I. Tải Trọng Tác Dụng Trên Sàn Điển Hình
Thiết kế sàn điển hình đòi hỏi phải xác định chính xác các tải trọng tác dụng. Tải trọng được chia thành hai loại chính: tĩnh tải và hoạt tải. Tĩnh tải bao gồm trọng lượng bản thân sàn bê tông cốt thép (BTCT), các lớp cấu tạo hoàn thiện như vữa trát, trần thạch cao và các hệ thống M&E. Hoạt tải là các tải trọng tạm thời có thể xuất hiện trong quá trình sử dụng công trình, được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2727:1995. Việc tính toán chính xác các loại tải trọng này là nền tảng quan trọng cho thiết kế sàn an toàn và kinh tế.
1.1. Tĩnh Tải Và Các Lớp Cấu Tạo
Tĩnh tải của sàn điển hình bao gồm: sàn BTCT dày 150mm (3.70 kN/m²), vữa trát trần (0.23 kN/m²), trần thạch cao và M&E (0.39 kN/m²). Tổng tải trọng các lớp hoàn thiện không kể đến trọng lượng bản thân BTCT là 1.59 kN/m². Sàn vệ sinh có thêm lớp vữa lót tạo độ dốc và lớp chống thấm, với tổng tĩnh tải là 5 kN/m². Sàn ban công, lô gia có cấu tạo tương tự với tổng tĩnh tải 5.4 kN/m².
1.2. Hoạt Tải Theo TCVN 2727
Hoạt tải tiêu chuẩn tác dụng lên sàn điển hình được quy định theo TCVN 2727:1995. Đối với phòng ở, hoạt tải là 0.95 kN/m² (phần dài hạn và ngắn hạn). Ban công, lô gia cũng có hoạt tải 0.95 kN/m². Thang, sảnh, hành lang có hoạt tải 1.60 kN/m², trong khi phòng sinh hoạt cộng đồng là 1.80 kN/m². Tải trọng tường xây trên dầm được tính riêng với trọng lượng riêng 18 kN/m³.
II. Tổ Hợp Tải Trọng Và Mô Hình Phân Tích
Tổ hợp tải trọng là yếu tố quan trọng trong thiết kế sàn điển hình. Các loại tải trọng được phân loại và kết hợp theo các trường hợp tải để mô phỏng các điều kiện hoạt động thực tế. Mô hình phân tích sàn sử dụng phần mềm SAFE để tính toán chính xác các nội lực và chuyển vị. Sàn được mô hình hóa dưới dạng các bề mặt đàn hồi để phân tích nội lực sàn hiệu quả. Các kết quả tính toán bao gồm moment uốn M11, M22 và lực cắt, từ đó xác định các yêu cầu cốt thép sàn trong hai phương X và Y.
2.1. Các Loại Tải Trọng Load Patterns
Các loại tải trọng được phân chia thành: S-DL (trọng lượng bản thân sàn), S-SDL (tĩnh tải các lớp cấu tạo), S-BW (trọng lượng tường xây), S-LL1 (hoạt tải < 2 kN/m²), S-LL2 (hoạt tải ≥ 2 kN/m²). Mỗi loại tải trọng có hệ số vượt tính toán riêng để đảm bảo an toàn. Việc định nghĩa chính xác các loại tải trọng sàn giúp mô hình phân tích chi tiết và đáng tin cậy.
2.2. Phân Tích Nội Lực Sàn
Phân tích nội lực sàn được thực hiện thông qua mô hình SAFE sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn. Kết quả hiển thị dưới dạng biểu đồ màu moment M11 (phương X) và moment M22 (phương Y), cho phép xác định vị trí chịu tải lớn nhất. Dãy Strip sàn được trích xuất theo hai phương để tính toán cốt thép sàn chi tiết. Các nội lực này là cơ sở cho việc kiểm tra chuyển vị và thiết kế chi tiết cốt thép.
