NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA CỐT ĐAI ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA SÀN TRONG LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG. LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------------------------

HOÀNG HỒNG ĐIỆP

NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA CỐT ĐAI ĐẾN
KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA SÀN TRONG LIÊN KẾT
CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TÔNG VỚI SÀN PHẲNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP

Đà Nẵng, Năm 2019


2

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------------------------

HOÀNG HỒNG ĐIỆP

NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA CỐT ĐAI ĐẾN
KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA SÀN TRONG LIÊN KẾT
CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TƠNG VỚI SÀN PHẲNG

Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng và cơng nghiệp
Mã số: 858.02.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐÀO NGỌC THẾ LỰC

Đà Nẵng, Năm 2019


3

LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu riêng của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn

Hoàng Hồng Điệp


4

NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA CỐT ĐAI ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA
SÀN TRONG LIÊN KẾT CỘT ỐNG THÉP NHỒI BÊ TƠNG VỚI SÀN PHẲNG
Học viên: Hồng Hồng Điệp Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD&CN
Mã số: 60.58.02.08 , Khóa: K34 Đà Nẵng, Trường Đại Học Bách Khoa - ĐHĐN
Tóm tắt - Hệ kết cấu kết hợp sàn phẳng (sàn phẳng bê tông cốt thép hoặc sàn phẳng bê tông
ứng lực trước) và cột ống thép nhồi bê tông cho kết cấu nhà cao tầng sẽ đem lại hiệu quả cao
về mặt kinh tế, kĩ thuật. Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất khi kết hợp hai loại kết cấu này đấy là liên
kết. Hiện nay, các nghiên cứu chỉ thực hiện nghiên cứu tổng thể cho liên kết cột giữa với sàn
phẳng và chưa có nhiều các nghiên cứu đề cập đến sự đóng góp của từng bộ phận liên kết đến
khả năng chịu cắt của sàn phẳng. Đối với sàn phẳng vấn đề cần quan tâm đó là khả năng chịu

cắt thủng của sàn. Giải pháp sử dụng cốt đai sẽ đáp ứng việc tăng cường độ chịu cắt và ứng xử
dẻo cho liên kết. Kết quả nghiên cứu của luận văn cho thấy sự có mặt của cốt đai sẽ kìm hãm
sự phát triển của các khe nứt nghiêng do lực cắt đồng thời đẩy chu vi phá hoại ra xa khỏi vùng
bố trí cốt đai nâng cao khả năng chịu cắt thủng cho sàn phẳng.
Từ khóa - CFST, Cột ống thép nhồi bê tơng, liên kết, cốt đai, khả năng chịu cắt thủng

RESEARCH EFFECTS OF THE STIRRUP TO THE SHEAR STRENGTH
OF THE SLAB IN THE CONCRETE FILLED STEEL TUBE
TO FLAT SLAB CONNECTION
Abstract - The structural system combined with flat salb (reinforced concrete flat slab or prestressed concrete floor) and concrete filled steel tube column for high-rise buildings will bring
high economic and technical efficiency. However, the biggest problem when combining these
two types of structures is connection. Currently, studies only carry out a general study of the
middle column conncetion with flat slab and there are not many studies mentioning the
contribution of each component to the shear resistance of the flat slab. For flat slab the issue
of concern is punching shear strength. The solution to use the stirrup increase in shear
resistance and ductile behavior for connection. The results of the thesis show that the presence
of stirrup will inhibit the development of the cracks by the shear force and push the
destructive circumference away from the area of reinforcing bar to improve shear resistance
for flat slab.
Keywords - CFST, Concrete filled steel tube column, Connection, Stirrup, Punching shear
strength


5

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ........................................................................... 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: ..................................................................... 2

4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 2
5. Kết quả dự kiến ................................................................................................... 2
6. Bố cục đề tài ....................................................................................................... 2
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CỘT CFST, SÀN PHẲNG VÀ MỐI
LIÊN KẾT GIỮA CỘT CFST VỚI SÀN PHẲNG ........................................................ 3
1.1. Tổng quan về cột ống thép nhồi bê tông .................................................................. 3
1.1.1. Khái niệm về cột ống thép nhồi bê tông ....................................................... 3
1.1.2. Phân loại cột ống thép nhồi bê tông.............................................................. 3
1.1.3. Ưu điểm, nhược điểm của cột ống thép nhồi bê tông ................................... 6
1.1.4. Khả năng áp dụng ......................................................................................... 7
1.2. Tổng quan các loại sàn phẳng BTCT ....................................................................... 8
1.2.1. Sàn phẳng BTCT thường .............................................................................. 8
1.2.2. Sàn phẳng bê tông ứng lực trước .................................................................. 9
1.2.3. Sàn Bubbledeck .......................................................................................... 10
1.3. Tổng quan về liên kết giữa cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông cốt
thép 13
1.3.1. Nghiên cứu của Jin-Won Kim .................................................................... 13
1.3.2. Nghiên cứu của Y. Su, Y. Tian ................................................................... 15
1.3.3. Nghiên cứu của Cheol-Ho Lee ................................................................... 16
1.3.4. Nghiên cứu của Young K.Ju ....................................................................... 17
1.3.5. Nghiên cứu của Hiroki Satoh...................................................................... 18
1.3.6. Nghiên cứu của Alessandra L. Carvalho .................................................... 19
1.3.7. Nghiên cứu của Thibault Clément .............................................................. 19
1.4. Các hình thức bố trí cốt đai trong sàn..................................................................... 19
1.5. Kết luận chương 1 .................................................................................................. 20
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CỐT ĐAI ĐẾN KHẢ NĂNG
CHỊU CẮT THỦNG CỦA SÀN ................................................................................. 22
2.1. Cơ chế chịu cắt của cốt đai trên tiết diện nghiêng .................................................. 22
2.2. Phân tích sự đóng góp của cốt đai đến khả năng chịu cắt của sàn ......................... 23
2.3. Tiêu chuẩn tính tốn khả năng chịu cắt thủng của sàn có kể đến cốt đai ............... 27

