Luận văn thạc sĩ nghiên cứu thực nghiệm giải pháp kết cấu sàn hiệu quả cho nhà nhịp nhỏ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ THANH LUẬN

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM GIẢI PHÁP KẾT CẤU
SÀN HIỆU QUẢ CHO NHÀ NHỊP NHỎ

Chun ngành: Kĩ thuật xây dựng cơng trình dân dụng và công nghiệp
Mã số: 85 80 201

LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT

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

Đà Nẵng - Năm 2019


LỜI CAM ĐOAN

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

Lê Thanh Luận


MỤC LỤC
TRANG BÌA
LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC
TRANG TĨM TẮT TIẾNG ANH
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài.........................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài..............................................................................1
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.........................................................................1
4. Phƣơng pháp nghiên cứu......................................................................................1
5. Kết quả dự kiến.....................................................................................................2
6. Bố cục đề tài..........................................................................................................2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP SÀN TRONG NHÀ DÂN DỤNG.....3
1.1. Các giải pháp sàn sử dụng trong xây dựng.............................................................3
1.1.1. Sàn bê tông cốt thép lắp ghép .........................................................................3
1.1.2. Sàn liên hợp thép bê tơng................................................................................3
1.1.3. Sàn bóng..........................................................................................................5
1.1.4. Sàn bê tơng dự ứng lực....................................................................................6
1.1.5. Sàn phẳng không dầm NEVO..........................................................................7
1.1.6. Sàn bê tông cốt thép toàn khối.........................................................................8
1.2. Các giải pháp sàn sử dụng cho nhà nhịp nhỏ..........................................................9
1.2.1. Giới thiệu nhà nhịp nhỏ...................................................................................9
1.2.2. Giải pháp kết cấu sàn phù hợp cho nhà nhịp nhỏ........................................... 10
1.3. Kết luận chƣơng 1................................................................................................ 11
CHƢƠNG 2. CẤU TẠO, TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG GIẢI PHÁP SÀN ĐỀ
XUẤT CHO NHÀ NHỊP NHỎ.................................................................................... 12
2.1. Đề xuất cấu tạo giải pháp sàn sử dụng cho nhà nhịp nhỏ...................................... 12
2.2. Thiết kế mẫu thí nghiệm....................................................................................... 13
2.2.1. Tính tốn tấm tơn nhƣ cốp pha trong giai đoạn thi cơng...............................14
2.2.2. Tính tốn sàn liên hợp trong giai đoạn sử dụng............................................. 19
2.3. Mô phỏng kết cấu sàn bằng ABAQUS.................................................................. 24

2.3.1. Lựa chọn loại phần tử trong mơ hình............................................................. 25
2.3.2. Mơ hình vật liệu trong ABAQUS.................................................................. 25
2.3.3. Tƣơng tác giữa các phần tử........................................................................... 28


2.3.4. Xây dựng mơ hình phân tích.......................................................................... 29
2.3.5. Gán tải trọng và định nghĩa điều kiện biên.................................................... 29
2.3.6. Chia lƣới phần tử.......................................................................................... 30
2.4. Đánh giá và phân tích kết quả mô phỏng.............................................................. 30
2.4.1. Khảo sát sự làm việc của tấm tôn trong giai đoạn thi công............................ 30
2.4.2. Khảo sát sự làm việc của sàn trong giai đoạn sử dụng................................... 32
2.5. Kết luận chƣơng 2................................................................................................ 33
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM......................................................... 34
3.1. Chế tạo mẫu và thiết lập thí nghiệm...................................................................... 34
3.1.1. Chế tạo mẫu thí nghiệm................................................................................. 34
3.1.2. Thí nghiệm bê tơng và cốt thép...................................................................... 40
3.1.3. Thiết lập thí nghiệm....................................................................................... 40
3.1.4. Gia tải cho sàn............................................................................................... 42
3.2. Kết quả thí nghiệm................................................................................................ 44
3.2.1. Ứng xử trên sàn............................................................................................. 44
3.2.2. Kết quả quan hệ tải trọng chuyển vị.............................................................. 46
3.3. Đánh giá kết quả thí nghiệm với mơ phỏng số và tính tốn.................................. 47
3.4. Kết luận chƣơng 3................................................................................................ 47
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................... 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 49
QUYÊT 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 ANH
Đề tài: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM GIẢI PHÁP KẾT CẤU
SÀN HIỆU QUẢ CHO NHÀ NHỊP NHỎ
Học viên: Lê Thanh Luận - Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD&CN
Mã số: 85 80 201, Khóa: K34- Kon Tum, Trƣờng Đại Học Bách Khoa – ĐHĐN
Tóm tắt -Hiện nay, giải pháp kết cấu bê tông cốt thép toàn khối (khung và sàn BTCT) vẫn
đƣợc sử dụng chủ yếu trong các cơng trình dân dụng và nhƣợc điểm của giải pháp này là
việc thi công chậm và tốn nhiều ván khuôn cây chống cho việc thi công sàn. Do đó, một
giải pháp kết cấu vừa đáp ứng đƣợc sự toàn khối, độ cứng tổng thể giống nhƣ sàn bê tông
cốt thép và đáp ứng đƣợc việc thi công nhanh, tiết kiệm là cần thiết. Luận văn đã mô tả giải
pháp kết cấu sàn cho nhà nhịp nhỏ (L ≤ 5m) bao gồm: Kết cấu sàn sử dụng sàn liên hợp
thép – bê tơng. Theo đó tấm tơn sẽ đƣợc bố trí với mục đích làm ván khn sàn trong giai
đoạn thi công và cốt thép tham gia chịu kéo trong giai đoạn sử dụng; Sử dụng giải pháp
tƣờng chịu lực để thay thế kết cấu khung. Tƣờng đƣợc cấu tạo bởi gạch khơng nung có lổ,
phần lổ này sẽ đƣợc nhồi bê tông và bổ sung cốt thép từ móng để kết nối với sàn đảm bảo
độ tồn khối của hệ kết cấu. Chƣơng trình thực nghiệm đƣợc thực hiện trên mẫu kích
thƣớc thật. Kết quả thí nghiệm cho thấy đƣợc sự tin cậy và an toàn của giải pháp kết cấu
và hồn tồn có thể áp dụng trong thực tế xây dựng nhà nhịp nhỏ hiện nay.
Từ khóa – Sàn liên hợp, sàn bê tơng cốt thép, gạch block

