Kết cấu công trình xây dựng và xu thế phát triển

[nguyentheanh]

Kết cấu công trình xây dựng và xu thế phát triển
(Giáo trình dành cho hệ cao học ngành kinh tế xây dựng)

PGs. Ts. Nguyễn Quang Viên
(Trưởng khoa Xây dựng - Trường ĐHXD)

Trước khi bắt đầu môn học, thầy Viên có nói với chúng tôi rằng, kinh tế xây dựng phải học môn này để định giá công trình được tốt hơn. Không cần thiết phải so sánh việc thiết kế kết cấu giữa tiêu chuẩn Euro Code, tiêu chuẩn Mỹ, tiêu chuẩn Anh thì cái nào hơn cái nào, nhưng cần biết theo tiêu chuẩn nào thì chi phí nhiều hoặc ít hơn. TA xin chia sẻ một chút thu hoạch cho các đồng nghiệp lớp sau.
Theo TA, các nội dung sau đây không chỉ phục vụ công tác định giá xây dựng mà rất đáng để các đồng nghiệp tư vấn thiết kế, tư vấn giám sát tham khảo.

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 BTCT, bằng thép, bằng VL 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 XD, kích cỡ của các công trình cũng ngày càng lớn hơn.

1. Phân loại kết cấu xây dựng
1.1 Theo vật liệu xây dựng
- Kết cấu xây dựng bằng gạch đá
- Kết cấu gỗ, tre
- Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép
- Kết cấu thép và kim loại khác
- Kết cấu bằng vật liệu hỗn hợp composit
1.2 Theo sơ đồ chịu lực
- Kết cấu tĩnh định
- Kết cấu siêu tĩnh
- Kết cấu phẳng
- Kết cấu không gian
1.3 Theo phương pháp thi công
- Kết cấu thi công toàn khối, tại chỗ
- Kết cấu thi công lắp ghép và bán lắp ghép
​

 

[nguyentheanh]

2. Các loại vật liệu xây dựng thông dụng để làm kết cấu
2.1 Gạch, đá, khối xây
- Vật liệu khối xây gồm tất cả các vật liệu vô cơ và phi kim
- Vật liệu kết dính: Có thể trộn với nước hoặc các sản phẩm khác để tạo thành một thứ hồ nhão. Có tính dẻo tạm thời, có thể đúc hoặc làm biến dạng, nhưng sau đó một khoảng thời gian chúng hoá rắn và cứng thành một khối.
- Vữa: Gồm chất kết dính (XM), cốt liệu mịn (vôi), cát và nước được sử dụng cho khối xây, vữa xây và vữa trát. Tính dễ gia công, độ giữ nước của vữa càng cao càng tốt. Sau khi khô, vữa có thể giãn nở trở lại khi gặp nước.
- Thành phần chính của XM: Silicat tri canxi ([LATEX]Ca_3Si[/LATEX]), Aluminat canxi tri ([LATEX]Ca_3Al[/LATEX]), Ferit nhôm tetracanxi ([LATEX]Ca_4AlFe[/LATEX]). Nguyên nhân làm cho hoá rắn là hydroxit chuyển hoá thành các bô nát.
- Xi măng poóclăng (chất kết cứng là silicat canxi) được chế tạo bằng cách trộn hỗn hợp vật liệu đất sét và đá vôi theo tỷ lệ hợp lý rồi nung ở nhiệt độ [LATEX]1482^0C[/LATEX] tạo thành clinke. Đem nghiền với chất điều chỉnh làm chậm ninh kết (là đá thạch cao) thành bột XM.
- Ximăng aluminat (chất kết cứng là aluminat canxi), chế tao bằng cách trộn hỗn hợp vật liệu chứa cacbonat canxi va ôxyt nhôm (thường gọi là biaxit và đá vôi), và nghiền thành bột mịn; cũng có thêm lượng nhỏ [LATEX]Ca_2S[/LATEX]. So với XM poóclăng thì loại này đóng rắn nhanh sau quá trình thuỷ hoá, có độ bền cao hơn, khả năng chống ăn mòn cao, chịu axit tốt hơn nhưng lượng nhiệt giải phóng nhiều và nhanh hơn nên không nên dùng trong các kết cấu có bề dày lớn.
- Cốt liệu: Đặc tính quan trọng là trạng thái chắc và ổn định về thành phần hạt, độ sạch của cốt liệu. Cốt liệu thô có đá sỏi, đá dăm dạng khối. Cốt liệu mịn là cát hoặc đá, xỉ nghiền. Cốt liệu nhẹ gồm peclit, đá bọt, túp, xỉ. Độ bền của bê tông gần như tỷ lệ thuận với dung trọng của cốt liệu.

