So sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật một số giải pháp sàn trong nhà cao tầng Việt Nam
Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, ngành xây dựng cơ bản giữ một vai trò hết sức quan trọng. Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các lĩnh vực khoa học và công nghệ, lĩnh vực tư vấn thiết kế và xây dựng công trình đã có những bước tiến đáng kể. Minh chứng rõ nét nhất cho sự phát triển này là xuất hiện ngày càng nhiều các toà nhà cao tầng, các cao ốc với số tầng ngày càng tăng và quy mô ngày càng hiện đại, sử dụng đa dạng các giải pháp sàn : Sàn BTCT thường, sàn liên hợp thép – bê tông, sàn bubbledeck, sàn dự ứng lực…
Trong nhà cao tầng, khối lượng thi công sàn chiếm một khối lượng lớn của công trình, vai trò của sàn trong các công trình cao tầng chịu tải trọng ngang là rất lớn và việc sử dụng các loại vật liệu truyền thống như bê tông cốt thép toàn khối để xây dựng nhà cao tầng tuy có ưu điểm là bền lâu theo thời gian và chịu lửa khá tốt nhưng lại có nhược điểm cơ bản là nặng nề và tốc độ thi công chậm. Ngược lại, các giải pháp sàn khác như đã nêu ở trên lại có khả năng chịu lực rất cao, vượt nhịp lớn và tốc độ thi công nhanh chóng đã và đang thay thế cho các vật liệu bê tông và thép riêng rẽ trong xây dựng các công trình cao tầng và công trình có khẩu độ lớn.
Ở Việt Nam hiện nay sàn BTCT thường được thiết kế theo TCVN 356-2005. Còn tại các nước tiên tiến như Châu Âu và Mỹ, các giải pháp sàn như sàn bubbledeck và sàn liên hợp thép- bê tông đã rất phổ biến và đã được đưa vào tiêu chuẩn quốc gia như Eurocode 4 sử dụng để thiết kế sàn liên hợp thép – bê tông, Eurocode 2 đối với sàn bubbledeck.
Một trong những nhược điểm lớn của hệ kết cấu dầm sàn bê tông cốt thép khi vượt nhịp lớn. Dầm có chiều cao lớn, ảnh hưởng đến không gian sử dụng, ảnh hưởng tới thẩm mỹ cũng như tâm lý người sử dụng. Giải pháp sàn không dầm vượt nhịp lớn đã được ứng dụng trong nhiều thập kỷ qua. Tuy nhiên, giải pháp này cũng bị giới hạn bởi khả năng vượt nhịp lớn, sàn có chiều dày lớn dẫn đến tải trọng truyền xuống móng rất lớn, mũ cột cũng ảnh hưởng đến thẩm mỹ.
Tác giả chọn đề tài “So sánh các chỉ tiêu kinh tế,kỹ thuật một số giải pháp sàn trong nhà cao tầng Việt Nam”. Tìm hiểu kỹ hơn tiêu chuẩn thiết đồng thời so sánh hiệu quả kỹ thuật và kinh tế giữa sàn Bubbledeck và sàn kết cấu liên hợp thép- bê tông so với sàn đặc không dầm, đó là lý do mà tác giả chọn đề tài nghiên cứu này.
- Đối tượng nghiên cứu
Sàn đặc không dầm truyền thống, sàn phẳng không dầm Bubbledeck và sàn liên hợp thép- bê tông.
- Tính toán sàn nấm, sàn Bubbledeck và sàn liên hợp thép – bê tông vượt nhịp tương đương.
- So sánh hiệu quả kỹ thuật, kinh tế giữa 3 loại sàn vượt nhịp tương đương.