Topic: EXPERIMENTAL STUDYFOR EFFECTIVE SLAB
STRUCTURE FOR SMALL HOUSE
Abstract – Currently, the solution of reinforced concrete structure (frame and
reinforced concrete slab) is still used mainly in civil works and the disadvantage of this
solution is the slow construction and use of many formwork for slab construction.
Therefore, a structural solution has just met the whole, the overall hardness is like
reinforced concrete slab and fast construction, saving is necessary. This thesis has studied
and proposed a solution of slab structure for small span houses (L ≤ 5m) including: The
slab structure using steel - concrete composite slab. Accordingly, the deck slab will be
arranged with the purpose of making floor formwork in the construction phase and

reinforcement involved in pulling during the use period; Use load-bearing wall solution to
replace frame structure. Walls are made of bricks with holes, this hole will be stuffed with
concrete and reinforced with reinforcement from the foundation to connect to the floor to
ensure the structural integrity of the structure. Experimental programs are performed on
real size samples. Experimental results show the reliability and safety of structural solutions
and are fully applicable in the actual construction of small existing span houses.
Keywords – Composite slab, reinforced concrete slab, block brick


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Lựa chọn phần tử mô phỏng............................................................... 25
Bảng 2.2. Thơng số mơ hình phá hoại dẻo.......................................................... 26
3

Bảng 3.1. Cấp phối vật liệu cho 1m bê tông,..................................................... 34
2

Bảng 3.2. Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tơng 150×150 (mm )........................40
Bảng 3.3. Quan hệ giữa cấp tải và chuyển vị tại giữa sàn...................................42


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Sàn bê tơng cốt thép lắp ghép................................................................ 3
Hình 1.2. Cấu tạo sàn liên hợp điển hình.............................................................. 4
Hình 1.3. Kết cấu sàn Bubble Deck...................................................................... 5
Hình 1.4. Sàn bê tơng cốt thép ứng lực trƣớc....................................................... 7
Hình 1.5. Ngun lí tính tốnsàn NEVO............................................................... 7
Hình 1.6. Kết cấu sàn NEVO............................................................................... 8
Hình 1.7. Sàn sƣờn bêtơng cốt thép tồn khối..................................................... 9
Hình 1.8. Mặt bằng và mặt đứng nhà ống điển hình..........................................10

Hình 1.9. Giải pháp sàn sƣờn tồn khối cho cơng trình..................................... 11
Hình 1.10. Giải pháp sàn liên hợp cho cơng trình dân dụng...............................11
Hình 2.1. Giải pháp kết hợp sàn liên hợp với tƣờng chịu lực.............................12
Hình 2.2. Kích thƣớc gạch block xây tƣờng...................................................... 13
Hình 2.3. Mặt cắt ngang một tấm tơn.................................................................. 13
Hình 2.4. Mặt bằng sàn....................................................................................... 14
Hình 2.5. Mặt bằng bố trí tấm tơn....................................................................... 14
Hình 2.6. Mơ hình sàn thí nghiệm....................................................................... 15
Hình 2.7. Mặt cắt cấu tạo sàn.............................................................................. 15
Hình 2.8. Mặt cắt ngang bố trí kết cấu sàn.......................................................... 16
Hình 2.9. Sơ đồ tính tấm tơn lúc thi cơng........................................................... 16
Hình 2.10. Kích thƣớc tấm tơn........................................................................... 17
Hình 2.11. Sơ đồ tính tốn độ võng gây ra do tải trọng bản thân........................19
Hình 2.12. Sơ đồ tính sàn.................................................................................... 20
Hình 2.13. Sơ đồ ứng suất tiết diện sàn liên hợp................................................. 20
Hình 2.14. Cấu tạo các chốt neo đầu sàn............................................................. 22
Hình 2.15. Cấu tạo cốt thép sàn.......................................................................... 24
Hình 2.16. Quan hệ ứng suất nén- biến dạng nén vỡ........................................... 26
Hình 2.17. Quan hệ ứng suất nén- biến dạng nén vỡ........................................... 26
Hình 2.18. Quan hệ ứng suất kéo - biến dạng nứt............................................... 27
Hình 2.19. Quan hệ biến dạng nứt và hệ số phá hoại do kéo............................... 27
Hình 2.20. Quan hệ ứng suất –biến dạng trong mơ hình thép đàn dẻo lý tƣởng .. 27
Hình 2.21. Tƣơng tác giữa tấm tơn và sàn bê tơng............................................. 28
Hình 2.22. Tƣơng tác cốt thép đƣợc nhúng vào trong sàn.................................. 29
Hình 2.23. Mơ hình phân tích ứng xử của sàn liên hợp....................................... 29
Hình 2.24. Tải trọng và điều kiện biên của mơ hình sàn.....................................30
Hình 2.25. Mơ hình sàn sau khi chia lƣới........................................................... 30
Hình 2.26. Sơ đồ tính tấm tơn trong giai đoạn thi cơng...................................... 30
Hình 2.27. Gia tải thí nghiệm lên tấm tơn........................................................... 31

