›
›

Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép

pdf 70 trang hapham 1230
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_ket_cau_gach_da_va_gach_da_cot_thep.pdf

Nội dung text: Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép

  1. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN CHƯƠNG I. TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA KHỐI XÂY GẠCH ĐÁ §1. Khái niệm chung về kết cấu gạch đá(1t) 1. Sơ lược lịch sử phát triển của kết cấu gạch đá Kết cấu gạch đá ra đời từ rất sớm. - Kim tự tháp Ai cập được xây dựng cách đây trên 5000 năm bằng đá và vẫn tồn tại cho đến bây giờ. Tháp lớn nhất cao 146.6m với cạnh đáy dài 233m. Để xây dựng được kim tự tháp này cần đến hơn hai triệu viên đá, mỗi viên nặng từ 2.5 đến 50tấn. - Đền thờ nữ thần Đian ở Hy Lạp xây vào thế kỷ thứ 6 trước công nguyên, trong đền có 125 cột đá cao 19m. - Cây hải đăng thành Alexăngdơri (Ai Cập) được xây dựng bằng đá vào thể kỷ thứ 3 trước công nguyên, cao 127m. Công trình này đã bị sụp đổ do động đất vào năm 1375 - Vườn treo Babilon được xây dựng vào thế kỷ thứ 15 trước công nguyên. - Điện Pantheon ở Rome cao 42.7m, mái là một Cupon đường kính 43.5m xây dựng vào thế kỷ thứ 2. - Nhà thờ Đức bà có mái Cupôn đường kính 32.5m xây dựng ở Côngxtăngtinốp vào thế kỷ thứ 6. - ở Trung Quốc vào khoảng 520 trước công nguyên người ta đã xây dựng toà tháp 15 tâng cao 40m ở tỉnh Hà Nam. - Vạn lý trường thành xây dựng vào thế kỷ thứ 3 trước công nguyên là một công trình vĩ đại. Thành dài trên 23000km xây bằng đá, gạch nung dùng để bảo vệ biên giới phía Bắc nhà Tần. - Công trình Ăngco (Đế Thiên, Đế Thích) được người Campuchia xây dựng từ thế kỷ thứ 9 cũng là một công trình nổi tiếng thế giới. 2. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng a. Ưu điểm: - Kết cấu gạch đá có độ cứng lớn, khá vững chắc và bền lâu. - Có khả năng cách âm cách nhiệt tốt - Sử dụng được các vật liệu địa phương do đó giá thành rẻ. Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 1
  2. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN b. Nhược điểm: - Trọng lượng bản thân lớn, khả năng chịu lực không cao so với kết cấu bêtông, bêtông cốt thép hoặc thép. - Với khối xây bằng gạch đất sét nung thì sau khoảng 100 năm cường độ khối xây có thể bị giảm đi khoảng 1/3. - Gặp khó khăn trong công tác cơ giới hoá thi công. c. Phạm vi áp dụng: - Trong xây dựng dân dụng và công nghiệp, kết cấu gạch đá được sử dụng làm kết cấu chịu lực như tường, cột, móng, vòm, ống khói, bể nước và làm các kết cấu bao che. - Kết cấu gạch đá còn được sử dụng trong các công trình cầu, cống, hầm lò, tường chắn đất, kè mương sông §2. Vật liệu dùng trong khối xây gạch đá (1t) 1. Gạch Gạch 4lỗ alpha G02: 180x80x80, trọng lượng 1,1kg, Công ty gạch ngói Đồng Nai Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 2
  3. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Gạch đặc: 200x100x70 (60viên/m2), trọng lượng 2,7kg, Công ty gạch ngói Đồng Nai Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 3
  4. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Gạch đặc: 220(+/-6mm)x105(+/-4mm)x60(+/-3mm) (60viên/m2), trọng lượng 2,7kg, độ hút nước 5.105 N/m2. Công ty Quỳnh Sơn, Gốm sứ Hạ Long Gạch xây 6 lỗ: Kích thước: 220 x 105 x 60; Trọng lượng (Kg/V): 3.2; Cường độ chịu nén (kg/cm2): 75, Độ hút nước (%): 6 – 9, Số lượng sử dụng Công ty Gốm sứ Hạ Long Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 4
  5. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Gạch đinh: 180x80x40 (60viên/m2), Cường độ nén >5.105 N/m2. Công ty Quỳnh Sơn Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 5
  6. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Gạch 3lỗ: 200(+/-6)mm x 130(+/-4)mm x 90(+/-3)mm, độ rỗng 5.105 N/m2. Công ty Quỳnh Sơn Gạch đặc, gạch 2lỗ không trát, Thạch Bàn - Long Biên Hà Nội: Kích Thước: 210x100x60mm Gạch 6 lỗ Thạch Bàn - Long Biên Hà Nội: Kích Thước: 210x100x150mm a. Phân loại gạch - Theo phương pháp chế tạo: + Gạch nung: Là gạch đất sét được sản xuất bằng phương pháp ép khô hoặc ép dẻo và gạch kêzamit (gạch gốm) + Gạch không nung: Là gạch được chế tạo bằng cốt liệu và chất kết dính như: gạch than xỉ, gạch đất đồi, gạch bêtông, gạch silicát - Theo dung trọng: + Gạch nặng: γ ≥ 1800 kG/m3. Như các loại gạch đặc, gạch bêtông, gạch rỗng với lỗ rỗng toàn phần nhỏ hơn 30% + Gạch nhẹ. : 1000 kG/m3 < γ < 1500 kG/m3. Như gạch gốm có lỗ, gạch bêtông nhẹ có lỗ với lỗ rỗng toàn phần từ 30 ÷ 50%. + Gạch rất nhẹ: γ ≤ 1000 kG/m3. Gồm các loại gạch bêtông tổ ong, gạch gốm có lỗ ngang với độ rỗng toàn phần lớn hơn 50%. - Theo độ rỗng: + Gạch đặc: Độ rỗng toàn phần (thể tích lỗ rỗng/thể tích viên gạch) nhỏ hơn 20%. + Gạch rỗng: Độ rỗng toàn phần ≥ 20%. - Theo trọng lượng viên gạch: Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 6
  7. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN + Viên gạch: Khi trọng lượng viên gạch ≤ 5kG, bề rộng viên gạch từ 120 đến 140mm, người công nhân có thể dùng một tay để đưa viên gạch vào khối xây, + Tảng khối: Khi trọng lượng viên gạch lớn hơn 5kG và nhỏ hơn 25kG, người công nhân phải dùng 2 tay mới có thể bê được. b. Cường độ của gạch - Sơ đồ thí nghiệm: - Cường độ mẫu thử của gạch được xác định: N Khi chịu nén: R m = g,n F 3Pl Khi chịu uốn: R m = g,u 2 ph 2 - Cường độ tiêu chuẩn: Cường độ tiêu chuẩn của gạch được xác định bằng cường độ trung bình của 5 mẫu thử: 5 m ∑ Rg,ni Khi chịu nén: R c = i=1 g,n 5 5 m ∑ Rg,ui Khi chịu uốn: R c = i=1 g,u 5 Giới hạn cường độ của gạch khi kéo chỉ bằng khoảng từ 5 ÷ 10% giới hạn cường độ của gạch khi nén. c. Mác gạch Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 7
  8. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Mác gạch được xác định trên cơ sở cường độ trung bình và cường độ bé nhất của mẫu thử khi nén và khi uốn. Gạch có các mác: + Gạch mác thấp: 4, 7, 10, 25, 35, 50 + Gạch mác trung bình: 75, 100, 125, 150, 200 + Gạch mác cao: 300, 400, 500, 600, 800 d. Môđun đàn hồi của gạch 5 2 - Với gạch đất sét ép dẻo và gạch silicát: Eg = (1 ÷ 2).10 kG/cm . 5 2 - Đối với gạch đất sét ép khô: Eg = (0.2 ÷ 0.4).10 kG/cm . - Hệ số biến dạng ngang (hệ số Poátxông) của gạch tăng lên cùng với sự tăng của ứng suất. Với gạch đất sét nung: μg = 0.03 ÷ 0.1 2. Vữa a. Khái niệm - Vữa là loại vật liệu được tạo thành từ chất kết dính (vôi hoặc xi măng hoặc mật mía ) với cốt liệu nhỏ (cát) và nước. - Tác dụng của vữa trong khối xây: + Liên kết các viên gạch đá trong khối xây với nhau tạo nên một loại vật liệu liền khối mới. + Truyền và phân bố ứng suất trong khối xây từ viên gạch này đến viên gạch khác. + Lấp kín các khe hở trong khối xây. b. Phân loại vữa - Theo dung trọng ở trạng thái khô: + Vữa nặng: γ > 1500 kG/m3. + Vữa nhẹ: γ ≤ 1500 kG/m3. - Theo chất kết dính và cốt liệu: + Vữa nước: Dùng các chất kết dính là ximăng Pooclan hoặc ximăng Puzơlan + Vữa khô: Dùng các chất kết dính là vôi hoặc thạch cao - Theo thành phần: Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 8
  9. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN + Vữa ximăng: Gồm ximăng, cát, nước. Vữa ximăng khô cứng nhanh, có cường độ khá cao, nhưng dòn khó thi công. + Vữa tam hợp (vữa bata): Gồm ximăng, vôi, cát, đất sét và nước. Vữa này có tính dẻo cần thiết, thời gian khô cứng vừa phải. + Vữa không có ximăng: Như vữa vôi gồm: vôi, cát, nước; vữa đất sét gồm: cát, đất sét, thạch cao. c. Cường độ của vữa - Cường độ của vữa được xác định bằng thí nghiệm các mẫu thử khối vuông, kích thước a=07cm, trong điều kiện tiêu chuẩn - Cường độ trung bình của vữa ximăng và vữa tam hợp trong phạm vi tuổi dưới 90 ngày có thể được xác định bằng công thức kinh nghiệm sau: at R = R v,t 28(a −1) + t v,28 Trong đó: Rt, R28 là cường độ chịu nén của vữa ở ngày thứ t và ngày thứ 28. Hệ số: a = 1.5 d. Mác vữa Mác vữa thường được đặt theo cường độ chịu nén. Có các loại mác: + Vữa mác thấp: 0, 2, 4. Mác o dùng để xác định cường độ khối xây lúc vừa xây xong. Mác 2 dùng để xác định biến dạng của khối xây bằng vữa vôi ở tuổi dưới 3 tháng. Mác 4 dùng để đổ lớp lót đệm. + Vữa mác trung bình: 10, 25. + Vữa mác cao: 50, 75, 150, 200. e. Biến dạng của vữa Độ biến dạng của vữa phụ thuộc vào mác vữa, thành phần và cấp phối của vữa, tính chất của tải trọng: + Vữa mác cao biến dạng ít hơn vữa mác thấp, vữa nhẹ biến dạng nhiều hơn vữa nặng, vữa vôi biến dạng nhiều hơn vữa ximăng. Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 9
  10. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN + Biến dạng của vữa tăng lên khi chịu tác dụng của tải trọng dài hạn (vữa có tính từ biến). Talk: Khi tải trọng tác dụng dài hạn trên một năm, biến dạng của vữa có thể lớn hơn 2 lần so với biến dạng khi chịu tải trọng ngắn hạn. + Trong quá trình khô cứng của vữa, có hiện tượng co ngót (biến dạng khối). f. Cấp phối của vữa - Lượng ximăng Qx trong 1m3 cát hạt trung và lớn khi độ ẩm 1÷ 3% được xác định: R v Qx = 1000 (kG) 0.7Rx trong đó: Rv, Rx là mác vữa và mác xi măng. Lượng ximăng tối thiểu cho 1m3 cát khi dùng vữa tam hợp ximăng sét ở độ ẩm bình thường là 125kG và khi độ ẩm lớn là 100kG. Trong các trường hợp khác lấy 75kG ximăng cho 1m3 cát. - Lượng vôi tôi trong 1m3 cát được xác định: D = 170(1-0.002Qx) (lít) - Lượng nước dùng để trộn dùng để trộn vữa được xác định dựa vào tỷ lện nước trên ximăng (N/X) bằng khoảng 1.3 ÷ 1.6. Chú ý: Cấp phối đã được lựa chọn cần phải được kiểm tra bằng các mẫu vữa thử tiêu chuẩn §3. Các dạng khối xây gạch đá (1t) 1. Phân loại khối xây gạch đá. - Theo hình dáng của gạch, đá trong khối xây: + Khối xây gạch đá có quy cách: * Khối xây từ các loại khối lớn có chiều cao mỗi hàng xây lớn hơn 500mm * Khối xây từ đá thiên nhiên có chiều cao mỗi hàng xây từ 150 ÷ 350mm * Khối xây từ gạch và đã nhỏ có chiều cao mỗi hàng xây từ 50 ÷ 150mm + Khối xây gạch đá không có quy cách: * Khối xây đá hộc Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 10
  11. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN * Khối xây bêtông đá hộc - Theo cấu tạo khối xây: + Khối xây đặc + Khối xây có lỗ rỗng + Khỗi xây nhiều lớp: Làm từ ít nhất 2 lớp vật liệu khác nhau + Khối xây hỗn hợp: Gồm nhiều lớp vật liệu khác nhau cùng làm việc chung + Khối xây kết hợp: Chỉ có một lớp chịu lực, còn lại là các lớp trang trí hay cách âm, cách nhiệt + Khối xây có đặt cốt thép + Khối xây có gia cường bằng lớp bọc ngoài 2. Các nguyên tắc liên kết gạch đá trong khối xây Talk: Trong khối xây gạch đá thường chỉ chịu lực nén tốt, để đảm bảo cho kết cấu làm việc được phát huy được hết khả năng chịu lực của vật liệu gạch đá thì việc bố trí chúng trong khối xây cần phải tuân theo các nguyên tắc như sau: - Đảm bảo cho lực tác dụng lên khối xây tác dụng vuông góc với lớp vữa nằm ngang. Các viên gạch đá trong khối xây cần phải đặt thành từng hàng (lớp) trong một mặt phẳng. - Các mạch vữa đứng cần phải song song với mặt ngoài của khối xây và các mạch vữa ngang cần phải vuông góc với mặt ngoài của khối xây. - Các mạch vữa đứng ở các hàng phải bố trí lệch đi một phần tư hoặc một nửa viên gạch để tránh hiện tượng trùng mạch. - Đối với khối xây bằng gạch đặc có chiều cao mỗi hàng khoảng 65mm, dùng cách xây hỗn hợp vừa ngang vừa dọc trong mỗi hàng, hoặc 3 hàng dọc 1 hàng ngang, hoặc 5 hàng dọc 1 hàng ngang. - Với khối xây 2 lớp gồm 1 lớp chịu lực và 1 lớp ốp trang trí thì lớp ốp liên kết với lớp chịu lực nhờ các giằng gạch ăn sâu vào lớp chịu lực một khoảng lớn hơn hoặc bằng nửa viên gạch, các giằng gạch cách nhau từ 3 đến 5 hàng gạch theo phương đứng. Có thể dùng các giằng bằng thép để liên kết lớp ốp với lớp chịu lực, khoảng cách của các giằng thép theo phương ngang và phương đứng không vượt quá 600mm và diện tích của giằng thép không ít Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 11
  12. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN hơn 0.5cm2 trên 1m2 tường. Thông thường bố trí ∅6a500x500mm. - Với khối xây rỗng ở giữa, có thể giằng các hàng trong khối xây bằng vách ngang hoặc vách đứng hoặc kết hợp. Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 12
  13. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN §4. Tính chất cơ học của khối xây gạch đá (5t) 1. Trạng thái ứng suất trong khối xây chịu nén đúng tâm - Sơ đồ thí nghiệm: Hình 1. Trạng thái ứng suất của gạch trong khối xây. 1-chịu nén, 2-chịu kéo, 3-chịu uốn, 4-chịu cắt, 5-nén cục bộ. Talk: Làm thí nghiệm nén một khối xây chịu tải trọng nén đúng tâm bằng cách chất tải trọng phân bố đều trên toàn bộ diện tích tiết diện, người ta nhận thấy các ứng suất trong các vật liệu gạch đá và vữa phân bố rất phức tạp. - Trạng thái ứng suất của khối xây: + Ứng suất sẽ tập trung ở những vị trí có độ cứng lớn. Trong viên gạch có thể xuất hiện cả thành phần ứng suất do mômen uốn, ứng suất cắt, ứng suất kéo, ứng suất nén cục bộ. + Trong các mạch vữa có thể có ứng suất nén hoặc ứng suất kéo phát sinh do co ngót. + Trong khối xây đá hộc, ứng suất tập trung lớn tại những vị trí đầu lồi của viên đá. - Các nguyên nhân tạo nên trạng thái ứng suất phức tạp khối xây: + Do sự không đồng nhất về tính chất biến dạng của các lớp gạch đá và vữa. + Do sự không đồng nhất về hình dạng và tính chất cơ học của các viên gạch đá. Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 13
  14. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN + Do sự không đồng nhất của vữa trong khối xây. Tính chất cơ học của vữa ở những vị trí khác nhau là khác nhau do khi nhào trộn vữa không đều hoặc do sự khô cứng không đồng đều của vữa + Do vữa có tính co ngót, khi co ngót bị cản trở sẽ phát sinh các ứng suất co ngót trong khối xây, cũng có thể làm cho vữa tách khỏi gạch đá ở một số chỗ. + Do sự không đồng nhất về hình dạng và tính chất của các viên gạch đá. + Do trong quá trình thi công có thể gây ra sự không đồng đều ở các mạch vữa. 2. Các giai đoạn làm việc của khối xây chịu nén. Từ lúc bắt đầu chịu tải đến khi bị phá hoại, khỗi xây trải qua 3 giai đoạn: - Giai đoạn I: Khi lực nén còn nhỏ, ứng suất trong khối xây còn khá bé, trong khỗi xây chưa xuất hiện vết nứt. Khi lực nén tăng lên, trong khỗi xây xuất hiện một số vết nứt nhỏ. Lực nén ở thời điểm này đạt đến Nn. - Giai đoạn II: Khi lực nén tiếp tục tăng lên, các vết nứt bắt đầu mở rộng và phát triển dọc theo phương tác dụng của lực nén, đồng thời xuất hiện các vết nứt mới ở các vị trí khác. Các vết nứt cũ và mới nối liền với nhau và nỗi với mạch vữa đứng làm cho khối xây dần bị phân thành những nhánh đứng độc lập chịu các tải trọng nén lệch tâm khác nhau. Talk: Các nhánh đứng này có độ mảnh khá lớn, do đó dễ bị uốn dọc. - Giai đoạn III: Khi lực nén tiếp tục tăng lên, khối xây xẽ bị phá hoại, gọi giá trị lực nén lúc này là lực phá hoại Np. Talk: Thực ra khi khối xây làm việc ở giai đoạn II, nếu lực nén không tăng mà giữ nguyên giá trị thì các khe nứt vẫn tiếp tục mở rộng và phát triển cho đến khi khối xây bị phá hoại do tác dụng dài hạn của tải trọng. Lực phá hoại do tác dụng dài hạn của tải trọng bé hơn lực ngắn hạn. Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 14
  15. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN N<Nn N=Nn Nn<N<Nph N=Nph Hình 2. Các trạng thái làm việc của khối xây khi chịu nén. + Trong mäi trường hîp, sù xuÊt hiÖn vÕt nøt ®Çu tiªn ph¶i ®ưîc xem lµ dÊu hiÖu kh«ng b×nh thưêng, cÇn ph©n tÝch nguyªn nh©n ®Ó cã biÖn ph¸p xö lý kÞp thêi. ứng với tuổi khối xây (ngày) Loại vữa 3 28 720 Vữa XM 0,6 0,7 0,8 Vữa TH 0,5 0,6 0,7 Vữa vôi 0,4 0,5 0,6 3. Cường độ chịu nén của khối xây. Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 15
  16. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN a. Cường độ: - Giới hạn cường độ của khối xây bằng gạch đá, bằng khối lớn, bằng đá hộc chịu nén đúng tâm được xác định theo công thức của L.I. Onhisich: a R c = AR (1− )η g R b + v 2Rg Talk: Công thức này cho các kết quả phù hợp với các số liệu thí nghiệp, do đó từ năm 1939 nó được đưa vào quy phạm tính toán. Trong đó: + Rg, Rv - là giới hạn cường độ chịu nén của gạch và của vữa. + A - là hệ số kết cấu, phụ thuộc vào cường độ và loại gạch, được xác định: 100 + R A = g 100m + nRg + a, b, m, n - là các hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào loại khối xây (Bảng 3.2 SGK trang 26) + η - Hệ số hiệu chỉnh, dùng cho các khối xây có số hiệu vữa thấp, khi Rv ≥ R0 thì lấy η = 1, khi Rv 0 c c a R = R min = AR (1− )η g b Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 16
  17. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Hình 1 Quan hệ giữa cường độ của khối xây và cường độ vữa + Khi cường độ cửa vữa tăng lên vô cùng: c c c Rmax R = R max = ARg ⇒ A = <1 tức là bằng phương pháp xây thông thường không Rg thể nào sử dụng hết khả năng chịu nén của gạch đá, cường độ của khối xây luôn bé cường độ của gạch đá. Hệ số A đánh giá mức độ hiệu quả của việc sử dụng cường độ gạch trong khối xây. b. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ chịu nén của khối xây - Ảnh hưởng của gạch đá: + Cường độ của gạch đá tăng lên thì cường độ của khối xây tăng lên nhưng với mức độ chậm hơn. + Trong các khối xây bằng gạch có quy cách, khi chiều dày các viên gạch đá tăng lên thì cường độ của khối xây tăng lên. + Cường độ của khối xây bằng gạch đá có quy cách lớn hơn cường độ của khối xây bằng đá hộc. + Cường độ của khối xây bằng gạch đá đặc lớn hơn cường độ của khối xây bằng gạch đá rỗng có cùng quy cách. - Ảnh hưởng của vữa: + Khi cường độ của vữa tăng lên thì cường độ của khối xây tăng lên, mức độ tăng lên nhanh khi cường độ của vữa còn thấp sau đó chậm dần và dừng hẳn khi cường độ của vữa khá cao. Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 17
  18. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN + Cường độ của vữa trong khỗi xây đá hộc ảnh hưởng lớn đến cường độ khối xây, còn trong các khỗi xây bằng tảng lớn, cường độ của vữa ảnh hưởng không đáng kể. + Với vữa có biến dạng lớn, bề dày mạch vữa quá lớn sẽ làm giảm cường độ của khối xây nhất là + Dùng vữa có độ linh động lớn sẽ làm tăng cường độ của khối xây. + Vữa dùng chất phụ gia, vữa ximăng cứng, vữa vôi dưới 3 tháng tuổi làm giảm cường độ của khối xây, khi tính toán lấy giảm 10÷15% so với vữa thông thường. - Ảnh hưởng của tuổi khối xây và tính chất tác dụng của tải trọng: + Tuổi khối xây càng lớn, cường độ của khối xây càng lớn. Cường độ khối xây tăng nhanh trong khoảng thời gian đầu nhưng chậm dần và dừng hẳn khi tuổi khối xây tăng lên. + Nếu khối xây chịu tải trọng dài hạn Ndh Nn thì cường độ của khối xây sẽ giảm đi. + Cường độ của khối xây giảm khi chịu tác dụng của tải trọng lặp. - Ảnh hưởng của chất lượng thi công: + Khi xây, các mạch vữa trải không đều, mạch vữa không đầy, các hàng gạch xắp xếp không hợp lý làm giảm cường độ cửa khối xây. + Cường độ của khối xây khi xây bằng phương pháp rung chấn động, lớn hơn cường độ của khối xây khi xây thủ công. (Từ 2 ÷ 2.5lần). 4. Cường độ chịu nén cục bộ của khối xây. Giới hạn cường độ chịu nén cục bộ được xác định theo công thức thực nghiệm: c c F c Rcb = R 3 ≤ψR Fcb Trong đó: Rc – cường độ chịu nén đúng tâm Fcb – diện tích chịu nén cục bộ F – diện tích chịu nén tính toán bao gồm diện tích chịu nén cục bộ và một phần diện tích xung quanh Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 18
  19. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Ψ - hệ số phụ thuộc vào loại khối xây và vị trí tải trọng, Ψ = 1÷2 5. Cường độ chịu kéo của khối xây. Tuỳ theo phương tác dụng của lực kéo mà khối xây có thể bị phá hoại theo tiết diện giằng hoặc không giằng. a) Tiết diện không giằng b) Tiết diện giằng Hình 1. Khối xây chịu kéo a. Sự phá hoại chịu kéo theo tiết diện không giằng Sự phá hoại theo tiết diện không giằng khi lực kéo vuông góc với mạch vữa ngang và có thể xảy ra theo 1 trong các trường hợp sau: 1 - theo mặt tiếp xúc giữa mạch vữa và gạch 2 - theo mặt cắt qua mạch vữa 3 - theo mặt cắt qua gạch Talk: Thông thường xảy ra theo mặt cắt 1-1 hoặc 2-2. Trường hợp phá hoại theo mặt cắt qua gạch chỉ xảy ra khi cường độ của gạch quá yếu. Khi sự phá hoại xảy ra ở mặt tiếp xúc (1-1), cường độ chịu kéo của khối xây lấy bằng cường độ lực dính pháp tuyến giữa gạch và vữa: 3 R c = R c = (kG / cm 2 ) k d 40 1 + Rv Khi sự phá hoại xảy ra theo mặt cắt qua vữa, cường độ chịu kéo của khối xây lấy bằng cường độ chịu kéo của vữa. b. Sự phá hoại chịu kéo theo tiết diện giằng Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 19
