Указания по выполнению разделов расчетной работы
Введение следует писать после ознакомления с рекомендованной литературой. Во введении должны быть отражены задачи в области градостроительства и отмечена роль спецфундаментов, в частности, подпорных стен, при благоустройстве городских территорий.
Следует указать на широкий диапазон применения подпорных стен. Подпорные стены применяются для удержания от обрушения грунтов на откосах и склонах; они широко используются при устройстве подземных переходов, в автодорожном строительстве, в качестве берегоукрепительных сооружений.
Суммарные затраты на возведение подпорных стен ежегодно исчисляются десятками миллионов гривен.
В разделе «Выбор исходных данных и сравнение вариантов» помимо сведений, составляющих задание, необходимо поместить материалы, которые также относятся к исходным данным, но принимаются студентом самостоятельно на основе вариантов, подлежащих рассмотрению.
При сравнении вариантов следует указать, что массивные подпорные стены, хотя и позволяют использовать местные материалы, но являются очень трудоемкими в возведении и отличаются большой материалоемкостью. По этой причине применяют, как правило, тонкие подпорные стены уголкового типа, выполненные из сборного железобетона.
Для сравнения в проекте можно также рассмотреть сборно-монолитный вариант подпорной стены, который требует большего расхода железобетона и является более трудоемким, но является менее дорогим и позволяет выполнять монолитную конструкцию в размерах, превышающих размеры серийных лицевых и фундаментных плит.
В рассматриваемом разделе, используя топографический план участка, необходимо наметить и указать на плане оптимальный вариант трассировки подпорной стены и определить ее общую длину.
Подпорные стены, сооружаемые в городах и населенных пунктах, следует проектировать с учетом архитектурных особенностей окружающей застройки. По этой причине подлежат разрешению вопросы, связанные с выбором типа ограждения, облицовки или офактуривания лицевой поверхности стены.
В этом разделе студент производит выбор арматурной стали. Для армирования элементов сборной подпорной стены без предварительного напряжения рекомендуется применять в качестве рабочей арматуры стержневую горячекатаную арматурную сталь периодического профиля классов А300с (А-II), А400с (А-III), а в качестве монтажной — горячекатаную арматуру класса А240с (А-I).
Бетон рекомендуется применять классов В 25, В 30 или В 35.
Выбор коэффициентов надежности по нагрузке производится с учетом данных табл. 5. При этом значения коэффициентов, указанных в скобках, принимаются при расчете конструкций на устойчивость в том случае, когда уменьшение постоянной нагрузки может ухудшить условия работы конструкций.
Таблица 5
Значения коэффициентов надежности по нагрузке
| № п/п | Нагрузка | Коэффициент надежности по нагрузке f |
| Собственный вес конструкции | 1,1(0,9) | |
| Вес грунта в природном залегании | 1,1(0,9) | |
| Вес уплотненного грунта засыпки | 1,1(0,9) | |
| Равномерно распределенная нагрузка (пригрузка) | 1,2 |
В разделе «Расчет устойчивости подпорной стены против сдвига» прежде всего, необходимо определить геометрию принятой конструкции. Для уголковой консольной подпорной стены высота лицевой панели h принимается с учетом карнизного блока в зависимости от заданной величины подпора Н по приложению 2. Ширина фундаментной плиты b выбирается также по приложению 2, но с использованием приближенной формулы:
b = 0,5 (h + 2,2), (1)
где h – высота лицевой панели в м.
В скомпонованном виде подпорная стена приводится на рис. 1 и служит основой для расчетов.
Для определения контура грунта под призмой обрушения (контур «aicj» или «aic» на рис. 2) используют угол наклона плоскости обрушения в градусах:
, (2)
где 
– расчетное значение угла внутреннего трения грунта засыпки в градусах при расчете по I группе предельных состояний (по прочности и устойчивости).
При расчете основания по деформациям в формулу (2) подставляют значение 
.
В зависимости от величины угла , высота стены и длины задней консоли фундаментной плиты очертание контура грунта под призмой обрушения может быть треугольным или трапециевидным. В любом случае основание полученной фигуры допускается принимать горизонтальным с учетом средней толщины фундаментной плиты.
Вес грунта в найденном контуре прибавляет к весу подпорной стены.