2

Hình 2.28. Kết quả ứng suất phân bố trong tấm tơn tại mức tải q=300daN/m ...31
Hình 2.29. Phổ phân bố chuyển vị của tấm tơn................................................... 31
Hình 2.30. Kết quả mơ phỏng tải trọng – chuyển vị............................................ 32
Hình 2.31. Kết quả mô phỏng tải trọng – biến dạng thép phi 10 tại nhịp............32
Hình 2.32. Ứng suất cốt thép trong sàn ứng với tải trọng................................... 33
Hình 2.33. Kết quả mơ phỏng tải trọng – biến dạng bê tơng vùng nén...............33
Hình 2.34. Chỉ số hƣ hỏng DAMAGET của bê tơng.......................................... 33
Hình 3.1. Thi cơng móng.................................................................................... 34
Hình 3.2. Kích thƣớc viên gạch.......................................................................... 35
Hình 3.3. Cơng tác xây tƣờng............................................................................. 35
Hình 3.4. Gia cơng cốt thép và tấm tơn............................................................... 36
Hình 3.5. Bố trí cây chống tấm tơn..................................................................... 36
Hình 3.6. Chi tiết đầu tƣờng............................................................................... 37
Hình 3.7. Cơng nhân đi lại trên sàn..................................................................... 37
Hình 3.8. Lắp đặt và cấu tạo cốt thép sàn............................................................ 38
Hình 3.9. Đổ bê tơng sàn..................................................................................... 39
Hình 3.10. Sàn sau khi tháo dỡ cây chống.......................................................... 39
Hình 3.11. Mặt dƣới sàn sau khi tháo dỡ cây chống........................................... 40
Hình 3.12. Mơ hình gia tải thí nghiệm sàn.......................................................... 41
Hình 3.13. Chia lƣới gia tải trên bề mặt sàn....................................................... 41
Hình 3.14. Gắn đồng hồ đo chuyển vị mặt dƣới của sàn.................................... 42
Hình 3.15. Vết nứt tại liên kết giữa tƣờng và sàn............................................... 44
2
Hình 3.16. Hình ảnh giữa sàn và bề mặt dƣới của sàn tại P = 380daN/m .........45
2
Hình 3.17. Bê tơng sàn tại vị trí gối lên tƣờng tại cấp tải P = 380daN/m ..........45
Hình 3.18. Đồ thị tải trọng – chuyển vị của sàn.................................................. 46

Hình 3.19. Đồ thị tải trọng – chuyển vị của sàn theo thí nghiệm và mô phỏng...47


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay cơng tác thiết kế thi công nhà dân dụng vẫn sử dụng những phƣơng thức
truyền thống nhƣ giải pháp sàn BTCT đổ toàn khối hay việc sử dụng một hệ lớn ván
khuôn cây chống cho thi công sàn. Những vấn đề này ảnh hƣởng lớn đến giá thành
cơng trình xây dựng cũng nhƣ thời gian hồn thành cơng trình. Do đó cần có những
phải pháp kết cấu, thi cơng mới hiệu quả hơn nhằm rút ngắn thời gian chi phí xây dựng
để đáp ứng nhu cầu lớn về nhà ở hiện nay. Ý tƣởng về giải pháp kết cấu sàn bán lắp
ghép sử dụng hệ sƣờn là các dầm thép thành mỏng định hình kết hợp với tấm sàn là các
khối block nhẹ chế tạo sẵn, giải pháp này sẽ giải quyết các vấn đề thi công khi loại bỏ
hệ ván khuôn cây chống cũng nhƣ làm cho kết cấu sàn nhẹ hơn giúp giảm tải trọng cho
móng và thuận tiện cho việc sử dụng kết cấu tƣờng chịu lực thay thế cho giải pháp
khung hiện nay.
Tuy nhiên, để thuyết phục ngƣời sử dụng cũng nhƣ các nhà quản lý xây dựng
chấp nhận sự hiểu quả của giải pháp kết cấu đề xuất, cần có những thực nghiệm để kiểm
chứng, với quan điểm trên luận văn sẽ thực hiện đề tài:“Nghiên cứu thực nghiệm giải
pháp kết cấu sàn hiệu quả cho nhà nhịp nhỏ”
2.Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu các giải pháp kết cấu sàn sử dụng trong xây dựng hiện nay để từ đó
đề xuất giải pháp cấu tạo sàn cho nhà nhịp nhỏ;
-

Tính tốn, thiết kế mẫu thí nghiệm cho giải pháp sàn đề xuất;

-

Nghiên cứu mơ phỏng số khảo sát ứng xử của mơ hình thí nghiệm đề xuất;

-

Xây dựng mơ hình thí nghiệm và gia tải thí nghiệm cho mơ hình sàn đề xuất;

Thu thập số liệu tải trọng, quan sát ứng xử, đánh giá độ tin cậy và tính khả thi
của giải pháp sàn đề xuất.
3.Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
-

Đối tƣợng nghiên cứu: Giải pháp kết cấu sàn cho nhà nhịp nhỏ

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu thực nghiệm gıải pháp kết cấu sàn cho nhà
nhịp
nhỏ
4.Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp lý thuyết:
- Thu thập tài liệu, tìm hiểucác giải pháp kết cấu sàn sử dụng trong xây dựng hiện


2
nay để từ đó đề xuất giải pháp cấu tạo sàn cho nhà nhịp nhỏ;
-

Nghiên cứu thiết kế mơ hình thí nghiệm với giải pháp sàn đề xuất.

-

Mơ phỏng số mơ hình sàn đề xuất bằng phần mềm ABAQUS

Phương pháp thực nghiệm:
-Thực nghiệm gıải pháp kết cấu sàn đề xuất cho nhà nhịp nhỏ;
5.Kết quả dự kiến
-

Đề xuất giải pháp cấu tạo sàn cho nhà nhịp nhỏ;

Xây dựng mơ hình thí nghiệm cho giải pháp sàn đề xuất gồm: Sử dụng hệ kết cấu
tƣờng chịu lực sử dụng gạch block xây tƣờng.
-

Mơ phỏng số mơ hình sàn đề xuất bằng phần mềm ABAQUS

-

Đề xuất kiểu gia tải thí nghiệm cho mơ hình sàn thực tế;

