Sáng tác kiến trúc là một ngành khoa học kỹ thuật kết hợp với nghệ thuật, bởi vậy khi nghiên cứu đế’ cấu trúc nên hình khối, dáng dấp của công trình ngoài việc tạo ra các bộ phận chiu lực, bộ phận bao che và các bộ phận chi tiết khác thì đồng thờiphải quan tâm đến vấn đề thẩm mỹ, tỷ lệ hình khối của vật thể kiến trúc.
Cấu tạo kiến trúc luôn gắn liền với thẩm mỹ và nghệ thuật tạo hình kiến trúc. Nếu xét về mặt nghệ thuật tạo hình và sư tồn tại bền vững của vật thể thì một ngôi nhà (một công trình kiến trúc) cũng như bất kỳ một vật thể nào khác trong tự nhiên được mọc đứng hay dựng đứng (ví dụ cái cây, đồ đạc, cơ thể con người v.v…) đều có chung một quy luật là: cấu trúc gồm 3 bộ phận chính gắn kết tạo nên, đó là các bộ phận sau:
+ Phần đế: là phần dưới cùng, là bộ phận nâng đỡ và chịu tải:
Ví dụ:
- Rễ (cây)
- Chân (người)
- Bệ kê (đồ vậl)
- Móng nhà (nhà cửa)
+ Phần thân: là phần giữa, là bộ phận chủ yếu toát lên nội dung chính:
Ví dụ:
- Thân cây và các cành lá (cây)
- Thân người (người)
- Thân tủ, thân lọ (đồ vật)
- Thân nhà (các tầng nhà)
+ Phần đỉnh: là phần trên cùng, là bộ phận kết thúc theo chiều cao;
Ví dụ:
- Ngọn (cây)
- Đầu người (người)
- Nóc tủ. miệng lọ (đồ đạc)
- Nóc nhà, mái nhà (nhà cửa)
Mỗi phần đều có những đặc điểm, cách thức tổ chức khác nhau, đặc trưng khác nhau đẽ’ dễ dàng nhận biết và phàn biệt, đó là quy luật tự nhiên rất phong phú trong thế giới của chúng ta.
Tùy từng trường hợp cụ thể mà tỷ lệ 3 phần có khác nhau, song thông thường thì phần thân chiếm tỷ lệ lớn nhất. Sự phối hợp 3 bộ phận chính này với các tỷ lệ khác nhau sẽ tạo nên các hiệu quả về thẩm mỹ khác nhau.
Phân loại các bộ phận chính của công trình kiến trúc từ dưới lẻn như sau:
– Phần đế:
+ Móng và các bộ phân liên quan.
– Phần thân:
+ Tường + khung (dầm, cột) + sàn và các bộ phận liên quan
+ Cửa đi, cửa sổ
+ Cầu thang
– Phần đỉnh:
+ Mái và các bộ phận liên quan.
Các bộ phận cấu tạo chính của nhà
* Các yếu tô ảnh hưởng đến giải pháp cấu tạo kiến trúc
a. Ảnh hưởng của thiên nhiên
Do các đặc điểm địa chất, địa hình, khí hậu như:
- Tinh hình địa chất công trình (Sức chịu tải trọng của đất, nước ngầm, độ lún, mức đồng đều của cấu tạo đất v.v…).
- Địa hình: bằng phẳng hay dốc nghiêng.
- Tinh hình động đất, lũ lụt, bão giỏng.
- Chế độ mưa nắng và gió hàng năm.
- Nhiệt độ không khí lúc cao nhất, thấp nhất và trung bình.
- Mức xâm thực hóa – sinh của môi trường.
Các ảnh hưởng cùa môi trường đối với cấu tạo kiến trúc 1) Bức xạ mặt trời; 2) Khí hậu thời tiết; 3) Nước ngầm ; 4) Động đất; 5) Côn trùng; 6) Tải trọng: 7) Chấn động; 8) Cháy nổ: 9) Tiếng ổn.
b. Ánh hưởng do con người và xã hội:
- Tải trọng tĩnh (trọng lượng bản thân công trình).
- Tải trọng động (trọng lượng do con người và đồ đạc thiết bị).
- Các loại ô nhiễm môi trường đô thị (chấn động, ồn, bụi…)-
- Khả năng cháy nổ.
- Phong tục tập quán của địa phương…
1. Các bộ phận chịu lực chính của công trình
1.1. Móng nhà
Là chân đế của ngồi nhà để tiếp đất, là bộ phận dưới cùng để đỡ tường và cột chịu lực của ngôi nhà, nhận toàn bộ tải trọng của ngôi nhà (truyền xuống qua tường và cột) rồi truyền xuống nền đất.
