Hướng Dẫn Tính Toán Kết Cấu Cột Bê Tông Cốt Thép 2021 - CityA Homes

Trong công tác thiết kế và thi công công trình xây dựng, việc thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép là hai công đoạn được xem là vô cùng quan trọng. Chính vì điều này, các kỹ sư thường đặt ra những tiêu chuẩn về thiết kế dành riêng cho loại vật liệu này, vậy đó là những tiêu chí gì? Hãy cùng bài viết này tìm hiểu những thông tin về vật liệu này mà bất cứ ai cũng nên biết!

Danh mục bài viết

Toggle

• Định nghĩa bê tông cốt thép
  • Bê tông là gì?
  • Cốt thép là gì?
  • Bê tông cốt thép là gì?
  • Bê tông cốt thép ứng suất trước là gì?
• Sơ lược lịch sử dụng bê tông cốt thép
• Cấu tạo của bê tông cốt thép là gì?
• Đặc điểm nổi bật của Bê Tông Cốt Thép
• Nguyên lý hoạt động của dầm bê tông cốt thép
• Phân loại bê tông cốt thép
  • Theo phương pháp thi công
  • Theo trạng thái ứng suất trong khi chế tạo
• Ưu nhược điểm của bê tông cốt thép
  • Ưu điểm
  • Nhược điểm
• Ưu và nhược điểm của Cọc ống bê tông ly tâm tiền áp
  • Ưu điểm
  • Nhược điểm
• Ứng dụng của bê tông cốt thép trong xây dựng
• Đối tượng áp dụng tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép
  • Đối tượng áp dụng
  • Đối tượng không quy định
• Các tiêu chuẩn về thiết kế kết cấu bê tông cốt thép
  • Tiêu chuẩn chung về thiết kế kết cấu bê tông cốt thép
  • Tiêu chuẩn về vật liệu trong kết cấu bê tông cốt thép
    • Các chỉ tiêu chất lượng của bê tông được dùng trong thiết kế
    • Các chỉ tiêu chất lượng của cốt thép được dùng trong thiết kế
  • Tiêu chuẩn chung về kết cấu bê tông cốt thép không ứng suất
    • Tiêu chuẩn cấu kiện bê tông cốt thép theo các trạng thái giới hạn thứ nhất
    • Tiêu chuẩn cấu kiện bê tông cốt thép theo các trạng thái giới hạn thứ hai
    • Tính toán cấu kiện bê tông cốt thép ứng suất trước theo các trạng thái giới hạn thứ nhất
    • Tính toán cấu kiện bê tông cốt thép ứng suất trước theo các trạng thái giới hạn thứ hai
• Các điều kiện khi thực hiện bê tông cốt thép
  • Điều kiện thực hiện các yêu cầu về an toàn
  • Điều kiện thực hiện các yêu cầu về điều kiện sử dụng bình thường
  • Điều kiện thực hiện các yêu cầu về độ bền lâu
• Các yêu cầu bổ sung trong nhiệm vụ thiết kế
• Giá trị cơ bản để tính toán kết cấu bê tông cốt thép
• Những câu hỏi thường gặp về bê tông cốt thép
  • Tại sao bê tông cốt thép được ưa chuộng?
  • Tại sao Bê tông và cốt thép có thể cùng cộng tác chịu lực
  • Phân biệt kết cấu bê tông cốt thép và kết cấu thép

Định nghĩa bê tông cốt thép

Bê tông là gì?

Bê tông là loại vật liệu phức hợp, chúng bao gồm xi măng và vật liệu bê tông như cát, sỏi hoặc là đá. Tất cả mọi thứ được kết dính lại với nhau dưới tác dụng của nước. Cường độ chịu nén của bê tông vô cùng cao. Ngoài ra, cường độ chịu kéo của bê tông nhỏ hơn từ 8 đến 15 lần so với cường độ chịu nén.

Cốt thép là gì?

Đây được xem là loại vật liệu chịu kéo hoặc là khả năng chịu nén đều vô cùng tốt. Chính vì vậy, nếu ta đặt lượng cốt thép một cách thích hợp, tương thích vào tiết diện của kết cấu bê tông thì khả năng chịu lực của kết cấu sẽ tăng lên rất nhiều lần.

Bê tông cốt thép là gì?

Bê tông cốt thép chính là một loại vật liệu composite được kết hợp bởi bê tông và thép, trong đó bê tông và thép sẽ cùng tham gia chịu lực. Với cột bê tông cốt thép, những tòa nhà vươn cao hơn, những bức tường mỏng đi, những cây cột nhỏ lại và hình thức kiến trúc trở nên phong phú đa dạng hơn rất nhiều. Vật liệu này đã tạo nên những kiến trúc vô cùng hiện đại và vẫn còn tiếp tục thống trị dài trong tương lai.