6

2.3.1. Tiêu chuẩn ACI 318-14 .............................................................................. 27
2.3.2. Tiêu chuẩn châu Âu Eurocode 2 (EC2 2004) ............................................. 29
2.4. Kết luận chương 2 .................................................................................................. 31
CHƯƠNG 3. THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CỐT ĐAI ĐẾN
CƯỜNG ĐỘ CHỊU CẮT THỦNG CỦA SÀN.......................................................... 32
3.1. Chế tạo mẫu, thiết bị và thiết lập thí nghiệm.......................................................... 32
3.1.1. Cấu tạo liên kết cột CFST với sàn phẳng bê tông ứng lực trước................ 32
3.1.2. Thiết kết mẫu thí nghiệm ............................................................................ 33
3.1.3. Chế tạo mẫu thí nghiệm .............................................................................. 34
3.1.4. Thiết bị thí nghiệm...................................................................................... 36
3.2. Thí nghiệm xác định cường độ của vật liệu ........................................................... 38
3.2.1. Thí nghiệm bê tông ..................................................................................... 38
3.2.2. Cốt thép thanh ............................................................................................. 39
3.2.3. Cáp ứng lực trước ....................................................................................... 40
3.3. Thiết lập thí nghiệm................................................................................................ 40
3.4. Mơ tả kết quả thí nghiệm và đánh giá kết quả đo................................................... 42
3.4.1. Mơ tả kết quả thí nghiệm ............................................................................ 42
3.4.2. Đánh giá kết quả thí nghiệm ....................................................................... 44
3.5. Kết luận chương 3 .................................................................................................. 48
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 50
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (Bản sao)


7

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CFST : Concrete filled steel tube (Ống thép nhồi bêtông)
BTCT : Bê tông cốt thép
f'c

: Cường độ chịu nén của bêtông

fy

: Cường độ chịu kéo của cốt thép

Ec

: Môđun đàn hồi của bêtơng

Es

: Mơđun đàn hồi của cốt thép

Is

: Mơmen qn tính của tấm thép chịu cắt

Ic

: Mơmen qn tính của tiết diện bê tông bao quanh mũ chịu cắt

wu

: Tải trọng phân bố đều trên sàn

db

: Đường kính cốt thép

d

: chiều cao làm việc của sàn

h

: Chiều dày sàn

b

: Bề rộng dải bản sàn

b0
b01

: Chu vi tiết diện tới hạn của tháp chọc thủng cách mặt cột d/2
: Chu vi tiết diện tới hạn của tháp chọc thủng cách mặt cột 3/4 chiều
dài cánh tay vươn chịu cắt

As

: Tổng diện tích cốt thép chịu kéo trên bề rộng b của dải sàn

Asm

: Diện tích cốt thép post-punching theo mỗi phương của sàn

a

: Chiều cao vùng nén bêtông

Mp

: Mômen dẻo của tấm thép chịu cắt

Vu

: Lực cắt tổng cột tác dụng vào cột

Vn

: Lực cắt danh nghĩa tại tiết diện d/2 gồm (BT+tấm thép)

Vc

: Khả năng chịu cắt danh nghĩa của bê tơng sàn

fwf

: Cường độ tính tốn chịu cắt quy ước của que hàn

hf

: Chiều cao đường hàn

8

lw

: Chiều dài đường hàn

τtd

: Ứng suất tiếp trên đường hàn

tw

: Chiều dày tấm thép

hw

: Chiều cao tấm thép

S

: Mômen tĩnh của một nữa tiết diện chữ nhật tấm thép

fv

: Cường độ tính tốn về cắt của vật liệu tấm thép

fws

: Cường độ tính tốn chịu cắt quy ước của thép cơ bản

βf

: Hệ số chiều sâu nóng chảy trên tiết diện qua đường hàn

βs

: Hệ số chiều sâu nóng chảy trên tiết diện qua thép cơ bản

Awf

: Diện tích tính tốn của tiết diện đường hàn ứng với tiết diện 1

Aws

: Diện tích tính tốn của tiết diện đường hàn ứng với tiết diện 2

Wws

: Mô men kháng của tiết diện đường hàn ứng với tiết diện 1

Wwf

: Mô men kháng của tiết diện đường hàn ứng với tiết diện 2

ldb

: Chiều dài neo cơ bản

Ab

: Diện tích thanh thép neo

ldh

: Chiều dài neo thép có móc neo tiêu chuẩn

ld

: Chiều dài neo thép thẳng

Vmax

: Lực cắt lớn nhất trên dầm

Vp

: Lực cắt truyền vào một tấm thép

η

: Số lượng tấm thép chịu cắt



: Hệ số độ tin cậy của bê tông chịu cắt

γc

: Hệ số điều kiện làm việc

9

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Số hiệu

Tên bảng

Trang

bảng
3.1.

Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tơng

39

3.2.

Số liệu thí nghiệm kéo cốt thép thanh 10

40

3.3.

Số liệu thí nghiệm kéo cốt thép thanh 14

40

3.4.

Đặc tính kỹ thuật của cáp dự ứng lực

40


10

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu tạo cột ống thép nhồi bê tơng................................................. 3
Hình 1.2. Mặt cắt điển hình cột ống thép nhồi bê tơng................................ 4
Hình 1.3. Cột ống thép nhồi bê tơng với hai lớp ống thép ........................... 4
Hình 1.4. Cột CFST được bao bê tông (Concrete-encased CFST) ............. 5
Hình 1.5. Cột CFST tăng cường kết cấu thép và cốt thép gia cường ......... 5
Hình 1.6. CFST với sườn tăng cứng .............................................................. 5
Hình 1.7. Một số tiết diện tổ hợp từ cột CFST ............................................. 6
Hình 1.8. Ví dụ về cầu được xây dựng bằng kết cấu CFST ........................ 8
Hình 1.9. Sàn phẳng bê tơng cốt thép ............................................................ 9
Hình 1.10. Sàn bê tơng ứng lực trước.......................................................... 10
Hình 1.11. Sàn Bubbledeck .......................................................................... 10
Hình 1.12. Sàn U-Boot Beton ....................................................................... 12
Hình 1.13. Thí nghiệm liên kết cột CFST-sàn BTCT Jin-Won
Kim(2014)[5] .................................................................................................. 13
Hình 1.14. Sự phá hoại sàn BTCT - thí nghiệm của Jin-Won Kim
(2014)[5].......................................................................................................... 14
Hình 1.15. Mẫu liên kết của Y. Su, Y. Tian (2010)[10] .............................. 15
Hình 1.16. Mơ phỏng q trình thí nghiệm - Y. Su, Y. Tian (2010) [10] . 15
Hình 1.17. Liên kết đề xuất bởi Cheol-Ho Lee (2007) [3] .......................... 16

Hình 1.18. Liên kết đề xuất bởi Young K. Ju (2013)[12] ........................... 18
Hình 1.19. Liên kết cột CFST - sàn BTCT đề xuất bởi Hiroki Satoh
(2004)[2].......................................................................................................... 18
Hình 1.20. Dầm tích hợp trong bản sàn ...................................................... 19
Hình 1.21. Chốt thép chịu cắt bố trí trong bản sàn ................................... 20
Hình 1.22. Chốt thép chịu cắt bố trí trong bản sàn ................................... 20
Hình 2.1. Cơ chế chuyển lực cắt qua khe nứt nghiêng .............................. 22
Hình 2.2. Các mơ hình phá hoại sàn có bố trí cốt đai ................................ 23
Hình 2.3. Sự đóng góp của bê tơng và cốt đai vào khả năng chịu cắt của


