Справочное пособие к СНиП 2.09.03-85. Проектирование подпорных стен и стен подвалов

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

И ПРОЕКТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ (ЦНИИпромзданий) ГОССТРОЯ СССР

СПРАВОЧНОЕ ПОСОБИЕ

к СНиП 2.09.03-85

Проектирование подпорных стен

и стен подвалов

Разработано к СНиП 2.09.03-85 “Сооружение промышленных предприятий”. Содержит основные положения по расчету и конструированию подпорных стен и стен подвалов промышленных предприятий из монолитного и сборного бетона и железобетона. Приведены примеры расчета.

Для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Пособие составлено к СНиП 2.09.03-85 “Сооружения промышленных предприятий” и содержит основные положения по расчету и конструированию подпорных стен и стен подвалов промышленных предприятий из монолитного, сборного бетона и железобетона с примерами расчета и необходимыми табличными значениями коэффициентов, облегчающих расчет.

В процессе подготовки Пособия уточнены отдельные расчетные предпосылки СНиП 2.09.03-85, в том числе по учету сил сцепления грунта, определения наклона плоскости скольжения призмы обрушения, которые предполагается отразить в дополнении к указанному СНиП.

Пособие разработано ЦНИИпромзданий Госстроя СССР (кандидаты техн. наук А. М. Туголуков, Б. Г. Кормер, инженеры И. Д. Залещанский, Ю. В. Фролов, С. В. Третьякова, О. JI. Кузина) при участии НИИОСП им. Н. М. Герсеванова Госстроя СССР (д-р техн. наук Е. А. Сорочан, кандидаты техн. наук А. В. Вронский, А. С. Снарский), Фундаментпроекта (инженеры В. К. Демидов, М. Л. Моргулис, И. С. Рабинович), Киевского Промстройпроекта (инженеры В. А. Козлов, А. Н. Сытник, Н. И. Соловьева).

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

1.1. Настоящее Пособие составлено к СНиП 2.09.03-85 “Сооружения промышленных предприятий” и распространяется на проектирование:

подпорных стен, возводимых на естественном основании и расположенных на территориях промышленных предприятий, городов, поселков, подъездных и внутриплощадочных железных и автомобильных дорогах;

подвалов производственного назначения, как отдельно стоящих, так и встроенных.

1.2. Пособие не распространяется на проектирование подпорных стен магистральных дорог, гидротехнических сооружений, подпорных стен специального назначения (противооползневых, противообвальных и др.), а также на проектирование подпорных стен, предназначенных для строительства в особых условиях (на вечномерзлых, набухающих, просадочных грунтах, на подрабатываемых территориях и т. д.).

1.3. Проектирование подпорных стен и стен подвалов должно осуществляться на основании:

чертежей генерального плана (горизонтальной и вертикальной планировки);

отчета об инженерно-геологических изысканиях;

технологического задания, содержащего данные о нагрузках и при необходимости особые требования к проектируемой конструкции, например требования по ограничению деформаций и др.

1.4. Конструкция подпорных стен и подвалов должна устанавливаться на основании сравнения вариантов, исходя из технико-экономической целесообразности их применения в конкретных условиях строительства с учетом максимального снижения материалоемкости, трудоемкости и стоимости строительства, а также с учетом условий эксплуатации конструкций.

1.5. Подпорные стены, сооружаемые в населенных пунктах, следует проектировать с учетом архитектурных особенностей этих пунктов.

1.6. При проектировании подпорных стен и подвалов должны приниматься конструктивные схемы, обеспечивающие необходимую прочность, устойчивость и пространственную неизменяемость сооружения в целом, а также отдельных его элементов на всех стадиях возведения и эксплуатации.

1.7. Элементы сборных конструкций должны отвечать условиям индустриального изготовления их на специализированных предприятиях.

Целесообразно укрупнять элементы сборных конструкций, насколько это позволяют грузоподъемность монтажных механизмов, а также условия изготовления и транспортирования.

1.8. Для монолитных железобетонных конструкций следует предусматривать унифицированные опалубочные и габаритные размеры, позволяющие применять типовые арматурные изделия и инвентарную опалубку.

1.9. В сборных конструкциях подпорных стен и подвалов конструкции узлов и соединении элементов должны обеспечивать надежную передачу усилий, прочность самих элементов в зоне стыка, а также связь дополнительно уложенного бетона в стыке с бетоном конструкции.

1.10. Проектирование конструкций подпорных стен и подвалов при наличии агрессивной среды должно вестись с учетом дополнительных требований, предъявляемых СНиП 3.04.03-85 “Защита строительных конструкций и сооружений от коррозии”.

1.11. Проектирование мер защиты железобетонных конструкций от электрокоррозии должно производиться с учетом требований соответствующих нормативных документов.

1.12. При проектировании подпорных стен и подвалов следует, как правило, применять унифицированные типовые конструкции.

Проектирование индивидуальных конструкций подпорных стен и подвалов допускается в тех случаях, когда значения параметров и нагрузок для их проектирования не соответствуют значениям, и принятым для типовых конструкций, либо когда применение типовых конструкций невозможно, исходя из местных условий осуществления строительства.

1.13. Настоящее Пособие рассматривает подпорные стены и стены подвалов, засыпанные однородным грунтом.

2. МАТЕРИАЛЫ КОНСТРУКЦИЙ

2.1. В зависимости от принятого конструктивного решения подпорные стены могут возводиться из железобетона, бетона, бутобетона и каменной кладки.

2.2. Выбор конструктивного материала обусловливается технико-экономическими соображениями, требованиями долговечности, условиями производства работ, наличием местных строительных материалов и средств механизации.

2.3. Для бетонных и железобетонных конструкций рекомендуется применять бетоны по прочности на сжатие не ниже класса В 15.

2.4. Для конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию, в проекте должна быть оговорена марка бетона по морозостойкости и водонепроницаемости. Проектная марка бетона устанавливается в зависимости от температурного режима, возникающего при эксплуатации сооружения, и значений расчетных зимних температур наружного воздуха в районе строительства и принимается в соответствии с табл. 1.

Таблица 1

______________

* Для тяжелого и мелкозернистого бетонов марки по морозостойкости не нормируются;

** Для тяжелого, мелкозернистого и легкого бетонов марки по морозостойкости не нормируются.

Примечание. Расчетная зимняя температура наружного воздуха, принимается как средняя температура воздуха наиболее холодной пятидневки в районе строительства.

