Tài liệu Cơ sở thiết kế công trình dân dụng và công nghiệp

MỤC LỤC Trang Giới thiệu môn học 1 Chương 1 : Mở đầu 2 1.1 Luật Xây dựng 2 1.2 Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật 3 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 1.5 Thiết kế kết cấu công trình 11 1.6 Bài tập 14 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 2.3 Thiết kế kết cấu theo trạng thái giới hạn 23 2.4 Độ an toàn của kết cấu 25 2.5 Bài tập 26 Chương 3 : Tải trọng và tác động trong thiết kế công trình DD&CN 27 3.1 Khái quát chung 27 3.2 Các khái niệm về tải trọng 27 3.3 Tải trọng thường xuyên 30 3.4 Tải trọng tạm thời lên sàn nhà và mái nhà 31 3.5 Tải trọng cầu trục và cẩu treo 36 3.6 Tải trọng gió 37 3.7 Tải trọng đặc biệt 50 3.8 Tổ hợp tải trọng 51 3.9 Bài tập 52 Chương 4 : Tính toán kết cấu 53 4.1 Khái quát chung về tính toán kết cấu 53 4.2 Trình tự thực hiện tính toán kết cấu 55 4.3 Mô hình tính toán kết cấu 59 4.4 Tính toán kết cấu theo mô hình tuyến tính 63 4.5 Tính toán kết cấu theo mô hình phi tuyến 74 i 4.6 Tính toán kết cấu có xét đến sự phân phối lại nội lực 78 4.7 Tính toán dẻo kết cấu 84 4.8 Bài tập 86 Chương 5 : Cơ sở thiết kế kết cấu BTCT theo trạng thái giới hạn 87 5.1 Tiêu chuẩn thiết kế 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 5.5 Bài tập 105 Chương 6 : Cơ sở thiết kế kết cấu thép theo trạng thái giới hạn 107 6.1 Tiêu chuẩn thiết kế 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 6.5 Bài tập 119 Chương 7 : Cơ sở thiết kế móng nông theo trạng thái giới hạn 120 7.1 Tiêu chuẩn thiết kế 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 7.5 Bài tập 137 Chương 8 : Cơ sở thiết kế móng cọc theo trạng thái giới hạn 138 8.1 Tiêu chuẩn thiết kế 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 8.4 Tính toán đài cọc 145 8.5 Quy trình thiết kế móng cọc theo trạng thái giới hạn 145 8.6 Bài tập 146 ii 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. 1 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. 2 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: 3  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: 4  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. 5  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 6  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 Đ iề u 6 Luậ t Xâ y d ựn g 201 4 quy đị n h về á p 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; 7  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 Lu ật X ây dự ng 201 4 ( đ iều 5 ) t hì c ông 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: 8 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:  Mất khả năng chịu lực;  Mất tính toàn vẹn;  Mất khả năng cách nhiệt. - Tuổi thọ công trình: Tuổi thọ là khả năng của công trình xây dựng đảm bảo các tính chất cơ lý và các tính chất khác được thiết lập trong thiết kế và đảm bảo điều kiện sử dụng bình thường trong suốt thời gian khai thác vận hành. 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. 9 - 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. 10 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 11 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: 12 - 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. 13 Nghĩa là khi có yêu cầu về thi công nhanh thì phải chọn dạng kết cấu và các chi tiết kết cấu có khả năng thi công nhanh (bao gồm cả phương án móng). - Phương án được chọn phù hợp với khả năng kỹ thuật thi công đang có hoặc sẽ có. Nói cách khác kết cấu mà ta thiết kế phải được phía thi công chấp thuận thực hiện. Như vậy khi thiết kế kết cấu phải luôn nghĩ đến biện pháp kỹ thuật thi công kết cấu 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. 14 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:     (2.1) Thông thường giá trị ứng suất cho phép được xác định:     c (2.2) k 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 15 Phương pháp thiết kế theo giai đoạn phá hoại là phương pháp thiết kế dựa trên nội lực phá hoại tại tiết diện và được diễn đạt theo điều kiện: F Fph (2.3) k Trong đó: F là nội lực tính toán ; Fgh là nội lực phác hoại ; k là hệ số an toàn . Ưu điểm của phương pháp thiết kế theo giai đoạn phá hoại là có xét đến đặc tính làm việc ngoài giới hạn đàn hồi của vật liệu. Hạn chế của phương pháp là hệ số an toàn mang tính kinh nghiệm, không phản ánh được quy luật phân bố của các đặc trưng của các vật liệu khác nhau trong kết cấu cũng như tải trọng. Ngoài độ bền, phương pháp này không xét được các đặc tính làm việc khác của kết cấu như chuyển vị, nứt… 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. 16 Phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn với những cải tiến, bổ sung này được gọi là phương pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn xác suất. Phương pháp trạng thái giới hạn được giới thiệu trong phần dưới đây phù hợp với hệ thống tiêu chuẩn thiết kế kết cấu hiện hành của Việt Nam. Một số nội dung có thể không phù hợp với các tiêu chuẩn nước ngoài. 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 17 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 18