Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học xây dựng
-------------------

Phạm trung dũng

NGHIÊN CứU Độ CứNG CHốNG UốN
CủA SàN BUBBLEDECK
Chuyên Ngành: xây dựng công trình dd & cn
Mã số: 60.58.20

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Cán bộ hướng dẫn:
Gs.ts nguyễn đình cống

Hà nội - 2009


LI NểI U
Nhu cầu xây dựng các công trình nhà cao tầng phục vụ mục đích làm nhà ở,
làm văn phòng cho thuê đang rất phát triển, có một xu hướng chung là các Kiến trúc
sư đều muốn tăng không gian sử dụng bằng cách kéo dãn khoảng cách các bước cột
lên đến mức 8m, 10m, 12m thậm chí 15m và sử dụng sàn phẳng để dễ dàng bố trí
không gian sử dung đối với công trình BTCT. Để đáp ứng yêu cầu này các kết cấu sư
đã nghiên cứu và ứng dụng nhiều giải pháp, có thể phân loại các giải pháp như sau:
cặp giải pháp kết cấu BTCT toàn khối và kết cấu BTCT lắp ghép, cặp giải pháp kết
cấu BTCT thường và kết cấu BTCT ứng lực trước. Bên cạnh các giải pháp mang tính
điển hình, để khắc phục nhược điểm của từng giải pháp có thêm xu hướng sử dụng
kết hợp như kết cấu BTCT bán lắp ghép, kết cấu BTCT toàn khối, lắp ghép, bán lắp
ghép kết hợp có hoặc không thép ứng lực trước. Giải pháp được nhiều người quan tâm


-2 -


LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt

Ph¹m Trung Dòng

Môc lôc
Lời nói đầu ………………………………………………………………….…….. 1
Chương I: Tổng Quan……………………………………………………………………. 5
I.1. Giới thiệu về sàn BubleDeck…………………………………………............... 5
I.2. Tình hình sử dụng sàn BubbleDeck trên thế giới và Việt Nam……………….. 15
I.3. Lý thuyết tính toán độ cứng chống uốn của dầm ………………………………18
I.3.1. Theo TCXDVN 356-2005…………………………………………………... 18
I.3.1.1.Đại cương về tính toán độ võng…………………………………………….. 18
I.3.1.2.Độ cong và độ cứng chống uốn.…………………………………………….. 18
I.3.2. Theo TCXD 5574-1991…………………………………………………….. 25
I.3.3. Theo Tiêu chuẩn xây dựng Hoa kỳ ACI…………………………................. 27
I.3.3.1.Độ cứng chống uốn và mômen quán tính.………………………………….. 27
I.3.3.2.Mômen quán tính hiệu dụng…….………………………………………….. 29
I.3.4. Kết luận………………….………………………………………………….. 31
Chương II: Nghiên cứu thực nghiệm độ cứng chống uốn của sàn BubbleDeck
II.1.

Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm …………………………………………. 32

II.2.

Địa điểm, thời gian, thành phần tham gia thực nghiệm…………………….. 32

III.2.1 Phương pháp:……………………………………………………. ………... 50
III.2.2 Khi chưa nứt……………………………………………..…………………. 52
III.2.3 Khi có xuất hịên vết nứt…………………………………………..… ……… 54
III.3. Tính toán độ võng theo lý thuyết với sàn BubbleDeck sử dụng trong thí nghiệm
III.3.1 Khi sàn chưa xuất hiện vết nứt…………………………………. ………… 55
III.3.2 Khi sàn có xuất hiện vết nứt…………………………………. ... ………… 58

III.4

Tính toán sàn thí nghiệm bằng pp PTHH, so sánh với cách tính đề nghị …61

III.5

Kết luận ………………………………………………..………………… 68

Kết luận và kiến nghị……………………………….. ………………….. ……. 70
Tài liệu tham khảo……………………………….. ……………………............. 71

-4-


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Chương I.

