Luận văn: Nghiên cứu ứng xử sàn rỗng vượt nhịp lớn bằng phần tử hữu hạn

Luận văn thạc sĩ phân tích ứng xử của sàn rỗng BubbleDeck vượt nhịp lớn. Nghiên cứu, so sánh và đề xuất chiều dày sàn tối ưu bằng Etabs.

• Tác giả: Dương Phương Khanh
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Quang Tùng
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp
• Đề tài: Nghiên cứu ứng xử của sàn rỗng vượt nhịp lớn bằng phương pháp phần tử hữu hạn
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Sàn Rỗng BubbleDeck Tổng quan công nghệ vượt nhịp ưu việt

Sàn rỗng BubbleDeck là một giải pháp kết cấu mang tính cách mạng, được phát triển tại Đan Mạch. Công nghệ sàn rỗng này giải quyết bài toán kết cấu vượt nhịp lớn bằng cách loại bỏ phần bê tông không tham gia chịu lực ở thớ giữa của bản sàn. Thay vào đó, các quả bóng nhựa tái chế được đặt vào giữa hai lớp lưới cốt thép sàn. Nguyên lý này tạo ra một hệ sàn phẳng không dầm, hoạt động hiệu quả theo hai phương. Cấu trúc độc đáo này giúp giảm đáng kể trọng lượng bản thân của kết cấu, có thể lên đến 35% so với sàn đặc truyền thống. Việc giảm tải trọng này mang lại nhiều lợi ích dây chuyền. Nó cho phép giảm kích thước của các cấu kiện chịu lực khác như cột, vách và hệ móng, dẫn đến tiết kiệm vật liệu một cách toàn diện. Hơn nữa, với bề mặt phẳng và không có dầm, sàn bóng BubbleDeck mang lại sự linh hoạt tối đa trong thiết kế kiến trúc, dễ dàng bố trí hệ thống cơ điện và tối ưu hóa chiều cao thông thủy của công trình. Công nghệ này có thể được thi công theo nhiều dạng khác nhau, từ đổ tại chỗ hoàn toàn (Loại A) đến sử dụng các tấm bán toàn khối (Loại B) hoặc tấm sàn thành phẩm (Loại C), đáp ứng đa dạng yêu cầu và điều kiện của công trường. Đây là giải pháp đã được chứng minh hiệu quả qua hàng triệu mét vuông sàn được thi công tại Châu Âu và đang dần trở nên phổ biến tại Việt Nam.

1.1. Khái niệm và cấu tạo đặc trưng của sàn bóng BubbleDeck

Về cơ bản, sàn bóng BubbleDeck là một bản bê tông cốt thép có cấu trúc rỗng bên trong. Cấu tạo của nó bao gồm ba thành phần chính: lưới thép trên, lưới thép dưới và các quả bóng nhựa rỗng làm từ vật liệu tái chế đặt ở giữa. Các quả bóng này có vai trò định hình thể tích rỗng, thay thế cho lớp bê tông không hiệu quả về mặt chịu lực ở vùng trung hòa. Chúng được định vị chính xác nhờ hệ lưới thép. Sự kết hợp này tạo ra một tấm sàn toàn khối sau khi đổ bê tông, có khả năng làm việc theo hai phương tương tự sàn đặc nhưng nhẹ hơn rất nhiều. Theo nghiên cứu, 2,3 kg nhựa tái chế có thể thay thế khoảng 230 kg bê tông trên mỗi mét vuông sàn (đối với loại sàn BD280), cho thấy hiệu quả giảm tải vượt trội.

1.2. So sánh ưu điểm của công nghệ sàn giảm tải với sàn Ubot

Công nghệ sàn giảm tải BubbleDeck và các loại sàn tương tự như sàn Ubot hay sàn Nevo đều chung mục tiêu là giảm trọng lượng kết cấu. Tuy nhiên, BubbleDeck có những ưu điểm riêng biệt. Hình dạng cầu của bóng nhựa giúp phân bố ứng suất đều hơn so với các hộp nhựa hình vuông của sàn Ubot, tối ưu hóa sự làm việc của bê tông xung quanh. Quá trình thi công sàn nhẹ BubbleDeck cũng có thể được công nghiệp hóa ở mức độ cao với các module chế tạo sẵn, giúp đẩy nhanh tiến độ và kiểm soát chất lượng tốt hơn tại nhà máy. So với sàn đặc, BubbleDeck giảm tới 35% trọng lượng, cho phép vượt nhịp xa hơn 50% và giảm chi phí xây dựng tổng thể. Đây là những lợi thế cạnh tranh quan trọng khi lựa chọn giải pháp sàn cho các công trình quy mô lớn.

