Kết cấu và xây dựng - môn kết cấu và xây dựng - Đường lối cách mạng của đảng cộng sản Việt Nam | Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

lOMoARcPSD|45315597 lOMoARcPSD|45315597
CHƯƠNG 1. TÓM LƯỢC VỀ CƠ HỌC CÔNG TRÌNH (SUMMARY OF STRUCTURAL MECHANICS)
1. Giới thiệu (Introduction)
Cơ học công trình là môn khoa học thực nghiệm, trình bày các phép tính để kiểm tra độ bền, độ cứng và độ ổn định của công trình.
Điều kiện về độ cứng (Stiffness requirement)
Điều kiện về độ cứng đảm bảo cho công trình không có chuyển vị và biến dạng quá lớn ảnh hưởng khi sử dụng,
làm cho công trình mất trạng thái làm việc bình thường của nó ngay cả khi điều kiện bền vẫn đảm bảo
Điều kiện về ổn định (Stability requirement)
Điều kiện ổn định tìm hiểu khả năng bảo toàn vị trí và hình dạng cân bằng ban đầu.
Hình 1.3 Sự mất ổn định trong kết cấu
1.1 Các khái niệm cơ bản (Fundamental Concepts)
Các loại liên kết
Có 4 loại liên kết: liên kết thanh, liên kết khớp, liên kết hàn, và liên kết phức tạp
a. Liên kết thanh – connection (liên kết loại 1):
Liên kết thanh khử được một bậc tự do và làm phát sinh một thành phần phản lực theo phương liên
kết Gối tựa di động là trường hợp đặc biệt của liên kết thanh
b. Liên kết khớp - Pinned connection (liên kết loại 2):
Gồm 2 miếng cứng nối với nhau bằng một khớp lý tưởng.
- Liên kết khớp không cho miếng cứng chuyển vị thẳng (nhưng có thể xoay), tức là khử được 2 bậc tự do.
- Tại liên kết có thể phát sinh một thành phần phản lực có phương chưa biết. Phản lực này thường được
phân tích thành hai thành phần theo hai phương xác định.
Liên kết khớp là khái niệm mở rộng của gối cố định nối đất. lOMoARcPSD|45315597
c . Liên kết hàn - fixed connection (liên kết loại 3):
Gồm hai miếng cứng nối với nhau bằng một mối hàn.
- Liên kết hàn không cho miếng cứng có chuyển vị, tức là khử được 3 bậc tự do.
- Liên kết có thể làm phát sinh một thành phần phản lực có phương và vị trí chưa biết. Thường đưa phản lực
này về vị trí liên kết và phân tích thành 3 thành phần.
d. Liên kết phức tạp - complex connection:
Là liên kết nối nhiều miếng cứng với nhau, số miếng cứng lớn hơn hai.
Như hình vẽ trên là liên kết khớp phức tạp và hàn phức tạp.
Độ phức tạp của liên kết: là số liên kết đơn giản cùng loại, tương đương với liên kết đã cho, ký hiệu p: p = D
- 1 với D = số miếng cứng quy tụ vào liên
kết. e . Liên kết nối đất:
Là liên kết giữa miếng cứng và đất.
Bao gồm: gối di động, gối cố định, ngàm, ngàm trượt
Nếu ta gọi C0 là số thanh tựa tương đương thì giá trị C0 tương ứng với các loại liên kết nối đất như sau:
1.1.1 Sơ đồ tính của công trình (Structural model)
Sơ đồ tính của công trình là hình ảnh đơn giản hóa mà vẫn đảm bảo phản ảnh được chính xác sự làm việc thực
tế của công trình và phải dùng để tính toán được. lOMoARcPSD|45315597
Hình 1.4 Sơ đồ tính của khung phẳng và của bàn chịu tải trọng
1.1.2 Các biến dạng cơ bản của công trình (Basic deformations of structures)
Biến dạng (deformation) là sự thay đổi hình dạng, kích thước của vật thể dưới tác dụng của ngoại lực (Hình 1.5).