2.5. Предварительно напряженные железобетонные конструкции следует проектировать преимущественно из бетонов класса В 20; В 25; В 30 и В 35. Для бетонной подготовки следует применять бетон класса В 3,5 и В5.

2.6. Требования к бутобетону по прочности и морозостойкости предъявляются те же, что и к бетонным и железобетонным конструкциям.

2.7. Для армирования железобетонных конструкций, выполняемых без предварительного напряжения, следует применять стержневую горячекатаную арматурную сталь периодического профиля класса А-III и А-II. Для монтажной (распределительной) арматуры допускается применение горячекатаной арматуры класса А-I или обыкновенной арматурной гладкой проволоки класса В-I.

При расчетной зимней температуре ниже минус 30°С арматурная сталь класса А-II марки ВСт5пс2 к применению не допускается.

2.8. В качестве напрягаемой арматуры предварительно напряженных железобетонных элементов следует в основном применять термически упрочненную арматуру класса Ат-VI и Ат-V.

Допускается также применять горячекатаную арматуру класса A-V, A-VI и термически упрочненную арматуру класса Ат-IV.

При расчетной зимней температуре ниже минус 30°С арматурная сталь класса A-IV марки 80С не применяется.

2.9. Анкерные тяги и закладные элементы должны приниматься из прокатной полосовой стали класса С-38/23 (ГОСТ 380-88) марки ВСт3кп2 при расчетной зимней температуре до минус 30°С включительно и марки ВСт3псб при расчетной температуре от минус 30 °С до минус 40 °С. Для анкерных тяг рекомендуется также сталь С-52/40 марки 10Г2С1 при расчетной зимней температуре, до минус 40°С включительно. Толщина полосовой стали должна быть не менее 6 мм.

Возможно также применение для анкерных тяг арматурной стали класса А-III.

2.10. В сборных железобетонных и бетонных элементах конструкций монтажные (подъемные) петли должны выполняться из арматурной стали класса А-I марки ВСт3сп2 и ВСт3пс2 или из стали класса Ас-II марки 10ГТ.

При расчетной зимней температуре ниже минус 40°С применение для петель стали ВСт3пс2 не допускается.

3. ТИПЫ ПОДПОРНЫХ СТЕН

3.1. По конструктивному решению подпорные стены подразделяются на массивные и тонкостенные.

В массивных подпорных стенах их устойчивость на сдвиг и опрокидывание при воздействии горизонтального давления грунта обеспечивается в основном собственным весом стены.

В тонкостенных подпорных стенах их устойчивость обеспечивается собственным весом стены и весом грунта, вовлекаемого конструкцией стены в работу.

Как правило, массивные подпорные стены более материалоемкие и более трудоемкие при возведении, чем тонкостенные, и могут применяться при соответствующем, технико-экономическом обосновании (например, при возведении их из местных материалов, отсутствии сборного железобетона и т. д.).

3.2. Массивные подпорные стены отличаются друг от друга формой поперечного профиля и материалом (бетон, бутобетон и т. д.) (рис. 1).

Рис. 1. Массивные подпорные стены

а - в - монолитные; г - е - блочные

Рис. 2. Тонкостенные подпорные стены

а - уголковые консольные; б - уголковые анкерные;

в - контрфорсные

Рис. 3. Сопряжение сборных лицевых и фундаментных плит

а - с помощью щелевого паза; б - с помощью петлевого стыка;

1 - лицевая плита; 2 - фундаментная плита; 3 - цементно-песчаный растворы; 4 - бетон замоноличивания

Рис. 4. Конструкция подпорной стены с использованием универсальной стеновой панели

1 - универсальная панель стеновая (УПС); 2 - монолитная часть подошвы

3.3. В промышленном и гражданском строительстве, как правило, находят применение тонкостенные подпорные стены уголкового типа, приведенные на рис. 2.

Примечание. Другие типы подпорных стен (ячеистые, шпунтовые, из оболочек и пр.) в настоящем Пособии не рассматриваются.

3.4. По способу изготовления тонкостенные подпорные стены могут быть монолитными, сборными и сборно-монолитными.

3.5. Тонкостенные консольные стены уголкового типа состоят из лицевых и фундаментных плит, жестко сопряженных между собой.

В полносборных конструкциях лицевые и фундаментные плиты выполняются из готовых элементов. В сборно-монолитных конструкциях лицевая плита сборная, а фундаментная - монолитная.

В монолитных подпорных стенах жесткость узлового сопряжения лицевых и фундаментных плит обеспечивается соответствующим расположением арматуры, а жесткость соединения в сборных подпорных стенах - устройством щелевого паза (рис. 3,а) или петлевого стыка (рис. 3,6).

3.6. Тонкостенные подпорные стены с анкерными тягами состоят из лицевых и фундаментных плит, соединенных анкерными тягами (связями), которые создают в плитах дополнительные опоры, облегчающие их работу.

Сопряжение лицевых и фундаментных плит может быть шарнирным или жестким.

3.7. Контрфорсные подпорные стены состоят из ограждающей лицевой плиты, контрфорса и фундаментной плиты. При этом грунтовая нагрузка от лицевой плиты частично или полностью передается на контрфорс.

3.8. При проектировании подпорных стен из унифицированных панелей стеновых (УПС), часть фундаментной плиты выполняется из монолитного бетона с использованием сварного соединения для верхней арматуры и стыковки внахлестку для нижней арматуры (рис. 4).

4. КОМПОНОВКА ПОДВАЛОВ

4.1. Подвалы следует, как правило, проектировать одноэтажными. По технологическим требованиям допускается устройство подвалов с техническим этажом для кабельных разводок.

При необходимости допускается выполнять подвалы с большим числом кабельных этажей.

4.2. В однопролетных подвалах номинальный размер пролета, как правило, следует принимать 6 м; допускается пролет 7,5 м, если это обусловлено технологическими требованиями.

Многопролетные подвалы следует проектировать, как правило, с сеткой колони 6х6 и 6х9 м.

Высота подвала от пола до низа ребер плит перекрытия должна быть кратной 0,6 м, но не менее 3 м.

