Внутрішні зусилля в перерізі 6-6 обчислюють за формулами:
M
(8.55)
6-6 =(ph +Qi~i)(0,9l + 0,5l^)+Pvh-ЬІ(ртак + р3 /2)/З,N5-5 = Ph +Q/-/
де ртах - ордината тиску ґрунту по підошві стіни, яку обчислюють за формулами (8.18) і (8.19) від розрахункових навантажень;
Рз - ордината тиску ґрунту на відстані Ь3 від правої грані підошви.
При е < Ь/6
Рз = Ртах ~^з(Рmax ~Pmin)■ (8.56)
При Є > Ь/6
р3 — (1—Ь3 / Зс0) ртах , (8.57)
де с0 = 0,56 - е.
Розрахунок днища щілинного паза виконують, як розрахунок позацентрово розтягнутого елемента.
1 - центр ваги перерізу 4-4; 2 - центр ваги перерізу 5-5; 3 - центр ваги перерізу 6-6
Рисунок 8.5 - Розрахункова схема щілинного паза
Примітка. При визначенні необхідної площі поздовжньої арматури в перерізі 6-6, рис. 8.5 (з умови розрахунку щілинного паза) розрахунковий опір арматурної сталі на розтягування має бути зменшений шляхом введення коефіцієнта умови роботи, що дорівнює 0,7.
Розмір нижнього перерізу вертикального елемента кутникової стіни tH рекомендується призначати не менше ніж величина її0/15 (h0- висота стіни від її верху до рівня сполучення з плитою).
При визначенні прогину стіни при її згині жорсткість залізобетонного елемента В допускається визначати з врахуванням пластичних властивостей бетону і появи тріщин в розтягнутій зоні елемента за формулою:
B = kEb/b, (8.57)
де Еь - початковий модуль пружності бетону на стиск;
Іь - момент інерції нижнього перерізу стіни;
к - коефіцієнт, що приймають 0,35 при тривалій дії навантажень і 0,5 - при короткочасній.
Горизонтальне переміщення верху стіни А за наявності суцільного рівномірно розподіленого навантаження на призмі обвалення визначають за формулою:
А =(4сту+15О(?)/74 /120В, (8.58)
де ф, і - інтенсивність горизонтального тиску ґрунту на глибині h від характеристичних навантажень.
Граничний прогин верху стіни не повинен перевищувати величини h/75.
Горизонтальне переміщення верху стіни, викликане креном підошви, визначають за формулою:
A =5Mhlb2E , (8.59)
де М - нормативний момент всіх сил відносно центра ваги підошви стіни;
Е - модуль деформації ґрунту основи;
h - висота стіни;
b - ширина підошви фундаменту (стіна підвалу).
Розрахункові схеми підпірної стіни, заанкереної в одному рівні для однорідного ґрунту з горизонтальною поверхнею за і перед нею, представлені на рисунку 8.6.
У будівельній практиці використовують конструктивні рішення заанкерених підпірних стін, які виконують безперервними по довжині і глибині у вигляді траншейних і пальових стін або складених з окремих, розташованих на віддаленні одна від одної опор з паль-оболонок, бурових паль, металевих трубчастих стояків або двотаврових балок, які включають в спільну роботу за допомогою обв'язувальних поясів зверху і розподільних балок в рівнях анкерування.
а - жорстка стіна; б - гнучка стіна
Рисунок 8.6 - Характер роботи заанкереної в одному рівні підпірної стіни залежно
від її жорсткості
В безперервних стінах (при розрахунку виходячи з умов плоскої задачі) слід враховувати тиск ґрунту ззаду них і відпір перед ними на 1 м погонний довжини стіни.
В разі стін з опор для утримання вищерозміщеного ґрунту повинна влаштовуватися ззаду безперервна конструкція (закидка) з дощок, брусків, плит або монолітного залізобетону.
Стійкі ґрунти, особливо зв'язні, можуть тимчасово стримуватися за рахунок арочного ефекту і зчеплення.
Тиск ґрунту (напір) вище за нижню поверхню ґрунту (дно котловану) на кожну опору повинен визначатися виходячи з відстані між ними, а пасивний відпір ґрунту перед кожною опорою нижче за дно котловану слід визначати для її приведеної ширини.
Тиск визначають виходячи з взаємодії з сусідніми опорами в просторових умовах роботи і з врахуванням відстані між ними, глибини закладання нижче дна котловану, а також форми поперечного перерізу опори (кругла, прямокутна, двотаврова).
