LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD :TS LƯU XN LỘC
SVTH : PHẠM ĐÀO VIỆT MSSV:80404751

43
Chương 3: THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CẤP NƯỚC
A. THIẾT KẾ ĐÀI NƯỚC

3.1. CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ BAN ĐẦU
3.1.1. Thông số kích thước
Dựa vào kết quả từ chương 2, thông qua việc sử dụng chương trình Epanet để tính
toán mạng lưới cấp nước, ta có các thình dạng và các hông số kích thước đài như sau ( xem
hình ):
Bảng 3.1: Các thông số về đài nước
Đài Cao trình đáy đài Mực nước ban đầu Mực nước lớn nhất Đường kính
18.5m 0.50m 4.81m 7.5m

Sơ bộ chọn kích thước các tiết diện như sau :
• Phần tử vỏ :
- Chân đài : dày 20cm
- Vỏ nón cụt : dày 25cm
- Thành đài : dày 20cm
- Vòm đáy : dày 25cm
- Lõi giữa : dày 20cm
- Nắp đài : dày 12cm
- Sàn công tác : dày 8 cm
• Phần tử dầm :
- Đai dưới : 40x30cm
- Đai giữa : 40x30cm
- Đai trên : 30x25cm
- Đai nắp : 20x20cm
- Dầm vòm đáy : 30x25cm

kN/m
2
.
- d > 10mm : thép A-II , R
a
=R’
a
= 2800daN/cm
2
(=28kN/cm
2
).
- d ≤ 10mm : thép A-I , R
a
=R’
a
= 2300daN/cm
2
(=23kN/cm
2
).

3.2. Xác đònh tải trọng và tổ hợp tải trọng
3.2.1. Các loại tải trọng tác dụng lên đài nước
- Tải trọng bản thân : hệ số tin cậy n = 1,1.
- Tải trọng sửa chữa : 0,75kN/m
2
, hệ số tin cậy n = 1,2
- Áp lực nước : áp lực nước bao gồm áp lực ngang tác dụng vào thành đài và trọng
lượng nước, hệ số tin cậy n = 1,0.

= 55daN/m
2
.
- k : hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao, vùng đòa hình dạng
C.
- c : hệ số khí động.
- Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió : n = 1,2.
• Xác đònh hệ số khí động c
e1

Hệ số khí động c
e1

được xác đònh theo sơ đồ 33 , TCVN 2737 – 1995 :
c
e1
= k
1
. cβ

với : - cβ : giá trò thay đổi theo góc β , tra theo đồ thò sơ đồ 33 - bảng 6.
- Khi cβ > 0 : k
1
=1
- Khi cβ <0 : k
1
phụ thuộc tỷ số
d
h
1

β
c
e1

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD :TS LƯU XN LỘC
SVTH : PHẠM ĐÀO VIỆT MSSV:80404751

45

Bảng 3.2. Bảng tính giá trò c
e1
theo giá trò k1 và β
β
o

0 10 20 30 37 40 50 60 70 80
cβ 1 0.96 0.7 0.3 0 -0.1 -0.75 -1.2 -1.3 -1.2
k
1
1 1 1 1 1 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03
c
e1
1 0.96 0.7 0.3 0 -0.103 -0.773 -1.236 -1.339 -1.236
β
o

Cao độ K Cao độ K
3 0.47 40 0.97
5 0.54 50 1.03
10 0.66 60 1.08
15 0.74 80 1.18
20 0.8 100 1.25
c
e

Góc quy đổi Giá trò
c
eA

0 →37
o
, 0→-37
o

0,592

B
D
ceA
PA
ceC
PC
ceB PB
ceD PD
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD :TS LƯU XN LỘC
SVTH : PHẠM ĐÀO VIỆT MSSV:80404751

46
30 0.89 150 1.4 Bảng 3.3. Bảng tính giá trò áp lực gió W theo độ cao z
Với : F là diện tích chòu gió đẩy hay diện tích chòu gió hút (m
2
)

Z
(m)
k c
eA

W
A

(daN/m


W
A

(daN/m
2
)
F
( m
2
)
P
A

(daN)
P
B
/ P
D

(KN)
0 0 -0.698 0.000 12.985 0.000 0.000
2 0.313 -0.698 -12.009 12.985 -155.940 -1.559
6 0.564 -0.698 -21.639 12.985 -280.991 -2.810
10 0.66 -0.698 -25.323 12.985 -328.820 -3.288
14 0.721 -0.698 -27.778 12.985 -360.705 -3.592
17.5 0.77 -0.698 -29.543 12.174 -359.646 -3.596
19.5 0.794 -0.698 -30.464 12.174 -370.856 -3.709
P
B

10 0.66 -0.412 -14.956 10.472 -156.615 -1.566
14 0.721 -0.412 -16.406 10.472 -171.802 -1.711
17.5 0.77 -0.412 -17.448 13.090 -228.396 -2.284
19.5 0.794 -0.412 -17.992 13.090 -235.515 -2.355
P
C

21.5 0.814 -0.412 -18.445 13.090 -241.448 -2.414

3.2.3. Tổ hợp tải trọng
Xét các trường hợp tổ hợp tải trọng sau :
• Tổ hợp 1 : (lúc mới thi công xong)
TH1 = 1 (tónh tải x1,1) +1( áp lực gió x1,2)
• Tổ hợp 2 : ( lúc vận hành )
TH2 = 1(tónh tải x1,1) +0.9( áp lực gió x1,2) + 0.9(áp lực nước x1,0)
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD :TS LƯU XN LỘC
SVTH : PHẠM ĐÀO VIỆT MSSV:80404751

47
• Tổ hợp 3 : ( lúc sửa chữa )
TH3 = 1 tónh tải x1,1) + 0.9(áp lực gió x1,2) + 0.9(áp lực nước x1,0) + 0.9(sửa chữa x 1,2)
3.3. Tính toán nội lực và cốt thép
3.3.1. Cơ sở tính toán
Thực hiện mô phỏng tính toán đài nước bằng chương trình SAP2000 V9.03, với các
giá trò nội lực xuất ra như sau :
• Đối với phần tử dầm ( Frame) :

≤ (kN)
A
s,tot
: diện tích tiết diên toàn bộ cốt thép dọc
- Độ lệch tâm của lực dọc N đối với trọng tâm của tiết diện quy đổi
e
0
= e
01
+e
a

Với e
01
= M/N: độ lệch tâm do tải trọng
trục 1 (đỏ)
trục 2 (trắng)
trục 3 (xanh)
trục 1 (đỏ)
trục 2 (trắng)
trục 3 (xanh)
mặt 5 (mặt đỏ)
mặt 6 (mặt vàng)
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD :TS LƯU XN LỘC
SVTH : PHẠM ĐÀO VIỆT MSSV:80404751

48
e
a

-a’
+ Nếu lực dọc đặt ngoài khoảng giữa các hợp lực trong cột thép S và S’
)'()5,0(
0
'
0
ahARxhbxRNe
sscb
−+−≤ Với e = e
0
-0,5h+a’
bxRNARAR
bsscss
=−−
'
(Nếu
0
hx
R
ξ> lấy
0
hx
R
ξ=
Với
)
1,1
1(1
,
ω

A
b
: diện tích vùng bê tông chòu nén
ϕ : hệ số uốn dọc
Nén lệch tâm :
- Khi
R
h
x
ξξ ≤=
0
:
)'()5,0(
0
'
0
ahARxhbxRNe
sscb
−+−≤ (36)

0
'(0,5')(')
bscs
NeRbxxaRAha≤−−+−
'
SSbscs
RARbxRAN=+−
Chiều cao vùng nén:
bxRARARN
bsscss

−
−
= 1
1
/1
2
0
ξ
σ
3.3.3 - Tính toán nội lực và cốt thép cho dầm đai:
* Kết quả nội lực từ Sap V9.03
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD :TS LƯU XN LỘC
SVTH : PHẠM ĐÀO VIỆT MSSV:80404751

49 Nắp
Thành đài
Chân đài
Thành trong
Dầm vòm đáy
Đai giữa
Đai trên
Đai dưới
Đai nắp

2

0.0049 0.0083 0.0133 0.065 0.1033 0.0767 0.0020 0.038 0.076
* Diện tích cốt thép :
+ Chọn 2∅12 (A
s
=2,262 cm
2
) cho lớp cốt thép phía trên
+ Chọn 2∅12 (A
s
=2,262 cm
2
) cho lớp cốt thép phía dưới
* Kiểm tra điều kiện ứng suất nén trong bêtông :
==
hb
P
b
.
σ
5.728
91.65
0,250,25
=
×
kPa < R
b
=11500 kPa (Thỏa)
* Kiểm tra hàm lượng cốt thép

)
Kiểm tra bề rộng khe nứt:
3
....20(3.5100).
s
crcl
s
ad
E
σ
δϕηµ=−

Với : δ =1 ,
l
ϕ = 1 , η = 1 , d = 12mm

2
5.782
1.278(/)
4.524
s
s
N
kNcm
A
σ ===
(KN/cm
2
)


- Lực tác dụng lên đai :
+ Trọng lượng bản thân
+ Trọng lượng nắp
+ Áp lực gió, nước
*Các giá trò nội lực max
P V2 V3 T M2 M3

KN KN KN KN-m KN-m KN-m
Max 13.357 1.545 0.033 0.068 0.020 0.212
Min 8.358 -1.545 -0.033 -0.068 -0.036 -0.413
* Đai trên chủ yếu bi kéo nên được tính theo cấu kiện chiệu kéo lệch tâm
e
01
e
a
eo h/2-a e' e A
S
=A'
S
Tổng As
m m m m m m cm
2
cm
2

