Nghiên cứu ứng xử của sàn rỗng vượt nhịp lớn bằng phương pháp phần tử hữu hạn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

DƢƠNG PHƢƠNG KHANH

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA SÀN RỖNG VƢỢT NHỊP LỚN
BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trìnhdân dụng và công nghiệp
Mã số: 85 80 201

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN QUANG TÙNG

Đà Nẵng - Năm 2019


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 khác.

Tác giả luận văn

Dƣơng Phƣơng Khanh


MỤC LỤC
TRANG BÌA

LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ...................................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ................................................................................. 2
3. Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................................... 3
4. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................................. 3
5. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................................... 3
6. Bố cục đề tài ............................................................................................................. 3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU SÀN PHẲNG TRONG CÔNG TRÌNH
XÂY DỰNG ............................................................................................................. …5
1.1. Khái niệm và vai trò của sàn phẳng trong công trình xây dựng ............................ 5
1.1.1. Khái niệm về sàn phẳng BTCT .................................................................... 5
1.1.2. Vai trò của sàn phẳng BTCT trong công trình xây dựng ............................. 5
1.2. Xu hƣớng sử dụng loại sàn phẳng hiện nay .......................................................... 6
1.2.1. Giới thiệu Sàn phẳng Bê tông cốt thép ULT (sàn nấm) .............................. 8
1.2.2. Giới thiệu Sàn hộp U-Boot Beton ................................................................ 9
1.3. Giới thiệu Sàn bóng BubbleDeck ........................................................................ 11
1.3.1. Nguồn gốc và khái niệm ............................................................................ 11
1.3.2. Đặc điểm .................................................................................................... 11
1.3.3. Ƣu nhƣợc điểm của hệ sàn BubbleDeck .................................................... 13
1.4. Đặc tính kỹ thuật và công nghệ thi công sàn BubbleDeck .................................. 14
1.4.1. Đặc tính kỹ thuật ........................................................................................ 14
1.4.2. Quy trình tóm tắt thi công sàn BubbleDeck............................................... 18
1.5. Kết luận chƣơng 1 ............................................................................................... 26
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ TÍNH TOÁN CỦA SÀN BUBBLEDECK ................................ 27

2.1. Tổng quan lý thuyết tính toán sàn BubbleDeck ................................................... 27
2.1.1. Đặc tính tiết diện BubbleDeck ................................................................... 27
2.1.2. Đặc tính tiết diện không nứt ...................................................................... 27
2.1.3. Đặc tính tiết diện nứt ................................................................................. 28


2.1.4 . Phân tích kết cấu ....................................................................................... 28
2.2. Tính toán sàn Bubbledeck theo Tiêu chuẩn EC2 ................................................ 29
2.2.1. Cơ sở tính toán theo Eurocode .................................................................. 29
2.2.2. Quan niệm tính toán sàn BubbleDeck [7] .................................................. 31
2.2.3. Các phƣơng pháp xác định nội lực của sàn............................................... 32
2.2.4 . Tính toán khả năng chịu uốn của sàn theo EC2 ........................................ 33
2.2.5 . Cắt thủng của sàn theo EC2 ...................................................................... 34
2.3. Phân tích ứng xử sàn BubbleDeck bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn ............. 40
2.3.1. Giới thiệu phần mềm Etabs ....................................................................... 41
2.3.2 . Sử dụng phần mềm Etabs 2017 để mô phỏng sàn BubbleDeck ............... 41
2.3.3. Các bƣớc mô phỏng sàn Bubbledeck trong Etabs .................................... 45
2.4. Kết luận chƣơng 2 ................................................................................................ 52
CHƢƠNG 3. MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA SÀN BUBBLEDECK 53
3.1. Phân tích ứng xử của sàn BubbleDeck bằng phần mềm Etabs ........................... 53
3.1.1. Số liệu đầu vào ........................................................................................... 53
3.1.2. Khảo sát ảnh hƣởng của bề dày và chiều dài nhịp sàn BubbleDeck ......... 54
3.2. So sánh khả năng chịu lực của phƣơng án sàn BubbleDeck và phƣơng án sàn
phẳng có dầm bẹt của công trình thực tế. ................................................................... 68
3.2.1. Giới thiệu về công trình: ............................................................................ 68
3.2.2. Xuất các giá nội lực của sàn....................................................................... 68
3.2.3. Thiết lập mô hình bằng phần mềm Etabs................................................... 69
3.2.4 . Kết quả so sánh, phân tích nội lực 02 phƣơng án sàn ............................... 80
3.3. Kết luận Chƣơng 3 ............................................................................................... 82
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 84
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 85
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 TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH
Đề tài: NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA SÀN RỖNG VƢỢT NHỊP LỚN BẰNG
PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
Học viên: Dƣơng Phƣơng Khanh - Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công
trình dân dụng và công nghiệp
Mã số: 85 80 201 Khóa: K35 - TrV Trƣờng Đại học Bách khoa – ĐHĐN
Tóm tắt – Sàn BubbleDeck là một trong những phƣơng án sàn rỗng nhẹ đáp ứng đƣợc
khả năng vƣợt nhịp tạo tính linh hoạt cao trong thiết kế và giảm thời gian thi công trong các
công trình xây dựng hiện nay. Ngoài ra, việc ứng dụng sàn rỗng trong thiết kế công trình giúp
giảm nhẹ trọng lƣợng công trình, qua đó hạn chế tác động của tải trọng gió động và động đất.
Nhằm làm rõ hơn về khả năng vƣợt nhịp và ứng xử của sàn BubbleDeck. Trong Luận văn,
Tác giả tiến hành khảo sát chiều dày sàn thích hợp với kích thƣớc nhịp công trình, qua đó đề
xuất chiều dày hợp lý cho công trình vƣợt nhịp lớn. Trên cơ sở chọn đƣợc chiều dày sàn rỗng
hợp lý, tiếp tục so sánh và phân tích ứng xử của sàn BubbleDeck với sàn phẳng dầm bẹt trên
một công trình thực tế bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm Etabs phiên
bản 2017 để mô phỏng. Cách thức mô phỏng sàn sẽ thực hiện theo mô hình khai báo dạng
tấm nhiều lớp (Layered) và điều chỉnh một số thông số cần thiết để giải quyết đƣợc độ cứng
và trọng lƣợng thực tế của sàn Bubbledeck khi khai báo.
Từ khóa – Sàn BubbleDeck; Phần tử hữu hạn; trọng lượng bé; vượt nhịp lớn; Etabs
phiên bản 2017.
Topic: STUDYING BEHAVIOR OF HOLLOW SLAB CROSSING LARGE SPAN
USING FINITE ELEMENT METHODS
Abstract - Bubble deck slab is one of methods that uses slightly hollow floor in order