Коэффициент горизонтальной составляющей активного давления грунта определяется по формуле:
, (3)
где – угол внутреннего трения грунта;
– угол наклона задней стены или плоскости обрушения;
– угол трения грунта на контакте со стеной.
Для определения r принимаются:
1) при расчете устойчивости стены - , = , = , = 45°– /2;
2) при расчете деформации основания - , = , = , = 45°- /2;
3) при расчете усилий в элементах стены - , = 0, = 0.
Горизонтальную и вертикальную составляющие активного давления грунта на глубине hc с коэффициентом надежности по нагрузке f = 1,1 определяют по формулам:
; (4)
(5)
При этом необходимо помнить, что расчет подпорной стены производится на один погонный метр ее длины.
Горизонтальная и вертикальная составляющая суммарного активного давления:
; (6)
. (7)
Горизонтальная и вертикальная составляющие активного давления грунта от равномерно распределенной нагрузки qH определяются с коэффициентом надежности по нагрузке f = 1,2:
; (8)
. (9)
Горизонтальная и вертикальная составляющие суммарного активного давления грунта от нагрузки qH:
; (10)
. (11)
Вес грунта над передней консолью (контур «mruno» с площадью Аn) находят с коэффициентом надежности по нагрузке f = 0,9:
. (12)
Вес грунта над задней консолью (контур «aicj» с площадью Аз) определяют с коэффициентом надежности по нагрузке f = 1,1:
. (13)
Вес лицевой и фундаментной плит находят с коэффициентом надежности по нагрузке f = 0,9, используя данные приложения 2:
(14) 
(15)
Для найденных сил должны быть определены координаты точек приложения li и zi (рис. 3 и рис. 5) относительно осей, проходящих через центр тяжести подошвы фундаментной плиты, который делит ширину подошвы b на две равные части.
Расчет устойчивости подпорной стены проводят в три последовательных этапа.
1-й этап: расчет устойчивости против плоского сдвига выполняется при 1 = 0 (рис. 5). Для этого случая определяют суммарное пассивное давление при n = 1 и коэффициенте надежности по нагрузке f = 0,9:
. (16)
Здесь h1 совпадает с глубиной заложения фундаментной стены d.
Сдвигающая и удерживающая силы:
; (17)
. (18)
Устойчивость против сдвига (для случая 1 = 0) обеспечивается, если имеет место условие:
.
Устойчивость сооружения против общего сдвига, т.е. вместе с частью грунта основания, предусмотрено определять в курсовом проекте по двум плоскостям, расположенным внутри грунтового массива под углами к горизонтали 2 = 0,5I и 3 = I (рис. 5). Этот способ имеет широкое практическое применение.
Расчет устойчивости подпорной стены против общего сдвига выполняется поэтапно и сводится к следующему:
2-й этап: плоскость сдвига располагается под углом наклона к горизонтали 2 = 0,5I.
В этом случае определяют сдвигающую силу и коэффициент пассивного давления:
. (19)
Суммарное пассивное давление с коэффициентом надежности по нагрузке f = 0,9 рассчитывают по формуле:
. (20)
Определяют вес грунта в контуре «mfk» с коэффициентом надежности по нагрузке f= 0,9:
. (21)
Определяют удерживающую силу:
.
Устойчивость против сдвига при 2 =0,5I обеспечивается, если имеет место условие:
.
3-й этап: плоскость сдвига с углом наклона к горизонтали 3 =I.
Определяют сдвигающую силу 
и коэффициент пассивного давления:
.
Суммарное пассивное давление с коэффициентом надежности по нагрузке f= 0,9 рассчитывают по формуле:
.
Определяют удерживающую силу: 
.
Устойчивость стены против сдвига при 3 = I обеспечивается, если имеет место условие:
1,2.
Устойчивость против опрокидывания уголковой подпорной стены с сильно развитой задней консолью очень высокая и обычно не рассматривается.
В разделе «Расчет основания по деформациям» необходимо определить расчетное сопротивление грунта основания по формуле СНиП 2.02.01-83 «Основания и фундаменты»:
, (22)
где 
– принимаются по П.2.41 СНиП 2.02.01-83 в зависимости от угла внутреннего трения ІІ;
k = 1;
kz = 1;
b – ширина подошвы фундаментной плиты;
d – глубина заложения фундамента;
– удельный вес грунта ниже подошвы фундамента;
– то же, выше подошвы фундамента;
с1 и с2 – принимаются равными соответственно 1,25 и 1.
