MỘT SỐ VẤN ĐỀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHƯA ĐƯỢC SÁNG TỎ, ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH

MỘT SỐ VẤN ĐỀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHƯA ĐƯỢC SÁNG TỎ, ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH. MỘT SỐ VẤN ĐỀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHƯA ĐƯỢC SÁNG TỎ, ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH. MỘT SỐ VẤN ĐỀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHƯA ĐƯỢC SÁNG TỎ, ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH. MỘT SỐ VẤN ĐỀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHƯA ĐƯỢC SÁNG TỎ, ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH. MỘT SỐ VẤN ĐỀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHƯA ĐƯỢC SÁNG TỎ, ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH. MỘT SỐ VẤN ĐỀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHƯA ĐƯỢC SÁNG TỎ, ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH. MỘT SỐ VẤN ĐỀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHƯA ĐƯỢC SÁNG TỎ, ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH.

một số vấn đề tính toán thiết kế cha đợc sáng

tỏ, ảnh hởng đến chất lợng công trình

SOME UNCLARIFIED POINTS IN DESIGN CALCULATION

IMPACTING ON THE QUALITY OF THE WORKS

ABSTRACT: In the report, the author has briefly stated the main causes resulting in occurence and break-down of the works

Of which the author has deeply analyzed some causes due to the design that hasn t’t

fully dealt with:

- Irrational selection of calculation plan

- Lack of calculation for compactability between house and foundation

- Inaccurate determination of foundation coefficient in the structure calculation problem in the elastic form

- Unclear points in loading compound

- Omission of impact of retaining wall invertical rigid foundation under horizontal loading

Finally, the author recommends the Ministry of Construction to add some more sufficient codes, standards of design

1 Một số nguyên nhân chủ yếu

Có nhiều nguyên nhân khác nhau dẫn đến sự cố và h hỏng công trình Theo chúng tôi

có thể kể dới đây một số nguyên nhân chính dễ thấy:

1 Công tác đo đạc địa hình, khảo sát địa kỹ thuật, khảo sát đánh giá hiện trạng các

công trình cần cải tạo cha phản ánh đúng thực tế tại khu vực xây dựng

2 Công tác tính toán thiết kế còn một số vấn đề cha đợc làm sáng tỏ, cha đợc quy

phạm Việt Nam đa vào áp dụng

3 Công tác thẩm định, giám định còn để lọt lới một số sai phạm không nhỏ.

4 Công tác thi công xây lắp do giá bỏ thầu thấp nên một số khâu cha làm đúng hồ sơ

thiết kế Đa vật t kém chất lợng vào công trình, giảm bớt khối lợng vật liệu ở một số khâu khó nhìn thấy

5 Công tác giám sát thi công của cơ quan t vấn giám sát cha sâu sát và cha có mặt

th-ờng xuyên tại hiện trth-ờng còn nể nang cha cơng quyết xử lý những trth-ờng hợp sai phạm

kỹ thuật của đơn vị thi công

6 Chủ đầu t cha có đội ngũ cán bộ kỹ thuật các ngành nghề đủ mạnh để giám sát chất

lợng công trình còn phó thác cho cơ quan t vấn giám sát và cán bộ kỹ thuật bên xây lắp (bên B)

7 Thất thoát vì những chi phí không thể thoái thác đợc, vì những quan hệ cần thiết (mà

chúng tôi hay gọi dầu mỡ bôi trơn) để cỗ máy hoạt động của công trình đợc trơn tru từ khi khởi công đến khi kết thúc

8 Các định mức chi phí thiết kế thẩm định, giám sát thi công và nhân công xây lắp quá

thấp so với mặt bằng khu vực và thế giới

Trong 8 nguyên nhân dễ thấy nói trên, chúng tôi đi sâu phân tích nguyên nhân thứ 2

2 việc tính toán thiết kế kết cấu công trình còn một số vấn đề cha đợc làm sáng tỏ, ảnh hởng đến chất lợng công trình

