Luận văn thạc sĩ xây dựng dân dụng so sánh một số giải pháp sàn trong nhà cao tầng thông qua việc nghiên cứu, tính toán đối với công trình cụ thể

Sàn BTCT toàn khối, sàn liên hợp thép - bê tông, sàn bubble deck, sàn phẳng BTCT ứng lực trước

Lời nói đầu

Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, ngành xây dựng cơ bản giữ một vai trò hết sức quan trọng Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các lĩnh vực khoa học và công nghệ, lĩnh vực tư vấn thiết kế và xây dựng công trình đã có những bước tiến đáng kể Minh chứng rõ nét nhất cho sự phát triển này là xuất hiện ngày càng nhiều các toà nhà cao tầng, các cao ốc với số tầng ngày càng tăng và quy mô ngày càng hiện đại, sử dụng đa dạng các giải pháp sàn : Sàn BTCT toàn khối, sàn liên hợp thép - bê tông, sàn bubble deck, sàn phẵng BTCT ứng lực trước

Trong Nhà cao tầng, khối lượng thi công sàn chiếm một khối lượng lớn của công trình, vai trò của sàn trong các công trình cao tầng chịu tải trọng ngang là rất lớn và việc sử dụng các loại vật liệu truyền thống như bê tông cốt thép toàn khối để xây dựng nhà cao tầng tuy có ưu điểm là bền lâu theo thời gian và chịu lửa khá tốt nhưng lại có nhược điểm cơ bản là nặng nề và tốc độ thi công chậm Ngược lại, các giải pháp sàn khác như đã nêu ở trên lại có khả năng chịu lực rất cao, vượt nhịp lớn

và tốc độ thi công nhanh chóng đã và đang thay thế cho các vật liệu bê tông và thép riêng rẽ trong xây dựng các công trình cao tầng và công trình có khẩu độ lớn

ở các nước tiên tiến như Châu âu và Mỹ, các giải pháp sàn nêu trên đã rất phổ biến và đã được đưa vào tiêu chuẩn quốc gia như BS 8110 của Anh, ACI 318 của

Mỹ sử dụng cho thiết kế sàn phẵng BTCT ứng lực trước, BS 5950 phần 3 của Anh, AISC của Mỹ và gần đây nhất là Eurocode 4 của các nước Châu âu sử dụng cho thiết kế sàn liên hợp thép - bê tông, NEN 6720:1995, NEN 5950:1995 của Hà Lan, Eurocode 2 của các nước Châu Âu sử dụng cho sàn bubble deck và các tiêu chuẩn dùng cho thi công Họ cũng đã hoàn thiện quy trình thiết kế và chế tạo với độ tin cậy cao, được kiểm nghiệm qua thực tế ở Việt Nam, vì nhiều lý do nên các giải pháp sàn nêu trên hầu như chỉ mới bắt đầu sử dụng trong những năm gần đây và nhiều giải pháp sàn đã được dùng trong thực tế nhiều khi theo thói quen của người thiết kế, chưa đánh giá, chưa so sánh cụ thể Với những ưu điểm vượt trội như trên, trong tương lai chắc chắn các giải pháp sàn nêu trên sẽ được sử dụng rộng rãi Với mong muốn đánh giá, so sánh một số giải pháp sàn trong nhà cao tầng thông qua việc nghiên cứu, tính toán đối với công trình cụ thể, tôi xin được đi sâu tìm hiểu và đưa ra một vài đánh giá, so sánh các giải pháp sàn theo các tiêu chí : khả thi, đơn giản trong thi công, hiệu quả về chịu lực, hiệu quả về kinh tế Từ đó đưa ra các kết luận nhằm lựa chọn được phương án sàn tối ưu, hợp lý nhất sử dụng trong thực tế xây dựng Do thời gian và năng lực hạn chế nên đề tài chắc chắn còn nhiều sai sót, vì vậy Tôi mong muốn nhận được nhiều ý kiến đóng góp quan tâm

Chương 1 - Tổng quan về MộT Số GIảI PHáP SàN CHO NHà

CAO TầNG 1.1 Vài nét về việc sử dụng một số giải pháp sàn trong xây dựng Nhà cao tầng ở Việt Nam

Trong những năm gần đây, ngành xây dựng của Việt Nam đã có những bước tiến đáng kể, đặc biệt các giải pháp sàn sử dụng trong nhà cao tầng khá đa dạng : Sàn BTCT toàn khối, sàn liên hợp thép - bê tông, sàn bubble deck, sàn phẵng BTCT ứng lực trước

ở Việt Nam, thực tế kết cấu liên hợp thép - bê tông đã được sử dụng từ thời Pháp thuộc trong các sàn nhà dạng khối xây lõi thép Trong thời gian gần đây tại thành phố Hồ Chí Minh đã xây dựng toà nhà Diamond Plaza ( 21 tầng), kết cấu khung thép bọc vật liệu chống cháy là xỉ lò cao Giai đoạn hiện nay đã có một số thiết kế nhà cao tầng dùng kết cấu liên hợp thép - bê tông và sẽ được xây dựng tại thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh Cuối năm 2005 tại Hà Nội lần đầu tiên sử dụng sàn liên hợp để làm 500 m2 sàn nhà của Công ty xuất nhập khẩu Hồng

Hà, công trình do công ty dàn không gian Tadis thiết kế Với yêu cầu phát triển xây dựng hiện nay loại kết cấu này chắc chắn sẽ được sử dụng rộng rãi tại Việt Nam, trước hết là cho các nhà cao tầng khi chiều cao khoảng 30 tầng trở lên

Về công nghệ sàn bubble deck, công nghệ sàn nhẹ do kỹ sư JorgenBreuning người Đan Mạch sáng chế, được đề cử giải Môi trường Châu Âu giành cho sự bền vững, dành giải thưởng sáng tạo Jersey 2005 (Sản phẩm mới thiết thực nhất) và rất nhiều giải thưởng vinh danh Châu Âu Với các đặc điểm kỹ thuật vượt trội của mình, bubble deck - hệ sàn phẵng nhẹ duy nhất được chính thức công nhận tại nhiều quốc gia, đã được cấp chứng nhận kỹ thuật Hà Lan CUR 86, có giá trị tương đương với chứng nhận của tiêu chuẩn xây dựng Bubble deck đã có mặt tại Việt Nam với tên giao dịch Bubble Deck Viet Nam Joint Venture Company Các công trình tại Việt Nam đã và sẽ sử dụng công nghệ Bubble deck gồm Khách sạn 38 tầng Nha Trang Plaza, toà nhà Agrimexco, trụ sở chính công ty FPT, tổ hợp nhà ở đa năng 28 tầng làng Quốc tế Thăng Long, Finance Tower Láng Hạ

Ngoài hai công nghệ sàn nêu trên thì ở Việt Nam bê tông ứng lực trước củng

được sử dụng khá phổ biến Bê tông ứng lực trước lần đầu tiên được sử dụng năm

1960 khi xây dựng cầu Phủ Lỗ với nhịp dài 18m Cho đến nay nhiều công trình có quy mô lớn như các cầu Phú Lương, cầu Sông Danh, cầu Tân Đệ với nhịp trên 100m, các cầu Bãi Cháy, cầu Phú Mỹ, cầu Thanh Trì với nhịp trên 200m cũng đã