Bê tông cốt thép ứng suất trước là gì?

Là kết cấu bê tông cốt thép kết hợp ứng lực căng rất cao của cốt thép ứng suất trước và sức chịu nén của bê tông. Từ đó, bên trong kết cấu vật liệu xuất hiện những biến dạng ngược.

Loại bê tông cốt thép ứng suất trức này có khả năng ưu việt đó là chịu tải trọng lớn hơn kết cấu bê tông thông thường. Vượt được những nhịp hay khẩu độ lớn hơn kết cấu bê tông cốt thép thông thường.

Sơ lược lịch sử dụng bê tông cốt thép

Theo bài viết của José Antonio Agudelo Zapata trên structuring.net: Phát minh bê tông cốt thép thường được coi là của nhà xây dựng William Wilkinson, người đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế vào năm 1854 cho một hệ thống bao gồm cốt thép gia cường để “cải thiện việc xây dựng nhà ở, nhà kho và các tòa nhà chống cháy khác”.

Một người Pháp có tên Joseph-Louis Lambot sau khi thực hiện một số thử nghiệm với vữa, các thanh thép và chuồng gà để xây bể nước nhỏ và đài phun nước uống, đã xây dựng và được cấp bằng sáng chế phát minh đầu tiên làm bằng bê tông cốt thép, mà ông đã trình bày tại Triển lãm Toàn cầu ở Paris năm 1855. Đó là một con tàu nhỏ bằng bê tông cốt thép.

Cấu tạo của bê tông cốt thép là gì?

Bê tông cốt thép tạo nên từ 5 loại vật liệu chính: xi măng, cát, đá và nước, sắt thép. Trong đó cát được gọi là cốt liệu mịn và đá là cốt liệu thô.

Các loại vật liệu được trộn thành một hỗn hợp thống nhất, sau quá trình thủy hóa (đông cứng) thành một khối dạng đá. Bê tông chịu nén rất tốt nhưng khả năng chịu kéo yếu nên người ta kết hợp với cốt thép (dạng thanh rời hoặc lưới) để tăng sức bền chịu kéo.

Hỗn hợp bê tông mới trộn xong ở thể ướt và dẻo gọi là bê tông tươi, sau đó người ta tiến hành đổ khuôn bê tông đợi sau một thời gian ninh kết hỗn hợp đó đông cứng lại. Trong bê tông, cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực. Vữa xi măng bao bọc xung quanh hạt cốt liệu là chất bôi trơn, đồng thời lấp đầy khoảng trống giữa các hạt cốt liệu thành một khối dạng đá và hình thành bê tông.

Đặc điểm nổi bật của Bê Tông Cốt Thép

Thép và bê tông có hệ số giãn nở nhiệt gần giống nhau, do đó bê tông cốt thép có thể tránh được sự ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường.

Bê tông bảo vệ cốt thép khỏi sự xâm thực của môi trường, thép định vị bê tông nhằm tránh nứt vỡ. Bê tông có đặc tính chịu kéo và uốn kém, khi có cốt thép nhược điểm này sẽ được khắc phục do thép là vật liệu chịu kéo khá tốt.

Về cơ bản trong cấu kiện bê tông cốt thép thì cốt thép sẽ chịu ứng suất kéo còn bê tông chịu ứng suất nén, vì cốt thép chịu nén và kéo đều tốt.

Sự kết hợp giữa bê tông và cốt thép tạo ra các cấu kiện làm các kết cấu chịu lực của cac công trình.

Nguyên lý hoạt động của dầm bê tông cốt thép

Quan sát sự làm việc của dầm từ lúc mới đặt tải đến lúc phá hoại, sự diễn biến của dầm xảy ra như sau:

Khi tải trọng chưa lớn thì dầm vẫn còn nguyên vẹn, tiếp đó cùng với sự tăng của tải trọng, xuất hiện của khe nứt thẳng góc với trục dầm tại đoạn dầm có moment lớn và những khe nứt nghiêng ở đoạn dầm gần gối tựa là chỗ có lực ngang lớn , khi tải trọng đã lớn thì dầm bị phá hoại hoặc tại tiết diện có khe nứt thẳng góc, hoặc tại tiết diện có khe nứt nghiêng.

Trong suốt quá trình đặt tải, độ võng của dầm cứ tăng lên.Trong trạng thái giới hạn của dầm theo khả năng chịu lực (tức là theo cường độ) được đặc trưng bằng sự phá hoại theo tiết diện thẳng góc với trục dầm hoặc theo tiết diện nghiêng, vì vậy tính toán cấu kiện chịu uốn theo khả năng chịu lực bao gồm tính toán trên tiết diện thẳng góc và trên tiết diện nghiêng.