2.2 Bê tông
- Bê tông được chế tạo từ XM, cát, sỏi và nước, khi rắn cứng tạo thành một thứ đá nhân tạo có khả năng chịu nén rất tốt nhưng khả năng chịu kéo lại rất kém. Bê tông là vật liệu dòn, tính đồng nhất kém và dị hướng.
- Việc đống rắn của BT là do phản ứng thuỷ hoá giữa các thành phần của XM và nước. Phản ứng này toả ra lượng nhiệt lớn. Ba đặc tính quan trọng của BT là: Tính lưu động, độ bền thích hợp và chi phí tối thiều. Điều chỉnh nó bằng việc thay đổi tỷ lệ XM/Nước, tỷ lệ XM/cốt liệu, cỡ cốt liệu, tỷ lệ cốt liệu mịn/cốt liệu thô, loại XM.
- Độ bền chịu nén của Bê tông được xác định theo mẫu hình trụ đường kính 6inch, cao 12inch. Độ bền bị ảnh hưởng lớn bởi tỷ lệ nước/XM. Trong quá trình chịu lực độ bền bị ảnh hưởng bởi cách tác dụng tải trọng (ngắn, dài hạn), ảnh hưởng của môi trường (khô, ẩm)...
- Bê tông nhẹ có phụ gia tạo bọt để hàm lượng không khí trong khối BT lớn hơn (4-6%), độ lún lớn hơn, nhẹ hơn so với BT thường (hàm lượng KK dưới 1%), nhưng cường độ cũng thấp hơn. Bê tông nhẹ dùng cốt liệu nhẹ.

- Không bố trí cốt thép cho chịu kéo mặt ngoài của khối bê tông – bị phá huỷ
- Bê tông khối lớn sử dụng lưới thép để chống lại ứng suất kéo chống nứt, khoảng cách thông thường a =300 (trong vùng 300 bê tông đủ chịu kéo, cốt thép sinh ra để tăng cường khả năng chịu kéo, gia cố phần bị nứt)
- Độ sụt lớn, nhỏ liên quan đến đổ bê tông. Độ sụt lớn (tỷ lệ) dẻo hơn nên dễ bơm, nhưng đổ thủ công khó, với những kết cấu có độ dốc lớn phải làm ván khuôn, nếu không sẽ bị chảy.
- Xu hướng thiết kế hiện nay dùng bê tông mác cao (dùng mác thấp người ta cười cho): chưa chắc giá thành công trình đã rẻ hơn, nhưng không gian sử dụng rộng hơn do cường độ của bê tông cao hơn, dẫn đến kích thước cấu kiện (dầm, cột, tường, sàn) nhỏ hơn, nhà cao tầng phải dùng bê tông mác cao (1x1 – 2x2) để còn lại diện tích sử dụng. Hơn nữa công nghệ hiện đại cho phép chế tạo các loại XM giúp chế tạo bê tông mác cao.