to meet the ability of crossing span; to create design flexibility; and to reduce implement time
in building construction nowadays. Applying the hollow slab in the design of structure
contribute to reduce the weight of the building, thereby limiting the impact of dynamic wind
loads and earthquakes and also significantly reduce the cost of the foundation of the building.
To elaborate about the ability of crossing span and behavior of bubble deck slab; in this
thesis, the authors realize a survey of the slab thickness appropriate to the slab span, thereby
proposing a reasonable thickness for the large span slab. Based on thickness appropriate of
the slab and analyze behavior of bubble deck slab to solid slab with beams in reality
construction using finite element methods modeling in Etabs software version 2017. The way
to model two kinds of slabs will carry out in layered shells and then adjust parameter if
necessary to solve the hardness and weight in reality of Bubble deck slab when modeling.
Key words – BubbleDeck slab; finite element method, lightweigh; Layered shells; large
span; Etabs version 2017.
TÓM TẮT LUẬN VĂN


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
 THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU
 Chữ cái la tinh viết hoa
A
Diện tích tiết diện ngang
Ac
As
As,min

Diện tích tiết diện ngang của bê tông
Diện tích tiết diện ngang của cốt thép
Diện tích tiết diện ngang tối thiểu của cốt thép

Asw

Diện tích tiết diện tối thiểu của cốt thép chịu cắt

Ec

Môđun đàn hồi tiếp tuyến của bê tông

Es
EI

Giá trị mô đun đàn hồi tính toán của cốt thép
Độ cứng uốn

F
Gk
I

Tác động
Tác động thƣờng xuyên đặc trƣng
Mô men quán tính của tiết diện

L
M
N

Chiều dài
Mô men uốn
Lực dọc

Med

Qk

Giá trị tính toán của nội lực mô men uốn
Tác động thay đổi đặc trƣng

V
Ved

Lực cắt
Giá trị tính toán của lực cắt

 Chữ cái la tinh thường
b
Chiều rộng của tiết diện
d
Đƣờng kính, chiều cao
f
Độ võng
fa
Diện tích cốt thép
fcd
fck
ft
ftk
fy
fyd
fyk
h

Cƣờng độ chịu nén tính toán của bê tông

Cƣờng độ chịu nén đặc trƣng của mẫu trụ bê tông ở 28 ngày tuổi
Cƣờng độ chịu kéo của cốt thép
Cƣờng độ chịu kéo đặc trƣng của cốt thép
Cƣờng độ chảy dẻo của cốt thép
Cƣờng độ chảy dẻo tính toán của cốt thép
Cƣờng độ chảy dẻo đặc trƣng của cốt thép
Chiều cao


k
l

Hệ số
Chiều dài, nhịp

u
vEd
vRd,c

Chu vi tiết diện ngang
Ứng suất cắt lớn nhất
Giá trị tính toán khả năng chịu cắt thủng của bản sàn khi không có cốt
thép chịu cắt

vRd,cs

Giá trị tính toán khả năng chịu cắt thủng của bản sàn khi có cốt thép chịu

vRd,max

cắt
Giá trị tính toán khả năng chịu cắt thủng lớn nhất của bản sàn dọc theo
tiết diện kiểm tra đang xét

 Chữ cái Hy lạp thường
α
Góc
β
Hệ số
γ
Hệ số riêng, khối lƣợng riêng
γc
Hệ số riêng cho bê tông
γF
γG
γQ

Hệ số riêng cho tác động
Hệ số riêng cho tác động thƣờng xuyên
Hệ số riêng cho tác động thay đổi

ρ
σc

Hàm lƣợng cốt thép dọc
Ứng suất nén trong bê tông

Ø
Đƣờng kính cốt thép
 THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM

 Chữ cái la tinh viết hoa
L
Chiều dài nhịp
M
Mô men
F
Tổng tải trọng tác dụng
Fa
Diện tích cốt thép
V
Thể tích
Rb
Rbt
Rs
Rcs

Cƣờng độ chịu nén của bê tông
Cƣờng độ chịu kéo của bê tông
Cƣờng độ chịu nén của cốt thép
Cƣờng độ chịu kéo của cốt thép

 Chữ cái la tinh viết thường
a
Lớp bê tông bảo vệ
Chu vi trung bình của mặt đâm thủng


c
hb

Kích thƣớc mũ cột
Chiều dày bản sàn

ho
l
k

Chiều dày hữu ích của bản tại đầu cột
Chiều dài
Hệ số

q

Tải trọng toàn phần

p

Hoạt tải tác dụng

g

Tĩnh tải tác dụng

 Chữ cái Hy lạp thường
γ
Hệ số, khối lƣợng riêng
 CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
BTCT
Bê tông cốt thép
BD