Phân loại bê tông cốt thép

Theo phương pháp thi công

• Bê tông cốt thép đổ toàn khối: Được ghép cốp pha và đổ bê tông lại ngay tại công trình, nhằm tính chất làm việc liên tục của bê tông được đảm bảo, công trình có cường độ và độ ổn định cao.
• Bê tông cốt thép lắp ghép: Được chế tạo từng cấu kiện ở các nhà máy, sau đó đem lắp ghép vào công trình. Việc này nhằm đảm bảo chất lượng bết cấu bê tông cốt thép phần cấu kiện cơ bản, thi công nhanh hơn và ít bị ảnh hưởng của thời tiết khắc nghiệt, nhưng với loại này thì độ cứng toàn khối cũng như độ ổn định của cả công trình thì thấp.
• Bê tông nửa lắp ghép: Một số cấu kiện sẽ được chế tạo tại nhà máy, một số khác thì tại công trình nhằm có thể đảm bảo được độ cứng toàn khối và đảm bảo sự độ ổn định cho công trình. Sàn sẽ được lắp ghép sau, còn móng, cột và dầm sẽ được đổ toàn khối.

Theo trạng thái ứng suất trong khi chế tạo

• Bê tông cốt thép thường: Trong khi chế tạo thì cốt thép sẽ được giữ ở trạng thái không có ứng suất; ngoài nội ứng suất thường sẽ do co ngót và giãn nở nhiệt. Cốt thép thì cũng chỉ chịu ứng suất khi các cấu kiện chịu lực ngoài.
• Bê tông cốt thép ứng suất trước: Căng trước của cốt thép đến ứng suất cho phép, khi buông cốt thép thì nó sẽ dần dần co lại và tạo ứng suất nén trước ở trong tiết diện bê tông, nhằm mục đích khử ứng suất kéo trong tiết diện của bê tông khi nó chịu lực ngoài, nhằm hạn chế vết nứt và độ võng.

Ưu nhược điểm của bê tông cốt thép

Kết cấu bê tông cốt thép phần cấu kiện cơ bản sẽ có những ưu nhược điểm mà chúng ta cần đánh giá sau:

Ưu điểm

• Giá thành thấp: Vật liệu chế tạo bê tông là từ những thứ sẵn có như đá, sỏi, cát, những vật liệu như thép thì chỉ chiếm 1 phần tỷ trọng nhỏ.
• Độ chịu lực lớn: Khả năng chịu lực của vật liệu này vô cùng lớn. Đây cũng là vật liệu nhân tạo nên việc chế tạo cũng dễ dàng, lựa chọn được các tính năng mong muốn.
• Độ bền cao: Khả năng chịu ăn mòn, xâm thực sẽ cao hơn so với các vật liệu như thép, gỗ trong môi trường. Chi phí bảo dưỡng đương nhiên cũng thấp hơn.
• Tạo hình khối dễ dàng: Trước khi được đông cứng thì bê tông ở dạng hỗn hợp lỏng và dẻo sẽ dễ dàng tạo các hình khối theo yêu cầu nhờ có sự hỗ trợ của hệ thống ván khuôn.
• Chống cháy tốt: Dưới 400 °C thì cường độ của bê tông sẽ không bị suy giảm, hệ số dẫn nhiệt của bê tông tương đối thấp nên sẽ giúp bảo vệ cốt thép được nhiệt độ cao.
• Hấp thụ năng lượng tốt: Những kết cấu được làm bằng vật liệu bê tông có khối lượng lớn nên khả năng hấp thụ lực xung kích vô cùng tốt.

Nhược điểm

• Nặng nề: Những kết cấu xây dựng được làm từ vật liệu bê tông cốt thép sẽ có nhịp tương đối nhỏ, chi phí xây dựng trên nền móng cũng vô cùng cao.
• Thời gian thi công lâu: Bê tông cần có thời gian để đông cứng, thế nên chất lượng của bê tông cũng sẽ chịu nhiều ảnh hưởng của thời tiết, môi trường trong thời gian này.
• Tái sử dụng khó: Việc tháo dỡ, cũng như vận chuyển và sử dụng lại bê tông sau khi sử dụng thì vô cùng tốn kém và tiêu hao nhiều công sức nhân lực.
• Chi phí cho hệ thống ván khuôn.