III. Tính Toán Cốt Thép Và Kiểm Tra Chuyển Vị
Tính toán cốt thép sàn là bước quan trọng để đảm bảo sàn đạt yêu cầu kỹ thuật. Cốt thép được xác định dựa trên moment uốn từ phân tích nội lực sàn, với hệ số vượt tải lấy giá trị lớn nhất. Kiểm tra chuyển vị ngắn hạn đánh giá mức độ võng của sàn dưới tác dụng của toàn bộ tải trọng, thường không vượt quá L/250. Kiểm tra chuyển vị dài hạn xét đến ảnh hưởng của biến dạng co ngót và tác dụng dài hạn của tải trọng, không vượt quá L/500. Các kiểm tra này đảm bảo sàn không bị võng quá mức, gây ảnh hưởng đến mỹ quan và an toàn công trình.
3.1. Tính Toán Cốt Thép Sàn Hai Phương
Tính toán cốt thép sàn theo phương X và phương Y được thực hiện riêng biệt dựa trên moment uốn lớn nhất từ các dãy Strip sàn. Diện tích cốt thép tính theo công thức bê tông cốt thép, sử dụng các thông số vật liệu tiêu chuẩn: cường độ chịu kéo cho phép của cốt thép, ứng suất làm việc bê tông. Các bảng kết quả tính toán cốt thép sàn cho thấy diện tích cốt thép cần bố trí ở dưới và trên của mỗi phương.
3.2. Kiểm Tra Chuyển Vị Ngắn Hạn Và Dài Hạn
Kiểm tra chuyển vị ngắn hạn xác định độ võng tức thời của sàn từ mô hình SAFE, cần kiểm tra để không vượt giới hạn cho phép. Kiểm tra chuyển vị dài hạn cộng thêm tác dụng của hệ số từ biến và biến dạng co ngót để tính độ cong toàn phần. Việc xác định độ võng dài hạn cho sàn bằng SAFE giúp dự báo chính xác hành vi của sàn trong thời gian dài.
IV. Kiểm Tra Vết Nứt Và Bề Rộng Vết Nứt
Kiểm tra sự hình thành vết nứt trong ô sàn là yêu cầu bắt buộc trong thiết kế sàn điển hình để đảm bảo độ bền lâu dài. Vết nứt có thể xuất hiện khi ứng suất kéo trong bê tông vượt quá cường độ chịu kéo của vật liệu. Bề rộng vết nứt được tính toán dựa trên nội lực kiểm tra sự hình thành vết nứt, sử dụng các giá trị nội lực do tổ hợp tải trọng thường xuyên và tạm thời dài hạn. Xác định độ cong toàn phần của cấu kiện chịu uốn tại các vị trí khác nhau trong ô sàn cho phép đánh giá chính xác mức độ nứt nẻ. Nếu bề rộng vết nứt vượt quá giới hạn cho phép (thường 0.3mm), cần tăng cốt thép hoặc điều chỉnh cấu tạo sàn.
4.1. Phương Pháp Kiểm Tra Vết Nứt
Kiểm tra sự hình thành vết nứt sử dụng nội lực kiểm tra từ tổ hợp tải thường xuyên cộng tạm thời dài hạn. Độ cong toàn phần được tính tại 7 vị trí khác nhau trong dãy strip, bao gồm vị trí tại tâm và các điểm phân chia. Các kết quả tính toán độ cong toàn phần cho thấy vị trí nào chịu tác dụng lớn nhất. Bảng tổng hợp kết quả độ cong của 6 vị trí giúp xác định xu hướng thay đổi chuyển vị dọc theo sàn.
4.2. Tính Toán Và Kiểm Định Bề Rộng Vết Nứt
Bề rộng vết nứt dài hạn và ngắn hạn được tính riêng để đánh giá sự hình thành vết nứt trong ô sàn. Tính toán bề rộng vết nứt dựa trên công thức tiêu chuẩn xét đến khoảng cách cốt thép và độ dài neo. Nếu bề rộng vượt giới hạn, cần tăng cốt thép sàn hoặc giảm khoảng cách bố trí cốt thép để kiểm soát vết nứt trong bê tông.
