Nghiên cứu giải pháp kết cấu sàn hiệu quả cho nhà nhịp nhỏ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRỊNH ANH TUẤN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KẾT CẤU SÀN HIỆU QUẢ CHO NHÀ NHỊP NHỎ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS ĐÀO NGỌC THẾ LỰC Đà Nẵng - Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Trịnh Anh Tuấn MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN TIẾNG VIỆT & TIẾNG ANH DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Kết dự kiến Bố cục đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP SÀN TRONG NHÀ DÂN DỤNG 1.1 Các giải pháp sàn sử dụng xây dựng 1.1.1 Sàn bê tông cốt thép toàn khối 1.1.2 Sàn bê tông dự ứng lực 1.1.3 Sàn liên hợp thép bê tông 1.1.4 Sàn bê tông cốt thép lắp ghép 1.1.5 Sàn bóng 1.1.6 U-boot Beton (Ubot Beton): 1.2 Các giải pháp sàn sử dụng cho nhà nhịp nhỏ 10 1.2.1 Giới thiệu nhà nhịp nhỏ 10 1.2.2 Giải pháp kết cấu sàn phù hợp cho nhà nhịp nhỏ 11 1.3 Kết luận chương 12 CHƯƠNG CẤU TẠO VÀ TÍNH TỐN GIẢI PHÁP SÀN ĐỀ XUẤT CHO NHÀ NHỊP NHỎ 13 2.1 Cấu tạo giải pháp sàn đề xuất sử dụng cho nhà nhịp nhỏ 13 2.2 Tính tốn giải pháp sàn đề xuất sử dụng cho nhà nhịp nhỏ 14 2.2.1 Mô tả sàn liên hợp cấu tạo sàn liên hợp 14 2.2.2 Vật liệu sử dụng 16 2.2.3 Tải trọng tác dụng 20 2.2.4 Sự làm việc sàn liên hợp 22 2.2.5 Xác định nội lực 25 2.2.6 Tính tốn tiết diện 28 2.2.7 Tóm tắt quy trình thiết kế 39 2.3 Thiết kế sàn bê tông cốt thép toàn khối 39 2.3.1 Chọn sơ chiều dày sàn vật liệu 39 2.3.2 Xác định tải trọng tác dụng lên sàn 39 2.3.3 Xác định nội lực 40 2.3.4 Tính tốn cốt thép 41 2.4 Kết luận chương 42 CHƯƠNG VÍ DỤ TÍNH TOÁN 43 3.1 Ví dụ thiết kế giải pháp kết cấu sàn đề xuất sử dụng cho nhà nhịp nhỏ 43 3.1.1 Tính tốn tơn cốp pha giai đoạn thi công 44 3.1.2 Tính tốn sàn liên hợp giai đoạn sử dụng 51 3.2 Thiết kế sàn sử dụng kết cấu bê tông cốt thép 56 3.2.1 Xác định tải trọng tác dụng lên sàn 57 3.2.2 Xác định nội lực 58 3.2.3 Tính tốn cốt thép 58 3.3 Đánh giá giải pháp sàn đề xuất với sàn bê tông cốt thép 59 3.4 Kết luận chương 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN TIẾNG VIỆT & TIẾNG ANH NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KẾT CẤU SÀN HIỆU QUẢ CHO NHÀ NHỊP NHỎ Học viên: Trịnh Anh Tuấn _ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN Mã số: 60.58.02.08, Khóa: K34- Kon Tum, Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHĐN Tóm tắt - Hiện nay, giải pháp kết cấu bê tơng cốt thép tồn khối (khung sàn BTCT) sử dụng chủ yếu cơng trình dân dụng nhược điểm giải pháp việc thi công chậm tốn nhiều ván khuôn chống cho việc thi công sàn Do đó, giải pháp kết cấu vừa đáp ứng toàn khối, độ cứng tổng thể giống sàn bê tông cốt thép đáp ứng việc thi công nhanh, tiết kiệm cần thiết Luận văn nghiên cứu đề xuất giải pháp kết cấu sàn cho nhà nhịp nhỏ (L ≤ 5m) bao gồm: Kết cấu sàn sử dụng sàn liên hợp thép – bê tơng Theo tơn bố trí với mục đích làm ván khn sàn giai đoạn thi công cốt thép tham gia chịu kéo giai đoạn sử dụng; Sử dụng giải pháp tường chịu lực để thay kết cấu khung Tường cấu tạo gạch khơng nung có lổ, phần lổ nhồi bê tông bổ sung cốt thép từ móng để kết nối với sàn đảm bảo độ tồn khối hệ kết cấu Kết tính toán cho thấy hiệu giải pháp kết cấu đề xuất so với kết cấu bê tông cốt thép truyền thống tiềm ứng dụng thực tế xây dựng Từ khóa – Sàn liên hợp, sàn bê tông cốt thép, gạch block RESEARCH METHORD FOR EFFECTIVE SLAB STRUCTURE FOR SMALL HOUSE Abstract – Currently, the solution of reinforced concrete structure (frame and reinforced concrete slab) is still used mainly in civil works and the disadvantage of this solution is the slow construction and use of many formwork for slab construction Therefore, a structural solution has just met the whole, the overall hardness is like reinforced concrete slab and fast construction, saving is necessary This thesis has studied and proposed a solution of slab structure for small span houses (L ≤ 5m) including: The slab structure using steel - concrete composite slab Accordingly, the deck slab will be arranged with the purpose of making floor formwork in the construction phase and reinforcement involved in pulling during the use period; Use load-bearing wall solution to replace frame structure Walls are made of bricks with holes, this hole will be stuffed with concrete and reinforced with reinforcement from the foundation to connect to the floor to ensure the structural integrity of the structure Calculation results show the effectiveness of the proposed structural solution compared to traditional reinforced concrete structures and potential applications in actual construction today Keywords – Composite slab, reinforced concrete slab, block brick DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Đặc trưng học bê tông theo Eurocode 16 Bảng 2.2 Hệ số an toàn vật liệu 17 Bảng 2.3 Giá trị cường độ chịu nén trung bình fcm bê tông tuổi 28 ngày theo Eurocode 18 Bảng 2.4 Cường độ tiêu chuẩn cốt thép theo TCVN 5574-2012 19 Bảng 3.1 So sánh hai phương án sàn tải trọng tác dụng 59 Bảng 3.2 So sánh hai phương án sàn vật liệu nhân công 60 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sàn sườn bêtơng cốt thép toàn khối .3 Hình 1.2 Sàn bê tơng cốt thép ứng lực trước Hình 1.3 Cấu tạo sàn liên hợp điển hình Hình 1.4 Sàn bê tông cốt thép lắp ghép Hình 1.5 Kết cấu sàn Bubble Deck Hình 1.6 Kết cấu sàn U-boot beton Hình 1.7 Mặt mặt đứng nhà ống điển hình 11 Hình 1.8 Giải pháp sàn sườn tồn khối cho cơng trình 11 Hình 1.9 Giải pháp sàn liên hợp cho cơng trình dân dụng 12 Hình 2.1 Giải pháp kết hợp sàn liên hợp với tường chịu lực .13 Hình 2.2 Giải pháp gia cố tường chịu lực 14 Hình 2.3 Cấu tạo chi tiết liên kết sàn tường 14 Hình 2.4 Sàn liên hợp với tơn thép hình 15 Hình 2.5 Các kích thước sàn tôn 15 Hình 2.6 Tải trọng tác dụng lên tơn 20 Hình 2.7 Các dạng liên kết điển hình sàn liên hợp .23 Hình 2.8 Sự làm việc sàn liên hợp 23 Hình 2.9 Tiết diện phá hoại dạng phá hoại khác 24 Hình 2.10 Sự làm việc giịn làm việc dẻo 25 Hình 2.11 Phân phối lại momen vị trí gối trung gian 26 Hình 2.12 Phân phối lại momen vị trí gối (tính tốn nhịp chịu tải trọng phân bố đều) 26 Hình 2.13 Phân phối lại tải trọng tập trung 27 Hình 2.14 Tơn sóng thép 28 Hình 2.15 Bề rộng hiệu 28 Hình 2.16 Chất tải cách nhịp 30 Hình 2.17 Phá hoại thép tôn chảy dẻo .32 Hình 2.18 Phá hoại theo khả chịu lực bê tông 32 Hình 2.19 Xác định momen giới hạn vùng momen âm M p , Rd 33 Hình 2.20 Phương pháp m-k 35 Hình 2.21 Các dạng phá hoại phụ thuộc vào nhịp sàn 36 Hình 2.22 Phá hoại cắt bê tông 36 Hình 2.23 Phá hoại chọc thủng 37 Hình 2.24 Tính tốn momen qn tính, bê tơng bị nứt không bị nứt vùng momen dương 38 Hình 2.25 Sơ đồ tính sàn loại dầm .40 Hình 2.26 Sơ đồ tính sàn kê bốn cạnh 41 Hình 3.1 Kích thước gạch block xây tường 43 Hình 3.2 Mặt cắt ngang tôn 44 Hình 3.3 Mặt sàn 44 Hình 3.4 Mặt bố trí tơn 45 Hình 3.5 Mặt cắt cấu tạo sàn 45 Hình 3.6 Mặt cắt ngang bố trí kết cấu sàn 46 Hình 3.7 Sơ đồ tính tơn lúc thi cơng 46 Hình 3.8 Sơ đồ tính tơn lúc thi cơng 47 Hình 3.9 Kích thước tôn 48 Hình 3.10 Sơ đồ tính toán độ võng gây tải trọng thân 50 Hình 3.11 Sơ đồ tính sàn 51 Hình 3.12 Sơ đồ ứng suất tiết diện sàn liên hợp 52 Hình 3.13 Cấu tạo chốt neo đầu sàn .54 Hình 3.14 Mặt sàn 57 Hình 3.15 Bố trí hệ dầm sàn 57 Hình 3.16 Biểu đồ mô men sàn theo phương dọc nhà 58 Hình 3.17 Biểu đồ mô men sàn theo phương ngang nhà 58 Hình 3.18 Biểu đồ mơ men dầm 58 Hình 3.19 Bố trí cốt thép sàn 59 Hình 3.20 Bố trí cốt thép dầm 59 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, công tác thiết kế thi công nhà dân dụng sử dụng phương thức truyền thống giải pháp sàn BTCT đổ toàn khối hay việc sử dụng hệ lớn ván khuôn chống cho thi công sàn Những vấn đề ảnh hưởng lớn đến giá thành cơng trình xây dựng thời gian hồn thành cơng trình Do đó, cần có phải pháp kết cấu, thi công hiệu nhằm rút ngắn thời gian chi phí xây dựng để đáp ứng nhu cầu lớn nhà Ý tưởng giải pháp kết cấu sàn bán lắp ghép sử dụng sàn deck (tấm tôn) vừa làm ván khuôn giai đoạn thi công cốt thép chịu kéo giai đoạn sử dụng sàn kết hợp với hệ tường chịu lực sử dụng gạch block không nung, giải pháp giải vấn đề thi công loại bỏ hệ ván khuôn chống làm cho kết cấu sàn nhẹ giúp giảm tải trọng cho móng thuận tiện cho việc sử dụng kết cấu tường chịu lực thay cho giải pháp khung Như vậy, với quan điểm luận văn thực đề tài: “Nghiên cứu giải pháp kết cấu sàn hiệu cho nhà nhịp nhỏ” Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu giải pháp kết cấu sàn sử dụng xây dựng để từ đề xuất giải pháp kết cấu sàn cho nhà nhịp nhỏ; - Nghiên cứu tính tốn, thiết kế cho giải pháp sàn đề xuất; - Thực ví dụ tính tốn cụ thể cho sàn đề xuất; - So sánh với hệ sàn bê tơng cốt thép để đánh giá tính hiệu giải pháp sàn đề xuất; Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Giải pháp kết cấu sàn cho nhà nhịp nhỏ - Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng gıải pháp kết cấu sàn hıệu cho nhà nhịp nhỏ Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu giải pháp kết cấu sàn sử dụng xây dựng để từ đề xuất giải pháp kết cấu sàn cho nhà nhịp nhỏ; - Nghiên cứu tính toán, thiết kế cho giải pháp sàn đề xuất so sánh với hệ sàn bê tông cốt thép để đánh giá tính hiệu giải pháp sàn đề xuất Kết dự kiến - Đề xuất giải pháp cấu tạo sàn cho nhà nhịp nhỏ; - Xây dựng trình tự tính tốn thiết kế cho giải pháp sàn đề xuất; - Đánh giá tính hiệu giải pháp sàn so với kết cấu sàn truyền thống Bố cục đề tài Mở đầu: Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Chương 1: TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP SÀN TRONG NHÀ DÂN DỤNG Chương 2: CẤU TẠO VÀ TÍNH TỐN GIẢI PHÁP SÀN ĐỀ XUẤT CHO NHÀ NHỊP NHỎ Chương 3: VÍ DỤ TÍNH TỐN GIẢI PHÁP SÀN ĐỀ XUẤT VÀ SO SÁNH VỚI SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP KẾT LUẬN VÀ KİẾN NGHỊ 58 3.2.2 Xác định nội lực Xác định nội lực phần mềm SAFE Hình 3.16 Biểu đồ mơ men sàn theo phương dọc nhà Hình 3.17 Biểu đồ mơ men sàn theo phương ngang nhà Hình 3.18 Biểu đồ mơ men dầm 3.2.3 Tính tốn cốt thép - Tính tốn cốt thép cấu kiện chụ uốn có tiết diện chữ nhật b hb (1000 hb )mm2 Với nội lực theo phương dọc nhà tính cốt thép chịu M+ 8a150, cốt thép chịu mô men âm 8a120 Với nội lực theo phương ngang nhà tính cốt thép chịu M+ 8a120, cốt thép chịu mơ men âm 8a200 Bố trí cốt thép sàn hình bên 59 Hình 3.19 Bố trí cốt thép sàn Hình 3.20 Bố trí cốt thép dầm 3.3 Đánh giá giải pháp sàn đề xuất với sàn bê tơng cốt thép Qua tính tốn thiết kế hai hệ sàn liên hợp sàn kết cấu sàn bê tông cốt thép, thực tổng hợp so sánh khả chịu tải tính kinh tế hai giải pháp sàn việc sử dụng vật liệu thi công sau: Về tải trọng tác dụng: Kết so sánh Bảng 3.1 cho thấy, với hai trường hợp sàn so sánh, chiều cao sàn lấy 120mm, giải pháp sàn liên hợp giảm 8% trọng lượng thân chịu tổng tải trọng 840daN/m2 (tải trọng tổ hợp) lớn 15% so với sàn bê tông cốt thép thường; Bảng 3.1 So s nh hai phương n sàn tải trọng tác dụng Đơn vị tính Sàn liên hợp Sàn bê tông cốt thép - Tĩnh tải daN/m2 400 430 - Hoạt tải daN/m2 200 200 - Tĩnh tải + hoạt tải (đã tổ hợp) daN/m2 840 713 Nội dung STT So sánh Sàn BTCT với sàn liên hợp giảm 7.5% tăng 15% Về vật liệu sử dụng nhân công thi công: kết so sánh thể Bảng 3.2 - Khối lượng bê tông sử dụng cho sàn liên hợp so với sàn BTCT (trong trường hợp tiết kiệm 21% khối lượng bê tông sàn) giảm tải trọng xuống móng; - Lượng thép sử dụng sàn liên hợp nhiều so với sàn thường bê tông cốt thép, nhiên xét tổng quát tổng khối lượng tôn thép lớp so với sàn bê tông cốt thép, cụ thể 20%; 60 Bảng 3.2 So s nh hai phương n sàn vật liệu nhân công So sánh Sàn BTCT với sàn liên hợp Đơn vị tính - Khối lượng bê tơng sàn m3 11.82 14.26 giảm 21% - Khối lượng thép kg 773.4 1663.6 giảm 115% 100 (1300) 0.00 tăng 100% Vật liệu - Khối lượng tôn Sàn bê tông cốt thép Nội dung STT Sàn liên hợp m2 (kg) - Số chống 66.0 140.0 giảm 112% - Ván khuôn m2 10.0 130.2 giảm 13 lần công 27.0 60.0 giảm 45% Triệu đồng /m2 sàn 0,76 1,30 giảm 1.7 lần Nhân công (Ván khuôn, cốt thép, bê tông) Chi phí (Vật liệu, nhân cơng) - Một khác biệt rõ rệt sàn liên hợp với sàn bê tông cốt thép số lượng ván khuôn chống dùng cho thi công sàn Trong chống tiết kiệm đến 112% ván khn sử dụng giảm đến 13 lần Như vậy, hiệu thi công đặc điểm bậc giải pháp sàn liên hợp; - Do thuận lợi mặt thi công giải pháp sàn liên hợp so với sàn bê tông cốt thép nên số nhân công thực giảm 45% so với sàn bê tơng cốt thép điều ảnh hưởng đến chi phí thi cơng 1m2 sàn, khía cạnh chênh lệch lên đến 1.7 lần hai giải pháp sàn Như vậy, qua kết tính tốn so sánh giải pháp sàn liên hợp thép – bê tông kết hợp với hệ tường chịu lực so với giải pháp sàn bê tông cốt thép sử dụng phổ biến nay, cho thấy hiệu giải pháp mặt kết cấu loại bỏ hệ dầm, tải trọng truyền xuống móng mặt thi cơng tiết kiệm thời gian chi phí ván khn chống nhiều Điều chứng tỏ giải pháp sàn đề xuất cho nhà nhịp nhỏ hiệu tiềm sử dụng xây dựng nay./ 3.4 Kết luận chương Trong chương tác giả thực nội dung sau: - Thực ví dụ tính tốn cho mặt sàn cụ thể sử dụng giải pháp sàn liên hợp thép – bê tông kết hợp hệ tường chịu lực Quá trình tính tốn thực cho