11

sàn ................................................................................................................... 23
Hình 2.4. Góc xoay của sàn .......................................................................... 24
Hình 2.5. a) Sự mở rộng của vết nứt tại góc 450, (b-d) Sự phân bố ứng
suất trong cốt đai phụ thuộc vào độ mở rộng của vết nứt và điều kiện
dính bám, Sự phân bố ứng suất nếu khơng có dính bám .......................... 24
Hình 2.6. a) Sự mở rộng của vết nứt giả thiết tại giữa cốt đai; b) Sự
phân bố ứng suất trong cốt đai nếu w < wlim; c) Sự phân bố ứng suất
trong cốt đai nếu w > wlim ............................................................................. 26
Hình 2.7. Xác định chu vi tiết diện tới hạn ................................................. 27
Hình 2.8. Chu vi tại tiết diện tới hạn sử dụng thép mũ chịu cắt ............... 28
Hình 2.9.Xác định chu vi tiết diện tới hạn theo EU2 2004 ........................ 29
Hình 2.10.Chu vi tại tiết diện tới hạn cho trường hợp có cốt thép chịu
cắt .................................................................................................................... 30
Hình 3.1. Mặt cắt dọc bố trí liên kết cột CFST- sàn phẳng BTCT........... 32
Hình 3.2. Cấu tạo chi tiết liên kết và bố trí cốt thép sàn ........................... 33
Hình 3.3. Bố trí cốt thép đai ......................................................................... 34
Hình 3.4. Chế tạo liên kết cột CFST- sàn phẳng BTCT ............................ 34

Hình 3.5. Lắp đặt cốt thép và cáp dự ứng lực. ........................................... 35
Hình 3.6. Đổ bê tơng sàn và dưỡng hộ mẫu ................................................ 35
Hình 3.7. Cảm biến đo biến dạng bê tơng (strain gauges)......................... 36
Hình 3.8. Cảm biến đo chuyển vị LVDT ..................................................... 36
Hình 3.9. Máy bơm dầu ................................................................................ 37
Hình 3.10. Kích thủy lực 250 tấn ................................................................. 37
Hình 3.11. Đúc mẫu bê tơng mẫu trụ 150×300mm và dưỡng hộ.............. 38
Hình 3.12. Thí nghiệm nén mẫu bê tơng ..................................................... 39
Hình 3.13. Thí nghiệp ép chẻ ........................................................................ 39
Hình 3.14. Mẫu thép, thí nghiệm kéo thép.................................................. 39
Hình 3.15. Lắp đặt thiết bị và thiết bị đo cho mẫu thí nghiệm ................ 41
Hình 3.16. Kết quả ứng xử của sàn bằng mô phỏng ABAQUS ................ 41


12

Hình 3.17. Bố trí cốt đai trong sàn............................................................... 42
Hình 3.18. Bố trí strain gauge trên cốt đai.................................................. 42
Hình 3.19. Vết nứt trên sàn tại cấp tải P=1080kN ..................................... 43
Hình 3.20. Vết nứt trên sàn tại cấp tải P=1530kN ..................................... 43
Hình 3.21. Sự phá hoại sàn tại P=1780kN................................................... 44
Hình 3.22. Kết quả quan sát ứng xử tại các vết nứt trên sàn.................... 45
Hình 3.23. Kết quả đồ thị tải trọng chuyển vị trong cốt đai SS2 .............. 46
Hình 3.24. Kết quả đồ thị tải trọng chuyển vị trong cốt đai SS2 và SS3 . 47
Hình 3.25. Đồ thị tải trọng chuyển vị trong cốt đai SS4 ............................ 47
Hình 3.26. Đồ thị tải trọng chuyển vị trong cốt đai SS5 và SS6 ............... 48


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, xu hướng xây dựng nhà cao tầng ngày càng được sử dụng nhiều ở Việt
Nam. Một hệ kết cấu hợp lý sẽ đem lại ý nghĩa lớn về mặt kĩ thuật và hiệu quả sử dụng
cho cơng trình. Kết cấu sàn phẳng (sàn phẳng bê tông cốt thép hoặc sàn phẳng bê tông
ứng lực trước) được xem là giải háp sàn hiệu quả vì nó làm giảm được chiều cao tầng,
tăng số tầng sử dụng cũng như thuận tiện cho thi công đẩy nhanh tiến độ xây dựng,
thuận lợi cho việc bố trí đường ống thiết bị kĩ thuật, dễ dàng thơng gió và linh hoạt bố
trí mặt bằng so với kết cấu sàn có dầm.
Đối với nhà nhiều tầng, khi nhà càng cao và nhịp khung lớn thì lực dọc trong cột
sẽ càng lớn. Nếu sử dụng giải pháp kết cấu bê tơng cốt thép thơng thường thì kích
thước cột sẽ rất lớn ảnh hưởng đến mặt bằng kiến trúc cũng như khơng gian sử dụng
cơng trình, giải pháp cột ống thép nhồi bê tông (Concrete Filled Steel Tube - CFST) sẽ
là lựa chọn hợp lý để thay thế cột bê tơng cốt thép truyền thống vì những ưu điểm
vượt trội về mặt kĩ thuật như độ cứng lớn, cường độ cao, độ dẻo và khả năng phân tán
năng lượng lớn, về mặt công nghệ cột ống thép nhồi bê tông dễ dàng thi công và
không tốn coffa, rút ngắn được thời gian thi cơng xây dựng cơng trình.
Như vậy, việc kết hợp hai loại kết cấu sàn phẳng (sàn phẳng bê tông cốt thép
hoặc sàn phẳng bê tông ứng lực trước) và cột ống thép nhồi bê tông cho kết cấu nhà
cao tầng sẽ đem lại hiệu quả cao về mặt kinh tế, kĩ thuật. Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất
khi kết hợp hai loại kết cấu này đấy là liên kết. Cơ chế ứng xử của liên kết giữa cột
ống thép nhồi bê tông và sàn phẳng là phức tạp và chưa được hiểu rõ. Hiện nay, các
nghiên cứu chỉ thực hiện nghiên cứu tổng thể cho liên kết cột giữa với sàn phẳng và
chưa có nhiều các nghiên cứu đề cập đến sự đóng góp của từng bộ phận liên kết đến
khả năng chịu cắt của liên kết cột giữa CFST và sàn phẳng. Đối với sàn phẳng vấn đề
cần quan tâm đó là khả năng chịu cắt thủng của sàn. Giải pháp sử dụng cốt đai sẽ đáp
ứng việc tăng cường độ chịu cắt và ứng xử dẻo cho liên kết. Do đó, cần có các nghiên
cứu cụ thể ảnh hưởng của cốt đai đến khả năng chịu cắt của sàn như đề xuất các vị cần
bố trí cốt đai, kiểu cấu tạo cốt đai cũng như đánh giả khả năng làm việc của cốt đai với
tiêu chuẩn thiết kế để từ đó đưa ra các giải pháp cấu tạo, tính tốn hợp lý nhằm áp