BubbleDeck
EC 2
Eurocode 2
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
TTGH 1
TTGH 2

Trạng thái giới hạn 1
Trạng thái giới hạn 2


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1-1: Bảng so sánh một số tiêu chí giữa sàn BD và sàn đặc [9] .............................16
Bảng 1-2: So sánh khả năng chịu cắt giữa sàn BubbleDeck và sàn đặc [9] ...................17
Bảng 1-3: Khả năng chịu lửa phụ thuộc bề dày sàn ......................................................18
Bảng 2-1: Hệ số riêng với tải trọng khi tính theo TTGH thứ nhất [3] ............................29
Bảng 2-2: Hệ số riêng của tải trọng khi tính theo trạng thái giới hạn thứ hai [4] ...........30
Bảng 2-3 Giá trị α6 [2] .....................................................................................................31
Bảng 2-4: Phân chia đơn giản mô men uốn cho sàn phẳng [2] ......................................32
Bảng 2-5: Thông số miền đàn hồi của bê tông ..............................................................44
Bảng 3-1: Bảng kết quả khảo sát sàn BubbleDeck 230mm ..........................................55
Bảng 3-2: Bảng kết quả khảo sát sàn BubbleDeck 280mm ..........................................57
Bảng 3-3: Bảng kết quả khảo sát sàn BubbleDeck 340mm ..........................................59
Bảng 3-4: Bảng kết quả khảo sát sàn BubbleDeck 390mm ..........................................61
Bảng 3-5: Bảng kết quả khảo sát sàn BubbleDeck 450 mm .........................................64
Bảng 3-6: Bảng thống kê kết quả khảo sát nhịp đáp ứng theo bề dày sàn BD .............66
Bảng 3-7: Bảng nội lực sàn Bubbledeck tƣơng ứng theo chiều dày sàn .......................70
Bảng 3-8: Khối lƣợng thép sàn BubbleDeck 280mm ...................................................73
Bảng 3-9: Khối lƣợng thép sàn BubbleDeck 230 mm ..................................................74

Bảng 3-10: Khối lƣợng thép sàn BubbleDeck 340 mm ................................................74
Bảng 3-11: Bảng kết quả nội lực sàn phẳng dầm bẹt ....................................................76
Bảng 3-12: Bảng thống kê thép sàn phẳng dầm bẹt ......................................................79
Bảng 3-13: Bảng kết quả so sánh độ võng, nội lực và khối lƣợng của sàn BubbleDeck
so với sàn phẳng dầm bẹt.........................................................................80


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1: Sàn bóng BubbleDeck ........................................................................................1
Hình 2: Sàn hộp U-Boot Beton .......................................................................................1
Hình 3: Chung cƣ 249A Thụy Khuê Hà Nội ...................................................................2
Hình 4: Tòa nhà CDC Hà Nội .........................................................................................2
Hình 1-1: Mô hình sàn phẳng không dầm .......................................................................5
Hình 1-2:Văn phòng số 63 Lý Thái Tổ ...........................................................................7
Hình 1-3:Trung tâm sự kiện và tiệc cƣới Adora Center – Hồ Chí Minh ........................7
Hình 1-4: Cao ốc Văn phòng E-Town .............................................................................7
Hình 1-5: Tháp đôi Vincom ............................................................................................7
Hình 1-6: Mô hình sàn nấm .............................................................................................8
Hình 1-7: Công trình Thƣ viện Điện tử Bách khoa Hà Nội ............................................9
Hình 1-8: Công trình tòa nhà của công ty Đầu tƣ và phát triển hạ tầng đô thị - HNội ...9
Hình 1-9: Hệ sàn U – Boot Beton ...................................................................................9
Hình 1-10: Chung cƣ GLORY PALACE tại thành phố Vinh .......................................11
Hình 1-11: Cao ốc văn phòng Châu Tuấn - Hà Tĩnh ....................................................11
Hình 1-12: Hình ảnh cấu tạo sàn BubbleDeck ..............................................................12
Hình 1-13: Khả năng chịu momen của sàn BubbleDeck theo chiều dày ......................15
Hình 1-14: So sánh khả năng chịu cắt của sàn BubbleDeck .........................................17
Hình 1-15: Lắp dựng hệ giáo chống, xà gồ, cầu phong ................................................19
Hình 1-16: Ghép ván khuôn sàn BubbleDeck ...............................................................19
Hình 1-17: Cấu kiện đƣợc chế tạo sẵn tại nhà xƣởng ...................................................20
Hình 1-18: Cấu kiện đƣợc lắp ghép tại công trƣờng .....................................................20

Hình 1-19: Lắp đặt cốt thép mũ cột ...............................................................................21
Hình 1-20: Đổ bê tông sàn.............................................................................................22
Hình 1-21: Đầm và làm phẳng mặt bê tông ..................................................................22
Hình 1-22: Tháo dỡ hệ chống đỡ, ván khuôn sàn .........................................................23
Hình 1-23: Lắp dựng hệ cột chống tạm thời .................................................................23
Hình 1-24: Ghép các cấu kiện BubbleDeck bán toàn khối đúc sẵn ..............................24
Hình 1-25: Ghép cốt thép liên kết .................................................................................24


