Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sàn BUBBLEDECK trong thiết kế, thi công cầu đường

Việc áp dụng công nghệ mới trong ngành xây dựng nói chung, công nghệ sàn BUBBLEDECK nói riêng để mang lại hiệu quả kinh tế, chất lượng cao cho công trình là một yêu cầu quan trọng luôn được đặt ra trong lĩnh vực xây dựng, đặc biệt đối với công trình nhà nhiều tầng, cao tầng. Việc rút ngắn được thời gian thi công sẽ mang lại nhiều lợi ích đáng kể cho dự án. Vì vậy công nghệ sàn BUBBLEDECK cần được tập huấn, chuyển giao công nghệ thiết kế, thi công và nghiên cứu cải tiến để phát triển rộng rãi trong toàn ngành xây dựng.

Lời nói đầu

Ngày nay cả thế giới đang bị cuốn vào dòng xoáy toàn cầu hoá, các hoạt động kinh tế, xã hội,chính trị đều diễn ra với nhịp điệu nhanh chóng trong môi trường cạnh tranh khốc liệt Người chiến thắng trong cuộc chơi này thường là người

có khả năng thích ứng nhanh với các thay đổi đang diễn ra, đáp ứng được các yêu cầu mới nảy sinh của thực tế xã hội, chứ không hẳn là các công ty lớn nhưng nặng

nề chậm chạp trong sự chuyển đổi cung cách hoạt động của mình

Ngành xây dựng cơ bản cũng không đứng ngoài xu hướng trên, để đáp ứng nhu cầu cung cấp nhà ở, nhà văn phòng, trung tâm thương mại, nhà đỗ xe…cho đông đảo người tiêu dùng, cho các công ty đa quốc gia đang dịch chuyển dòng vốn đầu tư vào các thị trường mới nổi, cách xây dựng nhà theo phương pháp truyền thống ở các nơi này thường khá lạc hậu không còn phù hợp nữa

Chính vì vậy, nhiều cố gắng tìm kiếm các công nghệ xây dựng hiện đại, cho phép công nghiệp hoá, công xưởng hoá quá trình xây dựng nhà, giảm thiểu trọng lượng công trình, nhờ đó giảm tiêu hao vật liệu, nhân công xây lắp, vận chuyển, cải thiện điều kiện chống động dất gió bão, tăng khả năng cách âm, cách nhiệt, tăng tác dụng bảo vệ môi trường…đang được triển khai tại nhiều quốc gia từ Âu sang Á, từ Bắc vào Nam

Trong bài báo cáo này, chúng tôi muốn trao đổi với các đồng nghiệp về vấn

đề ứng dụng công nghệ xây dựng mới để tạo ra những hệ kết cấu sàn giảm nhẹ trọng lượng bản thân công trình Các hệ kết cấu đề xuất hoàn toàn không mới, thậm chí rất quen thuộc và hoàn toàn được thiết kế, tính toán bằng Tiêu chuẩn Việt nam hiện hành, song nhờ công nghệ thi công mới đã tạo ra hiệu ứng giảm nhẹ trọng lượng bản thân kết cấu, tăng khả năng công xưởng hoá, công nghiệp hoá Từ yếu tố giảm trọng lượng bản thân kết cấu chịu lực của hệ sàn sẽ kéo theo các hiệu ứng khác của nó là giảm tiêu hao vật liệu, giảm chi phí vận chuyển, thi công, cải thiện các điều kiện khai thác sử dụng khác…

CÁC THUẬT NGỮ

Bubble Cdeck là hệ kết cấu bản phẳng không dầm, bê tông cốt thép toàn khối, tạo

rỗng bằng cách bố trí các quả bóng nhựa theo mét quy luật đường tính toán trước để giảm trọng lượng bản thân bản sàn, nhưng bảo đảm đủ các điều kiện chiu lực

Bubble Desk là hệ kết cấu phẳng không dầm, bê tông cốt thép được thực hiện qua

hai giai đoạn:

- Giai đoạn 1, chế tạo bê tông đúc sẵn dày 6cm làm tại xưởng;

- Giai đoạn 2, đổ bê tông toàn khối tại công trình, tạo rỗng bằng các quả bóng nhựa để giảm trọng lượng bản thân bàn sàn

Cdeck là cấu kiện thành phần, được tổ hợp tại vị trí thiết kế để sản xuất ra sàn

Bubble deck; Cdeck được chế tạo tại xưởng, được cấu tạo nên từ lớp bóng nhựa cố định giữa hai lớp lưới thép, liên kết với lớp copha ván đáy

Sau khi đổ lớp bê tông phủ kín toàn bộ chiều dày Cdeck tại vị trí thiết kế trên công trình, tạo nên kết cấu sàn Bubble Cdeck hoàn chỉnh toàn khối

BUBBLEDECK LÀ 01 CÔNG NGHỆ THI CÔNG SÀN BTCT MANG TÍNH ĐỘT PHÁ: Khi sử dụng những quả bóng 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 và tăng khả năng vượt nhịp của tấm sàn

Các kết quả chính về cấu trúc có được từ công nghệ BubbleDeck là

Giảm trọng lượng công trình

Tăng khả năng chịu lực

Nhịp lớn

Ít cột hơn

Ưu thế về Kinh tế

Tiết kiệm vật liệu (đến 50 %)

Rút ngắn thời gian thi công (rút ngắn chu kỳ thi công từ 20-40 %)

Lắp đặt đơn giản

Tòa nhà có thể được xây dựng một cách linh động; chi phí điều chỉnh thấp Tăng tuổi thọ công trình

Khả năng thiết kế kiến trúc tốt hơn

Tự do lựa chọn kiểu dáng kiến trúc

Nhịp / diện tích sàn rộng hơn

Linh hoạt hơn do không có dầm và ít cột

Diện tích sàn không cần thiết được cắt bỏ dễ dàng

Chương I: Giới thiệu về sàn BubbleDeck

1.1 Phạm vi áp dụng

Áp dụng cho sàn BubbleDeck chịu tải tĩnh, với bề dầy sàn từ 230mm đến 450mm, lắp với cốt thép và không dự ứng lực

1.2 Khái quát chung về sàn BubbleDeck

BUBBLEDECK LÀ 01 CÔNG NGHỆ THI CÔNG SÀN BTCT MANG TÍNH ĐỘT PHÁ: Khi sử dụng những quả bóng 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 và tăng khả năng vượt nhịp của tấm sàn

Sàn BubbleDeck là bản bê tông

phẳng bao gồm các module cốt thép tiền

chế nơi có những cấu kiện quả cầu rỗng

nằm giữa hai lớp cốt thép trên và dưới để

tiết kiệm trọng lượng Lớp module cốt

thép tiền chế ở dưới được gắn với những

bản bê tông đúc sẵn hoặc đặt trực tiếp lên

khuôn sàn bê tông Module cốt thép được

kết nối bằng thanh và lưới thép Sàn được

đổ tại chỗ Cũng có thể có sàn

BubbleDeck đúc sẵn hoàn toàn

Hình 1.1 Cấu tạo sàn BubbleDeck

BubbleDeck được chia làm 3 loại

- Loại A: Là các tấm Bê tông đúc sẳn hoàn chỉnh thường được lắp ghép và

dùng cho cầu thang hoặc ban công

- Loại B: Tấm BubbleDeck đơn giản (lướ thép + bóng)

Tấm BubbleDeck đơn giản bao gồm lưới thép dưới, quả bóng và lưới thép trên toàn khối, được sản xuất tại nhà máy, vận chuyển đến công trường lắp đặt trên hệ ván

