Skkn ứng dụng công nghệ sàn bubble deck chế tạo mô hình sàn bóng trong xây dựng, phục vụ giảng dạy ở trường cao đẳng kinh tế kỹ thuật kiên giang

Sàn BubbleDeck là một công nghệ sàn mang tính cách mạng trong xây dựng khi sử dụng các quả bóng bằng nhựa tái chế để thay thế phần bê tông không tham gia chịu lực ở thớ giữa của bản sàn

3b- CS- Mẫu đề cương đề tài Tự nhiên – kỹ thuật

Trang1

THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ

Lĩnh vực Tự nhiên – Kỹ thuật

I THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Tên đề tài: Ứng dụng công nghệ sàn Bubble Deck chế tạo mô hình sàn bóng

, phục vụ giảng dạy ở trường Cao Đẳng KT-KT Kiên Giang

1.2 Thời gian thực hiện: (12 tháng) từ tháng 01/ 2016 đến tháng 12/ 2016

1.3 Kinh phí thực hiện: 30.000.000 đ

Tổng kinh phí: 30 (triệu đồng), trong đó:

- Nguồn sự nghiệp khoa học:Từ KH&CN Tỉnh

- Nguồn khác: không

1.4 Chủ nhiệm đề tài:

Họ và tên: Trần Quang Vinh, năm sinh: 1984 Nam/ Nữ: Nam

Học hàm, học vị: Giáo viên, kỹ sư Chức vụ: Phó trưởng khoa XD-GT

Điện thoại: 0977.462.397 E-mail: tqvinh@kgtec.edu.vn

Cơ quan, đơn vị công tác: trường CĐ Kinh tế-kỹ thuật Kiên giang

Điện thoại: 0773.863530 Fax:

Địa chỉ cơ quan: 425, Mạc cửu, P Vĩnh thanh, Rạch giá, Kiên Giang

1.5 Thƣ ký đề tài - Cộng tác viên :

Họ và tên: Bùi Quang Vinh, năm sinh: 1984 Nam/ Nữ: Nam

Học hàm, học vị: Giáo viên, Thạc sỹ Chức vụ: Q.Trưởng khoa XD-GT

Điện thoại: 0988.988.789 E-mail: bqvinh@kgtec.edu.vn

Cơ quan, đơn vị công tác: trường CĐ Kinh tế-kỹ thuật Kiên giang

Điện thoại: 0773.863530 Fax:

Địa chỉ cơ quan: 425 Mac cửu, P Vĩnh thanh, Rạch giá, Kiên Giang

1.6 Đơn vị chủ trì, phối hợp thực hiện đề tài:

Tên đơn vị chủ trì (Đơn vị, khoa, phòng, bộ phận,…): Khoa Xây dựng-giao thông

Địa chỉ: 425 Mạc cửu, P Vĩnh thanh, Rạch giá, Kiên Giang

Điện thoại: 0773.863530 Fax:

Họ và tên thủ trưởng đơn vị (Đơn vị, khoa, phòng, bộ phận,…): Bùi Quang Vinh

Điện thoại: 0988.988.789 E-mail: bqvinh@kgtec.edu.vn

Tên đơn vị phối hợp chính (nếu có) (Đơn vị, bộ phận,… )………

Địa chỉ: Điện thoại: Fax:

1.7 Cơ quan quản lý đề tài

Cơ quan quản lý cấp cơ sở (trực tiếp đề tài) (Trường, bệnh viện, ): trường CĐ Kinh

tế-kỹ thuật Kiên giang

Địa chỉ: 425 Mạc cửu, P Vĩnh thanh, Rạch giá, Kiên Giang

Điện thoại: 0773.863530 Fax:

Họ và tên thủ trưởng cơ quan: Hồ Minh Triết

Điện thoại: 0913993421 E-mail: hmtriet@kgtec.edu.vn

Cơ quan quản lý cấp tỉnh: Sở Khoa học và Công nghệ Kiên Giang

Địa chỉ tổ chức: Số 320, Ngô Quyền, P.Vĩnh Lạc, Tp.Rạch Giá, Kiên Giang

Điện thoại: 077 3862 003

Fax: 077 3866 942

Website: khoahoc.kiengiang.gov.vn

Họ và tên Giám đốc: Lê Thanh Việt

1.8 Các cán bộ thực hiện đề tài: (Ghi những người có đóng góp khoa học và chủ trì thực hiện

những nội dung chính thuộc tổ chức chủ trì và tổ chức phối hợp tham gia thực hiện đề tài, tối đa

không quá 07 người kể cả chủ nhiệm đề tài)

Nội dung công việc tham gia làm việc cho Thời gian

đề tài

(Số tháng quy đổi)

II MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG ÁN TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

2.1 Mục tiêu của đề tài:

2.1.1 Mục tiêu chung:

3b- CS- Mẫu đề cương đề tài Tự nhiên – kỹ thuật

Trang3

- Chế tạo ra mô hình sàn Bubble Deck để ứng dụng vào giảng dạy của ngành CNKT Xây dựng, thuộc khoa Xây dựng-giao thông, trường CĐ Kinh tế-Kỹ thuật Kiên giang

2.1.2 Mục tiêu cụ thể:

- Thiết kế và thi công hoàn chỉnh mô hình

- Tạo ra mô hình sàn Bubble Deck để ứng dụng vào giảng dạy của ngành CNKT Xây dựng, thuộc khoa Xây dựng-giao thông, trường CĐ Kinh tế-Kỹ thuật Kiên giang

- Tạo ra các bài giảng ở các môn học lý thuyết:

Kết cấu bê tông cốt thép (Chương 5: Sàn phẳng)

Kỹ thuật thi công (Chương 6: Kỹ thuật thi công lắp ghép cấu kiện bê tông cốt thép)

2.2 Tình trạng đề tài (check vào ô tương ứng):

Mới Kế tiếp hướng nghiên cứu của chính nhóm tác giả

Kế tiếp nghiên cứu của người khác

2.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu, luận giải về mục tiêu và những nội dung nghiên cứu của đề tài:

2.3.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài:

Người phát minh Buble deck là một giáo sư người Đan mạch, Jorgen Breuning Bằng sáng

chế của ông được công nhận ở nhiều nơi trên thế giới như châu Âu, Hoa kỳ, Canada Với sự sáng tạo ra công nghệ này, ông đã nhận được nhiều giải thưởng uy tín ở nhiều nơi cho sự tiến

bộ về công nghệ và môi trường

Sàn BubbleDeck là một công nghệ sàn mang tính cách mạng trong xây dựng khi sử dụng

các quả bóng bằng nhựa tái chế để thay thế phần bê tông không tham gia chịu lực ở thớ giữa

của bản sàn, làm giảm đáng kể trọng lượng bản thân kết cấu và tăng khả năng vượt nhịp thêm khoảng 50%

Hình 1 không gian vượt nhịp cùa sàn Bubble deck

Hình 2 Bản sàn BubbleDeck phẳng, không dầm, liên kết trực tiếp với hệ cột, vách chịu lực

có nhiều ưu điểm về kỹ thuật và kinh tế

3b- CS- Mẫu đề cương đề tài Tự nhiên – kỹ thuật

Hình 4 Vận chuyển BubbleDeck gia công từ nhà máy đến công trình

Trong kết cấu nhà nhiều tầng trọng lượng bản thân hệ kết cấu sàn ảnh hưởng rất lớn đến nội lực trong các kết cấu chịu lực của Tòa nhà Nếu giảm được trọng lượng bản thân của kết cấu sàn sẽ làm cho toàn bộ kết cấu của tòa nhà từ móng, đến cột, vách và dầm, sàn đều trở nên thanh

mảnh hơn mang đến hiệu quả kinh tế kỹ thuật rất cao

Hệ sàn Bubbledeck ra đời ở Châu Âu từ 1990 đã được chuyển giao vào Việt Nam năm

2006, từ đó đến nay Việt Nam đã từng bước làm chủ được công nghệ này và tiếp tục đề xuất

những cải tiến nhằm hướng tới hệ kết cấu sàn không dầm, có mức độ công nghiệp hóa cao và

giảm mạnh trọng lượng kết cấu sàn cho nhà nhiều tầng đang phát triển nhanh tại Việt Nam