При статичному розрахунку заанкереної підпірної стіни визначають: необхідну глибину закладання стіни в основу, зусилля, що діють у стіні чи опорах, розміри і розташування опор.
При розрахунку можуть розглядатись розрахункові схеми, які виходять з умов:
вільного обпирання, в яких глибину закладання у ґрунт визначають тільки умовами забезпечення статичної рівноваги проти випору;
отримання мінімальних значень згинальних моментів. Ця розрахункова схема базується на передумовах, що нижня ділянка стінки повністю затиснута у ґрунті. Приймають, що кут повороту за- тиснутої частини і її зміщення дорівнюють нулю.
Розрахунок, виходячи з умов вільного обпирання, застосовують для стін підвищеної жорсткості з бурових паль, паль-оболонок, із залізобетонного шпунта.
Найбільш застосовувані рішення - стіна безперервна по довжині і пальово-балочний варіант з переривчастим розташуванням опор, закладених нижче за дно котловану.
Для безперервних стін всі обчислення ведуть на 1 м стіни, для пальово-балочного варіанту розраховують розміри (ширину або діаметр) опор з врахуванням відстаней між ними.
Розрахунок за схемою мінімальних моментів не слід застосовувати для огорож у вигляді траншейних або пальових стін, а також з опорами з двотаврових балок і інших жорстких конструкцій.
Як критерій для оцінки жорсткості стіни приймають відношення приведеної висоти її перерізу dav, до глибини ht, її занурення нижче дна котловану (рисунок 8.6).
При daJht > 0,06 стіна має підвищену жорсткість і її слід розраховувати за схемою вільного обпирання (рисунок. 8.6 а).
Значення ф,., визначають за залежністю:
І 12/
^=17^7’ (8'60)
V D + J
де І і D - момент інерції і ширина (діаметр палі, поперечний розмір двотаврової балки), опори;
J - зазор між опорами.
При розрахунку стіни (опори) за схемою вільного обпирання передбачається її поворот довкола незміщуваного анкерного пояса в стані граничної рівноваги при напорі ґрунту ззаду і відпорі попереду неї. Для спрощення розрахунку вертикальне стискальне навантаження в стінах (опорах) від власної ваги і складової Ра анкерного зусилля Ra не розглядають, оскільки воно врівноважується опором під нижньою опорою і уздовж бічних поверхонь.
Шляхом вирішення системи двох рівнянь (IZ = 0 і S/Wo = 0) визначають невідомі величини Ра і ht при заданих значеннях натиску і відпору ґрунту для наявних параметрів у, <р і с, глибин Н і ht, відстаней до анкерів ha і привантаження q.
Для стін кінцевої жорсткості (гнучких шпунтових стін) виконують графоаналітичний розрахунок за схемою отримання мінімальних значень згинальних моментів шляхом побудови силових і вірьовочних багатокутників методом пружної лінії. Для таких стін, окрім значень ht і Ra у верхній і нижніх частинах стін, визначають згинальні моменти і по них підбирають необхідний переріз.Оскільки дана методика розрахунку дає більше значення h't і менше Ra в порівнянні з результатами розрахунку за схемою вільного обпирання, згинальний момент додатково зменшують шляхом множення на поправочний коефіцієнт Kd, отриманий залежно від співвідношення dgv/H і <р. З метою забезпечення належного запасу стійкості набутих розрахунком значень занурення стін у ґрунт (нижче за дно котловану)/?; збільшують в 1,2-1,5 раза.
При різнорідних піщаних і глинистих нашаруваннях і відмінності не більше ніж на 20 % значень у, ср і с в цілях спрощення розрахункових передумов допускається ґрунтову основу приймати умовно однорідною з середньозваженими характеристиками.
Ці характеристики ґрунтів слід приймати окремо в їх товщах вище і нижче за дно котловану.
Для підпірних стін потрібно враховувати можливі варіанти розрахунку їх стійкості:
коли немає обмежень для зсувів стіни у напрямі котловану і викликаних цим осідань ґрунту за відсутності будівель на поверхні в межах можливої призми зрушення;
якщо вертикальні деформації (осідання) ґрунту з тильного боку стіни і її зсуву у бік котловану строго лімітовані у зв'язку з наявністю будівель біля стіни.
Розрахунок підпірних споруд за граничними станами першої групи (за міцністю і стійкістю) слід виконувати на дію розрахункових навантажень і дій.
