Nghiên cứu tính khả thi của công nghệ sàn Bubbledeck trong xây dựng

Công nghệ kết cấu sàn Bubble deck là loại sàn rỗng chịu lực hai phương, là một hệ sàn phẳng có thể đáp ứng nhu cầu của ngành xây dựng về tính linh hoạt, độ bền vững và tiết kiệm vật liệu, làm giảm chi phí và thời gian xây dựng đáng kể nhờ loại bỏ hoàn toàn việc phải sử dụng dầm trong kết cấu bê tông, cũng như giảm được số lượng kết cấu tường và cột dẫn đến tiết kiệm rất nhiều bê tông, điều này đồng nghĩa với việc tiết kiệm được kích thước, kết cấu móng đồng thời giúp gia tăng tỷ số giữa cường độ và trọng lượng so với các kiểu sàn truyền thống.

Nguyễn Thị Thúy Hiên Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 113(13): 67 - 72 NGHIÊN CỨU TÍNH KHẢ THI CỦA CÔNG NGHỆ SÀN BUBBLEDECK TRONG XÂY DỰNG Nguyễn Thị Thúy Hiên*, Nguyễn Hồng Sơn, Nguyễn Văn Tình Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Ngun TĨM TẮT Cơng nghệ kết cấu sàn Bubble deck loại sàn rỗng chịu lực hai phương, hệ sàn phẳng đáp ứng nhu cầu ngành xây dựng tính linh hoạt, độ bền vững tiết kiệm vật liệu, làm giảm chi phí thời gian xây dựng đáng kể nhờ loại bỏ hoàn toàn việc phải sử dụng dầm kết cấu bê tông, giảm số lượng kết cấu tường cột dẫn đến tiết kiệm nhiều bê tông, điều đồng nghĩa với việc tiết kiệm kích thước, kết cấu móng đồng thời giúp gia tăng tỷ số cường độ trọng lượng so với kiểu sàn truyền thống Từ khóa: Cơng nghệ thi cơng, sàn bóng, sàn bê tơng cốt thép, thời gian, chi phí, chất lượng TỔNG QUAN* Sàn BubbleDeck (BD) Jorgen Breuning kỹ sư người Đan Mạch sáng chế từ năm 1997 sau lấy cảm hứng sáng tạo từ thi thiết kế kết cấu bền vững linh hoạt Bộ Nhà Đan Mạch tổ chức Công nghệ du nhập vào Việt Nam từ năm 90 kỷ trước tới áp dụng nhiều cơng trình Việt Nam Hệ sàn Bubbledeck sử dụng công nghệ thi công lắp ghép nên giảm đáng kể thời gian thi cơng, q trình thi cơng chủ yếu vận chuyển cấu kiện chế tạo sẵn từ nhà máy đến cơng trình tiến hành lắp ghép, khơng dùng ván khn, có ván khn ván khn tự mang tùy loại sàn ứng dụng loại A, B hay loại C Các chi tiết đúc sẵn có thép gia cường, giảm cơng việc đặt buộc thép công trường Tất đặc điểm khiến cho sàn bubbldeck trở nên đặc biệt thân thiện với hệ sinh thái địa phương, xem xét lượng CO2 thải từ q trình sản xuất bê tơng Mặt khác hệ sàn rỗng nên tăng khả cách âm cách nhiệt nhà, giảm tiếng ồn ngồi trời nhiễm khơng khí việc sản xuất tiến hành nhà máy, q trình vận chuyển xe tải thời gian thi cơng ngắn Tại Việt Nam nói chung Thái Ngun nói riêng, q trính thị hóa diễn mạnh * mẽ đặt nhu cầu cấp thiết sử dụng cơng trình có không gian kiến trúc rộng rãi với hiệu kinh tế cao, yêu cầu kĩ thuật tính thẩm mỹ cao Nhận thức tầm quan trọng, đề tài “Nghiên cứu tính khả thi cơng nghệ sàn BubbleDeck xây dựng” MỘT SỐ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN SÀN BUBBLEDECK Sàn Bubbledeck loại sàn rỗng chịu lực hai phương thiết kế, cơng nghệ mô tả cách đơn giản hệ sàn phẳng hiệu quả, đáp ứng nhu cầu ngành xây dựng Sàn Bubbledeck lớp chính: lưới thép trên, bóng rỗng làm từ nhựa tái chế lưới thép (Hình 1) Hình Cấu tạo sàn Bubbledeck Sàn Bubbledeck sản xuất theo dạng tiêu chuẩn theo độ dày sàn theo bảng Sàn bóng Bubbledeck chia làm loại: sàn A, sàn B sàn C + Sàn BubbleDeck loại A Module cốt thép, dạng cấu kiện “lưới bóng” chế tạo sẵn đặt ván khn truyền thống đổ bêtông trực tiếp công trường Tel: 0982994286; nthien.tnut@gmail.com 67 Nguyễn Thị Thúy Hiên Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ Hình Cấu tạo sàn BubbleDeck loại A + Sàn BubbleDeck loại B Cấu kiện bán tồn khối, đáy lưới bóng cấu tạo lớp bê tông đúc sẵn, dày 60mm thay cho ván khn cơng trường Hình Cấu tạo sàn BubbleDeck loại B + Sàn BD loại C Tấm sàn thành phẩm, sản phẩm phân phối tới chân cơng trình dạng bê tơng hồn chỉnh Hình Cấu tạo sàn BubbleDeck loại C 113(13): 67 - 72 ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA SÀN BUBBLEDECK - Khả chịu lực: Sàn BD giảm 35% lượng bê tông sàn đảm bảo khả chịu lực tương ứng Do với khoảng cách lưới cột, sàn BubbleDeck cần sử dụng khoảng 50% lượng bê tông so với sàn đặc không dầm So sánh khả chịu uốn chịu cắt sàn Bubbledeck sàn thông thường khác cho kết bảng hình Khả chịu cắt xác định theo tỷ số a/d (a khoảng cách từ vị trí đặt lực đến gối đỡ, d chiều cao tính tốn sàn) Kết thử nghiệm tóm tắt đồ thị hình Sàn BubbleDeck có khả chịu lực cắt xấp xỉ 65% khả sàn đặc với chiều cao Trong vùng chịu lực phức tạp (khu vực quanh cột, vách, lõi), bỏ bớt bóng để tăng khả chịu lực cắt cho sàn Hình So sánh khả chịu cắt sàn bóng sàn thường Bảng Tiêu chuẩn bóng sàn Bubbledeck Độ dày (mm) 230 280 340 390 450 Loại BD230 BD280 BD340 BD390 BD450 Bóng (mm) Ø 180 Ø 225 Ø 270 Ø 315 Ø 360 Nhịp (m) 7-10 8-12 9-14 10-16 11-18 Trọng lượng (Kg/m2) 370 460 550 640 730 Thể tích bê tơng (m3/m2) 0,1 0,14 0,18 0,21 0,25 Bảng So sánh khả chịu uốn Bubbledeck sàn thường Theo % sàn đặc Khả chịu lực Độ cứng chống uốn Thể tích bê tông 68 Khi khả chịu lực 100 87 66 Khi độ cứng chống uốn 105 100 69 Khi lượng bê tông 150 300 100 Nguyễn Thị Thúy Hiên Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ - Khả chịu động đất: Lực động đất tác dụng lên cơng trình có giá trị tỷ lệ với khối lượng tồn cơng trình khối lượng tương ứng cao độ sàn - Khả vượt nhịp: Quá trình xác định nhịp lớn mà sàn BubbleDeck vượt qua dựa tiêu chuẩn British Standard 8110 Eurocode2, có bổ sung hệ số 1,5 để kể đến việc giảm nhẹ trọng lượng thân sàn so với sàn đặc truyền thống Hình Khả vượt nhịp – dày sàn Đồ thị mô tả mối quan hệ khả vượt nhịp - chiều dày sàn tương ứng với khả chịu mômen cho dạng sàn - Kết hợp giải pháp căng sau: Khi cần vượt nhịp lớn (trên 15m) dùng giải pháp sàn BubbleDeck kết hợp ứng lực