Kết cầu sàn nhẹ giảm chi phí xây dựng

1291

Bài viết này chứng minh với nhịp trung bình và lớn, sàn ô cờ là loại sàn nhẹ nhất thông qua việc so sánh trọng lượng của sàn ô cờ với các loại sàn khác. Do có trọng lượng nhẹ, tải trọng đứng và tải trọng động đất tác dụng lên công trình sử dụng sàn ô cờ giảm 20%. Việc áp dụng sáng chế của tác giả giúp thi công sàn ô cờ nhanh chóng và thuận tiện, tiết kiệm 20% chi phí xây dựng kết cấu. Ngoài ra, bài viết cũng đề cập tới các ưu điểm khác của sàn ô cờ.

1. Giới thiệu:

Để tiết kiệm chi phí xây dựng của các tòa nhà sử dụng kết cấu bê tông cốt thép, con người luôn tìm cách giảm trọng lượng bản thân kết cấu sàn. Việc này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng vật liệu nhẹ hơn; hoặc vật liệu có cường độ cao hơn; hoặc tối ưu hóa kết cấu sàn.

Theo hướng thứ nhất hoặc thứ hai, người ta có thể sử dụng bê tông nhẹ hoặc bê tông ứng lực trước. Nhược điểm của hai phương án này là giá thành của một đơn vị khối lượng vật liệu cao hơn so với vật liệu thông thường.

Theo hướng thứ ba, kết cấu sàn được tối ưu hóa sao cho nó có trọng lượng nhẹ nhất và có chi phí vật liệu bê tông và cốt thép thấp nhất so với các loại sàn bê tông khác. Phương án này có ưu điểm là chỉ sử dụng bê tông và cốt thép thông thường. Với nhà có nhịp lớn và trung bình, sàn ô cờ chính là loại sàn nhẹ nhất. Tuy nhiên, việc thi công loại sàn này khá phức tạp làm tăng thời gian và chi phí xây dựng. Năm 2009, tiến sỹ Nguyễn Xuân Hoàng, giám đốc Công ty CP Tư vấn Xây dựng ACH đã sáng chế ra công nghệ thi công mới và được Bộ Khoa học Công nghệ cấp bằng độc quyền sáng chế năm 2010 (Fig. 1). Công nghệ thi công này làm cho quá trình thi công sàn ô cờ trở nên nhanh chóng và đơn giản [1]. Với sáng chế này, các nhà đầu tư có thể giảm 20% giá thành kết cấu xây dựng [2].

 

Fig. 1 Bằng sáng chế của TS Nguyễn Xuân Hoàng

2. So sánh trọng lượng sàn ô cờ với các loại sàn bê tông cốt thép khác

Sàn bê tông cốt thép được phân loại thành sàn có dầm và sàn không dầm (bao gồm sàn phẳng và sàn nấm). Sàn ô cờ là một loại sàn có dầm đặc biệt, tuy nhiên trong bài viết này, “sàn có dầm” được hiểu là sàn có dầm thông thường, không bao gồm sàn ô cờ. Sàn có dầm là loại sàn được dùng phổ biến nhất trong xây dựng vì sử dụng ít bê tông và thép hơn sàn không dầm. Để chứng minh sàn ô cờ là loại sàn bê tông cốt thép nhẹ nhất với nhịp trung bình và lớn, trọng lượng của nó được so sánh với trọng lượng của sàn có dầm trong phần 2.1. Ngoài ra, trong phần 2.2, trọng lượng của sàn ô cờ được so sánh với trọng lượng của các loại sàn nhẹ khác. Trong bài viết này, một ô sàn có kích thước lưới cột 8,4m x 8,4m được thiết kế theo các phương án khác nhau để so sánh.

2.1 So sánh trọng lượng sàn ô cờ với trọng lượng sàn có dầm

Mặt bằng một ô sàn có kích thước lưới cột 8,4m x 8,4m thiết kế theo phương án sàn ô cờ và phương án sàn có dầm được thể hiện trên Fig. 2. Fig.3 là mặt cắt ngang của công trình sử dụng hai phương án sàn này. Theo phương án sàn ô cờ, hệ sàn được thiết kế gồm dầm chính có kích thước tiết diện 1,2m x 0,35m; dầm phụ có kích thước tiết diện 0,2m x 0,35m; bản sàn dày 0,05m. Các ô cờ có kích thước tính từ trục dầm phụ là 1,2m x 1,2m. Theo phương án sàn có dầm, hệ sàn được thiết kế gồm dầm chính có kích thước tiết diện 1,2m x 0,5m; dầm phụ có kích thước tiết diện 0,3m x 0,5m; bản sàn dày 0,15m.

