Kết cấu xây dựng là gì, kết cấu xây dựng có ảnh hưởng như thế nào về chất lượng công trình. Bài viết sau đây sẽ cung cấp cho các bạn những kiến thức tổng quát nhất về kết cấu xây dựng. Nếu là một kĩ sư xây dựng mới ra trường các bạn nên tham khảo kĩ bài viết này mình tin chắc rằng nó sẽ giúp ích rất nhiều cho công việc của các bạn sau này Kết cấu là tập hợp các bộ phận của nhà hoặc công trình có liên hệ với nhau làm nhiệm vụ tiếp nhận, phân bố và chuyển tải trọng đứng và ngang của công trình xuống nền móng và bảo vệ công trình trước các tác động của môi trường như nhiệt độ, xâm thực khí quyển, vv. Kết cấu xây dựng là cơ kết cấu của các cấu kiện xây dựng. Kết tiếng Hán [結] có nghĩa là thắt nút, liên kết và cấu [構] có nghĩa là làm ra, tạo ra hay tác phẩm. Kết cấu hoặc tĩnh học [tiếng Anh là statics, tiếng Đức là Statik] trong tiếng Hy Lạp cổ là statike [techne] có nghĩa [nghệ thuật của] cân bằng, hoặc statikos là mang lại trạng thái cân bằng. Kết cấu xây dựng phục vụ việc tính toán và thiết kế công trình trong ngành xây dựng. Đó là một công cụ cho việc thiết kế xây dựng và cùng với lý thuyết mô hình hóa và lý thuyết cấu kiện, nó hình thành nên lý thuyết công trình.Kết cấu xây dựng là gì
Nội dung của nó bao gồm việc tính toán các lực đỡ, nội lực và biến dạng do tác động của ngoại lực lên một hệ chịu lực của công trình xây dựng. Bên cạnh tĩnh lực còn có các tác động khác: thay đổi nhiệt độ, co ngót ẩm, từ biến, biến dạng gối. Lý thuyết độ bền vật liệu [ví dụ lý thiết đàn hồi – elasticity, lý thuyết chảy – plasticity] cũng thuộc về kết cấu xây dựng. Kết cấu xây dựng là cơ sở cho việc thiết kế công trình trong trạng thới giới hạn độ bền [ultra limit states – ULS] và trạng thái giới hạn sử dụng [serviceability limit states – SLS]
Lịch sử phát triển của kết cấu gắn liền với lịch sử phát triển của xã hội loài người. Từ các công trình đơn giả bằng gạch đá, gỗ tre; đến các công trình bằng bê tông cốt thép, bằng thép, bằng vật liệu composit ngày nay… con người đã đi qua con đường dài của nhiều thiên niên kỷ. Theo thời gian, với sự tiến bộ của vật liệu và kỹ thuật xây dựng, kích cỡ của các công trình cũng ngày càng lớn hơn.
Giới hạn và các khái niệm về kết cấu xây dựng
Khái niệm Tĩnh học, Cơ học hoặc Cơ học kết cấu thường được dùng lẫn lộn và gắn với mặt toán học, vật lý học lý thuyết, trong khi Kết cấu xây dựng hoặc Cơ kết cấu xây dựng có mục đích ứng dụng Cơ học hoặc cơ kết cấu vào trong ngành xây dựng. Vì vậy việc kiến tạo hệ chịu lực công trình và thiết kế cấu kiện [xác định kích thước yêu cầu, mặt cắt, lượng cốt thép, v. v.] được đặt lên hàng đầu.
Nhà kết cấu xây dựng hoặc nhà thiết kế xây dựng – thường là Kỹ sư xây dựng hơn là Kiến trúc sư – đảm nhiệm công việc thiết kế xây dựng.
Nhiệm vụ
Kết quả cuối cùng của việc thiết kế xây dựng là các bản tính kết cấu và thuyết minh chứng tỏ hệ chịu lực đã chọn thỏa mãn các tiêu chuẩn xây dựng bắt buộc.
Yêu cầu cơ bản quan trọng nhất của kết cấu xây dựng cũng như cơ kết cấu là hệ chịu lực phải nằm trong trạng thái cân bằng ổn định. Một phần quan trọng trong kết cấu xây dựng là mô hình hóa hệ chịu lực mẫu từ công trình xây dựng phức tạp [ngôn ngữ trong ngành còn gọi là “bổ kết cấu”] làm sao để làm sao tính toán được trong giới hạn công sức hợp lý kinh tế.
