Vì sao là Sàn lõi rỗng (Voided Slabs)?

Giải pháp kết cấu cho Sàn nhà là một vấn đề vô cùng quan trọng trong kết cấu công trình, nó quyết định đến giá thành, tiến độ xây dựng và chất lượng sử dụng của tòa nhà. Có hai giải pháp kết cấu sàn truyền thống được sử dụng cho công trình nhà đó là Sàn – Dầm và Sàn phẳng.

 

So với kết cấu Sàn – Dầm, Sàn phẳng là một giải pháp có những ưu  điểm nổi bật như sau:

 Thời gian thi công ngắn và tốn ít nhân công chế tạo trong các khâu: lắp dựng cốp pha, gia công và lắp cốt thép, hoàn thiện trần, đây là ưu điểm lớn nhất của giải pháp sàn phẳng so với sàn dầm;

 Giảm được chiều cao tầng do giảm được chiều cao kết cấu sàn và do đó giảm được chiều cao công trình. Nhiều trường hợp còn có thể tăng được số tầng vì vậy tăng được hiệu suất sử dụng đất;

  Sàn phẳng sẽ không hạn chế về vị trí xây tường ngăn vì vậy tạo điều kiện tốt cho Kiến trúc sư bố trí công năng công trình một cách tối ưu;

 Không cần đóng trần: trong nhiều trường hợp nếu không có hệ thống kỹ thuật treo trần thì không cần phải đóng trần mà vẫn đảm bảo thẩm mỹ.

 

Tuy nhiên sàn phẳng truyền thống có những nhược điểm lớn như sau:

  Chiều dày sàn lớn khi phải vượt qua nhịp dài, thông thườngđể đảm bảo độ võng ở giữa nhịp và chịu cắt ở đầu cột thì bề dày của sàn phái đạt H=1/25L, đây là nhược điểm lớn nhất của sàn phẳng, kéo theo những vấn đề

 Chiều dày lớn gây tải trọng bản thân lớn ảnh hưởng đến kết cấu cột, kết cấu móng;

 Giá thành công trình cao, đặc biệt với công trình nhiều tầng do chi phí về bê tông, chi phí về cốt thép của sàn lớn.

 Một số công nghệ và giải pháp (GP) đã được nghiên cứu ứng dụng để khắc phục những nhược điểm nêu trên của sàn phẳng truyền thống, có thể tóm tắt các nhóm giải pháp sau:

  Nhóm GP1 – Sàn phẳng có mũ cột (sàn nấm) – Hình 2a: Mũ cột có tác dụng làm giảm nhịp của bản sàn, từ đó giảm được độ dày ở giữa nhịp và vẫn đủ độ dày chịu cắt tại đầu cột. Giải pháp này khắc phục được nhược điểm lớn nhất của sàn phẳng, tuy nhiên đồng thời cũng làm mất đi một phần ưu điểm lớn nhất là sàn không còn phẳng.

 Nhóm GP2 – Sàn dự ứng lực – Hình 2b: Sử dụng thép dự ứng lực (căng trước hoặc căng sau khi đổ bê tông) để tạo ứng suất nén trước trongbê tông sàn, giúp sàn chịu được lực lớn, vượt nhịp dài hơn. Tuy nhiên giải pháp này không tăng được khả năng chịu cắt của sàn tại các vị trí đầu cột, vì vậy hoặc chiều dày sàn vẫn lớn như giải pháp truyền thống hoặc phải có mũ cột và tăng cường thép chống cắt. Ngoài ra chi phí cho phần cáp thép dự ứng lực, phụ kiến, nhân công thi côngchuyên nghiệp và làm tăng đáng kể giá thành xây dựng.

 Nhóm GP3 – Sàn lõi rỗng – Hình 3: Nguyên lý của nhóm giải pháp này là tạo ra sàn có kết cấu rỗng ở vùng giữa (vùng lõi) là vùng ít có tác dụng chịu lực để làm giảm trọng lượng của sàn. Các khối tạo rỗng được định vị để sau khi đổ bê tông sẽ tạo thành hệ sàn sườn làm việc một phương hoặc hai phương. Có thể làm rỗng được sàn đến 50% dung tích và giảm được đáng kể trọng lượng của bản sàn so với sàn phẳng thông thường.

So với các nhóm giải pháp GP1 và GP2 thì giải pháp sàn lõi rỗng (GP3) có ưu điểm rất rõ rệt như sau:

 Vẫn giữ được ưu điểm lớn nhất của sàn truyền thống đó là sàn hoàn toàn phẳng;

 Có khả năng chịu lực cắt ở đầu cột tốt do vẫn đảm bảo độ dày của bê tông như sàn đặc;

 Do độ cứng của sàn không giảm đáng kể so với sàn đặc cùng chiều dày nhưng trọng lượng lại giảm nhiều vì vậy Sàn lõi rỗng có khả năng chịu uốn, chống rung động rất tốt cho phép sàn vươn nhịp lớn hơn;

 Sàn dày với nhiều lỗ rỗng làm cho khả năng cách âm, cách nhiệt rất hiệu quả;

Chính vì những ưu điểm nêu trên mà công nghệ đúc sàn lõi rỗng được phát triển tương đối mạnh mẽ, đặc biệt là từ 10 năm trở lại đây và trở thành một hướng lựa chọn rất đáng để quan tâm khi tìm kiếm một giải pháp tối ưu cho các công trình xây dựng. Hiện nay có nhiều nhánh giải pháp làm sàn rỗng đã được phát triển và ứng dụng trong thực tế xây dựng.

Trong mục 2.0 dưới đây sẽ mô tả và phân tích một số giải pháp công nghệtạo sàn lõi rỗng nổi bật nhất đang được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới.

Những giải pháp công nghệ chế tạo sàn lõi rỗng

1. Công nghệ sàn bóng (Bubble Deck)

Sử dụng bóng nhựa đặt ở vùng giữa của bản sàn,cốt thép chịu lực thường được làm từ lưới théphàn cường độ cao kết hợp với các thép tăng cường.

Loại sàn này đã được sử dụng ở Châu Âu hơn một thập kỷ trước, nếu thiết kế tốt thì sàn bóng có thể giảm được lượng bê tông lên đến 35% lượng bê tông so với sàn đặcthường.

Một số nhược điểm cần chú ý của sàn bóng:      

- Bóng hình tròn khó khăn trong việc định vị, trong quá trình thi công đổ và đầm bê tông bóng dễ bị dịch chuyển không tạo được hệ kết cấu chịu lực giống như ý đồ thiết kế;
- Nhiều vị trí cốt thép chịu lực chính tì trực tiếp vào quả bóng vì vậy không được bao bọc bởi bê tông làm cho khả năng làm việc giữa thép và bê tông không được tốt;
- Lớp phủ bê tông chỗ dày mỏng khác nhau do bóng nổi lên chiếm chỗ dễ gây vỡ trong quá trình sử dụng (Hình 4b);
- Vị trí sườn chỗ giáp 2 quả bóng rất mỏng (hình 4c), vị trí này dễ bị tập trung ứng suất gây mỏi và vỡ trong gây võng sàn theo thời gian;
Nếu chất lượng không tốt bóng có thể vỡ trong quá trình thi công dẫn đến chứa nước bên trong và gây khó chịu trong quá trình sử dụng sau này;
- Thép lưới lớp dưới ôm sát quả bóng nên xa mặt dưới bê tông của trần nên dễ xảy ra hiện tường trần nứt dăm hơn;
Công nghệ Sàn bóng có thể là công nghệ sàn lõi rỗng đổ tại chỗ đầu tiên được ứng dụng ở Việt Nam. Thực tế đã ghi nhận thành công trong một số công trình trên khắp cả nước, tuy nhiên do chưa vượt qua được một số hạn chế mang tính bản chất của công nghệ  như nêu trên  nên có một số công trình có chất lượng xấu.

Chính vì vậy để phát huy hết ưu điểm của sàn bóng và tránh được các sự cố đáng tiếc thì phải lựa chọn được các nhà thầu có kinh nghiệm trong thiết kế và thi công, các sản phẩm bóng có chất lượng thật tốt.

2. Công nghệ sàn Cobiax

Cobiax là một hướng khác rất phát triển của sàn lõi rỗng, thay vì cấu tạo thành từng phên như sàn bóng, các khối rỗng được cố định bằng các lồng thép tại xưởng và mang ra lắp đặt ngay tại hiện trường.

