TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH 1. Khái niệm về kết cấu công trình Kết cấu công trình là những bộ phận kết cấu để tạo nên một công trình xây dựng. Kết cấu công trình có thể bao gồm từ những bộ phận, cấu kiện riêng lẻ sau đó được chế tạo, lắp ghép lại với nhau để tạo nên các bộ phận trong công trình. Tùy theo đặc thù, tính chất của các công trình khác nhau mà tính chất, đặc thù của các cấu kiện trong các công trình đó cũng khác nhau.
Công trình có tuổi thọ càng cao thì kết cấu trong công trình đó phải đảm bảo tính chịu lực cao. Trong xây dựng dân dụng và công nghiệp thì kết cấu công trình là những bộ phần như: cột, dầm , xà, móng, giằng, tường… Trong xây dựng công trình ngầm và mỏ thì kết cấu công trình là các bộ phận của kết cấu chống giữ như: cột, xà, vòm, vỏ liền khối, neo, bê tông phun… Công trình xây dựng ngày càng được xây dựng nhiều và phát triển trên quy mô rộng rãi. Kết cấu công trình là một bộ phận không thể thiếu được khi thiết kế tính toán các công trình. Tùy thuộc vào đặc điểm tính chất công trình khác nhau mà các kết cấu trong các công trình đó cũng khác nhau.
Những công trình có tuổi thọ lớn thì kết cấu công trình cũng phải có tuổi thọ lớn, những công trình có kiến trúc thẩm mỹ cao thì việc liên kết và lựa chọn các dạng kết cấu trong công trình đó cũng phải được tiến hành một cách cẩn thận. Các liên kết trong kết cấu cũng phải được xử lý một cách triệt để để tạo nên một kết cấu có tính thẩm mỹ cao. Để đảm bảo độ ổn định khi làm việc thì các kết cấu được chọn lựa cũng phải được tính toán và thiết kế một cách tỉ mỉ. Phân loại kết cấu công trình 1.
Theo đặc tính công trình Tùy theo đặc tính kết cấu công trình người ta có thể chia ra kết cấu công trình dân dụng, công trình công nghiệp, công trình ngầm. - Kết cấu công trình dân dụng công nghiệp: Đây là công trình ta thường gặp trong đời sống hàng ngày, các kết cấu này có thể là kết cấu trong các nhà dân, nhà công nghiệp. Các liên kết giữa các bộ phận trong nhà, các công trình xây dựng dân dụng khác như kết cấu thép, cầu bê tông cốt thép, kết cấu thép trong xây dựng, kết cấu gỗ trong xây dựng, kết cấu gạch đá trong xây dựng dân dụng. Đặc điểm của loại kết cấu công trình này là được xây dựng trên bề mặt, có điều kiện không gian thi công rộng rãi, có thể áp dụng được máy móc, cơ giới khi thi công.
Mỗi loại kết cấu đều có đặc điểm riêng tùy theo từng công trình cụ thể mà kết cấu phù hợp sẽ được chọn. - Kết cấu công trình ngầm và mỏ: Bao gồm các kết cấu để chống giữ các đường hầm, đường lò phục vụ khai thác khoáng sản, thủy lợi, giao thông vận tải. Đặc điểm của nhóm công trình này là thi công trong điều kiện chật hẹp được tiến hành dưới mặt đất nên chịu tác động của điều kiện địa chất, địa chất thủy văn đến kết cấu của công trình. Do đó, phải có yêu cầu, phương pháp tính toán riêng biệt.
Theo vật liệu 1 - Kết cấu công trình bằng kim loại: là những kết cấu có tính chịu lực tốt theo cả hai phương nên được sử dụng rộng rãi để làm kết cấu trong xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp. Thép được sử dụng để làm các dàn mái, các thanh công trong dàn nhà công nghiệp, làm kết cấu thanh chống, ván khuôn, dây cáp, làm kết cấu cầu thép…Do đặc tính của thép có tính dẻo lớn nên kết cấu thép cũng được dùng làm kết cấu có tính chịu biến dạng lớn. Ngoài ra khi các công trình có nhịp lớn thì người ta thường sử dụng thép ứng suất trước để tăng khả năng chịu lực ngay cho kết cấu. Trong xây dựng công trình ngầm và mỏ, kết cấu thép được sử dụng làm các khung chống, vỏ chống…Do đặc điểm riêng của công trình ngầm nên kết cấu thép phải chịu áp lực cao của đất đá nên thường sử dụng thép hình chữ I, C hay thép lòng máng làm kết cấu chống.
- Kết cấu công trình bằng bê tông, bê tông cốt thép:Được sử dụng rộng rãi làm các kết cấu chịu lực trong xây dựng. Thành phần chính của kết cấu bê tông và bê tông cốt thép là cốt liệu và hỗn hợp hồ được tạo nên do nước và xi măng. Vì bê tông có tính chịu nén lớn trong khi đó tính chịu kéo lại thấp nên tăng khả năng chịu kéo cũng như chịu lực của bê tông người ta thêm cốt thép vào trong bê tông để tao nên kết cấu bê tông cốt thép. Sở dĩ có thể sử dụng bê tông và cốt thép để cùng chịu lực trong kết cấu bê tông cốt thép mà không dùng vật liệu khác là vì: +) Bê tông có lực dính, dính chặt cốt thép với bê tông.
Bê tông làm nhiệm vụ truyền lực và phân bố lực cho cốt thép khi kết cấu làm việc. +)Bê tông và cốt thép không có phản ứng hóa học với nhau, không những vậy bê tông còn bao bọc bảo vệ cho cốt thép khỏi các tác nhân môi trường bên ngoài. +)Hệ số dãn nở vì nhiệt của bê tông và bê tông cốt thép gần như nhau ( hệ số dãn nở vì nhiệt của bê tông là α = (1÷1,5).10-5/độ và của thép là α = 1,2. Khi nhiệt độ thay đổi trên dưới 100oC thì không gây ra ứng suất trong kết cấu bê tông cốt thép.
Trong xây dựng công trình ngầm và mỏ, bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng làm vỏ chống tạm thời hoặc vỏ chống cố định cho các đường lò hoặc đường hầm. Kết cấu chống bằng bê tông, bê tông cốt thép có thể được chế tạo trước khi lắp dựng hoặc đổ tại chỗ. - Kết cấu gỗ: Kết cấu gỗ được sử dụng từ vật liệu gỗ trong tự nhiên, gỗ được dùng thường từ nhóm IV đến nhóm VI, gỗ nhóm VII và nhóm VIII muốn sử dụng được thì phải qua chế biến. Gỗ có thể được sử dụng trong các kết cấu chịu lực như trong các khung, cột, vì kèo nhà bằng gỗ hoặc cũng có thể sử dụng làm trang trí như các bậc cầu thang nhà dân dụng, làm sàn nhà trong các nhà dân dụng và công nghiệp.
Trong xây dựng công trình ngầm và mỏ, gỗ thường được sử dụng làm khung chống trong các mỏ hầm lò - Kết cấu khối xây gạch đá: Với những công trình có đặc tính kỹ thuật không quá cao, điều kiện sử dụng, trang trí cũng không quá tốn kém, trong điều kiện cho phép thì người ta còn sử dụng kết cấu bằng khối xây gạch đá. 2 Kết cấu khối xây gạch đá thường được sử dụng ở tường bao, ở trên các sườn đê để tránh tác động của sóng, các cổng nhà dân dụng, hoặc để trang trí trong các bể bơi, tường hoặc trong các khu vực cây cảnh dân sinh… Trong xây dựng công trình ngầm và mỏ có thể sử dụng gạch đá để xây dựng phần cửa lò hay xây dựng vỏ chống cố định. Theo dạng kết cấu - Kết cấu dạng thanh: Kết cấu dạng thanh là những kết cấu có kích thước mặt cắt ngang nhỏ hơn rất nhiều so với chiều dài của kết cấu. Kết cấu dạng thanh có thể thấy trong xây dựng là các thanh trong nhà dân dụng, các thanh chống, các thanh liên kết trong các kết cấu khung dàn giáo trong xây dựng… - Kết cấu dạng vỏ: Kết cấu dạng vỏ thường là các tấm, bản ghép sát lại với nhau để tạo nên một vỏ bao bọc không gian sử dụng cần thiết ở phía trong, vỏ là những kết cấu có tính liên tục, liền kề.
Kết cấu dạng vỏ có thể là các tấm vỏ trong các kết cấu mái dạng vòm, các lớp kết cấu vỏ chống giữ trong công trình ngầm, vỏ có thể được tạo nên từ các tấm liền khối hoặc cũng có thể được tạo nên từ việc lắp ghép các tấm lại với nhau. - Kết cấu dạng khung: Kết cấu dạng khung là những kết cấu được tạo nên từ những thanh, tấm, bản hoặc là vỏ thông qua việc liên kết giữa chúng trong không gian. Kết cấu dạng khung rất đa dạng và phong phú, dạng khung thép được sử dụng nhiều trong các nhà, xưởng công nghiệp hiện nay, kết cấu khung bằng bê tông đúc sẵn. - Kết cấu dạng tấm, bản: Kết cấu dạng tấm, bản là những kết cấu mà có chiều dày nhỏ hơn chiều rộng rất nhiều lần, có tính chất liên tục và liền kề.
Kết cấu dạng bản thường có thể là các sàn nhà dân dụng, công nghiệp bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép, thép có thể là lắp ghép hoặc được đổ liền khối với bê tông và bê tông cốt thép, các tấm đan bê tông cốt thép… Câu hỏi chƣơng 1 1, Khái niệm về kết cấu công trình trong xây dựng. 2, Phân loại kết cấu công trình theo đặc tính công trình. 3, Phân loại kết cấu công trình theo vật liệu công trình. 4, Phân loại kết cấu công trình theo kết cấu công trình.
3 Ch−¬ng 2 KÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp 2. Kh¸i niÖm vÒ kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp (BTCT) BTCT lµ mét lo¹i vËt liÖu x©y dùng, ®−îc chÕ t¹o tõ 2 lo¹i vËt liÖu kh¸c nhau vÒ c¬ tÝnh lµ bª t«ng vµ thÐp cïng céng t¸c chÞu lùc víi nhau trong kÕt cÊu. B¶n th©n bª t«ng còng ®−îc chÕ t¹o tõ tæ hîp ba thµnh phÇn chÝnh lµ: cèt liÖu, chÊt dÝnh kÕt vµ dung m«i. Ngoµi ra trong thµnh phÇn hçn hîp bª t«ng cßn cã thªm c¸c chÊt phô gia, chÊt ®én ®Ó khi r¾n ch¾c trë thµnh mét thø ®¸ nh©n t¹o cã kh¶ n¨ng chÞu lùc cao.
Cèt liÖu dïng ®Ó chÕ t¹o bª t«ng th−êng lµ c¸t, ®¸ d¨m, cuéi, sái. TÝnh chÊt, h×nh d¹ng, møc ®é vµ mËt ®é thµnh phÇn c¸c h¹t cèt liÖu cã ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn chÊt l−îng cña hçn hîp bª t«ng. Cèt liÖu cã c¹nh s¾c nhän vµ ®Òu c¹nh nh− ®¸ d¨m th× kh¶ n¨ng liªn kÕt víi chÊt dÝnh kÕt sÏ tèt h¬n bÒ mÆt cèt liÖu tr¬n, Ýt ®é nh¸m nh− cuéi sái. ChÊt dÝnh kÕt dïng trong bª t«ng cã t¸c dông liªn kÕt c¸c h¹t cèt liÖu vµ truyÒn lùc gi÷a c¸c h¹t cèt liÖu trong hçn hîp bª t«ng l¹i víi nhau.
Khi chÊt dÝnh kÕt lµ xi m¨ng th× ta cã bª t«ng xi m¨ng hay bª t«ng th«ng th−êng, khi chÊt dÝnh kÕt lµ bitum th× ta cã bª t«ng ¸t phan.