được xây dựng

Từ năm 1996 ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp Việt Nam đã có nhiều

sự thay đổi, đó là nhanh chóng làm chủ được công nghệ ƯLT hiện đại của Thế Giới

và đưa vào ứng dụng cho các công trình phù hợp ở nước ta như Nhà làm việc Trường

Đại học Kiến trúc Hà Nội với dầm bê tông ƯLT vượt nhịp 18m, công sơn có độ vươn 9m; Nhà điều hành Đại học Quốc Gia; Trung tâm thương mại Kim Liên; Toà nhà Vincom City Towers với sàn phẵng bê tông ƯLT nhịp 10m; Trung tâm dịch vụ thương mại Thanh trì sử dụng dầm bẹt ƯLT một phương nhịp 13.2 x 6.6m; cùng nhiều công trình xây dựng dân dụng có quy mô lớn như công trình E town II Building - Ho Chi Minh City với sàn phẵng bê tông ƯLT căng sau, nhịp 14m; E-Town Office Building - Ho Chi Minh với sàn phẵng ƯLT hai phương nhịp 13.2m; Nhà máy Muto Seiko Factory - Dong Nai với dầm, sàn ƯLT nhịp 12.5m; Khu Thương xá Vĩnh Trung plaza - Đà Nẵng với sàn phẵng bê tông ƯLT nhịp 10m Hệ thống Silô của Nhà máy xi măng Bút Sơn có đường kính 24m với thành silô dày 300mm bằng bê tông ƯLT

1.2 Mục đích và ý nghĩa của đề tài

Thông qua việc nghiên cứu, tính toán đối với công trình cụ thể, đề tài nhằm so sánh và đánh giá một số giải pháp sàn Từ đó đưa ra kiến nghị, khuyến cáo nhằm lựa chọn được phương án sàn tối ưu nhất sử dụng trong thực tế xây dựng

Các giải pháp sàn hiện nay đang ứng dụng cho các toà nhà cao tầng tại Việt Nam chủ yếu là các dạng sàn dưới đây :

- Sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối

- Sàn liên hợp thép - bê tông

- Sàn bubble deck

- Sàn phẵng ứng lực trước

1.3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan sàn liên hợp thép - bê tông, các bước thiết kế, quy trình thi công và các đặc điểm nổi bật

- Nghiên cứu tổng quan sàn bubble deck, các bước thiết kế, quy trình thi công

và các đặc điểm nổi bật

- Nghiên cứu tổng quan sàn phẵng BTCT ứng lực trước, các bước thiết kế, quy trình thi công và các đặc điểm nổi bật

- Tính toán, so sánh các giải pháp sàn với công trình cụ thể

- Đưa ra kiến nghị, lựa chọn giải pháp sàn sao cho phù hợp với các công trình thực tế đối với người làm công tác tư vấn thiết kế

Chương 2 - MộT Số LOạI SàN thường dùng trong nhà

cao tầng hiện nay 2.1 Sàn liên hợp Thép - Bê tông

Tổng quan sàn liên hợp Thép - Bê tông

2.1.1.1 Giới thiệu chung về sàn liên hợp

Hình 1.1 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

đỡ bởi hệ dầm bên dưới hoặc được gối lên tường

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

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

2.1.1.2.Vật liệu sử dụng và các yêu cầu cấu tạo đối với sàn liên hợp

a Tấm tôn thép định hình

Tấm tôn thép phải có cường độ chảy R e min không nhỏ hơn 220 N/mm2 và tuân theo tiêu chuẩn EN 10147 Tấm tôn thép có chiều dày không nhỏ hơn 0,75 mm và được mạ kẽm hai mặt để chống ăn mòn Mô hình làm việc của tấm tôn là đàn dẻo với mô

f là sức bền kéo đứt của thanh thép

Mô đun đàn hồi của cốt thép E a =210kN/mm2

c Bê tông

Bê tông sử dụng cho sàn liên hợp tuân theo các đề xuất trong tiêu chuẩn Eurocode 2 (EN 1992-1-1), mục 3.1 đối với bê tông thường hoặc Eurocode 2 (EN 1992-1-1), mục 11.3 đối với bê tông nhẹ

Bê tông sử dụng trong kết cấu liên hợp được quy định bởi tiêu chuẩn Eurocode 4 có lớp độ bền bê tông không thấp hơn C20/25, không cao hơn C60/75 đối với bê tông thường và không thấp hơn LC22/20, không cao hơn LC60/66 đối với bê tông nhẹ

Bảng 1.1 Các đặc trưng cơ học của bê tông theo Eurocode 4

10

cm cm

Bảng 1.2 Hệ số an toàn đối với vật liệu

Tổ hợp tải trọng Bê tông γ c Thép thanh và thép ứng suất trước γ s

Trong đó :

c

γ : hệ số an toàn cho vật liệu bê tông lấy theo bảng 1.2;

ct

α : hệ số kể đến ảnh hưởng do tác động lâu dài lên sức bền kéo và tác động bất lợi

của tải trọng Giá trị của α tùy theo quy định của từng nước thành viên Có thể ct

Mô đun đàn hồi E của bê tông phụ thuộc mô đun đàn hồi các vật liệu thành phần cm

Giá trị của E trong bảng 1.1 là cho bê tông cốt liệu đá thạch anh ở tuổi 28 ngày cm

Đối với cốt liệu đá vôi và đá sa thạch mô đun đàn hồi giảm tương ứng là 10% và 30% Đối với cốt liệu từ đá ba zan thì E trong bảng 1.1 được tăng 20% cm

+ Sự co ngót và từ biến của bê tông

Khi tính toán kết cấu liên hợp có thể phải xét đến sự co ngót của bê tông Sự co ngót của bê tông được xét đến và quyết định bởi các yếu tố như độ ẩm môi trường, kích thước của cấu kiện và sự liên hợp của cấu kiện

Sự co ngót được xác định qua các hệ số co ngót như sau:

- bằng 3.10-4 trong môi trường khô ở trong hoặc ngoài công trình (trừ các cấu kiện

được nhồi bê tông);

- bằng 2.10-4 trong các môi trường khác và cho các cấu kiện nhồi bê tông

Các giá trị trên dùng cho bê tông có khối lượng riêng trung bình thông thường, đối với bê tông nhẹ các giá trị trên được nhân lên 1,5 lần

Khi tính toán cấu kiện liên hợp theo trạng thái giới hạn sử dụng (kiểm tra về độ võng, nứt) có thể xét đến ảnh hưởng của co ngót bê tông

Kích thước lớn nhất của cốt liệu phụ thuộc các kích thước của tấm tôn và không lớn hơn giá trị nhỏ nhất của:

d Các yêu cầu cấu tạo

Theo Eurocode 4, chiều dày của sàn liên hợp h không nhỏ hơn 80 mm và chiều dày s

bê tông bên trên sườn của tấm tôn h không nhỏ hơn 40 mm Thông thường chiều c

dày sàn liên hợp h s =100 ~ 400 mm, để đảm bảo khả năng chống cháy, cách âm và chịu tải trọng tập trung thì h c ≥60mm

Eurocode 4 quy định bề rộng gối nhỏ nhất cho phần tấm tôn l và phần sàn liên hợp bs

bc

l là 50 mm và 75 mm khi gối lên kết cấu thép và bê tông, lần lượt là 70 mm và 100

mm khi gối lên các loại cấu kiện khác như gạch hoặc đá

2.1.1.3 Trạng thái giới hạn dùng để thiết kế kết cấu sàn liên hợp

Sàn liên hợp nói riêng và các kết cấu liên hợp nói chung (dầm, cột) được thiết kế, kiểm tra theo các trạng thái giới hạn, tại các trạng thái này kết cấu được coi là không còn khả năng đáp ứng các yêu cầu đề ra ban đầu (cường độ, điều kiện sử dụng bình thường) Các hệ số an toàn tải trọng thích hợp được xét đến khi kiểm tra các cấu kiện tại trạng thái giới hạn phá hoại và giới hạn sử dụng