Thu thập số liệu tải trọng, quan sát ứng xử, đánh giá độ tin cậy và tính khả thi
của giải pháp sàn đề xuất.
6.Bố cục đề tài
Đề tài gồm có 3 chƣơng:
Chƣơng 1: TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP SÀN TRONG NHÀ DÂN DỤNG
Chƣơng 2: CẤU TẠO, TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG SỐ GIẢI PHÁP SÀN ĐỀ
XUẤT CHO NHÀ NHỊP NHỎ
Chƣơng 3: NGHİÊN CỨU THỰC NGHİỆM GIẢI PHÁP SÀN ĐỀ XUẤT CHO
NHÀ NHỊP NHỎ
Kết luận và kiến nghị

3

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP SÀN TRONG
NHÀ DÂN DỤNG
1.1. Các giải pháp sàn sử dụng trong xây dựng
1.1.1. Sàn bê tông cốt thép lắp ghép
a. Sàn bê tông lắp ghép
Kết cấu bêtông cốt thép lắp ghép đƣợc hiểu là các kết cấu riêng lẻ đƣợc chế tạo
trƣớc tại nhà máy hoặc tại bãi chế tạo kết cấu trên cơng trƣờng, sau đó các cấu kiện
riêng lẻ này đƣợc vận chuyển đến cơng trƣờng, c u lên vị thí thiết kế kết cấu và tiến
hành ghép các cấu kiện lại với nhau
Ưu điểm: chất lƣợng cấu kiện đƣợc đảm bảo (do điều kiệu bảo dƣỡng cũng nhƣ
kiểm tra tốt lúc đổ), thời gian thi công nhanh (không mất thời gian đợi bêtơng khơ
cứng), ít tốn ván khn, có thể cơng nghiệp hóa và cơ khí hóa để chế tạo hàng loạt.
Nhược điểm: độ cứng kém hơn kết cấu bêtông cốt thép tồn khối, việc lắp ghép
các cấu kiện khó khăn và tốn kém; giá thành mối nối cao.
b.
ết cấu bêtông cốt thép b n lắp ghép
Các cấu kiện chƣa hoàn chỉnh đƣợc chế tạo sẵn, khi lắp ghép đặt thêm cốt thép,
ghép ván khuôn và đổ tại chỗ phần còn lại cùng với mối nối. Tuy nhiên, với loại kết cấu
này cần phải lƣu ý rằng liên kết giữa bêtơng cũ và mới rất kém, chính vì vậy tại bề mặt
tiếp xúc của chúng cần phải cấu tạo neo theo thiết kế hoặc cấu tạo cốt đai th i ra để tăng
lực liên kết giữa chúng.
Kết cấu bêtông cốt thép bán lắp ghép đã kết hợp một cách thành cơng ƣu điểm của
bêtơng cốt thép tồn khối và lắp ghép. Chính vì điều này sử dụng kết cấu bêtơng cốt
thép bán lắp ghép sẽ tiết kiệm và giảm lƣợng bêtơng và cốt thép cần sử dụng.

Hình 1.1 Sàn bê tông cốt thép lắp
ghép Ưu điểm: độ cứng cao, giảm bớt ván khuôn.

Nhược điểm: việc sản xuất khá phức tạp và cần phải xử lý thật tốt mặt nối giữa
bêtông cũ và mới.
1.1.2. Sàn liên hợp thép bê tơng
Hình 1.2thể hiện chi tiết cấu tạo sàn liên hợp. Sàn liên hợp điển hình bao gồm các
thành phần: lớp bê tơng đổ tại chỗ trên tấm tơn thép định hình. Tấm tơn thép định hình


4
đóng vai tr nhƣ cốp pha đáy cho hệ sàn khi bê tông c n ƣớt. Khi bê tông phát triển đạt
đến cƣờng độ cần thiết, lúc này lớp bê tơng phía trên sẽ làm việc đồng thời với tấm tơn
thép định hình, hình thành nên kết cấu sàn liên hợp. Cốt thép sẽ đƣợc bố trí tại những
tiết diện cần thiết để chống nứt cho bê tông. Sàn liên hợp có thể đƣợc đỡ bởi hệ dầm
bên dƣới hoặc đƣợc gối lên tƣờng.
Thông thƣờng tấm tôn thép sẽ đƣợc bố trí sao cho phƣơng của sƣờn tơn vng
góc với trục dầm hoặc gối đỡ nhƣ trên Hình 1.2. Cách bố trí này cho phép phân phối
nội lực tốt nhất giữa các cấu kiện. Việc tính tốn và xác định nội lực của ô sàn liên hợp
theo hai phƣơng là tƣơng đối phức tạp do sự làm việc phức tạp ca tm tụn v s khụng
ng nht ca vt liu.
PHƯƠNG LàM VIệC
CủA SN
BÊ TÔNG

CốT THéP

TấM TÔN THéP
ĐịNH HìNH

GốI Đỡ

Hỡnh 1.2 Cấu tạo sàn liên hợp điển hình

Tiêu chu n thiết kế kết cấu liên hợp của châu Âu (Eurocode 4) hiện nay chỉ đề cập
và chỉ dẫn cho việc tính tốn sàn liên hợp theo phƣơng của sƣờn tơn. Sàn liên hợp
trong tính tốn coi nhƣ chỉ làm việc theo nhịp song song với sƣờn của tấm tôn thép.
Cốt thép của ơ sàn sẽ đƣợc bố trí theo cấu tạo thoả mãn các yêu cầu về chống nứt của
Eurocode 4 cho phƣơng vng góc với sƣờn tơn.
a. Ưu điểm sàn liên hợp
Trong hệ sàn này, tấm tơn hình dập nguội có tác dụng nhƣ một ván khn cố định
của sàn bê tông cốt thép đổ tại chỗ; không cần thiết phải lắp dựng và tháo ván khuôn,
nên đã tiết kiệm đƣợc nhiều thời gian và nhân lực thi công.
Tấm tôn hình dập nguội, sau khi lắp dựng sẽ tạo ra ngay một sàn công tác với các
dầm thép đỡ tải trọng trong q trình thi cơng, có thể khơng cần dùng cột chống. Vì
khơng cần thời gian gián đoạn đợi bê tông đủ cƣờng độ và tháo ván khuôn, cột chống
nên trong cùng một thời điểm có thể thi cơng ở nhiều tầng sàn khác nhau.
Tấm tơn dập nguội có vai trị chịu lực nhƣ cốt thép chịu kéo, vì vậy giảm thời gian
thao tác lắp đặt cốt thép cho sàn.
Hình dáng sóng của tấm tơn hình cho phép tạo ra các ơ dẫn trong sàn, các đƣờng
ống có thể kết hợp và phân bố trong chiều sâu của ô này. Điều này đã làm tăng chiều
cao hiệu dụng cho mỗi tầng và giảm chiều cao của toàn nhà.
Các tấm thép tơn hình nguội mỏng và nhẹ, thuận tiện trong việc lắp đặt và chuyên
chở.


