Tweet
Báo cáo khoa học tại hội thảo "Phát triển nhà ở xã hội - góc nhìn doanh nghiệp" SÀN DÀY SƯỜN DẠNG Ô CỜ
Báo cáo khoa học tại hội thảo "Phát triển nhà ở xã hội - góc nhìn doanh nghiệp"
SÀN DÀY SƯỜN DẠNG Ô CỜ
TS. Phạm Khắc Hiên
Nguyên phó vụ trưởng vụ Quản lý hoạt động xây dựng (nay là Cục QLHĐXD) BXD
1. GIỚI THIỆU
Hiện nay có nhiều loại sàn cải tiến với tiêu chí là tạo sàn phẳng không dầm, trọng lượng nhẹ để vượt được nhịp lớn.
Báo cáo giới thiệu nguyên lý cấu tạo, phương pháp tính toán, biện pháp thi công một loại sàn cải tiến với các tiêu chí trên và có ưu điểm nổi trội hơn các loại sàn cải tiến khác. Tên loại sàn này là Sàn Dày Sườn dạng ô cờ.
2. NGUYÊN LÝ CẤU TẠO
2.1. Cấu tạo Sàn Dày sườn
Sườn thép có nhiều vai trò quan trọng trong thi công (tạo độ cứng cho các cấu kiện lắp ghép, chỗ tựa cho các bộ phận kết cấu) và trong cả sự làm việc lâu dài của sàn (tăng khả năng chịu cắt, chịu uốn và giảm độ võng). Vì vậy hầu hết các sàn cải tiến ở nước ngoài đều dùng sườn thép có dạng (H.1).
Sườn thép dạng dàn không gian dùng trong các sàn cải tiến của nước ngoài ( H.1)
Ở nước ngoài chỉ có sườn thép 1 phương : tạo độ cứng cho cấu kiện lắp ghép Emfil Slabs (H.2a), hàn với tấm tôn tạo độ cứng thay côp pha cho sàn SuperDeck Hàn Quốc (H.2b), sườn thép tạo độ cứng và đỡ lưới thép mặt trên cho sàn bóng - BubbleDeck lắp ghép (H.2c) và cho sàn Uboot beton Châu Âu (H.2d).
Sườn thép tạo độ cứng cho cấu kiện lắp ghép Emfil Slabs (H.2a)
Sườn thép hàn tấm tôn tạo độ cứng thay côp pha cho sàn SuperDeck Hàn Quốc (H.2b)
Sườn thép tạo độ cứng và đỡ lưới thép trên cho sàn bóng - BubbleDeck lắp ghép (H.2c)
Sườn thép đỡ lưới thép trên cho Sàn Uboot beton Châu Âu (H.2d)
Sàn Dày Sườn là loại sàn cải tiến duy nhất trên thế giới có hệ sườn thép cả 2 phương.
Khoảng cách các sườn thép khá gần nhau nên được gọi là Sàn Dày Sườn (SDS). Một phương là sườn thép (H.1) có tên là sườn SD (vì tác giả lấy ý tưởng từ sườn thép sàn SuperDeck của Hàn Quốc). Sườn SD có tiết diện hình chữ V ngược, gồm 1 thanh dọc đỉnh và 2 thanh dọc chân được liên kết với nhau bằng hàn với 2 thép ziczac đường kính nhỏ hơn ở 2 mặt bên, nên có cấu tạo như dàn không gian. Theo phương kia tên là sườn RL (H.3a) vì có dạng như Răng Lược, có được bằng cách bỏ thanh đỉnh của sườn SD. Các sườn thép được gia công từ thép chuốt nguội (cường độ kéo chảy trên 500 Mpa) tại nhà máy trên máy uốn và hàn thép tự động.
Sườn RL (H.3a) Hệ sườn thép SD và RL giao nhau (H.3b)
Quay ngược sườn RL, đặt vuông góc sẽ cài được vào các sườn SD, tạo thành hệ dầm sườn giao nhau (H.3b).
Đặt khối xốp vào giữa các sườn thép, thêm thép dưới sườn RL, lưới thép mặt trên và mặt dưới rồi đổ bê tông sẽ được hệ dầm bê tông cốt thép giao nhau tiết diện chữ I (H.4). Khi đó được SDS phẳng mặt, độ rỗng lớn, ít cốt thép. Sáng chế Sàn Dày Sườn đã được Cục Sở hữu trí tuệ cấp bằng độc quyền sáng chế số 10469 ngày 12/07/2012 và sau khi cải tiến được cấp tiếp bằng số 22076 ngày 23/09/2019. Sườn Răng Lược cũng được cấp bằng độc quyền kiểu dáng công nghiệp số 22005 ngày 04/03/2016.
