Kết cấu Sàn Rỗng | Kỹ năng thiết kế xây dựng

Từ Sàn bóng (bubble deck), sàn VRO, sàn Ubot beton, sàn panel ứng suất trước, đến sàn Tbox, sàn ô cờ…. không còn xa lạ trên thị trường và nhan nhản kết quả search Google. Chúng đều là các kiểu sàn rỗng khác nhau. Khi nào dùng sàn rỗng có lợi về kinh tế? Cần lưu ý gì khi sử dụng cho thiết kế xây dựng?

===============================

1. Nguyên lý chung

Sàn nhà thông thường cần dầm như là cái dát giường để tăng cứng cho tấm sàn (hình a)

Vì một số lý do như không đủ chiều cao tầng, thẩm mỹ, ván khuôn đơn giản (phẳng đáy), …người kỹ sư thiết kế nghĩ đến chuyện bỏ dầm đi, gọi là sàn không dầm hay sàn nấm. Khi đó để đảm bảo độ cứng, sàn phải dày hơn, dẫn đến tốn bê tông hơn, nặng hơn sàn dầm.

Nếu chỉ còn tấm sàn phẳng đét, nguy cơ bị chọc thủng bởi cột là rất cao.

🔍Chọc thủng:

là một dạng phá hoại cắt của bê tông, xảy ra khi trên bề mặt bản có lực nén đặt trên một diện tích nhỏ, như phản lực cột lên sàn phẳng. Dạng phá hoại là hình tháp không gian mặt nghiêng 45 độ từ cột mở lên mặt trên sàn, chọc thủng sàn (xem ảnh dưới)

Để đảm bảo chống chọc thủng, chiều dày sàn trên cột phải đủ lớn. Nếu chỉ có tấm phẳng với chiều dày không đổi sẽ rất lãng phí cho các vùng sàn khác (giữa nhịp), về vật liệu bê tông cốt thép và nặng lên nền móng.

Do đó trừ trường hợp chiều cao quá hạn chế, kết cấu hợp lý về tư vấn thiết kế, không phải là tấm sàn phẳng đét mà chỉ nên tăng cục bộ chiều dày sàn quanh cột, gọi là mũ cột (hình b)

🔲Vì sàn không dầm luôn nặng hơn sàn dầm khi cùng vượt nhịp và chịu cùng tải trọng, gây tốn kém vật liệu và nền móng. Đó là cái giá phải trả để giảm chiều cao. Do đó, người ta mới nghĩ ra các cách để giảm trọng lượng sàn:

- Giảm chiều dày: dùng dự ứng lực, hoặc

- Giảm bê tông: tạo rỗng, giảm trọng lượng bản thân sàn.

🔲Nguyên lý tạo rỗng:

- Sàn là kết cấu chịu uốn dưới tác dụng của trọng lượng bản thân và tải trọng sử dụng.

Như trong hình minh hoạ trên, khi bị uốn, thớ (mặt) trên cùng của sàn bị nén lại, thớ dưới cùng chịu kéo. Đường trục chính giữa chiều dày sàn gọi là trục trung hoà. Bên phải là biểu đồ thể hiện sự thay đổi ứng suất lên mặt cắt ngang (tiết diện) dọc theo phương chiều dày sàn. Ứng suất luôn đạt giá trị lớn nhất ở thớ trên và dưới cùng, nghĩa là xa trục trung hoà nhất. Càng về gần trục trung hoà ứng suất càng giảm dần về 0.

Do đó sẽ hợp lý hơn nếu tập trung phần lớn khối lượng bê tông về 2 đầu càng xa trục trung hoà càng tốt, nghĩa là có thể làm rỗng ở giữa (vùng chịu lực ít) để tiết kiệm vật liệu mà vẫn đảm bảo hiệu quả chịu uốn tương đương.

- Đó là xét chịu uốn thuần tuý, khi chịu tải trọng sàn còn chịu cắt. Vùng chịu cắt cao như ở đầu cột (chịu chọc thủng) thì lại trả về sàn đặc để chịu ứng suất cắt trên cả chiều dày.

 

2. Cách tính toán thiết kế

Việc tính toán sàn phẳng thông thường sử dụng phần mềm máy tính là cách làm phổ biến và đơn giản trong thiết kế xây dựng. Do đó nên nghĩ các quy sàn rỗng về sàn phẳng đặc tương đương để tính toán. Việc quy đổi tiến hành như sau:

Thay sàn rỗng bằng sàn đặc tương đương có cùng độ dày, nhưng giảm độ cứng và trọng lượng cho bằng giá trị của sàn rỗng.

- Độ cứng:

Xét 1 dải sàn điển hình giới hạn giữa 2 trục của lỗ rỗng (tạo bởi hộp, bóng…) liền nhau. Tiết diện là hình chữ i như trong hình. Tính độ cứng Ji của nó.

So sánh với độ cứng Jd của sàn đặc tương đương (tiết diện chữ nhật cùng chiều rộng).

