TCVN 2737:2023: Tải trọng và Tác động

Nền tảng hiện đại cho thiết kế kết cấu an toàn và hiệu quả tại Việt Nam.

TCVN 2737:2023 là tiêu chuẩn quốc gia của Việt Nam quy định các giá trị tải trọng và tác động sử dụng trong thiết kế các công trình xây dựng. Tiêu chuẩn này thay thế cho TCVN 2737:1995, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc hài hòa hóa với các tiêu chuẩn thiết kế tiên tiến trên thế giới, đặc biệt là hệ thống Eurocodes của Châu Âu. Mục tiêu của tiêu chuẩn là đảm bảo an toàn, tính bền vững và tối ưu hóa kinh tế cho các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp, giao thông và hạ tầng kỹ thuật.

Năm 2023

Năm ban hành

Thay thế 1995

Phiên bản cũ

Eurocodes

Tiệm cận tiêu chuẩn

Điểm nổi bật và Cập nhật mới

Khám phá những thay đổi cốt lõi giúp nâng cao chất lượng và độ an toàn của thiết kế.

Bản đồ Phân vùng Tải trọng Gió và Động đất

Cập nhật bản đồ phân vùng áp lực gió và gia tốc nền thiết kế theo số liệu quan trắc mới nhất, chi tiết hóa đến cấp huyện, tăng cường độ chính xác cho việc xác định tải trọng.

Hài hòa với Eurocodes

Áp dụng triết lý thiết kế và phương pháp luận của Eurocode, đặc biệt là EN 1990 (Cơ sở thiết kế) và EN 1991 (Tác động lên kết cấu), giúp đồng bộ hóa với thực tiễn quốc tế.

Tải trọng Đặc biệt

Bổ sung và chi tiết hóa các quy định về tải trọng đặc biệt như va chạm, cháy nổ, và tác động của con người, phù hợp với các loại hình công trình phức tạp hiện đại.

Tổ hợp Tải trọng

Giới thiệu các hệ số tổ hợp tải trọng mới, phân biệt rõ ràng cho các trạng thái giới hạn cường độ (STR) và trạng thái giới hạn sử dụng (SLS), tối ưu hóa thiết kế.

Tải trọng Cầu trục

Cung cấp các hướng dẫn chi tiết và rõ ràng hơn cho việc xác định tải trọng động từ cầu trục, bao gồm cả các lực hãm ngang và lực xô lệch, phù hợp cho thiết kế nhà công nghiệp.

Độ tin cậy của Kết cấu

Nhấn mạnh khái niệm về độ tin cậy và phân loại hệ quả (Consequence Classes), cho phép điều chỉnh mức độ an toàn phù hợp với tầm quan trọng và rủi ro của công trình.

So sánh với Tiêu chuẩn Quốc tế (Eurocode 1)

TCVN 2737:2023 đã có bước tiệm cận đáng kể với Eurocode, tuy nhiên vẫn có những khác biệt đặc thù. Tương tác với biểu đồ để xem so sánh các khía cạnh chính.

Tổng quan Tải trọng Gió Tải trọng Động đất

Phân loại Tải trọng và Tác động

Hiểu rõ cách tiêu chuẩn phân loại các loại tải trọng là chìa khóa để áp dụng đúng đắn trong thiết kế.

Tải trọng Thường xuyên (Permanent Actions – G)

Là các tải trọng tồn tại trong suốt thời gian sử dụng của công trình và ít có sự thay đổi về giá trị. Đây là nền tảng của mọi tính toán kết cấu.

• Trọng lượng bản thân kết cấu: Bê tông, thép, gạch và các vật liệu cấu thành khác.
• Trọng lượng các lớp hoàn thiện: Vữa trát, lát sàn, trần thạch cao.
• Áp lực đất, áp lực nước tĩnh: Tác động lên tường tầng hầm, móng.
• Ứng suất trước: Trong các kết cấu bê tông dự ứng lực.

Tải trọng Tạm thời (Variable Actions – Q)

Là các tải trọng có thể thay đổi về giá trị và vị trí trong quá trình sử dụng công trình. Chúng được chia thành dài hạn và ngắn hạn.

• Hoạt tải sử dụng: Người, đồ đạc, thiết bị trên sàn nhà, mái nhà.
• Tải trọng gió: Áp lực và lực hút của gió lên bề mặt công trình.
• Tải trọng tuyết: Ở các vùng có tuyết (ít phổ biến ở Việt Nam).
• Tải trọng cầu trục: Tải trọng động và tĩnh từ hoạt động của cầu trục.
• Tải trọng do thay đổi nhiệt độ: Gây ra co ngót, giãn nở vật liệu.