Phạm Trung Dũng

Tổng quan

I.1. Giới thiệu về sàn bubbledeck


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Phạm Trung Dũng

ngoài bằng các vật liệu nhẹ (kính).
+ Thân thiện với môi trường: giảm thiểu các chất thải cacbon và năng lượng.
Diện tích sàn tổng thể được chia thành các cấu kiện nhỏ có thể rộng 3m hoặc 2,4m phụ
thuộc vào mặt bằng công trình, các cấu kiện được sản xuất hàng loạt với công nghệ riêng.
Những cấu kiện này bao gồm các lưới thép trên và dưới, với kích thước phụ thuộc vào dạng
công trình cụ thể, hệ lưới được liên kết với nhau và với hệ lưới thép đứng, hệ bóng rỗng đặt
giữa hệ lưới thép trên và dưới để cố định vị trí. Đối với sàn Bubble Deck loại B, người ta
tiến hành đổ trước một lớp bê tông mỏng phía dưới (thường dày 5 6 cm), đóng vai trò
như tấm ván khuôn cố định đỡ các lớp cốt thép và bóng rỗng ở trên.
Trên công trường, các cấu kiện đơn lẻ sẽ được nối với nhau bởi hệ cốt thép rời rạc đặt
chính giữa nơi liên kết giữa các tấm sàn. Các tấm nối rời rạc được chèn trên lớp bóng rỗng
mục đích tạo thành các tấm nối buộc chặt với lưới thép trên để liên kết các cấu kiện với
nhau. Sau khi bê tông đông cứng, sẽ tạo ra hệ kết cấu liên tục trên toàn bộ bản sàn; các tấm
nối thừa sẽ được loại bỏ để tạo ra tấm sàn liền.
Bubble Deck đã được áp dụng thành công rộng rãi ở châu Âu. ở Đan Mạch và Hà Lan
trong vòng 7 năm trở lại đây trên 1 triệu mét vuông sàn Bubble Deck được thi công ở nhiều
công trình cao tầng.
Nguyên tắc cấu tạo cơ bản của sàn BubbleDeck
Sàn Bubble Deck là loại kết cấu sàn rỗng làm việc theo hai phương trong đó các quả bóng
nhựa có vai trò giảm thiểu lượng bê tông ở vùng không cần
thiết.
Bằng cách phối hợp lỗ rỗng tạo ra do trái bóng và bố trí các
lưới thép, kết cấu bê tông có thể được tối ưu hóa việc sử
dụng đồng thời các vùng chịu mô men uốn và vùng chịu
cắt.


(nhiều

lượng sàn lượng BT

bóng

nhịp)

công xôn (một
lớn nhất nhịp)

hoàn

đổ tại chỗ

(mm)

(m)

(m)

thành

(m3/m2)

dày sàn

chuẩn
(mm)

6 7.8

5.11

0.146

BD340

340

270

9 12.5 4.0

7 9.5

6.22

0.191

BD390

390

315

11

4.7


BD510

510

410

15

12.5
6.1

18.8
BD600

600

500

16

11
13.9

7.2

21.0

12
15.0


a. Dạng A (sàn toàn khối):
Tấm Bubble Deck đơn giản được cấu tạo
bởi lưới thép dưới, quả bóng và lưới thép
trên sau đó sẽ được đổ bê tông tại công
trường trên hệ ván khuôn truyền thống.
b. Dạng B (bán lắp ghép):
Tấm Bubble Deck bán lắp ghép có phần dưới của trái bóng và lưới thép dưới được đổ bê
tông tại xưởng, phần bê tông đúc sẵn này sẽ thay thế cho ván khuôn tại công trường.
c. Dạng C (tấm lắp ghép hoàn thiện):
Tấm Bubble Deck dưới dạng các tấm đúc
sẵn toàn khối có thể được cung cấp để thực
hiện lắp ghép tại công trường.

-8 -


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Phạm Trung Dũng

*Thiết kế bubble deck
Cấu tạo cơ bản sàn Bubble Deck

Chiều
TT

dày Đường kính

sàn



0.148

22.9

370

280

225

16

0.184

23.4

460

3

340

270

11.1

0.220

27.1


(kg / m2)

Chỉ dẫn thiết kế.
Bubble Deck là tấm sàn lõi rỗng làm việc theo 2 phương, được thiết kế theo phương pháp
quy định cho tấm sàn đặc theo tiêu chuẩn thiết kế công trình bê tông cốt thép DIN 1045
(1988) hoặc DIN 1045 (2001).
* Quy trình thiết kế sàn Bubble Deck:
Dựa trên tải trọng đã tính toán, căn cứ vào hồ sơ kiến trúc, lập sơ đồ tính hệ kết cấu như
sau:
+ Toàn bộ hệ kết cấu công trình được tính theo sơ đồ làm việc không gian, bao gồm
cả dầm, sàn, cột.
+ Tất cả kết cấu sàn đổ toàn khối cùng với mũ cột, mũ vách để thép chờ nên coi tấm
sàn liên kết cứng với các gối kê, tấm sàn có bóng quy về phần tử vỏ mỏng, tấm sàn rỗng
-9 -


