Slide bài giảng kết cấu gạch đá

- Quan hệ σưε trong khối xây do tính chất của vữa & sự tiếp xúc giữa gạch và vữa quy định: =0 1,1Rc + Khối xây bằng tảng lớn: ít mạch vữa ngang D biến dạng ít, cường độ cao.. + Trong một

Bộ môn: Kết cấu Gạch đá

Khoa Xây dựng – Trường đại học Kiến trúc Hà nội

Tài liệu học tâp:

Giáo trình chính:

1 Giáo trình kết cấu Gạch đá và gạch đá có cốt thép

Tài liệu tham khảo:

Giáo viên Giang dạy: Dương Quang Hùng ĐT: 0912472670

Ch−¬ng 1

Đ1 KháI niệm chung

1 Khái niệm

Kết cấu gạch đá được dùng khá phổ biến trong các công trình DD, CN và giao thông

- Làm các kết cấu chịu lực cho ngôi nhà: Móng, Tường, Cột, Sàn, Mái vỏ mỏng không

gian (Vượt được nhịp 50m); (Nhà 56 tầng), ở Nga 16 tầng, Kim tự tháp Ai cập 14,6m,

2triệu viên đá.

- Làm các kết cấu bao che

- Bể chứa, tường chắn, cầu cống (nhỏ và vừa), ống khói, hầm lò (ống khói 150m)

Ch−¬ng 2

Đ1 Gạch đỏ

10(9.5)

22(20)

+ Gạch vôi xỉ: Cường độ thấp chỉ sử dụng cho công trình tạm.

+ Gạch sili cát: Cường độ cao, nhưng không nên dùng xây móng.

+ Gạch bê tông: Cường độ cao.

+ Gạch đất đồi (đá tổ ong): Cường độ thấp.

3 Cường độ của gạch đỏ

Cường độ là khả năng chịu lực trên một đơn vị diện tích được đặc trưng bởi mác (hay sốhiệu) Thường biểu thị cường độ của gạch đá theo mác chịu nén hay chịu uốn

- Theo khả năng chịu nén Rg = N/F mác gạch chia làm 3 nhóm:

+ Gạch có số hiệu cao: 300, 400, 500, 600, 800 & 1000

+ Gạch có số hiệu trung bình: 75, 100, 125, 150 & 200

+ Gạch cố số hiệu tháp: 4, 7, 10, 15, 25, 35, &50

Thường dùng: 50, 75, 100, 125, 150.

- Mác đá có các loại: 4, 10, 25 - 3000

+ 3 - 13cm đối với khối xây bằng gạch tảng hoặc khối đặc.

+ 7 - 8cm đối với khối xây bằng gạch hoặc tảng có lỗ.

+ 4 - 7cm đối với khối xây bằng đá hoặc bê tông đặc.

+ 1 - 3cm đối với khối xây rỗng.

Tác dụng:

- Liên kết các viên gạch đá

- Phân phối ứng suất từ viên gạch này đến viên gạch khác

- Lấp kín các khe hở trong khối xây

2 Cỏc loại vữa

- Vữa xi măng: XM + Cát + Nước

+ Khô cứng nhanh, khó thi công

+ Cường độ cao, giòn

- Vữa tam hợp (vữa ba ta): XM + Cát + Vôi (đất sét) + Nước

3 Cường độ của vữa

- Cường độ của vữa được đặc trưng bởi mác (số hiệu) Xác định bằng cách nén các mẫu thửkhối vuông cạnh 7,07cm trong các điều kiện tiêu chuẩn

- Rtb của vữa XM & vữa Tam hợp ở tuổi 90 ngày có thể xác định bằng công thức:

t 28

t)1a(28

atR

Ch−¬ng 3

Đ1 Phõn loại

1 Theo hỡnh dạng của gạch đỏ

- Khối xây có quy cách: Các viên gạch, đá đ−ợc gia công theo hình dạng thích hợp

- Khối xây không có quy cách: Khối xây bằng đá hộc hoặc bằng bê tông đá hộc

2 Theo cấu tạo

- Khối xây đặc

- Khối xây nhiều lớp (≥2 lớp vật liệu khác nhau)

