Giáo trình Kết cấu Xây dựng (Tái bản) - Nhà Xuất bản Xây dựng 2011

• Tác giả: Phan Đình Tô
• Trường học: Trường Trung học Xây dựng số 4
• Chuyên ngành: Kết cấu xây dựng
• Đề tài: Giáo trình Kết cấu Xây dựng
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình kết cấu xây dựng 2011

Giáo trình Kết cấu Xây dựng do Nhà xuất bản Xây dựng phát hành năm 2011 là tài liệu giảng dạy chính thức của Bộ Xây dựng. Giáo trình có 199 trang, được biên soạn phục vụ đào tạo bậc trung học chuyên nghiệp xây dựng. Nội dung bao gồm bốn phần chính: kết cấu gỗ, kết cấu thép, kết cấu bê tông cốt thép và phụ lục. Nhóm tác giả gồm kỹ sư Phan Đình Tô, thạc sĩ Nguyễn Đức Chương và kỹ sư Nguyễn Thị Tèo. Đây là công trình tập thể của Trường Trung học Xây dựng số 4. Giáo trình khắc phục tình trạng thiếu tài liệu chuyên ngành kết cấu. Nội dung trình bày logic, từ lý thuyết đến ví dụ tính toán thực tế. Mỗi chương đều có bài tập minh họa cụ thể. Tài liệu phù hợp cho sinh viên và kỹ sư mới vào nghề. Giáo trình được đánh giá cao về tính ứng dụng trong thực tiễn xây dựng Việt Nam.

1.1. Thông tin xuất bản và nhóm tác giả

Giáo trình được Nhà xuất bản Xây dựng ấn hành tại Hà Nội năm 2011 theo quyết định của Bộ Xây dựng. Nhóm biên soạn gồm ba thành viên: kỹ sư kết cấu Phan Đình Tô, thạc sĩ Nguyễn Đức Chương và kỹ sư xây dựng Nguyễn Thị Tèo. Họ đều là giảng viên Trường Trung học Xây dựng số 4. Nhà trường và bộ môn kết cấu đã nỗ lực biên soạn nhằm nâng cao chất lượng đào tạo. Giáo trình được tái bản nhiều lần do nhu cầu học tập lớn.

1.2. Mục đích và đối tượng sử dụng

Giáo trình phục vụ giảng dạy và học tập trong hệ thống trường trung học chuyên nghiệp xây dựng. Đối tượng chính là sinh viên ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp. Giáo trình cung cấp kiến thức nền tảng về kết cấu gỗ, thép và bê tông cốt thép. Ngoài ra, tài liệu còn hữu ích cho kỹ sư mới ra nghề cần tham khảo. Nội dung được biên soạn phù hợp với điều kiện vật liệu và tiêu chuẩn Việt Nam. Đây là nguồn tài liệu đáng tin cậy cho việc ôn tập và thi chứng chỉ hành nghề.

II. Phân tích nội dung các phần chính của giáo trình

Giáo trình được chia thành bốn phần rõ ràng. Phần I trình bày kết cấu gỗ với các chương về đặc tính vật liệu, tính toán cấu kiện và liên kết. Gỗ là vật liệu nhẹ, cường độ khá cao, phổ biến ở Việt Nam với hơn 400 loài. Tuy nhiên, gỗ có nhược điểm không đồng nhất, dễ bị mối mọt và co ngót. Phần II giới thiệu kết cấu thép với đặc tính bền, dẻo, dễ gia công. Phần III đề cập kết cấu bê tông cốt thép, loại vật liệu phổ biến nhất trong xây dựng hiện đại. Mỗi phần đều có ví dụ tính toán minh họa. Bài tập được trình bày từ đơn giản đến phức tạp. Phụ lục cung cấp bảng tra cứu cần thiết cho thiết kế. Cấu trúc logic giúp người học tiếp cận kiến thức một cách hệ thống.

