ПОДПОРНЫЕ СТЕНЫ
7.217. Подпорные стены из каменной кладки целесообразно применять только при относительно небольшой их высоте. При высоте более 4 м подпорные стены рекомендуется выполнять из железобетона.
Пример 18. Расчет стены подвала. Проверить несущую способность стены подвала кирпичного здания. Стена подвала высотой Н=2,8 м выполнена из крупных пустотелых бетонных блоков толщиной 40 и высотой 58 см, изготовленных из тяжелого бетона марки 100. Пустотность блоков по площади среднего горизонтального сечения 25, а по объему - 15%. Кладка стен подвала выполнена на растворе марки 50. Расчетная высота стены подвала от уровня бетонного пола до нижней поверхности перекрытия Н=2,65 м (черт. 57). Расчетная нагрузка на 1 м стены подвала от кирпичной стены первого этажа толщиной 51 см N=150 кН (15 тc).
Черт. 57. Расчет стены подвала
а - схема приложения вертикальных нагрузок; б - эпюра бокового давления грунта; в - суммарная эпюра изгибающих моментов
Стена первого этажа расположена с эксцентриситетом относительно оси подвала е1=5,5 см.
Расчетная постоянная нагрузка на 1 м стены подвала от опирающегося на нее перекрытия над подвалом N2=22 кН (2,2 тс) приложена с эксцентриситетом по отношению к стене подвала е2=16 см.
Объемная масса грунта в насыпном состоянии g=1600 кг/м3=16 кН/м3. Расчетный угол внутреннего трения грунта j=38°; нормативное значение поверхностной нагрузки от грунта в насыпном состоянии Р=10 кН/м2.
Приведенная толщина грунта от временной нагрузки
м.
Коэффициенты перегрузки для временной нагрузки и объемной массы грунта
n1=n2=n=1,2.
Верхняя и нижняя ординаты эпюры бокового давления грунта на 1 м стены подвала определяются по формулам (105) и (106):
q1=1,2×16×0,625×0,238=2,86 кН/м ;
q2=1,2×16(0,625+2,65)0,238=14,97 кН/м.
Изгибающие моменты от давления грунта определяем в двух сечениях стены подвала: в сечении 1-1, расположенном на расстоянии 0,4H=0,4×2,65=1,06 м от верха стены и в сечении 2-2 - на расстоянии 0,6H=0,6×2,65=1,59 м от верха стены, в котором величина изгибающего момента от давления грунта имеет наибольшее значение.
По формуле (107) при расположении сечения на расстоянии 0,4H от верха стены, принимая Н2=Н:
По формуле (108)
кН×м.
Изгибающий момент от вертикальных нагрузок в сечении, расположенном у верха стены подвала, определяется с учетом случайного эксцентриситета е=4 см [п. 6.65], так как толщина стены подвала меньше, чем стены первого этажа.
Максимальная величина момента
М=150(0,055+0,04)-22×0,16=10,73 кН×м.
Суммарные изгибающие моменты в стене подвала:
в сечении, расположенном на расстоянии 0,4H от верха стены,
М04=10,73×0,6+7,17=13,61 кН м;
в сечении, расположенном на расстоянии 0,6H от верха стены,
М06=10,73×0,4+7,85=12,14 Н×м.
Проверку прочности стены подвала производим в сечении 1-1, расположенном на расстоянии 0,4H от верха стены,
N=150+22+1,06×0,4×24,0×0,85×1,1=181,5 кН.
Прочность стены подвала проверяем при внецентренном сжатии с эксцентриситетом
м.
Расчетная несущая способность стены Ncc определяется по формуле п. [4.7]:
По п. [4.7], формула [15]
В данном случае при h=40 см mg=1, см. n. [4.7].
Упругая характеристика кладки из крупных пустотелых бетонных блоков при отношении
a=1500.
Коэффициент продольного изгиба по табл. [18] п. [4.2] j=0,97.
Высота сжатой зоны
hс=h-2e0=0,40-2×0,075=0,25 м;
Расчетное сопротивление кладки из крупных пустотелых бетонных блоков, изготовленных из бетона марки 100, при растворе марки 50 и пустотности блоков по среднему горизонтальному сечению 25% определяется по п. [3.12]:
R=2,7×0,5=1,35 мН/м2.
Расчетная несущая способность стены равна:
Площадь сечения (брутто)
А=0,4×1,0=0,4м2.
Коэффициент w определяется по п. [4.7], табл.[19]:
кН.
Прочность стены подвала достаточна.
7.218. Подпорные стены должны быть запроектированы таким образом, чтобы была исключена возможность их опрокидывания и скольжения, обеспечены несущая способность стены и грунта в ее основании и в необходимых случаях трещиностойкость.
7.219. Подпорные стены могут быть безреберными и ребристыми. Как правило, проектируют их уширенными книзу, рассчитывая как консольные балки прямоугольного или таврового сечения.
Каменные вертикальные подпорные стены (черт. 58) высотой не более 4 м и при горизонтальной поверхности земли допускается рассчитывать по указаниям настоящего раздела.
При передаче давления грунта на вертикальную поверхность подпорной стены (черт. 59), если земля ограничена горизонтальной плоскостью, распределение горизонтального давления грунта по высоте стены определяется формулами (105) и (106).
Величину нормативной нагрузки на поверхность земли следует принимать согласно п. 7.216.
Сечения подпорной стены проверяют на внецентренное сжатие и срез по горизонтальным неперевязанным швам кладки.
В расчетную площадь среза включается только площадь сжатой зоны сечения, определяемая при расчете на внецентренное сжатие.
При проверке подпорных стен на опрокидывание и скольжение собственный вес их принимается с коэффициентом перегрузки 0,9.
Подпорные стены одноэтажных складов сыпучих материалов и заглубленных одноэтажных зданий, воспринимающие значительные горизонтальные давления при небольших вертикальных нагрузках, рекомендуется рассчитывать как балки с верхней шарнирной и нижней защемленной опорами. Защемление нижней опоры стен обеспечивается фундаментами, выполненными в виде прямоугольных участков кладки, перпендикулярных продольной оси стены. Расположение фундаментов и пилястр совпадает (см. черт. 59).
Размеры фундаментов определяются из условия совмещения их оси с положением равнодействующей нормальной силы в основании стены при максимальных горизонтальных и минимальных вертикальных нагрузках.
Черт 58. Продольные стены разных профилей
а - прямоугольного; б - трапецеидального с наклонной передней гранью; в - трапецеидального с наклонной задней гранью; г - наклонного в сторону засыпки; д - с выступающим передним нижним ребром; е - ступенчатого; ж - таврового
Черт. 59. Фундаменты под наружными стенами одноэтажных складских зданий для сыпучих материалов
1 - контрфорс; 2 - стена; 3 - пилястра; 4 - давление сыпучего материала; 5 - железобетонная или рядовая перемычка между фундаментами; б - фундамент