Giải pháp của Cobiax là một giải pháp cải tiến của sàn bóng. Hình dáng của khối rỗng cũng như phương pháp định vị bằng lồng thép khắc phục được một số nhược điểm của sàn bóng, trong đó đáng kể nhất là chiều dày lớp bê tông luôn đồng đều và cốt thép được đặt đúng ở vị trí chịu lực 

3. Phương pháp tạo rỗng bằng hộp nhựa (sàn UBOOT)

Một giải pháp công nghệ do hãng Deliform của ITALIA phát triển. Công nghệ U-BOOT không dùng khối tạo rỗng hình cầu như Sàn bóng và Sàn Cobiax mà sử dụng khối rỗng dạng chóp cụt. Nhờ các khối U-BOOT, sàn được cấu tạo thành hệ dầm chữ I giao thoa khá mạch lạc, tiết diện đều, đây là một ưu điểm rõ rệt so với các khối tạo rỗng hình cầu.

Cấu tạo của khối U-BOOT cho phép xếp chồng lên nhau vì vậy tiết kiệm được đáng kể khối lượng vận chuyển.

Tuy nhiên đây là giải pháp có giá thành tương đối cao do phải nhập các khối U-BOOT và tốn nhiều công lắp đặt tại hiện trườngvì thép lớp trên, lớp dưới, thép ziczac chống cắt cho sàn và hộp nhựa là rời rạc không làm thành panel sẵn bị tăng thêm thời gian thi công tại hiện trường, kéo dài tiến độ thi công.

Bên cạnh đó, có một thực tế cho thấy là kết cấu sử dụng sàn U-BOOT được thiết kế khá nặng do diện tích đáy hộp nhựa rộng (525 x 525) nên cần chân hộp cao (từ 6-8cm) để tạo khoảng cách cho bê tông chui sâu vào kín được mặt dưới của hộp, chưa kể vì mặt dưới hộp rỗng nên bê tông có thể dâng lên mặt dưới hộp thêm 2-3cm dẫn đến tổng chiều dày bê tông lớp dưới của sàn từ 8-11cm làm cho sàn có tỷ lệ độ rỗng không cao tốn bê tông ngoài dự kiến và cần cốt thép lớn, dẫn đến chi phí cho m2 sàn Ubootrất cao vậy tính cạnh tranh khó khăn hơn nếu xét về mặt kinh tế của dự án.

Một rủi ro nữa khi thi công đổ bê tông sàn Uboot là phần bê tông dưới mặt hộp có thể không đồng đều, nếu đầm kỹ thì bê tông dâng cao lên vào trong phần rỗng của mặt dưới hộp gây nặng sàn, nhưng nếu đầm ít thì phần bê tông này mỏng hơn thiết kế gây yếu sàn và không đủ chịu lực treo thiết bị dưới trần.Phần bê tông lớp dưới mặt đáy hộp nhựa này cũng không được đầm mặt nên độ đặc chắc cũng không cao như yêu cầu thiết kế.

4. Sàn lõi rỗng công nghệ S-VRO

Sàn phẳng lõi rỗng vượt nhịp lớn VRO đã khắc phục được những mặt hạn chế của công nghệ sàn phẳng truyền thống nhờ vào những cải tiến của tấm S-VRO.

Đặc điểm cấu tạo: Sàn bê tông phẳng lõi rỗng S-VRO tạo rỗng bằng các khối xốp chống cháy dạng trụ dài hoặc khối vuông được định vị chắc chắn bằng các khung thép không gian. Sau khi đổ bê tông sẽ tạo thành hệ kết cấu dầm chữ I giao thoa đồng mức với hai lớp sàn trên và dưới cùng chịu lực thông qua hệ thanh ziczac hình sin nối hai lớp thép trên dưới với nhau. S-VRO có các dòng sản phẩm chính như sau:

Sàn S-VRO một phương:  
Sản phẩm sàn một phương S-VRO1A và S-VRO1B(hình 9a và 9b, 9c) là các sản phẩm phù hợp với kết cấu sàn 1 phương.

S-VRO1A (hình 9a) được cấu tạo từ các khối xốp dạng trụ dài được định vị trong khung thép cường độ cao. Loại sản phẩm này được chế tạo thành các panel trong nhà máy sau đó được vận chuyển đến lắp đặt tại công trường. Sàn S-VRO1A làm việc theo kết cấu sàn một phương và rất phù hợp với các công trình có nhịp dài + bước ngắn (chiều dài nhịp theo hai phương khác nhau đáng kể).

