Tính toán bu lông neo chân cột gồm bốn kiểm tra bắt buộc: chịu kéo (nhổ), chịu cắt, tổ hợp kéo–cắt, và chiều sâu neo đủ để bê tông không bị phá hoại hình nón. Đa số sự cố chân cột không đến từ bản thân bu lông bị đứt, mà từ bê tông quanh bu lông bị vỡ do chiều sâu neo hoặc khoảng cách tới mép móng không đủ.
Lưu ý: bài viết trình bày nguyên lý và trình tự tính để kỹ thuật hiện trường hiểu và kiểm tra chéo. Hồ sơ thiết kế kết cấu phải do kỹ sư kết cấu có chứng chỉ hành nghề lập và ký, theo TCVN hiện hành.
Bu lông neo chịu những lực nào
Chân cột thép nhận từ kết cấu bên trên ba thành phần nội lực, và bu lông neo chỉ chịu hai trong số đó:
- Lực dọc N: khi nén, lực truyền qua bản đế xuống bê tông — bu lông gần như không làm việc. Khi nhổ (gió hút mái, mô men lật), toàn bộ lực do bu lông gánh.
- Mô men M: tạo ra cặp lực kéo–nén ở hai mép bản đế. Hàng bu lông phía chịu kéo là hàng nguy hiểm.
- Lực cắt V: thực tế phần lớn được truyền qua ma sát giữa bản đế và bê tông, hoặc qua chốt chống cắt. Bu lông neo chỉ nên tính chịu cắt khi không có biện pháp nào khác.
Với nhà thép tiền chế mái nhẹ, tổ hợp nguy hiểm nhất thường là tĩnh tải nhỏ cộng gió hút — chân cột bị nhổ lên chứ không phải bị nén xuống. Đây là tổ hợp hay bị bỏ sót khi kiểm tra nhanh.
Bốn bước tính
Bước 1 — Lực kéo lớn nhất trong một bu lông
Với bản đế chịu mô men, lấy gần đúng theo cặp ngẫu lực:
T = (M ÷ z − N ÷ 2) ÷ n₁
Trong đó z là khoảng cách giữa trọng tâm hàng bu lông chịu kéo và trọng tâm vùng bê tông chịu nén, n₁ là số bu lông trong hàng chịu kéo, N lấy dấu dương khi nén. Khi chân cột bị nhổ thuần tuý, T = Nnhổ ÷ n với n là tổng số bu lông.
Bước 2 — Kiểm tra thân bu lông chịu kéo
σ = T ÷ Abn ≤ ftb
Abn là diện tích tiết diện thực (đã trừ ren), không phải diện tích danh nghĩa. Bảng tra nhanh:
| Cỡ bu lông | Diện tích thực Abn (mm²) | Lực kéo cho phép tham khảo, thép CT38 (kN) |
|---|---|---|
| M16 | 157 | ≈ 27 |
| M20 | 245 | ≈ 42 |
| M22 | 303 | ≈ 52 |
| M24 | 353 | ≈ 60 |
| M27 | 459 | ≈ 78 |
| M30 | 561 | ≈ 95 |
Giá trị lực kéo cho phép trong bảng chỉ để ước lượng sơ bộ; con số chính thức phải lấy theo mác thép thực của bu lông và hệ số điều kiện làm việc trong hồ sơ thiết kế.
Bước 3 — Kiểm tra chiều sâu neo và bám dính
Đây là bước hay bị làm ẩu nhất. Ứng suất bám dính giữa thân bu lông và bê tông:
τ = T ÷ (π × d × Lneo) ≤ τcp
Thực hành thi công thường dùng chiều sâu neo tối thiểu:
| Dạng bu lông neo | Chiều sâu neo tối thiểu | Ghi chú |
|---|---|---|
| Thẳng, có bản mã ở đầu | 15–20d | Bản mã gánh phần lớn lực, hiệu quả nhất |
| Uốn móc L hoặc J | 25–30d | Phụ thuộc nhiều vào bám dính, cần sâu hơn |
| Cấy hoá chất sau khi đổ bê tông | Theo catalogue keo | Bắt buộc theo số liệu nhà sản xuất keo |
Với M24 dạng L, chiều sâu neo tối thiểu là 25 × 24 = 600mm. Rút ngắn xuống 400mm để “tiết kiệm thép” là cách tạo ra một điểm hỏng có thể tính trước.