Ưu và nhược điểm của Cọc ống bê tông ly tâm tiền áp

Ưu điểm

• Mác bê tông cao từ 50MPa đến 80Mpa.
• Khả năng kháng uốn đều các phương, rất hữu dụng cho loại móng đài cao.
• Giảm khả năng nứt của sản phẩm do sử dụng thép ứng suất trước cường độ cao.
• Chiều dài cọc có thể thay đổi một cách linh hoạt, khả năng kết nối với đài đơn giản.
• Có thể được sản xuất trên dây chuyền công nghiệp nên dễ dàng kiểm soát chất lượng cọc.
• Do vận hành bằng máy móc hiện đại nên tiết kiệm được khối lượng bê tông và thép hơn.
• Vận chuyển cọc được thực hiện dễ dàng hơn.
• Sử dụng được cao nhất khả năng chịu lực của vật liệu.
• Có thể hạ móng xuống rất sâu mà không cần dùng giếng chìm hơi ép là loại móng có hại đến sức khoẻ công nhân.
• Hầu như có thể áp dụng được với các trường hợp địa chất phức tạp.

Nhược điểm

Do đặc điểm cấu tạo cọc là cọc ống, nên nếu thiết kế, thi công cọc không hợp lý sẽ có thể bị các sự cố khi thi công cọc như:

• Cọc có thể bị nứt khi vận chuyển, dựng lắp nếu sơ đồ vận chuyển, dựng lắp cọc thực tế khác với sơ đồ vận chuyển, dựng lắp cọc trong thiết kế, tính toán.
• Phần đầu cọc có thể bị nứt, bể khi đóng cọc nếu thiết kế gia cố đầu cọc không đủ, khi thi công đóng cọc lại chọn búa nhẹ, có chiều cao rơi lớn gây ra lực va đập mạnh lên đầu cọc.
• Có thể xuất hiện các vết nứt dọc thân cọc khi đóng cọc, cọc không đảm bảo.
• Dưới tác động của tải trọng ngang, đài cọc có thể bị dịch chuyển ngang nhiều nếu cấu tạo liên kết giữa đầu cọc ống và đài cọc không phù hợp với đặc điểm của công trình (dân dụng, giao thông, thủy lợi,…).

Ứng dụng của bê tông cốt thép trong xây dựng

Ngày nay, bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng như công trình dân dụng, nhà công nghiệp và cao tầng. Đặc biệt, bê tông cốt thép phát huy ưu thế của mình ở những công trình lớn, cần khả năng chịu lực cao. Các tòa nhà cao tầng, nhà công nghiệp, sân bay, cầu, đường,…đều sử dụng bê tông cốt thép.

Bê tông cốt thép có cường độ tốt và độ bền lên đến hàng trăm năm. Chúng sẽ có độ bền rất cao nếu được thiết kế và thi công đảm bảo kỹ thuật. Do vậy, bê tông cốt thép được xem là vật liệu chính xây dựng móng công trình.

Đối tượng áp dụng tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép

Đối tượng áp dụng

Với các công trình có chức năng khác nhau thì tiêu chuẩn được áp dụng không giống nhau. Các công trình phải chịu tác động nhiệt độ có hệ thống, cụ thể là hệ thống của nhiệt độ không cao hơn 50 độ C, không được phép thấp hơn 70 độ C và làm việc trong môi trường không xâm thực.

Yêu cầu các tác dụng đối với các thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép được chế tạo từ bê tông nặng, bê tông hạt nhỏ, bê tông nhẹ, bê tông tổ ong và bê tông tự ứng suất.

Đối tượng không quy định

Vì các công trình thiết kế cũng như vật liệu xây dựng công trình được phân chia thành nhiều loại. Thế nên để tránh nhầm lẫn, thì tiêu chuẩn còn quy định rõ ràng về các đối tượng không được áp dụng tiêu chuẩn. Cụ thể:

• Không quy định thiết kế kết cấu của liên hợp thép – bê tông, kết cấu bê tông cốt sợi, kết cấu bán lắp ghép, kết cấu bê tông và bê tông cốt thép của các công trình thủy công, mặt đường ô tô, đường băng và một số công trình đặc biệt khác.
• Các kết cấu được chế tạo từ bê tông có khối lượng thể tích trung bình nhỏ hơn 500 kg/m3 và lớn hơn 2500kg/m3.
• Các kết cầu được làm từ bê tông polyme và polyme bê tông, bê tông dùng cốt liệu đặc biệt, bê tông có cấu trúc rỗng lớn, bê tông trên nền chất kết dính là bê tông là vôi, xỉ và chất liệu dính hỗn hợp (trừ trường hợp sử dụng chúng trong bê tông tổ ong), trên nền thạch cao và chất kết dính đặc biệt.

