Ảnh hưởng của bề rộng dải phân tích trong thiết kế sàn phẳng bê tông ứng lực trước

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐỖ HỮU MINH NHẬT

ẢNH HƢỞNG CỦA BỀ RỘNG DẢI
PHÂN TÍCH TRONG THIẾT KẾ SÀN PHẲNG
BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƢỚC

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình Dân dụng và Công nghiệp
Mã số:
60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS. PHAN QUANG MINH

Đà Nẵng, Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN

Tôi 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.

Tác giả luận văn

Đỗ Hữu Minh Nhật

MỤC LỤC
TRANG BÌA
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH10
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Lý do nghiên cứu ............................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu ......................................................................................1
3. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................2
4. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................2
5. Cấu trúc của luận văn .....................................................................................2
CHƢƠNG 1. KHÁI NIỆM VỀ SÀN BÊ TÔNG ƢLT...............................................3
1.1. Khái niệm về kết cấu bê tông ƢLT ......................................................................3
1.2. Sàn phẳng bê tông ƢLT .......................................................................................7
1.2.1. Bản dầm và bản kê bốn cạnh ....................................................................8
1.2.2. Sàn phẳng bê tông ƢLT .........................................................................12
1.2.2.1. Xác định chiều dày sàn ........................................................................14
1.2.2.2. Ứng dụng của sàn phẳng bê tông ƢLT ...............................................16
CHƢƠNG 2. TÍNH TOÁN VÀ CẤU TẠO SÀN BÊ TÔNG ƢLT .........................17
2.1. Các phƣơng pháp tính toán nội lực sàn phẳng BTCT ........................................17
2.1.1. Phƣơng pháp trực tiếp ............................................................................17
2.1.2. Phƣơng pháp khung tƣơng đƣơng ..........................................................21
2.1.3. Phƣơng pháp phần tử hữu hạn ................................................................24
2.1.3.1. Phần tử sàn ..........................................................................................25
2.1.3.2. Gối tựa cột ...........................................................................................27
2.2. Mô hình cáp ứng lực trƣớc .................................................................................27
2.2.1. Quỹ đạo cáp ứng lực trƣớc và tải trọng cân bằng ..................................27

2.2.2. Mô hình cáp ƢLT trong phƣơng pháp PTHH ........................................29
2.3. Sự làm việc của kết cấu siêu tĩnh ƢLT ..............................................................31
2.3.1. Moment thứ cấp ......................................................................................31
2.3.2. Tải trọng cân bằng trong dầm liên tục ƢLT...........................................33
2.4. Một số yêu cầu về cấu tạo ..................................................................................34


2.4.1. Cốt thép thƣờng bổ sung ........................................................................34
2.4.2. Bố trí cáp ................................................................................................34
CHƢƠNG 3. VÍ DỤ TÍNH TOÁN ...........................................................................38
3.1. Số liệu kích thƣớc ô sàn .....................................................................................38
3.2. Số liệu vật liệu sử dụng ......................................................................................38
3.3. Xác định thông số thiết kế, chiều dày và tải trọng: ............................................39
3.4. Phân tích tìm nội lực kết cấu ..............................................................................43
3.4.1. Vẽ các dải theo cách chia theo dải trên cột và dải giữa nhịp tƣơng tự nhƣ
sàn bê tông cốt thép thƣờng ..............................................................................49
3.4.2. Vẽ các dải theo cách chia dải rộng bằng bƣớc khung “full strip” ..................59
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................72
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................73
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
ẢNH HƢỞNG CỦA BỀ RỘNG DẢI PHÂN TÍCH(STRIP)
TRONG THIẾT KẾ SÀN PHẲNG BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƢỚC
Học viên: Đỗ Hữu Minh Nhật
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Khóa: K33.XDDD.KH - Trƣờng Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Tóm tắt:
Hiện nay, với sự phát triển kinh tế xã hội, nhu cầu xây dựng các công trình dân dụng và
công nghiệp tăng nhanh với đòi hỏi ngày càng cao về mỹ-kỹ thuật. Trong những năm gần
đây, nhiều nhà cao tầng đã đƣợc xây dựng ở các thành phố lớn nhƣ Hà Nội, thành phố Hồ
Chí Minh... đặt ra cho ngƣời thiết kế không những đáp ứng các yêu cầu về kỹ thuật mà còn
hiệu quả kinh tế, trong đó có việc tính toán thiết kế bản sàn phẳng bê tông ứng lực trƣớc.
Ở các nƣớc có nền xây dựng phát triển nhƣ Liên Xô (nay là Nga), Mỹ..., kết cấu sàn không
dầm (còn gọi là sàn phẳng) đƣợc sử dụng khá rộng rãi. Ở nƣớc ta, sàn không dầm đã đƣợc
biết tới từ lâu nhƣng số lƣợng công trình chƣa nhiều. Khi kết cấu sàn có nhịp lớn, việc sử
dụng giải pháp sàn bê tông cốt thép thƣờng có nhiều hạn chế, do bề dày lớn, trọng lƣợng
bản thân tăng lên sẽ làm tăng đáng kể độ võng và bề rộng vết nứt, do vậy cần thiết phải sử
dụng giải pháp bê tông ƢLT. Với những ƣu thế nhƣ vậy, trong những năm tới có thể kết
cấu dạng sàn phẳng sẽ đƣợc áp dụng rộng rãi hơn trong các công trình xây dựng dân dụng.
Trong thực tiễn thiết kế sàn BTƢLT, việc chia dải tính toán có ảnh hƣởng đến việc bố trí
cáp ứng lực trƣớc cũng nhƣ sự làm việc của sàn. Mục đích của luận văn là so sánh kết quả
phân tích số theo 2 cách: Một là Phân tích theo cách chia theo dải trên cột và dải giữa nhịp
tƣơng tự nhƣ sàn bê tông cốt thép thƣờng, hai là Phân tích theo cách chia dải rộng bằng
bƣớc khung full strip”. Sau đó đề xuất các kiến nghị áp dụng.
Từ khóa –chia dải rộng bằng bƣớc khung “full strip”
Summary:
Currently, the socio-economic development, the demand for civil and industrial
construction has increased rapidly with increasing demands on art and technology. In
recent years, many skyscrapers have been built in big cities such as Hanoi and Ho Chi
Minh City ... the designer not only meets the technical requirements but also economic
efficiency, including the calculation of the design of pre-prestressed concrete slab.
In developed countries such as the Russia, USA ..., the slab structure without beam (also
known as flat slab) is used quite widely. In our country, flat-slab contruction has been
known for a long time, but projects are not much. When the slab structure has a large span,
the use of reinforced concrete structure have many limitations, due to the slab is large
thickness, weight increase itself will significantly increase the sag and crack width, so pre-

