Tài liệu Nghiên cứu giải pháp kết cấu sàn hiệu quả cho nhà nhịp nhỏ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRỊNH ANH TUẤN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KẾT CẤU SÀN HIỆU QUẢ CHO NHÀ NHỊP NHỎ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐÀO NGỌC THẾ LỰC Đà Nẵng - Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Trịnh Anh Tuấn MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN TIẾNG VIỆT & TIẾNG ANH DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................. 1 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài .................................................................................. 1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................. 1 4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................... 1 5. Kết quả dự kiến.......................................................................................................... 1 6. Bố cục đề tài .............................................................................................................. 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP SÀN TRONG NHÀ DÂN DỤNG ..... 3 1.1. Các giải pháp sàn sử dụng trong xây dựng............................................................... 3 1.1.1. Sàn bê tông cốt thép toàn khối ............................................................................ 3 1.1.2. Sàn bê tông dự ứng lực ........................................................................................ 4 1.1.3. Sàn liên hợp thép bê tông .................................................................................... 5 1.1.4. Sàn bê tông cốt thép lắp ghép.............................................................................. 6 1.1.5. Sàn bóng .............................................................................................................. 7 1.1.6. U-boot Beton (Ubot Beton): ................................................................................ 9 1.2. Các giải pháp sàn sử dụng cho nhà nhịp nhỏ ......................................................... 10 1.2.1. Giới thiệu nhà nhịp nhỏ ..................................................................................... 10 1.2.2. Giải pháp kết cấu sàn phù hợp cho nhà nhịp nhỏ.............................................. 11 1.3. Kết luận chương 1 .................................................................................................. 12 CHƯƠNG 2. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN GIẢI PHÁP SÀN ĐỀ XUẤT CHO NHÀ NHỊP NHỎ .................................................................................................................... 13 2.1. Cấu tạo giải pháp sàn đề xuất sử dụng cho nhà nhịp nhỏ ...................................... 13 2.2. Tính toán giải pháp sàn đề xuất sử dụng cho nhà nhịp nhỏ ................................... 14 2.2.1. Mô tả sàn liên hợp và cấu tạo sàn liên hợp ....................................................... 14 2.2.2. Vật liệu sử dụng ................................................................................................ 16 2.2.3. Tải trọng tác dụng.............................................................................................. 20 2.2.4. Sự làm việc của sàn liên hợp ............................................................................. 22 2.2.5. Xác định nội lực ................................................................................................ 25 2.2.6. Tính toán tiết diện.............................................................................................. 28 2.2.7. Tóm tắt quy trình thiết kế .................................................................................. 39 2.3. Thiết kế sàn bê tông cốt thép toàn khối .................................................................. 39 2.3.1. Chọn sơ bộ chiều dày của sàn và vật liệu.......................................................... 39 2.3.2. Xác định tải trọng tác dụng lên sàn ................................................................... 39 2.3.3. Xác định nội lực ................................................................................................ 40 2.3.4. Tính toán cốt thép .............................................................................................. 41 2.4. Kết luận chương 2 .................................................................................................. 42 CHƯƠNG 3. VÍ DỤ TÍNH TOÁN ............................................................................... 