2.1. Phần kết cấu gỗ và đặc tính vật liệu

Phần I trình bày ưu nhược điểm của gỗ trong xây dựng. Gỗ có hệ số chất lượng gần bằng thép, là vật liệu địa phương ở Việt Nam. Nhược điểm chính là tính không đồng nhất và không đẳng hướng. Gỗ dễ bị nấm mốc, mối mọt và cháy. Giáo trình giới thiệu gỗ dán như giải pháp khắc phục. Gỗ dán được xử lý hóa chất, chịu lửa tốt hơn thép trong thí nghiệm năm 1971 tại Pháp. Nội dung bao gồm cách tính toán cấu kiện chịu nén, kéo và uốn.

2.2. Phần kết cấu thép và liên kết hàn

Phần II tập trung vào tính toán kết cấu thép và các phương pháp liên kết. Liên kết hàn là phương pháp phổ biến nhất. Giáo trình trình bày công thức kiểm tra cường độ đường hàn góc. Ví dụ tính toán cụ thể với thép nhóm C-I và que hàn E42. Chiều cao đường hàn được xác định theo chiều dày thép bản. Phương pháp hàn thủ công được sử dụng phổ biến. Người học được hướng dẫn chọn tiết diện bản ốp và tính chiều dài đường hàn cần thiết.

III. Phương pháp tính toán và ứng dụng thực tế

Giáo trình cung cấp hệ thống công thức tính toán đầy đủ cho từng loại kết cấu. Với kết cấu gỗ, công thức kiểm tra ép mặt sử dụng ứng suất cho phép. Liên kết mộng được tính theo điều kiện lực nén tác dụng lên diện tích ép mặt. Đối với kết cấu thép, công thức kiểm tra ứng suất tổng hợp gồm lực kéo và mô men uốn. Giáo trình áp dụng tiêu chuẩn Việt Nam về cường độ tính toán của vật liệu. Mỗi ví dụ đều có phần đặt bài, giả thiết và lời giải chi tiết. Phương pháp tính theo trạng thái giới hạn được áp dụng thống nhất. Hệ số an toàn được xem xét phù hợp với từng loại vật liệu. Bài tập từ cơ bản đến nâng cao giúp củng cố kiến thức. Giáo trình nhấn mạnh tính ứng dụng trong thiết kế công trình thực tế.

3.1. Công thức tính toán kết cấu gỗ

Giáo trình trình bày công thức kiểm tra chịu ép mặt: σ = N/Fcm ≤ R'cm. Trong đó, N là lực nén tính toán, Fcm là diện tích ép mặt tính theo chiều sâu rãnh mộng và góc nghiêng. Chiều sâu mộng hm phải thỏa mãn điều kiện cấu tạo: hm ≤ h/3. Chiều dài mặt trượt l = 1,5hm đến 10hm. Liên kết mộng truyền lực qua mặt tiếp xúc, phù hợp cho thanh chịu nén. Công thức tính đơn giản, dễ áp dụng cho bài tập thực hành.

3.2. Ví dụ tính liên kết hàn trong kết cấu thép

Ví dụ 5-2 trong giáo trình tính liên kết hàn bản thép ốp hai bên. Thép cơ bản tiết diện 300×14mm chịu lực kéo 700KN. Bản thép ốp kích thước 250×10mm được chọn. Chiều cao đường hàn bằng chiều dày bản ốp: hh = 10mm. Chiều dài đường hàn mỗi bên tính được 22,5cm. Que hàn E42, cường độ cho phép 18KN/cm². Kiểm tra ứng suất đường hàn nhỏ hơn cường độ cho phép. Bài toán minh họa quy trình tính toán từ chọn tiết diện đến kiểm tra an toàn.

IV. Kết luận và giá trị của giáo trình kết cấu xây dựng

Giáo trình Kết cấu Xây dựng 2011 là tài liệu có giá trị lâu dài trong đào tạo xây dựng. Nội dung bao quát ba loại kết cấu phổ biến: gỗ, thép và bê tông cốt thép. Cách trình bày từ lý thuyết đến thực hành giúp sinh viên nắm vững kiến thức. Hệ thống ví dụ tính toán phong phú, sát với thực tế thiết kế. Giáo trình sử dụng tiêu chuẩn Việt Nam, phù hợp với điều kiện thi công trong nước. Nhóm tác giả có kinh nghiệm giảng dạy lâu năm tại trường xây dựng. Tài liệu được tái bản nhiều lần chứng tỏ giá trị được kiểm chứng. Đây là nguồn tham khảo không thể thiếu cho người học kết cấu. Giáo trình cũng hữu ích cho kỹ sư cần tra cứu công thức nhanh. Sự kết hợp giữa lý thuyết và ứng dụng thực tiễn là điểm mạnh nổi bật.

4.1. Ưu điểm nổi bật của giáo trình

Giáo trình có nhiều ưu điểm vượt trội so với tài liệu cùng loại. Thứ nhất, nội dung được biên soạn theo chương trình đào tạo chính thức. Thứ hai, ví dụ tính toán phong phú với lời giải chi tiết từng bước. Thứ ba, sử dụng tiêu chuẩn và vật liệu phù hợp điều kiện Việt Nam. Thứ tư, trình bày rõ ràng, dễ hiểu cho đối tượng trung học chuyên nghiệp. Thứ năm, phụ lục cung cấp đầy đủ bảng tra cứu cần thiết. Giáo trình được nhiều trường xây dựng sử dụng làm tài liệu chính.

4.2. Ứng dụng trong đào tạo và hành nghề

Giáo trình được sử dụng rộng rãi trong hệ thống đào tạo xây dựng cả nước. Sinh viên dùng để học tập, ôn thi và làm đồ án môn học. Kỹ sư mới ra nghề tham khảo để áp dụng vào công việc thực tế. Nội dung giáo trình hỗ trợ chuẩn bị cho các kỳ thi chứng chỉ hành nghề. Kiến thức về kết cấu gỗ, thép và bê tông là nền tảng bắt buộc. Giáo trình giúp rút ngắn thời gian thích nghi công việc cho kỹ sư trẻ. Giá trị của tài liệu được khẳng định qua nhiều năm sử dụng liên tục.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘa XẢY DỰNG ■ GIÁO TRÌNH KẾT CẤU XÂY DỰNG (Tái bản) NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG HÀ NỘI - 2011 LỜI N Ó I Đ Ầ U Giáo trình "Kết cảu Xày dựng" là tủi liệu dímiỊ dê giảng dạy và học tập trong trường trung học chuyên nghiệp xâv dựng. Giáo trình gồm 4 phần: Phần ỉ: Kết cấu gổ. Phần 11: Kết câu thép.' Kết cấu bê tông cốt thép. Phán IV : Các búng phụ lục Nhóm túc giá lủ cún hộ giảng (lạy của trường Trung học xảy dựng s ố 4 gồm kỹ sư kết cấu Phan Đình Tô, thực sĩ Nguyễn Đức Chương, kỹ sư xây dựng iMguyễn Thị Tèo. Nhà trường, hộ môn kết nín \'ù nlìóĩu {('{(■ ỵị(j đã có nhiều c ố gắng đ ể biên soạn và xuất bản giáo trình này, nhàm khắc phục tình trạng thiếu tài liệu troiìiỊ ỊỉiỏHỊi ilụy vù học tập, lỊÓp phần nâng cao chất ỉượng đào tạo. Vì khả năng có lụm nền không thế tránh khỏi sai sót - Rất mong được bạn đọc góp V. Nhóm tác giả Phần I KẾT CẤU GỖ Chưưng 1 GỖ DÙNG TRONG XÂY D ỤNG § Ị -1. ưu điểm - Gỗ là loại vật liệu nhẹ cường độ khá cao. Để so sánh chất lượng của vật liệu xây dựng vổ mặt chịu lực, người ta dùng hệ số c = — (Tỷ số giữa trọng lượng riêng và cường độ tính toán), c có tri số càng nhỏ R thì vật liệu chất lượng càng cao. Ta thấy hệ số chất luựiig tủa gỗ xấp xỉ thép và lớn hon so với bc tông. - Gỗ là loại vật liệu phổ biến và mang tính chất địa phương, ở Việt Nam, 3/4 đất đai là rừng với hon 400 loài gỗ khác nhau, ngoài ra gỗ còn thấy nhiều ở nông thôn (xoan, mít, bạch đàn,. - Gỗ là loại vật liệu dễ gia công chế tạo : cưa, đục, khoan. trang trí mỹ thuật, cách âm tốt. Khuyết điểm - Gỗ là loại vật liệu có tính không đồng nhất và không đẳng hướng, ví dụ cùng một loại gỗ, tính chất có thể khác nhau tùy theo địa phương, tuỳ từng khu rừng, thậm chí khác nhau tuỳ theo từng phần của cây gỗ. Gỗ không phù hợp với giả thuyết thường dùng trone khi tính toán là vật liệu đồng nhất và đẳng hướng. Do đó phải lấy độ an toàn cao và phải lựa chọn gỗ cẩn thận cho phù hợp với yêu cầu của thiết kế. - Gỗ có nhiều khuyết tật làm giảm khả năng chịu lực : mắt gỗ, khe nứt, thớ vặn. - Gỗ là loại vật liệu có nhược điểm : bị nấm mốc, mối mọt, mục, là vật liệu cháy được. 0 những nơi nhiệt,độ cao hơn 50°c không được dùng gỗ. - Gỗ là vật liệu ngậm nước, lượng nước chứa trong gỗ thay đổi theo môi trường không khí xung quanh, dễ bị co ngót, dãn nở làm cho nó bị cong vênh, nứt. Kết cấu làm 5 bằng gỗ ẩm, khi khô các mộng bị lỏne ra ảnh hướng đến quá trình chịu lực, có khi không dùng được. Có thể hạn chế khuyêt diêm của gỗ bằng cách xử lý oồ bằng hoá chất chống mối mọt trước khi dùng, sử dụng sỏ đúng chỗ, khôns đùns 2Ỗ tươi có độ ấm lớn. ở các nước tiên tiến, gỗ dùne phổ biến dưới đang sỗ dán. Gỗ dán do dược s;íy và xư lý bằng hoá chất nên không bị môi mọt, là loại vật liệu xây dựne nhẹ, dẹp Gỗ dán khó đ á y , năm 1971 ở Pháp đã làm thí nghiệm dộ chịu lứa cúa 1 dầm gỗ dán chịu tái trọng,, cho cầm chịu nhiệt độ 900°c trong 1 giờ, dầm chịu hư hỏng ít còn có thể chịu được lâu hơn lữa, trong khi đó với cùng điểu kiện như vậy thì thép khóng chịu được lâu quá 10 phút. PHẠM VI SỬDỰNG KẾT c ấ u G ỗ Sử dụng gỗ làm các cấu kiện và các kết cấu trons xây dựng phái tuân thcio các tuy phạm nhà nước : + Nghị định 10 CP ngày 26-4-1960 của Chính phủ. + Quy phạm thiết k ế kết cấu gỗ : TCXD 44/70. + Tiêu chuẩn nhà nước về gò : TCVN 1072-71 đến 1077-7 1. + Báng phân loại gỗ được sứ dụng ban hành kèm theo quyết định số 2 198 njày 20-11-1977 của Bộ Lâm nghiệp,. - Kết cấu gỗ được sử dụnụ; rô na rãi trong xâv đựng cơ bân. Ớ nước ta kết cấu gỗ thường dùng trong các trườni> hợp sau : 1. Nhà dân dụng Nhà ở 1 tầng, 2 tầng, hội trường, nhà văn hoá, trụ sở. làm hằng gỗ rất thíc:h hợp. Nhà xưởng sản xuât nông nghiệp Kho thóc, gạo, nhà chăn nuôi, xưởng chế biến, sản xuất nông sản. thurờim Ihà xưởng nhịp không lớn thì dùng kết câu gỗ là thích hợp hon cá. Trong một số x.ương loá chất có chất ăn mòn kim loại cũne có thể dùng gỗ thay cho thép. Trong giao thông vận tải Gỗ thích hợp với cầu nhò, cầu tạm trên đườns cấp thấp. Trong thuỷ lợi Gỗ dùng làm cầu tàu, bcn cáng, cửa van. Ngoài ra, gỗ dùng nhiều làm đà siáo, ván khuôn, cầu công tác cho thi córug. Hiện nay, ở nước ta kết cấu gỗ thích hợp với những công trình loại ùrai và irỏ, không mang tính chất vĩnh cứu. 6 ở các nước tiên tiến, gô được chế biến thành gỗ dán, được xử lý bằng hoá chất nên kêt cấu gỗ được sử dụng rộng rãi. TÍNH CHẤT C ơ HỌC CỦA G ỗ Tính chất cơ học của gồ gồm các chỉ tiêu về độ bền, độ đàn hồi khi chịu lực kéo, nén, ép mặt, trượt,. Theo tiêu chuẩn TCVN 363-70 đến 370-70 về phương pháp thử cơ học của gỗ, và mẫu thử để tìm đặc trưng cơ học có hình dang và kích thước như hình vẽ.1: Miĩii iỊổ tiêu chuẩn đê thừ về CIỈỜHÌỊ độ a) Kéo dọc thớ; b) uốn ; (■) Ép dọc thớ; cì) Trượt dọc thớ; e) Ép lìíỊa/iíỊ thớ Mẫu thí nghiệm dùng gổ nhỏ, không khuyết tật, thực hiện trên máy trong phòng thí nghiệm với tốc độ gia tải nhất định. Nhưng ngoài thực tế gỗ có kích thước lớn hơn mẫu thí nghiệm nhiều lán, có khuyết tật. Ngay trong 1 cây gỗ, lấy mẫu thử ở các đoạn thân khác nhau cũng cho các kết quả khác nhau. Vì vậy để xác định tính chất cơ học của gỗ, người ta phải làm rất nhiều thí nghiệm với nhiều mẫu để lấy kết quà trung bình. Ảnh hưởng của thời gian chịu lực, cường đó lâu dài của gỏ Người ta đã tiến hành thí nghiệm trên máy trong phòng thí nghiệm một loại mẫu gỗ giống nhau chịu tải trọng khác nhau, thời gian tải trọng tác dụng lên mẫu thử khác nhau, kết quả vẽ được biểu đồ quan hệ giữa cường độ phá hoại và thời gian tác dụng của tải trọng cho đến lúc mẫu gỗ bị phá hoại (mẫu gỗ thông chịu uốn). Trị số ứng suất lớn nhất lâu dài (ơld) gỗ không bị phá hoại. Nếu ứng suất thực tế ơ > ơ ld - gỗ sẽ bị phá hoại. Nếu ơ < ơ ld - gỗ không bị phá hoại trong quá trình sử dụng. Trong tính toán dùng ơ|(|- Hình 1.2: ĐưòìiiỊ co/tí' chịu ì ực lưu lài làm giới hạn chịu lực. Sự làm việc của gõ chịu kéo, nén, uốn a) Chịu kéo Trong thí nghiệm mẫu gỗ chuẩn, cường <Jộ chịu kéo dọc thớ của gỗ rát :ao, gỗ thông Liên Xô (cũ) ở độ ẩm 15% cường độ đạt tới lOKN/cnr. Nhưng Ihưc tố tính toán không thể sử dụng trị số này được vì gỗ có nhiều nhân tố làm giảm cườny (lộ đ.