Высоту технического этажа для кабельных разводок в подпалах следует принимать не менее 2,4 м.

Высоту проходов в подвалах (в чистоте) следует назначать не менее 2 м.

4.3. Подвалы бывают двух типов: отдельно стоящие и совмещенные с конструкциями зданий.

Унифицированные схемы отдельно стоящих подвалов приведены в табл. 2.

4.4. Конструкции подвальных помещений (перекрытия, стены, колонны) рекомендуется выполнять из сборных железобетонных элементов.

4.5. В зонах воздействия на пол цеха временных нагрузок интенсивностью более 100 кПа (10 тс/м²) размещать подпалы, как правило, не следует.

4.6. Эвакуационные выходы из подвалов п помещения категорий В, Г и Д, лестницы из подпалов в эти помещения, противопожарные требования к подвальным помещениям категории В или складам сгораемых материалов, а также несгораемых материалов в сгораемой упаковке следует предусматривать по СНиП 2.09.02-85 “Производственные здания”.

4.7. Кабельные подвалы и кабельные этажи подвалов следует разделять с помощью противопожарных перегородок на отсеки объемом не более 3000 м³, предусматривая при этом объемные средства пожаротушении.

4.8. Из каждого отсека подвала, кабельного подвала или кабельного этажа подвала необходимо предусматривать не менее двух выходов, которые следует располагать в разных сторонах помещения.

Выходы следует размещать так, чтобы длина тупика была менее 25 м. Длина пути обслуживающего персонала от наиболее удаленного места до ближайшего выхода не должна превышать 75 м.

Второй выход допускается предусматривать через расположенное на том же уровне (этаже) соседнее помещение (подвал, этаж подвала, тоннель) категорий В, Г и Д. При выходе в помещения категории В суммарная длина пути эвакуации не должна превышать 75 м.

4.9. Двери выходов из кабельных подвалов (кабельных этажей подвалов) и между отсеками должны быть противопожарными, открываться по направлению ближайшего выхода и иметь устройства для самозакрывания.

Притворы дверей должны быть уплотнены.

Таблица 2

Примечания: 1. Шаг колонн в продольном направлении при временной нагрузке на пол цеха до 100 кПа (10 тс/м²) 6 и 9 м, при временной нагрузке более 100 кПа (10 тс/м²) - 6 м.

2. Размер с принимается равным 0,375 м.

4.10. Эвакуационные выходы из маслоподвалов и кабельных этажей подвалов следует осуществлять через обособленные лестничные клетки, имеющие выход непосредственно наружу. Допускается использование общей лестничной клетки, ведущей к надземным этажам, при этом для подвальных помещений должен быть устроен обособленный выход из лестничной клетки на уровне первого этажа наружу, отделенный от остальной части лестничной клетки на высоту одного этажа глухой противопожарной перегородкой с пределом огнестойкости не менее 1 ч.

При невозможности устройства выходов непосредственно наружу допускается их устраивать в помещения категорий Г и Д с учетом требований п. 4.6.

4.11. В маслоподвалах независимо от площади и в кабельных подвалах объемом более 100 м³ необходимо предусматривать автоматические установки пожаротушения. В кабельных подвалах меньшего объема должна быть автоматическая пожарная сигнализация. Кабельные подвалы энергетических объектов (АЭС, ТЭЦ, ГРЭС, ТЭС, ГЭС и т. д.) следует оборудовать установками автоматического пожаротушения независимо от их площади.

4.12. Допускается предусматривать отдельно стоящие одноэтажные насосные станции (или отсеки) категорий А, Б и В, заглубленные ниже планировочных отметок земли более чем на 1 м, площадью не более 400 м².

В этих помещениях следует предусматривать:

один эвакуационный выход через лестничную клетку, изолированную от помещений, с площадью пола не более 54 м²;

два эвакуационных выхода, расположенных в противоположных сторонах помещения, с площадью пола более 54 м². Второй выход допускается по вертикальной лестнице, расположенной в шахте, изолированной от помещений категорий А, Б и В.

4.13. Устройство порогов у выходов из подвалов и перепадов в уровне пола не допускается, за исключением маслоподвалов, где на выходах следует устраивать пороги высотой 300 мм со ступенями или пандусами.

5. ДАВЛЕНИЕ ГРУНТА

5.1. Значения характеристик грунтов природного (ненарушенного) сложения следует устанавливать, как правило, на основе их непосредственного испытании в полевых или лабораторных условиях и статистической обработки результатов испытаний по ГОСТ 20522-75.

Значения характеристик грунтов:

нормативные - gⁿ, jⁿ и сⁿ;.

для расчетов конструкций оснований по первой группе предельных состояний - g_I, j_I, и с_I;

то же, по второй группе предельных состояний - g_II, j_II и c_II.

5.2. При отсутствии непосредственных испытаний грунта допускается принимать нормативные значения удельного сцепления с, угла внутреннего трения j и модуля деформации Е по табл. 1-3 прил. 5 настоящего Пособия, а нормативные значения удельного веса грунта gⁿ равными 18 кН/м³ (1,8 тс/м³).

Расчетные значения характеристик грунта ненарушенного сложения в этом случае принимаются следующими:

g_I =1,05gⁿ; g_II =gⁿ; j_I =jⁿg_j; j_II =jⁿ; с_I = сⁿ/1,5; c_II = сⁿ,

где g_j- коэффициент надежности по грунту, принимается равным 1,1 для песчаных и 1,15 для пылевато-глинистых грунтов.

5.3. Значения характеристик грунтов засыпки (g¢, j¢ и с¢), уплотненных согласно нормативным документам с коэффициентом уплотнения k_y не менее 0,95 от их плотности в природном сложении, допускается устанавливать по характеристикам тех же грунтов в природном залегании. Соотношения между характеристиками грунтов засыпки и грунтов природного сложения принимаются следующие:

g¢_II= 0,95g_I; j¢_I = 0,9j_I; с¢_I = 0,5с_I, но не более 7 кПа (0,7 тс/м²);

g¢_II=0,95g_II; j¢_II=0,9j_II; с¢_II=0,5c¢_II, но не более 10 кПа (1 тс/м²).

