Thiết kế kết cấu xây dựng phần thô là nghiên cứu về các giải pháp kết cấu ứng dụng cụ thể trong các công trình dân dụng và công nghiệp. Các kết cấu được sử dụng phải đảm bảo về độ bền, độ cứng và tính ổn định trong suốt quá trình thi công và sử dụng. Ngoài ra, các kỹ sư kết cấu có giải pháp kết cấu hợp lí, nó cũng cần được đảm bảo về điều kiện kinh tế để có đơn giá xây dựng phần thô hợp lý, tận dụng được nguồn vật liệu tại địa phương, phù hợp với công nghệ chế tạo, biện pháp thi công hiện hành.
Ứng sử của các kết cấu trước các tác động (tải trọng, nhiệt độ, thời gian...) trong thực tế rất phức tạp. Nhng khi nghiên cứu ta thường tách những bộ phận phức tạp thành những bộ phận đơn giản để phân tích, những bộ phận đơn giản này đã biết được cách ứng sử của chúng trước các tác động, ta gọi chúng là các cấu kiện. Các cấu kiện liên kết với nhau tạo thành kết cấu.
Cấu kiện là một phần tử chịu lực mà vai trò, đặc tính, tính chất của chúng có thể xác định được một cách đơn giản.
Ví dụ: Cấu kiện chịu nén đúng tâm, nén lệch tâm, cấu kiện chịu uốn phẳng, cấu kiện chịu xoắn.... Ta thấy mỗi cấu kiện có một tính chất cụ thể (chịu kéo, uốn, xoắn), và những đại lượng (đặc trưng cho đặc tính của chúng) cần xác định có thể tính toán được (như ứng suất s, t, biến dạng) khi biết tác động (tải trọng, nhiệt độ...).
Kết cấu là những bộ phận chịu lực phức tạp, nó được tạo thành từ các cấu kiện mà sự làm việc của nó (tính chất) có thể xác định được thông qua sự làm việc (tính chất) của cấu kiện.
Ví dụ: Kết cấu dàn mái, kết cấu khung bê tông cốt thép...Với kết cấu dàn mái ta biết nó chịu các tải trọng trên mái (kể cả tải trọng bản thân) và truyền tải trọng tới các cột (hoặc tường...). Những dàn này cấu tạo từ các thanh, mỗi thanh này có thể là cấu kiện chịu nén, cấu kiện chịu kéo....
Trong xây dựng các vật liệu sử dụng để chế tạo kết cấu rất phong phú, với môn học chỉ giới hạn ở các vật liệu được sử dụng phổ biến nhất. Đó là các vật liệu: bê tông cốt thép, gỗ, thép, gạch đá. Từ đó chơng trình cũng phân ra thành các kết cấu theo vật liệu: Kết cấu gỗ, kết cấu thép, kết cấu bê tông cốt thép.
Tải trọng và nội lực thiết kế kết cấu và xác định đơn giá xây dựng phần thô
Các loại tải trọng tác dụng lên kết cấu sinh ra trong quá trình sử dụng, chế tạo vận chuyển kết cấu, nó được phân loại tuỳ theo tính chất tác dụng, qui định về các loại tại trọng tham khảo trong TCVN 2737-1995.
Phân loại tải trọng theo phạm vi tác dụng
Cách chia tải trọng theo phạm vi tác dụng đã được giới thiệu trong môn học Cơ học xây dựng, theo đó ta có hai loại:
Tải trọng phân bố: tải trọng phân bổ trên đơn vị chiều dài hoặc diện tích, cường độ tải trọng biến thiên hoặc là hằng số. Cụ thể ta có:
Tải trọng phân bố trên chiều dài (đều hình 1.3a hoặc không đều hình 1.3c) (daN/cm, daN/m, KN/m...).
Tải trọng phân bố trên diện tích (daN/m2...).
Tải trọng tập trung: diện truyền tải nhỏ (coi như điểm).
Phân loại tải trọng theo giá trị tiêu chuẩn và tính toán
Các giá trị tải trọng tiêu chuẩn là đặc trưng cơ bản của tải trọng. Nó được xác định dựa theo các số liệu thống kê (nh khối lượng người, dụng cụ, vật liệu... trên sàn nhà, tải trọng gió), dựa theo các kích thước hình học và loại vật liệu của bản thân kết cấu cũng nh của các bộ phận khác tác dụng vào kết cấu. Ta kí hiệu tải trọng tiêu chuẩn là ptc.
Trong thực tế chế tạo, vận chuyển và sử dụng kết cấu, tải trọng phát sinh có thể sai khác với giá trị tải trọng tiêu chuẩn ptc tính toán được (có thể tăng lên hoặc giảm đi). Sự sai khác này có thể gây bất lợi cho kết cấu, nên trong tính toán thường sử dụng giá trị tính toán của tải trọng gọi là tải trọng tính toán kí hiệu là ptt, ptt được tính bằng tích số giữa tải trọng tiêu chuẩn ptc và một hệ số gọi là hệ số vợt tải (hoặc hệ số tin cậy) kí hiệu n. ptt=ptc.n
Thông thường n nghĩa là tải trọng tính toán thường có giá trị lớn hơn tải trọng tiêu chuẩn. Tuy nhiên, khi kiểm tra ổn định chống lật, tải trọng do kết cấu chống lật nếu giảm xuống thì làm cho kết cấu bất lợi hơn thì lấy hệ số vợt tải n=0,9.
Phân loại tải trọng theo thời gian tác dụng
Tải trọng được chia thành tải trọng thường xuyên và tải trọng tạm thời tuỳ thuộc vào thời gian tác dụng của chúng.
Tải trọng thường xuyên (tiêu chuẩn hoặc tính toán)
Tải trọng thường xuyên là các tải trọng tác dụng không biến đổi trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình.
Tải trọng thường xuyên gồm có: khối lượng nhà, công trình (gồm khối lượng các kết cấu chịu lực và bao che)
Tải trọng tạm thời
Tải trọng tạm thời là các tải trọng có thể không có trong một giai đoạn nào đó của quá trình xây dựng và sử dụng. Gồm ba loại, tải trọng tạm thời ngắn hạn, tải trọng tạm thời dài hạn và tải trọng đặc biệt.
Tải trọng tạm thời dài hạn gồm có: khối lượng thiết bị cố định, áp lực chất lỏng, chất rời trong bể chứa và đờng ống, tải trọng tác dụng lên sàn do vật liệu chứa và thiết bị trong các phòng, kho, tải trọng do cầu trục,
Tải trọng tạm thời ngắn hạn gồm có: khối lượng người, vật liệu sửa chữa, phụ kiện và đồ gá lắp trong phạm vi phục vụ sửa chữa, tải trọng sinh ra khi chế tạo, vận chuyển và lắp dựng, tải trọng lên sàn nhà ở, nhà công cộng lấy ở phụ lục 34, tải trọng gió
Tải trọng tạm thời đặc biệt gồm có: tải trọng động đất, tải trọng do nổ.
Khi đã có sơ đồ tính toán kết cấu và các tải trọng tác dụng vào kết cấu thì nội lực được xác định theo các phương pháp đã nghiên cứu trong Cơ học xây dựng, đó chính là các sơ đồ đàn hồi. Ngoài ra trong các kết cấu bê tông cốt thép cụ thể có sơ đồ tính siêu tĩnh, thì vật liệu làm việc ngoài giới hạn đàn hồi nên cần kể đến biến dạng dẻo khi xác định nội lực. Tuy nhiên hầu hết các kết cấu ta vẫn có thể sử dụng sơ đồ đàn hồi để tính toán.
Theo TCVN 2737-1995, ta cần phải xác định các tổ hợp tải trọng gồm có tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt. Tuy nhiên thực tế thường tìm các tiết diện có nôi lực nguy hiểm bằng cách tổ hợp nội lực. Theo cách này ta tính nội lực cho từng loại tải trọng (tĩnh tải, hoạt tải...) sau đó tổ hợp lại để tìm nội lực nguy hiểm.
Cường độ của vật liệu
Cường độ của vật liệu là đặc trưng cơ học quan trọng, ảnh hởng tới khả năng làm việc của kết cấu. Cường độ là khả năng của vật liệu chống lại sự phá hoại dới tác dụng của ngoại lực (tải trọng, nhiệt độ, môi trường....). Cường độ vật liệu gồm nhiều loại khác nhau tương ứng với hình thức chịu lực: kéo, nén, uốn...
Cường độ của vật liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thành phần cấu trúc vật liệu, phương pháp thí nghiệm, môi trường, hình dáng kích thước mẫu thử...Do đó để so sánh khả năng chịu lực của vật liệu ta phải tiến hành thí nghiệm trong điều kiện tiêu chuẩn (kích thước, cách chế tạo mẫu, phương pháp và thời gian thí nghiệm), được qui định trong các qui phạm. Thông thường cường độ được xác định theo phương pháp phá hoại. Những loại cường độ quan trọng là cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo, cường độ chịu uốn. Phương pháp xác định các cường độ vật liệu được trình bày đối với từng vật liệu cụ thể (gỗ, thép, bê tông,...).