Tóm tắt

Khi thiết kế Tải app 28Bet tại Việt Nam hiện nay, kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) thường được kiểm tra giới hạn chịu lửa theo các bảng tra trong QCVN 06:2022 (sửa đổi 1:2023). Với dầm BTCT, giới hạn chịu lửa phụ thuộc vào chiều dày lớp bê tông bảo vệ, chiều rộng tiết diện, và được quy định tại Bảng F.2 QCVN 06:2022. Bảng này cũng nêu rõ các giá trị chỉ dùng cho kết cấu tĩnh định, kết cấu siêu tĩnh được tính toán theo tiêu chuẩn lựa chọn áp dụng. Tuy nhiên, các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam chưa có phương pháp tính toán giới hạn chịu lửa cho kết cấu BTCT. Bài báo trình bày các nguyên tắc thiết kế và các phương pháp tính toán đơn giản cho dầm BTCT chịu uốn theo tiêu chuẩn EN 1992-1-2 khi cháy. Quy trình tính toán theo phương pháp tra bảng, đường đẳng nhiệt 500^oC và phân lớp được làm rõ. Từ đó, ảnh hưởng của chiều dày lớp bê tông bảo vệ đến khả năng chịu uốn của dầm khi cháy được khảo sát. Kết quả cho thấy các bảng tra theo QCVN 06:2022 và EN 1992-1-2 quá thiên về an toàn. Đối với kết cấu dầm BTCT siêu tĩnh, ngay cả với kết cấu dầm tĩnh định, nếu sử dụng các phương pháp tính toán đơn giản của EN 1992-1-2, hoàn toàn có thể giảm bớt chiều dày lớp bê tông bảo vệ được quy định trong Bảng F.2 QCVN 06:2022 và EN 1992-1-2, dẫn tới tiết kiệm chi phí và dễ dàng hơn cho thi công.

Từ khóa: Dầm; bê tông cốt thép; chịu lửa; EN 1992-1-2; QCVN 06.

Abstract:

When design buildings in Vietnam nowadays, reinforced concrete (RC) structures are normally verified their fire resistance according to the tables in QCVN 06:2022 (revised 01:2023). For RC beams, fire resistance depends on the concrete cover thickness, the beam width, and specified in Table F.2 QCVN 06:2022. This table also points out that the values used only for determinate structures, indeterminate structures need to be calculated based on the choosen standards. However, the current Vietnam design codes do not present any methods to calculate the fire resistance for RC structures. This paper presents the design principles and the simplified methods to design RC beams in bending according to EN 1992-1-2 under fire. The detailed design procedures for the tabulated method, the 500^oC isothern method and the zone method are established and illustrated by a number of examples. Thus, the effect of concrete cover thickness to the bending resistance of RC beams in fire is studied. The results show that the tables in QCVN 06:2022 and EN 1992-1-2 are too conservative. For the indeterminate beams, even for the determinate beams, if using the simplified methods of EN 1992-1-2, the concrete cover thickness stipulated in Table F.2 QCVN 06:2022 and EN 1992-1-2 can be reduced, leading to reduce cost and easier for construction.
Keywords: Beams; reinforced concrete; in fire; EN 1992-1-2; QCVN 06.

1. Giới thiệu

Quy chuẩn QCVN 06:2022/BXD (sửa đổi 1:2023) [1] (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn cháy cho nhà và Tải app 28Bet), bài báo viết tắt là QCVN 06, quy định bậc chịu lửa cấp I, II, III và IV cho các Tải app 28Bet Đăng nhập tài khoản 28Bet. Tương ứng với bậc chịu lửa là những khoảng thời gian tương ứng mà các cấu kiện phải đủ khả năng chịu lực.

Tuy nhiên, QCVN 06 cũng như tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông và BTCT TCVN 5574:2018 [2] không đề cập tới sự ảnh hưởng của các yếu tố khác như đường gia nhiệt, tải trọng tác dụng khi cháy, đặc trưng cơ lý của bê tông và cốt thép ở nhiệt độ cao, cũng như không có chỉ dẫn để thiết kế cấu kiện BTCT khi cháy.

Tại Việt Nam, các nghiên cứu về thiết kế kết cấu BTCT chịu lửa còn khá ít. Có một số nghiên cứu về cột BTCT chịu lửa, trong đó các phương pháp tính toán đơn giản theo tiêu chuẩn châu Âu EN 1992-1-2 (EC2-1-2) [3] cũng như phương pháp Đăng nhập tài khoản 28Bet biểu đồ tương tác được trình bày khá cụ thể, rõ ràng [4, 5].