- Phân tích lý thuyết
- Áp dụng tính toán
Phần mở đầu
Chương 1: Tổng quan về sàn phẳng không dầm
Chương 2: Cơ sở khoa học tính toàn sàn nấm, sàn Bubbledeck và sàn liên hợp thép – bêtông
Chương 3: Ví dụ tính toán sàn nấm, sàn Bubbledeck và sàn liên hợp thép – bêtông
Kết luận và kiến nghị
TỔNG QUAN VỀ SÀN PHẲNG KHÔNG DẦM
Sàn nấm là sàn bê tông cốt thép không có dầm, bản sàn tựa trực tiếp lên cột hoặc tường. Tại vị trí sàn tựa lên đầu cột ứng suất cục bộ rất lớn, dễ đâm thủng sàn. Để khắc phục, đầu cột được cấu tạo có tán như hình nấm để đỡ sàn, tán cột có thể là hình vuông, hình tròn, chữ nhật hay đa giác đều. Sàn nấm có mặt dưới phẳng nên việc chiếu sáng và thông gió tốt hơn sàn có dầm. Ngoài ra việc ngăn chia các phòng trên mặt sàn cũng sẽ linh hoạt và rất thích hợp với các bức tường ngăn di động, v.v…
Gồm một bản dày có mặt bằng vuông hoặc tròn được đặt ở trên một đầu cột chịu lực ở trung tâm bản, chỗ sàn tựa vào đầu cột, ứng suất cục bộ sẽ rất lớn có thể đâm thủng sàn. Để khắc phục cấu tạo, mũ cột loe ra theo góc 45 độ, rộng 0.2- 0.3 lần bước cột.
Sàn bubbledeck là một công nghệ mang tính cách mạng trong xây dựng khi sử dụng các quả bóng bằng nhựa tái chế để thay cho phần bê tông không tham gia chịu lực ở thớ giữa của bản sàn, làm giảm đáng kể trọng lượng bản thân kết cấu và tăng khả năng vượt nhịp thêm khoảng 50%. Ở bên trên và bên dưới của quả bóng được gia cường bằng các lớp lưới thép được tính toán cụ thể. Sàn bubbledeck cải thiện khả năng chịu lực, khả năng chịu động đất, khả năng chịu lửa, khả năng cách âm, tối ưu chi phí bảo trì và đặc biệt là bảo vệ môi trường.

Hình 1.4. Công trình 496 Bạch Mai sử dụng công nghệ Bubbledeck
Sàn Bubbledeck được chia làm 3 loại:
- Bubbledeck loại A.
- Bubbledeck loại B
- Bubbledeck loại C
- Khả năng chịu lửa
- Khả năng cách nhiệt
- Kích thước tấm Cdeck:
- Lớp lưới thép:
- Lớp bóng nhựa:
- Các chi tiết liên kết
- Kiểm tra Cdeck tại xưởng
- Công tác bốc xếp, vận chuyển và cẩu lắp
- Lắp dựng hệ cột chống, đà giáo
- Định vị cấu kiện trên hệ cốt pha
- Nối các thanh thép rời
- Lắp ván khuôn thành chu vi
- Công tác chuẩn bị đổ bê tông
- Công tác đổ bê tông
- Công tác tháo dỡ cốt pha
Ở các nước như Trung Quốc, Hàn Quốc, Singapore… khi xây dựng nhà cao tầng, đặc biệt đối với nhà cao tầng với hệ khung bằng thép, người ta thường sử dụng hệ sàn liên hợp thép – bê tông có sử dụng tấm tôn hình dập nguội. Việc sử dụng hệ sàn này giúp đẩy nhanh hơn thời gian thi công vì đã bớt đi được một số công đoạn trong quá trình thi công so với giải pháp sử dụng dầm sàn truyền thống như tháo lắp cốp pha cột chống, lắp đặt cốt thép cho sàn… So với trường hợp sử dụng bê tông cốt thép thuần túy, kết cấu liên hợp sẽ giảm từ 20-40% trọng lượng công trình dẫn đến giảm nhẹ kết cấu móng. Do vậy kết cấu liên hợp sẽ phát huy hiệu quả kinh tế khi công trình được xây dựng trên nền đất yếu.

Một số công trình sử dụng kết cấu liên hợp thép-bê tông :
- Tòa nhà Diamond Plaza, TP HCM.
- Tòa nhà H-098 Dự án khu chung cư tái định cư quận 6.
