XD08A4 BUBBLEDECK KẾT HỢP DỰ ỨNG LỰC SINH VIÊN: PHAN MINH TOÀN SVTH: PHAN MINH TOÀN – MSSV: 0851031332 TRANG : 1 MỤC LỤC CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SÀN BUBBLEDECK KẾT HỢP DỰ ỨNG LỰC 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ - Việt Nam hiện nay là nước đang phát triển nên nhu cầu xây mới cơ sở vật chất, hạ tầng ngày càng tăng đặc biệt là tại các thành phố lớn. Yêu cầu đặt ra cho các công trình hiện nay không chỉ dừng lại ở số lượng, chất lượng mà còn cả về nét riêng, nét độc đáo về mặt kiến trúc tạo nên bộ mặt riêng cho công trình. Những yêu cầu của kiến trúc ngày càng cao, cũng như xu hướng xây dựng các công trình vượt nhịp lớn nhằm tạo ra những không gian rộng lớn phục vụ cho nhu cầu triển lãm, thương mại-dịch vụ… SVTH: PHAN MINH TOÀN – MSSV: 0851031332 TRANG : 2 - Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh và các thành phố khác trong những năm qua đã có những bước đột phá trong việc xây dựng các khu chung cư cao tầng và nhà làm việc. Trong công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, sàn nhà là bộ phận chiếm tỷ lệ lớn, chịu lực phức tạp và có cấu tạo rất đa dạng. Khi công trình ít tầng thì giá thành chi phí cho sàn chiếm một tỷ lệ lớn. Đối với nhà nhiều tầng, do công trình chịu lực ngang cũng như tải trọng bản thân kết cấu lớn lên chi phí cho các bộ phận chịu lực ngang cũng như tải trọng bản thân kết cấu lớn lên chi phí cho các bộ phận chịu lực ngang cũng như tải trọng bản thân kết cấu lớn nên chi phí cho các bộ phận chịu lực ngang cũng như cột, tường sẽ tăng song chi phí cho sàn vẫn chiếm tỷ lệ cao. Sở dĩ như vậy là do sàn có tác động trực tiếp đến các bộ phận chịu lực khác như cột, dầm, tường. Sàn cũng có ảnh hưởng đến chiều cao tầng, đến khối lượng trát, ốp lát. Theo con số thống kê của công ty VSL thì với công trình cao khoảng 40 tầng, trọng lượng sàn chiếm đến 50% trọng lượng toàn công trình. Do vậy, việc nghiên cứu để giảm nhẹ trọng lượng sàn để có thể giúp công trình vượt được nhịp lớn có ý nghĩa rất quan trọng. - Do đó vấn đề đặt ra cho ngành xây dựng (ngành trực tiếp tạo ra sản phẩm xây dựng) và các ngành liên quan phải không ngừng phát triển cải tiến kỹ thuật để tạo nên những công nghệ mới phục vụ xây dựng công trình. Ngoài các công nghệ hiện tại như sàn BubbleDeck và sàn Dự ứng lực để vượt những nhịp lớn ngành xây dựng phải tìm ra giải pháp kết cấu mới để tăng nhịp công trình hiệu quả hơn đồng thời giảm chi phí xây dựng do các công nghệ hiện tại không đáp ứng hoặc tỏ ra không kinh tế khi áp dụng, hoặc nếu áp dụng được thì không đảm bảo yêu cầu về mặt kiến trúc (do yêu cầu giấu dầm để đạt được sự tiện lợi trong bố trí kiến trúc). Đây cũng chính là lý do sinh viên tìm hiểu về đề tài này. Trong khuôn khổ thời gian thực hiện và kiến thức của sinh viên có hạn chắc chắn không