CHƯƠNG 4
SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

34

1. CẤU TẠO
Sàn liên hợp sử dụng phổ biến trong nhà cao tầng bao gồm các thành phần: tấm
thép tôn định hình, cốt thép và bê tông đổ tại chỗ. Sự làm việc của sàn liên hợp thép –
bê tông là nhờ vào sự tiếp xúc giữa bê tông và thép. Hình 4.1. Sàn liên hợp với tấm tôn hình bằng thép
Sàn liên hợp thép – bê tông là bản sàn một phương, các bản sàn gác lên các dầm
phụ được đỡ bởi các dầm chính đặt vuông góc với dầm phụ và gác lên các cột. Tùy
theo ô bản lớn hay bé mà sử dụng thanh chống trong quá trình thi công, các ô bản có
nhịp nhỏ hơn 3.5m thì không cần sử dụng thanh chống.
Cốt thép trong bản liên hợp được dùng để :
- Phân phối tải trọng
- Gia cường cục bộ tại các lỗ mở của bản
- Chống cháy, chịu Mômen âm phía trên và khống chế vết nứt do co ngót của bê
tông.
Vai trò của tấm tôn :
- Đóng vai trò là sàn công tác trong quá trình thi công
- Đóng vai trò là cốp pha vĩnh cữu cho cho sàn liên hợp
- Đóng vai trò là cốt thép lớp dưới của bản sàn liên hợp khi bê tông đã đông cứng.
Yêu cầu cấu tạo :
- Chiều dày sàn liên hợp từ 10 – 40 cm;
- Chiều dày của tấm tôn từ 0,75 – 1,0 mm, chiều cao từ 40 – 80 mm;

là chiều rộng trung bình của sườn tấm tôn;
 31,5 mm (kích thước mắt sàn rây cốt liệu)

Hình 4.3. Các kích thước của sàn và tấm tôn
- Yêu cầu đối với gối tựa : gối tựa của sàn liên hợp phải có bề rộng nhỏ nhất là
75mm đối với các loại khối thường như dầm thép hoặc dầm bê tông và 100mm đối
với các loại gối ít gặp như gạch đá.
Các dạng liên kết giữa tấm tôn thép với bê tông :

(a) Liên kết cơ học

(b) Liên kết bằng chốt
neo

(c) Liên kết ma sát

(d) Liên kết bằng cách
làm biến dạng sóng
tôn
Hình 4.4. Các dạng liên kết điển hình trong sàn liên hợp

2. SỰ LÀM VIỆC CỦA BẢN LIÊN HỢP
2.1. Ba dạng làm việc của bản liên hợp
- Tương tác hoàn toàn : không có trượt giữa thép và bê tông ở mặt tiếp xúc, phá
hoại có thể là giòn hoặc dẻo, lực tới hạn P
u
lớn nhất.
- Không tương tác : trượt rất lớn xảy ra tại bề mặt tiếp xúc của bê tông và thép, gần
như không có sự truyền lực cắt, lực tới hạn P
u

.
- Dạng phá hoại III : Phá hoại do lực cắt đứng tại vị trí gối tựa, xảy ra với bản có
chiều dày lớn, nhịp ngắn và chịu tải nặng. Phá hoại xảy ra theo tiết diện III.

Hình 4.6. Tiết diện phá hoại của sàn liên hợp
SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

37

3. KIỂM TRA Ở GIAI ĐOẠN THI CÔNG
3.1. Sơ đồ tính
Do tính toán theo bản một phương nên cắt một dải có bề rộng 1m để tính, xem tấm
tôn thép như dầm liên tục nhiều nhịp có mômen quán tính không đổi theo chiều dài
nhịp.

3.2. Phân tích nội lực và mômen
Theo Eurocode 4, phân tích đàn hồi tuyến tính được sử dụng do tấm tôn thuộc
loại cấu kiện thành mỏng, dễ bị mất ổn định ngay trong giai đoạn đàn hồi, khi tấm tôn
thép được xem như liên tục, độ cứng chống uốn là không đổi dọc theo chiều dài của
tấm tôn và bỏ qua sự thay đổi độ cứng do mất ổn định cục bộ của thành tấm tôn tại
những vùng chịu nén.
Mômen quán tính được tính với toàn bộ tiết diện ngang của tấm tôn.
Sự đơn giản hóa chỉ được dùng cho phân tích đàn hồi tổng thể.

