Hướng dẫn cách bố trí thép cho dầm móng nhà ở

Dầm cần được tính toán cốt thép dọc để chịu momen và cốt thép ngang để chịu lực cắt. 

Khi tính toán cốt thép dọc cần phân biệt momen âm và momen dương để có cách tính khác nhau, cũng cần biết momen được tính theo sơ đồ đàn hồi hay sơ đồ dẻo để lấy hệ số hạn chế chiều cao vùng nén khác nhau

Cốt thép ngang trong dầm chủ yếu là cốt thép đai, ngoài ra trong một số trường hợp đặc biệt có thể thêm cốt thép xiên

Tính toán cốt thép cho dầm có thể có một số phương pháp khác nhau. Trong bài viết này tôi sẽ trình bày cách tính toán cốt thép dầm theo TCXDVN 5574-2012 dựa trên phương pháp trạng thái giới hạn

Số liệu để tính toán

Nội lực của dầm được lấy theo kết quả tính toán đã trình bày ở bài viết " Nội lực dầm sàn " và bài viết " Nội lực dầm chính "

Kích thước hình học của tiết diện đã được chọn sơ bộ theo nội dung trong bài viết nội lực dầm sàn

Cường độ tính toán của bê tông Rb và Rbt được tra ở bảng bên dưới

Cường độ tính toán của cốt thép Rs và Rsc được tra ở bảng bên dưới

Hệ số hạn chế chiều cao vùng nén ξr hoặc ξd được tra ở bảng bên dưới

Các trường hợp tính toán 

Tùy theo momen là dương hay âm mà lấy tiết diện tính toán khác nhau. Tiết diện chữ T có cánh ở phía trên, với momen âm cánh nằm trong vùng kéo do đó bỏ qua phần vươn của cánh chỉ tính ttheo tiết diện chữ nhật bxh

Với momen dương cánh nằm trong vùng nén, tính theo tiết diện chữ T có bề rộng cánh bf

Khi momen được tính theo sơ đồ đàn hồi cần tra hệ số hạn chế chiều cao vùng nén ξr còn khi tính theo sơ đồ dẻo tra hệ số ξd

Phân biệt hai trường hợp

Tiết diện đặt cốt thép đơn

Tiết diện đặt cốt thép kép

Tiết diện đặt cốt thép đơn khi trong tính toán chỉ kể đến cốt thép chịu kéo As, cốt thép đặt trong vùng nén chỉ được xem là cốt thép cấu tạo

Tiết diện đặt cốt thép kép khi trong tính toán kể đến cốt thép chịu kéo As và cốt thép chịu nén As'

Sau đây tôi sẽ đi chi tiết vào từng trường hợp tính toán để bạn có thể hiểu rõ cách tính cho những trường hợp này.

Tiết diện chữ nhật đặt cốt thép đơn

1. Số liệu

Biết M, b, h, chủng loại vật liệu. Giả thiết ao để xác định ho. 

Thông thường giả thiết ao=(0,06-0,12).h

Tra bảng để tìm Rb, Rs và hệ số ξr hoặc ξd

2. Tính toán

Đặt ξ=x/ho với x là chiều cao vùng chịu nén

Từ α ta sẽ tính ra được hệ số ξ theo công thức

Kiểm tra hệ số ξ:

Với momen tính theo sơ đồ đàn hồi: ξ<=ξr

Với momen tính theo sơ đồ dẻo: ξ<=ξd

Giá trị bé nhất của ξr và ξd bằng 0,3 ứng với αm=0,255. Vì vậy khi tính được αm <0,255 thì khoogn cần kiểm tra ξ

Khi điều kiện về ξ được thỏa mãn, tính γ=1-0,5.ξ ( với γ là hệ số cánh tay đòn nội lực. Cũng có thể từ αm tra ra γ theo công thức:

Tính diện tích cốt thép As theo công thức:

3. Xử lí kết quả

Tính tỉ lệ cốt thép theo công thức:

Điều kiện hạn chế cốt thép tối thiểu là: μ>=μmin

Tiêu chuẩn TCXDVN 356-2005 quy định μmin=0,0005=0,05%. Theo tôi μmin như vậy quá bé, đề nghị tăng μmin lên, lấy bằng 0,001=0,1%

Nếu xảy ra μ<μmin chứng tỏ kích thước tiết diện quá lớn, nếu có thể thì rút bớt để tính toán lại. Khi vẫn giữ nguyên tiết diện thì phải lấy cốt  thép theo yêu cầu tối thiểu là As=μmin.b.ho

Sau khi chọn và bố trí cốt thép ( chiều dày lớp bảo vệ c, số lượng và đường kính trong mỗi hàng,...) cần kiểm tra khoảng hở của cốt thép ( theo điều kiện cấu tạo xem chi tiết cách kiểm tra ở những bài tiếp theo ) và tính toán lại giá trị chiều dày lớp đệm ao

Khi ao thực tế nhỏ hơn ao đã giả thiết thì kết quả thiên về an toàn. Khi ao thực tế lớn hơn ao đã giả thiết một cách đáng kể ( làm cho ho giảm xuống ) thì cần tính toán lại với ao mới.

4. Trường hợp đặc biệt

Khi điều kiện ξ<=ξr ( theo sơ đồ đàn hồi ) và ξ<=ξd ( theo sơ đồ dẻo ) không được thỏa mãn chứng tỏ kích thước tiết diện quá bé. Nếu được thì nên tăng kích thước hoặc tăng cấp bê tông ( nhằm tăng Rb ) để tính toán lại. Khi không thể tăng như vừa nêu thì chuyển sang tính toán tiết diện đặt cốt thép kép.

Tiết diện chữ nhật đặt cốt thép kép

Tiết diện chịu momen âm được thể hiện như hình dưới

Có thể gặp 1 trong hai bài toán:

1. Tính toán cả cốt thép A's và As

2. Tính toán cốt thép As khi đã biết As'

1. Bài toán tính As' và As

Khi biết M và kích thước tiết diện trước hết tính toán theo trường hợp cốt đơn với công thức

Khi điều kiện ξ<=ξr ( theo sơ đồ đàn hồi ) và ξ<=ξd ( theo sơ đồ dẻo ) không thỏa mãn thfi chuyển sang tính cốt thép kép.

Tuy vậy cũng chỉ nên tính toán khi thỏa mãn điều kiện αm<=0,5. Nều αm>0,5 chứng tỏ kích thước tiết diện quá bé, cần thiết phải tăng lên.

Giá trị chiều dày lớp đệm a'. Tự chọn 1 giá trị x thỏa mãn biểu thức 

Tính As' theo công thức bên dưới được kết quả As'>0

Tính As theo công thức bên dưới 

Rsc: Cường độ tính toán về nén của cốt thép. Với các cốt thép thông thường Rs<=400MPa thì Rsc=Rs

Sau khi chọn và bố trí cốt thép cần kiểm tra lại ao, a' và khoảng hở của cốt thép

2. Bài toán tính As khi biết A's

Có thể biết trước A's bằng cách chọn trước, ví dụ kéo cốt thép giữa nhịp vào gối. Lúc này A's và a' đã biết. Giả thiết ao để tính ho

• Từ αm ta sẽ tính ra được hệ số ξ theo công thức

Tính x=ξ.ho và kiểm tra theo điều kiện 

Khi điều kiện này thỏa mãn thì tính As theo công thức 

Nếu xảy ra x>ξd.ho ( hoặc ξr.ho) chứng tỏ A's đã chọn là chưa đủ, cần chọn tăng A's rồi tính lại hoặc tính A's theo công thức:

Nếu xảy ra x<2.a' kể cả trường hợp αm<0 chứng tỏ A's đã chọn quá lớn, nếu được thì giảm A's để tính toán lại. Khi không thể giảm A's thì tính As theo công thức bên dưới

Trong đó cánh tay đòn nội lực Z được lấy bằng trị số lớn hơn trong hai trị số Za và Zb