Nối thép dầm là việc liên kết hai thanh cốt thép trong dầm khi chiều dài một thanh không đủ, để lực truyền liên tục từ thanh này sang thanh kia. Thép thanh vằn thường dài 11,7 m, trong khi dầm liên tục qua nhiều nhịp dài hơn thế, nên gần như công trình nào cũng phải nối thép. Nối sai vị trí, thiếu chiều dài hoặc nối quá nhiều thanh tại cùng một chỗ đều làm giảm khả năng chịu lực của dầm. Bài viết này tổng hợp ba phương pháp nối thép, các quy định nối buộc theo TCVN 4453:1995, chiều dài nối chồng tính theo TCVN 5574:2018 kèm bảng tính sẵn, nguyên tắc chọn vị trí nối trong dầm, cột, sàn và cách tính thêm khối lượng thép cho mối nối khi dự toán.
Khi nào phải nối thép dầm?
- Dầm dài hơn chiều dài cây thép: thép thanh vằn cung cấp phổ biến dài 11,7 m; dầm liên tục nhiều nhịp phải nối.
- Tận dụng đoạn thép thừa: nối các đoạn thép cắt ra để giảm hao hụt, với điều kiện đúng vị trí và chiều dài nối.
- Thi công phân đoạn: dầm đổ bê tông theo nhiều đợt, thép chờ ở mạch ngừng sẽ được nối với thép đợt sau.
Mọi mối nối cốt thép chịu lực đều phải theo bản vẽ thiết kế. TCVN 4453:1995 nêu rõ việc nối buộc “được thực hiện theo quy định của thiết kế” và mọi thay đổi cốt thép trên công trường đều phải được thiết kế đồng ý.
Ba phương pháp nối thép dầm
| Phương pháp | Nguyên lý | Ưu điểm | Hạn chế |
|---|---|---|---|
| Nối buộc (nối chồng) | Đặt hai thanh chồng lên nhau một đoạn, buộc bằng dây thép mềm; lực truyền qua bê tông bao quanh | Đơn giản, không cần máy, chi phí thấp | Tốn thêm thép cho đoạn chồng; mối nối dày làm dày đặc cốt thép |
| Nối hàn | Hàn hai thanh với nhau bằng hàn hồ quang, hàn đối đầu hoặc hàn tiếp xúc | Tiết kiệm thép chồng, mối nối gọn | Cần thợ hàn có tay nghề, kiểm tra mối hàn; không phải mác thép nào cũng hàn được |
| Nối bằng ống ren (coupler) | Tiện ren đầu thanh, vặn vào ống nối có ren | Mối nối chắc, gọn, không tốn đoạn chồng, phù hợp thép đường kính lớn | Cần máy tiện ren, ống nối đồng bộ, chi phí cao hơn |
Nối buộc cốt thép
Theo mục 4.4 của TCVN 4453:1995 (kết cấu bê tông và bê tông cốt thép toàn khối, quy phạm thi công và nghiệm thu), nối buộc phải đáp ứng:
- Không nối ở vị trí chịu lực lớn và chỗ uốn cong.
- Tỷ lệ nối trên một mặt cắt: trong một mặt cắt ngang không nối quá 25% tổng diện tích cốt thép chịu lực đối với thép tròn trơn và không quá 50% đối với thép có gờ (thép vằn).
- Chiều dài nối buộc của cốt thép chịu lực trong khung và lưới cốt thép không nhỏ hơn 250 mm với thép chịu kéo và 200 mm với thép chịu nén; các kết cấu khác theo bảng chiều dài nối buộc của tiêu chuẩn và thiết kế.
- Uốn móc: ở vùng chịu kéo, thép tròn trơn phải uốn móc, thép có gờ không cần uốn móc.
- Dây buộc: dùng dây thép mềm đường kính 1 mm; mỗi mối nối buộc ít nhất 3 vị trí (giữa và hai đầu).
Nối hàn cốt thép
TCVN 4453:1995 cho phép dùng hàn hồ quang để hàn nối dài các thanh cốt thép cán nóng đường kính lớn hơn 8 mm. Mối hàn phải có bề mặt nhẵn, không cháy, không đứt quãng, không thu hẹp cục bộ, không có bọt và đủ chiều dài, chiều cao đường hàn theo thiết kế. Liên kết hàn được kiểm tra theo lô 100 mối hàn: mỗi lô lấy 5% sản phẩm nhưng không ít hơn 5 mẫu để kiểm tra kích thước, 3 mẫu thử kéo và 3 mẫu thử uốn.
