Thiết kế văn phòng công ty cổ phần T & C

. Hình 4.1: Mặt bằng bản nắp hồ nước mái 2 2 Hình 4.2: Mặt cắt ngang hồ nước mái 4.2. TÍNH TOÁN CÁC CẤU KIỆN CỦA HỒ NƯỚC MÁI 4.2.1. Bản nắp a. Tải trọng tác dụng lên bản nắp Chiều dày bản nắp được chọn sơ bộ theo công thức sau: (4.1) trong đó: D = 0.8 - hệ số phụ thuộc tải trọng; ms = 40 - đối với sàn làm việc 2 phương; l - độ dài cạnh ngắn của ô sàn. Suy ra: m = 7 cm. Chọn hbn = 8 cm. + Tĩnh tải Bảng 4.1: Tải trọng bản thân bản nắp  + Hoạt tải sửa chữa Theo bảng 3/[1], hoạt tải sửa chữa có giá trị tiêu chuẩn là: ptc = 75 daN/m2. Suy ra: ptt = ptc.np = 75x1.3 = 97.5 daN/m2. (4.2) + Tổng tải trọng tác dụng qtt = gtt + ptt = 301.9 + 97.5 = 399.4 daN/m2. b. Sơ đồ tính bản nắp Bản nắp được chia thành 4 ô bản S1 như trên hình 4.1.Các ô bản S1 được tính như bản kê 4 cạnh có 2 cạnh ngàm (liên kết với D1 và D2) và 2 cạnh khớp (đặt trực tiếp lên bản thành). Hình 4.4: Sơ đồ tính bản nắp c. Xác định nội lực bản nắp Các ô bản nắp thuộc ô bản số 6 trong 11 loại ô bản. Tính toán theo ô bản đơn, dùng sơ đồ đàn hồi. Do đó, momen dương lớn nhất giữa nhịp là: M1 = m61.P (4.3) M2 = m62.P (4.4) với: P = qtt.lng.ld (4.5) trong đó: P – tổng tải trọng tác dụng lên ô bản đang xét; m61, m62 – 6 là loại ô bản, 1(hoặc 2) là phương của ô bản đang xét. Momen âm lớn nhất trên gối: MI = k61.P (4.6) MII= k62.P (4.7) Các hệ số m61, m62, k61, k62 được tra bảng 1-19 [25], phụ thuộc vào tỉ số . Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 4.2. Bảng 4.2: Nội lực trong các ô bản nắp d. Tính toán cốt thép bản nắp Ô bản nắp được tính như cấu kiện chịu uốn. Giả thiết tính toán: a1= 2cm - khoảng cách từ trọng tâm cốt thép theo phương cạnh ngắn đến mép bê tông chịu kéo; a2 = 2.5 cm - khoảng cách từ trọng tâm cốt thép theo phương cạnh dài đến mép bê tông chịu kéo; h0 - chiều cao có ích của tiết diện ( h0 = hbn – a), tùy theo phương đang xét; b = 100 cm - bề rộng tính toán của dải bản. Đặc trưng vật liệu lấy theo bảng 2.7. Diện tích cốt thép được tính bằng công thức sau: (2.12) trong đó: (2.13) (2.14) Kiểm tra hàm lượng cốt thép μ theo điều kiện sau: . Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 4.3. Bảng 4.3: Tính toán cốt thép cho bản nắp Cốt thép gia cường cho lỗ thăm được tính theo công thức: Fgc = 1.5 x Fc = 1.5 x (4ø8) = 1.5 x 2.01 = 3.015 cm2 Chọn thép gia cường là 2ø14 có Fgc = 3.08 cm2 cho mỗi phương, đoạn neo là: lneo≥ 30d = 30x14 = 420 mm. Chọn lneo = 450 mm. 4.2.2. Dầm đỡ bản nắp a. Tải trọng tác dụng lên dầm đỡ bản nắp Chiều cao của dầm nắp được chọn sơ bộ theo công thức sau: (4.8) trong đó: md - hệ số phụ thuộc vào tính chất của khung và tải trọng; md = 8 ÷ 12 - đối với hệ dầm chính, khung một nhịp; md = 12 ÷ 16 - đối với hệ dầm chính, khung nhiều nhịp; md = 16 ÷ 20 - đối với