stressed structural solution is necessary. With such advantages, in the coming years, flatslab structures will be more widely used in civil construction.
In fact, the design of pre-prestressed concrete slab, dividing strip the calculation range
affects the prestressing of the post-tensioning cable as well as the working of the slab. The
purpose of the thesis is to coMPare the results of numerical analysis in two ways: the first
is analyze in a way that divides the strip on the column and the middle of the span similar
to reinforced concrete structure, the second is analyze by dividing the width by the frame
span, also known as the "full strip" step and then submit the recommendations.
Keyword-wide band with "full strip"


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ch÷ c¸i Latinh viÕt hoa
A

diện tích tiết diện

G

tải trọng thƣờng xuyên

I

mômen quán tính

M

mômen uốn

N

lực dọc trục

V

lực cắt

b

chiều rộng của tiết diện ngang

d

chiều cao làm việc của tiết diện

e

độ lệch tâm

h

chiều cao của tiết diện trong mặt phẳng uốn, chiều dày sàn

i

bán kính quán tính

I,L

chiều dài hoặc nhịp

1/R

chiều dài hoặc nhịp

c.g.c trọng tâm tiếp diện bêtông
c.g.s trọng tâm cốt thép ứng lực trƣớc
Ac

diện tích tiết diện ngang của bêtông

Aps

diện tích tiết diện ngang của cốt thép ứng lực trƣớc (ƢLT)

As

diện tích tiết diện ngang của cốt thép thƣờng

A’s

diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu nén

Ec

môđun đàn hồi của bêtông

Eps

môđun đàn hồi của cốt thép

Mn

cƣờng độ mômen uốn tới hạn


Mcr

mômen kháng nứt

Po

lực căng ban đầu

P

lực căn trƣớc hiệu quả

fc

cƣờng độ chịu nến đặc trung của mẫu trụ bê tong ở 28 ngày tuổi

fci

cƣờng độ, chịu nén của bê tông tại thời điểm truyền lực

ft

cƣờng độ chịu kéo của bê tông

fpe

ứng suất hiệu quả của thép ƢLT

fpu

giới hạn bền của thép ƢLT

fpy

giới hạn chảy của thép ƢLT

fpi

ứng xuất căn ban đầu của thép ƢLT

fy

cƣờng độ của thép thƣờng

Zb,Zt mô men quán tính tĩnh của tiết diện tại thớ trên và dƣới
E

biến dạng

F,ơ

ứng suất

W

tải trọng phân bố

o

hệ số giảm độ bền
độ võng, chuyển vị


DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu
2.1
2.2
2.3

Tên bảng
Hệ số phân phối mô men âm và mô men dƣơng
Tỷ lệ % mô men âm phân chia cho dải trên cột cho các ô
bản ở giữa
Tỷ lệ % mô men âm phân chia cho dải trên cột cho các ô
bản biên

Trang
19
20
21

DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
1.7.
1.8.
1.9.
1.10.
1.11.
1.12.
1.13.
1.14.
1.15.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
2.10.
2.11.
2.12.
2.13.

