Kết cấu GuBeam là một giải pháp tiên tiến dựa trên nguyên lý kết cấu liên hợp, trong đó dầm thép được thiết kế tối ưu và bọc trong bê tông nhằm tăng khả năng chịu lực, độ cứng và độ bền lâu dài của công trình. Nhờ đó, GuBeam có thể giảm kích thước tiết diện dầm so với dầm bê tông cốt thép truyền thống, từ đó tăng không gian sử dụng và giảm tải trọng bản thân công trình.
Khác với kết cấu bê tông cốt thép thông thường, có cốt thép chịu lực là các thanh thép tròn, kết cấu liên hợp thép - bê tông là kết cấu mà thép chịu lực có dạng thép tấm, thép hình, thép ống. Nó có thể nằm ngoài bê tông (gọi là kết cấu thép nhồi bê tông), hay nằm bên trong bê tông (gọi là kết cấu thép bọc bê tông) hoặc được liên kết với nhau để cùng làm việc.
Đặc điểm nổi bật của kết cấu liên hợp là tăng độ cứng của kết cấu, giảm độ mảnh của cấu kiện, từ đó tăng khả năng ổn định cục bộ và ổn định tổng thể của cấu kiện. Với một giải pháp sáng tạo độc đáo, dựa trên nguyên lý và phát huy những ưu điểm của kết cấu liên hợp thép - bê tông.
Công ty CP Đầu tư Phát triển Công nghệ GEC đã cho ra đời hệ khung kết cấu bê tông cốt thép liên hợp có tên gọi GuBeam; với tấm thép tôn mỏng bọc bên ngoài và liên kết cùng làm việc với bê tông cốt thép nên khả năng chịu lực tốt hơn so với các loại dầm cột truyền thống.
Tiết diện thanh mảnh hơn dẫn đến trọng lượng bản thân kết cấu nhẹ hơn, GuBeam sẽ giảm tải trọng xuống móng, hạn biến dạng lún và chênh lệch độ lún móng, giảm chi phí móng công trình; đồng thời do cấu tạo liên kết cột dầm mềm dẻo, linh hoạt nên hệ GuBeam phù hợp trong thiết kế công trình có yêu cầu kháng chấn cao.
1. Giới thiệu chung hệ kết cấu cột dầm gubeam
Hiện nay, tại Việt Nam công nghệ xây dựng gắn liền với các công tác tại chỗ như gia công cốt thép, lắp dựng ván khuôn, cột chống… Những công tác đó phần nào làm tăng thời gian thi công, đòi hỏi số lượng nhân công tại công trường lớn, mặt bằng kho bãi gia công rộng rãi, và gây ô nhiễm môi trường.
Song đã có một công nghệ xây dựng khắc phục hoàn toàn yếu tố bất lợi trên cũng như mang lại hiệu quả tối ưu cho chủ đầu tư về tiến độ và chi phí. Đó là giải pháp công nghệ kết cấu cột dầm liên hợp GuBeam [1].( Hình 1)
Hình 1. Giải pháp dầm cột GuBeam trong công trình dân dụng.
Hệ GuBeam là một công nghệ mới trong xây dựng tại Việt Nam được nghiên cứu phát triển, ứng dụng hiệu quả bởi đội ngũ chuyên gia của Công ty CP Đầu tư phát triển công nghệ GEC dựa trên nguyên lý làm việc liên hợp thép bê tông, kết hợp hệ khung với tấm sàn, tường rỗng nhẹ theo công nghệ châu Âu, phù hợp với các công trình dân dụng quy mô từ thấp đến cao tầng, nhịp lớn.
Do được thiết kế đặc biệt nên dầm cột GuBeam có kết cấu nhẹ hơn và khả năng chịu lực tốt hơn so với các loại cấu kiện truyền thống; giảm chi phí móng cho công trình.
GuBeam là kết cấu dầm liên hợp thép bê tông, trong đó tiết diện thép rỗng được tạo hình từ bản thép mỏng và nhồi đặc bê tông cốt thép bằng biện pháp thi công toàn khối tại chỗ sau khi hoàn thành giải pháp liên kết với sàn và cột khung.
Sự làm việc của kết cấu dầm được chia thành 2 giai đoạn, trong đó giai đoạn đầu khi bắt đầu hoàn thành thi công bê tông, dầm làm việc như một kết cấu thép thuần túy và giai đoạn sau khi bê tông đạt cường độ, GuBeam trở thành kết cấu liên hợp thép bê tông [2]. (Hình 2)
Hình 2. Các bộ phận kết cấu dầm cột GuBeam.