Hệ sườn SD và RL giao nhau, xốp kẹp giữa (H.4)
Hạn chế của SDS là phải có biện pháp chống xốp bị đẩy nổi. Biện pháp chống nổi xốp của Sàn Dày Sườn là đổ bê tông lớp dưới xốp trước, rồi đặt xốp và lưới thép trên. Sau đó đổ bê tông lớp trên : đổ lên mặt xốp trước rồi mới đổ vào khe xốp (có sườn thép). Tuy nhiên khó kiểm soát việc chống xốp bị đẩy nổi khi mặt bằng sàn có diện tích lớn.
SDS có ưu điểm nổi trội so với các sàn cải tiến khác (sàn bóng, Ubot, VRO ...) là lớp bê tông dưới xốp được đầm chắc, độ rỗng lớn nhất, chi phí bê tông và cốt thép thấp nhất do có hệ sườn thép giao nhau. Sáng chế Sàn Dày Sườn đã được Bộ Xây dựng cử đi báo cáo tại hội nghị Tư vấn ngành xây dựng của ASEAN tại Cần Thơ ngày 27/5/2014.
2.2 Cấu tạo Sàn Dày Sườn dạng ô cờ
Để khắc phục hạn chế của Sàn Dày Sườn (SDS), cần phải loại bỏ xốp để không phải chống nổi xốp. Vì vậy SDS được chuyển sang tạo rỗng bằng các khoang trống như sàn ô cờ truyền thống, được gọi là Sàn Dày Sườn dạng ô cờ, có độ rỗng từ 43% đến 46%.
Sàn Dày Sườn dạng ô cờ cũng sử dụng hệ sườn thép hai phương, nhưng tạo thành các ô vuông kích thước 0,75m x 0,75m (H.5a). Các thanh ziczac của sườn thép chịu cắt, nên không cần đặt cốt đai cho các dầm sườn như sàn ô cờ truyền thống.
Mặt trên sàn đặt thép lưới φ5a150x150 để người đi lại khi thi công không dẫm lên côp pha hộp nhựa. Thép lưới cũng được gia công từ thép chuốt nguội cường độ cao như sườn thép. Lớp bê tông mặt sàn dày 6cm lớn hơn chiều dày sàn ô cờ truyền thống (5cm) để tăng khả năng chịu lực cục bộ và tăng khả năng cách âm của sàn. Mặt cắt sàn theo 2 phương thể hiện tại (H.5b) và (H.5c).
Ngoài sườn thép và lưới thép được gia công sẵn tại nhà máy, chỉ có khoảng 40% tới 60% là thép thanh gia cường tại các vị trí chịu lực lớn (thép trên vùng chân cột, thép dưới vùng nhịp của các sườn nối giữa 2 cột), thép có cường độ kéo chảy 500 Mpa.
Hệ sườn thép 2 phương của Sàn Dày Sườn dạng ô cờ (H.5a)
Mặt cắt sàn qua sườn SD (H.5b)
Mặt cắt sàn qua sườn RL (H.5c)
3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
Do có cốt thép dạng sườn thép, nên sử dụng được sơ đồ tính hệ dầm giao nhau BTCT tiết diện chữ T có đủ cốt thép dọc chịu uốn và cốt thép xiên (thay cốt đai) chịu cắt cho SDS dạng ô cờ. Sơ đồ kết cấu là hệ dầm giao nhau tiết diện chữ T, vùng chân cột chịu lực nhiều là sàn đặc (nấm chìm), các dải sườn nối giữa các cột nếu tải trọng lớn thì tăng bề rộng lên thành dầm chìm (H.6), nhưng không cần dầm cao nối giữa các cột như sàn ô cờ truyền thống. Kết quả tính toán là nội lực cho từng dầm sườn rồi chọn cốt thép theo biểu đồ mô men. Tổng lượng thép trên 1m2 sàn từ 10kg/m2 đến 21kg/m2 và chiều dày sàn từ 0,26m đến 0,36m phụ thuộc bước cột. Chi phí cốt thép giảm khoảng 50% và bê tông giảm khoảng 20% so với sàn truyền thống, ít nhất trong các loại sàn cải tiến (xem bảng tổng hợp).
Để tính cột, vách và tải trọng xuống móng, cần quy đổi Sàn Dày Sườn dạng ô cờ về sàn phẳng có độ cứng và trọng lượng tương đương, giải hệ kết cấu theo sơ đồ không gian.