dụng hiệu quả hệ kết cấu sàn phẳng và cột ống thép nhồi bê tông trong xây dựng nhà
cao tầng hiện nay. Đấy là lý do để thực hiện luận văn với đề tài: “nghiên cứu sự làm
việc của cốt đai đến khả năng chịu cắt của sàn trong liên kết cột ống thép nhồi bê
tông với sàn phẳng”


2

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu tổng quan về cột CFST, kết cấu sàn phẳng (sàn phẳng bê tông cốt
thép hoặc sàn phẳng bê tông ứng lực trước) và liên kết giữa cột CFST và sàn phẳng, sự
làm việc của cốt đai chịu cắt;
- Nghiên cứu thực nghiệm sự đóng góp của cốt đai đến khả năng chịu cắt trong
liên kết cột giữa CFST với sàn phẳng (sàn phẳng bê tông cốt thép hoặc sàn phẳng bê
tông ứng lực trước);
- Đưa ra các lưu ý khi thiết kế, cấu tạo cốt đai tại liên kết.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu: Mối liên kết giữa cột CFST và sàn phẳng (sàn phẳng bê
tông cốt thép hoặc sàn phẳng bê tông ứng lực trước).
Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát sự làm việc của cốt đai trong liên kết giữa cột
CFST và sàn phẳng.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết; nghiên cứu thực nghiệm.
5. Kết quả dự kiến
- Kết quả về ứng xử của cốt thép đai từ mơ hình thí nghiệm, các vị trí làm việc
của cốt đai;
- Đưa ra các lưu ý khi thiết kế, tính tốn, cấu tạo hình thức đai tại vị trí liên kết.
6. Bố cục đề tài
Mở đầu:
1. Tính cấp thiết của đề tài

2. Mục tiêu đề tài
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4. Phương pháp nghiên cứu
Chương 1: Tổng quan về kết cấu cột CFST, sàn phẳng (sàn phẳng bê tông cốt
thép hoặc sàn phẳng bê tông ứng lực trước) và mối liên kết giữa cột CFST với sàn
phẳng
Chương 2: Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử của cốt thép đai trong liên kết cột
giữa CFST và sàn phẳng BTCT
Chương 3: Tính tốn khả năng chịu cắt của cốt đai.
Kết luận và kiến nghị
Danh mục tài liệu tham khảo


3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CỘT CFST, SÀN PHẲNG
VÀ MỐI LIÊN KẾT GIỮA CỘT CFST VỚI SÀN PHẲNG
1.1. Tổng quan về cột ống thép nhồi bê tông
1.1.1. Khái niệm về cột ống thép nhồi bê tông
Cột ống thép nhồi bê tông (Concrete Filled Steel Tube - CFST) là một kết cấu
liên hợp bao gồm vỏ ống thép và lõi bê tơng cùng làm việc chung với nhau (Hình 1.1).
Lõi bêtông

Lõi bêtông

a

Ống thép

a

A

A

B

B

B-B

D

A-A

Hình 1.1. Cấu tạo cột ống thép nhồi bê tông
Như đã biết, cường độ chịu nén của bê tông lớn hơn rất nhiều so với cường độ
chịu kéo và cường độ chịu nén của bê tông sẽ được tăng lên khi bê tông bị hạn chế nở
hông. Đối với kết cấu thép, cường độ chịu kéo cao nhưng dễ bị mất ổn định cục bộ
dưới tải trọng nén. Trong loại kết cấu cột CFST, cốt thép và bê tơng được sử dụng kết
hợp để có thể phát huy hết bản chất tự nhiên và các đặc điểm nổi trội tạo ra kết cấu có
nhiều ưu điểm. Loại kết cấu này hiện đang được nghiên cứu áp dụng cho cơng trình
nhà, xưởng, các cơng trình cầu đường ở Việt Nam.
1.1.2. Phân loại cột ống thép nhồi bê tông
Cột ống thép nhồi bê tông về mặt cấu tạo rất đa dạng. Dưới đây là một số dạng
cấu tạo cho họ cột này.
Dạng tiết diện phổ biến nhất của cột CFST là tiết diện mà bê tông được nhồi vào
phần rỗng bên trong ống thép có dạng hình trịn (Circular Hollow Section - CHS), hay
cột có tiết diện rỗng hình vng (Square Hollow Section - SHS) hoặc cột có tiết diện

rỗng hình chữ nhật (Rectangular Hollow Section - RHS). Đối với tiết diện CHS sự hạn
chế biến dạng ngang của lõi bê tông là lớn nhất và bất ổn định cục bộ hầu như xuất


4

hiện đối với tiết diện hình vng và chữ nhật. Tuy nhiên cột CFST với các tiết diện
SHS và RHS vẫn tiếp tục được sử dụng nhiều trong xây dựng với những ưu điểm riêng
của nó. Những dạng tiết diện ngang khác cũng được sử dụng cho mục đích nghệ thuật
như dạng đa giác, dạng elip… (Hình 1.2).
Ống thép

Lõi bêtông

a

Lõi bêtông

Lõi bêtông

a

D
Ống thép

Lõi bêtông

Ống thép

a

Ống thép

b
Ống thép

Lõi bêtông

Ống thép

Lõi bêtông

Hình 1.2. Mặt cắt điển hình cột ống thép nhồi bê tơng
Một dạng khác của cột CFST là cột có tiết diện với hai lớp ống thép trong và
ngoài được gọi là cột ống thép nhồi bê tông với hai lớp ống thép. Tiết diện cột bao
gồm ống thép trong và ống thép ngồi, bê tơng được nhồi vào giữa hai ống thép (Hình
1.3). Với cấu tạo mặt cắt như thế này, cột sẽ có độ cứng chống uốn lớn, cường độ cao,
khả năng chống cháy tốt hơn và tránh được sự bất ổn định đối với cấu kiện khi chịu tác
động của áp lực bên ngồi. Dạng cột này có thể là lựa chọn tối ưu khi thiết kế những
cấu kiện với tiết diện ngang lớn.
Ống thép

