Nói hoài về Nhà cao tầng, động đất với dự ứng lực…, có vẻ xa vời với nhiều người. Do đặc thù nghề nghiệp, kỹ sư thiết kế sống nhờ nhà to làm nguồn thu nhập chính. Nhưng không phải lúc nào cũng có Nhà cao tầng để làm, nhất là những khi nền kinh tế khó khăn. Phải có nguồn thu nhập phụ, “chân ngoài” để duy trì. Nguồn nhà dân là lý tưởng, vì số lượng nhiều hơn hẳn mà. Nhất là những anh em trẻ mới ra trường thành nghề. Ong anh họ xây nhà nhờ, người quen làm kiến trúc sư cho một chủ nhà cần làm kết cấu là cái thứ mà thi công đầu tiên…Thử xem dòng tiền coi, tiền công 15.000-20.000đ/m2 sàn. Nhà diện tích 50m2 nhân với 4 tầng, tiền công cũng được 4.000.000đ. Công xá 1 con trong 1-2 ngày. Nếu quan hệ tốt, mối đều, tháng làm liên tục được 15 nhà, 60.000.000đ. Không tệ✌️
Nói rộng ra thể loại này là nhà thấp tầng. Ngoài nhà dân là các dự án thấp tầng lớn, đa số là liền kề sau đến biệt thự. Loại này thường mang tính sản xuất hàng loạt, thiết kế chỉ vài ba mẫu và nhân lên xây bán. Thu hồi vốn nhanh và hiệu quả.
Phần đông nghĩ_Ôi cái nhà nhỏ xíu này thì cần gì tính toán, mấy anh thợ quê làm ngon lành từ móng đến mái. Sắt bao nhiêu móng gì có cần bằng cấp chi. Nghĩ vậy vừa đúng vừa sai. Cái món này có kinh nghiệm xây nhiều nhà rồi bốc thuốc vô tư, thậm chí còn bốc chuẩn hơn mấy anh kỹ sư mới ra trường tính toán. Nói vậy để thấy không được đánh giá thấp kinh nghiệm. Nhưng hỏi tại sao cái này lại làm từng này sắt (thép) mà không làm ít hơn. Đố các bác giải thích được. Rồi nhà hình thù lạ lạ một tý, kiểu như công xôn to đỡ cột 3 tầng bên trên. Nên là không dìm hàng Kiến thức được đâu. Cái bằng đại học có ý nghĩa giải thích được cái tại sao. (mấy ông Thạc sỹ thì giải thích được cái tại sao của cái tại sao, Tiến sỹ thì biết tại sao của cái tại sao của cái tại sao)😉 Tốt nhất là có nhiều kinh nghiệm để giải thích được tại sao trong mọi tình huống, hạn chế các kết quả ngây ngô do non tay chọn sai sơ đồ làm việc của nhà.
Móng băng
Đây là loại kết cấu nền móng phổ biến nhất cho Nhà thấp tầng xây chen. Áp dụng hiệu qủa với đất không quá yếu cho các nhà phổ biến thông thường cao 3-4 tầng.
Cá nhân tui thấy việc tính toán móng băng một cách thuyết phục còn khó hơn tính móng cọc. Mô hình móng làm sao để kết quả tính toán không bị vô lý, tính giằng móng thế nào là cả vấn đề. Cần có bước kiểm tra, phản biện kết quả tính toán của mình vì không có sơ đồ nào mô phỏng được 100% thực tế làm việc của kết cấu cả.
Sơ đồ tính đầu tiên trong đầu anh kỹ sư là Móng mềm. Bản móng trên nền đàn hồi. Hệ số độ cứng của nền đàn hồi được xác định thông qua tính lún. Để tính lún phải xác định được module biến dạng $E_o$ của đất nền.
Để tính toán thường mô hình móng độc lập với mô hình khung nhà. Trong sơ đồ khung nhà, chân cột liên kết với đất coi như ngàm cứng tuyệt đối. Tải trọng công trình đè lên sẽ gây ra phản lực của đất (cứng) lên chân cột. Theo định luật 3 Newton, phản lực này chính là tải trọng lên mô hình Móng.
