Trong một ngôi nhà khung bê tông cốt thép, sàn là tấm phẳng trực tiếp đỡ người, đồ đạc và tường ngăn; dầm là thanh nằm ngang đỡ sàn và gom tải về các điểm tựa; cột là thanh đứng nhận tải từ dầm và truyền thẳng xuống móng. Ba cấu kiện này cùng móng tạo thành đường đi của tải trọng: sàn → dầm → cột → móng → đất.
Hiểu đường đi này là kiến thức nền cho bất kỳ ai xây, sửa hay mua một ngôi nhà. Nó giải thích vì sao không được tự ý đục lỗ dầm để đi ống, vì sao cắt bỏ một cây cột để mở rộng phòng là việc cực kỳ nguy hiểm, và vì sao cùng một vết nứt nhưng ở dầm thì đáng lo hơn ở tường ngăn.
Mục từ giải thích từng cấu kiện, vai trò của bê tông và cốt thép trong mỗi loại, các dạng sàn phổ biến, ví dụ giả định và những hiểu lầm hay gặp. Mọi thay đổi kết cấu trên công trình thật phải có kỹ sư kết cấu có chứng chỉ tính toán.
Bê tông chịu nén, thép chịu kéo
Bê tông chịu nén rất tốt nhưng chịu kéo kém, chỉ bằng một phần nhỏ khả năng chịu nén của nó. Thép thì chịu kéo tốt. Bê tông cốt thép là cách ghép hai vật liệu này để mỗi thứ làm đúng việc mình giỏi: thép được đặt ở những vùng bị kéo, bê tông nhận vùng bị nén và đồng thời bọc lấy thép, che chở thép khỏi gỉ và lửa.
Khi một thanh dầm đỡ tải ở giữa nhịp, nó võng xuống. Thớ dưới của dầm bị kéo dãn ra, thớ trên bị nén lại. Vì vậy thép chịu lực chính của dầm ở giữa nhịp nằm ở phía dưới. Nhưng ở chỗ dầm gối lên cột, hoặc ở dầm liên tục qua nhiều nhịp, thớ trên lại bị kéo; đó là lý do có những thanh thép đặt ở mặt trên gần gối, thợ gọi là thép mũ hay thép âm.
Hiểu nguyên lý này giải thích một lỗi thi công rất phổ biến: khi đổ bê tông sàn, công nhân đi lại dẫm bẹp thép mũ xuống đáy sàn. Thép vẫn nằm trong bê tông nhưng sai vị trí, không còn ở vùng bị kéo, và sàn có thể nứt ở mặt trên gần dầm sau một thời gian sử dụng.
Ba cấu kiện, ba vai trò
Sàn. Là tấm bê tông cốt thép mỏng so với kích thước mặt bằng, nhận trực tiếp tải sử dụng và tải tường ngăn xây trên nó. Sàn làm việc như một tấm uốn theo một hoặc hai phương, tuỳ tỷ lệ cạnh ô sàn. Sàn còn có vai trò như một vách cứng nằm ngang, giữ cho các cột cùng chuyển vị khi có gió, động đất.
Dầm. Là thanh ngang có chiều cao lớn hơn bề rộng, đỡ sàn và tường trên nó. Trong hệ sàn có dầm, thường có dầm phụ chia nhỏ ô sàn và dầm chính nhận tải từ dầm phụ rồi đưa về cột. Dầm chịu uốn và chịu cắt; vết nứt nghiêng gần gối dầm là dấu hiệu cảnh báo về khả năng chịu cắt.
Cột. Là thanh đứng chịu nén là chính, kèm uốn khi có tải ngang hoặc tải lệch tâm. Cột tầng dưới gánh tải của tất cả các tầng phía trên, nên cột tầng trệt thường lớn nhất. Cốt thép cột gồm thép dọc chịu lực và thép đai bó quanh, giữ cho thép dọc không bị phình ra khi chịu nén.
Nút khung. Là chỗ dầm gặp cột. Đây là vùng chịu lực phức tạp, cốt thép dày đặc, rất khó đổ bê tông cho đặc chắc. Nhiều sự cố kết cấu bắt nguồn từ nút khung thi công kém, rỗ bê tông hoặc thiếu đai.