Móng nhà nằm sâu dưới mặt đất, tuỳ theo tải trọng của công trình và địa chất mà móng sẽ có kích thước, hình dạng khác nhau và độ sâu khác nhau.
Lớp đất chịu tải trọng do móng nén xuống gọi là nền móng.
1.2. Cột trụ
Thường là kết cấu chịu lực chính, là bộ phận để gối đỡ các đầu dầm chịu lực, nhận tải trọng từ các bộ phận phía trên, truyền lực nén thẳng đứng xuống móng.
Ngoài ra trụ và cột còn phải chịu lực uốn ngang do tải trọng của gió sinh ra.
1.3. Tường
Tường là bộ phận bao che cho nhà khỏi bị ảnh hưởng của thời tiết và môi trường ngoài nhà và để ngăn cách không gian, đóng vai trò quan trọng về hình thức kiến trúc của ngôi nhà.
Tường có thể là kết cấu chịu lực hoặc có thể là không chịu lực.
a. Tường chịu lực
Là tường đỡ dầm, sàn phía trên và nhận tải trọng truyền thẳng đứng xuống móng (Tường chịu lực dày tối thiểu > 220, thông thường là xây bằng gạch đặc, mác 75, dày 220; 330; 450…).
Cũng như cột, tường chịu lực cũng phải chịu tải trọng ngang của gió. Bởi vậy khi thiết kế tường chịu lực, thường phải cấu kết tường ngang với tường dọc, hoặc tường với dầm, khung vuông góc để chống lực ngang (lực xô).
b. Tường không chịu lực
Là loại tường không chịu bất cứ một tải trọng nào khác ngoài tải trọng của bản thân nó (loại tường này không đỡ các kết cấu chịu lực, chỉ có ý nghĩa ngăn cách không gian).
Thường xây bằng gạch rỗng (nhẹ) dầy 110; 220.
c. Các hộ phận cấu tạo liên quan đến tường: bệ tường, giằng tường, lanh tô, ô văng, sênô, mái đua, tường chắn mái, trụ tường, gờ phào chỉ, hốc tường v.v…
* Bệ tường:
Là phần tường thềm nhà, nằm ở dưới chân tường ngoài sát đất, giống như một nấc vành đai phán biệt với các tường trên.
– Thường xây hơi nhô ra hay hơi thụt vào một ít.
– Bệ tường thường xuyên bị ảnh hưởng của độ ẩm, nước ngầm, lực va chạm, nước mưa cho nên thường được cấu tạo bàng vật liệu kiên cố (gạch già, đá, bê tông, hay được
ốp phủ bằng vật liệu bền cứng).
– Về mật thẩm mỹ kiến trúc, bệ tường còn có tác dụng làm cho ngôi nhà có vẻ vững bền hay nhẹ nhõm thanh thoát.
– Thường cao bằng nền nhà và tuỳ theo tỷ lệ chiều cao nhà (Đối với nhà cao tầng, nhiều khi người ta thiết kế từ 1 đến 3 tầng dưới như một bệ tường cho toàn bộ ngôi nhà đế có được một tỷ lệ thích hợp cho ngôi nhà. Lúc đó vai trò của bệ tường là các tầng đặc, hoặc là rồng ơ phía dưới).
* Giằng tường
– Có nhiệm vụ liên kết các loại tường ngang và dọc lại thành một kết cáu không gian vững chắc, đảm bảo ổn định bản thân tường và độ cứng chung của nhà.
– Là hệ thống đai BTCT dầy > 7 cm nằm lẩn trong các tường (chịu lực chính và tường chu vi).
– Thường ở độ cao sát với dưới mép sàn hoặc ngang với mép trên cửa sổ, cửa đi (vị trí lanh tô).
– Giằng tường thường gặp trong nhà xây gạch hay nhà lắp ghép block.
* Lanh tô:
– Là bộ phận dầm nhỏ nằm trên cửa, dùng để đỡ khối tường nằm phía trên lỗ cứa
– Lanh tô có thể bằng gạch, BTCT, bằng thép định hình hay có thể bằng gỗ (hiện nay chủ yếu người ta làm lanh tô bằng BTCT).
– Đối với các cửa rộng (> 1,5 m) thì cẩn phải làm lanh tô BTCT.