Tải trọng Đặc biệt (Accidental Actions – A)

Là các tải trọng có cường độ lớn nhưng xác suất xảy ra thấp, có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng cho công trình.

• Tải trọng động đất: Lực quán tính phát sinh do dao động của nền đất.
• Tác động cháy: Suy giảm cường độ vật liệu do nhiệt độ cao.
• Tác động nổ: Áp lực từ các vụ nổ bên trong hoặc bên ngoài.
• Tải trọng va chạm: Do phương tiện giao thông hoặc các vật thể khác va vào công trình.

Ứng dụng và Lợi ích

Nắm vững quy trình áp dụng và hiểu rõ các lợi ích mà tiêu chuẩn TCVN 2737:2023 mang lại cho ngành xây dựng Việt Nam.

Quy trình Áp dụng trong Thiết kế

1. Phân loại công trình

2. Xác định tải trọng

3. Lập tổ hợp

4. Phân tích kết cấu

Bước 1: Xác định cấp công trình và loại kết cấu để chọn các hệ số phù hợp.

Bước 2: Tính toán tất cả các tải trọng thường xuyên, tạm thời và đặc biệt có thể tác động lên công trình dựa trên Phụ lục và bản đồ phân vùng.

Bước 3: Tạo các tổ hợp tải trọng bất lợi nhất cho trạng thái giới hạn cường độ và trạng thái giới hạn sử dụng.

Bước 4: Sử dụng kết quả nội lực từ các tổ hợp tải trọng để thiết kế và kiểm tra các cấu kiện kết cấu.

Lợi ích chính

• ✓

  Nâng cao Độ an toàn và Tin cậy

  Với số liệu đầu vào chính xác hơn và phương pháp tính toán hiện đại, tiêu chuẩn giúp thiết kế các công trình có khả năng chống chịu tốt hơn trước các tác động bất lợi.

• ✓

  Tối ưu hóa Kinh tế – Kỹ thuật

  Việc phân loại tải trọng và tổ hợp hợp lý hơn giúp tránh lãng phí vật liệu, dẫn đến các giải pháp thiết kế kinh tế mà vẫn đảm bảo an toàn.

• ✓

  Hội nhập Quốc tế

  Sự tương thích với Eurocodes tạo điều kiện thuận lợi cho các kỹ sư Việt Nam làm việc trong các dự án quốc tế và thu hút đầu tư, công nghệ từ nước ngoài.

Phân tích Kỹ thuật Toàn diện TCVN 2737:2023 – Tải trọng và Tác động: Cập nhật, So sánh với tiêu chuẩn Quốc tế và Ứng dụng Thực tiễn

Phần I: Nguyên tắc Nền tảng và Phạm vi của TCVN 2737:2023

1.1. Giới thiệu: Yêu cầu Cấp thiết về Hiện đại hóa

TCVN 2737:2023, được công bố theo Quyết định số 1341/QĐ-BKHCN ngày 29/06/2023, chính thức thay thế cho TCVN 2737:1995, một tiêu chuẩn đã phục vụ ngành xây dựng Việt Nam trong gần ba thập kỷ. Tiêu chuẩn mới do Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng (IBST) biên soạn nhằm giải quyết những hạn chế của phiên bản tiền nhiệm, đồng thời đáp ứng bối cảnh phát triển kinh tế nhanh chóng và hội nhập quốc tế sâu rộng của đất nước.

Việc thay thế này là một bước đi tất yếu. Tiêu chuẩn năm 1995, dù là nền tảng, đã trở nên lỗi thời. Các thiếu sót chính bao gồm việc thiếu các quy định cho các loại tải trọng hiện đại (ví dụ: gara ô tô tải trọng lớn, sân đỗ trực thăng, xe cứu hỏa), số liệu và phương pháp tính toán tải trọng gió không còn phù hợp, và các hệ số độ tin cậy chưa nhất quán. Những bất cập này đòi hỏi một bản cập nhật toàn diện để đảm bảo an toàn kết cấu và hiệu quả kinh tế trong bối cảnh hiện đại.