- Khối xây rỗng: Giữa hai lớp của khối xây là lớp cách nhiệt

- Khối xây hỗn hợp: Cú đặt cốt thộp; gia cường bằng thộp

Đ2 Nguyờn tắc chung khi cấu tạo khối xõy

1 Tốt nhất là thiết kế khối xây chịu nén.

- N vuụng gúc mạch vữa ngang

- Mạch vữa ngang // với mặt ngoài khối xây

- Mạch vữa dọc vuụng gúc với mặt ngoài khối xây

2 Khi chọn bề rộng khối xây phải chú ý đến kích thước gạch đá.

Thường b KX = BSC(b viờn gạch) + Tổng chiều dày các mạch vữa.

Thí dụ: Với gạch chỉ 220¯105¯60:

450;

; 330 ; 220 b

á d với 2 0,2

gạch với

5 , 1 8 , 0

KX a

3 Không trùng mạch.

- Mạch vữa đứng của các hàng lệch nhau 1/2 ữ 1/4 viên gạch

4 Đảm bảo các yêu cầu về giằng trong khối xây.

- Với khối xây gạch chỉ, có các hình thức tổ chức giằng:

+ Hỗn hợp dọc ngang

+ 3ữ 5 dọc - 1 ngang

+ Kết hợp các giằng bê tông cốt thép

5 Đảm bảo sự tiếp xúc và liên kết chắc chắn giữa gạch và vữa.

- Vữa phải có độ dẻo và độ linh động cần thiết kế

- Phải tưới nước các viên gạch trước khi xây khi các viên gạch quá khô, các viên gạch phải sạch bụi và không được ướp nước

Ch−¬ng 4

Tính chất cơ học của khối xây

Đ1 Các giai đoạn làm việc của khối xây.

N <N<N n

c)

Khảo sát sự làm việc của

khối xây chịu nén từ lúc bắt

đầu đặt tải đến lúc bị phá

hoại phân làm 3 giai đoạn

- Giai đoạn I:

+ Nnhỏ khối xây ch−a có vết nứt

+ NN = Nnứt D xuất hiện vết nứt nhỏ tại một vài viên gạch

N<Nna)

- Giai đoạn III: NN = NP

+ Vết nứt mở rộng D khối xây nhanh chóng bị phá hoại

N=N d)

p

Chú ý:

+ Khi khối xây ở vào giai đoạn II nếu N không tăng thì khối xây

cũng dần dần dẫn đến bị phá hoại Ù sự phá hoại do tải trọng dài

0,60,50,4

0,70,60,5

0,80,70,6

Đ2 Biến dạng của khối xây chịu nén.

1 Quan hệ ứng suất - biến dạng.

Thí nghiệm khối xây chịu nén D Quan hệ ƯS-BD là một

đường cong.

- Vữa: Biến dạng nhiều, ƯS-BD: cong

- Gạch: Bến dạng ít, ƯS-BD: thẳng

- Quan hệ σưε trong khối xây do tính chất của vữa & sự

tiếp xúc giữa gạch và vữa quy định:

=0 1,1Rc

+ Khối xây bằng tảng lớn: ít mạch vữa ngang D biến dạng ít, cường độ cao.

+ Trong một hàng gạch tiếp xúc với vữa lớn: biến dạng ít D cường độ khối xây cao

(F lớn Dσ nhỏ D ε nhỏ)

2 Mô đun biến dạng của khối xây (E).

™ Định nghĩa:

ε

σ ϕ

d

d tg

E = =

E 0 = tgϕ0 - Mô đun biến dạng ban đầu của khối xây khi chịu nén

Theo kết quả thực nghiệm

C

R

E0 = α

R C - Cường độ chịu nén tiêu chuẩn của khối xây.

α - Đặc trưng đàn hồi của khối xây

hiệu Số

KX Dạng

=0 1,1Rc

- Khi tính toán TTGH thứ nhất: E = 0,8E0

- Khi xác định nội lực trong kết cấu siêu tĩnh có khối xây cùng kết hợp chịu lực với các

bộ phận bằng vật liệu khác: E = 0,5E0

3 Mô đun chống tr−ợt của khối xây

G = 0,4E0

4 Biến dạng của khối xây

Biến bạng tỷ đối của khối xây có kể đến tính từ biến đ−ợc xác định theo công thức:

0E

σ ν

= ε

Đ3 Cường độ của khối xây.