2.14.
2.15.

Tên hình
Ứng lực trƣớc của một số dụng cụ
Sơ đồ phƣơng pháp căng trƣớc
Sơ đồ phƣơng pháp căng sau
Các dạng dầm sàn dùng trong nhà cao tầng
Hệ dầm các phƣơng
Đƣờng truyền tải theo một số phƣơng án
Mô hình bằng băng sàn và dải sàn
Hệ dầm sàn 1 phƣơng
Hệ dầm sàn 2 phƣơng
Dầm bẹt 1 phƣơng (banded beam)
Hình dạng và kích thƣớc mũ cột sàn nấm
Sàn phẳng không dầm
Hình dạng và kích thƣớc cũ cột trong sàn không dầm
Sơ đồ tính toán chọc thủng sàn không dầm
Cấu tạo các dầm chìm chống cắt trong sàn phẳng
không dầm
Moment trên dải trên cột và dải giữa nhịp của sàn
phẳng
Sự phân phối mô men âm theo phƣơng có nhịp lớn
Khung tƣơng đƣơng
Xác định độ cứng tƣơng đƣơng của cột
Các nội lực tổng quát trên phần tử sàn
Phần tử sàn
Liên kết cột- sàn
Sơ đồ quỹ đạo cáp thực tế
Quỹ đạo cáp thực tế và tải trọng cân bằng trong dầm

liên tục
Thay thế cáp bằng tải trọng cân bằng
Dầm đơn giản bê tông ƢLT
Moment do U7LT trong dầm liên tục
Cân bằng tải trọng của dầm liên tục
Bố trí cáp theo biểu đồ mô men
Một số phƣơng án bố trí cáp

Trang
3
5
6
8
9
10
10
11
12
12
13
13
14
16
16
19
20
22
23
26
26

27
28
29
30
31
32
34
35
35


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do nghiên cứu
Hiện nay, với sự phát triển kinh tế xã hội, nhu cầu xây dựng các công trình
dân dụng và công nghiệp tăng nhanh với đòi hỏi ngày càng cao về mỹ-kỹ thuật.
Trong những năm gần đây, nhiều nhà cao tầng đã đƣợc xây dựng ở các thành phố
lớn nhƣ Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh... đặt ra cho ngƣời thiết kế không những
đáp ứng các yêu cầu về kỹ thuật mà còn hiệu quả kinh tế, trong đó có việc tính toán
thiết kế bản sàn phẳng bê tông ứng lực trƣớc.
Ở các nƣớc có nền xây dựng phát triển nhƣ Liên Xô (nay là Nga), Mỹ..., kết
cấu sàn không dầm (còn gọi là sàn phẳng) đƣợc sử dụng khá rộng rãi. Ở nƣớc ta,
sàn không dầm đã đƣợc biết tới từ lâu nhƣng số lƣợng công trình chƣa nhiều. Khi
kết cấu sàn có nhịp lớn, việc sử dụng giải pháp sàn bê tông cốt thép thƣờng có nhiều
hạn chế, do bề dày lớn, trọng lƣợng bản thân tăng lên sẽ làm tăng đáng kể độ võng
và bề rộng vết nứt, do vậy cần thiết phải sử dụng giải pháp bê tông ƢLT. Với những
ƣu thế nhƣ vậy, trong những năm tới có thể kết cấu dạng sàn phẳng sẽ đƣợc áp dụng
rộng rãi hơn trong các công trình xây dựng dân dụng.
Trong thực tiễn thiết kế sàn BTƢLT, việc chia dải tính toán có ảnh hƣởng đến

việc bố trí cáp ứng lực trƣớc cũng nhƣ sự làm việc của sàn. Mục đích của luận văn
là so sánh kết quả phân tích số theo 2 cách:
- Phân tích theo cách chia theo dải trên cột và dải giữa nhịp tƣơng tự nhƣ sàn
bê tông cốt thép thƣờng.
- Phân tích theo cách chia dải rộng bằng bƣớc khung full strip”.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của luận văn này là nghiên cứu ảnh hƣởng của việc chia dải tính
toán đến việc bố trí cáp cũng nhƣ khả năng chịu lực của sàn BTƢLT khi chia dải
phân tích theo 2 phƣơng pháp là chia theo dải trên cột và dải giữa nhịp và chia dải
rộng bằng bƣớc khung, trên cơ sở đó đƣa ra nhận xét và đề xuất các lƣu ý trong
thiết kế sàn BTƢLT


2

3. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết: phƣơng pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết.
- Dùng phần mềm Safe để mô hình và phân tích nội lực.

