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
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 thờng xuyên tại hiện trờng còn nể nang cha cơng quyết xử lý những trờng 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 đợc 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.
Y=

R
Kn

(1)

=

M
Km

(2)

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 = CJ

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 C z = 100.000
ữ1500.000T/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 ữ 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
Đất ít chặt: sét ớt nhuyễn (dẻo chảy)

Hệ số nền
0,1ữ 0,5 kg/cm3 (100 ữ 500T/M3)

Đất chặt vừa: sét ẩm (dẻo, mềm)

0,5ữ5 kg/cm3 (500 ữ 5.000T/M3)
5ữ10kg/cm3 (5000 ữ 10.000T/M3)

Đất chặt: sét ít ẩm (dẻo cứng)

10ữ20 kg/cm3 (10.000 ữ 20.000T/M3)

Đất rất chặt: sét cứng

20ữ100kg/cm3 (20.000 ữ100.000T/M3)

Đất cứng: đá vôi, sa thạch
Đá: đá cứng tốt

2.3.2. Chọn hệ số nền theo cờng độ của đất: [3]
Đất có R
Hệ số nền

1kg/cm2
2.000T/M3

2 kg/cm2

4.000 T/M3

3 kg/cm2
5.000 T/M3

100ữ1.500kg/cm3 (100.000
ữ1.500.000T/M3)

4 kg/cm2
6.000 T/M3

5 kg/cm2
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 500ữ5.000T/M3.
Kết quả tính toán cho thấy cùng một loại đất tác giả này chọn hệ số nền 500T/M 3, tác
giả kia chọn 5.000T/M3 cho kết quả chênh nhau 30% ữ 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 ữ 1,7 lần, thép trong

cột chênh nhau từ 1,5 ữ 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 cha 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 26 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 ữ 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. Tiến hành thí nghiệm để tìm ra chính xác hệ số nền cho mỗi loại đất của Việt Nam
để áp dụng vào công tác tính toán sự làm việc đồng thời của nhà và nền.
4. Nghiên cứu độ mềm của nút khung bằng lý thuyết và thực nghiệm để đa vào quy
phạm áp dụng.
Ví dụ 1:
Tính khung nhà 2 tầng 4 nhịp theo sơ đồ không kể sự làm việc đồng thời với nền và có
kể đến sự làm việc đồng thời của nhà với nền.

Tài liệu tham khảo
1. ợõỷộ ỡồũợọ ủữáũ ớùợữớợủũỹ ố úủũợốóốõợủũỹ ẹ.. éợủốửờốố. èóốóúỗ 1961.


2.

Lê Đức Thắng, Bùi Anh Định, Phan Trờng Phiệt, Thiết kế nền và móng, Nhà Xuất
bản Giáo dục, Hà nội, 1998.

3. .. ệỷũợõốữ, .ẩ. ởỡũợõ, è.ị. ỏồởồõ, ẻủớợõớố ố ễúớọỡồớũỷ
ẩỗọũồởỹủũõợ
ứờợở"
èợủờõ,

a - Sơ đồ và tải trọng tác dụng

4. ẻủớợõớố ỗọớốộ
ẹốẽ 2.02.01.83

"ỷủứ
1970
ố

ủợợúổồớốộ,

5. ..ồồỗớửồõ,è.ẩ.ợỏúớợõ-ùủọợõ,
ẻ..
ẹõốớợõ
ẹùõợữớốờ
ùợồờũốợõựốờ ùợỡỷứởồớớỷừ, ổỷởỷừ ố ợỏựồớũõồớớỷừ ỗọớốộ ố ủợúổồớốộ, ẻủớợõớố
ố ụúớọỡồớũỷ, ậồớốớóọ 1964.
6. Trần Kim Chơng, éủữáũ ỡớợóợýũổớỷừ, ỡớợóợùợởồũớỷừ ỡ ủợùợũốõ-ởỵựốừủ
ủợõỡồủũớợ ủ úùúóốỡ ợủớợõớốồỡ . ợợớồổ 1986.