Triết lý cốt lõi của tiêu chuẩn mới thể hiện một sự thay đổi lớn, chuyển từ cách tiếp cận truyền thống sang phương pháp dựa trên cơ sở khoa học hiện đại, hài hòa với các bộ tiêu chuẩn quốc tế hàng đầu như Eurocode của Châu Âu và ASCE 7 của Mỹ. Sự chuyển dịch này không chỉ nhằm nâng cao độ chính xác trong thiết kế, đảm bảo an toàn mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc hợp tác trong các dự án quốc tế. Việc áp dụng một “ngôn ngữ chung” trong thiết kế kết cấu giúp hạ thấp rào cản kỹ thuật cho đầu tư và hợp tác quốc tế. Do đó, việc sửa đổi tiêu chuẩn không chỉ là một cập nhật kỹ thuật đơn thuần mà còn là một công cụ của chính sách kinh tế và công nghiệp, nhằm hiện đại hóa toàn bộ hệ sinh thái ngành xây dựng-từ đào tạo đại học, thực hành kỹ thuật, đến việc áp dụng phần mềm và đấu thầu quốc tế-qua đó nâng cao năng lực cạnh tranh của ngành kỹ thuật Việt Nam.

1.2. Phạm vi Áp dụng và các Định nghĩa Chính

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu về tải trọng, tác động và các tổ hợp của chúng dùng trong tính toán kết cấu của nhà và công trình thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm dân dụng, công nghiệp, hạ tầng kỹ thuật và giao thông. Tiêu chuẩn được áp dụng đồng bộ với TCVN 9379 (Kết cấu xây dựng và nền – Nguyên tắc cơ bản về tính toán) và viện dẫn đến các tiêu chuẩn chuyên ngành khác như TCVN 9386 cho tải trọng động đất.

Nền tảng của tiêu chuẩn là triết lý thiết kế theo trạng thái giới hạn, phân loại thành hai nhóm chính:

• Nhóm 1 (Trạng thái giới hạn thứ nhất – TTGH I hay Ultimate Limit States – ULS): Liên quan đến sự phá hủy hoặc sụp đổ của kết cấu (ví dụ: về cường độ, ổn định).
• Nhóm 2 (Trạng thái giới hạn thứ hai – TTGH II hay Serviceability Limit States – SLS): Liên quan đến điều kiện sử dụng bình thường và độ bền lâu (ví dụ: độ võng, rung động, nứt).

Việc hiểu rõ các thuật ngữ được định nghĩa trong tiêu chuẩn là cực kỳ quan trọng để áp dụng đúng:

• Giá trị tiêu chuẩn (cơ sở) của tải trọng: Giá trị đặc trưng chính của tải trọng được quy định trong tiêu chuẩn.
• Giá trị tính toán của tải trọng: Giá trị được sử dụng trong tính toán, xác định bằng cách nhân giá trị tiêu chuẩn với hệ số độ tin cậy tương ứng.
• Hệ số độ tin cậy về tải trọng (γ_f): Kể đến khả năng sai lệch bất lợi của tải trọng so với giá trị tiêu chuẩn trong điều kiện khai thác bình thường.
• Hệ số tầm quan trọng của công trình (γ_n): Điều chỉnh mức độ tải trọng dựa trên hậu quả (xã hội, kinh tế, môi trường) khi công trình bị hư hỏng hoặc phá hoại.
• Hệ số tổ hợp tải trọng (ψ): Kể đến sự giảm xác suất xảy ra đồng thời các giá trị tính toán lớn nhất của một số tải trọng tạm thời.

Phần II: Phân tích Chuyên sâu các Quy định về Tải trọng và những Cập nhật Lớn

2.1. Tĩnh tải và Hoạt tải

Nguyên tắc tính toán tĩnh tải từ trọng lượng bản thân của các cấu kiện kết cấu và phi kết cấu về cơ bản không thay đổi, nhưng tiêu chuẩn nhấn mạnh tầm quan trọng của việc sử dụng số liệu chính xác về khối lượng thể tích của vật liệu.

Đối với hoạt tải, TCVN 2737:2023 có những cải tiến và mở rộng đáng kể để phản ánh công năng sử dụng của các công trình hiện đại:

• Bổ sung các trường hợp tải trọng mới: Tiêu chuẩn đã khắc phục những thiếu sót nghiêm trọng của phiên bản 1995 bằng cách đưa vào các quy định cụ thể cho gara ô tô tải trọng lớn, đường cho xe cứu hỏa tiếp cận và sàn đỗ trực thăng.
• Phân biệt tải trọng dài hạn và ngắn hạn: Tiêu chuẩn mới cung cấp một phương pháp luận rõ ràng hơn để xác định thành phần dài hạn của hoạt tải, một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến các hiệu ứng phụ thuộc thời gian như từ biến và độ võng dài hạn. Đây là một cải tiến vượt trội so với các bảng giá trị gộp chung trong phiên bản 1995.
• Hệ số giảm hoạt tải: Tiêu chuẩn giới thiệu các quy định về hệ số giảm hoạt tải, cho phép thiết kế kinh tế hơn đối với các cấu kiện chịu nén như cột và móng trong nhà nhiều tầng, một thực hành phổ biến trong các tiêu chuẩn quốc tế.