5
Sử dụng hệ sàn liên hợp thép - bê tông có sử dụng tấm tơn hình dập nguội có khả
năng tiết kiệm vật liệu, giảm đáng kể trọng lƣợng bản thân của sàn, và kết cấu phần
trên, dẫn tới giảm tải cho móng.
b. Nhược điểm
Cần có các biện pháp bảo vệ tấm tơn khỏi hiện tƣợng ăn m n.
Việc tính tốn thiết kế sàn liên hợp chƣa có theo tiêu chu n Việt Nam và hiện nay
chủ yếu tham khảo theo tiêu chu n Eurocode 4.

1.1.3. Sàn bóng
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
dƣới của quả bóng đƣợc gia cƣờng bằng các lớp lƣới thép đƣợc tính tốn cụ thể. Các
quả bóng nhựa có vai trị giảm thiểu phần bê tông không cần thiết đối với khả năng chịu
lực của kết cấu sàn, giảm nhẹ trọng lƣợng của sàn, cải thiện các khả năng cách âm, cách
nhiệt.
a. Ưu điểm của công nghệ
Công nghệ này thi công không quá phức tạp, cho phép giảm 35% khối lƣợng bê
tông so với sàn truyền thống. Từ đó góp phần giảm đƣợc trọng lƣợng tổng thể của cơng
trình và tăng khả năng vƣợt nhịp. Sàn có khả năng chịu lực theo hai phƣơng, khơng
dùng dầm nên giảm chiều cao xây dựng mỗi tầng, cải thiện khả năng cách âm, cách
nhiệt cho sàn.
BubbleDeck là công nghệ thi công tấm sàn phẳng, rỗng theo hai phƣơng khơng
dầm, ít cột và có kh u độ vƣợt nhịp lớn. Sàn BubbleDeck rất linh hoạt trong thiết kế, có
khả năng áp dụng cho nhiều loại mặt bằng cơng trình, có tính cách âm, cách nhiệt tốt và
khả năng chống cháy nổ, tăng tác dụng chống động đất vƣợt trội.

Hình 1.3 Kết cấu sàn Bubble Deck
Với công nghệ BubbleDeck, việc thi cơng tấm sàn có thể tiết kiệm tới 35% lƣợng
bê tông sàn so với sàn truyền thống, giảm thời gian lắp dựng mỗi sàn xuống 5 đến 7
ngày, giảm tải trọng bản thân tấm sàn cũng nhƣ tải trọng trên phần móng cơng trình, từ
đó giảm kích thƣớc hệ kết cấu cột, vách, móng.
Khả năng chịu động đất cũng là một trong những ƣu điểm của BubbleDeck. Lực
động đất tác động lên cơng trình có giá trị tỷ lệ với khối lƣợng tồn cơng trình và khối
lƣợng tƣơng ứng ở từng cao độ sàn BubbleDeck, tấm sàn phẳng chịu lực theo hai


6
phƣơng, với ƣu điểm giảm nhẹ trọng lƣợng bản thân, khi kết hợp với hệ cột và vách

chịu lực sẽ trở thành một giải pháp hiệu quả chống động đất cho các cơng trình cao
tầng.
Tiết kiệm khối lƣợng bê tơng thi công: 2,3 kg nhựa tái chế thay thế cho 230 kg bê
tông/m và rất thân thiện với môi trƣờng khi giảm lƣợng phát thải năng lƣợng và khí
CO2, góp phần tích cực vào cơng tác bảo vệ mơi trƣờng.
Phạm vi ứng dụng sàn BubbleDeck không giới hạn, từ nhà ở dân dụng, Nhà
xƣởng công nghiệp, Villa, khách sạn, cao ốc, Trƣờng học... cho đến khu bãi đậu xe đều
đáp ứng tốt.
b. Nhược điểm của cơng nghệ
Đ
ynổi: Trong q trình đổ bê tơng, nếu khơng kiểm sốt chất lƣợng cốp pha gỗ,
số lƣợng ty neo có thể gây ra hiện tƣợng xơ lệch bóng hoặc đ y nổi tấm sàn. Điều này
khiến chiều dầy sàn tăng hơn so với thiết kế, lớp bảo vệ bê tơng đỉnh quả bóng mỏng và
ít nhiều ảnh hƣởng đến sự làm việc của kết cấu.
Rỗ đáy:Ở một vài cơng trình mới sử dụng BubbleDeck xuất hiện hiện tƣợng này,
khi tháo ván khn sẽ có 1 vài vị trí nhìn thấy đáy quả bóng – gọi hiện tƣợng này là rỗ
(trong quá trình đổ bê tông đã bỏ bƣớc đầm hoặc đầm dối). Gây th m mỹ khơng tốt và
ảnh hƣởng chút ít đến chất lƣợng sàn.
Cơng nghệ sàn bóng có thể là cơng nghệ sàn lõi rỗng đổ tại chỗ đầu tiên đƣợc ứng
dụng ở Việt Nam. Thực tế đã ghi nhận thành công trong một số cơng trình trên khắp cả
nƣớc, tuy nhiên do chƣa vƣợt qua đƣợc một số hạn chế mang tính bản chất của cơng
nghệ nhƣ nêu trên nên có một số cơng trình có chất lƣợng xấu.Chính vì vậy để phát huy
hết ƣu điểm của sàn bóng và tránh đƣợc các sự cố đáng tiếc thì phải lựa chọn đƣợc các
nhà thầu có kinh nghiệm trong thiết kế và thi cơng, các sản ph m bóng có chất lƣợng
thật tốt.
1.1.4. Sàn bê tông dự ứng lực
Bê tông ứng lực trƣớc là bê tơng trong đó thơng qua lực nén trƣớc để tạo ra và
phân bố một lƣợng ứng suất bên trong phù hợp nhằm cân bằng với một lƣợng mong
muốn ứng suất do tải trọng ngoài gây ra. Ứng suất trƣớc thƣờng đƣợc tạo ra cách kéo
thép cƣờng độ cao (Hình 1.4).

