Tóm tắt: TCVN 5574:2018 – Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - được ký quyết định công bố vào ngày 10/12/2018 có nhiều thay đổi và bổ sung các cơ sở lý luận khoa học cho công tác phân tích & tính toán các mô hình kết cấu.
Bài viết sau đây trình bày tóm tắt các vấn đề có ý nghĩa lớn và quan trọng dành cho các kỹ sư tư vấn thiết kế kết cấu, đặc biệt khi áp dụng vào trong việc xác lập các mô hình tính kết cấu.
Về mô hình kết cấu trong công tác thiết kế và các yêu cầu thiết kế
Trong các phiên bản tiêu chuẩn cũ về thiết kế kết cấu bê tông cốt thép (BTCT), hầu như không đề cập đến các khái niệm về mô hình tính toán. Điều này dẫn đến suy luận tất yếu là kỹ sư chỉ cần dựng mô hình bao gồm các kích thước, tính chất vật liệu và tải trọng tính toán vào các phần mềm phù hợp. Tiếp theo là cho phần mềm thực hiện tính toán, từ đó kỹ sư thiết kế sử dụng kết quả nội lực để tiếp tục tính kết cấu BTCT, nhằm xác định lượng cốt thép phù hợp.
Quy trình tính toán như thế thường bỏ qua hoặc làm mất đi các ý nghĩa thực tế của mô hình kết cấu, chẳng hạn như:
• Bỏ qua ý nghĩa của mô hình kết cấu đàn hồi hay không đàn hồi. Điều này là luôn xảy ra đối với các công trình thiết kế chịu tải trọng động đất, việc vận dụng mô hình phù hợp là vô cùng quan trọng
• Bỏ qua ý nghĩa của liên kết, độ cứng của liên kết và phóng thích liên kết. Điều này thường dẫn đến kết quả không hợp lý mà đa số dẫn đến việc thiết kế móng vô cùng lãng phí
• Chỉ xác lập một (01) mô hình tính duy nhất. Điều này dẫn đến việc bỏ qua các mô hình tính toán cần thiết và phù hợp khác
• Bỏ qua khái niệm làm việc độc lập của một số bộ phận cấu kiện trong hệ kết cấu
• Bỏ qua nhiều tính toán quan trọng đối với hệ kết cấu mà thường mắc phải như việc xác lập ổn định tổng thể của công trình
• Bỏ qua mô hình tương tác móng – nền / hoặc thường không xác lập chính xác và đầy đủ mô hình tương tác móng - nền
Do đó, thường khó có sự thống nhất ý kiến giữa đơn vị thiết kế và đơn vị tư vấn thẩm kế do thiếu cơ sở lý luận thống nhất như được thể hiện sau này trong tiêu chuẩn mới TCVN 5574:2018.
Các mục mới bổ sung trong tiêu chuẩn TCVN 5574:2018
Bài viết này chỉ tập trung vào Phụ lục E – Tính toán hệ kết cấu, phụ lục này chủ yếu trình bày về mô hình kết cấu BTCT. Bài viết được trình bày theo thứ tự như trong TCVN 5574.
Cần nói rõ thêm là Phụ lục E trong TCVN 5574:2018 là mục hoàn toàn mới mà các phiên bản tiêu chuẩn trước đó chưa đề cập đến.
Chú ý: các dòng chữ đỏ, in nghiêng là được trích dẫn từ TCVN 5574:2018
Mục E.1 Nguyên tắc chung
1- Mục E.1.1 Tính toán các hệ kết cấu chịu lực
Bên cạnh việc yêu cầu các số liệu kết quả tính toán như thông thường, mục này còn yêu cầu xác định gia tốc dao động của sàn các tầng trên cùng. Đây là điều có ý nghĩa cực kỳ quan trọng đặc biệt đối với các công trình cao tầng.
2- Mục E.1.2 Tính toán các hệ kết cấu chịu lực chủ yếu theo giai đoạn sử dụng
Tính toán hệ kết cấu chịu lực cần được tiến hành đối với tất cả các giai đoạn thi công. Trong thực tế, điều này đã được cụ thể hóa bằng các văn bản pháp luật hiện hành.
3- Mục E.1.4 Tính toán hệ kết cấu chịu lực làm từ các cấu kiện lắp ghép cần kể đến độ mềm các liên kết của chúng
Điều này là chi tiết cụ thể trong các vấn đề về liên kết trong mô hình phân tích.
4- Mục E.1.5 Tính toán hệ kết cấu chịu lực cần được tiến hành với các đặc trưng biến dạng (độ cứng) tuyến tính và phi tuyến của các cấu kiện bê tông cốt thép
Điều này nhấn mạnh vấn đề các mô hình khác nhau là cần thiết khi phân tích kết cấu.
5- Mục E.1.7 Yêu cầu về kết quả tính toán
Bên cạnh các kết quả về nội lực và chuyển vị, mục này còn yêu cầu xác định Gia tốc dao động của các sàn tầng trên cùng của nhà cần được xác định với tác dụng của thành phần xung của tải trọng gió.
6- Mục E.1.8 Yêu cầu về tính ổn định
Điều này nhấn mạnh vấn đề các ổn định vị trí của hệ kết cấu chống lật và chống trượt. Điều này rất quan trọng đối với các công trình cao tầng.
7- Mục E.1.9 Là mục bổ sung cho mục E.1.8 Hướng dẫn và các quy định yêu cầu về tính ổn định tổng thể
Mục này quy định các yêu cầu rất cụ thể, bao gồm
• Khi tính toán ổn định vị trí thì hệ kết cấu cần được coi như vật thể cứng không biến dạng.