Các nghiên cứu về thiết kế sàn BTCT chịu lửa [6, 7] đã tìm hiểu về các phương pháp tính toán đơn giản và nâng cao theo EC2-1-2. Tác giả N.T. Thắng và N.T. Trung [8] đã khảo sát sự suy giảm khả năng kháng uốn khi cháy của dầm BTCT theo tiêu chuẩn châu Âu. Các nghiên cứu trên đã làm rõ được các khái niệm và quy trình thiết kế theo các phương pháp tính toán đơn giản của tiêu chuẩn EC2-1-2. 

Khi thiết kế Tải app 28Bet tại Việt Nam hiện nay, các kỹ sư thường kiểm tra giới hạn chịu lửa của các cấu kiện theo các bảng tra trong QCVN 06:2022 (sửa đổi 1:2023). Với dầm BTCT, giới hạn chịu lửa phụ thuộc vào chiều dày lớp bê tông bảo vệ, chiều rộng tiết diện, và được quy định tại Bảng F.2 QCVN 06:2022.

Tuy nhiên, bảng này cũng nêu rõ các giá trị chỉ dùng cho kết cấu tĩnh định, kết cấu siêu tĩnh được tính toán theo tiêu chuẩn lựa chọn áp dụng. Điều này dẫn tới chiều dày lớp bê tông bảo vệ cho dầm theo yêu cầu khá cao, dẫn tới khó khăn khi thiết kế (phải tăng kích thước dầm, phải tăng lượng cốt thép, chi phí tốn kém hơn), và thi công (đôi khi phải thêm lưới thép).

Do vậy, bài báo này khảo sát ảnh hưởng của chiều dày lớp bê tông bảo vệ đến khả năng chịu uốn của dầm BTCT khi cháy. Các nguyên lý cơ bản khi thiết kế cấu kiện BTCT khi cháy theo EC2-1-2 được trình bày.

Quy trình tính toán theo phương pháp tra bảng theo QCVN 06 và EC2-1-2, phương pháp đường đẳng nhiệt 500^oC và phương pháp phân vùng theo EC2-1-2 cho dầm BTCT được làm rõ, đi kèm với ví dụ cụ thể. Từ đó, ảnh hưởng của chiều dày lớp bê tông bảo vệ đến khả năng chịu lực khi cháy của dầm BTCT được khảo sát.

2. Nguyên tắc thiết kế cấu kiện BTCT chịu lửa theo EC2-1-2

2.1. Đường gia nhiệt tiêu chuẩn

Khi thiết kế cấu kiện BTCT chịu lửa, đường cong gia nhiệt tiêu chuẩn ISO-834 [9] thường được sử dụng để biểu diễn việc biến thiên nhiệt độ ở các mặt chịu lửa theo thời gian. Đây là đường cong phổ biến được sử dụng để tính toán kết cấu khi cháy, và được cho bởi công thức (1), trong đó t là thời gian (phút), 20 là nhiệt độ Thể thao 28bet.

2.2. Tổ hợp hệ quả của các tác động khi chịu lửa

Hệ quả của các tác động khi chịu lửa có thể được xác định theo phương pháp tổ hợp trực tiếp hoặc phương pháp tổ hợp gián tiếp. Theo phương pháp trực tiếp, tổ hợp tải trọng khi cháy được xác định bao gồm tĩnh tải tiêu chuẩn và hoạt tải tiêu chuẩn nhân với hệ số ψ₂ (hệ số phụ thuộc vào loại Tải app 28Bet lấy theo tiêu chuẩn EN 1990 [10]. Từ tổ hợp tải trọng này, hệ quả các tác động sẽ được xác định dựa theo các phương pháp thông thường của cơ học kết cấu.

Theo phương pháp gián tiếp, hệ quả của các tác động khi chịu lửa có thể được xác định từ phân tích kết cấu ở nhiệt độ thường như công thức (2).

trong đó E_d là giá trị nội lực tính toán tương ứng ở nhiệt độ thường, với quy tắc tổ hợp cơ bản của các tác động; E_d,fi là giá trị nội lực tính toán tương ứng trong trường hợp cháy; η_fi là hệ số giảm tải trọng trong trường hợp cháy, xác định bởi công thức (3).

Q_k,1 là giá trị tiêu chuẩn của hoạt tải; G_k là giá trị tiêu chuẩn của tĩnh tải; γ_G là hệ số an toàn về tải trọng cho tĩnh tải; γ_Q,1 là hệ số an toàn về tải trọng cho hoạt tải; ψ_fi là hệ số tổ hợp cho các giá trị tải trọng thường xuyên hoặc tải trọng gần như thường xuyên được lấy bằng ψ_1,1 hoặc ψ_2,1 theo tiêu chuẩn EN 1990.

