Cẩm nang này cung cấp các phương pháp và hướng dẫn thực hành cho việc đánh giá và thiết kế sàn để kiểm soát rung động gây ra bởi hoạt động của con người hoặc các nguồn khác (ví dụ: máy móc). Rung động sàn là một vấn đề quan trọng trong thiết kế kết cấu, đặc biệt đối với các công trình có yêu cầu cao về tiện nghi và chức năng, như văn phòng, bệnh viện, phòng thí nghiệm, trung tâm thể dục, và thậm chí cả các khu dân cư.

Mục tiêu chính của tài liệu này là giúp các kỹ sư thiết kế sàn bằng thép hoặc sàn liên hợp (sử dụng thép) có thể đáp ứng các tiêu chí về rung động, đảm bảo sự thoải mái cho người sử dụng và tránh các vấn đề về hiệu suất hoạt động của thiết bị.

Những điểm cốt lõi mà tài liệu này thường đề cập bao gồm:

• Giới thiệu về Rung động sàn:

  • Giải thích các loại rung động (chủ yếu là rung động do con người đi lại - walking vibration) và tác động của chúng lên con người (cảm giác khó chịu, lo lắng) và thiết bị.

  • Các yếu tố ảnh hưởng đến rung động sàn (độ cứng, khối lượng, độ giảm chấn của sàn).

  • Các tiêu chí chấp nhận rung động (Acceptance Criteria): Thường dựa trên các tiêu chuẩn hoặc hướng dẫn quốc tế (như ISO 10137, AISC Design Guide 11) với các mức giới hạn khác nhau tùy thuộc vào chức năng sử dụng của không gian (ví dụ: văn phòng, phòng mổ, nhà ở, phòng tập gym).

• Các thông số chính trong phân tích rung động:

  • Tần số tự nhiên (Natural Frequency): Tần số mà sàn có xu hướng rung với biên độ lớn nhất. Một trong những mục tiêu chính là đảm bảo tần số tự nhiên của sàn nằm ngoài dải tần số kích thích của con người (thường là 1.5 Hz - 9 Hz cho đi bộ) hoặc đủ cao để giảm thiểu phản ứng.

  • Hệ số giảm chấn (Damping Ratio): Khả năng hấp thụ năng lượng rung động của hệ thống sàn.

  • Biên độ gia tốc đỉnh (Peak Acceleration) hoặc Hệ số đáp ứng (Response Factor): Các chỉ số định lượng mức độ rung động mà sàn trải qua.

• Các phương pháp phân tích rung động sàn:

  • Phương pháp phân tích đơn giản (Simple Analysis Methods):

    • Kiểm tra tần số tự nhiên: Đảm bảo tần số tự nhiên của nhịp dầm/sàn vượt qua một ngưỡng nhất định (ví dụ: 3 Hz cho công trình văn phòng thông thường).

    • Kiểm tra độ võng tĩnh (Static Deflection Check): Mặc dù không trực tiếp đánh giá rung động, nhưng độ võng tĩnh nhỏ thường là dấu hiệu của độ cứng cao, có thể gián tiếp liên quan đến hiệu suất rung động.

  • Phương pháp phân tích nâng cao (Advanced Analysis Methods):

    • Phân tích dựa trên độ cứng hiệu quả (Effective Stiffness Analysis): Tính toán tần số tự nhiên của các tấm sàn và dầm bằng cách sử dụng các mô hình đơn giản hóa (ví dụ: mô hình tấm hoặc mô hình lưới).

    • Phân tích theo phương pháp khối lượng hiệu quả (Effective Mass Method): Tính toán khối lượng hiệu quả của sàn tham gia vào rung động.

    • Phân tích bằng phương pháp số (Numerical Methods): Sử dụng phần mềm phân tích kết cấu (FEM) để mô hình hóa toàn bộ hệ thống sàn và thực hiện phân tích động lực.

• Thiết kế để kiểm soát rung động:

  • Tăng độ cứng: Tăng chiều cao dầm, tăng momen quán tính của dầm/sàn, giảm nhịp.

  • Tăng khối lượng: Tăng khối lượng của sàn (ví dụ: sử dụng bê tông nặng hơn, tăng chiều dày sàn).

  • Tăng độ giảm chấn: Sử dụng vật liệu có độ giảm chấn cao, hoặc bổ sung các thiết bị giảm chấn chuyên dụng (tuned mass dampers), mặc dù ít phổ biến cho sàn thông thường.

  • Thay đổi bố trí kết cấu: Điều chỉnh vị trí cột, dầm để tránh các tình huống cộng hưởng.

  • Tối ưu hóa hệ thống sàn liên hợp: Tận dụng hiệu quả liên hợp giữa thép và bê tông để tăng độ cứng.

• Các giải pháp cho các loại sàn cụ thể:

  • Sàn liên hợp thép-bê tông (Composite floors): Đây là trọng tâm chính của tài liệu, bao gồm cả sàn sử dụng tấm thép định hình (composite slabs) và dầm liên hợp.

