Cơ sở thiết kế công trình dân dụng và công nghiệp

Giới hạn chịu lửa là thời gian tính bằng giờ hoặc bằng phút từ khi bắt đầu thử chịu lửa theo chế độ nhiệt tiêu chuẩn các mẫu cho tới khi xuất hiện một trong các trạng thái giới hạn của k

1.3 Tiêu chuẩn xây dựng và Quy chuẩn xây dựng 6 1.4 Công trình xây dựng & thiết kế xây dựng công trình 8

Chương 2 : Phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn 15 2.1 Lịch sử các phương pháp thiết kế kết cấu và nền 15 2.2 Những khái niệm của phương pháp trạng thái giới hạn 17 2.3 Tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn 20

Chương 3 : Tải trọng và tác động trong thiết kế công trình DD&CN 27

4.6 Tính toán kết cấu có xét đến sự phân phối lại nội lực 78

Chương 5 : Cơ sở thiết kế kết cấu BTCT theo trạng thái giới hạn 87

5.2 Cơ sở thiết kế kết cấu BTCT theo TCVN 5574:2012 87 5.3 Tính toán kết cấu BTCT theo các trạng thái giới hạn 101 5.4 Quy trình thiết kế kết cấu BTCT theo trạng thái giới hạn 105

Chương 6 : Cơ sở thiết kế kết cấu thép theo trạng thái giới hạn 107

6.2 Cơ sở thiết kế kết cấu thép theo TCVN 5575:2012 107 6.3 Tính toán kết cấu thép theo các trạng thái giới hạn 115 6.4 Quy trình thiết kế kết cấu thép theo trạng thái giới hạn 118

Chương 7 : Cơ sở thiết kế móng nông theo trạng thái giới hạn 120

7.2 Cơ sở thiết kế móng nông theo TCVN 9362:2012 120 7.3 Tính toán móng nông theo các trạng thái giới hạn 129 7.4 Quy trình thiết kế móng nông theo trạng thái giới hạn 136

Chương 8 : Cơ sở thiết kế móng cọc theo trạng thái giới hạn 138

8.2 Cơ sở thiết kế móng cọc theo TCVN 10304:2014 138 8.3 Tính toán móng cọc theo các trạng thái giới hạn 139

8.5 Quy trình thiết kế móng cọc theo trạng thái giới hạn 145

GIỚI THIỆU MÔN HỌC Môn học Cơ sở thiết kế công trình dân dụng và công nghiệp là môn học bắt buộc đối với sinh viên ngành Kỹ thuật xây dựng và là môn học tự chọn đối với sinh viên các ngành công trình khác Mục tiêu của môn học là cung cấp cho người học cơ sở thiết kế kết cấu và nền móng các công trình xây dựng dân dụng

và công nghiệp phù hợp với hệ thống Quy chuẩn và Tiêu chuẩn xây dựng của Việt Nam

Nội dung của môn học tập trung vào các vấn đề:

- Nhiệm vụ và nội dung của thiết kế xây dựng công trình theo quy định của Luật pháp Việt Nam

- Cơ sở của phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn kết cấu và nền công trình

- Áp dụng phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn kết cấu và nền các công trình dân dụng và công nghiệp theo Tiêu chuẩn & Quy chuẩn Xây dựng Việt Nam

Tài liệu học tập môn học:

- Nguyễn Tiến Chương, Bài giảng “Cơ sở thiết kế công trình dân dụng và công nghiệp”, Hà Nội, 2019

- TCVN 2737 : 1995 Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế

- TCVN 5574 : 2012 Kết cấu BT và BTCT – Tiêu chuẩn thiết kế

- TCVN 5575 : 2012 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế

- TCVN 10304 : 2014 Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế

- TCVN 9362 : 2012 Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình

- QUỐC HỘI NƯỚC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Luật Xây dựng số 50/2014/QH13

2

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 LUẬT XÂY DỰNG

1.1.1 GiỚI THIỆU LUẬT XÂY DỰNG

 Luật Xây dựng số 50/2014/QH13 đã được Quốc hội nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam khóa XIII, kỳ họp thứ 7 thông qua ngày 18 tháng 6 năm 2014 Luật này có hiệu lực thi hành từ ngày 01 tháng 01 năm 2015

 Luật xây dựng số 16/2003/QH11 và Điều 1 của Luật sửa đổi, bổ sung một số điều của các luật liên quan đến đầu tư xây dựng cơ bản số 38/2009/QH12 hết liệu lực thi hành kể từ ngày Luật Xây dựng số 50/2014/QH13 có hiệu lực

 Luật Xây dựng quy định về quyền, nghĩa vụ, trách nhiệm của cơ quan, tổ chức, cá nhân và quản lý nhà nước trong hoạt động đầu tư xây dựng

 Luật Xây dựng áp dụng đối với cơ quan, tổ chức, cá nhân trong nước; tổ chức, cá nhân nước ngoài hoạt động đầu tư xây dựng trên lãnh thổ Việt Nam

 Trường hợp điều ước quốc tế mà Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam là thành viên

có quy định khác với quy định của Luật này thì áp dụng quy định của điều ước quốc

tế đó

Nội dung của Luật xây dựng:

 CHƯƠNG I: NHỮNG QUY ĐỊNH CHUNG

 CHƯƠNG II: QUY HOẠCH XÂY DỰNG

 CHƯƠNG III: DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

 CHƯƠNG IV: KHẢO SÁT XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ XÂY DỰNG

 CHƯƠNG V: GIẤY PHÉP XÂY DỰNG

 CHƯƠNG VI: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

 CHƯƠNG VII: CHI PHÍ ĐẦU TƯ XÂY DỰNG VÀ HỢP ĐỒNG XÂY DỰNG

 CHƯƠNG VIII: ĐIỀU KIỆN NĂNG LỰC HOẠT ĐỘNG XÂY DỰNG

 CHƯƠNG IX: TRÁCH NHIỆM QUẢN LÝ HOẠT ĐỘNG ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CỦA CÁC CƠ QUAN NHÀ NƯỚC

 CHƯƠNG X: ĐIỀU KHOẢN THI HÀNH

3

1.1.2 HOẠT ĐỘNG ĐẦU TƯ XÂY DỰNG VÀ HOẠT ĐỘNG XÂY DỰNG:

- Hoạt động đầu tư xây dựng (HĐĐTXD):

Hoạt động đầu tư xây dựng là quá trình tiến hành các hoạt động xây dựng gồm xây dựng mới, sửa chữa, cải tạo công trình xây dựng

- Hoạt động xây dựng (HĐXD):

Hoạt động xây dựng bao gồm các loại hoạt động liên quan đến xây dựng công trình, bao gồm:

 Lập quy hoạch xây dựng,

 lập dự án đầu tư xây dựng công trình,

 Khảo sát xây dựng,

 Thiết kế xây dựng công trình,

 Thi công xây dựng công trình,

 Giám sát thi công xây dựng công trình,

 Quản lý dự án đầu tư xây dựng công trình,

 Lựa chọn nhà thầu trong hoạt động xây dựng,

 Các hoạt động khác có liên quan đến xây dựng công trình

1.2 TIÊU CHUẨN VÀ QUY CHUẨN KỸ THUẬT

1.2.1 Tiêu chuẩn kỹ thuật

Tiêu chuẩn kỹ thuật quy định về đặc tính kỹ thuật và yêu cầu quản lý dùng làm chuẩn để phân loại, đánh giá sản phẩm, hàng hoá, dịch vụ, quá trình, môi trường và các đối tượng khác trong hoạt động kinh tế – xã hội nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả của các đối tượng này Tiêu chuẩn do một tổ chức công bố dưới dạng văn bản để tự nguyện áp dụng

Hệ thống tiêu chuẩn của Việt Nam bao gồm:

 Tiêu chuẩn quốc gia, ký hiệu là TCVN;

 Tiêu chuẩn cơ sở, ký hiệu là TCCS

Trước đây, hệ thống tiêu chuẩn của nước ta là hệ thống 3 cấp (Tiêu chuẩn quốc gia, Tiêu chuẩn ngành và Tiêu chuẩn cơ sở), nhưng từ 2006 hệ thống tiêu chuẩn của nước ta chỉ còn

2 cấp: Tiêu chuẩn quốc gia và và Tiêu chẩn cơ sở

Thẩm quyền công bố Tiêu chuẩn quốc gia và cơ quan quản lý nhà nước về tiêu chuẩn là Bộ Khoa học và Công nghệ

Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật quy định:

4

 Bộ trưởng, Thủ trưởng cơ quan ngang bộ, Thủ trưởng cơ quan thuộc Chính phủ

tổ chức xây dựng dự thảo tiêu chuẩn quốc gia và đề nghị thẩm định, công bố Tiêu chuẩn quốc gia

 Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ tổ chức thẩm định dự thảo Tiêu chuẩn quốc gia và công bố Tiêu chuẩn quốc gia

 Các tổ chức xây dựng và công bố Tiêu chuẩn cơ sở bao gồm: tổ chức kinh tế; cơ quan nhà nước; đơn vị sự nghiệp; tổ chức xã hội - nghề nghiệp

Tiêu chuẩn được phân thành các loại như sau:

 Tiêu chuẩn cơ bản quy định những đặc tính, yêu cầu áp dụng chung cho một phạm vi rộng hoặc chứa đựng các quy định chung cho một lĩnh vực cụ thể

 Tiêu chuẩn thuật ngữ quy định tên gọi, định nghĩa đối với đối tượng của hoạt động trong lĩnh vực tiêu chuẩn

 Tiêu chuẩn yêu cầu về kỹ thuật quy định về mức, chỉ tiêu, yêu cầu đối với đối tượng của hoạt động trong lĩnh vực tiêu chuẩn

 Tiêu chuẩn phương pháp thử quy định phương pháp lấy mẫu, phương pháp đo, phương pháp xác định, phương pháp phân tích, phương pháp kiểm tra, phương pháp khảo nghiệm, phương pháp giám định các mức, chỉ tiêu, yêu cầu đối với đối tượng của hoạt động trong lĩnh vực tiêu chuẩn

 Tiêu chuẩn ghi nhãn, bao gói, vận chuyển và bảo quản quy định các yêu cầu về ghi nhãn, bao gói, vận chuyển và bảo quản sản phẩm, hàng hoá

1.2.2 Quy chuẩn kỹ thuật:

Quy chuẩn kỹ thuật quy định về mức giới hạn của đặc tính kỹ thuật và yêu cầu quản lý mà sản phẩm, hàng hoá, dịch vụ, quá trình, môi trường và các đối tượng khác trong hoạt động kinh tế – xã hội phải tuân thủ để bảo đảm an toàn, vệ sinh, sức khoẻ con người; bảo vệ động vật, thực vật, môi trường; bảo vệ lợi ích và an ninh quốc gia, quyền lợi của người tiêu dùng

và các yêu cầu thiết yếu khác Quy chuẩn kỹ thuật do cơ quan nhà nước có thẩm quyền ban hành dưới dạng văn bản để bắt buộc áp dụng