trước, thực căng sau Khi vượt nhịp lớn, sàn BubbleDeck thơng thường khơng gặp khó khăn khả chịu lực cần hạn chế độ võng lớn, phải kết hợp với giải pháp căng sau CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA SÀN BUBBLEDECK - Khả chịu lửa: Sàn BD sản phẩm không bắt cháy, có khả ngăn khói cao khơng chứa khí độc hại Khả chịu lửa phụ thuộc vào lớp bê tông bảo vệ lưới thép gia cường (bảng 3) - Khả cách âm: Thử nghiệm sàn BD280 cấu tạo với lớp cách âm Ethafoam 222E dày 5mm, lớp láng bề mặt dày 85mm trần rỗng Casoline MF tiêu chuẩn với chiều dày khoảng rỗng 230mm khẳng định sàn BubbleDeck vượt tiêu chuẩn khả cách âm phần bê tông đổ công trường lấp đầy mối nối cấu kiện 113(13): 67 - 72 Bảng Khả chịu lửa sàn bóng Độ dày lớp bảo 15 vệ (mm) Thời gian chịu 30 lửa phút) 20 25 30 35 60 90 120 180 - An toàn cháy nổ: Sàn BubbleDeck hệ sàn phẳng chịu lực theo hai phương, có khả chống cháy nổ hiệu Sàn BubbleDeck tránh dạng kết cấu nặng nề, loại bỏ tường đặc, tránh ảnh hưởng áp suất khơng khí Đó nguyên nhân bất lợi dẫn đến tình trạng phá hủy cơng trình - Đặc tính cách nhiệt: Kết nghiên cứu cho thấy sàn BubbleDeck chịu nhiệt cao 39% so với sàn đặc tương đương có độ dày - Hệ thống sưởi/làm mát: Sàn bóng giải pháp tiết kiệm lượng để sưởi ấm thơng gió cho ngơi nhà Các ống thơng khí đặt phần cấu kiện sàn đúc sẵn lắp trực tiếp công trường - Bảo vệ môi trường: Việc loại bỏ lượng bê tông thớ sàn, sàn BubbleDeck góp phần lớn vào việc hạn chế tác động khơng có lợi tới mơi trường SO SÁNH HIỆU QUẢ GIỮA SÀN BUBBLEDECK VỚI SÀN TRUYỀN THỐNG Hiệu giảm trọng lượng bê tông cốt thép Tiến hành so sánh trọng lượng phương án xét ô sàn điển hình với nhịp điển hình 9x9m Tải trọng lấy giống cho phương án Phân tích sàn có kích thước lưới cột 9x9 m thiết kế theo phương án sàn bóng sàn dầm truyền thống Theo sàn dầm truyền thống sàn điển hình thiết kế gồm dầm có kích thước tiết diện 0,3x0,65m, dầm phụ 0,3x0,45m, sàn dày 0,15m Theo phương án sàn bóng,với nhịp điển hình 9x9m sàn thiết kế với bóng sàn có đường kính Ø270, sàn dày 340mm 69 Nguyễn Thị Thúy Hiên Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ - Trọng lượng bê tông: Khối lượng bê tông ô sàn tính sở bê tông sàn phẳng dày 340mm sàn bê tong dầm chính, bê tơng dầm phụ bê tơng sàn bóng theo ba phương án Kết tính tốn bảng hình thể khối lượng hệ sàn nhẹ thấp so với sàn phẳng thường 35% Bảng So sánh trọng lượng bê tơng sàn bóng sàn khác Trọng lượng (kg/m2) Tỷ lệ % Sàn đặc không dầm Sàn truyền thống D150 Sàn BD D340 850 666,67 550 100% 78% 65% 113(13): 67 - 72 Bảng So sánh hàm lượng cốt thép sàn bóng sàn khác Khối lượng sử dụng bê tơng (m3/m2) Tỷ lệ % Sàn bê tông đặc không dầm Sàn bê tông truyền thống 150 Sàn BD 340 0,34 0,267 0,18 100% 79% 53% Hình Biểu đồ so sánh hàm lượng cốt thép sàn bóng sàn khác Hình So sánh trọng lượng bê tơng sàn bóng sàn khác - So sánh hàm lượng cốt thép: Với mặt tải trọng cho, đề tài chiết tính hàm lượng thép để làm sở so sánh với giải pháp kết cấu Kết cho thấy, phương án đưa nhờ ưu giảm trọng lượng bê tông tăng chiều dày sàn so với phương án sàn bê tông cốt thép thường nên hàm lượng thép thấp nhiều Lợi sàn BubbleDeck sử dụng 30-50% so với bê tông so với sàn dầm truyền thống rắn thơng thường Các bóng HDPE thay bê tông không hiệu trung tâm phần này, làm giảm tĩnh tải kết cấu cách loại bỏ không sử dụng vật liệu nặng Vật liệu bê tông giảm trọng lượng dẫn đến cấu trúc thép từ cần thiết phải tăng cường độ bê tơng cho sàn Nhìn chung, sàn nhẹ hơn, số thành phần hạ lưu thiết kế cho tải thấp tiết kiệm 70 Ưu bóng giảm trọng lượng sàn Tải trọng thân sàn BD 1/3 lần sàn đặc có độ dày khơng có ảnh hưởng cường độ uốn độ võng sàn So với sàn đặc, sàn BubbleDeck có khả chịu lực gấp đơi với 65% lượng bêtơng có khả chịu lực với 50% lượng bêtông Hiệu kinh tế Sàn BubbleDeck sử dụng cho cơng trình đem lại nhiều hiệu kinh tế ( kể tối ưu chi phí bảo trì), như: tạo tính linh hoạt cao thiết kế, có khả thích nghi với nhiều loại mặt bằng; tiết kiệm khối lượng bê tông 2,3kg nhựa tái chế thay 230kg bê tông/m3 (BD280); giảm trọng lượng thân kết cấu tới 35%, từ giảm kích thước hệ kết cấu móng; tăng khoảng cách lưới cột, giảm hệ tường, vách chịu lực; giảm thời gian thi cơng chi phí dịch vụ kèm theo; thân thiện với môi trường giảm lượng phát thải lượng CO2 Việc loại bỏ dầm kết cấu giảm đáng kể chiều cao tầng đồng thời mở rộng không gian sử dụng cho cơng trình Nguyễn Thị Thúy Hiên Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ Hiệu công tác thi công Ưu điểm thi công sàn bóng so với sàn bê tơng truyền thống: giảm tồn hệ thống coppha dầm dầm phụ; thi công đơn giản hơn, nhanh phải lắp dựng coppha cho sàn phẳng; việc giảm lượng thép dùng sàn nhờ vào việc giảm tải trọng thân sàn nên công tác gia công lắp dựng cốt thép tiết kiệm thời gian nhân lực; tạo tính linh hoạt cao thiết kế, có khả thích nghi với nhiều loại mặt bằng; việc loại bỏ dầm kết cấu giảm đáng kể chiều cao tầng đồng thời mở rộng thêm khơng gian sử dụng MỘT SỐ CƠNG TRÌNH TIÊU BIỂU CHO THẤY NHỮNG ƯU ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ BUBBLEDECK Cơng trình tòa nhà Le Coie (Anh): Giải thưởng Xây dựng Jersey 2005 (tiết kiệm 400,000 bảng Anh sử dụng 7.800m2 sàn BubbleDeck); Chung cư LICOGI 13 (Đường Khuất Duy Tiến - Thanh Xuân - Hà Nội) Cơng trình tăng thêm tầng (từ 25 lên 27 tầng) Do thay đổi kết cấu móng nên phải tính đến tốn giảm tải trọng cơng trình Cơng trình sử dụng bóng nhựa tái chế thay phần bê tơng khơng tham gia chịu lực thớ sàn, cho phép tiết kiệm từ 30-40% lượng bê tông so với sàn truyền thống, giảm 25-30% trọng lượng kết cấu tăng khả vượt độ nhịp lên khoảng lần so với sàn 113(13): 67 - 72 truyền thống giảm thời gian thi công sàn xuống 