Hình 1.4.2 Các dạng nhà kết cấu khung chịu lực a) Khungnhà nhiều tầng ; b) Khung ngang chịu lực. c) Khung dọc chịu lực: d) Khung dọc và khung ngang cùng chịu lực.[r]
(1)CHƯƠNG1: CÁC BỘ PHẬN CẤU TẠO VÀ HỆKẾT CẤU CHỊU LỰC CƠ BẢN NHÀ DÂN DỤNG 1.1 Ý NGHĨA MÔN HỌC:
Cấu tạo kiến trúc nhà dân dụng môn học nghiên cứu nguyên tắc lý luận để thiết kế, chế tạo bộphận nhà nhằm thoả mãn hai mục tiêu sau:
•Tao vỏbọc bao che cho cơng sửdụng bên bên ngồi ngơi nhà
•Xác định hệ kết cấu chịu lực tương ứng với vỏbọc nêu
Mơn học cịn có chức giới thiệu cấu tạo thông dụng thường dùng, đồng thời hướng cải tiến, thay
đổi cấu tạo theo phát triển khoa học kỹthuật đổi hình thức kiến trúc 1.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN GIẢI PHÁP CẤU TẠO KIẾN TRÚC:
Sáng tạo kiến trúc người mong muốn tạo môi trường sống tốt so với môi trường tựnhiên Có nghĩa khai thác mặt có lợi hạn chế mặt bất lợi môi trường tự nhiên thân người tác động đến môi trường sống mà họsáng tạo
Những mặt bất lợi có thểqui thành hai loại:
•Doảnh hưởng thiên nhiên
•Doảnh hưởng trực tiếp người 1.2.1Ảnh hưởng thiên nhiên
Trong thiên nhiên cơng trình ln chịuảnh hưởng điều kiện khí hậu tự nhiên, lực trọng trường, động đất, bão từ, loại côn trùng Mức độ ảnh hưởng lớn hay nhỏtuỳtheo vịtrí địa lý khu vực xây dựng cơng trình.Ảnh
hưởng bất lợi điều kiện khí hậu tự nhiên gồm:
•Chế độbức xạcủa mặt trời: quỹ đạo,cường độbức xạmặt trời
•Chế độgió (tần xuất xuất hiện, tốc độgió,hướng gió )
•Chế độ mưa, tuyết
•Chế độthủy văn, ngập lụt
(2)Hình 1.2 Các ảnh hưởng đến giải pháp cấu tạo kiến trúc
• Ảnh hưởng thiên nhiên: 1- Bức xạ mặt trời ; 2- Khí hậu thời tiết; 3- Nước ngầm; 4- Động đất; 5- Cơn trùng • Ảnh hưởng người: - Trọng lượng; - Chấn động; 8- Cháy nổ; 8- Tiếng ồn.
• Địa chất cơng trình (sức chịu tải đất, nước ngầm, độ lún, mức đồng cấu tạo lớp đất, ổn định đất )
• Mức xâm thực hóa - sinh môi trường
(3)1.2.2Ảnh hưởng của người.
Khi xây dựng cơng trình người tạo phận, cấu kiện thiết bị sử dụng Rõ ràng bộphận cấu kiện phải có khối lượng định
Khối lượng tải trọng thân tạo ngoại lực tác động bất lợi cho cơng trình Trong kết cấu cơng trình người ta gọi tải trọng thường xuyên Tải trọng thân thường bao gồm phận nhà cửa, dụng cụ gia đình thiết bị văn phịng
Trong q trình sử dụng hoạt động lại người, máy móc sinh loại chấn động Trong kết cấu cơng trình gọi tải trọng tức thời tác nhân phải nghiên cứu thiết kếkết cấu cấu tạo nhà Mặt khác hỏa hoạn trực tiếp ảnh hưởng đến an tồn tính mạng người cịn làm nhà cửa bị thiêu rụi, phá hoại Vì vậyở nơi dểsinh lửa bếp,ống khói, sân khấu nhà hát cần có biện pháp cấu tạo đểphịng cháy Ngồi nơi phát sinh tiếng ồn: Tiếng ô tơ, tiếng máy bay, loa phóng có ảnh hưởng đến việc sử
dụng người nên cần phải cấu tạo cách âm 1.3 CÁC BỘPHẬN CẤU TẠO CHÍNH CỦA NHÀ.
Nhà phận khác tổ hợp theo nguyên tắc định tạo thành Xét theo trình thi công
đi từphần ngầm đến phần thân cuối mái nhà gồm bộphận sau: 1.3.1 Móng nhà
Móng phận kết cấu nhà nằm sâu đất, chịu toàn tải trọng nhà truyền tải trọng xuống móng Nền nhà bộphận ngăn cách nhà với mặt đất tự nhiên, nhô cao khỏi mặt đất từ 50mm –
3000mm phụthuộc vào tính chất cơng trình qui định cao độqui hoạch khu vực xây dựng cụthể 1.3.2Tường cột
Tường cột làm bộphận chịu lực theo phương thẳng đứng truyền trực tiếp tải trọng xuống móng
Ngồi tường kết cấu bao che làm nhiệm vụphân chia không gian mặt phẳng ngang bao che nhà Yêu cầu:
Độ cứng lớn, cường độ cao, bền ổn định Tường không chịu lực tải trọng gọi tường tự mang Tường ngồi phải có khả chống tác dụng thiên nhiên mưa, gió, bão, xạ mặt trời có khả
(4)(5)1.3.3 Sàn, gác
Sàn bộphận kiến trúc chia khơng gian nhà thành tầng, sàn cịn phận kết cấu chịu lực theo phương ngang Sàn tựa lên tường hay cột thông qua hệ thống dầm
1.3.4 Cầu thang
Cầu thang phận giao thông theo chiều thẳng đứng, nối liền khơng gian khơng cao độ Cầu thang cịn
được xem bộphận kết cấu làm việc theo phương ngang 1.3.5 Mái
Mái phần bên nhà Mái nhà vừa phận chịu lực đồng thời kết cấu bao che bảo vệ cho bộphận bên
Yêu cầu: Kết cấu mái bền lâu, khơng thấm nước, nước nhanh cách nhiệt cao, có độ cứng lớn, cách âm, có khả chống thấm
1.3.6 Cửa đi, cửa sổ
Cửa dùng để liên hệgiữa phòng, ngăn cách bên bên nhà, bảo vệ an ninh cho ngơi nhà Cửa sổcó tác dụng lấy ánh sáng thơng gió cho phịng Hệthống cửa cịn có tác dụng trang trí cho ngơi nhà
u cầu: cách âm, cách nhiệt, có khả phịng hoả
1.4 CÁC HỆKẾT CẤU CHỊU LỰC CƠ BẢN CỦA NHÀ DÂN DỤNG Hệthống kết cấu chịu lực nhà dân dụng thường có loại:
•Kết cấu tường chịu lực
•Kết cấu khung chịu lực
•Kết cấu khơng gian chịu lực 1.4.1 Kết cấu tường xây chịu lực
Khái niệm hệ tường xây chịu lực toàn bộtải trọng trước truyền xuống móng nhà phải thơng qua kết cấu
tường Vật liệu chế tạo tường thường gạch đất sét nung thay vật liệu khác có tính chất tốt Bềdày tối thiểu tường 200mm dùng loại gạch có khả chịu nén lớn hơn50kg/cm2
Phạm viứng dụng cho nhà có sốtầng≤5 tầng, B≤4m, L≤6m
(6)Có loại tường xây chịu lực sau đây: 1.4.1.1Tường ngang chịu lực
Khi tường chịu lực bốtrí theo phương ngang nhà có kết cấu tường ngang chịu lực Các tường
ngang ngăn cách phịng chịu tồn tải trọng từ phận khác truyền vào sau đưa xuống kết cấu móng Lúc tường dọc chỉcịn chức bao che
Loai kết cấu thường áp dụng cho nhà có phịng đồng chiều rộng bước gian B ≤ 4,m Loại có ưu, khuyết điểm sau:
Ưu điểm :
• Độcứng ngang nhà lớn Kết cấu đơn giản, dầm, sàn gác nhịp nhỏ
•Trong nhà có mái dốc tường ngang thường dùng tường thu hồi làm kết cấu chịu lực
• Tường ngăn phòng tương đối dày nên cách âm tốt
• Vì tường dọc bao che chịu tải trọng thân nên cửa sổ mở lớn giúp thơng gió, chiếu sáng tự
nhiên tốt, cấu tạo ban công, lô gia dễ dàng Nhược điểm:
•Bốtrí khơng gian phịng bị đơn điệu,khơng linh hoạt, phịng thường bốtrí
• Tường ngang chịu lực dày nhiều, tốn vật liệu làm tường móng, trọng lượng nhà lớn
•Khả chịu lực tường dọc chưa tận dụng 1.4.1.2Tường dọc chịu lực
Khi tường chịu lực bốtrí theo phương dọc nhà có kết cấu tường dọc chịu lực
Để đảm bảo độ cứng ngang nhà, cách khoảng định phải có bổ trụ bố trí tường ngang dày
tườngổn định, thường tận dụng tường cầu thang làm tườngổn định Ưu điểm:
•Tiết kiệm vật liệu diện tích xây dựng tường móng
•Bốtrí mặt kiến trúc linh hoạt
(7)Hình 1.4.1 Kết cấu tường chịu lực Khuyết điểm:
• Tường ngăn phịng tương đối mỏng Khả cách âm
• Khơng tận dụng tường ngang làm tường thu hồi, thay vào phải dùng kèo, bán kèo hay dầm nghiêng
• Do tường dọc chịu lực nên cửa sổmở hạn chế dẫn đến việc thơng gió chiếu sáng
(8)1.4.1.3 Kết hợp tường ngang tường dọc chịu lực
Khi bố trí tường chịu lực theo hai phương nhà có loại kết cấu kết hợp tường ngang dọc chịu lực Giải pháp cho phép bố trí phịng linh hoạt, tạo độ cứng tổng thể nhà lớn song cịn lãng phí tường móng khơng gian Phía đầu gió thường giải theo sơ đồ tường ngang chịu lực, phía cuối gió bố trí tường dọc chịu lực
1.4.2 Kết cấu khung chịu lực:
Là loại kết cấu chịu lực tất loại tải trọng ngang đứng truyền qua dầm xuống cột Các dầm giằng cột thường loại liên kết cứng, kết cấu khung có độ cứng không gian lớn, ổn định chịu lực chấn động tường chịu lực Ngồi cịn có số ưu điểm khác tiết kiệm vật liệu, trọng lượng nhà nhỏ, hình thức kiến trúc nhẹ nhàng, bốtrí phịng linh hoạt, thi cơng phức tạp giá thành khung lớn Vật liệu chế tạo khung BTCT, Thép, Áp dụng cho nhà ởcao tầng, nhà cơng cộng cơng nghiệp tầng
1.4.2.1 Khung chịu lực khơng hồn tồn (khung khuyết)
Trong ngơi nhà, có bước gian tương đối rộng hay mặt phân chia không gian không theo quy cách
định, hệ thống kết cấu nhà làm hình thức khung khơng hoàn toàn để chia sàn mái Ngoài việc lợi dụng
tường ngồi để chịu lực dùng tường cột làm kết cấu chịu lực Hình thức mặt bốtrí tương đối linh hoạt liên kết tường dầm phức tạp, tường cột lún không đềuở nơi đất yếu, ảnh hưởng đến chất lượng cơng trình tầng Khung khớp hay dùng nhà xây đất khơng đồng có độ lún không
Kết cấu khung ngang chịu lực:
Đó loại khung mà dầm nằm khung ngang nhà.Đặc điểm sơ đồnày có độcứng chung lớn áp dụng hợp lý cho nhà khung nhiều tầng Sơ đồkhung ngang hay dùng cho trường hợp cần cấu tạo hành lang hay lô gia kiểu cônson (do dầm mút thừa đỡ)
Nhịp hay độcủa khung ngang thông thường 6-9m cho nhà dân dụng, bước khung 3,6-6m cho nhà bê tông cốt thép phổ biến Tuỳ theo tính chất mối liên kết dầm với cột cột với móng mà người ta phân biệt khung cứng khung khớp
(9)Kết cấu khung dọc chịu lực:
Đó loại khung mà dầm chạy dọc theo chiều dài nhà So với khung ngang độ cứng nhà có hơn, phưong ngang nhà Sơ đồ thích hợp với loại nhà có độ hẹp 6m Rất hay gặp nhà khung panen lắp ghép hai độvới lưới cột 6x6m (như truờng học bệnh viện ) với nhà tầng Để
bảo đảm độcứng ngang cho nhà thường phải làm thêm dầm phụhay lợi dụng sống đứng panen liên kết chặt chẽ
với dầm cột Ưu điểm sơ đồnày tốn vật liệu, dễcấu tạo ơvăng, ban cơng, dễbốtrí phịng linh hoạt, dễ đặt
đường ống xuyên qua sàn Thuộc loại khung dọc có khung cứng khung khớp, tuỳ theo đặc điểm mối liên kết dầm với cột cột với móng mà người ta phân biệt khung cứng khung khớp
1.4.2.2 Khung chịu lực hoàn toàn (khung trọn)
Kết cấu chịu lực nhà dầm cột,tường kết cấu bao che Do tường dùng vật liệu nhẹ, ổn định chủyếu nhà dựa vào khung
Vật liệu khung thường làm bêtông cốt thép, thép, gỗ Hình thức kết cấu (trừ khung gỗ) dùng nhà dân dụng bình thường tốn nhiều xi măng thép,do chỉnên dùng nhà công cộng nhàởcao tầng 1.4.3 Kết cấu không gian chịu lực
Áp dụng nhà có khơng gian tương đối rộng nhà cơng nghiệp, rạp hát, nhà thi đấu, bể bơi có mái Trong kết cấu khơng gian bộphận kết cấu chịu lực truyền lực cho phát huy điều kiện làm việc chung không gian ba chiều hổtrợ cho theo hai phương thẳng góc
Đặc điểm: Sự làm việc kết cấu hợp lý khoẻ, vượt độ lớn, hình thức kết cấu nhẹ nhàng, tốn vật liệu Nhưng thi công cấu tạo phức tạp Kết cấu ngang hệ kết cấu khơng gian cần độ cao khoảng 1/20-1/30 độ, (giảm 1/2-1/3 không gian kết cấu bình thường ) Gồm dạng kết cấu khơng gian sau:
•Vỏmóng
•Khung khơng gian hệ lưới khơng gian Kết cấu gấp nếp
•Kết cấu hổn hợp
•Kết cấu khí căng
•Vịm bán cầu
(10)Hình 1.4.2 Các dạng nhà kết cấu khung chịu lực a) Khungnhà nhiều tầng ; b) Khung ngang chịu lực
(11)(12)Hình 1.4.3 Kết cấu khơng gian chịu lực Kết cấu vòm bán cầu
(13)CHƯƠNG2: NỀN VÀ MĨNG 1. NỀN (gồm móng 2.1 nhà 2.1*)
2.1 NỀN CỦA MÓNG
2.1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VÀ YÊU CẦU VỀNỀN CỦA MÓNG
Nền móng lớp đất nằm móng chịu tồn phần lớn tải trọng cơng trình, phần lại gọi đất
2.1.2 PHÂN LOẠI VÀ TRƯỜNG HỢP ÁP DỤNG
Căn cứvào tìa liệu thăm dịđịa chất thử nghiệm tính tốn để xửlý móng, đất chia làm hai loại tự nhiên nhân tạo
2.1.2.1 Nền tựnhiên:
Loại đất có đủ khả chịu tồn tải trọng mà khơng cần có gia cố người, trực tiếp làm cơng trình kiến trúc gọi thiên nhiên Với loại đất việc thi công đơn giản nhanh hơn, giá thành hạ, chỉcần đào rảnh móng hốmóng phẳng hình thang dốc trải lớp cát đệm
dưới móng
Yêu cầu thiên nhiên:
Nền thiên nhiên cần đảm bảo u cầu sau:
•Có độ đông nhất, đẩm bảo lún giới hạn cho phép S = - 10cm
• Có đầy dủ khả chịu lực: Khả chịu lực thường biểu Kg/cm2 mà người ta gọi ứng suất tính tốn đất
•Khơng bị ảnh hưởng nước ngầm phá hoại (như tượng xâm thực vật liệu móng, tượng cát chảy…)
• Khơng có tượng đất trượt, đất sụt (như tượng Caxtơ ) đất nứt nẻ hay tượng đất không ổn
định khác
2.1.2.2 Nền nhân tạo:
Nền nhân tạo loại mà khả chịu tải yếu, không đủ tính ổn định tính kiên cố cần phải gia cốcủa người để nâng cao cường độ, ổn định đảm bảo yêu cầu chịu tải từ móng xuống Tuỳthuộc
(14)2.1* NỀN NHÀ
2.1*.1 KHÁI NIỆM CHUNG VÀ YÊU CẦU CỦA NỀN NHÀ
2.1*.1.1 Khái niệm: Là bộphận nằm chu vi móng nhơ cao khỏi mặt đất từ200 ÷ 1200, 3000 thay đổi tính chất cơng trình (tơn giáo, nhà nước,…) qui hoạch
2.1*.1.2 Yêu cầu: Nền nhà phải dảm bảo khả chịu lực, chống xâm thực môi trường, phá hoại trùng, dễlàm vệsinh trang trí đẹ…
2.1*.2 CẤU TẠO NỀN NHÀ 2.1*.2.1 Cấu tạo Nền nhà đặc 2.1*.2.2 Cấu tạo Nền nhà rỗng:
(15)(16)Mặt xây gạch đúc bê tông cốt thép:
Đối với rỗng xây gạch phần đổlớp bê tơng gạch vỡ dùng bật sắt đuôi cá đặt cách 100cm đểghìm chặt dầm xuống lát lớp gỗván sàn (nếu áo sàn cấu tạo gỗ)
Đối với đúc bê tông cốt thép cấu tạo tương tự cấu tạo sàn nhà đặt nghiêng Nếu không gian rỗng nhỏ, khơng thuận tiện cho việc lắp ván khn dùng tường để giảm ngắn nhịp sàn, với khoảng cách tường < = 2000mm đặt bê tông cốt thép gối tựa lên đầu tường
2.1*.3 NỀN NHÀ ĐẶC BIỆT - NỀN DỐC
Trong nhà công cộng hội truờng, giảng đường rạp chiếu bóng có yêu cầu đảm bảo cho khán giả nhìn rõ ảnh, bảng viết sân khấu, dố cần cấu tạo dốc Với độ dốc 1/10- 1/8 làm mặt dốc, dộ
dốc >1/8 làm dật bậc mặt cong dốc mặt cong theo hai chiều, để đơn giản cho việc thi công dùng mặt gãy
Nền dốc cấu tạo theo hai loại: Nền đặc rỗng
Nền đặc: Trường hợp bị lún khơng dể sinh vết nứt gãy diện tích tương đối lớn lại cấu theo mặt dốc dật bậc,do lớp bê tơng cần đủdày gia cốcốt thép Ngồi cần kể mạch phân thành nhỏvà chèn nhét bitum (nhựa đường) vào khe hởphân ô
Nền rỗng: Khi cao độmặt cao mặt đất tự nhiên >60cm nên cấu tạo dốc rỗng Tuỳtheo yêu cầu sử
dụng mà biện pháp cấu tạo rỗng chọn theo hai cách:
•Dùng tường khung chịu lực đểchịu đỡ sàn không sử dụng không gian dốc
(17)(18)2.2 MÓNG
2.2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VÀ YÊU CẦU
2.2.1.1 Khái niệm về Móng: Là bộ phận cấu tạo phần thấp cơng trình nằm ngầm mặt đất Thơng qua móng, tồn tải trọng cơng trình truyền xuống đất chịu tải Các phận móng gồm:Tường móng, gối móng, đếmóng lớp đệm chiều sâu chơn móng
2.2.1.2 u cầu: Phải kiên cố,ổn định,bền lâu kinh tế
Yêu cầu kiên cố: Địi hỏi móng thiết kế phải có kích thước phù hợp với yêu cầu chịu lực, bảo đảm vật liệu làm móng đất trạng thái làm việc bình thường
Yêu cầu ổn định: Địi hỏi móng sau xây dựng phải lún phạm vi độ lún cho phép, khơng có
tượng trượt gãy nứt
Yêu cầu về bền lâu: Địi hỏi móng phải bền vững suốt thời gian sử dụng Như móng phải có vật liệu móng, lớp bảo vệ móng độ sâu chơn móng phải có khả chống lại phá hoại nước ngầm, nước mặn tác hại xâm thực khác Nước ngầm thường thay đổi theo khí hậu thời tiết với nước lên xuống Do
đó đặt móng lên đất có vị trí nước ngầm thay đổi tương đối lớn, tốt đặt đáy móng độcao thấp mực nước ngầm
Hình 2.2 Các phận móng 2.2.2 Phân loại
2.2.2.1 Phân theo vật liệu:
•Móng cứng: Móng cấu tạo với vật liệu chịu lực nén đơn
móng gạch, móng khối đá hộc, móng bê tơng đá hộc, móng bê tơng Theo
(19)• Móng mềm: Móng cấu tạo với vật liệu chịu lực kéo, nén uốn Tải trọng tác động đỉnh móng thìở duới đáy nhiêu Móng mềm biến dạng gần nền, không làm nhiệm vụphân phối lại áp lực Móng bê tơng cốt thép loại móng vừa bị biến dạng nhiều lại vừa có khả phân bố lại áp lực
trên đất nền, có cường độcao, chống xâm thực tốt Cấu tạo theo yêu cầu tạo hình bất kỳ, tiết kiệm vật liệu, thi công nhanh dùng giải pháp thi công lắp ghép
2.2.2.2 Theo hình thức chịu lực:
•Móng chiu tải tâm: Là loại móng bảo đảm hướng truyền lực thẳng đứng từ xuống trung vào phần trung tâm đáy móng đáp ứng đựơc yêu cầu chịu lực tốt phân phối lực đáy móng
• Móng chịu tải lệch: Hợp lực tải trọng không qua trọng tâm mặt phẳng đáy móng, loại móng có kết cấu phức tạp Áp dụng móngởvịtrí đặc biệt ởkhe lún, nhà cũvà nhà
2.2.2.3 Theo hình dáng móng:
(20)Hình 2.2.2.3 Các dạng móng cột độc lập
• Móng cột (móng độc lập, móng đơn): Là loại móng riêng biệt chân cột( với nhà có kết cấu khung chịu lực) chân tường (với nhà có kết cấu tường chịu lực), chiu tải trọng tập trung Gối móng chế tạo theo khối trụ, tháp cụt, giật cấp, với vật liệu gạch, đá, bê tông bê tông cốt thép
Dùng móng trụcó thể giảm sức lao động, bớt việc đào đất tiết kiệm vật liệu so với dùng móng băng Hình dáng tuỳtheo vật liệu nhân tốkhác mà chọn.Thơng thường người ta móng trụcó đáy vng hình chữnhật
• Móng băng: Là loại móng chạy dài dọc
dưới chân tường tạo thành dãy dài liên kết chân cột, truyền tải trọng tương đối
đều thành dãy dài liên kết chân cột, truyền tải trọng tương đối dặn xuống
Chiều dài móng dài so với chiều rộng Mặt cắt loại móng thường có hình chữ nhật, hình hình giật cấp, loại móng thường dùng cho nhà dân dụng tầng có tải trọng khơng lớn đất có cường độ lớn Nếu nhà tầng có tải trọng khơng lớn đất có cường độ trung bình thơng dụng là loại móng có mặt cắt hình thang hình giật cấp
Loại móng băng với cột chơn sâu dùng lớp đất yếu dày nhà cần có cấu tạo tầng hầm