Коэффициент горизонтальной составляющей активного давления грунта r рассчитывают по формуле (3) с подстановкой значений
, = , = при = 45°– /2.
Горизонтальные и вертикальные составляющие активного давления от веса грунта и равномерно распределенной нагрузки (пригрузки) находят с коэффициентом надежности по нагрузке f = 1 по формулам:
; 
;
.
Суммарные горизонтальные и вертикальные составляющие активного давления:
;
.
;
.
Вес грунта над передней и задней консолями фундаментной плиты соответственно q1 и q4 находят по формулам (12) и (13), но с коэффициентом надежности по нагрузке f= 1.
Вес лицевой и фундаментной плит соответственно q2 и q3 определяются по формулам (14) и (15), подставляя значение коэффициента надежности по нагрузке f = 1.
Сумма проекций всех сил на вертикальную плоскость:
.
Сумма моментов всех вертикальных сил относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы (рис. 5):
(23)
Сумма моментов всех горизонтальных сил относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы:
(24)
Эксцентриситет приложения равнодействующей:
(25)
Краевые давления на грунт под фундаментной плитой определяют по формуле:
, (26)
где b – ширина принятой фундаментной плиты.
Формула (26) применяется при условии е<b/6. В случае еb/6 используется зависимость
(27)
,
где t = 0,5b – e.
Найденные значения Pmax и Pср служат для проверки следующих условий:
.
Результаты расчета основания по деформациям отражены на рис. 4 и рис. 5.
В разделе «Определение усилий в элементах подпорной стены»рассматриваются три сечения (рис. 6 и рис. 7). Коэффициент горизонтальной составляющей активного давления грунта r рассчитывают по формуле (3) с подстановкой значений , = 0, = 0.
Горизонтальную составляющую активного давления от веса грунта определяют с коэффициентом надежности по нагрузке f = 1,1:
.
Горизонтальную составляющую активного давления от пригрузке находят с коэффициентом f = 1,2:
.
Суммарные составляющие активного давления от веса грунта и пригрузке:
.
Сумма проекций всех сил на вертикальную плоскость:
, (28)
где 
–определяют по формулам (12), (14), (15), но с коэффициентом f = 1,1;
G – вес призмы грунта в контуре «aicj» с площадью AG при f = 1,1 (рис. 6);
Gq – вес пригрузки в пределах отрезка l6 с коэффициентом f = 1,2.
Вес грунта G находят по формуле:
. (29)
Вес пригрузки:
. (30)
Сумма моментов всех вертикальных сил относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы (рис. 6):
(31)
Сумма моментов всех горизонтальных сил относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы:
Эксцентриситет приложения равнодействующей:
Краевые давления находят по формулам (26) или (27):
Распределенные нагрузки в кН/м2 (рис. 6 и рис. 7) определяют от веса грунта и конструкций с коэффициентом f = 1,1, а от веса пригрузки с коэффициентом f = 1,2.
Распределенные нагрузки над передней консолью фундаментной плиты:
от веса грунта - 
; (32)
от веса фундаментной плиты - 
(33)
Распределенные нагрузки над задней консолью фундаментной плиты:
от временно распределенной нагрузки –
; (34)
от веса грунта –
; (35)
от веса фундаментной плиты –
. (36)
Здесь 
- удельный вес железобетона = 25 кН/м3;
– средняя толщина задней консоли фундаментной плиты.
Суммарные значения горизонтальных составляющих активного давления на уровне сечения I-Iнаходят с подстановкой значения h/ (рис. 7):
, 
.
Изгибающие моменты и поперечные силы в сечениях определяют по формулам:
в сечении I-I
;
в сечении 2-2
; (37)
. (38)
в сечении 3-3
; (39)
. (40)
В разделе «Расчет прочности элементов подпорной стены по нормальным и наклонным сечениям» определяют рабочую арматуру в сечениях I-I, 2-2, 3-3 по формуле
, (41)
где 
– табличный коэффициент, принимаемый в зависимости от
.