Các tiêu chuẩn về thiết kế kết cấu bê tông cốt thép

Tiêu chuẩn chung về thiết kế kết cấu bê tông cốt thép

Giống với bất cứ tiêu chuẩn khác, tiêu chuẩn về thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép đều bắt buộc phải đặt các quy định này lên đầu tiên. Dựa vào các tiêu chí này để thực hiện thiết kế kết cấu cho công trình:

• Các quy định về an toàn
• Các quy định về điều kiện sử dụng bình thường
• Các quy định về độ bền lâu
• Các yêu cầu bổ sung nêu trong nhiệm vụ thiết kế

Tiêu chuẩn về vật liệu trong kết cấu bê tông cốt thép

Các chỉ tiêu chất lượng của bê tông được dùng trong thiết kế

Các loại bê tông và bê tông cốt thép phù hợp được sử dụng trong thiết kế bao gồm:

• Bê tông nặng, bao gồm cả bê tông tự ứng suất, có khối lượng thể tích trung bình từ 2 200 kg/m3 đến 2500kg/m3
• Bê tông hạt nhỏ có khối lượng thể tích trung bình từ 1800kg/m3 đến 2200kg/m3;
• Bê tông nhẹ có khối lượng thể tích trung bình từ 800kg/m3 đến 1400kg/m3
• Bê tông tổ ong có khối lượng thể tích trung bình từ 500kg/m3 đến 1200kg/m3

Quy định loại bê tông và các chỉ tiêu chất lượng của nó được kiểm soát trong thi công công trình xây dựng

• Cấp cường độ chịu nén của bê tông B được chỉ định đối với tất cả các loại bê tông và kết cấu.
• Cấp cường độ chịu nén dọc trục Bt được chỉ định trong các trường hợp khi mà đặc trưng này có ý nghĩa quyết định đến sự làm việc của kết cấu và nó được kiểm soát trong sản xuất.
• Mác chống thấm nước của bê tông W được chỉ định đối với các kết cấu có yêu cầu về hạn chế độ chống thấm nước.
• Mác tự ứng suất của bê tông được chỉ định đối với các kết cấu tự ứng suất khi mà các đặc trưng này được kể vào tính toán và chịu sự kiểm soát trong sản xuất.

Đối với các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép thì cần sử dụng bê tông với các cấp mác đã được quy định như sau:

Các tiêu chuẩn về cường độ chịu nén của bê tông, bê tông cốt thép, bê tông ứng suất,… phải được áp dụng theo cấp cường độ chịu nén cụ thể:

• Đối với bê tông và bê tông cốt thép: không thấp hơn B15
• Đối với bê tông ứng suất trước: Phụ thuộc vào cấp cường độ chịu kéo của cốt thép ứng suất trước, nhưng không nhỏ hơn B20

Cấp cường độ chịu nén của bê tông hạt nhỏ là không nhỏ hơn B20, còn nếu dùng cho việc bơm vào các ống lồng thì cấp cường độ chịu nén không nhỏ hơn B25.

Các chỉ tiêu chất lượng của cốt thép được dùng trong thiết kế

Khi thiết kế nhà và công trình bê tông cốt thép phù hợp với các yêu cầu đối với kết cấu bê tông và bê tông cốt thép thì bắt buộc phải quy định các loại cốt thép sử dụng và kiểm soát các chỉ tiêu chất lượng của nó

Dưới đây là một số loại thép được sử dụng làm cốt trong bê tông cốt thép và các tiêu chuẩn tương ứng với mỗi loại:

• Thép thanh cán nóng trơn với đường kính từ 6mm đến 40mm theo TCVN 1651-1:2008 và thép thanh cán nóng có gân với đường kính từ 6mm đến 50mm theo TCVN 1651-2:2018;
• Thép thanh gia công cơ nhiệt với đường kính từ 15 mm đến 40mm theo TCVN 6284-5:1997 (ISO 6934-5:1991);
• Dãy thép vuốt nguội với đường kính từ 5mm đến 12mm theo TCVN 6288:1997 (ISO 10544:1992);
• Dây thép kéo nguội với đường kính từ 2,5 mm đến 12,2 mm theo TCVN 6284-2:1997 (ISO 6394- 2:1991);
• Cáp 7 sợi hoặc 19 sợi với đường kính từ 9,3 mm đến 21,8 mm theo TCVN 6284-4:1997 (ISO 6934-4:1991). Cáp được phân thành loại có bề mặt trơn, có gân, hoặc lồi lõm (có vết ấn), hoặc được nén chặt từ dây thép trơn.

Chỉ tiêu chất lượng cơ bản của cốt thép được quy định trong công tác thiết kế chính là cấp cường độ chịu kéo của cốt thép.

Cấp cường độ chịu kéo của cốt thép thỏa mãn giá trị được đảm bảo của giới hạn chảy thực tế hoặc quy ước bằng giá trị của ứng suất tương đương với độ giãn dài dư tương đối 0,1% hoặc 0,2%. Xác suất đảm bảo không nhỏ hơn 0.95 theo các tiêu chuẩn tương ứng.