43 3.1. Ví dụ thiết kế giải pháp kết cấu sàn đề xuất sử dụng cho nhà nhịp nhỏ ................ 43 3.1.1. Tính toán tấm tôn như cốp pha trong giai đoạn thi công. ................................. 44 3.1.2. Tính toán sàn liên hợp trong giai đoạn sử dụng ................................................ 51 3.2. Thiết kế sàn sử dụng kết cấu bê tông cốt thép ........................................................ 56 3.2.1. Xác định tải trọng tác dụng lên sàn ................................................................... 57 3.2.2. Xác định nội lực ................................................................................................ 58 3.2.3. Tính toán cốt thép .............................................................................................. 58 3.3. Đánh giá giải pháp sàn đề xuất với sàn bê tông cốt thép ....................................... 59 3.4. Kết luận chương 3 .................................................................................................. 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 62 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN. TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN TIẾNG VIỆT & TIẾNG ANH NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KẾT CẤU SÀN HIỆU QUẢ CHO NHÀ NHỊP NHỎ Học viên: Trịnh Anh Tuấn _ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN Mã số: 60.58.02.08, Khóa: K34- Kon Tum, Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHĐN Tóm tắt - Hiện nay, giải pháp kết cấu bê tông cốt thép toàn khối (khung và sàn BTCT) vẫn được sử dụng chủ yếu trong các công trình dân dụng và nhược điểm của giải pháp này là việc thi công chậm và tốn nhiều ván khuôn cây chống cho việc thi công sàn. Do đó, một giải pháp kết cấu vừa đáp ứng được sự toàn khối, độ cứng tổng thể giống như sàn bê tông cốt thép và đáp ứng được việc thi công nhanh, tiết kiệm là cần thiết. Luận văn này đã nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu sàn cho nhà nhịp nhỏ (L ≤ 5m) bao gồm: Kết cấu sàn sử dụng sàn liên hợp thép – bê tông. Theo đó tấm tôn sẽ được bố trí với mục đích làm ván khuôn sàn trong giai đoạn thi công và cốt thép tham gia chịu kéo trong giai đoạn sử dụng; Sử dụng giải pháp tường chịu lực để thay thế kết cấu khung. Tường được cấu tạo bởi gạch không nung có lổ, phần lổ này sẽ được nhồi bê tông và bổ sung cốt thép từ móng để kết nối với sàn đảm bảo độ toàn khối của hệ kết cấu. Kết quả tính toán cho thấy được sự hiệu quả của giải pháp kết cấu đề xuất so với kết cấu bê tông cốt thép truyền thống và tiềm năng ứng dụng trong thực tế xây dựng hiện nay. Từ khóa – Sàn liên hợp, sàn bê tông cốt thép, gạch block RESEARCH METHORD FOR EFFECTIVE SLAB STRUCTURE FOR SMALL HOUSE Abstract – Currently, the solution of reinforced concrete structure (frame and reinforced concrete slab) is still used mainly in civil works and the disadvantage of this solution is the slow construction and use of many formwork for slab construction. Therefore, a structural solution has just met the whole, the overall hardness is like reinforced concrete slab and fast construction, saving is necessary. This thesis has studied and proposed a solution of slab structure for small span houses (L ≤ 5m) including: The slab structure using steel - concrete composite slab. Accordingly, the deck slab will be arranged with the purpose of making floor formwork in the construction phase and reinforcement involved in pulling during the use period; Use load-bearing wall solution to replace frame structure. Walls are made of bricks with holes, this hole will be stuffed with concrete and reinforced with reinforcement from the foundation to connect to the floor to ensure the structural integrity of the structure. Calculation results show the effectiveness of the proposed structural solution compared to traditional reinforced concrete structures and potential applications in actual construction today. Keywords – Composite slab, reinforced concrete slab, block brick DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Đặc trưng cơ học của bê tông theo Eurocode 4 ............................................16 Bảng 2.2. Hệ số an toàn đối với vật liệu........................................................................17 Bảng 2.3. Giá trị cường độ chịu nén trung bình fcm của bê tông ở tuổi 28 ngày theo Eurocode 4 ..................................................................................................18 Bảng 2.4. Cường độ tiêu chuẩn của cốt thép theo TCVN 5574-2012........................... 