Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong chương trình đào tạo kỹ sư ngành Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, học phần Đồ án Kết cấu công trình bê tông (Đồ án Kết cấu Bê tông cốt thép) đóng vai trò là đồ án chuyên ngành then chốt nhằm rèn luyện năng lực tính toán, thiết kế cấu kiện chịu lực cơ bản trong công trình dân dụng và công nghiệp. Nhiệm vụ trọng tâm của đồ án là thiết kế hệ kết cấu sàn sườn toàn khối có bản dầm bằng bê tông cốt thép, một giải pháp kết cấu sàn truyền thống và phổ biến trong xây dựng nhờ tính toàn khối, khả năng chịu lực ổn định và quy trình thi công định hình.

Bối cảnh thực tế của đề tài đặt ra yêu cầu thiết kế hệ sàn sườn cho một mặt bằng kết cấu công trình điển hình chịu tác dụng của tĩnh tải các lớp cấu tạo kiến trúc và hoạt tải sử dụng tiêu chuẩn $P^{tc}$. Văn bản đồ án xác định rõ ràng các mục tiêu và nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật, được phân định theo trình tự tính toán cấu kiện:

  1. Thiết kế bản sàn: Phân tích sơ đồ làm việc hình học của ô bản, chọn sơ bộ chiều dày sàn, xác định tải trọng đơn vị, tính toán nội lực theo sơ đồ biến dạng dẻo và bố trí cốt thép chịu lực, cốt thép cấu tạo, cốt thép phân bố.
  2. Thiết kế dầm phụ: Chọn kích thước tiết diện dầm, xác định tải trọng phân bố truyền từ bản sàn và trọng lượng bản thân, tính toán nội lực vẽ biểu đồ bao mô men và bao lực cắt theo sơ đồ khớp dẻo; tính toán cốt thép chịu uốn, cốt đai chịu cắt, vẽ biểu đồ bao vật liệu và xác định các đoạn kéo dài cốt thép $W$.
  3. Thiết kế dầm chính: Chọn kích thước tiết diện dầm và kích thước cột gối tựa, quy đổi tải trọng tập trung từ dầm phụ truyền vào, xác định các trường hợp đặt hoạt tải bất lợi để lập biểu đồ bao mô men và lực cắt theo sơ đồ đàn hồi; tính toán cốt thép dọc, cốt thép ngang, cốt thép treo tại nút dầm phụ - dầm chính, lập biểu đồ bao vật liệu; neo nối cốt thép và kiểm tra dầm chính theo Trạng thái giới hạn thứ 2 (TTGH II) về nứt và võng.

Đối tượng nghiên cứu và thiết kế của đồ án là hệ kết cấu bê tông cốt thép toàn khối bao gồm ô bản dầm, dầm phụ liên tục 4 nhịp và dầm chính liên tục 3 nhịp kê lên hệ thống cột bê tông cốt thép. Phạm vi không gian được xác định cụ thể trên mặt bằng kết cấu với kích thước nhịp sàn phương ngắn $L_1 = 2{,}05\text{ m} - 2{,}20\text{ m}$, nhịp sàn phương dài $L_2 = 6{,}20\text{ m}$, tiết diện cột đỡ $b_c \times h_c = 300 \times 300\text{ mm}$. Dữ liệu tính toán và văn bản đồ án được hoàn thiện vào tháng 12 năm 2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Văn bản thiết kế xây dựng toàn bộ quy trình tính toán trên nền tảng Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 5574:2018 "Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép", kết hợp lý thuyết giải tích cơ học kết cấu cho dầm liên tục nhiều nhịp. Vật liệu sử dụng trong tính toán được quy định với các chỉ tiêu cơ lý cụ thể:

  • Bê tông: Cấp độ bền chịu nén B25, có cường độ chịu nén tính toán $R_b = 14{,}5\text{ MPa}$ ($14{,}05\text{ MPa}$ ở trạng thái tính toán cấu kiện chịu cắt/uốn), cường độ chịu kéo tính toán $R_{bt} = 1{,}05\text{ MPa}$, cường độ chịu kéo tiêu chuẩn $R_{bt,ser} = 1{,}6\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_b = 30 \times 10^3\text{ MPa}$.
  • Cốt thép: Thép thanh cán nóng nhóm CB240-T sử dụng cho cốt thép bản sàn và cốt đai dầm (đường kính $\emptyset \le 10\text{ mm}$) với cường độ tính toán chịu kéo $R_s = 210\text{ MPa}$, cường độ chịu cắt của cốt ngang $R_{sw} = 170\text{ MPa}$, mô đun đàn hồi $E_s = 20 \times 10^4\text{ MPa}$ (hoặc $21 \times 10^4\text{ MPa}$). Thép thanh nhóm CB300-T sử dụng cho cốt dọc dầm (đường kính $\emptyset > 10\text{ mm}$) với cường độ tính toán chịu kéo $R_s = 260\text{ MPa}$, cường độ chịu cắt $R_{sw} = 210\text{ MPa}$.

Phương pháp tính toán thực tế trong đồ án kết hợp hai mô hình phân tích cơ học:

  • Phương pháp tính theo sơ đồ khớp dẻo (plastic hinge): Áp dụng cho bản sàn và dầm phụ nhằm xét đến sự phân phối lại nội lực khi bê tông nứt và cốt thép bước vào vùng chảy dẻo. Sơ đồ này cho phép san bằng mô men giữa nhịp và gối tựa, giúp tiết kiệm lượng cốt thép bố trí và tiệm cận với trạng thái làm việc thực tế của kết cấu siêu tĩnh.
  • Phương pháp tính theo sơ đồ đàn hồi (elastic method): Áp dụng cho dầm chính – cấu kiện chịu lực chủ yếu truyền tải trọng xuống cột. Việc tính toán theo sơ đồ đàn hồi kết hợp xét các trường hợp đặt hoạt tải cách nhịp, liền nhịp giúp thu được đường bao nội lực bất lợi nhất, đảm bảo tính an toàn nghiêm ngặt cho khung chịu lực.
  • Phương pháp tính toán theo hai trạng thái giới hạn: Trạng thái giới hạn 1 (về khả năng chịu lực: uốn, cắt, kéo đứt do tải tập trung) và Trạng thái giới hạn 2 (về điều kiện sử dụng bình thường: kiểm tra độ võng toàn phần có xét đến biến dạng trượt do cắt và kiểm tra bề rộng khe nứt ngắn hạn, dài hạn).

Nguồn dữ liệu tính toán bao gồm tải trọng bản thân các lớp hoàn thiện kiến trúc, trọng lượng bản thân các bộ phận bê tông cốt thép, tải trọng tường ngăn và hoạt tải sử dụng tiêu chuẩn theo mặt bằng công năng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Tính toán bản sàn

Chương này trình bày toàn bộ quy trình thiết kế bản sàn từ khâu xác lập mô hình làm việc đến bố trí cốt thép. Tác giả tiến hành phân loại ô bản sàn thông qua tỷ số giữa hai cạnh: xét tỷ số $L_2 / L_1 > 2$, ô bản được phân loại là bản dầm (làm việc một phương theo phương cạnh ngắn $L_1$). Bản sàn được tính toán bằng cách cắt một dải bản độc lập có bề rộng $b = 1\text{ m} = 1000\text{ mm}$. Kích thước các bộ phận kết cấu được lựa chọn sơ bộ: chiều dày bản sàn $h_b = 90\text{ mm}$; tiết diện dầm phụ $b_{dp} \times h_{dp} = 200 \times 450\text{ mm}$; tiết diện dầm chính $b_{dc} \times h_{dc} = 300 \times 700\text{ mm}$.

Sơ đồ tính toán của dải bản là dầm liên tục nhiều nhịp kê tựa lên các dầm phụ, tính theo sơ đồ khớp dẻo với nhịp tính toán lấy theo mép gối tựa. Tải trọng tác dụng lên dải bản gồm:

  • Tĩnh tải (trọng lượng các lớp cấu tạo sàn): gồm gạch ceramic dày $10\text{ mm}$ (trọng lượng riêng $\gamma = 20\text{ kN/m}^3$, hệ số vượt tải $n = 1{,}2$), vữa lót sàn dày $20\text{ mm}$ ($\gamma = 20\text{ kN/m}^3$, $n = 1{,}3$), bản bê tông cốt thép dày $90\text{ mm}$ ($\gamma = 25\text{ kN/m}^3$, $n = 1{,}1$), vữa trát trần dày $15\text{ mm}$ ($\gamma = 18\text{ kN/m}^3$, $n = 1{,}3$).
  • Hoạt tải tính toán: xác định từ hoạt tải tiêu chuẩn nhân với hệ số vượt tải tương ứng.