b - Nội lực theo sơ đồ không kể sự làm việc đồng thời của nhà với nền

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


a - Nội lực móng băng liền với 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

a - Tải trọng tác dụng lên dầm liên tục

b - Kết quả tính toán theo phơng pháp cổ điển

c- Kết quả tính toán thep SAP-2000

Hình 3.
Ví dụ 4:
Tính dầm trên nền đàn hồi cùng một loại đất nhng chọn hệ số nền khác nhau


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.
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
8110.89
c- Theo tiêu chuẩn ASSHTO Concrete 97
e - Theo tiêu chuẩn CSA. A23.3.94
g - Theo tiêu chuẩn Việt Nam

b Theo tiêu chuẩn BS
d Theo tiêu chuẩn NZS 3101-95
f - Theo tiêu chuẩn ACI 318-99

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


T
T
a
b
c
d
e
f
g

Theo tiêu chuẩn
một số nớc
EUROCODE2-1992
BS 8110.89
ASSHTO Concrete 97
NZS 3101-95
CSA. A23.3.94
ACI 318-99
Tiêu chuẩn Việt Nam

Thép cột dới
Biên

10,63
10,12
11,25
16,35
24,09
17,99
14,60

Thép cột trên

Giữa
15,36
14,57
11,25
24,53
34,21

Biên
29,82
29,29
27,83
41,73
31,33
35,71
22,40

20,20

Giữa
22,6

20,77
17,33
29,48
23,02
24,69
18,80

Dầm tầng 1 (cm2)
Giữa
15,84
17,65
14,56
14,5
16,96
15,54
10,50

Gối
25,01
24,03
21,46
25,15
23,13
17,10

Dầm tầng 2 (cm2)
Giữa
18,48
20,14
16,05

16,18
19,83
17,76
12,70

Gối
21,57
22,21
18,46
18,59
20,15
20,41
12,90

Ví dụ 6:
Tính kết cấu khung nhà 4 tầng 2 nhịp tờng đầu hồi bằng khung bê tông cốt thép có kể
đến tờng trèn 22 và không kể tờng trèn.

a Sơ đồ kết cấu khung BTCT
chèn gạch 4 tầng 2 nhịp

b Sơ đồ tính toán có kể đến c Sơ đồ kết cấu không kể tờng
gạch chèn trong khung
trong khung

d Kết quả tính toán theo sơ đồ khung chèn

e - Kết quả tính toán theo sơ đồ khung không chèn

Hình 6.

Tài liệu tham khảo

chèn


1. ợõỷộ ỡồũợọ ủữáũ ớùợữớợủũỹ ố úủũợốóốõợủũỹ. ẹ.. éợủốửờốố. èóốóúỗ 1961
2. Lê Đức Thắng, Bùi Anh Định, Phan Trờng Phiệt. Thiết kế nền và móng. Nhà Xuất
bản Giáo dục, Hà Nội, 1998.
3. .. ệỷũợõốữ, .ẩ. ởỡũợõ, è.ị. ỏồởồõ. ẻủớợõớố ố ễúớọỡồớũỷẩỗọũồởỹủũõợ
"ỷủứ ứờợở" èợủờõ, 1970.
4. ẻủớợõớố ỗọớốộ ố ủợợúổồớốộ, ẹốẽ 2.02.01.83.
5. .. ồồỗớửồõ, è.ẩ. ợỏúớợõ - ùủọợõ, ẻ.. ẹõốớợõ. ẹùõợữớốờ
ùợồờũốợõựốờ ùợỡỷứởồớớỷừ, ổỷởỷừ ố ợỏựồớũõồớớỷừ ỗọớốộ ố ủợúổồớốộ. ẻủớợõớố ố
ụúớọỡồớũỷ. ậồớốớóọ 1964.
6. Trần Kim Chơng. éủữáũ ỡớợóợýũổớỷừ, ỡớợóợùợởồũớỷừ ỡ ủợùợũốõ-ởỵựốừủ
ủợõỡồủũớợ ủ úùúóốỡ ợủớợõớốồỡ. ợợớồổ 1986.