HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN

KẾT CẤU KIẾN TRÚC & PHẦN MỀM HỖ TRỢ

I. GIỚI THIỆU VỀ TÍNH TOÁN KẾT CẤU TRONG KIẾN TRÚC

Trong thiết kế công trình, tính toán kết cấu là giai đoạn cốt lõi đảm bảo an toàn, ổn định, bền vững và tiết kiệm cho công trình. Một công trình đẹp đến đâu nhưng không vững chắc thì cũng không thể đi vào thi công hay đưa vào sử dụng.

Tính kết cấu là quá trình xác định kích thước, tiết diện, vật liệu và khả năng chịu lực của các cấu kiện như: móng, cột, dầm, sàn, mái, tường... nhằm đảm bảo công trình chịu được tải trọng tác động lên nó (tĩnh tải, hoạt tải, gió, động đất...).

II. CÁC PHẦN MỀM TÍNH TOÁN KẾT CẤU PHỔ BIẾN

Dưới đây là những phần mềm được các kỹ sư và kiến trúc sư thường dùng trong việc phân tích và thiết kế kết cấu:

1. SAP2000

• Chức năng: Phân tích kết cấu dạng khung, dầm, vòm, lưới không gian, nhà cao tầng, cầu.

• Cách sử dụng cơ bản:

  • Tạo mô hình bằng cách nhập hình học hoặc vẽ trực tiếp.

  • Khai báo vật liệu và tiết diện.

  • Gán liên kết, tải trọng.

  • Chạy phân tích và xuất nội lực.

• Ưu điểm:

  • Giao diện trực quan, dễ học.

  • Phân tích nhiều loại kết cấu khác nhau.

  • Hỗ trợ kết xuất mô hình 3D đẹp, dễ kiểm tra.

• Nhược điểm:

  • Không mạnh về thiết kế chi tiết thép.

  • Phân tích phi tuyến còn giới hạn.

2. ETABS

• Chức năng: Chuyên cho nhà cao tầng, phân tích kết cấu tòa nhà (sàn, dầm, cột, lõi cứng...).

• Cách sử dụng cơ bản:

  • Tạo mô hình 3D kết cấu tầng.

  • Gán vật liệu, tiết diện, tải trọng.

  • Chạy phân tích động đất, dao động riêng.

  • Xuất nội lực cho cột, dầm, sàn.

• Ưu điểm:

  • Tối ưu cho nhà nhiều tầng, lõi cứng, hệ khung chịu lực.

  • Dễ liên kết với AutoCAD, Revit.

• Nhược điểm:

  • Yêu cầu cấu hình máy mạnh.

  • Khó kiểm soát sai sót mô hình nếu không quen thao tác.

3. SAFE

• Chức năng: Chuyên thiết kế sàn, đài móng, móng bè.

• Cách sử dụng cơ bản:

  • Nhập bản vẽ mặt bằng sàn từ CAD.

  • Khai báo tải trọng, tiết diện.

  • Tính toán cốt thép sàn, móng.

• Ưu điểm:

  • Phân tích và thiết kế sàn toàn khối, sàn phẳng, móng.

  • Hỗ trợ tự động tính toán và xuất bản vẽ cốt thép.

• Nhược điểm:

  • Chỉ dùng cho kết cấu mặt bằng (không mô hình không gian).

4. STAAD.Pro

• Chức năng: Phân tích và thiết kế kết cấu nhà thép, khung không gian, cầu...

• Ưu điểm:

  • Hỗ trợ nhiều tiêu chuẩn quốc tế.

  • Mạnh trong kết cấu thép, mô hình phi tuyến.

• Nhược điểm:

  • Giao diện không trực quan như SAP.

  • Cần học kỹ cú pháp khi dùng lệnh tay.

5. TEKLA Structures

• Chức năng: Dựng mô hình chi tiết 3D kết cấu thép và bê tông, tạo bản vẽ shop drawing.

• Ưu điểm:

  • Mạnh về mô hình chi tiết cấu kiện thi công.

  • Xuất bản vẽ lắp dựng chính xác.

• Nhược điểm:

  • Không dùng để tính toán, chỉ hỗ trợ triển khai thi công.

  • Chi phí bản quyền cao.

III. CÁC BƯỚC SỬ DỤNG PHẦN MỀM TÍNH KẾT CẤU (TỔNG QUÁT)

1. Mô hình hóa công trình:

   • Xác định hệ kết cấu chịu lực.

   • Khai báo tiết diện, vật liệu.

2. Gán điều kiện biên và tải trọng:

   • Bao gồm tĩnh tải, hoạt tải, gió, động đất...

3. Phân tích nội lực:

   • Kiểm tra các biểu đồ nội lực (Momen, lực cắt, lực dọc).

4. Thiết kế tiết diện cấu kiện:

   • Dựa vào nội lực để chọn cốt thép phù hợp (trong bê tông) hoặc tiết diện thép (với kết cấu thép).

5. Kiểm tra ổn định và lún móng (nếu có):

   • Đặc biệt quan trọng với công trình cao tầng hoặc nền đất yếu.

6. Xuất bản vẽ và báo cáo:

   • In báo cáo nội lực, thiết kế cốt thép và triển khai bản vẽ chi tiết.

IV. CÁC QUY ĐỊNH VÀ ĐỊNH MỨC HIỆN HÀNH

1. Quy chuẩn và tiêu chuẩn thiết kế

• QCVN 06:2022/BXD – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn cháy cho nhà và công trình.

• TCVN 5574:2018 – Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép.

• TCVN 5575:2012 – Thiết kế kết cấu thép.

• TCVN 9386:2012 – Thiết kế nhà chống động đất.

• TCVN 2737:1995 – Tải trọng và tác động.

2. Định mức thiết kế và dự toán

• Thông tư 12/2021/TT-BXD – Hướng dẫn xác định và quản lý chi phí đầu tư xây dựng.

• Định mức khảo sát, thiết kế, thẩm tra (ĐM 1329/BXD-VP).

• Chi phí thiết kế kết cấu thường tính bằng tỷ lệ % chi phí xây dựng (trung bình 0.2% đến 0.5%).

V. LỜI KHUYÊN VÀ KẾT LUẬN

• Đối với người mới bắt đầu:

  • Nên làm quen với SAP2000, ETABS và SAFE vì có tài liệu tiếng Việt phong phú và dễ tiếp cận.

  • Nên học thêm các tiêu chuẩn TCVN để đảm bảo thiết kế tuân thủ quy định Việt Nam.

• Đối với người hành nghề chuyên nghiệp:

  • Kết hợp song song nhiều phần mềm để tối ưu (ETABS phân tích, Tekla triển khai, Excel kiểm tra tay...).

  • Luôn cập nhật quy chuẩn mới nhất từ Bộ Xây dựng.

• Gợi ý học tập:

  • Tham khảo các khóa học online trên Udemy, Youtube hoặc các lớp tại đại học kiến trúc, xây dựng.

  • Luyện tập thiết kế các bài toán từ đơn giản đến phức tạp để hiểu sâu về nội lực và ứng xử kết cấu.

Tóm lại, việc tính toán kết cấu không chỉ đòi hỏi phần mềm mạnh mà còn cần kiến thức nền tảng, khả năng kiểm tra và nhận định kỹ thuật của kỹ sư. Phần mềm là công cụ, nhưng con người mới là yếu tố quyết định đến độ an toàn và hiệu quả của công trình.

Nếu bạn cần file mẫu hoặc bảng tính Excel hỗ trợ thiết kế kết cấu, tôi có thể cung cấp thêm. Bạn muốn tham khảo loại kết cấu nào cụ thể hơn? (như nhà phố, biệt thự, nhà xưởng...).