2.2. Tải trọng gió: Một Sự Thay đổi Toàn diện về Phương pháp luận

Cập nhật quan trọng và mang tính cách mạng nhất trong TCVN 2737:2023 là việc thay đổi hoàn toàn phương pháp tính toán tải trọng gió. Tiêu chuẩn đã loại bỏ cách tiếp cận cũ, phân tách thành phần tĩnh và động dựa trên một ngưỡng chiều cao đơn giản (H < 40 m). Thay vào đó, tiêu chuẩn áp dụng phương pháp Hệ số hiệu ứng giật (G_f)., một phương pháp luận tinh vi hơn, tương đồng về mặt khái niệm với tiêu chuẩn ASCE 7 của Mỹ. Phương pháp này tích hợp cả hiệu ứng tĩnh và hiệu ứng động (cộng hưởng) của gió vào một quy trình duy nhất, chính xác hơn và có thể áp dụng cho cả nhà thấp tầng.

Giá trị tiêu chuẩn của áp lực gió giờ đây được xác định theo công thức:

W_k = W_(3s,10) × k(z_e) × c × G_f

Trong đó:

• W_(3s,10) – Áp lực gió cơ sở: Đây là áp lực gió ứng với vận tốc gió giật 3 giây có chu kỳ lặp 10 năm. Đây là một thay đổi then chốt so với chu kỳ lặp 20 năm trong TCVN 2737:1995. Bản đồ phân vùng áp lực gió cũng được đơn giản hóa còn 5 vùng chính, loại bỏ các vùng phụ như I-A, II-A.
• k(z_e) – Hệ số độ cao và dạng địa hình: Hệ số này không còn là một hàm tuyến tính đơn giản theo độ cao. Việc tính toán nó giờ đây phức tạp hơn, phụ thuộc vào tỷ lệ hình học của công trình (H/B) và dạng địa hình, với các công thức được tham khảo từ ASCE 7-16.
• c – Hệ số khí động: Hệ số này được xác định dựa trên các tỷ lệ hình học của công trình (ví dụ: H/D) và được tra cứu từ các bảng trong Phụ lục F, vốn được biên soạn dựa trên EN 1991-1-4 và SP 20.13330.2016. Điều này cung cấp các giá trị chi tiết hơn cho mặt đón gió (đẩy) và các mặt khuất gió/bên hông (hút).
• G_f – Hệ số hiệu ứng giật: Đây là cải tiến cốt lõi. Hệ số này kể đến phản ứng động của kết cấu đối với sự tác động của gió xoáy. Đối với kết cấu “cứng” (có chu kỳ dao động riêng cơ bản T₁ ≤ 1 s), G_f có thể lấy bằng một hằng số (ví dụ: 0.85). Tuy nhiên, đối với kết cấu “mềm” (T₁ > 1 s), hệ số này phải được tính toán dựa trên các đặc trưng động học của kết cấu và cường độ rối của gió.

Hệ số độ tin cậy γ_f = 2.1: Một Cải tiến An toàn Trọng yếu

Tải trọng gió tính toán cho trạng thái giới hạn thứ nhất (ULS) được xác định bằng cách nhân W_k với hệ số độ tin cậy γ_f. Đối với tải trọng gió, hệ số này được ấn định ở một giá trị có vẻ cao là 2.1.

Hệ số này không phải là một biên độ an toàn tùy ý. Nó thực hiện một chức năng xác suất cụ thể: chuyển đổi áp lực gió từ một sự kiện ở cấp độ sử dụng (chu kỳ lặp 10 năm) sang một sự kiện an toàn ở cấp độ cực hạn với xác suất xảy ra thấp hơn nhiều, tương ứng với chu kỳ lặp khoảng 430 năm. Điều này đã giải quyết một lỗ hổng khái niệm lớn trong tiêu chuẩn cũ, vốn thường gây nhầm lẫn giữa tuổi thọ công trình và chu kỳ lặp của gió.

