác dụng:

2 2 9

33.6 128

nn

p h WhM ( 3.5)

2 2

15 8n

g

p h WhM

( 3.6)

- Từ nội lực tính và bố trí cốt thép cho bản thành.

(theùp voøng thaønh hoà)

(theùp voøng thaønh hoà)

(theùp doïc thaønh hoà)

chieàu daøy thaønh

L1

L2

SÔ ÑOÀ TÍNH LAØ BAÛN KEÂ 4 CAÏNH

Hình 3.4

120

Þ8a200

Þ6a170

16

17

600

Þ8a200

8Þ6a200

19

1800

G

1000300

1000120

Hình 3.6 MINH HỌA BỐ TRÍ CỐT THÉP BẢN THÀNH

L2

Hình 3.5 Sơ đồ tính làbản loại dầm



ĐỐI VỚI TRƯỜNG HỢP BỂ CAO KHI:

và

Bản thành được tính như sau:

Chia bản thành thành hai phần I phía trên có chiềucao bằng ¾H và phần II phía dưới cao bằng ¼ H

như trên hình vẽ .

Cắt theo phương mặt phẵng ngang 1 dãi có bề rộ ngbằng 1m , tại độ cao bất kỳ, sơ đồ tính của phần này là một khung kín chịu tác dụngcủa áp lực nước tại cao độ tương ứng.

pp z nn ( 3.7)

3 31 2

1 212( )A B C D

L LM M M M M p

L L

( 3.8)

22

1 8

LM p M

( 3.9)

12

2 8

LM p M

( 3.10)

Lực kéo tại nút:

Ta=0.5pL2 ; Tb=0.5pL1 ( 3.11)

Phần II tính toán như bản sàn với sơ đồ tính là bản kê 4 cạnh: 3 cạnh ngàm (ngàm

với dầm đáy và hai sườn đứng), 1 cạnh tự do.

BỂ DÀI : khi và

Theo phương cạnh dài, bản thành cạnh dài được chia làm 3 phần theo tỷ lệ như hìnhvẽ:

Hình 3.7 . Bản thành bể cao

Hình 3.8 Momen và lực kéo thành hồ

H

L2L11.5H

L1-3H1.5H1

2

1

3



Sơ đồ tính các ô bản được trình bày theo như hình sau :

Tính toán và bố trí cốt thép theo cấu tạo như bản thông thường. Do bản đứng, théptrong bản thường được bố trí 2 lớp. Có thể đối xứng hoặc không đối xứng.

c) BẢN ĐÁY

Bản đáy trong hồ nước mái thường được liên kết với hệ dầm đáy để tạo hệ sàn sườntoàn khối, trong đó ô bản đáy có kích thước L 1xL2 , chiều dày là h bđ.

Tải trọng tác dụng lên bản đáy gồm tỉnh tải do trọng lượng bản thân bản đáy và hoạttải nước. Có thể xét thêm tải trọng do thiết bị gây ra nếu có.

- Tỉnh tải do trọng lượng bản thân được tính dựa vào lớp cấu tạo bản đáy:

( 3.12)

: Chiều dày lớp cấu tạo

: Trọng lượng riêng

: Hệ số vượt tải

L1

L2

SÔ ÑOÀ TÍNH OÂ SOÁ 1

1

L1

L22

L1

L23

SÔ ÑOÀ TÍNH OÂ SOÁ 2 SÔ ÑOÀ TÍNH OÂ SOÁ 3

Hình 3.10 Sơ đồ tính bản thành bể dài



Hoạt tải nước: ( 3.13) với :




Sơ đồ tính : Tùy thuộc vào tỷ số L 1/L2 bản đáy có thể xem như bản kê 4 cạnh hoặcbản dầm. Tính toán và bố trí giống bản nắp, tuy nhiên cần lưu ý cấu tạo liên kết vớidầm đáy hoặc thành hồ cần đảm bảo yêu cầu chống thấm…

d) HỆ DẦM NẮP, DẦM ĐÁY, SƯỜN ĐỨNG VÀ CỘT HỒ NƯỚC

L1

L2

SÔ ÑOÀ TÍNH LAØ BAÛN KEÂ 4 CAÏNH SÔ ÑOÀ TÍNH LAØ BAÛN LOAÏI DAÀM

L2

Hình 3.11 Sơ đồ tính bản đáy

150

600

1Þ8a1502Þ8a170

19 Þ8a200Þ12a1503Þ12a150 319Þ8a200

435000

1250 3001250300

Hình 3.12 Minh họa bố trí thép bản đáy



Thông thường với bể chứa nước trên mái, bể chứa được liên kết với hệ khung thôngqua các cột hồ nước. Các cột hồ nước, ngoài đóng vai trò liên kết với khung, còndùng để tạo ra không gian bên dưới hồ nước để đặt các thiết bị và làm tách biệt hệhồ nước và sàn tầng dưới.