hệ dầm phụ; ld - nhịp dầm. Bề rộng dầm nắp được chọn theo công thức sau: (4.9) Kích thước tiết diện dầm nắp được trình bày trong bảng 4.4 Bảng 4.4: Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm nắp Tải trọng tác dụng lên dầm nắp bao gồm tĩnh tải và hoạt tải. Sơ đồ xác định tải trọng tác dụng vào dầm nắp được thể hiện trong hình 4.5. Hình 4.5: Sơ đồ xác dịnh tải trọng tác dụng vào dầm nắp - Tĩnh tải Trọng lượng bản thân dầm: gd = g.bd.hd.n = 2500x0.25x0.42x1.1 = 288.75 daN/m (4.10) Tĩnh tải do bản nắp truyền vào dầm có giá trị là: daN/m2 (4.11) + Tĩnh tải do bản nắp truyền vào dầm D1 dạng tam giác tác dụng lên dầm cĩ trị số lớn nhất: daN/m (4.12) + Tĩnh tải do bản nắp truyền vào dầm D2 dạng hình thang tác dụng lên dầm cĩ trị số lớn nhất: daN/m (4.13) - Hoạt tải Hoạt tải do bản nắp truyền vào dầm có giá trị là: daN/m2 (4.14) + Hoạt tải phân bố có dạng tam giác tác dụng lên dầm D1 cĩ trị số lớn nhất:: daN/m (4.15) + Hoạt tải phân bố có dạng hình thang tác dụng lên dầm D2 cĩ trị số lớn nhất:: daN/m (4.16) b. Sơ đồ tính dầm đỡ bản nắp Hệ dầm đỡ bản nắp là hệ dầm trực giao, liên kết khớp ở 2 đầu vào cột C2. c. Xác định nội lực dầm đỡ bản nắp Sử dụng phần mềm SAP2000 để xác định nội lực trong dầm. Kết quả thể hiện trên hình 4.6 và 4.7. Hình 4.6: Biểu đồ momen M của dầm đỡ bản nắp D1 và D2 Hình 4.7:Biểu đồ lực cắt Q của dầm đỡ bản nắp D1 và D2 d. Tính toán cốt thép cho dầm đỡ bản nắp + Cốt thép dọc: Dầm được tính toán như cấu kiện chịu uốn. Giả thiết tính toán: a = 3cm - khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo; ho - chiều cao có ích của tiết diện ho = hd – a = 50 – 3 = 47 cm; Đặc trưng vật liệu, công thức tính toán cốt thép và kiểm tra hàm lượng cốt thép tương tự như mục 2.3.1.c. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 4.5. Bảng 4.5: Tính toán cốt thép cho dầm đỡ bản nắp + Cốt đai: tính toán theo [11] Dùng lực cắt Q = 3481 daN của dầm D1 để tính cốt đai. Kiểm tra điều kiện: koRnbho = 0.35x115x25x45 = 45281.3daN (4.17) k1Rkbho = 0.6x9x25x45 = 5832 daN (4.18) Ta thấy: Q < koRnbho = 45281.3daN và Q < k1Rkbho = 5832 daN. Do đó dầm đủ khả năng chịu cắt. Cốt đai dược bố trí theo cấu tạo. Khoảng cách cấu tạo: cho dầm có hd > 450 mm Cho đoạn gần gối tựa: uct ≤ cm uct ≤ 15 cm Cho đoạn giữa dầm: uct ≤ cm uct ≤ 50 cm Chọn bước cốt đai nhỏ nhất trong các điều kiện trên, ta chọn Ф6 a150 trong khoảng ¼ nhịp dầm tính từ gối tựa và đai Ф6 a250 ở đoạn giữa dầm. 4.2.3. Bản đáy a. Tải trọng tác dụng lên bản đáy Chiều dày bản đáy được chọn sơ bộ theo công thức sau: (4.19) trong đó: D = 1.4 - hệ số phụ thuộc tải trọng; ms = 40 - đối với sàn làm việc 2 phương; l - độ dài cạnh ngắn của ô sàn. Suy ra: m = 12.3 cm. Chọn hbđ = 14 cm. + Tĩnh tải Bảng 4.6: Tải trọng bản thân bản đáy + Trọng lượng