Примечание. Для сооружений с глубиной заложения 3 м и менее предельные значения удельного сцепления грунта засыпки с¢_I, следует принимать не более 5 кПа (0,5 тс/м²), а с¢_II не более 7 кПа (0,7 тс/м²). Для сооружений высотой менее 1,5 м с¢_I, следует принимать равным нулю.

5.4. Коэффициенты надежности по нагрузке g_I при расчете по первой группе предельных состояний должны приниматься по табл. 3, а при расчете по второй группе - равными единице.

Таблица 3

5.5. Интенсивность горизонтального активного давления грунта от собственного веса Р_g, на глубине у (рис. 5,а) следует определять по формуле

Р_g =[gg_fhl - с (К₁ + K₂)] y/h, (1)

где К₁ - коэффициент, учитывающий сцепление грунта по плоскости скольжения призмы обрушения, наклоненной под углом q₀ к вертикали; К₂ - то же, по плоскости, наклоненной под углом в к вертикали.

К₁ =2lcosq₀cose/sin(q₀+e); (2)

K₂ = l [sin (q₀ - e) cos (q₀ +r)/sin q₀ cos (r- e) sin (q₀ + e)] + tge, (3)

где e - угол наклона расчетной плоскости к вертикали; - то же, поверхности засыпки к горизонту; q₀ - то же, плоскости скольжения к вертикали; l - коэффициент горизонтального давления грунта. При отсутствии сцепления грунта но стене K₂ = 0.

5.6. Коэффициент горизонтального давления грунта определяется по формуле

, (4)

где d - угол трения грунта па контакте с расчетной плоскостью (для гладкой стены d = 0, шероховатой d = 0,5j, ступенчатой d = j).

Значения коэффициента l приведены в прил. 2.

Рис. 5. Схема давления грунта

а - от собственного веса и давления воды; б - от сплошной равномерно распределенной нагрузки; в - от фиксированной нагрузки; г - от полосовой нагрузки

5.7. Угол наклона плоскости скольжения к вертикали q₀ определяется по формуле

tg q₀ = (cos - hcosj)/(sin - hsinj), (5)

где h = cos (e -r )/ .

5.8. При горизонтальной поверхности засыпки r = 0, вертикальной стене e =0 и отсутствии трения и сцепления со стеной d = 0, К₂ = 0 коэффициент бокового давления грунта l, коэффициент интенсивности сил сцепления К₁ и угол наклона плоскости скольжения q₀ определяются по формулам:

(6)

При r = 0, d ¹ 0, e ¹ 0 значение угла наклона плоскости скольжения к вертикали q₀ определяется из условия

tgq₀ = (cosj - )/sinj. (7)

5.9. Интенсивность дополнительного горизонтального давления грунта, обусловленного наличием грунтовых вод Р_w, кПа, на расстоянии у_w, от верхнего уровня грунтовых вод (рис. 5,а) определяется по формуле

P_w = y_w{10 - l[g -16,5/(1 + e)]}g_f, (8)

где е - пористость грунта; g_f - коэффициент надежности по нагрузке, принимается равным 1,1.

5.10. Интенсивность горизонтального давления грунта от равномерно распределенной нагрузки q, расположенной на поверхности призмы обрушения, следует определять по формулам:

при сплошном и фиксированном расположении нагрузки (рис. 5, б,в)

Р_q = qg_fl; (9)

при полосовом расположении нагрузки (рис. 5, г)

P_q = qg_fl/( 1 + 2 tg q₀у_а/b₀). (10)

Расстояние от поверхности грунта засыпки до начала эпюры интенсивности давления грунта от нагрузки у_а, определяется выражением у_а = a/(tg q₀ +tg e).

Протяженность эпюры интенсивности давления грунта по высоте у_b при фиксированной нагрузке (см. рис. 5, в) принимается равной у_b = h-y_а.

При полосовой нагрузке (см. рис. 5,г) протяженность эпюры давления по высоте y_b =(b₀ + 2tgq₀y_a)/(tge + tgq₀), но принимается не более величины у_b £ h - y_а.

5.11. Временные нагрузки от подвижного транспорта следует принимать в соответствии со СНиП 2.05.03-84 “Мосты и трубы” в виде нагрузки СК - от подвижного состава железных дорог, АК - от автотранспортных средств ПК-80 - от колесной нагрузки, НГ-60 - от гусеничной нагрузки.

Примечания: 1. СК- условная эквивалентная равномерно распределенная нормативная нагрузка от подвижного состава железных дорог на 1 м пути, ширина которого принимается равной 2,7м (по длине шпал).

2. ЛК - нормативная нагрузка от автотранспортных средств в виде двух полос.

3. НК-80 - нормативная нагрузка, состоящая из одной машины на колесном ходу весом 785 кН (80 тс).

4. НГ-60 - нормативная нагрузка, состоящая из одной машины на гусеничном ходу весом 588 кН (60 тс).

5.12. Нагрузки от подвижного транспорта (рис. 6) приводятся к эквивалентной равномерно распределенной полосовой нагрузке при следующих исходных данных:

для СК - b₀ = 2,7 м, а интенсивность нагрузки q == 76 кПа на уровне низа шпал;

для АК - b₀ = 2,5 м, а интенсивность нагрузки, кПа,

q = К (10,85 + y_atgq₀)/(0,85 + y_atgq₀) 2,55, (11)

где К = 1,1 - для основных магистральных дорог; К = 8 - для внутренних хозяйственных дорог.

Рис. 6. Схема приведения нагрузок от подвижного транспорта к эквивалентной полосовой нагрузке

для НК-80 - b₀ = 3,5 м, а интенсивность нагрузки, кПа,

q = 112/(1,9 + y_atgq₀); (12)

для НГ-60 - b₀ = 3,3 м, а интенсивность нагрузки, кПа,

q = 90/(2,5 + y_atgq₀). (13)

5.13. Нормативную вертикальную нагрузку от подвижного состава на автомобильных дорогах промышленных предприятий, где предусмотрено движение автомобилей особо большой грузоподъемности и на которые не распространяются ограничения весовых и габаритных параметров автотранспортных средств общего назначения, следует принимать в виде колонн двухосных автомобилей АБ с параметрами, приведенными в табл. 4.

5.14. При отсутствии конкретных нагрузок на поверхности призмы обрушения следует принимать условную нормативную равномерно распределенную нагрузку интенсивностью 9,81 кПа (1 тс/м²).

5.15. Динамический коэффициент от подвижного состава железных дорог и автомобильного транспорта следует принимать равным единице.

Таблица 4

6. РАСЧЕТ ПОДПОРНЫХ СТЕН

6.1. Подпорные стены следует рассчитывать по двум группам предельных состояний:

первая группа (по несущей способности) предусматривает выполнение расчетов:

по устойчивости положения стены против сдвига и прочности грунтового основания;

по прочности элементов конструкций и узлов соединений

вторая группа (по пригодности к эксплуатации) предусматривает проверку:

оснований на допускаемые деформации;

элементов конструкций на допустимые величины раскрытия трещин.

Давление грунта для уголковых подпорных стен следует определять исходя из условия образования за стеной клиновидной симметричной (а для короткой задней консоли - несимметричной) призмы обрушения (рис. 7,б). Давление грунта принимается действующим на наклонную (расчетную) плоскость, проведенную под углом e при d = j¢.

Угол наклона расчетной плоскости к вертикали e определяется из условия (14), но принимается не более (45° - j/2)

tg e =(b - t)/h. (14)

6.3. Наибольшая величина активного давления грунта при наличии на горизонтальной поверхности засыпки равномерно распределенной нагрузки q определяется при расположении этой нагрузки в пределах всей призмы обрушения, если нагрузка не имеет фиксированного положения.

Расчет устойчивости положения стены против сдвига

6.4. Расчет устойчивости положения стены против сдвига производится из условия

F_sa £ g_cF_sr/g_n, (15)

где F_sa - сдвигающая сила, равная сумме проекции всех сдвигающих сил на горизонтальную плоскость; F_sr - удерживающая сила, равная сумме проекций всех удерживающих сил на горизонтальную плоскость; у_с - коэффициент условий работы грунта основания: для песков, кроме пылеватых - 1; для пылеватых песков, а также пылевато-глинистых грунтов в стабилизированном состоянии - 0,9; для пылевато-глинистых грунтов в нестабилизированном состоянии - 0,85; для скальных, невыветрелых и слабовыветрелых грунтов - 1; выветрелых - 0,9; сильновыветрелых - 0,8; g_n - коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,2, 1,15 и 1,1 соответственно для зданий и сооружений I, II и III класса, назначаемых в соответствии с прил. 4.

6.5. Сдвигающая сила F_sa определяется по формуле

F_sa = F_sa,g + j_sa,_q, (16)

где F_sa,g - сдвигающая сила от собственного веса грунта равна:

F_sa,g = P_gh/2; (17)

F_sa,q - сдвигающая сила от нагрузки, расположенной на поверхности призмы обрушения, равна:

F_sa,q = P_qy_b. (18)

Рис. 7. Расчетные схемы подпорных стен

а - массивных; б - уголкового профиля

6.6. Удерживающая сила F_sr для нескального основания определяется по формуле

F_sr = F_v tg(j_I - b) + bс_I + Е_r, (19)

где F_v - сумма проекций всех сил на вертикальную плоскость

а) для массивных подпорных стен

F_v = F_sa tg(e + d) + G_ст + g_I tgbb²/2, (20)

G_ст - собственный вес стены и грунта на ее уступах.

б) для уголковых подпорных стен (при e £ q₀)

F_v = F_sa tg (e +j ¢) + g ¢g_f [h(b - t)/2 + td]+ g_I tgbb²/2 (21)

где g_f - коэффициент надежности по нагрузке, принимается равным 1,2; Е_r - пассивное сопротивление грунта:

E_r = g_Il_r/2 + c_Ih_r(l_r - 1)/tg j_I, (22)

где l_r - коэффициент пассивного сопротивления грунта:

l_r =tg²(45° + j_I/2), (23)

h_r - высота призмы выпора грунта

h_r =d + btgb. (24)

6.7. Расчет устойчивости подпорных стен против сдвига должен производиться по формуле (15) для трех значений угла b (b = 0, b = j_I/2 и b = j_I).

При наклонной подошве стены, кроме указанных значений угла b, следует производить расчет против сдвига также для отрицательных значений угла b.

При сдвиге по подошве (b = 0) следует учитывать следующие ограничения: с_I £ 5 кПа, j_I £ 30°, l_r = 1.

6.8. Удерживающая сила F_sr для скального основания определяется по формуле

F_sr =F_vf +E_r, (25)

где f - коэффициент трения подошвы по скальному грунту, принимается по результатам непосредственных испытаний, но не более 0,65.

Расчет прочности грунтового основания

6.9. Расчет прочности основания следует производить для всех скальных грунтов и нескальных при tgd_I < sin j_I из условия

F_v £ g_cN_u/g_n. (26)

6.10. Тангенс угла наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки на основание определяется из условия

tgd_I = F_sa/F_v. (27)

6.11. Вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания N_u, сложенного нескальными грунтами в стабилизированном состоянии, определяется по формуле

N_u = b¢ (N_gb¢g_I + N_qg¢_Id + N_cc_I ). (28)

где N_g, N_q, N_c - безразмерные коэффициенты несущей способности, определяемые по таб.5 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта j_I и угла наклона к вертикали d_I равнодействующей внешней нагрузки на основание в уровне подошвы стены: d - глубина заложения подошвы от нижней планировочной отметки, м; b¢ - прицеленная ширина подошвы, определяемая по формуле

b¢ = h - 2e. (29)

где е - эксцентриситет приложения равнодействующей всех сил относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы стены, величина которого определяется по формуле (30) и не должна превышать е £ b/3:

e = M₀/F_v, (30)

где M₀ - сумма моментов всех вертикальных и горизонтальных сил относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы.

Таблица 5

Примечания: 1. При промежуточных значениях j_I и d_I коэффициенты N_g, N_q и N_c допускается определить по интерполяции.

2. Значения N_g, N_q, и N_c при j_I > 30° принимаются как для j_I = 30°.

6.12. Сумма моментов М₀ определяется по формулам:

а) для массивных подпорных стен

M₀ = F_sa[h* - tg (e + d) (b/2 - h* tg e)]+SM_i, (31)

где SM_i - сумма моментов от собственного веса стены и грунта на ее обрезах относительно центра тяжести подошвы стены.

б) для уголковых стен (при e £ q₀)

М₀ = F_sa [h* - tg (e + j¢) (b/2 - h* tg e)] + g¢_Ig_f (b - t) [h(b - 4t) + 6td]/12. (32)

где h* - расстояние от равнодействующей сдвигающей силы до низа подошвы стены; g_f - коэффициент надежности по нагрузке, принимается, равным 1,2;

h* = [F_sa,gh/3 + F_sa,q(h - y_a - y_b/2)]/F_sa. (33)

6.13. Вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания N_u, сложенного скальным грунтом, определяется по формуле N_u =R_cb¢. (34)

где R_c - расчетное значение предела прочности на одноосное сжатие скального грунта.

Расчет оснований по деформациям

6.14. При отсутствии специальных технологических требований расчет деформации основания считается удовлетворительным, если среднее давление на грунт под подошвой фундамента от нормативной нагрузки не превышает расчетного сопротивления грунта основания R, а краевые - 1,2R:

(35)

При этом эпюру напряжений допускается принимать трапециевидной или треугольной. Площадь сжатой зоны при треугольной эпюре должна быть не менее 75% общей площади фундамента подпорной стены (е £ b/4) (рис. 8).

Краевые давления на грунт под подошвой стены , р_max при эксцентриситете приложения равнодействующей всех вертикальных сил относительно центра тяжести подошвы е £ b/6 определяются по формуле (36), а при е > b/6 - по формуле (37):

(36)

p_max = 2F_v/3c₀, (37)

где F_v - сумма проекций всех сил на вертикальную плоскость, определяемая по формулам (20) и (21); е - эксцентриситет приложения равнодействующей всех сил относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы стены, определяемый по формуле (30); 3с₀ - длина эпюры по подошве фундамента:

с₀ = 0,5b - е. (38)

6.15. Расчетное сопротивление грунта основания R, кПа (тс/м²), определяется по формуле

R = (g_c1g_c2/k) (M_gbg_II + M_qdg¢_II + M_cc_II). (39)

где g_c1 и g_c2 - коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 6;

k - коэффициент, принимаемый: k = 1, если прочностные характеристики грунта j и с определены непосредственными испытаниями, и k = 1,1, если они приняты по табл. 1-3 прил. 5; М_g, М_q, М_с -коэффициенты, принимаемые по табл. 7; b - ширина подошвы фундамента; d - глубина заложения подошвы фундамента от нижней планировочной отметки.

Рис. 8. Схема для определения давлений под подошвой стены

а - при малых эксцентриситетах е £ b/6; б - при больших эксцентриситетах е > b/6

Таблица 6

Примечания: 1. К сооружениям с жесткой конструктивной схемой относятся такие, конструкции которых специально приспособлены к восприятию усилий от деформаций оснований, в том числе за счет применения мероприятий, указанных в п. 270,б СНиП 2.02.01-83 “Основания зданий и сооружений”.

2. При гибкой конструктивной схеме значение коэффициента g_с2 принимается равным единице.

3. При промежуточных значениях L/H коэффициент g_с2 определяется по интерполяции.

Определение усилий в элементах конструкции

6.16. Для массивной подпорной стены внутренние усилия N_i, Q_i и M_i в сечении i-i на глубине у_i, определяются по формулам:

(40)

где SF_vi - сумма всех вертикальных сил выше сечения i- i; SF_sai - сумма всех горизонтальных сил выше сечения i-i; SF_vix_i - сумма моментов всех вертикальных сил относительно центра тяжести сечения i-i; SF_saiy_i - сумма моментов всех горизонтальных сил относительно центра тяжести сечения i-i.

Таблица 7

6.17. Расчетные усилия (изгибающие моменты и поперечные силы) в уголковых подпорных стенах (рис. 9) определяются по формулам:

для сечения 1-1

при у £ у_а + y_b

(41)

при y > y_a + y_b

(42)

для сечения 2-2

а) в случае е > b/6

(43)

Рис. 9. Расчетная схема уголковой подпорной стены

при расчете ее на прочность

а - изгибающие моменты; б - поперечные силы

б) в случае е < b/6

(44)

для сечения 3-3

а) в случае е > b/6

при х₃ £ x + х_b

(45)

(46)

при х₃ > x + х_b

(47)

(48)

б) в случае е < b/6

при х₃ £ x + х_b

(49)

(50)

при x₃ > x + х_b

(51)

(52)

Максимальные расчетные усилия М и Q в лицевых и фундаментных плитах должны приниматься по граням сопрягаемых элементов.

6.18. Интенсивности горизонтального давления Р_g и Р_q и вычисляются по формулам разд. 5 с учетом п. 6.2.

Интенсивность вертикального давления от собственного веса грунта в призме обрушения Р_vg и от временной нагрузки Р_vq определяются по формулам:

Р_vg = P_g tg (e + j¢_I)/tg e; (53)

P_vq = P_q tg (e + j¢_I)/tg e; (54)

Интенсивность вертикального давления от собственного веса грунта Р¢_vg и над передней консолью Р¢¢_vg в контуре abc определяется по формулам:

Р¢_vg = g¢_Ig_fh; (55)

Р¢¢_vg = g¢_Ig_fd. (56)

Коэффициент надежности по нагрузке g_f в формулах (55) и (56) принимается равным 1,2.

Расстояние от внутренней грани стены до начала эпюры интенсивности вертикального давления грунта от временной нагрузки определяется выражением х_а = у_а tg e, а величина x_b = y_b tg e.

6.19. Краевые давления на грунт под подошвой стены р_min и р_max определяются по формулам (36) и (37) из условия расчета по первой группе предельных состояний.

6.20. Конструкции подпорных стен, элементы которых шарнирно сопряжены гибкими связями (например, уголковые стены с анкерными тягами), следует рассчитывать по схеме, представленной на рис. 10.

При этом рассматриваются два случая загружения призмы обрушения временной нагрузкой:

1-й случай - нагрузка расположена на части призмы обрушения, что создает максимальный пролетный момент в вертикальном элементе стены;

2-й случай - временная нагрузка расположена на всей поверхности призмы обрушения, что создает максимальные условия в остальных элементах стены.