- Dự án toà nhà hoạt động đa năng 169 Nguyễn Ngọc Vũ.
Kết cấu liên hợp thép – bêtông là loại kết cấu sử dụng thép kết cấu (structural steel) kết hợp với bê tông hoặc bê tông cốt thép để chúng cùng tham gia chịu lực. Các giải pháp cấu tạo thường được sử dụng đối với loại cấu kiện kết cấu cột liên hợp là thép định hình, thép tổ hợp hàn dựng chữ H được bọc bê tông một phần hoặc toàn bộ, hoặc thép ống được nhồi đầy bêtông hoặc bê tông cốt thép.

Hình 1.17. Các dạng tiết diện cột liên hợp thép bê tông
Yêu cầu cấu tạo :
- Chiều dày sàn liên hợp từ 10 – 40 cm;
- Chiều dày của tấm tôn từ 0,75 – 1,0 mm, chiều cao từ 40 – 80 mm;
- Có lớp mạ kẻm mỏng ở 2 mặt để chống ăn mòn
- Thép tấm định hình là thép dập nguội. Sự dập nguội làm tăng độ bền cơ học của thép dẫn đến làm tăng khả năng chịu lực của tiết diện
- Tính ưu việt của kết cấu liên hợp
- Khả năng chịu lực và độ tin cậy cao
- Công năng sử dụng hiệu quả
- Hiệu quả kinh tế
- Khuyết điểm
- Bước 1: Lắp đặt hệ sàn công tác:
- Bước 2: Đặt tấm tôn đã tạo sóng lên dầm.
- Bước 3: Đặt cốt thép tròn lên sàn.
- Bước 4: Dựng hệ cây chống và xà gồ.
- Bước 5: Đổ bê tông sàn.
CƠ SỞ TÍNH TOÁN SÀN ĐẶC KHÔNG DẦM, SÀN BUBBLE DECK VÀ SÀN KẾT CẤU LIÊN HỢP
Sàn nấm khi chịu tải trọng thẳng đứng, bản sàn có thể bị phá lõm vì cắt, theo kiểu cột bị đâm thủng.
Để tăng cường khả năng chịu cắt, có thể tạo ra mũ cột hoặc bản cột có chiều dày lớn hơn.
– Phương pháp phần tử hữu hạn
– Phương pháp phân phối lực trực tiếp
Tính toán trong lý thuyết trạng thái giới hạn phải kể đến những sai lệch có thể xảy ra trong thiết kế bằng cách đưa vào hệ số an toàn riêng đối với tải trọng γƒ. Giá trị tải trọng dùng để thiết kế sẽ là:
Tải trọng thiết kế = Tải trọng đặc trưng * hệ số riêng γƒ
Bản sàn Bubbledeck là loại kết cấu rỗng, phẳng, không dầm liên kết trực tiếp với hệ cột chịu lực. Sau khi lắp ghép và đổ bê tông sàn sẽ làm việc tương tự như kết cấu một sàn không dầm thông thường. Tính toàn khối và sự làm việc theo hai phương của sàn Bubbledeck được đảm bảo. Nguyên tắc làm việc và tính toán của sàn Bubbledeck tương tự như sàn phẳng bê tông cốt thép không dầm thông thường.
Việc xác định cốt thép chịu uốn trong bản sàn căn cứ vào mô men M, kích thước tiết diện, cấp độ bền của bê tông và nhóm thép. [4]
(4.18)
Nếu K ≤ Kbal = 0,167, Tính Z:
) (4.19)
Diện tích cốt thép tính toán là :
(4.20)
Bố trí thép và kiểm tra điều kiện:
ρmin ≤ ρ = As/bd ≤ ρmax = 4% (4.21)
Nếu K > Kbal = 0,167 Thì phải tăng kích thước tiết diện hoặc cốt thép trong vùng nén.