Розрахунок за міцністю конструкцій підпірних споруд слід виконувати відповідно до зусиль, що діють в них. При цьому слід використовувати характеристики матеріалів і ґрунтів для граничних станів першої групи.
Визначення зусиль у палях (рисунок 8.7) виконують за формулою:
М, =М0+ Qox + Z/Мд + 1Му, (8.61)
де - момент у палі в точці і;
Мо - момент у місці сполучення палі з ростверком (діє при жорсткому з'єднанні палі з ростверком);
Qo - горизонтальне зусилля в ростверку;
х - відстань від зусилля Qo до точки /;
Мц - момент в точці / від активного (зсувного) тиску ґрунту;
Му - момент від зусиль, розташованих вище за точку к, в /-й точці від реактивного тиску ґрунту.
Момент в точці / можна також обчислити за формулою:
(У/-1-2У/ +У/+і)В(
М, = ±— , (8.62)
а
де Mj - те ж, що і у формулі (8.61);
У/+1> У/> Ум - горизонтальний зсув точки, розташованої відповідно на величину а вище за точку /, в точці / і на величину а нижче за точку /;
Bj - жорсткість палі в точці /;
а - величина ділянок, на які розбита паля.
Розрахунок ведеться у такій послідовності:
задаються розміри споруди, марка бетону і армування;
визначають тріщиностійкість бурових паль і їх жорсткість при М = Мт;
складають рівняння, віднімаючи праві частини виразів (8.61) і (8.62) один з одного;
отримують із загальних умов статики рівняння, яких невистачає для відшукання невідомих;
розв’язують рівняння;
знаходять моменти, що діють в палях, і по них визначувані дійсні жорсткості;
знаходять нові значення горизонтальних коефіцієнтів постелі з умов:
— = (Q„, / Q0)1’8, (8-63)
Уо
a - схема підпірної споруди і навантаження, що діють на неї; б - розрахункова схема паль, що безпосередньо сприймають тиск ґрунту; в - розрахункова схема паль, що сприймають тиск ґрунту через горизонтальне зусилля і згинальний момент у ростверку; г - схема розрахункової епюри реактивного тиску ґрунту на палю
Рисунок 8.7 - Розрахункова схема підпірної споруди з бурових паль
У виразах (8.63) і (8.64) прийняті наступні познаки:
упі- переміщення точки і визначене при останньому розрахунку;
Уо = 1 см;
Qni- поперечне зусилля, що діє на ділянці і;
Qo - поперечне зусилля, що викликає переміщення ділянки і уздовж осі У на 1 см;
Спі- горизонтальний коефіцієнт постелі ділянки і;
оновлюють знайдені жорсткості і значення горизонтальних коефіцієнтів постелі і знов розв’язують рівняння;
ведеться розрахунок доти, поки не виконається умова:
Мп ~Mn~1100% < ±5% , (8.65)
Мп
де Мп - момент в будь-якій точці і, знайдений при останньому розрахунку;
Мп^ - те саме, що при попередньому розрахунку.
Стійкість споруди вважають забезпеченою, якщо дотримуються умови:
y0<^d, (8.66)
8
1
(8.67)
.у о < —h ,
40
де у0 - переміщення в рівні поверхні ґрунту, що створює реактивні зусилля; d - діаметр палі;
h - глибина закладення палі в ґрунт, що створює реактивні зусилля.
Рисунок 8.8 - Розрахункова схема поперечної рами підвалу
Розрахунок підпірних споруд за граничними станами другої групи (за тріщиностійкістю, шириною розкриття тріщин і деформаціями) слід виконувати на дію характеристичних навантажень і впливів.
Розрахунок за граничними станами другої групи конструкцій підпірних споруд слід виконувати відповідно до зусиль, що діють в них. При цьому слід використовувати характеристики матеріалів і ґрунтів для граничних станів другої групи.
За розрахункову схему конструкцій підвалів каркасного рішення приймають поперечну раму, що складається із стін, колон і елементів перекриття, що спираються на них (рисунок 8.8).
Розрахунок зовнішніх стін підвалів виконують з умови завантаження підвалу ґрунтом (симетричне завантаження) і однобічним тимчасовим навантаженням q.
Розрахункові зусилля в стінах підвалу (рисунки 8.9, 8.10) визначають залежно від величин реакції R на верхній опорі, яку обчислюють з врахуванням можливого перерозподілу зусиль від повороту (крену фундаменту) і зміщення стіни при завантаженні підвалу однобічним тимчасовим навантаженням