Sau khi xác định tổng tải trọng tính toán, nội lực được tính cho từng vị trí nguy hiểm: mô men lớn nhất tại giữa nhịp biên, tại gối thứ hai, tại các nhịp giữa và gối giữa. Bài toán tính toán cốt thép cấu kiện chịu uốn tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn được thực hiện với giả thiết chiều dày lớp bê tông bảo vệ $a_0 = 25\text{ mm}$, chiều cao làm việc $h_0 = 65\text{ mm}$. Điều kiện hạn chế cốt đơn được kiểm tra thông qua hệ số $\alpha_m \le \alpha_{pl} = 0{,}3$. Kết quả chọn thép bản sàn gồm: thép chịu lực nhịp biên $\emptyset 8a150$ ($A_s = 335\text{ mm}^2$), thép gối thứ hai và nhịp giữa $\emptyset 8a190$ ($A_s = 265\text{ mm}^2$), hàm lượng cốt thép đều nằm trong giới hạn hợp lý ($0{,}1% \le \mu \le 0{,}9%$).

Bên cạnh cốt thép chịu lực theo phương cạnh ngắn, chương này hoàn thiện quy tắc cấu tạo cốt thép: cốt mũ chịu mô men âm vươn qua gối biên $275\text{ mm}$, qua gối thứ hai $360\text{ mm}$, qua gối giữa $380\text{ mm}$; cốt thép cấu tạo dọc theo gối biên và phía trên dầm chính đạt $A_{s,ct} \ge 50% A_s$; cốt thép phân bố theo phương cạnh dài $L_2$ chọn $\emptyset 6a200$ thỏa mãn điều kiện $A_{s,pb} \ge 20% A_s$.

Chương II: Tính toán dầm phụ

Chương II đi sâu vào tính toán cấu kiện dầm phụ với kích thước tiết diện $b_{dp} \times h_{dp} = 200 \times 450\text{ mm}$. Sơ đồ tính toán là dầm liên tục 4 nhịp kê lên các gối tựa là dầm chính, tính toán theo sơ đồ khớp dẻo với nhịp tính toán nhịp biên $L_{0b} = 5750\text{ mm}$ và nhịp giữa $L_0 = 5900\text{ mm}$.

Tải trọng tác dụng lên dầm phụ gồm tĩnh tải do bản sàn truyền xuống ($g_1 = g^{tt}s \times L_1$), trọng lượng bản thân dầm phụ ($g_0$) và hoạt tải phân bố ($p{dp} = p^s \times L_1$), tạo thành tổng tải trọng tính toán $q_{dp}$. Từ đó, tác giả thiết lập bảng tung độ biểu đồ mô men nhánh dương và nhánh âm, định vị điểm triệt tiêu mô men âm ở nhịp biên ($x_k = 0{,}6\text{ m}$ cách mép gối thứ 2) và điểm triệt tiêu mô men dương ($0{,}885\text{ m}$ gần gối tựa), đồng thời xác định tung độ lực cắt tại các gối.

Quy trình tính toán cốt thép chịu uốn được phân chia theo hai trạng thái làm việc của tiết diện:

  • Tại nhịp (mô men dương): thớ dưới chịu kéo, thớ trên chịu nén, bản sàn cánh làm việc cùng sườn dầm tạo thành tiết diện chữ T với bề rộng cánh tính toán $b'_f = 1280\text{ mm}$ (hoặc $1400\text{ mm}$), chiều cao cánh $h'_f = 90\text{ mm}$. Trục trung hòa đi qua cánh, bài toán được quy về tiết diện chữ nhật kích thước $b'f \times h{dp}$.
  • Tại gối (mô men âm): thớ trên chịu kéo, cánh nằm ở vùng kéo nên bị nứt và không tham gia chịu lực, dầm được tính toán theo tiết diện chữ nhật đơn thuần $b_{dp} \times h_{dp} = 200 \times 450\text{ mm}$.