Hình 1-26: Đổ bê tông, dầm và làm phẳng mặt bê tông ...............................................25
Hình 1-27: Tháo dỡ hệ cột chống tạm thời ...................................................................26
Hình 2-1: Cấu tạo sàn BubbleDeck ...............................................................................27
Hình 2-2: Mô hình kiểm tra cắt thủng ...........................................................................35
Hình 2-3: Vùng chu vi giới hạn cơ bản theo Eurocode 2 ..............................................35
Hình 2-4: Chu tuyến kiểm tra gần lỗ mở .......................................................................36
Hình 2-5: Chu vi kiểm tra cơ bản đối với vùng chất tải gần mép hay góc....................36
Hình 2-6: Hệ số khuếch đại tại vị trí các cột trong sàn .................................................38
Hình 2-7: Nội lực trong phần tử tấm vỏ sử dụng trong phần mềm Etabs .....................43
Hình 2-8: Thành phần ứng suất trong hệ tọa độ vật liệu ...............................................44
Hình 2-9: Khai báo vật liệu bê tông ..............................................................................45
Hình 2-10: Mối quan hệ biến dạng - ứng suất của vật liệu bê tông ..............................46
Hình 2-11: Khai báo vật liệu bóng nhựa (HDPE) .........................................................46
Hình 2-12: Mối quan hệ biến dạng - ứng suất của vật liệu HDPE ................................47
Hình 2-13: Khai báo đặc tính tiết diện sàn BubbleDeck ...............................................47
Hình 2-14: Khai báo giá trị sàn theo bề dày thiết kế .....................................................48
Hình 2-15: Thành phần tải trọng trong Etabs ................................................................48
Hình 2-16: Loại tải trọng trong Etabs............................................................................49
Hình 2-17: Tổ hợp nội lực trong Etabs ..........................................................................49
Hình 2-18: Tổ hợp nội lực trong Etabs ..........................................................................50
Hình 2-19: Mô hình sàn BubbleDeck 280mm ..............................................................51

Hình 2-20: Kết quả chuyển vị sàn .................................................................................51
Hình 3-1: Sơ đồ mặt bằng sàn điển hình .......................................................................54
Hình 3-2: Mô hình sàn BD230 ......................................................................................55
Hình 3-3: Độ võng sàn BD230 ......................................................................................55
Hình 3-4: Biểu đồ biến thiên độ võng của sàn BD230 theo chiều dài nhịp ..................56
Hình 3-5: Biểu đồ biến thiên ứng suất của sàn BD230 theo chiều dài nhịp .................56
Hình 3-6: Mô hình sàn BD280 ......................................................................................57
Hình 3-7: Độ võng sàn BD280 ......................................................................................57
Hình 3-8: Biểu đồ biến thiên độ võng của sàn BD280 theo chiều dài nhịp ..................58


Hình 3-9: Biểu đồ biến thiên ứng suất của sàn BD280 theo chiều dài nhịp .................58
Hình 3-10: Mô hình sàn BD340 ....................................................................................59
Hình 3-11: Độ võng sàn BD340 ....................................................................................59
Hình 3-12: Biểu đồ biến thiên độ võng của sàn BD340 theo chiều dài nhịp ................60
Hình 3-13: Biểu đồ biến thiên ứng suất của sàn BD340 theo chiều dài nhịp ...............60
Hình 3-14: Mô hình sàn BD390 ....................................................................................61
Hình 3-15: Độ võng sàn BD390 ....................................................................................61
Hình 3-16: Biểu đồ biến thiên độ võng của sàn BD390 theo chiều dài nhịp ................62
Hình 3-17: Biểu đồ biến thiên ứng suất của sàn BD390 theo chiều dài nhịp ...............63
Hình 3-18: Mô hình sàn BD450 ....................................................................................63
Hình 3-19: Độ võng sàn BD450 ....................................................................................63
Hình 3-20: Biểu đồ biến thiên độ võng của sàn BD450 theo chiều dài nhịp ................65
Hình 3-21: Biểu đồ biến thiên ứng suất của sàn BD450 theo chiều dài nhịp ...............65
Hình 3-22: Biểu đồ biến thiên độ võng của các sàn theo chiều dài nhịp đáp ứng ........66
Hình 3-23: Biểu đồ biến thiên ứng suất của các sàn theo chiều dài nhịp ......................67
Hình 3-24: Mặt bằng sàn điển hình ...............................................................................68
Hình 3-25: Mô hình sàn BubbleDeck ............................................................................70
Hình 3-26: Nội lực dải strip theo phƣơng X .................................................................70
Hình 3-27: Nội lực dải strip theo phƣơng Y .................................................................70

Hình 3-28: Mặt bằng bố trí thép lớp dƣới cho sàn điển hình 280mm ...........................72
Hình 3-29: Mặt bằng bố trí thép lớp trên cho sàn điển hình 280mm ............................72
Hình 3-30: Mô hình mặt cắt bố trí thép trong sàn có bóng ...........................................73
Hình 3-31: Mô hình sàn phẳng dầm bẹt bề dày 200mm ...............................................75
Hình 3-32: Nội lực dải strip theo phƣơng X .................................................................76
Hình 3-33: Nội lực dải strip theo phƣơng Y .................................................................76
Hình 3-34: Ứng suất lớp trên của sàn phẳng dầm bẹt ...................................................77
Hình 3-35: Ứng suất lớp dƣới của sàn phẳng dầm bẹt ..................................................77
Hình 3-36: Bố trí thép sàn phẳng dầm bẹt .....................................................................78
Hình 3-37: Biểu đồ so sánh độ võng, nội lực và khối lƣợng giữa 02 phƣơng án sàn ...81
Hình 3-38: Biểu đồ so sánh trọng lƣợng thép bố trí giữa các sàn .................................81


