Những nguyên tắc cấu tạo cốt thép dầm

1. Bố trí cốt thép trong tiết diện ngang cho dầm BTCT

Trong dầm đặt cốt thép dọc và cốt thép ngang liên kết với nhau tạo thành khung cốt thép.

Phần này sẽ trình bày cấu tạo cốt thép dọc với hai loại:
+ Cốt thép dọc chịu lực
+ Cốt thép dọc cấu tạo

1 - Chọn đường kính cốt thép dọc dầm

Trong dầm sàn đường kính cốt thép chịu lực thường được chọn trong khoảng 12 tới 25mm
Trong dầm chính có thể chọn đường kính lên tới 32mm.
Không nên chọn đường kính lớn quá 1/10 bề rộng dầm
Để tiện cho thi công trong mỗi dầm không nên dùng quá ba loại đường kính cho cốt thép chịu lực, các đường kính chênh lệch tối thiểu là 2mm ( để tránh nhầm lẫn )
Để chọn cốt thép khi đã biết diện tích As có thể tra ở bảng bên dưới

Khi sắp xếp cốt thép trong tiết diện cần tuân theo quy định về bảo vệ và khoảng hở của cốt thép. ( bạn có thể xem lại các bài viết trước của tôi về dầm để tìm quy đinh này )

2 - Lớp bảo vệ cho cốt thép dầm

Phân biệt lớp bảo vệ của cốt thép chịu lực C1 và của cốt thép đai C2. Trong mọi trường hợp chiều dày lớp bảo vệ C không được nhỏ hơn đường kính cốt thép và không nhỏ hơn giá trị Co với quy định như sau

Với cốt thép chịu lực:

Trong bản và tường có chiều dày
+ Từ 100mm trở xuống Co=10 mm (15mm)
+ Từ 100mm trở lên thì Co=15 mm (20mm)

Trong dầm và sườn có chiều cao
+ Nhỏ hơn 250mm thì Co=15mm (20mm)
+ Từ 250mm trở lên thì Co=20mm (25mm)

Với cốt thép cấu tạo, cốt thép đai:

Khi chiều cao tiết diện
+ Nhỏ hơn 250mm thì Co=10mm (15mm)
+ Từ 250mm trở lên thì Co=15 mm (20mm)

Lưu ý:

- Giá trị trong ngoặc (..) áp dụng cho kết cấu ngoài trời hoặc những nơi ẩm ướt

- Đối với những kết cấu ở trong vùng chịu ảnh hưởng của môi trường biển ( nước mặn ) cần lấy tăng chiều dày lớp bảo vệ theo TCXDVN 327:2004

- Đối với kết cấu làm bằng bê tông nhẹ, bê tông tổ ong cần lấy tăng chiều dày lớp bảo vệ theo điều 8.3 của tiêu chuẩn TCXDVN 5574:2012

3 - Khoảng hở của cốt thép dầm

Khoảng hở t giữa hai mép cốt thép ( khoảng cách thông thủy ) không được nhỏ hơn đường kính cốt thép lớn hơn và không nhỏ hơn trị số to. Đối với cốt thép của dầm sàn, khi đổ bê tông ở vị trí nằm ngang quy đinh to như sau:

Với cốt thép đặt dưới to=25mm
Với cốt thép đặt trên to=30mm

Khi cốt thép đặt thành hai hàng ( hình c ) thì với các hàng phía trên to=50mm ( trừ hai hàng dưới cùng ). Chú ý rằng khi trong mỗi vùng đặt cốt thép thành nhiều hàng thì không được đặt cốt thép ở hàng trên vào khe hở ở hàng dưới.
Trường hợp thi công dùng dầm dùi thì khoảng hở t ở các lớp phía trên cần bảo đảm đút lọt dầm dùi
Trường hợp đặc biệt: Trong điều kiện chật hẹp, dùng nhiều cốt thép có thể bố trí cố thép theo cặp, không có khe hở giữa chúng ( hình d ). Phương ghép cặp phải theo phương đổ bê tông và khoảng hở giữa các cặp tc>=1,5.Ø

