Проектирование несущих конструкций подземной части здания

 По верхней  грани ростверковой плиты в пределах границы ростверковых лент, мы укладываем арматуру, стыкуя ее при необходимости в середине расчетных пролетов.

   Для  определения нагрузок, действующих  в ростверковой плите целесообразно начать расчет с центральной балки:

2*=1525,2 кН

, следовательно: 

 

 

 

 

 

Но так как концы балки  приняты жестко заделанными, то эпюра  моментов сдвигается вверх наполовину значения .

            Теперь можно рассчитать крайние  балки, принимая во внимание, что  нам известен момент в заделке  М=953,25 кНм:

, следовательно: 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Армирование ростверка плиты осуществляется с учетом эпюры моментов ростверковых лент. Следуя эпюре моментов, мы должны по нижней грани ростверковой плиты обязательно поставить арматуру в пределах условных ростверков, заводя эту арматуру за грани условных ростверков не меньше чем на длину анкеровки.

 

Вычисляем необходимое количество арматуры для  верхней грани:

 

 

 

 

Сравниваем  с -предельной деформацией бетона и арматуры.

 определяется по формуле  СНиП:

где

 

 

Высоту сжатой зоны определяемой на основании равенства:

 

Из выражения  определяем

где

 

 

Принимаем 18Æ14 с (ОС-1) шаг 200мм + 18Æ6 Вр-1400 (С-1). Итого:

 

 

 

Вычисляем необходимое количество арматуры для  нижней грани:

 

 

 

Сравниваем  с :

 

Высоту сжатой зоны определяемой на основании равенства

 

 

Из выражения  определяем

где

 

 

Принимаем 18Æ20 с (ОС-1) шаг 200мм + 18Æ6 Вр-1400 (С-1). Итого:

 

 

 

 

 

 

4. РАСЧЕТ «СТЕНЫ В ГРУНТЕ»

 

4.1.   Построение эпюр природного и бокового давления

 

Эпюра природного давления:

 

 

 

 

 

Эпюра бокового давления.

Активное и пассивное давление грунта на “ стену в грунте’’ вычисляется, соответственно, по формулам:

-активное давление:

где q-интенсивность равномерно распределенной нагрузки на поверхности грунта;

      -обьемный вес грунта;

      у - расстояние от поверхности грунта до уровня действия вычисляемого активного давления;

      -коэффициент активного давления, вычисляется по формуле:

где - угол внутреннего трения грунта;

      с - удельное сцепление грунта.

      Р_пас – пассивное давление, действующее, в нашем случае, со стороны котлована:

где у - расстояние от поверхности дна котлована до уровня действия искомого пассивного давления;

	k
35	2,6
30	2,3
25	2,1
20	1,8
15	1,5
10	1,2

      -коэффициент пассивного давления, вычисляется по формуле:

где величина k зависит от материала стенки и угла внутреннего трения грунта, к=1,32 (при φ=12^о)

Окончательно получаем:

 

 

Используя полученные формулы, и соответствующие  данные по грунту (см. эти данные по рис.), вычисляем активное и пассивное давление на «стену в грунте»:

 

Активное давление:

Грунт 1:

у=0        

у=5,8 м

Грунт 2:

у=5,8 м

у=10 м 

Грунт 3:

у=10м+2,2м(торф)=12,2м

 

Считаем, что торф не оказывает  давление на “ стену в грунте’’, а лишь передает нагрузку от слоя 2 на слой 4, следовательно

 

                     

у=12,2 м+H

Пассивное давление:

у_пас =0     

у_пас =Н   

 

4.2 Определение глубины заделки Н

 

Необходимую глубину заделки «стены в грунте» в основание находим из условия обеспечения устойчивости стены против смещения ее внутрь котлована за счет выпора грунта на уровне днища последнего. Статическое равновесие активных и пассивных сил, приложенных к «стене в грунте», предотвращающее выпор грунта на участке защемления конструкции, предусматривает равенство моментов активных и пассивных усилий относительно точки А.

Составляя это равенство, влиянием активного давления грунта 1 на «стену в грунте», в запас, пренебрегаем:

    (1)

Активное давление:

 

 

 

Активное давление:

 

 

Пассивное давление: 

 

 

Подставляя полученные значения  в уравнение (1), получим:

 

 

Решаем  кубическое уравнение:

Коэффициенты: a=12.74, b=40.16, c=-22,64

 

 

 

Т.к. S < 0 => уравнение имеет 1 действительный корень и 2 комплексных:

x₁=0,486

x₂=-6,613-i*1.69

x₃=-6.613+i*1,69

Конструктивно принимаем Н=1 м (10% от длины сваи: 10м*0,1=1м)

 

4.3 Определение положения равнодействующих активного и пассивного давления грунта на

“стену в грунте’’

 

Расчетная схема  “стены в грунте’’ на изгиб.

Положение равнодействующей по отношению к точке А:

Положение равнодействующей по отношению к точке А:

Положение равнодействующей по отношению к точке А:

 

    Положение равнодействующей  по отношению к точке А:

 

 

4. Активное  давление: 

 

 

 

Положение равнодействующей по отношению к точке А:

 

5. Пассивное давление:   

 

 

 

Положение равнодействующей по отношению к точке А:

 

Участок  «стены в грунте», где действуют наибольшие усилия – изгибающие моменты и поперечная сила – расположен ниже точки А. Поэтому конструкции, находящиеся выше точки А, в расчетной схеме ‹‹стены в грунте›› отсутствует, но влияние его на нижнюю часть ‹‹стены в грунте›› учитывается. Учитывается через постановку в сечении, проходящем через точку А, связи => защемления. Такая связь достаточно точно отражает неразрывность отброшенной и расчетной частей конструкции. Заглубленный участок стены рассматривается как работающий под действием активного давления грунта на упругом основании. С допустимым, в данном случае, упрощением расчета, упругое основание представляем одной податливой опорой, устанавливаемой в точке приложения к ‹‹стене в грунте›› равнодействующей () пассивного отпора грунта.