Các nghiên cứu trong nước có liên quan :

- Ứng dụng và cải tiến kết cấu sàn Bubbledeck ở Việt Nam "Bài Tham luận tại Hội thảo CIGOS 2010 - Pari 11/2010 và Hội thảo “QLCL Công trình xây dựng trong giai đoạn hội nhập

12-2010” - Sở XD TP.HCM do Ks Nguyễn Đình Thi Phó Tổng giám đốc Công ty cổ phần Kết cấu Không gian TADITS"

"Nghiên cứu tính khả thi của công nghệ sàn Bubble deck trong xây dựng" đăng ngày

18/11/2013 tác giả Nguyễn Thị Thúy Hiên trường đại học kỹ thuật công nghiệp – ĐH Thái

Nguyên

ƢU ĐIỂM

- Tạo tính linh hoạt cao trong thiết kế, có khả năng thích nghi với nhiều loại mặt bằng

- Giảm trọng lượng bản thân kết cấu - tới 35%, từ đó giảm kích thước hệ kết cấu móng

- Tăng khoảng cách lưới cột, giảm hệ tường, vách chịu lực

- Giảm thời gian thi công và các chi phí dịch vụ kèm theo

- Tiết kiệm khối lượng bê tông – 2.3 Kg nhựa tái chế thay thế 230 Kg bê tông/m3 (BD280)

- Rất thân thiện với môi trường khi giảm lượng phát thải năng lượng và Cacbon

- Một tấm sàn đặc sẽ gặp rất nhiều vấn đề khi phải vượt nhịp lớn do ảnh hưởng của trọng lượng bản thân BubbleDeck đã giải quyết vấn đề này bằng cách giảm 35% lượng bêtông trong tấm sàn nhưng vẫn đảm bảo khả năng chịu lực tương ứng

3b- CS- Mẫu đề cương đề tài Tự nhiên – kỹ thuật

Hình 6 Biểu đồ quan hệ giữa chiều dày sàn BubbleDeck và khả năng chịu lực

Đồ thị mô tả mối quan hệ khả năng vượt nhịp - chiều dày sàn tương ứng với khả năng chịu mômen cho từng dạng tấm sàn Quá trình xác định nhịp lớn nhất mà tấm sàn BubbleDeck có thể vượt qua dựa trên tiêu chuẩn British Standard 8110 và Eurocode 2, có bổ sung hệ số 1.5 để

kể đến việc giảm nhẹ trọng lượng bản thân sàn so với sàn đặc truyền thống Tỷ số giữa nhịp/chiều cao tính toán của tấm sàn L/d = 30 đối với sàn đơn, L/d = 39 đối với sàn liên tục,

L/d = 10.5 đối với sàn ngàm một phương

2.3.1.4.Các công trình tiêu biểu

Công trình: Tòa nhà văn phòng Trường Phát

Chủ đầu tư: CTCP xây dựng Trường Phát

Địa điểm: Nguyễn Trung Trực, Rạch Giá, Kiên Giang

Tổng diện tích: 221m2 (8 tầng)

Thiết kế: KTS Quang Huy, KTS Anh Bắc

CÔNG TY CỔ PHẦN DỊCH VỤ KIẾN TRÚC XÂY DỰNG A.MORE

142 Mỗ Lao, Mộ Lao, Quận Hà Đông,

TP Hà Nội, Việt Nam

Gói thầu: TVTK

Hoàn thành đưa vào sử dụng: 2015

Hình 7 phối cảnh toà nhà công ty Trường phát (Kiên Giang)

3b- CS- Mẫu đề cương đề tài Tự nhiên – kỹ thuật

Trang9

Hình 8 TỔ HỢP CHUNG CƯ CAO CẤP OCEAN VIEW MANOR

Địa điểm: Xã Phước Tỉnh - Huyện Long Điền - Bà Rịa Vũng Tàu Quy mô: 24 tầng cao, 1 tầng hầm Tổng diện tích sàn: 30.129 m 2