  20. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Sự phá hoại theo tiết diện giằng khi lực kéo song song với mạch vữa ngang và có thể xảy ra theo 1 trong các trường hợp sau: 1 – theo tiết diện đi qua các mạch vữa đứng và các viên gạch 2 – theo tiết diện cài răng lược 3 – theo tiết diện bậc thang Talk: Phần lớn xảy ra sự phá hoại theo tiết diện 2-2 hoặc 3-3. Talk: Khi xác định cường độ chịu kéo của khối xây, bỏ qua sự tham gia chịu lực của các mạch vữa đứng vì thành phần lực dính pháp tuyến của gạch và mạch vữa đứng gần bằng 0 do hiện tượng co ngót của vữa và do vữa lấp không đầy các mạch đứng.Khả năng chịu kéo của khối xây do lực dính tiếp tuyến giữa gạch và mạch vữa ngang quyết định. Theo các kết quả thực nghiệm thì cường độ lực dính tiếp tuyến lớn hơn cường độ lực dính pháp tuyến khoảng 2 lần. Cường độ chịu kéo khối xây khi sự phá hoại theo mặt cắt 2-2 hoặc 3-3: c Rk =νRd Trong đó: Rd - là cường độ của lực dính tiếp tuyến giữa gạch và mạch vữa ngang ν = d/a - là độ giằng vào nhau của các viên gạch d - chiều sâu đoạn giằng vào nhau của viên gạch a - chiều dày một lớp khối xây Với khối xây bằng gạch, đá có quy cách mà d ≥ a, cho phép lấy ν =1; với khối xây đá hộc lấy ν = 0.7. Cường độ chịu kéo khối xây khi sự phá hoại theo mặt cắt 1-1: c Rk =ν ' Rkg Trong đó: Rkg - Cường độ chịu kéo đúng tâm của gạch, thường bằng 1/3 cường độ chịu uốn ν’ = Fg/ F - hệ số kể đến sự giảm yếu của tiết diện do bỏ qua mạch vữa đứng Fg - diện tích tiết diện gạch bị cắt qua không kể các mạch vữa Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 20
  21. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN 6. Cường độ chịu uốn của khối xây. Khối xây có thể làm việc chịu uốn theo tiết diện giằng hoặc không giằng. Uốn theo tiết diện giằng khi mặt phẳng uốn song song với mạch vữa ngang, còn khi mặt phẳng uốn vuông góc với mạch vữa ngang thì xảy ra trường hợp uốn theo tiết diện không giằng Hình 1. Phá hoại chịu uốn theo tiết diện giằng Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 21
  22. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Hình 1 Phá hoại chịu uốn theo tiết diện không giằng Cường độ chịu uốn của khối xây được lấy bằng: c c Rku = 1.5R k 7. Cường độ chịu cắt của khối xây. Khối xây có thể làm việc chịu cắt theo tiết diện giằng hoặc không giằng. Cắt theo tiết diện không giằng khi lực cắt nằm dọc theo mạch vữa ngang, khi lực cắt vuông góc với mạch vữa ngang thì xảy ra trường hợp cắt theo tiết diện giằng. Hình 1 Phá hoại chịu cắt theo tiết diện không giằng và giằng Cường độ chịu cắt trong trường hợp khối làm việc theo tiết diện không giằng: c Rc = Rd + f σ0 Trong đó: Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 22
  23. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Rd - Lực dính tiếp tuyến giữa gạch và mạch vữa ngang f - Hệ số ma sát giữa gạch và mạch vữa ngang σ0 - Là ứng suất nén do lực nén dọc gây ra Cường độ chịu cắt trong trường hợp khối làm việc theo tiết diện giằng: c Rc = Rcg Trong đó: Rcg là cường độ chịu cắt của gạch 8. Biến dạng của khối xây. Talk: Khối xây là vật liệu đàn hồi dẻo, dưới tác dụng của tải trọng, biến dạng ε bao gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo, quan hệ giữa ứng suất (σ) và biến dạng (ε) là một đường cong. a. Môđun biến dạng của khối xây: Môđun biến dạng của khối xây được xác định: dσ ⎛ σ ⎞ E = tgϕ = hoặc xác định theo công thức thực nghiệm: E = E0 ⎜1− ⎟ dε ⎝ 1.1R ⎠ Trong đó: E0 - là môđun biến dạng ban đầu của khối xây (khi σ = 0, E0 = tgϕ0) c E0 = αR (Theo nghiên cứu thực nghiệm) α - là đặc trưng đàn hồi của khối xây lấy phụ thuộc vào dạng khối xây và số hiệu vữa (SGK, Phụ lục 1) Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 23
  24. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Trong thực hành tính toán kết cấu có thể lấy: E = 0.8E0 - khi tính toán theo THGH I E = 0.5E0 - khi tính toán nội lực kết cấu siêu tĩnh có khối xây cùng làm việc với các vật liệu khác. b. Các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng của khối xây: - Biến dạng của khối xây gồm biến dạng của vữa, gạch, và lớp tiếp xúc giữa vữa và gạch trong đó biến dạng của vữa và lớp tiếp xúc là chủ yếu, biến dạng của gạch rất nhỏ. - Biến dạng của vữa phụ thuộc vào loại vữa, tổng chiều dày của vữa, số lượng mạch vữa, mức độ tiếp xúc giữa gạch và vữa. - Khối xây tăng biến dạng theo thời gian khi chịu tác dụng dài hạn của tải trọng, đây là hiện tượng từ biến của khối xây. Talk: Nếu khối xây chịu ứng suất nén nhỏ, N<Nn, thì từ biến diễn ra nhanh trong thời gian đầu sau đó tắt dần và dừng hẳn sau vài năm. Nếu ứng suất nén trong khối xây vượt quá ứng suất phát sinh vết nứt thì từ biến không tắt dần mà tiếp tục phát triển cho đến khi khối xây bị phá hoại. - Khối xây còn bị biến dạng do co ngót. Biến dạng do co ngót phụ thuộc vào tính chất của vữa và gạch đá, khối xây dùng vữa ximăng có co ngót lớn hơn khối xây dùng vữa vôi, khối xây dùng gạch silicát hoặc gạch bêtông có co ngót lớn hơn khối xây dùng gạch nung. §5. Nguyên lý tính toán kết cấu gạch đá (1t) 1. Khái niệm chung Talk: Kết cấu gạch đá được sử dụng từ rất lâu, nhưng suốt trong một thời gian dài nó chỉ được xây dựng theo kinh nghiệm. Mãi đến cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20 khi vật liệu gạch đá được sử dụng nhiều người ta mới bắt đầu nghiên cứu về sự làm việc của khối xây gạch đá và đề ra phương pháp tính toán. a. Phương pháp ứng suất cho phép. Talk: Phương pháp này được tiến hành dựa theo các phương pháp của sức bền vật liệu. - Nội dung phương pháp: Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 24
  25. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN σ ≤ [σ] Trong đó: σ - là ứng suất tính toán trong kết cấu [σ] - là ứng suất cho phép của khối xây gạch đá. - Ưu điểm: + Sử dụng được công thức, phương pháp sẵn có của sức bền vật liệu, cơ học kết cấu. + Tính toán đơn giản, nhanh với sự trợ giúp của máy tính. Nếu nội lực bé thì sai số chấp nhận được. - Nhược điểm: + Phương pháp tính này không phù hợp với khối xây gạch đá, không phản ánh đúng bản chất làm việc thực của kết cấu gạch đá, giả thiết vật liệu là đàn hồi, đồng nhất là không đúng + Chưa tận dụng hết khả năng làm việc của kết cấu, gây lãng phí. b. Phương pháp nội lực phá hoại Talk: Phương pháp này bắt đầu được sử dụng từ giữa thế kỷ 20 - Nội dung của phương pháp: N = Np / k Trong đó: Np - là nội lực gây phá hoại kết cấu, được tính toán với cường độ khối xây và đặc trưng hình học của kết cấu N - là nội tính toán trong kết cấu k - là hệ số an toàn - Ưu điểm: Talk: Phương pháp tính toán này có những tiến bộ đáng kể so với phương pháp ứng suất cho phép. + Nội lực phá hoại được xác định khá chính xác có xét đến yếu tố vật liệu và hình dáng kết cấu + Hệ số an toàn k đã có những quy định thích hợp Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 25
  26. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN + Tiết kiệm vật liệu. - Nhược điểm: + Chỉ kể đến được một hệ số an toàn chung cho kết cấu, chưa phân tích điều kiện ảnh hưởng đến nó. + Chưa xét đến yếu tố biến dạng và phát triển khe nứt trong kết cấu gạch đá. Talk: Trong khoảng vài chục năm trở lại đây, bắt đầu từ năm 1955, ở Liên Xô và một số nước đã bắt đầu áp dụng phương pháp tính toán theo trạng thái giới hạn (THGH). Phương pháp này ngày càng được phổ biến và phát triển rộng dãi. Ta sẽ xem xét nội dung của phương pháp này trong một mục riêng dưới đây. 2. Phương pháp tính toán theo TTGH a. Khái niệm: - Trạng thái giới hạn là trạng thái mà từ đó trở đi kết cấu không thoả mãn các yêu cầu được đặt ra ban đầu cho nó. - Kết cấu gạch đá được tính toán theo hai nhóm trạng thái giới hạn: TTGH I - theo khả năng chịu lực và TTGH II - theo điều kiện sử dụng bình thường. b. Trạng thái giới hạn I (theo khả năng chịu lực) - Là trạng thái kết cấu bắt đầu không chịu thêm lực được nữa vì bắt đầu bị phá hoại hay bị mất ổn định. - Điều kiện tính toán: T ≤ Tgh Trong đó: T - là nội lực bất lợi nhất trong kết cấu do tải trọng tính toán gây ra. Tgh - là khả năng chịu lực bé nhất của kết cấu: M, Mx, N, Q - Tính toán theo TTGH I cho mọi loại kết cấu và trong mọi giai đoạn: thi công, sử dụng và sửa chữa c. Trạng thái giới hạn II (theo điều kiện sử dụng bình thường) - Là trạng thái đảm bảo điều kiện hạn chế về độ biến dạng, bề rộng khe nứt, độ dao động của kết cấu. Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 26
  27. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN - Điều kiện tính toán: Về biến dạng: f ≤ fgh Về bê rộng khe nứt: Δ ≤ Δgh Trong đó: f, Δ - là độ biến dạng và bể rộng khe nứt do tải trọng tiêu chuẩn gây ra. fgh, Δgh - là giá trị giới hạn về độ biến dạng và bể rộng khe nứt. Talk: Việc tính toán kết cấu gạch đá theo điều kiện về khe nứt hiện còn khó khăn, trên thực tế vẫn dùng cách tính toán quy ước bằng cách hạn chế ứng suất kéo trong khối xây hoặc hạn chế ứng suất trong cốt thép dọc vùng kéo. 3. Cường độ của khối xây a. Cường độ tiêu chuẩn R + R + + R R c = 1 2 n n Trong đó: R1, R2, Rn là cường độ của các mẫu thử; n - là số lượng mẫu thử b. Cường độ tính toán R c R = m k Trong đó: k - là hệ số an toàn. k = 2 khi chịu nén, k = 2.25 khi chịu kéo m - hệ số điều kiện làm việc được lấy như sau: m = 0.8 - với trụ và mảng tường giữa 2 ô cửa có diện tích tiết diện ngang ≤ 0.3m2 m = 0.6 - với tiết diện tròn không có lưới thép, xây bằng gạch thường m = 1.25 - khi k.tra cường độ khối xây chịu nén của các công trình chưa xây xong m = 1.1 - khi tính toán khối xây chịu nén mà tải trọng đặt vào khi khối xây đã khô cứng (quá 1 năm tuổi) Chú ý: Giá trị R được cho sẵn trong các bảng phụ lục từ 2 - 7 tuỳ thuộc vào loại khối xây, là loại cường độ tính toán gốc chưa kể đến hệ số điều kiện là việc m. Cường độ tính toán của cốt thép trong khối xây Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 27
  28. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN c Ra Ra = ma k a được lấy theo phụ lục 9. Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 28