Bước 4 — Kiểm tra phá hoại hình nón bê tông
Khi bị nhổ, bu lông kéo theo một khối bê tông hình nón có góc mở khoảng 45°. Hai điều kiện hình học cần thoả mãn:
- Khoảng cách tới mép móng ≥ 1,5 × Lneo, và không nhỏ hơn 5d. Gần mép hơn thì nón bê tông bị cắt cụt, sức chịu giảm mạnh.
- Khoảng cách giữa hai bu lông ≥ 3d, nên lấy ≥ 5d. Quá gần nhau thì các nón chồng lấn, tổng sức chịu nhỏ hơn tổng sức chịu từng cái.
Đây chính là lý do chân cột đặt sát mép móng hay bị phá hoại dù bu lông vẫn còn nguyên: bê tông vỡ trước khi thép chảy.
Bảng chọn sơ bộ theo quy mô công trình
| Loại công trình | Cỡ bu lông thường dùng | Số bu lông mỗi chân cột | Chiều sâu neo |
|---|---|---|---|
| Nhà xưởng nhịp 12–18m | M20–M24 | 4 | 500–700 mm |
| Nhà xưởng nhịp 20–30m | M24–M27 | 4–6 | 600–800 mm |
| Mái che, nhà kho nhỏ | M16–M20 | 4 | 400–500 mm |
| Cột chịu mô men lớn, cầu trục | M27–M30 | 6–8 | 800–1.000 mm |
Bảng này để ước lượng vật tư và kiểm tra chéo bản vẽ, không thay thế tính toán thiết kế.
Sáu lỗi hay gặp ngoài công trường
- Bỏ qua tổ hợp gió hút. Mái tôn nhẹ, gió hút có thể làm chân cột bị nhổ dù tính theo tải trọng thẳng đứng thấy rất an toàn.
- Cắt ngắn chiều dài neo cho vừa chiều cao móng. Móng nông thì phải đổi sang dạng có bản mã ở đầu, không phải cắt bớt.
- Đặt bu lông quá sát mép móng. Bê tông vỡ hình nón trước khi bu lông đạt tải.
- Không dùng dưỡng định vị khi đổ bê tông. Bu lông xê dịch, lỗ bản đế không khớp, thợ khoét rộng lỗ — lực truyền không còn như tính toán.
- Siết đai ốc khi vữa chèn chưa đạt cường độ. Vữa bị nứt, chân cột lỏng ngay từ đầu.
- Bỏ lớp bảo vệ chống gỉ ở đoạn bu lông lộ ra. Đoạn giữa mặt móng và bản đế là nơi đọng nước, gỉ nhanh nhất trong cả chi tiết.
Câu hỏi thường gặp
Bu lông neo chân cột dài bao nhiêu là đủ?
Dạng uốn móc L hoặc J cần 25–30 lần đường kính; dạng thẳng có bản mã ở đầu cần 15–20 lần. Với M24 dạng L, tối thiểu khoảng 600mm.
Một chân cột cần mấy bu lông neo?
Thông dụng nhất là 4 bu lông. Cột chịu mô men lớn hoặc có cầu trục dùng 6–8 bu lông để giảm lực kéo trên mỗi cây.
Bu lông neo có chịu lực cắt không?
Có nhưng không nên trông cậy. Lực cắt nên truyền qua ma sát giữa bản đế và lớp vữa chèn, hoặc qua chốt chống cắt hàn dưới bản đế. Khi buộc phải tính bu lông chịu cắt thì phải kiểm tra thêm tổ hợp kéo–cắt đồng thời.
Khoảng cách từ bu lông neo tới mép móng tối thiểu bao nhiêu?
Nên lấy tối thiểu 1,5 lần chiều sâu neo và không nhỏ hơn 5 lần đường kính bu lông, để khối bê tông hình nón phát triển đủ.
Có được cấy bu lông neo sau khi đã đổ móng không?
Được, bằng keo cấy thép chuyên dụng, nhưng sức chịu và chiều sâu phải theo đúng catalogue của loại keo, và chất lượng phụ thuộc rất nhiều vào khâu vệ sinh lỗ khoan. Với chân cột chịu nhổ lớn, đặt sẵn khi đổ bê tông vẫn là phương án đáng tin hơn.
Vật tư cho nhà thép tiền chế
NT Steel — Thép Nguyễn Thanh cung cấp vít và phụ kiện cho hệ mái, vách nhà thép tiền chế khu vực miền Bắc.
- Hotline / Zalo: 0866 533 766 — nhắn Zalo
- Đăng ký nhận mẫu & báo giá
- Xem thêm: bảng tra lực siết bu lông · vít hệ kèo truss · vít bắn tôn Wakai