19 Bảng 3.1. So sánh hai phương án sàn về tải trọng tác dụng ..........................................59 Bảng 3.2. So sánh hai phương án sàn về vật liệu và nhân công ....................................60 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Sàn sườn bêtông cốt thép toàn khối.................................................................3 Hình 1.2. Sàn bê tông cốt thép ứng lực trước ..................................................................4 Hình 1.3. Cấu tạo sàn liên hợp điển hình ........................................................................6 Hình 1.4. Sàn bê tông cốt thép lắp ghép ..........................................................................7 Hình 1.5. Kết cấu sàn Bubble Deck ................................................................................8 Hình 1.6. Kết cấu sàn U-boot beton ................................................................................9 Hình 1.7. Mặt bằng và mặt đứng nhà ống điển hình ..................................................... 11 Hình 1.8. Giải pháp sàn sườn toàn khối cho công trình ................................................11 Hình 1.9. Giải pháp sàn liên hợp cho công trình dân dụng ...........................................12 Hình 2.1. Giải pháp kết hợp sàn liên hợp với tường chịu lực .......................................13 Hình 2.2. Giải pháp gia cố tường chịu lực ...................................................................14 Hình 2.3. Cấu tạo chi tiết liên kết sàn tường .................................................................14 Hình 2.4. Sàn liên hợp với tấm tôn bằng thép hình ....................................................... 15 Hình 2.5. Các kích thước của sàn và tấm tôn ................................................................ 15 Hình 2.6. Tải trọng tác dụng lên tôn ..............................................................................20 Hình 2.7. Các dạng liên kết điển hình trong sàn liên hợp .............................................23 Hình 2.8. Sự làm việc của sàn liên hợp .........................................................................23 Hình 2.9. Tiết diện phá hoại của các dạng phá hoại khác nhau ....................................24 Hình 2.10. Sự làm việc giòn và làm việc dẻo ................................................................ 25 Hình 2.11. Phân phối lại momen tại vị trí gối trung gian ..............................................26 Hình 2.12. Phân phối lại momen tại vị trí gối (tính toán trên một nhịp chịu tải trọng phân bố đều) ............................................................................................ 26 Hình 2.13. Phân phối lại tải trọng tập trung ..................................................................27 Hình 2.14. Tôn sóng bằng thép ..................................................................................... 28 Hình 2.15. Bề rộng hiệu quả .......................................................................................... 28 Hình 2.16. Chất tải cách nhịp ........................................................................................ 30 Hình 2.17. Phá hoại do thép tôn chảy dẻo .....................................................................32 Hình 2.18. Phá hoại theo khả năng chịu lực của bê tông ..............................................32 Hình 2.19. Xác định momen giới hạn trong vùng momen âm M p , Rd .......................... 33 Hình 2.20. Phương pháp m-k ........................................................................................ 35 Hình 2.21. Các dạng phá hoại phụ thuộc vào nhịp của sàn ...........................................36 Hình 2.22. Phá hoại cắt trong bê tông ...........................................................................36 Hình 2.23. Phá hoại do chọc thủng................................................................................37 Hình 2.24. Tính toán momen quán tính, bê tông bị nứt và không bị nứt trong vùng momen dương .......................................................................................... 