Đối với hệ dầm nắp, dầm đáy và sườn đứng, việc tính toán riêng lẽ từng cấu kiệnthường không phản ánh đúng bản chất làm việc của chúng do liên kết không giangiữa các dầm và sườn đứng và ảnh hưởng của các bản thành bằng bê tông cốt thép.Do đó, khi tính toán hệ các dầm nắp, sườn đứng và dầm đáy, cần được tính toánnhư một hệ khung làm việc đồng thời. Nếu bỏ qua ảnh hưởng của bản thành, sơ đồtính của cả hệ như sau:

TẢI TRỌNG ĐỨNG :

Hệ dầm nắp :

Tĩnh tãi : gồm tải trọng bản thân dầm nắp và trọng lượng bản thân bản nắptruyền vào dưới dạng hình thang hoặc tam giác.

Hoạt tải : Gồm hoạt tải sửa chữa do bản nắp truyền vào dưới dạng hình thanghoặc tam giác.

Hệ dầm đáy :

Tỉnh tải : Bao gồm tải trọng bản thân dầm đáy, tải trọng bản thân bản đáytruyền vào dưới dạng hình thang hoặc tam giác, và tải trọng bản thân củabản thành truyền xuống.

HH1

L2

L1

DAÀM NAÉP

DAÀM ÑAÙY

SÖÔØN

ÑÖÙN

G

Hình 3.13 Sơ đồ hệ khung hồ nước



Hoạt tải: Hoạt tải nước truyền từ bản đáy truyền vào dầm đáy.

TẢI TRỌNG NGANG:

Gồm hoạt tải gió và áp lực ngang của nước. tải trọng ngang này được truyền từ bảnthành vào hệ khung qua dầm nắp, dầm đáy, và sườn.

Khi tính toán hệ cần tổ hợp các hoạt tải như đối với một hệ khung bình thường.

3.3 THIẾT KẾ BỂ CHỨA NGẦM HÌNH CHỮ NHẬT

Khác với bể chứa trên mái thường được đỡ bằng các cột hồ nước, bể nước ngầm đặttrực tiếp trên mặt đất thông thường sẽ được thiết kế để có thể truyền toàn bộ áp lựcđứng lên nền đất thông qua bản đáy. Bên cạnh đó, khi bể nước đặt trên nền đất,ngoài các tải trọng thông thường khác, sẽ phải chịu t hêm áp lực đất, vì vậy việc tínhtoán và cấu tạo có một vài khác biệt so với bể nước trên mái.

Theo vị trí tương đối của bể so với nền đất, có thể phân loại các bể ngầm theo cácloại bể nổi, bể nửa chìm, và bể chìm như hình sau đây:

3.3.1 TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG

Các loại tải trọng tác dụng :

- Trọng lượng bản thân và các lớp cấu tạo.

- Hoạt tải sửa chữa

- Áp lực chất lỏng chứa trong bể (hoạt tải ngắn hạn).

- Áp lực đất (chủ động) tác dụng xung quanh thành bể.

- Áp lực nước ngầm tác dụng lên thành bể và đáy bể (hoạt tải dài hạn).

MAËT ÑAÁT TÖÏ NHIEÂN

BEÅ CHÌM

BEÅ NÖÛA CHÌM

BEÅ NOÅI

Hình 3.14 Vị trí tương đối của bể so với mặt đất



- Trọng lượng các lớp đất đắp trên bể (hoạt tải dài hạn) và người sử dụng (hoạttải ngắn hạn).

3.3.2 TÍNH TOÁN CÁC BỘ PHẬN BỂ

a) BẢN NẮP

Bản nắp bể nước ngầm làm việc giống ô bản sàn chịu lực phân bố gồm :

- Trường hợp bể nổi và bể nửa chìm: Tải trọng bả n thân bản nắp và các lớpcấu tạo, hoạt tải sửa chữa.

- Trường hợp bể chìm: Tải trọng bản thân bản nắp và các lớp cấu tạo, tải trọnglớp đất đắp trên bản nắp và các tải trọng phụ đặt lên lớp đất nếu có.

Việc tính toán bản nắp tương tự tính toán ô sàn phân b ố đều.

b) BẢN THÀNH

Đối với bể nổi, bản thành không tiếp xúc trực tiếp với đất nên tính toán tương tựbản thành bể nước trên mái. Thông thường, với chiều cao so với mặt đất khôngnhiều, có thể bỏ qua tải trọng gió do giá trị không đáng kể.