tránh khỏi sai sót cũng như những vấn đề chưa giải quyết được, sinh viên sẽ tìm hiểu sau. 1.2. PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ - Yêu cầu đòi hỏi kết cấu sàn vượt nhịp lớn do đó sinh viên tập trung vào 2 yếu tố chính cần quan tâm để giải quyết yêu cầu đó. + Thứ nhất để vượt được nhịp lớn thì tải trọng bản thân phải nhỏ. + Thứ hai là với những cấu kiện nhịp lớn thì yêu cầu về độ võng phải đảm bảo. - Khi giải quyết được 2 điểm này thì đồng nghĩa với việc vấn đề vượt nhịp được giải quyết để đưa ra được kết cấu theo yêu cầu đặt ra. - Dựa vào điều kiện công nghệ xây dựng hiện tại sinh viên thấy được rằng công nghệ về BubbleDeck có những đặc tính, ưu điểm thỏa mãn được yếu tố thứ nhất là trọng lượng bản thân nhỏ. Cùng với công nghệ dự ứng lực sẽ thỏa mãn yêu cầu yếu tố thứ 2. Do đó sinh viên kết hợp 2 công nghệ trên với nhau để giải quyết yêu cầu vượt nhịp của công trình mà với từng công SVTH: PHAN MINH TOÀN – MSSV: 0851031332 TRANG : 3 nghệ riêng rẻ sẽ không đáp ứng tốt. Ở đây sinh viên không phủ nhận vai trò và những thành tựu mà 2 công nghệ nói trên đạt được mà chỉ là kết hợp chúng lại với nhau để đạt hiệu quả cao hơn. - Để hiểu rõ và chi tiết hơn về ưu nhược điểm của 2 công nghệ Dự ứng lực và BubbleDeck để làm rõ cho những lập luận phía trên xem tài liệu đính kèm. ( Phụ Lục 1: Công nghệ BubbleDeck) ( Phụ Lục 2: Công nghệ Dự ứng lực) - Ở đây sinh viên chỉ nêu ra những nét cơ bản về 2 công nghệ trên và đưa ra những phân tích mang tính tổng quát liên hệ trực tiếp tới đề tài mà không nhắc tới những ưu điểm chi tiết của từng công nghệ. + Sàn BubbleDeck là loại sàn rỗng với khoảng giữa được đặt các quả bóng nhựa tái chế nhằm thay thế cho phần bê tông không hoặc ít chịu lực ở chính giữa, từ đó giảm được trọng lượng bản thân sàn nên có thể vượt được nhịp lớn nhưng gặp vấn đề phát sinh về vết nứt do độ võng lớn đồng thời do là sàn rỗng nên khả năng chịu và truyền tải trọng ngang nhỏ. + Dự ứng lực là truyền những lực trước vào kết cấu để cân bằng 1 phần hoặc toàn bộ trọng lượng bản thân nên cũng vượt được những nhịp lớn nhưng do là sàn đặc và dày nếu là sàn phẳng không dầm và không mũ cột kéo theo trọng lượng bản thân lại lớn. Điều này hoàn toàn không mâu thuẫn với lập luận dự ứng lực đã cân bằng trọng lượng bản thân thì trọng lượng bản thân lớn không có ý nghĩa. Do khi trọng lượng bản thân sàn lớn để cân bằng được hết tải trọng này thì cần cung cấp lực truyền lớn, mà chiều dày bêtông có hạn ứng suất trong bêtông sẽ không thỏa mãn ứng suất cho phép.  