Величины расчетных усилий в сечениях элементов стены определяются по формулам:

для сечений 1-1

(57)

для сечений 2-2

(58)

где U₁ = [h²P_g + 3P_q(h-h_b)²]/6(h-h_b); (59)

V₁ = U₁/tg a; (60)

U₂ = h₂(3P_q + P_g)/6(h-h_b); (61)

V₂ = U₂/tga, (62)

U₁ и V₁ - горизонтальная и вертикальная составляющие усилия в тяге при частичном загружении равномерно распределенной нагрузкой; U₂ и V₂ - горизонтальная и вертикальная составляющие усилия в тяге при полном загружении равномерно распределенной нагрузкой.

Рис. 10. Расчетная схема подпорной стены

с анкерными тягами

При е < b/6:

для сечения 3-3

(63)

для сечения 4-4

(64)

для сечения 5-5

(65)

При е > b/6; (с₀ = 0,5b - e):

для сечения 3-3

(66)

для сечения 4-4

(67)

для сечения 5-5

(68)

где G₁ - вес плиты и грунта, расположенного справа от сечения 3-3;

G₄₍₅₎ = [P_vg(b - t - x)/(b - t) + P¢_vgx/(b - t)+P_vg]x/2.

6.21. Максимальные усилия в анкерных тягах S, имеющих шарнирное сопряжение с лицевыми и фундаментными плитами, определяются по второму случаю загружения (п. 6.20) по формуле

S = U₂/sin a. (69)

Учитывая возможность зависания грунта, расчетное усилие в тяге следует увеличить в 1,5 раза.

6.22. Расчет щелевого паза в случае жесткого сопряжения сборной лицевой плиты с фундаментной плитой (рис. 11) осуществляется из условия, что при действии момента М в щелевом паза возникают силы Р с плечом внутренней пары а. Сдвигающая сила Q прикладывается к верхней части стенки паза. В верхней и нижней частях стенок паза возникают сжимающие напряжения, равнодействующие которых приложены на расстояниях 0,1l от верхней грани паза и 0,15l - от нижней части (l - высота паза).

Горизонтальные и вертикальные составляющие внутренней пары определяются соответственно по формулам:

Р_г = М_I-I sin2a/0,75l; (70)

Р_в = М_I-I sin a cos a/0,75l. (71)

Рис. 11. Расчетная схема щелевого паза

Внутренние усилия в сечении 4-4 вычисляются по формулам:

(72)

Расчет правой стенки щелевого паза производится так же, как расчет изгибаемого элемента.

Внутренние усилия в сечении 5-5 вычисляются по формулам:

(73)

Расчет левой стенки щелевого паза производится так же, как расчет внецентренно растянутого элемента.

Внутренние усилия в сечении 6-6 вычисляются по формулам:

(74)

где р_max - ордината давления грунта по подошве стены; вычисляется по формулам (36) и (37) от расчетных нагрузок; р₃ - ордината давления грунта на расстоянии b₃ от правой грани подошвы.

При е < b/6

р₃ = р_max - b₃(р_max - p_min)/b. (75)

При е < b/6

р₃ = (1 - b₃/3с₀)р_max, (75а)

где с₀ = 0,5b - e.

Расчет днища щелевого паза производится, как расчет внецентренно растянутого элемента.

Примечание. При определении требуемой площади продольной арматуры в сечении 6-6 (из условия расчета щелевого паза) расчетное сопротивление арматурной стали на растяжение должно быть уменьшено путем введения коэффициента условия работы, равного 0,7.

Определение прогиба верха стены

6.23. Размер нижнего сечения вертикального элемента уголковой стены t_н рекомендуется назначать не менее величины h₀/15 (h₀ - высота стены от ее верха до уровня сопряжения с плитой).

При определении прогиба стены при ее изгибе жесткость железобетонного элемента В допускается определять с учетом пластических свойств бетона и появления трещин в растянутой зоне элемента по формуле

В = qE_bI_h, (76)

где E_b - начальный модуль упругости бетона на сжатие; I_h - момент инерции нижнего сечения стены; q - коэффициент, принимаемый равным 0,35 при длительном действии нагрузок и 0,5 - при кратковременном.

Горизонтальное перемещение верха стены D при наличии сплошной равномерно распределенной нагрузки на призме обрушения определяется по формуле

D = (4Р_g + 15Р_q) /120В, (77)

где Р_g и Р_q - интенсивность горизонтального давления грунта на глубине h₀ от нормативных нагрузок.

Предельный прогиб верха стены D не должен превышать величины h₀/75.

Горизонтальное перемещение верха стены, вызванное креном подошвы, определяется по формуле

D = 5М₀h/b²Е, (77а)

где М₀ - нормативный момент всех сил относительно центра тяжести подошвы стены; Е - модуль деформации грунта основания; h - высота стены; b - ширина подошвы фундамента (стена подвала).

7.РАСЧЕТ СТЕН ПОДВАЛОВ

7.1. За расчетную схему конструкций подвалов принимается поперечная рама, состоящая из стен, колонн и опирающихся на них элементов перекрытия (рис. 12).

Рис. 12. Расчетная схема поперечной рамы подвала

Рис. 13. Расчетная схема стены подвала (панельный вариант)

Рис. 14. Расчетная схема стены подвала (блочный вариант)

7.2. Расчет наружных стен подвалов производится из условия загружения подвала грунтом (симметричное загружение) и односторонней временной нагрузкой q.

7.3. Расчетные усилия в стенах подвала (рис. 13, 14) определяются в зависимости от величин реакции R на верхней опоре, которая вычисляется с учетом возможного перераспределения усилий от поворота (крена фундамента) и смещения стены при загружении подвала односторонней временной нагрузкой

R = R₁ + R₂,

где R₁ и R₂ - соответственно реакции от симметричного и одностороннего загружения.