Tiêu chuẩn chung về kết cấu bê tông cốt thép không ứng suất

Tiêu chuẩn cấu kiện bê tông cốt thép theo các trạng thái giới hạn thứ nhất

Cấu kiện bê tông cốt thép được tính toán dựa trên độ bền chịu tác dụng của mô men uốn, lực dọc, lực cắt, mô men xoắn và chịu tác dụng của tải trọng cục bộ (nén cục bộ, chọc thủng).

Với mỗi phép tính toán độ bền của kết cấu theo các diện, người ta sẽ có những tiêu chuẩn và phương pháp tính toán riêng. Vì vậy, khi tính toán độ bền đòi hỏi rất nhiều thời gian và công sức. Các phương pháp tính toán cũng rất phức tạp, cần phải tính toán kỹ lưỡng để có thể xác định số liệu sao cho chuẩn xác.

Tiêu chuẩn cấu kiện bê tông cốt thép theo các trạng thái giới hạn thứ hai

Tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ hai bao gồm:

• Tính toán theo sự hình thành vết nứt
• Tính toán theo sự mở rộng vết nứt
• Tính toán biến dạng.
• Tính toán theo sự hình thành vết nứt được tiến hành khi phải đảm bảo không có vết nứt được hình thành, cũng như được coi là phép tính toán bổ sung khi tính toán mở rộng vết nứt và tính toán biến dạng.

Khi tính toán theo sự hình thành vết nứt với mục đích không cho phép vết nứt xuất hiện thì lấy hệ số độ tin cậy về tải trọng γf > 1,0. Khi tính toán mở rộng vết nứt và tính toán biến dạng thì lấy hệ số độ tin cậy về tải trọng γf = 1,0.

Cũng như tính toán độ bền, các phép tính trong tiêu chuẩn này cũng đo lường dựa trên sự hình thành và mở rộng vết nứt, theo biến dạng.

Tính toán cấu kiện bê tông cốt thép ứng suất trước theo các trạng thái giới hạn thứ nhất

Tính toán cấu kiện ứng suất trước được tiến hành đối với giai đoạn sử dụng chịu tác dụng của mô men uốn và lực cắt do ngoại lực và đối với giai đoạn nén trước chịu tác dụng của nội lực do căng trước cốt thép và nội lực do ngoại lực tác dụng trong giai đoạn nén trước.

Tính toán độ bền các cấu kiện ứng suất trước khi có tác dụng của mô men uốn được tiến hành đối với các tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện.

Đối với các cấu kiện bê tông cốt thép, mà trong đó nội lực giới hạn về độ bền nhỏ hơn nội lực giới hạn về hình thành vết nứt, thì diện tích cốt thép dọc chịu kéo cần phải lấy tăng thêm không ít hơn 15 % so với diện tích cốt thép yêu cầu từ tính toán độ bền hoặc lấy bằng diện tích từ tính toán độ bền chịu mô men hình thành vết nứt.

Tính toán các cấu kiện ứng suất trước trong giai đoạn nén trước được tiến hành như đối với trường hợp chịu nén lệch tâm với lực nén trước

Tính toán cấu kiện bê tông cốt thép ứng suất trước theo các trạng thái giới hạn thứ hai

Tính toán theo các trạng thái giới hạn thứ hai bao gồm:

• Tính toán theo sự hình thành vết nứt
• Tính toán theo sự mở rộng vết nứt
• Tính toán biến dạng.
• Tính toán theo sự hình thành vết nứt được tiến hành khi phải đảm bảo các vết nứt không được hình thành, cũng như được coi là phép tính bổ sung khi tính toán chiều rộng vết nứt và tính toán biến dạng.

Các yêu cầu không được có vết nứt được đề ra:

Đối với các kết cấu ứng suất trước, mà trong đó khi toàn bộ tiết diện của chúng là chịu kéo thì độ không thấm vẫn cần được đảm bảo (các kết cấu chịu áp lực chất lỏng hoặc khí, các kết cấu chịu tác động phóng xạ và các kết cấu tương tự)

Đối với các kết cấu đặc thù, cũng như đối với các kết cấu chịu tác động của môi trường xâm thực mạnh. Khi tính toán theo sự hình thành vết nứt với mục đích không cho vết nứt xuất hiện thì lấy hệ số độ tin cậy về tải trọng γf >1,0 (như khi tính toán độ bền). Khi tính toán mở rộng vết nứt và tính toán biến dạng (bao gồm cả tính toán bổ sung về hình thành vết nứt) thì lấy hệ số độ tin cậy về tải trọng γf = 1,0.

Tính toán cấu kiện ứng suất trước chịu uốn theo các trạng thái giới hạn thứ hai được tiến hành như đối với cấu kiện chịu nén lệch tâm dưới tác dụng đồng thời của mô men uốn do ngoại lực M và lực dọc Np (bằng lực nén trước P).