Tính toán giá trị tải trọng như sau:

n n pp . .H n ( 3.14)





CAÙC TRÖÔØNG HÔÏP TAÛI TROÏNG TAÙC DUÏNG LEÂN BEÅ NOÅI

Pn (AÙp löïc nöôùc)

Hình 3.15



Đối với bể nửa chìm và bể chìm, khi này, bản thành sẽ chịu tác động của áp lực đấtquanh bản thành và áp lực nước bên trong bể.

22 (45 )

2o

d d pp H n tg

( 3.15)

21 (45 )

2o

d d c pp H n tg

( 3.16)

22 ( ) (45 )

2o

d d c pp H H n tg

( 3.17)

Với :

d : Trọng lượng riêng đất


: Góc ma sát trong của đất



Trong quá trình tính toán , cần tính toán riêng cho từng trường hợp tải rồi tổ hợp lại.Sơ đồ tính và bố trí cốt thép tương tự bản thành hồ nước trên mái.

c) BẢN ĐÁY


CAÙC TRÖÔØNG HÔÏP TAÛI TROÏNG TAÙC DUÏNG LEÂN BEÅ NÖÛA CHÌM

H2


Pn (AÙp löïc nöôùc)Pd2 (AÙp löïc ñaát)

Pd1 (AÙp löïc ñaát)

Pn (AÙp löïc nöôùc)Pd (AÙp löïc ñaát)

CAÙC TRÖÔØNG HÔÏP TAÛI TROÏNG TAÙC DUÏNG LEÂN BEÅ CHÌM

HcH

H1

Hình 3.17 Hình 3.17



Bản đáy hồ nước chịu tác dụng của áp lực nước , đồng thời c ũng được xem như bảnmóng để truyền toàn bộ tải trọng của hồ nước xuống nền đất. Vì vậy , bản đáy trongbể nước ngầm được tính toán với hai trường hợp chịu tải như sau:

Khi bể đầy nước : Bản đáy được tính như bản móng nằm trên nền đàn hồi và chịucác loại tải trọng :

- Tải trọng phân bố đều trên bản đáy gồm trọng lượng bản thân các lớp cấu tạobản đáy và nước :

i i i n pq n Hn (Lực/diện tích) ( 3.18)

i : Chiều dày mỗi lớp cấu tạo bản đáy

i : Trọng lượng riêng mỗi lớp cấu tạo bản đáy

in : Hệ số độ tin cậy

n : Trọng lượng riêng chất lỏng chứa trong bể

H: chiều cao bể

np: Hệ số độ tin cậy chất lỏng chứa trong bể

- Tải trọng phân bố đều quanh chu vi bản đáy gồm trọng lượng bản thân cáclớp cấu tạp bản thành, tải trọng phân bố bản nắp của bản nắp truyền vào dầmnắp và trọng lượng bản thân dầm nắp.

d bt dn dnq g g q ( lực/chiều dài) ( 3.19)

gbt : Tải trọng bản thân bản thành qui về phân bố đều trên chiều dài

gdn :Tải trọng bản thân dầm nắp (nếu có) qui về phân bố đều trên chiềudài

qdn : Tải trọng hình thang, tam giác do tải trọng bản thân và hoạt tảidầm nắp truyền vào dầm nắp

Để tính toán nội lực bản đáy, cần xác định hệ số nền, (tham khảo tài liệu nền móng)từ đó tính toán các giá trị nội lực và thiết kế thép bản đáy.

SÔ ÑOÀ TÍNH BAÛN ÑAÙY TRONG TRÖÔØNG HÔÏP BEÅ ÑAÀY NÖÔÙC

q

qd



Khi bể không có nước, bản đáy được tính như bản sàn, kê 4 cạnh vào bản thành và

chịu các loại tải trọng sau :

- Trọng lượng bản thân bản đáy – Tải trọng này có thể bỏ qua để thiên về antoàn.

Phản lực đất nền dưới bản đáy :1 2

Gp

L L

( 3.20)

Với G là tổng tải trọng của bể nước t ính cả phần đất đắp bên trên.

-

Cốt thép trong bản đáy được tính toán và bố trí để thỏa mãn cả hai trường hợp trên.

