Bài giảng
Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép
Ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp

Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng
DD&CN

Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng
1

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 c
ần 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.

c. Phạm vi áp dụng:
- Trong xây dựng dân dụng và công nghiệp, kế
t 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

Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng
DD&CN

Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng
3Gạch đặc: 200x100x70 (60viên/m2), trọng lượng 2,7kg, Công ty gạch ngói Đồng Nai Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng
DD&CN

Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng
4



Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng
6

Gạch 3lỗ: 200(+/-6)mm x 130(+/-4)mm x 90(+/-3)mm, độ rỗng <60%thể tích, Cường độ
nén >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)
+ Gạ
ch 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 l
ỗ 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:

2
3
ph
Pl
R
m
ug
=
- Cường độ tiêu chuẩn: Cường độ tiêu chuẩn của gạch được xác định bằng cường độ
trung bình của 5 mẫu thử:
Khi chịu nén:
5
5
1
,
,
∑
=
=
i
m
nig
c
ng
R
R

Khi chịu uốn:
5
5

g
= (1 ÷ 2).10
5
kG/cm
2
.
- Đối với gạch đất sét ép khô: E
g
= (0.2 ÷ 0.4).10
5
kG/cm
2
.
- Hệ số biến dạng ngang (hệ số Poátxông) của gạch tăng lên cùng với sự tăng của ứng
suất. Với gạch đất sét nung: μ
g
= 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.

=

Trong đó: R
t
, R
28
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.
Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng
DD&CN

Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng
10

+ 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.

x
) (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 khố
i 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
Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng
DD&CN

Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng
11

* 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,


hơn 0.5cm
2
trên 1m
2
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.
Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng
DD&CN

Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng
13

§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 tậ

- Giai đ
oạn 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 N
p
.
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. Bi ging Kt cu gch ỏ v gch ỏ ct thộp Ngnh Xõy dng
DD&CN

B mụn Kt cu Bờ tụng ct thộp & Gch ỏ - Khoa Xõy dng
15

N<N
n
N=N
n
N
n
<N<N

16

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:

η
)
2
1(
g
v
g
c
R
R
b
a
ARR
+
−=

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:
+ R
g
, R
v
- là giới hạn cường độ chịu nén của gạch và của vữa.

0
0000
+
−+
=
η
η
η

- Nhận xét:
+ Khi cường độ của gạch đá không đổi thì cường độ khối xây phụ thuộc vào cường độ
của vữa.
+ Khi R
v
= 0, khối xây vừa xây xong, cường độ khối xây R
c
= R
c
min
> 0

η
)1(
min
b
a
ARRR
g
cc
−==

+ 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.
Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng
DD&CN

Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng
18

+ 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 l
ớn 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

RR
ψ
≤=
3

Trong đó:
R
c
– cường độ chịu nén đúng tâm
F
cb
– 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
Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng
DD&CN

Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng
19

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:


Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng
20

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 m
ạch 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 l
ực dính pháp
tuyến khoảng 2 lần.
Cường độ chịu kéo khối xây khi sự phá hoại theo mặt cắt 2-2 hoặc 3-3:

d
c
k
RR
ν
=

Trong đó:
R
d

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

Bài giảng Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép Ngành Xây dựng
DD&CN

Bộ môn Kết cấu Bê tông cốt thép & Gạch đá - Khoa Xây dựng
22Hình 1 Phá hoại chịu uốn theo tiết diện không giằng
Cường độ chịu uốn của khối xây được lấy bằng:
R
c
ku
= 1.5R
c
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:

cg
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:

ε
σ
ϕ
d
d
tgE ==
hoặc xác định theo công thức thực nghiệm:
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−=

- khi tính toán theo THGH I
E = 0.5E
0
- 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<N
n
, 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 ximă
ng 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.