4. Phạm vi nghiên cứu
- Sàn phẳng bê tông ứng lực trƣớc trong nhà cao tầng
5. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo trong luận văn gồm
có các chƣơng nhƣ sau:
CHƢƠNG 1. KHÁI NIỆM VỀ SÀN BÊ TÔNG ƢLT
CHƢƠNG 2. TÍNH TOÁN VÀ CẤU TẠO SÀN BÊ TÔNG ƢLT
CHƢƠNG 3. VÍ DỤ TÍNH TOÁN


3

CHƢƠNG 1
KHÁI NIỆM VỀ SÀN BÊ TÔNG ƢLT
1.1 Khái niệm về kết cấu bê tông ƢLT
Bê tông có cƣờng độ cao và dẻo dai khi chịu nén nhƣng lại có cƣờng độ thấp
và giòn khi chịu kéo nên, để cải thiện sự làm việc của nó, ngƣời ta thƣờng sử dụng
biện pháp nén trƣớc những vùng bê tông sẽ chịu kéo dƣới các tác động bên ngoài.
Việc nén trƣớc bê tông nhƣ vậy đã tạo ra một dạng kết cấu bê tông mới – kết cấu bê
tông dự ứng lực.
Kết cấu bê tông cốt thép ứng lực trƣớc, còn gọi là kết cấu bê tông cốt thép
ứng lực trƣớc, hay bê tông tiền áp, hoặc bê tông dự ứng lực là kết cấu bê tông cốt
thép sử dụng sự kết hợp ứng lực căng rất cao của cốt thép ứng lực trƣớc và sức chịu
nén của bê tông để tạo nên trong kết cấu những biến dạng ngƣợc với khi chịu tải, ở
ngay trƣớc khi chịu tải. Nhờ đó những kết cấu bê tông này có khả năng chịu tải
trọng lớn hơn kết cấu bê tông thông thƣờng, hoặc vƣợt đƣợc những nhịp hay khẩu
độ lớn hơn kết cấu bê tông cốt thép thông thƣờng.
Các phƣơng pháp truyền thống tạo ứng lực trƣớc cho các kết cấu thông dụng:
thùng lều gỗ, thùng rƣợu gỗ.

Đai dây song giằng quanh thùng lều gỗ Đai thép giằng quanh thùng rƣợu gỗ
Hình 1.1. Ứng lực trước của một số dụng cụ
Lịch sử phát triển về vật liêu bê tông và kết cấu bê tông cốt thép ứng lực
trƣớc đƣợc sơ lƣợc qua các mốc thời gian tiêu biểu nhƣ sau:


4

+ Năm 1886, P.H .Jacksom, một kỹ sƣ ngƣời San Francisco, đã giành đƣợc
bằng sáng chế nhờ việc buộc chặt các sợi dây thép vào bêtông khi thi công sàn nhà
bằng phƣơng pháp cuốn vòm.

+ Năm 1888, C.E.W . Doehring, ngƣời Đức, cũng đã nhận đƣợc bằng sáng
chế nhờ vào việc tạo nên lực kéo trƣớc vào kim loại đặt trong bêtông trƣớc khi chất
thải của bản sàn.
Những sáng chế kể trên đã không đạt đƣợc thành công do việc ứng lực trong
cốt thép sớm bị mất mát do sự co ngót và từ biến cốt thép sau khi xảy ra co ngót và
từ biến của bêtông, nhằm phục hồi một phần các ứng lực đã bị mất mát.
+ Năm 1925, R. E. Dill, ngƣời Nebraska, đã ứng dụng các thành cốt thép
đƣợc sơn phủ nhằm tránh lực dính của bêtông, sau khi đổ bêtông, các thanh cốt thép
đƣợc kéo và neo vào bêtông bằng các đại ốc, tuy nhiên phƣơng pháp nào này đã
không đƣợc áp dụng vì những lí do kinh tế.
+ Năm 1928, sự phát triển của bêtông ƢLT hiện đại thực sự đƣợc khởi đầu
bởi E. Freyssinet, ngƣời Pháp, với việc sử dụng các sợi thép ƢLT có cƣờng độ cao,
tuy nhiên phƣơng pháp thực hành đầu tiên đƣợc tìm ra bởi E. Hoyer, ngƣời Đức.
Với phƣơng pháp này các sợi thép đƣợc căng giữa hai bệ neo đặt cách nhau vài
chục mét trƣớc khi đúc một vài cấu kiện trong các khuôn đặt giữa hai khối neo, khi
bê tông đạt đủ cƣờng độ, sợi thép đƣợc cắt khỏi neo và sẽ gây nên ứng lực trƣớc
trong các cấu kiện đó.
Bêtông ƢLT thực sự đƣợc ứng dụng rộng rãi bởi độ tin cậy và tính kinh tế
của nó, kể từ khi phƣơng pháp ƢLT bằng các thiết bị neo đƣợc xác minh.
+ Năm 1939, Freyssinet đã phát triển các neo có dạng nêm hình côn và các
kích thủy lực hai chiều, vừa kéo cốt thép, vừa đẩy cho các nêm dạng côn lồng vào
nhau tạo nên một kiểu neo rất chắc chắn.
+ Năm 1940, giáo sƣ ngƣời Bỉ G. Magnel cũng đã sang chế ra một hệ thống
mang tên ông, trong đó hai sợi dây thép đƣợc kéo căng đồng thời và đƣợc neo bởi
các nêm kim loại ở hai đầu.
+Từ năm 1945, trong bối cảnh sau chiến tranh thế giới lần thứ hai và sự khan
hiếm của thép xây dựng ở châu Âu, với đặc điểm là sử dụng ít thép hơn, bê tông
ƢLT đã trở thành một vật liệu xây dựng đóng vai trò quan trọng. từ đó cho đến nay,