  29. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN CHƯƠNG II. TÍNH TOÁN CẤU KIỆN GẠCH ĐÁ THEO KHẢ NĂNG CHỊU LỰC (6t) §1. Cấu kiện chịu nén đúng tâm (1t) 1. Khái niệm Cấu kiện chịu nén đúng tâm khi lực nén N đặt trùng với trọng tâm tiết diện. Cấu kiện chịu nén đúng tâm thường là các cột, các tường trong nhà. 2. Sơ đồ tính toán Cấu kiện chịu nén đúng tâm khi lực nén N đặt trùng với trọng tâm tiết diện (Sơ đồ tính toán như hình vẽ) 3. Công thức cơ bản - Điều kiện cường độ của của cấu kiện: N ≤ ϕ mdh R F Trong đó: N - lực nén do tải trong tính toán gây ra ϕ - hệ số uốn dọc (tra theo bảng 5.1 SGK) mdh - hệ số kể đến tính chất dài hạn của tải trọng F - diện tích tiết diện cấu kiên R - cường độ chịu tính toán của khối xây - Hệ số uốn dọc ϕ và hệ số mdh được xác định phụ thuộc vào dạng liên kết ở hai đầu cấu kiện: Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 29
  30. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Hình 3 Biểu đồ xác định hệ số ϕ và mdh + Với cấu kiện có liên kết khớp ở 2 đầu: * Tại gối tựa: ϕ = 1, mdh = 1 * Tại các tiết diện nằm trong khoảng 1/3H ở đoạn giữa, ϕ và mdh lấy theo tính toán * Tại các tiết diện còn lại lấy theo nội suy + Với cấu kiện có liên kết ngàm ở đầu dưới, liên kết khớp đàn hồi ở đầu trên: * Tại gối tựa đàn hồi: ϕ = 1, mdh = 1 * Tại tiết diện nằm trong khoảng 0.7H tính từ chân cột, ϕ và mdh lấy theo tính toán * Tại các tiết diện còn lại lấy theo nội suy + Với cấu kiện có liên kết ngàm ở đầu dưới, và đầu trên tự do: * Tại đầu tự do: ϕ = 1, mdh = 1 * Tại tiết diện nằm trong khoảng 0.5H tính từ chân cột, ϕ và mdh lấy theo tính toán * Tại các tiết diện còn lại lấy theo nội suy + Khi cạnh bé nhất của tiết diện h ≥ 30cm, cho phép lấy mdh = 1 - Xác định hệ số uốn dọc ϕ theo tính toán: Hệ số ϕ phụ thuộc vào đặc trưng đàn hồi của khối xây α và độ mảnh của cấu kiện λ. Đặc trưng đàn hồi của khối xây α được tra theo phụ lục 1, phụ thuộc vào loại khối xây và số hiệu vữa. Độ mảnh λ được xác định như sau: + Với cấu kiện tiết diện bất kỳ: λ = l0/ rmin + Với cấu kiện tiết chữ nhật: λh = l0/ h; Trong đó: l0 - là chiều dài tính toán của cấu kiện r - là bán kính quán tính nhỏ nhất của tiết diện h - là cạnh bé của tiết diện - Xác định chiều dài tính toán l0: + Khi hai đầu cấu kiện là liên kết khớp: l0 = H + Khi một đầu cấu kiện là ngàm, một đầu tự do: l0 = 2.0H Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 30
  31. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN + Với cột nhà công nghiệp 1 nhịp, đầu dưới là ngàm, đầu trên là gối đàn hồi: l0 = 1.5H + Với cột nhà nhiều nhịp, đầu dưới là ngàm, đầu trên là gối đàn hồi: l0 = 1.25H + Khi một đầu cấu kiện là ngàm, một đầu tự do: l0 = 2.0H + Với bức tường phẳng có liên kết ngàm ở 4 cạnh và chiều dài cạnh l ≤ 2H hoặc ngàm 3 cạnh và chiều dài tường l ≤ 1.5H thì lấy: l0 = 0.9H - Xác định hệ số mdh theo tính toán: N m =1 −η dh dh N Trong đó: Ndh - là lực nén do tải trọng dài hạn gây ra η - là hệ số phụ thuộc vào λh và loại gạch đá trong khối xây (tra theo bảng 5.2 SGK) §2. Cấu kiện chịu nén lệch tâm (1t) 1. Khái niệm - Cấu kiện chịu nén lệch tâm khi lực nén N đặt không đúng trọng tâm tiết diện. Lực dọc N lệch một đoạn e0 so với trọng tâm tiết diện tương đương với một thành phần N đặt đúng trọng tâm tiết diện và một mômen M = Ne0. - Cấu kiện gạch đá chịu nén lệch tâm thường là các cột, tường, móng, vòm mái, ống khói - Tuỳ theo độ lệch tâm e0 mà trên tiết diện có thể có thể bị nén hoàn toàn hoặc trên tiết diện có một phần chịu nén một phần chịu kéo. Nếu ứng suất kéo lớn hơn cường độ chịu kéo của khối xây thì trong các mạch vữa ngang sẽ xuất hiện khe nứt, các khe nứt này làm thay đổi chiều cao làm việc của tiết diện. Lúc này coi chiều cao làm việc của tiết diện chỉ còn là hc. Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 31
  32. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Hìn 3 Biểu đồ ứng suất trong cấu kiện chịu nén lệch tâm - Với tường có chiều dày h ≤ 22cm cần phải kể đến độ lệch tâm ngẫu nhiên e’0, nếu tường là tường chịu lực: e’0 = 2cm; nếu tường là tường tự mang: e’0 = 1cm. Lúc này: e0 = M/ N + e’0 - Để đảm bảo sự làm việc an toàn của cấu kiện gạch đá, trong tính toán thiết kế cần phải hạn chế độ lệch tâm của lực dọc: + Với cột và tường có bề dày h >22cm: * e0 ≤ 0.9y - khi tính toán với tổ hợp tải trọng cơ bản * e0 ≤ 0.9y - khi tính toán với tổ hợp tải trọng phụ + Với cột và tường có bề dày h ≤ 25cm: * e0 ≤ 0.8y - khi tính toán với tổ hợp tải trọng cơ bản * e0 ≤ 0.85y - khi tính toán với tổ hợp tải trọng phụ + Với mọi cấu kiện và trường hợp tải trọng bất kỳ: y - e0 ≥ 2cm (khoảng cách từ điểm đặt lực N đến mép chịu nén nhiều) Trong đó: y là khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến mép chịu nén nhiều. Với tiết diện chữ nhật y = h/2 2. Sơ đồ tính toán Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 32
  33. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN H×nh 3 S¬ ®å x¸c ®Þnh chiÒu dμi tÝnh to¸n H×nh 3 S¬ ®å tÝnh to¸n C¸c gi¶ thiÕt vÒ s¬ ®å tÝnh to¸n: - Bá qua sù lμm viÖc cña vïng kÐo - BiÓu ®å øng suÊt trong vïng nÐn cã d¹ng ch÷ nhËt vμ ®¹t tíi c−êng ®é chÞu tÝnh to¸n vÒ nÐn côc bé ωR 3. C«ng thøc c¬ b¶n - §iÒu kiÖn c−êng ®é cña cña cÊu kiÖn: N ≤ ϕ1 mdh ωR Fc Trong ®ã: N - lùc nÐn do t¶i trong tÝnh to¸n g©y ra ϕ1 - hÖ sè uèn däc mdh - hÖ sè kÓ ®Õn tÝnh chÊt dμi h¹n cña t¶i träng Fc - diÖn tÝch phÇn chÞu nÐn cña tiÕt diÖn R - c−êng ®é chÞu tÝnh to¸n cña khèi x©y - X¸c ®Þnh hÖ sè ϕ theo c«ng thøc: ϕ + ϕ ϕ = c 1 2 Trong đó: Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 33
  34. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Hệ số ϕ phụ thuộc vào độ mảnh λh (hoặc λr) và đặc trưng đàn hồi của khối xây (theo bảng 5.1 SGK) Hệ số ϕc phụ thuộc vào độ mảnh λhc và đặc trưng đàn hồi của khối xây (theo bảng 5.1 SGK) - Xác định độ mảnh λh và λhc: λ = l0/ h; λr = l0/ r; λhc = H’/ hc; λrc = H’/ rc; Trong đó: h - là kích thước tiết diện theo phương mặt phẳng uốn hc - là kích thước phần tiết diện chịu nén theo phương mặt phẳng uốn r - là bán kính quán tính của tiết diện phương mặt phẳng uốn rc - là bán kính quáních thước phần tiết diện chịu nén theo phương mặt phẳng uốn l0 - chiều dài tính toán của cấu kiên, được xác định giống như cấu kiện chịu nén đúng tâm H’ - chiều cao phần cấu kiện có mômen uốn cùng dấu - Xác định hệ số ω: + Với khối xây bằng gạch rỗng, tảng bêtông rỗng, hoặc đá thiên nhiên: ω = 1 e + Với các khối xây còn lại: ω =1 + 0 ≤1.45 2y - Xác định hệ số mdh: + Khi cạnh bé nhất của tiết diện h ≥ 30cm, cho phép lấy mdh = 1 + Khi cạnh bé nhất của tiết diện h < 30cm: N 1.2e m =1 −η dh (1 + 0dh ) dh N h Trong đó: Ndh - là lực nén do tải trọng dài hạn gây ra e0dh - là độ lệch tâm do tải trọng dài hạn gây ra η - là hệ số phụ thuộc vào λh và loại gạch đá trong khối xây (tra theo bảng 5.2 SGK) giống như cấu kiện chịu nén đúng tâm Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 34
  35. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN - Xác định diện tích Fc: Diện tích Fc được xác định theo điều kiện là trọng tâm của Fc phải trùng với điểm đặt lực N. + Với tiết diện chữ nhật: Fc = hc b = 2(y-e0)b = (h - 2e0)b + Với tiết diện chữ T có cánh nằm trong vùng nén nhiều: b c F = b c + (e + x - c)b ; 1 2 c 1 1 2 x = (2e1 − c) + (e1 − c) b2 + Với tiết diện chữ T có sườn nằm trong vùng nén: b d F = db + (c- (y + e - x))b ; 2 2 c 2 1 0 1 x = (2e1 − d) + (e1 − d) b1 Hình 3 Cách xác định diện tích vùng nén tiết diện chữ T §3. Cấu kiện chịu nén cục bộ(1t) 1. Khái niệm: Cấu kiện chịu nén cục bộ khi trên tiết diện chỉ có một phần diện tích trực tiếp chịu nén. Nén cục bộ thường xảy ra do dầm, dàn, xà gồ gác lên cột, tường, trụ Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 35
  36. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Với các cấu kiện có tải trọng lớn thì không nên kê trực tiếp lên tường hoặc trụ gạch mà nên dùng tấm đệm bằng bêtông cốt thép. Chiều dày tấm đệm hđ ≥ 140mm và nên chọn bằng số lần chiều dày hàng gạch. Hàm lượng thép trong tấm đệm theo hai phương không nhỏ hơn 0.05%. Đồng thời bản đệm không được đặt trực tiếp lên tường, trụ mà nên trải một lớp vữa dày không quá 15mm. 2. Công thức tính toán - Điều kiện cường độ của cấu kiện chịu cục bộ: N ≤ μ d Rcb Fcb Trong đó: N - lực nén cục bộ do tải trong tính toán gây ra μ - hệ số hoàn chỉnh biểu đồ áp lực của tải trọng cục bộ d - hệ số xét đến sự phân bố lại ứng suất trong vùng chịu nén cục bộ Fcb - diện tích phần chịu nén cục bộ Rcb - cường độ tính toán của khối xây chịu nén cục bộ - Xác định hệ số μ: + Khi áp lực phân bố đều: μ = 1 + Khi áp lực phân bố dạng tam giác: μ = 0.5 - Xác định hệ số d: + Đối với khối xây bằng gạch, gạch nung, bằng bêtông đặc: d = 1.5 - 0.5μ + Đối với khối xây bằng bêtông lỗ rỗng, bêtông tổ ong: d = 1 - Đối với tải trọng cục bộ phân bố không đều, quy phạm cho phép lấy tích số μd: + Với khối xây là tường gạch, cột gạch, tường bêtông đặc: μd = 0.75 + Với khối xây là tường bêtông có lỗ rỗng, bêtông tổ ong: μd = 0.5 - Xác định Rcb: F Rcb = R 3 ≤ψR Fcb Trong đó: Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 36
  37. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN R - cường độ chịu nén tính toán của khối xây F - là diện tích tính toán, bao gồm phần diện tích cục bộ và một phần diện tích xung quanh ψ - là hệ số phụ thuộc vào loại khối xây và vị trí đặt tải trọng cục bộ (bảng 5.3 SGK) §4. Cấu kiện chịu kéo, cắt, uốn(1t) 1. Cấu kiện chịu kéo đúng tâm Không cho phép thiết kế cấu kiện gạch đá chịu kéo theo tiết diện không giằng Với cấu kiện chịu kéo theo tiết diện giăng, điều kiện cường độ là: N ≤ Rk F Trong đó: N -lực kéo tính toán gây ra trong khối xây Rk - cường độ chịu kéo tính toán của khối xây lấy theo phụ lục 3 F - diện tích tiết diện 2. Cấu kiện chịu uốn - Điều kiện cường độ của cấu kiện chịu uốn theo mômen: M ≤ Rku W Trong đó: M -Mômen tính toán trong khối xây Rku - cường độ chịu kéo tính toán khi uốn của khối xây lấy theo phụ lục 3 W - mômen kháng uốn của tiết diện - Điều kiện cường độ của cấu kiện chịu uốn theo lực cắt: Q ≤ Rkc bZ Trong đó: Q - lực cắt tính toán trong khối xây Rkc - cường độ tính toán về ứng suất kéo chính của khối xây lấy theo phụ lục 3 b - bề rộng tiết diện (theo phương vuông góc với mặt phẳng uốn) Z - cánh tay đòn của ngẫu lực, Z = 2h/3 h - chiều cao tiết diện (theo phương song song với mặt phẳng uốn) Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 37