4 - Giao nhau của cốt thép dầm

Cốt thép dọc trong dầm sàn và trong dầm khung ( dầm chính ) vuông góc với nhau, giao nhau tại liên kết
Tại đây cốt thép của hai dầm có thể vướng vào nhau, đặc biệt là các thanh ở phía trên. Thường đặt cốt thép dọc trong dầm chính bên dưới cốt dọc của dầm sàn
Khi đặt cốt thép bên trên của dầm sàn thành hai hàng thì phải đặt cách ra để cốt thép phía trên của dầm chính được đặt vào khoảng giữa hai hàng đó. Lúc này nếu cốt thép bên trên của dầm chính cũng đặt thành hai hàng thì cũng phải đặt cách ra để kẹp cốt thép của dầm sàn vào giữa

2. Nguyên tắc đặt cốt thép theo phương dọc dầm

1 - Nguyên tắc chung

Trong vùng momen dương cốt thép dọc chịu kéo As đặt ở phía dưới, trong vùng momen âm ở phía trên.
Trong mỗi vùng đã tính toán và chọn đặt cốt thép ở tiết diện có momen lớn nhất. Càng ra xa tiết diện đó, để tiết kiệm có thể và nên giảm bớt cốt thép bằng cách cắt bớt một số thanh hoặc uốn chuyển vùng.
Sau khi cắt hoặc uốn phải đảm bảo số cốt thép còn lại đủ khả năng chịu lực theo momen uốn trên các tiết diện thẳng góc và cả trên các tiết diện nghiêng
Cốt thép chịu lực cần được neo chắc chắn ở đầu mỗi thanh, xác định các đoạn neo này theo quy định ở mục neo phần dưới
Dọc theo trục dầm các cốt thép chịu lực ở phía dưới và phái trên có thể được đặt 1 cách độc lập hoặc được đặt phối hợp

2 - Đặt cốt thép độc lập

Chọn và đặt cốt thép dầm một cách độc lập trong từng nhịp và trong từng gối bằng các thanh thẳng như hình dưới sẽ giúp đạt được sự linh hoạt trong việc chọn và bố trí cốt thép, thuận tiện cho thi công nhưng khó đạt yêu cầu tiết kiệm

Cốt thép độc lập là những thanh thẳng, cũng có thể uốn các đầu mút làm cốt thép xiên nhưng sau khi uốn chỉ làm thêm đoạn neo mà không kéo dài thêm để tham gia chịu momen.
Các thép xiên này thường được bố trí theo yêu cầu chịu lực cắt, cũng có thể chỉ là cốt xiên theo cấu tạo. Với cốt thép xiên cấu tạo đoạn neo nằm ngang chỉ cần dài 5Ø
Hình bên trên giới thiệu cách bố trí cốt thép độc lâp trong hai nhịp đầu của dầm nhiều nhịp. Các thanh cốt thép đều thẳng, riêng thanh số 7 được uốn ở hai đầu làm cốt thép xiên.
Với cách đặt cốt thép độc lập số lượng các thanh thép trong mỗi hàng ở nhịp biên, nhịp giữa và trên gối có thể khác nhau.
Và trên hình trên các thanh cốt thép giả định là thép tròn trơn nên đầu mút được uốn móc tròn. Khi dùng cốt thép có gờ đầu mút có thể để thẳng hoặc uốn neo gập
Trường hợp đầu mút cốt thép để thẳng bị lẫn vào hình chiếu của một thanh khác thì dùng kí hiệu một móc nhọn để diễn tả như hình dưới