5

cùng với quá trình không ngừng đƣợc nghiên cứu và phát triển, bê tông ƢLT đã
đƣợc các kỹ sƣ thiết kế, các nhà xây dựng công nhận nhƣ một giải pháp hoàn toàn
tin cậy, an toàn, kinh tế và đƣợc ứng dụng rộng rãi trong xây dựng.
Các phƣơng pháp gây ứng lực trƣớc
+ Phương pháp căng trước
Cốt thép ƢLT đƣợc neo đầu cố định vào bệ còn đầu kia đƣợc kéo ra với lực
kéo P. Dƣới tác dụng của lực P, cốt thép đƣợc trong giới hạn đàn hồi và sẽ bị giãn
dài một đoạn và tƣơng ứng là ứng suất kéo trong cốt thép. Khi đó, đầu còn lại của
cốt thép đƣợc cố định nốt vào bệ.

Hình 1.2. Sơ đồ phương pháp căng trước
a) Căng và cố định cốt thép ƢLT; b) Sau khi buông thép ƢLT
c) Chế tạo đồng thời các cấu kiện ƢLT
Tiếp đó, đặt các cốt thép thông thƣờng khác rồi đổ bê tông. Đợi cho bê tông
đạt đƣợc cƣờng độ cần thiết thì thả các cốt thép ƢLT rời khỏi bệ. nhờ tính đàn hồi,
các cốt thép này có xu hƣớng co lại và thông qua lực dính giữa nó với bê tông trên
suốt chiều dài cấu kiện, cấu kiện sẽ bị nén với giá trị bằng lực P đã dung khi kéo
cốt thép.
Phƣơng pháp căng trƣớc tỏ ra ƣu việt đối với những cấu kiện sản xuất hang
loạt trong nhà máy.(hình 1.2c).


6

+ Phương pháp căng sau
Trƣớc hết đặt các cốt thép thông thƣờng và các ống rảnh bằng tôn, kẽm hoặc
bằng vật liệu khác để tạo các rãnh dọc, rồi đổ bêtông (hình 1.3a). Khi bêtông đạt
đến cƣờng độ nhất định thì tiến hành luồn và căng cốt thép ULT tới ứng suất quy

định (hình 1.3b). Sau khi căng xong, cốt thép ULT đƣợc neo chặt và cấu kiện (hình
1.3c).Thông qua các neo đó, cấu kiện sẽ bị nén bằng lực đã dùng khi kéo căng cốt
thép. Tiếp đó, ngƣời ta đã bơm vữa vào trong ống rãnh để bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn
mòn và tạo ra lực dính giữa bêtông và cốt thép. Đó là loại bêtông ULT có bám dính.
Ngoài ra, ngƣời ta còn dùng loại bêtông ƢLT không bám dính, cốt thép (thƣờng là
các bảy sợi) đƣợc đặt trong những ống nhựa đặc biệt có chứa đầy mỡ chống gỉ. Ống
nhựa chứa cốt thép đƣợc đặt cùng một lúc với việc đặt cốt thép thƣờng. sau khi đổ
bêtông và bê tông đủ cƣờng độ, ngƣời ta căng cốt thép, neo cốt thép và đổ bêtông
bảo vệ đầu neo. Cốt thép nằm trong ống mỡ nên giữa cốt thép và bê tông không tồn
tại lực dính.

Hình 1.3. Sơ đồ phương pháp căng sau
a) Bố trí ống chờ và đổ bê tông cấu kiện; b) Trong quá trình căng; c) Sau khi căng
Phƣơng pháp căng sau đƣợc sử dụng thích hợp để chế tạo các cấu kiện mà
yêu cầu phải có lực nén bêtông tƣơng đối lớn hoặc các cấu kiện phải đổ bêtông
tại chỗ.