3b- CS- Mẫu đề cương đề tài Tự nhiên – kỹ thuật

Trang11

Hình 9 TRƯỜNG THCS PHƯỜNG 7 Địa điểm: Phường 7 - Thành Phố Cà Mau Quy mô: 35 phòng, trong đó có 19 phòng học, 6 phòng chức năng và 10 phòng hiệu bộ

2.3.2 Luận giải về sự cần thiết, tính cấp bách, ý nghĩa lý luận và thực tiễn của đề tài

Mô hình đang sử dụng để giảng dạy hiện nay tại Khoa xây dựng - giao thông là mô hình cốp pha cốt thép dầm sàn theo phương pháp cổ điển, với xu thế phát triển không ngừng trong

xã hội ngày nay thì việc xây dựng các nhà cao tầng thì phương pháp sử dụng sàn BTCT cổ điển

sẽ có rất nhiều khuyết điểm như: trọng lượng bản thân lớn, tốn nhiều vật liệu, thời gian thi công lâu

Hiện nay trên thế giới đã phát triển nhiều công nghệ xây dựng mới: sàn U-Boot, sàn panel 3D, sàn ô cờ sàn Bubble Deck là một trong những công nghệ mới đó, đề tài này xuất phát từ thực tế dạy và học của ngành CNKT Xây dựng ở trường CĐ Kinh tế-Kỹ thuật Kiên Giang Nhằm mụch đích cho HSSV tiếp cận với công nghệ mới này trong thời gian tới sẽ được

sử dụng rộng rãi.Nội dung của chương trình đào tạo của ngành là hướng đến lĩnh vực xây dựng dân dụng và công nghiệp, tuy nhiên thực tế khoa Xây dựng- giao thông của trường hiện nay chưa có mô hình nào để phục vụ giảng dạy về loại sàn này Do đó ở các môn học Kết cấu bê tông cốt thép và Kỹ thuật thi công hiện nay HSSV rất khó để tiếp thu và tìm hiểu môn học Mặt khác các bản vẽ cũng rất khó để hình dung do nhiều đường nét và nhiều ký hiệu được sử dụng Với mô hình sàn bóng Bubble Deck tác giả mong muốn HSSV sẽ được tiếp cận với những công nghệ xây dựng mới hiện nay, qua đó sẽ tìm hiểu rõ hơn và tiếp thu tốt hơn các môn học này

Với điều kiện tỉnh nhà trong tương lai, lĩnh vực xây dựng liên tục phát triển như việc xây dựng các khu trung tâm thương mại, chung cư cao tầng của các nhà đầu tư như tập đoàn Phú Cường, tập đoàn tư vấn đầu tư XD Kiên Giang, tập đoàn Vingroup , thì vấn đề sử dụng lao động cũng như cán bộ kỹ thuật có kiến thức công nghê mới này là rất cần thiết Vì vậy đầu

tư cho việc đào tạo đội ngũ này là việc làm rất cần sự quan tâm không chỉ trong nhà trường mà còn ngoài xã hội Mô hình này sẽ góp phần giải quyết các yêu cầu của thực tiễn ở thời gian sắp tới

2.4 Liệt kê danh mục các công trình nghiên cứu, tài liệu trong nước và ngoài nước có liên quan đến đề tài đã trích dẫn khi đánh giá tổng quan:

Công nghê sàn rổng Bubble Deck do công ty cổ phần kết cấu không gian TADITS độc quyền phát triển tại Việt Nam

Tạp chí khoa học và công nghệ “Nghiên cứu tính khả thi của công nghệ sàn Bubble deck trong xây dựng” đăng ngày 18/11/2013 tác giả Nguyễn Thị Thúy Hiên trường đại học kỹ thuật công nghiệp – ĐH Thái Nguyên