- Tổng quát [8]
- Chu vi kiểm tra cơ bản
- Tính toán cắt thủng
- Khả năng chịu cắt thủng của sàn khi có cốt thép chịu cắt EC2 6.4.5
Do tính toán theo bản một phương nên cắt một dải có bề rộng 1m để tính, xem tấm tôn thép như dầm liên tục nhiều nhịp có mômen quán tính không đổi theo chiều dài nhịp.
- Phân tích nội lực và moment
Mômen quán tính được tính với toàn bộ tiết diện ngang của tấm tôn. Sự đơn giản hóa chỉ được dùng cho phân tích đàn hồi tổng thể.
- Trạng thái giới hạn tới hạn
- Tải trọng
- Kiểm tra khả năng chịu lực
- Tải trọng
- Kiểm tra khả năng chịu moment dương của sàn liên hợp, dạng phá hoại I
- Kiểm tra khả năng chịu mômen âm của sàn liên hợp, dạng phá hoại I
- Kiểm tra khả năng chịu cắt dọc (Longitudinal Shear) của sàn liên hợp, dạng phá hoại II
- Kiểm tra khả năng chịu cắt đứng (Vertical Shear) của sàn liên hợp, dạng phá hoại III
- Trạng thái tới hạn sử dụng
- Độ võng
- Trượt biên
- Nứt bê tông
VÍ DỤ TÍNH TOÁN VÀ SO SÁNH HIỆU QUẢ GIỮA CÁC PHƯƠNG ÁN
Sàn có mặt bằng bố trí lưới cột như hình 3.2
- Tiết diện cột: 0,8m x 0,8m
- Chiều dày sàn: = 28cm
- Bê tông Cấp độ bền B25, đá 10×20, có Ec = 30 Mpa
- Cường độ chịu nén đặc trưng khối vuông của bê tông fcu = 32 MPa
- Thép đường kính < Ø10 dùng CI, AI có: fy = 290 MPa = 29.104 kN/m2
- Thép đường kính ≥ Ø10 dùng CII, AII có: fu = 500 MPa = 5.105 kN/m2
- Mô đun đàn hồi của thép: Es = 21.104 MPa
- Bê tông bảo vệ cốt thép: a = 2,5 cm
- ho = h –a = 24 cm
- c = (0,2 – 0.3 ) L = 16 cm

- Tĩnh tải sàn
Bảng 3.1: Tải trọng tác dụng lên sàn
| Các lớp cấu tạo sàn | Chiều dày (m) | Trọng lượng riêng (kN/m3) | TT tiêu chuẩn (kN/m2) |
| Trọng lượng bản thân sàn | 0,28 | 25 | 7,0 |
| Gạch lát | 0,01 | 22 | 0,22 |
| Vữa láng | 0,025 | 18 | 0,45 |
| Vữa trát | 0,015 | 18 | 0,27 |
| Trần và các thiết bị treo sàn | 0,5 | ||
| Tổng cộng | 8,44 | ||
- Hoạt tải sàn 2 kN/m2.
Sàn được thiết kế theo TCVN

Hình 3.2. Mặt bằng sàn điển hình
- Nội lực dải
MG = -0,65 x M0 = -0,65 x 427,6 = -277,9KNm
MN = 0,35 x M0 = 0,35 x 427,6 = 149,66KNm
Độ võng sàn
- Độ võng theo tổ hợp tiêu chuẩn (TH1):
f = 3,2mm < [f] = l/250 = 8000/250 = 32mm (Thỏa điều kiện độ võng)
- Độ võng theo tổ hợp tính toán (TH1A):
f = 4,0mm < [f] = l/250 = 8000/250 = 32mm (Thỏa điều kiện độ võng)
- Thép sàn
- Theo sơ đồ tính toán cốt thép cho dải: (tính cho toàn bề rộng dải 4m)
- Giá trị lớn nhất tại gối: fa = 54,52 cm2
- Giá trị lớn nhất tại giữa nhịp: fa = 24,67 cm2
- Theo sơ đồ tính toán cốt thép cho dải: (tính cho bề rộng 1m)
- Giá trị lớn nhất tại gối: fa = 13,63 cm2
Tại gối cần bố trí Ø14 xen với Ø16, khoảng cách s125 trong 1m dải bản.