2.3. Các tiêu chí về khả năng chịu lửa của kết cấu

Cấu kiện Đăng nhập tài khoản 28Bet được đặc trưng bằng tính chịu lửa và tính nguy hiểm cháy. Tính chịu lửa của một cấu kiện được thể hiện bằng giới hạn chịu lửa của cấu kiện đó. Tính nguy hiểm cháy của một cấu kiện được đặc trưng bằng cấp nguy hiểm cháy của nó.

Giới hạn chịu lửa của cấu kiện Đăng nhập tài khoản 28Bet được xác định bằng khoảng thời gian (tính bằng phút), có thể được xác định bằng thử nghiệm theo ISO-834 [9], bằng tính toán theo tiêu chuẩn hoặc bằng cách đối chiếu với giới hạn chịu lửa danh định cho đến khi xuất hiện một hoặc một số dấu hiệu nối tiếp nhau của các điều kiện giới hạn được quy định đối với cấu kiện như sau: (i) mất khả năng chịu lực (khả năng chịu lực được ký hiệu bằng chữ R); (ii) mất tính toàn vẹn (tính toàn vẹn được ký hiệu bằng chữ E); (iii) mất khả năng cách nhiệt (khả năng cách nhiệt được ký hiệu bằng chữ I).

Ba điều kiện R, E, I đều được quy định trong QCVN 06 và EC2-1-2. Giới hạn chịu lửa yêu cầu của cấu kiện Đăng nhập tài khoản 28Bet được ký hiệu bằng REI, EI, RE hoặc R kèm theo các chỉ số tương ứng về thời gian chịu tác động của lửa tính bằng phút. Ví dụ cấu kiện có giới hạn chịu lửa yêu cầu là R 60, thì cấu kiện phải duy trì khả năng chịu lực trong thời gian tối thiểu 60 phút, không yêu cầu về khả năng cách nhiệt và tính toàn vẹn.

Đối với kết cấu chịu lực thì tiêu chí R là quan trọng nhất. Trong một khoảng thời gian xác định, dưới tác động của đường gia nhiệt tiêu chuẩn ISO-834, khả năng chịu lửa theo tiêu chí R cần được kiểm tra theo điều kiện sau:

trong đó R_d,t,fi là khả năng chịu lực thiết kế trong điều kiện nhiệt độ cao, với một hệ số suy giảm k_fi so với khả năng chịu lực R_d ở nhiệt độ thường.

2.4. Tính chất cơ lý của bê tông và cốt thép ở nhiệt độ cao

Để thiết kế kết cấu BTCT chịu lửa, các thông số quan trọng nhất là quan hệ ứng suất - biến dạng và sự suy giảm cường độ của bê tông và cốt thép. Các thông số này được quy định trong EC2-1-2 và được chỉ ra trên Hình 1 và Hình 2.

3. Phương pháp tra bảng theo QCVN 06:2022 và các phương pháp thiết kế dầm BTCT chịu lửa theo EC2-1-2

Đối với các cấu kiện BTCT chịu lửa, QCVN 06 chỉ đưa ra các chỉ dẫn mang tính mô tả dưới dạng bảng biểu, trong đó quy định cấp chịu lửa của kết cấu phụ thuộc vào bề dày lớp bê tông bảo vệ và kích thước nhỏ nhất của tiết diện chịu lực.  

Trong khi đó, EC2-1-2 trình bày ba phương pháp tính toán kết cấu chịu lửa là phương pháp tra bảng, phương pháp đơn giản và phương pháp nâng cao. Khái niệm và phạm vi áp dụng của ba phương pháp được liệt kê trong Bảng 1 [3] của EC2-1-2.

Phương pháp đơn giản tính toán khả năng chịu lực của cấu kiện dựa trên các ứng xử nhiệt và ứng xử cơ học của vật liệu và kết cấu khi chịu tác động của một đường gia nhiệt cho trước (thường là đường gia nhiệt tiêu chuẩn). Đối với phương pháp nâng cao, khả năng chịu lực của kết cấu được xác định theo các mô hình tính toán nâng cao, và có thể chịu tác động của một đường gia nhiệt bất kỳ.

Phương pháp tra bảng theo QCVN 06 và EC2-1-2, phương pháp đường đẳng nhiệt 500^oC và phương pháp phân lớp cho dầm BTCT được trình bày dưới đây.

3.1. Phương pháp tra bảng theo QCVN 06:2022

Căn cứ vào bậc chịu lửa của nhà, Tải app 28Bet và khoang cháy, xác định được giới hạn chịu lửa yêu cầu của cấu kiện chịu lực như cột, tường, dầm, sàn. Từ giới hạn chịu lửa này, QCVN 06 quy định chiều dày trung bình của lớp bê tông bảo vệ cốt thép chịu lực, chiều rộng nhỏ nhất của tiết diện cấu kiện để bảo đảm giới hạn chịu lửa.