Hình 1.5 Vật thể trước và sau biến dạng; phần tử AB biến dạng thành phần tử A’B’
Chuyển vị (displacement) là sự thay đổi vị trí của điểm vật chất thuộc vật thể dưới tác dụng của ngoại lực. Có 2
loại chuyển vị: chuyển vị dài và chuyển vị góc (Hình 1.6) lOMoARcPSD|45315597
Hình 1.6 Điểm A và B sau khi chuyển vị trở thành A’ và
B’ Các dạng biến dạng cơ bản
Theo hình thức Theo tính chất Có 3 loại biến dạng: Có 3 dạng biến dạng: - Biến dạng dài - Biến dạng đàn hồi - Biến dạng góc - Biến dạng dẻo (dư) - Biến dạng thể tích - Biến dạng nhớt
Các thành phần biến dạng: phân tử thanh khi biến dạng có thể chia ra 3 thành phần:
- Biến dạng xoay ϕds, với ϕ – biến dạng xoay (góc xoay) tỉ đối (góc giữa 2 tiến diện khi ds = 1 đv dài)
- Biến dạng dọc trục (biến dạng dài) εds, với ε – biến dạng dài tỉ đối
- Biến dạng trượt ds, với – góc trượt tỉ đối
Chiều dương các thành phần biến dạng như thể hiện trên hình vẽ Biến dạng xoay Biến dạng dọc trục Biến dạng trượt
1.1.3 Ngoại lực và nội lực (External forces and Internal forces)
Lực là tương tác giữa các vật mà kết quả của nó gây ra sự biến đổi trạng thái chuyển động cơ học của vật thể, và
sự thay đổi hình dạng kích thước của vật thể. Ví dụ: sức gió, áp lực nước, trọng lực...
Lực được đặc trưng bởi 3 yếu tố: điểm đặt, phương chiều, và độ lớn
a. Ngoại lực (External forces)
Ngoại lực bao gồm tải trọng và phản lực
- Tải trọng: là những lực chủ động, biết trước, được lấy theo các quy định, tiêu chuẩn.
- Phản lực: là những lực thụ động, phát sinh tại vị trí liên kết vật thể đang xét với vật thể
khác. b. Nội lực (Internal forces)
Nội lực là độ biến thiên lực liên kết của các phần tử bên trong cấu kiện khi cấu kiện chịu tác dụng của ngoại lực và các nguyên nhân khác.
Nội lực trong hệ tĩnh định chỉ phụ thuộc vào các đại lượng tham gia phương trình cân bằng như: tải trọng, sơ
đồ hình học của công trình; không phụ thuộc độ cứng, vật liệu và kích thước của tiết diện.
Trong trường hợp tổng quát, trên mặt cắt ngang có 6 thành phần nội lực (Hình 1.7).
Với bài toán phẳng (ngoại lực nằm trong mặt phẳng đi qua trục z), chỉ tồn tại 3 thành phần nội lực trong mặt
phẳng này: momen Mx, lực dọc Nz, và lực cắt Qy (Hình 1.7). lOMoARcPSD|45315597
Hình 1.7 Các thành phần nội lực trong trường hợp tổng quát và bài toán phẳng
Quy ước dấu của nội lực:
- Mômen uốn quy ước xem là dương khi nó làm căng thớ dưới và ngược lại
- Lực cắt quy ước xem là dương khi nó làm cho phần hệ xoay thuận chiều kim đồng hồ và ngược lại
- Lực dọc quy ước xem là dương khi nó gây kéo và ngược lại
1.2 Phân loại kết cấu xây dựng (Classification of Building Structures)
1.2.1 Theo hình dạng hình học (Based on geometry)
Theo hình dạng hình học, có thể phân loại cấu kiện xây dựng thành 3 dạng: thanh, bản, và khối Dạng thanh Dạng bản Dạng khối
Là cấu kiện có kích thước theo
Là cấu kiện có kích thước theo hai
Là cấu kiện kích thước theo ba
một phương lớn hơn nhiều so với
phương lớn hơn nhiều so với
phương không chênh lệch nhau hai phương còn lại. phương còn lại. nhiều. lOMoARcPSD|45315597
Hình 1.8 Cấu kiện dạng tấm, thanh, và vỏ trong kết cấu công trình
1.2.2 Theo sơ đồ tính (Based on structural model)
Theo sơ đồ tính, kết cấu được chia thành 2 loại: hệ phẳng và hệ không gian.
a. Hệ phẳng (plane structures)
Là hệ mà trục của các thanh và đường tác dụng của tải trọng cùng nằm trên một mặt phẳng. Các loại hệ phẳng: Hệ dầm (Beam) Hệ dàn (Truss) Hệ vòm (Arch) Hệ khung (Frame) lOMoARcPSD|45315597 Hệ liên hợp (Hybrid)
b. Hệ không gian (spatial structures)
Là hệ mà trục các thanh và đường t/d của tải trọng không cùng nằm trên mặt phẳng. Khung không gian Dàn không gian Bản Vỏ
1.2.3 Theo phương pháp tính (Based on calculation method)
Theo phương pháp tính, hệ kết cấu chia thành 2 loại: hệ tĩnh định và hệ siêu tĩnh lOMoARcPSD|45315597
Hệ tĩnh định (Determinate structure)
Hệ siêu tĩnh (Indeterminate structure)
Là loại hệ mà chỉ bằng các điều kiện tĩnh học có thể
Là loại hệ mà chỉ bằng các điều kiện tĩnh học thì chưa
xác định được toàn bộ nội lực và phản lực trong hệ.
đủ để xác định toàn bộ các nội lực và phản lực mà còn
phải sử dụng thêm điều kiện động học và điều kiện vật lý.
1.3 Các nguyên nhân gây ra nội lực, biến dạng và chuyển vị trong kết cấu
(Causes of Internal Forces, Deformations, and Displacements in Structures)
Có 3 nguyên nhân gây ra nội lực và biến dạng, chuyển vị trong kết cấu: tải trọng, sự thay đổi nhiệt độ, và chuyển
vị cưỡng bức của gối tựa hoặc sự không chính xác trong chế tạo lắp ráp
1.3.1 Tải trọng (Loads)
Tải trọng gây ra nội lực, biến dạng và chuyển vị trong tất cả các loại hệ. Phân loại tải trọng:
- Theo thời gian tác dụng: tải trọng lâu dài (trọng lượng bản thân…) còn gọi là tĩnh tải, và tải trọng tạm thời
(tải trọng gió, do con người đi lại khi sử dụng…) còn gọi là hoạt tải;
- Theo tính chất tác dụng: tải trọng tĩnh và tải trọng động;
- Theo hình thức tác dụng: tải trọng tập trung và tải trọng phân bố.
1.3.2 Sự thay đổi nhiệt độ (Temperature changes)
Là sự thay đổi nhiệt độ tác dụng lên công trình khi làm việc so với lúc chế tạo.
Đối với hệ tĩnh định, tác nhân này chỉ gây ra biến dạng và chuyển vị, không gây ra nội lực, còn đối với hệ siêu
tĩnh thì gây ra đồng thời cả 3 yếu tố.
1.3.3 Chuyển vị cưỡng bức của gối tựa hoặc sự không chính xác trong chế tạo lắp ráp
(Foundation settlement or assembly inaccuracy)
Đối với hệ tĩnh định, tác nhân này chỉ gây ra chuyển vị, không gây ra biến dạng và nội lực; còn đối với hệ siêu
tĩnh thì gây ra đồng thời cả 3 yếu tố trên. lOMoARcPSD|45315597 Câu hỏi ôn tập -
Trình bày khái niệm điều kiện độ bền, điều kiện độ cứng, và điều kiện ổn định. -
Trình bày các dạng liên kết cơ bản trong kết cấu công trình. -
Khái niệm sơ đồ tính. Trình bày các dạng biến dạng trong kết cấu. -
Trình bày các phương pháp phân loại kết cấu xây dựng. -
Thế nào là nội lực? Trình bày các thành phần nội lực trong kết cấu. -
Trình bày các nguyên nhân gây ra chuyển vị, biến dạng và nội lực trong kết cấu.
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG CỐT THÉP
2.1. Giới thiệu (Introduction)
BTCT - là một loại vật liệu xây dựng phức hợp do bê tông và cốt thép cùng kết hợp chịu lực với nhau. Trong đó:
Bê tông (BT) Được chế tạo từ Xi măng + Cát + Đá dăm (hoặc sỏi). Đặc điểm chính của BT như sau:
- Chịu nén tốt => Chức năng chủ yếu của BT trong kết cấu BTCT là chịu nén. - Chịu kéo kém
- Chi phí rẻ, sử dụng vật liệu địa phương
Cốt thép (CT) : Là một lượng thép được đặt hợp lý trong BT. Đặc điểm
- Chịu kéo rất tốt => Đặt vào vùng chịu kéo của cấu kiện
- Chịu nén rất tốt => Đặt trong các cấu kiện chịu nén (cột, thanh nén của dàn v.v..) và trong vùng nén
của cấu kiện chịu uốn.
- Đắt tiền => Bố trí cốt thép vào vị trí hợp lý làm tăng khả năng chịu lực của dầm.
Hình 2.1 Sự làm việc của dầm đơn giản và dầm congxon chịu tải trọng lOMoARcPSD|45315597
Nguyên nhân để BT và CT làm việc tốt với nhau:
- Giữa BT và CT có lực dính (sau khi BT đông cứng nó ôm chặt lấy CT tạo nên lực
dính). Nhờ có lực dính, ứng lực có thể truyền từ BT sang CT và ngược lại.
Do đó, cường độ của BT và CT được khai thác hết và bề rộng khe nứt trong vùng kéo được hạn chế.
- Giữa BT và CT không xảy ra phản ứng hoá học.
- BT bao bọc bảo vệ CT khỏi tác dụng ăn mòn của môi trường.
2.1.1 Phân loại kết cấu BTCT và phạm vi sử dụng Cách Loại kết cấu phân Mô tả Ưu điểm Nhược điểm BTCT loại + Tốn ván khuôn, cây BTCT toàn
Lắp đặt cốt thép; cốp
+ Độ cứng kết cấu lớn; chống; khối
pha và đổ BT tại vị trí + Chịu lực động tốt
+ Thi công chịu ảnh hưởng thiết kế của kết cấu vào thời tiết lOMoARcPSD|45315597
Cấu kiện được sản xuất tại + Có khả năng công
+ Độ cứng tổng thể của
nhà máy hoặc sân bãi. Sau nhgiệp hoá cao; BTCT
lắp đó vận chuyển đến công + Tăng
năng suất lao kết cấu kém; ghép
trường, dùng cần trục lắp
động, rút ngắn thời gian + Tốn kém trong công tác Theo
ghép và nối các cấu kiện thi công; vận chuyển cẩu lắp; phương thành kết cấu pháp thi + Tiết kiệm ván khuôn,
+ Tốn kém vật tư liên kết công cây chống
+ Độ cứng của kết cấu
+ Sản xuất, vận chuyển cao hơn so với kết cấu và lắp ghép phức tạp; lắp ghép;
Cấu kiện được chế tạo + Tốn công xử lý mặt tiếp xúc giữa BT cũ và
BTCT bán lắp chưa hoàn chỉnh. Sau mới ghép
khi được lắp đặt trên công trường, sẽ đặt
thêm cốt thép, ghép cốp + Giảm cốp pha cây pha
và đổ BT phần còn lại chống và mối nối. + Độ võng và nứt lớn hơn so với BTCT ứng suất trước
Khi chế tạo cấu kiện, ngoài + Khó vượt nhịp lớn
BTCT thường nội ứng suất do co ngót và + Kinh tế Theo
giãn nở nhiệt trong cốt thép + Thi công đơn giản thì không có ứng suất trạng + Đắt tiền thái ứng + Công nghệ thi công suất khi phức tạp chế tạo
BTCT ứng lực Khi chế tạo, người ta căng trước
cốt thép để nén vùng kéo + Giảm võng, giảm nứt
của cấu kiện để tạo ứng
+ Có thể vượt nhịp lớn suất trước
Ưu điểm của kết cấu BTCT
- Chi phí rẻ: sử dụng vật liệu địa phương (xi măng, cát, đá hoặc sỏi), tiết kiệm thép là vật liệu đắt tiền;
- Có khả năng chịu lực lớn hơn so với kết cấu gạch đá và gỗ; có thể chịu tốt các loại tải trọng rung động,
kể cả tải trọng động đất;
- Vừa bền vừa tốn ít tiền bảo dưỡng;
- Có khả năng tạo hình phong phú;
- Chịu lửa tốt: do BT bảo vệ thép không bị nung nóng nhanh đến nhiệt độ nguy hiểm.
Nhược điểm của kết cấu BTCT
- Trọng lượng bản thân lớn, nên với BTCT thường khó vượt được nhịp
lớn. => Khắc phục: dùng BTCT ứng lực trước hoặc kết cấu vỏ mỏng v.v..
- Cách âm, cách nhiệt kém.
=> Khắc phục: dùng kết cấu có lỗ rỗng
- Thi công BTCT toàn khối tương đối phức tạp, chịu ảnh hưởng nhiều vào thời tiết, và kiểm tra chất lượng khó khăn.
=> Khắc phục: dùng BTCT lắp ghép; công xưởng hoá công tác trộn BT, ván khuôn và CT; cơ giới hoá công tác
đổ BT (dùng cần trục, máy bơm BT, v.v..)
- BTCT dễ có khe nứt làm ảnh hưởng tới chất lượng và tuổi thọ của kết cấu.
=> Khắc phục: dùng BTCT ứng lực trước; dùng các biện pháp tính toán, cấu tạo và thi công hợp lý để hạn chế bề rộng khe nứt. lOMoARcPSD|45315597 Phạm vi sử dụng
BTCT được sử dụng phổ biến trong xây dựng dân dụng, công nghiệp, giao thông và quốc phòng. lOMoARcPSD|45315597
2.1.2 Mục tiêu thiết kế
Thiết kế kết cấu phải đảm bảo các mục tiêu sau:
- Đảm bảo khả năng chịu lực (để chịu được các tình huống có thể xảy ra trong suốt cuộc đời của kết cấu:
quá tải, tải trọng bất ngờ, tác động cực độ của môi trường)
- Đảm bảo sự sử dụng bình thường (như không bị võng, nứt quá giới hạn cho phép)
- Có tính khả thi (dễ thi công) --> kĩ sư thiết kế phải biết công nghệ xây dựng
- Bền (thời gian phục vụ của kết cấu phải lâu dài)
- Kinh tế (chi phí hợp lý)
2.1.3 Nguyên lý thiết kế
A. Quan hệ giữa kiến trúc và kết cấu
Quan hệ giữa kiến trúc và kết cấu là mối quan hệ hữu cơ, gắn bó hết sức chặt chẽ với nhau:
- Hình dáng và không gian kiến trúc được thể hiện trên cơ sở hệ kết cấu công trình;
- Phương án kết cấu phải đáp ứng tốt về yêu cầu chịu lực, phù hợp kiến trúc;
Phương án kiến trúc khả thi phải chứa đựng những nội dung cơ bản của phương án kết cấu khả thi.
B. Tính khả thi của phương án thiết kế
Tính khả thi của phương án thiết kế được thể hiện qua yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu kinh tế:
- Yêu cầu kỹ thuật: kết cấu được chọn phải phù hợp không gian và hình khối kiến trúc; phải thi công được
trong điều kiện thiết bị, nguyên vật liệu cho phép; đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật trong sử dụng hiện tại
và lâu dài, bền vững, phòng chống cháy nổ, và chịu tác động của môi trường.
- Yêu cầu kinh tế: giá thành công trình không vượt quá kinh phí đầu tư.
C. Các nguyên tắc thiết kế kết cấu BTCT
- Nội dung của thiết kế kết cấu BTCT gồm: phân tích kết cấu; tính toán kết cấu; và thể hiện kết quả tính
toán kết cấu bằng ngôn ngữ và hình ảnh
- Sản phẩm của thiết kế kết cấu BTCT là hồ sơ thiết kế gồm:
+ Thuyết minh tính toán: trình bày về cơ sở thiết kế, các bước tính toán và kết quả tính toán
+ Bản vẽ: trình bày hình dáng, kích thước của kết cấu, các chỉ định về vật liệu, cấu tạo chi tiết các bộ phận,
v.v…những nội dung mà trong thuyết minh chưa thể hiện được
- Các bước thiết kế xây dựng công trình:
+ Bước 1: Thiết kế cơ sở
+ Bước 2: Thiết kế kỹ thuật
+ Bước 3: Thiết kế bản vẽ thi công
Tùy theo quy mô, tính chất của công trình cụ thể, việc thiết kế xây dựng công trình được thực hiện một bước, hai
bước hoặc ba bước như trên
D. Trình tự thiết kế kết cấu BTCT
- 1) Chọn phương án kết cấu
- 2) Xác định sơ bộ kích thước tiết diện các cấu kiện
- 3) Tính toán tải trọng và tác động
- 4) Tính toán nội lực và tổ hợp nội lực
- 5) Kiểm tra lại kích thước tiết diện đã chọn thông qua đánh giá hàm lượng cốt thép, biến dạng, chuyển
vị tại một số tiết diện của một số cấu kiện đặc trưng
- 6) Tính toán và cấu tạo cốt thép
- 7) Kiểm tra độ võng và khe nứt lOMoARcPSD|45315597 - 8) Thể hiện bản vẽ
- 9) Hoàn thành hồ sơ thiết kế lOMoARcPSD|45315597
2.1.4 Lý thuyết thiết kế Các loại tải trọng:
Cách phân Loại tải trọng Miêu tả loại Tải trọng
thường Là tải trọng có tác dụng không thay đổi trong quá trình sử dụng kết cấu. Ví xuyên (tĩnh tải)
dụ: trọng lượng bản thân kết cấu, các tường ngăn cố định Theo tính
Là tải trọng có thể thay đổi về điểm đặt, trị số, phương, chiều tác dụng. Ví chất
Tải trọng tạm thời dụ: tải trọng của người, đồ đạc, tải trọng do cầu trục, gió, xe cộ, áp lực đất (hoạt tải) Tải trọng đặc biệt
Là tải trọng rất ít khi xảy ra. Ví dụ: cháy nổ, động đất v.v.
Là tải trọng tác dụng theo phương thẳng đứng. Theo Tải trọng đứng
Ví dụ: trọng lượng bản thân kết cấu; người; đồ đạc v.v. phương, chiều
Là tải trọng tác dụng theo phương nằm ngang. Ví dụ: Tải trọng ngang
tải trọng gió, lực hãm của xe cộ v.v.
Gồm tải trọng thường xuyên và một phần của tải trọng tạm thời Ví dụ: Theo
thời Tải trọng dài hạn
trọng lượng thiết bị, vật liệu… gian tác dụng
Gồm phần còn lại của tải trọng tạm thời Ví Tải trọng ngắn hạn
dụ: người đi lại, gió, xe cộ… Tải trọng tập trung
Là tải trọng chỉ tác dụng ở 1 hoặc vài vị trí nhất định; đơn vị N, kN... Theo vị trí tác dụng
Gồm tải trọng phân bố trên chiều dài (đơn vị N/m, kN/m…) và tải Tải trọng phân bố
trọng phân bố trên diện tích (đơn vị N/m2, kN/m2...) tiêu
Còn gọi là trị số tiêu chuẩn của tải trọng, trị số này lấy bằng giá trị thường gặp Tải trọng
trong quá trình sử dụng công trình và được xác định theo chuẩn (Pc) các kết quả thống kê. Theo trị số P= γ.Pc Tải trọng tính (P)
toán γ = Hệ số độ tin cậy của tải trọng. Nó được xác định theo một xác suất đảm
bảo quy định để kể đến các tình huống bất ngờ, đột xuất mà tải trọng có thể
vượt quá trị số tiêu chuẩn.
Các tác động: gồm các tác động do sự thay đổi nhiệt độ, do nền móng lún không đều, và do từ biến co ngót của bê tông. lOMoARcPSD|45315597
Hình 2.8 Tác động do thay đổi nhiệt độ
Hình 2.9 Tác động do nền móng lún không đều
Hình 2.10 Tác động do co ngót của bê tông
2.1.5 Tiêu chuẩn thiết kế
Thiết kế kết cấu BTCT theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574:2018 gồm hai việc chính là tính toán và cấu tạo.
Nội dung cơ bản của công tác thiết kế:
- Chọn sơ đồ tính và sơ bộ xác định kích thước tiết diện các bộ phận (chiều dày của bản, tường, kích
thước tiết diện dầm, cột…);
- Chọn vật liệu sử dụng thiết kế kết cấu: cấp bền BT, nhóm cốt thép .v.v.;
- Xác định tải trọng và tác động;
- Xác định nội lực do từng phương án tải trọng và tổ hợp nội lực;
- Tính toán tiết diện BTCT: xác định hoặc kiểm tra kích thước tiết diện BT, diện tích cốt thép;
- Chọn giải pháp bảo vệ kết cấu chống sự phá huỷ của môi trường (trong các trường hợp cần thiết: thí dụ kết
cấu làm việc trong phân xưỏng có tính chất huỷ mòn cốt thép);
- Chọn và bố trí cốt thép theo các yêu cầu về chịu lực và cấu tạo, thiết kế chi tiết các bộ phận và các thanh
cốt thép, thể hiện bản vẽ.
Sản phẩm của thiết kế: thuyết minh tính toán và các bản vẽ kết cấu.
Nguyên tắc tính toán:
- Các kết cấu BT và BTCT cần được tính toán và cấu tạo, lựa chọn vật liệu và kích thước sao cho trong
các kết cấu đó không xuất hiện các trạng thái giới hạn với độ tin cậy theo yêu cầu; lOMoARcPSD|45315597
- Việc lựa chọn các giải pháp kết cấu cần xuất phát từ tính hợp lý về mặt kinh tế - kỹ thuật khi áp dụng
chúng trong những điều kiện thi công cụ thể, có tính đến việc giảm tối đa vật liệu, năng
lượng, nhân công và giá thành xây dựng;
- Khi thiết kế nhà và công trình, cần tạo sơ đồ kết cấu, chọn kích thước tiết diện và bố trí cốt thép đảm bảo
được độ bền, độ ổn định và sự bất biến hình không gian xét trong tổng thể cũng như
riêng từng bộ phận của kết cấu trong các giai đoạn xây dựng và sử dụng;
- Cấu kiện lắp ghép cần phù hợp với điều kiện sản xuất bằng cơ giới trong các nhà máy chuyên dụng;
- Đối với kết cấu đổ tại chỗ, cần chú ý thống nhất hóa các kích thước để có thể sử dụng ván khuôn luân
chuyển nhiều lần, cũng như sử dụng các cấu kiện đã được sản xuất theo mô đun;
- Đối với các kết cấu lắp ghép, cần đặc biệt chú ý đến độ bền và tuổi thọ của các mối nối...
- Kết cấu BTCT cần phải thoả mãn những yêu cầu về tính toán theo độ bền (các trạng thái giới hạn thứ
nhất) và đáp ứng điều kiện sử dụng bình thường (các trạng thái giới hạn thứ hai)
Nguyên tắc cấu tạo:
Chọn hình dáng, kích thước, tiết diện phải dựa trên cơ sở:
+ Đảm bảo khả năng chịu lực, đảm bảo độ cứng, độ ổn định;
+ Đảm bảo kích thước để bố trí các loại cốt thép và tận dụng khả năng làm việc của vật liệu
(kích thước tiết diện hợp lý được thể hiện qua hàm lượng cốt thép µ =As/Ab. Mỗi loại cấu kiện có 1 khoảng hợp lí của µ);
+ Đảm bảo tính thẩm mỹ;
+ Đảm bảo thống nhất hoá cấu kiện và tiêu chuẩn hoá ván khuôn để thi công thuận lợi và dễ dàng (thông
thường chọn chiều dày của bản và tường theo bội số của 1 hoặc 2cm, kích thước tiết diện dầm và cột theo bội số của 2, 5 hoặc 10cm);
+ Kích thước tối thiểu của tiết diện cấu kiện kết cấu được quy định trong mục 10.2 TCVN 5574:2018
Nguyên tắc bố trí cốt thép được quy định trong mục 10.3 TCVN 5574:2018, bao gồm: lớp BT bảo vệ, khoảng
cách thông thủy tối thiểu giữa các thanh CT, bố trí CT dọc, bố trí CT ngang, neo CT, nối CT không ứng suất
trước, các thanh thép uốn.
Nguyên tắc cấu tạo các kết cấu BTCT chịu lực chính được quy định trong mục 10.3 TCVN 5574:2018
- Cách ghi ký hiệu thép: để thể hiện ký hiệu thép, thường dùng các con số đặt trong vòng tròn, mỗi con số
dùng để chỉ một hoặc nhiều thanh thép giống nhau (cùng nhóm thép, cùng đường kính, cùng hình dạng và
cùng kích thước tương ứng).
