Расчет уголковой подпорной стены

Исходные данные Расчет уголковой подпорной стены Требуется рассчитать уголковую подпорную стенку, выполненную из монолитного железобетона, при следующих данных:

1. Перепад высот — 3,7 м

2. Ширина стены — 13,5 м

3. Закрепление по боковым граням — отсутствует

4. Район строительства — Москва

5. Тип грунта — глина

6. Угол внутреннего трения грунта — 22о

7. Удельный вес грунта — 17,6 кН/м3

8. Сцепление — 14 кПа

9. Модуль общей деформации грунта — 11 МПа

10. Отметка уровня грунтовых вод — - 6,1 м

11. Класс бетона стенки — В20

12. Класс арматуры стенки — А400

13. Нагрузка на поверхности — 10,5 кПа

14. Расширение стенки внутрь — 5 см

15. Расширение стенки наружу — 5 см.

1. Определение геометрических параметров подпорной стенки Н — заданный перепад высот. Остальные размеры определяются далее.

1.1 Глубина заложения подошвы Согласно СП 22.13 330.2011 «Основания зданий и сооружений» определяем нормативную глубину промерзания.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта dfn, м, для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м:

м, где Mt — безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе г. Москва, принимаемых по СНиП 22−03 «Строительная климатология»;

d0 — величина, принимаемая равной для глин 0,35 м.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта:

м, где dfn — нормативная глубина промерзания, м;

kh — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений kh=1.

Уровень грунтовых вод находится ближе двух метров от подошвы фундамента. Принимаем окончательную глубину заложения не меньше расчетной и кратно 10 см:

h=1,5 м > df=1,46 м.

Тогда Нс=h+H=1,6+3,7=5,2 м.

1.2 Ширина подошвы По общей высоте стенки в зависимости от нагрузки на поверхности и угла внутреннего трения грунта определяем размеры, а и b («Справочник проектировщика инженерных сооружений». Козлов. cтр. 24).

Принимаем размеры кратными 10 см.

Для угла внутреннего трения ?=29о, нагрузки на поверхности q=11 кПа и высоты подпорной стенки Hc=5,2 м по графику б — 1 принимаем:

a=0,6 м,

b=3,2 м.

Задаемся толщиной стенки t1=20 см (при перепаде высот свыше 3,5 м). Проверяем условие для толщины стенки в нижнем сечении. С учетом заданных расширений она должна быть не меньше м.

Толщина нижней стенки t1+?в=0,2+0,05=0,25 м < 0,27 м — условие не выполняется.

Принимаем толщину стенки 25 см.

Рис. 2. График для предварительного установления размеров фундаментных плит уголковых подпорных стен в зависимости от высоты h и нагрузки q при угле внутреннего трения? — 29о; 1 — q=10кН/м2; 2 — q=30кН/м2; 3 — q=60кН/м2.

Тогда толщина нижней стенки t1+ ?в=0,25+0,05=0,3 м >0,27 м — условие выполняется.

Толщину плиты в месте сопряжения со стенкой принимаем равной толщине стенки в этом же сечении.

2. Расчет устойчивости подпорной стенки Расчет устойчивости ведем для единичной полосы стены.

Расчетную нагрузку на поверхности (в задании приводится расчетная нагрузка) заменяем на эквивалентную высоту грунта:

м, где q — расчетная нагрузка на поверхности, кПа;

? — удельный вес грунта, кН/м3.

Горизонтальное давление грунта:

Эксцентриситет приложения равнодействующей горизонтальных нагрузок относительно подошвы:

м Расчетная вертикальная нагрузка:

где ?н — расширение стенки наружу = 0 см.

Момент, опрокидывающий стену относительно точки «О», с учетом коэффициента надежности по нагрузке? f=1,2:

кН Момент, удерживающий стену от опрокидывания, при? f=0,8:

Условие My? M0 выполняется, оставляем заданные размеры подошвы.

Вычисляем силу трения Т, сопротивляющуюся скольжению стены.

Коэффициент трения подошвы по грунту f зависит от его вида и состояния.

При сухих грунтах он равен: по песку 0,6;

Условие T? E выполняется, оставляем заданные размеры подошвы.

3. Проверка основания под подошвой стены Момент сил E и P относительно центра тяжести подошва от нормативных нагрузок:

Площадь подошвы единичной ширины:

м2

Момент сопротивления сечения:

м3

Напряжения под подошвой:

кН/м2? 1,2R

кН/м2? 0

кН/м2? R

Для проверки первого и третьего условий необходимо определить расчетное сопротивление грунта согласно СП 22.13 330.2011

где ?с1 и? с2 — коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 5.4;

k — коэффициент, принимаемый равным 1, если прочностные характеристики грунта (?II и сII) определены непосредственными испытаниями;

My, Мq, Мс — коэффициенты, принимаемые по таблице 5.5;

kz — коэффициент, принимаемый равным единице при ширине подошвы фундамента b<10м;

?II — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии грунтовых вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3;

?III — то же, для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м3;

сII — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

d1 — глубина заложения фундаментов, м;

db — глубина подвала, расстояние от уровня планировки до пола подвала, м.

?с1=1,3 для мелких песков

для

k=1

Для угла внутреннего трения ?=29°:

My=1,06; Мq=5,25; Мс=7,67

kz=1

b=a+b=0,5+2,5=3 м

?II= ?II'=17,7кН/м3

сII=1 кПа

d1=h=1,6 м

db=2 м После вычисления расчетного сопротивления проверяем требования к напряжениям под подошвой.

Условия выполняются, оставляем выбранную ширину плитной части.

4. Проверка деформаций основания Проверяем основание по деформациям согласно СП 22.13 330.2011.