Kết quả tính toán cốt dọc dầm phụ lựa chọn các tổ hợp thép $\emptyset 14$ và $\emptyset 16$ với hàm lượng cốt thép nằm trong giới hạn kiểm soát $\mu \le \mu_{max} = 2{,}47%$. Về cốt thép chịu cắt, dầm phụ được kiểm tra điều kiện ứng suất nén chính nghiêng của bê tông, từ đó chọn cốt đai $\emptyset 8$ hai nhánh ($n = 2$), bước cốt đai $s_{w,ch1} = 150\text{ mm}$ bố trí trong đoạn $L_0/4$ gần gối tựa và $s_{w,ch2} = 200\text{ mm}$ cho đoạn giữa nhịp.

Nội dung trọng tâm ở phần cuối chương là tính toán và lập biểu đồ bao vật liệu dầm phụ. Tác giả xác định vị trí cắt lý thuyết của các thanh thép dọc và tính toán đoạn kéo dài $W$ theo công thức: $$W = \frac{0{,}8Q - Q_{s,inc}}{2q_{sw}} + 5d \ge 20d$$ Bảng tính đoạn kéo dài $W$ của dầm phụ ghi nhận các giá trị $W_{chọn}$ dao động từ $280\text{ mm}$ đến $320\text{ mm}$ đối với các thanh thép $\emptyset 14$ và $\emptyset 16$.

Chương III: Tính toán dầm chính

Dầm chính là cấu kiện chịu lực chính của khung ngang, được thiết kế là dầm liên tục 3 nhịp kê lên các cột có tiết diện $300 \times 300\text{ mm}$. Dầm được tính theo sơ đồ đàn hồi với kích thước tiết diện $b_{dc} \times h_{dc} = 300 \times 800\text{ mm}$, nhịp tính toán nhịp biên $L_{0b} = 6450\text{ mm}$ và nhịp giữa $L_0 = 6600\text{ mm}$ (mức chênh lệch dưới $10%$ nên được tính toán như dầm đều nhịp).

Tải trọng tác dụng lên dầm chính gồm trọng lượng bản thân dầm $G_0$, tĩnh tải tập trung từ dầm phụ truyền vào $G_1$ (tổng tĩnh tải tập trung $G = G_0 + G_1 = 12{,}43\text{ kN}$) và hoạt tải tập trung $P = 26{,}4\text{ kN}$. Tác giả tiến hành xét các trường hợp đặt tải: tĩnh tải toàn phần kết hợp hoạt tải đặt lệch tầng, so le nhịp để tìm ra các giá trị mô men uốn và lực cắt cực trị. Biểu đồ bao mô men và bao lực cắt được xây dựng chi tiết, sau đó mô men tính toán cốt thép tại tiết diện gối được giảm trừ theo mô men mép gối ($M_{mép} = 427\text{ kNm}$).

Cốt thép dọc dầm chính sử dụng thép nhóm CB300-T: tiết diện ở nhịp tính theo tiết diện chữ T ($b'f = 1500\text{ mm}$, $h = 800\text{ mm}$), trục trung hòa đi qua cánh; tiết diện ở gối tính theo tiết diện chữ nhật ($300 \times 800\text{ mm}$). Cốt thép dọc chọn các tổ hợp thép đường kính lớn như $2\emptyset 22 + 2\emptyset 20$ ($A_s = 1388\text{ mm}^2$) hoặc $4\emptyset 22 + 2\emptyset 20$ ($A_s = 2502\text{ mm}^2$). Cốt đai chịu cắt sử dụng loại $\emptyset 8$ hai nhánh, bước đai $s = 200\text{ mm}$ bố trí trong đoạn $L_1 = 2200\text{ mm}$ gần gối tựa. Khả năng chịu cắt của bê tông và cốt đai $Q{swb}$ vượt qua lực cắt tính toán tại các gối $A$, $B$, $C$, do đó kết cấu không cần bố trí thêm cốt xiên.