Các điều kiện khi thực hiện bê tông cốt thép

Điều kiện thực hiện các yêu cầu về an toàn

Để đảm bảo đạt chuẩn các quy chuẩn về an toàn thì kết cấu phải có đặc trưng ban đầu. Loại trừ được sự xâm nhập, phá hoại bất kỳ đặc điểm nào dưới sự tác động đã tính toán trong quá trình thiết kế và thi công kết cấu công trình. Hoặc loại trừ sự vi phạm điều kiện sử dụng bình thường làm hại đến cuộc sống, sức khỏe, tài sản của con người, ảnh hưởng đến môi trường xung quanh, môi trường sống và sức khỏe của các loài động, thực vật.

Điều kiện thực hiện các yêu cầu về điều kiện sử dụng bình thường

Để đảm bảo các yêu cầu về điều kiện sử dụng bình thường thì kết cấu phải có đặc trưng ban đầu sao cho dưới các tác động khác nhau của ngoại lực hay thừi tiết được tính toán không xuất hiện hay mở rộng các vết nứt quá mức, hay không xảy ra chuyển vị quá mức, dao động, hoặc các hư hỏng khác gây cản trở cho lối sống sinh hoạt, sử dụng bình thường.

Trong các trường hợp cần thì kết cấu phải đảm bảo đáp ứng các chức năng được yêu cầu như yêu cầu về cách nhiệt, cách âm, bảo vệ sinh học và các yêu cầu khác.

Điều kiện thực hiện các yêu cầu về độ bền lâu

Trong suốt khoảng thời gian dài đã thiết lập, công trình vẫn đảm bảo các yêu cầu về an toàn và điều kiện sử dụng có kể đến ảnh hưởng của các tác động tính toán khác nhau (tải trọng, biến đổi khí hậu khắc nghiệt, công nghệ, nhiệt độ và độ ẩm, tác động của xâm thực,…) đến các đặc trưng hình học của kết cấu và đặc điểm cơ học của vật liệu thi công.

Các yêu cầu bổ sung trong nhiệm vụ thiết kế

Quy định về an toàn, điều kiện sử dụng bình thường, độ bền lâu của kết cấu bê tông và bê tông cốt thép cần được đảm bảo bởi việc thực hiện:

• Các yêu cầu đối với bê tông và các thành phần của nó
• Các yêu cầu đối với cốt thép
• Các yêu cầu đối với tính toán kết cấu
• Các yêu cầu cấu tạo
• Các yêu cầu công nghệ
• Các yêu cầu sử dụng
• Các yêu cầu khác về tải trọng và tác động, khả năng chịu lửa, khả năng chống thấm nước, các gia trị của giới hạn biến dạng, các gia trị tính toán của nhiệt độ không khí bên ngoài và độ ẩm tương đối của môi trường, yêu cầu về bảo vệ kết cấu chịu tác động của môi trường xâm thực và các yêu cầu khác được quy định trong các tiêu chuẩn tương ứng

Giá trị cơ bản để tính toán kết cấu bê tông cốt thép

Theo phương pháp tính toán bán xác xuất, độ tin cậy của các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép được tính bằng cách sử dụng các giá trị tính toán tải trọng và tác động, các đặc trưng tính toán của bê tông và bê tông cốt thép. Chúng được xác định bằng các hệ số độ tin cậy riêng tương ứng với các đặc trưng của giá trị tiêu chuẩn có kể đến mức độ quan trọng của nhà hay công trình.

Trong đó:

• Giá trị tính toán của tải trọng và tác động lấy phụ thuộc vào trạng thái giới hạn tính toán và trường hợp tính toán.
• Mức độ tin cậy của các giá trị tính toán tương ứng với các đặc trưng thì phụ thuộc vào tính toán của nguy cơ đạt tới trang thái giới hạn tương ứng và được điều chỉnh bằng giá trị của hệ số đo độ tin cậy về bê tông và bê tông cốt thép.
• Tính toán kết cấu bê tông có thể được tính theo giá trị độ tin cậy tiện định trên cơ sở tính toán xác suất toàn phần khi có đủ số liệu về sự biến động của các yếu tố chính trong các công thức tính toán.

Những câu hỏi thường gặp về bê tông cốt thép

Tại sao bê tông cốt thép được ưa chuộng?