3.3.3 KIỂM TRA ĐẨY NỔI BỂ NGẦM

Khi có mực nước ngầm cao hơn đáy bể, bể cần được kiểm tra đẩy nổi để tránhtrường hợp bể bị đẩy trồi lên khi không chứa nước

p

SÔ ÑOÀ TÍNH BAÛN ÑAÙY TRONG TRÖÔØNG HÔÏP BEÅ KHOÂNG COÙ NÖÔÙCHình 3.19



Điều kiện kiểm tra:1 2 nn d nG L L h ( 3.21)

Với

G là tổng tải trọng của bểnước tính cả phần đất đắpbên trên.

d n : Dung trọng đẩy nổi

hnn: chiều cao mực nướcngầm tính từ đáy bể

3.4 VÍ DỤ TÍNH TOÁN

Yêu cầu thiết kế một hồ nước trên mái cột hồ nước được đặt theo, kích thước8mx7.6mx1.6m đặt cách sàn mái 1.5m. Chiều cao sàn mái là 25.2m. Vật liệu sửdụng : sử dụng chung với hệ thống kết cấu toàn nhà :

Bêtông B20

Thép có ϕ>=10 sử dụng thép AIII

Thép có ϕ<10 sử dụng thép AI

Giải:

a) XÁC LẬP SƠ ĐỒ KẾT CẤU

Sơ đồ kết cấu hồ nước được xác lập như hình vẽ sau:

Hnn

MÖÏC NÖÔÙC NGAÀM

Hình 3.20 Bể ngầm



1600

1500

7600

8000

DN2

DN2

DN1DN1DN3

DN4

DD2

DD2

DD1DD1DD3

DD4

C1C1

C1

b) CHỌN SƠ BỘ KÍCH THƯỚC TIẾT DIỆN

- Hệ dầm - bản nắp:

+ Chọn chiều dày bản nắp: δ n = 8 cm.

+ Chọn hệ dầm chính: DN1= 250x400 , DN2= 250x400

+ Chọn hệ dầm phụ : DN3= 200x300 , DN4= 200x300

+ Lổ thăm : 600x600

- Hệ dầm - bản đáy.

- Chọn chiều dày bản đáy: δ đ = 15 cm.

- Chọn hệ dầm chính: DD1= 300x700 , DD2= 300x700

- Chọn hệ dầm phụ : DD3= 300x500 , DD4= 300x500

- Bản thành.

- Chọn chiều dày bản thành: δ th = 12 cm.

- Chiều cao thành hồ: h= Hđài – hDN1 = 1.6–0.4 = 1.2 (m)

c) TÍNH TOÁN BẢN NẮP.



1 2

A

B

QUAN NIỆM TÍNH.

+ Các ô bản S1 có chiều dày là 8cm. Ta có hd /hb = 30/8 = 3.75 > 3 nên bản liên kếtvới dầm được xem là ngàm.

+ Các ô bản S1 có tỉ số L2/L1 = 4/3.8 = 1.05 < 2 nên ô bản làm viêc theo 2 phương.

XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG.

+ Tải trọng tác dụng phân bố đều trên 1m2 ô bản:

Chiềudày γ

TT tiêuchuẩn Hệ số

TT tínhtoán

Các lớp cấu tạolớp(mm) (daN/m3) (daN/m2)

vượttải (daN/m2)

- Lớp vữa XM 20 1800 36 1.1 39.6- Sàn BTCT dày 80 80 2500 200 1.1 220.0- Lớp lót 15 1800 27 1.1 29.7Tổng cộng 289

+Hoạt tải sữa chữa:

Theo bảng 3 TCVN 2737:1995, hoạt tải sữa chữa có giá trị tiêu chuẩn là



ptc = 75 daN/m2.

Như vậy p tt = 75 x 1.3 = 97.5 daN/m2.

P= (gtt + ptt).L1.L2

Ôbản

L1

(m)L2

(m)gtt

(daN/m2)ptt

(daN/m2)P(daN)

S1 3.8 4 289 98 5882

XÁC ĐỊNH NỘI LỰC.

+ Do ô bản đều liên kết 4 cạnh ngàm,vì vậy thuộc ô loại 9. Tra bảng

L

L L

q 1

M I

M 1

2

1 1

2LM Ii

M 2

q 2

M II M II

M I

M 1

M 2

M I

Kết quả tính toán nội lực như bảng sau:

P (daN) m91 m92 k91 k92M1

(daN.m/m)M2

(daN.m/m)MI

(daN.m/m)MII

(daN.m/m)

5882 0.0187 0.0171 0.0400 0.0394 109.99 100.58 235.28 231.75

TÍNH, CHỌN VÀ BỐ TRÍ THÉP.

+ Mỗi ô bản được tính thép ứng với moment ở gối và ở nhịp theo mỗi phương theobài toán cấu kiện chịu uốn có tiết diện chữ nhật b = 100cm, h = hb= 8cm, đặt cốtthép đơn:

Bêtông B20 : Rb = 115 daN/cm2



Thép có ϕ>=10 sử dụng thép AIII : Rs = 3650 daN/cm2

Thép có ϕ<10 sử dụng thép AI : Rs = 2250 daN/cm2

- Ô bản được tính như cấu kiện chịu uốn.