Cách tiếp cận này thể hiện một triết lý thiết kế dựa trên rủi ro tinh vi. Tiêu chuẩn cũ sử dụng một áp lực gió cơ sở duy nhất (chu kỳ lặp 20 năm) với một hệ số độ tin cậy khiêm tốn (1.2), gộp chung các yêu cầu về khả năng sử dụng (chống võng quá mức do gió thường xuyên) và cường độ cực hạn (chống sụp đổ do bão hiếm gặp). Tiêu chuẩn mới đã tách biệt hai mục tiêu thiết kế này. Nó bắt đầu với một sự kiện gió ở mức độ thấp hơn và thường xuyên hơn (W_(3s,10)) để tính tải trọng tiêu chuẩn W_k. Các nghiên cứu cho thấy điều này dẫn đến giá trị tải trọng tiêu chuẩn thấp hơn so với tiêu chuẩn cũ, giúp việc kiểm tra các điều kiện về trạng thái giới hạn sử dụng như chuyển vị trở nên dễ dàng hơn. Đây là một sự tối ưu hóa về mặt kinh tế, tránh việc thiết kế quá mức cho các điều kiện hàng ngày. Sau đó, tiêu chuẩn áp dụng một hệ số độ tin cậy rất lớn (γ_f = 2.1). để xác định tải trọng tính toán cho ULS. Hệ số này về mặt toán học đã biến đổi tải trọng để đại diện cho một cơn bão hiếm gặp và khắc nghiệt hơn nhiều (chu kỳ lặp ~430 năm). Các phân tích xác nhận rằng tải trọng gió tính toán cho ULS theo tiêu chuẩn mới cao hơn từ 1.5 đến 2.3 lần so với tiêu chuẩn cũ. Đây là một sự tăng cường đáng kể về mặt an toàn. Như vậy, TCVN 2737:2023 đã thực thi một triết lý thiết kế tiên tiến, cho phép các kỹ sư thiết kế những công trình vừa hiệu quả về kinh tế trong điều kiện vận hành bình thường, vừa có khả năng chống chịu tốt hơn đáng kể trước các sự kiện thời tiết khắc nghiệt.

Phần III: Phân tích So sánh với các Tiêu chuẩn Quốc tế

3.1. TCVN 2737:2023 và TCVN 2737:1995: Tóm tắt quá trình Tiến hóa

Để làm nổi bật quy mô của bản cập nhật, bảng so sánh trực tiếp dưới đây sẽ chỉ ra những thay đổi chính, cung cấp một tài liệu tham khảo nhanh cho các kỹ sư thực hành đang trong quá trình chuyển đổi.

Bảng 1: So sánh Tóm tắt giữa TCVN 2737:2023 và TCVN 2737:1995

Hạng mục	TCVN 2737:1995	TCVN 2737:2023	Lý do / Ý nghĩa
Phương pháp tính gió	Tách rời thành phần Tĩnh/Động	Phương pháp Hệ số hiệu ứng giật ($G_f$)	Tích hợp hiệu ứng tĩnh và động, chính xác hơn, phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế.
Chu kỳ lặp gió cơ sở	20 năm	10 năm	Tải trọng tiêu chuẩn thấp hơn, thuận lợi cho kiểm tra trạng thái giới hạn sử dụng (võng, chuyển vị).
Chu kỳ lặp thiết kế ULS	Ngụ ý ~50-100 năm	Rõ ràng ~430 năm	Mức độ an toàn được định lượng và nâng cao rõ rệt.
Hệ số độ tin cậy gió (γf)	1.2 (cho tuổi thọ 50 năm)	2.1	Không còn là hệ số an toàn chung, mà là hệ số chuyển đổi xác suất từ 10 năm lên ~430 năm.
Kích hoạt phân tích động	Khi H > 40 m	Mọi công trình (thông qua Gf)	Ghi nhận đúng bản chất rằng cả nhà thấp tầng cũng có phản ứng động.
Hoạt tải đặc biệt	Phạm vi hạn chế	Mở rộng (gara, trực thăng, xe cứu hỏa)	Đáp ứng nhu cầu thực tế của các công trình hiện đại.
Tham chiếu quốc tế	Chủ yếu là SNiP (Liên Xô)	Kết hợp ASCE 7 / EN 1991	Hiện đại hóa và hội nhập với các thông lệ thiết kế toàn cầu.

3.2. So sánh với Eurocode 1 (EN 1991-1-4)

TCVN 2737:2023 tham khảo rất nhiều từ EN 1991-1-4, đặc biệt là các hệ số khí động (c) chi tiết trong Phụ lục F. Cả hai tiêu chuẩn đều theo cách tiếp cận dựa trên các thành phần để xác định áp lực gió.

Tuy nhiên, có những khác biệt cơ bản trong phương pháp xác định áp lực vận tốc đỉnh và phản ứng động. Các nghiên cứu so sánh cho thấy, với cùng điều kiện địa điểm, tải trọng gió tiêu chuẩn tính theo Eurocode có thể khác biệt đáng kể (thường cao hơn) so với TCVN 2737:2023. Hơn nữa, chu kỳ lặp thiết kế cho ULS trong Eurocode thường dài hơn nhiều (ví dụ, >4000 năm cho một số cấp độ rủi ro), cho thấy một mức độ hiệu chuẩn an toàn khác.