Kết cấu chịu lực của Sàn Dày Sườn dạng ô cờ (H.6)
Bảng tổng hợp các thông số thiết kế Sàn Dày Sườn dạng ô cờ
| Bước cột (nấm chìm) |
Chiều dầy sàn+Dầm chìm (cm) | Độ rỗng sàn (bê tông sàn + dầm & nấm ) |
Tải trọng bên ngoài (kg/m2) | Tổng chi phí thép (kg/m2) | Sườn thép (kg/m2) |
Độ võng xét Từ biến (cm) (≤ L/250) |
| 6m x 6m (1,5x1,5m) |
26 | 45,38% (14,2+0,7)cm |
500 | 10 | 5,53 | |
| --- | --- | --- | 700 | 10,49 | - | |
| --- | --- | 900 | 10,75 | - | ||
| 8,25x8,25m (2,25x2,25) |
26 | 45,38% (14,2+0,9)cm |
500 | 12,86 | 5,53 | 1,87=L/441 |
| --- | --- | --- | 700 | 13,38 | - | 2,28=L/362 |
| --- | --- | --- | 900 | 14,90 | - | 2,71=L/304 |
| 9,75x9,75m (2,25x2,25) |
31 | 46,13% (16,7+0,8)cm | 500 | 13,91 | 5,97 | 2,43=L/401 |
| --- | 31+ D75 | (16,7+2,5)cm | 700 | 15,16 | - | 2,75 =L/354 |
| --- | 31+ D75 | --- | 900 | 16,3 | - | 3,2 = L/304 |
| 12m x 12m (3x3m) |
36 + D75 | 46,11% (19,4+2,6)cm |
500 | 16,84 | 6,42 | 3,65=L/328 |
| --- | 36 + D75 | --- | 700 | 18,31 | - | 4,35=L/275 |
| --- | 36+D2x75 | 46,11% (19,4+4,2)cm |
900 | 20,62 | - | 4,88=L/246 |
4. BIỆN PHÁP THI CÔNG
Sàn ô cờ dạng truyền thống ít được sử dụng, do thi công lắp đặt cốp pha và cốt thép phức tạp. Hiện nay trên thế giới và trong nước đã cải tiến biện pháp thi công sàn ô cờ, dùng cốp pha hộp nhựa định hình (H.8 và H.9) nên thi công thuận lợi hơn trước. Tuy nhiên còn hai vấn đề tồn tại cần giải quyết.
Đặt cốt đai :
Do các dầm sườn ô cờ trực giao có khoảng cách gần nhau nên việc đặt cốt đai cho sàn ô cờ rất phức tạp,. Vì vậy ở nước ngoài theo một phương phải làm cốt đai rời thành chuỗi cho từng ô và không ***g được vào cốt dọc (H.7). Ở Việt Nam thường bỏ cốt đai (H.9). Sàn Dày Sườn dạng ô cờ sử dụng hệ sườn thép hai phương cài vào nhau đơn giản, sườn thép có các thanh ziczac là cốt xiên chịu cắt thay cốt đai (H.13), khắc phục được việc khó đặt cốt đai ở sàn ô cờ truyền thống.
Cốp pha cho đáy dầm ô cờ :
Ở nước ngoài : cốp pha sàn ô cờ dạng hộp nhựa hở đáy (H.8b), cốp pha đáy dầm sườn dạng các dải băng trực giao, dùng các dải nhựa lắp ghép dạng mộng liên kết với nhau (H.8a), yêu cầu nhựa chất lượng cao, lắp đặt và tháo rỡ phức tạp.
Ở nước ngoài cốt đai đặt rời 1 phương (H.7)
Cốp pha đáy dầm ở nước ngoài (H.8a) Tháo cốp pha sàn ô cờ ở nước ngoài (H.8b)
Ở trong nước: không đặt cốt đai cho dầm, cốp pha đáy dầm liền với cốp pha ô cờ nên có dạng hộp nhựa hở đáy có vành dễ vỡ vành khi tháo rỡ (H.9a) và phải có dầm to qua cột (H.9b).
Đặt thép dầm của sàn ô cờ không cốt đai; Côp pha vành nhựa dễ bị gẫy (H.9a)
Sàn phải có dầm chiều cao lớn đi qua cột (H.9b)
Sàn Dày Sườn dạng ô cờ : sử dụng cốp pha đáy dầm riêng như ở nước ngoài, nên cốp pha sàn ô cờ cũng có dạng hộp nhựa hở đáy, chân đế là vành vuông tiết diện đủ lớn đàm bảo độ cứng (1cm x 3cm), đồng thời có gờ chặn nước xi măng chảy (H.10).
Cốp pha hộp nhựa hở đáy, vành đế cứng (H. 10)
Cốp pha đáy dầm được cải tiến có dạng vành thép hình vuông làm từ thép hộp (H.11) có độ bền cao. Cốp pha hộp nhựa hở đáy tựa lên cốp pha vành (H.12) vào các bản thép hàn ở mặt dưới của vành thép. Các bản thép này có gờ để giữ cho cốp pha hộp nhựa của ô cờ không bị phình vào bên trong khi đổ bê tông.
Cốp pha đáy dầm dạng vành thép hộp (H.11)
Cốp pha hộp nhựa tựa lên cốp pha vành (H.12)
Trình tự thi công Sàn Dày Sườn dạng ô cờ :
- Lắp đặt giáo chống, cốp pha phẳng như thi công sàn truyền thống.