- Các giả thiết tính toán:

a = 1.5 cm khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bêtông chịu kéo;

b =100cm bề rộng tính toán của dải bản.

Diện tích cốt thép được tính bằng CT:s

bs R

hbRA 0...

Trong đó: m 211 ; với20.. hbR

M

bm

Kiểm tra điều kiện cốt thép: max0

min 100..

% hb

As

trong đó:min 0.05% .

%25.3%1002250

115635.0%100..max xx

R

R

s

bR

Ta có bảng kết quả tính toán và bố trí thép như bảng sau:

Thép chọnϕ a As

Kí hiệusàn

Giá trịmoment(daNm)

αm ξ Atts

(cm2)(cm) (cm) (cm2)

μ%

M1 109.99 0.0195 0.0197 0.71 6 150 1.88 0.269

M2 100.58 0.0178 0.0180 0.64 6 150 1.88 0.269

MI 235.28 0.0418 0.0427 0.94 8 200 2.52 0.322S1

MII 231.75 0.0411 0.0420 0.93 8 200 2.52 0.322

Cốt thép phân bố định vị thép mũ - chọn thép ϕ6a200.



1 2

A

B

3800 3800

4000

4000

8000

7600

MB BOÁ TRÍ THEÙP BAÛN NAÉP

600

600

Þ8a200

950

Þ8a200

950 950

Þ8a200

950

Þ8a200

950

Þ8a200

950 950

Þ8a200

950

Þ6a150

Þ6a150

Þ6a1

50

Þ8a2

00

950

Þ8a2

00

950

Þ8a2

00

950

Þ8a2

00

950

Þ8a2

00

950

950

Þ6a1

50

Þ8a2

00

950

950

DN2 250x400

DN1

250x

400

DN1

250x

400

DN2 250x400

DN4 200x300

DN3

200x

300

d) TÍNH TOÁN BẢN THÀNH.

QUAN NIỆM TÍNH TOÁN.

+ Thành bể là cấu kiện chịu nén uốn, nhưng do hiệu ứng nén uốn là khá nhỏnên ta bỏ qua trọng lượng bản thân của thành bể để đơn giản trong tính toán. Xemthành bể là cấu kiện chịu uốn có :

+ Cạnh dưới ngàm vào bản đáy.

+ Cạnh bên được ngàm vào trong cột.

+ Cạnh trên tựa đơn do có hệ dầm nắp bao theo ch u vi.



1600

- Bản thành có L2/L1= 7.6/1.6= 4.75 > 2 nên bản lam việc theo 1 phương cạnhngắn.

- Cắt 1 dải rộng 1m theo phương cạnh ngắn để tính toán.

- Sơ đồ tính như hình sau :

XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG.

Áp lực nước:

Tại đáy hồ: pthtt = nn. .H = 1.1x1000x1.6 = 1760 (daN/m)

Áp lực gió:

Phía gió đẩy : qđ = 1.2 x 83 x 0.884 x 0.8 x 1= 70.4 (daN/m)

Phía gió hút : qh = 1.2 x 83 x 0.884 x 0.6 x 1= 52.8 (daN/m)

XÁC ĐỊNH NỘI LỰC.

Trường hợp tác dụng của tổ hợp tải trọng nguy hiểm nhất lên thành hồ là trườnghợp áp lực gió hút xảy ra đồng thời với áp lực nước khi bể đầy nước.

Dùng phần mềm Sap 2000 để giải nội lực:



TH Áp lực gió hút + áp lực nước.

Moment gối lớn nên dùng Mg= 317.27 daN.m để tính cốt thép cho thành bể ; dựkiến đặt thép 2 lớp chịu cả Mnhịp (thiên về an toàn) để dễ thi công và chịu Mg theochiều ngược lại khi hồ không có nước.

TÍNH,CHỌN VÀ BỐ TRÍ THÉP.

+ Tính toán như cấu kiện chịu uốn




+ Các giả thiết tính toán và công thức như ở phần trên (bản thành dày 12cm)

Giả thiết a = 1.5 cm

b =100cm - bề rộng tính toán của dải bản.