Определение осадки основания фундаментов.

Осадку основания фундамента s, см, с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства (см. 5.6.6) определяют методом послойного суммирования по формуле:

где ?— безразмерный коэффициент, равный 0,8;

?zp, i — среднее значение вертикального нормального напряжения (далее — вертикальное напряжение) от внешней нагрузки в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, кПа;

Вертикальные напряжения от внешней нагрузки? zp = ?z — ?zu зависят от размеров, формы и глубины заложения фундамента, распределения давления на грунт по его подошве и свойств грунтов основания. Для прямоугольных, круглых и ленточных фундаментов значения? zp, кПа, на глубине z от подошвы фундамента по вертикали, проходящей через центр подошвы, определяют по формуле

?zp = ?p,

где? — коэффициент, принимаемый по таблице 5.8 в зависимости от относительной глубины ?, равной 2z / b;

р — среднее давление под подошвой фундамента,

p=?ср=88,54 кПа.

Интерполяцией определяем по таблице ?

Фундамент прямоугольный с соотношением сторон

м

hi — толщина i-го слоя грунта, см, принимаемая не более 0,4 ширины фундамента;

см

hi=zi+1 — zi

Еi — модуль деформации i-го слоя грунта по ветви первичного нагружения, кПа;

Еi=18Мпа=18 000кПа

?z?, i — среднее значение вертикального напряжения в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта, кПа;

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента? z? = ?zg — ?zu, кПа, на глубине z от подошвы прямоугольных, круглых и ленточных фундаментов определяют по формуле

?z?=? ?zg0

где ?zg0 — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента, кПа кН/м2

Ее, i — модуль деформации i-го слоя грунта по ветви вторичного нагружения, кПа;

n — число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

Нижнюю границу сжимаемой толщи основания принимают на глубине z=Hс, где выполняется условие? zp =0,2?2. При этом глубина сжимаемой толщи не должна быть меньше при b? 10 м.

Вычисление осадок производим в табличной форме

NL — отметка поверхности природного рельефа; FL — отметка подошвы стенки; WL — уровень подземных вод; B. C — нижняя граница сжимаемой толщи; b — ширина стенки; p — среднее давление под подошвой; Hc — глубина сжимаемой толщи

5. Расчет подпорной стенки в SCAD

Сбор нагрузок.

Собственный вес стенки.

Задаем нагрузку собственный вес в SCAD. Коэффициент включения собственного веса — 1.1.

Нагрузка от давления грунта.

Горизонтальную нагрузку от бокового давления грунта прикладываем в виде трапециевидной нагрузки, распределенной на поверхности стенки, и сосредоточенных сил в узлах верхней части стены.

Давление на уровне подошвы:

кН/м2

Давление на уровне земли:

кН/м2

Сосредоточенные силы, приложенные в промежуточных узлах по верху стенки:

кН, где bk — ширина конечного элемента стенки.

Вертикальная нагрузка от грунта со стороны засыпки:

кН/м2

Вертикальная нагрузка от грунта с наружной стороны:

кН/м2

3. Ветровая нагрузка.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm на высоте z над поверхностью земли следует определять по формуле:

wm =w0k (ze)c,

где w0 — нормативное значение ветрового давления для ветрового района г. Москва (карта 3 г приложения Ж СП 20.13 330.2011 Нагрузки и воздействия)

w0=0,23 кПа

k (ze) — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты; тип местности B — городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;

k (ze)=0,5

с — аэродинамический коэффициент с=0.8

Для IV ветрового района и типа местности В имеем расчетное давление ветра с коэффициентом надежности по нагрузке 1.4:

кПа Графические результаты расчета арматуры в SCAD 11.5

Плита Стенка

6. Ручной расчет прочности элементов стены Расчет прочности производим от расчетных нагрузок:

Изгибающий момент в стенке в месте сопряжения с плитой:

кН?м, ?f=1,2

Напряжение в грунте под подошвой в месте стенки:

Изгибающий момент в плите с учетом веса засыпки с лицевой стороны стенки Изгибающий момент в плите со стороны засыпки:

М2=M3-M1=134,67−29,49=105,18 кН? м Определим необходимую вертикальную арматуру в стенке:

M=M3=134,67 кН? м

Q=?f?E=1,2?79,76=95,712 кН? м

h0= t1+?н+ ?вa0 =0,25+0+0,05−0,05=0,25 м, где a0 = 5 см — расстояние от грани стенки до центра тяжести арматуры.

Принимаем 6O6 с Аs=1,70 м². Проверяем условие 100 см? h0Rbt > Q

1?0,25?900=225кН?м > 95,71кН?м Так как условие удовлетворено, поперечной арматуры не требуется.

Определяем арматуру в фундаментной плите:

Площадь сечения арматуры со стороны засыпки.

Принимаем 9O12 с Аs=9,05 м². Площадь арматуры с наружной стороны:

подошва стена фундамент подпорный Принимаем 1O3 с Аs=0,0707 м²

Библиографический список использованной литературы

1. СП 20.13 330.2011 Нагрузки и воздействия.

2. СП 131.13 330.2012 Строительная климатология.

3. СП 63.13 330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения.

4. СП 52−101−2003 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры.

5. СП 22.13 330.2011 Основания зданий и сооружений.

6. Добромыслов А. Н. Примеры расчета конструкций железобетонных инженерных сооружений. Справочное пособие. — М., Издательство АСВ, 2010. — 272 с.

7. Справочник проектировщика инженерных сооружений. Козлов В. Ш., Албшиц В. Д., Аптекман А. И. и др. Под ред. Коршунова Д. А. — 2-е изд., перераб. и доп. — К., Будивэльнык, 1988. — 352 с. ил.