2.3 Gỗ, tre
- Do cấu trúc, gỗ có tính bền rất khác nhau theo hai phương dọc tới và ngang thớ. Độ bền chịu kéo hoặc chịu nén lớn nhất là theo phương dọc thớ, nhưng độ bền chịu cắt ngang thớ lại lớn hơn nhiều so với cắt tách theo phương dọc thớ (đem nén ngang rất yếu, nén dọc khả năng chịu lực rất cao). Gỗ, tre chịu lực đẳng hướng thấp, dị hướng thì lớn. Xây dựng hiện đại không làm kết cấu chịu lực bằng gỗ, tre. Nhưng dùng làm vật liệu trang trí cho các phần nội thất công trình. Hạn chế dùng gỗ, tre làm kết cấu xây dựng.
- Độ bền của gỗ bị ảnh hưởng nhiều bởi bệnh tật (mắt, cành, mối, mọt). Vì vậy, theo phương dọc thớ, cho dù độ bền chịu kéo lớn hơn nhiều so với nén, nhưng gỗ cũng chỉ nên dùng cho các cấu kiện chịu nén (cột trong các nhà, đình, chùa...)
- Yếu tốt giữ môi trường khô và chống mối mọt là quan trọng, nên đã sử dụng gỗ cần phải giữ cho gỗ khô, ngâm tẩm, sơn, véc ni -> chi phí.
- Gỗ dán, liên quan nhiều đến keo và lực ép khi dán.
- Kết cấu gỗ chi phí đắt hơn so với kết cấu bê tông cùng kích thước.

 

[nguyentheanh]

2.4. Bê tông cốt thép
- Là VLXD phức hợp do bê tông và cốt thép cùng cộng tác chịu lực.
- Bê tông có khả năng chịu nén khá nhưng khả năng chịu kéo lại rất kém. Thép là VL chịu nén hoặc chịu kéo đều tốt. Đặt cốt thép vào bê tông để tăng khả năng chịu lực cho kết cấu, đó chính là BTCT. Trong dầm BTCT, thép dọc được đặt vào vùng kéo do uốn, thép xiên ở vùng chịu ứng suất kéo chính. Ngoài ra, thép dọc cũng được đặt vào vùng nén để giảm kích thước tiết diện.
- Bê tông và cốt thép có thể cùng cộng tác chịu lực là do:
+ Bê tông và cốt thép dính chặt với nhau nên có thể truyền lực qua lại. Lực dính có tầm quan trọng hàng đầu. Nhờ có lực dính mà cường độ của thép mới được khai thác, bề rộng vết nứt (của bê tông) trong vùng kéo mới bị hạn chế... Vì vậy, người ta tìm mọi cách để tăng cường lực dính giữa bê tông và cốt thép.
+ Giữa bê tông và cốt thép không xảy ra phản ứng hoá học. Bê tông bao bọc cốt thép, bảo vệ, chống lại sự xâm thực của môi trường. Vì vậy, khi thi công kết cấu bê tông cốt thép phải rất thận trọng khi dùng các phụ gia (hoá dẻo hoặc đông cứng), phải đầm kỹ bê tông để đạt tới độ sít chặt cần thiết.
+ Cốt thép và bê tông có hệ số giãn nở nhiệt gần giống nhau (của bê tông = 0,00001 -:- 0,000015), của thép = 0,000012). Do đó khi nhiệt độ thay đổi trong phạm vi thông thường (dưới [LATEX]100^0C[/LATEX]) trong cấu kiện không xuất hiện nội ứng suất đáng kể, không phá hoại lực dính giữa chúng.
+ Bê tông giữ cốt thép khỏi bị ăn mòn. Do đó lượng XM tối thiểu phải là [LATEX]250kG/m^3[/LATEX] và chiều dày lớp bảo vệ phải được chọn tuỳ theo loại cấu kiện và môi trường làm việc của nó.

- Cốt thép AI (CT3), AII (CT4), AIII (CT5) (chữ A là viết tắt của Apmatypa – chữ Nga có nghĩa là cốt thép)
- Thép AI tròn trơn, Thép AII có 2 sọc, vằn 2 bên trái và phải sọc cùng hướng.
- Nghiệp vụ tư vấn giám sát, thanh kiểm tra: Thực tế đo đường kính AII, AIII rất khó (đo vào sọc sẽ khác, đo vào chỗ lõm sẽ khác). Vậy làm cách nào để kiểm được nhà thầu lắp đặt thép vào công trình có đúng đường kính theo quy định không?
Trả lời: Cách đơn giản nhất là cân. Cắt một đoạn dài L ra, vết cắt phải vuông góc với tiết diện, cân và đo chiều dài

[LATEX]V = L. \frac{\pi.d^2}{4}[/LATEX]
​

Từ công thức G = V. 7850 -> tính được d (trọng lượng riêng của thép là 7.850kg/m3)
Trong thực tế có rất nhiều kỹ sư đem cả một thanh thép ra để cắt lấy 1m để thực hiện bước kiểm tra trên. "Đây là cách làm ngu hoặc lãng phí". Đừng cắt 1m (bởi vì phí thép), hãy nhặt một đoạn thép hoặc đem cả thanh ra kiểm tra.