  38. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN 3. Cấu kiện chịu cắt - Điều kiện cường độ theo tiết diện không giằng: Q ≤ (Rc + 0.8 n f σ0) F Trong đó: Q - lực cắt tính toán trong khối xây Rc - cường độ chịu cắt tính toán theo tiết diện không giằng lấy theo phụ lục 3 f - hệ số ma sát, với khối xây bằng gạch đá đặc có quy cách lấy f = 0.7; với khối xây bằng gạch, đá rỗng f = 0.3; σ0 - ứng suất nén trung bình khi lực nén tính toán là nhỏ nhất và được xác định với hệ số vượt tải là 0.9. n - hệ số, lấy bằng 1 với khối xây gạch đá đặc, lấy bằng 0.5 với khối xây gạch đá có lỗ rỗng F - diện tích tính toán của tiết diện - Điều kiện cường độ theo tiết diện có giằng (được kiểm tra với khối xây bằng gạch đá mác thấp): Q ≤ Rc g Fg Trong đó: Rcg - cường độ chịu cắt tính toán của gạch F - diện tích tiết diện chịu cắt của gạch (không kể phần diện tích mạch vữa) Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 38
  39. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN CẤU KIỆN GẠCH ĐÁ CÓ CỐT THÉP THEO KHẢ NĂNG CHỊU LỰC (6t) §1. Khối xây đặt lưới thép ngang 1. Cấu tạo của khối xây và tác dụng của lưới thép a. Cấu tạo của khối xây có đặt lưới thép ngang Hình 3 Khối xây đặt lưới thép ngang - Việc tăng cường khả năng chịu lực của khối xây bằng lưới thép ngang được sử dụng đối với khối xây chịu nén đúng tâm hoặc nén lệch tâm bé với độ mảnh nhỏ (e0 ≤ 0.33y; λ ≤ 15) - Lưới thép được đặt trong các mạch vữa ngang. Có hai kiểu lưới thép: Lưới ô vuông và lưới zích-zắc. Lưới ô vuông gồm các thanh dọc ngang đặt vuông góc với nhau thường dùng lưới hàn. Lưới zích-zắc gồm một sợi thép uốn thành hình zích-zắc đặt trong mạch vữa ngang. Hai lưới zích-zắc đặt trong hai mạch vữa kề nhau và các thanh vuông góc với nhau thì tương đương với một lưới ô vuông đặt trong một mạch vữa. Dùng lưới zích-zắc làm giảm chiều dày 1 mạch vữa. - Thanh thép trong lưới thường sử dụng loại: φ 3 đến φ8mm, khoảng cách thanh a=30- 120mm. Khoảng cách giữa các lưới là từ 3 đến 5 hàng gạch (70 đến 350mm) Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 39
  40. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN - Hàm lượng cốt thép trong lưới thép μ = 0.1% đến 1%: V μ = a ×100% V Va - là thể tích của một lưới cốt thép V - là thể tích khối xây trong phạm vi hai lưới - Vữa dùng trong khối xây đặt lưới thép ngang có số hiệu từ 25 trở lên trong môi trường khô, từ 50 trở lên trong môi trường ẩm ướt. b. Tác dụng của lưới thép - Lưới thép có tác dụng ngăn cản biến dạng ngang của khối xây, ngăn cản sự hình thành vết nứt vì vậy làm tăng khả năng chịu lực của khối xây. Khi bị phá hoại, khối xây không bị tách thành những nhánh đứng như trong khối xây không có cốt thép. - Khối xây đặt lưới thép ngang có thể chịu lực nén gấp 1.2 đến 2 lần khối xây không có cốt thép. 2. Tính toán cấu kiện a. Cấu kiện chịu nén đúng tâm - Điều kiện cường độ: N ≤ ϕ mdh Rak F Trong đó: N - lực nén do tải trong tính toán gây ra ϕ - hệ số uốn dọc (tra theo bảng 5.1 SGK) mdh - hệ số kể đến tính chất dài hạn của tải trọng F - diện tích tiết diện cấu kiện Rak - cường độ chịu nén tương đương của khối xây có đặt lưới thép ngang. - Xác định ϕ, mdh và F: Giống như đối với cấu kiện gạch đá không cốt thép chịu nén đúng tâm nhưng với đặc trưng đàn hồi: R c α a = α c Rak Trong đó: Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 40
  41. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN α - đặc trưng đàn hồi của khối xây không đặt cốt thép (Tra bảng phụ lục 1 SGK) Rc - cường độ tiêu chuẩn của khối xây không đặt cốt thép, Rc = kR, k là hệ số an toàn, với khỗi xây chịu nén lẫy k = 2. c R ak - cường độ tiêu chuẩn của khối xây có đặt cốt thép, 2μR c 2μR c R c = kR c + a = 2R c + a , ak 100 100 c c R a - cường độ tiêu chuẩn của cốt thép lấy như sau: R a = kaRa = 1.1Ra với thép C- c I, A-I, C-II, A-II; R a = kaRa = 1.25Ra với sợi thép. - Xác định Rak: 2μR + Khi số hiệu vữa từ 25 trở lên: R = R + a ≤ 2R ak 100 2μR R + Khi số hiệu vữa nhỏ hơn 25: R = R + a × ≤ 2R ak 100 R25 Trong đó: R - cường độ chịu nén tính toán của khối xây không có cốt thép (Tra trong các phụ lục: 2, 5, 6, 7 hoặc 8, SGK) R25 - cường độ chịu nén tính toán của khối xây không có cốt thép khi dùng vữa mác 25. Ra - cường độ tính toán của cốt thép trong khối xây (Tra phụ lục 9 SGK) b. Cấu kiện chịu nén lệch tâm Điều kiện cường độ: N ≤ ϕ1 mdh Rak Fc ω Trong đó: N - lực nén do tải trong tính toán gây ra ϕ1 - hệ số uốn dọc của cấu kiện chịu nén lệch tâm mdh - hệ số kể đến tính chất dài hạn của tải trọng Fc - diện tích phần chịu nén của tiết diện Rak - cường độ chịu nén tương đương của khối xây có đặt lưới thép ngang. Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 41
  42. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN - Xác định ϕ1, mdh và Fc: Giống như đối với cấu kiện gạch đá không cốt thép chịu nén lệch tâm nhưng với đặc trưng đàn hồi của khối xây là: R c α a = α c Rak Trong đó: α - đặc trưng đàn hồi của khối xây không đặt cốt thép (Tra bảng phụ lục 1 SGK) Rc - cường độ tiêu chuẩn của khối xây không đặt cốt thép, Rc = kR, k là hệ số an toàn, với khỗi xây chịu nén lẫy k = 2. c R ak - cường độ tiêu chuẩn của khối xây có đặt cốt thép, 2μR c 2μR c R c = kR c + a = 2R c + a , ak 100 100 c c R a - cường độ tiêu chuẩn của cốt thép lấy như sau: R a = kaRa = 1.1Ra với thép C- c I, A-I, C-II, A-II; R a = kaRa = 1.25Ra với sợi thép. - Xác định Rak: 2μR 2e + Khi số hiệu vữa từ 25 trở lên: R = R + a (1 − 0 ) ≤ 2R ak 100 y 2μR R 2e + Khi số hiệu vữa nhỏ hơn 25: R = R + a × (1 − 0 ) ≤ 2R ak 100 R25 y Trong đó: e0 - độ lệch tâm của lực dọc y - khoảng cánh từ trọng tâm tiết diện đến mép chịu nén nhiều §2. Khối xây đặt cốt thép dọc 1. Cấu tạo của khối xây đặt cốt thép dọc - Cốt thép dọc được đặt vào trong khối xây để chịu kéo khi khối xây chịu uốn hoặc chịu kéo hoặc chịu nén lệch tâm. Cốt thép dọc còn được đặt vào trong khối xây để gia cố các trụ, các mảng tường mỏng có độ thanh mảnh lớn (λh ≥ 15 hoặc λr ≥ 53) hoặc các trụ và mảng tường chịu tải trọng rung động. Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 42
  43. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN - Cốt thép dọc có thể đặt bên trong hoặc bên ngoài khối xây. Khi cốt thép đặt trong, cốt thép được bảo vệ tốt nhưng khó thi công, khó kiểm tra chất lượng. Khi cốt thép đặt ngoài, khả năng chịu lực của cốt thép được phát huy tốt do đặt xa trục trung hoà, dễ thi công. Hình 3 Khối xây đặt cốt thép dọc a) Cốt thép đặt trong b) Cốt thép đặt ngoài - Vữa dùng trong khối xây và lớp bảo vệ phải có số hiệu từ 25 trở lên trong môi trường khô ráo, từ 50 trở lên trong môi trường ẩm ướt hoặc nằm dưới đất - Cốt thép dọc phải có đường kính ∅ ≥8mm đối với thanh chịu nén và ∅ ≥ 3mm đối với thanh chịu kéo - Hàm lượng cốt dọc μ ≥ 0.1% với cốt dọc chịu nén, μ ≥ 0.05% với cốt dọc chịu kéo - Cốt đai có đường kính từ 3 đến 8mm, khoảng cách của các đai là bội số của chiều dày một hàng xây, không quá 500mm và không quá 15lần đường kính cốt thép dọc khi cốt dọc đặt bên ngoài, không quá 20lần đường kính cốt dọc khi cốt dọc đặt bên trong khối xây. Trong đoạn nối cốt thép, khoảng cách cốt đai không quá 10lần đường kính cốt dọc - Chiều dày lớp bảo vệ lấy như sau: + Với tường: abv = 10mm khi khối xây ở trong môi trường khô giáo abv = 15mm khi khối xây ở ngoài trời abv = 20mm khi khối xây nằm dưới đất + Với trụ: Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 43
  44. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN abv = 20mm khi khối xây ở trong môi trường khô giáo abv = 25mm khi khối xây ở ngoài trời abv = 30mm khi khối xây nằm dưới đất 2. Tính toán khối xây đặt cốt thép dọc a. Cấu kiện chịu nén đúng tâm Điều kiện cường độ: N ≤ ϕ mdh (0.85RF + R’a F’a) Trong đó: ϕ, mdh - được xác định như trường hợp khối xây không đặt cốt thép R - cường độ chịu nén tính toán của khối xây. Talk: Do trong khỗi xây đặt cốt thép dọc chịu nén, cường độ của khỗi xây khi bị phá hoại chỉ đạt tới 85% cường độ của khối xây không đặt cốt thép nên trong công thức trên cường độ R được nhân với hệ số mk = 0.85 R’a - cường độ tính toán của cốt thép, được xác định theo phụ lục 9 b. Cấu kiện chịu nén lệch tâm - Trường hợp lệch tâm bé: + Trường hợp lệch tâm bé xảy ra khi: Sn ≥ 0.8S0 với tiết diện bất kỳ hoặc x ≥ 0.55h0 với tiết diện chữ nhật. Trong trường hợp này, toàn bộ tiết diện sẽ chịu nén hoặc có một phần nhỏ chịu kéo, sự phá hoại bắt đầu từ phía vùng nén nhiều. + Sơ đồ tính toán (như hình vẽ): Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 44
  45. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Hình 3 Sơ đồ tính khối xây đặt thép dọc chịu nén lệch tâm a, b) Nén lệch tâm bé c) Nén lệch tâm lớn + Điều kiện cường độ đối với tiết diện bất kỳ: N e ≤ ϕ1 mdh (0.85R S0 + R’a F’a Za) N e’ ≤ ϕ1 mdh (0.85R S’0 + Ra Fa Za) + Điều kiện cường độ đối với tiết diện chữ nhật đặt cốt kép: 2 N e ≤ ϕ1 mdh [0.42R bh 0 + R’a F’a (h0 -a’)] 2 N e’ ≤ ϕ1 mdh [0.85R bh’ 0 + Ra Fa (h0 -a’)] + Điều kiện cường độ đối với tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn: 2 N e ≤ ϕ1 mdh 0.5R bh 0 Trong đó: Sn, S0 - là mômen tĩnh của diện tích vùng nén, của toàn bộ tiết diện đối với trọng tâm cốt thép chịu kéo hoặc nén ít, mômen tĩnh S’0 - là mômen tĩnh của toàn bộ tiết diện đối với trọng tâm cốt thép chịu nén nhiều ϕ1, mdh - được xác định như trường hợp khối xây không đặt cốt thép chịu nén lệch tâm Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 45