Hệ thống quy chuẩn kỹ thuật và ký hiệu quy chuẩn kỹ thuật của Việt Nam bao gồm:

 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia, ký hiệu là QCVN;

 Quy chuẩn kỹ thuật địa phương, ký hiệu là QCĐP

Thẩm quyền ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia được giao cho các bộ (cơ quan ngang bộ) quản lý chuyên ngành Luật cũng cho phép Uỷ ban nhân dân tỉnh, thành phố trực thuộc trung ương ban hành quy chuẩn kỹ thuật địa phương trong một số trường hợp đặc biệt Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật quy định:

5

 Đối với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia:

o Bộ trưởng, Thủ trưởng cơ quan ngang bộ tổ chức xây dựng và ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia trong phạm vi ngành, lĩnh vực được phân công quản lý;

o Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ tổ chức thẩm định dự thảo quy chuẩn

kỹ thuật quốc gia;

o Chính phủ quy định việc xây dựng, thẩm định, ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia mang tính liên ngành và quy chuẩn kỹ thuật quốc gia cho đối tượng của hoạt động trong lĩnh vực quy chuẩn kỹ thuật thuộc trách nhiệm quản lý của cơ quan thuộc Chính phủ

 Đối với quy chuẩn kỹ thuật địa phương:

o Uỷ ban nhân dân tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương xây dựng và ban hành quy chuẩn kỹ thuật địa phương để áp dụng trong phạm vi quản lý của địa phương đối với sản phẩm, hàng hóa, dịch vụ, quá trình đặc thù của địa phương và yêu cầu cụ thể về môi trường cho phù hợp với đặc điểm về địa lý, khí hậu, thuỷ văn, trình độ phát triển kinh tế - xã hội của địa phương;

o Quy chuẩn kỹ thuật địa phương được ban hành sau khi được sự đồng ý của cơ quan nhà nước có thẩm quyền

Quy chuẩn kỹ thuật bao gồm: quy chuẩn kỹ thuật chung; quy chuẩn kỹ thuật an toàn; quy chuẩn kỹ thuật môi trường; quy chuẩn kỹ thuật quá trình; quy chuẩn kỹ thuật dịch vụ

 Quy chuẩn kỹ thuật chung bao gồm các quy định về kỹ thuật và quản lý áp dụng cho một lĩnh vực quản lý hoặc một nhóm sản phẩm, hàng hoá, dịch vụ, quá trình

 Quy chuẩn kỹ thuật an toàn bao gồm:

o Các quy định về mức, chỉ tiêu, yêu cầu liên quan đến an toàn sinh học, an toàn cháy nổ, an toàn cơ học, an toàn công nghiệp, an toàn xây dựng, an toàn nhiệt, an toàn hóa học, an toàn điện, an toàn thiết bị y tế, tương thích điện từ trường, an toàn bức xạ và hạt nhân;

o Các quy định về mức, chỉ tiêu, yêu cầu liên quan đến an toàn vệ sinh thực phẩm, an toàn dược phẩm, mỹ phẩm đối với sức khoẻ con người;

o Các quy định về mức, chỉ tiêu, yêu cầu liên quan đến vệ sinh, an toàn thức ăn chăn nuôi, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, thuốc thú y, chế phẩm sinh học và hoá chất dùng cho động vật, thực vật

 Quy chuẩn kỹ thuật môi trường quy định về mức, chỉ tiêu, yêu cầu về chất lượng môi trường xung quanh, về chất thải

6

 Quy chuẩn kỹ thuật quá trình quy định yêu cầu về vệ sinh, an toàn trong quá trình sản xuất, khai thác, chế biến, bảo quản, vận hành, vận chuyển, sử dụng, bảo trì sản phẩm, hàng hóa

 Quy chuẩn kỹ thuật dịch vụ quy định yêu cầu về an toàn, vệ sinh trong dịch vụ kinh doanh, thương mại, bưu chính, viễn thông, xây dựng, giáo dục, tài chính, khoa học và công nghệ, chăm sóc sức khoẻ, du lịch, giải trí, văn hoá, thể thao, vận tải, môi trường và dịch vụ trong các lĩnh vực khác

1.3 TIÊU CHUẨN VÀ QUY CHUẨN XÂY DỰNG VIỆT NAM

1.3.1 Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam

Tiêu chuẩn xây dựng là tiêu chuẩn quốc gia về xây dựng, quy định về chuẩn mực kỹ thuật định mức kinh tế - kỹ thuật, trình tự thực hiện các công việc kỹ thuật, các chỉ tiêu, các chỉ số kỹ thuật và các chỉ số tự nhiên được cơ quan, tổ chức có thẩm quyền ban hành hoặc công nhận để áp dụng trong hoạt động xây dựng Tiêu chuẩn xây dựng gồm tiêu chuẩn bắt buộc áp dụng và tiêu chuẩn khuyến khích áp dụng

Hiện nay, theo quy định của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật, tiêu chuẩn xây dựng

do Bộ Khoa học và Công nghệ ban hành

Một số tiêu chuẩn về thiết kế kết cấu và nền móng:

 TCVN 2737 : 1995 Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế

 TCVN 5573 : 2012 Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép – Tiêu chuẩn thiết kế

 TCVN 5574 : 2012 Kết cấu BT và BTCT – Tiêu chuẩn thiết kế

 TCVN 5575 : 2012 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế

 TCVN 9362 : 2012 Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình

 TCVN 10304 : 2014 Móng cọc – Tiêu chuẩn thiết kế

 TCVN 9386 : 2012 Tiêu chuẩn thiết kế công trình chịu động đất

1.3.2 Quy chuẩn xây dựng Việt Nam

Quy chuẩn xây dựng là các quy định bắt buộc áp dụng trong hoạt động xây dựng do cơ quan quản lý nhà nước có thẩm quyền về xây dựng ban hành Đó là các yêu cầu về kỹ thuật tối thiểu bắt buộc phải tuân thủ đối với mọi hoạt động xây dựng và các giải pháp, các tiêu chuẩn được sử dụng để đạt được các yêu cầu đó

Quy chuẩn quốc gia về xây dựng do Bộ Xây dựng ban hành

Mục tiêu của Quy chuẩn xây dựng:

 Đảm bảo các điều kiện an toàn, vệ sinh, tiện nghi cho những người làm việc và sinh sống trong khu vực hoặc trong công trình được xây dựng, cải tạo

 Bảo vệ môi trường sống, cảnh quan và các di tích lịch sử, văn hoá

7

 Bảo đảm các yêu cầu về quốc phòng, an ninh, phòng chống cháy nổ

 Sử dụng hợp lý vốn đầu tư, đất đai và các tài nguyên khác

Các giải pháp kỹ thuật được chấp thuận trong Quy chuẩn xây dựng bao gồm:

 Những giải pháp kỹ thuật được chấp thuận dựa trên một số tiêu chuẩn hiện hành Khi một tiêu chuẩn nào trong số này được thay thế thì tiêu chuẩn thay thế sẽ mặc nhiên được chấp thuận trong Quy chuẩn xây dựng Khi có khác biệt giữa Quy chuẩn xây dựng và tiêu chuẩn, phải tuân theo Quy chuẩn xây dựng;

 Những giải pháp kỹ thuật không được nêu trong Quy chuẩn xây dựng nhưng được cấp có thẩm quyền thẩm định đạt yêu cầu của quy chuẩn;

 Những giải pháp kỹ thuật được đề xuất dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế, tiêu chuẩn nước ngoài được phép áp dụng

Một số Quy chuẩn quốc gia về xây dựng đã ban hành:

- Quy chuẩn hệ thống cấp thoát nước trong nhà và công trình

- Quy chuẩn xây dựng công trình để đảm bảo người tàn tật tiếp cận sử dụng

- Quy chuẩn xây dựng các công trình xây dựng sử dụng năng lượng có hiệu quả

- Quy chuẩn về quy hoạch xây dựng

- Quy chuẩn xây dựng nhà và công trình

- Quy chuẩn về điều kiện tự nhiên trong xây dựng

- Quy chuẩn xây dựng các công trình hạ tầng kỹ thuật đô thị

- Quy chuẩn an toàn, phòng chống cháy cho công trình xây dựng

- Quy chuẩn xây dựng các công trình giao thông

- Quy chuẩn xây dựng các công trình thuỷ lợi

- Quy chuẩn xây dựng các công trình công nghiệp

1.3.3 Áp dụng tiêu chuẩn và quy chuẩn xây dựng

Điều 6 Luật Xây dựng 2014 quy định về áp dụng tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật trong hoạt động đầu tư xây dựng như sau:

- Hoạt động đầu tư xây dựng phải tuân thủ Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

- Tiêu chuẩn được áp dụng trong hoạt động đầu tư xây dựng theo nguyên tắc tự nguyện, trừ các tiêu chuẩn được viện dẫn trong quy chuẩn kỹ thuật hoặc văn bản quy phạm pháp luật khác có liên quan

- Tiêu chuẩn áp dụng cho công trình phải được người quyết định đầu tư xem xét, chấp thuận khi quyết định đầu tư

- Việc áp dụng tiêu chuẩn phải bảo đảm các yêu cầu sau:

 Phù hợp với yêu cầu của quy chuẩn kỹ thuật quốc gia và quy định của pháp luật có liên quan;

8

 Bảo đảm tính đồng bộ, tính khả thi của hệ thống tiêu chuẩn được áp dụng

- Việc áp dụng giải pháp kỹ thuật, công nghệ, vật liệu mới trong hoạt động đầu tư xây dựng phải đáp ứng yêu cầu của quy chuẩn kỹ thuật quốc gia và quy định của pháp luật có liên quan

- Bộ Xây dựng, Bộ quản lý công trình xây dựng chuyên ngành có trách nhiệm xây dựng các tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật quốc gia áp dụng cho công trình xây dựng chuyên ngành theo quy định của pháp luật về tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật

1.4 CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

1.4.1 Công trình xây dựng

- Công trình xây dựng:

Công trình xây dựng là sản phẩm được tạo thành bởi sức lao động của con người, vật liệu xây dựng, thiết bị lắp đặt vào công trình, được liên kết định vị với đất, có thể bao gồm phần dưới mặt đất, phần trên mặt đất, phần dưới mặt nước và phần trên mặt nước, được xây dựng theo thiết kế

Theo Luật Xây dựng 2014 (điều 5) thì công trình xây dựng được phân theo loại và cấp công trình

- Loại công trình:

Loại công trình được xác định theo công năng sử dụng gồm công trình dân dụng, công trình công nghiệp, công trình giao thông, công trình nông nghiệp và phát triển nông thôn, công trình hạ tầng kỹ thuật và công trình quốc phòng, an ninh

- Cấp công trình:

Cấp công trình được xác định theo từng loại công trình căn cứ vào quy mô, mục đích, tầm quan trọng, thời hạn sử dụng, vật liệu sử dụng và yêu cầu về kỹ thuật xây dựng công trình Cấp công trình gồm cấp đặc biệt, cấp I, cấp II, cấp III, cấp IV và các cấp khác theo quy định của Chính phủ