Расчет на действие поперечной силы производится для тех же сечений. Если соблюдается условие
, (42)
то поперечная арматура устанавливается конструктивно. В противном случае поперечную арматуру рассчитывают по формуле:
, (43)
где 
. (44)
По конструктивным требованиям шаг поперечных стержней принимается исходя из условия: 
.
При этом величина шага не должна быть больше smax, определяемого по формуле:
.
В приведенных формулах содержатся следующие показатели:
As – площадь сечения рабочей арматуры в см2;
Rs – расчетное сопротивление рабочей арматуры при действии изгибающего момента в Мпа;
Rsw – расчетное сопротивление поперечной арматуры в Мпа;
Rb, Rbt – расчетное сопротивление бетона соответственно на осевое сжатие и осевое растяжение; Rb и Rbt принимаются при значении b1 = 0,85 в МПа;
h0 – полезная высота в см; h0 = h – 2,5;
b – расчетная ширина сечения, равная 100 см;
Qswb – поперечная сила, воспринимаемая бетоном и хомутами в кН;
qsw – погонное усилие в хомуте, МПа см;
fsw – поперечное сечение стержня хомута в см2;
n - число срезов хомута;
s – шаг поперечных стержней в см.
Арматурные элементы обеих плит подпорной стены представлены в приложениях 3 и 4.
Для удобства рассмотрения чертежей введены условные обозначения: количество промежутков между стержнями, диаметр и шаг арматурных стержней, которые подлежат определению или назначаются в зависимости от варианта задания, обозначены соответственно через n, , s.
Сварная плоская сетка С1 содержит рабочую арматуру (поз.1) в виде стержней расчетного диаметра, площадь сечения которых зависит от величины изгибающего момента М1-1. В качестве примера на чертеже приведено размещение рабочих стержней класса АIII (А400С) диаметром
по типу s×n = 200×14=2800. Сочетание sxn на отрезке 2800 мм может быть представлено в другом варианте в зависимости от результатов расчета.
Для распределительной арматуры ø8АI (А240С) (поз.2) сочетание s×n принимается студентом в зависимости от высоты лицевой плиты по заданию.
Сетка С2 вводится в лицевую плиту, исходя из конструктивных соображений и может быть принята полностью по приложению 4, однако сочетание s×n по вертикали определяется студентом в зависимости от высоты лицевой плиты.
Сетка С3 берется однотипная для всех вариантов задания и применяется с целью усиления оголовка лицевой плиты.
Сетка С4 содержит рабочую арматуру (поз.8) в виде стержней расчетного диаметра, площадь сечения которых зависит от величины изгибающего момента М2-2. В качестве примера на чертеже приведено размещение рабочих стержней класса АIII (А400С) диаметром по типу s×n = 200×14=2800. Сочетание s×n на отрезке 2800 мм может быть представлено в другом варианте в зависимости от результатов расчета.
Сочетание s×n для распределительной арматуры ø8АI (А240С) (поз.7) принимается студентом в зависимости от длины фундаментной плиты по заданию.
Сетка С5 содержит рабочую арматуру (поз. 10) в виде стержней расчетного диаметра, площадь сечения которых зависит от величины изгибающего момента М3-3. На чертеже в качестве примера показано размещение рабочих стержней класса АIII (А400С) диаметром по типу s×n = 200×14=2800.
Сочетание s×n на отрезке 2800 мм может быть представлено и в другом варианте в зависимости от результатов расчета.
Для распределительной арматуры ø8АI (А240С) (поз.9) сочетание s×n принимается студентом в зависимости от длины фундаментной плиты по заданию.
Сетка С6 вводится в фундаментную плиту с целью усиления щелевого паза и принимается по чертежу приложения 4. При этом отрезки l должны быть скорректированы в соответствии с высотой фундаментной плиты по заданию. На чертеже в качестве примера приведена сетка С6 для ПФ-5.
Сетка С7 вводится в фундаментную плиту с той же целью, что и С6. При этом отрезки l и l1 должны быть скорректированы в соответствии с высотой фундаментной плиты по заданию. На чертеже в качестве примера приведена сетка С7 для ПФ-5.
Каркасы К1, К2, К3, К4, К5, К6, К7 приведены в приложении 4. Они устанавливаются в обеих плитах сборной подпорной стены. При этом высота каждого каркаса зависит от его местоположения в плите и марки лицевой или фундаментной плиты. Руководствуясь этим указанием, студент определяет высоту каркаса с учетом толщины защитного слоя а = 25 мм.
В случае установки каркасов по конструктивным соображениям, когда удовлетворяется условие (42), проектное положение каркаса принимается в соответствии с приложением 3.
При необходимости установки поперечной арматуры по расчету каркасы размещаются с расчетным шагом на ¼ высоты или длины плиты, начиная от рассматриваемого сечения, причем число срезов хомутов в формуле (44) принимается равным п = 100 см.
Петли М1, М2, М3 показаны в приложении 4. Высота петли М3 определяется студентом в зависимости от типа фундаментной плиты, принимаемого по заданию.
В разделе «Конструктивные мероприятия»необходимо предусмотреть и отразить на чертежах:
- температурно-осадочные швы через каждые 30 м шириной 30 мм;
- дренажные отверстия диаметром 50 мм через каждые 3 м;
- пристенный дренажный коллектор треугольного сечения высотой 400-500мм из гравия крупностью 20-30 мм с продольным уклоном 0,04;
- гидроизоляцию поверхностей стены, контактирующих с грунтом, в виде обмазки горячим битумом за два раза.
В разделе «Технология строительства и вопросы охраны труда» необходимо, руководствуясь данными специальной литературы, разработать и обосновать методы устройства котлована-траншеи и способы монтажа конструкций. Следует охарактеризовать применяемые механизмы и подъемно-транспортное оборудование.
В обязательном порядке следует рассмотреть основные мероприятия по технике безопасности строительства и охране труда.
В разделе «Вопросы экологии при проектировании и возведении подпорной стены» предусматриваются меры, направленные на сохранение окружающей среды (древесной и кустарниковой растительности, почвенного покрова и т.д.). Следует считаться с возможностью опасного повышения уровня грунтовых вод на участке строительства подпорной стены. Для предотвращения подтопления подпорную стену необходимо оборудовать со стороны подпора пристенным дренажом с дренажными отверстиями.
В разделе «Технико-экономические показатели»производится оценка стоимости сооружения.
Объем работ подсчитывается на основании принятых в расчетной работе размеров подпорной стены. Длина стены устанавливается по топографическому плану местности и согласовывается с руководителем, если в этом имеется необходимость.
В расчетной работе необходимо поместить перечень технических источников, которые понадобились при подготовке разделов. Подбор специальной технической литературы следует выполнить в самом начале проектирования.
Оформленная расчетная работа начинается содержанием, которое составляется в соответствии с принятой по нормами нумерацией разделов и подразделов.
Список источников
1. Руководство по проектированию подпорных стен и стен подвалов для промышленного и гражданского строительства. – М.: Стройиздат, 1984.
2. Бондаренко В.М., Судницын А.И. Расчет строительных конструкций. Железобетонные и каменные конструкции. – М.: Высшая школа, 1984.
3. Основания, фундаменты и подземные сооружения: Справочник проектировщика. – М.: Стройиздат, 1985.
4. ДБН В.2.1-10-2009. Основи та фундаменти будинків і споруд. Основні положення проектування. Київ. Мінрегіонбуд України. 2009.
5. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений, 1985.
6. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. 1985.
Приложение 5
НАВЧАЛЬНЕ ВИДАННЯ
РУДЬОлександр Григорович
БРОНЖАЄВМихайло Федорович
МІШУРОВАТетяна Вітальевна
Методичні вказівки до виконання практичних занять,
розрахунково-графічної і самостійної робіт по дисципліні
«Підвалини, фундаменти та спецфундаменти» (для студентів 4 курси денної і 4 курси заочной форм навчання напряму підготовки 6.060101 – «будівництво», спеціальності ПЦБ)
(Рос. мовою)
Редактор: З. І. Зайцева
Комп'ютерне верстання: І. В. Волосожарова
План 2011, поз.
____________________________ ____________________________________
Під. до друку _______ Формат 60×84 1/8
Друк на ризографі Ум.- друк. арк. 2,0
Зак. № _______ Тираж 50 экз
Видавець і виготовлювач:
Харківська національна академія міського господарства
вул. Революції, 12, Харків, 61002
Електронна адреса: rectorat@ksame.kharkov.ua
Свідоцтво суб'єкта видавничої діяльності:
ДК № 4064 від 12.05.2011р.