Eurocode 4 quy định các cấu kiện kết cấu được tính toán kiểm tra theo hai trạng thái giới hạn: trạng thái giới hạn về cường độ và trạng thái giới hạn về sử dụng

a Trạng thái giới hạn về cường độ

Tại trạng thái giới hạn về cường độ, tải trọng được nhân với các hệ số an toàn riêng

rẽ γ theo bảng 1.3 và được tổ hợp để xác định nội lực của cấu kiện Các cấu kiện f

sẽ được tính toán kiểm tra theo các điều kiện về cường độ

Bảng 1.3 Giá trị hệ số γ cho trạng thái giới hạn về cường độ f

Hoạt tải

1,35 1,5

Giai đoạn thi công Tải trọng bê tông ướt

Tải trọng thi công

1,35 1,5

b Trạng thái giới hạn về sử dụng

Tải trọng tại trạng thái giới hạn này là tải trọng tiêu chuẩn (các hệ số γ f =1, 0) Dầm và sàn được kiểm tra biến dạng võng tại trạng thái giới hạn sử dụng

c Tải trọng

Được xác định riêng rẽ rồi kết hợp theo khả năng xảy ra đồng thời trong thực tế tạo nên tổ hợp tải trọng nguy hiểm nhất cho sàn

c.1 Tải trọng giai đoạn thi công

Tải trọng thi công xuất hiện trong giai đoạn thi công đổ bê tông cho sàn liên hợp do trọng lượng công nhân, máy móc và các rung động, va chạm trong quá trình thi công

Tải trọng thi công cơ bản: Eurocode 4 đưa ra giá trị 1,5 kN/m2 cho diện tích thi công 3x3 m bất kỳ hoặc cả nhịp (trong trường hợp nhịp nhỏ hơn 3 m) Hoạt tải thi công

được sắp xếp để gây bất lợi nhất cho cấu kiện (gây ra mô men uốn và lực cắt lớn nhất)

Tải trọng do vật liệu được lưu trữ tạm thời cũng phải kể đến vào tải trọng thi công trước khi bê tông đạt đến cường độ yêu cầu để có thể tự làm việc

Ngoài ra tải trọng phụ thêm của khối lượng bê tông do tấm tôn bị võng cũng phải

được tính đến khi kiểm tra khả năng chịu lực của tấm tôn và sàn liên hợp

Hình 1.3b Sơ đồ chất tải giai đoạn thi công để có mô men dương nguy hiểm nhất

c.2 Tải trọng trong giai đoạn sử dụng

Bao gồm các loại tải trọng sau:

- Trọng lượng bản thân sàn liên hợp;

- Tĩnh tải do vật liệu hoàn thiện, đường ống kỹ thuật, vách ngăn trên sàn;

- Hoạt tải sử dụng của sàn;

- Do tác dụng của co ngót và từ biến trong bê tông;

- Tác động của khí hậu (chênh lệch nhiệt độ, gió)

2.1.1.4 Tính toán sàn liên hợp

a Các bước tính toán kiểm tra sàn liên hợp

Bước 1: Giai đoạn thi công

Tấm tôn thép đóng vai trò cốp pha cho sàn Khi bê tông ở trạng thái ướt thì tấm tôn thép làm việc như cốp pha cho hệ sàn Tấm tôn thép được kiểm tra về cường độ, độ võng khi chịu trọng lượng bê tông ướt, tải trọng thi công (xem mục 2.1.1.5)

Trong quá trình thi công, khi nhịp sàn lớn, để đảm bảo khả năng chịu lực có thể sử dụng biện pháp chống tạm đảm bảo khả năng chịu lực, cũng như hạn chế độ võng của sàn trong giai đoạn thi công

Bước 2: Giai đoạn sử dụng

Tấm tôn làm việc kết hợp với bê tông tạo thành kết cấu sàn liên hợp Tấm tôn đóng vai trò như cốt thép trong kết cấu bê tông cốt thép Sàn liên hợp được kiểm tra khả năng chịu lực và độ võng (xem mục 2.1.1.6)

b Các đề xuất khi tính toán sàn liên hợp

Sàn liên hợp bao gồm hai thành phần chính là lớp bê tông được đổ tại chỗ và tấm tôn thép Khi sàn liên hợp làm việc thì tấm tôn đóng vai trò giống như cốt thép trong hệ sàn bê tông cốt thép, để đảm bảo điều kiện này tấm tôn phải không có sự chuyển vị tương đối dọc trục so với lớp bê tông và lúc đó liên kết giữa tấm tôn và lớp bê tông

được gọi là liên kết hoàn toàn, ngược lại trong trường hợp có sự chuyển vị tương đối giữa hai thành phần trên thì liên kết giữa tôn sàn và bê tông được gọi là liên kết không hoàn toàn

Để có thể hình thành nên kết cấu sàn liên hợp, thì giữa hai thành phần phải tồn tại lực liên kết Lực liên kết này đạt được nhờ các yếu tố:

- Liên kết cơ học có tác dụng ngăn cản trượt tương đối của lớp bê tông phía trên và tấm tôn thép theo phương dọc sàn Các liên kết cơ học này có thể tạo ra bằng các cách sau: gia công (dập nổi hoặc dập chìm) bề mặt tấm tôn tiếp xúc với bê tông, tạo các lỗ nhỏ trên bề mặt tấm tôn (các lỗ này phải có kích thước đủ lớn đảm bảo bê tông có thể lấp đầy) (hình 1.4b, c);

- Lực ma sát giữa bê tông và tôn thép phụ thuộc bề mặt tiếp xúc giữa bê tông và tôn thép;

- Neo tại đầu sàn bằng chi tiết liên kết có khả năng chịu lực cắt theo phương dọc sàn (hình 1.5);

- Sử dụng kết hợp các biện pháp nêu trong mục c với mục a hoặc với mục b

Cốt thép được bố trí tại những tiết diện cần thiết, ví dụ như cốt thép chịu mô men âm tại gối tựa Khi tính toán khả năng chịu mô men dương giữa nhịp do tải trọng gây ra,

bỏ qua sự làm việc của cốt thép

Hình 1.5 Chi tiết liên kết chịu cắt dùng neo tại đầu sàn

2.1.1.5 Thiết kế tấm tôn thép định hình trong giai đoạn thi công

Tấm tôn thép định hình được tính toán kiểm tra trong giai đoạn thi công, khi mà bê tông còn ướt và chưa đạt đến cường độ yêu cầu Thông thường, chiều cao của sườn tôn là 50 mm, nhịp tối đa không vượt quá 3 m

Đây là một loại cấu kiện thép thành mỏng, việc tính toán kiểm tra được tiến hành theo Eurocode 3 phần 1.3, vì vậy sẽ được trình bày trong một dịp khác Trong khuôn khổ luận văn này, tác giả coi như tấm tôn hình hoàn toàn thoả mãn điều kiện chịu lực và độ võng trong giai đoạn thi công mà chỉ đi sâu khai thác sự làm việc liên hợp của sàn thép - bê tông trong giai đoạn sử dụng mà thôi

2.1.1.6 Thiết kế sàn liên hợp trong giai đoạn sử dụng

- Phân tích tổng thể hệ kết cấu theo phương pháp dẻo cứng với điều kiện chứng minh

được tại tiết diện xuất hiện khớp dẻo, tiết diện có đủ khả năng xoay Khi nhịp của sàn nhỏ hơn 3 m và cốt thép sử dụng là thuộc lớp C tuân theo tiêu chuẩn EN 1992-1-