• Chịu được tải trọng lớn: Khả năng chịu nhiệt của bê tông cũng như chống chọi với mọi điều kiện thời tiết của những thanh bê tông cốt thép vô cùng lớn, chúng đã phải tạo nên một kết cấu vững chắc cho ngôi nhà.
• Linh hoạt tạo hình và biến hóa: Nguyên liệu tạo nên BTCT có nhiều và dễ khai thác, chế biến trong tự nhiên (cát, sỏi, đá, xi măng, thép) nên giá thành của BTCT rẻ, chúng được ứng dụng rộng rãi ở nhiều địa hình và các công trình khác nhau.
• Tạo khối dễ dàng: Bê tông ở dạng hỗn hợp lỏng và dẻo sẽ dễ dàng tạo các hình khối phù hợp yêu cầu kiến trúc nhờ vào hệ thống ván khuôn trước khi được đông cứng.
• Khả năng chống cháy tốt: Khả năng chịu nhiệt của bê tông vô cùng lớn với cường độ không bị suy giảm đáng kể trong ngưỡng dưới 400 °C . Hệ số dẫn nhiệt của bê tông thấp nên cũng đóng góp giúp bảo vệ cốt thép trong trường hợp xảy ra hỏa hoạn hoặc ở nhiệt độ cao.
• Bề mặt chất liệu của vật liệu này đang ngày càng phát triển và tham gia đa dạng các công trình với vai trò là vật liệu trang trí cũng như là vật liệu kiến trúc.

Tại sao Bê tông và cốt thép có thể cùng cộng tác chịu lực

Lực dính giữa bê tông và cốt thép. Điều này giúp cho cấu kiện trong quá trình chịu tải, thì bê tông có thể truyền lực sang cốt thép và cốt thép cũng có thể truyền lực sang bê tông.

Không có phản ứng hóa học giữa bê tông và cốt thép, đồng thời bê tông còn bao bọc cốt thép giúp bảo vệ cốt thép khỏi ăn mòn của môi trường xung quanh. Một điểm cần chú ý là lượng xi măng cần ít nhất là 250-270kg/m3 bê tông để bê tông giữ cho cốt thép khỏi bị ăn mòn

Có hệ số giãn nở vì nhiệt gần như nhau, hệ số giãn nở của bê tông nhiệt là 0,000010 đến 0,000015. Còn của cốt thép hệ số giãn nở vì nhiệt là 0,000012. Do đó khi môi trường thay đổi trong phạm vi <100 độ C thì trong cấu kiện sẽ không xuất hiện nội ứng suất đáng kể, không làm phá hoại lực dính giữa bê tông và cốt thép.

Phân biệt kết cấu bê tông cốt thép và kết cấu thép

Đặc điểm	Kết cấu bê tông	Kết cấu thép
Độ bền	Kết cấu bê tông bền hơn	Độ bền của kết cấu thép bị ảnh hưởng xấu bởi điều kiện thời tiết và rỉ sét
Chống động đất	Cấu trúc bê tông dễ vỡ nên ít chống động đất hơn.	Kết cấu thép có thể chịu được động đất hiệu quả hơn kết cấu bê tông
Tải trọng	Trong so sánh với thép, khả năng chịu tải của bê tông là thấp.	Khả năng chịu tải của kết cấu thép tốt
Giá trị phế liệu	Giá trị phế liệu của bê tông là không	Giá trị phế liệu của thép là tốt
Trọng lượng	Trọng lượng bản thân của bê tông là nhiều hơn	Thép nhẹ hơn 60% so với bê tông
Nền tảng	Nền móng cho kết cấu bê tông phải chắc chắn vì trọng lượng bê tông lớn hơn	Kết cấu thép có thể được thực hiện mà không cần nền tảng
Thời gian thi công	Cấu trúc bê tông thường cần 28 ngày trước khi chúng sẵn sàng sử dụng	Cấu trúc thép nhanh trong quá trình cương cứng của chúng và có thể được sử dụng ngay sau khi cương cứng
Lao động	Nó đòi hỏi lao động ít kỹ năng	Nó đòi hỏi nhiều lao động lành nghề
Giá cả	Chi phí xây dựng ít hơn	Chi phí xây dựng nhiều hơn
Tham gia	Các khớp như khớp xây dựng, khe co giãn, khớp co,… là cần thiết trong kết cấu bê tông	Thành phần thép được nối bằng cách sử dụng đinh tán, hàn, đai ốc & bu lông,… trong kết cấu thép

Trên đây là những thông tin về bê tông cốt thép mà CityA Homes muốn gửi đến bạn đọc, hy vọng bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về công dụng, vai trò của bê công cốt thép trong lĩnh vực thi công xây dựng công trình.

Nếu bạn có thắc mắc hay có vấn đề cần hỗ trợ, bạn có thể liên hệ trực tiếp với CityA Homes thông qua các kênh sau:

• Hotline: 0905 389 389
• Email: [email protected]

CityA Homes hiện đang có chương trình khuyến mãi dành cho khách hàng thiết kế nhà Đà Nẵng. CityA Homes sẽ hỗ trợ quý khách 24/24h với cam kết chất lượng tốt nhất!