 

 

4.4 Статический расчет ‹‹стены в грунте›› на изгиб

 

В основной системе  податливую опору заменяем на неизвестную  опорную реакцию R, которую находим из условия равенства перемещения конструкции в точке К, вычисленного для нее как для консольной балки, упругой осадке опоры в этой точке.

Прогиб балки  в точке К вычисляем по формуле:

Жесткость балки (бетон В25):

 

 

 

 

 

 

 

Осадка ( ) балки в точке К: ,

где А – площадь распределения силы R по основанию:  

- напряжение (давление) на основание,  оказываемое силой R

C_Z – коэффициент постели на боковой поверхности «стены в грунте» на уровне Z (уровне действия силы R), отчитывается от поверхности грунта: Z=13.2 м

- согласно СНиП 2.02.03-85 “Свайные  фундаменты”, где

k – коэффициент пропорциональности, принимаемый в зависимости от вида грунта

γ_с =3 – коэффициент условий работы = 3

k=15000 кН/м⁴ – для глины тугопластичной

 Тогда

 

 

 

Суммарный прогиб балки в точке К от всех приложенных к ней сил равен осадке балки в этой точке, следовательно:

 

По  полученным результатам строим эпюру  моментов, вычисляя, при этом, моменты в точках А, В, С, двигаясь от точки К к точке А:

 

 

 

Эпюра свидетельствует о большей разнице  в значениях максимального пролетного и опорного  моментов, что приведет либо к перерасходу арматуры (если обе грани стены армировать по опорному моменту), либо к заметному  различию в армировании граней стены, что нетехнологично.

 

Выравнивание  пролетного и опорного моментов

Уменьшаем опорный момент на 30%:

 

 

Уменьшение  момента на опоре, обеспеченное соответствующим  армированием, вызовет на опоре образование  первого пластического шарнира  и по условиям равновесия конструкции, увеличение момента в пролете  на:

 

Таким образом, в предельной по прочности стадии работы конструкции опорный момент будет равен , а пролетный

4.5 Подбор продольной рабочей арматуры

 

Моменты выравниваются, и это позволяет получить одинаковую схему армирования для обеих граней стены.

При

Определяем  высоту сжатой зоны:

 

 

 

 

 

Принимаем 5Æ14 (шаг 200мм) А_s =7,69 см² (продольная рабочая арматура каркасов) и 4Æ4 (шаг 250мм) А_s =0,5 см² (продольная рабочая арматура сеток).

Итого: 

 

6. Расчет на действие поперечных сил

 

С учетом перераспределения  моментов между опорным и пролетным сечениями следует скорректировать значение реакции R и построить эпюру Q для предельной по прочности стадии работы конструкции.                  

 

Принимая  во внимание внешнюю нагрузку и полученное значение R строим эпюру Q

 

 

Принимаем  Q_b= Q_b^max, Þ прочность на поперечную силу по бетону обеспечена, поперечное армирование принимаем конструктивным.

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Проверка ширины раскрытия трещин

 

Расчет ведем  по формуле:

рассматривая  всю нагрузку, действующую на «стену в грунте», как нагрузку длительную.

 С учетом  смысла параметров:

- коэффициент, принимаемый при  учете кратковременных нагрузок  и непродолжительного действия  постоянных и длительных нагрузок;

- коэффициент, зависящий от  вида и профиля продольной  растянутой арматуры (=1 для периодического  профиля)

 

 - коэффициент, учитывающий отрицательное влияние длительно действующей нагрузки

 

Е_s= МПа – модуль упругости арматуры

 

 

- (допустимая величина  раскрытия) => требование норм по  ширине раскрытия трещин не  выполняются => увеличим диаметр арматуры:

 

5Æ16 (шаг 200мм) А_s =10,05 см² (продольная рабочая арматура каркасов)

4Æ10 (шаг 250мм) А_s =3,14 см² (продольная рабочая арматура сеток).

 

Тогда:

 

 

 

 

 

 - (допустимая величина раскрытия) => требование норм по ширине раскрытия трещин выполнены.

Принимаем 5Æ16 (шаг 200мм) А_s =10,05 см² (продольная рабочая арматура каркасов) и 4Æ10 (шаг 250мм) А_s =3,14 см² (продольная рабочая арматура сеток).

Итого:

 

 

Список  используемой литературы.

 

1. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. М.: ГУП  ЦПП, 2003.
2. СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. М.: ФГУП ЦПП, 2004.
3. СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. М.: ФГУП ЦПП, 2005.
4. СП 52-102-2004. Предварительно напряженные железобетонные конструкции. М.: ФГУП ЦПП, 2005.
5. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения (к СП 52-101-2003). М.: ФГУП ЦПП, 2005.
6. Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелого бетона (к СП 52-102-2004). М.: ФГУП ЦПП, 2005.
7. Методические указания и справочные материалы к курсовому проекту №1 по дисциплине «Железобетонные конструкции» для студентов специальности 270102 (290300) «Промышленное и гражданское строительство». М.: Типография МГСУ, 2007.

 

 

1