5-7 ngày Nhờ áp dụng giải pháp công nghệ mới, LICOGI 13 khơng nâng tầng thành cơng, có thêm lợi nhuận mà chủ đầu tư ghi nhận có tư tưởng tiên phong ứng dụng công nghệ thân thiện với môi trường; Giảng đường chùa Lân - Thiền viện trúc lâm Yên Tử - Quảng Ninh Đây dự án lớn với ưu điểm giá thành rẻ, thời gian thi công nhanh gấp lần so với phương pháp thơng thường, trung bình đạt 1000m2/7 ngày điều kiện thi công tốt đánh giá dễ thi công Khả vượt nhịp lớn khoảng cách hai cột lớn 21,6m đơn vị VITEC thiết kế thi công KẾT LUẬN Việc nghiên cứu áp dụng công nghệ sàn BubbleDeck mang lại hiệu kinh tế, chất lượng cao cho cơng trình Đây yêu cầu quan trọng đặt lĩnh vực xây dựng, đặc biệt công trình nhà cao tầng Việc rút ngắn thời gian thi cơng mang lại nhiều lợi ích đáng kể cho dự án Vì cơng nghệ sàn BubbleDeck cần sử dụng rộng rãi toàn ngành xây dựng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].http://www.bubbledeck.com.vn [2].thttp://dspace.mit.edu [3].http://www.ketcau.com [4].http://diendanxaydung.vn [5].lib.lhu.edu.vn 71 Nguyễn Thị Thúy Hiên Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 113(13): 67 - 72 SUMMARY STUDY FEASIBILITY OF A BUBBLEDECK TECHNOLOGY IN CONSTRUCTION Nguyen Thi Thuy Hien*, Nguyen Hoang Son, Nguyen Van Tinh College of Technology – TNU Bubbledeck floor Technology is hollow floor, bearing two modes Bubbledeck a flat floor system can meet the needs of the construction industry in terms of flexibility, durability and material savings, reduce costs and construction time dramatically by eliminating entirely the need beams used in concrete structures, as well as reduce the number of structural walls and column structures lead to saving a lot of concrete, this means saving size , foundation structure At the same time helps to increase significantly the ratio of the intensity and weight compared to traditional flooring types Keywords: Modern construction technology, floor ball, concrete floor, time, cost, quality Ngày nhận bài:04/10/2013; Ngày phản biện: 20/10/2013; Ngày duyệt đăng: 18/11/2013 Phản biện khoa học: ThS Hàn Thị Thúy Hằng – Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp – ĐHTN * Tel: 0982994286; nthien.tnut@gmail.com 72 ... ngày điều kiện thi công tốt đánh giá dễ thi cơng Khả vượt nhịp lớn khoảng cách hai cột lớn 21,6m đơn vị VITEC thi t kế thi công KẾT LUẬN Việc nghiên cứu áp dụng công nghệ sàn BubbleDeck mang... lĩnh vực xây dựng, đặc biệt cơng trình nhà cao tầng Việc rút ngắn thời gian thi công mang lại nhiều lợi ích đáng kể cho dự án Vì công nghệ sàn BubbleDeck cần sử dụng rộng rãi toàn ngành xây dựng. .. + Sàn BD loại C Tấm sàn thành phẩm, sản phẩm phân phối tới chân cơng trình dạng bê tơng hồn chỉnh Hình Cấu tạo sàn BubbleDeck loại C 113(13): 67 - 72 ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA SÀN BUBBLEDECK - Khả