II. Thách thức của sàn bê tông truyền thống khi vượt nhịp lớn

Các hệ sàn bê tông cốt thép truyền thống, đặc biệt là sàn dầm, bộc lộ nhiều hạn chế khi áp dụng cho các công trình yêu cầu không gian rộng và nhịp lớn. Thách thức lớn nhất đến từ chính trọng lượng bản thân của kết cấu. Khi nhịp sàn tăng lên, chiều dày sàn và kích thước dầm cũng phải tăng theo để đảm bảo khả năng chịu lực và kiểm soát độ võng sàn bê tông. Điều này làm gia tăng đáng kể tĩnh tải tác dụng lên cột và móng, dẫn đến chi phí vật liệu cho toàn bộ hệ kết cấu tăng vọt. Theo một số nghiên cứu, trọng lượng sàn có thể chiếm tới 50% tổng trọng lượng của một tòa nhà 40 tầng. Vấn đề thứ hai là chiều cao kiến trúc. Hệ dầm-sàn truyền thống làm giảm chiều cao thông thủy, gây khó khăn cho việc lắp đặt các hệ thống kỹ thuật (MEP) và hạn chế sự linh hoạt trong phân chia không gian. Để khắc phục, các kiến trúc sư thường phải sử dụng trần giả, làm tăng chi phí và giảm không gian sử dụng. Quá trình thi công sàn nhẹ cũng phức tạp hơn do hệ thống ván khuôn dầm phức tạp, tốn nhiều thời gian và nhân công. Những hạn chế này thúc đẩy việc tìm kiếm các giải pháp tối ưu hóa kết cấu hiệu quả hơn.

2.1. Hạn chế về trọng lượng bản thân và tiêu hao vật liệu

Trọng lượng bản thân là kẻ thù chính của các kết cấu vượt nhịp lớn. Sàn đặc càng dày, tải trọng tĩnh càng lớn, tạo ra một vòng lặp luẩn quẩn: sàn phải dày hơn để chịu được chính trọng lượng của nó. Điều này không chỉ gây lãng phí bê tông cốt thép ở những vùng ít chịu ứng suất mà còn làm tăng kích thước móng một cách không cần thiết. Trong các vùng chịu động đất, khối lượng công trình lớn hơn cũng đồng nghĩa với lực địa chấn tác động lên kết cấu lớn hơn, đòi hỏi hệ thống kháng chấn phức tạp và tốn kém hơn. Việc tiết kiệm vật liệu trở thành một bài toán khó đối với các thiết kế sàn truyền thống.

2.2. Vấn đề độ võng sàn bê tông và chiều cao kết cấu tầng

Kiểm soát độ võng sàn bê tông là một yêu cầu bắt buộc trong thiết kế, tuân thủ theo tiêu chuẩn thiết kế TCVN và các tiêu chuẩn quốc tế. Với nhịp lớn, độ võng có xu hướng tăng nhanh. Giải pháp thông thường là tăng chiều dày sàn hoặc tăng chiều cao dầm. Cả hai cách đều làm tăng chiều cao tổng thể của mỗi tầng, dẫn đến tăng chiều cao toàn bộ công trình. Điều này kéo theo nhiều chi phí phát sinh như chi phí cho tường bao che, hệ thống thang máy, và các hệ thống kỹ thuật khác. Việc giảm chiều cao tầng mà vẫn đảm bảo khả năng vượt nhịp là một mục tiêu quan trọng trong việc tối ưu hóa kết cấu hiện đại.