Bảng kết quả tính toán và lựa chọn cốt thép như bảng sau:

Thép chọnϕ a AsGiá trị moment (daNm) αm ξ Att

s


μ%

M1 317.27 0.0250 0.0253 1.36 6 150 1.88 0.179

M2 139.86 0.0110 0.0111 0.60 6 150 1.88 0.179



Þ8a2

00Þ8

a200

Þ6a1

50Þ6

a150

Þ6a2

00Þ6

a200

Þ6a1

50Þ6

a150

Þ6a1

25Þ6

a125

Þ6a1

25Þ6

a125

Þ6a1

50

Þ6a1

50

Þ6a2

00

Þ6a2

00

Þ6a1

50

Þ6a1

50

Þ6a2

00

Þ6a2

00

12

MAËT

CAÉT

1-1

400

400

3800

3800

7600

950

950

950

950

Þ10a

200

Þ6a2

00Þ1

0a20

0Þ1

0a20

0Þ6

a200

Þ6a2

00

950

950

950

950

Þ8a2

00Þ6

a200

150016003100

Þ10a

250

Þ10a

250

Þ10a

250

Þ10a

250



e) TÍNH TOÁN BẢN ĐÁY.

QUAN NIỆM TÍNH:

+ Các ô bản S2 có chiều dày =15cm. Ta có hdmin /hb = 50/15 > 3 nên bản liên kếtvới dầm được xem là ngàm.

+ Các ô bản S2 có tỉ số L2/L1 = 4/3.8 = 1.05 < 2 nên ô bản làm viêc theo 2phương

XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG:

+ Tải trọng tác dụng phân bố đều trên 1m 2 ô bản:

Chiềudày γ

TT tiêuchuẩn Hệ số

TT tínhtoán

Các lớp cấu tạolớp(mm)

(daN/m3) (daN/m2)

vượttải (daN/m2)

- Lớp vữa XM tạo dốc 40 1800 72 1.1 79.2- Lớp Keo composit có sợi chốngthấm 5.0

- Sàn BTCT dày 150 150 2500 375 1.1 412.5

- Lớp lót 15 1800 27 1.1 29.7

Tổng cộng 526

P = (gtt + ptt).L1.L2

Ôbản

L1

(m)L2

(m)gtt

(daN/m2)ptt

(daN/m2)P(daN)

S2 3.8 4 526 1760 34747

XÁC ĐỊNH NỘI LỰC:

+ Do ô bản đều liên kết 4 cạnh ngàm,vì vậy thuộc ô loại 9. Cắt ô bản theo mỗiphương với bề rộng b = 1m, giải với tải phân bố đều tìm moment nhịp và gối.

Ta có bảng kết quả tính toán nội lực như bảng sau:

P (daN) m91 m92 k91 k92M1(daN.m/m)

M2(daN.m/m)

MI(daN.m/m)

MII(daN.m/m)



34747 0.0187 0.0171 0.0400 0.0394 649.77 594.17 1389.9 1369.03

TÍNH,CHỌN VÀ BỐ TRÍ THÉP:

+ Tính toán như cấu kiện chịu uốn




+ Các giả thiết tính toán và công thức như ở phần trên (bản thành dày 15cm)

a = 1.5 cm khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bêtông chịu kéo;

b =100cm bề rộng tính toán của dải bản.

Ta có bảng kết quả tính toán và bố trí thép như b ảng sau:

Thép chọnϕ a As

Kí hiệusàn

Giá trịmoment(daNm)

αm ξ Atts


μ%

M1 649.77 0.0310 0.0315 2.17 6 125 2.26 0.168

M2 594.17 0.0283 0.0288 1.98 6 125 2.26 0.168

MI 1389.88 0.0663 0.0687 2.92 10 200 3.93 0.291S1

MII 1369.03 0.0653 0.0676 2.88 10 200 3.93 0.291

Cốt thép định vị thép mũ chọn ϕ6a200.



1 2

A

B

3800 3800

4000

4000

8000

7600

BOÁ TRÍ THEÙP BAÛN ÑAÙY

Þ10a200

950

Þ10a200

950 950

Þ10a200

950

Þ6a125

Þ6a1

25

Þ6a1

25

Þ10a200

950

Þ10a200

950 950

Þ10a200

950

Þ6a125Þ1

0a20

0

950

Þ10a

200

950

Þ10a

200

950

Þ10a

200

950

Þ10a

200

950

950

Þ10a

200

950

950

DD2 300x700

DD1

300x

700

DD1

300x

700

DD2 300x700

DD4 300x500

DD3

300x

500

f) TÍNH TOÁN DẦM NẮP & DẦM ĐÁY HỒ

QUAN NIỆM TINH TOAN - SƠ DỒ TRUYỀN TẢI

Dầm nắp, dầm đáy được tính như một hệ dầm trực giao. Để mô phỏng chính xác sựlàm việc và các kết dầm đáy, dầm nắp, hệ cột, dựng mô hình không gian bao gồmdầm đáy, dầm nắp và cột, với cái tảC trọng được truyền tải từ các bản sàn vào và tảitrọng gió, tải trong bản thân do chương trình Sap tính.



