TÍNH TỐN KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP THEO TIÊU CHUẨN XÂY DỰNG VIỆT NAM 356:2005 “KẾT CẤU BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉPTIÊU CHUẨN THIẾT KẾ”, NHỮNG ĐIỀU CẦN LƯU Ý CALCULATION OF REINFORCED CONCRETE STRUCTURES UNDER CONSTRUCTION STANDARDS VIETNAM 356:2005 “CONCRETE STRUCTURES AND REINFORCED CONCRETE - DESIGN STANDARDS”, THINGS TO NOTE TS PHẠM TOÀN ĐỨC Khoa Xây dựng, Trường Đại Học Hải Phịng Tóm tắt Tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005 "Kết cấu bê tông bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế" ban hành tháng 10 năm 2005 theo định số 34/2005/QĐ - BXD Bộ Xây dựng Tiêu chuẩn thay cho tiêu chuẩn TCVN 5574 - 1991: "Kết cấu bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế" Về bản, ngun tắc thiết kế, ngun lý tính tốn tiêu chuẩn không khác nhiều so với tiêu chuẩn cũ Bài báo trình bày số điểm đổi tính tốn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005 số kiến nghị để việc áp dụng tiêu chuẩn sâu rộng Abstract Construction standards Vietnam 356:2005 “Concrete structure and reinforced concrete design standards” was issued October 2005 by Decision No 34/2005/QĐ – BXD of construction Ministry This standards replace for standards TCVN 5574 – 1991: “Reinforced concrete structures - design standards” Basically, design principles, principles calculations of this standards not significantly different from the old standards Article will present some innovative basically in the design calculations reinforced concrete structures under construction standards Vietnam 356:2005 and some recommendations for the application of this standard is deeper and wider Đặt vấn đề Tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005 "Kết cấu bê tông bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế" Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng biên soạn ban hành tháng 10 năm 2005 theo định số 34/2005/QĐ - BXD Bộ Xây dựng Tiêu chuẩn TS Nguyễn Võ Thông – Giám đốc Viện chuyên ngành Kết cấu - Viện Khoa học Cơng nghệ Xây dựng chủ trì Tiêu chuẩn thay cho tiêu chuẩn TCVN 5574 - 1991: "Kết cấu bêtông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế" Tiêu chuẩn TCXDVN 356: 2005 biên soạn dựa tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép hành Nga (снип 2.03.01-84*) Tiêu chuẩn có tham khảo kế thừa số nội dung tiêu chuẩn hành Việt nam tiêu chuẩn dẫn xuất có liên quan Nga số nước khác Về bản, ngun tắc thiết kế, ngun lý tính tốn theo trạng thái giới hạn, cách tính tốn thiết kế cấu tạo cấu kiện, TCXDVN 356: 2005 không khác so với TCVN 5574: 1991 Những đổi gồm: Phạm vi sử dụng; quy định liên quan đến vật liệu bê tông thép; số nội dung liên quan đến tính tốn kết cấu; hình thức bố cục tiêu chuẩn Bài báo trình bày số điểm đổi tính tốn thiết kế kết cấu bê tơng cốt thép theo tiêu chuẩn TCXDVN 356-2005 Một số lưu ý liên quan đến vật liệu bê tông thép TCXDVN 356:2005 2.1 Về vật liệu bêtông Tiêu chuẩn TCXDVN 356: 2005 sử dụng khái niệm cấp độ bền để thiết kế thay cho khái niệm mác Cấp độ bền chịu nén (hoặc kéo) bêtông, ký hiệu chữ B (hoặc Bt), số lấy giá trị trung bình cường độ chịu nén (hoặc kéo), tính đơn vị MPa, với xác suất đảm bảo 95%, xác định mẫu khối vuông tiêu chuẩn cạnh 15cm chế tạo, dưỡng hộ thí nghiệm điều kiện tiêu chuẩn thí nghiệm nén (hoặc kéo) tuổi 28 ngày Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 27 – 8/2011 23 Về chất, cấp độ bền có mối liên quan với mác bêtơng theo TCVN 5574: 1991 Do thực tế khái niệm “mác bêtông” sử dụng nhiều vẽ kỹ thuật làm tính tốn vật liệu tốn cơng trình nên để tiện sử dụng, tiêu chuẩn TCXDVN 356: 2005 đưa bảng tương quan cấp độ bền chịu nén chịu kéo bêtông với mác bêtông Cấp độ bền chịu nén B3,5 B5 B7,5 B10 B12,5 B15 B20 B22,5 B25 B27,5 B30 Bảng Tương quan cấp độ chịu nén bê tông mác bê tông theo cường độ chịu nén Cường độ rung Mác theo cường Cấp độ bền chịu Cường độ trung bình mẫu độ chịu nén nén bình mẫu thử chuẩn, MPa thử chuẩn, MPa 4,50 M50 B35 44,95 6,42 M75 B40 51,37 9,63 M100 B45 57,80 12,84 M150 B50 64,22 16,05 M150 B55 70,64 19,27 M200 B60 77,06 25,69 M250 B65 83,48 28,90 M300 B70 89,90 32,11 M350 B75 96,33 35,32 M350 B80 102,75 38,53 M400 Mác theo cường độ chịu nén, M450 M500 M600 M700 M700 M800 M900 M900 M1000 M1000 Bảng Tương quan cấp độ bền chịu kéo bê tông mác bê tông theo cường độ chịu kéo Cấp độ bền chịu kéo Cường độ trung bình n mẫu thử Mác theo cường độ chịu kéo chuẩn, MPa Bt 0,4 0,55 Bt 0,8 1,10 K10 Bt 1,2 1,65 K15 Bt 1,6 2,19 K20 Bt 2,0 2,74 K 25 Bt 2,4 3,29 K30 Bt 2,8 3,84 K35 Bt 3,2 4,39 K40 Bt 3,6 4,94 Bt 4,0 5,48 Do giá trị cấp độ bền (trong TCXDVN 356: 2005) giá trị mác (trong TCVN 5574: 1991) quy định mức thang định [1,2], nên bảng xảy trường hợp hai cấp độ bền gần quy đổi mác ngược lại, mác tùy vào cường độ mẫu thử mà có cấp độ bền khác Điều cho thấy để quy đổi từ mác sang cấp độ bền phải vào cường độ trung bình mẫu thử việc sử dụng mác bêtông dự tốn cịn nhiều nên để có hiệu kinh tế thiết kế, nên dùng cấp cường độ B12,5, B27,5, B55, B80 thay dùng B10, B25, B50 B75 2.2 Về cách sử dụng vật liệu thép thiết kế Các quy định hệ số cơng thức tính tốn TCXDVN 356: 2005 xây dựng sở loại thép sản xuất theo GOST Nga, phù hợp với thép sản xuất theo tiêu chuẩn TCVN 1651: 1985, TCVN 3101: 1979, TCVN 3100: 1979 Việt Nam Khi sử dụng loại thép sản xuất theo tiêu chuẩn khác với tiêu chuẩn nêu cần quy đổi để vận dụng cho phù hợp Để quy đổi loại thép khác tương đương với thép Nga Việt nam, cần phải biết rõ đặc trưng học thép (giới hạn chảy, giới hạn bền hệ số biến động giới hạn đó, cường độ tiêu chuẩn cường độ tính tốn; mơđun đàn hồi, độ giãn dài cực hạn, độ dẻo, khả hàn được, thay đổi tính chất học tăng giảm nhiệt độ kết cấu chịu nhiệt Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 27 – 8/2011 24 độ cao thấp, giới hạn mỏi kết cấu chịu tải trọng lặp ), thành phần hoá học (năng lượng cacbon, hàm lượng kim loại khác ) hình dạng, tiết diện (trịn trơn, vằn, thanh, sợi, hay cáp ) Tuy nhiên, so sánh hay quy đổi cần chọn thông số đặc trưng quan trọng cho mục tiêu thiết kế kết cấu Trong tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005, cường độ tiêu chuẩn cốt thép Rsn giá trị nhỏ kiểm soát giới hạn chảy thực tế quy ước (bằng ứng suất với biến dạng dư 0,2%) với xác xuất đảm bảo khơng nhỏ 95%, cịn cường độ chịu kéo tính tốn Rs cốt thép tính tốn theo trạng thái giới hạn thứ thứ hai xác định theo công thức: RS Rsn s (1) γs hệ số độ tin cậy cốt thép Hình dáng tiết diện Vằn (có gờ) Thép cacbon cán nóng Theo giới hạn chảy thực tế Trịn trơn Loại thép Vì vậy, thiết kế kết cấu BTCT, thông số quan trọng cốt thép giới hạn chảy thực tế giới hạn chảy quy ước (đối với thép khơng có thềm chảy rõ rệt) Theo tiêu chí này, phụ lục B TCXDVN 356: 2005 đưa bảng phân loại thép có thị trường Việt nam Người sử dụng vào quy định tiêu chuẩn thép cần quy đổi bảng để vận dụng hệ số tính tốn cho loại thép khơng theo TCVN (GOST Nga), theo dẫn bảng Bảng Các loại thép thông thường GH Nhóm chảy Giới hạn Giới hạn quy dùng Ký hiệu Nước sản xuất chảy bền đổi để quy thép tiêu chuẩn sản xuất MPa Mpa đổi MPa CI Việt Nam (TCVN 1651: 1985) 235 380 235 A-I Nga (GOST 5781-82*) SR235 235 380 520 Nhật (JIS