a. Ưu điểm
Trọng lƣợng bản thân sàn đƣợc giảm nhẹ. Bề dày sàn ƢLT giảm xuống c n
khoảng (65 80%) bề dày của sàn bê tông cốt thép bình thƣờng với cùng kích thƣớc nhịp
và điều kiện tải trọng. Khối lƣợng cốt thép cũng giảm mạnh nhƣng bù vào đó giá thành
thép cƣờng độ cao rất lớn (gấp 3 – 4 lần thép xây dựng bình thƣờng) nên chi phí về cốt
thép khơng thay đổi bao nhiêu. Tuy vậy, việc giảm trọng lƣợng bản thân sẽ kéo theo
việc giảm khối lƣợng vật tƣ cho nhiều kết cấu khác nhƣ cột, tƣờng, móng… và đảm
bảo có lợi cho kết cấu nhà ở vùng chịu động đất do lực quán tính ngang giảm mạnh
cùng với khối lƣợng sàn.


7
Cho phép vƣợt nhịp lớn và tiến độ thi công sàn tăng nhanh, do sử dụng bê tông
mác cao kết hợp với phụ gia. Một số cơng trình đã đƣợc xây dựng cho thấy tiến độ thi
2

cơng trung bình 7 – 10 ngày/tầng cho diện tích xây dựng là 400 - 500 m /sàn. Công tác
ván khuôn khá đơn giản, nhất là đối với loại sàn không dầm, đƣợc dùng chủ yếu trong
các cơng trình nhà nhiều tầng có sàn ứng lực trƣớc.
Sử dụng hệ thống sàn bê tông ứng lực trƣớc hạn chế độ võng và nứt tại tải trọng
làm việc.

Hình 1.4 Sàn bê tơng cốt thép ứng lực trước
b. Nhược điểm
Chỉ phù hợp cho những cơng trình u cầu vƣợt nhịp lớn, chịu tải trọng lớn. Trong
thiết kế cũng nhƣ thi công kết cấu bê tông dự ứng lực, trình độ nhân cơng
đ i hỏi cao hơn, cơng tác giám sát trong thi công dự ứng lực cũng cần đƣợc thực hiện
chu đáo, tỉ mỉ hơn. Các chi phí bổ sung cịn có thể phát sinh phụ thuộc vào kinh nghiệm
của kỹ sƣ và công nhân.
1.1.5. Sàn phẳng không dầm NEVO

Với sự tiến bộ của công nghệ vật liệu từ sử dụng gạch bọng sang hộp nhựa
polypropylene, sàn phẳng không dầm NEVO đƣợc phát triển để phù hợp với ngành xây
dựng hiện đại với cách thức thi công đơn giản và hiệu quả hơn.
Bằng cách nâng chiều dày sàn lên(tăng độ cứng và cánh tay đ n) và bỏ đi những
phần bê tơng ở trục trung hịa khơng làm việc (giảm tải trọng bản thân) giúp cho hệ sàn
nhẹ NEVO vừa tiết kiệm đƣợc lƣợng lớn bê tông và thép.
Hệ sàn phẳng không dầm NEVO đƣợc tạo thành bởi các hệ dầm chữ I trực giao
tạo một sự làm việc rất rõ ràng giữa lớp trên và lớp dƣới của chiều dày sàn.

Hình 1.5Ngun lí tính tốnsàn NEVO
a. Ưu điểm
Về mức tiết kiệm vật liệu, trọng lƣợng bản thân sàn giảm tới 30%, có nghĩa là


8
trung bình các thanh thép phải chịu lực ít hơn 15%, do đó tỷ lệ thép sẽ giảm tƣơng
ứng.Khơng chỉ theo chiều ngang, mà cả lực tác động theo phƣơng thẳng đứng cũng
giảm. Các cấu kiện cột, vách, dầm sàn… đƣợc tối ƣu hóa, và cơng trình càng cao thì lợi
ích càng lớn. Cụ thể, khối lƣợng vật liệu ít hơn từ 8-10% khiến cho trọng lƣợng tồn bộ
cơng trình nhẹ hơn.
Thi công nhanh, sàn phẳng th m mỹ cao.
Sàn phẳng NEVO dày cứng giúp chống rung tốt. Các phần rỗng bên trong sàn
đóng vai tr nhƣ một lớp đệm khơng khí làm giảm khả năng truyền âm qua sàn, giúp
cách âm và chống ồn tốt. Đối với sàn mái giải pháp Sàn NEVO giúp khả năng cách
nhiệt tốt hơn 30% so với sàn bê tông thƣờng.
Loại bỏ đƣợc dầm nên khi so sánh với sàn bê tông cốt thép truyền thống, sàn
phằng không dầm NEVO giúp giảm chiều cao cơng trình hoặc tăng số tầng với cùng
chiều cao.
Đối với hệ sàn nhẹ NEVO, tƣờng và vách ngăn có thể đƣợc bố trí trên bất kỳ vị trí
nào của sàn, giúp linh hoạt bố trí khơng gian theo cơng năng mong muốn.Ngoài ra cấu

kiến sàn nhẹ NEVO sử dụng bê tông và thép thƣờng nên mọi việc khoan đục, mở lỗ
trên sàn đều xử lí dễ dàng nhƣ sàn truyền thống.
Sàn phằng khơng dầm NEVO sẽ giúp tiết giảm ít nhất 5% chi phí phần thơ.

