Như trình bày trong phần chung về Bê tông cốt thép, sự “phân công công việc” trong khối Bê tông cốt thép cho thép là nó phải chịu lực kéo, bê tông chịu lực nén. Do vậy thép trong bê tông cần được bố trí đúng các vị trí cần lực kéo trong cấu kiện. Bố trí đúng phải đạt được: Đúng khối lượng cần thiết và đúng vị trí cần thiết.
Nếu bố trí sai vị trí, bố trí không đủ thép yêu cầu thì đều dẫn đến sau này kết cấu bê tông bị rạn nứt, có thể dẫn tới sụp đổ công trình.
Thép và bê tông cùng hệ số giãn nở vì nhiệt như nhau nên rất bền vững dù nhiệt độ thay đổi thì vẫn gắn kết với nhau.
Như đã trình bày, thép chịu lực kéo rất tốt, thép xây dựng phổ biến 2000-3000 kg/cm2, thép cường độ cao thì còn chịu lực hơn nữa. Bê tông thì chịu nén tốt. Nên kết hợp bê tông với cốt thép để chịu lực kéo, nén rất tuyệt vời. Với những kết cấu chịu nén là chính như cột nhà, móng thì bê tông làm việc chính, thép đóng vai trò cấu tạo và chịu các lực ngang. Với các kết cấu chịu cả kéo ví dụ như phần dưới bụng của thanh dầm /đà thì khi đó thép sẽ chịu lực kéo và bê tông bao bọc để bảo vệ thép.
Tùy tính chất chịu lực thường xuyên, tính chất dự phòng lực cho các tình huống khác ví dụ động đất, giông bão mà người thiết kế bố trí thép trong bê tông khác nhau tại các vị trí khác nhau. Có thể cùng 1 thanh dầm / xà nhưng đoạn đầu cần 3 thanh thép 18 ở trên nhưng giữa dầm có thể giảm bớt 1 thanh và tăng cường phía bụng dầm thêm..v.v.
Nối thép
Thép đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 10mm thì thường làm dạng cuộn nên độ dài các thanh có thể cắt thoải mái. Từ thép 12 trở lên thì các nhà SX thường làm thanh thép dài 11.7m. Nên với các kết cấu dài hơn, hoặc để tận dụng các thanh sẵn có thì quy phạm XD cho phép nối thép.
Có hai kiểu nối thép: Kiểu nối coupler (vặn ren, kiểu này hiện đại, đòi hỏi máy móc tiện ren và mua thân coupler làm bằng thép chất lượng cao) và kiểu nối chồng.
Trong quy mô xây nhà gia đình thì thường chỉ áp dụng kiểu nối chồng, tuy tốn vật liệu hơn song vẫn rẻ hơn vì chi phí làm ren, mua coupler khá cao. Các công trình lớn mối nối nhiều, thường là thép lớn thì dùng kiểu nối coupler sẽ tốt hơn, kinh tế hơn.
Một ví dụ về bố trí thép trong một thanh dầm /đà. Đọc bản vẽ và hiểu chi tiết, tường tận là yêu cầu bắt buộc của đội thợ XD để tuân thủ thiết kế.
Một số quy định trong nối thép
Tài liệu: TCVN 4453 – 1995 Kết Cấu Bê Tông Và Bê Tông Cốt Thép Toàn Khối Tiêu Chuẩn Thi Công Và Nghiệm Thu.
Đầu thanh thép: Các thép nối trong bê tông thì đầu thanh phải được uốn cong hoặc bẻ gập vuông góc tùy vì trí.
Thép từ cọc bê tông đâm vào đài móng: Dài 40d (40 lần đường kính thanh thép) bẻ góc 45 độ, hướng ra các hướng khác nhau. Ví dụ thép 16 thì phải để râu dài 1,6×40 = 64cm.
Thép dầm / đà: Không nối quá 50% tiết diện (diện tích cắt ngang các thanh thép) trong cùng một vị trí. Ví dụ tại vị trí có 4 thanh thép thì tối đa 2 thanh được nối, 2 thanh phải là liền mạch. Lỗi này khá phổ biến.
Chú ý: Không được nối thép tại các vị trí chịu lực căng lớn (kỹ sư và người giám sát sẽ biết vị trí nào trong dầm có nội lực như vậy, thường là giữa thanh dầm lực căng đáy dầm là lớn nhất). Đây là vấn đề mà thực tế các tổ đội thi công hay mắc phải vì họ khó biết được chỗ nào chịu lực kéo căng, chỗ nào chịu lực nén.
Thép cột: Đối với thép có gờ (gai) thì cùng mặt cắt không được nối quá 50% lượng thép.