Lõi bêtông

Ống thép

Lõi bêtông

Ống thép

Lõi bêtông

Ống thép

Lõi bêtông

Ống thép

Lõi bêtông

Hình 1.3. Cột ống thép nhồi bê tông với hai lớp ống thép
Một trường hợp khác của kết cấu CFST là sử dụng bê tông cốt thép truyền thống
để bao bọc CFST như Hình 1.4. Cấu tạo tiết diện gồm ống thép bên trong được lắp đặt
trước tiếp theo là lắp đặt các hệ thép gia cường, lớp bê tơng bên trong và bên ngồi
được đổ sau đó. Việc nhồi bê tơng vào trong ống sẽ làm tăng tối đa khả năng giam
hãm bê tông nâng cao cường độ tới hạn của tiết diện. Bê tơng cốt thép bao bọc bên
ngồi tạo thành một lớp chống cháy cho lõi bên trong, do đó khả năng chống cháy của
loại cột này được tăng đáng kể so với cột CFST truyền thống. Ngoài ra, loại cột này


5

cịn có khả năng kháng bất ổn định cục bộ, chống ăn mòn đối với ống thép rất tốt và dễ
liên kết với những dầm bê tông cốt thép hoặc dầm thép trong hệ kết cấu cơng trình.
Ống thép

Bêtông

Bêtông

Ống thép

Cốt thép
mềm

Bêtông

Ống thép

Cốt thép
mềm

Cốt thép
mềm

Hình 1.4. Cột CFST được bao bê tông (Concrete-encased CFST)
Kết cấu thép và kết cấu thép gia cường luôn luôn được sử dụng để tăng sức
kháng tải của cấu kiện CFST mơ tả ở Hình 1.5. Mặt cắt kết cấu thép đóng góp lớn vào
khả năng chịu lực của cột mà không làm thay đổi dạng tiết diện cột. Sự đóng góp đến
khả năng chịu lực của cột có thể được xem xét như khả năng kết hợp của kết cấu thép
với những phần của cột CFST.
Coát thép hình

Ống thép

Ống thép

Lõi bêtông

Ống thép

Lõi bêtông

Cốt thép mềm

Lõi bêtông

Lõi bêtông

Hình 1.5. Cột CFST tăng cường kết cấu thép và cốt thép gia cường
Trong cột CFST thông thường, bất ổn định cục bộ của ống thép thông thường
xuất hiện sau khi tiết diện liên hợp đạt đến cường độ tới hạn. Điều này có thể là một
vấn đề quan trọng cho sự phát triển và ứng dụng ống thành mỏng với thép cường độ
cao. Những sườn tăng cứng ngang và dọc có thể được hàn vào ống thép để cải thiện
cường độ và độ dẻo của cột liên hợp. Đối với cột có tiết diện ngang lớn, các sườn tăng
cứng có thể hàn vào mặt trong của ống. Các thanh nối cũng có thể được hàn nối các
sườn gia cường như Hình 1.6. Hiệu quả của sườn tăng cứng trong việc trì hỗn bất ổn
định cục bộ của ống thép đã được kiểm tra bằng những nghiên cứu thực nghiệm.
Sườn tăng cứng

Thanh nối

Sườn tăng cứng

Ống thép

Ống thép

Lõi bêtông

Lõi bêtông

Hình 1.6. CFST với sườn tăng cứng


6

Ngoài ra, với các kết cấu yêu cầu khả năng chịu lực lớn, độ cứng lớn có thể tổ
hợp các cột CFST riêng lẻ thành các dạng kết cấu CFST tổ hợp để phát huy các ưu
điểm của kết cấu thép bê tơng liên hợp như Hình 1.7 a,b,c hay kết hợp cùng với kết
cấu bê tơng cốt thép (Hình 1.7d) tạo ra mặt cắt liên hợp cho cột trụ, những vòm trong
cầu. Những loại tiết diện này cũng đã được sử dụng cho các kết cấu nhà cao tầng cũng
như kết cấu cầu ở Trung Quốc.
CFST

Bêtông

CFST

CFST

Tấm thép

CFST

Mối hàn
CFST

(a)

(b)

CFST

Ống thép
rỗng

CFST

Kết cấu BTCT

CFST

Ống thép
rỗng

(c)

(d)

Hình 1.7. Một số tiết diện tổ hợp từ cột CFST
1.1.3. Ưu điểm, nhược điểm của cột ống thép nhồi bê tông
a. Ưu điểm
Độ bền của lõi bê tông (lớp vỏ thép với chức năng như lớp áo bọc chặt bên
ngoài) đã được tăng khoảng 2 lần so với độ bền của bê tông thường [8];
Cách sắp xếp vật liệu trên trên mặt cắt ngang làm tối ưu cường độ và độ cứng của
cấu kiện. Cốt thép được phân bố ở chu vi ngoài cùng của tiết diện nên phát huy hiệu
quả làm việc cao nhất khi chịu mô men uốn. Bê tông tạo một lõi lý tưởng để chống lại
tải trọng nén trong quá trình làm việc, trì hỗn và chống lại sự bất ổn định cục bộ của
ống thép đặc biệt các cấu kiện có tiết diện hình vng hoặc chữ nhật [6]. Ngồi ra, ống

thép cản trở biến dạng nở hông của lõi bê tông làm tăng cường độ chịu nén và độ dẻo
dai đối với cấu kiện CFST;
Việc nhồi bê tông vào trong ống thép làm nâng cao độ chống ăn mòn bên trong
ống thép, làm giảm độ mảnh, làm tăng độ ổn định cục bộ của thành ống và làm tăng
khả năng chống móp méo của vỏ ống thép khi va đập [8];
Giá thành tổng thể của cơng trình làm bằng kết cấu ống thép nhồi bê tơng nói
chung nhỏ hơn nhiều so với giá thành của cơng trình tương tự làm bằng kết cấu bê