3 - Đặt cốt thép phối hợp

Đem uốn một số thanh chịu momen dương ở giữa nhịp ( đặt phía dưới ) lên phía trên để kết hợp làm cốt thép chịu momen âm. Trong hình trên, đã uốn 2 thanh số từ nhịp biên lên gối B, uốn thanh số 7 ở nhịp giữa lên gối B. Các đoạn uốn xiên có thể được kết hợp làm cốt xiên chịu lực cắt ( có kể trong tính toán ) hoặc chỉ là một đoạn uốn do cấu tạo bình thường
Việc uốn để phối hợp cốt thép cũng như uốn cốt thép xiên phải đảm bảo tính đối xứng qua mặt phẳng đứng chưa trục dầm và trục của toàn bộ các đoạn của thanh cốt thép phải nằm trong mặt phẳng thẳng đứng. Không cho phép uốn chéo cốt thép
Việc đặt cốt thép phối hợp có thể tiết kiệm được 1 ít nhưng làm cho thi công trở nên phức tạp hơn và việc chọn lựa để bố trí đúng các thanh thép cũng trở nên khó khăn hơn
Để đặt cốt thép phối hợp thường chọn 1 vài phương án bố trí cốt thép chịu momen dương ở giữa nhịp, dự kiến uốn 1 số thanh lên gối. Ở trên gối thiếu bao nhiêu thì đặt thêm các thanh thẳng
Trong thí dụ của hình trên, giả sử cốt thép cần thiết ở gối là As=900mm2 thì theo hình ta đã uốn từ dưới lên được 2Ø14+Ø16 có diện tích là 308+201=509mm2 còn thiếu 900-509=391mm2 nên ta sẽ chọn đặt thêm 2Ø16=402mm2
Việc đặt cốt thép phối hợp khó có thể chọn 1 lần là xong mà thường phải thử một vài phương án để tìm được cách bố trí hợp lí.
Hình trên thể hiện các cốt thép có gờ, đầu mút để thẳng hoặc uốn móc gập ( thanh số 1,3 và 4 ). Ở chỗ đầu mút cốt thép lẫn vào hình chiếu của thanh khác dùng kí hiệu một móc nhọn và tại đó ghi số hiệu thanh thép.

4 - Neo cốt thép vào gối

Các cốt thép dọc phía dưới phải được neo chắc chắn vào gối tựa. Đầu mút của các thanh tròn trơn dùng trong khung buộc cần được uốn móc vòng
Đầu mút của các thanh có gờ có thể để thẳng, khi cần thiết có thể uốn gập 90 độ hoặc 135 độ
Trong dầm với b>=150mm số cốt thép kéo vào gối tựa tối thiểu là hai thanh, có diện tích không nhỏ hơn k% diện tích As cần thiết ở giữa nhịp.
Với gối biên kê tự do k=60, với các gối tựa k=40. Riêng với gối biên kê tự do diện tích các thanh kéo vào gối còn không nhỏ hơn Aso=Qa/Rs ( Qa: Lực cắt ở gối tựa )
Đoạn dài neo cốt thép ở gối tựa biên kê tự do ( tính từ mép gối tựa đến mút thanh thép ) không được nhỏ hơn 5Ø khi thỏa mãn điều kiện Q<=Qbo ( không cần tính toán cốt thép đai )
Khi không thỏa mãn điều kiện Q<=Qbo thì đoạn dài neo không nhỏ hơn 10Ø
Trường hợp kích thước gối tựa bị hạn chế không thể bảo đảm chiều dài đoạn neo như quy định cần thiết phải có biện pháp neo bổ sung

5 - Neo cốt thép ở giữa nhịp

Ra xác các tiết diện có momen lớn nhất trong từng đoạn dầm, để tiết kiệm có thể cắt bớt 1 số thanh.
Khi cắt như vậy ở mỗi đầu thanh cần xác định ba tiết diện:

- Mút thanh T

- Tiết diện cắt lí thuyết E

- Tiết diện mà tại đó thanh được sử dụng hết khả năng chịu lực F

Tiết diện cắt lí thuyết E là tiết diện mà tại đó theo tính toán về khả năng chịu momen trên tiết diện thẳng góc thì không cần đến thanh đó nữa ( những thanh còn lại đủ để chịu momen )
Gọi đoạn TF là đoạn neo toàn phần, đoạn này phải không được nhỏ hơn Lan xác định theo công thức bên dưới ( Với Lan là chiều dài đoạn neo thẳng của cốt thép )