III. Phương pháp phân tích ứng xử sàn BubbleDeck bằng ETABS

Để đánh giá chính xác ứng xử của sàn rỗng BubbleDeck khi vượt nhịp lớn, phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) là công cụ hiệu quả và được tin dùng. Các phần mềm chuyên dụng như ETABS và SAP2000 cho phép mô phỏng chi tiết hoạt động của kết cấu dưới tác động của tải trọng. Luận văn của tác giả Dương Phương Khanh đã sử dụng ETABS phiên bản 2017 để thực hiện phân tích kết cấu. Điểm mấu chốt trong việc mô phỏng sàn bóng là khai báo đúng đặc tính vật liệu và tiết diện của nó. Thay vì xem sàn là một tấm đặc đồng nhất, mô hình được xây dựng dưới dạng tấm vỏ nhiều lớp (Layered Shell). Cách tiếp cận này cho phép định nghĩa các lớp vật liệu khác nhau: lớp bê tông trên, lớp bê tông dưới, và lớp rỗng ở giữa (đại diện cho các quả bóng nhựa). Trọng lượng và độ cứng của lớp rỗng được điều chỉnh để phản ánh đúng thực tế của sàn BubbleDeck. Cụ thể, độ cứng uốn của sàn được hiệu chỉnh bằng khoảng 0.87 lần so với sàn đặc, và khả năng chịu cắt được lấy bằng 0.6 lần, dựa trên các kết quả nghiên cứu và thực nghiệm đã được công bố. Cách mô phỏng này giúp kết quả phân tích về nội lực và chuyển vị (độ võng) trở nên đáng tin cậy, làm cơ sở cho việc thiết kế và tối ưu hóa kết cấu.

3.1. Mô hình phần tử hữu hạn trong phân tích kết cấu sàn rỗng

Việc sử dụng mô hình phần tử hữu hạn là nền tảng để hiểu rõ ứng xử phức tạp của sàn. Sàn được chia thành một lưới các phần tử nhỏ (phần tử shell). Phần mềm sẽ giải hệ phương trình cân bằng cho toàn bộ các phần tử này để tìm ra nội lực (momen, lực cắt) và chuyển vị tại mỗi nút. Đối với công nghệ sàn rỗng, việc mô hình hóa chính xác các đặc tính giảm nhẹ (giảm khối lượng) và giảm độ cứng (do có lỗ rỗng) là cực kỳ quan trọng. Mô hình tấm vỏ nhiều lớp trong ETABS giải quyết hiệu quả vấn đề này, cho phép phản ánh gần đúng nhất trạng thái ứng suất - biến dạng thực tế của kết cấu.

3.2. Quy trình mô phỏng sàn BubbleDeck trong phần mềm ETABS

Quy trình mô phỏng trong ETABS bao gồm các bước chính. Đầu tiên là khai báo vật liệu cho bê tông cốt thép (ví dụ: B25, B30) và vật liệu cho bóng nhựa (HDPE). Tiếp theo, định nghĩa tiết diện sàn dạng "Slab Section" với tùy chọn "Layered". Trong đó, các lớp bê tông được khai báo với chiều dày thực tế, còn lớp rỗng ở giữa được khai báo với các hệ số điều chỉnh trọng lượng và độ cứng. Sau khi dựng mô hình hình học và gán tải trọng (tĩnh tải, hoạt tải), quá trình phân tích kết cấu được thực hiện. Kết quả thu được bao gồm biểu đồ momen, lực cắt và độ võng, từ đó tiến hành thiết kế và bố trí cốt thép sàn theo các dải (strip) đã định nghĩa.

IV. Cơ sở lý thuyết tính toán khả năng chịu lực sàn BubbleDeck

Việc tính toán khả năng chịu lực của sàn rỗng BubbleDeck về cơ bản tuân thủ theo các nguyên tắc của kết cấu bê tông cốt thép thông thường, được quy định trong các tiêu chuẩn thiết kế như tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5574:2018 hoặc Eurocode 2 (EC2). Tuy nhiên, do cấu trúc rỗng đặc thù, cần có những điều chỉnh và lưu ý quan trọng. Nguyên tắc chung là xem sàn BubbleDeck làm việc tương tự như một sàn đặc nhưng có các đặc trưng hình học được quy đổi. Cụ thể, trong tính toán độ võng và nội lực, độ cứng chống uốn (EI) của tiết diện được lấy giảm đi so với sàn đặc. Theo nhiều nghiên cứu thực nghiệm, giá trị này vào khoảng 87% độ cứng của sàn đặc cùng chiều dày. Đây là một yếu tố quan trọng cần được khai báo khi thực hiện phân tích kết cấu bằng mô hình phần tử hữu hạn. Đối với khả năng chịu cắt, đặc biệt là cắt thủng tại vị trí đầu cột, sự hiện diện của các quả bóng làm giảm diện tích bê tông chịu cắt hiệu quả. Do đó, khả năng chịu cắt của sàn BubbleDeck được tính toán với hệ số chiết giảm, thường lấy bằng 0.6 lần so với sàn đặc. Tại các vị trí có ứng suất cắt lớn, giải pháp thường được áp dụng là bỏ bớt bóng để tạo thành các dải đặc hoặc vùng đặc cục bộ, tăng cường khả năng chịu lực.

4.1. Áp dụng Tiêu chuẩn thiết kế TCVN và Eurocode 2 EC2

Cả tiêu chuẩn thiết kế TCVN và Eurocode 2 đều cung cấp các công thức và phương pháp luận để tính toán thiết kế cho sàn phẳng. Các nguyên tắc về tổ hợp tải trọng, xác định hàm lượng cốt thép tối thiểu, tối đa, và kiểm tra các trạng thái giới hạn (cường độ và sử dụng) đều được áp dụng. Điểm khác biệt khi tính cho sàn BubbleDeck là việc sử dụng các hệ số điều chỉnh cho độ cứng và cường độ chịu cắt như đã nêu. Các phần mềm như ETABS đã tích hợp sẵn các tiêu chuẩn này, giúp quá trình thiết kế được tự động hóa và đảm bảo tuân thủ các quy định hiện hành.

4.2. Phân tích khả năng chịu uốn và kiểm tra cắt thủng

Khả năng chịu uốn của sàn bóng được tính toán tương tự sàn đặc, vì vùng bê tông chịu nén chủ yếu nằm ở lớp bê tông đặc phía trên, ít bị ảnh hưởng bởi các lỗ rỗng. Tuy nhiên, vấn đề cắt thủng (punching shear) lại là yếu tố cần được quan tâm đặc biệt. Đây là hiện tượng phá hoại cục bộ tại khu vực quanh cột. Việc kiểm tra được thực hiện trên các chu vi kiểm tra tới hạn theo quy định của Eurocode 2. Nếu ứng suất cắt tính toán vượt quá khả năng chịu cắt của bê tông (đã chiết giảm), cần phải bố trí cốt thép chống cắt thủng hoặc tạo vùng sàn đặc quanh cột để đảm bảo an toàn cho kết cấu.

V. Kết quả nghiên cứu So sánh BubbleDeck và sàn dầm bẹt

Nghiên cứu của Dương Phương Khanh đã tiến hành so sánh chi tiết giữa hai phương án kết cấu cho một công trình thực tế: phương án sử dụng sàn rỗng BubbleDeck và phương án sàn phẳng có dầm bẹt. Thông qua mô hình phần tử hữu hạn trên ETABS, các kết quả về độ võng sàn bê tông, nội lực và khối lượng vật liệu đã được lượng hóa. Kết quả cho thấy, với cùng một nhịp, sàn BubbleDeck (ví dụ, dày 280mm) có trọng lượng bản thân nhẹ hơn đáng kể so với sàn dầm bẹt (dày 200mm). Điều này trực tiếp làm giảm tĩnh tải xuống móng. Về độ võng, mặc dù có độ cứng thấp hơn, sàn BubbleDeck vẫn kiểm soát tốt chuyển vị và đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn. Về nội lực, mô men uốn trong sàn BubbleDeck có xu hướng phân bố đều hơn. Một trong những kết quả ấn tượng nhất là hiệu quả tiết kiệm vật liệu. Phân tích cho thấy phương án sàn BubbleDeck giúp giảm khoảng 18% khối lượng bê tông cốt thép và 10% khối lượng cốt thép sàn so với phương án sàn dầm bẹt. Những con số này chứng minh một cách thuyết phục các ưu điểm của công nghệ sàn rỗng trong việc tối ưu hóa kết cấu và mang lại hiệu quả kinh tế cho dự án.

5.1. Phân tích so sánh độ võng và nội lực giữa hai phương án

Biểu đồ phân tích từ ETABS chỉ ra rằng độ võng sàn bê tông lớn nhất của phương án BubbleDeck lớn hơn một chút so với sàn dầm bẹt, nhưng vẫn nằm trong giới hạn cho phép. Cụ thể, trong nghiên cứu, độ võng của sàn BubbleDeck là 19.3mm so với 17.6mm của sàn dầm bẹt. Sự chênh lệch này không đáng kể và hoàn toàn có thể chấp nhận được. Về nội lực, mô men âm tại gối của sàn BubbleDeck thấp hơn khoảng 12% so với sàn dầm bẹt, cho thấy sự phân phối lại mô men tốt hơn trong hệ sàn phẳng không dầm, giúp việc bố trí cốt thép trở nên hợp lý hơn.