Đặc biệt, tại nút giao giữa dầm phụ và dầm chính xuất hiện lực tập trung truyền từ dưới lên $N = P + G - G_0 = 163{,}24\text{ kN}$, có nguy cơ gây phá hoại giật đứt bê tông vùng đáy dầm chính. Tác giả thiết kế hệ thống cốt thép treo (cốt đai treo) đường kính $\emptyset 10$ hai nhánh ($a_{sw} = 79\text{ mm}^2$, $R_{sw} = 170\text{ MPa}$), tính toán được số lượng yêu cầu là $x = 6$ đai, bố trí đối xứng mỗi bên dầm phụ 3 đai với khoảng cách $50\text{ mm}$ trong phạm vi chiều cao làm việc.

Chương này hoàn thiện với việc lập biểu đồ bao vật liệu dầm chính, xác định vị trí cắt thép lý thuyết $x_i$, tính toán đoạn kéo dài $W$ ($W_{chọn} = 910\text{ mm}$ cho bên trái gối 2 và $580\text{ mm}$ cho bên phải gối 2) và tính toán kiểm tra dầm chính theo Trạng thái giới hạn thứ 2 (TTGH II) theo TCVN 5574:2018:

  • Khả năng chống nứt: Mô men hình thành vết nứt $M_{crc} = 58\text{ kNm}$ nhỏ hơn mô men ngoại lực $M_{1c} = 350{,}8\text{ kNm}$, kết luận dầm chính bị nứt dưới tác dụng của tải trọng sử dụng.
  • Kiểm tra độ võng: Tính toán mô men quán tính quy đổi $I_{red}$, độ cứng ngắn hạn $D_{sh} = 0{,}896 \times 10^{14}\text{ N.mm}^2$, độ cứng dài hạn $D_1 = 2{,}8 \times 10^{13}\text{ N.mm}^2$. Độ võng do uốn $f_m = 9{,}04\text{ mm}$. Vì tỷ số nhịp trên chiều cao dầm $L/h = 6{,}25 < 10$, tác giả bắt buộc tính thêm độ võng do biến dạng trượt của lực cắt $f_q = 4{,}25\text{ mm}$. Độ võng toàn phần $f = f_m + f_q = 13{,}29\text{ mm} \le [f] = L/250 = 26{,}4\text{ mm}$ (thỏa mãn điều kiện sử dụng).
  • Kiểm tra bề rộng vết nứt: Bề rộng khe nứt ngắn hạn tính được $a_{crc} = 0{,}22\text{ mm} \le [a_{crc}] = 0{,}4\text{ mm}$; bề rộng khe nứt dài hạn tính được $a_{crc} = 0{,}18\text{ mm} \le [a_{crc}] = 0{,}3\text{ mm}$ theo Bảng 17 TCVN 5574:2018 (thỏa mãn điều kiện hạn chế nứt).

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã cung cấp một tập kết quả tính toán chi tiết, nhất quán từ cấp độ ô sàn đến hệ dầm liên tục. Các kết quả hình học, tải trọng và bố trí cốt thép thực tế được tổng hợp trong bảng số liệu kỹ thuật dưới đây:

Bộ phận kết cấu Kích thước tiết diện ($b \times h$) Sơ đồ tính toán Cốt thép chịu lực chính Cốt thép đai / cấu tạo Kiểm tra TTGH II
Bản sàn Dải $b = 1000\text{ mm}$, $h_b = 90\text{ mm}$ Sơ đồ dẻo, bản dầm 1 phương Nhịp biên: $\emptyset 8a150$
Gối 2, nhịp giữa: $\emptyset 8a190$		 Thép phân bố: $\emptyset 6a200$
Mũ gối biên: vươn $275\text{ mm}$		 Không yêu cầu tính chi tiết
Dầm phụ $200 \times 450\text{ mm}$ Sơ đồ dẻo, 4 nhịp liên tục Nhịp biên: $3\emptyset 14 + 2\emptyset 14$
Gối: $\emptyset 14, \emptyset 16$		 Đai $\emptyset 8$, gối $s = 150\text{ mm}$, giữa nhịp $s = 200\text{ mm}$ Thỏa mãn theo quy định cấu tạo
Dầm chính $300 \times 800\text{ mm}$ Sơ đồ đàn hồi, 3 nhịp liên tục Nhịp: $2\emptyset 22 + 2\emptyset 20$
Gối: $4\emptyset 22 + 2\emptyset 20$		 Đai $\emptyset 8a200$
Cốt treo: $6\emptyset 10$ ($3\emptyset 10$/bên)		 $f = 13{,}29\text{ mm} \le 26{,}4\text{ mm}$
$a_{crc} \le 0{,}3 - 0{,}4\text{ mm}$ (Thỏa)

Các giải pháp kỹ thuật và đóng góp cụ thể của đồ án thể hiện qua các luận điểm:

  • Hiện thực hóa việc kết hợp hai trường phái tính toán kết cấu: Vận dụng linh hoạt sơ đồ biến dạng dẻo cho sàn và dầm phụ để khai thác tối đa khả năng chịu lực sau khi bê tông nứt, kết hợp sơ đồ đàn hồi cho dầm chính để bảo toàn khả năng chịu lực của khung sườn chịu lực bậc cao hơn.
  • Xử lý triệt để bài toán cục bộ tại nút giao: Xác định chính xác lực tập trung giật đứt $N = 163{,}24\text{ kN}$ tại vị trí dầm phụ truyền vào dầm chính và đưa ra giải pháp bố trí đai treo $\emptyset 10$ trong vùng chiều cao quy định, ngăn ngừa nứt trượt cục bộ.
  • Thực hiện đầy đủ quy trình kiểm toán Trạng thái giới hạn 2 theo TCVN 5574:2018: Làm rõ vai trò của biến dạng trượt đối với dầm có chiều cao lớn ($L/h = 6{,}25 < 10$), trong đó thành phần độ võng do lực cắt $f_q$ chiếm tỷ trọng đáng kể trong tổng độ võng toàn phần.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế về mô hình tính: Các cấu kiện dầm sàn được tính toán dưới dạng sơ đồ phẳng 2D độc lập; đồ án chưa mô hình hóa sự tương tác không gian ba chiều giữa hệ bản sàn - dầm với các vách cứng, lõi thang và biến dạng xoay của nút khung cột.
  • Hạn chế về dữ liệu tải trọng: Tải trọng đầu vào mới dừng lại ở tĩnh tải kiến trúc và hoạt tải phân bố đều thẳng đứng theo quy chuẩn tĩnh, chưa xét đến các tác động tải trọng ngang động lực học như gió động hay động đất tác động lên tổng thể công trình.
  • Hướng mở rộng nghiên cứu: Có thể xây dựng mô hình phần tử hữu hạn 3D trên các phần mềm kết cấu chuyên dụng (ETABS, SAP2000) để đối chứng kết quả nội lực tính tay theo sơ đồ khớp dẻo với mô hình phân tích phi tuyến vật liệu, đồng thời mở rộng nghiên cứu các giải pháp sàn bê tông ứng suất trước cho các ô lưới cột có nhịp lớn hơn.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án này có giá trị tham khảo ứng dụng thực tế cao đối với:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng, Công nghệ Kỹ thuật Công trình Xây dựng đang thực hiện đồ án môn học Kết cấu Bê tông cốt thép 1, Kết cấu Bê tông cốt thép 2 hoặc đồ án tốt nghiệp kỹ sư xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp.
  • Kỹ sư thiết kế kết cấu mới vào nghề: Cung cấp tài liệu mẫu mực về trình tự diễn giải tính toán viết tay kết hợp kiểm toán chi tiết, đặc biệt là quy trình lập biểu đồ bao vật liệu, tính toán đoạn kéo dài $W$ và quy trình kiểm tra võng - nứt cấu kiện uốn theo đúng TCVN 5574:2018.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao bản sàn trong đồ án lại được tính toán theo sơ đồ bản dầm thay vì bản kê bốn cạnh? Bản sàn có kích thước nhịp phương ngắn $L_1 = 2{,}05\text{ m} - 2{,}20\text{ m}$ và phương dài $L_2 = 6{,}20\text{ m}$. Tỷ số kích thước hai cạnh ô bản $L_2 / L_1 > 2$, do đó độ cứng uốn theo phương cạnh dài rất nhỏ so với phương cạnh ngắn. Toàn bộ tải trọng sàn thực tế được truyền chủ yếu theo phương cạnh ngắn $L_1$ vào các dầm phụ, cho phép cắt một dải rộng $1\text{ m}$ để tính toán như bản dầm một phương.