38 Hình 2.25. Sơ đồ tính sàn bản loại dầm.........................................................................40 Hình 2.26. Sơ đồ tính sàn bản kê bốn cạnh ...................................................................41 Hình 3.1. Kích thước gạch block xây tường .................................................................43 Hình 3.2. Mặt cắt ngang một tấm tôn ...........................................................................44 Hình 3.3. Mặt bằng sàn ..................................................................................................44 Hình 3.4. Mặt bằng bố trí tấm tôn .................................................................................45 Hình 3.5. Mặt cắt cấu tạo sàn ........................................................................................ 45 Hình 3.6. Mặt cắt ngang bố trí kết cấu sàn ...................................................................46 Hình 3.7. Sơ đồ tính tấm tôn lúc thi công......................................................................46 Hình 3.8. Sơ đồ tính tấm tôn lúc thi công.....................................................................47 Hình 3.9. Kích thước tấm tôn ....................................................................................... 48 Hình 3.10. Sơ đồ tính toán độ võng gây ra do tải trọng bản thân..................................50 Hình 3.11. Sơ đồ tính sàn .............................................................................................. 51 Hình 3.12. Sơ đồ ứng suất tiết diện sàn liên hợp........................................................... 52 Hình 3.13. Cấu tạo các chốt neo đầu sàn .......................................................................54 Hình 3.14. Mặt bằng sàn................................................................................................ 57 Hình 3.15. Bố trí hệ dầm sàn ........................................................................................ 57 Hình 3.16. Biểu đồ mô men trong sàn theo phương dọc nhà ........................................58 Hình 3.17. Biểu đồ mô men trong sàn theo phương ngang nhà ....................................58 Hình 3.18. Biểu đồ mô men trong dầm .........................................................................58 Hình 3.19. Bố trí cốt thép sàn ....................................................................................... 59 Hình 3.20. Bố trí cốt thép dầm ...................................................................................... 59 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, công tác thiết kế thi công nhà dân dụng vẫn sử dụng những phương thức truyền thống như giải pháp sàn BTCT đổ toàn khối hay việc sử dụng một hệ lớn ván khuôn cây chống cho thi công sàn. Những vấn đề này ảnh hưởng lớn đến giá thành công trình xây dựng cũng như thời gian hoàn thành công trình. Do đó, cần có những phải pháp kết cấu, thi công mới hiệu quả hơn nhằm rút ngắn thời gian chi phí xây dựng để đáp ứng nhu cầu lớn về nhà ở hiện nay. Ý tưởng về giải pháp kết cấu sàn bán lắp ghép sử dụng tấm sàn deck (tấm tôn) vừa làm ván khuôn trong giai đoạn thi công và là cốt thép chịu kéo trong giai đoạn sử dụng của sàn kết hợp với hệ tường chịu lực sử dụng gạch block không nung, giải pháp này sẽ giải quyết các vấn đề thi công khi loại bỏ hệ ván khuôn cây chống cũng như làm cho kết cấu sàn nhẹ hơn giúp giảm tải trọng cho móng và thuận tiện cho việc sử dụng kết cấu tường chịu lực thay thế cho giải pháp khung hiện nay. Như vậy, với quan điểm trên luận văn sẽ thực hiện đề tài: “Nghiên cứu giải pháp kết cấu sàn hiệu quả cho nhà nhịp nhỏ” 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Nghiên cứu các giải pháp kết cấu sàn sử dụng trong xây dựng hiện nay để từ đó đề xuất giải pháp kết cấu sàn cho nhà nhịp nhỏ; - Nghiên cứu tính toán, thiết kế cho giải pháp sàn đề xuất; - Thực hiện ví dụ tính toán cụ thể cho sàn đề xuất; - So sánh với hệ sàn bê tông cốt thép để đánh giá tính hiệu quả của giải pháp sàn đề xuất; 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Giải pháp kết cấu sàn cho nhà nhịp nhỏ - Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng gıải pháp kết cấu sàn hıệu quả cho nhà nhịp nhỏ 4. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các giải pháp kết cấu sàn sử dụng trong xây dựng hiện nay để từ đó đề xuất giải pháp kết cấu sàn cho nhà nhịp nhỏ; - Nghiên cứu tính toán, thiết kế cho giải pháp sàn đề xuất và so sánh với hệ sàn bê tông cốt thép để đánh giá tính hiệu quả của giải pháp sàn đề xuất. 5. Kết quả dự kiến - Đề xuất giải pháp cấu tạo sàn cho nhà nhịp nhỏ; - Xây dựng trình tự tính toán thiết kế cho giải pháp sàn đề xuất; - Đánh giá tính hiệu quả của giải pháp sàn so với kết cấu sàn truyền thống 2 6. Bố cục đề tài Mở đầu: 1. Tính cấp thiết của đề tài 2. Mục tiêu đề tài 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4. Phương pháp nghiên cứu Chương 1: TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP SÀN TRONG NHÀ DÂN DỤNG Chương 2: CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN GIẢI PHÁP SÀN ĐỀ XUẤT CHO NHÀ NHỊP NHỎ Chương 3: VÍ DỤ TÍNH TOÁN GIẢI PHÁP SÀN ĐỀ XUẤT VÀ SO SÁNH VỚI SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP KẾT LUẬN VÀ KİẾN NGHỊ 3 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP SÀN TRONG NHÀ DÂN DỤNG Trong chương này tác giả thực hiện tổng quan các giải pháp sàn đang sử dụng trong thực tế xây dựng hiện nay từ đó có những đánh giá cụ thể để đề xuất giải pháp kết cấu sàn mới cho nhà nhịp nhỏ. 1.1. Các giải pháp sàn sử dụng trong xây dựng 1.1.1. Sàn bê tông cốt thép toàn khối Kết cấu sàn bêtông cốt thép toàn khối là kết cấu được đổ trược tiếp trên công trường tại vị trí thiết kế kết cấu. Đối với loại kết cấu này phải chuẩn bị trước ván khuôn để chống đ , lắp ván khuôn, cây chống và đổ toàn khối tại vị trí thiết kế kết cấu. Hình 1.1 Sàn sườn bêtông cốt thép toàn khối a. Ưu điểm sàn bê tông cốt thép truyền thống - Đơn giản trong tính toán và sự làm việc giữa kết cấu rõ ràng. - Độ cứng của hệ dầm sàn khi chịu tải ngang (động đất, gió) cũng như khả năng liên kết sàn vào cột là đảm bảo kiểm soát được khi tính toán. - Khả năng chống cháy tốt. - Linh hoạt trong việc đáp ứng không gian kiến trúc. - Vật liệu bê tông chủ yếu làm từ vật liệu sẵn có như cát, đá…có khả năng chống chịu cao đối với các xâm thực và xói mòn từ yếu tố môi trường bên ngoài, đảm bảo kết cấu bền vững cho công trình. - Do biện pháp thi công tương đối quen thuộc, việc lựa chọn nhà thầu thi công cũng trở nên dễ dàng hơn. b. Nhược điểm Ra đời sớm nhất và được sử dụng phổ biến nhất, tuy nhiên, sàn bê tông cốt thép truyền thống vẫn tồn tại những hạn chế nhất định. - Hệ dầm sàn có tải trọng lớn làm tăng tải trọng xuống móng; - Nhịp nhỏ, hệ thống lưới cột dày gây hạn chế khả năng mở rộng không gian trong thiết kế. 4 - Sàn có dầm nên không phẳng, khó cho việc thi công đường ống kỹ thuật, thẩm mỹ và hạn chiều cao thông thủy. - Tiến độ thi công chậm chủ yếu là do công tác lắp ghép cốp pha và thép cho dầm, sàn, phụ thuộc vào thời tiết. - Sàn có dầm nên việc thi công đường ống kỹ thuật sẽ khó khăn hơn. 1.1.2. Sàn bê tông dự ứng lực Bê tông ứng lực trước là bê tông trong đó thông qua lực nén trước để tạo ra và phân bố một lượng ứng suất bên trong phù hợp nhằm cân bằng với một lượng mong muốn ứng suất do tải trọng ngoài gây ra. Ứng suất trước thường được tạo ra cách kéo thép cường độ cao. Hình 1.2 Sàn bê tông cốt thép ứng lực trước Việc xuất hiện sớm các vết nứt trong bê tông cốt thép do biến dạng không tương thích giữa thép và bê tông là một điểm khởi đầu cho việc xuất hiện một loại vật liệu mới là “ bê tông ứng suất trước”. Việc tạo ra một ứng suất nén cố định cho một vật liệu chịu nén tốt nhưng chịu kéo kém như bê tông làm tăng khả năng chịu kéo vì ứng suất kéo xảy ra sau khi ứng suất nén bị vô hiệu. Sự khác nhau cơ bản giữa bê tông cốt thép và bê tông ứng lực trước là ở chỗ trong khi bê tông cốt thép chỉ là sự kết hợp đơn thuần giữa bê tông và cốt thép để chúng cùng làm việc một cách bị động thì bê tông ứng lực trước là sự kết hợp một cách tích cực, có chủ ý giữa bê tông cường độ cao và cốt thép cường độ cao. Trong cấu kiện bê tông ứng lực trước, người ta đặt vào một lực nén trước tạo bởi việc kéo cốt thép, nhờ tính đàn hồi, cốt thép có xu hướng co lại và sẽ triệt tiêu hay làm giảm ứng suất kéo do tải trọng sử dụng gây ra, do vậy làm tăng khả năng chịu kéo của bê tông và làm hạn chế sự phát triển của vết nứt. Sự kết hợp rất hiệu quả đó đã tận dụng được các tính chất đặc thù của hai loại vật liệu, đó là trong khi thép có tính đàn hồi và cường độ chịu kéo cao thì bê tông là loại vật liệu giòn và có cường độ chịu kéo rất nhỏ so với cường độ chịu nén của nó. Như vậy ứng lực trước chính là việc tạo ra cho kết cấu một cách chủ ý các ứng suất tạm thời nhằm tăng cường độ sự làm việc của vật liệu trong các điều kiện sử dụng khác nhau. Chính vì vậy bê tông ứng lực trước đã trở thành một sự kết hợp lý tưởng giữa hai loại vật liệu hiện đại có cường độ cao. 5 a. Ưu điểm - Trọng lượng bản thân sàn được giảm nhẹ. Bề dày sàn ƯLT giảm xuống còn khoảng (65 80%) bề dày của sàn bê tông cốt thép bình thường với cùng kích thước nhịp và điều kiện tải trọng. Khối lượng cốt thép cũng giảm mạnh nhưng bù vào đó giá thành thép cường độ cao rất lớn (gấp 