Các dạng sàn bê tông thường gặp
Sàn không chỉ có một kiểu. Bảng dưới nêu các dạng phổ biến ở nhà ở và chung cư, ở mức khái niệm.
| Dạng sàn | Mô tả | Thường gặp ở | Lưu ý khi sửa chữa |
|---|---|---|---|
| Sàn sườn (sàn có dầm) | Bản sàn đổ liền với hệ dầm | Nhà phố, biệt thự, nhiều chung cư | Không đục, cắt dầm; khoan bản sàn phải tránh vùng thép chịu lực |
| Sàn phẳng không dầm | Bản sàn dày tựa trực tiếp lên cột, có thể có mũ cột | Chung cư, văn phòng cần trần phẳng | Vùng quanh đầu cột rất nhạy, khoan lỗ gần cột cần kỹ sư duyệt |
| Sàn dự ứng lực | Có cáp thép được kéo căng trong sàn | Toà nhà nhịp lớn | Cắt phải cáp có thể gây sự cố; tuyệt đối không tự khoan |
| Sàn rỗng, sàn nhẹ | Bản sàn có khối rỗng hoặc vật liệu nhẹ bên trong để giảm tải | Công trình cần nhịp lớn, giảm trọng lượng | Cần bản vẽ để biết vị trí sườn và khối rỗng |
| Sàn panel lắp ghép | Tấm đúc sẵn đặt lên dầm hoặc tường | Nhà cũ, khu tập thể lắp ghép | Mối nối giữa các tấm là chỗ yếu, dễ thấm và nứt |
Khi cải tạo một căn hộ chung cư, việc đầu tiên là hỏi ban quản lý hoặc chủ đầu tư dạng sàn của toà nhà. Cùng một mũi khoan vào trần, ở sàn sườn có thể vô hại, ở sàn dự ứng lực có thể là sự cố nghiêm trọng.
Dấu hiệu ở cột, dầm, sàn nên mời kỹ sư xem
Không phải vết nứt nào cũng đáng lo, nhưng những dấu hiệu sau ở cấu kiện chịu lực là lý do chính đáng để nhờ kỹ sư kết cấu kiểm tra, thay vì trát lại cho đẹp:
- Vết nứt nghiêng ở hai đầu dầm, gần chỗ dầm gối lên cột, nhất là khi vết nứt rộng dần theo thời gian.
- Vết nứt ngang hoặc bong vỡ ở chân, đầu cột, lộ cốt thép hoặc thấy thép gỉ phình làm nứt lớp bê tông bảo vệ.
- Vệt gỉ màu nâu chảy ra từ bê tông ở đáy sàn, đáy dầm, thường đi kèm thấm nước lâu ngày.
- Sàn võng nhìn thấy bằng mắt, cửa phòng tầng trên bắt đầu kẹt, gạch lát nền bị bong, nứt theo đường thẳng.
- Vết nứt chạy xuyên từ tường sang dầm, cột, cho thấy chuyển vị không chỉ nằm ở tường ngăn.
- Tiếng kêu, rung bất thường khi có người đi lại hoặc khi đặt thêm đồ nặng.
Khi gặp các dấu hiệu này, việc nên làm trước tiên là giảm tải cho khu vực đó, chụp ảnh và đánh dấu đầu mút vết nứt kèm ngày để theo dõi, rồi liên hệ kỹ sư. Trát kín vết nứt trước khi được đánh giá chỉ che đi bằng chứng mà kỹ sư cần đọc.
Ví dụ giả định: muốn mở rộng phòng khách
Gia đình anh Bình sống trong một nhà phố bốn tầng, muốn bỏ bức tường giữa phòng khách và phòng ăn ở tầng trệt, đồng thời cắt bỏ một cây cột nằm giữa để có không gian liền mạch. Thợ sửa nhà nói bức tường chỉ là tường ngăn, bỏ được, còn cột thì "đổ cái dầm to thay vào là xong".
Theo đường đi tải trọng, bức tường ngăn xây trên dầm có thể tháo được mà không ảnh hưởng kết cấu, vì nó không gánh gì. Cây cột thì khác: nó đang nhận tải từ dầm của bốn tầng phía trên và đưa xuống móng. Bỏ cột nghĩa là các dầm phía trên phải đổi sơ đồ làm việc, nhịp tăng gấp đôi, nội lực tăng nhiều lần; móng của các cột còn lại phải gánh thêm.
Một giải pháp như vậy không phải là không làm được, nhưng nó đòi hỏi tính toán lại toàn bộ hệ khung, chống đỡ tạm trong lúc thi công, có khi phải gia cường móng. Đây là việc của kỹ sư kết cấu, không phải việc ước lượng bằng mắt. Ví dụ cho thấy sự khác nhau giữa "bỏ tường" và "bỏ cột" lớn đến mức nào, dù trên mặt bằng chúng chỉ cách nhau vài mét.