Hình 2.11 Bản vẽ bố trí cốt thép bản sàn
Hình 2.12 Bản vẽ bố trí cốt thép dầm lOMoARcPSD|45315597
2.1.6 Những giả thiết cơ bản
Sự làm việc của kết cấu BTCT được dựa trên các giả thiết cơ bản sau:
- Tại bất cứ tiết diện nào của cấu kiện, nội lực (gồm mômen, lực cắt, và lực dọc) phải cân bằng với ngoại
lực tác dụng lên tiết diện đó.
- Biến dạng trong thanh cốt thép bằng với biến dạng của bê tông xung quanh. Nói cách khác, giả thiết có
sự kết dính lý tưởng giữa bê tông và cốt thép (không xảy ra sự kéo tuột cốt thép khỏi bê tông).
- Mặt cắt tiết diện luôn ở dạng phẳng trước và trong suốt quá trình cấu kiện chịu tải trọng. lOMoARcPSD|45315597
- Cường độ chịu kéo của bê tông là rất nhỏ so với cường độ chịu nén, và do đó được bỏ qua trong quá trình tính toán.
2.2. Thiết kế theo trạng thái giới hạn
Trạng thái giới hạn (TTGH) - ultimate limit state - là trạng thái mà từ đó trở đi kết cấu không thể thoả mãn
các yêu cầu đề ra cho nó.
Kết cấu BTCT được tính với 2 nhóm TTGH: nhóm TTGH thứ nhất (về khả năng chịu lực) và nhóm TTGH thứ 2
(về điều kiện sử dụng bình thường)
2.2.1 TTGH 1 - Khả năng chịu lực
TTGH về khả năng chịu lực được quy định ứng với lúc kết cấu không thể chịu thêm lực được nữa. Lúc này nếu tải trọng tăng thì:
+ Hoặc kết cấu bắt đầu bị phá hoại;
+ Hoặc kết cấu bắt đầu bị mất ổn định;
+ Hoặc kết cấu bắt đầu bị hỏng do mỏi, hoặc do tác dụng đồng thời của môi trường và tải trọng.
Điều kiện thiết kế theo TTGH 1: S ≤ Sgh
trong đó: S = nội lực bất lợi nhất do tải trọng tính toán gây ra;
Sgh = khả năng chịu lực của kết cấu, được xác định theo cường độ tính toán của vật liệu.
Nguyên tắc tính toán:
Tính theo TTGH về khả năng chịu lực được áp dụng đối với mọi kết cấu và đối với mọi giai đoạn (chế tạo, vận
chuyển, cẩu lắp, sử dụng, sửa chữa).
Dùng tải trọng tính toán và cường độ tính toán khi tính toán theo TTGH 1 Cụ thể, phải đảm bảo kết cấu:
+ không bị phá hoại giòn, dẻo, hoặc theo dạng phá hoại khác;
+ không bị mất ổn định về hình dạng;
+ không bị phá hoại vì mỏi;
+ không bị phá hoại do tác dụng đồng thời của các yếu tố về lực và những ảnh hưởng bất lợi của môi trường.
2.2.2 TTGH 2 - Sự sử dụng bình thường
TTGH để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường - hạn chế độ mở rộng khe nứt, độ dao động của kết cấu và
độ biến dạng (độ võng, độ giãn, góc xoay).
Điều kiện thiết kế theo TTGH 2:
- Theo yêu cầu hạn chế biến dạng: f ≤ fgh
- Theo yêu cầu hạn chế bề rộng khe nứt: acrc ≤ agh
- Theo yêu cầu không cho phép nứt: T ≤ Tn
Trong đó: f và acrc = biến dạng và bề rộng khe nứt do tải trọng tiêu chuẩn gây ra (riêng đối với kết cấu có yêu
cầu chống nứt cấp 2 dùng tải trọng tính toán);
fgh và agh = trị số giới hạn của biến dạng và bề rộng khe nứt, được quy định nhằm đảm bảo các yêu
cầu: tính chất và điều kiện sử dụng kết cấu; điều kiện làm việc của con người và thiết