- Giá trị lớn nhất của gối tại các biên sàn, tính theo dải cột biên fa=11,19cm2/m.
Cần đặt Ø14s125.
- Giá trị lớn nhất tại giữa nhịp: fa = 6,17 cm2/m
Giữa nhịp cần bố trí Ø10s125 trong 1m dải bản.
- Tại vùng giữa 2 gối, nằm trên dải đi qua gối, giá trị lớn nhất fa = 3,81 cm2.
Lớp trên ở nhịp, cần bố trí thép Ø8s125 trong 1m dải bản
Việc kiểm tra cho thấy sàn tại vị trí cột trong đảm bảo điều kiện chọc thủng.
- Xác định khối lượng cốt thép trong sàn
Thể tích bê tông trên tòa sàn được xác định như sau:
V = 32 x 32 x 0,28 = 287 m3
Sàn có mặt bằng bố trí lưới cột như hình 3.4
Hình 3.6: Sơ đồ mặt bằng sàn điển hình
- Tiết diện cột: 0,8m x 0,8m
- Sơ bộ chọn vùng bê tông đặc xung quanh cột, cách mép cột 0,6m về các phương.
- Chiều dày sàn: 28 cm
- Đường kính bóng: 22,5 cm
- Bê tông bảo vệ lớp thép dưới: a = 2,5 cm
- Bê tông bảo vệ lớp thép trên: a = 3,0 cm
- Khoảng cách giữa 2 quả bóng (tính từ mép quả bóng) theo các phương a=2,5 cm
- Bê tông Cấp độ bền C30/37 (B25), đá 10×20
- Mô đun đàn hồi của bê tông tại vùng bê tông đặc: Ec= 31 GPa = 31.106kN/m2
- Mô đun đàn hồi của bê tông tại vùng bê tông có bóng: Eb= 0,87Ec= 27GPa
- Cường độ đặc trưng khối trụ của bê tông: fck = 30 Mpa
- Thép đường kính ≥ Ø10 dùng loại CII, AII
- Mô đun đàn hồi của thép: Es = 200 GPa
Cường độ chảy tối thiểu của thép: fy = 290 MPa
- Thép đường kính < Ø10 dùng loại CI, AI
Cường độ chảy tối thiểu của thép: fy = 220 Mpa
Cường độ chịu kéo tối thiểu của thép: fu = 500 MPa = 5.105 kN/m2
a. Nội lực sàn
Nội lực sàn được xuất ra từ phần mềm.
- Mô men lớn nhất tại gối : Mg = -207,47 kN.m
- Mô men lớn nhất tại nhịp: Mn = 121,2 kN.m
- Độ võng sàn
- Độ võng theo tổ hợp tiêu chuẩn (UDCONN2):
f = 3,6mm < [f] = l/250 = 8000/250 = 32mm (Thỏa điều kiện độ võng)
- Thực tế, lấy theo kinh nghiệm độ võng nên nhỏ hơn 1cm để đảm bảo tốt hơn về điều kiện nứt cho sàn bóng.
- Độ võng theo tổ hợp tính toán (UDCONU2):
f = 4,8mm < [f] = l/250 = 8000/250 = 32mm (Thỏa điều kiện độ võng)
- Thép sàn
Diện tích cốt thép lớn nhất tại gối: fa = 14,86 cm2/m.
Tại gối cần đặt 8Ø16/1m sàn
Diện tích cốt thép lớn nhất ở miền dưới tại giữa nhịp:
fa = 5,92 cm2/m.
Ở miền dưới, Cần đặt 8Ø10/1m sàn
- Kiểm tra chọc thủng
Việc kiểm tra chọc thủng được tiến hành tại tất cả các đầu cột. Sàn đảm bảo được điều kiện chọc thủng.
Ta chọn loại bản thép được dập gấp nếp với các thông số cấu tạo như sau:

Hình 3.10. Nét cắt ngang bản thép được dập gấp nếp
+ Tấm tôn dung loại Lysaght BONDESK của hang BlueScope Lysaght Việt Nam.