S-VRO1B (hình 9b) là sản phẩm cải tiến từ S-VRO1A, các khối xốp dạng trụ dài 1m x 0.265m được định vị trong lồng thép rời đơn lẻ, các khối rời này được chế tạo tại nhà máy sau đó được vận chuyển đến lắp đặt tại công trường. S-VRO1B không tạo thành phên và tốn thời gian lắp đặt tại hiện trường hơn S-VRO1A, tuy nhiên lại có khả năng sử dụng linh động hơn (đặc biệt cho các công trình có kích thước không vuông vắn). S-VRO1B tiết kiệm kinh phí vận chuyển hơn và có thể dễ dàng gia công sản xuất tại công trường mà không cần mặt bằng gia công sản xuất lớn, quy mô.

Sàn S-VRO hai phương:

Sản phẩm sàn hai phương S-VRO2A và S-VRO2B(hình 11a và 11b, 11c) là các sản phẩm phù hợp với kết cấu 2 sàn phương.

S-VRO2A (hình 11a) được cấu tạo từ các khối xốp tạo rỗng hình vuông đặt trong lồng thép không gian với hai lưới thép trên dưới được liên kết với nhau qua hệ thanh ziczac hình sin liên tục theo hai phương như nhau. Các khối xốp vuông sẽ tạo thành một hệ dầm giao thoa đồng mức hoàn hảo để chịu lực theo hai phương như nhau. Sàn S-VRO2A làm việc theo kết cấu sàn hai phương và rất phù hợp với các công trình có chiều dài nhịp theo hai phương tương đồng nhau.

S-VRO2B (hình 11b) là sản phẩm cải tiến từ S-VRO2A, các khối xốp hình vuông 37cm x 37cm được định vị trong lồng thép rời đơn lẻ, các khối rời này được chế tạo tại nhà máy sau đó được vận chuyển đến lắp đặt tại công trường. S-VRO2B không tạo thành phên và tốn thời gian lắp đặt tại hiện trường hơn S-VRO2A, tuy nhiên lại có khả năng sử dụng linh động hơn (đặc biệt cho các công trình có kích thước không vuông vắn). S-VRO2B cũng tiết kiệm kinh phí vận chuyển hơn và có thể dễ dàng gia công sản xuất tại công trường mà không cần mặt bằng gia công sản xuất lớn, quy mô.

Các ưu điểm của sàn S-VRO

S-VRO được nghiên cứu và hoàn thiện bởi các chuyên gia của Công ty cổ phần xây dựng VRO là tiến sỹ, thạc sỹ đang là giảng viên giảng dạy tại Trường Đại học xây dựng có nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực thiết kế và thi công các công trình sử dụng sàn lõi xốp và tường lõi xốp. Nhờ vào hình dạng và đặc tính của vật liệu khối xốp, cấu tạo của khung định vị mà tất cả các sản phẩm S-VRO đều khắc phục được những nhược điểm lớn của các giải pháp công nghệ khác như:

- Định vị khối rỗng chắc chắn, không cho phép khối rỗng bị đẩy nổi hoặc xê dịch khi đầm bê tông, giúp tạo được hệ kết cấu như ý đồ thiết kế với đầy đủ lớp bê tông bảo vệ cốt thép;
- Khả năng chịu lực cắt tốt do các hệ dầm đủ kích thước cấu tạo và có đủ các cốt thép chịu cắt dạng đai hoặc dạng ziczac hình sin;
- Khối rỗng được làm từ vật liệu EPS không cháy như nhựa tái chế của quả bóng hay hộp nhựa nên không lo vấn đề cháy nổ khi thi công và khi sử dụng;
- Kích thước khối xốp linh hoạt có thể cắt gọt khi thi công nên đảm bảo linh hoạt về chiều dài ô nhịp sàn hay bề dày sàn thay đổi;
-Khối rỗng bằng xốp khối đặc EPS đặc chịu lực nén tốt, không vỡ, không thấm nước, nên đảm bảo việc đầm thoải mái để đảm bảo độ đặc chắc bê tông cả lớp trên và lớp dưới khi đầm, đảm bảo độ đồng đều các lớp bê tông đúng thiết kế, đảm bảo lượng bê tông chuẩn đúng thiết kế không bị hao hụt. Sàn bóng (bubble deck) hay sàn hộp nhựa (uboot) phía trong đều rỗng nên có thể bị tăng bê tông do vỡ bóng hay vỡ hộp nhựa làm bê tông chui vào bên trong hay bê tông không được đầm ở mặt hở phía dưới hộp nhựa (hộp rộng 520×520), mặt dưới hộp nhựa hở chỉ có không khí không đủ chịu áp lực nén khi đầm nên bê tông có thể dâng cao lên vào bên trong hộp gây nặng sàn và nặng cho công trình khi đầm, hoặc nếu đầm không kỹ thì bê tông vào đáy hộp ít thì bê tông lại mỏng không đặc chắc làm yếu sàn và không đủ dày để treo thiết bị cơ điện phía dưới trần
-Tóm lại, hộp xốp, quả bóng, hay hộp nhựa chỉ đóng vai trò cốp pha trong tạo rỗng cho quá trình đổ bê tông, nếu cốp pha trong không tốt thì bê tông sẽ không đặc chắc và đồng đều được như thiết kế. Xem mô hình sàn VRO phía dưới mọi kích thước đều rành mạch, kích thước thi công thực rất sát chuẩn theo thiết kế

Hệ khung thép không gian không tỳ trực tiếp vào xốp nên thép được bê tông bọc kín liên tục và lớp bê tông bảo vệ thép đảm bảo và chuẩn đồng đều theo thiết kế (sàn bóng hay hộp nhựa thép lớp trên tỳ trực tiếp vào quả bóng hay hộp nhựa nên bê tông không bọc kín thép liên tục).

- Xốp có giá thành rẻ hơn khá nhiều so với nhựa tái chế, hạt xốp nguyên chất không phải sản phẩm tái chế nên không lo vấn đề nhiễm các chất độc hại của nhựa đã qua sử dụng tái chế như sàn bóng hay sàn hộp nhựa.
- Tấm panel được sản xuất sẵn tại xưởng nên giảm rất nhiều thời gian thi công lắp đặt tại hiện trường rút ngắn tiến độ thi công, giảm chi phí nhân công và chi phí cán bộ quản lý, sớm đưa công trình vào khai thác nên bài toán kinh doanh hiệu quả cao hơn.
- Giá thành cạnh tranh do 100% các khâu từ thiết kế đến sản xuất chế tạo được thực hiện trong nước.
Sản phẩm S-VRO đã được ứng dụng thành công trong rất nhiều công trình dạng văn phòng và chung cư cao tầng, các nhà phố yêu cầu nhịp lớn.

Mặc dù có rất nhiều ưu điểm so với giải pháp Sàn Dầm truyền thống nhưng giải pháp sàn phẳng lõi rỗng vẫn còn gặp những khó khăn nhất định để phát triển rộng rãi do một số lý do có thể kể ra ở đây như sau:

- Chưa nhiều người hiểu sâu sắc về sự làm việc của kết cấu sàn rỗng, nhiều nhà thầu thiết kế, thi công, giám sát chưa đủ chuyên môn và kinh nghiệm để đảm bảo chất lượng công trình;
- Chi phí nhân công ở Việt Nam còn thấp vì vậy nhiều chủ đầu tư chưa chú trọng đến vấn đề tiết kiệm nhân lực và thời gian thi công bằng việc tiết kiệm vật liệu, mặc dù tiết kiệm vật liệu thường đồng hành với việc tăng rủi ro cho công trình;
- Tâm lý ngại áp dụng cái mới của người sử dụng trong nước.
Thông qua thời gian và thực tế các công trình chất lượng tốt, các lý do e ngại nêu trên sẽ dần biến mất và mang đến niềm tin đối với giới chuyên môn, các chủ đầu tư về giải pháp sàn lõi rỗng. Giải pháp này đang dần trở thành một giải pháp có sức canh tranh mạnh mẽ với kết cấu Sàn dầm truyền thống và kết cấu Sàn dự ứng lực để trở thành một giải pháp kết cấu tối ưu cho các công trình nhịp lớn, các công trình yêu cầu tiến độ nhanh, không gian kiến trúc rộng rãi, chiều cao tầng thấp và giá thành hợp lý.