1 [11] thì có thể sử dụng phương pháp dẻo mà không cần kiểm tra khả năng xoay của tiết diện

Khi kiểm tra sàn liên hợp theo trạng thái giới hạn sử dụng, thì chỉ dùng phương pháp phân tích đàn hồi tuyến tính

Eurocode 4 cho phép tính hệ sàn liên hợp nhiều nhịp như một chuỗi các nhịp làm việc như dầm đơn giản Cốt thép được bố trí theo cấu tạo để chống nứt tại gối tựa

2.1.2 Biện pháp thi công sàn liên hợp Thép - Bê tông

Khi các cột của các tầng đã được thi công lắp dựng xong, ta mới tiến hành thi công

hệ dầm sàn liên hợp Các bước thi công tiến hành cụ thể như sau :

2.1.2.1 Lắp dựng dầm chính

a Chuẩn bị :

Trước khi cẩu lắp dầm thép, cần thực hiện những công việc sau :

+ Kiểm tra kích thước, chiều dài dầm đúng theo thiết kế Kẻ sẵn các đường tim trục hoặc các mốc sơn trên dầm

+ Kiểm tra các chi tiết liên kết dầm - cột đã chờ sẵn trên cốt cứng cột cho đúng cao

độ, kích thước, tim trục, kiểm tra bu lông, mối nối hàn đảm bảo yêu cầu Kiểm tra các gối đỡ dầm trên cốt cứng, đảm bảo chắc chắn cho dầm có thể tựa vào khi cẩu lắp

Đảm bảo các cốt cứng được giằng chắc chắn Đánh dấu các đường tim trục dầm trên cốt cứng

+ Khi lắp dựng dầm phụ, cần kiểm tra chi tiết bản mã đã liên kết sẵn trên dầm chính cho đúng vị trí, tim trục

b Treo buộc cấu kiện :

Việc treo buộc dầm thép có thể sử dụng các dây cẩu thông thường hoặc bằng dụng

cụ treo buộc Tuỳ thuộc vào kích thước và trọng lượng dầm mà lựa chọn thiết bị treo buộc phù hợp Người ta có thể dùng dây cẩu kép, móc chuyên dùng

2.1.2.2 Lắp dựng dầm phụ liên kết với dầm chính

Sau khi đã lắp dựng xong hệ cốt cứng cột và hệ dầm chính, người ta tiến hành lắp dựng dầm phụ

+ Lắp 2 dàn giáo tại 2 vị trí đầu dầm thẳng với đường trục dầm, kiểm tra cho mặt trên xà gồ cách đáy dưới một khoảng h = ( Hdc − Hdp) / 2 Cao trình mặt trên xà gồ

được điều chỉnh bằng kích chân của dàn giáo, có độ điều chỉnh lớn hơn h

+ Cần trục cẩu lắp dầm phụ quay xiên một góc với dầm chính để dầm đủ lọt qua bản cánh trên dầm chính, sau đó quay vuông góc trở lại và tựa vào dàn giáo đã lắp dựng Dầm phụ phải được đưa đủ cao để bản cánh của dầm thép không va vào cánh dưới của dầm chính

+ Điều chỉnh chân kích giáo để dầm phụ cao bằng dầm chính

+ Dựa vào các mốc sẵn trên dầm chính và dầm phụ kiểm tra lại tim trục dầm, vị trí dầm phụ để có thể lắp đặt bản mã L

+ Do dầm phụ đã được đặt lên giáo ổn định nên không cần liên kết tạm Sau khi căn chỉnh xong, siết chặt bu lông liên kết vĩnh viễn dầm chính và dầm phụ với bản mã

sườn gia cườn

tác

hàn chố

t liên kết vào dầm

a Vận chuyển, chuẩn bị trước khi lắp dựng

Các tấm tôn được bó lại thành từng chồng và được vận chuyển trên xe tải tới công trường, các chồng tôn này có thể nặng tới vài tấn và trọng lượng nhỏ nhất thường là

1814 kg (400 pounds) Trong quá trình vận chuyển, đặt vào giữa các bó tôn các tấm lót rộng ít nhất 38mm (1,5 inch) theo phương ngang, dọc để sau này có thể lồng

được các dây cẩu, đưa các bó tôn ra khỏi phương tiện vận chuyển vào kho hoặc vị trí tập kết tại công trường Trong quá trình vận chuyển, sự rung động và va chạm đều

có xư hướng đè, nén các bó tôn, dẫn đến làm lỏng các dây buộc và có thể gây ra những tình huống nguy hiểm, do đó phải thường xuyên kiểm tra các bó tôn trong khi vận chuyển

Khi các bó tôn được vận chuyển đến công trường thì cần kiểm tra lại chủng loại tôn

và số lượng bó tôn Nếu cần cất giữ tôn trong kho trước khi đưa vào lắp dựng thì các

bó tôn không được đặt trực tiếp lên mặt đất, một đầu tôn phải đặt cao hơn tạo độ dốc

để mặt tôn không bị đọng nước và luôn khô ráo Tránh sự ngưng tụ nước trên mặt

tôn bằng cách phủ lên một loại vải không thấm nước có lỗ thoáng khí Các bó tôn cần được xếp gọn gàng tránh bị nghiêng, đổ

b Treo buộc tôn sàn

Các tấm tôn được bó thành từng chồng, dùng cần trục cẩu lên và đưa vào vi trí cần lắp dựng Các bó tôn cần được trang bị những thiết bị cần thiết cho việc cẩu lắp để tránh không bị nghiêng đổ và các thiết bị nâng không làm hư tổn tôn Dây cáp buộc quanh bó tôn sẽ giúp người công nhân điều khiển và đặt tôn vào vị trí Quá trinh cẩu lắp cần phải được theo dõi cho tới khi tôn được đưa lên vị trí lắp dựng để tránh xảy

ra tai nạn Các bó tôn nên được đặt sao cho thuận lợi cho việc rải tôn vào vị trí và các tấm tôn được đặt đúng tư thế để tránh phải quay khi lắp dựng Khi cẩu các bó tôn lên đặt dọc thành nhiều chồng nhỏ dọc theo hàng cột, không nên để ở một vị trí, như vậy sẽ thuận lợi và an toàn hơn khi lắp dựng

xà gồ cho đúng với cốt thiết kế

Khi lắp dựng tôn, lắp trước một số tấm tôn làm sàn thao tác Một sàn thao tác nên rộng ít nhất 3,6m

Việc lắp dựng tôn phải được thực hiện theo đúng thiết kế Khi các tấm tôn được rải

ra, một cạnh của tấm tôn là cạnh dẫn hướng cho việc lắp dựng tấm tôn tíêp theo Khi chỉnh mép liên kết các tấm tôn người công nhân nên quỳ xuống để tránh bị ngã Trong quá trình lắp dựng người công nhân nên giữ một khoảng cách an toàn đối với mép tôn (nên là 1,8m)

Liên kết các tấm tôn: Khi nhịp của tấm tôn sàn vượt quá 1,5m (5ft), các tấm tôn liền

nhau phải được liên kết với nhau Những cách phổ biến thường được dùng là hàn,

đinh vít hoặc liên kết bằng khuy

Định vị tấm tôn và dầm thép : Mỗi đầu tấm tôn phải được định vị vào dầm thép,

khoảng cách trung bình giữa các điểm định vị không quá 300mm (12in) Với những sườn tấm tôn song song với dầm, khoảng cách các điểm định vị không quá 450mm