Hình 1.6 Kết cấu sàn NEVO
b. Nhược điểm
Đổ bê tông sàn NEVO là phần bê tơng dƣới mặt hộp có thể khơng đồng đều, nếu
đầm kỹ thì bê tơng dâng cao lên vào trong phần rỗng của mặt dƣới hộp gây nặng sàn,
nhƣng nếu đầm ít thì phần bê tơng này mỏng hơn thiết kế gây yếu sàn và không đủ chịu
lực treo thiết bị dƣới trần.Phần bê tông lớp dƣới mặt đáy hộp nhựa này cũng không
đƣợc đầm mặt nên độ đặc chắc cũng không cao nhƣ yêu cầu thiết kế.
1.1.6. Sàn bê tông cốt thép tồn khối
Kết cấu sàn bêtơng cốt thép tồn khối là kết cấu đƣợc đổ trƣợc tiếp trên công
trƣờng tại vị trí thiết kế kết cấu. Đối với loại kết cấu này phải chu n bị trƣớc ván khuôn
để chống đỡ, lắp ván khn, cây chống và đổ tồn khối tại vị trí thiết kế kết cấu (Hình
1.7).


9
a. Ưu điểm sàn bê tông cốt thép truyền thống
Đơn giản trong tính tốn và sự làm việc giữa kết cấu rõ ràng.
Độ cứng của hệ dầm sàn khi chịu tải ngang (động đất, gió) cũng nhƣ khả năng liên
kết sàn vào cột là đảm bảo kiểm soát đƣợc khi tính tốn.
Khả năng chống cháy tốt.
Linh hoạt trong việc đáp ứng không gian kiến trúc.
Vật liệu bê tông chủ yếu làm từ vật liệu sẵn có nhƣ cát, đá…có khả năng chống
chịu cao đối với các xâm thực và xói mịn từ yếu tố mơi trƣờng bên ngồi, đảm bảo kết
cấu bền vững cho cơng trình.
Do biện pháp thi cơng tƣơng đối quen thuộc, việc lựa chọn nhà thầu thi cơng cũng
trở nên dễ dàng hơn.

Hình 1.7 Sàn sườn bêtơng cốt thép toàn khối
b. Nhược điểm
Ra đời sớm nhất và đƣợc sử dụng phổ biến nhất, tuy nhiên, sàn bê tông cốt thép
truyền thống vẫn tồn tại những hạn chế nhất định.
Hệ dầm sàn có tải trọng lớn làm tăng tải trọng xuống móng.
Nhịp nhỏ, hệ thống lƣới cột dày gây hạn chế khả năng mở rộng không gian trong
thiết kế.
Sàn có dầm nên khơng phẳng, khó cho việc thi công đƣờng ống kỹ thuật, th m mỹ
và hạn chiều cao thông thủy.
Tiến độ thi công chậm chủ yếu là do công tác lắp ghép cốp pha và thép cho dầm,
sàn, phụ thuộc vào thời tiết.
Sàn có dầm nên việc thi cơng đƣờng ống kỹ thuật sẽ khó khăn
hơn. 1.2. Các giải pháp sàn sử dụng cho nhà nhịp nhỏ 1.2.1. Giới
thiệu nhà nhịp nhỏ
Hiện nay các cơng trình nhà dân dụng phục vụ cho sinh hoạt của ngƣời dân chủ
yếu là dạng nhà ống đƣợc xây dựng theo phạm vi khu đất mà chủ yếu nhịp không quá
5m điển hình nhƣ 5m 20m, 4,5m 20m...(Hình 1.8)


10

Hình 1.8 Mặt bằng và mặt đứng nhà ống điển hình
Những cơng trình dân dụng nhƣ Hình 1.8 có đặc điểm chung là nhịp theo phƣơng
ngang nhà không quá lớn, chủ yếu là phát triển theo hƣớng dọc nhà nên có thể gọi
chung là nhà nhịp nhỏ.
1.2.2. Giải pháp kết cấu sàn phù hợp cho nhà nhịp nhỏ
Với đặc điểm kiến trúc của cơng trình nhƣ trong mục 1.2.1 và dựa vào đặc điểm,
ƣu, nhƣợc điểm các giải pháp sàn hiện nay (mục 1.1). Có thể nhận thấy một số giải
pháp kết cấu phù hợp cho loại cơng trình này:

a. Sàn bê tơng cốt thép tồn khối
Đây là phƣơng án kết cấu đƣợc sử dụng chủ yếu hiện nay do có nhiều ƣu điểm
phù hợp với điều kiện thi cơng ở Việt Nam và đơn giản trong tính tốn, có độ tin cậy
cao (Hình 1.9).


11

Hình 1.9 Giải ph p sàn sườn tồn khối cho cơng trình
Tuy nhiên, giải pháp này có nhƣợc điểm là tốn ván khuôn, cột chống, nhân công
gia công lắp dựng ván khuôn và cốt thép làm tăng thời gian thi công.
b. Sàn liên hợp bê tông cốt thép
Hiện nay để giảm thời gian thi cơng, nhanh chóng đƣa cơng trình vào sử dụng một
giải pháp kết cấu đƣợc đƣa ra là sử dụng kết cấu liên hợp sàn deck và hệ cột-dầm thép
tổ hợp (Hình 1.10).Giải pháp này chƣa đƣợc phổ biến nên gây khó khăn cho việc lựa
chọn nhà thầu để thi cơng.

Hình 1.10 Giải pháp sàn liên hợp cho cơng trình dân
dụng 1.3. Kết luận chƣơng 1
Trong chƣơng này đã thực hiện các vấn đề sau:
+ Tổng quan các giải pháp sàn sử dụng trong xây dựng.
+ Phân tích chọn giải pháp sàn cho nhà nhịp nhỏ.
Qua tổng quan nhận thấy mỗi giải pháp kết cấu đều có ƣu nhƣợc điểm riêng. Do
vậy cần tìm một giải pháp tối ƣu hơn phù hợp với nhà nhịp nhỏ nhằm khắc phục nhƣợc
điểm của hai giải pháp trên.