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, cùng với sự phát triển không ngừng về mọi mặt của đời sống, ngành
xây dựng cũng đã trở mình và từng bƣớc cuốn theo sự hội nhập quốc tế. Yêu cầu cho
từng công trình ngày càng khắt khe, do đó để tìm đƣợc lợi nhuận trong tình hình mới
này, các nhà đầu tƣ không thể dựa mãi vào công nghệ xây dựng truyền thống đã tồn tại
ở nƣớc ta nhiều thập kỉ. Chính vì vậy những nỗ lực tìm kiếm các công nghệ xây dựng
hiện đại đang đƣợc triển khai tại nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam theo 02 xu
hƣớng sau:
Cho phép công nghiệp hóa quá trình xây dựng, rút ngắn thời gian thi công, nhờ
đó giảm đƣợc chi phí xây dựng và các chi phí dịch vụ kèm theo, đồng thời công
trình sớm đƣa vào sử dụng giúp chủ đầu tƣ sớm thu hồi nguồn vốn.
Giảm thiểu trọng lƣợng công trình, nhờ đó giảm tiêu hao vật liệu, nhân công
xây lắp, vận chuyển, cải thiện điều kiện chống động đất, gió bão,…
Trên cơ sở này, hiện nay ở nƣớc ta đã và đang áp dụng một số công nghệ xây

dựng mới, đặc biệt hiệu quả trong thiết kế kết cấu sàn nhƣ: sàn bóng BubbleDeck và
sàn hộp U-Boot Beton.

Hình 1: Sàn bóng BubbleDeck

Hình 2: Sàn hộp U-Boot Beton

Một đặc điểm chung của hầu hết các lại sàn kể trên là sử dụng chính phần bê
tông đúc sẵn của tấm sàn làm cốp pha chứ không sử dụng cốp pha thép hay gỗ để đỡ
sàn trong khi thi công. Với công trình cao tầng, khối lƣợng bê tông đổ tại chỗ lớn nên
công tác ván khuôn đóng một vai trò khá quan trọng trong quy trình kĩ thuật thi công
công trình. Giá thành ván khuôn cho một công trình cũng chiếm phần đáng kể trong


2

giá thành xây dựng chung. Mặt khác công tác thi công ván khuôn còn quyết định một
phần tiến độ thi công. Chính vì vậy, khi sử dụng tấm cốp pha bê tông, các công nghệ
sàn mới thƣờng rất tiết kiệm và rút ngắn thời gian thi công.
Một số công trình đã sử dụng phƣơng án sàn rỗng nhƣ tòa nhà 249A Thụy Khuê
– Hà Nội và CDC Building đều đã đƣợc sử dụng phƣơng án sàn này và thể hiện các ƣu
điểm so với hệ sàn đặc thông thƣờng.

Hình 3: Chung cƣ 249A Thụy Khuê Hà Nội

Hình 4: Tòa nhà CDC Hà Nội

Đã có nhiều nghiên cứu về ứng xử của sàn rỗng, cũng nhƣ hiệu quả kinh tế kỹ
thuật của việc ứng dụng hệ sàn này trong thực tiễn. Tuy nhiên, chƣa có nghiên cứu về
ảnh hƣởng của hệ sàn rỗng đến ứng xử tổng thể của công trình cao tầng bê tông cốt

thép. Do đó đề tài: “Nghiên cứu ứng xử của sàn rỗng vượt nhịp lớn bằng phương
pháp phần tử hữu hạn” có ý nghĩa khoa học cũng nhƣ thực tiễn cao, giúp hiểu rõ hơn
ứng xử tổng quát của các công trình cao tầng bê tông cốt thép, đã và đang đƣợc thiết
kế và xây dựng nhiều.

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

a) Mục tiêu tổng quát:
Phân tích đƣợc ứng xử của sàn rỗng BTCT vƣợt nhịp lớn.

b) Mục tiêu cụ thể:
Tìm hiểu cấu tạo và sự làm việc của hệ sàn BubbleDeck;
Mô phỏng đƣợc các hệ sàn này trong phần mềm Etabs 2017, nhằm mục tiêu


3

phân tích ứng xử của hệ sàn rỗng bê tông cốt thép vƣợt nhịp lớn.
So sánh đƣợc ƣu nhƣợc điểm của hệ sàn này so với hệ sàn phẳng dầm bẹt trên
01 công trình thực tế.
3. Đối tượng nghiên cứu
Sàn BubbleDeck.
4. Phạm vi nghiên cứu
Ứng xử của sàn BubbleDeck (độ võng, nội lực, khối lƣợng)
5. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp mô phỏng ứng xử kết cấu bằng phƣơng pháp phần
tử hữu hạn:
Nghiên cứu tổng quan các phƣơng án sàn bê tông cốt thép;
Tìm hiểu ƣu nhƣợc điểm của phƣơng án sàn rỗng;
Mô phỏng hệ sàn rỗng và sàn phẳng dầm bẹt bằng phƣơng pháp phần tử hữu

hạn thông qua phần mềm Etabs;
Phân tích ứng xử của sàn rỗng so với phƣơng án sàn phẳng dầm bẹt (độ võng,
nội lực và khối lƣợng).
6. Bố cục đề tài
Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU SÀN PHẲNG TRONG CÔNG
TRÌNH XÂY DỰNG
1.1 Khái niệm và vai trò của sàn phẳng trong công trình xây dựng
1.2 Xu hƣớng sử dụng loại sàn phẳng hiện nay
1.3 Giới thiệu Sàn bóng BubbleDeck
1.4 Đặc tính kỹ thuật và công nghệ thi công sàn BubbleDeck
1.5 Kết luận chƣơng 1
Chƣơng 2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN CỦA SÀN BUBBLEDECK
2.1 Tổng quan lý thuyết tính toán sàn BubbleDeck
2.2 Tính toán sàn BubbleDeck theo Tiêu chuẩn EC2


4

2.3 Phân tích ứng xử sàn BubbleDeck bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn
2.4 Kết luận chƣơng 2
Chƣơng 3 MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA SÀN
BUBBLEDECK
3.1 Phân tích ứng xử của sàn BubbleDeck bằng phần mềm Etabs
3.2 So sánh khả năng chịu lực của phƣơng án sàn BubbleDeck và phƣơng án
sàn phẳng có dầm bẹt của công trình thực tế
3.1. Kết luận Chƣơng 3
Kết luận và kiến nghị


5

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU SÀN PHẲNG TRONG CÔNG
TRÌNH XÂY DỰNG

Trong Chƣơng này, Tác giả đề cập đến vai trò của hệ sàn phẳng BTCT trong
công trình xây dựng vƣợt nhịp và xu hƣớng phát triển của loại sàn. Bên cạnh đó, Tác
giả giới thiệu về ƣu nhƣợc điểm của một số loại sàn phẳng đƣợc sử dụng phổ biến theo
xu hƣớng hiện nay tại Việt Nam, trong đó Tác giả quan tâm giới thiệu chi tiết hơn về
công nghệ sàn nhẹ mới là sàn BubbleDeck.