 

Khối lượng bê tông của ô sàn 8,4m x 8,4m được tính trên cơ sở bê tông dầm chính, bê tông dầm phụ và bê tông sàn theo hai phương án trên (Tab. 1). Kết quả cho thấy khối lượng bê tông của sàn ô cờ ít hơn của sàn có dầm 27%. Nói cách khác, kết cấu sàn ô cờ nhẹ hơn sàn bê tông cốt thép có dầm 27%.

2.2 So sánh trọng lượng sàn ô cờ với trọng lượng các loại sàn nhẹ khác:

Trong phần này, sàn ô cờ ở phần 2.1 được so sánh với hai loại sàn rỗng. Fig. 4 thể hiện mặt cắt ngang của công trình sử dụng sàn rỗng và sàn ô cờ. Hai loại sàn rỗng này được tạo ra bằng cách đặt vào trong sàn bê tông các quả bóng nhựa hoặc các miếng xốp hình vuông. Loại thứ nhất gọi là sàn bóng còn loại thứ hai gọi là sàn rỗng ô vuông.

     

Với lưới cột 8,4m x 8,4m, sàn bóng được thiết kế là loại BD340, có bề dày sàn 0,34m; kích thước quả bóng là 0,27m và lượng bê tông sử dụng trên 1m2 sàn là 0,24m3 [3].

Với cùng lưới cột 8,4m x 8,4m, sàn rỗng ô vuông được thiết kế gồm dầm chính có kích thước tiết diện 1,2m x 0,35m; dầm phụ có kích thước tiết diện 0,2m x 0,35m; bản sàn bên trên dày 0,045m, bên dưới dày 0,025m. Khoảng cách giữa trục các dầm phụ là 1,2m x 1,2m.

Theo trực quan, Fig. 4 cho thấy sàn rỗng ô vuông sử dụng ít bê tông hơn sàn bóng và sử dụng nhiều bê tông hơn sàn ô cờ. Tab. 2 trình bày khối lượng bê tông sử dụng trên một m2 sàn ứng với các loại sàn. Lượng bê tông sử dụng cho sàn ô cờ và các loại sàn nhẹ khác được tính theo phần trăm so với lượng bê tông sử dụng cho sàn có dầm và được thể hiện trên Fig. 5. Tab. 2 và Fig. 5 cho thấy kết cấu sàn ô cờ là nhẹ nhất và nhẹ hơn sàn dầm bê tông cốt thép 27%.

 3. Sàn ô cờ giúp tiết kiệm chi phí kết cấu công trình

Công trình sử dụng kết cấu sàn ô cờ có chi phí thấp hơn so với sử dụng kết cấu sàn có dầm thông thường do sàn ô cờ có trọng lượng nhẹ. Để đánh giá mức độ tiết kiệm chi phí xây dựng, tải trọng đứng và tải trọng động đất tác dụng lên nhà dùng sàn ô cờ và nhà dùng sàn có dầm được so sánh.

3.1 Tải trọng đứng

Tải trọng đứng tác dụng lên sàn ô cờ và sàn có dầm được thể hiện trong Tab. 3. Các tính toán trong phần này giả định hệ số vượt tải bằng 1. Theo kết quả trong Tab. 3, so với sàn có dầm, tổng tải trọng đứng tác dụng lên sàn ô cờ giảm 20%.

Tab. 3 Tải trọng đứng tác dụng lên sàn (kG/m2)

Loại sàn Bê tông cốt thép dầm sàn Các lớp hoàn thiện Hoạt tải Tổng tải trọng
Sàn có dầm dày 150 678 100 150 928
Sàn ô cờ 492 100 150 742

 

3.2 Tải trọng động đất

Khối lượng của sàn ô cờ và sàn có dầm được thể hiện trong Tab. 4. Giả thiết là 50% hoạt tải là tải trọng dài hạn. Theo kết quả trong Tab. 4, so với sàn có dầm, khối lượng của sàn ô cờ giảm 22%. Vì tải trọng động đất tỉ lệ thuận với khối lượng nên có thể nói là tải trọng động đất tác dụng lên công trình sử dụng sàn ô cờ giảm 22%.