Một lưu ý quan trọng cho các kỹ sư là việc áp dụng máy móc các bảng hệ số c từ Eurocode là không đủ. TCVN 2737:2023 được cho là đã bỏ qua một số ghi chú và bối cảnh quan trọng (ví dụ, liên quan đến kết cấu mảnh có tỷ lệ h/d > 5), điều này có thể dẫn đến việc áp dụng sai nếu không tham khảo bản gốc EN 1991-1-4 cho các trường hợp phức tạp.

3.3. So sánh với ASCE 7 (Tải trọng Thiết kế Tối thiểu cho Nhà và Công trình)

Sự tương đồng quốc tế rõ ràng nhất của TCVN 2737:2023 là với tiêu chuẩn ASCE 7, đặc biệt là phiên bản ASCE 7-16. Phương pháp Hệ số hiệu ứng giật (G_f), bao gồm cả các công thức tính toán, được kế thừa trực tiếp từ tiêu chuẩn này. Các hệ số tầm quan trọng (γ_n). cũng có sự tương đồng.

Về triết lý tổ hợp tải trọng, ASCE 7 sử dụng phương pháp LRFD (Thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng) với các hệ số tải trọng được hiệu chuẩn cụ thể cho các tổ hợp khác nhau (ví dụ: 1.2D + 1.6W, 0.9D + 1.6W). Mặc dù TCVN 2737:2023 cũng sử dụng phương pháp hệ số riêng, các giá trị hệ số tổ hợp và cơ sở hiệu chuẩn có thể khác nhau.

Mặc dù phương pháp luận tương tự, việc hiệu chuẩn an toàn lại khác biệt. ASCE 7-22 quy định tải trọng gió thiết kế ULS cho các chu kỳ lặp 700 năm (công trình thông thường) và 1700 năm (công trình quan trọng). Các chu kỳ này dài hơn đáng kể so với chu kỳ lặp ~430 năm của TCVN 2737:2023, cho thấy ASCE 7 được hiệu chuẩn cho một mức độ an toàn cao hơn hoặc cho các mối nguy hiểm khu vực khác nhau.

Bảng 2: So sánh Triết lý Thiết kế Tải trọng Gió (TCVN 2737:2023 vs. EN 1991 vs. ASCE 7)

Tham số	TCVN 2737:2023	EN 1991-1-4	ASCE 7-22
Phương pháp luận cốt lõi	Hệ số hiệu ứng giật (Gf)	Áp lực vận tốc đỉnh	Hệ số hiệu ứng giật (Gf)
Thời gian trung bình vận tốc	Gió giật 3 giây	Gió trung bình 10 phút	Gió giật 3 giây
Chu kỳ lặp SLS	10 năm	Không áp dụng trực tiếp	Không áp dụng trực tiếp
Chu kỳ lặp ULS	~430 năm	Thay đổi, ví dụ: 700-3000 năm	700-1700 năm
Nguồn dữ liệu khí động	Kết hợp EN/SP	EN 1991-1-4	Dữ liệu hầm gió
Xử lý phản ứng động	Hệ số hiệu ứng giật (Gf)	Hệ số động (cd cs)	Hệ số hiệu ứng giật (Gf)
Mô men tính toán (Ví dụ)	Trung gian	Thấp nhất	Cao nhất

Việc phân tích cho thấy TCVN 2737:2023 không phải là sự sao chép trực tiếp của bất kỳ tiêu chuẩn quốc tế nào, mà là một sản phẩm “lai” có chọn lọc. Tiêu chuẩn này lấy phương pháp G_f từ ASCE 7, hệ số khí động từ EN 1991, và cách sử dụng hệ số tầm quan trọng từ tiêu chuẩn Nga. Cách tiếp cận thực dụng này cho phép hiện đại hóa nhanh chóng bằng cách tận dụng các nghiên cứu quốc tế đã được công nhận. Tuy nhiên, điều này cũng tạo ra một rủi ro tiềm tàng. Các tiêu chuẩn như ASCE 7 và EN 1991 là các hệ thống nhất quán nội tại, nơi tất cả các hệ số (γ_f, G_f, c, v.v.) được hiệu chuẩn để hoạt động cùng nhau nhằm đạt được một mức độ tin cậy mục tiêu. Bằng cách trộn lẫn các thành phần từ các hệ thống khác nhau, có nguy cơ xảy ra “sự không tương thích” hoặc các hậu quả không lường trước, như các chuyên gia đã lưu ý. Do đó, bản chất “lai” của TCVN 2737:2023 vừa là thế mạnh lớn nhất (hiện đại hóa nhanh chóng) vừa là thách thức lớn nhất của nó. Điều này đặt ra một yêu cầu cao hơn đối với các kỹ sư thực hành, không chỉ áp dụng máy móc văn bản tiêu chuẩn mà còn phải hiểu các nguyên tắc cơ bản của các tiêu chuẩn gốc (ASCE 7, EN 1991) để xử lý các điểm chưa rõ ràng và đảm bảo thiết kế an toàn.