Tại các vị trí phải chịu lực căng lớn và những vị trí cần uốn cong thì hạn chế nối thép. Tại cột của các công trình dân dụng thì chân cột nhà – vị trí sát mặt dầm và đầu cột – vị trí dưới mặt dầm là hai vị trí phải chịu lực lớn nhất vì vậy không được thực hiện việc nối thép để tránh việc thép bị tuột nối buộc.
Thép sàn: Hạn chế nối thép tại các vị trí chịu lực căng lớn (kỹ sư và người giám sát sẽ biết vị trí nào trong dầm có nội lực như vậy, thường là giữa khoảng sàn.
Riêng về thép sàn thì xung quanh ô sàn xuất hiện cả lực căng phía trên nên giữa ô sàn thì thép phía dưới, cạnh các ô sàn thì cần thép phía trên (thép mô men). Thép mô men phải được tính toán cẩn thận, độ dài thép mô men bằng 1/4 ô sàn. Đầu thanh mô men được gập vuông góc.
Thép dưới và thép trên có chức năng khác nhau, thép dưới chịu lực căng dưới và thép trên chịu lực căng xuất hiện phía trên. Cho nên khi đổ bê tông cần chú ý tách rõ để các lớp thép này nằm đúng vị trí dưới / trên để chúng làm việc hiệu quả.
Q&A: Khi đổ bê tông sàn hai lớp thì lớp trên và lớp dưới các thanh thép có phải so le nhau (khi nhìn từ trên xuống) không? Xin trả lời là không bắt buộc, thế nào cũng được, miễn là đúng khoảng cách, đúng vị trí của lớp trên. Do nội lực khác nhau nên nhiều khi mật độ thép khác nhau, ô lưới không giống nhau nên khi này thì thanh thép trên và dưới cùng vị trí, ra chỗ khác lại thanh trên nằm giữa hai thanh dưới,..
Chung về nối thép: Độ dài trùng nhau của việc nối thép tại vùng chịu kéo phải là 35-40 lần đường kính thép, tại vùng chịu nén thì từ 20-30 lần đường kính.
Chung về con kê thép trong bê tông: Để đảm bảo lớp bê tông bảo vệ thép thì việc kê thép rất quan trọng, một số thông tin như sau về con kê bê tông bán sẵn hoặc nhà thầu tự SX để sử dụng. Không được đến khi đổ bê tông mới chọn các viên đá kê dưới thép rất dễ bị xô trượt.
Thép đai: Thép đai là các vòng thép quấn quanh các thanh thép chính cột và đà / dầm. Tại chân cột và đỉnh cột / đầu các đà dầm thì các vòng thép đai gần nhau hơn (~10cm) và giữa cột / đà/ đầm thì xa nhau hơn (~20cm). Nhiệm vụ của cốt đai là giữ các cốt chính ổn định, các thay đổi do nhiệt độ, giảm các nở ngang, chịu các lực cắt nhỏ phát sinh trong cấu kiện, chịu các lực khác nếu xảy ra động đất, gió bão. Thép đai thường được làm từ các thép tròn trơn, đường kính 6 – 8mm.
Thép xiên (thép vai bò):
Khi tính toán nội lực trong lòng cấu kiện bê tông (chủ yếu là đà / dầm) nếu lực cắt lớn thì người kỹ sư kết cấu phải bổ sung một số thanh thép xiên chéo, dùng các thép đường kính lớn để chịu các lực cắt này (ví dụ thanh thép số 7 hình trên). Thường thép xiên là cần thiết tại các vị trí đà/dầm giao nhau với cột.
Hàm lượng thép trong bê tông (thể tích thép so với bê tông): Với cột thường là 3%, dầm / đà / sàn 2%. Hàm lượng thép cao trong bê tông có nghĩa là lượng thép tập trung rất nhiều tại vị trí đó sẽ không là tốt, khó đầm bê tông.
Lớp vỏ bê tông bảo vệ thép: Thông thường, lớp “áo” bê tông bảo vệ cốt thép phải dày 1,5 – 2cm và không được mỏng hơn đường kính thép. Ví dụ thép 20 thì chiều dày lớp bê tông bảo vệ không được nhỏ hơn 2cm.
Chú ý:
Không nối thép bằng cách dùng máy hàn: Hàn thép tuy được phép trong một số trường hợp nhưng không phải là phương pháp phổ biến. Trong XD nhà ở gia đình thì nối thép theo cách hàn thì cơ bản không được phép, nếu áp dụng phải được thực hiện giám sát bởi các kỹ sư. Nguyên nhân là thép XD là thép carbon nên nếu hàn sẽ làm thép bị giòn, giảm khá nhiều khả năng chịu lực.