Panel ALC 1 Lớp Thép Hay 2 Lớp Thép: Chọn Đúng Theo Nhịp | Càn Thanh

Tiêu chuẩn Việt Nam nói gì về hai cấu hình lưới thép?

Phụ lục A (tham khảo) của TCVN 12867:2020 đưa ra hai ví dụ bố trí cốt thép cho tấm tường bê tông khí chưng áp cốt thép rộng 600 mm. Ví dụ thứ nhất: 3 thanh Ø6 nằm trên cùng một mặt phẳng, giữa chiều dày tấm - đây là cấu hình một lớp thép. Ví dụ thứ hai: 6 thanh Ø6 bố trí thành từng cặp, mỗi cặp gần một mặt tấm - cấu hình hai lớp thép.

Khoảng cách trong cả hai ví dụ giống nhau: thanh ngoài cùng cách mép tấm 50 mm, hai thanh ngoài cách nhau 500 mm trên tổng chiều rộng 600 mm.

Cần lưu ý đúng Phụ lục A là phụ lục tham khảo, không phải điều khoản bắt buộc. Tiêu chuẩn không quy định công trình nào phải dùng cấu hình nào - việc đó thuộc về hồ sơ thiết kế kết cấu. Điều tiêu chuẩn bắt buộc là kết quả: tấm dài trên 2 000 mm phải đạt khả năng chịu uốn không nhỏ hơn 1,5 lần trọng lượng tấm (mục 5.3.5) và đạt chỉ tiêu treo vật nặng theo Điều 11 TCVN 12868:2020 (mục 5.3.6). Đạt bằng cấu hình nào là bài toán của nhà sản xuất.

Điều này dẫn tới hệ quả thực tế đầu tiên, và cũng là điều nên nhớ nếu chỉ đọc một câu trong cả bài: hỏi nhà cung cấp "tấm này mấy lớp thép" là câu hỏi chưa đủ. Câu hỏi có giá trị là tấm này chịu được tải phân bố đều bao nhiêu ở nhịp bao nhiêu, và độ võng tương ứng là bao nhiêu.

Vì sao 2 lớp thép không có nghĩa là "chịu lực gấp đôi"

Đây là chỗ hầu hết nội dung trên thị trường trả lời sai,

Trong một cấu kiện chịu uốn, chỉ phần thép nằm trong vùng chịu kéo mới thực sự gánh lực. Lớp thép nằm phía vùng nén hầu như không đóng góp - khuyến nghị RILEM cho bê tông khí chưng áp (mục 5.3.2) có tính đến phần cốt thép trong vùng nén, nhưng đóng góp đó nhỏ so với lớp chịu kéo.

Nghĩa là khi chuyển từ 3Ø6 một lớp sang 6Ø6 hai lớp, lượng thép chịu kéo vẫn là 3Ø6 - không đổi. Cái thay đổi là vị trí của nó: từ giữa chiều dày tấm dịch xuống sát mặt chịu kéo. Và chính khoảng dịch chuyển đó, gọi là cánh tay đòn nội lực, mới là thứ nhân lên khả năng chịu mô men.

Với tấm dày 100 mm - quy cách phổ biến nhất - con số cụ thể như sau. Ở cấu hình một lớp, thép nằm giữa chiều dày nên chiều cao làm việc d bằng 50 mm. Ở cấu hình hai lớp, lớp chịu kéo cách mặt tấm khoảng 13 mm (lớp bê tông bảo vệ tối thiểu 10 mm theo mục 5.3.4 cộng bán kính thanh Ø6), nên d đạt khoảng 87 mm.

Lấy cánh tay đòn xấp xỉ 0,9d theo quy ước sơ bộ quen thuộc của kết cấu bê tông cốt thép, ta có z ≈ 45 mm so với z ≈ 78 mm. Tỷ số vào khoảng 1,7 lần.