Phần IV: Ứng dụng và Triển khai Thực tiễn cho Kỹ sư

4.1. Ví dụ Tính toán Tải trọng Gió từng bước

Dưới đây là một ví dụ minh họa các bước tính toán tải trọng gió cho một công trình nhà cao tầng điển hình theo TCVN 2737:2023, dựa trên dữ liệu từ một bài toán mẫu.

• Công trình: Nhà 17 tầng, cao 70 m.
• Vị trí: Thành phố Hồ Chí Minh (Vùng II).
• Địa hình: Dạng B.
• Kích thước mặt bằng: 30 × 50 m.

Bước 1: Xác định các thông số cơ bản

• Chiều cao H = 70 m, kích thước B × L = 30 × 50 m, Vùng gió II, Dạng địa hình B.

Bước 2: Xác định Áp lực gió cơ sở W_(3s,10)

• Tra bản đồ phân vùng áp lực gió trong tiêu chuẩn cho Vùng II để có giá trị W_(3s,10).

Bước 3: Tính toán Hệ số k(z_e)

• Xác định độ cao tương đương z_e tại mỗi tầng, phụ thuộc vào tỷ lệ H/B.
• Áp dụng công thức trong tiêu chuẩn để tính k(z_e) cho từng độ cao z_e. Lưu ý rằng sự phân bố này không còn tuyến tính.

Bước 4: Xác định Hệ số khí động c

• Tính tỷ lệ H/D (ví dụ, theo phương X, D=50 m, H/D = 70/50 = 1.4).
• Tra Phụ lục F để tìm hệ số c cho mặt đón gió (đẩy) và mặt khuất gió (hút).

Bước 5: Tính toán Hệ số hiệu ứng giật G_f

• Giả sử chu kỳ dao động riêng cơ bản của công trình T₁ > 1 s (kết cấu mềm).
• Tính toán G_f dựa trên công thức phụ thuộc vào cường độ rối I(z_s) và các đặc trưng động học của kết cấu. Nếu T₁ ≤ 1 s, có thể lấy G_f = 0.85.

Bước 6: Tổng hợp Tải trọng tiêu chuẩn W_k

Tại mỗi tầng, nhân các hệ số đã tính: W_k = W_(3s,10) × k(z_e) × c × G_f.

Bước 7: Tính toán Tải trọng tính toán W_tt

Áp dụng hệ số độ tin cậy γ_f = 2.1 để có tải trọng thiết kế cho trạng thái giới hạn ULS. Ví dụ, theo phương X: W_ttX = 2.1 × W_kX.

4.2. Tích hợp với Phần mềm Phân tích Kết cấu (ETABS)

Việc triển khai tiêu chuẩn mới trong các phần mềm như ETABS đòi hỏi một quy trình làm việc cẩn thận :

• Khai báo dạng tải trọng gió: Cần định nghĩa các dạng tải trọng gió (load patterns) để phản ánh đúng profin áp lực không tuyến tính theo hệ số k(z_e).
• Gán tải trọng: Thực hiện gán các giá trị tải trọng đã tính toán lên mô hình kết cấu. Cần đặc biệt lưu ý đến các hiệu ứng xoắn, vốn không được hướng dẫn chi tiết trong TCVN 2737:2023 và có thể cần tham khảo thêm các tiêu chuẩn khác để xác định độ lệch tâm ngẫu nhiên.
• Định nghĩa tổ hợp tải trọng: Thiết lập các tổ hợp tải trọng (load combinations) cho cả ULS và SLS theo đúng yêu cầu của tiêu chuẩn mới.
• Công cụ hỗ trợ: Hiện nay đã có các phần mềm và bảng tính Excel chuyên dụng được phát triển để tự động hóa quá trình tính toán này và tích hợp với ETABS, giúp các văn phòng thiết kế chuyển đổi một cách thuận lợi hơn.