1 Cường độ tiêu chuẩn RC [kG/cm2]

n

RR

n

1 i

2,5

nén chịu KX

3 Cường độ tính toán (Rtt) [kG/cm2]

Rtt = R.m

∏

= m i m

m, mi - hệ số điều kiện làm việc:

+ Khi tính toán, kiểm tra các trụ và các mảng tường giữa 2 ô cửa có F ≤ 0,3m2: m = 0,8 + Khi tính các CK tiết diện tròn bằng gạch không cong và không có lưới thép: m = 0,6

+ KX bằng vữa xi măng: m = 0,85

+ Khi kiểm tra R của các khối xây chịu nén của những công trình chưa xây xong (trừ những

nhà bằng tấm gạch nung): m = 1,25

4 Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của khối xây.

Chất lượng gạch, chất lượng vữa, chất lượng thi công, điệu kiện làm việc 1

R

Rg

c

<

→

™ ảnh hưởng của cường độ và loại gạch:

™ ảnh hưởng của tuổi khối xây:

↑

↑→

↑→ RV RKXt

™ ảnh hưởng của chất lượng thi công và phương pháp thi công:

Sự dải đêu mạch vữa (tiếp xúc giữa gạch và vữa) & sự sắp xếp giữa các viên gạch ảnh

hưởng lớn đến RKX D phụ thuộc vào thi công

™ ảnh hưởng của bề dày mạch vữa ngang và hình dáng viên gạch:

- Gạch vuông vức, bề mặt phẳng DRKXN

ư δvữa phải đủ đảm bảo cho các viên gạch ép đều lên mặt vữa song nếu

δvữa lớn DεN D RKXP

δvữa = 10 – 12mm

™ ảnh hưởng của độ linh động của vữa:

Vữa linh động Ddàn đều D tăng sự tiếp xúc, lấp kín mạch đứng D hạn chế nở hông D RKXN

™ ảnh hưởng của tải trọng lập lại:

Tải trọng lập lại Dkhối xây nhanh chóng bị phá hoại Ddùng kết cấu bê tông cốt thép

Đ4 Cường độ tính toán của cốt thép trong KX.

Khi tính toán khối xây có đặt cốt thép, R tính toán của cốt thép:

a a

c a

thépi

sợ1,751,5

nóngcán

thép25

,11,1

dọccốt

thépnhóm

m a = 0,5 ữ 0,9

Ch−¬ng 5

Nguyên lý tính toán kết cấu gạch đá

Đ1 Phương pháp tính theo TTGH.

Kết cấu gạch đá được tính tián hai nhóm TTGH:

- Theo khả năng chịu lực

- Theo điều kiện sử dụng bình thường

1 TTGH thứ nhất (theo khả năng chịu lực).

- Tính cho mọi kết cấu và cho mọi gai đoạn sửa chữa, sử dụng, thi công

Tính táon kiểm tra theo điều kiện: T ≤ Tgh

T - nội lực trong kết cấu do tải trọng tính toán gây ra

Tgh - khả năng chịu lực bé nhất của kết cấu

2 TTGH thứ hai (theo điều kiện sử dụng bình thường).

Tính toán kiểm tra biến dạng theo điều kiện:

gh

ε

≤

ε

ε - Biến dạng (độ võng, độ dãn, góc xoay) của ck do TTTC gây ra ở mép chịu kéo của KX

εgh - Trị số biến dạng cho phép của cấu kiện

Tính toán kiểm tra độ mở rộng khe nứt theo điều kiện:

k n

k ≤ m R

σ (cấu kiện chịu kéo)

ku n

σ (cấu kiện chịu uôn hoặc nén lêch tâm)

σk - ứng suất kéo lớn nhất trong khối xây xác địng theho SBVL

m n - hệ số điều kiện của khối xây khi tính toán theo mở rộng khe nứt (bảng7-SGK)

R k , R ku - cường độ chịu kéo và kéo khi uốn.