12

CHƢƠNG 2. CẤU TẠO, TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG

GIẢI PHÁP SÀN ĐỀ XUẤT CHO NHÀ NHỊP NHỎ
Nhƣ đã phân tích trong chƣơng 1, một giải pháp sàn hiệu quả về phƣơng diện kết
cấu, thi cơng và tiết kiệm chi phí xây dựng so với giải pháp sàn bê tông cốt thép toàn
khối là cần thiết. Hệ kết cấu kết hợp sàn liên hợp thép – bê tông với hệ tƣờng chịu lực
cho thấy sự hiệu quả của giải pháp về mặt kết cấu khi loại bỏ đƣợc hệ dầm, tải trọng
truyền xuống móng đều hơn; về mặt thi cơng tiết kiệm đƣợc thời gian và chi phí ván
khn cây chống khá nhiều. Tuy nhiên với mỗi giải pháp kết cấu mới, bên cạnh mơ hình
tính tốn lý thuyết việc nghiên cứu thực nghiệm kiểm chứng mơ hình là cần thiết. Trong
chƣơng 2 tác giả sẽ thiết kế mơ hình cho sàn, chƣơng trình ABAQUS đƣợc sử dụng mơ
phỏng để tiên đoán khả năng chịu tải của sàn và khảo sát ứng xử. Đây là cơ sở cho việc
thí nghiệm trên mơ hình thực tế trong chƣơng 3.
2.1. Đề xuất cấu tạo giải pháp sàn sử dụng cho nhà nhịp nhỏ
Giải pháp kết cấu sàn đề xuất sẽ đáp ứng đƣợc sự toàn khối, độ cứng tổng thể của

. LRCC

sàn nhƣ sàn bê tông cốt thép và đáp ứng đƣợc việc thi công nhanh, tiết kiệm nhƣ giải
pháp sàn lắp ghép (Hỡnh 2.1).

DUT

B

=

Móng

T-ờng xây gạch block
190ì190ì390

3000
L

Hỡnh 2.1 Gii phỏp kt hp sàn liên hợp với tường chịu lực
Cấu tạo của hệ bao gồm:
Kết cấu sàn sử dụng sàn liên hợp thép – bê tơng. Theo đó tấm tơn sẽ đƣợc bố trí
với mục đích làm ván khn sàn trong giai đoạn thi công và là cốt thép tham gia chịu
kéo trong giai đoạn sử dụng;


Các khung cốt thép bố trí vào các rãnh tơn, lúc đó có thể hiểu sự làm việc của sàn
là sự làm việc của nhiều dầm chìm trong sàn và tăng độ cứng, độ an toàn cho sàn;
Sử dụng giải pháp tƣờng chịu lực để thay thế kết cấu khung. Tƣờng đƣợc cấu
tạo


13
bởi gạch khơng nung có lổ, phần lổ này sẽ đƣợc nhồi bê tơng và bổ sung cốt thép từ
móng để kết nối với sàn đảm bảo độ toàn khối của hệ kết cấu.
2.2. Thiết kế mẫu thí nghiệm
Mẫu thí nghiệm sẽ đƣợc thiết kế trong tƣơng quan với công trình thực nhƣ sau:
Cho mặt bằng sàn tầng 2 của một nhà 2 tầng nhƣ hình vẽ. Kích thƣớc nhịp là 5,0m.
Chiều dài nhà 20m. Công năng sử dụng đƣợc bố trí nhƣ Hình 2.4.
u cầu: thiết kế hệ sàn cho tầng 2 sử dụng giải pháp sàn liên hợp thép – bê tông
kết hợp với tƣờng chịu lực. Biết:
+ Bê tơng có cấp bền: C20/25 (M350), f
+ Tấm tơn có: f
+ Cốt thép dọc sàn CI: ϕ8

+ Cốt thép đai CI: ϕ 4 ( A

+ Cốt thép sƣờn

E

210 103 N mm2

s

Gạch xây tƣờng sử dụng gạch block không nung kích thƣớc 190×190×390 mm,
có lổ rỗng bên trong nhƣ Hình 2.2.
+

301.5
5
2

20


Hình 2.3 Mặt cắt ngang một tấm tơn


14
Hệ số tổ hợp tải trọng theo EC4 lấy γG = 1.35 cho tải trọng dài hạn và γQ =1.5 cho
trƣờng hợp hoạt tải [5].

Hình 2.4 Mặt bằng sàn
Sử dụng các tiêu chu n thiết kế TCVN 2737-1995 [2], EC4 để tính tốn thiết kế
sàn. Quy trình thiết kế đƣợc túm tc nh sau:

Thông số đầu vào
Bê tông fck
,fct ,Ecm

Cốt thép
fsk , Es
Tấm tôn
fyp , Ea
Chiều
dày sàn h

Chọn khoảng cách
cây chống đỡ tấm tôn

Kiểm tra tấm tôn
trong giai đoạn thi công

Xác định sơ đồ tính

Kiểm tra sàn
trong giai đoạn sử dơng

2.2.1. Tính tốn tấm tơn nhƣ cốp pha trong giai đoạn thi cơng.
Mặt bằng nhà có chiều dài gấp 4 lần so với bề rộng, giải pháp kết cấu sàn đƣợc
chọn là sàn liên hợp gồm các tấm tôn bố trí theo phƣơng cạnh ngắn của nhà và gối lên
các tƣờng gạch block rỗng đƣợc chèn thêm bê tông vào bên trong. Chiều dài đoạn tôn
gối lên tƣờng lớn hơn bằng chiều dày sàn. Để tính tốn tấm tơn trong giai đoạn thi
cơng, ta cắt một dải sàn có bề rộng bằng bề rộng của tấm tơn b=0.9m nhƣ Hình 2.5.

Hình 2.5 Mặt bằng bố trí tấm tơn