2.1 Chọn sơ đồ tính toán cha sát với sự làm việc thực tế của kết cấu

Trong các bớc thiết kế kết cấu công trình, chọn sơ đồ tính toán hợp lý là một trong những khâu quan trọng Song hiện nay vẫn còn một số sơ đồ tính toán hiện hành cha

đ-ợc hợp lý:

2.1.1 Sơ đồ coi chân cột đợc ngàm cứng vào đất (không có chuyển vị thẳng đứng, chuyển vị ngang, chuyển vị xoay ) là cha đúng với thực tế.

Trong biểu thức thiết lập mối quan hệ giữa kết cấu bên trên với nền đất tại móng cột trong trờng hợp hệ số nền đồng nhất cho thấy móng có chuyển vị đúng chuyển vị xoay

Kn

R

Km

M



Trong đó:

Y - Độ lún của móng

R - Phản lực dới đáy móng

Kn - Độ cứng chống lún của nền Kn = CzF

 - Góc xoay của móng

M - Mô men tại đế móng

Km - Độ cứng chống xoay của nền Km = CJ

Cz, C - Hệ số nền theo phơng đứng, xoay

F - Diện tích đáy móng

J - Mo men quán tính của móng theo phơng làm việc

Theo biểu thức (1) và (2) thì chân cột chôn vào đất Muốn không có chuyển vị thẳng

đứng không có chuyển vị xoay thì chỉ khi nào hệ số độ cứng Kn, Km tiến đến vô cùng tức là hệ số nền Cz, C tiến đến vô cùng

Đó là trờng hợp chân cột chôn ngàm vào lớp đá cứng có hệ số nền Cz = 100.000

1500.000T/m3.

Thông thờng móng nhà chôn trong đất sét, đất cát độ chặt trung bình có hệ số nền bé nên không thể coi nh ngàm cứng đợc

Tính toán kết cấu bên trên theo sơ đồ ngàm cứng tại chân cột và theo sơ đồ ngàm đàn hồi nội lực có khác nhau từ 1,5  7 lần xem ví dụ số 1

2.1.2 Sơ đồ cắt rời phần kết cấu bên trên và móng bên dới tại chân cột để tính móng là sơ đồ cha hợp lý.

Dới tác dụng các dạng tải trọng theo sơ đồ đợc coi ngàm tại chân cột tìm ra nội lực từng trờng hợp Sau khi tổ hợp tìm đợc các cặp nội lực bất lợi tại chân cột, ngời thiết kế thờng lấy kết quả tổ hợp này làm ngoại lực tác dụng lên móng để thiết kế móng Móng

có thể là móng đơn, móng cọc móng băng, tuỳ theo loại đất

Tính toán móng theo sơ đồ cắt rời và theo sơ đồ không cắt rời cho kết quả Nội lực kết cấu bên trên khác nhau đến 1,5 lần xem ví dụ 2

Kết quả tính lún của móng đơn và biến dạng của móng băng cho thấy tại chân cột có lún không đều

Sự lún không đều giữa các móng chân cột sẽ gây ra nội lực kết cấu bên trên Yếu tố phân phối lại nội lực cho kết cấu bên trên do lún không đều gây ra thờng bị bỏ qua

2.1.3 Các nút khung của kết cấu bên trên coi nh tuyệt đối cứng là cha hợp lý.

Kết quả nghiên cứu của một số tác giả cho thấy các nút của khung không cứng tuyệt

đối mà có độ mềm nhất định gọi là ngàm đàn hồi [1]

Độ đàn hồi tại các nút là bao nhiêu, cần có thí nghiệm chứng minh và rút ra chỉ dẫn để

áp dụng

Tính toán kết cấu coi nút tuyệt đối cứng dẫn đến mômen tại nút lớn hơn mô men bụng gần 2 lần xem ví dụ 3

