I. Tiêu chuẩn và tải trọng thiết kế sàn bê tông toàn khối
Thiết kế sàn bê tông toàn khối CTU phải tuân thủ các tiêu chuẩn Việt Nam quan trọng bao gồm TCVN 1652:2006 về thép cốt bê-tông, TCVN 5574:2012 về kết cấu bê-tông cốt thép, và TCXDVN 2737:2006 về tải trọng và tác động. Các tiêu chuẩn này đảm bảo an toàn, độ bền và hiệu quả kinh tế cho công trình. Tải trọng thiết kế được chia thành hai loại chính: tĩnh tải (do trọng lượng kết cấu) và hoạt tải (do sử dụng công trình). Tĩnh tải sàn tầng thông thường dao động từ 382.4 kg/m² với hệ số vượt tải 1.3, trong khi tĩnh tải sàn mái khoảng 272 kg/m². Hoạt tải tiêu chuẩn khác nhau tùy theo loại phòng: siêu thị 300 kg/m², phòng làm việc 240 kg/m², hội trường 400 kg/m². Việc tính toán chính xác các tải trọng này là nền tảng cho thiết kế kết cấu an toàn và kinh tế.
1.1. Tiêu chuẩn Việt Nam áp dụng
Thiết kế sàn bê tông toàn khối phải tuân theo TCVN 5574:2012 quy định chi tiết về tính toán kết cấu. TCVN 1652:2006 cung cấp các tiêu chuẩn về chất lượng thép cốt bê tông với cường độ chịu kéo Rs = 2250 kg/cm² cho thép CI(AI). TCXDVN 2737:2006 xác định hệ số vượt tải: 1.3 cho hoạt tải nhỏ hơn 200 daN/m² và 1.2 cho hoạt tải từ 200 daN/m² trở lên, đảm bảo an toàn cho các công trình dân dụng.
1.2. Phân loại tải trọng tính toán
Tĩnh tải là tải trọng không thay đổi bao gồm gạch ceramic, vữa trát, và bê tông cốt thép. Công thức tính: gtt = n × γ × δ (kg/m²). Hoạt tải thay đổi theo mục đích sử dụng phòng với hệ số vượt tải n = 1.2 hoặc 1.3. Sàn tầng thông thường có tĩnh tải 382.4 kg/m², sàn mái 272 kg/m², hoạt tải sân thượng 100 kg/m². Tổ hợp tải trọng được xác định để tìm trường hợp lực nội lực lớn nhất cho thiết kế.
II. Cấu tạo và phân chia ô sàn bê tông toàn khối
Cấu tạo sàn bê tông toàn khối CTU bao gồm các lớp từ trên xuống: gạch ceramic 40×40×1cm, vữa lót dày 15mm, bê tông cốt thép dày 150mm (sàn tầng) hoặc 80mm (sàn mái), và vữa trát trần dày 10mm. Sàn mái có thêm lớp vữa tạo độ dốc dày trung bình 5cm. Phân chia ô sàn được thực hiện dựa trên tỉ số hai cạnh L₂/L₁ = 7.3 < 2, nên ô sàn làm việc theo hai phương. Các ô sàn được đánh số từ A1 đến A20, mỗi ô có kích thước khác nhau từ 3900mm đến 7800mm. Phân chia này giúp xác định chính xác nội lực và bố trí thép cho từng phần tử, đảm bảo thiết kế sàn toàn khối hiệu quả.
2.1. Cấu tạo chi tiết các lớp sàn
Sàn tầng thông thường gồm 4 lớp chính: gạch ceramic, vữa lót 15mm, bê tông dày 150mm, vữa trát 10mm với tĩnh tải 382.4 kg/m². Sàn mái có 5 lớp: vữa lót, bê tông dày 80mm, vữa tạo độ dốc 5cm, bê tông dày 80mm, vữa trát 10mm với tĩnh tải 272 kg/m². Bê tông được chọn loại B15 với cường độ chịu nén Rb = 85 kg/cm². Cấu tạo này đảm bảo sàn bê tông toàn khối có độ cứng, chịu lực và chống thấm phù hợp.
2.2. Phương pháp phân chia ô sàn
Phân chia ô sàn dựa trên kích thước công trình với ô lớn nhất 7800×7300mm. Các ô được xếp lưới từ trục A-D (chiều dài 7800mm) và trục 1-5 (chiều rộng 6300-7700mm). Mỗi ô có mã gọi từ A1-A20 để quản lý và tính toán. Thiết kế sàn toàn khối với phân chia này cho phép xác định nội lực momen uốn, lực cắt chính xác cho từng vùng, từ đó bố trí thép hợp lý.
III. Kích thước sơ bộ và tính toán nội lực sàn
Kích thước sơ bộ sàn bê tông toàn khối được xác định dựa trên công thức kinh nghiệm từ chiều dài nhịp lớn nhất. Chiều dày sàn hs = L₁/50 = 780/50 = 15.6cm, chọn 16cm. Chiều cao dầm chính hdc = L/12 = 780/12 = 65cm, chiều rộng dầm bdc = 33cm. Chiều cao dầm phụ 30cm, chiều rộng 20cm. Bê tông chọn loại B15 với cường độ chịu nén Rb = 85 kg/cm², cường độ chịu kéo Rbt = 7.5 kg/cm². Thép cốt dùng loại CI(AI) với cường độ chịu kéo Rs = 2250 kg/cm², cường độ chịu cắt Rsw = 1750 kg/cm². Các kích thước này đảm bảo thiết kế sàn toàn khối có độ bền và kinh tế tối ưu.
3.1. Công thức tính kích thước sơ bộ
Chiều dày sàn bê tông được tính hs = L/50 với L là nhịp lớn nhất 780mm, cho hs = 15.6cm (chọn 16cm). Dầm chính có chiều cao hdc = L/12 = 65cm, chiều rộng bdc = 33cm đáp ứng điều kiện chịu lực và độ cứng. Dầm phụ nhỏ hơn: chiều cao 30cm, chiều rộng 20cm. Các kích thước này áp dụng cho sàn toàn khối CTU tiêu chuẩn, cân bằng giữa an toàn kết cấu và tiết kiệm vật liệu.
3.2. Chỉ tiêu cường độ vật liệu
Bê tông B15 có cường độ chịu nén Rb = 85 kg/cm², chịu kéo Rbt = 7.5 kg/cm², modul đàn hồi Eb = 2.2×10⁵ kg/cm². Thép CI(AI) cường độ chịu kéo Rs = 2250 kg/cm², chịu nén Rsc = 2250 kg/cm², chịu cắt Rsw = 1750 kg/cm², modul đàn hồi Es = 2.1×10⁶ kg/cm². Các chỉ tiêu này tuân theo TCVN 5574:2012 và đảm bảo sàn bê tông toàn khối đạt yêu cầu thiết kế.
IV. Bố trí thép và tính toán chi tiết sàn toàn khối
Bố trí thép cho sàn bê tông toàn khối được thực hiện sau khi xác định nội lực từ tổ hợp tải trọng. Tính toán nội lực khung xét các trường hợp chất tải khác nhau: chỉ tĩnh tải, tĩnh tải + hoạt tải toàn bộ, tĩnh tải + hoạt tải một phía. Mỗi trường hợp sinh ra momen uốn và lực cắt khác nhau. Dầm khung trục C và cột khung trục 3 được tính điển hình để xác định diện tích thép dọc và thép ngang cần bố trí. Thép dọc (thép chính) bố trí ở vùng kéo để chịu momen uốn. Thép ngang (thép phân bố và thép ngang) bố trí để chịu lực cắt và kiểm soát nứt. Thiết kế chi tiết sàn toàn khối đảm bảo an toàn, độ bền dài hạn và kinh tế.
4.1. Xác định nội lực từ tổ hợp tải trọng
Nội lực sàn bê tông toàn khối được xác định bằng cách xét các tổ hợp tải trọng khác nhau. Trường hợp 1: chỉ tĩnh tải G. Trường hợp 2: G + hoạt tải toàn bộ. Trường hợp 3: G + hoạt tải lô nhất. Mỗi trường hợp tính momen uốn M và lực cắt Q tại các vị trí đặc trưng. Lực nội lực lớn nhất được chọn làm cơ sở thiết kế chi tiết, đảm bảo an toàn cho tất cả điều kiện hoạt động.
4.2. Bố trí thép dọc và thép ngang
Thép dọc (thép chính) bố trí ở vùng kéo của momen uốn dương và âm, tính toán diện tích As = M/(Rs × hd) với hd là chiều cao hiệu dụng. Thép phân bố bố trí vuông góc thép chính để kiểm soát nứt và phân tán tải. Thép ngang (thép cắt) bố trí để chịu lực cắt Q, tính Asw = Q/(Rsw × h). Bố trí chi tiết tuân theo TCVN 5574:2012, đảm bảo sàn toàn khối hoạt động hiệu quả và an toàn.