1.1 Khái niệm và vai trò của sàn phẳng trong công trình xây dựng
1.1.1 Khái niệm về sàn phẳng BTCT
Sàn phẳng là hệ sàn chịu lực theo một phƣơng hoặc hai phƣơng đƣợc đặt trực
tiếp lên các cột và tƣờng, không có dầm đỡ. Sàn phẳng có thể có hoặc không có mũ
cột. Nó là một trong những dạng kết cấu sàn phổ biến nhất trong công trình dân dụng
vì những ƣu điểm vƣợt trội hơn so với hệ sàn dầm [1] nhƣ: giảm chiều cao một tầng
dẫn đến giảm chiều cao của công trình; tính thẩm mỹ cao; dễ dàng trang trí và tạo sự
linh hoạt trong việc bố trí không gian sử dụng; công nghệ thi công cốp pha, cốt thép
đơn giản; giảm thời gian thi công và giá thành xây dựng công trình.

Hình 1-1: Mô hình sàn phẳng không dầm

1.1.2 Vai trò của sàn phẳng BTCT trong công trình xây dựng
Nhƣ đã biết trong các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, hệ sàn có
ảnh hƣởng rất lớn tới sự làm việc không gian của kết cấu do sàn có tác động trực tiếp
đến các bộ phận chịu lực nhƣ dầm, tƣờng, cột và móng công trình. Do vậy, việc lựa
chọn phƣơng án sàn hợp lý rất là quan trọng. Đối với công trình ít tầng thì giá thành

6

chi phí cho sàn chiếm một tỷ lệ lớn, còn với nhà nhiều tầng, do công trình chịu lực
ngang cũng nhƣ tải trọng bản thân kết cấu lớn nên chi phí cho các bộ phận chịu lực
ngang cũng nhƣ cột, tƣờng sẽ tăng dẫn đến chi phí cho sàn càng chiếm tỷ lệ cao hơn.
Theo tính toán của một số nghiên cứu thì với công trình cao khoảng 40 tầng, trọng
lƣợng sàn chiếm đến 50% trọng lƣợng toàn công trình. Nhƣ vậy, để tiết kiệm chi phí
cho công trình xây dựng dân dụng, giảm thời gian thi công… thì một trong những giải
pháp kết cấu đƣợc các nhà thiết kế và chủ đầu tƣ quan tâm là ứng dụng sàn phẳng
trong kết cấu của tòa nhà.
Sàn phẳng giúp các tòa nhà vƣợt nhịp lớn, tính ƣu việt nhất của sàn phẳng là
chiều dày không đổi hoặc gần nhƣ không đổi tạo ra mặt phẳng phía dƣới của sàn khiến
cho việc làm cốt pha. Tính năng nổi bật nhất về sàn phẳng là thi công rất đơn giản và
nhanh chóng. Sàn phẳng giúp tƣờng hoặc vách ngăn xây linh hoạt, đặc biệt hơn có thể
sử dụng trần mộc và không cần phải sử dụng trần giả. Với công năng sử dụng khi vƣợt
nhịp lớn và trần phẳng sẽ nâng cao đƣợc thiết kế kiến trúc, với chiều cao thông thủy sẽ
đƣợc sử dụng tối đa mang lại không gian nhiều hơn, không phụ thuộc vào dầm.

1.2 Xu hướng sử dụng loại sàn phẳng hiện nay
Cùng với sự phát triển của công nghệ vật liệu tiên tiến thay thế các loại vật liệu
truyền thống nhƣ bê tông, gạch nung nhằm giảm trọng lƣợng cho kết cấu công trình và
giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng, giảm đƣợc việc khai thác tài nguyên đất, đá tận dụng
đƣợc nguyên liệu từ phế phẩm của các ngành công nghiệp khác và quan niệm tính toán
cũng nhƣ quan niệm thiết kế kiến trúc phù hợp xu hƣớng tăng chiều dài sàn vƣợt nhịp
hiện nay, việc phát triển nhằm thay đổi những hình thức kết cấu cơ bản cột dầm sàn
bằng những loại kết cấu cải tiến hơn kế thừa phƣơng thức tính toán sàn theo lý thuyết
cổ điển thay thế những phần, vùng sàn không chịu lực bằng các loại vật liệu tái chế,
xem xét tải trọng tác dụng lên sàn để có phƣơng án làm giảm nhẹ những tác dụng
đó.… Từ đó, giải pháp kết cấu sàn nhẹ vƣợt nhịp lớn đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng

nhằm khắc phục những nhƣợc điểm này, trong đó đáng kể đến là công nghệ sàn phẳng
không dầm BubbleDeck bắt nguồn từ Đan Mạch (do Jorgen Breuning sáng chế) đã
đƣợc áp dụng ở Châu Âu và nhiều nƣớc trên thế giới từ những năm 1997.
Ở Việt Nam, trong những năm gần đây một số công trình đã ứng dụng công
nghệ sàn phẳng không dầm (BubbleDeck), tiêu biển nhƣ:
Công trình Văn phòng số 63 Lý Thái Tổ: Dự án cung cấp 7,000 m2 khu văn
phòng và khu mua sắm tại vị trí quan trọng, bao gồm 09 tầng nổi và 01 tầng hầm, với