2.2 Cha tính toán tơng tác giữa nhà và nền

Nh trên đã nêu, hiện nay sơ đồ tính còn xem chân cột ngàm cứng vào đất nền, cắt rời phần móng tại chân cột để tính móng (đợc quy phạm chấp nhận) cha phản ánh đúng sự làm việc thực của kết cấu dẫn đến sai số phần kết cấu bên trên và sai số phần móng bên dới khá lớn xem ví dụ 1

Đúng đắn nhất là tính toán trên sơ đồ làm việc đồng thời của nhà và nền

Các công trình nghiên cứu sự làm việc đồng thời của nhà và nền khá đầy đủ của nhiều tác giả trong và ngoài nớc cho kết quả đáng tin cậy Song hiện nay cha đợc đa vào tiêu chuẩn quy phạm xây dựng

2.3 Hệ số nền cha đợc nghiên cứu kỹ trong tính toán Kết cấu

Hiện nay hệ số nền trong bài toán tính sự làm việc đồng thời của kết cấu bên trên và nền là vấn đề cha đợc thống nhất, phạm vi áp dụng hệ số nền của một số loại đất còn rất rộng cùng một loại đất trị số hệ số nền đầu và cuối khác nhau khá xa (chênh nhau

từ 2 lần đến 15 lần)

Thờng tuỳ thuộc vào kinh nghiệm của từng tác giả thiết kế Tác giả nào chọn hệ số nền sát với thực tế bao nhiêu cho kết quả tính toán tiệm cận với chính xác bấy nhiêu Chúng tôi nêu dới đây một số hệ số nền hiện có trong một số sách :

2.3.1 Chọn hệ số nền theo độ chặt của đất: [2]

Đặc trng lớp đất Hệ số nền

Đất ít chặt: sét ớt nhuyễn (dẻo chảy) 0,1 0,5 kg/cm3 (100  500T/M3)

Đất chặt vừa: sét ẩm (dẻo, mềm) 0,55 kg/cm3 (500  5.000T/M3)

Đất chặt: sét ít ẩm (dẻo cứng) 510kg/cm3 (5000  10.000T/M3)

Đất rất chặt: sét cứng 1020 kg/cm3 (10.000  20.000T/M3)

Đất cứng: đá vôi, sa thạch 20100kg/cm3 (20.000 100.000T/M3)

Đá: đá cứng tốt 1001.500kg/cm3 (100.000 1.500.000T/

M3)

2.3.2 Chọn hệ số nền theo cờng độ của đất: [3]

Đất có R 1kg/cm2 2 kg/cm2 3 kg/cm2 4 kg/cm2 5 kg/cm2

Hệ số nền 2.000T/M3 4.000 T/M3 5.000 T/M3 6.000 T/M3 7.000 T/M3

Chúng tôi nêu dới đây một ví dụ dầm trên nền đàn hồi với lực tác dụng lên dầm là kết quả tổ hợp tại các chân cột bệ khung bên trên nền đất sét xám xanh dẻo mềm có hệ số nền biến thiên từ 5005.000T/M3

Kết quả tính toán cho thấy cùng một loại đất tác giả này chọn hệ số nền 500T/M3, tác giả kia chọn 5.000T/M3 cho kết quả chênh nhau 30%  40% (xem ví dụ 4)

2.4 Tổ hợp tải trọng cha đợc thống nhất trong tính toán

Hiện nay tính toán nội lực từng trờng hợp đặt tải riêng rẽ theo chơng trình phần mềm trong nớc, ngoài nớc đều cho kết quả giống nhau (nếu cùng 1 đầu vào) nhng khi tổ hợp nội lực từ những trờng hợp đặt tải riêng lẻ để chọn các cặp nội lực bất lợi cho từng tiết diện của kết cấu thì kết quả khác nhau, tuỳ thuộc vào quy phạm của mỗi nớc và kinh nghiệm của từng ngời thiết kế