5.2. Hiệu quả tiết kiệm vật liệu và khối lượng cốt thép sàn

Hiệu quả kinh tế là yếu tố then chốt. Nghiên cứu đã thống kê chi tiết khối lượng vật liệu. Phương án sàn BubbleDeck 280mm yêu cầu 150.7 kg thép/m³, trong khi sàn dầm bẹt cần 167.3 kg thép/m³. Tổng khối lượng thép cho toàn sàn giảm được 10.1%. Quan trọng hơn, tổng khối lượng bê tông giảm đến 18.2%. Việc tiết kiệm vật liệu này không chỉ giảm chi phí trực tiếp mà còn giảm chi phí vận chuyển, nhân công thi công sàn nhẹ, và đặc biệt là giảm chi phí cho hệ móng, góp phần vào việc tối ưu hóa kết cấu toàn diện.

VI. Tối ưu hóa kết cấu Triển vọng tương lai của sàn BubbleDeck

Kết quả phân tích và so sánh đã khẳng định sàn rỗng BubbleDeck là một giải pháp tối ưu hóa kết cấu hiệu quả cho các công trình yêu cầu kết cấu vượt nhịp lớn. Tương lai của công nghệ sàn rỗng này rất tươi sáng, đặc biệt trong bối cảnh ngành xây dựng đang hướng tới các giải pháp bền vững và hiệu quả hơn. Khả năng giảm trọng lượng bản thân không chỉ giúp tiết kiệm vật liệu mà còn góp phần giảm phát thải CO2 trong quá trình sản xuất xi măng. Sự linh hoạt trong thiết kế mà sàn phẳng không dầm mang lại sẽ tiếp tục được các kiến trúc sư ưa chuộng. Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc tối ưu hóa hơn nữa hình dạng và vật liệu của bóng nhựa, kết hợp sàn BubbleDeck với các loại bê tông cường độ cao hoặc bê tông sợi để tăng cường khả năng chịu lực và giảm chiều dày sàn. Việc phát triển các quy trình thi công sàn nhẹ tự động hóa và module hóa cao hơn sẽ giúp giảm giá thành và rút ngắn tiến độ. Sàn BubbleDeck, cùng với các công nghệ tương tự như sàn Ubot và sàn Nevo, sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc định hình các công trình xây dựng của tương lai: nhẹ hơn, linh hoạt hơn và bền vững hơn.

6.1. Ứng dụng thực tiễn trong các công trình dân dụng quy mô lớn

Với những ưu điểm đã được chứng minh, sàn bóng BubbleDeck ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các dự án lớn như trung tâm thương mại, bãi đỗ xe ngầm, bệnh viện, và chung cư cao cấp. Các công trình này đòi hỏi không gian mở, ít cột và khả năng vượt nhịp lớn. Sàn BubbleDeck đáp ứng hoàn hảo các yêu cầu này, đồng thời giúp chủ đầu tư tiết kiệm chi phí và đẩy nhanh tiến độ. Việc áp dụng thành công tại các công trình tiêu biểu ở Việt Nam như Tòa nhà CDC Hà Nội hay Chung cư 249A Thụy Khuê là minh chứng rõ ràng cho tính khả thi và hiệu quả của công nghệ này.

