XEM XÉT CÁC QUI TRÌNH TÍNH CỐT THÉP CÁC CẤU KIỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP

 Kinh nghiệm chia sẻ

 

Tóm tắt: Trong công tác thiết kế kết cấu, hiện nay, hầu hết các kỹ sư kết cấu đều tính toán hướng đến mục tiêu xác định tiết diện cốt thép yêu cầu. Công tác tính toán được thực hiện bằng cách dựa trên nội lực (lực dọc N, lực cắt Q và momen M) từ kết quả phân tích kết cấu bằng các phần mềm để xác định tiết diện thép tính toán (A_s,tính) phù hợp với nội lực thiết kế. Sau đó, kỹ sư sẽ tiếp tục phân tích đánh giá số liệu tính được để chọn ra tiết diện thép bố trí thích hợp (A_s). Qui trình tính toán này có nhiều bất cập mà bài viết sau đây sẽ đi sâu phân tích.

 
 

I- Qui trình tính cốt thép cho các cấu kiện bê tông cốt thép (BTCT) đang được áp dụng bởi các kỹ sư kết cấu Việt Nam:

Hầu hết các kỹ sư kết cấu sẽ tính cốt thép theo qui trình như sau:

 

Các công thức tính toán được áp dụng:

 

Tính toán dầm, sàn:

Tiết diện có sẵn theo mô hình phân tích, ví dụ tiết diện chữ nhật có bề rộng b _x chiều cao h, lớp bê tông bảo vệ a. Tính hệ số A theo công thức (1)

 

 Trong đó,          R_b =                  cường độ tính toán chịu nén của bê tông

                           h_o = h – a          khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông

 

Từ A, tra bảng, suy ra hệ số ɣ, sau đó tính tiết diện cốt thép cần thiết theo công thức (2)

 

Trong đó,          R_s =                  cường độ tính toán chịu kéo của cốt thép

 

 

Tính toán cột bố trí cốt thép đối xứng:

* Cột chịu nén lệch tâm lớn (kiểm tra điều kiện nén lệch tâm khi tính toán)

Công thức tính cốt thép chịu kéo A_s và chịu nén A’_s (3)

 Trong đó,       N          Lực nén

                        e          Độ lệch tâm

                        x          Chiều cao vùng nén của bê tông

                        a’          lớp bê tông bảo vệ cho cốt thép vùng chịu nén

                        Các kí hiệu khác như cấu kiện dầm

 

·         * Cột chịu nén lệch tâm bé (kiểm tra điều kiện nén lệch tâm khi tính toán)

Công thức tính toán có dạng (4) tương tự như (3)

  

 1- Ưu điểm của qui trình tính toán

   -    Theo trình tự “tính toán trước, quyết định sau” giúp cho kỹ sư kết cấu xem xét được tiết diện thép cần thiết phải bố trí. Điều này thuận lợi cho tất cả mọi người, ngay cả các kỹ sư chưa có nhiều kinh nghiệm thiết kế nhờ xác định được yêu cầu cốt thép chịu lực tối thiểu

           -     Các công thức cho tính cốt thép dầm khá đơn giản nên dễ dàng cho kỹ sư tự động hóa tính toán trên các máy tính cá nhân.

           -     Công tác tính cốt thép dễ dàng và nhanh chóng.

 

 2- Hạn chế của qui trình tính toán

  -     Kết quả tính toán chỉ giúp cho kỹ sư thiết kế biết trước được yêu cầu cốt thép chịu lực tối thiểu, sau khi tính toán kỹ sư phải xem xét việc lựa chọn và bố trí cốt thép mà đây chính là công việc tốn rất nhiều thời gian và công sức, ảnh hưởng rất lớn đến năng lực và năng suất lao động của người thiết kế.

 -     Kết quả tính toán không phản ánh được chính xác khả năng chịu lực của cấu kiện. Dựa trên qui trình này, không chỉ kỹ sư thiết kế mà ngay cả người kiểm tra, thậm chí cả đơn vị thẩm tra, chủ đầu tư cũng không thể nào đánh giá thiết kế là hợp lý hay được tối ưu. Kết quả thiết kế chỉ phản ánh được lượng cốt thép nhiều hơn mức tối thiểu, tức là mức độ đủ hay không đủ khả năng chịu lực chứ hoàn toàn không phản ánh được chính xác mức độ phần trăm khả năng chịu lực.

 -     Các tính toán trong qui trình thường bỏ qua các yếu tố tính toán chính xác

• Không xem xét đến hệ số điều kiện làm việc của bê tông ɣ_bi. Điều này dẫn đến kết quả tính toán có thể không chính xác.
• Khi bố trí cốt thép sau khi tính toán, các tham số như khoảng cách từ trọng tâm cốt thép đến mép bê tông vùng chịu nén h_o có thể thay đổi dẫn đến việc thiết kế cốt thép không đủ khả năng chịu lực mà việc kiểm tra có thể không phát hiện được.
• Việc xác định trường hợp cột chịu nén uốn lệch tâm lớn hay lệch tâm bé rất dễ gây nhầm lẫn dẫn đến sai lệch khi xác định độ lệch tâm theo khái niệm ngoại lực (theo lực dọc N và momen M thiết kế)