Các giá trị được cho trong Bảng F.3 [1] cho dầm BTCT và Bảng F.4 [1] cho dầm BTCT ứng suất trước. Lưu ý rằng QCVN 06 chỉ có các bảng tra cho dầm tĩnh định, mà không có cho dầm siêu tĩnh.

3.2. Phương pháp tra bảng theo EC2-1-2 

EC2-1-2 cũng quy định chiều rộng nhỏ nhất của tiết diện dầm b_min để bảo đảm giới hạn chịu lửa. Tuy nhiên, các bảng tra theo EC2-1-2 dựa trên khái niệm khoảng cách trục danh định a, chứ không dựa vào chiều dày lớp bê tông bảo vệ như QCVN 06. Cách xác định khoảng cách trục a được chỉ ra trong Hình 3.

Khi cốt thép được bố trí thành nhiều lớp, bao gồm cả cốt thép thường hoặc thép dự ứng lực với cường độ đặc trưng f_yk và f_pk giống nhau tương ứng, khoảng cách trục trung bình a_m không được nhỏ hơn khoảng cách trục thành phần được cho trong các bảng tra.

Các giá trị bảng tra cho dầm được cho ở Bảng 5.5 EC2-1-2 [3] cho dầm đơn giản, và Bảng 5.6 EC2-1-2 [3] cho dầm liên tục. Các giá trị này tương ứng với hệ số giảm tải trọng η_fi = 0.7. Bảng 5.5 và

5.6 đưa ra nhiều tổ hợp tương ứng cho giá trị a và b_min, không cố định 1 giá trị như QCVN 06.

Ví dụ, với dầm đơn giản chịu lửa R60, khi b_min = 120mm thì khoảng cách trục yêu cầu a là 40mm, nhưng khi b_min = 200mm thì khoảng cách trục yêu cầu chỉ là 30mm. Với dầm ứng lực trước, giá trị khoảng cách trục trong bảng được tăng thêm 10mm khi dùng thép thanh ứng lực trước, và 15mm khi dùng cáp ứng lực trước.

3.3. Phương pháp đường đẳng nhiệt 500^oC 

Khi cấu kiện dầm BTCT có tiết diện chữ nhật bị gia nhiệt từ mặt ngoài theo đường nhiệt độ - thời gian tiêu chuẩn ISO 834, sự truyền nhiệt giữa Thể thao 28bet ngoài với cấu kiện BTCT diễn ra thông qua các hiện tượng đối lưu (định luật Newton) và bức xạ nhiệt (định luật Stephan-Boltzman).

Để đơn giản hóa, giả thiết bỏ qua sự ảnh hưởng của cốt thép và nhiệt độ tại vị trí cốt thép được lấy bằng nhiệt độ của bê tông xung quanh nó. Như vậy, tại một thời điểm nhất định kể từ khi bắt đầu bị gia nhiệt, nhiệt độ tại các điểm bên trong tiết diện dầm là khác nhau và giảm dần từ bên ngoài và bên trong, các điểm có nhiệt độ bằng nhau tạo nên nhiều họ đường đẳng nhiệt khép kín trong tiết diện.

Phụ lục A của EC2-1.2 cung cấp thông tin về sự phân bố nhiệt độ cho một số dầm BTCT tiết diện chữ nhật tại 30, 60, 90, 120, 180 và 240 phút (ký hiệu tương ứng là R30, R60, R90, R120, R180 và R240), và các đường đẳng nhiệt trên 1/4 tiết diện của dầm tại các thời điểm R60, R90 và R120.

Phương pháp đường đẳng nhiệt được Anderberg [11] đề xuất dựa trên một loạt kết quả thí nghiệm cháy đối với cấu kiện chịu uốn. Tuy nhiên, giới hạn áp dụng của phương pháp này là chỉ áp dụng khi cấu kiện có một bề rộng tối thiểu và chịu cháy theo đường gia nhiệt tiêu chuẩn hoặc theo tải trọng gây cháy khi chịu đường gia nhiệt có tham số. Nếu sử dụng đường gia nhiệt có tham số, hệ số lỗ mở O phải lớn hơn 0,14 m^1/2.

Việc tính toán theo phương pháp này được tiến hành dựa trên các giả thiết: (1) phần bê tông bên trong đường đẳng nhiệt 500^oC sẽ không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ; và (2) hệ số giảm cường độ đối với cốt thép (giả thiết là thép thuộc loại N) chịu nén và chịu kéo được lấy theo mục 2.4.