Từ những điều này sinh viên đưa ra giải pháp sàn BubbleDeck kết hợp với dự ứng lực. 1.3. PHÂN TÍCH VỀ SÀN BUBBLEDECK KẾT HỢP DỰ ỨNG LỰC 1.3.1 Tại sao khi thêm cáp vào sàn BubbleDeck thì lại vượt được nhịp lớn. Bản chất của cáp chính là lực, ứng suất trước là truyền vào kết cấu một lực trước khi nó làm việc, lực này có chiều ngược với chiều tác dụng của ngoại lực. Khi tác dụng lực vào kết cấu nó sẽ cân bằng 1 phần tải trọng, kết cấu sẽ chuyển vị ngược với chuyển vị do ngoại lực. Từ đó giảm độ võng mà trong kết cấu nhịp lớn độ võng đóng vai trò quan trọng để kết cấu sử dụng bình thường. Ví dụ: Tấm sàn ABCD (như hình vẽ) được đỡ trên 4 gối tựa là 4 cột xung quanh. Khi chịu tải trọng tác dụng lên tấm sàn, các dầm xung quanh và tấm sàn sẽ bị võng, độ võng lớn nhất sẽ ở giữa sàn. Nhưng khi thêm cáp vào dầm thì kết cấu dầm sẽ được lực từ cáp (giống như 1 bàn tay vô hình) nâng đỡ. Từ đó sẽ làm giảm độ võng của sàn là điều chắc chắn. Với những “bàn tay” vô hình này kết hợp với trọng lượng nhẹ của sàn BubbleDeck sẽ giảm được độ võng đáng kể cho công trình từ đó nhịp của kết cấu sẽ tăng lên. SVTH: PHAN MINH TOÀN – MSSV: 0851031332 TRANG : 4 Hình 1: sàn ABCD 1.3.2 Tại sao sàn BubbleDeck kết hợp dự ứng lực lại chịu tải trọng ngang tốt hơn sàn BubbleDeck thông thường. Do phần sàn đặc được tăng cường cáp dự ứng lực nên độ cứng phần sàn đặc (đã loại bỏ các bóng nhựa) được tăng lên đáng kể, đồng thời phần sàn này được cấu tạo như dầm nên khả năng chịu và truyền tải trọng ngang cũng tăng lên (mặc dù chiều dày sàn là như nhau). Ở đây tác dụng của cáp là tăng độ cứng do đó mặc dù là sàn phẳng có chiều dày bằng nhau nhưng sự làm việc của kết cấu sàn như có dầm xung quanh. Ví dụ: Tấm sàn ABCD có kích thước 2 chiều tương đương nhau nhưng do chỉ có dầm theo phương y là AB và CD nên bản chất làm việc không phải sàn 2 phương mà là 1 phương (Phương X). Cáp ở đây đóng vai trò tương tự. Hình 1: Tấm sàn ABCD SVTH: PHAN MINH TOÀN – MSSV: 0851031332 TRANG : 5 1.4. NỘI DUNG GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 1.4.1 Giới thiệu về 2 công nghệ. 1.4.1.1 Sàn BubbleDeck: ( xem chi tiết - Phụ Lục 1) - BubbleDeck là một công nghệ sàn mang tính cách mạng trong xây dựng khi sử dụng các quả bóng bằng nhựa tái chế để thay thế 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%. Bản sàn BubbleDeck phẳng, không dầm, liên kết trực tiếp với hệ cột, vách, lõi chịu lực có nhiều ưu điểm về kỹ thuật và kinh tế: - Tạo tính linh hoạt cao trong thiết kế, có khả năng thích nghi với nhiều loại mặt bằng. - Giảm trọng lượng bản thân kết cấu- tới 35%, từ đó giảm kích thước hệ kết cấu móng. - Tăng khoảng cách lưới cột, giảm hệ tường, vách chịu lực. - Giảm thời gian thi công và các chi phí dịch vụ kèm theo. - Tiết kiệm khối lượng bê tông – 2.3 kg nhựa tái chế thay thế 230 kg bê tông/m3 (BD280). - Rất thân thiện với môi trường khi giảm lượng phát thải năng lượng và cácbon. Hình 1: Sàn BubbleDeck - BubbleDeck đã rất thành công tại Châu Âu từ những năm đầu thành lập. Trong bảy năm qua, tại Đan Mạch và Hà Lan, hơn một triệu m 2 sàn sử dụng công nghệ BubbleDeck đã được thi