TCVN 5574-2012- Tiêu chuẩn kết cấu bê tông cốt thép

TCVN 5575-2012- Tiêu chuẩn kết cấu thép

2.5 Nội dung nghiên cứu của đề tài:

Nội dung 1: Nghiên cứu lý thuyết tính toán

2.5.1 Nghiên cứu và phân tích kết cấu (theo mục 7 của AS 3600)

Sàn BubbleDeck làm việc đẳng hướng, vì vậy nó có thể được phân tích tính toán bằng việc

sử dụng các phương pháp tương tự như tính toán cho sàn đặc làm việc 2 phương Chỉ dẫn trong mục 7 của AS 3600 có thể được sử dụng với các quy định sau cho đặc tính tiết diện của loại sàn này

2.5.1.1 Nghiên cứu về đặc tính tiết diện Bubble Deck

Cấu kiện cơ bản của Bubble Deck được xác định bởi các tham số a và D, trong đó 2a là kích thước của 1 cấu kiện cơ bản của tấm khuôn rỗng trong sàn Bubble Deck và D là chiều cao tổng thể của sàn

A sc

D

2a A st

3b- CS- Mẫu đề cương đề tài Tự nhiên – kỹ thuật

Trang13

Hình 10 Kích thước cơ bản của Bubble Deck

2.5 1.2 Nghiên cứu về đặc tính tiết diện không nứt

Mômen quán tính của diện tích của phần bê tông của sàn IBD,conc có thể được tính toán

thông qua công thức đơn giản (Darmstadt University of Technology, Investigation of

BubbleDeck slabs, Professor Dr Ing Martina Schnellenbach-Held)

I BD ,conc = D 3 /12- 0.124a 3

Vì vậy mô men quán tính của tiết diện không nứt (sau khi quy đổi) của diện tích tiết diện có thể tính toán được bằng cách giả thiết rằng trọng tâm của tiết diện bê tông nằm ở khoảng D/2 Nếu mô men quán tính Ieq,steel của diện tích thép quy đổi Aeq,steel, mà được tính toán thông qua diện tích cốt thép chịu nén Asc và cốt thép chịu kéo Ast mà trọng tâm của tiết diện ở khoảng

2

I BD ,uncracked = I BD ,conc + I eq ,steel + Aeq ,steel (D / 2 − d eq,steel )

Gỉa thuyết rằng tác động của thép quy đổi với trọng tâm tiết diện quy đổi tổng thế không làm thay đổi đáng kể trọng tâm của tiết diện b tông

Công thức trên dẫn đến độ cứng gần đúng của sàn Bubble Deck xấp xỉ khoảng 90% của độ cứng sàn đặc với cùng chiều dày

Vì vậy, mô men quán tính không nứt của diện tích tiết diện có thể được xem xét trong cả tác động ngắn hạn và dài hạn

2.5 1.3 Nghiên cứu về đặc tính tiết diện nứt

Tác động của lỗ rỗng với đặc tính tiết diện nứt ảnh hưởng ít hơn so với tiết diện không nứt

Vì vậy, mô men quán tính tiết diện nứt của sàn Bubble Deck có thể được tính toán đơn giản như sau:

I BD ,cracked = 0.9I solid ,cracked

Vì vậy, mô men quán tính nứt của tiết diện có thể được xem xét trong cả tác động ngắn hạn

sử dụng đặc tính tiết diện Bubble Deck không nứt Điều này có nghĩa là:

Trong đó: γt là khoảng cách từ trục trọng tâm của tiết diện tới thớ căng vùng kéo (bỏ qua cốt thép)

Vì vậy:

I BD ,ef = I BD ,cracked + (I BD ,uncracked − I BD ,uncracked ) × (M BD ,cr / M S )3 ≤ I e,max

Trong đó: Ie,max được xác định trong 8.5.3.1 của AS 3600

Việc phân tích có thể được tiến hành tính toán thông qua các gói phần mềm thương mại với phương pháp phần tử hữu hạn, hoặc thông qua việc phân tích mô hình khung không gian (coi sàn làm việc như miếng cứng) Các tấm sàn có thể được tính toán như các dầm bề rộng 1m để dễ dàng tính toán và thiết kế

Việc kiểm tra biến dạng cho thiết kế sàn được tiến hành cùng với việc phân tích sàn Việc tính toán bề rộng vết nứt và biến dạng được tính đến ở giai đoạn thiết kế sàn sau cùng