Phương pháp tính toán đơn giản bao gồm việc giảm kích thước tiết diện ngang theo vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt độ từ bề mặt bê tông. Chiều dày của vùng bê tông bị thiệt hại, a500, bằng với chiều cao trung bình của đường đẳng nhiệt 500^oC trong vùng bê tông chịu nén của tiết diện ngang.

Vùng bê tông có nhiệt độ vượt quá 500^oC được giả thiết là không còn khả năng chịu lực, trong khi phần tiết diện bê tông còn lại sẽ duy trì được cường độ và mô đun đàn hồi ban đầu. Từ đó, khả năng chịu lực của một tiết diện BTCT trong tình huống cháy theo phương pháp đường đẳng nhiệt 500^oC được xác định như sau:

(a) Xác định nội lực của kết cấu khi chịu lửa theo các nguyên tắc được trình bày trong mục 2.2.

(b) Xác định các đường đẳng nhiệt 500°C khi tiết diện bị tác động của đường gia nhiệt tiêu chuẩn.  

(c) Xác định chiều rộng bfi mới và chiều cao hiệu quả dfi mới của tiết diện bằng cách loại trừ các phần bê tông nằm bên ngoài đường đẳng nhiệt 500°C. 

(d) Xác định nhiệt độ của cốt thép trong vùng nén và vùng kéo. Nhiệt độ của từng thanh cốt thép có thể được xác định từ biểu đồ phân bố nhiệt độ cho trong Phụ lục A của EC2-1.2 và được lấy là nhiệt độ tại trọng tâm tiết diện cốt thép. Một số thanh cốt thép có thể nằm ngoài tiết diện ngang suy giảm, như thể hiện trong Hình 3. Mặc dù vậy, các thanh thép này vẫn có thể được kể tới trong tính toán.

(e) Xác định cường độ suy giảm theo nhiệt độ của cốt thép; 

(f) Sử dụng cách tính toán thông thường cho tiết diện ngang suy giảm để xác định khả năng chịu lực tới hạn của tiết diện;

(g) So sánh khả năng chịu lực tới hạn của tiết diện với nội lực gây bởi tải trọng thiết kế khi cháy.

Hình 4 minh họa việc tính toán khả năng chịu lực của một tiết diện ngang với cốt thép chịu kéo và chịu nén. Chi tiết cách tính và các ví dụ cụ thể có thể tham khảo trong tài liệu [8].

trong đó: b_fi là chiều rộng của tiết diện ngang hiệu quả (đã tính đến suy giảm); dfi là chiều cao tính toán hiệu quả của tiết diện ngang; Z là cánh tay đòn nội ngẫu lực giữa cốt thép chịu kéo và bê tông; Z’ là cánh tay đòn nội ngẫu lực giữa cốt thép chịu kéo và chịu nén; A_s là diện tích cốt thép chịu kéo; A_S1 là lượng cốt thép kéo cân bằng với khối bê tông chịu nén ; A_S2 là lượng cốt thép kéo cân bằng với lượng cốt thép chịu nén ; A’_s là diện tích cốt thép nén; f_cd,fi(20) là cường độ thiết kế chịu nén của bê tông ở nhiệt độ thường; f_sd,fi(θ_m) là cường độ chịu kéo của cốt thép khi cháy ở nhiệt độ trung bình θ_m; f_scd,fi(θ_m) là cường độ chịu nén của cốt thép khi cháy ở nhiệt độ trung bình θ_m.

3.4. Phương pháp phân lớp 

Trong phương pháp phân lớp, tiết diện ngang của cấu kiện được phân chia thành nhiều lớp khác nhau. Mặc dù tốn nhiều thời gian tính toán hơn, nhưng phương pháp này cho kết quả chính xác hơn so với phương pháp đường đẳng nhiệt 500°C. Phương pháp này có thể áp dụng cho bất kỳ đường gia nhiệt nào, tuy nhiên số liệu cung cấp trong EC2.1-2 chỉ áp dụng cho đường gia nhiệt tiêu chuẩn.

Trong phương pháp này, tiết diện ngang của cấu kiện được chia thành một số lớp (n ≥ 3) song song hình chữ nhật có độ dày bằng nhau, nơi nhiệt độ trung bình, cường độ trung bình f_cd(θ) và mô đun đàn hồi tương ứng được tính toán. Tiết diện bị ảnh hưởng bởi tác động nhiệt được thay thế bởi một tiết diện suy giảm, bằng cách bỏ đi các lớp bê tông phía ngoài đã bị hư hại (Hình 5).

Hệ số suy giảm trung bình của bê tông k_c,m có thể được tính bằng biểu thức (5). Chiều rộng của vùng thiệt hại của dầm, tấm hoặc phần tử chịu cắt phẳng có thể được tính bằng biểu thức (6).

trong đó: n là số lượng các đường song song trong chiều rộng w; w là một nửa chiều rộng và m là tổng số lớp; k_c(θ_m) là hệ số suy giảm cho bê tông tại điểm M.