Đồng thời Lan>=λan.Ø và Lan>=L*

Các hệ số ωan, Δan, λan và L* cho trong bảng bên dưới

Gọi TE là đoạn neo bổ sung ( hoặc đơn giản là đoạn neo ) thường kí hiệu bằng chữ W. Với dầm có chiều cao không đổi đoạn neo W được xác định theo công thức bên dưới ( đồng thời lấy W>=20Ø )

qsw lấy theo công thức

Q là lực cắt ( lấy bằng độ dốc của biểu đồ momen ) tại tiết diện cắt lí thuyết

Khi trong vùng neo W có cốt thép xiên thì tính W theo công thức

As.inc: Là diện tích lớp cốt thép xiên

Ө là góc nghiêng cốt thép xiên

+ Thông thường chỉ cần xác định đoạn neo W mà không cần kiểm tra TF>=Lan, chỉ cần kiểm tra khi điểm E nằm quá gần điểm F

+ Để xác định điểm cắt lí thuyết E cần tiến hành xác định khả năng chịu lực của các tiết diện dầm và vẽ hình bao vật liệu

6 - Uốn cốt thép dầm

Khi uốn cốt thép cần xác định điểm đầu ở trong vùng kéo và điểm cuối ở trong vùng nén. Các vùng này phụ thuộc vào thanh cốt thép đang dùng để chịu momen dương hay âm
Xét đoạn uôn xiên HK như hình dưới

Khi xem uốn cốt thép chịu momen dương từ giữa nhịp lên gối thì K là điểm đầu, H là điểm cuối. Cũng có thể xem ngược lại là uốn cốt thép chịu momen âm trên gối xuống. lúc này H là điểm đầu còn K là điểm cuối
Gọi tiết diện cần là tiết diện mà tại đó thanh cốt thép được sử dụng hết khả năng chịu lực ( để chịu momen theo tiết diện thẳng góc ). Khoảng cách theo phương trục dầm từ tiết diện cần đến điểm đầu đoạn cuối không nhỏ hơn 0,5.ho
Theo thí dụ hình trên thì xem tiết diện F1 là tiết diện cần thì F1H>=0,5ho. Khi trong đoạn từ H đến gối tựa không cắt bớt các thanh cốt thép khác thì có thể xem F1 ở tiết diện mép gối tựa.
Gọi tiết diện uốn lí thuyết là tiết diện mà tại đó không cần đến thanh cốt thép đang xét ( những thanh còn lại đủ khả năng chịu momen - tương tự như tiết diện cắt lí thuyết ).
Điểm cuối của đoạn uốn xiên phải nằm về phía có momen nhỏ hơn so với tiết diện uốn lí thuyết với khoảng cách >=0,5ho

7- Cốt thép dọc cấu tạo

7.1. Cốt giá

Khi trong vùng nén của dầm không có cốt thép chịu lực cần đặt cốt thép cấu tạo, gọi là cốt giá để liên kết với cốt đai thành khung cốt thép.
Cốt giá được đặt vào các góc của cốt thép đai, thường có đường kính từ 10-14mm
Tổng diện tích các thanh cốt giá cần phải thỏa mãn điều kiện >=μminbho ( với μmin=0,0005-0,001)
Ở hình bên dưới các thanh số 1 ( 2Ø12) là cốt giá

Trong đoạn dầm chịu momen đã đặt thanh số 2 để chịu lực
Trong đoạn dầm gần gối tựa biên chịu momen dương, đem cắt các thanh số 2 có đường kính lớn đặt vào cốt giá số 1 có đường kính bé. Làm như vậy cũng chỉ là để tiết kiệm vật liệu.
Cũng có thể kéo dài thanh số 2 ( khi nó có đường kính không lớn lắm ) ra đến mút dầm mà không đặt thêm thanh 1 thì lúc này thanh số 2 làm nhiệm vụ cốt giá ở trong đoạn dầm chỉ chịu momen dương

7.2. Cốt đứng

Khi chiều cao dầm lớn hơn 700mm cần đặt thêm cốt thép dọc cấu tạo ở mặt ben của dầm, gọi đó là cốt đứng

Khoảng cách Sd giữa các cốt thép dọc ( cốt thép chịu lực, cốt giá, cốt đứng ) theo chiều cao dầm không lớn hơn 500mm
Diện tích tiết diện một thanh cốt đứng là Asd không nhỏ hơn 0,001boSd. Lấy bo=min ( b/2 và 200mm )
Đường kính cốt đứng thường là Ø10-Ø14