G 3112 -1991) BS 4449 Anh (BS 4449 : 1997) 250 287,5min :1997 gr.250 AS 1302– 250 250 – 250R Úc (AS 1302-1991) AS 1302– 250 – 250S 295 SR295 295 380 520 Nhật (JIS G 3112 -1991) SD295A 295 440 600 Nhật (JIS G 3112 -1991) 295 SD295B Nhật (JIS G 3112 -1991) 295 390 440 600 CII Việt Nam (TCVN 1651 : 300 1985) 300 500 A-II Nga (GOST 5781-82*) 300 A615M gr 300 Hoa kỳ (ASTM A615M-96a) 300 500 335 RL335 Trung Quốc (GB 1499-91) 335 460 510 345 SD345 Nhật (JIS G 3112 -1991) 345 440 490 390 SD390 Nhật (JIS G 3112 -1991) 390 510 560 CIII Việt Nam (TCVN 1651 : 390 1985) 600 600 A-III Nga (GOST 5781-82*) AS 1302– 400 Úc (AS 1302-1991) 400 – 400Y 420 A615M gr 420 Hoa kỳ (ASTM A615M-96a) 420 620 BS 4449 : 483 1997 gr.460A 460 Anh (BS 4449 : 1997) 460 BS 4449 497 :1997 gr.460B Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 27 – 8/2011 25 490 520 540 540 590 590 SD490 Nhật (JIS G 3112 -1991) A615M gr 520 Hoa kỳ (ASTM A615M-96a) A-IIIB Nga (GOST 5781-82*) RL540 Trung Quốc (GB 1499-91) RL590 Trung Quốc (GB 1499-91) CIV Việt Nam (TCVN 1651: 1985) A-IV Nga (GOST 5781-82*) 490 625 520 540 540 590 620 690 – 835 885 590 900 Những lưu ý tính tốn kết cấu bêtơng cốt thép Về tính kết cấu bêtơng cốt thép theo tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005 không khác nhiều so với TCVN 5574-1991 nội dung Dưới nêu vài đổi cần lưu ý Đối với toán cấu kiện chịu nén, việc xác định hệ số uốn dọc η phụ thuộc nhiều yếu tố, có hệ số β hệ số phụ thuộc vào loại bêtông cho bảng 29 [1], điều giúp cho việc tính tốn cấu kiện bê tông cốt thép từ loại bê tông khác đầy đủ xác hơn, nội dung đổi mà [2] khơng có Khi tính toán tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm bé làm từ bê tơng có cấp độ bền khơng B30 cốt thép nhóm A-III trở xuống Theo [1] x R Ne Rbbx(ho 0,5 x) Rsc Asc' (ho a' ) (2) h0 ; Điều kiện tính tốn: Trong đó, chiều cao vùng chịu nén xác định theo (3): s (2 N Rb bx Rsc A' s s As x / h0 1) Rs 1R với: Công thức (4) điểm [1] so với [2] (3) (4) Ngoài ra, [1] đưa bổ sung quan trọng thiết kế bê tơng ứng suất trước, nội dung tính tốn cấu kiện bê tơng cốt thép theo khép lại vết nứt, u cầu tính tốn cấu tạo kết cấu bê tông cốt thép sửa chữa lớn nhà cơng trình… Kết luận kiến nghị Tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005 "Kết cấu bêtông bêtông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế" tiêu chuẩn sử dụng thay cho tiêu chuẩn TCVN 5574 – 1991 phản ánh cách đầy đủ toàn diện Hiện tiêu chuẩn áp dụng tương đối rộng rãi thiết kế công trình cấp, nhiên Bộ xây dựng ban hành thay tiêu chuẩn cũ từ năm 2005 cịn khó khăn việc triển khai Nhiều cơng trình thiết kế theo tiêu chuẩn cũ thực dự tốn cơng trình, định mức, đơn giá xây dựng áp dụng Mác bê tông mà chưa có Cấp độ bền Việc quy đổi tương đương từ cấp độ bền sang Mác bê tông mang tính chất gần đúng, đơi cịn thấy rõ khác biệt Để tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005 áp dụng sâu rộng hơn, thiết nghĩ quan ban ngành liên quan cần xây dựng lại định mức, đơn giá xây dựng bản, sử dụng cấp độ bền bê tông thay cho Mác bê tông TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tiêu chuẩn TCXDVN 356:2005 "Kết cấu bêtông bêtông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế" [2] Tiêu chuẩn TCXDVN 5574:1991 "Kết cấu bêtông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế" [3] Phan Quang Minh, Ngơ Thế Phong, Nguyễn Đình Cống “Kết cấu bê tông cốt thép, phần cấu kiện bản” Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà nội, năm 2008 Người phản biện: TS Hà Xuân Chuẩn Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 27 – 8/2011 26