Không phải mác thép nào cũng hàn tốt như nhau: TCVN 1651-2:2018 khống chế đương lượng carbon của các mác CB400-V, CB500-V để bảo đảm khả năng hàn, và ghi rõ mác CB600-V không được dùng để hàn. Xem thêm bài mác thép và khả năng hàn của từng mác.
Nối bằng ống ren (coupler)
Đầu hai thanh thép được tiện ren (hoặc cán ren) rồi vặn vào ống nối có ren trong. Phương pháp này phổ biến ở nhà cao tầng, tầng hầm, cầu, nơi dùng thép đường kính lớn và mật độ cốt thép dày, không đủ chỗ cho đoạn nối chồng. Mối nối bằng ống ren có tiêu chuẩn riêng (TCVN 8163:2009) và thường phải thử kéo mẫu mối nối. Một số nhà máy như Vina Kyoei còn sản xuất thép gân ren và khớp nối đồng bộ, không cần tiện ren tại công trường.
Vị trí nối thép trong dầm
Nguyên tắc chung là nối thép ở vùng thanh thép đó chịu kéo nhỏ. Với dầm liên tục chịu tải đứng thông thường:
- Thép lớp dưới: chịu kéo lớn ở giữa nhịp, nên tránh nối ở đoạn giữa nhịp; thường bố trí nối ở đoạn gần gối (cột), nơi thép lớp dưới chịu kéo nhỏ.
- Thép lớp trên: chịu kéo lớn ở vùng gối (tại cột), nên tránh nối gần cột; thường bố trí nối ở đoạn giữa nhịp.
- Nối so le: các mối nối trên cùng một mặt cắt không vượt tỷ lệ cho phép (50% với thép có gờ), các mối nối cạnh nhau đặt lệch nhau một khoảng theo thiết kế.
- Không nối tại chỗ uốn cong và tại vùng giao nhau phức tạp (nút khung), trừ khi thiết kế có chi tiết riêng.
Đây là nguyên tắc chung; dầm console, dầm chịu tải trọng đặc biệt hoặc dầm trong vùng động đất có yêu cầu riêng. Vị trí và chiều dài nối cụ thể luôn lấy theo bản vẽ kết cấu.
Chiều dài nối chồng cốt thép theo TCVN 5574:2018
Chiều dài nối chồng được xác định khi thiết kế theo TCVN 5574:2018 (thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép), điều 10.3.6. Công thức (259):
Llap = α × L0,an × As,cal / As,ef
- L0,an là chiều dài neo cơ sở = Rs × ds / (4 × Rbond), với Rbond = η1 × η2 × Rbt; thép cán nóng có gân η1 = 2,5; thanh đến 32 mm η2 = 1,0.
- α = 1,2 với thép có gân chịu kéo và α = 0,9 với thép chịu nén, khi số thanh chịu kéo được nối trong một tiết diện tính toán không quá 50% (thép có gân) hoặc 25% (thép trơn có móc).
- Được nối đến 100% số thanh chịu kéo trong một tiết diện nếu lấy α = 2,0; giữa hai mức thì nội suy.
- Một “tiết diện tính toán” là đoạn dài 1,3 Llap dọc theo thanh: các mối nối có tâm nằm trong đoạn này coi như nối trên cùng một tiết diện.
- Khoảng cách giữa hai thanh được nối không vượt quá 4ds; khoảng cách giữa các mối nối kề nhau theo bề rộng cấu kiện không nhỏ hơn 2ds và 30 mm.
- Nội lực chịu bởi cốt thép ngang trong phạm vi mối nối không nhỏ hơn một nửa nội lực của cốt thép chịu kéo được nối.
- Trong mọi trường hợp, chiều dài nối chồng thực tế không nhỏ hơn 0,4 L0,an, 20ds và 250 mm. Có chi tiết neo bổ sung thì được giảm nhưng không quá 30%.