Vậy hệ số giảm độ cứng cho sàn đặc tương đương là K=Ji/Jd

- Trọng lượng:

dựa trên thể tích lỗ rỗng thực tế Vr trên 1 đơn vị diện tích sàn. So sánh với thể tích sàn đặc Vd; hệ số giảm trọng lượng của sàn đặc tương đương là 1-Vr/V

- Lưu ý các vùng chịu tải trọng cục bộ lớn ngồi trên phần rỗng với cánh mỏng: Tường, máy móc trên sàn

- Nếu dùng sàn bóng, việc quy đổi khó khăn dẫn tới kém chính xác hơn do tiết diện tương đương không có dạng chữ I đơn giản (không vuông thành sắc cạnh) như mình hoạ trong ảnh dưới

 

3. Lưu ý khi thi công

Công tác thi công sàn rỗng toàn khối có chút phức tạp, cần kỹ thuật giám sát cẩn thận với các lưu ý như sau:

- Nên làm toàn khối, do dễ tạo hình đặc biệt với các mặt bằng phức tạp

- Chỗ giật cốt sàn (vệ sinh, loggia…), dùng loại bóng (hộp) khác để chiều dày sàn mỏng hơn và vẫn phẳng đáy

- Việc quan trọng nhất là đảm bảo kích thước, vị trí lỗ rỗng trong sàn theo đúng thiết kế khi đổ bê tông. Cần định vị bóng/hộp…, chống đẩy nổi, và

- Nếu tạo rỗng bằng hộp, nên dùng loại hộp kín đáy, chỉ phải đổ bê tông 1 lần. Các hộp tạo rỗng như Ubot, xốp VRO không đáy coi chừng vữa dâng vào bên trong hộp, làm giảm kích thước lỗ rỗng và tăng trọng lượng sàn. Hoặc phải đổ 2 lần, làm chậm tiến độ thi công: lần 1 đổ bê tông đến cao độ đáy hộp, phải chờ bê tông đông cứng bịt kín đáy hộp rồi mới đổ lượt tiếp theo đến đỉnh sàn.

- Sau khi thi công, tiến hành thử tải cho 1 số ô sàn nguy hiểm nhất theo tải trọng thiết kế, kiểm tra các chỉ tiêu chịu lực, võng, nứt, ... để đảm bảo sàn làm việc theo đúng dự báo của thiết kế kết cấu.

- Cốt thép đặt tương đối phức tạp về đường kính và khoảng cách, đảm bảo yêu cầu tối ưu về kinh tế và theo cấu tạo của vật liệu tạo rỗng (hộp, bóng…).

 

4. Công trình thực tế

Công trình chúng tôi tư vấn thiết kế năm 2019, Nhà máy sản xuất thiết bị đầu cuối thông minh, là giai đoạn 2 của tổ hợp VSmart sản xuất thiết bị điện tử tại Khu Công nghệ cao Hoà Lạc, Hà Nội. 

Quy mô hơn 200.000m2 tổng diện tích sàn, 3 tầng cao.

Do giới hạn chỉ tiêu chiều cao tầng theo quy hoạch, phương án sàn phẳng bê tông cốt thép toàn khối được lựa chọn, sử dụng xốp hộp VRO tạo rỗng.

Tải trọng sử dụng tương đối lớn, do dây chuyền sản xuất yêu cầu, 1,5 tấn/m2. Sàn vượt nhịp 9x12,5m (khoảng cách từ cột đến cột).

Sàn rỗng dày 530mm sử dụng xốp VRO dày 350mm, mũ cột sàn đặc dày 750mm và 900mm. Kích thước sàn 160x260m, chia khe co giãn theo 2 phương với khoảng cách tối đa 63m.

🔲So sánh kinh tế với phương án sàn dầm thông thường:

-       Chiều cao tầng giảm được 0,6m;

-        Về tiến độ: Sàn phẳng thi công nhanh hơn sàn dầm, đặc biệt giảm công tác cốp pha cho dầm

-        Về chi phí: Chi phí trên 1m2 của phương án sàn phẳng VRO tương đương phương án sàn dầm. Xét trên chi phí tổng thể, tính cho toàn bộ nhà xưởng thì rẻ hơn (do giảm chi phí cột, bao che mặt đứng).

🔲 Công tác thử tải:

Tiến hành ngay sau khi tháo ván khuôn sàn, trên phạm vi 3x3 ô sàn nhịp 9x12,5m. Chất tải theo đúng tổng tải trọng thiết kế bằng các pallet gạch tổng trọng lượng là 20 kN/1 pallet.

Nội dung khảo sát được xác định trên cơ sở mục tiêu của thí nghiệm, cụ thể là :

- Đo độ võng của sàn khi chịu tải trọng thí nghiệm. Căn cứ vào đó, tiến hành so sánh với giá trị giới hạn chuyển vị cho phép theo quy định của tiêu chuẩn xây dựng hiện hành và giá trị độ võng theo tính toán của thiết kế. Trị số độ võng bình quân đo được tại các tiết diện đặc trưng không được lớn hơn của trị số tư vấn thiết kế đã tính toán.

- Các vết nứt xuất hiện trước và trong quá trình thử tải sẽ được quan trắc trong quá trình thử, các thông số của vết nứt bao gồm vị trí xuất hiện, chiều dài và bề rộng sẽ được theo dõi và ghi nhận lại trong quá trình thí nghiệm.

- Trong quá trình chất tải ở các cấp, thực hiện quan sát trên các bộ phận của sàn và các kết cấu liên quan với những biểu hiện về tình trạng biến dạng cục bộ khác nếu xảy ra.

Kết quả thử tải phù hợp với tính toán và đảm bảo theo yêu cầu thiết kế. Độ võng tại chính giữa ô sàn là 6.10 mm nhỏ hơn độ võng giới hạn là 6.89 mm; vết nứt xuất hiện chiều rộng không quá 0,2mm.

Chất tải thí nghiệm kết cấu sàn trên hiện trường

===============================

🍺Kết luận:

- Kết cấu Sàn rỗng tỏ ra Ưu thế về chi phí💸, phát huy tốt nhiều ưu điểm của nó, đặc biệt khi bị khống chế chiều cao tầng.

- Công tác thiết kế xây dựng, tính toán kết cấu sàn cũng đơn giản, dễ giải trình.

- Để khẳng định tính cạnh tranh của Sàn rỗng khi áp dụng vào từng Dự án, tư vấn thiết kế cần lập và so sánh với các phương án kết cấu sàn khác để Khách hàng có cơ sở quyết định lựa chọn.