  46. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN - Trường hợp lệch tâm lớn: + Trường hợp lệch tâm bé xảy ra khi: Sn < 0.8S0 với tiết diện bất kỳ hoặc x < 0.55h0 với tiết diện chữ nhật. Trong trường hợp này, trên tiết diện có 2 miền kéo nén rõ ràng, sự phá hoại bắt đầu từ phía vùng kéo. + Sơ đồ tính toán (như hình vẽ): + Điều kiện cường độ đối với tiết diện bất kỳ: N e ≤ ϕ1 mdh (0.85ωR S0 + R’a F’a Za) N ≤ ϕ1 mdh (0.85ωR Fn + R’a F’a - Ra Fa) + Điều kiện cường độ đối với tiết diện chữ nhật đặt cốt kép: N e ≤ ϕ1 mdh [0.85ωR b x (h0 - 0.5x) + R’a F’a(h0 -a’)] N ≤ ϕ1 mdh (0.85ωR b x + R’a F’a - Ra Fa) + Điều kiện cường độ đối với tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn: N e ≤ ϕ1 mdh ωR b x (h0 - 0.5x) N ≤ ϕ1 mdh (ωR b x - Ra Fa) + Điều kiện hạn chế để cho ứng suất trong cốt thép chịu nén đạt đến R’a: Z ≤ h0 - a’ với tiết diện bất kỳ x ≥ 2a’ với tiết diện chữ nhật Chú ý: Hệ số ω được đưa vào trong công thức trên là kể đến sự tăng cường độ chịu nén của khối xây trong trường hợp khỗi xây nén lệch tâm, ứng suất trong vùng nén đạt tới cường độ tính toán về nén cục bộ. Hệ số ω được xác định như trong khối xây không đặt cốt thép chịu nén lệch tâm và ω ≤ 1.45 c. Cấu kiện chịu uốn - Tính toán theo mômen Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 46
  47. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN + Sơ đồ tính toán (như hình vẽ): Hình 3 Sơ đồ tính khối xây đặt thép dọc chịu uốn, kéo + Điều kiện cường độ đối với tiết diện bất kỳ: M ≤ 0.85 1.25R S0 + R’a F’a Za = 1.05R S0 + R’a F’a Za Ra Fa - R’a F’a = 0.85 1.25RFn = 1.05RFn + Điều kiện cường độ đối với tiết diện chữ nhật: M ≤ 1.05R bx(h0 - 0.5x) + R’a F’a (h0 - a’) Ra Fa - R’a F’a = 1.05Rbx + Điều kiện cường độ đối với tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn: M ≤ 1.25R bx(h0 - 0.5x) Ra Fa = 1.25Rbx + Điều kiện hạn chế: Sn ≤ 0.8S0 và Z ≤ h0 - a’ với tiết diện bất kỳ 2a’ ≤ x ≤ 0.55h0 với tiết diện chữ nhật đặt cốt kép x ≤ 0.55h0 với tiết diện chữ nhật đặt cốt đơn - Tính toán theo lực cắt Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 47
  48. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN + Điều kiện cường độ: Q ≤ RckbZ Trong đó: Rck - là cường độ tính toán theo ứng suất kéo chính Z - cánh tay đòn nội ngẫu lực, với tiết diện chữ nhật Z = h0 - 0.5x d. Cấu kiện chịu kéo Điều kiện cường độ: N ≤ Ra Fa - bỏ qua khả năng chịu kéo của khối xây §3. Gia cố khối xây bằng vành đai Talk: Khi các cột, tường của công trình đã xây dựng nhưng cần phải tăng cường khả năng chịu lực do trong quá trình sử dụng phải chịu thêm tải trọng hoặc phát hiện thấy vết nứt thì ở những chỗ yếu thường được gia cường bằng các vành đai. 1. Cấu tạo chung Hình 3 Gia cố khối xây bằng vành đai Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 48
  49. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN - Vành đai được dùng để gia cố cột hoặc tường có tiết diện chữ nhật với tỷ lệ h / b ≤ 2.5 - Có thể gia cố khỗi xây bằng vành đai thép, vành đai bêtông cốt thép, vành đai lưới thép trát vữa - Với vành đai thép, các bản thép có kích thước từ 5x35 đến 12x60mm. Khoảng cánh giữa các bản thép s ≤ 500mm và không lớn hơn kích thước tiết diện cột - Với vành đai bêtông: Chiều dày vành đai từ 60 đến 100mm, cốt thép dọc có đường kính từ 6 ÷12mm, cốt đai có đường kính từ 4 ÷ 8mm, khoảng cánh đai s ≤ 150mm. Bêtông mác M100 ÷200 - Với vành đai lưới thép trát vữa: Chiều dày lớp vữa trát từ 30 ÷ 40mm, mác vữa M50÷100 2. Tính toán vành đai thép Điều kiện cường độ đối với tiết diện bất kỳ: 2.5μ R ' N ≤ψ ϕ m [(m R +η × a )F + R ' F ' ] dh k 1 + 2.5μ 100 a a Trong đó: Với cấu kiện chịu nén đúng tâm: ψ = 1, η = 1 1 1 − 4e Với cấu kiện chịu nén lệch tâm: ψ = ; η = 0 2e h 1 + 0 h ϕ, mdh - được xác định như trường hợp khối xây không gia cố. mk - hệ số điều kiện làm việc của khối xây, mk = 1 nếu khối xây chưa có vết nứt, mk = 0.7 nếu khối xây có vết nứt R, R’a - là cường độ chịu nén của khỗi xây và của thép góc F, F’a - diện tích tiết diện cấu kiện và diện tích tiết diện của 4 thanh thép góc Hàm lượng thép μ được xác định: 2F (b + h) μ = a 100 bhs Fa - diện tích một bản thép ngang s - khoảng cách giữa các bản thép ngang Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 49
  50. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN 3. Tính toán vành đai bêtông cốt thép Điều kiện cường độ đối với tiết diện bất kỳ: 2.8μ R ' N ≤ψ ϕ m [(m R +η × a )F + m R F +R ' F ' ] dh k 1 + 2μ 100 b n b a a Trong đó: mb - là hệ số điều kiện làm việc của bêtông, mb = 1 nếu cấu kiện chịu nén cả 2 phía, mb = 0.7 nếu cấu kiện chịu nén 1 phía, mb = 0.35 khi vành đai không trực tiếp chịu nén Hệ số ψ, η, mk lấy giống như trường hợp gia cố bằng vành đai thép ϕ, mdh - được xác định như trường hợp khối xây không gia cố. R, R’a - là cường độ chịu nén của khỗi xây và của thép dọc F, F’a - diện tích tiết diện cấu kiện và diện tích tiết diện của các thanh thép dọc Hàm lượng thép μ được xác định: 2F (b + h) μ = a 100 bhs Fa - diện tích một nhánh thép đai ngang s - khoảng cách giữa các thép đai 4. Tính toán vành đai lưới thép trát vữa Điều kiện cường độ đối với tiết diện bất kỳ: 2.8μ R ' N ≤ψ ϕ m (m R +η × a )F dh k 1 + 2μ 100 Các ký hiệu như phần gia cố bằng vành đai bêtông cốt thép Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 50
  51. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN CHƯƠNG IV. THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN NHÀ GẠCH (6t) §1. Thiết kế tường và trụ gạch 1. Phân loại tường và trụ gạch - Theo khả năng chịu lực: + Tường, trụ chịu lực: Là khối xây ngoài khả năng chịu tải trọng bản thân của nó, nó còn có thể chịu thêm tải trọng từ các bộ phận khác của hệ kết cấu truyền tới như dầm, sàn + Tường trụ tự mang: Là khối xây chỉ phải chịu tải trọng bản thân của nó. - Theo cấu tạo chia thành: Khối xây đặc, rỗng, nhiều lớp - Theo độ cứng không gian của nhà: + Khối xây trong nhà có sơ đồ kết cấu cứng + Khối xây trong nhà có sơ đồ kết cấu mềm Để xác định xem nhà thuộc loại sơ đồ kết cấu nào, người ta căn cứ vào khoảng cách Lt giữa các kết cấu ổn định ngang, căn cứ vào độ cứng của sàn mái và nhóm khối xây (tường ổn định ngang là các tường gạch có bề dày ≥ 110mm, tường bêtông dày ≥60mm, hoặc các trụ gia cố, các khung ngang được tính toán để chịu tải trọng ngang do tường dọc truyền vào). Trị số Lt(m) ứng với các nhóm khối xây Loại sàn và mái I II III IV Sàn, mái bằng BTCT toàn khối 54 42 30 - Sàn, mái bằng BTCT lắp ghép 42 36 24 - Sàn, mái bằng gỗ 30 24 18 - Ghi chú: Các trị số trong bảng trên lấy giảm đi 15-20% khi khối xây đượng tính toán với áp lực gió từ 70-1000kG/m2; giảm đi 10% khi nhà có chiều cao từ 21-32m; giảm đi 20% khi nhà có chiều cao 33- 48m. Trong những nhà hẹp, khi chiều rộng nhỏ hơn 2 lần chiều cao H thì khoảng cách trên giảm theo tỷlệ B/2H. Khi khoảng cách giữa các kết cấu ổn định ngang nhỏ hơn trị số Lt (như trong bảng) thì nhà thuộc loại sơ đồ kết cấu cứng còn ngược lại thì nhà có sơ đồ kết cấu mềm. Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 51
  52. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN 2. Cấu tạo tường và trụ gạch - Để đảm bảo sự làm việc không gian, giữa tường ngang và tường dọc cần liên kết với nhau dạng bắt mỏ hoặc đặt các chi tiết liên kết bằng BTCT hoặc bằng thép. - Trong khối xây, gạch phải được xếp mạch so le bằng cách đặt xen kẽ những hàng dọc và hàng ngang. Nếu gạch dày 60mm thì cứ năm hàng dọc phải có ít nhất một hàng ngang, nếu chiều cao mỗi hàng xây tới 200mm thì ít nhất cứ hai hàng dọc phải có một hàng ngang. - Mạch vữa đứng của khối xây phải lệch nhau từ 1/2 đến 1/4 chiều dài viên gạch. - Chiều dày mạch vữa ngang lấy bằng 12mm đối với khối xây bằng gạch và bằng 15mm đối với khối xây bằng đá thiên nhiên. Chiều dày mạch vữa đứng lấy bằng 10mm với khối xây bằng gạch và bằng 15mm đối với khối xây bằng đá thiên nhiên. - Để đảm bảo độ ổn định, tường và trụ cần phải đảm bảo yêu cầu về độ mảnh bằng cách khống chế chiều cao tường (dựa vào kinh nghiệm và thí nghiệm): H ≤ Hgh = Kcβ'ghh Trong đó: H - là chiều cao khối xây Hgh - là chiều cao giới hạn của khối xây Kc - là hệ số điều chỉnh chiều cao β'gh - là hệ số phụ thuộc vào loại khối xây h - cạnh nhỏ của tiết diện Trị số β'gh đối với tường không có lỗ cửa chịu tải trọng sàn và mái truyền xuống khi chiều dài tự do l<2,5H Trị số Lt(m) ứng với các nhóm khối xây Số hiệu vữa I II III IV ≥50 25 22 - - 25 22 20 17 - 20 20 17 15 14 ≤4 - 15 14 13 Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 52
  53. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Với các khối xây khác, hệ số β'gh được nhân thêm k Khi tường và trụ tự do, trên phương không liên kết β'gh giảm đi 30% Bảng hệ số k Đặc điểm tường, trụ Hệ số k Dầy 100-150mm 1.6 A Tường có lỗ cửa th Ang Tường ngăn có lỗ cửa 0.9 Tường bằng đá hộc 0.8 Bảng hệ số Kc Chiều dày Trụ xây bằng Chiều dày Trụ xây bằng Gạch đá có Đá hộc hoặc Gạch đá có Đá hộc hoặc quy cách bêtông đá quy cách bêtông đá hộc hộc ≥90cm 0.75 0.6 50-69cm 0.65 0.5 70-89cm 0.7 0.55 ≤50cm 0.6 0.45 3. Tính toán tường và trụ trong nhà có sơ đồ kết cấu cứng a. Tính mảng tường dọc: + Mảng tường trong nhà có sơ đồ kết cấu cứng được xem là dầm liên tục nhiều nhịp theo chiều cao nhà với các gối tựa là sàn và mái. Để đơn giản có thể coi là dầm đơn giản có liên kết khớp tại các mức sàn khi xét tác dụng của tải trọng đứng. (Hình vẽ) - Tải trọng tác dụng lên tường hoặc trụ bao gồm tải trọng đứng do các tầng phía trên truyền xuống ΣN đặt tại trọng tâm của tầng trên và tải trọng trong phạm vi tầng đang xét Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 53
  54. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN được truyền vào khối xây dạng tam giác trong phạm vi đoạn kê lên tường hoặc trụ, hợp lực của chúng ký hiệu là Q. (Hình vẽ) - Nội lực tại tiết diện I-I ngang mức mép dưới sàn: Ni-1 = Q + ΣN Mi-1 = Q.e2 + ΣN.e1 Trong đó: - Khi tường chịu tải trọng gió thì trong phạm vi một tầng, tường được coi như có hai đầu ngàm ở mức sàn: M- = qH2/12, M+ = qH2/24. (Hình vẽ) b. Tính uốn tổng thể tường dọc nhà chịu tải trọng gió: Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 54
  55. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN - Sơ đồ tính là một thanh côngxon có tiết diện chữ I hoặc T ngàm vào đất. Tải trọng gió truyền qua tường dọc, qua sàn và truyền vào các tường ngang. - Chiều dài đoạn nhà để xác định tải trọng gió là: L = (Lt + Lp)/2 Trong đó: Lt, Lp là khỏang cách từ tường ngang đang xét đến tường ngang gần nhất ở bên trái và bên phải. - Chiều dài phần tường dọc cùng làm việc với tường ngang tại cao trình một tầng: + Với tường đặc không có lỗ cửa: S = 0.8Hx Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 55