Bảng tính sẵn chiều dài nối chồng (thép vằn đến 32 mm, nối không quá 50% số thanh trong một tiết diện, As,cal = As,ef), làm tròn lên theo số lần đường kính:
| Mác thép | Trạng thái | Bê tông B15 | B20 | B25 | B30 |
|---|---|---|---|---|---|
| CB300-V | Chịu kéo | 42d | 35d | 30d | 28d |
| CB300-V | Chịu nén | 32d | 26d | 23d | 21d |
| CB400-V | Chịu kéo | 56d | 47d | 40d | 37d |
| CB400-V | Chịu nén | 42d | 35d | 30d | 28d |
| CB500-V | Chịu kéo | 70d | 58d | 50d | 46d |
| CB500-V | Chịu nén | 53d | 44d | 38d | 34d |
Ví dụ: thép D16 CB400-V chịu kéo trong dầm bê tông B20 cần nối khoảng 47 × 16 = 752 mm; nếu phải nối 100% số thanh tại một chỗ, α = 2,0 thì cần khoảng 78d, tức gần 1,25 m. Vì vậy nối so le vừa an toàn vừa tiết kiệm thép.
Nhiều bản vẽ nhà dân dụng ghi chiều dài nối một con số chung như 30d hay 40d. Bảng trên cho thấy con số đó chỉ đủ với một số tổ hợp mác thép và bê tông: 40d đủ cho CB400-V với bê tông B25 nhưng thiếu với bê tông B20. Hãy dùng đúng con số trong thuyết minh, bản vẽ của công trình; khi thi công, đo đoạn chồng trước khi buộc và ghi vào biên bản nghiệm thu cốt thép.
Nối thép cột
- Vị trí thường gặp: thép cột nối với thép chờ ngay phía trên mặt sàn hoặc mặt móng, vì thi công cột theo từng tầng. Cách làm này thuận tiện nhưng tập trung mối nối tại một vùng, nên số thanh nối và chiều dài nối phải theo đúng thiết kế.
- Chiều dài nối: thép cột chịu nén lệch tâm, có thanh có thể chịu kéo; nếu thiết kế không ghi riêng, an toàn hơn là lấy theo trường hợp chịu kéo trong bảng trên.
- Nối so le: khi nối quá 50% số thanh tại cùng một tiết diện thì chiều dài nối phải tăng (α đến 2,0) hoặc dùng ống nối ren.
- Cốt đai vùng nối: giữ đúng bước đai thiết kế, không bỏ đai ở đoạn chồng; công trình có yêu cầu kháng chấn thường quy định đai dày hơn tại vùng nối.
Nối thép sàn
- Thép lớp dưới chịu kéo ở giữa nhịp nên nối gần gối (dầm); thép lớp trên chịu kéo ở gối nên nối ở khoảng giữa nhịp.
- Sàn thường dùng thép nhỏ (D8, D10) nên giới hạn tối thiểu 20ds và 250 mm hay quyết định chiều dài nối.
- Thép tròn trơn (thép cuộn CB240-T) chịu kéo phải uốn móc ở đầu thanh và chỉ được nối không quá 25% số thanh trong một tiết diện.
- Lưới thép sàn nối chồng theo cả hai phương, các mối nối của thanh cạnh nhau phải so le.
Cách tính thêm thép cho mối nối khi dự toán
Mỗi mối nối chồng tốn thêm một đoạn thép bằng chiều dài nối. Khi bóc khối lượng, cộng thêm phần này:
Khối lượng thép nối = Số mối nối × Chiều dài nối (m) × Khối lượng mỗi mét (kg/m)
Ví dụ: dầm có 4 thanh D16, mỗi thanh cần 2 mối nối, chiều dài nối theo bản vẽ là 40d = 0,64 m. Khối lượng thêm = 4 × 2 × 0,64 × 1,58 ≈ 8,1 kg. Khối lượng mỗi mét của từng đường kính lấy theo barem khối lượng thép thanh vằn. Với dầm dài, việc bố trí mối nối hợp lý còn giúp tận dụng trọn cây thép 11,7 m, giảm thép thừa phải cắt bỏ.
Những lỗi nối thép dầm thường gặp
- Nối tất cả các thanh tại cùng một mặt cắt: tạo mặt cắt yếu; phải nối so le.