0.031 0.010 0.041 0.115 0.1599 0.0741 0.322 0.644
*Diện tích cốt thép :
+ Chọn 2∅12 (A’
s
=2.262 cm

bt
.b.h
o
ó 1.545 kN < 0,6×900×0,25×0,265 = 35.775 (kN) (thỏa)
Vậy cốt đai bố trí theo cấu tạo: ∅8 a200 (A
s
= 2,52cm
2
)
* Kiểm tra bề rộng khe nứt:
3
....20(3.5100).
s
crcl
s
ad
E
σ
δϕηµ=−

Với : δ =1 ,
l
ϕ = 1 , η = 1 , d = 12mm

2
13.357
2.95(/)
4.524
s
s

] = 0.5mm
3.3.3.3 - Đai giữa:
- Kích thước : 40x30 cm , lấy a = a’ = 3.5cm
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD :TS LƯU XN LỘC
SVTH : PHẠM ĐÀO VIỆT MSSV:80404751

52
- Lực tác dụng lên đai :
+ Trọng lượng bản thân
+ Trọng lượng nắp, thành đài, vòm đáy, lõi giữa
+ Áp lực gió, nước
* Các giá trò nội lực max :
P V2 V3 T M2 M3

KN KN KN KN-m KN-m KN-m
Max 148.398 2.532 0.129 0.046 0.079 0.075
Min 53.624 -2.532 -0.129 -0.046 -0.131 -0.947

* Đai giửa chủ yếu chòu kéo nên được tính theo cấu kiện chiệu kéo lệch tâm
e
01
e
a
eo h/2-a e e' A
S
=A'
S
Tổng A
S

−
+
=≤===≤=
* Kiểm tra điều kiện lực cắt :
Q = V
2
≤ 0,6.R
bt
.b.h
o .
ó 2.532 kN < 0,6×900×0,3x0.365 = 59.13 (kN) (Thỏa)
Vậy cốt đai bố trí theo cấu tạo: ∅8 a200 (A
s
= 2,52cm
2
)
*Kiểm tra bề rộng khe nứt:
3
....20(3.5100).
s
crcl
s
ad
E
σ
δϕηµ=−

Với : δ =1 ,
l
ϕ = 1 , η = 1 , d = 14mm

2.110
crc
a =−×
×

= 0.016mm < [a
n
] = 0.5mm 3.3.3.4 - Đai dưới:
- Kích thước : 40x30cm , lấy a = a’ = 3,5cm
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD :TS LƯU XN LỘC
SVTH : PHẠM ĐÀO VIỆT MSSV:80404751

53
- Lực tác dụng lên đai :
+ Trọng lượng bản thân
+ Trọng lượng nắp, thành đài, vòm đáy, lõi giữa
+ Áp lực gió, nước
* Các giá trò nội lực max :
P V2 V3 T M2 M3

KN KN KN KN-m KN-m KN-m
Max -40.221 1.523 0.172 0.039 0.055 -0.911
Min -87.085 -1.523 -0.172 -0.039 -0.079 -3.142
* Do đai dưới chủ yếu chòu nén nên được tính theo cấu kiện nén lệch tâm

e

0,30,365
ss
AA
bh
µµµ
−
+
××
=≤==×=≤=
×* Kiểm tra điều kiện ứng suất nén trong bêtông :
==
bh
P
b
σ
87.085
0.3*0.4
= 725.71KPa < R
b
=11500 KPa (Thỏa)
* Kiểm tra điều kiện lực cắt :
Q = V
2
≤ 0,6.R
bt
.b.h
o

A
σ ===
(KN/cm
2
)

4.524
0.004
.3036.5
s
o
A
bh
µ===
×

⇒
3
4
2.39
.20(3.51000.004).12
2.110
crc
a =−×
×

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD :TS LƯU XN LỘC
SVTH : PHẠM ĐÀO VIỆT MSSV:80404751


2

0.0173 0.010 0.0273 0.115 0.1423 0.0977 0.0088 0.438 0.88
* Diện tích thép:
+ Chọn 2∅12 (A
s
=2,262 cm
2
) cho lớp cốt thép phía trên
+ Chọn 2∅12 (A
s
=2,262 cm
2
) cho lớp cốt thép phía dưới
* Kiểm tra điều kiện ứng suất nén trong bêtông :
==
bh
P
b
.
σ
25.244
336.587
0,30,25
=
×
KPa < R
b
=11500 KPa (Thỏa)
* Kiểm tra hàm lượng cốt thép

3
....20(3.5100).
s
crcl
s
ad
E
σ
δϕηµ=−

Với : δ =1 ,
l
ϕ = 1 , η = 1 , d = 12mm

2
25.244
5.58(/)
4.524
s
s
N
kNcm
A
σ ===
(KN/cm
2
)

4.524
0.0068