Rút ra ba điều:

• Chênh lệch khả năng chịu uốn giữa hai cấu hình là khoảng 1,7 lần chứ không phải 2
• Tăng chiều dày tấm có hiệu quả cao hơn tăng số lớp thép, vì cánh tay đòn tăng theo chiều dày ở cả hai cấu hình. Tấm 150 mm một lớp có d = 75 mm, đã lớn hơn tấm 100 mm hai lớp ở phần lớn khía cạnh chịu lực - và thường rẻ hơn.
• Với tấm mỏng, hai lớp thép bị chính hình học chặn lại: tấm 50 mm nếu đặt hai lớp cách mỗi mặt 13 mm thì hai lớp chỉ còn cách nhau 24 mm, gần như mất hết ý nghĩa. Đó là một trong những lý do tấm 50 mm được định vị là vách ngăn nhẹ không chịu tải.

Ảnh dựng mặt cắt tấm Panel ALC 1200×600×100 mm cấu hình một lớp - lưới thép nằm giữa chiều dày, đối xứng với cả hai mặt tấm (ảnh sản phẩm Càn Thanh)

Ảnh dựng mặt cắt cấu hình hai lớp - hai lưới thép nằm gần hai mặt tấm, liên kết với nhau bằng các thanh nối (ảnh minh hoạ cấu tạo, không phải ảnh chụp sản phẩm)

Ba dạng phá hoại - và vì sao thêm thép không phải lúc nào cũng giúp

Khuyến nghị kỹ thuật RILEM cho bê tông khí chưng áp phân loại cấu kiện chịu uốn theo ba dạng phá hoại: phá hoại uốn, phá hoại neo và phá hoại cắt. Điểm mấu chốt là hệ số an toàn cho ba dạng này không giống nhau, và cũng không giống nhau giữa tấm sàn với tấm tường.

Bảng 4.3 của tài liệu RILEM đưa ra bộ hệ số an toàn tổng thể γᵤ điển hình như sau (dùng khi tiêu chuẩn quốc gia chưa quy định giá trị riêng).

Đọc bảng này theo chiều ngang sẽ thấy: trong cùng một tấm sàn, phá hoại neo bị coi là nguy hiểm hơn phá hoại uốn - hệ số 2,5 so với 1,8. Lý do nằm ở bản chất: RILEM ghi rõ phá hoại neo mang tính giòn, cần được tránh.

Hệ quả trực tiếp cho câu hỏi của bài này: thêm lớp thép thứ hai chỉ có ích khi dạng phá hoại khống chế là uốn. Nếu cấu kiện bị khống chế bởi neo hay cắt, thêm thép dọc gần như không cải thiện gì - thậm chí còn làm lệch cảm nhận an toàn.

Với tấm sàn, thứ quyết định thường là độ võng chứ không phải độ bền

Trong thực tế thiết kế sàn bằng tấm bê tông khí, cấu kiện rất hiếm khi bị khống chế bởi khả năng chịu lực. Nó bị khống chế bởi độ võng - và đây là lý do phổ biến nhất khiến một dự án buộc phải chuyển sang cấu hình hai lớp thép hoặc tăng chiều dày.

RILEM mục 4.2.5 đưa ra ba điều kiện kiểm tra độ võng cho tấm sàn và tấm mái.

Ba con số này biến câu hỏi mơ hồ "nhịp lớn thì dùng 2 lớp" thành phép kiểm tra cụ thể. Ví dụ, với nhịp 3 000 mm, giới hạn võng dài hạn là 3 000/250 = 12 mm; giới hạn võng hoạt động khi bên dưới có trần thạch cao hoặc tường ngăn xây lên trên là 3 000/450 ≈ 6,7 mm. Với nhịp 4 800 mm - chiều dài lớn nhất trong Bảng 1 TCVN 12867:2020 - giới hạn dài hạn là 4 800/250 = 19,2 mm, vẫn dưới ngưỡng tuyệt đối 30 mm.

Còn một yếu tố nữa thường bị bỏ qua khi so sánh hai cấu hình: từ biến. RILEM lấy hệ số từ biến của bê tông khí bằng 1,0 và định nghĩa mô đun đàn hồi hiệu dụng E_eff = E_c/(1 + c·φ), trong đó c là tỷ số giữa tải trọng thường xuyên và tải trọng thiết kế tổng.

Nghĩa là với cấu kiện chịu chủ yếu tải trọng thường xuyên (c tiến tới 1), mô đun đàn hồi hiệu dụng chỉ còn khoảng một nửa giá trị ngắn hạn - độ võng dài hạn xấp xỉ gấp đôi độ võng đo được ngay sau khi chất tải. Một tấm sàn "nhìn thì phẳng" ở ngày nghiệm thu hoàn toàn có thể vượt giới hạn sau vài năm.

Tường và sàn không cùng một bài toán - kể cả khi dùng chung một tấm

Một tấm panel 1200×600×100 mm có thể được dùng làm tường, cũng có thể được dùng để lót sàn. Nhưng hai vai trò đó không được đánh giá bằng cùng một thước đo an toàn, và đây là điểm quyết định khi chọn cấu hình thép.

Bảng 4.5 của tài liệu RILEM quy định yêu cầu về khả năng chịu tải của cấu kiện chịu tải ngang, và điều đáng chú ý là công thức cho tấm sàn khác công thức cho tấm tường.

Khác biệt nằm ở số hạng 1,0·G_k - trọng lượng bản thân - chỉ xuất hiện ở vế yêu cầu của tấm sàn. Điều này phản ánh một thực tế vật lý đơn giản: với tấm tường dựng đứng, trọng lượng bản thân truyền thẳng xuống chân tường và không gây uốn; với tấm sàn nằm ngang, chính trọng lượng bản thân đã là một phần tải trọng gây uốn thường trực, tác dụng 24 giờ mỗi ngày trong suốt tuổi thọ công trình.

Cùng tài liệu còn nêu thêm một yêu cầu độc lập: tải trọng gây phá hoại tổng cộng (kể cả trọng lượng bản thân trong quá trình thử) phải vượt quá hai lần trọng lượng bản thân, xét theo điều kiện gối đỡ có thể xảy ra khi vận chuyển, lưu kho và lắp dựng. Đây là yêu cầu cho giai đoạn thi công, không phải giai đoạn sử dụng - và nó là lý do một tấm dài có thể đạt mọi chỉ tiêu sử dụng nhưng vẫn gãy trên xe.

Còn một khác biệt nữa theo chiều tải trọng. Tấm tường bao chịu tải gió theo cả hai chiều - gió đẩy vào và gió hút ra - nên mặt chịu kéo đổi bên tuỳ hướng gió. Với cấu hình một lớp đặt giữa chiều dày, tấm ứng xử hoàn toàn đối xứng, thép làm việc như nhau ở cả hai chiều. Đó là lý do cấu hình một lớp là lựa chọn hợp lý về mặt nguyên lý cho tường bao, chứ không phải là lựa chọn cắt giảm.

Bảng chọn cấu hình theo vai trò cấu kiện

Bảng dưới đây gom lại theo trục "vai trò cấu kiện - chỉ tiêu khống chế - cấu hình phù hợp", thay vì trục "loại nào tốt hơn". Đây là cách một hồ sơ thiết kế thực sự ra quyết định.

Cột cuối cùng của bảng là phần thường bị bỏ trống trong thực tế đặt hàng, nhưng lại là phần quyết định. Một tấm 150 mm hai lớp thép đặt sai nhịp vẫn có thể võng quá giới hạn; một tấm 100 mm một lớp đặt đúng nhịp vẫn làm việc tốt suốt tuổi thọ công trình.

Bằng chứng thực tế: cấu hình một lớp làm được đến đâu

Phần này để trả lời trực tiếp nỗi lo phổ biến nhất - "một lớp thép nghe có vẻ mỏng manh". Càn Thanh có hai bộ dữ liệu thử nghiệm độc lập trên tấm cấu hình một lớp.

• Phiếu LAS-XD 498 (thử ngày 28/07/2022): mẫu Panel ALC 2 950 × 600 × 100 mm, khối lượng 105,17 kg. Chịu uốn: 5 cấp tải, mỗi cấp 31,55 kgf - đúng 30% trọng lượng tấm theo Điều 10 TCVN 12868:2020 - tổng 157,75 kgf, tức đúng 1,5 lần trọng lượng bản thân, không nứt, không phá hủy. Va đập theo Điều 12: con lắc bao cát 30 kg, chênh cao 500 mm, 5 lần liên tiếp - không có vết nứt xuyên trên cả hai mặt. Treo vật nặng theo Điều 11: 50 kg giữ 24 giờ rồi thêm 50 kg giữ tiếp 24 giờ - không nứt.
• Đợt kiểm tra treo vật nặng trên tấm 3 000 × 600 × 100 mm lưới thép đơn, khối lượng thể tích khô 600 kg/m³, cường độ chịu nén tối thiểu 5,0 MPa: treo 50 kg trong 24 giờ rồi thêm 50 kg, tổng 100 kg trong 24 giờ tiếp theo - không xuất hiện vết nứt.
• Hai đợt thử này độc lập với nhau, trên hai mẫu khác nhau, cho cùng một kết luận: tấm 100 mm cấu hình một lớp dài xấp xỉ 3 m đạt cả ba chỉ tiêu bắt buộc của nhóm tấm dài trên 2 000 mm.

Điều bộ dữ liệu này chứng minh và điều nó không chứng minh cũng cần tách bạch. Nó chứng minh cấu hình một lớp ở khổ tấm 100 mm dài khoảng 3 m là đủ cho nhóm ứng dụng tường và lót sàn nhịp nhỏ. Nó không nói gì về hành vi của tấm ở nhịp lớn hơn, ở chiều dày khác, hay dưới tải trọng sử dụng lâu dài của một sàn - vì cả ba phép thử đều là thử ngắn hạn ở trạng thái giới hạn, không phải thử độ võng dài hạn.

Hai sai lầm thường gặp khi chọn cấu hình lưới thép

Sai lầm 1 - Mặc định nhiều thép hơn là tốt hơn

Với vách ngăn, tường bao và lót sàn nhịp nhỏ, chọn hai lớp chỉ làm tăng chi phí mà không tăng giá trị sử dụng. Thép nằm trong vùng nén gần như không làm việc.

Sai lầm 2 - Hạ cấu hình để tiết kiệm mà không kiểm tra lại nhịp

Đây là sai lầm nguy hiểm theo chiều ngược lại. Điều kiện mô men giới hạn phải lớn hơn mô men gây nứt là điều kiện chống phá hoại giòn - vi phạm nó thì tấm không võng cảnh báo trước khi gãy.

Câu hỏi thường gặp về cấu hình lưới thép panel ALC

1. Panel ALC 2 lớp thép có chịu lực gấp đôi 1 lớp không?

Không. Vì chỉ lớp thép nằm trong vùng chịu kéo mới thực sự làm việc, lượng thép chịu kéo ở hai cấu hình gần như bằng nhau - cái tăng lên là cánh tay đòn nội lực. Với tấm dày 100 mm, ước tính theo hình học của Hình A.1 Phụ lục A TCVN 12867:2020 và lớp bảo vệ tối thiểu 10 mm, cánh tay đòn tăng từ khoảng 45 mm lên khoảng 78 mm, tức khoảng 1,7 lần chứ không phải 2 lần.

2. Panel lót sàn nên dùng 1 lớp hay 2 lớp thép?

Phụ thuộc nhịp và tải trọng, không phụ thuộc việc đó là sàn hay tường. Với lót sàn và sàn nhẹ nhịp nhỏ, panel dày 100–150 mm cấu hình một lớp là lựa chọn phổ biến. Với sàn nhịp lớn hoặc sàn chịu tải cao, thường dùng panel dày 150–200 mm cấu hình hai lớp. Cách kiểm tra đúng là đối chiếu độ võng công bố ở đúng nhịp thiết kế với giới hạn ℓ/250 (dài hạn, không quá 30 mm) và ℓ/450 nếu bên dưới có trần hoặc tường ngăn dễ bị hư hại.

3. Panel 2 lớp thép đắt hơn 1 lớp nhiều không?

Chênh lệch giá cụ thể theo từng thời điểm và từng độ dày, nên cần lấy báo giá trực tiếp. Nhưng có một mốc để đối chiếu: chênh lệch khả năng chịu uốn giữa hai cấu hình vào khoảng 1,7 lần với tấm 100 mm. Nếu chênh lệch giá vượt xa tỷ lệ đó, nên cân nhắc phương án tăng chiều dày tấm ở cấu hình một lớp - tấm 150 mm một lớp có chiều cao làm việc 75 mm, lớn hơn tấm 100 mm hai lớp.