– Lanh tô BTCT có ưu điểm là dễ làm, tăng tốc độ thi công nhanh, tiết kiệm vật liệu và đảm bảo độ bển vững lâu dài.
* Ô văng:
– Là bộ phận mái che nhỏ phía trên cửa sổ, cửa đi để che nắng và che mưa hắt vào cứa, vào phòng.
– Ô văng có thể là BTCT hoặc khung gỗ lợp ngói.
– Để tiết kiệm vật liệu, thi công nhanh và tăng độ bền vững người la thường kết hợp giằng tường với lanh tô và ô vãng.
* Mái sảnh, mái hiên:
– Là bộ phận mái che cho các lối vào nhà hay các hiên chơi, hiên nghỉ.
– Mái sảnh, mái hiên có thể là BTCT; lợp ngói; mái kính khung thép; mái tôn v.v…
– Mái sảnh, mãi hiện rộng lớn hơn ô vàng nên kết cấu thường phải có dám consin BTCT, hoặc bán kèo bằng thép, gỗ.
Nếu rộng nhiều thì có thể làm cột dầm, khung hay khung thép có dây treo.
* Mái đua (mái hắt giọt gianh):
– Là phần gờ tường nhỏ ra hay phần mái nhỏ ra khỏi mặt tường ở phía trên cùng của nhà, che cho tường không bị nước mưa chảy xuống mặt tường làm ẩm mốc tường. – Cũng như bệ tường, mái đua còn có tác dụng mỹ quan kiến trúc, tạo nên một diềm mái, làm phần chuyển tiếp giữa mái và tường.
– Mái dua có thể là xây gờ chỉ nhỏ ra, mái ngói, mái tôn hay mái bằng BTCT (trường hợp mái hắt BTCT có thể kết hợp dùng làm sênô thoát nước).
* Tường chắn mái:
– Là phần tường xây cao hơn điểm mái để che sống mái và bảo vệ cho người khi đi lại trên mái.
– Đối với các công trình kiến trúc hiện đại, đôi khi tường chắn mái đóng vai trò quan trọng trong thẩm mỹ kiến trúc, nó có thể là bức tường xây cao, tạo các lỗ cửa trang trí và một không gian ước lệ cho tầng mái, với hình thức kiến trúc đa dạng để làm điểm nhấn kết thúc chiều cao công trình.
1. 4. Dầm va khung
a) Dầm
– Là một thanh ngang chịu lực, hai dầu gối lên tưởng hoặc cột và truyền tải trọng từ sàn hoặc mái xuống qua đầu đám xuống tưởng hay cột đó.
Dầm, cột, tường chịu lực
– Dâm là bộ phận kết cấu chịu lực có thể bố trí theo chiều ngang hay dọc nhà và có thể thay thế cho các tưởng chịu lực khi muốn chốn tường để mở rộng không gian buồng phòng.
– Dám thường để đỡ các tấm sàn, mái và tường ngăn phía trên.
– Vật liệu cấu tạo dám có thể là BTCT, thép hình, gỗ
Có 2 loại dám chính và dám phụ, dám phụ thường gối lên dám chính để chia nhỏ kích thước tấm sàn hoặc dám phụ vuông góc với hai đầu dầm chính để làm giảng (dám cấu tạo).
Dầm chính và dầm phụ
b) Khung
Dầm liên kết với cột tạo thành hệ kết cấu khung (liên kết có thể là ngàm cứng thì gọi là khung cứng, nếu là liên kết khớp (mềm) thì gọi là khung khớp).
Khung
Nếu các khung của nhà đặt theo một chiều song song với nhau thì gọi là khung phẳng.
Nếu khung được thiết kế cả lại chiều vuông góc và liên kết với nhau cùng chịu lực thì gọi là khung không gian.
1.5. Sàn
– Là bộ phận kết cấu ngăn không gian trong nhà theo chiều đứng thành các tầng nhà, đồng thời chịu tải trọng của bản thân kết cấu và các hoạt tải chất lên trên mặt sàn như: người, đồ đạc, thiết bị, máy móc…
Sàn còn đóng vai trò lớn trong việc bảo đảm độ cứng không gian cho nhà.
Sàn gối lèn tường hay dầm, cột (sàn nấm).
Đối với các công trình hiện đại kết cấu sàn thường làm bằng vật liệu BTCT hay thép.
Đối với nhà kết cấu gỗ hoặc nhà nhỏ có thể làm sàn gỗ hay vòm gạch, sàn sang gạch.
