Dù đang ở trong giai đoạn khó khăn, ngành xây dựng vẫn sẽ phát triển theo xu hướng phát triển chung của đất nước. Chúng ta sẽ còn cần rất nhiều nhà cao tầng để phục vụ nhu cầu thực tế không nhỏ của đa số người dân. Chính những khó khăn trong khủng hoảng đã đặt ra cho các công ty tư vấn thiết kế nói chung và các kỹ sư kết cấu nói riêng một nhiệm vụ mới: thiết kế tối ưu. Bởi ngoài những yếu tố khách quan, một trong những nguyên nhân làm giá thành các sản phẩm xây dựng cao đó là sự chưa tối ưu của các hồ sơ thiết kế. Thiết kế tối ưu thực chất là tìm ra phương án kết cấu thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật và có giá thành thấp nhất. Bài viết này nêu lên những khả năng có thể giảm tối đa giá thành xây dựng phần móng cọc, từ đó tiết kiệm chi phí đầu tư cho công trình.
Cân nhắc lựa chọn sức chịu tải của Cọc
Sức chịu tải của cọc thay đổi phụ thuộc vào kích thước tiết diện và chiều sâu chôn cọc. Thực tế thiết kế cho thấy, khi cọc đã nằm trong vùng đất tốt, đôi khi tăng chiều dài cọc lên một đoạn không lớn, nhưng có thể tăng khá nhiều sức chịu tải và do đó có thể giảm được một số lượng lớn các cọc. Để thực hiện được điều này, người thiêt kế cần có bước thiết kế sơ bộ và đánh giá phương án thông qua các hệ số an toàn. Hệ số an toàn của môt đài cọc được xác định là tỉ số giữa sức chịu tải của cọc và tải trọng lớn nhất tác dụng lên đầu cọc. Ví dụ, cọc ép 300x300 có sức chịu tải 40T ở chiều dài 36m, và 43T ở chiều dài 38m. Với tải trọng chân cột là 170T, nếu sử dụng cọc dài 36m thì chúng ta phải lựa chọn phương án 5 cọc (hệ số an toàn 1,17), trong khi nếu dùng cọc 38m thì chúng ta chỉ cần 4 cọc (hệ số an toán 1,01). Như vậy số lượng cọc giảm 20% trong khi chiều dài cọc chỉ tăng 6%. Về sơ bộ phương án 2 tiết kiệm hơn phương án 1 là 28m cọc. Trong những trường hợp này, người thiết kế cần có phương án sơ bộ, đánh giá cụ thể và có cái nhìn tổng quát để đưa ra phương án thiết kế hợp lý nhất.
Cân nhắc sử dụng tải trọng tiêu chuẩn để tính toán
(Nội dung này hiện tại không còn phù hợp do TCVN 10304:2014 quy định tại 7.1.1 với ý nghĩa rằng cần sử dụng tải trọng tính toán để kiểm tra tải trọng đầu cọc)
Sức chịu tải của cọc được quyết định dựa vào đất nền hoặc theo vật liệu cọc. Chỉ trong trường hợp được cắm vào lớp đất rất tốt thì sức chịu tải của cọc mới được quyết định dựa vào sức chịu tải theo vật liệu cọc. Phá hoại của cọc lúc đó là phá hoại do ứng suất trong cọc vượt quá giới hạn bền của vật liệu cọc, tải trọng dùng để kiểm tra lúc này là tải trọng tính toán. Trong trường hợp còn lại, sức chịu tải của cọc được quyết định dựa vào sức chịu tải theo đất nền. Phá hoại của cọc lúc này là phá hoại do cọc bị lún quá độ lún giới hạn. Tải trọng dùng để kiểm tra lúc này là tải trọng tiêu chuẩn. Thống nhất được điều này, người thiết kế cần xác định trường hợp phá hoại của cọc và lựa chọn tải trọng dùng để kiểm tra. Đối với trường hợp sức chịu tải của cọc được xác định dựa vào sức chịu tải theo nền đất, việc sử dụng tải trọng tiêu chuẩn có thể đưa tới phương án thiết kế tiết kiệm 13% do hệ số vượt tải nói chung không thấp hơn 1,15.
