Bố trí hệ chịu lực của nhà khung là việc bố trí hệ thống cột, lõi, vách, tường chịu lực, đầm chính, dầm phụ để tạo ra hệ chịu lực không gian, đảm bảo sự chịu lực và ổn định của toàn nhà.
Bố trí hệ chịu lực là công việc của người chủ nhiệm kết cấu công trình, kết hợp với người chủ trì kiến trúc và thực hiện ngay từ giai đoạn lập dự án của công.
Thực tế, bài toán thiết kế sẽ là bài toán lặp thử kích thước nhiều lần để đạt được kích thước phù hợp, hiệu quả, kinh tế nhất. Với kỹ sư có kinh nghiệm, họ sẽ đưa được kích thước hợp lý với lần lặp ít.
Tuy nhiên, với kỹ sư ít kinh nghiệm chưa biết để kích thước cấu kiện như thế nào, có thể sử dụng tạm công thức tính sơ bộ để đưa ra được 1 kích thước ban đầu, rồi điều chỉnh.
1. Kích thước dầm
Chiều cao dầm tính theo công thức kinh nghiệm
H = kL / m
trong đó:
L – nhịp dầm;
m – hệ số, m = 8 – 15;
k – hệ số tải trọng, k = 1,0 – 1,3.
Trị số h chọn theo các trị số phù hợp với kích thước ván khuôn: 200; 220; 250; 280; 300; 350; 400; 450; 500; 550; 600; 650; 700 mm…
Bể rộng dầm sơ bộ b = (0.3 – 0.5)h và phù hợp với kích thước ván khuôn.
Khi xây dựng công trình thuần khung ít tầng (5 – 9 tầng), ít nhịp ở những vùng gió lớn thì mômen do gió ở các dầm tầng dưới rất lớn, lúc đó nên chú ý dùng hệ số k lớn. Các dầm tầng trên mômen do gió nhỏ hơn có thể giảm tiết diện dầm, đặc biệt khi sử dụng mái nhẹ thì nên chọn dầm mái nhỏ hơn.
Các dầm nhỏ của khung, ví dụ dầm hành lang, do sự truyền mômen từ dầm lớn bên cạnh sang và do tải trọng gió gây mômen lớn nên chiều cao dầm không nên xác định theo các công thức trên mà nên chọn kích thước lớn hơn.
2. Kích thước cột
Cột chịu nén do tải trọng đứng và chịu mômen, chủ yếu do tải trọng ngang. Nếu nhà bố trí hệ lõi, vách, tường chịu phần lớn tải trọng gió thì cột chịu nén gần với trạng thái đúng tâm. Vì vậy, thường chọn sơ bộ kích thước các cột theo trị số lực dọc ước định.
Diện tích tiết diện cột A xác định sơ bộ như sau:
A = kN / Rb
trong đó:
N – lực dọc trong cột do tải trọng đứng, xác định đơn giản bằng cách tính tổng tải trọng đứng tác dụng lên phạm vi truyền tải vào cột
k – hệ số, kể đến ảnh hưởng của mô men, lấy từ 1,0 đến 1,5.
Sau khi có diện tích tiết diện, chọn kích thước b, h theo các trị số phù hợp với ván khuôn: 200; 220; 250; 280; 300; 360; 400; 450; 500 mm…
3. Kích thước sàn
Chiều cao sàn xác định sơ bộ như sau:
h = kL1 / (37+8α)
trong đó:
α = L1 / L2
L1 – kích thước cạnh ngắn tính toán của bản;
L2 – kích thước cạnh dài tính toán của bản;
k – hệ số tăng chiều dày khi tải trọng lớn.
Hệ số k được xác định như sau:
Gọi q0 là tải trọng tính toán phân bố, bao gồm hoạt tải sử dụng, phần tĩnh tải cấu tạo sàn, các tường ngăn… (không kể trọng lượng của chiều dày sàn).
k = 1 khi q0 <= 400 (daN/m2);
k = (q0 / 400)1/3 khi q0 > 400 (daN/m2);
Với các công thức chọn chiều dày sàn như trên, trong nhà có nhiều loại bản kích thước khác nhau, tải trọng khác nhau sẽ cho nhiều loại chiều dày bản. Để thuận tiện cho thi công, nên cân nhắc để giảm thiểu số lượng các loại chiều dày bản.
Bạn có thể tải file tính lựa chọn sơ bộ tiết diện cấu kiện bê tông cốt thép dưới đây để có thể tính sơ bộ kích thước các cấu kiện trên.