Kết cấu xây dựng – Tìm hiểu về Kết cấu xây dựng ppt

Kết cấu xây dựng – Tìm
hiểu về Kết cấu xây dựng
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 () có nghĩa là thắt nút, liên kết và cấu () 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.
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
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 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)