- Đoạn nối ngắn hơn bản vẽ: thường do tiết kiệm thép hoặc tận dụng đoạn thừa không đủ dài.
- Nối ở vùng chịu kéo lớn: thép dưới nối giữa nhịp, thép trên nối sát cột.
- Buộc sơ sài: ít hơn 3 điểm buộc, các thanh xê dịch khi đổ bê tông.
- Hàn tùy tiện: hàn đính vào thép chịu lực không đúng quy trình, hàn mác thép không phù hợp.
- Lớp bê tông bảo vệ không đủ tại mối nối: vùng nối có nhiều thanh nên dễ bị thiếu lớp bảo vệ; TCVN 4453:1995 yêu cầu con kê đặt không quá 1 m một điểm và sai lệch lớp bảo vệ không quá 3 mm (lớp dưới 15 mm) hoặc 5 mm (lớp trên 15 mm).
Kiểm tra mối nối trước khi đổ bê tông
- Đối chiếu vị trí, số lượng, chiều dài mối nối với bản vẽ.
- Kiểm tra số điểm buộc, độ chắc của mối buộc; mối hàn đúng chiều dài, không khuyết tật.
- Kiểm tra lớp bê tông bảo vệ, con kê tại vùng nối.
- Với coupler: kiểm tra ren vặn đủ sâu, dấu sơn đánh dấu, kết quả thử kéo mẫu.
- Kiểm tra thép đúng mác, đúng đường kính và có chứng chỉ chất lượng theo lô; ý nghĩa bảng tra tiết diện có trong bài bảng tra cốt thép dầm, sàn.
Chiều dài nối chồng được tính từ chiều dài neo cơ sở. Công thức và bảng tính sẵn chiều dài neo có trong bài chiều dài neo cốt thép theo TCVN 5574:2018.
Ngoài vị trí nối, các quy định về lớp bảo vệ, khoảng hở giữa thanh và bước đai có trong bài quy định bố trí thép dầm: lớp bảo vệ, khoảng hở, bước đai.
Vị trí nối thép dầm móng băng đảo ngược so với dầm sàn: thép trên nối gần cột, thép dưới nối giữa nhịp. Giải thích chi tiết có ở bài vị trí nối thép dầm móng.
Ngoài chiều dài nối, cột còn có quy định về hàm lượng thép dọc, bước đai và khi nào phải thêm đai phụ, xem bài nguyên tắc bố trí thép cột.
Câu hỏi thường gặp về nối thép dầm
Được nối bao nhiêu phần trăm thép trên một mặt cắt dầm?
Theo TCVN 4453:1995 và TCVN 5574:2018, không quá 50% số thanh chịu kéo với thép có gờ và không quá 25% với thép tròn trơn có móc. TCVN 5574:2018 cho phép nối đến 100% nếu tăng chiều dài nối với hệ số α = 2,0.
Chiều dài nối thép tối thiểu là bao nhiêu?
Theo TCVN 5574:2018, không nhỏ hơn 20 lần đường kính thanh, 250 mm và 0,4 lần chiều dài neo cơ sở; chiều dài thực tế do thiết kế quy định theo mác thép, cấp bê tông và tỷ lệ thanh được nối, xem bảng tính sẵn ở trên.
Nối thép cột bao nhiêu d?
Tính như thép chịu kéo nếu thiết kế không ghi riêng: ví dụ CB400-V với bê tông B20 khoảng 47d, B25 khoảng 40d; CB300-V với B20 khoảng 35d.
Nối thép sàn bao nhiêu d?
Thép sàn D8, D10 CB300-V với bê tông B20 cần khoảng 35d, đồng thời không nhỏ hơn 250 mm; thép tròn trơn phải có móc ở đầu thanh.
Nối thép có cần uốn móc không?
Ở vùng chịu kéo, thép tròn trơn phải uốn móc; thép có gờ (thép vằn) không cần uốn móc.
Có nên dùng coupler cho nhà dân?
Nhà dân dùng thép đường kính vừa và nhỏ thường nối buộc là đủ và kinh tế. Coupler phát huy hiệu quả với thép đường kính lớn, mật độ dày ở nhà cao tầng, tầng hầm, cầu. Giá thép các đường kính để so sánh phương án có trong bảng giá thép cây các hãng.