Sử dụng hệ số giảm hoạt tải
Tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 cho phép giảm tác dụng của hoạt tải do xét tới xác suất xuất hiện của yếu tố này. Việc giảm hoạt tải phụ thuộc vào chức năng và diện tích của phòng. Trong đa số trường hợp, hoạt tải có thể giảm xuống chỉ còn 80%.
Tối ưu hóa tiết diện các cấu kiện phần thân
Việc thiết kế tối ưu hóa tiết diện các cấu kiện phần thân sẽ dẫn tới tải trọng truyền xuống móng là nhỏ nhất. Thực tế cho thấy các đơn vị thiết kế rất ngại phải điều chỉnh thiết kế, và thường thiết kế theo cách thức: chọn lựa sơ bộ tiết diện và ... chọn luôn tiết diện đó để bố trí cốt thép. Điều này sẽ dẫn tới không chỉ lãng phí vật liệu bê tông mà còn lãng phí vật liệu cốt thép do phải bố trí để không nhỏ hơn hàm lượng tối thiểu cho phép. Việc thiết kế tối ưu tiết diện đem lại khá nhiều hiệu quả mang tính dây chuyền: tiết kiệm chi phí vật liệu, tiết kiệm chi phí nhân công cho vật liệu và công tác lắp dựng ván khuôn, giảm tải trọng cho móng... Lựa chọn phương án kết cấu hợp lý trên thực tế không chỉ phát huy hiệu quả khả năng chịu lực của hệ kết cấu, nó còn ảnh hưởng đến ứng xử động của công trình và do đó, ảnh hưởng tới tác động của tải trọng gió và động đất tác dụng lên công trình.
Sử dụng vật liệu hoàn thiện nhẹ
Việc sử dụng vật liệu nhẹ sẽ trực tiếp làm giảm tải trọng tác dụng lên móng. Gạch nhẹ có trọng lượng xấp xỉ và nhỏ hơn trọng lượng của nước, so với gạch rỗng thì trọng lượng giảm 30%.
Sử dụng mô hình phân tích kết cấu có kể đến sự làm việc đồng thời giữa phần móng và phần thân
Việc sử dụng mô hình làm việc đồng thời giữa phần móng và phần thân sẽ tận dụng được khả năng làm việc của hệ giằng móng, đồng thời cũng phát huy được sự làm việc theo nhóm của hệ cọc, trong đó, sự phân phối lại tải trọng giữa các cọc sẽ làm giảm tải trọng tác dụng lên đầu cọc chịu lực lớn nhất.
Tăng 20% sức chịu tải của cọc đối với trường hợp tổ hợp có tải trọng ngang
Một cách không chính thống như trong các tiêu chuẩn. Hiện nay các đơn vị thiết kế đang sử dụng sức chịu tải cho phép lớn hơn 20% sức chịu tải cho phép tính toán để kiểm tra đối với tổ hợp có tải trọng ngang. Một căn cứ của việc áp dụng này là Chú thích 1, phụ lục A.1, tiêu chuân TCXD 205-1998. Tuy căn cứ này không chặt chẽ, nhưng việc áp dụng cũng mang lại hiệu quả không nhỏ trong thiết kế móng cọc.
Cuối cùng
Việc thiết kế tối ưu đòi hỏi phải xem xét tỉ mỉ các phương án và lựa chọn ra phương án thiết kế đạt hiệu quả kinh tế cao nhất trong khi vẫn đảm bảo điều kiện kỹ thuật. Để làm được điều này, cần có sự hỗ trợ của các phần mềm thiết kế kết cấu nhằm giảm khối lượng công việc, tạo điều kiện đi sâu vào đánh giá các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.
Quan tâm Zalo KetcauSoft để theo dõi các bài viết và tài liệu mới