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Phạm Trung Dũng

quy về vật liệu tương đương theo hướng dẫn được chuyển giao của Bubble Deck
International Đan Mạch bằng phần mềm chuyên dụng.
+ Dùng chương trình SAFE 8.08 để tính toán nội lực của hệ sàn nhà với độ cứng
của sàn Bubble Deck quy đổi theo độ cứng của sàn BTCT thông thường.
*. Các số liệu cho thiết kế Bubble Deck tuân theo bảng sau đây:
Khoảng cách mắt lưới chứa quả bóng có thể thay đổi. Sự giảm tải trọng phụ thuộc vào số
lượng bóng trên mỗi mét vuông sàn.
Số liệu


30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

Số lượng bóng tối đa

1/m2

25.00

16.00

11.11

8.16

6.25

4.94

4.00

Chiều dày sàn tối thiểu


1.91

2.39

2.86

3.34

3.82

4.29

4.77

Hệ số độ cứng chống uốn -

0.88

0.87

0.87

0.88

0.87

0.88

0.88



Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Phạm Trung Dũng

I. Việc sử dụng Bubble Deck giúp cho thiết kế kiến trúc linh hoạt hơn

dễ dàng lựa

chọn các hình dạng, phần mái đua và độ vượt nhịp/diện tích sàn lớn hơn với ít điểm
gối tựa (cột, vách) hơn

không dầm, không tường chịu tải và ít cột làm cho thiết kế

nhà khả thi và dễ thay đổi. Cũng có thể dễ dàng thay đổi phần thiết kế nội thất trong
suốt

vòng đời

của công trình.

Mặt cắt của Bubble Deck cũng tương tự như những tấm sàn rỗng theo một phương thông
thường đã được sử dụng hơn 40 năm qua. Tuy nhiên kết cấu của những tấm sàn loại này có
nhược điểm là chỉ chịu lực theo một phương nên cần có dầm hoặc tường làm gối tựa suốt
chiều dài ở cả hai đầu tấm sàn, vì thế khó thay đổi kết cấu của tòa nhà.
Ưu điểm:
+ Giảm trọng lượng.
+ Tăng khả năng chịu lực.
+ Độ vượt nhịp lớn.
+ ít cột (lưới cột có thể thưa hơn).

Đồ thị mô tả mối quan hệ khả năng vượt nhịp chiều dày sàn tương ứng với khả năng
chịu mô men cho từng loại tấm sàn. Qúa trình xác định nhịp lớn nhất mà tấm sàn Bubble
Deck có thể vượt qua dựa trên tiêu chuẩn British Standard 8110 và Eurocode 2, có bổ sung
hệ số 1.5 để kể đến việc giảm nhẹ bản thân sàn so với sàn đặc truyền thống. Tỉ số giữa
nhịp/chiều cao tính toán của tấm sàn L/d 30 đối với sàn đơn, L/d 39 đối với sàn liên
tục, L/d 10.5 đối với sàn ngàm một phương.

.
d.Kết hợp với giải pháp căng sau.
Khi cần vượt nhịp lớn (trên 15m) nên dùng giải
pháp Bubble Deck ứng lực trước, thực hiện căng
sau (PT). Khi vượt nhịp lớn, tấm sàn Bubble Deck
thông thường sẽ không gặp khó khăn về khả năng
chịu lực nhưng cần hạn chế về độ võng lớn, vì vậy
phải thực hiện giải pháp PT. Bubble Deck
International vừa hoàn thành 32,000m2 sàn khu vực phát thanh và truyền hình cho trung
tâm truyền thông Đan Mạch với kết cấu sàn ứng lực trước căng sau dày 390mm, khẩu độ
vượt nhịp trên 16m. Các dây cáp ứng lực trước đặt cách nhau 3m cũng được chôn dễ dàng
vào khe hở giữa các quả bóng của tấm sàn.
-12 -


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Phạm Trung Dũng

3. Phương pháp
Sản xuất và thực hiện:
+ Nâng cao chất lượng nhờ quá trình sản xuất công xưởng hóa.
+ Giảm khối lượng thi công tại công trường, không đòi hỏi nhiều công nhân tay