Đ2 tải trọng và tác động.

TCVN2737-1995.

Ch−¬ng 6

TT c¸c CK b»ng KX g¹ch

Đ1 cấu kiện chịu nén đúng tâm.

Điều kiện cường độ:

RF m

R - cường độ chịu nén tính toán của khối xây

F - diện tích tiết diện ngang của cấu kiện

N - Lực nén do tải trọng tính toán gây ra

⎩

⎨

⎧

λλ

Tiết diện chữ nhật:

Tiết diện bất kỳ:

min

0 min

r

r

l

=λ

b - cạnh bé của tiết diện

rmin - bán kính quán tính theo phương bé của tiết diện

l0 - chiều dài tính toán của CK (sơ đồ kết cấu và liên kết (điều 4.3 TCVN5573-91)

RF m

mdh = −η dh

- C¸c vÞ trÝ kh¸c néi suy

Đ2 Cấu kiện chịu nén lệch tâm.

> Trọng tâm tiệt diện sai lệch > N sai lệch > xuất hiện độ lệch tâm ngẫu nhiên

Trong tính toán lấy:

tường -

1cm

lực chịu tường

cm

-2

+ b ≤ 25cm: e’0 =

Độ lệch tâm tính toán: e0 = e01 + e,0

Điều kiện đảm bảo cho kết cấu làm việc an toàn:

(coi chiều cao làm việc của tiết diện là h c )

> ĐK đảm bảo cho kết cấu làm việc an toàn:

2 Sơ đồ tính và điều kiện cường độ.

Giả thiết:

- Bỏ qua sự làm việc của vùng kéo

- Biểu đồ ứs nén có dạng CN ứs nén đạt R chịu nén cục bộ ωR N

ư

=

h

e2,11N

N1

b < 30:

C dh

∈

uốn mp phưong theo

td bộ toàn với

tính -

KX dạng

η tra bảng (5.2)

C dh

-/ ω = 1: Khối xây bằng gạch rỗng, tảng bê tông rỗng, đá tự nhiên:

45 ,

1 y 2

e

1 + 0 ≤

=

ω : Các loại khối xây còn lại

-/ FC: diện tích phần chịu nén của tiết diện đ−ợc xác định sao cho:

SFc= 0 (với u-u qua điểm đặt N và ⊥ mp uốn)

Với tiết diện chữ nhật:

hc = 2(y - e0) = 2y - 2e0 = h - 2e0 > FC = bhc = b(h - 2e0)

Víi tiÕt diÖn ch÷ T:

2 1

u

2 1 1

2

1 ( 2e c) (e c)

b

c b

1 1

2 ( 2e d) (e d)

b

d b

x= − + −

→

Bài tập 1 : Kiểm tra khả năng chịu lực của cột nhà có chiều dài tính toán l0 = 3,3m, kíchthước thước tiết diện b¯h = 22¯33cm, được xây bằng gạch đất sét ép dẻo mác 100, vữa xi măng mác 50 Chịu lực dọc tính toán N = 8T trong đó Ndh = 5T.

1

15 R

-/ Xác định mdh:

N

N m

15

b

Tra bảng 5.2 với nội suy đ−ợc η = 0,1

938,

08

51,0

Bài tập 2 : Kiểm tra khả năng chịu lực của mảng tường giữa hai lỗ cửa tầng dưới cùng, tiết

diện mảng tường 116¯51cm Xây bằng gạch đất sét nung ép dẻo mác 100, vữa tam hợpmác 50, N = 60T, M = 2,5Tm Biết nhà có sàn bê tông côt thép đổ tại chỗ đảm bảo các yêucầu là gối tựa cứng cho mảng tường (l0 = 0,8H), biểu đồ mômen không đổi dấu, chiều caomảng tường là 2,7m

=1000cho

1PL

cmkG15R

cho2

M

60

5,

2

, 0 01

0 = + =

→

-/ KiÓm tra ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña cÊu kiÖn:

cm cm

e

y

y cm

e

23

,212

,4251

95,222

519,09

,02

,40

, 0

0 kh«ng ph¶i khiÓm tra bª réng khe nøt

, 24 , 4 51 216

2 , 0 51

216 06 , 0 51

2 , 4 1 995 , 0 2

, 0 06

, 0 1

0

0 0

e

h

l

94,02

,

051

21606,

051

2,41995,

-/ Xác định mdh: b = 116cm > 30cm D mdh = 1

45,108,151

2,41y2

e

1+ 0 = + = <

=ω

-/ Xác định

Vậy Ngh = ϕlmdhωRFC = 0,94.1.1,08.15.4941,6 = 79T > N = 60T

D Mảng tường đủ khả năng chịu lực.

Bài tập 3 : Kiểm tra khả năng chịu lực của mảng tường giữa hai ô cửa của tầng 1 nhà nhiều

tầng có tiết diện như hình vẽ Tường xây bằng gạch đặc mác 100, vữa xi măng mác 50 Chịumômen uốn M = 12Tm, lực nén N = 150T, chiều mômen hướng về sườn, biết l0 = 4m

Ch−¬ng 6

Tính toán khối xây có cốt thép theo cường độ

Khái niệm:

Để tăng khả năng chịu lực cho khối xây gạch đá D

- Đặt cốt thép và khối xây (lưới thép ngang hoặc cốt thép dọc)

- Dùng kết cấu hỗn hợp bê tông côt thép và gạch đá

- Gia cố khối xây bằng vành đai

Chú ý: Trong khối xây có đặt cốt thép không dùng vữa có vôi.

Đ1 Khối xây đặt lưới thép ngang.

1 Cấu tạo và tác dụng của lưới thép.

vuông

ô

Có 2 kiểu lưới:

⎨

⎧

z¾czÝch

™ Đặc trưng đàn hồi của khối xây đặt lưới ngang:

c ak

c a

R

Rα

=α

α, RC - đặc trưng đàn hồi và cường độ chịu nén TC của KX không đặt thép(khối xây chịu nén RC = 2R)

- cường độ tiêu chuẩn của KX đặt lưới ngang

c a c

ak

à +

=

k - hệ số an toàn (k = 2 với khối xây chịu nén)

- cường độ tiêu chuẩn của cốt thép trong khối xây

CII

&

CI với R 1 , 1 R

a

a c

a

Ra - cường độ tính toán của cốt thép ngang trong khối xây

2 Tính toán cấu kiện đặt lưới thép ngang

a) Cấu kiện chịu nén đúng tâm (λb ≤ 15)

™ Điều kiện cường độ:

FRm

Rak - cường độ tính toán tương đương của khối xây chịu nén đúng tâm có đặt lưới thép ngang

+ Khi số hiệu vữa ≥ 25: 2 R

100

R 2 R

Rak = + à a ≤

+ Khi số hiệu vữa > 25: 2 R

R

R 100

R 2 R R

25

a

ak = + à ≤

R - cường độ tính toán chịu nén của khối xây không đặt thép

R25 - cường độ tính toán chịu nén của KX không đặt thép vữa mác 25

Ra - cường độ tính toán của cốt thép trong khối xây (PL9)

b) Cấu kiện chịu nén lệch tâm bé (e0 ≤ 0 , 33y& λb ≤ 15)

™ Điều kiện cường độ:

ω ϕ

≤ lmdhRakFcN

ω

ϕl,mdh,Fc, - Như khối xây không đặt cốt thép chịu nén đúng tâm với α thay = αa

c ak

c a

R

Rα

=

α (khối xây chịu nén R c = 2R) Chú ý: ϕl cũng có thể đước xác định bằng TN ở phần khối xây không đặt cốt thép

Rak - cường độ tính toán tương đương của khối xây đặt lưới thép ngang chịu nén lệch tâm

+ Khi số hiệu vữa ≥ 25: ) 2R

y

e21

(100

R2R

Rak = + à a ư 0 ≤

+ Khi số hiệu vữa > 25: ) 2 R

y

e 2 1 ( R

R 100

R 2 R

Đ2 Khối xây đặt cốt dọc.

1 Tác dụng.

- Cốt dọc đặt vào khối xây có tác dụng:

+ Chịu kéo, chịu nén

+ Gia cố các mảng tường, trụ λh > 15 ( λr > 53 )hoặc các mảng tường chịu tải trọng rung động.