 -     Hầu như ít có sự tương tích giữa bảng tính kết cấu và bản vẽ thiết kế. Do kết quả tính toán thể hiện diện tích cốt thép, trong khi bản vẽ thể hiện các thanh thép dưới dạng đường kính và số lượng thanh; điều này khiến cho việc kiểm tra chất lượng thiết kế trở thành công việc nặng nề và gây lãng phí rất nhiều thời gian. Trong thực tế thiết kế tại Việt Nam, việc đọc hiểu các bảng tính kết cấu đang dần trở thành độc quyền của người tính toán. Đại diện chủ đầu tư hầu như không thể đánh giá được ngay cả mức độ đúng sai chứ chưa kể đến đánh giá mức độ hợp lý và tối ưu hóa kết cấu

 

Đánh giá: Tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo hướng xác định tiết diện cốt thép là qui trình tính toán không thực sự hợp lý. Các rủi ro dễ dàng xảy ra như nhầm lẫn khi bố trí cốt thép; sai số do các tham số tính toán thay đổi; tính toán trường hợp cốt thép đơn nhưng bố trí cốt thép tương đương với trường hợp dầm làm việc với cốt kép; trường hợp tính toán không phù hợp… Qui trình tính toán theo hướng xác định tiết diện cốt thép mang tính chất giáo trình hơn là phù hợp với các công thức theo trong TCVN 5574:2012 hiện hành (cũng như theo các tiêu chuẩn trước đó). Đây là cách thức tính toán cũng khó tìm thấy trong các tài liệu và phần mềm tính kết cấu của các nước hiện đại trên thế giới.

Do vậy, cdfdesign đề xuất qui trình tính toán cốt thép theo hướng kiểm tra khả năng chịu lực của các bộ phận kết cấu.

   

II- Qui trình tính cốt thép cho các cấu kiện bê tông cốt thép (BTCT) bằng cách xác định và đánh giá khả năng chịu lực của cấu kiện:

Qui trình tính kết cấu bê tông cốt thép được đề xuất như sau:

* Các công thức tính toán:

Áp dụng theo tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành TCVN 5574:2012 – Kết cấu bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế:

 

 

 Tính toán dầm, sàn:

Công thức (28) TCVN 5574:2012 cho cấu kiện chịu uốn

 M ≤ R_bbx (h₀ – 0.5x) + R_scA'_s (h₀ - a')                                          (28)

 Trong đó,          Các ký hiệu như đã ghi chú bên trên

                        R_sc        Cường độ cốt thép chịu nén (cốt thép nén)

                        A_sc        Tiết diện cốt thép chịu nén

 

 Tính toán cột bố trí cốt thép đối xứng:

Cột chịu nén lệch tâm

Công thức (36) TCVN 5574:2012 cho cấu kiện chịu nén lệch tâm

 Ne ≤ R_bbx (h₀ – 0.5x) + R_scA'_s (h₀ - a')                                         (36)

 Các ký hiệu như đã ghi chú bên trên

 

Ví dụ minh họa về cách tính dầm theo qui trình kiểm tra khả năng chịu lực như sau:

    - Tính toán dầm

        

 

    - Tính toán cột

 

 

Ưu điểm của qui trình tính toán cấu kiện bê tông cốt thép bằng cách đánh giá khả năng chịu lực của cấu kiện:

           -   Số liệu tính toán và kết quả tính toán có ý nghĩa cụ thể, giúp kỹ sư / người có liên quan dễ dàng đánh giá kết cấu và kết quả thiết kế.

           -   Đơn giản hóa các bước tính toán và thiết kế, giúp nâng cao năng suất lao động và hiệu quả công việc của kỹ sư thiết kế.

           -   Kết quả tính toán trên bảng tính và số liệu trên bản vẽ là thống nhất. Điều này thuận tiện cho kiểm tra và nâng cao chất lượng sản phẩm thiết kế

           -   Dễ dàng kiểm tra và tối ưu hóa kết cấu.

           -    Phù hợp và tuân thủ chặt chẽ Tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành.

           -    Phù hợp với qui trình tính toán và thiết kế của các nước tiên tiến trên thế giới

 

II- Nhận xét và khuyến nghị:

Tính toán chính xác và cụ thể khả năng chịu lực của kết cấu là mục tiêu quan trọng của dự án công trình nhằm nâng cao hiệu quả về kinh tế cũng như tính an toàn và bền vững cho công trình.

Qui trình tính toán cấu kiện bê tông cốt thép bằng cách đánh giá khả năng chịu lực của cấu kiện là khuynh hướng thiết kế kết cấu hiện đại ngày nay. Điều này giúp bản chất thiết kế mang tính kế thừa và phát triển khoa học. Qui trình thiết kế này giúp thay đổi công tác thiết kế theo hướng hiện đại hơn, đồng thời giúp sản phẩm thiết kế dễ dàng gần gũi với cộng đồng dân cư cũng như các nhà khoa học

Trên qui trình thiết kế kết cấu theo khả năng chịu lực, cdfdesign góp phần tạo ra bộ sản phẩm thiết kế kết cấu CDFStructure nhằm cho công tác thiết kế kết cấu xây dựng ngày càng phát triển tốt đẹp hơn

 
 

Tài liệu tham khảo

  

 

Xin trân trọng các ý kiến đóng góp.

TP HCM, ngày 11/12/2015

Th.s Ks. Lê Hoan Cường

 

 

Phần mềm liên quan: Các phần mềm tính cấu kiện bê tông cốt thép

 

Bài viết liên quan:  Qui trình tính kết cấu bê tông cốt thép