+ Môi trường xã hội tốt hơn: cải thiện điều kiện làm việc, thời gian xây dựng ngắn
ít ảnh hưởng tới xung quanh, ít tiếng ồn trong sản xuất, vận chuyển và lắp dựng.
+ Giảm thiểu rác thải sinh ra tại công trình xây dựng.
6. Đặc điểm nổi bật của sàn Bubble Deck
Hình ảnh so sánh các đặc điểm đặc trưng của sàn Bubble Deck so với sàn thông thường
truyền thống khác. Bên trái là kết cấu sàn truyền thống, bên phải là kết cấu sàn Bubble
Deck. Hình ảnh chỉ rõ rằng khi sử dụng sàn Bubble Deck thì yêu cầu về mặt kiến trúc dễ
được thỏa mãn hơn về không gian:

Đây là loại kết cấu sàn sử dụng vật liệu hiệu quả cao, phần bê tông không hoặc ít tham gia
chịu lực được thay bằng các quả bóng nhựa rỗng làm giảm trọng lượng bản thân đến 35%.
Dưới đây là một số đặc điểm nổi bật:

-14 -


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Phạm Trung Dũng

I.2. Tình hình sử dụng hệ kết cấu sàn Bubble deck
I.2.1. Trên thế giới:
-

Hiện tại đã có hơn 30 nước trên thế giới sử dụng sàn Bubble Deck trong xây dựng
các công trình dân dụng và công nghiệp.

-



-16 -


LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt

Ph¹m Trung Dòng

-17 -


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Phạm Trung Dũng

I.3. Lí THUYT TNH TON CNG CHNG UN CA DM
I.3.1.Theo tiờu chun xõy dng Vit Nam 356-2005
I.3.1.1. i cng v tớnh toỏn vừng.
Tớnh toỏn vừng thuc trng thỏi gii hn th hai v iu kin s dng bỡnh
thng. Mc tiờu ca vic tớnh toỏn l xỏc nh vừng f ca cu kin trng thỏi hot
ng bỡnh thng v kim tra iu kin (1-1).
f fu

(1-1)

fu - vừng gii hn (cho phộp) ca cu kin.
tớnh toỏn vừng f cn da vo cỏc phng phỏp v cụng thc ca c hc kt
cu m trc ht l phi xỏc nh c cong. cong ny ph thuc vo ni lc v
cng chng un B ca cu kin.
Ni lc dựng xỏc nh cong l ni lc do ti trng tiờu chun gõy ra trong ú


ho

h

s

t

(a) Dầm võng

Hình 1.1 Sơ đồ xác định độ cong

Khi bờ tụng cha b nt:
1 b + t
=
r
h

Khi bờ tụng ó b nt:

1 b + s
=
r
h0

b , t , s , ln lt l bin dng ca mộp bờ tụng chu nộn, mộp bờ tụng chu kộo khi

cha nt v ca ct thộp chu kộo khi bờtụng ó b nt. Cỏc bin dng ny c xỏc nh
ph thuc vo ni lc, kớch thc hỡnh hc ca tit din v c trng c hc ca vt liu.


Mcr : khả năng chống nứt;
Mr : mômen do ngoại lực nằm ở một phía của tiết diện đang xét đối

với trục song song với trục trung hoà và đi qua điểm lõi xa vùng kéo
Với cấu kiện chịu uốn : Mr =M
Trong các đoạn như vậy độ cong toàn phần của cấu kiện chịu uốn, nén lệch tâm và kéo
lệch tâm được xác định theo công thức:
1 1 1
=  + 
r  r 1  r 2

(1-2)

1
  − độ cong do tải trọng tạm thời ngắn hạn:
 r 1

M 1*
1
  =
 r 1 ϕb1 Eb I red

(1-3)

1
  − độ cong do tải trọng tác dụng dài hạn (tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm
 r 2

thời dài hạn):


nứt, lấy như sau:
+ Đối với bê tông nặng, bêtông nhẹ, bêtông rỗng, bêtông tổ ong:
-

Khi độ ẩm môi trường từ 40 đến 75%: ϕb 2 = 2.

-

Khi độ ẩm dưới 40%:

ϕb 2 = 3,0.