(18in) Liên kết tôn và dầm thép bằng các đinh vít tự khoan Các đinh vít thường có

đường kính 6,35 mm

Liên kết giữa các tấm tôn sàn

Thường sử dụng các chốt hàn được hàn vào dầm thép Tuy nhiên, công nghệ hàn phức tạp gây khó khăn khi sử dụng nó trên công trường Đường hàn phụ thuộc vào

bề mặt lớp phủ thép cán sạch sẽ và khô Những điều kiện này thường khó có thể đạt

được khi chốt được hàn thông qua tấm thép mạ kẽm; trong trường hợp đó đường hàn này được duy trì trong một giai đoạn đủ để đốt cháy tấm thép mạ kẽm, gây ảnh hưởng chất lượng đường hàn Ngoài ra người ta có thể sử dụng cách tạo một cái lỗ sẵn trong sàn thép và hàn chốt trực tiếp với dầm thép

Các chốt hàn có mũ được hàn vào dầm thép xuyên qua tấm tôn bằng một súng hàn,

có vai trò liên kết giữa dầm thép và bản sàn liên hợp, đảm bảo sự làm việc liên hợp của dầm Các chốt này có đường kính từ 13mm đến 25mm, chiều cao từ 65mm đến 100mm

Trong quá trình thi công chốt hàn, mũ của chốt hàn được đặt trong một súng hàn cầm tay, đầu kia được đặt trực tiếp lên kết cấu cần hàn Đầu của chốt chứa chất gây cháy khử oxit va được bao quanh bằng một vòng đệm gốm đặc biệt, nó có tác dụng tập trung sức nóng của cung hồ quang, hạn chế sự chảy của kim loại và bảo vệ cung

hồ quang trong suốt quá trình hàn Sau khi hàn xong, vòng đệm phải được bỏ ra khỏi chân của chốt hàn để có thể kiểm tra mối hàn

Chu trình hàn chốt bằng tia hồ quang bán tự động thi công chốt hàn liên kết dầm thép và sàn liên hợp (phương pháp Nelson 1998):

+ Chuẩn bị chốt hàn và vòng đệm gốm

+ Đặt chốt hàn vào súng hàn

+ Súng cùng với chốt và vòng đệm gốm được đặt vào vị trí cần liên kết

+ Ấn cò súng, chốt được nâng lên tạo một cung hồ quang

+ Thời gian hàn kết thúc, chốt được gắn liền vào vùng nóng chảy, mối hàn

được hoàn thành, rút súng ra và tháo bỏ vòng đệm

Trong công tác lắp dựng tôn sàn cần chú ý những điểm sau:

+ Tấm tôn phải được bảo vệ không bị hư hỏng trong quá trình lắp dựng

+ Lớp mạ kẽm tại những chỗ lõm của tôn trong thi công chốt hàn không được

bị làm hỏng và các chỗ lõm đó không làm giảm khả năng chịu lực của tôn

+ Trong quá trình lắp dựng tôn, không nên làm việc khác dưới sàn thao tác và khu vực lắp dựng tôn

+ Đảm bảo các bó tôn luôn được cân bằng khi cẩu lắp Luôn có người điều khiển, hướng dẫn cho người lái cẩu trong quá trình cẩu lắp

+ Kiểm tra các bản thiết kế vị trí đặt tôn để tôn được đặt đúng vị trí và thuận lợi cho việc lắp dựng

+ Đảm bảo các tấm tôn được liên kết chắc chắn trước khi sử dụng nó làm sàn thao tác

+ Tránh đi lại trên mặt tôn bị ẩm ướt

2.1.2.5 Lắp dựng cốt thép sàn

Sau khi hệ tôn sàn đã được lắp dựng và liên kết chắc chắn, tiến hành lắp dựng hệ lưới thép âm của sàn Việc lắp dựng được tiến hành như đối với thi công nhà bê tông toàn khối

+ Lắp đặt từng thanh: cốt thép được tập kết lên mặt sàn bằng cần trục tháp Công nhân sẽ lắp dựng thép sàn tại chỗ

+ Lắp đặt từng phần: cốt thép sẽ được buộc thành từng lưới trước, sau đó dùng cần trục tháp đưa lên vị trí lắp dựng

Để định vị lưới thép người ta sử dụng các thanh chống

Để tạo lớp bê tông bảo vệ, dùng các con kê Có thể sử dụng con kê nhựa, bê tông

xà gỗ

cây chống bêtông

Theo tính toán, ta chỉ cần đặt một hàng chống giữa hai dầm vì khi mới đổ, bê tông chưa làm việc liên hợp được với sàn Khoảng cách các cây chống trong một hàng là 1,5m

2.1.2.7 Đổ bê tông sàn:

CA

N AÀN

Trước khi đổ bê tông, người kỹ sư cần kiểm tra lại tôn sàn

Kiểm tra các mối liên kết giữa các tấm tôn, giữa tôn và dầm, kiểm tra hệ cột chống,

đảm bảo các liên kết chắc chắn, đúng theo bản vẽ thiết kế Bề mặt tôn sàn phải được làm sạch, cốt thép sàn được buộc chắc chắn

Làm các cầu công tác để người công nhân có thể đi lại trên đó mà không dẫm bẹp cốt thép hoặc tôn sàn

Khi thi công bê tông sàn, với những lỗ mở lớn (ví dụ lỗ cầu thang ) thì không nên cắt tôn trước khi đổ bê tông Người ta sẽ đặt sẵn các hộp khuôn gỗ có hình dáng như

lỗ mở sàn và có kích thước đúng bằng lỗ mở Sau khi bê tông đạt 0,75 cường độ thiết kế mới tiến hành cắt tôn và tháo bỏ hộp gỗ tạo thành lỗ mở cho sàn liên hợp

Để tránh làm cho tôn sàn bị võng quá nhiều, trước tiên cần đổ trực tiếp bê tông tươi tại vị trí có dầm đỡ, sau đó mới đổ bê tông dần về phía giữa nhịp tấm tôn, không

Khi vì lý do kỹ thuật hay vì lý do tổ chức, phải đổ bê tông có mạch ngừng Thời gian ngừng tốt nhất là khoảng từ 20h-24h Mạch ngừng sẽ được bố trí ngoài vùng mặt cắt phá hoại do lực cắt thẳng đứng và ngoài chiều dài chịu trượt

Mạch ngừng không được bố trí trong vùng bề rộng hiệu quả beff

2.1.2.8 Bảo dưỡng và nghiệm thu sàn liên hợp:

Bảo dưỡng bê tông được tiến hành theo phương pháp thông thường như đối với nhà

bê tông cốt thép

Hệ cột chống chỉ được tháo sau khi bê tông đạt cường độ 75% cường độ thiết kế

Một số điểm cần lưu ý khi thi công sàn Composite:

Lớp bê tông trên sàn liên hợp rất mỏng nên ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm và gió trên cao đến sự phát triển cường độ của bê tông là rất quan trọng Điều này cần đến vấn đề bảo dưỡng thật kịp thời và khoa học

Để rút ngắn thời gian thi công, cần phải có biện pháp phối hợp trình tự công việc hợp lý

Để đưa ra được các giải pháp thi công tốt nhất thì mấu chốt đều xuất phát từ quá trình phát triển cường độ của bê tông sàn Do đó ta cần phải nghiên cứu sự phát triển cường độ của bê tông trong điều kiện khí hậu nóng ẩm ở miền Bắc nước ta