XAC DỊNH TẢI TRỌNG.

Dầm nắp DN1.

Tải do bản nắp truyền vào có dạng hình hình thang, giá trị lớn nhất của hìnhthang là:

qDN1 = qbn .3,8/2 = 387 x 3,8/2 = 735.3 (daN/m) .

Dầm nắp DN2

Tải do bản nắp truyền vào có dạng hình tam giác, giá trị lớn nhất của tải tam giác là:

qDN2 = qbn .3,8/2 = 387 x 3,8/2 = 735.3 (daN/m).

Dầm nắp DN3.

Tải do bản nắp truyền vào có dạng hình hình thang, giá trị lớn nhất của hìnhthang là:

qDN3 = 2xqbn .3,8/2 = 2x387 x 3,8/2 = 1470.6 (daN/m)

Dầm nắp DN4.

Tải do bản nắp truyền vào có dạng hình tam giác, giá trị lớn nhất của tải tam giác là:

qDN4 = 2xqbn..4/2= 2x387 x 3,8/2 = 1470,6 (daN/m)

Dầm đáy DD1.

Đối với dầm đáy giả sử nước đầy bồn để xác định tải trọng truyền vào dầm đáy, vàthực tế khi bồn đầy nước thì dầm đáy và cột chịu tải trọng nguy hiểm nhất vì hoạttải do gió gây ra rất nhỏ.

Tải do bản đáy truyền vào có dạng hình hình thang, giá trị lớn nhất của hìnhthang là:

qDD1 = qbđ .3,8/2 = 2286 x 3,8/2 = 4343,4 (daN/m)

Dầm đáy DD2.

Tải do bản đáy truyền vào có dạng hình tam giác, giá trị lớn nhất của tải tam giá c là:

qDD2 = qbđ..4/2= 2286 x 3,8/2 = 4343,4 (daN/m)



Dầm đáy DD3.

+ Tải do bản đáy truyền vào có dạng hình hình thang, giá trị lớn nhất của hìnhthang là:

qDD3 = 2xqbn .3,8/2 = 2x2286x 3,8/2 = 8686.8 (daN/m)

Dầm đáy DD4.

+ Tải do bản đáy truyền vào có dạng hình tam giác, giá trị lớn nhất của tải tamgiác là:

qDD4 = 2xqbn..4/2= 2x2306x4/2 = 8686,8 (daN/m)

Các dầm đáy DD1và DD2 còn chịu tại trọng bản thân của bản thành truyềnxuống :

Tải trọng các lớp cấu tạo bản thành

Chiều dày γ TT tiêu chuẩn Hệ số TT tính toánCác lớp cấu tạo

lớp (mm) (daN/m3) (daN/m2) vượt tải (daN/m2)

- Lớp vữa XM 20 1800 36 1.1 39.6- Lớp Keo composit có sợi chống thấm 5.0- Sàn BTCT dày 250 120 2500 300 1.1 330.0- Lớp lót 15 1800 27 1.1 29.7Tổng cộng 404

Tổng tải tác dụng lên dầm DD1,tính theo tải lớn nhất.

q = qDD1+ gBT = 4343,4 + 404x1,6 = 4989.8 (daN/m).

Tổng tải tác dụng lên dầm DD2, tính theo tải lớn nhất.

q = qDD2+ gBT = 4343,4 + 404x1,6 = 4989.8 (daN/m).

Tải trọng gió truyền vào dầm nắp và dầm đáy :

Phía gió đẩy : qđ = 1.2 x 83 x 0.884 x 0.8 x 0.8= 56.35 (daN/m).

Phía gió hút : qđ = 1.2 x 83 x 0.884 x 0.6 x 0.8= 42.26 (daN/m).

XÁC DỊNH NỘI LỰC.



Sử dụng phần mền Sap 2000 dựng mô hình khung không gian, với các dầm nắp vàdầm đáy như đã trình bày phần trên, cột chọn tiết diện C400x400 chiều cao cột tínhtừ đáy dầm đáy (DD1 và DD2 300x700) là 1.5m, chiều cao thông thủy khi thi cônghồ nước.

Mô hình.

Mô hình khung hồ nước mái

Tải trọng tác dụng lên dầm nắp daN/m Tải trọng tác dụng lên dầm đáy daN/m

Nội lực.



Moment dầm nắp Tm Moment dầm đáy Tm

Lực cắt dầm nắp T Lực cắt dầm đáy T

So sánh với 1 số phương án tính toán hệ dầm nắp và dầm đáy khác :

Nếu tách riêng hệ dầm đáy và dầm nắp và tính toán độc lập từng hệ như hai sơ đồsau : Sơ đồ tính và nội lực dầm nắp :

1.69

-4.71

4. 03

-4.34-4.65

4.18

-4. 34

4. 03

5.03

-0. 86

4.88

- 0.7

34.