+ Cách 1: CT được bảo vệ tốt, khó thi công, hiệu quả làm việc kém D ít dùng.

+ Cách 2: Dễ thi công, hiệu quả làm việc của cốt thép cao D dùng nhiều

trong-

50

r¸o kh«

t−êngng

m¶

trong-

thÐp nèi

ä¹n

§trong-

10d

trong

Æt

§däccèt -20d

Æt ngoµi

§däccèt -d15

KX khi - 20

trêi ngoµi KX

khi - 15

r¸o kh«

t−êng ng

m¶

10+ §èi víi t−êng: ab =

KX khi - 30

trêi ngoµi KX

khi - 25

r¸o kh«

t−êng ng

m¶

20+ §èi víi cét: ab =

-3 Tính toán cấu kiện đặt cốt dọc.

- Thí nghiệm khối xây đặt cốt dọc chịu nén:

Khi σn(KX) = 85%R; PN D εKX lớn và tách khỏi cốt thép

D Khi tính toán lấy Rtt = 0,85R

a) Cấu kiện chịu nén đúng tâm.

Điều kiện cường độ:

)85

,0

a a

ϕ

F - diện tích tiết diện

F’a - diện tích tiết diện cốt thép dọc

R’a - cường độ tính toán của cốt thép trong khối xây (PL9)

N o e

R' F'a aR' Fa a

e e' a'

h o D

z a

N o e

z a

9 Đặc điểm: Tuỳ thuộc độ lớn e0:

+ Hoặc toàn bộ TD chịu nén, có một

Đối với tiết diện chữ nhật: S0 ≈0 bh, 5 02

2 0 0

'42,085

,0

42,085

,0

Rbh RS

Rbh RS

D các điều kiện cường độ có dạng:

N o e

R' F'a aR' Fa a

e e' a'

h o D

z a

N o e

Ne ≤ ϕl dh + a a −

Cốt đơn:

2 0

5 ,

,

0 Rbh ≈ RS (vì không đặt cốt dọc chịu nén nên R đ−ợc khai thác hết)

mdh - xác định nh− đối với khối xây không đặt cốt thép chịu nén lệch tâm

S’0 - Mô men tĩnh của toàn bộ tiết diện lấy đối với trục qua trọng tâm cốt thép F’ a

e

ϕ

a a a

a n

,

h Rbx m

m

Ne ≤ϕl dhω − N ≤ ϕlmdh( ω Rbx − RaFa)

§iÒu kiÖn:

, 0 , R'a ; z h a

σ

TiÕt diÖn CN: x ≥ 2a’

45,

12

e

ϕ

Thí dụ 1: Gạch đất sét ép dẻo M100, vữa xi măng M75, S = 21cm, l0 = 3,2m Xác định khảnăng chịu lực của cột, biết tiết diện và vị trí tải nh− hình vẽ.

Giải:

-/ Kiểm tra điều kiện làm việc:

e0 = 5cm < 0,33y = 0,33¯32 = 10,56cm

1527

,

651

642

51

2

1+ 0 = + = <

=

y e

ω

% 467 , 0

% 100 21 4

196 , 0 2

% 100

2

% 100

f b c

h h c

b V

2000

467 , 0 2 45 , 14 )

2 1 ( 100

2

cm

kG R

y

e R

25,

2500

467 , 0 2 45 , 14 2 100

2

cm kG

R kR

R

c a c

1,

55325

,52

9,28

01

,553

55

a

h h

h

l

944 , 0 2

, 0 64

320 06 , 0 64

5 1 951 , 0 2

, 0 06

, 0

≤ lmdhRakFc

N = 0,94.1.27,29.2754.1,078 = 76481,84kG = 76,5T

Thí dụ 2: Biết cột gạch có tiết diện 64¯51cm, chều dài tính toán l0 = 8m, chịu lực dọc N = 12T đặt lệch tâm theo phương cạnh lớn của tiết diện một đoạn e0 = 25cm Cột xây bằng gạch

đất sét ép dẻo mác 100, dùng vữa mác 50 Cốt thép đặt trong khối xây nhóm CI Yêu cầu xác