- Lực dính giữa bê tông và cốt thép là quan trọng nhất. Bê tông và cốt thép không xảy ra phản ứng hoá học (bê tông và vữa bata bị phản ứng – khi phá vỡ đầu cọc, đệm đáy móng hay dùng vữa ba ta hoặc bê tông gạch vỡ để trám - hành động này gây nguy hiêm -> cấm tuyệt đối).
- Thi công bê tông cốt thép phải rất thận trọng khi dùng phụ gia. Thường thì phụ gia có ăn mòn cốt thép, nhưng thường được nhà sản xuất quảng cáo là không đáng kể. Phụ gia làm giòn bê tông và ăn mòn cốt thép. Cần thiết lắm hãy dùng phụ gia.
- Thực tế trên nhiều công trường, người ta mua gạch về đập ra để làm bê tông vạch gỡ - đó là một cách làm ngu dốt. Hãy dùng bê tông nghèo, vì ở đó không có cốt thép nên không lo sự ăn mòn, bê tông nghèo là phù hợp.

 

[nguyentheanh]

2.5 Kim loại và thép
- Kim loại, thép là vật liệu có độ đồng nhất cao, đẳng hướng nên khá gần với các giả thiết trong tính toán kết cấu, độ tin cậy cao.
- Cường độ chịu kéo hoặc chịu nén của thép đều cao. Vì vậy, khi sư dụng làm kết cấu có khả năng chịu lực cao, vượt được nhịp lớn.
- Gang và thép là hỗn hợp liên kết cơ học của 2 nguyên tố chính là sắt Fe và cacbon C. Khi hàm lượng từ 1,7% trở lên thì gọi là gang, nhỏ hơn gọi là thép. Lượng C càng lớn thì kim loại càng cứng và dòn, khó gia công (hàn, cắt, uốn, khoan, dập...); Thép XD rất cần có độ bền cao, nhưng cũng cần phải gia công được nên thường dùng lượng các bon dưới 0,25%.
- Ngoài ra để tăng cường độ và tính gia công, trong hỗn hợp còn được thêm vào một lượng nhỏ các kim loại khác như Mn, Cr, Si, Cu, Ni... gội là thép hợp kim thấp, hoặc thép hợp kim (khi hàm lượng kim loại khác >2,5%). Cường độ thép hợp kim lớn hơn nhiều lần so với thép thông thường, nhưng khó gia công hơn nhiều. Nước ta không khuyến khích sử dụng vì chưa sản xuất được nhiều.

Câu hỏi: Tại sao người ta lại chế tạo thanh thép dài 11,7m mà không phải là con số khác?
Thầy Viên: Côngteno vận chuyển thép và xe vận chuyển thép phù hợp với kích thước đó, theo đơn vị đo nó là số chẵn của thước Anh (công nghiệp luyện kim phổ biến ở đó trước).

 

[nguyentheanh]