+ Đối với bê tông nhỏ hạt, nhóm A: ϕb 2 = 2,6 và 3.9; nhóm B = ϕb 2 =3,0 và 4,5:
nhóm C: ϕb 2 = 2,0 và 3,0 ứng với các độ ẩm như đã nêu.
Ghi chú:
- Khi độ ẩm luôn cao hơn 75% và bêtông ở trạng thái bão hoà nước giá trị ϕb 2 đựơc
lấy bằng giá trị đã cho nhân với 0.80.
- Khi bêtông thay đổi luân phiên trạng thái bão hoà nước – khô, giá trị ϕb 2 cần nhân
với 1,2.
4. Độ cong đoạn cấu kiện có khe nứt.
Trong các đoạn có khe nứt thẳng góc trong vùng bê tông chịu kéo, độ cong toàn
phần

1
được xác định theo công thức (1-5):
r
1 1 1 1
=   −  + 
r  r 1  r 2  r 3


Ph¹m Trung Dòng

Msi – mômen do tất cả ngoại lực đặt ở một phía của tiết diện đang xét đối với trục
thẳng góc với mặt phẳng uốn đi qua trọng tâm cốt thép chịu kéo As:
Với cấu kiện chịu uốn:

(1-7a)

Msi = Mi

Với cấu kiện nén lệch tâm: Msi = Ni(e0i +ys)
Với cấu kiện kéo lệch tâm: Msi = Ni(e0i – ys)
e0i =

(1-7b)
(1-7c)

Mi
Ni

Ys - khoảng cách từ trọng tâm tiết diện (trục cấu kiện) đến trọng tâm cốt thép chịu
kéo As. Với tiết diện chữ nhật và chữ I đối xứng thì ys = 0,5h – a.
Mi, Ni - nội lực do tải trọng tiêu chuẩn gây ra ứng với từng trường hợp xác định độ cong.
Với i = 1 thì M1, N1 là do toàn bộ tải trọng, với i = 2 và 3 thì M2 = M3;
N2 = N3 là do phần tải trọng tác dụng dài hạn.
Bi - độ cứng chống uốn, xác định theo công thức (1-8)
Bi =

h0 Z i


Đối với bê tông nặng, bêtông hạt nhỏ, bêtông nhẹ cấp cao hơn B7,5, lấy ψ b =
0,90.

-

Đối với bê tông nhẹ, bêtông rỗng, bêtông tổ ong cấp B7,5 và thấp hơn lấy ψ b =
0,70.

-

Đối với kết cấu chịu tải trọng trùng lặp, không phụ thuộc vào loại và cấp
bêtông ψ b = 1,0.

-22 -


LuËn v¨n th¹c sü kü thuËt

Ph¹m Trung Dòng

ϕ fi - hệ số của cánh và cốt thép chịu nén, tuỳ thuộc vào tác dụng của tải trọng

(thông qua hệ số đàn hồi dẻo ν i ).
ν i - hệ số đàn hổi dẻo vùng nén.
ξ=

xi
- chiều cao tương đối của vùng nén, ứng với từng trường hợp tác dụng của
h0


bền B > 7,5 lấy ϕls như sau:
+ Khi tính tác dụng ngắn hạn của tải trọng
Với cốt thép trơn và sợi: ϕls = 0,1.
Với cốt thép có gờ:

ϕls = 1,1

+ Khi tính tác dụng dài hạn của tải trọng ϕls = 0,8 (đối với mọi loại cốt thép).
Với bêtông có cấp độ bền B ≤ 7,5; lấy ϕls bằng giá trị đã cho nhân với hệ số
0,75.
ϕm - hệ số liên quan đến quá trình mở rộng khe nứt:
ϕm =

Rbt .ser Wpl
M r m M rp

Đồng thời lấy ϕm ≤ 1
Lấy –Mrp khi nó ngược chiều với Mr và ngược lại.
-23 -

(1-12)


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Phạm Trung Dũng

Es - khong cỏch t im t lc dc lch tõm N n trng tõm ct thộp chu kộo
As. Theo nh ngha thỡ: es =

Hình 1.2 Biểu đồ mômen uốn và biểu đồ độ cong của dầm

cong ton phn
Cn tớnh ton

1
xỏc nh theo cụng thc (1-2) hoc (1-5) l ti mt tit din.
r

1
cho mt s tit din ri th hin biu cong ca tng on v ca
r

ton b cu kin. Theo cỏc cụng thc ó dn thy rng cong

1
t l vi mụmen un M.
r

Nh vy, biu cong cú cựng hỡnh dng vi biu M. Trong cỏc on cú mụmen
dng thỡ biu cong

1
cú giỏ tr dng v ngc li (hỡnh 1.2). i vi cu kin
r

chu un cú tit din khụng i, cú khe nt, trờn mi on cú mụmen cựng du cú th tớnh
cong tit din cú mụmen ln nht, cong ca nhng tit din cũn li ca on ú
c ly t l vi t l mụmen un.
-24 -