công, ứng dụng cho tất cả các toà nhà văn phòng, bệnh viện, trường học, nhà ở, nhà để xe và các công trình công cộng khác. 1.4.1.2 Dự ứng lực: ( xem chi tiết - Phụ Lục 2) - Xét một dầm đơn giản kê lên gối tựa 2 đầu khớp, ta đặt vào một lực nén trước N (Hình 5.1a) và tải trọng sử dụng P (Hình 5.1b). Dưới tác dụng cuả tải trọng P, ở vùng dưới của dầm xuất hiện ứng suất kéo. Nhưng do ảnh hưởng của lực nén N, trong vùng dưới đó lại suất hiện ứng suất nén. Ứng suất nén trước này sẽ triệt tiêu hoặc làm giảm ứng xuất kéo do tải trọng sử dụng P gây ra. Để cho dầm không bị nứt, ứng suất tổng cộng trong vùng dưới không được vượt quá cường độ chịu kéo Rk của bêtông. Để tạo ra lực nén trước người ta căng cốt thép rồi gắn chặt nó vào bê tông thông qua lực dính hoặc neo. Nhờ tính chất đàn hồi, cốt thép có xu hướng co lại và sẽ tạo nên lực nén trước N. SVTH: PHAN MINH TOÀN – MSSV: 0851031332 TRANG : 6 Hình 1: Sự làm việc của dầm bê tông ƯLT - Vậy bê tông ứng lực trước (BT ULT) là bê tông, trong đó thông qua lực nén trước để tạo ra và phân bố một lượng ứng suất bên trong phù hợp nhằm cân bằng với một lượng mong muốn ứng suất do tải trọng ngoài gây ra. Với các cấu kiện BT ULT, ứng suất thường được tạo ra bằng cách kéo thép cường độ cao. 1.4.2 Quy trình tính toán thiết kế sàn BubbleDeck kết hợp dự ứng lực. - Sinh viên dựa vào các tài liệu hướng dẫn thiết kế sàn BubbleDeck, dự ứng lực và các tham khảo các tiêu chuẩn thiết kế của các nước Anh, Úc, Đức, Châu Âu, ACI…sinh viên đưa ra quy trình tính toán thiết kế cho sàn BubbleDeck kết hợp dự ứng lực như sau: + Xem xét tổng quan về kết cấu cần thiết kế ( ở đây là kết cấu sàn ): xem xét tất cả các yếu tố có thể ảnh hưởng tới kết cấu như kiến trúc, MEP,… + Tổng hợp các thông số và số liệu thiết kế: kích thước, vật liệu, tải trọng… + Dựa vào kích thước kết cấu, tải trọng,… sơ bộ chọn chiều dày sàn. + Chọn bề rộng sàn đặc ( xem như dầm ). + Chia dãy kết cấu sàn thành dãy trên cột và giữa nhịp. + Sơ bộ cáp đặt trong dầm: Dựa vào phần trăm (%) cân bằng với trọng lượng bản thân; bố trí vị trí cáp trên mặt bằng. - Mô hình kết cấu vào phần mềm: o Bước đầu mô hình hình dạng, kích thước kết cấu, tải trọng và giải nội lực với tải trọng bản thân kết cấu ( chưa kể tới ảnh hưởng của cáp ). + Dựa vào biểu đồ nội lực kết cấu do trọng lượng bản thân đưa ra biểu đồ cáp hợp lý nhất. ( Do biểu đồ cáp đặt theo biểu đồ nội lực ). + Giải lại mô hình ( có kể tới ảnh hưởng của cáp ). + Lọc lại nội lực và chọn nội lực tính toán chi tiết. + Tính toán chi tiết: o Sàn BubbleDeck: ( Phụ lục 3 ). o Dự ứng lực: ( Phụ lục 4 ). o Nếu thỏa thì tiếp tục bước tiếp theo, không thỏa quay lại chọn lại kích thước kết cấu, thông số tính toán và tính toán lại + Cấu tạo chi tiết theo kết quả tính toán → Thể hiện thành bản vẽ. + Kiểm tra lại các kết quả tính toán và cấu tạo, chỉnh sửa nếu cần. + Hoàn thành thiết kế. SVTH: PHAN MINH TOÀN – MSSV: 0851031332 TRANG : 7 SƠ ĐỒ KHỐI QUY TRÌNH TÍNH TOÁN THIẾT KẾ SÀN BUBBLEDECK KẾT HỢP DỰ ỨNG LỰC SVTH: PHAN MINH TOÀN – MSSV: 0851031332 TRANG : 8 SVTH: PHAN MINH TOÀN – MSSV: 0851031332 TRANG : 9 1.4.3 Áp dụng tính toán cho sàn tầng điển hình (tầng 2). 