7

tông cốt thép hay kết cấu thép thông thường. Khối lượng của kết cấu ống thép nhồi bê
tông nhỏ hơn so với kết cấu bê tơng do đó việc vận chuyển và lắp ráp dễ dàng hơn
đồng thời làm giảm tải trọng xuống móng. Kết cấu ống thép nhồi bê tông kinh tế hơn
so với kết cấu bê tông cốt thép vì khơng cần ván khn, giá vịm, đai kẹp và các chi
tiết đặt sẵn, nó có sức chịu đựng tốt hơn ít hư hỏng do va đập. Do khơng có cốt chịu
lực và cốt ngang nên có thể đổ bê tông với cấp phối hỗn hợp cứng hơn (tỉ lệ N/X có
thể lấy nhỏ hơn) và sẽ dễ dàng đạt chất lượng bê tông cao hơn [8],[6].
b. Nhược điểm
Một cấu kiện CFST bao gồm hai vật liệu với sự khác nhau về đường cong ứng
suất-biến dạng và ứng xử cũng có sự khác biệt rõ rệt. Sự tương tác giữa hai vật liệu
này đặt ra một bài tốn khó trong việc xác định thuộc tính kết hợp như mơ men qn
tính, mơdul đàn hồi;
Cơ chế phá hoại cấu kiện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như hình dạng, chiều dài,
đường kính, chiều dày ống thép, cường độ thép và cường độ bê tông cùng với các
thông số về sự kết dính giữa hai mặt tiếp xúc của vật liệu thép và bê tông, sự giam hãm
của bê tông ứng suất dư, hiện tượng từ biến, sự co ngót và các dạng tải trọng làm phức
tạp thêm sự phân tích và thiết kế đối với cấu kiện CFST [6];
Một hạn chế nữa ảnh hưởng đến việc sử dụng rộng rãi loại kết cấu này đó là cấu
tạo liên kết giữa cột CFST và sàn bê tông cốt thép, dầm bê tông cốt thép hay dầm thép.

Các ứng xử, cơ chế làm việc, trạng thái phá hoại liên kết chưa được hiểu rõ do đó gây
ra khơng ít những khó khăn cho tính tốn thiết kế cấu tạo liên kết;
Hiện nay, các hạn chế tồn tại của loại kết cấu CFST tiếp tục được nghiên cứu để
dần hoàn thiện các yêu cầu về mặt cấu tạo, lý thuyết tính tốn cũng như nhận thức sâu
hơn về ứng xử của loại kết cấu này.
1.1.4. Khả năng áp dụng
Kết cấu ống thép nhồi bê tông được ứng dụng rộng rãi cho rất nhiều lĩnh vực
như nhà dân dụng và công nghiệp, cầu đường, giàn khoan dầu...
Trong lĩnh vực xây dựng dân dụng, loại kết cấu này được áp dụng khá nhiều
cho cấu kiện chịu lực chính như hệ móng cọc, các cột đỡ của toà nhà cao tầng. Hiện
nay, việc xây dựng cầu qua các sơng rộng và sâu, có nhu cầu lưu thông đường thuỷ
lớn và điều kiện địa chất phức tạp đang đòi hỏi phải sử dụng các loại nhịp lớn khẩu
độ hàng trăm mét. Với các kích thước như vậy, cấu kiện sẽ nặng và trở thành một
nguyên nhân làm giảm khả năng chịu lực của kết cấu, làm tăng chi phí xây dựng
cũng như tạo thêm nhiều phức tạp cho việc vận chuyển, lắp ráp, thi công kết cấu. Với
việc sử dụng kết cấu CFST cho cấu kiện chịu lực nén chính như vịm chính của cầu
vịm, thanh mạ cong trong cầu dàn, hệ móng cọc của kết cấu trụ, thân trụ sẽ đáp ứng


8

được yêu cầu về chịu lực cao, độ cứng lớn vừa đáp ứng được việc giảm trọng lượng
bản thân kết cấu.

Hình 1.8. Ví dụ về cầu được xây dựng bằng kết cấu CFST
Trong lĩnh vực xây dựng dầu khí, năm 1989 tại 2 dàn khoan dầu ở biển Đen và
biển Azov của Liên Xô đã sử dụng cấu kiện mặt cắt rỗng tổ hợp 3 loại vật liệu thép
- bêtông làm các trụ đỡ chính của dàn khoan, nhờ đó giảm được 30% lượng thép so
với dần khoan bằng thép cùng loại; hơn nữa, phần rỗng còn được dùng để lắp các
thiết bị công nghệ và cáp thông tin.

1.2. Tổng quan các loại sàn phẳng BTCT
Với xu hướng phát triển của công nghệ cũng như yêu cầu về mặt kiến trúc, thẩm
mỹ kinh tế cho cơng trình thì hệ kết cấu sàn sườn truyền thống dần dần được thay thế
bởi hệ sàn phẳng không dầm với nhiều ưu điểm nổi trội như tạo ra không gian sử dụng
linh hoạt, dễ dàng cho việc bố trí khơng gian sử dụng phù hợp với cơng năng của cơng
trình, giảm số lượng cột, chiều cao thông thuỷ hợp lý, dễ dàng đáp ứng các yêu cầu bố
trí hệ kĩ thuật. Dưới đây sẽ giới thiệu tổng quan về một số loại sàn phẳng được sử dụng
ở Việt Nam.
1.2.1. Sàn phẳng BTCT thường
Là hệ thống chịu lực theo một hoặc hai phương được kê trực tiếp lên cột hoặc
tường chịu lực như Hình 1.9. Nó là một trong những dạng kết cấu sàn phổ biến nhất
trong các tòa nhà. Điểm đặc biệt của loại sàn này là chiều dày không đổi hoặc gần như
không đổi tạo ra mặt phẳng phía dưới của sàn dẫn tới sự đơn giản trong việc làm cốt
pha và thi công. Sàn này cho phép linh hoạt trong việc tạo vách ngăn và có thể khơng
cần phải sử dụng trần giả. Nhịp kinh tế của sàn phẳng với tải trọng từ nhỏ tới trung
bình thường bị giới hạn bởi việc kiểm sốt độ võng dài hạn và có thể cần phải tạo độ
vồng tường hợp lý (không quá lớn) hoặc sử dụng sàn bê tông ứng lực trước. Nhịp kinh
tế đối với sàn phẳng BTCT là 6m đến 8m. Nhịp L của sàn phẳng BTCT xấp xỉ 28D
đối với nhịp đơn, 30D đối với nhịp biên và 32D đối với nhịp trong của sàn nhiều nhịp
trong đó D là chiều dày sàn.


9

Hình 1.9. Sàn phẳng bê tơng cốt thép
Ưu điểm:
+ Cốt pha đơn giản, thi công nhanh;
+ Tạo không gian linh hoạt, dễ dàng bố trí mặt bằng;
+ Khơng dầm, tạo khoảng thông thủy lớn ở dưới sàn;
+ Chiều dày kết cấu nhỏ và từ đó giảm được chiều cao tầng.