Quá trình tính toán kết cấu xây dựng tiếp tục với việc xác định ngoại lực tác động [Chú thích: tác giả dùng từ [ngoại tác] thay cho tải trọng hoặc ngoại lực vì ngoài tác nhân lực – trọng lực, gió, động đất, v. v. – ra còn có thể có các tác nhân không phải là lực khác là nhiệt, biến dạng cưỡng bức, v. v.]. Từ đó có thể tính được các nội lực trong các cấu kiện. Lực tác động sẽ được truyền qua các cấu kiện xuống đến nền móng công trình.
Hệ chịu lực – Kết cấu xây dựng chia làm hai nhóm Hệ chịu lực
Hệ thanh và Hệ giàn [Thanh, Dầm, Cột, Khung]
Hệ chịu lực mặt, bao gồm Bản, Tấm, Vỏ cứng và Màng
Ngoại tác [ngoại lực, tải trọng]của một hệ chịu lực trong kết cấu xây dựng phải chú ý đến bao gồm:
Trọng lực
Lực giao thông
Lực gió
Lực sử dụng
Lực nước
Lực đất
Động đất
Nhiệt
Cưỡng bức
V. v.
Các lực động [va chạm, rung, dao động, động đất, v. v.] thường được tính quy chuyển sang một lực tĩnh trước khi dùng để tính toán cho công trình xây dựng.
Phân loại kết cấu xây dựng
Theo vật liệu xây dựng
Kết cấu xây dựng có thể được phân loại theo Vật liệu xây dựng qua đó cũng có phương pháp tính toán và quy trình thiết kế khác nhau:
– Kết cấu xây dựng bằng gạch đá [kết cấu gạch đá]
– Kết cấu gỗ, tre [kết cấu gỗ]
– Kết cấu bê tông tươi và kết cấu bê tông cốt thép
– Kết cấu thép và kim loại khác
– Kết cấu bằng vật liệu hỗn hợp composit
– Kết cấu nền móng: đất, đá
– Thủy tinh
– v. v.
Theo sơ đồ chịu lực
– Kết cấu tĩnh định
– Kết cấu siêu tĩnh
– Kết cấu phẳng
– Kết cấu không gian
Theo phương pháp thi công
– Kết cấu thi công toàn khối, tại chỗ
– Kết cấu thi công lắp ghép và thi công bán lắp ghép
Theo dạng công trình:
Kết cấu nhà cao tầng: nhà thấp tầng, nhà cao tầng, nhà công nghiệp, v. v.
Kết cấu cầu: cầu giản đơn, cầu dây văng, cầu treo, v. v.
Kết cấu hầm: hầm đi bộ, hầm qua núi, mêtrô, v. v.
Tính toán kết cấu xây dựng
Lý thuyết tính
Các lý thuyết tính toán cho kết cấu dựa trên các giả thuyết gần đúng, trong đó quan trọng phải kể đến lý thuyết bậc I, bậc II, bậc III:
Lý thuyết bậc I: tính toán các lực trên một hệ chịu lực không biến dạng. Điều này có nghĩa là các biến đổi hình học của hệ chịu lực do tải trọng tác động bị bỏ qua. Việc này chỉ được chấp nhận khi biến dạng nhỏ không làm ảnh hưởng đến kết quả tính toán. Khi việc ổn định của hệ chịu lực có nguy cơ bị ảnh hưởng thì việc tính toán thay đổi hình học của hệ chịu lực biến dạng phải được chú trọng. Ngoài ra nhìn chung các sai lệch không mong muốn của hệ chịu lực so với hình học thiết kế [ví dụ độ lệch xiên của cột] và các tiền biến dạng của cấu kiện [ví dụ độ cong của các thanh chịu nén] cần phải được chú ý.
Lý thuyết bậc II: việc quay của một cấu kiện nhỏ đủ bỏ qua. Từ giả thiết này có thể tính gần đúng sin φ = φ và cos φ = 1.
Lý thuyết bậc III: tính toán xét đến độ quay của hệ chịu lực.
Khi ổn định của hệ chịu lực, đặc biệt khi tính toán cho vật liệu mảnh như thép, nhôm, v. v.]] thì người tính phải tính toán cho các tiêu chuẩn đặc biệt cho loại biến dạng phá hoại này.
Phương pháp tính
Các phương pháp tính toán cơ bản:
Phương pháp lực
Phương pháp chuyển vị
Phương pháp chuyển vị cổ điển
Phương pháp tính máy [phương pháp phần tử hữu hạn – FEM]
Sưu tầm bởi: bê tông thương phẩm
Kết cấu tường chịu lực là kết cấu trong đó mọi tải trọng của sàn, lực dọc thẳng đứng cũng như lực ngang đều truyền vào trường và qua đó truyền xuống móng. Sơ đồ chịu lực giống như một cái hộp mà tường là thành đứng và sàn là các thành nằm ngang. Độ cứng không gian của hệ sườn do những liên kết giữa tường và sàn bảo đảm. Độ ổn của công trình phụ thuộc độ ổn định của bản thân tường, độ cứng của sàn và độ cứng của các mối liên kết giữa tường và sàn.