7.4. При симметричном загружении подвала реакцию R₁ следует определять по формуле

(78)

где Р_g1 и Р_g2 - интенсивности горизонтального давления грунта от собственного веса соответственно на глубине h₁ и (h₁+h₂), определяются по формуле (1) при значениях l, k₁ и q₀, определяемых по формуле (6), k - коэффициент, учитывающий изменение реакции R₁ за счет поворота фундамента

k = wE_bI_hm²/Eb²h₂, (79)

здесь w - коэффициент w = 6 для положительных значений М и Q; w = 3 - для их отрицательных значений, а также для М₀ и F_sa (см. рис. 13);

m = (h₂ + h₃)/h₂; (80)

где E_b - модуль упругости бетона; Е - модуль деформации грунта основания; b - ширина подошвы фундамента стены; I_h - момент инерции 1 м сечения стены, который допускается определять по приведенной толщине стены t_red, определяемой по формуле

t_red = (2t₂ + t₁)/3, (81)

где t₁ - толщина стены в верхней части; t₂ - то же, в нижней части (в уровне сопряжения с фундаментом); G₁ - вес грунта на внешней стороне фундамента; е - эксцентриситет приложения силы G₁ относительно центра тяжести подошвы фундамента; v₁ и v₂ - коэффициенты, учитывающие изменение толщины стены по высоте и принимаемые по табл. 8.

Таблица 8

7.5. При одностороннем загружении подвала временной нагрузкой реакцию R₂ следует определять по формуле

R₂ = P_qh₂ (v₁ + km/2)/(1 + k + k₁) - G₂ek/(1 + k + k₁)(h₂ + h₃), (82)

где Р_q - интенсивность горизонтального давления грунта от временной нагрузки, определяется по формуле (3) при l = tg²q₀; G₂ - вес временной нагрузки, определяется по формуле фундамента; k₁ - коэффициент, учитывающий изменение реакции R₂ за счет смещения перекрытия при одностороннем загружении подвала

k₁ = k₀Е_bI_h/E¢, (83)

здесь k₀ - коэффициент, k = 4 - однопролетных подвалов; k = 3 - для двухпролетных; k = 2 - для трехпролетных; k = 0 - для подвалов с несмещаемым перекрытием; Е¢ - модуль грунта засыпки, величину которого допускается определять по формуле

Е¢ = (0,5 + 0,3h₁)b₁Е, (84)

где h₁ - расстояние от уровня пола до низа перекрытия (значение в скобках принимается не больше единицы); b₁ = 0,7 - при засыпке грунтом основания; b₁ = 0,9 - то же, малосжимаемым грунтом; Е - модуль деформации грунта основания.

7.6. При наличии конструкций, препятствующих повороту фундамента (сплошная фундаментная плита, перекрестные ленты фундамента для внутреннего каркаса и т.п.), коэффициент k в формулах (78) и (82) следует принимать равным нулю, для конструкций, препятствующих смещению перекрытия подвала, а также при симметричном загружении подвала временной нагрузкой коэффициент k₁ в формуле (82) следует принимать равным нулю.

7.7. Расчет устойчивости стен подвала против сдвига производится из условия (15) для значения b = 0.

Удерживающую силу F_sr следует определять по формуле (19), а сдвигающую силу F_sa в уровне подошвы фундамента по формуле

F_sa = -R + (P_g1 + Р_g3 +2Р_q)(h₂ + h₃)/2, (85)

где Р_g3 - интенсивность горизонтального давления грунта от собственного веса на глубине h.

7.8. Если устойчивость стен подвала против сдвига (условие 15) не обеспечивается принятыми размерами фундамента, необходимо предусматривать мероприятия, препятствующие сдвигу, например устройство распорок и др.

7.9. Расчет прочности грунтового основания производится из условия (26). В этом случае равнодействующая вертикального давления грунта F_v определяется при загружении временной нагрузкой пролета перекрытия подвала, примыкающего к стене, по формуле

F_v = G₁ + G₂ + G₃ + G₄, (86)

где G₃ - вес фундамента и грунта на его уступах; G₄ - вес конструкции подвала, грунта и временной нагрузки на перекрытия (с учетом расчетной грузовой площади).

7.10. При наличии мероприятий, препятствующих сдвигу фундамента, угол наклона равнодействующей внешней нагрузки к вертикали d₁ в уровне подошвы фундамента при расчете прочности грунтового основания принимается равным нулю.

7.11. Момент в уровне подошвы фундамента относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента, следует определять по формуле

М₀ = -R(h₂ +h₃) + (2Р_g1 + Р_g3 + 3Р_q)(h₂ + h₃)²/6-(G₁ + G₂)е. (87)

7.12. Расчетные усилия в стенах подвала определяются по следующим формулам:

пролетный момент на расстоянии у_с от верхней опоры

М_у = Q_ву_с - [(P_g1 + P_q) +(P_g2 - Р_g1)у_с /3h₂] /2; (88)

расстояние от верхней опоры до максимального пролетного момента

- (89)

поперечная сила в пролете на расстоянии у_с от верхней опоры

Q_y = Q_в - у_с[(P_g1 + Р_q)h₂ + (Р_g2 - Р_g1)у_с/2]/(P_g2 - Р_g1); (90)

поперечная сила в нижнем сечении стены

Q_н = Q_в - [(P_g1 + Р_q) + (P_g2 - Р_g1)/2]h₂; (91)

изгибающий момент в нижнем сечении стены

М_н = Q_вh₂ - [(P_g1 + Р_q) + (P_g2 - Р_g1)/3]/2. (92)

В формулах (88)-(92) поперечная сила в верхнем сечении стены Q_в = R.

7.13. При неполной эпюре интенсивности горизонтального давления грунта по высоте стены подвального помещения и несмещаемом перекрытии (см. рис. 14) реакция в уровне низа перекрытия R определяется по формуле

(93)

где

(94)

М_с - изгибающий момент на уровне перекрытия.

Сдвигающую силу F_sa и изгибающий момент М₀ в уровне подошвы следует определять по формулам:

F_sa = - R + (P_g3 + 2Р_q)(h₂ + h₃)/2; (95)

М₀ = -RH + P_qh²/2 + Р_g3h²/6 - G_e + M_c. (96)

7.14. Расчетные усилия в конструктивных элементах подвала (ригелях, колоннах, плитах перекрытия, фундаментах и т.п.) следует определять по известным правилам строительной механики.

7.15. Расчет оснований при деформациях производит по п. 6.14.

7.16. Расчетное сопротивление грунта основания R, кПа, определяется по формуле

, (97)

где g_с1 и g_с2 - коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 6; k = 1, если прочностные характеристики грунта (j и с) определены непосредственными испытаниями, и k = 1,1, если они приняты по табл. 1-3 прил. 5; М_g; М_q; М_с - коэффициенты, принимаемые по табл. 7; d - глубина