4.3. Ảnh hưởng đến Thiết kế và Tác động Kinh tế

Việc áp dụng TCVN 2737:2023 có những ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả thiết kế và chi phí xây dựng:

• Cấu kiện kết cấu: Tải trọng gió tính toán cho ULS cao hơn đáng kể (tăng 1.5 đến 2.3 lần) sẽ thường dẫn đến việc yêu cầu các cấu kiện kết cấu (cột, dầm) lớn hơn và hệ giằng cứng chắc hơn để đáp ứng các yêu cầu về cường độ và ổn định.
• Móng: Các nghiên cứu phân tích nhiều thiết kế công trình chỉ ra rằng mô men lật tăng lên do tải trọng gió mới có thể dẫn đến sự gia tăng đáng kể trong yêu cầu về móng, chẳng hạn như tăng số lượng cọc hoặc kích thước đài cọc.
• Cốt thép: Mô men và lực cắt lớn hơn sẽ đòi hỏi hàm lượng cốt thép cao hơn trong các cấu kiện bê tông.
• Trạng thái giới hạn sử dụng: Ngược lại, giá trị tải trọng tiêu chuẩn W_k thấp hơn giúp việc thỏa mãn các tiêu chí về trạng thái giới hạn sử dụng như chuyển vị ngang trở nên dễ dàng hơn, vốn là một ràng buộc khó khăn đối với kết cấu thép theo tiêu chuẩn cũ.

Phần V: Kết luận và các Khuyến nghị Chiến lược

5.1. Tổng kết các Lợi ích và Cải tiến

TCVN 2737:2023 là một bước tiến vượt bậc cho ngành xây dựng Việt Nam, mang lại nhiều lợi ích rõ rệt:

• Tăng cường An toàn: Việc áp dụng cách tiếp cận xác suất với chu kỳ lặp ULS ~430 năm cho tải trọng gió giúp tăng đáng kể khả năng chống chịu của công trình trước các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt, một yếu tố cực kỳ quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu.⁸
• Kinh tế hợp lý: Cách tiếp cận hai cấp độ (SLS/ULS) cho phép thiết kế kinh tế hơn, không quá bảo thủ cho các điều kiện sử dụng hàng ngày nhưng vẫn đảm bảo an toàn cho các sự kiện hiếm gặp.
• Hài hòa Quốc tế: Tiêu chuẩn giúp hiện đại hóa thực hành kỹ thuật tại Việt Nam, tạo điều kiện thuận lợi cho việc hợp tác với các đối tác quốc tế, tiếp nhận công nghệ toàn cầu và đảm bảo một mức độ chất lượng và an toàn nhất quán.
• Nâng cao Độ chính xác: Các phương pháp luận mới, đặc biệt là cho tải trọng gió, có cơ sở khoa học chặt chẽ hơn và mô tả chính xác hơn cách thức tải trọng tác động lên kết cấu.

5.2. Khuyến nghị cho Cộng đồng Kỹ sư

Để khai thác tối đa lợi ích và giảm thiểu rủi ro khi áp dụng tiêu chuẩn mới, cộng đồng kỹ sư cần có những hành động cụ thể:

• Phát triển chuyên môn liên tục: Các công ty thiết kế và cá nhân kỹ sư cần đầu tư vào các chương trình đào tạo để nắm vững không chỉ các quy định mới mà cả nền tảng lý thuyết của các tiêu chuẩn gốc (ASCE 7, EN 1991). Đây không phải là một tiêu chuẩn có thể áp dụng một cách máy móc.
• Cập nhật Phần mềm và Công cụ: Các văn phòng thiết kế cần đảm bảo rằng phần mềm và các công cụ tính toán nội bộ được cập nhật để phản ánh chính xác các quy định của tiêu chuẩn mới.²
• Nhu cầu về Hướng dẫn Chính thức: Do bản chất “lai” và khả năng tồn tại những điểm chưa rõ ràng (ví dụ: thiếu ghi chú, hiệu ứng xoắn), có một nhu cầu cấp thiết về việc IBST và Bộ Xây dựng ban hành các tài liệu thuyết minh và hướng dẫn thiết kế chi tiết (tương tự như các tài liệu “Commentary” của ASCE 7) để đảm bảo sự diễn giải và áp dụng thống nhất trong toàn ngành.
• Các lần soát xét trong tương lai: Tiêu chuẩn nên được xem là một tài liệu sống. Các lần sửa đổi trong tương lai cần tập trung vào việc giải quyết các điểm chưa nhất quán, tích hợp thêm các nghiên cứu và dữ liệu khí hậu tại Việt Nam, và tiếp tục con đường hài hòa hóa với thế hệ tiếp theo của các tiêu chuẩn quốc tế.