giai đoạn thi công sử dụng; - Thiết kế sàn sử dụng giải pháp kết cấu bê tông cốt thép truyền thống; - So sánh đánh giá hiệu giải pháp kết cấu, thi cơng, chi phí thực cho hai giải pháp kết cấu Kết cho thấy hiệu giải pháp sàn đề xuất so với phương án sàn truyền thống 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Luận văn nghiên cứu giải pháp kết cấu sàn liên hợp thép – bê tông kết hợp với hệ tường chịu lực Kết nghiên cứu nhận sau: - Nghiên cứu đánh giá tổng quát giải pháp kết cấu sàn sử dụng thực tế xây dựng, từ đề xuất giải pháp kết cấu sàn cho nhà nhịp nhỏ; - Đề xuất giải pháp cấu tạo tính tốn cho giải pháp sàn đề xuất gồm: kết cấu sàn sàn liên hợp thép - bê tông kết hợp với hệ tường chịu lực cho nhà nhịp nhỏ (nghiên cứu cho nhà có nhịp L ≤ 5m) - Giải pháp sàn đề xuất thể hiệu so với sàn bê tông cốt thép truyền thống về: + Mặt kết cấu: sàn loại bỏ hệ dầm giúp sàn phẳng, kết hợp với tường chịu lực đảm bảo cho tải trọng sàn truyền xuống móng hơn, làm việc sàn rõ ràng + Về mặt thi công: Việc sử dụng tôn thay cốp pha sàn, giảm số lượng chống đà giáo nên giảm đáng kể nên thời gian thi cơng sàn; + Về chi phí xây dựng: nghiên cứu giải pháp kết cấu đề xuất tiết kiệm đến 1.7 lần so với sàn bê tông cốt thép truyền thống Với quan điểm giải pháp kết cấu phải đáp ứng hiệu mặt kết cấu, thi công kinh tế kết cấu sàn liên hợp kết hợp tường chịu lực giải pháp hiệu tiềm cho việc sử dug xây dựng nay… KIẾN NGHỊ Trong luận văn cịn khía cạnh cần nghiên cứu sau: - Do kết nghiên cứu dựa phân tích lý thuyết nên cần thêm thí nghiệm mơ hình thật sử dụng thực tế để kiểm chứng mức độ hiệu giải pháp đề xuất; - Luận văn đề cập tính hiệu giải pháp sàn đề xuất với kết cấu sàn bê tông cốt thép truyền thống nên cần nhiều nghiên cứu với kiểu sàn khác; - Phương pháp tính tốn, thiết kế tương đối phức tạp nên gây khó khăn cho việc áp dụng Do đó, cần có tính tốn để đưa bảng tra sử dụng; - Cần nghiên cứu thực nghiệm để đánh giá chi tiết ứng xử kết cấu giai đoạn thi công sử dụng 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] European Committee for Standardization Euro code 2: Design of concrete structures (2004) [2] TCVN 2737:1995 Tải trọng tác động - Tiêu chuẩn thiết kế [3] TCVN 5574:2012 Kết cấu bê tông bê tông cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế [4] Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống (2006), Kết cấu bê tơng cốt thép - Phần cấu kiện bản, NXB Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội [5] Phạm Văn Hội (2006), Kết cấu liên hợp Thép - Bê tông, NXB Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội [6] http://www.tranvach.com/san-pham/san-deck-san-lien-hop-san-kim-loai-san- nhe/ ... pháp kết cấu sàn hıệu cho nhà nhịp nhỏ Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu giải pháp kết cấu sàn sử dụng xây dựng để từ đề xuất giải pháp kết cấu sàn cho nhà nhịp nhỏ; - Nghiên. .. 2.1 Cấu tạo giải pháp sàn đề xuất sử dụng cho nhà nhịp nhỏ Căn vào nghiên cứu đánh giá tổng quát giải pháp kết cấu sàn sử dụng thực tế xây dựng, giải pháp kết cấu sàn cho nhà nhịp nhỏ (nghiên cứu. .. xuất giải pháp kết cấu sàn hiệu cho nhà nhịp nhỏ, theo kết cấu sàn chọn sàn liên hợp kết hợp với kết cấu tường chịu lực, cấu tạo tường đáp ứng toàn khối tường sàn Bên cạnh giải pháp cho thấy hiệu