2.6 Vật liệu hỗn hợp bê tông - thép (composit)
- Đặc tính vật liệu của kết cấu BTCT thông thường và kết cấu hỗn hợp bê tông-thép là như nhau; hai vật liệu hỗn hợp cùng làm việc được dựa trên nguyên lý duy trì lực dính bám để cùng biến dạng.
- Kết cấu hỗn hợp thép-bê tông có thể là bê tông bọc ngoài thép, bê tông nhồi trong ống thép hoặc tiết diện có một phần bê tông, một phần thép.
- Do có tiết diện thép lớn, nên khả năng chịu lực và độ cứng của cấu kiện hỗn hợp lớn hơn nhiều so với cấu kiện BTCT thông thường.
- Trong cầu kiện hỗn hợp, thép được bảo vệ tốt hơn cả về phòng rỉ lẫn phòng cháy, cả về khả năng tăng cường ổn định cục bộ cho các bản thép mỏng.
- Sử dụng kết cấu hỗn hợp tạo khả năng ứng dụng công nghệ XD hiện đại: tiết diện thép chịu tải trọng ở giai đoạn thi công; tiết hiện hỗn hợp chịu tải trọng sử dụng. Vì vậy, đang được ứng dụng phổ biến để xây dựng nhiều công trình cao, nhịp lớn.

 

[Vikhanhs]

2.4. Bê tông cốt thép
- Là VLXD phức hợp do bê tông và cốt thép cùng cộng tác chịu lực.
- Bê tông có khả năng chịu nén khá nhưng khả năng chịu kéo lại rất kém. Thép là VL chịu nén hoặc chịu kéo đều tốt. Đặt cốt thép vào bê tông để tăng khả năng chịu lực cho kết cấu, đó chính là BTCT. Trong dầm BTCT, thép dọc được đặt vào vùng kéo do uốn, thép xiên ở vùng chịu ứng suất kéo chính. Ngoài ra, thép dọc cũng được đặt vào vùng nén để giảm kích thước tiết diện.
- Bê tông và cốt thép có thể cùng cộng tác chịu lực là do:
+ Bê tông và cốt thép dính chặt với nhau nên có thể truyền lực qua lại. Lực dính có tầm quan trọng hàng đầu. Nhờ có lực dính mà cường độ của thép mới được khai thác, bề rộng vết nứt (của bê tông) trong vùng kéo mới bị hạn chế... Vì vậy, người ta tìm mọi cách để tăng cường lực dính giữa bê tông và cốt thép.
+ Giữa bê tông và cốt thép không xảy ra phản ứng hoá học. Bê tông bao bọc cốt thép, bảo vệ, chống lại sự xâm thực của môi trường. Vì vậy, khi thi công kết cấu bê tông cốt thép phải rất thận trọng khi dùng các phụ gia (hoá dẻo hoặc đông cứng), phải đầm kỹ bê tông để đạt tới độ sít chặt cần thiết.
+ Cốt thép và bê tông có hệ số giãn nở nhiệt gần giống nhau (của bê tông = 0,00001 -:- 0,000015), của thép = 0,000012). Do đó khi nhiệt độ thay đổi trong phạm vi thông thường (dưới [LATEX]100^0C[/LATEX]) trong cấu kiện không xuất hiện nội ứng suất đáng kể, không phá hoại lực dính giữa chúng.
+ Bê tông giữ cốt thép khỏi bị ăn mòn. Do đó lượng XM tối thiểu phải là [LATEX]250kG/m^3[/LATEX] và chiều dày lớp bảo vệ phải được chọn tuỳ theo loại cấu kiện và môi trường làm việc của nó.

- Cốt thép AI (CT3), AII (CT4), AIII (CT5) (chữ A là viết tắt của Apmatypa – chữ Nga có nghĩa là cốt thép)
- Thép AI tròn trơn, Thép AII có 2 sọc, vằn 2 bên trái và phải sọc cùng hướng.
- Nghiệp vụ tư vấn giám sát, thanh kiểm tra: Thực tế đo đường kính AII, AIII rất khó (đo vào sọc sẽ khác, đo vào chỗ lõm sẽ khác). Vậy làm cách nào để kiểm được nhà thầu lắp đặt thép vào công trình có đúng đường kính theo quy định không?
Trả lời: Cách đơn giản nhất là cân. Cắt một đoạn dài L ra, vết cắt phải vuông góc với tiết diện, cân và đo chiều dài

[LATEX]V = L. \frac{\pi.d^2}{4}[/LATEX]​

Từ công thức G = V. 7850 -> tính được d (trọng lượng riêng của thép là 7.850kg/m3)
Trong thực tế có rất nhiều kỹ sư đem cả một thanh thép ra để cắt lấy 1m để thực hiện bước kiểm tra trên. "Đây là cách làm ngu hoặc lãng phí". Đừng cắt 1m (bởi vì phí thép), hãy nhặt một đoạn thép hoặc đem cả thanh ra kiểm tra.

- Lực dính giữa bê tông và cốt thép là quan trọng nhất. Bê tông và cốt thép không xảy ra phản ứng hoá học (bê tông và vữa bata bị phản ứng – khi phá vỡ đầu cọc, đệm đáy móng hay dùng vữa ba ta hoặc bê tông gạch vỡ để trám - hành động này gây nguy hiêm -> cấm tuyệt đối).
- Thi công bê tông cốt thép phải rất thận trọng khi dùng phụ gia. Thường thì phụ gia có ăn mòn cốt thép, nhưng thường được nhà sản xuất quảng cáo là không đáng kể. Phụ gia làm giòn bê tông và ăn mòn cốt thép. Cần thiết lắm hãy dùng phụ gia.
- Thực tế trên nhiều công trường, người ta mua gạch về đập ra để làm bê tông vạch gỡ - đó là một cách làm ngu dốt. Hãy dùng bê tông nghèo, vì ở đó không có cốt thép nên không lo sự ăn mòn, bê tông nghèo là phù hợp.

Thưa anh TA,

Cảm ơn bài viết và phân tích của anh, Công ty Vi Khanh là đơn vị cung cấp các sản phẩm phụ gia của Tập đoàn Grace (Hoa Kỳ) thành lập từ năm 1854 chuyên ngành cho sản xuất bê tông, qua kinh nghiệm thực tiễn của chúng tôi cũng như tại các phòng Lab xây dựng phân tích cho thấy nếu chú ý sử dụng thiết kế cấp phối hợp lý sẽ làm giảm lượng xi măng và lượng nước, phụ gia có tác dụng thủy hóa toàn bộ xi măng nên phát triển cường độ cao hơn so với không sử dụng phụ gia, ngoài ra nếu công trình thi công trong điều kiện nước biển xâm thực thì sẽ phải sử dụng loại phụ gia đặc biệt để chống ăn mòn và bảo vệ cốt thép.
Noi chung Ngành sản xuất phụ gia đã được nghiên cứu từ lâu để chế tạo sản xuất và khắc phục những nhược điểm của xi măng nhằm hoàn thiện, nâng cao chất lượng kết cấu cho bê tông.
Một vài ý kiến đóng góp của chúng tôi về thực tế xu thế áp dụng phụ gia trong kết cấu bê tông cho các công trình nhà cao tầng, thi công đường hầm cũng như sản xuất cọc ống ly tâm mác cao đã và đang được thực hiện tại TP. HCM và rất mong được tiếp tục học hỏi và trao đổi với anh về chủ đề này.

Trân trọng cảm ơn.

 

[nguyentheanh]

@Vikhanhs: chúng ta làm khoa học, còn nhiều thứ ngoài tầm hiểu biết, rất mong nhận được các ý kiến phản hồi, phản biện để đi đến thống nhất, xin bạn có thêm các bài viết, tư liệu, thông tin giúp chúng tôi có quan niệm đúng đắn hơn nữa về sử dụng phụ gia trong bê tông. Cảm ơn bạn đã trao đổi .

3. Về phương pháp tính toán kết cấu

3.1. Phương pháp tính toán theo ứng suất (US) cho phép
- Theo ASD (Allowable Stress Design) - US làm việc, được tính từ tải trọng tiêu chuẩn, không được vượt quá một giá trị US nào đó, gọi là US cho phép. Giá trị này bằng US chảy nhân với một hệ số nhỏ hơn 1 (với cấu kiện chịu uốn, bằng 0,6 - 0,67; với cấu kiện chịu nén còn phụ thuộc độ mảnh).
- Tiêu chuẩn Mỹ còn dùng LRFD (Load and Resistance Factor Design): Tải trọng tính toán được nhân lên 1,2-1,6 lần, hệ số chịu lực =0,75-0,9; còn US giới hạn chính là US chyar.
Nhược điểm: Phương pháp này dùng ít hệ số điều kiện nên không chi tiết, kém chính xác.

3.2. Phương pháp tính toán theo trạng thái tới hạn (TTTH)

- TTTH về khả năng chịu lực: là trạng thái mà kết cấu không còn đủ khả năng chịu lực, sẽ sụp đổ hoặc hư hỏng nặng làm nguy hại đến an toàn của con người và thiết bị. Đó là các trường hợp mà kết cấu không đủ độ bền, bị mất ổn định, bị phá hoại dòn hoặc vật liệu kết cấu bị chảy dẻo.
- TTTH về sử dụng: là trạng thái mà kết cấu không còn sử dụng bình thường được nữa, do bị biến dạng quá lớn hoặc do hư hỏng cục bộ. Đó là các trường hợp kết cấu bị võng quá làm ảnh hưởng đến sự sử dụng bình thường của máy móc và con người, hoặc làm hỏng sự hoàn thiện của kết cấu, bị rung động quá mức, han rỉ quá mức.

3.3 Tải trọng thiết kế

- Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 2737:1995
- Tiêu chuẩn Mỹ: Cho một số bang: UBC, BOCA, SSBC. Cho toàn quốc Minimum Design Load for Buildings and Other Structures ASNI Ặ.1-1982 hoặc ASCE7-95, 98, 02, 05.
- Tiêu chuẩn Anh: BS 6399 phần 1 - tải trọng tĩnh (part 1 - dead load), phần 3 - tải trọng động (part 3 - live load), phần 2 - 1972, 1993 và 1997 - tải trọng gió (part 2 - wind load) hoặc CP3: chương V: phần 2 (chapter V: part 2).
- Tiêu chuẩn châu Âu: EN 1990, 1991:2002; 1991-1-1, 2, 3, 4, 5, 6, 7:2005

 

[nguyentheanh]

