Các bộ phận kết cấu chịu lực chính của ngôi nhà
Nhà là do các cấu kiện thẳng đứng, các bộ phận nằm ngang, phương tiện giao thông và các bộ phận khác tổ hợp thành kết cấu chịu lực cho ngôi nhà
- Các cấu kiện thẳng đứng gồm: móng, tường, cột, cửa.
- Các bộ phận nằm ngang gồm: nền, sàn, mái (trong đó có hệ dầm hoặc dàn).
- Các phương tiện giao thông như hành lang, cầu thang.
- Các bộ phận khác như ban công, lôgia, ô văng, mái hắt, máng nước, sênô…
Căn cứ vào tác dụng có thể phân thành các bộ phận kết cấu chịu lực ngôi nhà như sau
Móng
Móng là cấu kiện ở dưới đất, nó chịu toàn bộ tải trọng nhà và truyền tải trọng này xuống nền. Do đó ngoài yêu cầu ổn định và bền chắc, móng còn phải có khả năng chống thấm, chống ẩm và chống ăn mòn.
Tường và cột
Tác dụng chủ yếu của tường là để phân nhà thành các phòng, ngoài ra còn là kết cấu bao che và chịu được lực của nhà. Tường và cột chịu tải trọng của sàn gác và mái, do đó yêu cầu phải có độ cứng lớn, cường độ cao, bền chắc và ổn định. Tường ngoài phải có khả năng chống được ảnh hưởng động của thiên nhiên như mưa, nắng, gió, bão; chống được nhiệt bức xạ của mặt trời và có khả năng cách, âm cánh nhiệt nhất định.
Cửa sổ, cửa đi
Tác dụng của cửa sổ là để thông gió và lấy ánh sáng hoặc ngăn che. Cửa đi ngoài tác dụng giao thông và ngăn cách, cũng có khi có một tác dụng nhất định lấy ánh sáng và thông gió. Do đó diện tích cửa lớn hay cửa nhỏ và hình dáng của cửa phải thoả mãn các yêu cầu trên. Thiết kế cấu tạo cần chú ý phòng mưa, gió, lau chùi thuận tiện. Trong một số công trình, cửa còn phải yêu cầu cách âm, cách nhiệt và có khả năng phòng hoả cao.
Sàn gác
Sàn gác được cấu tạo bởi dầm và bản sàn chịu tải trọng của người, đồ vật và các trang thiết bị sử dụng. Sàn gác tựa lên tường hay cột thông qua dầm. Sàn gác phải có độ cứng kiên cố bền lâu và cách âm. Mặt sàn phải có khả năng chống mài mòn, không sinh ra bụi, dễ làm vệ sinh và hệ số hút bụi nhiệt nhỏ.
Ngoài ra có một số nơi yêu cầu sàn phải có khả năng chống thấm và phòng hoả tốt.
Cầu thang
Cầu thang là phương tiện giao thông theo chiều thẳng đứng. Cầu thang có kết cấu chịu lực bằng bản hoặc bản dầm. Yêu cầu cấu tạo phải bền vững và khả năng phòng hoả cao, đi lại dễ dàng, thoải mái và an toàn.
Mái
Là bộ phận nằm ngang hoặc được đặt nghiêng theo chiều nước chảy. Được cấu tạo bởi hệ dầm, dàn, bản hoặc các tấm lợp. Mái vừa là bộ phận chịu lực, đồng thời là kết cấu bao che gối tựa lên tường hoặc cột thông qua dầm, dàn. Do đó yêu cầu kết cấu của mái phải đảm bảo được bền lâu, không thấm nước, thoát nước nhanh và cách nhiệt tốt.
Các bộ phận khác
Ban công, lôgia, ô văng, máng nước, bếp lò, ống khói, toa khói, gờ phào chỉ, bể nước ngầm, bể nước mái, bể phốt… tuỳ theo vị trí đều phải có những yêu cầu và tác dụng thích đáng.
Hệ thống kết cấu chịu lực của ngôi nhà dân dụng
Đặc điểm của nhà dân dụng, trừ loại nhà công cộng có không gian lớn như hội trường, rạp hát, nhà ăn v.v…, còn các nhà khác thì không gian tương đối nhỏ, chiều rộng của gian nhà từ 3-6m; bề dầy của nhà từ 12-15m, thường từ 8-9m, nhà không cao lắm. Do đó thường dùng tường chịu lực là chủ yếu. Khi nhà cao trên 5 tầng hoặc ở nhưng nơi đất yếu thường dùng khung bêtông cốt thép.
Hệ thống kết cấu chịu lực của nhà dân dụng thường có mấy loại:
- Hệ thống kết cấu tường chịu lực.
- Hệ thống kết cấu khung chịu lực.
- Hệ thống kết cấu không gian.
Hệ thống kết cấu tường chịu lực
Hệ thống chịu lực chính của nhà là tường, xây bằng gạch hoặc bằng đá, cũng có khi làm tường đúc bằng bêtông cốt thép nếu là lắp ghép.
Bề dày tối thiểu của tường là 200mm và dùng loại gạch có khả năng chịu nén lớn hơn 50kg/cm2.
Phạm vi ứng dụng cho các nhà có số tầng ≤ 5 tầng, B≤ 4m, L≤6m
Để tăng cường khả năng chịu lực của tường gạch khi tường quá dài thì cần có bổ trụ hoặc sườn đứng bằng BTCT cách khoảng <= 3m, khi tường quá cao thì phải bố trí giằng BTCT cách khoảng <= 2,7m.
