SO SÁNH KẾT CẤU SÀN 1 PHƯƠNG BẰNG BTCT & BTDUL CĂNG SAU

Tóm tắt:

Phương án kết cấu sàn bê tông cốt thép dự ứng lực ngày càng phổ biến rộng rãi tại TP Hồ Chí Minh nói riêng và tại Việt Nam nói chung. Theo lý thuyết và kinh nghiệm thực tiễn thi công tại các nước trên thế giới, kết cấu sàn bê tông dự ứng lực tiết kiệm vật liệu và rút ngắn thời gian thi công đáng kể, nhất là đối với các dầm sàn có nhịp lớn. Tuy nhiên trong thời gian vừa qua tại TP. Hồ Chí Minh, một số nhà cao tầng thiết kế sàn bê tông cốt thép dự ứng lực chưa hợp lý, gây tốn kém không chỉ thép dự ứng lực mà cả thép thường đặt cấu tạo. Chính điều này đã gây ra tâm lý e ngại cho nhiều nhà đầu tư cũng như đối với một số kỹ sư kết cấu: sàn cốt thép bê tông dự ứng lực căng sau thường tốn kém hơn và gây khó khăn cho công tác thi công, thiết kế cũng như công tác giám sát & quản lý dự án công trình. Điều này không phản ánh đúng mục đích cũng như bản chất của kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực.

Bài viết sau đây là ví dụ so sánh minh họa giữa kết cấu sàn 1 phương bằng bê tông cốt thép (BTCT) và bê tông cốt thép dự ứng lực căng sau (BTDUL).

1- Mô hình kết cấu chọn so sánh

Kết cấu sàn được chọn tính là sàn 1 phương 1 nhịp đơn giản. Nhịp tính toán là 8m với 1 đầu gối tựa đơn giản. Nhịp 8m là nhịp sàn khá phổ biến đối với các cao ốc hiện nay. Tiêu chuẩn áp dụng thiết kế là Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2012.

Các thông số kết cấu:

(*) Các tham số được trích dẫn từ Tiêu chuẩn Việt Nam nên có khác biệt so với Tiêu chuẩn các nước trên thế giới

Mô hình hóa kết cấu:

Mô hình sàn 1 nhịp giản đơn như hình vẽ

Sàn dày 180mm

Bề rộng sàn (dải sàn) tính toán = 1m

Kích thước dầm đỡ 2 đầu (để xét giãm mo men do kể đến kích thước dầm đỡ): 500x300 (cao x rộng)

Tải trọng thiết kế

Mô hình thiết kế phù hợp với sàn cao ốc văn phòng, hoạt tải thiết kế P = 400 kg/m² = 4 kPa. Chi tiết về tải trọng tính toán xem bảng sau:

Sơ đồ bố trí cáp trong sàn BTULT:

1 bó cáp bao gồm 5 cáp được đặt trong 1 ống lồng. Như vậy khoảng cách giữa các bó cáp là 1m bề rộng sàn. Cáp được bố trí theo hình dạng parabol, tọa độ các điểm chính

Tọa độ cáp tính từ đáy sàn

Triết lý tính toán:

Việc phân tích nội lực kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn.

Thiết kế và bố trí cáp dự ứng lực (tendons / strands), cốt thép thường (normal bars) theo Tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành TCVN 5574:2012.

Công cụ hỗ trợ tính toán: sử dụng phần mềm VN201-PT1WaySlab.xlsm

2- Kết quả tính toán

Để thuận tiện do sánh, dùng kết quả theo biểu đồ nội lực để phân tích.

Biểu đồ momen trong sàn 1 phương

(đường màu hồng thể hiện momen lớn nhất)

Kết quả chuyển vị thể hiện trong bảng trên chưa kể đến lực căng cáp.

Qua phân tích kết cấu, chuyển vị trong lớn nhất đối với kết cấu sàn bê tông cốt thép là 33.8 mm < chuyển vị cho phép 1/200 L = 1/200 x 8000 mm = 40mm. Như vậy sàn dày 180 mm đãm bảo khả năng làm việc của kết cấu.

3- So sánh sàn BTCT và sàn BTULT

Chuyển vị tính toán:

Khả năng chịu lực của kết cấu tính toán

Bảng kết quả khả năng chịu lực của sàn BTCT với cốt thép thiết kế

Bảng kết quả khả năng chịu momen của sàn BTDUL với cáp thép và cốt thép thiết kế

Biểu đồ bao vật liệu của sàn BTDUL

Ghi chú: Đường màu xanh là momen tính toán, đường chấm gạch màu hồng là đường bao momen vật liệu

So sánh về khả năng chịu lực:

Trong cả 2 trường hợp, sàn được thiết kế với khả năng chịu lực gần như tối đa (97 % cho sàn BTCT và 97.6 % cho sàn BTDUL)

So sánh về diện tích cốt thép sử dụng:

- Sàn BTCT, tiết diện thép: (12 thanh Y16 ) = 2413 mm²

- Sàn BTDUL, tiết diện thép (500 mm² cáp + 339 mm² thép thường) = 839 mm²

So về khối lượng, lượng thép trong sàn BTDUL chỉ khoảng 35% mà độ cứng lớn hơn nhiều (chuyển vị nhỏ hơn)

Nhận xét:

Việc tính toán giả thiết dựa trên sàn thiết kế cùng chiều dày đãm bảo khả năng chịu lực. Cáp thép và cốt thép bố trí trong sàn BTDUL rất đơn giản. Dễ hình dung là cáp thép đặt trong sàn BTDUL gồm 1 bó cáp (5 sợi cáp) đặt cách khoảng 1 bó / m và thép thường chịu lực bổ sung là thép Y12 cách khoảng 330mm.

Trong khi đó, sàn BTCT yêu cầu bố trí thép Y16-cách khoảng 80mm (12 thanh / m bề rộng sàn); sàn BTCT bố trí thép gần như kín mặt sàn.

Kết luận:

Qua ví dụ tính toán trên, chúng ta dễ dàng nhận thấy sàn BTDUL tiết kiệm cốt thép rất nhiều. Đồng thời, chuyển vị trong sàn BTDUL cũng nhỏ hơn rất nhiều so với sàn BTCT thông thường. Ví dụ tính toán trên là minh họa rõ nét cho ưu điểm của việc áp dụng kết cấu sàn BTDUL căng sau trong các kết cấu nhà cao tầng. Kết cấu BTDUL không chỉ là giải pháp bắt buộc cho các kết cấu nhịp lớn mà còn là giải pháp hiệu quả và tiết kiệm cho cho các công trình cao tầng đang ngày càng phổ biến.

Tài liệu tham khảo

Xin trân trọng các ý kiến đóng góp.

TP HCM, ngày 03/12/2015

Th.s Ks. Lê Hoan Cường

Phần mềm liên quan: Tính sàn bê tông dự ứng lực

Bài viết liên quan: Tính Sàn 01 Phương Bê Tông Cốt Thép Dự Ứng Lực Căng Sau

Trở về

Các bài viết khác

Ý Kiến Bạn Đọc

	Số lượt truy cập	2978173
	Đang Online:	10

Nghiên Cứu & Phát Triển

HỖ TRỢ TRỰC TUYẾN

Liên kết website

Thống kê truy cập

SO SÁNH KẾT CẤU SÀN 1 PHƯƠNG BẰNG BTCT & BTDUL CĂNG SAU

SO SÁNH KẾT CẤU SÀN 1 PHƯƠNG BẰNG BTCT & BTDUL CĂNG SAU