2.4.1 Tổ hợp tải trọng của một số nớc có khác nhau:

Trong thông th hớng dẫn quản lý và áp dụng các tiêu chuẩn quy phạm kỹ thuật xây dựng, Bộ xây dựng cho phép tự nguyện áp dụng tiêu chuẩn quy phạm 1 số nớc nh: Châu âu, Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Nga, Nhật, úc Khi áp dụng tiêu chuẩn của các nớc này cho kết quả rất khác nhau: Thép trong dầm chênh nhau từ 1,5  1,7 lần, thép trong cột chênh nhau từ 1,5  3 lần Sở dĩ có sự chênh nhau khá lớn nh vậy là do cách tổ hợp tải trọng và hệ số tổ hợp của mỗi nớc có khác nhau (Xem ví dụ 5)

2.4.2 Tổ hợp hoạt tải ngắn hạn trên các sàn còn cha đợc sáng tỏ:

Hiện nay việc tổ hợp tải trọng tạm thời ngắn hạn trên các sàn sao cho đảm bảo xuất hiện giá trị bất lợi nhất tại các tiết diện của hệ kết cấu vẫn còn là vấn đề ch a đợc sáng tỏ

Có tác giả đặt tải trọng tạm thời ngắn hạn cách tầng, cách nhịp Có tác giả đặt lệch tầng, lệch nhịp Cũng có tác giả đặt toàn bộ lên tất cả các sàn Đặt tải trọng tạm thời ngắn hạn theo các tác giả nêu ở trên cha quét hết các trờng hợp bất lợi ở các tiết diện kết cấu

Vấn đề này cần đợc nghiên cứu để đa ra quy luật tổ hợp tải trọng tạm thời trên các sàn sao cho đảm bảo xuất hiện giá trị cực đại trong tất cả các tiết diện của kết cấu

2.5 Bỏ qua tờng chèn trong khung bê tông cốt thép khi tính khung sẽ gây lãng phí

Hiện nay kết cấu chịu lực bằng khung bê tông cốt thép có tờng chèn trong khung là 1 trong những loại kết cấu rất thịnh hành ở nớc ta, kể cả nhà thấp tầng và cao tầng

Trong tính toán coi tờng xây chèn nh kết cấu bao che, bỏ qua khả năng chịu lực ngang của tờng xây chèn

Qua nhiều công trình nghiên cứu về tờng chèn trong khung của nhiều tác giả cho thấy mô men cột khung bê tông cốt thép giảm rất đáng kể

Hiện nay ở nớc ta nhà thấp tầng từ 3 đến 6 tầng còn khá phổ biến Việc bỏ qua khả năng chịu nén của tờng trong khung khi chịu tải trọng ngang sẽ gây lãng phí, vì nội lực trong khung có chèn gạch giảm từ 26 lần (xem ví dụ 6)

3 Một số kiến nghị

Qua 5 vấn đề nêu trong mục II cho thấy khâu tính toán thiết kế kết cấu công trình còn một số điểm cha đợc chính xác nh mong muốn, chênh nhau từ 1,5  35% thiên về an toàn và cả không an toàn

Với mục đích mong muốn công tác thiết kế kết cấu công trình tiệm cận đến độ chính xác, chúng tôi kiến nghị với Bộ xây dựng một số điểm sau đây:

1 Quy phạm cho phép tính toán kết cấu công trình theo sự làm việc đông thời của nhà

và nền

2 Nghiên cứu hoàn chỉnh quy luật tổ hợp tải trọng theo Tiêu chuẩn Việt Nam

3 TiÕn hµnh thÝ nghiÖm ®Ó t×m ra chÝnh x¸c hÖ sỉ nÒn cho mìi lo¹i ®Ít cña ViÖt Nam

®Ó ¸p dông vµo c«ng t¸c tÝnh to¸n sù lµm viÖc ®ơng thíi cña nhµ vµ nÒn

4 Nghiªn cøu ®ĩ mÒm cña nót khung b»ng lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm ®Ó ®a vµo quy ph¹m ¸p dông