3.3 Một số Tiêu chuẩn, Quy phạm thiết kế

a/ Nguyên tắc thiết kế
- Tiêu chuẩn Việt Nam (có hầu hết trên www.giaxaydung.vn)
+ Tiêu chuẩn thiết kế bê tông và bê tông cốt thép, TCXDVN 356:2005 (thay cho TCVN 5574:1995)
+ Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu Kim loại, TCXDVN 338:2005 (thay cho TCVN 5575:1995)
+ TCXDVN sử dụng phương pháp thiết kế kết cấu theo TTTH.
+ Dùng US chảy [LATEX]f_y[/LATEX] làm cường độ tiêu chuẩn, rồi chia cho hệ số độ tin cậy về cường độ vật liệu [LATEX]\gamma_M[/LATEX] để được cường độ tính toán f ([LATEX]\gamma_M[/LATEX] > 1).
+ Khi tính toán theo TTTH về khả năng chịu lực thì dùng tải trọng tính toán là tải trọng làm việc (tiêu chuẩn) nhân với hệ số tin cậy về tải trọng (vượt tải) ([LATEX]\gamma_Q[/LATEX] > 1). Khi tính toán theo TTTH về sử dụng thì dùng tải trọng tiêu chuẩn.
+ Kể đến điều kiện làm việc thực tế của kết cấu có thể bất lợi so với bình thường, bằng cách nhân cường độ tính toán với hệ số đều kiện làm việc của kết cấu ([LATEX]\gamma_Q[/LATEX] <= 1). Tích số này chính là cường độ tính toán của vật liệu trên kết cấu thực.
+ Kể đến xác suất xuất hiện cùng lúc các tải trọng bất lợi cho kết cấu là cao hay thấp bằng cách sử dụng hệ số tổ hợp c khi xác định nội lực tính toán.
- Tiêu chuẩn Mỹ
+ Tiêu chuẩn Mỹ AISC/ASD sử dụng phương pháp thiết kế theo US cho phép: Mọi cấu kiện, chi tiết phải được chọn kích thước sao cho US gây bởi tải trọng làm việc không được vượt quá US đã quy định trước. Tiêu chuẩn quy định giá trị US cho phép này để có độ an toàn nhất định trước khi đạt US giới hạn không được vượt quá (như là US chảy của thép, US oằn). US cho phép lấy bằng US chảy [LATEX]f_y[/LATEX] hoặc US tới hạn [LATEX]f_y_r[/LATEX] chia cho hệ số an toàn FS (factor of safety), AISC lấy FS = 1,67.
- Tiêu chuẩn Anh
+ Tiêu chuẩn Anh áp dụng phương pháp thiết kế theo trạng thái tới hạn. Tương tự như của VN, tiêu chuẩn Anh chia làm 2 trạng thái tới hạn, về khả năng chịu lực, phá huỷ (về độ bền chịu lực, ổn định lật đổ, phá hoại do mỏi, phá hoại dòn) và về sử dụng (độ võng, sự rung động, độ lâu bền, độ ăn mòn).
+ Hệ số an toàn theo tiêu chuẩn Anh có thể áp dụng vào toàn bộ thiết kế (gọi là hệ số an toàn chung, khi thiết kế theo US cho phép) hoặc vào các mục của thiết kế (gọi là hệ số an toàn bộ phận, khi thiết kế theo trạng thái tới hạn)
- Tiêu chuẩn Châu Âu
+ EN1993-1-1:2005 quy định tính toán kết cấu theo trạng thái tới hạn
+ Hệ số độ tin cậy: hệ ố an toàn về tải trọng: [LATEX]\gamma_F = \gamma_f . \gamma_S_d[/LATEX]
[LATEX]\gamma_f[/LATEX] - xét đến tải trọng thực có thể sai khác so với giá trị quy định,
[LATEX]\gamma_S_d[/LATEX] - giá trị tải trọng thực có thể khác so với mô hình tính toán
+ Hệ số an toàn về vật liệu: [LATEX]\gamma_M = \gamma_m . \gamma_R_d[/LATEX]
[LATEX]\gamma_m, \gamma_R_d[/LATEX] - xét đến biến động của tính chất vật liệu và sức chịu của kết cấu thực tế có thể sai khác với mô hình tính toán.
Các hệ số độ tin cậy của vật liệu và tải trọng được quy định trong EN1992 - EN1999.

 

[nguyentheanh]

b/ Nhận xét chung về các phương pháp thiết kế của một số Quy phạm

- Về phương pháp thiết kế (nguồn: www.giaxaydung.vn)
+ Cả 3 TCXDVN, BS 5950, EuroCode đều quy định thiết kế kết cấu theo trạng thái tới hạn (bao gồm trạng thái tới hạn về khả năng chịu lực và trạng thái tới hạn về điều kiện sử dụng).
Anh là một trong những nước đầu tiên ở châu Âu áp dụng phương pháp thiết kế theo TTTH. BS 1964 còn áp dụng phương pháp US cho phép, nhưng đến BS 5950 lần thứ nhất năm 1985 đã chuyển sang TTTH. Liên Xô sử dụng từ 1955. Việt Nam sử dụng từ 1962. Ý tưởng chung của các Tiêu chuẩn là tương đồng, nhưng cách thể hiện và nội dung cụ thể có một số chỗ khác nhau. BS chọn ra một số tiêu chí lớn để đánh giá việc thực hiện công năng của kết cấu và kiểm tra tiêu chí đó xem có thoả mãn hay không ? Các tiêu chí này cũng tương tự như của TCVN.
AISC/ASD áp dụng thiết kế theo US cho phép. Nhưng với cùng 1 loại VL, US cho phép khong phải là một con số bất biến, mà còn phụ thuộc vào trạng thái kết cấu (mảnh hay không mảnh, thuận lợi hay không). Từ năm 1993 AISC đồng thời ban hành cách tính theo hệ số tải trọng và hệ số độ bền. Thực chất đây là TTTH. Cả hai phương pháp sử dụng song hành, người kỹ sư thiết kế (www.giaxaydung.vn) có thể tuỳ chọn.
- Về tải trọng thiết kế: (nguồn: www.giaxaydung.vn)

còn tiếp
​