- Tầm quan trọng của công trình:

Tầm quan trọng của công trình được xác định trên cơ sở mức độ ảnh hưởng của công trình

đó đến con người, tài sản hay cộng đồng khi có sự cố; hoặc ảnh hưởng của công trình đó trong sự phát triển của nền kinh tế xã hội trên phạm vi lãnh thổ nhất định Khi cấp của công trình xây dựng được quy định theo nhiều tiêu chí khác nhau thì cấp của công trình được xác định theo tiêu chí của cấp cao nhất

- Độ bền vững của công trình:

9

Độ bền vững là đặc trưng tổng quát về độ bền, độ ổn định của nhà và công trình trong suốt thời gian khai thác sử dụng

- Bậc chịu lửa và giới hạn chịu lửa của công trình:

Bậc chịu lửa là đặc trưng chịu lửa của nhà và công trình theo tiêu chuẩn được xác định bằng giới hạn chịu lửa của các kết cấu xây dựng chính

Giới hạn chịu lửa là thời gian (tính bằng giờ hoặc bằng phút) từ khi bắt đầu thử chịu lửa theo chế độ nhiệt tiêu chuẩn các mẫu cho tới khi xuất hiện một trong các trạng thái giới hạn của kết cấu và cấu kiện như sau:

1.4.2 Thiết kế xây dựng công trình

Thiết kế xây dựng công trình thường bao gồm các nội dung:

- Thiết kế kiến trúc;

- Thiết kế kết cấu;

- Thiết kế hệ thống kỹ thuật;

- Thiết kế phòng, chống cháy, nổ;

- Thiết kế hệ thống sử dụng năng lượng;

- Thiết kế hệ thống kỹ thuật bảo vệ môi trường;

- Tổng dự toán, dự toán chi phí xây dựng phù hợp với từng bước thiết kế xây dựng

Theo Luật xây dựng (điều 80), nội dung chủ yếu của thiết kế xây dựng triển khai sau thiết kế cơ sở bao gồm:

- Phương án kiến trúc

- Phương án công nghệ (nếu có)

- Công năng sử dụng

- Thời hạn sử dụng và quy trình vận hành, bảo trì công trình

- Phương án kết cấu, loại vật liệu chủ yếu

- Chỉ dẫn kỹ thuật

10

- Phương án phòng, chống cháy, nổ

- Phương án sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả

- Giải pháp bảo vệ môi trường, ứng phó với biến đổi khí hậu

- Dự toán xây dựng phù hợp với bước thiết kế xây dựng

Theo Luật Xây dựng (Điều 52), thiết kế xây dựng công trình phải bảo đảm các yêu cầu chung:

- Phù hợp với quy hoạch xây dựng, cảnh quan, điều kiện tự nhiên và các quy định về kiến trúc; dự án đầu tư xây dựng công trình đã được phê duyệt;

- Phù hợp với thiết kế công nghệ trong trường hợp dự án đầu tư xây dựng công trình có thiết kế công nghệ;

- Nền móng công trình phải bảo đảm bền vững, không bị lún nứt, biến dạng quá giới hạn cho phép làm ảnh hưởng đến tuổi thọ công trình, các công trình lân cận;

- Nội dung thiết kế xây dựng công trình phải phù hợp với yêu cầu của từng bước thiết kế, thoả mãn yêu cầu về chức năng sử dụng; bảo đảm mỹ quan, giá thành hợp lý;

- An toàn, tiết kiệm, phù hợp với quy chuẩn, tiêu chuẩn xây dựng được áp dụng; các tiêu chuẩn về phòng, chống cháy, nổ, bảo vệ môi trường và những tiêu chuẩn liên quan; đối với những công trình công cộng phải bảo đảm thiết kế theo tiêu chuẩn cho người tàn tật;

- Đồng bộ trong từng công trình, đáp ứng yêu cầu vận hành, sử dụng công trình; đồng bộ với các công trình liên quan

Đối với công trình dân dụng và công trình công nghiệp, ngoài các yêu cầu trên còn phải bảo đảm các yêu cầu sau đây:

- Kiến trúc công trình phải phù hợp với phong tục, tập quán và văn hoá, xã hội của từng vùng, từng địa phương;

- An toàn cho người khi xảy ra sự cố; điều kiện an toàn, thuận lợi, hiệu quả cho hoạt động chữa cháy, cứu nạn; bảo đảm khoảng cách giữa các công trình, sử dụng các vật liệu, trang thiết bị chống cháy để hạn chế tác hại của đám cháy đối với các công trình lân cận và môi trường xung quanh;

- Các điều kiện tiện nghi, vệ sinh, sức khoẻ cho người sử dụng;

- Khai thác tối đa thuận lợi và hạn chế bất lợi của thiên nhiên nhằm bảo đảm tiết kiệm năng lượng

11

Thiết kế xây dựng công trình bao gồm các bước: thiết kế cơ sở, thiết kế kỹ thuật và thiết kế bản vẽ thi công Tuỳ theo tính chất, quy mô của từng loại công trình, thiết kế xây dựng công trình có thể được lập một bước, hai bước hoặc ba bước như sau:

- Thiết kế một bước là thiết kế bản vẽ thi công được áp dụng đối với công trình quy định chỉ phải lập báo cáo kinh tế - kỹ thuật;

- Thiết kế hai bước bao gồm bước thiết kế cơ sở và bước thiết kế bản vẽ thi công được áp dụng đối với công trình quy định phải lập dự án đầu tư xây dựng công trình;

- Thiết kế ba bước bao gồm bước thiết kế cơ sở, bước thiết kế kỹ thuật và bước thiết kế bản vẽ thi công được áp dụng đối với công trình quy định phải lập dự án đầu tư xây dựng và có quy mô lớn, phức tạp

Đối với công trình phải thực hiện thiết kế hai bước trở lên, các bước thiết kế tiếp theo chỉ được triển khai thực hiện trên cơ sở bước thiết kế trước đã được phê duyệt

Hồ sơ thiết kế được lập cho từng công trình bao gồm thuyết minh thiết kế, các bản vẽ thiết

kế, các tài liệu khảo sát xây dựng liên quan, quy trình bảo trì công trình, dự toán xây dựng công trình Hồ sơ thiết kế xây dựng công trình phải được lưu trữ theo quy định của pháp luật về lưu trữ

1.5 THIẾT KẾ KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

1.5.1 Khái niệm về thiết kế kết cấu công trình

Kết cấu công trình là các bộ phận của công trình xây dựng làm nhiệm vụ chịu các tải trọng tác động lên công trình, đảm bảo cho công trình làm việc ổn định trong quá trình sử dụng Kết cấu công trình thường được phân thành kết cấu chịu lực và kết cấu bao che; cũng có trường hợp phân thành kết cấu chịu lực chính và kết cấu phụ

Thiết kế kết cấu là một quá trình bắt đầu từ ý tưởng về giải pháp kết cấu; đề xuất phương án kết cấu; thực hiện phân tích, tính toán hoặc thí nghiệm để hoàn thiện phương án kết cấu nhằm đảm bảo tính an toàn và điều kiện sử dụng bình thường của các bộ phận kết cấu cũng như toàn bộ kết cấu khi chịu các tải trọng và tác động trong suốt thời hạn sử dụng cũng như trong quá trình chế tạo, xây dựng; lập hồ sơ thiết thiết kế kết cấu

Sản phẩm của thiết kế kết cấu là bộ hồ sơ thiết kế kết cấu gồm các bản vẽ thể hiện sơ đồ, hình dáng, kích thước, các quy định về sử dụng vật liệu, các chi thiết cấu tạo và chỉ dẫn kỹ thuật chế tạo, thi công xây dựng kết cấu Ngoài ra, bộ hồ sơ thiết kế kết cấu còn có các thuyết minh về giải pháp, các cơ sở, nội dung và kết quả tính toán hoặc thí nghiệm

Kết cấu được thiết kế, với một xác suất an toàn được chấp nhận đảm bảo hoàn thành các công năng định trước trong suốt tuổi thọ thiết kế; chịu được các tải trọng và tác động được

12

sinh ra trong thi công và sử dụng cũng như phải có khả năng chịu đựng thỏa đáng trước những tác động bất thường và khả năng chịu lửa

1.5.2 Mối quan hệ giữa kiến trúc và kết cấu

Trong lịch sử, hầu hết các công trình xây dựng đã từng được thiết kế và tổ chức xây dựng bởi một cá nhân - được gọi là Chủ thầu xây dựng Người này vừa là kiến trúc sư, vừa là kỹ

sư, là người tổ chức, chỉ đạo thi công tất cả trong một Khi quá trình công nghiệp hóa bắt đầu, số lượng công trình cần xây dựng ngày một nhiều, quy mô và tính phức tạp của các công trình ngày càng tăng, vật liệu và các công cụ phục vụ phát triển cùng các kỹ thuật xây dựng Điều này gây khó khăn cho một người cần biết về tất cả mọi vấn đề, suy nghĩ và giải quyết thấu đáo các yếu tố trong xây dựng Công việc thiết kế, do đó, đã được phân chia thành các nhóm chuyên môn: thiết kế kiến trúc, thiết kế kết cấu, thiết kế các hệ thống kỹ thuật…Vấn đề lớn nhất cần giải quyết lúc này là cần tạo được mối liên hệ thống nhất giữa các nhóm chuyên môn, trong đó quan trọng nhất là giải quyết hài hòa 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 Các không gian đơn giản nhất được tạo nên từ hệ dầm, cột, tường và sàn theo hệ lưới cột ô vuông hoặc chữ nhật Các không gian rộng, có hình dáng kích thước phức tạp được tạo nên bằng các hệ kết cấu như dàn, vòm, vỏ mỏng không gian v.v Không gian kiến trúc, loại hình kết cấu và chiều cao kết cấu có liên quan chặt chẽ với nhau So với các kết cấu truyền lực theo hai phương hay kết cấu không gian truyền lực theo nhiều phương, các kết cấu phẳng truyền lực theo một phương có chiều cao kết cấu lớn hơn Nếu chọn loại hình kết cấu không thích hợp sẽ không giải quyết thoả đáng vấn đề chiều cao kết cấu

Kích thước của hệ lưới cột ảnh hưởng trực tiếp tới độ lớn của không gian kiến trúc và đòi hỏi những loại hình kết cấu tương ứng.Dù chọn không gian kiến trúc như thế nào thì ngay

từ khi sơ phác mặt bằng của công trình đã phải nghĩ đến khả năng chịu tải trọng đứng, tải trọng ngang (gió, động đất ), những biến thiên nhiệt độ và lún lệch có thể xảy ra Phải tuân thủ những nguyên tắc cho giải pháp kết cấu chịu gió, động đất, nhiệt độ, lún lệch

Do vậy trong thiết kế những phương án kiến trúc đã phải chứa đựng những nội dung cơ bản của các phương án kết cấu.Không tuân thủ các nguyên lý làm việc của kết cấu trong sáng tác kiến trúc sẽ hoặc mắc sai lầm về tính khả thi của công trình hoặc là chỉ đạt tới những phương án gò bó, thiếu mỹ quan, sinh động và độc đáo

1.5.3 Tính khả thi của phương án kết cấu

Phương án thiết kế có được chấp nhận và đưa vào thiết kế hay không phụ thuộc vào nhiều yếu tố Những yếu tố chung nhất có thể kể đến là:

13

- Thoả mãn những yêu cầu về kỹ thuật trong sử dung hiện tại và lâu dài, thoả mãn các yêu cầu về bền vững phù hợp với niên hạn sử dụng, thoả mãn các yêu cầu về phòng chống cháy nổ và có thể thi công được trong điều kiện thiết bị kỹ thuật cho phép (thiết bị đang có, thuê mướn hoặc được phép mua)

- Giá thành công trình (theo dự toán có xét đến) không vượt quá kinh phí đầu tư Như vậy, khi thiết kế một công trình, căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế, cần phải tạo dựng một

số phương án Thông qua việc so sánh các phương án với nhau về mặt kỹ thuật và kinh tế sẽ chọn ra một phương án đáp ứng tốt nhất nhiệm vụ thiết kế Việc thiết kế chi tiết được tiến hành với phương án đã chọn

1.5.4 Yêu cầu về kỹ thuật và yêu cầu về kinh tế

a) Yêu cầu về kỹ thuật

Kết cấu cần đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật như sau:

- Sơ đồ kết cấu rõ ràng, qua đó người thiết kế có khẳ năng nắm được sự phân phối nội lực trong kết cấu dưới tác dụng của tải trọng và các tác động khác (nhiệt độ, co ngót

và từ biến của bê tông, lún gối tựa ) Khi chọn phương án kết cấu không nên thiên

về sơ đồ dễ tính toán nội lực mà phải thiên về tính hợp lý của sự phân phối nội lực trong kết cấu Cũng cần lưu ý rằng, đối với kết cấu tĩnh định có thể dễ dàng tìm được biểu đồ nội lực nhưng độ an toàn tổng thể thì kém so với kết cấu siêu tĩnh Chỉ cần một tiết diện nào đó bị hỏng là kết cấu tĩnh định bị sập đổ hoàn toàn, trong khi đó kết cấu siêu tĩnh chỉ bị sập đổ cụ bộ hay không bị sập đổ mà chỉ giảm độ an toàn và khi

đó có nhiều khả năng sửa chữa để đưa vào sử dụng bình thường

- Vật liệu làm kết cấu được chọn căn cứ vào điều kiện thực tế cho phép và yêu cầu cụ thể đối với công trình đang thiết kế Nên ưu tiên dùng vật liệu cường độ cao (đặc biệt

là đối với cấu kiện chịu lực lớn)

- Kết cấu được tính toán với tải trọng và tác động có thể xảy ra, bao gồm trọng lượng bản thân của công trình, hoạt tải sử dụng, tải trọng gió, tải trọng động đất, tác động của nhiệt độ, tác động của co ngót và từ biến của vật liệu, khả năng lún không đều của móng công trình v.v

- Kết cấu được tính toán với mọi tình huống có thể xảy ra trong quá trình sử dụng và trong quá trình thi công Mỗi giai đoạn thi công tương ứng với một sơ đồ kết cấu Trong một số trường hợp nội lực xuất hiện trong quá trình thi công lớn hơn nội lực trong giai đoạn sử dụng một cách đáng kể Khi đó vừa phải điều chỉnh kết cấu, vừa phải tìm chọn trình tự và biện pháp thi công thích hợp để giảm nhẹ kết cấu, tránh tình trạng kết cấu nặng nề, to lớn nhưng chỉ để chịu tải trọng trong quá trình thi công Chọn phương án kết cấu phải xuất phát từ thời hạn thi công mà chủ đầu tư yêu cầu

đó Nếu thấy vướng mắc về thi công thì phải đổi phương án Cần lưu ý rằng những phương án kết cấu khó thi công thường cũng khó đảm bảo yêu cầu về chất lượng kỹ thuật

- Khi chọn phương án kết cấu và thi công cần cân nhắc đến kết cấu toàn khối (đổ tại chỗ), kết cấu lắp ghép và kết cấu bán lắp ghép.Trong điều kiện cụ thể nào đó, việc kết hợp giữa kết cấu toàn khối và kết cấu lắp ghép cỏ thể đưa đến hiệu quả kinh tế cao mà vẫn đảm bảo được cường độ và độ cứng của kết cấu xấp xỉ như kết cấu toàn khối

b) Yêu cầu về kinh tế

Kết cấu được thiết kế cần đạt được các mục tiêu kinh tế như sau:

- Kết cấu có giá thành hợp lý Giá thành của công trình được cấu thành từ tiền vật liệu, tiền thuê hoặc khấu hao máy thi công (bao gồm cả năng lương tiêu hao), tiền nhân công v.v Đối với các công trình thông thường, tiền vật liệu chiếm tỷ trọng lớn hơn cả Khi đó cần phải chọn phương án kết cấu có chi phí vật liệu thấp nhất Tuy vậy cũng có những công trình mà tiền thuê máy móc thi công và nhân công chiếm phần lớn, khi đó việc tiết kiệm chút ít vật liệu không có ý nghĩa so với việc đam bảo

an toàn tuyệt đối cho kết cấu trong giai đoạn thi công và sử dụng

- Kết cấu được thiết kế sao cho tiến độ thi công được bảo đảm Vì việc đưa công trình vào sử dụng đúng hạn có ý nghĩ kinh tế - xã hội to lớn không chỉ đối với các công trình công nghiệp mà cả đối với các công trình dân dụng và quốc phòng Để đảm bảo chỉ tiêu kinh tế hợp lý cho công trình cần phải gắn liền việc thiết kế kết cấu với việc thiết kế biện pháp và tổ chức thi công

1.6 BÀI TẬP

Tìm hiểu Luật Xây dựng số 50/2014/QH13

15

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU VÀ NỀN

THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN

2.1 LỊCH SỬ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU

Xét theo lịch sử phát triển thì các phương pháp thiết kế kết cấu gồm có: phương pháp thiết

kế theo ứng suất cho phép, phương pháp thiết kế theo giai đoạn phá hoại và phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn

a) Phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép

Phương pháp thiết kế kết cấu theo ứng suất cho phép đã có lịch sử hơn một thế kỷ Phương pháp này lấy ứng suất chảy của vật liệu đưa chia cho một hệ số an toàn nào đó làm ứng suất cho phép để tính toán kết cấu Hệ số an toàn có giá trị lớn hơn đơn vị nên ứng suất cho phép nằm trong giai đoạn đàn hồi Kết cấu được tính toán nhằm đảm bảo điều kiện ứng suất do ngoại tải gây ra có giá trị không vượt quá ứng suất cho phép:

Hệ số an toàn k1 là một hệ số kinh nghiệm

Phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép có khái niệm rõ ràng, đơn giản, thuận tiện dễ

áp dụng, nhưng lại có một số nhược điểm như sau:

- Không xét đến tính phi đàn hồi của vật liệu do vậy không thể phản ánh được trạng thái làm việc của kết cấu ở giai đoạn phá hpại

- Không phản ánh được tính đặc thù của hiệu ứng các loại tải trọng cũng như tính hợp

lý của các tổ hợp tải trọng tác động lên kết cấu Bởi vậy, khi tính toán trên các mặt cắt kết cấu thì phương pháp này thiên về an toàn (bảo thủ), nhưng xét trên toàn hệ kết cấu thì vẫn có thể xẩy ra tình huống không an toàn

Hiện nay trên thế giới phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép ít được sử dụng để thiết

kế kết cấu, nhưng vẫn được sử dụng để tính toán kiểm tra nứt và sự làm việc bình thường của kết cấu bêtông ứng suất trước

b) Phương pháp thiết kế theo giai đoạn phá hoại

Phương pháp thiết kế theo giai đoạn phá hoại được giáo sư người Nga Loleit A.V đề xuất năm 1931, sau đó được giáo sư Gvozdev A.A (Nga) phát triển (1938) và là tiền đề để các nhà khoa học xây dựng phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn

c) Phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn

Phương pháp thiết kế kết cấu theo trạng thái giới hạn do các nhà khoa học Xôviết lần đầu tiên đưa ra vào những năm năm mươi của thế kỹ XX Có thể xem phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn là một cải tiến to lớn của phương pháp thiết kế theo giai đoạn phá hoại

Sự tiến bộ của phương pháp này ở chỗ là không chỉ xét đến tính phi đàn hồi của vật liệu mà còn thừa nhận tính không tiền định của cả tải trọng lẫn các đặc trưng của vật liệu Hạn chế của phương pháp này là chưa xét đến tính không tiền định của các đại lượng hình học của kết cấu Chính vì lẽ đó nên người ta thường gọi phương pháp thiết kế này là phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn bán xác suất

Phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn bán xác suất đã được đưa và tiêu chuẩn thiết

kế của Liên Xô (cũ) từ những năm năm mươi của thế kỷ trước Sau đó nhiều nước trên thế giới cũng đã lần lượt công nhận và sử dụng phương pháp này trong các tiêu chuẩn thiết kế của mình Cho đến nay phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn đã được sử dụng ở hầu hết các quốc gia trên thế giới

Trong mấy chục năm gần đây người ta đã tiến hành nghiên cứu nhằm hoàn thiện phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc xây dựng định nghĩa độ tin cậy của kết cấu theo lý thuyết xác suất và trên cơ sở lý thuyết xác suất xem xét sự phân bố và tổ hợp hiệu ứng của tải trọng và khả năng chịu lực của kết cấu

2.2 NHỮNG KHÁI NIỆM CỦA PHƯƠNG PHÁP TRẠNG THÁI GIỚI HẠN

2.2.1 Các trạng thái giới hạn

Trạng thái giới hạn là trạng thái mà khi vượt qua nó kết cấu, nền, nhà hoặc công trình không thoả mãn một hoặc nhiều chức năng được thiết khi khai thác thác sử dụng hoặc khi thi công

Trạng thái giới hạn được chia thành hai nhóm:

- Trạng thái giới hạn thứ nhất: là khi công trình xây dựng vượt trạng thái giới hạn này thì kết cấu xây dựng sẽ mất khả năng chịu lực

- Trạng thái giới hạn thứ hai: là khi công trình xây dựng vượt trạng thái giới hạn này thì kết cấu xây dựng sẽ không đảm bảo khả năng sử dụng bình thường, làm mất dự trữ về độ bền lâu hoặc không đảm bảo tiện nghi sử dụng

Trạng thái giới hạn thứ nhất gồm:

- Sự mất ổn định tổng thể về hình dáng

- Sự mất ổn định về vị trí

- Sự phá hoại một đặc điểm bất kì nào đó

- Sự chuyển đổi thành một hệ mới

- Sự thay đổi hình dạng

- Trạng thái dẫn đến sự cần thiết phải ngừng khai thác sử dụng do vật liệu biến dạng lớn, do các mối nối bị cắt và do các vết nứt phát triển quá lớn

Trạng thái giới hạn thứ hai gồm những trạng thái vượt quá mức cho phép về:

- Biến dạng của kết cấu do bị uốn, xoắn, lún;

- Dao động của kết cấu

- Thay đổi vị trí (chuyển vị);

- Tạo thành hoặc phát triển vết nứt

Trạng thái giới hạn thứ nhất (I) còn được gọi là trạng thái cực hạn, còn trạng thái giới hạn thứ hai (II) – trạng thái giới hạn sử dụng

2.2.2 Tải trọng và tác động

1) Tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán

18

Đặc tính cơ bản của tải trọng là giá trị tiêu chuẩn của nó Giá trị tiêu chuẩn của tải trọng được cho trong nhiệm vụ thiết kế hoặc được xác định theo tiêu chuẩn thiết kế hoặc được xác định như sau:

- Đối với trọng lượng của kết cấu, xác định theo khối lượng trung bình của vật liệu, kích thước hình học và cấu tạo của kết cấu theo thiết kế Nếu các cấu kiện được sản xuất trong nhà máy thì trọng lượng của chúng được xác đinh theo số liệu của nhà sản xuất

- Đối với trọng lượng của các vật liệu, xác định theo trọng lượng trung bình của vật liệu và kích thước hình học thực tế của chúng

- Đối với trọng lượng của thiết bị, xác định theo số liệu do nhà chế tạo cung cấp

- Đối với các tải trọng do sự vận hành của thiết bị gây ra, xác định bằng giá trị lớn nhất cỏ thể đối với điều kiện vận hành của thiết bị

- Đối với các tác động tự nhiên do môi trường khí quyển gây ra như gió, mưa, sóng, nhiệt độ môi trường… xác định bằng giá trị lớn nhất trong năm với xác suất vượt theo chu kỳ lặp trung bình được quy định bởi tiêu chẩn thiết kế

- Đối với tải trọng đặc biệt, xác định bằng giá trị tương ứng với yêu cầu của các tiêu chuẩn thiết kế được xây dựng trên cơ sở vận dụng các phương pháp thống kê xác suất

Độ sai lệch có thể xảy ra của tải trọng về phía bất lợi cho kết cấu so với trị tiêu chuẩn do sự biến động của tải trọng hay thay đổi điều kiện sử dụng bình thường tạo ra, được tính đến bằng các hệ số độ tin cậy cua tải trọng Các hệ số này được quy định có kể đến độ phân tán của số liệu thống kê của tải trọng, công năng của công trình, điều kiện sử dụng công trình Các hệ số độ tin cậy của tải trọng dùng để tính toán từng loại kết cấu theo các trạng thái giới hạn được quy định trong các tiêu chuẩn thiết kế

Độ sai lệch có thể xảy ra của các đặc trưng của tải trọng động (biên độ, tần số, xung…) so với giá trị tiêu chuẩn được tính đến trong tính toán động lực kết cấu theo các yêu cầu của tiêu chuẩn tương ứng

Giá trị tính toán của tải trọng bằng giá trị tiêu chuẩn nhân với hệ số tin cậy của tải trọng Giá trị tính toán của tải trọng được gọi là tải trong tính toán, được phân ra dùng riêng cho tính toán theo từng trạng thái giới hạn

2) Các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng

Các trường hợp tải trọng là sự sắp xếp không gian các tải trọng được đưa vào tính toán kết cấu Các tải trọng cần được sắp xếp sao cho ảnh hưởng bất lợi nhất lên kết cấu đối với trạng thái giới hạn được xem xét

Tổ hợp tải trọng là tập hợp các giá trị tính toán để kiểm tra kết cấu theo trạng thái giứi hạn dưới ảnh hưởng đồng thời của các tải trọng khác nhau Kết cấu và nền cần được tính toán

19

theo các tổ hợp tải trọng bất lợi có thể xảy ra (đối với các tiết diện của cấu kiện, kết cấu và các mối nối của chúng hoặc là đối với toàn bộ công trình)

Việc giảm xác suất tăng đồng thời các giá trị tính toán đối với một số tải trọng trong tổ hợp

so với xác suất tăng trị tính toán của một tải trọng được tính đến bằng hệ số tổ hợp

2.2.3 Các đặc trưng tính toán của vật liệu và đất nền

Các thông số cơ bản về cường độ của vật liệu đối với tác động lực là cường độ tiêu chuẩn,

do tiêu chuẩn thiết kế kết cấu xây dựng quy định có tính đến sự phân tán ngẫu nhiên các tính chất cơ học của vật liệu Hệ số đảm bảo các giá trị cường độ tiêu chuẩn của vật liệu không nhỏ hơn 95% Cường độ tiêu chuẩn của vật liệu cho phép lấy giá trị đặc trưng cường

độ của vật liệu Ngoài cường độ tiêu chuẩn, các đặc tính khác của vật liệu được lấy giá trị trung bình của các số liệu thống kế

Các đặc tính tiêu chuẩn của vật liệu và đất nền cũng như sự thay đổi của chúng được xác định trên cơ sở kết quả thí nghiệm của các mẫu phù hợp hoặc xác định bằng phương pháp thí nghiệm không phá hủy Các thí nghiệm cần được thực hiện trên các tổ mẫu vật liệu có xét đến điều kiện chế tạo, nghiệm thu và giao nhận

Khi chọn các đặc trưng tính toán của vật liệu cần phải xét đến sự khác nhau của tính chất vật liệu trong mẫu thử và kết cấu thực (ảnh hưởng của kích thước, thay đổi tính chất theo thời gian, điều kiện nhiệt độ khác nhau v.v…)

Khi tính toán kết cấu làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao hoặc thấp, độ ẩm cao, trong môi trường xâm thực, chịu tải trọng lặp v.v… cần phải xét đến khả năng thay đổi tính chất của vật liệu theo thời gian, trước tiên là sự suy giảm tính chất cơ lý (cường độ, độ đàn hồi, độ dẻo, từ biến, co ngót)

Trị tiêu chuẩn các đặc tính của đất nền được xác định trên cơ sở xử lý thống kế các kết quả khảo sát địa kỹ thuật khu đất xây dựng công trình Trị tiêu chuẩn các đặc tính của đất nền hay các thông số quyết định sự tác động tương hỗ giữa móng và đất nền được lấy giá trị trung bình của chúng

Những sai lệch có khả năng xảy ra theo hướng bất lợi đối với các đặc trưng của vật liệu và đất nền so với giá trị tiêu chuẩn được nhân với hệ số tin cậy về vật liệu và đất nền Các hệ số này có thể có những giá trị khác nhau đối với các trạng thái giới hạn khác nhau

Giá trị tính toán của các đặc trưng vật liệu hay đất nền được xác định bằng cách lấy giá trị tiêu chuẩn chia cho hệ số tin cậy về vật liệu hay đất nền Cũng có thể xác định trực tiếp giá trị tính toán của các đặc trưng vật liệu hay đất nền từ số liệu thí nghiệm

2.2.4 Điều kiện làm việc của kết cấu, vật liệu và nền

Những sai lệch có thể xảy ra giữa sơ đồ tính toán công trình so với điều kiện làm việc thực

tế được xét đến bằng cách sử dụng hệ số điều kiện làm việc của kết cấu, vật liệu và nền

Hệ số điều kiện làm việc cần được xác định trong các tiêu chuẩn tính toán kết cấu và nền

20

trên cơ sở số liệu thực nghiệm và lý thuyết cũng như số liệu về sự làm việc thực tế của vật liệu, kết cấu và nền trong điều kiện thi công và sử dụng công trình

2.2.5 Tầm quan trọng của công trình

Phụ thuộc vào mức độ quan trọng của công trình dựa trên hậu quả về xã hội, sinh thái, kinh

tế khi công trình bị hư hỏng và phá hủy mà thiết kế phải tính đến hệ số tin cậy về tầm quan trọng Giá trị của hệ số tầm quan trọng đối với công trình được cho tiêu chuẩn thiết kế 2.3 TÍNH TOÁN KẾT CẤU THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN

2.3.1 Nguyên tắc chung

Tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn là bằng tính toán ngăn chặn khả năng vượt quá trạng thái giới hạn kết cấu trong toàn bộ thời gian sử dụng cũng như quá trình thi công Việc đảm bảo không vượt quá trạng thái giới hạn phải phù hợp với mức độ an toàn của kết cấu Những yêu cầu về tính toán phải làm sao cho ứng suất hay nội lực, biến dạng hay chuyển vị, vết nứt, v.v không vượt quá giá trị giới hạn

Tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn gồm: tính toán kết cấu và tính toán theo trạng thái giới hạn

2.3.2 Tính toán kết cấu

Mục đích của tính toán kết cấu là xác định chuyển vị hoặc biến dạng và nội lực hoặc ứng suất trong kết cấu.Tính toán kết cấu được thực hiện với các tải trọng tính toán Các hệ số độ tin cậy của tải trọng được lấy các giá trị tương ứng với trạng thái giới hạn cần tính toán Khi tính toán cần xem xét các giá trị bất lợi có thể xẩy ra của các đặc tính của vật liệu và đất nền, các giá trị bất lợi của các tổ hợp tải trọng, tác động và trong nhiều trường hợp cần tính đến độ sai lệch bất lợi về kích thước cũng như điều kiện thi công, sử dụng và những điều kiện làm việc đặc biệt của kết cấu và nền Các giá trị bất lợi có thể xảy ra là các giá trị của các đặc tính tương ứng với đảm bảo nhất định

Mô hình tính toán và các giả thiết cơ bản trong tính toán kết cấu và nền cần phản ánh điều kiện làm việc thực tế của công trình, phù hợp với trạng thái giới hạn đang xem xét Khi đó, trong những trường hợp đã được các tiêu chuẩn thiết kế quy định, cần phải tính đến: những yếu tố quyết định trạng thái ứng suất và biến dạng; những đặc điểm của sự tác động tương

hỗ giữa các cấu kiện với nhau và với nền; sự làm việc không gian, phi tuyến tính về hình học và vật lí; tính dẻo và tính lưu biến của vật liệu và đất

Biến dạng không đàn hồi của vật liệu và đất nền (biến dạng dẻo, từ biến), cũng như sự hình thành vết nứt trên các kết cấu bê tông cốt thép, kết cấu gạch đá, kết cấu gạch đá cốt thép được tính toán theo yêu cầu của các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu, nền nhà và công trình Nếu trong các tiêu chuẩn không quy định việc tính toán biến dạng không đàn hồi, nội lực do tải trọng và tác động trong các hệ kết cấu siêu tĩnh được tính toán như khi kết cấu làm việc

21

trong giai đoạn đàn hồi, khi đó các tiết diện hoặc các cấu kiện nên được tính toán theo các tiêu chuẩn có tính đến các biến dạng không đàn hồi trong các trường hợp cần thiết Khi chưa xây dựng được phương pháp xác định nội lực và ứng suất có tính đến biến dạng không đàn hồi, cho phép tiến hành tính toán cường độ của kết cấu dựa trên điều kiện là ứng suất lớn nhất do tải trọng tính toán gây ra (xác định trên giả thiết kết cấu làm việc trong giai đoạn đàn hồi) không được vượt quá cường độ tính toán tương ứng