Nhược điểm:
+ Nhịp trung bình, khả năng chịu tải ngang hạn chế;
+ Cần có cốt thép chống chọc thủng ở xung quanh cột hoặc cột cần có kích thước
lớn hơn;
+ Cần kiểm sốt độ võng dài hạn;
1.2.2. Sàn phẳng bê tơng ứng lực trước
Trong cấu kiện bê tông ứng lực trước, bằng cách đặt vào một lực nén trước tạo
bởi lực kéo cốt thép, nhờ tính đàn hồi, cốt thép có xu hướng co lại tạo nên lực nén
trước và gây ra ứng lực trước trong bê tông. Ứng suất nén trước trong bê tông sẽ triệt
tiêu hay làm giảm ứng suất kéo do tải trọng sử dụng gây ra. Do đó, khả năng chịu kéo
của bê tơng được nâng cao và hạn chế sự phát triển vết nứt. Ứng lực trước chính là
việc tạo cho kết cấu một cách có chủ ý các ứng suất tạm thời nhằm tăng cường sự làm
việc của vật liệu trong các điều kiện sử dụng khác nhau. Nói cách khác trước khi cấu
kiện chịu tải trọng sử dụng cốt thép đã bị căng trước cịn bê tơng đã bị nén trước [9].
Trong bê tơng ứng lực trước do có thể khống chế sự xuất hiện khe nứt bằng lực
căng trước nên cần thiết và có thể dùng cốt thép cường độ cao. Mặt khác để có thể
giảm được kích thước tiết diện và từ đó giảm trọng lượng bản thân của cấu kiện, đồng
thời tăng ứng suất tập trung ở vùng neo cần phải sử dụng bê tông cường độ cao. Bê
tông ứng lực trước đã trở thành một sự kết hợp lý tưởng giữa hai loại vật liệu hiện đại
có cường độ cao [9].
Sử dụng sàn bê tơng ứng lực trước có nhiều ưu điểm như có khả năng vượt nhịp
lớn, khả năng chịu uốn, chịu cắt cao hơn so với sàn bê tơng cốt thép thường có cùng


10

tiết diện, hạn chế được biến dạng, khe nứt, tăng độ bền của kết cấu, do sử dụng được
vật liệu có cường độ cao nên giảm được kích thước tiết diện, tiết kiệm được khối
lượng vật liệu, làm giảm trọng lượng bản thân, giảm chi phí cho nền móng ….

Hình 1.10. Sàn bê tơng ứng lực trước
Về lý thuyết tính toán, nhiều tổ chức và quốc gia trên thế giới đã nghiên cứu và
cho ra đời các tiêu chuẩn, quy phạm về bê tông ứng lực trước như tiêu chuẩn FIP của
Liên đồn quốc tế về bê tơng ứng lực trước; Tiêu chuẩn AASHTO cho cầu đường, tiêu
chuẩn ACI cho xây dựng dân dụng của Mỹ; Quy phạm Eurocode của khối liên hiệp
châu Âu; Tiêu chuẩn Anh BS; Quy phạm BPEL của Pháp; Quy phạm CHII của Liên
Xô (cũ)… Các tiêu chuẩn, quy phạm kể trên không ngừng được cải tiến, hồn thiện và
ln được sửa đổi, cập nhật từ hai đến bốn năm một lần. Tại Việt Nam tiêu chuẩn
TCVN 5574-2012 cũng đã có những chỉ dẫn để thiết kế loại kết cấu này.
1.2.3. Sàn Bubbledeck
Sàn Bubbledeck là loại sàn sử dụng các quả bóng rỗng từ nhựa tái chế để thay thế
phần bê tơng khơng hoặc ít chịu lực ở giữa chiều cao tiết diện sàn. Ở bên trên và bên
dưới của quả bóng được gia cường bằng các lớp lưới thép được tính tốn cụ thể. Các
quả bóng nhựa có vai trị giảm thiểu phần bê tơng không cần thiết đối với khả năng
chịu lực của kết cấu sàn, giảm nhẹ trọng lượng của sàn, cải thiện các khả năng cách
âm, cách nhiệt.

Hình 1.11. Sàn Bubbledeck
Cơng nghệ này thi công không quá phức tạp, cho phép giảm 35% khối lượng bê
tông so với sàn truyền thống. Từ đó góp phần giảm được trọng lượng tổng thể của


11

cơng trình và tăng khả năng vượt nhịp. Sàn có khả năng chịu lực theo hai phương,
không dùng dầm nên giảm chiều cao xây dựng mỗi tầng, cải thiện khả năng cách âm,
cách nhiệt cho sàn.
Công nghệ lắp ghép, bán lắp ghép cho phép cơng xưởng hóa và cơ giới hóa các
q trình chế tạo, vận chuyển, lắp đặt nên thi cơng nhanh, sử dụng ít lao động, sản
phẩm làm ra có độ chuẩn hóa cao. Do sử dụng các vật liệu tái chế trong sản xuất và thi

công nên cơng nghệ này giúp giảm chi phí vật liệu và thân thiện với mơi trường.
Năm 2007, Bubbledeck đã có mặt tại Việt Nam với tên giao dịch là Bubble Deck
Viet Nam Joint Venture Company và Việt Nam là quốc gia thứ 15 trên thế giới tiếp
cận công nghệ này. Trong thời gian từ 2007 đến 2009, công ty TADITS đã đầu tư
công sức để thử nghiệm thiết kế, thi công sàn Bubbledeck sao cho phù hợp với điều
kiện tại Việt Nam.
Q trình xác định nhịp lớn nhất mà Bubbledeck có thể vượt qua dựa trên tiêu
chuẩn Anh BS 8100 và Eurocode 2 có bổ sung hệ số 1,5 để kể đến việc giảm nhẹ bản
thân sàn so với sàn đặc truyền thống.
Với cùng một khả năng chịu lực, sàn Bubbledeck chỉ sử dụng 50% khối lượng bê
tông so với sàn đặc hoặc cùng độ dày thì sàn Bubbledeck có thể chịu tải gấp đôi tấm
sàn đặc nhưng chỉ sử dụng 65% lượng bê tông.
Khi thiết kế chống uốn, bề dày của phần bê tơng có ứng suất nén tập trung ở phần
bê tơng đặc, nằm giữa phần ngồi cùng của quả cầu và bề mặt tấm sàn. Đôi khi, với
những tấm sàn chịu ứng suất lớn, khối ứng suất sẽ hơi lấn sang vùng quả cầu rỗng
nhưng nó tác động không đáng kể đến khả năng chịu lực của sàn.
Các nghiên cứu và thí nghiệm cho thấy, nếu như cùng khả năng chịu lực thì sàn
Bubbledeck có độ cứng chống uốn xấp xỉ 87% so với sàn đặc. Khả năng chịu cắt đo
được từ 72-91% so với sàn đặc. Để tính tốn khả năng chịu cắt của sàn Bubbledeck,
người ta đưa vào hệ số 0,6 sử dụng cho khả năng chịu cắt của tấm sàn đặc với cùng
chiều cao. Điều này đảm bảo được sự an toàn, khả năng chịu lực của sàn. Tại những vị
trí có lực cắt lớn khu vực xung quanh cột, vách, lõi có thể bỏ bớt bóng để tăng khả
năng chịu cắt của sàn .
Ngồi ra, bằng việc loại bỏ lượng bê tông ở thớ giữa bản sàn, Bubbledeck đã
góp phần đáng kể vào việc tác động có lợi đến mơi trường.
c. Sàn U-boot Beton
U-boot Beton là sản phẩm công nghệ sàn nhẹ của hai tập đoàn Daliform Group
(Italy) và Peikko Group (Phần Lan) sử dụng các khối nhựa tái chế polypropylen để
thay thế phần bê tơng khơng hoặc ít tham gia chịu lực ở thớ giữa của bản sàn, giúp
giảm trọng lượng kết cấu, giảm kích thước hệ cột, vách, móng, tường, vách chịu lực và