3.3. Trạng thái giới hạn tới hạn
3.3.1. Tải trọng
Khi làm việc như sàn công tác, coppha sàn, tấm thép tôn chịu các tải trọng
- Trọng lượng bê tông ướt và tấm tôn thép
- Tải trọng thi công
- Tải thiết bị nếu có

Sd
là giá trị mômen do tải trọng gây ra;
M
Rd
là giá trị mômen đặc trưng cho khả năng chịu uốn của tiết diện .
SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

38 Khả năng chịu uốn của tiết diện
yp
Rd
ap
eff
W
M f



Trong đó:
f
yp
: giới hạn chảy của tấm tôn thép
W
eff
: là mômen kháng uốn hữu hiệu của tiết diện tôn thép
γ
ap
: hệ số an toàn của tấm tôn thép , lấy bằng 1,1

I
p
: Mômen quán tính hữu hiệu (mm
4
/m)
E
a
: module đàn hồi của thép lấy bằng 210 000 N/mm
2
k : hệ số lấy như sau
 k = 1 đối với tấm tôn tựa đơn trên 2 gối tựa
 k = 0,41 đối với tấm tôn liên tục 2 nhịp bằng nhau (3 gối)
 k = 0,52 đối với tấm tôn liên tục 3 nhịp bằng nhau
 k = 0,49 đối với tấm tôn liên tục 4 nhịp bằng nhau
Trong luận văn này, để đơn giản cho việc tính toán, sẽ dùng chương trình
SAP2000 mô phỏng dầm liên tục để tính toán ra nội lực M
Sd
và độ võng δ để so sánh
với sức kháng mômen và độ võng cho phép.

4. KIỂM TRA Ở GIAI ĐOẠN LIÊN HỢP
4.1. Sơ đồ tính
Giống như ở giai đoạn thi công

SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

39

4.2. Phân tích nội lực và mômen
Có các phương pháp phân tích sau :

- Phản lực thay đổi do dỡ bỏ các thanh chống (nếu có) trong quá trình đổ bê tông;
- Do tác dụng của từ biến, co ngót, chuyển vị gối tựa;
- Tác động của khí hậu (nhiệt độ, gió …) tùy từng trường hợp;
- Tác dụng của tải trọng sử dụng.
Trong tính toán nhà thông thường, người ta không kể sự thay đổi nhiệt độ vào
trong tính toán.

4.3.2. Kiểm tra khả năng chịu mômen dương của sàn liên hợp, dạng phá hoại I
Dạng phá hoại I do moment chịu moment dương: thép tấm định hình đạt giới
hạn dẻo hay bê tông đạt đến cường độ chịu nén.
Cốt thép bổ sung trong vùng kéo có thể được tính vào sức chịu tải
Ứng xử của vật liệu thường được lý tưởng hóa với biểu đồ khối ứng suất dẻo
cứng.
SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

40

Kiểm tra ULS, ứng suất trong thép là giới hạn chảy tính toán
yp
ap
f

, ứng suất
trong bê tông là cường độ tính toán
0,85
ck
c
f

và ứng suất trong cốt thép bổ sung là

bf





d
p
: khoảng cách từ đỉnh sàn đến trọng tâm tấm thép tôn
Cánh tay đòn z = d
p
– 0,5x
pl

Cân bằng mômen ta có : M
Rd
= N
p
z
Khả năng chịu momen dương
2
yp pl
p p p
Rd
ap
x
f
M N z A d



trong thép tấm định
hình. Cánh tay đòn z phụ thuộc vào đặc trưng hình học của thép tấm. Moment tương
ứng biểu đồ này là N
cf.
z. Tính toán cánh tay đòn z bằng phương pháp gần đúng.
Biểu đồ thứ hai tương ứng với cặp lực cân bằng trong thép tấm định hình.
Moment tương ứng M
pr
được gọi là moment dẻo giảm yếu của thép tấm, và phải được
cộng thêm N
cf
.z.
Moment kháng uốn: M
p,Rd
= N
cf
.z + M
pr

Lực nén trong bê tông:
0,85
ck
cf c
c
f
N bh



Một số tác giả đề xuất công thức gần đúng M

pa
và M
pr

Khả năng chịu uốn tính toán
 
,
0.5
/
ps Rd cf pr
cf
c p p
p yp ap
M N z M
N
z h h e e e
Af


    

Trong đó:
ep: khoảng cách từ trục trung hòa dẻo đến mép dưới tấm tôn
e: khoảng cách từ trọng tâm tấm tôn đến mép dưới tấm tôn.

4.3.3. Kiểm tra khả năng chịu mômen âm của sàn liên hợp, dạng phá hoại I
- Dạng phá hoại I là do sức kháng moment âm.
- Trục trung hòa dẻo thường nằm trong phạm vi chiều cao thép tấm định hình.
- Bỏ qua thép tấm định hình chịu nén.
- Bỏ qua bê tông chịu kéo.