nước gnước = γ.h.n = 1000x1.5x1.1 =1650 daN/m2 (4.20) + Tổng tải trọng tác dụng qtt = gtt + gnước = 488.9 + 1650 =2138.9 daN/m2. b. Sơ đồ tính bản đáy Bản đáy được chia thành 4 ô bản S2 như trên hình 4.8. Hình 4.8: Sơ đồ tính các ô bản đáy c. Xác định nội lực bản đáy Các ô bản đáy thuộc ô bản số 9 trong 11 loại ô bản. Tính toán theo ô bản đơn, dùng sơ đồ đàn hồi. Do đó, momen dương lớn nhất giữa nhịp là: M1 = m91.P (4.21) M2 = m92.P (4.22) với: P = qtt.lng.ld (4.23) trong đó: P – tổng tải trọng tác dụng lên ô bản đang xét; m91, m92 – 9 là loại ô bản, 1(hoặc 2) là phương của ô bản đang xét. Momen âm lớn nhất trên gối: MI = k91.P (4.24) MII= k92.P (4.25) Các hệ số m91, m92, k91, k92 được tra bảng 1-19 [21], phụ thuộc vào tỉ số ld/lng. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 4.7. Bảng 4.7: Nội lực trong các ô bản đáy d. Tính toán cốt thép bản đáy Ô bản đáy được tính như cấu kiện chịu uốn. Giả thiết tính toán: a1 = 2 cm - khoảng cách từ trọng tâm cốt thép theo phương cạnh ngắn đến mép bê tông chịu kéo; a2 = 2.5 cm - khoảng cách từ trọng tâm cốt thép theo phương cạnh dài đến mép bê tông chịu kéo; h0 - chiều cao có ích của tiết diện ( h0 = hbd – a), tùy theo phương đang xét; b = 100 cm - bề rộng tính toán của dải bản. Đặc trưng vật liệu lấy theo bảng 2.7. Tính toán và kiểm tra hàm lượng μ tương tự phần 2.3.1.c. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 4.8. Bảng 4.8: Tính toán cốt thép cho bản đáy e. Kiểm tra nứt bản đáy (theo trạng thái giới hạn 2) Theo TCVN 5574:1991([2]), ta có: an < angh (4.26) angh = 0.25 mm (4.27) trong đó: angh - khe nứt giới hạn của cấu kiện cấp 3, có một phần tiết diện chịu nén, lấy theo bảng 1/[2]; k = 1 - cấu kiện chịu uốn; C = 1.5 - hệ số kể đến tác dụng tải trọng dài hạn; η = 1 - hệ số ảnh hưởng bề mặt thanh thép; Ea - mođun đàn hồi của thép ( Ea = 2.1x106 daN/cm2); d - đường kính cốt thép chịu lực; P - hàm lượng cốt thép dọc chịu kéo; ; (4.28) ; (4.29) ; (4.30) ; (4.31) ; (4.32) . (4.33) Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 4.9 và 4.10. Bảng 4.9: Nội lực tiêu chuẩn trong các ô bản đáy Bảng 4.10: Kiểm tra bề rộng khe nứt bản đáy 4.2.5. Bản thành Tải trọng tác dụng lên bản thành + Tĩnh tải Chọn bề dày bản thành là 12 cm. Bảng 4.12: Tải trọng bản thân bản thành + Áp lực thủy tĩnh tại chân bản thành gnước = n.g.h.1m = 1x1000x1.5x1 = 1500 daN/m + Tải trọng gió Chỉ xét trường hợp bất lợi nhất khi bản thành chịu gió hút. Tính toán theo [1]. W = W0.k.C.n (4.34) với: W0 = 83 daN/m2 - áp lực gió tiêu chuẩn khu vực II-A; k = 1.37 - hệ số ảnh hưởng độ cao và dạng địa hình; (lấy ở +30 m và dạng địa hình A) Ch = 0.6 - hệ số khí động; n = 1.2 Suy ra: W = 83x1.37x0.6x1.2 = 83.66 daN/ m2 Sơ đồ tính bản thành Bản thành là cấu kiện chịu nén uốn đồng thời. Lực