Khi xác định được mặt cắt ngang suy giảm cũng như các giá trị suy giảm của cường độ và môđun biến dạng, việc thiết kế tương tự như quy trình tại điều kiện nhiệt độ thường nhưng sử dụng thêm hệ số γ_M,fi.

4. Khảo sát ảnh hưởng của chiều dày lớp bê tông bảo vệ đến khả năng chịu uốn của dầm khi cháy

Để khảo sát ảnh hưởng của chiều dày lớp bê tông bảo vệ đến khả năng chịu uốn của dầm, 2 dầm đơn giản, 1 dầm liên tục với tiết diện khác nhau được tính toán theo phương pháp tra bảng, phương pháp đường đẳng nhiệt 500^oC và phương pháp phân lớp.

Dầm chịu ba mặt tiếp xúc với lửa tại mặt dưới và hai mặt bên của dầm theo đường gia nhiệt tiêu chuẩn ISO-834. Khả năng chịu lực khi cháy với chiều dày lớp bê tông bảo vệ khác nhau được tính toán.  

4.1. Dầm đơn giản

Ví dụ 1: Xét một dầm đơn giản tiết diện chữ nhật bxh = 250x500 mm, tại giữa nhịp bố trí thép chịu lực lớp dưới là 3Φ22, lớp trên 2Φ16. Bê tông C25/30 có f_ck = 25MPa (tương đương cấp độ bền B30). Cốt thép có cường độ chịu kéo đặc trưng f_yk = 500 MPa. Mô men mà dầm phải chịu trong điều kiện cháy M_fi,max = 100 kNm. Lớp bê tông bảo vệ khi thiết kế ở nhiệt độ thường là c = 25mm.

Dầm được kiểm tra khả năng chịu lực khi chịu tác động của đường gia nhiệt tiêu chuẩn ISO 834 sau 60, 90, 120, 180, 240 phút. Kết quả của phương pháp tra bảng được cho trong Bảng 1, và kết quả tính toán theo phương pháp đường đẳng nhiệt và phân lớp được cho trong Bảng 2.

Trong đó c_yc là chiều dày lớp bê tông bảo vệ yêu cầu, a là khoảng cách trục trung bình, M_u là khả năng chịu uốn của dầm. Với phương pháp tra bảng theo EC2-1-2, giá trị b_min và a được chọn tương ứng với bề rộng của dầm là 250mm.

Bảng 1. Dầm đơn giản tiết diện 250x500 theo phương pháp tra bảng 

Bảng 2. Dầm đơn giản tiết diện 250x500 theo phương pháp tính toán đơn giản

Kết quả cho thấy đối với dầm đơn giản, nếu sử dụng phương pháp tra bảng, chiều dày lớp bê tông bảo vệ yêu cầu theo EC2-1-2 lớn hơn so với QCVN 06, chỉ nhỏ hơn trong trường hợp chịu lửa R60 và R90. Nếu sử dụng phương pháp tra bảng, dầm chỉ đủ khả năng kháng cháy R60 với lớp bê tông bảo vệ yêu cầu là 25mm theo QCVN 06, và 20mm theo EC2-1-2. 

Nếu tính theo phương pháp đơn giản, dầm có đủ khả năng chịu lực khi cháy trong 90 phút (R90) với c = 25mm. Nếu c = 35mm, dầm đạt R120, trong khi đó theo yêu cầu của QCVN 06 là 45mm và theo EC2-1-2 là 49mm. Với chiều dày lớp bê tông bảo vệ là 35mm, và bề rộng dầm 250, dầm không đủ khả năng kháng cháy đến 240 phút.

Phương pháp phân lớp cho kết quả lớn hơn phương pháp đường đẳng nhiệt khoảng 1% đến 5%, vì phương pháp phân lớp tính chính xác hơn lực nén trong bê tông do được chia thành nhiều lớp khi xác định nhiệt độ.

Ví dụ 2: Xét một dầm đơn giản tiết diện chữ nhật bxh = 500x800 mm, tại giữa nhịp bố trí thép chịu lực lớp dưới là 5Φ28, lớp trên 5Φ18. Bê tông C28/35 có f_ck = 28MPa (tương đương cấp độ bền B35). Cốt thép có cường độ chịu kéo đặc trưng f_yk = 500 MPa. Mô men mà dầm phải chịu trong điều kiện cháy M_fi,max = 364,5 kNm. Lớp bê tông bảo vệ khi thiết kế ở nhiệt độ thường c = 30mm.

