Thiết kế chung cư thế kỷ 21 quận Bình Thạnh TP Hồ Chí Minh

CHƯƠNG VII BỂ NƯỚC NGẦM 7.1. XÁC ĐỊNH DUNG TÍCH BỂ. Hồ ngầm dùng để tích nước phục vụ cấp nước sinh hoạt cho bể nước mái, nước chữa cháy trong nhà và ngoài nhà. Vì vậy dung tích hồ được xác định sao cho đảm bảo cấp nước sinh hoạt, nước chữa cháy trong nhà và ngoài nhà với thời gian tối thiểu trong 3 giờ. 7.1.1. Dung tích nước cấp cho sinh hoạt Ta lấy theo thể tích bể nước mái V1 = 84m3. 7.1.2. Dung tích nước cấp chữa cháy Căn cứ TCVN 2622 - 1995: Tiêu chuẩn phòng cháy, chống cháy cho nhà và công trình - yêu cầu thiết kế: - Đối với công trình chung cư, khách sạn có khối tích 20000m3, bậc chịu lửa (II), hạng sản xuất C, lưu lượng nước chữa cháy ngoài nhà lấy từ trụ nước chữa cháy: q1= 20 (l/s). - Nhà ở có 8 tầng khoảng cách từ cửa ra vào tới mép cầu thang xa nhất 22m, do đó tại mỗi tầng cần bố trí một điểm chữa cháy, số họng nước chữa cháy cho mỗi điểm: 1 họng, lượng nước tính cho mỗi họng 2,5 l/s. - Lưu lượng nước chữa cháy bên ngoài nhà: q2 = 8x1,1x2,5=20l/s Vậy lượng nước cần thiết phục vụ cho chữa cháy trong và ngoài nhà trong ba giờ. V2 = 3x3600xq (l) trong đó: q lưu lượng nước chữa cháy trong và ngoài nhà. q = q1 + q2 = 20 + 20 = 40 (l/s) V2 = 3x3600x40=432000 (l) = 432m3 Lưu lượng nước cấp vào cho hồ thông qua hệ thống cấp nước đô thị và giếng khoan: qc = 5l/s Dung tích cần thiết của hồ chứa nước ngầm là: V = V1 + V2 – 3x3600x5=84+432-54= 413 m3 7.2. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC VÀ CHỌN VẬT LIỆU CHO BỂ 7.2.1. Kích thước cơ bản bể chứa nước ngầm - Căn cứ vào dung tích bể nước ngầm 413 m3, mặt bằng tổng thể, điều kiện thi công chọn bể làm bằng bê tông cốt thép đặt ngoài nhà, kích thước cơ bản như sau: Chiều dài là L=16 m, bề rộng B= 8 m chiều cao bể H =m chọn H=3,5 m. Mặt bằng kích thước bể nước ngầm. 7.2.2. Chọn tiết diện cho bể - Chọn chiều dày bản nắp: h= 100mm; - Chọn chiều dày bản thành: h= 200mm; - Chọn chiều dày bản đáy: h= 200mm; - Chọn kích thước dầm nắp bdn x hdn = 300 x 500 mm ; - Chọn kích thước dầm đáy bdđ x hdđ = 300 x 600 mm. 7.2.3. Chọn vật liệu cho bể * Bê tông: Sử dụng bê tông Mác 250 có : + Khối lượng riêng: = 2500(kG/cm); + Cường độ chịu nén tính toán: R= 110(kG/cm); + Cường độ chịu kéo tính toán: R= 8,8(kG/cm); + Mô đun đàn hồi: E = 265x10(kG/cm); * Cốt thép: - Thép AI: thép <10 + Cường độ chịu kéo, nén tính toán: R= R= 2100(kG/cm); + Môđun đàn hồi: Ea = 21x10(kG/cm); - Thép AII: thép: > 10 + Cường độ chịu kéo, nén tính toán: R= R= 2700(kG/cm); + Môđun đàn hồi: Ea = 21x10(kG/cm); 7.3. TÍNH TOÁN BẢN NẮP 7.3.1. Sơ đồ tính Bốn ô bản nắp giống nhau có kích thước là: (8,0x8,0) m; - Tỷ số > 3: liên kết giữa bản nắp và dầm nắp được xem là liên kết ngàm; - Tỷ số tính theo bản kê 4 cạnh; Tính theo sơ đồ ô bản 9. Cắt dải bản có bề rộng bằng 1m theo 2 phương để tính. 7.3.2.Tải trọng tác dụng - Tĩnh tải: Trọng lượng bản thân của bản BTCT và các lớp trát. g = 1,1 x 2500 x 0,1 +1,3 x 0,02 x 1800 = 321,8 (kG/m2) - Hoạt tải: p = 1,3 x 75 = 97,5 (kG/m2) - Tổng tải trọng tác dụng lên bản nắp: q = g + p = 321,8 + 97,5 = 419,3(kG/m2) 7.3.3. Xác định nội lực - Nội lực trong bản được tính theo công thức tổng quát sau: Moâmen ôû nhòp theo phöông caïnh ngaén l1 Moâmen ôû nhòp theo phöông caïnh daøi l2 Moâmen ôû goái theo phöông caïnh ngaén l1 Moâmen ôû goái theo phöông caïnh daøi l2 trong đñoù: p = qbn .l1.l2; q= 419,3 kG/m2 ; l1= l2 = 8m là kích thước hai cạnh của ô bản. m91, m92, k91, k92 là các hệ số tra bảng phụ thuộc vào tỷ số Bảng: Xaùc ñònh noäi löïc Kích thước Tỷ sốl2/l1 Sơ đồ tính ô bản Hệ số Tải trọng qbn (kG/m2) Mômen(kG.m) l1 (m) l2 (m) 8 8 1,0 9 m91 0,0179 419,3 M1 480 m92 0,0179 M2 480 k91 0,0417 MI 1119 k92 0,0417 MII 1119 7.3.4. Tính theùp boá trí coát theùp baûn naép: Cắt 1 dải bản có bề rộng 1m, tính toán như cấu kiện chịu uốn có tiết diện chữ nhật bxh = (100x10) cm. Giaû thieát: a1 = 2,0cm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép theo phương cạnh ngắn đến mép bêtông chịu kéo; a2 = 3,0cm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép theo phương cạnh dài đến mép bêtông chịu kéo; h01 = hbn – a1 = 10,0 – 2,0 = 8,0cm; h02 = hbn – a2 = 10,0 – 3,0 = 7,0cm; Sau khi có mômen ta tính các hệ số: A=£ A0=0,412 Tính diện tích cốt thép: Kiểm tra hàm lượng cốt thép: ; µmin = 0,1% Baûng: Tính theùp baûn naép Mômen(kG.m) h0 (cm) A a Fatt(cm2) Thép chọn µ % F (mm) a (mm) Fa (cm2) M1 608 8,0 0,086 0,090 4,48 8 110 4,57 0,57 M2 608 7,0 0,095 0,100 4,35 8 110 4,57 0,65 MI 1416 8,0 0,170 0,188 7,24 12 130 8,70 1,08 MII 1416 7,0 0,222 0,255 8,59 12 130 8,70 1,24 7.4. TÍNH TOÁN DẦM NẮP 7.4.1. Sơ đồ tính Sơ đồ truyền tải lên dầm nắp 7.4.2. Xác định tải trọng -Tải trọng (tĩnh tải và hoạt tải) bản nắp truyền vào dầm nắp dạng tam giác quy về phân bố đều: (kG/m) - Trọng lượng bản thân dầm (300x500): g2 = 1,1x 0,3 x 0,5 x 2500 + 1,3 x (2 x (0,5-0,1)+0,3) x 0,015 x 1800 = 