2. Các bộ phận khác của công trình
2.1. Nền
Là bộ phận cấu tạo nằm tiếp giáp với nền đất thiên nhiên, trên cùng tạo bề mặt cứng phẳng, chịu lực để sử dụng đi lại, kê đồ đạc (có nền ở tầng1 và nền ở tầng hầm), thường chịu ảnh hưởng độ ẩm của nền đất thiên nhiên.
2.2. Mái nhà
– Là bộ phận cấu tạo ở trên cùng của nhà, làm nhiệm vụ bao che cho nhà khỏi bị ảnh hưởng của nắng mưa, nhiệt độ và các ảnh hưởng khác của thời tiết, khí hậu nói chung.
Cấu tạo mái gồm 2 bộ phận chính:
Một là bộ phận kết cấu chịu lực để đỡ tấm lợp mái như: vì kèo, dầm, dàn, vòm…
Hai là bộ phận tấm lợp mái bằng các vật liệu không thấm nước như; ngói, tấm fibrô xi măng, tôn lượn sóng, giấy dầu, lớp bê tông chống thấm, vải nilon (plastic), vải bạt, giấy kim loại dán v.v…
Mái có độ dốc để thoát nước mưa cho nhanh. Khi có độ dốc i < 5% gọi là mái bằng. Khi mái có độ dốc i > 5% gọi là mái dốc.
Mái thường có bộ phận máng nước (còn gọi hứng nước mưa và dẫn đến các ống thu nước (ống là sênô) chạy xung quanh diềm mái để hứng nước mưa và dẫn đến các ống thu nước (ống máng).
Mái đóng vai trò quan trọng đối với thẩm mỹ kiến trúc của ngôi nhà, là bộ phận kết thúc của ngôi nhà về chiều cao (nóc nhà). Bởi vậy, mái thường chiếm một tỷ lệ về kích thước so với toàn nhà, một hình thức đặc biệt để kết thúc chiều đứng ngôi nhà.
2.3. Cầu thang
Là bộ phận giao thông theo chiều đứng liên hệ giữa các tầng. Đó là những mật sàn hay lối đi nghiêng có bậc hay không có bậc (dốc trượt).
Cầu thang phải có lan can tay vịn để đảm bảo an toàn khi sử dụng.
Đối với các công trình hiện đại, thường cầu thang bằng BTCT hay thép hình.
Đối với các nhà nhỏ có thể làm bằng gỗ hoặc xây gạch cuốn v.v…
Thang có thể thiết kế trong buồng kín (gọi là buồng thang) hoặc có thể thiết kế lộ thiên (thang hở).
Các bộ phận chính của thang gồm: thân thang (vế thang) nầm nghiêng trên bậc thang, chiếu nghỉ, chiếu tới, lan can tay vịn.
2.4. Cửa
Cửa sổ: Là bộ phận lấy ánh sáng và thông gió cho phòng đồng thời đóng vai trò quan trọng đối với thẩm mỹ kiến trúc.
Cửa đi: Là bộ phận đế liên hệ giao thông giữa các phòng, các không gian trong nhà với nhau và giữa bên trong với bên ngoài nhà, đồng thời cũng có thể tham gia thông gió và bổ sung ánh sáng cho phòng.
3. Các dạng chịu lực của công trình
3.1. Kết cấu tường chịu lực
– Là kết cấu mà mọi tải trọng của nhà (lực thảng đứng, lực ngang cùa gió…) đều truyền vào tường và qua đó truyền xuống móng.
– Độ cứng không gian của kết cấu này do những liên kết giữa tường và sàn bảo đảm (không bị xiên đổ, vẹo vọ, không bị biến dạng khi chịu lực v.v…).
Dạng kết cấu tường chịu lực
– Độ ổn định; là độ bền lâu trong thời gian và không bị dịch chuyển (là khả năng giữ nguyên trạng thái hình học trong thời gian và không gian) phụ thuộc nhiều vào chính bản thân độ cứng của từng bộ phận cấu kiện, tỷ lệ kích thước giữa hai phương chịu lực và cách liên kết mối nối nằm trong khả năng biến dạng cho phép.
Phụ thuộc vào độ ổn định của bản thân tường, độ cứng của sàn và độ cứng của các mối liên kết.
– Loại kết cấu này thường chỉ áp dụng cho nhà dân dụng có khẩu độ nhỏ và vừa < 15m , số tầng ít < 5 tầng, không chịu động đất lớn.
– Tường chịu lực có các loại:
+ Tường ngang chịu lực.
+ Tường dọc chịu lực.