VÝ dô 1:

TÝnh khung nhµ 2 tÌng 4 nhÞp theo s¬ ®ơ kh«ng kÓ sù lµm viÖc ®ơng thíi víi nÒn vµ cê

kÓ ®Õn sù lµm viÖc ®ơng thíi cña nhµ víi nÒn

Tµi liÖu tham kh¶o

1 Íîđûĩ ìơòîô ðăñ÷¸òă íăïðî÷íîñòü ỉ óñòîỉêỉđîñòü Ñ.Ă Ðîñỉöíỉỉ Ìăêỉêóì 1961.

2 Lª §øc Th¾ng, Bïi Anh §Þnh, Phan Tríng PhiÖt, ThiÕt kÕ nÒn vµ mêng, Nhµ XuÍt

b¶n Gi¸o dôc, Hµ nĩi, 1998

3 Í.Ă Öûòîđỉ÷, Â.Ỉ Ôăịìằîđ, Ì.Þ Ăâơịơđ, Îñíîđăíỉÿ ỉ Ôóíôăìởòû

1970

4 Îñíîđăíỉÿ ìôăíỉĩ ỉ ñîîðóưởỉĩ, ÑÍỉÏ 2.02.01.83

5 Đ.Ê.Âơðơìăíöơđă,Ì.Ỉ.Êîðâóíîđă-ïăñăôîđă, Î.Ă Ñăđỉíîđă Ñïðăđî÷íỉí ïðîơíòỉðîđùỉíă ïðîìûøịởíûõ, ựịûõ ỉ îẫởòđởíûõ ìôăíỉĩ ỉ ñîðóưởỉĩ, Îñíîđăíỉÿ ỉ ôóíôăìởòû, Ịởỉíêðăô 1964.

6 TrÌn Kim Ch¬ng, Ðăñ÷¸ò ìíîêîýòăửûõ, ìíîêîïðîịơòíûõ ðăì ñîïðîòỉđ-ịÿþùỉõñÿ ñîđìơñòíî ñ óïðóêỉì îñíîđăíỉờ Đîðîíơư 1986.

a - S¬ ®ơ vµ t¶i trông t¸c dông

b - Nĩi lùc theo s¬ ®ơ kh«ng kÓ sù lµm viÖc ®ơng thíi cña nhµ víi nÒn

c- Kết quả tính toán thep SAP-2000

c - Có kể sự làm việc đồng thời của nhà với nền (trờng hợp móng đơn)

Hình 1

Ví dụ 2:

Tính móng băng liền với khung và cắt rời khung

b- Nội lực móng băng cắt rời khung

Hình 2

Ví dụ 3:

Tính dầm liên tục 5 nhịp theo phơng pháp cổ điển và theo các phơng trình hiện hành

Hình 3

a - Nội lực móng băng liền với khung

a - Tải trọng tác dụng lên dầm liên tục

b - Kết quả tính toán theo phơng pháp cổ điển

Ví dụ 4:

Tính dầm trên nền đàn hồi cùng một loại đất nhng chọn hệ số nền khác nhau

Ví dụ 5:

Cho một dạng kết cấu 2 tầgn 3 nhịp tải trọng tác dụng gồm tĩnh tải, hoạt tải, gió Tính toán kết cấu trên theo tiêu chuẩn của EUROCODE2-1992, BS 8110.89, ASSHTO Concrete 97, NZS 3101-95, CSA A23.3.94, ACI 318-99, Việt Nam