7

1.2 Sàn phẳng bê tông ƢLT
Kết cấu sàn bê tông ứng suất trƣớc căng sau đƣợc sử dụng cho nhà nhiều
tầng lần đầu tiên ở Mỹ vào những năm năm mƣơi của thế kỷ XX. Trong những
năm sau đó, việc ứng dụng loại kết cấu này đƣợc mở rộng sang nhiều nƣớc trên
thế giới.
Ở nƣớc ta kết cấu sàn bê tông ứng suất trƣớc căng sau đã đƣợc đƣa vào ứng
dụng thực tế tại công trình Nhà điều hành Đại học Quốc gia Hà nội năm 1997.
Hiện nay loại kết cấu này đã đƣợc ứng dụng cho nhiều công trình khác ở Hà
Nội, Tp Hồ Chí Minh…
Kết cấu sàn bê tông ứng suất trƣớc căng sau trong công trình nhà nhiều tầng

có các ƣu điểm sau :
Làm tăng độ cứng của kết cấu, do vậy cho phép giảm đƣợc kích thƣớc
tiết diện, giảm đƣợc trọng lƣợng bản thân kết cấu và vƣợt đƣợc các khẩu
độ lớn;
Có khả năng khống chế sự hình thành vết nứt và độ võng;
Tiết kiệm đƣợc vật liệu bêtông và cốt thép do việc sử dụng vật liệu
cƣờng độ cao.
Trong kết cấu công trình dân dụng, hệ thống sàn đƣợc quan tâm nhiều
nhất khi áp dụng công nghệ ứng lực trƣớc là do: sàn là bộ phận kết cấu
có chi phí đáng kể nhất, chiếm phần lớn khối lƣợng BTCT so với các cấu
kiện khác.
Việc giảm trọng lƣợng bản thân sàn sẽ kéo theo việc giảm khối lƣợng vật
tƣ cho nhiều kết cấu khác nhƣ cột, tƣờng móng, …
Tiến độ thi công sàn tăng nhanh, do sử dụng bê tông mác cao kết hợp với
phụ gia. Một số công trình đã đƣợc xây dựng cho thấy tiến độ thi công
trung bình 7-10 ngày/ tầng cho diện tích xây dựng 400-500m2/sàn. Công
tác và khuôn khá đơn giản nhất là với loại sàn không dầm, đƣợc sử dụng
chủ yếu trong nhà cao tầng có sàn ứng lực trƣớc.
Ngoài ra việc mở rộng lƣới cột, giảm chiều cao tầng nhà và các thiết bị,
phụ kiện phục vụ cho việc gây ứng lực trƣớc ngày càng đƣợc hoàn thiện,


8

gọn nhẹ và hiệu quả, cũng đóng góp nhiều phần quan trọng vào sự thành
công của sàn bê bê tông ứng lực trƣớc.
Tùy theo giải pháp kiến trúc, sơ đồ kết cấu, kích thƣớc lƣới cột và tải trọng, sàn bê
tông ứng lực trƣớc đƣợc thiết kế chịu lực theo một hay hai phƣơng. Các dạng khác
nhau của sàn bê tông U7LT căng sau theo sơ đồ kết cấu bao gồm :
-

Sàn sƣờn có bản dầm

-

Sàn sƣờn có bản kê 4 cạnh

-

Sàn không dầm ( sàn phẳng có mũ cột hoặc không)

Hình 1.4. Các dạng dầm sàn dùng trong nhà cao tầng
1.2.1 Bản dầm và bản kê bốn cạnh
Bản dầm có cố thép chính bố trí dọc theo phƣơng làm việc của sàn(chiều dài
sàn). Gối tựa của sàn kéo dài liên tục trên bề rộng của sàn. Quy trình thông thƣờng
để thiết kế bản dầm ƢLT là xét một dải bản rộng 1m theo chiều dài sàn và tính toán
nhƣ đối với cấu kiện dầm. Mặt dù thép ƢLT chính đƣợc bố trí dọc theo một
phƣơng, có thể sử dụng thép ƢLT theo phƣơng ngang để hạn chế co ngót hoặc phân
bổ ứng suất khi có sự tập trung tải trọng.


9

Đa số sàn trong thực tế làm việc theo 2 phƣơng. Tuy nhiên sự làm việc 1
phƣơng hay 2 phƣơng liên quan chặt chẽ đến khái niệm đƣờng truyền tải trọng, đây
là đƣờng mà tải trọng đƣợc kết cấu tiếp nhận và truyền về gối tựa. Ngƣời thiết kế là
ngƣời chọn đƣờng truyền tải và do đó có thể có nhiều đƣờng truyền tải khác nhau
cho kết cấu.
Xem ví dụ trên hình 1.5 (a), dầm đơn giản truyền tải trọng F về gối tựa A và
B qua moment và lực cắt trên các tiết diện dầm. Hệ kết cấu làm việc theo 1 phƣơng,

dọc AB.