3 – 4 lần thép xây dựng bình thường) nên chi phí về cốt thép không thay đổi bao nhiêu. Tuy vậy, việc giảm trọng lượng bản thân sẽ kéo theo việc giảm khối lượng vật tư cho nhiều kết cấu khác như cột, tường, móng… và đảm bảo có lợi cho kết cấu nhà ở vùng chịu động đất do lực quán tính ngang giảm mạnh cùng với khối lượng sàn. - Cho phép vượt nhịp lớn và tiến độ thi công sàn tăng nhanh, do sử dụng bê tông mác cao kết hợp với phụ gia. Một số công trình đã được xây dựng cho thấy tiến độ thi công trung bình 7 – 10 ngày/tầng cho diện tích xây dựng là 400 - 500 m2/sàn. Công tác ván khuôn khá đơn giản, nhất là đối với loại sàn không dầm, được dùng chủ yếu trong các công trình nhà nhiều tầng có sàn ứng lực trước. - Sử dụng hệ thống sàn bê tông ứng lực trước hạn chế độ võng và nứt tại tải trọng làm việc. b. Nhược điểm - Chỉ phù hợp cho những công trình yêu cầu vượt nhịp lớn, chịu tải trọng lớn. - Trong thiết kế cũng như thi công kết cấu bê tông dự ứng lực, trình độ nhân công đòi hỏi cao hơn, công tác giám sát trong thi công dự ứng lực cũng cần được thực hiện chu đáo, tỉ mỉ hơn. Các chi phí bổ sung còn có thể phát sinh phụ thuộc vào kinh nghiệm của kỹ sư và công nhân. 1.1.3. Sàn liên hợp thép bê tông Hình 1.3 thể hiện chi tiết cấu tạo sàn liên hợp. Sàn liên hợp điển hình bao gồm các thành phần: lớp bê tông đổ tại chỗ trên tấm tôn thép định hình. Tấm tôn thép định hình đóng vai trò như cốp pha đáy cho hệ sàn khi bê tông còn ướt. Khi bê tông phát triển đạt đến cường độ cần thiết, lúc này lớp bê tông phía trên sẽ làm việc đồng thời với tấm tôn thép định hình, hình thành nên kết cấu sàn liên hợp. Cốt thép sẽ được bố trí tại những tiết diện cần thiết để chống nứt cho bê tông. Sàn liên hợp có thể được đ bởi hệ dầm bên dưới hoặc được gối lên tường. Thông thường tấm tôn thép sẽ được bố trí sao cho phương của sườn tôn vuông góc với trục dầm hoặc gối đ như trên Hình 1.3. Cách bố trí này cho phép phân phối nội lực tốt nhất giữa các cấu kiện. Việc tính toán và xác định nội lực của ô sàn liên hợp theo hai phương là tương đối phức tạp do sự làm việc phức tạp của tấm tôn và sự không đồng nhất của vật liệu. Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu liên hợp của châu Âu (Eurocode 4) hiện nay chỉ đề cập và chỉ dẫn cho việc tính toán sàn liên hợp theo phương của sườn tôn. Sàn liên hợp trong tính toán coi như chỉ làm việc theo nhịp song song với sườn của tấm tôn thép. 6 Cốt thép của ô sàn sẽ được bố trí theo cấu tạo thoả mãn các yêu cầu về chống nứt của Eurocode 4 cho phương vuông góc với sườn tôn. PH¦¥NG LµM VIÖC CñA SÀN B£ T¤NG CèT THÐP TÊM T¤N THÐP §ÞNH H×NH GèI §ì Hình 1.3 Cấu tạo sàn liên hợp điển hình a. Ưu điểm sàn liên hợp - Trong hệ sàn này, tấm tôn hình dập nguội có tác dụng như một ván khuôn cố định của sàn bê tông cốt thép đổ tại chỗ; không cần thiết phải lắp dựng và tháo ván khuôn, nên đã tiết kiệm được nhiều thời gian và nhân lực thi công. - Tấm tôn hình dập nguội, sau khi lắp dựng sẽ tạo ra ngay một sàn công tác với các dầm thép đ tải trọng trong quá trình thi công, có thể không cần dùng cột chống. Vì không cần thời gian gián đoạn đợi bê tông đủ cường độ và tháo ván khuôn, cột chống nên trong cùng một thời điểm có thể thi công ở nhiều tầng sàn khác nhau. - Tấm tôn dập nguội có vai trò chịu lực như cốt thép chịu kéo, vì vậy giảm thời gian thao tác lắp đặt cốt thép cho sàn. - Hình dáng sóng của tấm tôn hình cho phép tạo ra các ô dẫn trong sàn, các đường ống có thể kết hợp và phân bố trong chiều sâu của ô này. Điều này đã làm tăng chiều cao hiệu dụng cho mỗi tầng và giảm chiều cao của toàn nhà. - Các tấm thép tôn hình nguội mỏng và nhẹ, thuận tiện trong việc lắp đặt và chuyên chở. - Sử dụng hệ sàn liên hợp thép - bê tông có sử dụng tấm tôn hình dập nguội có khả năng tiết kiệm vật liệu, giảm đáng kể trọng lượng bản thân của sàn, và kết cấu phần trên, dẫn tới giảm tải cho móng. b. Nhược điểm - Cần có các biện pháp bảo vệ tấm tôn khỏi hiện tượng ăn mòn. - Việc tính toán thiết kế sàn liên hợp chưa có theo tiêu chuẩn Việt Nam và hiện nay chủ yếu tham khảo theo tiêu chuẩn Eurocode 4. 