Tính toán theo trạng thái giới hạn nhằm đảm bảo ngăn chặn khả năng vượt quá trạng thái giới hạn kết cấu trong toàn bộ thời gian sử dụng cũng như quá trình thi công Việc đảm bảo không vượt quá trạng thái giới hạn phải phù hợp với mức độ an toàn của kết cấu Những yêu cầu về tính toán phải làm sao cho ứng suất, biến dạng, chuyển vị, vết nứt, v.v không vượt quá giá trị giới hạn

Giá trị tính toán của tải trọng dùng để tính toán kết cấu và nền được lấy như sau:

  hệ số độ tin cậy của tải trọng

Giá trị tính toán của cường độ của vật liệu được xác định:

  hệ số độ tin cậy của cường độ của vật liệu

a) Tính toán theo trạng thái giới hạn I:

Tính toán kết cấu theo độ bền được thể hiện bằng điều kiện:

  hệ số độ tin cậy về tầm quan trọng của công trình

Nội lực tính toán được xác định bằng tính toán kết cấu với các tổ hợp tải trọng có xét đến các hệ số độ tin cậy và hệ số tổ hợp tải trọng Biểu thức tổ hợp các tải trọng có dạng:

b) Tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn II:

Tính toán theo trạng thái giới hạn II (về điều kiện sử dụng bình thường) được thực hiện theo điều kiện:

23

2.3.4 Quy trình tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn

Hình 2.1: Quy trình tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn

Ghi chú: Tính toán các tiêu chí theo trạng thái giới hạn đối được thực hiện cho tứng cấu kiện hay tiết diện Đối với trạng thái giới hạn I thì các tiêu chí đó là độ bền, độ bền mỏi hay lực tới hạn (ổn định) của cấu kiện Đối với trạng thái giới hạn II thì các tiêu chí đó là nứt hay độ võng của cấu kiện Chuyển vị, độ rung động của kết cấu cũng là các tiêu chí theo trạng thái giới hạn II

2.4 THIẾT KẾ KẾT CẤU THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN

2.4.1 Nguyên tắc chung

Mọi trạng thái giới hạn đều cần được xem xét trong thiết kế Cần đưa ra một mô hình tính toán cho mỗi trạng thái giới hạn nhất định Mô hình này cần kết hợp chặt chẽ các biến thiết kế thích hợp, có xét đến tính bất định của tải trọng, đến phản ứng toàn phần củ kết cấu, đối xử của các cấu kiện riêng

lẻ, của vật liệu kết cấu và các điều kiện môi trường

TÍNH TOÁN CÁC TIÊU CHÍ

THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN

KIỂM TRA THEO TRẠNG THÁI

GIỚI HẠN?

ĐIỀU CHỈNH PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU

24

Nói chung, đối với bất kỳ kết cấu nào cũng phải xem xét nhiều tình huống tính toán Các tình huống tính toán có thể được phân loại như sau:

- Tình huống dài hạn, có thời gian tồn tạo tương được tuổi thọ của kết cấu

- Tình huống ngắn hạn, có thời gian tồn tại ngắn và xác suất xảy ra cao

- Tình huống đột ngột, thường có thời gian tồn tại ngắn, xác suất xảy ra ít

Mọi bộ phận của kết cấu và toàn bộ kết cấu cần được thiết kế với các trạng thái giới hạn cực hạn và giói hạn về điều kiện sử dụng Tuy nhiên, đối với tình huống đột ngột, chi có hệ kết cấu chịu lưc chủ yếu mới cần thiết kế theo trạng thái giới hạn cực hạn

2.4.2 Quy trình thiết kế

Thiết kế kết cấu theo trạng thái giới hạn thông thường được thực hiện theo các bước:

- Bước 1: Lựa chọn một phương án kết cấu

- Bước 2: Tính toán kết cấu xác định nội lực và chuyển vị

- Bước 3: Tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn I

- Bước 4: Tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn II

- Bước 5: Thiết kế chi tiết kết cấu

- Bước 6: Xem xét tổng thể kết cấu

- Bước 7: Lập hồ sơ thiết kế kết cấu

Trường hợp tính toán theo một trạng thái giới hạn nào đó (I hoặc II) mà phương án kết cấu không thỏa mãn yêu cầu theo trạng thái giới hạn đó thì thực hiện điều chỉnh phương án kết cấu và quay lại quy trình tại bước 2 Mặt khác, khi thiết kế chi tiết kết cấu cũng như khi xem xét tổng thể phương án kết cấu mà kỹ sư thiết kế nhận thấy phương án kết cấu đang xem xét không đạt được kỳ vọng thì việc điều chỉnh phương án kết cấu đó và quay lại bước 2 của quy trình là điều cần thiết

Trên hình 2.2 là sơ đồ của quy trình thiết kế kết cấu với các bước như trên đây

25

2.5 ĐỘ AN TOÀN CỦA KẾT CẤU

Nếu như phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép và phương pháp thiết kế theo tải trọng phá hoại sử dụng một hệ số an toàn cho kết cấu thì phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn sử dụng các hệ số độ tin cậy cho tải trọng và kết cấu (hình 2.3) Độ an toàn của kết cấu thiết kế theo trạng tái giới hạn phụ thuộc giá trị của các hệ số này

ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU

TÍNH TOÁN KẾT CẤU XÁC ĐỊNH CHUYỂN VỊ VÀ NỘI LỰC

TÍNH TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN THỨNHẤT

TÍNH TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN THỨ HAI

THIẾT KẾ CHI TIẾT

ĐIỀU CHỈNH

PA KẾT CẤU

XEM XÉT TỔNG THỂ PHƯƠNG ÁN KẾT CẤU

LẬP HỒ SƠ THIẾT KẾ KẾT CẤU

Hình 2.2: Quy trình thiết kế kết cấu theo trạng thái giới hạn

26

Nghiên cứu độ tin cậy của kết cấu thuộc phạm vi của Lý thuyết độ tin cậy Dưới đây xem xét một ví dụ đơn giản

Hình 2.3: Sơ đồ các hệ số độ tin cậy

Ví dụ: Thiết kế theo độ bền thanh chịu kéo: tải trọng tiêu chuẩn Ftc với hệ số độ tin cậy f

, cường độ vật liệu tiêu chuẩn Rtcvới hệ số độ tin cậy M , kết cấu có hệ số điều kiện làm việc i, hệ số độ tin cậy về tầm quan trọng n

27

Chương 3 TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG TRONG THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

3.1 KHÁI QUÁT CHUNG

Các nội dung trong chương này phù hợp với Tiêu chuẩn TCVN 2737:2012 Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế

Tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 quy định tải trọng và tác động dùng để thiết kế các kết cấu xây dựng, nền móng nhà và công trình

Các tải trọng và tác động không quy định trong TCVN 2737:1995 thì được xác định theo các tiêu chuẩn tương ứng do nhà nước ban hành hoặc được xác định trên cơ sở kết quả khảo sát thực tế công trình Tác động của khí quyển được lấy theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia số liệu

tự nhiên dùng trong xây dựng hiện hành của Việt nam hoặc theo số liệu của Tổng cục Khí tượng Thủy văn Tải trọng đối với các công trình đặc biệt quan trọng không đề cập đến trong tiêu chuẩn TCVN 2737:1995 mà do các cấp có thẩm quyền quyết định

3.1 CÁC KHÁI NIỆM VỀ TẢI TRỌNG THEO TCVN 2737:2012

Trong thực tế, nếu không có lưu ý gì đặc biệt thì thuạt ngữ “tải trọng” có thể dùng để chỉ chung cho cả tải trọng và tác động

Khi thiết kế phải tính đến các tải trọng sinh ra trong quá trình xây dựng, sử dụng cũng như trong quá trình chế tạo, bảo quản và vận chuyển các kết cấu xây dựng

3.2.2 Phân loại tải trọng

Tải trọng được phân thành tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời (dài hạn và ngắn hạn)

và tải trọng đặc biệt

Tải trọng đặc biệt là tải trọng có tính bất thường như động đất, hỏa hoạn, nổ, va chạm do phương tiện giao thông, tải trọng gây ra do sự cố… có thể đưa đến hậu quả nghiêm trọng

 Các tải trọng sau đây được xếp vào loại tải trọng thường xuyên:

- Trọng lượng các phần của công trình, trong đó có cả trọng lượng của các kết cấu chịu lực và các kết cấu bao che;

- Trọng lượng và áp lực của đất (lấp và đắp), áp lực sinh ra do việc khai thác mỏ;

- Ứng lực tự tạo hay có trước trong kết cấu hay nền móng (kể cả ứng suất trước)

 Các tải trọng sau đây được xếp vào loại tải trọng tạm thời dài hạn:

- Trọng lượng của các vách ngăn tạm thời, của phần đất và bê tông đệm dưới thiết bị;

- Trọng lượng của thiết bị cố định: máy cái, thiết bị, mô tơ, thùng (bể chứa), đường ống dẫn kể cả phụ kiện, gối tựa, lớp ngăn cách, băng tải, băng truyền, các máy nâng cố định

kể cả dây cáp và thiết bị đều khiển chúng, cũng như trọng lượng các chất lỏng và chất rắn trong thiết bị suốt quá trình sử dụng

- Áp lực hơi, chất lỏng, chất rời trong các bể chứa và đường ống dẫn, áp lực dư và sự giảm áp của không khí sinh ra khi thông gió các hầm lò và các nơi khác;

- Tải trọng tác dụng lên sàn do vật liệu chứa và bệ thiết bị trong các kho, kho lạnh, kho chứa vật liệu hạt, kho sách, kho lưu trữ và các gian phòng tương tự;

- Tác dụng nhiệt công nghệ do các trang thiết bị đặt cố định;

- Trọng lượng của lớp nước trên mái cách nhiệt bằng nước;

- Trọng lượng của các lớp bụi sản xuất bám vào kết cấu, nếu như không có các biện pháp thích hợp loại trừ được sự tích tụ của chúng;

- Các tải trọng do người, động vật, trang thiết bị tác dụng lên sàn nhà ở, nhà công công và nhà nông nghiệp với các giá trị tiêu chuẩn được giảm bớt đi phần ngắn hạn được quy định trong tiêu chuẩn thiết kế (TCVN 2737 : 1995);

- Các tải trọng thẳng đứng do cầu trục hoặc cẩu treo với giá trị tiêu chuẩn được giảm xuống được xác định bằng cách nhân giá trị tiêu chuẩn toàn phần của tải trọng thẳng đứng do một cầu trục trong một nhịp của một nhà với hệ số được quy định trong tiêu chuẩn thiết kế (TCVN 2737 : 1995 cho giá trị của hệ số : 0,5 - đối với cầu trục có chế độ

- Các tác động gây bởi sự thay đổi của độ ẩm, co ngót và từ biến của vật liệu

 Các tải trọng sau đây được xếp vào loại tải trọng tạm thời ngắn hạn:

- Các tải trọng do trang thiết bị sinh ra trong các giai đoạn khởi động, đóng máy, chuyển tiếp và thử máy, cũng như khi thay đổi vị trí hoặc thay thế thiết bị:

- Trọng lượng của người, vật liệu sửa chữa, phụ kiện dụng cụ và đồ gá lắp trong phạm vi phục vụ và sửa chữa thiết bị;

- Các tải trọng do người, động vật, trang thiết bị lên sàn nhà ở, nhà công cộng và nhà nông nghiệp với toàn bộ giá trị tiêu chuẩn, ngoài các tải trọng nêu trong а, b, d của phần tải trọng tạm thời dài hạn;

- Tải trọng do thiết bị nâng chuyển di động (cầu trục, cẩu treo, palăng đến, máy bốc xếp );

- Tải trọng sinh ra khi chế tạo, vận chuyển và xây lắp các kết cấu xây dựng, khi lắp ráp và vận chuyển các thiết bị kể cả tải trọng gay ra do trọng lượng của các thành phần và vật liệu chất kho tạm thời (không kể các tải trọng ở các vị t6rí được chọn trước dành làm kho hay để bảo quản vật liệu), tải trọng tạm thời do đất đắp;

có ảnh hưởng của việc khai thác mỏ và có hiện tượng caxtơ

3.2.3 Tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán

Các đặc trưng cơ bản của tải trọng nêu trong tiêu chuẩn TCVN 2737 : 1995 là các giá trị tiêu chuẩn Đối với các tải trọng do người, động vật, trang thiết bị trên các sàn của nhà ở, nhà công cộng và nhà nông nghiệp; do các cầu trục và cẩu treo được thiết lập hai giá trị tiêu chuẩn: giá trị toàn phần và giá trị được giảm (được đưa vào tính toán khi cần thiết phải kể đến ảnh hưởng của các tải trọng lâu dài, khi kiểm tra mỏi và trong các trường hợp khác không nêu trong các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu và nền)

- Khi tính toán chịu mỏi - lấy bằng 1

- Khi tính toán theo biến dạng - lấy bằng 1, nếu tiêu chuẩn thiết kế kết cấu và nền không qui định các giá trị khác

- Khi tính theo các loại trạng thái giới hạn khác - lấy theo các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu

Đối với các tải trọng có hai giá trị tiêu chuẩn, thì các giá trị tính toán tương ứng được xác định với cùng một hệ số độ tin cậy về tải trọng (đối với trạng thái giới hạn được xét tới)

3.3 TẢI TRỌNG THƯỜNG XUYÊN

Các hệ số độ tin cậy về tải trọng f đối với trọng lượng của các kết cấu xây dựng có giá trị như sau:

- Kết cấu thép : f 1, 05

- Kết cấu bê tông (có khối lượng thể tích lớn hơn 1600kg/m3), bê tông cốt thép, gạch đá, gạch đá có cốt thép, gỗ: f 1,1

31

- Kết cấu bê tông (có khối lượng thể tích không lớn hơn 1600kg/m3), các lớp ngăn cách, các lớp trát và hoàn thiện (tấm, vỏ, các vật liệu cuộn, lớp phủ, lớp vữa lót, các vật liệu tương tự ) tuỳ theo đều kiện sản xuất:

- Chất tải kín sàn bằng tải trọng đã chọn;

- Chất tải từng phần bất lợi lên sàn khi tính kết cấu và nền móng nhạy với sơ đồ chất tải đó;

- Không có tải trọng tạm thời tác dụng lên sàn

Khi chất tải từng phần bất lợi, thì tải trọng tổng cộng trên sàn nhà nhiều tầng không được vượt quá tải trọng khi chất tải kín sàn được xác định có kể đến hệ số n tính theo công thức (2.3) và (2.4)

3.4.2 Tải trọng do thiết bị và vật liệu chất kho

Tải trọng do trang thiết bị (kể cả các đường ống dẫn, phương tiện vận chuyển), vật liệu và sản phẩm chất kho được xác định theo nhiệm vụ thiết kế trên cơ sở các giải pháp công nghệ, trong

đó phải xét đến:

- Các sơ đồ bố trí thiết bị có thể có; vị trí các chỗ chứa và cất giữ tạm thời vật liệu, sản phẩm, số lượng và vị trí các phương tiện vận chuyển trên mỗi sàn Trên sơ đồ cần ghi rõ kích thước chiếm chỗ của thiết bị và phương tiện vận chuyển; kích thước các kho chứa

32

vật liệu; sự di động có thể của các thiết bị trong quá trình sử dụng hoặc sự sắp xếp lại mặt bằng và các đều kiện đặt tải khác (kích thước mỗi thiết bị, khoảng cách giữa chúng)

- Các giá trị tải trọng tiêu chuẩn của tải trọng và các hệ số độ tin cậy về tải trọng lấy theo các chỉ dẫn của tiêu chuẩn Với các loại máy có tải trọng động thì giá trị tiêu chuẩn của lực quán tính, hệ số độ tin cậy về tải trọng của lực quán tính và các đặc trưng cần thiết khác được lấy theo yêu cầu của các tài liệu tiêu chuẩn dùng để xác định tải trọng động Khi thay thế các tải trọng thực tế trên sàn bằng các tải trọng phân bố đều tương đương, thì các tải trọng tương đương này cần được xác định bằng tính toán riêng rẽ cho từng cấu kiện (bản sàn, dầm phụ, dầm chính, cột, móng) Các giá trị được chọn của tải trọng tương đương phải đảm bảo sao cho khả năng chịu lực và độ cứng của các cấu kiện giống như khi tải trọng thực tế tác dụng Giá trị tiêu chuẩn toàn phần của tải trọng phân bố đều tương đương nhỏ nhất cho nhà công nghiệp và nhà kho lấy như sau: đối với bản sàn và dầm phụ không nhỏ hơn 3,0 kPa (300 daN/m2); đối với các dầm chính, cột và móng không nhỏ hơn 2,0 kPa (200 daN/m2)

Cho phép kể đến sự tăng tải trọng trong tương lai do trang thiết bị và các vật liệu chất kho khi

có cơ sở kinh tế - kỹ thuật

Giá trị tiêu chuẩn của trọng lượng trang thiết bị (kể cả ống dẫn) được xác định theo các tiêu chuẩn và catalô, còn đối với các thiết bị phi tiêu chuẩn thì xác định theo số liệu của lí lịch máy hay bản vẽ thi công

Trong thành phần của tải trọng do trọng lượng trang thiết bị gồm cả trọng lượng bản thân của thiết bị hay máy móc (kể cả động cơ điện (dây dẫn), thiết bị gá lắp cố định, vữa chèn và bệ đỡ bằng bê tông); trọng lượng lớp ngăn cách; trọng lượng các vật liệu chèn trong các thiết bị có thể có khi sử dụng; trọng lượng các chi tiết gia công nặng nhất; trọng lượng hàng hóa vận chuyển theo sức nâng danh nghĩa…

Tải trọng do trang thiết bị tác dụng lên sàn tầng và sàn trên nền đất phải được căn cứ vào đều kiện xếp đặt và khả năng di chuyển chúng trong quá trình sử dụng Khi đó, cần dự tính các biện pháp để tránh phải gia cố kết cấu chịu lực khi di chuyển trang thiết bị công nghệ lúc lắp đặt và sử dụng nhà

Khi tính toán các cấu kiện khác nhau, số lượng máy bốc xếp hoặc xe nâng hàng chạy bằng điện

có mặt đồng thời và sơ đồ bố trí trên sàn được lấy theo nhiệm vụ thiết kế trên cơ sở các giải pháp công nghệ

Tác động động lực của các tải trọng thẳng đứng do máy bốc xếp hay xe nâng hàng chạy bằng điện được phép kể tới bằng cách nhân tải các giá trị tiêu chuẩn của tải trọng tĩnh với hệ số động bằng 1,2

Hệ số độ tin cậy về tải trọng f đối với trọng lượng của trang thiết bị cho trong Bảng 3.1

33

Bảng 3.1: Hệ số độ tin cậy về tải trọng



f đối với trọng lượng của trang thiết bị



t

1 Trọng lượng thiết bị cố định

2 Trọng lượng lớp ngăn cách của thiết bị đặt cố định

3 Trọng lượng vật liệu chèn trong thiết bị (kể cả bể chứa và ống dẫn):

a) Các chất lỏng

b) Các chất huyền phù, chất cặn và chất rời

4 Trọng lượng máy bốc dỡ và xe nâng hàng chạy bằng điện

5 Trọng lượng các vật liệu có khả năng hút ẩm , ngấm nước (bông, vải,

sợi, mút xốp, thực phẩm, …)

1,05 1,2

1,0 1,1 1,2 1,3

3.4.3 Tải trọng phân bố đều trên sàn

Các giá trị tiêu chuẩn của tải trọng tạm thời phân bố đều trên các bản sàn tầng, cầu thang và sàn trên nền đất cho trong Bảng 3.2

Bảng 3.2: Tải trọng tiêu chuẩn phân bố đều trên sàn và cầu thang

Loại phòng Loại nhà và công trình Tải trọng tiêu chuẩn

(daN/m 2 )

Toàn phần Phần dài hạn

b) Nhà ở kiểu căn hộ, nhà trẻ, mẫu giáo, trường học nội trú, nhà nghỉ, nhà hưu trí, nhà điều dưỡng…

200 150

70 30

2 Phòng ăn, phòng khách, buồng vệ

sinh, phòng tắm, phòng bida

a) Nhà ở kiểu căn hộ b) Nhà trẻ, mẫu giáo, trường học, nhà nghỉ, nhà hưu trí, nhà điều dưỡng, khách sạn, bệnh viện, trại giam, nhà máy

150 200

30 70

b) Nhà trẻ, mẫu giáo, trường học, nhà nghỉ, nhà hưu trí, nhà điều dưỡng, khách sạn, bệnh viện, trại giam, nhà máy

150 300

130 100

4 Văn phòng, phòng thí nghiệm Trụ sở cơ quan, trường học, bệnh viện, ngân hàng,

cơ sở nghiên cứu khoa học

5 Phòng nồi hơi, phòng động cơ và

quạt… kể cả khối lượng máy

Nhà cao tầng, cơ quan, trường học, nhà nghỉ, nhà hưu trí, nhà điều dưỡng, khách sạn, bệnh viện, trại giam, cơ sở nghiên cứu khoa học

b) Không đặt giá sách

400 200

140 70

b) Triển lãm, trưng bày, cửa hàng

300 400

100 140

a) Kho sách lưu trữ (sách hoặc tài liệu xếp dày đặc)

b) Kho sách ở các thư viện c) Kho giấy

d) Kho lạnh

480/1m

240/1m 400/1m 500/1m

480/1m

240/1m 400/1m 500/1m

- -

-14 Ban công và lôgia a) Tải trọng phân bố đều từng dải trên diện tích

rộng 0,8m dọc theo lan can, ban công, lôgia b) Tải trọng phân bố đều trên toàn bộ diện tích ban công, lôgia được xét đến nếu tác dụng của nó bất lợi hơn khi lấy theo mục a

400

200

140

70

15 Sảnh, phòng giải lao, cầu thang,

hành lang thông với các phòng

a) Phòng ngủ, văn phòng, phòng thí nghiệm, phòng bếp, phòng giặt, phòng vệ sinh, phòng kĩ thuật.

b) Phòng đọc, nhà hàng, phòng hội họp, khiêu vũ, phòng đợi, phòng khán giả, phòng hòa nhạc, phòng thể thao, kho, ban công, lôgia

18 Mái bằng có sử dụng a) Phần mái có thể tập trung đông người (đi ra từ

các phòng sản xuất, giảng đường, các phòng lớn) b) Phần mái dùng để nghỉ ngơi

c) Các phần khác

400

150 50

140

50 -

19 Mái bằng không sử dụng a) Mái ngói, mái fibrô xi măng, mái tôn và các

mái tương tự, trần vôi rơm, trần bê tông đổ tại chỗ không có người đi lại, chỉ có người đi lại sửa chữa, chưa kể các thiết bị điện nước, thông hơi nếu có.

b) Mái bằng, mái dốc bằng bê tông cốt thép, máng nước mái hắt, trần bê tông lắp ghép không có người đi lại, chỉ có người đi lại sửa chữa, chưa kể các thiết bị điện nước, thông hơi nếu có

30

75

-35

con, xe khách và xe tải nhẹ có tổng khối lượng ≤ 2500kg

Chú thích:

1) Tải trọng nêu ở mục 13 được kể trên diện tích không đặt thiết bị và vật liệu;

2) Tải trọng nêu ở mục 14 dùng để tính các kết cấu chịu lực của ban công, lôgia Khi tính các kết cấu tường, cột, móng đỡ ban công, lôgia thì tải trọng trên ban công, lôgia lấy bằng tải trọng các phòng chính kề ngay đó và được giảm theo các chỉ dẫn của mục 4.3.5;

3) Mái hắt hoặc máng nước làm việc kiểu công xôn được tính với tải trọng tập trung thẳng đứng đặt ở mép ngoài Giá trị tiêu chuẩn của tải trọng tập trung lấy bằng 75 daN trên một mét dài dọc tường Đối với những mái hắt hoặc máng nước có chiều dài dọc tường dưới 1 mét vẫn lấy một tải trọng tập trung bằng 75 daN Hệ số độ tin cậy đối với tải trọng tập trung này bằng 1,3 Sau khi tính theo tải trọng tập trung phải kiểm tra lại theo tải trọng phân bố đều Giá trị tiêu chuẩn của tải trọng phân bố đều lấy theo mục 19b;

4) Giá trị của phần tải trọng dài hạn đối với nhà và các phòng nêu ở mục 12, 13, 16, 17, 18c và 19 được xác định theo thiết

kế công nghệ;

5) Giá trị của tải trọng đối với trại chăn nuôi trong mục 17 cần xác định theo thiết kế công nghệ

Các giá trị của tải trọng tác dụng lên dầm chính và bản sàn do trọng lượng vách ngăn tạm thời phải lấy theo cấu tạo của chúng, vị trí và cách tựa lên sàn và tường

Khi tính toán dầm chính, dầm phụ, bản sàn, cũng như cột và móng chịu tải trọng do một sàn tầng truyền vào, các giá trị toàn phần của tải trọng tiêu chuẩn nêu trong Bảng 2.3 cần giảm xuống bằng cách: nhân với hệ số A1hoặc

A

AA

4,04

36

n

A n

5,05

Hệ số độ tin cậy về tải trọng đối với các tải trọng phân bố đều lấy bằng 1,3 khi tải trọng tiêu chuẩn nhỏ hơn 2,0 kPa; bằng 1,2 khi tải trọng tiêu chuẩn lớn hơn hoặc bằng 2,0 kPa

3.4.4 Tải trọng tập trung và tải trọng lên lan can

Các bộ phận chịu lực của sàn tầng, sàn mái, cầu thang, ban công (lôgia) cần được kiểm tra khả năng chịu tải trọng tập trung qui ước thẳng đứng đặt lên cấu kiện tại một vị trí bất lợi trên một diện tích hình vuông có cạnh không quá 10 cm (khi không có tải trọng tạm thời khác)

Các bộ phận được tính đến tải trọng cục bộ do thiết bị hoặc phương tiện vận tải có thể sinh ra trong quá trình xây dựng và sử dụng cho phép không phải kiểm tra chịu tải trọng tập trung nêu vừa nêu

Đối với các sàn thao tác, cầu nhỏ, các lối đi trên cao hoặc mái đua, chỉ để cho một và người đi lại, giá trị tiêu chuẩn của tải trọng theo phương ngang tập trung tác dụng lên bất kỳ chỗ nào theo chiều dài của tay vịn lan can và tường chắn mái lấy bằng 0,3 kN nếu nhiệm vụ thiết kế trên cơ sở các giải pháp công nghệ không đòi hỏi một tải trọng cao hơn

Hệ số độ tin cậy của các tải trọng này lấy giá trị f = 1,2

3.5 TẢI TRỌNG CẦU TRỤC VÀ CẨU TREO

Tải trọng do cầu trục và cẩu treo được xác định theo chế độ làm việc của chúng.Các giá trị tải trọng tiêu chuẩn toàn phần thẳng đứng truyền theo các bánh xe của cầu trục lên các dầm của đường cẩu và các số liệu cần thiết khác để tính toán lấy theo yêu cầu của tiêu chuẩn Nhà nước cho cầu trục và cẩu treo, còn với các loại cầu trục phi tiêu chuẩn thì lấy theo số liệu cho trong lí lịch máy của nhà máy chế tạo Ở đây, thuật ngữ đường cẩu được hiểu là hai dầm đỡ một cầu trục và tất cả các dầm đỡ một cẩu treo (hai dầm đối với cẩu treo một nhịp, ba dầm đối với cẩu treo hai nhịp…)

Giá trị tiêu chuẩn của tải trọng nằm ngang hướng dọc theo đường cầu trục và gây bởi lực hãm cầu trục của cầu trục điện phải lấy bằng 0,1 lần giá trị tiêu chuẩn toàn phần của tải trọng thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe hãm đang xét của cầu trục

37

Giá trị tiêu chuẩn của tải trọng nằm ngang vuông góc với đường cầu trục và gây bởi việc hãm

xe tời điện lấy như sau:

- Đối với cầu trục có móc mềm - bằng 0,05 tổng sức nâng danh nghĩa và trọng lượng của xe tời;

- Đối với cầu trục có móc cứng - bằng 0,1 tổng sức nâng danh nghĩa và trọng lượng của xe tời

Tải trọng này cần kể đến khi tính khung ngang của nhà và các dầm của đường cầu trục Khi đó, tải trọng này được phân đều cho tất cả các bánh xe của cầu trục trên một dầm cầu trục và có thể hướng vào trong hay ra ngoài nhịp đang tính

Giá trị tiêu chuẩn của tải trọng nằm ngang vuông góc với đường cầu trục và do cầu trục điện bị lệch và do đường cẩu không song song (lực xô) đối với từng bánh xe của cầu trục lấy bằng 0,1 tải trọng tiêu chuẩn thẳng đứng tác dụng lên bánh xe Tải trọng này chỉ cần thiết kể đến khi tính độ bền và ổn định của các dầm cầu trục và liên kết của chúng với các cột trong các nhà có cầu trục làm việc ở chế độ nặng và rất nặng Khi đó tải trọng truyền lên một dầm của đường cầu trục do tất cả các bánh xe ở cùng một phía của cầu trục và có thể hướng vào trong hay ra ngoài nhịp đang tính Tải trọng nêu ở 5.4 không cần kể đến đồng thời với lực xô

Các tải trọng ngang do hãm cầu trục và xe tời và lực xô được qui ước đặt ở vị trí tiếp xúc giữa bánh xe của cầu trục với đường ray

Giá trị tiêu chuẩn của tải trọng nằm ngang hướng dọc theo đường cầu trục và do va đập của cầu trục vào gối chắn ở cuối đường ray được xác định theo Phụ lục C Tải trọng này chỉ cần thiết kể đến khi tính các gối chắn và liên kết của chúng với đường cầu trục

Hệ số độ tin cậy về tải trọng đối với các tải trọng do cầu trục lấy bằng f = 1,1

Xác định tải trọng cầu trục để tính toán dầm cầu trục tuân theo các chỉ dẫn của TCVN 2737 :

1995 và các tài liệu kỹ thuật chuyên ngành

3.6 TẢI TRỌNG GIÓ

3.6.1 Khái quát chung

Tải trọng gió lên công trình gồm các thành phần: áp lực pháp tuyến We , lực ma sát Wf và áp lực pháp tuyến Wi Áp lực pháp tuyến We tác động lên mặt ngoài của công trình hoặc cấu kiện Lực ma sát Wf hướng theo tiếp tuyến với mặt ngoài và ứng với với diện tích hình chiếu bằng của nó (đối với các mái răng cưa, lượn sóng và các mái có cửa trời) hoặc với diện tích hình chiếu đứng của nó (đối với tường có lôgia và các kết cấu tương tự) Áp lực pháp tuyến Wi tác dụng vào bề mặt bên trong của nhà có tường bao che không kín, có lỗ cửa tự mở hoặc được mở thường xuyên

38

Tải trọng gió lên công trình cũng có thể quy về hai thành phần áp lực pháp tuyến Wx và Wy, được tính với mặt cản của công trình theo hướng các trục x và y Mặt cản của công trình là hình chiếu của công trình lên các mặt vuông góc với các trục tương ứng

Khi thiết kế công trình cao tầng có tỉ số kích thước thỏa mãn điều kiện h/d > 10, thì cần tiến hành tính toán kiểm tra thêm kích động xoáy (cộng hưởng gió); ở đây h - chiều cao công trình,

d - kích thước nhỏ nhất của tiết diện ngang tại mức 2/3h

Theo tiêu chuẩn TCVN 2737 : 1995, tải trọng gió gồm hai thành phần tĩnh và động Khi xác định áp lực bên trong Wi cũng như khi tính toán nhà nhiều tầng cao đến 40 m và nhà công nghiệp một tầng cao đến 36 m với tỷ số chiều cao trên nhịp nhỏ hơn 1,5, được xây dựng ở địa hình dạng A và B, thành phần động không cần xét đến

3.6.2 Thành phần tĩnh của tải trọng gió

Giá trị tiêu chuẩn của thành phần tĩnh của tải trọng gió:

trong đó:

W0 là giá trị của áp lực gió ứng với vận tốc gió, v0, được lấy trung bình trong khoảng thời gian 3 giây, bị vượt một lần trong 20 năm, tại độ cao 10 m so với mặt đất, tương ứng với địa hình dạng B, tính bằng mét trên giây;

k(z) là hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao z ;

Bản đồ phân vùng gió trên lãnh thổ Việt Nam được cho trong phụ lục E của TCVN 2737 :

1995 (hình 3.2) Phân vùng áp lực gió theo địa danh hành chính được đưa trong phụ lục F của TCVN 2737 : 1995