Ta thấy rằng trong điều kiện có bức xạ trực tiếp của mặt trời, vận tốc gió lớn thì bê tông bị mất nước rất nhanh trong những giờ đầu, điều này có hại cho sự phát triển cường độ của bê tông Hơn nữa, trong những giờ đầu thì cường độ của bê tông còn rất nhỏ nên ta không thể tưới nước lên ngay đươc Vì vậy cách tốt nhất là làm giảm quá trình mất nước của bê tông, điều này có nghĩa rằng hãy để bê tông được phát triển cường độ trong bóng mát

Vì vậy, ta phải tiến hành thi công lắp dựng sàn thép trước một số tầng sau đó mới đổ

bê tông cho sàn tầng dưới Điều này sẽ dẫn đến hai cái lợi đó là: bê tông được phát triển cường độ dưới bóng mát và việc đổ bê tông sàn được liên tục

Quá trình thi công được thể hiện ở hình vẽ trên

2.1.3 Điểm nổi bật sàn liên hợp thép - bê tông

2.1.3.1 Về kết cấu

Khi xây dựng các nhà cao tầng, nội lực tính toán trong cột của khung nhà sẽ rất lớn Việc sử dụng kết cấu bê tông cốt thép thông thường (cốt thép dạng sợi thanh - cốt mềm) sẽ không còn hợp lý nữa Để thoả mãn yêu cầu chịu lực, kích thước tiết diện các cấu kiện sẽ quá to hoặc hàm lượng thép lớn, vượt quá phạm vi dùng của lý thuyết tính toán bê tông cốt thép thông thường Có hai giải pháp đề ra:

+ Dùng kết câú chịu lực bằng thép thay cho bê thông cốt thép và tính theo lý thuyết kết câu thép

+ Thay các cốt thanh chịu lực bằng thép hình hoặc các thép bản tổ hợp Các cấu kiện loại này là cấu kiện tổ hợp thép - bê tông Khi cấu kiện chịu lực, cả thép và bê tông

cùng tham gia làm việc Tuy nhiên để bê tông không bị tách lớp, hàm lượng thép không nên vượt quá 15%

Đồng thời khi lựa chọn vật liệu sử dụng cho kết cấu nhà cao tầng phải dựa trên các tiêu chuẩn sau:

+ Vật liệu xây dựng cần có tỷ lệ giữa cường độ và trọng lượng càng lớn càng tốt Với công trình cao tầng thường tải trọng ngang chiếm ưu thế mà tải trọng ngang tác

động lên công trình thuộc loại lực quán tính, do đó nên ưu tiên dùng các loại vật liệu nhẹ nhưng lại có cường độ cao

+ Tính biến dạng lớn Khả năng biến dạng dẻo cao có thể khắc phục được tính năng chịu lực thấp của vật liệu hoặc kết cấu và tăng cường khả năng phân tán năng lượng khi công trình đang dao động

+ Tính chịu mỏi lớn Ưu tiên dùng các loại vật liệu hoặc hệ kết cấu có tốc độ giảm cường độ và độ cứng thấp khi chịu tải trọng lặp lại

+ Tính đồng nhất và đẳng hướng cao Khi bị dao động không nên để xảy ra hiện tượng tách rời các bộ phận kết cấu công trình

+Gía thành hợp lý Một công trình có khả năng chịu tải cao phải gắn liền với giá thành hợp lý

Kết cấu thép là loại kết cấu hàng đầu, thoả mãn được 04 tiêu chuẩn đầu tiên nhưng giá thành tương đối cao Kết cấu thép thường được sử dụng để xây dựng nhà có chiều cao lớn và cực lớn, nhất là ở các nước công nghiệp phát triển

Kết cấu liên hợp thép - bê tông là loại kết cấu mới, cũng đã được sử dụng khá phổ biến ở các nước công nghiệp phát triển, đã thể hiện được nhiều ưu điểm như:

+ Khả năng chống ăn mòn của thép được tăng cường, đặc biệt đối vùng khí hậu có

Một trong những nghiên cứu dùng kết cấu liên hợp thép - bê tông là điều chỉnh nội lực để huy động hết khả năng chịu lực của kết cấu Ví dụ khi tính toán hệ kết cấu chịu lực như dầm, khung có sàn bê tông cốt thép toàn khối, theo thiết kế thông thường người ta xem sàn như bộ phận truyền tải lên hệ kết cấu chịu lực, vì vậy khi

gặp kết cấu không gian lớn đòi hỏi phải tăng chiều cao dầm cho phù hợp, đôi khi phải thay đổi giải pháp kiến trúc cho phù hợp

Kết cấu liên hợp thép - bê tông có thể huy động được khả năng làm việc đồng thời của dầm và bản, đặc biệt là khi chịu mô men dương, phần bê tông và dầm thép nếu

được liên kết tốt sẽ tạo thành tiết diện tổ hợp tương hỗ chịu lực rất tốt (phần sàn bê tông tham gia chịu nén, phần thép tham gia chịu kéo), trong tiết diện tổ hợp, bê tông

- thép phát huy được ưu điểm đặc trưng của mình tại những thớ nén và kéo của tiết diện

Với tiết diện chịu mô men âm (gây ứng suất kéo ở vùng bản sàn bê tông) thì tiết diện liên hợp tỏ ra không hiệu quả lắm Trong thực tế kết cấu siêu tĩnh có các giá trị mô men âm rất lớn, thậm chí lớn hơn nhiều giá trị của mô men dương Để ứng dụng hiệu quả kết cấu liên hợp thép - bê tông phải có biện pháp làm sao có thể bậc siêu tĩnh của kết cấu không giảm mà giảm được giá trị mô men âm để phù hợp với sự làm việc của kết cấu là vấn đề cần quan tâm

Tuy nhiên bên cạnh đó việc áp dụng kết cấu liên hợp thép - bê tông cũng đặt ra khá nhiều vấn đề cần lưu ý:

+ Kết cấu liên hợp đòi hỏi chất lượng vật liệu cao và cac loại vật liệu sử dụng đòi hỏi có khả năng chịu lực lớn

+ Việc tính toán áp dụng kết cấu liên hợp thép - bê tông đòi hỏi công nghệ thi công hiện đại, đòi hỏi các quy định, tiêu chuẩn về quản lý tương ứng Hiện nay trình độ xây dựng ở Việt Nam chưa thể đáp ứng vấn đề này

+ Việc tính toán kết cấu liên hợp là phức tạp hơn so với kết cấu bê tông cốt thép thông thường do sự có mặt của cốt cứng trong các cấu kiện dầm, cột; sự có mặt của tấm tôn định hình trong bản sàn và cơ bản là do sự phân chia các giai đoạn tính toán theo quá trình thi công kết cấu

+ Trong việc nghiên cứu về kết cấu liên hợp, quan niệm cấu tạo và tính toán liên kết giữa các biện pháp của khung cũng đặt ra khá nhiều vấn đề cần lưu ý Với sự đa dạng khác nhau phụ thuộc vào loại liên kết

* Ưu điểm tấm thép dập nguội:

Sự phát triển nhanh chóng của hệ thống sàn này ở Anh gần đây đã chứng minh những ưu điểm nổi bật Bằng các kết quả nghiên cứu của mình, Harding (1986) nghiên cứu và đã chứng minh những ưu điểm sau:

+ Tấm thép dập nguội có tác dụng như một ván khuôn vĩnh cửu cho sàn bê tông đúc tại chỗ, vì vậy không cần phải lắp dựng và tháo ván khuôn, điều này đã tiết kiệm