1.1.4. Sàn bê tông cốt thép lắp ghép a. Sàn bê tông lắp ghép Kết cấu bêtông cốt thép lắp ghép được hiểu là các kết cấu riêng lẻ được chế tạo trước tại nhà máy hoặc tại bãi chế tạo kết cấu trên công trường, sau đó các cấu kiện 7 riêng lẻ này được vận chuyển đến công trường, cẩu lên vị thí thiết kế kết cấu và tiến hành ghép các cấu kiện lại với nhau Ưu điểm: chất lượng cấu kiện được đảm bảo (do điều kiệu bảo dư ng cũng như kiểm tra tốt lúc đổ), thời gian thi công nhanh (không mất thời gian đợi bêtông khô cứng), ít tốn ván khuôn, có thể công nghiệp hóa và cơ khí hóa để chế tạo hàng loạt. Nhược điểm: độ cứng kém hơn kết cấu bêtông cốt thép toàn khối, việc lắp ghép các cấu kiện khó khăn và tốn kém giá thành mối nối cao. b. Sàn bêtông cốt thép b n lắp ghép Các cấu kiện chưa hoàn chỉnh được chế tạo sẵn, khi lắp ghép đặt thêm cốt thép, ghép ván khuôn và đổ tại chỗ phần còn lại cùng với mối nối. Tuy nhiên, với loại kết cấu này cần phải lưu ý rằng liên kết giữa bêtông cũ và mới rất kém, chính vì vậy tại bề mặt tiếp xúc của chúng cần phải cấu tạo neo theo thiết kế hoặc cấu tạo cốt đai thòi ra để tăng lực liên kết giữa chúng. Kết cấu bêtông cốt thép bán lắp ghép đã kết hợp một cách thành công ưu điểm của bêtông cốt thép toàn khối và lắp ghép. Chính vì điều này sử dụng kết cấu bêtông cốt thép bán lắp ghép sẽ tiết kiệm và giảm lượng bêtông và cốt thép cần sử dụng. Hình 1.4 Sàn bê tông cốt thép lắp ghép Ưu điểm: độ cứng cao, giảm bớt ván khuôn. Nhược điểm: việc sản xuất khá phức tạp và cần phải xử lý thật tốt mặt nối giữa bêtông cũ và mới. 1.1.5. Sàn bóng Sàn Bubbledeck: là loại sàn sử dụng các quả bóng rỗng từ nhựa tái chế để thay thế phần bê tông không hoặc ít chịu lực ở giữa chiều cao tiết diện sàn. Ở bên trên và bên dưới của quả bóng được gia cường bằng các lớp lưới thép được tính toán cụ thể. Các quả bóng nhựa có vai trò giảm thiểu phần bê tông không cần thiết đối với khả năng chịu lực của kết cấu sàn, giảm nhẹ trọng lượng của sàn, cải thiện các khả năng cách âm, cách nhiệt. a. Ưu điểm của công nghệ Công nghệ này thi công không quá phức tạp, cho phép giảm 35% khối lượng bê tông so với sàn truyền thống. Từ đó góp phần giảm được trọng lượng tổng thể của 8 công trình và tăng khả năng vượt nhịp. Sàn có khả năng chịu lực theo hai phương, không dùng dầm nên giảm chiều cao xây dựng mỗi tầng, cải thiện khả năng cách âm, cách nhiệt cho sàn. BubbleDeck là công nghệ thi công tấm sàn phẳng, rỗng theo hai phương không dầm, ít cột và có khẩu độ vượt nhịp lớn. Sàn BubbleDeck rất linh hoạt trong thiết kế, có khả năng áp dụng cho nhiều loại mặt bằng công trình, có tính cách âm, cách nhiệt tốt và khả năng chống cháy nổ, tăng tác dụng chống động đất vượt trội. Hình 1.5 Kết cấu sàn Bubble Deck Với công nghệ BubbleDeck, việc thi công tấm sàn có thể tiết kiệm tới 35% lượng bê tông sàn so với sàn truyền thống, giảm thời gian lắp dựng mỗi sàn xuống 5 đến 7 ngày, giảm tải trọng bản thân tấm sàn cũng như tải trọng trên phần móng công trình, từ đó giảm kích thước hệ kết cấu cột, vách, móng. Khả năng chịu động đất cũng là một trong những ưu điểm của BubbleDeck. Lực động đất tác động lên công trình có giá trị tỷ lệ với khối lượng toàn công trình và khối lượng tương ứng ở từng cao độ sàn BubbleDeck, tấm sàn phẳng chịu lực theo hai phương, với ưu điểm giảm nhẹ trọng lượng bản thân, khi kết hợp với hệ cột và vách chịu lực sẽ trở thành một giải pháp hiệu quả chống động đất cho các công trình cao tầng. Tiết kiệm khối lượng bê tông thi công: 2,3 kg nhựa tái chế thay thế cho 230 kg bê tông/m và rất thân thiện với môi trường khi giảm lượng phát thải năng lượng và khí CO2, góp phần tích cực vào công tác bảo vệ môi trường. Phạm vi ứng dụng sàn BubbleDeck không giới hạn, từ nhà ở dân dụng, Nhà xưởng công nghiệp, Villa, khách sạn, cao ốc, Trường học... cho đến khu bãi đậu xe đều đáp ứng tốt. b. Nhược điểm của công nghệ Đẩy nổi: Trong quá trình đổ bê tông, nếu không kiểm soát chất lượng cốp pha gỗ, số lượng ty neo có thể gây ra hiện tượng xô lệch bóng hoặc đẩy nổi tấm sàn. Điều này khiến chiều dầy sàn tăng hơn so với thiết kế, lớp bảo vệ bê tông đỉnh quả bóng mỏng và ít nhiều ảnh hưởng đến sự làm việc của kết cấu. Rỗ đáy: Ở một vài công trình mới sử dụng BubbleDeck xuất hiện hiện tượng này, 9 khi tháo ván khuôn sẽ có 1 vài vị trí nhìn thấy đáy quả bóng – gọi hiện tượng này là rỗ (trong quá trình đổ bê tông đã bỏ bước đầm hoặc đầm dối). Gây thẩm mỹ không tốt và ảnh hưởng chút ít đến chất lượng sàn. Công nghệ sàn bóng có thể là công nghệ sàn lõi rỗng đổ tại chỗ đầu tiên được ứng dụng ở Việt Nam. Thực tế đã ghi nhận thành công trong một số công trình trên khắp cả nước, tuy nhiên do chưa vượt qua được một số hạn chế mang tính bản chất của công nghệ như nêu trên nên có một số công trình có chất lượng xấu. Chính vì vậy để phát huy hết ưu điểm của sàn bóng và tránh được các sự cố đáng tiếc thì phải lựa chọn được các nhà thầu có kinh nghiệm trong thiết kế và thi