ОПЗ. Лекция 1(17) Конструктивные схемы
 Скачать 4.59 Mb.
|
|
1. ПОДЗЕМНЫЕ КАНАЛЫ И ТОННЕЛИ Подземные каналы и тоннели на территориях промышленных и гражданских объектов выполняют преимущественно неглубокого заложения. Они предназначены для прокладки тепло, газо-, паро-, нефте- и маслопроводов, а также для сетей водоснабжения, канализации, сжатого воздуха, электрокабелей. Каналы делают непроходными или полупроходными с внутренней высотой в чистоте не более 1500 мм. Тоннели устраивают проходными с внутренней высотой не менее 1800 мм. Их нередко используют для перехода людей и транспортирования грузов. Тоннели прокладывают с продольным уклоном для стока случайных вод, оборудуют освещением, вентиляцией, сигнализацией, противопожарными и другими устройствами. Для сокращения числа типоразмеров лотков их делают только определенных размеров по ширине (внутри) 300—2400 мм (с шагом 300 мм) и 3000 мм, по высоте (внутри) 300, 450, 600, 900, 1200 и 1500 мм, длиной номинальной, тес учетом толщины монтажных швов) 3000 и 6000 мм. Плоские плиты покрытий и днища назначают соответствующей ширины с номинальной длиной 3000 мм. Кроме элементов с основными размерами длины предусматривают доборные элементы длиной 720 мм. Из лотков и плит компонуют односекционные каналы с размещением лотков днищем вниз (риса) или днищем вверх, также двухсекционые (рис.1,б). Используя только лотки (без плит, можно компоновать каналы, а также тоннели по схеме на рис.1,в (односекционные); их можно делать и двухсекционными объединяя односекционные, подобно компоновке по схеме рис.1,б. Верхние и нижние лотки соединяют в единую конструкцию сваркой на монтаже закладных коротышей из швеллеров, размещаемых в толще продольных швов. Лотки в каналах в продольном направлении укладывают без перевязки торцовых швов лотков, а в тоннелях — с перевязкой. В тоннелях и полупроходных каналах предусматриваются входы для людей и монтажные проемы по размеру устанавливаемого оборудования. Унифицированные сборные конструкции, применяемые только для тоннелей, разработаны применительно к трём конструктивным решениям для односекционных тоннелей с применением уголковых стеновых элементов в сочетании с плитами покрытия и днища (рис, для двухсекционных тоннелей с дополнительным рядом промежуточных колонн и продольным прогоном по ним (риса также для односекционных тоннелей из объёмных блоков (рис. Рис. Каналы и тоннели с применением лотков и плита канал односекционный; б — канал двухсекционный в - канал - при h<1500 мм, (тоннель, при h>1800 мм, односекционный из двух лотков г — армирование сборного лотка д — армирование сборной плиты лоток плита покрытия 3 — цементный раствор 4 — песчаная подготовка 5 — зазор между лотками, заполненный песком 6 — стальная прокладка 7 — рабочие стержни монтажные стержни 9 — петли для подъема плит. Для тоннелей с уголковыми стеновыми элементами предусмотрены габаритные размеры тоннелей по высоте 2100, 2400, 3000 и 3600 мм и по ширине 1500, 1800, 2100 мм (для односекционных), 2400, 3000, 3600 и 4200 мм для одно- и двухсекционных. Для тоннелей из объемных блоков приняты размеры по высоте 2100, 2400, 3000 и по ширине 1500÷3000 мм. Разработаны конструкции тоннелей и для случаев их размещения под автодорогами на глубине до верха тоннелям, под железными дорогами на глубине от низа шпал до верха тоннелям, внутри цехов на глубине дом Рис. 2. Односекционный тоннель с уголковыми стеновыми элементами и плитами покрытия и днища а — поперечное сечение тоннеля б — уголковый стеновой элемент в — плита днища 1— подрезка ребра плиты покрытия у опоры 2 — бетонная подготовка 3 — петлевые выпуски арматуры для стыкового соединения 4 — монтажные арматурные стержни 5 — бетон замоноличивания стыкового соединения. Односекционные тоннели (см. рис) монтируют из двух уголковых элементов (стеновая часть которых принята ребристого типа, плит покрытия ребристых) и плит днища (сплошных. Стеновые элементы и плиту днища объединяют в единую конструкцию жестким стыком длиной вовсю длину сборных элементов, для чего предусматривают в сборных элементах встречные петлевые выпуски (стык Передерия), внутри которых размещают на монтаже арматурные стержни, а также замоноличивание бетоном класса В. Плиты покрытий делают с ребрами, имеющими на опорах подрезку для восприятия бокового давления стен. В двухсекционных тоннелях (см. рис) промежуточная опора образуется из прогона, колонн и фундаментных блоков. Двухсекционный тоннель может быть также выполнен из двух рядом размещенных односекционных тоннелей. Номинальная длина основных стеновых блоков (вдоль тоннеля) принята 3000 мм. Рис 3. Двухсекционный тоннель с уголковыми стеновыми элементами промежуточными стоечными опорами. 1 — уголковый стеновой элемент 2 плита покрытия 3 — цементный раствор 4 — продольный прогон 5 — колонна 6 — фундамент колонны 7 — плита днища 8 — стыковое соединение см. детальна рис бетонная подготовка. Тоннели по рис выполняют из объемных блоков номинальной длины 1500, 2400 им. Сопряжение блоков по длине делается в четверть по стенами днищу и со шпонками в покрытии. Рис. 4. Односекционный тоннель из объемных блоков. 1 — объемный блок 2 — бетонная подготовка Сборные элементы каналов и тоннелей выполняют из бетона класса В, армируют сварными сетками из арматуры класса А-Ш и обыкновенной проволоки класса Каналы и тоннели неглубокого заложения возводят открытым способом. В этом случае расчетную вертикальную нагрузку на покрытие от грунта определяют по формулам 1 р (1) h 1 — расстояние от поверхности грунтам нагрузка от единицы объема грунта, равная в зависимости от вида грунта и его влажности 16—20 кН/м 3 ; f — коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый равным 1,2; Рис 5. К расчету конструкции каналов и тоннелей а - П–образная перевернутая рама с распоркой б – тоже без распорки g 1 – вертикальная нагрузка постоянная ν 1 – тоже временная g 2 горизонтальная нагрузка постоянная ν 2 – тоже временная М – эпюра изгибающих моментов Горизонтальную нагрузку на стены на уровне вычисляют по формуле 2 0 2 1 ( 4 5 0 ,5) t g (2) где — нормативный угол внутреннего трения грунта, находящийся в пределах 25—45°. На глубине h 3 , по аналогии с предыдущими формулами, 2 0 3 3 ( 4 В расчетах конструкций каналов и тоннелей учитывают временную нагрузку на поверхности земли от автотранспорта. В подземных сооружениях вся вертикальная нагрузка от перекрытия и стен уравновешивается реактивным отпором грунта, который считают равномерно распределенным по подошве днища. Плиты покрытия каналов и тоннелей рассчитывают по однопролетной балочной схеме с шарнирным опиранием на стены. Стены, жестко соединенные с днищем в односекционных каналах и тоннелях по схемам, изображенным на рис и на рис, рассчитывают как П-образную перевернутую раму с распоркой (риса. При снятом перекрытии (в периоды строительства и ремонта) раму рассчитывают без верхней распорки (рис. б) Конструкцию тоннеля из объемных блоков (см. рис) рассчитывают по схеме замкнутой рамы на указанные выше воздействия постоянных и временных нагрузок. 2. ПОДПОРНЫЕ СТЕНЫ Железобетонные подпорные стены в сравнении с каменными и бетонными значительно экономичнее. Их применяют преимущественно сборными. Различают подпорные стены уголковые, с контрфорсами, анкерные (рис. 6). Рис. 6. Конструктивные схемы сборных подпорных стена уголковая одноэлементная; б — уголковая двухэлементная в — с контрфорсами; г — анкерная сборные цельные блоки — стеновые плиты 3 — сборный контрфорс 4 — стык сборных элементов контрфорса 5 — фундаментная плита 6 — опоры рамы 7 — рамы 8 — анкерная балка Уголковые стены применяют, когда полная высота подпорной стены не превышает 4,5 м. При большей высоте экономичнее стены с контрфорсами или анкерные. Уголковые подпорные стены могут изготовляться в виде единых блоков длиной 2—3 м (риса. Разработаны типовые конструкции сборных уголковых подпорных стен, состоящие из двух элементов стеновой (лицевой) плиты и фундаментной плиты (рис. б. Предусмотрены высоты подпора грунта h, равные 1,2; 1,8; 2,4; 3 им. Номинальная длина стеновых плит принята 3 м, фундаментных им ширина подошвы b принята равной 2,2; 2,5; 3,1 им. Учтена возможность установки фундаментной плиты с наклоном подошвы до 7° для повышения устойчивости подпорной стены против сдвига. В подпорных стенах других типов (рис. 6, в, г) ограждение образуется из сборных стеновых плит, закладываемых в пазы контрфорсов или рам. Контрфорсы: конструируют составными из 2—3 частей. Их устанавливают с шагом 2—3 м на сборные элементы опорной плиты, с которой соединяют, сваривая закладные металлические детали. Рамы анкерных подпорных стен размещают через 4—5 модна от другой, опирая их на отдельные фундаменты. Анкерная балка предназначена для удерживания всей конструкции против сдвига под воздействием горизонтального давления грунта. Расстояние а см. рис, в) принимают равным (0,3—0,6) высоты подпора грунта, если грунт имеет угол естественного откоса 30—45°. В практике встречаются и другие конструктивные решения подпорных стен с анкерным зубом ниже подошвы опорной плиты или с обратным уклоном подошвы, что повышает устойчивость стены против сдвига в горизонтальном направлении с разгрузочными площадками, устраиваемыми на промежуточных уровнях высоты стены с ее задней стороны в целях уменьшения ширины опорной плиты с ребристыми стенами вместо гладких для уменьшения расхода бетона и т. п. Иногда применяют ряжевые подпорные стены, собираемые из мелких балочных железобетонных сборных элементов в клетки (подобно деревянным ряжам), которые заполняют каменной наброской. По расходу материалов они экономичнее других подпорных стен, но дороже по монтажу. Давление грунта на подпорные стены, согласно формулам сопротивления материалов, зависит, от плотности грунта угла естественного откоса грунта угла наклона задней грани подпорной стены, угла наклона откоса засыпки выше подпорной стены. В простейшем случае, когда задняя грань стены вертикальна, а поверхность грунта над стеной горизонтальна, равнодействующая горизонтального давления земли (ее нормативное значение) нам длины стены (рис. 7) определяется по формуле 2 2 0 0 , 5 ( 4 50 , 5 ) H h t g (3) Распределение давления грунта по высоте стены принимается прямолинейным, поэтому интенсивность его внизу равна p o =2H/h, а равнодействующая считается приложенной на расстоянии h/3 от подошвы. В обычных условиях плотность грунта у колеблется в пределах 1,6…1,9 т/м 3 , угол естественного откоса грунта 30—45°. Коэффициент надежности по горизонтальному давлению на стену принимают равным 1,2. Рис 7. К расчету уголковой подпорной стены Равномерно распределенную нагрузку p sup , находящуюся на верхнем уровне грунта, принимаемую с коэффициентом надежности 1,3, приводят к весу слоя грунта высотой и учитывают при определении равнодействующей давления на стену согласно формуле 2 s u p H = 0 , 5 h ( h + 2 h ) t g ( 4 5 ° - 0 , 5 ) (4) Предварительно ширину опорной плиты & и ее вынос принимают такими, чтобы наибольшее краевое давление на грунт под подошвой не превышало при соблюдении условия, чтобы среднее давление m 0 p =F/N R и чтобы приближенно гарантировалась устойчивость стены против опрокидывания и скольжения согласно соотношениям / 1 , 5 ; / 1 , 2 h M M G H (6) В этих формулах М — момент от всех усилий (расчетных, действующих на стену) относительно центра тяжести подошвы A, W— соответственно площадь и момент сопротивления подошвы R o — условное расчетное давление на грунт М — опрокидывающий момент от давления грунта относительно переднего края подошвы (точка А на рис. XVI.39); M h — удерживающий момент, гарантируемый вертикальными нагрузками вес стены и грунта на выступах, вычисленный относительно той же точки 2G — сумма вертикальных нагрузок µ — коэффициент трения бетона по грунту в пределах в зависимости от вида и состояния грунта. Окончательно размеры подошвы и выноса опорной плиты подпорной стены принимают согласно расчету основания по несущей способности и деформациям в соответствии с требованиями норм по расчету оснований здании и сооружений. Внешний и внутренний выступы опорной плиты рассчитывают на изгиб как консоли, заделанные соответственно в сечениях I—I и II—II. Внешняя консоль загружена давлением грунта снизу, внутренняя — еще и грунтом, расположенным выше нее. Расчетное количество арматуры 1 2 As и As размещают соответственно понизу и поверху опорной плиты (см. рис. От давления Н конструкцию самой стены рассчитывают также, как изгибаемую консоль, которая заделана в опорной плите. Расчетное количество арматуры располагают со стороны внутренней поверхности стены. На рис. 8 представлен пример армирования подпорной стены уголкового типа. Рабочие стержни объединяют в сетки с помощью монтажной арматуры. Для экономии арматуры часть стержней размещают только в зонах наибольших моментов. Сетка С конструктивная. Рис. 8 Схема армирования уголковой подпорной стены 1— сквозные рабочие стержни 2 — дополнительные рабочие стержни монтажные стержни Сборные стеновые панели в схемах по рис. 6, в, s рассчитывают от горизонтального давления грунта как плиты, работающие по балочной схеме с пролетом от одного контрфорса (рамы) до другого контрфорса (рамы. Контрфорс рассчитывают как консоль, заделанную в опорной плите. Соединения сборных элементов рассчитывают на восприятие моментов и усилий, которые через них передаются. ЛЕКЦИЯ №16 1. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ЗДАНИИ, ВОЗВОДИМЫХ В РАЙОНАХ С ВЕЧНОМЕРЗЛЫМИ ГРУНТАМИ При выборе конструктивной схемы зданий для северных районов страны следует учитывать, что здания возводятся на вечномерзлых грунтах. Решение конструкций в этих условиях принимается в зависимости от типа и свойств грунта, характера застройки, температурного режима здания, времени строительства. В этих условиях предусматривают специальные меры по сохранению вечномерзлого состояния основания или же учитывают возможность неравномерной осадки здания при оттаивании основания. Опыт проектирования и строительства показывает, что достаточно надежны конструкции зданий, возводимых на железобетонных сваях, погружаемых и вмораживаемых в заранее пробуренные лидерные скважины при сохранении грунта вечномерзлым (рис. 1) При твердомерзлых грунтах диаметр скважин назначают больше размеров сечения свай, в пластично-мерзлыхгрунтах — меньше. По головкам свай выполняют железобетонный ленточный ростверк. Чтобы сохранить грунт вечномерзлым, устраивают проветриваемое подполье. Если здание возводится на просадочных при оттаивании грунтах без применения свай, фундаменты выполняют в виде перекрестных лент. В этом случае здание рекомендуется делить на блоки небольшой длины (порядкам, а в деформационных швах устраивать парные поперечные стены. Рис. 1. Фрагмент разреза здания на железобетонных сваях, вмороженных в вечномерзлый грунт 1 — свая 2 — скважина 3 стена здания 4 — цокольная плита 5 — железобетонный ростверк; 6 – граница вечномерзлого грунта 2. ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫЕ В УСЛОВИЯХ СИСТЕМАТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР 2.1. Основные положения расчета конструкций с учетом температурных воздействий Конструкции, находящиеся в условиях воздействия температур, рассчитывают на возможные неблагоприятные сочетания усилий от кратковременного и длительного воздействия температуры, собственного веса и внешней нагрузки. Статически определимые конструкции рассчитывают на действие длительного нагрева, а статически неопределимые проверяют на действие первого кратковременного нагрева, когда возникают максимальные температурные усилия, и на действие длительного нагрева после снижения прочности и жесткости элементов. Расчет по первой группе предельных состояний — по прочности — ведется на действие расчетных нагрузок, по выносливости — на действие нагрузок с коэффициентом надежности f = 1. Расчет по второй группе предельных состояний ведется на действие нагрузок с коэффициентом надежности f = 1. Расчетные и нормативные сопротивления бетона и арматуры вводят в расчеты по первой и второй группам предельных состояний сниженными в зависимости от температуры и длительности нагрева конструкции. Расчетные сопротивления бетона сжатию устанавливают в зависимости от средней температуры сжатой зоны, для тавровых сечений — в зависимости от средней температуры свесов полки. В расчетах по образованию трещин сопротивление бетона растяжению при кратковременном нагреве , bt и при длительном нагреве , bt определяют для температуры нагрева бетона на уровне растянутой арматуры. В этих расчетах геометрические характеристики приведенного сечения определяют с учетом влияния температуры. Ширину раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента, вызванных действием температуры, собственного веса и внешней нагрузки, определяют по формулам s s s crc l E σ ψ φ φ φ a 3 2 1 . К этой ширине раскрытия трещин необходимо добавить ширину раскрытия трещин, вызванную разностью коэффициентов температурного расширения арматуры в бетоне и суммарной температурной деформации бетона, по формуле , ( ) crc t stm bt s ctc a t l (1) Перемещения, кривизны и жесткости В элементов, не имеющих трещин в растянутой зоне, определяют по формулам s s s crc l E σ ψ φ φ φ a 3 2 1 . При этом модуль упругости бетона Еь заменяют на Еы, значение которого устанавливают по температуре нагрева центра тяжести сечения, коэффициент 0,85 заменяют коэффициентом 0,75, а коэффициент с при длительном нагреве принимают равным 3. Перемещения, кривизны и жесткости В элементов, эксплуатируемых с трещинами в растянутой зоне, также определяют по формулам s s s crc l E σ ψ φ φ φ a 3 2 1 , но по значениям сопротивлении материалов и модулей упругости материалов, соответствующим температуре нагрева. Значение коэффициента упругих деформаций v при длительном нагреве принимают при сухом и нормальном режиме равным 0,15, при влажном режиме. 2. ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫЕ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ НИЗКИХ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР 2.1. Особенности расчета и проектирования конструкций Для конструкций, предназначенных к эксплуатации при положительных температурах, но оказывающихся вовремя строительства в условиях низких отрицательных температур (ниже минус 40 С, следует в случае применения в них арматуры, допускаемой к использованию только в отапливаемых помещениях, предусматривать в проекте временные ограничения по загружению внешней нагрузкой. Несущая способность конструкции в таких условиях на стадии возведения должна быть проверена расчетом на нагрузке с коэффициентом f = при расчетном сопротивлении арматуры, принимаемом с коэффициентом 0,7. Бетоны следует применять плотной структуры. При расчете на прочность элементов конструкций и сооружений расчетное сопротивление бетона осевому сжатию Rb следует умножать на коэффициент условий работы B = табл. 1). Этим коэффициентом учитывается снижение прочности бетона в условиях попеременного замораживания и оттаивания в водонасыщенном состоянии элементов. Таблица 1. Значение коэффициента условий работы бетона для конструкций, испытывающих попеременное замораживание и оттаивание Условия эксплуатации конструкции Расчетная температура наружного воздуха, С Коэффициент для конструкции из бетона тяжелого легкого Попеременное замораживание и оттаивание элементов в водонасыщенном состоянии Тоже, в условиях эпизодического водонасыщения Ниже минус 40 >>20 Ниже минус 40 Минус 40 и выше 0,7 0,85 0,9 1 0,8 0,9 1 1 При расчетной температуре ниже минус 40 С расстояния между температурными швами в конструкциях принимают меньшими, чем при обычных условиях, и проверяют расчетом. Расчетную отрицательную температуру определяют согласно главе СНиП Строительная климатология и геофизика. 3. ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫЕ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ АГРЕССИВНОЙ СРЕДЫ Конструкции, работающие в условиях средне- и сильноагрессивных сред, рассчитывают на нормативный срок службы 20, 30, 50 лет. При этом коэффициент условной работы bc зависит от вида среды и вяжущего , проницаемости бетона , толщины защитного слоя, уровня напряжений, срока службы конструкции. Рассчитываемое сечение членят на i слоев, для каждого слоя определяют ожидаемую призменную прочность ( ) bi ji R . На основании опытных данных в зависимости от развития коррозионных и физико – механических процессов бетоне за нормативный срок воздействия среды Значение bc определяют из условия ( ) , bc bn bi ji ij R bx R x b (2) Где x , ij x - высота соответственно сжатой зоны бетона и j – ого слоя b – ширина сечения bn R нормативное значение призменной прочности ; n – число слоев. Значение bc могут изменятся от 0,01 до 0,09. При проектировании устанавливают толщину защитного слоя и вид антикоррозионной защиты. |