2.4. Фундаменти водонапірних башт

Конструктивні рішення фундаментів водонапірних башт залежать від об’єму резервуара, висоти опорної частини башти, властивостей основи.

Найбільш поширені типи фундаментів водонапірних башт у вигляді круглих і кільцевих плит з підвищеною частиною (рис. 2. 19, а-д) або без неї (рис. 2.19, г).

Рис. 2.19. Типи фундаментів водонапірних башт: 1  суцільна фундамента плита; 2  кільцева фундаментна плита; 3  підвищена частина фундамента; 4  палі; 5  центральна опора; 6  стояки по периметру башти; 7  окремі фундаменти

Підвищена частина фундамента жорстко з’єднується безпосередньо з опорою башти і проектується найчастіше у вигляді циліндричної стінки постійної або змінної товщини. При більшій висоті споруди та слабких ґрунтах зовнішній діаметр фундаментної плити може значно перевищувати діаметр нижнього перерізу опори башти. В такому випадку підвищена частина може бути запроектована у вигляді однієї (рис. 2.19, в) або двох (рис. 2.19, г) конічних оболонок.

В опорах змішаної конструкції, що мають значні розміри у плані, влаштовують окремі фундаменти під різні частини опори (рис. 2.19, ж). При слабких ґрунтах можна використовувати палеві фундаменти.

2.5. Розрахунок водонапірних башт

У водонапірних баштах розраховують конструкції резервуара, опор, фундамента і шатра. Їхні елементи розраховують по вказівках, що наведені у відповідних нормах та підручниках. При розрахунку конструкції опори і фундаменту основними навантаженнями служать (рис. 2.20) тиск наповненого резервуара , вага опори і фундаменту з насипаним ґрунтом на ньому , горизонтальний тиск вітру на шатер (резервуар) і опору .

Рис. 2.20. До розрахунку водонапірної башти

Опора в цілому є позацентрово стиснутою від дії навантажень і та згинального моменту (від і ), що досягає найбільшого значення у перерізі біля фундаменту. Якщо опора суцільна, то розраховують її на міцність як єдину конструкцію з великим кільцевим поперечним перерізом. Рамні і наскрізні сітчасті опори розраховують як просторові стержньові системи.

Розміри підошви фундамента встановлюють з розрахунку несучої здатності основи при спільній дії подовжньої сили і моменту за вказівками норм проектування основ будівель і споруд. Попередньо їх можна прийняти на підставі умовного розрахунку вежі в цілому по уявлюваному її перекиданню щодо зовнішньої грані фундамента з підвітряної сторони (точка А на рис. 2.20)). Перекидаючий момент від вітру й утримуючий момент від тиску складових частин споруди обчислюють за формулами:

(2.1)

в яких праві частини  це суми моментів вказаних зусиль з відповідними плечима відносно моментної точки А. Вітрове навантаження приймають з коефіцієнтом надійності, рівним 1,3, а власну вагу конструкцій (резервуар вважається без води)  з пониженим коефіцієнтом, рівним 0,9.

Коефіцієнт стійкості проти перекидання

(2.2)

приймають не менше 1,5.

Контрольні запитання.

1. З яких основних конструктивних елементів складаються водонапірні башти?

2. Які типи водонапірних башт ви знаєте?

3. Як залежить вартість водонапірної башти від корисного об’єму резервуара?

4. Які типи резервуарів використовують в водонапірних баштах?

5. Як можна підвищити тріщиностійкість залізобетонних резервуарів водонапірних башт?

6. У яких випадках для будівництва водонапірних башт використовують цегляні опори?

7. Які типи залізобетонних опор використовують для водонапірних башт?

8. Яку форму можуть мати опори водонапірних башт у вигляді оболонок?

9. Опишіть водонапірні башти з рамними опорами.

10. Опишіть спосіб зведення водонапірної башти методом підйому резервуара.

11. Опишіть водонапірну башту з опорою конічної форми.

12. Опишіть водонапірну башту з опорою комбінованої конструкції.

13. Охарактеризуйте типи фундаментів для водонапірних башт.

11. Які конструкції підлягають розрахунку в водонапірних баштах? Як їх розраховують?

3. Підпірні стіни

Залізобетонні підпірні стіни у порівнянні з кам’яними і бетонними значно економічніші. Їх застосовують переважно збірними. Розрізняють підпірні стіни кутикові, з контрфорсами, анкерні (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Конструктивні схеми збірних підпірних стін: а  кутикова одноелементна; б  кутикова двохелементна; в  контрфорсна; г  анкерна; 1  збірні суцільні блоки; 2  стінові плити; 3  збірний контрфорс; 4  стик збірних елементів контрфорса; 5  фундаментна плита; 6  опори рами; 7  рами; 8  анкерна балка

Кутикові стіни застосовують, якщо повна висота підпірної стіни не перевищує 4,5 м. При більшій висоті більш економічні стіни з контрфорсами або анкерні. Кутикові підпірні стіни можуть виготовлятися у вигляді суцільних блоків довжиною 2-3 м (рис. 3.1, а). Розроблено типові конструкції збірних кутикових підпірних стін, що складаються з двох елементів: стінової (лицьової) плити і фундаментної плити (рис. 3.1, б). Передбачено висоти підпору ґрунту h, рівні 1,2; 1,8; 2,4; 3 і 3,6 м. Номінальна довжина стінових плит прийнята 3 м, фундаментних  3 і 1,5 м; ширина підошви b прийнята рівною 2,2; 2,5; 3,1 і 3,7 м. Враховано можливість установки фундаментної плити з нахилом підошви до 7⁰ для підвищення стійкості підпірної стіни проти зрушення.

У підпірних стінах інших типів (рис. 3.1, в,г) огородження утворюється зі збірних стінових плит, що закладаються в пази контрфорсів чи рам. Контрфорси конструюють складеними з 2...3 частин. Їх установлюють із кроком 2...3 м на збірні елементи опорної плити, з яким з'єднують, зварюючи закладні металеві деталі.

Рами анкерних підпірних стін розміщують через 4...5 м одна від другої, опираючи їх на окремі фундаменти. Анкерна балка призначена для утримання всієї конструкції проти зрушення під впливом горизонтального тиску ґрунту. Відстань а (рис. 3.1, в) приймають рівною (0,3...0,6)h₀ висоти підпору ґрунту, якщо ґрунт має кут природного укосу 30...45⁰.

У практиці зустрічаються й інші конструктивні вирішення підпірних стін: з анкерним зубом нижче підошви опорної плити або зі зворотним ухилом підошви, що підвищує стійкість стіни проти зрушення в горизонтальному напрямку; з розвантажувальними площадками, що влаштовуються на проміжних рівнях висоти стіни з її задньої сторони з метою зменшення ширини опорної плити; з ребристими стінами замість гладких для зменшення витрати бетону тощо. Іноді застосовують зрубові підпірні стіни, що збираються з дрібних балкових залізобетонних збірних елементів у клітки (подібно дерев’яним ряжам), що заповнюють кам’яним накидом. По витраті матеріалів вони економічніші від інших підпірних стін, але дорожчі по відношенню до монтажу.

Тиск ґрунту на підпірні стіни, відповідно до формул опору матеріалів, залежить від щільності ґрунту , кута природного укосу ґрунту , кута нахилу задньої грані підпірної стіни, кута нахилу укосу засипки вище підпірної стіни. У найпростішому випадку, коли задня грань стіни вертикальна, а поверхня ґрунту над стіною горизонтальна, рівнодіюча горизонтального тиску землі (її нормативне значення) на 1 м довжини стіни (рис. 3.2) визначається за формулою

.

Розподіл тиску ґрунту по висоті стіни приймається прямолінійним, тому інтенсивність його внизу дорівнює , а рівнодіюча вважається прикладеною на відстані від підошви. У звичайних умовах щільність ґрунту коливається в межах 1,6...1,9 т/м³, кут природного укосу ґрунту дорівнює 30...45°. Коефіцієнт надійності від горизонтального тиску на стіну приймають рівним 1,2.

