Đặt vấn đề thiết kế dầm bẹt
Dầm bẹt (dầm ẩn trong sàn) là loại dầm có độ sâu bằng độ dày của sàn bê tông cốt thép hoặc chiều cao nhỏ hơn chiều rộng khá nhiều. Nói cách khác, dầm được nhúng bên trong/bên trong tấm sàn bê tông cốt thép . Tuy nhiên, trong các sách giáo khoa, quy chuẩn và tiêu chuẩn kỹ thuật dân dụng tiêu chuẩn, thường không đề cập đến dầm bẹt hay dầm ẩn.
Về vấn đề thiết kế dầm bẹt hay dầm ẩn, các nhà nghiên cứu ( Özbek và cộng sự , 2020 ) cho biết,
… một số nhà thiết kế cố gắng loại bỏ dầm một cách bất hợp pháp bằng cách tăng cường bố trí cốt thép có cường độ tương đương trong sàn và gọi nó là dầm ẩn. Nói cách khác, các dầm ẩn này được thi công bằng cách tăng cường thêm các thanh cốt thép dọc trong tấm sàn bê tông cốt thép dọc theo đường mà đáng lẽ phải có dầm thực tế.
Một khái niệm xây dựng gần giống với cái gọi là dầm ẩn là ý tưởng về dầm bẹt (dầm nông rộng). Dầm bẹt (dầm rộng nông) là dầm có chiều sâu thường thấp hơn 350 mm, với mặt cắt ngang có tỷ lệ chiều rộng trên chiều sâu lớn hơn 2. Tuy nhiên, các giá trị thường được sử dụng trong thực tế là 250–300 mm cho chiều sâu và gấp 4– 5 về tỷ lệ chiều rộng và chiều sâu ( Özbek và cộng sự , 2020 ). Dầm rộng nông thường được sử dụng trong việc xây dựng các tấm sàn phẳng một hay hai chiều và duy trì cùng độ dày với tấm để đảm bảo yếu tố cho kiến trúc và hỗ trợ tải trọng vùng sàn.
Trong một nghiên cứu mô hình số được công bố trên Tạp chí Kỹ thuật và Công nghệ Châu Á của Mohd và Helou (2014) có tiêu đề “ Sàn có dầm ẩn: sự thật và sai lầm ”, các tác giả đã kết luận rằng so với hệ thống dầm cao, được chọn làm so sánh cơ bản, các hệ thống dầm ẩn cung cấp rất ít giá trị cho kết cấu, nếu có. Hơn nữa, dưới tác dụng của tải trọng đơn tĩnh như xây dựng, các dầm ẩn hoạt động giống một tấm sàn hơn là một dầm.
Mô hình số của dầm bẹt (dầm ẩn)
Để nghiên cứu khái niệm thiết kế của dầm bẹt điển hình, một mô hình số đơn giản đã được thực hiện bằng phần mềm thiết kế, Prota Structures . Một tấm sàn được đỡ đơn giản có kích thước 7m x 6m và dày 200 mm được mô hình hóa theo các điều kiện sau;
(a) Bản sàn đặc không có dầm trong (Trường hợp 1)
(b) Tấm sàn đặc có dầm cao (450 x 230 mm) ở giữa nhịp (CASE 2)
(c) Tấm sàn đặc có dầm sâu 200 mm và rộng 800 mm ở giữa nhịp (dầm ẩn) – TRƯỜNG HỢP 3
Dữ liệu thiết kế
f ck = 25 MPa
f yk = 460 Mpa
Lớp bảo vệ bê tông = 25 mm
Tĩnh tải/ (hoàn thiện) = 1,5 kN/m 2
Hoạt tải (tải trọng) = 3 kN/m 2
Kết quả phân tích biến dạng và bố trí thép của dầm bẹt ẩn
Trường hợp 1
Từ việc phân tích và thiết kế hệ thống sàn dưới dạng tấm đặc không có dầm bên trong, độ võng đàn hồi tối đa dưới tải trọng tham chiếu được quan sát là 18 mm. Đối với thiết kế, việc sử dụng T12@100 c/c (song song với nhịp ngắn) đã được quan sát để đáp ứng các yêu cầu về độ bền và độ võng với tỷ lệ nhịp/chiều dày cho phép là 37,98 và tỷ lệ nhịp/chiều dày hiệu dụng thực tế là 35,503.
Trường hợp 2
Đối với bản có dầm thả thông thường 450 x 230 mm ở giữa nhịp, thu được kết quả phân tích và thiết kế sau đây đối với dầm thả thông thường. Tại đáy dầm (vùng chịu kéo), diện tích thép cần dùng là 1308 mm 2 , trong khi diện tích thép được cung cấp là 1384 mm 2 (2T25 + 2T16). Tỷ lệ nhịp/chiều dày hiệu dụng cho phép được tính là 18,84 trong khi tỷ lệ nhịp/độ sâu chiều dày thực tế được tính là 15,61. Theo ngụ ý, các yêu cầu thiết kế được quan sát là thỏa mãn như trong Hình 7. Chi tiết gia cố được thể hiện trong Hình 8.
Độ võng đàn hồi của tấm sàn dưới tải trọng và cách bố trí tham chiếu (dầm thả ở giữa nhịp) như trên Hình 9 được quan sát là 11 mm;
Trường hợp 3
Đối với tấm sàn có dầm ẩn 800 x 200 mm, thu được kết quả phân tích và thiết kế sau cho dầm ẩn. Diện tích cốt thép chịu kéo cần thiết được tính là 2861 mm 2 , trong khi diện tích cốt thép chịu nén cần thiết được tính là 577 mm 2 . Diện tích thép cung cấp trong vùng chịu kéo là 3140 mm 2 (10T20), trong khi diện tích thép cung cấp trong vùng nén là 1608 mm 2 (8T16).
Độ võng của tấm dưới tải trọng tham chiếu và cách bố trí dầm ẩn như trong Hình 12 được quan sát là 15 mm.
Phần kết luận về khả năng tăng cường kết cấu với dầm bẹt
Từ tài liệu được khảo sát và từ mô hình số đơn giản được thực hiện trong nghiên cứu này, việc sử dụng dầm bẹt ẩn dường như không có lợi hoặc có lợi đáng kể cho chịu lực của tấm sàn bê tông cốt thép. Nói cách khác, tham số ảnh hưởng đáng kể đến trạng thái biến dạng của tấm là độ sâu hay chiều dày sẽ không đổi một cách hiệu quả, trong khi nhà thiết kế điều chỉnh diện tích thép để bổ trợ cho kháng võng của sàn. Nói cách khác, việc thiết kế dầm ẩn chỉ có thể dựa vào cường độ chứ không dựa vào biến dạng.
Rất nhiều blog gợi ý rằng dầm ẩn được thiết kế như dầm bình thường, với điểm khác biệt duy nhất là có cùng chiều dày với bản sàn. Tuy nhiên, một nghiên cứu nhỏ về dầm ẩn được thiết kế trong TRƯỜNG HỢP 3 cho thấy rằng nó không có tác dụng nhiều tới độ võng vcho dù cốt thép được điều chỉnh như thế nào.
Nguồn
[1] Conforti A., Minelli F., Plizzari G. A. (2013): Wide-shallow beams with and without steel fibres: A peculiar behaviour in shear and flexure. Composites Part B: Engineering (51):282-290 https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.03.033
[2] Helou S. H. and Awad R. (2014): Performance-based analysis of hidden beams in reinforced concrete structures. MATEC Web of Conferences (16)100001 (2014)
[3] Mohd M. and Helou S. (2014): Slabs with Hidden Beams, Facts and Fallacies. Asian Journal of Engineering and Technology 02(04):316-319
[4] Özbek E., Aykaç B., Bocek M., Cem Yılmaz M. C., Mohammed A. B. K., Er S. B., Aykaç S. (2020): Behavior and strength of hidden Rc beams embedded in slabs. Journal of Building Engineering, 29(2):101130. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2019.101130