Kếu cấu tường chịu lực kém hơn kết cấu khung chịu lực. Kết cấu tường chịu lực chỉ thích hợp cho những công trình dân dụng có không gian nhỏ và số tầng không quá 5 tầng, tải trọng nhẹ.
Kết cấu tường chịu lực
Dựa theo sự làm việc của từng loại tường mà người ta chi ra các loại sơ đồ sau :
- Tường ngang chịu lực.
- Tường dọc chịu lực.
- Tường ngang và tường dọc cùng chịu lực.
Tường ngang chịu lực
Tường ngang chịu lực thường được áp dụng cho các nhà có phòng đồng đều và chiều rộng của gian nhỏ [gian không rộng quá 4.2m].
Ưu điểm của tường ngang chịu lực
- Kết cấu và thi công đơn giản, thích hợp với điều kiện bán cơ giới.
- Độ cứng ngang nhà lớn, chống gió bão tốt.
- Thông gió và cách âm cho các phòng tốt.
Nhược điểm
- Tốn vật liệu tường và móng, trọng lượng nhà lớn.
- Không tận dụng được khả năng chịu lực của tường chu vi.
- Các phòng đơn điệu, gò bó, cứng nhắc.
Tường dọc chịu lực
Được áp dụng trong những ngôi nhà cần tận dụng sự làm việc của tường chu vi, nhà có không gian nông, cần bố trí linh hoạt như bệnh viện, trường học.
Ưu điểm
- Tốn ít vật liệu tường, móng.
- Tiết kiệm không gian.
- Dễ bố trí linh hoạt không gian bên trong.
- Cấu tạo ban công, ô văng dễ.
Nhược điểm
- Khó giải quyết thông gió xuyên phòng cho tất cả các phòng.
- Độ cứng ngang của nhà nhỏ.
- Độ cách âm của phòng kém.
- Khó tạo lô gia cho các phòng.
- Khó tổ hợp mặt đứng.
Khi áp dụng kết cấu tường dọc chịu lực cần hết sức chú ý bảo đảm độ cứng ngang cho nhà. Muốn vậy cần chú ý cấu tạo giằng tường, lợi dụng tường chịu lực của tầng cầu thang và cứ một khoảng độ 20m nên cấu tạo một tường ngang nối liền các tường dọc.
Để tiết kiệm vật liệu và lợi dụng không gian hơn nữa, người ta thường thay tường dọc bên trong thành các hàng cột trên gác dầm hay giằng liên kết [khung khuyết].
Tường ngang kết hợp tường dọc chịu lực
Sơ đồ này thường gặp ở các nhà cao tầng. Giải pháp này cho phép bố trí các phòng linh hoạt, song còn lãng phí tường móng và không gian.
Phía đầu gió thường giải quyết theo sơ đồ tường ngang chịu lực dùng để bố trí phòng ở. Phía cuối gió theo kiểu tường dọc chịu lực dùng để bố trí các phòng phụ như nhà bếp, nhà vệ sinh, cầu thang, kho,…
Ở đây cũng cần chú ý độ cứng ngang nếu như sàn ở phần tường dọc chịu lực là lắp ghép. Có thể giải quyết bằng cách từng đoạn có cấu tạo giằng ngang.
Loại sườn tường chịu lực không chỉ có áp dụng cho tường xây bằng gạch mà còn cả tường bê tông, bê tông cốt thép và có thể cấu tạo toàn khối hoặc lắp ghép [nhà panen hay block].
Kết cấu khung chịu lực
Kết cấu khung chịu lực là loại kết cấu trong đó tất cả các loại tải trọng ngang và thẳng đứng đều truyền qua dầm xuống cột. Các dầm, giằng và cột kết hợp với nhau thành một hệ không gian vững cứng. Liên kết giữa dầm và cột thường là loại liên kết cứng.
So với kết cấu tường chịu lực, kết cấu khung có độ cứng không gian lớn hơn, ổn định hơn và chịu đựng được lực chấn động tốt hơn. Ngoài ra còn có một số ưu điểm khác nữa như tiết kiệm vật liệu, trọng lượng nhà nhỏ, hình thức kiến trúc có thể nhẹ nhàng, tiết kiệm không gian, bố trí phòng linh hoạt, cơ động.
Hệ kết cấu khung chịu lực thường được áp dụng cho các nhà cao tầng [từ 8 tầng trở lên], nhà xưởng công nghiệp cần bố trí không gian lớn.
Doanh nghiệp bạn bạn đang có nhu cầu Thiết kế nhà xưởng công nghiệp chất lượng, giá rẻ? TÌM HIỂU NGAY!
Trong hệ khung trọn [khung hoàn toàn] tất cả các tường đều chỉ làm nhiệm vụ ngăn che mà thôi [tường treo hay tự mang] cho nên thường cấu tạo bằng vật liệu rỗng, nhẹ, độ bền không lớn lắm. Vật liệu cấu tạo khung chủ yếu là bằng bê tông cốt thép hay gỗ. Chỉ những nhà rất cao [từ 15 tầng trở lên] hay ở những phân xưởng sản xuất có yêu cầu đặc biệt khung mới làm bằng thép hay nhôm. Người ta có thể chế tạo khung theo kiểu toàn khối hay lắp ghép.
Tùy theo điều kiện làm việc của dầm khung mà được chia ra thành 3 loại sơ đồ:
- Khung ngang
- Khung dọc
- Khung cuốn
Khung ngang chịu lực
Là loại khung mà dầm chính của nó nằm trên khung ngang của nhà. Đặc điểm của sơ đồ này là có độ cứng chung lớn vì thế áp dụng rất hợp lý cho những khung nhà cao tầng, các nhà xưởng công nghiệp.
Sơ đồ khung ngang chịu lực cũng rất hay dùng cho trường hợp khi cần cấu tạo những hành lang hay lô gia kiểu côngxon [do dầm mút thừa đỡ].
Nhịp hay khẩu độ của khung ngang thông thường từ 6 – 9m đối với nhà dân dụng, bước khung 3,6 – 7m cho các nhà bê tông cốt thép phổ biến.
Tùy theo tính chất mối liên kết giữa dầm chính với cột và cột với móng mà người ta phần biệt khung cứng và khung khớp.
Khung cứng áp dụng cho trường hợp đất đồng nhất, lún đều, nhà chịu tải trọng lớn, cao tầng.
Khung khớp áp dụng cho nhà xây trên nền đất không đồng nhất, có độ lún không đều.
Shun Deng – đơn vị thi công xây dựng nhà xưởng nhanh chóng, đúng tiến độ, chất lượng.
Khung dọc chịu lực
Khung dọc chịu lực có dầm chính dọc theo chiều dài nhà. So với khung ngang thì độ cứng của nhà kém hơn, nhất là về phương ngang của nhà. Sơ đồ này chỉ phù hợp với các loại nhà có khẩu độ hẹp hơn 6m.
Rất hay gặp trong các nhà khung panen lắp ghép hai khẩu độ với lưới cột 6 x 6m [trường học, bệnh viện,…] với số tầng không lớn lắm [dưới 5 tầng].
Để đảm bảo độ cứng ngang cho nhà thường phải làm thêm dầm phụ hay lợi dụng sống đứng của panen liên kết chặt chẽ với dầm và cột.
Ưu điểm của sơ đồ này là tốn ít vật liệu, dễ cấu tạo ô văng, ban công, dễ bố trí phòng linh hoạt, dễ đặt đường ống đứng xuyên qua sàn. Thuộc loại khung dọc cũng có khung cứng và khung khớp tùy theo đặc điểm của mối liên kết giữa cột với dầm chính và giữa cột với đất hay móng.
Khung cuốn chịu lực
Là loại khung ngang mà trong đó dầm khung là một thanh cong, có thể có cột hay không cột.
Shun Deng – công ty xây dựng nhà xưởng công nghiệp có hơn 10 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực tư vấn thiết kế, thi công công trình công nghiệp – dân dụng. Với đội ngũ kiến trúc sư, kỹ sư xây dựng giàu kinh nghiệm, chúng tôi tự tin sẽ mang đến cho quý khách những công trình mang tính thời đại, vững chắc cùng hiệu quả kinh tế tốt nhất.
Nếu bạn đang có nhu cầu xây dựng nhà xưởng công nghiệp thì hãy nhanh chóng liên hệ ngay với chúng tôi để tận hưởng những dịch vụ chất lượng nhất.
CÔNG TY TNHH SHUNDENG TECHNOLOGY
Địa chỉ : Số 20 Vsip II, đường số 1, KCN VSIP II, P. Hòa Phú, TP. Thủ Dầu Một, T. Bình Dương
Hotline : 0979012177 [Mrs. Thắm]
Email :