Tường ngang chịu lực
Dùng tường ngang ngăn cách các phòng làm tường chịu toàn bộ tải trọng của sàn và mái. Trong các nhà có mái dốc thường dùng tường thu hồi làm kết cấu chịu lực chính; cũng có khi dùng hình thức sàn bản dầm, sàn gác panen, mái bằng hoặc mái vỏ mỏng. Còn tường dọc là tường tự mang, do đó bề dầy của tường chủ yếu do yêu cầu về cách nhiệt quyết định, có thể làm tương đối mỏng, thông thường là tường một gạch (220) (hình 06).
Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản, ít dầm, sàn gác nhịp nhỏ, tốn ít bêtông và thép nên giá thành rẻ.
- Tường ngăn giữa các phòng tương đối dầy nên cách âm tốt.
- Độ cứng ngang của nhà lớn.
- Cửa sổ có thể có kích thước lớn.
- Cấu tạo lôgia dễ dàng.
Nhược điểm:
- Tường ngang dầy và nhiều nên tốn vật liệu, chiếm nhiều diện tích và tăng tải trọng của móng.
- Khả năng chịu lực của tường dọc chưa được tận dụng.
- Bố trí không gian của các phòng không được linh hoạt, các phòng thường phải bằng nhau, nếu khác nhau phải làm nhiều loại panen.
Loại tường ngang chịu lực thích hợp với điều kiện khí hậu nóng, gió bão nhiều và trình độ lắp ghép còn thấp. Thường áp dụng với các nhà nhỏ, ít tầng và các bước gian nhỏ hơn 4000.
Tường dọc chịu lực
Kết cấu chịu lực của nhà là tường dọc. Mái có thể dùng hình thức bán vì kèo hoặc thanh kèo nếu là mái dốc.
Để đảm bảo độ cứng ngang nhà, cách một khoảng nhất định phải có tường ngang dầy là tường ổn định; thường lợi dụng tường cầu thang làm tường ổn định (hình 07).
Ưu điểm:
- Tận dụng được khả năng chịu lực của tường ngoài.
- Diện tích tường ngang nhỏ, tiết kiệm được vật liệu và diện tích.
- Bố trí mặt bằng tương đối linh hoạt, không bị hạn chế bởi panen.
Nhược điểm:
- Tường ngăn giữa các phòng tương đối mỏng, khả năng cách âm kém.
- Cửa sổ mở bị hạn chế.
- Nếu là mái dốc thì dùng gỗ tương đối nhiều.
- Nếu là mái bằng thì tốn nhiều ximăng và thép.
Loại kết cấu tường dọc chịu lực thường áp dụng nhiều với nhà hành lang giữa.
Tường ngang và tường dọc chịu lực
Mỗi tầng đều lấy tường ngang và tường dọc chịu lực. Sàn gác thường chịu lực theo hai phương. Có khi còn dùng hình thức phân tầng chịu lực. Loại này thường dùng cho nhà hành lang bên.
Hệ thống kết cấu khung chịu lực
Khung chịu lực không hoàn toàn (khung khuyết)
Trong các ngôi nhà, có bước gian tương đối rộng hay mặt bằng phân chia không gian không theo một quy cách nhất định, hệ thống kết cấu của nhà có thể làm hình thức khung không hoàn toàn để chia sàn và mái. Ngoài việc lợi dụng tường ngoài để chịu lực có thể dùng tường trong hoặc cột làm kết cấu chịu lực. Hình thức này mặt bằng bố trí tương đối linh hoạt, nhưng dùng nhiều bêtông và thép hơn so với tường chịu lực, liên kết giữa tường và dầm phức tạp. ở những nơi đất yếu dễ sinh ra hiện tượng tường và cột lún không đều, ảnh hưởng đến chất lượng công trình (hình 08).
Khung chịu lực hoàn toàn (khung trọn)
Kết cấu chịu lực của nhà là dầm và cột, tường chỉ là kết cấu bao che, do đó tường có thể dùng vật liệu nhẹ, ổn định chủ yếu của nhà dựa vào khung.
Vật liệu làm khung thường làm bêtông cốt thép và thép hoặc bằng gỗ. Hình thức kết cấu này (trừ khung gỗ) ít dùng trong các nhà dân dụng bình thường vì tốn nhiều ximăng và thép, do đó chỉ nên dùng đối với nhà ở cao tầng hoặc nhà công cộng (hình 09).
Hệ thống kết cấu không gian
Trong các nhà dân dụng có yêu cầu không gian lớn như rạp hát; rạp xiếc; nhà ăn; nhà thể thao có mái… ngoài các phương án kết cấu đã nêu trên ra; cũng có thể áp dụng quy luật; và nguyên tắc tạo hình cấu trúc của các sinh thực vật theo phỏng sinh học kiến trúc như:
- Sườn không gian ba chiều: phỏng theo cấu trúc của đầu khớp xương động vật.
- Hình thức mặt xếp: phỏng theo cấu trúc của lá buông, lá dừa.
- Hình thức vỏ mỏng: phỏng theo cấu trúc vỏ trứng, vỏ sò, sọ động vật.
- Hình thức kết cấu dây căng: phỏng theo cấu trúc của mạng nhện.
Hệ thống kết cấu chịu lực không gian thi công và cấu tạo phức tạp. Tóm lại, chọn các sơ đồ chịu lực của nhà dân dụng. Ngoài việc chú ý đến phương diện chịu lực, dễ dàng thi công và kinh tế. Về phương diện cấu tạo cần chú ý tường; và mái phải có khả năng cách nhiệt và giữ nhiệt nhất định. Sàn gác và vách ngăn có khả năng cách âm cao. Hình thức cấu tạo đơn giản, các cấu kiện và vật liệu dùng rộng rãi; trọng lượng các cấu kiện không lớn quá, hợp với điều kiện thi công.