6.2. Hướng nghiên cứu và phát triển của các loại sàn phẳng không dầm

Hướng phát triển chính của sàn phẳng không dầm là tiếp tục tối ưu hóa kết cấu để đạt hiệu suất cao hơn nữa. Các nghiên cứu đang tập trung vào việc kết hợp công nghệ sàn rỗng với bê tông dự ứng lực để tăng khả năng vượt nhịp lên mức tối đa. Ngoài ra, việc phân tích dao động và khả năng cách âm, cách nhiệt của sàn cũng là những lĩnh vực được quan tâm. Việc xây dựng và hoàn thiện bộ tiêu chuẩn thiết kế TCVN dành riêng cho các loại sàn rỗng sẽ là một bước tiến quan trọng, tạo cơ sở pháp lý vững chắc và thúc đẩy việc áp dụng rộng rãi các giải pháp thi công sàn nhẹ tiên tiến này tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU SÀN PHẲNG TRONG CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Trong Chƣơng này, Tác giả đề cập đến vai trò của hệ sàn phẳng BTCT trong công trình xây dựng vƣợt nhịp và xu hƣớng phát triển của loại sàn. Bên cạnh đó, Tác giả giới thiệu về ƣu nhƣợc điểm của một số loại sàn phẳng đƣợc sử dụng phổ biến theo xu hƣớng hiện nay tại Việt Nam, trong đó Tác giả quan tâm giới thiệu chi tiết hơn về công nghệ sàn nhẹ mới là sàn BubbleDeck.1 Khái niệm và vai trò của sàn phẳng trong công trình xây dựng 1.1 Khái niệm về sàn phẳng BTCT Sàn phẳng là hệ sàn chịu lực theo một phƣơng hoặc hai phƣơng đƣợc đặt trực tiếp lên các cột và tƣờng, không có dầm đỡ. Sàn phẳng có thể có hoặc không có mũ cột. Nó là một trong những dạng kết cấu sàn phổ biến nhất trong công trình dân dụng vì những ƣu điểm vƣợt trội hơn so với hệ sàn dầm [1] nhƣ: giảm chiều cao một tầng dẫn đến giảm chiều cao của công trình; tính thẩm mỹ cao; dễ dàng trang trí và tạo sự linh hoạt trong việc bố trí không gian sử dụng; công nghệ thi công cốp pha, cốt thép đơn giản; giảm thời gian thi công và giá thành xây dựng công trình.

Hình 1-1: Mô hình sàn phẳng không dầm 1.2 Vai trò của sàn phẳng BTCT trong công trình xây dựng Nhƣ đã biết trong các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, hệ sàn có ảnh hƣởng rất lớn tới sự làm việc không gian của kết cấu do sàn có tác động trực tiếp đến các bộ phận chịu lực nhƣ dầm, tƣờng, cột và móng công trình. Do vậy, việc lựa chọn phƣơng án sàn hợp lý rất là quan trọng. Đối với công trình ít tầng thì giá thành 6 chi phí cho sàn chiếm một tỷ lệ lớn, còn với nhà nhiều tầng, do công trình chịu lực ngang cũng nhƣ tải trọng bản thân kết cấu lớn nên chi phí cho các bộ phận chịu lực ngang cũng nhƣ cột, tƣờng sẽ tăng dẫn đến chi phí cho sàn càng chiếm tỷ lệ cao hơn. Theo tính toán của một số nghiên cứu thì với công trình cao khoảng 40 tầng, trọng lƣợng sàn chiếm đến 50% trọng lƣợng toàn công trình.

Nhƣ vậy, để tiết kiệm chi phí cho công trình xây dựng dân dụng, giảm thời gian thi công… thì một trong những giải pháp kết cấu đƣợc các nhà thiết kế và chủ đầu tƣ quan tâm là ứng dụng sàn phẳng trong kết cấu của tòa nhà. Sàn phẳng giúp các tòa nhà vƣợt nhịp lớn, tính ƣu việt nhất của sàn phẳng là chiều dày không đổi hoặc gần nhƣ không đổi tạo ra mặt phẳng phía dƣới của sàn khiến cho việc làm cốt pha. Tính năng nổi bật nhất về sàn phẳng là thi công rất đơn giản và nhanh chóng. Sàn phẳng giúp tƣờng hoặc vách ngăn xây linh hoạt, đặc biệt hơn có thể sử dụng trần mộc và không cần phải sử dụng trần giả.