+ Tường ngang + tường dọc cùng chịu lực.
Chú ý: Kết cấu tường chịu lực không chỉ áp dụng cho tường xây bằng gạch mà còn cả tường bê tông, BTCT và có thể cấu tạo toàn khối hoặc lắp ghép (tấm panen) các tấm tường cỡ nhỏ hoặc lớn (block).
3.2. Kết cấu khung chịu lực
Là kết cấu mà tất cả các loại tải trọng thẳng đứng và ngang đều truyền qua dầm xuống cột rồi truyền xuống móng.
Cấu tạo của hệ kết cấu khung bao gồm: các dầm, giằng và cột liên kết với nhau thành một hệ khung không gian vững cứng (vật liệu có thể là BTCT, thép, gỗ v.v…).
Liên kết giữa dầm và cột có thể là liên kết khớp hoặc liên kết cứng, thường là liên kết cứng (bê tông đúc tại chỗ, thép hàn cứng hoặc khác với liên kết khớp).
Các dạng khung: a) Khung không hoàn toàn; b) Khung hoàn toàn
Có thể thiết kế kết cấu khung hoàn toàn (tức là toàn bộ phần chịu lực của ngôi nhà đều do hộ khung đảm nhiệm, tường chỉ là bao che ngăn cách, không chịu lực) hoặc thiết kế kết cấu khung không hoàn toàn (tức là trong một ngôi nhà có thể thiết kế kết cấu khung chịu lực kết hợp với tường chịu lực).
Đối với nhà kết cấu khung hoàn toàn, tường chịu lực nén nên thường người ta sử dụng các loại gạch nhẹ, tấm tường lắp ghép bằng vật liệu nhẹ để giảm bớt trọng lượng của ngôi nhà.
Hệ kết cấu khung thường áp dụng cho các công trình có khẩu độ không gian tương đói lớn, rộng, các công trình phải chịu tải động hay tải trọng tĩnh lớn, các công trình có nhiều không gian lớn nhỏ, linh hoạt và cho các công trình cao tầng.
3.3. Kết cấu hỗn hợp khung và tường chịu lực
Để tiết kiệm giá thành xây dựng thì tuỳ theo từng vị trí, bộ phận của công trình, người ta có thể thiết kế là tường chịu lực hay khung chịu lực kết hợp nhau.
Kết cấu hỗn hợp khung và tường chịu lực cũng chỉ áp dụng cho các công trình 5 tầng.
3.4. Kết cấu không gian lớn
Thường áp dụng cho các công trình đòi hỏi không gian sử dụng rộng lớn, khẩu độ vượt lớn, nên gọi là kết cấu không gian lớn.
Khác với các hệ thống kết cấu chịu lực nói trên, hệ kết cấu không gian lớn làm việc theo nhiều hướng, nhiều chiều khác nhau.
Nhà kết cấu không gian lớn
4. Nhận dạng và phân loại công trình kiến trúc theo cấu tạo
4.1. Phân loại cấu tạo kiến trúc theo chiều cao nhà
– Loại nhà thấp tầng (từ 1 đến 2 tầng).
– Loại nhà nhiều tầng (từ 3 đến 6 tầng).
– Loại nhà cao tầng (từ 7 đến 40 tầng).
+ Cao tầng loại I: 7 ÷ 15 tầng (ở Châu Âu, Mỹ, Nhật quy định là 9 ÷ 15 tầng).
+ Cao tầng loại II: 16 ÷ 25 tầng.
+ Cao tầng loại III: 26 ÷ 40 tầng.
– Loại nhà siêu cao tầng (≥ 40 tầng).
4.2. Phân loại cấu tạo theo biện pháp thi còng
– Đổ bê tông toàn khối (đổ bê tông tại chỗ).
– Nhà lắp ghép.
– Nhà hỗn hợp lắp ghép và đổ lại chỗ.
4.3. Phán loại cấu tạo theo vật liệu xáy dựng
– Kết cấu gạch đá.
– Kết cấu bê tông cốt thép.
– Kết cấu thép.
– Kết cấu hỗn hợp.
4.4. Phân loại cấu tạo theo thế loại công trình
a. Nhà dân dụng:
– Nhà ở, khách sạn.
– Công trình công cộng: trụ sở văn phòng, công trình văn hoá, thương mại, phúc lợi xã hội (bệnh viện…).
b. Nhà công nghiệp:
Nhà sản xuất, chế biến, kho tàng, bến cảng, nhà máy sửa chữa, chuồng trại chăn nuôi v.v…