nén trong bản thành gây ra bởi trọng lượng bản thân của nó và lực nén lệch tâm do bản nắp truyền xuống. Để đơn giản ta xem bản thành chỉ chịu uốn, tức là chỉ chịu tải trọng gió hút và áp lực thủy tĩnh. Sau khi chọn cốt thép cho bản thành ta sẽ kiểm tra lại trường hợp bản thành chịu nén lệch tâm. Xét tỉ số cạnh dài trên cạnh ngắn: + Trục 1 - 2: => Bản một phương + Trục C - D : => Bản một phương Hình 4.12:Sơ đồ tính và tải trọng tác dụng lên bản thành c. Xác định nội lực bản thành Hình 4.13:Biểu đồ momen do gió hút tác dụng lên bản thành Hình 4.14:Biểu đồ momen do áp lực thủy tĩnh tác dụng lên bản thành Ta có: MW gối daNm (4.35) MW nhịp daNm (4.36) Mnước gối daNm (4.37) Mnước nhịp daNm (4.38) Tính toán thiên về an toàn ta sẽ lấy tổng giá trị momen ở gối và nhịp. Giá trị momen tại gối của bản thành: M gối = MW gối + Mnước gối = 23.5+225 = 248.5 daNm (4.39) Giá trị momen tại nhịp của bản thành: M nhịp = MW nhịp + Mnước nhịp = 13.24+100.45 = 113.69 daNm (4.40) d. Tính toán cốt thép bản thành Bản thành được tính như cấu kiện chịu uốn. Giả thiết tính toán: a1 = 2cm - khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo; h0 - chiều cao có ích của tiết diện; h0 = hbt – a = 12 -2 = 10 cm b = 100 cm - bề rộng tính toán của dải bản. Đặc trưng vật liệu lấy theo bảng 2.7. Tính toán và kiểm tra hàm lượng μ tương tự phần 2.3.1.c. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 4.14. Bảng 4.14: Tính toán cốt thép cho bản thành e. Kiểm tra bản thành chịu nén lệch tâm Bản thành chịu lực nén N = daN do bản nắp truyền xuống Kiểm tra bản thành làm việc như cấu kiện chịu nén lệch tâm. Kết quả trình bày trong bảng 4.15. Bảng 4.15: Kiểm tra khả năng chịu lực của bản thành chịu nén lệch tâm f. Kiểm tra nứt bản thành (theo trạng thái giới hạn 2) Theo [2], tính toán tương tự phần 4.2.3.e. Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên bản thành: + Áp lực thủy tĩnh tại chân bản thành gnước = g.h = 1000x1.5 = 1500 daN/m2 + Tải trọng gió Wtc = W0.k.C (4.41) với: W0 = 83 daN/m2 - áp lực gió tiêu chuẩn khu vực II-A; k = 1.4 - hệ số ảnh hưởng độ cao và dạng địa hình; (lấy ở +35 m và dạng địa hình A) Ch = 0.6 - hệ số khí động; Suy ra: Wtc = 83x1.4x0.6 = 69.72 daN/ m2 Ta có: MW gối daNm (4.42) MW nhịp daNm (4.43) Mnước gối daNm (4.44) Mnước nhịp daNm (4.45) Giá trị momen tiêu chuẩn tại gối của bản thành: M gối = MW gối + Mnước gối = 19.61.225 = 244.61 daNm (4.46) Giá trị momen tiêu chuẩn tại nhịp của bản thành: M nhịp = MW nhịp + Mnước nhịp = 11.03+100.45=111.48 daNm (4.47) Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 4.16. Bảng 4.16: Kiểm tra bề rộng khe nứt bản thành 4.2.4. Dầm đỡ bản đáy Tải trọng tác dụng lên dầm đỡ bản đáy Chiều cao của dầm đáy được chọn sơ bộ theo công thức sau: (4.48) trong đó: md - hệ số