Những hiểu lầm hay gặp
"Khoan vài lỗ nhỏ qua dầm để đi ống điều hoà thì không sao." Lỗ xuyên dầm có thể cắt thép chịu lực hoặc làm yếu vùng chịu cắt. Vị trí, kích thước lỗ phải được tính và thường phải bố trí từ khi thiết kế. Tự khoan là rủi ro.
"Cột càng to càng tốt nên cứ đổ to." Cột to tăng tải bản thân, chiếm diện tích, và không thay được việc bố trí thép đúng. Kích thước cột là kết quả tính toán, không phải con số càng lớn càng an toàn.
"Vết nứt ở dầm cũng như vết nứt ở tường." Vết nứt ở tường ngăn thường do co ngót, nhiệt độ, liên kết tường với khung, ít nguy hiểm. Vết nứt ở dầm, cột, nhất là nứt nghiêng gần gối dầm, nứt ngang chân cột, cần kỹ sư đánh giá.
"Sàn dày thì không cần dầm." Sàn không dầm là một hệ kết cấu riêng với thiết kế riêng, không phải cứ đổ sàn dày là bỏ được dầm. Bỏ dầm theo cảm tính có thể làm sàn võng, nứt hoặc thủng quanh đầu cột.
"Bê tông cứng rồi thì không cần bảo dưỡng." Bê tông cần được giữ ẩm trong những ngày đầu để đạt cường độ thiết kế và hạn chế nứt co ngót. Bỏ bảo dưỡng là nguyên nhân phổ biến khiến sàn nứt chân chim.
Khái niệm liên quan
Khung chịu lực là hệ cột và dầm liên kết với nhau thành bộ xương nhà; mục từ nhà khung chịu lực và nhà tường chịu lực trong chuyên mục này so sánh hai cách tổ chức kết cấu. Móng là điểm cuối của đường đi tải trọng, được giải thích ở mục từ móng băng.
Mác bê tông và cấp độ bền cho biết khả năng chịu nén của bê tông dùng cho cột, dầm, sàn. Lớp bê tông bảo vệ là khoảng cách từ mặt ngoài bê tông tới cốt thép, quyết định khả năng chống gỉ và chống cháy; con kê là những viên đệm giữ đúng lớp bảo vệ khi đổ bê tông.
Tải trọng thường xuyên (trọng lượng bản thân kết cấu, tường, lớp hoàn thiện) và tải trọng tạm thời (người, đồ đạc, gió) là hai nhóm tải mà kỹ sư tính khi thiết kế. Biến một phòng ngủ thành kho chứa sách, đặt bể cá lớn hay làm vườn trên sân thượng đều có thể làm tải vượt mức thiết kế.
Câu hỏi thường gặp
Làm sao biết một cây cột có phải chịu lực hay chỉ trang trí?
Trong nhà khung bê tông, cột thật thường nằm trên trục, thẳng hàng giữa các tầng và nối với dầm. Cột trang trí thường ốp ngoài, không có dầm gối vào. Cách chắc chắn là xem bản vẽ kết cấu hoặc nhờ kỹ sư kiểm tra, không tự đục để thử.
Sàn bị võng nhẹ có nguy hiểm không?
Võng có thể do thiết kế, thi công, tải vượt mức hoặc từ biến của bê tông theo thời gian. Võng kèm vết nứt mặt dưới sàn, nứt ở dầm hoặc tăng dần theo thời gian cần được kỹ sư đánh giá sớm. Đừng chất thêm đồ nặng lên ô sàn đó trong lúc chờ.
Nhà ống có cần dầm ngang không?
Nhà ống thường có dầm dọc theo hai tường biên và các dầm ngang chia ô sàn. Dầm ngang giúp giảm nhịp sàn và liên kết hai hàng cột thành khung không gian. Bố trí cụ thể do kỹ sư quyết định theo mặt bằng kiến trúc.
Có được khoan trần để treo đèn, quạt không?
Thường được, với lỗ nhỏ, nông, ở bản sàn sườn thông thường, tránh khoan vào dầm. Với sàn dự ứng lực hoặc khi không rõ dạng sàn, nên hỏi ban quản lý toà nhà hoặc xem bản vẽ trước. Quạt trần, đèn chùm nặng cần móc treo đúng chuẩn.
Thép mũ bị dẫm xuống khi đổ bê tông thì có sao không?
Thép mũ bị ép xuống đáy sàn không còn ở vùng bị kéo phía trên gần dầm, sàn có thể nứt mặt trên dọc theo dầm sau một thời gian. Vì vậy cần kê thép mũ chắc chắn và làm lối đi riêng khi đổ bê tông, kiểm tra trước khi đổ.