1.4.3.1 Thiết kế sàn tầng 2 : - Thiết kế sàn tầng 2 với kích thước 50m x 27m = 1350 (m 2 ) - Với thông tầng ở giữa diện tích 5,9m x 9m = 53,1 (m 2 ) Hình 1: Mặt bằng công trình 1.4.3.2 Chọn chiều dày sàn: Thiên về an toàn chọn chiều dày sàn theo yêu cầu của sàn BubbleDeck. Loại Độ dày mm Bóng mm Nhịp m Trọng lượng kg/m 2 Bê tông ở công trường m 3 /m 2 BD230 230 ∅ 180 7 - 10 370 0.10 BD280 280 ∅ 225 8 - 12 460 0.14 BD340 340 ∅ 270 9 - 14 550 0.18 BD390 390 ∅ 315 10 -16 640 0.20 BD450 450 ∅ 360 11 -18 730 0.25 SVTH: PHAN MINH TOÀN – MSSV: 0851031332TRANG : 10 [...]... lượng bản thân sàn SVTH: PHAN MINH TOÀN – MSSV: 0851031332TRANG : 22 + + + + + PT-TRANFER : tải trọng do ứng lực trước gây ra sau khi đã trừ tổn hao ngắn hạn DL : tĩnh tải tiêu chuẩn tác dụng lên sàn PT-FINAL : tải trọng do ứng lực trước gây ra sau khi đã trừ tổng tổn hao ứng suất LL : hoạt tải tiêu chuẩn tác dụng lên sàn HPT : thành phần thứ cấp của ứng lực trước TỔ HỢP TIÊU CHUẨN GĐ-TRUYEN SW+PT-TRANFER... thành phần thứ cấp Tổ hợp 1: 1,4*DL + 1,0*HPT Hình 1 Biểu đồ momen dải trên cột (tổ hợp 1) Tổ hợp 2: 1,2*DL + 1,6*LL + 1,0*HPT Hình 1 Biểu đồ momen dải trên cột (tổ hợp 2) Nhận xét: - Qua 2 biểu đồ momen sinh viên thấy với tổ hợp 2 thì momen lớn hơn lớn hơn đối với trường hợp 1 vì vậy sinh viên chọn - Tổ hợp 1: 1,4*DL + 1,0*HPT để kiểm khả năng chịu lực Với Mu = 683,39 kN.m SVTH: PHAN MINH TOÀN – MSSV:... Y ta có thể sơ bộ xác định được biểu đồ cáp trong sàn ( do đặt cáp theo biểu đồ momen) - Hàm lượng cốt thép thường trong kết cấu sàn ứng lực trước được bố trí nhằm đảm bảo khả năng chống nứt, đủ kẹp bóng và khả năng chịu lực của kết cấu Do thép ứng lực được căng sau và SVTH: PHAN MINH TOÀN – MSSV: 0851031332TRANG : 15 căng trong ống gen (công nghệ không bám dính) nên cốt thép thường trong bản chọn với... hoặc vồng lên theo biểu đồ momen Trong trường hợp này sinh viên chọn quỹ đạo cáp gần lõi bố trí có độ vồng để có lợi cho khả năng chịu lực của kết cấu d) Tổ hợp nội lực - Tham khảo mục 9.2 tiêu chuẩn ACI 318-08 thì khi phân tích sự làm việc của sàn ƯLT thì tuỳ theo từng giai đoạn làm việc của sàn ứng lực trước mà chúng ta tính toán kiểm tra với các “ tổ hợp tải trọng sau” + Tính toán giai đoạn truyền... 