phụ thuộc vào tính chất của khung và tải trọng; md = 8 ÷ 12 - đối với hệ dầm chính, khung một nhịp; md = 12 ÷ 16 - đối với hệ dầm chính, khung nhiều nhịp; ld - nhịp dầm. Bề rộng dầm đáy được chọn theo công thức sau: (4.49) Kích thước tiết diện dầm đáy được trình bày trong bảng 4.11 Bảng 4.11: Chọn sơ bộ kích thước tiết diện dầm đáy Sơ đồ xác định tải trọng tác dụng vào dầm đáy được thể hiện trong hình 4.9. Hình 4.9: Sơ đồ xác định tải trọng tác dụng vào dầm đáy + Tĩnh tải Trọng lượng bản thân dầm: gD3 = gD4 = g.bd.hd.n = 2500x0.4x0.6x1.1 = 660daN/m (4.50) gD5 = gD6 = g.bd.hd.n = 2500x0.25x0.5x1.1 = 343.75daN/m (4.51) Tĩnh tải do bản đáy truyền vào dầm D3 và D5 dạng tam giác có giá trị lớn nhất là: daN/m (4.52) Tĩnh tải do bản đáy truyền vào dầm D4 và D6 dạng hình thang có giá trị lớn nhất là: daN/m (4.53) Tĩnh tải do bản thành và bản nắp truyền vào dầm D3 và D4 có giá trị là: Phân bố đều:daN/m (4.54) Phân hình tam giác:528.3daN/m (4.55) Phân hình tam giác: 528.3daN/m (4.56) Bảng 4.12: Tải trọng bản thân bản thành gbt = gbttt .h = 433.9x0.9= 390.51 daN/m (4.57) + Hoạt tải Hoạt tải do nước đáy truyền vào dầm D3 và D5 dạng tam giác có giá trị là: daN/m (4.58) Hoạt tải do nước đáy truyền vào dầm D4 và D6 dạng hình thang có giá trị là: daN/m (4.59) Ngoài ra dầm D3 và D4 còn chịu 1 lực tập trung giữa dầm do dầm nắp truyền xuống (qua cột C2) : PD3 = 2911 daN (4.60) PD4 = 3481 daN (4.61) b. Sơ đồ tính Tính hệ dầm đỡ bản đáy theo sơ đồ hệ dầm trực giao (các dầm giữa có liên kết khớp với dầm biên , các dầm biên liên kết ngàm với cột hồ nước). c. Xác định nội lực Sử dụng phần mềm SAP2000 để xác định nội lực trong dầm. Kết quả thể hiện trên hình 4.10 và 4.11. Hình 4.10: Biểu đồ momen M của dầm đỡ bản đáy Kết quả nội lực trong dầm đỡ bản đáy được thống kê trong bảng 4.13 Bảng 4.13: Nội lực trong dầm đáy Hình 4.11:Biểu đồ lực cắt Q của dầm đỡ bản đáy d. Tính toán cốt thép cho dầm đỡ bản đáy + Cốt thép dọc: Dầm được tính toán như cấu kiện chịu uốn. Giả thiết tính toán: a = 3 cm - khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông chịu kéo; ho - chiều cao có ích của tiết diện; ho = hd – a Đặc trưng vật liệu, công thức tính toán cốt thép và kiểm tra hàm lượng cốt thép tương tự như mục 2.3.1.c. Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 4.13. Bảng 4.13: Tính toán cốt thép cho dầm đỡ bản đáy + Cốt đai: tính toán theo [11] Dùng lực cắt Q = 13027 daN của dầm D4 để tính cốt đai. Kiểm tra điều kiện: koRnbho = 0.35x115x25x55 = 55343.75 daN (4.62) k1Rkbho = 0.6x9x25x55 = 7425 daN (4.63) Suy ra: Q < koRnbho = 55343.75 daN và Q > k1Rkbho = 7425daN. Do đó dầm không đủ khả năng chịu cắt, lực cắt cốt đai phải chịu là: daN/cm (4.64) Chọn đai thép CI có Rađ = 1600daN/cm2, đai ø8 có fđ = 0.503 cm2, đai 2 nhánh n = 2. Khoảng cách tính toán của cốt đai: cm (4.65) cm (4.66) Khoảng cách cấu tạo: cho dầm có hd ≥ 450 mm Cho đoạn gần gối tựa: uct ≤ cm uct ≤ 30 cm Cho đoạn giữa dầm: uct ≤ cm uct ≤ 50 cm Chọn bước cốt đai nhỏ nhất trong các điều kiện trên, ta chọn Ф8 a150 trong khoảng ¼ nhịp dầm tính từ gối và đai Ф8 a250 ở đoạn giữa dầm. e. Tính toán cốt thép treo cho dầm đỡ bản đáy Cốt treo được tính theo công thức sau: Trong đó Ftreo: diện tích cốt thép treo(cm2) P: phản lực của dầm phụ lên dầm chính(daN) Ra: cường độ chịu nén của cốt thép (daN/cm2) Cốt treo được tính cho dầm D3 ( có phản lực của dầm D6 tác dụng lên là lớn nhất=7814 daN), để thiên về an toàn dầm D4 bố trí cốt treo tương tự như dầm D3 Vậy ta có chọn 2Ø14 có Fa=3,078(cm2) Ở giao điểm của dầm D1 và D2 ; D5 và D6 chọn cốt treo theo cấu tạo 4Øa50 4.2.6. Cột hồ nước Hồ nước mái có: + 4 cột ở góc, kéo từ cột khung lên.Tiết diện C1 (40x40 cm), các cột C1 chịu toàn bộ tải trọng hồ nước. + 4 cột ở giữa, tiết diện C2 (25x30 cm), có tác dụng đỡ dầm nắp, các cột C2 được xem như không chịu tải trọng của hồ nước. Tải trọng tác dụng lên cột hồ nước + Tải trọng bản thân gC1 = 0.4x0.4x2.5x2500x1.1 = 1100 daN + Tải trọng do các bộ phận của hồ nước truyền vào Mỗi cột C1 sẽ chịu ¼ tổng tải trọng hồ nước, bao gồm: Khối lượng bản nắp: gbn = 301.9x7x8 = 16906.4 daN Khối lượng bản đáy: gbd = 488.9x7x8 = 27378.4 daN Khối lượng bản thành: gbt = 433.9x0.9x2(7+8) = 11715.3 daN Khối lượng của nước khi hồ chứa đầy: gnước = 7x8x1.5x1000x1.2= 147840 daN Khối lượng của các dầm: gD1 = 288.75x7 = 2021.3 daN gD2 = 288.75x8 = 2310 daN gD3 = 412.5x7 = 2887.5 daN gD4 = 412.5x8 = 3300 daN gD5 = 343.75x7 = 2406.3 daN gD6 = 343.75x8 = 2750 daN + Tải trọng do gió Mỗi cột C1 chịu 1 lực gió đẩy tác dụng là: G = Wđ.h. = 83x1.4x0.8x1.2x1.5x = 669.3 daN (4.75) Lực gió tác dụng đặt cách chân cột 1 đoạn là: a=1+= 1.75m Nội lực trong cột Các lực tác dụng đưa về chân cột là: N = gC1 +(gbn + gbd + gbt + gnước + gD1 + gD2 + gD3 + gD4 + gD5 + gD6) N = 1100 + 54879 = 55979 daN M = G.a = 669.3x1.75= 1171.3 daNm Q = G = 669.3 daN Tính toán cốt thép cột hồ nước Khả năng chịu nén của cột bêtông ứng với tiết diện đã chọn là: C1: Rn.b.h = 115x40x40 = 184000 daN C2: Rn.b.h = 115x25x30 = 86250 daN So với lực nén tác dụng tại chân cột ta thấy bản thân bêtông cột đã đủ khả năng chịu lực. Mặt khác, cột được kéo liên tục từ cột khung nên đảm bảo khả năng chịu momen và lực cắt như trên. Do đó không cần tính cốt thép mà đặt thép theo cấu tạo. Chọn 2Ф16 cho mỗi bên cột (4 Ф16 cho toàn cột), bố trí đối xứng cho C1 và C2. 4.2.7. Kết luận Các kết quả tính toán đều thoả mãn các điều kiện kiểm tra. Vậy các giả thiết ban đầu là hợp lý. 4.3. BỐ TRÍ CỐT THÉP HỒ NƯỚC MÁI Cốt thép hồ nước mái được bố trí trong theo bản vẽ KC 03/07. ._.