Hình 3

a – Theo tiêu chuẩn EUROCODE2-1992 b – Theo tiêu chuẩn BS 8110.89

c- Theo tiêu chuẩn ASSHTO Concrete 97 d – Theo tiêu chuẩn NZS 3101-95

e - Theo tiêu chuẩn CSA A23.3.94 f - Theo tiêu chuẩn ACI 318-99

g - Theo tiêu chuẩn Việt Nam

Kết quả tính toán cốt thép khung 2 tầng, 3 nhịp theo tiêu chuẩn một số nớc

T

T Theo tiêu chuẩn Thép cột dới Thép cột trên Dầm tầng 1 (cm

2 ) Dầm tầng 2 (cm 2 )

a – Sơ đồ tải trọng tác dụng lên dầm

b - Kết quả nội lực với hệ số nền 500T/M3

c - Kết quả nội lực với hệ số nền 5000T/M3

Hình 4

mét sè nắc Biến Giọa Biến Giọa Giọa Gèi Giọa Gèi

a EUROCODE2-1992 10,63 15,36 29,82 22,6 15,84 25,01 18,48 21,57

b BS 8110.89 10,12 14,57 29,29 20,77 17,65 24,03 20,14 22,21

c ASSHTO Concrete 97 11,25 11,25 27,83 17,33 14,56 21,46 16,05 18,46

d NZS 3101-95 16,35 24,53 41,73 29,48 14,5 16,18 18,59

e CSA A23.3.94 24,09 34,21 31,33 23,02 16,96 25,15 19,83 20,15

f ACI 318-99 17,99 35,71 24,69 15,54 23,13 17,76 20,41

g Tiếu chuÈn Viỷt Nam 14,60 20,20 22,40 18,80 10,50 17,10 12,70 12,90

VÝ dô 6:

TÝnh kạt cÊu khung nhộ 4 tẵng 2 nhỡp têng ệẵu hăi bỪng khung bế tềng cèt thĐp cã kÓ

ệạn têng trÌn 22 vộ khềng kÓ têng trÌn

Tội liỷu tham khờo

1 Íĩâũé ìăòĩả đàựọịòà ắàỉđĩọắĩựòủ è óựòĩèãèâĩựòủ ứ.À Đĩựèỏêèè Ìàãèãóẫ 1961

2 Lế ậục Thớng, Bỉi Anh ậỡnh, Phan Trêng Phiỷt Thiạt kạ nÒn vộ mãng Nhộ XuÊt

bờn Giịo dôc, Hộ Néi, 1998

a Ờ Sể ệă kạt cÊu khung BTCT

chÌn gỰch 4 tẵng 2 nhỡp b Ờ Sể ệă tÝnh toịn cã kÓ ệạngỰch chÌn trong khung c Ờ Sể ệă kạt cÊu khềng kÓ têngchÌn trong khung

d Ờ Kạt quờ tÝnh toịn theo sể ệă khung chÌn e - Kạt quờ tÝnh toịn theo sể ệă khung khềng chÌn

Hừnh 6

3 Í.Ă Öûòîđỉ÷, Â.Ỉ Ôăịìằîđ, Ì.Þ Ăâơịơđ Îñíîđăíỉÿ ỉ ÔóíôăìởòûỈìôằơịüñòđî "Đûñøăÿ øíîịă" Ìîñíđă, 1970.

4 Îñíîđăíỉÿ ìôăíỉĩ ỉ ñîîðóưởỉĩ, ÑÍỉÏ 2.02.01.83

5 Đ.Ê Âơðơìăíöơđă, Ì.Ỉ Êîðâóíîđă - ïăñăôîđă, Î.Ă Ñăđỉíîđă

Ñïðăđî÷íỉí ïðîơíòỉðîđùỉíă ïðîìûøịởíûõ, ựịûõ ỉ îẫởòđởíûõ ìôăíỉĩ ỉ ñîðóưởỉĩ Îñíîđăíỉÿ ỉ ôóíôăìởòû Ịởỉíêðăô 1964.

6 TrÌn Kim Ch¬ng Ðăñ÷¸ò ìíîêîýòăửûõ, ìíîêîïðîịơòíûõ ðăì

ñîïðîòỉđ-ịÿþùỉõñÿ ñîđìơñòíî ñ óïðóêỉì îñíîđăíỉờ Đîðîíơư 1986.