công, các sản phẩm bóng có chất lượng thật tốt. 1.1.6. U-boot Beton (Ubot Beton): Sử dụng các hộp định hình tạo rỗng Ubot xếp song song với nhau tạo nên hệ thống dầm chìm chữ I nằm chìm trong sàn, nhằm mục đích giảm trọng lượng bản thân sản và vượt nhịp lớn. a. Ưu điểm So với sàn truyền thống, hệ sàn nhẹ Ubot tiết kiệm số lượng và tiết diện cột, thuận tiện hơn trong việc bố trí cột một số công trình cần không gian mở như: trung tâm thương mại, hầm xe, tòa nhà dân dụng… Tải trọng bản thân sàn Ubot nhỏ hơn 10% đến 30% so với hệ dầm sàn BTCTTT dẫn tới việc giảm tải trọng bản thân của toàn bộ công trình. Do vậy, đây là giải pháp lý tưởng để tối ưu tiết diện lưới cột và tối ưu kích c phần móng. Hình 1.6 Kết cấu sàn U-boot beton Giảm chiều dày sàn cũng như giảm chiều cao tổng thể của tòa nhà. Cùng 1 chiều cao tổng thể, khi sử dụng sàn nhẹ Ubot có thể tăng số lượng tầng so với sàn truyền thống. Sàn Ubot cho phép khả năng vượt nhịp lớn và chịu tải cao đặc biệt phù hợp với các công trình yêu cầu kết cấu không gian mở. 10 Sử dụng sàn Ubot có thể linh hoạt bố trí lưới cột, vị trí tường ngăn, kiến trúc sư được thoải mái trong sáng tạo thiết kế. Sàn Ubot có khả năng cách âm và cách nhiệt tốt, cũng như có khả năng chống cháy cao. Không cần sử dụng các thiết bị vận chuyển và nâng đ phức tạp. Việc thi công phần cốp pha nhanh gọn hơn do sàn phẳng và không có dầm. Gia công thép nhanh hơn do có ít chủng loại thép b. Nhược điểm Giải pháp có giá thành tương đối cao do phải nhập các khối Ubot và tốn nhiều công lắp đặt tại hiện trường vì thép lớp trên, lớp dưới, thép ziczac chống cắt cho sàn và hộp nhựa là rời rạc không làm thành panel sẵn bị tăng thêm thời gian thi công tại hiện trường, kéo dài tiến độ thi công. Đổ bê tông sàn Ubot là phần bê tông dưới mặt hộp có thể không đồng đều, nếu đầm kỹ thì bê tông dâng cao lên vào trong phần rỗng của mặt dưới hộp gây nặng sàn, nhưng nếu đầm ít thì phần bê tông này mỏng hơn thiết kế gây yếu sàn và không đủ chịu lực treo thiết bị dưới trần.Phần bê tông lớp dưới mặt đáy hộp nhựa này cũng không được đầm mặt nên độ đặc chắc cũng không cao như yêu cầu thiết kế. 1.2. Các giải pháp sàn sử dụng cho nhà nhịp nhỏ 1.2.1. Giới thiệu nhà nhịp nhỏ Hiện nay các công trình nhà dân dụng phục vụ cho sinh hoạt của người dân chủ yếu là dạng nhà ống được xây dựng theo phạm vi khu đất mà chủ yếu nhịp không quá 5m điển hình như 5m 20m, 4,5m 20m...(Hình 1.7). Những công trình dân dụng như Hình 1.7 có đặc điểm chung là nhịp theo phương ngang nhà không quá lớn, chủ yếu là phát triển theo hướng dọc nhà nên có thể gọi chung là nhà nhịp nhỏ. 11 Hình 1.7 Mặt bằng và mặt đứng nhà ống điển hình 1.2.2. Giải pháp kết cấu sàn phù hợp cho nhà nhịp nhỏ Với đặc điểm kiến trúc của công trình như trong mục 1.2.1 và dựa vào đặc điểm, ưu, nhược điểm các giải pháp sàn hiện nay (mục 1.1). Có thể nhận thấy một số giải pháp kết cấu phù hợp cho loại công trình này: a. Sàn bê tông cốt thép toàn khối Đây là phương án kết cấu được sử dụng chủ yếu hiện nay do có nhiều ưu điểm phù hợp với điều kiện thi công ở Việt Nam và đơn giản trong tính toán, có độ tin cậy cao (Hình 1.8). Hình 1.8 Giải ph p sàn sườn toàn khối cho công trình Tuy nhiên, giải pháp này có nhược điểm là tốn ván khuôn, cột chống, nhân công gia công lắp dựng ván khuôn và cốt thép làm tăng thời gian thi công. b. Sàn liên hợp bê tông cốt thép Hiện nay, để giảm thời gian thi công, nhanh chóng đưa công trình vào sử dụng một giải pháp kết cấu được đưa ra là sử dụng kết cấu liên hợp sàn deck và hệ cột - dầm 12 thép tổ hợp (Hình 1.9). Giải pháp này chưa được phổ biến nên gây khó khăn cho việc lựa chọn nhà thầu để thi công. Hình 1.9 Giải pháp sàn liên hợp cho công trình dân dụng Như vậy, mỗi giải pháp sàn đều tồn tại những khuyết điểm riêng của nó. Do đó cần tìm một giải pháp sàn mới hiệu quả hơn nhằm khai thác các ưu thế của từng giải pháp kết cấu sàn. Với quan điểm đó, giải pháp sàn đề xuất phải hiệu quả về mặt kết cấu, thi công và tiết kiệm chi phí xây dựng so với giải pháp sàn truyền thống hiện nay (sàn bê tông cốt thép toàn khối). 1.3. Kết luận chương 1 Trong chương này đã thực hiện các vấn đề sau: + Tổng quan các giải pháp sàn sử dụng trong xây dựng. + Phân tích chọn giải pháp sàn cho nhà nhịp nhỏ. Qua tổng quan nhận thấy mỗi giải pháp kết cấu đều có ưu nhược điểm riêng. Do vậy cần tìm một giải pháp tối ưu hơn phù hợp với nhà nhịp nhỏ nhằm khắc phục nhược điểm của hai giải pháp trên. Chương 2 của luận văn sẽ phân tích để đề xuất giải pháp sàn mới cho nhà nhịp nhỏ.