Với công năng sử dụng khi vƣợt nhịp lớn và trần phẳng sẽ nâng cao đƣợc thiết kế kiến trúc, với chiều cao thông thủy sẽ đƣợc sử dụng tối đa mang lại không gian nhiều hơn, không phụ thuộc vào dầm.2 Xu hướng sử dụng loại sàn phẳng hiện nay Cùng với sự phát triển của công nghệ vật liệu tiên tiến thay thế các loại vật liệu truyền thống nhƣ bê tông, gạch nung nhằm giảm trọng lƣợng cho kết cấu công trình và giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng, giảm đƣợc việc khai thác tài nguyên đất, đá tận dụng đƣợc nguyên liệu từ phế phẩm của các ngành công nghiệp khác và quan niệm tính toán cũng nhƣ quan niệm thiết kế kiến trúc phù hợp xu hƣớng tăng chiều dài sàn vƣợt nhịp hiện nay, việc phát triển nhằm thay đổi những hình thức kết cấu cơ bản cột dầm sàn bằng những loại kết cấu cải tiến hơn kế thừa phƣơng thức tính toán sàn theo lý thuyết cổ điển thay thế những phần, vùng sàn không chịu lực bằng các loại vật liệu tái chế, xem xét tải trọng tác dụng lên sàn để có phƣơng án làm giảm nhẹ những tác dụng đó.… Từ đó, giải pháp kết cấu sàn nhẹ vƣợt nhịp lớn đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng nhằm khắc phục những nhƣợc điểm này, trong đó đáng kể đến là công nghệ sàn phẳng không dầm BubbleDeck bắt nguồn từ Đan Mạch (do Jorgen Breuning sáng chế) đã đƣợc áp dụng ở Châu Âu và nhiều nƣớc trên thế giới từ những năm 1997. Ở Việt Nam, trong những năm gần đây một số công trình đã ứng dụng công nghệ sàn phẳng không dầm (BubbleDeck), tiêu biển nhƣ: Công trình Văn phòng số 63 Lý Thái Tổ: Dự án cung cấp 7,000 m2 khu văn phòng và khu mua sắm tại vị trí quan trọng, bao gồm 09 tầng nổi và 01 tầng hầm, với 7 nhịp dài 11m. Công trình Trung tâm sự kiện và tiệc cưới Adora Center – thành phố Hồ Chí Minh: quy mô diện tích sử dụng 43.000 m2, bao gồm 4 tầng và 2 tầng hầm, sức chứa hơn 10. Đặc biệt, đại sảnh Grand Ballroom có diện tích 4,000 m2, trần cao 9m, sức chứa đạt hơn 4.000 khách cùng lúc trong diện tích rộng lớn thông thoáng nhƣ không gian ngoài trời và phòng Hội nghị với nhịp dài nhất là 38,5m.

Công trình Cao ốc văn phòng E-Town: Với tổng diện tích sàn sử dụng > 27.000 m2, bao gồm 18 tầng cao và 03 tầng hầm, với nhịp dài 13,2 m. Công trình Tháp đôi Vincom: quy mô tòa A, B cao 23 tầng và tòa C cao 25 tầng, với chiều dài nhịp là 10m. Hình 1-2:Văn phòng số 63 Lý Thái Tổ Hình 1-3:Trung tâm sự kiện và tiệc cƣới Adora Center – Hồ Chí Minh Hình 1-4: Cao ốc Văn phòng E-Town Hình 1-5: Tháp đôi Vincom 8 1.1 Giới thiệu Sàn phẳng Bê tông cốt thép ULT (sàn nấm) Sàn nấm là sàn không dầm, làm việc theo một phƣơng hoặc hai phƣơng với một bản dày hơn ở vị trí cột và tƣờng chịu lực đƣợc gọi là mũ cột. Mũ cột đóng vai trò nhƣ dầm chữ T ở các vị trí gối đỡ.

Để tăng cƣờng khả năng chịu cắt, có thể tạo ra mũ cột (hình a) hoặc tạo bản đứng cột có chiều dày lớn hơn (hình b). Hình 1-6: Mô hình sàn nấm Trong những năm gần đây, dạng kết cấu sàn này ít phổ biến vì bị giới hạn bởi tính kinh tế của nhịp, trong khoảng 9,5m với sàn bê tông và 12m sàn ứng suất trƣớc. Kích thƣớc mặt bằng của mũ cột nhỏ nhất là 1/3 nhịp và thƣờng đƣợc làm tròn ở mức 100mm. Bề dày của mũ cột thƣờng 1.75 tới 2 lần chiều dày của sàn, đƣợc làm trong để phù hợp với ván khuôn hoặc ở mức 25mm.

Điểm đặc biệt của sàn nấm là mặt phẳng bên dƣới, dễ chế tạo cốp pha và dễ thi công. Chiều dài nhịp kinh tế (L) của sàn phẳng bê tông cốt xấp xỉ 28*D đối với nhịp đơn, 32*D đối với nhịp biên và 36*D đối với các nhịp bên trong. Sàn có UST thì có thể tăng lên lần lƣợt là 35*D, 40*D và 45*D. Trong đó D là chiều dày chƣa bao gồm mũ cột.

 Ưu điểm: Không dầm, khoảng thông lớn ở khoảng giữa các mũ cột. Độ dày kết cấu nhỏ. Thƣờng không yêu cầu cốt thép chống chọc thủng ở đầu cột. Ván khuôn thi công đơn giản.