  • Sàn dầm lưới (Cellular beams/Fabricated beams): Các cân nhắc đặc biệt về rung động cho các loại dầm này.

• Các ví dụ thiết kế: Minh họa các bước tính toán và kiểm tra rung động cho các tình huống thiết kế sàn khác nhau.

• Phần mềm hỗ trợ thiết kế: Giới thiệu các công cụ hoặc phần mềm do ArcelorMittal hoặc các bên khác cung cấp để hỗ trợ tính toán rung động.

Tài liệu này rất hữu ích cho các kỹ sư kết cấu, kiến trúc sư và các nhà phát triển dự án muốn đảm bảo chất lượng và tiện nghi không gian thông qua việc kiểm soát hiệu quả rung động sàn. Nó cung cấp các hướng dẫn thực tiễn dựa trên kinh nghiệm và nghiên cứu trong ngành thép.

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

1. GIỚI THIỆU 
1.1. Mục đích của Hướng dẫn
1.2. Các nguồn gây rung động sàn
1.3. Ảnh hưởng của rung động lên người sử dụng và thiết bị
1.4. Các khái niệm cơ bản về rung động (tần số, biên độ, giảm chấn)
1.5. Các tiêu chuẩn và hướng dẫn liên quan (ví dụ: ISO, AISC DG11, CIRIA)

2. TIÊU CHÍ CHẤP NHẬN RUNG ĐỘNG 
2.1. Các phương pháp đánh giá (Hệ số đáp ứng, gia tốc đỉnh)
2.2. Các cấp độ tiện nghi/chức năng (ví dụ: văn phòng, bệnh viện, nhà ở, phòng gym)
2.3. Các giới hạn chấp nhận được cho từng loại công trình

3. ĐẶC TÍNH RUNG ĐỘNG CỦA SÀN 
3.1. Tần số tự nhiên (Natural Frequency)
3.2. Khối lượng hiệu quả (Effective Mass)
3.3. Độ cứng hiệu quả (Effective Stiffness)
3.4. Hệ số giảm chấn (Damping Ratio)
3.5. Phản ứng của sàn dưới tải trọng động

4. PHÂN TÍCH RUNG ĐỘNG SÀN (FLOOR VIBRATION ANALYSIS)
4.1. Các phương pháp phân tích chung
4.2. Phân tích tần số tự nhiên

• 4.2.1. Tần số tự nhiên của nhịp dầm đơn

• 4.2.2. Tần số tự nhiên của hệ sàn (tấm)

• 4.2.3. Tần số tự nhiên của hệ dầm-tấm

4.3. Phân tích phản ứng (Response Analysis)

• 4.3.1. Phân tích cho tải trọng đi bộ (walking load)

• 4.3.2. Phân tích cho tải trọng nhảy/chạy (jumping/running load - nếu có)

• 4.3.3. Phân tích cho các nguồn rung động khác (ví dụ: máy móc)

4.4. Các phương pháp đơn giản hóa và gần đúng
4.5. Sử dụng phần mềm phân tích (FEM)

5. THIẾT KẾ ĐỂ KIỂM SOÁT RUNG ĐỘNG 
5.1. Các chiến lược thiết kế tổng thể
5.2. Ảnh hưởng của các thông số thiết kế

• 5.2.1. Chiều cao/tiết diện dầm

• 5.2.2. Khoảng cách dầm

• 5.2.3. Chiều dày sàn liên hợp

• 5.2.4. Độ cứng của các liên kết

• 5.2.5. Khối lượng bổ sung

5.3. Các giải pháp cụ thể cho hệ thống sàn thép và sàn liên hợp

• 5.3.1. Tối ưu hóa dầm liên hợp

• 5.3.2. Sử dụng dầm lưới/dầm có lỗ (Cellular beams)

• 5.3.3. Giải pháp cho các nhịp dài

5.4. Giải pháp tăng độ giảm chấn (nếu cần)

6. CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT VÀ ĐIỀU CHỈNH
6.1. Rung động do máy móc
6.2. Sàn phòng tập thể dục và khu vực nhảy múa
6.3. Sàn cầu thang
6.4. Các biện pháp khắc phục rung động cho kết cấu hiện có

7. VÍ DỤ THIẾT KẾ
7.1. Ví dụ tính toán cho sàn văn phòng điển hình
7.2. Ví dụ tính toán cho sàn có yêu cầu khắt khe hơn

8. PHẦN MỀM VÀ CÔNG CỤ HỖ TRỢ
8.1. Giới thiệu các công cụ của ArcelorMittal
8.2. Hướng dẫn sử dụng

PHỤ LỤC 
A. Dữ liệu về đặc tính động lực học của con người
B. Các bảng tra cứu hoặc biểu đồ hỗ trợ thiết kế
C. Thuật ngữ và định nghĩa

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Các bạn có thể liên hệ trực tiếp Fanpage (https://www.facebook.com/VietConsEducation) của trung tâm để đặt câu hỏi. Chúng tôi sẽ giải đáp thêm cho bạn.

Quét mã QR 

>>> Xem thêm: Lịch khai giảng các khóa học siêu hot tại Vietcons Education!