được nhiều thời gian và nhân lực thi công

+ Tấm thép, khi lắp dựng sẽ tạo ra ngay sau 01 sàn thao tác và đỡ các tải trọng thi công Vì không cần cốp pha đỡ nên các công việc hoàn thiện có thể được thực hiện trên sàn ngay dưới một sàn đang thi công

+ Tấm thép có vai trò như cốt thép chịu kéo vì vậy giảm thời gian thao tác lắp đặt cốt thép cho sàn

+ Hình dáng hình học của sàn có thể dẫn tới kết quả là giảm 30% lượng bê tông, kết quả là tiết kiệm vật liệu, hơn nữa lại giảm đáng kể trọng lượng bản thân san, làm giảm nhẹ hơn tổng khối lượng của kết cấu phần trên và vì thế giảm tải cho móng + Hình dạng sóng của sàn thép cho phép tạo ra các ô rỗng cho sàn, các đường ống

có thể bố trí trong chiều sâu của rãnh Điều này đã làm tăng chiều cao hiệu dụng cho mỗi tầng và giảm chiều cao mỗi tầng nhà

+ Vì sàn thép được tạo ra từ các tấm thép mỏng, nhẹ và rất thuận lợi trong quá trình lắp đặt, thêm nữa hàng trăm mét vuông sàn có thể chuyên chở đến công trường chỉ bằng một xe tải

* Sự làm việc liên hợp

Kết cấu liên hợp gồm dầm thép, bản bê tông từ lâu đã được coi là dạng kết cấu đạt hiệu quả kinh tế nhất đối với hệ dầm thép sàn bê tông Do tận dụng những ưu điểm của vật liệu bê tông và thép như: tỉ số độ cứng trên trọng lượng tương đối cao, độ bền, đặc tính chống cháy tốt nên khi kết hợp lại với nhau chúng trở thành một loại vật liệu lý tưởng

Bản sàn trong kết cấu liên hợp không đơn giản chỉ là cấu kiện chịu tải trọng mà cũng là một thành phần chịu lực cùng dầm Thực chất nó là một tấm đặt ở cánh trên dầm thép, có tác dụng tăng khả năng chịu lực của dầm một cách đáng kể

Một ưu điểm nổi bật của sàn là chúng được làm bằng bê tông, một vật liệu có cường

độ chịu nén cao nên phần lớn sàn trong kết cấu liên hợp là chịu nén Bởi thế trong kết cấu liên hợp, dầm thép làm việc ở trong vùng kéo nhiều hơn so với trong kết cấu dầm khung thép bình thường Do có sự làm việc cùng nhau của cả dầm, sàn dẫn đến kết quả là tiết diện thép hình trong dầm liên hợp giảm hơn so với các dầm thép thông thường vượt cùng một nhịp, chịu cùng một tải trọng (nghĩa là với cùng một tiết diện ngang thì dầm liên hợp có thể vượt nhịp dài hơn so với tiết diện không liên hợp, tiết diện liên hợp có độ cứng lớn hơn, biến dạng nhỏ hơn khoảng 20-30% Một ưu điểm nữa của kết cấu liên hợp là chiều dày sàn có thể giảm nhỏ hơn so với các sàn bình thường, đây cũng là một yếu tố đặc biệt quan trọng đối với nhà cao tầng Bởi vì giảm chiều dày sàn thì cho phép giảm độ cao từng tầng dẫn đến giảm chi phí móng, tường bao che, hệ thống đường ống, dây dẫn

Nhược điểm của kết cấu liên hợp là chi phí cho chế tạo và lắp đặt các liên kết chống trượt tương đối cao Đối với dầm có nhịp ngắn, tải trọng nhẹ thì chi phí này tốn kém hơn so với sự tiết kiệm vật liệu của dầm liên hợp Dầm liên hợp sẽ mang tính hiệu quả cao khi sử dụng nhịp dài, tải trọng lớn

Việc hình thành và ứng dụng dạng kết cấu liên hợp thép - bê tông đã có từ rất lâu, bắt nguồn từ các xuất phát điểm:

+ Xuất phát điểm thứ 1: Bắt đầu từ ý định muốn tận dụng khả năng của tấm sàn để làm tăng khả năng chịu lực cho dầm bằng cách liên kết hai cấu kiện với nhau để tạo thành cấu kiện liên hợp: tấm sàn bằng bê tông cốt thép có độ cứng ngang lớn, nó có tác dụng liên kết các kết cấu như dầm, cột, vách lại để chịu những tải trọng và giữ

ổn định cho hệ, còn những tải trọng theo phương đứng thì các tấm sàn coi như biện pháp truyền tải và bản thân trọng lượng của nó cũng là một thành phần tải trọng tác dụng lên dầm Khi chịu uốn do tải trọng đứng tác dụng, thì trong vùng nén cánh của dầm lại rất dễ bị mất ổn định Việc kết hợp với bản cùng chịu lực sẽ tạo thành một kết cấu liên hợp có độ cứng và độ ổn định lớn dẫn đến khả năng chịu lực của nó tăng lên

+Xuất phát điểm thứ 2: bắt đầu từ ý định muốn phát huy ưu điểm đặc trưng của mỗi

loại vật liệu thép và bê tông Bê tông là loại vật liệu chịu nén tốt, thép là vật liệu chịu kéo tốt Ở trạng thái giới hạn khi bê tông chịu nén và thép chịu kéo thì biến dạng

ε của chúng xấp xỉ như nhau, trên cơ sở đó nếu thực hiện các liên kết và bố trí hợp

lý hai loại vật liệu này trong một tiết diện thì sẽ được một tiết diện tổ hợp tận dụng

được nhiều nhất khả năng của vật liệu để tạo thành tiết diện có khả năng chịu lực cao

Tác giả P.R.Knowles đã tập hợp một số bảng so sánh về mặt định lượng sự ưu việt của hệ liên hợp dầm thép - bản bê tông cốt thép trong cuốn sách “Composite Steel and Concrete Construction” như sau:

Bảng 1.1: So sánh trọng lượng thép của một số loại dầm cầu chạy đơn giản có nhịp

* Trường hợp không gia cường thêm cánh dưới

+ Không có thanh chống tạm trong quá trình thi

công

+ Có thanh chống tạm trong quá trình thi công

* Trường hợp gia cường thêm cánh dưới

+ Không có thanh chống tạm trong quá trình thi

+ Có thanh chống tạm trong quá trình thi công 40 - 60

Bảng 1.2: So sánh trọng lượng thép của một số loại dầm của khung nhà khi được thiết kế bằng thép, bằng liên hợp thép - bê tông

Trong những năm gần đây, sự phát triển của hệ thống sàn liên hợp thép - bê tông có

sử dụng tấm thép dập nguội là một bước ngoặt lớn lao về khả năng cạnh tranh và tính hữu dụng trong việc xây dựng các nhà cao tầng dùng khung thép Hệ thống sàn này đã được sử dụng từ đầu những năm 1950 ở Mỹ, Anh và các nước châu Âu khác Việc sử dụng tấm thép sóng dập nguội như một ván khuôn vĩnh cửu thì không mới, song dùng nó như một cốt thép chịu kéo thì chỉ được phát triển một cách đầy đủ trong những năm gần đây

Liên kết giữa sàn bê tông và tấm thép được giữ vững bằng các dạng neo, chốt hay các mấu dáp nổi trên bề mặt của tấm thép có khả năng chống lại sự trượt dọc và ngăn ngừa sự tách thớ tại mặt tiếp xúc giữa thép và bê tông

+ Có thể bố trí đường ống kỹ thuật xuyên qua lỗ mở bụng của dầm thép

Kết cấu liên hợp với khả năng vượt nhịp lớn nên thích hợp cho các công trình bước cột lớn để bố trí không gian lớn, linh hoạt