2.5.1.6 Nghiên cứu thiết kế sàn Bubble Deck

c

Một khi việc phân tích sàn hoàn tất, việc tính toán độ bền được tiến hành với các tiết diện sơ

bộ thông qua việc phân tích

Độ bền chịu uốn

Bubble Deck bỏ qua khối lượng đáng kể của bê tông (so với sàn đặc) trong phần lõi ở trọng tâm của sàn, nơi mà các trạng thái ứng suất tương đối không đáng kể khi tiết diện chịu uốn Khi thiết kế kháng uốn, chiều cao của vùng bê tông chịu nén được tính toán và kể đến trong phạm vi vùng bê tông đặc giữa vùng biên trên cùng của quả bóng và bề mặt tấm sàn, liệu rằng người thiết kế coi vùng bê tông chịu nén như tiết diện chữ nhật, parabol hay các loại tiết diện khác phụ thuộc vào các phương pháp thiết kế được chấp nhận

Hình 11 Phân bố ứng suất trong Bubble Deck dưới tải trọng thông thường

Trong các tấm sàn ứng suất lớn, các khối ứng suất sẽ xâm nhập không đáng kể trong phạm vi vùng có bóng Các nghiên cứu và thí nghiệm đã cho thấy rằng có một tác động không đáng kể lên tính kháng của sàn Bubble Deck trong các trường hợp thiết kế thông thường Chỉ dẫn sau đây thích hợp với tiêu chuẩn Đức DIN 1045, và đưa ra việc kiểm tra đơn giản mà hạn chế phạm vi mà trục trung hòa dẻo được phép xâm nhập trong phạm vi của vùngchứa bóng

Hình 12 Vùng nén có thể xâm nhập trong phạm vi bóng của sàn chứa quá nhiều cốt thép

Trong công thức dưới đây, µms là tham số đặc trưng cho tỷ số của mô men kháng uốn trong vùng chứa bóng chia cho mô men kháng uốn tổng thể của mặt cắt tiết diện, Mball / Mu Sàn Bubble Deck có thể được thiết kế bằng cách sử dụng các nguyên lý thiết kế truyền thống nếu

tỷ số được giới hạn là 0.2, ứng suất được cho phép để phân phối lại cục bộ, khi tỷ số trên nhỏ hơn 20%

µ ms = M u ×1.96 /( f h3 ) ≤ 0.2

Trong đó:

D: đường kính quả bóng h: chiều cao của sàn

Mu: mô men thiết kế

Khoảng cách lớn nhất của trục trung hòa có thể được xác định thông qua công thức sau, sử dụng tỉ số giới hạn trên:

M ball / M u = µms = [(d n − cball )zball ]/(d n z ) = 0.2

Trong đó:

3b- CS- Mẫu đề cương đề tài Tự nhiên – kỹ thuật

Trang15

Mball: sự đóng góp của mô men kháng uốn của tiết diện tại vùng có

bóng cball: lớp bê tông bảo vệ phía trên của bóng

dn: chiều cao của trục trung hòa

zball: cánh tay đòn đóng góp cho Mball

z: cánh tay đòn đóng góp cho Mu

Vì vậy, độ bền uốn của sàn Bubble Deck có thể được tính toán theo mục 9.1.1 của AS 3600, chứng tỏ rằng tỷ số của mô men kháng uốn của bê tông trong phạm vi vùng có bóng được giới hạn là 20% Điều này cho phép phân phối lại mô men kháng uốn trong phạm vi sàn

Nội dung 2: Nghiên cứu cấu tạo sàn Bubble Deck

2.5.2 Nghiên cứu cấu tạo cơ bản của sàn BUBBLE DECK

Các lớp cấu tạo gồm có:

- Lưới thép trên

- Quả bóng rỗng làm từ nhựa tái chế

- Lưới thép dưới

Hình 13 Cấu tạo sàn Bubble deck

2.5.2.1 Nghiên cứu các loại sàn bubble deck

a BubbleDeck loại A

Module cốt thép, dạng cấu kiện “lưới bóng” chế tạo sẵn được đặt trên ván khuôn truyền thống và đổ bêtông trực tiếp tại công trường