ịu kéo, do khuyết tật của gỗ (mắt gỗ, thớ chéo, thanh gỗ có chỗ tiết diện thay đối độ ngột). Mặt khác gỗ không đổng nhât, kích thước gỗ càng lớn thì mức độ khôưig đổ-ic nhất càng cao và cường độ giảm đi so với mẫu chuẩn, do đó trong kết cấu gỗ», khi cùng gỗ chịu kéo phải rất thận trọng. Cường độ chịu kéo ngang thớ của gỗ rất nhỏ, chi đạt khoảng 1/20 - 1/15 ci'ờng độ chịu kéo dọc thớ, do đó người ta không dùng kết cấu gỗ chịu kéo ngang th<ớ. b) Chịu nén Thí nghiệm nén mẫu gỗ chuẩn (gỗ dổi). Khi nén dọc thớ, cườne độ gỗ mó hon cường độ kéo dọc thớ vài lần khoảng từ 3 - 4 K N/cnr. Khi chịu nén. khuyết tật c la gô ít ảnh hưởng tới cường độ chịu lực. Cường độ chịu nén dọc thớ là chỉ tiêu ổn định nhất trong các chỉ tiêu về cường độ, nó được dùng để đánh giá và phân loại gỗ. Khả năng chịu nén ngang thớ của gỗ thấp hơn khả năng chịu nén dọc t hớ. c) Chịu uốn Thí nghiệm cho kết quả cường độ của gỗ chịu uốn vào khoảng trung bìrh giữa cường độ chịu kéo và chịu nén. Ảnh hưởng do khuyết tật, (mắt gỗ, khỉuyết tít, kích thước,.)- Cũng ở mức trung gian giữa chịu kéo và chịu nén. 8 Một dầm gỗ thí nghiệm (mẫu chuẩn) chịu uốn. Khi mô men uốn nhỏ, ứng suất pháp phân 3Ô dọc tiết diện theo quy luật đường thẳng (hình l-3a). Trị số ứng suất thớ biên có , / M thê tính băng côns; thức ơ = — w a) b) h1“ h2 h1> Hình 1.3: Sự làm việc' cùa ị>ỗ khi uốn u) Sự phân bô ửiiiỊ suất giai âoạti đầu (I ). iỊÌưi đoạn sau (2) b) Nếp íỊỗy ở vùng nén (3). Thớ đứt ỏ' vùng kéo (4) Tăng tải trọng lên, ứng suất vùng nén phân bố theo đường cong và tăng chậm, trong vùnencn xuất hiện biến dạng dẻo. úhg suất kéo vẫn tiếp tục tăng nhanh theo quy luật gần rhư đường thẳng. Trục trung hoà lui xuống phía dươi. Mẫu bắt đầu phá hoại khi ở vùng nén ứng suất đạt cường độ nén, các thớ gồ nén bị gầy. Mẫu gổ bị phá hoại khi ứng suất các thớ biên dưới đạt cường độ kéo. Po sự phân bố ứng suất thực tế theo dường cong nên xác định ứngsuất thớ biên bằng , M . công thức sức bền vât liêu không còn đúng. Tri số ơ = chỉ là cường đô quy ước. w 'Trong tính toán kết cấu vẫn dùng công thức sức bền vật liệu cho đơn giản nhưng phải 'hêm hệ số điều chỉnh vào w dể xét đến hiện tượng nói trên. Mô đun đàn hồi của gỗ chịu kéo, uốn xấp xỉ bằng nhau. (Gỗ thông Liên Xô cũ H = 0'KN/cni'. Sự làm việc của gỗ chịu ép mặt và trượt t) Chịu ép mặt Ep mặt là sự truyền lực từ cấu kiện này sang cấu kiện khác qua mặt tiếp xúc nhau. Ưng suất ép mặt xuất hiện ở mặt tiếp xúc. N Cường độ ép mặt được xác định ơ ei (trong đó N là lực ép mặt, Fem là diện lích :hịu ép mặt - diện tích tiếp xúc). Tuỳ phương của lực tác dụng đối với thớ gỗ mà phâr ra : ép mặt dọc thớ, ép mặt ngang thớ, ép mặt xiên thớ.