Dầm được kiểm tra khả năng chịu lực khi chịu tác động của đường gia nhiệt tiêu chuẩn ISO 834 sau 60, 90, 120, 180, 240 phút. Kết quả của phương pháp tra bảng được cho trong Bảng 3, và kết quả tính toán theo phương pháp đường đẳng nhiệt và phân lớp được cho trong Bảng 4.

Bảng 3. Dầm đơn giản tiết diện 500x800 theo phương pháp tra bảng

* Lớp bê tông bảo vệ theo thiết kế ở nhiệt độ thường

Bảng 4. Dầm đơn giản tiết diện 500x800 theo phương pháp tính toán đơn giản

Với tiết diện dầm 500x800 và ở nhiệt độ thường c = 30mm, theo QCVN 06 dầm chỉ được phép chịu cháy trong 75 phút theo nội suy, trong khi tra bảng theo EC2-1-2 dầm có thể chịu được lực khi cháy trong 168 phút. Còn nếu tính theo phương pháp đường đẳng nhiệt, dầm đạt R180.

Theo QCVN 06, để có thể chịu cháy trong 240 phút, cần lớp bê tông bảo vệ dày 65mm, nếu theo tính toán theo EC2-1-2 thì chỉ cần dày 45mm. Khi lớp bê tông bảo vệ quá dày, việc thiết kế và thi công sẽ gặp khó khăn.

4.2. Dầm liên tục 2 nhịp

Ví dụ 3: Xét một dầm liên tục tiết diện chữ nhật bxh = 250x500 mm, nhịp dầm đều nhau là 5m. Tại giữa nhịp bố trí thép chịu lực lớp dưới là 3Φ22, trên gối bố trí 3Φ22. Bê tông C25/30 có f_ck = 25MPa (tương đương cấp độ bền B30). Cốt thép có cường độ chịu kéo đặc trưng f_yk = 500 MPa. Tổng tĩnh tải và hoạt tải trong điều kiện cháy là 35 kN/m, tương ứng với mô men giữa nhịp là M_fi,max = 61,25 kNm, mô men gối là M_fi,min = 109,38 kNm. Lớp bê tông bảo vệ khi thiết kế ở nhiệt độ thường c = 25mm.

Kết quả được cho trong Bảng 5. Lưu ý rằng bảng tra trong QCVN 06 chỉ áp dụng cho dầm tĩnh định, mà không có các bảng tra cho dầm siêu tĩnh. Các giá trị theo bảng tra của QCVN 06 cho dầm đơn giản được đưa vào Bảng 5 chỉ để tham chiếu, trong khi đó EC2-1-2 có bảng tra riêng cho dầm đơn giản và liên tục.

Với mô men âm tại gối, vùng nén ở thớ dưới, là mặt tiếp xúc trực tiếp với lửa nên phương pháp phân lớp sẽ cho kết quả chính xác hơn phương pháp vùng đẳng nhiệt 500^oC. Do vậy, trong ví dụ này, vùng mô men dương giữa nhịp sẽ được tính bằng phương pháp đường đẳng nhiệt, vùng mô men âm tại gối sẽ được tính bằng phương pháp đường phân lớp. 

Bảng 5. Dầm liên tục tiết diện 250x500 theo EC2-1-2

* Lớp bê tông bảo vệ theo thiết kế ở nhiệt độ thường 

Kết quả cho thấy nếu chọn lớp bê tông bảo vệ c theo QCVN 06 thì dầm chỉ đạt khả năng kháng cháy R60, trong khi theo tính toán nếu chọn lớp bê tông bảo vệ là 25mm thì dầm có khả năng kháng cháy tới R120. Ngay cả nếu chỉ chọn c = 20mm thì dầm cũng có thể kháng cháy được R90. Khi chọn c = 35mm, dầm có khả năng kháng cháy tới R120, nhưng không đủ cho R180 tại tiết diện giữa nhịp. Có thể xử lý bằng cách đặt thêm cốt thép tại tiết diện giữa nhịp dầm.

4.3. Thảo luận

Hiện nay để kiểm tra khả năng chịu lửa của kết cấu dầm, sàn, các kỹ sư thường sử dụng các bảng tra theo QCVN 06. Các bảng tra này cũng nêu rõ các giá trị chỉ dùng cho kết cấu tĩnh định, các kết cấu siêu tĩnh được tính toán theo tiêu chuẩn lựa chọn áp dụng. Tuy nhiên, đa phần trên thực tế, dầm trong các Tải app 28Bet nhà là dầm siêu tĩnh.