• Khi tính toán chống lật thì mô men giữ do tải trọng đứng gây ra phải lớn hơn mô men lật do tải trọng ngang, với hệ số an toàn bằng 1,5.
• Khi tính toán chống trượt thì lực giữ nằm ngang phải lớn hơn lực trượt tác dụng với hệ số an toàn bằng 1,2. Khi đó, cần lấy giá trị bất lợi nhất của các hệ số độ tin cậy về tải trọng.
Các yêu cầu trên thực sự có ý nghĩa cho các kỹ sư thiết kế các công trình cao tầng, không chỉ riêng về chọn mô hình tính mà bao gồm cả các giá trị cần thiết khi kiểm tra kết cấu.
Mục E.2 Các phương pháp tính toán
Mục này liệt kê chi tiết về các phương pháp mà thực tế đã được chấp nhận và áp dụng rộng rãi. Tuy nhiên, cũng có một số chi tiết đáng chú ý mà trong thực tế các kỹ sư đã áp dụng vào các công trình không thực sự là phù hợp.
1- Mục E.2.2 Để đánh giá khả năng chịu lực của các sàn tầng cho phép tính toán bằng phương pháp cân bằng giới hạn (PPCBGH).
Thuật ngữ phương pháp cân bằng giới hạn hay còn gọi Tính theo sơ đồ khớp dẻo, Tính kết cấu theo trạng thái giới hạn về phá hoại (trạng thái tới hạn), thường bị bỏ qua trong công tác thiết kế hiện hành do khuynh hướng áp dụng các phần mềm mang tính tiện dụng. Việc bỏ qua phương pháp cân bằng giới hạn mà chỉ áp dụng kết quả tính nội lực sàn từ các phần mềm thông dụng thường dẫn đến kết quả sai lệch, có thể kể ra:
• Cốt thép chịu lực ô sàn bố trí theo cạnh dài (?)
• Kết quả tính cốt thép rất ít so với PPCBGH (?)
• Không cần cốt thép / hay chỉ bố trí cốt thép theo cấu tạo (?)
Các sai lệch thường xuất hiện do các kỹ sư thiết kế có khuynh hướng chọn dầm có tiết diện nhỏ / hoặc các sàn có dạng gần về phía sàn 1 phương.
Do vậy các hướng dẫn như mục E.2.2 là thực sự là vô cùng cần thiết.
2- Mục E.2.8 Khi sử dụng móng cọc hoặc móng bè cọc thì các cọc nên được mô hình hóa như các cấu kiện bê tông cốt thép hoặc kể đến sự làm việc đồng thời của chúng với đất nền, trong đó coi nền như là một thể thống nhất với hệ số nền quy đổi.
Trong thực tế thiết kế cọc cho các móng công trình thường bị bỏ qua và thường thiết kế mang tính cấu tạo, cũng như khi mô hình tính móng cọc thường chỉ mô hình mang tính chất gần đúng, hoặc tùy chọn các phương pháp tính tùy theo chủ quan của người thiết kế.
Nhận xét & đánh giá
Các thông tin từ phụ lục E – TCVN 5574:2018 thực sự vô cùng quý giá và có ý nghĩa quan trọng trong việc xây dựng mô hình kết cấu phù hợp với công trình thực tế, phù hợp với các lý luận khoa học thực tiễn hiện đại.
• Giúp cho các kỹ sư thiết kế tùy chọn chính xác mô hình kết cấu
• Giúp cho kỹ sư thiết kế có tầm nhìn tổng thể công trình và tùy chọn dễ dàng, đầy đủ các mô hình tính kết cấu phù hợp
• Giúp cho bộ phận thiết kế và bộ phận thẩm kế có sự thống nhất ý kiến trong việc xem xét và đánh giá thiết kế
• Các thông tin từ phụ lục này là nền tảng lý luận cần thiết cho sự phát triển bền vững và mạnh mẽ của ngành thiết kế kết cấu nói riêng và khoa học xây dựng nói chung.
Điểm đáng tiếc cần phải nhắc đến về Phụ lục E là tiêu chuẩn ghi nhận phụ lục này chỉ ở mức tham khảo.
Trong tiêu chuẩn thiết kế đang đề cập, chỉ phản ánh 2 mức độ:
• (tham khảo)
• (quy định)
Do không ghi nhận được các định nghĩa trong tiêu chuẩn này về 2 thuật ngữ (tham khảo) & (quy định), nên người dùng tiêu chuẩn sẽ hiểu rằng
• (tham khảo) mang ý nghĩa các điều khoản không có giá trị bắt buộc
• (quy định) mang ý nghĩa bắt buộc các kỹ sư phải tuân theo
Khi so sánh với các tiêu chuẩn các nước tiên tiến trên thế giới, tác giả bài viết này nhận thấy có hầu hết các điều khoản được ghi trong phụ lục E thường ở mức bắt buộc, một số ít ở mức thấp hơn là khuyến khích, đề nghị dùng. Rất ít các mục trong phụ lục E nhất thiết phải dừng ở mức độ tham khảo. Thực sự, việc quy định tất cả các mục trong phụ lục E là tham khảo là rất đáng tiếc.
Sau cùng, cdfdesign.vn xây dựng các công cụ hỗ trợ cho kỹ sư thiết kế có thể tuân thủ chặt chẽ và áp dụng TCVN 5574:2018 một cách khoa học và chính xác nhất, có thể kể như:
Tài liệu tham khảo
[…]
Cám ơn quý khách đã đọc bài viết này.
TP HCM, ngày 01/07/2020
Th.s Ks. Lê Hoan Cường
Vấn đề quan tâm:
Trở về