Kích thước tấm tôn : 2m x 4m
Chiều dày tấm thép: 2mm
E = 210kN/mm2
fck= 20 N/mm2
fsk= 280 N/mm2
fu= 350 N/mm2
γs = 1,15 γav = 1,1
d = 7 mm h = 70 mm
γv = 1,25
Ta bố trí dầm phụ như hình vẽ :

Hình 3.11. Mặt bằng sàn liên hợp
Mmax = 8,2kNm
Chọn thép φ12a100
Thép cấu tạo chọn: φ6a250
Việc kiểm tra độ võng đảm bảo
Bố trí 1 chốt trên 1m

Hình 3.12. Hình vẽ bố trí thép cho sàn liên hợp
- Xác định khối lượng cốt thép trong sàn
Khối lượng thép : 10012 Kg
Khối lượng tôn : 19290 Kg
- Xác định khối lượng bê tông trong sàn :96,5 m3
- Xác định khối lượng tôn :19290 Kg
- So sánh về vật liệu
- So sánh trọng lượng bản thân
| Sàn BD | Sàn đặc | Sàn liên hợp | |
| Khối lượng (tấn) | 514.9 | 743,36 | 270,55 |
Dựa trên kết quả thu được từ các ví dụ tính toán ở trên, có thể xem độ võng ở 2 sàn là như nhau
| Sàn BD | Sàn đặc theo TCVN | Sàn liên hợp | |
| Độ võng dài hạn (mm) | 3,6 | 3,2 | 3.3 |
| Độ võng ngắn hạn (mm) | 4,8 | 4,0 | 4.8 |

Hình 3.14: Tiến độ thi công sàn Bubbledeck điển hình

Hình 3.15: Tiến độ thi công sàn đặc điển hình
Hình 3.13: Tiến độ thi công sàn liên hợp
- Giá thành sàn Nấm : 457.752.135 Đồng
- Giá thành sàn Bubbledeck : 393.838.278 Đồng (chưa bao gồm giá 15.136 bubbles)
Vậy giá thành sàn Bubbledeck : 469.518.278 Đồng
- Giá thành sàn liên hợp : 194.012.662 Đồng (chưa bao gồm giá các 128 tấm decking và 1024 shear stub )
+ Giá decking khổ 2m x 4m : 1.400.000/ tấm
+ Giá shear stub : 18.000 – 22.000 /1 chốt
Vậy giá thành cho sàn liên hợp : 393.692.662 Đồng
- Kết luận
Thông qua việc tính toán qua ví dụ cụ thể trong chương 3. Ta có thể thấy giá thành giữa 3 loại sàn không có sự chênh lệch nhiều, chỉ có giá thành sàn kết cấu liên hợp thấp hơn so với 2 loại sàn kia từ 60- 70 triệu đồng.Còn về khối lượng thì sàn Bubbledeck nhẹ hơn so với sàn đặc 1,4 lần; sàn kết cấu liên hợp nhẹ hơn sàn đặc 2,7 lần.Từ việc giảm trọng lượng bản thân sàn nên sẽ giúp giảm chi phí trong việc thiết kế móng công trình,nhân công.Tuy nhiên dựa vào các ưu, khuyết điểm cũng như điều kiện sản xuất và thi công thì mỗi phương pháp được ứng dụng vào từng trường hợp cụ thể.
- Kiến nghị
- Để có thể ứng dụng đại trà công nghệ sàn Bubbledeck và sàn kết cấu liên hợp, qua nghiên cứu, tác giả xin kiến nghị:
- Cần có những nghiên cứu toàn diện hơn nữa đối với các công nghệ này để khuyến khích ứng dụng thi công đại trà.
- Cần ban hành tiêu chuẩn thiết kế, thi công và nghiệm thu phù hợp với đặc điểm và điều kiện của Việt Nam.
E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\LUAN VAN DUY TAN\LUAN VAN DUY TAN\NGUYEN CHANH KHAI\SAU BAO VE