18

-4.6

5

-1.69

4.71

1.69

-4.71

4.18

-4. 65

-0.73

4.88

- 0.8

6

5 .03

-4. 3

4

4.03

- 4.6

5

4.18

4.03

- 4.3

4-1

.69

4.71

XY XZ

YZ



Sơ đồ tính và nội lực dầm đáy :

Bảng kết quả nội lực của dầm đáy và dầm nắp so sanh với cách giải ban đầu :

Kí hiệu Giá trị moment (Tm)Cách tính toàn khung

Giá trị moment (Tm)Cách tính tách rời

Mnh 3.83 Mnh 4.64DN1

Mg 5.14 Mg 4.17


Mg 4.80 Mg 0.86


Mg 1.11 Mg 4.34


Mg 0.96 Mg 0.71



Mnh 30.83 Mnh 35.54DD1

Mg 25.34 Mg 20.22

Mnh 28.65 Mnh 33.11DD2

Mg 22.70 Mg 17.88

Mnh 21.17 Mnh 22.20DD3

Mg 12.10 Mg 11.20



Mnh 23.29 Mnh 24.09DD4

Mg 11.57 Mg 10.63

g) SO SÁNH VỚI CÁCH TÍNH XEM XÉT ĐẾN SỰ LÀM VIỆC ĐỒNGTHỜI CỦA CÁC THANH VÀ TẤM

Với bài toán trên, ngoài phương pháp tách rời từng bộ phận để tính toán riêng biệtnhư đã trình bày ở phần lý thuyết, với sự hổ trợ từ các phần mềm tính toán dựa vàophương pháp phần tử hữu hạn, hồ nước có thể được phân tích nội lực của trên cơsở xem xét sự làm việc đồng thời của tất cả các bộ phận hồ nước theo cách trìnhbày dưới đây.

Khi tính toán hồ nước trong điều kiện tất cả các cấu kiện thanh và bản làm việcđồng thời trên một sơ đồ tính toán không gian, sự phân phối nội lực có khá nhiềukhác biệt so với việc tính toán bằng các sơ đồ tính độc lập. Nội lực trong các dầmnhư dầm nắp, dầm đáy sẽ rất nhỏ do có bản thành chịu uốn trong mặt phẵng ( Bảnthành lúc này đang làm việc như là một dầm mõng và cao).Bên cạnh đó, do có sựliền lạc giữa bản thành, bản nắp và bản đáy, sự phân bố nội lực để có sự làm việcđồng thời giữa những bản với nhau, bản thành có nội lực khá nhỏ so với cácphương pháp trước.

Bên cạnh đó, sự làm việc và biến dạng của bản cũ ng tương đối khác so với quanniệm tính toán tách rời từng ô bản.

Nội lực và các kết quả



Giá trị moment (Tm)Cách tính xét sự làmviệc đồng thời vớibản bằng PP PTHH

Mnh 3.83 Mnh 4.64 1.00DN1

Mg 5.14 Mg 4.17 0.52

Mnh 3.66 Mnh 5.00 1.03DN2

Mg 4.80 Mg 0.86 0.52

Mnh 4.77 Mnh 5.03 0.57DN3

Mg 1.11 Mg 4.34 1.11

Mnh 4.73 Mnh 4.88 0.51DN4

Mg 0.96 Mg 0.71 1.02

DD1 Mnh 30.83 Mnh 35.54 3.52



Mg 25.34 Mg 20.22 4.00

Mnh 28.65 Mnh 33.11 3.50DD2

Mg 22.70 Mg 17.88 3.72

Mnh 21.17 Mnh 22.20 3.63DD3

Mg 12.10 Mg 11.20 0.77

Mnh 23.29 Mnh 24.09 3.41DD4

Mg 11.57 Mg 10.63 0.73

Biểu đồ bao momen của bản nắp - nhánh

Max



Biểu đồ bao momen của bản nắp- nhánh Min

Biểu đồ bao momen của bản thành- nhánh Max



Biểu đồ bao momen của bản thành- nhánh Min

Biểu đồ bao momen của bản đáy- nhánh Max

CHƯƠNG 3. KẾT CẤU HỒ NƯỚCthuvienso.vanlanguni.edu.vn/bitstream/Vanlang_TV/10877/4... · 2019-08-27 · CHƯƠNG 3 - KẾT CẤU HỒ NƯỚC Trang56 TRƯỜNG ĐẠI HỌC

Documents