  56. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Ang 3 + Với tường có lỗ cửa: S = 0.7∑ H d Ath Trong đó: Hx - là khoảng cách từ tường ngang đến cao trình tiết diện đang xét ΣHd -là tổng chiều cao phần bên dưới lỗ cửa tính từ đỉnh đến cao trình tiết diện đang xét Ang, Ath là diện tích tiết diện nguyên và diện tích thu hẹp (trừ đi lỗ cửa) trên đoạn S - Ứng xuất trên mảng tường dọc có chiều dài S coi như phân bố theo đường thẳng có giá tri lớn nhất tại trục tường ngang và bằng không ở mút chiều dài S - Lực dọc phát sinh thêm trong tường dọc khi chịu uốn tổng thể do tải trọng gió được M x xác định: N ph = yA(1− ) J th S Trong đó: M - Mômen do gió gây ra trong côngxôn tại cao trình tiết diện đang xét A - diện tích mảng tường đang tính y - khoảng cách từ trục tường dọc đến trọng tâm của tiết diện ngang hình chữ T, I x - là khoảng cách từ trục tường ngang đến trục mảng tường đang tính Jth - là mômen quán tính của tiết diện ngang thu hẹp Lực dọc phụ thêm được sử dụng để tính toán kiểm tra tường trong các tổ hợp có tải trọng đứng, ngang - Kiểm tra điều kiện tường dọc và tường ngang có thể làm việc cùng nhau mà không bị QA yH phá hoại do lực cắt tại tiết diện tiếp giáp: T = th J th Trong đó: Q- là lực cắt tính toán do gió gây ra trong côngxôn tại giữa cao trình của tầng nhà đang xét. H - chiều cao của một tầng nhà (đang xét) y - khoảng cách từ trục tường dọc đến trọng tâm của tiết diện ngang hình chữ T, I Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 56
  57. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Jth - là mômen quán tính của tiết diện ngang thu hẹp đối với trục qua trọng tâm của tiết diện chữ T, I. Cường độ chịu cắt của khối xây lúc này được xác định trong trường hợp phá hoại theo tiết diện có giằng, (tra phụ lục 4) tính theo cường độ của gạch đá: [T]gh = Rsq Ag = Rsb Ag Rsq; Rsb - cường độ chịu cắt của khối xây và của gạch (phụ lục 4) Khi khả năng chịu cắt giữa tiết diện tiếp giáp của tường dọc và tường ngang không đảm bảo thì bỏ qua sự làm việc liên hợp giữa các tường đó. c. Tính mảng tường ngang: Tường ngang được tính toán chịu nén, uốn cắt trong mặt phẳng tường do tải trọng gây ra. 1 Khả năng chịu cắt của tường ngang được xác định theo công thức: Q ≤ R hB μ sq Q- là lực cắt lớn nhất tác dụng lên tường ngang (thường là chân tầng 1) Rsq - là khả năng chịu cắt của khối xây khi có kể đến lực nén N (với hệ số vượt tải n=0.9): Rsq = Rt (Rt +σ 0 ) Rt - cường độ chịu kéo dọc trục của khối xây (phụ lục 3) σ0 = N/F μ - hệ số xét đến sự phân bố không đều của ứng suất tiếp. Với tiết diện chữ I lấy μ = 1.15; tiết diện chữ T lấy μ= 1.35; khi không xét đến sự làm việc chung với tường dọc μ = 1.5 h - chiều dày của tường ngang B - Chiều dài của đoạn tường ngang, khi tường ngang và tường dọc làm việc cùng nhau thì nó là khoảng cách giữa các trục tường dọc. 4. Tính toán tường và trụ trong nhà có sơ đồ kết cấu mềm - Trong nhà có sơ đồ kết cấu mềm (khoảng cách giữa các kết cấu ổn định ngang lớn hơn trị số Lt) thì khi tính toán tường và trụ cần phải xét đến tính đàn hồi của gối tựa ở đầu mút trên. Nhà có sơ đồ kết cấu mềm không nên quá một tầng vì nếu không trong tường sẽ phát sinh mômen uốn lớn mà khối xây không chịu được. Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 57
  58. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN - Sơ đồ tính tường trụ trong nhà có sơ đồ kết cấu mềm được tính như một hệ khung một tầng có cột là trụ hoặc tường liên kết khớp với dầm ngang là kết cấu mang lực mái (dầm, vì kèo ), chân cột coi là ngàm. - Tại vị trí dầm mái hoặc vì kèo gối lên tường, tường thường được bổ trụ, do đó tiết diện tính toán thường là chữ T, chiều rộng tính toán mảng tường được xác định: + Khi tải trọng mái truyền đều lên toàn chiều dài tường và tường có lỗ cửa thì lấy bằng khoảng cách giữa các lỗ cửa, khi không có lỗ cửa thì lấy bằng khoảng cách giữa trục các trụ đỡ mái. + Khi tải trọng truyền lên tường qua một tiết diện cục bộ, chiều rộng tính toán của tường được lấy thay đổi từ trên xuống dưới theo quy luật tam giác, bằng 0 ở đỉnh và bằng o.5H ở chân tường tính từ mép trụ trở ra. Để đơn giản cho phép coi gần đúng tường có tiết diện tính toán không đổi với bề rộng là H/3 tính từ mép trụ ra hai phía (nhưng phải nhỏ hơn khoảng cách tới mép lỗ cửa) (Hình vẽ) - Khi tính toán tường hoặc trụ phải xét đến trường hợp chưa thi công xong mái. Lúc này tường được xem là côngxôn ngàm vào đất, đều trên tự do, tải trọng tác dụng là tải trọng bản thân, tải trọng gió và các tải trọng khác - Trường hợp đã thi công xong mái. Coi hệ khung với dầm ngang có độ cứng tuyệt đối trong mặt phẳng của nó, còn độ cứng của tường hoặc trụ được xác định theo môđun đàn hồi E=0.8E0 (E0 là môđun đàn hồi ban đầu của khối xây), khung được tính như một hệ siêu tĩnh. §2. Tính toán móng nhà 1. Xác định diện tích đế móng Với nhà có sơ đồ kết cấu cứng, móng của tường coi như chịu tải trọng nén đúng tâm. N + G A N + G Kích thước đáy móng được xác định: A ≥ n n hay B = ≥ n n R L RL Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 58
  59. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Trong đó: 2. Móng cứng Là móng có góc mở α nhỏ hơn trị số giới hạn (góc cứng - phụ thuộc vào vật liệu làm móng). Móng cứng có biến dạng uốn nhỏ. Thông thường xây móng dật cấp dạng bậc thang với tỷ lệ giữa chiều cao và bề rộng của bậc là cotgα với khối xây gạch góc cứng dao động từ 29 đến 330. Với khối xây đá cotgα<=2. Đỉnh móng xây thấp hơn mặt đất tự nhiên 10 - 15cm. Chiều rộng đỉnh móng lớn hơn bề dày tường 5- 15cm. Chiều sâu đặt móng phải đảm bảo yêu cầu về góc cứng và điều kiện địa chất. Chiều sâu móng phải sâu hơn 50cm tính từ mặt đất tự nhiên. 3. Móng mềm Là móng có độ vươn dài của cánh móng vượt quá giới hạn của góc cứng. Móng mềm có biến dạng uốn lớn. Móng mềm do có phát sinh ứng suất kéo nên móng được làm bằng BTCT, dùng trong công trình có tải trọng lớn, hoặc đặt trên nền đất yếu. Móng mềm có ưu điểm giảm chiều dâu chôn móng do đó giảm bớt chi phí đào đắp Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 59
  60. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN §3. Tính toán lanh tô, tường treo bản đệm, giằng tường 1. Lanh tô. Talk: Là bộ phận phía trên cửa đi hoặc cửa sổ, thông thường làm bằng BTCT, nhưng cũng có thể làm bằng gạch đá. Lanh tô bằng gạch đá nằm ngang có đặt cốt thép hoặc lanh tô cuốn vòm bằng vỉa gạch đứng. - Vữa sử dụng cho lanh tô có số hiệu Mv>=M25. - Đối với lanh tô xây bằng để đảm bảo cho hàng gạch vữa dưới cùng không rơi xuống, cốt thép cấu tạo được đặt trong lớp vữa dày 2-3cm trát bên dưới hàng dưới cùng, theo chiều dày tường cứ 110mm đặt một thanh, đường kính thanh ∅≤10mm thông thường dùng thép ∅6, 8mm. - Chiều cao cấu tạo của lanh tô xây bằng (được tính toán với dải khối xây được xây bằng vữa mác cao) không nhỏ hơn 4 hàng gạch hoặc 3 hàng đá. Nhịp lớn nhất cho phép của lanh tô với số hiệu gạch Mg≥M75 Nhịp lanh tô L (m) Số hiệu vữa Cuốn vòm với chiều cao vòm Xây bằng Xây cuốn bằng (1/8-1/12)L (1/5-1/8)L 50-100 2.0 2.0 3.5 4.0 25 1.75 1.75 2.5 3 10 - 1.5 2.0 2.5 ≤4 - 1.25 1.75 2.25 - Lanh tô được tính toán chịu uốn, cắt do tải trọng đứng tác dụng lên. Sơ đồ tính của lanh tô là một dầm 2 đầu khớp. Trong một số trường hợp lanh tô được thiết kế để chống các tải trọng ngang như gió, động đất. - Lanh tô được tính toán với tải trọng khối xây chưa khô cứng cao bằng 1/3 khẩu độ (nhịp) của lanh tô tính từ đáy trở lên và các tải trọng của dầm sàn bên trên truyền xuống. Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 60
  61. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Nếu dầm, sàn đặt cao hơn lanh tô một khoảng bằng với nhịp lanh tô thì không cần kể đến tải trọng này. - Với lanh tô cuốn vòm cần phải kể thêm lực đạp chân chân vòm. Lực này được xác định theo điều kiện bằng không của tất cả các tải trọng và phản lực đối với tiết diện đỉnh vòm. M + Trong lanh tô không có thanh kéo: H = c − 2d M + Trong lanh tô có thanh kéo: H = h0 − d Trong đó: M- là mômen lớn nhất được xác định như dầm đơn giản c - là chiều cao tính toán của lanh tô, được xác định như sau: Với lanh tô xây bằng chịu tải trọng bản thân c=L/3 Với lanh tô xây bằng chịu tải trọng dầm sàn truyền xuống c được tính từ đáy lanh tô đến cao trình tựa của sàn, dầm (nếu vị trí dầm sàn cách đáy lanh tô một khoản lớn hơn L thì bỏ qua trong tính toán). Với lanh tô cuốn vào c được tính từ chân vòm đến cao trình gối tựa. d - tính theo tỷ lệ với c và phụ thuộc vào số hiệu gạch đá và vữa (tra bảng) 2. Tường treo Talk: Dầm treo là loại tương trên cao, bên dưới có dầm đỡ và được tựa lên cột hoặc móng. Thương gặp tường treo trong nhà công nghiệp hoặc những nhà có tường chịu tải trọng ngang ở bên trên nhưng ở tầng dưới thông phòng. Tường treo được tính toán bằng cách thay thế dầm đỡ tường bằng một dải khối xây quy ước có cùng bề dày tường và có độ cứng tương đương dầm. E .b.h3 E'.J ' E'.J ' E'.J '= E .J = kx 0 ⇒ h = 2.283 ≈ 23 kx kx 12 0 E.b E.b Nếu dầm đỡ làm bằng BTCT thì lấy: E'J' = 0,85EbJ' Eb - mô đun đàn hồi của bêtông Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 61
  62. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Ekx - là mô đun biến dạng của khối xây b - là bề dày tường Dầm treo cần được tính toán để kiểm tra điều kiện chịu lực cục bộ do phản lực của gối tựa truyền lên tường thông qua dầm đỡ. Khi dầm đỡ là dầm liên tục, tại các gối giữa: S=1.57h0 tính về mỗi phía của mép cột. Trị số áp lực lớn nhất tác dụng lên tường: 2P + Khi C≤ 2S, biểu đồ có dạng tam giác: σ = max (c + 2S)b P + Khi C> 2S, biểu đồ có dạng hình thang: σ = max cb Tại gối biên của dầm liên tục hoặc một nhịp: S=1.2h0 2P P Biểu đồ có dạng tam giác: σ max = = 1.67 Sb h0 Nếu trong phạm vi biểu đồ áp lực có lỗ cửa thì biều đồ áp lực hình tam giá sẽ chuyển thành biều đồ hình thang với phần biểu độ bị choán chỗ có diện tích bằng phần biều đồ bổ sung. Talk: Điều này cho thấy việc đặt cửa tại vị trí gần gối tựa là bất lợi cho tường treo, lỗ cửa trên tường treo nên bố trí ở nhip dầm đỡ. Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 62
  63. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Sau khi có biều đồ áp lực tác dụng lên tường, tiến hành kiểm tra các điều kiện chịu nén cục bộ của khối xây. Nếu điều kiện này không đảm bảo thì tăng mác gạch, vữa, tằng chiều dày tường hoặc tiến hành gia cường bằng cách đặt lưới thép. Dầm đỡ tường đỡ cần được tính toán với tải trọng trong giai đoạn thi công và sau khi thi công xong. Trong giai đoạn thi công, tải trọng được xác định bằng trọng lượng của dải khối xây có chiều cao bằng 1/3 nhịp dầm. Trong giai đoạn sau khi thi công xong, tải trọng tác dụng lên dầm đỡ được lấy theo áp lực chịu tác dụng lên tường tại vị trí các gối tựa. Talk: Thông thường trong giai đoạn thi công, mômen lớn nhất ở giữa nhịp, sau khi thi công xong, có lực cắt lớn nhất ở gối tựa. Để giảm bớt mômen gây ra trong dầm lúc thi công, người ta sử dụng các gối tựa tạm thời làm giảm nhịp của dầm. Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 63
  64. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN CHƯƠNG IV. THIẾT KẾ CÁC KẾT CẤU ĐẶC BIỆT (3t) §1. Thiết kế tường chắn đất 1. Khái niệm Tường chắn là loại kết cấu dùng để chống đỡ áp lực đất hoặc các loại vật liệu rời, ngăn ngừa không cho chúng sụt lở ra bên ngoài. Tường chắn thường được dùng cho các công trình ở vùng đồi, núi, bờ biển hoặc tại những vị trí có chênh lệch về cao trình đất nền để tránh cho đất nền bị trượt hoặc sụt lở. Ngoài ra tường chắn còn được dùng nhiều trong các công trình thủy lợi như kênh mương hoặc các bến cảng, cầu tầu Ưu điểm của tường chắn bằng gạch đá là ổn định vì có trọng lượng bản thân lớn. Sử dụng được vật liệu địa phương nên giá thành rẻ và có độ bền lớn. 2. Cấu tạo chung tường chắn Sử dụng tường chắn bằng gạch đá khi chiều cao tường không lớn quá. Nếu yêu cầu tường chắn có chiều cao lớn thì nên dùng tường BTCT vì khả năng chống uốn của tường này tốt. Nếu dùng tường gạch đá thì khối lượng vật liệu sẽ lớn. Khi chọn phương án nên căn cứ vào tình hình cung cấp vật liệu ở địa phương và kỹ thuật thi công tại hiện trường. Phải bố trí khe biến dạng cho tường chắn vì tường chắn ở ngoài trời chịu tác động trực tiếp của biến thiên nhiệt độ. Thông thường lấy khoảng cách giữa các khe biến dạng vào khoảng từ 20-30m. Tại những vị trí có địa chất thay đổi đột ngột thì cần bố trí các khe lún theo điều kiệ địa chất cụ thể. Hình dáng tường cần phải được chọn sao cho không để xuất hiện lực kéo và lực cắt lớn trong tường. Thông thường nên lợi dụng trọng lượng bản thân tường để tăng độ ổn định cho tường. Loại tường chịu lực nhờ trọng lượng bản thân được gọi là tường chắn trọng lực. Thân tường có chiều dày thay đổi dạng hình thang hoặc giật cấp. Mặt ngoài tường thường phẳng, mặt trong dốc hoặc giật cấp dạng bậc thang để tạo thành các bệ chứa đất nhằm tăng tính ổn định cho tường. Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 64
  65. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN Nếu chiều cao tường không lớn lắm thì có thể thiết kế thân tường cho chiều dày không đổi nhưng bổ sung thêm các sườn đứng. Chiều rộng đỉnh thân tường xác định theo điều kiện thi công và vật liệu. Với tường đá hộc chiều rộng đỉnh thân tường nên lớn hơn hoặc bằng 0.5m. Chiều rộng chân thân tường được xác định theo khả năng chịu lực tại tiết diện nằm sát trên mặt móng. Trong trường hợp thiết kế tường không cho phép xuất hiện ứng suất kéo thì chiều rộng chân thân tường có thể lấy bằng 1/2 chiều cao tường. Kích thước móng tường được xác định theo điều kiện địa chất nơi đặt móng. Trường hợp địa chất yếu để tránh hiện tượng lún lệch gây nghiên tường có thể dùng bản móng BTCT. Khi tường xây ở vùng có địa hình thay đổi thì cần phải thiết kế tường có chiều cao thay đôi theo địa hình. Mặt cắt ngang của tường chắn thường có dạng hình thang. Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 65
  66. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN a) b) Th©n Mãng d) c) Th©n S−ên H×nh 9.1: C¸c d¹ng t−êng ch¾n ®Êt 3. Tính toán tường chắn a. Tải trọng: − Trọng lượng bản thân tường Gt đặt tại trọng tâm tường − Trọng lượng bản thân của đất đè lên móng tường Gd − Trong một số trường hợp còn cần phải kể đến tải trọng gió hút và áp lực nước ngầm tác dụng lên tường − Áp lực ngang của đất tác dụng lên lưng tường dạng tải trọng tam giác: tại tiết diện cách mặt đất một đoạn h: 2 0 ph = γhtg (45 - ϕ/2) trong đó: γ - trọng lượng thể tích; ϕ- góc ma sát trong của đất − Tổng áp lực bên là diện tích hình tam giác: Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 66
  67. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN E = 1/2.γ.H2 tg2(450 - ϕ/2) − Khi trên mặt đất còn tải trong q tác dụng thì: 2 0 ph = (γh+q)tg (45 - ϕ/2) E = (1/2.γ.H2 + q) tg2(450 - ϕ/2) b. Kiểm tra ổn định trượt: Điều kiện tường không bị trượt ngang là: (ΣGf)/E ≥ 1.3 hay (Gt + Gd).f/E ≥ 1.3 f hệ số ma sát giữa đáy móng và nền đất lấy trong khoảng 0.3 đến 0,6 phụ thuộc vào nền đất. c. Kiểm tra chống lật: Mg / Ml >1.5 Moome giữ và mômen lật tính với điểm mép ngoài của móng nơi móng có thể bị lật quanh do áp lực ngang của đất. d. Kiểm tra áp lực nền lên đáy móng ptb = ΣG / F ≤ R pmax = ΣG / F + ΣM/W ≤ 1.2R pmin = ΣG / F - ΣM/W >0 e. Kiểm trakhả năng chịu lực của tường Tường chắn chịu nén lệch tâm. Trong thực tế chỉ cần kiểm tra tại tiết diện chân tường và một vài tiết diện ở các cao trình khác như tại vị trí cách chân tường 1/3H và 1/2H. Việc tính toán và các yêu cầu về độ lệch tâm tiến hành giống như yêu cầu đối với cấu kiện chịu nén lệch tâm. Khi độ lệch tâm e0 ≥ 0,7y còn cần phải kiểm tra về bề rộng khe nứt. 5.2.2 Bể chứa nước Bể chứa nước dược dùng rộng rãi trong công nghiệp và trong sinh hoạt. Đó là các bể chứa nước phục vụ sản xuất công nghiệp, các bể chứa nước ăn, nước sinh hoạt. Do tính năng chịu kéo của khối xây tương đối kém cho nên trước kia chỉ dùng gạch đá làm những bể nước nhỏ hoặc bể chứa tạm thời. Ngày nay do công nghệ sản xuất gạch đá phát triển, tạo ra những sản phẩm có cường độ khá Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 67
  68. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN cao và do chọn hình dáng kết cấu hợp lí do đó có thể mở rộng phạm vi ứng dụng gạch đá làm những bể chứa nước khá lớn. 5.2.2.1 Phân loại các dạng bể chứa nước bằng gạch đá 1.Bể chứa nước dạng hình bậc thang (h.9.5a). Loại bể này có thể đặt nổi hoặc chìm trong đất, tiết diện ngang có dạng hình chữ nhật hoặc hình tròn. Hình chữ nhật thường dùng khi cần thể tích lớn. Dưới tác dụng của áp lực nước, thân bể chủ yếu chịu mômen uốn và lực kéo do đó phạm vi ứng dụng loại bể này có giới hạn nhất định. Chiều cao của bể thường không vượt quá 3,5m. Hầu hết các bể chứa nước bằng gạch đá xây dựng theo dạng này. 2. Bể chứa nước dạng vòm liên tục (h.9.5b). Loại bể này thường có tiết diện ngang là hình chữ nhật. Thân bể làm thành dạng vòm liên tục. Dưới tác dụng của áp lực nước, thành bể chủ yếu chịu mômen uốn và áp lực dọc theo trục vòm. Khi tỉ số giữa chiều cao và nhịp vòm tăng lên thì mômen giảm đi rõ rệt, cải thiện rất nhiều khả năng chịu lực của vật liệu gạch đá. Loại bể này thi công tương đối kho Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 68
  69. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN a) b) I I I - I c) H×nh 9.5: C¸c d¹ng bÓ chøa n−íc 3. Bể chứa nước dạng tháp cụt lật ngược Loại bể này trực tiếp lợi dụng đất làm thành bể, chỉ cần làm lớp á trong là được. Đây là dạng bể chứa nước thi công đơn giản, tiết kiệm vật liệu, tổng giá thành so với bể nước dạng bậc thang giảm 30 đến 35%. Đặc biệt đối với loại đất có góc trượt tự nhiên tương đối lớn thì việc xây dựng loại bể này là có lợi nhất. Nhược điểm của loại bể này là do thành bể làm dốc, nghiêng cho nên nếu cùng một thể tích của bể thì diện tích chiếm khá lớn. Khối lượng vật liệu làm lớp áo trong cũng tăng lên khá nhiều. Loại bể này không thích hợp với nền đất yếu vì lún không đều của đất sẽ gây ra nứt ở thành và đáy bể. 5.2.2.2. Nguyên tắc cấu tạo và tính toán bể chứa nước bằng gạch đá. 1. Cấu tạo Yêu cầu chung về cấu tạo của bể chứa nước bằng gạch đá là phải đảm bảo khả năng chống thấm. Gạch để xây bể phải có số hiệu từ 75 trở lên, hình dáng bên ngoài viên gạch phải đều đặn, đúng kích thước, viên gạch không được cong vênh, nứt nẻ. Vữa phải có số hiệu từ 50 trở lên. Chiều dầy của thân và đáy bể phải xác định theo tính toán, mặt trong của bể nên đặt lưới thép có ∅=0,8- 1mm rồi trát lớp vữa xi măng có phụ gia chống thấm, nền bể phải gia cố bằng đất trộn vôi hoặc cát đầm chặt. Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 69
  70. Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng DD&CN 2. Đặc điểm tính toán Thân bể được tính toán theo các trường hợp sau: Khi bể đặt nổi tính với áp lực nước bên trong. Khi bể đặt chìm tính với áp lực bên ngoài của đất khi trong bể không có nước. Dưới tác dụng của áp lực ngang trong thành bể xuất hiện lực dọc và mômen uốn. Tùy theo tỉ số giữa chiều cao mặt bể và kích thước mặt bằng mà tải trọng truyền theo 2 phương khác nhau. Khi tỉ số giữa chiều cao bể và cạnh dài mặt bằng lớn hơn 2 (trường hợp bể cao) tải trọng chủ yếu truyền theo phương ngang. Khi đó thành bể được cắt ra thành những khoang ngang có những chiều rộng 1 đơn vị tính toán như khung kín nằm ngang. Khi tỉ số giữa chiều cao bể và cạnh ngắn mặt bằng lớn hơn ½ nhưng nhỏ hơn 2 tải trọng truyền theo cả 2 phương, tính thành bể như bản kê 4 cạnh. Khi tỷ số giữa chiều cao bể và cạnh ngắn của mặt bằng nhỏ hơn ½ (trường hợp bể nông) tải trọng chủ yêu truyền theo phương đứng việc tính toán và cấu tạo thành bể được tiến hành giống như tường chắn đất. Ngoài ra thành bể còn chịu lực nén do trọng lượng bản thân tường và các tải trọng đứng bên trên gây ra. Đối với những dạng bể nước khác, việc xác định nội lực theo các phương pháp của cơ học kết cấu. Trên cơ sở nội lực đã xác định được tiến hành kiểm tra khối xây thành bể về điều kiện cường độ và khả năng chống nứt như đã trình bày ở các chương trước. Móng của thành bể chứa được tính toán và cấu tạo tương tự như móng tường nhà và tường chắn đất. Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng 70