- Đặt cốp pha vành (lên trên cốp pha phẳng - là sàn công tác) sát nhau theo ô cờ thiết kế, đặt cốp pha hộp nhựa hở đáy tựa lên các vành thép - côp pha vành (H.12).
- Đặt thép gia cường bên dưới sườn SD và đặt sườn SD (H.13a).
- Đặt thép gia cường bên dưới sườn RL và đặt sườn RL cài vào các sườn SD (H.13b).
- Đặt thép gia cường mặt trên vùng chân cột và lưới mặt trên (H.13c).
- Đổ bê tông 1 lần như ở sàn truyền thống (H.14).
- Tháo côp pha (H.15)
Đặt thép gia cường vùng nhịp và sườn SD (H.13a)
Đặt thép gia cường vùng nhịp và sườn RL cài vào SD (H.13b)
Đặt thép ở nấm chìm-chân cột và thép lưới mặt trên (H.13c)
Đổ bê tông 1 lần như sàn truyền thống (H.14)
Tháo côp pha : gõ vào vành thép rồi tháo rời (H.15a)
Tháo côp pha hộp nhựa (H.15b)
Bê tông trong lòng ô cờ mặt nhẵn, không bị rỗ (H.16)
5. KẾT LUẬN
Sàn Dày Sườn dạng ô cờ là loại sàn có độ rỗng lớn nhất, chi phí bê tông và cốt thép ít nhất so với các loại sàn rỗng cải tiến và sàn truyền thống, vì có cốt thép dạng sườn thép và lưới thép cường độ cao, sơ đồ tính là dầm BTCT giao nhau tiết diện chữ T.
Do cốp pha định hình bằng hộp nhựa cho ô cờ và bằng vành thép hộp cho đáy dầm được gia công chính xác, cốt thép chủ yếu là sườn thép và lưới thép tiền chế, nên lắp đặt cốp pha và cốt thép đơn giản thuận tiện. Ưu điểm nổi bật của sàn loại này là không phải chống đẩy nổi khối tạo rỗng, nên đổ bê tông 1 lần bình thường như sàn truyền thống.
Sàn Dày Sườn dạng ô cờ có hiệu quả rõ rệt cho các công trình nhịp lớn, nhà cao tầng, cho phép không gian bố trí linh hoạt, tăng chiều cao sử dụng của tầng. Hiện nay việc xây dựng nhà ở xã hội khó triển khai rộng rãi, vì phải giảm giá thành xây dựng để phù hợp với khả năng chi trả của người mua. Nay kết cấu Sàn Dày Sườn dạng ô cờ đã giải quyết được vấn đề này, thi công đơn giản và giảm đáng kể chi phí xây dựng, nếu được áp dụng sẽ góp phần tháo gỡ khó khăn trong việc phát triển nhà ở xã hội.
Sàn Dày Sườn dạng ô cờ đã được áp dụng cho công trình 20 tầng HAPY SKY tại 31 Lê Quý Đôn thành phố Nha Trang và được đài truyền hình đưa lên VTV1, H1, VOV theo đường dẫn https://youtu.be/sJFAc-KdCVs ; được mời báo cáo tại "Hội nghị khoa học quốc tế kỷ niệm 55 ngày thành lập Viện Khoa học công nghệ xây dựng Bộ Xây dựng" ngày 08-11-2018; được Cục Sở hữu trí tuệ Bộ KHCN cấp BẰNG ĐỘC QUYỀN SÁNG CHẾ số 24885 ngày 01/07/2020.
Bộ Xây dựng đã cử tác giả đại diện phía Việt Nam báo cáo công nghệ Sàn Dày Sườn
tại hội nghị tư vấn ngành xây dựng của ASEAN tổ chức ngày 27/5/2014 tại Cần Thơ.
Tác giả đã được mời báo cáo sáng chế tại hội nghị khoa học quốc tế tổ chức tại Viện Khoa học công nghệ xây dựng Bộ Xây dựng, nhân dịp kỷ niệm 55 năm thành lập Viện.
Về việc vận chuyển trong thi công :
1. Vận chuyển côp pha định hình :
Côp pha đáy dầm dạng vành thép hộp ( dộ bền rất cao - vận chuyển gọn)
Côp pha hộp nhựa hở đáy : xếp chồng lên nhau - Độ bền cao (dùng hàng chục lần)
(hộp cao 25cm cho sàn dày 31cm phủ nhịp 10m - chồng 10 cái cao 80cm)
2. Vận chuyển 2 loại sườn thép :
Sườn thép xếp chồng nhau
3. Vận chuyển lưới thép :
Lưới thép xếp chồng nhau
Báo cáo Hội nghị NOXH - bổ sung.pdf