Рівномірно розподілене навантаження , що знаходиться на верхньому рівні ґрунту і приймається з коефіцієнтом надійності 1,3, зводять до ваги шару ґрунту висотою і враховують при визначенні рівнодіючої тиску на стіну відповідно за формулою

. (3.1)

Рис. 3.2 До розрахунку кутикової підпірної стіни

Рис. 3.3 Схема армування кутикової підпірної стіни: 1  наскрізні робочі стержні; 2  додаткові робочі стержні; 3  монтажні стержні

Попередньо ширину опорної плити і її винос приймають такими, щоб найбільший крайовий тиск на ґрунт під підошвою, що визначають за формулами

, (3.2)

не перевищував при дотриманні умови, щоб середній тиск і щоб приблизно гарантувалася стійкість стіни проти перекидання і ковзання відповідно до співвідношень:

. (3.3)

У цих формулах  момент від усіх зусиль (розрахункових, діючих на стіну) відносно центра ваги підошви;  відповідно площа і момент опору підошви;  умовний розрахунковий тиск на ґрунт;  перекидаючий момент від тиску ґрунту відносно переднього краю підошви (точка А на рис. 3.2);  момент, що утримує і гарантується вертикальними навантаженнями (вага стіни і ґрунту на виступах) і обчислений відносно тієї ж точки;  сума вертикальних навантажень;  коефіцієнт тертя бетону відносно ґрунту (знаходиться в межах 0,3...0,6 залежно від виду і стану ґрунту).

Доцільно, щоб при цьому значення тиску на ґрунт біля краю внутрішнього виступу (точка В на рис. 3.2) мало приблизно нульове значення.

Остаточно розміри підошви і виносу опорної плити підпірної стіни приймають за результатами розрахунку основи за несучою здатністю і деформаціями відповідно до вимог норм із розрахунку основ будівель і споруд.

Зовнішній і внутрішній виступи опорної плити розраховують на згин як консолі, защемлені відповідно в перерізах І-І і ІІ-ІІ. Зовнішня консоль завантажена тиском ґрунту знизу, внутрішня  ще й і ґрунтом, розташованим вище неї. Розрахункову кількість арматури та розміщують відповідно внизу і вверху опорної плити (див. рис. 3.2).

Від тиску Н конструкцію самої стіни розраховують так само, як консоль, що згинається і защемлена в опорній плиті. Розрахункову кількість арматури розташовують зі сторони внутрішньої поверхні стіни.

На рис. 3.3 показано армування підпірної стіни кутикового типу. Робочі стержні об’єднують у сітки за допомогою монтажної арматури. Для економії арматури частину стержнів розміщують тільки в зонах найбільших моментів. Сітка С-4 конструктивна.

Збірні стінові панелі на схемах, що показані на рис. 3.1, в,г, розраховують від горизонтального тиску ґрунту як плити, що працюють за балковою схемою з прольотом від одного контрфорса (рами) до іншого контрфорса (рами). Контрфорс розраховують як консоль, защемлену в опорній плиті. З’єднання збірних елементів розраховують на сприйняття моментів і зусиль, що через них передаються.

Контрольні запитання.

1. Які ви знаєте конструктивні схеми підпірних стін? Опишіть їх. В яких випадках їх застосовують?

2. Від яких параметрів залежить тиск ґрунту на підпірну стіну?

3. Як розподіляється тиск ґрунту по висоті підпірної стіни?

4. Як визначити інтенсивність тиску ґрунту внизу?

5. Як визначити рівнодіючу горизонтального тиску землі на 1 м довжини стіни?

6. Як враховують наявність рівномірно розподіленого навантаження на поверхні землі при розрахунку підпірних стін?

7. Як визначити попередньо ширину опорної плити та її винос?

8. Як розраховують та армують зовнішній і внутрішній виступи опорної плити?

9. Як розраховують та армують стіну?

10. Як розраховують збірні стінові панелі в контрфорсних та анкерних підпірних стінах?

11. Як розраховують контрфорси?