- Loại C: Tấm BubbleDeck bán lắp ghép

Tấm BubbleDeck bán lắp ghép có phần dưới của trái bóng và lưới thép dưới được

đổ bê tông tại nhà máy với chiều dày 6 cm, phần bê tông đúc sẳn này sẽ thay thế cho ván khuôn tại công trường trong quá trình đổ bê tông toàn khối lớp trên

 Khả năng chống uốn

 Độvõng

 Khả năng chịu cắt

Khả năng chống uốn: BUBBLEDECK được cho là bỏ qua một lượng lớn bê

tông (so với bản đặc) ở lõi giữa nơi bản chủ yếu không chịu ứng suất uốn Khi thiết

kế chống uốn, bề dày của phần bê tông có ứng suất nén (thường gọi là “khối ứng suất”) tập trung ở phần bê tông đặc giữa phần ngoài cùng quả cầu và bề mặt tấm sàn Đôi khi, với những tấm sàn chịu ứng suất lớn,khối ứng suất sẽ hơi lấn sang vùng quả cầu rỗng nhưng nó có tác động không đáng kể đến khả năng chịu lực của sàn

BD trong điều kiện thiết kế thông thường, và để kiếm soát tiêu chuẩn này, khi thiết

kế cần kiểm tra để xem việc thiết kế có nằm trong phạm vi không Vì thế, về ứng suất bê tông, sàn BD tương tự như sàn đặc khi chịu tải trọng công trình bình thường

Cần chú ý rằng lổ rỗng tạo bởi những quả cầu không có dạng lăng trụ như hệ lõi rỗng – chúng phân bố thể tích rời rạc theo dãi 2 phương do đó không giảm cường

độ và độ cứng của tấm sàn theo cách như dạng sàn có cấu tạo rỗng hình lăng trụ Khi tiết diện đạt hoặc gần đạt đến trạng thái giới hạn uốn cực đại, phần tiết diện này

sẽ bị nứt hoàn toàn và phần bê tông bên dưới trục trung hoà dẻo sẽ không làm việc trong tấm sàn Vì vậy, nó không thể được coi là nhược điểm Nhìn trên sơ đồ ứng suất và biến dạng tại một tiết diện sàn BD điển hình, ta sẽ thấy phần bê tông thừa (tức là phần không chịu lực) xuất hiện hoàn toàn hoặc hầu như hoàn toàn ở vùng quả cầu Vì điển hình là giảm đi 30% hoặc nhiều hơn trọng lượng tấm sàn, nên có thể áp dụng điều này vào thiết kế để chứng minh tải trọng tác dụng lớn hơn hoặc nhịp dài hơn, nên về hệ bản sàn, BD chắc chắn hiệu quả hơn bản sàn đặc – bản phẳng hoặc những loại khác

Độ võng: Nhờ những quả cầu rỗng, BD không cứng bằng sàn đặc – nhưng đây

chỉ là tác động nhỏ Các nghiên cứu và thí nghiệm cho thấy BD có độ cứng chống uốn xấp xỉ 87% so với sàn đặc Nếu không có những biện pháp khác, điều này có nghĩa là tại trạng thái giới hạn thứ hai, BD có độ võng lớn hơn độ võng của bản sàn đặc tương đương tỉ lệ thuận với mức này Tuy nhiên, có thể bù lại tác động này bằng cách them một lượng thép vừa phải mặc dù độ võng đã được giảm đi đáng kể

do BD nhẹ hơn sàn đặc

Lực cắt: Trong bất kỳ sàn phẳng nào, lực cắt thiết kế thường tới hạn ở gần các

cột Ứng suất cắt xa cột giảm nhanh và bên ngoài vùng cột

Gần cột, các quả cầu được giảm bớt nên ở những vùng này sàn BD thiết kế theo cách giống y như sàn đặc Dầm BV đưa vào trong tấm sàn BD sẽ làm tăng khả năng chịu cắt dọc của sàn và chứng minh rằng mức độ thay đổi của mômen uốn gần cột chống không làm ứng suất cắt vượt quá khả năng chịu cắt tại mặt liên kết Đây là một phần của quá trình thiết kế trong những trường hợp tới hạn

Hình 1.3 Giảm bớt quả cầu ở vị trí đầu cột

1.4 Quy cách các loại bản sàn CDECK:

- Trong các trường hợp tải trọng sử dụng lớn, chọn chiều dày bản sàn lớn hơn một bậc trong bảng trên (1/30 - 1/33 L nhịp); Lựa chọn chiều dày bản sàn còn phụ thuộc yếu tố bản một nhịp hay bản liên tục nhiều nhịp

1.5 Cấu tạo các loại tấm sàn BUBBLE CDECK điển hình

Hình 1.4 Cấu tạo và các chỉ tiêu kỹ thuật sàn CDECK dày 230

Hình 1.5 Cấu tạo và các chỉ tiêu kỹ thuật sàn CDECK dày 280

Hình 1.6 Cấu tạo và các chỉ tiêu kỹ thuật sàn CDECK dày 340

Hình 1.7 Cấu tạo và các chỉ tiêu kỹ thuật sàn CDECK dày 390

Hình 1.8 Cấu tạo và các chỉ tiêu kỹ thuật sàn CDECK dày 450

1.6 Quy cách lưới thép, Quy cách bóng nhựa:

Kích cỡ bóng nhựa

Trọng lượng bản thân sàn hoàn chỉnh

Lưới thép cho sàn

Đường kính sợi lưới thép

Trọng lượng thép min trên 1m2 sàn

Cdeck

Bóng dẹt 180x240 410 @125x125 6/8 19-22

] Khối lượng bê tông trong các loại bản sàn CDECK

Loại sàn Bề dày (mm) Khối lượng bê tông m3/m2

Chương II: Các yêu cầu về chế tạo tấm sàn 2.1 Quy định sử dụng vật liệu sàn CDECK:

2.1.1 Quy định về bê tông

Cấp độ bền >= BMá22.5 (Mác 300): Cấp độ bền B25 (Mác 350)

- Nên sử dụng bê tông cấp độ bền sàn Cdeck có cùng cấp độ bền với bê tông cột, vách cứng để tăng khả năng chịu lực tổng thể cùa kết cấu, phần nào đó thu hẹp kích thước cột, vách, thuận tiện cho quá trình thiết kế và thi công

- Phải chọn loại bê tông có cấp độ bền phù hợp khả năng của các trạm cung cấp vữa bê tông của địa phương hoặc khu vực lân cận xây dựng công trình; TP Hà Nội, TPHCM có thể sử dụng bê tông cấp độ bền tới B40 (M500)

- Sử dụng vữa bê tông trong quá trình thi công tại công trường, xem phần thi công đổ bê tông

2.1.2 Quy định về cốt thép

- Lưới thép hàn sử dụng loại thép được gia tăng cường độ, Ra = 425 Mpa

- Các loại thép rời (Thép nối lưới thép hàn, thép nối lưới thép hàn với các kết cấu cột, dầm, vách, thép gia cường lưới trên, thép gia cường lưới dưới), có thể sử dụng loại thép dược gia trăng cường độ (cùng loại với thép lưới hàn), hoặc thép SD

490 (Tiêu chuẩn Japan), (Rc = 495 MPa; Ra = 425 Ma)

Các thanh thép dùng để nối lưới thép tấm Cdesk (nối lưới với lưới và nối lưới với dầm, vách) là loại thép cùngloại với thanh lưới được nối; Chiều dài nối buộc của thanh thép rời (nối lưới với lưới) với mỗi bên lưới >/= 45D (thường là 50D); Chiều dài nối buộc của thanh thép rời (uốn móc dạng chữ L, nối lưới với dầm, vách) >/= 30D

- Thép chống cắt, thép chịu

momen âm trên đỉnh cột (Thép

mũ cột),sử dụng loại SD 490

(Rc = 490 MPa; Ra = 425 MPa)

Các loại thép các cấu kiệnliên

quan của công trình (Thép cột,

+ Điều chỉnh tăng chiều dày bản sàn tương ứng, bảo đảm chiều dày lớp

bê tông bên trên thép mũ cột

+ Bố trí bóng nhỏ hơn một cấp trong phạm vi thép mũ cột

+ Bố trí một lớp thép mũ cột bên dưới lớp thép trên

- Lưới thép hàn cả 2 lớp trên và dưới, với bản sàn 180mm < Cdeck < 230mm:

sử dụng lưới thép D >= 5.5 mm Việc chống nổi khi sử dụng thép lưới trên

D5.5 cần dược lưu ý (xem ở các phần sau) rất nhiều đối với sàn BD > 230mm

- Để tránh nhầm lẫn trong qúa trình sử dụng thép trên công trường, nên sử dụng thép cùng chủng loại đối với các kết cấu chủ yếu

- Trong trường hợp cần quy đổi diện tích thép thiết kế sang sử dụng thép loại khác, phải tuân thủ TCXD 356:2005 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép

2.2 Cấu tạo các loại dầm, sàn liên quan sàn Cdesk:

- Cấu tạo dầm bo quanh chu vi bản sàn là hệ dầm được cấu tạo chìm trong sàn (chiều cao dầm bằng chiều day sàn), chỉ thiết kế dầm kiểu truyền thống trong trường hợp đặc biệt cần thiết (các khu cầu thang hoặc để đáp ứng yêu cầu của kiến trúc …)

- Cấu tạo phần chuyển đổi sàn có độ cao, thấp khác nhau, nhưng liền kề(ví dụ sàn khu WC, thường thấp hơn 4-5 cm)

Hình 2.2 Thép dầm biên

Lưu ý: Việc áp dụng sàn đặc tại các khu WC không đồng nghĩa với việc tăng khả năng chống thấm của sàn Phải áp dụng các loại vật liệu và công nghiệp chống thấm

tốt để đảm bảo các chất axit, kiềm mạnh không thấm xuống làm hư hại cốt thép trong sàn

2.3 Cấu tạo liên quan thép mũ cột- ống kỹ thuật

Khu sàn hạ cốt ( WC) thường trùng hợp thép mũ một số cột, nơi có bố trí ống cấp thoát nước,(Hộp KT): Nên bố trí các ống cấp thoát nước xen kẻ các thanh thép mũ cột(đoạn ống chờ, đặt trước đổ bê tông); Trong trường hợp thật cần thiết phải có hộp KT lớn tập trung các loại ống dẫn: Kỹ sư M&E có yêu cầu cụ thể để điều chỉnh thiết kế

2.4 Về số lượng tấm và kích thước tấm Cdeck

- Về số lượng sao cho số lượng tấm là ít nhất

- Về kích thước tấm Cdeck: thảo mản điều kiện vận chuyển và cẩu lắp:

+ Chiều rộng các tấm Cdeck 2.44m(phù hợp kích thước thùng xe tải loại tương đối lớn, đồng thời phù hợp với kích thước tấm gổ đáy-gổ công nghiệp 1,22x2,44m) + Chiều dài tấm Cdeck là bội số của 1,22m phù hợp với xe vận chuyển, tối đa là dài 10m (không phụ thuộc vào xe chở hang đặc biệt siêu trường trọng); Chiều dài

xe còn phải phù hợp với các điều kiện khác như đường vận chuyển ra vào xưỡng sản xuất cũng như công trường

+ Sàn Bubble Deck được tổ hợp bởi các tấm Cdeck, chia và bố trí theo phương thống nhất theo chiều dọc ( hoặc chiều ngang) của mặt bằng công trình Trường hợp

cá biệt có thể chia một số tấm Cdeck theo phương vuông góc với các tấm chia theo hướng chủ đạo; Khi mặt bằng phức tạp(lục lăng, elip…) có thể chia linh hoạt (ví dụ theo hướng xiên …); Thiết kế cần có ghi chú các tấm Cdeck là quy ước để định hướng; Nhà sản xuất cần điều chỉnh cho phù hợp điều kiện cụ thể công trình

2.5 Về chủng loại tấm Cdeck: sao cho số lượng các tấm giống nhau là nhiều nhất

Yếu tố này đảm bảo sản xuất hàng loạt các cấu kiện Cdeck giống nhau(nâng cao năng suất lao động; Đảm bảo công việc sản xuất liên tục cho các tầng, với số nhân lực điều hòa, ổn định

2 lớp thép dưới hàn: lưới thép hàn có chiều rộng tối đa 2.43m( mép lưới thép cách đều cạnh ván đáy mổi bên 0.5cm; 2 lớp lưới thép đặt theo nguyên tắc thanh thép dọc của lưới thép nằm dưới , thép ngang nằm trên

Hình 2.3 Lưới thép

-Tấm ván đáy sử dụng loại ván công nhiệp: ván gỗ dán dày 15-18mm: không nên

sử dụng ván tre ép Vì có các khe rỗng ở giữa các thanh tre, không đảm bảo sự liên kết của các chi tiết kê lưới bằng bắt vít

-Ván đáy được tổ hợp bằng các tấm ván cơ sở(1.22x2.44m); Chiều rộng tấm Cdeck quy định là 2.44m( kích thước danh định là 2.45m); Các tấm ván cơ sở theo phương 1.22m được tổ hợp tạo nên chiều dày của tấm Cdeck

Hình 2.4 Tấm ván đáy

-Lớp bóng nhựa: Bóng nhựa có thể là bóng liền, thổi căng bằng khí nén, hoặc ghép

từ 2 nửa bóng Việc sử dụng loại bóng nào tùy thuộc theo điều kiện cụ thể của nhà cung cấp và khoảng cách vận chuyển

Hình 2.5 Lớp bóng nhựa

-Các chi tiết liên kết:

+Chi tiết kê và neo lưới thép(gọi tắt là chi tiết Kê Neo): liên kết lưới thép lớp dưới

với ván đáy: bằng thép, dày 2mm, 2 chân cứng, có lỗ để bắt bu long định vị và chống nổi; Liên kết với ván đáy bằng vít d4x25mm, có đệm lông đền và siết ốc vít bên dưới ván đáy Chi tiết này đảm bảo chiều dày bảo vệ thép 20-30mm( tùy thuộc loại sàn)

+Số lượng chi tiết Kê Neo trên 1 m2 sàn BD230,BD280 là 7,5 cái( sàn BD340,… sử dụng nhiều hơn); Loại sàn có chiều dày lớn, cần neo kết hợp các chi tiết Neo phù hợp, chế tạo riêng

Hình 2.6 Chi tiết kêneo

+ Chi tiết chống bổng: dây thép d2mm, liên kết buộc từ chi tiết kê neo lưới thép dưới với lớp lưới thép trên

+ Chi tiết sườn cứng: Là 2 dải lưới thép hàn d4,dài suốt chiều dài tấm Cdeck; vuông góc và liên kết buộc vào 2 lớp lưới thép; Tạo cứng cho tấm Cdeck trong quá trình vận chuyển và thi công cẩu lắp, còn có tác dụng dàn đều chống nổi

Hình 2.7 Chi sườn cứng

Lưu ý: Chống nổi cho lưới và bóng trong quá trình đổ bê tông là sự kết hợp tổng thể các chi tiết Kê Neo + Sườn cứng Công việc chống nổi rất quan trọng, cần được đặc biệt lưu ý Số lượng các chi tiết nêu trên nhiều hay ít phụ thuộc loại sàn( thép lưới trên d5.5 là loại thép không cứng, việc chống nổi khó khan hơn)

-Lực neo chống đẩy nổi trên 1 m2 phải đảm bảo : P >= n x4/3 x π x R3 x 250MPa

Trong đó n là số bóng trên 1 m2