3. Bản vẽ thi công cốt thép của dầm

Bản vẽ thi công dầm gồm bản vẽ ván khuôn và bản vẽ cốt thép. Thông thường với các kết cấu không quá phức tạp có thể không cần bản vẽ ván khuôn khi ở bản vẽ cốt thép đã thể hiện đầy đủ hình dáng và các kích thước cấu tạo của dầm
Bản vẽ thi công thường do thiết kế thực hiện, cũng có thể do đơn vị thi công thực hiện khi đã có bản vẽ thiết kế kĩ thuật
Bản vẽ cốt thép thường gồm có mặt chính và các mặt cắt ngang
Mặt chính vẽ theo trục dầm, nhìn từ bên cạnh. Các mặt ngang thể hiện sự thay đổi của cốt thép dọc theo trục dầm.
Quy ước xem bê tông là trong suốt nên trên mặt chính thấy rõ các loại cốt thép.
Trên mỗi mặt cắt ngang chỉ thể hiện cốt thép có trong mặt cắt đó
Trong một số trường hợp có cấu tạo đơn giản có thể không cần vẽ thép trong mặt chính mà chỉ vẽ trên vài mặt cắt
Cốt thép đai chủ yếu được thể hiện trên mặt cắt. Trên mặt chính có thể vẽ toàn bộ cốt thép đai hoặc chỉ vẽ một vài đai đại diện cho từng đoạn
Khi cốt thép đai được đặt với khoảng cách không đều s1,s2,...thì phải chỉ rõ số lượng đai với khoảng cách s1 trong từng đoạn hoặc chiều dài đoạn dầm trong đó đặt cốt thép đai với si

- Trên hình trên ngoài mặt chính và các mặt cắt còn vẽ thêm hình triển khai các thanh cốt thép. Vẽ triển khai như vậy là để giải thích, để dễ nhận thứ chứ không bắt buộc

- Hình dạng và kích thước cốt thép sẽ được thể hiện ở trong bảng thống kê

- Mỗi cốt thép thường được kí hiệu bằng một con số đặt trong vòng tròn. Mỗi con số dùng cho một số loại thanh có hình dạng và kích thước giống nhau, có thể đặt ở các vị trí khác nhau

- Số liệu về cốt thép ví dụ ( 2Ø14 hoặc Ø6a300 ) phải được ghi ở nơi dễ thấy nhất trên bản vẽ, thường ghi ở nơi cốt thép đó được thể hiện lần đầu, ở các nơi khác chỉ cần ghi kí hiệu nếu xét thấy không thể gây ra nhầm lẫn. Việc ghi nhắc lại số liệu ở một vài nơi chỉ nhàm làm rõ thêm.

- Trên mỗi hình vẽ cần ghi đầy đủ kích thước và kí hiệu cốt thép

- Với các mặt cắt có hình dạng và kích thước giống nhau có thể chỉ cần ghi một lần ở một mặt cắt đại diện

- Cần thể hiện và ghi chũ rõ về chiều dày lớp bê tông bảo vệ

- Riêng khoảng hở của cốt thép, khi bố trí cần chú ý bảo đảm đủ yêu cầu còn trên bản vẽ có thể không cần ghi

- Trong bản vẽ cốt thép, ngoài các hình vẽ còn cần mục ghi chú và bảng thống kê. Trong ghi chú cần trình bày những số liệu, những vấn đề thi công cần đến mà chưa được thể hiện trên các hình vẽ ( như chủng loại và yêu cầu về chất lượng của vật liệu, những chú ý khi thi công để bảo đảm các yêu cẩu của thiết kế,...)

- Bảng thống kê là cơ sỏ để sản xuất ra các thanh cốt thép theo đúng thiết kế ( hình dáng, đường kính, chiều dài, số lượng....)

- Trong trường hợp ở bản vẽ đã trình bày hình khai triển của cốt thép với đầy đủ kích thước thì trong bảng thống kê không cần nhắc lại.

- Trong bảng thống kê cũng có thể đưa thêm vào các thư mục như tổng chiều dài, và tổng trọng lượng của các thanh cốt thép để dựa vào đó cung cấp vật liệu.