Hình 1.5. Hệ dầm các phương
Trên hình 1.5(b) có hệ 2 dầm vuông góc nhau chịu tải trọng F. Trên mặt cắt
của hệ dầm theo cả 2 phƣơng AB, CD đều có moment và lực cắt làm phƣơng tiện
truyền tải. Hệ này làm việc theo hai phƣơng. Chia sẻ giữa 2 phƣơng trong thực tế để
truyền lực F phụ thuộc vào: độ cứng 2 dầm trƣớc khi xuất hiện vết nứt, hàm lƣợng
cốt thép làm việc sau khi nứt. Vấn đề chính sẽ là chọn đƣờng truyền tải phù hợp
trên cơ sở xem xét các đƣờng truyền khả dĩ có thể áp dụng trong phạm vi độ lớn của
tải trọng F. Ngƣời thiết kế hoàn toàn có thể chọn và cấu tạo cốt thép theo đƣờng
truyền tải trên chỉ một phƣơng CD, và coi phƣơng đó truyền toàn bộ tải trọng F. Tất
nhiên phƣơng án đó là không hợp lý. Đƣờng truyền tải nên là 2 phƣơng theo một số
phƣơng án nhƣ trên hình 1.6.


10

Hình 1.6. Đường truyền tải theo một số phương án
Bây giờ xét một sàn truyền tải trọng P ở giữa ô bản về 4 gối tựa ở góc nhƣ
trên hình 1.7. Có 2 cách để gán đƣờng truyền tải. Trong mô hình băng sàn, tải P
đƣợc truyền từ băng CD-AB về 2 băng AB và CD. Nhìn theo mặt đứng, băng theo
từng phƣơng đều phải chịu đủ tải P. Tƣơng tự nhƣ vậy suy ra cho phƣơng pháp dải
sàn. Mỗi dải theo một phƣơng phải truyền đƣợc ½ tải P nhƣ hình vẽ.
Nhƣ vậy khi chia dải cho sàn 2 phƣơng, phải chia đủ theo 2 phƣơng vuông
góc và mỗi phƣơng dồn đủ tải chứ không phải là mỗi phƣơng chịu 1 phần tải sàn
nhƣ tự nhiên chúng ta nghĩ.

Hình 1.7. Mô hình bằng băng sàn và dải sàn
Đối với kết cấu bêtông, nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến đƣờng truyền tải: hình
học, việc đặt cốt thép, cáp ULT, phân bố và độ lớn của tải trọng. Đƣờng truyền tải

áp dụng cho kết cấu có thể thay đổi sau khi nứt và huy động cốt thép làm việc. Và
thông thƣờng đƣờng truyền tải thực tế của sàn khác với đƣờng truyền tải gán bởi


11

ngƣời thiết kế cũng nhƣ có vài đƣờng truyền tải khả dĩ về các gối tựa. Do đó sự làm
việc 1 phƣơng hay 2 phƣơng nhiều khi là do quan niệm thiết kế hơn là bản chất tự
nhiên của sàn.
Hãy xét ảnh hƣởng của hệ dầm tới sự truyền tải của sàn. Dầm xem nhƣ một
phần sàn đƣợc làm dày lên giữa các gối tựa (cột, vách), đóng vai trò gối tựa cho sàn
thông qua độ cứng chống uốn lớn của nó. Trong sàn ULT dầm còn đóng vai trò
cung cấp thêm không gian để đặt cáp.
+ Hệ dầm sàn 1 phương
Nhƣ trong hình 1.8, nhịp dầm bằng 3-4 lần nhịp sàn. Sàn làm việc 1 phƣơng
nên phƣơng cáp chính là phƣơng dầm, có thể đặt cáp cho phƣơng còn lại để khống
chết nứt do co ngót và nhiệt độ. Dầm cũng là hệ 1 phƣơng, chịu tải từ diện truyền
tải sàn về nó nhƣng cánh chữ T kể vào chịu uốn có chiều rộng nhỏ hơn.

Hình 1.8. Hệ dầm sàn 1 phương
+ Hệ dầm sàn 2 phương
Đây là hệ làm việc 2 phƣơng và thƣờng dùng phổ biến cho sàn thƣờng hơn là
sàn ULT. (hình 1.9)
Dầm đƣợc tính độc lập theo 1 trong 2 mô hình nhƣ trong hình với diện
truyền tải là cùng tô gạch chéo trên sàn. Dầm chịu tải hình thang hoặc tam giác
truyền về và có kể đến cánh chữ T chịu uốn với chiều rộng nhỏ hơn hoặc bằng
chiều rộng truyền tải lớn nhất. Nếu tính theo phƣơng pháp Khung tƣơng đƣơng, mô
hình dầm và sàn cùng làm việc với nhau trong diện truyền tải, chiều rộng cánh chữ
T hữu hiệu bằng và có thể lớn hơn diện truyền tải. Tất nhiên tính dầm theo trƣờng
hợp thứ 2 sẽ ra thép nhiều hơn.