7

nhịp dài 11m.
Công trình Trung tâm sự kiện và tiệc cưới Adora Center – thành phố Hồ Chí
Minh: quy mô diện tích sử dụng 43.000 m2, bao gồm 4 tầng và 2 tầng hầm, sức chứa
hơn 10.000 khách. Đặc biệt, đại sảnh Grand Ballroom có diện tích 4,000 m2, trần cao
9m, sức chứa đạt hơn 4.000 khách cùng lúc trong diện tích rộng lớn thông thoáng nhƣ
không gian ngoài trời và phòng Hội nghị với nhịp dài nhất là 38,5m.
Công trình Cao ốc văn phòng E-Town: Với tổng diện tích sàn sử dụng >
27.000 m2, bao gồm 18 tầng cao và 03 tầng hầm, với nhịp dài 13,2 m.
Công trình Tháp đôi Vincom: quy mô tòa A, B cao 23 tầng và tòa C cao 25
tầng, với chiều dài nhịp là 10m.

Hình 1-2:Văn phòng số 63 Lý Thái Tổ

Hình 1-3:Trung tâm sự kiện và tiệc cƣới
Adora Center – Hồ Chí Minh

Hình 1-4: Cao ốc Văn phòng E-Town

Hình 1-5: Tháp đôi Vincom

8

1.2.1 Giới thiệu Sàn phẳng Bê tông cốt thép ULT (sàn nấm)
Sàn nấm là sàn không dầm, làm việc theo một phƣơng hoặc hai phƣơng với một
bản dày hơn ở vị trí cột và tƣờng chịu lực đƣợc gọi là mũ cột. Mũ cột đóng vai trò nhƣ
dầm chữ T ở các vị trí gối đỡ. Để tăng cƣờng khả năng chịu cắt, có thể tạo ra mũ cột
(hình a) hoặc tạo bản đứng cột có chiều dày lớn hơn (hình b).

Hình 1-6: Mô hình sàn nấm

Trong những năm gần đây, dạng kết cấu sàn này ít phổ biến vì bị giới hạn bởi
tính kinh tế của nhịp, trong khoảng 9,5m với sàn bê tông và 12m sàn ứng suất trƣớc.
Kích thƣớc mặt bằng của mũ cột nhỏ nhất là 1/3 nhịp và thƣờng đƣợc làm tròn ở mức
100mm. Bề dày của mũ cột thƣờng 1.75 tới 2 lần chiều dày của sàn, đƣợc làm trong để
phù hợp với ván khuôn hoặc ở mức 25mm.
Điểm đặc biệt của sàn nấm là mặt phẳng bên dƣới, dễ chế tạo cốp pha và dễ thi
công. Chiều dài nhịp kinh tế (L) của sàn phẳng bê tông cốt xấp xỉ 28*D đối với nhịp
đơn, 32*D đối với nhịp biên và 36*D đối với các nhịp bên trong. Sàn có UST thì có
thể tăng lên lần lƣợt là 35*D, 40*D và 45*D. Trong đó D là chiều dày chƣa bao gồm
mũ cột.
 Ưu điểm:
Không dầm, khoảng thông lớn ở khoảng giữa các mũ cột.
Độ dày kết cấu nhỏ.
Thƣờng không yêu cầu cốt thép chống chọc thủng ở đầu cột.
Ván khuôn thi công đơn giản.
 Nhược điểm:
Mũ cột có thể gây cản trở đối với các hệ thống cơ điện có kích thƣớc lớn.

9

Cần tránh các hệ thống kỹ thuật theo phƣơng đứng tại các vị trí xung quanh cột.
Độ võng ở giữa sàn tƣơng đối lớn.
Nhịp trung bình.
 Phạm vi ứng dụng:

Hình 1-7: Công trình Thƣ viện Điện tử
Bách khoa Hà Nội

Hình 1-8: Công trình tòa nhà của công ty Đầu
tƣ và phát triển hạ tầng đô thị - Hà Nội

1.2.2 Giới thiệu Sàn hộp U-Boot Beton
U-Boot Beton là công nghệ sàn nhẹ sản phẩm công nghệ của hai tập đoàn
Daliform Group (Italy) và Peikko Group (Phần Lan), sử dụng các bằng nhựa
polypropylen tái chế để thay thế phần bê tông không tham gia chịu lực ở thớ giữa của
bản sàn, giúp giảm trọng lƣợng kết cấu, giảm kích thƣớc hệ cột, vách, móng, tƣờng,
vách chịu lực và tăng khoảng cách lƣới cột. Bản sàn U-Boot Beton là loại kết cấu
rỗng, phẳng, không dầm, liên kết trực tiếp với hệ cột, vách chịu lực nên có nhiều ƣu
điểm về mặt kỹ thuật và kinh tế. Ngoài ra, bản sàn U-Boot Beton còn là một sản phẩm
cải tiến của Bubble Deck.

