Kết cấu xây dựng là gì ?

Kết cấu xây dựng là gì?

Kết cấu xây dựng đóng vai trò quan trọng trong chất lượng của một công trình xây dựng. Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn những kiến thức tổng quan về kết cấu xây dựng. Đặc biệt, nếu bạn là một kỹ sư xây dựng mới ra trường, hãy tham khảo bài viết này. Tôi tin rằng nó sẽ rất hữu ích cho công việc của bạn trong tương lai.

1. Kết cấu xây dựng là gì?

Kết cấu là tập hợp các bộ phận của một công trình hoặc nhà, có liên hệ với nhau để tiếp nhận, phân bố và chuyển tải trọng lượng đứng và ngang của công trình xuống nền móng. Nó cũng đảm bảo sự bảo vệ của công trình trước các yếu tố môi trường như nhiệt độ, xâm thực khí quyển, và nhiều hơn thế nữa. Kết cấu xây dựng là hệ thống cơ bản của các cấu kiện xây dựng.

Kết cấu thép trong quá trình sản xuất

2. Kết cấu xây dựng và các khái niệm liên quan

Khái niệm Tĩnh học và Cơ kết cấu

Khái niệm Tĩnh học, Cơ học hoặc Cơ kết cấu thường được sử dụng trong ngành xây dựng và nó liên quan đến mặt toán học và vật lý học lý thuyết. Kết cấu xây dựng và Cơ kết cấu xây dựng áp dụng các nguyên lý Cơ học vào ngành xây dựng. Do đó, việc tạo ra hệ chịu lực cho công trình và thiết kế cấu kiện (bao gồm kích thước yêu cầu, mặt cắt, lượng cốt thép, v.v.) được coi là ưu tiên hàng đầu.

Nhà kết cấu xây dựng hoặc nhà thiết kế xây dựng – thường là Kỹ sư xây dựng – đảm nhận vai trò trong việc thiết kế công trình xây dựng. Nhiệm vụ cuối cùng của việc thiết kế xây dựng là tạo ra các bản vẽ kết cấu và báo cáo kỹ thuật chứng minh rằng hệ chịu lực đã lựa chọn đáp ứng các tiêu chuẩn xây dựng bắt buộc.

Yêu cầu cơ bản của kết cấu xây dựng

Yêu cầu cơ bản nhất của kết cấu xây dựng và cơ kết cấu là hệ chịu lực phải ở trong trạng thái cân bằng và ổn định. Một phần quan trọng khác của kết cấu xây dựng là mô hình hóa hệ chịu lực từ các công trình xây dựng phức tạp (còn được gọi là “bổ kết cấu” trong ngành) để tính toán một cách hợp lý về mặt kinh tế.

Quá trình tính toán kết cấu xây dựng bắt đầu bằng việc xác định các tác động ngoại lực (tải trọng) như trọng lực, lực giao thông, lực gió, lực sử dụng, lực nước, lực đất, động đất, nhiệt, cưỡng bức và nhiều hơn nữa. Các lực tác động này sẽ được truyền qua các cấu kiện và chuyển đến nền móng của công trình.

Kết cấu xây dựng được chia thành hai nhóm chính:

Hệ chịu lực thanh và hệ chịu lực giàn (thanh, dầm, cột, khung).
Hệ chịu lực mặt, bao gồm bản, tấm, vỏ cứng và màng.

Phân loại kết cấu xây dựng

Kết cấu xây dựng có thể được phân loại theo vật liệu xây dựng, sơ đồ chịu lực, phương pháp thi công và dạng công trình:

Theo vật liệu xây dựng:

Kết cấu gạch đá.
Kết cấu gỗ, tre.
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.
Kết cấu thủy tinh.

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, mêtro, v.v.

Kết cấu xây dựng

Tính toán kết cấu xây dựng

Các lý thuyết tính toán cho kết cấu dựa trên các giả thuyết gần đúng, trong đó có lý thuyết bậc I, bậc II và bậc III.

Lý thuyết bậc I

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. Tuy nhiên, điều này chỉ áp dụng khi biến dạng nhỏ không ảnh hưởng đáng kể đến kết quả tính toán. Trong trường hợp hệ chịu lực gặp nguy cơ mất ổn định, việc tính toán biến dạng hình học của hệ chịu lực trở nên quan trọng. Bên cạnh đó, các sai lệch không mong muốn của hệ chịu lực so với thiết kế (ví dụ: độ lệch xiên của cột) và các biến dạng tiền mãn của cấu kiện (ví dụ: độ cong của thanh chịu nén) cũng cần được xem xét.

Lý thuyết bậc II

Lý thuyết bậc II cho phép bỏ qua quay của các cấu kiện nhỏ. Dựa trên giả thiết này, ta có thể tính gần đúng sin φ = φ và cos φ = 1.

Lý thuyết bậc III

Lý thuyết bậc III tính toán xét đến độ quay của hệ chịu lực.

Khi tính toán kết cấu xây dựng, đặc biệt là đối với các vật liệu mảnh như thép, nhôm, và nhiều hơn thế nữa, người tính phải xem xét các tiêu chuẩn đặc biệt cho biến dạng phá hoại này.

Phương pháp tính toán cơ bản

Các phương pháp tính toán cơ bản bao gồm:

Phương pháp lực.
Phương pháp chuyển vị.
Phương pháp chuyển vị cổ điển.
Phương pháp tính máy (phương pháp phần tử hữu hạn – FEM).

HEFC đã chỉnh sửa và thêm vào đoạn văn trên. Để biết thêm thông tin về kết cấu xây dựng, vui lòng truy cập HEFC.