Các loại kết cấu trong xây dựng


Các loại kết cấu trong xây dựng được sử dụng phổ biến trong thiết kế kết cấu nhà dân dụng bao gồm: hệ kết cấu khung, hệ kết cấu tường chịu lực, hệ khung – vách hỗn hợp, hệ kết cấu hình ống và hệ kết cấu hình hộp,…

1. Kết cấu xây dựng là gì?

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,… Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu xây dựng là cơ kết cấu của các cấu kiện xây dựng.

Các loại kết cấu trong xây dựng được hiểu là cơ kết cấu của các cấu kiện xây dựng
Các loại kết cấu trong xây dựng được hiểu 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.

Nội dung của các loại kết cấu trong xây dựng 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 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 giản bằng gạch đá, gỗ tre; đến các công trình bằng bê tông cốt thép, bằng thép, bằng vật liệu composite 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.

2. Các loại kết cấu trong xây dựng phổ biến

Các loại kết cấu trong xây dựng thường được phân loại theo 4 dạng chính sau đây:

Kết cấu và ứng dụng BIM trong xây dựng công trình
Kết cấu và ứng dụng BIM trong xây dựng công trình

Phân loại theo vật liệu xây dựng

Kết cấu trong 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 composite

+ Kết cấu nền móng: đất, đá

+ Thủy tinh…

Kết cấu thép cho nhà dân dụng
Kết cấu thép cho nhà dân dụng, nhà biệt thự

Phân loại theo dạng công trình

+ Kết cấu nhà cao tầng: nhà thấp tầng, nhà cao tầng, nhà công nghiệp,…

+ Kết cấu cầu: cầu giản đơn, cầy dây văng, cầu treo,…

+ Kết cấu hầm: hầm đi bộ, hầm qua núi, metro,…

Phân loại các loại kết cấu trong xây dựng theo sơ đồ chịu lực

+ Kết cấu tĩnh định

+ Kết cấu siêu tĩnh

+ Kết cấu phẳng

+ Kết cấu không gian

Phân loại kết cấu xây dựng 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

3. Tính toán các loại kết cấu trong xây dựng

Các lý thuyết tính toán cho các loại kết cấu trong xây dựng dựa trên các giả thuyết gần đúng, trong đó quan trọng phải kể đến lý thuyết bậc I, bậc II, bậc III.

Thiết kế kết cấu là bước quan trọng trong thiết kế xây dựng
Thiết kế kết cấu là bước quan trọng trong thiết kế xây dựng

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)

Bằng chuyên môn cao cùng kinh nghiệm nhiều năm hoạt động, WEDO đã và đang là một trong số ít đơn vị tư vấn thiết kế kết cấu uy tín, trở thành đối tác tin tưởng của nhiều khác hàng trên khắp cả nước. Chúng tôi có đội ngũ nhân viên là các kiến trúc sư, kỹ sư, kỹ thuật viên tận tâm, có tay nghề cao và nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực thiết kế kiến trúc hiện đại. Các thiết kế kết cấu nhà phố, nhà ống đẹp, biệt thự đẹp,… của WEDO luôn đảm bảo chắc chắn, chất lượng, mang phong cách hiện đại và xu hướng thiết kế tiên phong.

Chúng tôi luôn hỗ trợ tư vấn miễn phí cho khách hàng mọi thông tin về chuyên môn, từ đó cung cấp các phương án thiết kế tối ưu nhất, hiện đại nhất, phù hợp với từng không gian.