10m nên sinh viên chọn sàn BD280 1.4.3.3 Các thông số về vật liệu và BubbleDeck - Sàn bê tông BubbleDeck đã được cấp Chứng nhận kỹ thuật Hà Lan CUR 86, có giá trị tương đương với Chứng nhận của Tiêu chuẩn Xây dựng Công nghệ sàn bê tông BubbleDeck đã được công nhận tại nhiều quốc gia có nền xây dựng phát triển - Về cơ bản, sàn bê tông BubbleDeck được tính toán tương tự như sàn Bê tông thông thường Sự... 0,6V(sàn đặc) - Dựa trên những đặc tính kỹ thuật và cấu tạo của sàn bê tông BubbleDeck, đồng thời có sự tư vấn của công ty BubbleDeck Việt Nam  Sàn BubbleDeck - Cường độ tính toán của sàn BubbleDeck khi nén dọc trục: RbubbleDeck = 0,6×24 = 14,4 MPa - Cường độ tính toán của bê tông khi kéo dọc trục: Rbt = 1,2 MPa - Môđun đàn hồi: Eb = 3,25×104 MPa - Môđun đàn hồi của bê tông sàn BubbleDeck: EbubbleDeck... dãy nội lực max và chọn kiểm tra ứng suất a) Giai đoạn ngay sau khi truyền Kiểm tra với tổ hợp GD-TRUYEN = ( SW+PT-TRANFER)  Kiểm tra ứng suất cho dải trên cột (sàn đặc dày 280mm)(dãy trên cột trục B trong mô hình) Hình 1: Momen dãy trên cột Max f± =- P M ± ≤ f ±  A S   Trong đó: + Ứng suất nén cho phép: SVTH: PHAN MINH TOÀN – MSSV: 0851031332TRANG : 25 0,6 ' f ci = 0,6.19,2= 11,52 MPa + Ứng suất... Đặc trưng của sàn BubbleDeck là có những quả bóng với kích thước quy định với chiều dày mỗi sàn Thép sàn được hàn lại thành lưới với nhiệm vụ thứ nhất là chịu lực và thứ 2 là kẹp bóng - Công nghệ sàn bê tông BubbleDeck là công nghệ bán lắp ghép nhưng trong chuyên đề sinh viên sử dụng loại lắp ghép và đổ be6tong tại công trường nên làm việc như sàn toàn khối, với ưu điểm nhẹ nên khi kết hợp làm việc với... nhịp biên f = 65+65/2 = 97,5 mm b) Ứng suất căng - Ứng suất ban đầu căng ban đầu - fpi = 0,8fpu = 0,8.1860 = 1488 MPa c) Tổn hao ứng suất - Tổn hao ngay sau khi căng: - Hao ứng suất do ma sát thông số nhà sản xuất 2,5%/10m dài; SVTH: PHAN MINH TOÀN – MSSV: 0851031332TRANG : 16 - Biến dạng neo 6mm - Tổn hao trong quá trình sử dụng: - Do từ biến, co ngót của bê tông, trùng ứng suất có thể lấy sơ bộ khoảng... 3.0,28 = 0,84 m2 Kiểm tra ứng suất nén fc = 3840 242,8 + = 10,76 MPa > 10,8MPa 0,84 0,0392 (thỏa) Kiểm tra ứng suất kéo ft = 3840 242,8 − = −1,62 MPa < 2, 45 MPa 0,84 0,0392 (Thỏa) SVTH: PHAN MINH TOÀN – MSSV: 0851031332TRANG : 28  Kiểm tra ứng suất cho dải giữa nhịp (sàn BubbleDeck dày 280mm) Hình 1: Momen dãy MSA6 (MDL*+ MPT*)max = 170 kNm Hình 1: Thông số cấu tạo sàn BubbleDeck µ ms = M u 1,96D . XD08A4 BUBBLEDECK KẾT HỢP DỰ ỨNG LỰC SINH VIÊN: PHAN MINH TOÀN SVTH: PHAN MINH TOÀN – MSSV: 0851031332 TRANG : 1 MỤC LỤC CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SÀN BUBBLEDECK KẾT HỢP DỰ ỨNG LỰC 1.1 ứng suất trong bêtông sẽ không thỏa mãn ứng suất cho phép.  Từ những điều này sinh viên đưa ra giải pháp sàn BubbleDeck kết hợp với dự ứng lực. 1.3. PHÂN TÍCH VỀ SÀN BUBBLEDECK KẾT HỢP DỰ ỨNG. ABCD 1.3.2 Tại sao sàn BubbleDeck kết hợp dự ứng lực lại chịu tải trọng ngang tốt hơn sàn BubbleDeck thông thường. Do phần sàn đặc được tăng cường cáp dự ứng lực nên độ cứng phần sàn đặc (đã loại bỏ