Về công nghệ

Kết cấu liên hợp với đặc điểm nổi bật có thể cơ động tối đa trong quá trình thi công (phân chia dây chuyền đứng) Có thể lắp ghép khung thép sẵn sau đó tiến hành song song thi công các sàn khác nhau mà không sợ chồng chéo

2.2 SàN BUBBLE DECK

2.2.1 Tổng quan sàn bubble deck

2.2.1.1 Giới thiệu chung

Bubble Deck : Tấm sàn nhẹ theo hai phương, giải pháp kỹ thuật nâng cao chất lượng thiết kế và thi công công trình đồng thời giảm giá thành xây dựng

Bubble Deck là một giải pháp mang tính cách mạng loại bỏ phần bê tông không tham gia chịu lực giữa tấm sàn, dẫn đến việc giảm đáng kể trọng lượng bản thân kết cấu Bubble Deck dựa trên kỹ thuật sáng chế mới - kết hợp trực tiếp giữa không khí

và thép Phần khuôn rỗng bên trong quả bóng ở phần giữa tấm tiết kiệm đến 35% trọng lượng bản thân sàn

Sự tham gia của các quả bóng nhựa tái chế đóng vai trò như những tấm khuôn rỗng, cho phép tăng 1,5 lần khoảng cột công trình Sự tổ hợp hợp lý của những qủa bóng này với tấm sàn phẳng được mở rộng theo cả hai hướng; tấm sàn liên kết trực tiếp với cột mà không cần dầm, dẫn đến giảm giá thành công trình và đem lại những lợi ích sau:

+ Sự linh hoạt trong thiết kế: dễ dàng đáp ứng được các yêu cầu phức tạp về không gian tổ hợp cho công trình( kể cả những ô bản cong)

+ Giảm tĩnh tải: Do sự tham gia của các quả bóng dẫn đến 35% trọng lượng sàn được hạ thấp, giảm đáng kể kích thước móng

+ Mở rộng bước cột: Công nghệ Bubble Deck tăng 50% khoảng vượt của cột

so với hệ kết cấu thông thường

+ Xóa bỏ hệ dầm bên trong công trình: dẫn đến việc sản xuất, lắp dựng nhanh hơn và giá thành rẻ hơn

+ Xóa bỏ hệ tường chịu lực: có thể thay thế các lớp bao che bên ngoài bằng các vật liệu nhẹ ( kính)

+ Thân thiện với môi trường: Công nghệ Bubble Deck giảm thiểu các chất thải cacbon và năng lượng

Diện tích sàn tổng thể được chia thành các cấu kiện nhỏ có thể rộng 3m hoặc 2,4m phụ thuộc vào mặt bằng công trình, Các cấu kiện được sản xuất hàng loạt với công

nghệ riêng Những cấu kiện này bao gồm các lưới thép trên và dưới, với kích thước phụ thuộc vào dạng công trình cụ thể Hệ lưới được liên kết với nhau và với hệ lưới thép đứng, hệ bóng rỗng đặt giữa hệ lưới thép trên và dưới để cố định vị trí Đối với sàn Bubble Deck loại B, người ta tiến hành đổ trước một lớp bê tông mỏng phía dưới (thường dày 5 - 6 cm), đóng vai trò như tấm ván khuôn cố định đỡ các lớp cốt thép

và bóng rỗng ở trên

Trên công trường, các cấu kiện đơn lẻ sẽ được nối với nhau bởi hệ cốt thép rời rạc đặt chính giữa nơi liên kết giữa các tấm sàn Các tấm nối rời rạc được chèn trên lớp bóng rỗng mục đích tạo thành các tấm nối buộc chặt với lưới thép trên để liên kết các cấu kiện với nhau Sau khi bê tông đông cứng, sẽ tạo ra hệ kết cấu liên tục trên toàn bộ bản sàn; các tấm nối thừa sẽ được loại bỏ để tạo ra tấm sàn liền

2.2.1.2 Nguyên tắc cấu tạo cơ bản

Sàn Bubble Deck là loại kết cấu sàn rỗng, làm việc theo hai phương trong đó các quả bóng nhựa có vai trò giảm thiểu lượng bê tông ở vùng không cần thiết

Bằng cách phối hợp lỗ rỗng tạo ra do trái bóng và bố trí các

lưới thép, kết cấu bê tông có thể được tối ưu hóa việc sử

dụng đồng thời các vùng chịu mô men uốn và vùng chịu cắt

+ Lưới thép trên

+ Bóng rỗng bằng nhựa tái chế

+ Lưới thép dưới( đổ lớp bê tông 60mm tùy chọn)

Ưu điểm trong lặp dựng của Bubble Deck chính là kết quả của phối hợp đặc tính hình học của hai chi tiết cơ bản: lưới thép và bóng nhựa rỗng

Lưới thép có nhiệm vụ phân bổ và định vị các trái bóng tại những vị trí chính xác, các trái bóng định hình thể tích lỗ rỗng và định dạng lưới thép Khi tiến hành đổ bê tông phủ kín lưới thép và bóng nêu trên, ta có được tấm sàn rỗng toàn khối triệt để làm việc theo hai phương

2.2.1.3 Các tấm sàn tiêu chuẩn

Bước cột (nhiều nhịp) (m)

Chiều dài công xôn lớn nhất (m)

Bước cột (một nhịp) (m)

Khối lượng sàn hoàn thành (Kg/m2)

Trọng lượng BT

đổ tại chổ (m3/m2) BD230 230 φ180 5 - 8.1 ≤ 2.8 5 - 6.5 4.26 0.112 BD280 280 φ225 7 - 10.1 ≤ 3.3 6 - 7.8 5.11 0.146 BD340 340 φ270 9 - 12.5 ≤ 4.0 7 - 9.5 6.22 0.191 BD390 390 φ315 11- 14.4 ≤ 4.7 9 - 10.9 6.92 0.219

BD450 450 φ360 13 - 16.4 ≤ 5.4 10 - 12.5 7.95 0.252 BD510 510 φ410 15 - 18.8 ≤ 6.1 11 - 13.9 9.09 0.298 BD600 600 φ500 16 - 21.0 ≤ 7.2 12 - 15.0 10.30 0.348 Các tấm Bubble Deck tiêu chuẩn được thiết kế sẵn để phù hợp với các dạng công trình xây dựng, chiều dài bước cột, tải trọng tác dụng và cách bố trí các cột Bảng sau đây được tổng hợp trên cơ sở phân tích tính toán chi tiết với các thông số: chiều dày lớp bê tông bảo vệ cho lớp cốt thép dưới cùng là 20mm(khả năng kháng lửa trong 1 giờ ); tải trọng động 3 + 1 kN/m2, tĩnh tải 1.5 kN/m2 và giá trị lớn nhất tải trọng phân bố của tường trọng lượng nhẹ bao ngoài là 6 kN/m Khối lượng sàn sau khi hoàn thành và trọng lượng bê tông đổ tại chỗ trên 1m2 sàn tổ hợp các tấm lắp ghép có kích thước 3 x 9m với khối lượng cốt thép tổng cộng là 35kg/m2

2.2.1.4 Hiệu qủa sử dụng Bubble Deck

Ưu thế chính của các quả bóng là giảm trọng lượng của tấm sàn Trọng lượng bản thân của sàn Bubble Deck giảm 1/3 lần so với tấm sàn đặc có cùng độ dày và không ảnh hưởng đến khả năng chịu uốn và độ cứng của tấm sàn