 Nhược điểm: Mũ cột có thể gây cản trở đối với các hệ thống cơ điện có kích thƣớc lớn. 9 Cần tránh các hệ thống kỹ thuật theo phƣơng đứng tại các vị trí xung quanh cột. Độ võng ở giữa sàn tƣơng đối lớn. Nhịp trung bình.

 Phạm vi ứng dụng: Hình 1-7: Công trình Thƣ viện Điện tử Hình 1-8: Công trình tòa nhà của công ty Đầu Bách khoa Hà Nội tƣ và phát triển hạ tầng đô thị - Hà Nội 1.2 Giới thiệu Sàn hộp U-Boot Beton U-Boot Beton là công nghệ sàn nhẹ sản phẩm công nghệ của hai tập đoàn Daliform Group (Italy) và Peikko Group (Phần Lan), sử dụng các bằng nhựa polypropylen tái chế để thay thế phần bê tông không tham gia chịu lực ở thớ giữa của bản sàn, giúp giảm trọng lƣợng kết cấu, giảm kích thƣớc hệ cột, vách, móng, tƣờng, vách chịu lực và tăng khoảng cách lƣới cột. Bản sàn U-Boot Beton là loại kết cấu rỗng, phẳng, không dầm, liên kết trực tiếp với hệ cột, vách chịu lực nên có nhiều ƣu điểm về mặt kỹ thuật và kinh tế. Ngoài ra, bản sàn U-Boot Beton còn là một sản phẩm cải tiến của Bubble Deck. Hình 1-9: Hệ sàn U – Boot Beton 10  Ưu điểm: Việc giảm trọng lƣợng bản thân kết cấu cho phép kết cấu sử dụng sàn phẳng và vƣợt đƣợc nhịp lớn.

Nhịp lớn nhất mà sàn nhẹ có thể đạt đƣợc là 20m. Nhờ vào hiệu quả giảm chiều cao của sàn nhẹ mà công trình có thể tăng thêm số tầng chức năng. Sàn phẳng không dầm thuận tiện cho việc bố trí hệ thống kỹ thuật, kiến trúc thông thoáng. Giảm tải trọng đứng xuống móng và tải trọng gió, động đất Tiết kiệm nguyên vật liệu và tài nguyên môi trƣờng.

Thi công đơn giản không phụ thuộc nhà thầu cung cấp.  Nhược điểm: Sàn U-Boot Beton là sàn phẳng, rỗng không dầm nên khả năng truyền tải trọng ngang kém hơn so với các loại sàn dầm. Là một sản phẩm mới nên đòi hỏi quy trình thi công nghiêm ngặt, đội ngũ tay nghề cao.  Phạm vi ứng dụng: Sử dụng U-Boot Beton trong kết cấu sàn rất phù hợp với những công trình có yêu cầu kết cấu sàn nhẹ, tiết kiệm vật liệu.

U-Boot Beton là giải pháp lý tƣởng để tạo sàn với nhịp lớn và khả năng chịu tải cao, đặc biệt phù hợp với những kết cấu có yêu cầu về không gian mở, nhƣ trung tâm thƣơng mại, nhà công nghiệp, bệnh viện, trƣờng học cũng nhƣ các công trình công cộng và nhà ở. Khi sử dụng U-Boot Beton cho móng bè thì móng có thể có độ dày lớn hơn mà vẫn giảm lƣợng bê tông sử dụng. 11 Hình 1-10: Chung cƣ GLORY Hình 1-11: Cao ốc văn phòng Châu Tuấn - PALACE tại thành phố Vinh Hà Tĩnh 1.3 Giới thiệu Sàn bóng BubbleDeck 1.1 Nguồn gốc và khái niệm Sàn BubbleDeck đƣợc xuất phát từ Đan mạch, do giáo sƣ Breuning ngƣời Đan mạch sáng chế, sau đó phát triển rất nhanh tại Đan mạch. Từ năm 2011, công nghệ sàn BubbleDeck đã đƣợc ứng dụng cho nhiều nƣớc tên Thế giới.

Sàn BubbleDeck là bản bê tông phẳng bao gồm các module lƣới thép tiền chế nơi có những cấu kiện quả cầu rỗng nằm giữa 2 lớp cốt thép trên và dƣới để tiết kiệm trọng lƣợng. Lớp module cốt thép tiền chế ở dƣới đƣợc gắn với những bản bê tông đúc sẵn hoặc đặt trực tiếp lên khuôn sàn bê tông. Module đƣợc kết nối bằng thanh và lƣới thép.