Hình 1-9: Hệ sàn U – Boot Beton


10

 Ưu điểm:

Việc giảm trọng lƣợng bản thân kết cấu cho phép kết cấu sử dụng sàn phẳng và
vƣợt đƣợc nhịp lớn. Nhịp lớn nhất mà sàn nhẹ có thể đạt đƣợc là 20m.
Nhờ vào hiệu quả giảm chiều cao của sàn nhẹ mà công trình có thể tăng thêm số
tầng chức năng.
Sàn phẳng không dầm thuận tiện cho việc bố trí hệ thống kỹ thuật, kiến trúc
thông thoáng.
Giảm tải trọng đứng xuống móng và tải trọng gió, động đất
Tiết kiệm nguyên vật liệu và tài nguyên môi trƣờng.
Thi công đơn giản không phụ thuộc nhà thầu cung cấp.
 Nhược điểm:
Sàn U-Boot Beton là sàn phẳng, rỗng không dầm nên khả năng truyền tải trọng
ngang kém hơn so với các loại sàn dầm.
Là một sản phẩm mới nên đòi hỏi quy trình thi công nghiêm ngặt, đội ngũ tay
nghề cao.
 Phạm vi ứng dụng:
Sử dụng U-Boot Beton trong kết cấu sàn rất phù hợp với những công trình có
yêu cầu kết cấu sàn nhẹ, tiết kiệm vật liệu. U-Boot Beton là giải pháp lý tƣởng để tạo
sàn với nhịp lớn và khả năng chịu tải cao, đặc biệt phù hợp với những kết cấu có yêu
cầu về không gian mở, nhƣ trung tâm thƣơng mại, nhà công nghiệp, bệnh viện, trƣờng
học cũng nhƣ các công trình công cộng và nhà ở. Khi sử dụng U-Boot Beton cho
móng bè thì móng có thể có độ dày lớn hơn mà vẫn giảm lƣợng bê tông sử dụng.


11

Hình 1-10: Chung cƣ GLORY PALACE
tại thành phố Vinh

Hình 1-11: Cao ốc văn phòng Châu Tuấn - Hà
Tĩnh

1.3 Giới thiệu Sàn bóng BubbleDeck
1.3.1 Nguồn gốc và khái niệm
Sàn BubbleDeck đƣợc xuất phát từ Đan mạch, do giáo sƣ Breuning ngƣời Đan
mạch sáng chế, sau đó phát triển rất nhanh tại Đan mạch. Từ năm 2011, công nghệ sàn
BubbleDeck đã đƣợc ứng dụng cho nhiều nƣớc tên Thế giới.
Sàn BubbleDeck là bản bê tông phẳng bao gồm các module lƣới thép tiền chế
nơi có những cấu kiện quả cầu rỗng nằm giữa 2 lớp cốt thép trên và dƣới để tiết kiệm
trọng lƣợng. Lớp module cốt thép tiền chế ở dƣới đƣợc gắn với những bản bê tông đúc
sẵn hoặc đặt trực tiếp lên khuôn sàn bê tông. Module đƣợc kết nối bằng thanh và lƣới
thép. Sàn đƣợc đổ tại chỗ hoặc có thể đúc sẵn hoàn toàn.
1.3.2 Đặc điểm
 Cấu tạo:
-

Các tấm lƣới thép ở trên và lớp dƣới. Cốt thép liên kết các tấm sàn.

-

Bóng rỗng đƣợc làm bằng nhựa tái chế nằm ở giữa. Bóng có vai trò tạo lỗ rỗng
trong sàn, đồng thời giữ cho lƣới thép ở đúng vị trí, không bị biến dạng khi thi
công.

-

Các bộ phận khác: Sƣờn gia cƣờng có tác dụng ngăn cản sự trƣợt giữa các lớp
thành phần trong sàn, để giữ cho bóng không bị đẩy nổi trong quá trình đổ bê
tông. Khoảng cách bố trí sƣờn gia cƣờng là cách 2 hàng bóng bố trí một hàng

12

sƣờn.

Hình 1-12: Hình ảnh cấu tạo sàn BubbleDeck

Kết quả phối hợp đặc tính hình học của 02 chi tiết cơ bản trên, trong đó lƣới
thép có nhiệm vụ phân bổ và định vị các quả bóng tại những vị trí chính xác, còn các
quả bóng sẽ định hình thể tích lỗ rỗng và định dạng lƣới thép. Khi tiến hành đổ bê tông
phủ kín lƣới thép và các quả bóng sẽ có đƣợc tấm sàn rỗng toàn khối làm việc theo 2
phƣơng.
 Các dạng sàn BubbleDeck:
Chia làm 3 dạng cấu kiện
Loại A (Module cốt thép): Dạng cấu kiện “lƣới bóng” chế tạo sẵn đƣợc đặt trên
ván khuôn truyền thống và đổ bê tông trực tiếp.

Loại B (Cấu kiện bán toàn khối): Đáy của lƣới bóng đƣợc cấu tạo một lớp bê
tông đúc sẵn, dày 60mm (có thể là 70mm khi cần) thay cho ván khuôn tại công trƣờng.


13

Loại C (Tấm sàn thành phẩm): Sản phẩm phân phối tới chân công trình dƣới
dạng tấm bê tông hoàn chỉnh.

1.3.3 Ƣu nhƣợc điểm của hệ sàn BubbleDeck
 Ưu điểm:
-

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

bằng.

-

Giảm trọng lƣợng bản thân kết cấu tới 35%, từ đó giảm kích thƣớc hệ kết cấu
móng.

-

Chịu lực theo hai phƣơng, giảm nhẹ trọng lƣợng bản thân, khi kết hợp với hệ
cột và vách chịu lực, BubbleDeck sẽ có khả năng chống động đất tốt.

-

Tăng khoảng cách lƣới cột, giảm hệ tƣờng, vách chịu lực.

-

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

-

Tiết kiệm khối lƣợng bê tông: 2,3 kg nhựa tái chế thay thế 230 kg bê tông/m3
(BD280).

-

Cách âm, cách nhiệt tốt do cấu trúc đặc biệt của kết cấu là sàn rỗng.

-

Thân thiện với môi trƣờng khi giảm lƣợng phát thải năng lƣợng và CO2.

 Nhược điểm: