13.2. Расчет стен на горизонтальные нагрузки

Горизонтальные нагрузки испытывают стены по осям А, В, 1 и 5. Расчеты выполняются для нескольких расчетных сочетаний нагрузок.

Стадия возведения конструкций нулевого цикла.

Рис. 26. Расчетная схема стены при действии активного давления грунта.

В этой стадии вертикальные нагрузки на стену, за исключением собственного веса конструкций, отсутствуют. Под действием активного давления грунта стена подвала испытывает поперечный изгиб. Расчетная схема стены подвала при действии активного давления грунта представлена на рис. 26. Определяем реакцию Rв закреплении в уровне перекрытия над подвалом из условия равенства нулю моментов всех сил относительно точки закрепления в уровне фундамента:

Составляем уравнение для опредеелния изгибающего момента в сечении с координатой x(начало координат в точке приложения реакцииR):

Вычисляем координату с максимальным значением изгибающего момента из условия равенства нулю в указанном сечении первой производной функции изгибающего момента:

Определяем значение максимального изгибающего момента в стене подвала от действия активного давления грунта:

Проверяем условие прочности неперевязанного сечения кладки по растягивающим напряжениям при изгибе:

Условие прочности стены подвала в стадии возведения нулевого цикла выполняется. Из этого следует, что обратную засыпку пазух допускается выполнять после монтажа перекрытия над подвалом.

Стадия эксплуатации здания.

За основу берем расчет стены подвала по осям А и В при действии вертикальных нагрузок (п. 13.1).

Продольная сила N= 475,3 кН. Определяем значение изгибающего момента от внецентренного приложения нагрузки, передаваемой перекрытием над подвалом, в сечении с координатойx =1,278 м:

где знак минусуказывает на то, что растянутая зона при действии рассматриваемого изгибающего момента находится с наружной стороны стены.

Определяем расчетный изгибающий момент в сечении с учетом действия горизонтальных нагрузок от активного давления грунта:

Определяем эксцентрицитет приложения силы N:

Эксцентрицитет приложения силы Nв расчетном сечении уменьшился по сравнению с ранее вычисленным при действии только вертикальных нагрузок (0,002 м < 0,0096 м). Таким образом, активное давление грунта в стадии эксплуатации здания улучшает условия работы стен подвала по осям А и В. Как было установлено в п. 13.1, несущая способность этих стен при действии вертикальных нагрузок обеспечена с существенным запасом.

14.Расчет фундаментного и цокольного поясов

Фундаментный и цокольный пояс обеспечивают работу стен подвала как системы перекрестных балок на упругом основании. Именно благодаря их прочности и жесткости обеспечивается перераспределение давлений на основание и выравнивание осадок здания в плане. Конструктивные параметры поясов определяем из расчета нормальных и наклонных сечений стены подвала как составной балки. При этом растягивающие усилия воспринимаются поясами, а сжимающие и сдвиговые усилия – как поясами, так и стенами в виде кладки из крупных блоков. Расчетные усилия в сечениях стен подвала приведены в таб. 24, а эпюры изгибающих моментов и поперечных сил даны на рис. 28 и 29. Положительными считаются изгибающие моменты, вызывающие растяжения по низу балок (в фундаментном поясе). Стены рассчитаны как поперечно-изогнутые элементы железобетонных конструкций. Высота сечения h= 2,2 м;a=a'= 0,2 м (расстояние от грани сечения до центра пояса);h₀= 2,0 м; ширина сеченияb= 0,4 м.

Железобетонные пояса стен выполнены из бетона класса по прочности В25 с арматурой класса А-III. Расчетные характеритсики бетона и арматуры приведены в п. 12. Кладка стен выполнена из крупных блоков марки 150 на растворе марки 50. Расчетные характеритсики кладки приведены в п. 13.

Стены по осям А и В.

Нормальное сечение 1.M_max= 720 кНм;M_min= 27 кНм.

Определяем сечение рабочей арматуры фундаментного пояса:

Принимаем 4Ф18 А-III,A_s= 10,18 см².

Выполняем проверку подобранной арматуры по нормам /6/:

Определяем сечение рабочей арматуры цокольного пояса:

Принимаем конструктивно 4Ф10 А-III,A_s= 3,14 см².

Нормальное сечение 2.M_max= 311 кНм;M_min= 22 кНм.

Определяем сечение рабочей арматуры фундаментного пояса:

Принимаем 4Ф12 А-III,A_s= 4,52 см².

Выполняем проверку подобранной арматуры по нормам /6/:

Сечение рабочей арматуры цокольного пояса принимаем конструктивно 4Ф10 А-III,A_s= 3,14 см².

Наклонное сечение.Q_max = 206 кН.

Предполагаем, что сопротивление наклонного сечения стены действию поперечной силы слагается из сопротивлений поясов и кладки стены высотой h_ст= 1,8 м.

Несущая способность наклонного сечения пояса по сопротивлению бетона растяжению определяется по формуле /6/:

где _b2– коэффициент, зависящий от вида бетона (для тяжелого бетона равен 2);h₀– высота сечения пояса за вычетом защитного слоя арматуры;c₀– горизонтальная проекция наклонной трещины, принимаемая равнойh₀из условия максимальной поперечной силы в сечении, соответствующем началу наклонной трещины (см. рис. 29).

Расчетная поперечная сила, воспринимаемая кладкой, определяется по формуле /13/:

где R_tw=R_tb– расчетное сопротивление кладки главным растягивающим напряжениям при изгибе по перевязанному сечению (см. п. 13).

Условие прочности наклонного сечения:

Прочность наклонного сечения обеспечена сопротивлением бетона и кладки. В связи с этим поперечная арматура поясов принимается конструктивно.

Стена по оси Б.

Нормальное сечение.M_max= 1198 кНм;M_min= 1060 кНм.

Определяем сечение рабочей арматуры фундаментного пояса:

Принимаем 6Ф20 А-III,A_s= 18,85 см².

Выполняем проверку подобранной арматуры по нормам /6/:

Определяем сечение рабочей арматуры цокольного пояса:

Принимаем 6Ф18 А-III,A_s= 15,27 см².

Выполняем проверку подобранной арматуры по нормам /6/:

Наклонное сечение.Q_max= 1220 кН.

Несущая способность наклонного сечения по бетону и кладке составляет 649,2 кН, что меньше поперечной силы в сечении. По этой причине требуется расчетное поперечное армирование поясов. Принимаем 4-х ветвенные хомуты Ф10 А-IIIс шагомs= 0,1 м. Расчетное сопротивление поперечной арматуры класса А-IIIдиаметром 10 – 40 ммR_sw= 290 МПа. Площадь поперечного сечения хомутовA_sw= 3,14 см². Расчеты выполняем по нормам /6/. Определяем усилия в хомутах на единицу длины элемента:

Определяем длину горизонтальной проекции наклонной трещины:

Поскольку c₀>h₀, принимаемc₀=h₀= 0,35 м.

Определяем поперечную силу, воспринимаемую хомутами:

Проверяем несущую способность наклонного сечения по поперечной силе:

где n– количество поясов, пересекающих наклонную трещину.

Прочность наклонного сечения обеспечена.

Стены по осям 1 и 5.

Нормальное сечение.M_max= 1294 кНм;M_min= 165 кНм.

Принимаем рабочую арматуру фундаментного пояса на основании ранее выполненных рсчетов для стены по оси Б 6Ф20 А-III,A_s= 18,85 см². При этомM_max= 1294 кНм <M= 1330,7 кНм.

Принимаем рабочую арматуру цокольного пояса конструктивно 4Ф10 А-III,A_s= 3,14 см². Опрелделяем несущую способность сечения при принятом армировании:

Наклонное сечение.Q_max= 632 кН.

Несущая способность наклонного сечения по бетону и кладке составляет 649,2 кН, что больше Q_max= 632 кН. По этой причине поперечное армирование поясов принимается конструктивно.

Стена по оси 2.

Нормальное сечение 1.M_max= 160 кНм;M_min= 176 кНм.

Принимаем для фундаментного и цокольного поясов конструктивное армирование 4Ф10 А-III,A_s= 3,14 см². При этом несущая способность сечения составляет 228,0 кНм, что больше действующих усилий в этом сечении.

Нормальное сечение 2.M_max= 0,0 кНм;M_min= 302,0 кНм.

Принимаем армирование цокольного пояса 4Ф12 А-III,A_s= 4,52 см². По результатам ранее выполненых расчетов для стен по осям А и В несущая способность сечения составляет 327,3 кНм, что большеM_min= 302 кНм. Армирование фундаментного пояса принимаем конструктивно 4Ф10 А-III.

Наклонное сечение.Q_max= 333 кН.

Несущая способность наклонного сечения по бетону и кладке составляет 649,2 кН, что больше Q_max= 333 кН. По этой причине поперечное армирование поясов принимается конструктивно.

Стена по оси 3.

Нормальное сечение 1.M_max= 2547 кНм;M_min= 0,0 кНм.

Определяем сечение рабочей арматуры фундаментного пояса:

Принимаем 6Ф28 А-III,A_s= 36,95 см².

Выполняем проверку подобранной арматуры по нормам /6/:

Недостаток несущей способности сечения составляет менее 1%, что является допустимым.

Армирование цокольного пояса принимаем конструктивно 4Ф10 А-III.

Нормальное сечение 2.M_max= 0,0 кНм;M_min= 198 кНм.

Принимаем для фундаментного и цокольного поясов конструктивное армирование 4Ф10 А-III,A_s= 3,14 см². При этом несущая способность сечения составляет 228,0 кНм, что больше действующих усилий в этом сечении.

Наклонное сечение.Q_max= 920 кН.

Принимаем 4-х ветвенные хомуты Ф10 А-IIIс шагомs= 0,2 м. Определяем усилия в хомутах на единицу длины элемента:

Определяем длину горизонтальной проекции наклонной трещины:

Длина горизонтальной проекции наклонной трещины удовлетворяет условию h₀≤c₀≤ 2h₀. Принимаемc₀= 0,45 м.

Определяем поперечную силу, воспринимаемую хомутами:

Несущая способность наклонного сечения пояса по сопротивлению бетона растяжению определяется по формуле:

Проверяем несущую способность наклонного сечения по поперечной силе:

где n– количество поясов, пересекающих наклонную трещину.

Прочность наклонного сечения обеспечена.

Стена по оси 4.

Нормальное сечение.M_max= 174 кНм;M_min= 440 кНм.

Принимаем для фундаментного пояса конструктивное армирование 4Ф10 А-III,A_s= 3,14 см². При этом несущая способность сечения составляет 228,0 кНм, что большеM_max= 174 кНм.

Определяем сечение рабочей арматуры цокольного пояса:

Принимаем 4Ф14 А-III,A_s= 6,16 см².

Выполняем проверку подобранной арматуры по нормам /6/:

Наклонное сечение.Q_max= 442 кН.

Несущая способность наклонного сечения по бетону и кладке составляет 649,2 кН, что больше Q_max= 442 кН. По этой причине поперечное армирование поясов принимается конструктивно.

Балки.

Нормальное сечение.M_max= 2846 кНм;M_min= 373 кНм.

Определяем сечение рабочей арматуры фундаментного пояса:

Принимаем 7Ф28 А-III,A_s= 43,1 см².

Выполняем проверку подобранной арматуры по нормам /6/:

Примечание: Для комплексной конструкции, состоящей из двух поясов и стены, высота сжатой зоны х не должна превышать высоту сечения пояса 0,4 м.

Принимаем армирование цокольного пояса 4Ф14 А-III,A_s= 6,16 см². При этом несущая способность сечения (см. стену по оси 4) составляет 444,8 кНм, что большеM_min= 373 кНм.

Наклонное сечение.Q_max= 1235 кН.

Принимаем по аналогии со стеной по оси Б 4-х ветвенные хомуты Ф10 А-IIIс шагомs= 0,1 м. При этом несущая способность наклонного сечения составляет 1286,6 кН, что большеQ_max= 1235 кН.

Результаты расчетов фундаментного и цокольного поясов для удобства использования сведены в таблицу.

Армирование фундаментных и цокольных поясов, кН, м

Таблица 30

Сечен./ констр.	Пара-метры	Оси
		А, В	Б	1, 5	2	3	4	Балки
1	Mmax	720	1198	1294	160	2547	174	2846
	Mmin	27	1060	165	176	0	440	373
	Q	206	1220	632	333	920	442	1235
Фунд. пояс	Прод.арм.	4Ф18	6Ф20	6Ф20	4Ф10	6Ф28	4Ф10	7Ф28
	Хомуты	Констр.	4Ф10 шаг10см	Констр.	Констр.	4Ф10 шаг20см	Констр.	4Ф10 шаг10см
Цокол. пояс	Прод.арм.	4Ф10	6Ф18	4Ф10	4Ф10	4Ф10	4Ф14	4Ф14
	Хомуты	Констр.	4Ф10 шаг10см	Констр.	Констр.	4Ф10 шаг20см	Констр.	4Ф10 шаг10см
2	Mmax	311	-	-	0	0	-	-
	Mmin	22	-	-	302	198	-	-
	Q	206	-	-	333	920	-	-
Фунд. пояс	Прод.арм.	4Ф12	-	-	4Ф10	4Ф10	-	-
	Хомуты	Констр.	-	-	Констр.	4Ф10 шаг20см	-	-
Цокол. пояс	Прод.арм.	4Ф10	-	-	4Ф12	4Ф10	-	-
	Хомуты	Констр.	-	-	Констр.	4Ф10 шаг20см	-	-

Примечание: При конструировании поясов необходимо: обрывать продольную арматуру в соответствии с эпюрой изгибающих моментов (рис. 28); назначать зоны поперечного армирования в соответствии с эпюрой поперечных сил (рис. 29).