Với b
c
là bề rộng của vùng bê tông chịu nén lấy bằng bề rộng trung bình của
sườn bê tông trên 1m.
Ta xác định được
0,85
ys
s
s
pl
ck
c
c
f
A
x
f
b




Cánh tay đòn z
2
pl
x
z h a  

Với:

mặt…v.v.
Khả năng chịu cắt dọc của bản được xác định theo phương pháp bán thực
nghiệm gọi là phương pháp m-k được đề xuất bởi Porter và Ekberg (1976).
Phương pháp này không dựa vào sức kháng trung bình τ
u
nhưng sử dụng lực
cắt theo phương đứng V
t
để kiểm tra phá hoại do lực cắt dọc dọc theo đoạn chịu cắt L
s

Quan hệ trực tiếp giữa lực cắt đứng và lực cắt dọc chỉ được biết đến đối với ứng
xử đàn hồi, nếu ứng sử là đàn hồi dẻo hoặc dẻo thì quan hệ không đơn giản vả phương
pháp m-k được sử dụng.
Theo Eurocode 4, lực cắt đứng lớn nhất V
t,Sd
đối với sàn có bề rộng b, bị giới
hạn bởi khả năng chịu cắt dọc V
L,Rd
được cho bởi công thức :
,
1
p
L Rd p
s VS
A
V bd m k
bL




Hình 4.12. Ví dụ tính toán chiều dài L
s

Trong hình 4.12 (a), sàn chịu tải phân bố đều w và tải trong tập trung có giá trị
wL, biểu đồ lực cắt của sàn cho ở hình 4.12 (b).
Thiết lập biểu đồ lực cắt mới cho bản sàn chỉ chịu 2 tải trọng tập trung đối xứng
sao cho có cùng giá trị phản lực ở hai gối tựa hình 4.12 (c), sau đó cân bằng diện tích
biểu đồ lực cắt từng phần âm dương tương ứng với biểu đồ gốc hình 4.12 (b).
Trong hình 4.12 (c), diện tích mỗi phần là 3wL
2
/8, từ đó suy ra vị trí đặt tải
trọng tập trung chính là chiều dài L
s
, cụ thể ở đây là 3L/8.
SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

45

Đối với bản liên tục
- Eurocode 4 điều 9.7.3(6) cho phép sử dụng nhịp tĩnh định tương đương đối với
bản liện tục để xác định đoạn chịu cắt L
s
, chiều dài nhịp L xác định như sau:
 0,8L cho nhịp giữa
 0,9L cho nhịp biên.
Nếu khả năng chịu lực cắt dọc không đủ, có thể tăng khả năng chịu lực bằng
cách sử dụng một số dạng neo, chẳng hạn như chốt chịu cắt hoặc làm biến dạng cục bộ
tấm tôn thép định hình.
Các dạng phá hoại phụ thuộc vào nhịp của sàn

Rd
: cường độ chịu cắt lấy bằng 0,25f
ctk
/γ
c
f
ctk
xấp xỉ 0,7 cường độ chịu kéo trung bình của bê tông f
ctm
k
1
= (1,6 – d
p
) ≥ 1 với d
p
tính bằng m
k
2
= 1,2 + 40ρ với ρ =
0
p
p
A
bd

SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

46

A

Phân tích đàn hồi thường được sử dụng để tính toán độ võng của bản theo rạng
thái giới hạn sử dụng. Trong trường hợp này sử dụng giá trị độ cứng trung bình khi nứt
và không nứt. Trượt biên có thể được xét đến.
Trên một tiết diện nơi bê tông chịu kéo xem như bị nứt trong vùng mômen âm,
moement quán tính I
cc
được tính theo công thức
 
2
3
2
2
12
c
c
c
cc p p c p
x
bx
bx
I A d x I
nn



    

Với:
I
p

pp
c
p
nA bd
x
b nA

SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

47

Trên tiết diện mà phần bê tông xem như không bị nứt, mômen quán tính I
cu
có
thể được tính theo công thức sau
 
2
2
3
3
2
2
12 12 2





        








x
u
: vị trí trục trung hòa tính từ mặt trên của sàn, tính theo công thức :
2
22

  






p
c
m p p p
ii
u
i c m p p
h
h
b b h h nA d
Az
x

- Khi bản liên tục được thiết kế như một loạt bản đơn giản, tiết diện ngang của cốt
thép chống nứt lấy không nhỏ hơn 0.2% tiết diện ngang của bê tông ở phía trên
thép tấm định hình đối với kết cấu không sử dụng thanh chống và 0.4% đối với kết
cấu có sử dụng thanh chống
SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

48

5. LƯU ĐỒ

THIẾT KẾ SÀN LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG

KIỂM TRA Ở GIAI ĐOẠN LIÊN HỢP Trở lại
δ ≤ δ
max
A
No
Yes
Bắt đầu