12

a) Mặt bằng

b) Mô hình khung đơn giản

c) Mô hình khung tương đương

Hình 1.9. Hệ dầm sàn 2 phương
+ Dầm bẹt 1 phương
Đây là phƣơng án kinh tế hơn cho sàn ULT với lƣới cột 2 phƣơng có tỉ lệ
1.5-2.5 (hình 1.10)
Dầm bẹt coi nhƣ 1 băng sàn với chiều dày lớn hơn đi qua cột theo phƣơng
nhịp lớn. Chiều dày của bản sàn chỉ cần chọn theo nhịp bé. Chú ý đây là hệ làm việc
2 phƣơng trong cả TTGH1 (sau nứt) và TTGH2. Thƣờng đƣợc tính toán bằng
phƣơng pháp khung tƣơng đƣơng.

Hình 1.10. Dầm bẹt 1 phương (banded beam)
1.2.2 Sàn phẳng bê tông ƯLT
Sàn phẳng là sàn có bản kê trực tiếp lên cột. Sàn phẳng có 2 loại:
+ Sàn không dầm có mũ cột (sàn nấm): là sàn tại vị trí đầu cột có thể đƣợc
làm loe ra thành mũ cột để bản liên kết với cột đƣợc chắc chắn, đảm bảo cƣờng độ
chống đâm thủng của bản, đồng thời làm giảm nhịp tính toán của bản và làm mô men
đƣợc phân ra một cách đều đặn theo bề rộng bản.


13

Hình 1.11. Hình dạng và kích thước mũ cột sàn nấm
+ Sàn phẳng không dầm: do yêu cầu về kiến trúc, thiết kế không mũ cột gọi
là sàn phẳng không dầm.

Hình 1.12. Sàn phẳng không dầm


14

1.2.2.1 Xác định chiều dày sàn
a/ Hệ sàn không dầm có mũ cột (sàn nấm)
Sàn nấm thƣờng dùng cho lƣới cột vuông hay chữ nhật với tỷ lệ cạnh
l2/l1 ≤ 1,5.
Chiều dày bản sàn có mũ cột xác định từ điều kiện chọc thủng tại tiết diện
quanh chu vi mũ cột đồng thời đảm bảo điều kiện liên kết giữa bản với mũ cột
nhƣng không nhỏ hơn 180mm.
Hình dạng và kích thƣớc mũ cột chọn tùy theo giá trị tải trọng và đƣợc lấy
theo hình sau :

Hình 1.13. Hình dạng và kích thước cũ cột trong sàn không dầm
Kích thƣớc mũ cột dạng nấm theo hai phƣơng x và y cần thỏa mãn điều kiện
chọc thủng sau đây :
Q ≤ Rbtbh0 + 0,80(RswAsw + Rs,ineAs,inesin450)
Ở đây :

(1.1)


15

Rsw, Rs,ine – tƣơng ứng là cƣờng độ tính toán cốt đai và cốt xiên cắt ngang các mặt
tháp chọc thủng ;
Asw, As,ine - Tƣơng ứng là tổng diện tích cốt đai và cốt xiên ;
b – chu vi trung bình của tháp chọc thủng đƣợc xác định nhƣ sau, (hình 1.14) :
b = 4 x (x + y + h0)

(1.2)

Q = q x [l1 x l2 – 4 x (x+h0)(y+h0)]

(1.3)

Trong đó :
h0 - chiều cao tính toán ;
Rbt – cƣờng độ chịu kéo tính toán của bê tông ;
q – tổng tải trọng phân bố đều trên sàn
l1, l2 – kích thƣớc ô lƣới cột
b/ Sàn phẳng không dầm
chiều dày sàn phẳng không dầm đƣợc chọn theo điều kiện chọc thủng của chu vi tiết
diện trung bình của tháp chọc thủng kể từ tiết diện mép cột, hình (1.14) theo công
thức (1.4), ở đây chƣa xét tới cốt xiên và lực nén trƣớc do các tao cáp đặt trong
phạm vi tháp chọc thủng :
Q ≤ Rbtbh0 + 0,8RswAsw

(1.4)

Trong đó :
RswAsw – khả năng chống cắt của toàn bộ đai cắt ngang các mặt tháp chọc thủng khi
bố trí các dầm chìm trên đầu cột nhƣ trên hình 2.6c,d,e)
Rbt – cƣờng độ chịu kéo tính toán của bê tông sàn ;

b – chu vi trung bình của tháp chọc thủng đƣợc xác định nhƣ sau :
b = 2 x (ac + bc + 2h0)
h0 = hs – a
hs – chiều dày sàn
a – khoảng cách từ mép trên sàn tới trọng tâm cốt thép chịu kéo ;
ac, bc – kích thƣớc tiết diện cột đỡ sàn.

(1.5)