Kết quả lắm lúc chạy ra buồn cười phết. Móng quay như chong chóng. Thậm chí thiết kế cốt thép bản móng còn ra cả thép lớp trên nếu cứ nhắm mắt làm theo sơ đồ. Lúc này cần kinh nghiệm lên tiếng, hãy làm nhiều, đi xem nhiều nhà xây xong đứng vững không nứt nẻ gì. Thực tế thì, làm sao móng cựa mình xoay nổi vì nhà ở trên đè xuống rồi nhà xung quanh chặn tứ phía. Cần sơ đồ móng sao kể đến cái “đè” đó.
Sơ đồ móng khuyến cáo
Tham khảo sách “Thiết kế và tính toán móng nông” - GS. Vũ Công Ngữ. Rất nhiều tâm huyết được tác giả đưa vào trong đó, giải thích các vấn đề sơ đồ tính toán móng cặn kẽ thấu đáo. Tất nhiên cần kế thừa có chọn lọc, vì các phương pháp sách viết thời chưa có phần mềm máy tính như bây giờ. Để tránh quá hàn lâm, tận dụng cách làm năng suất hiện tại là tính toán kết cấu bằng máy tính. Tui xin đưa ra một cách làm thực hành đơn giản, theo kinh nghiệm áp dụng tốt cho nhà thấp tầng với sai số chấp nhận được và thiên về an toàn. Nếu ở tình huống thiết kế loại hình công trình khác cách này cho kết quả không hợp lý các bạn comment nha🙂
- bước 1️⃣: Xác định tải trọng lên móng
Xuất phát từ sơ đồ khung chịu lực của nhà trong đó các chân cột liên kết ngàm tại cốt mặt móng. Chạy ra phản lực chân cột, ta lấy thành phần phản lực theo phương đứng (N). Cho vào bảng tính. Ta sẽ sắp xếp theo 2 phương như hình
Có thể bố trí móng băng một phương theo cạnh ngắn của nhà. Trong sơ đồ trên phương móng băng là A-B.
- bước 2️⃣: Xác định cường độ đất nền
(áp lực tính toán $R$ theo tiêu chuẩn gọi). Muốn vậy đầu tiên chọn chiều sâu móng (tính từ mặt đất đến đáy móng). Chiều sâu chọn tối thiểu nhất có thể đỡ tốn công và tiền đào. Nhưng cần đủ sâu chừa không gian cho các đường ống, bể ngầm làm việc bình thường.
Để xác định cường độ $R$, có 2 tình huống:
👉Trường hợp có khảo sát địa chất. Mọi thứ được tính toán rõ ràng. Xem thêm chủ đề tính toán móng băng đã trình bày.
👉Trường hợp không có khảo sát địa chất (phổ biến với nhà dân). Vận dụng TCVN 9362:2012 phụ lục D để xác định áp lực tính toán quy ước $R_o$.
Lưu ý các giá trị trong bảng D.1 ứng với móng có chiều rộng $b_1$=1m và độ sâu $h_1$=2m. Thực tế móng không sâu đến vậy nên áp lực tính toán $R$ xác định theo:
$$R=R_o\left(1+k_1\frac{b-b_1}{b_1}\right)\frac{h+h_1}{2h_1}$$
+ Nếu đất liền thổ khá tốt, coi là Cát bụi, ít ẩm, trạng thái chặt vừa: $R_o$= 250kPa, $k_1$=0,05.
+ Nền cọc tre, cừ tràm, … coi là Cát mịn, ẩm và no nước, trạng thái chặt: $R_o$= 300kPa, $k_1$=0,125.
- bước 3️⃣: Xác định kích thước móng
Ta sẽ xác định sơ bộ kích thước móng từ tải trọng ở bước 1. Nguyên tắc đơn giản là chia cho cường độ ở bước 2 là ra kích thước tối thiểu để chịu lực. Từ bảng tải trọng đã sắp xếp theo hàng và cột, với dự kiến móng băng chạy dọc trục số (1, 2,…) nên nó cần chịu tải trọng bằng tổng các cột dọc mỗi trục đó (tổng theo các cột A, B,…) như Hình trên.
Chi tiết xem trong Ví dụ đính kèm 🎁
Chiều dài móng $B_c$ đã biết chính là chiều rộng nhà (cạnh ngắn). Lấy diện tích móng chia cho $B_c$ được chiều rộng móng băng tối thiểu $b_{tính}$. Chọn chiều rộng móng thực tế lớn hơn $b_{tính}$ này, đặc biệt hàng móng lệch tâm ở biên vì lý do xây chen.