451(kG/m) - Tổng trọng lượng tác dụng lên dầm: qd = g1 + g2 = 2097 + 451 = 2510(kG/m) 7.4.3. Xác định nội lực Mômen lớn nhất ở giữa nhịp: (kGm) Lực cắt lớn nhất: (kG) 7.4.4. Tính toán và bố trí cốt thép * Tính cốt thép chịu lực. - Giả thiết a = 4 cm h0 = hdn – a = 60 – 4 = 56cm; bdn = 30cm - Tính: < Ao = 0,412; - Tính diện tích cốt thép: - Kiểm tra hàm lượng cốt thép: ; µmin = 0,1% Kết quả tính cốt thép dầm DN Dầm Tiết diện M h0 b A a Fa (tính) Thép chọn %m (kGm) (cm) (cm) Fa(chọn) Fac DN Nhịp 20080 46 30 0.28 0.33 18,55 522 19 1,37 * Tính cốt đai: Qmax = 10040kG k0Rnbh0 = 0,35 x 110 x 30 x 56 = 64680kG k1Rkbh0 = 0,6 x 8,8 x 30 x 56 = 8870 kG Nhận xét: k1Rkbh0 <Qmax <k0Rnbh0: Cần tính cốt ngang. - Chọn đai8 có fađ = 0,283cm2, n=2: số nhành đai, khoảng cách đai u=150mm - Kiểm tra khả năng chịu cắt của cốt đai và bê tông: Qđb= với q= > Qmax = 10040kG Vậy cốt đai 6 a=150mm, ta bố trí cả dầm DN. 7.5. TÍNH TOÁN BẢN THÀNH 7.5.1. Sơ đồ tính - Xét tỷ số: >2 : Bản làm việc theo phương cạnh ngắn (bản loại dầm) >2 : Bản làm việc theo phương cạnh ngắn (bản loại dầm) Cắt dải bản có bề rộng 1m theo phương đứng để tính. Sơ đồ tính bản thành (làm sao xác định sơ đồ tính ngàm, khớp) Thaønh beå ñöôïc ñuùc lieàn khoái vôùi phaàn ñaùy beå neân xem nhö ñaàu ngaøm. Phaàn naép beå ñöôïc ñoå sau neân xem nhö ñaàu khôùp vaø cuõng vì lyù do an toaøn cho thaønh beå. 7.5.2.Tải trọng tác dụng + Áp lực nước tác dụng lên thành bể (phân bố dạng tam giác): (n=1,0 : baûng II TCVN 2737 – 1995) Áp ực nước tác dụng lên thành bể + Áp lực đất tác dụng lên thành bể (phân bố dạng tam giác): Hồ nước ngầm đặt trong lớp đất sét pha có khối lượng riêng =1790(kG/m3) * Troïng löôïng baûn thaân baûn thaønh: Troïng löôïng baûn thaân baûn thaønh gaây ra löïc doïc trong baûn thaønh, giaù trò naøy thöôøng khoâng lôùn, vaø ñeå ñôn giaûn thì coù theå xem thaønh beå nhö caáu kieän chòu uoán, boû qua aûnh höôûng cuûa löïc neùn naøy. Vì vaäy ôû ñaây ta khoâng tính taûi troïng taùc duïng leân thaønh beå do troïng löôïng baûn thaân baûn thaønh 7.5.3. Xác định nội lực - Thành bể làm việc trong trường hợp bất lợi nhất khi chịu tác dụng của áp lực đất hoặc áp lực nước, vì pđ = 6892 kG/m > pn = 3500 kG/m nên chọn trường hợp thành chịu áp lực đất để tính toán thành bể, pđ = 6892 kG/m. - Tại vị trí giữa nhịp: (kG.m) - Tại vị trí ngàm: (kG.m) 7.5.4 Tính toán và bố trí thép cho bản thành Baûn thaønh ñöôïc tính nhö caáu kieän chòu uoán coù tieát dieän bxh = (100x20) cm - Chọn a = 2,5cm h0 = hbt – a = 20–2,5 =17,5cm; b=100cm - Tính: < A0 =0,412 ; - Tính diện tích cốt thép: - Kiểm tra hàm lượng cốt thép: ; µmin = 0,1% Bảng: Kết quả tính cốt thép bản thành Mômen h0 b A a Fatt (cm2) Thép chọn m % (kG.m) (cm) (cm) Fa(chọn) Fac (cm2) Mmax 2513 17,5 100 0,075 0,078 8,41 12a130 8,7 0,50 Mmin 5628 17,5 100 0,141 0,153 16,58 16a120 16,75 0,96 Vậy ta chọn 16a120 bố trí thép thành bể. 7.6. TÍNH TOÁN BẢN ĐÁY - Bản đáy đặt trực tiếp trên nền đất, do đó bản đáy tính như một móng bản đặt trên nền đàn hồi. Cần xét hai trường hợp bất lợi nhất khi bể đầy nước và khi bể không có nước. 7.6.1 Tải trọng tác dụng 7.6.1.1. Xét trường hợp bể chứa đầy nước: - Khi bể chứa đầy nước bản đáy tính như một móng bản đặt trên nền đàn hồi, chịu tác dụng các tải trọng sau: * Tải trọng tác dụng phân bố đều trên bản đáy: - Trọng lượng bản thân bản đáy, bao gồm lớp vữa tạo dốc dày 40mm: gbđ = 1,1 x 0,2 x 2500 + 1,3 x 0,04 x 1800 = 644 kG/m2 - Trọng lượng nước trong bể: gn = n x x H = 1,0 x 1000 x 3,5 = 3500 kG/m2 - Tổng tải trọng phân bố đều trên bản đáy: g = gbđ + gn = 644 + 3500 = 4144 kG/m2 * Tải trọng phân bố đều theo chu vi bản đáy: - Trọng lượng bản thân bản thành, bao gồm lớp trát dày 20mm. qbt = 1,1 x 0,2 x 2500 x 3 + 1,3 x (0,02+0,02) x 1800 x 3 = 1931 kG/m2 - Trọng lượng từ bản sàn nắp truyền vào: q’bn = qbn. trong đó: a, b: là các cạnh của bản nắp: a = 17,6m; b = 8,6m (mỗi bên thành 20) qbn : tải trọng tác dụng lên bản nắp, qbn = 419,3 kG/m2 - Trọng lượng dầm nắp truyền vào: qdn = = 451 kG/m: trọng lượng bản thân dầm nắp. => Tổng tải trọng phân bố đều trên chu vi bản đáy: q = qbt + q’bn + qdn = 1931 + 1118 + 75 = 3124 kG/m 7.6.1.2. Khi bể không có nước * Tải trọng tác dụng: Bản đáy tính như bản sàn chịu tác dụng của tải trọng: phản lực đất nền dưới bản đáy - Phản lực đất nền: qbđ = Q: tổng trọng lượng toàn bộ bể; Q = Q+Q+Q+Qd Q= 8,2 x 16,2 x 0,1 x 2500 = 33210kG Q= 2 x (8,2 + 16,2) x 3,5 x 0,2 x 2500 = 85400 kG Q= 8,2 x 16,2 x 0,2 x 2500 = 66420 kG Qd = (495 + 451) x 8 = 7568 kG Q = 33210 + 85400 + 66420 + 7568 = 192598kG F = 8,2 x 16,2 = 132,84m 7.6.2.Tính toán nội lực Dùng phần mềm Sap2000.v10 để tính nội lực, với hệ số nền tra bảng đối với lớp đất sét pha tra sách Nền móng của thầy Châu Ngọc Ẩn ta được k=(25-50)MN/m3, =(0,2-0,5) E=(5,18-10,35)Mpa - Xét trường hợp bể chứa đầy nước: M 11 (kGm) (kGm M 22 (kGm) (kGm) - Xét trường hợp bể không chứa nước: - Nội lực trong bản