12

tăng khoảng cách lưới 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 ưu điểm về mặt kỹ thuật
và kinh tế. Ngoài ra bản sàn U-boot Beton còn là một sản phẩm cải tiến của
BubbleDeck.
U-Boot Beton có cấu tạo đặc biệt với 4 chân hình cơn và phụ kiện liên kết giúp
tạo ra một hệ thống dầm vng góc nằm giữa lớp sàn bê tơng trên và dưới. Có 2 dạng
là hộp đơn và hộp đơi. Ngồi ra, giữa các hộp cịn có các cốt liên kết với nhau theo cả
2 phương vng góc.
Sàn U-Boot Beton có cấu tạo gồm: Một lớp thép trên, một lớp thép dưới, và ở
giữa các khoảng hở là các thép gia cường.
Việc đặt U-Boot Beton vào vùng bê tông không làm việc làm giảm trọng lượng
của sàn, cho phép sàn vượt nhịp lớn, giảm lượng bê tông và cốt thép.
U-Boot Beton được ứng dụng trong sàn phẳng không dầm vượt nhịp cũng như
chịu tải trọng lớn. Với trọng lượng nhẹ, tính cơ động cũng như mơ đun đa dạng, người
thiết kế có thể thay đổi thơng số kỹ thuật khi cần trong mọi trường hợp để phù hợp với
các yêu cầu kiến trúc.

Hình 1.12. Sàn U-Boot Beton
Sử dụng U-Boot Beton trong kết cấu sàn rất phù hợp với những cơng trình có
u cầu kết cấu sàn nhẹ, tiết kiệm vật liệu. U-Boot Beton là giải pháp lý tưởng 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 như trung tâm thương mại, nhà công nghiệp, bệnh viện, trường
học cũng như các công trình cơng cộng và nhà ở. U-Boot Beton giúp bố trí cột thuận
tiện hơn vì khơng cần dùng dầm. Trong trường hợp những cơng trường khó vận chuyển
và thi cơng thì U-Boot Beton với tính năng linh hoạt, nhẹ nhàng, thuận tiện rất thuận
lợi cho điều kiện thi công, không cần các thiết bị vận chuyển, nâng phức tạp. Khi sử

dụng U-Boot Beton cho móng bè thì móng có thể có độ dày lớn hơn mà vẫn giảm
lượng bê tơng sử dụng.
Ngoài ra khả năng làm việc chung giữa bê tông với cốt pha hộp nhựa U - Boot
cũng hơn hẳn với bóng nhựa, vì cấu tạo của hộp nhựa có các rãnh, tạo bề mặt gồ ghề


13

nên tăng độ bám dính, tăng ma sát khi làm việc chung với bê tơng, trong khi quả bóng
nhựa thì trịn trơn nên khả năng bám dính kém hơn.
Bên cạnh đó giữa các hộp nhựa lại được liên kết với nhau bằng các chốt, làm
tăng khả năng truyền lực giữa các hộp cốt pha, trong khi quả bóng trong sàn
BubbleDeck lại khơng có được điều này.
Đối với U-Boot Beton khả năng vượt nhịp đối với sàn rỗng gần giống với sàn
Bubble Deck.
1.3. Tổng quan về liên kết giữa cột ống thép nhồi bê tông với sàn phẳng bê tông
cốt thép
Việc sử dụng cột ống thép nhồi bê tông với sàn bê tông cốt thép ngày càng phổ
biến ở nhiều nước như Mỹ, Hàn Quốc, Trung Quốc, Nhật Bản. Với sự kết hợp giữa cột
CFST và sàn phẳng BTCT tạo ra hệ thống kết cấu tối ưu hơn, hiệu quả hơn. Tuy
nhiên, tồn tại lớn nhất để sử dụng loại kết cấu này trong kết cấu cơng trình là giải
quyết vấn đề liên kết giữa cột và sàn phẳng. Hiện có rất ít các nghiên cứu về liên kết
giữa cột CFST với sàn phẳng BTCT. Do đó, phần tổng quan dưới đây sẽ tổng hợp các
nghiên cứu về liên kết giữa cột CFST với sàn phẳng BTCT để làm cơ sở cho việc đề
xuất liên kết cho cột
1.3.1. Nghiên cứu của Jin-Won Kim
Jin-Won Kim (2014) [5] tiến hành nghiên cứu thực nghiệm liên kết cột CFST và
sàn phẳng BTCT dựa trên các điều khoản thiết kế của tiêu chuẩn ACI 318-14[11].
Mục tiêu của nghiên cứu là đề xuất ra mơ hình liên kết có tính thực thi dựa trên quan
sát ứng xử và các dữ liệu đo được trong thí nghiệm. Tác giả tiến hành thí nghiệm với

10 mẫu có kích thước thật.

Hình 1.13. Thí nghiệm liên kết cột CFST-sàn BTCT Jin-Won Kim(2014)[5]
Các thông số thay đổi trong các mẫu là chiều dài vươn của mũ chịu cắt, cường độ
bê tông, kích thước của ống thép, chiều dày sàn. Trong 10 mẫu có 8 mẫu có bố trí thép
mũ chịu cắt (thép hình chữ I được hàn vào bề mặt ống thép) và 2 mẫu khơng bố trí với
chiều dày sàn là 200mm và 300mm. Hàm lượng cốt thép chịu uốn lấy từ 0,52% -