Hình 2 minh họa các bộ phận kết cấu dầm cột GuBeam, trong đó dầm thép bao gồm cánh trên, cánh dưới và sườn bụng. Giải pháp thiết kế các lỗ mở sườn lớn của dầm GuBeam tại vị trí trục trung hòa của tiết diện nhằm giảm nhẹ trọng lượng thép của dầm, giảm tải trọng tĩnh tải và chi phí thép; đồng thời giúp linh hoạt cấu tạo liên kết với các dạng kết cấu sàn phẳng toàn khối hay sàn lắp ghép.
Cánh trên của dầm có bố trí tiết diện chữ U hở để phục vụ thi công bê tông toàn khối. Cốt thép dọc được bố trí đối xứng dọc theo nhịp dầm sát 2 bên sườn phía trong tăng cường khả năng chịu uốn của dầm.
Nhờ kết hợp được hai loại vật liệu là bê tông cường độ cao và thép bọc mạ kẽm cùng cộng tác chịu lực, hệ dầm cột GuBeam đã giảm nhẹ đáng kể trọng lượng kết cấu. Liên kết nút khung linh hoạt là ưu điểm lớn trong thiết kế kháng chấn. [3]
Ngoài ra, dầm GuBeam kết hợp với bê tông thành một khối đồng nhất nằm chìm trong sàn, nên giảm được tối đa chiều cao của dầm đến 50%. Với tính năng này GuBeam làm tối ưu hóa không gian đứng có thể tăng số tầng khai thác trên cùng một chiều cao quy định, tạo bề mặt trần phẳng tăng thẩm mỹ, giảm chi phí trần giả, nguyên vật liệu, tải trọng, giúp việc lắp đặt các hệ thống kỹ thuật dễ dàng hơn.
Mặt khác tiết diện GuBeam được tạo hình từ bản tấm dập nguội tiết diện hình chữ U, C tổ hợp và cho phép đỡ tất các loại sàn như: sàn đổ tại chỗ, sàn đúc sẵn, sản rỗng, sàn dự ứng lực, sàn tôn [1, 2].
2. Cấu tạo liên kết, vật liệu hệ kết cấu chịu lực gubeam
Dầm GuBeam với đặc điểm tiết diện và cấu trúc như đã nêu được sử dụng thiết kế linh hoạt dưới sơ đồ tính dạng dầm đơn giản một nhịp, dầm liên tục nhiều nhịp hoặc dầm đơn nhịp có đầu thừa; phù hợp với nhiều phương án kết cấu chịu lực khác nhau.
Tương ứng với mỗi dạng sơ đồ kết cấu dầm là một giải pháp liên kết với cột. Hình 3 dưới đây minh họa giải pháp liên kết dầm đơn GuBeam với một hệ sàn nhẹ, thi công giảm tới 80% hệ chống cốp pha, chống tại một số vị trí điểm giữa dầm và giữa sàn [1]. (Hình 3)
Hình 3. Thi công hệ dầm cột GuBeam kết hợp sàn nhẹ không cốp pha.
Trong những năm gần đây, phát triển công nghệ xanh, sạch, thân thiện với môi trường vào lĩnh vực xây dựng đang trở thành một xu thế tất yếu tại Việt Nam. Trong xu thế đó, kết cấu liên hợp thép - bê tông với công nghệ sản xuất và lắp ghép cấu kiện tỏ ra chiếm ưu thế hơn cả nhờ vào khả năng chịu lực của cấu kiện được nâng lên và nhất là tạo dựng được hệ kết cấu thân thiện với môi trường.
Với GuBeam, sử dụng công nghệ chế tạo cốp pha bê tông đúc sẵn thay thế cốp pha luân chuyển ở đây không chỉ giúp kiểm soát chất lượng vật liệu và rút ngắn tiến độ thi công xây lắp mà còn hạn chế tối đa mức độ ảnh hưởng ô nhiễm tới môi trường do việc thi công bê tông cốt thép toàn khối tại công trường như hiện nay [3].
Việt Nam một quốc gia đang phát triển, công nghệ cột dầm GuBeam còn khá mới mẻ và chưa được áp dụng rộng vì một số các lý do khác nhau.
Tuy nhiên với việc không ngừng nghiên cứu tính toán tối ưu hóa tiết diện cấu kiện, giảm trọng lượng công trình, giảm kết cấu móng nói riêng và chi phí đầu tư xây dựng nói chung, đồng thời thi công không cốp pha sẽ rút ngắn thời gian thi công lắp dựng và thân thiện với môi trường; có thể khẳng định rằng kết cấu khung thép tổ hợp với tên gọi GuBeam được Công ty CP Đầu tư phát triển công nghệ GEC đã phát triển sẽ khởi đầu cho xu hướng công nghệ xây dựng nhà tại Việt Nam trong những năm tới đây.
CEO Tạ Quang Huy*, TS Nguyễn Ngọc Thắng** *Công ty CP Đầu tư phát triển công nghệ GEC, **Khoa Công trình, Trường Đại học Thuỷ lợi
Buildata