được tính theo công thức tổng quát sau: Mômen ở nhịp theo phương cạnh ngắn l1 Mômen ở nhịp theo phương cạnh dài l2 Mômen ở gối theo phương cạnh ngắn l1 Mômen ở gối theo phương cạnh dài l2 trong đó: p = qbn .l1.l2; qbd = 1450 kG/m2 ; l1= l2 = 8m là kích thước hai cạnh của ô bản. m91, m92, k91, k92 là các hệ số tra bảng phụ thuộc vào tỷ số Bảng: Xaùc ñònh noäi löïc Kích thước Tỷ sốl2/l1 Sơ đồ tính ô bản Hệ số Tải trọng qbn (kG/m2) Mômen(kG.m) l1 (m) l2 (m) 8 8 1,0 9 m91 0,0179 1450 M1 1661 m92 0,0179 M2 1661 k91 0,0417 MI 3870 k92 0,0417 MII 3870 7.6.4. Tính thép bố trí cốt thép bản đáy: Cắt 1 dải bản có bề rộng 1m, tính toán như cấu kiện chịu uốn có tiết diện chữ nhật bxh = (100x10) cm. Giaû thieát: a1 = 2,0cm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép theo phương cạnh ngắn đến mép bêtông chịu kéo; a2 = 3,0cm: khoảng cách từ trọng tâm cốt thép theo phương cạnh dài đến mép bêtông chịu kéo; h01 = hbn – a1 = 20,0 – 2,0 = 18,0cm; h02 = hbn – a2 = 20,0 – 3,0 = 17,0cm; Sau khi có mômen ta tính các hệ số: A=£ A0=0,412 Tính diện tích cốt thép: Kiểm tra hàm lượng cốt thép: ; µmin = 0,1% . Xét trường hợp bể chứa đầy nước: Ta chọn ở các vị trí có giá trị tuyệt đối lớn nhất để tính. Mômen h0 b A a Fa (tính) Thép chọn %m (kGm) (cm) (cm) Fa(chọn) Fac Mn1=Mn2= 1320 16.5 100 0.044 0.045 3,023 8a150 3,35 0.203 Mg1=Mg2= 1700 16,5 100 0.056 0.057 3,83 10a200 3,93 0,238 . Xét trường hợp bể không chứa nước: Mômen(kG.m) h0 (cm) A a Fatt(cm2) Thép chọn µ % F (mm) a (mm) Fa (cm2) M1 1661 18,0 0,047 0,048 4,14 12 120 9,43 0,52 M2 1661 17,0 0,044 0,045 3,70 12 120 9,43 0,55 MI 3870 18,0 0,092 0,097 8,37 12 120 9,43 0,52 MII 3870 17,0 0,103 0,109 8,92 12 120 9,43 0,55 * Kết luận: Sau khi tính toán với hai trường hợp như trên ta lấy thép trong trường hợp bể không chứa nước để bố trí thép cho bản đáy bể. 7.7. TÍNH TOÁN DẦM ĐÁY 7.7.1 Xét trường hợp bể chứa đầy nước: Ta sử dụng phần mềm Sap2000.V10 để tính Kết quả nội lực dầm đáy khi bể chứa đầy nước: Biểu đồ momen dầm đáy DĐ khi bể chứa đầy nước Dựa vào biểu đồ trên ta có: Mnhịp= -61,26 KN/m = -6162 kG.m Biểu đồ lực cắt dầm đáy DĐ khi bể chứa đầy nước Dựa vào biểu đồ trên ta có: Qmax= 37,82 KN = 3782 kG Tính toán và bố trí cốt thép * Tính cốt thép chịu lực: - Chọn a=6cm h0 = hDĐ – a = 60 – 6 = 54cm; b=30cm; Rn=110kG/cm2 Ra=2700kG/cm2 ; Ao = 0,412 - Tính: ; - Tính diện tích cốt thép: - Kiểm tra hàm lượng cốt thép: ; Bảng 5.6: Kết quả tính cốt thép dầm DĐ khi bể chứa nước đầy Dầm Tiết diện M h0 b A a Fa (tính) Thép chọn m% (kGm) (cm) (cm) Fa(chọn) Fac DĐ Nhịp 6162 54 30 0,064 0,066 4,35 218 5,09 0,314 * Tính cốt đai: + Kiểm tra điều kiện hạn chế cho dầm DĐ có Qmax = 3782 kG k0Rnbh0 = 0,35 x 110 x 30 x 54 = 62370 kG > Qmax = 3782 kG Thoả mãn điều kiện han chế. k1Rkbh0 = 0,6 x 8,8 x 30 x 54 = 8553,6 kG > Qmax = 3782 kG => không phải tính cốt đai. T chọn đai theo cấu tạo 8a200 7.7.2 Xét trường hợp bể không chứa nước: a. Sơ đồ tính b. Xác định tải trọng -Tải trọng (tĩnh tải và hoạt tải) bản đáy truyền vào dầm đáy dạng tam giác quy về phân bố đều: (kG/m) - Trọng lượng bản thân dầm: q2 =1,1x 0,3 x 0,6 x 2500 = 495 kG/m Tổng trọng lượng tác dụng lên dầm: qd = q1 + q2 = 3625 + 495 = 4120 (kG/m) c. Xác định nội lực - Mômen lớn nhất ở giữa nhịp xác định theo công thức sau: (kGm) - Lực cắt lớn nhất: (kGm) d. Tính toán và bố trí cốt thép * Tính cốt thép chịu lực: - Chọn a=6cm h0 = hdđ – a = 60 – 6 = 54cm; b=30cm; - Tính: < A0 = 0,412 ; - Tính diện tích cốt thép: - Kiểm tra hàm lượng cốt thép: ; µmin = 0,1% Bảng: Kết quả tính cốt thép dầm DĐ khi bể không chứa nước Dầm Tiết diện M h0 b A a Fa (tính) Thép chọn m% (kGm) (cm) (cm) Fa(chọn) Fac DĐ Nhịp 32960 54 30 0,103 0,109 28,25 625 29,4 1,8 * Tính cốt đai: Qmax = 16480kG k0Rnbh0 = 0,35 x 110 x 30 x 56 = 64680kG k1Rkbh0 = 0,6 x 8,8 x 30 x 56 = 8870 kG Nhận xét: k1Rkbh0 <Qmax <k0Rnbh0: Cần tính cốt ngang. - Chọn đai8 có fađ = 0,503cm2, n=2: số nhành đai, khoảng cách đai u=150mm - Kiểm tra khả năng chịu cắt của cốt đai và bê tông: Qđb= kG kG > Qmax = 16480kG Vậy cốt đai 8 a=150mm, ta bố trí cả dầm đáy. => Vậy dựa vào kết quả tính thép dầm trong hai trường hợp ta chọn và bố trí thép cho dầm như sau: thép đai 8 a=150mm. 7.8 KIỂM TRA BỀ RỘNG KHE NỨT CHO THÀNH VÀ ĐÁY BỂ NƯỚC:  Theo [2] ta có cấp chống nứt cấp 3 :. Khi tính với tải trọng dài hạn giảm đi 0.05 mm nên • Kiểm tra nứt theo điều kiện : Với K: hệ số phụ thuộc loại cấu kiện; với cấu kiện chịu uốn K=1. C: hệ số kể đến tác dụng của tải trọng Tải trọng dài hạn C = 1 Tải trọng ngắn hạn C =1,5 : phụ thuộc tính chất bề mặt của cốt thép, thép thanh tròn trơn =1,3; thép có gân = 1 Ea = 21 x 105 kG/cm2 M: momen tại tiết diện kiểm tra Đối với bản thanh bể, tại vị trí kiểm tra bụng và chân. : hàm lương thép d: đường kính cốt thép chịu lực Ta được Bảng: Kiểm tra nứt cho thành và đáy bể nước Vậy bể đảm bảo về điều kiện nứt. 7.8. BẢN VẼ BỂ NGẦM Thể hiện ở bản vẽ KC-8