Tab. 4 Khối lượng của sàn ô cờ và sàn có dầm(kg/m2)

Loại sàn

 Bê tông cốt thép

dầm sàn

Các lớp hoàn thiện Hoạt tải Tổng khối lượng
Sàn có dầm dày 150 678 100 75 835
Sàn ô cờ 492 100 75 667

 

3.3 Mức độ tiết kiệm chi phí kết cấu công trình:

So với công trình sử dụng sàn có dầm, trong công trình sử dụng sàn ô cờ, khối lượng cốt thép dầm, sàn được thiết kế giảm trên 20% do tải trọng đứng giảm 20%. Do tải trọng đứng và tải trọng động đất giảm từ 20% trở lên, kết cấu cột và móng bê tông cốt thép cũng được thiết kế giảm 20%. Như vậy, giá thành xây dựng toàn bộ phần kết cấu bê tông cốt thép trong công trình sử dụng sàn ô cờ giảm 20%.

4. Các ưu điểm khác của sàn ô cờ:

Ngoài ưu điểm chính là giảm chi phí xây dựng, sàn ô cờ còn có các ưu điểm sau đây. Sàn ô cờ giúp giảm chiều cao công trình dẫn đến hạ giá thành tường ngăn, tường bao che, các vật liệu hoàn thiện, các đường ống kỹ thuật. Do trọng lượng nhẹ nên chiều cao tiết diện dầm của sàn ô cờ nhỏ hơn. Fig. 3 cho thấy nếu cùng chiều cao thông thủy thì sàn ô cờ giúp giảm chiều cao tầng, đồng thời giảm vật liệu tường ngăn, tường bao che và các ống kỹ thuật.

Việc giảm kích thước cột bê tông cốt thép do sàn ô cờ có trọng lượng nhẹ đồng nghĩa với việc tăng diện tích sử dụng sàn. Cũng do trọng lượng nhẹ nên sàn ô cờ vượt được nhịp rất lớn. Trong công trình của công ty Rajkot, sàn ô cờ vượt được nhịp 20m (Fig. 6).

Ngoài ra, một số thiết bị cơ điện có thể bố trí dưới sàn ô cờ mà vẫn tạo thẩm mỹ cho công trình. (Fig. 7). Sàn ô cờ còn có độ cứng lớn nên chống rung rất tốt. Nó được áp dụng làm sàn các nhà máy đòi hỏi độ chính xác cao (Fig. 8). Sàn ô cờ có bề mặt mịn nên tạo ra một hệ trần đẹp mà không đòi hỏi lớp trát trần (Fig. 9 và 10). Loại sàn này cho phép tự do bố trí vách ngăn và đường ống kỹ thuật.

5. Kết luận:

Sàn ô cờ là loại sàn nhẹ nhất, có chi phí vật liệu thấp nhất so với các loại sàn bê tông khác có nhịp lớn hoặc trung bình và được sử dụng trên thế giới từ rất sớm. Tải trọng đứng và tải trọng động đất tác dụng lên công trình sử dụng sàn ô cờ giảm 20%. Mặc dù sàn ô cờ có nhiều ưu điểm, việc thi công khá phức tạp. Với sáng chế do tác giả đề xuất và đã được bộ Khoa học công nghệ cấp bằng độc quyền sáng chế, việc áp dụng sàn ô cờ trở nên dễ dàng và phát huy toàn bộ ưu điểm của kết cấu này. Kể từ nay, các nhà đầu tư có thể giảm 20% chi phí xây dựng phần kết cấu công trình. Việc mang lại hiệu quả kinh tế lớn cho các nhà đầu tư và tiết kiệm tài nguyên của xã hội thực sự là một đột phá trong công nghệ xây dựng.

Tài liệu trích dẫn
[1] Công ty CP Tư vấn xây dựng ACH. www.ach.com.vn hoặc www.ach.vn
[2] N.X.Hoàng. Giải pháp giảm giá thành xây dựng-Công nghệ sàn ô cờ [J]. Kiến trúc Việt Nam, 2010, 04-05: 81
[3] N.T.Hoàng. BubbleDeck Công nghệ mang tính cách mạng [J]. Kiến trúc Việt Nam, 2008, 08: 60
 

Bài và ảnh TS Nguyễn Xuân Hoàng