Các phương pháp tra bảng theo QCVN 06 và EC2-1-2 thiên về quá an toàn. Để có thể tối ưu được chiều dày lớp bê tông bảo vệ, có thể tính toán khả năng chịu lực khi cháy của dầm bằng các phương pháp tính toán đơn giản theo EC2-1-2.

Các ví dụ trên cho thấy kết quả lớp bê tông bảo vệ theo tính toán kháng cháy của dầm siêu tĩnh, ngay cả với dầm đơn giản, cũng sẽ nhỏ hơn kết quả lựa chọn theo bảng tra khá nhiều. Điều này giúp giảm được chiều cao dầm và một lượng lớn cốt thép khi thiết kế dầm ở nhiệt độ thường, vì lớp bê tông bảo vệ nhỏ hơn sẽ cho chiều cao làm việc lớn hơn, dẫn tới tăng khả năng chịu lực của dầm.     

5. Kết luận

Bài báo trình bày các phương pháp tra bảng theo QCVN 06 và EC2-1-2, và các phương pháp tính toán đơn giản cho dầm BTCT theo EC2-1-2. Phương pháp tra bảng chỉ đưa ra các kết quả định tính theo đường gia nhiệt ISO 834, trong khi phương pháp đường đẳng nhiệt 500^oC và phương pháp phân lớp cho phép tính toán khả năng chịu uốn của dầm theo các loại đường gia nhiệt lên tới 4 giờ (R240). 

Ảnh hưởng của chiều dày lớp bê tông bảo vệ đến khả năng chịu uốn của dầm khi cháy được khảo sát. Kết quả cho thấy phương pháp bảng tra theo QCVN 06 và EC2-1-2 quá thiên về an toàn. Đối với kết cấu dầm BTCT siêu tĩnh, ngay cả với kết cấu dầm tĩnh định, nếu sử dụng các phương pháp tính toán đơn giản theo EC2-1-2, hoàn toàn có thể giảm bớt chiều dày lớp bê tông bảo vệ được quy định trong Bảng F.2 QCVN 06 và EC2-1-2.

Từ đó, có thể giảm được chiều cao dầm và một lượng lớn cốt thép khi thiết kế dầm ở nhiệt độ thường. Đồng thời, cũng tiết kiệm được chi phí, dễ dàng hơn khi thi công, tránh được việc phải sử dụng lớp bê tông quá dày và phải đặt lưới thép phụ. 

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] QCVN 06:2022/BXD - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn cháy cho nhà và Tải app 28Bet. 2022.
[2] TCVN 5574:2018 Concrete and reinforced concrete structures - Design standard. Ministry of Science and Technology. 
[3] EN 1992-1-2: Design of concrete structures. Part 1-2: General rules - Structural fire design. 2004.
[4] Thắng N.T. (2017). Xác định khả năng chịu lửa của cột bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn EC2-1-2. 28Bet là nền tảng cá cược trực tuyến có chất lượng dịch vụ cao cấp nhất Việt Nam.
[5] Thắng N.T. and Ninh N.T. (2016). Biểu đồ tương tác của cột bê tông cốt thép ở nhiệt độ cao theo tiêu chuẩn châu Âu EC2. Tạp chí Khoa học Công nghệ Đăng nhập tài khoản 28Bet (KHCNXD) - ĐHXD, 10(2): 55-61.
[6] Trung N.T., Hai, D. V., Phương, P. M. (2019). Đánh giá khả năng chịu lửa của sàn bê tông cốt thép bằng các phương pháp đơn giản theo tiêu chuẩn EN 1992-1-2. Tạp chí Khoa học Công nghệ Đăng nhập tài khoản 28Bet (KHCNXD) - ĐHXD, 13(2V)(13): 41-52.
[7] Trung N.T. (2020). Thiết lập mô hình số bằng ABAQUS khảo sát khả năng chịu lửa của sàn bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn EN 1992-1-2. 28Bet là nền tảng cá cược trực tuyến có chất lượng dịch vụ cao cấp nhất Việt Nam, Bộ Cổng Game 28BET Uy Tín Hàng Đầu, 5-2020: 156-160.
[8] Thắng N.T. and Trung N.T. (2019). Khảo sát sự suy giảm khả năng kháng uốn khi cháy của dầm bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn châu Âu. Tạp chí Khoa học Công nghệ Đăng nhập tài khoản 28Bet (KHCNXD) - ĐHXD, 13(4V): 22-34.
[9] ISO 834-1:1999 Fire-resistance tests - Elements of building construction - Part 1: General requirements. 1975.
[10]  EN 1990 Eurocode - Basic of structural design. Brussels, Belgium. 2002.
[11] Y. Anderberg S.E.M.P.S.T.-s. and Wickstrom U. (1978). An Analytical Approach to Fire Engineering Design of Concrete Structures. ACI Symposium Publication, 55.