Sau khi chọn được kích thước móng, kiểm tra áp lực trung bình lên nền $p$, bằng tổng tải trọng chân cột, cộng trọng lượng móng và đất lấp, chia cho tổng diện tích đáy móng đã chọn
$$p=\frac{\sum{N^{tt}}}{F_m}+\gamma_{tb}h$$
Giá trị này phải nhỏ hơn cường độ đất nền $R$ với hệ số an toàn ít nhất 1,2 để kể đến tác dụng gây uốn của cột và các yếu tố khác như không khảo sát địa chất, trình độ thi công thô sơ khó kiểm soát chất lượng…
- bước 4️⃣: Tính lún
Trường hợp hay gặp là không có khảo sát địa chất, tính lún theo phương pháp biến dạng nền đàn hồi có chiều dày hữu hạn. Xem thêm cách tính lún sàn nền.
Quan trọng nhất là Module biến dạng $E_o$ cũng dùng cách tra bảng B.1 TCVN 9362:2012. Vẫn coi nền cọc tre là “Cát mịn, ẩm và no nước, trạng thái chặt”, theo tương quan cơ lý, ứng với hệ số rỗng $e$=0,65 (cột thứ 5 của bảng B.1). Tra ra $E_o$= 28.000kPa = 280$kG/cm^2$.
Tại sao tính lún đơn giản vậy❓ Vì có khảo sát đâu, làm theo cách phức tạp không giúp chính xác hơn.
bước 5️⃣: Tính nội lực và cấu tạo kết cấu bê tông cốt thép móng
Dùng sơ đồ móng cứng đơn giản để tính toán xem cánh móng băng cần bao nhiêu thép. Sơ đồ tính quen thuộc như với móng đơn: Coi cánh móng như dầm công xôn ngàm tại mặt dầm móng. Tải trọng lên cánh móng bằng 1,2 lần áp lực trung bình đáy móng $p$ tính ở bước 3 (chính bằng áp lực lớn nhất lên nền đất).
Tiếp theo là tính toán Dầm móng theo sơ đồ móng mềm.
Như trên đã nói, sơ đồ những thứ “đè” không cho móng cựa tự do:
- Sơ đồ móng đồng thời với khung nhà. Thay vì tách riêng.
- Khoá chuyển vị (Restrain) theo phương x, y tại các vị trí chân cột ở biên nhà.
Nhà dân hay gặp là Nhà xây chen, nhà ống. Cánh móng ở biên không thể thò sang đất hàng xóm. Đó gọi là móng băng lệch tâm.
Móng băng hay gặp là móng băng giao thoa (băng theo 2 phương). Phiên bản gọn hơn là móng băng 1 phương. Chỉ làm băng theo phương chính, thường là phương cạnh ngắn nhà. Phương còn lại (phương dọc nhà) chỉ làm giằng móng.
Quay lại Ví dụ
Từ sơ đồ móng và khung nhà, kết quả tính toán cốt thép giằng móng như Hình trên (đơn vị diện tích cốt thép mm2). Dựa vào đó đặt cốt thép cho các giằng móng. 2 giằng dọc nhà (không phải phương móng băng) nên cắt cốt thép dọc cho các đoạn không cần nhiều theo tính toán. Mặt bằng móng dưới đây thể hiện cách cắt cốt thép giằng móng này (GM).
Vì Lợi ích, không chỉ cho chủ nhà dân không lãng phí tiền của 💰 Nếu không căn ke từng cây thép như trên, với dự án bất động sản Thấp tầng lớn: cứ tư duy bốc thuốc, thừa 1 cây thép thôi nhân lên số lượng hàng trăm căn. Lại chả lên núi tiền, đặc biệt khi thép lên giá. Lúc đó ông chủ đầu tư có để yên?
Rộng ra còn áp dụng được cho mọi loại dự án lớn nhỏ: Trường học, Khách sạn, … mọi thanh thép đều được thiết kế 1 cách chu đáo.
Móng gạch
Là loại kết cấu móng nhà phổ biến thời bao cấp. Hiện tại, bê tông cốt thép thi công nhanh hơn, công xây móng cũng đắt hơn. Do đó rất may cho anh em kỹ sư là không phải tính toán bài toán kết cấu gạch đá. Khá khoai và không tốt về năng suất lao động.
Chủ đề về kết cấu Gạch đá xin hẹn trình bày sau🧱
(Còn tiếp)
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét