Tóm tắt: Các tỉnh ven biển của Việt Nam ngày càng được đầu tư và phát triển, các dự án cao tầng phát triển rất nhanh chóng. Vì vậy, việc tính toán thiết kế kết cấu bê tông cốt thép cho các công trình cao tầng vùng ven biển cũng trở nên quan trọng. Tiêu chuẩn hiện hành TCVN 9346:2012 về yêu cầu bảo vệ chống ăn mòn cho các công trình bê tông và bê tông cốt thép trong môi trường biển được sử dụng phổ biến trong công tác thiết kế và thẩm tra, tuy nhiên việc áp dụng tiêu chuẩn này trên thực tế còn bất cập về yêu cầu chiều rộng khe nứt giới hạn. Vì vậy, qua bài báo này, tác giả muốn so sánh các yêu cầu về chiều rộng khe nứt giới hạn của TCVN 9346:2012 với tiêu chuẩn châu Âu EC2 và ảnh hưởng tới việc thiết kế, qua đó đưa ra lời khuyên cho các kỹ sư về việc áp dụng tiêu chuẩn thiết kế công trình cao tầng bê tông cốt thép (BTCT) nằm trong vùng ven biển.
1. Giới thiệu
Việt Nam có nhiều lợi thế so với quốc tế, trong đó lợi thế về vị trí lãnh thổ và các điều kiện tự nhiên nổi trội, là vùng đặc quyền kinh tế biển rộng khoảng 1 triệu km2, với gần 3.260 km dải bờ biển, trong đó khoảng hơn 100.000 ha đầm phá và vịnh kín, 290.000 ha bãi triều, rừng ngập mặn và hơn 100 cửa sông. Cùng với việc phát triển về kinh tế cho các thành phố ven biển, những công trình nhà ở, khách sạn, văn phòng cao tầng được đầu tư xây dựng với tốc độ rất cao trong những năm gần đây. Các thành phố ven biển như Đà Nẵng, Quảng Ninh, Quy Nhơn,… đều đã có những dự án cao đến 30 tầng, thậm chí lên đến 40-50 tầng được hoàn thiện và đưa vào sử dụng (hình 1).
Với những ưu điểm vốn có của mình so với các loại vật liệu khác thì bê tông cốt thép vẫn đang là loại vật liệu chủ yếu được sử dụng cho các kết cấu chịu lực trong các công trình cao tầng. Việc tính toán thiết kế kết cấu bê tông cốt thép cho các công trình vùng ven biển cũng được đầu tư nghiên cứu. Tiêu chuẩn hiện hành TCVN 9346:2012 về yêu cầu bảo vệ chống ăn mòn cho các công trình bê tông và bê tông cốt thép trong môi trường biển, tuy nhiên việc áp dụng tiêu chuẩn này trên thực tế còn khá nhiều bất cập. Trong các yêu cầu chống ăn mòn khi thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép, điều kiện quy định về chiều rộng khe nứt giới hạn ảnh hưởng nhiều nhất đến tuổi thọ, độ an toàn và tính kinh tế của công trình [1], [2], [3]. Mặc dù vậy những quy định này trong tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9346:2012 lại chặt hơn rất nhiều so với tiêu chuẩn châu Âu [4][9]. Một số nghiên cứu trên thế giới cũng cho thấy rằng khi chiều rộng khe nứt nhỏ hơn 0.3mm thì sự ăn mòn cốt thép xảy ra không đáng kể [6]. Vì vậy, những nghiên cứu sau đây sẽ tập trung phân tích so sánh quy định chiều rộng khe nứt giới hạn và ảnh hưởng của những quy định này tới việc thiết kế công trình bê tông cốt thép.
2. Nguyên lý tính toán và yêu cầu chiều rộng khe nứt giới hạn trong các tiêu chuẩn thiết kế
2.1. Các quy định theo tiêu chuẩn Việt Nam
Yêu cầu tối thiểu về chiều rộng khe nứt giới hạn của kết cấu công trình được quy định ở bảng 1
Chiều rộng khe nứt giới hạn quy định trong bảng 1 có giá trị nhỏ hơn nhiều so với những quy định trong tiêu chuẩn thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép thông thường trong TCVN 5574:2018.
2.2. Các quy định theo tiêu chuẩn châu Âu
Tiêu chuẩn châu Âu EN 206-1, xuất bản vào năm 2000, được phân loại các cấp độ phơi lộ dựa trên mức độ và cơ chế ăn mòn khác nhau. Bảng 2 cung cấp phân loại các cấp độ phơi lộ theo tiêu chuẩn châu Âu, có sáu loại chính: không có nguy cơ bị ăn mòn, ăn mòn do cacbonat hóa, ăn mòn gây ra bởi clorua không phải từ nước biển, ăn mòn do clorua từ nước biển gây ra, ăn mòn do đóng băng/tan băng có hoặc không khử băng muối, ăn mòn hóa học. Trong đó có 3 loại gặp phổ biến trong kết cấu nhà vùng ven biển ở Việt Nam.
Yêu cầu về chiều rộng khe nứt tương ứng với các cấp độ phơi lộ theo EC2 được quy định trong bảng 3
2.3. Nhận xét
Có thể thấy rằng các quy định phân loại về môi trường làm việc của cấu kiện bê tông cốt thép được nêu rất rõ ràng trong tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn châu Âu. Tuy nhiên, có sự khác biệt lớn giữa hai tiêu chuẩn về lượng trong các quy định này. Sự khác biệt trong thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép được sử dụng phổ biến với các công trình nằm trong vùng khí quyển (cách bờ biển < 1km) như trong bảng 4:
3. Khảo sát tính toán
Khảo sát tính toán được tiến hành tính toán cho một số nhóm cấu kiện chịu uốn tiêu biểu trong các công trình cao tầng thuộc vùng khí quyển gần bờ: cấu kiện đài cọc, cấu kiện dầm chuyển nằm trong nhà, cấu kiện dầm thường nằm ngoài nhà.
Tiến hành tính toán diện tích cốt thép cho một số cấu kiện tiêu biểu thỏa mãn điều kiện chiều rộng khe nứt giới hạn quy định theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9346:2012 và tiêu chuẩn châu Âu EC2, ta có như sau:
4. Kết luận
– Điều kiện chiều rộng khe nứt giới hạn của TCVN 9346:2012 và tiêu chuẩn châu Âu EC2 (là một tiêu chuẩn đang được sử dụng ngày càng rộng rãi trên thế giới) chênh lệch đáng kể. Như vậy cần xem xét lại tính hợp lý của tiêu chuẩn về điều kiện chiều rộng khe nứt giới hạn trong tiêu chuẩn TCVN 9346:2012;
– Khi sử dụng TCVN 9346:2012, hàm lượng cốt thép của đài cọc có thể tăng khoảng 3 lần, hàm lượng cốt thép dầm có thể tăng từ 2 đến 3 lần. Điều này sẽ làm tăng đáng kể giá thành của công trình;
– Các kỹ sư cần cân nhắc lựa chọn tiêu chuẩn thiết kế cho các công trình ven biển để đảm bảo tính an toàn và kinh tế cho công trình.
Mục 2,3,4, các bạn có thể tìm hiểu kĩ hơn ở trong bài NCKH. Các bạn vui lòng tải tại đây.