4. Tấm panel 50 mm có làm được 2 lớp thép không?

Về mặt hình học là gần như không có ý nghĩa. Nếu giữ lớp bê tông bảo vệ tối thiểu 10 mm ở cả hai mặt theo mục 5.3.4 TCVN 12867:2020, hai lớp thép trong tấm 50 mm chỉ còn cách nhau khoảng 24 mm - cánh tay đòn tăng không đáng kể. Tấm 50 mm được định vị là vách ngăn nhẹ không chịu tải, cạnh phẳng, và cũng không thuộc nhóm bắt buộc thử chịu uốn hay treo vật nặng vì ngắn hơn 2 000 mm.

5. Làm sao biết một tấm panel là 1 lớp hay 2 lớp thép?

Cách chắc chắn nhất là yêu cầu nhà cung cấp ghi cấu hình lưới thép vào xác nhận đơn hàng hoặc hợp đồng - bao gồm số lớp, đường kính thanh dọc, số thanh và bước thanh ngang. Ngoài ra, khi có tấm bị cắt hoặc bị vỡ tại công trường, mặt cắt là cơ hội nhìn trực tiếp: cấu hình một lớp có thép nằm giữa chiều dày, cấu hình hai lớp có thép gần cả hai mặt.

6. Vì sao thanh thép ngang lại quan trọng đến vậy trong tấm panel ALC?

Vì trong bê tông khí chưng áp, việc neo cốt thép không thể trông cậy hoàn toàn vào lực bám dính. Khuyến nghị RILEM nêu rõ: ở những phần cấu kiện mà ứng suất bám dính vượt quá ứng suất bám dính thiết kế, việc neo phải được bảo đảm hoàn toàn bằng các thanh ngang hàn vào thép dọc. Cùng tài liệu cho bám dính hệ số an toàn 2,0 - cao hơn nén 1,4 và cắt–kéo 1,5. Đó là lý do lưới thép trong panel là lưới hàn, và là lý do Hình A.2 của TCVN 12867:2020 vẽ thanh ngang dày hơn ở hai đầu tấm.

7. Tăng số lớp thép có giúp giảm nứt trên tường panel không?

Không đáng kể, vì phần lớn vết nứt trên tường panel là nứt tại mạch nối do co ngót, giãn nở nhiệt và chuyển vị của khung kết cấu - không phải nứt do thiếu khả năng chịu uốn của bản thân tấm. Giải pháp đúng nằm ở xử lý mạch nối, vật liệu chèn có khả năng đàn hồi tại vị trí tiếp giáp với cột và dầm, và lưới chống nứt tại các vị trí theo mục 8.4.4 TCVN 12869:2020.

8. Tiêu chuẩn Việt Nam có bắt buộc dùng cấu hình nào không?

Không. Phụ lục A của TCVN 12867:2020 là phụ lục tham khảo, đưa ra ví dụ bố trí chứ không quy định bắt buộc. Cái tiêu chuẩn bắt buộc là kết quả: tấm dài trên 2 000 mm phải đạt chỉ tiêu chịu uốn không nhỏ hơn 1,5 lần trọng lượng tấm và đạt chỉ tiêu treo vật nặng. Việc chọn cấu hình nào để đạt được kết quả đó thuộc trách nhiệm của nhà sản xuất và hồ sơ thiết kế kết cấu của công trình.

Cần xác định đúng cấu hình cho công trình của bạn?

Ba thông tin đủ để bắt đầu: vai trò cấu kiện (tường bao, vách ngăn hay sàn), nhịp hoặc chiều cao tự do, và tải trọng sử dụng dự kiến. Từ đó có thể khoanh vùng chiều dày và cấu hình lưới thép phù hợp, rồi đối chiếu với hồ sơ kỹ thuật và phiếu thử nghiệm thực tế của sản phẩm.