Sự khác nhau căn bản giữa sơ đồ tính của dầm phụ và dầm chính trong đồ án là gì? Dầm phụ được tính toán theo sơ đồ khớp dẻo, chấp nhận sự phân phối lại mô men nhằm tận dụng tối đa khả năng chịu tải của vật liệu sau khi xuất hiện biến dạng dẻo, giúp giảm mô men uốn tại gối tựa. Ngược lại, dầm chính được tính theo sơ đồ đàn hồi và phải xét các tổ hợp hoạt tải đặt lệch nhịp bất lợi nhất, nhằm duy trì hệ số an toàn cao cho dầm chịu lực chính của khung nhà.

Cốt thép treo tại nút giao dầm phụ và dầm chính được tính toán và bố trí như thế nào? Lực tập trung từ dầm phụ truyền vào dầm chính có giá trị $N = 163{,}24\text{ kN}$ tác dụng ở vùng thớ dưới dầm chính. Tác giả sử dụng cốt treo dạng đai $\emptyset 10$ hai nhánh ($R_{sw} = 170\text{ MPa}$), tính ra nhu cầu cần 6 đai. Hệ cốt treo này được bố trí chia đều sang hai bên dầm phụ (mỗi bên 3 đai) với khoảng cách đều $50\text{ mm}$ trong phạm vi vùng nứt nghiêng nguy hiểm $h_s = 300\text{ mm}$.

Vì sao khi tính độ võng dầm chính theo Trạng thái giới hạn 2 phải tính thêm thành phần do lực cắt? Dầm chính có nhịp tính toán $L = 6{,}6\text{ m}$ và chiều cao tiết diện $h = 0{,}8\text{ m}$, cho tỷ số $L/h = 6{,}25$. Theo quy định của TCVN 5574:2018, khi tỷ số $L/h < 10$, cấu kiện được xếp vào nhóm dầm cao, biến dạng trượt do lực cắt gây ra có độ lớn đáng kể không thể bỏ qua. Do đó, độ võng toàn phần phải là tổng của độ võng do mô men uốn ($f_m = 9{,}04\text{ mm}$) và độ võng do biến dạng trượt của lực cắt ($f_q = 4{,}25\text{ mm}$).

Kết quả kiểm tra bề rộng vết nứt của dầm chính có thỏa mãn tiêu chuẩn TCVN 5574:2018 không? Dầm chính bị nứt do mô men ngoại lực $M_{1c} = 350{,}8\text{ kNm}$ vượt quá mô men hình thành khe nứt $M_{crc} = 58\text{ kNm}$. Tuy nhiên, bề rộng khe nứt tính toán ngắn hạn đạt $0{,}22\text{ mm} \le 0{,}4\text{ mm}$ và bề rộng khe nứt dài hạn đạt $0{,}18\text{ mm} \le 0{,}3\text{ mm}$. Các giá trị này đều nhỏ hơn giới hạn cho phép quy định tại Bảng 17 của TCVN 5574:2018, đảm bảo điều kiện bảo vệ cốt thép không bị ăn mòn trong môi trường sử dụng bình thường.

Kết luận

Đồ án Kết cấu Bê tông cốt thép của tác giả đã giải quyết trọn vẹn và chuẩn xác bài toán thiết kế kỹ thuật hệ sàn sườn toàn khối gồm bản sàn, dầm phụ và dầm chính cho một mặt bằng công trình xây dựng điển hình. Văn bản kết hợp hài hòa lý thuyết cơ học kết cấu theo sơ đồ dẻo và sơ đồ đàn hồi, áp dụng chuẩn mực các chỉ dẫn thiết kế của tiêu chuẩn hiện hành TCVN 5574:2018. Kết quả tính toán từ bố trí cốt thép chịu uốn, chịu cắt, cốt treo cục bộ đến kiểm toán võng nứt theo Trạng thái giới hạn 2 đã tạo nên một tập tài liệu thiết kế kỹ thuật mẫu mực, có giá trị học thuật và ứng dụng thực hành cao cho chuyên ngành Xây dựng công trình.